一种复合压电衬底的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合压电衬底的制备方法，所述制备方法包括：首先，将压电材料供体的待键合面进行离子注入，在压电材料供体的待键合面形成损伤层，得到含有损伤层的压电材料供体；然后，将含有损伤层的压电材料供体和半导体材料衬底进行键合，得到键合体；之后，将键合体的支撑层与压电材料陪片进行临时键合，得到第一复合衬底；接着，将第一复合衬底进行热处理，得到第二复合衬底和压电材料供体剩余部分；最后，将第二复合衬底进行解键合，得到复合压电衬底和压电材料陪片

【技术实现步骤摘要】
一种复合压电衬底的制备方法


[0001]本专利技术涉及压电衬底制造
，具体涉及一种复合压电衬底的制备方法
。

技术介绍

[0002]压电材料具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能
。
压电效应的作用原理是通过对压电材料施加压力，压电材料会产生电位差（称为正压电效应），反之对压电材料施加电压，则会产生机械应力（称为逆压电效应）
。
如果压力是一种高频震动，则会产生高频电流
。
[0003]铌酸锂
、
钽酸锂等是目前应用最广泛的新型无机材料，属于非常优异的压电换能材料
。
钽酸锂具有优良的压电
、
铁电
、
声光以及电光效应，广泛用于谐振器
、
滤波器
、
换能器等电子通讯器件及高频声表面波器件
。
铌酸锂具有良好的非线性光学性质，可用作光波导材料，或用于制作中低频声表滤波器
、
大功率耐高温超声换能器等
。
[0004]目前已知的由铌酸锂
、
钽酸锂制备的压电衬底相较于压电晶体具有高频
、
温度补偿性好
、
稳定性好
、
制造成本低等优势，在
RF
（射频）
、
光纤通信
、RF
滤波器等领域具有无法替代的优势
。
通常该复合压电衬底由压电材料薄膜层
、
绝缘层和半导体材料衬底层组成
。
[0005]但是，由于压电材料与半导体材料衬底的热膨胀系数差异非常大，在异质键合后的热剥离过程中会发生显著变形，进而导致键合体破碎等质量问题
。
现有工艺中在制备压电材料薄膜时一般先将键合体的顶层压电材料减薄，降低压电材料与半导体材料衬底之间的应力差，再进行热过程实现剥离，但是该方法在剥离时仍然可能造成顶层压电材料片破裂，剥离时产生大量碎屑，不仅会对半导体洁净环境造成污染，而且无法实现压电材料的重复利用，需要增加减薄
、
倒角等繁多工序，加工步骤增多，产品的良率和质量下降
。
[0006]因此，提供一种工艺简单并且能够实现压电材料供体完整剥离的复合压电衬底的制备方法具有重要意义
。

技术实现思路

[0007]针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种复合压电衬底的制备方法，与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法能够实现压电材料供体完整剥离，减少复合压电衬底的加工步骤，避免现有技术中产生的碎屑污染，提升产品良率，降低生产成本
。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种复合压电衬底的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010]（1）将压电材料供体的待键合面进行离子注入，在压电材料供体的待键合面形成损伤层，得到含有损伤层的压电材料供体；
[0011]（2）将步骤（1）得到的所述含有损伤层的压电材料供体和半导体材料衬底进行键合，得到含有压电层和支撑层的键合体；
[0012]（3）将步骤（2）得到的所述键合体的支撑层与压电材料陪片进行临时键合，得到第一复合衬底；
[0013]（4）将步骤（3）得到的所述第一复合衬底进行热处理，使得所述第一复合衬底沿着损伤层断开，得到第二复合衬底和压电材料供体剩余部分；
[0014]（5）将步骤（4）得到的所述第二复合衬底进行解键合，得到复合压电衬底和压电材料陪片；
[0015]其中，步骤（4）所述压电材料供体剩余部分作为压电材料供体回用于步骤（1）；步骤（5）所述压电材料陪片回用于步骤（3）
。
[0016]本专利技术中利用多种键合技术，将含有损伤层的压电材料供体和半导体材料衬底进行永久键合，将支撑层与压电材料陪片进行临时键合，得到以压电材料供体
‑
半导体材料衬底
‑
压电材料陪片为三层结构的第一复合衬底
。
在热处理进行热剥离的过程中，压电材料陪片平衡热过程中由热膨胀系数差异导致的形变，从而实现压电材料供体的完整剥离，得到一片第二复合衬底和一片压电材料供体剩余部分
。
之后将第二复合衬底进行解键合，得到复合压电衬底和压电材料陪片，其中压电材料供体剩余部分和压电材料陪片可多次重复利用降低生产成本，本专利技术避免了衬底材质对于剥离过程的影响，降低了剥离破碎的概率
。
本专利技术提供的制备方法简化了复合压电衬底的生产步骤，提高了产品的良率和生产效率，避免了压电材料的浪费，降低了生产成本，有利于大规模推广应用
。
[0017]本专利技术中，步骤（2）所述压电层由压电材料供体构成，所述支撑层由半导体材料衬底构成
。
[0018]优选地，所述压电材料供体的材质包括铌酸锂
、
钽酸锂或压电陶瓷中的任意一种
。
[0019]优选地，所述半导体材料衬底的材质包括单晶硅
、
蓝宝石
、
碳化硅
、
尖晶石
、
石英
、
玻璃
、
氮化铝或金刚石中的任意一种
。
[0020]优选地，所述压电材料陪片的材质包括铌酸锂
、
钽酸锂或压电陶瓷中的任意一种
。
[0021]优选地，所述压电材料陪片的材质和厚度均与压电材料供体相同
。
[0022]本专利技术中，控制压电材料陪片的材质和厚度均与压电材料供体相同，在热处理过程中半导体材料衬底两侧压电材料热膨胀产生的应力相互抵消，使第一复合衬底的应力平衡，能够避免半导体材料衬底与压电材料供体在热处理过程中会出现热膨胀系数失配进而产生应力差，最终避免键合体发生形变进而出现碎片的问题
。
[0023]优选地，步骤（1）所述离子注入前将压电材料供体进行第一化学清洗
。
[0024]优选地，所述第一化学清洗采用
RCA
标准清洗法进行
。
[0025]本专利技术中，所述
RCA
标准清洗法采用的清洗液包括
SPM、DHF、APM
或
HPM
中的任意一种
。
其中，所述
SPM
为硫酸溶液和双氧水的混合溶液，且清洗温度为
120
‑
150℃
；所述
DHF
为氢氟酸溶液，且清洗温度为
20
‑
25℃
；所述
APM
为氨水和双氧水的混合溶液，且清洗温度为
30
‑
80℃
；所述
HPM
为盐酸溶液和双氧水的混合溶液，且清洗温度为
65
‑
85℃。
[0026]优选地，所述第一化学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合压电衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：（1）将压电材料供体的待键合面进行离子注入，在压电材料供体的待键合面形成损伤层，得到含有损伤层的压电材料供体；（2）将步骤（1）得到的所述含有损伤层的压电材料供体和半导体材料衬底进行键合，得到含有压电层和支撑层的键合体；（3）将步骤（2）得到的所述键合体的支撑层与压电材料陪片进行临时键合，得到第一复合衬底；（4）将步骤（3）得到的所述第一复合衬底进行热处理，使得所述第一复合衬底沿着损伤层断开，得到第二复合衬底和压电材料供体剩余部分；（5）将步骤（4）得到的所述第二复合衬底进行解键合，得到复合压电衬底和压电材料陪片；其中，步骤（4）所述压电材料供体剩余部分作为压电材料供体回用于步骤（1）；步骤（5）所述压电材料陪片回用于步骤（3）
。2.
根据权利要求1所述复合压电衬底的制备方法，其特征在于，所述压电材料供体的材质包括铌酸锂
、
钽酸锂或压电陶瓷中的任意一种；所述半导体材料衬底的材质包括单晶硅
、
蓝宝石
、
碳化硅
、
尖晶石
、
石英
、
玻璃
、
氮化铝或金刚石中的任意一种；所述压电材料陪片的材质包括铌酸锂
、
钽酸锂或压电陶瓷中的任意一种；所述压电材料陪片的材质和厚度均与压电材料供体相同
。3.
根据权利要求1所述复合压电衬底的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述离子注入前将压电材料供体进行第一化学清洗；所述第一化学清洗采用
RCA
标准清洗法进行；所述第一化学清洗直至表面
0.3
μ
m
尺寸以上的颗粒数量
≤30。4.
根据权利要求1所述复合压电衬底的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述离子注入采用氢离子和
/
或氦离子进行；所述损伤层的深度为
0.3
‑2μ
m。5.
根据权利要求1所述复合压电衬底的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述键合前将含有损伤层的压电材料供体和半导体材料衬底分别独立地依次进行第二化学清洗和活化处理；所述第二化学清洗采用
RCA
标准清洗法进行；所述第二化学清洗直至表面
0.3
μ
m
尺寸以上的颗粒数量
≤30
且表面粗糙度
Ra
为
0.05
‑
0.5nm
；所述活化处理包括利用
Ar<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹，高文琳，母凤文，郭超，
申请(专利权)人：青禾晶元晋城半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：