一种碳化硅基钽酸锂复合晶片及其键合制备方法
成果类型:: 发明专利
发布时间: 2024-09-24 16:27:07
本发明涉及半导体材料制备工艺领域,尤其涉及一种碳化硅基钽酸锂复合晶片及其键合制备方法,包括以下步骤:步骤1)清洗和抛光SiC晶片和LiTaO<subgt;3</subgt;晶片;步骤2)利用氩离子束分别轰击SiC晶片和LiTaO<subgt;3</subgt;晶片的抛光面,进行表面活化处理,表面活化处理会使SiC晶片表面和LiTaO<subgt;3</subgt;晶片表面分别形成非晶SiC层和非晶LiTaO<subgt;3</subgt;层,并在其表面形成大量原子悬挂键,其中,氩离子束可采用纯氩离子束或含Si氩离子束,特别是含Si氩离子束,可在轰击后的两种晶片表面实现Si补偿,提高键合强度;步骤3)通过相互接触并施加负载使两晶片表面的原子悬挂键形成化学键,最终实现SiC晶片和LiTaO<subgt;3</subgt;晶片的异质集成,从而最大化发挥LiTaO<subgt;3</subgt;基器件的铁电、压电、声光及电光等性能。
对现有技术中SAW滤波器热特性较差的问题,本发明提供一种碳化硅基钽酸锂复合晶片键合制备方法。本发明是通过以下技术方案来实现:一种碳化硅基钽酸锂复合晶片键合制备方法,包括以下步骤:步骤1)清洗并单面抛光SiC晶片和LiTaO3晶片;步骤2)利用氩离子束分别轰击SiC晶片和LiTaO3晶片的抛光面,进行表面活化处理,在活化的SiC晶片表面和LiTaO3晶片表面分别形成非晶SiC层和非晶LiTaO3层;步骤3)将SiC晶片的非晶层和LiTaO3晶片的非晶层互相接触,并施加负载进行键合,获得SiC基LiTaO3复合晶片。优选的,步骤1)中,SiC晶片和LiTaO3晶片的表面均为原子级光滑表面。优选的,步骤1)中,清洗时,首先将SiC晶片依次浸泡在乙醇溶液、丙酮溶液中,之后,依次用丙酮、乙醇对SiC晶片和LiTaO3晶片进行超声波清洗,并用去离子水清洗、烘干。
钽酸锂(LiTaO3
,简称LT)晶体是一种优良的多功能晶体材料,其具有高的化学稳定性,不易出现退极化现象,介电损耗低,居里点高(>600℃)及探测率优值高等优良特性,成为热释电红外探测器应用材料的最佳选择。LT晶体集铁电、压电、电光、声光、非线性光学等多种效应于一身,是优良的传声介质和高频换能器材料,经过抛光的LT晶片广泛用于制备谐振器、滤波器、换能器等电子通讯器件,及高频声表面波(SAW)器件,其中,SAW滤波器为其最大需求端。伴随5G商用化进程加快,SAW滤波器以其体积小、轻量化、工作频率高、选频特性好等优势,在手机、卫星通讯、航空航天等高端通讯领域获得广泛应用。
然而,由于SAW滤波器较差的热特性,其温度补偿引起人们关注,散热问题将成为未来高功率应用中的一个主要问题,基于此,选择合适的衬底尤为重要。为此,将SAW滤波器与具有低热膨胀系数(CTE)和大杨氏模量的衬底相结合是抑制LiTaO3
大热膨胀系数的一种有效方法。
碳化硅(SiC),由于其具有低CTE、大杨氏模量、高电阻率和高导热系数等优良特性,被认为是一种合适的散热衬底材料。因此,将SAW滤波器和SiC衬底结合成单个芯片是提高高功率应用中温度补偿和散热性能的合理策略。本发明基于晶片键合技术,实现LiTaO3
晶片与SiC衬底的异质集成,可最大化发挥LiTaO3
基器件的铁电、压电、声光及电光等性能。
咸阳职业技术学院创始于1937年,2004年经陕西省人民政府批准,教育部备案,由原陕西省乾县师范学校、彬县师范学校、仪祉农业学校和咸阳市体育运动学校、卫生学校、技工学校等6所学校合并而成,是咸阳市人民政府直属的唯一一所全日制公办普通高等学校。学院为省级示范高职院校、省级“双高计划”建设单位、全国文明单位、全国绿化模范单位、国家节约型公共机构示范单位和中国特色“双高计划”高水平专业群建设单位。全日制在校学生20000多名。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明一种碳化硅基钽酸锂复合晶片键合制备方法,通过将LiTaO3
晶片键合至SiC衬底上,最大限度发挥SiC衬底的低CTE、高电阻率、高热导率优势和LiTaO3
器件优异的铁电、压电、光电等性能,可将LiTaO3
基SAW滤波器和SiC衬底集成为单个芯片,从而提高器件在高功率应用中的温度补偿和散热性能,充分发挥SAW滤波器工作频率高、选频特性好等优势。
本发明基于表面活化键合,表面活化处理会使SiC衬底和LiTaO3
晶片表面形成大量原子悬挂键,而大量原子悬挂键的形成是保证键合顺利进行的关键。
本发明中,氩离子束可采用纯氩离子束和含Si氩离子束,纯氩离子束轰击SiC表面通常会导致Si原子的优先溅射,使得SiC表面产生富C层并形成C-Ta键或类似石墨层结构,从而导致其键合强度低于其他半导体材料的键合强度。而利用含Si氩离子束进行表面活化处理,可在轰击后的SiC衬底与LiTaO3
晶片表面实现Si补偿,提高键合强度。
技术转让,许可,合作所需资金需双方协商,希望具备此项技术研发的技术方,能够承接此项目。