一种复合晶圆加工方法及采用其制备的超表面与流程

1.本技术涉及半导体工艺技术领域，具体而言，涉及一种复合晶圆加工方法及采用其制备的超表面。


背景技术：

2.超表面是一种表面具有亚波长纳米结构的人工纳米结构膜，可根据其上亚波长纳米结构形成的超结构单元来调制入射辐射。
3.相关技术中通常借用半导体工艺，尤其是光刻工艺，在晶圆上加工纳米结构以实现超表面的批量生产。
4.在实现本技术的过程中，发明人发现现有的方案中至少存在如下问题：
5.部分材料(例如硫系玻璃和锗等材料)，因其制成晶圆后的厚度无法兼容光刻工艺(通常是由于晶圆无法进入光刻机)，从而导致该材料不能用于超表面制备。


技术实现要素：

6.有鉴于此，为解决相关技术中部分材料因其厚度而无法应用于超表面制备的技术问题，本技术实施例提供一种复合晶圆加工方法及采用其制备的超表面。
7.第一方面，本技术实施例提供了一种复合晶圆加工方法，包括：
8.将第一材料和第二材料进行键合形成复合体；其中，所述第一材料的杨氏模量小于所述第二材料的杨氏模量；
9.对所述复合体中的所述第一材料进行减薄，得到复合晶圆。
10.可选地，所述第一材料和所述第二材料为片状结构。
11.可选地，所述第一材料的杨氏模量小于硅的杨氏模量。
12.可选地，所述第一材料包括硫系玻璃或锗。
13.可选地，所述第二材料的杨氏模量大于或等于硅的杨氏模量。
14.可选地，所述第二材料的材料包括硅或硅的氧化物。
15.可选地，所述复合体的厚度小于或等于5mm。
16.可选地，所述复合体的厚度小于2mm。
17.可选地，减薄后的第一材料的厚度小于或等于725μm。
18.可选地，所述键合为永久键合或临时键合。
19.可选地，所述复合晶圆加工方法还包括：
20.所述键合为临时键合，对所述复合晶圆进行解键合，以去除所述第二材料得到第一材料晶圆。
21.可选地，所述第一材料晶圆的厚度小于2mm。
22.第二方面，本技术实施例还提供了一种复合晶圆，采用上述任一实施例提供的复合晶圆加工方法制作，包括第一材料和第二材料；
23.其中，所述第一材料和所述第二材料键合，并且所述第一材料的杨氏模量小于所
述第二材料的杨氏模量。
24.可选地，所述第一材料和所述所述第二材料的厚度之和小于5mm。
25.可选地，所述第一材料和所述所述第二材料的厚度之和小于或等于725μm。
26.可选地，所述第一材料的杨氏模量小于硅的杨氏模量。
27.可选地，所述第一材料包括硫系玻璃或锗。
28.可选地，所述第二材料的杨氏模量大于或等于硅的杨氏模量。
29.可选地，所述第二材料包括硅或硅的氧化物。
30.可选地，所述第一材料的厚度小于2mm。
31.可选地，所述第一材料的厚度小于或等于725μm。
32.第三方面，本技术实施例还提供了一种超表面制备方法，包括：
33.在所述复合晶圆的第一材料表面沉积结构层；
34.在所述结构层的表面涂覆光刻胶；
35.在所述光刻胶上曝光形成结构；
36.基于所述结构对所述结构层进行刻蚀，在所述第一材料的表面形成纳米结构，从而得到以所述复合晶圆为基底的超表面。
37.可选地，所述超表面制备方法还包括：
38.对所述以复合晶圆为基底的超表面解键合，从而获得以第一材料为基底的超表面。
39.可选地，所述超表面制备方法还包括：
40.对所述以复合晶圆为基底的超表面进行切割。
41.可选地，所述切割的切割深度大于或等于所述复合晶圆中第一材料的厚度，并且小于所述复合晶圆的厚度。
42.可选地，所述切割的切割深度大于所述复合晶圆的厚度。
43.可选地，所述超表面制备方法还包括：
44.对所述以复合晶圆为基底的超表面进行切割后再进行解键合，从而得到多个以第一材料为基底的超表面。
45.可选地，所述结构层的材料与所述第一材料不同。
46.第四方面，本技术实施例还提供了一种超表面，适用于上述任一实施例提供的超表面制备方法，所述超表面包括第一材料和纳米结构；
47.所述纳米结构位于所述第一材料的表面。
48.可选地，所述第一材料的杨氏模量小于硅的杨氏模量。
49.可选地，所述第一材料包括硫系玻璃或锗。
50.第五方面，本技术实施例提供了一种硫系玻璃晶片，所述硫系玻璃晶片由上述任一实施例提供的复合晶圆经过解键合去除所述第二材料制备；
51.所述硫系玻璃晶片的厚度小于3mm。
52.本技术提供的上述技术方案至少取得如下有益效果：
53.本技术实施例提供的复合晶圆加工方法及复合晶圆，通过将第一材料和第二材料键合形成复合体，使杨氏模量较大的第二材料对杨氏模量较小的第二材料形成支撑。对该复合体中的第一材料进行减薄，使复合体的整体厚度、第一材料的厚度以及表面性能达到
光刻工艺的要求。该复合晶圆加工方法还可以通过晶圆解键合，将复合晶圆中的第一材料和第二材料分离，得到第一材料晶圆。该第一材料晶圆的厚度突破了传统工艺的限制。
54.本技术实施例还提供了超表面制备方法和超表面，通过在本技术实施例提供的复合晶圆表面沉积结构层，再在结构层上通过光刻工艺和刻蚀工艺在复合晶圆中第一材料的表面加工出纳米结构得到超表面。进而可以通过解键合得到以第一材料为基底的超表面。该方法克服了光刻工艺中材料的厚度和机械强度对第一材料限制，将原本无法用于超表面的第一材料应用于超表面的批量生产。因此，本技术实施例提供的超表面制备方法突破了传统超表面生产的选材范围。
附图说明
55.为了更清楚地说明本技术实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本技术实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
56.图1示出了本技术实施例所提供的一种复合晶圆加工方法的流程图；
57.图2示出了本技术实施例所提供的复合晶圆的可选的结构示意图；
58.图3示出了本技术实施例所提供的超表面制备方法的一种可选的流程图；
59.图4示出了本技术实施例所提供的超表面制备方法的又一种可选的流程图；
60.图5示出了本技术实施例所提供的超表面制备方法的又一种可选的流程图。
61.图中附图标记分别表示：
62.101-第一材料；102-第二材料；103-复合体；201-结构层；202-光刻胶；203-纳米结构。
具体实施方式
63.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
64.因厚度限制无法兼容光刻工艺的材料(例如硫系玻璃和锗等材料)，往往受其自身的机械性能限制而无法减薄到适配光刻工艺的厚度。以硫系玻璃为例，硫系玻璃的厚度最小能加工到3mm，而通常光刻工艺中硅片的厚度一般要求725μm。这是由于硫系玻璃相较于硅的强度和刚度不足造成的。硫系玻璃的杨氏模量大约为20gpa至30gpa，而通常用于光刻的硅片的杨氏模量大约为140gpa至165gpa。通俗来说就是相比硅来说，硫系玻璃“太软”。因此将硫系玻璃加工成光刻工艺所需的厚度后，会导致其无法支撑自身形状而产生变形，或者在加工过程中破裂。因此无法通过减薄使硫系玻璃及类似的受机械性能限制的材料兼容光刻工艺。
65.再者，即使有些材料减薄后勉强达到光刻工艺的要求，但因其强度的限制，这些材料面积无法做大，从而增加了利用这些材料进行批量生产的成本。
66.上述原因也造成了许多光学性能优异的材料因其机械强度的限制无法应用于超表面，而导致超表面选材的局限。
67.本技术实施例一方面提供了一种复合晶圆加工方法，以突破材料无法减薄的限制。图1示出了本技术实施例所提供的复合晶圆加工方法的流程图。
68.具体而言，如图1所示，该方法至少包括：
69.将第一材料101与第二材料102进行键合形成复合体103。其中，第一材料101的杨氏模量小于第二材料102的杨氏模量。优选地，第一材料101与第二材料102为片状结构。
70.对复合体103中的第一材料101进行减薄，得到复合晶圆。此处，减薄是半导体工艺中常用的晶圆减薄工艺，包括通过研磨使材料的厚度和表面性能达到光刻工艺的质量要求。本技术实施例中，复合体103特指被第一材料101减薄前的键合结构。复合晶圆特指对复合体中第一材料101进行减薄后得到的产品。因此后文复合晶圆中的第一材料101均为被减薄后的第一材料101。为使复合体103可以兼容光刻工艺，可选地，复合体103的厚度小于或等于5mm。优选地，复合体103的厚度小于2mm。
71.可选地，第一材料101的杨氏模量小于硅的杨氏模量，例如第一材料101包括硫系玻璃或锗等材料。可选地，第二材料102包括杨氏模量大于或等于硅的杨氏模量。优选地，第二材料102为硅或硅的氧化物，例如石英玻璃。
72.在优选的实施例中，减薄后的第一材料101的厚度小于或等于3mm。更有利地，减薄后的第一材料101的厚度小于或等于725μm。进一步地，第二材料102的厚度小于或等于725μm。更进一步地，减薄后的第一材料101的厚度和第二材料102的厚度之和小于5mm。较为有利地，减薄后的第一材料101的厚度和第二材料102的厚度之和小于或等于2mm。更有利地，减薄后的第一材料101的厚度和第二材料102的厚度之和小于或等于725μm，例如该厚度之和可以是500μm。
73.应理解，第一材料101和第二材料102之间的键合可以是永久键合，也可以是临时键合。当第一材料101和第二材料102之间为永久键合时，第二材料102使第一材料101获得长期的加强，使复合晶圆的强度满足使用要求。在可选的实施方式中，本技术实施例提供的复合晶圆当第一材料101和第二材料102之间为临时键合时，当复合晶圆中的第一材料101和第二材料102解键合之后，可以得到减薄的第一材料101，减薄后的第一材料101即为第一材料晶圆。此外，还可以对复合晶圆进行二次加工后再将复合晶圆中的第一材料101和第二材料102解键合。可选地，可以通过加热升温的方式实现解键合。优选地，第一材料101和第二材料102可以通过键合胶进行键合。
74.示例性地，减薄后的第一材料101如表一所示。
75.表一
76.材料硫系玻璃直径4英寸直径容差 /-0.1mm厚度725 /-10μm总厚度偏差《1μm弯曲度《10μm翘曲度《30μm粗糙度ra《＝1nm
77.第二方面，本技术实施例还提供了一种复合晶圆，由上述任一实施例提供的复合晶圆加工方法制备，如图2所示，该复合晶圆包括第一材料101和第二材料102。其中，第一材料101与第二材料102键合，且第一材料101的杨氏模量小于第二材料102的杨氏模量。由于
复合晶圆是有复合体经减薄工艺得到的产品，所以复合晶圆中的第一材料101也是减薄后的第一材料101。
78.可选地，第一材料101包括硫系玻璃或锗等材料。可选地，第二材料102包括杨氏模量大于或等于硅的材料。优选地，第二材料102为硅或硅的氧化物。
79.在优选的实施例中，减薄后的第一材料101的厚度小于或等于725μm。进一步地，第二材料102的厚度小于或等于725μm。更进一步地，减薄后的第一材料101的厚度和第二材料102的厚度之和小于5mm。较为有利地，减薄后的第一材料101的厚度和第二材料102的厚度之和小于等于2mm。更有利地，减薄后的第一材料101的厚度和第二材料102的厚度之和小于或等于725μm，例如该厚度之和可以是500μm。
80.第三方面，本技术实施例提供了一种超表面制备方法，如图3所示，该超表面制备方法包括：
81.在上述任一实施例提供的复合晶圆的第一材料101表面沉积结构层201。可选地，结构层201的材料不同于第一材料101。可选地，结构层201的材料对目标波段透明，例如硅或硅的氧化物等。
82.在结构层201的表面涂覆光刻胶。
83.在光刻胶上曝光形成反结构。
84.基于前述反结构对结构层201进行刻蚀，在第一材料101的表面形成纳米结构203，从而得到以前述复合晶圆为基底的超表面。
85.在一种可选的实施方式中，如图4所示，该超表面制备方法还包括整体解键合。整体解键合是指将整个以复合晶圆为基底的超表面中的第一材料101和第二材料102解键合，通过解键合可以得到以第一材料101为基底的超表面。
86.例如，当第一材料101为柔性材料时，柔性材料无法通过光刻工艺进行加工。因此，将柔性材料通过前述任一实施例提供的复合晶圆加工方法制备得到复合晶圆。然后，以该复合晶圆为基底，通过前述实施例提供的超表面制备方法得到以该复合晶圆为基底的超表面。最后，通过解键合将作为第一材料101的柔性材料与作为支撑的第二材料102分离，得到以柔性材料为基底的超表面。以柔性材料为基底的超表面应用前景广阔，可以用于可穿戴设备或其他非平面设备。
87.在又一种可选的实施方式中，如图5所示，该超表面制备方法还包括对以复合晶圆为基底的超表面进行切割。优选的切割方式为激光切割。
88.在一些示例的实施方式中，上述切割的切割深度大于或等于第一材料101的厚度，且小于复合晶圆的厚度；也就是切割深度小于复合晶圆中第一材料101和第二材料102的厚度之和。在又一些示例的实施方式中，上述切割的切割深度大于或等于复合晶圆的厚度，也就是切割深度大于或等于复合晶圆中第一材料101和第二材料102的厚度之和。
89.应理解，在本技术实施例中对以复合晶圆为基底的超表面进行切割后，如图5所示，可选地，对切割所得的超表面进行解键合，得到多个以第一材料101为基底的超表面。
90.第四方面，本技术实施例还提供了一种超表面，由上述任一实施例提供的超表面制备方法制作，包括以第一材料101以及位于第一材料101表面的纳米结构203。
91.本技术可选的一些实施方式中，第一材料101的杨氏模量小于硅的杨氏模量。优选地，第一材料101包括硫系玻璃。可选地，本技术实施例提供的超表面还包括第二材料102，
第二材料102的杨氏模量大于第一材料101的杨氏模量。
92.第五方面，本技术实施例还提供了一种硫系玻璃晶片，采用上述任一实施例提供的复合晶圆解键合制作。该硫系玻璃晶片的厚度小于3mm。优选地，该硫系玻璃的厚度小于或等于725μm。
93.由于硫系玻璃在红外波段具有优异的光学性能，具有优良的红外透过率、较高的折射率和较低的折射率温度系数，是设计无色差无热失焦的红外光学系统的理想材料。本技术以硫系玻璃作为第一材料，对上述实施例进行说明。
94.实施例1
95.本技术实施例提供了一种复合晶圆加工方法，该复合晶圆加工方法包括：
96.将硫系玻璃与硅衬底进行临时键合，形成复合体；对复合体中的硫系玻璃进行减薄，得到复合晶圆。
97.可选地，本实施例中减薄前的硫系玻璃的厚度为2-4mm，优选为3mm。可选地，本实施例中的硅衬底的厚度小于或等于725μm。优选地，该复合晶圆的厚度小于或等于2mm。
98.实施例2
99.本技术实施例提供了一种复合晶圆加工方法，该复合晶圆加工方法包括：
100.将硫系玻璃与硅衬底进行临时键合，形成复合体；对复合体中的硫系玻璃进行减薄，得到复合晶圆。可选地，减薄后的硫系玻璃的厚度小于3mm。优选地，减薄后的硫系玻璃的厚度小于或等于725μm。
101.将复合晶圆中的硫系玻璃和硅衬底解键合，得到硫系玻璃晶圆。优选地，硫系玻璃晶圆的厚度小于或等于725μm。示例性地，硫系玻璃晶圆的参数如表一所述。可选地，硫系玻璃晶圆的直径包括4寸、6寸、8寸和12寸。
102.可选地，本实施例中减薄前的硫系玻璃的厚度为2-4mm，优选3mm。可选地，本实施例中的硅衬底的厚度小于或等于725μm。
103.实施例3
104.本技术实施例提供了一种超表面制备方法，该超表面方法包括：
105.在上述实施例1中提供的复合晶圆的硫系玻璃上沉积结构层201，结构层201的材料与硫系玻璃不同。优选地，结构层201的材料为硅。
106.在结构层201的表面涂覆光刻胶。
107.在光刻胶上曝光形成反结构。
108.基于该反结构对结构层201进行刻蚀，在硫系玻璃的表面形成纳米结构，从而得到以实施例1中提供的复合晶圆为基底的超表面。
109.示例性地，将整个以复合晶圆为基底的超表面中的第一材料101和第二材料102解键合，得到以硫系玻璃为基底的超表面。此外，还可以对以复合晶圆为基底的超表面进行激光切割后再对切割后的超表面进行解键合，得到多个以硫系玻璃为基底的超表面。
110.例如，切割深度可以大于或等于硫系玻璃的厚度，且小于整个复合晶圆的厚度；如此，切割后可以对整个超表面进行解键合，解键合后得到多个以硫系玻璃为基底的超表面。再例如，切割深度可以大于或等于整个复合晶圆；如此，切割后得到多个以复合晶圆为基底的超表面。合乎逻辑地，还可以对多个以复合晶圆为基底的超表面进行解键合，从而得到多个以硫系玻璃为基底的超表面。
111.综上所述，本技术实施例提供的复合晶圆加工方法及复合晶圆，通过将第一材料和第二材料键合形成复合体，使杨氏模量较大的第二材料对杨氏模量较小的第二材料形成支撑。对该复合体中的第一材料进行减薄，使复合体的整体厚度、第一材料的厚度以及表面性能达到光刻工艺的要求。该复合晶圆加工方法还可以通过晶圆解键合，将复合晶圆中的第一材料和第二材料分离，得到第一材料晶圆。该第一材料晶圆的厚度突破了传统工艺的限制。
112.本技术实施例还提供了超表面制备方法和超表面，通过在本技术实施例提供的复合晶圆表面沉积结构层，再在结构层上通过光刻工艺和刻蚀工艺在复合晶圆中第一材料的表面加工出纳米结构得到超表面。进而可以通过解键合得到以第一材料为基底的超表面。该方法克服了光刻工艺中材料的厚度和机械强度对第一材料限制，将原本无法用于超表面的第一材料应用于超表面的批量生产。因此，本技术实施例提供的超表面制备方法突破了传统超表面生产的选材范围。
113.以上所述，仅为本技术实施例的具体实施方式，但本技术实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术实施例披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术实施例的保护范围之内。因此，本技术实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。