TWI915565B - 使用固持裝置安排進行壓電底材植入之方法 - Google Patents

使用固持裝置安排進行壓電底材植入之方法

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TWI915565B
TWI915565B TW111123442A TW111123442A TWI915565B TW I915565 B TWI915565 B TW I915565B TW 111123442 A TW111123442 A TW 111123442A TW 111123442 A TW111123442 A TW 111123442A TW I915565 B TWI915565 B TW I915565B
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Abstract

本發明係有關於一種用於壓電底材(120)植入製程之固持裝置安排，包括底材固持裝置(110)，其具有用於接受壓電底材(120)之彈性導熱層(150)，其特徵在於，其更包括將接受壓電底材之彈性導熱層(150)之表面連結至接地電位(170)之電氣連結裝置(160)。本發明亦有關於一種應用如上所述之固持裝置安排而對壓電底材進行植入之方法，並有關於包括此種固持裝置安排的離子植入機。

Description

用於壓電底材植入過程之固持裝置安排
本發明係有關於一種用於壓電底材植入過程之固持裝置安排，以及有關於一種應用此種固持裝置安排而對壓電底材進行植入之方法。
離子植入製程被使用於壓電材料之製作，以製作絕緣體上壓電(POI,  piezoelectric on insulator substrates)底材。在POI製作製程中，一薄壓電層在因植入原子物種而在一源底材內部所形成的弱化層處從該壓電源底材分離，並轉移到處理底材上。
在植入期間，壓電底材係安裝在植入腔內的金屬固持裝置上，而一植入離子束撞擊在壓電底材的表面上。為了在整個表面上植入原子物種，底材係安裝在旋轉及/或平移的植入輪上，以使底材的整個表面在離子束下方通過。諸如夾子之類的固持裝置用於將底材固定在植入輪上，以抵抗旋轉力。通常，固持裝置是固定的金屬限制器，其亦被組構成排出在離子植入期間所產生的電荷。
原子物種植入壓電底材會導致電荷累積。同時，在壓電底材內部觀察到高溫梯度，其導致壓電底材的彎曲及翹曲變形。結果便是電荷與熱量不能充分地耗散到金屬固持裝置中。
為了彌補這個缺點，壓電底材被放置在提供於金屬固持裝置上方的彈性體層(elastomer layer)上。此彈性體層提供了在壓電底材與固持裝置之間的熱接觸。如前所述，固定金屬限制器係用於提供壓電底材與固持裝置之間的電接觸。然而，電接觸只是壓電底材與固持裝置之間的局部性接觸，且在植入期間仍然會觀察到壓電底材的斷裂，這歸因於電荷耗散仍然不足。
因此，壓電底材的電荷耗散需要進一步改善。
本發明的目的是藉由一種用於壓電底材植入製程之固持裝置安排而實現，該裝置包括具有用於接受壓電底材之彈性導熱層的固持裝置，其特徵在於，該固持裝置安排更包括將接受壓電底材之彈性導熱層之表面連結至接地電位之電氣連結裝置。因此，可在壓電底材與底材固持裝置(substrate holding device)之間實現電連接。此種電連接通過彈性導熱層而提供增進的電荷耗散，因為耗散不像先前技術那樣僅經由金屬限制器與壓電底材之間的接觸而發生。
根據本發明的一變化型，彈性導熱層可佔壓電底材的後側表面超過30%的範圍，詳言之可佔壓電底材後側表面超過50%的範圍，提供底材固持裝置與壓電底材之間的電連接。因此，本發明可提供更大的接觸表面，從而改進壓電底材與底材固持裝置之間的電性連接。
根據本發明的一變化型，彈性導熱層可包括一聚合物層，特別是彈性體層。由於其彈性，該聚合物層可補償底材的變形，使得底材始終與聚合物層保持熱接觸，從而與底材固持裝置保持熱接觸。例如，可使用導熱率為0.15 W/(m*K)的聚二甲基矽氧烷(Polydimethyl Siloxane)的聚合物層。
根據本發明的一變化型，該電氣連結裝置可包括嵌入彈性導熱層，特別是聚合物層，中的至少一導電元件，以使彈性導熱層，特別是聚合物層，具有導電性。藉由嵌入導電元件，該層的導電性可以簡單而可靠的方式提高。
根據本發明的一變化型，該至少一導電元件可為金屬奈米粒子或金屬微粒子、碳基夾雜物、石墨奈米粒子或碳奈米管當中至少一者。這些元件可在聚合物製作過程中被引入聚合物。
根據本發明的一變化型，電氣連結裝置可包括穿透彈性導熱層而延伸到底材固持裝置的至少一金屬針。特別有利的是提供複數個金屬針，以擴展可耗散電荷的表面積。
根據本發明的一變化型，至少一金屬針中的每一個可定置在提供於底材固持裝置中的彈簧元件上。因此，即使在底材變形的情況下，針仍可保持與底材接觸。此外，彈簧元件的恢復力確保了可靠的接觸。
根據一變化型，當沒有底材存在時，金屬針至少局部突出於彈性導熱層的表面。因此，即使考慮到製程公差，也可確保電接觸。
根據本發明的一變化型，電氣連結裝置可包括導電層，尤其是金屬層，其被提供在整個彈性導熱層的上方，且至少橫向局部延伸到彈性導熱層側表面的上方，以與底材固持裝置的表面直接接觸。導電層提供與壓電底材及底材固持裝置的可靠電性接觸，並可使用已知程序而實現，例如，濺鍍。
本發明之目的亦可藉由一種應用如上所述之固持裝置安排而對壓電底材，尤其是塊狀壓電底材，進行植入之方法而實現，其包括以下步驟：a)在固持裝置安排上提供壓電底材，從而使壓電底材電氣連結至接地電位，以及b) 將原子物種植入壓電底材。使用如上所述的底材固持裝置可使壓電底材處的電荷耗散有改善，從而在離子植入期間減少壓電底材的斷裂。
被植入離子的壓電底材可在後續的層轉移程序中作為供體底材，以將壓電材料的薄層轉移到處理底材，例如，矽晶片之上，從而形成絕緣體上壓電(POI)底材。
本發明之目的亦可利用包括如上所述固持裝置安排的離子植入器而實現。
圖1概要繪示根據本發明第一實施例使用於壓電底材植入製程的離子植入機(未繪出)的固持裝置安排100。
固持裝置安排100包括用於將至少一壓電底材120保持在植入機的製程腔中的底材固持裝置110。底材固持裝置110是植入機的植入輪的一部分或位於植入輪上。植入輪會旋轉以移動壓電底材120通過離子束140，從而使離子均勻植入壓電底材120中。
底材固持裝置110由導電材料製成，特別是金屬，例如鋁。底材固持裝置110包括在其側面上的一或多個金屬限制器130。在本實施例中，底材固持裝置110與一或多個金屬限制器130係由相同的導電材料製成，例如：相同的金屬材料，特別是鋁。一或多個金屬限制器130可將壓電底材120保持在底材固持裝置110上的適當位置，例如，當固持裝置安排100在離子束140下方旋轉時。
固持裝置安排100更包括彈性導熱層150，其位於底材固持裝置110的表面112上。彈性導熱層150包括聚合物層150，尤其是彈性體層，以在壓電底材120與底材固持裝置110之間提供改善的熱接觸。彈性導熱層150的彈性特性，補償了壓電底材120在由於電荷累積及壓電底材120內部的溫度梯度而產生的應力下的變形，並確保壓電底材120與底材固持裝置110之間的熱接觸。彈性導熱層150可使用各種沉積技術而旋轉塗布或沉積在底材固持裝置110上。例如，可使用導熱率為0.15 W/(m*K)的聚二甲基矽氧烷聚合物層。
根據本發明，彈性導熱層150更包括電氣連結裝置160，其將接受壓電底材120之彈性導熱層150之表面152電性連結至底材固持裝置110，而底材固持裝置110下方連結至接地電位170。
在此實施例中，電氣連結裝置160包括以導電元件162形式嵌入聚合物層150中的至少一導電元件，以使聚合物層具有導電性。這可藉由將金屬奈米粒子或微粒子或碳基夾雜物、石墨奈米粒子或碳奈米管添加到聚合物層150中而實現。例如，粒子在液態聚合物基質內混合。然後，由於諸如旋轉塗佈的沉積技術，溶液被沉積到底材固持裝置上。然後，彈性體的聚合係藉由UV固化及/或熱處理而活化。如此一來，彈性導熱層150的導電率可從10 S/cm提升至104 S/cm量級。
在植入製程中，植入壓電底材120的離子的電荷180可經由聚合物層150朝向底材固持裝置110排出。由於使用電絕緣聚合物層時，壓電底材120與聚合物層150之間的接觸面，大於先前技術中壓電底材120與固定的金屬限制器130之間的接觸面。因此，電荷的耗散得到改善，並且在植入步驟期間，壓電底材的破損更少發生。
事實上，根據本發明，電連接可提供在聚合物層150的整個表面上，聚合物層150可佔壓電底材120(其設置在聚合物層150上)整個背側表面122的至少30％，詳言之至少50％，更詳言之可佔整個背側表面122全部。
圖2a及圖2b繪示根據本發明第二實施例的固持裝置安排200。其與第一實施例共有且使用相同元件符號的所有特徵將不再贅述，相關詳細說明可參考上文。
在圖2a所示的第二實施例中，複數個金屬針262，而不是嵌入導電元件162，被提供在彈性導熱層150的通孔262中。該些金屬針262穿過彈性導熱層150延伸到與接地電位170接觸的底材固持裝置110。
在本實施例中，每一個金屬針262定置在提供於底材固定裝置110中的彈簧元件264上。金屬針262及彈簧元件264被設計成若在固持裝置安排200上沒有底材存在時，金屬針262將延伸超出彈性導熱層150的表面152。當壓電底材120定置在彈性導熱層150上時，彈簧元件264被壓縮，且彈簧元件的恢復力將金屬針262推向底材的背側表面122。因此確保了與壓電底材120的背側表面122的電接觸，並且確保了電荷180排放到底材固持裝置中。同時，金屬針可順應壓電底材120在離子束下的任何變形。
根據一變化型，如圖2b所示，針262可在其面向壓電底材120的終端處包括擴大的頭部266，使得接觸面積可進一步擴大。
因此，與第一實施例類似，此變化型可以改善從壓電底材120耗散的電荷。電荷也可經由與固定的金屬限制器130的接觸而耗散。
圖3顯示根據本發明第三實施例的固持裝置安排300。其與第一實施例共有且使用相同元件符號的所有特徵將不再贅述，相關詳細說明可參考上文。
在第三實施例中，電氣連結裝置360是導電層362，其設置在彈性導熱層150之上。在這個實施例中，導電層362是金屬層，例如鋁層。使用本領域已知的沉積技術，例如濺鍍，將其沉積到彈性導熱層150上。導電層362的厚度約為200μm數量級。導電層362被沉積成至少局部地在彈性導熱層150的側緣154上延伸，以延伸到底材固持裝置110。從而實現與底材固持裝置110的電接觸。
因而，同樣在該實施例中，在導電層362與底材固持裝置110之間提供直接電接觸。因此，電荷180可從壓電底材120的背側表面122大面積排出至電氣連結裝置360中，再從那裡朝向處於接地電位170的底材固持裝置110排放。同樣，電荷亦可經由與固定的金屬限制器130的接觸而耗散。
圖4概要繪示根據本發明第四實施例的用於植入壓電底材的方法。其與第一實施例共有且使用相同元件符號的所有特徵將不再贅述，相關詳細說明可參考上文。
用於植入壓電底材的方法，係使用根據上述實施例一至三中任一項的固持裝置安排100、200及300。
在步驟a)期間，壓電底材120，尤其是塊狀壓電晶圓，被提供在固持裝置安排100、200、300上。
在步驟 b) 期間，離子140，例如氫或惰性氣體離子，被植入壓電底材120中。離子140可植入，使得在壓電底材120內部形成機械性弱化層142。
在植入期間，發生電荷180從被植入的壓電底材120經由電氣連結裝置160、260或360，排出至底材固持裝置110。因此，與先前技術的植入製程相比，電荷從被植入的壓電底材120的耗散得到改善，在先前技術中，電荷190的耗散僅經由底材固持裝置110的固定的金屬限制器130而發生。
被離子植入的壓電底材120可在後續的層轉移製程中作為供體底材使用，以將壓電材料的薄層轉移到處理底材上，從而形成絕緣體上壓電(POI)底材。
在這樣的製程中，被離子植入的壓電底材120係藉由，舉例而言鍵合，而附接到一處理底材(例如矽晶圓)上，發生鍵合的表面上可有或沒有額外層。然後壓電層的轉移係藉由施加熱力或機械力，而在壓電底材120內部的機械性弱化層處發生。
本發明的多個實施例已如前述。然而，應理解的是，本發明可藉由諸如組合各種實施例的一個或多個特徵而進行各種修改及增強。
100,200,300,400:固持裝置安排 110:底材固持裝置 112,152:表面 120:壓電底材 122:背側表面 130:金屬限制器 140:離子 142:機械性弱化層 150:彈性導熱層 154:側緣 160,260,360:電氣連結裝置 162:導電元件 170:接地電位 180,190:電荷 262:金屬針 264:彈簧元件 266:頭部 362:導電層
本發明可藉由參考以下詳細說明結合所搭配之圖式而理解，圖式中之元件符號表示本發明的技術特徵。 圖1概要繪示根據本發明第一實施例使用於植入製程的一固持裝置。 圖2a概要繪示根據本發明第二實施例使用於植入製程的一固持裝置。 圖2b繪示第二實施例的一變化型。 圖3概要繪示根據本發明第三實施例使用於植入製程的一固持裝置。 圖4概要繪示根據本發明第四實施例一種用於植入壓電底材的方法。
100:固持裝置安排
110:底材固持裝置
112,152:表面
120:底材
122:背面
130:金屬限制器
140:離子
150:彈性導熱層
160:電氣連結裝置
162:導電元件
170:接地電位
180:電荷

Claims (9)

  1. 一種用於對一壓電底材，尤其是塊狀壓電底材，進行植入之方法，該植入方法使用一固持裝置安排(100, 200, 300, 400)且包括以下步驟：        a) 在該固持裝置安排(100, 200, 300, 400)上提供一壓電底材(120)，以及        b) 將原子物種植入該壓電底材(120)，        該固持裝置安排(100, 200, 300, 400)包括一底材固持裝置(110)，其具有接受該壓電底材(120)之背側表面(122)之一彈性導熱層(150)，       該固持裝置安排(100, 200, 300, 400)更包括將該壓電底材(120)之背側表面(122)連結至接地電位之電氣連結裝置(160, 260, 360)。
  2. 如請求項1之植入方法，其中該彈性導熱層(150)包括一聚合物層，尤其是一彈性體層。
  3. 如請求項1或2之植入方法，其中所述電氣連結裝置(160)包括嵌入該彈性導熱層(150)中的至少一導電元件(162)，以使該彈性導熱層(150)具有導電性。
  4. 如請求項3之植入方法，其中該至少一導電元件(162)爲金屬奈米粒子或金屬微粒子、碳基夾雜物、石墨奈米粒子、或碳奈米管當中至少一者。
  5. 如請求項3之植入方法，其中該彈性導熱層(150)在該底材固持裝置(110)與該壓電底材(120)之間提供電連接，該彈性導熱層(150)可佔該壓電底材(120)之背側表面(122)超過30％，詳言之佔該壓電底材(120)之背側表面(122)超過50％。
  6. 如請求項1或2之植入方法，其中所述電氣連結裝置(260)包括穿透該彈性導熱層(150)延伸到該底材固持裝置(110)的至少一金屬針(262)。
  7. 如請求項6之植入方法，其中該至少一金屬針(262)中的每一個係定置在提供於該底材固持裝置(110)中的一彈簧元件(264)上。
  8. 如請求項6之植入方法，其中，在沒有底材的情況下，該至少一金屬針(262)至少局部突出於該彈性導熱層(150)的表面。
  9. 如請求項1或2之植入方法，其中所述電氣連結裝置(360)包括一導電層(362)，尤其是一金屬層，其被提供在整個該彈性導熱層(150)的上方，且至少橫向局部延伸到該彈性導熱層(150)側表面的上方，以與該底材固持裝置(110)的表面(112)直接接觸。
TW111123442A 2021-07-19 2022-06-23 使用固持裝置安排進行壓電底材植入之方法 TWI915565B (zh)

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