试样晶片及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种试样晶片及其制备方法。


背景技术：

2.不同材料系统的混合集成是光子装置非常感兴趣的领域。例如，基于iii-v族半导体的光电装置(例如激光器、调制器和放大器)与绝缘体上硅(soi)平台的混合集成赋予了结合两种材料系统的最佳部分的优势。
3.然而，传统的芯片接合工艺通常使用倒装芯片接合，其中基于iii-v族半导体的装置被倒置并接合到soi平台上的空腔中。由于对裸片接合的金属凸块要求以及难以准确控制相应部件的对准，制造工艺可能成本高昂但良率低。
4.因此，正在研究微转印(mtp)作为将基于iii-v族半导体的装置集成到soi晶片内的替代方法。在这些方法中，在装置晶片上制造基于iii-v族半导体的装置。然后可以使用印模(通常由弹性体形成)将所述装置拾取并以与制造时相同的取向将其印刷到soi晶片上的空腔中，而无需金属凸块。基于iii-v族半导体的装置与soi平台中的波导之间的对准由此在竖直方向(z方向)上预先确定。因此，对准要求从三个维度减少到两个维度，这可以更容易地促成。
5.mtp工艺的一个方面是装置试样的栓接。装置试样形成在试样晶片上或由试样晶片形成，并经由一个或多个周边栓绳附接到衬底。周边栓绳跨装置试样的上表面并沿着装置试样的一个或多个竖直侧向下延伸以接触试样晶片的衬底。当装置试样从试样晶片上释放时(通过去除分离层)，装置试样通过栓绳栓接到晶片，并且因此准备好被拾取。然而，这些周边栓绳会降低晶片上的装置试样密度，并且可能导致其他故障模式(释放后粘附到晶片、印刷期间未对准等)。
6.因此期望改进mtp工艺，提高产量和良率以使所述工艺在商业上可行。


技术实现要素：

7.因此，在第一方面，本发明的实施方案提供了一种用于微转印工艺的试样晶片，所述试样晶片包括通过一个或多个栓绳附接到试样晶片的衬底的装置试样；其中所述栓绳或每个栓绳是至少部分地延伸穿过装置试样以接触试样晶片的衬底的柱。
8.通过提供一个或多个柱形式的栓绳，可以增加试样晶片上的装置试样密度，因为周边栓绳不是必要的。因此，也可以避免与周边栓绳相关联的故障模式。此外，柱可以使装置试样弯曲或塌陷的风险最小化，因此允许制造更大外形规格的装置试样。
9.试样晶片可以具有以下任选特征中的任一者，或者就其可兼容的方面来说，可以具有以下任选特征的任何组合。
10.装置试样可以包括波导。装置试样可以包括电光活性区域或部件。装置试样可以是基于iii-v族半导体的装置试样。基于iii-v族半导体可以意指装置试样包括一个或多个iii-v族半导体层。装置试样可以包括反射镜。例如，装置试样可以包括被配置为反射光的
反射表面(例如金属表面)。
11.柱可以位于装置试样的中央部分中。也就是说，柱可以远离装置试样的一个或多个横向边缘定位。
12.柱可以延伸穿过整个装置试样。柱可以从装置试样的离衬底最远的表面延伸到衬底。
13.柱可以由衬里形成，衬里为延伸穿过装置试样的孔加衬。
14.柱可以包括填充孔的填料。填料可以由以下各者形成：苯并环丁烯、苯并环丁烯粘合剂、苯并环丁烯树脂、聚酰亚胺或二氧化硅。填料可以是电介质。填料的一部分可以直接邻接装置试样。填料可以是光致抗蚀剂。
15.柱可以由单一材料形成。例如，柱可以完全由氮化硅形成。
16.柱可以包括具有第一宽度的第一区域和具有比第一宽度窄的第二宽度的第二区域，其中第二区域位于第一区域与衬底之间。
17.柱可以衬有衬里。衬里可以由基于氮化物的材料形成。衬里可以由氮化硅形成。衬里可以由不被用于去除释放层的任何蚀刻剂蚀刻的材料形成。
18.柱可以具有t形形状。从以横截面观察时，t形形状可能很明显。t条可以是柱相对于试样晶片的衬底的最远端部分。柱可以具有螺钉或钉子形状，例如柱可以具有细主体和宽的顶部或上部部分。当在三个维度上观察时，柱可以具有螺钉或钉子形状。
19.柱可以延伸不超过装置试样的最上表面。这可以有助于确保在微转印工艺中更可靠地拾取，因为柱不会相对于装置试样突出。
20.柱可以包括保留区域和可分离区域，其中可分离区域位于衬底与保留区域之间并经由可移除部分连接到保留区域。保留区域可以直接接触装置试样，而可分离部分可以通过衬里和/或可移除部分与装置试样分开。在使用中，可分离区域通过移除可移除部分而与保留区域分开。这产生在对应的平台晶片中不需要柱状凹部的装置试样。保留区域可以由与可分离区域相同或不同的材料形成。在一些示例中，可分离区域由与保留区域不同的材料形成，因此将表现出不同的蚀刻性质。
21.所述装置可以仅包括单一柱。在此示例中，所述装置可以包括一个或多个周边栓绳。装置试样可以包括至少两个柱。装置试样可以包括至少三个柱。
22.装置试样可以包括一个或多个周边栓绳，所述周边栓绳从装置试样水平延伸以将装置试样固定到试样晶片。
23.试样晶片还可以包括位于装置试样与衬底之间的释放层，并且其中所述柱或每个柱延伸穿过释放层。所述柱或每个柱可以由与释放层不同的材料形成。
24.在第二方面，本发明的实施方案提供了一种制备用于微转印工艺的试样晶片的方法，所述试样晶片包括装置试样，所述方法包括：
25.(a)蚀刻释放层以及穿过装置试样的孔，以便暴露试样晶片的衬底的区域；以及
26.(b)在孔中形成柱，所述柱提供栓绳，所述栓绳将装置试样附接到衬底。
27.通过形成一个或多个柱形式的栓绳，可以增加试样晶片上的装置试样密度，因为周边栓绳不是必要的。因此，也可以避免与周边栓绳相关联的故障模式。
28.第二方面的方法可以具有以下任选特征中的任一者，或者就其可兼容的方面来说，可以具有以下任选特征的任何组合。
29.所述方法还可以包括在步骤(b)之前执行的用衬里给孔加衬的步骤，并且其中步骤(b)包括将填料沉积到加衬的孔中以形成柱。释放层可以位于衬底与装置试样之间。
30.所述方法可以包括蚀除释放层的步骤。
31.所述方法还可以包括执行灰化蚀刻以去除所述柱或每个柱的一部分的步骤。
32.在第三方面，本发明的实施方案提供了一种平台晶片，所述平台晶片包括适合于接收装置试样的空腔，其中所述空腔包括在其底层中用于接收位于装置试样中的一个或多个柱的一个或多个柱状凹部。
33.平台晶片可以是基于硅的。例如，空腔可以形成在绝缘体上硅晶片的硅装置层中。
34.在第四方面，本发明的实施方案提供了一种光电装置，所述光电装置包括接合到第三方面的平台晶片的空腔的装置试样。
35.在第五方面，本发明的实施方案提供了一种装置试样，所述装置试样包括柱，所述柱至少部分地延伸穿过装置试样。装置试样可以包括波导和/或电光活性区域。
36.在第六方面，本发明的实施方案提供了一种使用第一方面的试样晶片进行微转印的方法，所述方法包括：将装置试样粘附到印模并且将装置试样剥离试样晶片。所述方法还可以包括将装置试样沉积到平台晶片上的步骤。
37.所述方法可以包括在将装置试样剥离试样晶片之前执行的执行各向同性等离子体蚀刻的步骤。这种等离子体蚀刻可以减小装置试样与试样晶片之间的接触表面，从而削弱两者之间的机械连接。等离子体蚀刻可以进行到完全钻蚀柱填料与衬底之间的涂层的程度，从而断开连接。
38.本发明包括所描述的各方面和优选特征的组合，除非此种组合是明确不允许的或明确避免的。
39.此处，上部通常是指远离试样晶片衬底的方向，并且下部是指朝向试样晶片衬底的方向。横向通常是指跨衬底平面的方向；即横向于由上下方向定义的竖直方向。
40.本发明的其他方面提供了：一种包括代码的计算机程序，所述代码在计算机上运行时使计算机执行第二或第六方面的方法；一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储包括代码的计算机程序，所述代码在计算机上运行时使计算机执行第二或第六方面的方法；以及一种计算机系统，所述计算机系统被编程为执行第二或第六方面的方法。
附图说明
41.现在将参考附图，通过举例来描述本发明的实施方案，在附图中：
42.图1a和图1b分别示出了释放前和释放后穿过试样晶片的横截面图；
43.图2a至图2c示出了释放过程期间穿过变型试样晶片的横截面图；
44.图3a至图3e示出了释放过程期间穿过变型试样晶片的横截面图；
45.图4a和图4b分别示出了释放前和释放后穿过变型试样晶片的横截面图；
46.图5a和图5b分别示出了释放前和释放后穿过变型试样晶片的横截面图；
47.图6a至图6e以不同方式示出了释放过程期间变型试样晶片的俯视图和横截面图；以及
48.图7示出了在图2c的装置试样710已经印刷到平台晶片上之后平台晶片的横截面图。
具体实施方式
49.现在将参考附图讨论本发明的各个方面和实施方案。本领域技术人员将明白其他方面和实施方案。
50.图1a和图1b分别示出了释放前和释放后穿过试样晶片100的横截面图；如图1a所示，其是释放前的，试样晶片包括装置试样100。在此示例中，装置试样包括三层：112a至112c，例如iii-v族半导体层。在一个示例中，层112b是未掺杂层，并且层112a和112c是相反极性的掺杂层以形成p-i-n结。因此，装置试样可以作为电吸收调制器操作。装置试样通常包括波导。
51.在释放前，装置试样110经由释放层114和柱118附接到试样晶片的衬底116。柱118从上表面或最上表面(即，一个远离衬底的远端或最远端表面)穿过层112a至112c和释放层114而延伸穿过装置试样110以接触衬底116。在此示例中，柱118包括直接邻接装置试样110的层112a至112c的衬里118a和至少部分地由衬里118a包围的填料118b。在此示例中，衬里由氮化硅形成，并且填料由苯并环丁烯、聚酰亚胺、二氧化硅或光致抗蚀剂形成。
52.为了释放装置试样110，执行蚀刻，所述蚀刻仅选择性地蚀刻释放层114。例如，可以使用诸如氯化铁的蚀刻剂来去除释放层。释放层可以例如来自algaas、ingaas或alinas。图1b中示出了释放蚀刻的结果，于是装置试样110仅通过柱118栓接到试样晶片100的衬底116。虽然图1b中未示出，但作为横截面，多个柱可以在不同位置处设置穿过装置试样110。
53.然后，准备好例如通过使用弹性体印模将装置试样110从试样晶片100上剥离。这样做，柱118从衬底116分离并且装置试样110准备好沉积到平台晶片上。
54.图2a至图2c示出了释放过程期间穿过变型试样晶片200的横截面图；在图2a至图2c中的变型与先前讨论的试样晶片共享特征的情况下，相同的特征由相同的附图标记指示。图2a中所示的变型200与图1a中所示的不同之处在于，柱包括不同宽度的第一区域220和第二区域222。位于第二区域222上方的第一区域220比第二区域222宽。第二区域222比第一区域窄，因此当以横截面观察时整个柱具有“t”形形状。在三维视图中，柱可以类似于销或螺栓，其中第一区域220形成头部，并且第二区域222形成柄部。
55.如前所述，图2a中所示的示例包括衬里218a和填料220。然而，与图1a中所示的示例相反，填料220直接邻接装置试样210的部分。第一区域提供装置空腔内的阶状部。虽然所示示例包括接触阶状部和侧壁的填料，但在其他示例中，所述填料仅接触孔内的侧壁。图2b中示出了释放工艺的第一阶段之后的试样晶片200，其中释放层114被蚀除。如前所述，装置试样210现在仅通过柱附接到衬底116。接下来，进行等离子体灰化工艺(例如各向同性等离子体蚀刻)。此灰化工艺仅移除衬里218a，因为在此示例中衬里218a由氮化硅形成。然而，可以使用任何合适的材料，只要其可以通过不影响装置试样210和填料218b的剩余结构的灰化工艺去除。图2c中示出了灰化工艺的结果。现在填料218b直接邻接装置试样的部分的原因很明显，因为衬里218a已经通过灰化工艺完全去除。有利地，这进一步削弱了装置试样210与衬底216之间的连接，因此增加了在微转印工艺期间成功剥离的可能性。
56.图3a至图3e示出了释放过程期间穿过变型试样晶片300的横截面图；在图3a至图3c中的变型与先前讨论的试样晶片共享特征的情况下，相同的特征由相同的附图标记指示。图3a中所示的变型试样晶片300与图2a中所示的变型的不同之处在于柱由两个体积形成。柱的下部第二区域222包括可分离区域302和可移除区域304。上部第一区域220包括由
填料218b和衬里218a形成的比下部第二区域222宽的保留区域。可分离区域302通过可移除区域304在空间上与填料218a分开，所述可移除区域在此示例中被设置为衬里218a的一部分。图3a中的试样晶片300被示出为是在释放层114以先前讨论的方式被蚀除之后。
57.在释放层已经被蚀除之后，应用部分灰化工艺，这开始去除衬里218b。图3b中示出了该去除的结果。然后应用进一步的灰化，并且可移除区域304被完全蚀除，从而将可分离区域302与填料218b分离。如图3d所示，装置试样310然后由于重力而下沉，此时装置试样310搁置在可分离区域302的顶部上。包括第一区域以及第二区域的不包括可移除区域304和可分离区域302的部分的保留区域被保留在装置试样中。如图3e所示，这允许拾取装置试样310，从而在试样晶片300的衬底116上留下可分离区域302。
58.图4a和图4b分别示出了在释放前和释放后穿过变型试样晶片400的横截面图；在图4a和图4b中的变型与先前讨论的试样晶片共享特征的情况下，相同的特征由相同的附图标记指示。图4a中所示的变型试样晶片400与图1a中所示的变型的不同之处在于，柱由单一材料形成。在此示例中，其完全由基于氮化物的材料(例如氮化硅)形成。图4a示出了移除释放层114之前的试样晶片400。在已经移除所述释放层之后，如图4b所示，装置试样410仅经由柱418附接到衬底116。可以应用部分灰化工艺来削弱柱418与衬底116之间的接合。
59.图5a和图5b分别示出了释放前和释放后穿过变型试样晶片500的横截面图。在图5a和图5b中的变型与先前讨论的试样晶片共享特征的情况下，相同的特征由相同的附图标记指示。图5a中所示的变型试样晶片500与图4a中所示的变型的不同之处在于，柱是中空的。在此示例中，其完全由基于氮化物的材料(例如氮化硅)形成。图5a示出了移除释放层114之前的试样晶片500。柱为在装置试样510中的孔加衬，所述孔然后被保留为不填充。在已经移除释放层114之后，如图5b中所示，装置试样510仅经由柱518附接到衬底116。可以应用部分灰化工艺来削弱柱518与衬底116之间的接合。通过使柱518保留为中空，为随后的灰化步骤提供改进的通路。
60.图6a至图6e以不同方式示出了释放过程期间变型试样晶片600的俯视图和横截面图。在此示例中，试样晶片600包括三个柱：位于装置试样610的各个部分中的604a至604c。装置试样610也通过八个周边栓绳602a至602h附接到衬底116。图6b至图6e中示出了沿线a-a'的横截面图。
61.与前面的示例一样，柱604c延伸穿过装置试样610并接触衬底116。提供柱604c的一部分的衬里606还围绕装置试样610的上表面并跨衬底116的上表面延伸以提供周边栓绳602c和602e。图6b示出了释放层已经被蚀除后的试样晶片。执行初始灰化工艺，图6c中示出了所述初始灰化工艺的结果。初始灰化工艺部分地去除暴露的衬里606，因为其由氮化硅形成。然后进行进一步的灰化，产生图6d中所示的结构。在进一步灰化之后，如图6e所示，拾取装置试样610，于是周边栓绳和柱断裂，从而允许装置试样610与衬底分离。在此示例中，填料608被提供为光致抗蚀剂。衬里606的形状与周边栓绳和柱相匹配，因此这两者均由氮化物和光致抗蚀剂的双材料结构形成。
62.图7示出了平台晶片700的在图2c的装置试样210已经印刷到其上之后的横截面图。平台晶片700是绝缘体上硅晶片，因此包括硅衬底702和位于绝缘体704上方的硅装置层706，所述硅衬底上方是绝缘体层(在此示例中为埋入式氧化物)704。在硅装置层中形成空腔，并且在空腔的底层中形成一个或多个柱状凹部708。当将装置试样210印刷到空腔中时，
柱位于相应的柱状凹部内。
63.说明书中或随附权利要求书中或附图中公开的以特定形式或依据用于执行所公开的功能或用于获得所公开结果的方法或工艺的构件而表达的特征在适当情况下可单独地或以所述特征的任何组合来用于以其多种形式实现本发明。
64.虽然已结合上述示例性实施方案描述了本发明，但本领域中的技术人员在考量本公开时将明白诸多等效修改和变化。因此，上文阐述的本发明的示例性实施方案被视为说明性的而非限制性的。在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施方案作出各种改变。
65.为避免任何疑问，本文提供的任何理论解释都是为了提高读者的理解而提高。本发明人不希望受到这些理论解释中的任一种束缚。
66.本文所用的任何小节标题仅出于组织性目的且不被解读为限制所描述的主题。
67.在包括所附权利要求的整个说明书中，除非上下文另外要求，否则词语“包括(comprise、include)”及变型(诸如“包括(comprises、comprising和including)”)将理解为隐含包括规定的整数或步骤或者整数或步骤的组但不排除任何其他整数或步骤或者整数或步骤的组。
68.必须注意，除非上下文另有明确指明，否则如在本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一(a/an)”和“所述”包括复数个提及物。范围在本文中可表达为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表示这类范围时，另一个实施方案包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表述为近似值时，将理解，特定值形成另一个实施方案。与数值相关的术语“约”是任选的并且意指例如+/-10％。
69.特征列表
70.100、200、300试样晶片
71.400、500、600试样晶片
72.110、210、310装置试样
73.112a至112c装置试样层
74.114释放层
75.116晶片衬底
76.118、418、518柱
77.118a、218a、606衬里
78.118b、218b、608填料
79.220第一区域
80.222第二区域
81.302可分离区域
82.304可移除区域
83.510、610装置试样
84.602a至602h周边栓绳
85.604a至604c柱
86.700平台晶片
87.702硅衬底
88.704绝缘体/埋入式氧化物层
89.706装置层
90.708柱状凹部

技术特征：
1.一种用于微转印工艺的试样晶片，所述试样晶片包括通过一个或多个栓绳附接到所述试样晶片的衬底的装置试样；其中所述栓绳或每个栓绳是至少部分地延伸穿过所述装置试样以接触所述试样晶片的所述衬底的柱。2.如权利要求1所述的试样晶片，其中所述柱从所述装置试样的离所述衬底最远的表面延伸穿过整个装置试样到所述衬底。3.如权利要求1或权利要求2所述的试样晶片，其中所述柱由衬里形成，所述衬里为延伸穿过所述装置试样的孔加衬。4.如权利要求3所述的试样晶片，其中所述柱还包括填充所述孔的填料。5.如权利要求4所述的试样晶片，其中所述填料由苯并环丁烯、聚酰亚胺或二氧化硅形成。6.如权利要求1至3中任一项所述的试样晶片，其中所述柱由单一材料形成。7.如任一前述权利要求所述的试样晶片，其中所述柱包括具有第一宽度的第一区域和具有比所述第一宽度窄的第二宽度的第二区域，其中所述第二区域位于所述第一区域与所述衬底之间。8.如任一前述权利要求所述的试样晶片，其中所述柱衬有衬里。9.如权利要求3、4或8所述的试样晶片，其中所述衬里由基于氮化物的材料形成。10.如权利要求9所述的试样晶片，其中所述衬里由氮化硅形成。11.如任一前述权利要求所述的试样晶片，其中所述柱具有t形形状。12.如任一前述权利要求所述的试样晶片，其中所述柱包括保留区域和可分离区域，其中所述可分离区域位于所述衬底与所述保留区域之间并经由可移除部分连接到所述保留区域。13.如任一前述权利要求所述的试样晶片，其中所述装置试样包括至少三个柱。14.如任一前述权利要求所述的试样晶片，其中所述装置试样还包括一个或多个周边栓绳，所述周边栓绳从所述装置试样水平延伸以将所述装置试样固定到所述试样晶片。15.如任一前述权利要求所述的试样晶片，其还包括位于所述装置试样与所述衬底之间的释放层，并且其中所述柱或每个柱延伸穿过所述释放层。16.如权利要求15所述的试样晶片，其中所述柱或每个柱由与所述释放层不同的材料制成。17.一种制备用于微转印工艺的试样晶片的方法，所述试样晶片包括装置试样，所述方法包括：(a)蚀刻释放层以及穿过所述装置试样的孔，以暴露所述试样晶片的衬底的区域；以及(b)在所述孔中形成柱，所述柱提供将所述装置试样附接到所述衬底的栓绳。18.如权利要求17所述的方法，其还包括在步骤(b)之前执行的用衬里为所述孔加衬的步骤，并且其中步骤(b)包括将填料沉积到所加衬的孔中以形成所述柱。19.如权利要求17或18所述的方法，所述方法还包括蚀除所述释放层的步骤。20.如权利要求17至19中任一项所述的方法，其中所述方法还包括执行灰化蚀刻以去除所述柱或每个柱的一部分的步骤。21.一种平台晶片，所述平台晶片包括适合于接收装置试样的空腔，其中所述空腔包括在其底层中用于接收位于所述装置试样中的一个或多个柱的一个或多个柱状凹部。
22.一种光电装置，其包括接合到权利要求21所述的平台晶片的空腔的装置试样。23.一种使用权利要求1至16中任一项所述的试样晶片进行微转印的方法，所述方法包括：将所述装置试样粘附到印模并且将所述装置试样剥离所述试样晶片。24.如权利要求23所述的方法，其还包括将所述装置试样沉积到平台晶片上的步骤。

技术总结
一种用于微转印工艺的试样晶片。所述试样晶片包括通过一个或多个栓绳附接到试样晶片的衬底的装置试样；其中所述栓绳或每个栓绳是至少部分地延伸穿过装置试样以接触试样晶片的衬底的柱。的衬底的柱。的衬底的柱。


技术研发人员：L
受保护的技术使用者：洛克利光子有限公司
技术研发日：2021.09.27
技术公布日：2023/9/7