[發明專利]復合單晶薄膜和制造復合單晶薄膜的方法

在審

• 申請號: 201510520492.1
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105321806A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 胡文
• 申請（專利權）人: 濟南晶正電子科技有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/18;H01L21/265
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 劉燦強

技術領域

本發明涉及半導體材料和光電材料技術領域，具體地講，涉及一種復合單晶薄膜和制造復合單晶薄膜的方法。

背景技術

鈮酸鋰單晶薄膜因具有優異的電光、聲光、非線性等效應而在光信號處理、信息存儲以及電子器件等領域具有廣泛的用途，其可以作為襯底材料，可以用于制作高頻、高帶寬、高集成度、大容量、靈敏度高、低功耗以及性能穩定的光電子學器件和集成光學器件，例如，濾波器、波導調制器、光波導開關、空間光調制器、光學倍頻器、紅外探測器以及鐵電體存儲器等。以鈮酸鋰單晶薄膜作為器件層進行加工(主要使用刻蝕等工藝)時，由于鈮酸鋰化學惰性比較強，導致難以刻蝕，加工難度大，工藝不夠成熟，鈮酸鋰比較難加工的問題嚴重阻礙了鈮酸鋰器件的發展。

SOI(Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅)技術是在頂層硅和襯底硅之間引入了一層埋層氧化層(例如二氧化硅)，形成絕緣體上的硅薄膜。在電子學領域中，SOI材料具有硅體材料所不具備的優點：可以實現集成電路中元器件的介質隔離，消除體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應；而且采用這種材料制成的集成電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡單以及特別適用于低壓低功耗電路等優勢。在光學領域中，SOI是重要的襯底材料，主要用來制備光開關、光學調制器等集成光學器件。這些器件的基礎結構為光波導，光波導是利用光的全反射原理，將光限制在光波導中傳輸，可以便于控制光的傳輸路徑。硅材料的加工工藝非常成熟，比如硅材料的刻蝕工藝十分成熟，可以刻蝕出非常精細的線條。目前以SOI為襯底材料的集成光學器件已經產業化。然而，由于硅材料本身非線光學效應較弱，其電光、聲光、熱電效應很也弱，限制了其在光電領域的應用。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種復合單晶薄膜和制造復合單晶薄膜的方法。

根據本發明的一方面，提供一種復合單晶薄膜，所述復合單晶薄膜包括：襯底；光學隔離層，位于襯底上；鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜，位于光學隔離層上；硅薄膜，位于鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜上。

根據本發明的示例性實施例，所述復合單晶薄膜還可以包括：位于鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜與硅薄膜之間的另一光學隔離層。

根據本發明的示例性實施例，光學隔離層可以為二氧化硅層，襯底可以為硅襯底。

根據本發明的示例性實施例，襯底的厚度可以為10μm-2000μm，光學隔離層的厚度可以為5nm-10μm，鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的厚度可以為5nm-50μm，硅薄膜的厚度可以為5nm-50μm。

根據本發明的另一方面，提供一種制造復合單晶薄膜的方法，所述方法包括：準備覆蓋有光學隔離層的襯底；在襯底的其上覆蓋有光學隔離層的表面上形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜；在鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜上形成硅薄膜。

根據本發明的示例性實施例，形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的步驟可以包括：使鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片與光學隔離層接觸，進而利用晶片鍵合法將鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片與光學隔離層鍵合；對鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片的背對光學隔離層的表面進行研磨，之后進行表面拋光處理，從而形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜。

根據本發明的示例性實施例，形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的步驟可以包括：通過離子注入法將離子注入到鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片，從而在鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片中形成注入層、分離層和余質層，其中，分離層位于注入層和余質層之間，注入的離子分布在分離層內；使注入層與光學隔離層接觸，進而利用晶片鍵合法將鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片與光學隔離層鍵合，以形成鍵合體；對鍵合體進行加熱，使得注入層和余質層分離；對注入層進行表面拋光，從而形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜。

根據本發明的示例性實施例，形成硅薄膜的步驟可以包括：使硅片與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜接觸，進而利用晶片鍵合法將硅片與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜鍵合；對硅片的背對鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的表面進行研磨，之后進行表面拋光處理，從而形成硅薄膜。

根據本發明的示例性實施例，形成硅薄膜的步驟可以包括：通過離子注入法將離子注入到硅片，從而在硅片中形成注入層、分離層和余質層，其中，分離層位于注入層和余質層之間，注入的離子分布在分離層內；使注入層與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜接觸，進而利用晶片鍵合法將硅片與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜鍵合，以形成鍵合體；對鍵合體進行加熱，使得注入層和余質層分離；對注入層進行表面拋光，從而形成硅薄膜。