[發(fā)明專利]鈮酸鋰單晶薄膜芯片及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011425317.1
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112540428B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周赤;吉貴軍;劉昆;張大鵬;王興龍
• 申請（專利權(quán)）人: 珠海光庫科技股份有限公司
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13;G02F1/035;C23C14/48
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司 44262
• 代理人: 薛飛飛;黃國豪

本發(fā)明提供一種鈮酸鋰單晶薄膜芯片及其制作方法。制作方法包括在原料鈮酸鋰晶圓的光學(xué)級表面上制備光波導(dǎo)；在原料鈮酸鋰晶圓上具有光波導(dǎo)的一側(cè)制備介質(zhì)膜，介質(zhì)膜填充在光波導(dǎo)之間的空隙內(nèi)，光波導(dǎo)與介質(zhì)膜形成光波導(dǎo)介質(zhì)層；穿過光波導(dǎo)介質(zhì)層朝向原料鈮酸鋰晶圓注入離子，在光波導(dǎo)介質(zhì)層的下方形成離子層；將支撐晶圓與光波導(dǎo)介質(zhì)層鍵合；加熱至第一預(yù)設(shè)溫度；加熱至第二預(yù)設(shè)溫度，使光波導(dǎo)介質(zhì)層與原料鈮酸鋰晶圓分離并存留在支撐晶圓上，第二預(yù)設(shè)溫度大于第一預(yù)設(shè)溫度；對光波導(dǎo)介質(zhì)層進行拋光處理。該制作方法制備出的光波導(dǎo)的側(cè)壁垂直度很高且光潔度也很高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種鈮酸鋰單晶薄膜芯片及其制作方法。

背景技術(shù)

鈮酸鋰單晶具有優(yōu)良的透過性能、電光性能、非線性光學(xué)性能和壓電性能，廣泛應(yīng)用于光通訊、數(shù)據(jù)中心光互連和高頻濾波器件中。在其它材料基底上的納米級厚度薄膜鈮酸鋰單晶，除具備以上優(yōu)良特性外，還可以用于集成化的器件，是一種極具希望的新型集成光學(xué)材料。然而在其它基底材料上生長鈮酸鋰單晶薄膜被證明是難以實現(xiàn)，而機械切片技術(shù)難以制備納米級厚度的薄膜。

近年來出現(xiàn)的利用Smart-Cut技術(shù)制備鈮酸鋰單晶薄膜，使得大規(guī)模制備量產(chǎn)薄膜鈮酸鋰晶圓成為可能。其通常步驟是：首先將原料鈮酸鋰晶圓的表面拋光到符合晶圓鍵合的要求，同時準備另一個承載晶圓，例如硅(Si)晶圓，并在承載晶圓上制備一層緩沖層，例如二氧化硅(SiO2)，拋光使其滿足晶圓鍵合的要求，然后對原料鈮酸鋰晶圓的拋光表面進行特定能量和特定計量的離子注入，例如氦離子(He+)，之后將原料晶圓的拋光表面與承載晶圓的拋光表面鍵合，在兩晶圓鍵合后將其加熱使注入的離子復(fù)合成微小氣泡，膨脹后分離原料鈮酸鋰晶圓，留下鈮酸鋰薄膜在承載晶圓上，然后利用半導(dǎo)體光刻和干法刻蝕技術(shù)，在單晶鈮酸鋰薄膜上制備出需要的光波導(dǎo)圖形。

由于刻蝕工藝的限制，這種方法制備的單晶鈮酸鋰薄膜光波導(dǎo)，側(cè)壁垂直度通常很難做到很高，一般為小于70度，而且側(cè)壁會比較粗糙，使光波導(dǎo)的損耗增加。有時采用化學(xué)機械拋光的方法來降低側(cè)壁粗糙度，會使得側(cè)壁垂直度更加變緩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的是提供一種鈮酸鋰單晶薄膜芯片的制作方法，該制作方法制備出的光波導(dǎo)的側(cè)壁垂直度很高且光潔度也很高。

本發(fā)明的第二目的是提供一種采用上述制作方法制作而成的鈮酸鋰單晶薄膜芯片。

為實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供一種鈮酸鋰單晶薄膜芯片的制作方法，包括在原料鈮酸鋰晶圓的光學(xué)級表面上制備光波導(dǎo)；在原料鈮酸鋰晶圓上具有光波導(dǎo)的一側(cè)制備介質(zhì)膜，介質(zhì)膜填充在光波導(dǎo)之間的空隙內(nèi)，光波導(dǎo)與介質(zhì)膜形成光波導(dǎo)介質(zhì)層；穿過光波導(dǎo)介質(zhì)層朝向原料鈮酸鋰晶圓注入離子，在光波導(dǎo)介質(zhì)層的下方形成離子層；將支撐晶圓與光波導(dǎo)介質(zhì)層鍵合；加熱至第一預(yù)設(shè)溫度；加熱至第二預(yù)設(shè)溫度，使光波導(dǎo)介質(zhì)層與原料鈮酸鋰晶圓分離并存留在支撐晶圓上，第二預(yù)設(shè)溫度大于第一預(yù)設(shè)溫度；對光波導(dǎo)介質(zhì)層進行拋光處理。

由上述方案可見，通過利用常規(guī)的光刻和刻蝕技術(shù)，在鈮酸鋰原料晶圓上制作鈮酸鋰光波導(dǎo)，然后再利用圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，將原料鈮酸鋰晶圓上的光波導(dǎo)轉(zhuǎn)移到支撐晶圓上，這樣光波導(dǎo)質(zhì)量較好的上部就成為轉(zhuǎn)移后光波導(dǎo)的底部，而原來光波導(dǎo)質(zhì)量較差的下部，成為轉(zhuǎn)移后光波導(dǎo)的上部。再利用拋光處理技術(shù)將轉(zhuǎn)移后質(zhì)量差的光波導(dǎo)上部去除，就可以在支撐晶圓上制備出高質(zhì)量的鈮酸鋰光波導(dǎo)。采用該方法制備的鈮酸鋰光波導(dǎo)的側(cè)壁的垂直度很高，且光波導(dǎo)的側(cè)壁的光潔度也較高。

一個優(yōu)選的方案是，介質(zhì)膜的材料的折射率和支撐晶圓的材料的折射率均小于鈮酸鋰材料的折射率。

由此可見，以便形成緊束縛型的鈮酸鋰光波導(dǎo)。

進一步的方案是，介質(zhì)膜的材料為二氧化硅或苯并環(huán)丁烯。

一個優(yōu)選的方案是，在對光波導(dǎo)介質(zhì)層進行拋光處理的步驟之后，制作方法還包括：采用濕法刻蝕的方法去除介質(zhì)膜。