[發明專利]多功能單晶薄膜、其制備方法和諧振器

在審

• 申請號: 202011443320.6
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN112599655A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 羅文博;吳傳貴;帥垚
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L41/33
• 分類號: H01L41/33;H01L41/312;H01L41/313;H01L41/335;H01L41/18
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明涉及一種多功能單晶薄膜、其制備方法和諧振器,包括如下制備步驟：選擇至少兩種不同材質的小尺寸壓電單晶晶圓，在各小尺寸壓電單晶晶圓的下表面注入高能量離子，在襯底的上表面劃分出與各具有損傷層的小尺寸壓電單晶晶圓匹配的鍵合區域，在各鍵合區域內制備鍵合層；將各具有損傷層的小尺寸壓電單晶晶圓的下表面疊放于一一對應的鍵合區域內，進行鍵合處理和單晶劈裂處理，移除上壓電層，在大尺寸襯底上拼接不同材質的小尺寸單晶薄膜；本發明提供的多功能單晶薄膜的制備方法，可以在同一襯底上集成不同材質的單晶薄膜，可以為多種膜器件提供多功能性單晶薄膜。

技術領域

本發明涉及單晶薄膜制備技術領域，尤其是涉及一種多功能單晶薄膜、其制備方法和諧振器。

背景技術

離子注入剝離方法可以實現幾乎所有單晶薄膜材料的轉移制備，其制備的薄膜材料具有與單晶材料相當的晶體結構和電學性能。現有的硅晶圓的尺寸通常在12英寸，而氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)；鈮酸鋰(LN)等材料的晶圓尺寸通常在4-6英寸。由于離子注入剝離方法原理的限制，其將類似氮化鎵(GaN)等小尺寸晶圓制備超過6英寸的單晶薄膜受到了嚴重限制，氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)；鈮酸鋰(LN)等單晶薄膜受到了應用的局限性。

此外，超越摩爾定律發展路線的提出，多功能器件的這一全新集成電路發展路徑，這一技術需要在同一襯底上實現多功能器件的集成，目前常見的方法是將基于不同種類材料的器件分別制備，然后通過wire-bonding等方式進行混合集成，限制了系統體積的進一步縮小，不能充分發揮集成技術對增強系統功能和縮小系統體積、重量的作用。

因此，針對上述問題本發明急需提供一種多功能單晶薄膜、其制備方法和諧振器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多功能單晶薄膜、其制備方法和諧振器，通過將不同材質的小尺寸的單晶薄膜拼接在一個大的襯底上的設計以解決現有技術存在的壓電單晶晶圓功能單一，無法滿足多功能器件的應用的技術問題。

本發明提供的一種多功能單晶薄膜的制備方法，包括如下制備步驟：

選擇至少兩種不同材質的小尺寸壓電單晶晶圓，在各不同材質的小尺寸壓電單晶晶圓的下表面注入高能量離子，使得各不同材質的小尺寸壓電單晶晶圓內部形成損傷層，損傷層將各不同材質的小尺寸壓電單晶晶圓分隔成上壓電層和單晶薄膜層，得到具有損傷層的小尺寸壓電單晶晶圓；

在襯底的上表面劃分出與各具有損傷層的不同材質的小尺寸壓電單晶晶圓匹配的鍵合區域，在各鍵合區域內制備用于與各具有損傷層的不同材質的小尺寸單晶晶圓壓電單晶晶圓鍵合的鍵合層；

將各具有損傷層的不同材質的小尺寸壓電單晶晶圓的下表面疊放于一一對應的鍵合區域內，進行鍵合處理和單晶劈裂處理，移除上壓電層，在大尺寸襯底上拼接不同材質的小尺寸單晶薄膜；

小尺寸壓電單晶晶圓為石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰、氮化鋁、氧化鋅、鈦酸鋇、磷酸二氫鉀、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦、碳化硅、金剛石或鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛。

進一步地，小尺寸壓電單晶晶圓的規格為1×1mm²-100×100mm²。

進一步地，單晶劈裂處理方法包括退火處理或激光聚焦加熱處理中的至少一種。

進一步地，高能量離子能量為100KeV-1000kev。

進一步地，鍵合固化溫度為150℃-500℃；鍵合固化時間為10min-600min；壓電單晶單晶劈裂溫度為180℃-400℃；單晶劈裂時間為10min-600min。

進一步地，鍵合層材質采用二氧化硅(SiO₂)、Si、金屬、合金、苯并環丁烯(BCB)、硅倍半環氧乙烷(HSQ)或旋轉涂布玻璃(SOG)中的一種；