[發明專利]一種改善鈮酸鋰薄膜晶圓穩定性的工藝方法

在審

• 申請號: 202210798473.5
• 申請日: 2022-07-08
• 公開（公告）號: CN115125618A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 侯松巖
• 申請（專利權）人: 侯松巖
• 主分類號: C30B29/30
• 分類號: C30B29/30;C30B33/00;C30B33/02;C30B33/04;B24B1/00;B24B37/00;G02F1/03
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本發明提出一種的工藝制備過程，用來制作耐高溫的單晶薄膜鈮酸鋰或鉭酸鋰晶圓。在進行離子注入之后，在晶片和硅襯底旋涂氫倍半硅氧烷聚合物光刻膠，然后在進行晶圓鍵合，通過調整熱退火的溫度、時間以及氣體，使晶片內部形成損傷層膨脹，進而將薄膜剝離，同時將氫倍半硅氧烷聚合物光刻膠變性成為致密的二氧化硅薄膜，之后對單晶鈮酸鋰晶圓另一面進行拋光打磨，得到耐高溫的鈮酸鋰薄膜。利用此工藝制備的鈮酸鋰或鉭酸鋰薄膜晶圓的耐高溫性能將會大大提高，極大拓展了鈮酸鋰或者鉭酸鋰薄膜材料在微納器件領域的應用。

技術領域

本發明涉及半導體材料技術領域，具體為一種改善鈮酸鋰薄膜晶圓高溫穩定性的制作方法。

背景技術

具有“光學硅”之稱的鈮酸鋰是一種集光折變效應、非線性效應、聲光效應、電光效應、壓電效應和熱電效應等于一體的材料，可以制備集成光子回路中的光波導、光開關、分/合束器、壓電調制器和電光調制器等片上器件。其中鈮酸鋰電光調制器是光子集成和是現代通信的核心器件，已經成為當前電光調制器市場的主流產品。

目前主要采用智能剝離技術（Smart-Cut）來大規模制備單晶薄膜鈮酸鋰晶圓，該工藝主要步驟是：首先對襯底晶圓（通常是單晶硅）進行高溫氧化，形成一層二氧化硅，然后對鈮酸鋰晶片進行離子注入，再將襯底晶圓和鈮酸鋰晶片一起鍵合，最后通過熱退火使得鈮酸鋰晶片在特定厚度下斷裂，同時增強鈮酸鋰和襯底硅晶圓之間的鍵合力。這種技術的核心是利用薄膜鈮酸鋰與硅襯底上二氧化硅介質層的分子間范德華力來實現晶圓鍵合。

采用上述智能剝離技術可以實現薄膜鈮酸鋰晶圓的大規模制備。但是由于后續光集成加工的器件都是基于晶圓界面分子間的范德華力。而這種利用范德華力的晶圓鍵合，通常其鍵合強度不高，很容易在微納加工的高溫退火過程中發生開裂或者剝離，破壞集成光路結構。因此，如何增加鈮酸鋰薄膜與載體晶圓表面之間的鍵合強度，制備耐高溫的鈮酸鋰薄膜晶圓，對擴大鈮酸鋰薄膜在集成芯片領域起著關鍵的作用。

發明內容

為解決上述問題，一種改善鈮酸鋰薄膜晶圓高溫穩定性的制作方法，具體包括：

S1、在所述晶片上進行離子注入；

S2、在所述晶片上旋涂光刻膠，形成一層薄膜；

S3、在所述襯底上旋涂光刻膠，形成一層薄膜；

S4、將所述旋涂有光刻膠的晶片和襯底進行晶圓鍵合；

S5、通過熱退火加熱至第一退火溫度，使得所述鈮酸鋰薄膜與鈮酸鋰單晶分離；

S6、通過熱退火加熱至第二退火溫度，所述第二退火溫度大于第一退火溫度，同時在退火過程中持續通入氣體；

S7、采用化學機械拋光工藝來得到最終鈮酸鋰薄膜晶圓。

進一步地，在對晶片離子注入之前，所述工藝還包括：

對所述晶片進行化學機械拋光處理；

進一步地，在步驟S2中，所述晶片為單晶鈮酸鋰或者單晶鉭酸鋰；

進一步地，在步驟S2中，所述光刻膠為氫倍半硅氧烷聚合物，并且旋涂在晶圓拋光面，光刻膠厚度為500納米至1500納米；

進一步地，在步驟S3中，所述襯底為單晶硅，并且至少一面經過拋光處理；

進一步地，在步驟S3中，所述光刻膠為氫倍半硅氧烷聚合物，并且旋涂在硅晶圓的拋光面，光刻膠厚度為500納米至1500納米；

進一步地，在步驟S4中，將晶片的光刻膠面和襯底晶圓的光刻膠面進行鍵合；

進一步地，在步驟S5中，所述第一退火溫度為200℃至350℃；

進一步地，在步驟S6中，所述第二退火溫度為1000℃至1300℃；

進一步地，在步驟S7中，所述氣體為高純度氧氣；

進一步地，進行化學機械拋光處理后，所述制備方法還包括：晶圓清潔處理。