[发明专利]一种纳米级单晶薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米级单晶薄膜及其制备方法，在目标晶片和衬底晶片键合前的键合面产生总和为100~300μm的翘曲，并且目标晶片和衬底晶片的键合面为凸面；在键合过程中，当键合波从晶片中心向边缘扩散时，气体会随着键合波的扩散而逸出，从而减少甚至完全消除键合体中气泡类缺陷的数量，将气泡类缺陷数降低至少于0.13个/cm²；本发明通过三个方面进行改进，第一，减少目标晶片的厚度，采用厚度为0.1~0.3mm的目标晶片进行离子注入；第二，增大离子注入的剂量；第三，在键合工艺时将位于下方的晶片吸附在吸附平台上。

技术领域

本发明涉及单晶薄膜技术领域，具体说是一种纳米级单晶薄膜及其制备方法。

背景技术

单晶薄膜具有优异的光学特性，比如电光、声光、非线性光学等特性，利用这些特性，可以制备许多光学器件，比如光纤通讯电光调制器、光波导分支器、光学频率转换器等器件，用于光纤通讯等信息传输，这种光传输具有传输速度快、传输容量大等特点。在这些器件的制造过程中，晶片的键合工艺是其中的关键步骤，键合效果的好坏将直接影响键合体的质量，比如键合体内的缺陷数量，键合力的大小等。其中，键合体内的缺陷数量不但会影响制备单晶薄膜的成品率和最终单晶薄膜的厚度均匀性，还会在制造器件的切割过程中造成薄膜碎裂和脱落，从而影响单晶薄膜的利用率。

在使用室温直接键合工艺进行键合时，采用等离子体对键合晶片进行活化处理后，晶片在氢键、范德瓦耳斯力等分子间作用力的作用下，不施加外力或仅轻敲便可使晶片自动键合。但是在键合的过程中，随着键合波从晶片中心向边缘的扩散，若晶片间的空气不能完全排出，则键合体内会存在气泡而形成缺陷，这些气泡类缺陷会影响目标晶片的厚度均匀性、削弱键合体的键合力、降低制备薄膜的成品率。在后续的晶片加工工序中容易造成目标晶片的碎裂和剥落严重影响器件质量和成品率，因此键合过程中去除键合体的气泡类缺陷成了亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种纳米级单晶薄膜及其制备方法。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种纳米级单晶薄膜，目标晶片为铌酸锂、钽酸锂或石英，衬底晶片为铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石或碳化硅，并且纳米级单晶薄膜中直径大于0.3μm的气泡类缺陷少于0.13个/cm²。

一种纳米级单晶薄膜的制备方法，在目标晶片和衬底晶片键合前的键合面产生总和为100~300μm的翘曲，并且目标晶片和衬底晶片的键合面为凸面；具体包括以下步骤：

①准备清洗后的目标晶片和衬底晶片，备用；目标晶片的厚度为0.1~0.3mm；

②对目标晶片进行离子注入，使目标晶片形成注入层、分离层和余料层；在衬底晶片上制备一层厚度为0.05~4μm的隔离层；所述隔离层的材料为碳化硅或氧化硅；隔离层的制备工艺采用现有的沉积法或热氧化法；

③对目标晶片的键合面和衬底晶片的键合面进行等离子处理，然后进行键合，键合时使目标晶片和衬底晶片直接接触键合，或者对目标晶片和衬底晶片进行敲击键合，得到键合体；其中目标晶片的键合面为注入层，衬底晶片的键合面为隔离层的上表面；

④对键合体进行退火处理，使余料层从分离层上剥离，得到剩余薄膜键合体，然后对剩余薄膜键合体进行二次退火处理，消除注入损伤；

⑤对薄膜的上表面进行化学机械抛光，得到纳米级单晶薄膜。

优选的，目标晶片的厚度为0.15~0.2mm。