[发明专利]铌酸锂单晶薄膜芯片及其制作方法

说明书

本发明提供一种铌酸锂单晶薄膜芯片及其制作方法。制作方法包括在支撑晶圆上依次制备介质层和铌酸锂薄层；对介质层与铌酸锂薄层之间的键合界面进行缺陷检测；分析并记录二维尺寸大于预先设定值的缺陷的位置；在缺陷的周围设置隔离槽，隔离槽在周向上包围缺陷，隔离槽的深度大于或等于铌酸锂薄层的厚度。通过该制作方法制作的铌酸锂单晶薄膜芯片不仅能够有效地防止缺陷的扩大和扩散，而且能够有效地释放大片铌酸锂薄层在晶圆上的应力积累。

技术领域

本发明涉及光电半导体材料领域，具体地说，是涉及一种铌酸锂单晶薄膜芯片及其制作方法。

背景技术

铌酸锂单晶具有优良的透过性能、电光性能、非线性光学性能和压电性能，广泛应用于光通讯、数据中心光互连和高频滤波器件中。在其它材料基底上的纳米级厚度薄膜铌酸锂单晶，除具备以上优良特性外，还可以用于集成化的器件，是一种极具希望的新型集成光学材料。然而在其它基底材料上生长铌酸锂单晶薄膜被证明是难以实现，而机械切片技术难以制备纳米级厚度的薄膜。

近年来出现的利用Smart-Cut技术制备铌酸锂单晶薄膜，使得大规模制备量产薄膜铌酸锂晶圆成为可能。其通常步骤是：首先将原料铌酸锂晶圆的表面抛光到符合晶圆键合的要求，同时准备另一个承载晶圆，例如硅(Si)晶圆，并在承载晶圆上制备一层缓冲层，例如二氧化硅(SiO2)，抛光使其满足晶圆键合的要求，然后对原料铌酸锂晶圆的抛光表面进行特定能量和特定计量的离子注入，例如氦离子(He+)，之后将原料晶圆的抛光表面与承载晶圆的抛光表面键合，在两晶圆键合后将其加热使注入的离子复合成微小气泡，膨胀后分离原料铌酸锂晶圆，留下铌酸锂薄膜在承载晶圆上。

这种制备铌酸锂薄膜晶圆的方法中，铌酸锂晶圆与承载晶圆上的介质膜层之间的键合，是依靠非常接近的两个极其平整的键合面之间的范德瓦尔斯力的吸引作用来实现的。而这种极其平整的键合面只是理想条件，实际情况由于研磨和抛光工艺的限制，总会有个别局部无法达到极其平整的条件，以至于两个被键合的表面无法足够接近，使得范德瓦尔斯力无法发挥吸引力。这种缺陷在晶圆键合界面中体现为空隙(void)，这种空隙在后续制程工艺步骤中可能收到热、压力、应力等外部或内部因素的影响而进一步扩大，在晶圆键合面中导致更大面积的间隙或分离区。

后续制作的光波导是基于这个键合界面的，如果键合不完整或有分离区，会破坏光波导结构。所以如何保证这个界面键合质量，有效地防止键合面的空隙扩大导致键合面分离和开裂，一直是影响晶圆键合良率的关键因素。并且导致缺陷扩大和扩散的诸多因素中，很多是芯片制程工艺引起的，如何采取措施保证铌酸锂光子芯片制程中减小缺陷扩大风险，对于提高芯片制程良率至关重要。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种铌酸锂单晶薄膜芯片的制作方法，不仅能够有效地防止缺陷的扩大和扩散，而且能够有效地释放大片铌酸锂薄层在晶圆上的应力积累。

本发明的第二目的是提供一种采用上述制作方法制作而成的铌酸锂单晶薄膜芯片。

为实现上述第一目的，本发明提供一种铌酸锂单晶薄膜芯片的制作方法，包括在支撑晶圆上依次制备介质层和铌酸锂薄层；对介质层与铌酸锂薄层之间的键合界面进行缺陷检测；分析并记录二维尺寸大于预先设定值的缺陷的位置；在缺陷的周围设置隔离槽，隔离槽在周向上包围缺陷，隔离槽的深度大于或等于铌酸锂薄层的厚度。

由上述方案可见，在晶圆进入芯片制程之前，利用隔离槽将铌酸锂薄层与介质层之间的缺陷区域隔离，从而可以有效地防止缺陷的扩大和扩散导致光波导遭到破坏，同时还可以有效地释放大片铌酸锂薄层在晶圆上的应力积累。该制作方法可以使铌酸锂单晶薄膜芯片在光刻、清洗、烘烤、刻蚀等工序中能承受更多外力和温度等因素的影响，防止缺陷扩大和扩散造成芯片良率下降，同时可以避免芯片成品中隐性缺陷对最终产品带来的质量和可靠性风险。

一个优选的方案是，采用表面刻划的方式形成隔离槽。

进一步的方案是，表面刻划的工具为半导体晶圆钻石切刀或激光切刀。