[发明专利]一种基于分阶段热处理的薄膜制备方法及其复合薄膜

说明书

本申请公开了一种基于分阶段热处理的薄膜制备方法及其复合薄膜，所述方法包括：获取单晶晶圆和衬底晶圆；通过离子注入法将离子注入单晶晶圆，将所述单晶晶圆依次分为余质层、分离层和薄膜层；将单晶晶圆和衬底晶圆进行键合，形成键合体；将键合体放入退火炉内进行热处理，将键合体放入退火炉内分阶段依次进行增强键合力热处理、薄膜层和余料层分离热处理、消除离子损伤热处理，得到复合薄膜。本申请通过将键合体进行分阶段热处理，提高了键合力，将薄膜层和余料层分离以减少薄膜破裂的风险，消除了离子因为注入时造成的损伤，最终实现提升了复合薄膜的质量，进而提高了下游器件的成品率。

技术领域

本申请属于半导体元件制备领域，特别涉及一种基于分阶段热处理的薄膜制备方法及其复合薄膜。

背景技术

复合薄膜由于其优良的光学性能，可作为基础材料，用于制作高频、高宽带、高集成度、大容量、低功耗的光电子学器件和集成光路。

目前，用于制备复合薄膜的方法主要包括外延生长法、离子注入和键合分离法、离子注入和研磨抛光法。其中离子注入和键合分离法被广泛使用，离子注入法主要通过向单晶晶圆内注入离子，将单晶晶圆分为薄膜层、分离层和余质层，然后，将单晶晶圆的离子注入面和衬底层键合，形成键合体，最后，对键合体热处理，使余质层与薄膜层分离，将薄膜层保留在衬底层上，从而制备出性能接近单晶晶圆的薄膜层。

然而在制备复合薄膜的工艺中，由于单晶晶圆的离子注入面和衬底层键合是在室温下进行的，键合力并不强，在后续加热分离的过程中可能会出现键合面破裂；同时，退火分离温度高时，不同的晶圆具有热膨胀系数的差异会导致薄膜破裂的问题；另外，离子注入还会造成注入面的损伤。这几个因素共同降低整体复合薄膜的质量，也造成了下游器件成品率低的问题。

发明内容

本发明提供一种基于分阶段热处理的薄膜制备方法，以解决现有技术中，在制作复合薄膜的过程中，键合力不强导致键合面破裂、高温分离且热膨胀系数差异导致的薄膜破裂以及离子注入造成注入面的损伤的问题。

本申请的目的在于提供以下几个方面：

第一方面，本申请提供一种基于分阶段热处理的薄膜制备方法，包括以下步骤：

获取单晶晶圆和衬底晶圆；

通过离子注入法将离子注入单晶晶圆，将所述单晶晶圆依次分为余质层、分离层和薄膜层；

将单晶晶圆和衬底晶圆进行键合，形成键合体；

将键合体放入退火炉内进行分阶段热处理，将键合体放入退火炉内依次进行增强键合力热处理、薄膜层和余料层分离热处理、消除离子损伤热处理，得到复合薄膜。

优选的，所述键合力热处理的温度大于薄膜层和余料层分离热处理的温度，且所述键合力热处理的时间小于薄膜层和余料层分离热处理的时间。

优选的，所述消除离子损伤热处理的温度大于薄膜层和余料层分离热处理的温度。

优选的，所述键合力热处理为，键合体在220℃-300℃中持续0.2-1h；所述薄膜层和余料层分离热处理为，键合体在150℃-190℃持续3-6h；所述消除离子损伤热处理为，键合体在320℃-350℃持续2-4h。

优选的，所述衬底晶圆的一面制作绝缘层或者在所述衬底晶圆的一面先制作介质层再制作绝缘层；键合时衬底晶圆上的绝缘层与单晶晶圆键合。

优选的，所述绝缘层为二氧化硅、氮氧化硅以及氮化硅中的一种。

优选的，所述衬底晶圆的一面制作介质层的方法为：通过沉积法在衬底晶圆表面沉积多晶硅或者非晶硅；或者通过腐蚀法在衬底晶圆表面产生腐蚀损伤层；或者通过腐蚀法在衬底晶圆表面产生腐蚀损伤层。

优选的，所述离子注入法的离子为氦离子、氢离子、氮离子、氧离子或氩离子。