復(fù)合單晶薄膜和制造復(fù)合單晶薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料和光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種復(fù)合單晶薄膜和制造復(fù)合單晶薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈮酸鋰單晶薄膜因具有優(yōu)異的電光、聲光、非線性等效應(yīng)而在光信號處理、信息存儲以及電子器件等領(lǐng)域具有廣泛的用途，其可以作為襯底材料，可以用于制作高頻、高帶寬、高集成度、大容量、靈敏度高、低功耗以及性能穩(wěn)定的光電子學(xué)器件和集成光學(xué)器件，例如，濾波器、波導(dǎo)調(diào)制器、光波導(dǎo)開關(guān)、空間光調(diào)制器、光學(xué)倍頻器、紅外探測器以及鐵電體存儲器等。以鈮酸鋰單晶薄膜作為器件層進行加工(主要使用刻蝕等工藝)時，由于鈮酸鋰化學(xué)惰性比較強，導(dǎo)致難以刻蝕，加工難度大，工藝不夠成熟，鈮酸鋰比較難加工的問題嚴重阻礙了鈮酸鋰器件的發(fā)展。
[0003]SOI (Silicon-On-1nsulator，絕緣襯底上的娃)技術(shù)是在頂層娃和襯底娃之間引入了一層埋層氧化層(例如二氧化硅)，形成絕緣體上的硅薄膜。在電子學(xué)領(lǐng)域中，SOI材料具有硅體材料所不具備的優(yōu)點:可以實現(xiàn)集成電路中元器件的介質(zhì)隔離，消除體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應(yīng)；而且采用這種材料制成的集成電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡單以及特別適用于低壓低功耗電路等優(yōu)勢。在光學(xué)領(lǐng)域中，S0I是重要的襯底材料，主要用來制備光開關(guān)、光學(xué)調(diào)制器等集成光學(xué)器件。這些器件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為光波導(dǎo)，光波導(dǎo)是利用光的全反射原理，將光限制在光波導(dǎo)中傳輸，可以便于控制光的傳輸路徑。硅材料的加工工藝非常成熟，比如硅材料的刻蝕工藝十分成熟，可以刻蝕出非常精細的線條。目前以S0I為襯底材料的集成光學(xué)器件已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。然而，由于硅材料本身非線光學(xué)效應(yīng)較弱，其電光、聲光、熱電效應(yīng)很也弱，限制了其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合單晶薄膜和制造復(fù)合單晶薄膜的方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種復(fù)合單晶薄膜，所述復(fù)合單晶薄膜包括:襯底；光學(xué)隔離層，位于襯底上；鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜，位于光學(xué)隔離層上；硅薄膜，位于鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜上。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述復(fù)合單晶薄膜還可以包括:位于鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜與硅薄膜之間的另一光學(xué)隔離層。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，光學(xué)隔離層可以為二氧化硅層，襯底可以為硅襯底。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，襯底的厚度可以為10 μπι-2000 μπι，光學(xué)隔離層的厚度可以為5nm-10 μm，銀酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的厚度可以為5nm_50 μπι，娃薄膜的厚度可以為5nm_50 μ m。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造復(fù)合單晶薄膜的方法，所述方法包括:準備覆蓋有光學(xué)隔離層的襯底；在襯底的其上覆蓋有光學(xué)隔離層的表面上形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜；在鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜上形成硅薄膜。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的步驟可以包括:使鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片與光學(xué)隔離層接觸，進而利用晶片鍵合法將鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片與光學(xué)隔離層鍵合；對鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片的背對光學(xué)隔離層的表面進行研磨，之后進行表面拋光處理，從而形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的步驟可以包括:通過離子注入法將離子注入到鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片，從而在鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片中形成注入層、分離層和余質(zhì)層，其中，分離層位于注入層和余質(zhì)層之間，注入的離子分布在分離層內(nèi)；使注入層與光學(xué)隔離層接觸，進而利用晶片鍵合法將鈮酸鋰晶片或鉭酸鋰晶片與光學(xué)隔離層鍵合，以形成鍵合體；對鍵合體進行加熱，使得注入層和余質(zhì)層分離；對注入層進行表面拋光，從而形成鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，形成硅薄膜的步驟可以包括:使硅片與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜接觸，進而利用晶片鍵合法將硅片與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜鍵合；對硅片的背對鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的表面進行研磨，之后進行表面拋光處理，從而形成硅薄膜。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，形成硅薄膜的步驟可以包括:通過離子注入法將離子注入到硅片，從而在硅片中形成注入層、分離層和余質(zhì)層，其中，分離層位于注入層和余質(zhì)層之間，注入的離子分布在分離層內(nèi)；使注入層與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜接觸，進而利用晶片鍵合法將硅片與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜鍵合，以形成鍵合體；對鍵合體進行加熱，使得注入層和余質(zhì)層分離；對注入層進行表面拋光，從而形成硅薄膜。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，形成硅薄膜的步驟可以包括:使SOI晶片的硅薄膜層與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜接觸，進而利用晶片鍵合法將SOI晶片與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜鍵合；對301晶片的硅襯底進行研磨或刻蝕，以去除硅襯底并且暴露SOI晶片的二氧化硅層；對暴露的二氧化硅層進行拋光或蝕刻，以去除二氧化硅層并暴露硅薄膜層，從而在鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜上形成硅薄膜。
[0015]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合單晶薄膜具備鈮酸鋰或鉭酸鋰材料良好的非線性光學(xué)、聲光、電光等效應(yīng)，同時還具備硅材料的加工工藝成熟的特性，因此本發(fā)明的復(fù)合單晶薄膜能夠與現(xiàn)有的1C生產(chǎn)工藝實現(xiàn)更好的兼容，具有非常廣闊的產(chǎn)業(yè)前景。此外，根據(jù)本發(fā)明的制造復(fù)合單晶薄膜的方法能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、有效的工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016]通過以下結(jié)合附圖對實施例的描述，這些和/或其它方面將變得清楚且更容易理解，在附圖中:
[0017]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的復(fù)合單晶薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的制造復(fù)合單晶薄膜的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明的實施例，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實施，而不應(yīng)被解釋為局限于在此闡述的實施例；相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和完整的，并且這些實施例將向本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員充分地傳達本發(fā)明的實施例的構(gòu)思。在下面詳細的描述中，通過示例的方式闡述了多處具體的細節(jié)，以提供對相關(guān)教導(dǎo)的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，可以實踐本教導(dǎo)而無需這樣的細節(jié)。在其它情況下，以相對高的層次而沒有細節(jié)地描述了公知的方法、步驟和組件，以避免使本教導(dǎo)的多個方面不必要地變得模糊。附圖中的同樣的標號表示同樣的元件，因此將不重復(fù)對它們的描述。在附圖中，為了清晰起見，可能會夸大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。
[0020]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更充分地描述本發(fā)明。
[0021]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的復(fù)合單晶薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的復(fù)合單晶薄膜100包括:襯底110 ;光學(xué)隔離層120，位于襯底110上；鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜130，位于光學(xué)隔離層120上；硅薄膜140，位于鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜130上。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合單晶薄膜100的襯底110主要起到支撐其上的薄膜或部件的作用。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，由于硅具有產(chǎn)量大、價格便宜、易加工，現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容等特點，因此襯底110可以由硅材料制成，然而，本發(fā)明不限于此，可以選用其它適合的材料制成。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，襯底110的厚度可以為10 μπι-2000 μπι，優(yōu)選地，可以為 100 μπι-1000 μ??ο
[0024]光學(xué)隔離層120用于使位于其上的鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜與襯底110隔開。由于諸如硅的襯底110的折射率大于鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的折射率，因此可以使用二氧化硅制成光學(xué)隔離層120，以將鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜與襯底分隔開，從而避免鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜的光場錯誤地耦合到襯底中。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，光學(xué)隔離層120的厚度可以為5nm-10 μπι，優(yōu)選地，可以為10nm-3ymo另外，當(dāng)需要光進入到襯底110時，可以降低光學(xué)隔離層的厚度，或者甚至可以取消光學(xué)隔離層。
[0025]鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜130是復(fù)合單晶薄膜100的重要組成部分之一。銀酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜130的厚度可以根據(jù)應(yīng)用情況而定，例如5nm_50 μπι或者 10nm-10 μ m。
[0026]硅薄膜140，位于鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜130上，并且與鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜130 —起構(gòu)成復(fù)合單晶薄膜100的重要部分。硅薄膜140的厚度可以根據(jù)應(yīng)用情況而定，例如5nm_50 μ m或者5nm_20 μ m。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的復(fù)合單晶薄膜100還可以包括位于鈮酸鋰單晶薄膜或鉭酸鋰單晶薄膜130與硅薄膜140之間的另一光學(xué)隔離層(未示出)。該光學(xué)隔離層與