[发明专利]一种铁电晶体的化学反应式薄膜剥离方法

说明书

本发明公开了一种铁电晶体的化学反应式薄膜剥离方法，包括：在硅衬底A表面制备一层SiO₂层；在铁电晶体衬底B表面制备一层钝化层，向铁电晶体衬底B中注入两种可发生化学反应且注入深度一致的元素离子，在铁电晶体衬底B形成离子注入层；去除铁电晶体衬底B表面的钝化层，并对硅衬底A和铁电晶体衬底B进行抛光、活化以及晶圆键合；对复合晶圆加热，使铁电晶体衬底B内部的两种元素离子发生化学反应，使铁电晶体衬底B在离子注入层处发生分离；对保留的铁电晶体薄膜进行抛光，完成薄膜剥离。本发明通过向铁电晶体材料中分别注入两种不同元素，利用这两种元素在晶体材料内部相互之间发生化学反应生成气体的方式，使得铁电晶体材料发生剥离。

技术领域

本发明涉及铁电晶体薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种铁电晶体的化学反应式薄膜剥离方法。

背景技术

铁电材料是一类具有自发极化的材料的统称，其自发极化来源于晶胞中离子的直接位移以及电子云的形变，并且在外界电场作用下自发极化的方向可以发生反转或者重取向。由于普遍具有声、热、光、电、磁、力等性质的交叉效应，例如压电效应、电光效应、热释电效应、非线性光学效应等等，近年来铁电材料已成为重要的功能材料，并广泛应用于各类传感器件的制造，例如压电传感器、电光调制器、红外传感器、声学共振器、铁电陶瓷电容器、全息信息存储等等。以KDP、铌酸锂(LiNbO₃)为代表的铁电晶体，因具有较大的非线性系数以及畴反转的特性，是目前研究与应用十分普遍的非线性晶体。

随着高度信息化社会的发展，电子器件已朝着小型化、集成化的方向发展，然而基于铁电材料的器件多数还是采用其单晶块材制备；目前为止，高品质铁电薄膜的制备还具有很大难度。随着集成器件的不断发展，已然发现采用铁电薄膜制备的器件在很多方面优于传统铁电块材。从总体来看，铁电薄膜的制备方法可以分为两大类：传统铁电薄膜生长技术和铁电单晶离子注入剥离技术。

传统铁电薄膜生长技术制备出的铁电薄膜表面通常会出现结构不均匀、表面粗糙度大、工艺相对复杂且成膜质量取决于操作过程、易出现侵蚀基底、难以大面积成膜等缺点。通过利用离子注入与直接键合技术相结合的方法制备的铁电晶体薄膜，该技术不仅能够很好地保留块体材料的物化性能，还可以实现大面积的薄膜制造。其主要步骤有：离子注入、键合和退火剥离。传统上，利用离子注入技术剥离铁电晶体材料，是在铁电晶体材料的表面注入He⁺和H⁺，然后对其进行侧面腐蚀获得单晶铁电晶体薄膜；但是常规的剥离方法效率比较低，注入离子剂量比较高，成本比较高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种可以提高剥离效率的铁电晶体的化学反应式薄膜剥离方法，其通过向铁电晶体材料中分别注入两种不同元素，利用这两种元素在晶体材料内部相互之间发生化学反应生成气体的方式，使得铁电晶体材料发生剥离。

本发明公开了一种铁电晶体的化学反应式薄膜剥离方法，包括：

步骤1、在硅衬底A表面制备一层SiO₂层；

步骤2、在铁电晶体衬底B表面制备一层钝化层，从所述钝化层一侧向所述铁电晶体衬底B中注入两种元素离子，在所述铁电晶体衬底B形成离子注入层；其中，两种元素离子的注入深度一致，且两种元素离子之间可发生化学反应，且反应温度低于铁电晶体衬底B的熔点；

步骤3、去除铁电晶体衬底B表面的钝化层，并对硅衬底A和铁电晶体衬底B进行抛光；

步骤4、对抛光后的硅衬底A和铁电晶体衬底B进行活化，活化后将硅衬底A的SiO₂层一侧和铁电晶体衬底B去除钝化层的一侧进行晶圆键合；

步骤5、对复合晶圆加热，使铁电晶体衬底B内部的两种元素离子发生化学反应，使铁电晶体衬底B在离子注入层处发生分离；

步骤6、分离完毕后在硅片衬底A上保留一层铁电晶体薄膜，对铁电晶体薄膜进行抛光，完成薄膜剥离。