[发明专利]一种复合薄膜及其制备方法

说明书

本申请实施例提供一种复合薄膜及其制备方法，所述复合薄膜包括衬底基板、第一隔离层、第二隔离层和功能薄膜层，所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述功能薄膜层自下而上依次层叠设置于所述衬底基板的表面，且所述第一隔离层和所述第二隔离层的材质相同，所述第二隔离层的直径小于所述第一隔离层的直径。本申请会使得第一隔离层与第二隔离层之间的键合力更强，使衬底基板与功能基板所形成的键合体具有更好的键合效果，进而使得从键合体中剥离形成的复合薄膜具有更好的结构强度和稳定性。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种复合薄膜及其制备方法。

背景技术

复合薄膜因具有压电、铁电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等性质，因而被广泛应用于非线性光学、铁电、压电、电光等领域中。复合薄膜一般包括功能层、隔离层和衬底层，衬底层用于支撑隔离层和功能层，功能层用于实现电-声间的转换，隔离层用于隔断功能层和衬底层之间的电气耦合。其中，功能层的材料为铌酸锂和钽酸锂等，由于铌酸锂和钽酸锂具有居里温度高、自发极化强、机电耦合系数高、优异的电光效应等优点，使得复合铌酸锂薄膜和复合钽酸锂薄膜等尤其在薄膜体声波器件、滤波器、调制器等领域受到越来越广泛的关注和应用。

复合铌酸锂薄膜和复合钽酸锂薄膜的制备方法主要有外延生长法、减薄抛光法以及离子注入法等。在外延生长法中，由于由铌酸锂和钽酸锂等材料制成的薄膜层与衬底层材料(如硅、石英等)之间的晶格失配比较大、膨胀系数不一样等原因，很难获得大面积、均匀完整的复合薄膜；采用减薄抛光法则很难获得纳米级厚度的复合薄膜，并且减薄抛光过程对复合薄膜易造成损伤，该种损伤还会极大影响电子元器件的性能。因此，在复合薄膜的实际生产过程中，离子注入法应用的越来越普遍。

目前，离子注入法一般包括以下步骤：首先，对铌酸锂/钽酸锂基体进行离子注入，得到包含薄膜层、注入层和余料层的注入片；然后，将注入片的薄膜层和衬底晶圆的工艺面在大气环境下使用室温直接键合，得到键合体；最后，对键合体进行退火处理，使余料层沿注入层从键合体中剥离，从而将薄膜层转移至衬底晶圆上，并最终制备得到复合薄膜。

上述离子注入法中，一方面由于铌酸锂/钽酸锂基体与衬底晶圆的材质不同，两者的热膨胀系数差异较大，而材料的膨胀强度又与加热温度成线性关系，所以加热温度越高，两种热膨胀系数不同的材料的膨胀差值越大。因此，如果铌酸锂/钽酸锂基体与衬底晶圆直接进行加热键合，两者会因膨胀差值产生作用力，导致键合体发生弯曲。当加热温度达到分离温度时，余料层与薄膜层会瞬间整体分离，且余料层与薄膜层会在短时间内从弯曲状态恢复至平坦状态。在余料层与薄膜层恢复平坦状态的过程中，因恢复平坦时所产生的力较大，易使余料层与薄膜层发生炸裂，从而降低复合薄膜的成品率。并且，分离后的余料层也不能进行重复利用，造成衬底晶圆的严重浪费，增加复合薄膜的生产成本。

另一方面，铌酸锂/钽酸锂基体与衬底晶圆材质的不同，使得两者在实际键合过程中产生的键合力较差，且在形成的键合体的边缘位置容易出现无法键合的情况。

发明内容

本申请实施例提供了一种复合薄膜及其制备方法，以解决目前复合薄膜键合过程中，不同材质的衬底之间键合效果差的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种复合薄膜，包括衬底基板、第一隔离层、第二隔离层和功能薄膜层，所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述功能薄膜层自下而上依次层叠设置于所述衬底基板的表面，且所述第一隔离层和所述第二隔离层的材质相同，所述第二隔离层的直径小于所述第一隔离层的直径。

在一些实施例中，所述功能薄膜层的直径和所述第二隔离层的直径相同，且均小于所述第一隔离层的直径。

在一些实施例中，所述第二隔离层直径与所述第一隔离层直径的差值为5-6mm。

在一些实施例中，还包括位于所述衬底基板和所述第一隔离层之间的缺陷层，所述缺陷层用于提供捕获所述衬底基板和所述第一隔离层之间载流子的陷阱。