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(chǔ)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(chǔ)器等。以鈮酸鋰單晶薄膜作為器件層進(jìn)行加工(主要使用刻蝕等工藝)時(shí)，由于鈮酸鋰化學(xué)惰性比較強(qiáng)，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(yán)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(diǎn):可以實(shí)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(xì)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(shí)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(shí)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(shí)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(zhǔn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行研磨，之后進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行加熱，使得注入層和余質(zhì)層分離；對注入層進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行研磨，之后進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行加熱，使得注入層和余質(zhì)層分離；對注入層進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例的制造復(fù)合單晶薄膜的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)被解釋為局限于在此闡述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例使得本公開將是徹底的和完整的，并且這些實(shí)施例將向本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員充分地傳達(dá)本發(fā)明的實(shí)施例的構(gòu)思。在下面詳細(xì)的描述中，通過示例的方式闡述了多處具體的細(xì)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(shí)踐本教導(dǎo)而無需這樣的細(xì)節(jié)。在其它情況下，以相對高的層次而沒有細(xì)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(gè)方面不必要地變得模糊。附圖中的同樣的標(biāo)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(huì)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(shí)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(shí)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(shí)施例，由于硅具有產(chǎn)量大、價(jià)格便宜、易加工，現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容等特點(diǎn)，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(shí)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(cuò)誤地耦合到襯底中。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)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(jìn)入到襯底110時(shí)，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(shí)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