[发明专利]薄膜和制造薄膜的方法

说明书

本发明提供一种薄膜和制造薄膜的方法，所述方法包括：通过离子注入法将离子注入原始基板的表面，从而在原始基板中形成薄膜层、分离层和余料层，其中，薄膜层位于原始基板的表面，分离层位于薄膜层和余料层之间，注入离子分布在分离层内；使目标基板与原始基板的薄膜层接触，进而利用晶片键合法将原始基板与目标基板键合在一起，以形成键合体；将键合体放入预定容器内以对键合体进行加热，使得薄膜层和余料层分离；在薄膜层和余料层分离之后，在预定容器内以高压的气氛的条件继续对薄膜层和目标基板加热达预定时间。本发明能大大减小薄膜的缺陷密度，制作出大尺寸、晶片面积大、纳米等级厚度、膜厚均匀的薄膜。

技术领域

示例性实施例涉及薄膜和制造薄膜的方法，具体地说，涉及一种氧化物晶体材料薄膜和半导体材料薄膜的制造方法，特别是一种纳米级厚度、膜厚均匀、低缺陷密度的薄膜的制造方法。

背景技术

铌酸锂薄膜和钽酸锂薄膜在光信号处理、信息存储以及电子器件等有广泛的用途，例如，铌酸锂薄膜和钽酸锂薄膜可以成为制造高频、高带宽、高集成度、大容量、低功耗的光电子学器件和集成光路的基底材料。

1992年，Bruel提出了一种从半导体体材料上剥离薄膜的方法，称为灵活切割，步骤主要包括离子注入，键合，热分离，薄膜表面抛光等工艺。具体来说，先在原始基板上注入氢、氦等气体离子，注入的离子的数量随深度的分布呈高斯分布，绝大部分的注入的离子停留在原始基板表面下某一深度，深度由注入离子的能量决定，注入离子集中停留的区域称为分离层，其厚度在几十至数百纳米左右。原始基板的在分离层和原始基板的上表面之间的部分是将被剥离的薄膜层，其他部分是将在剥离之后余留下来的余料层。薄膜层和余料层基本不含注入离子。让目标基板面对原始基板的薄膜层并与原始基板的薄膜层接触，以进行晶片的直接键合，以形成键合体。然后，对键合体进行加热，加热使温度上升到450°C（即，分离温度）以上，使得薄膜层和余料层分离。加热有两个作用，第一个作用是使分离层中的注入离子得到足以脱离基板原子的束缚以使它们之间形成的键断开的能量，变成了气体原子（例如氦气He），或者与另一脱离的注入离子相遇，变成了气体分子（例如氢气H₂），气体原子或分子占有一定的体积，从而在分离层中形成了微小的裂缝。随着加热时间的增加或加热温度的升高，气体原子或分子越来越多，并互相聚合，因此在分离层中形成了微小的气泡。当气泡连成一片时，最终导致分离层断裂，从而分开余料层与键合在目标基板上的薄膜层。这里，目标基板作为薄膜的衬底；加热的第二个作用是能够增强键合晶片之间的键合力（即，增强原始基板与目标基板之间的键合力）。当薄膜层和目标基板与余料层分离后，对薄膜层和目标基板进行高温退火（一般是600°C以上），以进一步增强键合力和消除离子注入过程中在薄膜层中形成的晶格缺陷，最后将表面抛光，得到薄膜。

这种方法中，加热以使键合体分离是十分关键的一步，若此过程控制得当，则可以得到完整的、缺陷较少的薄膜。除了上面所述的加热方法来分离之外，分离键合晶片的方法还有多种，例如高压水枪分离法、微波法、微波加热混合法等，由此形成了不同的制作薄膜的方法。这些方法被广泛应用于绝缘体上硅（SOI）的制作。

然而，在用与灵活切割法类似的方法来形成分离温度较低的薄膜（诸如铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜之类的氧化物晶体材料薄膜、砷化镓薄膜等）时，最后在薄膜上会出现气泡，导致薄膜成品的质量非常差。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄膜的制作方法。所述的方法能够制作出大尺寸、晶片等面积大小、纳米等级厚度、高均匀度膜厚、低缺陷密度的薄膜。