[发明专利]在与原始基板的热膨胀系数不同的基底上制造薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在与原始基板的热膨胀系数不同的基底上制造薄膜的方法，具体地讲，涉及一种纳米级厚度、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领域具有广泛的用途，其可以作为基底材料，可以用于制作高频、高带宽、高集成度、大容量、低功耗的光电子学器件和集成光学器件，例如，滤波器、光波导调制器、光波导开关、空间光调制器、光学倍频器、表面声波发生器、红外探测器以及铁电体存储器等。在硅基底上形成铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜，可实现与现有的硅基材料的生产工艺和生产线兼容，从而可提高铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜的可加工性和应用范围。

1992年，Bruel提出了一种从半导体材料上剥离薄膜的方法，其主要步骤包括：对原始基板进行离子注入；将原始基板与目标基板(即，基底)键合，形成键合体；将键合体加热分离；对薄膜层表面抛光等工艺。这种方法被广泛应用于绝缘体上硅(SOI)等材料的制作上。在这种方法中，热分离是十分关键的一个步骤，热分离有两个作用，第一个作用是能够增强键合晶片之间的键合力(即，增强原始基板与基底之间的键合力)；第二个作用是使分布在分离层中的离子得到足以脱离原始基板材料的晶格结构的束缚以使它们之间形成的键断开的能量，变成气体原子(例如，氦气)，或与另一脱离的注入离子相遇，变成气体分子(例如，氢气)，从而形成直径为几个纳米的气泡，当气泡的数量越来越多时，气泡互相连接，实现薄膜的剥离。

一般情况下，分离层内的离子形成气泡的速率与温度呈指数关系。当加热温度高于分离温度(分离温度是指在此温度下分布在分离层内的离子会形成大量的气泡，加热一定时间后可完成薄膜的剥离)时能迅速形成气泡，当加热温度低于分离温度时，离子形成气泡的速率会大大降低。但是，当原始基板和基底的热膨胀系数相差很大时，比如原始基板是铌酸锂晶片，基底是硅晶片时，铌酸锂的热膨胀系数大约是硅的2～8倍，当这两种热膨胀系数相差很大的材料形成键合体时，在加热温度超过一定阈值后，由于热膨胀系数不一致，材料的膨胀强度与加热温度成线性关系，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，当这个差值超过材料的承受极限时，就会将键合体拉裂拉碎，称这个阈值温度为碎裂温度。另外，当原始基板为铌酸锂晶片，基底是硅晶片时，所形成的键合体的碎裂温度低于其分离温度，从而在保证键合体不被拉裂拉碎的前提下降低加热温度，又无法保证薄膜层从原始基板上完整地剥离下来。因此，利用上述方法并不能在与原始基板的热膨胀系数不同的基底上很好地制作薄膜。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种在与原始基板的热膨胀系数不同的基底上制造薄膜的方法，所述方法能够制作出纳米级厚度、膜厚均匀、低缺陷密度的薄膜。

本发明提供一种制造薄膜的方法，所述方法包括：通过离子注入法将离子注入到原始基板的表面，从而在原始基板中形成薄膜层、分离层和余质层，其中，薄膜层位于原始基板的表面，分离层位于薄膜层和余质层之间，注入的离子分布在分离层内；对离子注入后的原始基板进行加热，以使分布在分离层内的离子得到以使离子形成气泡而所述气泡又不能使原始基板的薄膜层脱落或损坏的能量；使基底与原始基板的薄膜层接触，进而在室温下利用晶片键合法将原始基板与基底键合在一起，以形成键合体，其中，基底与原始基板的热膨胀系数不同；在低于190℃的条件下对键合体加热达预定时间，使得薄膜层和余质层分离；在薄膜层和余质层分离之后，对薄膜层加热，以进行退火处理。

根据本发明的实施例，在对离子注入后的原始基板进行加热的步骤中，将离子注入后的原始基板在200℃～450℃的条件下加热0.5h～10h。

根据本发明的实施例，在对离子注入后的原始基板进行加热的步骤中，将离子注入后的原始基板在220℃的条件下加热3h。

根据本发明的实施例，在对键合体加热的步骤中，在50℃～190℃的条件下加热键合体达预定时间。

根据本发明的实施例，所述预定时间为1h～150h。

根据本发明的实施例，在对薄膜层加热的步骤中，在250℃～550℃的条件下对薄膜层加热以进行退火处理。

根据本发明的实施例，在对薄膜层加热的步骤中，在常压或大于1个大气压且小于300个大气压的气氛条件下对薄膜层加热以进行退火处理。

根据本发明的实施例，在氧气或氮气的气氛下执行对薄膜层加热的步骤。

根据本发明的实施例，所述原始基板为铌酸锂晶片或钽酸锂晶片，所述基底为硅晶片或二氧化硅晶片。