[发明专利]一种超薄压电单晶箔的制作方法及其应用

说明书

本发明属于微电子器件技术领域，是为了解决现有技术中很难获得数微米且晶体性能良好的单晶箔的不足，而提供一种采用机械减薄加上化学腐蚀减薄的方式，尤其是利用了畴极性面的化学腐蚀速率的差异，使得压电层可以达到更薄的厚度的制作超薄压电单晶箔的方法以及其作为有源器件在光波导器件和高频声表面波器件中的应用。本发明采用机械减薄工艺将压电单晶箔减薄至几十微米，然后再利用压电单晶畴极性面的化学腐蚀速率的差异，形成化学减薄的自阻挡层，将压电单晶箔层减薄至数微米。本发明方案弥补了机械减薄只能减薄至几十微米的缺陷，同时也避免了离子切片技术对晶体性能的劣化，并且可以获得表面均匀性较好的超薄单晶箔。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，特别涉及一种超薄压电单晶箔的制作方法及其应用。

背景技术

近年来，由于晶片减薄技术的推进，大尺寸超薄铌酸锂、钽酸锂和石英等超薄压电晶片已批量用于高频声表面波器件、光波导器件和光通信器件等。铌酸锂、钽酸锂和石英等单晶超薄片性能，要比上述溅射工艺生长的AlN/ZnO压电薄膜优秀，在于：

1.保留单晶完整性；

2.晶体各向异性能充分利用；

3.单晶超薄片技术难度不高。

以下，专用“单晶箔(Crystal Foil，CF)”一词，特指由单晶棒加工形成的超薄片状单晶，其厚度小于数十微米。为实际应用，单晶箔都要与衬底键合成复合基片。

目前，单晶箔可批量成型技术主要有两种：晶体离子切片(Crystal Ion Slicing，CIS)方法和机械减薄方法，都已开始应用于器件制作。

离子切片法，其原理是利用高能离子垂直注入铌酸锂、钽酸锂等单晶厚基片，使在单晶厚基片内离表面一定深度处形成一个注入离子高浓度层，这层离子高浓度层的某种物化特性与未注入处或浓度较低处的物化特性有较明显不同(又称内埋变性层)。在前期工艺完成后，采用一种应力对此厚晶片处理，使厚晶片在内埋变性层处断裂，获得超薄晶片(单晶箔)。箔的厚度由注入所得离子高浓度层深度决定，它与注入离子种类、注入剂量、退火等工艺参数等有关。

切片法的特点是：易于制作数十纳米到数微米厚度的超薄单晶箔，但离子注入对晶体结构完整性损伤大，箔的单晶特性会受到影响。

机械减薄法，是传统技术的改进，首先制作原始单晶片，再在另一晶片上制作中间层。将两衬底晶片复合，然后将原始单晶片面向下，减薄抛光直到单晶片厚度满足设计要求为止。其关键技术是衬底、原始压电单晶片和键合层以及加工设备的大尺寸均匀性。由于机械研磨和抛光设备与技术的进步，目前制作数十微米以下厚度的大尺寸超薄单晶箔问题不大，其特点正好与离子切片法相反：难于制作数微米以下厚度的单晶箔，但不会对箔的单晶特性造成损伤。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中很难获得数微米且晶体性能良好的单晶箔的不足，而提供一种采用机械减薄加上化学腐蚀减薄的方式，尤其是利用了畴极性面的化学腐蚀速率的差异，使得压电层可以达到更薄的厚度的制作超薄压电单晶箔的方法以及其作为有源器件在光波导器件和高频声表面波器件中的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超薄压电单晶箔的制作方法，包含以下步骤：

步骤一：准备一通用微电子晶圆衬底作为下基片，下基片正面满足键合面要求；

步骤二：准备一压电单晶，在单晶衬底上制作薄畴反转层，形成由单晶层和畴反转层组成的上基片，将所述畴反转层的外露表面定义为上基片的正面，上基片的正面满足键合要求；

步骤三：将上基片的正面和下基片正面面对面键合，形成复合基片，定义单晶层表面为复合基片正面；

步骤四：采用磨抛工艺将复合基片的正面减薄，保留部分单晶层；