[发明专利]压电复合薄膜及其制备方法

说明书

公开了一种压电复合薄膜及其制备方法，所述方法包括：准备预压电复合薄膜，预压电复合薄膜包括顺序堆叠的衬底、隔离层和压电晶体薄膜层；对压电晶体薄膜层执行离子注入工艺，其中，注入离子穿过压电晶体薄膜层并停留在隔离层中，以使压电晶体薄膜层的注入离子所穿过的区域的极化方向反转；以及在注入离子工艺之后对预压电复合薄膜执行退火工艺，以获得压电复合薄膜。

技术领域

本发明涉及一种压电复合薄膜及其制备方法，更具体地，涉及一种包括极化反转图形的压电复合薄膜及其制备方法。

背景技术

在光学和声学领域中，由于对通信要求越来越高，因此也相应提高了对光学和声学器件(诸如光波长转换器件、光学参量振荡器、量子光学器件、声子学器件等)的要求。在这种情况下，对光学和声学器件中具有极化反转图形的压电薄膜也提出了更高的要求。

含有极化反转图形的压电衬底，是在压电单晶薄膜上将特定区域的极化方向反转，从而制备出含有极化反转图形的压电单晶薄膜，其中，极化是指晶体中分子正负电荷中心存在规律性偏移的现象，压电单晶可以自发极化，并且极化方向具有统一性；极化反转是指极化的方向变成相反的方向，对特定区域的极化方向反转是指将这些特定区域的极化方向反转，从而得到含有极化反转图形的单晶压电薄膜。

在现有技术中，往往通过电极对压电晶体施加较高的电压来使压电晶体的特定区域的极化方向反转，从而使压电晶体形成有极化反转图形。然后，通过利用离子注入、键合、剥离和研磨等工艺来制备包括含有极化反转图形的压电薄膜的压电复合薄膜。

然而，在上述极化反转的工艺中，由于通电电压产生的电场方向分布是发散的且与电极图形并不完全一致，从而导致相应的极化反转图形发生畸变。另外，在极化反转区域的边缘附近，电场与极化方向偏离较大，这导致此处极化反转状态不稳定，容易反复，同时也会导致极化反转图形边缘畸变。由于图形的畸变，使得压电薄膜的极化反转图形的精度，在电极线度越小时，电场的分散程度和偏离程度会越明显，进而使得极化反转图形的畸变程度越大。另一方面，在通高电压时需要在电极间填充高介电常数的介质来防止电击穿。因此，现有技术中的极化反转工艺存在危险性高、工艺复杂、可控性差、可重复性差等缺陷，并且限制了相应图形的精细度和复杂度，这使得只能设计并制备相对较宽和相对简单的图形。

此外，由于极化反转区域的物理特性与其它区域存在差异(如腐蚀速率)，使得晶圆无法通过简单的CMP(化学机械抛光)工艺来获得良好的光滑表面，进而影响后序的键合工艺并导致无法获得具有良好的光滑表面的压电薄膜。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种压电复合薄膜及其制备方法。

本发明的目的在于提供一种能够解决以上问题中的至少一个问题的压电复合薄膜及其制备方法。

根据本发明的实施例的制备压电复合薄膜的方法可以包括：准备预压电复合薄膜，预压电复合薄膜包括顺序堆叠的衬底、隔离层和压电晶体薄膜层；对压电晶体薄膜层执行离子注入工艺，其中，注入离子穿过压电晶体薄膜层并停留在隔离层中，以使压电晶体薄膜层的注入离子所穿过的区域的极化方向反转；以及在注入离子工艺之后对预压电复合薄膜执行退火工艺，以获得压电复合薄膜。

在根据本发明的实施例中，所述方法还可以包括在执行离子注入工艺的步骤之前执行掩模工艺，所述掩模工艺可以包括：在压电晶体薄膜层上设置保护层；以及对保护层执行图案化工艺以形成与极化反转图形对应的保护层图案。在执行离子注入工艺的步骤期间，保护层图案可以作为掩模来阻挡注入的离子。

在根据本发明的实施例中，所述方法还可以包括在执行退火工艺的步骤之前去除保护层图案。

在根据本发明的实施例中，保护层可以包括氧化硅、氮化硅或光致抗蚀剂。

在根据本发明的实施例中，压电晶体薄膜层可以包括铌酸锂、钽酸锂、磷酸二氢钾、磷酸二氘钾或石英。