[发明专利]一种异质集成压电单晶薄膜衬底的表面优化方法

说明书

本发明涉及材料制备技术领域，特别涉及一种异质集成压电单晶薄膜衬底的表面优化方法，包括：获取待优化的异质集成压电单晶薄膜衬底，所述压电单晶薄膜衬底包括支撑层和压电单晶薄膜层；对所述压电单晶薄膜衬底进行腐蚀处理得到第一产物，所述第一产物的压电单晶薄膜层表面形成有腐蚀层；对所述第一产物进行抛光处理得到第二产物。经过腐蚀处理的压电单晶薄膜表面会形成一定厚度的均匀腐蚀层，然后通过低背压的化学机械抛光即可将腐蚀层除去，实现压电单晶薄膜表面的优化。本申请实施例所述的表面优化方法可以提高异质集成压电单晶薄膜衬底的表面平整度和薄膜近表面区域的晶格质量，同时，又能保证压电单晶薄膜厚度的均匀性。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，特别涉及一种异质集成压电单晶薄膜衬底的表面优化方法。

背景技术

钽酸锂(LiTaO3)具有非常优异的压电、热释电性质，被广泛的用于射频前端滤波器、热释电探测器的制造。钽酸锂属于三方晶系，3m点群，R3c空间群，由于晶格结构的各向异性，所以在应用上也体现出随切型不同，具有不同的应用领域，比如在射频前端器件领域，主要有38度Y-X、42度Y-X、50度Y-X等切型的钽酸锂单晶晶片，热释电领域则主要是Z切的钽酸锂。随着第五代移动通信和物联网的普及，射频前端滤波器正朝着更高的工作频率，更大的带宽，更加小的体积发展。这拓展了移动通讯的频谱分布，也对更高性能的滤波器提出非常明确的需求。将钽酸锂和硅基衬底集成制备硅基钽酸锂压电单晶薄膜衬底(POI)将为高Q值(质量因数)，低TCF(频率温度系数)的SAW(声表面波)滤波器的制造提供新的材料平台；此外，基于特殊基底的钽酸锂单晶薄膜也有望实现激发和利用具有更高声速的表面声波模式，这对于提高滤波器的工作频率，满足5G对频谱的扩展需求具有重要意义。此外铌酸锂(LiNbO3)单晶薄膜也因其优异的压电性质，较高的机电耦合系数和较高的声速而被广泛的研究用于高频段的声波滤波器件；不仅如此，硅基铌酸锂单晶薄膜亦是高性能光电调制器的未来之路，该领域的研究方兴未艾，佳作频出。

为了实现钽酸锂、铌酸锂单晶薄膜同硅基衬底和其他特殊衬底的异质集成，传统的外延生长方法由于晶格匹配等问题正被离子注入剥离和晶圆键合转移的方法取代。但是通过离子注入剥离和晶圆键合转移得到的钽酸锂、铌酸锂压电单晶薄膜表面却有一层因离子注入剥离而导致的损伤层。这导致剥离的压电单晶薄膜的表面粗糙度较高，通常Ra在10nm左右；如此高的表面粗糙度，不利于声波滤波器压电层表面叉指电极的生长和电声能量转化的效率的提高，也使声表面波在传播过程中发生反射，直接导致器件损耗提高并影响滤波器通带波纹特性。而在压电单晶薄膜表面以下一定范围内，由于离子注入导致的晶格损伤也较为严重，一般的后退火处理也难以将这些缺陷恢复到较高水平，这对于利用表面波传播的声学滤波器而言是不利的，会导致声波传播损耗的增加。为此必须将这一离子注入损伤层去除，提高压电薄膜的表面平整度和近表面区域的晶格质量。

通常对于体材料，我们采用化学机械抛光的方法来实现这一目标。但是对于晶圆级的异质集成的钽酸锂、铌酸锂压电单晶薄膜衬底，必须要在提高压电薄膜的表面平整度和近表面区域的晶格质量的同时又保证薄膜厚度的均匀性。然而，单纯采用化学机械抛光的方法又无可避免的会大幅度恶化衬底的薄膜厚度均匀性这一指标，因为化学机械抛光的机械压力和机械旋转线速度在衬底上分布不均匀，时间较长的化学机械抛光工艺过程导致压电薄膜表面不同区域的抛光去除量不一致，恶化了薄膜面型，抛光时间越长，恶化程度也越高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有对异质集成压电单晶薄膜衬底的抛光方法会影响单晶薄膜厚度均匀性的问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种异质集成压电单晶薄膜衬底的表面优化方法，包括：

获取待优化的异质集成压电单晶薄膜衬底，所述压电单晶薄膜衬底包括支撑层和压电单晶薄膜层；

对所述压电单晶薄膜衬底进行腐蚀处理得到第一产物，所述第一产物的压电单晶薄膜层表面形成有腐蚀层；

对所述第一产物进行抛光处理得到第二产物。