[发明专利]铌酸锂单晶薄膜芯片及其制作方法

说明书

本发明提供一种铌酸锂单晶薄膜芯片及其制作方法。制作方法包括在原料铌酸锂晶圆的光学级表面上制备光波导；在原料铌酸锂晶圆上具有光波导的一侧制备介质膜，介质膜填充在光波导之间的空隙内，光波导与介质膜形成光波导介质层；穿过光波导介质层朝向原料铌酸锂晶圆注入离子，在光波导介质层的下方形成离子层；将支撑晶圆与光波导介质层键合；加热至第一预设温度；加热至第二预设温度，使光波导介质层与原料铌酸锂晶圆分离并存留在支撑晶圆上，第二预设温度大于第一预设温度；对光波导介质层进行抛光处理。该制作方法制备出的光波导的侧壁垂直度很高且光洁度也很高。

技术领域

本发明涉及光电半导体材料领域，具体地说，是涉及一种铌酸锂单晶薄膜芯片及其制作方法。

背景技术

铌酸锂单晶具有优良的透过性能、电光性能、非线性光学性能和压电性能，广泛应用于光通讯、数据中心光互连和高频滤波器件中。在其它材料基底上的纳米级厚度薄膜铌酸锂单晶，除具备以上优良特性外，还可以用于集成化的器件，是一种极具希望的新型集成光学材料。然而在其它基底材料上生长铌酸锂单晶薄膜被证明是难以实现，而机械切片技术难以制备纳米级厚度的薄膜。

近年来出现的利用Smart-Cut技术制备铌酸锂单晶薄膜，使得大规模制备量产薄膜铌酸锂晶圆成为可能。其通常步骤是：首先将原料铌酸锂晶圆的表面抛光到符合晶圆键合的要求，同时准备另一个承载晶圆，例如硅(Si)晶圆，并在承载晶圆上制备一层缓冲层，例如二氧化硅(SiO2)，抛光使其满足晶圆键合的要求，然后对原料铌酸锂晶圆的抛光表面进行特定能量和特定计量的离子注入，例如氦离子(He+)，之后将原料晶圆的抛光表面与承载晶圆的抛光表面键合，在两晶圆键合后将其加热使注入的离子复合成微小气泡，膨胀后分离原料铌酸锂晶圆，留下铌酸锂薄膜在承载晶圆上，然后利用半导体光刻和干法刻蚀技术，在单晶铌酸锂薄膜上制备出需要的光波导图形。

由于刻蚀工艺的限制，这种方法制备的单晶铌酸锂薄膜光波导，侧壁垂直度通常很难做到很高，一般为小于70度，而且侧壁会比较粗糙，使光波导的损耗增加。有时采用化学机械抛光的方法来降低侧壁粗糙度，会使得侧壁垂直度更加变缓。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种铌酸锂单晶薄膜芯片的制作方法，该制作方法制备出的光波导的侧壁垂直度很高且光洁度也很高。

本发明的第二目的是提供一种采用上述制作方法制作而成的铌酸锂单晶薄膜芯片。

为实现上述第一目的，本发明提供一种铌酸锂单晶薄膜芯片的制作方法，包括在原料铌酸锂晶圆的光学级表面上制备光波导；在原料铌酸锂晶圆上具有光波导的一侧制备介质膜，介质膜填充在光波导之间的空隙内，光波导与介质膜形成光波导介质层；穿过光波导介质层朝向原料铌酸锂晶圆注入离子，在光波导介质层的下方形成离子层；将支撑晶圆与光波导介质层键合；加热至第一预设温度；加热至第二预设温度，使光波导介质层与原料铌酸锂晶圆分离并存留在支撑晶圆上，第二预设温度大于第一预设温度；对光波导介质层进行抛光处理。

由上述方案可见，通过利用常规的光刻和刻蚀技术，在铌酸锂原料晶圆上制作铌酸锂光波导，然后再利用图形转移技术，将原料铌酸锂晶圆上的光波导转移到支撑晶圆上，这样光波导质量较好的上部就成为转移后光波导的底部，而原来光波导质量较差的下部，成为转移后光波导的上部。再利用抛光处理技术将转移后质量差的光波导上部去除，就可以在支撑晶圆上制备出高质量的铌酸锂光波导。采用该方法制备的铌酸锂光波导的侧壁的垂直度很高，且光波导的侧壁的光洁度也较高。

一个优选的方案是，介质膜的材料的折射率和支撑晶圆的材料的折射率均小于铌酸锂材料的折射率。

由此可见，以便形成紧束缚型的铌酸锂光波导。

进一步的方案是，介质膜的材料为二氧化硅或苯并环丁烯。

一个优选的方案是，在对光波导介质层进行抛光处理的步骤之后，制作方法还包括：采用湿法刻蚀的方法去除介质膜。