一种设置在基底上的薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种设置在基底上的薄膜及其制备方法，本发明专利技术设置在基底上的薄膜包括基底层和薄膜层，薄膜层的厚度为10~30×103纳米，基底层材料和薄膜层材料的热膨胀系数不同；制备方法为先制备在同种材料基底上的薄膜层，薄膜层和同种材料基底之间有一层牺牲层，然后将薄膜层键合到目标基底上，再将牺牲层去除，最终得到目标基底上的薄膜层；本发明专利技术的薄膜为基底材料和薄膜材料的膨胀系数差别较大时，形成的膜厚均匀，缺陷密度低的薄膜层，薄膜的厚度达到纳米级；通过在不同材料上制备的薄膜，能实现各种材料生产工艺和生产线的兼容，可以将基底材料的半导体器件和薄膜器件进行集成，提高薄膜材料的可加工性能，进而生产出性能优良的新型器件。

【技术实现步骤摘要】

 本专利技术涉及半导体材料和光电材料
，具体涉及一种设置在基底上的薄膜及其制备方法。
技术介绍
铌酸锂或钽酸锂材料由于具有优异的电光、声光、压电、光折变并且机械性能良好等优点，被广泛应用于光电子集成领域，如在光纤通讯领域中用于波导调制器，具有体积小、性能高、功耗低等优点，也可用于信息存储领域，实现高密度信息存储。但是铌酸锂或钽酸锂材料只有和基底材料融合较好时，才能发挥其性能，如若在硅基薄膜上形成铌酸锂薄膜，可实现与现有硅基材料的生产工艺和生产线兼容，可使硅基的半导体器件与铌酸锂器件进行集成，使得铌酸锂薄膜的可加工性大为提高，进而发展出性能优良的新型器件，扩大铌酸锂的市场范围，满足市场需求。但是由于基底材料如硅、石英或玻璃与钽酸锂或铌酸锂材料的热膨胀系数差别较大，难以得到大面积完整分离的薄膜。1992年Bruel提供了一种加热剥离薄膜的方法制备薄膜，先对原始基底进行离子注入，形成薄膜层、分离层和余质层，将经过了离子注入的原始基底和目标基底键合，并对其进行加热，使得薄膜层和余质层分离并转移至目标基底。该方法的核心是加热分离薄膜，对键合体进行加热可以达到两个目的：一、使得注入的离子有足够多的能量成核并长大为气泡，当气泡数量不断增多接连成一体时，可将薄膜和原始基底剥离；二、通过加热增强原始基底与目标基底之间的键合力，使剥离的薄膜与目标基底的结合更牢固，不易破裂，从而得到剥离完整的薄膜。但是该方法只在目标基底和原始基底的热膨胀系数差别不大时较为有效，当目标基底和原始基底的热膨胀系数差别较大时，通过加热很难制备薄膜，加热温度较低，注入的离子难以吸收足够多的能量长大为气泡，使得薄膜层和余质层难以分离；加热温度较高，由于目标基底和原始基底在高温下的膨胀伸长有很大差别，当两种材料的膨胀差值超过其中某一材料的承受极限时，会使键合体拉裂拉碎，难以得到大面积完整分离的薄膜。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种设置在基底上的薄膜及其制备方法。本专利技术为先制备在同种材料基底上的薄膜层，薄膜层和同种材料基底之间有一层牺牲层。然后将薄膜层键合到目标基底上。将牺牲层去除，使薄膜和同种材料基底分离，或将同种材料基底用研磨或腐蚀的方法去除，再将牺牲层去除。最终得到目标基底上的薄膜层。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种设置在基底上的薄膜，包括基底层和薄膜层，薄膜层的厚度为20~30×103纳米；基底层材料和薄膜层材料的热膨胀系数不同。为进一步实现本专利技术的目的，还可以采用以下技术方案：优选的一种设置在基底上的薄膜，薄膜层的厚度为25~4500纳米，薄膜层材料为铌酸锂或钽酸锂，基底层材料为硅。进一步优选的一种设置在基底上的薄膜，薄膜层材料为铌酸锂，基底层材料为硅，薄膜层的厚度为500纳米。 本专利技术还包括一种设置在基底上的薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）取两片相同的原始基底，分别为第一原始基底和第二原始基底，对第一原始基底采用离子注入法处理，将离子注入第一原始基底中，从而将第一原始基底从上到下分为薄膜层、分离层和余质层，注入离子分布在分离层内；在第二原始基底上沉积一层无机硅材料，得到原始基底层和牺牲层；所述的无机硅材料为二氧化硅、多晶硅或氮化硅中的一种；所述离子为氢离子或氦离子；（2）采用晶片键合法对步骤（1）处理后的第一原始基底和第二原始基底进行键合，得到一种具有五层结构的键合体，从下而上依次为原始基底层、牺牲层、薄膜层、分离层和余质层；（3）在温度50~500℃，压力0.1~30MPa，氧气或氮气氛围下对步骤（2）的键合体加热0.5~50小时，使得薄膜层和余质层分离，得到三层结构体，从上而下依次为原始基底层、牺牲层和薄膜层；对三层结构体进行退火，然后将薄膜层的表面进行抛光处理，待用；（4）取目标基底与步骤（3）经过抛光处理后的薄膜层相接触，用晶片键合法进行键合，得到一种四层结构的键合体，从下而上依次为目标基底层、薄膜层、牺牲层、原始基底层；对所得的键合体进行退火处理；退火温度为30~250℃，退火环境为0.1~30MPa的氧气或氮气氛围；（5）将步骤（4）处理后的键合体中的牺牲层用腐蚀溶液或干法腐蚀工艺去除，或者将步骤（4）处理后的键合体中的原始基底层用研磨法去除后再用腐蚀溶液或干法腐蚀工艺去除牺牲层，得到目标基底上的薄膜，对目标基底上的薄膜采用化学机械抛光法将薄膜抛光至目标厚度20~30×103纳米，得到设置在基底上的薄膜；所述的腐蚀溶液为氢氟酸、氢氧化钾溶液、HF+NH4F、HF+H2O2，其中氢氟酸和氢氧化钾溶液的质量浓度为10~100%、HF和NH4F的质量比为1:100~100:1，HF和H2O2的质量比为1:100~100:1。优选的一种设置在基底上的薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）取两片相同的原始基底，分别为第一原始基底和第二原始基底，对第一原始基底采用离子注入法处理，将离子注入第一原始基底中，从而将第一原始基底从上到下分为薄膜层、分离层和余质层，注入离子分布在分离层内；在第二原始基底上沉积一层二氧化硅，得到原始基底层和牺牲层；原始基底的材料为钽酸锂或铌酸锂；所述离子为氢离子或氦离子；（2）采用晶片键合法对步骤（1）处理后的第一原始基底和第二原始基底进行键合，得到一种具有五层结构的键合体，从下而上依次为原始基底层、牺牲层、薄膜层、分离层和余质层；（3）在温度50~500℃，压力0.1~30MPa，氧气或氮气氛围下对步骤（2）的键合体加热0.5~50小时，使得薄膜层和余质层分离，得到三层结构体，从上而下依次为原始基底层、牺牲层和薄膜层；对三层结构体进行退火，然后将薄膜层的表面进行抛光处理，待用；（4）取目标硅基底与步骤（3）经过抛光处理后的薄膜层相接触，以晶片键合的方式进行键合，得到一种四层结构的键合体，从下而上依次为目标基底层、薄膜层、牺牲层、原始基底层；对所得的键合体进行退火处理；退火温度为30~250℃，退火环境为0.1~30MPa的氧气或氮气氛围；（5）将步骤（4）处理后的键合体中的牺牲层用腐蚀溶液或干法腐蚀工艺去除，或者将步骤（4）处理后的键合体中的原始基底层用研磨法去除后再用腐蚀溶液或干法腐蚀工艺去除牺牲层，得到目标基底上的薄膜，对目标基底上的薄膜采用化学机械抛光法将薄膜抛光至目标厚度20~4500纳米，得到设置在硅基底上的钽酸锂薄膜或铌酸锂薄膜；所述的腐蚀溶液为氢氟酸、氢氧化钾溶液、HF+NH4F、HF+H2O2，其中氢氟酸和氢氧化钾溶液的质量浓度为10~100%、HF和NH4F的质量比为1:100~100:1，HF和H2O2的质量比为1:100~100:1。优选的一种设置在基底上的薄膜的制备方法，离子注入能量为10~30000keV，注入剂量为1014~1018ions/cm2。优选的一种设置在基底上的薄膜的制备方法，注入离子为氦离子，注入离子为氦离子，离子注入能量为10~3000keV，注入剂量为1015~7×1017ions/cm2。进一步优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设置在基底上的薄膜，其特征在于：包括基底层和薄膜层，薄膜层的厚度为10~30×103纳米；基底层材料和薄膜层材料的热膨胀系数不同。

【技术特征摘要】
2015.02.13 CN 20151007742761.一种设置在基底上的薄膜，其特征在于：包括基底层和薄膜层，薄膜层的厚度为10~30×103纳米；基底层材料和薄膜层材料的热膨胀系数不同。
2.根据权利要求1所述的一种设置在基底上的薄膜，其特征在于：薄膜层的厚度为25~4500纳米，薄膜层材料为铌酸锂或钽酸锂，基底层材料为硅。
3.根据权利要求2所述的一种设置在基底上的薄膜，其特征在于：所述薄膜层材料为铌酸锂，基底层材料为硅，薄膜层的厚度为500纳米。
4.一种如权利要求1所述的在基底上的薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）取两片相同的原始基底，分别为第一原始基底和第二原始基底，对第一原始基底采用离子注入法处理，将离子注入第一原始基底中，从而将第一原始基底从上到下分为薄膜层、分离层和余质层，注入离子分布在分离层内；在第二原始基底上沉积一层无机硅材料，得到原始基底层和牺牲层；所述的无机硅材料为二氧化硅、多晶硅或氮化硅中的一种；所述离子为氢离子或氦离子；
（2）采用晶片键合法对步骤（1）处理后的第一原始基底和第二原始基底进行键合，得到一种具有五层结构的键合体，从下而上依次为原始基底层、牺牲层、薄膜层、分离层和余质层；
（3）在温度50~500℃，压力0.1~30MPa，氧气或氮气氛围下对步骤（2）的键合体加热0.5~50小时，使得薄膜层和余质层分离，得到三层结构体，从上而下依次为原始基底层、牺牲层和薄膜层；对三层结构体进行退火，然后将薄膜层的表面进行抛光处理，待用；
（4）取目标基底与步骤（3）经过抛光处理后的薄膜层相接触，用晶片键合法进行键合，得到一种四层结构的键合体，从下而上依次为目标基底层、薄膜层、牺牲层、原始基底层；对所得的键合体进行退火处理；退火温度为30~250℃，退火环境为0.1~30MPa的氧气或氮气氛围；
（5）将步骤（4）处理后的键合体中的牺牲层用腐蚀溶液或干法腐蚀工艺去除，或者将步骤（4）处理后的键合体中的原始基底层用研磨法去除后再用腐蚀溶液或干法腐蚀工艺去除牺牲层，得到目标基底上的薄膜，对目标基底上的薄膜采用化学机械抛光法将薄膜抛光至目标厚度10~30×103纳米，得到设置在基底上的薄膜；所述的腐蚀溶液为氢氟酸、氢氧化钾溶液、HF+NH4F、HF+H2O2，其中氢氟酸和氢氧化钾溶液的质量浓度为10~100%、HF和NH4F的质量比为1:100~100:1，HF和H2O2的质量比为1:100~100:1。
5.根据权利要求4所述的一种设置在基底上的薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）取两片相同的原始基底，分别为第一原始基底和第二原始基底，对第一原始基底采用离子注入法处理，将离子注入第一原始基底中，从而将第一原始基底从上到下分为薄膜层、分离层和余质层，注入离子分布在分离层内；在第二原始基底上沉积一层二氧化硅，得到原始基底层和牺牲层；原始基底的材料为钽酸锂或铌酸锂；所述离子为氢离子或氦离子；
（2）采用晶片键合法对步骤（1）处理后的第一原始基底和第二原始基底进行键合，得到一种具有五层结构的键合体，从下而上依次为原始基底层、牺牲层、薄膜层、分离层和余质层；
（3）在温度50~500℃，压力0.1~30MPa，氧气或氮气氛围下对...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文，胡卉，
申请(专利权)人：济南晶正电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37