单晶薄膜键合体及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种单晶薄膜键合体和一种制造单晶薄膜键合体的方法，所述单晶薄膜键合体包括硅基底、铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜以及位于硅基底与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜之间的硅基薄膜，其中，硅基薄膜通过沉积形成在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上，并通过直接键合法与硅基底进行键合，硅基薄膜为硅薄膜、二氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。本发明专利技术的三层结构的单晶薄膜键合体能够有效地降低甚至消除在钽酸锂或铌酸锂单晶薄膜和硅基板之间的界面对光波和声波的反射作用，并且降低或消除了界面间的反射作用对于光或声波信号所造成的干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有三层结构的低界面反射率的单晶薄膜键合体和一种制造所述单晶薄膜键合体的方法，更具体地，涉及一种能够减小光波或声波在基板材料之间的界面发生反射的单晶薄膜键合体和一种制造所述单晶薄膜键合体的方法。
技术介绍
钽酸锂单晶薄膜和铌酸锂薄膜单晶薄膜在光信号处理、信息存储以及电子器件等中有着广泛的用途，用其作为基础材料，可以制作高频、高带宽、高集成度、大容量、低功耗的光电子学器件和集成光路。此外，钽酸锂单晶薄膜和铌酸锂单晶薄膜可被应用于制造滤波器，光波导调制器、光波导开关、空间光调制器和光学倍频器、表面声波发生器、红外探测器、铁电体存储器等。在硅基板上形成钽酸锂或铌酸锂薄膜的工艺可与现有的硅基生产工艺和生产线兼容，大大增加铌酸锂薄膜的可加工性和应用范围。在制造滤波器时，典型的基板材料具有如下结构:下侧是娃基底，在娃基底上面覆盖一层钽酸锂。比如，硅基底的厚度为250微米左右，钽酸锂层的厚度在1微米至50微米之间，典型地，厚度为20微米左右。在制备以上基板材料的结构时，一般采用直接键合技术。直接键合工艺是将两个晶片的表面抛光并清洗干净，互相靠近，然后贴合在一起。如果两个晶片的表面非常光滑并且非常干净，则两个晶片表面的分子就互相靠近，由于分子间的范德瓦尔斯力的作用，两个晶片就结合在一起，从而形成了键合体。随后，对键合体进行加热，键合力会进一步增强，从而变成非常牢固的键合体。直接键合工艺具有键合界面清晰、薄膜和基板的键合力强等优点。但是，直接键合工艺对于晶圆片的表面粗糙度要求非常高，比如，通常要求表面粗糙度低于1纳米。采用直接键合工艺在硅基板上制备钽酸锂层(或铌酸锂层)所形成的双层结构，由于硅和钽酸锂的光学折射率不同，从而造成光在界面上的强烈的定向反射。在制造器件时，需要精密的光刻工艺，光在硅和钽酸锂的界面上的强烈反射会影响光刻工艺的精确度。再者，由于硅和钽酸锂的密度和杨氏模量不同，会造成声波在界面上的强烈定向反射。在滤波器的使用过程中，声波在硅和钽酸锂的界面上反射会造成器件的噪音干扰，造成了器件品质的下降。因此，如何解决光反射和声波反射的干扰成为制备性能优良的器件的关键技术。如果键合界面比较粗糙，光波和声波在界面上发生漫反射，光反射对光刻工艺的影响会大大降低，声波对器件的噪音干扰会大大降低，器件的产量和质量就会增强。但是，粗糙的键合界面却非常不利于直接键合，甚至不能成功地直接键合。
技术实现思路
为了解决在现有技术中存在的上述至少一个问题，本专利技术提供了一种能够减小光波或声波在基板材料之间的界面发生反射的单晶薄膜键合体和一种制造所述单晶薄膜键合体的方法。根据一个实施例，提供了一种单晶薄膜键合体，所述单晶薄膜键合体包括硅基底、铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜以及位于硅基底与铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜之间的硅基薄膜，其中，硅基薄膜通过沉积形成在铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜上，并通过直接键合法与硅基底进行键合。硅基薄膜的与硅基底进行键合的表面可以是抛光表面，硅基底的与硅基薄膜进行键合的表面可以是抛光表面，娃基薄膜的抛光表面与娃基底的抛光表面进行键合，以形成键合体。硅基薄膜可以为硅薄膜、二氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。硅基薄膜可以通过等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、溅射、蒸发或外延生长形成在铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜上。铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜的其上形成硅基薄膜的表面可以为微米级或亚微米级粗糙度的表面。根据另一实施例，提供了一种制造单晶薄膜键合体的方法，所述方法包括:提供具有微米级或亚微米级粗糙度的粗糙表面的原始基板；在原始基板上沉积过渡层，并对过渡层进行表面抛光以获得能够进行直接键合工艺的光滑表面；提供目标基板并对目标基板进行表面抛光，以获得能够进行直接键合工艺的光滑表面；利用直接键合法将目标基板的抛光表面与沉积在原始基板上的过渡层的抛光表面进行键合，以形成键合体。原始基板可以为铌酸锂或钽酸锂基板。过渡层可以为硅基薄膜，硅基薄膜可以为硅薄膜、二氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。目标基板可以为硅基板。原始基板的粗糙表面可以通过研磨、腐蚀或喷砂获得。可以通过等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积、溅射、蒸发或外延生长在原始基板上沉积过渡层。过渡层的厚度可以为0.1微米至30微米。可以对过渡层进行表面抛光以使表面粗糙度小于1纳米。在原始基板上沉积过渡层之后，可以在100°C至1000°C的温度下对过渡层进行退火，以去除其中的潜在缺陷和杂质。在形成键合体之后，可以在30°C至500°C的温度下对键合体进行退火，以增强键合力。可以利用研磨工艺将键合体的原始基板进行研磨，并可以对研磨面进行抛光，以提高表面光滑度并达到目标厚度。可以采用化学机械抛光工艺对过渡层进行表面抛光，和/或可以采用化学机械抛光工艺对目标基板进行表面抛光。可以采用化学机械抛光工艺对研磨面进行抛光。本专利技术的单晶薄膜键合体能够有效地降低甚至消除在钽酸锂或铌酸锂薄膜层和硅基板之间的界面对光波和声波的反射作用，并且降低或消除了界面的反射作用对光或声波信号造成的干扰。本专利技术的方法是利用粗糙界面的漫反射效应来降低或消除光波和/或声波在界面的强烈的定向反射，以及沉积过渡层且将过渡层的表面进行抛光以实现原始基板和目标基板的键合。此外，本专利技术的方法能够制造大尺寸且厚度为纳米和微米等级的单晶薄膜。【附图说明】根据结合附图进行的以下详细描述，本专利技术的以上和其它方面、特征和优点将更加明显，在附图中:图1示出了在原始基板上沉积过渡层的工艺的图；图2示出了沉积在原始基板上的过渡层进行抛光的工艺的图；图3示出了将过渡层和目标基板进行键合以形成键合体的工艺的图；图4示出了将原始基板进行研磨的工艺的图；图5示出了对原始基板进行表面抛光所获得的单晶薄膜键合体的图。【具体实施方式】现在将详细地参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，同样的标号始终指同样的元件。以下通过参照附图描述实施例以解释本专利技术。如这里使用的，除非上下文另外指出，否则将理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。根据本专利技术的实施例，参照图5，单晶薄膜键合体包括硅基3、铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜1以及位于硅基底3与铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜1之间的硅基薄膜2。硅基薄膜2可以通过沉积形成在铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜2上，并通过直接键合法与硅基底3进行键入口 ο硅基薄膜2的与硅基底3进行键合的表面可以是抛光表面，硅基底3的与硅基薄膜2进行键合的表面可以是抛光表面，娃当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶薄膜键合体，其特征在于，所述单晶薄膜键合体包括硅基底、铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜以及位于硅基底与铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜之间的硅基薄膜，其中，硅基薄膜通过沉积形成在铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜上，并通过直接键合法与硅基底进行键合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文，
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