拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法、单晶薄膜及谐振器技术

本发明专利技术涉及单晶薄膜制备技术领域，尤其是涉及一种拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法、单晶薄膜及谐振器；包括制备步骤：选择至少两个小尺寸单晶晶圆，在各小尺寸单晶晶圆的下表面注入高能量离子；在衬底的上表面划分出与各小尺寸单晶晶圆匹配的键合区域，在键合区域内制备与小尺寸单晶晶圆匹配的键合层，将各小尺寸单晶薄膜层叠放于一一对应的键合区域内，进行上压电层剥离处理，制得拼接式单晶薄膜。本发明专利技术通过将小尺寸的单晶薄膜拼接在一个大的衬底上的设计以解决现有技术存在的小尺寸的单晶晶圆无法制备大于其自身尺寸的单晶薄膜，以及现有的单晶薄膜无法满足多功能器件的应用的技术问题。

Fabrication of Spliced Small Size Single Crystal Films, Single Crystal Films and Resonators

【技术实现步骤摘要】
拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法、单晶薄膜及谐振器
本专利技术涉及单晶薄膜制备
，尤其是涉及一种拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法、单晶薄膜及谐振器。
技术介绍
离子注入剥离方法可以实现几乎所有单晶薄膜材料的转移制备，其制备的薄膜材料具有与单晶材料相当的晶体结构和电学性能。现有的硅晶圆的尺寸通常在12英寸，而氮化镓(氮化镓)、砷化镓(砷化镓)、磷化铟(磷化铟)；铌酸锂(铌酸锂)等材料的晶圆尺寸通常在4-6英寸。由于离子注入剥离方法原理的限制，其将类似氮化镓(氮化镓)等小尺寸晶圆制备超过6英寸的单晶薄膜受到了严重限制，氮化镓(氮化镓)、砷化镓(砷化镓)、磷化铟(磷化铟)；铌酸锂(铌酸锂)等单晶薄膜受到了应用的局限性。此外，超越摩尔定律发展路线的提出，多功能器件的这一全新集成电路发展路径，这一技术需要在同一衬底上实现多功能器件的集成，目前常见的方法是将基于不同种类材料的器件分别制备，然后通过wire-bonding等方式进行混合集成，限制了系统体积的进一步缩小，不能充分发挥集成技术对增强系统功能和缩小系统体积、重量的作用。因此，针对上述问题本专利技术急需提供一种拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法、单晶薄膜及谐振器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法及拼接式小尺寸单晶薄膜，通过将小尺寸的单晶薄膜拼接在一个大的衬底上的设计以解决现有技术存在的小尺寸的单晶晶圆无法制备大于其自身尺寸的单晶薄膜，以及现有的单晶薄膜无法满足多功能器件的应用的技术问题。本专利技术提供的一种拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法，包括如下制备步骤：选择至少两个小尺寸单晶晶圆，在各小尺寸单晶晶圆的下表面注入高能量离子，使得各小尺寸单晶晶圆内部形成损伤层，损伤层将小尺寸单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到具有损伤层的小尺寸单晶晶圆；在衬底的上表面划分出与各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆匹配的键合区域，在键合区域内制备与各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆匹配的键合层；将各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆的下表面叠放于一一对应的键合区域内，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，制得拼接小尺寸单晶薄膜。优选地，小尺寸单晶晶圆包括石英、铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)、氮化铝、氧化锌、钛酸钡、磷酸二氢钾、铌镁酸铅、氮化镓、砷化镓、磷化铟、碳化硅、金刚石中的一种。优选地，小尺寸单晶晶圆的规格为1×1mm2-100×100mm2；优选地，小尺寸单晶晶圆的规格为5×5mm2-10×10mm2。优选地，晶圆劈裂处理包括退火处理或激光聚焦加热处理中的至少一种；优选地，激光聚焦加热处理过程为：对应各小尺寸单晶晶圆设定激光聚焦的位置和聚焦能量，逐一对各单晶薄膜层进行加热直到上压电层从单晶薄膜层剥离下来。优选地，高能量离子包括氢离子(H+)、氦离子(He+)、硼离子(B3+)、砷离子(AS3+)中的至少一种。优选地，高能量离子能量为10keV-500keV；优选地，高能量离子能量为100-200KeV，注入离子剂量为1×1016-8×1016ions/cm2；优选地，注入离子剂量为3×1016-5×1016ions/cm2。优选地，键合温度为150℃-500℃；键合时间为10min-600min；单晶晶圆劈裂温度为180℃-500℃；晶圆劈裂时间为10min-600min。优选地，键合层材质采用二氧化硅(SiO2)、Si、Ge、金属、合金、苯并环丁烯(BCB)、硅倍半环氧乙烷(HSQ)或旋转涂布玻璃(SOG)中的一种；衬底的材质包括硅、绝缘层上硅、玻璃、石英、铌酸锂、钽酸锂、碳化硅、氮化镓、砷化镓、金刚石中的一种。本专利技术还提供一种拼接式小尺寸单晶薄膜，基于如上述中任一所述的拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法制得。优选地，包括衬底，衬底上设有至少两个小尺寸单晶薄膜层；各小尺寸单晶薄膜层与衬底间设有键合层。本专利技术还包括一种谐振器，包括如上述中任一所述的拼接式小尺寸单晶薄膜。本专利技术提供的一种拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法、拼接式小尺寸单晶薄膜及谐振器与现有技术相比具有以下进步：1、本专利技术提供的拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法，能够在大尺寸的硅衬底和玻璃衬底上键合多个小尺寸的单晶薄膜，可以拼接多个同种小尺寸单晶薄膜，也可拼接多种小尺寸的单晶薄膜，可以将制备大于小尺寸单晶薄膜自身尺寸的单晶薄膜或将多种单晶薄膜拼接于一体，突破现有的小尺寸单晶晶圆尺寸的限制，提高小尺寸单晶晶圆的应用领域，同时多种单晶薄膜的拼接，可以制备多功能器件。2、本专利技术提供的拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法能，在键合过程中，由于键合面积小可以提高键合层气泡的扩散效率，减小薄膜在升温和降温过程中的应力积累，使制得的拼接的小尺寸单晶薄膜表面平整，无气泡，无裂纹。3、本专利技术提供的拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法能，扩大较小尺寸单晶薄膜的应用领域，可以为多种膜器件提供功能性单晶薄膜。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中所述拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法步骤框图；图2为本专利技术中所述拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法步骤示意图；图3为本专利技术中所述拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法步骤示意图；图4为本专利技术中所述拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法步骤示意图；图5为本专利技术中所述拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法步骤示意图；图6为本专利技术中所述拼接式小尺寸单晶薄膜结构示意图(俯视图)；附图标记说明：1-单晶薄膜；2-衬底；3-键合层；4-损伤层；5-上压电层。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本专利技术提供一种拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法，包括如下制备步骤：S1)选择至少两个小尺寸单晶晶圆6，在各小尺寸单晶晶圆6的下表面注入高能量离子A，使得各小尺寸单晶晶圆6内部形成损伤层4，损伤层4将小尺寸单晶晶圆6分隔成上压电层5和单晶薄膜层1，得到具有损伤层4的小尺寸单晶晶圆6；S2)在衬底3的上表面划分出与各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆6匹配的键合区域，在键合区域内制备与各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆6匹配的键合层2；S3)将各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆6的下表面叠放于一一对应的键合区域内，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层5，制得拼接小尺寸单晶薄膜。其中，小尺寸单晶晶圆6包括石英、铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：选择至少两个小尺寸单晶晶圆，在各小尺寸单晶晶圆的下表面注入高能量离子，使得各小尺寸单晶晶圆内部形成损伤层，损伤层将小尺寸单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到具有损伤层的小尺寸单晶晶圆；在衬底的上表面划分出与各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆匹配的键合区域，在键合区域内制备与各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆匹配的键合层；将各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆的下表面叠放于一一对应的键合区域内，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，制得拼接小尺寸单晶薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：选择至少两个小尺寸单晶晶圆，在各小尺寸单晶晶圆的下表面注入高能量离子，使得各小尺寸单晶晶圆内部形成损伤层，损伤层将小尺寸单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到具有损伤层的小尺寸单晶晶圆；在衬底的上表面划分出与各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆匹配的键合区域，在键合区域内制备与各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆匹配的键合层；将各具有损伤层的小尺寸单晶晶圆的下表面叠放于一一对应的键合区域内，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，制得拼接小尺寸单晶薄膜。2.根据权利要求1所述的拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法，其特征在于：小尺寸单晶晶圆包括石英、铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、氧化锌、钛酸钡、磷酸二氢钾、铌镁酸铅、氮化镓、砷化镓、磷化铟、碳化硅、金刚石中的一种。3.根据权利要求2所述的拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法，其特征在于：小尺寸单晶晶圆的规格为1×1mm2-100×100mm2；优选地，小尺寸单晶晶圆的规格为5×5mm2-10×10mm2。4.根据权利要求3所述的拼接式小尺寸单晶薄膜的制备方法，其特征在于：晶圆劈裂处理包括退火处理或激光聚焦加热处理中的至少一种；优选地，激光聚焦加热处理过程为：对应各小尺寸单晶晶圆设定激光聚焦的位置和聚焦能量，逐一对各单晶薄膜层进行加热直到上压电层从单晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文博，吴传贵，帅垚，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51