一种优化注入颗粒的复合薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种优化注入颗粒的复合薄膜及其制备方法，方法包括如下步骤：准备压电晶圆和衬底晶圆；将压电晶圆进行离子注入处理，在离子注入处理的全程利用粒子淋浴器产生的粒子束对离子束进行喷淋，粒子束在喷淋时与离子束形成夹角，得到包含薄膜层、分离层和余质层的压电晶圆注入片；将压电晶圆注入片与衬底晶圆进行键合，得到键合体；将键合体进行退火热处理，使得余质层与薄膜层分离，得到复合薄膜。本发明专利技术在离子注入工艺中引入粒子喷淋操作，利用与注入离子束形成一定夹角的粒子束来喷淋拦截颗粒，制备的复合薄膜的颗粒数最低可以降至300颗粒/片的水平，制备得到的复合薄膜表面均匀度大大提升，适用于大规模工业化的推广。广。广。

【技术实现步骤摘要】
一种优化注入颗粒的复合薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体制备
，特别涉及一种优化注入颗粒的复合薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]铌酸锂和钽酸锂材料由于具有居里温度高、自发极化强、机电耦合系数高、优异的电光效应等有优点，广泛应用于非线性光学、铁电、压电、电光等领域，尤其是其在薄膜体声波器件、滤波器、调制器等领域受到越来越广泛的关注和应用。单晶铌酸锂薄膜和单晶钽酸锂薄膜的制备方法主要有外延生长法，减薄抛光体材料法以及注入键合分离方法等，其中，外延生长法由于铌酸锂和钽酸锂与衬底材料之间的晶格失配比较大、膨胀系数不一样等原因，很难获得大面积的、均匀完整的薄膜；减薄抛光的方法则很难获得纳米级厚度的薄膜，而且减薄抛光过程中造成的损伤层对后面器件的影响比较大；因此，目前比较常用的方法为离子注入键合分离的方法。
[0003]离子注入和键合分离法主要是通过向铌酸锂或钽酸锂等薄膜晶圆内注入离子，将薄膜晶圆分为薄膜层、分离层和余质层，然后将薄膜晶圆的离子注入面和衬底层键合，形成键合体，最后对键合体热处理，使余质层与薄膜层分离，将薄膜层保留在衬底层上，从而制备出性能接近薄膜晶圆的薄膜层。
[0004]但是，离子注入对颗粒污染非常敏感，在通过离子注入键合分离制备复合薄膜时，样片表面的颗粒会阻碍离子流的注入。通常注入的束流越大越容易产生更多颗粒，虽然注入后这些颗粒可以清洗掉，但其对注入的遮挡将在样品的注入层中产生缺陷，进而在制备的复合薄膜的表面产生过多的颗粒物，造成薄膜的性能下降，因此需要对现有的制备工艺进行改进，以改善上述的缺陷。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中的问题，本申请提出了一种优化注入颗粒的复合薄膜及其制备方法，能够减少制备过程中在薄膜表面出现的颗粒物，提高薄膜性能。
[0006]为实现上述目的，本申请由如下方案实现：
[0007]一方面，本申请提供一种优化注入颗粒的复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008]准备压电晶圆和衬底晶圆；
[0009]将所述压电晶圆进行离子注入处理，在离子注入处理的全程利用粒子淋浴器产生的粒子束对所述离子束进行喷淋，其中，所述粒子束在喷淋时与离子束形成夹角，得到包含薄膜层、分离层和余质层的压电晶圆注入片，其中，薄膜层位于压电晶圆的表面，分离层位于薄膜层和余质层之间，注入的离子分布在分离层内；
[0010]将压电晶圆注入片与所述衬底晶圆进行键合，得到键合体；
[0011]将所述键合体进行退火热处理，使得所述余质层与所述薄膜层分离，得到复合薄膜。
[0012]进一步地，所述粒子束的束流为0.4～1A；所述离子束的束流大于等于1mA。
[0013]进一步地，所述粒子束在喷淋时与离子束形成夹角为60～90
°
。
[0014]进一步地，所述粒子淋浴器为电子淋浴器或离子淋浴器，其中，所述离子淋浴器使用的离子为氢离子、氧离子、氦离子、氮离子或氩离子中的一种或多种。
[0015]进一步地，所述离子注入使用的离子为氦离子、氢离子、氮离子、氧离子或氩离子中的一种，离子注入剂量为2
×
10
16
ions/cm2～4
×
10
16
ions/cm2，离子注入能量为40～400keV。
[0016]进一步地，所述压电晶圆的材质为铌酸锂、钽酸锂、石英、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷、砷化镓或硅晶圆中的一种；所述衬底晶圆的材质为硅衬底、铌酸锂、钽酸锂、硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化硅、石英、蓝宝石或石英玻璃中的一种。
[0017]进一步地，所述将压电晶圆注入片与所述衬底晶圆进行键合，包括：
[0018]在衬底晶圆的一面制作隔离层，其中，所述隔离层为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅；
[0019]将所述压电晶圆注入片与所述隔离层进行键合，得到所述键合体。
[0020]进一步地，所述在衬底晶圆的一面制作隔离层，包括：
[0021]在衬底晶圆的一面采用沉积法沉积多晶硅或非晶硅，或采用腐蚀法产生腐蚀损伤，或通过注入法产生注入损伤，得到缺陷层；
[0022]在所述缺陷层上制作隔离层。
[0023]进一步地，所述退火热处理包括一次退火和二次退火，其中，一次退火的温度为180～300℃，二次退火的温度为300～600℃。
[0024]另一方面，本申请还提供一种优化注入颗粒的复合薄膜，其特征在于，采用上述优方法所制备得到。
[0025]本专利技术在离子注入工艺中引入粒子喷淋操作，利用与注入离子束形成一定夹角的粒子束来喷淋拦截颗粒，通过适当的粒子束束流有效减小复合薄膜表面颗粒数，同时不会影响离子的注入。相较于现有工艺制备的复合薄膜的颗粒数在每片1～1.3万颗粒，采用本专利技术的方法制造的复合薄膜的颗粒数可以降低至每片600颗粒的水平，最低可以降至300颗粒数的水平，制备得到的复合薄膜表面均匀度大大提升，适用于大规模工业化的推广。
附图说明
[0026]下面对说明书附图所表达的内容做简要说明：
[0027]图1为本申请实施例提供的一种优化注入颗粒的复合薄膜制备方法的流程示意图；
[0028]图2为本申请实施例提供的一种优化注入颗粒的复合薄膜制备方法中复合薄膜的形成示意图；
[0029]图3为本申请实施例提供的一种优化注入颗粒的复合薄膜结构示意图；
[0030]图4为本申请实施例1制备的复合薄膜表面颗粒度检测结果图；
[0031]图5为本申请实施例2制备的复合薄膜表面颗粒度检测结果图；
[0032]图6为本申请实施例3制备的复合薄膜表面颗粒度检测结果图；
[0033]图7为本申请实施例4制备的复合薄膜表面颗粒度检测结果图；
[0034]图8为本申请实施例5制备的复合薄膜表面颗粒度检测结果图；
[0035]图9为本申请对比例1制备的复合薄膜表面颗粒度检测结果图；
[0036]附图标记：1
‑
衬底晶圆，2
‑
缺陷层，3
‑
隔离层，4
‑
薄膜层。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]首先，本专利技术提供一种优化注入颗粒的复合薄膜的制备方法，如图1所示，具体包括：
[0039]S1、准备压电晶圆和衬底晶圆。
[0040]准备压电晶圆，压电晶圆可以是铌酸锂、钽酸锂、石英、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷、砷化镓或硅晶圆中等；准备衬底晶圆，衬底晶圆可以是硅衬底、铌酸锂、钽酸锂、硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化硅、石英、蓝宝石或石英玻璃等。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优化注入颗粒的复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：准备压电晶圆和衬底晶圆；将所述压电晶圆进行离子注入处理，在离子注入处理的全程利用粒子淋浴器产生的粒子束对所述离子束进行喷淋，其中，所述粒子束在喷淋时与离子束形成夹角，得到包含薄膜层、分离层和余质层的压电晶圆注入片；将压电晶圆注入片与所述衬底晶圆进行键合，得到键合体；将所述键合体进行退火热处理，使得所述余质层与所述薄膜层分离，得到复合薄膜。2.根据权利要求1所述的一种优化注入颗粒的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述粒子束的束流为0.4～1A；所述离子束的束流大于等于1mA。3.根据权利要求1所述的一种优化注入颗粒的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述粒子束在喷淋时与离子束形成夹角为60～90
°
。4.根据权利要求1所述的一种优化注入颗粒的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述粒子淋浴器为电子淋浴器或离子淋浴器，其中，所述离子淋浴器使用的离子为氢离子、氧离子、氦离子、氮离子或氩离子中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种优化注入颗粒的复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述离子注入使用的离子为氦离子、氢离子、氮离子、氧离子或氩离子中的一种，离子注入剂量为2
×
10
16
ions/cm2～4
×
10

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，胡卉，胡文，连坤，董玉爽，王金翠，
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：