CN108493334A

CN108493334A - 一种薄膜异质结构的制备方法

Info

Publication number: CN108493334A
Application number: CN201810215518.5A
Authority: CN
Inventors: 欧欣; 黄凯; 鄢有泉; 游天桂; 王曦
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Xinsi polymer semiconductor Co.,Ltd.
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2018-09-04
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: CN108493334B

Abstract

本发明提供一种薄膜异质结构的制备方法，包括步骤：提供晶圆衬底，具有注入面；自注入面对晶圆衬底进行离子注入，于晶圆衬底内的预设深度处形成注入缺陷层；提供支撑衬底，将支撑衬底及晶圆衬底进行升温键合；对得到的结构进行退火处理，形成连续缺陷层；将得到的结构降至预设温度，以基于降温产生的反向热应力沿连续缺陷层剥离部分晶圆衬底，得到包括支撑衬底及晶圆薄膜的薄膜异质结构，预设温度低于键合温度。本发明通过升温键合的方式，可以降低键合结构的热应变，使得键合结构在高温工艺中保持稳定完整，有效避免了剥离过程中由于热失配引起的裂片问题，本发明还通过反向热应力辅助的方法使键合结构在连续缺陷层分开而对键合界面无影响。

Description

一种薄膜异质结构的制备方法

技术领域

本发明属于衬底制备技术领域，特别是涉及一种薄膜异质结构的制备方法。

背景技术

随着5G通讯的到来以及万物互联(Internet of Everything，IOE)的发展，过去常用的芯片技术已经不能满足人们对高性能、高集成度及低功耗的要求。此时，需要人们将具有各种不同功能的芯片进行集成。

根据材料性质不同，基于不同材料的芯片具有各自的优点，例如，硅芯片具有集成度高的优点，砷化镓芯片具有高速高频的优点，氮化镓芯片具有大功率的优点，压电芯片在射频系统的滤波器上应用广泛。为此，美国Northrop Grumman Aerospace Sector利用异质集成方法将各种不同功能的芯片进行了集成，有效的缩小了芯片尺寸。随着通信技术的发展，越来越多的通信芯片公司开始将基于压电材料的滤波器组件与基于半导体材料的功率放大器(PA)及低噪声放大器(LNA)集成模块，从而提供模块级的解决方案。

目前，将滤波器与放大器集成的方法主要是通过封装技术完成，具有尺寸大、寄生效应严重等缺点。将压电材料与硅集成将提供材料级集成的晶圆衬底，为制备单片集成的模块提供材料平台。此外，将压电材料异质衬底键合，可以有效提高滤波器的工作频率、带宽并降低功耗等。利用离子束剥离方法将压电单晶转移至异质支撑衬底上已经可以提供相应的晶圆材料。但利用离子束剥离方法制备支撑衬底上的压电薄膜的关键问题为压电材料与支撑衬底具有较大的热膨胀系数失配，键合结构在加热过程中产生较大的热应力导致键合结构碎裂。

另外，键合结构中存在键合界面和注入缺陷层两层界面，这两层界面的结合强度在退火过程中会发生相反的变化，键合界面在退火过程中会因为两晶圆间的相互成键而加强，而注入缺陷层会因为缺陷的聚集而降低强度，连续缺陷层导致此处的结合强度弱于加固后的键合界面强度，形成两层界面强度的反转，如何进行更为有效的剥离方式的选择成为本领域技术人员亟待解决的问题。

因此，提供一种薄膜异质结构的制备方法，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种薄膜异质结构的制备方法，用于解决现有技术中薄膜异质衬底在高温下具有热应变，从而无法进行高温工艺以及如何利用辅助手段进行材料剥离以得到完成的薄膜异质衬底的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种薄膜异质结构的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一晶圆衬底，且所述晶圆衬底具有一注入面；

2)自所述注入面对所述晶圆衬底进行离子注入，以于所述晶圆衬底内的预设深度处形成一注入缺陷层；

3)提供一支撑衬底，加热所述支撑衬底及所述晶圆衬底至键合温度以进行升温键合；

4)对步骤3)得到的结构在一退火温度下进行退火处理，其中，在所述退火处理的过程中所述注入缺陷层转化为连续缺陷层；以及

5)将步骤4)得到的结构降温至一预设温度，以基于降温过程中产生的反向热应力沿所述连续缺陷层剥离部分所述晶圆衬底，使得所述晶圆衬底的一部分转移至所述支撑衬底上，以在所述支撑衬底上形成一晶圆薄膜，得到包括所述支撑衬底以及键合于所述支撑衬底上的所述晶圆薄膜的薄膜异质结构，其中，所述预设温度低于所述键合温度。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述退火处理的温度介于140℃～300℃之间；所述退火处理的时间介于1min～24h之间；所述退火处理的氛围包括氮气、氧气、氩气、富Li气氛及真空中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)和步骤4)之间还包括步骤：对步骤3)得到的结构进行预退火，以增强所述支撑衬底与所述晶圆衬底之间的键合强度。

优选地，所述预退火的温度介于100℃～250℃之间；所述预退火的时间介于1min～600min之间；所述预退火过程中包括对所述晶圆衬底及所述支撑衬底进行加压以及调整所述预退火氛围为真空中的至少一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述升温键合的所述键合温度介于50℃～250℃之间。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述支撑衬底的材料选自于硅、氧化硅、蓝宝石、金刚石、氮化铝、氮化镓及碳化硅所构成群组中的至少一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述晶圆衬底包括压电单晶衬底；所述压电单晶衬底的材料选自于铌酸锂、钽酸锂、石英及PMN-PT中的任意一种。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，进行所述离子注入的方式包括氢离子注入、氦离子注入及氢氦离子共注入中的任意一种。

优选地，进行所述离子注入的温度介于50℃～150℃之间；进行所述离子注入的能量介于1keV～2000keV之间；进行所述离子注入的剂量介于1×1016cm-2～1.5×1017cm-2之间。

作为本发明的一种优选方案，步骤5)中，所述预设温度介于室温至100℃之间。

作为本发明的一种优选方案，步骤5)之后还包括步骤：对步骤5)得到的所述薄膜异质结构进行后处理工艺，所述后处理工艺包括后退火处理及表面处理中的至少一种。

作为本发明的一种优选方案，进行所述后退火处理的后退火温度介于300℃～700℃之间，后退火时间介于1h～12h之间，后退火氛围包括氮气、氧气、富Li气氛、真空及氩气中的任意一种；进行所述表面处理的方式包括表面粗糙度处理，进行所述表面粗糙度处理的方法包括化学机械抛光、化学腐蚀及低能离子辐照中的至少一种。

如上所述，本发明的薄膜异质结构的制备方法，具有以下有益效果：

本发明提供一种薄膜异质结构的制备方法，通过一种升温键合的方式，降低了晶圆衬底及支撑衬底键合时的温度与后续高温工艺(如退火处理)之间的温差，降低键合结构内部的热应变，进一步，首先利用较低温度的预退火处理加强键合强度，使其可以在随后的剥离温度下不发生解键合，键合加强后的结构在较高温度退火处理，离子注入形成的微纳缺陷聚集并形成连续的缺陷层，连续缺陷层导致此处的结合强度弱于加固后的键合界面强度，形成两层界面强度的反转后，将键合结构降温至键合温度以下，此时会在键合结构中形成相反的热应力，热应力将键合结构从结合强度最弱的连续缺陷层分离，从而将压电薄膜转移到支撑衬底上。该方法可以降低直接剥离压电薄膜的退火温度，从而有效避免剥离过程中由于热失配引起的裂片问题的产生；

另外，基于本发明的处理工艺，可以通过降温产生反向热应力辅助的方法使键合结构在缺陷层分开而对键合界面无影响，外力作用可以降低退火温度，相比于晶圆自动剥离缩短工艺时间，还可以防止晶圆自动剥离划伤表面，同时，也可以避免剥离时应力突然释放导致的晶圆碎裂。

附图说明

图1显示为本发明的薄膜异质结构制备的工艺流程图。

图2显示为本发明的薄膜异质结构制备中提供晶圆衬底的结构示意图。

图3显示为本发明的薄膜异质结构制备中进行离子注入形成注入缺陷层的结构示意图。

图4显示为本发明的薄膜异质结构制备中提供支撑衬底的结构示意图。

图5显示为本发明的薄膜异质结构制备中将晶圆衬底和支撑衬底键合的结构示意图。

图6显示为本发明的薄膜异质结构制备中进行退火处理形成连续缺陷层的结构示意图。

图7显示为本发明的薄膜异质结构制备中通过降温剥离部分晶圆衬底的示意图。

图8显示为本发明的薄膜异质结构制备中得到的薄膜异质衬底的结构示意图。

图9(a)显示为本发明的薄膜异质衬底退火温度为180℃时的应力分布。

图9(b)显示为本发明的薄膜异质衬底降温至预设温度100℃时的应力分布。

元件标号说明

100 晶圆衬底

100a 注入面

101 注入缺陷层

102 连续缺陷层

103 晶圆薄膜

104 晶圆衬底余料

200 支撑衬底

400 薄膜异质结构

S1～S5 步骤1)～步骤5)

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图9(b)。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1～8所示，本发明提供一种薄膜异质结构的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一晶圆衬底，且所述晶圆衬底具有一注入面；

下面将结合附图详细说明本发明的薄膜异质结构的制备工艺。

首先，如图1中的S1及图2所示，进行步骤1)，提供一晶圆衬底100，且所述晶圆衬底100具有一注入面100a。

作为示例，步骤1)中，所述晶圆衬底100包括压电单晶衬底；所述压电单晶衬底的材料选自于铌酸锂、钽酸锂、石英及PMN-PT(铌镁酸铅)中的任意一种。

具体的，本步骤中提供一种需要形成薄膜异质结构中的一种晶圆衬底，其中，所述晶圆衬底100的材料可以为压电材料衬底，进一步，优选为压电单晶衬底，基于压电材料的特性，如背景技术中所述，压电材料与支撑衬底热膨胀系数失配，导致二者在高温工艺(如后续的退火处理)下的热应力很大，从而二者在一起无法进行高温工艺，目前采用离子注入与晶圆键合技术很难制备出无缺陷的压电薄膜和支撑衬底的异质结构，而基于本发明的工艺可以克服上述问题，制备得到完整的异质结构。

另外，所述压电单晶衬底可以由任意一种本领域普通技术人员熟知的压电单晶材料构成，不局限于以上几种。

接着，如图1中的S2及图3所示，进行步骤2)，自所述注入面100a对所述晶圆衬底100进行离子注入，以于所述晶圆衬底100内的预设深度处形成一注入缺陷层101。

作为示例，步骤2)中，进行所述离子注入的方式包括氢离子注入、氦离子注入及氢氦离子共注入中的任意一种。

作为示例，进行所述离子注入的温度介于50℃～150℃之间；进行所述离子注入的能量介于1keV～2000keV之间；进行所述离子注入的剂量介于1×10¹⁶cm^-2～1.5×10¹⁷cm^-2之间。

具体的，所述预设深度是指离子注入后形成的所述注入缺陷层101与所述晶圆衬底100的注入面100a之间的距离，所述预设深度依据实际需要制备的薄膜异质结构而设定，在离子从所述注入面注入时，离子注入的能量足以使注入离子达到该预设深度，并在所述预设深度处形成所述注入缺陷层。

另外，进行所述离子注入的方式可以为单一的氢离子或者氦离子的注入，还可以是两种离子的共注入的方式，当采用两种离子共注入的方式时，二者的注入顺序可以依据实际需求调整，即所述氢离子的注入可以在所述氦离子的注入之前进行，也在所述氦离子的注入之后进行，还可以与所述氦离子的注入同时进行。

在一示例中，在所述注入面100a进行单类型离子注入，所注入的离子为氢(H)离子，所述氢离子可以在后续将所述晶圆衬底剥离的原理为利用氢离子会对剥离深处(即所述注入缺陷层101)的晶格形成破坏作用而实现。即，在进行离子注入的过程中，离子进入其原子间隙形成微型缺陷(所述注入缺陷层)，离子注入形成的注入缺陷层多为纳米级空洞缺陷，材料在此界面依然具有较强的机械强度，在后续的处理过程中，这些微缺陷会聚集结合，形成平台型的缺陷(所述连续缺陷层)。又由于形成所述注入缺陷层的深度由离子注入的能量决定，而能否形成分离所需的缺陷密度由离子注入的剂量决定，因此，在离子注入的过程中要选择合适的离子注入剂量和离子注入能量。优选地，本实施例中，所述晶圆衬底为钽酸锂衬底，所述氢离子的离子注入的能量为20keV～180keV，所述氢离子的离子注入的注入剂量为5×10¹⁶cm^-2～1×10¹⁷cm^-2，进行离子注入的温度为室温。

在另一示例中，在所述注入面进行两种类型离子的共注入，注入的离子为氢离子及氦离子，其中，在一种方式中，所述氢离子如上所述用于形成缺陷，所述缺陷在所述注入缺陷层内呈高斯分布；而所述氦离子属于惰性元素，所述氦离子可以被所述氢离子形成的平台缺陷捕获并通过物理作用使这些平台型缺陷扩大并相互结合，最终形成可以分离所述晶圆衬底的裂痕，进而促进部分所述晶圆衬底从缺陷浓度最大处实现剥离。在所述注入面进行氢离子及氦离子共注入，所述氦离子可以被所述氢离子形成的缺陷捕获，进而进入原子间隙中并施加压强，相当于在所述氢离子已产生的缺陷内部施加了一额外的作用力，可以有效地促进部分所述晶圆衬底在离子注入剂量较低的情况下剥离，即可以有效地降低离子注入的总剂量，进而缩短了制备周期，节约了生产成本。

优选地，为了使得注入的所述氦离子容易被所述氢离子形成的缺陷所捕获，或注入的所述氢离子容易被所述氦离子形成的缺陷所捕获，所述氦离子注入的深度需与所述氢离子注入的深度相同或相近，即需要保证所述氦离子的射程(Rp)在所述氢离子注入的射程附近。本示例中，所述氢离子和所述氦离子共注入的能量为10keV～100keV，所述氢离子和所述氦离子共注入的离子束流为1μA～100mA；所述氢离子和所述氦离子共注入的注入剂量为2×10¹⁶cm^-2～10×10¹⁶cm^-2，所述氢离子和所述氦离子共注入的温度为室温。

继续，如图1中的S3及图4～5所示，进行步骤3)，提供一支撑衬底200，加热所述支撑衬底200及所述晶圆衬底100至键合温度以进行升温键合。

作为示例，步骤3)中，所述支撑衬底200的材料选自于硅、氧化硅、蓝宝石、金刚石、氮化铝、氮化镓及碳化硅所构成群组中的至少一种。

作为示例，步骤3)中，所述升温键合的所述键合温度介于50℃～250℃之间。

具体的，该步骤中提供一与所述晶圆衬底100进行键合的支撑衬底，所述支撑衬底200可以是上述材料层中的一者，也可以是上述两者及两者以上材料层构成的叠层结构，当然，也可以是本领域普通技术人员熟知的任意衬底。另外，优选采用所述晶圆衬底100的与所述注入面100a相对的一表面与所述支撑衬底200进行键合。

作为示例，步骤3)中，进行所述升温键合的工艺选自于通过不同的加热电极分别对所述晶圆衬底100及所述支撑衬底200进行升温，以及基于一设置于所述晶圆衬底100和所述支撑衬底200之间的隔离片同时对所述晶圆衬底100和所述支撑衬底200进行升温的方式中的任意一种。

具体的，本示例中，采用升温键合的方式将所述支撑衬底200与所述晶圆衬底100进行键合，所述升温键合是指边升温边键合的过程，升温键合温度也即所述升温温度的范围指键合时的温度，根据不同压电材料，键合温度不同。基于该升温键合的工艺，由于，热应力的公式可以近似表示为：Stress∝(T1-T2)*Δα，公式中Δα是两种材料的热膨胀系数差值，(T1-T2)是退火温度和键合温度的温度差，在保持退火温度T1不变的情况下，通过升高键合温度T2可以降低热应力。步骤4)中退火处理的退火温度较高，应力大，可以通过本步骤升温键合来减小键合时温度与此退火处理的温度差，从而减小热应力。

具体的，可以分别采用两个加热电极对所述支撑衬底及所述晶圆衬底进行加热，分别对二者进行升温，当达到预定的温度的时候，将支撑衬底及晶圆衬底的键合面键合在一起，当然，还可以在两衬底之间设置一隔离片，且具有间距，通过对所述支撑衬底以及晶圆衬底中的一者进行加热，基于热辐射，将热量传递至另外一衬底，从而实现对二者的同时升温，所述隔离片的材料可以是金属、陶瓷等材料制备。

另外，进行所述升温键合的升至的温度进一步优选设置在100℃～200℃之间，依据键合衬底材料的不同而不同。

继续，如图1中的S4及图6所示，进行步骤4)，对步骤3)得到的结构在一退火温度下进行退火处理，其中，在所述退火处理的过程中所述注入缺陷层101转化为连续缺陷层102。

作为示例，所述退火处理的温度介于140℃～300℃之间；所述退火处理的时间介于1min～24h之间；所述退火处理的氛围包括氮气、氧气、氩气、富Li环境及真空中的任意一种，其中，富Li气氛指Li离子较为丰富的气氛环境，当然，也可以是本领域普通技术人员熟知的任意气氛环境，不局限于此。

具体的，在本示例中，进行一次所述退火处理的工艺，一方面，在注入缺陷层101处形成连续性缺陷层102，降低待剥离薄膜(晶圆衬底)与衬底的结合强度，另一方面，加强键合界面强度，当键合界面的结合强度远大于连续缺陷层处的结合强度时，通过反向热应力辅助的方法可以使键合结构在连续缺陷层处分开而对键合界面无影响，通过这种升温键合以及键合后进行退火处理的方式，达到可以使用反向热应力进行材料剥离的效果。优选地，所述退火处理的温度介于180℃～220℃之间；所述退火处理的时间介于1h～10h之间。

作为示例，步骤3)和步骤4)之间还包括步骤：对步骤3)得到的结构进行预退火，以增强所述支撑衬底200与所述晶圆衬底100之间的键合强度。

作为示例，所述预退火的温度介于100℃～250℃之间；所述预退火的时间介于1min～600min之间；所述预退火过程中包括对所述晶圆衬底及所述支撑衬底进行加压以及调整所述预退火氛围为真空中的至少一种。

具体的，在进行所述退火处理之前，还对步骤3)得到的键合后的结构进行预退火处理，进行预退火处理的作用是加强键合强度，减少在后续的退火处理中形成缺陷可能，也进一步有助于后续的剥离工艺，优选地，所述预退火的温度介于100℃～130℃之间；所述预退火的时间介于100min～200min之间，另外，所述预退火处理的过程中对晶圆进行加压处理的压力可以依据材料的种类、大小以及厚度等选择合适的大小，依据实际需求选择，其中，可以是在预退火过程中仅进行加压处理，也可以是仅对其环境进行抽真空处理，当然，也可以是二者均有，本示例中，优选同时进行加压以及抽真空的处理，从而可以有效提高键合强度，同时，缩短工艺周期，提高效率。

最后，如图1中的S5及图7～8所示，进行步骤5)，将步骤4)得到的结构降温至一预设温度，以基于降温过程中产生的反向热应力沿所述连续缺陷层102剥离部分所述晶圆衬底100，使得所述晶圆衬底100的一部分转移至所述支撑衬底200上，以在所述支撑衬底200上形成一晶圆薄膜103，得到包括所述支撑衬底200以及键合于所述支撑衬底200上的所述晶圆薄膜103的薄膜异质结构400，其中，所述预设温度低于所述键合温度。

作为示例，步骤5)中，所述预设温度介于室温至100℃之间。

具体的，对于离子注入剥离的工艺，在的离子束剥离方法中，主要涉及两个界面，即离子注入形成的缺陷界面与键合界面，在本申请中，首先利用较低温度的预退火加强键合强度，使其可以在随后的剥离温度下不发生解键合，键合加强后的结构在较高稳定度退火小处理，离子注入形成的微纳缺陷聚集并形成连续的缺陷层，连续缺陷层导致此处的结合强度弱于加固后的键合界面强度，形成两层界面强度的反转后，将键合结构降温至键合温度以下，即所述预设温度，此时会在键合结构中形成相反的热应力，可以实现材料的剥离，热应力将键合结构从结合强度最弱的连续缺陷层分离，从而将压电薄膜转移到支撑衬底上。该方法可以降低直接剥离压电薄膜的退火温度，从而有效避免剥离过程中由于热失配引起的裂片问题的产生，其中，所述预设温度优选介于50℃至80℃之间，控制降至的低温(所述预设温度)与键合温度的温差大于键合温度与退火处理温度的温差。

以铌酸锂与硅为例，在温度高于键合温度时，铌酸锂为压缩应力(硅为张应力)；在温度低于键合温度时，铌酸锂为张应力(硅为压缩应力)，此时，如果降温时产生的应力大于高温退火时产生的应力，则可以在结合强度较弱的位置将键合结构分离，即连续缺陷层处，对于几何尺寸特定的键合结构，其热应力可以简化表达为：Stress∝(T1-T2)*Δα，其中，Δα表两种材料的热膨胀系数差，(T1-T2)代表与键合温度的温度差。因此，为了使降温时应力大于高温退后时应力，一种简单的评价方法为降低的温度大于升高的温度，举例说明，键合温度为150℃，退火温度为180℃，此时温差为30℃，将键合结构降温至120℃以下即可使此时的热应力大于高温剥离时，图9表示了有限元仿真中铌酸锂/硅键合结构的剥离应力(Peeling stress)示意图，仿真中使用键合温度为150℃，图中结构是键合结构的二维简化，横纵坐标分别为长度单位，对应可表示键合结构的长和高，其中，图9(a)表示退火为180℃时的应力分布，晶圆向上翘曲，最大应力为0.28GPa；图9(b)表示温度降低到100℃时的应力分布，晶圆向下翘曲，最大应力为0.31GPa。翘曲方向不同说明晶圆内的应力相反。

进一步，优选地，本发明首先利用较低温度的退火加强键合强度，保证其可以在随后的剥离温度(所述退火温度)下不发生解键合。

作为示例，步骤5)之后还包括步骤：对步骤5)得到的所述薄膜异质结构进行后处理工艺，所述后处理工艺包括后退火处理及表面处理中的至少一种。

作为示例，进行所述后退火处理的后退火温度介于300℃～700℃之间，后退火时间介于1h～12h之间，后退火氛围包括氮气、氧气、富Li气氛及氩气中的任意一种。

作为示例，进行所述表面处理的方式包括表面粗糙度处理，进行所述表面粗糙度处理的方法包括化学机械抛光、化学腐蚀及低能离子辐照中的至少一种。

具体的，制备得到薄膜异质结构400之后，还对其进行后处理，如进行高温退火工艺，可以进行缺陷恢复，并进一步加强键合强度，后退火温度优选为400℃～600℃，后退火时间优选为5小时～10小时，后退火氛围为氮气、氧气及氩气等中的任意一种。另外，还可以是进行表面粗糙度处理的工艺，以改善异质结构的表面特性。当然，还可以依据实际需求选择其他的后处理工艺，在此不做具体限制。

综上所述，本发明提供一种薄膜异质结构的制备方法，包括步骤：1)提供一晶圆衬底，且所述晶圆衬底具有一注入面；2)自所述注入面对所述晶圆衬底进行离子注入，以于所述晶圆衬底内的预设深度处形成一注入缺陷层；3)提供一支撑衬底，加热所述支撑衬底及所述晶圆衬底至键合温度以进行升温键合；4)对步骤3)得到的结构在一退火温度下进行退火处理，其中，在所述退火处理的过程中所述注入缺陷层转化为连续缺陷层；以及5)将步骤4)得到的结构降温至一预设温度，以基于降温过程中产生的反向热应力沿所述连续缺陷层剥离部分所述晶圆衬底，使得所述晶圆衬底的一部分转移至所述支撑衬底上，以在所述支撑衬底上形成一晶圆薄膜，得到包括所述支撑衬底以及键合于所述支撑衬底上的所述晶圆薄膜的薄膜异质结构，其中，所述预设温度低于所述键合温度。通过上述技术方案，本发明提供一种薄膜异质结构的制备方法，通过一种升温键合的方式，降低了晶圆衬底及支撑衬底键合时的温度与后续高温工艺(如退火处理)之间的温差，降低键合结构内部的热应变，进一步，首先利用较低温度的预退火处理加强键合强度，使其可以在随后的剥离温度下不发生解键合，键合加强后的结构在较高温度退火处理，离子注入形成的微纳缺陷聚集并形成连续的缺陷层，连续缺陷层导致此处的结合强度弱于加固后的键合界面强度，形成两层界面强度的反转后，将键合结构降温至键合温度以下，此时会在键合结构中形成相反的热应力，热应力将键合结构从结合强度最弱的连续缺陷层分离，从而将压电薄膜转移到支撑衬底上。该方法可以降低直接剥离压电薄膜的退火温度，从而有效避免了剥离过程中由于热失配引起的裂片问题的产生；另外，基于本发明的处理工艺，可以通过降温产生反向热应力辅助的方法使键合结构在缺陷层分开而对键合界面无影响，外力作用可以降低退火温度，相比于晶圆自动剥离缩短工艺时间，还可以防止晶圆自动剥离划伤表面，同时，也可以避免剥离时应力突然释放导致的晶圆碎裂。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供一晶圆衬底，且所述晶圆衬底具有一注入面；

2.根据权利要求1所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述退火处理的温度介于140℃～300℃之间；所述退火处理的时间介于1min～24h之间；所述退火处理的氛围包括氮气、氧气、氩气、富Li气氛及真空中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，步骤3)和步骤4)之间还包括步骤：对步骤3)得到的结构进行预退火，以增强所述支撑衬底与所述晶圆衬底之间的键合强度。

4.根据权利要求3所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，所述预退火的温度介于100℃～250℃之间；所述预退火的时间介于1min～600min之间；所述预退火过程中包括对所述晶圆衬底及所述支撑衬底进行加压以及调整所述预退火氛围为真空中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述升温键合的所述键合温度介于50℃～250℃之间。

6.根据权利要求1所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述支撑衬底的材料选自于硅、氧化硅、蓝宝石、金刚石、氮化铝、氮化镓及碳化硅所构成群组中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述晶圆衬底包括压电单晶衬底；所述压电单晶衬底的材料选自于铌酸锂、钽酸锂、石英及PMN-PT中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，步骤2)中，进行所述离子注入的方式包括氢离子注入、氦离子注入及氢氦离子共注入中的任意一种。

9.根据权利要求8所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，进行所述离子注入的温度介于50℃～150℃之间；进行所述离子注入的能量介于1keV～2000keV之间；进行所述离子注入的剂量介于1×10¹⁶cm^-2～1.5×10¹⁷cm^-2之间。

10.根据权利要求1所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述预设温度介于室温至100℃之间。

11.根据权利要求1～10中任意一项所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，步骤5)之后还包括步骤：对步骤5)得到的所述薄膜异质结构进行后处理工艺，所述后处理工艺包括后退火处理及表面处理中的至少一种。

12.根据权利要求11所述的薄膜异质结构的制备方法，其特征在于，进行所述后退火处理的后退火温度介于300℃～700℃之间，后退火时间介于1h～12h之间，后退火氛围包括氮气、氧气、富Li气氛、真空及氩气中的任意一种；进行所述表面处理的方式包括表面粗糙度处理，进行所述表面粗糙度处理的方法包括化学机械抛光、化学腐蚀及低能离子辐照中的至少一种。