CN110137341A

CN110137341A - 单晶压电薄膜异质衬底的制备方法

Info

Publication number: CN110137341A
Application number: CN201810107653.8A
Authority: CN
Inventors: 欧欣; 鄢有泉; 黄凯; 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: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2038-02-02
Also published as: CN110137341B

Abstract

本发明提供一种单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，包括如下步骤：1）提供一单晶压电衬底，单晶压电衬底的一表面为注入面；2）于注入面进行离子注入，于单晶压电衬底的预设深度处形成缺陷层；3）提供一支撑衬底；4）将单晶压电衬底经由介质埋层与支撑衬底键合；5）自单晶压电衬底远离支撑衬底的表面对单晶压电衬底进行减薄处理；6）沿缺陷层剥离部分单晶压电衬底，以得到包括依次叠置的支撑衬底、介质埋层及单晶压电薄膜的单晶压电薄膜异质衬底。本发明在沿缺陷层剥离形成单晶压电薄膜异质衬底之前先将单晶压电衬底减薄，再沿缺陷层剥离，可以降低单晶压电衬底与支撑衬底之间的热失配问题，避免了剥离过程中由于热失配引起的裂片问题的产生。

Description

单晶压电薄膜异质衬底的制备方法

技术领域

本发明属于衬底制备技术领域，特别是涉及一种单晶压电薄膜异质衬底的制备方法。

背景技术

SAW(声表面波)和BAW(体表面波)滤波器是Sub-6GHz移动通信滤波器的唯一解决方案。SAW滤波器集低插入损耗和良好的抑制性能于一身，且成本低。但SAW滤波器一般只适用于2GHz以下的应用，容易受温度变化的影响(TC-SAW的开发就是为了解决此问题)且功率密度低。BAW(FBAR)滤波器在高频应用下性能优良，功率密度较高，适合非常苛刻的4G和5G通信的高频信号滤波。在目前的射频前端系统中，SAW和BAW(FBAR)滤波器结合使用，共同实现滤波。

5G通信时代，射频信号将发生两个变化：1)高频通信，5G将采用3GHz以上的频段；2)频段数量增多且带宽显著增加。同时，相较于现有4G通信网络(宏基站)，5G通信时代将铺设大量微基站。这些变化将大幅增加大带宽、高Q值、高温度稳定性和大功率声学滤波器的需求。

目前，常规商用SAW滤波器基于铌酸锂或钽酸锂体材料，器件工作频率低于1.5GHz，温度漂移大(TCF大)，插入损耗大，带外抑制远不及BAW滤波器，且功率密度小(频率高对应的叉指电极细，且LiNbO₃和LiTaO₃的热导系数均小于10W/m.k)。虽然日本公司推出的温度补偿SAW(TC-SAW)产品能改善商用SAW的温度特性，但依旧无法改善SAW的其他弱势。目前，提出的IHP-SAW(Incredible High Performance-SAW)相较于传统商用SAW工作频率可提升至2.5GHz，Q值提高4倍，TCF极小(有望达到0ppm/℃)，且功率密度(散热)和带外抑制显著提高。

与此同时，基于单晶压电薄膜的BAW或FBAR器件与传统的异质生长的多晶氮化铝薄膜器件相比，可以有效提高机电耦合吸收，进而提高谐振器及滤波器的工作带宽。现有的单晶压电薄膜异质衬底一般包括依次叠置的支撑衬底、介质埋层及单晶压电薄膜，在采用智能剥离工艺制备上述单晶压电薄膜异质衬底时，由于单晶压电衬底(譬如铌酸锂压电衬底，热膨胀系数为15.4或钽酸锂压电衬底，热膨胀系数为16)与支撑衬底(譬如，硅衬底，热膨胀系数为2.5)的热膨胀系数差距巨大，在智能剥离的过程中，由于热失配产生的应力会导致所述单晶压电衬底及所述支撑衬底碎裂。

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单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，用于解决现有技术中制备单晶压电薄膜异质衬底时由于单晶压电衬底与支撑衬底的热膨胀系数差距巨大，热失配产生的应力容易导致单晶压电衬底及支撑衬底碎裂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，所述单晶压电薄膜异质衬底的制备方法包括如下步骤：

1)提供一单晶压电衬底，所述单晶压电衬底的一表面为注入面；

2)于所述注入面进行离子注入，于所述单晶压电衬底的预设深度处形成缺陷层；

3)提供一支撑衬底；

4)将所述单晶压电衬底经由介质埋层与所述支撑衬底键合；

5)自所述单晶压电衬底远离所述支撑衬底的表面对所述单晶压电衬底进行减薄处理，减薄处理过程中去除的所述单晶压电衬底的厚度小于所述缺陷层至所述单晶压电衬底远离所述支撑衬底的表面的距离；

6)沿所述缺陷层剥离部分所述单晶压电衬底，使得所述单晶压电衬底的一部分转移至所述支撑衬底上，以在所述介质埋层上形成单晶压电薄膜，得到包括依次叠置的所述支撑衬底、所述介质埋层及所述单晶压电薄膜的单晶压电薄膜异质衬底。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，于所述注入面向所述单晶压电衬底进行的离子注入为氢离子单一离子注入、氦离子单一离子注入或氢离子与氦离子共同离子注入。

作为本发明的一种优选方案，所述离子注入的能量为1keV～2000keV，离子束流为1μA～100mA；离子注入的剂量为1×10¹⁶ions/cm²～1.5×10¹⁷ions/cm²，离子注入的温度为-50℃～200℃。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中还包括于所述支撑衬底上形成所述介质埋层的步骤。

作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，于所述支撑衬底上形成所述介质埋层之前，还包括于所述支撑衬底的表面形成高声速材料层的步骤，所述介质埋层形成于所述高声速材料层的表面。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，将所述单晶压电衬底的所述注入面经由所述介质埋层与所述支撑衬底键合。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)与步骤2)之间还包括于所述注入面形成第一子介质埋层的步骤，步骤3)中还包括于所述支撑衬底的表面形成第二子介质埋层的步骤，所述第一子介质埋层与所述第二子介质埋层共同构成所述介质埋层。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)与步骤2)之间还包括于所述注入面形成介质埋层的步骤。

作为本发明的一种优选方案，于所述注入面形成所述介质埋层之后，还包括于所述介质埋层表面形成高声速材料层的步骤。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，将所述单晶压电衬底经由介质埋层与所述支撑衬底键合之前，还包括采用等离子体激活工艺对键合面进行处理的步骤，以提高键合面的表面活性；步骤4)中的键合温度为-50℃～200℃。

作为本发明的一种优选方案，步骤5)中，减薄处理后保留的所述单晶压电衬底的厚度小于80μm。

作为本发明的一种优选方案，步骤6)中，将步骤5)得到的结构进行退火处理以沿所述缺陷层剥离部分所述单晶压电衬底。

作为本发明的一种优选方案，所述退火处理在真空环境下或在氮气、氧气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，退火温度为100℃～400℃。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)与步骤5)之间还包括对步骤4)得到的结构进行预退火处理的步骤。

作为本发明的一种优选方案，所述预退火处理在真空环境下或在氮气、氧气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，预退火温度为50℃～200℃，预退火过程中的升温速率为0.5℃/min～10℃/min，预退火处理的时间为1分钟～600分钟。

作为本发明的一种优选方案，步骤6)之后还包括对得到的所述单晶压电薄膜异质衬底进行再退火处理的步骤。

作为本发明的一种优选方案，所述再退火处理在真空环境下或在氮气、氧气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，退火温度为100℃～600℃。

作为本发明的一种优选方案，对所述单晶压电薄膜异质衬底进行再退火处理之后，还包括对所述单晶压电薄膜的表面进行抛光的步骤。

如上所述，本发明的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，具有以下有益效果：本发明在沿缺陷层剥离形成单晶压电薄膜异质衬底之前先将单晶压电衬底减薄到一定厚度，再沿缺陷层剥离，可以解决单晶压电衬底与支撑衬底之间的热失配问题，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。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法的流程图。

图2～图11显示为本发明实施例一中提供的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法的各步骤对应的结构示意图。

图12显示为本发明实施例二中提供的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法制备的单晶压电薄膜异质衬底的截面结构示意图。

元件标号说明

11 单晶压电衬底

111 注入面

112 单晶压电薄膜

12 缺陷层

13 支撑衬底

14 介质埋层

141 第一子介质埋层

142 第二子介质埋层

15 高声速材料层

S1～S6 步骤1)～步骤6)

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12。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。

实施例一

请参阅图1，本发明提供一种单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，所述单晶压电薄膜异质衬底的制备方法包括如下步骤：

3)提供一支撑衬底；

4)将所述单晶压电衬底经由介质埋层与所述支撑衬底键合；

6)沿所述缺陷层剥离部分所述单晶压电衬底，使得所述单晶压电衬底的一部分转移至所述支撑衬底上，以在所述介质埋层上形成单晶压电薄膜，得到包括依次叠置的支撑衬底、介质埋层及单晶压电薄膜的单晶压电薄膜异质衬底。

在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤及图2，提供一单晶压电衬底11，所述单晶压电衬底11的一表面为注入面111。

作为示例，所述单晶压电衬底11可以为任意一种单晶压电材料衬底，优选地，本实施例中所述的单晶压电衬底11可以为铌酸锂衬底或钽酸锂衬底等等，具体的，所述单晶压电衬底11可以为Y切36度铌酸锂衬底、Y切128度铌酸锂衬底或Y切42度钽酸锂衬底。

在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤及图3，于所述注入面111进行离子注入，于所述单晶压电衬底11的预设深度处形成缺陷层12。

作为示例，所述预设深度可以根据实际需要进行设定，但需要说明的是，由于在后续沿所述缺陷层剥离部分所述单晶压电衬底11之前需要将所述单晶压电衬底11减薄至一定的厚度以降低所述单晶压电衬底11与后续键合的支撑衬底之间的热应变，在以所述注入面111作为所述单晶压电衬底11的键合面的情况下，所述预设深度应小于减薄后保留的所述单晶压电衬底11的厚度，优选地，所述预设深度小于80μm，更为优选地，本实施例中，所述预设深度为50nm～1000nm。当然，在其他示例中，所述预设深度也可以设置为所述缺陷层12至所述单晶压电衬底11非注入面(即与所述注入面111相对的表面)的距离小于80μm，此时，在后续的键合过程中所述单晶压电衬底11的非注入面为键合面。图3中的箭头表示离子注入的方向。

作为示例，于所述注入面111向所述单晶压电衬底11进行的离子注入可以为氢离子单一离子注入，也可以为氦离子单一离子注入，还可以为氢离子与氦离子共同离子注入。本实施例中，所述离子注入的能量为1keV～2000keV，离子束流为1μA～100mA；离子注入的剂量为1×10¹⁶ions/cm²～1.5×10¹⁷ions/cm²，离子注入的温度为-50℃～200℃。

在一示例中，在所述注入面111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单晶压电衬底11剥离的远离为利用氢离子会对剥离深处(即所述缺陷层12)的晶格形成破坏作用而实现。又由于形成所述缺陷层12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，所述单晶压电衬底11为钽酸锂衬底，所述氢离子的离子注入的能量为20keV～180keV，离子注入的剂量为5×10¹⁶ions/cm²～1×10¹⁷ions/cm²，离子注入的温度为室温。

在另一示例中，同样在所述注入面111进行单类型离子注入，但在该示例中，所注入的离子为氦(He)离子，所述氦离子会在所述单晶压电衬底11内预设深度产生缺陷形成所述缺陷层12，所述氦离子会聚集在所述缺陷中并产生压强，所述缺陷在所述缺陷层12内呈高斯分布，在后续的处理过程中，部分所述单晶压电衬底11可以从缺陷浓度最大处实现剥离。优选地，本实施例中，所述单晶压电衬底11为铌酸锂衬底，所述氦离子的离子注入的能量为50keV～180keV，离子注入的剂量为1×10¹⁶ions/cm²～4×10¹⁶ions/cm²，离子注入的温度为室温。

在又一示例中，在所述注入面111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，所述氢离子如上所述用于形成缺陷，所述缺陷在所述缺陷层12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单晶压电衬底11的裂痕，进而促进部分所述单晶压电衬底11从缺陷浓度最大处实现剥离。在所述注入面111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单晶压电衬底11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。

本示例中，所述氢离子及所述氦离子共注入的方式可以依次进行注入，也可以同时进行注入，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。

需要说明的是，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，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(R_p)在所述氢离子注入的射程附近。优选地，本实施例中，所述氢离子和所述氦离子共注入的能量为1keV～2000keV，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剂量为1×10¹⁶ions/cm²～1.5×10¹⁷ions/cm²，所述氢离子和所述氦离子共注入的温度为-50℃～200℃。

在步骤3)中，请参阅图1中的S3步骤及图4，提供一支撑衬底13。

作为示例，所述支撑衬底13可以为具有高声速的衬底，优选地，本实施例中，所述支撑衬底13为具有高声速的硅衬底，譬如，高阻硅衬底。

作为示例，步骤3)之后还包括于所述支撑衬底13的一表面形成介质埋层14的步骤，如图5所示。具体的，所述介质埋层14可以为但不仅限于氧化硅层或氮化硅层。可以采用热氧化工艺或沉积工艺形成所述介质埋层14。

作为示例，所述介质埋层14的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述介质埋层14的厚度为10nm～5μm。

作为示例，将所述单晶压电衬底11经由介质埋层14与所述支撑衬底13键合之前，还包括采用等离子体激活工艺对键合面进行处理的步骤，以提高键合面的表面活性。具体的，当所述注入面111及所述介质埋层14远离所述支撑衬底13的表面作为键合面时，采用等离子激活工艺对所述注入面111及所述介质埋层14远离所述支撑衬底13的表面进行处理，以增加所述注入面111及所述介质埋层14远离所述支撑衬底13的表面的表面活性。

在步骤4)中，请参阅图1中的S4步骤及图6，将所述单晶压电衬底11经由介质埋层14与所述支撑衬底13键合。

作为示例，将所述单晶压电衬底11的所述注入面111作为键合面与所述介质埋层14远离所述支撑衬底13的表面贴合键合，具体的键合工艺可以为包括直接键合、介质层键合、金属键合或阳极键合等等，优选地，本实施例中采用直接键合工艺将所述单晶压电衬底11经由所述介质埋层14与所述支撑衬底13键合在一起。

作为示例，键合过程中的键合温度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述键合温度为-50℃～200℃，更为优选地，本实施例中，所述键合温度为室温至150℃之间。

需要说明的是，在另一示例中，还可以将步骤2)与步骤3)的位置调换，即在步骤1)之后执行上述的步骤3)再执行上述的步骤2)，即提供所述单晶压电衬底11之后，向所述单晶压电衬底11内注入离子之前提供所述支撑衬底13；此时，可以采用沉积工艺于所述单晶压电衬底11的所述注入面111沉积二氧化硅作为第一子介质埋层141的同时，于所述支撑衬底13的表面沉积二氧化硅作为第二子介质埋层142；在步骤4)中，所述第一子介质埋层141远离所述单晶压电衬底11的表面及所述第二子介质埋层142远离所述支撑衬底13的表面作为键合面，键合后得到的结构如图7所示，所述第一子介质埋层141及所述第二子介质埋层142共同作为所述介质埋层14。

在又一示例中，除了上述方案中的在所述支撑衬底13表面形成所述介质埋层14的方案及在所述单晶压电衬底11的注入面111形成所述第一子介质埋层141并在所述支撑衬底13的表面形成所述第二子介质埋层142的两个方案外，还可以只在所述单晶压电衬底11的所述注入面111形成所述介质埋层14。

作为示例，将所述单晶压电衬底11经由所述介质埋层14与所述支撑衬底13键合之后，还包括对步骤4)得到的结构进行预退火处理的步骤，以加固所述键合界面质量，即加过所述单晶压电衬底11经由所述介质埋层14与所述支撑衬底13的键合效果。具体的，所述预退火处理在真空环境下或在氮气、氧气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，预退火温度为50℃～200℃，优选地，所述预退火温度为80℃～120℃，预退火过程中的升温速率为0.5℃/min～10℃/min，预退火处理的时间为1分钟～600分钟。

在步骤5)中，请参阅图1中的S5步骤及图8，自所述单晶压电衬底11远离所述支撑衬底13的表面对所述单晶压电衬底11进行减薄处理，减薄处理过程中去除的所述单晶压电衬底11的厚度小于所述缺陷层12至所述单晶压电衬底11远离所述支撑衬底13的表面的距离，以确保在减薄处理过程中不会将所述单晶压电衬底11减薄至所述缺陷层12。

作为示例，可以采用研磨工艺或化学腐蚀工艺自所述单晶压电衬底11远离所述支撑衬底13的表面对所述单晶压电衬底11进行减薄处理。

作为示例，减薄处理后保留的所述单晶压电衬底11的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，减薄处理后保留的所述单晶压电衬底11的厚度小于80μm，优选地，本实施例后，减薄处理后保留的所述单晶压电衬底11的厚度为50nm～1000nm。

以所述单晶压电衬底11为铌酸锂衬底作为示例，键合后得到的键合结构的热形变量随所述单晶压电衬底11的厚度变化的曲线如图9所示，由图9可知，随着所述单晶压电衬底11厚度的减小，所述键合结构的热形变呈现明显变小的趋势，譬如，在所述单晶压电衬底11的厚度为0.2mm时，所述键合结构的热形变可以达到6.75mm左右，而当所述单晶压电衬底11的厚度减薄至0.02mm时，所述键合结构的热形变仅为1.61mm。本发明在沿所述缺陷层12剥离形成所述单晶压电薄膜异质衬底之前先将所述单晶压电衬底11减薄到一定厚度，再沿所述缺陷层12剥离，可以解决所述单晶压电衬底11与所述支撑衬底13之间的热失配问题，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。

在步骤6)中，请参阅图1中的S6步骤及图10，沿所述缺陷层12剥离部分所述单晶压电衬底11，使得所述单晶压电衬底11的一部分转移至所述支撑衬底13上，以在所述介质埋层14上形成单晶压电薄膜112，得到包括依次叠置的所述支撑衬底13、所述介质埋层14及所述单晶压电薄膜112的单晶压电薄膜异质衬底。

作为示例，将步骤5)得到的结构进行退火处理以沿所述缺陷层12剥离部分所述单晶压电衬底11，以得到包括依次叠置的所述支撑衬底13、所述介质埋层14及所述单晶压电薄膜112的所述单晶压电薄膜异质衬底。具体的，所述再退火处理在真空环境下或在氮气、氧气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，退火温度为100℃～400℃，优选地，所述退火温度为100℃～200℃。在退火处理过程中，注入离子(即氢离子和/或氦离子)会受热膨胀，增大其对原子施加的压强，进而促进部分所述单晶压电衬底11从所述缺陷层12的缺陷浓度最大处实现剥离，以得到所述单晶压电薄膜异质衬底。

在另一示例中，将步骤5)得到的结构进行如上述退火处理之后，还包括在所述缺陷层12处施加横向机械力的步骤，以实现部分所述单晶压电衬底11自所述剥离层12处剥离。由于部分所述单晶压电衬底11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，若只通过退火实现部分所述单晶压电衬底11自所述缺陷层12处分离，就需要在所述注入面111注入比较多或特定剂量的离子；而在所述缺陷层12处施加横向机械力，即使向所述注入面111离子注入的剂量比较小或有偏差，未能形成分离所需的缺陷密度，在外力的作用下亦可以实现部分所述单晶压电衬底11自所述缺陷层12处分离，即在所述缺陷层12处施加横向机械力可以降低离子总注入剂量，促进部分所述单晶压电衬底11自所述缺陷层12处剥离，得到所述单晶压电薄膜异质衬底，从而缩短了制备周期，节约了生产成本。

在又一示例中，将步骤5)得到的结构进行如上述退火处理之后，还包括于所述单晶压电衬底11的表面沉积辅助材料层后快速冷却的步骤，其中，所述辅助材料层与所述单晶压电衬底11之间具有不同的热膨胀系数，优选地，本实施例中，所述辅助材料层可以为高聚物材料。由于所述辅助材料层与所述单晶压电衬底11具有不同的热膨胀系数，在快速冷却的过程中会在二者组成的结构中产生热应力，产生的热应力会使得部分所述单晶压电衬底11在注入缺陷浓度最大处实现剥离。快速冷却的方式可以为但不仅限于随炉冷却。由于所述单晶压电衬底11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，若只通过退火实现部分所述单晶压电衬底11自所述缺陷层12处分离，就需要在所述注入面111注入特定剂量的离子；而在所述注入面111沉积辅助材料层后快速冷却，使得二者形成的结构中产生热应力，即使向所述注入面111进行离子注入的剂量比较小，未能形成分离所需的缺陷密度，在所述热应力的作用下亦可以实现部分所述单晶压电衬底11自所述缺陷层12处分离，即在所述注入面111沉积辅助材料层并快速冷却可以降低离子总注入剂量，促进部分所述单晶压电衬底11自所述缺陷层12处剥离，以得到所述单晶压电薄膜异质衬底，进而缩短了制备周期，节约了生产成本。

作为示例，步骤6)之后还包括对得到的所述单晶压电薄膜异质衬底进行再退火处理的步骤。具体的，所述再退火处理在真空环境下或在氮气、氧气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，退火温度为100℃～600℃。将步骤6)得到的所述单晶压电薄膜异质衬底进行再退火处理，一方面可以进一步加强所述单晶压电薄膜112与所述介质埋层14及所述支撑衬底13的键合强度，另一方面还可以恢复离子注入引起的所述单晶压电薄膜112中的晶体缺陷。

作为示例，对所述单晶压电薄膜异质衬底进行再退火处理之后，还包括对所述单晶压电薄膜的表面进行抛光的步骤。具体的，可以采用化学机械抛光或离子抛光等工艺对所述单晶压电薄膜异质衬底中的所述单晶压电薄膜的表面进行抛光处理。在对所述单晶压电薄膜异质衬底的表面进行抛光的过程中，可以去除残留于所述单晶压电薄膜112表面的所述缺陷层12及部分所述单晶压电薄膜112，以得到高质量的所述单晶压电薄膜异质衬底，抛光后得到的所述单晶压电薄膜异质衬底的结构如图11所示。本发明制备得到的所述单晶压电薄膜异质衬底可以应用于高性能的声表面波滤波器及体表面波滤波器，作为所述声表面波滤波器及所述体表面波滤波器的衬底。

如图11所示，本实施例的所述单晶压电薄膜异质衬底的制备方法制备的单晶压电薄膜异质衬底包括由下至上依次叠置的所述支撑衬底13、所述介质埋层14及所述单晶压电薄膜112的叠层结构；其中，所述单晶压电薄膜112与所述介质埋层14构成功能层，所述单晶压电薄膜112的厚度小于80μm，优选地，本实施中，所述单晶压电薄膜112的厚度为50nm～1000nm。

实施例二

请参阅图12，本发明还提供一种单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，本实施例中所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法与实施例一中所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法大致相同，二者的区别在于：本实施在实施例一的基础上，还包括形成高声速材料层15的步骤。

需要说明的是，当所述介质埋层14形成于所述支撑衬底13上时，于所述支撑衬底13上形成所述介质埋层14之前，于所述支撑衬底13的表面形成所述高声速材料层15，所述介质埋层14形成于所述高声速材料层15的表面；当所述介质埋层14形成于所述单晶压电衬底11的所述注入面111形成所述介质埋层14时，于所述注入面111形成所述介质埋层14之后，所述高声速材料层15形成于所述介质埋层14表面。

作为示例，所述高声速材料层15可以为但不仅限于AlN(氮化铝)层。

本实施中所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法的其他步骤与实施例一中所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法的其他步骤相同，具体请参阅实施例一，此处不再累述。

如图12所示，本实施例的所述单晶压电薄膜异质衬底的制备方法制备的单晶压电薄膜异质衬底包括右下至上依次叠置的所述支撑衬底13、所述高声速材料层15、所述介质埋层14及所述单晶压电薄膜112的叠层结构；其中，所述单晶压电薄膜112与所述介质埋层14构成功能层，所述单晶压电薄膜112的厚度小于80μm，优选地，本实施中，所述单晶压电薄膜112的厚度为50nm～1000nm。

综上所述，本发明提供一种单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，所述单晶压电薄膜异质衬底的制备方法包括如下步骤：1)提供一单晶压电衬底，所述单晶压电衬底的一表面为注入面；2)于所述注入面进行离子注入，于所述单晶压电衬底的预设深度处形成缺陷层；3)提供一支撑衬底；4)将所述单晶压电衬底经由介质埋层与所述支撑衬底键合；5)自所述单晶压电衬底远离所述支撑衬底的表面对所述单晶压电衬底进行减薄处理，减薄处理过程中去除的所述单晶压电衬底的厚度小于所述缺陷层至所述单晶压电衬底远离所述支撑衬底的表面的距离；6)沿所述缺陷层剥离部分所述单晶压电衬底，使得所述单晶压电衬底的一部分转移至所述支撑衬底上，以在所述介质埋层上形成单晶压电薄膜，得到包括依次叠置的所述支撑衬底、所述介质埋层及所述单晶压电薄膜的单晶压电薄膜异质衬底。本发明在沿缺陷层剥离形成单晶压电薄膜异质衬底之前先将单晶压电衬底减薄到一定厚度，再沿缺陷层剥离，可以解决单晶压电衬底与支撑衬底之间的热失配问题，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。

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

1.一种单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述单晶压电薄膜异质衬底的制备方法包括如下步骤：

3)提供一支撑衬底；

4)将所述单晶压电衬底经由介质埋层与所述支撑衬底键合；

2.根据权利要求1所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤2)中，于所述注入面向所述单晶压电衬底进行的离子注入为氢离子单一离子注入、氦离子单一离子注入或氢离子与氦离子共同离子注入。

3.根据权利要求2所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述离子注入的能量为1keV～2000keV，离子束流为1μA～100mA；离子注入的剂量为1×10¹⁶ions/cm²～1.5×10¹⁷ions/cm²，离子注入的温度为-50℃～200℃。

4.根据权利要求1所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤3)中还包括于所述支撑衬底上形成所述介质埋层的步骤。

5.根据权利要求4所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤3)中，于所述支撑衬底上形成所述介质埋层之前，还包括于所述支撑衬底的表面形成高声速材料层的步骤，所述介质埋层形成于所述高声速材料层的表面。

6.根据权利要求1所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤4)中，将所述单晶压电衬底的所述注入面经由所述介质埋层与所述支撑衬底键合。

7.根据权利要求6所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤1)与步骤2)之间还包括于所述注入面形成第一子介质埋层的步骤，步骤3)中还包括于所述支撑衬底的表面形成第二子介质埋层的步骤，所述第一子介质埋层与所述第二子介质埋层共同构成所述介质埋层。

8.根据权利要求6所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤1)与步骤2)之间还包括于所述注入面形成介质埋层的步骤。

9.根据权利要求8所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，于所述注入面形成所述介质埋层之后，还包括于所述介质埋层表面形成高声速材料层的步骤。

10.根据权利要求1所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤4)中，将所述单晶压电衬底经由介质埋层与所述支撑衬底键合之前，还包括采用等离子体激活工艺对键合面进行处理的步骤，以提高键合面的表面活性；步骤4)中的键合温度为-50℃～200℃。

11.根据权利要求1所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤5)中，减薄处理后保留的所述单晶压电衬底的厚度小于80μm。

12.根据权利要求1所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤6)中，将步骤5)得到的结构进行退火处理以沿所述缺陷层剥离部分所述单晶压电衬底。

13.根据权利要求12所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述退火处理在真空环境下或在氮气、氧气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，退火温度为100℃～400℃。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤4)与步骤5)之间还包括对步骤4)得到的结构进行预退火处理的步骤。

15.根据权利要求14所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述预退火处理在真空环境下或在氮气、氧气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，预退火温度为50℃～200℃，预退火过程中的升温速率为0.5℃/min～10℃/min，预退火处理的时间为1分钟～600分钟。

16.根据权利要求14所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，步骤6)之后还包括对得到的所述单晶压电薄膜异质衬底进行再退火处理的步骤。

17.根据权利要求16所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，所述再退火处理在真空环境下或在氮气、氧气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，退火温度为100℃～600℃。

18.根据权利要求16所述的单晶压电薄膜异质衬底的制备方法，其特征在于，对所述单晶压电薄膜异质衬底进行再退火处理之后，还包括对所述单晶压电薄膜的表面进行抛光的步骤。