CN111883644A - 一种异质压电薄膜结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异质压电薄膜结构及其制备方法，该异质压电薄膜结构包括衬底层；层叠在衬底层上的介质层；层叠在介质层上的过渡层；以及，层叠在过渡层上的压电薄膜层；其中，衬底层的热膨胀系数小于压电薄膜层的热膨胀系数；过渡层与压电薄膜层的组分相同，且过渡层的晶格常数大于压电薄膜层的晶格常数；所述过渡层内具有拉应力，所述异质压电薄膜结构的晶圆bow值小于所述衬底层对应的初始衬底晶圆的晶圆bow值。本发明异质压电薄膜结构中压电薄膜层可以承受更高的退火温度而不致损坏，从而可以使该结构中经过离子注入的薄膜层中离子注入缺陷恢复的更加完全，晶格质量好，进而有利于提升基于薄膜压电材料的相关元器件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种异质压电薄膜结构及其制备方法。
背景技术
近几年来，薄膜压电材料晶圆如薄膜铌酸锂(LiNbO3)材料和薄膜钽酸锂(LiTaO3)材料由于其在集成光学和手机等通信设备中的带通滤波器上的应用而受到了广泛关注。薄膜压电材料晶圆在被用作集成光学材料时，由于其较强的光学限制作用，可以显著减少光学器件的尺寸，而且铌酸锂和钽酸锂具有较高的电光系数和二次非线性系数，在集成电光调制器以及二次非线性光学研究上目前也有较多的应用。而薄膜压电材料晶圆在被用于制备声表面波带通滤波器时，具有机电耦合系数大，可实现的带宽大的特点。
相关技术中存在一种含异质衬底的压电薄膜结构，也即压电薄膜与衬底为不同的材料，然而相关技术的这种异质压电薄膜结构中经过离子注入的薄膜层中离子注入缺陷仍较多，导致异质压电薄膜结构的晶格质量不够理想，进而不利于提升上述声学器件以及光学器件的性能。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种异质压电薄膜结构及其制备方法。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种异质压电薄膜结构，包括：
衬底层；
层叠在所述衬底层上的介质层；
层叠在所述介质层上的过渡层；以及，
层叠在所述过渡层上的压电薄膜层；其中，
所述衬底层的热膨胀系数小于所述压电薄膜层的热膨胀系数；
所述过渡层与所述压电薄膜层的组分相同，且所述过渡层的晶格常数大于所述压电薄膜层的晶格常数；
所述过渡层内具有拉应力；
所述异质压电薄膜结构的晶圆bow值小于所述衬底层对应的初始衬底晶圆的晶圆bow值。
可选的，所述过渡层内的拉应力大小不超过1.0GPa。
可选的，所述过渡层的晶格常数随着与压电薄膜层上表面的距离的增大而增大；
所述压电薄膜层的晶格常数与同一温度下体材料的晶格常数相同。
可选的，所述过渡层的晶格常数超过同一温度下体材料晶格常数的1％～10％。
可选的，所述过渡层的厚度为0.5～500nm。
可选的，所述压电薄膜层的材料为LiNbO3、LiTaO3中的一种或者两种的组合；
所述压电薄膜层的厚度为0～2um。
可选的，所述介质层的材料为SiO2或者金属；
所述介质层的厚度为50～5000nm。
可选的，所述衬底层的材料为Si、SiC、蓝宝石、玻璃中的一种或者几种的组合；
所述衬底层的厚度为0.1～1mm。
第二方面，提供了上述第一方面中的异质压电薄膜结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，取压电薄膜晶圆和表面含有氧化层的衬底晶圆，所述压电薄膜晶圆的热膨胀系数大于所述衬底晶圆的热膨胀系数；
对所述压电薄膜晶圆沿键合面进行离子注入，在所述压电薄膜晶圆的预设深度处形成缺陷层；
S2，将所述压电薄膜晶圆的键合面与所述衬底晶圆的键合面进行键合，得到键合结构；
S3，对所述键合结构进行加热退火，在退火过程中从所述键合结构的上下两个方向分别对所述键合结构施加压力，所述压力用于使得所述键合结构中压电薄膜晶圆的热膨胀量与所述键合结构中衬底晶圆的热膨胀量相同；
沿所述缺陷层部分剥离所述压电薄膜晶圆，使所述压电薄膜晶圆的一部分转移至所述衬底晶圆上，冷却后即得初步异质压电薄膜结构；
S4，对所述初步异质薄膜结构进行退火以恢复离子注入所形成的缺陷，得到所述异质薄膜结构。
第三方面，提供了一种压电元件，该压电元件包括权利要求1～8任意一项所述的异质压电薄膜结构。
本发明的一种异质压电薄膜结构及其制备方法，具有如下有益效果：
本发明的异质压电薄膜结构包括依次层叠设置的衬底层、介质层、过渡层和压电薄膜层，且衬底层的热膨胀系数小于压电薄膜层的热膨胀系数，过渡层与压电薄膜层的组分相同且过渡层的晶格常数大于压电薄膜层的晶格常数，该过渡层内具有拉应力，且该异质压电薄膜结构的晶圆bow值小于所述衬底层对应的初始衬底晶圆的晶圆bow值。由于在常温下，衬底层与压电薄膜层之间含有一具有拉应力的过渡层，该过渡层的晶格常数与某一高温下的压电薄膜层的晶格常数相同，因此在退火恢复晶格质量过程中升到某一温度前，过渡层内的拉应力在持续释放，压电薄膜层的晶格常数与过渡层的晶格常数逐渐接近；当升到某一温度时，该压电薄膜层内应力完全消失，继续升温时，又由于压电薄膜层的热膨胀系数大于衬底层的热膨胀系数，从而压电薄膜层变为受压应力，相比于常温时无内应力的压电薄膜层，本发明实施例的压电薄膜层可以承受更高的退火温度而不致损坏，从而可以使该异质压电薄膜结构中经过离子注入的薄膜层中离子注入缺陷恢复的更加完全，也即本发明实施例的异质压电薄膜结构中经过离子注入的薄膜层中离子注入缺陷少、晶格质量好，进而有利于提升基于薄膜压电材料的相关元器件的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。
图1是本发明实施例提供的一种异质压电薄膜结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的图1所示异质压电薄膜结构中应力分布的仿真示意图；
图3是本发明实施例提供的异质压电薄膜结构对应的晶圆形态图；
图4是本发明实施例提供的图1所示异质压电薄膜结构的制备方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的异质压电薄膜结构的制备方法的另一流程示意图；
图6是本发明实施例提供的在步骤S3中对键合结构施加压力的一种可选示例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其所示为本发明实施例提供的一种异质压电薄膜结构的结构示意图，如图1所示，该异质压电薄膜结构100包括衬底层101、介质层102、过渡层103和压电薄膜层104，其中，介质层102层叠设置在衬底层101的一个面上，过渡层103层叠设置在介质层102上，压电薄膜层104层叠设置在过渡层103上。
该异质压电薄膜结构100可以通过键合方式制备得到，该键合方式可以为采用等离子体激活的直接键合或金属键合。异质压电薄膜结构100的直径可以为50mm～300mm。
本发明实施例中，衬底层101的材料与压电薄膜层104的材料不同，且衬底层101的热膨胀系数小于压电薄膜层104的热膨胀系数。具体的，衬底层101的材料可以为Si、SiC、蓝宝石、玻璃中的一种或者几种的组合，该衬底层101的厚度可以为0.1～1mm。压电薄膜层104的材料为LiNbO3、LiTaO3中的一种或者两种的组合，该压电薄膜层104的厚度为0～2um。
本发明实施例中，过渡层103与压电薄膜层104的组分相同，二者可以取至同一晶圆，但晶格常数有所变化，过渡层103的晶格常数大于压电薄膜层104的晶格常数。
具体的，过渡层103的材料也可以为LiNbO3、LiTaO3中的一种或者两种的组合，该过渡层103的厚度为0.5～500nm，优选的，该过渡层103的厚度可以为0.5～100nm。
在一个可能的实施方式中，过渡层103的晶格常数随着与压电薄膜层上表面的距离的增大而增大，也即过渡层103在靠近介质层102处的晶格常数与压电薄膜层的晶格常数相差最大，远离介质层102时，过渡层103的晶格常数随远离介质层102的距离增加而减小。其中，介质层102的材料可以为SiO2或者金属，该介质层102的厚度为50～5000nm。
具体的，压电薄膜层104的晶格常数可以与同一温度下体材料的晶格常数相同，而过渡层103的晶格常数可以超过同一温度下体材料晶格常数的1％～10％。
本发明实施例中，过渡层103内具有拉应力，该拉应力的大小不超过1.0GPa。请参阅图2，其所示为本发明实施例提供的图1所示异质压电薄膜结构中应力分布的仿真示意图，图2中压电薄膜层104的材料为LiTaO3，过渡层103的材料也为LiTaO3，介质层102的材料为SiO2，衬底层101的材料为Si。
本发明实施例中，由于具有拉应力的过渡层的存在，该异质压电薄膜结构的晶圆bow值小于衬底层101所对应的初始衬底晶圆的晶圆bow值，也即异质压电薄膜结构制备完成后，由于拉应力过渡层的存在，其具有比初始衬底晶圆更小的Bow值，需要说明的是，晶圆bow值以晶圆上凸为正，晶圆下凹为负。如图3所示的异质压电薄膜结构对应的晶圆形态图，假设衬底层所对应的初始衬底晶圆的晶圆bow值为0，则完成薄膜晶圆制备后得到的该异质压电薄膜结构对应的晶圆bow为负值。在一个可能的实施方式中，该异质压电薄膜结构的晶圆bow值的变化范围可以为0～30um。
现有技术中的异质压电薄膜结构由于热失配所能承受的退火温度较低，导致晶格质量恢复不完全，进而不利于光学和声学器件的性能提高。而本发明实施例中的异质压电薄膜结构在压电薄膜层和介质层之间设置有过渡层，该过渡层内具有拉应力，且其组分与压电薄膜层相同，而其晶格常数大于压电薄膜层的晶格常数，也即该过渡层的晶格常数与某一高温下的压电薄膜层的晶格常数相同，因此在退火恢复晶格质量过程中升到某一温度前，过渡层内的拉应力在持续释放，压电薄膜层的晶格常数与过渡层的晶格常数逐渐接近；当升到某一温度时，该压电薄膜层内应力完全消失，继续升温时，又由于压电薄膜层的热膨胀系数大于衬底层的热膨胀系数，从而压电薄膜层变为受压应力，相比于常温时无内应力的压电薄膜层，本发明实施例的压电薄膜层可以承受更高的退火温度而不致损坏，从而可以使本发明实施例的异质压电薄膜结构中经过离子注入的薄膜层中离子注入缺陷恢复的更加完全，晶格质量好，进而有利于提升基于薄膜压电材料的相关元器件的性能。
请参阅图4，其所示为本发明实施例提供的图1所示异质压电薄膜结构的制备方法的流程示意图，如图4所示，可以包括以下步骤：
S1，取压电薄膜晶圆和表面含有氧化层的衬底晶圆，所述压电薄膜晶圆的热膨胀系数大于所述衬底晶圆的热膨胀系数；
对所述压电薄膜晶圆沿键合面进行离子注入，在所述压电薄膜晶圆的预设深度处形成缺陷层；
S2，将所述压电薄膜晶圆的键合面与所述衬底晶圆的键合面进行键合，得到键合结构；
S3，对所述键合结构进行加热退火，在退火过程中从所述键合结构的上下两个方向分别对所述键合结构施加压力，所述压力用于使得所述键合结构中压电薄膜晶圆的热膨胀量与所述键合结构中衬底晶圆的热膨胀量相同；
沿所述缺陷层部分剥离所述压电薄膜晶圆，使所述压电薄膜晶圆的一部分转移至所述衬底晶圆上，冷却后即得初步异质压电薄膜结构；
S4，对所述初步异质薄膜结构进行退火以恢复离子注入所形成的缺陷，得到所述异质薄膜结构。
下面以压电薄膜晶圆为LiTaO3，衬底晶圆为Si，介质层材料是SiO2为例来对上述异质压电薄膜结构的制备方法进行说明。
请参阅图5，步骤S1中，分别取LiTaO3晶圆401和表面含有氧化层SiO2 402的Si晶圆403，LiTaO3晶圆401的热膨胀系数大于Si晶圆403的热膨胀系数。对LiTaO3晶圆401沿键合面注入氢离子，在LiTaO3晶圆401键合面以下一定深度形成缺陷层404。
步骤S2中，在LiTaO3晶圆401键合面以下一定深度形成缺陷层404之后，分别对LiTaO3晶圆401和Si晶圆403的键合面做等离子体激活，并在激活后将LiTaO3晶圆401和Si晶圆403沿键合面进行键合。
步骤S3中，对步骤S2得到的键合结构进行退火使LiTaO3晶圆401沿缺陷层404部分剥离，由于该键合结构的上层热膨胀系数大于下层衬底的热膨胀系数，在退火过程中会出现键合结构的翘曲，如图6所示，本发明实施例通过固定装置和上下压力盘施加压力使原处于自由热膨胀状态的键合结构翘曲减弱乃至消失，在压力盘施加压力的条件下使二者的热膨胀量相同；在完成键合结构的剥离使得LiTaO3晶圆的一部分405转移至衬底Si晶圆的氧化层SiO2 402上之后，由于LiTaO3晶圆的热膨胀系数大于衬底Si晶圆的热膨胀系数，在冷却即降至室温时LiTaO3晶圆的一部分405的收缩量大于衬底Si晶圆403的收缩量，使得其靠近衬底Si晶圆403的LiTaO3薄膜部分被拉伸，形成拉应力层406(即过渡层)，晶格常数变大，而LiTaO3晶圆的一部分405中剩余部分即形成压力薄膜层407，该压力薄膜层407的晶格常数与同一温度下体材料的晶格常数相同，进而得到初步异质压电薄膜结构。
步骤S4，对步骤S3中得到的初步异质压电薄膜结构采用化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing,CMP)方法去除表面损伤层，并进行退火恢复晶格质量，即可得到本发明实施例的异质压电薄膜结构。
在该退火过程中，由于热膨胀效应，LiTaO3薄膜和Si均要膨胀。由于在常温下，衬底Si晶圆403与压力薄膜层407之间含有一具有拉应力的过渡层406，而该过渡层406的晶格常数与某一高温下LiTaO3的晶格常数相同，因此在升到某一温度前，过渡层406内的应力在持续释放，压力薄膜层407的晶格常数与该过渡层406的晶格常数逐渐接近，当升到某一温度时，该压力薄膜层407内应力完全消失，继续升温时，由于LiTaO3的热膨胀系数大于Si的热膨胀系数，压力薄膜层407变为受压应力，从而与常温时无内应力的压力薄膜层407相比，本发明实施例中的压力薄膜层407可以承受更高的退火温度而不致损坏，进而可以使得异质压电薄膜结构中经过离子注入的薄膜层中离子注入缺陷恢复的更加完全，也即本发明实施例的异质压电薄膜结构中经过离子注入的薄膜层中离子注入缺陷少、晶格质量好，进而有利于提升基于薄膜压电材料的相关元器件的性能。
本发明实施例还提供一种压电元件，该压电元件可以包括本说明书实施例中的异质压电薄膜结构，该压电元件可以是声学器件也可以是光学器件，本发明对此不作具体限定。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (10)
1.一种异质压电薄膜结构，其特征在于，包括：
衬底层；
层叠在所述衬底层上的介质层；
层叠在所述介质层上的过渡层；以及，
层叠在所述过渡层上的压电薄膜层；其中，
所述衬底层的热膨胀系数小于所述压电薄膜层的热膨胀系数；
所述过渡层与所述压电薄膜层的组分相同，且所述过渡层的晶格常数大于所述压电薄膜层的晶格常数；
所述过渡层内具有拉应力；
所述异质压电薄膜结构的晶圆bow值小于所述衬底层对应的初始衬底晶圆的晶圆bow值。
2.根据权利要求1所述的异质压电薄膜结构，其特征在于，所述过渡层内的拉应力大小不超过1.0GPa。
3.根据权利要求1所述的异质压电薄膜结构，其特征在于，所述过渡层的晶格常数随着与压电薄膜层上表面的距离的增大而增大；
所述压电薄膜层的晶格常数与同一温度下体材料的晶格常数相同。
4.根据权利要求3所述的异质压电薄膜结构，其特征在于，所述过渡层的晶格常数超过同一温度下体材料晶格常数的1％～10％。
5.根据权利要求1所述的异质压电薄膜结构，其特征在于，所述过渡层的厚度为0.5～500nm。
6.根据权利要求1所述的异质压电薄膜结构，其特征在于，所述压电薄膜层的材料为LiNbO3、LiTaO3中的一种或者两种的组合；
所述压电薄膜层的厚度为0～2um。
7.根据权利要求1所述的异质压电薄膜结构，其特征在于，所述介质层的材料为SiO2或者金属；
所述介质层的厚度为50～5000nm。
8.根据权利要求1所述的异质压电薄膜结构，其特征在于，所述衬底层的材料为Si、SiC、蓝宝石、玻璃中的一种或者几种的组合；
所述衬底层的厚度为0.1～1mm。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的异质压电薄膜结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，取压电薄膜晶圆和表面含有氧化层的衬底晶圆，所述压电薄膜晶圆的热膨胀系数大于所述衬底晶圆的热膨胀系数；
对所述压电薄膜晶圆沿键合面进行离子注入，在所述压电薄膜晶圆的预设深度处形成缺陷层；
S2，将所述压电薄膜晶圆的键合面与所述衬底晶圆的键合面进行键合，得到键合结构；
S3，对所述键合结构进行加热退火，在退火过程中从所述键合结构的上下两个方向分别对所述键合结构施加压力，所述压力用于使得所述键合结构中压电薄膜晶圆的热膨胀量与所述键合结构中衬底晶圆的热膨胀量相同；
沿所述缺陷层部分剥离所述压电薄膜晶圆，使所述压电薄膜晶圆的一部分转移至所述衬底晶圆上，冷却后即得初步异质压电薄膜结构；
S4，对所述初步异质薄膜结构进行退火以恢复离子注入所形成的缺陷，得到所述异质压电薄膜结构。
10.一种压电元件，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的异质压电薄膜结构。
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| US20180159498A1 (en) * | 2015-06-12 | 2018-06-07 | Soitec | Heterostructure and method of fabrication |
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|---|---|---|---|---|
| JP2006156816A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Sharp Corp | 半導体装置 |
| US20180159498A1 (en) * | 2015-06-12 | 2018-06-07 | Soitec | Heterostructure and method of fabrication |
| CN108271425A (zh) * | 2015-10-20 | 2018-07-10 | 索泰克公司 | 复合结构及相关制造方法 |
| CN111653649A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-09-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种Si基InGaAs光电探测器的制备方法及光电探测器 |
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