CN112379480A

CN112379480A - 波导结构复合衬底的制备方法、复合衬底及光电晶体薄膜

Info

Publication number: CN112379480A
Application number: CN202011289162.3A
Authority: CN
Inventors: 王金翠; 张秀全; 连坤; 刘桂银; 张涛; 李真宇
Original assignee: Jinan Jingzheng Electronics Co Ltd
Current assignee: Jinan Jingzheng Electronics Co Ltd
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2040-11-17
Also published as: CN112379480B

Abstract

本申请提供一种波导结构复合衬底的制备方法、复合衬底及光电晶体薄膜，其中，所述波导结构复合衬底的制备方法包括在衬底层上制备波导层前体；在所述波导层前体上制备移除层前体；在所述移除层前体上进行刻蚀，形成移除层；在所述波导层前体上进行刻蚀，形成波导层，所述波导层的顶部图案和所述移除层的图案相同，其中刻蚀后在所述波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于所述波导层厚度；在所述衬底层上所述移除层所在的一侧沉积包覆隔离层材料；去除所述移除层；继续沉积所述包覆隔离层材料，并对其平坦化至目标厚度，得到包覆隔离层，获得波导结构复合衬底。采用上述方案，缩短复合衬底的制备时间，提高复合衬底的制备效率。

Description

波导结构复合衬底的制备方法、复合衬底及光电晶体薄膜

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种波导结构复合衬底的制备方法、复合衬底及光电晶体薄膜。

背景技术

铌酸锂晶体具有较大的电光系数、非线性光学系数和优良的光折变、压电和声学性能，应用铌酸锂和氮化硅光波导集成结构所制备的光电调制器件，具有较低的损耗，因此，在制造宽带宽芯片方面具有广阔的应用前景。

在光电晶体薄膜中氮化硅光波导和铌酸锂薄膜通常采用氧化硅层进行连接。氧化硅层的厚度与光电调制器的设计有关，厚度一般仅有数十纳米。氧化硅层是光信号在铌酸锂薄膜层和氮化硅光波导结构中进行耦合的必经之路，因此，提高氧化硅层的质量，如厚度均匀性、厚度偏差和表面质量等，有利于提升光电调制器的性能和一致性。

目前，在制备完氮化硅光波导后，一般采用化学气相沉积法在氮化硅光波导上方沉积一层氧化硅层，将波导槽(凹槽结构)填平并包覆氮化硅光波导，然后采用化学机械抛光将氧化硅层抛光至所需的厚度，如果波导槽的高度较大时，化学机械抛光氧化硅层，会消耗大量的时间，降低光电晶体薄膜的制备效率，同时氧化硅层厚度存在可控性差的缺点，并且由于氮化硅光波导的存在，使沉积后的氧化硅层表面为高低不平的起伏面，而直接采用化学机械抛光后的氧化硅层表面仍然会呈现起伏的状态，导致氧化硅层的厚度偏差较大，厚度均匀性不好，并且表面平整度较差。以上容易导致光在铌酸锂薄膜层和氮化硅光波导中的耦合不可控，从而导致包括光电晶体薄膜的光电调制器件的一致性较差。

发明内容

本申请提供了一种波导结构复合衬底的制备方法、复合衬底及光电晶体薄膜，以解决现有技术中化学机械抛光厚度较大的氧化硅层，会消耗大量的时间，降低压电薄膜的制备效率，同时氧化硅层厚度存在可控性差的缺点，直接采用化学机械抛光后的氧化硅层表面仍然会呈现起伏的状态，导致氧化硅层的厚度偏差较大，厚度均匀性不好，并且表面平整度较差，导致光在铌酸锂薄膜层和氮化硅光波导中的耦合不可控，从而导致包括光电晶体薄膜的光电调制器件的一致性较差的问题。

本申请的第一方面，提供一种波导结构复合衬底的制备方法，包括：

在衬底层上制备波导层前体；

在所述波导层前体上制备移除层前体；

在所述移除层前体上进行刻蚀，形成移除层；

在所述波导层前体上进行刻蚀，形成波导层，所述波导层的顶部图案和所述移除层的图案相同，其中刻蚀后在所述波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于所述波导层厚度；

在所述衬底层上所述移除层所在的一侧沉积包覆隔离层材料；

去除所述移除层；

继续沉积所述包覆隔离层材料，并对其平坦化至目标厚度，得到包覆隔离层，获得波导结构复合衬底。

可选的，在所述衬底层上所述移除层所在的一侧沉积包覆隔离层材料包括：

在所述凹槽结构内填充所述包覆隔离层材料，所述包覆隔离层材料将所述凹槽结构填充；

当所述凹槽结构内填充的包覆隔离层材料的边缘高度高于所述波导层且不高于所述移除层时，停止填充；

其中，所述移除层顶部覆盖有与所述凹槽结构内包覆隔离层材料厚度相同的包覆隔离层材料。

可选的，所述移除层的材质为光刻胶。

可选的，去除所述移除层，包括：

采用丙酮腐蚀去除所述移除层，其中，所述移除层顶部覆盖的所述包覆隔离材料随移除层的去除而脱离所述波导层。

可选的，继续沉积所述包覆隔离层材料，并对其平坦化至目标厚度，得到包覆隔离层，获得波导结构复合衬底，包括：

在去除所述移除层之后的所述波导层顶部继续沉积包覆隔离层材料，并将所述波导层包覆；

对继续沉积后的所述包覆隔离层材料进行研磨抛光至目标厚度，形成包覆隔离层，研磨抛光后的所述包覆隔离层的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8nm。

可选的，所述波导层的材质为氮化硅、二氧化硅或者硅；所述包覆隔离层的材质为二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝；所述波导层与所述包覆隔离层的材质不相同。

可选的，在所述衬底层上制备波导层前体的方法为PECVD、热氧化、溅射、蒸发或者电镀。

可选的，在所述波导层前体上进行刻蚀，形成波导层，包括：

采用干法刻蚀法或湿法刻蚀法在所述波导层前体上进行刻蚀，将所述波导层前体刻蚀成脊型条状结构，形成波导层。

本申请的第二方面，提供一种复合衬底，所述复合衬底采用采用第一方面任一项制备方法制备而成。

本申请的第三方面，提供一种光电晶体薄膜，包括如第二方面所述的复合衬底。

本申请实施例提供一种波导结构复合衬底的制备方法、复合衬底及光电晶体薄膜，其中，所述波导结构复合衬底的制备方法包括：在衬底层上制备波导层前体；在所述波导层前体上制备移除层前体；在所述移除层前体上进行刻蚀，形成移除层；在所述波导层前体上进行刻蚀，形成波导层，所述波导层的顶部图案和所述移除层的图案相同，其中刻蚀后在所述波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于所述波导层厚度；在所述衬底层上所述移除层所在的一侧沉积包覆隔离层材料；去除所述移除层；继续沉积所述包覆隔离层材料，并对其平坦化至目标厚度，得到包覆隔离层，获得波导结构复合衬底。

采用本申请提供的方案，通过在波导层上方设置移除层，通过在移除层上方沉积包覆隔离层材料并将波导层的凹槽结构填满，填满后，只需要对移除层进行腐蚀去除，不需要额外的研磨抛光，以移除波导层上方的包覆隔离层材料，简化工艺，提高光电晶体薄膜的制备效率，同时腐蚀去除移除层后，氧化硅层的厚度偏差小，厚度均匀性好，表面平整，光在铌酸锂薄膜层和氮化硅光波导中得到很好的耦合，使得制备的光电调制器件的一致性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种波导结构复合衬底的制备方法的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种波导结构复合衬底的制备方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种复合衬底的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种光电晶体薄膜的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种光电晶体薄膜的制备方法的结构示意图。

其中，110-衬底层；120-波导层前体；130-移除层前体；140-移除层；150-波导层；160-包覆隔离层，1601-第一包覆隔离层，1602-第二包覆隔离层；170-功能薄膜层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

如本申请背景技术所述，现有技术中，光电晶体薄膜中的氮化硅光波导和铌酸锂薄膜通常采用氧化硅层连接，而氧化硅层的厚度与光电调制器件的设计有关，但是，采用化学机械抛光将氧化硅层抛光至所需的厚度会消耗大量的时间，当氮化硅光波导厚度为几微米甚至几十微米等较大的厚度时，氮化硅光波导顶部也会沉积同样厚度的氧化硅层，若此时仍采用化学机械抛光去除氮化硅光波导上沉积的氧化硅层，严重降低光电晶体薄膜的制备效率，同时采用化学机械抛光后的氧化硅层表面仍然会呈现起伏的状态，氧化硅层的厚度偏差较大，厚度均匀性不好，并且表面平整度较差，导致光在铌酸锂薄膜层和氮化硅光波导中的耦合不可控，从而导致光电调制器件的一致性较差，非常不适合于工业生产。

因此，为了解决上述问题，本申请实施例部分提供了一种波导结构复合衬底的制备方法，参见图1，图1是波导结构复合衬底的制备方法的结构示意图。

具体的，参见图2，所述制备方法包括以下步骤：

步骤S11，在衬底层110上制备波导层前体120。

本步骤中，采用SI晶圆作为衬底层110，采用PEVCD在SI晶圆上制备波导层前体120，当然制备波导层前体120还可以选择热氧化、溅射、蒸发或电镀等，制备波导层前体120的方法可以根据需要选择，本步骤不做具体限定；衬底层110的层数根据需要设置，可以是单层衬底层或多层衬底层，衬底层110的材质可以为硅、SOI、铌酸锂、钽酸锂、石英、蓝宝石、碳化硅等，衬底层110的材质可以根据需要选择，本步骤同样不做具体限定。

步骤S12，在所述波导层前体120上制备移除层前体130。

可选的，移除层前体130为光刻胶材质。

步骤S13，在所述移除层前体130上进行刻蚀，形成移除层140。

本步骤中，采用光刻法将光刻胶材质的移除层前体130制备成与波导层前体120顶部图案相同的图案层，形成移除层140。

步骤S14，在所述波导层前体120上进行刻蚀，形成波导层150，所述波导层150的顶部图案和所述移除层140的图案相同，其中刻蚀后在所述波导层150中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于所述波导层150厚度。

可选的，本步骤是对所述波导层前体120采用干刻刻蚀法或湿刻刻蚀法进行刻蚀，将所述波导层前体120上没有移除层140的部分刻蚀掉形成脊型条状结构的波导层150，其中，所述波导层150的形状可以根据需要设置，本步骤不做具体限定。

步骤S15，在所述衬底层110上所述移除层140所在的一侧沉积包覆隔离层材料。

可选的，本步骤中，同时在波导层150上形成的凹槽结构内和所述移除层140上沉积包覆隔离层材料，包覆隔离层材料将凹槽结构填充，并将所述移除层140覆盖，当所述凹槽结构内填充的包覆隔离层材料的边缘高度高于所述波导层150且不高于所述移除层140所在高度时，停止填充；所述波导层150上形成有与所述波导层150顶部形状相同的移除层140，所述移除层140顶部覆盖有与所述凹槽结构内所述包覆隔离层材料厚度相同的包覆隔离层材料。

其中，所述波导层150的材质可以为氮化硅、二氧化硅或硅等；所述包覆隔离层材料的材质可以为二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝等。

另外，在选择材料时，所述波导层150的材质与所述包覆隔离层材料的材质不相同，例如，如果波导层150为氮化硅，则包覆隔离层材料可以选择二氧化硅、氧化铝或氮化铝，如果波导层150为二氧化硅，则包覆隔离层材料可以选择氮化硅、氧化铝或氮化铝，如果波导层150为硅，则包覆隔离层材料可以选择二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝。

步骤S16，去除所述移除层140。

可选的，本步骤采用丙酮腐蚀去除所述移除层140，其中，丙酮只对所述移除层140有腐蚀效果而无法去除包覆隔离层材料，因此本步骤不会腐蚀掉波凹槽结构内的包覆隔离层材料，同时去除所述移除层140后，也将所述移除层140上沉积的包覆隔离层材料移除并脱离所述波导层150。避免采用化学机械抛光，简化工艺，提高波导结构复合衬底的制备效率。

步骤S17，继续沉积所述包覆隔离层材料，并对其平坦化至目标厚度，得到包覆隔离层160，获得波导结构复合衬底。

可选的，本步骤中，在去除所述移除层140之后的所述波导层150顶部继续沉积包覆隔离层材料，并将所述波导层150包覆，然后对继续沉积后的所述包覆隔离层材料进行研磨抛光至目标厚度，形成包覆隔离层160，研磨抛光后的所述包覆隔离层160的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8nm。

由上述公开的制备方法可以看出，本申请实施例公开的波导结构复合衬底的制备方法，过程简单，易操作，适合大范围推广应用。

基于上述公开的波导结构复合衬底的制备方法，本实施例还公开采用上述制备方法制备的一种复合衬底，参见图3，所述复合衬底从下到上依次包括衬底层110、波导层150以及包覆隔离层160。

可以根据需要在所述衬底层110和所述波导层150之间设置其它层，参见图4，所述包覆隔离层160的顶部也可以设置其它层，例如功能薄膜层170，其它层的名称以及层数，本申请不做具体限定。

所述波导层150嵌入到所述包覆隔离层160中，也就是说，所述包覆隔离层160完全将所述波导层150包覆。

所述功能薄膜层170可以为铌酸锂、钽酸锂、砷化镓、石英、硅等材料。所述功能薄膜层170的制备方法可以选择利用键合法和研磨抛光法，也可以选择离子注入法和键合分离法，本申请对功能薄膜层170的制备方法不做具体限定。

当选择利用键合法和研磨抛光法时，其方案包括：采用等离子体键合的方式制备形成键合体；在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行；其中，保温温度为100℃～600℃，保温时间1min～48h；采用机械研磨的方式减薄至1μm-102μm，然后抛光至400nm-100μm，得到具有微米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

所述键合体保温的目的是提升键合体的键合力，使其大于10MPa。

当选择利用离子注入法和键合分离法时，其方案包括：对所述功能薄膜进行离子注入，所述离子注入的注入能量为50-1000KeV，剂量为1×10¹⁶-1×10¹⁷ions/cm²，形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的功能薄膜晶圆；采用等离子体键合的方式制备形成键合体；在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行；其中，保温温度为100℃～600℃，保温时间1min～48h，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜；将铌酸锂单晶薄膜抛光至100nm-3000nm，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

其中，所注入的离子为可以为通过热处理能够生成气体的离子，例如：氢离子或者氦离子。通过调整离子注入深度来调整薄膜层的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的薄膜层的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的薄膜层的厚度越小。

所述包覆隔离层160的折射率低于所述功能薄膜层170的折射率，所述包覆隔离层160做平坦化处理，且可与所述功能薄膜层170键合。

其中，所述包覆隔离层160的厚度可控，平坦化处理之后，能够使其表面更平整，厚度均匀性好，进而使得制备完成光电调制器件后光信号能在功能薄膜层170和波导层150之间得到很好的耦合，提升光电单晶薄膜的性能，一致性好，最终制备的光电调制器件带宽宽、损耗低，器件一致性好。

此外，所述包覆隔离层160的材料是选择折射率低于功能薄膜层170的材料的折射率，功能薄膜层170与包覆隔离层160之间存在的折射率差，可以更好地减小光信号的损耗。

参见图4，本申请实施例提供一种光电晶体薄膜，所述光电晶体薄膜从下到上依次包括：衬底层110、波导层150、包覆隔离层160以及功能薄膜层170；所述包覆隔离层160的折射率低于所述功能薄膜层170的折射率，所述包覆隔离层160做平坦化处理，且可与所述功能薄膜层170键合。采用本申请实施例提供的方案，通过在结构中设置包覆隔离层160，包覆隔离层160做平坦化处理，其厚度可控，厚度偏差小，表面平整，均匀性好，因此，能够减少键合耦合损耗，使得在制备完成光电调制器件后光信号能在功能薄膜层170和波导层150之间得到很好的耦合，使得制备的光电调制器件带宽宽、损耗低，器件一致性好。

在一具体实施例中，所述包覆隔离层160为二氧化硅、氮化硅、氧化铝和氮化铝；所述包覆隔离层160的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8mm。

参见图4，所述包覆隔离层160由第一包覆隔离层1601和第二包覆隔离层1602组成，所述第一包覆隔离层1601和第二包覆隔离层1602一体成型；所述第二包覆隔离层1602的厚度等于所述波导层150的厚度。

其中，所述二氧化硅、氮化硅、氧化铝和氮化铝的折射率均低于所述功能薄膜层170的折射率，且可做平坦化处理，例如研磨抛光等。

所述包覆隔离层160做平坦化处理后，使其表面粗糙度小于0.5mm，表面平坦度小于0.8mm，可有利于其与所述功能薄膜层170键合，使光信号能在功能薄膜层170和波导层150之间得到很好的耦合。

参见图5，图5为光电晶体薄膜制备方法的结构示意图，本申请实施例中，利用键合法和研磨抛光法，或者，利用离子注入法和键合分离法，将功能薄膜层170与包覆隔离层160键合起来。键合指的是将两个待键合材料贴合在一起，在没有中间层和外力场的作用下完成的键合过程。二氧化硅中的Si-O结构，或者，氮化硅中的Si-N结构，或者，氧化铝中的Al-O结构，或者，氮化硅中的Al-N均为亲水性结构，容易与-OH结合，在两个待键合材料的接触面形成基于物理力的弱键，从而将包覆隔离层160与功能薄膜层170键合在一起。

本申请实施例提供的光电晶体薄膜可应用于电光调制器件中，该电光调制器件具备氮化硅和铌酸锂等电光晶体这两种材料的优点，实现在氮化硅层和铌酸锂薄膜层的光调制效果，可广泛应用。本申请实施例提供的光电晶体薄膜还可应用于需要进行背部刻蚀的其它器件，器件名称本申请不做具体限定

本申请实施例中，结构部分的实施例与制备方法部分的实施例可以相互参见，此处不再赘述。

为了使本申请的方案更清楚，本申请实施例进一步公开了具体示例。

实施例1(直接键合+研磨抛光的方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的硅晶圆，并采用PECVD(或者采用热氧化、溅射、蒸发、电镀等)在硅晶圆上制备氮化硅波导层前体。

2)在氮化硅波导前体上制备光刻胶移除层前体，采用光刻法将光刻胶移除层前体制备成与氮化硅波导层顶部图案相同的光刻胶移除层。

3)采用干刻刻蚀法或湿刻刻蚀法对氮化硅波导层前体进行刻蚀，将氮化硅波导层前体上没有光刻胶移除层的部分刻蚀掉，形成氮化硅波导层；其中，刻蚀后的氮化硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于氮化硅波导层厚度。

4)在有光刻胶移除层一侧沉积二氧化硅作为包覆隔离层，二氧化硅填充凹槽结构，当填充的二氧化硅边缘高度大于氮化硅波导层厚度，且小于光刻胶移除层所在高度时，停止沉积。其中氮化硅波导层上形成有与氮化硅波导层表面形状相同的光刻胶移除层，光刻胶移除层上方沉积了与凹槽结构中二氧化硅相同厚度的二氧化硅。

5)采用丙酮将光刻胶移除层溶解，同时可将光刻胶移除层上沉积的二氧化硅移除并脱离氮化硅波导层。

6)继续在氮化硅波导层上方沉积二氧化硅，并将氮化硅波导层包覆，对沉积后的二氧化硅层进行研磨抛光，表面粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8nm，形成包覆隔离层。

7)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，对工艺面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的工艺面与步骤6)制备的二氧化硅层(包覆隔离层)进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h，此环节可以提升键合力大于10MPa。

8)之后对铌酸锂单晶薄膜采用机械研磨的方式减薄至22μm，然后抛光至20μm，得到具有微米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例1是采用直接键合+研磨抛光的方法，其中波导层为氮化硅，包覆隔离层为二氧化硅，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层直接与包覆隔离层键合，然后研磨抛光制得。

实施例2(离子注入+键合分离的方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的硅晶圆，在硅晶圆上制备光刻胶移除层前体。

2)采用光刻法将光刻胶移除层前体制备成与硅波导层顶部图案相同的光刻胶移除层。

3)采用干刻刻蚀法或湿刻刻蚀法对硅晶圆(硅波导层前体)进行刻蚀，将硅晶圆上没有光刻胶移除层的部分刻蚀掉，形成硅波导层；其中，刻蚀后的硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于硅波导层厚度。

4)在有光刻胶移除层一侧沉积二氧化硅作为包覆隔离层，二氧化硅填充凹槽结构，当填充的二氧化硅边缘高度大于硅波导层厚度，且小于光刻胶移除层所在高度时，停止沉积。其中硅波导层上有与硅波导层表面形状相同的光刻胶移除层，光刻胶移除层上方沉积了与凹槽结构中二氧化硅相同厚度的二氧化硅。

5)采用丙酮将光刻胶移除层溶解，同时可将光刻胶移除层上沉积的二氧化硅移除并脱离硅波导层。

6)继续在硅波导层上方沉积二氧化硅，并将硅波导层包覆，对沉积后的二氧化硅层进行研磨抛光，表面粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8nm，形成包覆隔离层。

7)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，采用离子注入的方法，将氦离子(He+)注入铌酸锂晶片中，氦离子的注入能量为200KeV，剂量为4×10¹⁶ions/cm²，形成具有薄膜层、分离层和余料层三层结构的铌酸锂晶圆。

8)采用等离子体键合的方法将离子注入后的铌酸锂晶圆的薄膜层与硅晶圆衬底的二氧化硅层(包覆隔离层)进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。

9)之后对铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至400nm，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例2是采用离子注入+键合分离的方法，其中波导层为硅，可以直接对硅晶圆进行刻蚀，不需要在硅晶圆上进行额外的沉积步骤，例如：PECVD、热氧化、溅射、蒸发、电镀等；包覆隔离层为二氧化硅，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层是离子注入后，再与包覆隔离层键合分离制得。

实施例3(直接键合+研磨抛光的方法)

4)在有光刻胶移除层一侧沉积氧化铝作为包覆隔离层，氧化铝填充凹槽结构，当填充的氧化铝边缘高度大于氮化硅波导层厚度，且小于光刻胶移除层所在高度时，停止沉积。其中氮化硅波导层上有与氮化硅波导层表面形状相同的光刻胶移除层，光刻胶移除层上方沉积了与凹槽结构中氧化铝相同厚度的氧化铝。

5)采用丙酮将光刻胶移除层溶解，同时可将光刻胶移除层上沉积的氧化铝移除并脱离氮化硅波导层。

6)继续在氮化硅波导层上方沉积氧化铝，并将氮化硅波导层包覆，对沉积后的氧化铝层进行研磨抛光，表面粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8nm，形成包覆隔离层。

7)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，对工艺面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂晶圆的工艺面与步骤6)制备的氧化铝层(包覆隔离层)进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h，此环节可以提升键合力大于10MPa。

可见，实施例3是采用直接键合+研磨抛光的方法，其中波导层为氮化硅，包覆隔离层为氧化铝，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层直接与包覆隔离层键合，然后研磨抛光制得。

实施例4(离子注入+键合分离的方法)

1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的硅晶圆，并采用PECVD(或者采用热氧化、溅射、蒸发、电镀等)在硅晶圆上制备二氧化硅波导层前体。

2)在二氧化硅波导前体上制备光刻胶移除层前体，采用光刻法将光刻胶移除层前体制备成与硅波导层顶部图案相同的光刻胶移除层。

3)采用干刻刻蚀法或湿刻刻蚀法对二氧化硅波导层前体进行刻蚀，将二氧化硅波导层前体上没有光刻胶移除层的部分刻蚀掉，形成二氧化硅波导层；其中，刻蚀后的二氧化硅波导层中形成凹槽结构，所述凹槽结构的高度等于二氧化硅波导层厚度。

4)在有光刻胶移除层一侧沉积氮化硅作为包覆隔离层，氮化硅填充凹槽结构，当填充的氮化硅边缘高度大于二氧化硅波导层厚度，且小于光刻胶移除层所在高度时，停止沉积。其中二氧化硅波导层上有与二氧化硅波导层表面形状相同的光刻胶移除层，光刻胶移除层上方沉积了与凹槽结构中氮化硅相同厚度的氮化硅。

5)采用丙酮将光刻胶移除层溶解，同时可将光刻胶移除层上沉积的氮化硅移除并脱离二氧化硅波导层。

6)继续在二氧化硅波导层上方沉积氮化硅，并将二氧化硅波导层包覆，对沉积后的氮化硅层进行研磨抛光，表面粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8nm，形成包覆隔离层。

8)采用等离子体键合的方法将离子注入后的铌酸锂晶圆的薄膜层与硅晶圆衬底的氮化硅层(包覆隔离层)进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在高温下进行保温，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。保温工艺在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行，保温温度为400℃，保温时间3h。

9)之后对铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至100nm，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜。

可见，实施例4是采用离子注入+键合分离的方法，其中波导层为二氧化硅，包覆隔离层为氮化硅，功能薄膜层为铌酸锂，功能薄膜层是离子注入后，再与包覆隔离层键合分离制得。

另外，在上述实施例的基础上，还可以衍生其他的实施例，例如：在各实施例的基础上，将实施例中的功能薄膜层替换为钽酸锂、砷化镓、石英、或者硅，其他工艺参数均可以不用改变或者根据需要改变；也就是说，本领域技术人员可以根据上述实施例自行组合替换材料以及工艺参数，本申请不做具体限定。

上述实施例1和3是采用直接键合+研磨抛光的方法制备，可得到具有微米级厚度的铌酸锂单晶薄膜；实施例2和4是采用离子注入+键合分离的方法制备，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜，光电晶体薄膜同时具备了波导的易加工、铌酸锂晶体优异的电光特性的优点，因此，本申请实施例公开的光电晶体薄膜可广泛应用。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims

1.一种波导结构复合衬底的制备方法，其特征在于，包括：

在衬底层上制备波导层前体；

在所述波导层前体上制备移除层前体；

在所述移除层前体上进行刻蚀，形成移除层；

去除所述移除层；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述衬底层上所述移除层所在的一侧沉积包覆隔离层材料包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述移除层的材质为光刻胶。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，去除所述移除层，包括：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，继续沉积所述包覆隔离层材料，并对其平坦化至目标厚度，得到包覆隔离层，获得波导结构复合衬底，包括：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述波导层的材质为氮化硅、二氧化硅或者硅；所述包覆隔离层的材质为二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝；所述波导层与所述包覆隔离层的材质不相同。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述衬底层上制备波导层前体的方法为PECVD、热氧化、溅射、蒸发或者电镀。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述波导层前体上进行刻蚀，形成波导层，包括：

9.一种复合衬底，其特征在于，所述复合衬底采用权利要求1-8任一项制备方法制备而成。

10.一种光电晶体薄膜，其特征在于，所述光电晶体薄膜采用权利要求9所述的复合衬底。