CN112382563A - 离子注入薄膜晶圆剥离方法、单晶薄膜及电子元器件 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种离子注入薄膜晶圆剥离方法、单晶薄膜及电子元器件，其中，所述方法包括：准备衬底晶圆；准备离子注入后的薄膜晶圆，其中离子注入后的薄膜晶圆为具有薄膜层、分离层和余质层的薄膜晶圆；将所述薄膜晶圆的薄膜层与所述衬底晶圆键合，形成键合体；对键合体采用逐步加热的方式，实现薄膜层与余质层的逐步分离。采用前述的方案，利用逐步加热键合体，使余质层与薄膜层的逐步分离，避免余质层与薄膜层整体分离产生的作用力，使晶片炸裂的问题。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种离子注入薄膜晶圆剥离方法、单晶薄膜及电子元器件。
背景技术
以硅材料为衬底制备的铌酸锂/钽酸锂单晶薄膜在声波器件、光信号处理、信息存储和电子器件等领域有着广泛的用途，可被应用于制作滤波器、光波导调制器、光波导开关、空间光调制器、光学倍频器、表面声波发生器、红外探测器和铁电体存储器等方面，具有广阔的应用前景。
现有的铌酸锂/钽酸锂单晶薄膜的制备工艺通常为采用离子注入法得到包含薄膜层、分离层和余质层的铌酸锂/钽酸锂单晶晶圆注入片，单晶晶圆注入片再与氧化硅层键合后，形成键合体，将键合体加热进行退火剥离余质层，得到铌酸锂/钽酸锂单晶薄膜。在退火的过程中分离层中的注入离子加热形成气体，产生气泡，在分离层中形成的气泡连成一片，而使余质层与薄膜层在瞬间进行整体分离。
但是，在上述过程中，铌酸锂/钽酸锂材料和衬底材料在退火分离时热膨胀系数不一样，键合体会发生弯曲，在达到分离的临界条件发生分离时，铌酸锂/钽酸锂单晶晶圆注入片的余质层剥离，瞬间就会改变键合体的弯曲状态，使得弯曲的晶片向平坦瞬间恢复，由于恢复的力太大会使晶片炸裂。也就是说，余质层与薄膜层整体瞬间分离时，会产生非常强的作用力，而使晶片炸裂。
发明内容
本申请提供了一种离子注入薄膜晶圆剥离方法、单晶薄膜及电子元器件，以解决现有技术中，余质层与薄膜层整体瞬间分离时，会产生非常强的作用力，而使晶片炸裂问题。
第一方面，本申请实施例提供一种离子注入薄膜晶圆剥离方法，包括：
准备衬底晶圆；
准备离子注入后的薄膜晶圆，其中离子注入后的薄膜晶圆为具有薄膜层、分离层和余质层的薄膜晶圆；
将所述薄膜晶圆的薄膜层与所述衬底晶圆键合，形成键合体；
对键合体采用逐步加热的方式，实现薄膜层与余质层的逐步分离。
结合第一方面，在一种实现方式中，对键合体采用逐步加热的方式，实现薄膜层与余质层的逐步分离，包括：
加热键合体中的起始区域；
在所述起始区域被加热至余质层与薄膜层分离后，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
结合第一方面，在一种实现方式中，加热键合体中的起始区域包括：利用加热装置加热键合体中的起始区域。
结合第一方面，在一种实现方式中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：控制加热装置与键合体相对运动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
结合第一方面，在一种实现方式中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
单向移动所述加热装置，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；
或者，单向移动所述键合体，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
结合第一方面，在一种实现方式中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
所述加热装置为2个，将两个加热装置向相反方向移动，由键合体中心向键合体边缘移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；其中，在所述起始区域时，两个加热装置放置在键合体的中心；
或者，所述加热装置为2个，将两个加热装置向相反方向移动，由键合体边缘向键合体中心移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；其中，在所述起始区域时，两个加热装置分别放置在键合体两边边缘。
结合第一方面，在一种实现方式中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
加热装置以垂直于键合体中心的轴旋转，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
结合第一方面，在一种实现方式中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
将所述加热装置以S型移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
结合第一方面，在一种实现方式中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
以加热装置中心为固定点旋转，加热装置末端将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，其中，在所述起始区域时，所述加热装置的中心与键合体中心重合放置，所述加热装置的长度大于或等于所述键合体的直径。
结合第一方面，在一种实现方式中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
所述加热装置由键合体边缘以圆环的方式向键合体中心移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，其中，在所述起始区域时，所述加热装置放置在键合体边缘；
或者，所述加热装置由键合体中心以圆环的方式向键合体边缘移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，其中，在所述起始区域时，所述加热装置放置在键合体中心。
结合第一方面，在一种实现方式中所述加热装置的长度大于或等于键合体直径时，采用一次性单向移动加热或双向移动的加热方式，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；
当加热装置的长度小于键合体的直径时，采用多次单向移动加热或双向移动加热方式，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
结合第一方面，在一种实现方式中，所述加热装置与键合体保持相对运动速度恒定及保持加热装置的温度恒定。
结合第一方面，在一种实现方式中，所述加热装置与键合体的相对运动的速度为1mm/h-20mm/h。
第二方面，本申请实施例部分提供了一种单晶薄膜，所述单晶薄膜采用如第一方面任一项所述的方法制备而成。
第三方面，本申请实施例部分提供了一种电子元器件，所述电子元器件包括第二方面所述的单晶薄膜。
本申请实施例提供一种离子注入薄膜晶圆剥离方法、单晶薄膜及电子元器件，其中，所述方法包括：准备衬底晶圆；准备离子注入后的薄膜晶圆，其中离子注入后的薄膜晶圆为具有薄膜层、分离层和余质层的薄膜晶圆；将所述薄膜晶圆的薄膜层与所述衬底晶圆键合，形成键合体；对键合体采用逐步加热的方式，实现薄膜层与余质层的逐步分离。采用前述的方案，利用逐步加热键合体，使余质层与薄膜层的逐步分离，避免余质层与薄膜层整体分离产生的作用力，使晶片炸裂的问题。
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是本申请实施例提供的一种离子注入薄膜晶圆剥离方法的流程示意图；
图2是本申请一个实施例中一种加热方式的结构示意图；
图3是本申请一个实施例中又一种加热方式的结构示意图；
图4是本申请一个实施例中又一种加热方式的结构示意图；
图5是本申请一个实施例中又一种加热方式的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
由背景技术的描述可知，为解决上述余质层与薄膜层整体瞬间分离时，会产生非常强的作用力，而使晶片炸裂的问题。现有的剥离方法有涂胶加压分离、机械分离等，但是，由于铌酸锂/钽酸锂单晶薄膜的厚度非常薄，一般都是毫米级甚至是纳米级，现有的剥离方法均不适合大规模的工业化生产，原因是涂胶加压分离法成本高，工艺复杂，而机械分离法容易发生机械撕裂、划伤晶片，导致晶片容易产生缺陷甚至断裂，也间接增加了薄膜的生产成本。
因此，为解决上述问题，本申请实施例公开了一种离子注入薄膜晶圆剥离方法，参照图1，所述方法包括：
S11，准备衬底晶圆。
本步骤中，衬底晶圆，根据实际使用情况，对衬底的结构和层数不进行限定，衬底晶圆可以为单层衬底或多层衬底。
在一具体实施例中，衬底晶圆为单层衬底，只包含衬底层，与薄膜晶圆的键合面为衬底层。
在另一具体实施例中，衬底晶圆包括衬底层和绝缘层，包括在衬底层上制备绝缘层的步骤，与薄膜晶圆的键合面为绝缘层。在衬底晶圆上制备绝缘层的具体方法可以采用现有技术的方法，例如热氧化法，沉积法等等，本申请不做具体限定。
在又一实施例中，衬底晶圆包括衬底层、缺陷层和绝缘层，包括在衬底层上制备绝缘层，然后在绝缘层上制备缺陷层的步骤，与薄膜晶圆的键合面是绝缘层。缺陷层可以为多晶硅、非晶硅、多晶锗等，或者其他能够提供捕获载流子陷阱的层。在又一实施例中缺陷层也可以由改变电荷密度的层替代。可选地，衬底晶圆中与薄膜晶圆键合的层可以为硅、碳化硅、蓝宝石、石英、尖晶石、碳化硅、氮化硅等各种与薄膜材料不同的其他材料，且键合界面的表面粗糙度小于0.5nm。
S12，准备离子注入后的薄膜晶圆，其中离子注入后的薄膜晶圆为具有薄膜层、分离层和余质层的薄膜晶圆。
本步骤主要是采用离子注入的方法，制备具有薄膜层、分离层(即离子注入层)和余质层(也可以称为余料层)的薄膜晶圆，所注入的离子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。注入氢离子时，注入剂量可以为3×1016ions/cm2～8×1016ions/cm2，注入能量可以为120KeV～400KeV；注入氦离子时，注入剂量可以为1×1016ions/cm2～1×1017ions/cm2，注入能量可以为50KeV～1000KeV。
例如，将氦离子(He+)注入铌酸锂晶片中，氦离子的注入能量可以为200KeV，注入剂量可以为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。
可选地，薄膜晶圆的材料可以为铌酸锂、碳酸锂、硅、碳化硅、蓝宝石、石英、尖晶石等与衬底材料不同的其他材料。
本申请实施例中，可以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。
还需要说明的是，在注入离子时，离子束垂直向薄膜基体内注入，因此，可以在薄膜基体内形成规整的、并且与裸露区对齐的薄膜层。
S13，将所述薄膜晶圆的薄膜层与所述衬底晶圆键合，形成键合体。
本步骤是将步骤S11中的衬底晶圆与步骤S12中的薄膜层面进行键合，获得键合体。
本申请对键合面键合的方式不做特别限定，可以对衬底晶圆和薄膜晶圆的键合面进行活化处理后进行键合，获得键合体。本申请对键合面进行表面活化的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种对键合面进行表面活化的方式，例如，等离子体活化以及化学溶液活化等。
在获得键合体之后，还可以包括将键合体放入加热设备内，对键合体进行保温处理，提升键合体键合界面的键合力，使键合界面的键合力大于0.3J/m2。所述保温处理温度下，薄膜层和余质层未发生分离，所述保温温度为100℃～500℃，保温时间为1h～6h。因为薄膜层与余质层分离受温度和加热时间影响，可以选择高的保温温度、短的保温时间或者低的保温温度、长保温时间对键合体进行处理。例如保温温度为100℃，保温时间为4h；保温温度为400℃，保温时间为0.5h。
S14，对所述键合体采用逐步加热的方式，实现薄膜层与余质层的逐步分离。
本步骤中，对键合体采用逐步加热的方式，以实现薄膜层与余质层的逐步分离，避免余质层与薄膜层整体进行快速分离时产生的作用力，使晶片炸裂的问题。
可选地，对键合体采用逐步加热的方式，实现薄膜层与余质层的逐步分离，具体可以采用如下步骤：
(1)加热键合体中的起始区域。
本步骤中，所述起始区域的面积小于键合体的面积，所述起始区域可以是所述键合体上的任意位置，本申请不做具体限定。
可以选，加热键合体中的起始区域包括：利用加热装置加热键合体中的起始区域。其中，加热装置可以是加热棒、加热丝等。
本实施例中，利用加热装置实现键合体的逐区域加热，加热装置的加热效果为100℃～500℃，加热装置可以设置与所述键合体存在间距，该间距可以根据实际需要加热的效果来设定。
(2)在所述起始区域被加热至余质层与薄膜层分离后，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
本步骤中，在使用加热装置对键合体进行加热时，未经历过加热装置的区域(即未加热区域)的余质层与薄膜层没有分离，仍以键合体存在，被加热装置所加热范围内的薄膜晶圆的注入层逐渐形成气泡而分离，直至加热装置完全通过键合体表面，薄膜晶圆的注入层逐渐形成气泡，逐一分离，最终制备成完整的薄膜，从而解决了直接整体分离过程晶片炸裂的问题。
可选地，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：控制加热装置与键合体相对运动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
在实际应用过程中，可以控制加热装置与键合体做相对运动，来实现逐一加热键合体，其中，加热装置与键合体相对运动时，移动物体可以为键合体或加热装置或两者均移动，所述加热装置与键合体的相对运动的速度为1mm/h～20mm/h(例如1mm/h、5mm/h、10mm/h、15mm/h、20mm/h等)，具体可以根据实际加热效果需要来设定，本申请不做具体限定。
可选地，在所述键合体所有区域均被加热至的余质层与薄膜层的分离后，所述方法还包括：对加热后的键合体退火处理，得到单晶薄膜。
本步骤是在所述键合体上的所有区域均被加热至余质层与薄膜层分离后，对加热后的键合体退火处理，具体做法可以是将铌酸锂单晶薄膜置于200℃～700℃的退火炉内进行退火(可以在氮气氛围也可以为其他氛围)，退火的目的是恢复离子注入造成的损伤，以提高单晶薄膜在特定波长下的折射率，例如，退火之后使铌酸锂薄膜在633nm下的折射率差(no-ne)＞0.07。
在退火之后，还包括：将键合体抛光减薄至50nm～3000nm(例如400nm、500nm、600nm、800nm、1000nm、2000nm等)，去除顶层损伤层，得到具有纳米级厚度的单晶薄膜，且表面粗糙度＜1nm，便于进行镀电极等后续的工艺。
在一具体实施例中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
如图2所示，单向移动所述加热装置，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
或者，单向移动所述键合体，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
本实施例中，加热运动方式为单向运动，具体包括：单向移动所述加热装置或者单向移动所述键合体，来使所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
在另一具体实施例中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
如图3中的a图所示，所述加热装置为2个，图中的加热装置1和加热装置2，将两个加热装置向相反方向移动，由键合体中心向键合体边缘移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；其中，在所述起始区域时，两个加热装置放置在键合体的中心。
本实施例中，在起始区域时，所述加热装置放置在键合体的中心，且与键合体中心轴线平行，待键合体中心的位置的余质层与薄膜层分离后，将两个加热装置由键合体中心向键合体边缘移动，逐一加热键合体的未加热区域至余质层与薄膜层分离。
或者，如图3中的b图所示，所述加热装置为2个，将两个加热装置向相反方向移动，由键合体边缘向键合体中心移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；其中，在所述起始区域时，两个加热装置分别放置在键合体两边边缘。
本实施例中，在起始区域时，所述加热装置放置在键合体的两边，且与键合体中心轴线平行，待键合体中心位置的余质层与薄膜层分离后，将两个加热装置由键合体边缘向键合体中心移动，逐一加热键合体的未加热区域至余质层与薄膜层分离。
本实施例中，加热运动方式为双向运动，具体包括：设置两个加热装置，两个加热装置由键合体中间分别向键合体两边运动，或者两个加热装置由键合体边缘，分别向键合体中间移动，来使所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
在另一具体实施例中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
如图4所示，加热装置以垂直于键合体中心的轴旋转，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
本实施例中，加热装置的长度设置为与所述键合体的半径相同，将所述加热装置的一端放置在键合体中心，另一端放置在键合体边缘，以键合体中心为固定点，沿垂直于键合体中心的轴旋转360度，加热装置逐步扫过未加热区域，使余质层与薄膜层逐渐分离。
在另一具体实施例中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
将所述加热装置以S型移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
其中，所述加热装置的长度短于键合体的直径，需要分多次来回移动完成加热。
在另一具体实施例中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
如图5所示，以加热装置中心为固定点旋转，加热装置末端将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，其中，在所述起始区域时，所述加热装置的中心与键合体中心重合放置，所述加热装置的长度大于或者等于所述键合体的直径。
本实施例中，所述加热装置的长度设置与键合体的直径相同，所述加热装置的中心与键合体中心重合放置，以加热装置中心为固定点旋转，加热装置末端将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
在另一具体实施例中，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
所述加热装置由键合体边缘以圆环的方式向键合体中心移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，其中，在所述起始区域时，所述加热装置放置在键合体边缘。
本实施例中，所述加热装置可设置为四个，其直径等于所述键合体的直径，在起始区域时，所述加热装置设置在键合体的外边缘，形成方形，起始区域余质层与薄膜层分离后，同时移动所述加热装置至键合体中心，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
或者，所述加热装置由键合体中心以圆环的方式向键合体边缘移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，其中，在所述起始区域时，所述加热装置放置在键合体中心。
本实施例中，所述加热装置可设置为四个，其直径等于所述键合体的直径，在起始区域时，所述加热装置设置在键合体的中心，形成方形，起始区域余质层与薄膜层分离后，同时移动所述加热装置至键合体边缘，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
可选地，所述加热装置的长度大于或等于键合体直径时，采用一次性单向移动加热或双向移动的加热方式，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
当加热装置的长度小于键合体的直径时，采用多次单向移动加热或双向移动加热方式，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
本实施例中，所述加热装置的长度可以设置与键合体的直径相等，这时，采用一次性加热键合体，即可完成余质层与薄膜层的逐步分离，如果所述加热装置的长度小于所述键合体的直径，则可以采用多次加热使余质层与薄膜层的逐步分离。
可选地，所述加热装置与键合体保持相对运动速度恒定及保持加热装置的温度恒定。
在分离过程保持恒定的相对运动速度及保持加热装置的温度恒定，可以使余质层与薄膜层分离过程更稳定，但不局限于上述限定，在分离过程中若采用不同速度进行相对运动，或者整个分离过程中加热装置采用不同温度亦可。
基于上述公开的方法，本申请实施例还公开了一种单晶薄膜，所述单晶薄膜采用如上述任一项所述的离子注入薄膜晶圆剥离方法制备而成。
基于上述公开的单晶薄膜，本申请实施例还公开了一种电子元器件，所述电子元器件包括上述所述的单晶薄膜。
例如，在上述获得的单晶薄膜上利用光刻和刻蚀的工艺制作铌酸锂波导，波导形状为Y分支，对完成前述工艺的铌酸锂波导两侧利用金属剥离工艺，制备金属电极，得到铌酸锂基的集成光学调制器。
为了使本申请的方案更清楚，本申请实施例进一步公开了以下具体实施例。
实施例1
1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的单晶硅衬底晶圆，将硅衬底晶圆清洗后，采用热氧化法在单晶硅衬底晶圆的表面制备厚度为2μm的二氧化硅层，其中二氧化硅表面粗糙度小于0.5nm。
2)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，将铌酸锂晶圆清洗后，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。
3)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面与硅衬底晶圆的二氧化硅层面进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在100℃下进行保温4h，使键合体键合力大于0.3J/m2。
4)将具备一定键合力的键合体置于加热腔体内，使用线加热棒加热键合体，线加热棒不与铌酸锂晶圆接触，但使铌酸锂晶圆被线加热棒所覆盖的区域温度为400℃，相对运动的速度为10mm/h，移动物体可以为加热棒，被加热棒扫描过的区域铌酸锂注入层(分离层)均完全脱离。加热棒自铌酸锂晶圆的边缘向另一侧单向运动，直至加热棒完全扫描铌酸锂晶圆，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。
5)将分离后的铌酸锂单晶薄膜置于700℃的退火炉内氮气氛围下进行退火，以恢复离子注入造成的损伤，达到铌酸锂薄膜在633nm波长下的折射率差＞0.07。
6)将退火后的铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至500nm，去除顶层铌酸锂损伤层，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜，且表面粗糙度＜1nm，便于进行镀电极等后续的工艺。
实施例2
1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的单晶硅衬底晶圆，将硅衬底晶圆清洗后，采用热氧化法在单晶硅衬底晶圆的表面制备厚度为2μm的二氧化硅层，其中二氧化硅表面粗糙度小于0.5nm。
2)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，将铌酸锂晶圆清洗后，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。
3)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面与硅衬底晶圆的二氧化硅层面进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在100℃下进行保温4h，使键合体键合力大于0.3J/m2。
4)将具备一定键合力的键合体置于加热腔体内，使用线加热棒加热键合体，线加热棒不与铌酸锂晶圆接触，但使铌酸锂晶圆被线加热棒所覆盖的区域温度为200℃，相对运动的速度为15mm/h，被加热棒扫描过的区域铌酸锂注入层(分离层)均完全脱离。两个加热棒自铌酸锂晶圆的两侧向中心运动，铌酸锂键合体被固定，两根线加热棒的运动速度相同，直至加热棒完全扫描铌酸锂晶圆，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。
5)将分离后的铌酸锂单晶薄膜置于700℃的退火炉内氮气氛围下进行退火，以恢复离子注入造成的损伤，达到铌酸锂薄膜在633nm波长下的折射率差＞0.07。
6)将退火后的铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至300nm，去除顶层铌酸锂损伤层，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜，且表面粗糙度＜1nm，便于进行镀电极等后续的工艺。
实施例3
1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的单晶硅衬底晶圆，将硅衬底晶圆清洗后，采用热氧化法在单晶硅衬底晶圆的表面制备厚度为2μm的二氧化硅层，其中二氧化硅表面粗糙度小于0.5nm。
2)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，将铌酸锂晶圆清洗后，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。
3)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面与硅衬底晶圆的二氧化硅层面进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在200℃下进行保温2h，使键合体键合力大于0.3J/m2。
4)将具备一定键合力的键合体置于加热腔体内，使用线加热棒加热键合体，线加热棒不与铌酸锂晶圆接触，但使铌酸锂晶圆被线加热棒所覆盖的区域温度为200℃，相对运动的速度为15mm/h，被加热棒扫描过的区域铌酸锂注入层(分离层)均完全脱离。两个加热棒自铌酸锂晶圆的中心向两侧运动，铌酸锂键合体被固定，两根线加热棒的运动速度相同，直至加热棒完全扫描铌酸锂晶圆，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。
5)将分离后的铌酸锂单晶薄膜置于500℃的退火炉内氮气氛围下进行退火，以恢复离子注入造成的损伤，达到铌酸锂薄膜在633nm波长下的折射率差＞0.07。
6)将退火后的铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至600nm，去除顶层铌酸锂损伤层，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜，且表面粗糙度＜1nm，便于进行镀电极等后续的工艺。
实施例4
1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的单晶硅衬底晶圆，将硅衬底晶圆清洗后，采用热氧化法在单晶硅衬底晶圆的表面制备厚度为2μm的二氧化硅层，其中二氧化硅表面粗糙度小于0.5nm。
2)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，将铌酸锂晶圆清洗后，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。
3)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面与硅衬底晶圆的二氧化硅层面进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在100℃下进行保温4h，使键合体键合力大于0.3J/m2。
4)将具备一定键合力的键合体置于加热腔体内，使用线加热棒加热键合体，线加热棒不与铌酸锂晶圆接触，但使铌酸锂晶圆被线加热棒所覆盖的区域温度为200℃，相对运动的速度为5mm/h，被加热棒扫描过的区域铌酸锂注入层(分离层)均完全脱离。加热棒的长度小于键合体的直径，将所述加热棒以S型移动，分多次来回移动完成加热，扫描铌酸锂晶圆，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。
5)将分离后的铌酸锂单晶薄膜置于700℃的退火炉内氮气氛围下进行退火，以恢复离子注入造成的损伤，达到铌酸锂薄膜在633nm波长下的折射率差＞0.07。
6)将退火后的铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至900nm，去除顶层铌酸锂损伤层，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜，且表面粗糙度＜1nm，便于进行镀电极等后续的工艺。
实施例5
1)准备尺寸为4英寸，厚度为0.5mm并且具有光滑面的单晶硅衬底晶圆，将硅衬底晶圆清洗后，采用热氧化法在单晶硅衬底晶圆的表面制备厚度为2μm的二氧化硅层，其中二氧化硅表面粗糙度小于0.5nm。
2)准备尺寸为4英寸的铌酸锂晶圆，将铌酸锂晶圆清洗后，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。
3)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面与硅衬底晶圆的二氧化硅层面进行键合，形成键合体；然后将键合体放入加热设备内在400℃下进行保温0.5h，使键合体键合力大于0.3J/m2。
4)将具备一定键合力的键合体置于加热腔体内，使用线加热棒加热键合体，线加热棒不与铌酸锂晶圆接触，但使铌酸锂晶圆被线加热棒所覆盖的区域温度为400℃，相对运动的速度为5mm/h，被加热棒扫描过的区域铌酸锂注入层(分离层)均完全脱离。所述加热棒的长度与键合体的直径相同，将所述加热棒的中心与键合体中心重合放置，以加热棒中心为固定点旋转，加热棒末端将所述键合体中的未加热区域逐一扫描铌酸锂晶圆，逐步加热至余质层与薄膜层分离，直至余料层从键合体上分离下来形成铌酸锂单晶薄膜。
5)将分离后的铌酸锂单晶薄膜置于700℃的退火炉内氮气氛围下进行退火，以恢复离子注入造成的损伤，达到铌酸锂薄膜在633nm波长下的折射率差＞0.07。
6)将退火后的铌酸锂单晶薄膜进行抛光减薄至300nm，去除顶层铌酸锂损伤层，得到具有纳米级厚度的铌酸锂单晶薄膜，且表面粗糙度＜1nm，便于进行镀电极等后续的工艺。
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：将实施例中的加热棒的加热方式替换为：加热棒由键合体边缘或者中心以圆环的方式加热，或者，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或者石英或蓝宝石，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。
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 (15)
1.一种离子注入薄膜晶圆剥离方法，其特征在于，包括：
准备衬底晶圆；
准备离子注入后的薄膜晶圆，其中离子注入后的薄膜晶圆为具有薄膜层、分离层和余质层的薄膜晶圆；
将所述薄膜晶圆的薄膜层与所述衬底晶圆键合，形成键合体；
对键合体采用逐步加热的方式，实现薄膜层与余质层的逐步分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对键合体采用逐步加热的方式，实现薄膜层与余质层的逐步分离，包括：
加热键合体中的起始区域；
在所述起始区域被加热至余质层与薄膜层分离后，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，加热键合体中的起始区域包括：利用加热装置加热键合体中的起始区域。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：控制加热装置与键合体相对运动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
单向移动所述加热装置，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；
或者，单向移动所述键合体，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
所述加热装置为2个，将两个加热装置向相反方向移动，由键合体中心向键合体边缘移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；其中，在所述起始区域时，两个加热装置放置在键合体的中心；
或者，所述加热装置为2个，将两个加热装置向相反方向移动，由键合体边缘向键合体中心移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；其中，在所述起始区域时，两个加热装置分别放置在键合体两边边缘。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
加热装置以垂直于键合体中心的轴旋转，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
将所述加热装置以S型移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
以加热装置中心为固定点旋转，加热装置末端将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，其中，在所述起始区域时，所述加热装置的中心与键合体中心重合放置，所述加热装置的长度大于或等于所述键合体的直径。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，包括：
所述加热装置由键合体边缘以圆环的方式向键合体中心移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，其中，在所述起始区域时，所述加热装置放置在键合体边缘；
或者，所述加热装置由键合体中心以圆环的方式向键合体边缘移动，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离，其中，在所述起始区域时，所述加热装置放置在键合体中心。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述加热装置的长度大于或等于键合体直径时，采用一次性单向移动加热或双向移动的加热方式，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离；
当加热装置的长度小于键合体的直径时，采用多次单向移动加热或双向移动加热方式，将所述键合体中的未加热区域逐一加热至余质层与薄膜层分离。
12.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加热装置与键合体保持相对运动速度恒定及保持加热装置的温度恒定。
13.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加热装置与键合体的相对运动的速度为1mm/h-20mm/h。
14.一种单晶薄膜，其特征在于，所述单晶薄膜采用如权利要求1-13任一项所述的方法制备而成。
15.一种电子元器件，其特征在于，所述电子元器件包括权利要求14所述的单晶薄膜。
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