CN114975765A - 复合单晶压电薄膜及其制备方法 - Google Patents

复合单晶压电薄膜及其制备方法 Download PDF

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胡文
李真宇
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Abstract

本申请公开了一种复合单晶压电薄膜及其制备方法，涉及离子注入技术领域，包括：控制离子注入设备将离子束扫描注入至单晶晶圆，得到单晶晶圆注入片，离子束的注入剂量由单晶晶圆的边缘位置到中心位置逐渐减少，或由单晶晶圆的一边到相对的另一边逐渐减少；将单晶晶圆注入片与衬底晶圆接触，得到键合体；对键合体执行热分离处理，以使单晶晶圆注入片在注入层由边缘位置到中心位置逐渐分离，或由单晶晶圆注入片的一边到相对的另一边逐渐分离，得到复合单晶压电薄膜。本申请中通过在单晶晶圆注入层所注入不均匀的离子剂量，在进行热分离时，使其由边缘位置到中心位置缓慢分离，或由一边到相对的另一边缓慢分离，以此减少分离过程中对晶片造成的缺陷。

Description

复合单晶压电薄膜及其制备方法
技术领域
本申请涉及离子注入技术领域，尤其涉及一种复合单晶压电薄膜及其制备方法。
背景技术
离子注入是半导体制造领域不可缺少的工艺，离子注入的目的是在成分和能量方面形成纯净的离子束，并将纯净的离子束流注入半导体，以使改变半导体的载流子浓度和导电类型。
压电薄膜是一类具有压电性能的薄膜材料，相关技术中，单晶压电薄膜的制备工艺为采用常规的离子注入法，即向单晶晶圆注入一定剂量的离子，得到包含分离层、注入层和余质层的单晶晶圆注入片，经过退火处理单晶晶圆注入片在注入层处进行分离。
但是，由于单晶压电薄膜非常薄，一般都是毫米级甚至是纳米级，单晶晶圆注入片在注入层分离时，容易产生缺陷甚至断裂，也间接增加了压电薄膜的生产成本，不利于大规模的工业化生产。因此，亟需提供一种复合单晶压电薄膜的制备方式。
发明内容
本申请提供了一种复合单晶压电薄膜及其制备方法，以解决现有技术中压电薄膜的检测方式使得研究和生产的经济成本增加，且检测周期较长技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例公开了一种复合单晶压电薄膜的制备方法，所述制备方法包括：
控制离子注入设备将离子束扫描注入至单晶晶圆，得到单晶晶圆注入片，其中，所述单晶晶圆注入片中由所述离子束的注入形成注入层，所述离子束的注入剂量由所述单晶晶圆的边缘位置到中心位置逐渐减少，或由所述单晶晶圆的一边到相对的另一边逐渐减少；
将所述单晶晶圆注入片与衬底晶圆接触，得到键合体，其中，所述衬底晶圆与所述单晶晶圆的热膨胀系数不同；
对所述键合体执行热分离处理，以使所述单晶晶圆注入片在所述注入层分离，得到复合单晶压电薄膜，其中，所述注入层的分离过程为由所述单晶晶圆注入片的边缘位置到中心位置逐渐分离，或由所述单晶晶圆注入片的一边到相对的另一边逐渐分离。
可选地，在上述复合单晶压电薄膜的制备方法中，在控制所述离子束的注入剂量由所述单晶晶圆的一边到相对的另一边逐渐减少的步骤中，所述制备方法包括：
控制所述离子注入设备中偏转单元的偏转电压逐渐减小再逐渐增大，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由第一边缘位置至中心线，再由所述中心线至第二边缘位置，其中，所述第一边缘位置和所述第二边缘位置关于所述中心线轴对称；
在所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由所述第一边缘位置至所述第二边缘位置时，控制所述离子束在所述单晶晶圆表面上的停留时长逐渐减小。
可选地，在上述复合单晶压电薄膜的制备方法中，在控制所述离子束的注入剂量由所述单晶晶圆的边缘位置到中心位置逐渐减少的步骤中，所述制备方法包括：
控制所述离子注入设备中偏转单元的偏转电压逐渐减小再逐渐增大，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由第一边缘位置至中心线，再由所述中心线至第二边缘位置，其中，所述第一边缘位置和所述第二边缘位置关于所述中心线轴对称；
在所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由所述第一边缘位置至所述中心线时，控制所述离子束在所述单晶晶圆表面上的停留时长逐渐减少；在所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由所述中心线至所述第二边缘位置时，控制所述离子束在所述单晶晶圆表面上的停留时长逐渐增大。
可选地，在上述复合单晶压电薄膜的制备方法中，在所述控制离子注入设备将离子束扫描注入至单晶晶圆，得到单晶晶圆注入片的步骤中，所述制备方法包括：
在将所述离子束注入至所述单晶晶圆时，控制所述单晶晶圆在与所述离子束注入方向的垂直方向上竖直上下移动，并控制所述离子束在与所述单晶晶圆竖直移动方向相垂直的水平方向上扫描注入。
可选地，在上述复合单晶压电薄膜的制备方法中，所述离子注入设备中偏转单元包括第一电容板，所述制备方法包括：
控制调整所述第一电容板的偏转电压的大小，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的水平方向上扫描注入。
可选地，在上述复合单晶压电薄膜的制备方法中，在所述控制离子注入设备将离子束扫描注入至单晶晶圆，得到单晶晶圆注入片的步骤中，所述制备方法包括：
在将所述离子束注入至所述单晶晶圆时，控制所述单晶晶圆的位置保持不动，并控制所述离子束在与所述单晶晶圆表面上进行往复折线扫描注入。
可选地，在上述复合单晶压电薄膜的制备方法中，所述离子注入设备中偏转单元包括第一电容板和第二电容板，所述制备方法包括：
控制调整所述第一电容板的偏转电压的大小，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的水平方向上扫描注入；
控制调整所述第二电容板的偏转电压的大小，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的竖直方向上扫描注入。
可选地，在上述复合单晶压电薄膜的制备方法中，在所述将所述单晶晶圆注入片与衬底晶圆接触，得到键合体的步骤中，所述制备方法包括：
选取所述衬底晶圆的其中一面制作介质层，在所述介质层上制作氧化硅层；
将所述单晶晶圆注入片的注入面与所述氧化硅层接触，得到键合体，其中所述注入面指的是所述单晶晶圆注入片中注入离子束的一面。
可选地，在上述复合单晶压电薄膜的制备方法中，所述离子注入设备所发射的离子束包括氢离子、氩离子或氦离子。
第二方面，本申请实施例公开了一种复合单晶压电薄膜，其特征在于，上述任一所述复合单晶压电薄膜的制备方法制备得到的复合单晶压电薄膜。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供了一种复合单晶压电薄膜及其制备方法，准备好热膨胀系数不同的单晶晶圆和衬底晶圆，控制离子注入设备将离子束注入至单晶晶圆，在单晶晶圆内部形成注入层，获得单晶晶圆注入片。在注入离子束时，控制离子束的注入剂量由单晶晶圆的边缘位置到中心位置逐渐减少，或由单晶晶圆的一边到相对的另一边逐渐减少。在将单晶晶圆注入片与衬底晶圆接触得到键合体之后，对其热分离处理，以使所述单晶晶圆注入片在所述注入层处，由边缘位置到中心位置逐渐分离，或由一边到相对的另一边逐渐分离，得到复合单晶压电薄膜。以上，本申请中在制作复合单晶压电薄膜时，通过在单晶晶圆注入层所注入的离子剂量不均匀，在进行热分离时，使其由边缘位置到中心位置缓慢分离，或由一边到相对的另一边缓慢分离，以此减少分离过程中对晶片造成的缺陷。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
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为本发明实施例提供的复合单晶压电薄膜的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的多孔陶瓷吸盘放置单晶晶圆的示意图；
图3为本发明实施例提供的离子束水平扫描方向的示意图；
图4为本发明实施例提供的第一电容板与单晶晶圆相对位置的示意图；
图5a为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束水平扫描的示意图；
图5b为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束水平扫描的另一示意图；
图6为本发明实施例提供的离子束折线扫描方向的示意图；
图7为本发明实施例提供的第一电容板、第二电容板与单晶晶圆相对位置的示意图；
图8a为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束折线扫描的示意图；
图8b为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束折线扫描的另一示意图；
图8c为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束折线扫描的另一示意图；
图8d为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束折线扫描的另一示意图；
图9为本发明实施例提供的复合单晶压电薄膜的制备工艺流程图；
附图标记说明：1、单晶晶圆；11、中心线；12、第一边缘位置；13、第二边缘位置；14、注入层；2、多孔陶瓷吸盘；3、第一电容板；4、第二电容板；5、衬底晶圆；51、介质层；52、二氧化硅层；6、键合体；7、离子束。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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、完整地描述，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
目前，在制备单晶压电薄膜时，由于单晶压电薄膜非常薄，单晶晶圆注入片在注入层分离时，容易产生缺陷甚至断裂。为了解决上述问题，本申请一些实施例中提供了一种复合单晶压电薄膜及其制备方法。
下面结合附图说明一下本申请中的复合单晶压电薄膜的制备方法。
图1为本发明实施例提供的复合单晶压电薄膜的制备方法的流程示意图，参见图1，所述制备方法包括以下步骤：
S110：控制离子注入设备将离子束扫描注入至单晶晶圆，得到单晶晶圆注入片，其中，所述单晶晶圆注入片中由所述离子束的注入形成注入层，所述离子束的注入剂量由所述单晶晶圆的边缘位置到中心位置逐渐减少，或由所述单晶晶圆的一边到相对的另一边逐渐减少。
在一些实施例中，提前准备好热膨胀系数不同的单晶晶圆和衬底晶圆，例如，铌酸锂和硅晶圆。图2为本发明实施例提供的多孔陶瓷吸盘放置单晶晶圆的示意图，结合图2，将准备好的单晶晶圆和衬底晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘2上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后可以对单晶晶圆和衬底晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
在一些实施例中，在单晶晶圆处理完毕后，可采用离子注入工艺，即控制离子注入设备将离子束扫描注入至单晶晶圆，离子束能量的高低，将决定离子进入单晶晶圆的深度。在离子注入过程中，需要从单晶晶圆的注入面上表面逐渐向下渗透，并达到特定深度位置，在该深度位置处形成注入层。
在一些实施例中，所述离子注入设备所发射的离子束包括氢离子、氩离子或氦离子。
下面对离子注入剂量和离子注入位置进行说明。
在一些实施例中，通过控制离子束在单晶晶圆注入面的停留时长控制离子束的注入剂量，停留时长越长，则注入剂量越多。
在一些实施例中，通过控制离子注入设备中偏转单元的偏转电压控制离子束在所述单晶晶圆上的注入位置，偏转电压越大，则注入位置越偏离中心位置，靠近边缘位置。
在一些实施例中，在控制将离子束扫描注入至单晶晶圆时，控制所述离子束的注入剂量由所述单晶晶圆的一边到相对的另一边逐渐减少。首先，对于离子束的注入位置，控制离子注入设备中偏转单元的偏转电压逐渐减小再逐渐增大，以使离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由第一边缘位置至中心线，再由中心线至第二边缘位置。图3为本发明实施例提供的离子束水平扫描方向的示意图。结合图3，第一边缘位置12和第二边缘位置13关于中心线11轴对称。然后，对于离子注入剂量，在离子束在单晶晶圆上的注入位置由第一边缘位置至第二边缘位置时，控制离子束在单晶晶圆表面上的停留时长逐渐减小，以使由第一边缘位置至第二边缘位置时离子注入剂量逐渐减少。
在一些实施例中，在控制将离子束扫描注入至单晶晶圆时，控制所述离子束的注入剂量由所述单晶晶圆的边缘位置到中心位置逐渐减少。首先，对于离子束的注入位置，同样是控制离子注入设备中偏转单元的偏转电压逐渐减小再逐渐增大，以使离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由第一边缘位置至中心线，再由中心线至第二边缘位置。然后，对于离子注入剂量，在离子束在单晶晶圆上的注入位置由第一边缘位置至中心线时，控制离子束在单晶晶圆表面上的停留时长逐渐减少；在离子束在单晶晶圆上的注入位置由中心线至第二边缘位置时，控制离子束在单晶晶圆表面上的停留时长逐渐增大，以使边缘位置处的注入剂量大于中心位置处的注入剂量。
下面描述一下离子注入时的不同扫描方式。
在一些实施例中，参见图3，在将离子束注入至单晶晶圆时，控制单晶晶圆在与离子束注入方向的垂直方向上竖直上下移动，并控制离子束在与单晶晶圆竖直移动方向相垂直的水平方向上扫描注入，扫描区域为整个单晶晶圆的注入面。
图4为本发明实施例提供的第一电容板与单晶晶圆相对位置的示意图。结合图4，在仅控制离子束在水平方向上扫描时，离子注入设备中的偏转单元可仅提供第一电容板3，通过调整第一电容板3的偏转电压的大小，来控制离子束7在水平方向上来回扫描。图5a为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束水平扫描的示意图，图5b为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束水平扫描的另一示意图，参见图5a和图5b，以注入离子束为H+为例，离子束为正离子，由第一电容板3的正极板偏向负极板，第一电容板3所提供的偏转电压越大，离子束的注入位置越靠近单晶晶圆的边缘。
在一些实施例中，在将离子束注入至单晶晶圆时，还可控制单晶晶圆的位置保持不动，并控制离子束在与单晶晶圆表面上进行往复折线扫描注入。图6为本发明实施例提供的离子束折线扫描方向的示意图，参见图6，离子束以折线扫描的方式扫描单晶晶圆的整个注入面。
图7为本发明实施例提供的第一电容板、第二电容板与单晶晶圆相对位置的示意图。参见图7，为了控制离子束在注入面上进行折线扫描，离子注入设备中的偏转单元需要提供第一电容板3和第二电容板4，通过调整第一电容板3的偏转电压的大小，来控制离子束7在单晶晶圆上的水平方向上来回扫描，并通过调整第二电容板4的偏转电压的大小，来控制离子束7在单晶晶圆上的竖直方向上扫描注入。
图8a为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束折线扫描的示意图，图8b为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束折线扫描的另一示意图，结合图8a和图8b，以注入离子束为H+为例，离子束为正离子，由第一电容板3的正极板偏向负极板，第一电容板3所提供的偏转电压越大，离子束的注入位置越靠近单晶晶圆的边缘。图8c为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束折线扫描的另一示意图，图8d为本发明实施例提供的偏转单元控制离子束折线扫描的另一示意图，结合图8c和图8d，以注入离子束为H+为例，离子束为正离子，由第二电容板4的正极板偏向负极板，第二电容板4所提供的偏转电压越大，离子束的注入位置越靠近单晶晶圆的边缘。
S120：将所述单晶晶圆注入片与衬底晶圆接触，得到键合体，其中，所述衬底晶圆与所述单晶晶圆的热膨胀系数不同。
在一些实施例中，在获得衬底晶圆的洁净表面后，选取其中一面制作介质层，在介质层上制作氧化硅层，将单晶晶圆注入片的注入面与氧化硅层接触，得到键合体。
S130：对所述键合体执行热分离处理，以使所述单晶晶圆注入片在所述注入层分离，得到复合单晶压电薄膜，其中，所述注入层的分离过程为由所述单晶晶圆注入片的边缘位置到中心位置逐渐分离，或由所述单晶晶圆注入片的一边到相对的另一边逐渐分离。
在一些实施例中，在进行热分离处理时，较高的温度能够使得键合体的键合力增加，使得键合的薄膜更牢固，同时较高的温度能够使得注入层气泡化，从而分离开来。对于单晶晶圆的边缘位置的离子注入剂量较多，中心位置的离子注入剂量较少的注入方式来说，单晶晶圆注入片在进行分离时由边缘位置到中心位置缓慢分离。对于单晶晶圆一边的离子注入剂量比相对的另一边的离子注入剂量多的注入方式来说，单晶晶圆注入片在进行分离时，由一边至相对的另一边缓慢分离。
图9为本发明实施例提供的复合单晶压电薄膜的制备工艺流程图。如图9所示，在单晶晶圆1中注入离子束，以使利用离子束在单晶晶圆1的内部形成注入层14，获得单晶晶圆注入片。这里，离子的注入剂量和离子注入位置的确定如上文实施例中所述，此处不再赘述。同时，在衬底晶圆5的其中一面制作介质层51，并于介质层51上制作二氧化硅层52。将单晶晶圆注入片与二氧化硅层52进行键合，得到键合体6。最后，进行热分离处理，单晶晶圆注入片由一边至相对的另一边缓慢分离，或者由边缘位置到中心位置缓慢分离。
下面结合几个具体实施例对上述复合单晶压电薄膜的制备方法进行说明。
实施例1
复合单晶压电薄膜的制备过程包括以下步骤：
①提供一片200μm硅晶圆和一片200μm铌酸锂晶圆，将硅晶圆或者铌酸锂分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
②对步骤①处理后的铌酸锂晶圆采用离子注入法注入He+，使铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成分离层、注入层和余质层，注入的离子分布在注入层，得到单晶晶圆注入片。
此处，采用离子注入法注入He+时，提供注入到铌酸锂晶圆的点状离子束流He+，控制铌酸锂晶圆竖直上下移动，控制点状离子束He+在与铌酸锂晶圆竖直移动方向相垂直的水平方向上来回扫描注入，扫描区域为整个铌酸锂晶圆，控制扫描注入时经过铌酸锂晶圆边缘位置向中心位置的停留时间逐渐减少，得到注入离子由边缘位置向中心位置的注入剂量逐渐减少的单晶晶圆注入片。注入时，离子束正对铌酸锂晶圆的中间位置，离子注入的位置是由偏转单元的第一电容板的偏转电压进行调节，偏转电压越大，离子束的偏移轨迹越大，离子束在第一电容板中通过控制偏转电压由大到小来控制注入位置由边缘向中心位置注入。
注入能量为50keV。中心位置的注入剂量为2×1016ions/cm2，边缘位置的注入剂量为6×1016ions/cm2。
③在清洗后的硅晶圆上用第二离子注入法注入氩离子制作单晶硅的损伤层，厚度为100nm，作为介质层。
④在介质层上用LPCVD法制作二氧化硅层，然后进行化学机械抛光至厚度为100nm，获得光滑表面，RCA清洗得到洁净表面。
⑤将单晶晶圆注入片与二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到键合体。
⑥将键合体放入退火炉中，在180℃下保温1小时，键合体在注入层从边缘位置向中心位置逐渐分离，得到复合薄膜。
⑦将复合薄膜在300℃下退火2小时，得到复合单晶压电衬底薄膜。
本实施例所制备的复合单晶压电衬底薄膜，依次包括单晶薄膜层、二氧化硅层、介质层和单晶硅层；其中，单晶薄膜层的材料为单晶铌酸锂；介质层为单晶硅的损伤层。
实施例2
复合单晶压电薄膜的制备过程包括以下步骤：
①提供一片500μm碳化硅晶圆和一片500μm钽酸锂晶圆，将碳化硅晶圆或者钽酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
②对步骤①处理后的钽酸锂晶圆采用离子注入法注入H+，使钽酸锂晶圆从注入面开始依次分割成分离层、注入层和余质层，注入的离子分布在注入层，得到单晶晶圆注入片。
此处，采用离子注入法注入H+时，提供注入到钽酸锂晶圆的点状离子束流H+，控制钽酸锂晶圆不动，控制点状离子束H+在钽酸锂晶圆上进行往复折线扫描注入，扫描区域为整个钽酸锂晶圆，控制扫描注入时经过钽酸锂晶圆边缘位置向中心位置的停留时间逐渐减少，得到注入离子由边缘位置向中心位置的注入剂量逐渐减少的单晶晶圆注入片。离子注入的位置是由偏转单元的第一电容板和第二电容板进行偏转电压调节，第一电容板通过调节偏转电压使得离子束在水平方向移动，第二电容板通过调节偏转电压使得离子束在竖直方向移动，进而形成离子束进行往复折线扫描注入。离子束正对钽酸锂晶圆的中间位置，离子束在偏转单元中通过控制两块电容板的偏转电压的由大到小来控制离子束注入到晶圆的位置由远到近。
注入能量为800keV。中心位置的注入剂量为1×1016ions/cm2，边缘位置的注入剂量为4×1016ions/cm2。
③在清洗后的碳化硅晶圆上用PVD法制作厚度为10μm的非晶硅，作为介质层。
④在介质层上用PVD法制作二氧化硅层，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，厚度为10μm，RCA清洗得到洁净表面。
⑤将单晶晶圆注入片与二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到键合体。
⑥将键合体放入退火炉中，在280℃下保温4小时，键合体在注入层从边缘位置向中心位置逐渐分离，得到复合薄膜。
⑦将复合薄膜在500℃下退火8小时，得到复合单晶压电衬底薄膜。
本实施例所制备的复合单晶压电衬底薄膜依次包括单晶薄膜层、二氧化硅层、介质层和碳化硅硅层；其中，单晶薄膜层的材料为单晶钽酸锂；介质层为非晶硅。
实施例3
复合单晶压电薄膜的制备过程包括以下步骤：
①提供一片200μm硅晶圆和一片250μm铌酸锂晶圆，将硅晶圆或者铌酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
②对步骤①处理后的铌酸锂晶圆采用离子注入法注入He+，使铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成分离层、注入层和余质层，注入的离子分布在注入层，得到单晶晶圆注入片。
此处，采用离子注入法注入He+时，提供注入到铌酸锂晶圆的点状离子束流He+，控制铌酸锂晶圆竖直上下移动，控制点状离子束He+在与铌酸锂晶圆竖直移动方向相垂直的水平方向上来回扫描注入，扫描区域为整个铌酸锂晶圆，控制扫描注入时经过铌酸锂晶圆一边向另一边的停留时间逐渐减少，得到注入离子由一边向另一边的注入剂量逐渐减少的铌酸锂晶圆注入片。注入时，粒子束离子束正对铌酸锂晶圆的中间位置，离子注入的位置是由偏转单元的第一电容板的偏转电压进行调节，偏转电压越大，离子束的偏移轨迹越大，离子束在第一电容板中通过控制偏转电压由大到小来控制注入位置由边缘向中心位置注入。
采用离子注入法注入He+时，注入能量一般为300keV。扫描的位置通过扫描电压控制，当点状离子束，一边位置的注入剂量为8×1016ions/cm2，另一边位置的注入剂量为2×1016ions/cm2。
③在清洗后的硅晶圆上用PECVD法制作多晶硅，厚度为1μm，即为介质层。
④在介质层上用热氧化法制作二氧化硅层，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，厚度为1μm，RCA清洗得到洁净表面。
⑤将单晶晶圆注入片与二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到键合体。
⑥将键合体放入退火炉中，在200℃下保温2小时，键合体在注入层由一边向另一边的逐渐分离，得到复合薄膜。
⑦将复合薄膜在350℃下退火4小时，得到复合单晶压电衬底薄膜。
本实施例所制备的复合单晶压电衬底薄膜，依次包括单晶薄膜层、二氧化硅层、介质层和单晶硅层；其中，单晶薄膜层的材料为单晶铌酸锂；介质层为多晶硅。
实施例4
复合单晶压电薄膜的制备过程包括以下步骤：
①提供一片300μm硅晶圆和一片400μm钽酸锂晶圆，将硅晶圆或者钽酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，进行化学机械抛光处理获得光滑表面，然后对两种晶圆进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。
②对步骤①处理后的钽酸锂晶圆采用离子注入法注入H+，使钽酸锂晶圆从注入面开始依次分割成分离层、注入层和余质层，注入的离子分布在注入层，得到单晶晶圆注入片。
这里，采用离子注入法注入H+时，提供注入到钽酸锂晶圆的点状离子束流H+，控制钽酸锂晶圆不动，控制点状离子束H+在钽酸锂晶圆上进行往复折线扫描注入，扫描区域为整个钽酸锂晶圆，控制扫描注入时经过钽酸锂晶圆一边向另一边的停留时间逐渐减少，得到注入离子由一边向另一边的注入剂量逐渐减少的钽酸锂晶圆注入片。离子注入的位置是由偏转单元的第一电容板和第二电容板进行偏转电压调节，第一电容板通过调节偏转电压使得离子束在水平方向移动，第二块电容板通过调节偏转电压使得离子束在竖直方向移动，进而形成离子束进行往复折线扫描注入，离子束正对钽酸锂晶圆的中间位置，离子束在偏转单元中通过控制两块电容板的偏转电压的由大到小来控制离子束注入到晶圆的位置由远到近。
采用离子注入法注入H+时，注入能量一般为100keV。一边位置的注入剂量为6×1016ions/cm2，另一边位置的注入剂量为1×1016ions/cm2。
③在清洗后的硅晶圆上用PVD法制作非晶硅，厚度为500nm，即为介质层。
④在介质层上用PECVD法制作二氧化硅层，厚度为5μm，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，RCA清洗得到洁净表面。
⑤将单晶晶圆注入片与二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到键合体。
⑥将键合体放入退火炉中，在220℃下保温3小时，键合体在注入层由一边向另一边的逐渐分离，得到复合薄膜。
⑦将复合薄膜在450℃下退火4小时，得到复合单晶压电衬底薄膜。
本实施例所制备的复合单晶压电衬底薄膜，依次包括单晶薄膜层、二氧化硅层、介质层和单晶硅层；其中，单晶薄膜层的材料为单晶钽酸锂；介质层为非晶硅。
本申请实施例还提供了一种复合单晶压电薄膜，利用上述实施例中复合单晶压电薄膜的制备方法制备得到的复合单晶压电薄膜。
本申请中在制作复合单晶压电薄膜时，通过在单晶晶圆注入层所注入的离子剂量不均匀，在进行热分离时，使其由边缘位置到中心位置缓慢分离，或由一边到相对的另一边缓慢分离，以此减少分离过程中对晶片造成的缺陷。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种复合单晶压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
控制离子注入设备将离子束扫描注入至单晶晶圆，得到单晶晶圆注入片，其中，所述单晶晶圆注入片中由所述离子束的注入形成注入层，所述离子束的注入剂量由所述单晶晶圆的边缘位置到中心位置逐渐减少，或由所述单晶晶圆的一边到相对的另一边逐渐减少；
将所述单晶晶圆注入片与衬底晶圆接触，得到键合体，其中，所述衬底晶圆与所述单晶晶圆的热膨胀系数不同；
对所述键合体执行热分离处理，以使所述单晶晶圆注入片在所述注入层分离，得到复合单晶压电薄膜，其中，所述注入层的分离过程为由所述单晶晶圆注入片的边缘位置到中心位置逐渐分离，或由所述单晶晶圆注入片的一边到相对的另一边逐渐分离。
2.根据权利要求1所述的复合单晶压电薄膜的制备方法，其特征在于，在控制所述离子束的注入剂量由所述单晶晶圆的一边到相对的另一边逐渐减少的步骤中，所述制备方法包括：
控制所述离子注入设备中偏转单元的偏转电压逐渐减小再逐渐增大，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由第一边缘位置至中心线，再由所述中心线至第二边缘位置，其中，所述第一边缘位置和所述第二边缘位置关于所述中心线轴对称；
在所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由所述第一边缘位置至所述第二边缘位置时，控制所述离子束在所述单晶晶圆表面上的停留时长逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的复合单晶压电薄膜的制备方法，其特征在于，在控制所述离子束的注入剂量由所述单晶晶圆的边缘位置到中心位置逐渐减少的步骤中，所述制备方法包括：
控制所述离子注入设备中偏转单元的偏转电压逐渐减小再逐渐增大，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由第一边缘位置至中心线，再由所述中心线至第二边缘位置，其中，所述第一边缘位置和所述第二边缘位置关于所述中心线轴对称；
在所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由所述第一边缘位置至所述中心线时，控制所述离子束在所述单晶晶圆表面上的停留时长逐渐减少；在所述离子束在所述单晶晶圆上的注入位置由所述中心线至所述第二边缘位置时，控制所述离子束在所述单晶晶圆表面上的停留时长逐渐增大。
4.根据权利要求1所述的复合单晶压电薄膜的制备方法，其特征在于，在所述控制离子注入设备将离子束扫描注入至单晶晶圆，得到单晶晶圆注入片的步骤中，所述制备方法包括：
在将所述离子束注入至所述单晶晶圆时，控制所述单晶晶圆在与所述离子束注入方向的垂直方向上竖直上下移动，并控制所述离子束在与所述单晶晶圆竖直移动方向相垂直的水平方向上扫描注入。
5.根据权利要求4所述的复合单晶压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述离子注入设备中偏转单元包括第一电容板，所述制备方法包括：
控制调整所述第一电容板的偏转电压的大小，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的水平方向上扫描注入。
6.根据权利要求1所述的复合单晶压电薄膜的制备方法，其特征在于，在所述控制离子注入设备将离子束扫描注入至单晶晶圆，得到单晶晶圆注入片的步骤中，所述制备方法包括：
在将所述离子束注入至所述单晶晶圆时，控制所述单晶晶圆的位置保持不动，并控制所述离子束在与所述单晶晶圆表面上进行往复折线扫描注入。
7.根据权利要求6所述的复合单晶压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述离子注入设备中偏转单元包括第一电容板和第二电容板，所述制备方法包括：
控制调整所述第一电容板的偏转电压的大小，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的水平方向上扫描注入；
控制调整所述第二电容板的偏转电压的大小，以使所述离子束在所述单晶晶圆上的竖直方向上扫描注入。
8.根据权利要求1所述的复合单晶压电薄膜的制备方法，其特征在于，在所述将所述单晶晶圆注入片与衬底晶圆接触，得到键合体的步骤中，所述制备方法包括：
选取所述衬底晶圆的其中一面制作介质层，在所述介质层上制作氧化硅层；
将所述单晶晶圆注入片的注入面与所述氧化硅层接触，得到键合体，其中所述注入面指的是所述单晶晶圆注入片中注入离子束的一面。
9.根据权利要求1所述的复合单晶压电薄膜的制备方法，其特征在于，所述离子注入设备所发射的离子束包括氢离子、氩离子或氦离子。
10.一种复合单晶压电薄膜，其特征在于，利用权利要求1-9任一所述复合单晶压电薄膜的制备方法制备得到的复合单晶压电薄膜。
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