CN115951509B - 电光晶体薄膜、制备方法及电子元件 - Google Patents

Abstract

提供了一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元件，涉及半导体元件技术领域，其中，电光晶体薄膜的制备方法包括：对衬底层进行刻蚀处理，刻蚀后的衬底层表面形成凹槽和相较于凹槽凸起的光波导结构；在凹槽内制备填充层；在光波导结构和填充层共同形成的表面依次制备隔离层、功能层，以形成复合薄膜；去除填充层，形成电光晶体薄膜。本申请中通过在衬底层上刻蚀光波导结构后制备填充层，并形成复合薄膜后，再将填充层去除，从而保证了在衬底层的刻蚀深度合适，形成高度合适的光波导结构。

Description

电光晶体薄膜、制备方法及电子元件

技术领域

本申请涉及半导体元件技术领域，尤其涉及电光晶体薄膜、制备方法及电子元件。

背景技术

电光晶体薄膜，由于具有居里温度高、自发极化强、机电耦合系数高、优异的电光效应等优点，而被广泛的应用于非线性光学、铁电、压电、电光等领域，尤其在薄膜体声波器件、滤波器、电光调制器等领域受到越来越广泛的关注和应用。以铌酸锂电光晶薄膜制备电光调制器为例，需要将铌酸锂薄膜进一步制备成所需要的光波导结构，然后利用铌酸锂薄膜与二氧化硅的高折射率差将光限制在铌酸锂薄膜层中。

相关技术中，将铌酸锂薄膜制备成所需要的光波导结构的方法主要包括如下步骤：首先，制备得到依次层叠的衬底层、隔离层和铌酸锂薄膜层；然后，将铌酸锂薄膜层保护，在衬底层的表面刻蚀处理形成凹槽，相较于凹槽凸起的结构即为光波导结构。

然而，由于衬底层与隔离层的界面处比较难控制，容易造成衬底层的刻蚀深度较深，破坏隔离层，甚至造成铌酸锂薄膜层的破坏；或者，由于复合后的材质硬度发生改变，也容易造成衬底层的刻蚀深度较浅，造成刻蚀不到位的情况。

发明内容

在制备铌酸锂薄膜的过程中，通常在制备得到依次层叠的衬底层、隔离层和铌酸锂薄膜层之后，再在衬底层的表面制备光波导结构，由于衬底层与隔离层的界面处比较难控制，容易造成衬底层的刻蚀深度较深，破坏隔离层，甚至造成铌酸锂薄膜层的破坏；或者，由于复合后的材质硬度发生改变，也容易造成衬底层的刻蚀深度较浅，造成刻蚀不到位的情况。

因此，提供了一种电光晶体薄膜的制备方法，通过在衬底层上刻蚀光波导结构后制备填充层，并形成复合薄膜后，再将填充层去除，从而保证了在衬底层的刻蚀深度合适，形成高度合适的光波导结构。

电光晶体薄膜的制备方法，包括：

对衬底层进行刻蚀处理，刻蚀后的衬底层表面形成凹槽和相较于凹槽凸起的光波导结构；

在凹槽内制备填充层；

在光波导结构和填充层共同形成的表面依次制备隔离层、功能层以形成复合薄膜；

去除填充层，形成电光晶体薄膜。

填充层由可腐蚀材料填充至凹槽形成；

去除填充层，包括：

向凹槽内通入用于腐蚀可腐蚀材料的腐蚀液，以腐蚀填充层。

可腐蚀材料包括光刻胶，腐蚀液包括用于溶解光刻胶的丙酮溶液；

或者，可腐蚀材料包括聚酰亚胺，腐蚀液设置为包括用于溶解聚酰亚胺的二甲基甲酰胺溶剂、二甲基乙酰胺溶剂或N-甲基吡咯烷酮溶剂中的任意一种。

向凹槽内通入可以腐蚀可腐蚀材料的腐蚀液，以腐蚀填充层，包括：

将衬底层背向隔离层的一面进行抛光至裸露填充层，由填充层背向隔离层的一面向填充层内通入腐蚀液。

向凹槽内通入可以腐蚀可腐蚀材料的腐蚀液，以腐蚀填充层，包括：

打磨复合薄膜的侧壁至与凹槽连通，由复合薄膜的侧壁向填充层内通入腐蚀液。

在光波导结构和填充层共同形成的表面依次制备隔离层、功能层形成复合薄膜；包括：

在光波导结构和填充层共同形成的表面覆盖隔离层的材料，并对其平坦化处理至目标厚度，形成复合衬底；

将复合衬底与功能层进行键合形成复合薄膜。

将复合衬底与功能层进行键合形成复合薄膜，包括：

采用离子注入法和键合分离法将复合衬底与功能层键合，以形成复合薄膜；

或者，采用键合法和研磨抛光法制备将复合衬底与功能层键合，以形成复合薄膜。

离子注入法和键合分离法制备复合薄膜包括：

由功能层背向光波导结构的一面向功能层内进行离子注入，以将功能层依次分为键合层、分离层和余质层；

将键合层与复合衬底键合，得到第一键合体；

对第一键合体进行热处理，直至余质层与第一键合体在分离层分离，形成复合薄膜。

键合法和研磨抛光法制备复合薄膜包括：

采用键合法将功能层和复合衬底进行键合，形成第二键合体；

将第二键合体放入加热设备中进行保温；

对第二键合体的功能层表面进行研磨减薄至1μm-102μm后，继续抛光至400nm-100μm，形成复合薄膜。

对衬底层进行刻蚀处理，包括：

在衬底层的表面制备掩膜图形，以在衬底层的表面形成刻蚀区；其中，掩膜图形与目标光波导的结构相同，刻蚀区为衬底层未被掩膜图形覆盖的区域；

对刻蚀区进行刻蚀处理。

刻蚀处理的方法包括：湿法刻蚀、干法刻蚀或聚焦离子束刻蚀中的任意一种。

衬底层的材料包括铌酸锂、钽酸锂、绝缘衬底硅、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟中的至少一种。

隔离层的材料包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝中的至少一种。

功能层的材料包括铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、砷化镓、硅、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷晶体或石英中的至少一种。

一种电光晶体薄膜，采用上述任一方案中的制备方法制得。

一种电子元器件，电子元器件包括电光晶体薄膜。

通过在衬底层上刻蚀形成凹槽和光波导结构，并在凹槽内制备填充层后，再在衬底层和填充层共同形成的表面依次制备隔离层、功能层形成复合薄膜，再将复合薄膜内的填充层去除后，即可得到具有光波导机构的电光晶体薄膜。相较于现有技术中，为了便于在衬底层的表面制备隔离层、功能层，通常是将制备好的复合薄膜进行刻蚀，由于复合薄膜相较于衬底层的硬度发生改变，因此容易造成过刻蚀或者刻蚀不到位。本申请中通过在衬底层上刻蚀光波导结构后制备填充层，并形成复合薄膜后，再将填充层去除，从而保证了在衬底层的刻蚀深度合适，形成高度合适的光波导结构。

一种电光晶体薄膜，采用上述任一方案中的制备方法制备，因而具有上述方案中制备方法的全部有益效果，在此不再赘述。

一种电子器件，其包括具有光波导结构的电光晶体薄膜。电子器件包括由上述任一方案中的制备方法制备的电光晶体薄膜，因而具有上述方案中制备方法的全部有益效果，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是第一电光晶体薄膜的结构示意图；

图2是第二电光晶体薄膜的结构示意图；

图3是图1中第一电光晶体薄膜的制备方法的流程示意图；

图4是图2中第二电光晶体薄膜的制备方法的流程示意图；

图5是离子注入法和键合分离法制备复合薄膜的流程示意图。

附图标记说明：

1-第一电光晶体薄膜；2-第二电光晶体薄膜；3-填充层；4-掩膜图形；

101-衬底层；101a-刻蚀区；102-凹槽；103-光波导结构；104-隔离层；105-功能层；105a-键合层；105b-分离层；105c-余质层。

具体实施方式

图1是第一电光晶体薄膜的结构示意图；图2是第二电光晶体薄膜的结构示意图。

电光晶体薄膜包括第一电光晶体薄膜1和第二电光晶体薄膜2两种结构。参照图1，第一电光晶体薄膜1依次包括功能层105、隔离层104、光波导结构103；或者，参照图2，第二电光晶体薄膜2依次包括功能层105、隔离层104、光波导结构103和衬底层101。

参照图1和图2，电光晶体薄膜由于具有居里温度高、自发极化强、机电耦合系数高、优异的电光效应等优点，而被广泛的应用于非线性光学、铁电、压电、电光等领域。例如，电光晶体薄膜通常作为薄膜体声波器件、滤波器、电光调制器等电子器件的关键零部件。

以铌酸锂电光晶薄膜制备电光调制器为例，需要将铌酸锂薄膜进一步制备成所需要的光波导结构103，然后利用铌酸锂薄膜与二氧化硅的高折射率差将光限制在铌酸锂薄膜层中。

相关技术中，将铌酸锂薄膜制备成所需要的光波导结构103的方法主要包括如下步骤：首先，制备得到依次层叠的衬底层101、隔离层104和铌酸锂薄膜层；然后，将铌酸锂薄膜层保护，在衬底层101的表面刻蚀处理形成凹槽102，相较于凹槽102凸起的结构即为光波导结构103。

然而，由于衬底层101与隔离层104的界面处比较难控制，容易造成衬底层101的刻蚀深度较深，破坏隔离层104，甚至造成铌酸锂薄膜层的破坏；或者，由于复合后的材质硬度发生改变，也容易造成衬底层101的刻蚀深度较浅，造成刻蚀不到位的情况。

因此，提供了电光晶体薄膜的制备方法，以解决现有技术中，在制备光波导结构103的过程中，刻蚀深度过度或者刻蚀不到位的技术问题。

图3是图1中第一电光晶体薄膜的制备方法的流程示意图；图4是图2中第二电光晶体薄膜的制备方法的流程示意图。

提供了一种电光晶体薄膜的制备方法，参照图3和图4，包括：

对衬底层101进行刻蚀处理，刻蚀后的衬底层101表面形成凹槽102和相较于凹槽102凸起的光波导结构103；

在凹槽102内制备填充层3；

在光波导结构103和填充层3共同形成的表面依次制备隔离层104、功能层105，以形成复合薄膜；

去除填充层3，形成电光晶体薄膜。

填充层3由可腐蚀材料填充至凹槽102形成；

去除填充层3，包括：

向凹槽102内通入用于腐蚀可腐蚀材料的腐蚀液，以腐蚀填充层3。

通过使可腐蚀材料填充至凹槽102内，当制备复合薄膜时，便于在填充层3和光波导结构103共同形成的表面依次制备隔离层104和功能层105；当复合薄膜制备完成后，将可腐蚀材料通过腐蚀液腐蚀去除，即可形成光波导结构103。从而避免了在复合薄膜上刻蚀光波导结构103，造成在衬底层101上的刻蚀深度较深，造成隔离层104或者功能层105的破坏，或者刻蚀不到位的情况，进而能够保证在衬底层101上的刻蚀深度合适。

可腐蚀材料包括光刻胶，腐蚀液包括用于溶解光刻胶的丙酮溶液；

或者，可腐蚀材料包括聚酰亚胺，腐蚀液包括用于溶解聚酰亚胺的二甲基甲酰胺溶剂、二甲基乙酰胺溶剂或N-甲基吡咯烷酮溶剂中的任意一种。

衬底层101的材料包括铌酸锂、钽酸锂、绝缘衬底硅、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟中的至少一种。例如，在具体实施时，绝缘衬底硅中包含硅材料。

通过将可腐蚀材料设置为光刻胶或者聚酰亚胺，以及设置了与两种腐蚀材料分别对应的腐蚀液，其中，两种可腐蚀材料均不会与衬底层101、隔离层104发生反应，且与腐蚀材料对应的腐蚀液在腐蚀可腐蚀材料时，也不会和衬底层101、隔离层104发生反应，或者，腐蚀衬底层101、隔离层104。

向凹槽102内通入可以腐蚀可腐蚀材料的腐蚀液，以腐蚀填充层3，包括：

将衬底层101背向隔离层104的一面进行抛光至裸露填充层3，由填充层3背向隔离层104的一面向填充层3内通入腐蚀液；

在去除填充层3时，例如，参照图3，在制备依次包括功能层105、隔离层104和光波导结构103的第一电光晶体薄膜1时，将衬底层101背向隔离层104的一面进行抛光至裸露填充层3，由填充层3背向隔离层104的一面向填充层3内通入腐蚀液。

向凹槽102内通入可以腐蚀可腐蚀材料的腐蚀液，以腐蚀填充层3，包括：

打磨复合薄膜的侧壁至与凹槽102连通，由复合薄膜的侧壁向填充层3内通入腐蚀液。

在去除填充层3时，例如，参照图4，在制备依次包括功能层105、隔离层104、光波导结构103和衬底层101的第二电光晶体薄膜2时，可以将打磨复合薄膜的侧壁至与凹槽102连通，由复合薄膜的侧壁向填充层3内通入腐蚀液。

因此，通过两种去除填充层3的方式，能够根据需要得到两种不同构造的第一电光晶体薄膜1或者第二电光晶体薄膜2。

在光波导结构103和填充层3共同形成的表面依次制备隔离层104、功能层105形成复合薄膜；包括：

在光波导结构103和填充层3共同形成的表面覆盖隔离层104的材料，并对其平坦化处理至目标厚度，形成复合衬底；

将复合衬底与功能层105进行键合形成复合薄膜。

对隔离层104的材料进行平坦化处理，可以采用化学机械抛光法，对隔离层104抛光至目标厚度，形成复合衬底。

隔离层104的材料包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝中的至少一种。例如，在具体实施时，二氧化硅里可能混合有少量的氮化硅材料。

隔离层104所采用的材料，能够保证不与可腐蚀材料、腐蚀液发生化学反应，也就是说，腐蚀液无法腐蚀隔离层104。

通过在光波导结构103和填充层3共同形成的表面覆盖隔离层104的材料，能够使得刻蚀了光波导结构103的衬底层101表面制备隔离层104。

将复合衬底与功能层105进行键合形成复合薄膜，包括：

采用离子注入法和键合分离法将所述复合衬底与所述功能层105键合，以形成所述复合薄膜；或者，采用键合法和研磨抛光法将所述复合衬底与所述功能层105键合，以形成所述复合薄膜。

图5是离子注入法和键合分离法制备复合薄膜的流程示意图。其中，图5中离子注入的方向如虚线箭头所示。

参照图5，离子注入法和键合分离法制备复合薄膜包括：

由功能层105背向光波导结构103的一面向功能层105内进行离子注入，以将功能层105依次分为键合层105a、分离层105b和余质层105c；

将键合层105a与复合衬底键合，得到第一键合体；

对第一键合体进行热处理，直至余质层105c与第一键合体在分离层105b分离，形成复合薄膜。

另外，可以通过调整离子注入的能量来调整离子注入层的扩散宽度，具体的，离子注入的剂量越大，离子注入层的扩散宽度越广；相反，离子注入的剂量越小，离子注入层的扩散宽度越窄。

需要说明的是，离子注入层为键合层105a、分离层105b和余质层105c的总称。

键合法和研磨抛光法制备复合薄膜包括：

采用键合法将功能层105和复合衬底进行键合，形成第二键合体；

将第二键合体放入加热设备中进行保温；

对第二键合体的功能层105表面进行研磨减薄至1μm-102μm后，继续抛光至400nm-100μm，形成复合薄膜。

对衬底层101进行刻蚀处理，包括：

在衬底层101的表面可制备掩膜图形4，以在衬底层101的表面形成刻蚀区101a；其中，掩膜图形4与目标光波导的结构相同，刻蚀区101a为衬底层101未被掩膜图形4覆盖的区域；

对刻蚀区101a进行刻蚀处理。

刻蚀处理完成后，即可去除掩膜图形4。当然，掩膜图形4可以由光刻胶制成，其中，采用丙酮溶液腐蚀取出由光刻胶制成的掩膜图形4。

通过掩膜图形4的设置，且使掩膜图形4与目标光波导的结构相同，通过掩膜图形4形成的结构形状的限位，从而在衬底层101上精确刻蚀出目标光波导的形状。

刻蚀处理的方法包括：湿法刻蚀、干法刻蚀或聚焦离子束刻蚀中的任意一种。

功能层105的材料包括铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、砷化镓、硅、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷晶体或石英中的至少一种。例如，在具体实施时，可能陶瓷里混合有硅材料。

实施例一：

提供了第一电光晶体薄膜1的制备方法，在具体实施时，参照图3，包括以下步骤：

S100：准备衬底层101；

准备直径为4英寸，并且具有光滑面的硅晶圆作为衬底层101，并进行清洗。

其中，硅晶圆的厚度可以为0.3mm-0.8mm，例如，在具体设置时，硅晶圆的厚度可以为0.3mm、0.6mm或者0.8mm等合适的数值。

S200：在衬底层101的表面制备掩膜图形4。

在硅晶圆的光滑面制备掩膜图形4，并在硅晶圆的表面形成刻蚀区101a；其中，掩膜图形4采用光刻胶材质。

S300：对衬底层101进行刻蚀处理；

对刻蚀区101a进行干法刻蚀或者湿法刻蚀处理；其中，刻蚀后的硅晶圆表面形成凹槽102结构和光波导结构103，掩膜图形4下方的结构即为光波导结构103。

S:400：去除硅晶圆表面的掩膜图形4；

在硅晶圆上有掩膜图形4的部分用丙酮溶液腐蚀取出，露出硅晶圆表面的光波导结构103和凹槽102结构。

S500：在凹槽102内制备填充层3；

采用等离子体增强化学的气相沉积法（Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD），其中，包括但不限于溅射、蒸发、电镀等方法在凹槽102内填充聚酰亚胺至与光波导结构103平齐。

S600：在光波导结构103和填充层3共同形成的表面依次制备隔离层104，形成复合衬底；

在光波导结构103和聚酰亚胺共同形成的表面采用PECVD方式覆盖二氧化硅材料，并对二氧化硅材料采用化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）工艺平坦化处理至目标后的，即使得二氧化硅形成的隔离层104的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8mm，从而形成复合衬底。

S700：将复合衬底和功能层105进行键合形成复合薄膜；

参照图5，准备直径为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，形成具有键合层105a、分离层105b和余质层105c三层结构的铌酸锂薄膜层。

其中，氦离子的注入能量为50KeV-1000KeV，例如，在具体设置时，可以为50 KeV、200 KeV、1000 KeV等合适的数值。

氦离子的注入剂量为1e¹⁶ ions/cm²-1e¹⁷ ions/cm²，例如，在具体设置时，可以为1e¹⁶ ions/cm²、4e¹⁶ions/cm²、1e¹⁷ ions/cm²等合适的数值。

对二氧化硅隔离层104和铌酸锂薄膜层面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的铌酸锂薄膜层的工艺面与二氧化硅层隔离层104进行键合，形成第一键合体。

其中，对铌酸锂薄膜的工艺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薄膜的工艺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。

同样地，对二氧化硅隔离层104键合面表面活化的方式也不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可用于二氧化硅隔离层104键合面进行表面活化的方式，例如，等离子体活化。

将第一键合体放入加热设备内在下进行退火，直至余质层105c从第一键合体上分离下来形成铌酸锂复合薄膜。

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，退火温度为100℃-600℃，退火时间为1分钟～48小时。

其中包括一退和二退，一退温度范围在100-300℃，其主要目的是剥离掉余质层105c，使得键合和余质层105c分离。在具体实施时，一退温度可以为100℃、200℃、300℃等合适的数值。

二退温度范围在300℃-600℃，其主要目的是消除注入损伤。此环节可以提升键合力大于10MPa，并且能够恢复离子注入对功能层105的损伤，使得所获得的铌酸锂薄膜层接近铌酸锂晶圆的性质。在具体实施时，二退温度可以为300℃、400℃、600℃等合适的数值。

将第一键合体放入加热设备以在预定温度下进行保温预定时间。在此过程中，分离层105b中的离子发生化学反应变成气体分子或原子，并产生微小的气泡，随着加热时间的延长或加热温度的升高，气泡会越来越多，体积也逐渐增大。当这些气泡连成一片时，实现余质层105c与分离层105b分离，从而使键合层105a转移到隔离层104上，并形成复合结构。接着，可以将复合结构放入加热设备中以在预定温度下进行保温预定时间，进而消除由离子注入工艺造成的损伤。然后，可以将隔离层104上的薄膜层研磨抛光至预定厚度，并获得铌酸锂复合薄膜。

S800：去除填充层3，形成第一电光晶体薄膜1；

对铌酸锂复合薄膜的硅晶圆衬底层101表面进行抛光去除，裸露出聚酰亚胺和光波导结构103，然后用DMF溶液腐蚀掉聚酰亚胺，最终形成铌酸锂薄膜层，二氧化硅层以及硅波导的结构。

其中，衬底层101的厚度可以为0.3mm-0.8mm，例如，衬底层101的厚度可以为0.3mm、0.5mm、0.8mm等合适的数值。

隔离层104的厚度可以为50nm-1000nm，例如，隔离层104的厚度可以为50nm、500nm、1000nnm等合适的厚度。

波导结构的厚度可以为100nm-1000nm，例如，波导结构的厚度可以为100nm、500nm、1000nm等合适的厚度。

功能层105的厚度可以为50nm-3000nm，例如，功能层105的厚度可以为50nm、2000nm、3000nm等合适的厚度。

实施例二：

第二电光晶体薄膜2的制备方法，在具体实施时，参照图4，包括以下步骤：

S100：准备衬底层101；

准备直径为4英寸，并且具有光滑面的硅晶圆作为衬底层101，并进行清洗。

其中，硅晶圆的厚度可以为0.3mm-0.8mm，例如，在具体设置时，硅晶圆的厚度可以为0.3mm、0.6mm或者0.8mm等合适的数值。

也可采用直径为4英寸，并且具有光滑面的蓝宝石作为衬底层101，并进行清洗。

其中，蓝宝石的厚度可以为0.3mm-0.8mm，例如，在具体设置时，蓝宝石的厚度可以为0.3mm、0.6mm或者0.8mm等合适的数值。

S200：在衬底层101的表面制备掩膜图形4。

在硅晶圆的光滑面制备掩膜图形4，并在硅晶圆的表面形成刻蚀区101a；其中，掩膜图形4采用光刻胶材质。

S300：对衬底层101进行刻蚀处理；

对刻蚀区101a进行干法刻蚀或者湿法刻蚀处理；其中，刻蚀后的硅晶圆表面形成凹槽102结构和光波导结构103，掩膜图形4下方的结构即为光波导结构103。

S:400：去除硅晶圆表面的掩膜图形4；

在硅晶圆上有掩膜图形4的部分用丙酮溶液腐蚀取出，露出硅晶圆表面的光波导结构103和凹槽102结构。

S500：在凹槽102内制备填充层3；

采用等离子体增强化学的气相沉积法（Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD），其中，包括但不限于溅射、蒸发、电镀等方法在凹槽102内填充光刻胶至与光波导结构103平齐。

S600：在光波导结构103和填充层3共同形成的表面依次制备隔离层104，形成复合衬底；

在光波导结构103和聚酰亚胺共同形成的表面采用PECVD方式覆盖二氧化硅材料，并对二氧化硅材料采用CMP工艺平坦化处理至目标后的，即使得二氧化硅形成的隔离层104的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8mm，从而形成复合衬底。

S700：将复合衬底和功能层105进行键合形成复合薄膜；

参照图5，准备直径为4英寸的钽酸锂晶圆，采用离子注入的方法，将氦离子（He+）注入钽酸锂晶片中，形成具有键合层105a、分离层105b和余质层105c三层结构的钽酸锂薄膜层。

其中，氦离子的注入能量为50KeV-1000KeV，例如，在具体设置时，可以为50 KeV、300 KeV、1000 KeV等合适的数值。

氦离子的注入剂量为1e¹⁶ions/cm²-1e¹⁷ ions/cm²，例如，在具体设置时，可以为1e¹⁶ ions/cm²、2e¹⁶ions/cm²、1e¹⁷ ions/cm²等合适的数值。

对二氧化硅隔离层104和铌酸锂薄膜层面进行清洗，采用等离子体键合的方法将清洗后的钽酸锂薄膜层的工艺面与二氧化硅层隔离层104进行键合，形成第一键合体。

其中，对钽酸锂薄膜的工艺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薄膜的工艺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。

同样地，对二氧化硅隔离层104键合面表面活化的方式也不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可用于二氧化硅隔离层104键合面进行表面活化的方式，例如，等离子体活化。

将第一键合体放入加热设备内进行退火，直至余质层105c从第一键合体上分离下来形成钽酸锂复合薄膜。

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，退火温度为100℃-600℃，退火时间为1分钟-48小时。

其中包括一退和二退，一退温度范围在100-300℃，其主要目的是剥离掉余质层105c，使得键合和余质层105c分离。在具体实施时，一退温度可以为100℃、200℃、300℃等合适的数值。

二退温度范围在300℃-600℃，其主要目的是消除注入损伤。此环节可以提升键合力大于10MPa，并且能够恢复离子注入对功能层105的损伤，使得所获得的铌酸锂薄膜层接近铌酸锂晶圆的性质。在具体实施时，二退温度可以为300℃、400℃、600℃等合适的数值。

将第一键合体放入加热设备以在预定温度下进行保温预定时间。在此过程中，分离层105b中的离子发生化学反应变成气体分子或原子，并产生微小的气泡，随着加热时间的延长或加热温度的升高，气泡会越来越多，体积也逐渐增大。当这些气泡连成一片时，实现余质层105c与分离层105b分离，从而使键合层105a转移到隔离层104上，并形成复合结构。接着，可以将复合结构放入加热设备中以在预定温度下进行保温预定时间，进而消除由离子注入工艺造成的损伤。然后，可以将隔离层104上的薄膜层研磨抛光至预定厚度，并获得钽酸锂复合薄膜。

S800：去除填充层3，形成第二电光晶体薄膜2；

对钽酸锂复合薄膜的侧边进行打磨，然后从侧边处用丙酮溶液腐蚀掉光刻胶，最终形成钽酸锂薄膜层，二氧化硅层、硅波导以及硅衬底的结构。

实施例三：

第一电光晶体薄膜1的制备方法，在具体实施时，参照图3，包括以下步骤：

S100：准备衬底层101；

准备直径为4英寸，并且具有光滑面的硅晶圆作为衬底层101，并进行清洗。

其中，硅晶圆的厚度可以为0.3mm-0.8mm，例如，在具体设置时，硅晶圆的厚度可以为0.3mm、0.6mm或者0.8mm等合适的数值。

S200：在衬底层101的表面制备掩膜图形4。

在硅晶圆的光滑面制备掩膜图形4，并在硅晶圆的表面形成刻蚀区101a；其中，掩膜图形4采用光刻胶材质。

S300：对衬底层101进行刻蚀处理；

对刻蚀区101a进行干法刻蚀或者湿法刻蚀处理；其中，刻蚀后的硅晶圆表面形成凹槽102结构和光波导结构103，掩膜图形4下方的结构即为光波导结构103。

S400：去除硅晶圆表面的掩膜图形4；

在硅晶圆上有掩膜图形4的部分用丙酮溶液腐蚀取出，露出硅晶圆表面的光波导结构103和凹槽102结构。

S500：在凹槽102内制备填充层3；

采用等离子体增强化学的气相沉积法（Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD），其中，包括但不限于溅射、蒸发、电镀等方法在凹槽102内填充聚酰亚胺至与光波导结构103平齐。

S600：在光波导结构103和填充层3共同形成的表面依次制备隔离层104，形成复合衬底；

在光波导结构103和聚酰亚胺共同形成的表面采用PECVD方式覆盖二氧化硅材料，并对二氧化硅材料采用CMP工艺平坦化处理至目标后的，即使得二氧化硅形成的隔离层104的粗糙度小于0.5nm，表面平坦度小于0.8mm，从而形成复合衬底。

S700：将复合衬底和功能层105进行键合形成复合薄膜；

准备直径为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二氧化氮隔离层104进行键合，形成第二键合体。

将第二键合体放入加热设备内在进行保温，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3小时，此环节可以提升键合力大于10MPa。

保温温度可以为100℃-600℃，例如，保温温度可以为100℃、400℃、600℃等合适的温度；保温时间可以为1分钟-48小时，例如，保温时间可以为1分钟、3小时、48小时等合适的时长。

对铌酸锂单晶薄膜采用机械研磨的方式减薄至1μm-102μm，例如，可以为1μm、22μm、102μm等合适的数值；然后抛光至20μm，例如可以为400nm、20μm、100μm等合适的数值，得到具有微米级厚度的铌酸锂复合薄膜。

S800：去除填充层3，形成第二电光晶体薄膜2；

对铌酸锂复合薄膜的硅晶圆衬底层101表面进行抛光去除，裸露出聚酰亚胺和光波导结构103，然后用DMF溶液腐蚀掉聚酰亚胺，最终形成铌酸锂薄膜层，二氧化硅层以及硅波导的结构。

第一电光晶体薄膜1，依次包括功能层105、隔离层104、光波导结构103；或者，第二电光晶体薄膜2，依次包括功能层105、隔离层104、光波导结构103和衬底层101。采用上述方案中的制备方法制备，因而具有上述方案中制备方法的全部有益效果，在此不再赘述。

一种电子器件，其包括具有光波导结构103的第一电光晶体薄膜1，或者，包括具有光波导结构103的第二电光晶体薄膜2。

将上述实施例中的第一电光晶体薄膜1或者第二电光晶体薄膜2应用于薄膜体声波器件、滤波器、调制器等电子器件。

例如，调制器是利用电光晶体薄膜的电光效应制成的调制器。其中，电光效应即当把电压加到电光晶体薄膜上时，电光晶体薄膜的折射率将发生变化，结果引起通过该电光晶体薄膜的光波特性的变化，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。

电子器件包括由上述方案中的制备方法制备的第一电光晶体薄膜1或者第二电光晶体薄膜2，因而具有上述方案中制备方法的全部有益效果，在此不再赘述。

Claims (13)

1.一种电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

对衬底层（101）进行刻蚀处理，刻蚀后的所述衬底层（101）表面形成凹槽（102）和相较于凹槽（102）凸起的光波导结构（103）；

在所述凹槽（102）内制备填充层（3）；

在所述光波导结构（103）和所述填充层（3）共同形成的表面依次制备隔离层（104）、功能层（105），以形成复合薄膜；

去除所述填充层（3），形成电光晶体薄膜；

其中，所述填充层（3）由可腐蚀材料填充至所述凹槽（102）形成；

所述去除所述填充层（3），包括：

向所述凹槽（102）内通入用于腐蚀所述可腐蚀材料的腐蚀液，以腐蚀所述填充层（3）；

所述向所述凹槽（102）内通入可以腐蚀所述可腐蚀材料的腐蚀液，以腐蚀所述填充层（3），包括：

将所述衬底层（101）背向所述隔离层（104）的一面进行抛光至裸露所述填充层（3），由所述填充层（3）背向所述隔离层（104）的一面向所述填充层（3）内通入所述腐蚀液；

或者，打磨所述复合薄膜的侧壁至与所述凹槽（102）连通，由所述复合薄膜的侧壁向所述填充层（3）内通入所述腐蚀液。

2.根据权利要求1所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述可腐蚀材料包括光刻胶，所述腐蚀液包括用于溶解所述光刻胶的丙酮溶液；

或者，所述可腐蚀材料包括聚酰亚胺，所述腐蚀液包括用于溶解所述聚酰亚胺的二甲基甲酰胺溶剂、二甲基乙酰胺溶剂或N-甲基吡咯烷酮溶剂中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述在所述光波导结构（103）和所述填充层（3）共同形成的表面依次制备隔离层（104）、功能层（105）形成复合薄膜；包括：

在所述光波导结构（103）和所述填充层（3）共同形成的表面覆盖所述隔离层（104）的材料，并对其平坦化处理至目标厚度，形成复合衬底；

将所述复合衬底与所述功能层（105）进行键合形成所述复合薄膜。

4.根据权利要求3所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述将所述复合衬底与功能层（105）进行键合形成所述复合薄膜，包括：

采用离子注入法和键合分离法将所述复合衬底与所述功能层（105）键合，以形成所述复合薄膜；

或者，采用键合法和研磨抛光法将所述复合衬底与所述功能层（105）键合，以形成所述复合薄膜。

5.根据权利要求4所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述采用离子注入法和键合分离法将所述复合衬底与所述功能层（105）键合，以形成所述复合薄膜，包括：

由所述功能层（105）背向所述光波导结构（103）的一面向所述功能层（105）内进行离子注入，以将所述功能层（105）依次分为键合层（105a）、分离层（105b）和余质层（105c）；

将所述键合层（105a）与所述复合衬底键合，得到第一键合体；

对所述第一键合体进行热处理，直至所述余质层（105c）与所述第一键合体在所述分离层（105b）分离，形成所述复合薄膜。

6.根据权利要求4所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述采用键合法和研磨抛光法将所述复合衬底与所述功能层（105）键合，以形成所述复合薄膜，包括：

采用键合法将所述功能层（105）和所述复合衬底进行键合，形成第二键合体；

将所述第二键合体放入加热设备中进行保温；

对所述第二键合体的所述功能层（105）表面进行研磨减薄至1μm-102μm后，继续抛光至400nm-100μm，形成所述复合薄膜。

7.根据权利要求1或2所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述对衬底层（101）进行刻蚀处理，包括：

在所述衬底层（101）的表面制备掩膜图形（4），以在所述衬底层（101）的表面形成刻蚀区（101a）；其中，所述掩膜图形（4）与目标光波导的结构相同，所述刻蚀区（101a）为所述衬底层（101）未被所述掩膜图形（4）覆盖的区域；

对所述刻蚀区（101a）进行刻蚀处理。

8.根据权利要求1或2所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述刻蚀处理的方法包括：湿法刻蚀、干法刻蚀或聚焦离子束刻蚀中的任意一种。

9.根据权利要求1或2所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底层（101）的材料包括铌酸锂、钽酸锂、绝缘衬底硅、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟中的至少一种。

10.根据权利要求1或2所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述隔离层（104）的材料包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝中的至少一种。

11.根据权利要求1或2所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，所述功能层（105）的材料包括铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、砷化镓、硅、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷晶体或石英中的至少一种。

12.一种电光晶体薄膜，其特征在于，采用如权利要求1-11任一项所述的制备方法制得。

13.一种电子元器件，其特征在于，包括如权利要求12所述的电光晶体薄膜。

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