CN116065127A - 一种复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种复合薄膜及其制备方法，所述复合薄膜包括衬底基板、第一隔离层、第二隔离层和功能薄膜层，所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述功能薄膜层自下而上依次层叠设置于所述衬底基板的表面，且所述第一隔离层和所述第二隔离层的材质相同，所述第二隔离层的直径小于所述第一隔离层的直径。本申请会使得第一隔离层与第二隔离层之间的键合力更强，使衬底基板与功能基板所形成的键合体具有更好的键合效果，进而使得从键合体中剥离形成的复合薄膜具有更好的结构强度和稳定性。

Description

一种复合薄膜及其制备方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种复合薄膜及其制备方法。

背景技术

复合薄膜因具有压电、铁电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等性质，因而被广泛应用于非线性光学、铁电、压电、电光等领域中。复合薄膜一般包括功能层、隔离层和衬底层，衬底层用于支撑隔离层和功能层，功能层用于实现电-声间的转换，隔离层用于隔断功能层和衬底层之间的电气耦合。其中，功能层的材料为铌酸锂和钽酸锂等，由于铌酸锂和钽酸锂具有居里温度高、自发极化强、机电耦合系数高、优异的电光效应等优点，使得复合铌酸锂薄膜和复合钽酸锂薄膜等尤其在薄膜体声波器件、滤波器、调制器等领域受到越来越广泛的关注和应用。

复合铌酸锂薄膜和复合钽酸锂薄膜的制备方法主要有外延生长法、减薄抛光法以及离子注入法等。在外延生长法中，由于由铌酸锂和钽酸锂等材料制成的薄膜层与衬底层材料(如硅、石英等)之间的晶格失配比较大、膨胀系数不一样等原因，很难获得大面积、均匀完整的复合薄膜；采用减薄抛光法则很难获得纳米级厚度的复合薄膜，并且减薄抛光过程对复合薄膜易造成损伤，该种损伤还会极大影响电子元器件的性能。因此，在复合薄膜的实际生产过程中，离子注入法应用的越来越普遍。

目前，离子注入法一般包括以下步骤：首先，对铌酸锂/钽酸锂基体进行离子注入，得到包含薄膜层、注入层和余料层的注入片；然后，将注入片的薄膜层和衬底晶圆的工艺面在大气环境下使用室温直接键合，得到键合体；最后，对键合体进行退火处理，使余料层沿注入层从键合体中剥离，从而将薄膜层转移至衬底晶圆上，并最终制备得到复合薄膜。

上述离子注入法中，一方面由于铌酸锂/钽酸锂基体与衬底晶圆的材质不同，两者的热膨胀系数差异较大，而材料的膨胀强度又与加热温度成线性关系，所以加热温度越高，两种热膨胀系数不同的材料的膨胀差值越大。因此，如果铌酸锂/钽酸锂基体与衬底晶圆直接进行加热键合，两者会因膨胀差值产生作用力，导致键合体发生弯曲。当加热温度达到分离温度时，余料层与薄膜层会瞬间整体分离，且余料层与薄膜层会在短时间内从弯曲状态恢复至平坦状态。在余料层与薄膜层恢复平坦状态的过程中，因恢复平坦时所产生的力较大，易使余料层与薄膜层发生炸裂，从而降低复合薄膜的成品率。并且，分离后的余料层也不能进行重复利用，造成衬底晶圆的严重浪费，增加复合薄膜的生产成本。

另一方面，铌酸锂/钽酸锂基体与衬底晶圆材质的不同，使得两者在实际键合过程中产生的键合力较差，且在形成的键合体的边缘位置容易出现无法键合的情况。

发明内容

本申请实施例提供了一种复合薄膜及其制备方法，以解决目前复合薄膜键合过程中，不同材质的衬底之间键合效果差的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种复合薄膜，包括衬底基板、第一隔离层、第二隔离层和功能薄膜层，所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述功能薄膜层自下而上依次层叠设置于所述衬底基板的表面，且所述第一隔离层和所述第二隔离层的材质相同，所述第二隔离层的直径小于所述第一隔离层的直径。

在一些实施例中，所述功能薄膜层的直径和所述第二隔离层的直径相同，且均小于所述第一隔离层的直径。

在一些实施例中，所述第二隔离层直径与所述第一隔离层直径的差值为5-6mm。

在一些实施例中，还包括位于所述衬底基板和所述第一隔离层之间的缺陷层，所述缺陷层用于提供捕获所述衬底基板和所述第一隔离层之间载流子的陷阱。

在一些实施例中，所述第一隔离层和所述第二隔离层的材质为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅中的一种。

第二方面，本申请实施例提供一种复合薄膜的制备方法，用于制备如上的复合薄膜，包括下述步骤：

分别在衬底基板和功能基板的功能层表面制备第一隔离层和第二隔离层，所述第二隔离层的直径小于所述第一隔离层的直径；

对所述功能基板进行离子注入，使离子穿过所述第二隔离层进入所述功能基板的功能层内部，并在所述功能层中依次形成层叠的余质层、注入层和功能薄膜层，其中，所述功能薄膜层与所述第二隔离层接触，注入的粒子分布在所述注入层中；

将所述第二隔离层与所述第一隔离层键合，得到第一键合体；

对所述第一键合体进行退火处理，以使所述功能薄膜层沿所述注入层与所述余质层分离，并转移至所述衬底基板，得到所述复合薄膜。

在一些实施例中，在衬底基板的表面制备第一隔离层之前，所述制备方法还包括：在衬底基板的表面制备缺陷层。

在一些实施例中，所述分别在衬底基板和功能基板的功能层表面制备第一隔离层和第二隔离层包括：

提供功能层和辅助基板，并分别在所述功能层和辅助基板的表面制备第二隔离层和第三隔离层；

将所述第三隔离层和所述功能层背向所述第二隔离层的表面键合，并形成呈第二键合体的所述功能基板，所述功能基板包括依次层叠的所述辅助基板、所述第三隔离层、所述功能层和所述第二隔离层；

在所述衬底基板的表面制备第一隔离层。

在一些实施例中，所述分别在衬底基板和功能基板的功能层表面制备第一隔离层和第二隔离层包括：

提供功能层和辅助基板；

在所述功能层相对的两个表面分别制备第二隔离层和第三隔离层；

将辅助基板与所述第三隔离层键合，并形成呈第三键合体的所述功能基板，所述功能基板包括依次层叠的所述辅助基板、所述第三隔离层、所述功能层和所述第二隔离层；

在所述衬底基板上制备第一隔离层。

在一些实施例中，所述衬底基板、所述功能基板和所述辅助基板的热膨胀系数均相同或者相近。

由于采用了上述技术方案，本申请所取得的技术效果为：

本申请提供一种复合薄膜，包括依次层叠设置的衬底基板、第一隔离层、第二隔离层和功能薄膜层，通过第一隔离层和第二隔离层实现衬底基板与功能薄膜层之间的键合。其中，将第一隔离层和第二隔离层设置为相同的材质，使得第一隔离层与第二隔离层具有相同或相近的热膨胀系数，从而在加热键合过程中，降低因两者膨胀差值过大而引发的功能薄膜层炸裂的风险，利于复合薄膜良品率的提升。并且，这种相同材质的设置方式还会使得第一隔离层与第二隔离层之间的键合力更强，使衬底基板与功能基板所形成的键合体具有更好的键合效果，进而使得从键合体中剥离形成的复合薄膜具有更好的结构强度和稳定性。此外，第二隔离层的直径小于第一隔离层的直径，由于降低了第一隔离层与第二隔离层的接触面积，从而使得第二隔离层整体上全部位于第一隔离层的键合面中，极大程度上避免了两者边缘位置出现无法键合的情况，利于复合薄膜键合效果的进一步改善。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种复合薄膜的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种复合薄膜的结构示意图；

图3是本申请实施例一提供的一种复合薄膜的制备方法的流程示意图；

图4是本申请实施例一提供的一种功能基板制备过程的示意图；

图5是本申请实施例一提供的一种复合薄膜制备过程的示意图；

图6是本申请实施例二提供的一种隔离层的制备方法的流程示意图；

图7是本申请实施例二提供的一种呈第二键合体的功能基板的制备过程的示意图；

图8是本申请实施例二提供的一种复合薄膜制备过程的示意图；

图9是本申请实施例三提供的一种隔离层的制备方法的流程示意图；

图10是是本申请实施例三提供的一种呈第三键合体的功能基板的制备过程的示意图；

图11是本申请实施例三提供的一种复合薄膜制备过程的示意图；

图12是本申请实施例四提供的一种复合薄膜制备过程的示意图；

图13是本申请实施例五提供的一种复合薄膜制备过程的示意图；

图14是本申请实施例六提供的一种复合薄膜制备过程的示意图。

附图标记说明：

100衬底基板、110第一隔离层；

200功能基板、210基体、220功能层、221余质层、222注入层、223功能薄膜层、230第二隔离层；

300辅助基板、310第三隔离层；

400缺陷层。

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。

图1是本申请实施例提供的一种复合薄膜的结构示意图。

参照图1所示，本申请实施例提供一种复合薄膜，包括衬底基板100、第一隔离层110、第二隔离层230和功能薄膜层223，第一隔离层110、第二隔离层230和功能薄膜层223自下而上依次层叠设置于衬底基板100的表面，且第一隔离层110和第二隔离层230的材质相同，第二隔离层230的直径小于第一隔离层110的直径。

其中，衬底基板100的作用是为第一隔离层110、第二隔离层230和功能薄膜层223提供支撑，第一隔离层110和第二隔离层230的作用是用于隔离功能薄膜层223与衬底基板100之间可能产生的电气耦合，功能薄膜层223的作用则是用于使复合薄膜实现特定的电学性能，如用于实现电-声之间的转换。

关于衬底基板100、第一隔离层110、第二隔离层230和功能薄膜层223的厚度，本申请实施例不作限定。例如，衬底基板100的厚度可以为0.3-1mm，第一隔离层110和第二隔离层230的厚度均可以为200-3000nm，功能薄膜层223的厚度可以为50-3000nm。

此外，第一隔离层110和第二隔离层230的制备方法可以采用沉积法或热氧化法等，本申请实施例对此也没有限定。不过应当注意的是，第一隔离层110的成型，可以是直接对衬底基板100进行沉积或氧化处理，以使衬底基板100的表面形成第一隔离层110；而第二隔离层230的成型，则可以是直接对第一隔离层110远离衬底基板100的表面进行沉积或氧化处理，以使其在第一隔离层110的基础上形成；或者，第二隔离层230还可以是在下述功能基板200的基础上形成，即对功能基板200的表面进行沉积或氧化处理，以使功能基板200的表面形成第二隔离层230，然后再通过键合、退火处理等工艺将第二隔离层230转移至衬底基板100(或第一隔离层110)，本申请实施例对于第一隔离层110和第二隔离层230的成型方式也没有限定。

需要说明的是，本申请实施例中衬底基板100的表面(或称工艺面)，指的是衬底基板100中能够与其他层级结构(如第一隔离层110、功能薄膜层223等)相配合的面，例如衬底基板100的顶面。此外，衬底基板100的材质可以为石英、硅、蓝宝石、SOI(Silicon OnInsulator，绝缘体上硅)、金刚石、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟或者锗中的一种，本申请实施例对于衬底基板100的材质不作限定。

第一隔离层110和第二隔离层230的材质均可以为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅中的一种，功能薄膜层223的材质可以为铌酸锂，钽酸锂、石英、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷、砷化镓或硅中的一种，本申请实施例对于第一隔离层110、第二隔离层230和功能薄膜层223的材质均没有限定。

本申请提供的复合薄膜，通过第一隔离层110和第二隔离层230实现衬底基板100与功能薄膜层223之间的键合。其中，将第一隔离层110和第二隔离层230设置为相同的材质，使得第一隔离层110与第二隔离层230具有相同或相近的热膨胀系数，从而在加热键合过程中，降低因两者膨胀差值过大而引发的功能薄膜层223炸裂的风险，利于复合薄膜良品率的提升。并且，这种相同材质的设置方式还会使得第一隔离层110与第二隔离层230之间的键合力更强，使衬底基板100与功能基板200所形成的键合体具有更好的键合效果，进而使得从键合体中剥离形成的复合薄膜具有更好的结构强度和稳定性。此外，第二隔离层230的直径小于第一隔离层110的直径，由于降低了第一隔离层110与第二隔离层230的接触面积，从而使得第二隔离层230整体上全部位于第一隔离层110的键合面中，极大程度上避免了两者边缘位置出现无法键合的情况，利于复合薄膜键合效果的进一步改善。

可以理解的是，本申请实施例虽然将第二隔离层230的直径设置为小于第一隔离层110的直径，但是对于功能薄膜层223与第一隔离层110、第二隔离层230和衬底基板100之间的尺寸关系并没有进行具体限定。换句话说，功能薄膜层223的直径可以与第二隔离层230的直径、第一隔离层110的直径或衬底基板100的直径相同，也可以与该三者的直径不同。

基于此，本申请实施例中衬底基板100、第一隔离层110、第二隔离层230和功能薄膜层223的尺寸可以有多种不同的实现方式。例如，衬底基板100、第一隔离层110和功能薄膜层223三者直径相同，第二隔离层230直径小于第一隔离层110直径；或者，衬底基板100和第一隔离层110直径相同，第二隔离层230直径小于第一隔离层110直径，功能薄膜层223直径小于第二隔离层230直径；再或者，衬底基板100和第一隔离层110直径相同，第二隔离层230和功能薄膜层223直径相同，且均小于第一隔离层110直径；亦或者，第一隔离层110直径小于衬底基板100直径，第二隔离层230直径小于第一隔离层110直径，功能薄膜层223与第二隔离层230直径相同；甚至或者是，衬底基板100、第一隔离层110、第二隔离层230和功能薄膜层223的直径依次减小等，关于衬底基板100、第一隔离层110、第二隔离层230和功能薄膜层223这几者之间可能存在的其他尺寸关系，此处将不再一一例举。

不过，为便于理解和说明，本申请实施例将以功能薄膜层223的直径和第二隔离层230的直径相同，且均小于第一隔离层110的直径的情况作为一种优选方式，对复合薄膜的相关内容进行阐述。

在该种实施方式下，由于将功能薄膜层223的直径设置为与第二隔离层230的直径相同，从而使得复合薄膜在制备过程中，第二隔离层230和/或功能薄膜层223两者均能够更好的从下述的功能基板200中剥离，且第二隔离层230和功能薄膜层223整体上与第一隔离层110和衬底基板100整体上具有更好的键合效果，边缘位置处不易开裂，复合薄膜各层级结构之间也不易分离，从而利于复合薄膜整体结构稳定性的改善。

在一些具体示例中，第二隔离层230直径与第一隔离层110直径的差值可以为5-6mm。此处，关于第二隔离层230直径与第一隔离层110直径间的具体差值，可以根据复合薄膜的具体加工生产要求进行合理选择，本申请实施例对此不作限定。

图2是本申请实施例提供的另一种复合薄膜的结构示意图。

在一些实施例中，参照图2所示，复合薄膜还包括位于衬底基板100和第一隔离层110之间的缺陷层400，缺陷层400用于提供捕获衬底基板100和第一隔离层110之间载流子的陷阱。其中，缺陷层400中存在一定密度的晶格缺陷，可以捕获存在于第一隔离层110和衬底基板100之间的载流子，避免这些载流子引起第一隔离层110与衬底基板100界面处的载流子聚集，降低复合薄膜的损耗。优选地，缺陷层400的材质可以为多晶硅、非晶硅、多晶锗中的一种。

缺陷层400的制备方法可以为沉积法、腐蚀法或离子注入法等。当采用沉积法时，例如可以对多晶硅、非晶硅和多晶锗进行沉积以形成缺陷层400，其中沉积的方式可以为化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)、磁控溅射等，本申请对于沉积的方式没有限定；当采用腐蚀法时，可以对衬底基板100进行腐蚀以形成缺陷层400；当采用离子注入法时，可以将相应离子注入衬底基板100以形成缺陷层400，本申请实施例对于缺陷层400的具体成型方式不作限定。

当复合薄膜包括缺陷层400时，第一隔离层110可以成型于缺陷层400的表面。具体地，例如可以采用热氧化法在缺陷层400上制备第一隔离层110，当缺陷层400为多晶硅层时，可以对多晶硅层进行氧化处理，且多晶硅层远离衬底基板100的一面被氧化形成二氧化硅层(即第一隔离层110)，而靠近衬底基板100的一面未被氧化。其中，通过热氧化法制备第一隔离层110时的氧化温度可以为900-1000℃。

此外，由于本申请最终制备得到的复合薄膜的具体结构可以根据产品的需求进行合理选择。相应地，本申请所提供关于复合薄膜的制备方法实际上可以有多种不同的实现工艺。为便于理解，下面将以几个不同的实施例分别进行说明：

实施例一

图3是本申请实施例一提供的一种复合薄膜的制备方法的流程示意图。

参照图3所示，本申请实施例还提供一种复合薄膜的制备方法，用于制备如上所述的复合薄膜。具体地，制备方法可以包括下述步骤：

S110、分别在衬底基板和功能基板的功能层表面制备第一隔离层和第二隔离层。

其中，第二隔离层230的直径小于第一隔离层110的直径，功能层的厚度可以为0.3-1mm，且功能层220的材质可以为钽酸锂、石英、陶瓷、四硼酸锂、磷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷、砷化镓或硅中的一种。

需要注意的是，在一些实施例中，功能基板200可以作为一个整体，其具有使复合薄膜具备特定功能的功能层220，以及用于承载功能层220的基体210，即基体210和功能层220共同构成了功能基板200。在另一些实施例中，功能基板也可以仅由功能层220所构成，即功能层220作为功能基板200。其中，基体210的材质与衬底基板100的材质相同，如为石英、硅、蓝宝石、SOI、金刚石、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟或者锗中的一种。并且，当功能层220的表面制备有第二隔离层230时，第二隔离层230也可以作为功能基板200的一部分，即功能基板200可以包括基体210、功能层220和第二隔离层230；或者功能基板200可以包括功能层220和第二隔离层230。本实施例对于功能基板200、衬底基板100和功能层220的结构、材质和尺寸等均不作限定。

为了便于理解，本实施例一将以功能基板200包括基体210和功能层220的结构为例，对复合薄膜的制备过程进行说明。

S120、对功能基板进行离子注入，使离子穿过第二隔离层进入功能基板的功能层内部，并在功能层中依次形成层叠的余质层、注入层和功能薄膜层。

其中，功能薄膜层223与第二隔离层230接触，注入的粒子分布在注入层222中。在通过离子注入法向功能基板200注入离子时，本申请对于离子注入的方式不作限定，可以使用现有技术中任意一种离子注入的方式，所注入的离子为通过热处理能够产生气体的离子，例如氢离子、氦离子、氧离子、氩离子或氖离子等离子中的至少一种。示例性的，离子束的注入剂量范围可以为2×10¹⁶ions/cm²-4×10¹⁶ions/cm²，注入能量范围可以为40keV-600keV。

可以理解的是，在进行离子注入时，可以通过调整离子注入能量来调整注入层222的深度，具体地，离子注入的能量越大，注入层222的深度越深；相反，离子注入的能量越小，注入层222的深度越浅。此外，可以通过调整离子注入剂量来调整注入层222的扩散宽度，具体地，离子注入的剂量越大，注入层222的扩散宽度越广；相反，离子注入的剂量越小，注入层222的扩散宽度越窄。

作为一个具体的示例，功能层可以为铌酸锂晶圆，注入的离子可以为氦离子为例，将氦离子注入铌酸锂晶圆中，且氦离子的注入能量可以为400KeV，注入剂量可以为4×10¹⁶ions/cm²，以在铌酸锂晶圆中形成注入层222。

S130、将第二隔离层与第一隔离层键合，得到第一键合体。

为了提升第一隔离层110与第二隔离层230之间的键合效果，可以在键合之前分别对第一隔离层110和第二隔离层230的表面进行抛光清洗。此外，本申请实施例对键合的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种键合的方式，例如，采用表面活化的方式键合，获得第一键合体。并且，本申请对表面活化的方式也不进行限定，例如可以采用等离子体活化或化学溶液活化等方法。

S140、对第一键合体进行退火处理，以使功能薄膜层沿注入层与余质层分离，并转移至衬底基板，得到复合薄膜。

退火处理的目的是使注入层222中注入的离子加热形成气体，产生气泡，气泡在注入层222中相互连接，使余质层221与功能薄膜层223瞬间整体分离，得到复合薄膜。其中，退火处理通常包括一次退火和二次退火。一次退火的温度范围在180-300℃，其目的是使功能薄膜层223与余质层221分离，将余质层221剥离出去；二次退火的温度范围在300-600℃，其目的是消除功能薄膜层223和余质层221中可能出现的注入损伤。

在实际的退火处理过程中，可以将键合体在180-600℃的温度下处理1-100h，使得功能层中的注入层222内部形成气泡。例如，当注入的离子为氦离子时，退火处理可以使氦离子转化为氦气；当注入的离子为氢离子时，退火处理可以使氦离子转化为氢气。随着退火处理过程的进行，注入层222内的气泡连成一片，最后注入层222裂开，实现余质层221与功能薄膜层223的分离，从而使余质层221从键合体上剥离下来，进而在衬底基板100上形成复合薄膜。

本申请提供的该种复合薄膜的制备方法，一方面由于第一隔离层110与第二隔离层230采用了相同的材质，两者的热膨胀系数形同相近，从而使得两者在键合时有更强的键合力、更好的键合效果，进而利于后续制备得到的复合薄膜的结构稳定性的提升；另一方面，由于第二隔离层230的直径小于第一隔离层110的直径，使得两者形成的键合体在退火处理过程中，不易出现边缘炸裂的情况，从而不易使复合薄膜各层级结构之间分离，进而利于复合薄膜结构强度和可靠性的进一步改善。

为便于理解，下面将以一个具体的示例对复合薄膜的制备过程进行说明。其中，图4是本申请实施例一提供的一种功能基板制备过程的示意图，图5是本申请实施例一提供的一种复合薄膜制备过程的示意图。

准备阶段：在制备复合薄膜之前，首先可以准备6英寸的两片硅晶圆(即第一硅晶圆和第二硅晶圆，分别作为衬底基板100和基体210)和一片钽酸锂晶圆(作为功能基板200的功能层220)。将两片硅晶圆和钽酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，然后分别对硅晶圆和钽酸锂晶圆进行化学机械抛光处理，以使两者具有光滑的表面，以及对硅晶圆和钽酸锂晶圆分别进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。

功能基板制备阶段：参照图4所示，将第二硅晶圆与钽酸锂晶圆表面活化后进行接触键合，得到功能基板200，然后在钽酸锂晶圆上沉积制备直径小于钽酸锂晶圆约5mm的第二二氧化硅层(即第二隔离层230)。可以发现，经过上述处理过程，最终制备的功能基板200实际上具有三层结构，即由下到上依次包括单晶硅层、功能层220和第二二氧化硅层。

衬底基板制备阶段：参照图5所示，通过热氧化方法在第一硅晶圆上氧化形成第一二氧化硅层(即第一隔离层110)，其中第一二氧化硅层的氧化厚度约为5μm。

离子注入阶段：采用离子注入法对功能基板200进行氦离子注入，氮离子穿过第二二氧化硅层注入到钽酸锂晶圆中，使得钽酸锂晶圆从注入面开始依次形成成余质层221、注入层222和功能薄膜层223，注入的氮离子分布在注入层222，得到注入片。其中，注入剂量参数可以为：注入剂量为2×10¹⁶ions/cm²，注入能量为200keV。

键合阶段：将功能基板200中的第二二氧化硅层与衬底基板100中的第一二氧化硅层进行接触，采用直接键合法进行键合，以得到第一键合体。

退火处理阶段：将第一键合体放入退火炉中，在280℃下热处理4小时，第一键合体在注入层222断开，第二硅晶圆以及余质层221被完整剥离掉，得到结构为第一硅晶圆、第一二氧化硅层、第二二氧化硅层以及功能薄膜层223的复合薄膜，第二二氧化硅层的直径小于硅晶圆和第一二氧化硅层的直径约5mm，功能薄膜层223的直径与第一二氧化硅层的直径相同。然后将复合薄膜在350℃下退火3小时，消除注入损伤。

清洗阶段：将复合薄膜从退火炉取出，然后固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对功能薄膜层223进行化学机械抛光处理，然后进行半导体RCA清洗，获得洁净表面，最终得到复合薄膜产品。

此外，从键合体中剥离的第二硅晶圆和余质层221可以被再次利用，如在余质层221上继续沉积形成二氧化硅层，使得被剥离的部分重新作为功能基板200，以在另一个制备循环中再次利用。这种设置方式，能够大大降低复合薄膜的生产制备成本。

实施例二

在对隔离层进行制备时，根据不同的制备工艺可以有多种不同的制备方式，例如可以额外提供一辅助基板300，通过在辅助基板300上制备第三隔离层310的方式，然后分别在衬底基板100和功能层220的表面制备第一隔离层和第二隔离层230，图6是本申请实施例二提供的一种隔离层的制备方法的流程示意图。

具体地，参照图6所示，本申请实施例二中关于隔离层的制备方法，包括下述步骤：

S210、提供功能层和辅助基板，并分别在功能层和辅助基板的表面制备第二隔离层和第三隔离层。

辅助基板300的材质可以为石英、硅、蓝宝石、SOI、金刚石、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟或者锗中的一种。并且，辅助基板300的材质可以和衬底基板100相同，也可以和衬底基板100的材质不同。

本步骤S210中，可以通过合适的材质选择，使得辅助基板300与衬底基板100具有差异较小的热膨胀系数。这样，即使功能板与衬底基板100为不同的材质，也能够使得复合薄膜在退火分离过程中不会出现炸裂的情况，利于复合薄膜结构稳定性的保证。

S220、将第三隔离层和功能层背向第二隔离层的表面键合，并形成呈第二键合体的功能基板。

其中，呈第二键合体的功能基板200包括依次层叠的辅助基板300、第三隔离层310、功能层220和第二隔离层230。

S230、在衬底基板的表面制备第一隔离层。

为便于理解，下面将结合本实施例二提供的隔离层的制备方法，并以一个具体的示例对复合薄膜的制备过程进行说明。其中，图7是本申请实施例二提供的一种呈第二键合体的功能基板的制备过程的示意图，图8是本申请实施例二提供的一种复合薄膜制备过程的示意图。

准备阶段：准备6英寸的两片硅晶圆(即第一硅晶圆和第二硅晶圆，分别作为衬底基板100和辅助基板300)和一片铌酸锂晶圆(作为功能层220)。将两片硅晶圆和钽酸锂晶圆分别固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，然后分别对硅晶圆和钽酸锂晶圆进行化学机械抛光处理，以使两者具有光滑的表面，以及对硅晶圆和钽酸锂晶圆分别进行半导体RCA清洗，获得洁净表面。

功能基板制备阶段：参照图7所示，通过热氧化方法在第二硅晶圆(即辅助基板300)上氧化形成第三二氧化硅层(即第三隔离层310)；将第三二氧化硅层与表面活化的铌酸锂晶圆进行接触键合。然后在铌酸锂晶圆上沉积制备直径小于铌酸锂晶圆直径约6mm的第二二氧化硅层(即第二隔离层230)。可以发现，经过上述处理过程，最终制备的呈第二键合体的功能基板200实际上具有四层结构，即由下到上依次包括单晶硅层、第三二氧化硅层、功能层220和第二二氧化硅层。

衬底基板制备阶段：参照图8所示，通过热氧化方法在第一硅晶圆(即衬底基板100)上氧化形成第一二氧化硅层(即第一隔离层)，其中第一二氧化硅层的氧化厚度约为10μm。

离子注入阶段：采用离子注入法对呈第二键合体的功能基板200进行氦离子注入，氦离子穿过第二二氧化硅层注入到铌酸锂晶圆中，使得铌酸锂晶圆从注入面开始依次形成余质层221、注入层222和功能薄膜层223，注入的氦离子分布在注入层222，得到注入片。其中，注入剂量参数可以为：注入剂量为4×10¹⁶ions/cm²，注入能量为100keV。

键合阶段：将第二二氧化硅层与第一二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到第一键合体。

退火处理阶段：将第一键合体放入退火炉中，在180℃下热处理6小时，第一键合体在注入层222断开，第二硅晶圆、第三二氧化硅层以及余质层221被完整剥离掉，得到结构为第一硅晶圆、第一二氧化硅层，第二二氧化硅层以及功能薄膜层223的复合薄膜，第二二氧化硅层的直径小于第一硅晶圆和第一二氧化硅层的直径约6mm，功能薄膜层223的直径与第一二氧化硅层的直径相同。然后将复合薄膜在400℃下退火3小时，消除注入损伤。

清洗阶段：将复合薄膜从退火炉取出，然后固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对功能薄膜层223进行化学机械抛光处理，然后进行半导体RCA清洗，获得洁净表面，最终得到复合薄膜产品。

此外，从第一键合体中剥离的第二硅晶圆、第三二氧化硅层与余质层221可以被再次利用，如在余质层221上继续沉积二氧化硅层，使得被剥离的部分重新作为功能基板200，以在另一个制备循环中再次利用。

实施例三

与上述实施例二相似的，本实施例三根据隔离层制备工艺的不同，提供另一种不同于上述实施例二的隔离层的制备方法，图9为本申请实施例三提供的一种隔离层的制备方法的流程示意图。

具体地，参照图9所示，本申请实施例提供的隔离层的制备方法，包括下述步骤：

S310、提供功能层和辅助基板。

S320、在功能层相对的两个表面分别制备第二隔离层和第三隔离层。

S330、将辅助基板与第三隔离层键合，并形成呈第三键合体的功能基板。

其中，呈第三键合体的功能基板200包括依次层叠的辅助基板300、第三隔离层310、功能层220和第二隔离层230。

S340、在衬底基板上制备第一隔离层。

优选地，在一些实施例中，在衬底基板100的表面制备第一隔离层110之前，还可以在衬底基板100的表面制备缺陷层400，缺陷层400位于第一隔离层110与衬底基板100之间。

可以发现，本实施例三关于隔离层的制备方法与上述实施例二之间的差异在于，本实施例三中的第二隔离层230和第三隔离层310是形成于功能层220的两面，而上述实施例二中的第二隔离层230和第三隔离层310是分别形成于功能层220和辅助基板300的表面。基于此，本领域技术人员可以根据实际生产加工要求，选择不同的隔离层制备工艺，从而使后续复合薄膜的制备过程更加灵活，降低了其工艺难度，利于生产效率的提升。此外，相较于上述实施例，本实施例三还可以通过在衬底基板100上制备缺陷层400，以进一步提升复合薄膜的性能。

下面将结合本实施例三中隔离层的制备方法，并以一个具体的示例对本实施例三中复合薄膜的制备过程进行说明，图10是本申请实施例三提供的一种呈第三键合体的功能基板的制备过程的示意图，图11是本申请实施例三提供的一种复合薄膜制备过程的示意图。

准备阶段：准备3英寸两片硅晶圆(即第一硅晶圆和第二硅晶圆，分别作为衬底基板100和辅助基板300)和一片铌酸锂晶圆(作为功能层220)。将两片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。

功能基板制备阶段：参照图10所示，在铌酸锂晶圆的双面沉积第二二氧化硅层(即第二隔离层230)和第三二氧化硅层(即第三隔离层310)，其中第二二氧化硅层的直径小于铌酸锂晶圆约5mm，将铌酸锂晶圆上的第三二氧化硅层与表面活化后的第二硅晶圆(即辅助基板300)进行接触键合，得到呈第三键合体的功能基板200，且自下而上依次包括：单晶硅层、第三二氧化硅层、功能层220和第二二氧化硅层。

衬底基板制备阶段：参照图11所示，在第一硅晶圆(即衬底基板100)上沉积多晶硅层(即缺陷层400)，通过热氧化方法在多晶硅层上氧化形成第一二氧化硅层(即第一隔离层)，其中第一二氧化硅层的氧化厚度为10μm。

离子注入阶段：采用离子注入法对呈第三键合体的功能基板200进行氧离子注入，氧离子穿过第二二氧化硅层注入到铌酸锂晶圆中，使得铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成余质层221、注入层222和铌酸锂薄膜层，注入的氧离子分布在注入层222，得到注入片；采用离子注入法注入氧离子时，注入剂量参数可以为：注入剂量为3×10¹⁶ions/cm²，注入能量为400keV。

键合阶段：将第二二氧化硅层与第一二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到第一键合体。

退火处理阶段：将第一键合体放入退火炉中，在200℃下热处理2小时，第一键合体在注入层222断开，第二硅晶圆、第三二氧化硅层以及余质层221被完整剥离掉，得到结构为第一硅晶圆、多晶硅层、第一二氧化硅层，第二二氧化硅层以及功能薄膜层223的复合薄膜，第二二氧化硅层的直径小于第一硅晶圆和第一二氧化硅层的直径约5mm，功能薄膜层223的直径与第一二氧化硅层的直径相同。然后将复合薄膜在600℃下退火3小时，消除注入损伤。

清洗阶段：将复合薄膜从退火炉取出，然后固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对功能薄膜层223进行化学机械抛光处理，然后进行半导体RCA清洗，获得洁净表面，最终得到复合薄膜产品。

此外，从第一键合体中剥离的第二硅晶圆、第三二氧化硅层与余质层221可以被再次利用，如在余质层221上继续沉积二氧化硅层，使得被剥离的部分重新作为功能基板200，以在另一个制备循环中再次利用。

实施例四

图12是本申请实施例四提供的一种复合薄膜制备过程的示意图。

本实施例四与上述实施例二的区别在于，功能薄膜层223与第二隔离层230的直径相同，且均小于第一隔离层的直径，以及本实施例四在衬底基板100上还制备有缺陷层400。

示例性地，参照图12所示，复合薄膜的制备过程包括下述阶段：

准备阶段：准备4英寸两片硅晶圆(即第一硅晶圆和第二硅晶圆，分别作为衬底基板100和辅助基板300)和一片直径小于硅晶圆约6mm的钽酸锂晶圆(作为功能层220)，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。

功能基板制备阶段：通过热氧化方法在其第二硅晶圆(即辅助基板300)上氧化形成第三二氧化硅层(即第三隔离层310)，将第三二氧化硅层与表面活化的钽酸锂晶圆进行接触键合，然后在钽酸锂晶圆上沉积制备第二二氧化硅层(即第二隔离层230)，第二二氧化硅层和钽酸锂晶圆的直径小于第二硅晶圆和第三二氧化硅直径约6mm，得到四层结构的功能基板200，即由下到上分别包括辅助基板300、第三隔离层310、功能层220和第二隔离层230的功能基板200。

衬底基板制备阶段：在第一硅晶圆(即衬底基板100)采用离子注入诱导损伤注入氩离子，这样在第一硅晶圆上形成非晶硅层(即缺陷层400)，在非晶硅层上沉积第一二氧化硅层(即第一隔离层)，其中第一二氧化硅层的氧化厚度为15μm。

离子注入阶段：采用离子注入法对功能基板200进行氩离子注入，氩离子穿过第二二氧化硅层注入到钽酸锂晶圆中，使得钽酸锂晶圆从注入面开始依次形成余质层221、注入层222和钽酸锂薄膜层，注入的氩离子分布在注入层222，得到注入片；采用离子注入法注入氩离子时，注入剂量参数为：注入剂量为2×10¹⁶ions/cm²，注入能量为225keV。

键合阶段：将第二二氧化硅层与第一二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到第一键合体。

退火处理阶段：将第一键合体放入退火炉中，在280℃下热处理2小时，第一键合体在注入层222断开，第二硅晶圆、第三二氧化硅层以及余质层221被完整剥离掉，得到结构为第一硅晶圆、非晶硅层、第一二氧化硅层，第二二氧化硅层以及功能薄膜层223的复合薄膜，功能薄膜层223和第二二氧化硅层的直径相同，且均小于第一硅晶圆和第一二氧化硅层的直径约6mm，然后将复合薄膜在500℃下退火3小时，消除注入损伤。

清洗阶段：将复合薄膜从退火炉取出，然后固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对功能薄膜层223进行化学机械抛光处理，然后进行RCA清洗，获得洁净表面，最终得到复合薄膜产品。

此外，从第一键合体中剥离的第二硅晶圆、第三二氧化硅层与余质层221可以被再次利用，如在余质层221上继续沉积二氧化硅层，使得被剥离的部分重新作为功能基板200，以在另一个制备循环中再次利用。

实施例五

图13是本申请实施例五提供的一种复合薄膜制备过程的示意图。

本实施例五与上述实施例三的区别在于，功能薄膜层223与第二隔离层230的直径相同，且均小于第一隔离层的直径。

示例性地，参照图13所示，复合薄膜的制备过程包括下述阶段：

准备阶段：准备3英寸两片硅晶圆(第一硅晶圆和第二硅晶圆，分别作为衬底基板100和辅助基板300)和一片直径小于硅晶圆约5mm的铌酸锂晶圆(作为功能层220)，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。

功能基板制备阶段：通过热氧化方法在第二硅晶圆(辅助基板300)上氧化形成第三二氧化硅层(第三隔离层310)，将第三二氧化硅层与表面活化的铌酸锂晶圆进行接触键合，然后在铌酸锂晶圆上沉积制备第二二氧化硅层(第二隔离层230)，第二二氧化硅层和铌酸锂晶圆的直径相同，且均小于第二硅晶圆和第三二氧化硅直径5mm，得到四层结构的功能基板200，即由下到上分别包括辅助基板300、第三隔离层310、功能层220和第二隔离层230的功能基板200。

衬底基板制备阶段：在第一硅晶圆(即衬底基板100)上采用沉积法沉积多晶锗层(即缺陷层400)，然后在多晶锗层上沉积第一二氧化硅层(即第一隔离层)，其中第一二氧化硅层的氧化厚度为10μm。

离子注入阶段：采用离子注入法对功能基板200进行氦正离子注入，氦正离穿过第二二氧化硅层注入到铌酸锂晶圆中，使得铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成余质层221、注入层222和铌酸锂薄膜层，注入的氦正离分布在注入层222，得到注入片；采用离子注入法注入氦正离时，注入剂量参数为：注入剂量为3×10¹⁶ions/cm²，注入能量为245keV。

键合阶段：将第二二氧化硅层与第一二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到第一键合体。

退火处理阶段：将第一键合体放入退火炉中，在280℃下热处理2小时，使用薄膜机械分离装置向热处理中/后的第二键合体施加机械力，使第一键合体在注入层222断开分离，第二硅晶圆、第三二氧化硅层以及余质层221被完整剥离掉，得到结构为第一硅晶圆、多晶锗层、第一二氧化硅层，第二二氧化硅层以及功能薄膜层223的复合薄膜，功能薄膜层223和第二二氧化硅层的直径相同，且均小于硅晶圆和第一二氧化硅层的直径约5mm，然后将复合薄膜在500℃下退火3小时，消除注入损伤。

清洗阶段：将复合薄膜从退火炉取出后固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对薄膜层进行化学机械抛光处理，然后进行RCA清洗，获得洁净表面，最终得到复合薄膜产品。

此外，从第一键合体中剥离的第二硅晶圆、第三二氧化硅层与余质层221可以被再次利用，如在余质层221上继续沉积二氧化硅层，使得被剥离的部分重新作为功能基板200，以在另一个制备循环中再次利用。

实施例六

图14是本申请实施例六提供的一种复合薄膜制备过程的示意图。

本实施例六与上述实施例的不同之处在于辅助基板300与功能基板200的键合步骤在功能基板200进行离子注入之后。

示例性地，参照图14所示，复合薄膜的制备过程包括下述阶段：

准备阶段：准备3英寸两片硅晶圆(即第一硅晶圆和第二硅晶圆，分别作为衬底基板100和辅助基板300)和一片铌酸锂晶圆(作为功能层220)，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。

功能基板制备阶段：对铌酸锂晶圆进行双面沉积，制备第二二氧化硅层(即第二隔离层230)和第三二氧化硅层(即第三隔离层310)，其中，铌酸锂晶圆和第三二氧化硅层的直径相同，第二二氧化硅层的直径小于铌酸锂晶圆和第三二氧化硅直径5mm。

衬底基板制备阶段：在第一硅晶圆(即衬底基板100)上采用沉积法沉积多晶硅层(即缺陷层400)，然后在多晶硅层上沉积第一二氧化硅层(即第一隔离层)，其中第一二氧化硅层的氧化厚度为10μm。

离子注入阶段：对功能基板200采用离子注入法注入氦正离子，氦正离子穿过第二二氧化硅层注入到铌酸锂晶圆中，使得铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成余质层221、注入层222和铌酸锂薄膜层，注入的氦正离子分布在注入层222，得到注入片；采用离子注入法注入氦正离子时，注入剂量参数为：注入剂量为2×10¹⁶ions/cm²，注入能量为300keV。

键合阶段：将注入片的第二二氧化硅层与第一硅晶圆上的第一二氧化硅层接触，采用直接键合法键合。然后，将第二硅晶圆(即辅助基板300)与第三二氧化硅层接触键合，得到第一键合体。

退火处理阶段：将第一键合体放入退火炉中，在280℃下热处理2小时，使第二键合体在注入层222断开分离，第二硅晶圆、第三二氧化硅层以及余质层221被完整剥离掉，得到结构为第一硅晶圆、多晶硅层、第一二氧化硅层、第二二氧化硅层以及功能薄膜层223的复合薄膜，功能薄膜层223、第一一氧化硅层、多晶硅层和第一硅晶圆的直径相同，第二二氧化硅层的直径小于第一硅晶圆、多晶硅层和第一二氧化硅层的直径约5mm，然后将复合薄膜在500℃下退火3小时，消除注入损伤。

清洗阶段：将复合薄膜从退火炉取出后固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对功能薄膜层223进行化学机械抛光处理，然后进行RCA清洗，获得洁净表面，最终得到复合薄膜产品。

此外，从第一键合体中剥离的第二硅晶圆、第三二氧化硅层与余质层221可以被再次利用，如在余质层221上继续沉积二氧化硅层，使得被剥离的部分重新作为功能基板200，以在另一个制备循环中再次利用。

在另一个实施例中，衬底基板100、功能基板200和辅助基板300的热膨胀系数均相同或者相近。这种设置方式使得三者在退火处理过程中，不会因温度的变化而产生较大的膨胀差值，从而有利于复合薄膜中不同层级结构之间的分离，进而利于提升复合薄膜的良品率。

还需要说明的是，上述不同实施例中关于复合薄膜的制备过程，其所具有的不同阶段的制备顺序可以根据实际的生产加工需要灵活调整，本申请对此不作限定。

容易理解的是，本领域技术人员在本申请提供的几个实施例的基础上，可以对本申请的实施例进行结合、拆分、重组等得到其他实施例，这些实施例均没有超出本申请的保护范围。

以上的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合薄膜，其特征在于，包括衬底基板(100)、第一隔离层(110)、第二隔离层(230)和功能薄膜层(223)，所述第一隔离层(110)、所述第二隔离层(230)和所述功能薄膜层(223)自下而上依次层叠设置于所述衬底基板(100)的表面，且所述第一隔离层(110)和所述第二隔离层(230)的材质相同，所述第二隔离层(230)的直径小于所述第一隔离层(110)的直径。

2.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于，所述功能薄膜层(223)的直径和所述第二隔离层(230)的直径相同，且均小于所述第一隔离层(110)的直径。

3.根据权利要求2所述的复合薄膜，其特征在于，所述第二隔离层(230)直径与所述第一隔离层(110)直径的差值为5-6mm。

4.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于，还包括位于所述衬底基板(100)和所述第一隔离层(110)之间的缺陷层(400)，所述缺陷层(400)用于提供捕获所述衬底基板(100)和所述第一隔离层(110)之间载流子的陷阱。

5.根据权利要求1-4任一项所述的复合薄膜，其特征在于，所述第一隔离层(110)和所述第二隔离层(230)的材质为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅中的一种。

6.一种复合薄膜的制备方法，用于制备如权利要求1-5任一项所述的复合薄膜，其特征在于，包括下述步骤：

分别在衬底基板和功能基板的功能层表面制备第一隔离层和第二隔离层，所述第二隔离层的直径小于所述第一隔离层的直径；

对所述功能基板进行离子注入，使离子穿过所述第二隔离层进入所述功能基板的功能层内部，并在所述功能层中依次形成层叠的余质层、注入层和功能薄膜层，其中，所述功能薄膜层与所述第二隔离层接触，注入的粒子分布在所述注入层中；

将所述第二隔离层与所述第一隔离层键合，得到第一键合体；

对所述第一键合体进行退火处理，以使所述功能薄膜层沿所述注入层与所述余质层分离，并转移至所述衬底基板，得到所述复合薄膜。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在衬底基板的表面制备第一隔离层之前，所述制备方法还包括：

在衬底基板的表面制备缺陷层。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述分别在衬底基板和功能基板的功能层表面制备第一隔离层和第二隔离层包括：

提供功能层和辅助基板，并分别在所述功能层和辅助基板的表面制备第二隔离层和第三隔离层；

将所述第三隔离层和所述功能层背向所述第二隔离层的表面键合，并形成呈第二键合体的所述功能基板，所述功能基板包括依次层叠的所述辅助基板、所述第三隔离层、所述功能层和所述第二隔离层；

在所述衬底基板的表面制备第一隔离层。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述分别在衬底基板和功能基板的功能层表面制备第一隔离层和第二隔离层包括：

提供功能层和辅助基板；

在所述功能层相对的两个表面分别制备第二隔离层和第三隔离层；

将辅助基板与所述第三隔离层键合，并形成呈第三键合体的所述功能基板，所述功能基板包括依次层叠的所述辅助基板、所述第三隔离层、所述功能层和所述第二隔离层；

在所述衬底基板上制备第一隔离层。

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述衬底基板、所述功能基板和所述辅助基板的热膨胀系数均相同或者相近。

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