CN116230492A - 一种超平复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供的一种超平复合薄膜及其制备方法，将基于离子注入法制备的单晶注入片和衬底晶圆键合，形成键合体，然后对键合体进行退火处理，使单晶注入片的薄膜层转移至衬底晶圆上，然后对薄膜层依次进行湿法腐蚀和抛光处理。未进行离子注入的单晶晶圆无法进行腐蚀，只有通过离子注入后才可以实现腐蚀，本发明采用湿法腐蚀后，薄膜层的均匀性好，但是粗糙度不高，所以又采用了抛光处理，抛光是为了改善薄膜层的粗糙度，采用腐蚀和抛光一起处理可以使得复合薄膜的薄膜层的TTV从±30‑40nm左右降低至±10nm左右，可以获得厚度均匀性好的超平晶片。

Description

一种超平复合薄膜及其制备方法

技术领域

本申请涉及半导体部件制造技术领域，尤其涉及一种超平复合薄膜及其制备方法。

背景技术

复合薄膜被广泛应用于声表面波器件、薄膜体声波谐振器、光电传感器等各种核心电子元器件。复合薄膜一般包括薄膜层、隔离层和衬底层，其中，薄膜层的材料一般具有压电、铁电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等性质。

以铌酸锂和钽酸锂为例，铌酸锂和钽酸锂材料由于具有居里温度高、自发极化强、机电耦合系数高、优异的电光效应等有优点广泛地应用于非线性光学、铁电、压电、电光等领域，尤其是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。复合铌酸锂薄膜和钽酸锂薄膜的制备方法主要有外延生长法，减薄抛光体材料法以及离子注入键合分离方法等，外延生长法由于铌酸锂和钽酸锂与衬底材料之间的晶格失配比较大、膨胀系数不一样等原因，很难获得大面积的，均匀完整的薄膜。采用减薄抛光的方法很难获得纳米级厚度的薄膜，而且减薄抛光过程中造成的损伤层对后面器件的影响比较大，所以目前比较常用的方法为离子注入键合分离的方法。

其中，离子注入键合分离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，退火使余料层沿注入层由键合体剥离，将薄膜层转移至衬底晶圆上制备得到复合薄膜，但是，利用这种方法制备的复合薄膜的薄膜层的厚度均匀性较差，会影响最终器件的使用效果。薄膜层的厚度均匀性(TotalThicknessVariation，TTV)指薄膜层的最大厚度与最小厚度的差值。例如，采用上述方法将4inch铌酸锂晶圆分离后所获得纳米尺度铌酸锂薄膜的厚度均匀性(TotalThickness Variation，TTV)一般为±30nm-40nm，这严重影响了器件的使用效果，所以如何制备薄膜层TTV更好的超平复合薄膜是目前要急需解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种超平复合薄膜及其制备方法，以解决目前复合薄膜制备方法所制备的复合薄膜厚度均匀性差的问题。

本申请实施例提供一种超平复合薄膜制备方法，包括以下步骤：

将基于离子注入法制备的单晶注入片与衬底晶圆的工艺面键合，形成键合体，其中，所述单晶注入片依次包括薄膜层、注入层和余料层；

对所述键合体进行退火处理，使所述余料层沿所述注入层由所述键合体剥离，将所述薄膜层转移至所述衬底晶圆上；

先对所述薄膜层进行湿法腐蚀处理；

再对所述薄膜层进行抛光处理。

在一种可行的实施方式中，所述湿法腐蚀处理的厚度不小于抛光处理的厚度。

在一种可行的实施方式中，所述抛光处理的厚度范围1nm-200nm。

在一种可行的实施方式中，所述抛光处理的厚度范围1nm-50nm。

在一种可行的实施方式中，所述超平复合薄膜的所述薄膜层的厚度为1nm-900nm。

在一种可行的实施方式中，所述单晶注入片选择铌酸锂、钽酸锂、碳化硅、石英、氧化硅、氮化铝、砷化镓或硅的注入片中的至少一者。

在一种可行的实施方式中，湿法腐蚀选择的腐蚀液选择氨水和双氧水的混合液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氟氢酸溶液或四甲基氢氧化铵溶液中的至少一者。

在一种可行的实施方式中，在将基于离子注入法制备的单晶注入片与衬底晶圆的工艺面键合之前，所述方法还包括：

在所述衬底晶圆的工艺面上制备隔离层；

在制备隔离层之前，在所述衬底晶圆的工艺面上制备缺陷层。

在一种可行的实施方式中，所述衬底晶圆选择为硅、碳化硅、蓝宝石、石英、SOI、砷化镓中的至少一者。

在一种可行的实施方式中，所述隔离层的材料为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅中的至少一者；所述缺陷层为多晶硅、非晶硅、多晶锗的至少一者。

另一方面，本申请还提供一种超平复合薄膜，该超平复合薄膜通过上述超平复合薄膜制备方法所制备得到。

本申请实施例提供的一种超平复合薄膜及其制备方法，将基于离子注入法制备的单晶注入片和衬底晶圆键合，形成键合体，然后对键合体进行退火处理，使单晶注入片的薄膜层转移至衬底晶圆上，然后对薄膜层依次进行湿法腐蚀和抛光处理。未进行离子注入的单晶晶圆无法进行腐蚀，只有通过离子注入后才可以实现腐蚀。本发明采用湿法腐蚀后，薄膜层的均匀性好，但是粗糙度不高，所以又采用了抛光处理。抛光是为了改善薄膜层的粗糙度，采用腐蚀和抛光一起处理可以使得薄膜层的TTV从±30-40nm左右降低至±10nm左右，从而可以获得薄膜层厚度均匀性好的超平复合薄膜。

附图说明

图1是现有技术所制备的复合薄膜的薄膜层的厚度均匀性的检测结果示意图；

图2是本申请一实施例提供的一种超平复合薄膜制备方法的流程示意图；

图3是通过本申请一实施例所制备的超平复合薄膜的薄膜层的厚度均匀性的检测结果示意图；

图4是本申请一实施例提供的超平复合薄膜的结构示意图；

图5是本申请另一实施利提供的超平复合薄膜的结构示意图。

附图标记说明：

100-薄膜层；200-隔离层；300-衬底晶圆；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。

在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

复合薄膜被广泛应用于声表面波器件、薄膜体声波谐振器、光电传感器等各种核心电子元器件。复合薄膜包括薄膜层、隔离层和衬底层，其中，薄膜层的材料一般具有压电、铁电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等性质。薄膜层的厚度均匀性(TotalThicknessVariation，TTV)指薄膜层的最大厚度与最小厚度的差值。薄膜层的厚度均匀性影响复合薄膜的性能。图1为现有技术所制备的复合薄膜的薄膜层的检测结果示意图。如图1所示，该薄膜层的TTV为38.36nm。

为保证复合薄膜的性能，减小复合薄膜对最终元器件使用效果的影响，需保证薄膜层的厚度均匀性越小越好。但是，目前的复合薄膜制备方法所制备的复合薄膜的薄膜层无法满足该要求。

本申请实施例提供的一种超平复合薄膜及其制备方法，将基于离子注入法制备的单晶注入片和衬底晶圆键合，形成键合体，然后对键合体进行退火处理，使单晶注入片的薄膜层转移至衬底晶圆上，然后对薄膜层依次进行湿法腐蚀和抛光处理。经过湿法腐蚀和抛光处理的薄膜层均匀性更佳，具体能够使薄膜层的厚度均匀性达到±10nm左右，远小于现有方法所制备的薄膜层厚度均匀性的±30-40nm左右，从而可获得性能更优的复合薄膜。

以下结合附图对本申请实施例的超平复合薄膜及其制备方法进行详细说明图2是本申请一实施例提供的一种超平复合薄膜制备方法的流程示意图。

参考图2所示，本申请实施例提供一种超平复合薄膜制备方法，包括：

S101：将基于离子注入法制备的单晶注入片与衬底晶圆键合，形成键合体，其中，所述单晶注入片依次包括薄膜层、注入层和余料层。

在制备超平复合薄膜前，首先准备单晶晶圆和衬底晶圆。

其中，单晶晶圆选择铌酸锂、钽酸锂、碳化硅、石英、氧化硅、氮化铝、砷化镓或硅中的至少一者。本发明所述的单晶晶圆在选择上包括但不限于上述的单晶材料。

其中，衬底晶圆选择硅、碳化硅、蓝宝石、石英、SOI或砷化镓中的至少一者。本发明所述的衬底晶圆在选择上包括但不限于上述的衬底材料。SOI衬底是一种复合衬底，包括硅衬底、绝缘层及顶层硅结构的衬底。

在该步骤中，通过离子注入法将所选用的离子注入至单晶晶圆中，以获得单晶注入片，单晶注入片包括层叠设置的薄膜层、注入层和余料层。其中，薄膜层位于最上层，余料层位于最底层，注入层位于薄膜层和余料层之间，通过离子注入法所注入的离子分布在注入层。

在一些可行的实施方式中，离子注入法的离子束可选用氦离子束、氢离子束、氮离子束、氧离子束和氩离子束等离子束中的至少一者。本发明所选择的离子束包括但不限于上述的注入离子；示例性的，离子束的注入剂量范围可为2×10¹⁶ions/cm²-4×10¹⁶ions/cm²；注入能量范围为40keV-600keV，已将所选离子注入至指定位置，形成注入层。

需要说明的是，本申请对离子注入的方式不作特别限定，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生成气体的离子即可，例如：注入的离子可以为氢离子、氦离子、氮离子、氧离子或氩离子等离子中的至少一者。

可以理解的是，在对单晶晶圆进行离子注入时，可以通过调整离子注入能量来调整注入层的深度，具体地，离子注入的能量越大，注入层的深度越深；相反，离子注入的能量越小，注入层的深度越浅。

可以理解的是，在对单晶晶圆进行离子注入时，可以通过调整离子注入剂量来调整注入层的扩散宽度，具体地，离子注入的剂量越大，注入层的扩散宽度越广；相反，离子注入的剂量越小，注入层的扩散宽度越窄。

将薄膜层与衬底晶圆的工艺面接触键合，以使薄膜层、注入层、余料层以及衬底晶圆结合形成键合体。

在一些可行的实施方式中，在将基于离子注入法制备的单晶注入片与衬底晶圆的工艺面键合之前，在所述衬底晶圆的工艺面上制备隔离层；示例性的，采用沉积法或者氧化法制作隔离层，隔离层的材质选择二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅中的至少一者。

在上述实施方式中，采用的步骤为首先准备好已经在表面制备好隔离层的衬底晶圆。将薄膜层与衬底晶圆上的隔离层接触键合，以使薄膜层、注入层、余料层、隔离层以及衬底晶圆结合形成键合体。

在一些可行的实施方式中，可先在衬底晶圆上制备缺陷层，然后在该缺陷层上制备隔离层。示例性的，缺陷层的材质选择多晶硅、非晶硅或多晶锗中的至少一者。示例性的，可通过采用沉积法沉积多晶硅、采用沉积法非晶硅、采用沉积法多晶锗、采用腐蚀法腐蚀衬底晶圆或者通过注入法注入衬底晶圆产生注入损伤，以形成缺陷层。然后在该缺陷层上采用沉积法或者氧化法制作隔离层，隔离层的材质选择二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅中的至少一者。

其中，缺陷层中存在一定密度的晶格缺陷，可以捕获存在于隔离层和衬底晶圆之间的载流子，避免这些载流子引起隔离层与衬底晶圆界面处的载流子聚集，降低复合薄膜的损耗。示例性的，缺陷层的厚度可以为300nm～5000nm。

在一些可行的实施例中，当缺陷层为多晶硅层时，对多晶硅层进行氧化，隔离层的材质此时为二氧化硅。采用沉积法制备隔离层的方式不作限定，可以为化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)或者磁控溅射法等。

示例性的，隔离层的厚度可以为200nm～3000nm。

当采用氧化法制备隔离层时，对多晶硅层进行氧化处理。其中，多晶硅层中远离衬底的一侧被氧化形成二氧化硅层，形成隔离层，多晶硅层中靠近衬底的一侧未被氧化；示例性的，氧化法制备隔离层时的氧化温度可为900℃～1000℃。

在上述实施方式中，采用的步骤为首先准备好衬底晶圆，然后在衬底晶圆上制备缺陷层，再在缺陷层上制备隔离层形成复合衬底，将制备好的复合衬底的隔离层薄膜层接触键合，以使薄膜层、注入层、余料层、隔离层、缺陷层以及衬底晶圆结合形成键合体。

S102：对键合体进行退火处理，使余料层沿注入层由键合体剥离，将薄膜层转移至衬底晶圆上。在该步骤中，对上一步骤形成的键合体进行加热退火，示例性的，将该键合体放置退火炉中，加热至180℃-300℃并保温1-100小时，使余料层沿注入层由键合体剥离，将薄膜层转移至衬底晶圆上。

然后将包括薄膜层和衬底晶圆的部分放置在300℃-600℃下退火1-100小时，以消除晶格损伤。

S103：对薄膜层进行湿法腐蚀处理。

在该步骤中，对位于衬底晶圆上的薄膜层进行腐蚀处理，以提高薄膜层的均匀性并减小薄膜层的厚度。

示例性的，对位于衬底晶圆上的薄膜层进行湿法腐蚀，即通过腐蚀液对薄膜层进行腐蚀处理。单晶注入片的材质选择铌酸锂、钽酸锂、碳化硅、石英、氧化硅、氮化铝、砷化镓或硅等材质中的至少一者，所对应的腐蚀液选择氨水和双氧水的混合液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氟氢酸溶液或四甲基氢氧化铵溶液等溶液中的至少一者。

示例性的，当单晶晶体为铌酸锂、钽酸锂或砷化镓中的至少一者时，腐蚀液可为氨水和双氧水混合液；当单晶晶体为铌酸锂、钽酸锂，氧化硅或石英中的至少一者时，腐蚀液可为氢氧化钠溶液；当单晶晶体为铌酸锂、钽酸锂，氧化硅或石英中的至少一者时，腐蚀液可为氢氧化钾溶液；当单晶晶体为石英或者氧化硅的至少一者时，腐蚀液可为氢氟酸溶液；当单晶晶体为铌酸锂、钽酸锂，氧化硅或石英中的至少一者时，腐蚀液可为氢氧化钾溶液；当单晶晶体为硅时，腐蚀液可为四甲基氢氧化铵(C₄H₁₃NO)溶液。

S104：对薄膜层进行抛光处理。

在该步骤中，将湿法腐蚀处理后薄膜层固定至特定的抛光设备上对薄膜层进行抛光，进一步提高薄膜层的均匀性，改善薄膜层的粗糙度并降低薄膜层的厚度，使薄膜层达到目标厚度，在一些可行的实施方式中，对薄膜层抛光处理的厚度范围为1nm-200nm，优选的，抛光处理的厚度范围1nm-50nm，可以理解的是，抛光的厚度越低，薄膜层的均匀性越好。

在一些可行的实施方式中，湿法腐蚀处理的厚度不小于抛光处理的厚度。

图3是通过本申请一实施例所制备的复合薄膜的薄膜层的厚度均匀性的检测结果示意图。

如图3所示，通过本申请实施例的超平复合薄膜的制备方法所制备的超平复合薄膜的薄膜层的厚度均匀性为13.75nm，远小于现有方法所制备的复合薄膜的薄膜层厚度均匀性的±40nm左右。

为更好地说明本方案，本申请将给出十个具体的实施例。

实施例一：

实施例一提供一种超平复合薄膜的制备方法，包括：

步骤1、准备一片200μm厚、材质为硅的衬底硅晶圆和一片200μm厚、材质为钽酸锂的单晶钽酸锂晶圆，将衬底硅晶圆或者单晶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，然后对两种晶圆采用RCA标准清洗法进行清洗，获得洁净表面。

步骤2、对步骤1处理后的单晶钽酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氦离子，使单晶钽酸锂晶圆从注入面开始依次分为薄膜层、注入层和余料层，注入的氦离子分布在注入层，得到单晶钽酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氦离子时，注入剂量参数为：离子注入氦离子，离子注入的深度为780nm，注入的能量为225kev，注入的剂量为2×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的衬底硅晶圆上用低压力化学气相沉积法(LPCVD)制作二氧化硅层，以形成隔离层，然后进行化学机械抛光至厚度为100nm，获得光滑表面，对其采用RCA标准清洗法进行清洗得到洁净表面。

步骤4、将单晶钽酸锂晶圆注入片的薄膜层与二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到键合体。

步骤5、将键合体放入退火炉中，在180℃下保温4小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分放置在350℃下退火4小时，以消除其晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤6、通过腐蚀液(氢氧化钠溶液)将复合薄膜半成品上的薄膜层腐蚀掉400nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉80nm，最后采用RCA标准清洗法对复合薄膜半成品清洗，从而获得洁净的超平复合薄膜。如图3所示，该超平复合薄膜的薄膜层厚度均匀性为：TTV＝Max-Min＝311.37-297.63＝13.75nm；该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：780-400-80＝300nm。

对比例：

对比例提供一种复合薄膜的制备方法，包括：

步骤1、准备一片200μm厚、材质为硅的衬底硅晶圆和一片200μm厚、材质为钽酸锂的单晶钽酸锂晶圆，将衬底硅晶圆或者单晶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，然后对两种晶圆采用RCA标准清洗法进行清洗，获得洁净表面。

步骤2、对步骤1处理后的单晶钽酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氦离子，使单晶钽酸锂晶圆从注入面开始依次分为薄膜层、注入层和余料层，注入的氦离子分布在注入层，得到单晶钽酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氦离子时，注入剂量参数为：离子注入氦离子，离子注入的深度为780nm，注入的能量为225kev，注入的剂量为2×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的衬底硅晶圆上用低压力化学气相沉积法(LPCVD)制作二氧化硅层，以形成隔离层，然后进行化学机械抛光至厚度为100nm，获得光滑表面，对其采用RCA标准清洗法进行清洗得到洁净表面。

步骤4、将单晶钽酸锂晶圆注入片的薄膜层与二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到键合体。

步骤5、将键合体放入退火炉中，在180℃下保温4小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分放置在350℃下退火4小时，以消除晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤6、将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉480nm，最后采用RCA标准清洗法对复合薄膜半成品清洗，从而获得复合薄膜。如图1所示，该复合薄膜的薄膜层的厚度均匀性为TTV＝Max-Min＝311.15-272.78＝38.36nm。

该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：780-480＝300nm。

经过对比，通过实施例一制备的超平复合薄膜的薄膜层TTV数值(13.75nm)远小于对比例制备的复合薄膜的薄膜层的TTV数值(38.36nm)，从而说明通过实施例一制备的超平复合薄膜的薄膜层的厚度均匀性远优于对比例制备的复合薄膜的薄膜层的厚度均匀性。

实施例二：

实例二提供的一种超平复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、准备一片500μm厚、材质为碳化硅的衬底碳化硅晶圆和一片500μm厚、材质为钽酸锂的单晶钽酸锂晶圆，将衬底碳化硅晶圆或者单晶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，然后对两种晶圆采用RCA标准清洗法对其清洗，获得洁净表面。

步骤2、对步骤1处理后的钽酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氮离子，使单晶钽酸锂晶圆从注入面开始依次分割成薄膜层、注入层和余料层，注入的氮离子分布在注入层，得到单晶钽酸锂晶圆注入片；

采用剥离离子注入法注入氮离子时，注入剂量参数为：离子注入氮离子，离子注入的深度为650nm，注入的能量为580kev，注入的剂量为4×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的衬底碳化硅晶圆上用PVD法制作厚度为10μm的非晶硅层；

步骤4、在非晶硅层上用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，以作为隔离层，然后采用RCA标准清洗法对其清清洗，清洗后得到洁净表面。

步骤5、将单晶钽酸锂晶圆注入片的薄膜层与二氧化硅层接触，采用直接键合法键合，得到键合体。

步骤6、将键合体放入退火炉中，在280℃下保温4小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分放置在450℃下退火4小时，以消除晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤7、通过腐蚀液(氨水：双氧水＝1：1)对薄膜层进行腐蚀掉300nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉50nm，最后采用RCA标准清洗法对复合薄膜半成品清洗，从而获得洁净的超平复合薄膜。该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：650-300-50＝300nm。

实施例三

实例三提供的一种超平复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、准备一片200μm厚、材质为氮化硅的衬底氮化硅晶圆和一片250μm厚、材质为铌酸锂的单晶铌酸锂晶圆，将衬底氮化硅晶圆或者单晶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，然后采用RCA标准清洗法对两种晶圆进行清洗，获得洁净表面，其中，单晶铌酸锂晶圆为经过黑化处理后的单晶铌酸锂晶圆。

步骤2、对步骤1处理后的单晶铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氧离子，使单晶铌酸锂晶圆从注入面开始依次分为薄膜层、注入层和余料层，注入的氧离子分布在注入层，得到单晶铌酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氧离子时，注入剂量参数为：离子注入氧离子，离子注入的深度为440nm，注入的能量为300kev，注入的剂量为1×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的衬底氮化硅晶圆上用PECVD法制作多晶硅层，多晶硅层的厚度为1μm。

步骤4、在多晶硅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，然后对其采用RCA标准清洗法清洗，以得到洁净表面。

步骤5、将单晶铌酸锂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。

步骤6、将键合体放入退火炉中，在200℃下保温2小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分放置在400℃下退火4小时，以消除晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤7、通过腐蚀液(氢氧化钾溶液)将复合薄膜半成品上的薄膜层腐蚀掉200nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉20nm，最后对复合薄膜半成品采用RCA标准清洗法清洗，从而获得洁净的超平复合薄膜。该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：440-200-20＝220nm。

实例四

实例四提供的一种超平薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、准备一片300μm厚、材质为硅的，衬底硅晶圆和一片400μm厚、材质为硅的单晶硅晶圆，将衬底硅晶圆或者单晶硅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，然后采用RCA标准清洗法对两种晶圆进行清洗，使其分别获得洁净表面。

步骤2、对步骤1处理后的硅晶圆采用剥离离子注入法注入氦离子，使单晶硅晶圆从注入面开始依次分成薄膜层、注入层和余料层，注入的氦离子分布在注入层，得到单晶硅晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氦离子时，注入剂量参数为：离子注入氦离子，离子注入的深度为580nm，注入的能量为100kev，注入的剂量为2×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的衬底硅晶圆上用物理气相沉积法制作非晶硅层，以作为缺陷层，非晶硅层的厚度为500nm。

步骤4、在非晶硅层上用PECVD法制作二氧化硅层，以作为隔离层，厚度为5μm，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，采用RCA标准清洗法对其进行清洗，得到洁净表面。

步骤5、将单晶硅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。

步骤6、将键合体放入退火炉中，在350℃下退火4小时，键合体在注入层断开分离成两部分，得到带有薄膜层的复合薄膜半成品。

步骤7、通过腐蚀液(四甲基氢氧化铵TMAH溶液)将复合薄膜半成品的薄膜层腐蚀掉200nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉20nm，最后采用RCA标准清洗法对复合薄膜半成品进行清洗，从而获得洁净的超平复合薄膜。该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：580-200-20＝360nm。

实例五

实例五提供的一种超平复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备一片410μm厚材质为碳化硅的衬底碳化硅晶圆和一片300μm厚、材质为铌酸锂的单晶铌酸锂晶圆，将衬底碳化硅晶圆或者单晶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，然后采用RCA标准清洗法对两种晶圆进行清洗，获得洁净表面，其中，单晶铌酸锂晶圆为经过黑化处理后的单晶铌酸锂晶圆。

步骤2、对步骤1处理后的单晶铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氦离子，使单晶铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成薄膜层、注入层和余料层，注入的氦离子分布在注入层，得到单晶铌酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氦离子时，注入剂量参数为：离子注入氦离子，离子注入的深度为840nm，注入的能量为250kev，注入的剂量为2×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的衬底碳化硅晶圆上用离子注入法注入氩离子，制作单晶硅的损伤层，作为缺陷层，其厚度为5μm。

步骤4、在缺陷层上用PECVD法制作二氧化硅层，作为隔离层，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，厚度为500nm，然后采用RCA标准清洗法对其表面清洗，以得到洁净表面。

步骤5、将单晶铌酸锂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。

步骤6、将键合体放入退火炉中，在240℃下保温2小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分放置在400℃下退火4小时消除晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤7、通过腐蚀液(氨水：双氧水＝1：1)将复合薄膜半成品上的薄膜层进行腐蚀掉300nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉10nm，最后采用RCA标准清洗法对复合薄膜半成品表面清洗，从而获得洁净的超平复合薄膜。该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：840-300-10＝530nm。

实例六

实例六提供的一种超平复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备一片300μm厚、材质为碳化硅的衬底碳化硅晶圆和一片300μm厚、材质为铌酸锂的单晶铌酸锂晶圆，将衬底碳化硅晶圆或者单晶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，然后采用RCA标准清洗法对两种晶圆进行清洗，获得洁净表面，其中，单晶铌酸锂晶圆为经过黑化处理后的单晶铌酸锂晶圆。

步骤2、对步骤1处理后的单晶铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氧离子，使单晶铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成薄膜层、注入层和余料层，注入的氧离子分布在注入层，得到单晶铌酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氧离子时，注入剂量参数为：离子注入氧离子，离子注入的深度为440nm，注入的能量为300kev，注入的剂量为1×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的碳化硅晶圆上用离子注入法注入氩离子，制作单晶硅的损伤层，作为缺陷层，其厚度为5μm。

步骤4、在缺陷层上用PECVD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500nm，采用RCA标准清洗法对其清洗，得到洁净表面。

步骤5、将单晶铌酸锂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。

步骤6、在氮气气氛下，将键合体放入退火炉中，在240℃下保温2小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分放置在400℃下退火4小时，以消除晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤7、通过腐蚀液(氨水：双氧水＝1：1)将复合薄膜半成品上的薄膜层腐蚀掉300nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉10nm，最后采用RCA标准清洗法对复合薄膜半成品表面清洗，获得洁净的超平复合薄膜。该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：440-300-10＝130nm。

实例七

实例六提供的一种超平薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备一片300μm厚、材质为碳化硅的衬底碳化硅晶圆和一片300μm厚、材质为铌酸锂的单晶铌酸锂晶圆，将衬底碳化硅晶圆或者单晶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，然后采用RCA标准清洗法对两种晶圆进行清洗，获得洁净表面，其中，单晶铌酸锂晶圆为经过黑化处理后的单晶铌酸锂晶圆。

步骤2、对步骤1处理后的单晶铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氧离子，使单晶铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成薄膜层、注入层和余料层，注入的氧离子分布在注入层，得到单晶铌酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氧离子时，注入剂量参数为：离子注入氧离子，离子注入的深度为440nm，注入的能量为300kev，注入的剂量为1××10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的碳化硅晶圆上用离子注入法注入氩离子，制作单晶硅的损伤层，作为缺陷层，其厚度为5μm。

步骤4、在缺陷层上用PECVD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500nm，采用RCA标准清洗法对其清洗，得到洁净表面。

步骤5、将单晶铌酸锂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。

步骤6、在氮气气氛下，将键合体放入退火炉中，在240℃下保温2小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分放置在400℃下退火4小时，以消除晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤7、通过腐蚀液(氨水：双氧水＝1：1)将复合薄膜半成品上的薄膜层腐蚀掉300nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉1nm，最后采用RCA标准清洗法对复合薄膜半成品表面清洗，获得洁净的超平复合薄膜。该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：440-300-1＝139nm。

实例八

实例六提供的一种超平复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备一片300μm厚、材质为碳化硅的衬底碳化硅晶圆和一片300μm厚、材质为铌酸锂的单晶铌酸锂晶圆，将衬底碳化硅晶圆或者单晶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，然后采用RCA标准清洗法对两种晶圆进行清洗，获得洁净表面，其中，单晶铌酸锂晶圆为经过黑化处理后的单晶铌酸锂晶圆。

步骤2、对步骤1处理后的单晶铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氧离子，使单晶铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成薄膜层、注入层和余料层，注入的氧离子分布在注入层，得到单晶铌酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氧离子时，注入剂量参数为：离子注入氧离子，离子注入的深度为600nm，注入的能量为400kev，注入的剂量为1×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的碳化硅晶圆上用离子注入法注入氩离子，制作单晶硅的损伤层，作为缺陷层，其厚度为5μm。

步骤4、在缺陷层上用PECVD法制作二氧化硅层，然后对二氧化硅层进行化学机械抛光获得光滑表面，该二氧化硅层厚度为500nm，最后采用RCA标准清洗法对该二氧化硅层清洗，从而得到洁净表面。

步骤5、将单晶铌酸锂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。

步骤6、在氮气气氛下，将键合体放入退火炉中，在240℃下保温2小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分放置在400℃下退火4小时，以消除晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤7、通过腐蚀液(氨水：双氧水＝1：1)将复合薄膜半成品上的薄膜层腐蚀掉300nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉200nm，最后采用RCA标准清洗法对复合薄膜半成品表面清洗，从而获得洁净的超平复合薄膜。该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：600-300-200＝100nm。

实施例九

实例九提供的一种超平复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、准备一片200μm厚、材质为氮化硅的衬底氮化硅晶圆和一片250μm厚、材质为铌酸锂的单晶铌酸锂晶圆，将衬底氮化硅晶圆或者单晶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，然后采用RCA标准清洗法对两种晶圆进行清洗，获得洁净表面，其中，单晶铌酸锂晶圆为经过黑化处理后的单晶铌酸锂晶圆。

步骤2、对步骤1处理后的单晶铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氧离子，使单晶铌酸锂晶圆从注入面开始依次分为薄膜层、注入层和余料层，注入的氧离子分布在注入层，得到单晶铌酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氧离子时，注入剂量参数为：离子注入氧离子，离子注入的深度为440nm，注入的能量为300kev，注入的剂量为1×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的衬底氮化硅晶圆上用PECVD法制作多晶硅层，多晶硅层的厚度为1μm。

步骤4、在多晶硅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，然后对其采用RCA标准清洗法清洗，以得到洁净表面。

步骤5、将单晶铌酸锂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。

步骤6、将键合体放入退火炉中，在200℃下保温2小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分在400℃下退火4小时，以消除晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤7、通过腐蚀液(氢氧化钾溶液)将复合薄膜半成品上的薄膜层腐蚀掉400nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉39nm，最后对其采用RCA标准清洗法清洗，获得洁净的超平复合薄膜。该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：440-400-39＝1nm。

实施例十

实例十提供的一种超平复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、准备一片200μm厚、材质为氮化硅的衬底氮化硅晶圆和一片250μm厚、材质为铌酸锂的单晶铌酸锂晶圆，将衬底氮化硅晶圆或者单晶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，然后采用RCA标准清洗法对两种晶圆进行清洗，获得洁净表面，其中，单晶铌酸锂晶圆为经过黑化处理后的单晶铌酸锂晶圆。

步骤2、对步骤1处理后的单晶铌酸锂晶圆采用剥离离子注入法注入氧离子，使单晶铌酸锂晶圆从注入面开始依次分为薄膜层、注入层和余料层，注入的氧离子分布在注入层，得到单晶铌酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氧离子时，注入剂量参数为：离子注入氧离子，离子注入的深度为1150nm，注入的能量为800kev，注入的剂量为1×10¹⁶ions/cm²。

步骤3、在清洗后的衬底氮化硅晶圆上用PECVD法制作多晶硅层，多晶硅层的厚度为1μm。

步骤4、在多晶硅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，然后对其采用RCA标准清洗法清洗，以得到洁净表面。

步骤5、将单晶铌酸锂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。

步骤6、将键合体放入退火炉中，在200℃下保温2小时，键合体在注入层断开分离成两部分，然后将带有薄膜层的部分放置在400℃下退火4小时，以消除晶格损伤，得到复合薄膜半成品。

步骤7、通过腐蚀液(氢氧化钾溶液)对薄膜层进行腐蚀掉200nm，然后将复合薄膜半成品固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，再通过化学机械将复合薄膜半成品的薄膜层抛光处理掉50nm，最后对复合薄膜半成品采用RCA标准清洗法清洗，从而获得洁净的超平复合薄膜。该超平复合薄膜的薄膜层的厚度为：1150-200-50＝900nm。

另一方面，本申请实施例提供一种超平复合薄膜，通过上述超平复合薄膜制备方法所制备得到。

图4是本申请一实施例提供的超平复合薄膜的结构示意图。

如图4所示，一种超平复合薄膜，该超平复合薄膜通过上述超平复合薄膜制备方法制得，包括薄膜层、隔离层和衬底晶圆。

其中，薄膜层层叠设置在隔离层上，隔离层层叠设置在衬底晶圆上；衬底晶圆用以支撑所述隔离层和所述薄膜层。

图5是本申请另一实施利提供的超平复合薄膜的结构示意图。

如图5所示，在一些可行的实施方式中，超平复合薄膜还包括缺陷层，缺陷层层叠设置在衬底晶圆上，隔离层层叠设置在缺陷层上，缺陷层用以减少隔离层与衬底晶圆之间的载流子，避免这些载流子引起隔离层与衬底晶圆界面处的载流子聚集，降低复合薄膜的损耗。具体地，缺陷层的厚度可以为300nm～5000nm。

在一些可行的实施方式中，隔离层的材质包括二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅等材质中的至少一者。可以理解的是，隔离层的材质为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅等材质中的一种或者多种。

在一些可行的实施方式中，缺陷层的材质包括多晶硅、非晶硅或多晶锗中等材质中的至少一者。可以理解的是，缺陷层的材质包括多晶硅、非晶硅或多晶锗中等材质中的一种或者多种。

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)

1.一种超平复合薄膜制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将基于离子注入法制备的单晶注入片与衬底晶圆的工艺面键合，形成键合体，其中，所述单晶注入片依次包括薄膜层、注入层和余料层；

对所述键合体进行退火处理，使所述余料层沿所述注入层由所述键合体剥离，将所述薄膜层转移至所述衬底晶圆上；

先对所述薄膜层进行湿法腐蚀处理；

再对所述薄膜层进行抛光处理。

2.根据权利要求1所述的超平复合薄膜制备方法，其特征在于，所述湿法腐蚀处理的厚度不小于抛光处理的厚度。

3.根据权利要求1所述的超平复合薄膜制备方法，其特征在于，所述抛光处理的厚度范围1nm-200nm；

或者，所述抛光处理的厚度范围1nm-50nm。

4.根据权利要求1所述的超平复合薄膜制备方法，其特征在于，所述超平复合薄膜的所述薄膜层的厚度为1nm-900nm。

5.根据权利要求1所述的超平复合薄膜制备方法，其特征在于，所述单晶注入片选择铌酸锂、钽酸锂、碳化硅、石英、氧化硅、氮化铝、砷化镓或硅的注入片中的至少一者。

6.根据权利要求5所述的超平复合薄膜制备方法，其特征在于，湿法腐蚀选择的腐蚀液选择氨水和双氧水的混合液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氟氢酸溶液或四甲基氢氧化铵溶液中的至少一者。

7.根据权利要求1所述的超平复合薄膜制备方法，其特征在于，

在将基于离子注入法制备的单晶注入片与衬底晶圆的工艺面键合之前，所述方法还包括：

在所述衬底晶圆的工艺面上制备隔离层；

在制备隔离层之前，在所述衬底晶圆的工艺面上制备缺陷层。

8.根据权利要求1所述的超平复合薄膜制备方法，其特征在于，所述衬底晶圆选择为硅、碳化硅、蓝宝石、石英、SOI、砷化镓中的至少一者。

9.根据权利要求7所述的超平复合薄膜制备方法，其特征在于，所述隔离层的材料为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅中的至少一者；所述缺陷层为多晶硅、非晶硅、多晶锗的至少一者。

10.一种超平复合薄膜，其特征在于，通过权利要求1-9任一所述超平复合薄膜制备方法所制备得到。

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