CN114214732B

CN114214732B - 一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法及复合薄膜

Info

Publication number: CN114214732B
Application number: CN202210159139.5A
Authority: CN
Inventors: 郑姗姗; 胡卉; 胡文; 李真宇; 刘桂银; 刘金鹏
Original assignee: Jinan Jingzheng Electronics Co Ltd
Current assignee: Jinan Jingzheng Electronics Co Ltd
Priority date: 2022-02-22
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2042-02-22
Also published as: CN114214732A

Abstract

本申请公开一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法及复合薄膜，属于半导体制备领域，所述方法利用离子注入‑键合法或者键合‑减薄法，制备复合薄膜，其中，包括制备得到键合体以及对所述键合体热处理的步骤；其中，在对所述键合体热处理的过程中，通过UV紫外灯向所述铁电晶圆表面照射。UV紫外灯可以为键合体提供必要的光生载流子，从而提高键合体的导电率，这样，在热处理过程中，足够的紫外光照射可以有效的导走键合体内积聚的电荷，防止产生极化反转现象，从而保证制备得到的复合薄膜具有良好的压电性、热释电性及电光调制效率。

Description

一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法及复合薄膜

技术领域

本申请属于半导体制备领域，尤其涉及一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法及复合薄膜。

背景技术

铌酸锂和钽酸锂晶体由于其自身具有多种优良的光学性能，如压电、铁电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等光学性质，已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、铁电存储器等各种核心电子元器件。

由于铌酸锂和钽酸锂晶体均为铁电晶体，因此，铌酸锂和钽酸锂晶体晶体具有自发极化，且电偶极矩方向可以在外电场的作用下而改变，呈现出极化反转现象。

以铌酸锂为例，铌酸锂在高温条件下生长而成。在其生长过程中存在如图1中（a）所示的顺电相，当把它冷却到相变温度，即居里温度之下时，晶体结构从图1中（a）所示顺电相转变为图1中（b）所示的铁电相。如图1中（a）所示，顺电相时，Li和Nb分别位于氧平面和氧八面体中心，无自发极化；如图1中（b）所示，铁电相时，Li和Nb都发生了沿Z轴的电偶极矩，即出现了自发极化现象,自发极化矢量Ps沿Z轴方向。

由此可知，Z向切割得到的铌酸锂晶体（以下简称为Z切向铌酸锂晶体）具有自发极化、且在外电场的作用下能够出现极化反转的现象。另外，Z切向铌酸锂晶体不仅具有上述自发极化和极化反转现象，还具有压电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等光学性质。因此，Z切向铌酸锂晶圆和Z切向钽酸锂晶圆是本领域用于制备复合薄膜常用的基础材料。

在利用Z切向铌酸锂晶圆制备复合薄膜时，如果制备过程中存在热处理，在温度急剧变化时，由于Z切向铌酸锂晶圆具有热释电效应，因此会在Z切向铌酸锂晶圆表面形成电荷；又由于复合薄膜中衬底基板的导电率较低，因此形成的电荷会积聚在衬底基板与Z切向铌酸锂晶圆之间，进而形成电场。这样Z切向铌酸锂晶圆的自发极化矢量Ps能够在该电场的作用下发生极化反转，最终导致Z切向铌酸锂晶圆在复合薄膜制备过程中形成极化缺陷，具体在Z切铌酸锂晶圆表面表现出多处极化斑点，这些极化斑点可能对复合薄膜的铁电性能没有影响，但是会导致复合薄膜的压电性、热释电性、电光调制效率都降低，因此，如果将该复合薄膜应用于压电性、热释电性和电光调制方向，都难以满足对应的性能要求。

因此，如何解决制备压电基板过程中铌酸锂和钽酸锂形成极化反转缺陷是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法及复合薄膜。

第一方面，本申请提供一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，包括：

准备铁电晶圆和衬底基板，所述铁电晶圆为Z切向无分量铌酸锂晶圆或Z切向无分量钽酸锂晶圆，或者，所述铁电晶圆为Z切向有分量铌酸锂晶圆或Z切向有分量钽酸锂晶圆；

利用离子注入-键合法或者键合-减薄法，制备复合薄膜，其中，包括制备得到键合体以及对所述键合体热处理的步骤；

其中，在对所述键合体热处理的过程中，通过UV紫外灯向所述铁电晶圆表面照射。

在一种可实现方式中，所述UV紫外灯的波长为310~400nm。

在一种可实现方式中，通过UV紫外灯向所述铁电晶圆表面照射的时间不超过所述热处理的时间。

在一种可实现方式中，所述热处理的温度为100~600℃，所述热处理的时间为1分钟~48小时。

在一种可实现方式中，所述利用离子注入-键合法，制备复合薄膜包括：

通过离子注入法向所述铁电晶圆注入离子，将所述铁电晶圆依次分为余质层、分离层和薄膜层；

将所述铁电晶圆与所述衬底基板键合，得到键合体；

对所述键合体热处理，将所述余质层与所述薄膜层分离。

在一种可实现方式中，所述利用键合-减薄法，制备得复合薄膜包括：

所述铁电晶圆与所述衬底基板键合，得到键合体；

对所述键合体热处理，得到复合薄膜预制备体；

对所述复合薄膜预制备体中铁电晶圆减薄处理，在所述衬底基板上形成目标厚度的薄膜层。

在一种可实现方式中，还包括：

在所述铁电晶圆和衬底基板之间制备隔离层，所述隔离层的材料为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。

在一种可实现方式中，所述衬底基板的材料为铌酸锂、钽酸锂、硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化硅、石英、蓝宝石或石英玻璃。

第二方面，本申请提供一种复合薄膜，所述复合薄膜通过如第一方面任意所述的改善复合薄膜表面极化反转现象的方法制备而成。

第三方面，本申请提供一种电子元器件，所述电子元器件包括第二方面所述的复合薄膜。

本申请提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，在热处理步骤中，通过UV紫外灯向铁电晶圆表面照射，UV紫外灯可以为键合体提供必要的光生载流子，从而提高键合体的导电率，这样，在热处理过程中，足够的紫外光照射可以有效的导走键合体内积聚的电荷，防止产生极化反转现象，从而保证制备得到的复合薄膜具有良好的压电性、热释电性及电光调制效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为铌酸锂晶体的结构示意图；

图2A为本申请实施例提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法流程图；

图2B为本申请实施例提供的又一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法流程图；

图3A为本申请实施例提供在一种Z切向无分量铌酸锂晶圆的结构示意图；

图3B为本申请实施例提供在一种Z切向有分量铌酸锂晶圆的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法流程图；

图5A为采用本申请实施例提供的方法制备得到的复合薄膜中铌酸锂薄膜的电子显微镜图；

图5B为未采用UV紫外灯照射制备得到的复合薄膜中铌酸锂薄膜的电子显微镜图；

图6为对图5B中M区域进行PFM测试的测试结果示意图；

图7为对图5B中N区域进行PFM测试的测试结果示意图。

附图标记说明

100-铁电晶圆，200-衬底基板，300-键合体，400- UV紫外灯，110-余质层，120-分离层，130-薄膜层。

具体实施方式

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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为便于对本申请提供的技术方案的理解，首先对如下顺电相、铁电相、自发极化、极化反转等技术术语进行说明。

铌酸锂和钽酸锂都是铁电晶体，他们通过在高温条件下生长而成。在其生长过程中存在如图1中（a）所示的顺电相，当把它们冷却到相变温度，即居里温度之下时，晶体结构从图1中（a）所示顺电相转变为图1中（b）所示的铁电相。其中，图1中的水平线表示氧平面。

以铌酸锂为例，在顺电相时，Li和Nb分别位于氧平面和氧八面体中心，无自发极化；在铁电相时，Li和Nb都发生了沿Z轴的电偶极矩，即出现了自发极化现象,自发极化矢量Ps沿Z轴方向。

铌酸锂和钽酸锂晶体晶体不仅能够自发极化，而且电偶极矩方向可以在外电场的作用下而改变，通常将这种现象称为极化反转现象。由此可知，Z切向铌酸锂晶圆和Z切向钽酸锂晶圆具有自发极化、且在外电场的作用下能够出现极化反转的现象。

另外，Z切向铌酸锂晶圆和Z切向钽酸锂晶圆不仅具有上述自发极化和极化反转现象，还具有压电、光电、光弹、热释电、光折变和非线性等光学性质。因此，Z切向铌酸锂晶圆和Z切向钽酸锂晶圆是本领域用于制备复合薄膜常用的基础材料。

在利用Z切向铌酸锂晶圆制备复合薄膜时，如果制备过程中存在热处理步骤，在温度急剧变化时，由于Z切向铌酸锂晶圆具有热释电效应，因此会在Z切向铌酸锂晶圆表面形成电荷；又由于复合薄膜中衬底基板的导电率较低，因此形成的电荷会积聚在衬底基板与Z切向铌酸锂晶圆之间，进而形成电场。这样Z切向铌酸锂晶圆的自发极化矢量Ps能够在该电场的作用下发生极化反转，导致Z切向铌酸锂晶圆在复合薄膜制备过程中形成极化缺陷，具体在Z切铌酸锂晶圆表面表现出多处极化斑点，这些极化斑点可能对复合薄膜的铁电性能没有影响，但是会导致制备得到的复合薄膜的压电性、热释电性、电光调制效率都降低，因此，如果将该复合薄膜应用于压电性、热释电性和电光调制方向，都难以满足对应的性能要求。

为解决上述采用Z切向铌酸锂晶圆或Z切向钽酸锂晶圆制备复合薄膜过程中，出现极化反转的现象，本申请实施例提供一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，该方法能够减少制备过程中的极化反转现象，甚至使制备过程中的极化反转现象消失，从而保证制备得到的复合薄膜具有良好的压电性、热释电性及电光调制效率。

下面结合附图对本申请实施例提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法进行详细说明。

如图2A所示，本申请实施例提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，包括以下步骤：

步骤S100、准备铁电晶圆100和衬底基板200，所述铁电晶圆100为Z切向无分量铌酸锂晶圆或Z切向无分量钽酸锂晶圆，或者，所述铁电晶圆为Z切向有分量铌酸锂晶圆或Z切向有分量钽酸锂晶圆。

本申请实施例中，铁电晶圆100是具有一定厚度、用于制备薄膜层的基础材料。

如图3A所示，Z切向无分量铌酸锂晶圆和Z切向无分量钽酸锂晶圆是指将晶柱切割成晶圆片时，垂直于Z轴的切割面的法线方向在Z轴无投影分量。

如图3B所示，Z切向有分量铌酸锂晶圆和Z切向有分量钽酸锂晶圆是指将晶柱切割成晶圆片时，垂直于Z轴的切割面的法线方向在Z轴有投影分量。

根据上述对铁电晶体的说明可知，只要铁电晶圆包括Z切向即垂直于Z轴的切割面，就会存在极化反转的现象。

本申请实施例中衬底基板200可以是单层衬底，也可以是复合衬底，即衬底基板200包括至少一层衬底层。其中，每层衬底层的材料可以相同或不同，本申请对此不进行限定。例如：衬底层材料可以为铌酸锂、钽酸锂、硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化硅、石英、蓝宝石或石英玻璃等，本申请对此不进行限定。

步骤S200、利用离子注入-键合法或者键合-减薄法，制备复合薄膜。

无论采用离子注入-键合法还是键合-减薄法制备复合薄膜的过程中，都包括形成键合体300，以及对键合体300热处理的步骤，其中，键合体300包括依次层叠的所述铁电晶圆100和衬底基板200。

以下分别介绍利用离子注入-键合法和键合-减薄法制备复合薄膜的方法。

如图2B所示，采用离子注入-键合法，制备复合薄膜的方法包括以下步骤：

步骤S210、通过离子注入法向铁电晶圆100注入离子，将铁电晶圆100依次分为余质层110、分离层120和薄膜层130。

本申请实施例对离子注入的方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种离子注入的方式，所注入的离子可以为通过热处理能够生成气体的离子，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。注入离子时，注入剂量可以为2×10¹⁶ions/cm²~4×10¹⁶ions/cm²，注入能量可以为40 KeV ~400KeV，例如，注入能量为50 KeV。

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130的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的薄膜层130的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的薄膜层130的厚度越小。

步骤S220、将铁电晶圆100与衬底基板200键合，得到键合体300。

键合后，铁电晶圆100的薄膜层130与衬底基板200接触，层叠于衬底基板200之上，这样键合体300由上至下依次层叠有余质层110、分离层120、薄膜层130和衬底基板200。

本申请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，获得键合体。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。

需要说明的是，本申请在步骤S200之前还可以包括在衬底基板200上制备隔离层的步骤，这样，步骤S200中则将铁电晶圆100与具有隔离层的衬底基板200键合，得到键合体。

本申请对隔离层的材料不进行限定，例如隔离层的材料可以为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。本申请对制备隔离层的方法也不进行限定，可以采用化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、磁控溅射等沉积方法，也可以采用热氧化方法。例如，衬底基板200为单层硅衬底，通过热氧化方法在单层硅衬底上制备二氧化硅，生成的二氧化硅层作为隔离层。

还需要说明的是，在衬底基板200上制备的隔离层可以是单层也可以是多层，本申请对此不进行限定。例如，在衬底基板200上制备交替堆叠的二氧化硅层和氮化硅层。

还需要说明的是，在制备隔离层的步骤之前还可以包括制备介质层的步骤，例如，可以通过沉积法在衬底基板200表面沉积多晶硅或者非晶硅；或者通过腐蚀法在衬底基板200表面产生腐蚀损伤层。

步骤S230、对键合体300热处理，将余质层110与薄膜层130分离，得到复合薄膜，其中，在对键合体300热处理的过程中，通过UV紫外灯400向所述铁电晶圆100表面照射。

对键合体300进行热处理，热处理的温度可以为100-600℃，热处理的时间可以为1分钟~48小时，在热处理过程中，分离层120内形成气泡，例如，H离子形成氢气，He离子形成氦气等，随着热处理进展，分离层120内的气泡连成一片，最后分离层120裂开，将余质层110与薄膜层130分离，从而使余质层110由键合体300上剥离下来，得到复合薄膜，其中，复合薄膜由上之下依次层叠有薄膜层130和衬底基板200。

由于键合体300中衬底基板200的导电率较低，在热处理这种温度急剧变化时，在铁电晶圆100与衬底基板200键合面键合面附近会产生并积聚电荷，形成电场。又由于铁电晶圆100自身具有自发极化、且在外电场的作用下能够出现极化反转的特点，这样，铁电晶圆100在铁电晶圆100与衬底基板200键合面附近形成的电场的作用下发生极化反转现象，从而影响制备得到的复合薄膜的压电性、热释电性和电光调制效率。

因此，本申请在对键合体300热处理的过程中，通过UV紫外灯向所述铁电晶圆100表面照射。其中，UV紫外灯可以为键合体300提供必要的光生载流子，从而提高键合体300的导电率，这样，在热处理过程中，足够的紫外光照射可以有效的导走键合体300内积聚的电荷，防止产生极化反转现象。

需要说明的是，电荷主要积聚在铁电晶圆100与衬底基板200键合面附近，因此，要求UV紫外灯能够照射到铁电晶圆100与衬底基板200键合面处。一般的，Z切向铌酸锂晶圆和Z切向钽酸锂晶圆的透光范围一般为300~5000nm，因此，理论上采用可见光、红外光和UV紫外灯都可以照射到铁电晶圆100与衬底基板200键合面处；但是，实验证明可见光和红外光不足以在键合界面处产生光生载流子，只有波长更短、频率更高、能量更大的紫外光才能透光铁电晶圆100、到达铁电晶圆100与衬底基板200键合面处产生光生载流子。其中， UV紫外灯的波长优选310-400nm。

还需要说的是，通过UV紫外灯向所述铁电晶圆表面照射的时间一般不要超过所述热处理的时间，避免造成资源浪费。

如图4所示，采用键合-减薄法，制备复合薄膜分方法包括以下步骤：

步骤S310、将所述铁电晶圆100和所述衬底基板200键合，得到键合体300。

在键合-减薄法中，直接将铁电晶圆100和衬底基板200键合，对铁电晶圆100和衬底基板200键合的方法可以参见步骤S220的描述，此处不再赘述。

步骤S320、对所述键合体300热处理，得到复合薄膜预制备体，其中，在对键合体300热处理的过程中，通过UV紫外灯向所述铁电晶圆100表面照射。

在键合-减薄法中，对键合体300热处理的目的是增强铁电晶圆和所述衬底基板之间的键合力，本申请对步骤S320中热处理工艺条件不进行限定，例如，热处理的温度可以为100-600℃，热处理的时间可以为1分钟~48小时。

其中，在热处理过程中，通过UV紫外灯向所述铁电晶圆100表面照射的方法可以参见步骤S230的描述，此处不再赘述。

步骤S330、对所述复合薄膜预制备体中铁电晶圆减薄处理，在所述衬底基板上形成目标厚度的薄膜层。

本申请对采用的具体减薄处理方法不进行限定，例如可以是研磨抛光减薄或机械切削减薄等。将复合薄膜预制备体中铁电晶圆进行减薄处理，直至在衬底基板上形成目标厚度的薄膜层，应理解，该薄膜层与铁电晶圆材料相同，但厚度远小于研磨抛光前铁电晶圆的厚度。

请参见图5A和图5B，其中，图5A为采用本申请实施例提供方法制备得到的复合薄膜中铌酸锂薄膜的电子显微镜图，图5B为未采用UV紫外灯照射制备得到的复合薄膜中铌酸锂薄膜的电子显微镜图。

对比图5A和图5B可以看出，图5B中薄膜表面分布有许多白色斑点，图5A中没有表现出白色斑点。图5B中这些白色斑点称为极化斑点，是在热处理过程中，由于铁电晶圆100发生极化反转形成的极化缺陷，也就是说，图5B中白色斑点为缺陷区域，其他区域为非缺陷区域；图5A中均为非缺陷区域，不存在缺陷区域。由此可知，采用本申请实施例提供的方法制备复合薄膜明显的改善了极化反转现象。

为证明图5A中的白色斑点是由于极化反转形成的极化缺陷，本申请进一步对图5B中M区域和N区域分别进行了压电力显微镜（也称为PFM）测试。

请继续参见图6和图7，其中，图6为对图5B中M区域进行压电力显微镜（也称为PFM）测试的结果示意图，图7为对图5B中N区域进行压电力显微镜（也称为PFM）测试的结果示意图。其中，图6中的（a）和图7中（a）为通过PFM测试的形貌图，图6中的（b）和图7中（b）为通过PFM测试的振幅结果示意图，图6中的（c）和图7中（c）为通过PFM测试的相位结果示意图。

通过图6中（b）、（c）和图7中（b）、（c）可以明显看出，缺陷区域和非缺陷区域不在同一平面上，这样，缺陷区域表现为小坑缺陷；通过相位结果示意图，还可以看出缺陷区域与非缺陷区域的极性方向刚好相差180°，这也证明了图5A中白色斑点是由于极化反转形成的极化缺陷。

通过图6中（a）和图7中（a）可以明显看出，如果在制备复合薄膜的热处理步骤过程中未采用UV紫外灯照射铁电晶圆，则最终制备得到的复合薄膜中薄膜层的表面会形成明显的损伤，这将严重影响复合薄膜的压电性、热释电性、电光调制效率等性能。

综上，本申请实施例提供的改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，在热处理步骤中，通过UV紫外灯向铁电晶圆表面照射，UV紫外灯可以为键合体300提供必要的光生载流子，从而提高键合体300的导电率，这样，在热处理过程中，足够的紫外光照射可以有效的导走键合体300内积聚的电荷，防止产生极化反转现象。

本申请还提供一种复合薄膜，该复合薄膜通过本申请实施例提供的改善复合薄膜表面极化反转现象的方法制备而成。

在一种可实现方式中，本申请提供一种复合薄膜，包括依次层叠的薄膜层和衬底基板，其中，衬底基板可以是单层衬底或复合衬底。

在又一种可实现方式中，本申请提供一种复合薄膜，包括依次层叠的薄膜层、隔离层和衬底基板。

在又一种可实现方式中，本申请提供一种复合薄膜，包括依次层叠的薄膜层、隔离层、介质层和衬底基板。

本申请还提供一种电子元器件，该电子元器件采用本申请实施例提供的复合薄膜。本申请实施例提供的复合薄膜中的薄膜层具有良好的铁电性、压电性、热释电性好和电光调制效率。因此，该电子元器件可以是滤波器、探测器、调制器、铁电存储器等。

实例一

实例一提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，包括如下步骤：

①准备一片4英寸硅晶圆和Z切向铌酸锂晶圆（以下简称为铌酸锂晶圆），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剥离离子注入法注入He⁺，使铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成余质层、分离层和薄膜层，注入的He⁺分布在分离层，得到铌酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入He⁺时，注入剂量参数为：注入剂量为2×10¹⁶ions/cm²，注入能量为40keV，注入深度220nm。

③在清洗后的硅晶圆上用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。

④将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。

⑤在氮气气氛下，将键合体放在热台上，同时通过波长为363nm的UV紫外灯进行照射，键合体在180℃下退火4小时，UV紫外灯照射4小时，键合体在分离层断开分离，得到复合薄膜。

⑥将复合薄膜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。

实例二

实例二提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，包括如下步骤：

①准备一片6英寸氮化硅晶圆和Z切向铌酸锂晶圆（以下简称为铌酸锂晶圆），将氮化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剥离离子注入法注入氩离子，使铌酸锂晶圆从注入面开始依次分割成余质层、分离层和薄膜层，注入的氩离子分布在分离层，得到铌酸锂晶圆注入片。

采用剥离离子注入法注入氩离子时，注入剂量参数为：注入剂量为3×10¹⁶ions/cm²，注入能量为400keV，注入深度为285nm。

③在清洗后的氮化硅晶圆上用LPCVD法制作多晶硅，厚度为1μm，即为第一隔离层。

④在第一隔离层上用热氧化法制作氮化硅，即为第二隔离层，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，第二隔离层的厚度为1μm，RCA清洗得到洁净表面。

⑤将铌酸锂晶圆注入片与氮化硅层接触，采用直接键合法键合，得到键合体。

⑥将键合体放在热台上，同时通过波长为400nm的UV紫外灯进行照射，键合体在200℃下退火3小时，UV紫外灯照射3小时，键合体在分离层断开分离，得到复合薄膜。

⑦将复合薄膜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。

实例三

实例三提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，包括如下步骤：

①准备一片3英寸硅晶圆和Z切向钽酸锂晶圆（以下简称为钽酸锂晶圆），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剥离离子注入法注入He⁺，使钽酸锂晶圆从注入面开始依次分割成余质层、分离层和薄膜层，注入的He⁺离子分布在分离层，得到钽酸锂晶圆注入片；

采用剥离离子注入法注入He⁺时，注入剂量参数为：注入剂量为4×10¹⁶ions/cm²；注入能量为225keV，注入深度706nm；

③在清洗后的硅晶圆上用PVD法制作非晶硅，厚度为500nm，即为第一隔离层。

④在第一隔离层上用PECVD法制作二氧化硅层，厚度为5μm，即为第二隔离层，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将钽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。

⑥将键合体放在热台上，同时通过波长为310nm的UV紫外灯进行照射，键合体在220℃下退火3小时，UV紫外灯照射3小时，键合体在分离层断开分离，得到复合薄膜。

实例四

实例四提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，包括如下步骤：

①准备一片6英寸碳化硅晶圆和Z切向铌酸锂晶圆（以下简称为铌酸锂晶圆），将碳化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。

采用剥离离子注入法注入He⁺时，注入剂量参数为：注入剂量为3×10¹⁶ions/cm²，注入能量为35keV，注入深度165nm。

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，即为第一隔离层，第一隔离层的厚度为5μm。

④在第一隔离层上用PECVD法制作二氧化硅层，即为第二隔离层，然后进行化学机械抛光获得光滑表面，第二隔离层的厚度为500nm，RCA清洗得到洁净表面。

⑤将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。

⑥将键合体放在热台上，同时通过波长为363nm的UV紫外灯进行照射，键合体在240℃下退火2小时，UV紫外灯照射2小时，键合体在分离层断开分离，得到复合薄膜；

实例五

实例五提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，包括如下步骤：

①准备一片3英寸碳化硅晶圆和Z切向铌酸锂晶圆（以下简称为铌酸锂晶圆），将碳化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。

采用剥离离子注入法注入He⁺时，注入剂量参数为：注入剂量为3×10¹⁶ions/cm²，注入能量为400keV，注入深度1.14μm。

⑥将键合体放在热台上，同时通过波长为363nm的UV紫外灯进行照射，键合体在100℃下退火48小时，UV紫外灯照射48小时，键合体在分离层断开分离，得到复合薄膜。

实例六

实例六提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，包括如下步骤：

①准备一片4英寸硅晶圆和Z切向钽酸锂晶圆（以下简称为钽酸锂晶圆），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剥离离子注入法注入H⁺，使钽酸锂晶圆从注入面开始依次分割成余质层、分离层和薄膜层，注入的H⁺离子分布在分离层，得到单晶钽酸锂晶圆注入片；

采用剥离离子注入法注入H⁺时，注入剂量参数为：注入剂量为4×10¹⁶ions/cm²；注入能量为400keV，注入深度2.62μm；

③在清洗后的硅晶圆上用LPCVD法制作非晶硅，厚度为500nm，即为第一隔离层。

⑥将键合体放在热台上，同时通过波长为363nm的UV紫外灯进行照射，键合体在300℃下退火1分钟，UV紫外灯照射1分钟键合体在分离层断开分离，得到复合薄膜；

实例七

实例七提供的一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，包括如下步骤：

②将钽酸锂晶圆与硅晶圆直接键合，得到键合体。

③将键合体放在热台上，同时通过波长为363nm的UV紫外灯进行照射，键合体在300℃下退火1分钟，UV紫外灯照射1分钟键合体在分离层断开分离，得到复合薄膜预制备体；

⑦将复合薄膜预制备体固定在抛光设备的多孔陶瓷吸盘上，对钽酸锂晶圆进行研磨抛光减薄处理，在衬底基板上形成目标厚度的薄膜层；然后进行RCA清洗，获得洁净表面。

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，尤其是复合薄膜对应的实施例部分可以参见改善复合薄膜表面极化反转现象的方法部分。

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

1.一种改善复合薄膜表面极化反转现象的方法，其特征在于，包括：

准备铁电晶圆和衬底基板，所述铁电晶圆为Z切向无分量铌酸锂晶圆或Z切向无分量钽酸锂晶圆；或者，所述铁电晶圆为Z切向有分量铌酸锂晶圆或Z切向有分量钽酸锂晶圆；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UV紫外灯的波长为310~400nm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过UV紫外灯向所述铁电晶圆表面照射的时间不超过所述热处理的时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为100~600℃，所述热处理的时间为1分钟~48小时。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用离子注入-键合法，制备复合薄膜包括：

将所述铁电晶圆与所述衬底基板键合，得到键合体；

对所述键合体热处理，将所述余质层与所述薄膜层分离。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用键合-减薄法，制备得复合薄膜包括：

所述铁电晶圆与所述衬底基板键合，得到键合体；

对所述键合体热处理，得到复合薄膜预制备体；

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底基板的材料为铌酸锂、钽酸锂、硅晶圆、碳化硅晶圆、氮化硅、石英、蓝宝石或石英玻璃。

9.一种复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜通过如权利要求1-8任意所述的改善复合薄膜表面极化反转现象的方法制备而成。