电光晶体薄膜、制备方法及电子元件与流程

本申请涉及半导体元件，尤其涉及电光晶体薄膜、制备方法及电子元件。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、电光晶体薄膜的制备方法，包括：

4、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；

5、在凹槽内制备填充层；

6、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；

7、去除填充层，形成电光晶体薄膜。

8、填充层由可腐蚀材料填充至凹槽形成；

9、去除填充层，包括：

10、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。

11、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；

12、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。

13、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：

14、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。

15、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：

16、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。

17、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：

18、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；

19、将复合衬底与功能层进行键合形成复合薄膜。

20、将复合衬底与功能层进行键合形成复合薄膜，包括：

21、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；

22、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。

23、离子注入法和键合分离法制备复合薄膜包括：

24、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；

25、将键合层与复合衬底键合，得到第一键合体；

26、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。

27、键合法和研磨抛光法制备复合薄膜包括：

28、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；

29、将第二键合体放入加热设备中进行保温；

30、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。

31、对衬底层进行刻蚀处理，包括：

32、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；

33、对刻蚀区进行刻蚀处理。

34、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。

35、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。

36、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。

37、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。

38、一种电光晶体薄膜，采用上述任一方案中的制备方法制得。

39、一种电子元器件，电子元器件包括电光晶体薄膜。

40、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。

41、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。

42、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。

技术特征：

1.一种电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

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，所述填充层（3）由可腐蚀材料填充至所述凹槽（102）形成；

3.根据权利要求2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；

4.根据权利要求2所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，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：

5.根据权利要求2所述的电光晶体薄膜的制备方法，其特征在于，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：

6.根据权利要求1-5任一项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：

7.根据权利要求6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：

8.根据权利要求7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：

9.根据权利要求7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：

10.根据权利要求1-5任一项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：

11.根据权利要求1-5任一项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。

12.根据权利要求1-5任一项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。

13.根据权利要求1-5任一项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。

14.根据权利要求1-5任一项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。

15.一种电光晶体薄膜，其特征在于，采用如权利要求1-14任一项所述的制备方法制得。

16.一种电子元器件，其特征在于，包括如权利要求15所述的电光晶体薄膜。

技术总结
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。

技术研发人员：王金翠,张涛,邢兆辉,王有贵,李慧青,董玉爽
受保护的技术使用者：济南晶正电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13