阅读说明：本技术 一种基于离子注入的铌酸锂或钽酸锂晶圆黑化方法 (Lithium niobate or lithium tantalate wafer blackening method based on ion implantation ) 是由 欧欣 孙嘉良 游天桂 林家杰 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本申请提供一种基于离子注入的铌酸锂或钽酸锂晶圆黑化方法,包括以下步骤：获取晶圆,所述晶圆为铌酸锂晶圆或钽酸锂晶圆；对所述晶圆进行还原性离子注入处理,获得注入还原性离子的晶圆；将所述注入还原性离子的晶圆进行退火处理。该方法基于离子注入进行晶圆黑化,能够在不影响材料压电性能的情况下,获得高质量黑化晶圆。该方法利用离子注入技术,将Fe2+等还原性离子注入到铌酸锂或钽酸锂晶圆,Fe2+等的注入会占据晶格中原本更高价态离子的格点,增加铌酸锂或钽酸锂晶体中的氧空位浓度,使晶圆内的载流子浓度提升,进而提高晶圆的电导率,降低电阻率,随后对晶圆进行退火修复,能够有效降低晶体的热释电效应。(The application provides a method for blackening a lithium niobate or lithium tantalate wafer based on ion implantation, which comprises the following steps: obtaining a wafer, wherein the wafer is a lithium niobate wafer or a lithium tantalate wafer; performing reductive ion implantation treatment on the wafer to obtain the wafer implanted with reductive ions; and annealing the wafer implanted with the reducing ions. The method carries out wafer blackening based on ion implantation, and can obtain a high-quality blackened wafer under the condition of not influencing the piezoelectric performance of the material. According to the method, reductive ions such as Fe2+ are injected into a lithium niobate or lithium tantalate wafer by using an ion injection technology, the injected ions such as Fe2+ occupy lattice points of original ions with higher valence states in a crystal lattice, the oxygen vacancy concentration in the lithium niobate or lithium tantalate crystal is increased, the carrier concentration in the wafer is increased, the conductivity of the wafer is further improved, the resistivity is reduced, then the wafer is annealed and repaired, and the pyroelectric effect of the crystal can be effectively reduced.)

一种基于离子注入的铌酸锂或钽酸锂晶圆黑化方法

技术领域

本申请涉及晶体材料后处理技术领域，特别涉及一种基于离子注入的铌酸锂或钽酸锂晶圆黑化方法。

背景技术

铌酸锂(LiNbO₃，LN)和钽酸锂(LiTaO₃，LT)晶体属于非常典型的多功能晶体，因其具备优良的铁电、压电、热释电、声光、电光、光折变以及非线性等性质，目前被广泛应用于声表面波器件(SAW)、光通讯以及光电子等领域。声表面波滤波器是LN和LT晶体非常重要的应用方向之一，由于晶体切割抛光后颜色接近透明具有较高的光学透过性，以及其固有的热释电效应，SAW器件的制备仍然存在许多不便。

首先，铌酸锂和钽酸锂晶体具有非常高的热释电系数，高达4×10^-5C/m²K和23×10^-5C/m²K，同时因其较高的电阻率(10¹³Ωcm-10¹⁵Ωcm)，在器件的生产过程中，随着温度的变化，晶圆表面很容易积累大量的静电荷，尽管这些静电荷可以在金属叉指电极间和晶圆间自发释放，但释放过程非常缓慢，易于导致金属叉指电极的烧毁甚至晶圆开裂，从而降低器件制造的良率，大大增加生产成本。其次，由于衬底的高透过率，光透过衬底后经过背面的强反射，会对表面光刻的分辨率造成影响，降低光刻精度。

为解决上述存在的两个问题，目前现有技术中一般采用黑化技术来降低LN和LT晶体的热释电效应，提高电导率。黑化方法发展至今主要包括:1、使用氢气和一氧化碳等还原性气体处理晶圆，2、使用深度黑化后和未经黑化处理过的晶圆进行交替叠放接触处理得到黑片，3、使用碳酸盐和氢化物对晶圆进行处理从而得到黑片。但是上述方法均存在一些问题，一氧化碳和氢气等还原性气体在加热处理时容易发生***，具有极大的安全隐患，晶圆接触式黑化处理可能造成晶圆黑化程度不同，颜色不均匀，而利用碳酸盐和氢化物进行还原由于还原性不够，所需处理时间也比较漫长，其他方法的一些潜在缺点包括晶圆表面吸附颗粒对晶圆质量造成影响和对相应设备的需求困难等。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种基于离子注入的铌酸锂或钽酸锂晶圆黑化方法，包括以下步骤：

获取晶圆，所述晶圆为铌酸锂晶圆或钽酸锂晶圆；

对所述晶圆进行还原性离子注入处理，获得注入还原性离子的晶圆；

对所述注入还原性离子的晶圆进行退火处理。

进一步地，所述还原性离子包括Fe²⁺。

进一步地，所述还原性离子注入的注入能量为0.5-3Mev。

进一步地，所述还原性离子注入的注入剂量0.5-5×10¹⁵/cm²。

进一步地，所述退火处理的过程依次为升温过程、保温过程和冷却过程。

进一步地，所述升温过程的升温速率为5-10℃/min。

进一步地，所述保温过程的保温温度350-550℃。

进一步地，所述保温过程的保温时间10-15h。

进一步地，所述对所述晶圆进行还原性离子注入处理，包括：

对所述晶圆进行贴片处理；

将贴片后的晶圆置入离子注入机中进行还原性离子注入。

进一步地，所述对所述注入还原性离子的晶圆进行退火处理，包括：

将所述注入还原性离子的晶圆置入高温退火炉中进行退火处理。

采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：

本申请提供的基于离子注入的铌酸锂或钽酸锂晶圆黑化方法，能够基于离子注入进行黑化，在不影响材料压电性能的情况下，获得高质量黑化晶圆。该方法利用离子注入技术，将Fe2+等还原性离子注入到铌酸锂或钽酸锂晶圆，Fe2+等的注入会占据晶格中原本更高价态离子的格点，增加铌酸锂或钽酸锂晶体中的氧空位浓度，使晶圆内的载流子浓度提升，进而提高晶圆的电导率，降低电阻率，随后对晶圆进行退火修复，能够有效降低晶体的热释电效应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本申请实施例一种基于离子注入的铌酸锂或钽酸锂晶圆黑化方法的流程示意图。

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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，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的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

请参见图1，图1为本申请实施例一种基于离子注入的铌酸锂或钽酸锂晶圆黑化方法的流程示意图，包括以下步骤：

S1:获取晶圆，所述晶圆为铌酸锂晶圆或钽酸锂晶圆；

S2:对所述晶圆进行还原性离子注入处理，获得注入还原性离子的晶圆；

本申请实施例中，所述还原性离子包括但不仅限于Fe²⁺；所述还原性离子注入的注入能量为0.5-3Mev；所述还原性离子注入的注入剂量0.5-5×10¹⁵/cm²。

本申请实施例中，所述对所述晶圆进行还原性离子注入处理，包括：

对所述晶圆进行贴片处理；将贴片后的晶圆置入离子注入机中进行还原性离子注入。

S3:对所述注入还原性离子的晶圆进行退火处理。

所述退火处理的过程依次为升温过程、保温过程和冷却过程；首先，退火处理的过程先按一定速率升温，随后保温一段时间，最后自然冷却至室温；待退火炉冷却至室温时，取出所得黑化晶圆。

其中，所述升温过程的升温速率为5-10℃/min；所述保温过程的保温温度350-550℃；所述保温过程的保温时间10-15h。

本申请实施例中，注入还原性离子的晶圆可以置入高温退火炉中进行退火处理。

本申请提供的基于离子注入的铌酸锂或钽酸锂晶圆黑化方法，能够基于离子注入进行黑化，在不影响材料压电性能的情况下，获得高质量黑化晶圆。该方法利用离子注入技术，将Fe2+等还原性离子注入到铌酸锂或钽酸锂晶圆，Fe2+等的注入会占据晶格中原本更高价态离子的格点，形成F+色心，晶圆黑化，且增加铌酸锂或钽酸锂晶体中的氧空位浓度，使晶圆内的载流子浓度提升，进而提高晶圆的电导率，降低电阻率，随后对晶圆进行退火修复，能够有效降低晶体的热释电效应。

以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。