本申请公开了一种基于分阶段热处理的薄膜制备方法及其复合薄膜，所述方法包括：获取单晶晶圆和衬底晶圆；通过离子注入法将离子注入单晶晶圆，将所述单晶晶圆依次分为余质层、分离层和薄膜层；将单晶晶圆和衬底晶圆进行键合，形成键合体；将键合体放入退火炉内进行热处理，将键合体放入退火炉内分阶段依次进行增强键合力热处理、薄膜层和余料层分离热处理、消除离子损伤热处理，得到复合薄膜。本申请通过将键合体进行分阶段热处理，提高了键合力，将薄膜层和余料层分离以减少薄膜破裂的风险，消除了离子因为注入时造成的损伤，最终实现提升了复合薄膜的质量，进而提高了下游器件的成品率。