本发明提供一种铌酸锂单晶薄膜芯片及其制作方法。制作方法包括在原料铌酸锂晶圆的光学级表面上制备光波导；在原料铌酸锂晶圆上具有光波导的一侧制备介质膜，介质膜填充在光波导之间的空隙内，光波导与介质膜形成光波导介质层；穿过光波导介质层朝向原料铌酸锂晶圆注入离子，在光波导介质层的下方形成离子层；将支撑晶圆与光波导介质层键合；加热至第一预设温度；加热至第二预设温度，使光波导介质层与原料铌酸锂晶圆分离并存留在支撑晶圆上，第二预设温度大于第一预设温度；对光波导介质层进行抛光处理。该制作方法制备出的光波导的侧壁垂直度很高且光洁度也很高。