CN108603305A - 单晶层、特别是压电层的制造方法 - Google Patents

单晶层、特别是压电层的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108603305A
CN108603305A CN201680080405.8A CN201680080405A CN108603305A CN 108603305 A CN108603305 A CN 108603305A CN 201680080405 A CN201680080405 A CN 201680080405A CN 108603305 A CN108603305 A CN 108603305A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
substrate
composition
donor substrate
different
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201680080405.8A
Other languages
English (en)
Inventor
布鲁诺·吉瑟兰
J-M·贝斯奥谢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soitec SA
Original Assignee
Soitec SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soitec SA filed Critical Soitec SA
Publication of CN108603305A publication Critical patent/CN108603305A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/093—Forming inorganic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/30—Niobates; Vanadates; Tantalates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02598—Microstructure monocrystalline
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76251—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques
    • H01L21/76254—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques with separation/delamination along an ion implanted layer, e.g. Smart-cut, Unibond
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
    • H03H9/02031—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles consisting of ceramic
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/076—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by vapour phase deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/079—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing using intermediate layers, e.g. for growth control
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8542—Alkali metal based oxides, e.g. lithium, sodium or potassium niobates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G31/00—Compounds of vanadium
    • C01G31/02—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G33/00—Compounds of niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G35/00—Compounds of tantalum

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种制造单晶层(10)的方法，其特征在于，该方法包括以下连续步骤：‑提供包含具有ABO3组成的压电材料的供体衬底(100)，其中，A由来自Li、Na、K、H、Ca的至少一种元素构成；B由来自Nb、Ta、Sb、V的至少一种元素构成；‑提供受体衬底(110)，‑将称为“晶种层”的层(102)从所述供体衬底(100)转移至所述受体衬底(110)上，这通过将供体衬底键合于受体衬底上以使所述晶种层(102)处于键合界面处、随后减薄所述供体衬底(100)直到所述晶种层(102)而进行；‑在所述晶种层(102)的压电材料ABO3上通过外延来生长具有A’B’O3组成的单晶层(103)，其中：A’由以下元素Li、Na、K、H中的至少一种构成；B’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的至少一种构成；A’不同于A，或者B’不同于B。

Description

单晶层、特别是压电层的制造方法
技术领域
本发明涉及单晶层、特别是压电层、特别是针对采用微电子、光子或光学器件的应用的制造方法。具体而言但并非限制性的，所述器件可以是用于射频应用的表面声波器件或者体声波器件。
背景技术
在射频领域中用于滤波的声学部件中，可以分为两类主要的滤波器：
-其一，表面声波滤波器，以缩写SAW(表面声波，Surface Acoustic Wave)为人所知；
-其二，体声波滤波器和谐振器，以缩写BAW(体声波，Bulk Acoustic Wave)为人所知。
关于这些技术的综述可参见W.Steichen和S.Ballandras的文章"Acousticcomponents used for filtering–Review of the different technologies",Techniques de l'Ingénieur[Engineering Technology],E2000,2008[1]。
表面声波滤波器典型地包括厚压电层(通常为数百微米(μm)厚)和沉积在所述压电层的表面上的叉指金属梳形式的两个电极。施加至电极的电信号(通常为电压变化)被转化为弹性波，其在压电层的表面上传播。如果波的频率与滤波器的频带相等，则弹性波的传播得到促进。该波在到达另一电极时再次被转化为电信号。
就体声波滤波器而言，其典型地包括薄压电层(即，通常大致小于1μm厚)和安装在所述薄层的每个主面上的两个电极。施加至电极的电信号(通常为电压变化)被转化为弹性波，其传播经过压电层。如果此弹性波的频率与滤波器的频带相等，则该弹性波的传播得到促进。该波在到达相反面的电极时再次被转化为电信号。
在表面声波滤波器的情形中，压电层必须具有优异的晶体质量，从而不会造成表面波的任何衰减。因此在此情况下，优选单晶层。目前，能够在工业上使用的合适材料为石英、LiNbO3或LiTaO3。压电层通过切割所述材料之一的晶锭来获得，其中，如果波将基本上在其表面上传播，则所述层的厚度所需的精度并不重要。
在体声波滤波器的情形中，压电层必须以精确控制的方式在整个层中具有确定且均一的厚度。相反地，由于晶体质量就滤波器性能的重要标准而言是次要的，目前关于所述层的晶体质量进行了妥协，并且长期以来认为多晶层是可接受的。因此，压电层通过沉积于支持衬底(例如，硅衬底)上而形成。目前，工业上用于这种沉积的材料是AlN、ZnO和Pb(ZrX,Ti1-X)O3(PZT)。
因此，对于两种技术，材料选择极为有限。
然而，取决于滤波器制造商的规格，材料选择是在滤波器的不同性质间妥协的结果。特别是，压电材料的机电耦合系数是对于给定应用和给定部件架构必须使用的材料的选择的标准。
例如，LiNbO3和LiTaO3是高各向异性的材料。由于耦合系数取决于晶体取向，材料的具体取向的选择为材料的选择提供了第一自由度。因此之故，可以见到具有晶体取向多重性的衬底，例如：X切割、Y切割、Z切割、YZ切割、36°旋转Y轴、42°旋转Y轴等。
然而，除了本领域技术人员能够选择具体晶体取向之外，其仅有石英、LiNbO3和LiTaO3来设计表面声波滤波器，从而仅提供有限范围的参数来优化滤波器的特性，即使将来可能有数种其他材料(例如，硅酸镓镧La3Ga5SiO14)加入该列表也是如此。
为了在设计体声波滤波器或表面声波滤波器时给予更大的自由度，理想的是能够使用除上文列举的材料之外的更多材料，前提是材料的品质不受损害。
发明内容
本发明的一个目的在于弥补上述缺点，特别是设计制造特别是用于表面声波器件的由用于此应用的材料以外的其他材料制成的单晶层、特别是压电层的方法，其具体是通过使得能够获得薄(即，小于20μm厚，或小于1μm厚)且均一的层来进行。该方法还必须使得比现有体声波器件能够使用更多种多样的支持衬底。
根据本发明，提出了一种制造单晶层的方法，其特征在于，该方法包括以下连续步骤：
-提供包含具有ABO3组成的压电材料的供体衬底，其中
A由来自Li、Na、K、H的至少一种元素构成；
B由来自Nb、Ta、Sb、V的至少一种元素构成；
-提供受体衬底，
-将称为“晶种层”的层从供体衬底转移至受体衬底上，这通过将所述供体衬底键合于所述受体衬底上以使所述晶种层处于键合界面处、随后减薄所述供体衬底直到所述晶种层而进行；
-在晶种层的压电材料ABO3上通过外延来生长具有A’B’O3组成的单晶层，其中：
A’由以下元素Li、Na、K、H中的至少一种构成；
B’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的至少一种构成；
A’不同于A，或者B’不同于B。
表达“层处于键合界面处”应该理解为层处于与第二衬底键合的第一衬底的面一侧，但这并不一定表明在所述层与第二衬底之间存在直接接触。所述层因此能直接键合于第二衬底，或者被借此实现键合的键合层(例如，介电层)或任何其他类型的层所覆盖。
表达“A不同于A’”应理解为是指A和A’由不同元素组成，和/或由相同元素组成但为不同的化学计量比。
根据一个实施方式，A’包括与A共有的至少一种元素，并且/或者B’包括与B共有的至少一种元素。
表达“A’包括与A共有的至少一种元素”应理解为是指在A中和A’中以相同或不同的化学计量比都存在给定元素(或多种元素)。
根据一个实施方式，当B’不同于B时A’与A相同，且当A’不同于A时B’与B相同。
表达“A’与A相同”应理解为是指A’和A由相同元素以相同化学计量比组成。
根据一个实施方式，A由单一元素组成且B由单一元素组成。
根据实施本发明的一种方式，所述晶种层的转移包括以下步骤：
-在供体衬底中形成脆化区从而界定含有具有ABO3组成的所述压电材料的称为晶种层的层，
-将供体衬底键合于受体衬底上，其中晶种层处于键合界面处，
-将供体衬底沿脆化区剥离，从而将晶种层转移至受体衬底上。
在外延步骤之前，可以去除转移至受体衬底上的晶种层的部分厚度。
有利的是，晶种层的厚度小于2μm，且优选小于1μm。
受体衬底有利地由半导体材料制成，并且包括处于所述晶种层和所述受体衬底之间的中间电荷俘获层。
本发明的另一目的涉及制造单晶层的方法，其特征在于，该方法包括以下连续步骤：
-提供包含具有A’B’O3组成的压电材料的供体衬底，其中
A’由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成；
-在所述压电材料A’B’O3上通过外延生长具有A”B”O3组成的单晶层，其中
A”由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B”由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成；
-提供受体衬底，
-将具有A”B”O3组成的外延层(103)的至少一部分转移至所述受体衬底上，这通过将所述供体衬底经所述外延层键合于所述受体衬底上、随后将所述供体衬底减薄直到具有A”B”O3组成的所述外延层而进行。
根据一个实施方式，在已将具有A”B”O3组成的层(103)转移到所述受体衬底上之后，在所述具有A”B”O3组成的材料上通过外延生长具有A”’B”’O3组成的单晶层，其中，在A”’B”’O3组成中
A”’由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B”’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成。
根据一个实施方式，A”’不同于A”，或B”’不同于B”。
根据实施本发明的一种方式，将具有A”B”O3组成的所述外延层的至少一部分转移至受体衬底上包括以下步骤：
-在供体衬底中或在具有A”B”O3组成的外延层中形成脆化区，从而界定将要转移的层，
-将供体衬底键合于受体衬底上，其中具有A”B”O3组成的外延层处于键合界面处；
-将供体衬底或外延层沿脆化区剥离。
根据一个实施方式，在供体衬底中形成脆化区，并且在所述转移步骤之后将转移的层减薄从而露出具有A”B”O3组成的材料。
根据一个实施方式，A”不同于A’，或B”不同于B’。
根据一个实施方式，A”包括与A’共有的至少一种元素，并且/或者B”包括与B’共有的至少一种元素。
根据一个实施方式，当B”不同于B’时A”与A’相同，且当A”不同于A’时B”与B’相同。
根据一个实施方式，A’由单一元素组成且B’由单一元素组成。
根据实施本发明的一种具体方式，脆化区通过在供体衬底中离子注入而形成。
在一个特别有利的方式中，在外延步骤之后，具有A”B”O3组成的单晶层的厚度为0.2μm至20μm。
另外，在所述受体衬底和所述供体衬底之间的界面处可以形成至少一个电绝缘层和/或至少一个导电层。
根据实施本发明的一种方式，所述方法包括将所述受体衬底上的单晶层的至少一部分转移至最终衬底上。
另一个目的涉及一种用于微电子、光子或光学器件的衬底，其特征在于，该衬底包括支持衬底和处于所述支持衬底上的具有A”B”O3组成的单晶层以及处于支持衬底和具有A”B”O3组成的层之间的具有A’B’O3组成的层，其中
A”由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B”由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成；
A”和B”中的至少一个由至少两种元素组成，
其中
A’由来自Li、Na、K、H的至少一种元素构成，且
B’由来自Nb、Ta、Sb、V的至少一种元素构成。
根据一个实施方式，所述衬底还包括处于具有A”B”O3组成的层上的具有A”’B”’O3组成的单晶层，其中
A”’由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B”’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成。
另一个目的涉及一种制造表面声波器件的方法，其特征在于，该方法包括通过上文所述的方法来制造所述压电层。
另一个目的涉及一种表面声波器件，其特征在于，所述器件包括能够通过上述方法获得的单晶压电层和安装于所述单晶压电层的表面上的两个电极。
另一个目的涉及一种制造体声波器件的方法，其包括在单晶压电层的两个相反面上沉积电极，其特征在于，该方法包括通过上文所述的方法来制造所述压电层。
另一个目的涉及一种体声波器件，其特征在于，该器件包括能够通过上文所述的方法获得的单晶压电层和安装于所述单晶压电层的两个相反面上的两个电极。
本发明的另一个目的涉及一种设计来测定由外部应力引起的变形的微传感器，其特征在于，该微传感器包括能够通过上文所述的方法获得的单晶压电层。
本发明的另一个目的涉及一种微致动器，其被设计来通过施加连续电场或可变电场来引起元件的变形或者运动部的运动，其特征在于，所述微致动器包括能够通过上文所述的方法获得的单晶压电层。
附图说明
本发明的其它特征和优点将由下文给出的具体描述并参照附图而清楚可见，其中：
-图1是表面声波滤波器的功能截面图，
-图2是体声波滤波器的功能截面图，
-图3A至3E示出了根据本发明的第一实施方式的单晶层的制造方法的连续步骤；
-图4A至4E示出了根据本发明的第二实施方式的单晶层的制造方法的连续步骤；
-图4F示出了在图4A至4E所示的实施方式的变型中实施的额外步骤；
-图5A至5C示出了所述方法的可选的后续步骤。
出于附图的可识别性的原因，所示出的要素并不一定按比例呈现。不同的图中由相同附图标记指定的要素是相同的。
具体实施方式
图1是表面声波滤波器的功能图。
所示滤波器包括压电层10和沉积在所述压电层的表面上的两个叉指金属梳形式的两个电极12、13。在与电极12、13相反的一侧上，压电层驻留于支持衬底11上。压电层10是单晶的；事实上，为了不会对表面波造成衰减，要求优异的晶体质量。
图2是体声波谐振器的功能图。
谐振器包括薄压电层(即，通常小于1μm厚，优选小于0.2μm厚)和安装于所述压电层10的各侧的两个电极12、13，由于本发明的制造方法，所述压电层10是单晶的。压电层10驻留于支持衬底11上。为使谐振器与衬底隔开并借此防止波在衬底中传播，在电极13和衬底11之间插入布拉格镜14。在另选的方式中(未示出)，这种隔离可以通过在衬底和压电层之间产生空腔来完成。这些各种布置方式是本领域技术人员已知的，因此在本文中将不再赘述。
在一般方式中，本发明提出了借助以下步骤形成单晶层、特别是压电层：在用作外延的晶种的供体衬底的材料上进行外延，直至获得对于单晶层所需的厚度，并转移至受体衬底，其中所述转移可以在外延之前(在此情况下，称为晶种层的供体衬底的表面层被转移至受体衬底上)或在外延之后(在此情况下，外延层的至少一部分被转移至受体衬底上)完成。
供体衬底可以是所考虑材料的均质单晶衬底。作为另选，供体衬底可以是复合衬底，即为至少两层不同材料的堆叠体形式，其表面层由所考虑的单晶材料组成。
在压电材料中特别关注的是ABO3结构的钙钛矿和类似材料。然而，这些材料所带来的关注不限于其压电特性。特别是对于其他应用而言，例如涉及集成光学的应用，它们还可能因其介电常数、其折射率、或者其热电性质、铁电性质或者铁磁性(例如，在适用时)而受关注。
出现了一大家族。其特别是衍生自二元材料，例如LiNbO3、LiTaO3、KNbO3、KTaO3，从而产生ABO3型的通式，其中，A由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成，且其中B由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成。
综上，将考虑A由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成，且B由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成。
受体衬底充当晶种层的机械支持。其可以是适合于实施外延(特别是就高温时的性能稳定性而言)且有利的但非强制性的是适合于所考虑的应用的任何类型。其可以是均质或复合的。
在受体衬底和晶种层之间可以插入至少一个中间层。例如，这类中间层可以是导电的或电绝缘的。本领域技术人员能够根据其希望旨在包括压电层的射频器件所要具有的性质来选择此层的材料和厚度。
有利地，受体衬底可以由半导体材料制成。这可以是例如硅衬底。该导电材料包括“富阱”型中间层，其可形成于受体衬底上或者形成于受体衬底的表面上。所述富阱型中间层因此位于晶种层和受体衬底之间，并使得受体衬底的电绝缘性能够得到改善。所述富阱型中间层可以由多晶型、非晶型或多孔型的材料中的至少一种所形成，特别是多晶硅、非晶硅或多孔硅，但不限于这些材料。另外，取决于用于完成外延的富阱型中间层在高温的性能稳定性，可能有利的是在受体衬底和所述富阱型中间层之间引入额外的层以避免其在热处理期间再结晶。
根据第一实施方式，所述方法包括将供体衬底的晶种层转移至支持衬底上，随后进行上述的外延步骤。在此情形中，晶种层的材料有利的是具有ABO3组成的材料，其中，A由来自Li、Na、K、H的至少一种元素构成，且B由来自Nb、Ta、Sb、V的至少一种元素构成。根据一个实施方式，A和B均由单一元素组成。例如，式ABO3可以是Lix1K1-x1Nby1Ta1-y1O3，其中x1＝0或1且y1＝0或1。该材料家族的两个极广泛使用的代表是LiNbO3和LiTaO3。在较小的程度上，KNbO3和KTaO3衬底也是可用的。在本文中，这类组成称为二元组成。这类二元材料通常通过以晶锭形式拉延而形成。在此情况下，有利的是外延层的组成不同于A’B’O3型的晶种层的组成，其中A’由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；B’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成；A’不同于A，或B’不同于B。延续之前的实例，式A’B’O3可以是Lix2K1- x2Nby2Ta1-y2O3，其中0≤x2≤1且0≤y2≤1，且其中x2不同于x1，或y2不同于y1。
在本文中，如果包括A和B的元素的总数等于3，则这种组成称为三元；如果包括A’和B’的元素的总数等于4，则这种组成称为四元。与二元材料不同的是，这类三元或四元材料在绝大多数情况下不是通过拉延晶锭来获得，而为了对于所需尺寸具有足够的品质必须通过在合适的支持体上外延来获得。
在ABO3二元组成的材料的第一实施方式中，将优选A’B’O3三元(或更高元)组成的材料。更具体地，优选的是前述ABO3和A’B’O3组成，其中A’包括与A共有的至少一种元素并且/或者B’包括与B共有的至少一种元素，其中，该共有元素有利地为A或B的组成中的主要元素。在进而更优选的方式中，将选择其中当B’不同于B时A’与A相同且当A’不同于A时B’与B相同的前述ABO3和A’B’O3组成。当A或B的主要元素的含量略微变化时(例如，当A为Li且A’为Li0,9Na0,1时，或作为另选当B为Ta0,5Nb0,5且B’为Ta0,6Nb0,4时)，A’可能与A大致相同，或B’与B大致相同。
根据第二实施方式，外延步骤在转移步骤之前完成。在此情况下，充当外延的晶种的供体衬底材料是具有A’B’O3组成的材料，其中A’由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；B’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成。在此情况下，外延层的组成为A”B”O3型，其中A”由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；B”由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成。例如，晶种层的组成为Lix1K1-x1Nby1Ta1-y1O3，其中0≤x1≤1且0≤y1≤1，且外延层的组成为Lix2K1-x2Nby2Ta1-y2O3，其中0≤x2≤1且0≤y2≤1。外延层的材料可以与晶种层的材料相同(换言之，A’与A”相同且B’与B”相同，即，在上述实例中，x1＝x2且y1＝y2)。作为另选，外延层的材料不同于晶种层的材料(换言之，A’不同于A”或B’不同于B”，即，在上述实例中，x1不同于x2或y1不同于y2)。
在第二实施方式中，将优选A’B’O3二元组成的材料和A”B”O3三元(或更高元)组成的材料。更具体地，优选的是其中A”包括与A’共有的至少一种元素并且/或者B”包括与B’共有的至少一种元素的前述A’B’O3和A”B”O3组成，其中，该共有元素有利地为A或B的组成中的主要元素。在甚至更优选的方式中，将选择其中当B”不同于B’时A”与A’相同且当A”不同于A’时B”与B’相同的前述A’B’O3和A”B”O3组成。当A或B的主要元素的含量略微不同时(例如，当A为Li且A’为Li0,9Na0,1时，或作为另选当B为Ta0,5Nb0,5且B’为Ta0,6Nb0,4时)，A’可能与A大致相同，或B’与B大致相同。
根据第二实施方式的变型，所述方法还包括在转移步骤之后在转移的层上恢复外延，从而形成具有A”’B”’O3组成的单晶层，其中A”’由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；B”’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成。例如，所述额外外延层的组成可以为Lix3K1-x3Nby3Ta1-y3O3型，其中0≤x3≤1且0≤y3≤1。x3优选不同于x2或y3不同于y2(换言之，更一般地，A”’不同于A”或B”’不同于B”)。
因此，本发明特别是使得化合物A’B’O3、A”B”O3或A”’B”’O3的薄层能够以优异的晶体质量形成，且至少与该家族的二元材料的均质衬底的晶体质量相当，并在极广的厚度范围内具有受控的厚度、特别是小于20μm的厚度，以及可以通过材料组成调节的各种各样的性质。
外延可以通过任何适当技术来完成，特别是通过化学气相沉积(CVD)、液相外延(LPE)或脉冲激光沉积(PLD)等。就本文考虑的材料而言，可以参见例如出版物[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。
本领域技术人员能够根据必须生长的材料以及所选的技术来确定试剂和操作条件。
不同层的材料的组成通过根据所需性质(例如，取决于应用：压电耦合系数、折射率等)选择构成A、A’、A”和/或A”’以及B、B’、B”和/或B”’的元素以及它们的化学计量比来调节，而且还考虑到对实现外延层及其外延支持体的材料的晶格常数的一致性的需求。外延领域中晶格常数的适配是本领域技术人员已知的。
应该理解，除了所描述的各种外延层之外，可以添加额外的外延层、特别是缓冲层，其旨在控制晶格常数的变化或储存的应力的变化，或作为另选，旨在提供选择性蚀刻终止层的层。
晶种层的转移(或相应地，外延层的转移)典型地意味着将供体衬底和受体衬底键合的步骤(因为晶种层(相应地，外延层)位于键合界面处)，和随后的将受体衬底减薄以露出晶种层(相应地，外延层)的步骤。
在特别有利的方式中，利用公知的用于转移薄半导体层(特别是在以硅制成时)的Smart CutTM法进行转移。
为此，根据第一实施方式，参见图3A，提供了ABO3二元组成的材料的供体衬底100，且通过离子注入形成了界定要转移的单晶层102(旨在形成晶种层)的脆化区101(由箭头图示表示)。在该图中，供体衬底100呈现为均质的，但如上所述其可以另选地为复合的。有利的是，且取决于所考虑的压电材料，注入的物质为氢和/或氦。本领域技术人员能够确定这些物质的剂量和注入能量以在确定的深度(典型地小于2μm)形成脆化区：典型地，且同样取决于所考虑的材料和注入物种，剂量为2E+16离子物质/cm2至2E+17离子物质/cm2，且注入能量为30keV至500keV。隐埋的脆化层可通过本领域技术人员已知的任何其它方式来获得，例如通过材料的孔隙化或者通过激光照射。
参照图3B，以此方式脆化的供体衬底100被键合于受体衬底110上，其中已完成注入的供体衬底表面处于键合界面处。在键合前，供体衬底和/或受体衬底可能被电绝缘层或导电层(未示出)所覆盖，该电绝缘层或导电层将在转移后插入受体衬底和晶种层之间。
参照图3C，供体衬底100沿脆化区101剥离。这种剥离可以通过本领域技术人员已知的任何手段来完成，例如热学、机械或化学手段等。然后将供体衬底的其余部分回收，并可以将其再循环，从而使得层102能够转移至受体衬底110。
参照图3D，可以可选地将转移的层102的表面部分去除，例如通过机械抛光和/或通过化学蚀刻。这种去除材料的目的在于消除与注入以及在脆化区附近剥离相关的任何缺陷。在这种去除后，在受体衬底110获得了减薄的层102，其将充当后续外延步骤的晶种层。作为另选，图3C的转移层102可以直接用作外延用晶种层。
参照图3E，通过在晶种层102上外延使得具有A’B’O3组成的单晶层103生长，其中外延层104的材料不同于晶种层102的材料。因此，晶种层102影响了其晶格常数并使得高品质单晶材料能够生长。当达到对于单晶层所需的厚度时生长停止。最终层10由晶种层102和外延层103的堆叠而形成。外延层103的组成可能在其中不同深度处逐渐地或非连续地变化。
如图3E中可见，在刚刚描述的方法之后，获得了用于表面声波器件或体声波器件的衬底，其包括受体衬底110和在所述受体衬底110上的单晶层10。
层10包括：
-位于与受体衬底110的界面处的第一部分102，对应于晶种层，
-从第一部分102延伸的第二部分103，对应于外延层，其由具有A’B’O3组成的材料制成，其中所述材料可以为至少三元的。
该衬底被有利地用于制造如图1所示的表面声波器件或如图2所示的体声波器件，或者用于微电子、光子或集成光学的其它器件。
晶种层典型地小于2μm厚，且优选小于1μm厚。
外延层的厚度取决于旨在包括单晶层的器件的规格。就此而言，外延层的厚度在最小值或最大值方面没有限制。仅出于参考，下表给出了晶种层和外延层的厚度的组合：
晶种层 0.5μm 0.05μm 0.1μm 0.03μm
外延层 2.5μm 0.95μm 5μm 0.15μm
图4A至4E示出了根据第二实施方式的方法的主要步骤，其中外延在转移之前实施。
参见图4A，提供了包括具有A’B’O3组成的压电材料的供体衬底100。所述供体衬底可以是均质的(如图4A所示)或复合的；在后一情况下，其包括具有A’B’O3组成的表面层。特别是当所述材料至少为三元时正是如此，如果没有由此类材料组成的晶锭的话。然后在所述材料A’B’O3上通过外延而使具有A”B”O3组成的单晶层103生长，具有A’B’O3组成的材料用作外延的晶种。外延层103的材料可以与供体衬底100的材料相同或不同。
然后在供体衬底100的脆化区中或具有A”B”O3组成的外延层103中形成脆化区，从而界定要转移的层。脆化区可以通过注入离子物质来形成(在图4B中由箭头图示)。
在图4B所示的实例中，在外延层103下方的供体衬底100中形成脆化区101。在该情形中，要转移的层由整个外延层103和供体衬底100的部分100’构成。
根据另一个实施方式(未示出)，在层103中形成脆化区。在该情形中，要转移的层由在层103的自由表面和脆化区101之间延伸的部分构成。
参见图4C，供体衬底键合到受体衬底110上，具有A”B”O3组成的外延层103处于键合界面处。
参见图4D，供体衬底100沿脆化区101剥离，从而回收供体衬底的剩余部分，并将由堆叠体103、100’构成的层转移至受体衬底110上。
参见图4E，转移层的至少表面部分被去除。该去除的目的在于消除至少部分100’和可能的层103的一部分，以露出具有A”B”O3组成的材料。
以此方式获得的层103然后可以用于制造表面声波或体声波器件。
根据第二实施方式的变型，如图4F所示进行额外步骤，其由恢复在具有A”B”O3组成的层103上实施的外延所组成，从而形成具有A”’B”’O3组成的额外单晶层104。所述额外层104的材料可以与层103的材料相同，在此情况下后一外延步骤导致层103的增厚(层104与层103在图示上分开表示仅是为使其能够显示，但在最终层中并未分开，除了可能其品质有所不同)。作为另选，额外层104由不同于层103的材料制成。
层103和层104(适用时)的厚度根据旨在包括所述层的射频器件的规格来选择。层103的厚度典型地为0.05μm至2μm。层104的厚度典型地为0.05μm至20μm。
不管涉及哪种实施方式，作为Smart CutTM法的替代方案(未示出)，在供体衬底和受体衬底键合后，可以通过去除材料(例如通过对供体衬底进行机械抛光和/或化学蚀刻直至露出晶种层)来进行转移。该变型不太有利，因其涉及消耗供体衬底，而Smart CutTM法允许可能地再循环供体衬底。相反地，这种变型不要求在供体衬底内进行注入。
如图4E和4F中可见，在根据第二实施方式的方法之后，获得了用于表面声波器件或体声波器件的衬底，其包括受体衬底110和处于所述受体衬底110上的具有A”B”O3组成的单晶层103以及(如果适用)处于层103上的具有A”’B”’O3组成的层104。
该衬底有利地用于制造如图1所示的表面声波器件或者图2所示的体声波器件，其中层103或者(如果适用)层103和104对应于图1和2中的层10，或者用于制造所有其他包括层的微电子、光子或光学器件。
在某些情况下，其上进行外延生长的受体衬底有可能对于最终应用并非最佳。由于受体衬底将承受外延的操作条件，事实上存在有限的合适材料的选择。特别是，受体衬底不能含有可能被外延温度损伤的层或元件。于是可能有利的是将层10转移至其性质根据所寻求的应用来选择的最终衬底111上，这通过将层10经外延层103(或104，如果适用)的表面键合于所述衬底111上(参见图5A)并去除受体衬底(参见图5B)来进行。这种转移可以通过上文所述的任何转移技术进行。这种转移至最终衬底上的另一个优点在于，隐埋在由外延产生的结构中的晶种层102然后露出并在需要时可以被去除(参见图5C)，特别是如果其具有缺陷的话。于是，仅有具有所需特性的外延层103(和层104，如果适用)(或所述层的一部分)留在最终衬底111上。
如果希望制造表面声波器件，则在受体衬底110或者如果适用的最终衬底的相反的层10的表面上沉积两个叉指梳形式的金属电极12、13(不论涉及受体衬底110还是最终衬底111，所述衬底形成图1中标为11的支持衬底)。
如果希望制造体声波器件，必须将上文所述的方法进行相应的改造。首先，在图3B所示的键合步骤之前，在将要从供体衬底转移的层102的自由表面上沉积第一电极，且该第一电极(图2中标为13)被嵌埋在最终堆叠体中。在图3E中所述的外延生长步骤之后，在与第一电极相反的层10的自由表面上沉积第二电极(图2中标为12)。另一个选择是如上所述将层转移至最终衬底上，并在所述转移之前和之后形成电极。其次，为了避免声波在受体衬底110中传播，可以在该衬底中整合隔离手段，其可以例如为布拉格镜(如图2所示)或者在衬底110或最终衬底111(如果适用)中预先蚀刻的空腔。
不论选择哪种实施方式，本发明的方法使得能够形成不仅是二元的而且是三元或四元的单晶层，并因此允许比传统上用于表面声波或体声波器件的材料更大的对于所述层的性质的选择。通过这种方式，可以更容易在压电材料的耦合系数和机电效率之间获得满意的妥协。
另一个对开发这类压电材料的方案特别关注的应用领域是微传感器和微致动器领域。在微传感器的情形中，目的通常在于测定由外部应力引起的变形。相反地，在微致动器的情形中，所寻求的是通过施加电场(不论是连续的还是可变的)来引起元件的变形或者运动部的运动。压电材料的使用使得机械变形和电信号能够相关联。例如在声学领域中，外部应力是使膜变形的压力波。其可以处在声谱内，且典型地受到关注的对象是话筒(传感器模式)和扬声器(致动器模式)。其能够超出可听频率，例如用于生产压电微机械化超声换能器(PMUT)。其还可能涉及静态压力传感器或者惯性传感器(加速度传感器、陀螺仪等)，其中通过压电材料来测定受加速度影响而移动的移动物体的运动。压电材料包括整个变形元件(膜、梁、悬臂等)，或例如通过将其与诸如硅等其他材料堆叠而有利地仅包括其一部分，从而确保可变形部分的改善的机械性质。在致动器范畴中，压电材料能够控制非常精确的运动，并且能够用于例如将墨水驱离打印机墨盒或者微流体系统，或者用于调节光学显微系统的焦距。
参考文献
[1]W.Steichen and S.Ballandras,"Acoustic components used forfiltering–Review of the different technologies",Techniques de l'Ingénieur,E2000,2008
[2]博士论文(Dipl.Phys.ETH Zurich),"K1-yNayTa1-xNbO3 thin film Electro-optics"(Diss.ETH No.17275)
[3]L.S.Hung,J.A.Agostinelli,J.M.Mir,and L.R.Zheng,"Epitaxialnonlinear optical films of LiTaO3 grown on GaAs in waveguide form",Appl.Phys.Lett.62(24),1993年6月14日,3071页
[4]E.Dogheche and D.Remiens,S.Shikata,A.Hachigo,and H.Nakahata,"High-frequency surface acoustic wave devices based on LiNbO3/diamond multilayeredstructure",APPLIED PHYSICS LETTERS 87,213503,2005
[5]A.Bartasyte,V.Plausinaitiene,A.Abrutis,T.Murauskas,P.Boulet,S.Margueron,J.Gleize,S.Robert,V.Kubilius,and Z.Saltyte,"Residual stresses andclamped thermal expansion in LiNbO3 and LiTaO3 thin films",APPLIED PHYSICSLETTERS101,122902(2012)
[6]Letters to Nature,Nature 432,84-87(4 November 2004)doi:10.1038/nature03028；"Lead-free piezoceramics",Yasuyoshi Saito,Hisaaki Takao,ToshihikoTani,Tatsuhiko Nonoyama,Kazumasa Takatori,Takahiko Homma,Toshiatsu Nagaya&Masaya Nakamura

Claims (29)

1.一种制造单晶层(10)的方法，其特征在于，该方法包括以下连续步骤：
-提供包含具有ABO3组成的压电材料的供体衬底(100)，其中
A由来自Li、Na、K、H的至少一种元素构成；
B由来自Nb、Ta、Sb、V的至少一种元素构成；
-提供受体衬底(110)，
-将称为“晶种层”的层(102)从所述供体衬底(100)转移至所述受体衬底(110)上，这通过将所述供体衬底键合于所述受体衬底上以使所述晶种层(102)处于键合界面处、随后减薄所述供体衬底(100)直到所述晶种层(102)而进行；
-在所述晶种层(102)的压电材料ABO3上通过外延来生长具有A’B’O3组成的单晶层(103)，其中：
A’由以下元素Li、Na、K、H中的至少一种构成；
B’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的至少一种构成；
A’不同于A，或者B’不同于B。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，A’包括与A共有的至少一种元素，并且/或者B’包括与B共有的至少一种元素。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当B’不同于B时A’与A相同，并且当A’不同于A时B’与B相同。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，A由单一元素组成且B由单一元素组成。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述晶种层(102)的转移包括以下步骤：
-在所述供体衬底(100)中形成脆化区(101)，从而界定含有具有ABO3组成的所述压电材料的称为晶种层的层，
-将所述供体衬底(100)键合于所述受体衬底(110)上，其中，所述晶种层(102)处于键合界面处，
-将所述供体衬底(100)沿所述脆化区(101)剥离，从而将所述晶种层(102)转移至所述受体衬底(110)上。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在外延步骤之前，去除转移至所述受体衬底(110)上的所述晶种层(102)的部分厚度。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述晶种层(102)的厚度小于2μm，且优选小于1μm。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述受体衬底由半导体材料制成，并且包括处于所述晶种层和所述受体衬底之间的中间电荷俘获层。
9.一种制造单晶层的方法，其特征在于，该方法包括以下连续步骤：
-提供包含具有A’B’O3组成的压电材料的供体衬底(100)，其中
A’由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成；
-在所述压电材料A’B’O3上通过外延来生长具有A”B”O3组成的单晶层(103)，其中
A”由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B”由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成；
-提供受体衬底(110)，
-将具有A”B”O3组成的外延层(103)的至少一部分转移至所述受体衬底(110)上，这通过将所述供体衬底(100)经所述外延层(103)键合于所述受体衬底(110)上、随后将所述供体衬底(100)减薄直到具有A”B”O3组成的所述外延层(103)而进行。
10.如权利要求9所述的方法，该方法包括，在已将具有A”B”O3组成的层(103)转移至所述受体衬底上之后，在所述具有A”B”O3组成的材料上通过外延生长具有A”’B”’O3组成的单晶层(104)，其中
A”’由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B”’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成。
11.如权利要求10所述的方法，其中，A”’不同于A”，或B”’不同于B”。
12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，将具有A”B”O3组成的所述外延层(103)的所述至少一部分转移至所述受体衬底(110)上包括以下步骤：
-在所述供体衬底(100)中或在具有A”B”O3组成的所述外延层(103)中形成脆化区(101)，从而界定将要转移的层，
-将所述供体衬底(100)键合于所述受体衬底(110)上，其中，具有A”B”O3组成的所述外延层(103)处于键合界面处；
-将所述供体衬底(100)或所述外延层(103)沿所述脆化区(101)剥离。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在所述供体衬底(100)中形成所述脆化区(101)，并且在所述转移步骤之后，将转移的层(100’,103)减薄从而露出具有A”B”O3组成的材料。
14.如权利要求9至13中任一项所述的方法，其中，A”不同于A’，或B”不同于B’。
15.如权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，A”包括与A’共有的至少一种元素，并且/或者B”包括与B’共有的至少一种元素。
16.如权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，当B”不同于B’时A”与A’相同，且当A”不同于A’时B”与B’相同。
17.如权利要求9至16中任一项所述的方法，其特征在于，A’由单一元素组成且B’由单一元素组成。
18.如权利要求5或12所述的方法，其中，所述脆化区(101)通过在所述供体衬底(100)中进行离子注入而形成。
19.如权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，在外延步骤之后，具有A”B”O3组成的单晶层(103)的厚度为0.2μm至20μm。
20.如权利要求1至19中任一项所述的方法，其中，在所述受体衬底与所述供体衬底之间的界面处形成至少一个电绝缘层和/或至少一个导电层。
21.如权利要求1至20中任一项所述的方法，该方法包括将所述受体衬底上的单晶层(103,104)的至少一部分转移至最终衬底(111)上。
22.一种用于微电子器件、光子器件或光学器件的衬底，其特征在于，所述衬底包括支持衬底(110)和处于所述支持衬底上的具有A”B”O3组成的单晶层(103)以及处于所述支持衬底(110)和具有A”B”O3组成的层(103)之间的具有A’B’O3组成的层(102)，其中
A”由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B”由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成；
A”和B”中的至少一个由至少两种元素组成，
其中
A’由来自Li、Na、K、H的至少一种元素构成，且
B’由来自Nb、Ta、Sb、V的至少一种元素构成。
23.如权利要求22所述的衬底，其还包括处于具有A”B”O3组成的层(103)上的具有A”’B”’O3组成的单晶层(104)，其中
A”’由以下元素Li、Na、K、H中的一种或多种构成；
B”’由以下元素Nb、Ta、Sb、V中的一种或多种构成。
24.一种制造表面声波器件的方法，其包括在单晶压电层(10)的表面上沉积电极(12,13)，其特征在于，该方法包括通过权利要求1至21中任一项所述的方法来制造所述压电层。
25.一种表面声波器件，其特征在于，所述器件包括能够通过权利要求1至21中任一项所述的方法获得的单晶压电层(10)和安装于所述单晶压电层的表面上的两个电极(12,13)。
26.一种制造体声波器件的方法，其包括在单晶压电层(10)的两个相反面上沉积电极(12,13)，其特征在于，该方法包括通过权利要求1至21中任一项所述的方法来制造所述压电层。
27.一种体声波器件，其特征在于，所述器件包括能够通过权利要求1至21中任一项所述的方法获得的单晶压电层(10)和安装于所述单晶压电层的两个相反面上的两个电极(12,13)。
28.一种设计用来测定由外部应力引起的变形的微传感器，其特征在于，该微传感器包括能够通过权利要求1至21中任一项所述的方法获得的单晶压电层(10)。
29.一种微致动器，其被设计用来通过施加连续电场或可变电场引起元件的变形或者运动部的运动，其特征在于，所述微致动器包括能够通过权利要求1至21中任一项所述的方法获得的单晶压电层(10)。
CN201680080405.8A 2015-12-22 2016-12-21 单晶层、特别是压电层的制造方法 Pending CN108603305A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1563055A FR3045677B1 (fr) 2015-12-22 2015-12-22 Procede de fabrication d'une couche monocristalline, notamment piezoelectrique
FR1563055 2015-12-22
PCT/EP2016/082245 WO2017108994A1 (fr) 2015-12-22 2016-12-21 Procede de fabrication d'une couche monocristalline, notamment piezoelectrique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108603305A true CN108603305A (zh) 2018-09-28

Family

ID=55590008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680080405.8A Pending CN108603305A (zh) 2015-12-22 2016-12-21 单晶层、特别是压电层的制造方法

Country Status (8)

Country Link
US (2) US11101428B2 (zh)
EP (1) EP3394324A1 (zh)
JP (1) JP6816147B2 (zh)
KR (1) KR20180098343A (zh)
CN (1) CN108603305A (zh)
FR (1) FR3045677B1 (zh)
SG (1) SG11201805382SA (zh)
WO (1) WO2017108994A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113926680A (zh) * 2021-09-01 2022-01-14 中国电子科技集团公司第三研究所 超声换能器、超声扫描显微镜以及超声换能器的制作方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180048283A1 (en) * 2015-04-16 2018-02-15 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Lithium tantalate single crystal substrate, bonded substrate, manufacturing method of the bonded substrate, and surface acoustic wave device using the bonded substrate
JP6654435B2 (ja) * 2016-01-07 2020-02-26 株式会社ディスコ ウエーハ生成方法
KR102063051B1 (ko) 2016-11-25 2020-01-07 주식회사 엘지화학 경화성 조성물
FR3073083B1 (fr) * 2017-10-31 2019-10-11 Soitec Procede de fabrication d'un film sur un feuillet flexible
FR3131800B1 (fr) * 2022-01-07 2024-03-22 Soitec Silicon On Insulator Procédé de traitement de substrats
CN114774844A (zh) * 2022-03-31 2022-07-22 清华大学 在原子级别调控薄膜平整表面成分的方法
FR3141308A1 (fr) * 2022-10-20 2024-04-26 Soitec Procede de fabrication d’une couche piezoelectrique sur un substrat
CN117156947B (zh) * 2023-10-31 2024-02-20 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 一种复合压电衬底的制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1139840A (zh) * 1994-12-06 1997-01-08 株式会社村田制作所 表面声波器件的电极形成方法
CN1291349A (zh) * 1998-02-17 2001-04-11 纽约市哥伦比亚大学托管会 单晶膜的晶体离子切割
US6540827B1 (en) * 1998-02-17 2003-04-01 Trustees Of Columbia University In The City Of New York Slicing of single-crystal films using ion implantation
US6593212B1 (en) * 2001-10-29 2003-07-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for making electro-optical devices using a hydrogenion splitting technique
US20030199105A1 (en) * 2002-04-22 2003-10-23 Kub Francis J. Method for making piezoelectric resonator and surface acoustic wave device using hydrogen implant layer splitting
CN1708843A (zh) * 2002-11-07 2005-12-14 S.O.I.泰克绝缘体硅技术公司 在共注入后在中等温度下分离薄膜的方法
US20100131086A1 (en) * 2007-04-13 2010-05-27 Kyoto University Sound source separation system, sound source separation method, and computer program for sound source separation
CN102253451A (zh) * 2011-05-13 2011-11-23 华中科技大学 一种铌酸锂光波导的制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4019200A (en) 1975-06-11 1977-04-19 Rockwell International Corporation Monolithic surface acoustic wave signal storage device
JP3704017B2 (ja) 2000-03-28 2005-10-05 ヤマハ株式会社 弾性表面波素子
US6555946B1 (en) 2000-07-24 2003-04-29 Motorola, Inc. Acoustic wave device and process for forming the same
KR101148587B1 (ko) * 2007-12-25 2012-05-23 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 복합 압전 기판의 제조 방법
US8115365B2 (en) * 2008-04-15 2012-02-14 Ngk Insulators, Ltd. Surface acoustic wave devices
FR2951336B1 (fr) 2009-10-09 2017-02-10 Commissariat A L'energie Atomique Dispositif a ondes acoustiques comprenant un filtre a ondes de surface et un filtre a ondes de volume et procede de fabrication
JP2012106902A (ja) * 2010-10-25 2012-06-07 Fujifilm Corp ペロブスカイト型酸化物膜及びそれを用いた強誘電体膜、強誘電体素子、ペロブスカイト型酸化物膜の製造方法
WO2012128268A1 (ja) 2011-03-22 2012-09-27 株式会社村田製作所 圧電デバイス、圧電デバイスの製造方法
EP2738939B1 (en) * 2011-07-29 2018-12-05 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric device and method of manufacturing piezoelectric device
FR2995136B1 (fr) 2012-09-04 2015-06-26 Soitec Silicon On Insulator Pseudo-substrat avec efficacite amelioree d'utilisation d'un materiau monocristallin

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1139840A (zh) * 1994-12-06 1997-01-08 株式会社村田制作所 表面声波器件的电极形成方法
CN1291349A (zh) * 1998-02-17 2001-04-11 纽约市哥伦比亚大学托管会 单晶膜的晶体离子切割
US6540827B1 (en) * 1998-02-17 2003-04-01 Trustees Of Columbia University In The City Of New York Slicing of single-crystal films using ion implantation
US6593212B1 (en) * 2001-10-29 2003-07-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for making electro-optical devices using a hydrogenion splitting technique
US20030199105A1 (en) * 2002-04-22 2003-10-23 Kub Francis J. Method for making piezoelectric resonator and surface acoustic wave device using hydrogen implant layer splitting
CN1708843A (zh) * 2002-11-07 2005-12-14 S.O.I.泰克绝缘体硅技术公司 在共注入后在中等温度下分离薄膜的方法
US20100131086A1 (en) * 2007-04-13 2010-05-27 Kyoto University Sound source separation system, sound source separation method, and computer program for sound source separation
CN102253451A (zh) * 2011-05-13 2011-11-23 华中科技大学 一种铌酸锂光波导的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. FUKUDA，ET AL.: "Capillary liquid epitaxial growth of LiNbO3 and LiTaO3 single crystal thin films", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113926680A (zh) * 2021-09-01 2022-01-14 中国电子科技集团公司第三研究所 超声换能器、超声扫描显微镜以及超声换能器的制作方法
CN113926680B (zh) * 2021-09-01 2022-12-13 中国电子科技集团公司第三研究所 超声换能器、超声扫描显微镜以及超声换能器的制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210367139A1 (en) 2021-11-25
FR3045677A1 (fr) 2017-06-23
US20180375014A1 (en) 2018-12-27
JP6816147B2 (ja) 2021-01-20
JP2019508924A (ja) 2019-03-28
KR20180098343A (ko) 2018-09-03
US11101428B2 (en) 2021-08-24
WO2017108994A1 (fr) 2017-06-29
EP3394324A1 (fr) 2018-10-31
SG11201805382SA (en) 2018-07-30
FR3045677B1 (fr) 2019-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108603305A (zh) 单晶层、特别是压电层的制造方法
US20230217832A1 (en) Composite substrates including epitaxial monocrystalline piezoelectric layers bonded to substrates, and acoustic wave devices formed with such composite substrates
KR101806578B1 (ko) 표면파 필터 및 벌크파 필터를 포함하는 음향파 디바이스, 및 그 제조 방법
KR101856797B1 (ko) 압전물질 주입에 대한 방법
US11705880B2 (en) Process for producing a micro-electro-mechanical system from a transferred piezoelectric or ferroelectric layer
KR101910195B1 (ko) 부양 막을 포함하는 음향파 공진기의 제조 프로세스
CN108475722B (zh) 用于温度补偿表面声波器件或体声波器件的衬底
CN205792476U (zh) 一种采用超薄压电单晶体制作的薄膜体声波谐振器
TW202220243A (zh) 薄膜移轉方法
KR102457258B1 (ko) 층의 제조 방법
JP2013516099A (ja) 無機エレクトレットベースの電気機械デバイスおよびその作成方法
JP2019519154A (ja) 注入後の基板からの分離により得られる層中の欠陥の修復方法
KR20230086718A (ko) 변형 가능한 층과 압전층을 포함하는 mems 애플리케이션용 복합 구조체 및 관련 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination