CN109155358A - 用于修复通过注入然后与衬底分离所获得的层中的缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于修复组成ABO3的层(10)中的缺陷的方法，其中A由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Li、Na、K、H、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl并且B由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl，所述层(10)是通过层转移法获得的，在所述层转移法中，离子物种被注入到组成ABO3的衬底(100)中以形成限定出所述层的弱化区，然后沿着所述弱化区分离所述衬底以获得与供体衬底的其余部分分离的层(10)，其特征在于它包括使所述层(10)暴露于包含组成元素A的离子的介质(M)以使所述离子渗透到所述被转移层中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于修复组成ABO3的层中的缺陷的方法，其中A由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Li、Na、K、H、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl并且B由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl，所述层是通过包括注入后面是与衬底分离的方法来获得的，并且涉及一种用于特别为微电子、光子或光学装置的应用制作这种层的方法。本发明还涉及用于制作包括这种层的体声波器件和表面声波器件的方法。
背景技术
在用于在射频域中滤波的声学组件当中，可以区分两种主要类别的滤波器：
-一方面，表面声波(SAW)滤波器；
-另一方面，体声波(BAW)滤波器和谐振器。
对于这些技术的回故，可以参照W.Steichen和S.Ballandras,“Composantsacoustiques utilisés pour le filtrage–Revue des différentes technologies”,Techniques de l’Ingénieur,E2000,2008的文章。
表面声波滤波器通常包括厚压电层(也就是说厚度一般地为几百个μm)以及形式为沉积在所述压电层的表面上的两个叉指型金属梳的两个电极。施加到电极的电信号(通常是电压的变化)被转换成在压电层的表面上传播的弹性波。此弹性波的传播在该波的频率对应于滤波器的频率范围的情况下受到优待。此波在到达另一个电极时被再次转换成电信号。
用于其部分的体声波滤波器通常包括薄压电层(也就是说厚度一般地远小于1μm)以及布置在所述薄层的各个主面上的两个电极。施加到电极的电信号(通常是电压的变化)被转换成传播通过压电层的弹性波。此弹性波的传播在该波的频率对应于滤波器的频率范围的情况下受到优待。此波在到达位于相反面上的电极时被再次转换成电压。
在表面声波滤波器的情况下，压电层必须具有极好的结晶质量以便不引起表面波的衰减。因此将优选在这里使用单晶层。目前，可在工业上使用的适合的材料是石英、LiNbO3或LiTaO3。压电层是通过从所述材料中的一种的锭切割来获得的，所述层的厚度所需要的精度不是很重要的，只要波必须基本上在其表面上传播即可。
在体声波滤波器的情况下，压电层必须具有在整个层上均匀的确定厚度，并且必须以精确地控制的方式。另一方面，结晶质量因此传递到对于滤波器的性能重要的第二级参数，目前对于结晶质量进行妥协并且多晶层长期被认为是可接受的。压电层因此是通过沉积在支撑衬底(例如硅衬底)上而形成的。目前，在工业上用于这种沉积的材料是AlN、ZnO和PZT。
材料的选择因此在两种技术中是非常有限的。
然而，材料的选择由根据滤波器的制造商的规格的滤波器的不同性质之间的妥协产生。
为了在体声波滤波器或表面声波滤波器的标注尺寸方面提供更多自由度，将期望能够使用比以上列举的材料更多的材料。特别地，传统上用于表面声波滤波器的材料能表示用于体声波滤波器的有趣的另选方案。
然而，这使得有可能获得这些材料的良好质量的薄均匀层。
第一可能性将是通过抛光和/或蚀刻技术来使从锭切割的厚层变薄。然而，这些技术导致材料的相当大损失并且确实使得不能够获得具有所需均匀性的几百个纳米厚度的层。
第二可能性将是通过在LiNbO3或LiTaO3的供体衬底中创建弱化区以限定出待转移薄层、通过在支撑衬底上接合所述待转移层并且通过沿着弱化区分离供体衬底以将薄层转移到支撑衬底上来实现Smart CutTM型层转移。然而，通过供体衬底中的离子注入来创建弱化区损坏被转移层并且使其压电性质劣化。已知用于硅层的转移的修复方法(值得注意的是退火)由于所述层的复杂晶体结构以及似乎与在硅中插入的那些机制不同的损坏机制而不总是使得有可能完全修复压电层。
发明内容
因此，本发明的一个目的是为了构思一种使得有可能更高效地修复ABO3型衬底中的与Smart CutTM方法的实施方式关联的缺陷的方法。
根据本发明，提出了一种用于修复组成ABO3的层中的缺陷的方法，其中A由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Li、Na、K、H、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl并且B由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl，所述层是通过层转移法来获得的，在所述层转移法中离子物种被注入到组成ABO3的衬底中以形成限定出所述层的弱化区，然后沿着所述弱化区分离所述衬底以获得与供体衬底的其余部分分离的层，所述方法的特征在于，该方法包括使所述层暴露于包含组成元素A的离子的介质以使所述离子渗透到所述被转移层中。
“组成ABO3的衬底”被视为意指完全由ABO3构成或者包括这种材料的至少一个层并且可以通过注入然后分离来形成经受用于修复缺陷的所述方法的组成ABO3的层的衬底。
在A由两种或更多种元素构成的情况下，“组成元素A”标明这些元素中的一种。通过扩展并为了简洁起见，所述修复方法使得有可能穿透到所述层中以修复的所述元素在正文的其余部分中通过“元素A”来标明。
以特别有利的方式，所述元素A的离子通过离子交换机制渗透到所述层中。
根据一个实施方式，包含所述元素A的离子的所述介质是液体并且所述层被浸入在所述液体的浴液中。
例如，可以将组成ABO3的层浸入在包括含有所述元素A的盐的酸溶液的浴液中。
根据另一实施方式，包含所述元素A的离子的所述介质是气相的并且组成ABO3的层被暴露于所述气体。
根据另一实施方式，包含所述元素A的离子的所述介质是固相的，所述介质的层被沉积在组成ABO3的层上。
有利地，所述方法包括至少一个退火步骤以促进所述元素A从所述介质扩散到组成ABO3的层。
根据特定实施方式，所述元素A是锂。
可以将所述层浸入在包括锂盐的酸溶液的浴液中。
锂离子有利地通过逆质子交换机制渗透到所述层中。
根据本发明的一个实施方式，组成ABO3的层是单晶的。
另一目的涉及一种用于制作组成ABO3的层的方法，其中A由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Li、Na、K、H、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl并且B由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl，其特征在于，该方法包括：
-提供组成ABO3的供体衬底，
-在所述供体衬底中注入离子物种以形成弱化区，从而限定出所述层，
-沿着所述弱化区与所述供体衬底分离以获得与所述供体衬底的其余部分分离的所述层，所述层包括缺陷，
-实施如上所述的用于修复所述层的缺陷的方法。
优选地，所注入的物种包括氢和/或氦。
根据一个实施方式，在所述修复步骤之前，去除组成ABO3的层的厚度的一部分。
根据一个实施方式，所述层的厚度大于2μm，优选地大于20μm，所述层在与所述供体衬底分离结束时是自支撑的。
根据另一实施方式，所述方法包括：在形成所述弱化区的步骤与沿着所述弱化区与所述供体衬底分离的步骤之间，在所述供体衬底上施加受体衬底，组成ABO3的层在所述衬底之间的界面处，所述层(10)在与所述供体衬底分离结束时被转移到所述受体衬底上。
所述受体衬底的施加可以包括在所述供体衬底上沉积所述衬底。
另选地，所述受体衬底的施加包括在所述供体衬底上接合所述衬底。
有利地，组成ABO3的层的厚度小于20μm。
可选地，至少一个电绝缘层和/或至少一个导电层形成在所述受体衬底与待转移的所述层之间的所述界面处。
本发明还涉及一种用于制作体声波器件的方法，该方法包括在压电层的两个相反主面上形成电极，其特征在于，该方法包括通过如上所述的方法来制作所述压电层。
本发明还涉及一种用于制作表面声波器件的方法，该方法包括在压电层的表面上形成两个叉指型电极，其特征在于，该方法包括通过如上所述的方法来制作所述压电层。
附图说明
参照附图，本发明的其它特性和优点将从下面的详细描述中变得清楚，在附图中：
-图1A至图1E示意性地例示了根据本发明的一个实施方式的用于制作组成ABO3的单晶层的方法的步骤，
-图2是表面声波滤波器的截面主视图，
-图3是体声波滤波器的截面主视图。
出于这些图的易读性的原因，所例示的元素不一定按比例表示。此外，在不同的图中通过相同的附图标记所标明的元素是相同的。
具体实施方式
参照图1A至图1D，考虑用于制作组成ABO3的层从而实现Smart CutTM方法的方法，该方法包括以下步骤：
-提供组成ABO3的供体衬底，
-通过将离子物种(例如氢和/或氦)注入到供体衬底100中以形成弱化区101，从而限定出待转移层10(参照图1A)，
-在供体衬底100上施加受体衬底110，待转移层10在界面处(参照图1B)，
-沿着弱化区101分离供体衬底100以将层10转移到受体衬底110上(参照图1C)。
供体衬底可以是所考虑的材料的体衬底。另选地，供体衬底可以是复合衬底，也就是说由不同材料的至少两个层的堆叠形成，其中表面层由所考虑的单晶材料构成。
特别感兴趣的压电材料当中的是ABO3结构的钙钛矿和类似材料。然而，对这些材料的兴趣可能不限于其压电特性。值得注意地对于例如与集成光学器件关联的其它应用，如果例如并且视情况而定需要其介电常数、其折射率，或者替代地需要其热电、铁电或替代地铁磁性质，则也能视为对它们感兴趣。
多种大族脱颖而出。它们中的一种特别衍生自诸如LiNbO3、LiTaO3、KNbO3、KTaO3的二元材料以最终得到ABO3型的通用化学式，其中A由以下元素中的一种或更多种构成：Li、Na、K、H并且其中B由以下元素中的一种或更多种构成：Nb、Ta、Sb、V。另一大族特别衍生自SrTiO3、CaTiO3、SrTiO3、PbTiO3、PbZrO3材料以最终得到ABO3型的通用化学式，其中A由以下元素中的一种或更多种构成：Ba、Ca、Sr、Mg、Pb、La、Y并且其中B由以下元素中的一种或更多种构成：Ti、Zr、Sn。其它不太普遍的族也可以衍生自BiFeO3，或替代地LaMnO3、BaMnO3、SrMnO3，或替代地LaAlO3，或替代地LiAlO3、LiGaO3，或替代地CaSiO3、FeSiO3、MgSiO3，或替代地DyScO3、GdScO3和TbScO3。
最后，能通过考虑如下来概括，即A由从以下各项中选择的以下元素中的一种或更多种构成：Li、Na、K、H、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl，并且B由从以下各项中选择的以下元素中的一种或更多种构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl。
这些材料中的一些是单晶的；其它材料不是单晶的。
供体衬底的结晶性质和组分由本领域技术人员根据为待转移层而计划的用途来选择。
受体衬底对被转移层具有机械支撑的功能。它可以是任何性质的，并且，有利地但不命令式地适于目标应用，被转移层可选地能够被稍后转移到另一衬底上。受体衬底可以是块状或复合的。
根据一个实施方式，通过接合来执行在供体衬底上施加受体衬底。
另选地，通过在供体衬底上沉积受体衬底来执行在供体衬底上施加受体衬底。可以使用任何适合的沉积技术，诸如例如但不限于蒸发、阴极溅射、气溶胶溅射、化学相沉积、电沉积、刷涂、旋涂、上漆、丝网印刷、浸渍。这种解决方案特别有利于补偿供体衬底相对于受体衬底的不良粘合。
可选地，该方法包括在受体衬底110与待转移层10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(未表示)。
在层10足够厚以在其上带来一定机械强度的情况下，值得注意地在沿着弱化区分离的操作期间，可以省略施加受体衬底的步骤。层10然后在它与供体衬底的其余部分分离之后被称作自支撑。在这种情况下，层10的厚度通常大于2μm，优选地大于20μm，并且离子物种的注入能量大于1MeV。
在正文的剩余部分中以组成LiXO3的被转移层为例，其中X是铌和/或钽。换句话说，在此非限定示例中，元素A是锂并且元素B是铌和/或钽，应理解的是，本领域技术人员能够为上面引用的其它材料限定适合的条件。值得注意地，层10的修复涉及用在玻璃领域中的离子交换机制。例如，已知通过实现在于将玻璃分别浸入在例如AgNO3或KNO3的熔盐的浴液中的处理来用Ag+或K+离子代替存在于某些玻璃中的Na+离子的一部分。类似地，可以通过使待修复的层暴露于包含希望用来使所述层富集的元素A的离子的介质来实现本发明，所述介质能够是液体的(例如，含有元素A的盐的酸溶液的浴液)、气体的或固体的。
在用于将层10从供体衬底转移到受体衬底的方法期间，值得注意地在离子物种的注入和/或接合或分离的加强的热处理期间，可以使锂迁移至所述层10外部。
锂的这种迁移可以可选地伴随有用注入以形成弱化区的氢原子代替有关原子。
被转移层10因此由于这种锂缺乏而是有缺陷的。
为了补救这个，本发明提出一种用于修复被转移层的缺陷的方法，其中被转移层(以及可选地支撑它的受体衬底的全体)被暴露于包含锂离子的介质M(参照图1D)。
这种暴露具有使锂离子从介质M迁移到被转移层10的作用，从而使转移层富集锂并且恢复所述层在注入和转移之前的结构。
可选地，位于锂原子的位置处的氢原子可迁移到介质M。
逆质子交换型机制在这种迁移中发挥作用。
在Yu.N.Korkishko等人标题为“Reverse proton exchange for buriedwaveguides in LiNbO3”,J.Opt.Soc.Am.A,Vol.15,No.7,July 1998的文章中关于与由本发明解决了的应用完全不同的应用对逆质子交换进行描述。
介质M可以是液体的，在此情况下被转移层被浸入在所述液体的浴液中。例如，在本示例中，介质M是锂盐的酸溶液。本领域技术人员还知道如何使用LiNO3、KNO3和NaNO3的溶液的混合物来更好地控制此操作的效率。
另选地，介质M可以是气体的，在此情况下被转移层被置于包含所述气体的外壳中。
本领域技术人员能够根据要修复的被转移层的组分来限定这种暴露的工作条件，特别是介质的组分、暴露的持续时间和温度。
有利地，被转移层的厚度小于20μm，优选地小于2μm。
根据另一另选方案，介质M可以是固相的，并且被转移层10通过在层10上沉积所述介质的层而被暴露于所述介质(参照图1E)。“在…上”这里被视为意指直接地与所述层10接触，或者通过由不同材料形成的一个或更多个层，只要所述中间层不阻止元素A从构成介质M的层迁移到层10即可。
通过一个或更多个退火步骤元素A的离子到层10中的更好渗透变得可能。可以在操作结束时(可选地在两个连续的退火步骤之间)去除包含元素A的沉积层。
可选地，在修复步骤之前，转移到受体衬底上的层的厚度的一部分被去除。可以通过化学机械抛光、通过蚀刻或者通过任何其它适当的技术来执行这种去除。
此后描述根据本发明转移和修复的层10的两个非限定应用。
图2是表面声波滤波器的主视图。
所述滤波器包括压电层10以及形式为沉积在所述压电层的表面上的两个叉指型金属梳的两个电极12、13。在与电极12、13相反的面上，压电层搁置在支撑衬底11上。压电层10是单晶的，极好的结晶质量的确是必要的以便不引起表面波的衰减。
图3是体声波谐振器的主视图。
谐振器包括薄压电层(也就是说厚度一般地小于1μm，优选地小于0.2μm)和布置在所述压电层10的任何一面上的两个电极12、13。压电层10搁置在支撑衬底11上。为了使谐振器与衬底隔离并且从而避免波在衬底中传播，布拉格反射镜14被插置在电极13与衬底11之间。另选地(未例示)，能通过在衬底与压电层之间布置空腔来实现这种隔离。这些不同的布置为本领域技术人员所知并且因此将不在本正文中进行详细的描述。
在某些情况下，受体衬底对最终应用来说可能不是最佳的。然后可能有利的是，通过使层10接合在所述最终衬底上并且通过利用任何适合的技术去除受体衬底来将层10转移到根据目标应用选择性质的最终衬底(未表示)上。
在希望制作表面声波器件的情况下，形式为两个叉指型梳的金属电极12、13被沉积在层10的与受体衬底110相反或如果需要的话与最终衬底相反的表面上(无论是受体衬底110还是最终衬底111，所述衬底都形成图2中标记为11的支撑衬底)。
在希望制作体声波器件的情况下，必须对上述方法进行改变。一方面，在图1B所例示的接合的步骤之前，第一电极被沉积在供体衬底的待转移层10的自由表面上，这个第一电极(在图3中标记为13)被埋入在最终堆叠中。在图1C所例示的转移步骤之后，第二电极(在图3中标记为12)被沉积在层10的与第一电极相反的自由表面上。另一选项是将层10转移到如以上所提及的最终衬底上并且在所述转移之前和之后形成电极。另一方面，为了避免声波在受体衬底110中传播，能够在其中集成隔离装置，例如布拉格反射镜(如图3所例示的)或如果需要的话预先在受体衬底中或者在最终衬底中蚀刻的空腔。
最后，不言而喻，已经给出的示例仅是对于本发明的应用领域绝不限制的特定例示。
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Yu.N.Korkishko et al.,Reverse proton exchange for buried waveguidesin LiNbO3,J.Opt.Soc.Am.A,Vol.15,No.7,July 1998
Claims (22)
1.一种用于修复组成ABO3的层(10)中的缺陷的方法，其中，A由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Li、Na、K、H、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl，B由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl，所述层(10)是通过层转移法获得的，在所述层转移法中，离子物种被注入到组成ABO3的衬底(100)中以形成限定出所述层的弱化区，然后沿着所述弱化区分离所述衬底以获得与所述供体衬底的其余部分分离的层(10)，其特征在于，所述方法包括使所述层(10)暴露于包含组成元素A的离子的介质(M)以使所述离子渗透到所述被转移的层中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离子通过离子交换机制渗透到所述层(10)中。
3.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其中，包含所述离子的所述介质(M)是液体，并且所述层(10)被浸入在所述液体的浴液中。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中，所述组成ABO3的层(10)被浸入在包括含有所述组成元素A的盐的酸溶液的浴液中。
5.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其中，包含所述离子的所述介质(M)是气相的，并且所述层(10)被暴露于所述气体。
6.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其中，包含所述离子的所述介质(M)是固相的，所述介质(M)的层被沉积在所述层(10)上。
7.根据权利要求6所述的方法，该方法包括至少一个退火步骤以促进所述组成元素A从所述介质(M)扩散到所述层(10)。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其中，A是锂。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述锂离子通过逆质子交换机制渗透到所述层(10)中。
10.根据权利要求8和9中的一项所述的方法，其中，所述层(10)被浸入在包括锂盐的酸溶液的浴液中。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的方法，其中，所述层(10)是单晶的。
12.一种用于制作组成ABO3的层(10)的方法，其中，A由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Li、Na、K、H、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl，B由从以下各项中选择的至少一种元素构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl，其特征在于，所述方法包括：
-提供组成ABO3的供体衬底(100)，
-在所述供体衬底(100)中注入离子物种以形成弱化区(101)，从而限定出所述层(10)，
-沿着所述弱化区(101)分离所述供体衬底(100)以获得与所述供体衬底(100)的其余部分分离的所述层(10)，所述层包含缺陷，
-实施根据权利要求1至11中的一项所述的用于修复所述层(10)的缺陷的方法。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所注入的物种包括氢和/或氦。
14.根据权利要求12和13中的一项所述的方法，其中，在所述修复步骤之前，去除所述层(10)的厚度的一部分。
15.根据权利要求12至14中的一项所述的方法，其中，所述层(10)的厚度大于2μm，优选地大于20μm，所述层在与所述供体衬底(100)分离结束时是自支撑的。
16.根据权利要求12至14中的一项所述的方法，该方法包括：在形成所述弱化区的步骤与沿着所述弱化区从所述供体衬底分离的步骤之间，在所述供体衬底(100)上施加受体衬底(110)，所述层(10)在所述衬底(100,110)之间的界面处，所述层(10)在与所述供体衬底(100)分离结束时被转移到所述受体衬底(110)上。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述受体衬底的施加包括在所述供体衬底(100)上沉积所述衬底(110)。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述受体衬底的施加包括在所述供体衬底(100)上接合所述衬底(110)。
19.根据权利要求16至18中的一项所述的方法，其中，所述层(10)的厚度小于20μm。
20.根据权利要求16至19中的一项所述的方法，其中，至少一个电绝缘层和/或至少一个导电层形成在所述受体衬底(110)与待转移的所述层(10)之间的界面处。
21.一种用于制作体声波器件的方法，该方法包括在压电层(10)的两个相反的主面上形成电极(12,13)，其特征在于，所述方法包括通过根据权利要求12至20中的一项所述的方法来制作所述压电层(10)。
22.一种用于制作表面声波器件的方法，该方法包括在压电层(10)的表面上形成两个叉指型电极(12,13)，其特征在于，所述方法包括通过根据权利要求12至20中的一项所述的方法来制作所述压电层。
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