EP3394323A1 - Procede de fabrication d'une couche piezoelectrique monocristalline et dispositif microelectronique, photonique ou optique comprenant une telle couche - Google Patents

Procede de fabrication d'une couche piezoelectrique monocristalline et dispositif microelectronique, photonique ou optique comprenant une telle couche

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EP3394323A1
EP3394323A1 EP16819091.6A EP16819091A EP3394323A1 EP 3394323 A1 EP3394323 A1 EP 3394323A1 EP 16819091 A EP16819091 A EP 16819091A EP 3394323 A1 EP3394323 A1 EP 3394323A1
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EP
European Patent Office
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layer
substrate
piezoelectric
seed layer
piezoelectric layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP16819091.6A
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German (de)
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Inventor
Bruno Ghyselen
Ionut Radu
Jean-Marc Bethoux
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Soitec SA
Original Assignee
Soitec SA
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Publication date
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Definitions

  • a second possibility would be to implement a Smart Cut TM layer transfer by creating an embrittlement zone in a quartz donor substrate, LiNb0 3 or LiTa0 3 so as to delimit the thin layer to be transferred, by bonding said layer to be transferred onto a support substrate and detaching the donor substrate along the embrittlement zone so as to transfer the thin layer onto the support substrate.
  • the creation of the zone of weakening by ion implantation in the donor substrate damages the transferred layer and deteriorates its piezoelectric properties.
  • the healing methods including annealing) known for the transfer of silicon layers do not always make it possible to completely repair the piezoelectric layer, because of the complex crystalline structure of said layer and the mechanisms of damage which seem different from those which intervene in silicon.
  • the weakening zone may be formed by ion implantation in the donor substrate.
  • Another object relates to a substrate for a microelectronic device, photonic or optical, comprising a monocrystalline piezoelectric layer on a receiving substrate, characterized in that the piezoelectric layer has a first portion located at the interface with the receiving substrate, and a second portion extending from the first portion and in that the second portion has characteristics different from those of the first portion.
  • a donor substrate 100 of the piezoelectric material is provided and, by ion implantation (schematized by the arrows), an embrittlement zone 101 is formed which delimits a piezoelectric single crystal layer 102 to be transferred. , intended to form the seed layer.
  • the donor substrate 100 is represented solid but, as indicated above, it could possibly be composite.
  • the implanted species are hydrogen or helium, alone or in combination.
  • detachment of the donor substrate 100 is carried out along the embrittlement zone 101. Such detachment may be caused by any means known to those skilled in the art, for example thermal, mechanical, chemical, etc. .
  • the remainder of the donor substrate, which may optionally be recycled, is then recovered, which makes it possible to transfer the layer 102 onto the recipient substrate 1 10.
  • a surface portion of the transferred layer for example by mechanical polishing and / or chemical etching. This removal of material is intended to eliminate any defects related to implantation and detachment.
  • a layer 102 is obtained. thinned on the receiving substrate 1 10, which will serve as a seed layer in the next step.
  • the transferred layer 102 of Figure 3C can be used directly as a seed layer.
  • a substrate is obtained for a surface acoustic wave device or a volume acoustic wave device, which comprises a receiver substrate 1 10 and a monocrystalline piezoelectric layer. 10 on said receiver substrate 1 10.
  • a substrate may also be useful for other applications, for example for photonics and integrated optics.
  • a first electrode is deposited on the free surface of the layer 102 to be transferred from the piezoelectric donor substrate, this first electrode (referenced 13 in FIG. finding buried in the final stack.
  • a second electrode is deposited on the free surface of the piezoelectric layer 10, opposite to the first electrode.
  • Another option is to transfer the piezoelectric layer to a final substrate as mentioned above and to form the electrodes before and after said transfer.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une couche (10) d'un matériau piézoélectrique monocristallin, caractérisé en ce qu'il comprend: - la fourniture d'un substrat donneur (100) dudit matériau piézoélectrique, - la fourniture d'un substrat receveur (110), - le transfert d'une couche dite «couche germe» (102) dudit substrat donneur (100) sur le substrat receveur (110), - la mise en œuvre d'une épitaxie du matériau piézoélectrique sur la couche germe (102) jusqu'à l'obtention de l'épaisseur souhaitée pour la couche piézoélectrique monocristalline (10).

Description

PROCEDE DE FABRICATION
D'UNE COUCHE PIEZOELECTRIQUE MONOCRISTALLINE
ET DISPOSITIF MICROELECTRONIQUE, PHOTONIQUE OU OPTIQUE
COMPRENANT UNE TELLE COUCHE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une couche d'un matériau piézoélectrique monocristallin, notamment pour une application à un dispositif microélectronique, photonique ou optique. En particulier mais de manière non limitative, un tel dispositif peut être un dispositif à ondes acoustiques de volume ou un dispositif à ondes acoustiques de surface pour des applications radiofréquence.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Parmi les composants acoustiques utilisés pour le filtrage dans le domaine radiofréquence, on distingue deux catégories principales de filtres :
- d'une part, les filtres à ondes acoustiques de surface, connus sous l'acronyme SAW (du terme anglo-saxon « Surface Acoustic Wave ») ;
- d'autre part, les filtres et résonateurs à ondes acoustiques de volume, connus sous l'acronyme BAW (du terme anglo-saxon « Bulk Acoustic Wave »).
Pour une revue de ces technologies, on pourra se référer à l'article de W. Steichen et S. Ballandras, « Composants acoustiques utilisés pour le filtrage - Revue des différentes technologies », Techniques de l'Ingénieur, E2000, 2008.
Les filtres à ondes acoustiques de surface comprennent typiquement une couche piézoélectrique épaisse (c'est-à-dire d'épaisseur généralement de plusieurs centaines de μηι) et deux électrodes sous la forme de deux peignes métalliques interdigités déposés sur la surface de ladite couche piézoélectrique. Un signal électrique, typiquement une variation de tension électrique, appliqué à une électrode est converti en onde élastique qui se propage à la surface de la couche piézoélectrique. La propagation de cette onde élastique est favorisée si la fréquence de l'onde correspond à la bande de fréquence du filtre. Cette onde est à nouveau convertie en signal électrique en parvenant à l'autre électrode.
Les filtres à ondes acoustiques de volume comprennent quant à eux typiquement une couche piézoélectrique mince (c'est-à-dire d'épaisseur généralement bien inférieure à 1 μηι) et deux électrodes agencées sur chaque face principale de ladite couche mince. Un signal électrique, typiquement une variation de tension électrique, appliquée à une électrode est convertie en onde élastique qui se propage au travers de la couche piézoélectrique. La propagation de cette onde élastique est favorisée si la fréquence de l'onde correspond à la bande de fréquence du filtre. Cette onde est à nouveau convertie en tension électrique en parvenant à l'électrode située sur la face opposée.
Dans le cas des filtres à ondes acoustiques de surface, la couche piézoélectrique doit présenter une excellente qualité cristalline pour ne pas engendrer d'atténuation de l'onde de surface. On préférera donc ici utiliser une couche monocristalline. A l'heure actuelle, les matériaux adéquats utilisables industriellement sont le quartz, le LiNb03 ou le LiTa03. La couche piézoélectrique est obtenue par découpe d'un lingot de l'un desdits matériaux, la précision requise pour l'épaisseur de ladite couche étant peu importante dans la mesure où les ondes doivent se propager essentiellement à sa surface.
Dans le cas des filtres à ondes acoustiques de volume, la couche piézoélectrique doit présenter une épaisseur déterminée et uniforme sur l'ensemble de la couche, et ce de manière précisément contrôlée. En revanche, la qualité cristalline passant de fait au second ordre des paramètres d'importance pour les performances du filtre, des compromis sont actuellement faits en ce qui concerne la qualité cristalline et une couche polycristalline a longtemps été considérée comme acceptable. La couche piézoélectrique est donc formée par dépôt sur un substrat support (par exemple un substrat de silicium). A l'heure actuelle, les matériaux employés industriellement pour un tel dépôt sont l'AIN, le ZnO et le PZT.
Les choix de matériaux sont donc très limités dans les deux technologies.
Or, le choix d'un matériau résulte d'un compromis entre différentes propriétés du filtre, en fonction des spécifications du fabricant du filtre.
Pour offrir davantage de liberté dans le dimensionnement des filtres à ondes acoustiques de volume ou des filtres à ondes acoustiques de surface, il serait souhaitable de pouvoir utiliser davantage de matériaux que les matériaux listés plus haut. En particulier, les matériaux utilisés traditionnellement pour les filtres à ondes acoustiques de surface pourraient représenter des alternatives intéressantes pour des filtres à ondes acoustiques de volume.
Ceci impose toutefois de pouvoir obtenir des couches minces, uniformes et de bonne qualité de ces matériaux.
Une première possibilité serait d'amincir les couches épaisses découpées à partir des lingots, par des techniques de polissage et/ou de gravure. Toutefois, ces techniques entraînent une perte importante de matière et ne permettent pas d'obtenir une couche de quelques centaines de nanomètres d'épaisseur avec l'uniformité requise.
Une deuxième possibilité serait de mettre en œuvre un transfert de couche de type Smart Cut™ en créant une zone de fragilisation dans un substrat donneur de quartz, de LiNb03 ou de LiTa03 de sorte à délimiter la couche mince à transférer, en collant ladite couche à transférer sur un substrat support et en détachant le substrat donneur le long de la zone de fragilisation de sorte à transférer la couche mince sur le substrat support. Toutefois, la création de la zone de fragilisation par implantation ionique dans le substrat donneur endommage la couche transférée et détériorent ses propriétés piézoélectriques. Les procédés de guérison (notamment les recuits) connus pour le transfert de couches de silicium ne permettent pas toujours de réparer complètement la couche piézoélectrique, en raison de la structure cristalline complexe de ladite couche et des mécanismes d'endommagement qui semblent différents de ceux qui interviennent dans le silicium.
Enfin, il n'existe à ce jour pas de substrat adéquat, présentant notamment un paramètre de maille adapté, pour former par hétéroépitaxie une couche mince monocristalline de qualité suffisante de quartz, de LiNb03 ou de LiTa03, même si des substrats comme le saphir par exemple ont fait l'objet de plusieurs essais.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités et notamment de concevoir un procédé de fabrication d'un substrat pour un dispositif microélectronique, photonique ou optique, notamment mais de manière non limitative un dispositif à ondes acoustiques de volume, ou un dispositif à ondes acoustiques de surface dans une gamme plus vaste de matériaux, en particulier en permettant d'obtenir des couches minces (c'est- à-dire d'épaisseur inférieure à 20 μηη, voire inférieure à 1 μηη) et uniformes des matériaux utilisés pour les dispositifs à ondes acoustiques de surface. Par ailleurs, ce procédé doit également permettre d'utiliser une plus grande variété de substrats supports que dans les dispositifs à ondes acoustiques de volume existants.
Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une couche d'un matériau piézoélectrique monocristallin, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la fourniture d'un substrat donneur dudit matériau piézoélectrique,
- la fourniture d'un substrat receveur,
- le transfert d'une couche dite « couche germe » dudit substrat donneur sur le substrat receveur,
- la mise en œuvre d'une épitaxie du matériau piézoélectrique sur la couche germe jusqu'à l'obtention de l'épaisseur souhaitée pour la couche piézoélectrique monocristalline.
Selon un mode de réalisation, le transfert de la couche germe comprend les étapes suivantes :
- la formation d'une zone de fragilisation dans le substrat donneur de sorte à délimiter la couche germe à transférer,
- le collage du substrat donneur sur le substrat receveur, la couche germe à transférer étant à l'interface,
- le détachement du substrat donneur le long de la zone de fragilisation de sorte à transférer la couche germe sur le substrat receveur. La zone de fragilisation peut être formée par implantation ionique dans le substrat donneur.
De préférence, le matériau piézoélectrique est choisi parmi le quartz et les composés de formule LiX03, où X est choisi parmi le niobium et le tantale.
De manière avantageuse, lequel l'épaisseur de la couche germe est inférieure à
2 μηη, de préférence inférieure à 1 μηη.
Selon une forme d'exécution, avant l'étape d'épitaxie, on retire une partie de l'épaisseur de la couche germe transférée sur le substrat receveur.
De manière avantageuse, l'épaisseur de la couche piézoélectrique monocristalline à l'issue de l'étape d'épitaxie est comprise entre 0,2 et 20 μηι.
Selon un mode de réalisation, on forme au moins une couche électriquement isolante et/ou au moins une couche électriquement conductrice à l'interface entre le substrat receveur et la couche germe.
Selon une forme d'exécution particulière, le procédé comprend, après l'épitaxie, le transfert d'au moins une partie de la couche piézoélectrique monocristalline sur un substrat final.
De manière avantageuse, le procédé comprend, après ledit transfert sur le substrat final, le retrait de la couche germe.
De manière avantageuse, le substrat receveur est en matériau semi-conducteur, et comprend une couche intermédiaire de piégeage de charges située entre la couche germe et le substrat receveur.
Un autre objet concerne un substrat pour un dispositif microélectronique, photonique ou optique, comprenant une couche piézoélectrique monocristalline sur un substrat receveur, caractérisé en ce que la couche piézoélectrique présente une première portion située à l'interface avec le substrat receveur, et une seconde portion s'étendant à partir de la première portion et en ce que la seconde portion présente des caractéristiques différentes de celles de la première portion.
Un autre objet concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de volume, comprenant la formation d'électrodes sur deux faces principales opposées d'une couche piézoélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend la fabrication de ladite couche piézoélectrique par un procédé tel que décrit ci-dessus.
Un autre objet concerne un dispositif à ondes acoustiques de volume caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique susceptible d'être obtenue par un procédé tel que décrit plus haut, et deux électrodes agencées sur deux faces principales opposées de ladite couche.
Un autre objet concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de surface, comprenant la formation de deux électrodes interdigitées sur la surface d'une couche piézoélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend la fabrication de ladite couche piézoélectrique par un procédé tel que décrit ci-dessus.
Un autre objet concerne un dispositif à ondes acoustiques de surface caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique susceptible d'être obtenue par un procédé tel que décrit ci-dessus, et deux électrodes interdigitées sur une face de ladite couche piézoélectrique.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 est une vue de principe en coupe d'un filtre à ondes acoustiques de surface,
la figure 2 est une vue de principe en coupe d'un filtre à ondes acoustiques de volume,
- les figures 3A à 3E illustrent des étapes successives du procédé de fabrication d'une couche piézoélectrique monocristalline selon un mode de réalisation de l'invention, les figures 3F à 3H illustrent des étapes ultérieures optionnelles dudit procédé. Pour des raisons de lisibilité des figures, les éléments illustrés ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle. Par ailleurs, les éléments désignés par les mêmes signes de référence sur différentes figures sont identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
La figure 1 est une vue de principe d'un filtre à ondes acoustiques de surface.
Ledit filtre comprend une couche piézoélectrique 10 et deux électrodes 12, 13 sous la forme de deux peignes métalliques interdigités déposés sur la surface de ladite couche piézoélectrique. Du côté opposé aux électrodes 12, 13, la couche piézoélectrique repose sur un substrat support 1 1. La couche piézoélectrique 10 est monocristalline, une excellente qualité cristalline étant en effet préférable pour ne pas engendrer d'atténuation de l'onde de surface.
La figure 2 est une vue de principe d'un résonateur à ondes acoustiques de volume.
Le résonateur comprend une couche piézoélectrique mince (c'est-à-dire d'épaisseur généralement inférieure à 2 μηη, de préférence inférieure à 0,2 μηη) et deux électrodes 12, 13 agencées de part et d'autre de ladite couche piézoélectrique 10 qui, grâce au procédé de fabrication selon l'invention, est monocristalline. La couche piézoélectrique 10 repose sur un substrat support 1 1. Optionnellement, pour isoler le résonateur du substrat et éviter ainsi la propagation des ondes dans le substrat, un miroir de Bragg 14 peut être interposé entre l'électrode 13 et le substrat 1 1. De manière alternative (non illustrée), cette isolation pourrait être réalisée en ménageant une cavité entre le substrat et la couche piézoélectrique. Ces différentes dispositions sont connues de l'homme du métier et ne seront donc pas décrites en détail dans le présent texte.
D'une manière générale, l'invention propose la formation de la couche piézoélectrique monocristalline au moyen d'un transfert d'une couche germe monocristalline du matériau piézoélectrique considéré, ledit transfert étant effectué d'un substrat donneur du matériau piézoélectrique vers un substrat receveur. Ensuite, une épitaxie est réalisée sur la couche germe jusqu'à l'obtention de l'épaisseur souhaitée pour la couche piézoélectrique monocristalline.
Le substrat donneur peut être un substrat massif monocristallin du matériau piézoélectrique considéré. De manière alternative, le substrat donneur peut être un substrat composite, c'est-à-dire formé d'un empilement d'au moins deux couches de matériaux différents, dont une couche superficielle est constituée du matériau piézoélectrique monocristallin.
Le substrat receveur a une fonction de support mécanique de la couche germe. Il peut être de toute nature adaptée à la mise en œuvre d'une épitaxie (notamment en termes de tenue en température) et, de manière avantageuse mais non impérative, adaptée à l'application visée. Il peut être massif ou composite.
Eventuellement, au moins une couche intermédiaire peut être intercalée entre le substrat receveur et la couche germe. Par exemple, une telle couche intermédiaire peut être électriquement conductrice ou électriquement isolante. L'homme du métier est à même de choisir le matériau et l'épaisseur de cette couche en fonction des propriétés qu'il souhaite conférer au dispositif radiofréquence destiné à comprendre la couche piézoélectrique.
De manière avantageuse, le substrat receveur peut être en matériau semi- conducteur. Il peut s'agir par exemple d'un substrat en silicium. Ce matériau conducteur comprend une couche intermédiaire de type « trap-rich » (que l'on peut traduire en français par une couche à « piège de charges »), qui peut être soit formée sur le substrat receveur, soit formée en surface du substrat receveur. Ladite couche intermédiaire de type trap-rich est ainsi située entre la couche germe et le substrat receveur et permet d'améliorer les performances d'isolation électrique du substrat receveur. Ladite couche intermédiaire de type trap-rich peut être formée par au moins un des matériaux de type poly-cristallin, amorphe ou poreux, en particulier du silicium poly-cristallin, du silicium amorphe ou du silicium poreux, sans se limiter à ces matériaux. De plus, en fonction de la tenue en température de la couche intermédiaire de type trap-rich pour la réalisation de l'épitaxie, il peut s'avérer avantageux d'introduire une couche supplémentaire entre le substrat receveur et ladite couche intermédiaire de type trap-rich, afin d'éviter la recristallisation de cette dernière lors d'un traitement thermique. La couche germe a pour fonction d'imposer le paramètre de maille du matériau cristallin que l'on fait croître sur le substrat receveur. La couche germe présente une épaisseur négligeable par rapport à l'épaisseur de la couche piézoélectrique monocristalline. Par conséquent, on considère qu'elle n'influe pas significativement sur le fonctionnement du dispositif radiofréquence incorporant la couche piézoélectrique monocristalline.
La couche germe présente typiquement une épaisseur inférieure à 1 μηι, de préférence inférieure à 0,2 μηη.
L'épaisseur de la couche épitaxiale dépend des spécifications du dispositif destiné à incorporer la couche piézoélectrique monocristalline. A cet égard, l'épaisseur de la couche épitaxiale n'est pas limitée ni en termes de valeur minimale ni de valeur maximale. L'épaisseur de la couche piézoélectrique finale est typiquement comprise entre 0,2 μηη et 20 m.
A titre purement indicatif, le tableau ci-dessous donne des combinaisons d'épaisseur
Le matériau piézoélectrique est avantageusement du quartz ou un composé de formule LiX03, où X est choisi parmi le niobium et le tantale. Toutefois, l'intérêt que l'on peut porter à ces matériaux ne se limite pas à leur caractère piézoélectrique. Notamment pour d'autres applications, par exemple liées à l'optique intégrée, on pourra aussi s'y intéresser le cas échéant pour leur permittivité diélectrique, pour leurs indices de réfraction, ou encore pour leurs propriétés pyroélectriques, ferroélectriques ou encore ferromagnétiques par exemple et selon les cas.
Ainsi, l'invention permet notamment de former une couche mince d'un composé LiX03 qui présente une excellente qualité cristalline, comme les substrats massifs de ces matériaux, avec une épaisseur contrôlée dans une large gamme d'épaisseur, et notamment pour une épaisseur inférieure à 20 Mm.
L'épitaxie peut être réalisée par toute technique appropriée, notamment par dépôt chimique en phase vapeur (CVD, acronyme du terme anglo-saxon « Chemical Vapor Déposition »), épitaxie en phase liquide (LPE, acronyme du terme anglo-saxon « Liquid Phase Epitaxy »), dépôt par laser puisé (PLD, acronyme du terme anglo-saxon « Pulsed Laser Déposition »), etc.
L'homme du métier est en mesure de déterminer les réactifs et les conditions opératoires en fonction du matériau piézoélectrique à faire croître et de la technique choisie.
Le transfert de la couche germe implique typiquement une étape de collage du substrat donneur et du substrat receveur, la couche germe étant à l'interface de collage, puis une étape d'amincissement du substrat receveur de sorte à exposer la couche germe en vue de l'épitaxie ultérieure.
L'étape de collage peut être réalisée par exemple par collage moléculaire direct de type « wafer bonding » selon la terminologie anglo-saxonne, avec ou sans couche intermédiaire supplémentaire.
De manière particulièrement avantageuse, le transfert est réalisé selon le procédé Smart Cut™ qui est bien connu pour le transfert de couches minces semi-conductrices, notamment de silicium.
A cet effet, en référence à la figure 3A, on fournit un substrat donneur 100 du matériau piézoélectrique et l'on forme, par implantation ionique (schématisée par les flèches), une zone de fragilisation 101 qui délimite une couche piézoélectrique monocristalline 102 à transférer, destinée à former la couche germe. Sur cette figure, le substrat donneur 100 est représenté massif mais, comme indiqué plus haut, il pourrait éventuellement être composite. De manière avantageuse, et selon le matériau piézoélectrique considéré (LiNb03, LiTa03 ou quartz) les espèces implantées sont de l'hydrogène ou de l'hélium, seuls ou en combinaison. L'homme du métier est à même de déterminer la dose et l'énergie d'implantation de ces espèces pour former la zone de fragilisation à une profondeur déterminée, qui est typiquement inférieure à 2 pm : typiquement et toujours selon le matériau piézoélectrique et l'espèce implantée considérés, la dose est dans la gamme de 2 E+16 à 2 E+17 espèce ionique/cm2, et l'énergie d'implantation est de 30keV à 500keV. La couche fragilisée enterrée peut également être obtenue par tout autre moyen connu de l'homme du métier, par exemple par porosification du matériau, ou encore par irradiation laser.
En référence à la figure 3B, on colle le substrat donneur 100 ainsi fragilisé sur le substrat receveur 1 10, la surface du substrat donneur au travers de laquelle l'implantation a été réalisée étant à l'interface de collage. Eventuellement, avant le collage, le substrat donneur et/ou le substrat receveur peuvent être recouverts d'une couche électriquement isolante, par exemple de Si02, ou électriquement conductrice (non illustrée), qui se trouvera intercalée entre le substrat receveur et la couche germe après le transfert.
En référence à la figure 3C, on effectue un détachement du substrat donneur 100 le long de la zone de fragilisation 101. Un tel détachement peut être provoqué par tout moyen connu de l'homme du métier, par exemple thermique, mécanique, chimique, etc. On récupère ensuite le reliquat du substrat donneur, qui peut éventuellement être recyclé, ce qui permet de transférer la couche 102 sur le substrat receveur 1 10.
En référence à la figure 3D, on peut, de manière optionnelle, retirer une partie superficielle de la couche transférée, par exemple par polissage mécanique et/ou par gravure chimique. Ce retrait de matière a pour but d'éliminer d'éventuels défauts liés à l'implantation et au détachement. A l'issue de ce retrait, on obtient une couche 102 amincie sur le substrat receveur 1 10, qui servira de couche germe à l'étape suivante. De manière alternative, la couche transférée 102 de la figure 3C peut être directement utilisée comme couche germe.
En référence à la figure 3E, on fait croître par épitaxie une couche piézoélectrique monocristalline 103 sur la couche germe 102, le matériau de la couche épitaxiale 104 étant sensiblement le même que celui de la couche germe 102. Ainsi, la couche germe 102 impose son paramètre de maille et permet la croissance d'un matériau monocristallin de bonne qualité. La couche épitaxiale pourra être de nature légèrement différente par rapport à la couche germe 102, notamment par l'introduction contrôlée de légers niveaux d'impuretés dans des buts divers (dopage, ajustement des propriétés piézoélectriques, optimisation des densités de défauts cristallins/dislocations, surfactant, etc.). La croissance est stoppée lorsque l'épaisseur souhaitée pour la couche piézoélectrique monocristalline est atteinte. La couche piézoélectrique 10 finale est formée de l'empilement de la couche germe 102 et de la couche épitaxiale 103.
Comme indiqué plus haut, la couche germe est considérée comme n'ayant pas d'effet ou un effet de second ordre sur le fonctionnement d'un dispositif radiofréquence incorporant la couche piézoélectrique épitaxiale. Par conséquent, même si l'implantation réalisée pour la mise en œuvre du procédé Smart Cut™ endommage ladite couche et perturbe ses propriétés piézoélectriques, ces défauts ne sont pas ou peu pénalisants.
De manière alternative (non illustrée) au procédé Smart Cut™, le transfert peut être réalisé, après le collage du substrat donneur et du substrat receveur, par enlèvement de matière, par exemple par polissage mécanique et/ou gravure chimique du substrat donneur jusqu'à exposer la couche germe. Cette variante est moins avantageuse dans la mesure où elle implique une consommation du substrat donneur, alors que le procédé Smart Cut™ permet un recyclage éventuel du substrat donneur. En revanche, cette variante ne nécessite pas d'implantation au sein du substrat donneur.
Comme on le voit sur la figure 3E, on obtient, à l'issue du procédé, un substrat pour un dispositif à ondes acoustiques de surface ou un dispositif à ondes acoustiques de volume, qui comprend un substrat receveur 1 10 et un couche piézoélectrique monocristalline 10 sur ledit substrat receveur 1 10. Un tel substrat peut également se révéler utile pour d'autres applications, par exemple pour la photonique et l'optique intégrée.
La couche 10 se caractérise par la présence de deux portions présentant des caractéristiques différentes :
- une première portion 102 située à l'interface avec le substrat receveur 1 10, correspondant à la couche germe,
- une seconde portion (103) s'étendant à partir de la première portion 102, correspondant à la couche épitaxiale, qui peut présenter une qualité cristalline différente que la première portion, ladite qualité pouvant être ajustée et optimisée lors de l'étape d'épitaxie (notamment en vue d'obtenir une meilleure qualité que la couche germe) et/ou une composition différente (notamment si des impuretés ont été introduites lors de l'épitaxie), conférant éventuellement des propriétés particulières à la couche épitaxiale.
Ce substrat est avantageusement utilisé pour fabriquer un dispositif à ondes acoustiques de surface tel qu'illustré à la figure 1 ou un dispositif à ondes acoustiques de volume tel qu'illustré à la figure 2, ou tout autre dispositif microélectronique, photonique ou optique comprenant une couche piézoélectrique.
Dans certains cas, le substrat receveur sur lequel a eu lieu la croissance épitaxiale peut ne pas être optimal pour l'application finale. En effet, le substrat receveur devant subir les conditions opératoires de l'épitaxie, le choix de matériaux adaptés est limité. Notamment, le substrat receveur ne peut contenir de couches ou d'éléments susceptibles d'être endommagés par la température d'épitaxie. Il peut alors être avantageux de transférer la couche piézoélectrique 10 sur un substrat final 1 1 1 dont les propriétés sont choisies en fonction de l'application visée, en la collant sur ledit substrat 1 1 1 par l'intermédiaire de la surface de la couche épitaxiale 103 (cf. figure 3F), et en retirant le substrat receveur (cf. figure 3G). Ce transfert peut être réalisé par toute technique de transfert mentionnée plus haut. Un autre avantage de ce transfert sur un substrat final est que la couche germe 102, qui était enterrée dans la structure issue de l'épitaxie, est alors exposée et peut éventuellement être retirée (cf. figure 3H), notamment dans le cas où elle présenterait des défauts. Seule la couche épitaxiale 103 (ou une partie de ladite couche) présentant les caractéristiques souhaitées reste alors sur le substrat final 1 1 1 .
Dans le cas où l'on souhaite fabriquer un dispositif à ondes acoustiques de surface, on dépose, sur la surface de la couche piézoélectrique 10 opposée au substrat receveur ou, le cas échéant, au substrat final (qu'il s'agisse du substrat receveur 1 10 ou du substrat final 1 1 1 , ledit substrat forme le substrat support noté 1 1 sur la figure 1 ), des électrodes métalliques 12, 13 sous la forme de deux peignes interdigités.
Dans le cas où l'on souhaite fabriquer un dispositif à ondes acoustiques de volume, une adaptation du procédé décrit ci-dessus doit être effectuée. D'une part, on dépose, avant l'étape de collage illustrée sur la figure 3B, une première électrode sur la surface libre de la couche 102 à transférer du substrat donneur piézoélectrique, cette première électrode (référencée 13 sur la figure 2) se trouvant enterrée dans l'empilement final. Après l'étape de croissance épitaxiale illustrée sur la figure 3E, on dépose une seconde électrode (référencée 12 sur la figure 2) sur la surface libre de la couche piézoélectrique 10, opposée à la première électrode. Une autre option est de transférer la couche piézoélectrique sur un substrat final comme mentionné plus haut et de former les électrodes avant et après ledit transfert. D'autre part, en option, pour éviter la propagation des ondes acoustiques dans le substrat receveur 1 10, on peut intégrer à celui-ci un moyen d'isolation pouvant être, par exemple, un miroir de Bragg (comme illustré sur la figure 2) ou une cavité préalablement gravée dans le substrat 1 10 ou dans le substrat final 1 1 1 le cas échéant.
Un autre domaine d'applications particulièrement visé par le développement de telles solutions de matériaux piézoélectriques est celui des micro-capteurs et des micro- actuateurs. Pour les micro-capteurs, il s'agira en général de mesurer une déformation engendrée par une sollicitation extérieure. Pour les micro-actuateurs, au contraire on cherchera à engendrer la déformation d'un élément ou le déplacement d'une partie mobile grâce à l'application d'un champ électrique, continu ou variable. L'utilisation du matériau piézoélectrique permet de relier déformation mécanique et signal électrique. En acoustique par exemple, la sollicitation extérieure est une onde de pression qui vient déformer une membrane. Elle peut être dans le spectre audible, et les objets typiquement visés sont les microphones (en mode capteur) et les haut-parleurs (en mode actuateur). Elle peut aller au-delà en fréquence, par exemple pour la réalisation de micro- transducteurs ultrasons piézo (en terminologie anglo-saxonne PMUT pour Piezo Micromachined Ultrasonic Transducers). Il peut également s'agir de capteurs de pression statique ou encore de capteurs inertiels (capteurs d'accélération, gyroscopes, etc..) pour lesquels le déplacement d'une masse mobile mise en mouvement par une accélération subie est mesurée grâce au matériau piézoélectrique. Le matériau piézoélectrique compose l'intégralité de l'élément déformé (membrane, poutre, cantilever, etc..) ou avantageusement une partie seulement de celui-ci en l'empilant avec d'autres matériaux comme le silicium par exemple, pour mieux assurer les propriétés mécaniques de la partie déformable. Dans la catégorie actuateurs, les matériaux piézoélectriques peuvent commander un déplacement très précis et servent par exemple à expulser l'encre de cartouches d'impression, ou de systèmes micro-fluidiques ou encore à ajuster une distance focale d'un microsystème optique.
REFERENCES
W. Steichen et S. Ballandras, « Composants acoustiques utilisés pour le filtrage - Revue des différentes technologies », Techniques de l'Ingénieur, E2000, 2008

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'une couche (10) d'un matériau piézoélectrique monocristallin, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la fourniture d'un substrat donneur (100) dudit matériau piézoélectrique,
- la fourniture d'un substrat receveur (1 10),
- le transfert d'une couche dite « couche germe » (102) dudit substrat donneur (100) sur le substrat receveur (1 10),
- la mise en œuvre d'une épitaxie du matériau piézoélectrique sur la couche germe (102) jusqu'à l'obtention de l'épaisseur souhaitée pour la couche piézoélectrique monocristalline (10).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le transfert de la couche germe (102) comprend les étapes suivantes :
- la formation d'une zone de fragilisation (101 ) dans le substrat donneur (100) de sorte à délimiter la couche germe (102) à transférer,
- le collage du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (1 10), la couche germe (102) à transférer étant à l'interface,
- le détachement du substrat donneur (100) le long de la zone de fragilisation (101 ) de sorte à transférer la couche germe (102) sur le substrat receveur (1 10).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la zone de fragilisation (101 ) est formée par implantation ionique dans le substrat donneur (100).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau piézoélectrique est choisi parmi le quartz et les composés de formule LiX03, où X est choisi parmi le niobium et le tantale.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'épaisseur de la couche germe (102) est inférieure à 2 μηη, de préférence inférieure à 1 μηη.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel, avant l'étape d'épitaxie, on retire une partie de l'épaisseur de la couche germe (102) transférée sur le substrat receveur (1 10).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'épaisseur de la couche piézoélectrique monocristalline (10) à l'issue de l'étape d'épitaxie est comprise entre 0,2 et 20 μηι.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on forme au moins une couche électriquement isolante et/ou au moins une couche électriquement conductrice à l'interface entre le substrat receveur et la couche germe.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant, après l'épitaxie, le transfert d'au moins une partie de la couche piézoélectrique monocristalline (10) sur un substrat final (1 1 1 ).
10. Procédé selon la revendication 9, comprenant, après ledit transfert sur le substrat final (1 1 1 ), le retrait de la couche germe (102).
1 1 . Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat receveur est en matériau semi-conducteur, et comprend une couche de piégeage de charges située entre la couche germe et le substrat receveur.
12. Substrat pour un dispositif microélectronique, photonique ou optique, comprenant une couche piézoélectrique monocristalline (10) sur un substrat receveur (1 10), caractérisé en ce que la couche piézoélectrique (10) présente une première portion (102) située à l'interface avec le substrat receveur (1 10), et une seconde portion (103) s'étendant à partir de la première portion (102) et en ce que la seconde portion (103) présente des caractéristiques différentes de celles de la première portion (102).
13. Procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de volume, comprenant la formation d'électrodes (12, 13) sur deux faces principales opposées d'une couche piézoélectrique (10), caractérisé en ce qu'il comprend la fabrication de ladite couche piézoélectrique (10) par un procédé selon l'une des revendications 1 à 1 1 .
14. Dispositif à ondes acoustiques de volume, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique (10) susceptible d'être obtenue par un procédé selon l'une des revendications 1 à 1 1 , et deux électrodes (12, 13) agencées sur deux faces principales opposées de ladite couche (10).
15. Procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de surface, comprenant la formation de deux électrodes (12, 13) interdigitées sur la surface d'une couche piézoélectrique (10), caractérisé en ce qu'il comprend la fabrication de ladite couche piézoélectrique par un procédé selon l'une des revendications 1 à 1 1 .
16. Dispositif à ondes acoustiques de surface, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique (10) susceptible d'être obtenue par un procédé selon l'une des revendications 1 à 1 1 , et deux électrodes (12, 13) interdigitées sur une face de ladite couche piézoélectrique (10).
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12502137B2 (en) * 2018-02-20 2025-12-23 Ip2Ipo Innovations Limited Implantable cardiovascular sensor
FR3079346B1 (fr) * 2018-03-26 2020-05-29 Soitec Procede de fabrication d'un substrat donneur pour le transfert d'une couche piezoelectrique, et procede de transfert d'une telle couche piezoelectrique
FR3079345B1 (fr) * 2018-03-26 2020-02-21 Soitec Procede de fabrication d'un substrat pour dispositif radiofrequence
GB201805309D0 (en) 2018-03-29 2018-05-16 Imperial Innovations Ltd Method and apparatus
FR3108439B1 (fr) * 2020-03-23 2022-02-11 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d’une structure empilee
FR3115399B1 (fr) * 2020-10-16 2022-12-23 Soitec Silicon On Insulator Structure composite pour applications mems, comprenant une couche deformable et une couche piezoelectrique, et procede de fabrication associe
CN115632625A (zh) * 2021-07-01 2023-01-20 开元通信技术（厦门）有限公司 一种声波器件制备方法
FR3137792B1 (fr) * 2022-07-07 2024-10-11 Soitec Silicon On Insulator Procédé de fabrication d’une structure semi-conductrice ou piézoélectrique
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 (5)

* 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
US5935641A (en) * 1996-10-23 1999-08-10 Texas Instruments Incorporated Method of forming a piezoelectric layer with improved texture
WO2002009160A2 (fr) * 2000-07-24 2002-01-31 Motorola, Inc. Dispositif a ondes acoustiques
WO2005050836A1 (fr) * 2003-11-19 2005-06-02 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dispositif a ondes acoustiques de surface de reflexion de surface d'extremite et procede de fabrication correspondant
WO2011042388A1 (fr) * 2009-10-09 2011-04-14 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif a ondes acoustiques comprenant un filtre a ondes de surface et un filtre a ondes de volume et procede de fabrication

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08153915A (ja) * 1994-11-30 1996-06-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 複合圧電基板とその製造方法
CN1048126C (zh) 1994-12-06 2000-01-05 株式会社村田制作所 表面声波器件的电极形成方法
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
US6120597A (en) 1998-02-17 2000-09-19 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Crystal ion-slicing of single-crystal films
JP3704017B2 (ja) 2000-03-28 2005-10-05 ヤマハ株式会社 弾性表面波素子
FR2817395B1 (fr) * 2000-11-27 2003-10-31 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d'un substrat notamment pour l'optique, l'electronique ou l'optoelectronique et substrat obtenu par ce procede
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
US6767749B2 (en) * 2002-04-22 2004-07-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for making piezoelectric resonator and surface acoustic wave device using hydrogen implant layer splitting
FR2845523B1 (fr) 2002-10-07 2005-10-28 Procede pour realiser un substrat par transfert d'une plaquette donneuse comportant des especes etrangeres, et plaquette donneuse associee
FR2847076B1 (fr) 2002-11-07 2005-02-18 Soitec Silicon On Insulator Procede de detachement d'une couche mince a temperature moderee apres co-implantation
JP3774782B2 (ja) * 2003-05-14 2006-05-17 富士通メディアデバイス株式会社 弾性表面波素子の製造方法
US7772087B2 (en) * 2003-12-19 2010-08-10 Commissariat A L'energie Atomique Method of catastrophic transfer of a thin film after co-implantation
JP4091641B2 (ja) * 2006-04-07 2008-05-28 富士フイルム株式会社 圧電素子とその製造方法、及びインクジェット式記録ヘッド
JP2008211277A (ja) * 2007-02-23 2008-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 弾性表面波素子
US7982363B2 (en) 2007-05-14 2011-07-19 Cree, Inc. Bulk acoustic device and method for fabricating
CN101689841A (zh) 2007-12-25 2010-03-31 株式会社村田制作所 复合压电基板的制造方法
US8115365B2 (en) * 2008-04-15 2012-02-14 Ngk Insulators, Ltd. Surface acoustic wave devices
JP5429200B2 (ja) * 2010-05-17 2014-02-26 株式会社村田製作所 複合圧電基板の製造方法および圧電デバイス
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
JP5811173B2 (ja) 2011-03-22 2015-11-11 株式会社村田製作所 圧電デバイスの製造方法
CN102253451B (zh) 2011-05-13 2013-03-20 华中科技大学 一种铌酸锂光波导的制备方法
EP2738939B1 (fr) * 2011-07-29 2018-12-05 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dispositif piézoélectrique et procédé de fabrication de dispositif piézoélectrique
JP5836754B2 (ja) * 2011-10-04 2015-12-24 富士フイルム株式会社 圧電体素子及びその製造方法
FR2983342B1 (fr) * 2011-11-30 2016-05-20 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d'une heterostructure limitant la formation de defauts et heterostructure ainsi obtenue
FR2995136B1 (fr) 2012-09-04 2015-06-26 Soitec Silicon On Insulator Pseudo-substrat avec efficacite amelioree d'utilisation d'un materiau monocristallin
US9324931B2 (en) * 2013-05-14 2016-04-26 Tdk Corporation Piezoelectric device

Patent Citations (5)

* 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
US5935641A (en) * 1996-10-23 1999-08-10 Texas Instruments Incorporated Method of forming a piezoelectric layer with improved texture
WO2002009160A2 (fr) * 2000-07-24 2002-01-31 Motorola, Inc. Dispositif a ondes acoustiques
WO2005050836A1 (fr) * 2003-11-19 2005-06-02 Murata Manufacturing Co., Ltd. Dispositif a ondes acoustiques de surface de reflexion de surface d'extremite et procede de fabrication correspondant
WO2011042388A1 (fr) * 2009-10-09 2011-04-14 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif a ondes acoustiques comprenant un filtre a ondes de surface et un filtre a ondes de volume et procede de fabrication

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2017109005A1 *

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