JP2022043057A - ハイブリッド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】有効厚さを有し、支持厚さと有効層の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数とを有する支持基板上に配置された、圧電材料の有効層を備える、ハイブリッド構造を提供する。
【解決手段】ハイブリッド構造（６０）は、支持基板（１）と、支持基板（１）に組み立てられた、５０ミクロン未満の有効厚さを有する圧電材料の有効層（２０）を有する。支持基板（１）は、有効層（２０）の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する。ハイブリッド構造（６０）は、有効層（２０）と支持基板（１）との間の接合界面（５）が、１０００ｍＪ／ｍ²よりも大きい接合エネルギーと、サイズが１から１０００ミクロンの間の少なくとも１つの接合されていない接着エリアと、を有する。
【選択図】図１ｃ

Description

本発明は、ハイブリッド構造、特に、圧電材料の層を備える構造を製造する分野に関する。

音響表面波デバイスまたは体積デバイス（それぞれ、英語の用語では、「表面音響波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）」を略した「ＳＡＷ」、「バルク音響波（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）」を略した「ＢＡＷ」）の分野においては、シリコン基板上に配置されたタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）の層を備えるヘテロ構造が、高まる関心を得ており、その理由は、一方では、それらが、シリコン支持基板のおかげで、成長機会およびより低いコストを提供する標準的なマイクロエレクトロニクス機器および方法と相性が良いためであり、他方では、非特許文献１において説明されているように、それらは、ＳＡＷデバイスの周波数応答が温度にあまり依存しないなど、技術的な利点を有するためである。

例えば、ＬｉＴａＯ₃／Ｓｉヘテロ構造は、それぞれ、接合を通した組み立て、および２つのＬｉＴａＯ₃およびＳｉ基板の分子接合による組み立てから、作成されることができる。これらのヘテロ構造上における音響波デバイスの製造については、デバイスの良好な性能を保証する材料およびプロセスの使用を可能にするために、２００℃または２５０℃を上回る温度を適用することができることが有利である。

特に２００℃を超える温度においては、ＬｉＴａＯ₃層とＳｉ支持基板との間の接合界面の保持は、構造の良好な機械的強度を達成する重要な要因の１つである。

したがって、音響波デバイスの製造ステップの前に、ヘテロ構造の界面のエネルギーを強化することが重要に思われ、分子付着によって層を支持基板上に接合することによって製造されるヘテロ構造のケースにおいては、接合界面は、特に、約２００から３００℃の温度範囲内において熱処理を適用することによって、強化されることができる。したがって、両材料の熱膨張係数（英語の用語に従えば、「熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）」を略したＣＴＥ）の著しい相違のせいで、ヘテロ構造に、それを損傷することなく、そのような熱処理を適用する問題が存在する。

他方、（例えば、体積音響波デバイスの製造のために）ＬｉＴａＯ₃の非常に薄い層を有するヘテロ構造が必要とされるとき、１つのソリューションは、水素またはヘリウムなどの軽い化学種を導入することによってＬｉＴａＯ₃ドナー基板内に埋められた脆弱な面と、このドナー基板のシリコン支持基板上への（分子付着による）直接的な接合と、ＬｉＴａＯ₃の表面層をＳｉ上に転写するための埋められた脆弱な面の高さにおける分離とを含む、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ（登録商標）方法を使用して、層を転写することである。転写後の表面層は、それの厚さの中に、欠陥および軽い化学種をまだ有することが知られている。したがって、適切な温度範囲内においてアニーリングを実行して、転写された薄い層の品質またはヘテロ構造の機械的強度を損なうことなく、欠陥の修復および軽い化学種の排出を可能にすることが、この層を修復するために有利である。例えば、ＬｉＴａＯ₃の層については、適切な温度範囲は、４００°から６００℃の間である。

問題は、やはり、ＬｉＴａＯ₃／Ｓｉヘテロ構造が、２つの材料間に熱膨張係数の非常に大きい相違があるとした場合、これらの高いサーマルバジェットをほとんどサポートしないことである。

ハイブリッド構造またはヘテロ構造の製造中、支持基板上に配置された表面層が可能な限り薄いとき、ハイブリッド構造における（基板の湾曲として示され得るような）応力および変形を制限するために、高い温度を有する熱処理を実施することが慣習となっている。例えば、シリコン表面層の厚さが、約１００ｎｍよりも小さく、大きいシリカ基板の厚さが、約７００ミクロンであるとき、禁止的損傷をこうむらずに、８５０℃の高さのアニーリングに耐えることができる、固体シリカ上のシリコンタイプまたはサファイア上のシリコンのハイブリッド構造に言及することができる。典型的には、１ミクロンの、より厚い表面層の厚さについては、損傷を起こさない最大適用可能温度は、例えば、約６００℃に低下する。より一段と厚い、例えば、７００ミクロンの上部層の厚さについては、損傷を起こさない最大適用可能温度は、例えば、１００～１５０℃あたりに低下する。

シリコン基板（例えば、直径１５０ｍｍ、厚さ６２５ミクロン）上に配置されたＬｉＴａＯ₃の層（例えば、厚さ１０ミクロン）から構成されるハイブリッド構造について、出願人は、最先端のこの知識を使用し、それは、接合界面を強化するために必要とされるアニーリング温度（すなわち、２５０℃）を、可能な限り最も微細な表面層を有する最終ハイブリッド構造（６２５ミクロンのＳｉ上の１０ミクロンのＬｉＴａＯ₃）に適用した。出願人は、そのとき、予期せぬ結果を、すなわち、ＬｉＴａＯ₃層の局所的座屈変形に対応する、いわゆる「座屈」現象による層の著しい劣化を、そしてそれが、ハイブリッド構造を使用不可能にすることを観測した。

Ｋ． Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ， Ｍ． Ｒａｄｏｔａ ａｎｄ ａｌ．， "Ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ＳＡＷ ｄｅｖｉｃｅｓ"， ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ． Ｓｙｍｐ． ２０１１， ｐａｇｅｓ ７９ ｔｏ ８６， ２０１１． Ｓｙｍｐ． ２０１１， ｐａｇｅｓ ７９ ｔｏ ８６， ２０１１

したがって、本発明の目的の１つは、ハイブリッド構造を製造する方法を提案し、先行技術の不都合に対するソリューションを見つけることである。本発明の目的は、特に、ハイブリッド構造を損傷することなく、必要とされる熱処理を適用するための方法を提案することである。

本発明は、支持厚さと、有効層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数とを有する、支持基板上に配置された、有効厚さを有する圧電材料の有効層を備える、ハイブリッド構造を製造する方法に関し、方法は、
ａ）圧電材料のドナー基板と、支持基板とを備える、接合された構造を提供するステップであって、接合された構造は、これら２つの基板間に接合界面を有する、ステップと、
ｂ）支持基板上に配置された、中間厚さを有する、より薄い層を形成するために、ドナー基板を薄化する、第１のステップであって、組み立てが、薄化された構造を形成する、第１のステップと、
ｃ）アニーリング温度における薄化された構造の熱処理ステップと、
ｄ）ステップｃ）の後の、有効層を形成するための、薄化された層の第２の薄化ステップと
から成るべきであり、
方法は、それが、ステップｂ）の前に、ステップｃ）中における薄化された構造（６’）の劣化を回避する中間厚さの範囲を決定するステップａ’）であって、範囲は、閾値厚さと、最大厚さとによって定義され、薄化された層の中間厚さは、この範囲内において選択される、ステップａ’）を含むという点で注目に値する。

したがって、本発明による製造方法は、接合界面を強固にするために、または（有効層になる）薄化された層内に存在する欠陥のすべてもしくは一部を修復するために、必要とされるアニーリング温度での熱処理を、薄化された層の相性の良い厚さの範囲が先に決定された、薄化された構造に適用することを可能にする。前記熱処理は、一般に、有効厚さの有効層を有する最終ハイブリッド構造に、有効層に損傷を発生させずに、適用可能ではなく、接着されていないエリア（基板の組み立てられた面上における接合欠陥またはあらかじめ存在する彫り込まれたパターン）が、接合界面に見つけられるときは、特にそうである。

本発明の有利な特徴に従って、以下のことが、単独で、または組み立てで行われる。

●閾値厚さは、第１の感度モデルから決定され、それの入力パラメータは、支持厚さと、ドナー基板および支持基板の熱膨張係数と、アニーリング温度と、接合された構造の接合界面において見つけられる接着されていないエリアの最大サイズとを含む。

●最大厚さは、第２の感度モデルから決定され、それの入力パラメータは、（支持基板１の）支持厚さと、ドナー基板２および支持基板１の熱膨張係数と、ステップｃ）の熱処理における必要とされるアニーリング温度とを含む。

●製造プロセスは、決定ステップａ’）が、最大厚さにある上限閾値厚さ、または有効厚さよりも低い最大厚さを確定したときに、ステップａ’）の後、ステップｂ）の前に、接合された構造を再利用するステップａ”）を含む。

●再利用ステップａ”は、接合された構造の接合界面における分離を含む。

●再利用ステップａ”）は、接合された構造を提供する新しいステップａ）のための、分離から生じたドナー基板および支持基板の再使用を含む。

●第２の薄化ステップｄ）は、支持基板を薄化するステップをさらに含むことができる。

●有効層は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）から選択される材料から構成される。

●支持基板は、シリコン、ＩＩＩ－Ｖ族半導体、シリコンカーバイド、ガラス、サファイアからなる群から選択される材料から構成される。

●支持基板は、１つまたは複数の表面層を備える。

本発明は、さらに、有効層の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する支持基板に組み立てられた、５０ミクロン未満の有効厚さを有する圧電材料の有効層を備える、ハイブリッド構造に関し、ハイブリッド構造は、有効層と支持基板との間の接合界面が、１０００ｍＪ／ｍ²よりも大きい接合エネルギーと、サイズが１から１０００ミクロンの間の少なくとも１つの接合されていないゾーンとを有する点で特徴付けられる。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら行われる、本発明の詳細な説明から明らかになる。
本発明による、ハイブリッド構造を製造する方法を示す図である。 本発明による、ハイブリッド構造を製造する方法を示す図である。 本発明による、ハイブリッド構造を製造する方法を示す図である。 本発明による、決定ステップからもたらされる、有効厚さに対する厚さ範囲の３つの異なる構成を示す図である。 本発明による、決定ステップからもたらされる、有効厚さに対する厚さ範囲の３つの異なる構成を示す図である。 本発明による、決定ステップからもたらされる、有効厚さに対する厚さ範囲の３つの異なる構成を示す図である。 本発明による、製造プロセスの異なるステージを示す図である。

本発明は、支持厚さと、有効層２０の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数とを有する、支持基板１上に配置された、圧電材料の有効層２０を備える、ハイブリッド構造６０（図１ｃ）を製造するための方法に関する。

方法は、圧電材料のドナー基板２と、支持基板１とを備える、接合された構造６を提供するステップａ）を含む。接合された構造６は、これら２つの基板１、２間に接合界面５を有する（図１ａ）。例えば、ドナー基板２は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群から選択される材料から構成されることができる。支持基板は、シリコン、ＩＩＩ－Ｖ族半導体、シリコンカーバイド、ガラス、サファイアからなる群から選択される材料から構成されることができる。基板１、２の一方および／または他方は、任意選択で、組み立てられるそれらの面上に、コンポーネント（マイクロエレクトロニクス回路のすべてもしくは一部）、またはエッチングされたパターンを含むことができ、コンポーネントは、パターンを有する、異なる性質の積層された層から形成されることができ、エッチングされたパターンは、ハイブリッド構造６０上に生産される最終デバイスにおける機能を保証するように意図された、空洞によって形成されることができる。接合された構造６の組み立ては、有利には、ドナー基板２と支持基板１との間の分子接合によって行われる。任意選択で、組み立ての前に、接着分子接合を強化する、酸化シリコン、窒化シリコンの層、または他の層などの中間層が、一方または両方の基板に追加されることができる。有利には、基板１、２は、組み立ての後に形成される接合界面５の品質およびエネルギーを強化するために、組み立ての前に、洗浄および／または前面活性化も施される。

「接着されていないゾーン」という用語は、これ以降、排他ゾーンを形成する、組み立てられた基板のエッジにおける接合されていない周辺クラウンを除く、２つの基板の表面が密接に接触していない、接合界面における局所化されたゾーンのことを指す。「接合されていないエリア」は、一般に、接着されたエリアによって取り囲まれる。接着されていないゾーンは、接合欠陥と関連している場合があり、例えば、接合された構造６の接合界面５における粒子または他の汚染（炭化水素など）の存在に起因する場合がある。それは、組み立てられるそれぞれの面上におけるコンポーネントもしくは空洞、または（例えば、基板のトレーサビリティを保証するための）レーザマークの存在に起因する、ドナー基板２または支持基板１上におけるエッチングされたパターンまたは局所的な地形の存在にも関連している場合がある。

組み立てステップの後、方法は、支持基板１上に配置された、中間厚さを有する薄い層２’を形成するための、ドナー基板２を薄化する第１のステップに対応するステップｂ）を含み、全体が、薄化された構造６’を形成する（図１ｂ）。ドナー基板２は、機械的薄化、機械化学的薄化、および／もしくは化学的エッチングの技法によって、または当業者によく知られたＳｍａｒｔ Ｃｕｔ（登録商標）タイプのプロセスによって、それの後面４において薄化される。例えば、ドナー基板２は、「研削」（機械的薄化）によって、その後、化学機械的研磨によって、薄化されることができる。この薄化ステップは、それの機能が、接合界面５を強固にすること、または有効層２０になる薄化された層２’における欠陥を修復することであることができる、熱処理ステップｃ）に先行する。したがって、薄化するステップｂが、その後のステップｃ）において必要とされる熱処理と相性が良い、薄化された構造６’の獲得に到ることが重要である。

そのため、製造方法は、それが、薄化するステップｂ）の前に、ステップｃ）の熱処理中における薄化された構造の劣化を回避することを意図された、薄化された層２’のための中間厚さの範囲を決定するステップａ’）を含むという点で注目に値する。範囲は、閾値厚さと、最大厚さとによって定義され、したがって、薄化された層２’の中間厚さは、この範囲内において選択される。

閾値厚さは、第１の感度モデルから決定され、それの入力パラメータは、（支持基板１の）支持厚さと、ドナー基板２および支持基板１の熱膨張係数と、ステップｃ）の熱処理において必要とされるアニーリングの温度と、接合された構造６の接合界面５において見つけられる接合されていないエリアの最大サイズとを含む。

第１の感度モデルは、基板上における加圧の際の薄い層の応力弛緩を反映した式から確立される。「座屈」などの薄い層の応力弛緩の現象は、薄い層と基板との間の界面における接着されていないゾーンの存在を必要とする。層の局所的な座屈変形に対応する、薄い層の応力弛緩を開始するのに必要な座屈限界応力は、

として表現されることができ、
Ｅ₂は、薄い層のヤング率であり、Ｖ₂は、薄い層のポアソン比であり、ｈ₂は、薄い層の厚さであり、ｒは、薄い層と基板との間の接合されていないゾーンの半径である。応力は、薄い層の断面（長さ×厚さ）上において単位面積当たりに加えられる力と言い換えられる。断面の長さを対象から外し、薄い層の厚さｈ₂だけを考察するために、Ｎ／ｍを単位とする、長さによって正規化された限界力

を表現することが可能である。

薄い層が薄化された層２’に対応することを考えると、したがって、Ｅ₂、Ｖ₂は、それぞれ、薄化された層２’を構成する圧電材料のヤング率およびポアソン比であり、ｈ₂は、中間厚さであり、ｒは、接合された構造６の接合界面５に存在する接合されていないエリアの最大半径である。接合界面５において見つけられる接合されていないエリアのサイズは、例えば、接合された構造６の一部である材料に従った白色光もしくは赤外線での撮像によって、または小さいサイズの接着されていないエリアを検出するのに特に有利な技法である音響顕微鏡法によって、決定されることができる。したがって、（接合欠陥、またはドナー基板２および支持基板１の組み立てられた面の一方もしくは他方の上のあらかじめ存在するパターンに関連し得る）接合界面５に接合されていないエリアの最大半径が、各接合された構造６のために取得されることができる。

式｛式２｝は、「座屈」現象が、薄化された層２’の中間厚さｈ₂が不十分であるよりも、なおさら始まるのが容易である（すなわち、それは、より低い正規化された力

を必要とする）こと、および接着されていないエリアの最大半径ｒが、大きいことを示す。

支持基板１の支持厚さｈ₁、およびそれの機械的特性（Ｅ₁、それのヤング率）も、知られており、ステップｃ）の熱処理中に薄化された構造６’に適用される必要とされるアニーリング温度も、知られている。したがって、ステップｃ）の熱処理中に薄化された層２’に適用される、正規化された加圧の際の力Ｆ^normを表現することが可能である。

ρは、薄化された構造６’の曲率半径であり、

ΔＣＴＥは、薄化された層２’および支持基板１のそれぞれの材料の熱膨張係数間の差であり、ΔＴは、室温と適用されるアニーリング温度との間の差分温度であり、項Ｋ（ｈ₁，ｈ₂）は、

のように表現される。

したがって、範囲の閾値厚さは、式｛式５）

を解くことによって決定されることができる。

閾値厚さは、ｈ_2seuilである。

閾値厚さは、それを下回ると「座屈」現象が高い出現確率を有するようになる、中間厚さに対応し、薄化された構造６’の特性（それを構成する材料のタイプ、接合界面５において見つけられる接着されていないゾーンの最大サイズ、支持基板の厚さ）、およびステップｃ）の熱処理中に適用されるアニーリング温度を考慮している。「座屈」現象は、最も高い膨張係数を有する結晶軸に好ましくは直角の、接合されていないゾーンの拡大を伴う可能性があることに留意されたい。この拡大は、接合界面５のエネルギーが低いほど、なおさら著しくなる可能性がある。したがって、「座屈」の出現を回避するための構成においては、接合界面５のエネルギーを強化することが、きわめて重要である。

したがって、第１の感度モデルは、閾値厚さを、薄化された構造６’の特性パラメータのセットに、またそれが経験しなければならない熱応力に結び付ける。

最大厚さは、第２の感度モデルから決定され、それの入力パラメータは、（支持基板１の）支持厚さと、ドナー基板２および支持基板１の熱膨張係数と、ステップｃ）の熱処理における必要とされるアニーリング温度とを含む。

第２の感度モデルは、熱処理中の薄化された構造６’における拡張において制約される、支持基板１を構成する材料の破断を反映した式から確立される。支持基板１に蓄えられた弾性エネルギーＥは、異なる性質の薄化された層２’および支持基板１を備え、それに熱処理が適用される、薄化された構造６’のケースにおいては、以下のように表現される。

支持基板１を構成する材料の破断は、弾性エネルギーＥが、

によって与えられる臨界値を超えたときに、生じる。

Ｋ_1cは、支持基板１を構成する材料の引張強さである。

したがって、範囲の最大厚さは、式Ｅ＝Ｅ_ruptureを解くことによって決定されることができる。

最大厚さは、ｈ_2plafondである。

最大厚さは、それを上回ると支持基板１の破断が高い出現確率を有するようになる、薄化された層２’の中間厚さに対応し、薄化された構造６’の特性（それを構成する材料のタイプ、支持基板１の厚さ）、およびステップｃ）の熱処理中に適用されるアニーリング温度を考慮している。

したがって、第２の感度モデルは、最大厚さを、薄化された構造６’の特性パラメータのセットに、またそれが経験しなければならない熱応力に結び付ける。

薄化された構造６’などのヘテロ構造は、熱処理を施されるときに、それを構成する２つの材料の膨張差に起因する、応力および変形を経験する。構造６’は、以下の異なる故障モードをもたらし得る曲率を得ることによって変形し、それらの故障モードとは、支持基板１の破壊と、薄化された層２’の座屈と、構造内（特に薄化された層２’内）における転位または滑り面の形成と、薄化された構造６’のエッジにおけるリフトオフと、などである。実験的に、出願人は、圧電材料の層と、より低い熱膨張係数を有する材料からなる支持基板とを備える、薄化された構造６’のケースにおいては、２つの支配的な故障モードは、一方では、支持基板１の破損（臨界破断エネルギーを超えた材料の破断現象）、第２に、薄化された層２’の接合されていないエリアのレベルにおける局所的な座屈（「座屈」と呼ばれる、加圧の際の薄い層の応力弛緩の現象）であったことを理解した。したがって、式｛式６｝および｛式９｝から出願人によって確立された２つの感度モデルは、薄化された層２’が圧電材料から作成される、異成分からなる薄化された構造６’のケースにおいて、薄化された層２’のための厚さ範囲を決定するのによく適している。

したがって、ステップａ’）に続いて、図２ａから図２ｃに示されるように、決定された閾値厚さと最大厚さとによって定義される厚さ範囲が、獲得される。

製造方法を実施する第１の別形によれば、最終ハイブリッド構造６０のための予想される有効層２０の有効厚さは、定義された厚さ範囲よりも小さく（図２ａ）、これは、想定される最終構造と相性が良い厚さ範囲のケースである。本発明による製造方法は、上で言及されたように、それが相性が良い厚さ範囲を決定するためのステップａ’）の後、薄化された層２’を形成するための、ドナー基板２の薄化のステップｂ）を含む。そのとき、薄化された層２’の中間厚さが、範囲内にあるように、すなわち、閾値厚さから最大厚さの間にあるように選択される。プロセスは、次に、薄化された構造６’のために必要とされるアニーリング温度における熱処理のステップｃ）を含む。例えば、アニーリング温度は、予想されるハイブリッド構造のタイプに応じて、また接合界面５を強固にすること、欠陥の修復、または（有効層２０になるように意図された）薄化された層２’の厚さ内における軽い化学種の拡散など、熱処理の目的に従って、２００℃から６００℃の間で変化することができる。熱処理は、低い温度、例えば、１００℃における炉入れおよび炉出しと、例えば、０．５から５°／分の間の、温度の上昇および下降勾配と、３０分から数時間の範囲の期間にわたる、必要とされるアニーリング温度、例えば、２００℃から６００℃の間における保持とを含むことができる。

熱処理のステップｃ）の後、方法は、支持基板１上に配置された、有効厚さを有する有効層２０を形成するための、薄化された層２’を薄化する第２のステップに対応するステップｄ）を含み、全体が、最終ハイブリッド構造２０を形成する（図１ｃ）。したがって、層２’は、それの面４において、機械的薄化、機械化学的および／もしくは化学的エッチング、ならびに／またはＳｍａｒｔ Ｃｕｔ（登録商標）方法による薄化の技法によって、再び薄化される。例えば、層２’は、機械化学的研磨シーケンスによって薄化されることができ、続いて、洗浄される。したがって、形成されたハイブリッド構造２０は、その後、電子デバイスの生産のために使用されることができ、それの特性（接合界面５の接合エネルギー、および／または有効層２０の品質）は、本発明による方法の実現によって、改善されている。通常、デバイスの開発ステップは、方法のステップｃ）のアニーリング温度と同じ高さの温度において適用される熱処理を必要としない。

製造方法の第２の実施別形によれば、最終ハイブリッド構造６０のための予想される有効層２０の有効厚さは、定義された厚さ範囲内にあり（図２ｂ）、これは、想定される最終構造と相性が良い厚さ範囲のケースである。本発明による製造方法は、上で言及されたように、ステップａ’）の後、薄化された層２’を形成するために、ドナー基板２を薄化するステップｂ）を含む。薄化された層２’の中間厚さは、有利には、範囲内にあるように選択され、特に、それは、有効厚さに等しく、または実質的に有効厚さよりも大きくなるように選択される。プロセスは、次に、薄化された構造６’のために必要とされるアニーリング温度における熱処理のステップｃ）を含む。例えば、アニーリング温度は、予想されるハイブリッド構造６０のタイプに応じて、また熱処理の目的に従って、２００℃から６００℃の間で変化することができる。

ステップｃ）における熱処理の後、方法は、支持基板１上に配置された、有効厚さを有する有効層２０を形成するための、薄化された層２’を薄化する第２のステップに対応するステップｄ）を含み、全体が、最終ハイブリッド構造６０を形成する。この第２の実施別形によれば、薄化される層を薄化するステップｂ）は、すでに、中間厚さを、実質的に有効厚さにしている。したがって、ステップｄ）は、基本的に、有効層２０の面４の表面状態を改善するための、僅かな除去を伴う研磨ステップ（英語の用語に従えば、「タッチポリッシュ」）と、洗浄シーケンスとから成ることができる。したがって、形成されたハイブリッド構造２０は、その後、電子デバイス、特に、音響波デバイスの開発のために使用されることができる。

本発明による製造方法を実施する第３の別形によれば、最終ハイブリッド構造６０のために予想される有効層２０の有効厚さは、定義された厚さ範囲よりも大きく（図２ｃ）、言い換えると、有効厚さは、最大厚さよりも大きい。この構成は、（感度モデルによって、また接合された構造６の特性および必要とされるアニーリング温度から決定された）定義された厚さ範囲が、予想される最終ハイブリッド構造２０と相性が良くないという事実を反映している。

予想されるハイブリッド構造と相性が良くない、この厚さ範囲構成（図２ｃ）は、支持基板が不適当である結果とすることができる。本発明による製造方法は、次に、接合された構造６を再利用するステップａ”）を含む。ステップａ”）は、ドナー基板２と支持基板１との分離に到る、接合界面５における接合された構造６のリフトオフを達成することから成る。分離は、接合された構造６のドナー基板２および支持基板１の２つの基板の面取りされたエッジの間にベベル形状のツールを挿入することによって、実行されることができる。分離後、再利用ステップａ”）は、さらに、接合された構造６を提供する新しいステップａ）のための、引き離されたドナー基板２および支持基板の再使用を含む。より大きい厚さの支持基板１を使用し、新しい接合された構造６を提供するために、再利用ステップａ”）を利用することができる。支持厚さの増加は、特に、最大厚さの値を増加させ、それの目的は、相性が良い厚さの範囲、すなわち、予想される有効厚さよりも大きい最大厚さを有する範囲を見つけることである。この方法による第２の薄化ステップｄ）は、このケースにおいては、それを最終ハイブリッド構造６０のための必要とされる支持厚さに戻すための、支持基板１の後面の薄化ステップも含む。この追加の薄化ステップは、機械的、機械化学的、または化学的薄化から成ることができる。

厚さ範囲が予想されるハイブリッド構造と相性が良くない構成（図２ｃ）は、アニーリング温度が高すぎるという事実に関連していることもある。そのときは、熱処理のステップｃ）において適用されるアニーリング温度を引き下げることを選択することができる。再利用ステップａ”）は、（潜在的により複雑または高価であるが、このケースにおいて必要な）異なる表面前処理を、基板１および２に、それらの組み立ての前に、適用するために、使用されることができ、例えば、より低い温度における熱処理の後の接合エネルギーを増進することを可能にする。次に、プロセスを続行する前に、新しい厚さ範囲が決定される。

製造方法の第４の実施別形によれば、ステップａ’）において決定された閾値厚さは、同じステップにおいて決定された最大厚さよりも大きい（図示されていない構成）。このケースにおいては、厚さ範囲は、それが存在しないので（厚さ範囲は、最大厚さよりも低い閾値厚さによって定義される）、やはり、予想される構造と相性が良くないと見なされる。このケースにおいては、接合界面５において見つけられる接合されていないエリアの最大サイズが、相性が良い厚さ範囲を可能にするには大きすぎることがある。本発明による製造方法は、次に、接合された構造６を再利用するステップａ”）を含む。ステップａ”）は、ドナー基板２と支持基板１との分離に到る、接合界面５における接合された構造６のリフトオフを達成することから成る。引き離しは、接合された構造６のドナー基板２および支持基板１の２つの基板の間の界面において応力を適用することによって行われることができる。分離後、再利用ステップａ”）は、接合された構造６を提供する新しいステップａ）のための、引き離されたドナー基板２および支持基板１の再使用を含む。最大サイズの接着されていないゾーンが、接合失敗に関係したと仮定すると、再利用ステップａ”）は、組み立てられる基板１、２の表面の新しい洗浄および前処理によって、この欠陥を排除することができる。

（例えば、組み立てられる２つの基板のうちの一方の上にあらかじめ存在するパターンまたは空洞があり、特定の機能を有しているケースにおいて）接合界面５において見つけられる接合されていないエリアのサイズを減らすのが難しい場合、再利用のステップａ”）は、例えば、組み立て状態を使用し、変更するために使用されることができ、それは、ステップｃ）において適用される必要がある以降の温度の引き下げを可能にし、新しい接合された構造６を提供するためである。

本発明による方法のメインステップが、（図３）に示されている。

本発明による製造方法は、接合界面５を強固にするために、または（有効層２０になる）薄化された層２’内の欠陥を修復するために必要とされる、アニーリング温度での熱処理を、薄化された層２’のための相性の良い厚さの範囲が先に決定された薄化された構造６’に適用することを可能にする。熱処理は、一般に、（すなわち）有効厚さの有効層２０を有する最終ハイブリッド構造６０に、有効層２０に損傷を発生させずに、適用可能ではなく、接着されていないエリア（基板１、２の組み立てられた面上のあらかじめ存在する接合欠陥または彫り込まれたパターン）が、接合界面５に見つけられるときは、特にそうである。

そのうえ、相性が良い厚さの範囲を決定するためのステップａ’）は、接合された構造６を再利用することが必要なときを識別することを可能にする。これは、薄化ステップｂ）に従事する前であり、したがって、それは、製造歩留まりを高めることを可能にする。

本発明は、また、有効層２０の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する支持基板１に組み立てられた、５０ミクロンよりも小さい有効厚さの圧電材料からなる有効層２０を備える、ハイブリッド構造６０に関する（図１ｃ）。有効層２０と支持基板１との間の接合界面５は、１０００ｍＪ／ｍ²以上の接合エネルギーと、サイズが１から１０００ミクロンの間の少なくとも１つの接合されていないエリアとを有する。有効層２０は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群から選択される材料から構成される。例えば、それの厚さは、０．１ミクロンから５０ミクロンの間である。支持基板は、シリコン、ＩＩＩ－Ｖ族半導体、シリコンカーバイド、ガラス、サファイアからなる群から選択される材料から構成される。例えば、それの厚さは、０．１ミクロンから５０ミクロンの間である。支持基板は、１つまたは複数の異なるタイプの表面層を備えることもできる。例えば、支持基板は、組み立てられる面のへりに、電荷をトラップすることが可能な表面層を有する単結晶シリコン基板、特に、多結晶シリコンから成ることができ、それは、また、ＳＯＩ基板（シリコンオンインシュレータ）から成ることができ、それの表面層は、酸化シリコンおよびシリコン内に、または酸化物層の下に電荷トラップ層を提供されるＳＯＩ基板内にある。

例１：
直径１５０ｍｍ、厚さ７２５ミクロンのシリコン（Ｓｉ）から作成される、支持基板１は、組み立てられる面全体にわって均等に間隔を置いて配置されたエッチングされたパターンを有する。これらの理由は、例えば、アライメントマークの機能を有することができ、またはデバイスがその上で開発される最終ハイブリッド構造６０内における、吊るされた膜の製造のための、もしくはさらに電気接点の作成のための空洞を構成することができる。支持基板１は、組み立てられる面上に酸化物層も備える。それは、接合された構造６を提供するために、同じ直径のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）から作成されたドナー基板２と一緒に分子接合によって接着される。顕微鏡音響制御ステップは、パターンによって生成された、接合界面５における接合されていないエリアを検出し、測定することを可能にする。接着されていないエリアの最大サイズは、５００ミクロンの半径ｒに対応する。

予想される最終ハイブリッド構造６０は、有益な１０ミクロンの層と、７２５ミクロンの支持基板とを有する。適用されるアニーリング温度は、ハイブリッド構造６０が、音響波デバイスを開発する後続のステップをサポートするように、接合界面５を十分に強固にするために、２５０℃である。

ステップａ’）は、閾値厚さ、および最大厚さを、ｈ_2threshold＝２８μｍ、およびｈ_2ceiling＝３２μｍと決定することを可能にする。獲得される厚さ範囲は、予想されるハイブリッド構造６０と相性が良く、有効厚さは、範囲よりも小さい。

化学機械的研磨および化学的洗浄が後続する、機械的薄化から成るステップｂ）の薄化は、３０ミクロンの中間厚さを有する薄化された層２’の形成を可能にする。その後、ステップｃ）の熱処理が、実施される。炉入れは、１００℃においてであり、傾斜温度上昇は、それが２３０℃において４時間の期間にわたるピークに達するまで、１°／分である。その後、１°／分の温度傾斜下降が、１００℃になるまで引き起こされ、その後、薄化された構造６’を炉から取り出す。薄化された構造６’は、その後、有効層２０を形成するために、薄化された層２’を１０ミクロンの厚さまで薄化する第２のステップを経験する。

したがって、獲得されたハイブリッド構造６０は、一体化されており、接合エネルギーが１０００ｍＪ／ｍ²以上である強固にされた接合界面５と、「座屈」現象に結び付けられた劣化を有さず、界面における接着されていないエリアの存在にもかかわらずそうである、１００から５００ミクロンの間の範囲にわたるサイズを有する、有益な統合された層とを有する。そのようなハイブリッド構造６０は、その後、音響波デバイスの開発のために使用されることができる。

例２：
直径１５０ｍｍ、厚さ７２５ミクロンのシリコン（Ｓｉ）から作成され、組み立てられる面上に酸化物層を備える、支持基板１は、接着された構造６を提供するために、同じ直径のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）から作成されたドナー基板２に接着によって接合される。顕微鏡音響制御ステップは、接着界面５において、最大サイズが７００ミクロンの半径ｒに対応する、２つの接着欠陥（接着されていないエリア）を検出することを可能にする。

予想される最終ハイブリッド構造６０は、有益な１０ミクロンの層と、７２５ミクロンの支持基板とを有する。適用されるアニーリング温度は、ハイブリッド構造６０が、音響波デバイスを開発する後続のステップをサポートするように、接合界面５を十分に強固にする目的で、２５０℃である。

ステップａ’）は、閾値厚さ、および最大厚さを、ｈ_2threshold＝２８μｍ、およびｈ_2ceiling＝２５μｍと決定することを可能にする。獲得される厚さ範囲は、予想されるハイブリッド構造６０と相性が良くなく、閾値厚さは、最大厚さよりも大きい。

その後、再利用ステップａ”）が、接着界面５に存在する接着欠陥の最大サイズを減らすために実施され、接合された構造６の接合界面５のレベルにおけるベベルの形をしたツールの挿入は、ドナー基板２と支持基板１とを分離することを可能にする。２つの基板の新しい洗浄および表面活性化シーケンスが、新しい接合された構造６を提供するための新しい組み立ての前に、実施される。新しい音響顕微鏡制御ステップは、接着界面５において、最大サイズが１５０ミクロンの半径ｒに対応する、１０個の欠陥を検出することを可能にする。

接合された構造６の新しい特性に基づいて、ステップａ’）は、以下の閾値厚さ、および最大厚さを、ｈ_2threshold＝２０μｍ、およびｈ_2ceiling＝２５μｍと決定する助けとなる。獲得される厚さ範囲は、今度は、予想されるハイブリッド構造６０と相性が良く、閾値厚さは、最大厚さよりも小さく、有効厚さは、範囲よりも小さい。

化学機械的研磨および化学的洗浄が後続する、機械的薄化から成る薄化のステップｂ）は、中間厚さが２３ミクロンである薄化された層２’が形成されることを可能にする。その後、ステップｃ）の熱処理が、実施される。炉入れは、７０℃において行われ、傾斜温度上昇勾配は、それが２５０℃において４時間の期間にわたる高平部に達するまで、１°／分である。その後、１°／分の温度傾斜下降が、１００℃になるまで引き起こされ、その後、構造を炉から取り出す。薄化された構造６’は、その後、有効層２０を形成するために、薄化された層２’を１０ミクロンの厚さまで薄化する第２のステップを経験する。

したがって、獲得されたハイブリッド構造６０は、一体化されており、接合エネルギーが１０００ｍＪ／ｍ²以上である、または１５００ｍＪ／ｍ²よりも大きくさえある、強固にされた接合界面５を有し、それは、また、５０から１５０ミクロンの間のサイズの、界面における接着されていないエリアの存在にもかかわらず、「座屈」現象に結び付けられた劣化を有さない、有益な一体化層２０を有する。そのようなハイブリッド構造６０は、その後、音響波デバイスの開発のために使用されることができる。

もちろん、本発明は、説明された実施形態および例に限定されず、別形が、特許請求の範囲によって確定される本発明の範囲から逸脱することなく、提供されることができる。

Claims (7)

1. 有効層（２０）の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する支持基板（１）に組み立てられた、５０ミクロン未満の有効厚さを有する圧電材料の前記有効層（２０）を備える、ハイブリッド構造（６０）であって、前記ハイブリッド構造（６０）は、前記有効層（２０）と前記支持基板（１）との間の接合界面（５）が、１０００ｍＪ／ｍ²よりも大きい接合エネルギーと、サイズが１から１０００ミクロンの間の少なくとも１つの接合されていない接着エリアとを有することを特徴とするハイブリッド構造（６０）。
2. 前記有効層（２０）は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる群から選択される材料から構成される請求項１に記載のハイブリッド構造（６０）。
3. 前記支持基板（１）は、シリコン、ＩＩＩ－Ｖ族半導体、カーバイドシリコン、ガラス、サファイアからなる群から選択される材料から構成される請求項１又は２に記載のハイブリッド構造（６０）。
4. 前記支持基板（１）は、１つまたは複数の表面層を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッド構造（６０）。
5. 前記支持基板（１）は、支持基板（１）の面全体にわって均等に間隔を置いて配置されたエッチングされたパターンを有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のハイブリッド構造（６０）。
6. 前記面上に酸化物層をさらに備える請求項５に記載のハイブリッド構造（６０）。
7. 前記接合エネルギーは、１５００ｍＪ／ｍ²よりも大きい請求項１乃至６のいずれか一項に記載のハイブリッド構造（６０）。

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