KR102556712B1 - Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film - Google Patents

Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film Download PDF

Info

Publication number
KR102556712B1
KR102556712B1 KR1020220011320A KR20220011320A KR102556712B1 KR 102556712 B1 KR102556712 B1 KR 102556712B1 KR 1020220011320 A KR1020220011320 A KR 1020220011320A KR 20220011320 A KR20220011320 A KR 20220011320A KR 102556712 B1 KR102556712 B1 KR 102556712B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
piezoelectric thin
layer
film
substrate
Prior art date
Application number
KR1020220011320A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220017973A (en
Inventor
안상정
Original Assignee
웨이브로드 주식회사
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 웨이브로드 주식회사 filed Critical 웨이브로드 주식회사
Priority to KR1020220011320A priority Critical patent/KR102556712B1/en
Publication of KR20220017973A publication Critical patent/KR20220017973A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102556712B1 publication Critical patent/KR102556712B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/07Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074Forming 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
    • H10N30/076Forming 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
    • H10N30/1051
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/704Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853Ceramic compositions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

본 개시는 실리콘 성막 기판에 화학적 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 3족 질화물로 된 스트레스 제어층을 형성하는 단계; 그리고, 스트레스 제어층 위에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 0.3Tm(Tm; 압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 물리적 기상 증착법으로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및 이 압전 박막을 포함하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present disclosure includes forming a stress control layer of a group III nitride on a silicon film substrate by chemical vapor deposition (CVD); And, forming an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the stress control layer by physical vapor deposition at a temperature of 0.3 Tm (Tm; melting point of the piezoelectric thin film material) or higher. A method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film element comprising the piezoelectric thin film It's about how.

Description

고순도 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 및 이 박막을 이용하는 소자를 제조하는 방법{Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film}Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film }

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 고순도 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 및 이 박막을 이용하는 소자를 제조하는 방법 및 이 박막을 이용하는 장치에 관한 것으로, 특히 우수한 결정성(crystallinity)과 극성(polarity)을 가지는 고순도(high purity) AlxGa1-xN (0.5≤x<1) 압전 박막, 더욱 바람직하게는 고순도 AlN 압전 박막 및 이 박막을 이용하는 소자를 제조하는 방법 및 이 박막을 이용하는 장치에 관한 것이다. 고순도 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막은 고품질의 고주파 필터(high-frequency filters), 에너지 회수장치(energy harvesters), 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducers), 바이오 및 사물인터넷 용도의 센서(sensors for bio & IoT) 등을 포함한 다양한 공진기(resonaters) 응용 제품 등에 이용된다. 최근에, 이들 박막은 스마트 폰과 같은 포터블 전자 장치(portable electronic devices)에 사용되는 필터에서 음향 공진기(acoustic resonators; 예: SAW 공진기(surface acoustic wave resonator), BAW 공진기(bulk acoustic wave resonator))로서 역할과 바이오 및 사물인터넷 용도의 고감도 센서에서 주목받고 있다. 이상에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 용도를 예시하였지만, 이 박막의 용도가 여기에 제한되는 것은 아니다.The present disclosure generally relates to a high-purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, a method for manufacturing a device using the thin film, and a device using the thin film, particularly with excellent crystallinity. ) and polarity, a high purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x<1) piezoelectric thin film, more preferably a high purity AlN piezoelectric thin film and a method for manufacturing a device using the thin film, and this It relates to a device using a thin film. High-purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films are used for high-quality high-frequency filters, energy harvesters, ultrasonic transducers, bio and IoT applications It is used for various resonator applications including sensors for bio & IoT. Recently, these thin films have been used as acoustic resonators (e.g., surface acoustic wave resonator, BAW resonator) in filters used in portable electronic devices such as smart phones. It is attracting attention in high-sensitivity sensors for role and bio and IoT applications. Although the use of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film has been exemplified above, the use of this thin film is not limited thereto.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).Here, background art related to the present disclosure is provided, and they do not necessarily mean prior art (This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

문헌 Nano Energy 51 (2018) 146-161, “AlN piezoelectric thin films for energy harvesting and acoustic devices”에 따르면, AlN 압전 박막은 높은 종적 음향파 속도(high longitudinal acoustic wave velocity; 대략 11,000m/s), 높은 열적 안정성(high thermal satbility, 녹는점; 2100℃, 압전 특성 유지 온도; 1150℃), 큰 에너지 밴드갭(wide energy bandgap, 6.2eV), 그리고 우수한 압전능과 유전율(excellent piezoelectric and dielectric properties) 등의 유일무이한 물성을 갖고 있어, 고품질의 고주파 필터(high-frequency filters), 에너지 회수장치(energy harvesters), 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducers), 바이오 및 사물인터넷 용도의 센서(sensors for bio & IoT) 등을 포함한 다양한 공진기(resonaters) 응용 제품으로 현재 폭발적으로 사용되고 있는 동시에, 향후 고품질의 기능성과 다양성(functionality and versatility) 강화를 통한 초소형화 고효율성 제품이 절대 필요한 분야에서는 가장 각광받고 있는 물질이다. 일반적으로 AlN 압전 박막 물질을 성막(thin film synthesis)하는 방법으로는 400℃ 전후의 온도에서 다결정 증착(poly-crystal deposition)하는 PVD(physical vapor deposition; 대표적으로 sputtering)와 1000℃ 전후의 온도에서 단결정 성장(epitaxial single crystal growth)하는 CVD(chemical vapor deposition; 대표적으로 MOCVD, HVPE)으로 알려져 있다. 현재는 AlN 압전 박막의 성막(증착,성장) 공정과 이러한 성막 공정을 감안한 소자 설계로 인해서 고저항성 Si 성막 기판 위에 순차적으로 절연층(대표적으로 SiO2) 및/또는 전극 기능을 포함한 금속층의 단층 또는 다층 박막(대표적으로 Mo, Ti, Pt, W, Al)을 형성시킨 다음, 400℃ 전후의 온도에서 다결정 AlN 증착 성막을 통한 소자 설계 제작, 또는 필요시에 후속 열처리 공정을 추가하여 설계된 소자를 제작하고 있는 실정이다. 하지만 도 15에서 상세히 후술하겠지만 물리적인 공정 한계로 인해 400℃ 전후의 온도에서 절연층 및/또는 금속 박막 위에 최적화시킨 공정으로 증착된 AlN 압전 박막은 집합조직화된 다결정(textured poly-crystal) 미세조직(microstucture)으로 1000℃ 전후의 고온에서 증착 성막된 고순도 단결정(epitaxial single crystal) 미세조직의 AlN 압전 박막에 비해서 압전능 관련 물성을 포함한 물리적 특성이 우수하지 않고, 이로 인해서 설계 제작된 각종 AlN 압전 박막 소자들은 성능과 응용 확장 관점에서 한계를 갖고 있다. 다시 말해서, 종래 기술에서 AlN 압전 박막과 이를 이용한 장치에 있어서의 결정 품질(결정성과 극성)은 AlN 성막 전에 형성된 절연층 및/또는 금속층의 단층 또는 다층 박막 위에 성막 가능한 것으로 증착 성막 온도 및 표면 물질 상태 등의 물리적 인자들에 제한되기 때문에, AlN 압전 박막을 고순도 단결정의 재료로 구성하는 것은 곤란하였다. 이러한 한계을 극복하고 고순도 단결정의 AlN 압전 박막을 얻고 장치를 제작하기 위한 여러 방법들이 제시되고 있는데, 일 예로 MOCVD 장치로 1000℃ 전후의 고온에서 AlN 물질과 동일/유사한 결정 구조(crystal structure)를 갖는 단결정 성막 기판(epitaxial synthesis substrate, Sapphire, SiC)에 직접 성장(growth) 성막하거나 또는 실리콘(Si) 단결정 성막 기판 위에 스퍼터링(sputtering) 장치로 가능한 최대 고온에서 직접 증착(deposition) 성막시킨 후, 웨이퍼 본딩(wafer-bonding)과 성막 기판 분리(lift off)를 통해서 소자 기판(device substrate)으로의 AlN 압전 박막 전사(transfer) 기술을 통해 소자를 완성시키는 방법들이 제시되고 있다.According to the document Nano Energy 51 (2018) 146-161, “AlN piezoelectric thin films for energy harvesting and acoustic devices”, AlN piezoelectric thin films have high longitudinal acoustic wave velocity (approximately 11,000 m/s), high High thermal stability (melting point; 2100℃, piezoelectric property retention temperature; 1150℃), wide energy bandgap (6.2eV), and excellent piezoelectric and dielectric properties With unique physical properties, high-quality high-frequency filters, energy harvesters, ultrasonic transducers, sensors for bio & IoT, etc. It is currently explosively used as a variety of resonator application products including resonators, and at the same time, it is the most popular material in the field where ultra-miniature and high-efficiency products through enhanced functionality and versatility of high quality are absolutely needed in the future. In general, methods for thin film synthesis of AlN piezoelectric thin film materials include PVD (physical vapor deposition; typically sputtering), which is poly-crystal deposition at a temperature of around 400 ° C, and single crystal at a temperature of around 1000 ° C Growth (epitaxial single crystal growth) is known as CVD (chemical vapor deposition; typically MOCVD, HVPE). Currently, due to the film formation (deposition, growth) process of AlN piezoelectric thin film and device design considering this film formation process, a single layer or After forming a multi-layer thin film (typically Mo, Ti, Pt, W, Al), design and manufacture a device through polycrystalline AlN deposition at a temperature around 400 ° C, or manufacture a designed device by adding a subsequent heat treatment process if necessary. is currently doing. However, as described later in FIG. 15, due to physical process limitations, the AlN piezoelectric thin film deposited by the optimized process on the insulating layer and / or metal thin film at a temperature of around 400 ° C. has a textured poly-crystal microstructure ( Compared to AlN piezoelectric thin films with high-purity epitaxial single crystal microstructure deposited at high temperatures around 1000℃ as a microstructure), physical properties including piezoelectric properties are not superior, and various AlN piezoelectric thin film elements designed and manufactured for this reason They have limitations in terms of performance and application extension. In other words, in the prior art, the crystal quality (crystallinity and polarity) of an AlN piezoelectric thin film and a device using the same can be deposited on a single or multi-layered thin film of an insulating layer and/or a metal layer formed before AlN film formation, and the deposition film formation temperature and surface material state However, it has been difficult to construct an AlN piezoelectric thin film with a high-purity single crystal material. Several methods have been proposed to overcome these limitations and obtain high-purity single-crystal AlN piezoelectric thin films and fabricate devices. For example, single crystals having the same/similar crystal structure as AlN materials at high temperatures around 1000 ° C with MOCVD devices After directly growing a film on a film formation substrate (epitaxial synthesis substrate, Sapphire, SiC) or directly depositing a film on a silicon (Si) single crystal film formation substrate at the highest possible temperature with a sputtering device, wafer bonding ( Methods of completing a device through an AlN piezoelectric thin film transfer technology to a device substrate through wafer-bonding and lift off have been proposed.

도 1은 미국 공개특허공보 US2015-0033520호에 제시된 압전 박막을 이용한 소자들을 나타내는 도면으로서, 도 1(a)에는 FBAR(20; Film Bulk Acoustic Resonator)의 일 예가 제시되어 있으며, 도 1(b)에는 SMR(20'; Solidly Mounted Resonator)가 제시되어 있다. FBAR과 SMR은 BAW 공진기에 속한다. FBAR(20)은 한 쌍의 전극(22,24), 한 쌍의 전극(22,24) 사이에 놓이는 압전 박막(26) 그리고 소자 기판(30)을 포함한다. 한 쌍의 전극(22,24)과 압전 박막(26)은 소자 기판(30)에 형성된 캐비티(28) 위에 놓인다(suspended). SMR(20')은 한 쌍의 전극(22',24'), 한 쌍의 전극(22',24') 사이에 놓이는 압전 박막(26') 그리고 소자 기판(30')을 포함한다. FBAR(20)과 달리 캐비티(28) 반사기(reflectror)를 대신하여 다층 구조의 브래그 리플렉터(27'; Bragg Reflector) 반사기가 구비된다.1 is a view showing elements using a piezoelectric thin film proposed in US Patent Publication No. US2015-0033520, FIG. 1 (a) shows an example of FBAR (20; Film Bulk Acoustic Resonator), and FIG. 1 (b) SMR (20'; Solidly Mounted Resonator) is presented. FBAR and SMR belong to BAW resonators. The FBAR 20 includes a pair of electrodes 22 and 24, a piezoelectric thin film 26 disposed between the pair of electrodes 22 and 24, and an element substrate 30. The pair of electrodes 22 and 24 and the piezoelectric thin film 26 are suspended over the cavity 28 formed in the device substrate 30 . The SMR 20' includes a pair of electrodes 22' and 24', a piezoelectric thin film 26' disposed between the pair of electrodes 22' and 24', and an element substrate 30'. Unlike the FBAR 20, a multi-layered Bragg reflector 27' is provided instead of the reflector of the cavity 28.

도 2 내지 도 4는 미국 공개특허공보 US2015-0033520호에 제시된 AlN 압전 박막 및 이를 이용한 소자를 제조하는 방법을 나타내는 도면으로서, 먼저 사파이어(Al2O3) 성막 기판에 단결정 AlN 압전 박막을 성장한다(도 2(a)). 이때 종래 Si 성막 기판 위에 SiO2 막과 Mo로 된 전극을 형성한 다음, PVD(Phisical Vapor Deposition)인 스퍼터링을 통해 AlN 압전 박막을 형성하는 것과 달리, HVPE 또는 CVD(Chemical Vapor Depostion)인 MOVCD를 이용하여 양질의 고순도 단결정 AlN 압전 박막을 형성한다. 다음으로, 컨택 전극을 형성한다(도 2(b). SMR을 제조하는 경우에, 먼저 별도로 마련된 반도체 소자 기판에 브래그 리플렉터(SiO2/W) 반사기를 형성한다(도 3(c)). 다음으로 AlN 압전 박막 구조물(40)과 브래그 리플렉터 반사기 구조물(42)을 웨이퍼 본딩한다(도 3(d). 다음으로 본딩된 구조물(44)로부터 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off; LLO)를 통해 사파이어 성막 기판을 분리한다(도 3(e)). 마지막으로 사파이어 성막 기판이 분리된 구조물(46)에 상부 전극을 형성한다(도 3(f)). FBAR을 제조하는 경우에, 먼저 별도로 마련된 반도체 소자 기판에 에어 캐비티를 형성한다(도 4(c)). 다음으로 AlN 압전 박막 구조물(40)과 캐비티 구조물(52)을 결합한다(도 4(d). 다음으로 본딩된 구조물(54)로부터 레이저 리프트 오프(LLO)를 통해 사파이어 성막 기판을 분리한다(도 4(e)). 마지막으로 사파이어 성막 기판이 분리된 구조물(56)에 상부 전극을 형성한다(도 4(f)). 2 to 4 are diagrams illustrating an AlN piezoelectric thin film and a method for manufacturing a device using the AlN piezoelectric thin film proposed in US Patent Publication No. US2015-0033520. First, a single crystal AlN piezoelectric thin film is grown on a sapphire (Al 2 O 3 ) film substrate. (Fig. 2(a)). At this time, unlike the conventional SiO 2 film and Mo electrode formed on the Si film substrate and then forming the AlN piezoelectric thin film through PVD (Phisical Vapor Deposition) sputtering, HVPE or CVD (Chemical Vapor Deposition) MOVCD is used. to form a high-quality, high-purity single-crystal AlN piezoelectric thin film. Next, a contact electrode is formed (FIG. 2(b). In the case of manufacturing SMR, a Bragg reflector (SiO 2 /W) reflector is first formed on a separately prepared semiconductor device substrate (FIG. 3(c)). Next The AlN piezoelectric thin film structure 40 and the Bragg reflector reflector structure 42 are wafer bonded (FIG. 3(d)). Next, a sapphire film is formed from the bonded structure 44 through Laser Lift Off (LLO). The substrate is separated (FIG. 3(e)). Finally, an upper electrode is formed on the structure 46 from which the sapphire film formation substrate is separated (FIG. 3(f)). In the case of manufacturing an FBAR, first, a separately prepared semiconductor device An air cavity is formed on the substrate (FIG. 4(c)). Next, the AlN piezoelectric thin film structure 40 and the cavity structure 52 are bonded (FIG. 4(d)). Next, the laser from the bonded structure 54 The sapphire deposition substrate is separated through lift-off (LLO) (FIG. 4(e)). Finally, an upper electrode is formed on the structure 56 from which the sapphire deposition substrate is separated (FIG. 4(f)).

종래에 Si 성막 기판 상부에 실리콘 산화물(SiO2) 및/ 또는 금속(전극) 물질 위에 스퍼터링(sputtering) 장치를 통해 증착 성막된 다결정(polycrystalline) AlN 압전 박막과 비교할 때 사파이어 성막 기판 위에 MOCVD 성장 성막된 단결정(single crytalline) AlN 압전 박막은 공진기(resonator)의 성능과 품질을 대폭 향상시킨다 하겠다. 그러나 사파이어 성막 기판 위에 6.2eV 에너지 밴드갭(energy bandgap), 즉 파장으로 변환시에 200nm 단파장의 광학 물성을 갖는 AlN 압전 박막을 직접 성장시킨 다음, 이를 현재 상용되는 ArF(193nm) & KrF(248nm) 등의 엑시머 레이저 광 에너지원를 이용하여 분리하는 것은 결코 쉽지 않은 일이다. 이러한 이유는 레이저 광 에너지원을 이용하여 두 물질층을 분리하기 위해서는 경계면(interface)에서 레이저 광 에너지원의 강한 흡수와 열에너지로의 변환을 거친 열화학분해 반응(thermo-chemical decomposition reaction) 과정을 통해 이루어지는데, 이러한 메카니즘(mechanism)을 통해 성막 기판으로부터 기능을 갖는 특정 성막된 박막을 분리하는 공정을 “레이저 리프트 오프(laser lift off; LLO)”라 일컫고 있다. 레이저 리프트 오프(LLO) 메카니즘의 시발점은 레이저 광 에너지원을 흡수하여 열에너지원으로 변환시킬 수 있는 적정한 물질로 구성된 희생층(sacrificial ayer)이 광학적으로 투명한 성막 기판과 특정 성막된 박막 사이에 존재되어야 한다. 이 희생층(sacrificial ayer) 물질의 적정 조건은 광학적으로 투명한 사파이어 성막 기판 후면을 통해 조사 입사된 레이저의 파장(wavalength)보다 충분히 큰 파장의 에너지 밴드갭을 갖는 광학적으로 투명한 반도체인 동시에, 광 에너지원을 최대한 많이 흡수할 수 있는 비정질, 다결정(amorphous or polycrystalline), 또는 다층(multi layer)의 미세구조(microstructure)를 갖는 물질 영역이 절대적으로 필요로 한데, 상기 미국 공개특허공보 US2015-0033520호에 제시된 방법에서는 이러한 점을 간과하고 기술한 것이다.Compared to polycrystalline AlN piezoelectric thin films conventionally deposited through a sputtering device on silicon oxide (SiO 2 ) and/or metal (electrode) materials on top of Si film substrates, MOCVD-grown piezoelectric films on sapphire film substrates The single crystal (crytalline) AlN piezoelectric thin film can greatly improve the performance and quality of resonators. However, after directly growing an AlN piezoelectric thin film having an optical property of 6.2eV energy bandgap, that is, a short wavelength of 200nm when converted to a wavelength, on a sapphire film substrate, and then using the currently commercially available ArF (193nm) & KrF (248nm), etc. Separation using an excimer laser light energy source is not an easy task. This is because, in order to separate the two material layers using a laser light energy source, a thermo-chemical decomposition reaction process through which the laser light energy source is strongly absorbed and converted into thermal energy at the interface is performed. However, a process of separating a specific film formed with a function from a film formation substrate through this mechanism is referred to as “laser lift off (LLO)”. The starting point of the laser lift-off (LLO) mechanism is that a sacrificial layer composed of an appropriate material capable of absorbing a laser light energy source and converting it into a heat energy source must exist between an optically transparent film formation substrate and a specific film film. . An appropriate condition for the material of this sacrificial layer is an optically transparent semiconductor having an energy bandgap of a sufficiently larger wavelength than the wavelength of the laser irradiated through the rear surface of the optically transparent sapphire film deposition substrate, and at the same time, a light energy source. A material region having an amorphous, polycrystalline, or multi-layer microstructure capable of absorbing as much as possible is absolutely required. In the method, these points were overlooked and described.

도 5는 미국 공개특허공보 US2006-0145785호에 제시된 AlN 압전 박막을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 사파이어 성막 기판(200), 사파이어 성막 기판(200)에 성장된 버퍼층(210; 예: GaN), 버퍼층(210) 위에 형성된 AlN 압전 박막(220) 그리고 AlN 압전 박막(220) 위에 형성된 접합용 금속(230; 예: Au)이 제시되어 있다.5 is a view showing an example of a method of manufacturing an AlN piezoelectric thin film proposed in US Patent Publication No. US2006-0145785, a sapphire film formation substrate 200, a buffer layer 210 grown on the sapphire film formation substrate 200; example: GaN), an AlN piezoelectric thin film 220 formed on the buffer layer 210, and a bonding metal 230 (eg, Au) formed on the AlN piezoelectric thin film 220 are presented.

버퍼층(210)을 구성하고 있는 갈륨 나이트라이드(GaN)은 3.4eV(파장 변환 시, 364nm) 에너지 밴드갭을 갖는 물질이고 동시에 저온 성장 성막된 비정질 미세구조(amorphous microstucture)를 갖고 있어, AlN에 비해 상기 GaN 버퍼층(210)은 희생층(sacrificial layer)으로 역할을 충분히 할 수 있어 광학적으로 투명한 사파이어 성막 기판(200)과 AlN 압전 박막(220)의 분리를 용이하게 하는 이점을 가지지만, GaN 버퍼층(210)과 AlN 압전 박막(220) 간에는 상당한 격자상수 및 열팽창계수의 물성 차이가 존재하므로, 공진기 등의 기능성 압전 박막으로 사용할 수 있는 일정한 임계 두께(critical thickness, 대략 100nm) 이상으로 MOCVD 성장된 고순도 단결정 AlN 압전 박막(220)을 확보하는데 현재까지 공지된 공정 및 기술로는 결코 쉽지 않다.Gallium nitride (GaN) constituting the buffer layer 210 is a material having an energy band gap of 3.4 eV (at the time of wavelength conversion, 364 nm) and at the same time has an amorphous microstucture grown at a low temperature, compared to AlN. The GaN buffer layer 210 can sufficiently serve as a sacrificial layer and has the advantage of facilitating separation of the optically transparent sapphire film deposition substrate 200 and the AlN piezoelectric thin film 220, but the GaN buffer layer ( 210) and the AlN piezoelectric thin film 220, there is a significant difference in physical properties of lattice constant and thermal expansion coefficient, so a high-purity single crystal grown by MOCVD over a certain critical thickness (approximately 100 nm) that can be used as a functional piezoelectric thin film such as a resonator Securing the AlN piezoelectric thin film 220 is not easy with currently known processes and techniques.

도 15는 Solid-State Electronics 54 (2010) 1041-1046에 제시된 AlN 압전 박막을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 제조 방법은 도 15(a)에 도시된 바와 같이, (001) 실리콘 성막 기판(61)에 직접적으로 스퍼터링 증착된 AlN 압전 박막(62)을 성막하는 단계, 도 15(b)에 도시된 바와 같이, AlN 압전 박막(62) 위에 하부 전극(63)을 형성하는 단계, 또 15(c)에 도시된 바와 같이, 하부 전극(63) 위에 형성된 음향파 미러(64; acoustic mirror)를 형성하는 단계, 도 15(d)에 도시된 바와 같이, 음향파 미러(64) 위에 웨이퍼 본딩 결합된 캐리어 웨이퍼(65; carrier wafer)를 형성하는 단계, 도 15(e)에 도시된 바와 같이, (100) 실리콘 성막 기판(61)을 습식에칭으로 제거하는 단계, 그리고 도 15(f)에 도시된 바와 같이, 최종적으로 (100) 실리콘 성막 기판(61)이 제거된 AlN 압전 박막(62)에 상부 전극(66)을 형성하는 단계를 포함하며, 이를 통해 SMR BAW 구조 공진기가 제조된다. 이러한 방법에 의하면, 실리콘 성막 기판에 SiO2 및/또는 금속(전극)을 형성한 다음 AlN 압전 박막을 형성한 구조(예: 문헌(“Optimization of sputter deposition Process for piezoelectric AlN ultra-thin Films”, Semester Project, Advanced NEMS group, Autumn Semester 2017, Roman Welz, January 23, 2018, SECTION MICROTECHNIQUE)와 비교할 때, 품질 개선을 위한 별도의 추가 공정(CMP; chemical-mechanical polishing)이 불필요한 장점과 균일한 두께를 갖는 압전 박막 획득이 가능하고 동시에 압전 박막 품질에 지대한 영향을 미치는 전극(금속) 표면에 형성된 자연 산화물(native oxide)을 배제할 수 있는 이점이 있어 종래 제조 공정에 비해 품질과 비용관점에서 우위를 확보할 수 있다고 지적되어 있다.15 is a view showing an example of a method for manufacturing an AlN piezoelectric thin film presented in Solid-State Electronics 54 (2010) 1041-1046, in which, as shown in FIG. 15 (a), (001) silicon film is formed. Forming an AlN piezoelectric thin film 62 directly sputter-deposited on the substrate 61, forming a lower electrode 63 on the AlN piezoelectric thin film 62 as shown in FIG. 15(b), and As shown in 15(c), forming an acoustic mirror 64 formed on the lower electrode 63, as shown in FIG. 15(d), a wafer over the acoustic wave mirror 64 Forming a bonded carrier wafer (65), as shown in FIG. 15 (e), (100) removing the silicon film substrate 61 by wet etching, and FIG. 15 (f) As shown in , finally, a step of forming an upper electrode 66 on the AlN piezoelectric thin film 62 from which the (100) silicon film substrate 61 is removed, through which an SMR BAW structural resonator is manufactured. According to this method, a structure in which SiO 2 and/or metal (electrode) is formed on a silicon film substrate and then an AlN piezoelectric thin film is formed (eg, literature (“Optimization of sputter deposition Process for piezoelectric AlN ultra-thin Films”, Semester Project, Advanced NEMS group, Autumn Semester 2017, Roman Welz, January 23, 2018, SECTION MICROTECHNIQUE), a separate additional process (CMP; chemical-mechanical polishing) for quality improvement has unnecessary advantages and uniform thickness. It is possible to obtain a piezoelectric thin film and at the same time has the advantage of excluding the native oxide formed on the surface of the electrode (metal), which has a great influence on the quality of the piezoelectric thin film. It has been pointed out that it can.

이외에도 SiC 성막 기판 위에 고순도 AlN 압전 박막을 성장하는 방법이 있으나, SiC 성막 기판이 고비용인데다가, SiC 성막 기판 위에 고순도 AlN 박막 성장 후에 이미 공지된 AlN 압전 박막 공진기 제조공정에서 화학적 습식에칭을 통해 SiC 성막 기판이 제거되기 때문에 재사용이 가능하지 않으므로 원천적으로 AlN 압전 박막 공진기 고비용 원가문제를 해결할 수 없어 고려하지 않는다.In addition, there is a method of growing a high-purity AlN piezoelectric thin film on a SiC film-forming substrate, but the SiC film-forming substrate is expensive, and after growing a high-purity AlN thin film on a SiC film-forming substrate, SiC film formation through chemical wet etching in the already known AlN piezoelectric thin film resonator manufacturing process Because the substrate is removed, reuse is not possible, so it is not considered because it cannot fundamentally solve the high cost problem of AlN piezoelectric thin film resonators.

통상적으로 2200℃의 녹는점(melting point, Tm)을 갖는 고순도 AlN 압전 박막을 성막(증착, 성장)하기 위해서는 “쏜턴에 의해 정립된 흡착원자 표면 이동도 이론(Thornton’s Theory for the Adatom Surface Mobility)에 따라 성막 시에 성막 기판의 표면 온도를 적어도 0.3Tm(AlN 경우 660℃) 이상에서 공정을 진행해야 성막 기판의 표면에서 흡착원자의 물질 확산이 시작되어 성막 물질층의 충진율(close packing ratio)이 단결정 벌크(single crystal bulk) 수준에 도달해서 성막 기판 표면에 수직방향으로 배열된 집합조직의 다결정(c-oriented textured polycrystal)을 형성할 수 있고, 성막 기판 표면 온도를 한층 더 증가시켜 0.5Tm(AlN 경우 1100℃) 이상이 되면 부정형의 모짜익 구조 단결정(psuedomorphic mosaic structured single crystal)을 형성하여 고순도 박막(high purity thin film)을 얻을 수 있다. 더 바람직하게는 성막 기판 표면 온도를 상승시킬 때, 성막 기판 후면(back plane)에서 히터(heater)로 가열하는 방식보다 플라즈마 입자들(plasma particles; 양성자, 전자, 중성자)의 가속을 통해 성막되는 표면에 직접 충격(bombardment)을 가하여 표면 온도를 증가시키는 것이 고순도 박막을 얻는데 유리하다. 또한 육방정계(HCP) 결정구조를 갖는 고순도 AlN 압전 박막을 성막(증착, 성장)하기 위해서는 동일한 결정구조를 갖는 3족 질화물(Group III Nitrides; AlN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN)과 2족 산화물(Group II Oxidex; ZnO, MgO, MgZnO), 또는 유사한 결정구조를 갖는 사파이어(Sapphire)와 실리콘카바이드(SiC) 물질 표면을 최우선으로 선택하는 것이 바람직하며, 동시에 표면 거칠기(surface roughness)가 큰 금속(전극; Mo, W, Ti, Al) 물질보다는 상대적으로 작은 표면 거칠기를 갖는 세라믹(SiO2, SiNx) 또는 반도체(Si) 물질이 흡착원자 표면 이동도 관점에서 휠씬 더 고순도 AlN 압전 박막 확보에 유리하다. 상기 조건들 이외, 고순도 AlN 압전 박막을 성막(증착, 성장)하는데 유리한 상황들은 성막 기판을 포함한 주변으로부터 산소(O2) 유입량의 최소화, 그리고 성막 기판 표면에 수소와 수소 화합물, 기타 오염원을 완벽하게 제거하는 것이 최상의 조건이다.In general, in order to form (deposit, grow) a high-purity AlN piezoelectric thin film having a melting point (Tm) of 2200 ° C, “Thornton's Theory for the Adatom Surface Mobility” Accordingly, during film formation, the surface temperature of the film formation substrate must be carried out at least 0.3Tm (660°C in the case of AlN) or higher so that material diffusion of adsorbed atoms starts on the surface of the film formation substrate and the close packing ratio of the film formation material layer is reduced to single crystal. By reaching the single crystal bulk level, it is possible to form c-oriented textured polycrystals arranged in a vertical direction on the surface of the film formation substrate, and by further increasing the surface temperature of the film formation substrate to 0.5 Tm (in the case of AlN). 1100° C.) or higher, it is possible to obtain a high purity thin film by forming a pseudomorphic mosaic structured single crystal. More preferably, when the surface temperature of the film formation substrate is raised, the surface formed through the acceleration of plasma particles (protons, electrons, neutrons) rather than heating with a heater on the back plane of the film formation substrate. It is advantageous to obtain a high-purity thin film by directly applying a bombardment to increase the surface temperature. In addition, in order to form (deposit, grow) a high-purity AlN piezoelectric thin film having a hexagonal (HCP) crystal structure, Group III Nitrides (AlN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN) and Group 2 oxides having the same crystal structure (Group II Oxidex; ZnO, MgO, MgZnO), or sapphire and silicon carbide (SiC) material surfaces having a similar crystal structure are preferred, and at the same time, metals with large surface roughness ( Electrodes; Ceramic (SiO 2 , SiN x ) or semiconductor (Si) materials having relatively small surface roughness rather than Mo, W, Ti, Al) materials are advantageous in securing a much higher purity AlN piezoelectric thin film in terms of surface mobility of adsorbed atoms. do. In addition to the above conditions, favorable conditions for film formation (deposition, growth) of high-purity AlN piezoelectric thin films include minimization of the inflow of oxygen (O 2 ) from the surroundings, including the film-formation substrate, and perfect removal of hydrogen, hydrogen compounds, and other contaminants on the surface of the film-formation substrate. Removal is the best condition.

문헌(Physics Letter A 375 (2011) 1000-1004, “Single-crystalline AlN growth on sapphire using physical vapor deposition”, Andres M. Cardenas-Valencia, Shinzo Onishi, Benjamin Rossie)에는 사파이어 성막 기판 위에 마그네트론 스퍼터링 건(a magnetron sputtering gun)을 도입하여, 사파이어 성막 기판의 온도를 860℃로 설정하여 직접 증착 성막하여 4㎛ 두께의 단결정 AlN 압전 박막을 확보하였다. 통상적으로 AlN 압전 박막의 품질을 평가할 때 결정성(crytallinity)과 극성(polarity)을 동시에 평가하는데, 결정성 품질(crystalline quality) 측정 평가 지표는 비파괴 방식인 X-ray rocking curve에서 반치폭(FWHM)를 통해 살펴 보는데, 현재 상용 구조(Si 성막 기판/SiO2/금속 전극/AlN)의 반치폭 값인 1.2-2.5°와 비교할 때, 상기 인용 문헌의 경우는 반치폭이 0.32° 값으로 상당히 결정성 품질이 개선되었음을 보여준다. 다시 말해서 상기 쏜턴에 의해 정립된 흡착원자 표면 이동도 이론에 따라, 성막(증착, 성장) 방법(CVD 또는 PVD)의 중요성에 앞서 특정 박막 성막(증착, 성장) 시에 성막 기판 온도 및 물질 결정 구조, 그리고 표면 상태 등이 중대한 영향 인자임을 알 수 있었다. 다만 극성 품질(polar quality)에 대해선 X-ray rocking curve의 반치폭 값으론 단정지을 수 없는 상태이다. 참고로 상기 인용 문헌에서는 극성 품질을 평가하지 않았지만, 통상 극성 품질(polar quality) 평가는 표면 습식 에칭(surface wet etching)을 통해서 확인할 수 있는데 극성 품질(polar quality)에 영향을 미치는 주요 인자는 성막(증착, 성장) 방법과 성막 기판 물질, 그리고 표면 상태로 공지되어 있다.In Physics Letter A 375 (2011) 1000-1004, “Single-crystalline AlN growth on sapphire using physical vapor deposition”, Andres M. Cardenas-Valencia, Shinzo Onishi, Benjamin Rossie, a magnetron sputtering gun (a magnetron sputtering gun) was introduced, and the temperature of the sapphire film formation substrate was set to 860° C., and a film was directly deposited to secure a 4 μm-thick single-crystal AlN piezoelectric thin film. Usually, when evaluating the quality of an AlN piezoelectric thin film, crystallinity and polarity are evaluated at the same time, and the crystalline quality measurement evaluation index is the full width at half maximum (FWHM) in the non-destructive X-ray rocking curve. Compared to the half-width value of 1.2-2.5° of the current commercial structure (Si film formation substrate / SiO 2 /metal electrode / AlN), in the case of the cited document, the half-width is 0.32°, indicating that the crystalline quality is significantly improved. show In other words, according to the theory of surface mobility of adsorbed atoms established by Thornton, prior to the importance of the film formation (deposition, growth) method (CVD or PVD), the film formation substrate temperature and material crystal structure during specific thin film formation (deposition, growth) , and surface conditions were found to be significant influencing factors. However, the polar quality cannot be determined by the half-width value of the X-ray rocking curve. For reference, polar quality was not evaluated in the cited literature, but polar quality evaluation can usually be confirmed through surface wet etching. The main factor affecting polar quality is film formation ( deposition, growth) methods, film formation substrate materials, and surface conditions are known.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described at the end of 'Specific Contents for Implementation of the Invention'.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features). This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

본 개시에 따른 일 측면에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 고순도 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법에 있어서, 사파이어 성막 기판에 희생층을 형성하는 단계; 그리고, 희생층 위에 단결정 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 성장하는 단계;를 포함하며, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 성장하는 단계에 앞서 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)로 된 제1 반도체층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법이 제공된다.According to one aspect of the present disclosure (According to one aspect of the present disclosure), in a method for manufacturing a high-purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, a sacrificial layer is formed on a sapphire film deposition substrate. forming; And, growing a single-crystal Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the sacrificial layer; including, growing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film Forming a first semiconductor layer of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) prior to the step; high purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) characterized in that it further comprises ) A method for manufacturing a piezoelectric thin film is provided.

본 개시에 따른 또 다른 측면에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 구비하는 구조물에 있어서, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막; AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 일측에 구비되는 제1 전극; AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 기준으로 제1 전극의 반대측에 구비되는 제2 전극과 반사기;를 포함하며, 제1 전극이 구비되는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 면은 메탈릭 극성(Al-polarity 또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed) 표면(face)인 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 구비하는 구조물이 제공된다.According to another aspect according to the present disclosure (According to another aspect of the present disclosure), in a structure having an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) A first electrode provided on one side of the piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) A second electrode and a reflector provided on the opposite side of the first electrode based on the piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N including the first electrode (0.5≤x≤1) Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1), characterized in that the surface of the piezoelectric thin film is a metallic polarity (Al-polarity or Al-polarity & Ga-polarity mixed) surface ) A structure having a piezoelectric thin film is provided.

본 개시에 따른 또 다른 측면에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법에 있어서, 사파이어 성막 기판에 희생층을 형성하는 단계;로서, 희생층은 화학적 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 형성된 3족 질화물 및 물리적 기상 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)으로 형성된 2족 또는 3족 산화물을 포함하는 산화물 중의 하나로 이루어지는, 희생층을 형성하는 단계; 그리고, 희생층 위에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 증착하는 단계;로서 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막은 0.3Tm(Tm; 압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 물리적 기상 증착법으로 증착되는, 압전 박막을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법이 제공된다.According to another aspect according to the present disclosure (According to another aspect of the present disclosure), in a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, a sacrificial layer is formed on a sapphire film deposition substrate. Forming step; as, the sacrificial layer is made of one of the oxides including a group 3 nitride formed by chemical vapor deposition (CVD) and a group 2 or group 3 oxide formed by physical vapor deposition (PVD) , forming a sacrificial layer; And, depositing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the sacrificial layer; A method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film comprising: depositing a piezoelectric thin film deposited by a physical vapor deposition method at a temperature equal to or higher than the melting point of the thin film material). is provided.

본 개시에 따른 또 다른 측면에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법에 있어서, 실리콘 성막 기판에 화학적 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 3족 질화물로 된 스트레스 제어층을 형성하는 단계; 그리고, 스트레스 제어층 위에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 0.3Tm(Tm; 압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 물리적 기상 증착법으로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법이 제공된다.According to another aspect of the present disclosure (According to another aspect of the present disclosure), in a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, a chemical vapor deposition method on a silicon film substrate Forming a stress control layer made of a group III nitride by (CVD; Chemical Vapor Deposition); And, forming an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the stress control layer by physical vapor deposition at a temperature of 0.3 Tm (Tm; melting point of the piezoelectric thin film material) or higher. A method for manufacturing a characterized Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film is provided.

본 개시에 따른 또 다른 측면에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 소자를 제조하는 방법에 있어서, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막에 소자 기판을 본딩하는 단계; 성막 기판을 제거하는 단계; 그리고 성막 기판이 제거된 측에서 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막에 전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 전극이 형성된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 표면이 메탈릭 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 소자를 제조하는 방법이 제공된다.According to another aspect of the present disclosure (According to another aspect of the present disclosure), in a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film device, Al x Ga 1-x bonding the element substrate to the N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film; removing the film formation substrate; And forming an electrode on the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the side from which the film formation substrate is removed; including, the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) electrode formed 1) A method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film element is provided, wherein the surface of the piezoelectric thin film has a metallic polarity.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described at the end of 'Specific Contents for Implementation of the Invention'.

도 1은 미국 공개특허공보 US2015-0033520호에 제시된 압전 박막을 이용한 소자들을 나타내는 도면,
도 2 내지 도 4는 미국 공개특허공보 US2015-0033520호에 제시된 AlN 압전 박막 및 이를 이용한 소자를 제조하는 방법을 나타내는 도면,
도 5는 미국 공개특허공보 US2006-0145785호에 제시된 AlN 압전 박막을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 10 내지 도 12는 본 개시에 제시된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 이용하여 공진기(resonator)를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 13 및 도 14는 본 개시에 제시된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 이용하여 공진기(resonator)를 제조하는 방법의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 15는 Solid-State Electronics 54 (2010) 1041-1046에 제시된 AlN 압전 박막을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 16은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 17은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 18은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 19는 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 20은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 21은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 22 및 도 23은 본 개시에 제시된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 이용하여 공진기(resonator)를 제조하는 방법의 또 다른 예를 나타내는 도면.
1 is a view showing elements using a piezoelectric thin film presented in US Patent Publication No. US2015-0033520;
2 to 4 are views showing an AlN piezoelectric thin film and a method of manufacturing a device using the same presented in US Patent Publication No. US2015-0033520;
5 is a view showing an example of a method for manufacturing an AlN piezoelectric thin film presented in US Patent Publication No. US2006-0145785;
6 is a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing an example,
7 is a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing another example,
8 shows a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing another example,
9 shows a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing another example,
10 to 12 are diagrams showing an example of a method of manufacturing a resonator using an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film presented in the present disclosure;
13 and 14 are views showing another example of a method of manufacturing a resonator using the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film presented in the present disclosure;
15 is a view showing an example of a method for manufacturing an AlN piezoelectric thin film presented in Solid-State Electronics 54 (2010) 1041-1046;
16 shows a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing another example,
17 shows a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing another example,
18 shows a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing another example,
19 shows a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing another example,
20 is a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing another example,
21 shows a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. A drawing showing another example,
22 and 23 are diagrams showing another example of a method of manufacturing a resonator using the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film presented in the present disclosure.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).Hereinafter, the present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s).

도 6은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 일 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 사파이어 성막 기판(1), 제1 반도체층(2), 희생층(3) 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 포함한다.6 is a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing an example, the structure includes a sapphire film-forming substrate 1, a first semiconductor layer 2, a sacrificial layer 3 and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4. include

도 7은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 사파이어 성막 기판(1), 제1 반도체층(2), 희생층(3) 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 포함하며, 추가적으로 희생층(3)과 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 사이에 제2 반도체층(5)을 포함한다.7 is a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing another example, the structure includes a sapphire film-forming substrate 1, a first semiconductor layer 2, a sacrificial layer 3, and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 and, additionally, a second semiconductor layer 5 between the sacrificial layer 3 and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4.

도 8은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 사파이어 성막 기판(1), 제1 반도체층(2), 희생층(3) 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 포함하지만, 제1 반도체층(2)과 희생층(3)의 형성 순서가 도 6에 제시된 구조물과 바뀌어 있다.8 shows a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing another example, the structure includes a sapphire film-forming substrate 1, a first semiconductor layer 2, a sacrificial layer 3, and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 , but the formation order of the first semiconductor layer 2 and the sacrificial layer 3 is changed from the structure shown in FIG. 6 .

도 9는 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 사파이어 성막 기판(1), 제1 반도체층(2), 희생층(3), AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 그리고 제2 반도체층(5)을 포함하지만, 제1 반도체층(2)과 희생층(3)의 형성 순서가 도 7에 제시된 구조물과 바뀌어 있다.9 shows a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing another example, the structure is a sapphire film substrate 1, a first semiconductor layer 2, a sacrificial layer 3, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 And it includes the second semiconductor layer 5, but the formation order of the first semiconductor layer 2 and the sacrificial layer 3 is changed from the structure shown in FIG.

예를 들어 C면(0002) 사파이어 성막 기판을 사용할 수 있으며, 그 위에 형성되는 3족 질화물이 성장 전처리 조건에 따라 극성(polarity; 메탈릭 또는 개스) 표면(face) 또는 반극성(semi-polarity; 메탈릭 극성과 질소 개스 극성이 혼합된) 표면을 가질 수 있다면, C면을 벗어나거나 C면이 아닌 사파이어 성막 기판의 사용을 고려할 수 있다. 평탄한 성막 기판 이외에도 나노 사이즈의 PSS(Patterned Sapphire Substrate)의 사용을 고려할 수 있다.For example, a C-plane (0002) sapphire film-forming substrate may be used, and the group III nitride formed thereon may have a polarity (metallic or gas) surface or semi-polarity (metallic) depending on growth pretreatment conditions. If it is possible to have a surface (mixed polarity and nitrogen gas polarity), it is possible to consider using a sapphire film deposition substrate that is off the C-plane or non-C-plane. In addition to the flat film formation substrate, the use of a nano-sized Patterned Sapphire Substrate (PSS) can be considered.

도 6 및 도 7에 제시된 예에서, 제1 반도체층(2)은 저온이 아닌 고온(1000℃ 이상) 성장 성막된 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)로 이루어지며, 후속하여 성장되는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 결정 품질(결정성과 극성)을 보장하는 역할을 한다. 따라서 적정 성장온도보다 낮은 온도에서 성장 성막되는 종래의 버퍼층이라 일컫어지는 층과 구분된다. 제1 반도체층(2)은 CVD(예: MOCVD, HVPE, ALD)로 성장 성막될 수 있다. AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)로 된 제1 반도체층(2) 두께의 상한과 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 두께 균일도(thickness uniformity)를 유지하기 위한 스트레스 조절(stress control) 기능을 하는데 유리하도록 100nm-20㎛로 한다. 예를 들어, 1000-1400℃의 온도와, 100-200torr의 압력에서 성장 성막될 수 있으며, 다량의 수소(H2)를 포함한 암모니아(NH3)와 질소(N2)로 구성된 분위기(상대적으로 N2보다는 NH3 함량이 더 크다) 또는 암모니아(NH3)와 질소(N2)로 구성된 분위기에서, AlN의 경우, 100% Al 구성, Al-rich AlGaN의 경우, Al/(Al+Ga) 값이 50% 이상으로 하여 성장 성막할 수 있다. 바람직하게는 전처리로서, 상기 적정 성장온도에서 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)로 된 제1 반도체층(2) 성장 전에, 900-1000℃에서 10sec 동안 Al MOCVD 소스 개스(예: TMAl)로 챔버(chamber) 내부 전처리와 20nm 이하 두께로 AlN 버퍼층을 형성한 다음, 이어서 적정 성장조건 1000-1400℃ 및 100-200torr에서 성장 성막하는데, 고품질 결정성 확보, 전위밀도 저감(reduction in dislocation density), 크랙 생성 및 전파 억제(suppression of generation & propagation)를 위해서 의도적으로 사파이어 성막 기판(1)의 인접 영역과 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)로 된 제1 반도체층(2) 내부에 다수의 에어 공극(air-voids)을 형성하는 것이 유리하다.In the example shown in FIGS. 6 and 7, the first semiconductor layer 2 is formed of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) grown at a high temperature (1000 ° C or more) rather than at a low temperature, and subsequently It serves to ensure the crystal quality (crystallinity and polarity) of the grown Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4. Therefore, it is distinguished from a layer called a conventional buffer layer grown and formed at a temperature lower than the proper growth temperature. The first semiconductor layer 2 may be grown and deposited by CVD (eg, MOCVD, HVPE, ALD). The upper and lower limits of the thickness of the first semiconductor layer 2 formed of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) are not particularly limited, but preferably Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1 ) 100 nm-20 μm to be advantageous in performing a stress control function to maintain the thickness uniformity of the piezoelectric thin film 4. For example, it can be grown and formed at a temperature of 1000-1400 ° C. and a pressure of 100-200 torr, in an atmosphere composed of ammonia (NH 3 ) and nitrogen (N 2 ) containing a large amount of hydrogen (H 2 ) (relatively NH 3 content is greater than N 2 ) or in an atmosphere composed of ammonia (NH 3 ) and nitrogen (N 2 ), in case of AlN, 100% Al composition, in case of Al-rich AlGaN, Al/(Al+Ga) When the value is 50% or more, growth film formation can be performed. Preferably, as a pretreatment, before the growth of the first semiconductor layer 2 made of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) at the appropriate growth temperature, Al MOCVD source gas at 900-1000 ° C for 10 sec (eg : After pre-treatment inside the chamber with TMAl) and forming an AlN buffer layer with a thickness of 20 nm or less, it is then grown and formed under appropriate growth conditions of 1000-1400 ° C and 100-200 torr, securing high quality crystallinity and reducing dislocation density (reduction in A first semiconductor layer made of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) and an adjacent region of the sapphire film deposition substrate 1 intentionally for suppression of dislocation density, crack generation and propagation (2) It is advantageous to form a number of air-voids inside.

도 8 및 도 9에 제시된 예에서, 제1 반도체층(2)은 100nm 이하의 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)로 이루어지는 것이 바람직하며, 후속하여 성장 성막되는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 결정성과 극성을 보장하는 역할을 한다. 제1 반도체층(2)은 PVD(예: 스퍼터링, PLD)로 증착 성막될 수 있고, 이때 일정량(예: O2/(N2+O2) 값이 3% 이하)의 산소 공급이 중요하며, 나노 스케일의 AlN 또는 Al-rich AlGaN 씨앗(seed)으로 역할한다. 소량의 O2를 포함한 분위기에서 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)의 스퍼터링 증착 성막은 상대적으로 작은 아일랜드(smaller islands) 형상의 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1) 결정체를 형성하여 상기 적정 성장온도에서 CVD(예: MOCVD, HVPE, ALD) 성장 성막된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 표면 평탄도 개선과 박막 내부의 전위밀도 저감를 통해 고품질의 결정성과 극성을 확보하는데 중대한 씨드(seed) 역할을 담당한다. 제1 반도체층(2) 두께는 100nm 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 크랙 생성 및 전파 억제를 하는데 한층 유리한 1nm-30nm로 한다. 예를 들어, 300-500℃의 온도와 압력은 5*10-3mbar의 압력에서 증착 성막될 수 있으며, 다량의 아르곤(Ar)을 포함한 질소(N2)와 산소(O2)로 구성된 분위기(상대적으로 O2보다는 N2 함량이 휠씬 더 크다; Ar 40sccm, N2 110sccm, O2 4sccm)가 사용될 수 있다. 성장 성막된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 품질을, 품질을 나타내는 측정 지표 중의 하나인 X-ray (0002) rocking curve를 통해 살펴 보았으며, 0.04-0.06°의 값을 보였다. 이는 현재 상용 구조(Si 성막 기판/SiO2/금속 전극/AlN)의 값인 1.2-2.5°와 비교할 때, 엄청나게 박막의 질이 향상되었음을 보여준다.In the example shown in FIGS. 8 and 9, the first semiconductor layer 2 is preferably made of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) of 100 nm or less, and Al x Ga 1 subsequently grown into a film -x N (0.5≤x≤1) serves to ensure the crystallinity and polarity of the piezoelectric thin film 4. The first semiconductor layer 2 may be deposited by PVD (eg, sputtering, PLD), and at this time, supplying a certain amount of oxygen (eg, O 2 /(N 2 +O 2 ) value of 3% or less) is important, , serving as nanoscale AlN or Al-rich AlGaN seeds. The sputter deposition deposition of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) in an atmosphere containing a small amount of O 2 is relatively small island-shaped Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1 ) Improvement of surface flatness and inside of thin film of Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 grown by CVD (eg MOCVD, HVPE, ALD) at the appropriate growth temperature by forming crystals It plays a critical role in securing high-quality crystallinity and polarity through the reduction of dislocation density. The thickness of the first semiconductor layer 2 is preferably 100 nm or less, more preferably 1 nm-, which is more advantageous for generating cracks and suppressing propagation of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4. 30 nm. For example, a film may be deposited at a temperature and pressure of 300-500° C. at a pressure of 5*10 -3 mbar, and an atmosphere composed of nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) including a large amount of argon (Ar). (relatively much higher N 2 content than O 2 ; Ar 40 sccm, N2 110 sccm, O2 4 sccm) can be used. The quality of the grown Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) was examined through the X-ray (0002) rocking curve, which is one of the measurement indicators representing the quality, and the 0.04- It showed a value of 0.06°. This shows that the quality of the thin film is greatly improved compared to the value of 1.2-2.5° of the current commercial structure (Si film formation substrate/SiO 2 /metal electrode/AlN).

도 6 및 도 7에 제시된 제1 반도체층(2)과 도 8 및 도 9에 제시된 제1 반도체층(2)은 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)로 이루어져서, 후속하여 성장 성막되는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 결정성과 극성을 보장하는 역할을 한다는 점에서 공통된다.The first semiconductor layer 2 shown in FIGS. 6 and 7 and the first semiconductor layer 2 shown in FIGS. 8 and 9 are composed of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1), and subsequently grown It is common in that it serves to ensure the crystallinity and polarity of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 to be formed.

희생층(3)은 레이저 리프트 오프(LLO) 시에 사파이어 성막 기판(1)의 분리가 용이하도록 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 형성하기에 앞서 사파이어 성막 기판(1) 후면을 통해 조사 입사된 레이저의 파장(wavalength)보다 충분히 큰 파장의 에너지 밴드갭을 갖는 광학적으로 투명한 반도체인 동시에, 광 에너지원을 최대한 많이 흡수할 수 있는 비정질, 다결정(amorphous or polycrystalline), 또는 다층(multi layer)의 미세구조(microstructure)를 갖는 물질 영역이 바람직하며, 예를 들어, 다층의 Alx1Ga1-x1N/Alx2Ga1-x2N (x2<x1≤1, 0≤x2<0.5), 단층의 Ga-rich AlGaN (Ga/(Ga+Al) 값이 50% 이상) 및 GaN으로 이루어질 수 있다. 희생층(3)은 CVD(예: MOCVD, HVPE, ALD)로 성장 성막될 수 있으며, 레이저 리프트 오프 시에 레이저의 에너지를 흡수하여 사파이어 성막 기판(1) 측과 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 측을 분리하는 역할을 한다. 일반적으로 이론과 실험으로부터 도출 확인된 AlzGa1-zN 에너지 밴드갭, E(z)=3.43+1.44z+1.33z2 (eV), 만일 50% Al 조성을 갖는 Al0.5Ga0.5N 경우는 4.48eV의 에너지 밴드갭을 갖는다. 반도체(절연체 포함)의 에너지 밴드갭(eV) 값을 광학적 특성인 파장으로 변환하는 식, λ(nm) = 1240/E(z)로서, 이 식을 통해 파장 변환하면 277nm 값을 얻을 수 있다. 따라서 상대적으로 범용화되어 있는 고출력 단파장 레이저 광원(248nm 이상)을 통해서 50% 미만의 Al 조성을 갖는 AlzGa1-zN 및 GaN 물질 단층, 또는 이들로 구성된 다층 미세구조로 된 희생층(3)을 제거하는데 용이하다. 희생층(3) 두께는 예를 들어 100nm 이하일 수 있으며, 바람직하게는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 크랙 생성 및 전파 억제를 하는데 한층 유리한 1nm-30nm로 한다. 50% 미만의 Al 조성을 갖는 AlzGa1-zN 경우 900-1200℃ 및 100-200torr 조건에서 성장하는 것이 가능하고, GaN 경우 600-1100℃ 및 100-200torr 조건에서 성장하는 것이 가능하다. 사파이어 성막 기판(1)에 희생층(3) 성장 성막 후에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 성장 성막하기에 앞서 씨앗(seed) 역할을 하는 스퍼터링 AlN 박막을 증착 성막해야 하는데, 스퍼터링 전처리로서 챔버내에서 소량의 Ar(표면 에칭을 통한 평탄화 및 클리닝), 미량의 산소(O2) 포함한 질소(N2) 개스 다량을 통해서 희생층(3) 표면을 안정화시키는 단계를 포함한다. AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)은 CVD(예: MOCVD, HVPE, ALD)로 성장 성막될 수 있으며, 단결정 박막으로 성장 성막된다. 그 두께는 최종 소자에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 도 1(b)에 제시된 FBAR에 이용되는 경우에, 양 측에 형성되는 전극(22'24')의 두께와 함께 공진 주파수에 의해 그 두께가 결정된다. AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)이 Ga을 포함하는 경우를 고려할 수 있으며, 이에 맞추어 제1 반도체층(2), 희생층(3) 및 제2 반도체층(5)의 Ga 조성이 달라질 수 있다.The sacrificial layer 3 is sapphire prior to forming the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 to facilitate separation of the sapphire film substrate 1 during laser lift-off (LLO). It is an optically transparent semiconductor having an energy bandgap of a sufficiently larger wavelength than the wavelength of the laser irradiated through the rear surface of the film formation substrate 1, and at the same time, an amorphous, polycrystalline, or polycrystalline), or regions of material having a multi-layer microstructure, for example multi-layer Al x1 Ga 1-x1 N/Al x2 Ga 1-x2 N (x 2 < x 1 ≤1, 0≤x 2 <0.5), single-layer Ga-rich AlGaN (Ga/(Ga+Al) value is 50% or more) and GaN. The sacrificial layer 3 may be grown and formed by CVD (eg, MOCVD, HVPE, ALD), and absorbs laser energy during laser lift-off to form a layer on the sapphire film substrate 1 side and Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) serves to separate the side of the piezoelectric thin film 4. Al z Ga 1-z N energy band gap, E(z)=3.43+1.44z+1.33z 2 (eV), which is generally derived from theory and experiment and confirmed, if Al 0.5 Ga 0.5 N with 50% Al composition is It has an energy bandgap of 4.48eV. λ(nm) = 1240/E(z), an equation that converts the energy bandgap (eV) value of a semiconductor (including insulator) into a wavelength, which is an optical characteristic. By converting the wavelength through this equation, a value of 277 nm can be obtained. Therefore, a single layer of Al z Ga 1-z N and GaN material having an Al composition of less than 50% or a sacrificial layer 3 having a multilayer microstructure composed of these materials is formed through a relatively generalized high-power short-wavelength laser light source (248 nm or more). easy to remove The thickness of the sacrificial layer 3 may be, for example, 100 nm or less, preferably 1 nm-30 nm, which is more advantageous for crack generation and propagation suppression of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4. do it with In the case of Al z Ga 1-z N having an Al composition of less than 50%, it is possible to grow at 900-1200 ° C and 100-200 torr, and in the case of GaN, it is possible to grow at 600-1100 ° C and 100-200 torr. After the growth of the sacrificial layer (3) on the sapphire film substrate (1), the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) sputtering AlN thin film serving as a seed prior to the growth and deposition of the piezoelectric thin film (4) To deposit a film, as a pre-sputtering treatment, stabilize the surface of the sacrificial layer 3 through a small amount of Ar (flattening and cleaning through surface etching) and a large amount of nitrogen (N 2 ) gas containing a small amount of oxygen (O 2 ) in the chamber It includes steps to Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) The piezoelectric thin film 4 can be grown and deposited by CVD (eg, MOCVD, HVPE, ALD), and is grown and deposited as a single crystal thin film. The thickness may vary depending on the final device, and, for example, when used in the FBAR shown in FIG. thickness is determined. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) A case in which the piezoelectric thin film 4 includes Ga may be considered, and accordingly, the first semiconductor layer 2, the sacrificial layer 3, and the second semiconductor layer The composition of Ga in (5) may vary.

도 7에 제시된 제2 반도체층(5)은 예를 들어, CVD(예: MOCVD, HVPE, ALD)로 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 형성하기 전 단계 공정으로 성장 성막될 수 있으며, AlaGa1-aN(0.5<a≤1)로 된 단층 또는 Alb1Ga1-b1N/Alb2Ga1-b2N (b1≠b2)로 다층 구조(다층 구조 전체로서 Al이 함량이 50% 이상이 바람직함)로 이루어지되, 전체적으로 희생층(3)보다 Al의 함량이 높아서 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)과 Ga의 함량이 높은 희생층(3) 사이의 응력(stress) 차를 해소하는 역할을 한다. 제2 반도체층(5)은 희생층(3)으로부터 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 향해 Al 함량이 증가하는 상향 그라데이션(gradation)되는 구조를 가질 수 있음은 물론이다. 도 9에 제시된 예의 경우에 제2 반도체층(5)과 희생층(3) 사이에 제1 반도체층(2)이 위치하지만, 제1 반도체층(2)의 두께가 두껍지 않으므로, 도 7에 제시된 예에서와 마찬가지로 제2 반도체층(5)을 구비함으로써, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)과 Ga의 함량이 높은 희생층(3) 사이의 응력(stress) 차를 해소하는 역할을 한다. 또한 제2 반도체층(5)은 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 성장 성막할 때 웨이퍼 전체 두께 균일도(thickness uniformity)를 결정짓는 중요한 역할을 수행하기 때문에 Si 또는/및 Mg 도판트를 첨가시키는 공정을 추가하여 웨이퍼 변형(Strain)을 조절하는데 사용할 수 있다. 제2 반도체층(5) 두께는 예를 들어, 100nm 이하일 수 있으며, 바람직하게는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 크랙 생성 및 전파 억제를 하는데 한층 유리한 1nm-30nm로 한다.The second semiconductor layer 5 shown in FIG. 7 is formed before forming the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 by, for example, CVD (eg, MOCVD, HVPE, ALD). It can be grown and formed in a step-by-step process, and a single layer of Al a Ga 1-a N (0.5<a≤1) or Al b1 Ga 1-b1 N/Al b2 Ga 1-b2 N (b 1 ≠b 2 ) It is composed of a multilayer structure (preferably, the Al content is 50% or more as a whole), but the Al content is higher than that of the sacrificial layer (3) as a whole, so that Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film It serves to resolve the stress difference between (4) and the sacrificial layer (3) having a high Ga content. The second semiconductor layer 5 may have an upward gradation structure in which the Al content increases from the sacrificial layer 3 toward the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4. Of course there is. In the case of the example shown in FIG. 9, the first semiconductor layer 2 is located between the second semiconductor layer 5 and the sacrificial layer 3, but the thickness of the first semiconductor layer 2 is not thick, so shown in FIG. As in the example, by providing the second semiconductor layer 5, the stress between the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 and the sacrificial layer 3 having a high Ga content ) plays a role in dissolving the difference. In addition, since the second semiconductor layer 5 plays an important role in determining the thickness uniformity of the entire wafer when the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is grown and deposited. It can be used to control wafer strain by adding a process of adding Si or/and Mg dopants. The thickness of the second semiconductor layer 5 may be, for example, 100 nm or less, and is preferably more advantageous for suppressing crack generation and propagation of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4. 1nm-30nm.

도 10 내지 도 12는 본 개시에 제시된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 이용하여 공진기(resonator)를 제조하는 방법의 일예를 나타내는 도면이다. 여기서 본 개시에 제시된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막이 공진기(resonator)에 적용되었지만, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막으로부터 사파이어 성막 기판을 제거한 후 이 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 이용할 수 있는 소자 또는 장치라면 제한없이 확장, 적용될 수 있음은 물론이다. 도 3 및 도 4에 제시된 방법이 사용될 수 있음은 물론이며, BAW 공진기 이외에 SAW 공진기에도 적용될 수 있음도 물론이다. 이하에서, 도 6에 제시된 구조물을 가지고 설명한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 먼저, 메탈릭 극성(Al-polarity 또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed) 표면(face)을 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 위에 제1 전극(6; 예: Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, 또는 이들의 합금)을 형성한다. 다음으로, 제1 전극(6) 위에 제1 보호막(7; 예: Mo, W, Ta, Pt, Ti, TiW, TaN, TiN, SiO2, Al2O3, SiC, SiCN, SiNx, AlN, Polyimide, BCB, SU-8, SOG 등)을 형성한다. 다음으로, 제1 보호막(7) 위에 제1 본딩 레이어(8; 예: SnIn, AuSn, AgIn, PdIn, NiSn, CuSn, Cu to Cu, Au to Au, Epoxy, SU-8, BCB)를 형성한다. 제1 본딩 레이어(8)에 임시 기판(9; 예: 사파이어, AlN, Glass)을 웨이퍼 본딩한다. 다음으로, 레이저 리프트 오프(LLO)를 통해 사파이어 성막 기판(1)을 분리한다. 이 과정에서 메탈 드랍릿(metallic droplet) 제거 공정, 정확한 두께 조정을 위한 트리밍(trimming) 공정 등이 수반될 수 있다. 사파이어 성막 기판(1) 분리, 메탈 드랍릿 제거, 트리밍 공정 등을 마친 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 표면은 질소 개스 극성(N-polarity)을 갖는 표면(face)이다. 이어서, 도 11에 도시된 바와 같이, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)에 제2 전극(14; 예: Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, 이들 합금)과 다층 구조의 브래그 리플렉터(10; 예: SiO2/W) 반사기를 형성한다. 바람직하게는 제2 전극(14)과 브래그 리플렉터(10) 반사기 증착 공정 후, 이어서 브래그 리플렉터(10) 반사기 위에 제2 보호막(11; 예: Mo, W, Ta, Pt, Ti, TiW, TaN, TiN, SiO2, Al2O3, SiC, SiCN, SiNx, AlN, Polyimide, BCB, SU-8, SOG 등)을 형성한다. 다음으로 제2 보호막(11) 위에 제2 본딩 레이어(12; 예: SnIn, AuSn, AgIn, PdIn, NiSn, CuSn, Cu to Cu, Au to Au, Epoxy, SU-8, BCB 등)를 형성한다. 이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 소자 기판(13; 예: Si, GaAs, AlN, Mo, Cu, W, MoCu, CuW, Invar, Laminate)을 제2 본딩 레이어(12)와 유테틱 본딩, 브레이징 등의 방법으로 웨이퍼 본딩한다. 도시 생략되었지만, 웨이퍼 본딩에 앞서 소자 기판(13)에 순차적으로 전기 절연체 물질층(보호층)과 웨이퍼 본딩층을 형성한다. 마지막으로, 열 가공, 레이저 조사, 화학적 및 물리적 에너지원 공급을 통해 임시 기판(9)을 분리 제거하고, 이어서 제1 본딩 레이어(8)와 제1 보호막(7)을 제거한다. 도 7 내지 도 9에 제시된 예에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 이때, 제2 반도체층(5) 또한 제거된다. 두 번의 웨이퍼 본딩 공정을 이용함으로써, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 메탈릭 극성(Al-polarity 또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed) 표면(face)을 소자의 상면으로 이용할 수 있으며, 이를 통해 내부식성 등의 표면 화학적 및 구조적 안정한 표면을 가짐으로써 후공정 및 최종 소자의 품질관점에서 이점을 가진다.10 to 12 are diagrams illustrating an example of a method of manufacturing a resonator using an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film presented in the present disclosure. Here, the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film presented in this disclosure is applied to a resonator, but the sapphire film deposition substrate from the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film. After removing the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, any element or device can be expanded and applied without limitation. Of course, the methods presented in FIGS. 3 and 4 can be used, and can also be applied to SAW resonators in addition to BAW resonators. Hereinafter, the structure presented in FIG. 6 will be described. As shown in FIG. 10, first, an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4 ), a first electrode (6; for example: Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, or an alloy thereof) is formed. Next, on the first electrode 6, a first protective film 7 (eg: Mo, W, Ta, Pt, Ti, TiW, TaN, TiN, SiO 2 , Al 2 O 3 , SiC, SiCN, SiN x , AlN , Polyimide, BCB, SU-8, SOG, etc.). Next, a first bonding layer 8 (eg, SnIn, AuSn, AgIn, PdIn, NiSn, CuSn, Cu to Cu, Au to Au, Epoxy, SU-8, BCB) is formed on the first protective film 7. . A temporary substrate 9 (eg: sapphire, AlN, glass) is wafer bonded to the first bonding layer 8 . Next, the sapphire film deposition substrate 1 is separated through laser lift-off (LLO). In this process, a metal droplet removal process, a trimming process for accurate thickness adjustment, and the like may be accompanied. The surface of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) after the separation of the sapphire film formation substrate (1), the removal of metal droplets, and the trimming process has a nitrogen gas polarity (N-polarity) (face). Subsequently, as shown in FIG . 11, the second electrode 14 ( eg: Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, these alloys) and a multi-layered Bragg reflector (10; eg SiO 2 /W) reflector is formed. Preferably, after the deposition process of the second electrode 14 and the Bragg reflector 10 reflector, then the second protective film 11 on the reflector of the Bragg reflector 10; eg Mo, W, Ta, Pt, Ti, TiW, TaN, TiN, SiO 2 , Al 2 O 3 , SiC, SiCN, SiN x , AlN, Polyimide, BCB, SU-8, SOG, etc.) are formed. Next, a second bonding layer 12 (eg, SnIn, AuSn, AgIn, PdIn, NiSn, CuSn, Cu to Cu, Au to Au, Epoxy, SU-8, BCB, etc.) is formed on the second protective film 11. . Subsequently, as shown in FIG. 12, the device substrate 13 (eg: Si, GaAs, AlN, Mo, Cu, W, MoCu, CuW, Invar, Laminate) is eutectic bonding with the second bonding layer 12, Wafer bonding is performed by brazing or the like. Although not shown, an electrical insulator material layer (protective layer) and a wafer bonding layer are sequentially formed on the device substrate 13 prior to wafer bonding. Finally, the temporary substrate 9 is separated and removed through thermal processing, laser irradiation, and chemical and physical energy source supply, and then the first bonding layer 8 and the first protective film 7 are removed. The same can be applied to the examples presented in FIGS. 7 to 9 . At this time, the second semiconductor layer 5 is also removed. By using two wafer bonding processes, the metallic polarity (Al-polarity or Al-polarity & Ga-polarity mixed) surface of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is formed. It can be used as the upper surface of the device, and through this, it has an advantage in terms of post-processing and quality of the final device by having a chemically and structurally stable surface such as corrosion resistance.

도 13 및 도 14는 본 개시에 제시된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 이용하여 공진기(resonator)를 제조하는 방법의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 도 10 내지 도 12에 제시된 방법과 달리, 임시 기판(9)을 이용하지 않는다. 먼저, 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 전극(14; 예: Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, 또는 이들의 합금)과 다층 구조의 브래그 리플렉터(10) 반사기, 제2 보호막(11), 제2 본딩 레이어(12)를 형성한 다음, 소자 기판(13)을 웨이퍼 본딩하고, 이어서 사파이어 성막 기판(1)을 제거한다. 마지막으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 전극(6)을 형성한다.13 and 14 are diagrams showing another example of a method of manufacturing a resonator using an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film presented in the present disclosure, and FIGS. Unlike the method presented in 12, a temporary substrate 9 is not used. First, as shown in FIG. 13, the second electrode 14 (eg: Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, or an alloy thereof) and a multilayer structure After forming the reflector, the second protective film 11, and the second bonding layer 12 of the Bragg reflector 10, the device substrate 13 is wafer bonded, and then the sapphire film deposition substrate 1 is removed. Finally, as shown in FIG. 14, the first electrode 6 is formed.

도 10 내지 도 12에 제시된 방법과 도 13 및 도 14에 제시된 방법으로 제작된 공진기 소자의 차이는 브래그 리플렉터(10) 반사기를 포함한 제2 전극(14)이 형성되어 놓이는 위치와 웨이퍼 본딩 횟수에 따라 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 표면 극성이 결정된다는 것이다. 도 10 내지 도 12에 제시된 방법은 두 번의 웨이퍼 본딩 공정을 통해 제작되는 것으로서, 브래그 리플렉터(10) 반사기를 포함한 제2 전극(14)이 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 질소 개스 극성 표면(N-polarity face)에 놓인 반면, 한 번의 웨이퍼 본딩 공정을 거치는 도 13 내지 도 14에 제시된 방법 경우는 브래그 리플렉터(10) 반사기를 포함한 제2 전극(14)이 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 메탈릭 극성 표면(Al-polarity 또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed face)에 위치한다. 참고로 종래의 Si 성막 기판 위에 스퍼터링을 통해 형성된 다결정(polycrystalline) AlN 압전 박막으로 제작된 공진기 소자의 경우는 표면 극성과 극성 비율(ratio)을 조절하는데 한계가 있기에 브래그 리플렉터(10) 반사기를 포함한 제2 전극(14)의 극성 위치를 정의할 수 없다.The difference between the resonator element manufactured by the method shown in FIGS. 10 to 12 and the method shown in FIGS. 13 and 14 depends on the location where the second electrode 14 including the reflector of the Bragg reflector 10 is formed and placed and the number of wafer bonding. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) The surface polarity of the piezoelectric thin film 4 is determined. The method shown in FIGS. 10 to 12 is manufactured through two wafer bonding processes, and the second electrode 14 including the Bragg reflector 10 reflector is Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric. While placed on the N-polarity face of the thin film 4, the second electrode 14 including the Bragg reflector 10 and the reflector in the case of the method shown in FIGS. 13 and 14 undergoing a single wafer bonding process This Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) is located on the metallic polarity surface (Al-polarity or Al-polarity & Ga-polarity mixed face) of the piezoelectric thin film 4. For reference, in the case of a resonator element made of a polycrystalline AlN piezoelectric thin film formed by sputtering on a conventional Si film substrate, there is a limit in adjusting the surface polarity and polarity ratio, so the Bragg reflector 10 includes a reflector. The position of the polarity of the two electrodes 14 cannot be defined.

도 16은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 사파이어 성막 기판(1), 희생층(23a), 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 포함한다. 희생층(23a)은 CVD(MOCVD, ALD, MBE 등)로 성장 성막시킨 단층의 AlcGa1-cN (0≤c≤0.5) 또는 다층의 Alc1Ga1-c1N/Alc2Ga1-c2N (c2<c1≤1, 0≤c2<0.5)로 된 3족 질화물로 이루어질 수 있다. AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)은 희생층(23a) 위에 PVD(예: sputtering, PLD)로 0.3Tm(압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 증착 성막되어 고품질이 확보된다.16 shows a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing another example, the structure includes a sapphire film-forming substrate 1, a sacrificial layer 23a, and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4. The sacrificial layer 23a is a single-layer Al c Ga 1-c N (0≤c≤0.5) or multi-layer Al c1 Ga 1-c1 N/Al c2 Ga 1 grown by CVD (MOCVD, ALD, MBE, etc.). -c2 N (c 2 < c 1 ≤ 1, 0 ≤ c 2 < 0.5) of group 3 nitride. The Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited on the sacrificial layer 23a by PVD (eg sputtering, PLD) at a temperature of 0.3Tm (melting point of the piezoelectric thin film material) or higher. and high quality is ensured.

도 17은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 사파이어 성막 기판(1) 위에 순차적으로 희생층(23a), 제2 반도체층(5), 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 포함한다. 제2 반도체층(5)이 추가된다는 점에서 도 16에 제시된 구조물과 구분되며, 제2 반도체층(5)은 도 7에 제시된 제2 반도체층(5)과 마찬가지로 기능을 하며, 희생층(23a)과 마찬가지로 CVD로 성장 성막되나 다른 조성(AlaGa1-aN (0.5<a≤1))을 갖는 3족 질화물로 이루어져서, 스트레스를 조절하여 균일한 두께를 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 확보할 수 있도록 촉진하는 역할을 한다.17 shows a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing another example, the structure is a sacrificial layer 23a, a second semiconductor layer 5, and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film sequentially on a sapphire film formation substrate 1. (4) is included. It is distinguished from the structure shown in FIG. 16 in that a second semiconductor layer 5 is added, and the second semiconductor layer 5 functions similarly to the second semiconductor layer 5 shown in FIG. 7, and the sacrificial layer 23a ), but formed by CVD, but composed of group 3 nitrides having a different composition (Al a Ga 1-a N (0.5<a≤1)), Al x Ga 1-x N having a uniform thickness by controlling stress (0.5≤x≤1) serves to facilitate securing the piezoelectric thin film 4.

도 18은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 사파이어 성막 기판(1), 희생층(23b), 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 포함한다. 희생층(23b)이 PVD(예: L sputtering, PLD)로 증착 성막시킨 단층의 ZnO, ITO, 또는 이들 중 적어도 하나를 포함한 다층의 산화물 구조(ZnO/ITO, ZnO/SiO2, ITO/SiO2)로 된 산화물로 이루진다는 점에서 도 16에 제시된 구조물과 구분된다. AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)은 희생층(23b) 위에 PVD(예: sputtering, PLD등)로 0.3Tm(압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 증착 성막되어 고품질이 확보된다.18 shows a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing another example, the structure includes a sapphire film-forming substrate 1, a sacrificial layer 23b, and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4. The sacrificial layer 23b is a single layer of ZnO, ITO, or a multi-layer oxide structure including at least one of these (ZnO/ITO, ZnO/SiO 2 , ITO/SiO 2 ) It is distinguished from the structure shown in FIG. 16 in that it is made of an oxide. The Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited on the sacrificial layer 23b by PVD (eg sputtering, PLD, etc.) at a temperature of 0.3Tm or higher (the melting point of the piezoelectric thin film material). A film is formed and high quality is ensured.

도 19는 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 사파이어 성막 기판(1) 위에 순차적으로 희생층(23b), 산소(O2) 유입 방지층(O), 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 포함한다. 산소(O2) 유입 방지층(O)이 추가된다는 점에서 도 18에 제시된 구조물과 구분되며, 산소(O2) 유입 방지층(O)은 AlN 또는 미소 산소량을 포함한 AlNO 물질로 희생층(23b) 위에 증착 성막되어, 후속하여 증착 성막하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)과 동일한 PVD(예L sputtering, PLD)로 형성하여 희생층(23b)으로부터 산소 유입을 방지하여 고순도 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 확보할 수 있도록 촉진하는 역할을 한다.19 shows a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing another example, the structure is sequentially formed on the sapphire film-forming substrate 1 by sequentially forming a sacrificial layer 23b, an oxygen (O 2 ) inflow prevention layer (O), and Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1 ) piezoelectric thin film (4). It is distinguished from the structure shown in FIG. 18 in that an oxygen (O 2 ) inflow prevention layer (O) is added, and the oxygen (O 2 ) inflow prevention layer (O) is an AlN or AlNO material containing a minute amount of oxygen on the sacrificial layer (23b). It is deposited and formed with the same PVD (eg L sputtering, PLD) as the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 to be subsequently deposited to prevent oxygen inflow from the sacrificial layer 23b. It serves to promote the securing of the high-purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4.

도 16 및 도 17에 제시된 예에서, 희생층(23a)은 저온이 아닌 고온(900℃ 이상)에서 CVD(MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로 단결정 성장 성막시킨 단층의 AlcGa1-cN (0≤c≤0.5) 또는 다층의 Alc1Ga1-c1N/Alc2Ga1-c2N (c2<c1≤1, 0≤c2<0.5)로 된 3족 질화물로 이루어질 수 있으며, 후속하여 0.3Tm(660℃) 온도 이상에서 PVD(예: sputtering, PLD)로 증착 성막되는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 결정 품질(결정성과 극성)을 보장하는 역할을 한다. 따라서 희생층(23a)은 적정 성장온도보다 낮은 온도에서 성장되는 종래의 버퍼층이라 일컫어지는 층과 구분되며, 도 6 내지 도 9에 제시된 제1 반도체층(2)과 희생층(3)의 역할을 동시에 수행한다는 점에서 차이를 가진다. 희생층(23a) 두께의 상한과 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 두께 균일도(thickness uniformity)를 유지하기 위한 스트레스 조절(stress control) 기능을 하는데 유리하도록 50nm-3㎛로 한다. 예를 들어, 900-1100℃의 온도와, 100-600torr의 압력에서 성장될 수 있다. 더 바람직하게는 도 17에 제시된 예에서처럼, 희생층(23a)과 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 사이에 위치하며, 후속하여 증착 성막되는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 결정성과 두께 균일도를 개선하기 위해 제2 반도체층(5)을 구비한다. 제2 반도체층(5)은 희생층(23a)과 동일한 CVD(MOCVD, HVPE, ALD, MBE 등)로 단결정 성장 성막되며, 이때 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)과 동일 또는 유사한 조성을 갖는 3족 질화물로 구성하는 것이 바람직하다. 또한 희생층(23a)과 제2 반도체층(5)은 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1) 압전 박막(4)을 증착 성막 시에 고품질(결정성과 극성)과 균일한 두께를 갖도록 성막 기판 휨(curvature)을 가능한 제로(zero, 평평함) 상태를 유지토록 제어하는 것이 바람직하다.In the examples shown in FIGS. 16 and 17, the sacrificial layer 23a is a single-layer Al c Ga 1-c N formed by single crystal growth by CVD (MOCVD, HVPE, ALD, MBE) at a high temperature (900 ° C. or more) rather than a low temperature. (0≤c≤0.5) or multi-layered Al c1 Ga 1-c1 N / Al c2 Ga 1-c2 N (c 2 <c 1 ≤ 1, 0≤c 2 <0.5) of group 3 nitrides, , Crystal quality (crystallinity and polarity) of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 subsequently deposited by PVD (eg sputtering, PLD) at a temperature of 0.3Tm (660 ° C) or higher. ) serves to ensure that Therefore, the sacrificial layer 23a is distinguished from a layer called a conventional buffer layer grown at a temperature lower than the proper growth temperature, and plays the role of the first semiconductor layer 2 and the sacrificial layer 3 shown in FIGS. 6 to 9. The difference is that they are performed simultaneously. The upper and lower limits of the thickness of the sacrificial layer 23a are not particularly limited, but preferably Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) Stress for maintaining thickness uniformity of the piezoelectric thin film 4 It is set to 50 nm-3 μm to be advantageous for the stress control function. For example, it can be grown at a temperature of 900-1100 ° C. and a pressure of 100-600 torr. More preferably, as in the example shown in FIG. 17, Al x Ga 1 positioned between the sacrificial layer 23a and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 and subsequently deposited into a film. -x N (0.5≤x≤1) A second semiconductor layer 5 is provided to improve crystallinity and thickness uniformity of the piezoelectric thin film 4. The second semiconductor layer 5 is formed by single crystal growth with the same CVD (MOCVD, HVPE, ALD, MBE, etc.) as the sacrificial layer 23a, and at this time, an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film ( 4) is preferably composed of a group 3 nitride having the same or similar composition. In addition, the sacrificial layer 23a and the second semiconductor layer 5 have high quality (crystallinity and polarity) and uniform thickness during deposition of the Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) piezoelectric thin film 4. It is preferable to control the film formation substrate curvature to maintain a zero (flat) state as much as possible.

도 18 및 도 19에 제시된 예에서, 희생층(23b)은 저온이 아닌 고온(400℃ 이상)에서 PVD(예:sputtering, PLD)로 결정성(다결정 또는 단결정)을 갖는 증착 성막시킨 단층의 ZnO와 ITO, 또는 이들 중 적어도 하나를 포함한 다층의 산화물 구조(ZnO/ITO, ZnO/SiO2, ITO/SiO2)로 이루어질 수 있다. 단층의 희생층(23b) 두께의 상한과 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 두께 균일도(thickness uniformity)를 유지하기 위한 스트레스 조절(stress control) 기능을 하는데 유리하도록 50nm-3㎛로 한다. 희생층(23b)은 PVD(예: 스퍼터링, PLD)로 증착될 수 있고, 성막 시에 성막 기판 온도는 750℃, 아르곤(Ar)과 산소(O2) 개스로 구성된 공정 압력은 10-20mTorr 이고, 아르곤 대비 산소량이 상대적으로 적고 최소 50% 이내로 구성하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 도 19에 제시된 예에서처럼, 희생층(23b)과 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 사이에 위치하며, 후속하여 증착 성막되는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 결정성과 두께 균일도를 개선하기 위해 산소(O2) 유입 방지층(O)을 구비한다. 산소(O2) 유입 방지층(O)은 AlN 또는 미소 산소량을 포함한 AlNO 물질로 희생층(23b) 위에 증착 성막되어, 후속하여 증착 성막하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)과 동일한 PVD(예: sputtering, PLD)로 증착 성막하여 희생층(23b)으로부터 산소 유입을 방지하여 고순도 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 확보할 수 있도록 촉진하는 역할을 한다. 특히 산소(O2) 유입 방지층(O)으로 AlNO(소량의 O2를 포함한 분위기에서 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1) 스퍼터링 증착) 적용할 경우, 일정량(예: O2/(N2+O2) 값이 3% 이하)의 산소 공급이 중요하며, 고순도 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 확보하는데 씨앗(seed)으로 역할한다. 소량의 O2를 포함한 분위기에서 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)의 스퍼터링 증착은 상대적으로 작은 아일랜드(smaller islands) 형상의 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1) 결정체를 형성하여 상기 적정 증착 성막 온도에서 PVD(예: sputtering, PLD)로 증착 성막된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 표면 평탄도 개선과 박막 내부의 전위밀도 저감를 통해 고품질의 결정성과 극성을 확보하는데 중대한 씨드(seed) 역할을 담당한다. AlN 또는 AlNO 구성된 산소 유입 방지층(O)의 두께는 100nm 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 크랙 생성 및 전파 억제를 하는데 한층 유리한 1nm-30nm로 한다. 예를 들어, 300-500℃의 온도와 압력은 5*10-3mbar의 압력에서 증착될 수 있다.In the examples shown in FIGS. 18 and 19, the sacrificial layer 23b is a single layer of ZnO deposited with crystallinity (polycrystal or single crystal) by PVD (eg, sputtering, PLD) at a high temperature (400° C. or more) rather than at a low temperature. and ITO, or a multi-layered oxide structure including at least one of these (ZnO/ITO, ZnO/SiO 2 , ITO/SiO 2 ). The upper and lower limits of the thickness of the single layer sacrificial layer 23b are not particularly limited, but preferably Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) to maintain the thickness uniformity of the piezoelectric thin film 4. It is set to 50 nm-3 μm to be advantageous for the stress control function. The sacrificial layer 23b may be deposited by PVD (eg, sputtering, PLD), and during film formation, the temperature of the film formation substrate is 750 ° C, the process pressure consisting of argon (Ar) and oxygen (O 2 ) gas is 10-20 mTorr, , the amount of oxygen is relatively small compared to argon, and it is desirable to configure it within at least 50%. More preferably, as in the example shown in FIG. 19, Al x Ga 1 positioned between the sacrificial layer 23b and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 , and subsequently deposited into a film. -x N (0.5≤x≤1) In order to improve crystallinity and thickness uniformity of the piezoelectric thin film 4, an oxygen (O 2 ) inflow prevention layer (O) is provided. The oxygen (O 2 ) inflow prevention layer (O) is deposited on the sacrificial layer (23b) of AlN or AlNO material containing a small amount of oxygen, and subsequently deposited Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric. A high-purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is formed by depositing a film with the same PVD (eg, sputtering, PLD) as the thin film 4 to prevent oxygen inflow from the sacrificial layer 23b. It serves as a facilitator for obtaining In particular, when AlNO (Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) sputtering deposition in an atmosphere containing a small amount of O 2 ) is applied as an oxygen (O 2 ) inflow prevention layer (O), a certain amount (eg, O 2 / Supply of oxygen (N 2 +O 2 ) value of 3% or less is important, and serves as a seed to secure the high-purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) . The sputtering deposition of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) in an atmosphere containing a small amount of O 2 produces relatively small island-shaped Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) Surface flatness improvement of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) deposited by PVD (eg sputtering, PLD) at the appropriate deposition film formation temperature by forming crystals and It plays an important seed role in securing high-quality crystallinity and polarity through the reduction of dislocation density. It is preferable that the thickness of the oxygen inflow prevention layer (O) composed of AlN or AlNO is 100 nm or less, more preferably for crack generation and propagation suppression of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4). It is set to 1 nm-30 nm, which is more advantageous. For example, a temperature and pressure of 300-500° C. can be deposited at a pressure of 5*10 -3 mbar.

도 16 내지 도 19에서 제시된 방법에 따라 제조된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 구조물의 결정성 품질(crystalline quality)은 공통적으로 X-ray rocking curve의 반치폭이 작은 값을 갖는 것을 목표로 하며(목표값: 0.1° 이하), 극성 품질(polar quality)과 관련해서는 도 16과 도 17의 경우에서는 희생층(23a)과 제 2 반도체층(5), 도 18과 도 19 경우에서는 희생층(23b)과 산소 유입 방지층(O)의 표면 상태에 따라서 자유롭게 조절할 수 있는 이점이 있다.The crystalline quality of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) structure manufactured according to the method presented in FIGS. 16 to 19 is commonly the half width of the X-ray rocking curve. It aims to have this small value (target value: 0.1° or less), and in relation to the polar quality, in the case of FIGS. 16 and 17, the sacrificial layer 23a and the second semiconductor layer 5, FIG. In the case of 18 and 19, there is an advantage that can be freely adjusted according to the surface state of the sacrificial layer (23b) and the oxygen inflow prevention layer (O).

도 10 내지 도 14에 공진기를 제조하는 방법이 도 16 내지 도 19에 제시된 구조물에 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.Of course, the method of manufacturing the resonator shown in FIGS. 10 to 14 can be applied to the structures shown in FIGS. 16 to 19 as it is.

도 16 내지 도 19에 있어서, 희생층(23a,23b)은 ① Laser Lift-Off(LLO) 공정을 통해 광학적으로 투명한 성막 기판(1) 위에 형성된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 분리할 수 있도록 성막 기판(1)과 고순도 압전 박막(4) 사이에 위치하며, ② 레이저에 대해 희생층으로 기능하도록 에너지 밴드갭(일반적으로 200nm 이상)을 가지고, ③ CVD로 형성된 3족 질화물, PVD로 형성된 2족 또는 3족 산화물(예: ZnO, In2O3, Ga2O3, ITO)로 구성될 수 있으며, ④ AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 고온 성막이 가능할 수 있게끔, 0.3Tm(660℃) 이상에서 열적 안정성을 보유한 물질이어야 하고, ⑤ 육방정계(HCP) 결정구조를 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)과 동일 또는 유사한 결정구조를 갖는 물질이며, ⑥ AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 성막이 가능토록 표면 거칠기(surface roughness)가 10nm 이하가 가능한 세라믹(질화물, 산화물) 물질이고, ⑦ AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 성막이 가능토록 다양한 오염원(contaminants)이 제거된 표면 상태의 물질인 것이 바람직하다.16 to 19, the sacrificial layers 23a and 23b are Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) formed on the optically transparent film substrate 1 through a laser lift-off (LLO) process. ) It is located between the film formation substrate 1 and the high-purity piezoelectric thin film 4 so that the piezoelectric thin film 4 can be separated, ② has an energy band gap (generally 200 nm or more) to function as a sacrificial layer for the laser, ③ It can be composed of Group 3 nitride formed by CVD, Group 2 or Group 3 oxide formed by PVD (eg ZnO, In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , ITO), ④ Al x Ga 1-x N (0.5≤ x≤1) To enable high-temperature film formation of piezoelectric thin films, the material must have thermal stability at 0.3Tm (660℃) or higher, ⑤ Al x Ga 1-x N (0.5≤ x≤1) A material having the same or similar crystal structure as the piezoelectric thin film 4, ⑥ Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) surface roughness to enable film formation of the piezoelectric thin film 4 ) is a ceramic (nitride, oxide) material that can be 10 nm or less, and ⑦ Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) A surface state in which various contaminants are removed to enable film formation of the piezoelectric thin film (4) It is preferable that the material of

희생층(23a)은 종래의 저온에서 성장 성막된 버퍼층을 포함한 구조의 고온 단결정 층(단층 또는 다층 구조)로 성장될 수 있다.The sacrificial layer 23a may be grown as a high-temperature single-crystal layer (single-layer or multi-layer structure) having a structure including a conventional buffer layer grown at a low temperature.

필요시, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압접 박막(4) 성막 전에 경사진 c축(tilted c-axis) 결정면을 갖는 단결정 압전 박막 확보하기 위해 희생층(23a,23b)의 표면에 광 리쏘그래픽 & 식각 패터닝(photo-lithographic etch patterning) 가공을 하는 것도 가능하다.If necessary, a sacrificial layer (23a, 23b) to secure a single crystal piezoelectric thin film having a tilted c-axis crystal plane before forming the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) pressure welded thin film (4). It is also possible to perform photo-lithographic etch patterning on the surface of

AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 증착 성막 후에, 추가적인 온 후속 열처리 공정인 포스트 어닐링(Post-annealing)을 통해 결정성 및 극성을 개선할 수도 있다.After deposition of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4, crystallinity and polarity may be improved through post-annealing, which is an additional post-on heat treatment process.

전술한 바와 같이, 균일한 두께를 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)이 특히 요구되는 경우에, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 아래에 놓이는 도 16에 제시된 구조물(사파이어 성막 기판(1)-희생층(23a)), 도 17에 제시된 구조물(사파이어 성막 기판(1)-희생층(23a)-제2 반도체층(5)), 도 18에 제시된 구조물(사파이어 성막 기판(1)-희생층(23b)) 및 도 19에 제시된 구조물(사파이어 성막 기판(1)-희생층(23b)-산소(O2) 유입 방지층(O))이 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 증착 성막 온도에서 가능한 평탄함(flatness)을 유지하도록 하는 것이 중요하며, 본 개시는 이러한 평탄함을 유지할 수 있는 기반을 제공하는 것이다. 예를 들어, CVD로 성장 성막된 희생층(23a)을 구비하는 사파이어 성막 기판(1)은 상온에서 위로 볼록한(Convex) 형태를 가지나, 이를 다시 PVD 증착 성막을 위해 승온시키면, 온도 상승과 함께 평탄한 상태를 거쳐 아래로 볼록한(concave) 형태를 가지게 된다. 이러한 거동은 사파이어 성막 기판(1)과 희생층(23a)의 열팽창계수의 차이에 영향을 받게 되며, 따라서 적절한 희생층(23a)의 설계를 통해 균일한 두께를 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 증착 성막이 가능해진다. 이러한 원리는 제2 반도체층(5)의 설계, 희생층(23b)의 설계 및 산소(O2) 유입 방지층(O))의 설계에도 그대로 적용될 수 있다.As described above, when the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 having a uniform thickness is particularly required, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) The structure shown in FIG. 16 (sapphire deposition substrate 1-sacrificial layer 23a) placed under the piezoelectric thin film 4, the structure shown in FIG. 17 (sapphire deposition substrate 1-sacrificial layer 23a-second semiconductor layer 5), the structure shown in FIG. 18 (sapphire deposition substrate 1-sacrificial layer 23b) and the structure shown in FIG. 19 (sapphire deposition substrate 1-sacrificial layer 23b-oxygen (O 2 ) It is important to keep the inflow prevention layer (O)) as flatness as possible at the deposition temperature of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4, and the present disclosure It provides a foundation to sustain. For example, the sapphire film formation substrate 1 having the sacrificial layer 23a grown by CVD has a convex shape upward at room temperature, but when the temperature is raised again for PVD deposition film formation, it becomes flat with the temperature rise. After going through the state, it has a downward concave shape. This behavior is affected by the difference in thermal expansion coefficient between the sapphire film-forming substrate 1 and the sacrificial layer 23a, and therefore Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) Deposition of the piezoelectric thin film 4 becomes possible. This principle can also be applied to the design of the second semiconductor layer 5, the design of the sacrificial layer 23b, and the design of the oxygen (O 2 ) inflow prevention layer (O).

도 20은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 실리콘 성막 기판(1), 스트레스 제어층(23c), 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 포함한다.20 is a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing another example, the structure includes a silicon film substrate 1, a stress control layer 23c, and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4.

도 16에 제시된 구조물과 비교할 때, 스트레스 제어층(23c)이 희생층(23a)과 마찬가지로 CVD로 성장 성막되고, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)이 PVD로 증착 성막된다는 점에서 동일하지만, 성막 기판(1)으로 사파이어가 아니라 실리콘이 사용된다는 점, 스트레스 제어층(23c)이 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off; LLO)에 의해서가 아니라 실리콘 성막 기판(1)이 에칭을 통해 제거되는 공정에서 함께 제거된다는 점에서 차이를 가진다. 실리콘 성막 기판(1)은 사파이어 성막 기판(1)과 다른 격자 상수 및 열팽창계수를 가지므로, 그 위에 형성되는 스트레스 제어층(23c)과 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 성막 조건을, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)에 크랙이 발생하지 않도록 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)이 균일한 두께로 형성되도록 조절하는 것이 중요하다 하겠다. 실리콘 성막 기판(1)으로 예를 들어 8 inch Si(111) 기판이 사용될 수 있다. 따라서 스트레스 제어층(23c)은 희생층(23a)이 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off; LLO)되기 위해서 가져야 하는 제약을 가지지 않고, 양질의 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 형성에만 집중할 수 있다.Compared to the structure shown in FIG. 16, the stress control layer 23c is grown and deposited by CVD like the sacrificial layer 23a, and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is formed by PVD It is the same in that a film is deposited by deposition, but silicon is used as the film formation substrate 1 instead of sapphire, and the stress control layer 23c is formed on the silicon film formation substrate 1 instead of by laser lift off (LLO). ) has a difference in that it is removed together in the process of being removed through etching. Since the silicon film substrate 1 has a different lattice constant and thermal expansion coefficient from the sapphire film film substrate 1, the stress control layer 23c formed thereon and Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric The film formation conditions of the thin film 4 are Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) so that no cracks occur in the piezoelectric thin film 4 and Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric It is important to control the thin film 4 so that it is formed with a uniform thickness. As the silicon film substrate 1, for example, an 8-inch Si (111) substrate may be used. Therefore, the stress control layer 23c does not have the constraints that the sacrificial layer 23a must have for Laser Lift Off (LLO), and is made of high-quality Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric. It is possible to concentrate only on the formation of the thin film 4.

스트레스 제어층(23c)은 CVD(예: MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로 성장 성막시킨 단층의 AlgGa1-gN (0≤g≤1) 또는 다층의 Alh1Ga1-h1N/Alh2Ga1-h2N (h2<h1≤1, 0≤h2≤1)로 된 3족 질화물로 이루어질 수 있다. 스트레스 제어층(23c)은 실리콘 성막 기판(1)과의 성장 온도에서의 물리적 물성(격자상수 및 열팽창계수) 차이로 인해서 발생되는 웨이퍼 휨(curvature)과 크랙(crack) 등을 방지 및 완화하는 등의 스트레스 조절(stress control) 기능이 주된 역할이다. 무엇보다도 스트레스 제어층(23c)을 성막하는 초기 단계에서 실리콘 성막 기판(1)의 실리콘(Si) 물질 표면에서 실리콘(Si)과 3족(Al, Ga), 5족(N) 원소들과 화학적 반응을 통한 금속간 화합물(intermetallic compound; Si-Al-(Ga)) 및/또는 실리콘 질화물(Si(Al,Ga)Nx) 형성을 최소로 억제하는 것이 중요하다. AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)은 희생층(23c) 위에 PVD(예: 스퍼터링, PLD)로 0.3Tm(압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 증착 성막되어 고품질을 확보할 수 있다.The stress control layer 23c is a single-layer Al g Ga 1-g N (0≤g≤1) or multi-layer Al h1 Ga 1-h1 N/ Al h2 Ga 1-h2 N (h 2 <h 1 ≤ 1, 0 ≤ h 2 ≤ 1) of a group III nitride. The stress control layer 23c prevents and alleviates wafer curvature and cracks caused by differences in physical properties (lattice constant and thermal expansion coefficient) at the growth temperature with the silicon film substrate 1. It plays a major role in stress control. Above all, in the initial stage of forming the stress control layer 23c, silicon (Si), group 3 (Al, Ga), and group 5 (N) elements and chemical It is important to minimize the formation of intermetallic compounds (Si-Al-(Ga)) and/or silicon nitride (Si(Al,Ga)Nx) through the reaction. The Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited on the sacrificial layer 23c by PVD (eg sputtering, PLD) at a temperature of 0.3Tm (melting point of the piezoelectric thin film material) or higher. and can ensure high quality.

스트레스 제어층(23c)은 500℃ 이상의 온도에서 형성될 수 있으며, 두께의 상한과 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 두께 균일도(thickness uniformity)를 유지하기 위한 스트레스 조절(stress control) 기능을 하는데 유리하도록 50nm-3㎛로 한다. 예를 들어, 500-1100℃의 온도와, 100-600torr의 압력에서 성장 성막될 수 있다.The stress control layer 23c may be formed at a temperature of 500° C. or higher, and the upper and lower limits of the thickness are not particularly limited, but are preferably Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 It is set to 50 nm-3 μm to be advantageous in performing a stress control function to maintain the thickness uniformity of . For example, the growth film may be formed at a temperature of 500-1100°C and a pressure of 100-600 torr.

도 21은 본 개시에 따른 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법 및, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 구조물(structure)의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 구조물은 실리콘 성막 기판(1) 위에 순차적으로 스트레스 제어층(23c), 표면극성 제어층(C), 그리고 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 포함한다. 표면극성 제어층(C)이 추가된다는 점에서 도 20에 제시된 구조물과 구분되며, 표면극성 제어층(C)은 스트레스 제어층(23c)과 마찬가지로 CVD(예: MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로 성장 성막되나 동일 또는 다른 조성(AlkGa1-kN (0≤k≤1))을 갖는 단층 또는 다층의 Alm1Ga1-m1N/Alm2Ga1-m2N (m2<m1≤1, 0≤m2≤1)로 된 3족 질화물로 이루어질 수 있으며, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 표면이 단일 극성(메탈릭 극성 또는 질소 개스 극성)을 갖도록 하는 주된 기능 이외에 결정 결함 최소화 및 스트레스를 조절하여 균일한 두께를 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 확보할 수 있도록 촉진하는 역할을 한다. AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)은 스트레스 제어층(23c) 위에 PVD(예: 스퍼터링, PLD)로 0.3Tm(압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 증착 성막되어 고품질을 확보할 수 있다. 표면극성 제어층(C)을 통해 메탈릭 극성 표면을 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 제작 방법은 PVD(예: 스퍼터링, PLD)로 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 증착 성막하기에 앞서 표면극성 제어층(C)을 CVD(예: MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로 성장 성막한 다음에 소정의 산소량(비율)으로 표면극성 제어층(C) 표면을 플라즈마 처리(plasma treatment)하여 얻을 수 있다. 반면에 표면극성 제어층(C)을 통해 질소 개스 극성 표면을 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 제작 방법으로는 PVD(예: 스퍼터링, PLD)로 압전 박막(4)을 증착 성막하기에 앞서 표면극성 제어층(C)을 CVD(MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로 성장 성막시에 마크네슘(Mg)을 과다하게 첨가(도핑)해서 질소 개스 극성 표면을 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 얻을 수 있다(SCIENTIFIC REPORT, Intentional polarity conversion of AlN epitaxial layers by oxygen, published online: 20 September 2018). 스트레스 제어층(23c) 표면을 플라즈마 처리(plasma treatment)하거나 성장 성막의 과정에서 마크네슘(Mg)을 과다하게 첨가(도핑)해서 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 극성을 조절하는 것도 가능하다.21 shows a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film structure according to the present disclosure. As a diagram showing another example, the structure is sequentially formed on a silicon film substrate 1, a stress control layer 23c, a surface polarity control layer C, and Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric It includes a thin film (4). 20 in that a surface polarity control layer (C) is added, and the surface polarity control layer (C), like the stress control layer 23c, is formed by CVD (eg, MOCVD, HVPE, ALD, MBE) Single or multi-layer Al m1 Ga 1- m1 N/Al m2 Ga 1-m2 N (m 2 < m 1 ≤1, 0≤m 2 ≤1), Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) The surface of the piezoelectric thin film 4 has a single polarity (metallic polarity or nitrogen gas polarity) in addition to minimizing crystal defects and controlling stress to promote Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) having a uniform thickness. . An Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited on the stress control layer 23c by PVD (eg sputtering, PLD) at a temperature of 0.3Tm (melting point of the piezoelectric thin film material) or higher. A film can be formed to ensure high quality. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film having a metallic polar surface through the surface polarity control layer (C) is PVD (eg sputtering, PLD) to Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) Prior to depositing the piezoelectric thin film 4, the surface polarity control layer (C) is grown and formed by CVD (eg MOCVD, HVPE, ALD, MBE), and then with a predetermined amount (rate) of oxygen. It can be obtained by plasma treatment of the surface of the surface polarity control layer (C). On the other hand, as a method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film having a nitrogen gas polar surface through the surface polarity control layer (C), a piezoelectric thin film (4 Al having a nitrogen gas polar surface by excessively adding (doping) magnesium (Mg) during the growth film formation of the surface polarity control layer (C) by CVD (MOCVD, HVPE, ALD, MBE) prior to deposition of ). x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films can be obtained (SCIENTIFIC REPORT, Intentional polarity conversion of AlN epitaxial layers by oxygen, published online: 20 September 2018). Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film ( It is also possible to adjust the polarity of 4).

표면극성 제어층(C)은 스트레스 제어층(23c)과 동일한 일정 온도(500℃ 이상)에서 성장 성막될 수 있으며, 0.5㎛ 이하의 두께로, 100-600torr의 압력에서 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)과 동일 또는 유사한 조성을 갖는 3족 질화물로 구성하는 것이 바람직하다. 또한 스트레스 제어층(23c)과 표면극성 제어층(C)은 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 증착 성막시에 고품질(결정성과 극성)과 균일한 두께를 갖도록 성막 기판 휨(curvature)을 가능한 제로(zero, 평평함) 상태를 유지토록 제어하는 것이 바람직하다.The surface polarity control layer (C) can be grown at the same constant temperature (500 ° C. or more) as the stress control layer (23c), and is Al x Ga 1-x N at a pressure of 100-600 torr with a thickness of 0.5 μm or less. (0.5≤x≤1) It is preferable to be composed of a group III nitride having the same or similar composition as that of the piezoelectric thin film 4. In addition, the stress control layer 23c and the surface polarity control layer C have high quality (crystallinity and polarity) and uniform thickness when the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited. It is preferable to control the curvature of the film formation substrate to maintain a zero (flat) state so as to have .

성막 기판(1) 휨 상태는 그 위에 성막(증착, 성장)되는 박막(23c,C,4)의 성막 조건(온도, 압력) 및 실리콘 성막 기막(1)과 성막되는 막(23c,C,4)의 열팽창계수(열창팽계수는 온도의 함수)와 격자상수에 영향을 받으며, 바람직하게는 제로상태를 유지하되 적어도 위로 볼록한(convex) 상태가 되도록 하는 것이 좋으며, 성막의 완료 후에 아래로 볼록한(concave) 상태가 되지 않도록 하는 것이 중요하고, 실리콘 성막 기판(1)의 휨 정도는 성막되는 동안에 측정이 가능하므로, 성막 동안에 성막 조건(온도, 압력)과 성막되는 AlGaN의 조성을 실리콘 성막 기판(1)의 휨이 제로(zero) 또는 볼록한(convex) 상태 그리고 최종 성막 후에도 이러한 상태가 되도록 조절하는 것이 중요하다 하겠다. 실리콘 성막 기판(1)의 열팽창계수와 AlGaN의 열팽창계수를 고려할 때 CVD만으로 이러한 조절을 행하기가 쉽지 않으며, PVD만으로는 양질의 스트레스 제어층(23c)을 형성하고, 그 위에 고온(0.3Tm(660℃))에서 AlxGa1-xN (0.5≤y≤1) 압전 박막(4)을 형성하는 것이 쉽지 않다. 본 개시는 CVD로 스트레스 제어층(23c)과 표면극성 제어층(C)을 성장 성막하고, PVD로 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 증착 성막함으로써, 결정성과 극성이 모두 우수한 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)을 격자상수와 열팽창계수가 큰 차이를 가지는 실리콘으로 된 성막 기판(1)을 이용함에도 불구하고 제공할 수 있게 된다.The bending state of the film formation substrate 1 depends on the film formation conditions (temperature, pressure) of the thin films 23c, C, 4 to be formed (deposited and grown) thereon, and the silicon film formation substrate 1 and the films 23c, C, 4 to be formed. ) is affected by the thermal expansion coefficient (the thermal expansion coefficient is a function of temperature) and the lattice constant, and preferably maintains a zero state, but it is good to have at least an upward convex state, and after completion of film formation, a downward convex ( It is important to prevent concave state, and the silicon film formation substrate 1 Since the degree of warpage can be measured during film formation, the film formation conditions (temperature, pressure) and the composition of AlGaN to be filmed during film formation are determined in a state where the warpage of the silicon film substrate 1 is zero or convex and after the final film formation. It will be important to adjust the condition so that it is. Considering the thermal expansion coefficient of the silicon film substrate 1 and the thermal expansion coefficient of AlGaN, it is not easy to perform such adjustment only by CVD, and by only PVD, a high-quality stress control layer 23c is formed, and a high temperature (0.3Tm (660 ℃)), it is not easy to form the Al x Ga 1-x N (0.5≤y≤1) piezoelectric thin film 4. In the present disclosure, the stress control layer 23c and the surface polarity control layer C are grown and formed by CVD, and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited and deposited by PVD, Provides an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) with excellent crystallinity and polarity despite using a silicon film formation substrate (1) having a large difference in lattice constant and thermal expansion coefficient You can do it.

예를 들어, 1) AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)이 PVD(예: 스퍼터링, PLD)로 800℃의 온도에서 AlN로 증착 성막될 때, 스트레스 제어층(23c)은 CVD(예: MOCVD)로 500-900℃의 온도, 100-600Torr의 압력에서, 500nm 두께의 Al0.9Ga0.1N으로 형성될 수 있다. 2) 또한 표면극성 제어층(C)이 CVD(예: MOCVD)로 500-1100℃의 온도, 100-600Torr의 압력에서, 100nm 두께의 Al0.9Ga0.1N으로 형성될 때, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)이 PVD(예: 스퍼터링, PLD)로 800℃의 온도에서, AlN로 형성되고, 스트레스 제어층(23c)은 CVD(예: MOCVD)로 500-900℃의 온도, 100-600Torr의 압력에서, 500nm 두께의 Al0.8Ga0.2N으로 형성될 수 있다. 이때, 실리콘 성막 기판(1) 위에 CVD(예: MOCVD)로 스트레스 제어층(23c) 및/또는 표면극성 제어층(C)을 성장 성막하는 공정 조건(온도,압력)에서 최소(제로)의 성막 기판(1) 휨을 유지하는 것이 무엇보다도 중요한 동시에, CVD(예: MOCVD)로 스트레스 제어층(23c) 및/또는 표면극성 제어층(C) 성장 성막 완료 후에 상온(25℃)에서의 실리콘 성막 기판(1) 휨이 제로 또는 볼록한(Convex) 상태를 유지토록 조절하는 것이 중요하다. 스트레스 제어층(23c) 및/또는 표면극성 제어층(C) 위에 후속하여 PVD(예: 스퍼터링)로 증착 성막되는 AlN 압전 박막(4)의 결정 품질과 균일한 두께를 갖도록 하기 위해서는 앞서 서술한 성막 조건들과 이에 따른 실리콘 성막 기판(1) 휨에 대한 거동(Behavior)을 인식한 상태에서 조절함으로써 가능할 수 있다.For example, 1) Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) When the piezoelectric thin film 4 is deposited with AlN at a temperature of 800 ° C by PVD (eg sputtering, PLD), the stress control layer (23c) may be formed of Al 0.9 Ga 0.1 N with a thickness of 500 nm at a temperature of 500-900° C. and a pressure of 100-600 Torr by CVD (eg, MOCVD). 2) In addition, when the surface polarity control layer (C) is formed of 100 nm thick Al 0.9 Ga 0.1 N at a temperature of 500-1100 ° C. and a pressure of 100-600 Torr by CVD (eg MOCVD), Al x Ga 1- x N (0.5≤x≤1) The piezoelectric thin film 4 is formed of AlN at a temperature of 800° C. by PVD (e.g. sputtering, PLD), and the stress control layer 23c is formed by CVD (e.g. MOCVD) at 500 It can be formed of Al 0.8 Ga 0.2 N with a thickness of 500 nm at a temperature of -900 ° C and a pressure of 100-600 Torr. At this time, the minimum (zero) film formation under the process conditions (temperature, pressure) for growing the stress control layer 23c and/or the surface polarity control layer C on the silicon film substrate 1 by CVD (eg MOCVD) While maintaining the warpage of the substrate 1 is of the utmost importance, a silicon film deposition substrate at room temperature (25 ° C.) after completion of the growth deposition of the stress control layer 23c and / or the surface polarity control layer (C) by CVD (eg MOCVD) (1) It is important to adjust the warp to maintain zero or convex state. In order to have the crystal quality and uniform thickness of the AlN piezoelectric thin film 4 deposited on the stress control layer 23c and/or the surface polarity control layer C by PVD (eg, sputtering) subsequently, the film formation described above This may be possible by controlling the conditions and the corresponding behavior of the silicon film substrate 1 in a state of being recognized.

도 20 내지 도 21에서 제시된 방법에 따라 제조된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 구조물의 결정성 품질(crystalline quality)은 공통적으로 X-ray Rocking Curve(XRC)의 반치폭 값이 0.1° 이하를 갖고, 극성 품질(polar quality)은 스트레스 제어층(23c) 및/또는 표면극성 제어층(C) 표면 상태에 따라서 자유롭게 조절할 수 있는 이점을 갖는다.The crystalline quality of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) structure manufactured according to the method presented in FIGS. 20 to 21 is commonly X-ray Rocking Curve (XRC ) has a half width value of 0.1° or less, and the polar quality can be freely adjusted according to the surface state of the stress control layer 23c and/or the surface polarity control layer C.

스트레스 제어층(23c)과 표면극성 제어층(C)은 ① CVD(MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로 형성된 3족 질화물로 구성되며, ② AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 고온 증착 성막이 가능할 수 있게끔, 0.3Tm(660℃) 이상에서 열적 안정성을 보유한 물질이어야 하고, ③ 육방정계(HCP) 결정구조를 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)과 동일 또는 유사한 결정구조를 갖는 물질이며, ④ AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 증착 성막이 가능토록 표면 거칠기(surface roughness)가 10nm 이하가 가능한 세라믹(질화물) 물질이고, ⑤ AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 증착 성막이 가능토록 다양한 오염원(contaminants)이 제거된 표면 상태의 물질인 것이 바람직하다.The stress control layer 23c and the surface polarity control layer C are composed of a group 3 nitride formed by ① CVD (MOCVD, HVPE, ALD, MBE), ② Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) To enable high-temperature deposition of the piezoelectric thin film 4, it must be a material with thermal stability at 0.3Tm (660 ° C) or higher, ③ Al x Ga 1-x N (0.5≤ x≤1) It is a material having the same or similar crystal structure as that of the piezoelectric thin film (4), ④ Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) The surface roughness (surface roughness) It is a ceramic (nitride) material with a roughness of 10 nm or less, and ⑤ Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) A surface state in which various contaminants are removed to enable deposition of the piezoelectric thin film (4). It is preferable that the material of

필요시, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압접 박막(4) 증착 성막 전에 경사진 c축(tilted c-axis) 결정면을 갖는 단결정 압전 박막 확보하기 위해 스트레스 제어층(23c) 및/또는 표면극성 제어층(C)의 표면에 광 리쏘그래픽 & 식각 패터닝(photo-lithographic etch patterning) 가공을 하는 것도 가능하다.If necessary, an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) stress control layer (23c) to secure a single-crystal piezoelectric thin film having a tilted c-axis crystal plane before depositing the pressure-contact thin film (4) And/or it is also possible to perform photo-lithographic etch patterning on the surface of the surface polarity control layer (C).

실리콘 성막 기판(1) 위에 스트레스 제어층(23c) 및/또는 표면극성 제어층(C) 상부에 후속하여 증착 성막된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 경우는 종래의 저온(400℃ 전후))에서 PVD(예: 스퍼터링, PLD)로 증착 성막된 압전 박막과는 달리, 0.3Tm(660℃) 이상에서 증착 성막된 고온 단결정 결정구조로 한층 더 고품질을 갖는다.The Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 deposited subsequently on the stress control layer 23c and/or the surface polarity control layer (C) on the silicon deposition substrate 1 Unlike the conventional piezoelectric thin film deposited by PVD (e.g., sputtering, PLD) at a low temperature (around 400 ° C), the high-temperature single-crystal crystal structure deposited at 0.3 Tm (660 ° C) or higher provides higher quality. have

AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 증착 성막 후에, 추가적인 고온 후속 열처리 공정인 포스트 어닐링(Post-annealing)을 통해 결정성 및 극성을 추가적으로 개선하는 것도 가능하다.After deposition of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4, it is possible to further improve crystallinity and polarity through post-annealing, which is an additional high-temperature post-annealing process. .

스트레스 제어층(23c)을 500℃ 이상의 온도에서 저온/중온/고온으로 온도 조절과 함께 갈륨(Ga) 성분을 최소화시킨 AlGaN 박막을 우선적으로 성장 성막하는 것이 바람직하며, 이는 성막 기판(1) 물질인 실리콘(Si)과 비교적 용이하게 금속간 화합물을 형성하는 갈륨(Ga)과의 반응을 억제하여 멜트 백(melt-back) 현상을 방지하기 위함이다.It is preferable to preferentially grow and form an AlGaN thin film in which the gallium (Ga) component is minimized while controlling the temperature of the stress control layer 23c from a temperature of 500 ° C or higher to a low / medium / high temperature. This is to prevent a melt-back phenomenon by suppressing a reaction between silicon (Si) and gallium (Ga), which forms an intermetallic compound relatively easily.

스트레스 제어층(23c)과 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 사이에 초격자구조의 중간층을 도입할 수 있으며, 이는 결정 결함을 억제하기 위함이다.An intermediate layer of a superlattice structure may be introduced between the stress control layer 23c and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4, which is to suppress crystal defects.

AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 증착 성막 시에 Al의 함량을 높이면서, PVD의 증착 성막 온도도 높일 수 있으며, 이는 인장 스트레스(tensile stress)를 억제하여 압전 박막(4)의 미세 크랙을 방지하기 위함이다.Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) While increasing the Al content during the deposition of the piezoelectric thin film 4, the deposition temperature of PVD can also be increased, which suppresses tensile stress This is to prevent micro-cracks of the piezoelectric thin film 4.

실리콘 성막 기판(1)을 이용하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 구조물의 제조방법은 도 10 내지 도 14에 제시된 방법이 그대로 사용할 수 있다. 다만, 실리콘(Si) 성막 기판(1), 스트레스 제어층(23c), 그리고 표면극성 제어층(C)이 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off; LLO)가 아니라, 공지된 습식 에칭(wet etch)과 건식 에칭(dry etch)의 병행을 통하여 제거된다는 점에서 차이를 가진다. 이 과정에서 정확한 두께 조정을 위한 트리밍(trimming) 공정 등이 수반될 수 있다.As the method of manufacturing the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 structure using the silicon film substrate 1, the methods presented in FIGS. 10 to 14 can be used as they are. However, the silicon (Si) film formation substrate 1, the stress control layer 23c, and the surface polarity control layer C are not Laser Lift Off (LLO), but a known wet etch and It has a difference in that it is removed through parallel dry etching. In this process, a trimming process or the like for accurate thickness adjustment may be accompanied.

도 22 및 도 23은 본 개시에 제시된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 이용하여 공진기(resonator)를 제조하는 방법의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 실리콘 성막 기판(1), 스트레스 제어층(23c) 및 표면극성 제어층(3)을 구비하되, 표면극성 제어층(3)에 마크네슘(Mg)을 첨가(도핑)하여, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)이 질소 개스 극성 표면을 갖도록 성막한 후, 제2 전극(14), 브래그 리플렉터(10) 반사기, 제2 보호막(11), 제2 본딩 레이어(12) 및 소자 기판(13)을 형성하고, 실리콘 성막 기판(1), 스트레스 제어층(23c) 및 표면극성 제어층(3)을 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)으로부터 제거한 후, 제1 전극(6)을 형성한 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 구조물이 제시되어 있다. 이를 통해, 도 10 내지 도 12에서와 같이 두 번의 웨이퍼 본딩 공정을 이용하지 않고도 즉, 한 번의 웨이퍼 본딩 공정을 통해 메탈릭 극성(Al-polarity 또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed) 표면(face)을 소자의 상면으로 이용하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 구조물을 제공할 수 있게 된다.22 and 23 are views showing another example of a method of manufacturing a resonator using an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film presented in the present disclosure, a silicon film substrate ( 1), a stress control layer 23c and a surface polarity control layer 3 are provided, and magnesium (Mg) is added (doped) to the surface polarity control layer 3 to form Al x Ga 1-x N (0.5 ≤x≤1) After the piezoelectric thin film 4 is formed to have a nitrogen gas polar surface, the second electrode 14, the Bragg reflector 10 reflector, the second protective film 11, the second bonding layer 12 and An element substrate 13 is formed, and the silicon film substrate 1, the stress control layer 23c, and the surface polarity control layer 3 are formed of Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 After removal from the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x ≤ 1) piezoelectric thin film 4 structure in which the first electrode 6 is formed is presented. Through this, as shown in FIGS. 10 to 12, without using two wafer bonding processes, that is, through one wafer bonding process, a metallic polarity (Al-polarity or Al-polarity & Ga-polarity mixed) surface can be formed. It is possible to provide an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 structure used as the upper surface of the device.

본 개시에 따라 제작된 공진기 기반 소자(resonator-based device)는 브래그 리플렉터(10) 반사기를 포함한 제2 전극(14)이 형성되어 놓이는 위치를 실리콘(Si) 성막 기판(1) 위에 성막된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 극성 제어(polarity control)와 후속한 소자 공정을 진행하는 과정에서 웨이퍼 본딩 횟수에 따라 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 위에서 표면 극성을 자유롭게 선택할 수 있다. 도 10 내지 도 12에 제시된 방법은 두 번의 웨이퍼 본딩 공정을 통해 제작되는 것으로서, 브래그 리플렉터(10) 반사기를 포함한 제2 전극(14)이 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 질소 개스 극성 표면(N-polarity face)에 놓이게 되며, 또한 한 번의 웨이퍼 본딩 공정을 거치는 도 22 및 도 23에 제시된 방법 경우에도 브래그 리플렉터(10) 반사기를 포함한 제2 전극(14)이 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4)의 질소 개스 극성 표면(N-polarity face)에 동일하게 위치한다. 참고로 종래의 Si 성막 기판 위에 저온에서 직접적으로 PVD(예: 스퍼터링, PLD)를 통해 형성된 다결정(polycrystalline) AlN 압전 박막으로 제작된 공진기 소자의 경우는 표면 극성과 극성 비율(ratio)을 조절하는데 한계가 있기에 브래그 리플렉터(10) 반사기를 포함한 제2 전극(14)의 극성 위치를 정의할 수 없다. 이로 인해서 결정성 양/부와 무관하게 극성 혼재(mixed polarity) 및 극성 조절된 소자 제작에 어려움으로 인해서 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4) 공진기의 성능 개선에 한계점을 갖고 있다.In the resonator-based device manufactured according to the present disclosure, the position where the second electrode 14 including the Bragg reflector 10 reflector is formed and placed is Al x formed on a silicon (Si) film deposition substrate 1 Ga 1-x N (0.5≤x≤1) Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) according to the number of wafer bonding in the process of polarity control of the piezoelectric thin film and the subsequent device process On the piezoelectric thin film 4, the surface polarity can be freely selected. The method shown in FIGS. 10 to 12 is manufactured through two wafer bonding processes, and the second electrode 14 including the Bragg reflector 10 reflector is Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric. It is placed on the N-polarity face of the thin film 4, and also in the case of the method shown in FIGS. 22 and 23 in which a single wafer bonding process is performed, the second electrode 14 including the Bragg reflector 10 reflector ) is equally located on the N-polarity face of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4. For reference, in the case of a resonator element made of a polycrystalline AlN piezoelectric thin film formed through PVD (e.g., sputtering, PLD) directly on a conventional Si film substrate at a low temperature, there is a limit to adjusting the surface polarity and polarity ratio. , the position of the polarity of the second electrode 14 including the reflector of the Bragg reflector 10 cannot be defined. As a result, it is difficult to manufacture mixed polarity and polarity-adjusted devices regardless of the crystallinity positive/negative, so it is necessary to improve the performance of Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) resonators. has a limit.

이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described.

(1) AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법에 있어서, 사파이어 성막 기판에 희생층을 형성하는 단계; 그리고, 희생층 위에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 성장하는 단계;를 포함하며, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 성장하는 단계에 앞서 AlyGa1-yN (0.5≤y≤1)로 된 제1 반도체층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(1) A method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, comprising: forming a sacrificial layer on a sapphire film deposition substrate; And, growing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the sacrificial layer; including, growing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film. Prior to the step of forming a first semiconductor layer of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1); Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric, characterized in that it further comprises How to make a thin film.

(2) 제1 반도체층은 희생층의 형성에 앞서 1000℃ 이상의 온도에서 형성되는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(2) A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, characterized in that the first semiconductor layer is formed at a temperature of 1000 °C or higher prior to formation of the sacrificial layer.

(3) 제1 반도체층은 희생층의 형성 후에 산소가 공급되는 상태에서 PVD로 형성되는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(3) A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, characterized in that the first semiconductor layer is formed by PVD in a state in which oxygen is supplied after formation of the sacrificial layer.

(4) 희생층과 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 사이에 희생층보다 Al 함량이 많고, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막보다 Al 함량이 적은 제2 반도체층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(4) Between the sacrificial layer and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, the Al content is greater than that of the sacrificial layer, and Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) Al is greater than that of the piezoelectric thin film. A method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, further comprising: forming a second semiconductor layer having a small content.

(5) AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 구비하는 구조물에 있어서, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막; AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 일측에 구비되는 제1 전극; AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 기준으로 제1 전극의 반대측에 구비되는 제2 전극과 반사기;를 포함하며, 제1 전극이 구비되는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 면은 메탈릭 극성(Al-polarity 또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed) 표면(face)인 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 구비하는 구조물.(5) In a structure having an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) A first electrode provided on one side of the piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) A second electrode and a reflector provided on the opposite side of the first electrode based on the piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N including the first electrode (0.5≤x≤1) Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1), characterized in that the surface of the piezoelectric thin film is a metallic polarity (Al-polarity or Al-polarity & Ga-polarity mixed) surface ) structure comprising a piezoelectric thin film.

(6) 반사기는 에어 캐비티 및 브래그 리플렉터 중의 하나인 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 구비하는 구조물.(6) A structure having an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, wherein the reflector is one of an air cavity and a Bragg reflector.

(7) 제1 반도체층(2)은 MOCVD로 고온 성장 시, 스트레스 완화를 위해 다수의 에어 공극(air-voids) 삽입하는 것이 바람직하며, PVD로 성막 시, 소량의 산소 성분 이외에 Sc, Mg, Zr 도핑 또는 합금 성분으로 첨가하는 것이 가능하다. Sc, Mg, Zr 도핑 또는 합금 성분으로 삽입하는 이유는 압전 박막을 활용한 소자 구조물의 전기-기계 에너지 변환효율(electro-mechanical coupling efficiency)을 극대화하기 위함이다.(7) When the first semiconductor layer 2 is grown at a high temperature by MOCVD, it is preferable to insert a plurality of air-voids to relieve stress, and when formed by PVD, Sc, Mg, It is possible to add Zr as a doping or alloying component. The reason for inserting Sc, Mg, or Zr as a doping or alloy component is to maximize the electro-mechanical coupling efficiency of a device structure using a piezoelectric thin film.

(8) 제2 반도체층(5) AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 성장 전에 웨이퍼 스트레스를 완화시켜 수평을 유지하게 하여 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 두께를 균일하게 하는 역할을 하기에 제2 반도체층(5) 내에 Si 또는/및 Mg 첨가하는 것이 가능하다.(8) Second semiconductor layer (5) Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) 1) It is possible to add Si or/and Mg into the second semiconductor layer 5 to play a role of uniforming the thickness of the piezoelectric thin film.

(9) AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법에 있어서, 사파이어 성막 기판에 희생층을 형성하는 단계;로서, 희생층은 화학적 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 형성된 3족 질화물 및 물리적 기상 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)으로 형성된 2족 또는 3족 산화물을 포함하는 산화물 중의 하나로 이루어지는, 희생층을 형성하는 단계; 그리고, 희생층 위에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 증착하는 단계;로서, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막은 0.3Tm(Tm; 압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 물리적 기상 증착법으로 증착되는, 압전 박막을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막.(9) In the method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, forming a sacrificial layer on a sapphire film deposition substrate; as, the sacrificial layer is chemical vapor deposition (CVD; Chemical Vapor Forming a sacrificial layer made of one of oxides including a group 3 nitride formed by deposition and a group 2 or group 3 oxide formed by physical vapor deposition (PVD); And, depositing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the sacrificial layer; Depositing a piezoelectric thin film deposited by a physical vapor deposition method at a temperature equal to or higher than the melting point of the piezoelectric thin film material; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, characterized in that it comprises.

(10) 희생층은 CVD로 형성되는 단층의 AlcGa1-cN (0≤c≤0.5) 또는 다층의 Alc1Ga1-c1N/Alc2Ga1-c2N (c2<c1≤1, 0≤c2<0.5)로 된 3족 질화물인 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(10) The sacrificial layer is a single-layer Al c Ga 1-c N (0≤c≤0.5) formed by CVD or a multi-layer Al c1 Ga 1-c1 N / Al c2 Ga 1-c2 N (c 2 <c 1 ≤1, 0≤c 2 <0.5) A method for producing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, characterized in that it is a group III nitride.

(11) 희생층과 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 사이에서 CVD로 형성되며, 희생층과 다른 조성(AlaGa1-aN (0.5<a≤1))을 갖는 3족 질화물로 된 제2 반도체층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(11) It is formed by CVD between the sacrificial layer and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, and has a different composition from the sacrificial layer (Al a Ga 1-a N (0.5<a≤1)) A method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, further comprising: forming a second semiconductor layer made of a group III nitride.

(12) 희생층은 PVD로 형성되는 단층의 2족 산화물, 단층의 3족 산화물 또는 이들 중 적어도 하나를 포함한 다층의 산화물 구조로 된 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(12) The sacrificial layer is Al x Ga 1-x N (0.5 ≤x≤1) A method for producing a piezoelectric thin film.

(13) 희생층과 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 사이에서 PVD로 형성되며, 산화물로 된 희생층의 산소가 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막으로 유입되는 것을 방지하도록 산소(O2) 유입 방지층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(13) It is formed by PVD between the sacrificial layer and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, and oxygen in the oxide sacrificial layer is Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1 ) forming an oxygen (O 2 ) inflow prevention layer to prevent inflow into the piezoelectric thin film; a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, characterized in that it further comprises.

(14) AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법에 있어서, 실리콘 성막 기판에 화학적 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 3족 질화물로 된 스트레스 제어층을 형성하는 단계; 그리고, 스트레스 제어층 위에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 0.3Tm(Tm; 압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 물리적 기상 증착법으로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(14) In a method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, a stress control layer made of a group III nitride is formed on a silicon film substrate by chemical vapor deposition (CVD). forming; And, forming an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the stress control layer by physical vapor deposition at a temperature of 0.3 Tm (Tm; melting point of the piezoelectric thin film material) or higher. A method for producing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film characterized by

(15) 증착하는 단계에 앞서, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 표면 극성을 조절하기 위한 전처리를 행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법. 여기서, 전처리라 함은 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 표면 극성을 의도적으로 바꾸는 행위(intentional conversion)로서 전술한 플라즈마 처리(plasma treatment) 내지는 마그네슘(Mg) 과다 첨가(도핑) 등의 행위를 의미한다.(15) Prior to the deposition step, performing a pretreatment for adjusting the surface polarity of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film; Al x Ga 1- , characterized in that it further comprises Method for producing x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film. Here, the pretreatment refers to intentional conversion of the surface polarity of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, and the aforementioned plasma treatment or excessive addition of magnesium (Mg) (doping).

(16) 증착하는 단계에 앞서, 표면극성 제어층을 형성하는 단계;를 더 포함하며, 전처리는 표면극성 제어층에 행해지고, 전처리된 표면극성 제어층에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.(16) prior to the deposition step, forming a surface polarity control layer; further comprising, pretreatment is performed on the surface polarity control layer, and Al x Ga 1-x N (0.5≤x ≤1) A method for producing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, characterized in that the piezoelectric thin film is formed.

(17) AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 소자를 제조하는 방법에 있어서, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막에 소자 기판을 본딩하는 단계; 성막 기판을 제거하는 단계; 그리고 성막 기판이 제거된 측에서 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막에 전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 전극이 형성된 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 표면이 메탈릭 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 소자를 제조하는 방법. 도 20 내지 도 23에 제시된 방법은 실리콘 성막 기판에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 형성할 때만이 아니라, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 구비하는 소자를 제조하는 방법 일반으로 확장될 수 있다. AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 구비하는 소자는 대표적인 예를 RF 공진기이다.(17) In the method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film element, bonding the element substrate to the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film element ; removing the film formation substrate; And forming an electrode on the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the side from which the film formation substrate is removed; including, the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) electrode formed 1) A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film element, characterized in that the surface of the piezoelectric thin film has a metallic polarity. The method presented in FIGS. 20 to 23 is not only for forming an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on a silicon film substrate, but also for forming an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film. It can be extended to a general method of manufacturing a device having a piezoelectric thin film. A typical example of an element having an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film is an RF resonator.

(18) 본딩하는 단계에 앞서, 소자 기판이 본딩되는 측의 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 표면 극성이 질소 개스 극성을 갖도록 전처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막 소자를 제조하는 방법.(18) Prior to the bonding step, a step of pre-treating the surface polarity of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the side where the device substrate is bonded to have a nitrogen gas polarity; A method for manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film element.

본 개시에 의하면, 고순도 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하고, 이를 공진기를 제조하고, 이 공진기를 다양한 장치에 적용할 수 있게 된다.According to the present disclosure, it is possible to manufacture a high-purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, manufacture a resonator, and apply the resonator to various devices.

성막 기판(1), 제1 반도체층(2), 희생층(3), AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막(4), 제2 반도체층(5), 제1 전극(6), 제2 전극(14)Deposition substrate (1), first semiconductor layer (2), sacrificial layer (3), Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4), second semiconductor layer (5), first electrode 6, second electrode 14

Claims (3)

공진기(resonators)에 이용되는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법에 있어서,
실리콘 성막 기판에 화학적 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 단층의 AlgGa1-gN (0≤g≤1) 및 다층의 Alh1Ga1-h1N/Alh2Ga1-h2N (h2<h1≤1, 0≤h2≤1) 중 하나로 된, 단결정(single crystalline)의 결정구조를 갖는 스트레스 제어층을 형성하는 단계;
스트레스 제어층 위에 화학적 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 단층의 AlkGa1-kN (0≤k≤1) 및 다층의 Alm1Ga1-m1N/Alm2Ga1-m2N (m2<m1≤1, 0≤m2≤1) 중 하나로 된, 단결정의 결정구조를 갖는 표면극성 제어층을 형성하는 단계;
AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막의 표면 극성을 조절하기 위해 표면극성 제어층에 전처리를 행하는 단계; 그리고,
전처리된 표면극성 제어층 위에 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 0.3Tm(Tm; 압전 박막 물질의 녹는점) 이상의 온도에서 물리적 기상 증착법으로 형성함으로써, 두께 균일도(thickness uniformity)가 유지되며 단결정의 결정구조를 갖는 AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 형성하는 단계;를 포함하고,
화학적 기상 증착법은 MOCVD, HVPE, ALD, MBE 중의 하나이고,
물리적 기상 증착법은 스퍼터링, PLD 중의 하나이고,
스트레스 제어층은, 50㎚ 내지 3㎛의 두께로 형성되고,
표면극성 제어층은, 0.5㎛ 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는, AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) 압전 박막을 제조하는 방법.
In the method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film used in resonators,
Single-layer Al g Ga 1-g N (0≤g≤1) and multi-layer Al h1 Ga 1-h1 N/Al h2 Ga 1-h2 N ( h 2 <h 1 ≤ 1, 0≤h 2 ≤ 1), forming a stress control layer having a single crystal (single crystalline) crystal structure;
A single-layer Al k Ga 1-k N (0≤k≤1) and a multi-layer Al m1 Ga 1-m1 N/Al m2 Ga 1-m2 N ( m 2 <m 1 ≤1, 0≤m 2 ≤1), forming a surface polarity control layer having a single crystal crystal structure;
Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) performing a pretreatment on the surface polarity control layer to adjust the surface polarity of the piezoelectric thin film; and,
By forming an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the pretreated surface polarity control layer by physical vapor deposition at a temperature of 0.3Tm (Tm; melting point of the piezoelectric thin film material) or higher, thickness uniformity (thickness) uniformity) and forming an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film having a single crystal crystal structure;
The chemical vapor deposition method is one of MOCVD, HVPE, ALD, and MBE,
The physical vapor deposition method is one of sputtering and PLD,
The stress control layer is formed to a thickness of 50 nm to 3 μm,
The surface polarity control layer is characterized in that formed to a thickness of 0.5㎛ or less, a method for producing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film.
삭제delete 삭제delete
KR1020220011320A 2021-01-08 2022-01-26 Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film KR102556712B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220011320A KR102556712B1 (en) 2021-01-08 2022-01-26 Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210002478A KR20210005989A (en) 2021-01-08 2021-01-08 Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film
KR1020220011320A KR102556712B1 (en) 2021-01-08 2022-01-26 Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210002478A Division KR20210005989A (en) 2021-01-08 2021-01-08 Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220017973A KR20220017973A (en) 2022-02-14
KR102556712B1 true KR102556712B1 (en) 2023-07-18

Family

ID=74127159

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210002478A KR20210005989A (en) 2021-01-08 2021-01-08 Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film
KR1020220011320A KR102556712B1 (en) 2021-01-08 2022-01-26 Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210002478A KR20210005989A (en) 2021-01-08 2021-01-08 Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR20210005989A (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002299253A (en) 2001-03-30 2002-10-11 Toyoda Gosei Co Ltd Production method for semiconductor wafer and semiconductor device
JP2005235796A (en) 2004-02-17 2005-09-02 Hitachi Cable Ltd Manufacturing method of piezoelectric thin film element

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090115322A (en) * 2008-05-02 2009-11-05 송준오 Group 3 nitride-based semiconductor devices
KR20090115826A (en) * 2008-05-04 2009-11-09 송준오 Buffering layer for group 3 nitride-based semiconductor devices and its method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002299253A (en) 2001-03-30 2002-10-11 Toyoda Gosei Co Ltd Production method for semiconductor wafer and semiconductor device
JP2005235796A (en) 2004-02-17 2005-09-02 Hitachi Cable Ltd Manufacturing method of piezoelectric thin film element

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N. Stolyarchuk et. al., Intentional polarity conversion of AIN epitaxial layers by oxygen, SCIENTIFIC REPORTS, (2018) 8:14111 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220017973A (en) 2022-02-14
KR20210005989A (en) 2021-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI390587B (en) GaN single crystal growth method, GaN substrate manufacturing method, GaN-based element manufacturing method, and GaN-based element
JP5393158B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
US7811902B2 (en) Method for manufacturing nitride based single crystal substrate and method for manufacturing nitride based light emitting diode using the same
US9650723B1 (en) Large area seed crystal for ammonothermal crystal growth and method of making
KR102457270B1 (en) Method of manufactruring piezoelectric thin film and device using the same
WO2009090821A1 (en) Process for producing laminate comprising al-based group iii nitride single crystal layer, laminate produced by the process, process for producing al-based group iii nitride single crystal substrate using the laminate, and aluminum nitride single crystal substrate
JPH111399A (en) Production of gallium nitride semiconductor single crystal substrate and gallium nitride diode produced by using the substrate
JP2009527913A5 (en)
US8216869B2 (en) Group III nitride semiconductor and a manufacturing method thereof
JP2004508268A (en) Method of forming a defect-free, crack-free epitaxial film on a mismatched substrate
WO2007023911A1 (en) Process for producing semiconductor substrate
JP5073624B2 (en) Method for growing zinc oxide based semiconductor and method for manufacturing semiconductor light emitting device
JPH11162852A (en) Substrate for electronic device and manufacture thereof
CN113491020B (en) High-purity piezoelectric film and method for manufacturing element using the same
KR102556712B1 (en) Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film
KR102480141B1 (en) Method of manufactruring piezoelectric thin film and device using the same
KR102227213B1 (en) Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film
KR102315908B1 (en) Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film
TW200907124A (en) Method for forming group-III nitride semiconductor epilayer on silicon substrate
KR102403424B1 (en) Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high crystallinity and their apparatus using the thin film
WO2021225426A1 (en) Method for manufacturing piezoelectric thin film and device using same thin film
KR102688499B1 (en) Method of manufactruring piezoelectric thin film and device using the same
KR20230162414A (en) Method of manufactruring piezoelectric thin film and device using the same
JP2010192698A (en) Manufacturing method of ion implantation group iii nitride semiconductor substrate, group iii nitride semiconductor layer junction substrate, and group iii nitride semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant