KR20180098344A - 단결정 압전층의 제조 방법 및 이러한 층을 포함하는 미세전자소자, 포토닉 또는 광학 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단결정 압전층의 층(10)의 제조 방법에 관한 것으로서,
- 상기 압전 물질의 도너 기판(100)의 공급,
- 수취 기판(110)의 공급,
- 상기 도너 기판(100)으로부터 상기 수취 기판(110) 상으로의 "배아층(germ layer)(102)"으로 불리는 층의 전달,
- 상기 단결정 압전층(10)을 위한 요구되는 두께가 얻어질 때까지 상기 배아층(102) 상에 상기 압전 물질의 에피택시의 실행을 포함한다.

Description

단결정 압전층의 제조 방법 및 이러한 층을 포함하는 미세전자소자, 포토닉 또는 광학 소자
본 발명은 압전 물질의 단결정층의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로 미세전자소자, 포토닉 또는 광학 소자로의 적용을 위한 것이다. 구체적으로, 그러나 한정적이지는 않게 이러한 소자는 RF 어플리케이션들을 위한 벌크 음향파(acoustic wave) 장치 또는 표면 음향파 장치일 수 있다.
무선 주파수 영역에서의 필터링을 위하여 사용되는 음향 성분들 중 필터들의 두 개의 주된 카테고리 사이의 분류가 이루어질 수 있다:
- 첫째로 "표면 음향파(surface acoustic wave, SAW)" 필터들;
- 둘째로 "벌크 음향파(bulk acoustic wave, BAW)" 필터들 및 공명기들(resonators).
이러한 기술들의 검토가 W. Steichen and S. Ballandras 에 의한 문헌, "Composants acoustiques utilises pour le filtrage - Revue des differentes technologies" (Acoustic components used for filtering - Review of different technologies), Techniques de l'Ingenieur, E2000, 2008 내에서 주어진다.
표면 음향파 필터들은 일반적으로 두꺼운(다시 말하면 일반적으로 수백 ㎛와 같은 두께를 갖는) 압전층 및 상기 압전층의 표면 상에 퇴적되는 맞물린 빗 형태의 두 개의 전극들을 포함한다. 전극에 인가되는 전기 신호, 일반적으로 전기 전압의 변동이 상기 압전층의 표면 상에 전파하는 탄성파(elastic wave)로 변환된다. 이러한 탄성파의 전파는 만약 파장의 주파수가 필터의 주파수 밴드에 대응한다면 용이해진다. 이러한 파장은 이들이 다른 전극에 도달함에 따라 전기 신호로 다시 변환된다.
벌크 음향파 필터들은 일반적으로 얇은 압전층(다시 말하면 두께가 일반적으로 1 ㎛보다 훨씬 작다) 및 상기 얇은 층의 각각의 주요 표면 상에 형성되는 두 개의 전극들을 포함한다. 전기 신호, 일반적으로 전기 전압의 변동이 상기 압전층을 통해 전파하는 탄성파로 변환된다. 이러한 탄성파의 전파는 만약 파장의 주파수가 필터의 주파수 밴드에 대응한다면 용이해진다. 이러한 파장은 이들이 반대 면에 위치하는 전극에 도달함에 따라 전기 신호로 다시 변환된다.
표면 음향파 필터들의 경우에, 압전층은 표면 파장의 감쇠(attenuation)를 유발하지 않도록 훌륭한 결정 품질을 가져야 한다. 그러므로 이러한 경우에 단결정 층을 사용하는 것이 선호될 것이다. 현재 시점에, 산업적으로 사용 가능한 적합한 물질은 쿼츠, LiNbO3 또는 LiTaO3이다. 압전층은 상기 물질들 중 하나로부터의 잉곳(ingot)을 절단함에 의해 얻어지고, 파장들이 본질적으로 표면 상에서 전파할 필요가 있다면 상기 층의 두께를 위하여 요구되는 정밀도는 매우 중요하지는 않다.
벌크 음향파 필터들의 경우에, 압전층은 전체층에 걸쳐 정해진(determined) 그리고 균일한 두께를 가져야 하며, 정밀하게 조절되어야 한다. 반면에, 결정 품질이 필터 성능들을 위한 중요한 변수들의 2차적 순서로 강등되기 때문에, 결정 품질에 관련하여 절충들이 만들어지고 있으며, 다결정 층이 오랫동안 수용 가능한 것으로 여겨져 왔다. 그러므로 압전층은 지지 기판(예를 들어 실리콘 기판) 상의 퇴적에 의해 형성된다. 현재 시점에서, 이러한 퇴적을 위하여 산업적으로 사용되는 물질들은 AlN, ZnO 및 PZT이다.
그러므로, 두 개의 기술들에서 물질 선택들이 매우 제한적이다.
물질의 선택은 필터의 다른 특성들 사이의 절충의 결과이며, 필터 제조자의 사양에 의존한다.
벌크 음향파 필터들 또는 표면 음향파 필터들의 설계에서의 더욱 큰 자유를 제공하기 위하여 위에서 열거한 것들 이외의 많은 물질들을 사용하는 것이 가능하다면 바람직할 것이다. 특히, 표면 음향파 필터들을 위하여 전통적으로 사용되는 물질들은 벌크 음향파 필터들을 위한 관심있는 대안들을 대표할 수 있다.
그러나 이는 이러한 물질들의 얇고, 균일하며 우수한 품질의 층들이 얻어져야 한다는 제약을 부과한다.
첫째 가능성은 폴리싱(polishing) 및/또는 식각 기술들을 사용한, 잉곳들로부터 절단된 두꺼운 층들을 박형화(thin)하는 것일 것이다. 그러나 이러한 기술들은 다량의 물질 손실을 유발하며, 요구되는 균일성을 갖는 수백 나노미터 두께의 층을 달성할 수 없다.
둘째 가능성은 전달될 박층을 한정하도록 쿼츠, LiNbO3 또는 LiTaO3의 도너 기판 내에 취약 영역을 형성함에 의해, 지지 기판 상에 박층을 전달하도록 전달될 층을 지지 기판에 본딩하고 취약 영역을 따라 이로부터 도너 기판을 분리함에 의해, Smart CutTM 방식의 층 전달을 사용하는 것일 것이다. 그러나 도너 기판 내에 이온 주입에 의해 취약 영역을 형성하는 것은 전달되는 층을 손상시키고 그 압전 결정들을 저하시킨다. 실리콘층들의 전달을 위하여 알려진 큐어링(curing) 방법들(특히 베이킹)은, 상기 층의 복잡한 결정 구조 및 실리콘에서 일어나는 메커니즘과는 다른 것으로 보이는 손상 메커니즘에 기인하여, 완전히 압전층을 복구하는 것이 항상 가능하지는 않다.
최종적으로, 사파이어와 같은 기판들 상에 몇몇의 실험들이 수행되어 왔음에도 불구하고, 현재 시점에 충분한 품질을 갖는 헤테로에피택시에 의해 쿼츠, LiNbO3또는 LiTaO3로 형성되는 단결정 박층을 형성하기 위하여 적합한 기판이 존재하지 않으며, 특히 적합한 메쉬 변수를 갖는 기판이 존재하지 않는다.
본 발명의 목적은 전술한 단점들을 극복하기 위한 것이고, 특히 광범위한 물질들로부터 미세전자소자, 포토닉 또는 광학 소자, 특히 비한정적으로 벌크 음향파 장치 또는 표면 음향파 장치를 위한, 특히 표면 음향파 장치들을 위하여 사용되는 물질들의 균일한 박층들(다시 말하면 20 ㎛ 두께보다 작거나, 1 ㎛ 두께보다도 더 작은)이 얻어질 수 있도록 기판의 제조 방법을 설계하기 위한 것이다. 더욱이, 이러한 방법은 또한 현존하는 벌크 음향파 장치들에서 가능한 것보다 더 광범위한 지지 기판들을 사용하는 것이 가능하도록 해야 한다.
본 발명은 단결정 압전층의 층을 제조하는 방법을 개시하며, 이는,
- 상기 압전 물질의 도너 기판의 공급,
- 수취 기판(receiving substrate)의 공급,
- 상기 도너 기판으로부터 상기 수취 기판 상으로의 "배아층(germ layer)"으로 불리는 층의 전달,
- 상기 단결정 압전층을 위한 요구되는 두께가 얻어질 때까지 상기 배아층 상에 상기 압전 물질의 에피택시의 실행,
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 배아층의 전달은,
- 전달될 상기 배아층을 한정하도록 상기 도너 기판 내에 취약 영역(zone of weakness)의 형성,
- 전달될 상기 배아층이 계면에 배치되도록 상기 수취 기판 상으로 상기 도너 기판의 본딩,
- 상기 배아층을 상기 수취 기판 상으로 전달하도록 상기 취약 영역을 따른 상기 도너 기판의 분리,
의 단계들을 포함한다.
상기 취약 영역이 상기 도너 기판 내에서 이온 주입에 의해 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 압전 물질이 쿼츠(quartz) 및 LiXO3의 화학식을 갖는 화합물(X는 니오븀 및 탄탈륨 중 선택됨)로부터 선택된다.
유리하게는, 상기 배아층의 두께는 2 ㎛보다 작고, 바람직하게는 1 ㎛보다 작다.
일 실시예에 따르면, 상기 에피택시 단계 이전에, 상기 수취 기판 상으로 전달되는 상기 배아층의 두께의 일부분이 제거된다.
유리하게는, 상기 에피택시 단계의 종결 시점에 상기 단결정 압전층의 두께는 0.2 내지 20 ㎛이다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 전기 절연층 및/또는 적어도 하나의 전기 전도층이 상기 수취 기판 및 상기 배아층 사이의 계면에서 형성된다.
특정한 일 실시예에 따르면, 상기 방법은 에피택시 이후에 최종 기판에 상기 단결정 압전층의 적어도 일부분의 전달을 포함한다.
유리하게는, 상기 방법은 상기 최종 기판 상으로의 전달 이후에, 상기 배아층의 제거를 포함한다.
유리하게는, 상기 수취 기판은 반도체 물질로 형성되고, 상기 배아층과 상기 수취 기판 사이에 위치하는 트랩 리치층(trap rich layer)을 포함한다.
다른 목적은 미세전자소자, 포토닉 또는 광학 소자를 위한 기판에 관한 것이고, 상기 기판은, 수취 기판 상에 단결정 압전층을 포함하고, 상기 압전층이 상기 수취 기판과의 계면에서 위치하는 제1 부분, 및 상기 제1 부분으로부터 연장되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분의 특성들이 상기 제1 부분의 특성들과는 다르다.
다른 목적은 벌크 음향파 장치의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 제조 방법은 압전층에 반대하는 두 개의 주 표면들 상에 전극들의 형성을 포함하고, 위에서 설명한 것과 유사한 방법을 사용하여 상기 압전층의 제조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적은 벌크 음향파 장치에 관한 것이며, 위에서 설명한 것과 유사한 방법에 의해 얻어질 수 있는 압전층을 포함하고, 상기 층의 두 개의 반대되는 주요 표면들 상에 두 개의 전극들이 배열되는 것을 특징으로 한다.
다른 목적은 표면 음향파 장치의 제조 방법에 관한 것이며, 압전층의 표면 상에 두 개의 맞물린(inter-digitised) 전극들의 형성을 포함하고, 위에서 설명한 것과 유사한 방법을 사용하여 상기 압전층의 제조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적은 표면 음향파 장치에 관한 것이며, 위에서 설명한 것과 유사한 방법에 의해 얻어질 수 있는 압전층, 및 상기 압전층의 일 표면 상에 배열되는 두 개의 맞물린 전극들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특성들 및 이점들이 첨부된 도면들을 참조하여 하기의 상세한 설명을 읽은 후에 명백해질 것이다.
- 도 1은 표면 음향파 필터의 주요 단면도이다.
- 도 2는 벌크 음향파 필터의 주요 단면도이다.
- 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 압전층의 제조 방법 내의 연속적 단계들을 도시한다.
- 도 3f 내지 도 3h는 상기 방법의 후속적인 선택적 단계들을 도시한다.
도시된 성분들은 도면들의 가독성을 향상시키도록 필수적으로 치수에 맞게 그려지지는 않았다. 더욱이, 다른 도면들 상에서 동일한 참조 부호들이 할당된 성분들은 동일하다.
도 1은 표면 음향파 필터의 주요도이다.
상기 필터는 압전층(10) 및 상기 압전층의 표면 상에 퇴적된 두 개의 맞물린 금속 빗들의 형태의 두 개의 전극들(12, 13)을 포함한다. 전극들(12, 13)에 반대되는 면 상에서, 압전층이 지지 기판(11) 상에 지지된다. 압전층(10)은 단결정이며, 표면 파장의 임의의 감쇠를 유발하지 않도록 훌륭한 결정 품질이 선호된다.
도 2는 벌크 음향파 공명기의 주요도이다.
공명기는 얇은 압전층(다시 말하면, 일반적으로 2 ㎛보다 작은 두께, 및 바람직하게는 0.2 ㎛보다 작은 두께를 갖는) 및 상기 압전층(10)의 각각의 면 상에 놓인 두 개의 전극들(12, 13)을 포함하며, 상기 압전층(10)은 본 발명에 따른 제조 방법에 기인하여 단결정이다. 압전층(10)은 지지 기판(10) 상에 놓여 있다. 선택적으로 기판의 공명기는 전극(13)과 기판(11) 사이에 브래그 미러(14)를 삽입함에 의해 분리될(isolated) 수 있고 따라서 기판 내의 파장의 전파를 방지한다. 대안적으로(도시되지 않았으나), 이러한 분리는 기판과 압전층 사이에 캐비티(cavity)를 형성함에 의해 달성될 수 있다. 이러한 다른 배열들은 본 주제에서의 전문가들에게 알려져 있고, 그러므로 이러한 문헌 내에서 상세히 설명되지 않을 것이다.
일반적으로, 본 발명은 고려되는 압전 물질을 위한 단결정 배아층의 전달에 의한 단결정 압전층의 형성을 개시하며, 상기 전달은 수취 기판에 압전 물질의 도너 기판으로부터 형성된다. 이후 단결정 압전층을 위하여 요구되는 두께가 얻어질 때까지 에피택시가 배아층 상에 수행된다.
도너 기판은 고려되는 압전 물질의 고체 단결정 기판일 수 있다. 대안적으로, 도너 기판은 복합재 기판, 다시 말하면 표면층이 단결정 압전 물질로 구성된, 다른 물질들의 적어도 2 층들의 스택으로부터 형성되는 복합재 기판일 수 있다.
수취 기판의 하나의 기능은 배아층을 위한 기계적 지지를 제공하기 위한 것이다. 이는 에피택시(특히 온도를 유지하기 위한 관점에서)를 실행하기 위한 임의의 방식으로 조정될 수 있고, 유리하게 그렇지만 필수적이지 않게, 타겟 어플리케이션에 조정될 수 있다. 이는 고체 또는 복합재일 수 있다.
적어도 하나의 중간층은 수취 기판과 배아층 사이에 가능하게는 삽입(intercalated)될 수 있다. 예를 들어, 이러한 중간층은 전기 전도성 또는 전기 절연성일 수 있다. 본 주제에서의 전문가는 압전층을 포함할 것인 무선 주파수 장치에 부여하기를 원하는 특성들의 함수로서 이러한 층의 물질 및 두께를 선택하는 것이 가능할 것이다.
유리하게는, 수취 기판은 반도체 물질일 수 있다. 예를 들어, 이는 실리콘 기판일 수 있다. 이러한 도전 물질은 수취 기판 상에 형성될 수 있거나 또는 수취 기판의 표면 상에 형성될 수 있는 "트랩-리치(trap-rich)" 타입의 중간층을 포함한다. 상기 트랩-리치 타입의 중간층은 따라서 배아층과 수취 기판 사이에 위치하고, 수취 기판의 전기 절연 특성들을 향상시킬 수 있다. 상기 트랩-리치 타입의 중간층은 다결정, 비정질 또는 다공성 타입의 물질, 특히 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 다공성 실리콘에 의해 형성될 수 있고, 이러한 물질들에 제한되지는 않는다. 더욱이, 에피택시를 실행하기 위한 트랩-리치 타입의 중간층의 온도 저항성에 의존하여, 열처리 동안 이러한 층의 재결정화를 방지하도록 수취 기판 및 상기 트랩-리치 타입의 중간층 사이에 추가적인 층을 도입하는 것이 유리할 수 있다.
배아층의 기능은 수취 기판 상에 성장될 것인 결정질 물질의 메쉬 변수를 부과하는 것이다. 배아층의 두께는 단결정 압전층의 두께와 비교하여 무시할 만하다. 결과적으로, 단결정 압전층을 포함하는 무선 주파수의 구동에 대하여 현저한 영향이 없다고 여겨진다.
배아층의 두께는 일반적으로 1 ㎛보다 작고, 바람직하게는 0.2 ㎛보다 작다.
에피택시층의 두께는 단결정 압전층을 포함할 것인 장치의 사양들에 의존한다. 이러한 관점에서, 에피택시층의 두께의 제한되는 최소 값 또는 최대 값이 없다. 최종 압전층의 두께는 일반적으로 0.2 ㎛ 내지 20 ㎛이다.
아래의 표는 정보 제공 목적의 배아층 및 에피택시층의 두께의 조합이다.
배아층 0.5 ㎛ 0.05 ㎛ 0.1 ㎛ 0.03 ㎛
에피택시층 2.5 ㎛ 0.95 ㎛ 5 ㎛ 0.15 ㎛
유리하게는, 압전 물질은 쿼츠 또는 LiXO3의 화학식을 갖는 화합물로 형성되고, 여기서 X는 니오븀 및 탄탈륨 중 선택된다. 그러나 이러한 물질들의 이점들은 이들의 압전 속성에 제한되지 않는다. 특히 다른 어플리케이션들을 위하여, 예를 들어 광집적 회로(integrated optics)와 관련하여, 경우에 따라 이들의 유전율, 이들의 굴절률, 또는 이들의 초전기성(pyroelectric), 강유전, 또는 강자성 특성들을 위하여 고려하는 것이 가능할 수 있다.
따라서, 특히 본 발명은 우수한 결정 품질을 갖고, 이러한 물질들을 위한 고체 기판들로서, 광범위한 주파수들 내에서 조절되는 두께, 특히 20 ㎛보다 작은 두께를 갖는 LiXO3 화합물의 박층을 형성하는 데 사용될 수 있다.
에피택시는 임의의 적합한 기술을 사용하여, 특히 "화학 기상 퇴적(Chemical Vapour Deposition, CVD)", "액상 에피택시(Liquid Phase Epitaxy, LPE)", "펄스 레이저 퇴적(Pulsed Laser Deposition, PLD)" 등에 의해 수행될 수 있다.
통상의 기술자는 성장될 압전 물질 및 선택된 기술에 따라 시약들 및 공정 조건들을 결정하는 것이 가능할 것이다.
배아층의 전달은 일반적으로 도너 기판과 수취 기판이 본딩되고, 배아층이 본딩 계면에 위치하는 단계와, 후속적인 에피택시를 위하여 준비된 배아층을 노출하도록 뒤따르는 수취 기판의 박형화 단계를 포함한다.
본딩 단계는 예를 들어 추가적인 중간층이 있거나 없이, 직접 "웨이퍼 본딩"타입의 분자 본딩에 의해 수행될 수 있다.
특히 유리하게는, 전달은 박형 반도체층들, 특히 실리콘의 전달을 위하여 잘 알려진 Smart CutTM 방법을 사용하여 실행된다.
이를 달성하기 위하여, 도 3a를 참조하면, 압전 물질의 도너 기판(100)이 공급되고, 이온 주입(화살표들에 의해 도식적으로 도시된)에 의해 취약 영역(101)이 형성되며, 이는 전달될 단결정 압전층(102)을 한정하고 배아층을 형성할 것이다. 도너 기판(100)은 이러한 도면 상에서 고체인 것으로 도시되었으나, 앞서 언급된 바와 같이 가능하게는 복합재일 수 있다. 유리하게는, 고려되는 압전 물질(LiNbO3, LiTaO3 또는 쿼츠)에 따라, 주입되는 종들은 단독 또는 조합한 상태의 수소 또는 헬륨이다. 통상의 기술자는 결정된 깊이(일반적으로 2 ㎛보다 작은)에서 취약 영역을 형성하도록 이러한 종들의 도즈 또는 주입 에너지를 결정하는 것이 가능하고: 일반적으로 고려되는 압전 물질과 주입되는 종들에 의존할 때, 도즈는 2E+16 내지 2E+17 이온 종/cm2 범위이고, 주입 에너지는 30 keV 내지 500 keV이다. 통상의 기술자에게 알려진 임의의 다른 수단들에 의해, 예를 들어 물질의 다공성을 증가시킴에 의해 또는 레이저 조사에 의해 매립된 취약 영역이 또한 얻어질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 이에 따라 약해진 도너 기판(100)은 수취 기판(110)에 본딩되고, 이를 통해 주입이 실행된 도너 기판의 표면은 본딩 계면에 위치한다. 가능하게는, 본딩 이전에 도너 기판 및/또는 수취 기판이 전기 절연층, 예를 들어 SiO2으로 커버되거나 또는 전달 이후에 수취 기판과 배아층 사이에 삽입되는 전기 전도층(도시되지 않음)으로 커버될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 도너 기판(100)은 취약 영역(101)을 따라 분리된다. 이러한 분리는 본 주제에서의 전문가에 알려진 임의의 방법, 예를 들어 열적, 기계적, 화학적 방법 등에 의해 유발될 수 있다. 층(102)이 수취 기판(110) 상으로 전달될 수 있도록 잔류하는 도너 기판은 이후 회복되고 가능하게는 재활용된다.
도 3d를 참조하면, 전달되는 층의 피상적 부분은 예를 들어 기계적 폴리싱 및/또는 화학적 식각에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 이러한 제거의 목적은 주입 및 분리와 관련한 임의의 결함들을 제거하는 것이다. 이러한 제거의 종료점에서 얻어지는 결과는 수취 기판(110) 상의 박형화된 층(102)이고, 이는 다음 단계를 위한 배아층으로 사용될 것이다. 대안적으로, 도 3c에서 전달되는 층(102)은 배아로서 직접 사용될 수 있다.
도 3e를 참조하면, 단결정 압전층(103)이 배아층(102) 상에 에피택시에 의해 성장되고, 에피택시층(103)의 물질은 배아층(102)의 물질과 실용적으로 동일하다. 따라서, 배아층(102)은 그 메쉬 변수를 부과하고 우수한 품질의 단결정 물질의 성장을 가능하게 한다. 에피택시층의 속성은, 특히 다양한 목적들을 위하여 불순물의 작은 레벨의 조절된 도입의 결과로서(도핑, 압전 특성들의 조정, 결정 결함들/전위들의 밀도들의 최적화, 계면 활성제, 등), 배아층(102)과는 약간 다를 수 있다. 단결정 압전층을 위하여 요구되는 두께에 도달할 때 성장이 정지된다. 최종 압전층(10)은 배아층(102) 및 에피택시층(103)의 스택으로부터 형성된다.
위에서 언급한 바와 같이, 배아층은 에피택시 압전층을 포함하는 무선 주파수 장치의 구동에 대하여 효과 또는 이차적 효과를 가지지 않는 것으로 여겨진다. 결과적으로, Smart CutTM 공정의 실행을 위하여 수행된 주입이 상기 층을 손상시키거나 그 압전 특성들을 교란시키더라도, 이러한 결함들은 불리하지 않거나 오직 미미하게 불리할 뿐이다.
Smart CutTM 공정에 대한 대안(도시되지 않음)으로서, 전달은 도너 기판과 수취 기판의 본딩 이후에, 배아층이 노출될 때까지 도너 기판의 예를 들어 기계적 폴리싱 및/또는 화학적 식각에 의한 물질의 제거에 의해 수행될 수 있다. 요구된다면 Smart CutTM 공정이 도너 기판의 재활용을 가능하게 하는 한편, 이러한 변형은 이들이 도너 기판의 소모를 수반한다는 점에서 덜 유리하다. 반면, 이러한 변형은 도너 기판 내에서 임의의 주입을 요구하지 않는다.
도 3e 상에서 보일 수 있는 바와 같이, 공정의 마지막에서 얻어지는 결과는 수취 기판(110) 및 상기 수취 기판(110) 상의 단결정 압전층(10)을 포함하는 표면 음향파 장치 또는 벌크 음향파 장치를 위한 기판이다. 이러한 기판은 또한 다른 어플리케이션들, 예를 들어 포토닉 및 광집적 회로를 위하여 유용할 수 있다.
층(10)은 다른 특성들을 갖는 두 개의 부분들의 존재에 의해 특징지어진다:
- 배아층에 대응하는, 수취 기판(110)과의 계면에 위치하는 제1 부분(102),
- 에피택시층에 대응하는, 제1 부분(102)으로부터 연장되는 제2 부분(103)으로서, 이는 제1 부분과는 다른 결정 품질을 가지고, 상기 품질은 에피택시 단계 동안 조정 가능하게나 가능하게는 최적화되며(특히 배아층 상에서 더욱 우수한 품질을 달성하도록) 및/또는 가능하게는 에피택시층 상에 특정한 특성들을 부여하는 다른 조성(특히 불순물들이 에피택시 동안에 도입되었다면)을 갖는다.
이러한 기판은 유리하게는 도 1 상에서 도시된 것과 유사한 표면 음향파 장치 또는 도 2 상에서 도시된 것과 유사한 벌크 음향파 장치, 또는 압전층을 포함하는 임의의 다른 미세전자소자, 포토닉 또는 광학 소자를 제조하는 데 사용된다.
일부 경우들에서, 그 상부에서 에피택시 공정이 일어나는 수취 기판은 최종 어플리케이션을 위하여 최적이 아닐 수 있다. 수취 기판이 에피택시의 공정 조건들이 가해질 필요가 있기 때문에, 적합한 물질들의 선택은 제한적이다. 특히 수취 기판은 에피택시 온도에 의해 손상될 수 있는 임의의 층들 또는 성분들을 함유할 수 없다. 그렇다면 에피택시층(103)의 표면을 통해 상기 기판(111) 상으로 압전층을 본딩함에 의해(도 3f를 보라), 및 수취 기판을 제거함에 의해(도 3g를 보라), 타겟 어플리케이션에 따라 특성들이 선택된 최종 기판(111) 상에 압전층(10)을 전달하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 전달은 위에서 언급한 전달 기술들 중 임의의 것에 의해 실행될 수 있다. 최종 기판 상으로의 이러한 전달의 다른 이점은 특히 만약 내부에 임의의 결함들이 존재한다면 에피택시 이후에 얻어진 구조 내에 매립된 배아층(102)이 이후 노출되고 가능하게는 제거될 수 있다는(도 3h를 보라) 점이다. 이후 요구되는 특성들을 갖는 에피택시층(103)(또는 상기 층의 일부분)만이 최종 기판(111) 상에 잔류한다.
만약 표면 음향파 장치를 제조하는 것이 요구된다면, 두 개의 맞물린 빗의 형태의 금속 전극들(12, 13)이 수취 기판에 반대되는 압전층(10)의 표면 상에, 또는 가능하게는 최종 기판 상에 퇴적된다(이들이 수취 기판(110)이든 최종 기판(111)이든지에 무관하게, 상기 기판은 도 1 상에서 11로 표시된 지지 기판을 형성한다).
위에서 설명되는 방법은 만약 벌크 음향파 장치를 제조하는 것이 요구된다면 조정될 필요가 있을 것이다. 우선, 도 3b에서 도시된 본딩 단계 이전에 제1 전극은 압전 도너 기판으로부터 전달될 층(102)의 자유 표면 상에 퇴적되고, 이러한 제1 전극(도 2 상에서의 참조부호 13)이 최종 스택 내에 매립된다. 도 3e 상에서 도시된 에피택시 성장 단계 이후에, 제2 전극(도 2 상에서 참조부호 12)이 제1 전극과 반대되는 압전층(10)의 자유 표면 상에 퇴적된다. 다른 선택사항은 위에서 언급한 바와 같이 최종 기판 상으로 압전층을 전달하고 상기 전달 이전에 및 이후에 전극들을 형성하는 것이다. 둘째로, 그리고 선택적으로, 예를 들어 브래그 미러(도 2 상에 도시된 바와 같은)와 같은 절연 수단들 또는 기판(110) 또는 최종 기판(111) 내에 가능하게는 이전에 식각된 캐비티가 이러한 수취 기판 내의 음향파들의 전파를 방지하도록 수취 기판(110) 내로 포함될 수 있다.
이러한 압전 물질 해결책들의 발달에 의해 특히 고려되는 다른 어플리케이션 분야는 마이크로 센서들 및 마이크로 액츄에이터들의 분야이다. 마이크로 센서들의 목표는 일반적으로 외부의 행동에 의해 생성되는 변형을 측정하는 것일 것이다. 반면에, 마이크로 액츄에이터들의 목표는 연속적이거나 가변적인 전기 필드의 인가를 통해 성분의 변형 또는 이동성 부분의 변위를 생성하는 것일 것이다. 압전 물질의 사용은 기계적 변형 및 전기 신호와 관련될 수 있다. 예를 들어, 음향학에서, 외부의 행동은 멤브레인을 변형시키는 압력 파장이다. 이는 가청 스펙트럼(audible spectrum) 내일 수 있고, 일반적으로 고려되는 목표들은 마이크로폰(센서 모드에서) 및 확성기들(loudspeakers)(액츄에이터 모드에서)이다. 이는 주파수 내에서, 예를 들어 압전 미세기계 초음파 트랜듀서(Piezo Micromachined Ultrasonic Transducers, PMUT)의 제조를 위하여 더 진행될 수 있다. 이는 또한 정적 압력 센서들, 또는 압전 물질을 사용하여 인가된 가속에 의해 이동된 유동성 질량의 변이가 측정되는 관성 센서들(가속 센서들, 자이로스코프들 등)과 관련될 수 있다. 압전 물질은 변형된 성분 전체(멤브레인, 빔, 칸티레버 등) 또는 유리하게는 변형 가능한 부분의 기계적 특성들을 더욱 얻기 위하여 예를 들어 실리콘과 같은 다른 물질들과 이를 적층함에 의해 오직 이들의 일부분을 형성한다. 액츄에이터들의 카테고리에서, 압전 물질들은 매우 정밀한 변위를 조절할 수 있고, 예를 들어 프린트 카트리지들로부터 잉크를 배출하기 위하여, 마이크로유체 시스템들을 위하여, 또는 광학 마이크로시스템의 초점 거리를 조정하기 위하여 사용된다.
참고문헌
W. Steichen and S. Ballandras, "Composants acoustiques utilises pour le filtrage - Revue des differentes technologies" (Acoustic components used for filtering - Review of different technologies), Techniques de l'Ingenieur, E2000, 2008

Claims (16)

  1. 단결정 압전층의 층(10)의 제조 방법으로서,
    - 상기 압전 물질의 도너 기판(100)의 공급,
    - 수취 기판(receiving substrate)(110)의 공급,
    - 상기 도너 기판(100)으로부터 상기 수취 기판(110) 상으로의 "배아층(germ layer)(102)"으로 불리는 층의 전달,
    - 상기 단결정 압전층(10)을 위하여 요구되는 두께가 얻어질 때까지 상기 배아층(102) 상에 상기 압전 물질의 에피택시의 실행,
    을 포함하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배아층(102)의 전달은,
    - 전달될 상기 배아층(102)을 한정하도록 상기 도너 기판(100) 내에 취약 영역(zone of weakness)(101)의 형성,
    - 전달될 상기 배아층(102)이 계면에 배치되도록 상기 수취 기판(110) 상으로 상기 도너 기판(100)의 본딩,
    - 상기 배아층(102)을 상기 수취 기판(110) 상으로 전달하도록 상기 취약 영역(101)을 따른 상기 도너 기판(100)의 분리,
    의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 취약 영역(101)은 상기 도너 기판(100) 내의 이온 주입에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 압전 물질은 쿼츠(quartz) 및 LiXO3의 화학식을 갖는 화합물(X는 니오븀 및 탄탈륨 중 선택됨)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 배아층(102)의 두께는 2 ㎛보다 작고, 바람직하게는 1 ㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 에피택시 단계 이전에, 상기 수취 기판(110) 상으로 전달되는 상기 배아층(102)의 두께의 일부분이 제거되는 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 에피택시 단계의 종결 시점에 상기 단결정 압전층(10)의 두께는 0.2 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    적어도 하나의 전기 절연층 및/또는 적어도 하나의 전기 전도층이 상기 수취 기판 및 상기 배아층 사이의 계면에서 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 방법은 에피택시 이후에 최종 기판(111)에 상기 단결정 압전층(10)의 적어도 일부분의 전달을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 최종 기판(111) 상으로의 전달 이후에, 상기 배아층(102)의 제거를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 수취 기판은 반도체 물질로 형성되고, 상기 배아층과 상기 수취 기판 사이에 위치하는 트랩 리치층(trap rich layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 압전층의 층의 제조 방법.
  12. 수취 기판(110) 상의 단결정 압전층(10)을 포함하고,
    상기 압전층(10)은 상기 수취 기판(110)과의 계면에서 위치하는 제1 부분(102), 및 상기 제1 부분(102)으로부터 연장되는 제2 부분(103)을 포함하고,
    상기 제2 부분(103)의 특성들이 상기 제1 부분(102)의 특성들과는 다른 것을 특징으로 하는 미세전자소자, 포토닉 또는 광학 소자를 위한 기판.
  13. 압전층(10)에 반대하는 두 개의 주 표면들 상에 전극들(12, 13)의 형성을 포함하고,
    청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 따른 제조 방법을 사용한 상기 압전층(10)의 제조를 포함하는 벌크 음향파 장치의 제조 방법.
  14. 벌크 음향파 장치로서,
    청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 따른 제조 방법을 사용하여 얻어질 수 있는 압전층(10), 및
    상기 층(10)의 두 개의 반대되는 주요 표면들 상에 배열되는 두 개의 전극들(12, 13)을 포함하는 벌크 음향파 장치.
  15. 표면 음향파 장치의 제조 방법으로서,
    압전층(10)의 표면 상에 두 개의 맞물린(inter-digitised) 전극들(12, 13)의 형성을 포함하고,
    청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 따른 제조 방법에 의한 상기 압전층의 제조를 포함하는 표면 음향파 장치의 제조 방법.
  16. 표면 음향파 장치로서,
    청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 청구항에 따른 제조 방법에 의해 얻을 수 있는 압전층(10), 및
    상기 압전층(10)의 일 표면 상에 배열되는 두 개의 맞물린 전극들(12, 13)을 포함하는 표면 음향파 장치.
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