KR20210005989A - Method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method of manufacturing an Al_xGa_(1-x)N (0.5<=x<=1) piezoelectric thin film and a method of manufacturing an Al_xGa_(1-x)N (0.5<=x<=1) piezoelectric thin film element including the piezoelectric thin film. The method of manufacturing an Al_xGa_(1-x)N (0.5<=x<=1) piezoelectric thin film comprises: a step of forming a stress control layer made of a group III-nitride on a silicon film formation substrate by chemical vapor deposition (CVD); and a step of forming an Al_xGa_(1-x)N (0.5<=x<=1) piezoelectric thin film over the stress control layer at a temperature of 0.3Tm (Tm is the melting point of a piezoelectric thin film material) or higher by physical vapor deposition.

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}TECHNICAL FIELD The method of manufacturing AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film is a high purity AlxGa1-xN (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film and a method of manufacturing a device 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 (Disclosure) as a whole 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 an apparatus using the thin film, and particularly, to excellent crystallinity ) And 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 of manufacturing a device using the thin film and the same 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-frequency filters, energy harvesters, ultrasonic transducers, bio and IoT applications. It is used in various resonator applications including sensors for bio & IoT. Recently, these thin films have been used as acoustic resonators (e.g., surface acoustic wave resonators, BAW resonators) in filters used in portable electronic devices such as smart phones. It is attracting attention in its role and high-sensitivity sensors for bio and IoT applications. Although the use of the Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) 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, a background technology related to the present disclosure is provided, and these do not necessarily mean a known technology (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 literature 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 Thermal stability (high thermal satbility, melting point; 2100℃, piezoelectric property maintenance temperature; 1150℃), wide energy bandgap (6.2eV), and excellent piezoelectric and dielectric properties. It has unique properties, so it can provide high-quality high-frequency filters, energy harvesters, ultrasonic transducers, and sensors for bio & IoT. It is currently explosively used as a variety of resonator applications including, and is the most popular material in the field where ultra-miniature and high-efficiency products are absolutely required through enhanced functionality and versatility in the future. In general, AlN piezoelectric thin film material is formed by thin film synthesis: PVD (physical vapor deposition; typically sputtering) in which poly-crystal deposition is performed at temperatures around 400℃ and single crystals at temperatures around 1000℃. It is known as epitaxial single crystal growth (CVD) (chemical vapor deposition; typically MOCVD, HVPE). Currently, due to the deposition (deposition, growth) process of the AlN piezoelectric thin film and the device design in consideration of such a deposition process, a single layer of a metal layer including an insulating layer (typically SiO 2 ) and/or an electrode function on a high-resistivity Si deposition substrate sequentially or After forming a multi-layered thin film (typically Mo, Ti, Pt, W, Al), designing a device by forming a polycrystalline AlN deposition film at a temperature around 400℃, or by adding a subsequent heat treatment process if necessary to fabricate a designed device It is a situation. However, as will be described later in detail in FIG. 15, due to physical process limitations, the AlN piezoelectric thin film deposited by an optimized process on the insulating layer and/or the metal thin film at a temperature of around 400° C. is a textured poly-crystal microstructure ( Microstucture) is not superior in physical properties, including piezoelectric properties, compared to the high-purity epitaxial single crystal microstructured AlN piezoelectric thin film deposited at a high temperature of around 1000℃. They have limitations in terms of performance and application expansion. In other words, the crystal quality (crystallinity and polarity) of an AlN piezoelectric thin film and a device using the same in the prior art can be formed on a single or multilayer thin film of an insulating layer and/or a metal layer formed before AlN film formation, and the deposition film temperature and surface material state It is difficult to construct an AlN piezoelectric thin film from a high-purity single crystal material because it is limited to such physical factors. Several methods have been proposed to overcome these limitations and obtain a high-purity single crystal AlN piezoelectric thin film, and as an example, a single crystal having the same/similar crystal structure as an AlN material at a high temperature around 1000°C with a MOCVD device. Direct growth (growth) deposition on the epitaxial synthesis substrate (Sapphire, SiC) or directly on the silicon (Si) single crystal deposition substrate at the highest possible high temperature by a sputtering device, and then wafer bonding ( Methods of completing a device through an AlN piezoelectric thin film transfer technology to a device substrate through wafer-bonding and film-forming substrate 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.FIG. 1 is a diagram showing devices using a piezoelectric thin film presented in U.S. Patent Publication No. US2015-0033520, and FIG. 1(a) shows an example of an FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) 20, and FIG. 1(b) SMR (20'; Solidly Mounted Resonator) is shown. FBAR and SMR belong to BAW resonators. The FBAR 20 includes a pair of electrodes 22 and 24, a piezoelectric thin film 26 interposed 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 on 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 Bragg reflector 27' having a multilayer structure is provided in place 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 showing an AlN piezoelectric thin film disclosed in US 2015-0033520 and a method of manufacturing a device using the same. First, a single crystal AlN piezoelectric thin film is grown on a sapphire (Al 2 O 3 ) deposition substrate. (Fig. 2(a)). At this time, unlike the conventional SiO 2 film and Mo electrode formed on the Si deposition substrate, and then formed an AlN piezoelectric thin film through sputtering, which is PVD (Phisical Vapor Deposition), HVPE or CVD (Chemical Vapor Depostion) MOVCD is used. Thus, a high-quality, high-purity single crystal AlN piezoelectric thin film is formed. 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 provided semiconductor device substrate (Fig. 3(c))). The AlN piezoelectric thin film structure 40 and the Bragg reflector reflector structure 42 are wafer-bonded (Fig. 3(d). Next, the sapphire film is formed from the bonded structure 44 through a laser lift off (LLO)). Separate the substrate (Fig. 3(e)) Finally, an upper electrode is formed on the structure 46 from which the sapphire film-forming substrate is separated (Fig. 3(f)) In the case of manufacturing the FBAR, a semiconductor device provided separately first An air cavity is formed in the substrate (Fig. 4(c)) Next, the AlN piezoelectric thin film structure 40 and the cavity structure 52 are combined (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 with the conventional polycrystalline AlN piezoelectric thin film deposited on a silicon oxide (SiO 2 ) and/or metal (electrode) material through a sputtering device on top of a Si deposition substrate, MOCVD growth was deposited on a sapphire deposition substrate. The single crytalline AlN piezoelectric thin film significantly improves the performance and quality of the resonator. However, on the sapphire deposition substrate, a 6.2eV energy bandgap, that is, an AlN piezoelectric thin film having an optical property of a short wavelength of 200 nm when converted to a wavelength is directly grown, and then it is commercially available such as ArF (193 nm) & KrF (248 nm). Separation using the excimer laser light energy source is no easy task. The reason for this is that in order to separate the two material layers using a laser light energy source, it is achieved through a thermo-chemical decomposition reaction process through strong absorption of the laser light energy source at the interface and conversion to thermal energy. However, the process of separating a specific deposited thin film having a function from the deposition 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 ayer made of an appropriate material capable of absorbing the laser light energy source and converting it into a thermal energy source must be present between the optically transparent deposition substrate and a specific deposited thin film. . The appropriate conditions for this sacrificial ayer material are optically transparent semiconductors having an energy band gap sufficiently larger than the wavelength of the laser incident upon irradiation through the rear surface of the optically transparent sapphire deposition substrate. It is absolutely necessary to have a material region having an amorphous or polycrystalline, or multi-layered microstructure capable of absorbing as much as possible, which is presented in US 2015-0033520. In the method, this point was 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 disclosed in US 2006-0145785 A, a sapphire deposition substrate 200, a buffer layer 210 grown on the sapphire deposition 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 (364 nm at the time of wavelength conversion) and at the same time has an amorphous microstucture formed by low temperature growth, compared to AlN. The GaN buffer layer 210 can sufficiently serve as a sacrificial layer and thus has the advantage of facilitating separation of the optically transparent sapphire deposition substrate 200 from the AlN piezoelectric thin film 220, but the GaN buffer layer ( 210) and AlN piezoelectric thin film 220, there is a significant difference in physical properties of lattice constant and thermal expansion coefficient, so high purity single crystal grown by MOCVD with a certain critical thickness (about 100 nm) or more that can be used as a functional piezoelectric thin film such as a resonator Securing the AlN piezoelectric thin film 220 is by no means easy with 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 of manufacturing an AlN piezoelectric thin film presented in Solid-State Electronics 54 (2010) 1041-1046, the manufacturing method as shown in FIG. 15 (a), (001) silicon film formation Forming an AlN piezoelectric thin film 62 directly sputtered 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 wave mirror 64 formed on the lower electrode 63, as shown in FIG. 15(d), the wafer on the acoustic wave mirror 64 Forming a bonded carrier wafer 65, as shown in FIG. 15(e), removing the (100) silicon film-forming substrate 61 by wet etching, and FIG. 15(f) As shown in FIG. 6, the method includes forming an upper electrode 66 on the AlN piezoelectric thin film 62 from which the (100) silicon deposition substrate 61 has been removed, and the SMR BAW structure resonator is manufactured through this. According to this method, SiO 2 and/or a metal (electrode) is formed on a silicon deposition substrate, and then an AlN piezoelectric thin film is formed (eg, “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 is unnecessary and has a uniform thickness. It is possible to obtain a piezoelectric thin film and at the same time, it 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, thus securing an advantage in terms of quality and cost compared to the conventional manufacturing process. It is pointed out that you 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 the SiC film-forming substrate, the SiC film is formed through chemical wet etching in the known AlN piezoelectric thin film resonator manufacturing process. Since the substrate is removed, it is not possible to reuse the AlN piezoelectric thin film resonator because it cannot solve the high cost and cost problem.

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 order to form (deposition, grow) a high-purity AlN piezoelectric thin film having a melting point (Tm) of 2200℃ in general, “Thornton's Theory for the Adatom Surface Mobility” established by Thornton Therefore, the process must be carried out at the surface temperature of the film formation substrate at least 0.3Tm (660℃ in case of AlN) during film formation, so that the material diffusion of adsorption atoms starts from the surface of the film formation substrate, and the close packing ratio of the film formation material layer is 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-forming substrate, and by further increasing the surface temperature of the film-forming substrate, 0.5Tm (for AlN) 1100℃) or higher, a pseudomorphic mosaic structured single crystal can be formed to obtain a high purity thin film. More preferably, when the surface temperature of the deposition substrate is increased, the surface formed through acceleration of plasma particles (protons, electrons, neutrons) than a method of heating with a heater at the back plane of the deposition substrate It is advantageous to obtain a high-purity thin film to increase the surface temperature by directly applying a bombardment to it. In addition, 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 a sapphire and silicon carbide (SiC) material surface having a similar crystal structure is preferred to be selected first, and at the same time, a metal having a large surface roughness ( Electrodes; Ceramic (SiO 2 , SiN x ) or semiconductor (Si) materials with relatively smaller surface roughness than Mo, W, Ti, Al) materials are advantageous in securing a much higher purity AlN piezoelectric thin film from the viewpoint of adsorption atom surface mobility Do. In addition to the above conditions, favorable conditions for depositing (depositing, growing) a high-purity AlN piezoelectric thin film include minimizing the amount of oxygen (O 2 ) inflow from the surroundings including the deposition substrate, and completely eliminating hydrogen, hydrogen compounds, and other contaminants on the surface of the deposition 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 the literature (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 on a sapphire deposition substrate (a magnetron sputtering gun), the temperature of the sapphire film-forming substrate was set to 860°C and deposited directly to obtain a single crystal AlN piezoelectric thin film having a thickness of 4 μm. Typically, when evaluating the quality of an AlN piezoelectric thin film, both crystallinity and polarity are evaluated at the same time, and the crystalline quality measurement evaluation index is the half width (FWHM) in the non-destructive X-ray rocking curve. Compared to the current commercial structure (Si film-forming substrate/SiO 2 /metal electrode/AlN), the half-width value of 1.2-2.5°, the cited document has a half-value width of 0.32°, indicating that the crystallinity quality has improved considerably. Show. In other words, according to the theory of adsorption atom surface mobility established by Thornton, the deposition substrate temperature and material crystal structure during specific thin film deposition (deposition, growth) prior to the importance of the deposition (deposition, growth) method (CVD or PVD). , And it was found that the surface condition was a significant influence factor. However, the polar quality cannot be determined from the half-width value of the X-ray rocking curve. For reference, although the polarity quality was not evaluated in the cited literature, the polar quality evaluation can be confirmed through surface wet etching. The main factor affecting the polar quality is film formation ( Evaporation, growth) method, film formation substrate material, and surface state.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the'Specific Contents for the 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). Here, a summary of the present disclosure is provided, and 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, in a method of 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 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, and growing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film Prior to the step, forming a first semiconductor layer of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1); high purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1), characterized in that it further comprises ) A method of 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 the structure including the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film, Al x Ga 1-x N (0.5≦x≦1) piezoelectric thin film; A first electrode provided on one side of the Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) A second electrode and a reflector provided on opposite sides of the first electrode based on the piezoelectric thin film; including, Al x Ga 1-x N having 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 including 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 of the present disclosure, in the method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, a sacrificial layer is formed on a sapphire deposition substrate. Forming; As, the sacrificial layer is made of one of oxides including a group 3 nitride formed by a chemical vapor deposition method (CVD; Chemical Vapor Deposition) and a group 2 or 3 oxide formed by a physical vapor deposition method (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; As Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film is 0.3Tm (Tm; piezoelectric A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film comprising; depositing a piezoelectric thin film deposited by physical vapor deposition 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 according to the present disclosure (According to another aspect of the present disclosure), in the method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, a chemical vapor deposition method on a silicon film forming 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 a physical vapor deposition method at a temperature of 0.3Tm (Tm; melting point of the piezoelectric thin film material) or higher; A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) 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 according to the present disclosure (According to another aspect of the present disclosure), in the method of manufacturing a piezoelectric thin film device Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1), Al x Ga 1-x Bonding the device substrate to the N (0.5≦x≦1) piezoelectric thin film; Removing the film-forming substrate; And forming an electrode on the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film from the side from which the film-forming substrate is removed; including, the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x ≤ 1) A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film device, characterized in that the surface of the piezoelectric thin film has a metallic polarity, is provided.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the'Specific Contents for the 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 diagram showing devices using a piezoelectric thin film disclosed in US 2015-0033520,
2 to 4 are diagrams showing an AlN piezoelectric thin film disclosed in U.S. Patent Publication No. US2015-0033520 and a method of manufacturing a device using the same,
5 is a view showing an example of a method of manufacturing an AlN piezoelectric thin film disclosed in US 2006-0145785 A,
Figure 6 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure A drawing showing an example,
7 is of Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure A drawing showing another example,
Figure 8 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure A drawing showing another example,
9 is of Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the teachings of this A drawing showing another example,
10 to 12 are diagrams illustrating an 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;
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 of manufacturing an AlN piezoelectric thin film presented in Solid-State Electronics 54 (2010) 1041-1046,
Figure 16 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure A drawing showing another example,
Figure 17 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure A drawing showing another example,
Figure 18 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure A drawing showing another example,
19 is of Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the teachings of this A drawing showing another example,
Figure 20 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure A drawing showing another example,
Figure 21 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure A drawing showing another example,
22 and 23 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.

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.Figure 6 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure As a diagram showing an example, the structure includes a sapphire deposition substrate 1, a first semiconductor layer 2, a sacrificial layer 3, and an Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) 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 of Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure As a diagram showing another example, the structure is a sapphire film formation 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 a second semiconductor layer 5 between the sacrificial layer 3 and the Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) 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.Figure 8 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure As a diagram showing another example, the structure is a sapphire film formation 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) However, the order of formation of the first semiconductor layer 2 and the sacrificial layer 3 is changed from that of 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 is of Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the teachings of this As a diagram showing another example, the structure is a sapphire film formation 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) In addition, although the second semiconductor layer 5 is included, the order of formation of the first semiconductor layer 2 and the sacrificial layer 3 is changed from that of the structure shown in FIG. 7.

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 deposition substrate may be used, and a group III nitride formed thereon may be polarity (metallic or gas) surface or semi-polarity (metallic) depending on the growth pretreatment conditions. If it is possible to have a surface (mixed of polarity and nitrogen gas polarity), it is possible to consider using a sapphire deposition substrate that is off the C-plane or is not the C-plane. In addition to the flat substrate, it is possible to consider the use of a nano-sized PSS (Patterned Sapphire Substrate).

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 examples shown in FIGS. 6 and 7, the first semiconductor layer 2 is made of Al y Ga 1-y N (0.5 ≤ y1 ) grown and deposited at a high temperature (1000° C. or higher) rather than 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≦ x1 ) piezoelectric thin film 4. Therefore, it is distinguished from a layer called a conventional buffer layer that is grown and deposited at a temperature lower than the appropriate growth temperature. The first semiconductor layer 2 may be grown by CVD (eg, MOCVD, HVPE, ALD). Al y Ga 1-y N ( 0.5≤y≤1) a first upper and lower limits of the semiconductor layer 2 in the thickness is not particularly limited, and preferably Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1 ) The piezoelectric thin film 4 is set to 100 nm-20 μm to be advantageous in functioning a stress control function for maintaining the thickness uniformity of the piezoelectric thin film 4. For example, it can be grown and deposited at a temperature of 1000-1400℃ and a pressure of 100-200torr, and an atmosphere consisting of ammonia (NH 3 ) and nitrogen (N 2 ) containing a large amount of hydrogen (H 2 ) (relatively N 2 NH 3 content is greater than) or ammonia (NH 3) and nitrogen (in N 2) consisting of an atmosphere, in the case of AlN, if the 100% Al configuration, 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 of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) at the appropriate growth temperature, Al MOCVD source gas (e.g. : Pretreatment inside the chamber with TMAl) and forming an AlN buffer layer with a thickness of 20 nm or less, and then, growth is 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) with the adjacent region of the sapphire deposition substrate 1 intentionally for dislocation density), crack generation & propagation suppression (suppression of generation & 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 examples shown in FIGS. 8 and 9, the first semiconductor layer 2 is preferably made of 100 nm or less of Al y Ga 1-y N (0.5 ≤ y1 ), and is subsequently grown and formed with Al x Ga 1 -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, supply of oxygen in a certain amount (eg, O 2 /(N 2 +O 2 ) is 3% or less) is important. , Serves as a nano-scale AlN or Al-rich AlGaN seed. In an atmosphere containing a small amount of O 2 Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) sputtering deposition is a relatively small island (smaller islands) the shape of the Al y Ga 1-y N ( 0.5≤y≤1 of ) to form a crystalline CVD (at the appropriate growth temperature for example: MOCVD, HVPE, ALD) to improve the surface flatness of the grown Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1 deposition), the piezoelectric thin film 4 and also the thin film inside It plays an important role in securing high quality crystallinity and polarity by reducing the dislocation density of. The thickness of the first semiconductor layer 2 is preferably 100 nm or less, and more preferably 1 nm, which is more advantageous in suppressing crack generation and propagation of the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4- It is set to 30 nm. For example, a temperature and pressure of 300-500℃ can be deposited at a pressure of 5*10 -3 mbar, and an atmosphere consisting of nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) containing a large amount of argon (Ar) (Relatively, the content of N 2 is much higher than that of 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 of quality, and 0.04- It showed a value of 0.06°. This shows that the quality of the thin film is considerably improved compared to the value of 1.2-2.5°, which is the value 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 made of Al y Ga 1-y N (0.5≦ y1 ), 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≦ x1 ) 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 formed of a sapphire layer prior to forming the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 to facilitate separation of the sapphire deposition substrate 1 during laser lift off (LLO). It is an optically transparent semiconductor having an energy band gap of sufficiently larger than the wavelength of the laser irradiated through the back side of the film forming substrate 1, and can absorb as much light energy source as possible, amorphous or polycrystalline. polycrystalline), or a material region having a multi-layered microstructure is preferred, for example, a multi-layered Al x1 Ga 1-x1 N/Al x2 Ga 1-x2 N (x 2 <x 1 ≤1, 0≤x 2 <0.5), a single layer of Ga-rich AlGaN (Ga/(Ga+Al) value of 50% or more) and GaN. The sacrificial layer 3 can be grown and deposited by CVD (e.g., MOCVD, HVPE, ALD), and absorbs the energy of the laser when the laser is lifted off, so that the sapphire deposition substrate 1 side and Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) serves to separate the piezoelectric thin film (4) side. In general, the Al z Ga 1-z N energy bandgap, E(z)=3.43+1.44z+1.33z 2 (eV) derived from theory and experimentation, if Al 0.5 Ga 0.5 N with 50% Al composition It has an energy bandgap of 4.48eV. An equation for converting the energy bandgap (eV) value of a semiconductor (including an insulator) into a wavelength, which is an optical characteristic, is λ(nm) = 1240/E(z), and wavelength conversion through this equation yields a 277nm value. 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 made of a multi-layered microstructure composed of these, is formed through a relatively generalized high-power short-wavelength laser light source (more than 248 nm). It is 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 in suppressing crack generation and propagation of the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 To In the case of Al z Ga 1-z N having an Al composition of less than 50%, it is possible to grow in 900-1200°C and 100-200 torr conditions, and in the case of GaN, it is possible to grow in 600-1100°C and 100-200 torr conditions. A sputtered AlN thin film that serves as a seed before growing the Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film 4 after the sacrificial layer 3 is grown on the sapphire deposition substrate 1 As a pretreatment for sputtering, the surface of the sacrificial layer (3) is stabilized through a small amount of Ar (planarization and cleaning through surface etching) and a large amount of nitrogen (N 2 ) gas containing a trace amount of oxygen (O 2 ). It includes the step of making. The Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film 4 may be grown by CVD (eg, MOCVD, HVPE, ALD), and grown into a single crystal thin film. The thickness may vary depending on the final device. For example, when used for the FBAR shown in Fig. 1(b), the thickness of the electrodes 22'24' formed on both sides and the resonance frequency The thickness is determined. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) The case where the piezoelectric thin film 4 contains Ga can be considered, and accordingly, the first semiconductor layer 2, the sacrificial layer 3, and the second semiconductor layer The Ga composition of (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, for example, by CVD (for example, MOCVD, HVPE, ALD) before the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is formed. 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 consists of a multi-layer structure (preferably 50% or more of Al as the whole multi-layer structure), but the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film as the whole has a higher Al content than the sacrificial layer 3 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≦ x1 ) piezoelectric thin film 4. Yes, of course. 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, As in the example, by providing the second semiconductor layer 5, the stress between the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 and the sacrificial layer 3 having a high Ga content ) It serves to dissolve the car. In addition, the second semiconductor layer 5 plays an important role in determining the overall thickness uniformity of the wafer when the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 is grown and formed. A process of adding Si or/and Mg dopants can be added to control wafer strain. The thickness of the second semiconductor layer 5 may be, for example, 100 nm or less, preferably Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ), which is more advantageous in suppressing crack generation and propagation of the 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 showing an 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. Here, the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film presented in the present disclosure is applied to the resonator, but the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film is applied to the sapphire film formation substrate. It goes without saying that any device or device that can use the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film after removal of is not limited. Of course, the method shown in FIGS. 3 and 4 may be used, and of course, it may also be applied to a SAW resonator other than a BAW resonator. Hereinafter, it will be described with the structure shown in FIG. 6. As shown in FIG. 10, first, an Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 having a metallic polarity (Al-polarity or Al-polarity & Ga-polarity mixed) surface. ) On the first electrode 6 (eg: Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, or alloys thereof). Next, the first protective film 7 on the first electrode 6; e.g., 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 passivation layer 7 . A temporary substrate 9 (eg, sapphire, AlN, Glass) is wafer-bonded to the first bonding layer 8. Next, the sapphire film-forming substrate 1 is separated through laser lift-off (LLO). In this process, a process of removing metallic droplets, a trimming process for accurate thickness adjustment, etc. may be involved. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) after separation of the sapphire film formation substrate (1), removal of metal droplets, and trimming processes is a surface with nitrogen gas polarity (N-polarity) (face). Next, as shown in Fig. 11, the second electrode 14 on the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4; e.g., Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, these alloys) and a multilayered Bragg reflector 10 (eg, SiO 2 /W) reflector is formed. Preferably, after the second electrode 14 and the Bragg reflector 10 reflector deposition process, a second protective film 11 on the reflector of the Bragg reflector 10; e.g.: 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 (e.g., SnIn, AuSn, AgIn, PdIn, NiSn, CuSn, Cu to Cu, Au to Au, Epoxy, SU-8, BCB, etc.) is formed on the second passivation layer 11 . Subsequently, as shown in FIG. 12, the device substrate 13 (e.g., Si, GaAs, AlN, Mo, Cu, W, MoCu, CuW, Invar, Laminate) is bonded to the second bonding layer 12 and uthetic bonding, Wafer bonding is performed by a method such as brazing. Although not shown, prior to wafer bonding, an electrical insulator material layer (protective layer) and a wafer bonding layer are sequentially formed on the device substrate 13. Finally, the temporary substrate 9 is separated and removed through thermal processing, laser irradiation, and supply of a chemical and physical energy source, and then the first bonding layer 8 and the first protective film 7 are removed. The same can be applied to the examples shown 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 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 It can be used as an upper surface of a device, and through this, it has an advantage in terms of post-processing and quality of the final device by having a surface 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 views showing another example of a method of manufacturing a resonator using the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film presented in the present disclosure, and FIGS. 10 to 14 Unlike the method presented in 12, a temporary substrate 9 is not used. First, as shown in FIG. 13, a second electrode 14 (eg: Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, or an alloy thereof) and a multilayer structure The Bragg reflector 10 of the reflector, the second protective film 11, and the second bonding layer 12 are formed, and then the device substrate 13 is wafer-bonded, and then the sapphire 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 method shown in FIGS. 10 to 12 and the resonator element manufactured by the method shown in FIGS. 13 and 14 depends on the position where the second electrode 14 including the Bragg reflector 10 and the reflector is formed and the number of wafer bonding. Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) The surface polarity of the piezoelectric thin film 4 is determined. The method shown in FIGS. 10 to 12 is fabricated through two wafer bonding processes, and the Bragg reflector 10 and the second electrode 14 including the reflector are Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric In the case of the method shown in Figs. 13 to 14, which is placed on the N-polarity face of the thin film 4, while undergoing a single wafer bonding process, a Bragg reflector 10 and a second electrode 14 including a reflector It is located on the metallic polarity surface (Al-polarity or Al-polarity & Ga-polarity mixed face) of the Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film 4. For reference, in the case of a resonator device made of a polycrystalline AlN piezoelectric thin film formed through sputtering on a conventional Si deposition substrate, there is a limit to controlling the surface polarity and polarity ratio. 2 The polarity position of the electrode 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.Figure 16 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure As a figure showing another example, the structure includes a sapphire film formation substrate 1, a sacrificial layer 23a, and an Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film 4. The sacrificial layer 23a is a single layer of Al c Ga 1-c N (0 ≤ c ≤ 0.5) grown by CVD (MOCVD, ALD, MBE, etc.) or a multilayer Al c1 Ga 1-c1 N/Al c2 Ga 1 -c2 N (c 2 <c 1 ≤1, 0≤c 2 <0.5) may be made of a group III nitride. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited on the sacrificial layer 23a with PVD (eg, sputtering, PLD) at a temperature of 0.3Tm or more (melting point of the piezoelectric thin film material) 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.Figure 17 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with 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 ≤ x1 ) piezoelectric thin film sequentially on the sapphire deposition substrate 1 It includes (4). 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 like the second semiconductor layer 5 shown in FIG. 7, and the sacrificial layer 23a ), it is grown by CVD, but is made of group III nitride having a different composition (Al a Ga 1-a N (0.5<a≤1)), and has a uniform thickness by controlling the stress Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) It serves to promote to secure 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.Figure 18 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure As a view showing another example, the structure includes a sapphire film formation substrate 1, a sacrificial layer 23b, and an Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film 4. The sacrificial layer 23b is a single layer of ZnO, ITO, or a multi-layered oxide structure including at least one of them (ZnO/ITO, ZnO/SiO 2 , ITO/SiO 2 ) deposited by PVD (e.g., L sputtering, PLD) ) It is distinguished from the structure shown in Fig. 16 in that it is made of oxide. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited on the sacrificial layer 23b with PVD (eg sputtering, PLD, etc.) at a temperature of 0.3Tm or more (melting point of the piezoelectric thin film material) The film is formed to ensure high quality.

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 is of Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the teachings of this As a view showing another example, the structure is a sacrificial layer 23b, an oxygen (O 2 ) inflow prevention layer (O), and Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x ≤ 1) sequentially on the sapphire deposition substrate 1 ) Includes a 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 made of AlN or an AlNO material containing a small amount of oxygen on the sacrificial layer 23b. The Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 that is deposited by deposition and subsequently deposited is formed of the same PVD (e.g. L sputtering, PLD) to prevent oxygen inflow from the sacrificial layer 23b. It serves to promote the high purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 to be secured.

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 of Al c Ga 1-c N formed by single crystal growth by CVD (MOCVD, HVPE, ALD, MBE) at a high temperature (900°C or higher) rather than a low temperature. (0≤c≤0.5) or multi-layer Al c1 Ga 1-c1 N/Al c2 Ga 1-c2 N (c 2 <c 1 ≤1, 0≤c 2 <0.5), , The 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 (e.g., sputtering, PLD) at a temperature of 0.3Tm (660℃) or higher. ) To guarantee. Therefore, the sacrificial layer 23a is distinguished from a layer called a conventional buffer layer grown at a temperature lower than an appropriate growth temperature, and serves as the first semiconductor layer 2 and the sacrificial layer 3 shown in FIGS. 6 to 9. It differs in that it performs at the same time. The upper and lower limits of the thickness of the sacrificial layer 23a are not particularly limited, but preferably, stress for maintaining the thickness uniformity of the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 It is set to 50nm-3㎛ to be advantageous for stress control function. For example, it can be grown at a temperature of 900-1100°C and a pressure of 100-600torr. More preferably, as in the example shown in FIG. 17, the sacrificial layer 23a and the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 are positioned between the Al x Ga 1 -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 by the same CVD (MOCVD, HVPE, ALD, MBE, etc.) as the sacrificial layer 23a, in which case Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film ( It is preferable to consist of a group III nitride having the same or similar composition as 4). In addition, the sacrificial layer 23a and the second semiconductor layer 5 have high quality (crystallinity and polarity) and uniform thickness when forming an Al y Ga 1-y N (0.5 ≤ y1 ) piezoelectric thin film 4 It is preferable to control the film-forming substrate to maintain a zero (flat) state 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 formed by a deposition film having crystalline (polycrystalline or single crystal) with PVD (eg, sputtering, PLD) at a high temperature (400°C or higher) rather than a low temperature. And ITO, or a multilayer oxide structure including at least one of them (ZnO/ITO, ZnO/SiO 2 , ITO/SiO 2 ). The upper and lower limits of the thickness of the monolayer sacrificial layer 23b are not particularly limited, but preferably Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) to maintain the thickness uniformity of the piezoelectric thin film 4 It is set to 50nm-3㎛ to be advantageous for the stress control function. The sacrificial layer 23b may be deposited by PVD (e.g., sputtering, PLD), the deposition substrate temperature at the time of deposition is 750°C, the process pressure consisting of argon (Ar) and oxygen (O 2 ) gas is 10-20 mTorr, and , It is preferable that the amount of oxygen is relatively small compared to argon and is composed of at least 50%. More preferably, as in the example shown in FIG. 19, the sacrificial layer 23b and the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 are positioned between the Al x Ga 1 -x N (0.5≤x≤1) In order to improve the 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 formed by deposition on the sacrificial layer 23b of AlN or AlNO material containing a minute amount of oxygen, and is subsequently deposited by Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric. High purity Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is formed by depositing and forming the same PVD (e.g., sputtering, PLD) as the thin film 4 to prevent oxygen inflow from the sacrificial layer 23b. It plays a role in facilitating the acquisition. In particular, when AlNO (Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1) sputter deposition in an atmosphere containing a small amount of O 2 ) is applied as the oxygen (O 2 ) inflow prevention layer (O), a certain amount (e.g. O 2 / (N 2 +O 2 ) value is less than 3%) oxygen supply 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 sputter 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 islands of Al y Ga 1-y N (0.5≤y≤1). Forming crystals and improving the surface flatness of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 deposited by PVD (e.g., sputtering, PLD) at the appropriate deposition temperature It plays an important role in securing high quality crystallinity and polarity through reduction of dislocation density. The thickness of the oxygen inflow prevention layer (O) composed of AlN or AlNO is preferably 100 nm or less, more preferably Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) to suppress the crack generation and propagation of the piezoelectric thin film 4 The more advantageous 1nm-30nm. 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 shown in FIGS. 16 to 19 is the half width of the X-ray rocking curve in common It aims to have this small value (target value: 0.1° or less), and with respect to polar quality, in the case of FIGS. 16 and 17, the sacrificial layer 23a and the second semiconductor layer 5, FIG. In the cases 18 and 19, there is an advantage that the sacrificial layer 23b and the oxygen inflow prevention layer O can be freely adjusted according to the surface conditions.

도 10 내지 도 14에 공진기를 제조하는 방법이 도 16 내지 도 19에 제시된 구조물에 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.It goes without saying that the method of manufacturing the resonator in FIGS. 10 to 14 may be applied as it is to the structures shown in FIGS. 16 to 19.

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 formed on the optically transparent film-forming substrate 1 through the ① Laser Lift-Off (LLO) process. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) ) It is located between the film-forming substrate 1 and the high-purity piezoelectric thin film 4 to separate the piezoelectric thin film 4, 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), and ④ Al x Ga 1-x N (0.5≤ x≤1) In order to be able to form a piezoelectric thin film at high temperature, it should be a material that has thermal stability above 0.3Tm (660℃), and ⑤ Al x Ga 1-x N (0.5≤) having a hexagonal (HCP) crystal structure. x≤1) It is a material having the same or similar crystal structure as the piezoelectric thin film 4, and ⑥ Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) surface roughness so that the piezoelectric thin film 4 can be formed. ) Is a ceramic (nitride, oxide) material capable of 10 nm or less, and ⑦ Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) The surface state in which various contaminants are removed so that the piezoelectric thin film 4 can be formed It is preferably a 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 buffer layer grown at a conventional 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, sacrificial layers (23a, 23b) to secure a single crystal piezoelectric thin film having a tilted c-axis crystal plane before 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.

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≦ x1 ) piezoelectric thin film 4, crystallinity and polarity may be improved through post-annealing, which is an additional ON-follow-up 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 an Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 having a uniform thickness is particularly required, Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) The structure shown in Fig. 16 (sapphire deposition substrate 1)-sacrificial layer 23a) placed under the piezoelectric thin film 4, and 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 that the inflow prevention layer O) maintains the flatness as possible at the deposition temperature of the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4, and the present disclosure demonstrates such flatness. It provides a sustainable foundation. For example, the sapphire film-forming substrate 1 having the sacrificial layer 23a grown by CVD has a convex shape at room temperature, but when the temperature is raised again for PVD deposition film formation, It has a concave shape down through the state. This behavior is affected by the difference in the coefficient of thermal expansion between the sapphire deposition substrate 1 and the sacrificial layer 23a, and therefore, Al x Ga 1-x N ( 0.5≦x≦1) The piezoelectric thin film 4 can be deposited. This principle can be applied as it is 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.Figure 20 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure As a view showing another example, the structure includes a silicon film forming substrate 1, a stress control layer 23c, and an Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) 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 with the structure shown in FIG. 16, the stress control layer 23c is grown by CVD like the sacrificial layer 23a, and the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 is PVD. It is the same in that it is deposited by evaporation, but silicon is used as the deposition substrate 1, not sapphire, and the stress control layer 23c is not by laser lift off (LLO) but the silicon deposition substrate 1 The difference is that) are removed together in a process that is removed through etching. Since the silicon deposition substrate 1 has a different lattice constant and thermal expansion coefficient than the sapphire deposition substrate 1, the stress control layer 23c formed thereon and Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric The film formation conditions of the thin film 4 are set to Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric so that no cracks are generated in the thin film 4 and Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric. It is important to control the thin film 4 to have a uniform thickness. As the silicon deposition 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 in order to be laser lifted off (LLO), and high quality Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric It is possible to focus 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 of Al g Ga 1-g N (0 ≤ g1 ) or a multilayer of Al h1 Ga 1-h1 N/ grown by CVD (e.g., MOCVD, HVPE, ALD, MBE). Al h2 Ga 1-h2 N (h 2 <h 1 ≤ 1, 0 ≤ h 2 ≤ 1) may be made of a group III nitride. The stress control layer 23c prevents and mitigates wafer curvature and cracks caused by differences in physical properties (lattice constant and thermal expansion coefficient) at the growth temperature with the silicon film-forming substrate 1. The main role is the stress control function. Above all, in the initial stage of depositing the stress control layer 23c, the silicon (Si), group 3 (Al, Ga), and group 5 (N) elements and chemicals are applied on the surface of the silicon (Si) material of the silicon deposition substrate 1 It is important to minimize the formation of intermetallic compounds (Si-Al-(Ga)) and/or silicon nitride (Si(Al,Ga)Nx) through the reaction. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited on the sacrificial layer 23c with PVD (e.g., sputtering, PLD) at a temperature of 0.3Tm or more (melting point of the piezoelectric thin film material) And can secure 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 preferably Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 It is set to 50nm-3㎛ to benefit from the stress control function to maintain the thickness uniformity of the. For example, the film may be grown at a temperature of 500-1100°C and a pressure of 100-600torr.

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.Figure 21 is a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) method for producing a piezoelectric thin film and, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin-film structure (structure) in accordance with the present disclosure As a diagram showing another example, the structure is a stress control layer 23c, a surface polarity control layer (C), and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric sequentially on a silicon film formation substrate (1). It includes a thin film (4). It is distinguished from the structure shown in Fig. 20 in that the surface polarity control layer (C) is added, and the surface polarity control layer (C) is CVD (e.g., MOCVD, HVPE, ALD, MBE) like the stress control layer 23c. Single- layer or multi-layered Al m1 Ga 1-m1 N/Al m2 Ga 1-m2 N (m 2 <m 1 ) is grown but has the same or different composition (Al k Ga 1-k N (0≤k≤1)) ≤1, 0≤m 2 ≤1) can be made of a group III nitride, and the surface of the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 has a single polarity (metallic polarity or nitrogen gas) In addition to the main function of having a polarity), it plays a role of promoting the securing of a piezoelectric thin film 4 of Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) having a uniform thickness by minimizing crystal defects and controlling stress. . Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited at a temperature of 0.3Tm (melting point of piezoelectric thin film material) or higher with PVD (e.g., sputtering, PLD) on the stress control layer 23c It is formed into a film, and high quality can be ensured. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film fabrication method having a metallic polarity surface through the surface polarity control layer (C) is PVD (e.g., sputtering, PLD) and Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) Before depositing the piezoelectric thin film 4, the surface polarity control layer C is grown by CVD (e.g., MOCVD, HVPE, ALD, MBE), and then formed with a predetermined amount of oxygen (ratio). It can be obtained by plasma treatment of the surface of the surface polarity control layer (C). On the other hand, an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film having a nitrogen gas polarity surface through the surface polarity control layer (C) is PVD (e.g., sputtering, PLD). ) Before deposition and deposition, the surface polarity control layer (C) is grown by CVD (MOCVD, HVPE, ALD, MBE), and magnesium (Mg) is excessively added (doped) during deposition to form Al with nitrogen gas polarity surface. A piezoelectric thin film of x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) can be obtained (SCIENTIFIC REPORT, Intentional polarity conversion of AlN epitaxial layers by oxygen, published online: 20 September 2018). Plasma treatment on the surface of the stress control layer 23c or excessive addition (doping) of magnesium (Mg) in the process of growth film formation Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) 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 and formed at the same temperature (500°C or higher) as the stress control layer (23c), and has a thickness of 0.5 μm or less, and Al x Ga 1-x N at a pressure of 100-600 torr. (0.5≦x≦1) It is preferable to use a group III nitride having the same or similar composition as the piezoelectric thin film 4. In addition, the stress control layer 23c and the surface polarity control layer C are of high quality (crystallinity and polarity) and uniform thickness when the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 is deposited. It is preferable to control the film-forming substrate to have a curvature of as much as possible to maintain a zero (flat) state.

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-forming substrate 1 is the film-forming conditions (temperature, pressure) of the thin films 23c, C, and 4 to be deposited (deposited, grown) thereon, and the silicon film-forming substrate 1 and the films 23c, C, and 4 to be deposited. ) Of the thermal expansion coefficient (the thermal expansion coefficient is a function of temperature) and the lattice constant, preferably to maintain a zero state, but at least to be convex upward (convex), and convex downward ( It is important not to become concave), and the silicon film-forming substrate 1 Since the degree of warpage can be measured during film formation, the film formation conditions (temperature, pressure) and the composition of the film formed AlGaN during film formation are determined in a state in which the warpage of the silicon film formation substrate 1 is zero or convex, and even after the final film formation. It is important to control it so that it is in a state. Considering the thermal expansion coefficient of the silicon film-forming substrate 1 and the thermal expansion coefficient of AlGaN, it is not easy to perform such control only by CVD, and a high-quality stress control layer 23c is formed only with PVD, and a high temperature (0.3Tm (660)) is formed on it. ℃)), it is not easy to form the piezoelectric thin film 4 of Al x Ga 1-x N (0.5≤y≤1). The present disclosure is formed by growing a stress control layer 23c and a surface polarity control layer (C) by CVD, and depositing an Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 by PVD, Provides an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 with excellent crystallinity and polarity despite the use of a silicon 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, when 1) Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is deposited with AlN at a temperature of 800°C with PVD (eg sputtering, PLD), the stress control layer (23c) may be formed of 0.9 Ga 0.1 N of 500 nm thick Al 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 by CVD (e.g. MOCVD) at a temperature of 500-1100°C and a pressure of 100-600 Torr, 100 nm thick Al 0.9 Ga 0.1 N, Al x Ga 1- x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film 4 is formed of AlN with PVD (e.g., sputtering, PLD) at a temperature of 800°C, and the stress control layer 23c is 500 by CVD (e.g., MOCVD) At a temperature of -900°C and a pressure of 100-600 Torr, it can be formed of 0.8 Ga 0.2 N of Al having a thickness of 500 nm. At this time, the minimum (zero) film formation under the process conditions (temperature, pressure) of growing and forming the stress control layer 23c and/or the surface polarity control layer C by CVD (for example, MOCVD) on the silicon film deposition substrate 1 At the same time, maintaining the warpage of the substrate 1 is of paramount importance, and at the same time, a silicon film-forming substrate at room temperature (25°C) after growth of the stress control layer 23c and/or the surface polarity control layer (C) by CVD (eg MOCVD) is completed. (1) It is important to control so that the warpage remains zero or convex. In order to have the crystal quality and uniform thickness of the AlN piezoelectric thin film 4, which is subsequently deposited on the stress control layer 23c and/or the surface polarity control layer C, by PVD (e.g. sputtering) It may be possible by adjusting the conditions and the corresponding behavior of the silicon film-forming 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 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 structure manufactured according to the method shown in FIGS. 20 to 21 is commonly X-ray Rocking Curve (XRC ) Has an advantage of being less than or equal to 0.1°, and the polar quality can be freely adjusted according to the surface conditions 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 ① Group III nitride formed by CVD (MOCVD, HVPE, ALD, MBE), ② Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) In order to enable high-temperature deposition of the piezoelectric thin film 4, it must be a material that has thermal stability above 0.3Tm (660°C), and ③ Al x Ga 1-x N (0.5≤) having a hexagonal (HCP) crystal structure. x≤1) is a material having the same or similar crystal structure as the piezoelectric thin film 4, and ④ Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) The surface roughness of the piezoelectric thin film 4 can be deposited. 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) The surface state where various contaminants are removed to enable the deposition of the piezoelectric thin film 4 It is preferably a 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, the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) pressure-welded thin film 4, a stress control layer 23c to secure a single crystal piezoelectric thin film having a tilted c-axis crystal plane before deposition. And/or it is possible to perform photo-lithographic etch patterning processing 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 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 deposited on the silicon deposition substrate 1 and subsequently deposited on the stress control layer 23c and/or the surface polarity control layer C Unlike piezoelectric thin films deposited by PVD (e.g., sputtering, PLD) at low temperatures (around 400℃), high-temperature single crystal structures deposited at 0.3Tm (660℃) or higher provide 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-heat treatment 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 deposit an AlGaN thin film with a minimum gallium (Ga) component while controlling the temperature of the stress control layer 23c at a temperature of 500°C or higher at low/medium/high temperature, which is the material of the film-forming substrate (1). This is to prevent a melt-back phenomenon by suppressing the reaction between silicon (Si) and gallium (Ga), which relatively easily forms an intermetallic compound.

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 having a superlattice structure may be introduced between the stress control layer 23c and the Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film 4, in order 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) When the piezoelectric thin film 4 is deposited, the Al content can be increased while the PVD deposition temperature can be increased, which suppresses tensile stress. This is to prevent minute cracks in 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.The method of manufacturing the Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film 4 structure using the silicon film-forming substrate 1 may be the method shown in FIGS. 10 to 14 as it is. However, the silicon (Si) film-forming 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 The difference is that it is removed through a combination of dry etch. In this process, a trimming process for accurate thickness adjustment may be involved.

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 the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film proposed in the present disclosure, 1), a stress control layer 23c and a surface polarity control layer 3 are provided, but by adding (doped) magnesium (Mg) to the surface polarity control layer 3, Al x Ga 1-x N (0.5 ≤x≤1) After forming the piezoelectric thin film 4 to have a nitrogen gas polarity surface, the second electrode 14, the Bragg reflector 10, the reflector, the second protective film 11, the second bonding layer 12, and The element substrate 13 is formed, and the silicon film forming substrate 1, the stress control layer 23c, and the surface polarity control layer 3 are formed into Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film 4 After removal from, an Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film 4 structure on which the first electrode 6 is formed is presented. Through this, the metallic polarity (Al-polarity or Al-polarity & Ga-polarity mixed) surface is formed through a single wafer bonding process without using two wafer bonding processes as in FIGS. 10 to 12. It is possible to provide an Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film 4 structure used as a top surface of a 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.A resonator produced in accordance with this disclosure based device (resonator-based device) is a Bragg reflector 10 of Al x film forming the first laid position the second electrode 14 is formed, including a reflector on a silicon (Si) film-forming substrate (1) Ga 1-x N (0.5≤x≤1) Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) depending on the number of wafer bonding in the process of controlling the polarity of the piezoelectric thin film and subsequent device processing The surface polarity can be freely selected on the piezoelectric thin film 4. The method shown in FIGS. 10 to 12 is fabricated through two wafer bonding processes, and the Bragg reflector 10 and the second electrode 14 including the reflector are Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric The second electrode 14 including the Bragg reflector 10 and the reflector 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 that undergoes a single wafer bonding process. ) Is equally located on the nitrogen gas polarity face of the piezoelectric thin film 4 (0.5≦ x1 ) Al x Ga 1-x N. 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 at low temperature on a conventional Si deposition substrate, it is limited to control the surface polarity and polarity ratio. Because there is a Bragg reflector 10, the polarity position of the second electrode 14 including the reflector cannot be defined. For this reason, it is difficult to fabricate a device with mixed polarity and polarity controlled regardless of the amount of crystallinity or negative, so that the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film (4) is used to improve the performance of the resonator. It has limitations.

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 of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film, the method comprising: forming a sacrificial layer on a sapphire deposition substrate; And, growing an Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film on the sacrificial layer; including, growing an Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film Prior to 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≦ x1 ) piezoelectric thin film, wherein 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, wherein the first semiconductor layer is formed of PVD while oxygen is supplied after the sacrificial layer is formed.

(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 higher than that of the sacrificial layer, and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film Forming a second semiconductor layer having a small content; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) method for manufacturing a piezoelectric thin film further comprising a.

(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) Al x Ga 1- x N (0.5≤x≤1) in the structure including a piezoelectric thin film, Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) the piezoelectric thin film; A first electrode provided on one side of the Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) A second electrode and a reflector provided on opposite sides of the first electrode based on the piezoelectric thin film; including, Al x Ga 1-x N having 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 having 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≦ x1 ) 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 number of air-voids to relieve stress.When forming a film by PVD, in addition to a small amount of oxygen, Sc, Mg, It is possible to add Zr doping or alloying components. The reason for inserting Sc, Mg, Zr doping or alloying is to maximize the electro-mechanical coupling efficiency of the device structure using the 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) The second semiconductor layer 5 Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) The wafer stress is relieved before the piezoelectric thin film is grown to maintain the horizontal Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x ≤ 1) Si or/and Mg can be added in the second semiconductor layer 5 to serve to uniformize 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) A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, comprising: forming a sacrificial layer on a sapphire film formation substrate; wherein the sacrificial layer is a chemical vapor deposition method (CVD; Chemical Vapor) Forming a sacrificial layer consisting of one of oxides including Group 3 nitride formed by Deposition) and 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; As, the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film is 0.3Tm (Tm; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film comprising; depositing a piezoelectric thin film deposited by physical vapor deposition at a temperature equal to or higher than the melting point of the piezoelectric thin film material.

(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 of Al c Ga 1-c N (0≤c≤0.5) formed by CVD or a multilayer of Al c1 Ga 1-c1 N/Al c2 Ga 1-c2 N (c 2 <c 1 A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, characterized in that it is a Group III nitride of ≤1, 0≤c 2 <0.5).

(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) A sacrificial layer and an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film formed by CVD, and a composition different from the sacrificial layer (Al a Ga 1-a N (0.5<a≤1)) Forming a second semiconductor layer made of a group III nitride having a; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) method for manufacturing a piezoelectric thin film further comprising a.

(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), characterized in that the sacrificial layer is made of a single-layered group 2 oxide formed of PVD, a single-layered group 3 oxide, or an oxide having a multilayered oxide structure including at least one of them. ≤x≤1) A method of manufacturing 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) PVD is formed between the sacrificial layer and the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, and the oxygen in the sacrificial layer of oxide is Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) ) Forming an oxygen (O 2 ) inflow prevention layer to prevent the inflow of the piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) method of manufacturing a 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) A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, wherein a stress control layer made of a group III nitride is formed on a silicon film-forming 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 a physical vapor deposition method at a temperature of 0.3Tm (Tm; melting point of the piezoelectric thin film material) or higher; A method of manufacturing a piezoelectric thin film of Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1), characterized in that.

(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- x N (0.5≤x≤1) A method of manufacturing a piezoelectric thin film. Here, the pretreatment refers to the action of intentional conversion of the surface polarity of the Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film, and the above-described plasma treatment or excessive addition of magnesium (Mg) Refers to actions such as (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, the pretreatment is performed on the surface polarity control layer, and Al x Ga 1-x N (0.5≦ x) on the pretreated surface polarity control layer ≤ 1) A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x ≤ 1) piezoelectric thin film, characterized in that a 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) Al x Ga 1- x N (0.5≤x≤1) a process for producing a piezoelectric thin film device, comprising: bonding the element substrate to the Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) piezoelectric thin film ; Removing the film-forming substrate; And forming an electrode on the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film from the side from which the film-forming substrate is removed; including, the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x ≤ 1) A method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film device, wherein the surface of the piezoelectric thin film has metallic polarity. The method shown in FIGS. 20 to 23 is not only when an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film is formed on a silicon deposition substrate, but also Al x Ga 1- xN (0.5≤x≤1). A method of manufacturing a device having a piezoelectric thin film can be generally extended. A device including an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film is a representative example of 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, pre-treating the surface polarity of the Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film on the side to which the device substrate is bonded to have a nitrogen gas polarity; Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) method of manufacturing a piezoelectric thin film device.

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, a high - purity Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film is manufactured, a resonator is manufactured for it, and the resonator can be applied 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)Film-forming 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)

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.
In the method of manufacturing an Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) piezoelectric thin film,
Forming a stress control layer made of a group III nitride on the silicon film formation substrate by chemical vapor deposition (CVD); And,
And forming an Al x Ga 1-x N (0.5≦ x1 ) piezoelectric thin film on the stress control layer by a physical vapor deposition method at a temperature of 0.3 Tm (Tm; melting point of the piezoelectric thin film material) or higher. Al x Ga 1-x N (0.5≤x≤1) method of manufacturing a piezoelectric thin film.
청구항 1에 있어서,
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.
The method according to claim 1,
Prior to the deposition step, performing a pretreatment for controlling the surface polarity of the Al x Ga 1-x N (0.5 ≤ x1 ) piezoelectric thin film; Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) A method of manufacturing a piezoelectric thin film.
청구항 2에 있어서,
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.
The method according to claim 2,
Prior to the step of depositing, forming a surface polarity control layer; further comprises,
Pretreatment is performed on the surface polarity control layer,
Process for preparing a Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) piezoelectric thin film characterized in that the Al x Ga 1-x N ( 0.5≤x≤1) piezoelectric thin film on the pretreated surface polarity control layer formed .
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