MXPA00007997A - Division de ion de cristal de peliculas de cristal-unico - Google Patents

Abstract

Se proporciona un método para desprender una película de cristalúnico de un sustrato de bicapa o de una estructura a granel. El método incluye los pasos de implantar iones en la estructura de cristal para formar una capa de daño dentro de la estructura de cristal a una profundidad de implantación debajo de una superficie superior de la estructura de cristal y decapar químicamente la capa de daño para efectuar el desprendimiento de la película de cristalúnico de la estructura de cristal. El método de la presente invención es especialmenteútil para desprender las películas deóxido de metal de cristalúnico de las estructuras de cristal deóxido de metal.

Description

DIVISIÓN DE ION DE CRISTAL DE PELÍCULAS DE CRISTA -ÚNICO DESCRIPCIÓN CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere en general al campo d la fabricación de dispositivos de circuito integrado que utiliza películas de cristal único. Más particularmente, la invención s refiere a un método para desprender películas de óxido de meta de cristal único micro-delgadas de estructuras de cristal d óxido de metal para la unión sobre sustratos de crecimiento incompatible .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las técnicas de levantamiento epitaxial se ha usado desde 1987 para lograr la integración heterogénea de mucho circuitos integrados semiconductores III-V y elementales. Po ejemplo, el levantamiento epitaxial ha mostrado que es efectiv para integrar los transistores bipolares de hetero-junt ("HBT's") y los láseres de diodo sobre silicio, galio, arsenid y otros sustratos comunes. A pesar de este éxito, sin embargo, ha sido imposible el integrar los dispositivos que comprende otros materiales importantes, tal como los materiales n semiconductores tales como los óxidos de metal, sobre esto sustratos comunes .

Una necesidad de los dispositivos de circuit integrados combinando materiales no semiconductores con sustrato convencionales ha surgido en el campo de las comunicacione electro-ópticas y magneto-ópticas. Por ejemplo, la surgido un necesidad de dispositivos magneto-ópticos integrados sobre u chip, tal como los aisladores ópticos, para usarse en las rede de telecomunicaciones de fibra óptica. Aún cuando los aisladore comercialmente disponibles usan granate de hierro de itri sustituido con bismuto a granel ("Bi-YIG"), y otros aisladore integrados convencionales requieren el crecimiento epitaxia sobre el granate de galo gadolinio ("GGG"), las tecnologías d crecimiento epitaxial convencional son sometidas a la limitaciones de la química de alta temperatura, a l estoiquiometría compleja y a la correspondencia de red.

En forma más importante, los método convencionales no son efectivos para el crecimiento d estructuras de cristal único que exhiban buenas propiedade magnéticas y ópticas para la combinación con materiale semiconductores. Los esfuerzos empleando la tecnología d crecimiento de chisporroteo para el crecimiento de película policristalinas, por ejemplo, no han sido exitosos en da películas de cristal única con propiedades ópticas y magnética aceptables .

Otra necesidad para los dispositivos de circuit integrado combinando materiales no semiconductores con sustrato convencionales ha surgido en el campo de las comunicaciones d microondas. Por ejemplo, ha surgido la necesidad de resonadore ágiles de frecuencia que requieren dispositivos de circuit integrado. Los resonadores ágiles de frecuencia convencional hechos de materiales policristalinos tales como sólido ferroeléctricos, son indeseables debido a su ancho de band limitado y a los tangentes de pérdida altos. En vez de esto, e deseable el construir resonadores ágiles de frecuencia y otro circuitos de microondas integrados los cuales se hacen d películas de cristal único magneto-ópticas o ferroeléctricas .

Además, las técnicas de levantamiento epitaxia convencional como se desarrollaron por los semiconductores III-hacen uso de tasas diferenciales grandes entre la capa d sacrificio enterrada y la estructura epitaxial de interés par desprender esta última de su sustrato de crecimiento. Po ejemplo, las técnicas de levantamiento epitaxial iniciale estuvieron basadas sobre la selectividad de decapado húmedo alt de una capa de arsenido de aluminio ("AlAs") sobre un arsenido d galio aluminio ( "A^Ga^^ s" ) . Subsecuentemente el trabajo h demostrado que el levantamiento de las capas de crecimient epitaxial en otros materiales III -V, todos basados sobre e decapado selectivo de las capas epitaxiales de sacrificio. La técnicas de unión convencionales para las capas de crecimient epitaxialmente han incluido el uso de adhesivos y fuerzas Van de Waals sobre sustratos desunidos.

Por tanto, es un objeto de la presente invenció el proporcionar un método para desprender las películas d cristal único de miera-delgadas de estructuras de cristal, ta como la epicapa/sustrato de estructuras de cristal de óxido d metal a granel para la unión sobre sustratos de crecimiento incompatibles .

Es otro objeto de la presente invención e proporcionar un método para desprender películas de cristal únic delgadas-miera de materiales de granate magnéticos de sustrato compatibles-crecimiento para usarse en circuitos de microondas fotónicos integrados .

Es aún otro objeto de la presente invención e proporcionar un método para desprender películas de cristal únic de miera-delgadas hechas de materiales ferroeléctricos d sustratos compatibles con el crecimiento o de estructuras d cristal a granel para usarse en circuitos fotónicos y d microonda integrados.

Es aún otro objeto de la presente invención e proporcionar un método para desprender películas de cristal únic delgadas de mieras de sustratos compatibles de crecimiento si emplear técnicas de decapado convencionales.

Los objetos adicionales, las características ventajas de la invención serán evidentes de la siguient descripción detallada tomada en conjunción con las figura acompañantes que muestran las incorporaciones ilustrativas de l invención.

SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un método preferido de la present invención, se proporciona un método para desprender una películ de cristal-única de una estructura de cristal. La estructura d cristal, por ejemplo, puede ser una estructura de cristal d sustrato/epicapa o una estructura de cristal a granel . El métod incluye los pasos de implantar iones en la estructura de crista para formar una capa de daño dentro de la estructura de crista a una profundidad de implantación abajo de una superfici superior de la estructura de cristal, y después decapa químicamente la capa de daño para efectuar el desprendimiento d la película de cristal -única de la estructura de cristal. E método preferido de la presente invención es especialmente úti para desprender películas de óxido de metal de cristal-únicas d las estructuras de cristal de óxido de metal.

De acuerdo con otro método preferido de l presente invención, éste proporciona un método para desprende una película de cristal única de una estructura de cristal, e método incluye los pasos de implantar iones en la estructura d cristal para formar una capa de daño dentro de la estructura d cristal a una profundidad de implantación abajo de una superfici superior de la estructura de cristal, y después exponer la cap de daño a un aumento de temperatura rápido para efectuar e desprendimiento de la película de cristal única del sustrato d crecimiento-compatible .

De acuerdo aún con otro método preferido de l presente invención, se proporciona un método para desprender un película de cristal única de una estructura de cristal, el métod incluye los pasos de implantar iones en la estructura de crista para formar una capa de daño dentro de la estructura de crista a una profundidad de implantación abajo de la estructura d cristal, unir la estructura de cristal a un segundo sustrato, exponer la capa de daño a un aumento de temperatura rápido par efectuar el desprendimiento de la película de cristal única de l estructura de cristal .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para un entendimiento completo de la present invención y de las ventajas de la misma, se hace ahora referenci a la siguiente descripción tomada en conjunción con los dibujo acompañantes en los cuales los números de referencia indica características similares y en donde: Las figuras 1A y IB muestran una estructura d cristal de sustrato/epicapa y una estructura de cristal a granel respectivamente, para proporcionar una película de cristal únic de acuerdo a los métodos de rebanado de ion de cristal preferido de la presente invención; La figura 2 muestra un método preferido para e rebanado de ion de cristal de películas de cristal únicas; La figura 3 muestra un paso de implantación de io de acuerdo al método de rebanado de ion de cristal de la figur 2; La figura 4 muestra un paso de implantación de io de acuerdo al método de rebanado de ion de cristal de la figur 2 por lo que es usada una estructura de cristal d sustrato/epicapa para formar una película de óxido de metal d cristal único YiG o Bi-YIG; La figura 5 muestra un paso de implantación de io de acuerdo al método de rebanado de ion de cristal de la figur 2 por lo que es usada una estructura de cristal a granel par formar una película de óxido de metal de cristal única de LiNb03 La figura 6 muestra una distribución d implantación para los iones de helio de 3.8 MeV en un granate d hierro itrio; Las figuras 7A y 7B son vistas lateral y superior respectivamente, mostrando un paso de decapado de acuerdo a método de rebanado de ion de cristal de la figura 2; La figura 8 muestra un método preferido para e rebanado de ion de cristal por lo que el daño a la película d óxido de metal de cristal único se minimiza mediante l encapsulación; La figura 9 muestra un método preferido de rebanado de ion de cristal por lo que el daño de residual y l áspero de superficie de minimizan mediante un templado térmic rápido; La figura 10 muestra un método preferido para e rebanado de ion de cristal por lo que la estructura de cristal e expuesta a un aumento de temperatura rápido; La figura 11 muestra un método preferido para u rebanado de ion de cristal por lo que la estructura de cristal e unida a un segundo sustrato y es expuesta a un aumento d temperatura rápido; La figura 12 muestra una estructura de crista modificada para usarse con el método de la figura 11 por lo qu un segundo sustrato es unido directamente sobre la superfici superior de una película de cristal única; y La figura 13 muestra una estructura de crista modificada para usarse con el método de la figura 11 en donde u segundo sustrato es unido indirectamente a la superficie superio de una película de cristal única.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las figuras ÍA y IB muestran estructuras d cristal para proporcionar las películas de cristal único 12 y 1 de acuerdo a los métodos de rebanado de ion de cristal preferido de la presente invención. Ambas figuras 1A y IB muestran parte 15 y 18, respectivamente, para formar las películas de crista único 12 y 19, respectivamente. Ventajosamente, las estructura de cristal de las figuras ÍA y IB pueden ser estructuras d cristal de óxido de metal que tienen partes de óxido de metal 1 y 18 para formar las películas de óxido de metal de cristal único La figura ÍA muestra una estructura de cristal d sustrato/epicapa 10A que tiene un sustrato 14, una epicapa 1 colocada sobre la superficie superior del sustrato 14, un interconexión de sustrato/epicapa 16, y una capa de daño 1 colocada en el sustrato 14 a una profundidad d abajo de l superficie superior de la estructura de cristal d sustrato/epicapa 10A. Aún cuando la capa de daño 17 de la figur ÍA está mostrada como estando abajo de la interconexión d sustrato/epicapa 16, alternativamente, la capa de daño 17 pued ser colocada dentro de la epicapa 15 como se requiera.

La epicapa 15 de la figura ÍA puede ser un epicapa de óxido de metal usada para formar una película de óxid de metal de cristal único. Como tal, la epicapa 15 puede ser un capa de un material de granate magnético, preferiblemente granat de hierro itrio ("YIG"), un granate de hierro itrio sustituid con bismuto ("Bi-YIG") u otros materiales de granate, colocado sobre la superficie superior de un granate de galio gadolini ("GGG") u otro sustrato compatible con el crecimiento. L epicapa de óxido de metal 15 también puede ser una capa d material ferroeléctrico, tal como el niobato de litio ("LiNb03") o titanato de estroncio ("SrTi03") colocado sobre la superfici superior de un sustrato compatible de crecimiento Alternativamente, la estructura de cristal de epicapa/sustrat 10A puede incluir una pluralidad de epicapas de óxido de meta colocadas ahí .

La figura IB muestra una estructura de cristal granel 10B para formar una película de cristal única 1¡9. L estructura de cristal a granel 10B también incluye una capa d daño 17 colocada ahí a una profundidad d abajo de la superfici superior de la estructura de cristal a granel 10B Ventajosamente, la estructura de cristal a granel 10B puede se una estructura de óxido de metal usada para formar una películ de óxido de metal de cristal único. Como se muestra además en l figura 5, la estructura de cristal a granel 10B de la figura I es una estructura de cristal preferida para formar las película de cristal único LiNb03 de acuerdo a los métodos de rebanado d ion de cristal preferidos de la presente invención.

La figura 2 muestra un método preferido 20 para e rebanar de ion de cristal una película de cristal única de un estructura de cristal. El método incluye los pasos de implanta iones en una estructura de cristal para formar una capa de dañ dentro del sustrato (Paso 22) y decapar químicamente el daño, la capa de "sacrificio", del sustrato (Paso 24) . La película d cristal única es por tanto desprendida del sustrato para l transferencia y unión a una estructura de crecimient incompatible tal como de silicio o de galio arsenido.

La figura 3 muestra un paso de implantación de io de acuerdo al método de rebanado de ion de cristal de la figur 2. Aún cuando está mostrado con respecto a una estructura d cristal de sustrato/epicapa, el paso de implantación de ion de l figura 3 también es aplicable para desprender las películas d cristal único de las estructuras de cristal a granel.

Como se mostró en la figura 3, los ione elementales 38 tal como los iones de helio o de hidrógen energéticos, por ejemplo, son implantados a una energí predeterminada en una estructura de cristal de sustrato/epicap 30 que tiene un sustrato 37, una epicapa 34 colocada sobre e sustrato 37, y una entrecara de sustrato/epicapa 35. Los ione también pueden ser iones químicamente reactivos que reacciona con la red de cristal después de la implantación. Los iones so implantados a través de la epicapa 34 de manera que la capa d daño 36 es formada a una profundidad d abajo de la superfici superior de la estructura de cristal de sustrato/epicapa 30 Alternativamente, la capa de daño 36 puede ser formada dentro d la epicapa 34.

El paso de implantación de ion introduce defecto de red adentro de la estructura de cristal 30 en la formación d la capa de daño 36. Los defectos de red son introducidos por l transferencia de energía a los núcleos de objetivo y son formado cerca del extremo de las trayectorias iónicas . Dependiendo d las especies de implantación seleccionadas y de la energí iónica, los defectos de red y por tanto la capa de daño 36 so introducidos en el sustrato 37 a una profundidad d abajo de l superficie de la estructura de cristal 30.

Refiriéndonos de nuevo a la figura 3 , el grosor d la película de cristal único 32 es por tanto determinado por e nivel de energía de los iones implantados 38 los cuales puede ser variados de acuerdo para dar los grosores de películ deseados. La capa de daño o la capa de sacrificio, permite a l película de cristal única 32 el ser rebanada la parte superior d la estructura de cristal 30 para transferir y para la unión a u sustrato de crecimiento incompatible.

La figura 4 muestra un método preferido de l figura 2 en donde los iones de helio de 3.8 MeV cargados en form única 48, por ejemplo, son implantados normales a la superfici superior de una estructura de cristal de sustrato/epicapa 40 par formar una capa de daño 46 dentro de la estructura de cristal 40 La estructura de cristal 40 incluye la epicapa YIG, Bi-YIG u otr epicapa de granate 42, una GGG u otro sustrato de crecimient compatible 47 y una entrecara de epicapa/sustrato 45. Durante l implantación, la dosis de implantación para los iones de helio d 3.8 MeV cargados en forma única es normalmente sobre el orden d 5 X 1016 iones/era2. Las muestras están montadas sobre un soport de objetivo enfriado con agua de diámetro de dos pulgada diseñado especialmente para asegurar que la temperatura de sustrato está abajo de 400 °C.

Como una precaución agregada, el rayo corrient durante la implantación de ion se mantiene bajo, por ejemplo, menos de 0.25 µA/cm2. Esta precaución es necesaria para evita el modificar la absorbencia óptica y la anisotropía magnética d la muestra durante la implantación de ion. La uniformidad de l implantación es verificada parda cuatro tazas Faraday afuera de soporte de objetivo.

Similarmente, como se mostró en la figura 5, lo iones de helio de 3.8 MeV cargados en forma única 58 pueden se implantados normales a la superficie de una estructura de crista a granel 50 para formar una capa de daño 56 dentro de l estructura de cristal 40. La estructura de cristal a granel 5 puede estar compuesta de un granate magnético o de un materia ferromagnético.

En el método preferido como se muestra en la figuras 2 a 5, una especie de implantación de peso ligero preferiblemente helio, es escogida ventajosamente para dar un capa de daño enterrada profundamente. Además, el helio e deseable debido a que el perfil de implantación resultante y l distribución del daño de red en el cristal, lo cual a su vez e determinado por la pérdida de energía por longitud de l trayectoria de unidad, o "poder de detención" . A energía iónicas altas, el "poder de detención" es dominado por e esparcimiento electrónico y es caracterizado por la teoría d Lindhard-Scharff-Schiott ("LSS") . La teoría de Lindhard-Scharff Schiott predice una potencia de detención proporcional a /E, e donde E es la energía del ion implantado a lo largo de s trayectoria para energías iónicas altas. A energías bajas, e "poder de detención" es inversamente proporcional a E2 y e caracterizado primariamente por el esparcimiento Rutherford co los núcleos anfitriones.

La figura 6 muestra un perfil de distribución d implantación para los iones de helio implantados a 3.8 MeV d energía en una estructura de cristal YIG/GGG. El perfil d distribución de implantación de la figura 6 está basado sobre lo resultados de simulación de cálculos de transporte de iones e materia ("TRIM"), los cuales igualan los valores de distribució de implantación reales para los iones de helio implantados a 3.

MeV de energía en una estructura de cristal YIG/GGG Ventajosamente, el perfil de implantación es estrecho y est concentrado a aproximadamente 9 µm abajo de la superficie de l estructura de cristal. El perfil de distribución de implantació para los iones de helio implantados a 3.8 MeV de energía en un estructura de cristal Bi-YIG/GGG exhibe una profundidad d implantación casi idéntica.

Refiriéndonos de nuevo al método preferido 20 d la figura 2, el paso de implantación de ion 22 es seguido por u paso de decapado químico para disolver la capa de daño, o d sacrificio del sustrato de estructura de cristal. Una vez que l capa de daño es disuelta por el paso de decapado químico, l película de cristal único se desprende del sustrato y se hac disponible para la transferencia y la unión sobre un sustrat incompatible de crecimiento.

Las figuras 7A y 7B son vistas laterales superiores, respectivamente, mostrando un paso de decapado d acuerdo a el método de rebanado de ion de cristal de la figura 2 Como se muestra en la figura 7A, el decapante químico es aplicad a una estructura de cristal de sustrato/epicapa 70 que tiene u sustrato 77, una epicapa 74 colocada sobre una superfici superior del sustrato 74, y una capa de daño 76. Después de u periodo de exposición apropiado, el decapante químico provoca qu la película de cristal única 72 se desprenda del sustrato 74. E efecto del decapante químico es el mismo ya sea que la capa d daño 76 esté colocado adentro del sustrato 77 o adentro de l epicapa 74 misma. La tasa de decapado, sin embargo, puede varia dependiendo de si la capa de daño 76 está colocada dentro d sustrato 77 o dentro de la epicapa 74.

Preferiblemente, es usado un ácido ortofosfóric de 85% de dilución comercial para desprender las películas d cristal único YIG/Bi-YIG de las estructuras de cristal YIG/GGG Bi-YIG/GGG. Además, para acelerar el proceso de decapado químic el ácido ortofosfórico es ventajosamente agitado y mantenido una temperatura constante, preferiblemente de 70°C. L temperatura del ácido puede ser además incrementada para logra tasas de decapado más rápidas .

Nominalmente, el decapante es aplicado a l estructura de cristal 70 por 24 a 48 horas dependiendo del tamañ de la película de cristal único que va a ser desprendida. Com se mostró además en la figura 7A, un corte inferior profundo 7 se forma en el sustrato 77 después de varias horas de exposició al decapante químico. Con referencia a los pasos d implantación como se muestran en la figura 4, por ejemplo, e corte bajo (no mostrado) está centrado a aproximadamente 9 µ abajo de la superficie superior de la estructura de crista YIG/GGG 40 de acuerdo con el perfil de distribución d implantación de la figura 6. Después del decapado, el sustrat 47 es desprendido dejando la película de cristal única con u lado inferior que es microscópicamente liso y adecuado par unirse sobre un sustrato de crecimiento-incompatible.

La tasa de decapado diferencial entre la capa d sacrificio y el resto de la estructura de cristal es determinad mediante el comparar la tasa de decapado del corte inferior 7 con aquél de la superficie superior de el de abajo bajo la mismas condiciones. Esto último es determinado mediante e enmascarar una sección de la superficie superior con dióxido d silicio y midiendo el paso de decapado con un profilómetro. E grado de corte inferior es medido bajo un microscopio de prism Nomarski o mediante el dividir una sección del sobrecolgado d película de cristal única. La selectividad de decapado, definid como la proporción de tasas de decapado entre la capa superficia y la superficie superior se encontró que es exceso de 103.

Para desprender las películas de cristal únic LiNb03 de las estructuras de cristal a granel tal como un mostrada en la figura 5, se prefieren 5% de ácido hidrofluóric diluido para decapar químicamente la capa de sacrificio de l estructura de cristal a granel LiNb03. El decapado es llevado cabo a la temperatura ambiente por 24 horas o menos par desprender una muestra de 1 mm2 de la película de cristal únic de LiNb03.

Como ejemplos ilustrativos de la present invención, el método de rebanado de ion de cristal de la figur 2 se ha usado para desprender las capas de material de granat magnético de un sustrato GGG. En un ejemplo, las epicapas YIG d 10 µm y 95 µm de grueso fueron cultivadas mediante epitaxia d fase líquida sobre un sustrato GGG que contiene pequeña cantidades de lantano para mejorar la red igualada a el sustrat GGG. En otro ejemplo, las películas delgadas de Bi-YIG de 3 µ también se cultivaron sobre un sustrato GGG. En ambos casos, e método de la figura 2 fue usado para desprender las películas d cristal único de alta calidad de aproximadamente de 9 a 10 µm d grueso de los sustratos originales. Las películas de crista único fueron entonces unidas Van der Waals a los sustratos d crecimiento incompatible tal como los sustratos de silicio galio arsenido. El examen de contraste Faraday de los dominio magnéticos de las películas de cristal único no indican un cambi en la estructura de dominio y en la coercividad de los materiale de granate como un resultado del proceso de rebanado de ion d cristal .

Refiriéndonos de nuevo al método preferido de l figura 2, el paso de decapado químico puede sin embargo resulta en un daño de red residual, en hacer áspera la superficie o e fracturar la esquina de la superficie superior de la película d cristal único. Por ejemplo, usando un profilómetro d superficie, se ha mostrado el que seis horas de exposición baj condiciones de decapado típicas dan una aspereza promedio de 2 nm en el ejemplo de YIG/GGG de la figura 4. Además, l fracturación de esquina puede ocurrir durante el paso de decapad químico como se mostró por las líneas rotas de la figura 7B. Consecuentemente, las medidas de protección adicionales s requieren para hacer mínimo el daño a la película de crista único y para asegurar la producción de películas delgadas de alt calidad.

La figura 8 por tanto muestra un método preferid 80 para el rebanado de ion de cristal de una película de crista único desde una estructura de cristal por lo que el daño de re residual y el asperamiento de las superficies se minimiza mediante encapsulación. El método 80 incluye los pasos d implantar iones en una estructura de cristal para formar una cap de daño con el sustrato (Paso 82) , encapsulando la superfici superior de la película de cristal único (Paso 84) y decapand químicamente la capa de daño del sustrato (Paso 86) . De acuerd a un aspecto preferido de la presente invención, las esquinas d la película de cristal único 72 de la figura 7 están encapsulada con una cera derretida o una mezcla de Apiezon W para evitar l fracturación de la película de cristal único debido a el daño d red residual y a lo tosco de superficie causado por el paso d decapado químico subsecuente.

La figura 9 muestra un método preferido para e rebanado de ion de cristal de una película de cristal único d una estructura de cristal, por lo que el daño de red residual lo tosco de superficie se minimizan mediante un templado térmic rápido. El método 90 incluye los pasos de implantar iones en un estructura cristal para formar una capa de daño centro de sustrato (Paso 92) , un templado térmico rápido (Paso 94) y u decapado químico de la capa de daño desde el sustrato (Paso 96) .

Como se muestra en la figura 9, el paso d templado térmico rápido (Paso 94) se lleva a cabo después de paso de implantación de ion (Paso 90) pero antes del paso d decapado químico (Paso 96) . El templado térmico rápido sirv para reparar el daño residual sin comprometer la eficiencia de decapado húmedo subsecuente de la capa enterrada. Preferiblemente, un templado de 40 segundos a 700°C en el ga formador compuesto de 5% de hidrógeno y 95% de nitrógeno result en una superficie lisa y por tanto en películas de cristal únic de alta calidad. En contraste, un paso de templado d temperatura rápida llevado a cabo a temperaturas arriba de 800° es indeseable ya que éste perjudica significativamente la tasa d decapado de la capa enterrada mediante el templado del daño en l capa de sacrificio. Consecuentemente, el método de la figura incluyendo el paso de templado de temperatura rápido (94) llevad a cabo aproximadamente de 800 °C reducirá la tasa de decapad asociada con el paso de decapado químico subsecuente (Paso 96) e comparación a un método no incluyendo el paso de templado d temperatura rápida (Paso 94) .

Refiriéndonos de nuevo al método preferido de l figura 2, la duración del paso de decapado químico 24 e nominalmente de 24 a 48 horas dependiendo del tamaño de l película de cristal único que va a ser desprendida. Por ejemplo, para desprender completamente una sección de área de milímetr cuadrado de película de un sustrato, la estructura cristal deb ser expuesta al decapante por aproximadamente 24 a 48 horas.

Por tanto, como una alternativa más rápida a método de la figura 2, la figura 10 muestra otro método preferid 100 para rebanar de ion de cristal una película de cristal únic de ya sea un sustrato/epicapa o de una estructura de cristal granel, por lo que la estructura de cristal es expuesta a u aumento de temperatura rápido para efectuar el desprendimiento d la película de cristal única del sustrato compatible d crecimiento. El método 100 incluye los pasos de implantar ione en una estructura cristal abajo de la entrecara d epicapa/sustrato para formar una capa de daño dentro del sustrat compatible de crecimiento (Paso 100) y exponer la estructur cristal a un aumento de temperatura rápido como para efectuar e desprendimiento de la película de cristal única del sustrat compatible de crecimiento (Paso 102) . El paso 102 de exposició de la figura 10 incluye el elevar la temperatura de la estructur cristal de la temperatura ambiente a aproximadamente 750 °C 800 °C dentro de 60 segundos. El desprendimiento de la películ de cristal único es por tanto logrado mediante el mantener l temperatura de la estructura de cristal a aproximadamente 750° a 800°C por aproximadamente 60 segundos.

Como un paso adicional, la capa de daño puede se tratada químicamente durante o antes de la implantación de io con un gas químicamente incrementado, tal como gas de cloro líquido para mejorar el desprendimiento de la película de crista único. El tratamiento químico de la capa de daño también pued llevarse a cabo como para minimizar el grado de aumento d temperatura rápido requerido para efectuar el desprendimiento d la película de cristal único de la estructura cristal.

La figura 11 muestra un método preferido 110 par rebanar un ion de cristal de una película de cristal única desd una estructura de cristal por lo que la estructura de cristal e unida, directamente o indirectamente, a un segundo sustrato y s expone a un aumento de temperatura rápido para desprender l película de cristal única del sustrato compatible con e crecimiento. El método puede ser usado con la estructura crista de epicapa/sustrato de la figura 1A y como se muestra además e las figuras 12 y 13, o la estructura de cristal de granel de l figura IB .

Refiriéndonos de nuevo a la figura 11, el métod 110 incluye los pasos de implantar iones en la estructura crista para formar una capa de daño dentro de la estructura crista (Paso 110) uniendo la superficie superior de la película d cristal único, ya sea directamente o indirectamente, a un segund sustrato (Paso 112) y exponiendo la estructura cristal a u aumento de temperatura rápido como para efectuar e desprendimiento de una película de cristal única de la estructur de cristal (Paso 114) . Como con el método de la figura 10, e paso de exposición (Paso 114) incluye el elevar la temperatura d la estructura cristal de la temperatura ambiente aproximadamente 750 a 800°C en 60 segundos. El desprendimient de la película de cristal único es por tanto logrado mediante e mantener la temperatura de la estructura de cristal aproximadamente 750°C a 800°C por aproximadamente por 3 segundos .

El segundo sustrato de acuerdo al paso de unió (Paso 112) es unido ventajosamente en forma directa sobre l superficie superior de la estructura de cristal, preferiblement por la técnica de unión de sello directo como se describió po Yokoi y otros en "Tratamiento de calor mejorado para la unió directa de sello entre semiconductores y granates magnético", Diario de Japón de Física Aplicada, volumen 36, páginas 278 (1997) . El segundo sustrato puede ser un semiconductor tal com silicio o GaAs. Este método es ventajoso en el sentido de que l capa de película de cristal único permanece unida al segund sustrato después de que la película de cristal único e desprendida de la estructura cristal .

Alternativamente, el método de la figura 11 pued incluir el paso de aplicar una capa de unión de baja temperatur entre la superficie superior de la estructura cristal y e segundo sustrato. La función de la capa de unión de baj temperatura es de evitar el templado de la capa de daño sacrificio durante el procedimiento de desprendimiento. Est técnica es la misma sin importar si es usada una estructura d cristal a granel o un sustrato/epicapa.

La figura 12 muestra una estructura de crista modificada a 120 para usarse en el método preferido de la figur 11. Por vía de ejemplo y no de limitación, la estructura crista modificada 120 es similar a la estructura de cristal d sustrato/epicapa mostrado en la figura ÍA. La estructura d cristal modificada 120 incluye un primer sustrato compatible co el crecimiento 127, el segundo sustrato 128, una epicapa 12 colocada entre los sustratos primero y segundo 127 y 128, y un capa de daño 126 colocada en el primer sustrato 127 a un profundidad d desde la entrecara 125 entre la epicapa 124 y e segundo sustrato 128. Los sustratos primero y segundo 127 y 12 son preferiblemente unidos juntos mediante la unión directa. L epicapa 124 es preferiblemente una capa de un materia ferroeléctrico o de granate magnético montada entre el prime sustrato 120 tal como GGG u otro sustrato compatible con e crecimiento.

La figura 13 muestra otra estructura de crista modificada 130 para usarse en el método preferido de la figura 1 en donde el segundo sustrato 128 está unido indirectamente a l película de cristal único 124. Como se mostró en la figura 13, la estructura de cristal modificada 130, por vía de ejemplo, y n de limitación, incluye un primer sustrato compatible con e crecimiento 127, un segundo sustrato 128, una epicapa 12 colocada entre el primer sustrato 127, una capa de unión 13 colocada entre la epicapa 124 y el segundo sustrato 128, y un capa de daño 126 colocada en el primer sustrato 127 a un profundidad d de la entrecara 125 entre la epicapa 124 y e segundo sustrato 128.

Como se mostró en la figura 13, la epicapa 124 e preferiblemente una capa de granate magnético o de materia ferroeléctrico montada entre el primer sustrato 127 y el cual e preferiblemente un sustrato GGG u otro sustrato compatible d crecimiento. La capa de unión 132 es preferiblemente un materia de fundido de temperatura baja, tal como el vidrio de fundido d temperatura baja, el cual tiene un punto de fundido menor de 75 a 800 °C de placa de temperatura de los pasos 104 y 116 de la figuras 10 y 11, respectivamente.

Aún cuando la presente invención se ha descrito e relación con las incorporaciones particulares de la misma, s entenderá que tales incorporaciones son susceptibles d modificación y de variación sin departir del concepto inventiv descrito. Todas esas modificaciones y variaciones, por tanto, s intenta que sean incluidas dentro del espíritu y alcance de la reivindicaciones anexas .

Claims (43)

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Un método para desprender una película d cristal único de una estructura de cristal, dicho métod comprende los pasos de : implantar iones en dicha estructura de crista para formar una capa de daño dentro de dicha una profundidad d implantación abajo de una superficie superior de dicha estructur de cristal; y decapar químicamente dicha capa de daño par efectuar el desprendimiento de dicha película de cristal único d dicha estructura de cristal .

2. El método tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque dicha estructura de cristal e una estructura de cristal de epicapa/sustrato que tiene un epicapa de óxido de metal colocada sobre un sustrato compatibl con el crecimiento.

3. El método tal y como se reivindica en l cláusula 2, caracterizado porque el paso de implantación de io comprende el paso de implantar iones en el sustrato compatibl con el crecimiento para formar una capa de daño dentro de dich sustrato compatible con el crecimiento a dicha profundidad d implantación abajo de la superficie superior de dicha estructur de cristal de sustrato/epicapa.

4. El método tal y como se reivindica en l cláusula 2, caracterizado porque dicho paso de implantación d ion comprende el paso de implantar iones en dicha epicapa d óxido de metal para formar una capa de daño dentro de la epicap de óxido de metal de dicha profundidad de implantación abajo d dicha superficie superior de dicha estructura de cristal d sustrato/epicapa .

5. El método tal y como se reivindica en l cláusula 2, caracterizado porque dicha epicapa de óxido de meta es una capa de material de granate magnético.

6. El método tal y como se reivindica en l cláusula 2, caracterizado porque dicha epicapa de óxido de meta es una capa de un material ferroeléctrico.

7. El método tal y como se reivindica en l cláusula 2, caracterizado porque dicha estructura de cristal e una estructura de cristal de epicapa/sustrato que tiene un pluralidad de epicapas de óxido de metal colocadas dentro d dicho sustrato compatible con el crecimiento.

8. El método tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque dicha estructura de cristal e una estructura de cristal a granel que incluye un material d óxido de metal .

9. El método tal y como se reivindica en l cláusula 8, caracterizado porque dicho paso de implantación d ion comprende el paso de implantar iones en dicha estructura d cristal a granel para formar una capa de daño dentro de dich estructura de cristal a granel en dicha profundidad d implantación abajo de dicha superficie superior de dich estructura de cristal a granel .

10. El método tal y como se reivindica en l cláusula 8, caracterizado porque dicho material de óxido de meta es un material de granate magnético.

11. El método tal y como se reivindica en l cláusula 8, caracterizado porque dicho material de óxido de meta es un material ferroeléctrico.

12. El método tal y como se reivindica en l cláusula 11, caracterizado porque dicho material ferroeléctric es niobato de litio.

13. El método tal y como se reivindica en l cláusula 12, caracterizado porque dicho paso de decapad comprende el paso de aplicar ácido hidrofluórico diluido a l temperatura ambiente .

14. El método tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque dicho paso de implantació comprende el paso de proporcionar iones a un nivel de energí característico el cual determina dicha profundidad d implantación .

15. El método tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque dichos iones son ione elementales .

16. El método tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque dichos iones son ione químicamente reactivos.

17. El método tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque dicho paso de decapado químic comprende los pasos de : sumergir dicha capa de daño en un decapante; agitar dicho decapante; y mantener dicho decapante a una temperatura d decapado constante .

18. El método tal y como se reivindica en l cláusula 17, caracterizado porque dicha temperatura decapante e aumentada más arriba de la temperatura ambiente para lograr un tasa de decapado más rápida.

19. El método tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado además porque comprende el paso d encapsular dicha estructura de cristal antes del paso de decapado químico para hacer mínimo el daño a la película d cristal único en dicho paso de decapado químico.

20. El método tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado además porque comprende el paso d templar en forma térmica y rápida antes de dicho paso de decapad químico para hacer mínimo el daño a la película de cristal únic en dicho paso de decapado químico.

21. Un método para desprender una película d cristal único de una estructura de cristal, que comprende lo pasos de : implantar iones en dicha estructura de crista para formar una capa de daño dentro de dicha estructura d cristal a una profundidad de implantación abajo de una superfici superior de dicha estructura de cristal; y exponer dicha capa de daño a un aumento d temperatura rápido para efectuar el desprendimiento de l película de cristal único de dicha estructura de cristal.

22. El método tal y como se reivindica en l cláusula 21, caracterizado porque dicha estructura de cristal e una estructura de cristal de epicapa/sustrato que tiene un epicapa de óxido de metal colocada sobre un sustrato compatibl con el crecimiento.

23. El método tal y como se reivindica en l cláusula 22, caracterizado porque dicha epicapa de óxido de meta es una capa de material de granate magnético.

24. El método tal y como se reivindica en l cláusula 22, caracterizado porque dicha epicapa de óxido de meta es una capa de material ferroeléctrico.

25. El método tal y como se reivindica en l cláusula 21, caracterizado porque dicha estructura de cristal d metal es una estructura de cristal a granel que incluye u material de óxido de metal .

26. El método tal y como se reivindica en l cláusula 21, caracterizado porque dicho paso de exposició comprende los pasos de : aumentar la temperatura de dicha estructura d cristal de la temperatura ambiente a una temperatura dentro de u primer rango de temperatura; y mantener dicha temperatura de dicha estructura d cristal dentro de dicho primer rango de temperatura para efectua el desprendimiento de dicha película de cristal única desde dich estructura de cristal .

27. El método tal y como se reivindica en l cláusula 26, caracterizado porque dicho paso de aumento d temperatura se lleva a cabo por menos de 60 segundos.

28. El método tal y como se reivindica en l cláusula 26, caracterizado porque dicho paso de mantener l temperatura se lleva a cabo por aproximadamente 30 segundos.

29. El método tal y como se reivindica en l cláusula 26, caracterizado porque dicho primer rango d temperatura es de aproximadamente de 750°C a 800°C.

30. El método tal y como se reivindica en l cláusula 21, caracterizado además porque comprende el paso d tratar químicamente dicha capa de daño para incrementar e desprendimiento de dicha película de cristal único de dich estructura de cristal .

31. El método tal y como se reivindica en l cláusula 21, caracterizado porque dicho paso de exposición a l temperatura comprende el paso de fundir la temperatura baja dich capa de daño para efectuar el desprendimiento de dicha películ de cristal único desde dicha estructura de cristal.

32. El método tal y como se reivindica en l cláusula 30, caracterizado porque dicho paso de trata químicamente dicha capa de daño hace mínimo el grado de dich aumento de temperatura rápido requerido para efectuar e desprendimiento de dicha película de cristal única desde dich estructura de cristal .

33. El método tal y como se reivindica en l cláusula 32, caracterizado porque dicho paso de exposición a l temperatura comprende el paso de fundir a baja temperatura dich capa de daño para efectuar el desprendimiento de dicha películ de cristal única de dicha estructura de cristal .

34. Un método para desprender una película d cristal única de una estructura de cristal, dicho métod comprende los pasos de: implantar iones dentro de dicha estructura crista para formar una capa de daño dentro de dicha estructura crista en una profundidad de implantación abajo de dicha estructur cristal; unir dicha estructura cristal a dicho segund sustrato; y exponer dicha capa de daño a un aumento d temperatura rápido para efectuar el desprendimiento de dich película de cristal única desde dicha estructura cristal.

35. El método tal y como se reivindica en l cláusula 34, caracterizado porque la estructura de crista incluye un material de granate magnético.

36. El método tal y como se reivindica en l cláusula 34, caracterizado porque dicha estructura de crista incluye un material ferroeléctrico.

37. El método tal y como se reivindica en l cláusula 34, caracterizado porque dicho segundo sustrato es u material de fundido a baja temperatura.

38. El método tal y como se reivindica en l cláusula 34, caracterizado porque comprende los pasos de expone los pasos de: incrementar la temperatura de dicha estructura d cristal de la temperatura ambiente a una casi con el primer rang de temperatura; y mantener dicha temperatura de dicha estructura d cristal dentro de dicho primer rango de temperatura para efectua el desprendimiento de dicha película de cristal único de l estructura de cristal .

39. El método tal y como se reivindica en l cláusula 38, caracterizado porque dicho paso del aumento de l temperatura se lleva a cabo por menos de 60 segundos.

40. El método tal y como se reivindica en l cláusula 38, caracterizado porque dicho paso de mantenimiento d temperatura se lleva a cabo por aproximadamente 30 segundos.

41. El método tal y como se reivindica en l cláusula 38, caracterizado porque dicho primer rango d temperatura es de alrededor de 750 a 800°C.

42. El método tal y como se reivindica en l cláusula 34, caracterizado además porque comprende: el aplicar una capa de unión entre dich estructura de cristal y dicho segundo sustrato; y fundir dicha capa de unión para efectuar e desprendimiento de dicha película de cristal único de dich estructura de cristal .

43. El método tal y como se reivindica en l cláusula 42, caracterizado porque dicha capa de unión es u material de fundido de baja temperatura. R E S U E N Se proporciona un método para desprender un película de cristal único de un sustrato de bicapa o de un estructura de cristal a granel. El método incluye los pasos d implantar iones en la estructura de cristal para formar una cap de daño dentro de la estructura de cristal a una profundidad d implantación abajo de una superficie superior de la estructura d cristal y decapar químicamente la capa de daño para efectuar e desprendimiento de la película de cristal único de la estructur de cristal . El método de la presente invención es especialment útil para desprender las películas de óxido de metal de crista único de las estructuras de cristal de óxido de metal .