单晶压电层的制造方法和包含该层的微电子、光子或光学器件技术

本发明专利技术涉及制造作为单晶压电层的层(10)的方法，其特征在于，该方法包括：‑提供所述压电材料的供体衬底(100)，‑提供受体衬底(110)，‑将称为“胚层”(102)的层从所述供体衬底(100)转移至受体衬底(110)，‑对胚层(102)上的压电材料实施外延直至获得单晶压电层(10)所需的厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单晶压电层的制造方法和包含该层的微电子、光子或光学器件
本专利技术涉及单晶压电材料层、特别是应用于微电子、光子或光学器件的单晶压电材料层的制造方法。具体而言但并非限制，所述器件可以是用于射频应用的体声波器件或表面声波器件。
技术介绍
在射频领域中用于滤波的声学部件中，可以分为两类主要的滤波器：-第一，“表面声波”(SAW)滤波器；-第二，“体声波”(BAW)滤波器和谐振器；对这些技术的综述在W.Steichen和S.Ballandras的文章“Composantsacoustiquesutiliséspourlefiltrage–Revuedesdifférentestechnologies”(用于滤波的声学部件——各种技术的综述),Techniquesdel’Ingénieur,E2000,2008中给出。表面声波滤波器典型地包括厚压电层(换言之，厚度通常等于数百微米(μm))和沉积在所述压电层的表面上的叉指梳状的两个电极。施加至电极的电信号(通常为电压变化)被转化为弹性波，其在压电层的表面上传播。如果波的频率与滤波器的频带相对应，则弹性波的传播得到促进。该波在到达另一电极时再次被转化为电信号。体声波滤波器典型地包括薄压电层(换言之，厚度通常远小于1μm)和形成在所述薄层的各主面上的两个电极。施加至电极的电信号(通常为电压变化)被转化为弹性波，其传播经过压电层。如果此弹性波的频率与滤波器的频带相对应，则该弹性波的传播得到促进。该波在到达位于相反面上的电极时再次被转化为电压。在表面声波滤波器的情形中，压电层必须具有优异的晶体质量，从而不会造成表面波的衰减。因此在此情况下，优选使用单晶层。目前，工业上可使用的合适材料为石英、LiNbO3或LiTaO3。压电层通过切割来自所述材料之一的晶锭来获得，如果波必须基本上在表面上传播，则所述层的厚度所需的精度并不十分重要。在体声波滤波器的情形中，压电层必须在整个层中具有确定且均一的厚度，且必须受到精确控制。另一方面，由于晶体质量退至滤波器性能的重要参数的次一级别，目前对于晶体质量进行了妥协，并且长期以来认为多晶层是可接受的。因此，压电层通过在支持衬底(例如，硅衬底)上沉积而形成。目前，工业上用于这种沉积的材料是AlN、ZnO和PZT。因此，在两种技术中的材料选择极为有限。取决于滤波器制造商的规格，材料选择是在滤波器的不同性质间妥协的结果。理想的是能够使用除上文列出那些以外的更多材料，以便在体声波滤波器或表面声波滤波器的设计方面提供更多自由度。特别是，传统上用于表面声波滤波器的材料可以代表用于体声波滤波器的令人关注的替代品。然而，这迫使要获得这些材料的薄、均一且品质良好的层。第一种可能是利用抛光和/或蚀刻技术将从晶锭切割的厚层减薄。然而，这些技术导致材料的大量损失并且无法实现具有所需均一性的数百纳米厚的层。第二种可能是利用SmartCutTM型层转移，其通过在石英、LiNbO3或LiTaO3的供体衬底中建立弱化区从而界定待转移的薄层，通过将所述待转移层键合至支持衬底并将供体衬底沿弱化区从支持衬底剥离从而将薄层转移至支持衬底上来进行。然而，通过在供体衬底中的离子注入来建立弱化区损害转移的层并且使其压电晶体劣化。由于压电层的复杂晶体结构且损伤机制似乎不同于发生于硅中发生的机制所致，已知用于转移硅层的固化方法(特别是焙烧)并非总能完全修复所述压电层。最后，即使已对诸如蓝宝石等衬底进行了一些测试，但目前还没有合适的衬底(特别是具有适当的晶格参数)来以足够的品质通过异质外延形成以石英、LiNbO3或LiTaO3制成的单晶薄层。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是克服上述缺点，特别是设计由更大范围的材料制造用于微电子、光子或光学器件(具体而言但非限制，体声波器件或表面声波器件)的衬底的方法，特别是使得能够获得用于表面声波器件的材料的均一薄层(换言之，小于20μm厚，或甚至小于1μm厚)。而且，该方法必须还使得可以使用比现有体声波器件中可行的更广的多种多样的支持衬底。本专利技术公开了一种制造作为单晶压电层的层的方法，其特征在于，该方法包括：-提供所述压电材料的供体衬底，-提供受体衬底，-将称为“胚层”的层从所述供体衬底转移至受体衬底上，-对胚层上的压电材料实施外延直至获得单晶压电层所需的厚度。根据一个实施方式，胚层的转移包括以下步骤：-在供体衬底中形成弱化区从而界定待转移的胚层，-将供体衬底键合于受体衬底上，待转移的胚层处于界面处，-将供体衬底沿弱化区剥离从而将胚层转移至受体衬底上。弱化区可以通过在供体衬底中的离子注入而形成。优选地，压电材料选自石英和具有式LiXO3的化合物，其中X选自铌和钽。有利地，所述胚层的厚度小于2μm，且优选小于1μm。根据一个实施方式，在所述外延步骤前，将转移至受体衬底上的胚层的厚度的一部分去除。有利地，在所述外延步骤结束时，单晶压电层的厚度为0.2μm至20μm。根据一个实施方式，在受体衬底和胚层之间的界面处形成至少一个电绝缘层和/或至少一个导电层。根据一个特定实施方式，所述方法包括在外延后将单晶压电层的至少一部分转移至最终衬底。有利地，所述方法包括在所述转移至最终衬底的步骤之后去除胚层。有利地，受体衬底由半导体材料制成并且其包括位于胚层和受体衬底之间的中间富阱层。另一个目的涉及用于微电子、光子或光学器件的衬底，其包括处于受体衬底上的单晶压电层，其特征在于，压电层具有位于与受体衬底的界面处的第一部分和从该第一部分延伸的第二部分，并且第二部分的特性不同于第一部分的特性。另一个目的涉及制造体声波器件的方法，其包括在压电层相反的两个主面上形成电极，其特征在于，该方法包括利用如上所述的方法来制造所述压电层。另一个目的涉及体声波器件，其特征在于，该体声波器件包括能够通过如上所述的方法获得的压电层以及安置于所述层的两个相反主面上的两个电极。另一个目的涉及制造表面声波器件的方法，其包括在压电层的表面上形成两个叉指电极，其特征在于，该方法包括利用如上所述的方法来制造所述压电层。另一个目的涉及表面声波器件，其特征在于，该表面声波器件包括能够通过如上所述的方法获得的压电层以及安置于所述压电层的一面上的两个叉指电极。附图说明本专利技术的其它特征和优点将在阅读下文的具体描述后并参照附图而变得清楚可见，其中：-图1是表面声波滤波器的主截面图，-图2是体声波滤波器的主截面图，-图3A至3E示出了根据本专利技术的一个实施方式的单晶压电层的制造方法中的连续步骤；-图3F至3H示出了所述方法的可选的后续步骤。所示出的要素并不一定按比例绘制，以改善附图的可读性。此外，不同的图中由相同附图标记指定的要素是相同的。具体实施方式图1是表面声波滤波器的主视图。所述滤波器包括压电层10和沉积于所述压电层的表面上的两个叉指金属梳形式的两个电极12、13。在与电极12、13相反的一侧上，压电层承载在支持衬底11上。压电层10是单晶的，优选具有优异的晶体品质从而不会导致表面波的任何衰减。图2是体声波谐振器的主截面图。谐振器包括薄压电层(换言之，厚度通常小于2μm，且优选小于0.2μm)和安置于所述压电层10的各侧的两个电极12、13，由于本专利技术的制造方法，所述压电层10是单晶的。压电层10驻留在支持衬底11上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造作为单晶压电层的层(10)的方法，其特征在于，该方法包括：‑提供所述压电材料的供体衬底(100)，‑提供受体衬底(110)，‑将称为“胚层”(102)的层从所述供体衬底(100)转移至所述受体衬底(110)上，‑对所述胚层(102)上的压电材料实施外延直至获得所述单晶压电层(10)所需的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.22 FR 15630571.一种制造作为单晶压电层的层(10)的方法，其特征在于，该方法包括：-提供所述压电材料的供体衬底(100)，-提供受体衬底(110)，-将称为“胚层”(102)的层从所述供体衬底(100)转移至所述受体衬底(110)上，-对所述胚层(102)上的压电材料实施外延直至获得所述单晶压电层(10)所需的厚度。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述胚层(102)的转移包括以下步骤：-在所述供体衬底(100)中形成弱化区(101)从而界定待转移的胚层(102)，-将所述供体衬底(100)键合于所述受体衬底(110)上，待转移的胚层(102)处于界面处，-将所述供体衬底(100)沿所述弱化区(101)剥离，从而将所述胚层(102)转移至所述受体衬底(110)上。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述弱化区(101)通过在所述供体衬底(100)中进行离子注入而形成。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述压电材料选自石英和具有式LiXO3的化合物，其中X选自铌和钽。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述胚层(102)的厚度小于2μm，且优选小于1μm。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在所述外延步骤前，将转移至所述受体衬底(110)上的所述胚层(102)的厚度的一部分去除。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在所述外延步骤结束时，所述单晶压电层(10)的厚度为0.2μm至20μm。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在所述受体衬底和所述胚层之间的界面处形成至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁诺·吉瑟兰，I·拉杜，JM·贝斯奥谢，
申请(专利权)人：索泰克公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR