技术领域
[0001] 本
发明涉及用于制作成分AA’BO3的层的方法，其中，A和A’由从以下元素选择的至少一种元素构成：Li、Na、K、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl，并且B由从以下元素选择的至少一种元素构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl，该层尤其为压电的，具体用于应用于微
电子、
光子或光学装置。具体但以非限制性的方式，所述装置可以为用于射频应用的表面
声波器件或
体声波器件。
背景技术
[0002] 在用于射频领域中的滤波的声部件当中，可以划分为两个主要种类的
滤波器：
[0003] -一方面，表面声波(SAW)滤波器；
[0004] -另一方面，体声波(BAW)滤波器和
谐振器。
[0005] 对于这些技术的综述，可以参考W.Steichen和S.Ballandras的文章“Composants acoustiques utilisés pour le filtrage–Revue des différentes technologies”，Techniques de l’Ingénieur，E2000，2008年。
[0006] 表面声波滤波器通常包括厚压电层(也就是说，具有大体几百μm的厚度)和两个
电极，该两个电极为淀积在所述压电层的表面上的两个叉指金属梳的形式。施加于电极的电
信号(通常为
电压的变化)被转换成在压电层的表面上传播的弹性波。如果该弹性波的
频率对应于滤波器的
频率范围，则有利于波的传播。该波在到达另一个电极时再次转换成
电信号。
[0007] 体声波滤波器对于它们来说通常包括薄压电层(也就是说，具有大体远小于1μm的厚度)和设置在所述薄层的各主面上的两个电极。施加于电极的电信号(通常为电压的变化)被转换成传播穿过压电层的弹性波。如果该弹性波的频率对应于滤波器的频率范围，则有利于波的传播。该波在到达位于相反侧上的电极时再次转换成电信号。
[0008] 在表面声波滤波器的情况下，压电层必须具有优秀的结晶
质量，以不引起表面波的衰减。由此，在这种情况下将优选单晶层。目前，工业上可以使用的合适材料是
石英、LiNbO3或LiTaO3。压电层通过
铸锭切割所述材料中的一种来获得，在波必须基本上在压电层表面上传播的范围内，所述层的厚度所需的
精度不是非常重要。
[0009] 在体声波滤波器的情况下，压电层必须具有在层整体上均匀的确定厚度，并且必须以精确控制方式来实现。另一方面，结晶质量因此转换为用于滤波器性能的重要性的第二级别参数，当前对所述层的结晶质量进行折中，并且已经长时间认为多晶层是可接受的。由此，压电层通过在
支撑衬底(例如，
硅衬底)上淀积来形成。目前，工业上对于这种淀积采用的材料是AlN、ZnO以及Pb(ZrX,Ti1-X)O3(PZT)。
[0010] 由此，材料的选择在两种技术中非常有限。
[0011] 然而，根据滤波器的制造商的规格，材料的选择因滤波器的不同特性之间的折中而产生。具体地，压电材料的机电耦合系数是用于给定应用和给定部件架构的材料的选择的准则。
[0012] 例如，LiNbO3和LiTaO3是高度
各向异性的材料。耦合系数依赖于结晶取向，材料的特定取向的选择提供材料选择中的第一
自由度。这是为何可以根据大量结晶取向找到衬底的原因，取例如：X切割、Y切割、Z切割、YZ切割、36°旋转的Y轴、42°旋转的Y轴等。
[0013] 然而，除了选择特定结晶取向的可能性之外，本领域技术人员还在他们的处理时仅具有石英、LiNbO3以及LiTaO3来用于设计表面声波滤波器，这仅提供有限范围的参数来用于优化滤波器特性，即使多种其他材料可以在将来完成该列表，诸如例如
硅酸镧镓La3Ga5SiO14。
[0014] 为了提施主声波滤波器或表面声波滤波器的尺寸选择的较多自由度，将期望能够不另外不利地影响材料的质量的情况下，使用比以上所列材料多的材料，而。
发明内容
[0015] 本发明的一个目的是克服前述
缺陷并且尤其设想一种制作单晶层的方法，该层尤其为压电的，具体用于表面声波器件，表面声波器件由除了用于本
申请的材料之外的材料制成，具体通过使得可以获得用于表面声波器件的材料的薄(也就是说，具有小于20μm甚至小于1μm的厚度)且均匀的层来制成。而且，该方法还必须使得可以使用比现有体声波器件中更多种多样的支撑衬底。
[0016] 根据本发明，提出了一种用于制作成分AA’BO3的层的方法，其中，A由从以下元素选择的至少一种元素构成：Li、Na、K、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl，并且B由从以下元素选择的至少一种元素构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl，该方法的特征在于：该方法包括以下步骤：
[0017] -提供成分ABO3的施主衬底；
[0018] -通过减薄所述施主衬底形成成分ABO3的层；
[0019] -在减薄步骤之前和/或之后，将所述成分ABO3的层露出于介质，该介质含有与A属于同一元素列表的元素A’的离子，A’与A不同，使得所述离子渗透到所述层中以形成成分AA’BO3的层。
[0020] “成分ABO3的施主衬底”意指完全由ABO3构成的衬底或包括至少一层的该材料的衬底，并且在该衬底中，通过减薄所述衬底可以形成希望被转换成成分AA’BO3的层的成分ABO3的层。
[0021] 在A由两种或更多种元素构成的情况下，“元素A”通过扩展来指代构成A的所有元素。在这种情况下，表述“A’不同于A”表示元素A’与构成A的各个元素不同。
[0022] 以特别有利地方式，元素A’的离子通过离子交换机制渗透到层中。
[0023] 根据一个实施方式，含有元素A’的离子的介质是液体，并且层浸入所述液体的浴液中。
[0024] 例如，成分ABO3的层可以浸入包括含有元素A’的盐的
酸溶液的浴液中。
[0025] 根据另一个实施方式，含有元素A’的离子的介质为气相，并且层露出于所述气体。
[0026] 根据一个实施方式，元素A’的离子通过注入而渗透到层中，并且可以实施
热处理来使得所述离子扩散到所述层中。
[0027] 根据一个实施方式，含有元素A’的离子的介质为固相，所述介质的层淀积在成分ABO3的层(10)上。
[0028] 有利地，方法包括至少一个
退火步骤以帮助元素A’从介质扩散到成分ABO3的层。
[0029] 根据本发明的一个实施方式，成分ABO3的层是单晶的。
[0030] 根据一个实施方式，减薄施主衬底的步骤包括在施主衬底上涂敷受主衬底，成分ABO3的层处于界面处，以及将所述层转移到受主衬底上。
[0031] 涂敷受主衬底的步骤可以包括将所述衬底淀积在施主衬底上。
[0032] 另选地，涂敷受主衬底的步骤包括将所述衬底接合在施主衬底上。
[0033] 被转移到受主衬底上的层的厚度有利地小于20μm。
[0034] 根据一个特定实施方式，在受主衬底与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。
[0035] 根据一个实施方式，成分ABO3的层的厚度大于2μm，优选地大于20μm，在所述施主衬底(100)的减薄结束时所述层能够自立。
[0036] 减薄施主衬底可以包括以下步骤：
[0037] -在施主衬底中形成弱化区域，以限定出成分ABO3的层；以及
[0038] -沿着弱化区域从施主衬底分离。
[0039] 所述弱化区域有利地是通过在施主衬底中注入离子来形成的。
[0040] 根据特定实施方式，元素A是锂，并且元素A’是钠和/或
钾。元素B然后有利地可以是铌和/或钽。
[0041] 本发明还涉及一种用于制作体声波器件的方法，其包括以下步骤：在压电层的两个相反的主面上形成电极，该方法的特征在于：该方法包括以下步骤：通过如上所述的方法制作所述压电层。
[0042] 本发明还涉及一种用于制作表面声波器件的方法，其包括以下步骤：在压电层的表面上形成两个叉指电极，该方法的特征在于：该方法包括以下步骤：通过如上所述的方法制作所述压电层。
附图说明
[0043] 本发明的其他特性和优点将参照附图从下面的详细描述变得清楚，附图中：
[0044] -图1A至图1F示意性例示了根据本发明的一个实施方式的用于制作成分AA’BO3的单晶层的方法的步骤；
[0045] -图2是表面声波滤波器的剖面原理图；
[0046] -图3是体声波滤波器的剖面原理图；
[0047] 出于附图的易读性的原因，所例示的元素不是必须等比例表示。此外，在不同附图中由相同附图标记
指定的元件相同。
具体实施方式
[0048] 一般而言，通过减薄成分ABO3的施主衬底来形成成分ABO3的层。所述减薄可以由任意合适的技术来进行，当中可以列举：智能切割(Smart CutTM)，由于智能切割，通过在施主衬底中注入离子物质来形成限定出感关注层的弱化区域；能够被采用的形成弱化区域的任意其他技术；或相反实施蚀刻施主衬底以仅保存关注层的一个或更多个步骤。
[0049] 如果层足够厚，则它可以为自立的，也就是说，不需要为了具有足够的机械强度而涂敷在加劲衬底上。
[0050] 另选地，尤其在层薄时，施主衬底的减薄之前是在施主衬底上涂敷受主衬底的步骤。涂敷所述受主衬底尤其可以通过在施主衬底上接合或淀积来进行。
[0051] 从从而获得的成分ABO3的层开始，获得AA’BO3型的较复杂成分的层，其中，A’与A属于同一元素列表，但与A不同。获得这种层假定将成分ABO3的层露出于包括元素A’的离子的介质，以使得所述离子的至少一部分渗透到该层中。
[0052] 将初始成分ABO3的层转换成成分AA’BO3的层有利地涉及玻璃领域中之用的离子交换机制。例如，已知通过实施由将特定玻璃分别浸入例如AgNO3或KNO3的熔盐的浴液中构成的处理，用Ag+或K+离子代替存在于玻璃中的Na+离子的一部分。类似地，本发明可以通过将转换成较复杂成分的层的层露出于包含元素A’的离子的介质来实施，希望用元素A’的离子来使所述层富集，所述介质可以为液态(例如，包括元素A’的盐的酸溶液的浴液)、气态或固态。
[0053] 参照图1A至图1D，考虑根据实施智能切割(Smart CutTM)方法的一个实施方式的一种用于制作成分AA’BO3的层的方法，该方法包括以下步骤：
[0054] -提供成分ABO3的施主衬底；
[0055] -通过在施主衬底100中注入离子物质(例如，氢和/或氦)形成弱化区域101，以限定出要转移的层10(参照图1A)；
[0056] -在施主衬底100上涂敷受主衬底110，要转移的层10处于界面处(参照图1B)；
[0057] -沿着弱化区域101从施主衬底100分离，以将层10转移到受主衬底110(参照图1C)。
[0058] 在智能切割方法的另选方案(未例示)中，将层10转移到受主衬底可以通过将施主衬底100由其与接合界面相反的面向下减薄至要转移的层10来进行。该减薄可以涉及至少一个蚀刻、化学机械
抛光和/或另一适当技术。
[0059] 施主衬底可以为所考虑材料的体衬底。另选地，施主衬底可以是复合衬底，也就是说，由至少两层不同材料的堆形成，其中，表
面层由所考虑材料构成。
[0060] ABO3结构当中特别关注的压电材料是
钙钛矿和可比较材料。然而，对这些材料的关注点不限于它们的压电特性。尤其对于例如联系到集成光学的其他应用，还可以在依赖于情况而需要这些材料的
介电常数、它们的折射指数或相反它们的热电、
铁电或相反铁磁特性时关注这些材料。几大族突出。它们中的一个尤其源于以ABO3型的通用化学式结束的二元材料，诸如LiNbO3、LiTaO3、KNbO3、KTaO3，其中，A由以下元素中的一种或更多种构成：Li、Na、K，并且B由以下元素中的一种或更多种构成：Nb、Ta、Sb、V。另一大族尤其源于以ABO3型的通用化学式结束的SrTiO3、CaTiO3、SrTiO3、PbTiO3、PbZrO3，其中，A由以下元素中的一种或更多种构成：Ba、Ca、Sr、Mg、Pb、La、Y，并且B由以下元素中的一种或更多种构成：Ti、Zr、Sn。其他不那么普遍的族可以源于BiFeO3或相反LaMnO3、BaMnO3、SrMnO3或相反LaAlO3或相反LiAlO3、LiGaO3或相反CaSiO3、FeSiO3、MgSiO3或相反DyScO3、GdScO3以及TbScO3。
[0061] 最后，可以通过考虑以下元素来总结：A由从以下元素选择的以下元素中的一种或更多种构成：Li、Na、K、Ca、Mg、Ba、Sr、Pb、La、Bi、Y、Dy、Gd、Tb、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Ho、Zr、Sc、Ag、Tl，并且B由从以下元素选择的以下元素中的一种或更多种构成：Nb、Ta、Sb、Ti、Zr、Sn、Ru、Fe、V、Sc、C、Ga、Al、Si、Mn、Zr、Tl。
[0062] 这些材料中的一些是单晶的；其他不是单晶的。
[0063] 施主衬底的结晶性质和成分由本领域技术人员根据要转移的层的目的地来选择。
[0064] 受主衬底具有对所转移的层进行机械支撑的功能。它可以具有任意性质，并且有利但不必须适于目标应用，所转移的层可选地能够稍后转移到另一衬底上。受主衬底可以为
块或复合的。
[0065] 根据一个实施方式，在施主衬底上涂敷受主衬底通过接合来进行。
[0066] 另选地，在施主衬底上涂敷受主衬底通过在施主衬底上淀积受主衬底来进行。可以使用任意合适的淀积技术，诸如例如但以非限制性方式，蒸
镀、
阴极溅射、
气溶胶溅射、化学
相位沉积、
电沉积、刷涂、旋转涂布、上漆、丝网印刷、浸入。这种解决方案对补偿施主衬底对于受主衬底的差的接合是特别有利的。
[0067] 可选地，方法包括以下步骤：在受主衬底110与要转移的层10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(未示出)。
[0068] 在层10足够厚以在上面承担特定机械强度的情况下，尤其是在沿着弱化区域分离的操作期间或在其稍后的使用期间，则可以省略涂敷受主衬底的步骤。层10然后在它从施主衬底的剩余部分分离之后被称为自立。在这种情况下，层10的厚度通常大于2μm，优选地大于20μm，并且离子种类的注入
能量大于1MeV。
[0069] 不管初始成分ABO3的层10是自立还是转移到受主衬底110，其都接着转换成成分AA’BO3的层，其中，A’是与A属于同一列表但与A不同的元素。
[0070] 所转移的层10的成分的该
修改通过将所述层(并且可选地为支撑它的受主衬底的整体)露出于包括元素A’的离子的介质M来进行(参见图1D)。
[0071] 该露出具有以下效果：使得元素A’的离子从介质M迁移到所转移的层10，从而使所转移的层富集元素A’。
[0072] 可选地，位于层10中的元素A的
原子可以迁移到介质M。
[0073] 类似地，如果获得层10需要实施在元素A的原子的
位置处注入存在于所转移的层中的氢原子的H+离子，则所述氢原子可以迁移到介质M。反向质子交换型机制在该迁移中起作用。在Yu.N.Korkishko等人的标题为“Reverse proton exchange for buried
waveguides in LiNbO3”，J.Opt.Soc.Am.A，第15卷，第7期，1998年7月的文章中，关于与本发明所解决的完全不同的应用，描述了反向质子交换。
[0074] 根据一个实施方式，在减薄施主衬底的步骤之前，将层10露出于介质M，从而在被转移到受主衬底上或被形成为自立层(如果需要)之前层10具有成分AA’BO3。
[0075] 可选地，露出于介质M的步骤可以在减薄施主衬底之前和之后实施。
[0076] 此外，可以通过将层10连续露出于各包括不同元素A’的离子的不同介质来将元素A’插入到所述层中。由此，可以获得具有复杂成分的层10，该复杂成分具有元素A属于的列表的若干元素。
[0077] 离子交换型机制起到使元素A’的离子迁移到初始成分ABO3的层中的作用。
[0078] 介质M可以为液体，在这种情况下，所转移的层被浸入所述液体的浴液中。
[0079] 另选地，介质M可以为气态的，在这种情况下，所转移的层被置入含有所述气体的密闭罩中。
[0080] 本领域技术人员能够根据层的期望组成来定义该密闭罩的工作条件，尤其为介质的组成、露出的持续时间和
温度。
[0081] 根据图1E所例示的一个特定实施方式，露出于介质的步骤可以通过将元素A’的
离子注入到所转移的层中来进行(该注入由箭头来示意性示出)。因为注入导致注入在层的确定深度处的离子的峰值，所以其后需要进行热处理，该热处理旨在使得所述离子扩散到层的整个厚度以使其组分均匀。这种退火还使得可以修复由于注入产生的结晶缺陷。该退火通常紧接着注入之后进行。在特定情况下，退火在注入步骤本身期间开始，尤其在经受注入的衬底在对应能通量的露出下升温的时候开始。但退火还可以在方法步骤的排序中稍后发生。从而可以在注入步骤与退火步骤之间嵌入其他步骤，诸如例如，表面
钝化层的剥离、或相反抛光步骤、蚀刻步骤或相反层转移操作。而且，退火可以在多个阶段中进行，这些阶段可以在整个方法的不同步骤期间展开。注入可以为传统类型，也就是说，在该注入中，离子以被
加速到特定能量(通常为几十至几百keV)的离子束的形式来运送。另选地，注入可以由
等离子体浸入来进行，等离子体浸入使得可以在所转移的层的表面附近快速注入高剂量的A’离子。这些技术为本领域技术人员所知。
[0082] 根据另一另选方案，介质M可以为固相，并且所转移的层10通过在层10上淀积所述介质的层来露出于所述介质(参照图1F)。在所述
中间层不阻挡元素A从构成介质M的层到层10的迁移的范围内，“在……上”在这里被拿来意指与所述层10直接
接触或借助由不同材料形成的一个或更多个层。通过一个或更多个退火步骤，使得元素A的离子可以更好渗透到层
10中。在操作结束时(可选地在两个连续的退火步骤之间)可以去除含有元素A的所淀积层。
[0083] 在本文的剩余部分中，以初始成分LiXO3的层为例，其中，X是铌和/或钽。换言之，在该非限制性示例中，元素A是锂，并且元素B是铌和/或钽，应理解的是，本领域技术人员能够定义用于以上列举的其他材料的合适条件。
[0084] 为了将初始成分LiXO3的层变换成成分LiKXO3或LiNaXO3的层，将所述层露出于钾或钠盐的酸溶液。
[0085] 本领域技术人员能够根据针对所转移的层的组成来定义该密闭罩的工作条件，尤其为介质的组成、露出的持续时间和温度。
[0086] 可选地，在富集元素A’的步骤之前，去除被转移到受主衬底上的层的厚度的一部分。该去除可以由
化学机械抛光、蚀刻或任意其他合适的技术来进行。
[0087] 下文中描述根据本发明修改的组成的层10的两个应用。
[0088] 图2是表面声波滤波器的原理图。
[0089] 所述滤波器包括压电层10和淀积在所述压电层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相反的侧上，压电层支承在支撑衬底11上。压电层10为单晶的，优秀的结晶质量实际上是必要的以不引起表面波的衰减。
[0090] 图3是体声波谐振器的原理图。
[0091] 谐振器包括薄的压电层(也就是说，具有通常小于1μm优选小于0.2μm的厚度)和设置在所述压电层10的任一侧上的两个电极12、13。压电层10支承在支撑衬底11上。为了将谐振器与衬底绝缘且从而避免波在衬底中传播，在电极13与衬底11之间插入了布拉格镜14。另选地(未例示)，该绝缘可以通过在衬底与压电层之间设置腔来实现。这些不同结构为本领域技术人员所知，由此在本文中不详细描述。
[0092] 在特定情况下，受主衬底对于最终应用可能不是最佳的。则可以有利的是通过将层10接合在最终衬底(未表示)上并由任意合适的技术去除受主衬底来将层转移到所述最终衬底，该最终衬底的特性是根据目标应用来选择的。
[0093] 在希望制作表面声波器件的情况下，在层10与受主衬底110相反或者如果需要则与最终衬底(不管是受主衬底110还是最终衬底111，所述衬底形成在图2中被标记为11的支撑衬底)相反的表面上淀积为两个叉指梳子形式的金属电极12、13。
[0094] 在希望制作体声波器件的情况下，需要对上述方法进行改造。一方面，在图1B所例示的接合步骤之前，在施主衬底的要转移层10的自由面上淀积第一电极，该第一电极(参照图3中的13)被埋设在最终堆中。在图1C所例示的转移步骤之后，在层10与第一电极相反的自由面上淀积第二电极(参照图3中的12)。另一选项是如以上提及的将层10转移到最终衬底上，并且在所述转移之前和之后形成电极。另一方面，为了避免声波在受主衬底110中传播，可以在其中集成绝缘装置，例如，在受主衬底或最终衬底(如果需要)中预先蚀刻的布拉格镜(如图3例示)或腔。
[0095] 最后，已经给出的示例当然仅是特定例示，并不关于本发明的应用领域限制。
[0096] 参考文献
[0097] W.Steichen和S.Ballandras,Composants acoustiques utilisés pour le filtrage–Revue des différentes technologies,Techniques de l’Ingénieur,E2000,
2008年。
[0098] Yu.N.Korkishko等人,Reverse proton exchange for buried waveguides in LiNbO3,J.Opt.Soc.Am.A，第15卷，第7期，1998年7月。
