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WO2017108994A1 - Procede de fabrication d'une couche monocristalline, notamment piezoelectrique - Google Patents

Procede de fabrication d'une couche monocristalline, notamment piezoelectrique Download PDF

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WO2017108994A1
WO2017108994A1 PCT/EP2016/082245 EP2016082245W WO2017108994A1 WO 2017108994 A1 WO2017108994 A1 WO 2017108994A1 EP 2016082245 W EP2016082245 W EP 2016082245W WO 2017108994 A1 WO2017108994 A1 WO 2017108994A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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layer
substrate
composition
monocrystalline
donor substrate
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/082245
Other languages
English (en)
Inventor
Bruno Ghyselen
Jean-Marc Bethoux
Original Assignee
Soitec
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Publication date
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Priority to US16/064,416 priority patent/US11101428B2/en
Priority to SG11201805382SA priority patent/SG11201805382SA/en
Priority to KR1020187021267A priority patent/KR102681655B1/ko
Priority to JP2018532582A priority patent/JP6816147B2/ja
Priority to CN201680080405.8A priority patent/CN108603305A/zh
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Priority to US17/396,374 priority patent/US20210367139A1/en

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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a monocrystalline layer, in particular a piezoelectric layer, in particular for application to a microelectronic, photonic or optical device.
  • said device may be a surface acoustic wave device or a volume acoustic wave device for radiofrequency applications.
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • Surface acoustic wave filters typically comprise a thick piezoelectric layer (that is to say generally of several hundred ⁇ thickness) and two electrodes in the form of two interdigitated metal combs deposited on the surface of said piezoelectric layer .
  • An electrical signal typically a voltage variation, applied to an electrode is converted into an elastic wave propagating on the surface of the piezoelectric layer. The propagation of this elastic wave is favored if the frequency of the wave corresponds to the frequency band of the filter. This wave is again converted into an electrical signal by reaching the other electrode.
  • Volume acoustic wave filters typically comprise a thin piezoelectric layer (that is to say a thickness generally substantially less than 1 ⁇ ) and two electrodes arranged on each major face of said thin layer.
  • An electrical signal typically a voltage variation, applied to an electrode is converted into an elastic wave that propagates through the piezoelectric layer. The propagation of this elastic wave is favored if the frequency of the wave corresponds to the frequency band of the filter. This wave is again converted into an electrical signal by reaching the electrode on the opposite side.
  • the piezoelectric layer must have excellent crystalline quality so as not to cause attenuation of the surface wave. In this case, therefore, a monocrystalline layer will be preferred.
  • suitable materials used industrially are quartz, LiNb0 3 or LiTa0 3 .
  • the piezoelectric layer is obtained by cutting an ingot of one of said materials, the precision required for the thickness of said layer being insignificant insofar as the waves must propagate essentially on its surface.
  • the piezoelectric layer In the case of volume acoustic wave filters, the piezoelectric layer must have a determined and uniform thickness over the entire layer in precisely controlled manner. On the other hand, the crystalline quality being secondary to the criteria of importance for the performance of the filter, compromises are currently made on the crystalline quality of said layer and a polycrystalline layer has long been considered acceptable.
  • the piezoelectric layer is thus formed by deposition on a support substrate (for example a silicon substrate).
  • a support substrate for example a silicon substrate.
  • the materials used industrially for such a deposit are AIN, ZnO and Pb (Zr x , Ti 1-x ) 03 (PZT).
  • the choice of a material results from a compromise between different properties of the filter, depending on the specifications of the filter manufacturer.
  • the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric materials are criteria for choosing the material to be used for a given application and a given component architecture.
  • LiNbO 3 and LiTaO 3 are highly anisotropic materials. Since the coupling coefficient depends on the crystalline orientation, the choice of a particular orientation of the material offers a first degree of freedom in the choice of material. This is the reason why one can find substrates according to a multiplicity of crystalline orientations, for example, and according to an Anglo-Saxon terminology: X-cut, Y-cut, Z-cut, YZ-cut, 36 ° rotated Y axis, 42 ° rotated Y axis, ...
  • An object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks and in particular to design a method for manufacturing a monocrystalline layer, in particular a piezoelectric layer, in particular for a surface acoustic wave device, other materials than the materials used for this application, in particular by making it possible to obtain thin layers (that is to say thickness less than 20 ⁇ , or even less than 1 ⁇ ) and uniform materials used for surface acoustic wave devices. Moreover, this method must also make it possible to use a greater variety of support substrates than in existing volume acoustic wave devices.
  • a method of manufacturing a monocrystalline layer characterized in that it comprises the following successive steps:
  • A is at least one of Li, Na, K, H;
  • B is at least one of: Nb, Ta, Sb, V;
  • seed layer of the donor substrate on the receiving substrate by bonding the donor substrate on the receiving substrate so that the seed layer is at the bonding interface and then thinning of the donor substrate until said seed layer;
  • a ' consists of at least one of Li, Na, K, H;
  • B ' consists of at least one of the following: Nb, Ta, Sb, V;
  • a ' is different from A or B' is different from B.
  • layer located at the bonding interface is meant a layer located on the side of the face of a first substrate which is bonded to a second substrate but does not necessarily imply direct contact between said layer and the second substrate .
  • said layer can be glued directly to the second substrate or be covered with a bonding layer, for example dielectric, or any other type of layer, through which the bonding takes place.
  • A is different from A is meant that A and A 'consist of different elements and / or the same element (s) but in different stoichiometric proportions.
  • a ' comprises at least one element in common with A, and / or B' comprises at least one element in common with B.
  • A comprises at least one element in common with A ", it is understood that the same element (or several elements) is at the same time in A and in A ', in identical or different stoichiometric proportions.
  • a ' is identical to A when B' is different from B
  • B ' is identical to B when A is different from A.
  • a ' is identical to A is meant that A' and A are made of the same element or elements and in the same stoichiometric proportions.
  • A consists of a single element and B consists of a single element.
  • the transfer of the seed layer comprises the following steps:
  • part of the thickness of the transferred seed layer can be removed on the receiving substrate.
  • the thickness of the seed layer is less than 2 ⁇ , preferably less than 1 ⁇ .
  • the receiving substrate is advantageously of semiconductor material, and comprises an intermediate charge trapping layer located between the seed layer and the receiving substrate.
  • Another subject of the invention relates to a method for manufacturing a monocrystalline layer, characterized in that it comprises the following successive steps:
  • a ' consists of one or more of Li, Na, K, H;
  • B ' consists of one or more of the following: Nb, Ta, Sb, V;
  • A consists of one or more of the following: Li, Na, K, H;
  • B "consists of one or more of the following: Nb, Ta, Sb, V;
  • epitaxial growth is carried out on said composition material A “B” O 3 , a monocrystalline layer of composition A "'B'"0 3 , where
  • a '" consists of one or more of Li, Na, K, H;
  • B ' consists of one or more of the following: Nb, Ta, Sb, V.
  • a '" is different from A" or B' "is different from B".
  • the transfer of said at least a part of the epitaxial layer of composition A "B" O 3 onto the receiving substrate comprises the following steps:
  • the weakening zone is formed in the donor substrate and, after the transfer step, the transferred layer is thinned so as to expose the composition material A "B" O 3 .
  • a "is different from A 'or B" is different from B'.
  • A “comprises at least one element in common with A ', and / or B" comprises at least one element in common with B'.
  • A is the same as A 'when B" is different from B'
  • B is the same as B 'when A” is different from A'
  • a ' consists of a single element and B' consists of a single element.
  • the weakening zone is formed by ion implantation in the donor substrate.
  • the thickness of the monocrystalline layer of composition A "B" O 3 is between 0.2 and 20 ⁇ .
  • At least one electrically insulating layer and / or at least one electrically conductive layer may be formed at the interface between the receiving substrate and the donor substrate.
  • said method comprises transferring at least a portion of the monocrystalline layer of the receiving substrate to a final substrate.
  • a substrate for a microelectronic, photonic or optical device characterized in that it comprises a support substrate and a monocrystalline layer of composition A "B" O 3 on said support substrate, where
  • A consists of one or more of the following: Li, Na, K, H;
  • B "consists of one or more of the following: Nb, Ta, Sb, V;
  • At least one of A "and B" consists of at least two elements
  • composition A'B'0 3 a layer of composition A'B'0 3 , where
  • a ' consists of at least one of: Li, Na, K, H, and
  • B ' consists of at least one of: Nb, Ta, Sb, V,
  • said substrate further comprises, on the composition layer A "B” O 3 , a monocrystalline layer of composition A "B '" O 3 , where
  • a '" consists of one or more of Li, Na, K, H;
  • B ' consists of one or more of the following: Nb, Ta, Sb, V.
  • Another object relates to a method for manufacturing a surface acoustic wave device comprising the deposition of electrodes on the surface of a monocrystalline piezoelectric layer, characterized in that it comprises the manufacture of said piezoelectric layer by a method such as as described above.
  • Another object relates to a surface acoustic wave device characterized in that it comprises a monocrystalline piezoelectric layer that can be obtained by a method as described above, and two electrodes appearing on the surface of said monocrystalline piezoelectric layer. .
  • Another object relates to a method for manufacturing a volume acoustic wave device comprising depositing electrodes on two opposite faces of a monocrystalline piezoelectric layer, characterized in that it comprises the fabrication of said piezoelectric layer by a method as described above.
  • Another object relates to a bulk acoustic wave device, characterized in that it comprises a monocrystalline piezoelectric layer that can be obtained by a method as described above, and two electrodes arranged on two opposite faces of said piezoelectric layer. monocrystalline.
  • Another object of the invention relates to a micro-sensor adapted to measure a deformation generated by an external stress, characterized in that it comprises a monocrystalline piezoelectric layer that can be obtained by a method described above.
  • Another object of the invention relates to a micro-actuator adapted to generate a deformation of an element or a displacement of a moving part by the application of a continuous or variable electric field, characterized in that it comprises a diaper piezoelectric monocrystalline obtainable by a method described above .
  • FIG. 1 is a principle view in section of a surface acoustic wave filter
  • FIG. 2 is a basic sectional view of a volume acoustic wave filter
  • FIGS. 3A to 3E illustrate successive steps of a method for manufacturing a monocrystalline layer according to a first embodiment of the invention
  • FIGS. 4A to 4E illustrate successive steps of a method of manufacturing a monocrystalline layer according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4F illustrates an additional step implemented in a variant of the embodiment illustrated in FIGS. 4A to 4E;
  • FIGS. 5A to 5C illustrate subsequent optional steps of said method.
  • the elements illustrated are not necessarily represented on the scale.
  • the elements designated by the same reference signs in different figures are identical.
  • Figure 1 is a basic view of a surface acoustic wave filter.
  • Said filter comprises a piezoelectric layer 10 and two electrodes 12, 13 in the form of two interdigitated metal combs deposited on the surface of said piezoelectric layer.
  • the piezoelectric layer rests on a support substrate 1 1.
  • the piezoelectric layer 10 is monocrystalline, an excellent crystalline quality being indeed necessary not to cause attenuation of the surface wave.
  • Figure 2 is a basic view of a volume acoustic wave resonator.
  • the resonator comprises a thin piezoelectric layer (that is to say a thickness generally less than 1 ⁇ , preferably less than 0.2 ⁇ ) and two electrodes 12, 13 arranged on either side of said piezoelectric layer. 10 which, thanks to the manufacturing method according to the invention, is monocrystalline.
  • the piezoelectric layer 10 rests on a support substrate 1 1.
  • a Bragg mirror 14 is interposed between the electrode 13 and the substrate 1 1. Alternatively (not shown), this insulation could be achieved by providing a cavity between the substrate and the piezoelectric layer.
  • the invention proposes the formation of the monocrystalline layer, in particular piezoelectric layer, by means of an epitaxy on a material of a donor substrate, serving as seed for epitaxy, until obtaining the desired thickness for the monocrystalline layer, and a transfer to a recipient substrate, said transfer being able to be carried out before the epitaxy (in which case a surface layer of the donor substrate, called the seed layer, is transferred to the receiving substrate) or after epitaxy (in which case at least a part of the epitaxial layer is transferred to the receiving substrate).
  • the donor substrate may be a solid monocrystalline substrate of the material under consideration.
  • the donor substrate may be a composite substrate, that is to say formed of a stack of at least two layers of different materials, a surface layer is made of the monocrystalline material considered.
  • the piezoelectric materials of particular interest are the perovskite and assimilated materials of structure AB0 3 .
  • the interest that can be brought to these materials is not limited to their piezoelectric character.
  • A consists of one or more of the following among: Li, Na, K, H, and B consists of one or more of: Nb, Ta, Sb, V.
  • the receiving substrate has a function of mechanical support of the seed layer. It can be of any kind adapted to the implementation of epitaxy (especially in terms of temperature resistance) and, advantageously but not imperatively, adapted to the intended application. It can be massive or composite.
  • At least one intermediate layer may be interposed between the receiving substrate and the seed layer.
  • such an intermediate layer may be electrically conductive or electrically insulating.
  • the skilled person is able to choose the material and the thickness of this layer depending on the properties it wishes to confer on the radiofrequency device intended to understand the piezoelectric layer.
  • the receiving substrate may be of semiconductor material. It may be for example a silicon substrate.
  • This conductive material comprises a trap-rich intermediate layer (which can be translated into French as a "charge trap” layer), which can be either formed on the receiving substrate or formed on the surface of the substrate. recipient.
  • Said trap-rich intermediate layer is thus located between the seed layer and the receiving substrate and improves the electrical insulation performance of the receiving substrate.
  • Said trap-rich intermediate layer may be formed by at least one of the polycrystalline, amorphous or porous materials, in particular polycrystalline silicon, amorphous silicon or porous silicon, without being limited to these materials.
  • the method comprises a transfer of the seed layer of a donor substrate onto a support substrate, followed by the aforementioned epitaxial step.
  • the material of the seed layer is advantageously a material of composition AB0 3 , where A consists of at least one of: Li, Na, K, H, and B consists of at least one of : Nb, Ta, Sb, V.
  • each of A and B consists of a single element.
  • the epitaxial layer advantageously has a composition different from the composition of the seed layer, of the type A'B'0 3 where A 'consists of one or more of the following elements: Li, Na, K, H; B 'consists of one or more of the following: Nb, Ta, Sb, V; A is different from A or B 'is different from B.
  • A'B'0 3 can have the formula Li ⁇ K ⁇ X2 Nb y2 Tai -y2 0 3 , where 0 ⁇ x2 ⁇ 1 and 0 ⁇ y2 ⁇ 1 and where x2 is different from x1 or y2 is different from y1.
  • such a composition is called ternary; in the case where the total number of elements constituting A and B 'is equal to 4, such a composition is called quaternary.
  • ternary or quaternary materials are not, except exception, obtained by drawing an ingot but must be obtained by epitaxy on a suitable support to be of sufficient quality to the desired dimensions.
  • compositions AB0 3 and AB'0 3 above wherein A 'comprises at least one element in common with A, and / or B' comprises at least one element in common with B, this element in common being advantageously predominantly in the composition of A or B. More preferably, the compositions AB0 3 and A'B'0 3 above in which A 'is identical to A when B' is different from B, and B 'is identical to B when A 'is different from A.
  • A' may be substantially the same as A, or B 'substantially the same as B, when the content of a major element of A or B varies slightly (for example, when A is Li and A is Li 0 , 9Na 0 , i or when B is Ta 0 , 5Nb 0 , 5 and B 'is Ta 0 , 6Nb 0 , 4) -
  • the epitaxial step is performed before the transfer step.
  • the material of the seed donor donor substrate for epitaxy is a material of composition A'B'0 3 where A 'consists of one or more of Li, Na, K, H; B 'consists of one or more of the following: Nb, Ta, Sb, V.
  • the epitaxial layer has a composition of type A "B" 0 3 where A "consists of one or more of following elements: Li, Na, K, H; B "consists of one or more of the following elements: Nb, Ta, Sb, V ..
  • the seed layer has a composition Li x1 K 1-x 1 Nb y where i0 3 , where 0 ⁇ x1 ⁇ 1 and 0 ⁇ y1 ⁇ 1 and the epitaxial layer has a composition Li X2 K 1-x2 Nby 2 Tai-y 2 0 3 , where 0 ⁇ x2 ⁇ 1 and 0 ⁇ y2 ⁇ 1.
  • the material of the epitaxial layer is different from that of the seed layer (in other words, A 'is different from A "or B' is different B", i.e. the above example, x1 is different from x2 or y1 is different from y2).
  • composition A'B'0 3 binary and a material of composition A "B" 0 3 ternary (or more) will be preferred. More particularly, it will be preferred the compositions A'B'0 3 and A “B" 0 3 above wherein A “comprises at least one element in common with A ', and / or B" comprises at least one element in common with B ', this element in common being advantageously predominant in the composition of A or B. More preferably, one will choose the compositions A'B'0 3 and A "B” 0 3 above wherein A "is identical to A' when B "is different from B ', and B" is identical to B' when A "is different from A '.
  • a ' may be substantially identical to A, or B' substantially identical to B, when the content of a major element of A or B varies slightly (for example, when A is Li and A 'is Li 0 , 9Na 0 , i or when B is Ta 0 , 5Nb 0 , 5 and B' is Ta 0 , 6Nb 0 , 4) -
  • the method further comprises, after the transfer step, a resumption of epitaxy on the transferred layer, so as to form a monocrystalline layer of composition A "B" 0 3
  • a '' consists of one or more of the following: Li, Na, K, H
  • B '" consists of one or more of the following: Nb, Ta, Sb, V.
  • the composition of said additional epitaxial layer is of Li X 3 K 1- x 3 Nb 3 Ti-y 303 type, where 0 ⁇ x 3 ⁇ 1 and 0 y y 3 1 1.
  • x3 is different from x2 or y3 is different from y2 (that is, more generally, A '"is different from A" or B'"is different from B").
  • the invention makes it possible in particular to form a thin layer of a compound A'B'0 3 , A "B" O 3 , or A “'B'” O 3 which has an excellent crystalline quality, at least equal to that of the solid substrates of the binary materials of this family, with a thickness controlled in a wide thickness range, and in particular for a thickness of less than 20 ⁇ , and a wide variety of properties adjusted by the composition of the material.
  • the epitaxy can be carried out by any appropriate technique, in particular by chemical vapor deposition (CVD), or liquid phase epitaxy (LPE), the acronym for the English term “Liquid Phase”. Epitaxy "), pulsed laser deposition (PLD), and so on.
  • CVD chemical vapor deposition
  • LPE liquid phase epitaxy
  • Epitaxy Epitaxy
  • PLD pulsed laser deposition
  • composition of the materials of the different layers is adjusted, through the choice of the constituent elements A, A, A “and / or A '" and B, ⁇ ', B “and / or B '” and their stoichiometry with regard to the properties referred to (for example, depending on the application: piezoelectric coupling factor, refractive index, etc.) but also taking into account the need to respect a coherence of the crystalline mesh parameters of the materials of the epitaxial layers and their support. epitaxy.
  • the adaptation of the mesh parameters in the field of epitaxy is known to those skilled in the art.
  • buffer layer in English terminology
  • layers to provide selective etch stop layers may be added, in particular buffer layers ("buffer layer” in English terminology) designed to control the evolution of mesh parameters or stored stresses. or layers to provide selective etch stop layers.
  • the transfer of the seed layer typically involves a step of bonding the donor substrate and the receiving substrate, the seed layer (respectively epitaxial) being located at the bonding interface, then a thinning step of the receiving substrate so as to expose the seed layer (respectively epitaxial).
  • the transfer is carried out according to the Smart Cut TM process which is well known for the transfer of semiconductor thin films, in particular silicon.
  • a donor substrate 100 of a material of ABO 3 binary composition is provided, and, by ion implantation (represented by the arrows), is formed.
  • a weakening zone 101 which delimits a monocrystalline layer 102 to be transferred, intended to form the seed layer.
  • the donor substrate 100 is represented solid but, as indicated above, it could possibly be composite.
  • the implanted species are hydrogen and / or helium.
  • the dose and the implantation energy of these species to form the zone of weakness at a determined depth which is typically less than 2 m: typically and always according to the material and the implanted species considered, the dose is in the range of 2 E + 16 to 2 E + 17 ionic species / cm 2 , and the implantation energy is from 30 keV to 500 keV.
  • the buried embrittled layer can also be obtained by any other means known to those skilled in the art, for example by porosification of the material, or by laser irradiation.
  • the donor substrate 100 thus weakened is bonded to the recipient substrate 1 10, the surface of the donor substrate through which the implantation has been performed being at the bonding interface.
  • the donor substrate and / or the receiving substrate may be covered with an electrically insulating or electrically conductive layer (not shown), which will be interposed between the receiving substrate and the seed layer after the transfer.
  • detachment of the donor substrate 100 is carried out along the weakening zone 101.
  • Such detachment can be obtained by any means known to those skilled in the art, for example thermal, mechanical, chemical, etc.
  • the remainder of the donor substrate, which may optionally be recycled, is then recovered, which makes it possible to transfer the layer 102 onto the recipient substrate 1 10.
  • the layer transferred layer 102 it is possible, optionally, to remove a superficial portion of the transferred layer 102, for example by mechanical polishing and / or by chemical etching. This removal of material is intended to eliminate any defects related to implantation and detachment in the vicinity of the embrittlement zone.
  • a thinned layer 102 is obtained on the receiving substrate 1 10, which will serve as a seed layer for the next epitaxial step.
  • the layer transferred 102 of Figure 3C can be directly used as seed layer for epitaxy.
  • a monocrystalline layer 103 of composition A'B'0 3 is grown by epitaxy on the seed layer 102, the material of the epitaxial layer 104 being different from that of the seed layer 102.
  • the seed layer 102 imposes its mesh parameter and allows the growth of a monocrystalline material of good quality.
  • the growth is stopped when the desired thickness for the monocrystalline layer is reached.
  • the final layer 10 is formed of the stack of the seed layer 102 and the epitaxial layer 103.
  • the composition of the epitaxial layer 103 may vary over its thickness, either gradually or discontinuously.
  • a substrate is obtained for a surface acoustic wave device or a volume acoustic wave device, which comprises a receiver substrate 1 And a monocrystalline layer 10 on said receiving substrate 1 10.
  • the layer 10 comprises:
  • a second portion 103 extending from the first portion 102, corresponding to the epitaxial layer, a material of composition A'B'0 3 , said material can be at least ternary.
  • This substrate is advantageously used to manufacture a surface acoustic wave device as illustrated in FIG. 1 or a volume acoustic wave device as illustrated in FIG. 2, or else other devices for microelectronics, photonics or integrated optics.
  • the seed layer typically has a thickness of less than 2 ⁇ , preferably less than 1 ⁇ .
  • the thickness of the epitaxial layer depends on the specifications of the device for incorporating the monocrystalline layer. In this respect, the thickness of the epitaxial layer is not limited either in terms of minimum value or maximum value. For information only, the table below gives combinations of thickness of the seed layer and the epitaxial layer:
  • Figures 4 ⁇ to 4 ⁇ illustrate the main steps of the method according to the second embodiment, wherein the epitaxy is implemented before the transfer.
  • a donor substrate 100 comprising a piezoelectric material of composition A'B'0 3 .
  • Said donor substrate can be massive (as shown in Figure 4A) or composite; in the latter case, it comprises a surface layer of composition A'B'0 3 . This is particularly the case when said material is at least ternary, insofar as there are no ingots made of such a material.
  • a monocrystalline layer 103 of composition A "B" 0 3 is produced, the material of composition A'B'0 3 serving as seed for epitaxy.
  • the material of the epitaxial layer 103 may be identical to or different from the material of the donor substrate 100.
  • An embrittlement zone is then formed in the donor substrate 100 or in the epitaxial layer 103 of composition A "B" O 3 so as to delimit a layer to be transferred.
  • the zone of weakening can be formed by implantation of ionic species (shown schematically by the arrows in FIG. 4B).
  • the weakening zone 101 is formed in the donor substrate 100, beneath the epitaxial layer 103.
  • the layer to be transferred is in this case composed of the epitaxial layer 103 in its entirety and a 100 'portion of the donor substrate 100.
  • the zone of weakness is formed in the layer 103.
  • the layer to be transferred is in this case constituted by the portion extending between the free surface of the layer 103 and the zone of weakening. 101.
  • the donor substrate is bonded to the receiving substrate 1 10, the epitaxial layer 103 of composition A "B" O 3 being at the bonding interface.
  • the donor substrate 100 is detached along the embrittlement zone 101 so as to recover the remainder of the donor substrate and transfer the layer constituted by the stack 103, 100 'onto the receiving substrate 1 10.
  • At least one surface portion of the transferred layer is removed. This removal aims to eliminate at least the portion 100 'and possibly a portion of the layer 103, so as to expose the composition material A "B" 0 3 .
  • the layer 103 thus obtained can then be used for the manufacture of a surface acoustic wave or volume acoustic wave device.
  • an additional step is carried out, illustrated in FIG. 4F, consisting of an epitaxial resumption implemented on the layer 103 of composition A "B" O 3 , so as to form a additional monocrystalline layer 104 of composition A "B '" 0 3 .
  • the material of said additional layer 104 may be identical to that of the layer 103, in which case this last stage of epitaxy results in a thickening of the layer 103 (the layer 104 being schematized separately from the layer 103 only for allow to visualize, but not distinguishable in the final layer, if not by its quality).
  • the additional layer 104 is of a material different from that of the layer 103.
  • the thickness of the layer 103 and, if appropriate, of the layer 104, is chosen according to the specifications of the radiofrequency device intended to incorporate said layer.
  • the thickness of the layer 103 is typically between 0.05 and 2 ⁇ .
  • the thickness of the layer 104 is typically between 0.5 and 20 ⁇ .
  • the transfer can be performed, after bonding of the donor substrate and the receiving substrate, by removal of material, for example by mechanical polishing and / or or etching the donor substrate to expose the seed layer.
  • This variant is less advantageous insofar as it involves a consumption of the donor substrate, while the Smart Cut TM process allows a possible recycling of the donor substrate.
  • this variant does not require implantation within the donor substrate.
  • a substrate for a surface acoustic wave device or a volume acoustic wave device which comprises a substrate, is obtained.
  • This substrate is advantageously used to manufacture a surface acoustic wave device as illustrated in FIG. 1 or a volume acoustic wave device as illustrated in FIG. 2, the layer 103 or, if appropriate, the set of layers 103 and 104, corresponding to the layer 10 of Figures 1 and 2, or any other microelectronic device, photonic or optical comprising a layer.
  • the recipient substrate on which the epitaxial growth occurred may not be optimal for the final application. Indeed, the receiving substrate to undergo the operating conditions of epitaxy, the choice of suitable materials is limited. In particular, the receiving substrate can not contain layers or elements liable to be damaged by the epitaxial temperature. It may then be advantageous to transfer the layer 10 to a final substrate 1 1 1 whose properties are chosen according to the intended application, by bonding it on said substrate 11 1 via the surface of the epitaxial layer 103 (see Fig. 5A) (or 104 where appropriate), and removing the receiving substrate (see Fig. 5B). This transfer can be achieved by any transfer technique mentioned above.
  • the seed layer 102 which was buried in the structure resulting from the epitaxy, is then exposed and can optionally be removed (see FIG. 5C), in particular in the case where it present defects. Only the epitaxial layer 103 (and, where appropriate, the layer 104) (or part of said layer) having the desired characteristics then remains on the final substrate 1 1 1.
  • it is deposited on the surface of the layer 10 opposite to the receiving substrate 1 10 or, where appropriate, to the final substrate (whether the receiving substrate 1 10 or the final substrate 1 1 1, said substrate forms the support substrate denoted 1 1 in Figure 1), metal electrodes 12, 13 in the form of two interdigitated combs.
  • a first electrode is deposited on the free surface of the layer 102 to be transferred from the donor substrate, this first electrode (referenced 13 in FIG. buried in the final stack.
  • a second electrode is deposited on the free surface of the layer 10, opposite to the first electrode.
  • Another option is to transfer the layer to a final substrate as mentioned above and to form the electrodes before and after said transfer.
  • an isolation means which can be, for example, a Bragg mirror (as shown in Figure 2) or a cavity previously etched in the substrate 1 10 or in the final substrate 1 1 1 where appropriate.
  • the method according to the invention makes it possible to form a monocrystalline layer that is not only binary but also ternary or quaternary and thus offers a greater choice of properties for said layer than the materials traditionally used for the devices to be used.
  • acoustic wave surface or acoustic wave volume This promotes a satisfactory compromise between coupling coefficient and electromechanical efficiency of the piezoelectric material.
  • micro-sensors it will usually be a measure of a deformation generated by external stress.
  • micro-actuators we will seek to generate the deformation of an element or the displacement of a moving part through the application of an electric field, continuous or variable.
  • the use of the piezoelectric material makes it possible to connect mechanical deformation and electrical signal.
  • external stress is a pressure wave that deforms a membrane. It may be in the audible spectrum, and the objects typically referred to are the microphones (in sensor mode) and the speakers (in actuator mode).
  • piezo ultrasonic microtransducers in the English terminology PMUT for Piezo Micromachined Ultrasonic Transducers. It can also be pressure sensors statics or inertial sensors (acceleration sensors, gyroscopes, etc.) for which the displacement of a moving mass set in motion by an acceleration undergone is measured thanks to the piezoelectric material.
  • the piezoelectric material composes the entirety of the deformed element (membrane, beam, cantilever, etc.) or advantageously only a part of it by stacking it with other materials such as silicon for example, to better ensure the mechanical properties of the deformable part.
  • the piezoelectric materials can control a very precise displacement and serve for example to expel ink from print cartridges, or microfluidic systems or to adjust a focal length of an optical microsystem.
  • Electro-Optics (Diss., ETH No. 17275)

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une couche monocristalline (10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - la fourniture d'un substrat donneur (100) comprenant un matériau piézoélectrique de composition ABO3, où A est constitué d'au moins un élément parmi : Li, Na, K, H, Ca; B est constitué d'au moins un élément parmi : Nb, Ta, Sb, V; - la fourniture d'un substrat receveur (110), - le transfert d'une couche (102) dite « couche germe » du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (110) par collage du substrat donneur sur le substrat receveur de telle sorte que la couche germe (102) se trouve à l'interface de collage puis amincissement du substrat donneur (100) jusqu'à ladite couche germe (102); - la croissance, par épitaxie sur le matériau piézoélectrique ABO3 de la couche germe (102), d'une couche monocristalline (103) de composition A'B'O3, où : A' est constitué d'au moins un des éléments suivants : Li, Na, K, H; B' est constitué d'au moins un des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V; A' est différent de A ou B' est différent de B.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE COUCHE MONOCRISTALLINE,
NOTAMMENT PIEZOELECTRIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une couche monocristalline, notamment piézoélectrique, en particulier pour une application à un dispositif microélectronique, photonique ou optique. En particulier mais de manière non limitative, ledit dispositif peut être un dispositif à ondes acoustiques de surface ou un dispositif à ondes acoustiques de volume pour applications radiofréquence.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Parmi les composants acoustiques utilisés pour le filtrage dans le domaine radiofréquence, on distingue deux catégories principales de filtres :
- d'une part, les filtres à ondes acoustiques de surface, connus sous l'acronyme SAW (du terme anglo-saxon « Surface Acoustic Wave ») ;
- d'autre part, les filtres et résonateurs à ondes acoustiques de volume, connus sous l'acronyme BAW (du terme anglo-saxon « Bulk Acoustic Wave »).
Pour une revue de ces technologies, on pourra se référer à l'article de W. Steichen et S. Ballandras, « Composants acoustiques utilisés pour le filtrage - Revue des différentes technologies », Techniques de l'Ingénieur, E2000, 2008 [1].
Les filtres à ondes acoustiques de surface comprennent typiquement une couche piézoélectrique épaisse (c'est-à-dire d'épaisseur généralement de plusieurs centaines de μηι) et deux électrodes sous la forme de deux peignes métalliques interdigités déposés sur la surface de ladite couche piézoélectrique. Un signal électrique, typiquement une variation de tension électrique, appliqué à une électrode est converti en onde élastique qui se propage à la surface de la couche piézoélectrique. La propagation de cette onde élastique est favorisée si la fréquence de l'onde correspond à la bande de fréquence du filtre. Cette onde est à nouveau convertie en signal électrique en parvenant à l'autre électrode.
Les filtres à ondes acoustiques de volume comprennent quant à eux typiquement une couche piézoélectrique mince (c'est-à-dire d'épaisseur généralement sensiblement inférieure à 1 μηι) et deux électrodes agencées sur chaque face principale de ladite couche mince. Un signal électrique, typiquement une variation de tension électrique, appliqué à une électrode est converti en onde élastique qui se propage au travers de la couche piézoélectrique. La propagation de cette onde élastique est favorisée si la fréquence de l'onde correspond à la bande de fréquence du filtre. Cette onde est à nouveau convertie en signal électrique en parvenant à l'électrode située sur la face opposée. Dans le cas des filtres à ondes acoustiques de surface, la couche piézoélectrique doit présenter une excellente qualité cristalline pour ne pas engendrer d'atténuation de l'onde de surface. On préférera donc dans ce cas une couche monocristalline. A l'heure actuelle, les matériaux adéquats utilisables industriellement sont le quartz, le LiNb03 ou le LiTa03. La couche piézoélectrique est obtenue par découpe d'un lingot de l'un desdits matériaux, la précision requise pour l'épaisseur de ladite couche étant peu importante dans la mesure où les ondes doivent se propager essentiellement à sa surface.
Dans le cas des filtres à ondes acoustiques de volume, la couche piézoélectrique doit présenter une épaisseur déterminée et uniforme sur l'ensemble de la couche et ce, de manière précisément contrôlée. En revanche, la qualité cristalline passant au second plan des critères d'importance pour les performances du filtre, des compromis sont actuellement faits sur la qualité cristalline de ladite couche et une couche polycristalline a longtemps été considérée comme acceptable. La couche piézoélectrique est donc formée par dépôt sur un substrat support (par exemple un substrat de silicium). A l'heure actuelle, les matériaux employés industriellement pour un tel dépôt sont l'AIN, le ZnO et le Pb(Zrx,Ti1-x)03 (PZT).
Les choix de matériaux sont donc très limités dans les deux technologies.
Or, le choix d'un matériau résulte d'un compromis entre différentes propriétés du filtre, en fonction des spécifications du fabricant du filtre. En particulier, le coefficient de couplage électromécanique des matériaux piézoélectriques sont des critères de choix du matériau à utiliser pour une application donnée et une architecture de composant donnée.
Par exemple, le LiNb03 et le LiTa03 sont des matériaux fortement anisotropes. Le coefficient de couplage dépendant de l'orientation cristalline, le choix d'une orientation particulière du matériau offre un premier degré de liberté dans le choix du matériau. C'est la raison pour laquelle on peut trouver des substrats selon une multiplicité d'orientations cristallines, par exemple, et selon une terminologie anglo-saxonne : X-cut, Y-cut, Z-cut, YZ-cut, 36° rotated Y axis, 42° rotated Y axis, ...
Cependant, hormis la possibilité de sélectionner une orientation cristalline particulière, l'homme du métier ne dispose que du quartz, du LiNb03 et du LiTa03 pour concevoir un filtre à ondes acoustiques de surface, ce qui n'offre qu'une gamme limitée de paramètres pour optimiser les caractéristiques du filtre, même si quelques autres matériaux pourraient venir compléter cette liste à l'avenir comme le langasite La3Ga5Si014 par exemple.
Pour offrir davantage de liberté dans le dimensionnement des filtres à ondes acoustiques de volume ou des filtres à ondes acoustiques de surface, il serait souhaitable de pouvoir utiliser davantage de matériaux que les matériaux listés plus haut, sans nuire par ailleurs à la qualité des matériaux. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités et notamment de concevoir un procédé de fabrication d'une couche monocristalline, notamment piézoélectrique, en particulier pour un dispositif à ondes acoustiques de surface, en d'autres matériaux que les matériaux utilisés pour cette application, en particulier en permettant d'obtenir des couches minces (c'est-à-dire d'épaisseur inférieure à 20 μηη, voire inférieure à 1 μηη) et uniformes des matériaux utilisés pour les dispositifs à ondes acoustiques de surface. Par ailleurs, ce procédé doit également permettre d'utiliser une plus grande variété de substrats supports que dans les dispositifs à ondes acoustiques de volume existants.
Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une couche monocristalline, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
- la fourniture d'un substrat donneur comprenant un matériau piézoélectrique de composition AB03, où
A est constitué d'au moins un élément parmi : Li, Na, K, H ;
B est constitué d'au moins un élément parmi : Nb, Ta, Sb, V ;
- la fourniture d'un substrat receveur,
- le transfert d'une couche dite « couche germe » du substrat donneur sur le substrat receveur par collage du substrat donneur sur le substrat receveur de telle sorte que la couche germe se trouve à l'interface de collage puis amincissement du substrat donneur jusqu'à ladite couche germe ;
- la croissance, par épitaxie sur le matériau piézoélectrique AB03 de la couche germe, d'une couche monocristalline de composition AB'03, où :
A' est constitué d'au moins un des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B' est constitué d'au moins un des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V ;
A' est différent de A ou B' est différent de B.
Par « couche située à l'interface de collage », on entend une couche située du côté de la face d'un premier substrat qui est collée à un second substrat mais n'implique pas nécessairement un contact direct entre ladite couche et le second substrat. Ainsi, ladite couche peut être collée directement au second substrat ou être recouverte d'une couche de collage, par exemple diélectrique, ou tout autre type de couche, par l'intermédiaire de laquelle s'effectue le collage.
Par « A est différent de A' » on entend que A et A' sont constitués d'éléments différents et/ou du ou des mêmes élément(s) mais dans des proportions stœchiométriques différentes.
Selon un mode de réalisation, A' comprend au moins un élément en commun avec A, et/ou B' comprend au moins un élément en commun avec B. Par « A' comprend au moins un élément en commun avec A », on entend qu'un même élément (ou plusieurs éléments) se trouve à la fois dans A et dans A', dans des proportions stœchiométriques identiques ou différentes.
Selon un mode de réalisation, A' est identique à A lorsque B' est différent de B, et B' est identique à B lorsque A est différent de A.
Par « A' est identique à A » on entend que A' et A sont constitués du ou des mêmes éléments et ce, dans les mêmes proportions stœchiométriques.
Selon un mode de réalisation, A est constitué d'un unique élément et B est constitué d'un unique élément.
Selon une forme d'exécution, le transfert de la couche germe comprend les étapes suivantes :
- la formation d'une zone de fragilisation dans le substrat donneur de sorte à délimiter une couche, dite couche germe, comprenant ledit matériau piézoélectrique de composition AB03,
- le collage du substrat donneur sur le substrat receveur, la couche germe étant à l'interface de collage,
- le détachement du substrat donneur le long de la zone de fragilisation de sorte à transférer la couche germe sur le substrat receveur.
Avant l'étape d'épitaxie, on peut retirer une partie de l'épaisseur de la couche germe transférée sur le substrat receveur.
De manière avantageuse, lequel l'épaisseur de la couche germe est inférieure à 2 μηη, de préférence inférieure à 1 μηη.
Le substrat receveur est avantageusement en matériau semi-conducteur, et comprend une couche intermédiaire de piégeage de charges située entre la couche germe et le substrat receveur.
Un autre objet de l'invention concerne un procédé de fabrication d'une couche monocristalline, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
- la fourniture d'un substrat donneur comprenant un matériau piézoélectrique de composition A'B'03, où
A' est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H;
B' est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V ;
- la croissance, par épitaxie sur ledit matériau piézoélectrique AB'03, d'une couche monocristalline de composition A"B"03, où
A" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V ;
- la fourniture d'un substrat receveur,
- le transfert d'au moins une partie de la couche épitaxiale de composition A"B"03 sur le substrat receveur par collage du substrat donneur sur le substrat receveur par l'intermédiaire de ladite couche épitaxiale puis amincissement du substrat donneur jusqu'à ladite couche épitaxiale de composition A"B"03.
Selon un mode de réalisation, après le transfert de la couche de composition A"B"03 sur le substrat receveur, on fait croître, par épitaxie sur ledit matériau de composition A"B"03, une couche monocristalline de composition A"'B'"03, où
A'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V.
Selon un mode de réalisation, A'" est différent de A" ou B'" est différent de B".
Selon une forme d'exécution, le transfert de ladite au moins une partie de la couche épitaxiale de composition A"B"03 sur le substrat receveur comprend les étapes suivantes :
- la formation d'une zone de fragilisation dans le substrat donneur ou dans la couche épitaxiale de composition A"B"03 de sorte à délimiter une couche à transférer,
- le collage du substrat donneur sur le substrat receveur, la couche épitaxiale de composition A"B"03 étant à l'interface de collage ;
- le détachement du substrat donneur ou de la couche épitaxiale le long de la zone de fragilisation.
Selon un mode de réalisation, la zone de fragilisation est formée dans le substrat donneur et, après l'étape de transfert, on amincit la couche transférée de sorte à exposer le matériau de composition A"B"03.
Selon un mode de réalisation, A" est différent de A' ou B" est différent de B'.
Selon un mode de réalisation, A" comprend au moins un élément en commun avec A', et/ou B" comprend au moins un élément en commun avec B'.
Selon un mode de réalisation, A" est identique à A' lorsque B" est différent de B', et B" est identique à B' lorsque A" est différent de A'.
Selon un mode de réalisation, A' est constitué d'un unique élément et B' est constitué d'un unique élément.
Selon une forme d'exécution particulière, la zone de fragilisation est formée par implantation ionique dans le substrat donneur.
De manière particulièrement avantageuse, à l'issue de l'étape d'épitaxie, l'épaisseur de la couche monocristalline de composition A"B"03 est comprise entre 0,2 et 20 μηη.
Par ailleurs, on peut former au moins une couche électriquement isolante et/ou au moins une couche électriquement conductrice à l'interface entre le substrat receveur et le substrat donneur.
Selon une forme d'exécution, ledit procédé comprend le transfert d'au moins une partie de la couche monocristalline du substrat receveur vers un substrat final. Un autre objet concerne un substrat pour un dispositif microélectronique, photonique ou optique, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat support et une couche monocristalline de composition A"B"03 sur ledit substrat support, où
A" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V ;
l'un au moins de A" et B" est constitué d'au moins deux éléments,
et une couche de composition A'B'03, où
A' est constitué d'au moins un élément parmi : Li, Na, K, H, et
B' est constitué d'au moins un élément parmi : Nb, Ta, Sb, V,
entre le substrat support et la couche de composition A"B"03.
Selon un mode de réalisation, ledit substrat comprend en outre, sur la couche de composition A"B"03, une couche monocristalline de composition A"B'"03, où
A'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V.
Un autre objet concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de surface comprenant le dépôt d'électrodes sur la surface d'une couche piézoélectrique monocristalline, caractérisé en ce qu'il comprend la fabrication de ladite couche piézoélectrique par un procédé tel que décrit ci-dessus.
Un autre objet concerne un dispositif à ondes acoustiques de surface caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique monocristalline susceptible d'être obtenue par un procédé tel que décrit ci-dessus, et deux électrodes se présentant sur la surface de ladite couche piézoélectrique monocristalline.
Un autre objet concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de volume comprenant le dépôt d'électrodes sur deux faces opposées d'une couche piézoélectrique monocristalline, caractérisé en ce qu'il comprend la fabrication de ladite couche piézoélectrique par un procédé tel que décrit ci-dessus.
Un autre objet concerne un dispositif à ondes acoustiques de volume, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique monocristalline susceptible d'être obtenue par un procédé tel que décrit ci-dessus, et deux électrodes agencées sur deux faces opposées de ladite couche piézoélectrique monocristalline.
Un autre objet de l'invention concerne un micro-capteur adapté pour mesurer une déformation engendrée par une sollicitation extérieure, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique monocristalline susceptible d'être obtenue par un procédé décrit précédemment
Un autre objet de l'invention concerne un micro-actuateur adapté pour engendrer une déformation d'un élément ou un déplacement d'une partie mobile grâce à l'application d'un champ électrique continu ou variable, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique monocristalline susceptible d'être obtenue par un procédé décrit précédemment.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 est une vue de principe en coupe d'un filtre à ondes acoustiques de surface,
la figure 2 est une vue de principe en coupe d'un filtre à ondes acoustiques de volume,
les figures 3A à 3E illustrent des étapes successives d'un procédé de fabrication d'une couche monocristalline selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
les figures 4A à 4E illustrent des étapes successives d'un procédé de fabrication d'une couche monocristalline selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
la figure 4F illustre une étape additionnelle mise en œuvre dans une variante du mode de réalisation illustré aux figures 4A à 4E ;
les figures 5A à 5C illustrent des étapes ultérieures optionnelles dudit procédé. Pour des raisons de lisibilité des figures, les éléments illustrés ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle. Par ailleurs, les éléments désignés par les mêmes signes de référence sur différentes figures sont identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
La figure 1 est une vue de principe d'un filtre à ondes acoustiques de surface.
Ledit filtre comprend une couche piézoélectrique 10 et deux électrodes 12, 13 sous la forme de deux peignes métalliques interdigités déposés sur la surface de ladite couche piézoélectrique. Du côté opposé aux électrodes 12, 13, la couche piézoélectrique repose sur un substrat support 1 1. La couche piézoélectrique 10 est monocristalline, une excellente qualité cristalline étant en effet nécessaire pour ne pas engendrer d'atténuation de l'onde de surface.
La figure 2 est une vue de principe d'un résonateur à ondes acoustiques de volume.
Le résonateur comprend une couche piézoélectrique mince (c'est-à-dire d'épaisseur généralement inférieure à 1 μηη, de préférence inférieure à 0,2 μηη) et deux électrodes 12, 13 agencées de part et d'autre de ladite couche piézoélectrique 10 qui, grâce au procédé de fabrication selon l'invention, est monocristalline. La couche piézoélectrique 10 repose sur un substrat support 1 1. Pour isoler le résonateur du substrat et éviter ainsi la propagation des ondes dans le substrat, un miroir de Bragg 14 est interposé entre l'électrode 13 et le substrat 1 1. De manière alternative (non illustrée), cette isolation pourrait être réalisée en ménageant une cavité entre le substrat et la couche piézoélectrique. Ces différentes dispositions sont connues de l'homme du métier et ne seront donc pas décrites en détail dans le présent texte.
D'une manière générale, l'invention propose la formation de la couche monocristalline, notamment piézoélectrique, au moyen d'une épitaxie sur un matériau d'un substrat donneur, servant de germe pour l'épitaxie, jusqu'à l'obtention de l'épaisseur souhaitée pour la couche monocristalline, et d'un transfert vers un substrat receveur, ledit transfert pouvant être effectué avant l'épitaxie (auquel cas une couche superficielle du substrat donneur, dite couche germe, est reportée sur le substrat receveur) ou après l'épitaxie (auquel cas au moins une partie de la couche épitaxiale est reportée sur le substrat receveur).
Le substrat donneur peut être un substrat massif monocristallin du matériau considéré. De manière alternative, le substrat donneur peut être un substrat composite, c'est-à-dire formé d'un empilement d'au moins deux couches de matériaux différents, dont une couche superficielle est constituée du matériau monocristallin considéré.
Parmi les matériaux piézoélectriques d'intérêt particulier se trouvent les matériaux perovskites et assimilés, de structure AB03. Toutefois, l'intérêt que l'on peut porter à ces matériaux ne se limite pas à leur caractère piézoélectrique. Notamment pour d'autres applications, par exemple liées à l'optique intégrée, on pourra aussi s'y intéresser le cas échéant pour leur permittivité diélectrique, pour leurs indices de réfraction, ou encore pour leurs propriétés pyroélectriques, ferroélectriques ou encore ferromagnétiques par exemple et selon les cas.
Une grande famille se dégage. Elle dérive notamment des matériaux binaires comme LiNb03, LiTa03, KNb03, KTa03 pour aboutir à une formule générale de type AB03 où A est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H et où B est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V.
Au final, on pourra résumer en considérant que A est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants parmi : Li, Na, K, H, et B est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants parmi : Nb, Ta, Sb, V.
Le substrat receveur a une fonction de support mécanique de la couche germe. Il peut être de toute nature adaptée à la mise en œuvre d'une épitaxie (notamment en termes de tenue en température) et, de manière avantageuse mais non impérative, adaptée à l'application visée. Il peut être massif ou composite.
Eventuellement, au moins une couche intermédiaire peut être intercalée entre le substrat receveur et la couche germe. Par exemple, une telle couche intermédiaire peut être électriquement conductrice ou électriquement isolante. L'homme du métier est à même de choisir le matériau et l'épaisseur de cette couche en fonction des propriétés qu'il souhaite conférer au dispositif radiofréquence destiné à comprendre la couche piézoélectrique.
De manière avantageuse, le substrat receveur peut être en matériau semiconducteur. Il peut s'agir par exemple d'un substrat en silicium. Ce matériau conducteur comprend une couche intermédiaire de type « trap-rich » (que l'on peut traduire en français par une couche à « piège de charges »), qui peut être soit formée sur le substrat receveur, soit formée en surface du substrat receveur. Ladite couche intermédiaire de type trap-rich est ainsi située entre la couche germe et le substrat receveur et permet d'améliorer les performances d'isolation électrique du substrat receveur. Ladite couche intermédiaire de type trap-rich peut être formée par au moins un des matériaux de type poly-cristallin, amorphe ou poreux, en particulier du silicium poly-cristallin, du silicium amorphe ou du silicium poreux, sans se limiter à ces matériaux. De plus, en fonction de la tenue en température de la couche intermédiaire de type trap-rich pour la réalisation de l'épitaxie, il peut s'avérer avantageux d'introduire une couche supplémentaire entre le substrat receveur et ladite couche intermédiaire de type trap-rich, afin d'éviter la recristallisation de cette dernière lors d'un traitement thermique.
Selon un premier mode de réalisation, le procédé comprend un transfert de la couche germe d'un substrat donneur sur un substrat support, suivi de l'étape d'épitaxie susmentionnée. Dans ce cas, le matériau de la couche germe est avantageusement un matériau de composition AB03, où A est constitué d'au moins un élément parmi : Li, Na, K, H, et B est constitué d'au moins un élément parmi : Nb, Ta, Sb, V. Selon un mode de réalisation, chacun de A et B est constitué d'un unique élément. Par exemple, AB03 peut avoir pour formule Lix1K1-x1NbyiTai-yi03, où x1 = 0 ou 1 et y1 = 0 ou 1 . Deux représentants très répandus de cette famille de matériau sont LiNb03 et LiTa03. A moindre mesure, des substrats KNb03 et KTa03 sont également disponibles. Dans le présent texte, une telle composition est dite binaire. Un tel matériau binaire est généralement fabriqué par tirage sous la forme d'un lingot. Dans ce cas, la couche épitaxiale présente avantageusement une composition différente de la composition de la couche germe, de type A'B'03 où A' est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H; B' est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V; A est différent de A ou B' est différent de B. Pour poursuivre l'exemple précédent, A'B'03 peut avoir pour formule Li^K^ X2Nby2Tai-y203, où 0 < x2 < 1 et 0 < y2 < 1 et où x2 est différent de x1 ou y2 est différent de y1 .
Dans le présent texte, si le nombre total des éléments constituant A et B est égal à 3, une telle composition est dite ternaire ; dans le cas où le nombre total des éléments constituant A et B' est égal à 4, une telle composition est dite quaternaire. Contrairement aux matériaux binaires, de tels matériaux ternaires ou quaternaires ne sont pas, sauf exception, obtenus par tirage d'un lingot mais doivent être obtenus par épitaxie sur un support adéquat pour être de qualité suffisante aux dimensions désirées.
Dans le premier mode de réalisation, on préférera un matériau de composition AB03 binaire et un matériau de composition A'B'03 ternaire (voire davantage). Plus particulièrement, on préférera les compositions AB03 et AB'03 précédentes dans lesquelles A' comprend au moins un élément en commun avec A, et/ou B' comprend au moins un élément en commun avec B, cet élément en commun étant avantageusement majoritaire dans la composition de A ou B. De manière davantage préférée, on choisira les compositions AB03 et A'B'03 précédentes dans lesquelles A' est identique à A lorsque B' est différent de B, et B' est identique à B lorsque A' est différent de A. Eventuellement, A' peut être sensiblement identique à A, ou B' sensiblement identique à B, lorsque la teneur en un élément majoritaire de A ou B varie légèrement (par exemple, lorsque A est Li et A est Li0,9Na0,i ou encore lorsque B est Ta0,5Nb0,5 et B' est Ta0,6Nb0,4)-
Selon un second mode de réalisation, l'étape d'épitaxie est réalisée avant l'étape de transfert. Dans ce cas, le matériau du substrat donneur faisant fonction de germe pour l'épitaxie est un matériau de composition A'B'03 où A' est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H; B' est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V. Dans ce cas, la couche épitaxiale présente une composition de type A"B"03 où A" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H; B" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V.. Par exemple, la couche germe présente une composition Lix1K1-x1 NbyiTai-yi03, où 0 < x1 < 1 et 0 < y1 < 1 et la couche épitaxiale présente une composition LiX2K1-x2Nby2Tai-y203, où 0 < x2 < 1 et 0 < y2 < 1. Eventuellement, le matériau de la couche épitaxiale peut être identique à celui de la couche germe (en d'autres termes, A' est identique à A" et B' est identique à B", c'est-à-dire, dans l'exemple précité, x1 = x2 et y1 = y2). De manière alternative, le matériau de la couche épitaxiale est différent de celui de la couche germe (en d'autres termes, A' est différent de A" ou B' est différent B", c'est-à-dire, dans l'exemple précité, x1 est différent de x2 ou y1 est différent de y2).
Dans le second mode de réalisation, on préférera un matériau de composition A'B'03 binaire et un matériau de composition A"B"03 ternaire (voire davantage). Plus particulièrement, on préférera les compositions A'B'03 et A"B"03 précédentes dans lesquelles A" comprend au moins un élément en commun avec A', et/ou B" comprend au moins un élément en commun avec B', cet élément en commun étant avantageusement majoritaire dans la composition de A ou B. De manière davantage préférée, on choisira les compositions A'B'03 et A"B"03 précédentes dans lesquelles A" est identique à A' lorsque B" est différent de B', et B" est identique à B' lorsque A" est différent de A'. Eventuellement, A' peut être sensiblement identique à A, ou B' sensiblement identique à B, lorsque la teneur en un élément majoritaire de A ou B varie légèrement (par exemple, lorsque A est Li et A' est Li0,9Na0,i ou encore lorsque B est Ta0,5Nb0,5 et B' est Ta0,6Nb0,4)-
Selon une variante du second mode de réalisation, le procédé comprend en outre, après l'étape de transfert, une reprise d'épitaxie sur la couche transférée, de sorte à former une couche monocristalline de composition A"'B"'03 où A'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H; B'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V. Par exemple, la composition de ladite couche épitaxiale additionnelle est de type LiX3K1-x3Nby3Tai-y303, où 0 < x3 < 1 et 0≤ y3≤ 1 . De préférence, x3 est différent de x2 ou y3 est différent de y2 (autrement dit, de manière plus générale, A'" est différent de A" ou B'" est différent de B").
Ainsi, l'invention permet notamment de former une couche mince d'un composé A'B'03, A"B"03, ou A"'B'"03 qui présente une excellente qualité cristalline, au moins égale à celle des substrats massifs des matériaux binaires de cette famille, avec une épaisseur contrôlée dans une large gamme d'épaisseur, et notamment pour une épaisseur inférieure à 20 μηι, et une grande diversité de propriétés ajustées grâce à la composition du matériau.
L'épitaxie peut être réalisée par toute technique appropriée, notamment par dépôt chimique en phase vapeur (CVD, acronyme du terme anglo-saxon « Chemical Vapor Déposition »), épitaxie en phase liquide (LPE, acronyme du terme anglo-saxon « Liquid Phase Epitaxy »), dépôt par laser puisé (PLD, acronyme du terme anglo-saxon « Pulsed Laser Déposition »), etc. Pour les matériaux considérés ici, on pourra par exemple se référer aux publications [2], [3], [4], [5], [6].
L'homme du métier est en mesure de déterminer les réactifs et les conditions opératoires en fonction du matériau à faire croître et de la technique choisie.
La composition des matériaux des différentes couches est ajustée, à travers le choix des éléments constituant A, A, A" et/ou A'" et B, Β', B" et/ou B'" et leur stœchiométrie au regard des propriétés visées (par exemple, selon l'application : facteur de couplage piézoélectrique, indice de réfraction, etc.) mais également en tenant compte de la nécessité de respecter une cohérence des paramètres de maille cristalline des matériaux des couches épitaxiées et de leur support d'épitaxie. L'adaptation des paramètres de maille dans le domaine de l'épitaxie est connue de l'homme de l'art.
Il est entendu qu'en complément des différentes couches épitaxiales décrites, des couches épitaxiales additionnelles peuvent être ajoutées, notamment des couches tampons (« buffer layer » en terminologie anglo-saxonne) visant à maîtriser l'évolution des paramètres de maille ou des contraintes emmagasinées, ou encore des couches visant à fournir des couches d'arrêt de gravure sélective.
Le transfert de la couche germe (ou, respectivement, de la couche épitaxiale) implique typiquement une étape de collage du substrat donneur et du substrat receveur, la couche germe (respectivement épitaxiale) étant située à l'interface de collage, puis une étape d'amincissement du substrat receveur de sorte à exposer la couche germe (respectivement épitaxiale).
De manière particulièrement avantageuse, le transfert est réalisé selon le procédé Smart Cut™ qui est bien connu pour le transfert de couches minces semi-conductrices, notamment de silicium.
A cet effet, selon le premier mode de réalisation, en référence à la figure 3A, on fournit un substrat donneur 100 d'un matériau de composition binaire AB03, et l'on forme, par implantation ionique (schématisée par les flèches), une zone de fragilisation 101 qui délimite une couche monocristalline 102 à transférer, destinée à former la couche germe. Sur cette figure, le substrat donneur 100 est représenté massif mais, comme indiqué plus haut, il pourrait éventuellement être composite. De manière avantageuse et selon le matériau piézoélectrique considéré, les espèces implantées sont de l'hydrogène et/ou de l'hélium. L'homme du métier est à même de déterminer la dose et l'énergie d'implantation de ces espèces pour former la zone de fragilisation à une profondeur déterminée, qui est typiquement inférieure à 2 m : typiquement et toujours selon le matériau et l'espèce implantée considérés, la dose est dans la gamme de 2 E+16 à 2 E+17 espèce ionique/cm2, et l'énergie d'implantation est de 30 keV à 500 keV. La couche fragilisée enterrée peut également être obtenue par tout autre moyen connu de l'homme du métier, par exemple par porosification du matériau, ou encore par irradiation laser.
En référence à la figure 3B, on colle le substrat donneur 100 ainsi fragilisé sur le substrat receveur 1 10, la surface du substrat donneur au travers de laquelle l'implantation a été réalisée étant à l'interface de collage. Eventuellement, avant le collage, le substrat donneur et/ou le substrat receveur peuvent être recouverts d'une couche électriquement isolante ou électriquement conductrice (non illustrée), qui se trouvera intercalée entre le substrat receveur et la couche germe après le transfert.
En référence à la figure 3C, on effectue un détachement du substrat donneur 100 le long de la zone de fragilisation 101 . Un tel détachement peut être obtenu par tout moyen connu de l'homme du métier, par exemple thermique, mécanique, chimique, etc. On récupère ensuite le reliquat du substrat donneur, qui peut éventuellement être recyclé, ce qui permet de transférer la couche 102 sur le substrat receveur 1 10.
En référence à la figure 3D, on peut, de manière optionnelle, retirer une partie superficielle de la couche 102 transférée, par exemple par polissage mécanique et/ou par gravure chimique. Ce retrait de matière a pour but d'éliminer d'éventuels défauts liés à l'implantation et au détachement dans le voisinage de la zone de fragilisation. A l'issue de ce retrait, on obtient une couche 102 amincie sur le substrat receveur 1 10, qui servira de couche germe pour l'étape d'épitaxie suivante. De manière alternative, la couche transférée 102 de la figure 3C peut être directement utilisée comme couche germe pour l'épitaxie.
En référence à la figure 3E, on fait croître par épitaxie une couche monocristalline 103 de composition A'B'03, sur la couche germe 102, le matériau de la couche épitaxiale 104 étant différent de celui de la couche germe 102. Ainsi, la couche germe 102 impose son paramètre de maille et permet la croissance d'un matériau monocristallin de bonne qualité. La croissance est stoppée lorsque l'épaisseur souhaitée pour la couche monocristalline est atteinte. La couche 10 finale est formée de l'empilement de la couche germe 102 et de la couche épitaxiale 103. Eventuellement, la composition de la couche épitaxiale 103 peut varier sur son épaisseur, soit de manière graduelle, soit de manière discontinue.
Comme on le voit sur la figure 3E, on obtient, à l'issue du procédé qui vient d'être décrit, un substrat pour un dispositif à ondes acoustiques de surface ou un dispositif à ondes acoustiques de volume, qui comprend un substrat receveur 1 10 et une couche monocristalline 10 sur ledit substrat receveur 1 10.
La couche 10 comprend :
- une première portion 102 située à l'interface avec le substrat receveur 1 10, correspondant à la couche germe,
- une seconde portion 103 s'étendant à partir de la première portion 102, correspondant à la couche épitaxiale, en un matériau de composition A'B'03, ledit matériau pouvant être au moins ternaire.
Ce substrat est avantageusement utilisé pour fabriquer un dispositif à ondes acoustiques de surface tel qu'illustré à la figure 1 ou un dispositif à ondes acoustiques de volume tel qu'illustré à la figure 2, ou encore d'autres dispositifs pour la microélectronique, la photonique ou l'optique intégrée.
La couche germe présente typiquement une épaisseur inférieure à 2 μηι, de préférence inférieure à 1 μηη.
L'épaisseur de la couche épitaxiale dépend des spécifications du dispositif destiné à incorporer la couche monocristalline. A cet égard, l'épaisseur de la couche épitaxiale n'est pas limitée ni en termes de valeur minimale ni de valeur maximale. A titre purement indicatif, le tableau ci-dessous donne des combinaisons d'épaisseur de la couche germe et de la couche épitaxiale :
Figure imgf000015_0001
Les figures 4Α à 4Ε illustrent les principales étapes du procédé selon le second mode de réalisation, dans lequel l'épitaxie est mise en œuvre avant le transfert.
En référence à la figure 4A, on fournit un substrat donneur 100 comprenant un matériau piézoélectrique de composition A'B'03. Ledit substrat donneur peut être massif (comme illustré sur la figure 4A) ou composite ; dans ce dernier cas, il comprend une couche superficielle de composition A'B'03. Tel est le cas notamment lorsque ledit matériau est au moins ternaire, dans la mesure où il n'existe pas de lingots constitués d'un tel matériau. On fait alors croître, par épitaxie sur ledit matériau A'B'03, une couche monocristalline 103 de composition A"B"03 le matériau de composition A'B'03 servant de germe à l'épitaxie. Le matériau de la couche épitaxiale 103 peut être identique ou différent du matériau du substrat donneur 100.
On forme ensuite une zone de fragilisation dans le substrat donneur 100 ou dans la couche épitaxiale 103 de composition A"B"03 de sorte à délimiter une couche à transférer. La zone de fragilisation peut être formée par implantation d'espèces ioniques (schématisée par les flèches sur la figure 4B).
Dans l'exemple illustré sur la figure 4B, la zone de fragilisation 101 est formée dans le substrat donneur 100, sous la couche épitaxiale 103. La couche à transférer est dans ce cas constituée de la couche épitaxiale 103 dans son intégralité et d'une portion 100' du substrat donneur 100.
Selon un autre mode de réalisation (non illustré), la zone de fragilisation est formée dans la couche 103. La couche à transférer est dans ce cas constituée de la portion s'étendant entre la surface libre de la couche 103 et la zone de fragilisation 101 .
En référence à la figure 4C, on colle le substrat donneur sur le substrat receveur 1 10, la couche épitaxiale 103 de composition A"B"03 étant à l'interface de collage.
En référence à la figure 4D, on effectue un détachement du substrat donneur 100 le long de la zone de fragilisation 101 de sorte à récupérer le reliquat du substrat donneur et transférer la couche constituée de l'empilement 103, 100' sur le substrat receveur 1 10.
En référence à la figure 4E, on retire au moins une partie superficielle de la couche transférée. Ce retrait vise à éliminer au moins la portion 100' et éventuellement une partie de la couche 103, de sorte à exposer le matériau de composition A"B"03.
La couche 103 ainsi obtenue peut alors être utilisée pour la fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de surface ou à ondes acoustiques de volume.
Selon une variante de ce second mode de réalisation, on réalise une étape supplémentaire, illustrée sur la figure 4F, consistant en une reprise d'épitaxie mise en œuvre sur la couche 103 de composition A"B"03, de sorte à former une couche monocristalline supplémentaire 104 de composition A"'B'"03. Le matériau de ladite couche supplémentaire 104 peut être identique à celui de la couche 103, auquel cas cette dernière étape d'épitaxie résulte en un épaississement de la couche 103 (la couche 104 n'étant schématisée de manière distincte de la couche 103 que pour permettre de la visualiser, mais ne se distinguant pas dans la couche finale, si ce n'est éventuellement par sa qualité). De manière alternative, la couche supplémentaire 104 est en un matériau différent de celui de la couche 103. L'épaisseur de la couche 103 et, le cas échéant, de la couche 104, est choisie en fonction des spécifications du dispositif radiofréquence destiné à incorporer ladite couche. L'épaisseur de la couche 103 est typiquement comprise entre 0,05 et 2 μηι. L'épaisseur de la couche 104 est typiquement comprise entre 0,5 et 20 μηι.
Quel que soit le mode de réalisation, de manière alternative (non illustrée) au procédé Smart Cut™, le transfert peut être réalisé, après le collage du substrat donneur et du substrat receveur, par enlèvement de matière, par exemple par polissage mécanique et/ou gravure chimique du substrat donneur jusqu'à exposer la couche germe. Cette variante est moins avantageuse dans la mesure où elle implique une consommation du substrat donneur, alors que le procédé Smart Cut™ permet un recyclage éventuel du substrat donneur. En revanche, cette variante ne nécessite pas d'implantation au sein du substrat donneur.
Comme on le voit sur les figures 4E et 4F, on obtient, à l'issue du procédé selon le deuxième mode de réalisation, un substrat pour un dispositif à ondes acoustiques de surface ou un dispositif à ondes acoustiques de volume, qui comprend un substrat receveur 1 10 et une couche monocristalline 103 de composition A"B"03 sur ledit substrat receveur 1 10 et, le cas échéant, une couche 104 de composition A"'B'"03 sur la couche 103.
Ce substrat est avantageusement utilisé pour fabriquer un dispositif à ondes acoustiques de surface tel qu'illustré à la figure 1 ou un dispositif à ondes acoustiques de volume tel qu'illustré à la figure 2, la couche 103 ou, le cas échéant, l'ensemble des couches 103 et 104, correspondant à la couche 10 des figures 1 et 2, ou encore tout autre dispositif microélectronique, photonique ou optique comprenant une couche.
Dans certains cas, le substrat receveur sur lequel a eu lieu la croissance épitaxiale peut ne pas être optimal pour l'application finale. En effet, le substrat receveur devant subir les conditions opératoires de l'épitaxie, le choix de matériaux adaptés est limité. Notamment, le substrat receveur ne peut contenir de couches ou d'éléments susceptibles d'être endommagés par la température d'épitaxie. Il peut alors être avantageux de transférer la couche 10 sur un substrat final 1 1 1 dont les propriétés sont choisies en fonction de l'application visée, en la collant sur ledit substrat 1 1 1 par l'intermédiaire de la surface de la couche épitaxiale 103 (cf. figure 5A) (ou 104 le cas échéant), et en retirant le substrat receveur (cf. figure 5B). Ce transfert peut être réalisé par toute technique de transfert mentionnée plus haut. Un autre avantage de ce transfert sur un substrat final est que la couche germe 102, qui était enterrée dans la structure issue de l'épitaxie, est alors exposée et peut éventuellement être retirée (cf. figure 5C), notamment dans le cas où elle présenterait des défauts. Seule la couche épitaxiale 103 (et, le cas échéant, la couche 104) (ou une partie de ladite couche) présentant les caractéristiques souhaitées reste alors sur le substrat final 1 1 1 . Dans le cas où l'on souhaite fabriquer un dispositif à ondes acoustiques de surface, on dépose, sur la surface de la couche 10 opposée au substrat receveur 1 10 ou, le cas échéant, au substrat final (qu'il s'agisse du substrat receveur 1 10 ou du substrat final 1 1 1 , ledit substrat forme le substrat support noté 1 1 sur la figure 1 ), des électrodes métalliques 12, 13 sous la forme de deux peignes interdigités.
Dans le cas où l'on souhaite fabriquer un dispositif à ondes acoustiques de volume, une adaptation du procédé décrit ci-dessus doit être effectuée. D'une part, on dépose, avant l'étape de collage illustrée sur la figure 3B, une première électrode sur la surface libre de la couche 102 à transférer du substrat donneur, cette première électrode (référencée 13 sur la figure 2) se trouvant enterrée dans l'empilement final. Après l'étape de croissance épitaxiale illustrée sur la figure 3E, on dépose une seconde électrode (référencée 12 sur la figure 2) sur la surface libre de la couche 10, opposée à la première électrode. Une autre option est de transférer la couche sur un substrat final comme mentionné plus haut et de former les électrodes avant et après ledit transfert. D'autre part, pour éviter la propagation des ondes acoustiques dans le substrat receveur 1 10, on peut intégrer à celui-ci un moyen d'isolation pouvant être, par exemple, un miroir de Bragg (comme illustré sur la figure 2) ou une cavité préalablement gravée dans le substrat 1 10 ou dans le substrat final 1 1 1 le cas échéant.
Quel que soit le mode de réalisation retenu, le procédé selon l'invention permet de former une couche monocristalline non seulement binaire mais aussi ternaire ou quaternaire et offre ainsi un plus grand choix de propriétés pour ladite couche que les matériaux traditionnellement employés pour les dispositifs à ondes acoustiques de surface ou à ondes acoustiques de volume. On favorise ainsi l'obtention d'un compromis satisfaisant entre coefficient de couplage et rendement électromécanique du matériau piézoélectrique.
Un autre domaine d'applications particulièrement visé par le développement de telles solutions de matériaux piézoélectriques est celui des micro-capteurs et des micro- actuateurs. Pour les micro-capteurs, il s'agira en général de mesurer une déformation engendrée par une sollicitation extérieure. Pour les micro-actuateurs, au contraire on cherchera à engendrer la déformation d'un élément ou le déplacement d'une partie mobile grâce à l'application d'un champ électrique, continu ou variable. L'utilisation du matériau piézoélectrique permet de relier déformation mécanique et signal électrique. En acoustique par exemple, la sollicitation extérieure est une onde de pression qui vient déformer une membrane. Elle peut être dans le spectre audible, et les objets typiquement visés sont les microphones (en mode capteur) et les haut-parleurs (en mode actuateur). Elle peut aller au-delà en fréquence, par exemple pour la réalisation de microtransducteurs ultrasons piézo (en terminologie anglo-saxonne PMUT pour Piezo Micromachined Ultrasonic Transducers). Il peut également s'agir de capteurs de pression statique ou encore de capteurs inertiels (capteurs d'accélération, gyroscopes, etc..) pour lesquels le déplacement d'une masse mobile mise en mouvement par une accélération subie est mesurée grâce au matériau piézoélectrique. Le matériau piézoélectrique compose l'intégralité de l'élément déformé (membrane, poutre, cantilever, etc..) ou avantageusement une partie seulement de celui-ci en l'empilant avec d'autres matériaux comme le silicium par exemple, pour mieux assurer les propriétés mécaniques de la partie déformable. Dans la catégorie actuateurs, les matériaux piézoélectriques peuvent commander un déplacement très précis et servent par exemple à expulser l'encre de cartouches d'impression, ou de systèmes micro-fluidiques ou encore à ajuster une distance focale d'un microsystème optique.
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Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'une couche monocristalline (10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
- la fourniture d'un substrat donneur (100) comprenant un matériau piézoélectrique de composition AB03, où
A est constitué d'au moins un élément parmi : Li, Na, K, H ;
B est constitué d'au moins un élément parmi : Nb, Ta, Sb, V ;
- la fourniture d'un substrat receveur (1 10),
- le transfert d'une couche (102) dite « couche germe » du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (1 10) par collage du substrat donneur sur le substrat receveur de telle sorte que la couche germe (102) se trouve à l'interface de collage puis amincissement du substrat donneur (100) jusqu'à ladite couche germe (102) ;
- la croissance, par épitaxie sur le matériau piézoélectrique AB03 de la couche germe (102), d'une couche monocristalline (103) de composition AB'03, où :
A' est constitué d'au moins un des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B' est constitué d'au moins un des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V ;
A' est différent de A ou B' est différent de B.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que A' comprend au moins un élément en commun avec A, et/ou B' comprend au moins un élément en commun avec
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que A' est identique à A lorsque B' est différent de B, et en ce que B' est identique à B lorsque A' est différent de A.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel A est constitué d'un unique élément et B est constitué d'un unique élément.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le transfert de la couche germe (102) comprend les étapes suivantes :
- la formation d'une zone de fragilisation (101 ) dans le substrat donneur (100) de sorte à délimiter une couche, dite couche germe, comprenant ledit matériau piézoélectrique de composition AB03,
- le collage du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (1 10), la couche germe (102) étant à l'interface de collage, - le détachement du substrat donneur (100) le long de la zone de fragilisation (101 ) de sorte à transférer la couche germe (102) sur le substrat receveur (1 10).
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, avant l'étape d'épitaxie, on retire une partie de l'épaisseur de la couche germe (102) transférée sur le substrat receveur (1 10).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'épaisseur de la couche germe (102) est inférieure à 2 μηη, de préférence inférieure à 1 μηη.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat receveur est en matériau semi-conducteur, et comprend une couche intermédiaire de piégeage de charges située entre la couche germe et le substrat receveur.
9. Procédé de fabrication d'une couche monocristalline, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
- la fourniture d'un substrat donneur (100) comprenant un matériau piézoélectrique de composition A'B'03, où
A' est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B' est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V ;
- la croissance, par épitaxie sur ledit matériau piézoélectrique A'B'03, d'une couche monocristalline (103) de composition A"B"03, où
A" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V ;
- la fourniture d'un substrat receveur (1 10),
- le transfert d'au moins une partie de la couche épitaxiale (103) de composition A"B"03 sur le substrat receveur (1 10) par collage du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (1 10) par l'intermédiaire de ladite couche épitaxiale (103) puis amincissement du substrat donneur (100) jusqu'à ladite couche épitaxiale (103) de composition A"B"03.
10. Procédé selon la revendication 9, comprenant, après le transfert de la couche (103) de composition A"B"03 sur le substrat receveur, la croissance, par épitaxie sur ledit matériau de composition A"B"03, d'une couche monocristalline (104) de composition
A"'B'"03, où
A'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V.
1 1 . Procédé selon la revendication 10, dans lequel A'" est différent de A" ou B'" est différent de B".
12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 1 1 , dans lequel le transfert de ladite au moins une partie de la couche épitaxiale (103) de composition A"B"03 sur le substrat receveur (1 10) comprend les étapes suivantes :
- la formation d'une zone de fragilisation (101 ) dans le substrat donneur (100) ou dans la couche épitaxiale (103) de composition A"B"03 de sorte à délimiter une couche à transférer,
- le collage du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (1 10), la couche épitaxiale (103) de composition A"B"03 étant à l'interface de collage ;
- le détachement du substrat donneur (100) ou de la couche épitaxiale (103) le long de la zone de fragilisation (101 ).
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la zone de fragilisation (101 ) est formée dans le substrat donneur (100) et, après l'étape de transfert, on amincit la couche transférée (100', 103) de sorte à exposer le matériau de composition A"B"03.
14. Procédé selon l'une des revendications 9 à 13, dans lequel A" est différent de
A' ou B" est différent de B'.
15. Procédé selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que A" comprend au moins un élément en commun avec A', et/ou B" comprend au moins un élément en commun avec B'.
16. Procédé selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que A" est identique à A' lorsque B" est différent de B', et en ce que B" est identique à B' lorsque A" est différent de A'.
17. Procédé selon l'une des revendications 9 à 16, dans lequel A' est constitué d'un unique élément et B' est constitué d'un unique élément.
18. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 12, dans lequel la zone de fragilisation (101 ) est formée par implantation ionique dans le substrat donneur (100).
19. Procédé selon l'une des revendications 1 à 18, dans lequel, à l'issue de l'étape d'épitaxie, l'épaisseur de la couche monocristalline (103) de composition A"B"03 est comprise entre 0,2 et 20 μηη.
20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, dans lequel on forme au moins une couche électriquement isolante et/ou au moins une couche électriquement conductrice à l'interface entre le substrat receveur et le substrat donneur.
21 . Procédé selon l'une des revendications 1 à 20, comprenant le transfert d'au moins une partie de la couche monocristalline (103, 104) du substrat receveur vers un substrat final (1 1 1 ).
22. Substrat pour un dispositif microélectronique, photonique ou optique, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat support (1 10) et une couche monocristalline (103) de composition A"B"03 sur ledit substrat support, où
A" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H ;
B" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V ;
l'un au moins de A" et B" est constitué d'au moins deux éléments,
et une couche (102) de composition A'B'03, où
A' est constitué d'au moins un élément parmi : Li, Na, K, H, et
B' est constitué d'au moins un élément parmi : Nb, Ta, Sb, V,
entre le substrat support (1 10) et la couche (103) de composition A"B"03.
23. Substrat selon la revendication 22, comprenant en outre, sur la couche (103) de composition A"B"03, une couche monocristalline (104) de composition A"'B'"03, où
A'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Li, Na, K, H;
B'" est constitué d'un ou plusieurs des éléments suivants : Nb, Ta, Sb, V
24. Procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de surface, comprenant le dépôt d'électrodes (12, 13) sur la surface d'une couche piézoélectrique monocristalline (10), caractérisé en ce qu'il comprend la fabrication de ladite couche piézoélectrique par un procédé selon l'une des revendications 1 à 21 .
25. Dispositif à ondes acoustiques de surface, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique monocristalline (10) susceptible d'être obtenue par un procédé selon l'une des revendications 1 à 21 , et deux électrodes (12, 13) se présentant sur la surface de ladite couche piézoélectrique monocristalline.
26. Procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de volume, comprenant le dépôt d'électrodes (12, 13) sur deux faces opposées d'une couche piézoélectrique monocristalline (10), caractérisé en ce qu'il comprend la fabrication de ladite couche piézoélectrique par un procédé selon l'une des revendications 1 à 21 .
27. Dispositif à ondes acoustiques de volume, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique monocristalline (10) susceptible d'être obtenue par un procédé selon l'une des revendications 1 à 21 , et deux électrodes (12, 13) agencées sur deux faces opposées de ladite couche piézoélectrique monocristalline.
28. Micro-capteur adapté pour mesurer une déformation engendrée par une sollicitation extérieure, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique monocristalline (10) susceptible d'être obtenue par un procédé selon une des revendications 1 à 21 ,.
29. Micro-actuateur adapté pour engendrer une déformation d'un élément ou un déplacement d'une partie mobile grâce à l'application d'un champ électrique continu ou variable, caractérisé en ce qu'il comprend une couche piézoélectrique monocristalline (10) susceptible d'être obtenue par un procédé selon une des revendications 1 à 21 .
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