説明

プロトン交換による薄層を転写させる方法

リチウムに基づく出発基板から薄層を転写させる方法であって:10%から80%の割合で基板のリチウムイオンをプロトンで交換するために、この基板の遊離面を通り深さe1にわたる、この基板と酸である第1の電解質との間でのプロトン交換工程;第1の深さe1より浅い第2の深さe2にわたる、少なくとも実際にはすべてのプロトンをリチウムイオンで交換し、深さe1と深さe2との間に中間層を残すために、遊離面を通る、この基板と第2の電解質との間の逆プロトン交換工程であって、この中間層には、プロトン交換工程の間に組み込まれたプロトンが依然として存在し、この深さe2が前記遊離面と中間層との間の薄層を規定する工程;中間層の脆化に好適な条件下で行われる熱処理工程;および中間層にて、基板の残存部分から薄膜を分離するのに好適な分離工程を含む、方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
マイクロエレクトロニクス構成部品(この用語の最も広い意味では、特にマイクロメカニカル、マイクロアコースティック、マイクロオプティカルなどの構成部品の形成を含む。)の分野において、本発明は、プロトン交換による、出発基板から別の基板への薄層の転写に関し、この別の基板は、中間基板(薄層が後でさらに別の基板に接合されることを目的とする。)または最終基板(薄層が、問題となる製造方法の終わりで、この基板と一体化したままである。)のいずれであることもできる。
【背景技術】
【0002】
薄層の転写を提供するための既知の方法のうち、「Smart Cut(商標)」の名称で知られる方法が、特に重要になっている。この方法は、通常水素、ヘリウムおよび/または希ガスイオンのフラックスを用いて基板面の1つに衝突させることによる、前記基板へのイオン注入を使用する。このイオン衝撃により、衝撃表面下にて、基板内の所与の深さに位置する区域にこうしたイオンを集中させる;第2の基板は、通常、衝撃表面に沿って第1の基板と接合され(この第2の基板は、予め形成されていることができ、通常分子結合により第1の基板に結合される;変形例として、第2の基板は、例えば堆積により前記衝撃表面に直接形成されることもできる。)、次いで熱および/または機械的−化学的条件をアセンブリに適用し、注入条件および後続処理を考慮して、第1の基板の残存部分に対して(衝撃表面と集中区域との間に位置する)薄層を分離させる;次いで上述の基板の残存部分を出発基板として、薄層の分離後にこの方法を繰り返すことができる(こうして複数の薄層を、同じ基板にて厚さ方向に形成できる。)。この方法は、特にUS−5374564(Bruel)およびUS−6020252(Aspar et al.)に記載されている。
【0003】
後に幾つかの変形例が提案されており、これは例えば衝撃によるイオン注入からなるものであって、このイオン単独ではガス分子を形成しないが、第1基板の元素からのガス分子の形成を促進し得る(WO−2007/110515(Tauzin))参照)。
【0004】
さらに、イオンを導入するための他の技術、例えばプラズマ含浸または高温拡散の使用が想定されている。
【0005】
こうして転写された薄層は、実際、前記薄層の分離前に場合により全体的または部分的に形成されたマイクロ構成部品(マイクロエレクトロニクス、マイクロメカニカル、マイクロアコースティック、マイクロオプティカルなど)の支持体として作用するので、こうした転写により得られた薄層は、最適な微結晶特性、電気的特性、機械的特性などを有することが重要である;注入、結合および分離の操作は、この薄層によって運ばれることを目的とする構成部品の形成段階が分離前に行われる場合にはこうした特定の形成段階と適合性であることがさらに重要である。特に特定の温度閾値、例えば400℃またはさらにはこれ以下のオーダーを超えないこと、および転写されるべき薄層を過度に劣化することなく、集中層にイオンを導入するように操作することが一般的には望ましいと考えられる。実際には、薄層が転写されるべき基板へ後の薄層を結合させるには、この目的基板との分子結合を強固にするため、または前記目的基板を形成するべき厚い膜を堆積させるためのいずれかにおいて、熱処理を必要とする;さらに、衝撃によるイオン注入は、プラズマ含浸または高温拡散の技術より好ましいと考えられる場合があるが、特定の条件下では、薄層の機械的または電気的特性を劣化させ得る薄層の微結晶格子における摂動を生じる。
【0006】
実際、イオン注入による層の転写は、注入装置により達成できる深さに等しい層厚さに制限される。非常に強力であり、そのため非常に高価でもある注入器を使用しない限り、この最大厚さはマイクロメートルオーダーである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許出願公開第5374564号明細書
【特許文献2】米国特許出願公開第6020252号明細書
【特許文献3】国際公開第2007/110515号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
これは、特定の場合に自由に選択できるように、当業者にとっては自由に使える幾つかの転写技術を有するのが有利であることの説明になる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
故に本発明は、マイクロエレクトロニクスおよび同様の応用に使用される少なくとも一部の材料に好適であり、マイクロメートルオーダー(例えば数マイクロメートル)を超え得る厚さにも好適である、薄層転写のための新しい技術を提供することを目的とし、これは、産業上の生成速度に適合性の適用時間および再現性レベルにおいて、適度な作用温度と、薄層の機械的および電気的特性の可能な限り低い制御された劣化とを、すべて妥当なコストで組み合わせる。
【0010】
本発明は、リチウム系材料の出発基板から薄層を転写させる方法を提供し、この方法は:
10%から80%の割合でリチウムイオンをプロトンと交換するために、前記基板の遊離面を通り深さe1に至る、前記基板と酸である第1の電解質との間でのプロトン交換段階、
第1の深さe1より浅い第2の深さe2に至り、少なくともほぼすべてのプロトンをリチウムイオンと交換し、深さe1と深さe2との間に中間層を残すために、前記遊離面を通る、前記基板と第2の電解質との間での逆プロトン交換段階であって、この中間層には、プロトン交換段階の間に組み込まれたプロトンが依然として存在し、この深さe2が前記遊離面と中間層との間の薄層を規定する段階、
中間層の脆弱化を生じさせるのに好適な条件下で行われる熱処理段階、および
中間層のレベルにて、基板の残存部分に対して薄層を分離するための分離段階
を含む。
【0011】
プロトン交換は、導波管製造における特定分野において本質的に周知である。故に1990年において文献US−4948407では、LiNbOにて導波管を製造するためのプロトン交換の適用が提案された;プロトン交換は、硫酸への含浸によって達成され、有効な導波を確実にするために十分な深さにプロトンを到達可能にするためにアニーリング処理が必要であることが述べられている。
【0012】
Ahlfeldt Webjornによる1995年5月のJournal of Applied Physics(ISSN 0021−8979),Vol.77 No.9,pp.4467−4476における文献「Structural and optical properties of annealed proton−exchanged waveguides in Z−cut LiTaO」には、プロトン交換によって得られるLiTaOにおける導波管の光学特性の特徴付けが提案されており、強誘電体材料における屈折率を予測するためのモデルが、LiNbOおよびLiTaOにおける屈折率の増大の差を説明するために使用されている。
【0013】
より最近では、2002年において文献US−2002/035856(同様に文献US−6185355を参照のこと)には、幾つかのサイクルを経るアニーリングを伴うプロトン交換によって一体化された光学デバイスを製造することが提案されていた。例として、ニオブ酸リチウム(LiNbO、一般にはLNOと略記)またはタンタル酸リチウム(LiTaO、一般にはLTOと略記)の基板は、例えば安息香酸に基づく電解質中に、200から240℃で1から30時間置かれ、次いで例えば300℃にて1時間空気中でアニールされる。次いで電解質中に含有される水素は、LTOまたはLNO中に拡散し、結晶のLiイオンを交換して、リチウム化合物に依存した新しい相HLi1−xTaOまたはHLi1−xNbO(0<x<80%)で構成される厚さe1(1から10μmのオーダー)の表面層を表面から形成する。場合によりアニーリングが続くプロトン交換と逆プロトン交換との組み合わせはまた、導波管の分野、特にKorkishko,Fedorov,Morozova,Caccavale,Gonella and SegatoによるJournal of the Optical Society of America A.15,pp.1838−1842(1998)において文献「Reverse proton exchange for buried waveguides in LiNbO」においてはLiNbOに関して、または2005年のDomenech,Lifante,Cusso,Parisi,Cino,Riva SanseverinoによるMaterials Science Forum,Vol.480−481,pp429−436における「Fabrication and Characterization of Reverse Proton Exchange Optical Waveguides in Neodymium Doped Lithium Niobate Crystals」に提案されている。例として、この逆プロトン交換処理は、330℃に加熱されたリチウムが豊富な溶液(例えば:濃度10:10:1のNaNO、KNOおよびLiNO)に基板を数時間含浸させることによって得られる。この段階により、厚さがe2<e1(e2は、マイクロメートルのオーダーである。)のLiTaOまたはLiNbOの薄い表面層を再編させるために、基板HLi1−xTaOまたはHLi1−xNbOへのLiイオン拡散および表面からのHイオンのLiイオンでの置換が可能になる。こうしてHLi1−xTaO層は、埋め込まれて、e1とe2との間に位置する。
【0014】
プロトン交換処理は、PE(「Proton Exchange」に関して)またはAPE(「Annealed Proton Exchange」に関して)と呼ばれることが多く、逆プロトン交換処理は、RPE(「Reversed Proton Exchange」に関して)と呼ばれることが多い。
【0015】
プロトン交換段階は、例えばプロトン交換を生じる化学処理(基板と電解質との接触)が加熱しながら行われる場合に、固有に熱アニーリング処理を含み得ることに注目すべきである;変形例として、逆プロトン交換段階の前に、さらなるアニーリング処理段階が存在してもよく、適切に化学処理を補うことができる。
【0016】
故に、プロトン交換の処理により、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムが有し得る優れた光学特性を活用できることが既に見出されている。
【0017】
しかし、プロトン交換の前記技術(直接または逆)はまた、特に上述の材料で構成された基板に関して、薄層の転写分野に利用できることは理解されていない。
【0018】
プロトン交換の適用はこうした交換が生じる区域の劣化を生じることがわかっているが、後続の適度な熱処理がこの劣化を最小限にできることもわかっているので(上述の文献US−2002/035856)、前記処理は結果として必須であると見なされていた。
【0019】
実際、当業者は、プロトン交換段階がこうした交換に関与する区域の劣化を生じたという知見に基づけば、こうした作用を転写技術に利用できることは想定できない。実際、当業者は、修復のための熱処理が有効であったと仮定した場合に、影響を受けた区域には脆弱化部分が残っておらず、逆に言えば追加処理(逆プロトン交換)の適用によって、想定される応用に十分な結晶質を修復することはできないと結論付けなければならない;逆に言えば、当業者は、修復が非常に不完全であると仮定した場合に、逆プロトン交換の補充処理の適用によっては、直接プロトン交換処理および逆プロトン交換処理の両方によって影響を受けた区域の材料の劣化を修復することはできないとだけ結論付けることができる。
【0020】
実際、ニオブ酸塩またはタンタル酸塩のようなリチウム化合物に関して、逆プロトン交換処理の適用により、出発結晶(例えばLTOまたはLNO)を良好な結晶質を有するように再編できることを見出したことは全く驚くべきことである。さらに、異なる深さでのプロトン交換段階および逆プロトン交換段階の適用(逆プロトン交換段階は、プロトン交換段階よりも浅い深さで行われる。)は、プロトン交換処理のいずれにも影響を受けなかった区域と、問題となるプロトン交換の2つの処置のそれぞれによって影響を受けた区域との間に、実質的に脆弱化し得る基板区域を残す。
【0021】
故に、プロトン交換によって二重に影響を受けた区域は、固体状態の合成技術によって得られたものと少なくとも同等の満足のいく微結晶およびマイクロエレクトロニクス品質を有し、さらに、イオン衝撃による従来の脆弱化条件下にて薄層の分離のために適用される同様の条件下で分離が可能となるのに十分脆弱化した区域により、基板の残存部分から分離されることを見出した。
【0022】
本発明は、上述の文献において、2つの区域(即ち、プロトン交換の2つの処理のいずれにも影響を受けなかった区域と、これらの処理のそれぞれによって連続的に影響を受けた区域)の間にある中間区域は特に非常に興味深い区域であるため、これらの文献の教示には従わずに、本発明では分離段階の間にこれらを破壊することを教示する。
【0023】
プロトン交換中にこの区域に導入された水素が逆プロトン交換後にそこに閉じ込められたままになっているため、熱による脆弱化処理のみが中間区域の脆弱化に真の作用もたらすことが強調されるべきである。前記逆プロトン交換が存在しないと、水素は、水素拡散、水素によるリチウム置換などのような現象に関与し、これが水素の分配を導き、故にこの存在の重要性が最小限になる。しかし、前記閉じ込めにより、逆プロトン交換の後の熱処理が、水素イオンを再編成してガス分子および次いで空隙の形成を導き、故に「Smart Cut(商標)」技術に関して使用可能な技術と同様の技術により分離が可能となるのに十分脆弱化した部分を導く。
【0024】
これが、逆プロトン交換段階に続く熱処理が、文献US−2002/035856(またはUS−6185355)にて推奨される回復作用を有する処理とは対照的に、脆弱化作用を有することの説明になる。
【0025】
本発明は、直接または逆プロトン交換技術については完全に既に調査されているリチウム化合物、特にこの酸化物またはこの塩、例えばニオブ酸塩またはタンタル酸塩によって、少なくとも遊離面付近に構成された基板(これは、前記リチウム系材料によって、またはプロトン交換の段階の深さが前記表面層の厚さ未満であるので表面層だけが前記材料で構成された基板によって構成される固体基板であることができる。)から薄層を転写することに関する。他のリチウム系材料としては、例えば:
LiD(SeO:亜セレン酸三水素リチウム
LiTiC−4HO:酒石酸リチウムタリウム
Li(N)SO:硫酸リチウムヒドラジニウム
を挙げることができる。
【0026】
好ましくは、基板は単結晶であり、配向は好ましくは基板の遊離表面に垂直である(結晶標記(001)に対応する。)。
【0027】
本発明の好ましい特徴によれば、場合により以下を組み合わせる:
中間層は、少なくとも1マクロメートルの厚さを有し、有利なことには深さe1は少なくとも5マイクロメートルに等しく、第2の深さe2は少なくとも3マイクロメートルに等しく、中間層は少なくとも2マイクロメートルの厚さを有する;これは、中間層および薄層の厚さを選択するための大きな自由度を与える、
出発基板は、ミクロ構造の配向が適切に選択されるならばプロトンの浸透を促進する単結晶である、
第1の電解質は、安息香酸またはハイドロスルファートを含む酸浴であり、そこで基板は220℃から350℃の温度にて1時間から30時間含浸される;こうした処理は特に酸化リチウムの場合に既に好適であることが証明されている、
第2の電解質は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムの塩の混合物を含有する浴であり、そこで基板は、300℃から350℃の温度にて0.5時間から5時間含浸される;こうした処理もリチウム化合物の場合に既によく試験されている、
逆プロトン交換段階の前に任意のアニーリング段階を、300℃から380℃の温度で0.5時間から30時間行う;これが、温度上昇を避けるまたは迅速な進行を望むかどうかに応じて、大きな選択肢を提供する、
結合段階は、前記基板が前記薄層によって第2の基板に結合される過程において提供される(それでもなお、こうした段階は薄層がキャリア基板を用いずに操作可能にするために十分な厚さ(通常数マイクロメートル)を有する場合には必ずしも必要でないことを理解すべきである。);有利なことには、この第2の基板への結合段階は、出発基板とこの第2の基板との間の分子結合を含み、これはマイクロエレクトロニクスの分野における多種多様の材料に関して既に十分研究されている結合技術である;有利なことには、前記分子結合は、基板の一方または他方での少なくとも1つのキーイング層の堆積段階によって進行する、
熱による脆弱化処理段階(例えば任意の結合段階中またはこの段階後に行われる。)は、100℃から500℃(通常200℃から350℃)の温度にて1分から100時間(通常0.5時間から2時間)行われ、これは特に高温を必要とせずに妥当な程度に迅速であることが判明している;第1の場合によれば、次いで分離は、熱による脆弱化処理を継続する熱処理によって得られる;好ましくは、熱による脆弱化処理および分離段階は、所望の分離が得られるまで、0.1℃/分から5℃/分(好ましくは1℃/分から5℃/分)の速度での段階的な温度上昇によって得られる;変形例として、分離段階は、脆弱化された中間層のレベルでのブレードの挿入によって得られる、
非常に一般的には、分離は、熱処理の適用および/または剥離の機械的応力の適用によって、引くおよび/または曲げるおよび/または剪断によって、および/またはブレードの挿入によって、および/または超音波もしくはマイクロ波の適用によって得られ、これは従来の転写技術にて既に使いこなされている技術を用いることを意味する。
【0028】
本発明の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して、例示的な非限定的例として与えられる次の説明から明らかになり、この図面において:
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】プロトン交換処理を行った後、アニーリングを行った出発基板の概略断面図であり、右側のグラフにはプロトン濃度を図示する。
【図2】逆プロトン交換処理の適用後のこの基板の概略断面図であり、右側のグラフにはプロトン濃度を図示する。
【図3】熱による脆弱化処理の過程におけるこの基板の概略断面図である。
【図4】最終研磨前の、薄層の分離後のこの基板の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
図1から4は、リチウム系材料で構成された出発基板10からの薄層の転写方法の例を示す。
【0031】
この方法は次の主要段階を含む:
10%から80%の割合で、基板に存在するリチウムイオンをプロトンで交換するために、前記基板の遊離面11を通り深さe1に至る、前記基板10と酸である第1の電解質(図示せず)との間のプロトン交換段階;プロトンHのプロファイルまたは水素イオンのプロファイルは、遊離面11から出発した平坦域と、基板10の残存部分内において最小値に至る段階的減少域を有する−図1を参照のこと、
イオンの再配置を促進するための任意のアニーリング段階であって、それによって厚さe1まで拡散したプロトンが基板の材料構成成分と再結合し、初期元素(リチウム)の欠損をもたらす段階;故に表面層12は、遊離面11に沿って得られ、基板10の残存部分(10Aと標識される。)と初期には同一であったこの微細構造が変更されている(濃度プロファイルはこの段階では感知できる程度には変わらない。)、
第1の深さe1より浅い第2の深さe2に至る、少なくともほぼすべてのプロトンを前記元素(リチウム)イオンで交換し、深さe2とe1との間にある例えば少なくとも1マイクロメートルの中間層12Aを残すための、遊離面11を通る前記基板と第2の電解質(図示せず)との間の逆プロトン交換段階であって、中間層にはプロトン交換段階中に材料に組み込まれた高割合のプロトンが依然として存在し、深さe2は、前記遊離面11と中間層12Aとの間の薄層12Bを規定する−右側にはHイオン濃度のベル型プロファイルを示す図2を参照のこと、
任意の結合段階であって、この間に前記基板を前記薄層によって第2の基板13に接合させる段階(図示しないが(実際には厚さe1およびe2よりもかなり薄い)キーイング層を、問題の面に予め形成できる。)、
中間層12Aの脆弱化を生じるのに好適な条件下にて(行われる場合には)結合段階中または結合段階後に行われる熱処理段階;および
図3における構成に基づいて基板の残存部分に対して、薄層(任意の結合段階が行われる場合には基板13に接合している。)を分離するための分離段階−図4を参照のこと;実際分離は、熱処理(例えば図3において脆弱化処理を行うことによって)および/または機械的応力の適用によって(引く、曲げるなど)、例えば図3でのブレードMによって(変形例として、これは特に、例えば空気式の流体ジェットなどであることができる。)得ることができる。
【0032】
プロトン交換の条件は、これ自体をアニーリング処理に対応させることができる;実際、このプロトン交換の化学的部分(基板と電解質、即ち交換に関与する元素との接触)は、加熱を伴って行うことができる;しかし、補充的なアニーリングが存在することもできる;別の変形例によれば、化学段階は、後にアニーリングが続く、低温にて行うことができる。換言すれば、有利なことには、基板と電解質との接触中または接触後であるが、逆プロトン交換段階の前にアニーリング処理がある。
【0033】
実際、脆弱化層内で生じる分離は、薄層12Bならびに基板の残存部分10Aにこの脆弱化層の一部を残し、これは粗いものである;機械的または化学機械的研磨により、有利なことには、これらの部分が除去され、その結果薄層13が清浄になり、基板10Aの残存部分は、以下に記載されるように新しいサイクルのために使用できる。
【0034】
もちろん、電気的および/または機械的および/または光学的などのマイクロ構成部品のすべてまたは一部の、遊離面または薄層内での形成に関与するいずれかの適切な既知の種類の段階は、必要に応じてこれらの段階の間に挿入され得る。
【0035】
本発明は、リチウム化合物、より詳細には酸化リチウムに関する。この説明の残りの部分では、ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの場合を説明する。本発明はまた、LiD(SeO(亜セレン酸三水素リチウム)、LiTlC−4HO(酒石酸リチウムタリウム)、Li(N)SO(硫酸リチウムヒドラジニウム)などのリチウムに基づく他の化合物に関する。
【0036】
序文にて示されるように、後続処理の逆プロトン交換との組み合わせを含むプロトン交換処理の適用は、光学構成部品、特に光学電気特性を有する導波管を製造する場合に特に、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムの場合について既に述べられている。
【0037】
タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムの場合、本発明は、次の連続段階によって規定できる:
1.プロトン交換およびアニーリングによる、表面から深さe1へのHLi1−xTaO3またはHLi1−xNbO3(10%<x<80%)層の形成、
2.逆プロトン交換による表面から深さe2<e1へのLiTaO3またはLiNbO3層の形成、
3.補強材(例えば第2の基板)との材料の緊密な接触、
4.熱処理の適用および/または剥離力の適用による、e1とe2との間に埋め込まれたHLi1−xTaO3またはHLi1−xNbO3層のレベルでの破砕(例えば、2つの基板間へのブレードの挿入、および/または引くおよび/または曲げるおよび/または剪断応力、および/または注意深く選択された出力および周波数の超音波もしくはマイクロ波の適用)、
5.HLi1−xTaO3またはHLi1−xNbO3層の除去。
【0038】
本発明の適用の例は、タンタル酸リチウム、および次いでニオブ酸リチウムの場合について、以下に記載される。
【実施例1】
【0039】
(001)配向(原線に対して垂直な表面)を有する単結晶LiTaO3の基板を、安息香酸、安息香酸リチウムおよびリン酸二水素アンモニウムで構成された電解質中に330℃にて数時間配置し、次いでLTOの表面から厚さ>5μmにわたってHLi1−xTaO3相を得るために、30分間370℃でアニールする。次いで逆プロトン交換反応を、それぞれモル割合1/1/0.1でのKNO3/NaNO3/LiNO3の330℃での浴を用いて数時間行う。次いでHLi1−xTaO3の埋め込まれた層は、LiTaO3の表面下約2から6μmに位置するように得られる。Hの濃度は、10原子%オーダーである。
【0040】
次いで基板は、蒸着した厚さ100nmのクロム層で前面が覆われる。第2の基板または補強材として作用することを目的とした第2のLiTaO3基板は、IBS(イオン・ビーム・スパッタリング)によって堆積した厚さ400nmのSiOの層で前面が覆われる。LiTaO3プレートの2つの前面は、従来の分子結合段階:名称「Caro」(溶液:2/1または3/1の割合で97%HSOおよび30%H)として既知の洗浄、これに続くDIW(「脱イオン水」)によるすすぎ、化学機械的研磨(研磨剤として従来のコロイダルシリカを用いる。)、DIWでのプレートのブラッシング、遠心分離による乾燥、および緊密な接触を行う。
【0041】
緊密な接触とは、局所的な接触点にてプレートが接近し、次いで結合波が結合されるべき表面全体にわたって伝播することを意味することに注目すべきである。
【0042】
次いで2つの表面は、分子接着によって結合される。次いで2つの結合した基板は、APE段階のみを行った基板のHLi1−xTaO3区域のレベルに拡がるマイクロ空隙またはマイクロクラックを形成するために、熱脆弱化処理に供される。この熱処理は、周囲温度から約300℃まで2℃/分の温度ランプ/勾配からなり、この温度で、HLi1−xTaO3区域のレベルでの破砕によってLiTaO3の薄層転写が生じる。転写後に得られた構造は次の通りである:HLi1−xTaO3 2μm/LiTaO3 2μm/Cr 100nm/SiO 400nm/LiTaO3基板。
【0043】
次いでHLi1−xTaO3表面層は、化学機械的研磨(CMP)によって除去される;転写されたLiTaO3層は、CMPによる15から20nmまでの厚さに低減される。得られた構造は、特に強誘電体メモリー(FRAM:フェリック・ランダム−アクセス・メモリー)のようなデバイスの点から興味深い。
【0044】
次いで基板の残存部分は、薄層の新しい形成サイクルなどを行うことができる。
【実施例2】
【0045】
(001)配向(原線に対して垂直な表面)を有する単結晶LiNbO3の基板を、グリセリン化KHSO4で構成された電解質中に230℃で18時間配置し、次いで325℃で30時間アニールする。RPE段階は、LiNO3(37.5モル%)−KNO3(44.5モル%)−NaNO3(18.0モル%)の共晶浴にて320℃の温度で4時間行われる。
【0046】
Hが豊富な埋め込まれた層は、LiTaO3の表面下約2から5μmに位置する。Hの濃度は、10原子%オーダーである。
【0047】
次いで基板は、蒸着した厚さ100nmの白金層で前面が覆われる。Si基板は、厚さ400nmの熱SiOの層で覆われる。2つのプレートは、分子結合によって結合し、次いでAPE段階のみを行った基板のHLi1−xNbO3区域のレベルに拡がるマイクロ空隙またはマイクロクラックを形成するために、250℃で1時間熱処理に供される。次いでマイクロ空隙を有する区域のレベルでの破砕が、結合界面でのブレードの挿入によって生じる。転写後に得られた構造は次の通りである:HLi1−xNbO3 1μm/LiTaO3 2μm/Pt 100nm/SiO 400nm/Si基板。次いでHLi1−xNbO3表面層は、化学機械的研磨によって除去される。得られた構造は、特に弾性表面波(SAW)共鳴装置のようなデバイスに有用である。
【0048】
直接プロトン交換および/または逆プロトン交換の段階を行うための操作条件は、導波管を作製するための分野の現状にて提案されている操作条件と同じであることができる。しかし、想定される応用に応じて、これらの条件を、特に次のように適合させるのが有用な場合がある:
転写されるべき薄膜の厚さe2を制御するため、
必要な厚さの中間層を形成するため:例えばこの厚さをより微細にして、分離後のラフネスを低下させる、
変動可能な分離容易性を得るために導入されるプロトンの濃度を制御するため;例えば濃度が高い場合、分離はより低い熱量で得ることができる。
【0049】
「Smart Cut(商標)」方法に基づく転写技術に対して、本発明は、特に次を含んでいて実質的な相違を有するものであることを理解する:
直接プロトン交換および逆プロトン交換の組み合わせは、微結晶摂動が後の脆弱化層にて集中し、特に後の薄層に関して出発基板の微細構造および組成に大きな変更をもたらさずにSi−H錯体またはH2沈殿物またはプレートレットなどが形成される衝撃によるイオン注入とは対照的に、2つの微細構造および組成の変化を含む、
直接プロトン交換、および次いで逆プロトン交換の2つの処理の条件に応じて、脆弱化層の厚さは、容易に制御でき、衝撃による注入の場合よりも厚くできる、
後の薄層内における組成および微細構造の2つの連続的な変更は、分子結合を、衝撃による注入よりも困難にし得るのは事実であるが、分子結合に関連する当業者の知識では、それでもなお、良好な品質の分子結合を得ることはできることを理解する。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
リチウムに基づく出発基板から薄層を転写させる方法であって:
10%から80%の割合で基板のリチウムイオンをプロトンと交換するために、前記基板の遊離面を通り深さe1に至る、前記基板と酸である第1の電解質との間でのプロトン交換段階、
第1の深さe1より浅い第2の深さe2に至り、少なくともほぼすべてのプロトンをリチウムイオンと交換し、深さe1と深さe2との間に中間層を残すために、前記遊離面を通る、前記基板と第2の電解質との間での逆プロトン交換段階であって、この中間層には、プロトン交換段階の間に組み込まれたプロトンが依然として存在し、この深さe2が前記遊離面と中間層との間の薄層を規定する段階、
中間層の脆弱化に好適な条件下で行われる熱処理段階、および
中間層のレベルにて、基板の残存部分に関して薄層を分離するための分離段階
を含む、方法。
【請求項2】
中間層が少なくとも1マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
深さe1が少なくとも5マイクロメートルに等しく、第2の深さe2が少なくとも3マイクロメートルに等しく、中間層が少なくとも2マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
出発基板が単結晶であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
出発基板が、少なくともこの遊離面付近において、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムで構成されることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
第1の電解質が安息香酸またはハイドロスルファートを含む酸浴であり、ここで基板が220℃から350℃の温度にて1時間から30時間含浸されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
【請求項7】
第2の電解質が、リチウム、ナトリウムおよびカリウムの塩の混合物を含有する浴であり、ここで基板が300℃から350℃の温度にて0.5時間から5時間含浸されることを特徴とする、請求項5または6に記載の方法。
【請求項8】
アニーリング段階が、逆プロトン交換段階の前に、300℃から380℃の温度で0.5時間から30時間行われることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
結合段階が想定され、この過程で前記基板が第2の基板に前記薄層により結合されることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
第2の基板への結合段階が、出発基板とこの第2の基板との間の分子結合を含むことを特徴とする、請求項9に記載の方法。
【請求項11】
分子結合が、一方または他方の基板上への少なくとも1つのキーイング層の堆積段階により進行することを特徴とする、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
熱脆弱化処理の段階が、1分から100時間(好ましくは0.5時間から2時間)の時間、100°から500°(好ましくは200℃から350℃)にて行われることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
分離が、熱脆弱化処理の間または熱脆弱化処理を継続させる熱処理によって得られることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
熱脆弱化処理および分離段階が、0.1℃/分から5℃/分(好ましくは1℃/分から5℃/分)の割合での段階的温度上昇によって得られることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
【請求項15】
分離段階が、脆弱化中間層のレベルでのブレードの挿入によって得られることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
【請求項16】
分離が、剥離の機械的応力の適用により、引くおよび/または曲げるおよび/または剪断により、および/またはブレードの挿入により、および/または超音波もしくはマイクロ波の適用により、得られることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公表番号】特表2011−523395(P2011−523395A)
【公表日】平成23年8月11日(2011.8.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−504508(P2011−504508)
【出願日】平成21年4月10日(2009.4.10)
【国際出願番号】PCT/FR2009/050647
【国際公開番号】WO2009/136100
【国際公開日】平成21年11月12日(2009.11.12)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.FRAM
【出願人】(510099914)
【出願人】(510273477)エス・オー・アイ・テツク・シリコン・オン・インシユレーター・テクノロジーズ (1)
【Fターム(参考)】