발명의명칭:고순도압전박막및이박막을이용� �는소자를 제조하는방법

기술분야

[1] 본개시 (Disclosure)는전체적으로고순도 Al.Ga^.N (0.5£x£l)압전박막및이 박막을이용하는소자를제조하는방법및이박막 을이용하는장치 (Method of manufacturing AlxGal-xN (0.5<x<l) piezoelectric thin films with high purity and their apparatus using the thin film)에관한것으로,특히우수한

결정성 (crystallinity)과극성 (polarity)을가지는고순도 (high purity) Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막,더욱바람직하게는고순� � A1N압전박막및이박막을 이용하는소자를제조하는방법및이박막을이용 하는장치에관한것이다. 고순도 Al _x G^ _x N (0.5£x£l)압전박막은고품질의고주파필터 (high-frequency filters),에너지회수장치 (energy harvesters),초음파트랜스듀서 (ultrasonic transducers),바이오및사물인터넷용도의센서 (sensors for bio & IoT)등을 포함한다양한공진기 (resonaters)응용제품등에이용된다.최근에,이들� ��막은 스마트폰과같은포터블전자장치 (portable electronic devices)에사용되는 필터에서음향공진기 (acoustic resonators;예 : SAW공진기 (surface acoustic wave resonator), BAW공진기 (bulk acoustic wave resonator))로서역할과바이오및 사물인터넷용도의고감도센서에서주목받고있 다.이상에 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l) 압전박막의용도를예시하였지만,이박막의용� �가여기에제한되는것은 아니다.

배경기술

[2] 여기서는,본개시에관한배경기술이제공되며,� ��들이반드시공지기술을 의미하는것은아니다 (This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

[3] 문헌 Nano Energy 51 (2018) 146-161,“AIN piezoelectric thin films for energy harvesting and acoustic devices”에따르면, AIN압전박막은높은종적음향파 속도 (high longitudinal acoustic wave velocity;대략 l l,000m/s),높은열적 안정성 (high thermal satbility,녹는점 ; 2100 ^O C,압전특성유지온도; 1150 ^O C),큰 에너지밴드캡 (wide energy bandgap, 6.2eV),그리고우수한압전능과

유전율 (excellent piezoelectric and dielectric properties)등의유일무이한물성을 갖고있어,고품질의고주파필터 (high-frequency filters),에너지회수장치 (energy harvesters),초음파트랜스듀서 (ultrasonic transducers),바이오및사물인터넷 용도의센서 (sensors for bio & IoT)등을포함한다양한공진기 (resonaters)응용 제품으로현재폭발적으로사용되고있는동시에 ,향후고품질의기능성과 다양성 (functionality and versatility)강화를통한초소형화고효율성제품이 절대 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 필요한분야에서는가장각광받고있는물질이다 .일반적으로 A1N압전박막 물질을성막 (thin film synthesis)하는방법으로는 400 ^O C전후의온도에서다결정 증착 (poly-crystal deposition)하는 PVD(physical vapor deposition;대표적으로 sputtering)와 W00°C전후의온도에서단결정성장 (epitaxial single crystal grow比！)하는 CVD(chemical vapor deposition;대표적으로 MOCVD, HVPE)으로 알려져있다.현재는 A1N압전박막의성막 (증착,성장)공정과이러한성막 공정을감안한소자설계로인해서고저항성 Si성막기판위에순차적으로 절연층 (대표적으로 Si0 ₂ )및/또는전극기능을포함한금속층의단층� ��는다층 박막 (대표적으로 Mo, Ti, Pt, W, Al)을형성시킨다음, 400 ^O C전후의온도에서 다결정 A1N증착성막을통한소자설계제작,또는필요시� �후속열처리 공정을추가하여설계된소자를제작하고있는실 정이다.하지만도 15에서 상세히후술하겠지만물리적인공정한계로인해 400 ^O C전후의온도에서절연층 및/또는금속박막위에최적화시킨공정으로증� �된 A1N압전박막은 집합조직화된다결정 (textured poly-crystal)미세조직 (microstucture)으로 1000°C 전후의고온에서증착성막된고순도단결정 (epitaxial single crystal)미세조직의 A1N압전박막에비해서압전능관련물성을포함한 물리적특성이우수하지 않고,이로인해서설계제작된각종 A1N압전박막소자들은성능과응용확장 관점에서한계를갖고있다.다시말해서,종래기� ��에서 A1N압전박막과이를 이용한장치에있어서의결정품질 (결정성과극성)은 A1N성막전에형성된 절연층및/또는금속층의단층또는다층박막위� �성막가능한것으로증착 성막온도및표면물질상태등의물리적인자들에 제한되기때문에, A1N압전 박막을고순도단결정의재료로구성하는것은곤 란하였다.이러한한계을 극복하고고순도단결정의 A1N압전박막을얻고장치를제작하기위한여러 방법들이제시되고있는데,일예로 MOCVD장치로 1000°C전후의고온에서 A1N물질과동일/유사한결정구조 (crystal structure)를갖는단결정성막 기판 (epitaxial synthesis substrate, Sapphire, SiC)에직접성장 (growth)성막하거나 또는실리콘 (Si)단결정성막기판위에스퍼터링 (sputtering)장치로가능한최대 고온에서직접증착 (deposition)성막시킨후,웨이퍼본딩 (wafer-bonding)과성막 기판분리 (lift off)를통해서소자기판 (device substrate)으로의 A1N압전박막 전사 (transfer)기술을통해소자를완성시키는방법들� �제시되고있다.

[4] 도 1은미국공개특허공보 US2015-0033520호에제시된압전박막을이용한 소자들을나타내는도면으로서 ,도 1(a)에는 FBAR(20; Film Bulk Acoustic Resonator)의일예가제시되어있으며,도 1(b)에는 SMR(20’; Solidly Mounted Resonator)가제시되어있다. FBAR과 SMR은 BAW공진기에속한다.

FBAR(20)은한쌍의전극 (22, 24),한쌍의전극 (22, 24)사이에놓이는압전 박막 (26)그리고소자기판 (30)을포함한다.한쌍의전극 (22, 24)과압전 박막 (26)은소자기판 (30)에형성된캐비티 (28)위에놓인다 (suspended).

SMR(20’)은한쌍의전극 (22’, 24’),한쌍의전극 (22’, 24’)사이에놓이는압전 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 박막 (26’)그리고소자기판 (30’)을포함한다. FBAR(20)과달리캐비티 (28) 반사기 (reflectror)를대신하여다증구조의브래그리늘렉 터 (27'; Bragg Reflector) 반사기가구비된다.

[5] 도 2내지도 4는미국공개특허공보 US2015-0033520호에제시된 A1N압전 박막및이를이용한소자를제조하는방법을나타 내는도면으로서,먼저 사파이어 (A1 ₂ 0 ₃ )성막기판에단결정 A1N압전박막을성장한다 (도 2(a)).이때 종래 Si성막기판위에 Si0 ₂ 막과 Mo로된전극을형성한다음, PVD(Phisical Vapor Deposition)인스퍼터링을통해 A1N압전박막을형성하는것과달리 , HVPE또는 CVD(Chemical Vapor Depostion)인 MOVCD를이용하여양질의 고순도단결정 A1N압전박막을형성한다.다음으로,컨택전극을� ��성한다 (도 2(b). SMR을제조하는경우에,먼저별도로마련된반도� �소자기판에브래그 리플렉터 (Si0 ₂ /W)반사기를형성한다 (도 3(c)).다음으로 A1N압전박막 구조물 (40)과브래그리플렉터반사기구조물 (42)을웨이퍼본딩한다 (도 3(d). 다음으로본딩된구조물 (44)로부터레이저리프트오프 (Laser Lift Off; LLO)를 통해사파이어성막기판을분리한다 (도 3(e)).마지막으로사파이어성막기판이 분리된구조물 (46)에상부전극을형성한다 (도 3(f)). FBAR을제조하는경우에, 먼저별도로마련된반도체소자기판에에어캐비 티를형성한다 (도 4(c)).

다음으로 A1N압전박막구조물 (40)과캐비티구조물 (52)을결합한다 (도 4(d). 다음으로본딩된구조물 (54)로부터레이저리프트오프 (LLO)를통해사파이어 성막기판을분리한다 (도 4(e)).마지막으로사파이어성막기판이분리된 구조물 (56)에상부전극을형성한다 (도 4(f)).

[6] 종래에 Si성막기판상부에실리콘산화물 (Si0 ₂ )및/또는금속 (전극)물질위에 스퍼터링 (sputtering)장치를통해증착성막된다결정 (poly crystalline) A1N압전 박막과비교할때사파이어성막기판위에 MOCVD성장성막된단결정 (single crytalline) A1N압전박막은공진기 (resonator)의성능과품질을대폭향상시킨다 하겠다.그러나사파이어성막기판위에 6.2eV에너지밴드 ⁷ ^(energy bandgap), 즉파장으로변환시에 200nm단파장의광학물성을갖는 A1N압전박막을직접 성장시킨다음,이를현재상용되는 ArF(193nm) & KrF(248nm)등의엑시머 레이저광에너지원를이용하여분리하는것은결 코쉽지않은일이다.이러한 이유는레이저광에너지원을이용하여두물질증 을분리하기위해서는 경계면 (interface)에서레이저광에너지원의강한흡수와� ��에너지로의변환을 거친열화학분해반응 (thermo-chemical decomposition reaction)과정을통해 이루어지는데,이러한메카니즘 (mechanism)을통해성막기판으로부터기능을 갖는특정성막된박막을분리하는공정을“레이 저리프트오프 (laser lift off; LLO)”라일컫고있다.레이저리프트오프 (LLO)메카니즘의시발점은레이저광 에너지원을흡수하여열에너지원으로변환시킬 수있는적정한물질로구성된 희생층 (sacrificial ayer)이광학적으로투명한성막기판과특정성막� ��박막 사이에존재되어야한다.이희생증 (sacrificial ayer)물질의적정조건은 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 광학적으로투명한사파이어성막기판후면을통 해조사입사된레이저의 파장 (wavalength)보다충분히큰파장의에너지밴드갭을 갖는광학적으로 투명한반도체인동시에 ,광에너지원을최대한많이흡수할수있는비정� �, 다결정 (amorphous or polycrystalline),또는다증 (multi layer)의

미세구조 (microstructure)를갖는물질영역이절대적으로필� �로한데,상기미국 공개특허공보 US2015-0033520호에제시된방법에서는이러한점을� ��과하고 기술한것이다.

[7] 도 5는미국공개특허공보 US2006-0145785호에제시된 A1N압전박막을

제조하는방법의일예를나타내는도면으로서,� �파이어성막기판 (200), 사파이어성막기판 (200)에성장된버퍼층 (2W;예 : GaN),버퍼층 (210)위에 형성된 A1N압전박막 (220)그리고 A1N압전박막 (220)위에형성된접합용 금속 (230;예: Au)이제시되어있다.

[8] 버퍼층 (210)을구성하고있는갈륨나이트라이드 (GaN)은 3.4eV (파장변환시 , 364nm)에너지밴드갭을갖는물질이고동시에저온 성장성막된비정질 미세구조 (amorphous microstucture)를갖고있어, A1N에비해상기 GaN

버퍼층 (210)은희생층 (sacrificial layer)으로역할을충분히할수있어광학적으로 투명한사파이어성막기판 (200)과 A1N압전박막 (220)의분리를용이하게하는 이점을가지지만, GaN버퍼층 (210)과 A1N압전박막 (220)간에는상당한 격자상수및열팽창계수의물성차이가존재하므 로,공진기등의기능성압전 박막으로사용할수있는일정한임계두께 (critical比 lickness,대략 lOOnm) 이상으로 MOCVD성장된고순도단결정 A1N압전박막 (220)을확보하는데 현재까지공지된공정및기술로는결코쉽지않다 .

[9] 도 15는 Solid-State Electronics 54 (2010) 1041- 1046에제시된 A1N압전박막을 제조하는방법의일예를나타내는도면으로서,� �조방법은도 15(a)에도시된 바와같이, (001)실리콘성막기판 (61)에직접적으로스퍼터링증착된 A1N압전 박막 (62)을성막하는단계,도 15(b)에도시된바와같이, A1N압전박막 (62)위에 하부전극 (63)을형성하는단계,또 15(c)에도시된바와같이,하부전극 (63)위에 형성된음향파미러 (64; acoustic mirror)를형성하는단계 ,도 15(d)에도시된바와 같이 ,음향파미러 (64)위에웨이퍼본딩결합된캐리어웨이퍼 (65; carrier wafer)를형성하는단계 ,도 15(e)에도시된바와같이 , (100)실리콘성막 기판 (61)을습식에칭으로제거하는단계，그리고도 15(f)에도시된바와같이 , 최종적으로 (W0)실리콘성막기판 (61)이제거된 A1N압전박막 (62)에상부 전극 (66)을형성하는단계를포함하며 ,이를통해 SMR BAW구조공진기가 제조된다.이러한방법에의하면,실리콘성막기� ��에 Si0 ₂ 및/또는금속 (전극)을 형성한다음 A1N압전박막을형성한구조 (예 :문헌 (“Optimization of sputter deposition Process for piezoelectric AIN ultra-thin Films”, Semester Project, Advanced NEMS group, Autumn Semester 2017, Roman Welz, January 23, 2018, SECTION MICROTECHNIQUE)와비교할때,품질개선을위한별도� �추가공정 (CMP; 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 chemical-mechanical polishing)이불필요한장점과균일한두께를갖는� �전박막 획득이가능하고동시에압전박막품질에지대한 영향을미치는전극 (금속) 표면에형성된자연산화물 (native oxide)을배제할수있는이점이있어종래 제조공정에비해품질과비용관점에서우위를확 보할수있다고지적되어있다.

[1이 이외에도 SiC성막기판위에고순도 A1N압전박막을성장하는방법이있으나,

SiC성막기판이고비용인데다가, SiC성막기판위에고순도 A1N박막성장 후에이미공지된 A1N압전박막공진기제조공정에서화학적습식에 칭을통해 SiC성막기판이제거되기때문에재사용이가능하 지않으므로원천적으로 A1N 압전박막공진기고비용원가문제를해결할수없 어고려하지않는다.

[11] 통상적으로 2200 ^O C의녹는점 (melting point, Tm)을갖는고순도 A1N압전

박막을성막 (증착,성장)하기위해서는“쏜턴에의해정립된 흡착원자표면 이동도이론 (Thornton’s Theory for the Adatom Surface Mobility)어！따라성막시어! 성막기판의표면온도를적어도 0.3Tm(AlN경우 660 ^O C)이상에서공정을 진행해야성막기판의표면에서흡착원자의물질 확산이시작되어성막 물질증의중진율 (close packing ratio)이단결정벌크 (single crystal bulk)수준에 도달해서성막기판표면에수직방향으로배열된 집합조직의다결정 (c-oriented textured polycrystal)을형성할수있고,성막기판표면온도� �한증더증가시켜 0.5Tm(AlN경우 1 W0 ^O C)이상이되면부정형의모짜익구조

단결정 (psuedomorphic mosaic structured single crystal)을형성하여고순도 박막 (high purity thin film)을얻을수있다.더바람직하게는성막기판표 면 온도를상승시킬때,성막기판후면 (back plane)에서히터 (heater)로가열하는 방식보다플라즈마입자들 (plasma particles;양성자,전자,중성자)의가속을통해 성막되는표면에직접충격 (bombardment)을가하여표면온도를증가시키는 것이고순도박막을얻는데유리하다.또한육방� �계 (HCP)결정구조를갖는 고순도 A1N압전박막을성막 (증착,성장)하기위해서는동일한결정구조를갖 는 3족질화물 (Group III Nitrides; AIN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN)과 2족

산화물 (Group II Oxidex; ZnO, MgO, MgZnO),또는유사한결정구조를갖는 사파이어 (Sapphire)와실리콘카바이드 (SiC)물질표면을최우선으로선택하는 것이바람직하며,동시에표면거칠기 (surface roughness)가큰금속 (전극; Mo, W, Ti, A1)물질보다는상대적으로작은표면거칠기를갖 는세라믹 (Si0 ₂ , SiNJ또는 반도체 (Si)물질이흡착원자표면이동도관점에서훨씬� �고순도 A1N압전 박막확보에유리하다.상기조건들이외,고순도 A1N압전박막을성막 (증착, 성장)하는데유리한상황들은성막기판을포함� �주변으로부터산소 (0 ₂ ) 유입량의최소화,그리고성막기판표면에수소� �수소화합물,기타오염원을 완벽하게제거하는것이최상의조건이다.

[12] 문헌 (Physics Letter A 375 (2011) 1000-1004,“Single-crystalline AIN growth on sapphire using physical vapor deposition’’, Andres M. Cardenas- Valencia, Shinzo Onishi, Benjamin Rossie)에는사파이어성막기판위에마그네트론� �퍼터링건 (a 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 magnetron sputtering gun)을도입하여 ,사파이어성막기판의온도를 860 ^O C로 설정하여직접증착성막하여 4^두께의단결정 A1N압전박막을확보하였다. 통상적으로 A1N압전박막의품질을평가할때결정성 (crytallinity)과

극성 (polarity)을동시에평가하는데,결정성품질 (crystalline quality)즉정평가 지표는비파괴방식인 X-ray rocking curve에서반치폭 (FWHM)를통해살펴 보는데 ,현재상용구조 (Si성막기판/ Si0 ₂ /금속전극/신비의반치폭값인

1.2-2.5ᄋ와비교할때,상기인용문헌의경우는반� ��폭이 0.32ᄋ값으로상당히 결정성품질이개선되었음을보여준다.다시말� �서상기쏜턴에의해정립된 흡착원자표면이동도이론에따라,성막 (증착,성장)방법 (CVD또는 PVD)의 중요성에앞서특정박막성막 (증착,성장)시에성막기판온도및물질결정 구조,그리고표면상태등이중대한영향인자임� �알수있었다.다만극성 품질 (polar quality)에대해선 X-ray rocking curve의반치폭값으론단정지을수 없는상태이다.참고로상기인용문헌에서는극� �품질을평가하지않았지만, 통상극성품질 (polar quality)평가는표면습식에칭 (surface wet etching)을통해서 확인할수있는데극성품질 (polar quality)에영향을미치는주요인자는 성막 (증착,성장)방법과성막기판물질,그리고표면� �태로공지되어있다. 발명의상세한설명

기술적과제

[13] 이에대하여’발명의실시를위한구체적인내용 ’의후단에기술한다.

과제해결수단

[14] 여기서는,본개시의전체적인요약 (Summary)이제공되며,이것이본개시의 외연을제한하는것으로이해되어서는아니된다 (This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

[15] 본개시에따른일즉면에의하면 (According to one aspect of the present

disclosure),고순도 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법에있어서 , 사파이어성막기판에희생층을형성하는단계 ;그리고,희생층위에단결정 Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막을성장하는단계;를포함� �며, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l) 압전박막을성장하는단계에앞서 Al _y Ga _H N (0.5£y£l)로된제 1반도체층을 형성하는단계;를더포함하는것을특징으로하� �고순도 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l) 압전박막을제조하는방법이제공된다.

[16] 본개시에따른또다른즉면에의하면 (According to another aspect of the present disclosure), Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을구비하는구조물에있어 서, ALGa^ N (0.5<x<l)압전박막; Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막의일측에구비되는제 1 전극; Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을기준으로제 1전극의반대측에구비되는 제 2전극과반사기 ;를포함하며 ,제 1전극이구비되는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전 박막의면은메탈릭극성 (Al-polarity또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed) 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 표면 (face)인것을특징으로하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을구비하는 구조물이제공된다.

[17] 본개시에따른또다른즉면에의하면 (According to another aspect of the present disclosure), Al.Ga^.N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법에있어서 ,사파이어 성막기판에희생층을형성하는단계 ;로서，희생층은화학적기상증착법 (CVD; Chemical Vapor Deposition)으로형성된 3족질화물및물리적기상증착법 (PVD; Physical Vapor Deposition)으로형성된 2족또는 3족산화물을포함하는산화물 중의하나로이루어지는,희생증을형성하는단� � ;그리고,희생증위에 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막을증착하는단계;로서 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막은 0.3Tm(Tm;압전박막물질의녹는점)이상의온도에� �물리적기상증착법으로 증착되는,압전박막을증착하는단계 ;를포함하는것을특징으로하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법이제공된 다.

[18] 본개시에따른또다른즉면에의하면 (According to another aspect of the present disclosure), Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법에있어서 ,실리콘 성막기판에화학적기상증착법 (CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 3족 질화물로된스트레스제어층을형성하는단계 ;그리고,스트레스제어층위에 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을 0.3Tm(Tm;압전박막물질의녹는점)이상의 온도에서물리적기상증착법으로형성하는단계 ;를포함하는것을특징으로 하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법이제공된 다.

[19] 본개시에따른또다른즉면에의하면 (According to another aspect of the present disclosure), Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막소자를제조하는방법에 있어서, Al _x Ga i_ _x N (0.5<x<l)압전박막에소자기판을본딩하는단 계 ;성막기판을제거하는 단계;그리고성막기판이제거된측에서 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막에전극을 형성하는단계;를포함하며,전극이형성된쇼니� �_ (0.5£ £1)압전박막의 표면이메탈릭극성을가지는것을특징으로하는 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 소자를제조하는방법이제공된다.

발명의효과

[2이 이에대하여’발명의실시를위한구체적인내용 ’의후단에기술한다.

도면의간단한설명

[21] 도 1은미국공개특허공보 US2015-0033520호에제시된압전박막을이용한 소자들을나타내는도면,

[22] 도 2내지도 4는미국공개특허공보 US2015-0033520호에제시된 A1N압전 박막및이를이용한소자를제조하는방법을나타 내는도면,

[23] 도 5는미국공개특허공보 US2006-0145785호에제시된 A1N압전박막을

제조하는방법의일예를나타내는도면,

[24] 도 6은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의일예를나타내는도면, 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938

[25] 도 7은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5£x£ 1)압전박막을제조하는방법및 , Al _x Ga^.N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는도면,

[26] 도 8은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5£x£ 1)압전박막을제조하는방법및 , Al _x Ga^.N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는도면,

[27] 도 9는본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5£x£ 1)압전박막을제조하는방법및 , Al _x Ga^.N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는도면,

[28] 도 W내지도 12는본개시에제시된 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막을이용하여 공진기 (resonator)를제조하는방법의일예를나타내는도� ��,

[29] 도 13및도 14는본개시에제시된 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막을이용하여 공진기 (resonator)를제조하는방법의또다른예를나타내� ��도면,

[3이 도 15는 Solid-State Electronics 54 (2010) 1041- 1046에제시된 A1N압전박막을 제조하는방법의일예를나타내는도면,

[31] 도 16은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x GanN (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는도면,

[32] 도 17은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x GanN (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는도면,

[33] 도 18은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x GanN (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는도면,

[34] 도 19는본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x GanN (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는도면,

[35] 도 20은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5£x£ 1)압전박막을제조하는방법및, Al _x Ga^.N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는도면,

[36] 도 21은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x Ga^.N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는도면,

[37] 도 22및도 23은본개시에제시된 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막을이용하여 공진기 (resonator)를제조하는방법의또다른예를나타내� ��도면.

발명의실시를위한형태

[38] 이하,본개시를첨부된도면을참고로하여자세� �게설명한다 (The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).

[39] 도 6은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5£x£ 1)압전박막을제조하는방법및, Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의일예를나타내는도면으로서, 구조물은사파이어성막기판 (1),제 1반도체층 (2),희생층 (3)그리고 Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)을포함한다.

[4이 도 7은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5£x£ 1)압전박막을제조하는방법및 , Al _x

Ga _!-x N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는

도면으로서,구조물은사파이어성막기판 (1),제 1반도체층 (2),희생층 (3)그리고 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938

Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을포함하며,추가적으로희생층 (3)과 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)사이에제 2반도체층 (5)을포함한다.

[41] 도 8은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x Ga _!-x N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는

도면으로서,구조물은사파이어성막기판 (1),제 1반도체층 (2),희생층 (3)그리고 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을포함하지만,제 1반도체층 (2)과희생층 (3)의 형성순서가도 6에제시된구조물과바뀌어있다.

[42] 도 9는본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5£x£ 1)압전박막을제조하는방법및 , Al _x Ga _!-x N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는

도면으로서,구조물은사파이어성막기판 (1),제 1반도체층 (2),희생층 (3), Al _x G _ai _ _X N (0.5<x<l)압전박막 (4)그리고제 2반도체층 (5)을포함하지만,제 1

반도체층 (2)과희생층 (3)의형성순서가도 7에제시된구조물과바뀌어있다.

[43] 예를들어 C면 (0002)사파이어성막기판을사용할수있으며 ,그위에

형성되는 3족질화물이성장전처리조건에따라극성 (polarity;메탈릭또는 개스)표면 (face)또는반극성 (semi-polarity;메탈릭극성과질소개스극성이 혼합된)표면을가질수있다면, C면을벗어나거나 C면이아닌사파이어성막 기판의사용을고려할수있다.평탄한성막기판� �외에도나노사이즈의

PSS (Patterned Sapphire Substrate)의사용을고려할수있다.

[44] 도 6및도 7에제시된예에서 ,제 1반도체층 (2)은저온이아닌고온 ( 1000 ^O C

이상)성장성막된 Al _y Ga _H N (0.5£y£l)로이루어지며 ,후속하여성장되는 Al _x Ga _{l t} N (0.5<x<l)압전박막 (4)의결정품질 (결정성과극성)을보장하는역할을한다. 따라서적정성장온도보다낮은온도에서성장성 막되는종래의버퍼층이라 일컫어지는층과구분된다.제 1반도체층 (2)은 CVD (예 : MOCVD, HVPE, ALD)로 성장성막될수있다. Al _y G _ai-y N (0.5£y£l)로된제 1반도체층 (2)두께의상한과 하한은특별히한정되지않지만,바람직하게는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전 박막 (4)의두께균일도 (thickness uniformity)를유지하기위한스트레스

조절 (stress control)기능을하는데유리하도록 lOOnm-20；·로한다.예를들어, 1000-1400 ^O C의온도와, 100-200torr의압력에서성장성막될수있으며,다량 의 수소 (¾)를포함한암모니아 (NH ₃ )와질소 (N ₂ )로구성된분위기 (상대적으로 N ₂ 보다는 NH ₃ 함량이더크다)또는암모니아 (NH ₃ )와질소 (N ₂ )로구성된

분위기에서 , A1N의경우, 100% A1구성 , Al-rich AlGaN의경우, Al/(A1+Ga)값이 50%이상으로하여성장성막할수있다.바람직하� �는전처리로서 ,상기적정 성장온도에서 Al _y Ga _H N (0.5£y£l)로된제 1반도체층 (2)성장전에,

900-1000°C에서 10sec동안 A1 MOCVD소스개스 (예 : TMA1)로챔버 (chamber) 내부전처리와 20nm이하두께로 A1N버퍼층을형성한다음,이어서적정 성장조건 1000-1400°C및 100-200torr에서성장성막하는데,고품질결정성확 보, 전위밀도저감 (reduction in dislocation density),크랙생성및전파

억제 (suppression of generation & propagation)를위해서의도적으로사파이어 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 성막기판 (1)의인접영역과신 _ (0.5£ £1)로된제 1반도체층 (2)내부에 다수의에어공극 (air-voids)을형성하는것이유리하다.

[45] 도 8및도 9에제시된예에서 ,제 1반도체층 (2)은 lOOnm이하의 Al _y Ga _{l y} N

(0.5£y£l)로이루어지는것이바람직하며 ,후속하여성장성막되는 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)의결정성과극성을보장하는역할을한다.제 1

반도체층 (2)은 PVD (예:스퍼터링, PLD)로증착성막될수있고,이때일정량 (예: 0 ₂ /(N ₂ +0 ₂ )값이 3%이하)의산소공급이중요하며,나노스케일의 A1N또는 Al-rich AlGaN씨앗 (seed)으로역할한다.소량의 0 ₂ 를포함한분위기에서 Al _y Ga _{l y} N (0.5£y£l)의스퍼터링증착성막은상대적으로작� ��아일랜드 (smaller islands) 형상의 Al _y Ga _{l y} N (0.5<y<l)결정체를형성하여상기적정성장온 도에서 CVD (예: MOCVD, HVPE, ALD)성장성막된 Al.Ga^.N (0.5<x<l)압전박막 (4)의표면 평탄도개선과박막내부의전위밀도저감를통해 고품질의결정성과극성을 확보하는데중대한씨드 (seed)역할을담당한다.제 1반도체층 (2)두께는 lOOnm 이하인것이바람직하며,더욱바람직하게는쇼� �¾_ (0.5£\£1)압전박막 (4)의 크랙생성및전파억제를하는데한증유리한 lnm-30nm로한다.예를들어, 300-500 ^O C의온도와압력은 5*10 ³ mbar의압력에서증착성막될수있으며 , 다량의아르곤 (Ar)을포함한질소 (N ₂ )와산소 (0 ₂ )로구성된분위기 (상대적으로 0 2보다는 N ₂ 함량이휠씬더크다; Ar 40sccm, N2 l lOsccm, 02 4sccm)가사용될수 있다.성장성막된 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의품질을,품질을나타내는 즉정지표중의하나인 X-ray (0002) rocking curve를통해살펴보았으며 ,

0.04-0.06ᄋ의값을보였다.이는현재상용구조 (Si성막기판/ Si0 ₂ /금속

전극/신비의값인 1.2-2.5ᄋ와비교할때,엄청나게박막의질이향상� ��었음을 보여준다.

[46] 도 6및도 7에제시된제 1반도체층 (2)과도 8및도 9에제시된제 1

반도체층 (2)은 Al _y G _ai-y N (0.5£y£l)로이루어져서 ,후속하여성장성막되는 Al _x Ga i_ _x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의결정성과극성을보장하는역할을한다는점 에서 공통된다.

[47] 희생층 (3)은레이저리프트오프 (LLO)시에사파이어성막기판 (1)의분리가 용이하도록 _{AlxGai xN (0 5£x£ 1)} 압전박막 (4)을형성하기에앞서사파이어성막 기판 (1)후면을통해조사입사된레이저의파장 (wavalength)보다충분히큰 파장의에너지밴드갭을갖는광학적으로투명한 반도체인동시에 ,광

에너지원을최대한많이톱수할수있는비정질,� �결정 (amorphous or

polycrystalline),또는다증 (multi layer)의미세구조 (microstructure)를갖는물질 영역이바람직하며,예를들어,다층의 AUGa^N/AUGa^N (x ₂ <xi£l, 0<x ₂ <0.5), 단층의 Ga-rich AlGaN (Ga/(Ga+Al)값이 50%이상)및 GaN으로이루어질수 있다.희생층 (3)은 CVD (예 : MOCVD, HVPE, ALD)로성장성막될수있으며 , 레이저리프트오프시에레이저의에너지를흡수 하여사파이어성막기판 (1) 측과 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)측을분리하는역할을한다.일반적으로 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 이론과실험으로부터도출확인된 Al _z G _ai-z N에너지밴드갭,

E(z)=3.43+1.44z+1.33z ² (eV),만일 50% A1조성을갖는 Al _a5 Ga _0.5 N경우는

4.48eV의에너지밴드갭을갖는다.반도체 (절연체포함)의에너지밴드갭 (eV) 값을광학적특성인파장으로변환하는식, X(nm) = 1240/E⑵로서,이식을통해 파장변환하면 277nm값을얻을수있다.따라서상대적으로범용화 되어있는 고출력단파장레이저광원 (248nm이상)을통해서 50%미만의신조성을갖는 Al _z G _ai-z N및 GaN물질단층,또는이들로구성된다층미세구조� �된희생층 (3)을 제거하는데용이하다.희생층 (3)두께는예를들어 lOOnm이하일수있으며, 바람직하게는쇼니¾_刀 (0.5£ £1)압전박막 (4)의크랙생성및전파억제를 하는데한층유리한 lnm-30nm로한다. 50%미만의 A1조성을갖는 Al _z Ga _{l z} N 경우 900-1200 ^O C및 100-200torr조건에서성장하는것이가능하고, GaN경우 60(KU00 ^O C및 100-200torx조건에서성장하는것이가능하다.사파 이어성막 기판 (1)에희생층 (3)성장성막후에 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을성장 성막하기에앞서씨앗 (seed)역할을하는스퍼터링 A1N박막을증착성막해야 하는데,스퍼터링전처리로서챔버내에서소량� � Ar (표면에칭을통한평탄화및 클리닝),미량의산소 (0 ₂ )포함한질소 (N ₂ )개스다량을통해서희생층 (3)표면을 안정화시키는단계를포함한다. Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)은 CVD (예 : MOCVD, HVPE, ALD)로성장성막될수있으며 ,단결정박막으로성장 성막된다.그두께는최종소자에따라달라질수� �으며,예를들어,도 1(b)에 제시된 FBAR에이용되는경우에,양측에형성되는전극 (22’24’)의두께와함께 공진주파수에의해그두께가결정된다. Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)이 Ga을포함하는경우를고려할수있으며,이에맞추 어제 1반도체층 (2), 희생층 (3)및제 2반도체층 (5)의 Ga조성이달라질수있다.

[48] 도 7에제시된제 2반도체층 (5)은예를들어 , CVD(예 : MOCVD, HVPE, ALD)로 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을형성하기전단계공정으로성장성막될수 있으며, Al _a G _ai-a N(0.5<a£l)로된단층또는 必 / 必 (b#b ₂ )로다층 구조 (다층구조전체로서신이함량이 50%이상이바람직함)로이루어지되, 전체적으로희생층 (3)보다신의함량이높아서 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전 박막 (4)과 Ga의함량이높은희생층 (3)사이의응력 (stress)차를해소하는역할을 한다.제 2반도체층 (5)은희생층 (3)으로부터 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을 향해 A1함량이증가하는상향그라데이션 (gradation)되는구조를가질수있음은 물론이다.도 9에제시된예의경우에제 2반도체층 (5)과희생층 (3)사이에제 1 반도체층 (2)이위치하지만,제 1반도체층 (2)의두께가두껍지않으므로,도 7에 제시된예에서와마찬가지로제 2반도체층 (5)을구비함으로써 , Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)과 Ga의함량이높은희생층 (3)사이의응력 (stress)차를 해소하는역할을한다.또한제 2반도체층 (5)은 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전 박막 (4)을성장성막할때웨이퍼전체두께균일도 (thickness uniformity)를 결정짓는중요한역할을수행하기때문에 Si또는/및 Mg도판트를첨가시키는 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 공정을추가하여웨이퍼변형 (Strain)을조절하는데사용할수있다.제 2 반도체층 (5)두께는예를들어 , lOOnm이하일수있으며 ,바람직하게는 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)의크랙생성및전파억제를하는데한층유리한 lnm-30nm로한다.

[49] 도 W내지도 12는본개시에제시된 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막을이용하여 공진기 (resonator)를제조하는방법의일예를나타내는도� ��이다.여기서본 개시에제시된쇼니¾_ (0.5£ £1)압전박막이공진기 (resonator)에

적용되었지만, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막으로부터사파이어성막기 판을 제거한후이 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막을이용할수있는소자또는 장치라면제한없이확장,적용될수있음은물론� �다.도 3및도 4에제시된 방법이사용될수있음은물론이며, BAW공진기이외에 SAW공진기에도 적용될수있음도물론이다.이하에서,도 6에제시된구조물을가지고설명한다. 도 W에도시된바와같이,먼저,메탈릭극성 (Al-polarity또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed)표면 (face)을갖는 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막 (4)위에제 1 전극 (6;예 : Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar,또는이들의합금)을 형성한다.다음으로,제 1전극 (6)위에제 1보호막 (7;예 : Mo, W, Ta, Pt, Ti, TiW, TaN, TiN, Si0 ₂ , A1 ₂ 0 ₃ , SiC, SiCN, SiN _x , AIN, Polyimide, BCB, SU-8, SOG등)을 형성한다.다음으로,제 1보호막 (7)위에제 1본딩레이어 (8;예 : Snln, AuSn, Agin, Pdln, NiSn, CuSn, Cu to Cu, Au to Au, Epoxy, SU-8, BCB)를형성한다.제 1본딩 레이어 (8)에임시기판 (9;예 :사파이어 , AIN, Glass)을웨이퍼본딩한다.

다음으로,레이저리프트오프 (LLO)를통해사파이어성막기판 (1)을분리한다. 이과정에서메탈드랍릿 (metallic droplet)제거공정 ,정확한두께조정을위한 트리밍 (trimming)공정등이수반될수있다.사파이어성막� ��판 (1)분리 ,메탈 드랍릿제거,트리밍공정등을마친 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)표면은 질소개스극성 (N-polarity)을갖는표면 (face)이다.이어서,도 11에도시된바와 같이, Al _x Ga나 N (0.5<x<l)압전박막 (4)에제 2전극 (14;예: Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar,이들합금)과다층구조의브래그리플렉터 (10;예: Si0 ₂ AV)반사기를형성한다.바람직하게는제 2전극 (14)과브래그리플렉터 (10) 반사기증착공정후,이어서브래그리플렉터 (10)반사기위에제 2보호막 (11; 예 : Mo, W, Ta, Pt, Ti, TiW, TaN, TiN, Si0 ₂ , A1 ₂ 0 ₃ , SiC, SiCN, SiN _x , AIN, Polyimide, BCB, SU-8, SOG등)을형성한다.다음으로제 2보호막 (11)위에제 2본딩 레이어 (12;예 : Snln, AuSn, Agin, Pdln, NiSn, CuSn, Cu to Cu, Au to Au, Epoxy, SU-8, BCB등)를형성한다.이어서,도 12에도시된바와같이,소자기판 (13;예: Si, GaAs, AIN, Mo, Cu, W, MoCu, CuW, Invar, Laminate)을제 2본딩레이어 (12)와 유테틱본딩，브레이징등의방법으로웨이퍼본 딩한다.도시생략되었지만, 웨이퍼본딩에앞서소자기판 (13)에순차적으로전기절연체물질층 (보호층)과 웨이퍼본딩층을형성한다.마지막으로,열가공, 레이저조사,화학적및물리적 에너지원공급을통해임시기판 (9)을분리제거하고,이어서제 1본딩 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 레이어 (8)와제 1보호막 (7)을제거한다.도 7내지도 9에제시된예에도

마찬가지로적용될수있다.이때,제 2반도체층 (5)또한제거된다.두번의 웨이퍼본딩공정을이용함으로써,쇼니¾_刀 (0.5£ £1)압전박막 (4)의메탈릭 극성 (Al-polarity또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed)표면 (face)을소자의 상면으로이용할수있으며 ,이를통해내부식성등의표면화학적및구조적 안정한표면을가짐으로써후공정및최종소자의 품질관점에서이점을가진다.

[5이 도 13및도 14는본개시에제시된 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막을이용하여 공진기 (resonator)를제조하는방법의또다른예를나타내� ��도면으로서,도 10 내지도 12에제시된방법과달리,임시기판 (9)을이용하지않는다.먼저,도 13에 도시된바와같이 ,제 2전극 (14;예 : Mo, W, Ta, Pt, Ir, Ru, Rh, Re, Au, Cu, Al, Invar, 또는이들의합금)과다층구조의브래그리플렉� � (10)반사기,제 2보호막 (11), 제 2본딩레이어 (12)를형성한다음,소자기판 (13)을웨이퍼본딩하고,이어서 사파이어성막기판 (1)을제거한다.마지막으로,도 14에도시된바와같이 ,제 1 전극 (6)을형성한다.

[51] 도 W내지도 12에제시된방법과도 13및도 14에제시된방법으로제작된 공진기소자의차이는브래그리플렉터 (10)반사기를포함한제 2전극 (14)이 형성되어놓이는위치와웨이퍼본딩횟수에따라 쇼니¾_ (0.5£\£1)압전 박막 (4)의표면극성이결정된다는것이다.도 W내지도 12에제시된방법은두 번의웨이퍼본딩공정을통해제작되는것으로서 ,브래그리플렉터 (10) 반사기를포함한제 2전극 (14)이 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의질소개스 극성표면 (N-polarity face)에놓인반면,한번의웨이퍼본딩공정을거치 는도 13 내지도 14에제시된방법경우는브래그리플렉터 (10)반사기를포함한제 2 전극 (14)이 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막 (4)의메탈릭극성표면 (Al-polarity또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed face)에위치한다.참고로종래의 Si성막기판 위에스퍼터링을통해형성된다결정 (polycrystalline) A1N압전박막으로제작된 공진기소자의경우는표면극성과극성비율 (ratio)을조절하는데한계가있기에 브래그리플렉터 (10)반사기를포함한제 2전극 (14)의극성위치를정의할수 없다.

[52] 도 16은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x Ga _!-x N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는

도면으로서,구조물은사파이어성막기판 (1),희생층 (23a),그리고 A

(0.5<x<l)압전박막 (4)을포함한다.희생층 (23a)은 CVD(MOCVD, A

등)로성장성막시킨단층의 Al _c G _ai-c N (0<c<0.5)또는다층의 Al _cl Ga

N (c ₂ < _Cl £l, 0£c ₂ <0.5)로된 3족질화물로이루어질수있다. Al _x G _ai-x N

압전박막 (4)은희생층 (23a)위에 PVD (예 : sputtering, PLD)로 0.3Tm (압전박막 물질의녹는점)이상의온도에서증착성막되어� �품질이확보된다.

[53] 도 17은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x Gai_ _x N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 도면으로서,구조물은사파이어성막기판 (1)위에순차적으로희생층 (23a),제 2 반도체층 (5),그리고 Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)을포함한다.제 2

반도체층 (5)이추가된다는점에서도 16에제시된구조물과구분되며,제 2 반도체층 (5)은도 7에제시된제 2반도체층 (5)과마찬가지로기능을하며 , 희생층 (23a)과마찬가지로 CVD로성장성막되나다른조성 (Al.Ga^N

(0.5<a£l))을갖는 3족질화물로이루어져서,스트레스를조절하여� ��일한 두께를갖는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을확보할수있도록촉진하는 역할을한다.

[54] 도 18은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x Ga _!-x N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는

도면으로서,구조물은사파이어성막기판 (1),희생층 (23b),그리고 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을포함한다.희생층 (23b)이 PVD (예 : L sputtering, PLD)로 증착성막시킨단층의 ZnO, ITO,또는이들중적어도하나를포함한다층의 산화물구조 (ZnO/ITO, ZnO/Si0 ₂ , IT0/Si0 ₂ )로된산화물로이루진다는점에서도 16에제시된구조물과구분된다. Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)은희생층 (23b) 위에 PVD (예: sputtering, PLD등)로 0.3Tm (압전박막물질의녹는점)이상의 온도에서증착성막되어고품질이확보된다.

[55] 도 19는본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x Gai_ _x N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는

도면으로서,구조물은사파이어성막기판 (1)위에순차적으로희생층 (23b), 산소 (0 ₂ )유입방지층 (0),그리고 Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)을포함한다. 산소 (0 ₂ )유입방지층 (0)이추가된다는점에서도 18에제시된구조물과 구분되며 ,산소 (0 ₂ )유입방지층 (0)은 A1N또는미소산소량을포함한 A1NO 물질로희생층 (23b)위에증착성막되어 ,후속하여증착성막하는 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)과동일한 PVD (예 L sputtering, PLD)로형성하여

희생층 (23b)으로부터산소유입을방지하여고순도 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전 박막 (4)을확보할수있도록촉진하는역할을한다.

[56] 도 16및도 17에제시된예에서,희생층 (23a)은저온이아닌고온 (900°C

이상)에서 CVD(MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로단결정성장성막시킨단층의 Al _c Ga^N (0<c<0.5)또는다층의 Al _cl Ga네 N/A^Ga^N (c ₂ < _Cl £l, 0<c ₂ <0.5)로된 3족 질화물로이루어질수있으며,후속하여 0.3Tm(660°C)온도이상에서 PVD (예: sputtering, PLD)로증착성막되는 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막 (4)의결정 품질 (결정성과극성)을보장하는역할을한다.따라서 희생층 (23a)은적정 성장온도보다낮은온도에서성장되는종래의버 퍼층이라일컫어지는층과 구분되며 ,도 6내지도 9에제시된제 1반도체층 (2)과희생층 (3)의역할을동시에 수행한다는점에서차이를가진다.희생층 (23a)두께의상한과하한은특별히 한정되지않지만,바람직하게는쇼니¾_ (0.5£\£1)압전박막 (4)의두께 균일도 (thickness uniformity)를유지하기위한스트레스조절 (stress control) 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 기능을하는데유리하도록 50nm-3 _■ 로한다.예를들어, 900-1100 ^O C의온도와, W0-600torr의압력에서성장될수있다.더바람직하� ��는도 17에제시된 예에서처럼 ,희생층 (23a)과 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)사이에위치하며 , 후속하여증착성막되는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의결정성과두께 균일도를개선하기위해제 2반도체층 (5)을구비한다.제 2반도체층 (5)은 희생층 (23a)과동일한 CVD(MOCVD, HVPE, ALD, MBE등)로단결정성장 성막되며 ,이때 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)과동일또는유사한조성을 갖는 3족질화물로구성하는것이바람직하다.또한희� ��층 (23a)과제 2

반도체층 (5)은 Al _y Ga _H N (0.5<y<l)압전박막 (4)을증착성막시에

고품질 (결정성과극성 )과균일한두께를갖도록성막기판휨 (curvature)을 가능한제로 (zero,평평함)상태를유지토록제어하는것이바� �직하다.

[57] 도 18및도 19에제시된예에서,희생층 (23b)은저온이아닌고온 (400 ^O C

이상)에서 PVD (예: sputtering, PLD)로결정성 (다결정또는단결정)을갖는증착 성막시킨단층의 ZnO와 ITO,또는이들중적어도하나를포함한다층의산� �물 구조 (ZnO/ITO, ZnO/Si0 ₂ , IT0/Si0 ₂ )로이루어질수있다.단층의희생층 (23b) 두께의상한과하한은특별히한정되지않지만,� �람직하게는 Al _x G _ai-x N

(0.5<x<l)압전박막 (4)의두께균일도 (thickness uniformity)를유지하기위한 스트레스조절 (stress control)기능을하는데유리하도록 5011111-3；■로한다.

희생층 (23b)은 PVD (예 :스퍼터링 , 이로증착될수있고,성막시에성막기판 온도는 750 ^O C,아르곤 (Ar)과산소 (0 ₂ )개스로구성된공정압력은 10-20mTorr 이고,아르곤대비산소량이상대적으로적고최� � 50%이내로구성하는것이 바람직하다.더바람직하게는도 19에제시된예에서처럼 ,희생층 (23b)과 Al _x Ga _{l t} N (0.5<x<l)압전박막 (4)사이에위치하며 ,후속하여증착성막되는 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)의결정성과두께균일도를개선하기위해산소 (0 ₂ )유입 방지층 (0)을구비한다.산소 (0 ₂ )유입방지층 (0)은 A1N또는미소산소량을 포함한 A1NO물질로희생층 (23b)위에증착성막되어 ,후속하여증착성막하는 Al _x Ga나 N (0.5<x<l)압전박막 (4)과동일한 PVD (예: sputtering, PLD)로증착 성막하여희생층 (23b)으로부터산소유입을방지하여고순도 Al _x G _ai-x N

(0.5<x<l)압전박막 (4)을확보할수있도록촉진하는역할을한다.특� �산소 (0 ₂ ) 유입방지층 (0)으로 A1NO (소량의 0 ₂ 를포함한분위기에서 Al _y Ga _{l y} N (0.5<y<l) 스퍼터링증착)적용할경우,일정량 (예 : 0 ₂ /(N ₂ +0 ₂ )값이 3%이하)의산소공급이 중요하며,고순도 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을확보하는데씨앗 (seed)으로 역할한다.소량의 0 ₂ 를포함한분위기에서신必 _ (0.5£：7£1)의스퍼터링 증착은상대적으로작은아일랜드 (smaller islands)형상의 Al _y Ga _{l y} N (0.5<y<l) 결정체를형성하여상기적정증착성막온도에서 PVD (예 : sputtering, PLD)로 증착성막된 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의표면평탄도개선과박막내부의 전위밀도저감를통해고품질의결정성과극성을 확보하는데중대한씨드 (seed) 역할을담당한다. A1N또는 A1NO구성된산소유입방지층 (0)의두께는 lOOnm 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 이하인것이바람직하며,더욱바람직하게는쇼� �¾_ (0.5£\£1)압전박막 (4)의 크랙생성및전파억제를하는데한증유리한 lnm-30nm로한다.예를들어, 300-500 ^O C의온도와압력은 5*10 ³ mbar의압력에서증착될수있다.

[58] 도 16내지도 19에서제시된방법에따라제조된 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전

박막 (4)구조물의결정성품질 (crystalline quality)은공통적으로 X-ray rocking curve의반치폭이작은값을갖는것을목표로하며 (목표값: 0.1°이하),극성 품질 (polar quality)과관련해서는도 16과도 H의경우에서는희생층 (23a)과제 2 반도체층 (5),도 18과도 19경우에서는희생층 (23b)과산소유입방지층 (0)의 표면상태에따라서자유롭게조절할수있는이점 이있다.

[59] 도 W내지도 14에공진기를제조하는방법이도 16내지도 19에제시된

구조물에그대로적용될수있음은물론이다.

[6이 도 16내지도 19에있어서 ,희생층 (23a, 23b)은① Laser Lift-Off(LLO)공정을 통해광학적으로투명한성막기판 (1)위에형성된 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전 박막 (4)을분리할수있도록성막기판 (1)과고순도압전박막 (4)사이에 위치하며,②레이저에대해희생층으로기능하� �록에너지밴드갭 (일반적으로 200nm이상)을가지고,③ CVD로형성된 3족질화물, PVD로형성된 2족또는 3족산화물 (예 : ZnO, ln ₂ 0 ₃ , Ga ₂ 0 ₃ , ITO)로구성될수있으며 ,④ Al.Ga^N

(0.5<x<l)압전박막의고온성막이가능할수있 게끔, 0.3Tm(660°C)이상에서 열적안정성을보유한물질이어야하고,⑤육방� �계 (HCP)결정구조를갖는 Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)과동일또는유사한결정구조를갖는물질이며 ,⑥ Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막 (4)의성막이가능토록표면거칠기 (surface roughness)가 10nm이하가가능한세라믹 (질화물,산화물)물질이고,⑦ Al _x Ga _!-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의성막이가능토록다양한오염원 (contaminants)이 제거된표면상태의물질인것이바람직하다.

[61] 희생층 (23a)은종래의저온에서성장성막된버퍼층을포� ��한구조의고온 단결정층 (단층또는다층구조)로성장될수있다.

[62] 필요시, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압접박막 (4)성막전에경사진 c축 (tilted c-axis) 결정면을갖는단결정압전박막확보하기위해희 생층 (23a, 23b)의표면에광 리쏘그래픽 &식각패터닝 (photo-lithographic etch patterning)가공을하는것도 가능하다.

[63] Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막 (4)의증착성막후에 ,추가적인온후속열처리 공정인포스트어닐링 (Post-annealing)을통해결정성및극성을개선할수� � 있다.

[64] 전술한바와같이,균일한두께를갖는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)이특히 요구되는경우에, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)아래에놓이는도 16에 제시된구조물 (사파이어성막기판 (1)-희생층 (23a)),도 17에제시된

구조물 (사파이어성막기판 (1)-희생층 (23a)-제 2반도체층 (5)),도 18에제시된 구조물 (사파이어성막기판 (1)-희생층 (23b))및도 19에제시된구조물 (사파이어 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 성막기판 (1)-희생층 (23b)-산소 (0 ₂ )유입방지층 (0))이 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전 박막 (4)의증착성막온도에서가능한평탄함 (flatness)을유지하도록하는것이 중요하며，본개시는이러한평탄함을유지할수 있는기반을제공하는것이다. 예를들어 , CVD로성장성막된희생층 (23a)을구비하는사파이어성막기판 (1)은 상온에서위로볼록한 (Convex)형태를가지나,이를다시 PVD증착성막을위해 승온시키면,온도상승과함께평탄한상태를거� �아래로볼록한 (concave) 형태를가지게된다.이러한거동은사파이어성� �기판 (1)과희생층 (23a)의 열팽창계수의차이에영향을받게되며,따라서� �절한희생층 (23a)의설계를 통해균일한두께를갖는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의증착성막이 가능해진다.이러한원리는제 2반도체층 (5)의설계,희생층 (23b)의설계및 산소 (0 ₂ )유입방지층 (0))의설계에도그대로적용될수있다.

[65] 도 20은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5£x£ 1)압전박막을제조하는방법및, Al _x Ga _!-x N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는

도면으로서,구조물은실리콘성막기판 (1),스트레스제어층 (23c),그리고 Al _x G _ai N (0.5<x<l)압전박막 (4)을포함한다.

[66] 도 16에제시된구조물과비교할때 ,스트레스제어층 (23c)이희생층 (23a)과 마찬가지로 CVD로성장성막되고, Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)이 PVD로 증착성막된다는점에서동일하지만,성막기판 (1)으로사파이어가아니라 실리콘이사용된다는점,스트레스제어층 (23c)이레이저리프트오프 (Laser Lift Off; LL0)에의해서가아니라실리콘성막기판 (1)이에칭을통해제거되는 공정에서함께제거된다는점에서차이를가진다 .실리콘성막기판 (1)은 사파이어성막기판 (1)과다른격자상수및열팽창계수를가지므로,� �위에 형성되는스트레스제어층 (23c)과 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의성막 조건을,쇼니¾_ (0.5£ £1)압전박막 (4)에크랙이발생하지않도록그리고 Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)이균일한두께로형성되도록조절하는것이 중요하다하겠다.실리콘성막기판 (1)으로예를들어 8 inch Si(l l l)기판이 사용될수있다.따라서스트레스제어층 (23c)은희생층 (23a)이레이저리프트 오프 (Laser Lift Off; LL0)되기위해서가져야하는제약을가지지않고,� ��질의 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의형성에만집중할수있다.

[67] 스트레스제어층 (23c)은 CVD (예 : MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로성장

성막시킨단층의 Al _g Ga _H N (0£g£l)또는다층의 AluGa^N/AUGa^N (¾^ _! <1, 0£h ₂ £l)로된 3족질화물로이루어질수있다.스트레스제어층 (23c)은실리콘 성막기판 (1)과의성장온도에서의물리적물성 (격자상수및열팽창계수)차이로 인해서발생되는웨이퍼휨 (curvature)과크랙 (crack)등을방지및완화하는등의 스트레스조절 (stress control)기능이주된역할이다.무엇보다도스트레 스 제어층 (23c)을성막하는초기단계에서실리콘성막기판 (1)의실리콘 (Si)물질 표면에서실리콘 (Si)과 3족 (Al, Ga), 5족 (N)원소들과화학적반응을통한금속간 화합물 (intermetallic compound; Si-Al-(Ga))및/또는실리콘질화물 (Si(Al,Ga)Nx) 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 형성을최소로억제하는것이중요하다. Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)은 희생층 (23c)위에 PVD (예:스퍼터링, PLD)로 0.3Tm (압전박막물질의녹는점) 이상의온도에서증착성막되어고품질을확보할 수있다.

[68] 스트레스제어층 (23c)은 500 ^O C이상의온도에서형성될수있으며 ,두께의

상한과하한은특별히한정되지않지만,바람직� �게는 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전 박막 (4)의두께균일도 (thickness uniformity)를유지하기위한스트레스

조절 (stress control)기능을하는데유리하도록 50nm-3^m£-한다.예를들어, 500-1100 ^O C의온도와, 100-600torr의압력에서성장성막될수있다.

[69] 도 21은본개시에따른 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법및, Al _x Ga _!-x N (0.5<x<l)압전박막구조물 (structure)의또다른예를나타내는

도면으로서,구조물은실리콘성막기판 (1)위에순차적으로스트레스

제어층 (23c),표면극성제어층 (C),그리고 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을 포함한다.표면극성제어층 (C)이추가된다는점에서도 20에제시된구조물과 구분되며 ,표면극성제어층 (C)은스트레스제어층 (23c)과마찬가지로 CVD (예 : MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로성장성막되나동일또는다른조성 (Al _k Ga _!-k N (0£k£l))을갖는단층또는다층의 Al _ml Ga _{l ml} N/Al _m2 Ga _{l m2} N (m ₂ < _mi <l, 0£m ₂ £l)로 된 3족질화물로이루어질수있으며, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의표면이 단일극성 (메탈릭극성또는질소개스극성)을갖도록하는� ��된기능이외에 결정결함최소화및스트레스를조절하여균일한 두께를갖는 Al _x G _ai-x N

(0.5<x<l)압전박막 (4)을확보할수있도록촉진하는역할을한다. Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)은스트레스제어층 (23c)위에 PVD (예 :스퍼터링 , 이로 0.3Tm (압전박막물질의녹는점)이상의온도에서증착� ��막되어고품질을 확보할수있다.표면극성제어층 (C)을통해메탈릭극성표면을갖는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막제작방법은 PVD (예 :스퍼터링 , PLD)로 Al.Ga^.N (0.5<x<l) 압전박막 (4)을증착성막하기에앞서표면극성제어층 (C)을 CVD (예 : MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로성장성막한다음에소정의산소량 (비율)으로표면극성 제어증 (C)표면을플라즈마처리 (plasma treatment)하여얻을수있다.반면에 표면극성제어층 (C)을통해질소개스극성표면을갖는 Al.Ga^N (0.5<x<l) 압전박막제작방법으로는 PVD (예 :스퍼터링 , 이로압전박막 (4)을증착 성막하기에앞서표면극성제어층 (C)을 CVD(MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로 성장성막시에마크네슘 (Mg)을과다하게첨가 (도핑)해서질소개스극성표면을 갖는 Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막을얻을수있다 (SCIENTIFIC REPORT, Intentional polarity conversion of AIN epitaxial layers by oxygen, published online: 20 September 2018).스트레스제어증 (23c)표면을물라즈마처리 (plasma

treatment)하거나성장성막의과정에서마크네슘 (Mg)을과다하게

첨가 (도핑)해서 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막 (4)의극성을조절하는것도 가능하다.

이 표면극성제어층 (C)은스트레스제어층 (23c)과동일한일정온도 (500 ^O C 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 이상)에서성장성막될수있으며, 0.5；ffli이하의두께로, W0-600torr의압력에서 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)과동일또는유사한조성을갖는 3족질화물로 구성하는것이바람직하다.또한스트레스제어� � (23c)과표면극성제어층 (C)은 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을증착성막시에고품질 (결정성과극성)과 균일한두께를갖도록성막기판휨 (curvature)을가능한제로 (zero,평평함) 상태를유지토록제어하는것이바람직하다.

[71] 성막기판 (1)휨상태는그위에성막 (증착,성장)되는박막 (23c, C, 4)의성막 조건 (온도,압력)및실리콘성막기막 (1)과성막되는막 (23c, C, 4)의

열팽창계수 (열창팽계수는온도의함수)와격자상수에영향� ��받으며, 바람직하게는제로상태를유지하되적어도위로 볼록한 (convex)상태가되도록 하는것이좋으며,성막의완료후에아래로볼록� � (concave)상태가되지않도록 하는것이중요하고,실리콘성막기판 (1)의휨정도는성막되는동안에측정이 가능하므로,성막동안에성막조건 (온도,압력 )과성막되는 AlGaN의조성을 실리콘성막기판 (1)의휨이제로 (zero)또는볼록한 (convex)상태그리고최종 성막후에도이러한상태가되도록조절하는것이 중요하다하겠다.실리콘성막 기판 (1)의열팽창계수와 AlGaN의열팽창계수를고려할때 CVD만으로이러한 조절을행하기가쉽지않으며, PVD만으로는양질의스트레스제어층 (23c)을 형성하고,그위에고온 (0.3Tm(660°C))에서 Al _x Ga _{l x} N (0.5£y£l)압전박막 (4)을 형성하는것이쉽지않다.본개시는 CVD로스트레스제어층 (23c)과표면극성 제어층 (C)을성장성막하고, PVD로 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을증착 성막함으로써 ,결정성과극성이모두우수한 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)을 격자상수와열팽창계수가큰차이를가지는실리 콘으로된성막기판 (1)을 이용함에도불구하고제공할수있게된다.

[72] 예를들어, 1) Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)이 PVD (예:스퍼터링, PLD)로

800 ^O C의온도에서 A1N로증착성막될때 ,스트레스제어층 (23c)은 CVD (예 : M0CVD)로 500-900°C의온도, 100-6001， 의압력에서, 500nm두께의 Al ₀₉ Ga _{0 1} N으로형성될수있다. 2)또한표면극성제어층 (C)이 CVD (예: MOCVD)로 500-1100 ^O C의온도, 100-600Torr의압력에서, lOOnm두께의

형성될때, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)이 PVD (예 :스퍼터링 , PLD)로 800 ^O C의온도에서 , AW로형성되고,스트레스제어층 (23c)은 CVD (예 :

M0CVD)로 500-900°C의온도, 100-6001， 의압력에서, 500nm두께의 Al _0.8 Ga _0.2 N으로형성될수있다.이때 ,실리콘성막기판 (1)위에 CVD (예 : MOCVD)로 스트레스제어층 (23c)및/또는표면극성제어층 (C)을성장성막하는공정 조건 (온도,압력)에서최소 (제로)의성막기판 (1)휨을유지하는것이무엇보다도 중요한동시에, CVD (예: MOCVD)로스트레스제어층 (23c)및/또는표면극성 제어층 (C)성장성막완료후에상온 (25 ^O C)에서의실리콘성막기판 (1)휨이제로 또는볼록한 (Convex)상태를유지토록조절하는것이중요하다. 스트레스 제어층 (23c)및/또는표면극성제어층 (C)위에후속하여 PVD (예 :스퍼터링 )로 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 증착성막되는 A1N압전박막 (4)의결정품질과균일한두께를갖도록하기 위해서는앞서서술한성막조건들과이에따른실 리콘성막기판 (1)휨에대한 거동 (Behavior)을인식한상태에서조절함으로써가능� �수있다.

[73] 도 20내지도 21에서제시된방법에따라제조된 Al _x Ga^N (0.5<x<l)압전

박막 (4)구조물의결정성품질 (crystalline quality)은공통적으로 X-ray Rocking Curve(XRC)의반치폭값이 0.1ᄋ이하를갖고,극성품질 (polar quality)은스트레스 제어층 (23c)및/또는표면극성제어층 (C)표면상태에따라서자유롭게조절할 수있는이점을갖는다.

[74] 스트레스제어층 (23c)과표면극성제어층 (C)은① CVD(MOCVD, HVPE, ALD, MBE)로형성된 3족질화물로구성되며 ,② Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)의 고온증착성막이가능할수있게끔, 0.3Tm(660°C)이상에서열적안정성을 보유한물질이어야하고,③육방정계 (HCP)결정구조를갖는 Al.Ga^N (0.5<x<l) 압전박막 (4)과동일또는유사한결정구조를갖는물질이며 ,④ Al.Ga^N

(0.5<x<l)압전박막 (4)의증착성막이가능토록표면거칠기 (surface roughness)가 lOnm이하가가능한세라믹 (질화물)물질이고,⑤ Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전 박막 (4)의증착성막이가능토록다양한오염원 (contaminants)이제거된표면 상태의물질인것이바람직하다.

[75] 필요시, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압접박막 (4)증착성막전에경사진 c축 (tilted

c-axis)결정면을갖는단결정압전박막확보하기� �해스트레스제어층 (23c) 및/또는표면극성제어층 (C)의표면에광리쏘그래픽 &식각

패터닝 (photo-lithographic etch patterning)가공을하는것도가능하다.

6] 실리콘성막기판 (1)위에스트레스제어층 (23c)및/또는표면극성제어층 (C) 상부에후속하여증착성막된 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의경우는종래의 저온 (400 ^O C전후))에서 PVD (예 :스퍼터링 , PLD)로증착성막된압전박막과는 달리, 0.3Tm(660 ^O C)이상에서증착성막된고온단결정결정구� ��로한층더 고품질을갖는다.

[77] Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)의증착성막후에 ,추가적인고온후속열처리 공정인포스트어닐링 (Post-annealing)을통해결정성및극성을추가적으� � 개선하는것도가능하다.

8] 스트레스제어층 (23c)을 500 ^O C이상의온도에서저온/중온/고온으로온도

조절과함께갈륨 (Ga)성분을최소화시킨 AlGaN박막을우선적으로성장 성막하는것이바람직하며，이는성막기판 (1)물질인실리콘 (Si)과비교적 용이하게금속간화합물을형성하는갈륨 (Ga)과의반응을억제하여멜트 백 (melt-back)현상을방지하기위함이다.

[79] 스트레스제어층 (23c)과쇼니¾_ (0.5£ £1)압전박막 (4)사이에초격자구조의 중간층을도입할수있으며,이는결정결함을억� �하기위함이다.

[8이 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)의증착성막시에신의함량을높이면서 ,

PVD의증착성막온도도높일수있으며 ,이는인장스트레스 (tensile stress)를 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 억제하여압전박막 (4)의미세크랙을방지하기위함이다.

[81] 실리콘성막기판 (1)을이용하는 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막 (4)구조물의 제조방법은도 W내지도 14에제시된방법이그대로사용할수있다.다만, 실리콘 (Si)성막기판 (1),스트레스제어층 (23c),그리고표면극성제어층 (C)이 레이저리프트오프 (Laser Lift Off; LL0)가아니라,공지된습식에칭 (wet etch)과 건식에칭 (dry etch)의병행을통하여제거된다는점에서차이를� ��진다.이 과정에서정확한두께조정을위한트리밍 (trimming)공정등이수반될수있다.

[82] 도 22및도 23은본개시에제시된 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막을이용하여 공진기 (resonator)를제조하는방법의또다른예를나타내� ��도면으로서,실리콘 성막기판 (1),스트레스제어층 (23c)및표면극성제어층 (3)을구비하되,표면극성 제어층 (3)에마크네슘 (Mg)을첨가 (도핑)하여,쇼니¾_ (0.5£ £1)압전박막 (4)이 질소개스극성표면을갖도록성막한후,제 2전극 (14),브래그리플렉터 (10) 반사기 ,제 2보호막 (11),제 2본딩레이어 (12)및소자기판 (13)을형성하고, 실리콘성막기판 (1),스트레스제어층 (23c)및표면극성제어층 (3)을 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)으로부터제거한후,제 1전극 (6)을형성한 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4)구조물이제시되어있다.이를통해,도 10내지도 12에서와같이두번의웨이퍼본딩공정을이용하� ��않고도즉,한번의웨이퍼 본딩공정을통해메탈릭극성 (Al-polarity또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed) 표면 (face)을소자의상면으로이용하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4) 구조물을제공할수있게된다.

[83] 본개시에따라제작된공진기기반소자 (resonator-based device)는브래그

리플렉터 (10)반사기를포함한제 2전극 (14)이형성되어놓이는위치를 실리콘 (Si)성막기판 (1)위에성막된 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막의극성 제어 (polarity control)와후속한소자공정을진행하는과정에서� ��이퍼본딩 횟수에따라쇼니¾_ (0.5£ £1)압전박막 (4)위에서표면극성을자유롭게 선택할수있다.도 10내지도 12에제시된방법은두번의웨이퍼본딩공정을 통해제작되는것으로서,브래그리플렉터 (10)반사기를포함한제 2전극 (14)이 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막 (4)의질소개스극성표면 (N-polarity face)에 놓이게되며,또한한번의웨이퍼본딩공정을거� �는도 22및도 23에제시된 방법경우에도브래그리플렉터 (10)반사기를포함한제 2전극 (14)이 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막 (4)의질소개스극성표면 (N-polarity face)에동일하게 위치한다.참고로종래의 Si성막기판위에저온에서직접적으로 PVD (예: 스퍼터링 , PLD)를통해형성된다결정 (polycrystalline) A1N압전박막으로제작된 공진기소자의경우는표면극성과극성비율 (ratio)을조절하는데한계가있기에 브래그리플렉터 (10)반사기를포함한제 2전극 (14)의극성위치를정의할수 없다.이로인해서결정성양/부와무관하게극성� ��재 (mixed polarity)및극성 조절된소자제작에어려움으로인해서 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막 (4) 공진기의성능개선에한계점을갖고있다. 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938

[84] 이하본개시의다양한실시형태에대하여설명한 다.

[85] (1) Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법에있어서 ,사파이어성막 기판에희생층을형성하는단계 ;그리고,희생층위에 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전 박막을성장하는단계;를포함하며, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을성장하는 단계에앞서 Al _y Ga _H N (0.5£y£l)로된제 1반도체층을형성하는단계;를더 포함하는것을특징으로하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법.

[86] (2)제 1반도체층은희생층의형성에앞서 1000°C이상의온도에서형성되는 것을특징으로하는 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법.

[87] (3)제 1반도체층은희생층의형성후에산소가공급되� �상태에서 PVD로

형성되는것을특징으로하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법.

[88] (4)희생층과 Al.Ga^N (0.5<x<l)압전박막사이에희생층보다 A1함량이많고, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막보다 A1함량이적은제 2반도체층을형성하는 단계;를더포함하는것을특징으로하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을 제조하는방법 .

[89] (5) Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을구비하는구조물에있어 서, Al _x G _ai-x N

(0.5<x<l)압전박막;쇼니¾_ (0.5£ £1)압전박막의일측에구비되는제 1전극; Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막을기준으로제 1전극의반대측에구비되는제 2 전극과반사기 ;를포함하며,제 1전극이구비되는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전 박막의면은메탈릭극성 (Al-polarity또는 Al-polarity & Ga-polarity mixed) 표면 (face)인것을특징으로하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을구비하는 구조물.

[9이 (6)반사기는에어캐비티및브래그리플렉터중의 하나인것을특징으로하는

Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을구비하는구조물.

[91] (7)제 1반도체층 (2)은 M0CVD로고온성장시 ,스트레스완화를위해다수의 에어공극 (air-voids)삽입하는것이바람직하며 , PVD로성막시 ,소량의산소 성분이외에 Sc, Mg, Zr도핑또는합금성분으로첨가하는것이가능하� ��. Sc, Mg, Zr도핑또는합금성분으로삽입하는이유는압전� ��막을활용한소자 구조물의전기-기계에너지변환효율 (electro-mechanical coupling efficiency)을 극대화하기위함이다.

[92] (8)제 2반도체층 (5)은 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막성장전에웨이퍼

스트레스를완화시켜수평을유지하게하여 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막의 두께를균일하게하는역할을하기에제 2반도체층 (5)내에 Si또는/및 Mg 첨가하는것이가능하다.

[93] (9) Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법에있어서 ,사파이어성막 기판에희생층을형성하는단계 ;로서，희생층은화학적기상증착법 (CVD;

Chemical Vapor Deposition)으로형성된 3족질화물및물리적기상증착법 (PVD; Physical Vapor Deposition)으로형성된 2족또는 3족산화물을포함하는산화물 중의하나로이루어지는,희생증을형성하는단� � ;그리고,희생증위에 Al _x Gai_ _x 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938

N (0.5<x<l)압전박막을증착하는단계;로서, Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막은 0.3Tm(Tm;압전박막물질의녹는점)이상의온도에� �물리적기상증착법으로 증착되는,압전박막을증착하는단계 ;를포함하는것을특징으로하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막.

[94] (10)희생층은 CVD로형성되는단층의 Al _c G _ai-c N (0<c<0.5)또는다층의 Al _cl Ga ^N/AUGa^N (c ₂ < _Cl £l, 0£c ₂ <0.5)로된 3족질화물인것을특징으로하는 Al _x Ga i _x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법.

[95] (11)희생층과 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막사이에서 CVD로형성되며 ,

희생층과다른조성 (Al _a G _ai-a N (0.5<a£l))을갖는 3족질화물로된제 2반도체층을 형성하는단계;를더포함하는것을특징으로하� � Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전 박막을제조하는방법 .

[96] (12)희생층은 PVD로형성되는단층의 2족산화물,단층의 3족산화물또는 이들중적어도하나를포함한다층의산화물구조 로된산화물로이루어지는 것을특징으로하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법.

[97] (13)희생층과 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막사이에서 PVD로형성되며 ,

산화물로된희생층의산소가신刀바_ (0.5£ £1)압전박막으로유입되는것을 방지하도록산소 (0 ₂ )유입방지층을형성하는단계 ;를더포함하는것을 특징으로하는 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법.

[98] (14) Al _x Ga _{l x} N (0.5£x£ 1)압전박막을제조하는방법에있어서 ,실리콘성막

기판에화학적기상증착법 (CVD; Chemical Vapor Deposition)으로 3족질화물로 된스트레스제어층을형성하는단계 ;그리고,스트레스제어층위에 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막을 0.3Tm(Tm;압전박막물질의녹는점)이상의온도에� � 물리적기상증착법으로형성하는단계 ;를포함하는것을특징으로하는 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법.

[99] (15)증착하는단계에앞서 , Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막의표면극성을

조절하기위한전처리를행하는단계;를더포함� �는것을특징으로하는 Al _x G _ai _ N (0.5<x<l)압전박막을제조하는방법 .여기서,전처리라함은 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막의표면극성을의도적으로 바꾸는행위 (intentional conversion)로서전술한늘라즈마처리 (plasma treatment)내지는마그네슘 (Mg) 과다첨가 (도핑 )등의행위를의미한다.

[10이 (16)증착하는단계에앞서 ,표면극성제어층을형성하는단계 ;를더포함하며 , 전처리는표면극성제어층에행해지고,전처리� �표면극성제어층에 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막이형성되는것을특징으로 하는 Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전 박막을제조하는방법 .

[101] (17) Al _x Ga _{l x} N (0.5<x<l)압전박막소자를제조하는방법에있 어서 , Al _x Ga _{l x} N

(0.5<x<l)압전박막에소자기판을본딩하는 단계 ;성막기판을제거하는단계 ; 그리고성막기판이제거된측에서 Al _x G _ai-x N (0.5<x<l)압전박막에전극을 형성하는단계;를포함하며,전극이형성된쇼니� �_ (0.5£ £1)압전박막의 2020/175971 1»（：1^1{2020/002938 표면이 메탈릭극성을가지는것을특징으로하는 （0.5£ £1 소자를제조하는방법 .도 20내지도 23에 제시된방법은실리콘성막

（0.5£\£1）압전박막을형성할때만이 아니라,쇼니¾_刀（0.5£\ 박막을구비하는소자를제조하는방법 일반으로확장될수있다.

（0.5£ £1）압전박막을구비하는소자는대표적인 예를요므공진기이다.

[102] （18）본딩하는단계에 앞서,소자기판이본딩되는측의쇼니¾_刀（0.5£ £1） 압전박막의표면극성이질소개스극성을갖도록 전처리하는단계;를포함하는 것을특징으로하는신刀 刀（0.5£ £1）압전박막소자를제조하는방법.

[103] 본개시에 의하면,고순도 （0.5£ £1）압전박막을제조하고,이를 공진기를제조하고,이공진기를다양한장치에 적용할수있게된다.