JP2019510391A - 表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧電材料の有用層（１）であって、有用層（１）のそれよりも低い熱膨張係数を有するキャリア基板（５）に接合された有用層（１）を備える、表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）に関し、ハイブリッド構造（１０）は、有用層（１）とキャリア基板（５）との間に配置された中間層（４）を備え、中間層（４）は、中間層（４）の平面内において複数の周期的モチーフ（６、７）を含む、少なくとも２つの異なる材料から形成された構造化された層である。

Description

本発明は、表面音響波デバイスの分野に関する。それは、詳細には、表面弾性波デバイスを製造するのに適したハイブリッド構造に関する。

表面音響波（ＳＡＷ）デバイスなどの音響共振器構造は、電気信号を音響波に変換し、音響波を電気信号に変換するために、圧電基板上に作られた１つまたは複数のインターデジタルトランスデューサを使用する。この種類のＳＡＷデバイスまたは共振器は、フィルタリング応用例においてしばしば使用される。無線周波数（ＲＦ）ＳＡＷ技術は、高レベルの絶縁および低い挿入損失を含む優れた性能を提供する。これは、それが無線通信応用例におけるＲＦデュプレクサのために使用される理由である。それにもかかわらず、バルク音響波（ＢＡＷ）技術に基づいたＲＦデュプレクサに対して、より競争力を高めるために、ＲＦ ＳＡＷデバイスの性能は、改善される必要があり、特に、周波数応答が温度安定的であることが、必要とされる。

ＳＡＷデバイスの動作周波数の温度依存、または周波数の温度係数（ＴＣＦ）は、一方では、使用される圧電基板の相対的に高い熱膨張係数（ＣＴＥ）に一般に起因する、トランスデューサのインターデジタル電極間の間隔の変化に依存し、圧電基板の膨張または収縮には、表面音響波速度の増加または減少が同伴するので、ＴＣＦは、他方では、熱運動速度係数に依存する。したがって、周波数の温度係数（ＴＣＦ）を最小化するには、特に、音響波が伝搬する表面エリアにおける、圧電基板の膨張／収縮を最小化することが、目的となる。

非特許文献１は、ＳＡＷデバイスの周波数応答の温度依存問題を克服するために一般に使用される手法の概要を提供している。

第１の手法は、トランスデューサの金属構造を含む圧電基板の表面を、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）の層で覆うことを含む。ＳｉＯ₂の非常に低いＣＴＥは、圧電基板の温度膨張／収縮を制限する。それは、温度性能を改善するが、この手法は、限界を有し、すなわち、一方では、（金属の存在を所与として）この酸化物層を適用するための温度制約は、制限された音響性能を有する相対的に貧弱な品質の材料の利用しか提供せず、他方では、この手法を用いると、圧電基板の最終的な厚さは、構造の機械的強度を保証するために、２００ミクロンよりも大きくなければならず、それは、デバイスの最終的なパッケージングの可能性を制限する。

第２の手法は、例えば、シリコン基板に適用される圧電材料の層から構成される、ハイブリッド基板を使用することを含む。このケースにおいても、シリコンの低いＣＴＥは、圧電層の温度膨張／収縮を制限する。タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）の圧電層のケースにおいては、上記の非特許文献１は、ＬｉＴａＯ₃の厚さとシリコン基板の厚さとの間の比が１０であると、周波数の温度係数（ＴＣＦ）を適切に改善することを示している。この手法の難点の１つは、（非特許文献２において「スプリアス音響モード」として知られる）寄生音響波の存在にあり、それは、ハイブリッド基板上に作られた共振器の周波数特性に悪影響を及ぼす。これらのスプリアス共振は、（ＬｉＴａＯ₃層の表面エリア内を主に伝搬する）主音響波の、特に、ＬｉＴａＯ₃とシリコンとの間の界面を含む、下にある界面上における、スプリアス反射に特に関連する。これらのスプリアス共振を低減させるためのソリューションは、ＬｉＴａＯ₃の層の厚さを増加させることを含み、これは、ＴＣＦにおける改善を維持するための、Ｓｉ基板の厚さの増加を暗示するので、ハイブリッド基板の合計の厚さは、特にセルフォン市場向けの、最終コンポーネントの厚さを低減させることを求める要件と両立できるものではもはやない。Ｋ． Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ他によって提案された別のソリューション（先に言及された非特許文献１）は、（基板との接合界面における）ＬｉＴａＯ₃の層の下面を粗くして、その面上での音響波の反射を制限することを含む。

Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ， Ｍ．Ｋａｄｏｔａ ｅｔ ａｌ， "Ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ＳＡＷ ｄｅｖｉｃｅｓ"， ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎ． Ｓｙｍｐ． ２０１１， ｐａｇｅｓ ７９ − ８６， ２０１１ "Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｎｄｅｄ ｗａｆｅｒ ｆｏｒ ＲＦ ｆｉｌｔｅｒｓ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ＴＣＦ"， Ｂ． Ｐ． Ａｂｂｏｔｔ ｅｔ ａｌ， Ｐｒｏｃ ２００５ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ， Ｓｅｐｔ １９ − ２１， ２００５， ｐｐ．９２６ − ９２９

本発明の目的は、最新のソリューションに対する代替ソリューションを提供することである。本発明の目的は、特に、前記スプリアス音響波の低減および／または除去を可能にするハイブリッド構造を提供することを含む。

本発明は、有用層の圧電材料よりも低い熱膨張係数を有するキャリア基板に接合された有用層を備える、表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造に関し、ハイブリッド構造は、有用層とキャリア基板との間に配置された中間層を備え、中間層は、前記中間層の平面内において複数の周期的モチーフを有する、少なくとも２つの異なる材料から形成された構造化された層である点で注目に値する。

横寸法、中間層の平面内におけるモチーフの周期、および中間層の厚さは、ハイブリッド構造の界面上において通常は反射される音響波を透過または拡散させるために、ＳＡＷデバイスに特徴的な音響波の周波数に従って定義される。したがって、ハイブリッド構造内における中間層の存在は、ＳＡＷデバイスの周波数特性に悪影響を及ぼす、音響波の寄生反射を劇的に低減させる。

本発明の有利な特性に従えば、以下のことが、別々に、または組み合わせて利用される。
・モチーフの周期は、デバイスの表面音響波の周波数に従って選択される。
・キャリア基板は、シリコン、ガラス、シリカ、サファイア、アルミナ、および窒化アルミニウムの中から選択される材料を含む。
・有用層は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、石英、および酸化亜鉛（ＺｎＯ）の中から選択される圧電材料を含む。
・中間層の平均音響インピーダンスは、有用層の音響インピーダンスとキャリア基板の音響インピーダンスとの積の平方根に実質的に等しい。
・中間層の厚さは、デバイスの表面音響波の波長よりも大きい。
・モチーフの少なくとも１つの横寸法は、デバイスの表面音響波の波長よりも小さい。
・周期的モチーフは、有用層の材料から構成される第１のモチーフと、キャリア基板の材料と同じ種類の材料から構成される第２のモチーフとの交替を含む。
・第２のモチーフは、多結晶シリコンから構成され、キャリア基板は、シリコンから作成される。
・中間層の厚さは、デバイスの表面音響波の波長に等しく、または実質的にそれよりも小さい。
・モチーフの少なくとも１つの横寸法は、デバイスの表面音響波の波長以下である。
・周期的モチーフは、有用層の材料またはキャリア基板の材料から構成される第１のモチーフと、別の材料から構成される第２のモチーフとの交替を含む。
・第２のモチーフは、二酸化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ）、窒化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）から構成される。

本発明は、表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造を製造する方法にも関し、該方法は、以下のステージ、
ｉ）圧電材料の有用層と、有用層の圧電材料よりも低い熱膨張係数を有するキャリア基板とを提供するステップと、
ｉｉ）第１の材料のエッチングされたモチーフおよびエッチングされていないモチーフのセットを形成する、有用層またはキャリア基板の前面の周期的モチーフに従って、局所的エッチングをするステップと、
ｉｉｉ）エッチングされたモチーフに第１の材料とは異なる第２の材料の追加層を適用するステップであって、エッチングされていない周期的モチーフおよび追加層が、中間層を形成する、該ステップと、
ｉｖ）中間層が有用層とキャリア基板との間に配置されるように、有用層とキャリア基板とを組み立てるステップと
を含む点で注目に値する。

本発明の有利な特性に従えば、以下のことが、別々に、または組み合わせて利用される。
・ステージｉ）において提供される有用層は、圧電材料のドナー基板である。
・方法は、音響波デバイスの製造について所望の有用層の厚さまでドナー基板を薄化するステージｖ）を含む。

本発明のさらなる特性および利点は、添付の図を参照しながら行われる、以下の詳細な説明から明らかになる。
本発明に従ったハイブリッド構造を示す図である。 ＳＡＷデバイスを備える本発明に従ったハイブリッド構造を示す図である。 本発明に従った実施形態に従ったハイブリッド構造を示す図である。 本発明に従った実施形態に従ったハイブリッド構造を示す図である。 本発明に従ったハイブリッド構造の中間層の周期的モチーフの例を示す図である。 本発明に従ったハイブリッド構造の中間層の周期的モチーフの例を示す図である。 本発明に従ったハイブリッド構造の中間層の周期的モチーフの例を示す図である。 本発明に従ったハイブリッド構造の中間層の周期的モチーフの例を示す図である。 本発明に従ったハイブリッド構造の中間層のモチーフの例の断面図である。 本発明に従ったハイブリッド構造の中間層のモチーフの例の断面図である。 本発明に従ったハイブリッド構造の中間層のモチーフの例の断面図である。

説明セクションにおいては、以下、同じ参照符号が、同じ種類の要素に対して使用されることがある。図は、読みやすいように、実寸に比例していない、概略図である。特に、ｚ軸方向の層の厚さは、ｘおよびｙ軸方向の横寸法に対して、実寸に比例していない。

本発明は、図１に示されるような、第１の面２および第２の面３を有する、圧電材料の有用層１を備える、表面音響波（ＳＡＷ）デバイスを製造するのに適した、ハイブリッド構造１０に関する。ハイブリッド構造１０は、有用層の下（図１に示されるｚ軸方向）に、第２の面２に接触して配置された、中間層４も含む。中間層４は、少なくとも２つの異なる材料から形成された、厚さｅの構造化された層である。構造化された層は、層の平面内における（すなわち、図１の（ｘ，ｙ）平面内における）周期的モチーフから構成された層を暗示する。これらのモチーフは、定義された横寸法（すなわち、（ｘ，ｙ）平面内における寸法）、およびｅ以下の厚さ（すなわち、ｚ軸方向）のブロックに対応し、それらは、少なくとも２つの異なる材料から成る。図１に示される例に従えば、中間層４は、第１の材料から形成された第１のモチーフ６と、第２の材料から形成された（第１のモチーフに対して相補的な）第２のモチーフ７とから構成される。（ｘ，ｙ）平面内において、第１のモチーフ６および第２のモチーフ７は、定義された形状（正方形、長方形、円、．．．）を取り、定義された横寸法を有する。

最後に、ハイブリッド構造１０は、中間層４の下（図１に示されるｚ軸方向）に配置された、有用層１のそれよりも低い熱膨張係数を有する、キャリア基板５を備える。ハイブリッド構造１０の有用層１は、以下のグループ、すなわち、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、および酸化亜鉛（ＺｎＯ）から選択される材料から構成されてよい。キャリア基板５は、以下のグループ、すなわち、シリコン、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、炭化シリコン、ガラス、およびサファイアから選択される材料から構成されてよい。

図２に示されるように、ハイブリッド構造１０は、有用層１上に、特に、音響信号がその間を伝搬する金属電極２０を備える、表面音響波（ＳＡＷ）デバイスを製造するのに適している。音響信号の伝搬の方向は、図２の例においては、矢印によって示されたｙ軸の方向である。

本発明のハイブリッド構造１０の第１の実施形態に従えば、中間層４は、２つの材料から成り、（第１のモチーフ６を構成する）第１の材料は、有用層のそれ（圧電材料）であり、（第２のモチーフ７を構成する）第２の材料は、ハイブリッド構造１０のキャリア基板と同じ種類である。中間層４の厚さｅは、ＳＡＷデバイスによって使用される音響信号の波長λよりも大きく、一般に、ｅは、２λないし５０λの間に含まれてよく、この特性は、圧電材料の層内を伝搬する音響波が、中間層４に遭遇し、それの影響を被ることができることを保証する。さらに、第１および第２の周期的モチーフの少なくとも１つの横寸法（デバイス内における音響波の伝搬の軸方向の寸法）は、波長よりも小さく、一般に、それは、λ／２ないしλ／５０の間であってよい。

したがって、音響波のスケールにおいて、中間層は、第１および第２の材料を含む合成材料として現れる。周期的モチーフの横寸法は、中間層４の音響インピーダンスが、有用層１の音響インピーダンスとキャリア基板５の音響インピーダンスの積の平方根に実質的に等しくなるように選択される。材料の音響インピーダンスＺは、

と表され、ここで、ｖは、材料内における音響波の速度であり、ρは、材料の密度であり、Ｅおよびνは、それぞれ、材料のヤング率およびポアソン比であることを思い出されたい。

中間層４のケースにおいて、それが構成される材料の各々の体積分率を、Ｖ₁およびＶ₂とすると、それの音響インピーダンスは、

と表すことができ、ここで、ρ₁およびρ₂は、それぞれ、第１および第２の材料の密度であり、Ｅ₁およびＥ₂は、それぞれ、第１および第２の材料のヤング率であり、ν₁およびν₂は、それぞれ、第１および第２のポアソン比である。

体積分率Ｖ₁およびＶ₂は、中間層４の厚さｅと、第１および第２の材料のモチーフ６、７の横寸法とによって定義される。

したがって、中間層４の特性（第１および第２の材料、周期的モチーフの横寸法）は、それの平均音響インピーダンスが、有用層１の音響インピーダンスとキャリア基板５の音響インピーダンスの積の平方根にできるだけ近くなるように定義される。

この構成は、（音響インピーダンスの適合による）ハイブリッド構造の界面において通常は反射される有用層１から基板５に向かう音響波の部分の透過に都合がよく、したがって、それは、ハイブリッド構造１０上に作られたＳＡＷデバイスの周波数特性に悪影響を及ぼす寄生反射を劇的に低減させることを可能にする。

本発明に従ったハイブリッド構造１０の第２の実施形態に従えば、中間層４は、同様に、２つの材料から成るが（図３ａ）、第１の実施形態のそれらとは異なる物理的特性を示す。一方では、中間層の厚さｅは、ＳＡＷデバイスのために使用される音響信号の波長λに等しく、または実質的にそれよりも小さく、例えば、λないしλ／８の間に含まれる。他方では、周期的モチーフの少なくとも１つの横寸法（デバイス内における音響波の伝搬の軸方向のそれ）は、音響波の波長λ以下であり、一般に、それは、λ／１０ないしλの間に含まれてよい。この構成は、音響波と中間層４との間の相互作用を促進する。特に、ハイブリッド構造の界面において通常は反射される音響波の部分は、中間層４によって有利に拡散され、これは、寄生効果を引き起こす音響波の反射された成分の実質的な制限という結果になる。

本発明の第２の実施形態の変形に従えば、中間層は、（キャビティを形成する第１のモチーフ６のレベルにおいて）空気または気体から、また（第２のモチーフ７のレベルにおいて）第２の材料から成ってよく（図３ｂ）、例えば、第２のモチーフ７は、キャリア基板５と同じ材料から形成されてよい。有利には、第１および第２のモチーフを構成する材料は、それぞれ、第１のモチーフと第２のモチーフとの間で音響コントラストを発生させるように選択される。

第１および第２のモチーフの横寸法（ならびに、したがって、モチーフの周期）は、中間層４の厚さに加えて、ＳＡＷデバイスに特徴的な音響波の周波数に従って、また、さらには、ハイブリッド構造の界面上において通常は反射される音響波を透過または拡散するために定義される。

図４ａないし図４ｄは、中間層４の周期的モチーフ６、７の配置の変形を示している。中間層４の上面図を示す、図４ａの例においては、（ｘ，ｙ）平面内において、第１のモチーフ６および第２のモチーフ７は、ストリップ形状である。このケースにおいては、ＳＡＷデバイスは、音響波の伝搬が、ｙ軸に平行に、すなわち、ストリップに垂直に生じるように作られなければならないことを思い出されたい。第１および第２のモチーフのｙ軸方向の横寸法（ストリップの幅）は、実施形態に従って選択される（音響波の波長よりも小さい、またはそれに実質的に等しい）。図４ｂにおける代替ソリューションに従えば、いくつかの連続する第１のモチーフ６の寸法は、異なり、例えば、ｙ軸方向において、異なる幅のストリップ６１、６２、６３を用いる第１のモチーフ６の交替が、観察される。同様の交替は、異なる幅のストリップ７１、７２、７３を用いる第２のモチーフ７においても、実行されることができる。この交替は、中間層４の表面全体にわたって、周期的に繰り返される。この種類の構成は、より広い幅の周波数範囲にわたって音響波を拡散させる際に、本発明の第２の実施形態において特に好ましい。

図４ｃに示される別の代替ソリューションに従えば、第１のモチーフは、例えば、正方形形状である、パッドであり、ｘ軸およびｙ軸方向のそれの寸法は、本発明の第１および第２の実施形態の基準に従って定義される。第２のモチーフは、（ｘ，ｙ）平面内において、第１のモチーフに対して相補的なモチーフである。モチーフのそのような配置は、ハイブリッド構造１０を、デバイスの向きとは、また音響波の伝搬の方向とは無関係にする。図４ｄの別の代替ソリューションに従えば、第１のモチーフは、周期的に繰り返される、異なる寸法の正方形である。この種類の構成は、より広い幅の周波数範囲にわたって音響波を拡散させる際に、本発明の第２の実施形態において興味深い。

図５ａないし図５ｃは、本発明に従ったハイブリッド構造の断面図を示している。中間層４の周期的モチーフ６、７は、ｚ軸方向において異なる形状を有してよい。１つの代替バージョンに従えば、それらは、スロットを形成し（図５ａおよび図５ｂ）、第１のモチーフ６は、中間層４の厚さ以下のｚ軸方向の寸法を有する。別の代替ソリューションに従えば（図５ｃ）、それらは、中間層４内のモチーフ間の反射平面を方向付けることによって、スプリアス波の拡散を最適化することが可能な、Ｖ形状のモチーフを形成する。

言及された例は、もちろん、網羅的ではなく、モチーフは、本発明の範囲を逸脱することなく、（ｘ，ｙ）平面内において、または垂直平面内において、様々な形状を取ってよい。

ハイブリッド構造１０の第１および第２の実施形態に適用可能な代替ソリューションに従えば、中間層は、３つ以上の異なる材料から形成されてよい。

本発明は、表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造１０を製造する方法にも関する。方法は、圧電材料の有用層１を提供する第１のステージを含む。実施の有利なモードに従えば、有用層は、マイクロエレクトロニクス業界における厚さおよび直径規格（例えば、直径１５０ｍｍ、厚さ６７５ミクロン）の、圧電材料の基板の形態を採用する。

第１のステージは、ドナー基板のそれ（すなわち、また有用層１のそれ）よりも低い熱膨張係数を有する、キャリア基板５を提供するステージも含む。

本発明に従った製造方法は、周期的モチーフに従ったドナー基板の前面の局所的エッチングを含み、それによって、エッチングされたモチーフおよびエッチングされていないモチーフのセットを形成する第２のステージを含む。上で説明されたハイブリッド構造を参照すると、エッチングされたモチーフは、第１または第２のモチーフであってよい（同じことが、エッチングされていないモチーフにも当てはまる）。このエッチングステージは、例えば、ドライもしくはウェット化学攻撃、レーザエッチング、またはマイクロメータモチーフの局所的エッチングに適した別の技法によって実施されることができる。エッチングステージの前に、エッチングされるエリアを定義するために、フォトリソグラフィステージが、実行されることができる。

あるいは、第２のエッチングステージは、ドナー基板上の代わりに、キャリア基板の前面上において実行されることができる。

製造プロセスは、エッチングされていないモチーフを形成する第１の材料とは異なる第２の材料の追加層を、エッチングされたモチーフに適用する第３のステージを含む。この追加層は、例えば、化学気相堆積、化学液相堆積、またはエピタキシなどによって形成されてよい。

エッチングされていない周期的モチーフおよび追加層は、本発明に従ったハイブリッド構造１０の中間層４を形成する。有利には、（エッチングされていないモチーフのｚ軸方向の高さを定義する）エッチングの深さは、中間層４の厚さｅを定義する。追加層は、有利には、次の組み立てステージの前に、平坦化または表面平滑化処理を経験することができる。

方法は、ドナー基板とキャリア基板５とを組み立てて、中間層４がこれら２つの基板間に配置されるようにする第４のステージを含む。有利には、組み立てステージは、直接接合によって、接触して配置された２つの表面の分子付着によって（すなわち、中間層４の表面と基板の表面がいかなる中間層も有さずに）実施される。分子付着の原理は、現状技術においてよく知られており、さらに詳細には説明されない。あるいは、組み立ては、接着剤の層を追加することによって、または意図された応用に適した他の任意の接合技法によって、実施されることができる。

本発明に従った製造方法は、ドナー基板を、音響波デバイスの製造にとって望ましい有用層１の厚さまで薄化する第５のステージをさらに含む。このステージは、有用層１にとって良好な表面仕上げを保証するために、例えば、機械研削と、それに続く、乾式または化学機械研磨とを含んでよい。最終ハイブリッド構造１０の品質および清浄度を保証するために、薄化ステージ中に、またはその後に、もちろん、様々な異なる洗浄シーケンスが、実施されてよい。

例１：
本発明の例示的な実施においては、１５０ｍｍの直径および６７５ミクロンの厚さをともに有する、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）から作成されたドナー基板、およびシリコンから作成されたキャリア基板５が、提供される。キャリア基板の抵抗率は、例えば、１０００オームｃｍ超になるように選択される。ＬｉＮｂＯ₃ドナー基板は、モチーフを定義するためのフォトリソグラフィステージを経験し、第１のモチーフ６は、エッチングされていないエリアとして定義され、第２のモチーフ７は、エッチングされたモチーフとして定義される。第１のモチーフは、０．２ミクロンの間隔を空けた、０．３ミクロン平方のタブに対応する。第２のモチーフは、ストリップ幅が０．２ミクロンである、タブ間のグリッドに、すなわち、ドナー基板の表面上における、タブに対して相補的なエリアに対応する。ドナー基板の表面をエッチングするステージは、５ミクロンの深さにわたるドライエッチングによって実行される。ドナー基板の表面上のフォトリソグラフィマスクを除去し、（マイクロエレクトロニクス業界において従来使用されてきた、例えば、ＲＣＡシーケンスによって）前者を洗浄した後、多結晶シリコンの追加層が、例えば、ＣＶＤ（化学気相堆積）によって適用される。

エッチングされたエリア（第２のモチーフ）を埋めるために、６ないし１２ミクロンの間の、有利には、８ミクロンの厚さが、適用されることができる。その後、ｐ−Ｓｉの適用に続いて、いかなる残余の形態および粗さも除去するために、化学機械研磨による平坦化のステージが、達成される。

中間層４は、圧電材料から作成された第１のモチーフ６と、第２のモチーフ７を満たす追加層（ｐ−Ｓｉ）とから成る。第１の代替ソリューションにおいては、中間層４の厚さは、エッチング深さに、すなわち、この例においては、５ミクロンに対応し、このケースにおいては、平坦化ステージは、第１のモチーフとともに洗い流すまでに、ドナー基板の表面からの多結晶シリコンの除去を可能にしている（図５ｂに示される構成）。第２の代替ソリューションにおいては、追加層の厚さが第１のモチーフ上に残っているので、中間層４の厚さｅは、エッチング深さよりも大きい。（図５ａに示される構成、この図に表される最終ハイブリッド構造１０においては、第１のモチーフ６の間および下に追加層が存在する）。例として、第１のモチーフ上の追加層は、厚さ１ミクロンであってよく、したがって、中間層は、厚さ６ミクロンになる。

ドナー基板の表面が、ひとたび準備されると、キャリア基板５との組み立てのステージが、実行される。特に、組み立てられる表面上における汚染または粒子の存在に特に敏感な、分子付着による直接接合のケースにおいては、組み立ての前に、２つの基板を洗浄するシーケンスが、達成されてよい。基板間の接着力を高めるために、それらの表面は、接触して配置される前に、酸素または窒素プラズマ処理を経験してよい。

組み立てられる基板の材料間において熱膨張の大きい差を仮定した場合、接合の後、通常は、８０ないし１２０℃の範囲内の低温強化アニーリングが、実施される。

２０ミクロンの厚さを有する、ハイブリッド構造の有用層を獲得するために、機械薄化のステージと、それに続く、ドナー基板の後面の化学機械研磨のステージが、達成される。

したがって、獲得されるハイブリッド構造は、厚さが２０ミクロンのＬｉＮｂＯ₃の有用層と、（上で言及された代替ソリューションに従えば）５ないし６ミクロンの間の厚さの中間層とから構成され、中間層は、２つの材料、すなわち、ＬｉＮｂＯ₃から作成される第１のモチーフと、ポリシリコンから作成される第２のモチーフとから構成される。（ｘ，ｙ）平面内における第１のモチーフのサイズは、０．３ミクロンであり、それらの隔たりは、０．２ミクロンである。したがって、この層の平均音響インピーダンスは、近似的に１．５ｅ６ ｇ／ｃｍ²／ｓｅｃであり、すなわち、ＬｉＮｂＯ₃のインピーダンスとシリコンのインピーダンスとの積の平方根に非常に近い値である。

このハイブリッド構造は、波長λが２ミクロンのオーダにある、表面音響波デバイスを製造するために意図されている。制限された厚さの有用層を仮定すると、音響波の一部は、その層の中に侵入して伝搬し、中間層に到達する。これらの波は、通常は、界面（例えば、ＬｉＮｂＯ₃／Ｓｉ）上において反射され、デバイスの性能を損なうスプリアス波を発生させる。

本発明に従ったハイブリッド構造１０の中間層４の構成は、有用層１の深さに侵入した音響波の、シリコンキャリア基板５への透過を促進する。中間層４の平均音響インピーダンスは、周囲材料（ＬｉＮｂＯ₃およびＳｉ）に適切に適合させられる。中間層４の厚さｅは、デバイスの音響波の波長よりも大きく、第１のモチーフ間のサイズおよび距離は、波長よりも小さい。

さらに、ここで説明されるハイブリッド構造１０は、デバイスのＲＦ性能に関して、著しい利点を有する。実際に、ポリシリコンの追加層は、シリコンキャリア基板５内において、後者が高周波数信号にさらされるときに発生させられる電荷のためのトラッピング層を形成する。これらの電荷は、キャリア基板５の抵抗率の低下を引き起こすことが知られており、それは、ＲＦデバイスの線形性および挿入損失性能に悪影響を及ぼす。したがって、ｐ−Ｓｉの追加層は、トラッピング層としての補足的な役割を果たし、キャリア基板５内において発生させられた電荷を中和する。

例２：
本発明の別の例示的な実施においては、１５０ｍｍの直径および６７５ミクロンの厚さをともに有する、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）から作成されたドナー基板、およびシリコンから作成されたキャリア基板が、提供される。キャリア基板の抵抗率は、例えば、１０００オームｃｍ超になるように選択される。ＬｉＴａＯ₃ドナー基板は、（ｘ，ｙ）平面内においてモチーフを定義するためのフォトリソグラフィステージを経験し、第１のモチーフ６は、エッチングされていないエリアとして定義され、第２のモチーフ７は、エッチングされたモチーフとして定義される。第１のモチーフ６は、１．２５ミクロンの間隔を空けた、幅１．２５ミクロンのストリップに対応する。第２のモチーフ７は、ドナー基板の表面上において、第１のモチーフ６のストリップに対して相補的なストリップに対応する。ドナー基板の表面をエッチングするステージは、約１．５ミクロンの深さにわたるドライエッチングによって実行される。ドナー基板の表面上のフォトリソグラフィマスクを除去し、前者を洗浄した後、シリコン酸化物の追加層が、例えば、ＣＶＤ（化学気相堆積）によって適用される。エッチングされたエリア（第２のモチーフ）を埋めるために、２ないし６ミクロンの間の、有利には、４ミクロンの厚さが、適用される。その後、酸化物の適用に続いて、いかなる残余の形態および粗さも除去するために、追加層の化学機械研磨による平坦化のステージが、達成される。

中間層４は、圧電材料（ＬｉＴａＯ₃）から作成された第１のモチーフ６と、第２のモチーフ７を満たす追加層（ＳｉＯ₂）とから成る。第１の代替ソリューションにおいては、中間層４の厚さは、エッチング深さに、すなわち、この例においては、１．５ミクロンに対応し、このケースにおいては、平坦化ステージは、第１のモチーフ６とともに洗い流すまでに、ドナー基板の表面からのシリコン酸化物の除去を可能にしている。第２の代替ソリューションにおいては、追加層の厚さが第１のモチーフ６上に残っているので、中間層４の厚さは、エッチング深さよりも大きい。例えば、第１のモチーフ６上の追加層は、厚さ０．５ミクロンであってよく、したがって、中間層４は、厚さ２ミクロンになる。

ドナー基板の表面が、ひとたび準備されると、キャリア基板との組み立てのステージが、実行される。特に、組み立てられる表面上における汚染または粒子の存在に特に敏感な、分子付着による直接接合のケースにおいては、組み立ての前に、２つの基板を洗浄するシーケンスが、達成されてよい。基板間の接着力を高めるために、それらの表面は、接触して配置される前に、酸素または窒素プラズマ処理を経験してよい。

組み立てられる基板の材料間において熱膨張の大きい差を仮定した場合、接合の後、通常は、８０ないし１２０℃の範囲内の低温強化アニーリングが、実施される。

３０ミクロンの厚さを有する、ハイブリッド構造の有用層を獲得するために、機械薄化のステージと、それに続く、ドナー基板の後面の化学機械研磨のステージが、達成される。

したがって、獲得されるハイブリッド構造は、厚さが３０ミクロンのＬｉＴａＯ₃の有用層と、（上で言及された代替ソリューションに従えば）１．５ないし２ミクロンの間の厚さの中間層とから構成され、中間層は、２つの材料、すなわち、ＬｉＴａＯ₃から作成される第１のモチーフと、シリコン酸化物から作成される第２のモチーフとから構成される。ｙ軸方向における第１のモチーフのサイズは、１．２５ミクロンであり、それらの隔たりは、１．２５ミクロンである。

このハイブリッド構造１０は、周波数が７００ないし９００ＭＨｚの範囲内にあり、すなわち、波長が５ミクロンのオーダにある、表面音響波デバイスを製造するために意図されている。音響波の伝搬は、ｙ軸方向に生じる。制限された厚さの有用層を仮定すると、音響波の一部は、その有用層１の中に侵入して伝搬し、中間層４に到達する。これらの波は、通常は、界面（例えば、ＬｉＴａＯ₃／Ｓｉ）上において反射され、デバイスの性能を損なうスプリアス波を発生させる。

本発明に従ったハイブリッド構造１０の中間層４の構成は、有用層１に侵入した音響波の、中間層４上における拡散を促進し、したがって、それらの反射を制限する。中間層４の厚さｅは、デバイスの音響波の波長よりも実質的に小さく、第１のモチーフ間のサイズおよび距離は、波長よりも小さい。

例３：
本発明の別の例示的な実施においては、１５０ｍｍの直径および６７５ミクロンの厚さをともに有する、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）から作成されたドナー基板、およびシリコンから作成されたキャリア基板が、提供される。キャリア基板の抵抗率は、例えば、１０００オームｃｍ超になるように選択される。キャリア基板は、モチーフを定義するためのフォトリソグラフィステージを経験し、第１のモチーフ６は、エッチングされていないエリアとして定義され、第２のモチーフ７は、エッチングされたモチーフとして定義される。第１のモチーフ６は、１．２５ミクロンの間隔を空けた、幅１．２５ミクロンのストリップに対応する。第２のモチーフは、キャリア基板の表面上における、第１のモチーフのストリップに対して相補的なストリップに対応する。キャリア基板の表面をエッチングするステージは、１ミクロンの深さにわたるドライエッチングによって実行される。表面上のフォトリソグラフィマスクを除去した後、キャリア基板は、ドナー基板との組み立てのステージを実施することを視野に入れて、洗浄される。この第３の例においては、追加層は、適用されない。（第１のモチーフを構成する）第１の材料は、シリコンであり、第２の材料は、空気、または組み立てステージ中に接合チャンバ内に導入される雰囲気に応じた気体である。

組み立てられる基板の材料間において熱膨張の大きい差を仮定した場合、接合の後、通常は、８０ないし１２０℃の範囲内の低温強化アニーリングが、実施される。

２０ミクロンの厚さを有する、ハイブリッド構造の有用層を獲得するために、機械薄化のステージと、それに続く、ドナー基板の後面の化学機械研磨のステージが、達成される。

したがって、獲得されるハイブリッド構造は、厚さが２０ミクロンのＬｉＴａＯ₃の有用層と、１ミクロンの厚さの中間層とから構成され、中間層は、２つの材料、すなわち、シリコンから作成される第１のモチーフと、空気または気体で満たされる第２のモチーフとから構成される。ｙ軸方向における第１のモチーフのサイズは、１．２５ミクロンであり、それらの隔たりは、１．２５ミクロンである。

このハイブリッド構造は、周波数が７００ないし９００ＭＨｚ内にあり、すなわち、波長が５ミクロンのオーダにある、表面音響波デバイスを製造するために意図されている。制限された厚さの有用層を仮定すると、音響波の一部は、その層の中に侵入して伝搬し、中間層４に到達する。これらの波は、通常は、界面（例えば、ＬｉＴａＯ₃／Ｓｉ）上において反射され、デバイスの性能を損なうスプリアス波を発生させる。

本発明に従ったハイブリッド構造１０の中間層４の構成は、有用層１に侵入した音響波の、中間層４上における拡散を促進し、したがって、それらの反射を制限する。中間層４の厚さｅは、デバイスの音響波の波長よりも実質的に小さく、第１のモチーフ間のサイズおよび距離は、波長よりも小さい。

もちろん、本発明は、説明された実施形態および例に限定されず、特許請求の範囲において確定される本発明の範囲から逸脱することなく、異形の実施形態が、提供されることができる。

本発明に従ったハイブリッド構造１０は、周波数が７００ＭＨｚないし３ＧＨｚの範囲内にある、表面音響波デバイスの製造に特に適合されることができる。

Claims (16)

1. 有用層（１）の圧電材料よりも低い熱膨張係数を有するキャリア基板（５）に接合された前記圧電材料の前記有用層（１）を備えた表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）であって、前記有用層（１）と前記キャリア基板（５）との間に配置された中間層（４）を備え、前記中間層（４）は、前記中間層（４）の平面内において複数の周期的モチーフ（６、７）を有する、少なくとも２つの異なる材料から形成された構造化された層であることを特徴とする表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
2. 前記モチーフ（６、７）の周期は、前記デバイスの表面音響波の周波数に従って選択されることを特徴とする請求項１に記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
3. 前記キャリア基板（５）は、シリコン、ガラス、シリカ、サファイア、アルミナ、および窒化アルミニウムの中から選択される材料を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
4. 前記有用層（１）は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、石英、および酸化亜鉛（ＺｎＯ）の中から選択される圧電材料を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
5. 前記中間層（４）の平均音響インピーダンスは、前記有用層（１）の音響インピーダンスと前記キャリア基板（５）の音響インピーダンスとの積の平方根に等しいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
6. 前記中間層（４）の厚さは、前記デバイスの前記表面音響波の波長よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
7. 前記モチーフ（６、７）の少なくとも１つの横寸法は、前記デバイスの前記表面音響波の前記波長よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
8. 前記周期的モチーフ（６、７）は、前記有用層（１）の材料から構成される第１のモチーフ（６）と、前記キャリア基板（５）の材料と同じ種類の材料から構成される第２のモチーフ（７）との交替を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
9. 前記第２のモチーフ（７）は多結晶シリコンから構成され、および前記キャリア基板（５）はシリコンから作成されることを特徴とする請求項８に記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
10. 前記中間層（４）の前記厚さは、前記デバイスの前記表面音響波の前記波長以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
11. 前記モチーフ（６、７）の少なくとも１つの横寸法は、前記デバイスの前記表面音響波の前記波長以下であることを特徴とする請求項１０に記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
12. 前記周期的モチーフ（６、７）は、前記有用層（１）の前記材料から構成される第１のモチーフ（６）と、別の材料から構成される第２のモチーフ（７）との交替を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
13. 前記第２のモチーフ（７）は、二酸化ケイ素または窒化ケイ素から構成されることを特徴とする請求項１２に記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）。
14. 表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）を製造する方法であって、該方法は、以下のステージ、
    ｉ）圧電材料の有用層（１）と、前記有用層（１）の圧電材料よりも低い熱膨張係数を有するキャリア基板（５）とを提供するステップと、
    ｉｉ）第１の材料のエッチングされたモチーフおよびエッチングされていないモチーフのセットを形成する、前記有用層（１）またはキャリア基板（５）の前面の周期的モチーフに従って局所的エッチングをするステップと、
    ｉｉｉ）前記エッチングされたモチーフに前記第１の材料とは異なる第２の材料の追加層を適用するステップであって、前記エッチングされていない周期的モチーフおよび前記追加層が、中間層（４）を形成する、該ステップと、
    ｉｖ）前記中間層（４）が前記有用層（１）と前記キャリア基板（５）との間に配置されるように、前記有用層（１）と前記キャリア基板（５）とを組み立てるステップと
    を含むことを特徴とする表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）を製造する方法。
15. ステージｉ）において提供される前記有用層（１）は、圧電材料のドナー基板であることを特徴とする請求項１４に記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）を製造する方法。
16. 前記音響波デバイスの製造について所望の前記有用層（１）の厚さまで前記ドナー基板を薄化するステージｖ）を含むことを特徴とする請求項１５に記載の表面音響波デバイスのためのハイブリッド構造（１０）を製造する方法。

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