JP2016519897A - 改良型の熱補償形表面弾性波デバイスおよび製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、圧電構造（２００）を設ける工程（ａ）と、誘電体構造を設ける工程（ｂ）であって、誘電体構造（２２０、２２１）を、金属被覆する（Ｓ２２）工程（ｂ１）を含む工程（ｂ）とを含む表面弾性波デバイス（２０）の製造方法に関し、その方法は、金属が被覆された誘電体構造（２３１）を圧電構造（２００）に結合（Ｓ２４）する工程（ｃ）をさらに含む。
Description
本発明は、表面弾性波デバイスの製造方法、および表面弾性波デバイスに関する。
表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス１０などの音響共振子構造は、図１Ａで概略的に示されるように、電気信号を音響波に、また逆も同様に変換するために圧電基板１００上に設けられた１つまたは複数のインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）１１１を使用する。このようなＳＡＷデバイスまたは共振子は、フィルタリング用途でしばしば使用される。高周波（ＲＦ）ＳＡＷ技術は、高い分離および低い挿入損失など、優れた性能を有しており、無線通信用途でＲＦデュプレクサ（ＤＰＸ）に広く使用されている。ＲＦバルク音響波（ＢＡＷ）技術に基づくＲＦ ＤＰＸに対して競争力を有するためには、ＲＦ ＳＡＷデバイスのデバイス性能が改善される必要があり、特に周波数応答の温度安定性が求められている。
ＳＡＷデバイスの動作周波数の温度依存性、または周波数温度係数（ＴＣＦ）は、概して、一般に使用される圧電基板の比較的高い熱膨張係数（ＴＣＥ）に起因する、ＩＤＴの櫛形の指部の間の間隔Ｓとして図１Ａで示された間隔の変化に依存するだけではなく、圧電基板の膨張または収縮がＳＡＷ速度の増加または減少を伴うので、速度温度係数（ＴＣＶ）にも依存する。
最近公開された非特許文献１は、ＳＡＷデバイスの周波数応答の温度依存性の問題を克服するために使用される現在使用されている手法、特にＳｉＯ2オーバーレイの手法の概要を示している。
図１Ｂで概略的に示されるように、ＳｉＯ2オーバーレイに関する後者の手法は、圧電基板１００を金属被覆して、金属被覆部分１１０をもたらす工程Ｓ１２と、その後に続く、圧電基板１００および金属被覆部分１１０の表面全体に、誘電体層１２０を、特にＳｉＯ2層を形成する工程Ｓ１０とを含む。最終的なデバイスとして、凸形の上部面を有するＳＡＷデバイス１０１を考えるか、それとも平坦な上部面を有するＳＡＷデバイス１０２を考えるかに応じて、さらなる平坦化工程Ｓ１３が実施され得る。しかしこの手法は、いくつかの理由である程度限定される。金属被覆部分１１０に使用される材料の選択、およびこれらの材料に使用される析出技法の選択は、良好な電気的（オーミック）接触を目的とする、圧電基板１００との両立性要件により制限される。圧電特性の劣化、すなわち、金属被覆部分１１０の電気的特性の劣化を回避するために、または圧電基板１００もしくは金属被覆構造の上に形成された誘電体層１２０のいずれかへの金属の拡散を回避するために、誘電体層１２０の形成中に使用された熱収支は、金属被覆部分１１０に使用された材料および圧電基板１００に使用された材料と両立する必要があるため、金属被覆部分１１０および圧電基板１００を覆う誘電体層１２０に使用される材料のさらなる選択、および誘電体層１２０に使用される析出技法の選択が制限される。ところで、圧電基板１００の上部に生成される金属被覆部１１０の場合にそうであるが、異なるＴＣＥを有するいくつかの材料が互いに接触し、加えられた温度が最大許容限度を超える場合、一般に使用される圧電基板１００の多少高いＴＣＥは、反りもしくは曲がり、または誘起された歪みに起因する製造問題をさらに生ずる可能性があり、誘電体層１２０の形成中に使用される熱収支が、金属被覆部分１１０の離層またはウェーハの破損さえも生ずる。さらに、いくつかのアモルファスＳｉＯ2層の場合がそうであるように、多少低い温度で誘電体層１２０を形成することは、低下した音響特性を有するいくぶん低品質の材料をもたらし、したがって、それに基づきＳＡＷの性能を限定する。さらに、金属被覆部分１１０が誘電体層１２０の成長方向に対して水平および垂直な部分を含んでいることと併せて、金属被覆部分１１０と圧電基板１００の両方の上に誘電体層１２０を析出させることによる不可避の成長欠陥が、特に垂直部分と水平部分の交差部で、付随的に発生する電気音響的効果をもたらし、したがって、ＳＡＷデバイス１０の性能損失をもたらす。
Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ、Ｍ．Ｋａｄｏｔａ他による論文、「Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ＳＡＷ Ｄｅｖｉｃｅｓ」、ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎ．Ｓｙｍｐ．２０１１、ｐａｇｅｓ７９−８６、２０１１
本発明の目的は、上記で述べられた不利な点を除くデバイスと、デバイスの製造方法を提案することである。
具体的には、本発明は、（ａ）圧電構造を設ける工程と、（ｂ）誘電体構造を設ける工程とを含む表面弾性波デバイスの製造方法に関し、工程（ｂ）が、誘電体構造を金属被覆する工程（ｂ１）を含み、また本方法は、金属被覆された誘電体構造を圧電構造に結合する工程（ｃ）をさらに含む。
この製造方法は、誘電体構造が、圧電構造を設けることとは別のプロセスで提供されることができ、したがって、いくつかの非両立性が回避され得るという利点を有する。例えば、圧電材料上に析出させるのに適した誘電体材料に限定されることはなくなり、はるかに大きな選択肢を有する。さらに金属被覆が、その逆ではなく、誘電体構造上で実施されるので、高い形成温度を維持する誘電体が、例えば、熱的に成長する酸化ケイ素として使用され得るが、それは、後の工程で形成される金属が拡散する危険がないためである。このような高品質の誘電体材料はまた、金属被覆のはるかに良好な制御を、特に誘電体構造と金属被覆部分の間の界面のはるかに良好な制御を可能にし、したがって、表面弾性波の乱れをもたらす付随的に発生する効果を回避することができる。前述の利点に加えて、その周波数応答のはるかに高い熱的安定性を可能にする表面弾性波デバイスの熱補償が、誘電体構造により提供される剛性化（stiffening）、およびその反対に作用するＴＣＥにより得られる。
さらなる有利な実施例では、工程（ｂ１）は、インターディジタル電極構造を形成するように行われる。
これは、インターディジタル電極構造のパターン、したがって、例えば、その間隔などのその構造的な特徴は、表面弾性波デバイスの望ましい周波数範囲に対して適切に選択され得るという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、インターディジタル電極構造は、１００ｎｍ未満の間隔を有し、また誘電体構造は、１００Ｖより高い降伏電圧を可能にするのに適した比誘電率を示す。
この実施例は、金属被覆のはるかに良好な制御が、そのパターンの良好な画定を行えるようにし、表面弾性波デバイスの確実に規定された周波数応答を可能にするという有益な効果をもたらす。十分に適した誘電体材料を使用することは、インターディジタル電極構造の間隔Ｓを低減できるようにし、かつ特に高誘電率（ｈｉｇｈ ｋ）の誘電体材料を使用することにより、高電力用途に対して表面弾性波デバイスを適合できるようにする。
さらなる有利な実施例では、工程（ｂ１）は、金属の析出により行われ、また工程（ｂ）は、金属の析出の前に、形成温度で誘電体層を形成する工程を含み、形成温度は、誘電体層または圧電構造のうちのいずれかに析出された金属の拡散温度より大きく、特に形成温度は、３５０℃より大きく、好ましくは、８５０℃より大きく、より好ましくは、１２００℃より大きい。
これは、金属拡散に起因して、従来技術のプロセスフローでは両立することはなかったはずの誘電体層の形成に対して、はるかに高い温度が使用され得るという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、析出される金属は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗの群の中から選択され得る。
これは、圧電構造上への直接析出と両立しなかったはずの金属被覆用材料を使用できるという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、誘電体構造は誘電体層を備え、誘電体層は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ、ＤＬＣ、またはアルミナの材料群の中から選択された材料から作られる。
これは、よく知られた材料を使用できるという有益な利点をもたらし、プロセスフローは、圧電構造上への直接析出と両立しなかったはずの加工技法および形成温度の使用を可能にする。
さらなる有利な実施例では、誘電体構造は誘電体層を備え、誘電体層は、８００℃より高い、優先的には、１０５０℃より高い温度で形成された熱成長シリコン酸化物である。
これは、直接それに適用された場合、圧電材料の圧電特性を悪化させるはずの極めて高い温度が、その高品質の誘電体材料の形成に使用され得るという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、誘電体構造は誘電体層を備え、誘電体層は、高誘電率の誘電体材料から、優先的には、ケイ酸ハフニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化ハフニウム、二酸化ジルコニウムの中から作られる。
この実施例は、例えば、高電力用途などの用途、および必要とされる界面の品質に応じて、誘電体材料に適切な材料を適正に選択できるという有益な効果をもたらす。
さらなる実施例では、工程（ｂ１）は、誘電体構造の表面にキャビティを局所的にエッチングし、かつキャビティの中に金属を析出させる以下の工程を含む。
これは、半導体および超小型電子業界で知られており、かつ十分に開発されているエッチングおよび金属被覆の十分に制御されたプロセスが、誘電体材料と金属被覆部分との間の界面のはるかに良好な制御に導くという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、工程（ｂ１）は、キャビティに金属の析出を行う前に、かつ誘電体構造の表面にキャビティを局所的にエッチングした後に、不動態化層を形成する工程をさらに含む。
これは、不動態化が、耐食性の制御を可能にするが、さらに金属の拡散に対する障壁を提供できるという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、工程（ｂ１）は、キャビティの中に析出された金属と、誘電体構造の非エッチング部分との間で同一高さの表面を設ける工程（ｂ２）をさらに含み、工程（ｂ２）は、誘電体構造または析出された金属のうちのいずれかの突出部分を研磨する、および／またはエッチングすることにより行われることが好ましい。
これは、同一高さの表面が、その界面付近に制限される表面弾性波の最適な伝播に必要な金属被覆部分、誘電体材料、および圧電構造の間の完全な結合界面を可能にする高品質な状態で前処理され得るという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、工程（ｂ１）は、析出された金属の突出部分、または誘電体構造の突出部分のうちのいずれかに、同一高さになるように水平化層を設ける工程をさらに含む。
これは、水平化層は、表面弾性波の伝播を最適化し、したがって、最適化された電気機械的な結合により、表面弾性波デバイスの性能を高めることができるという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、誘電体構造は、ドナー基板と、ドナー基板上に形成された誘電体層とを備え、本方法は、工程（ｂ１）の実施した後、誘電体層を圧電構造上に転写する工程（ｃ１）をさらに含む。
これは、誘電体層が、数回再使用され得るドナー基板の一部として設けられ、したがって、製造性能を向上させることができるという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、結合する前に、ドナー基板または誘電体層のうちのいずれかに脆弱なゾーンを形成する工程、また転写は、工程（ｃ）の後に、脆弱なゾーンにおいて誘電体層をドナー基板から分離する工程を含む。
これは、このようなプロセスが、容易に管理できるプロセスフローにおいて、凸形または上部が平坦な誘電体で表面弾性波デバイスの作成を可能にし、したがって生産量が上がるという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、工程（ｃ１）は、工程（ｃ）の後に、ドナー基板を研磨する、かつ／またはエッチングすることを含む。
これは、このようなプロセスが、容易に管理できるプロセスフローにおいて、凸形または上部が平坦な誘電体で表面弾性波デバイスを作成する他の方法を可能にし、したがって生産量が上がるという有益な利点をもたらす。
さらに有利な実施例では、本方法は、工程（ｃ）が行われた後、金属被覆された誘電体構造の少なくとも一部を開放しておく工程をさらに備える。
これは、例えば生産ラインで試験のために、表面弾性波デバイスが得られ、電気的にアドレス指定可能であるという有益な利点をもたらす。
本発明はまた、圧電構造と、圧電構造上に金属被覆部分を有する誘電体層とを備える表面弾性波デバイスに関し、誘電体層は、誘電体層または圧電構造のうちのいずれかに対する金属の拡散温度より高い形成温度を有する。
これは、高品質な誘電体、および金属被覆部分と誘電体層の間の高品質な界面、さらに適正な音響波伝播のための高品質な界面領域を有する熱的に補償された表面弾性波デバイスが得られるという有益な利点をもたらす。
さらなる有利な実施例では、誘電体層は、５０Ｖより高い、優先的には１００Ｖより高い降伏電圧を可能にするのに適した比誘電率を示す。
これは、表面弾性波デバイスが、非常に低い挿入損失と併せて、高い電力用途で使用され得るという有益な利点をもたらす。
本発明は、有利な実施例を用いて、かつ図面を参照して、以下で例としてより詳細に述べられる。述べられる実施例は可能な構成であるに過ぎないが、上記で述べられた個々の機能は、互いに独立して実施され得る、または省略され得る。図面で示された同一の要素は、参照記号を備え、その場合、第１の数字は図の番号を示し、第２および第３の数字は、検討される要素を示し、任意選択の第４の数字は、同じ図で代替が生じた場合に付加され、さらに第５の数字は、代替内でいくつかのモードが生じた場合に付加される。工程に関しては、先頭にさらなるＳが付加される。異なる図面で示された同一の要素もしくは工程に関する記述部分は、省略され得る。
本発明は、具体的な実施例を参照して次に述べられる。いずれかの実施例の特徴および選択肢は、請求の範囲に従ういずれかの他の実施例の特徴および選択肢と互いに独立して組み合わされ得るということが当業者にとって明らかであろう。
図２は、本発明の実施例に従うＳＡＷデバイス２０の製造方法を概略的に示す。エッチング工程Ｓ２１は、エッチングされた部分とエッチングされない部分とを含むエッチングされた誘電体層２２１をもたらす誘電体層２２０を含む誘電体構造２６０において行われる。次の金属被覆工程Ｓ２２は、エッチングされた誘電体層２２１のエッチングされた部分を金属被覆部分２１０で 同一平面で埋めるように、行われ、その結果、電気的導電手段、特に金属被覆部分２１０を含む誘電体層２２０からなる金属被覆された誘電体層構造２３１をもたらす。金属被覆された誘電体層構造２３１の形成後、金属被覆された誘電体層構造２３１は、特に結合工程Ｓ２４を介して、圧電構造２００上に組み付けられ、ＳＡＷデバイス２０を形成する。圧電構造２００は、単結晶圧電材料、または、ホスト基板上の圧電材料の薄い層であってもよい。優先的には、圧電材料は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムであるが、本発明は、それに限定されることはなく、適切な電気機械的結合の任意の材料が使用され得る。ホスト基板は、圧電材料の熱応答を抑制することにより周波数応答の熱的安定化を向上させるために、圧電材料に対してＴＣＥで適合され得る。圧電材料は、Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）によりホスト基板へと転写され得るが、エピタキシャル成長させることも可能である。
これにより、誘電体層２２０が、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ、ＤＬＣ、アルミナ、または高誘電率の誘電体の任意の種類の材料群の中から選択された材料から製造され得る。誘電体層２２０は、上述した誘電体材料のうちの１つの単結晶層として設けられ得るが、またはより広く、特に図５に関して以下で説明されるように、誘電体構造に含まれ得る。例えば、熱的に成長する酸化物がシリコンウェーハ上に形成され得るが、例えば、ＣＶＤもしくはＰＶＤなどの技法も考えることができ、それは以下で明らかになるようにしかも、高温のものでも考えられ得る。エッチング工程Ｓ２１は、誘電体層２２０の材料に依存しており、乾式もしくは湿式の化学エッチング、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、またはそれらの任意の組合せの中から選択されたエッチング技法を含むことができる。エッチングされた誘電体層２２１のエッチングされた部分およびエッチングされない部分のパターンは、任意の適切なマスキングまたは剥離プロセスにより、例えば、機械的なマスクの使用、またはリソグラフィ手段の使用により得られる。エッチングされた部分のパターンは、インターディジタル電極構造６１１により図６Ｂで概略的に示された、インターディジタル形の構造を有することができる。金属被覆工程Ｓ２２は、いずれかの適切な析出技法を用いて、例えば、真空金属被覆、スパッタリング、電気めっき技法、ＰＶＤ、ＣＶＤ、またはＡＬＤを用いて行われ得る。図１Ｂで概略的に示された従来技術の手法に関して、金属被覆工程Ｓ１２中に使用される温度は、概ね、最高で３００℃の範囲でありいくぶん低い。金属被覆部分に使用される材料は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、もしくはＷ、またはいずれかの他の金属とすることができる。従来技術の手法は、したがって、誘電体層１２０の形成について低温に限定されている。それとは異なり、本発明に従う誘電体層２２０をもたらすことには、限定はなく、金属被覆工程Ｓ２２は、析出技法および析出温度に関して、はるかにより柔軟性を有して行われ得る。成長欠陥が、付随的に発生する効果に寄与し、かつデバイス性能を減ずるので、図１Ｂの従来技術の手法に関して指摘されるように、誘電体層２２０と金属被覆部分２１０との間の界面は、本質的な役割を果たしている。しかしながら、本発明に従う実施例により、半導体技術から知られている、エッチング工程Ｓ２１の正確な制御が、金属被覆工程Ｓ２２の非常に良好な制御と併せて得られるという事実のために、高品質の界面の完全な制御を可能にする。さらに、誘電体層２２０は、もはやその熱収支に限定されず、８５０℃より高い最高１２００℃まで、またはそれよりも高い温度で乾式酸化により精巧に作られたシリコンの熱成長酸化物は、その増加した密度および均一性に起因して、従来技法により低温で成長されたＳｉＯ2層よりもはるかに良好な音の特性を有する。４５０℃付近の低圧ＣＶＤにより析出されたＳｉＯ2層の場合、層の高密度化が必要であり、窒素雰囲気内で約８００℃から９００℃までの温度で焼きなまし工程を行うことにより得られる。金属被覆工程Ｓ２２の後、得られた金属被覆された誘電体層構造２３１は、圧電構造２００にさらに結合され、したがって、ＳＡＷデバイス２０を形成する。典型的な集積回路処理との互換性をさらにもたらし、汚染を最小化し、かつ金属被覆された誘電体層構造２３１と圧電構造２００との間の結合の長期間の安定性を示すので直接結合（すなわち、分子結合による）が好ましい。結合工程Ｓ２４の前に、金属被覆部分２１０を備える金属被覆された誘電体層構造２３１の表面は、表面粗さを十分に減少させるために、例えば、化学的機械研磨または任意の他の表面処理技法により、結合に対する前処理が行われ得る。これは、金属被覆された誘電体層構造２３１と圧電構造２００との間の結合界面におけるはるかに少ない欠陥に至る。これらの欠陥は、ＳＡＷデバイスにとって無視できない性能因子であるその界面付近、または界面に沿った音波伝播に悪い影響を与える。
図３で示された実施例は、それが中間不動態化工程Ｓ３９をさらに含む点で図２に示された実施例とは異なっている。不動態化工程Ｓ３９中に、不動態化層３２２が、エッチングされた誘電体層３２１のエッチングされた部分内に適合するように形成され、誘電体層３２０を備える誘電体構造３６０上に、エッチング工程Ｓ３１を実施した後に得られる。この不動態化工程Ｓ３９により、金属被覆工程３２によりその後に形成された金属被覆部分３１０の耐食性が向上し、耐食性のある、不動態化された誘電体層構造３３１をもたらす。例えば、スパッタリングにより直接、あるいは、薄いアルミニウム層を付け、その後に酸化させることによって、それを対応する酸化アルミニウムに変換することにより、例えば、酸化アルミニウムの薄い層が付加され得る。不動態化層３２２に関し他の代替的な物質は、ＴｉＮ、ＴａＮ、またはＴａ2Ｏ5であってもよい。代替物として、薄い金の層が耐食性要件を満たすことができ、さらに、外部への電気的接続の原点として、特に、その後のバンピング用の基本材料として機能することができる。
図４は、本発明に従ういくつかの実施例を概略的に示しており、最初の誘電体層４２０またはすでにエッチングされた誘電体層４２１のうちのいずれかから開始し、すでに述べたモードに加えて以下の代替的なプロセス（ａ）から（ｅ）に従って、金属被覆された誘電体層構造４３１１から４３１５までが得られる結果となる。すべての代替的な形態は、突出部分を、同一高さになるように平坦化することにより、または材料を追加することにより、その後の結合工程Ｓ２４、Ｓ３４に対して前処理された平坦な表面を目標としている。すでに述べたように、誘電体層４２０、またはさらに金属被覆された誘電体層構造４３１１から４３１５までは、概して誘電体構造または金属被覆された誘電体構造にそれぞれ含まれることができ、それは図５に関して以下で指摘される、または図２および図３ですでに述べられている。
図４の代案（４ａ）は、エッチングされた誘電体層４２１のエッチングされた部分の配置において、金属被覆部分４１０１の突出部分となる金属被覆工程Ｓ４２１を概略的に示している。例えば、化学的機械研磨、または図２に関してすでに前述された他の技法など、エッチングまたは研磨技法を用いる、続く平坦化工程Ｓ４３１は、すでに前に述べたように、特に低い欠陥密度を有する、同一高さの平坦な表面を有する、結合のために前処理され金属被覆された誘電体層構造４３１１をもたらす。
図４の代案（４ｂ）は、金属被覆工程Ｓ４２１を概略的に示しており、金属被覆部分４１０１の突出部分が得られ、その後に、水平化工程Ｓ４５１が行われ、金属被覆部分４１０１の突出部分と同一高さの水平化層４５１１を形成する。水平化層４５１１は、誘電体材料、圧電材料、または強誘電性材料のうちのいずれかから作られ得る。特に興味深いものは、図２で示された圧電構造２００と、直接界面を接するエッチングされた誘電体層２２１の誘電体材料の間の界面により得られるはずのものよりも、結合界面の近傍で大きな電気化学的ファクタＫ２をもたらす水平化層４５１１であり、金属被覆された誘電体層構造４３１２が得られる結果となる。大きなＫ２は、広い通過帯域幅、低い挿入損失、および広いデュープレックスギャップを得るために有用であり得る。水平化層４５１１は、したがって、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、または他の鉛を含む第一鉄（ｆｅｒｒｏ−）もしくは圧電材料、例えば、チタン酸鉛ＰＺＮ−ｘＰＴ、ＰＭＮ−ｘＰＴ、もしくはＰＳＮ−ｘＰＴ、もしくはさらにＰｂ（ＭｇxＴｉ1-x）Ｏ3などのペロブスカイトリラクサー強誘電体酸化物などの材料から、または例えば、ニオブ酸カリウム（ＫＮＯ）などの無鉛材料、もしくは例えば、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）などの他の無鉛の第一鉄もしくは圧電材料などの材料から作られ得る。
図４の代案（４ｃ）は、誘電体層４２０上で行われた金属被覆工程Ｓ４２２を示しており、誘電体層４２０の表面の上部に金属被覆部分４１０２が得られる。代案（４ｂ）の水平化工程Ｓ４５１と同様の水平化工程Ｓ４５２が、その後に続いて、金属被覆された誘電体層構造４３１３を得るために使用され、水平化層４５１２の材料は、前に代案（４ｂ）に関して述べたように選択され得る。代案（４ｃ）は、エッチング工程を行う必要がないという利点を有しており、したがって、製造する労力が低減される。
図４の代案（４ｄ）は、エッチングされた誘電体層４２１上で行われる金属被覆工程Ｓ４２３を示しており、エッチングされた誘電体層４２１のエッチングされた部分を完全には満たされていない金属被覆部分４１０３をもたらす。さらなる平坦化工程Ｓ４３２が、エッチングされた誘電体層４２０の突出部分を除去するために使用されて、金属被覆された誘電体層構造４３１４の同一高さの表面が残される。この代案（４ｄ）は、平坦化工程Ｓ４３２が、エッチングされた誘電体層４２１と金属被覆部分４１０３の間で同一高さの表面をもたらすだけではなく、同時に、圧電構造に対する結合界面となり、したがって、この界面に沿った波の伝播が重要になるその表面の前処理をするという利点を有しており、したがって、電気的に活性があり、かつ挿入損失を誘起する波伝播に感度が高く、１×１０12ｃｍ-2、もしくはさらに１×１０10ｃｍ-2またはそれよりも低い界面トラップ密度が得られ、また５ｎｍ未満、またはさらに１ｎｍ未満の表面粗さが得られる。平坦化工程Ｓ４３２に対しては、他の実施例に関連してすでに述べたエッチングおよび研磨技法が使用され得る。
図４の代案（４ｅ）は、代案（４ｄ）と同様にエッチングされた誘電体層４２１上で行われる金属被覆工程Ｓ４２３を示しており、エッチングされた誘電体層４２１の突出部分を有する同一高さではない表面になる。その後に続いて、エッチングされた誘電体層４２１の突出部分と金属被覆部分４１０３の間の残りの空間を水平化層４５１３で満たすために、水平化工程Ｓ４５３が行われる。金属被覆部分４１０３の上部に形成された水平化層４５１３の材料は、電気的に伝導性のある、特に、析出金属であることが好ましい。その水平化層４５１３は、金属タイプのものとすることができ、他の実施例に関連する他の金属被覆工程に対して述べられたように析出され得る。その結果得られた金属被覆された誘電体層構造４３１５は、特に、金属被覆部分４１０３が、金属タイプの他の水平化層４５１３で覆われた状態の金属の二重層を含み得る。このような構成は、逆も同様であるが、Ａｕ、Ａｌ、またはＰｔなどの軽い金属で覆われた、例えば、Ｍｏ、Ｃｕ、またはＷなどの非常に重い金属を使用することにより、マスローディング（ｍａｓｓ ｌｏａｄｉｎｇ）が得られるという利点を有する。このような二重の金属被覆は、ＳＡＷデバイスの周波数の温度変化の補償に必要な周囲の誘電体材料の厚さを低減するために使用され得る。さらに異なる金属スタックを使用することにより、抵抗率に起因する挿入損失と電力処理機能との間のバランス性能が可能となる。
図５は、本発明に従うＳＡＷデバイスの製造プロセスの誘電体層をもたらすことを含む工程に関するいくつかの代替的な実現モードを概略的に示している。誘電体層２２０、３２０、４２０は、誘電体層５２０１、５２０２、５２０２１、５２０２２のうちのいずれかにより置き換えることができ、また図５の代替的な方法（５ａ）および（５ｂ）は、ＳＡＷデバイスの製造プロセスに容易に含めることができ、それは、以下で述べられる。
代案（５ａ）は、脆弱なゾーンを形成するための工程Ｓ５６が、バルクドナー基板５５０１上で行われることができ、バルクドナー基板５５０１内で脆弱なゾーン５７０および誘電体層５２０１となり、したがって、誘電体構造５６０１を形成する。脆弱なゾーン５７０に沿って誘電体層５２０１を分離することは、熱応力または機械的応力を印加することにより得られる。脆弱なゾーンを形成するための工程Ｓ５６は、よく知られたＳｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）技術を参照して、特にＨもしくはＨｅ、または組合せであるイオンガス種（ionic gaseous species）の均一な注入により行われ得る。分離することは、図２に関して述べられた他の製造工程、例えば、エッチング工程Ｓ２１、金属被覆工程Ｓ２２、および結合工程Ｓ２４などを実施した後に行われ得る。誘電体構造５６０１の残りの部分は、新しいバルクドナー基板として再使用され得る。バルクドナー基板５５０１として、図２を参照してすでに述べられた誘電体材料の任意のバルク材料、特に例えば、高誘電率を有する材料の、単結晶バルク材料が使用され得る。
代案（５ｂ）は、形成工程Ｓ５７がドナー基板５５０２上で行われ、誘電体層５２０２を含む誘電体構造５６０２をもたらすことを示している。形成工程Ｓ５７は、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＡＬＤによる誘電体材料の成長とすることができ、または例えば、酸素を含む雰囲気中の焼きなましにより得られるシリコンの熱成長酸化物の形成など、酸化による誘電体の形成とすることができ、またはさらに、すでに述べられた誘電体材料のうちのいずれかにＳｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）プロセス、例えば、そのバルク単結晶材料からの高誘電率を有する誘電体のＳｍａｒｔ Ｃｕｔを適用することによる場合ならそうであろうが、他の基板からドナー基板５５０２への誘電体層の転写によっても得られる。誘電体層５２０２を含むその誘電体構造５６０２が得られた後、それをＳＡＷデバイスの製造プロセスに含めるために、いくつかの代案が存在する。一代案は、代案（５ａ）ですでに示されているように、脆弱なゾーン５７１、５７２の形成が、脆弱なゾーンを形成するために工程Ｓ５６１、Ｓ５６２を実施することによって得られることであり、脆弱なゾーン５７１、５７２が、ドナー基板５５０２からなる誘電体構造５６０２の一部内に形成されるか、それとも誘電体層５２０２からなる誘電体構造５６０２の一部内に形成されるかに応じて、各誘電体層５２０２１および５２０２２を備える誘電体構造５６０２１および５６０２２が得られる結果になる。これらの代案は共に、脆弱なゾーン５７１、５７２の形成が、続くエッチング、金属被覆、および圧電構造への結合工程の前に行うことができ、したがって、脆弱なゾーンに沿って分離することは、各最終的なＳＡＷデバイスの平坦な上面をもたらすという利点を有する。
誘電体構造５６０２をＳＡＷデバイスの製造プロセスに含めるための他の代案は、脆弱なゾーンを形成するためのその後の工程Ｓ５６３の前に、エッチング工程Ｓ５１および金属被覆工程Ｓ５２を行うことであり、前に述べたように、例えば、注入により、金属被覆された誘電体構造５６０３が得られる結果になる。注入の貫通深さは、注入に使用されるエネルギーと、注入される材料とに依存しており、したがって、金属被覆された誘電体構造５６０３に行われる注入は、輪郭が描かれた脆弱なゾーン５７３となる。圧電構造への結合の後、脆弱なゾーン５７３に沿って分離することは、いくつかの用途で有利であり得る凸形の上面を備えた最終的なＳＡＷデバイスが得られる結果となる。
図６Ａおよび図６Ｂは、金属被覆部分６１０、またはそれぞれ、インターディジタル電極構造６１１を開放しておく工程Ｓ６１を概略的にさらに示しており、したがって、エッチングされた誘電体層６２１、金属被覆部分６１０、またはエッチングされた誘電体層６２１のエッチングされた部分を有するインターディジタル電極構造６１１を備えた完全に電気的にアドレス指定可能なＳＡＷデバイス６０が得られる。開放しておくことは、マスキング、および／または、リソグラフィ手段と共に、乾式もしくは湿式の化学エッチング、反応性イオンエッチング、またはプラズマエッチングにより行われ得る。金属被覆部分２１０から６１０に使用されるインターディジタル電極構造６１１のパターンは、図１Ａで概略的に示されたその間隔Ｓにより、ＳＡＷデバイスが動作する周波数に対して直接の影響を有する。間隔Ｓは、また、金属被覆部分２１０が埋め込まれているエッチングされた誘電体層２２１の材料に依存するＳＡＷデバイスの降伏電圧に影響を与える。本発明は、その誘電体材料の選択において、特に、高誘電率の誘電体の使用が可能である点で、より多くの柔軟性を与える。５０Ｖに達する、またはさらに１００Ｖに達する降伏電圧が、達成できて、２．５Ｗより高い、またはさらに５Ｗより高い電力を扱うことができるようになり、しかも、４μｍ未満であり、０．２μｍまでの間隔Ｓのため、高電力用途で使用可能なＳＡＷデバイスにつながる。当業者であれば、高電力用途に対して想定される降伏電圧に応じて、誘電体材料および間隔Ｓをどのように適合させるかを理解するはずである。
Claims (18)
- 表面弾性波デバイス（２０、３０）の製造方法であって、
（ａ）圧電構造（２００、３００）を設ける工程と、
（ｂ）誘電体構造（２６０、３６０）を設ける工程と、
を含み、工程（ｂ）が、前記誘電体構造を金属被覆する（Ｓ２２、Ｓ３２）工程（ｂ１）を含み、
（ｃ）前記金属被覆された誘電体構造（２３１、３３１）を前記圧電構造に結合する（Ｓ２４、Ｓ３４）工程をさらに含むことを特徴とする方法。 - 前記工程（ｂ１）は、インターディジタル電極構造（６１１）を形成するように行われる請求項１に記載の方法。
- 前記インターディジタル電極構造（６１１）は、１００ｎｍ未満の間隔を有し、また前記誘電体構造（２６０）は、１００Ｖより高い降伏電圧を可能にするのに適した比誘電率を示す請求項２に記載の方法。
- 前記工程（ｂ１）（Ｓ２２）は金属の析出により行われ、前記工程（ｂ）は、前記金属の析出の前に、形成温度で誘電体層（２２０）を形成する工程を含み、前記形成温度は、前記誘電体層（２２０）または前記圧電構造（２００）のうちのいずれかに析出された金属の拡散温度より大きく、特に、前記形成温度が、３５０℃よりも大きく、好ましくは、８５０℃よりも大きく、より好ましくは、１２００℃よりも大きい請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記析出される金属は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗの群の中から選択される請求項４に記載の方法。
- 前記誘電体構造（２６０）は、Ｓ１Ｏ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ、ＤＬＣ、またはアルミナの材料群の中から選択された物質から作られる誘電体層（２００）を含む請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記誘電体構造（２６０）は、誘電体層（２００）を含み、該誘電体層は、８００℃より高い、優先的には、１０５０℃より高い温度で形成された熱成長シリコン酸化物である請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記誘電体構造（２６０）は、高誘電率の誘電体材料から、優先的には、ケイ酸ハフニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化ハフニウム、二酸化ジルコニウムから作られる誘電体層（２００）を含む請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程（ｂ１）（Ｓ２２）は、
前記誘電体構造（２００、５６０１）の表面にキャビティを局所的にエッチングする（Ｓ２１）工程と、
前記キャビティに金属を析出させる工程とを含む請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法。 - 前記工程（ｂ１）（Ｓ３２）は、前記キャビティに前記金属の析出を行う前に、かつ前記誘電体構造（３６０）の表面にキャビティを局所的にエッチングした（Ｓ３１）後に、不動態化層を形成する工程（Ｓ３９）をさらに含む請求項９に記載の方法。
- 前記工程（ｂ１）は、前記キャビティの中に析出された前記金属と、前記誘電体構造の非エッチング部分との間で同一高さの表面をもたらす工程（ｂ２）（Ｓ４３１、Ｓ４３２）をさらに含み、前記工程（ｂ２）は、好ましくは、前記誘電体構造、または前記析出された金属のうちのいずれかの突出部分を研磨する、および／または、エッチングすることにより行われる請求項９または１０のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程（ｂ１）は、前記析出された金属の前記突出部分、または前記誘電体構造の前記突出部分のうちのいずれかに、同一高さになるように水平化層（４５１１、４５１２、４５１３）をもたらす工程（Ｓ４５１、Ｓ４５２、Ｓ４５３）をさらに含むことを請求項９または１０のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記誘電体構造（５６０１、５６０２）は、
ドナー基板（５５０１、５５０２）と、
前記ドナー基板上に形成された誘電体層（５２０１、５２０２）と、
を含み、
前記方法が、工程（ｂ１）を実施した後、前記誘電体層を前記圧電構造上に転写する工程（ｃ１）をさらに含む請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の方法。 - 工程（ｂ）は、工程（ｃ）の前に、前記ドナー基板（５５０１、５５０２）、または前記誘電体層（５２０２）のうちのいずれかに脆弱なゾーンを形成する工程（Ｓ５６、Ｓ５６１、Ｓ５６２、Ｓ５６３）を含み、
前記工程（ｃ１）が、工程（ｃ）の後に、前記脆弱なゾーンにおいて前記誘電体層を前記ドナー基板から分離する工程を含む請求項１３に記載の方法。 - 前記工程（ｃ１）は、工程（ｃ）の後に、前記ドナー基板を研磨する、および／またはエッチングすることを含む請求項１３または１４に記載の方法。
- 工程（ｃ）の後に、前記金属被覆された誘電体構造（６３１）の少なくとも一部を開放しておく工程（Ｓ６１）をさらに含む請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 圧電構造（２００、３００、６００）と、前記圧電構造上に金属被覆部分（２１０、３１０、６１０）を有する誘電体層（２２０、３２０）とを含む表面弾性波デバイス（２０、３０、６０）において、
前記誘電体層が、前記誘電体層または前記圧電構造のうちのいずれかに対する前記金属の拡散温度より高い形成温度を有することを特徴とする表面弾性波デバイス（２０、３０、６０）。 - 前記誘電体層（２００、３００）は、５０Ｖより高い、優先的には、１００Ｖより高い降伏電圧を可能にするのに適した比誘電率を示す請求項１７に記載の表面弾性波デバイス。
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