JP5879652B2 - 弾性波デバイスを製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明の分野は、帯域フィルタの分野であり、より具体的には、弾性波フィルタの分野である。

ここ１０年程の無線周波数通信の開発は、認可された周波数帯域の混雑状況に反映されている。利用可能な周波数帯域を活用するため、システムには、狭い遷移帯域を備えた帯域フィルタリング手段を含めなければならない。ＳＡＷ（表面波）またはＢＡＷ（バルク波）技術による共振器フィルタのみが、材料の圧電特性を使用して、低損失および緩和された混雑状況でこれらの仕様を満たすことができる。ここ最近、これらのフィルタに使用される圧電層は、バルク弾性波フィルタ（ＢＡＷフィルタ）の設計を可能にする堆積によって、または表面弾性波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）の設計を可能にするバルク基板から生成されている。

通信機器分野の専門家によって要求される仕様は、帯域外阻止および遷移スティフネスの観点から、他のパラメータ（挿入損失、帯域内変動など）に関して何らかの形で緩和されなければますます困難になる。設計の自由度を少し取り戻す唯一の方法は、温度による周波数変動を大幅に減少させることにある。

それを示すものとして、クォーツの共振器の共振周波数の変動は以下の式で決定されることが想起される。
ｆ（Ｔ）＝ｆ_０［１＋ＣＴＦ_１（Ｔ−Ｔ_０）＋ＣＴＦ_２（Ｔ−Ｔ_０）^２＋…］
式中、ｆ_０はＴ_０での周波数であり、Ｔ_０は基準温度（慣例により２５℃）であり、ＣＴＦ_１はｐｐｍ／℃で表される１次係数であり、ＣＴＦ_２はｐｐｂ／℃^２で表される２次係数である。

ＣＴＦ１については、例えば、３５ｐｐｍ／℃から２０ｐｐｍ／℃以下まで変更することによって、性能レベル、したがって、製品の競争力を大幅に改善することができる。

図１ａは、ＳＡＷフィルタ構造を概略的に表し、バルク圧電基板Ｓ_{ｐｉｅｚｏ，ｓ}上の表面メタライゼーションは、典型的に、櫛形のインターデジタル電極Ｍ_ｓ１およびＭ_ｓ２であり得、圧電材料の励起を確保して表面弾性波の伝播を可能にする。

表面波フィルタは、現在依然として、そのロバスト性、その実装における技術面の容易性および複数のアクセス可能なフィルタ構造を考慮すると、５０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲でＲＦフィルタを合成および生成するための標準的な解決策であり、設計者に対し、与えられた仕様に基づく真の設計戦略を提供する。

例えば、熱ドリフトの影響を受けるが、タンタル酸およびニオブ酸リチウムからなるフィルタは、その高い結合係数（１０％超）およびＱ値（尖鋭度）の理由で、バルク波フィルタのものよりも広い相対帯域幅の生成を可能にする。したがって、薄膜のバルク波で得られるものはおよそ４×１０^１２のままであるのに対して、１０^１３に近い表面波の積Ｑ×ｆ_ｍａｘを得ることができる。

図１ｂは、バルク波フィルタ構造を概略的に表し、圧電基板Ｓ_{ｐｉｅｚｏ，ｖ}は２つの表面メタライゼーションＭ_１およびＭ_２の間に挿入され、バルク波の伝播を可能にする。

バルク波フィルタは、およそ３０年前に提案され、その周波数は数ＭＨｚから数十ＭＨｚであり、狭帯域アプリケーションに対してクォーツのインピーダンス素子または横方向の結合構造を主に使用するが、無線周波数へのその実装はほんの１０年程前に遡り、そのような目的のために陰極スパッタリングによって堆積される圧電層の使用に関するＬａｋｉｎ（Ｋ．Ｍ．ＬａｋｉｎおよびＪ．Ｓ．Ｗａｎｇ、ＵＨＦ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｕｌｋ ｗａｖｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ、１９８０ ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、８３４〜８３７頁）の先駆的活動へと続く。

Ａｇｉｌｅｎｔ社は、堆積された多結晶材料であるアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）の薄膜を活用するインピーダンス素子に基づくＦＢＡＲ（圧電薄膜共振器）フィルタタイプのＲＦフィルタを開発した最初の会社であった。

ＢＡＷ共振器は、膜（ＡＶＡＧＯ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社によって使用されるＦＢＡＲ技術）によって、またはＢｒａｇｇアレイ（Ｉｎｆｉｎｅｏｎ社によって使用されるＳＭＲ技術）によって基板から音響的に絶縁された薄い圧電層の厚さ共振を活用する。

現在ＢＡＷ技術で最も広く使用される材料は、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）であり、これは、６．５％程度の圧電結合係数を示すという利点を提供し、かつ低い音響損失および誘電損失を示すという利点も提供し、大部分の電気通信標準によって要求される仕様に適合する通過帯域（２〜４ＧＨｚに位置する）を示すフィルタの合成を可能にする。

しかし、多くの問題が引き続き発生しており、ＤＣＳ規格など、いくつかの周波数帯域によって提示される極めて制限された仕様に直面している。

ＡｌＮによって許容される圧電結合係数は、３％を超える相対通過帯域を認めていない。そのような帯域幅は、圧電層に弾性エネルギーを含めるための非常に強い音響インピーダンスを有する電極（モリブデンまたはタングステンからなる）の使用、およびＲ．Ａｉｇｎｅｒによる論文（「Ｂｒｉｎｇｉｎｇ ＢＡＷ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｔｏ ｖｏｌｕｍｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：ｔｈｅ Ｔｅｎ Ｃｏｍｍａｎｄｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｖｅｎ ｄｅａｄｌｙ ｓｉｎｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ（２００７））およびＪ．Ｋａｉｔｉｌａの刊行物（「Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｗａｖｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ ＢＡＷ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｄｅｖｉｃｅｓ：ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００７ ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ）に記載されているような、共振器の圧電結合係数に対するその影響を最大化するための慎重に決定される厚さを既に必要としている。

現在、一定損失と関連してこの帯域を広げる確かな解決策はない。より高い圧電結合係数を示す他の材料を見出すため、現在、非常に多くの研究努力が行われているが、Ｐ．Ｍｕｒａｌｔらの論文（「Ｉｓ ｔｈｅｒｅ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ＢＡＷ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｈａｎ ＡｌＮ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００５ ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ）に記載されているような、低い音響損失を実現し、再生可能にかつ均一に堆積させることのできる他の材料を見出すことは困難であると述べておかなければならない。

一方、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムなどの単結晶の材料は非常に高い電気機械結合係数を実現し、５０％程度の相対帯域幅を示すフィルタの生成を可能にするが、依然としてその実装は複雑である。

さらに、ＤＣＳなどの規格は、隣接規格の広い通過帯域および強力な阻止の両方を必要とする。これらのすべての制約に同時に対処するには、非常に強力な品質係数を有する共振器の使用が必要となる。

このため、構造よりも材料自体によって設けられるより多くの制限がプロファイル化され始めており、特に、規格の周波数の１０ＧＨｚへの上昇を考慮すると、多結晶材料はもはや最終的に品質係数の上昇を満たすことができない可能性が高い。Ｄ．Ｇａｃｈｏｎらの論文（「Ｆｉｌｔｅｒｓ ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈ ｏｖｅｒｔｏｎｅ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ｏｎ ｔｈｉｎｎｅｄ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ」、２００８ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ Ｔｉｍｅ Ｆｏｒｕｍにて提出）に記載されているような、１ＧＨｚを超える周波数での１０，０００程度の固有の品質係数を用いると、単結晶の材料は、ここでは興味深い解決策としても傑出している。

アルミニウム窒化物ＡｌＮに基づくＢＡＷ共振器は、空気中で音響放射を発生させることができる縦振動モードを使用するが、それは、さらなる音響損失の根源である。さらに、Ｈ．Ｌ．Ｓａｌｖｏらの「Ｓｈｅａｒ ｍｏｄｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ Ｑ ｂｕｌｋ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４１^ｓｔ Ａｎｎｕａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（１９８７）で明確に記載されている通り、圧縮モードに関連する体積変化により、材料内部の音響損失が増大する。

これらの２つの損失の根源を減少させる一手段は、ＡｌＮ以外の材料の使用が必要とされるせん断波を活用するか、または堆積されたＡｌＮ層の結晶配向を改変することである。

研究では、結晶軸ｃが基板の平面上にあるか、または面法線に対して３５°の角度にある状態でのＡｌＮ層の堆積に焦点が置かれているが、著者Ｊ．Ｓ．Ｗａｎｇらの「Ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ ｃ−ａｘｉｓ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｌｍｓ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｗａｖｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ３７ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（１９８３）で実証されている通り、得られる材質は垂直軸ｃの場合ほど良くないことが証明された。

一般に、フィルタのタイプごとに利点および欠点が異なることはこの従来技術で示されている。例えば、ＳＡＷフィルタは、強力な結合係数を有し、高阻止率を可能にすることで知られている。ＢＡＷフィルタは、ＳＡＷよりも、その低い挿入損失およびそのより効果的な温度補償のために使用されることが多い。

したがって、ＳＡＷフィルタとＢＡＷフィルタを組み合わせて各システムから利益を得るフィルタを生成することが有利であり得る。そこで、同じシステム内にＳＡＷフィルタとＢＡＷフィルタを統合するというパッケージングの問題が生じる。それには、空間、重量、したがって関連費用の問題、および各フィルタの性能レベルを最適化する問題すべてが伴う。

表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタとバルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタを１つの同じデバイス内に共統合することは既に提案されており、ＳＡＷ／ＢＡＷ共統合は、パッケージングにおいて、２つ以上の異なる製造工程から得られたＢＡＷフィルタとＳＡＷフィルタを並べて配置することによって行われている。

１つの同じ基板上での共統合に関して、Ｎ．Ｌｏｂｏ、Ｄ．Ｃ．Ｍａｌｏｃｈａによる論文「Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｆｌｏｒｉｄａ、Ｏｒｌａｎｄｏ、ＦＬ、１０５１−０１１７／０６、２００６ ＩＥＥＥ、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ」で、ＳＡＷフィルタの生成およびＢＡＷフィルタの生成に共通の電極を使用することが提案されており、前記２つのフィルタは、同様に、互いに独立して最適化することはできない。

結合されているが、非常にコンパクトな２つのチップのパッケージングに関与する手法による共統合もまた、米国特許第６，４２４，２３８号明細書または米国特許出願公開第２００７／００５７７７２号明細書において提案されている。

米国特許出願公開第２００８／０２８４５４１号明細書に記載されている異なる手法は、ＢＡＷの生成のための基板の製造を提案している。この特許出願は、他のコンポーネントの（ＬＥＤ、ＨＥＭＴ、および他のそのようなタイプの）統合について言及している。しかし、同じ活性層がコンポーネントのすべてに使用され、これにより、その好適例における各々のフィルタ、それぞれＳＡＷおよびＢＡＷの独立した最適化を行うことはできない。

最終的には、米国特許出願公開第２００８／０２４２４５号明細書による異なる圧電材料をこれらのフィルタそれぞれに用いて１つの同じ基板上にＢＡＷおよびＳＡＷを共統合することも提案されている。

この文脈において、本出願人は、本発明において、ＢＡＷは単結晶の圧電材料から生成され、それはより良い固有の品質係数を得るためである、ＢＡＷおよびＳＡＷの共統合も含む構造を生成することと、特定の製造方法を使用することとを提案する。

より具体的には、本発明の対象は、少なくとも１つの表面弾性波フィルタおよび１つのバルク弾性波フィルタを備える弾性波デバイスであって、第２の圧電材料を備えた基板上に、
− 少なくとも１つの第１の金属層および第１の単結晶の圧電材料の層を備える積層と、
− 第１および第２の圧電材料が存在する第１の領域ならびに第１の圧電材料が存在しない第２の領域を定義するために部分的にエッチングされた積層と、
− 第１の圧電材料を組み込むバルク弾性波フィルタを定義する第１の領域における第２のメタライゼーションおよび第２の圧電材料を組み込む表面弾性波フィルタを定義する第２の領域における第３のメタライゼーションと
を備えることを特徴とする弾性波デバイスである。

本発明の変形形態によれば、基板は第２の圧電材料からなる。

本発明の変形形態によれば、基板は第２の圧電材料の層を備える。

本発明の変形形態によれば、第２の圧電材料は、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４（ランガサイト）、Ｌａ_３Ｇａ_５．５Ｔａ_０．５Ｏ_１４（ランガテイト）タイプからなる。

本発明の変形形態によれば、第２の圧電材料は、ＳｒＴｉＯ_３（ＳＴＯ）またはＰｂＺｒＴｉＯ_３（ＰＺＴ）またはＡｌＮまたはＺｎＯタイプからなる。

本発明の変形形態によれば、第１の圧電材料は、ＬｉＮｂＯ_３（ＬＮＯ）、ＬｉＴａＯ_３（ＬＴＯ）、Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４（ランガサイト）、Ｌａ_３Ｇａ_５．５Ｔａ_０．５Ｏ_１４（ランガテイト）、ＳｒＴｉＯ_３（ＳＴＯ）、ＰｂＺｒＴｉＯ_３（ＰＺＴ）、ＡｌＮ、ＺｎＯタイプからなる。

本発明の変形形態によれば、基板は、サファイア、シリコン、クォーツ、ガラスタイプからなる。

本発明の変形形態によれば、第１の金属層は、銅（Ｃｕ）、銅とアルミニウムの合金（ＡｌＣｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ＡｌＳｉ、Ｃｒタイプの金属からなる。

本発明の変形形態によれば、デバイスは、低温酸化物タイプのＳｉＯ_２タイプからなる、第１のメタライゼーションと第２の圧電材料との間に挿入された少なくとも１つの分子結合層も備える。

本発明の変形形態によれば、デバイスは、第２の圧電材料の層上および第１の金属層の下に位置する減結合層も備える。

本発明の変形形態によれば、減結合層は空気の層である。

本発明の変形形態によれば、減結合層はＢｒａｇｇアレイ構造を備え、前記アレイは、タングステン（Ｗ）の層とシリカ（ＳｉＯ_２）の層を交互に備えることができる。

また、本発明の対象は、本発明による少なくとも１つの表面弾性波フィルタおよび１つのバルク弾性波フィルタを備える弾性波デバイスを製造するための方法であって、
− 少なくとも１つの第２の圧電材料の層、第１のメタライゼーション層（Ｍ_１）および第１の単結晶の圧電材料の層を備える積層を形成する工程であり、第２の圧電材料の層上に第１のメタライゼーション層に付随する第１の圧電材料の層を塗布する工程を含む工程と、
− 第１および第２の圧電材料が存在する第１の領域ならびに第１の圧電材料が存在しない第２の領域を定義するために前記積層を部分的にエッチングする工程と、
− 第１の圧電材料を組み込むバルク弾性波フィルタを定義するために第１の領域に第２のメタライゼーションを生成し、第２の圧電材料を組み込む表面弾性波フィルタを定義するために第２の領域に第３のメタライゼーションを生成する工程と
を含むことを特徴とする方法である。

本発明の変形形態によれば、第２の圧電材料の層上に第１のメタライゼーション層に付随する第１の圧電材料の層を塗布する工程は、
− 第１の組立体を定義する第１のメタライゼーションの最上層を備える第１の圧電材料の基板内に、第１の圧電材料の薄層を定義する工程と、
− 第２の圧電材料の上の第１のメタライゼーション側に、第１の圧電材料の基板内に定義された前記第１の圧電材料の薄層を備える前記第１の組立体を組み立てる工程と、
− 前記第１の圧電材料の薄層から第１の圧電材料の前記基板を分離する工程と
を含む。

本発明の変形形態によれば、第１の圧電材料の薄層を定義する工程は、
− 少なくとも表面上に第１の圧電材料を備える基板のメタライゼーションを実施する工程と、
− 第１の圧電材料の薄層を定義する埋設された脆弱な領域を第１の圧電材料内に作成するために前記基板にイオンを注入する工程と
を含む。

本発明の変形形態によれば、イオン注入は、水素イオンおよび／またはヘリウムイオンで実施される。

本発明の変形形態によれば、分離は熱処理によって行われる。

本発明の変形形態によれば、第２の圧電材料の層上に第１のメタライゼーション層に付随する第１の圧電材料の層を塗布する工程は、
− 第２の圧電材料を備えた第１のメタライゼーションの最上層で覆われた第１の圧電材料の少なくとも１つの層を備える第１の基板を組み立てる工程と、
− 第１の圧電材料の薄層を定義するために擦合せ／研磨によって第１の基板を薄化する工程と
を含む。

本発明の変形形態によれば、組立ては分子結合によって実施される。

本発明の変形形態によれば、第１の組立体は第１の結合層を備え、第２の圧電材料は第２の結合層で覆われている。

本発明の変形形態によれば、第１の組立体は、減結合層を備える。

本発明の変形形態によれば、第２の圧電材料の層は、第２の圧電材料のバルク基板の浅部で構成される。

本発明の変形形態によれば、第２の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ２}）の層は、基板上でのエピタキシーもしくは表面取付けによって堆積または塗布される。

非限定的な例として与えられる以下の説明を読み進めるに従って、添付の図面に基づいて、本発明はより良く理解され、他の利点が明らかとなろう。

図１ａおよび１ｂはそれぞれ表面弾性波構造およびバルク弾性波構造を示す。 本発明による例示的デバイスを示す。 注入／破壊に基づき膜を塗布するための方法の主要な工程を示す。 図４ａ〜４ｈは、本発明によるデバイスを製造するための例示的方法の異なる工程を示す。

一般に、本発明のデバイスは、図２で示されるように、少なくとも表面上に圧電材料を備える基板を備える。

有利には、以下に記載されている通り、基板は、金属層Ｍ_１、圧電材料の層Ｐｉｅｚｏ１、金属層Ｍ_２を備え、したがってＢＡＷタイプのバルク弾性波フィルタが生成される第１の領域を定義する積層がその上に配置された圧電材料Ｐ_{ｉｅｚｏ２}であり得る。有利には、弾性減結合層は、第２の圧電材料と金属層Ｍ_１との間に提供され、２つの圧電層を減結合する。

また、基板Ｐ_{ｉｅｚｏ２}は、表面弾性波フィルタを生成するため、第２の領域内に、前記圧電材料の表面上に電極のセットを定義するための金属化された組立体Ｍ_３も備える。

圧電材料は、異なるタイプのものであり得、特に堆積され、場合により焼成される場合（ＳｒＴｉＯ_３またはＰｂＺｒＴｉＯ_３またはＡｌＮまたはＺｎＯの場合）は多結晶であり得、有利には、表面取付けの場合（ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４、Ｌａ_３Ｇａ_５．５Ｔａ_０．５Ｏ_１４の場合）は単結晶である。

特に本発明のデバイスの製造に適する製造方法は、以下に記載される。

単結晶の材料Ｐ_{ｉｅｚｏ１}の薄層を生成するため、この薄層が取られる出発基板の単結晶の性質を保有することを可能にする薄層を塗布するための２つのタイプの既存の技法を使用することは、有利に可能である。第１の技法は、注入／破壊技法と呼ばれる気体イオン（典型的には、水素）の注入に基づき、第２の技法は、結合／機械的薄化技法と呼ばれる結合後の機械的薄化に基づく。

これらの技法は、受入基板またはホスト基板への単結晶層の塗布に使用することができる。これらの技法は、シリコン上で完全に制御され、特に、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）ウエハの産業的製造を可能にする。これらの２つの技法は、塗布される材料の厚さの範囲によって区別され、結合／機械的薄化方法は、最小で数ミクロン程度の厚さに制限され、その部分に対する注入／破壊方法は、非常に薄い厚さを達成することができ、典型的には、場合により、およそ０．５μｍ未満であるが、従来のマイクロエレクトロニクス注入機では２μｍ超の値に制限され、高エネルギー注入機では数十μｍに制限される。

注入／破壊塗布方法は、特に、論文「Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｌｅｔｔｅｒｓ、３１（１４）、１２０１〜１２０２頁（１９９５）に記載され、特に、ＳＯＩ「シリコンオンインシュレータ」基板の生成を可能にする。

この方法は、図３で示される以下の４つの工程によって概略的に要約することができる。
工程１：ドナー基板Ａ、例えばシリコンには、ガス種（例えば、水素および／または希ガス）が注入され、埋設された脆弱な領域を形成し、この基板において、移着されるべき薄膜の範囲を定める。
工程２：次いで、受入基板Ｂとともに、例えば、直接結合（分子結合とも呼ばれる）によって、前に定義された薄膜のレベルでドナー基板を組み立てる。
工程３：次いで、場合により機械的応力の負荷によって補助される熱処理法によって、埋設された脆弱な領域のレベルで破壊工程が行われる。得られた結果は、移着された薄膜が剥離された状態で、一方では、受入基板に取り付けられた薄膜であり、他方では、最初のドナー基板Ａに対応するドナー基板の残材である。次いで、後者は、他の移着を行うために再利用することができる。
工程４：場合により、最終処置、例えば、移着された薄膜と受入基板との間の結合界面を確立するために高温焼成を実施することができる。

移着された薄膜の厚さは、イオンビームの注入エネルギーに直結する。一例として、移着されたシリコンの厚さは、従来の注入機（２１０ＫｅＶ未満のエネルギー）を使用すると、数十ｎｍからおよそ２μｍにわたる。

移着された層の厚さは、機械的薄化によってではなく注入の深さによって定義されるため、均一かつ均質である。

これは、例えばヘテロ構造を生成することができる柔軟な方法である。シリコンに加えて、異なる材料がこの技法で既に移着されている。
− ＳｉＣ：Ｌ．ＤｉＣｉｏｃｃｉｏ、Ｆ．Ｌｅｔｅｒｔｒｅ、Ｙ．Ｌｅ Ｔｉｅｃ、Ａ．Ｍ．Ｐａｐｏｎ、Ｃ．ＪａｕｓｓａｕｄおよびＭ．Ｂｒｕｅｌ：「Ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）ｐｒｏｃｅｓｓ」、Ｍａｓｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．、ｖｏｌ．Ｂ４６、３４９〜３５６頁（１９９７）、
− ＧａＡｓ：Ｅ．Ｊａｌａｇｕｉｅｒ、Ｂ．Ａｓｐａｒ、Ｓ．Ｐｏｃａｓ、Ｊ．Ｆ．Ｍｉｃｈａｕｄ、Ｍ．Ｚｕｓｓｙ、Ａ．Ｍ．ＰａｐｏｎおよびＭ．Ｂｒｕｅｌ：「Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｆ ｔｈｉｎ ＧａＡｓ ｆｉｌｍ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｂｙ ｐｒｏｔｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．４、４０８〜４０９頁（１９９８）、
− ＩｎＰ：Ｅ．Ｊａｌａｇｕｉｅｒ、Ｂ．Ａｓｐａｒ、Ｓ．Ｐｏｃａｓ、Ｊ．Ｆ．Ｍｉｃｈａｕｄ、Ａ．Ｍ．ＰａｐｏｎおよびＭ．Ｂｒｕｅｌ：「Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｆ ｔｈｉｎ ＩｎＰ ｆｉｌｍ ｏｎｔｏ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｂｙ ｐｒｏｔｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ」、ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃ．１１^ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｄａｖｏｓ（Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）（１９９９）、
− ＧａＮ：Ａ．Ｔａｕｚｉｎ、Ｔ．Ａｋａｔｓｕ、Ｍ．Ｒａｂａｒｏｔ、Ｊ．Ｄｅｃｈａｍｐ：「Ｔｒａｎｓｆｅｒｓ ｏｆ ２−ｉｎｃｈ ＧａＮ ｆｉｌｍｓ ｏｎｔｏ ｓａｐｐｈｉｒｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｕｓｉｎｇ Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ ＴＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２６ｔｈ Ｍａｙ ２００５ ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．１１、または
− Ｇｅ：Ｃ．Ｄｅｇｕｅｔら−２００ ｍｍ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＧｅＯＩ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｆｒｏｍ ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ ｗａｆｅｒｓ ｂｙ ｔｈｅ Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ^ＴＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２００５。

これらの移着は、異なる受入基板（クォーツ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、サファイアなど）で行うことができる。

したがって、そのような方法により、あまり技術を妨げることなく、本発明で対処される問題に特に適する電極またはＢｒａｇｇフィルタの統合を提案することが可能になる。実際には、ここ最近では、ＭＥＭＳマイクロシステム用の大部分のコンポーネントにおいて、圧電材料の層が、ＰＶＤまたはゾルゲルタイプの堆積技法によって生成される。一般に、これらのコンポーネント用に作成されるべき層の厚さは、数百ｎｍから１ミクロンの範囲内である。これが、この範囲の厚さに対する圧電層および単結晶の電歪層の製造管理によって重要な技術的障害が構成される理由である。

研究では、注入／破壊によって圧電層を移着する可能性が示されている。特に、刊行物：Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ ＬｉＮｂＯ_３ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｌａｙｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ、Ｙ．Ｂ．Ｐａｒｋ、Ｂ．Ｍｉｎ、Ｊ．ＶａｈａｌａおよびＨ．Ａ．Ａｔｗａｔｅｒ、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、ｖｏｌ．１８（２００６）１５３３を参照することができる。これらの著者は、用量５ｅ１６イオン／ｃｍ^２での８０ｋｅＶでのＨイオンおよび用量１ｅ１７イオン／ｃｍ^２での１１５ｋｅＶでのヘリウムエネルギーの共注入による８００ｎｍのＬｉＮｂＯ_３の移着の実施を実証している。この刊行物の独創性は、この目的のために熱源として使用されるｃｗ−ＣＯ_２（１００ＭＷ．ｍ^−２）レーザを使用して行われる移着機構にある。

Ｍ．Ａｌｅｘｅ：「Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｏｘｉｄｅ ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｌａｙｅｒｓ ｂｙ ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ／Ｈｅｌｉｕｍ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ、Ｉ．Ｒａｄｕ、Ｉ．Ｓｚａｆｒａｎｉａｋ、Ｒ．Ｓｃｈｏｌｚ、Ｍ．Ａｌｅｘｅ、Ｕ．Ｇｏｅｓｅｌｅ、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、ｖｏｌ．７４８（２００３）」によって実行された研究は、ヘリウムおよび水素イオンを使用して、ＬｉＮｂＯ_３、ＬａＡｌＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、またはＰｂＺｒＴｉＯ_３などの異なる材料に対する最適なブリスタリング条件（注入／破壊による移着に対する決定的な条件）を見出す問題に対処している。同様の研究が、ＬｉＴａＯ_３：「Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ＋ ａｎｄ Ｂ＋／Ｈ＋ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ ＬｉＴａＯ３ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌｓ」、Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｂ１８４（２００１）５３頁で、Ｈ＋注入およびＢ＋／Ｈ＋共注入を使用して実行されており、これらの著者は、注入によってもたらされる損傷および回復焼成の効果を特徴付けることに本質的に焦点を置く。

最終的に、本出願人は、注入／破壊技術：Ｊ．Ｓ．Ｍｏｕｌｅｔら「Ｈｉｇｈ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ＬｉＮｂＯ３ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｌａｙｅｒ ｂｙ ｔｈｅ Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ＢＡＷ ｆｉｌｔｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ、ＩＥＤＭ２００８−ＩＥＥＥ−Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｄｅｖｉｃｅｓ−Ｍｅｅｔｉｎｇ、−Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ−Ｄｉｇｅｓｔ．２００８」に応じてＬｉＮｂＯ３を移着するための自身の解決策を提案する。

これが、本発明のデバイス設計に特に適する本発明の方法が、単結晶の薄層を塗布するための技術（特に、注入／破壊によって）によって、それを用いると同じ基板上にＳＡＷコンポーネントおよびＢＡＷコンポーネントを生成することができる、単結晶の薄層の圧電材料上にＳＡＷおよびＢＡＷフィルタを生成する利点の結合を提案して、同様に、結晶配向の選択および各タイプのコンポーネントの独立した最適化に関してより広い自由度を与える理由である。

したがって、図４ａ〜４ｉは、そのような方法の異なる工程を示す。

金属層Ｍ_１は、図４ａで示されるように、第１の圧電材料Ｐ_{ｉｅｚｏ１}の基板上に堆積される。

次いで、例えば、図４ｂで示されるように、圧電材料の性質に応じてＨ＋、Ｈｅまたはその２タイプの混合物に基づいて、移着されるべき厚さに応じて１×１０^１６〜１×１０^１７ａｔ／ｃｍ^２の用量および５０ｋｅＶ〜２４０ｋｅＶのエネルギーで、イオン注入操作が行われ、圧電基板Ｐ_{ｉｅｚｏ１}内に、移着されるべき圧電薄層Ｃ_{ｐｉｅｚｏ１}を定義するための埋設された脆弱な領域が作成される。熱条件で許容されれば、金属層Ｍ_１の堆積前に注入を実施することができることに留意されたい。

次いで、有利には、図４ｃで示されるように、数十または数百ｎｍのＣ_ｃ１結合層が金属層の上部に堆積される。例えば、緻密化を必要としないほど十分な密度を有する低温の酸化ケイ素が使用される（例えば、イオンビームスパッタリングによって堆積される）。次いで、この層は、直接結合に望ましい表面の粗度および化学活性化を得ることを可能にする、例えば研磨（ＣＭＰタイプ：コロイド状シリカに基づくスラリーを用いた機械化学的研磨）による準備によって、直接結合操作に適合するよう準備される。

それと並行して、第２の圧電材料Ｐ_{ｉｅｚｏ２}、すなわちバルク単結晶の基板から、中間層Ｃ_２の堆積が有利に行われ（これは、Ｂｒａｇｇアレイの場合は直接的にまたは層を除去した後で（除去された層に置き換わる空気は次いで実際の減結合に使用される）弾性減結合層の役割を果たすことができる）、図４ｄで示されるように、後続の分子結合操作に適する結合層Ｃ_ｃ２の堆積が行われる。より具体的には、バルク圧電基板（例えば、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などのタイプ）がＳＡＷアプリケーション（材料の性質の、配向などの観点から）用に選択される。

層Ｃ_２は、結合のために後に使用することが意図される表面上に例えばＳｉＯ_２の層があり、結合層Ｃｃ２として役割を果たす状態で、例えば犠牲層またはＢｒａｇｇアレイ（数百ｎｍのＷ／ＳｉＯ２の交互層）を備えることができる。同様に、結合層Ｃｃ１は、第２の圧電材料と第１の金属層Ｍ１の間に最終的に配置されるＢｒａｇｇアレイの不可欠な部分であり得る。

また、層Ｃｃ１およびＣｃ２は、ＳＡＷが補償される場合、圧電材料の温度変動の補償における役割も有し得る。また、追加層を提供してこの補償を確保することもできる。

次いで、２つの基板が、図４ｅで示されるように、分子結合によって結合される。

次いで、図４ｆで示されるように、第１の材料Ｐ_{ｉｅｚｏ１}の薄膜の移着を開始するために熱処理が適用され（１００℃〜５００℃の間、好ましくは２５０℃）、これにより、移着されるべき薄い圧電層Ｃ_{ｐｉｅｚｏ１}を残りの第１の圧電材料の基板から分離することができる。

表示されていない仕上げ方法（後続のコンポーネント生成に適合する粗度を得るための熱処理および／または研磨など）を適用することができる。

次いで、図４ｇで示されるように、こうして生成された積層の一部が、各々がバルク弾性波フィルタの形成および表面弾性波フィルタの形成用に設けられる２つの領域を定義するためにエッチングされる。

より具体的には、最上層を、例えば、ドライエッチングによってエッチングし、互いに独立して（電極の設計／材料などの観点から）２つのコンポーネントを生成および最適化することができるように材料Ｐ_{ｉｅｚｏ２}の層を露出させる。

次いで、ＢＡＷタイプのフィルタの最上部電極に対応するメタライゼーションＭ_２（底部電極はメタライゼーションＭ_１で構成される）の生成が実施される。次いで、図３で示されるように、ＳＡＷフィルタの設計に必要な電極が「設計」される、材料Ｐ_{ｉｅｚｏ２}の表面上へのメタライゼーションＭ_３の生成も実施される。

この段階で、犠牲的な減結合層が設けられていれば、例えば選択的エッチングを行い、２つの圧電層間の弾性減結合を確保する空気を第２の圧電材料の層とメタライゼーション層Ｍ_１との間に残存させることによって、それを除去することも可能である。

前に説明された方法とは異なる代替法を構想することもできる。

実際には、移着操作を得るための代替手法は、例えば直接結合によって、２つの基板を組み立て、次いで、擦合せ／研磨工程によって第１の圧電材料Ｐ_{ｉｅｚｏ１}の基板を薄化することにあり得る。この場合に得られる材料の厚さは、一般に、数μｍを超える。

別の変形形態によれば、材料Ｐ_{ｉｅｚｏ２}のバルク基板は、その上にエピタキシーによって圧電層が移着（注入／破壊もしくは結合／機械的薄化によって）または堆積または塗布されるホスト基板（例えば、サファイア、シリコン、クォーツまたは同様のタイプの温度補償に適した材料）で構成される複合基板と置き換えることができる。例えば、サファイア基板上のＡｌＮエピタキシーを引用することができる。

同様に、第１の圧電材料の薄層が生成される材料Ｐ_{ｉｅｚｏ１}のバルク基板は、その上にエピタキシーによって第１の圧電材料の層が移着（注入／破壊もしくは結合／機械的薄化によって）または堆積または塗布されるホスト基板（例えば、サファイア、シリコン、クォーツまたは同様のタイプの温度補償に適した材料）で構成される複合基板と置き換えることができる。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタおよび１つのバルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタを備える弾性波デバイスを製造するための方法であって、
   − 少なくとも１つの第２の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ２}）の層、第１のメタライゼーション層（Ｍ_１）および単結晶の第１の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ１}）の層を備える積層を形成する工程であり、前記第２の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ２}）の層上に前記第１のメタライゼーション層（Ｍ_１）に付随する前記第１の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ１}）の層を塗布する工程を含む工程と、
   − 前記第１および第２の圧電材料が存在する第１の領域ならびに前記第１の圧電材料が存在しない第２の領域を定義するために前記積層を部分的にエッチングする工程と、
   − 前記第１の圧電材料を組み込む前記バルク弾性波フィルタを定義するために前記第１の領域に第２のメタライゼーション（Ｍ_２）を生成し、前記第２の圧電材料を組み込む前記表面弾性波フィルタを定義するために前記第２の領域に第３のメタライゼーション（Ｍ_３）を生成する工程と
   を含むことを特徴とする、弾性波デバイスを製造するための方法。
2. 前記第２の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ２}）の層上に前記第１のメタライゼーション層（Ｍ_１）に付随する前記第１の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ１}）の層を塗布する前記工程は、
   − 第１の組立体を定義する第１のメタライゼーションの最上層を備える第１の圧電材料の基板内に、第１の圧電材料の薄層を定義する工程と、
   − 前記第２の圧電材料の上の前記第１のメタライゼーション側に、第１の圧電材料の基板内に定義された前記第１の圧電材料の薄層を備える前記第１の組立体を組み立てる工程と、
   − 前記第１の圧電材料の薄層から前記第１の圧電材料の基板を分離する工程と
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の弾性波デバイスを製造するための方法。
3. 前記第１の圧電材料の薄層を定義する前記工程は、
   − 少なくとも表面上に前記第１の圧電材料を備える基板のメタライゼーションを実施する工程と、
   − 前記第１の圧電材料の薄層を定義する埋設された脆弱な領域を前記第１の圧電材料内に作成するために前記基板にイオンを注入する工程と
   を含むことを特徴とする、請求項２に記載の弾性波デバイスを製造するための方法。
4. 前記イオン注入は、水素イオンおよび／またはヘリウムイオンで実施されることを特徴とする、請求項３に記載の弾性波デバイスを製造するための方法。
5. 前記分離は熱処理によって行われることを特徴とする、請求項２に記載の弾性波デバイスを製造するための方法。
6. 前記第２の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ２}）の層上に前記第１のメタライゼーション層（Ｍ_１）に付随する前記第１の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ１}）の層を塗布する前記工程は、
   − 第２の圧電材料を備えた第１のメタライゼーションの最上層で覆われた第１の圧電材料の少なくとも１つの層を備える第１の基板を組み立てる工程と、
   − 第１の圧電材料の薄層を定義するために擦合せ／研磨によって前記第１の基板を薄化する工程と
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の弾性波デバイスを製造するための方法。
7. 前記第１の組立体は第１の結合層を備え、前記第２の圧電材料は第２の結合層で覆われていることを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを製造するための方法。
8. 前記第１の組立体は、減結合層を備えることを特徴とする、請求項７に記載の弾性波デバイスを製造するための方法。
9. 前記第２の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ２}）の層は、第２の圧電材料のバルク基板の浅部で構成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弾性波デバイスを製造するための方法。
10. 前記第２の圧電材料（Ｐ_{ｉｅｚｏ２}）の層は、基板上でのエピタキシーもしくは表面取付けによって堆積または塗布されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを製造するための方法。

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