JP7217781B2 - 希土類酸化物およびエピタキシャル窒化アルミニウムを用いて加工されるｒｆフィルタのための層構造 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１５年１１月１３日に出願された米国仮出願第６２／２５５，１１３号、２０１６年９月２２日に出願された第６２／３９８，４１６号、および２０１６年１１月２日に出願された米国出願第１５／３４２，０４５号に対する優先権を主張するものであり、各々の全体の内容は、参照により本明細書中に援用される。

（背景）
ＲＦフィルタは、ある性能指数（ＦＯＭ）を使用して評価されることができる。１つのそのようなＦＯＭは、品質係数（Ｑ）であって、別のそのようなＦＯＭは、有効結合係数（Ｋ^２）である。Ｑは、材料の機械的損失の測定値であって、直接、フィルタ挿入損失に関連する。Ｑは、圧電材料の識別および品質ならびに圧電媒体と基板との間の隔離の有効性の関数である。Ｋ^２は、圧電結合の有効性の測定値であって、フィルタの帯域幅を判定する際に重要である。

エピタキシ、エピタキシャル成長、およびエピタキシャル堆積は、結晶基板上の結晶層の成長または堆積を指す。結晶層は、エピタキシャル層と称される。結晶基板は、テンプレートとして作用し、結晶層の配向および格子間隔を判定する。結晶層は、いくつかの実施例では、格子合致または格子一致されることができる。格子合致結晶層は、結晶基板の上部表面と同一または非常に類似する格子間隔を有することができる。格子一致結晶層は、結晶基板の格子間隔の整数倍である、格子間隔を有することができる。エピタキシの品質は、部分的に、結晶層の結晶度に基づく。実践上、高品質エピタキシャル層は、最小限の欠陥を伴って、殆どまたは全く粒界がない、単結晶となるであろう。従来、金属接触層が、上流処理におけるある点においてエピタキシャル構造に適用される。多くの場合、１つを上回る素子機能性を組み込む、今日の複雑なエピタキシャル構造では、これは、大量のトポグラフィを伴うウエハ上の金属の広範なエッチングおよび堆積を要求し得る。

故に、希土類酸化物およびエピタキシャル窒化アルミニウムならびに層構造を成長させるための方法を使用して加工される、ＲＦフィルタのための層構造が、本明細書に説明される。層構造は、基板にわたるエピタキシャル結晶希土類酸化物（ＲＥＯ）層と、結晶ＲＥＯ層にわたる第１のエピタキシャル電極層と、第１のエピタキシャル電極層にわたるエピタキシャル圧電層とを含むことができる。

層構造はさらに、エピタキシャル圧電層にわたる第２の電極層を含むことができる。第１の電極層は、エピタキシャル金属を含むことができる。エピタキシャル金属は、単結晶であることができる。第１の電極層は、希土類ニクタイドおよび希土類珪化物（ＲＥＳｉ）のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。

層構造はさらに、エピタキシャル結晶希土類酸化物層と基板との間の非晶質酸化物層を含むことができる。層構造はさらに、エピタキシャル結晶ＲＥＯ層と基板との間の音響ミラー構造を含むことができ、音響ミラー構造は、交互結晶ＲＥＯおよびミラー材料層を含むことができる。

層構造はさらに、エピタキシャル圧電層にわたる第２のエピタキシャル結晶希土類（ＲＥ）含有層と、第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層にわたる１つまたはそれを上回る素子層とを含むことができる。１つまたはそれを上回る素子層は、１つまたはそれを上回る高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）層、１つまたはそれを上回るヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）層、および／または１つもしくはそれを上回る擬似格子整合ＨＥＭＴ（ｐＨＥＭＴ）層を含むことができる。

層構造はさらに、第２の電極層にわたる最終エピタキシャル層を含むことができ、最終エピタキシャル層は、金属珪化物、結晶ＲＥＯ、希土類ニクタイド、およびグラフェンのうちの１つまたはそれを上回るものを含有することができる。

エピタキシャル圧電層は、窒化アルミニウムおよび窒化アルミニウムスカンジウムのうちの少なくとも１つを含むことができる。

第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層は、ＲＥＯ、希土類ニクタイド、およびＲＥＳｉのうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。

結晶ＲＥＯ層の密度は、約５×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１５×１０^３ｋｇ／ｍ^３および／または約７×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１０×１０^３ｋｇ／ｍ^３であることができる。

層構造はさらに、第２の電極層にわたる上側接触層と、第１の電極層にわたる下側接触層と、下側接触層にわたる相互接続部とを含むことができる。

第１の電極層は、組成的に傾斜した層および多層構造のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。

層構造はさらに、希土類ニクタイド層およびＲＥＳｉ層のうちの少なくとも１つを第１の電極層に隣接して含むことができる。

基板は、シリコン基板、炭化硅素基板、およびサファイア基板を備える。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
層構造であって、
基板にわたるエピタキシャル結晶希土類酸化物（ＲＥＯ）層と、
前記結晶ＲＥＯ層にわたる第１のエピタキシャル電極層と、
前記第１のエピタキシャル電極層にわたるエピタキシャル圧電層と、
を備える、層構造。
（項目２）
前記エピタキシャル圧電層にわたる第２の電極層をさらに備える、項目１に記載の層構造。
（項目３）
前記第１の電極層は、エピタキシャル金属を備える、項目１に記載の層構造。
（項目４）
前記エピタキシャル金属は、単結晶である、項目３に記載の層構造。
（項目５）
前記第１の電極層は、希土類ニクタイドを備える、項目１に記載の層構造。
（項目６）
前記第１の電極層は、希土類珪化物（ＲＥＳｉ）を備える、項目１に記載の層構造。
（項目７）
前記エピタキシャル結晶希土類酸化物層と前記基板との間の非晶質酸化物層をさらに備える、項目１に記載の層構造。
（項目８）
前記エピタキシャル結晶ＲＥＯ層と前記基板との間の音響ミラー構造をさらに備え、前記音響ミラー構造は、交互結晶ＲＥＯおよびミラー材料層を備える、項目１に記載の層構造。
（項目９）
前記エピタキシャル圧電層にわたる第２のエピタキシャル結晶希土類（ＲＥ）含有層と、
前記第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層にわたる１つまたはそれを上回る素子層と、
をさらに備える、項目１に記載の層構造。
（項目１０）
前記第２の電極層にわたる最終エピタキシャル層をさらに備え、前記最終エピタキシャル層は、金属珪化物、結晶ＲＥＯ、希土類ニクタイド、およびグラフェンのうちの１つまたはそれを上回るものを含有する、項目２に記載の層構造。
（項目１１）
前記エピタキシャル圧電層は、窒化アルミニウムおよび窒化アルミニウムスカンジウムのうちの少なくとも１つを備える、項目１に記載の層構造。
（項目１２）
前記第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層は、ＲＥＯを備える、項目９に記載の層構造。
（項目１３）
前記第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層は、希土類ニクタイドを備える、項目９に記載の層構造。
（項目１４）
前記第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層は、ＲＥＳｉを備える、項目９に記載の層構造。
（項目１５）
前記結晶ＲＥＯ層の密度は、約５×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１５×１０^３ｋｇ／ｍ^３である、項目１に記載の層構造。
（項目１６）
前記結晶ＲＥＯ層の密度は、約７×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１０×１０^３ｋｇ／ｍ^３である、項目１に記載の層構造。
（項目１７）
前記第２の電極層にわたる上側接触層と、
前記第１の電極層にわたる下側接触層と、
前記下側接触層にわたる相互接続部と、
をさらに備える、項目２に記載の層構造。
（項目１８）
前記１つまたはそれを上回る素子層は、１つまたはそれを上回る高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）層を備える、項目９に記載の層構造。
（項目１９）
前記１つまたはそれを上回る素子層は、１つまたはそれを上回るヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）層を備える、項目９に記載の層構造。
（項目２０）
前記１つまたはそれを上回る素子層は、１つまたはそれを上回る擬似格子整合ＨＥＭＴ（ｐＨＥＭＴ）層を備える、項目９に記載の層構造。
（項目２１）
前記第１の電極層は、組成的に傾斜した層を備える、項目１に記載の層構造。
（項目２２）
前記第１の電極層は、多層構造を備える、項目１に記載の層構造。
（項目２３）
希土類ニクタイド層およびＲＥＳｉ層のうちの少なくとも１つを前記第１の電極層に隣接してさらに備える、項目１に記載の層構造。
（項目２４）
前記基板は、シリコン基板を備える、項目１に記載の層構造。
（項目２５）
前記基板は、炭化硅素基板を備える、項目１に記載の層構造。
（項目２６）
前記基板は、サファイア基板を備える、項目１に記載の層構造。
（項目２７）
層構造を加工する方法であって、
エピタキシャル結晶希土類酸化物（ＲＥＯ）層を基板にわたって堆積させるステップと、
第１のエピタキシャル電極層を前記結晶ＲＥＯ層にわたって堆積させるステップと、
エピタキシャル圧電層を前記第１のエピタキシャル電極層にわたって堆積させるステップと、
を含む、方法。
（項目２８）
第２の電極層を前記エピタキシャル圧電層にわたって堆積させるステップをさらに含む、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
前記第１の電極層は、エピタキシャル金属を備える、項目２７に記載の方法。
（項目３０）
前記エピタキシャル金属は、単結晶である、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
前記第１の電極層は、希土類ニクタイドを備える、項目２７に記載の方法。（項目３２）
前記第１の電極層は、希土類珪化物（ＲＥＳｉ）を備える、項目２７に記載の方法。
（項目３３）
非晶質酸化物層を前記エピタキシャル結晶希土類酸化物層と前記基板との間に堆積させるステップをさらに含む、項目２７に記載の方法。
（項目３４）
音響ミラー構造を前記エピタキシャル結晶ＲＥＯ層と前記基板との間に堆積させるステップをさらに含み、前記音響ミラー構造は、交互結晶ＲＥＯおよびミラー材料層を備える、項目２７に記載の方法。
（項目３５）
第２のエピタキシャル結晶希土類（ＲＥ）含有層を前記エピタキシャル圧電層にわたって堆積させるステップと、
１つまたはそれを上回る素子層を前記第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層にわたって堆積させるステップと、
をさらに含む、項目２７に記載の方法。
（項目３６）
最終エピタキシャル層を前記第２の電極層にわたって堆積させるステップをさらに含み、前記最終エピタキシャル層は、金属珪化物、結晶ＲＥＯ、希土類ニクタイド、およびグラフェンのうちの１つまたはそれを上回るものを含有する、項目２８に記載の方法。
（項目３７）
前記エピタキシャル圧電層は、窒化アルミニウムおよび窒化アルミニウムスカンジウムのうちの少なくとも１つを備える、項目２７に記載の方法。
（項目３８）
前記第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層は、ＲＥＯを備える、項目３５に記載の方法。
（項目３９）
前記第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層は、希土類ニクタイドを備える、項目３５に記載の方法。
（項目４０）
前記第２のエピタキシャル結晶ＲＥ含有層は、ＲＥＳｉを備える、項目３５に記載の方法。
（項目４１）
前記結晶ＲＥＯ層の密度は、約５×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１５×１０^３ｋｇ／ｍ^３である、項目２７に記載の方法。
（項目４２）
前記結晶ＲＥＯ層の密度は、約７×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１０×１０^３ｋｇ／ｍ^３である、項目２７に記載の方法。
（項目４３）
上側接触層を前記第２の電極層にわたって堆積させるステップと、
第１の選択された領域をエッチングし、前記第１の電極層を暴露させるステップと、
前記エッチングされた体積を誘電材料で充填するステップと、
第２の選択された領域をエッチングし、前記第１の電極層を暴露させるステップと、
下側接触層を前記第２の選択された領域内の前記第１の電極層にわたって堆積させるステップと、
相互接続部を前記下側接触層にわたって堆積させるステップと、
をさらに含む、項目２８に記載の方法。
（項目４４）
前記１つまたはそれを上回る素子層は、１つまたはそれを上回る高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）層を備える、項目３５に記載の方法。
（項目４５）
前記１つまたはそれを上回る素子層は、１つまたはそれを上回るヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）層を備える、項目３５に記載の方法。
（項目４６）
前記１つまたはそれを上回る素子層は、１つまたはそれを上回る擬似格子整合ＨＥＭＴ（ｐＨＥＭＴ）層を備える、項目３５に記載の方法。
（項目４７）
前記第１の電極層は、組成的に傾斜した層を備える、項目２７に記載の方法。
（項目４８）
前記第１の電極層は、多層構造を備える、項目２７に記載の方法。
（項目４９）
希土類ニクタイド層およびＲＥＳｉ層のうちの少なくとも１つを前記第１の電極層に隣接して堆積させるステップをさらに含む、項目２７に記載の方法。
（項目５０）
前記基板は、シリコン基板を備える、項目２７に記載の方法。
（項目５１）
前記基板は、炭化硅素基板を備える、項目２７に記載の方法。
（項目５２）
前記基板は、サファイア基板を備える、項目２７に記載の方法。

その性質およびその種々の利点を含む、本開示の前述および他の特徴が、付随の図面と関連して検討される以下の詳述される説明の考慮に応じて、より明白となるであろう。

図１は、例証的実装による、ＲＦフィルタのための層を含む、層構造１００を描写する。 図２は、例証的実装による、ＲＦフィルタならびに音響ミラーのための層を含む、層構造２００を描写する。 図３は、例証的実装による、ＲＦフィルタのための層を含む、層構造３００を描写する。 図４は、例証的実装による、ＲＦフィルタ層を覆う素子層を含む、層構造４００を描写する。 図５は、例証的実装による、両電極に接触するためのパターン化後の層構造５００（ＲＦフィルタスタックを含む）を描写する。 図６は、例証的実装による、ＲＦフィルタとして使用するための層構造を堆積させるための方法６００のフローチャートを描写する。 図７は、音響ミラー層構造を加工するための方法６０７を描写する。７０２では、ミラー材料層が、例証的実装に従って堆積される。 図８は、例証的実装による、上層素子層を堆積させるための方法６１５のフローチャートを描写する。 図９は、例証的実装による、結晶ＲＥＯ層９０２にわたるエピタキシャル金属層９０４と、エピタキシャル金属層９０４にわたる半導体層９０６とを含む、層構造９００を描写する。 図１０は、例証的実装による、図９に描写される層構造９００を加工するための単一エピタキシャルプロセスを図示する、プロセス概略１０００を描写する。 図１１は、例証的実装による、結晶ＲＥＯテンプレートにわたる複数のエピタキシャル金属層を含む、構造を描写する。 図１２は、例証的実装による、エピタキシャル金属層にわたる半導体層の直接成長および代表的例示的構造を描写し、半導体層は、ＩＩＩ族窒化物層である。 図１３は、例証的実装による、それ自体が結晶ＲＥＯ層１３０２にわたってエピタキシャルに成長される、内層１３０４にわたるエピタキシャル金属１３０６を含む、層構造１３００を描写する。 図１４は、例証的実装による、基板１４０２と、基板１４０２にわたる結晶ＲＥＯ層１４０４と、結晶ＲＥＯ層１４０４にわたる希土類珪化物層１４０６とを含む、層構造１４００を描写する。 図１５は、例証的実装による、基板１５０２と、基板１５０２にわたる結晶ＲＥＯ層１５０４と、結晶ＲＥＯ層１５０４にわたる希土類ニクタイド層１５０６とを含む、層構造１５００を描写する。 図１６は、例証的実装による、結晶ＲＥＯ層１６０２と、結晶ＲＥＯ層１６０２にわたるエピタキシャル金属層１６０４と、エピタキシャル金属層１６０４にわたる内層１６０６と、内層１６０６にわたる半導体１６０８とを含む、層構造１６００を描写する。 図１７は、例証的実装による、金属珪化物内層を含む、層構造１７００を描写する。 図１８は、例証的実装による、金属窒化物内層を含む、層構造１８００を描写する。 図１９は、例証的実装による、希土類ニクタイド内層を含む、層構造１９００を描写する。 図２０は、例証的実装による、半導体層にわたるエピタキシャル金属層と、３つの可能性として考えられるエピタキシャル内層である、金属珪化物、金属窒化物、希土類ニクタイドとを描写する。 図２１は、例証的実装による、随意の内層を伴う、繰り返される金属／半導体構造の実施例を描写する。 図２２は、例証的実装による、下方の層を現場外処理および／または素子操作に合致させるための最終エピタキシャル層の実施例を描写する。

本明細書に説明されるシステム、素子、および方法は、とりわけ、ＲＦフィルタのための改良された性能を達成し得るエピタキシャル層を有する、層構造を含む。ＲＦフィルタスタック内の圧電層は、結晶質およびエピタキシャルであることができ、したがって、その厚さは、多結晶である場合より精密に制御されることができる。特に、層厚が減少するにつれて、エピタキシは、他の堆積方法と比較して、改良された厚さ制御をもたらす。加えて、エピタキシャル圧電層は、圧電層が多結晶である場合より高い品質の隣接層との界面を有する。高品質界面は、ＲＦフィルタのための高Ｑ値をもたらすことができる。高品質界面の特性は、低欠陥レベル、鋭的遷移、および低粗度を含む。本明細書に説明されるエピタキシャル圧電層は、エピタキシャルかつ結晶質であるため、バルク圧電材料の品質もまた、より高い。これは、増加したＱおよびＫ^２値をもたらし、これは、ＲＦフィルタの改良された性能をもたらす。加えて、ＲＦフィルタスタックおよび接触層結晶の作製は、それらを上層素子内で使用され得るＩＩＩ族窒化物層等の付加的層の後続エピタキシャル成長のためのテンプレートとして使用されることを可能にする。

図１は、ＲＦフィルタのための層を含む、層構造１００を描写する。層構造１００は、基板１０２と、基板１０２にわたるＳｉＯｘ層１０４と、ＳｉＯｘ層１０４にわたる結晶ＲＥＯ層１０６とを含む。結晶ＲＥＯ層は、基板１０２に対してエピタキシャルであって、結晶ＲＥＯ層１０６の格子が、基板１０２の格子とほぼ格子合致またはほぼ格子一致することを意味する。結晶ＲＥＯ層１０６は、基板１０２と格子合致されることができ、２つの格子が実質的に同一またはほぼ同一格子パラメータを有することを意味する。結晶ＲＥＯ層１０６もまた、基板１０２と格子一致されることができ、結晶ＲＥＯ層１０６の１つまたはそれを上回る格子パラメータが基板１０２の対応する格子パラメータの約整数倍であることを意味する。

層構造１００はまた、結晶ＲＥＯ層１０６に対してエピタキシャルである、フィルタスタック１２６と、フィルタスタック１２６に対してエピタキシャルであり得る、接触層１１６とを含む。フィルタスタック１２６は、第１の電極層１１０と、エピタキシャル圧電層１１２と、第２の電極層１１４とを含有する。フィルタスタック１２６内の層はそれぞれ、エピタキシャルである。したがって、第１の電極層１１０は、結晶ＲＥＯ層１０６に対してエピタキシャルであって、エピタキシャル圧電層１１２は、第１の電極層１１０に対してエピタキシャルであって、第２の電極層１１４は、エピタキシャル圧電層１１２に対してエピタキシャルである。第２の電極層１１４は、随意であって、用途および／またはプロセスフローに応じて省略されてもよいことに留意されたい。１つまたはそれを上回る界面層（図示せず）が、図１に描写されるように、層構造１００内の層のいずれかの間に含まれてもよい。

エピタキシャル圧電層１１２は、窒化アルミニウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、および窒化アルミニウムスカンジウム等、圧電応答を呈する、任意の材料であることができる。エピタキシャル圧電層１１２の厚さは、周波数、層を通した音速、および厚さ間の関係を与える方程式１に基づいて、選択されることができる。
ｆ_ｒ＝ｖ_ｓ／（２^＊ｔ_ｆ） ［１］
式中、ｆ_ｒは、周波数であって、ｖ_ｓは、圧電層を通した音速であって、ｔ_ｆは、圧電層厚である。

周波数ｆ_ｒは、約２．４ＧＨｚ、約２．３～２．７ＧＨｚ、約２～３ＧＨｚ、および約１～４ＧＨｚであることができる。厚さは、約１μｍ、約０．５～１．５μｍ、および約１～１０Μμであることができる。

エピタキシャル圧電層１１２は、結晶質かつエピタキシャルであるため、その厚さは、多結晶の場合より精密に制御されることができる。特に、層厚が減少するにつれて、エピタキシは、他の堆積方法と比較して、改良された厚さ制御をもたらす。

エピタキシャル圧電層１１２は、圧電層が多結晶である場合より高い品質の隣接層との界面を有する。高品質界面は、ＲＦフィルタのための高Ｑ値をもたらすことができる。高品質界面の特性は、低欠陥レベル、鋭的遷移、および低粗度を含む。

エピタキシャル圧電層１１２は、エピタキシャルかつ結晶質であるため、バルク圧電材料の品質は、より高い。これは、増加したＱおよびＫ^２値をもたらし、これは、ＲＦフィルタの改良された性能をもたらす。

結晶ＲＥＯ層１０６は、そのより高い密度のため、シリコンより高い音響インピーダンスを有することができる。結晶ＲＥＯ材料の密度は、約５×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１５×１０^３ｋｇ／ｍ^３、約７×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１０×１０^３ｋｇ／ｍ^３、および約７．７×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約９．７×１０^３ｋｇ／ｍ^３であることができる。シリコンは、約２．６×１０^３ｋｇ／ｍ^３の密度を有する。したがって、結晶ＲＥＯ層１０６は、エピタキシャル圧電層１１２を基板１０２から音響的に隔離する役割を果たし、基板１０２への音響波伝送を実質的に軽減する。本隔離は、基板１０２に起因する挿入損失を低減させる。いくつかの実施例では、結晶ＲＥＯ層１０６によって提供される音響インピーダンスは、挿入損失を容認可能レベルに保つために十分である。しかしながら、いくつかの実施例では、音響ミラー構造が、図２に示されるように、使用され、基板損失を低減および／または防止することができる。

接触層１１６が結晶質である事例では、層スタック１００全体が、上層素子において使用され得るＩＩＩ族窒化物層等の付加的層の後続エピタキシャル成長のためのテンプレートとして使用されることができる。

第１および第２の電極層１１０および１１４は、希土類珪化物、希土類ニクタイド、および金属のうちの１つまたはそれを上回るものを備えることができる。電極層１１０および１１４は、エピタキシャルであるため、それらは、同一材料の多結晶電極層より高い伝導性を有する。より低い抵抗率（より高い伝導性）は、ＲＦフィルタの性能を向上させる。加えて、エピタキシャル電極層は、圧電層１１２のエピタキシャル成長を可能にする。エピタキシャル金属のより高い伝導性は、金属電極が、依然として、適正な伝導性を維持しながら、薄化されることを可能にする。周波数が増加し、圧電層の厚さが対応して減少するにつれて、金属電極の厚さは、システム全体のための達成可能周波数を限定し始める。したがって、電極が所与の伝導性のために可能な限り薄いことが望ましい。

エピタキシャル金属は、より薄い電極を達成するための手段をもたらす。いくつかの実施例では、電極層１１０および１１４は、図９－２２を参照して説明されるようなエピタキシャル金属であることができる。

１つの特定の実施例では、結晶希土類酸化物（ＲＥＯ）層は、基板または半導体にわたってエピタキシャルに成長されることができ、金属層は、結晶ＲＥＯ層にわたってエピタキシャルに成長されることができる。ＲＥＯ層は、１つまたはそれを上回る希土類（ＲＥ）種と、酸素とを含有する、層である。希土類種は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびイットリウム（Ｙ）を含む。

希土類酸化物は、蛍石型構造を呈することが公知である。これらの構造は、任意の他の要因の中でもとりわけ、酸化物中に存在する希土類カチオンの原子重量の関数として形態差異を呈する。

特に、より軽い希土類を備える酸化物は、＋２および／または＋３ならびに／もしくは＋４の可能性として考えられるイオン化状態の結果として、立方ＣａＦ_２型結晶構造を形成する。本結晶構造を有する酸化物は、可能性として考えられる酸化状態の多重度に起因して、有意な正味荷電欠陥を呈する（希土類酸化物に関して）。一方、より重い希土類から形成される酸化物（例えば、ＲＥ_２Ｏ_３等）は、ＲＥ＜３＋＞のイオン化状態に起因して、アニオン空孔を含む、歪曲されたＣａＦ_２型結晶構造を呈する。より重い希土類の希土類酸化物と関連付けられた結晶構造は、「ビクスビ鉱」としても知られる。

式ＲＥ_２Ｏ_３を有する、希土類酸化物の例証的実施例は、Ｅｒ_２Ｏ_３である。Ｅｒ_２Ｏ_３の単位胞の結晶構造は、酸素空孔誘導蛍石誘導体（すなわち、ビクスビ鉱構造）である。ＲＥＯ誘電層は、これらの単位胞の集合を備えることができる。

アニオン空孔の数および位置は、ＲＥ_２Ｏ_３単位胞の結晶形状を判定する。本胞の結晶形状は、好適な合致を下層半導体基板の格子定数に提供するようにエンジニアリングされることができる。体対角線および／または面対角線に沿った酸素空孔は、Ｃ型立方構造につながる。例えば、蛍石単位胞あたり２つのアニオン空孔は、Ｅｒ_２Ｏ_３の単位胞をＳｉの単位胞サイズのほぼ２倍まで増加させる。これは、ひいては、低歪み単相Ｅｒ_２Ｏ_３が、直接、シリコン基板上にエピタキシャルに成長されることを可能にする。

さらに、アニオン空孔の数および位置は、所望の歪み（引張または圧縮）を誘電層および／または過成長層内に誘発するようにエンジニアリングされることができる。例えば、いくつかの実施形態では、半導体層内の歪みが、キャリア移動度に影響を及ぼすために所望される。

各蛍石単位胞は、２つの酸素空孔を有し、これは、体対角線に沿ってある。これらの２つの酸素空孔の存在は、Ｅｒ_２Ｏ_３単位胞のサイズを２倍にさせ、それによって、その格子定数を２倍にし、これは、好適な合致を＜１００＞シリコンの格子定数に提供する。

いくつかの実施例では、酸素空孔は、面対角線の端部にある。ある他の実施例では、酸素空孔は、面対角線および体対角線の端部間に分散される。

結晶ＲＥＯ層１０６は、エピタキシャルかつ結晶質であるため、上層のエピタキシャル成長のためのテンプレートを提供する。加えて、結晶ＲＥＯ層は、シリコン基板上に成長されることができるため、上層エピタキシャル層がシリコン上に成長されることを可能にする。

ＳｉＯｘ層１０４は、シリコンの非晶質酸化物である。ＳｉＯｘ層１０４は、化学式ＳｉＯ_２を有してもよい、または異なる化学量論を有してもよい。ＳｉＯｘ層１０４は、結晶ＲＥＯ層１０６と基板層１０２との間に適応性を提供する。したがって、ＳｉＯｘ層１０４は、歪みを隣接層間に伝達するのではなく、それを吸収する。これは、層の全ての堆積後、層構造１００内の凹面または凸面を低減させる。ＳｉＯｘ層１０４は、随意であって、いくつかの実施例では、層構造１００の一部ではない。ＳｉＯｘ層１０４は、シリコンと、酸素前駆体とを使用して堆積されることができる、または基板１０２の上部層がシリコンを含有する場合、基板１０２の酸化を通して形成することができる。ＳｉＯｘ層１０４が非晶質であるという事実にもかかわらず、結晶ＲＥＯ層１０６は、依然として、エピタキシャルであって、基板１０２の格子に位置合わせされることができる。したがって、ＳｉＯｘ層１０４は、適応性を提供し、上層のエピタキシャル成長を妨害せずに、層構造１００内の歪みを低減させる。

基板１０２は、シリコン＜１１１＞基板、シリコン＜１００＞基板、別の配向のシリコン基板、ゲルマニウム基板、炭化硅素基板、サファイア基板、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）基板、または別の半導体もしくは絶縁基板であることができる。基板１０２は、ミスカット基板であることができる、またはその配向は、結晶格子ベクトルと整合されることができる。

層構造１００は、ＲＦフィルタ内に含まれることができる。特に、フィルタスタック１２６は、層構造１００の活性部分としての役割を果たし、ＲＦ電圧が電極１１０と１１４との間に印加されると、エピタキシャル圧電層１１２は、音響的に共鳴し、電極間に所望の周波数を選択的に通過させ、帯域通過フィルタをもたらす。

図２は、ＲＦフィルタのための層ならびに音響ミラーを含む、層構造２００を描写する。層構造２００は、エピタキシャル構造であって、基板２０２と、基板２０２にわたるＳｉＯｘ層２０４と、ＳｉＯｘ層２０４にわたる結晶ＲＥＯ層２０６と、結晶ＲＥＯ層２０６にわたる音響ミラースタック２０８と、音響ミラースタック２０８にわたるフィルタスタック２２６と、フィルタスタック２２６にわたる接触層２１６とを備える。

基板２０２は、シリコン＜１１１＞基板、シリコン＜１００＞基板、別の配向のシリコン基板、ゲルマニウム基板、炭化硅素基板、サファイア基板、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）基板、または別の半導体もしくは絶縁基板であることができる。基板２０２は、ミスカット基板であることができる、またはその配向は、結晶格子ベクトルと整合されることができる。

ＳｉＯｘ層２０４は、シリコンの非晶質酸化物である。ＳｉＯｘ層２０４は、化学式ＳｉＯ_２を有してもよい、または異なる化学量論を有してもよい。ＳｉＯｘ層２０４は、結晶ＲＥＯ層２０６と基板層２０２との間に適応性を提供する。したがって、ＳｉＯｘ層２０４は、歪みを隣接層間に伝達するのではなく、それを吸収する。これは、層の全ての堆積後、層構造２００内の凹面または凸面を低減させる。ＳｉＯｘ層２０４は、随意であって、いくつかの実施例では、層構造２００の一部ではない。含まれる場合、ＳｉＯｘ層２０４は、ＲＥＯ堆積プロセスを中断し、非晶質Ｓｉ（ａ－Ｓｉ）を上側ＲＥＯ表面上に堆積させることによって形成される。本層が終了すると、ＲＥＯ堆積プロセスは、次いで、再開される。ＳｉＯｘは、米国出願第１５／０３１，５０４号（その全体が参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるようなプロセスにおいて、本段階においてＯアニールを導入することによって、または後に高温によってのいずれかでａ－Ｓｉから形成される。結晶位置合わせが、ＲＥＯと下層シリコン基板との間に確立される。いくつかの実施例では、初期ＲＥＯ層は、ＳｉＯｘの形成によって消費され、希土類珪酸塩である、ある非晶質ＲＥＳｉＯｘを含有する、非晶質層につながるであろうことに留意されたい。したがって、ＳｉＯｘ層２０４は、適応性を提供し、上層のエピタキシャル成長を妨害せずに、層構造２００内の歪みを低減させる。

層構造２００はまた、音響ミラースタック２０８に対してエピタキシャルである、フィルタスタック２２６と、フィルタスタック２２６に対してエピタキシャルであり得る、接触層２１６とを含む。フィルタスタック２２６は、第１の電極層２１０と、エピタキシャル圧電層２１２と、第２の電極層２１４とを含有する。フィルタスタック２２６内の層はそれぞれ、エピタキシャルである。したがって、第１の電極層２１０は、第２の結晶ＲＥＯミラー層２２４に対してエピタキシャルであって、エピタキシャル圧電層２１２は、第１の電極層２１０に対してエピタキシャルであって、第２の電極層２１４は、エピタキシャル圧電層２１２に対してエピタキシャルである。接触層２１６が、フィルタスタック２２６に対してエピタキシャルであるとき、接触層２１６は、第２の電極２１４に対してエピタキシャルである。

第１および第２の電極層２１０および２１４は、希土類珪化物、希土類ニクタイド、および金属のうちの１つまたはそれを上回るものを備えることができる。電極層２１０および２１４は、エピタキシャルであるため、それらは、同一材料の多結晶電極層より高い伝導性を有する。より低い抵抗率（より高い伝導性）は、ＲＦフィルタの性能を向上させる。加えて、エピタキシャル電極層は、圧電層２１２のエピタキシャル成長を可能にする。エピタキシャル金属のより高い伝導性は、金属電極が、依然として、適正な伝導性を維持しながら、薄化されることを可能にする。周波数が増加し、圧電層の厚さが対応して減少するにつれて、金属電極の厚さは、システム全体のための達成可能周波数を限定し始める。したがって、電極が所与の伝導性のために可能な限り薄いことが望ましい。いくつかの実施例では、電極層２１０および２１４は、図９－２２を参照して説明されるようなエピタキシャル金属であることができる。

層構造２００は、ＲＦフィルタ内に含まれることができる。特に、フィルタスタック２２６は、層構造２００の活性部分としての役割を果たし、ＲＦ電圧が、電極２１０と２１４との間に印加されると、エピタキシャル圧電層２１２は、音響的に共鳴し、電極間に所望の周波数を選択的に通過させ、帯域通過フィルタをもたらす。

結晶ＲＥＯ層は、基板２０２に対してエピタキシャルであって、結晶ＲＥＯ層２０６の格子が基板２０２の格子と格子合致または格子一致されることを意味する。結晶ＲＥＯ層２０６は、基板２０２と格子合致またはほぼ格子合致されることができ、２つの格子が実質的に同一格子パラメータを有することを意味する。結晶ＲＥＯ層２０６はまた、基板２０２と格子一致またはほぼ格子一致されることができ、結晶ＲＥＯ層２０６の１つまたはそれを上回る格子パラメータが基板２０２の対応する格子パラメータの整数倍であることを意味する。

音響ミラースタックは、高音響インピーダンスを有し、その厚さを横断して音響波の伝搬を防止または実質的に低減させる。音響ミラースタック２０８は、高音響インピーダンスを有し、エピタキシャル圧電層２１２から基板２０２の中への音響波の伝搬を防止または実質的に低減させる。音響ミラースタック２０８は、第１のミラー材料層２１８と、第１の結晶ＲＥＯミラー層２２０と、第２のミラー材料層２２２と、第２の結晶ＲＥＯミラー層２２４とを備える。第１および第２のミラー材料層２１８および２２２は、隣接する結晶ＲＥＯ層と有意に異なる密度を伴う任意の材料であることができる。ミラー材料層２１８および２２２のために使用され得る材料のいくつかの実施例は、シリコンおよび金属である。結晶ＲＥＯ材料の密度は、約５×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１５×１０^３ｋｇ／ｍ^３、約７×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約１０×１０^３ｋｇ／ｍ^３、および約７．７×１０^３ｋｇ／ｍ^３～約９．７×１０^３ｋｇ／ｍ^３であることができる。シリコンは、約２．６×１０^３ｋｇ／ｍ^３の密度を有する。したがって、結晶ＲＥＯミラー層２２０および２２４は、ミラー材料層２１８および２２２より少なくとも１．５、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、および少なくとも５倍大きい密度を有することができる。

結晶ＲＥＯミラー層２２０および２２４は、同一材料を備えることができる、またはそれらは、異なる材料を備えることができる。加えて、結晶ＲＥＯミラー層２２０および２２４は、結晶ＲＥＯ層２０６と同一材料を備えることができる、またはそれらは、異なる材料を備えることができる。ミラー材料層２１８および２２２は、同一ミラー材料を備えることができる、またはそれらは、異なるミラー材料を備えることができる。音響ミラー２０８は、２つの結晶ＲＥＯミラー層と、２つのミラー材料層とを備えるが、音響ミラースタック２０８は、図２に描写されるものと異なる数の層を備えることができる。加えて、音響ミラースタック２０８は、図２に描写されるものと異なる順序で層を備えることができる。例えば、結晶ＲＥＯ層は、音響ミラースタック２０８の最下層であってもよい、および／またはミラー材料層は、音響ミラースタック２０８の最上層であることができる。加えて、１つまたはそれを上回る界面層が、結晶ＲＥＯ層２０６と音響ミラースタック２０８との間、音響ミラースタック２０８とフィルタスタック２２６との間、およびフィルタスタック２２６と接触層２１６との間に含まれてもよい。音響ミラースタック２０８は、異なる密度を伴う交互層を含むため、フィルタスタック２２６から基板２０２への音響波の伝搬は、実質的に低減または防止される。これは、層構造２００の挿入損失を低減させる。音響ミラースタック２０８は、光学ミラーおよび／またはブラッグ反射体として作用することができる。

図３は、ＲＦフィルタのための層を含む、層構造３００を描写する。層構造３００は、基板３０２と、基板３０２にわたる結晶ＲＥＯ層３０６と、結晶ＲＥＯ層３０６にわたるフィルタスタック３２６とを含む。層構造３００は、図３に描写される層のいずれかの間に１つまたはそれを上回る随意の介在層（図示せず）を含むことができる。そのような随意の介在層の実施例は、結晶ＲＥＯ層３０６と基板３０２との間の非晶質酸化物（例えば、ＳｉＯｘ）層である。フィルタスタック３２６は、結晶ＲＥＯ層３０６にわたる第１の電極層３１０と、第１の電極層３１０にわたるエピタキシャル圧電層３１２と、エピタキシャル圧電層３１２にわたる第２の電極層３１４とを備える。

基板３０２は、シリコン＜１１１＞基板、シリコン＜１００＞基板、別の配向のシリコン基板、ゲルマニウム基板、炭化硅素基板、サファイア基板、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）基板、または別の半導体もしくは絶縁基板であることができる。基板３０２は、ミスカット基板であることができる、またはその配向は、結晶格子ベクトルと整合されることができる。

層構造３００は、ＲＦフィルタ内に含まれることができる。特に、フィルタスタック３２６は、層構造３００の活性部分としての役割を果たし、ＲＦ電圧が、電極３１０と３１４との間に印加されると、エピタキシャル圧電層３１２は、音響的に共鳴し、電極間に所望の周波数を選択的に通過させ、帯域通過フィルタをもたらす。

結晶ＲＥＯ層は、基板３０２に対してエピタキシャルであって、結晶ＲＥＯ層３０６の格子が基板３０２の格子と格子合致（もしくはほぼ格子合致）または格子一致（もしくはほぼ格子一致）されることを意味する。結晶ＲＥＯ層３０６は、基板３０２と格子合致またはほぼ格子合致されることができ、２つの格子が実質的に同一格子パラメータを有することを意味する。結晶ＲＥＯ層３０６はまた、基板３０２と格子一致またはほぼ格子一致されることができ、結晶ＲＥＯ層３０６の１つまたはそれを上回る格子パラメータが基板３０２の対応する格子パラメータの整数倍であることを意味する。

層構造３００はまた、結晶ＲＥＯ層３０６に対してエピタキシャルである、フィルタスタック３２６を含む。フィルタスタック３２６は、第１の電極層３１０と、エピタキシャル圧電層３１２とを含有する。いくつかの実施例では、フィルタスタック３２６は、随意の第２の電極層３１４を含有することができる。フィルタスタック３２６内の層はそれぞれ、エピタキシャルである。したがって、第１の電極層３１０は、結晶ＲＥＯ層３０６に対してエピタキシャルであって、エピタキシャル圧電層３１２は、第１の電極層３１０に対してエピタキシャルである。随意の第２の電極層３１４は、エピタキシャル圧電層３１２に対してエピタキシャルであってもよい、またはエピタキシャルではなくてもよい。

図４は、ＲＦフィルタ層を覆う素子層を含む、層構造４００を描写する。層構造４００は、基板４０２と、基板４０２にわたる結晶ＲＥＯ層４０６と、結晶ＲＥＯ層４０６にわたるＲＦフィルタ層構造４２６とを含む。層構造４００はまた、ＲＦフィルタ層構造４２６にわたる結晶ＲＥ含有層４２８と、結晶ＲＥ含有層４２８にわたる素子層４３０とを含む。素子層４３０は、１つまたはそれを上回るサブ層（図示せず）を含むことができる。素子層４３０は、１つまたはそれを上回るＩＩＩ族窒化物層、１つまたはそれを上回る窒化ガリウム系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）層、１つまたはそれを上回るＩＩＩ－Ｖ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）層、および／または１つもしくはそれを上回るＩＩＩ－Ｖ系擬似格子整合ＨＥＭＴ（ｐＨＥＭＴ）層を含むことができる。層構造４００は、ＲＦフィルタ層構造４２６にわたる１つまたはそれを上回る素子層４３０を含むため、ＲＦフィルタおよび上記に説明されるもの等の他の素子を有する、統合されたシステムの全体的占有面積は、有意に低減されることができる。

層構造４００はまた、適応性を提供するための結晶ＲＥＯ層４０６と基板４０２との間の随意のＳｉＯｘ層（図示せず）および／または結晶ＲＥＯ層４０６とＲＦフィルタ層構造４２６との間の音響ミラースタックを含むことができる。加えて、１つまたはそれを上回る界面層（図示せず）が、図４に描写されるように、層構造４００内の層のいずれか間に含まれてもよい。

結晶ＲＥ含有層４２８は、ＲＦフィルタ層構造４２６に対してエピタキシャルである。結晶ＲＥ含有層４２８は、希土類酸化物、希土類ニクタイド（ＲＥとＶ族元素－Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、またはＢｉの組み合わせ）、もしくは希土類種を含有する別の材料のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。いくつかの実施例を挙げると、結晶ＲＥ含有層４２８は、窒化スカンジウム、窒化エルビウム、酸化エルビウム、酸化スカンジウム、ヒ化エルビウム、リン化エルビウム、ヒ化スカンジウム、リン化スカンジウム、および／または希土類種を含有する他の材料等、１つまたはそれを上回るＲＥ含有材料を備えることができる。結晶ＲＥ含有層４２８は、１つまたはそれを上回るサブ層を備えることができる、もしくはその厚さを通して組成的に傾斜されることができる。「組成的に傾斜した」とは、結晶ＲＥ含有層４２８が１つのＲＥ含有材料から別のＲＥ含有材料へとその厚さを通して組成を変化させることを意味する。本組成傾斜は、素子層４３０およびＲＦフィルタ層構造４２６のための異なる格子定数間に架橋することができる。特に、結晶ＲＥ含有層４２８の上部表面は、その格子定数が窒化ガリウムの格子定数とほぼ同一であるため、窒化スカンジウムであってもよい。本実施例では、素子層４３０は、１つまたはそれを上回る窒化ガリウム層を備えることができる。結晶ＲＥ含有層４２８の底部表面は、ＲＦフィルタ層構造４２６の上部表面と格子合致または格子一致される、材料から成ることができる。したがって、結晶ＲＥ含有層４２８は、ＲＦフィルタ層構造４２６の上部表面および素子層４３０の底部表面の格子構造ならびにパラメータ間の遷移を提供する。いくつかの実施例では、結晶ＲＥ含有層は、複数の離散層を含有することができる、および／または超格子もしくは他の多層構造を含有することができる。多層構造は、多くの場合、材料の繰り返しセットを伴う、複数の層を含有する、層構造である。

基板４０２は、シリコン＜１１１＞基板、シリコン＜１００＞基板、別の配向のシリコン基板、ゲルマニウム基板、炭化硅素基板、サファイア基板、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）基板、または別の半導体もしくは絶縁基板であることができる。基板４０２は、ミスカット基板であることができる、またはその配向は、結晶格子ベクトルと整合されることができる。

結晶ＲＥＯ層４０６は、基板４０２に対してエピタキシャルであって、結晶ＲＥＯ層４０６の格子が基板４０２の格子と格子合致（もしくはほぼ格子合致）または格子一致（もしくはほぼ格子と一致）されることを意味する。結晶ＲＥＯ層４０６は、基板４０２と格子合致またはほぼ格子合致されることができ、２つの格子が実質的に同一格子パラメータを有することを意味する。結晶ＲＥＯ層４０６はまた、基板４０２と格子一致またはほぼ格子一致されることができ、結晶ＲＥＯ層４０６の１つまたはそれを上回る格子パラメータが基板４０２の対応する格子パラメータの整数倍であることを意味する。

フィルタスタック４２６は、第１の電極層（図示せず）と、エピタキシャル圧電層（図示せず）と、第２の電極層（図示せず）とを含むことができる。フィルタスタック４２６内の層はそれぞれ、エピタキシャルである。したがって、第１の電極層は、結晶ＲＥＯ層４０６に対してエピタキシャルであって、エピタキシャル圧電層は、第１の電極層に対してエピタキシャルであって、第２の電極層は、エピタキシャル圧電層に対してエピタキシャルである。フィルタスタック４２６は、フィルタスタック１２６、２２６、および３２６のいずれかと同一であることができる。

フィルタスタック４２６は、ＲＦフィルタ内に含まれることができる。特に、フィルタスタック４２６は、ＲＦフィルタの活性部分としての役割を果たし、ＲＦ電圧が第１および第２の電極層間に印加されると、エピタキシャル圧電層は、音響的に共鳴し、電極間に所望の周波数を選択的に通過させ、帯域通過フィルタをもたらす。

素子層４３０は、結晶ＲＥ含有層４２８に対してエピタキシャルである。結晶ＲＥ含有層４２８、ＲＦフィルタ層構造４２６、および結晶ＲＥＯ層４０６は、エピタキシャルであるため、それらは、素子層４３０等の後続層のエピタキシャル成長のためのテンプレートとしての役割を果たす。したがって、結晶素子層は、結晶度または材料品質の任意の低減を被らずに、ＲＦフィルタ層にわたって成長されることができる。下層ＲＦフィルタ層構造４２６にわたる上層エピタキシャル素子層４３０を組み合わせることによって、層構造４００は、所与の占有面積内にさらなる素子機能性を可能にする。

図５は、両電極に接触するためのパターン化後の層構造５００（ＲＦフィルタスタックを含む）を描写する。層構造５００は、基板５０２と、基板５０２にわたる随意のＳｉＯｘ層５０４と、ＳｉＯｘ層５０４にわたる結晶ＲＥＯ層５０６とを含む。層構造５００はまた、結晶ＲＥＯ層５０６にわたるフィルタスタック５２６を含む。フィルタスタック５２６は、結晶ＲＥＯ層５０６にわたる第１の電極層５１０と、第１の電極層５１０にわたるエピタキシャル圧電層５１２と、エピタキシャル圧電層５１２にわたる第２の電極層５１４とを含む。層５１４は、随意であって、構造の一部であってもよい、またはそうではなくてもよい。加えて、層構造５００は、第２の電極５１４にわたる上側接触層５１６を含む。層構造５００はまた、第１の電極５１０の一部にわたる下側接触層５３２と、下側接触層５３２にわたる相互接続部５３４とを含む。

フィルタスタック５２６は、結晶ＲＥＯ層５０６に対してエピタキシャルであって、層５１０、５１２、および５１４は、エピタキシャルである。層５１６は、エピタキシャルであってもよい、またはそうではなくてもよい。したがって、第１の電極層５１０は、結晶ＲＥＯ層５０６に対してエピタキシャルであって、エピタキシャル圧電層５１２は、第１の電極層５１０に対してエピタキシャルであって、第２の電極層５１４は、エピタキシャル圧電層５１２に対してエピタキシャルである。

基板５０２は、シリコン＜１１１＞基板、シリコン＜１００＞基板、別の配向のシリコン基板、ゲルマニウム基板、炭化硅素基板、サファイア基板、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）基板、または別の半導体もしくは絶縁基板であることができる。基板５０２は、ミスカット基板であることができる、またはその配向は、結晶格子ベクトルと整合されることができる。

ＳｉＯｘ層５０４は、シリコンの非晶質酸化物である。ＳｉＯｘ層５０４は、化学式ＳｉＯ_２を有してもよく、または異なる化学量論を有してもよい。ＳｉＯｘ層５０４は、結晶ＲＥＯ層５０６と基板層５０２との間に適応性を提供する。したがって、ＳｉＯｘ層５０４は、歪みを隣接層間に伝達するのではなく、それを吸収する。これは、全ての層の堆積後、層構造５００内の凹面または凸面を低減させる。ＳｉＯｘ層５０４は、随意であって、いくつかの実施例では、層構造５００の一部ではない。含まれる場合、ＳｉＯｘ層５０４は、ＲＥＯ堆積プロセスを中断し、ａ－Ｓｉを上側ＲＥＯ表面上に堆積させることによって形成される。本層が終了すると、ＲＥＯ堆積プロセスは、次いで、再開される。ＳｉＯｘは、米国出願第１５／０３１，５０４号（その全体が参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるようなプロセスにおいて、本段階においてＯアニールを導入することによって、または後に高温によってのいずれかでａ－Ｓｉから形成される。結晶位置合わせが、ＲＥＯと下層シリコン基板との間に確立される。いくつかの実施例では、初期ＲＥＯ層は、ＳｉＯｘの形成によって消費され、希土類珪酸塩である、ある非晶質ＲＥＳｉＯｘを含有する、非晶質層につながるであろうことに留意されたい。したがって、ＳｉＯｘ層５０４は、適応性を提供し、上層のエピタキシャル成長を妨害せずに、層構造５００内の歪みを低減させる。

層構造５００は、ＲＦフィルタ内に含まれることができる。特に、フィルタスタック５２６は、層構造５００の活性部分としての役割を果たし、ＲＦ電圧が、電極５１０と５１４との間に印加されると、エピタキシャル圧電層５１２は、音響的に共鳴し、電極間に所望の周波数を選択的に通過させ、帯域通過フィルタをもたらす。

結晶ＲＥＯ層５０６は、基板５０２に対してエピタキシャルであって、結晶ＲＥＯ層５０６の格子が基板５０２の格子と格子合致（もしくはほぼ格子合致）または格子一致（もしくはほぼ格子一致）されることを意味する。結晶ＲＥＯ層５０６は、基板５０２と格子合致またはほぼ格子合致されることができ、２つの格子が実質的に同一格子パラメータを有することを意味する。結晶ＲＥＯ層５０６はまた、基板５０２と格子一致またはほぼ格子一致されることができ、結晶ＲＥＯ層５０６の１つまたはそれを上回る格子パラメータが基板５０２の対応する格子パラメータの整数倍であることを意味する。

接触層５１６は、フィルタスタック５２６に対してエピタキシャルであるとき、接触層５１６は、第２の電極５１４に対してエピタキシャルである。

図６は、ＲＦフィルタとして使用するための層構造を堆積させるための方法６００のフローチャートを描写する。６０２では、基板が、調製される。基板の調製は、基板を事前に清掃するステップと、基板を脱気するステップと、基板をエッチングステップと、基板を堆積システムの中に装填するステップと、基板を熱的に処置するステップとのうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。基板は、基板１０２、２０２、３０２、４０２、および５０２のいずれかであることができる。６０６では、結晶ＲＥＯ層が、堆積される。結晶ＲＥＯ層は、随意のＳｉＯｘ層に隣接することができる、基板に隣接することができる、および／または別の介在層に隣接することができる。結晶ＲＥＯ層は、結晶ＲＥＯ層１０６、２０６、３０６、４０６、および５０６のいずれかであることができる。ＳｉＯｘ層が含まれるべき場合、ステップ６０６（ＲＥＯプロセス）は、中断され、方法は、随意のステップ６０４に進み、ａ－Ｓｉが、上側ＲＥＯ表面上に堆積される。ステップ６０４は、いくつかの実施例では、層構造がＳｉＯｘ層を含まず、他の実施例では、ＳｉＯｘ層が他の手段によって形成されるため、随意である。ＳｉＯｘ層は、ＳｉＯｘ層１０４、２０４、および５０４のいずれかであることができる。次いで、ステップ６０６（ＲＥＯ堆積プロセス）は、再開される。いくつかの実施例では、方法６００は、随意の方法６０７に進み、音響ミラー層構造が、堆積される。方法６０７はさらに、図７を参照して説明される。

ステップ６０６、または含まれる場合、随意の方法６０７後、方法６００は、ステップ６０８に進む。６０８では、第１の電極層が、堆積される。６１０では、エピタキシャル圧電層が、堆積される。随意のステップ６１２では、第２の電極層が、堆積される。６１４では、上側接触層が、第２の電極層にわたって堆積される。

ステップ６１４後、方法６００は、随意に、方法６１５に進むことができ、上層素子が、堆積される。方法６１５はさらに、図８を参照して説明される。

ステップ６１４、または含まれる場合、方法６１５後、方法６００は、６１６に進む。６１６では、選択された領域は、エッチングされ、第１の電極層を暴露させる。しかしながら、選択されない他の領域では、エピタキシャル圧電層、第２の電極層、および上側接触層は、エッチングされず、メサとして残る。６１８では、６１６においてエッチングされた体積は、誘電材料で充填される。本誘電材料は、メサを相互から隔離する高誘電定数を伴う、材料である。６２０では、誘電体の選択された領域は、エッチングされ、再び、第１の電極層を暴露させる。これは、誘電体を通してビアを開放する効果を有する。６２２では、下側接触層が、第１の電極層におよびステップ６２０においてエッチングされた暴露された領域にわたって堆積される。６２４では、相互接続部が、下側接触層にわたって堆積される。ステップ６２６では、さらなる処理が、行われてもよい。さらなる処理は、キャッピング層、さらなる堆積、さらなるエッチング、パッケージング、および他の処理ステップのうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。

示されるもの以外のステップも、方法６００の一部として行われることができる。例えば、介在層が、図６に説明される層のいずれか間に堆積されることができる。６００の方法におけるステップは、図６に描写される順序以外の異なる順序で行われることができる。また、方法６００のステップの全てが、行われる必要があるわけではない。例えば、層構造１００は、ステップ６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２、および６１４を使用して加工されることができる。別の実施例として、層構造２００は、ステップ６０２、６０４、６０６、６０７、６０８、６１０、６１２、および６１４を使用して加工されることができる。さらに、層構造３００は、ステップ６０２、６０６、６０８、６１０、および随意に、６１２を使用して堆積されることができる。層構造４００は、ステップ６０２、６０６、６０８、６１０、６１２、および６１５を使用して加工されることができる。層構造５００は、ステップ６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２、６１４、６１６、６１８、６２０、６２２、６２４、および６２６を使用して堆積されることができる。

図７は、音響ミラー層構造を加工するための方法６０７を描写する。７０２では、ミラー材料層が、堆積される。７０４では、結晶ＲＥＯ層が、ミラー材料層にわたって堆積される。７０６において、所望の数のミラー層が堆積された場合、方法６０７は、方法６００のステップ６０８に進む。７０６において、所望の数のミラー層に到達しない場合、方法６００は、ステップ７０２に戻り、付加的層を堆積させる。図７は、結晶ＲＥＯ層の前に堆積されるミラー材料層を描写するが、層の順序は、逆転されることができ、結晶ＲＥＯ層は、ミラー材料層の前に堆積されることができる。

図８は、上層素子層を堆積させるための方法６１５のフローチャートを描写する。８０２では、１つまたはそれを上回る結晶希土類含有層が、堆積される。８０４では、１つまたはそれを上回る素子層が、１つまたはそれを上回る結晶希土類含有層にわたって堆積される。ステップ８０４後、方法は、方法６００のステップ６１６に進む。

埋められた金属接触層が、半導体層にわたる金属のエピタキシャル堆積を使用して成長されることができる。エピタキシャル金属層は、直接半導体層および／または直接基板上に成長されることができる。いくつかの実施例では、随意の遷移層が、エピタキシャル金属層と下層半導体層との間および／またはエピタキシャル金属層と下層基板との間にあることができる。電気的利点だけではなく、埋められた接触層は、多くの場合、金属と利用され得る上層半導体との間の相互作用をもたらすであろう。ＲＦフィルタにおけるようなこれらの相互作用は、金属と半導体（および任意の介在界面）との間の界面が欠陥が殆どない高品質であるとき、より有用である。加えて、エピタキシャル金属は、高膜品質を保存しながら、スパッタリングされた金属より薄くされることができる。これは、部分的に、エピタキシャル界面がより高い品質であって、層が薄化されるにつれて、界面が全体的材料のより大きい割合となるためである。したがって、厚膜は、低品質界面によって殆ど影響されず、その性質は、バルク材料性質によって左右されるが、薄膜の性質は、界面性質によってより左右される。したがって、高品質界面は、薄膜を堆積させるときに重要である。

結晶希土類酸化物（ＲＥＯ）エピタキシャル層は、シリコン等の半導体基板上のエピタキシャル金属のためのテンプレートとして使用されることができる。シリコン以外の基板も、使用されることができ、実施例は、ゲルマニウム、Ｓｉ－Ｇｅ合金、サファイア、二酸化硅素、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）、および半導体上のシリコン（ＳＯＳ）、前述のうちの１つの最上層を伴う基板、ならびに任意の半導体基板を含む。金属エピタキシの目的のために、結晶ＲＥＯは、ＹＳＺと比較してより優れた材料である。まず第一に、結晶ＲＥＯと基板との間の界面が、エピタキシャルプロセスの一部として設定される。希土類酸化物の適切な選択肢を用いることで、結晶ＲＥＯテンプレートが、二次相を伴わずに、１００％（またはほぼ１００％）立方である、エピタキシャルに成長されることができる。全体的エピタキシャルスタックに有益である、結晶ＲＥＯの他のパラメータおよびプロセス特性は、任意の寄生電荷がない酸化物－シリコン界面、ＹＳＺより高い密度（８．６～６．１ｇ／ｃｍ^３）、およびＹＳＺより５倍も優れた熱伝導性である。エピタキシャル金属成長のためのテンプレートとしての役割を果たすことに加え、結晶ＲＥＯ層はまた、エピタキシャル金属層と下方の任意の基板との間の相互拡散を防止することができる。本結晶ＲＥＯ層９０２は、例えば、望ましくない金属珪化物の形成を防止する（基板がシリコンである場合）。

図９は、結晶ＲＥＯ層９０２にわたるエピタキシャル金属層９０４と、エピタキシャル金属層９０４にわたる半導体層９０６とを含む、層構造９００を描写する。酸化物の厚さは、ｔ_ｏｘとして定義され、典型的には、酸化物の厚さは、０＜＝ｔ_ｏｘ＜＝５００ｎｍとして定義されることができる。図９に描写される層構造９００は、ＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ、または他の周知のエピタキシャル堆積技法のいずれかによって、単一エピタキシャルプロセスにおいて製造されることができる。要求に応じて、ツールは、単一チャンバ、またはプロセスの具体的部分が異なる相互接続されたチャンバ内で行われる、周知のクラスタツールフォーマットのいずれかの使用のいずれかであることができる、もしくは複数の堆積ツールが、使用されることができる。結晶ＲＥＯ層９０２は、１つまたはそれを上回る成分エピタキシャル金属層を備えることができる、エピタキシャル金属層９０４のためのテンプレートである。半導体層９０６は、ＩＩＩ族窒化物材料、ＩＩＩ－Ｖ材料、およびＩＶ族材料のうちの１つまたはそれを上回るものを備えることができる。ＩＩＩ－Ｖ材料は、周期表のＩＩＩ族からの１つまたはそれを上回る種（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＴｌ等）と、周期表のＶ族からの１つまたはそれを上回る種（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、およびＢｉ等）とを含む。ＩＩＩ族窒化物は、ＩＩＩ－Ｖ材料であって、ＩＩＩ族からの種と、窒素とを含む。ＩＩＩ族窒化物材料の実施例は、ＧａＮ、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ≦１）、および／またはＡｌＮを含む。他のＩＩＩ－Ｖ材料の実施例は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、および同等物のうちの１つまたはそれを上回るものを含む。

図９に描写される層構造９００は、高周波（ＲＦ）フィルタ内に含まれることができる。半導体層９０６は、結合された電気機械的共振器として作用する、圧電材料であることができる。エピタキシャル金属層９０４は、ＲＦフィルタのための第１の電極であることができ、随意の第２の金属層（図９には図示せず）は、ＲＦフィルタのための第２の電極であることができる。エピタキシャル金属層は、特に、それらが、金属層にわたる単結晶層（例えば、半導体層）の後続成長のためのテンプレートとしての役割を果たす単結晶構造を伴う、高伝導性の金属を提供するため、ＲＦフィルタ内の電極のために有用である。高伝導性に起因して、金属層は、多結晶類似物と比較して、より薄くなることができる。圧電層の厚さが低減され、より高い周波数素子を生産するにつれて、金属接点は、素子の性能を限定し始める。したがって、適正な伝導性を維持しながら、金属層を可能な限り薄くすることが望ましい。単結晶金属は、厚さを低減させるための手段をもたらし、それによって、素子性能を改良する。単結晶半導体層は、それらが、より高い圧電係数、より狭い帯域幅、およびより低い損失を提供するため、ＲＦフィルタ内の半導体材料として有用である。部分的に、増加される性能は、エピタキシャル金属電極の品質および結晶位置合わせに起因し、これは、後続膜のより高い品質をもたらす。図９の層構造９００は、シリコン基板等の基板にわたってエピタキシャルに成長されることができる。フィルタ内の半導体材料が、エピタキシャルである場合、フィルタの上方に成長され得る、付加的半導体要素の統合に役立つ（必ずしも、直接、フィルタに電気的に接続されるわけではない）。例えば、トランジスタ（その実施例は、電界効果トランジスタ、高電子移動度トランジスタ、およびヘテロ接合バイポーラトランジスタを含む）が、フィルタにわたって成長され、したがって、所与のシステムのために要求されるチップ面積を低減させることができる。

図１０は、図９に描写される層構造９００を加工するための単一エピタキシャルプロセスを図示する、プロセス概略１０００を描写する。１００４では、結晶ＲＥＯ層が、基板にわたってエピタキシャルに成長される。１００６では、金属層が、結晶ＲＥＯ層にわたってエピタキシャルに成長される。１００８では、半導体層が、金属層にわたってエピタキシャルに成長される。いくつかの実施例では、付加的金属層が、１０１０に描写されるように、半導体層にわたってエピタキシャルに成長されることができる。図１０００に描写される層はそれぞれ、１つまたはそれを上回るサブ層を含むことができる。

使用されるエピタキシャル金属は、ルテニウムもしくはモリブデン等の希土類金属もしくは金属または以下の表１に列挙された他の代表的金属であり得る。考慮すべき重要な属性は、抵抗率であるが、また、層の光学および音響性質を判定する、密度、ヤング係数、ならびに屈折率も挙げられる。表１に列挙されない他の金属もまた、使用されることができる。

図１１は、結晶ＲＥＯテンプレートにわたる複数のエピタキシャル金属層を含む、層構造１１００、１１３０、および１１６０を描写する。図９および１０におけるエピタキシャル金属層は、複数の金属層を含むことができる。複数の金属層は、層構造１１００におけるように、層構造１１３０等の超格子または多層構造におけるように、スタックされた構造として、または層構造１１６０におけるような傾斜合金のいずれかとして成長されることができる。層構造１１００は、結晶ＲＥＯ層１１０２と、結晶ＲＥＯ層１１０２にわたるエピタキシャル金属１層１１０４と、エピタキシャル金属１層１１０４にわたるエピタキシャル金属２層１１０６とを含む。層構造１１３０は、結晶ＲＥＯ層１１３２と、結晶ＲＥＯ層１１３２にわたるエピタキシャル金属１層１１３４と、エピタキシャル金属１層１１３４にわたるエピタキシャル金属２層１１３６とを含む。層構造１１３０はまた、エピタキシャル金属２層１１３６にわたるエピタキシャル金属１層１１３８と、エピタキシャル金属１層１１３８にわたるエピタキシャル金属２層１１４０とを含む。層構造１１３０は、２つの対のエピタキシャル金属１および２層を含むが、層構造１１３０は、２つ以外の数の対のエピタキシャル金属１および２層を含むことができる。層構造１１６０は、結晶ＲＥＯ層１１６２と、結晶ＲＥＯ層１１６２にわたる傾斜合金１１６８とを含む。傾斜合金１１６８は、エピタキシャル金属１ １１６４とエピタキシャル金属２ １１６６の合金である。

傾斜合金１１６８内の傾斜は、線形（例えば、金属１ １１６４から金属２ １１６６までの組成における線形変化）、超線形（例えば、より高次の多項式）、劣線形、または段階的（例えば、材料組成における離散変化）であることができる。結晶ＲＥＯ１１０２、１１３２、および１１６２ならびに／またはＩＩＩ族窒化物に隣接して使用される、金属１１０４、１１３４、および１１６４は、同一であることができる、またはそれらは、異なることができる。例えば、超格子構成は、異なる金属の交互層を含むことができる。金属のそれぞれの層の厚さは、同一であることができる、またはそれらは、異なることができる。

金属層は、エピタキシャルであるため、粒界と関連付けられた損失は存在せず、加えて、金属層と半導体との間の界面は、無傷かつ離散しており、その両方とも、多結晶／スパッタリングされたＤＢＲ構造と比較して、半導体、すなわち、金属ＤＢＲの損失を低減させる。

図１２は、エピタキシャル金属層にわたる半導体層の直接成長を伴う、層構造１２００と、半導体層がＩＩＩ族窒化物層である、代表的例示的層構造１２５０とを描写する。層構造１２００は、基板１２０２にわたってエピタキシャルに成長された結晶ＲＥＯ層１２０４と、結晶ＲＥＯ層１２０４にわたってエピタキシャルに成長された金属層１２０６と、金属層１２０６にわたってエピタキシャルに成長された半導体層１２０８とを含む。層構造１２５０は、層構造１２００の代表的実施例であって、半導体層１２０８は、ＩＩＩ族窒化物層、特に、Ａｌ_１－ｘＳｃ_ｘＮ（０≦ｘ≦１）層１２５８であって、金属層１２０６は、Ｍｏ層１２５６であって、結晶ＲＥＯ層１２０４は、Ｅｒ_２Ｏ_３層１２５４であって、基板１２０２は、Ｓｉ＜１１１＞基板１２５２である。構造１２００の他の実施例も、可能性として考えられ、層はそれぞれ、１つまたはそれを上回るサブ層を含むことができる。

内層が、層間の界面の品質を改良するために使用されることができる。図９に示されるような基本単位は、金属９０４と半導体９０６との間または酸化物９０２とエピタキシャル金属９０４との間のいずれかに内層を含むように修正されることができる。そのような内層の目的は、酸化物から金属または金属から半導体への遷移の化学的もしくは結晶学的エンジニアリングを可能にすることである。化学的エンジニアリングは、半導体９０６または金属層９０４の初期エピタキシャル堆積の間、半導体または金属原子の核生成もしくは遷移を促すことを含むことができる。結晶学的エンジニアリングは、金属９０４と半導体９０６層との間の結晶構造または格子定数における遷移を補助することを含むことができる。結晶構造内の遷移の実施例は、六方型結晶構造から立方型結晶構造への遷移である。

図１３は、それ自体が結晶ＲＥＯ層１３０２にわたってエピタキシャルに成長される、内層１３０４にわたるエピタキシャル金属１３０６を含む、層構造１３００を描写する。図１４および１５は、本内層の実施例を描写する。図１４は、希土類珪化物を示す一方、図１５は、希土類ニクタイドの実施例である。

図１４は、基板１４０２と、基板１４０２にわたる結晶ＲＥＯ層１４０４と、結晶ＲＥＯ層１４０４にわたる希土類珪化物層１４０６とを含む、層構造１４００を描写する。希土類珪化物層１４０６は、内層１３０４の実施例である。層構造１４００はまた、希土類珪化物層１４０６にわたるエピタキシャル金属層１４０８と、エピタキシャル金属層１４０４にわたる半導体層１４１０とを含む。

図１５は、基板１５０２と、基板１５０２にわたる結晶ＲＥＯ層１５０４と、結晶ＲＥＯ層１５０４にわたる希土類ニクタイド層１５０６とを含む、層構造１５００を描写する。希土類ニクタイド層１５０６は、内層１３０４の実施例である。層構造１５００はまた、希土類ニクタイド層１５０６にわたるエピタキシャル金属層１５０８と、エピタキシャル金属層１５０８にわたる半導体層１５１０とを含む。

図１６は、結晶ＲＥＯ層１６０２と、結晶ＲＥＯ層１６０２にわたるエピタキシャル金属層１６０４と、エピタキシャル金属層１６０４にわたる内層１６０６と、内層１６０６にわたる半導体１６０８とを含む、層構造１６００を描写する。図１６に描写されるように、内層１６０６は、エピタキシャル金属層１６０４の上方にあることができる。

図１７－１９は、内層の成長を描写する。可能性として考えられる内層の実施例は、（同様に限定ではないが）図１７に示されるような金属珪化物、図１８に示されるような金属窒化物、希土類窒化物、希土類ヒ化物、希土類リン化物、希土類アンチモン化物、および希土類ビスマス化物を含む。これらの最後の５つは、一般に、希土類ニクタイドと称され、図１９に示される。

図１７は、金属珪化物内層を含む、層構造１７００を描写する。層構造１７００は、基板１７０２と、基板１７０２にわたる結晶ＲＥＯ層１７０４と、結晶ＲＥＯ層１７０４にわたるエピタキシャル金属層１７０６と、エピタキシャル金属層１７０６にわたる金属珪化物層１７０８と、金属珪化物層１７０８にわたる半導体層１７１０とを含む。金属珪化物層１７０８は、内層１６０６の実施例である。

図１８は、金属窒化物内層を含む、層構造１８００を描写する。層構造１８００は、基板１８０２と、基板１８０２にわたる結晶ＲＥＯ層と、結晶ＲＥＯ層１８０４にわたるエピタキシャル金属層１８０６と、エピタキシャル金属層１８０６にわたるエピタキシャル金属層窒化物層１８０８と、エピタキシャル金属窒化物１８０８にわたるエピタキシャル半導体層１８１０とを含む。エピタキシャル金属窒化物層１８０８は、内層１６０６の実施例である。

図１９は、希土類ニクタイド内層を含む、層構造１９００を描写する。層構造１９００は、基板１９０２と、基板１９０２にわたる結晶ＲＥＯ層１９０４と、結晶ＲＥＯ層１９０４にわたるエピタキシャル金属層１９０６と、エピタキシャル金属層１９０６にわたるエピタキシャル希土類ニクタイド層１９０８と、エピタキシャル希土類ニクタイド層１９０８にわたるエピタキシャル半導体層１９１０とを含む。エピタキシャル希土類ニクタイド層１９０８は、内層１６０６の実施例である。

エピタキシャルプロセスの本時点において、第１の半導体材料が、完全に成長され、層が、完成する。いくつかの用途に関して、これは、プロセスの終了となり得、その他に関しては、異なる組成／タイプのより多くの半導体が、他の層にわたってエピタキシャルに成長され得る。他の用途では、第２の金属が、有利となり得る。本実施例に関して、前述の金属エピタキシスキームのいずれかが、本目的のために利用されることができる。同様に、金属と半導体との間にエピタキシャルに成長される前述の内層のいずれかが、最終エピタキシャルスタックの要求される特徴に応じて、全体的エピタキシャルプロセスの本時点で使用され得る（図１６参照）。半導体の上方の層は、その下方のものに合致する必要はない、すなわち、対称設計のための要件はない。

図２０は、半導体層にわたるエピタキシャル金属層と、エピタキシャル内層を伴う層構造２０３０、２０６０、および２０９０の３つの実施例、すなわち、それぞれ、金属珪化物、金属窒化物、および希土類ニクタイドとを伴う、層構造２０００を描写する。層構造２０００は、半導体層２００２にわたるエピタキシャル金属層２００６を含む。層構造２０３０は、半導体層２０３２と、半導体層２０３２にわたるエピタキシャル金属珪化物層２０３４と、エピタキシャル金属珪化物層２０３４にわたるエピタキシャル金属層２０３６とを含む。エピタキシャル金属珪化物層２０３４は、金属と半導体層との間の内層である。層構造２０６０は、半導体層２０６２と、半導体層２０６２にわたるエピタキシャル金属窒化物層２０６４と、エピタキシャル金属窒化物層２０６４にわたるエピタキシャル金属層２０６６とを含む。エピタキシャル金属窒化物層２０６４は、金属と半導体層との間の内層の実施例である。層構造２０９０は、半導体層２０９２と、半導体２０９２にわたるエピタキシャル希土類ニクタイド層２０９４と、エピタキシャル希土類ニクタイド層２０９４にわたるエピタキシャル金属層２０９６とを含む。

エピタキシャル希土類ニクタイド２０９４は、金属と半導体層との間の内層の実施例である。図２０に示されるように、金属を成長させる選択が行われる場合、前述の実施例のいずれかまたは全てが、別の半導体層を金属にわたってエピタキシャルに成長させる目的のために繰り返され得る。図２０は、エピタキシャル内層の３つの実施例を描写するが、他のエピタキシャル内層も、代わりに、または組み合わせて、使用されることができる。

図２１は、随意の内層を伴う繰り返される金属／半導体構造を有する、例示的層構造２１００を描写する。層構造２１００は、３つの単位２１０２、２１０４、および２１０６を含む。層構造２１００は、他の数の単位も含有することができるが、３つが、例証目的のためにここでは示される。各単位は、同一であることができる、または層スタック内の単位のうちの１つまたはそれを上回るものは、異なることができる。図２１はまた、層構造２１００内の例示的単位２０５０を描写する。本例示的単位２０５０は、第１のエピタキシャル金属層２０５２にわたってエピタキシャルに成長された第１の内層２０５４と、第１の内層２０５４にわたってエピタキシャルに成長された半導体層２０５６と、半導体層２０５６にわたってエピタキシャルに成長された第２の内層２０５８と、第２の内層２０５８にわたってエピタキシャルに成長された第２のエピタキシャル金属層２０６０とを含有する。層構造内の単位のいずれかは、第１および第２の内層２０５４ならびに２０５８のいずれも含まない、そのうちの１つを含む、または両方を含むことができる。加えて、１つの単位内の第２のエピタキシャル金属層２０５８は、上方の単位内の第１のエピタキシャル金属層２０９２と同一であることができる。単位内のエピタキシャル金属層２０５２および２０６０の一方または両方は、単一金属、傾斜金属層、複数のサブ層を伴う金属層、および／または複数の金属層を伴う超格子であることができる。

図２２は、下方の層を現場外処理および／または素子操作に合致させるための最終エピタキシャル層を有する、例示的層構造２２００、２２３０、および２２６０を描写する。これらは、限定ではないが、層構造２２００内におけるように上側金属層を酸化から保護するための金属珪化物の使用、層構造２２３０内におけるように伝導性を向上させるためのグラフェンまたは他の２Ｄ構造の追加、希土類ニクタイド層、および層構造２２６０におけるように下層エピタキシャルスタックを電気的に隔離するための誘電または絶縁体のいずれかとしての結晶ＲＥＯ層の追加を含む。これらの３つの最上層は、単一層実体として示されるが、そのような層の提供は、ここに示されない付加的層を要求し得ることが予期されることに留意されたい。

層構造２２００は、半導体層２２０２と、半導体層２２０２にわたるエピタキシャル金属層２２０４と、エピタキシャル金属層２２０４にわたるエピタキシャル金属珪化物層２２０６とを含む。層構造２２３０は、半導体層２２３２と、半導体層２２３２にわたるエピタキシャル金属層２２３４と、エピタキシャル金属層２２３４にわたるグラフェン層２２３６とを含む。描写されないが、２２３０では、スタックは、それを機械的および化学的に保護するために、グラフェン層にわたる付加的半導体、金属、または絶縁体を含んでもよい。層構造２２６０は、半導体層２２６２と、半導体層２２６２にわたるエピタキシャル金属層２２６４と、エピタキシャル金属層２２６４にわたる結晶ＲＥＯ層２２６６とを含む。

本明細書に説明される成長および／または堆積は、化学蒸着法（ＣＶＤ）、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、分子線成長法（ＭＢＥ）、水素化物気相成長法（ＨＶＰＥ）、パルスレーザ堆積法（ＰＬＤ）、および／または物理蒸着法（ＰＶＤ）のうちの１つまたはそれを上回るものを使用して行われることができる。

本明細書に説明されるように、層は、表面を被覆する実質的に均一厚の材料を意味する。層は、連続または断続（すなわち、材料の領域間に間隙を有する）のいずれかであることができる。例えば、層は、表面を完全に被覆する、または集合的に層を画定する、離散領域（すなわち、選択的面積エピタキシを使用して形成される領域）に区画化されることができる。層基板は、層のセットを意味し、独立型構造またはより大きい構造の一部であることができる。

「モノリシックに統合される」とは、典型的には、表面上に配置される層を堆積させることによって、基板の表面上に形成されることを意味する。

「配置される」とは、下層材料または層の「上に存在する」ことを意味する。本層は、好適な表面を確実にするために必要な遷移層等の中間層を備えてもよい。例えば、材料が「基板上に配置される」ように説明される場合、これは、（１）材料が基板と直に接触すること、または（２）材料が基板上に常駐する１つまたはそれを上回る遷移層と接触することのいずれかを意味することができる。

「単結晶」とは、実質的に１つのみのタイプの単位胞を備える、結晶構造を意味する。しかしながら、単結晶層は、積層欠陥、転位、または他の一般に生じる結晶欠陥等、いくつかの結晶欠陥を呈し得る。

「単分域」とは、単位胞の実質的に１つのみの構造と、その単位胞の実質的に１つのみの配向とを備える、結晶構造を意味する。言い換えると、単分域結晶は、双晶形成または逆相分域を呈さない。

「単相」とは、単結晶および単分域の両方である、結晶構造を意味する。

「結晶質」とは、実質的に単結晶および実質的に単分域である、結晶構造を意味する。結晶度は、結晶構造が単結晶かつ単分域である程度を意味する。高結晶構造は、ほぼ完全または完全に単結晶かつ単分域となるであろう。

「非晶質」とは、長距離規則度を伴わない材料を意味する。

「基板」とは、堆積される層が形成される材料を意味する。例示的基板は、限定ではないが、ウエハが単結晶シリコンの均質厚を備える、バルクシリコンウエハ、バルクシリコンハンドルウエハ上に配置される二酸化硅素層の上に配置されるシリコンの層を備える、絶縁体上シリコンウエハ等の複合ウエハ、またはその上もしくはその中に素子が形成される基層としての役割を果たす、任意の他の材料を含む。用途に応じて、基板層およびバルク基板として使用するために好適なそのような他の材料の実施例は、限定ではないが、ゲルマニウム、アルミナ、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、シリカ、二酸化硅素、硼珪酸ガラス、パイレックス（登録商標）、およびサファイアを含む。

「ミスカット基板」とは、基板の結晶構造と関連付けられた、それに対してある角度で配向される表面結晶構造を備える、基板を意味する。例えば、６°ミスカット＜１００＞シリコンウエハは、＜１１０＞等の別の主要結晶配向に向かって６°だけ＜１００＞結晶配向に対してある角度で切断された＜１００＞シリコンウエハを備える。典型的には、必ずしもではないが、ミスカットは、最大約２０°となるであろう。具体的に記載されない限り、語句「ミスカット基板」は、任意の主要結晶配向を有するミスカットウエハを含む。すなわち、＜０１１＞方向に向かってミスカットされた＜１１１＞ウエハ、＜１１０＞方向に向かってミスカットされた＜１００＞ウエハ、および＜００１＞方向に向かってミスカットされた＜０１１＞ウエハである。

「絶縁体上半導体」とは、単結晶半導体層と、単相誘電層と、基板とを備え、誘電層が半導体層と基板との間に介在される、組成物を意味する。本構造は、典型的には、単結晶シリコン基板と、非単相誘電層（例えば、非晶質二酸化硅素等）と、単結晶シリコン半導体層とを含む、先行技術の絶縁体上シリコン（「ＳＯＩ」）組成物を連想させる。先行技術のＳＯＩウエハと本発明の絶縁体上半導体組成物との間のいくつかの重要な区別は、以下である。

絶縁体上半導体組成物は、単相形態を有する、誘電層を含む一方、ＳＯＩウエハは、含まない。実際、典型的ＳＯＩウエハの絶縁体層は、単結晶ですらない。

絶縁体上半導体組成物は、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコン－ゲルマニウム「活性」層を含む一方、従来技術のＳＯＩウエハは、シリコン活性層を使用する。言い換えると、例示的絶縁体上半導体組成物は、限定ではないが、絶縁体上シリコン、絶縁体上ゲルマニウム、および絶縁体上シリコン－ゲルマニウムを含む。

「電極」とは、回路の一部と接触するために使用される、伝導性材料を意味する。電極は、金属、半金属、半導体、珪化物、窒化物、および非金属から作製されることができるが、それらが接触する回路の一部より伝導性である。

第２の層の「上にある」またはそれ「にわたる」ように本明細書に説明および／または描写される第１の層は、第２の層に直に隣接することができる、もしくは１つまたはそれを上回る介在層が、第１および第２の層間に存在することができる。第２の層または基板の「直接上にある」もしくはそれ「に直接わたる」ように本明細書に説明および／または描写される、第１の層は、可能性として、第１の層と第２の層または基板の混合に起因して形成され得る、介在合金層以外に、介在層が存在せずに、第２の層または基板に直に隣接する。加えて、第２の層または基板の「上にある」、それ「にわたる」、その「直接上にある」、またはそれ「に直接わたる」ように本明細書に説明および／または描写される、第１の層は、第２の層もしくは基板全体または第２の層もしくは基板の一部を被覆してもよい。

基板は、層成長の間、基板ホルダ上に設置され、したがって、上部表面または上側表面は、基板ホルダから最も遠い基板または層の表面である一方、底部表面または下側表面は、基板ホルダに最も近い基板または層の表面である。本明細書に描写および説明される構造のいずれかは、描写されるものの上方および／または下方に付加的層を伴う、より大きい構造の一部であることができる。明確にするために、本明細書における図は、これらの付加的層を省略し得るが、これらの付加的層は、開示される構造の一部であることができる。加えて、描写される構造は、本繰り返しが図に描写されない場合でも、単位として繰り返されることができる。

前述の説明から、本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書に説明される概念を実装するための種々の技法が使用されてもよいことが明らかである。説明される実施形態は、あらゆる点において、例証であって、制限ではないと見なされるものとする。また、本明細書に説明される技法および構造は、本明細書に説明される特定の実施例に限定されず、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施例においても実装されることができることを理解されたい。同様に、動作が、特定の順序で図面に描写されるが、これは、そのような動作が示される特定の順序または順次順序で行われること、または全ての図示される動作が望ましい結果を達成するために行われることを要求するものと理解されるべきではない。

Claims (29)

1. 層構造であって、
   基板にわたるエピタキシャル結晶希土類酸化物（ＲＥＯ）層と、
   前記エピタキシャル結晶希土類酸化物層にわたる第１のエピタキシャル電極層と、
   前記第１のエピタキシャル電極層にわたるエピタキシャル圧電層と、
   前記エピタキシャル圧電層にわたる第２のエピタキシャル結晶希土類含有層であって、前記第２のエピタキシャル結晶希土類含有層の上部表面の格子構造は、前記第２のエピタキシャル結晶希土類含有層にわたる１つ以上の素子層の底部表面に対して格子合致を提供するように構成されている、第２のエピタキシャル結晶希土類含有層と
   を備える、層構造。
2. 前記エピタキシャル圧電層にわたる第２の電極層をさらに備える、請求項１に記載の層構造。
3. 前記第１のエピタキシャル電極層は、エピタキシャル金属を備える、請求項１に記載の層構造。
4. 前記エピタキシャル金属は、単結晶である、請求項３に記載の層構造。
5. 前記第１のエピタキシャル電極層は、希土類ニクタイドを備える、請求項１に記載の層構造。
6. 前記第２のエピタキシャル結晶希土類含有層にわたる１つ以上の素子層をさらに備える、請求項１に記載の層構造。
7. 前記第２の電極層にわたる最終エピタキシャル層をさらに備え、前記最終エピタキシャル層は、金属珪化物、結晶ＲＥＯ、希土類ニクタイド、グラフェンのうちの１つ以上のものを含有する、請求項２に記載の層構造。
8. 前記エピタキシャル圧電層は、窒化アルミニウムおよび窒化アルミニウムスカンジウムのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の層構造。
9. 前記第２のエピタキシャル結晶希土類含有層は、ＲＥＯを備える、請求項１に記載の層構造。
10. 前記第２のエピタキシャル結晶希土類含有層は、希土類ニクタイドを備える、請求項１に記載の層構造。
11. 前記エピタキシャル結晶希土類酸化物層の密度は、５×１０^３ｋｇ／ｍ^３～１５×１０^３ｋｇ／ｍ^３である、請求項１に記載の層構造。
12. 前記エピタキシャル結晶希土類酸化物層の密度は、７×１０^３ｋｇ／ｍ^３～１０×１０^３ｋｇ／ｍ^３である、請求項１に記載の層構造。
13. 前記第２の電極層にわたる上側接触層と、
    前記第１のエピタキシャル電極層にわたる下側接触層と、
    前記下側接触層にわたる相互接続部と
    をさらに備える、請求項２に記載の層構造。
14. 前記１つ以上の素子層は、１つ以上の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）層を備える、請求項６に記載の層構造。
15. 前記１つ以上の素子層は、１つ以上のヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）層を備える、請求項６に記載の層構造。
16. 前記１つ以上の素子層は、１つ以上の擬似格子整合ＨＥＭＴ（ｐＨＥＭＴ）層を備える、請求項６に記載の層構造。
17. 前記第１のエピタキシャル電極層は、層を備え、前記層は、前記層の厚さを通して第１の希土類含有材料から第２の希土類含有材料まで組成が変化する、請求項１に記載の層構造。
18. 前記第１のエピタキシャル電極層は、多層構造を備える、請求項１に記載の層構造。
19. 希土類ニクタイド層およびＲＥＳｉ層のうちの少なくとも１つを前記第１のエピタキシャル電極層に隣接してさらに備える、請求項１に記載の層構造。
20. 前記基板は、シリコン基板を備える、請求項１に記載の層構造。
21. 前記基板は、炭化硅素基板を備える、請求項１に記載の層構造。
22. 前記基板は、サファイア基板を備える、請求項１に記載の層構造。
23. 層構造を加工する方法であって、
    エピタキシャル結晶希土類酸化物（ＲＥＯ）層を基板にわたって堆積させることと、
    第１のエピタキシャル電極層を前記エピタキシャル結晶希土類酸化物層にわたって堆積させることと、
    エピタキシャル圧電層を前記第１のエピタキシャル電極層にわたって堆積させることと、
    第２のエピタキシャル結晶希土類含有層を前記エピタキシャル圧電層にわたって堆積させることであって、前記第２のエピタキシャル結晶希土類含有層の上部表面の格子構造は、前記第２のエピタキシャル結晶希土類含有層にわたる１つ以上の素子層の底部表面に対して格子合致を提供するように構成されている、ことと
    を含む、方法。
24. 前記エピタキシャル圧電層にわたって第２の電極層を配置することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記エピタキシャル結晶希土類酸化物層と前記基板との間に非晶質酸化物層を堆積させることをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
26. １つ以上の素子層を前記第２のエピタキシャル結晶希土類含有層にわたって堆積させることをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
27. 最終エピタキシャル層を前記第２の電極層にわたって堆積させることをさらに含み、前記最終エピタキシャル層は、金属珪化物、結晶ＲＥＯ、希土類ニクタイド、グラフェンのうちの１つ以上のものを含有する、請求項２４に記載の方法。
28. 上側接触層を前記第２の電極層にわたって堆積させることと、
    第１の選択された領域をエッチングすることにより、前記第１のエピタキシャル電極層を暴露させることと、
    前記エッチングされた第１の選択された領域を誘電材料で充填することと、
    第２の選択された領域をエッチングすることにより、前記第１のエピタキシャル電極層を暴露させることと、
    下側接触層を前記第２の選択された領域内の前記第１のエピタキシャル電極層にわたって堆積させることと、
    相互接続部を前記下側接触層にわたって堆積させることと
    をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
29. 希土類ニクタイド層およびＲＥＳｉ層のうちの少なくとも１つを前記第１のエピタキシャル電極層に隣接して堆積させることをさらに含む、請求項２３に記載の方法。

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