JP7313327B2 - 微小電気機械システム(mems)導波デバイスを作製する方法及び微小電気機械システム(mems)導波デバイス - Google Patents
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Description
器デバイスが同様に知られている。表面音響波(SAW:surface acoustic wave)デバイスと比較して、板波共振器は、シリコンまたは他の基板の上に作製されてもよく、また、無線周波数回路内により容易に集積されてもよい。Reinhardtは、マルチ周波数板波タイプ共振器デバイスを開示し、そのデバイスは、シリコン基板、ブラッグミラーを構成する堆積済み層(例えば、SiOC、SiN、SiO2、及びMo)の積重体、堆積済みAIN圧電層、及びSiNパッシベーション層を含む。Reinhardtによれば、少なくとも1つの共振器は、決定される有用な帯域幅を有するために、共振器のカップリング係数を修正するために配置された識別層を含む。Reinhardtの教示の1つの制限は、非常に異なる格子構造を有する下地材料を覆うAIN圧電材料の(例えば、エピタキシによる)堆積が、一般に単結晶材料の形成を排除し、代わりに、完全配向から或る程度逸脱した低品質材料が、通常生成されることである。更なる制限は、Reinhardtのアプローチが、単一基板上で広く異なる(例えば、オクターブの差の)周波数の共振器を生成することが可能であるように見えないことである。更に、少なくとも或る状況において、層厚の一貫して高い再現性を有するブラッグミラーを生成することが困難である場合がある。
ギャップは、(i)圧電材料、または、(ii)低速波伝搬材料及び/または温度補償材料を、全体的にまたは部分的に充填されてもよい。IDTによって変換される音響波の波長λは、逆極性の隣接電極(指)間のピッチまたは分離距離の2倍に等しく、波長λは、同様に、同じ極性の最も近い電極(指)間の分離距離に等しい。
いて、ブラッグミラーは、少なくとも1つの低インピーダンス層及び少なくとも1つの高インピーダンス層の少なくとも1つの群を含み、少なくとも1つの低インピーダンス層は、少なくとも1つの群内で少なくとも1つの高インピーダンス層とシーケンシャルに配置される。或る実施形態において、単結晶圧電層内の横励起波は波長λを有し、少なくとも1つの導波閉じ込め構造の各導波閉じ込め構造は5λの厚さを含む。或る実施形態において、結合界面は、単結晶圧電層とデバイスの少なくとも1つの下地層(導波閉じ込め構造、任意選択で設けられる低速波伝搬層、または基板等)との間に設けられる。
内で波長λ1を有する第1の横音響波の変換のために構成される第1の電極の群、及び、第2の厚さ領域上にまたは第2の厚さ領域に隣接して配置され、第2の厚さ領域内で波長λ2を有する第2の横音響波の変換のために構成される第2の複数の電極を含み、λ1はλ2と異なる。デバイスは、第1の厚さ領域内に第1の横音響波を閉じ込めるように構成され、第2の厚さ領域内に第2の横音響波を閉じ込めるように構成される少なくとも1つの導波閉じ込め構造を更に含む。或る実施形態において、少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、高速波伝搬材料を含む。或る実施形態において、少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、少なくとも1つの低インピーダンス層及び少なくとも1つの高インピーダンス層の少なくとも1つの群を含むブラッグミラーを含み、少なくとも1つの低インピーダンス層は、少なくとも1つの群内で少なくとも1つの高インピーダンス層とシーケンシャルに配置される。或る実施形態において、ブラッグミラーは、温度補償層によって単結晶圧電層から分離される。
される。こうした結合は、当技術分野で知られているウェハ結合を使用して実施されてもよい。第1及び第2の電極の群は、それぞれ、第1の厚さ領域内で第1の波長λ1を有する第1の横音響波の変換のため、また、第2の厚さ領域内で第2の波長λ2を有する第2の横音響波の変換のために、それぞれ、第1の厚さ領域及び第2の厚さ領域上にまたはその上に画定される。或る実施形態において、圧電材料層の少なくとも1つの表面は、(例えば、結合準備ステップとして)結合する前に平坦化される、及び/または、(圧電層の厚さを調整するため)結合した後に平坦化される。或る実施形態において、温度補償材料は、圧電層の下に設けられてもよく、温度補償材料は、任意選択で、互いに異なる、第1の温度補償層厚さ領域及び第1の温度補償層厚さ領域を含む。或る実施形態において、温度補償材料は、第1の厚さ領域または第2の厚さ領域の少なくとも一方の表面上にまたはそれを覆って堆積される。
ximate(隣接する)」及び「adjacent(隣接する)」は、他の層または要素に密接するまたはそれに近い状態を指し、本明細書で逆に指定されない限り、指定された層または要素に、他の層または要素のすぐ上にあるまたは直接接触状態にあることを必ずしも要求することなく、1つまたは複数の介在する層または要素の考えられる存在を包含する。
propagation layer)」は、関心の音響波が、その音響波がその中で変換される近接圧電層内よりも低速で移動する材料または層を指す。或る実施形態に従って使用されてもよい高速波伝搬材料の例は、(限定はしないが)ダイヤモンド、サファイア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、及びシリコンを含む。或る実施形態に従って使用されてもよい低速波伝搬材料の例は、(限定はしないが)二酸化ケイ素を含む。
とも1つの機能層は、1つの電極の群を覆うが、別の電極の群を覆わない。機能層は、変換される音響波の速度を修正してもよい、及び/または、MEMS導波デバイスの温度補償特性を変更してもよい。或る実施形態において、少なくとも1つの機能層は、温度補償材料または低速波伝搬材料を含む。
ある。したがって、温度変化によって圧電層12によって導波閉じ込め構造16に印加される膨張力及び収縮力は、中間配置される低速波伝搬層14によって印加される対向力によって実質的に打消される。結果として、中間配置される低速波伝搬層14を含む複合物構造は、温度が変化するときの屈曲または反りに抵抗し、それにより、圧電層12の膨張及び収縮を減少させ、圧電層12の有効TCEを減少させる。
される。以下の図は、キャリア基板に強固に実装されているように見える単結晶圧電層及び導波閉じ込め構造を示すが、各事例において、示す単結晶圧電層及び導波閉じ込め構造は(付随する電極と共に)、基板がなくてもよい、または、(図2~3に示すように)キャリア基板の上に懸垂保持されてもよいことが理解される。
を挟む第1及び第2の導波閉じ込め構造16A、16Bとして役立つ第1及び第2の高速波伝搬層によって提供される。オプションの基板28は、第1の導波閉じ込め構造16Aの下に配設される。図8のMEMS導波デバイスを作製するため、基板28を含む下側サブアセンブリ、第1の導波閉じ込め構造16A、及び第1の低速波伝搬層14Aが生成される。リセスが、第1の低速波伝搬層14Aの上側表面内に(例えば、エッチングによって)画定されてもよく、また、金属がリセス内に堆積されて、下側電極38A、40Aを形成してもよい。第1の低速波伝搬層14A及び下側電極38A、40Aの平坦化及び研磨に続いて、事前作製済み単結晶圧電ウェハが、下側サブアセンブリに直接結合され、所望の厚さまで(例えば、研削及び研磨によって)処理されて、圧電層12を形成してもよい。その後、上側電極38B、40Bが、圧電層12上に堆積され、それに続いて、第2の低速波伝搬層14B及び第2の導波閉じ込め構造16Bの堆積が行われてもよい。
、圧電層12の全体の厚さ内に埋め込まれかつそこを通して延在するIDTの形態の電極38、40を含むMEMS導波デバイスを示す。両面導波閉じ込めは、低速波伝搬層14A、14Bを挟む第1及び第2の導波閉じ込め構造16A、16Bとして役立つ第1及び第2の高速波伝搬層によって提供される。オプションの基板28は、第1の導波閉じ込め構造16Aの下に配設される。電極38、40は、圧電層12の一方の表面上だけに配設され、したがって、圧電層12の中心厚に対して対称に配置される。図12のMEMS導波デバイスを作製するため、基板28を含む下側サブアセンブリ、第1の導波閉じ込め構造16A、及び第1の低速波伝搬層14Aが生成される。第1の低速波伝搬層14Aの平坦化及び研磨に続いて、事前作製済み単結晶圧電ウェハが、下側サブアセンブリに直接結合されてもよい。その後、アパーチャまたはリセスが、イオンミリング等の任意の適した技法によって圧電ウェハ内に画定されてもよく、また、金属が、アパーチャまたはリセス内に(例えば、蒸着によって)堆積されて、電極38、40を形成してもよい。圧電ウェハ及び堆積された電極は、その後、電極38、40を露出する所望の厚さまで(例えば、研削及び研磨によって)処理されて、電極38、40が圧電層12の全体の厚さを通して延在する状態で圧電層12を形成してもよい。その後、第2の低速波伝搬層14B及び第2の導波閉じ込め構造16Bは、圧電層12を覆ってシーケンシャルに堆積されてもよい。
波デバイスを作製するため、導波閉じ込め構造16、オプションの低速波伝搬層14、及び第1の電極層54は、基板28を覆って堆積されて、下側サブアセンブリを形成してもよい。圧電ウェハは、下側サブアセンブリに直接結合され、それに先行して、また任意選択でそれに続いて、適切な平坦化及び/または研磨ステップが行われてもよい。或る実施形態において、交互極性圧電領域12A、12Bは、結合の前に(例えば、液体セル分極処理または電子ビーム書込みによって)画定されてもよく、他の実施形態において、交互極性圧電領域12A、12Bは、結合が終了した後に画定されてもよい。その後、第2の電極層56が、交互極性圧電領域12A、12Bを覆って堆積されて、PPT58を形成してもよい。PPT構造及びPPT作製技法の例は、参照により本明細書に組込まれる米国特許第7,898,158号に開示される。
用されることを除いて、図20のデバイスと実質的に類似のMEMS導波デバイスを示す。図21のデバイスの作製は、図20のデバイスの作製と実質的に類似する。
スの作製は、図12及び13に関連して述べる作製ステップと実質的に類似し、それに続いて、圧電層12を覆う第2の低速波伝搬層14B及び第2の導波閉じ込め構造16Bの堆積が行われる。図24及び図25は両面閉じ込めを有するMEMS導波デバイスを示すが、代替の実施形態において、第2の(上面)側の閉じ込め構造16Bが、任意選択で、第2の低速波伝搬層14Bの省略と組合せて省略されてもよい。
、40を有する、複数のリセス74を画定する圧電層12を含むMEMS導波デバイスを示す。第1の電極の群38は、圧電層12のバルク上側表面上に配置され、第2の電極の群40は、リセス74内に配置され、それにより、第1の電極の群38は第2の電極の群40と共面的でない。オプションの低速波伝搬層14A、14Bは、圧電層12及び電極38、40を挟み、第2の低速波伝搬層14Bの所定の部分は、電極40の上でかつ電極38の間のギャップ68を更に充填する。更に、第1及び第2の導波閉じ込め構造16A、16Bとして役立つ第1及び第2の高速波伝搬層は、両面閉じ込めを提供し、低速波伝搬層14A、14Bを挟む。オプションの基板28は、導波閉じ込め構造16Aの下に配設される。電極38、40は、圧電層12の中心厚に対して非対称に配置される。図28のMEMS導波デバイスの下側部分の作製は、電極38、40及び圧電層12を覆って第2の低速波伝搬層14B及び第2の導波閉じ込め構造16Bを堆積させる更なるステップと共に、図26のデバイスを作製するときに使用されるステップに従って進められる。
るMEMS導波デバイスを示す。第1の電極の群38-1、40-1(例えば、第1のIDTを形成する)は第1の厚さ領域82-1を覆って配置され、第2の電極の群38-2、40-2(例えば、第2のIDTを形成する)は第2の厚さ領域82-2を覆って配置され、全ての電極38-1、40-1、38-2、40-2は、実質的に共面的であり、非対称導波励起に対して配置される。図31に示すように、第1の電極の群38-1、40-1内の電極の周期性(または間隔)は、好ましくは、第2の電極の群38-2、40-2内の電極の周期性と異なる。上側サブアセンブリの温度補償材料84(図30に示す)を下側サブアセンブリの温度補償層14に付加することによって、結果として得られるMEMS導波デバイスは、第1の温度補償層厚さ領域14-1及び第2の温度補償層厚さ領域14-2を含み、こうした各領域14-1、14-2は異なる厚さを有する。図31のMEMS導波デバイスの動作時、横励起波は、第1の電極の群38-1、40-1及び第2の電極の群38-2、40-2をそれぞれ使用して、圧電層の第1及び第2の厚さ領域82-1、82-2内で刺激され、導波閉じ込め構造16(すなわち、高速波伝搬層)は、横励起波を第1及び第2の厚さ領域82-1、82-2内に閉じ込めるのに役立つ。
MEMS導波デバイスは、第1の電極の群38-1、40-1(例えば、第1のIDTを形成する)及び第2の電極の群38-2、40-2(例えば、第2のIDTを形成する)をそれぞれ重ねられる圧電層の第1及び第2の厚さ領域82-1、82-2を含む。第1及び第2の厚さ領域82-1、82-2の上部表面は非共面的であり、それにより、第1の電極の群38-1、40-1は第2の電極の群38-2、40-2と非共面的である。圧電層の第1及び第2の厚さ領域82-1、82-2は温度補償層14の上に載る。その下に、高速波伝搬材料の形態の導波閉じ込め構造16が設けられる。導波閉じ込め構造16は、任意選択で下にある基板28によって支持されてよい。図35のMEMS導波デバイスは、基板28上に導波閉じ込め構造16(例えば、高速波伝搬材料)を堆積させ、導波閉じ込め構造16を覆って温度補償層14を堆積させることによって作製されてもよい。温度補償層14の嵌合表面及び事前作製済み圧電ウェハの嵌合表面の適切な平坦化及び研磨後に、こうした表面は直接結合されてもよい。その後、圧電ウェハは、イオンミリングによって等で、局所的に薄化されて、第1及び第2の厚さ領域82-1、82-2を画定してもよく、また、電極の群38-1、40-1及び38-2、40-2は、厚さ領域上に堆積されてもよい。
Claims (8)
- 微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法であって、
第1の厚さ領域及び第2の厚さ領域を画定するため、単結晶圧電材料層を局所的に薄化することであって、前記第1の厚さ領域の厚さは前記第2の厚さ領域の厚さと異なる、前記薄化すること、
結合界面を設けるため、前記局所的に薄化した単結晶圧電材料層を下地層上にまたは前記下地層を覆って結合させること、
前記第1の厚さ領域上にまたは前記第1の厚さ領域に隣接して配置され、前記第1の厚さ領域内で波長λ1を有するメインモード横音響波の変換のために構成される第1の複数の電極を画定すること、及び、
前記第2の厚さ領域上にまたは前記第2の厚さ領域に隣接して配置され、前記第2の厚さ領域内で波長λ2を有するメインモード横音響波の変換のために構成される第2の複数の電極を画定することを含む、微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法。 - 前記局所的に薄化した単結晶圧電材料層を前記下地層上にまたは前記下地層を覆って結合させる前に、前記単結晶圧電材料層の少なくとも1つの表面を平坦化することを更に含む、請求項1に記載の微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法。
- 温度補償材料を、前記第1の厚さ領域または前記第2の厚さ領域の少なくとも一方の表面上に堆積させることを更に含む、請求項1または2に記載の微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法。
- 前記温度補償材料は、前記第1の厚さ領域に近接して第1の温度補償層厚を含み、また、前記第2の厚さ領域に近接して第2の温度補償層厚を含み、前記第2の温度補償層厚は前記第1の温度補償層厚とは異なる、請求項3に記載の微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法。
- 前記第1の複数の電極は前記第2の複数の電極に関して実質的に共面的である、請求項1から4のいずれか一項に記載の微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法。
- 前記第1の複数の電極は前記第2の複数の電極に関して非共面的である、請求項1から4のいずれか一項に記載の微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法。
- 前記下地層は、高速波伝搬層、ブラッグミラー、または基板の少なくとも1つを備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法。
- 前記第1の複数の電極は第1のインターデジタル変換器を備え、前記第2の複数の電極は第2のインターデジタル変換器を画定する、請求項1から7のいずれか一項に記載の微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法。
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