FR3004289A1

FR3004289A1 - Composant a ondes acoustiques de surface et sa methode de fabrication

Info

Publication number: FR3004289A1
Application number: FR1300824A
Authority: FR
Inventors: Christophe Zinck; Eric Desbonnets
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-10-10
Anticipated expiration: 2033-04-08
Also published as: US20160065162A1; JP2016519897A; US10270413B2; EP2984754A1; FR3004289B1; JP6619327B2; CN105308860A; CN105308860B; EP2984754B1; KR20150139856A; KR102184208B1; WO2014166722A1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de surface (20) comprenant l'étape (a) consistant à fournir une structure piézoélectrique (200), l'étape (b) consistant à fournir une structure diélectrique, l'étape (b) comprenant une étape (b1) de métallisation (S22) de la structure diélectrique (220, 221), et le procédé comprenant en outre l'étape (c) de collage (S24) de la structure diélectrique métallisée (231) à la structure piézoélectrique (200).

Description

Domaine de l'invention La présente invention fabrication concerne un procédé de d'un dispositif à surface ondes acoustiques de et un dispositif à ondes acoustiques de surface. Arrière-plan de l'invention Les structures de résonateurs acoustiqu dispositifs à es tels que les ondes acoustiques de surface (SAW) 10 utilisent un ou plusieurs transducteurs interdigités (IDT) 111 prévus sur un substrat piézoélectrique 100 pour convertir des signaux électriques en ondes 15 acoustiques et vice versa, comme schématiquement à la illustré figure 1A. De tels dispositifs ou résonateurs SAW sont souvent utilisés dans les applications de filtrage. La radiofréquence technologie SAW à (RF) fournit d'excellentes performances 20 telles qu'une haute isolation et de faibles pertes d'insertion et est largement utilisée pour les duplexeurs RF (DPX) dans les applications de communication sans fil. Pour être plus concurrentielle par rapport aux DPX RF basés sur la technologie des 25 ondes acoustiques de volume (BAW) RF, la performance des dispositifs SAW RF doit être améliorée et l'on exige en particulier que la réponse en fréquence soit stable vis-à-vis de la température. La dépendance de la fréquence de fonctionnement des 30 dispositifs SAW vis-à-vis de la température, ou le coefficient de fréquence thermique (TCF), dépend non seulement des variations de l'espacement illustré à la figure lA par l'espacement S entre les doigts 35 interdigités des IDT, qui sont généralement dues au coeffi relativement coefficient de dilatation thermique (TCE) élevé des substrats piézoélectriques couramment utilisés mais mmdépend également vitesse du coefficient de thermique (TCV), car la dilatation ou la r 3004289 - 2 - contraction du substrat piézoélectrique s'accompagne d'une augmentation ou d'une diminution de la vitesse de l'onde acoustique de surface SAW. L'article récemment publié de K. Hashimoto, M. Kadota 5 et coll., "Recent Develo Compensated pment of Temperature SAW Devices", IEEE pages 79 Ultrason. Symp. 2011, à 86, 2011, donne approches une vue d'ensemble des couramment utilisées pour surmonter le problème de la dépendance vis-à-vis de la température 10 de la réponse en fréquence des dispositifs SAW, en particulier de l'approche par recouvrement de Si02. Comme illustré schématiquement à la figure 1B cette comprend l , dernière approche concernant le recouvrement de SiO2 'étape S12 de métallisation piézoélectrique 100 du substrat , ' conduisant à des parties métallisées 110, et létape de formation S10 d'une couche diélectrique 120 , subséquente couche de en particulier d'une 20i02, sur toute la surface du substrat pié piézoélectrique 100 et des parties métallisées 110. Une plan étape de planarisation mise en oeuvre supplémentaire S13 peut être uvre selon que l'on souhaite obtenir en tant que dispositif final un dispositif SAW avec une surface supérieure convexe 101 ou un dispositif 25 surface supérieure SAW avec une plane 102. Toutefois cette approche est plutôt limitée, pour plusieurs raisons. Le choix des matériaux utilisés pour les parties métallisées 110 et le choix des techniques de dépôt utilisées pour ces matériaux sont limités 30 en raison de la compatibilité requise avec le substrat but d' Piézoélectrique 100, dans le obtenir un bon contact électrique ailleurs, le choix (ohmique). Par des matériaux utilisés pour la couche diélectrique 120 métallisées recouvrant les parties 110 et le substrat piézoélectrique 100 et couche 35 le choix des techniques de dépôt utilisées pour cette diélectrique 120 budget thermi sont limités parce que le que utilisé au cours de la formation de la matériau couche diélectrique 120 doit être compatible avec le utilisé pour les parties métallisées 110 et le - 3 substrat piézoélectrique 100 afin d'éviter la dégradation des propriétés piézoélectriques, la dégradation des propriétés électriques des parties métallisées 110, ou d'éviter la diffusion de métal vers 5 le substrat piézoélectrique 100 ou vers la couche diélectrique 120 formée par-dessus la structure métallisée. D'ailleurs, le coefficient de dilatation thermique TCE relativement élevé des substrats piézoélectriques 100 couramment utilisés peut en outre 10 poser des problèmes de fabrication dus à un gauchissement ou un fléchissement ou à une contrainte induite si plusieurs matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique TCE différents sont en contact les uns avec les autres et que les températures 15 appliquées dépassent la limite maximale admise, comme cela peut être le cas pour la métallisation 110 formée par-dessus le substrat piézoélectrique 100, le budget thermique employé au cours de la formation de la couche diélectrique 120 conduisant au décollement des parties 20 métallisées 110 voire à la rupture de la plaquette. En outre, la formation de la couche diélectrique 120 à des températures relativement basses, comme cela peut être le cas pour certaines couches de SiO2 amorphes, donne lieu à un matériau de relativement mauvaise 25 ayant des qualité propriétés acoustiques réduites, ce qui limite donc la performance de la technologie SAW basée sur celle-ci. De plus, des défauts de croissance inévitables dus au dépôt de la couche diélectrique 120 à la fois sur les parties métallisées 110 et le 30 substrat piézoélectrique 100, conjointement avec le fait que les parties métallisées 110 comprennent des parties horizontales et verticales par rapport à la direction de la croissance de la couche diélectrique 120, donnent lieu à des effets électroacoustiques 35 parasites, en particulier aux intersections entre les parties verticales et horizontales, et donc à des pertes de performances du dispositif SAW 10. - 4 - L'objet de l'invention est de proposer un dispositif et un procédé de fabrication d'un dispositif ne présentant pas les inconvénients susmentionnés. 5 Description de l'invention En particulier, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de surface comprenant les étapes consistant 10 à (a) fournir une structure piézoélectrique, (b) fournir une structure diélectrique, l'étape (b) comprenant une étape (b1) de métallisation de la structure diélectrique, et le procédé comprenant en outre une étape (c) de collage de la structure 15 diélectrique métallisée à la structure piézoélectrique. Ce procédé de fabrication présente l'avantage que la structure diélectrique peut être fournie dans un processus séparé de la fourniture de la structure 20 piézoélectrique, etpar conséquent certaines incompatibilités peuvent être évitées. Par exemple, il n'est plus nécessaire de se limiter à des matériaux diélectriques adaptés pour être déposés sur un matériau piézoélectrique, mais le choix est beaucoup plus large. 25 En outre, comme la métallisation est effectuée sur la structure diélectrique et pas l'inverse, on peut utiliser des matériaux diélectriques présentant une température de formation élevée, par exemple comme de l'oxyde de silicium formé par croissance thermique, 30 parce qu'il n'y a aucun risque de diffusion du métal puisqu'il est formé dans une étape ultérieure. De tels matériaux diélectriques de haute qualité permettent aussi un bien meilleur contrôle de la métallisation et en particulier un bien meilleur contrôle de l'interface 35 entre la structure diélectrique et les parties métallisées, ce qui permet d'éviter les effets parasites provoquant une perturbation des ondes acoustiques de surface. En plus des avantages mentionnés, la compensation thermique du dispositif à - 5 - ondes acoustiques de surface, permettant d'obtenir une stabilité thermique bien plus élevée de sa réponse en fréquence, est réalisée grâce à la rigidification fournie par la structure diélectrique et son coefficient de dilatation thermique TCE contrebalançant. Dans un autre mode de réalisation avantageux, l'étape (b1) est mise en oeuvre de manière à former une 10 structure d'électrodes interdigitées. Ceci fournit l'avantage bénéfique que l'on peut choisir de manière adéquate le motif de la structure d'électrodes interdigitées et donc ses caractéristiques 15 structurelles, comme par exemple son espacement, pour obtenir la plage de fréquences souhaitée du dispositif à ondes acoustiques de surface. Dans un autre mode de réalisation avantageux, la 20 structure d'électrodes interdigitées présente un espacement inférieur à 100 nm, et la structure diélectrique présente une constante diélectrique permettant d'obtenir une tension de claquage supérieure à 100 V. 25 Ce mode de réalisation fournit l'effet bénéfique qu'un bien meilleur contrôle de la métallisation conduit à une meilleure définition de son motif et permet une réponse en fréquence bien définie du dispositif à ondes 30 acoustiques de surface. L'utilisation de matériaux diélectriques bien adaptés permet de réduire l'espacement S de la structure d'électrodes interdigitées et d'adapter le dispositif à ondes acoustiques de surface à des applications de grande 35 puissance, en particulier en utilisant des matériaux à coefficient diélectrique k élevé. Dans un mode de réalisation avantageux supplémentaire, l'étape (1°1) est mise en oeuvre par dépôt de métal et 4 - 6 étape de formation le dépôt de métal la température de formation température de diffusion du métal diélectrique ou dans la structure particulier la température de à 350° C, de préférence plus préférablement supérieure à 10 Ceci fournit l'avantage bénéfique de pouvoir utiliser des températures très supérieures pour la formation de la couche diélectrique, lesquelles auraient été incompatibles avec le déroulement du processus de l'art 15 antérieur en raison de la diffusion du métal! réalisation avantageux supplémentaire, le métal déposé peut être choisi parmi le groupe constitué de Au, Pt, Cu, Al, Mo, W. 20 Ceci fournit l'avantage bénéfique de pouvoir utiliser pour la métallisation des matériaux qui auraient été incompatibles avec le dépôt direct sur la structure piézoélectrique. 25 réalisation avantageux supplémentaire, diélectrique comprend une couche couche diélectrique étant fabriquée en un matériau choisi parmi le groupe de matériaux 30 comprenant Si02, SiN, SiON, SiOC, SiC, DLC, ou l'alumine. Ceci fournit l'avantage bénéfique de pouvoir utiliser des matériaux bien connus, le déroulement du processus 35 permettant l'utilisation de techniques d'élaboration et de températures de formation incompatibles avec le qui auraient été dépôt direct sur la structure piézoélectrique. l'étape (b) comprend une formation, étant supérieure à la déposé dans la couche piézoélectrique, formation étant supérieure à 850° 1200° C. couche diélectrique avant température de supérieure C, en d'une à une Dans un mode de Dans un mode de la structure diélectrique, la - 7 - Dans un mode de réalisation avantageux supplémentaire, la structure diélectrique comprend diélectrique, la couche diélectrique étant une couche un oxyde d silicium formé de par croissance thermique à des températures supérieures à 800° C, de préférence supérieures à 1050° C. Ceci fournit l'avantage bénéfique de pouvoir utiliser des températures extrêmement élevées pour la formation 10 de ce matériau diélectrique de haute avait été directement qualité qui, s'il appliqué sur le matériau piézoélectrique, aurait détérioré les propriétés piézoélectriques de ce dernier. 15 Dans un mode de réalisation avantageux supplémentaire, la structure diélectrique comprend une couche diélectrique, la couche diélectrique étant fabriquée en un matériau à coefficient diélectrique k élevé, préférence choisi de parmi le silicate d'hafnium, le 20 silicate de zirconium, le dioxyde d'hafnium, le dioxyde de zirconium. Ce mode de réalisation fournit l'effet bénéfique de pouvoir choisir correctement le matériau approprié pour 25 le matériau diélectrique en fonction de l'a par exemple une a pplication, pplication de haute puissance, et la qualité d'interface requise. Dans un mode de réalisation avantageux supplémentair 30 l'étape (b1) comprend les étapes suivantes de formation de cavités par gravure localement dans une surface de la structure diélectrique et de dépôt de métal dans les cavités. 35 Ceci fournit l'avantage bénéfique que le processus bien contrôlé de gravure et de métallisation, connu e développé par les industries des semi-conducteurst et bide la micro-électronique, conduit à un bien meilleur - 8 - contrôle de l'interface entre le matériau diélectrique et les parties métallisées. Dans un mode de réalisation avantageux supplémentaire, 5 l'étape (ID') comprend en outre l'étape de formation d'une couche de passivation avant le dépôt de métal dans les cavités et après que des cavités aient été formées par gravure localement dans la surface de la structure diélectrique. 10 Ceci fournit l'avantage bénéfique que la passivation permet de contrôler la résistance à la corrosion et peut également fournir une barrière à la diffusion du métal. 15 Dans un mode de réalisation avantageux supplémentaire, l'étape (b1) comprend en outre l'étape (b2) consistant à fournir une surface en affleurement entre le métal déposé dans les cavités et les parties non gravées de 20 la structure diélectrique, l'étape (b2) étant mise en oeuvre de préférence par polissage et/ou gravure de la partie saillante de la structure diélectrique ou du métal déposé. 25 Ceci fournit l'avantage bénéfique que la surface en affleurement peut être préparée avec une grande qualité, ce qui permet d'obtenir une interface de collage parfaite entre les parties métallisées et le matériau diélectrique et la structure piézoélectrique, g on 30 laquelle est nécessaire pour optimiser la propaati de l'onde acoustique de surface qui est confinée à la proximité de cette interface. Dans un mode de réalisation avantageux supplémentaire, 35 l'étape (b1) comprend en outre l'étape consistant à fournir une couche d'égalisation en affleurement avec la partie saillante du métal déposé ou la partie saillante de la structure diélectrique. - 9 - Ceci fournit l'avantage bénéfique que la couche d'égalisation peut optimiser la acoustique de surface et propagation de l'onde par conséquent augmenter la performance du dispositif à ondes acoustiques de surface en raison d'un couplage électromécanique optimisé. Dans un mode de réalisation avantageux supplémentaire, la structure diélectrique comprend un substrat donneur, une couche diélectrique formée sur le substrat donneur, le procédé comprenant en outre l'étape (cl) de transfert de la couche diélectrique sur la structure piézoélectrique après la mise en oeuvre de l'étape (b1).

Ceci fournit l'avantage bénéfique de pouvoir fournir une couche diélectrique faisant partie d'une structure donneuse qui peut être réutilisée plusieurs fois, ce qui augmente la performance de fabrication.

Dans un mode de réalisation avantageux supplémentaire, une étape de formation d'une zone d'affaiblissement dans le substrat donneur ou dans la couche diélectrique avant le collage et le transfert comprend une étape de séparation de la couche diélectrique du substrat donneur au niveau de la zone d'affaiblissement après l'étape (c). Ceci fournit l'avantage bénéfique qu'un tel processus permet de produire un dispositif à ondes acoustiques de 30 surface avec une surface diélectrique supérieure convexe ou plate dans un déroulement de processus facilement gérable, ce qui augmente le volume de production. 35 Dans un mode de réalisation avantageux supplémentaire, l'étape (cl) comprend le polissage et/ou la gravure du substrat donneur après l'étape (c). - 10 - Ceci fournit l'avantage bénéfique qu'un tel processus permet d'obtenir une autre méthode de production d'un dispositif à ondes acoustiques de surface avec une surface diélectrique supérieure convexe ou plate dans un déroulement de processus facilement gérable, ce qui augmente le volume de production. Dans des modes de réalisation avantageux supplémentaires, le procédé comprend en outre une étape 10 consistant à exposer au moins une partie de la structure diélectrique métallisée après l'étape (c). Ceci fournit l'avantage bénéfique d'obtenir un dispositif à ondes acoustiques de surface adressable 15 électriquement, par exemple pour réaliser des essais dans la chaîne de production. La présente invention concerne aussi un dispositif à ondes acoustiques de surface comprenant une structure 20 piézoélectrique, une couche diélectrique ayant des parties métallisées sur la structure piézoélectrique, la couche diélectrique ayant une température de formation supérieure à la température de diffusion du métal soit vers la couche diélectrique soit vers la 25 structure piézoélectrique. Ceci fournit l'avantage bénéfique d'obtenir un dispositif à ondes acoustiques de surface thermiquement compensé avec une surface diélectrique de haute qualité 30 et une interface de haute qualité entre les parties métallisées et la couche diélectrique, et également une région d'interface de haute qualité pour une propagation correcte des ondes acoustiques. 35 Dans un mode de réalisation avantageux supplément la couche aire, diélectrique présente une constante diélectrique appropriée pour permettre d'obtenir une tension de claquage supérieure à 50 V, de préférence supérieure à 100 V.

Ceci fournit l'avantage bénéfique que le dispositif à ondes acoustiques de surface peut être utilisé pour des applications de grande puissance, conjointement avec 5 des pertes d'insertion très faibles. L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple ci-après en utilisant des modes de réalisation avantageux et en référence aux dessins. Les 10 modes de réalisation décrits sont uniquement des configurations possibles dans lesquelles les caractéristiques individuelles peuvent toutefois, comme décrit ci-dessus, être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou peuvent être omises. Les 15 éléments identiques illustrés dans les dessins sont munis de symboles de référence dans lesquels le premier chiffre désigne le numéro de la figure, le deuxième et le troisième chiffre désignent l'élément à considérer, un quatrième chiffre éventuel est ajouté dans le cas 20 d'alternatives au sein de la même figure, et même un cinquième chiffre est ajouté siplusieurs modes se produisent au sein d'une même alternative. En ce qui concerne les étapes, un S supplémentaire au début est ajouté. Les parties de la description concernant des 25 éléments ou des étapes identiques illustrées dans les différents dessins pourront être omises. La figure lA (déjà décrite) illustre schématiquement un dispositif SAW avec des transducteurs interdigités 30 (IDT) sans couche de recouvrement. La figure 1B illustre schématiquement le procédé de fabrication d'un dispositif SAW avec une couche de recouvrement diélectrique selon l'état de la technique. Les figures 2 à 6 illustrent schématiquement un procédé 35 de fabrication d'une structure de résonateur acoustique et une structure de résonateur acoustique selon des modes de réalisation de la présente invention. - 12 - va à présent être décrite en de réalisation spécifiques. Il à l'homme de et des réalisation quelconques indépendamment caractéristiques et des alternatives de autre mode de réalisation revendications.

La figure 2 illustre schématiquement un procédé de fabrication d'un dispositif SAW 20 conformément aux modes de réalisation de la présente invention. Une étape de gravure S21 est réalisée sur une structure 15 diélectrique 260 comprenant une couche diélectrique 220 ce qui produit une couche diélectrique gravée 221 comportant des parties gravées et des parties non gravées. Une étape de métallisation suivante S22 est mise en oeuvre pour remplir, en affleurement, les 20 parties gravées de la couche diélectrique gravée 221 avec des parties métallisées 210, ce qui donne lieu à une structure de couche diélectrique métallisée 231 comprenant une couche diélectrique 220 comprenant des moyens électriquement conducteurs, en particulier des 25 parties métallisées 210. Après la formation de la structure de couche diélectrique métallisée 231, la structure de couche diélectrique métallisée 231 est assemblée sur une structure piézoélectrique 200, en particulier par une étape de collage S24, pour ainsi 30 former le dispositif SAW 20. La structure piézoélectrique 200 peut être un matériau piézoélectrique monocristallin ou aussi une couche mince de matériau piézoélectrique sur un substrat hôte. De préférence, le matériau piézoélectrique est du 35 niobate de lithium ou du tantalate de lithium, mais la présente invention n'est pas limitée à ceux-ci et n'importe quel matériau à couplage électromécanique approprié pourrait être utilisé. Le substrat hôte peut être adapté en termes de coefficient de dilatation La présente invention référence à des modes apparaîtra clairement caractéristiques les unes des l'art que des alternatives de peuvent être autres, avec n'importe modes de combinées, des quel dans les limites du cadre des - 13 - thermique TCE au matériau piézoélectrique afin d'améliorer la stabilisation thermique de la réponse en fréquence en agissant à l'encontre de la réponse thermique de ce dernier. Le matériau piézoélectrique 5 peut être transféré par Smart CutTM au substrat hôte mais pourrait aussi être formé par croissance épitaxiale. La couche diélectrique 220 peut dans ce cas être fabriquée en un matériau choisi parmi le groupe de 10 matériaux constitués de Si02, SiN, SiON, SiOC, SiC, DLC, d'alumine ou de tous types de matériau à coefficient diélectrique k élevé. La couche diélectrique 220 peut être fournie sous forme de couche monocristalline de l'un des matériaux diélectriques susmentionnés, ou plus 15 généralement peut être comprise dans une structure diélectrique, comme cela sera expliqué ci-dessous en rapport avec la figure 5 en particulier. Par exemple, un oxyde formé par croissance thermique pourrait être formé sur une plaquette en silicium, mais l'on peut 20 également envisager des techniques telles que par exemple le dépôt CVD ou PVD, et ce également à hautes températures, comme cela apparaîtra clairement ci-dessous. L'étape de gravure S21 dépend du matériau de la couche diélectrique 220, et peut comprendre des 25 techniques de gravure chimique choisies parmi la gravure chimique sèche ou humide, la gravure au plasma, la gravure par ions réactifs, ou une combinaison quelconque de celles-ci. Le motif des parties gravées et non gravées de la couche diélectrique gravée 221 30 peut être obtenu par un processus quelconque approprié de masquage ou de décollage, par exemple en utilisant un masque mécanique ou un moyen lithographique. Le motif des parties gravées peut avoir la forme de la structure interdigitée, comme illustré schématiquement 35 à la figure 6Bpar la structure d'électrodes interdigitées 611. L'étape de métallisation S22 peut être effectuée à l'aide d'une technique de dépôt quelconque appropriée, par exemple une métallisation sous vide, un dépôt par pulvérisation cathodique, des - 14 - techniques d'électroplacage, PVD, CVD ou ALD. En ce qui concerne l'approche de l'art antérieur illustrée schématiquement à la figure 1B, les températures employées au cours de l'étape de métallisation S12 sont 5 généralement relativement basses de l'ordre de jusqu'à 300° C. Les matériaux utilisés pour les parties métallisées peuvent être Au, Pt, Cu, Al, Mo, ou W ou n'importe quel autre métal. L'approche de l'art antérieur est donc limitée à des températures basses 10 pour la formation de la couche diélectrique 120. Au contraire il n'existe aucune limitation pour la fourniture de la couche diélectrique 220 selon la présente invention, et l'étape de métallisation S22 peut être effectuée avec beaucoup plus de flexibilité 15 en ce qui concerne la technique de dépôt et la température de dépôt. L'interface entre la couche diélectrique 220 et les parties métallisées 210 joue un rôle essentiel comme cela a été précisé en rapport avec l'approche de l'art antérieur de la figure 1B, car les 20 défauts de croissance contribuent à des effets parasites et diminuent la performance du dispositif. Les modes de réalisation selon la présente invention permettent toutefois un contrôle parfait d'une interface de haute qualité en raison du fait qu'un 25 contrôle précis de l'étape de gravure S21 peut être obtenu conjointement avec un très bon contrôle de l'étape de métallisation S22, que l'on connaît d'après la technologie des semi-conducteurs. En outre, la couche diélectrique 220 n'est plus limitée en termes de 30 budget thermique, un oxyde de silicium formé par croissance thermique, élaboré par oxydation à sec à des températures supérieures à 850° C et jusqu'à 1 200° C ou plus, ayant de bien meilleures propriétés acoustiques qu'une couche de SiO2 formée par croissance 35 à basse température avec des techniques conventionnelles, en raison de sa densité et de son homogénéité accrues. Pour les couches de SiO2 déposées par CVD à basse pression autour de 450° C, une densification de la couche est nécessaire et est - 15 - obtenue par une étape de recuit à une température d'environ 800° C à 900° C dans une atmosphère d'azote. La structure de couche diélectrique métallisée 231 obtenue après l'étape de métallisation S22 est en outre liée à la structure piézoélectrique 200, pour ainsi former le dispositif SAW 20. Un collage direct (c'est-à-dire par adhésion moléculaire) est préféré car il fournit une meilleure compatibilité avec le traitement typique des circuits intégrés, minimise la contamination, et fournit une stabilité à long terme du collage entre la structure de couche diélectrique métallisée 231 et la structure piézoélectrique 200. Avant l'étape de collage S24, la surface de la structure de couche diélectrique métallisée 231 15 comprenant les parties métallisées 210 peut être préparée pour le collage, par exemple par polissage mécanique chimique ou par toute autre technique de traitement de surface quelconque, afin de réduire suffisamment la rugosité de surface. Ceci entraîne un 20 nombre de défauts nettement inférieur au niveau de l'interface de collage entre la structure de couche diélectrique métallisée 231 et la structure piézoélectrique 200, ces défauts affectant négativement la propagation de l'onde acoustique à proximité de 25 l'interface ou le long de celle-ci, ce qui constitue un facteur de performance non négligeable pour les dispositifs SAW. Le mode de réalisation illustré à la figure 3 diffère du mode de réalisation illustré à la figure 2 en ce 30 qu'il comprend en outre une étape de passivation intermédiaire S39. Au cours de l'étape de passivation S39, une couche de passivation 322 est formée de manière conforme à l'intérieur des parties gravées de la couche diélectrique gravée 321, cette dernière étant 35 obtenue après la mise en oeuvre de l'étape de gravure S31 sur la structure diélectrique 360 comprenant la couche diélectrique 320. Du fait de cette étape de passivation S39, la résistance à la corrosion des parties métallisées 310 formées subséquemment par - 16 - l'étape de métallisation 32 est accrue, ce qui produit une structure de couche diélectrique passivée 331 résistant à la corrosion. Par exemple, une mince couche d'oxyde d'aluminium pourrait être appliquée directement par dépôt par pulvérisation cathodique par exemple, ou en variante en appliquant une mince couche d'aluminium puis en la convertissant en l'oxyde d'aluminium correspondant par oxydation. D'autres matériaux alternatifs pour la couche de passivation 322 peuvent être TiN, TaN, ou Ta205. En variante, une mince couche d'or peut satisfaire aux exigences de résistance à la corrosion et, en outre, peut servir de point de départ d'une connexion électrique avec l'extérieur, en particulier de matériau de base pour une soudure subséquente par bossage. La figure 4 illustre schématiquement plusieurs modes de réalisation selon la présente invention, en commençant soit par la couche diélectrique initiale 420 ou par la couche diélectrique déjà gravée 421 et en obtenant les 20 structures de couches diélectriques métallisées 4311 à 4315 conformément à des processus alternatifs (a) à (e) en plus des modes déjà décrits. Toutes les alternatives ont pour but de produire une surface plane préparée pour l'étape de collage subséquente S24, S34, soit par 25 planarisation des parties. saillantes soit en ajoutant du matériau en affleurement. Comme déjà mentionné, la couche diélectrique 420 ou aussi les structures de couches diélectriques métallisées 4311 à 4315 peuvent être généralement comprises dans une structure 30 diélectrique ou une structure diélectrique métallisée, respectivement comme cela sera décrit ci-dessous en rapport avec la figure 5 ou comme cela a déjà été décrit en rapport avec les figures 2 et 3. L'alternative (4a) de la figure 4 illustre 35 schématiquement l'étape de métallisation 5421 qui donne lieu à des parties saillantes de parties métallisées 4101 au niveau de l'emplacement des parties gravées de la couche diélectrique gravée 421. Une étape de planarisation subséquente 5431 utilisant des techniques - 17 - de gravure ou de polissage, par exemple de polissage mécanique chimique ou d'autres techniques déjà mentionnées ci-dessus en rapport avec la figure 2, donne une structure de couche diélectrique métallisée 5 4311 préparée pour le collage, qui a une surface plane en affleurement, en particulier avec une faible densité de défauts, comme cela a déjà été mentionné ci-dessus. L'alternative (4b) de la figure 4 illustre schématiquement l'étape de métallisation 5421 qui donne 10 lieu à des parties saillantes des parties métallisées 4101, suivie d'une étape d'égalisation 5451, donnant lieu à la formation d'une couche d'égalisation 4511 en affleurement avec les parties saillantes des parties métallisées 4101. La couche d'égalisation 4511 peut 15 être fabriquée en un matériau diélectrique, un matériau piézoélectrique, ou un matériau ferroélectrique. Une couche d'égalisation particulièrement intéressante est une couche d'égalisation 4511 fournissant un facteur électrochimique K2 à proximité de l'interface de 20 collage supérieur à celui que l'on obtiendrait par une interface directe entre le matériau diélectrique de la couche diélectrique gravée 221 et la structure piézoélectrique 200 illustrés dans la figure 2, donnant la structure de couche diélectrique métallisée 4312. Un 25 facteur K2 élevé peut être utile pour obtenir une grande largeur de bande passante, de faibles pertes d'insertion et un large écart duplex. La couche d'égalisation 4511 peut par conséquent être constituée de ,matériaux tels que par exemple du titano- zirconate 30 de plomb (PZT) ou d'autres matériaux ferroélectriques ou piézoélectrique contenant du plomb, comme par exemple les titanates de plomb PZN-xPT, PMN-xPT ou PSNxPT, ou aussi des oxydes ferroélectriques relaxants de type pérovskite comme Pb(Mg,<Til,)03, ou des matériaux 35 sans plomb, comme par exemple le niobate de potassium (KNO) ou d'autres matériaux ferroélectriques ou piézoélectriques sans plomb, par exemple le titanate de baryum-strontium (BST). - 18 - de la structure de couche diélectrique 4314. Cette alternative (4d) présente que l'étape de planarisation S432 non 25 seulement donne une surface en affleurement entre la couche diélectrique gravée 421 et les parties métallisées 4103, mais prépare en même 20 éliminer diélectrique affleurement métallisée l'avantage L'alternative (4c) de la figure 4 illustre une étape de métallisation S422 réalisée sur la couche diélectrique 420, donnant des parties métallisées 4102 par-dessus la surface de la couche diélectrique 420. Une étape 5 d'égalisation S452 similaire à l'étape d'égalisation S451 de l'alternative (4b) est utilisée subséquemment afin d'obtenir la structure de couche diélectrique métallisée 4313, le matériau de la couche d'égalisation 4512 pouvant être choisi comme décrit en rapport avec 10 l'alternative (4b) ci-dessus. L'alternative (4c) présente l'avantage de ne pas nécessiter d'étape de gravure chimique, ce qui réduit par conséquent les coûts de fabrication. L'alternative (4d) de la figure 4 illustre une étape de 15 métallisation S423 réalisée sur la couche diélectrique gravée 421, donnant des parties métallisées 4103 ne remplissant pas complètement les parties gravées de la couche diélectrique gravée 421. Une étape de planarisation supplémentaire 5432 est utilisée pour les parties gravée 420, saillantes de la couche en laissant une surface en temps cette surface, qui constituera l'interface de collage avec une structure piézoélectrique et par conséquent la 30 propagation de l'onde le long de cette interface deviendra importante, de sorte que l'on obtiendra une densité des pièges l'interface, qui sont propagation de l'onde induisant des pertes d'insertion, cm-2 ou même 1x1010 cm-2, et que l'on rugosité de surface inférieure à 5 m. En ce qui concerne l'étape de les techniques déjà mentionnées de électriquement actifs donc sensibles à la à et 35 inférieure à 1x1012 pourra obtenir une nm ou même à 1 n planarisation 5432, - 19 - gravure et de polissage concernant d'autres modes de réalisation pourront être utilisées. L'alternative (4e) de la figure 4 illustre l'étape de métallisation S423 réalisée sur la 5 gravée 421 similaire surface qui n'est pas en parties saillantes de la couche diélectrique à l'alternative (4d), donnant une affleurement et présente des couche diélectrique gravée 421. Ensuite, une étape d'égalisation S453 est mise en oeuvre afin de remplir l'espace restant entre les 10 parties saillantes de la couche diélectrique gravée 421 et les parties métallisées 4103 avec une d'égalisation 4513. Le matériau de la d'égalisation 4513 formée par-dessus les parties métallisées 4103 est de 15 conducteur, couche et autres concernant d'autres modes de de diélectrique peut en particulier de métal, les parties ertes d'une autre couche métallique. Une telle configuration présente l'avantage de 25 chargement de masse en utilisant des métaux beaucoup plus lourds comme par exemple Mo, Cu ou W, recouverts par des métaux plus légers tels que Au, Al, ou Pt, ou vice versa. Une telle double métallisation peut être utilisée pour réduire l'épaisseur du matériau environnant requis consistant à fournir une couche diélectrique du variantes de réalisation concernant l'étape incluse La figure 5 illustre schématiquement plusieurs processus de fabrication d'un dispositif SAW couche couche d'égalisation 4513 peut être de peut être déposée étapes de métallisation réalisation. La structure préférence électriquement en particulier est un métal déposé. Cette type métallique comme décrit pour les couche 20 métallisée comprendre résultante 4315 une double couche métallisées 4103 étant recouv d'égalisation 4513 de type pouvoir obtenir un pour la compensation des changements de température de la fréquence du dispositif SAW. En outre, l'utilisation de différents empilements métalliques permet d'obtenir un équilibre entre les pertes d'insertion dues à la résistivité et 35 la capacité de puissance nominale. 30 diélectrique - 20 - conformément à la présente invention. La couche diélectrique 220,320,420 peut être remplacée par l'une quelconque des couches diélectriques 5201, 5202, 52021, 52022, et les variantes de processus (5a) et (5b) de la figure 5 peuvent être aisément incluses dans le processus de fabrication du dispositif SAW, comme cela sera décrit ci-dessous. L'alternative (5a) illustre qu'une étape S56 pour former une zone d'affaiblissement peut être effectuée sur un substrat donneur massif 5501, donnant lieu à une zone d'affaiblissement 570 et à la couche diélectrique 5201 à l'intérieur du substrat donneur massif 5501, pour ainsi former une structure diélectrique 5601. La séparation de la couche diélectrique 5201 le long de la zone d'affaiblissement 570 peut être obtenue en appliquant une contrainte thermique ou mécanique. L'étape S56 de formation d'une zone d'affaiblissement peut être mise en oeuvre par implantation homogène d'espèces ioniques gazeuses, en particulier H ou He ou une combinaison, en référence à la technologie Smart CutTM bien connue. La séparation peut être effectuée après la mise en oeuvre des autres étapes de fabrication décrites en rapport avec la figure 2, par exemple l'étape de gravure S21, l'étape de métallisation S22, et l'étape de collage S24. La partie restante de la structure diélectrique 5601 peut être réutilisée comme nouveau substrat donneur massif. Comme substrat donneur massif 5501 on peut utiliser n'importe quel matériau massif parmi les matériaux diélectriques déjà mentionnés en référence à la figure 2, en particulier des matériaux massifs monocristallins, par exemple des matériaux à coefficient diélectrique k élevé. L'alternative (5b) illustre qu'une étape de formation S57 est mise en oeuvre sur un substrat donneur 5502, donnant une structure diélectrique 5602 comprenant une couche diélectrique 5202. L'étape de formation S57 peut être la croissance d'un matériau diélectrique, par exemple par CVD, PVD ou ALD, ou la formation d'un matériau diélectrique par oxydation comme par exemple - 21 - la formation d'un oxyde de silicium formé par croissance thermique, obtenu par recuit dans une atmosphère ambiante contenant de l'oxygène, ou également le transfert d'une couche diélectrique d'un autre substrat au substrat donneur 5502, comme cela pourrait être le cas par l'application du processus Smart CutTM sur un quelconque des matériaux diélectriques déjà mentionnés, par exemple le processus Smart Cut sur un matériau diélectrique de coefficient diélectrique k élevé à partir de son matériau monocristallin massif. Une fois que cette structure diélectrique 5602 comprenant la couche diélectrique 5202 est obtenue, plusieurs alternatives existent pour l'inclure dans le processus de fabrication du dispositif SAW. Une alternative, Comme déjà indiqué dans l'alternative (5a), est la formation d'une zone d'affaiblissement 571, 572, qui peut être obtenue en mettant en oeuvre une étape S561, S562 pour former une zone d'affaiblissement, donnant des structures diélectriques 56021 et 56022 avec des couches diélectriques respectives 52021 et 52022, selon que la zone d'affaiblissement 571, 572 est formée à l'intérieur de la partie de la structure diélectrique 5602 constituant le substrat donneur 5502 ou à l'intérieur de la partie de la structure diélectrique 5602 constituant la couche diélectrique 5202. Ces deux alternatives présentent l'avantage de pouvoir effectuer la formation de la zone d'affaiblissement 571, 572 avant les étapes subséquentes de gravure, de métallisation, et de collage à une structure piézoélectrique, et donc la séparation le long 'de la zone d'ârfaiblissement conduit à une surface supérieure plate du dispositif SAW final respectif. Une autre alternative pour inclure la structure diélectrique 5602 dans le processus de fabrication du dispositif SAW consiste à mettre en oeuvre l'étape de gravure S51 et l'étape de métallisation S52 avant l'étape subséquente S563 pour former une zone d'affaiblissement, donnant la structure diélectrique - 3004289 - 22 - métallisée 5603, par exemple par implantation, comme mentionné préalablement. La profondeur de pénétration de l'implantation dépend de l'énergie utilisée pour l'implantation et du matériau dans lequel on effectue 5 l'implantation, et par conséquent l'implantation effectuée sur la structure diélectrique métallisée 5603 donne lieu à une zone profilée d'affaiblissement 573. La séparation le long de la zone d'affaiblissement 573 après le collage à une structure piézoélectrique donne 10 lieu à un dispositif SAW final ayant une surface supérieure convexe qui peut être avantageuse pour certaines applications. La figure 6A et la figure 6B montrent en outre schématiquement l'étape S61 d'exposition des parties 15 métallisées 610 ou de la structure d'électrodes interdigitées 611 et donc du dispositif SAW ainsi obtenu totalement adressable électriquement 60 comprenant une couche diélectrique gravée 621, les parties métallisées 610 ou la structure d'électrodes 20 interdigitées diélectrique effectuée par gravure par conjointement 611 avec les parties gravées de la couche gravée 621. L'exposition peut être gravure chimique à sec ou humide, par ions réactifs ou par gravure plasma, avec un masquage et/ou en utilisant des 25 moyens lithographiques. Le motif de la structure d'électrodes interdigitées 611 utilisée pour les parties métallisées 210 à 610 a une influence directe sur la fréquence à laquelle fonctionne le dispositif SAW, par son espacement S, illustré schématiquement 30 dans la figure 1A. L'espacement S influence également la tension de claquage du dispositif SAW qui dépend également du matériau de la couche diélectrique gravée 221 dans laquelle les parties métallisées 210 sont noyées. La présente invention offre beaucoup plus de 35 flexibilité en termes de choix du matériau diélectrique, en particulier l'utilisation de matériaux diélectriques de coefficient diélectrique k élevé est possible. Des tensions de claquage pouvant aller jusqu'à 50 V ou même jusqu'à 100 V peuvent être - 23 - réalisés, ce qui permet d'obtenir des puissances nominales supérieures à 2,5 W voire supérieures à 5 W, et ce pour un espacement S inférieur à 4 pm, au minimum jusqu'à 0,2 pm, conduisant à des dispositifs SAW pouvant être utilisés pour des applications de grande puissance. L'homme de l'art saurait adapter le matériau diélectrique et l'espacement S en fonction de la tension de claquage envisagée pour des applications de grande puissance.10

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un dispositif à ondes acoustiques de surface (20, 30) comprenant les étapes consistant à (a) fournir une structure piézoélectrique (200, 300) ; (b) fournir une structure diélectrique (260, 360); caractérisé en ce que l'étape (b) comprend une étape (b1) de métallisation (S22, S32) de la structure diélectrique, et le procédé comprenant en outre une étape (c) de collage (S24, S34) de la structure diélectrique métallisée (231, 331) à la structure piézoélectrique.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (01) est mise en oeuvre de manière à former une structure d'électrodes interdigitées (611).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la structure d'électrodes interdigitées (611) présente un espacement inférieur à 100 nm, et la structure diélectrique (260) présente une constante diélectrique permettant d'obtenir une tension de claquage supérieure à 100 V.
4. Procédé selon précédentes, dans couche diélectrique (220) avant le dépôt de métal à une température de formation, la température de du métal déposé dans la couche diélectrique diffusion formation étant supérieure à la température de (220) ou dans la structure piézoélectrique (200), en particulier la température de formation étant supérieure à 350° mise en comprend une oeuvre par dépôt étape de l'une quelconque des revendications lequel l'étape (p') (S22) est de métal et l'étape (b) formation d'une a- 25 - C, de préférence supérieure à 850° C, plus préférablement supérieure à 1200° C.
5. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le métal déposé est choisi parmi le groupe constitué de Au, Pt, Cu, Al, Mo, W.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure diélectrique (260) comprend une couche diélectrique (200), la couche diélectrique étant fabriquée en un matériau choisi parmi le groupe de matériaux comprenant Si02, SiN, SiON, SiOC, SiC, DLC, ou l'alumine.
7. Procédé selon la revendication 1 à la revendication 5, dans lequel la structure diélectrique (260) comprend une couche diélectrique (200), la couche diélectrique étant un oxyde de silicium formé par croissance thermique à des températures supérieures à 800° C, de préférence supérieures à 1050° C.
8. Procédé selon la revendication 1 à la revendication 5, dans lequel la structure diélectrique (260) comprend une couche diélectrique (200), la couche diélectrique étant fabriquée en un matériau à coefficient diélectrique k élevé, de préférence choisi parmi le silicate d'hafnium, le silicate de zirconium, le dioxyde d'hafnium, le dioxyde de zirconium.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape (b1) (S22) comprend les étapes suivantes de - formation de cavités par gravure (S21) localement dans une surface de la structure diélectrique (200,5601) ; - et de dépôt de métal dans les cavités.- 26 -
10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'étape (b1) (S32) comprend en outre l'étape (S39) de formation d'une couche de passivation avant le dépôt de métal dans les cavités et après que des cavités aient été formées par gravure (S31) localement dans la surface de la structure diélectrique (360).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 9 ou 10, l'étape (ID') comprenant en outre l'étape (b2) (S431, .S432) consistant à fournir une surface en affleurement entre le métal déposé dans les cavités et les parties non gravées de la structure diélectrique, l'étape (b2) étant mise en oeuvre de 15 préférence par polissage et/ou gravure de la partie saillante de la structure diélectrique ou du métal déposé.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 9 ou 10, l'étape (b1) comprenant en outre l'étape (S451, S452, S453) consistant à fournir une couche d'égalisation (4511, 4512, 4513) en affleurement avec la partie saillante du métal déposé ou la partie saillante de la structure diélectrique. 25
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure diélectrique (5601, 5602) comprend : - un substrat donneur (5501, 5502), 30 - une couche diélectrique (5201, 5202) formée sur le substrat donneur, le procédé comprenant en outre l'étape (cl) de transfert de la couche diélectrique sur la structure piézoélectrique après la mise en oeuvre de l'étape (b1). 35
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel l'étape (b) comprend une étape (S56, S561, S562, S563) de formation d'une zone d'affaiblissement dans le substrat donneur (5501, 5502) ou dans la 4 3004289 - 27 - couche diélectrique (5202) avant l'étape (c), et l'étape (cl) comprend une étape de séparation de la couche diélectrique du substrat donneur au niveau de la zone d'affaiblissement après l'étape (c).
15. Procédé selon la revendication 13 ou la revendication 14, dans lequel l'étape (cl) comprend le polissage et/ou la gravure du substrat donneur après l'étape (c).
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape (S61) consistant à exposer au moins une partie de la structure diélectrique métallisée (631) après l'étape (c).
17. Dispositif à ondes acoustiques de surface (20, 30, 60) comprenant : - une structure piézoélectrique (200, 300, 600) ; - une couche diélectrique (220, 320) ayant des parties métallisées (210, 310, 610) sur la structure piézoélectrique ; caractérisé en ce que la couche diélectrique a une température de formation supérieure à la température de diffusion du métal soit vers la couche diélectrique soit vers la structure piézoélectrique.
18. Dispositif à ondes acoustiques de surface selon la revendication 17, dans lequel la couche diélectrique (200, 300) présente une constante diélectrique appropriée pour permettre d'obtenir une tension de claquage supérieure à 50 V, de préférence supérieure à 100 V.