特許 7480930 表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造及び関連する製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-30

(45)【発行日】2024-05-10

(54)【発明の名称】表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造及び関連する製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20240501BHJP

   H03H 3/08 20060101ALI20240501BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

H03H3/08

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020543227

(86)(22)【出願日】2019-03-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-07-15

(86)【国際出願番号】 FR2019050540

(87)【国際公開番号】W WO2019186011

(87)【国際公開日】2019-10-03

【審査請求日】2022-02-25

(31)【優先権主張番号】1852796

(32)【優先日】2018-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】598054968

【氏名又は名称】ソイテック

【氏名又は名称原語表記】Ｓｏｉｔｅｃ

【住所又は居所原語表記】Ｐａｒｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｑｕｅ ｄｅｓ ｆｏｎｔａｉｎｅｓ ｃｈｅｍｉｎ Ｄｅｓ Ｆｒａｎｑｕｅｓ ３８１９０ Ｂｅｒｎｉｎ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】アリベルト， フレデリック

(72)【発明者】

【氏名】ヴェイティゾウ， クリステル

【審査官】▲高▼橋 徳浩

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／０２１６１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０１８５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７３３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３４３５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１６３７２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１６３７２９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ３／００７－Ｈ０３Ｈ３／１０

Ｈ０３Ｈ９／００－Ｈ０３Ｈ９／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有用層（１）の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する支持基板（２）に組み付けられた、圧電材料の有用層（１）と、前記有用層（１）の第１の面（１ａ）と前記支持基板（２）との間に位置する中間層（３）と、前記第１の面（１ａ）とは反対側の前記有用層（１）の第２の面（１ｂ）上に設けられた２つの電極（２０）であって、前記２つの電極（２０）は、前記２つの電極（２０）間で、前記第２の面（１ｂ）の表面近くを伝搬する音響信号を生成するためのものである、２つの電極（２０）と、を含む表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）において、前記中間層（３）が少なくとも第１の材料と前記第１の材料とは異なる第２の材料の粉末を含む焼結複合層（３）であり、
前記第１の材料が前記有用層（１）の音響インピーダンス値の周りに２０％以下の偏差を有する音響インピーダンス値を有し、
前記有用層（１）の前記音響インピーダンス値の、前記第２の材料の前記音響インピーダンス値に対する比が２よりも大きく、
前記第１及び前記第２の材料の前記粉末の粒子の平均サイズが、前記第２の面（１ｂ）の前記表面近くを伝搬するように意図された前記音響信号の波長の４分の１以上であることを特徴とする、ハイブリッド構造（１０）。

【請求項2】

有用層（１）の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する支持基板（２）に組み付けられた、圧電材料の有用層（１）と、前記有用層（１）の第１の面（１ａ）と前記支持基板（２）との間に位置する中間層（３）と、前記第１の面（１ａ）とは反対側の前記有用層（１）の第２の面（１ｂ）上に設けられた２つの電極（２０）であって、前記２つの電極（２０）は、前記２つの電極（２０）間で、前記第２の面（１ｂ）の表面近くを伝搬する音響信号を生成するためのものである、２つの電極（２０）と、を含む表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）において、前記中間層（３）が少なくとも第１の材料と前記第１の材料とは異なる第２の材料の粉末を含む焼結複合層（３）であり、
前記第１の材料及び前記第２の材料が、前記有用層（１）と前記支持基板（２）との間に音響インピーダンス整合層を形成するように選択され、
前記第１及び前記第２の材料の前記粉末の粒子の平均サイズが、前記第２の面（１ｂ）の前記表面近くを伝搬するように意図された前記音響信号の波長の４分の１未満であることを特徴とする、ハイブリッド構造（１０）。

【請求項3】

前記支持基板（２）が、ケイ素、ガラス、シリカ、サファイア、アルミナ、窒化アルミニウムから選択された材料を含む、請求項１又は２に記載のハイブリッド構造（１０）。

【請求項4】

前記有用層（１）が、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、石英、酸化亜鉛（ＺｎＯ）から選択された圧電材料を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のハイブリッド構造（１０）。

【請求項5】

前記第１及び第２の材料が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ゲルマニウム、サファイア、ジルコニウムから選択されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のハイブリッド構造（１０）。

【請求項6】

ｉ）圧電材料の有用層（１）、及び前記有用層（１）の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する支持基板（２）を用意するステップと、
ｉｉ）少なくとも第１の材料と前記第１の材料とは異なる第２の材料の粉末の混合物から形成された層（３’）を、前記有用層（１）の第１の面（１ａ）及び／又は前記支持基板（２）の第１の面（２ａ）に堆積させるステップと、
ｉｉｉ）前記粉末の混合物から形成された前記層（３’）を焼結して、前記有用層（１）の前記第１の面（１ａ）及び／又は前記支持基板（２）の前記第１の面（２ａ）に強固に取り付けられた焼結複合層（３）を得るステップと、
ｉｖ）前記焼結複合層（３）が前記有用層（１）の第１の面（１ａ）と前記支持基板（２）との間に配置されるように、前記有用層（１）と前記支持基板（２）とを組み立てるステップと、
ｖ）前記第１の面（１ａ）とは反対側の前記有用層（１）の第２の面（１ｂ）上に２つの電極（２０）を設けるステップであって、前記２つの電極（２０）は、前記２つの電極（２０）間で、前記第２の面（１ｂ）の表面近くを伝搬する音響信号を生成するためのものである、ステップと、
を含み、
前記ステップｉｉｉ）及びｉｖ）の後で、前記第１の材料が前記有用層（１）の音響インピーダンス値の周りに２０％以下の偏差を有する音響インピーダンス値を有し、前記有用層（１）の前記音響インピーダンス値の、前記第２の材料の前記音響インピーダンス値に対する比が２よりも大きく、
前記ステップｉｉｉ）の後で、前記第１及び前記第２の材料の前記粉末の粒子の平均サイズが、前記第２の面（１ｂ）の前記表面近くを伝搬するように意図された前記音響信号の波長の４分の１以上である、ことを特徴とする、表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）を製造するための方法。

【請求項7】

ｉ）圧電材料の有用層（１）、及び前記有用層（１）の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する支持基板（２）を用意するステップと、
ｉｉ）少なくとも第１の材料と前記第１の材料とは異なる第２の材料の粉末の混合物から形成された層（３’）を、前記有用層（１）の第１の面（１ａ）及び／又は前記支持基板（２）の第１の面（２ａ）に堆積させるステップと、
ｉｉｉ）前記粉末の混合物から形成された前記層（３’）を焼結して、前記有用層（１）の前記第１の面（１ａ）及び／又は前記支持基板（２）の前記第１の面（２ａ）に強固に取り付けられた焼結複合層（３）を得るステップと、
ｉｖ）前記焼結複合層（３）が前記有用層（１）の第１の面（１ａ）と前記支持基板（２）との間に配置されるように、前記有用層（１）と前記支持基板（２）とを組み立てるステップと、
ｖ）前記第１の面（１ａ）とは反対側の前記有用層（１）の第２の面（１ｂ）上に２つの電極（２０）を設けるステップであって、前記２つの電極（２０）は、前記２つの電極（２０）間で、前記第２の面（１ｂ）の表面近くを伝搬する音響信号を生成するためのものである、ステップと、
を含み、
前記第１の材料及び前記第２の材料が、前記ステップｉｉｉ）及びｉｖ）の後で前記有用層（１）と前記支持基板（２）との間に音響インピーダンス整合層を形成するように選択され、
前記ステップｉｉｉ）の後で、前記第１及び前記第２の材料の前記粉末の粒子の平均サイズが、前記第２の面（１ｂ）の前記表面近くを伝搬するように意図された前記音響信号の波長の４分の１未満である、ことを特徴とする、表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）を製造するための方法。

【請求項8】

前記有用層（１）の前記第１の面（１ａ）及び／又は前記支持基板（２）の前記第１の面（２ａ）が、ステップｉｉ）において前記粉末の混合物から形成された前記層（３’）の前記堆積の前に、保護層（４、４ａ）を含む、請求項６又は７に記載の表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）を製造するための方法。

【請求項9】

前記保護層（４、４ａ）が、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、及びアルミナから選択された少なくとも１つの材料によって形成される、請求項８に記載の表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）を製造するための方法。

【請求項10】

前記粉末の混合物が粘性ペーストの形態であり、ステップｉｉ）における前記混合物によって形成された前記層（３’）の前記堆積がスピンコーティングによって行われる、請求項６～９のいずれか一項に記載の表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）を製造するための方法。

【請求項11】

前記粉末の混合物によって形成された前記層（３’）の前記堆積に続いて、前記粘性ペーストの少なくとも１つの液体成分を放出するために低温熱処理が行われる、請求項１０に記載の表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）を製造するための方法。

【請求項12】

前記ステップｉｖ）の前に、接合層（４ｂ）を前記焼結複合層（３）に堆積させる、請求項６～１１のいずれか一項に記載の表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）を製造するための方法。

【請求項13】

ステップｉ）において用意される前記有用層（１）が圧電材料ドナー基板（１’）である、請求項６～１２のいずれか一項に記載の表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）を製造するための方法。

【請求項14】

前記表面弾性波デバイスの前記製造のために前記圧電材料ドナー基板（１’）を前記有用層（１）の所望の厚さまで薄くするステップｖ）を含む、請求項１３に記載の表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造（１０）を製造するための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面弾性波デバイスの分野に関する。本発明は、詳細には、表面弾性波デバイスの製造に適したハイブリッド構造に関する。

【背景技術】

【0002】

表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスなどの音響共振器の構造は、電気信号を音響波に変換するために、及びその逆を行うために、圧電基板上に生成された１つ又は複数のインターデジタルトランスデューサを使用する。このようなＳＡＷデバイス又は共振器は、フィルタ用途でしばしば使用される。高周波（ＲＦ）ＳＡＷ技術は、高いアイソレーション及び低い挿入損失などの優れた性能を提供する。このため、本技術は、無線通信用途のＲＦデュプレクサに使用されている。

【0003】

ＲＦ ＳＡＷデバイスの性能の改善は、特に、温度に対して安定した周波数応答を得ることによってもたらされる。ＳＡＷデバイスの動作周波数の温度に対する依存性、すなわち周波数の温度係数（ＴＣＦ）は、一方では、一般に、使用される圧電基板の比較的高い熱膨張係数（ＣＴＥ）に起因するトランスデューサの櫛形電極間の間隔のばらつきに依存し、他方では、ＴＣＦは、圧電基板の膨張又は収縮が表面弾性波の速度の増加又は減少を伴うため、速度の温度係数に依存する。したがって、周波数の温度係数（ＴＣＦ）を最小限に抑えるために、１つの目的は、特に音響波が伝搬する表面ゾーンにおいて、圧電基板の膨張／収縮を最小限に抑えることである。

【0004】

Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ、Ｍ．Ｋａｄｏｔａらによる文献「Ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ＳＡＷ ｄｅｖｉｃｅｓ」、ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎ．Ｓｙｍｐ．２０１１、７９～８６ページ、２０１１年では、ＳＡＷデバイスの周波数応答の温度に対する依存性の問題を克服するために一般的に使用される手法の概要が記載されている。

【0005】

１つの有利な手法は、例えば、シリコン基板に配置された圧電材料の層から構成されたハイブリッド基板を使用することにある。シリコンの低いＣＴＥにより、温度に対する圧電層の膨張／収縮を制限することが可能になる。タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）の圧電層の場合、上述した文献は、ＬｉＴａＯ_３の厚さとシリコン基板の厚さとの比が１０であると、周波数の温度係数（ＴＣＦ）を適切に改善することが可能であることを示している。この手法の欠点の１つは、ハイブリッド基板上に生成された共振器の周波数特性に悪影響を及ぼす寄生音響波（文献「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｎｄｅｄ ｗａｆｅｒ ｆｏｒ ＲＦ ｆｉｌｔｅｒｓ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ＴＣＦ」、Ｂ．Ｐ．Ａｂｂｏｔｔら、Ｐｒｏｃ．２００５ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｓｅｐｔ １９～２１、２００５年、９２６～９２９ページでは「ｓｐｕｒｉｏｕｓ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｏｄｅｓ」と呼ばれている）の存在に由来する。これらの寄生共振は、特にＬｉＴａＯ_３とシリコンとの間の界面を含む、下にある界面での主音響波（主にＬｉＴａＯ_３層の表面ゾーンで伝搬する）の寄生反射に特に関連している。これらの寄生共振を減少させるための１つの解決策は、ＬｉＴａＯ_３層の厚さを増加させることであるが、これは、ＴＣＦの改善を維持するためにＳｉ基板の厚さを増加させることも伴うため、ハイブリッド基板の全厚さが、特に携帯電話市場に対応するための、最終的な構成要素の厚さを削減する要件にもはや適合しなくなる。Ｋ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏらによって提案された別の解決策（上述した文献）は、（基板との接合界面において）ＬｉＴａＯ_３層の下面を粗面化して、そこでの弾性波の反射を制限することである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の１つの目的は、従来技術の解決策に対する代替の解決策を提供することである。本発明の１つの目的は、特に、前記寄生音響波の低減及び／又は除去を可能にするハイブリッド構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、有用層の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する支持基板に組み付けられた、圧電材料の有用層と、有用層と支持基板との間に位置する中間層と、を含む、表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造に関する。ハイブリッド構造は、中間層が、少なくとも第１の材料と第１の材料とは異なる第２の材料の粉末から形成された焼結複合層であるという点で注目に値する。

【0008】

本発明の有利な特徴によると、以下が単独で又は組み合わせて考慮される。

【0009】

第１の材料は、有用層の音響インピーダンスと同様の音響インピーダンスを有し、有用層の音響インピーダンスと第２の材料の音響インピーダンスとの比は、２よりも大きく、第１及び第２の材料の粉末の粒子の平均サイズは、表面弾性波デバイスの表面で伝搬するように意図された音響信号の波長の４分の１以上である。

【0010】

第１の材料及び第２の材料は、有用層と支持基板との間に音響インピーダンス整合層を形成するように選択され、第１及び第２の材料の粉末の粒子の平均サイズは、表面弾性波デバイスの表面で伝搬するように意図された音響信号の波長の４分の１未満である。

【0011】

支持基板は、シリコン、ガラス、シリカ、サファイア、アルミナ、窒化アルミニウムから選択された材料を含む。

【0012】

有用層は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、石英、酸化亜鉛（ＺｎＯ）から選択された圧電材料を含む。

【0013】

第１及び第２の材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ゲルマニウム、サファイア、ジルコニウムから選択される。

【0014】

複合層の厚さは、数１００ナノメートル～数１０ミクロンである。

【0015】

本発明は、以下のステップ、すなわち、
ｉ）圧電材料の有用層、及び有用層の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する支持基板を用意するステップと、
ｉｉ）少なくとも第１の材料と第１の材料とは異なる第２の材料の粉末の混合物から形成された層を、有用層の第１の面及び／又は支持基板の第１の面に堆積させるステップと、
ｉｉｉ）粉末の混合物から形成された層を焼結して、有用層の第１の面及び／又は支持基板の第１の面に強固に取り付けられた焼結複合層を得るステップと、
ｉｖ）複合層が有用層と支持基板の間に配置されるように、有用層と支持基板とを組み立てるステップと、
を含む表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造を製造するための方法にも関する。

【0016】

本発明の有利な特徴によると、以下が単独で又は組み合わせて考慮される。

【0017】

有用層の第１の面及び／又は支持基板の第１の面は、ステップｉｉ）からの粉末の混合物から形成された層の堆積の前に、保護層を含む。

【0018】

保護層は、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、及びアルミナから選択された少なくとも１つの材料によって形成される。

【0019】

粉末の混合物は、粘性ペーストの形態であり、ステップｉｉ）における前記混合物によって形成された層の堆積は、スピンコーティングによって行われる。

【0020】

粉末の混合物によって形成された層の堆積に続いて、粘性ペーストの少なくとも１つの液体成分を放出するために低温熱処理が行われる。

【0021】

組み立てステップｉｖ）の前に、接合層を焼結複合層に堆積させる。

【0022】

ステップｉ）で用意される有用層は、圧電材料のドナー基板である。

【0023】

製造方法は、弾性波デバイスの製造のためにドナー基板を有用層の所望の厚さまで薄くするステップｖ）を含む。

【0024】

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明によるハイブリッド構造の図である。

【図1a】本発明によるハイブリッド構造の焼結複合層を形成するための適切な材料のリストである。

【図1b】本発明によるハイブリッド構造の有用層を形成するための材料のリストである。

【図2a】本発明によるハイブリッド構造の図である。

【図2b】本発明によるハイブリッド構造の図である。

【図3】ＳＡＷデバイスを含む、本発明によるハイブリッド構造の図である。

【図4a】本発明によるハイブリッド構造を製造するための方法を示す図である。

【図4b】本発明によるハイブリッド構造を製造するための方法を示す図である。

【図4c】本発明によるハイブリッド構造を製造するための方法を示す図である。

【図4d】本発明によるハイブリッド構造を製造するための方法を示す図である。

【図4e】本発明によるハイブリッド構造を製造するための方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

説明の段落では、同じ性質の要素に対しては、図と同じ参照符号が使用されることがある。図は、識別しやすくするために縮尺通りではない概略図である。特に、ｚ軸に沿った層の厚さは、ｘ軸及びｙ軸に沿った横方向の寸法に対して縮尺通りではない。

【0027】

本発明は、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスの製造に適したハイブリッド構造１０に関し、本構造は、特に、数１０ＭＨｚ～数１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有するデバイスの製造に適する。

【0028】

本発明によるハイブリッド構造１０は、図１に示すように、第１の面１ａ及び第２の面１ｂを有する圧電材料の有用層１を含む。したがって、有用層１は、表面弾性波デバイスのその後の製造に使用されるため、有用層１は、その名前が付けられている。例として、ハイブリッド構造１０の有用層１は、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ_３（図１ｂのＬＴＯ）、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ_３（図１ｂのＬＮＯ）、窒化アルミニウムＡｌＮ（図１ｂ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の群から選択された材料から構成されてもよい。

【0029】

ハイブリッド構造１０は、（図１に示すｚ軸に沿って）有用層１の下に配置された中間層３も含む。中間層は、少なくとも２つの異なる材料の粉末から形成された焼結複合層３である。焼結層は、粉末の混合物の圧密から生じる層を意味すると理解され、この圧密は、熱エネルギー及び任意選択で機械的エネルギーの入力によって得られるが、混合物の粉末材料の少なくとも１つを溶融させることはない。したがって、複合層の焼結された性質は、前記層の構造分析によって（例えば、走査型電子顕微鏡法によって）検出することができる。材料の粉末の粒子又はグレインは、互いに溶着しているように見え、複合層の密度は、圧密のためのエネルギーの入力中の混合物の圧縮の程度に依存する。

【0030】

焼結複合層３の各材料の粉末を形成する粒子は、典型的なガウス分布に従う寸法を有する。説明の残りの部分では、粒子の平均サイズは、所定の材料の粒子の等価平均直径に例えられる。粒子の平均サイズは、典型的には、数１０ナノメートル～数ミクロンの間で変動することがある。

【0031】

焼結複合層３は、特に、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ゲルマニウム、サファイア、ジルコニウムから選択された少なくとも第１及び第２の材料から形成されてもよく、それらのある特定の特性が図１ａ、図１ｂに示されている。

【0032】

焼結複合層３は、任意選択で３つ以上の異なる材料を含んでもよい。

【0033】

焼結複合層３は、実施形態に応じて、数１００ナノメートル～数ミクロンの厚さを有する。

【0034】

最後に、ハイブリッド構造１０は、（図１に示すｚ軸に沿って）複合層３の下に配置された、有用層１の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する支持基板２を含み、これにより、温度に対する有用層１の膨張／収縮を制限すること（したがって、前記有用層１上に生成されるデバイスの周波数の温度係数を改善すること）が可能になる。支持基板２は、特に、ケイ素、ＩＩＩ－Ｖ半導体、炭化ケイ素、ガラス、サファイアの群から選択された材料から構成されてもよい。

【0035】

図２ａ及び図２ｂに示すように、ハイブリッド構造１０は、優先的には、有用層１の第１の面１ａ及び／又は支持基板２の第１の面２ａ、並びに潜在的には支持基板２の第２の面２ｂ及び前記基板２の縁部に配置された追加の層４を含む（図２ｂ）。ハイブリッド構造１０を製造するための方法の説明中に分かるように、これらの追加の層４は、特に、焼結複合層３に含まれる、又は前記層３の製造中に存在する不純物の拡散に対して支持基板２及び／又は有用層１を保護する役割を有する。

【0036】

本発明によるハイブリッド構造１０は、特に、有用層１上の金属電極２０を含む表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスの製造に適しており、この金属電極２０間で、（図３の白矢印で表す）音響信号が、（ｘ、ｙ）平面において、有用層１の第２の面１ｂの表面近くを伝搬する。

【0037】

本発明のハイブリッド構造１０の第１の実施形態によると、焼結複合層３は、音響信号から生じる、有用層１の体積内を複合層３まで伝播する入射音響波の拡散を最大化するように構成されている。

【0038】

このため、少なくとも第１及び第２の材料の粉末から形成された焼結複合層３において、第１の材料は、有用層１の音響インピーダンスと同様の音響インピーダンスを有する。同様という用語は、有用層１の音響インピーダンス値の周りに±２０％の最大偏差、優先的には、±１５％未満、又はさらには±１０％未満の偏差を有することを意味すると理解される。例として、ＬｉＴａＯ_３から作られた有用層１については、第１の材料は、アルミナであってもよく、その音響インピーダンス（４０．６×１０^６Ｐａ秒／ｍ）は、タンタル酸リチウムの音響インピーダンス（４４．８×１０^６Ｐａ秒／ｍ）と実質的に同じである。

【0039】

さらに、有用層１の音響インピーダンスと焼結複合層３の第２の材料の音響インピーダンスとの比は、１０％を超える反射係数を保証するように、２以上となるように選択される。例として、第１の材料がタンタル酸リチウム（４４．８×１０^６Ｐａ秒／ｍ）である場合、第２の材料は、音響インピーダンスが１３．２×１０^６Ｐａ秒／ｍであるＳｉＯ_２であってもよく、これにより、複合層３の粒子間の界面で３０％程度の反射係数を得ることができ、多方向の反射（拡散）を生成することができる。

【0040】

最後に、第１及び第２の材料の粉末の粒子のサイズは、入射音響波の波長の４分の１以上である。この特徴により、確実に入射音響波が粒子の影響を受けることができる。例えば、約６ミクロンの波長（すなわち、約１ＧＨｚの周波数）を有する入射音響波に対しては、粒子の平均サイズは、約２ミクロンとなるように選択される。その場合、焼結複合層３は、５ミクロンを超える、又はさらには１０ミクロンを超える厚さを有する。

【0041】

有用層１と複合層３との間に追加の層４が存在する場合、これら２つの層間の寄生反射を制限するために、追加の層４は、有用層１の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する必要がある。ＬｉＴａＯ_３から作られた有用層１の場合、例えばアルミナを使用することができ、その音響インピーダンス（４０．６×１０^６Ｐａ秒／ｍ）は、ＬｉＴａＯ_３の音響インピーダンスに近く、その結果、０．５％未満の反射がもたらされる。

【0042】

第１の実施形態による焼結複合層３は、入射波を多方向に拡散させることができ、したがって、表面弾性波デバイスの電極２０に向かって反射される成分を大幅に抑制することができる。

【0043】

本発明のハイブリッド構造１０の第２の実施形態によると、焼結複合層３は、音響信号から生じる、有用層１の体積内を複合層３まで伝播する入射音響波の伝達を最大化するように構成されている。

【0044】

このため、少なくとも第１及び第２の材料の粉末から形成された焼結複合層３において、第１の材料及び第２の材料は、有用層１と支持基板２との間に音響インピーダンス整合層を形成するように選択される。音響インピーダンス整合層を形成することは、複合層３の平均音響インピーダンスが、有用層１の音響インピーダンスと支持基板２の音響インピーダンスとの積の平方根に実質的に等しいことを意味する。

【0045】

【数1】

材料の音響インピーダンスＺは、以下のように表されることを想起されたい。

【0046】

Ｚ＝ν×ρ
ここで、νは、材料内の音響波の速度、ρは、材料の密度である。

【0047】

複合層３の場合、複合層３を形成する各材料の体積分率Ｖ_１及びＶ_２が考慮され、したがって、次式から音響インピーダンス（２つの材料の場合）を評価することができる。

【0048】

Ｚ_複合層＝（ν_１×Ｖ_１＋ν_２×Ｖ_２）×（ρ_１×Ｖ_１＋ρ_２×Ｖ_２）
ここで、ρ_１及びρ_２は、それぞれ第１及び第２の材料の密度、ν_１及びν_２は、それぞれ第１及び第２の材料内の音響波の速度である。

【0049】

体積分率Ｖ_１及びＶ_２は、複合層３の各材料の割合によって定義される。

【0050】

例として、第１の材料は、Ａｌ_２Ｏ_３であってもよく、第２の材料は、ＳｉＯ_２であってもよく、それぞれ６５％及び３５％の割合で複合層中に存在する。したがって、複合層３のインピーダンスは、３０×１０^６Ｐａ秒／ｍ程度であってもよい。

【0051】

さらに、この第２の実施形態によると、第１及び第２の材料の粉末の粒子の平均サイズは、入射音響波の波長の４分の１未満である。この特徴により、確実に入射音響波が複合層を実質的に均質な媒体として見ることができる。例として、約７．５ミクロンの波長（すなわち、約８００ＭＨｚの周波数）を有する入射音響波に対しては、粒子の平均サイズは、約０．５ミクロンとなるように選択されてもよい。焼結複合層３は、数ミクロンの厚さを有することができる。

【0052】

有用層１と複合層３との間に追加の層４が存在する場合、これら２つの層間の寄生反射を制限するために、追加の層４は、有用層１の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する必要がある。ＬｉＴａＯ_３から作られた有用層１の場合、例えばアルミナを使用することができ、その音響インピーダンス（４０．６×１０^６Ｐａ秒／ｍ）は、ＬｉＴａＯ_３の音響インピーダンスに近く、その結果、０．５％未満の反射がもたらされる。

【0053】

複合層３と支持基板２との間に追加の層４が存在する場合、追加の層／支持基板界面での寄生反射を制限するために、この追加の層４は、支持基板２の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する必要がある。Ｓｉから作られた支持基板の場合、例えば窒化ケイ素を使用することができ、その音響インピーダンス（約２２×１０^６Ｐａ秒／ｍ）は、Ｓｉの音響インピーダンスに近く、その結果、０．５％未満の反射がもたらされる。

【0054】

第２の実施形態による焼結複合層３は、通常、ハイブリッド構造の界面で反射される入射音響波の、有用層１から基板２への伝達を（音響インピーダンス整合によって）有利にすることができ、したがって、ハイブリッド構造１０で生成されるＳＡＷデバイスの周波数特性に悪影響を及ぼす寄生反射を減少させることができる。

【0055】

ハイブリッド構造１０の様々な記載された実施形態に適用可能な変形形態によると、焼結複合層３は、数ミクロンの酸化ケイ素と等価な電気絶縁を提供するように、良好な誘電特性（１Ｅ７オームｃｍよりも大きい抵抗率）及び（典型的には、シリコンの誘電率１１Ｆ／ｍよりも低い）低い等価誘電率を有する。そのような焼結複合層３は、特に、高周波の分野における表面弾性波デバイスの線形性を改善することができる。

【0056】

ハイブリッド構造１０の様々な記載された実施形態に適用可能な別の変形形態によると、焼結複合層３は、可動電荷トラッピング特性を有する。この特徴により、上部層のうちの１つ（追加の層４又は有用層１）に固定電荷が存在することに起因して、支持基板２の上部に現れる可能性のある電荷をトラップし、したがって中和することが可能になる。このトラッピング機能を有するために、複合層３の粒子を構成する材料の１つは、ケイ素であってもよい。

【0057】

本発明は、表面弾性波デバイス用のハイブリッド構造１０を製造するための方法にも関する。本方法は、圧電材料の有用層１を用意する（ｉ）で示される）第１のステップを含む。１つの有利な実施形態によると、有用層１は、マイクロエレクトロニクス産業用の標準的な厚さ及び直径の圧電材料ドナー基板１’の形態である（図４ａ）。

【0058】

第１のステップは、ドナー基板１’の熱膨張係数よりも低い（すなわち、有用層１の熱膨張係数に比べても低い）熱膨張係数を有する支持基板２を用意することを含む。

【0059】

本発明による製造方法は、少なくとも第１の材料と第１の材料とは異なる第２の材料の粉末の混合物から形成された層３’を有用層１（又はドナー基板１’）の第１の面１ａ及び／又は支持基板２の第１の面２ａに堆積させるステップを含む（ｉｉ）で示される）第２のステップを含む。図４ｂに示す例では、粉末の混合物の層３’を支持基板２の第１の面２ａに堆積させている。層３’を、有用層１の第１の面１ａに堆積させることができ、層３’を、有用層１及び支持基板２の第１の面１ａ、２ａのそれぞれにそれぞれ堆積させることもできる。

【0060】

支持基板２の第１の面２ａは、粉末の混合物の層３’の堆積前に生成される保護層４ａを含むのが有利である。保護層４ａは、支持基板２を完全に封入することさえでき、すなわち、支持基板２の裏面２ｂ及び支持基板２の縁部を覆うことができる。

【0061】

或いは、粉末の混合物の層３’を有用層１（又はドナー基板１’）に堆積させる場合、保護層を、少なくとも前記有用層１の（又はドナー基板１’の）第１の面１ａに堆積させる。

【0062】

優先的には、保護層４ａは、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、アルミナから選択された少なくとも１つの材料によって形成される。保護層４ａは、様々な、知られている化学堆積技術によって生成されてもよい。保護層４ａにより、層３’に含まれる不純物の支持基板２（又は有用層１）への拡散を回避するか、又は少なくとも制限することが可能になる。

【0063】

第１の実施形態の変形形態によると、粉末の混合物は、粘性ペーストの形態である。

【0064】

そのようなペーストは、通常、溶媒タイプ（特にアルコール、例えばエタノール）の液体化合物を粉末の乾燥混合物に添加することによって得られる。典型的には、使用される粉末は、数１０ナノメートル～数ミクロンの平均サイズを有する粒子を含む。

【0065】

或いは、粉末の混合物は、高温でセラミックに変換することができる、シリコン系のポリマータイプのマトリックス（ポリマー由来のセラミックとしてのＰＤＣ）に組み込まれてもよい。ＰＤＣマトリックスを有する層３’の場合、その後に得られる焼結複合層３は、粉末の混合物に由来する第１及び第２の材料だけでなく、マトリックスのセラミックへの変換に由来するシリコンも含むことに留意されたい。

【0066】

ステップｉｉ）における前記混合物によって形成された層３’の堆積は、優先的には、スピンコーティング（若しくはディップコーティング）又はマスクを介したスクリーン印刷によって行われる。

【0067】

ペーストの粘度は、粉末／液体化合物（溶剤及び／又はポリマー）の比率によって調整される。ペーストの粘度は、数１００ナノメートル～数ミクロンに及ぶ可能性のある厚さで、層３’の均一な堆積を可能にするために選択される。

【0068】

層３’の堆積に続いて、低温（例えば１５０℃～４００℃）での熱処理が行われ、これにより、層３’から溶媒（複数可）を放出することができ、工程中の、特に（後述する）組み立てステップ後の、その後の脱ガスを回避することができる。

【0069】

第２の実施形態の変形形態によると、粉末の混合物は、粉末状の乾燥した形態であり、支持基板２の第１の面２ａ（又は代替としてドナー基板１’の面１ａ）に層３’として堆積させる。この層３’の成形は、圧縮成形又は熱間等静圧圧縮成形によって行うことができる。いずれの場合も、混合物の粉末の粒子を互いに及び第１の面２ａに強固に取り付けるために、圧縮応力が層３’に加えられる。粉末状の混合物を基板上に保持するために、及び前記基板の表面全体に均一な圧縮応力を加えるために、特定のツールが必要である。

【0070】

本発明による製造方法は、支持基板２の第１の面２ａに強固に取り付けられた焼結複合層３を得るために、粉末の混合物から形成された層３’の焼結を含む（ｉｉｉ）で示される）第３のステップを含む（図４ｃ）。

【0071】

焼結は、通常、典型的には１０００℃を超える高温で、数時間～約２４時間の範囲であってもよい期間行われる。それにもかかわらず、焼結温度は、層３’に含まれる粉末のうちの少なくとも１つの融点よりも低いままである。熱の影響下で、粉末の粒子が互いに溶着され、以て、結果として生じる複合層３の凝集が形成される。複合層３は、支持基板２の第１の面２ａにも強固に取り付けられる。

【0072】

任意選択で、焼結は、機械的応力下でさらに行われてもよく、これにより、複合層３をさらに密にすることが可能になる。

【0073】

したがって、焼結複合層３は、少なくとも第１及び第２の材料の粒子から構成されている。粒子間には、圧縮の程度に応じて、空隙（又はＰＤＣマトリックスから生じるセラミックを含む隙間）が多かれ少なかれ存在する場合がある。粒子サイズの分布に応じて、これらの隙間の体積分率は、５０％に達する可能性があり、特に複合層３の良好な機械的強度を確保するために、より優先的には、２５％未満、又はさらには１５％未満に維持される。簡略化のために、この体積分率の隙間は、上述したハイブリッド構造１０の実施形態では考慮されておらず、この隙間は、粒子を形成する第１及び第２の材料に加えて、第３の材料と考えることができる。

【0074】

ステップｉｉ）で堆積させる層３’の厚さは、焼結複合層３の所望の厚さを得るように選択される。実際に、（溶媒及び／又はポリマーとのペーストの形態で、又は乾燥した形態で）堆積させた層３’のタイプに応じて、焼結ステップ中の厚さの減少は、より大きくなるか、又はより小さくなる。１０～３０％程度の層３’の体積の減少が起こる可能性がある。

【0075】

本発明による製造方法は、焼結複合層３が有用層１と支持基板２との間に配置されるように、有用層１（又はドナー基板１’）と支持基板２とを組み立てるステップを含む（ｉｖ）で示される）第４のステップを含む（図４ｄ）。

【0076】

優先的には、組み立てステップｉｖ）の前に、接合層４ｂを複合層３に堆積させる。例として、酸化ケイ素の層を複合層３の自由表面に堆積させることができる。この接合層４ｂは、一方では、焼結複合層３の封入を提供し、ハイブリッド構造１０の様々な層間の汚染のリスクを回避又は少なくとも制限し、他方では、接合層４ｂは、焼結複合層３の組成に特有ではない従来の表面処理を可能にするのに有利である場合がある。

【0077】

優先的には、組み立てステップは、接触させる２つの表面、すなわち、図４ｃからの例では、有用層１（又はドナー基板１’）の第１の面１ａと複合層３の自由面との分子接着による直接接合によって行われる。従来技術でよく知られている分子接着の原理は、ここではさらに詳細には説明しない。

【0078】

或いは、組み立ては、接着材料の層の追加によって、又は意図された用途に適した任意の他の接合技法によって行われてもよい。

【0079】

ほとんどの組み立て工程では、組み立てられる基板の良好な表面仕上げ（清浄度、低い粗さなど）が必要とされる。

【0080】

本発明による製造方法は、（ｖ）で示される）第５のステップをさらに含むことができ、弾性波デバイスの製造のためにドナー基板１’を有用層１の所望の厚さまで薄くするステップを含む（図４ｅ）。このステップは、例えば、機械的研削と、それに続く乾式研磨又は化学機械的研磨とを含み、これにより、有用層１の良好な表面仕上げを確保することが可能になる。最終的なハイブリッド構造１０の品質及び清浄度を保証するために、薄化ステップの間又は後に、様々な洗浄シーケンスを適用することができる。

【0081】

有用層１を得るためのドナー基板１’の薄化は、任意の他の知られている技法、特に、スマートカット（Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ）（登録商標）プロセス、又は薄層を生成するための他の技法によって行われてもよい。

【0082】

もちろん、本発明は、記載された実施形態及び実施例に限定されるものではなく、変形実施形態は、特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に含まれ得る。

【図1】

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】