JP2023143949A - 高周波フィルタ用の基板を製造するためのプロセス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電層とキャリア基板との間の良好な接着を確実にするために、プロセスを長くおよび高価にする多数の連続するステップが要求される。
【解決手段】圧電層（２００、２００’）を電気絶縁層（３００）を介してキャリア基板（１００）に接合することによって高周波フィルタ用の基板を製造するためのプロセスであって、キャリア基板（１００）に接合される圧電層（２００、２００’）の表面にＳＯＧ（スピンオンガラス）のファミリーに属する酸化物をスピンコーティングすることによって電気絶縁層（３００）を堆積するステップと、続いて、圧電層（２００、２００’）を電気絶縁層（３００）を介してキャリア基板（１００）に接合する前に、電気絶縁層（３００）を緻密化するためにアニーリングするステップと、を備えるプロセス。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波フィルタ用の基板を製造するためのプロセスに関する。

先行技術
共振器またはフィルタなどの高周波（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）デバイスを、一般的にシリコンなどの半導体材料でできているキャリア基板、電気絶縁層、および圧電層を基板のベースから基板の表面まで連続して備える基板に製造することは既知の慣行である。

ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなど、通常使用される圧電材料は、熱膨張係数が非常に高く異方性であるため、それらをシリコンなどのキャリア基板に接合するのは困難である。処理、パッケージング、またはダイシングのステップでの熱アニーリング中の破損または剥離の問題は、そのような接合された基板を不適切にし得る。

加えて、弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタは、典型的に、厚い圧電層（すなわち、一般的に数十μｍの厚さ）と、および前記圧電層の表面に堆積された２つの互いに介在し合う金属の櫛（ｃｏｍｂ）の形態の２つの電極とを備える。電極に印加された電気信号、典型的に電圧変動は、圧電層の表面を伝播する弾性波に変換される。この弾性波の伝播は、波の周波数がフィルタの周波数帯域に対応している場合に優先される。この波は、もう一方の電極に到達すると、再び電気信号に変換される。

しかしながら、圧電層の厚さまで広がり、その下のキャリア基板との界面で反射されやすい波の伝播の寄生モードがある。この現象は「ラットル（ｒａｔｔｌｅ）」と呼ばれる。

これらの寄生モードを回避するために、電気絶縁層との界面に位置する圧電層の表面を、寄生波がすべての方向に反射され（散乱効果）、基板への透過を防ぐのに十分なほど粗くすることは既知の慣行である。

問題の波長を考えると、圧電層の表面の粗さは非常に高く、数μｍのオーダーである。

基板を製造することは、電気絶縁層で覆われている可能性のある圧電層の粗い表面をキャリア基板に結合することを伴う。

しかしながら、そのような粗さにもかかわらず圧電層とキャリア基板との間の良好な接着を確実にするために、現在のプロセスは、プロセスを長くおよび高価にする多数の連続するステップを必要とする。

本発明は、高周波フィルタ用の基板を製造するためのプロセスを提供することにより、従来技術のこれらの制限を克服することを目的としている。このようにして、現在発生している問題を解決することが可能である。

本発明は、圧電層を電気絶縁層を介してキャリア基板に接合することによって高周波フィルタ用の基板を製造するプロセスに関するものであり、これはキャリア基板に接合する圧電層の表面に、ＳＯＧ（スピンオンガラス）のファミリーに属する酸化物をスピンコーティングすることにより、電気絶縁層を堆積させるステップと、その後、接合する前に、前記電気絶縁層を緻密化するためのアニールするステップを備えることを特徴とする。

有利な実施形態では、圧電層の厚さは５μｍを超え、好ましくは１０μｍを超える。

有利な実施形態では、キャリア基板に接合される圧電層の表面は、高周波を反射するのに適切である粗い表面を有する。

有利な実施形態では、圧電層の粗い表面は、１μｍを超え、好ましくは３μｍを超える粗さを有する。

有利な実施形態では、キャリア基板はシリコン材料でできている。

有利な実施形態では、シリコン材料でできているキャリア基板は、圧電層と接合される界面に向かうトラッピング層を備える。

有利な実施形態では、圧電層（２００、２００’）は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムでできている。

本発明の他の特徴および利点は、以下の添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことからよりよく理解されるであろう。
図１は、本発明の一実施形態による、高周波フィルタ用の基板を製造するためのプロセスを図示している。 図２は、本発明の一実施形態による高周波フィルタ用の基板を製造するためのプロセスを図示している。

図の読みやすさを向上させるために、さまざまなレイヤーが必ずしも一定の縮尺で示されているわけではない。

図１は、本発明の一実施形態による、高周波フィルタ用の基板を製造するためのプロセスを概略的に図示している。図１は、圧電層２００が電気絶縁層３００を介して結合されたキャリア基板１００を図示している。

電気絶縁層は、一般的に、周囲温度で液体状態にあるという特性を示すが、適切な熱処理によって緻密化および固化され得るＳＯＧ（スピンオンガラス）のファミリーから選択される。

この技術は、電気絶縁層３００が基板自体に堆積される基板を、実質的に一定および比較的高速で回転させて、遠心力によって基板の表面全体に液体状態にある前記層を均一に広げることを含んでなる。この目的のために、基板は典型的に、真空チャックによってターンテーブルに配置され、保持される。

当業者は、基板の表面に堆積される体積、基板の回転速度、および接着剤層の所望の厚さに応じた最小堆積時間などの動作条件を決定することができる。

電気絶縁層３００の厚さは、典型的に、２μｍから８μｍの間である。追加的に、使用されるスピンコーティング技術は層３００の堆積が周囲温度で実行され、その後、約２５０℃の温度で緻密化アニールが行われ、したがって、誘電体層が形成されている基板に変形を生じさせない点で有利である。

ＳＯＧ型の酸化物の電気絶縁層３００は、圧電基板から後で得られる高周波デバイスの音響性能を最適なレベルに維持することを可能にする。

１つの非限定的な例によれば、電気絶縁層３００は、例えばＦＩＬＭＴＲＯＮＩＣＳによる「２０Ｂ」もしくは「４００Ｆ」、または ＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧによる「ＦＯＸ１６」の参照の下で販売される「ケイ酸塩」または「メチルシルセスキオキサン」タイプのＳＯＧのファミリーから選択され得る。

電気絶縁層３００が堆積され緻密化された圧電層２００は、好ましくは、分子接着による直接結合を介してキャリア基板１００に接合される。接合は、好ましくは周囲温度、すなわち約２０℃で実施される。しかしながら、２０℃から５０℃の間、より好ましくは２０℃から３０℃の間の温度で高温で接合を行うことが可能である。

追加的に、接合ステップは、低圧、すなわち５ｍＴｏｒｒ以下の圧力で有利に実施され、これは、接合界面を形成する表面、すなわち電気絶縁層３００の表面およびキャリア基板１００の表面から水を脱着させることを可能にする。真空下で接合ステップを実施することは、接合界面での水の脱離をさらに改善することを可能にする。

接合界面を強化するための熱処理は、アセンブリ全体が過度に大きな変形を受けて接合界面で材料が破損または剥離することなく、３００℃までの低温で実施され得る。

本発明のキャリア基板１００の表面と電気絶縁層３００との間の直接結合によって得られる結合エネルギーは高く、使用される圧電層２００の圧電材料と使用されるキャリア基板１００の材料との熱膨張係数の実質的な違いにかかわらず、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって圧電層を薄くするステップだけでなく、高周波デバイスを得るために組み立てられたウェーハの最終的なダイシングも可能にする。

本発明の１つの非限定的な例によれば、キャリア基板１００は、シリコン材料からなり得る。

図２に概略的に図示される別の非限定的な実施形態によれば、キャリア基板１００は、電気絶縁層３００と接合される界面に向かうトラップ層４００をさらに備え、線周波数デバイスの周波数動作によって引き起こされる電荷キャリアをトラップすることを可能にするシリコン材料であり得る。したがって、この層は、挿入損失を低減し、前記デバイスの性能を改善することを可能にする。

本発明の１つの非限定的な例によれば、圧電材料は、ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムから選択され得る。

圧電層２００の所定の厚さは、好ましくは５μｍを超え、より好ましくは１０μｍを超える。

熱膨張係数の実質的な違いを考えると、そのような高い厚さは、キャリア基板１００上の圧電層２００の組み立ての経験に耐えることが困難な応力をもたらす。本発明によるアセンブリは、基板を機械的に無傷に保つことを可能にする結合エネルギーを得ることができ、すなわち、基板は、この接合された基板で得られた高周波デバイスを分離するために、薄くするステップ、最大３００℃の温度を含む電極堆積ステップ、またはダイシングステップなどのプロセスステップを受けることができる。

本発明の１つの非限定的な例によれば、キャリア基板に接合される圧電層２００の表面は、高周波を反射するのに適切な粗い表面を有する。これはキャリアに結合された圧電層のハイブリッド基板内に存在する任意の界面で反射される、寄生波の影響を減らすことを可能にする。有利な実施形態では、圧電層の粗い表面は、１μｍを超える、好ましくは３μｍを超える粗さを有し、これは、寄生波の長さに実質的に対応する。追加的に、これらの寄生波は、特に５μｍまたは１０μｍを超える厚さの圧電構造に現れ、本発明のアセンブリは利点を提供する。スピンコーティング技術は平滑化効果を有し、２μｍから８μｍの間の電気絶縁層３００の想定される厚さは、このスピンコーティング堆積が上記のような粗い表面に適用される場合、良好な結合エネルギーを有するアセンブリを得るだけでなく、平坦化および平滑化の追加的なステップを回避することも可能にすることに留意されたい。

Claims (7)

1. 圧電層（２００、２００’）を電気絶縁層（３００）を介してキャリア基板（１００）に接合することによって高周波フィルタ用の基板を製造するためのプロセスであって、
   前記キャリア基板（１００）に接合される前記圧電層（２００、２００’）の表面にＳＯＧ（スピンオンガラス）のファミリーに属する酸化物をスピンコーティングすることによって前記電気絶縁層（３００）を堆積するステップと、
   続いて、前記圧電層（２００、２００’）を前記電気絶縁層（３００）を介して前記キャリア基板（１００）に接合する前に、前記電気絶縁層（３００）を緻密化するためにアニーリングするステップと、
   を備えることを特徴とする、プロセス。
2. 前記圧電層（２００、２００’）の厚さが５μｍを超える、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記キャリア基板（１００）に接合される前記圧電層（２００、２００’）の前記表面が、高周波を反射するのに適切な粗い表面を有する、請求項１から２のいずれか一項に記載のプロセス。
4. 前記圧電層（２００、２００’）の前記粗い表面が１μｍを超える粗さを有する、請求項３に記載のプロセス。
5. 前記キャリア基板（１００）がシリコン材料でできている、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
6. シリコン材料で作られた前記キャリア基板（１００）が、前記圧電層（２００、２００）と接合される界面に向かうトラッピング層（４００）を備え、前記トラッピング層（４００）は電荷キャリアをトラップする、請求項１から５のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 前記圧電層（２００、２００’）がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムでできている、請求項１から６のいずれか一項に記載のプロセス。

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