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FR3157016A1 - Implémentation de filtres RF - Google Patents

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FR3157016A1
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Marie BOUSQUET
Pierre Perreau
Alexandre Reinhardt
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Abstract

Implémentation de filtres RF La présente description concerne un dispositif comprenant des premier (12) et deuxième (14) filtres, le premier filtre (12) comprenant une première région (20) en un premier matériau piézoélectrique, le deuxième filtre (14) comprenant une deuxième région (22) en un deuxième matériau piézoélectrique, les premier et deuxième matériaux étant différents et les première (20) et deuxième (22) régions étant sur un même substrat. Figure pour l'abrégé : Fig. 1

Description

Implémentation de filtres RF
La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques et plus précisément les dispositifs électroniques comprenant des filtres et leurs procédés de fabrication.
La piézoélectricité est la propriété que possèdent certains matériaux de se polariser électriquement sous l’action d’une contrainte mécanique (effet piézoélectrique direct) et réciproquement de se déformer lorsqu’on leur applique un champ électrique (effet piézoélectrique inverse).
Cet effet est utilisé dans de nombreuses applications. En particulier, la piézoélectricité est utilisée dans les filtres, par exemple les filtres à ondes acoustiques de surface (SAW – "Surface Acoustic Waves) ou les filtres à ondes acoustiques de volume (BAW - Bulk Acoustic Waves).
Un mode de réalisation prévoit un dispositif comprenant des premier et deuxième filtres, le premier filtre comprenant une première région en un premier matériau piézoélectrique, le deuxième filtre comprenant une deuxième région en un deuxième matériau piézoélectrique, les premier et deuxième matériaux étant différents et les première et deuxième régions étant sur un même substrat.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième filtres sont de même type.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième filtres sont des filtres à ondes acoustiques de surface, des filtres à ondes acoustiques de volume, ou des filtres à ondes de Lamb.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième matériaux sont parmi LiNbO3, LiTaO3, Li1-xNbxO3, AlN, Al1-xScxN, KTa1-xNbxO3 et ont une orientation parmi : X-, Y-, Y+30°-, Y+36°-, Y+38°-, Y+41°-, Y+50°- Y+64°-, Y+128°-, Y+163°-, Z-cut.
Selon un mode de réalisation, les première et deuxième régions sont dans un même niveau.
Selon un mode de réalisation, les première et deuxième régions sont adjacentes.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend au moins un troisième filtre du même type que les premier et deuxième filtres en un troisième matériau piézoélectrique, le troisième matériau étant différent des premier et deuxième matériaux.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième filtres sont des filtres à ondes acoustiques de surface et comprennent chacun sur une face supérieure de la première ou deuxième région, des électrodes en forme de peignes interdigités.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième filtres sont des filtres à ondes acoustiques de volume sur réflecteur de Bragg, et comprennent un empilement d'un miroir de Bragg et d'une première couche comprenant une première électrode pour chaque premier et deuxième filtre, la première couche étant située entre les première et deuxième régions et le substrat.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième filtres sont filtres à ondes acoustiques de volume à résonateur en couche mince, et comprennent une première couche comprenant une première électrode et une première cavité pour chaque premier et deuxième filtre, la première couche étant située entre les première et deuxième régions et le substrat, la première cavité s'étendant sous la première électrode et étant ouverte par une deuxième cavité traversant la première ou deuxième région.
Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif comprenant des premier et deuxième filtres, le procédé comprenant la formation d'une première région du premier filtre en un premier matériau piézoélectrique, et la formation d'une deuxième région du deuxième filtre en un deuxième matériau piézoélectrique, les premier et deuxième matériaux étant différents et les première et deuxième régions étant sur un même substrat.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation sur le substrat d'une première couche en le premier matériau, une étape de gravure de la première couche de manière à former la première régions, la formation d'une deuxième couche en le deuxième matériau remplissant au moins l'emplacement de la deuxième région et la gravure de la deuxième couche de manière à former la deuxième région.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation sur le substrat de la première région, la formation de la deuxième région sur un substrat intermédiaire, la formation d'une troisième couche de fixation au moins à l'emplacement de la deuxième région sur le substrat, la fixation de la deuxième région sur le substrat, et le retrait du substrat intermédiaire.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation de premières électrodes sur les première et deuxième régions, la formation d'une quatrième couche isolante sur les premières électrodes et sur les première et deuxième régions, la formation sur un autre substrat, d'un miroir de Bragg, la fixation de la quatrième couche isolante sur le miroir, le retrait du premier substrat, la formation de deuxièmes électrodes sur les première et deuxième régions et la formation d'un via traversant chaque première et deuxième région de manière à atteindre une première électrode.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend : - entre la formation des premières électrodes et la formation de la quatrième couche isolante, la formation d'éléments en un matériau sacrificiel, chaque élément recouvrant partiellement la face d'une première électrode la plus éloignée du substrat et une paroi latérale de la première électrode ; et - après la fixation de la quatrième couche, la formation d'une cavité atteignant chaque élément et le retrait du matériau sacrificiel.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
laFIG. 1représente un mode de réalisation d'un dispositif comprenant des filtres ;
laFIG. 2représente une étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1;
laFIG. 2représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1;
laFIG. 2représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1;
laFIG. 2représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1;
laFIG. 3représente une étape d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1;
laFIG. 3représente une autre étape d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1;
laFIG. 3représente une autre étape d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1;
laFIG. 3représente une autre étape d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1;
laFIG. 4représente un autre mode de réalisation d'un dispositif comprenant des filtres ;
laFIG. 5représente un autre mode de réalisation d'un dispositif comprenant des filtres ;
laFIG. 6représente une étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 5;
laFIG. 6représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 5;
laFIG. 6représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 5;
laFIG. 7représente un autre mode de réalisation d'un dispositif comprenant des filtres ;
laFIG. 8représente une étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 7;
laFIG. 8représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 7; et
laFIG. 8représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 7.
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.
Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
LaFIG. 1représente un mode de réalisation d'un dispositif 10 comprenant des filtres 12 et 14. Dans l'exemple de laFIG. 1, le dispositif comprend un unique filtre 12 et un unique filtre 14. Plus généralement, le dispositif 10 peut comprend une pluralité de filtres 12 et une pluralité de filtres 14.
Les filtres 12, 14 sont de préférence des filtres radio fréquences de même type, c’est-à-dire des filtres à ondes acoustiques de surface (SAW – "Surface Acoustic Waves).
Le dispositif 10 comprend un substrat 16. Le substrat 16 est par exemple un substrat semiconducteur. Le substrat 16 est par exemple en silicium, en carbure de silicium (SiC), en saphir (Al3O2), ou en nitrure de gallium (GaN).
Les filtres 12, 14 sont situés sur le même substrat 16. Chaque filtre 12, 14 repose sur le substrat 16. Plus précisément, chaque filtre 12, 14 repose sur une face supérieure du substrat 16. Chaque filtre 12, 14 est fixé au substrat 16, par exemple par une couche de fixation 18. Ainsi, le dispositif 10 comprend une couche de fixation 18, par exemple commune aux filtres 12, 14, fixant les filtres 12, 14 au substrat 16. Plus précisément, la couche 18 repose sur la face supérieure du substrat 16 et les filtres 12, 14 reposent sur une face supérieure de la couche 18. La couche de fixation 18 a par exemple une épaisseur constante, par exemple au moins en regard des filtres 12, 14
Chaque filtre 12, 14 comprend une région 20, 22 en un matériau piézoélectrique. Plus précisément, les filtres 12 comprennent chacun une région 20 et les filtres 14 comprennent chacun une région 22. Les régions 20, 22 reposent sur la face supérieure de la couche 18. Par exemple, les régions 20, 22 sont en contact avec la couche 18.
Les régions 20 sont toutes en un premier matériau piézoélectrique. Les régions 22 sont toutes en un deuxième matériau piézoélectrique. Les premier et deuxième matériaux sont différents. Les premier et deuxième matériaux sont par exemple des matériaux piézoélectrique monocristallin. Les matériaux piézoélectriques sont définis par leur nature et leur orientation. Les premier et deuxième matériaux ont une nature et/ou une orientation différente. Les natures des premier et deuxième matériaux, c’est-à-dire la composition atomique du matériau, sont par exemple parmi : LiNbO3, LiTaO3, Li1-xNbxO3, AlN, Al1-xScxN, KTa1-xNbxO3. Les orientations des premier et deuxième matériaux sont par exemple parmi : X-, Y-, Y+30°-, Y+36°-, Y+38°-, Y+41°-, Y+50°- Y+64°-, Y+128°-, Y+163°-, Z-cut, la nomenclature des orientations étant par exemple décrite dans le document “IEEE Standard on Piezoelectricity,” de ANSI/IEEE Std 176-1987, 1988, doi: 10.1109/IEEESTD.1988.79638.
Les régions 20 et 22 ont par exemple des dimensions identiques. Les régions 20 et 22 ont par exemple une même hauteur. Les régions 20 et 22 sont par exemple dans une même couche, ou dans un même niveau, du dispositif. Les faces supérieures des régions 20, 22 sont par exemple coplanaires. Les faces inférieures des régions 20, 22 sont par exemple coplanaires. Les régions 20, 22 d'au moins certains filtres, par exemple de tous les filtres 12, 14 sont en contact latéral avec les filtres voisins. Ainsi, le filtre 12 et le filtre 14 de laFIG. 1sont voisins et les régions 20 et 22 de laFIG. 1sont en contact latéral. De préférence, la couche comprenant les régions 20 et 22 ne comprend que des régions 20 et 22.
Chaque filtre 12, 14 comprend en outre des électrodes 26, 28. Autrement dits, chaque filtre 12 comprend des électrodes 26 et chaque filtre 14 comprend des électrodes 28. Les électrodes 26, 28 sont situées sur la face supérieure de la région 20, 22 du filtre, de préférence en contact avec la face supérieure de la région 20, 22.
Chaque filtre 12 comprend par exemple deux électrodes 26, chaque électrode 26 ayant une forme de peigne. Par forme de peigne, on entend une forme comprenant une pluralité de bandes auxiliaires parallèles comprenant chacune une extrémité reliée à une bande principale. Les électrodes 26 d'un filtre 12 sont interdigités. Autrement dit, les électrodes 26 sont agencées de telle manière que chaque bande auxiliaire d'une des électrodes 26 est séparée de la bande auxiliaire voisine de la même électrode 26 par une bande auxiliaire de l'autre électrode 26. Similairement, chaque filtre 14 comprend par exemple deux électrodes 28, chaque électrode 28 ayant une forme de peigne. Les électrodes 28 d'un filtre 14 sont interdigités.
La différence de matériau entre les régions 20 et 22 engendre une différence de vitesse de l'onde acoustique dans les régions 20 et 22 et donc une différence de fréquence entre les filtres 12 et 14. Les filtres 12 et 14 filtrent ainsi des fréquences, ou des gammes de fréquences différentes.
Les figures 2A à 2D représentent des étapes, de préférence successives, d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
LaFIG. 2représente une étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
Au cours de cette étape, une couche 30 en le matériau des régions 20 est fixée sur le substrat 16. Plus précisément, cette étape comprend la formation du substrat 16, la formation de la couche de fixation 18 sur une face supérieure du substrat 16 et la fixation de la couche 30 sur une face supérieure de la couche de fixation 18.
Par exemple, l'étape de laFIG. 2peut correspondre à une étape de formation de filtre à ondes acoustiques de surface connue. Par exemple, l'étape de laFIG. 2peut correspondre à une étape d'un procédé décrit dans le document WO 2019002080.
La couche 30 a par exemple une épaisseur constante. L'épaisseur de la couche 30 a de préférence une hauteur au moins égale, de préférence sensiblement égale, à la hauteur de la région 20.
LaFIG. 2représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
Au cours de cette étape, la couche 30 est gravée et/ou amincie de manière à obtenir la région 20. De préférence, la couche 18 n'est pas gravée. Autrement dit, l'étape de laFIG. 2comprend la gravure de la couche 30, autour de l'emplacement de la région 20, de manière à atteindre la face supérieure de la couche 18. En particulier, les portions de la couche 30 situées dans l'emplacement de la région 22 sont gravées lors de l'étape de laFIG. 2.
LaFIG. 2représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
Au cours de cette étape, une couche 32 en le matériau de la région 22 est formée sur la structure résultant de l'étape de la figure B. La couche 32 est par exemple formée de manière conforme.
L'épaisseur de la couche 32 est au moins égale, par exemple sensiblement égale, à l'épaisseur de la région 22. Ainsi, l'emplacement de la région 22 est entièrement remplit par la couche 32. La couche 32 recouvre en outre la face supérieure de la région 20.
LaFIG. 2représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
Au cours de cette étape, la région 22 est formée. Ainsi, au cours de l'étape de laFIG. 2, les portions de la couche 32 situées en dehors de l'emplacement de la région 22 sont retirées. Par exemple, lesdites portions sont gravées. Alternativement, lesdites portions sont retirées par un procédé de polissage mécanochimique (CMP – Chemical-mechanical polishing). Par exemple, dans le cas où la couche comprenant les régions 20 et 22 ne comprend que les régions 20 et 22, l'étape de laFIG. 2comprend un procédé de polissage mécanochimique. Ainsi, toutes les portions situées en dehors de l'emplacement de la région 22 sont au-dessus du niveau de la face supérieure des régions 20 et 22 et sont retirées par le procédé de CMP.
L'étape de laFIG. 2est par exemple suivie d'une étape non représentée de formation des électrodes 26 et 28. Par exemple, l'étape de formation des électrodes 26, 28 comprend la formation d'une couche conductrice, par exemple métallique, sur les faces supérieures des régions 20 et 22. Ladite couche conductrice est ensuite gravée de manière à former les électrodes 26, 28.
Les figures 3A à 3D représentent des étapes, de préférence successives, d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
LaFIG. 3représente une étape d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
Au cours de cette étape, une structure 33 est formée. La structure 33 comprend un substrat intermédiaire 34, une couche de fixation 36 et une région 22' identique à la région 22 décrite précédemment. La région 22' est formée de manière à être fixée sur le substrat intermédiaire 34, par exemple par la couche de fixation 36. Par exemple, l'étape de laFIG. 3correspond des étapes identiques aux étapes des figures 2A et 2B, dans lesquelles la couche 36 remplace la couche 18, dans lesquelles la région 22' remplace la région 20 et dans lesquelles le substrat intermédiaire 34 remplace le substrat 16.
LaFIG. 3représente une autre étape d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
Au cours de cette étape, une structure 37 est formée. La structure 37 comprend une région 20', un substrat 16' et une couche 18', respectivement identiques à la région 20, au substrat 16 et à la couche 18 décrits précédemment. La région 20' est formée sur le substrat 16', par exemple fixée par la couche 18'. Ainsi, l'étape de laFIG. 3comprend par exemple des étapes identiques aux étapes des figures 2A et 2B.
L'étape de laFIG. 3comprend la formation d'une couche de fixation 38. La couche de fixation 38 est par exemple formée de manière conforme sur l'ensemble de la structure. La couche 38 recouvre par exemple au moins la portion de la face supérieure de la couche 18 située à l'emplacement de la région 22'. Dans l'exemple de laFIG. 3, la couche 38 recouvre la face supérieure de la région 20', les parois latérales de la région 20' et l'emplacement de la région 22'.
Les régions 20' et 22' ont par exemple la même hauteur.
Les étapes des figures 3A et 3B sont effectuées indépendamment. Ainsi, l'étape de laFIG. 3peut être effectuée avant ou pendant l'étape de laFIG. 3.
LaFIG. 3représente une autre étape d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
Au cours de cette étape, les structures 33 et 37 sont assemblées de telle manière que la région 22' soit à son emplacement. Autrement dit, les structures 33 et 37 sont agencées et alignées de telle manière que les régions 20' et 22' soient entre les substrats 16 et 34 et que la région 22' soit fixée à la couche 18 dans l'emplacement de la région 22'.
LaFIG. 3représente une autre étape d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 1.
Au cours de cette étape, le substrat 34 et la couche 36 sont retirés. Par exemple, la couche de fixation 36 est configurée pour pouvoir être détachée de la région 22', par exemple par une étape de traitement thermique.
L'étape de laFIG. 3comprend par exemple ensuite le retrait des portions de la couche 38 située sur la face supérieure de la région 20'.
Le procédé comprend par exemple ensuite une étape d'aplanissement de la face supérieure de la structure, par exemple une étape de polissage mécanochimique. L'étape d'aplanissement permet par exemple de retirer la portion de la région 22' située à un niveau supérieur au niveau de la face supérieure de la région 20'.
Alternativement, la région 22' peut être formée de telle manière que la hauteur de la région 20' soit égale à la somme de la hauteur de la couche 38 et de la région 22'.
LaFIG. 4représente un autre mode de réalisation d'un dispositif 40 comprenant des filtres 42, 44, 46, 48. Les filtres 42, 44, 46, 48 sont de préférence des filtres de même type, c’est-à-dire des filtres à ondes acoustiques de surface (SAW – "Surface Acoustic Waves). Les filtres 42, 44, 46, 48 sont par exemple des filtres radio fréquence.
Le dispositif 40 comprend des éléments du dispositif 10 de laFIG. 1. En particulier, le dispositif 40 comprend le substrat 16 et la couche de fixation 18. Le dispositif 40 diffère du dispositif 10 de laFIG. 1en ce que le dispositif 40 comprend au moins trois types de filtres. Dans l'exemple de laFIG. 4, le dispositif 40 comprend quatre types de filtres. Le dispositif 40 comprend au moins un filtre de chaque type. Un seul filtre de chaque type est représenté enFIG. 4. Ainsi, les filtres 42, 44, 46, 48 sont des filtres de types différents.
Comme dans le mode de réalisation de laFIG. 1, chaque filtre comprend une région en un matériau piézoélectrique reposant sur la couche 18 et des électrodes reposant sur ladite région et formant deux peignes interdigités. Autrement dit, le filtre 42 comprend une région 50 en un matériau piézoélectrique fixée au substrat 16 par la couche de fixation 18 et des électrodes 52 formant des peignes interdigités. Le filtre 44 comprend une région 54 en un matériau piézoélectrique fixée au substrat 16 par la couche de fixation 18 et des électrodes 56 formant des peignes interdigités. Le filtre 46 comprend une région 58 en un matériau piézoélectrique fixée au substrat 16 par la couche de fixation 18 et des électrodes 60 formant des peignes interdigités. Le filtre 48 comprend une région 62 en un matériau piézoélectrique fixée au substrat 16 par la couche de fixation 18 et des électrodes 64 formant des peignes interdigités.
Les matériaux piézoélectriques des régions 50, 54, 58, 62 sont des matériaux différents les uns des autres. Lesdits matériaux sont par exemple des matériaux piézoélectriques monocristallin. Lesdits matériaux ont une nature et/ou une orientation différente. Les natures des matériaux, c’est-à-dire la composition atomique du matériau, sont par exemple parmi : LiNbO3, LiTaO3, Li1-xNbxO3, AlN, Al1-xScxN, KTa1-xNbxO3. Les orientations des matériaux sont par exemple parmi : X-, Y-, Y+30°-, Y+36°-, Y+38°-, Y+41°-, Y+50°- Y+64°-, Y+128°-, Y+163°-, Z-cut.
Les régions 50, 54, 58, 62 ont par exemple des dimensions identiques. Les régions 50, 54, 58, 62 ont par exemple une même hauteur. Les régions 50, 54, 58, 62 sont par exemple dans une même couche, ou un même niveau, du dispositif. Les faces supérieures des régions 50, 54, 58, 62 sont par exemple coplanaires. Les faces inférieures des régions 50, 54, 58, 62 sont par exemple coplanaires. Les régions 50, 54, 58, 62 d'au moins certains filtres, par exemple de tous les filtres 42, 44, 46, 48 sont en contact latéral avec les filtres voisins. Ainsi, les filtres 42, 44, 46, 48 sont voisins et les régions 50, 54, 58, 62 sont en contact latéral. De préférence, la couche comprenant les régions 50, 54, 58, 62 ne comprend que des régions 50, 54, 58, 62.
Le dispositif 40 est par exemple formé par un procédé similaire au procédé des figures 2A à 2D, comprenant la formation de la région 50 par l'étape de laFIG. 2et la formation successive des régions 54, 58, 62 par la répétition des étapes des figures 2B à 2D. Autrement dit la formation du dispositif 40 comprend par exemple :
- l'étape de laFIG. 2dans lequel la couche 30 est en le matériau de la région 50;
- l'étape de laFIG. 2dans lequel la couche 30 est gravée à l'emplacement de la région 54 ;
- l'étape de laFIG. 2dans lequel une couche en le matériau de la région 54 est formée ;
- l'étape de laFIG. 2dans lequel les portion de la couche en le matériau de la région 54 est retirée en dehors de l'emplacement de la région 54 ;
- l'étape de laFIG. 2dans lequel la couche 30 est gravée à l'emplacement de la région 58 ;
- l'étape de laFIG. 2dans lequel une couche en le matériau de la région 58 est formée ;
- l'étape de laFIG. 2dans lequel les portion de la couche en le matériau de la région 58 est retirée en dehors de l'emplacement de la région 58 ;
- l'étape de laFIG. 2dans lequel la couche 30 est gravée à l'emplacement de la région 62 ;
- l'étape de laFIG. 2dans lequel une couche en le matériau de la région 62 est formée ;
- l'étape de laFIG. 2dans lequel les portion de la couche en le matériau de la région 62 est retirée en dehors de l'emplacement de la région 62 ; et
- la formation des électrodes 52, 56, 60, 64.
Selon une variante, le procédé de laFIG. 4peut être obtenu par un procédé similaire procédé des figures 3A à 3D. Le procédé comprend alors :
- l'étape de laFIG. 3dans lequel chaque région 54, 58, 62 est formé sur un substrat intermédiaire ;
- l'étape de laFIG. 3, dans lequel la région 50 est formée sur la couche 18 ;
- le placement successif des régions 54, 58, 62 sur le substrat 18 comme décrits en relation avec les figures 3C et 3D ; et
- la formation des électrodes 52, 56, 60, 64.
LaFIG. 5représente un autre mode de réalisation d'un dispositif 70 comprenant des filtres 72 et 74. Dans l'exemple de laFIG. 5, le dispositif comprend un unique filtre 72 et un unique filtre 74. Plus généralement, le dispositif 70 peut comprendre une pluralité de filtres 72 et une pluralité de filtres 74.
Les filtres 72, 74 sont de préférence des filtres de même type, c’est-à-dire des filtres à ondes acoustiques de volume (BAW – "Bulk Acoustic Waves). Plus précisément, les filtres 72, 74 sont de préférence des filtres à ondes acoustiques de volume sur réflecteur (ou miroir) de Bragg (BAW-SMR - Bulk Acoustic Waves-Solidly Mounted Resonator). Les filtres 72, 74 sont par exemple des filtres radio fréquence.
Le dispositif 70 comprend un substrat 76. Le substrat 76 est par exemple un substrat isolant. Le substrat 76 est par exemple en silicium haute résistivité.
Le dispositif 70 comprend un miroir de Bragg 78. Autrement dit, le dispositif comprend un empilement 78 de plusieurs couches alternant deux indices de réfraction différents. Les matériaux du miroir de Bragg sont par exemple choisis selon l'application du dispositif. Le miroir 78 repose sur une face supérieure du substrat 76. Le miroir 78 recouvre au moins la portion du substrat 76 située en regard des filtres 72, 74. Le miroir 78 recouvre par exemple toute la face supérieure du substrat 76.
Le dispositif 70 comprend en outre une couche isolante 80. La couche 80 est par exemple en un matériau diélectrique, par exemple en oxyde de silicium. La couche 80 recouvre au moins la portion du miroir 78 située en regard des filtres 72, 74. La couche 80 recouvre par exemple toute la face supérieure du miroir 78.
Le dispositif 70 comprend des électrodes 82, 84. Plus précisément, le dispositif 70 comprend une électrode 82, 84 par filtre. Chaque électrode 82 correspond à un filtre 72 et chaque électrode 84 correspond à un filtre 74. Les électrodes correspondent à des bandes conductrices, par exemple des bandes métalliques. Les électrodes 82, 84 sont situées dans la couche 80. Plus précisément, les électrodes 82, 84 affleurent la face supérieure de la couche 80. Les parois latérales et inférieures des électrodes 82, 84 sont recouverte par la couche 80. Chaque électrode 82 est située en regard de l'emplacement du filtre 72 correspondant. Chaque électrode 84 est située en regard de l'emplacement du filtre 74 correspondant.
Chaque filtre 72, 74 comprend une région 86, 88 en un matériau piézoélectrique. Plus précisément, les filtres 72 comprennent chacun une région 86 et les filtres 74 comprennent chacun une région 88. Les régions 86, 88 reposent sur la face supérieure de la couche 80 et sur la face supérieure des électrodes 82, 84. Par exemple, les régions 86 et 88 sont en contact avec la couche 80 et avec les électrodes. Plus précisément, la face inférieure de la région 86 est en contact avec la couche 80 et l'électrode 82. La face inférieure de la région 88 est en contact avec la couche 80 et l'électrode 84. L'électrode 84 n'est pas en contact avec la région 86. L'électrode 82 n'est pas en contact avec la région 88.
Les régions 86 sont toutes en un premier matériau piézoélectrique. Les régions 88 sont toutes en un deuxième matériau piézoélectrique. Les premier et deuxième matériaux sont différents. Les premier et deuxième matériaux sont par exemple des matériaux piézoélectrique monocristallin. Les matériaux piézoélectriques sont définis par leur nature et leur orientation. Les premier et deuxième matériaux ont une nature et/ou une orientation différente. Les natures des premier et deuxième matériaux, c’est-à-dire la composition atomique du matériau, sont par exemple parmi : LiNbO3, LiTaO3, Li1-xNbxO3, AlN, Al1-xScxN, KTa1-xNbxO3. Les orientations des premier et deuxième matériaux sont par exemple parmi : X-, Y-, Y+30°-, Y+36°-, Y+38°-, Y+41°-, Y+50°- Y+64°-, Y+128°-, Y+163°-, Z-cut.
Les régions 86, 88 ont par exemple des dimensions identiques. Les régions 86, 88 ont par exemple une même hauteur. Les régions 86, 88 sont par exemple dans une même couche, ou un même niveau, du dispositif. Les faces supérieures des régions 86, 88 sont par exemple coplanaires. Les faces inférieures des régions 86, 88 sont par exemple coplanaires. Les régions 86, 88 d'au moins certains filtres, par exemple de tous les filtres 72, 74 sont en contact latéral avec les filtres voisins. Ainsi, le filtre 72 et le filtre 74 de laFIG. 5sont voisins et les régions 86, 88 de laFIG. 5sont en contact latéral. De préférence, la couche comprenant les régions 86, 88 ne comprend que des régions 86, 88.
Chaque filtre 72, 74 comprend en outre une électrode 90, 92. Autrement dits, chaque filtre 72 comprend une électrode 90 et chaque filtre 74 comprend une électrode 92. Les électrodes 90, 92 sont situées sur la face supérieure de la région 86, 88 du filtre, de préférence en contact avec la face supérieure de la région 86, 88.
Chaque filtre 72, 74 comprend en outre une ouverture traversant la région 86, 88 de manière à atteindre l'électrode 82, 84 située en contact avec la face inférieure de la région 86, 88. Chaque ouverture est par exemple remplie par un via conducteur isolé 94 permettant la connexion des électrodes 82, 84. Chaque via 94 comprend par exemple une gaine isolante latérale et un cœur conducteur.
Les figures 6A à 6C représentent des étapes, de préférence successives, d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 5.
LaFIG. 6représente une étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 5.
L'étape de laFIG. 6comprend la formation de la structure de laFIG. 1, dans lequel la région 88 correspond à la région 20 et la région 86 correspond à la région 22. Ainsi, l'étape de laFIG. 6comprend par exemple le procédé des figures 2A à 2D ou le procédé des figures 3A à 3D.
L'étape de laFIG. 6comprend en outre la formation des électrodes 82 et 84. La formation des électrodes 82 et 84 comprend par exemple la formation d'une couche en le matériau des électrodes 82, 84, par exemple en métal, et la gravure de ladite couche de manière à retirer les portions de la couche hors des emplacements des électrodes 82, 84.
L'étape de laFIG. 6comprend en outre la formation de la couche 80. Autrement dit, la couche 80 est déposée sur la structure résultant de la formation des électrodes 82, 84. La couche 80 est formée de manière à recouvrir les électrodes 82, 84 et les régions 86, 88. La formation de la couche 80 est par exemple telle que la face de la couche 80 la plus éloignée des régions 86, 88 est plane.
LaFIG. 6représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 5.
Au cours de cette étape, le miroir de Bragg 78 est formé sur le substrat 76.
L'étape de laFIG. 6comprend en outre la fixation de la structure résultant de l'étape de laFIG. 6sur le miroir de Bragg. Plus précisément, les structures sont fixées l'une à l'autre de telle manière que la face de la couche 80 la plus éloignée des régions 86, 88 soit fixée à la face du miroir 78 de Bragg la plus éloignée du substrat 76.
LaFIG. 6représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 5.
Au cours de cette étape, la couche 18 et le substrat 16 sont retirés. Le retrait de la couche 18 et du substrat 16 est par exemple effectué par un procédé tel que le procédé décrit dans le document EP 4006998.
L'étape de laFIG. 6comprend en outre la formation des électrodes 90 sur les régions 86 et 88, par exemple par la formation et la gravure d'une couche conductrice, par exemple métallique.
L'étape de laFIG. 6comprend en outre la formation d'une ouverture dans chaque région 86, 88 de manière à atteindre l'électrode 82, 84. Les ouvertures sont par exemple ensuite remplies de vias isolés conducteurs 94.
LaFIG. 7représente un autre mode de réalisation d'un dispositif 100 comprenant des filtres 102, 104. Dans l'exemple de laFIG. 7, le dispositif comprend un unique filtre 102 et un unique filtre 104. Plus généralement, le dispositif 100 peut comprend une pluralité de filtres 102 et une pluralité de filtres 104.
Les filtres 102, 104 sont de préférence des filtres de même type, c’est-à-dire des filtres à ondes acoustiques de volume (BAW – "Bulk Acoustic Waves). Plus précisément, les filtres 102, 104 sont de préférence des filtres à ondes acoustiques de volume à résonateur en couche mince auto-suspendu (BAW-FBAR - Bulk Acoustic Waves- Film Bulk Acoustic Resonator). Les filtres 102, 104 sont par exemple des filtres radio fréquence.
Le dispositif 100 comprend des éléments identiques à des éléments du dispositif 70. Ainsi, le dispositif 100 comprend le substrat 76, la couche 80, les électrodes 82, 84, les régions 86, 88, les vias 94 et les électrodes 90, 92. Le dispositif 100 diffère du dispositif 70 en ce que le dispositif 100 ne comprend pas le miroir de Bragg 78 et comprend des cavités 106.
Chaque filtre 102, 104 comprend une cavité 106. Chaque cavité 106 se situe sous une partie de chaque électrode 82, 84. Ainsi une partie de la face inférieure de chaque électrode 82, 84, par exemple au moins la moitié de la face inférieure de chaque électrode 82, 84, forme une partie de la paroi de la cavité 106 du filtre correspondant. Chaque cavité 106 s'étend par exemple le long d'une paroi latérale de chaque électrode 82, 84 de manière à atteindre le niveau de la face supérieure de la couche 80.
Chaque filtre comprend en outre une cavité 108 traversant la région 86, 88 de manière à atteindre la cavité 106.
Les figures 8A à 8C représentent des étapes, de préférence successives, d'un autre procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 7.
Alternativement, les filtres 102, 104 du dispositif 100 peuvent être des filtres à ondes de Lamb. Chaque filtre comprend alors des électrodes, non représentées, situées sur la face supérieure de la région 86, 88 et formant des créneaux.
LaFIG. 8représente une étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 7.
L'étape de laFIG. 8comprend les étapes de laFIG. 6. Ainsi, l'étape de laFIG. 8comprend la formation du substrat 16, de la couche 18, des régions 86, 88, des électrodes 82, 84 et de la couche 80, comme décrit en relation avec laFIG. 6. L'étape 8A diffère de l'étape 6A en ce que l'étape 8A comprend la formation d'un élément 110 en un matériau sacrificiel à l'emplacement de la cavité 106. L'élément 110 est par exemple en silicium polycristallin, en silicium amorphe, en résine ou en un autre matériau pouvant être gravé préférentiellement par rapport aux matériaux des couches 80, 88 et au matériau de l'électrode 84, c’est-à-dire pouvant être gravé au moins deux fois plus vite, par exemple au moins dix fois plus vite, que les matériaux des couches 80, 88 et le matériau de l'électrode 84.
Chaque élément 110 recouvre partiellement, par exemple recouvre au moins la moitié, de la face d'une électrode 82, 84 la plus éloignée du substrat 16. Ledit élément 110 recouvre en outre une paroi latérale de l'électrode 82, 84 et une portion de la face de la région 86, 88 la plus éloignée du substrat 16.
LaFIG. 8représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 7.
L'étape de laFIG. 8comprend, comme l'étape de laFIG. 6, la fixation de la structure résultant de l'étape de laFIG. 8sur le substrat 76. Plus précisément, les structures sont fixées l'une à l'autre de telle manière que la face de la couche 80 la plus éloignée des régions 86, 88 soit fixée à une face du substrat 76.
L'étape de laFIG. 8comprend en outre le retrait de la couche 18 et du substrat 16, par exemple comme décrit en relation avec laFIG. 6.
LaFIG. 8représente une autre étape d'un procédé de fabrication du dispositif de laFIG. 7.
L'étape de laFIG. 8comprend, comme l'étape de laFIG. 6, la formation des électrodes 90 sur les régions 86 et 88, par exemple par la formation et la gravure d'une couche conductrice, par exemple métallique.
L'étape de laFIG. 8comprend en outre la formation d'une ouverture dans chaque région 86, 88 de manière à atteindre l'électrode 82, 84. Les ouvertures sont par exemple ensuite remplies de vias isolés conducteurs 94.
L'étape de laFIG. 8comprend en outre la formation des ouvertures 108 traversant chacune une région 86, 88 de manière à atteindre un élément 110. Le dispositif comprend autant d'ouvertures 108 que d'élément 106. Le dispositif comprend par exemple autant d'ouvertures 108 que de filtres 102 et 104. Les cavités 108 sont par exemple formées en même temps que les cavités des vias 94.
L'étape de laFIG. 8comprend en outre le retrait de l'élément 110 en matériau sacrificiel. Le retrait de l'élément 110 est par exemple effectué avant la formation des vias 94.
Selon un autre mode de réalisation, les filtres peuvent être des filtres à ondes de Lamb et la formation des électrodes 90 peut être remplacée par la formation d'électrodes ayant une forme de peigne interdigité.
Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'il est possible de former, sur un même substrat, des filtres radio fréquences adaptés à des fréquences différentes et des largeurs de bande passante différentes.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier.
Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims (15)

  1. Dispositif comprenant des premier (12, 72, 102) et deuxième (14, 74, 104) filtres, le premier filtre (12, 72, 102) comprenant une première région (20, 86) en un premier matériau piézoélectrique, le deuxième filtre (14, 74, 104) comprenant une deuxième région (22, 88) en un deuxième matériau piézoélectrique, les premier et deuxième matériaux étant différents et les première (20, 86) et deuxième (22, 88) régions étant sur un même substrat.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premier (12, 72, 102) et deuxième (14, 74, 104) filtres sont de même type.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premier (12, 72, 102) et deuxième (14, 74, 104) filtres sont des filtres à ondes acoustiques de surface, des filtres à ondes acoustiques de volume, ou des filtres à ondes de Lamb.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les premier et deuxième matériaux sont parmi LiNbO3, LiTaO3, Li1-xNbxO3, AlN, Al1-xScxN, KTa1-xNbxO3et ont une orientation parmi : X-, Y-, Y+30°-, Y+36°-, Y+38°-, Y+41°-, Y+50°- Y+64°-, Y+128°-, Y+163°-, Z-cut.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les première (20, 86) et deuxième (22, 88) régions sont dans un même niveau.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les première (20, 86) et deuxième (22, 88) régions sont adjacentes.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif comprend au moins un troisième filtre (42, 44, 46, 48) du même type que les premier (12, 72, 102) et deuxième (14, 74, 104) filtres en un troisième matériau piézoélectrique, le troisième matériau étant différent des premier et deuxième matériaux.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les premier (12) et deuxième (14) filtres sont des filtres à ondes acoustiques de surface et comprennent chacun sur une face supérieure de la première ou deuxième région, des électrodes (26, 28) en forme de peignes interdigités.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les premier (72) et deuxième (74) filtres sont des filtres à ondes acoustiques de volume sur réflecteur de Bragg, et comprennent un empilement d'un miroir de Bragg (78) et d'une première couche (80) comprenant une première électrode (82, 84) pour chaque premier et deuxième filtre, la première couche (80) étant située entre les première et deuxième régions et le substrat (16).
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les premier (102) et deuxième (104) filtres sont filtres à ondes acoustiques de volume à résonateur en couche mince, et comprennent une première couche (80) comprenant une première électrode (82, 84) et une première cavité (106) pour chaque premier et deuxième filtre, la première couche étant située entre les première et deuxième régions et le substrat, la première cavité s'étendant sous la première électrode et étant ouverte par une deuxième cavité traversant la première ou deuxième région.
  11. Procédé de fabrication d'un dispositif comprenant des premier (12, 72, 102) et deuxième (14, 74, 104) filtres, le procédé comprenant la formation d'une première région du premier filtre (12, 72, 102) en un premier matériau piézoélectrique, et la formation d'une deuxième région du deuxième filtre en un deuxième matériau piézoélectrique, les premier et deuxième matériaux étant différents et les première et deuxième régions étant sur un même substrat.
  12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le procédé comprend la formation sur le substrat (16) d'une première couche (30) en le premier matériau, une étape de gravure de la première couche (30) de manière à former la première régions (20), la formation d'une deuxième couche (32) en le deuxième matériau remplissant au moins l'emplacement de la deuxième région (22) et la gravure de la deuxième couche (32) de manière à former la deuxième région (22).
  13. Procédé selon la revendication 11, comprenant la formation sur le substrat (16) de la première région (20), la formation de la deuxième région (22) sur un substrat intermédiaire (34), la formation d'une troisième couche de fixation (38) au moins à l'emplacement de la deuxième région (22) sur le substrat (16), la fixation de la deuxième région (22) sur le substrat (16), et le retrait du substrat intermédiaire (34).
  14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le procédé comprend la formation de premières électrodes (82, 84) sur les première et deuxième régions, la formation d'une quatrième couche isolante (80) sur les premières électrodes et sur les première et deuxième régions, la formation sur un autre substrat, d'un miroir de Bragg (78), la fixation de la quatrième couche isolante sur le miroir, le retrait du premier substrat, la formation de deuxièmes électrodes sur les première et deuxième régions et la formation d'un via (94) traversant chaque première et deuxième région de manière à atteindre une première électrode.
  15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel le procédé comprend :
    - entre la formation des premières électrodes et la formation de la quatrième couche isolante, la formation d'éléments en un matériau sacrificiel, chaque élément recouvrant partiellement la face d'une première électrode la plus éloignée du substrat et une paroi latérale de la première électrode ; et
    - après la fixation de la quatrième couche, la formation d'une cavité atteignant chaque élément et le retrait du matériau sacrificiel.
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