CAPACITE PARASITE REDUITE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation d'un résonateur à capacité parasite réduite, par exemple un résonateur acoustique à ondes de volume.

Par exemple, on souhaite réaliser des filtres radiofréquences (RF) ajustables, par exemple pour la téléphonie mobile, permettant de diminuer le nombre de filtres mis en œuvre dans un téléphone portable, en utilisant un même filtre pour adresser plusieurs bandes de fréquence.

De tels filtres RF existent déjà, il s'agit par exemple de filtres acoustiques à onde de volume ou filtre BAW (Bulk Acoustic Wave en terminologie anglo-saxonne), mais ils ne sont pas ajustables.

Un filtre acoustique à ondes de volume comporte une couche en matériau piézoélectrique, une électrode sur une face de la couche piézoélectrique et une électrode sur l'autre face. Afin de pouvoir maîtriser les propriétés du résonateur, les électrodes sont délimitées, par exemple par gravure ; elles ne couvrent donc pas toute la face de la couche piézoélectrique sur laquelle elles sont formées.

Afin d'obtenir un filtre acoustique à ondes de volume ajustable, un autre empilement, comportant une couche de matériau piézoélectrique et des électrodes de part d'autre de la couche piézoélectrique, est disposé sur l'empilement déjà réalisé, et isolé de celui-ci par un matériau isolant électrique.

Le premier empilement crée la résonance, il est appelé couche de transduction, et le deuxième empilement permet de modifier les conditions de propagation de l'onde générée par le premier empilement, il est appelé couche de pilotage (« tuning » en terminologie anglo-saxonne). On cherche par ailleurs à exploiter, pour les couches de transduction et de pilotage, des ondes possédant un fort couplage électromécanique, par exemple pour permettre la synthèse de filtres passe-bande répondant aux exigences de la téléphonie mobile, d'une part, et une agilité en fréquence conséquente d'autre part. Ce fort couplage peut être obtenu en utilisant des matériaux présentant de fortes propriétés piézoélectriques. Par exemple le niobate de lithium ou LiNb03, également désigné par LNO, de coupe X, i.e. ayant une direction cristalline X perpendiculaire au plan du substrat, permet d'atteindre un couplage électromécanique théorique de 45% pour les modes visés. Une autre orientation cristalline intéressante est la coupe dite Y+163°, dans laquelle l'axe cristallin X est dans le plan, tandis que l'axe Y est incliné d'un angle de 163° par rapport à la normale au substrat. Cette orientation permet d'exciter des ondes possédant des coefficients de couplage électromécaniques inférieurs à la coupe X (de l'ordre de 35 %), mais ne permet d'exciter qu'une seule onde à la fois, ce qui conduit à une réduction du nombre de résonances parasites.

Dans une application à la téléphonie mobile, les fréquences recherchées sont de quelques centaines de MHz à quelques GHz. Pour cela les couches piézoélectriques doivent être très minces, par exemple de quelques centaines de nanomètres, l'épaisseur dépendant de la fréquence souhaitée.

Des couches de LNO à de telles épaisseurs et présentant une orientation cristalline donnée ne peuvent être réalisées par dépôt. La réalisation des deux empilements est alors obtenue soit par un transfert ou report par implantation, collage direct et fracture, soit par transfert ou report par collage direct et amincissement.

Afin que le filtre fonctionne correctement, les épaisseurs des deux empilements doivent conserver un rapport calculé en fonction des paramètres souhaités pour le résonateur. Or, au vu des épaisseurs recherchées qui sont de quelques centaines de nm, le dépôt de LNO présentant un axe cristallographique perpendiculaire au plan de l'empilement n'est pas envisageable. Des couches de LNO de quelques centaines de nm présentant cette orientation sont obtenues par implantation, collage direct et fracture.

Un tel filtre ajustable est actuellement réalisé à partir d'un premier, d'un deuxième et d'un troisième substrat. Des étapes de réalisation d'électrodes sur les substrats, de collage des substrats et de fracture ont ensuite lieu.

L'empilement comporte quatre électrodes superposées. On définit la zone active du résonateur, la zone où les quatre électrodes se recouvrent. C'est à l'intérieur de cette zone que les ondes présentent le comportement attendu. Un très bon alignement des électrodes est recherché afin de maîtriser les caractéristiques électriques de l'empilement.

Du fait du procédé de réalisation, des désalignements s'accumulent entre les électrodes. Afin de disposer à la fin du procédé de réalisation d'une zone active de surface désirée, on prévoit des gardes au niveau des électrodes. Les électrodes ne présentent pas les mêmes dimensions que la zone active. En général c'est l'électrode réalisée en dernier qui présente les dimensions de la zone active. Les autres électrodes sont prévues avec une garde suffisante pour tenir compte des désalignements.

D'une part, ces gardes nuisent à la compacité du résonateur. D'autre part, il a été constaté que les portions des électrodes et du matériau piézoélectrique de la couche de pilotages en dehors de la zone active formaient l'équivalent d'une capacité parasite, qui est considérée comme branchée en parallèle d'une capacité externe utilisée pour piloter la fréquence de résonance du résonateur. Sa présence décale donc la consigne de pilotage de la fréquence. La plage d'agilité en fréquence du résonateur est alors limitée.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un nouveau procédé de réalisation d'une structure comportant deux empilements chacun comportant au moins un élément, les deux éléments étant alignés.

Le but précédemment énoncé est atteint par un procédé de réalisation d'une structure comportant un premier empilement comportant au moins un premier élément, un deuxième empilement comportant au moins un deuxième élément, le premier et le deuxième élément étant alignés, comportant la formation du deuxième élément sur le premier empilement de sorte qu'il soit aligné avec le premier élément, et le report par collage du reste du deuxième empilement la structure formée. Selon l'invention, l'alignement du premier et du deuxième élément est par exemple obtenu par lithographie et gravure et non par alignement d'une plaque par rapport à l'autre durant le report. L'alignement, lors d'une étape de lithographie, permet d'obtenir un alignement précis grâce à l'utilisation d'un aligneur de masque, ou même mieux, d'un photorépétiteur, utilisé en photolithographie, sans nécessiter le recours à une station d'alignement dédiée lors du collage.

C'est également un but de la présente invention d'offrir un procédé de réalisation d'un résonateur acoustique à ondes de volume offrant des capacités parasites réduites.

Le but précédemment énoncé est atteint par un procédé de réalisation d'un résonateur acoustique à ondes de volume comportant au moins un premier empilement comprenant un matériau piézoélectrique et deux électrodes et un deuxième empilement comprenant deux couches métalliques conductrices électriques de part et d'autre d'une couche, l'alignement des électrodes et des couches métalliques est obtenu par lithographie et gravure et non par alignement d'une plaque par rapport à l'autre durant le report. L'alignement, lors d'une étape de lithographie, permet d'obtenir un alignement précis grâce à l'utilisation d'un aligneur de masque, ou même mieux, d'un photorépétiteur, utilisé en photolithographie, sans nécessité le recours à une station d'alignement dédiée lors du collage.

Grâce au procédé de réalisation, les gardes prévues par précaution pour tenir compte du désalignement des électrodes peuvent être sensiblement réduites, ce qui réduit la capacité parasite. En outre les résonateurs ainsi réalisés peuvent être plus compacts.

Dans le cas d'un filtre acoustique à ondes de volume ajustable, le premier empilement sert à la transduction électromécanique, et le deuxième empilement peut être une couche de pilotage, chaque empilement comportant deux électrodes. Le procédé de réalisation selon l'invention prévoit, après la réalisation de la première électrode, de réaliser les autres électrodes sur un empilement comportant déjà une électrode, ce qui simplifie l'alignement. Avantageusement, le matériau piézoélectrique est du niobate de lithium ou LiNb03 de coupe X ou Y+163°.

Dans le cas d'un filtre SMR, le deuxième empilement peut être un miroir de Bragg acoustique assurant un découplage mécanique entre le résonateur et le substrat. Une première électrode est formée sur un miroir de Bragg, puis après collage de la couche piézoélectrique du résonateur, une deuxième électrode est réalisée par lithographie et gravure en s'alignant directement sur la première électrode.

Le procédé de réalisation d'un résonateur acoustique selon l'invention met en œuvre une couche de collage en matériau diélectrique entre une électrode et une couche piézoélectrique. Contrairement aux préjugés concernant la présence d'une telle couche, il est possible de réaliser un filtre conservant le même coefficient de couplage piézoélectrique, voire un coefficient de couplage augmenté, tout en conservant la même agilité en fréquence.

De manière préférée, l'épaisseur de la couche de collage est comprise entre 10 nm et 50 nm.

La présente invention a alors pour objet un procédé de réalisation d'une structure comportant au moins un premier empilement fonctionnel et un deuxième empilement fonctionnel, le premier empilement fonctionnel comportant au moins un premier élément et une première partie, le deuxième empilement fonctionnel comportant au moins un deuxième élément et une deuxième partie, le premier élément étant aligné avec le deuxième élément, ledit procédé comportant :

a) fourniture d'un premier empilement fonctionnel,

b) formation du deuxième élément sur le premier empilement fonctionnel de sorte qu'elle soit alignée avec le premier élément,

c) fourniture du deuxième empilement ne comportant pas le deuxième élément,

d) assemblage du premier empilement fonctionnel et du deuxième empilement fonctionnel. Dans un exemple de réalisation, le procédé de réalisation comporte une étape e), après l'étape c), de formation d'un troisième élément sur la deuxième partie, de sorte qu'elle soit alignée avec le deuxième élément.

Le procédé de réalisation peut comporter, avant la formation du troisième élément, une étape cl) de retrait d'une portion d'épaisseur donnée dudit substrat en matériau piézoélectrique jusqu'à une épaisseur donnée.

De préférence, l'assemblage de l'étape d) est un collage direct. Par exemple, l'étape d) comporte la formation d'une première couche de collage, par exemple en Si02, sur le deuxième élément et d'une deuxième couche de collage, par exemple en Si02, sur le deuxième empilement sans le deuxième élément, ledit collage direct ayant lieu au niveau desdites couches de collage. Les première et deuxième couches de collage sont par exemple telles qu'elles forment une couche intercalaire d'épaisseur comprise entre 10 nm et 50 nm.

Les alignements des étapes c) et e) peuvent être obtenus en mettant en œuvre uniquement un aligneur de masque ou un photorépétiteur lors d'une étape de photolithographie.

Avantageusement, l'étape cl) est obtenue par fracturation du substrat en matériau piézoélectrique, ledit substrat en matériau piézoélectrique ayant préalablement subi une implantation ionique à une profondeur légèrement supérieure à l'épaisseur donnée de la première couche en matériau piézoélectrique.

Dans un exemple de réalisation, le premier empilement comporte au moins deux portions définies conductrices électriques formant des électrodes définies de part et d'autre d'une première couche en un matériau piézoélectrique, et le deuxième empilement comporte une deuxième couche en matériau piézoélectrique et les deuxième et troisième éléments forment une première et une deuxième électrodes définies de part et d'autre la deuxième couche en matériau piézoélectrique, dans lequel le premier empilement ou le deuxième empilement formant un résonateur acoustique à ondes de volume, et le deuxième ou le premier empilement formant des moyens de pilotage dudit résonateur, de sorte à réaliser un résonateur acoustique à ondes de volume ajustable. Le procédé peut alors comporter l'étape de formation d'une couche isolante électrique sur une des portions conductrices électriques définie du premier empilement.

Par exemple, lors de l'étape a), le premier empilement comporte un substrat support supportant les électrodes et la première couche en un matériau piézoélectrique.

Le procédé de réalisation peut comporter une étape f) de structuration du substrat support pour former une cavité sous le résonateur, par exemple par gravure d'une couche sacrificielle.

De manière avantageuse, lors de l'étape a), la première couche en matériau piézoélectrique est réalisée par implantation ionique et fracturation.

Dans un autre exemple de réalisation, le premier empilement comporte au moins deux portions définies conductrices électriques de part et d'autre d'une première couche, et le deuxième empilement comportant une deuxième couche en matériau piézoélectrique et les deuxième et troisième éléments forment une première et une deuxième électrodes définies de part et d'autre la première couche en matériau piézoélectrique, ledit procédé comportant une étape de de formation d'un couche isolante électrique sur une des portions conductrices électriques définies du premier empilement, et dans lequel le premier empilement comporte une couche en matériau donné en contact avec l'autre des portions définies conductrices électriques, sur laquelle n'est pas formée la couche isolante électrique, le matériau donné étant un matériau isolant électrique, par exemple du Si0 ₂ , de sorte à former un miroir de Bragg et de sorte que le premier empilement et le deuxième empilement forment résonateur acoustique à ondes de volume sur miroir de Bragg.

Par exemple, la ou les couches en matériau piézoélectriques sont en niobate de lithium ou LiNb03 de coupe X, ayant avantageusement une épaisseur de 100 nm à plusieurs centaines de nm. En variante, la ou les couches en matériau piézoélectriques sont en niobate de lithium ou LiNb03 de coupe Y+163°, ayant avantageusement une épaisseur de 100 nm à plusieurs centaines de nm. La présente invention a également pour objet un résonateur acoustique à ondes de volume comportant au moins un premier empilement et un deuxième empilement, le premier empilement comportant au moins deux portions définies conductrices électriques de part et d'autre d'une portion en un matériau donné, et le deuxième empilement comportant une première couche en matériau piézoélectrique, une première et une deuxième électrodes définies de part et d'autre de la première couche en matériau piézoélectrique, et une couche intercalaire en matériau isolant électrique entre la première électrode et la première couche en matériau électrique.

Les portions conductrices électriques du deuxième empilement sont avantageusement des électrodes définies et la portion en un matériau donné est un matériau piézoélectrique, l'un des empilements formant un transducteur et l'autre des empilements frome des moyens de pilotage en fréquence dudit transducteur.

Le premier empilement peut être un miroir de Bragg.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:

- la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de filtre acoustique à ondes de volume ajustable obtenu par un exemple de procédé selon l'invention,

- les figures 2A à 20 sont des représentations schématiques des étapes d'un exemple du procédé de réalisation permettant de réaliser le filtre de la figure 1,

- la figure 3 est une représentation graphique des réponses électriques (l'impédance I en Ohm) en fonction de la fréquence en GHz d'un résonateur idéal et d'un résonateur R obtenu par le procédé selon l'invention,

- la figure 4 est une représentation graphique des réponses électriques (l'impédance I en Ohm) en fonction de la fréquence en GHz d'un résonateur idéal et d'un résonateur R' obtenu par un procédé de l'état de la technique, - la figure 5A est une représentation d'une vue de dessus un filtre de la figure 1 obtenue avec le procédé selon l'invention, dans laquelle seuls les contours des électrodes sont représentés,

- la figure 5B est une représentation d'une vue de dessus d'un filtre onde acoustique de volume ajustable de l'état de la technique, dans laquelle seuls les contours des électrodes sont représentés,

- la figure 6 est une représentation graphique de la variation du coefficient de couplage électromécanique en % d'un résonateur acoustique ajustable, obtenu par un procédé selon l'invention en fonction de l'épaisseur h en nm de la couche intercalaire

- la figure 7 est une représentation graphique de la variation des fréquences de résonance et d'antirésonance en GHz en circuit ouvert et en court-circuit, de la couche de pilotage du résonateur acoustique ajustable obtenu par un procédé selon l'invention, en fonction de l'épaisseur de la couche intercalaire en nm,

- les figures 8A à 8J sont des représentations schématiques des étapes d'un exemple du procédé de réalisation permettant de réaliser un filtre SMR,

- les figures 9A à 9E sont des représentations schématiques des étapes d'un exemple du procédé de réalisation d'une structure comportant au moins un premier élément, un deuxième empilement comportant au moins un deuxième élément, le premier et le deuxième élément étant alignés.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

La description qui va suivre porte principalement mais non exclusivement sur un résonateur acoustique. La description des figures 9A à 9E porte sur la réalisation d'une structure plus générale comportant au moins un premier élément, un deuxième empilement comportant au moins un deuxième élément, le premier et le deuxième élément étant alignés.

Dans la présente demande, on entend par « portions alignées », les portions pouvant être des électrodes, le fait de réaliser une deuxième portion de matériau définie dans une couche à l'aplomb d'une première portion de matériau définie d'un empilement, de sorte que la distance entre le contour extérieur de la projection de la deuxième portion dans le plan de la première portion et le contour extérieur de la première portion soit inférieure à 2 pm, avantageusement inférieure à 500 nm, et encore plus avantageusement inférieure à 250 nm. L'expression « éléments alignés » est synonyme de « portions alignées ».

On entend par « portion définie » ou « électrode définie », une portion ou une électrode réalisée à partir d'une couche par photolithographie et gravure et présentant un contour extérieur, par opposition à une couche pleine plaque ou électrode pleine plaque qui s'étend sur tout l'empilement.

En outre on entend par « empilement fonctionnel », un empilement qui remplit une fonction, par exemple de manière non limitative, une fonction d'actionneur, une fonction de filtre, une fonction de transduction, une fonction de pilotage, une fonction de résonateur, une fonction de miroir de Bragg, une fonction de capteur, une fonction de circuit de lecture.

Sur la figure 1, on peut voir un exemple de réalisation d'un résonateur à ondes acoustique de volume ajustable selon l'invention comportant deux empilements El, E2.

L'empilement El est désigné transducteur et comporte une couche 2 en matériau piézoélectrique, une électrode 4 sur une face de la couche 2 et une électrode 6 sur l'autre face de la couche 2. Les électrodes 4, 6 comportent une partie active destinée à la transduction et une ou des parties de contact destinée(s) à connecter la partie active à un circuit extérieur.

Les électrodes 4 et 6 sont définies et alignées au niveau de la zone active.

L'empilement E2 est désigné empilement de pilotage, il comporte une couche 8 en matériau piézoélectrique, une électrode 10 sur une face de la couche 8 et une électrode 12 sur l'autre face de la couche 8. Les électrodes 10 et 12 sont à l'aplomb l'une de l'autre et ont sensiblement la même surface, au niveau de la zone active.

L'empilement E2 comporte également une couche intercalaire 13 interposée entre l'électrode 10 et la couche piézoélectrique 8. Cette couche est une couche qui résulte du procédé de réalisation selon l'invention, et qui assure une fonction de collage. Comme nous le verrons par la suite cette couche 13 peut être interposée entre l'électrode 4 et la couche piézoélectrique 2 de l'empilement El.

Les électrodes 10, 12 comportent une partie active destinée au pilotage et une ou des parties de contact destinée(s) à connecter la partie active à un circuit extérieur.

De manière préférentielle, le matériau piézoélectrique présente de fortes propriétés piézoélectriques, quantifiées par un « coefficient de couplage électromécanique » k ² défini comme la fraction d'énergie convertie du domaine électrique au domaine mécanique, ou vice-versa, par rapport à l'énergie totale (électrique et élastique) disponible dans la structure. Le matériau piézoélectrique est par exemple choisi préférentiellement parmi le LiNb0 ₃ , de préférence de coupes X ou Y+163°, désigné LNO, le LiTa0 ₃ , ou le KNbÜ ₃ . De préférence, les couches 2 et 8 sont réalisées dans le même matériau piézoélectrique. En variante, les deux couches 2 et 8 peuvent être réalisées à partir de deux matériaux piézoélectriques différents, voire d'orientations cristallines différentes.

Les électrodes sont par exemple en tungstène ou en aluminium. Les électrodes peuvent être réalisées dans des matériaux conducteurs électriques différents.

Dans l'exemple représenté, l'empilement comporte un isolant électrique 14, par exemple du Si0 ₂ , interposé entre les deux empilements El et E2, plus particulièrement entre les électrodes 6 et 10. Mais selon d'autres variantes, les électrodes 6 et 10 peuvent être confondues et ne former qu'une unique couche métallique.

Les électrodes présentent une surface inférieure à celle de la face de la couche piézoélectrique sur laquelle elles sont formées. Les électrodes sont par exemple réalisées par dépôt pleine plaque et gravure.

Grâce au procédé selon l'invention, la surface des parties des électrodes en dehors de la zone active du résonateur est sensiblement réduite, par rapport aux résonateurs de l'état de la technique, et la capacité parasite est de fait réduite. Le fonctionnement du filtre est alors amélioré.

Nous allons maintenant décrire un exemple du procédé de réalisation selon l'invention permettant de réaliser le résonateur de la figure 1. Les étapes sont représentées sur les figures 2A à 20.

Ce procédé permet de mettre en œuvre le LNO en couche mince comme matériau piézoélectrique. Dans la description qui va suivre le matériau piézoélectrique mis en œuvre est le LNO, mais le procédé peut mettre en œuvre d'autres matériaux piézoélectriques.

Les couches minces de LNO ont par exemple une épaisseur entre une centaine de nm et quelques centaines de nanomètres. L'épaisseur de LNO est choisie en fonction de la plage de fréquences recherchée. En outre il est préférable que le LNO ait une orientation cristalline donnée : de préférence on souhaite disposer d'une couche de LNO coupe X.

Or, contrairement à l'AIN, qui est le matériau utilisé de manière conventionnelle dans l'industrie des filtres à ondes de volume, mais qui présente des propriétés piézoélectriques insuffisantes pour une application de filtre agile en fréquence, la réalisation de couches minces de LNO par dépôt n'est pas envisageable.

Dans une première phase, on réalise l'empilement destiné à former le transducteur. En variante, le procédé pourrait débuter par la formation de l'empilement destiné au pilotage. Pour cela on utilise un substrat 100 par exemple en silicium, et un substrat 101, par exemple en LNO.

Lors d'une première étape, on réalise dans le substrat 101, une implantation ionique afin de créer une zone fragilisée 102 à une profondeur prédéterminée. La zone fragilisée est schématisée par une ligne interrompue. La zone fragilisée 102 est réalisée à une profondeur légèrement supérieure à l'épaisseur souhaitée de la couche de LNO dans l'empilement, par exemple de l'ordre de 50 à 200 nm de plus que l'épaisseur finale visée. La face du substrat 101 la plus proche de la zone fragilisée est désignée face avant. La zone fragilisée 102 délimite le substrat en deux parties 102.1 et 102.2, la partie 102.2 étant destinée à former la couche fine de LNO.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2A.

Lors d'une étape suivante on forme une couche métallique, par exemple en aluminium, en tungstène, en platine ou en molybdène sur la face avant du substrat 101, par exemple par dépôt par pulvérisation cathodique, afin de réaliser une électrode. Ensuite la couche métallique est structurée par exemple par photolithographie pour réaliser l'électrode définie 4.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2B.

Lors d'une étape suivante, on forme une couche sacrifiée 105 sur l'électrode 4 et la face avant, par exemple par dépôt de silicium amorphe par pulvérisation cathodique.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2C.

Lors d'une étape suivante, on structure la couche sacrifiée 105 de silicium amorphe, par exemple par gravure ionique réactive utilisant des gaz fluorés, par exemple SF ₆ et/ou CH2F2). Ceci forme un caisson, qui correspond à la localisation de la future membrane suspendue.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2D.

Lors d'une étape suivante, on forme une couche de collage 106, par exemple en S1O2, sur la face avant et la couche sacrifiée 105.

Sur le substrat 100, on forme également une couche de collage 107, par exemple en S1O2.

Une étape de planarisation des couches de collage 106 et 107 peut ensuite avoir lieu, par exemple par polissage mécano-chimique.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2E.

Lors d'une étape suivante, on procède à l'assemblage des deux substrats par mise en contact de couches de collage 106 et 107, l'assemblage est par exemple obtenu par collage direct. En variante, l'assemblage peut être obtenu par collage polymère : après formation de caissons de couche sacrifiée, on procède à l'étalement par centrifugation d'une résine, par exemple du BCB (bisbenzocyclobutene). On procède ensuite à la mise en contact des deux substrats dans un équipement d'alignement plaque à plaque, et enfin à un recuit permettant à la résine de polymériser et de se durcir.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2F.

Lors d'une étape suivante, on fracture la couche de LNO au niveau de la zone d'implantation 102, de sorte à retirer la partie 102.1. On obtient alors un élément avec une couche fine 102.2 de LNO et une électrode 4 sur l'une de ses faces.

Un polissage peut ensuite avantageusement être réalisé afin d'amener l'épaisseur de la couche à la valeur visée.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2G.

En variante, la couche fine de LNO peut être obtenue par amincissement du substrat 100 jusqu'à l'épaisseur souhaitée, par polissage sans recourir à une étape d'implantation.

Lors d'une étape suivante, on forme une couche de matériau conducteur sur la couche fine 102.2 de LNO, et on structure la couche de sorte à former l'électrode définie 6 alignée avec l'électrode 4. Par exemple, lors d'une étape de photolithographie et d'un aligneur de masque, on délimite l'électrode 6 de sorte qu'elle soit alignée avec l'électrode 4. Ensuite par gravure, on définit l'électrode 6. Cet alignement est rendu possible du fait du caractère transparent du substrat et de la couche d'oxyde séparant le substrat des électrodes.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2H.

Lors d'une étape suivante, on forme une couche de matériau isolant électrique 110, par exemple du Si0 ₂ , sur l'électrode 6 en vue de la réalisation de l'empilement de pilotage. La couche est formée sur toute la face avant de l'élément. Cette couche est destinée à isoler électriquement l'empilement de transduction El et l'empilement de pilotage E2.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 21.

Lors d'une étape suivante, on dépose une couche en un matériau conducteur électrique sur la couche 110, et on structure l'électrode 10, de sorte qu'elle soit alignée avec les électrodes 4, 6.

Cet alignement peut avantageusement être obtenu, par exemple par photolithographie et un aligneur de masque, comme cela a été décrit ci-dessus pour la réalisation de l'électrode 6. La couche est ensuite gravée pour définir l'électrode 10.

Une étape de retrait de résine, ou stripping en terminologie anglo- saxonne, peut ensuite avoir lieu. L'élément ainsi formé est représenté sur la figure 2J.

Par ailleurs on réalise, dans un troisième substrat 114 en LNO, une implantation ionique afin de créer une zone fragilisée 116 à une profondeur prédéterminée. La zone fragilisée est schématisée par une ligne interrompue. La profondeur de la zone fragilisée va définir l'épaisseur de la couche de LNO dans l'empilement de pilotage. La face du substrat la plus proche de la zone fragilisée est désignée face avant. La zone fragilisée délimite le substrat en deux parties 114.1 et 114.2, la partie 114.2 étant destinée à former la couche fine de LNO. L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2K.

Selon un autre exemple le substrat 114 peut être réalisé dans un matériau piézoélectrique différent du LNO.

On forme ensuite une couche 118 en matériau isolant électrique par exemple en Si0 ₂ , sur l'électrode 10. Une étape de planarisation a avantageusement lieu, par exemple par polissage mécano-chimique.

L'élément D2 ainsi obtenu est représenté sur la figure 2L.

Lors d'une étape suivante, on forme une couche 117 en matériau isolant électrique sur la face avant du substrat 114, par exemple en S1O2. Une étape de planarisation a avantageusement lieu, par exemple par polissage mécano-chimique en vue du collage sur l'élément D2.

L'élément DI est ainsi formé.

Les éléments DI et D2 sont représentés sur la figure 2L.

Lors d'une étape suivante, on assemble les éléments DI et D2 par les couches 118 et 117, par exemple par collage direct. Cette étape d'assemblage ne requiert aucun alignement car l'élément DI ne comporte aucune électrode. Les épaisseurs des couches 117 et 118 sont choisies de sorte que, lors de l'assemblage, l'épaisseur totale corresponde à l'épaisseur souhaitée de matériau isolant électrique entre les deux empilements. L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2M.

Lors d'une étape suivante, on retire la partie 114.1 de LNO par fracturation. En variante, pour former la couche fine de LNO, le substrat 114 est aminci par polissage, sans recourir à une étape d'implantation.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 2N.

Lors d'une étape suivante on forme une couche en matériau conducteur électrique, par exemple par dépôt, sur la couche fine 114.2 de LNO.

Par exemple, par une photolithographie et au moyen d'un aligneur de masque on délimite l'électrode définie 12, de sorte à ce qu'elle soit alignée avec l'électrode 10, et ensuite par une étape de gravure on forme l'électrode 12.

Dans l'exemple représenté et de manière non limitative, on réalise en outre des gravures successives de la couche piézoélectrique 114.2 et de la couche isolante 110, et enfin de la couche piézoélectrique 114.2, de la couche isolante 110 et de la couche piézoélectrique 102.2, toutes trois par exemple par usinage ionique, afin de reprendre des contacts électriques respectivement sur les électrodes 10, 6 et 4. Pour finir, une gravure de tout l'empilement avec arrêt dans la couche sacrifiée 105, toujours par exemple par usinage ionique, suivi d'une gravure en phase gazeuse de la couche sacrifiée 104, par exemple une gravure par XeF2 d'un caisson en silicium amorphe, permet de libérer les résonateurs suspendus au-dessus d'une lame d'air.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 20.

Ce procédé peut être mis en œuvre pour réaliser un résonateur SMR.

Grâce à ce procédé, on évite de devoir réaliser un alignement entre deux plaques lors du collage afin d'aligner les différents niveaux d'électrodes entre eux, les alignements étant obtenus par un aligneur de masque ou un photorépétiteur lors de la lithographie, ce qui est plus simple et surtout beaucoup plus précis. Ce procédé permet de diminuer le coût de fabrication, puisqu'il ne nécessite pas le recours à une station d'alignement dédiée lors du collage.

Le procédé de réalisation selon l'invention permet d'obtenir un alignement précis des électrodes, ce qui permet de diminuer la marge habituellement prise lors de la conception des structures pour pallier un désalignement éventuel.

Grâce à l'invention, en supposant des alignements réalisés à l'aide de photorépétiteurs, il est possible d'envisager des gardes pour combler des désalignements de l'ordre de 1 mih entre chaque niveau métallique, ce qui inclut des incertitudes d'alignement entre niveau et les pertes de côte liées aux étapes de lithographie et de gravure. Sur la figure 5A, on peut voir une représentation d'une vue de dessus un résonateur obtenue avec le procédé selon l'invention, dans laquelle seuls les contours des électrodes sont représentés, la zone active du résonateur, qui correspond à la zone commune des quatre électrodes, est désignée AZ. Les gardes sont très réduites. Sur la figure, on peut voir une représentation d'une vue de dessus d'un filtre onde acoustique de volume ajustable de l'état de la technique, dans laquelle seuls les contours des électrodes sont représentés. La zone commune des quatre électrodes, est désignée AZ'

Sur la figure 3, on peut voir représentées les réponses électriques (l'impédance Z en Ohm) en fonction de la fréquence d'un résonateur idéal Rid et d'un résonateur R obtenu selon l'invention, comportant une couche intercalaire 13 de 60 nm d'épaisseur. La courbe Rido est la réponse électrique lorsque la couche piézoélectrique de pilotage est en circuit ouvert, et la Ride est la réponse électrique lorsque la couche piézoélectrique de pilotage est en court-circuit.

La courbe Ro est la réponse électrique lorsque la couche piézoélectrique de pilotage est en circuit ouvert, et la Rc est la réponse électrique lorsque la couche piézoélectrique de pilotage est en court-circuit.

Sur la figure 4 on peut voir représenté, à titre de comparaison, la réponse électrique d'un résonateur R' de l'état de la technique dont l'extension des électrodes hors de la zone active correspond à une surface de 1,5 fois la zone active. Il présente donc une forte capacité parasite.

La courbe R'o est la réponse électrique lorsque la couche piézoélectrique de pilotage est en circuit ouvert, et la R'c est la réponse électrique lorsque la couche piézoélectrique de pilotage est en court-circuit.

Les courbes en pointillés Ridos et Rides correspondent aux empilements théoriques présentant les alignements obtenus grâce à la présente invention mais ne mettant pas en œuvre de couches de collage. On constate que la présence d'une couche de collage n'a pas d'effet trop important sur le fonctionnement du résonateur. Les conditions en circuit ouvert et en court-circuit représentent les deux positions extrêmes atteignables par le résonateur agile en fréquence.

On constate que l'agilité en fréquence du résonateur obtenu par le procédé selon l'invention est réduite par rapport à celle d'un résonateur idéal, mais cette réduction est nettement inférieure à celle du résonateur R' de l'état de la technique. Par conséquent grâce à l'invention on peut réaliser des filtres acoustiques à ondes de volume ajustables présentant une agilité en fréquence étendue par rapport à ceux de l'état de la technique.

De plus, du fait du procédé selon l'invention, l'empilement obtenu par le procédé décrit ci-dessus comporte une couche de collage entre un des matériaux piézoélectriques et une électrode. Or cette couche, qui est généralement en Si0 ₂ , est isolante électrique.

Les filtres de l'état de la technique ne comportent pas une telle couche. On souhaite habituellement mettre en contact les électrodes directement avec la couche piézoélectrique. Or les inventeurs ont découvert que la présence de cette couche était acceptable pour le fonctionnement du résonateur ajustable.

Afin d'évaluer l'effet de la présence de cette couche intercalaire sur le fonctionnement du filtre des mesures ont été faites, en considérant le filtre suivant :

Les électrodes 4, 6, 10, 12 sont en Al chacune d'épaisseur 100 nm.

La couche piézoélectrique de pilotage est en LNO de 650 nm d'épaisseur.

La couche du transducteur est en LNO de 625 nm d'épaisseur.

La couche d'isolation électrique en les deux empilements est en Si0 ₂ de 200 nm d'épaisseur et la couche de collage est en Si0 ₂ d'épaisseur h

frO et faO désignent les fréquences de résonance et d'antirésonance lorsque l'empilement de pilotage est en circuit ouvert et frF et faF désignent les fréquences de résonance et d'antirésonance lorsque l'empilement de pilotage est en circuit fermé.

La figure 6 représente la variation du coefficient de couplage électromécanique cc en % en fonction de l'épaisseur h en nm. cco désigne le coefficient de couplage électromécanique en circuit ouvert et ccc désigne le coefficient de couplage électromécanique en court-circuit. Le coefficient de couplage électromécanique représente la capacité du matériau piézoélectrique à convertir l'énergie électrique en énergie mécanique et vice- versa. Pour une application de filtrage, ce coefficient est proportionnel à l'écart relatif entre les fréquences de résonance et d'antirésonance du résonateur, et par conséquent renseigne sur les bandes passantes relatives qu'il est possible d'atteindre.

On constate que le coefficient cc diminue rapidement lorsque l'épaisseur de la couche intercalaire augmente. Il serait préférable de choisir une épaisseur h au plus de 60 nm qui est suffisante pour assurer le collage. Mais dans certaines conditions, une telle épaisseur peut rendre complexe la planarisation avant collage.

En première approximation, le coefficient cc est proportionnel au rapport épaisseur entre la couche piézoélectrique et l'épaisseur totale.

Sur la figure 7, on peut voir représentée la variation des fréquences de résonance fr et d'antirésonance far en GHz en circuit ouvert fro et faro et en court-circuit frc et farc de la couche de pilotage, en fonction de l'épaisseur de la couche intercalaire 13 en nm. Il est à noter que les empilements utilisés pour les mesures de la figure 7 sont différents de ceux utilisés pour la figure 3.

On constate que la différence de fréquence entre les fréquences de résonance en circuit ouvert et la différence de fréquence entre les fréquences d'antirésonance en court-circuit augmente avec l'épaisseur de la couche intercalaire. Ainsi l'agilité du filtre augmente avec l'épaisseur. Par conséquent, on peut compenser la diminution du coefficient de couplage cc, voire augmenter celui-ci, en modifiant le rapport des épaisseurs entre la couche de pilotage et la couche de transduction, tout en conservant l'agilité initiale du filtre.

A l'inverse, si la couche intercalaire est localisée contre la couche de transduction, un effet similaire conduit à une augmentation du coefficient de couplage électromécanique du résonateur.

Grâce au procédé selon l'invention mettant en œuvre une couche de collage entre une électrode et la couche piézoélectrique, on réduit les capacités parasites tout en modifiant peu, voire en ne modifiant pas, le couplage entre la couche de pilotage et la couche de transduction. En outre, la couche de collage peut avantageusement améliorer le comportement du résonateur en température. En effet, le LNO est un matériau présentant une dérive en température élevée. Les résonateurs mettant en œuvre du LNO sont donc très sensibles à la température. La présence de la couche de collage, par exemple en Si0 ₂ , entre l'électrode et le LNO assure une compensation en température au moins partielle et rend le résonateur moins sensible à la température.

Selon un autre exemple de réalisation le procédé selon l'invention permet de réaliser des résonateurs acoustiques à ondes de volume sur miroirs de Bragg, dits SMR (Solidly Mounted Resonators en terminologie anglo-saxonne) qui utilisent un miroir de Bragg acoustique pour assurer un découplage mécanique entre le résonateur et le substrat.

La cavité d'air présente dans le résonateur ajustable de la figure 20, est remplacée par un empilement de couches alternativement haute et basse impédance acoustique.

De manière conventionnelle, ces miroirs sont généralement réalisés en utilisant des couches de Si0 ₂ comme matériau à basse impédance acoustique, et de métaux denses, par exemple du W, Mo, ... comme matériau à haute impédance acoustique. Or les couches métalliques peuvent former de capacités parasites lorsqu'elles courent sous des pistes électriques. Grâce au procédé selon l'invention, il est possible de les définir de manière à réduire les zones de couches métalliques qui ne sont pas à l'aplomb du résonateur.

Un exemple de procédé selon l'invention permettant de réaliser un résonateur SMR va maintenant être décrit à l'aide des figures 8A à 8J.

Lors d'une première étape on réalise un empilement de Si0 ₂ /W/Si0 ₂ /W destiné à former le miroir de Bragg, par une succession de dépôts par PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition). On pourrait aussi réaliser des dépôts successifs de Si0 ₂ et de Mo par pulvérisation par exemple.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8A.

Lors d'une étape suivante on réalise une structuration du miroir, par exemple par photolithographie, gravure sèche de trois couches de W/Si0 ₂ /W.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8B. Lors d'une étape suivante, on forme une couche de Si0 ₂ 200, et on réalise ensuite une étape de planarisation.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8C.

Lors d'une étape suivante, on forme une autre couche de Si0 ₂ 201, et on

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8D.

Lors d'une étape suivante, on forme une couche conductrice électrique 202 sur la couche 200, par exemple en Mo. Cette couche est ensuite structurée pour former une première électrode définie, par exemple par photolithographie, gravure sèche et retrait de résine.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8E.

Lors d'une étape suivante, on forme une couche de de Si0 ₂ 204 sur la première électrode, destinée au collage avec un substrat de LNO. Une étape de planarisation peut avoir lieu.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8F.

Par ailleurs, on réalise une implantation ionique d'un substrat 206 en LNO afin de créer une zone fragilisée 208 à une profondeur prédéterminée. La zone fragilisée est schématisée par une ligne interrompue. La profondeur de la zone fragilisée va définir l'épaisseur de la couche de LNO du résonateur. La face du substrat la plus proche de la zone fragilisée est désignée face avant. La zone fragilisée délimite le substrat en deux parties 206.1 et 206.2, la partie 206.2 étant destinée à former la couche fine de LNO.

Une couche de Si0 ₂ 210 est ensuite formée sur la face avant du substrat 206 pour le collage avec l'élément. Une étape de planarisation peut avoir lieu, suivi d'une activation de surface pour favoriser l'étape de collage ultérieure.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8G.

Lors d'une étape suivante les deux éléments sont assemblés par collage de couches 204 et 210, par exemple par collage direct. On procède ensuite à un recuit de renforcement, suivi d'un recuit de fracturation. Le substrat 206.1 est retiré. Une étape de planarisation et/ou un recuit de guérison, destiné à guérir les défauts générés par l'implantation et la fracture dans la couche reportée, peuvent avoir lieu.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8H. Lors d'une étape suivante, on forme une couche en matériau conducteur électrique 212, par exemple en Mo, par exemple par pulvérisation.

Par exemple par une photolithographie et au moyen d'un aligneur de masque, on délimite la deuxième électrode définie de sorte à ce qu'elle soit alignée avec la première électrode, et ensuite par une étape de gravure, par exemple une gravure sèche, on forme la deuxième électrode.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 81.

Lors d'une étape suivante, on structure la couche de LNO par photolithographie, gravure par faisceau d'ion, puis retrait de résine.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 8J.

Grâce au procédé selon l'invention, les portions des couches conductrices du miroir qui ne sont pas à l'aplomb des électrodes du résonateur sont minimisées. Les parasites électriques sont ainsi réduits.

Sur les figures 9A à 9E, on peut voir un exemple de procédé selon l'invention de réalisation d'une structure qui comporte au moins un premier empilement et un deuxième empilement.

Par exemple, le premier et le deuxième empilement sont chacun un actionneur. En variante, l'un des empilements est un actionneur, et l'autre empilement est une structure à déplacer.

Selon un exemple, la structure peut être mise en œuvre dans un détecteurs pyroélectrique, le premier empilement peut alors être le capteur pyroélectrique, et le deuxième empilement peut être le circuit de lecture. Selon un autre exemple, la structure peut être mise en œuvre dans un système microélectronique, chaque empilement peut être un circuit.

Le premier empilement 301 comporte un premier élément ou structure 304 et une première partie 302 destinés à coopérer ensemble, et le deuxième empilement 310 comporte un deuxième élément ou une deuxième structure 306 et une deuxième partie 311 destinés à coopérer ensemble, le premier élément 304 étant aligné avec le deuxième élément 306. On part par exemple d'un premier empilement 301 (figure 9A) comportant un substrat 302, dit substrat receveur, et d'une structure définie 304 formée sur ce substrat.

Lors d'une première étape on forme un élément ou structure 306 sur la structure 304 de sorte que les deux structures 304 et 306 soient alignées. Cette formation est faite par exemple par dépôt et photolithographie

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 9B.

Lors d'une étape suivante, on forme une couche de collage 308, par exemple en Si0 ₂ , sur la face avant de l'élément de la figure 9B.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 9C.

Sur un deuxième empilement 310 comportant un substrat 311, dit substrat donneur, ne comportant par la structure 306, on forme également une couche de collage 312, par exemple en S1O2.

Une étape de planarisation des couches de collage 308 et 312 peut ensuite avoir lieu, par exemple par polissage mécano-chimique.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 9D.

Lors d'une étape suivante, on procède à l'assemblage des deux substrats par mise en contact de couches de collage 308 et 310, l'assemblage est par exemple obtenu par collage direct. En variante, l'assemblage peut être obtenu par collage polymère, on procède à l'étalement par centrifugation d'une résine, par exemple du BCB (bisbenzocyclobutene). On procède ensuite à la mise en contact des deux substrats dans un équipement d'alignement plaque à plaque, et enfin à un recuit permettant à la résine de polymériser et de se durcir.

Lors d'une étape suivante, on peut réduire l'épaisseur du substrat 311, par exemple par fracture au niveau d'une zone d'implantation.

Un polissage peut ensuite avantageusement être réalisé afin d'amener l'épaisseur de la couche à la valeur visée.

L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 9E.

En variante, le substrat 311 peut être aminci par polissage sans recourir à une étape d'implantation. Ce procédé permet, à titre d'exemple, de réaliser des actionneurs, des détecteurs par exemple pyroélectriques, des systèmes microélectroniques...

En outre le procédé de réalisation selon l'invention ne nécessite pas de réaliser sur des plaques implantées des étapes (principalement de dépôt) nécessitant des budgets thermiques élevés. I l est donc possible de disposer de couches métalliques ou isolantes déposées à température élevées et donc possédant de faibles pertes acoustiques, ce qui n'était pas possible selon les techniques connues de l'état de l'art. En outre, il ne génère pas des contraintes cumulées relativement élevées dans les empilements.

La présente invention s'applique également à la réalisation d'une structure comportant un empilement avec plusieurs éléments dans un plan alignés chacun avec un élément de l'autre empilement.