Brevet FR2853473A1 — publié le 20041008

Composant électronique comprenant un résonateur et procédé de fabrication. L'invention concerne le domaine des circuits et des microsystèmes, comprenant un ou plusieurs résonateurs piézoélectriques et/ou acoustiques. De tels circuits peuvent être utilisés comme filtres dans des applications de téléphonie mobile. Un signal bruité est appliqué sur 10 l'électrode supérieure. On récupère sur l'électrode inférieure un signal filtré centré sur la fréquence de résonance du résonateur. Cette fréquence est directement conditionnée par l'épaisseur d'un film piézoélectrique compris entre les deux électrodes. Un assemblage de résonateurs permet de constituer une fonction filtre. Le résonateur est 15 utilisé comme élément de filtre de haut facteur de qualité. Les résonateurs sont solidaires du circuit intégré tout en devant être isolés acoustiquement ou mécaniquement par rapport à celui-ci. À cet effet, on peut prévoir un support apte à réaliser une telle isolation. Le support peut comprendre une alternance de couches à forte 20 impédance acoustique et de couches à faible impédance acoustique. Le support peut comprendre une membrane suspendue. Le résonateur proprement dit comprend un élément actif formé de matériau piézoélectrique disposé entre deux électrodes. La fréquence de résonance du résonateur dépend essentiellement de 25 l'épaisseur du matériau piézoélectrique, de ses propriétés mécaniques et des propriétés mécaniques des électrodes. Des résonateurs peuvent être connectés entre eux dans différentes configurations pour produire des filtres. La fréquence centrale de tels assemblages dépend de la fréquence de résonance de chacun des résonateurs qui le composent. Le document US 2002/0089395 décrit des résonateurs montés sur le même substrat et possédant des fréquences de résonance différentes dues à des épaisseurs différentes du matériau piézoélectrique des éléments actifs. Le besoin se fait ressentir de résonateurs montés sur un même substrat et affichant des fréquences de résonance nettement différentes, par exemple 900 MHz et 1800 MHz. L'invention propose des résonateurs présentant des fréquences 5 de résonance nettement différentes et montés sur un même support, tout en restant de fabrication simple et économique. L'invention propose un composant comprenant un substrat et au moins deux résonateurs piézoélectriques, chacun pourvu d'un élément actif. Les résonateurs peuvent présenter des fréquences de résonance 10 différentes de plus de 10 %. Chaque résonateur comprend une électrode inférieure, un élément actif et une électrode supérieure. L'électrode inférieure d'un premier résonateur est réalisée en matériau différent de l'électrode inférieure d'un deuxième résonateur. On peut ainsi obtenir des 15 fréquences de résonance extrêmement différentes tout en maintenant des épaisseurs d'électrode relativement similaires, ce qui facilite la fabrication. L'électrode inférieure d'un premier résonateur peut être d'épaisseur différente de celle d'un deuxième résonateur. L'électrode 20 inférieure est généralement fixée sur ou dans le substrat. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'électrode supérieure d'un premier résonateur est réalisée en matériau différent de l'électrode supérieure d'un deuxième résonateur. On facilite, là encore, un écart important entre les fréquences de résonance des 25 résonateurs. L'électrode supérieure du premier résonateur peut être d'épaisseur différente de l'électrode supérieure du deuxième résonateur. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément actif d'un premier résonateur est réalisé en matériau différent de l'élément 30 actif d'un deuxième résonateur. On facilite, là encore, la différentiation des fréquences de résonance des résonateurs. L'épaisseur de l'élément actif du premier résonateur peut être différente de celle de l'élément actif du deuxième résonateur. Dans un mode de réalisation de l'invention, le composant comprend trois résonateurs présentant des fréquences de résonance appartenant à trois bandes de fréquence différentes, par exemple 900 MHz, 1800 MHz et 2100 MHz. Dans un autre mode de réalisation, le composant comprend quatre résonateurs présentant des fréquences de résonance appartenant à quatre bandes de fréquences différentes. Dans un mode de réalisation de l'invention, les électrodes sont réalisées en matériau choisi parmi l'aluminium, le cuivre, le 10 molybdène, le nickel, le titane, le niobium, l'argent, l'or, le tantale, le lanthane, le tungstène, le platine. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément actif comprend du nitrure d'aluminium cristallin, de l'oxyde de zinc, du sulfure de zinc, et/ou de la céramique comprenant du LiTaO3, LiNbO3, 15 PbTiO3, KNbO3, PbZrTiO3, et/ou du lanthane. L'élément actif peut avoir une épaisseur comprise entre 0,5 et 5 pum, préférablement entre 1 et 3 pm. Les électrodes peuvent avoir une épaisseur inférieure à 1,rm, préférablement inférieure à 0,3 prm. Le résonateur peut être de type discret, hybride ou intégré. Un filtre peut avantageusement comprendre un ou plusieurs résonateurs. L'invention propose également un procédé de fabrication d'un composant, dans lequel on forme au moins deux résonateurs piézoélectriques sur un substrat. Chaque résonateur est pourvu d'un 25 élément actif, de façon que les résonateurs présentent des fréquences de résonance différentes de plus de 10 %. Avantageusement, l'électrode inférieure d'un premier résonateur est réalisée en matériau différent de l'électrode inférieure d'un deuxième résonateur. On peut ainsi, en conservant des épaisseurs 30 d'électrode similaires, ce qui facilite la fabrication, obtenir des fréquences de résonance extrêmement différentes. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un circuit intégré, selon un mode de réalisation de l'invention; - les figures 2 et 3 montrent des variantes de la figure 1; et - la figure 4 est une vue schématique d'un filtre selon un aspect de l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, un composant 1 comprend un substrat 2, de composition classique, tel que du silicium, 10 et présentant une surface supérieure 2a. Deux résonateurs 3 et 4 sont disposés sur la surface supérieure 2a du substrat 2. Pour des raisons de clarté du dessin, le support du résonateur 3 n'a pas été représenté. Le support peut être formé dans le substrat 2. Le résonateur 3 comprend une électrode inférieure 5, en contact avec la surface supérieure 2a du 15 substrat 2, un élément actif piézoélectrique 6 disposé sur l'électrode inférieure 5 et une électrode supérieure 7 disposée sur l'élément actif 6. L'architecture du résonateur 4 est similaire avec une électrode inférieure 8, un élément actif piézoélectrique 9 et une électrode supérieure 10. L'électrode inférieure 5 du résonateur 3 peut être réalisée en aluminium, il en va de même des électrodes supérieures 7 et 10 des résonateurs 3 et 4. L'électrode inférieure 8 du résonateur 4 peut être réalisée en molybdène. Les éléments actifs 6 et 9 peuvent être réalisés en nitrure 25 d'aluminium cristallin, ou encore en oxyde de zinc, en sulfure de zinc, etc. De façon plus générale, on comprend que les électrodes inférieures 5 et 8 sont réalisées dans des matériaux différents, les électrodes supérieures 7 et 10 sont réalisées dans des matériaux 30 identiques et les éléments actifs 6 et 9 sont également réalisés dans des matériaux identiques. Les éléments actifs 6 et 9 et les électrodes supérieures 7 et 10 peuvent donc être réalisés au cours d'une même étape de fabrication. En outre, on remarque que les électrodes supérieures 7 et 10 présentent une épaisseur sensiblement identique. Il en va de même pour les éléments actifs 6 et 9, ce qui facilite là encore la fabrication. Au contraire, les électrodes inférieures 5 et 8 présentent des 5 épaisseurs nettement différentes, l'électrode inférieure 5 étant sensiblement deux fois plus épaisse que l'électrode inférieure 8. Une telle différence d'épaisseur est relativement peu gênante, dans la mesure o les électrodes 5 et 8 font l'objet de deux étapes de fabrication distinctes en raison de la différence des matériaux. En outre, la différence d'épaisseur des électrodes inférieures 5 et 8 permet de décaler encore plus les fréquences de résonance des résonateurs 3 et 4, par rapport à une variante o leurs épaisseurs seraient identiques. On choisit donc, de préférence, une différence d'épaisseur provoquant un effet de décalage en fréquence du 15 résonateur allant dans le même sens que le décalage en fréquence dû à la différence de matériau. En d'autres termes, il est avantageux de réaliser l'électrode inférieure du résonateur à fréquence de résonance élevée avec un matériau qui, à épaisseur égale, procure déjà une fréquence de 20 résonance élevée, et une épaisseur de matériau qui, à matériau identique, provoque déjà une fréquence de résonance élevée. Bien entendu, les résonateurs 3 et 4 pourraient être formés sur des niveaux d'interconnexion. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, le 25 résonateur 3 est identique à celui de la figure 1. L'électrode inférieure 8 du résonateur 4 est également identique à celle de la figure 1. L'élément actif 9 du résonateur 4 est réalisé dans un matériau différent de l'élément actif 6 du résonateur 3 et présente une épaisseur supérieure. L'électrode supérieure 10 est réalisée dans le même 30 matériau que l'électrode supérieure 7 mais présente une épaisseur plus faible. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, le résonateur 3 est identique à celui de la figure 1. L'électrode inférieure 8 et l'élément actif 9 du résonateur 4 sont également identiques à celui de la figure 1. L'électrode supérieure 10 du résonateur 4 est réalisée dans le même matériau que l'électrode inférieure 8 et présente une épaisseur similaire à celle de l'électrode supérieure 7 du résonateur 3. Toutefois, une épaisseur différente pourrait être prévue. En outre, le composant comprend un troisième résonateur 11 comprenant une électrode inférieure 12 de matériau identique à l'électrode inférieure 5 du résonateur 3 et d'épaisseur supérieure d'environ 50 %. Un élément actif 13 d'épaisseur plus faible que l'élément actif 6 du résonateur 3 est de composition différente, par 10 exemple à base de céramique contenant des terres rares. L'électrode supérieure 14 est de composition identique à l'électrode supérieure 7 du résonateur 3, mais présente une épaisseur sensiblement deux fois plus élevée. On obtient ainsi un substrat équipé de trois résonateurs présentant trois fréquences de résonance nettement différentes, par 15 exemple 900 MHz, 1800 MHz et 2100 MHz. Un mode de réalisation de l'invention propose d'intégrer sur une même puce et donc lors de la fabrication sur un même substrat, une pluralité de résonateurs de fréquences de résonance différentes, d'au moins 25 %, et préférablement présentant des ordres de grandeur 20 différents. Dans ce but, on prévoit un premier résonateur équipé d'une électrode inférieure d'un premier matériau et un deuxième résonateur équipé d'une électrode inférieure d'un deuxième matériau lui conférant une deuxième fréquence de résonance différente de la première fréquence de résonance du premier résonateur. De façon optionnelle, on peut prévoir que les électrodes inférieures soient d'épaisseurs différentes, de façon à accroître la différence entre les fréquences de résonance des deux résonateurs. Dans le même sens, on peut prévoir des matériaux différents pour l'électrode supérieure, provoquant là encore un accroissement de la 30 différence entre les fréquences de résonance des deux résonateurs. Une différence d'épaisseur des électrodes supérieures allant toujours dans le sens d'un accroissement de la différence entre les fréquences de résonance des deux résonateurs est également intéressante. Il est avantageux de prévoir une différence de matériau des éléments actifs des premier et deuxième résonateurs, provoquant un accroissement de la différence entre les première et deuxième fréquences de résonance, ainsi qu'une différence d'épaisseur desdits éléments actifs. En jouant sur ces différents paramètres, on peut obtenir des fréquences de résonance allant de l'ordre de 1 à 6, notamment de 0,9 à 5 GHz. On peut naturellement prévoir d'intégrer deux résonateurs de fréquences de résonance différentes, comme montré sur les figures 1 et 10 2, ou trois résonateurs, comme montré sur la figure 3, ou encore quatre, voire cinq résonateurs, présentant quatre, voire cinq fréquences de résonance différentes grâce à la différence de matériaux de l'électrode inférieure et optionnellement à la différence d'épaisseurs des électrodes inférieures, à la différence de matériaux et/ou 15 d'épaisseurs des éléments actifs et/ou des électrodes supérieures. Un autre mode de réalisation de l'invention propose de monter le résonateur dans un circuit hybride. Le résonateur peut comprendre un substrat en verre ou à base de silicium. Le résonateur peut aussi être réalisé sous la forme d'un composant discret. Le résonateur peut être monté sur une membrane souple ou sur un empilement de couches formant un amortisseur acoustique, souvent appelé miroir de Bragg acoustique par analogie avec le miroir de Bragg connu en optique. Pour obtenir un filtre à hautes performances, souhaité dans les 25 circuits de radiocommunication, on peut monter une pluralité de résonateurs en pont (également appelé montage en treillis) ou en échelle comme illustré sur la figure 4. Le filtre 15 comprend les résonateurs 3 et 4 dont les fréquences de résonance sont légèrement décalées, d'o une excellente sélectivité. 30 REVENDICATIONS 1-Composant électronique (1) comprenant un substrat (2) et au moins deux résonateurs piézoélectriques (3, 4), chacun pourvu d'un 5 élément actif (6, 9), d'une électrode inférieure (5, 8) et d'une électrode supérieure (7, 10), caractérisé par le fait que l'électrode inférieure (5) du premier résonateur (3) est réalisée en matériau différent de l'électrode inférieure (8) du deuxième résonateur (4) de façon que les résonateurs présentent des fréquences de résonance différentes. 2-Composant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites fréquences de résonance diffèrent d'au moins 10 %. 3-Composant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque résonateur comprend une électrode inférieure, un élément actif et une électrode supérieure, l'électrode inférieure (5) 15 d'un premier résonateur étant d'épaisseur différente de l'électrode inférieure (8) d'un deuxième résonateur. 4-Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque résonateur comprend une électrode inférieure, un élément actif et une électrode supérieure, 20 l'électrode supérieure (7) d'un premier résonateur étant réalisée en matériau différent de l'électrode supérieure (10) d'un deuxième résonateur. 5-Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque résonateur comprend 25 une électrode inférieure, un élément actif et une électrode supérieure, l'électrode supérieure (7) d'un premier résonateur étant d'épaisseur différente de l'électrode supérieure (10) d'un deuxième résonateur. 6-Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque résonateur comprend une électrode inférieure, un élément actif et une électrode supérieure, l'élément actif (6) d'un premier résonateur étant réalisé en matériau différent de l'élément actif (9) d'un deuxième résonateur. 7-Composant selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisé par le fait que chaque résonateur comprend une électrode inférieure, un élément actif et une électrode supérieure, l'élément actif (6) d'un premier résonateur étant d'épaisseur différente de l'élément actif (9) d'un deuxième résonateur. 8-Composant selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend trois résonateurs (3, 4, 11) présentant des fréquences de résonance appartenant à trois bandes de fréquence différentes. 9-Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend quatre résonateurs 15 présentant des fréquences de résonance appartenant à quatre bandes de fréquence différentes. 10-Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les électrodes (5, 7, 8, 10) sont réalisées en matériau choisi parmi l'aluminium, le cuivre, le 20 molybdène, le nickel, le titane, le niobium, l'argent, l'or, le tantale, le lanthane, le platine, le tungstène. 1l-Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément actif (6, 9) comprend du nitrure d'aluminium cristallin, de l'oxyde de zinc, du sulfure de 25 zinc, de la céramique comprenant du LiTaO3, LiNbO3, PbTiO3, PbZrTiO3, KNbO3 et/ou du lanthane. 12-Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément actif (6, 9) a une épaisseur comprise entre 0,5 et 5 hum, préférablement entre 1 et 3 tim. 13-Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les électrodes (5, 7, 8, 10) ont une épaisseur inférieure à 1 Itm, préférablement inférieure à 0,3 itm. 14-Circuit intégré comprenant un composant selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15-Circuit hybride comprenant un composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 13. 16-Filtre comprenant au moins un composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 13. 17-Procédé de fabrication d'un composant, dans lequel on forme au moins deux résonateurs piézoélectriques sur un substrat, chaque résonateur étant pourvu d'un élément actif et d'une électrode, l'électrode du premier résonateur est réalisée en matériau différent de l'électrode du deuxième résonateur de façon que les résonateurs 15 présentent des fréquences de résonance différentes de plus de 10 %.