单片集成的CMOS声波器件制造技术

一种集成CMOS和声波器件，包括：具有相对的第一和第二表面的电绝缘压电薄膜；形成在设置在压电薄膜的第一表面的一个或多个部分上的半导体薄膜中的一个或多个CMOS器件；以及具有设置在压电薄膜的第一和第二表面的至少一个上的导电传感器电极的至少一个声波结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单片集成的CMOS声波器件
本专利技术涉及单片集成的声波CMOS器件，以及用于生产该单片集成的声波CMOS器件的工艺。
技术介绍
比如表面声波(SAW)和薄膜体声波谐振器(FBAR)器件这样的声波器件对许多应用(包括电信和传感)来说是很重要的。这些应用通常需要微米级或纳米级的机械声波结构来提供例如带通滤波器、色散延迟线和振荡器等。为了促进这些结构与CMOS电子设备的使用，期望以相对低的成本通过集成对应的制造/工艺技术生产一种单一器件，其包括CMOS电子设备和一个或多个声波结构/器件。然而，此集成在技术上具有挑战性，到目前为止主要呈现混合集成或异构集成的形式；例如，通过将一个或多个预制声波器件倒装结合到预制CMOS器件上。虽然文献中存在均匀或单片集成的报告，但是在范围上仍然十分有限，并通常涉及在完成的预先存在CMOS器件的金属层的顶部上形成声波结构和压电材料。期望提供一种缓解现有技术的一个或多个困难或至少提供有用替代方案的集成的CMOS声波器件以及用于生产集成的CMOS声波器件的工艺。
技术实现思路
根据本专利技术，一种集成的CMOS声波器件,包括:具有相对的第一和第二表面的电绝缘压电薄膜；一个或多个绝缘体上半导体(SOI) CMOS器件，形成在设置在电绝缘压电薄膜的第一表面的一个或多个部分上的半导体薄膜中；以及至少一个声波结构，具有设置在压电薄膜的第一和第二表面中的至少一个上的导电传感器电极。在某些实施方式中，CMOS器件包括部分耗尽和全部耗尽CMOS器件中的至少一个。在某些实施方式中，压电薄膜为CMOS器件提供实质性冷却路径。在某些实施方式中，压电薄膜基本上是无支撑的并且通过压电薄膜的大部分冷却是沿着压电薄膜的平面的。在某些实施方式中，导电传感器电极至少设置在压电薄膜的第二表面上。在某些实施方式中，导电传感器电极设置在压电薄膜的第一和第二表面上。在某些实施方式中，压电薄膜的第一表面上的导电传感器电极的至少一部分与压电薄膜的第二表面上的导电传感器电极中的对应电极对齐。在某些实施方式中，包括穿过压电薄膜的导电触点(contact)。在某些实施方式中，导电传感器电极限定交叉型声波传感器。在某些实施方式中，至少一个声波结构包括至少一个表面声波结构。在某些实施方式中，至少一个声波结构包括至少一个体声波结构。在某些实施方式中，该装置包括经由一个或多个层结合到半导体薄膜的第一侧上的处理衬底，一个或多个层包括一个或多个互连层。在某些实施方式中，半导体薄膜是硅薄膜并且压电薄膜是AlN薄膜。根据本专利技术，提出了一种用于生产集成的CMOS声波器件的工艺，包括:形成或接收具有设置在电绝缘压电薄膜上的半导体薄膜的绝缘体上半导体(SOI)衬底，电绝缘压电薄膜设置在支撑衬底上；在半导体薄膜的一个或多个第一部分中形成CMOS器件；以及形成具有设置在压电薄膜的至少一个表面上的相互间隔的导电传感器电极的至少一个声波结构，至少一种介电材料设置在导电传感器电极之间并设置在压电薄膜的至少一个表面上。在某些实施方式中，压电薄膜具有相对的第一和第二表面，半导体薄膜设置在压电薄膜的第一表面上，并且传感器电极设置在压电薄膜的至少第二表面上。在某些实施方式中，传感器电极设置在压电薄膜的第一和第二表面上。在某些实施方式中，该工艺包括形成穿过压电薄膜以跨越压电薄膜互连传感器电极的导电触点。在某些实施方式中，CMOS器件包括部分耗尽和全部耗尽CMOS器件中的至少一个。在某些实施方式中，压电薄膜为CMOS器件提供实质性冷却路径。在某些实施方式中，该工艺包括移除支撑衬底以暴露压电薄膜，其中，通过压电薄膜的大部分冷却是沿着压电薄膜的平面的。在某些实施方式中，该工艺包括:在CMOS器件上形成一个或多个另外的层，一个或多个另外的层包括一个或多个互连层；将处理衬顶(superstrate)结合到一个或多个层中的最外侧的层上；以及移除支撑衬底以暴露压电薄膜。在某些实施方式中，该工艺包括选择性地移除半导体薄膜的一个或多个第二部分以将半导体薄膜的一个或多个第一部分形成为压电薄膜上的相互间隔的半导体岛。[0031 ] 在某些实施方式中，半导体薄膜是硅薄膜并且压电薄膜是AlN薄膜。【附图说明】本专利技术的一些实施例在下文中仅通过实例的方式参照附图进行描述，其中:图1是用于生产单片集成的CMOS声波器件的工艺的流程图；图2是图1的工艺的第一接触工艺的流程图；图3是图1的工艺的第二接触工艺的流程图；图4是绝缘体上半导体(SOI)晶片或衬底的示意性横截面侧视图，其中半导体薄膜下方的埋入式绝缘层是具有适用于生成并传输声波的压电特性的电绝缘体；图5至图14各自包括在图1的工艺的连续步骤中的图4的SOI衬底的一部分的示意性平面图和对应横截面侧视图；并且图15和图16各自包括由图1至图3的工艺生产的最终集成的S0ICM0S声波结构/器件的一部分的示意性平面图和对应横截面侧视图，其中，声波结构分别是体声波结构或表面声波结构。【具体实施方式】本文中描述了单片集成的CMOS (互补金属氧化物半导体)声波器件以及用于生产单片集成的CMOS声波器件的集成工艺，其中，CMOS器件形成在薄膜绝缘体上半导体(SOI)结构中。SOI结构包括设置在薄膜绝缘体上的半导体薄膜，该薄膜绝缘体也是压电的并为声波结构/器件提供声波介质。因此，声波结构包括压电薄膜的一个或多个第一部分，压电薄膜的一个或多个第二部分提供SOI衬底的绝缘体，CMOS器件由该绝缘体形成。CMOS器件可以包括部分耗尽和/或全部耗尽CMOS器件。本文中描述的声波结构包括设置在压电薄膜的至少一侧上的导电传感器电极。即，压电薄膜具有相对的第一和第二平面表面或面，并且传感器电极可以只设置在第一表面上，或可以只设置在第二表面上，或设置在压电薄膜的两个表面上。在下面详细描述的实施例中，半导体是硅(Si)并且压电薄膜是氮化铝(AlN)薄膜，尽管是电绝缘体，但其具有相对高的热导率并因此为来自CMOS器件的热流提供实质性导热路径。在CMOS器件下面的AlN薄膜在CMOS器件下面没有支撑的实施例中这可能尤其是重要的，即，在AlN薄膜下面不存在提供有效热路径的衬底或实质性基底(underlying)层，其可以是独立的(freestanding)，或充其量在其下侧只通过一个或多个薄层覆盖，一个或多个薄层本身不提供实质性热路径以传导来自CMOS器件的热量。这要求CMOS器件通过沿AlN薄膜的平面的横向热流有效冷却，而不是正交地通过至散热器的膜而冷却。图1至图3是用于生产单片集成的CMOS声波器件的工艺的流程图。该工艺开始于步骤102，接收或形成SOI衬底或晶片400，如图4中的横截面侧视图中所示，其中半导体薄膜402设置在电绝缘压电薄膜404上，反过来，该电绝缘压电薄膜404设置在支撑衬底或晶片406上。在该说明书中，尤其在权利要求中，除非上下文另外说明，为了查阅方便，使用单词“晶片”，并且其不应该被解释为局限于整个圆盘状衬底的普通含义，而是应该广泛理解为包含任何形状或形式的衬底或层，包括完整晶片或完整晶片的一部分。在所描述的实施例中，SOI衬底或晶片400包括设置在电绝缘AlN薄膜404上的硅薄膜402，反过来，该电绝缘AlN薄膜404设置在支撑衬底406上，该支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成的CMOS声波器件，包括：具有相对的第一和第二表面的电绝缘压电薄膜；一个或多个绝缘体上半导体(SOI)CMOS器件，形成在设置在所述电绝缘压电薄膜的所述第一表面的一个或多个部分上的半导体薄膜中；以及至少一个声波结构，具有设置在所述压电薄膜的所述第一和第二表面中的至少一个上的导电传感器电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.20 US 61/578,2191.一种集成的CMOS声波器件,包括: 具有相对的第一和第二表面的电绝缘压电薄膜； 一个或多个绝缘体上半导体(SOI)CMOS器件，形成在设置在所述电绝缘压电薄膜的所述第一表面的一个或多个部分上的半导体薄膜中；以及 至少一个声波结构，具有设置在所述压电薄膜的所述第一和第二表面中的至少一个上的导电传感器电极。2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述CMOS器件包括部分耗尽和全部耗尽CMOS器件中的至少一个。3.根据权利要求1或2所述的器件，其中，所述压电薄膜为所述CMOS器件提供实质性冷却路径。4.根据权利要求3所述的器件，其中，所述压电薄膜基本上是无支撑的并且通过所述压电薄膜的大部分冷却是沿着所述压电薄膜的平面的。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的器件，其中，所述导电传感器电极至少设置在所述压电薄膜的所述第二表面上。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的器件，其中，所述导电传感器电极设置在所述压电薄膜的所述第一和第二表面上。7.根据权利要求6所述的器件，其中，所述压电薄膜的所述第一表面上的所述导电传感器电极的至少一部分与所述压电薄膜的所述第二表面上的所述导电传感器电极中的对应电极对齐。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的器件，包括穿过所述压电薄膜的导电触点。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的器件，其中，所述导电传感器电极限定交叉型声波传感器。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的器件，其中，所述至少一个声波结构包括至少一个表面声波结构。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的器件，其中，所述至少一个声波结构包括至少一个体声波结构。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的器件，包括经由一个或多个层结合到所述半导体薄膜的第一侧上的处理衬底，所述一个或多个层包括一个或多个互连层。13.根据权利要求1至12中的任一项所述的器件，其中，所述半导体薄膜是硅薄膜并且所述压电薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·约翰·布劳利，
申请(专利权)人：斯兰纳私人集团有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU