用于表面声波器件的混合结构体制造技术

本发明专利技术涉及一种用于表面声波器件的混合结构体(10)，其包括与载体衬底(5)连接的压电材料的有用层(1)，所述载体衬底(5)的热膨胀系数低于所述有用层(1)的热膨胀系数；所述混合结构体(10)包括位于所述有用层(1)和所述载体衬底(5)之间的中间层(4)，所述中间层(4)是在所述中间层(4)的平面内具有多个周期性图案(6,7)的由至少两种不同材料形成的结构化层。

Hybrid structure for surface acoustic wave devices

The present invention relates to a hybrid structure (10) for a surface acoustic wave device, comprising a useful layer (1) of a piezoelectric material connected to a carrier substrate (5), wherein the thermal expansion coefficient of the carrier substrate (5) is lower than that of the useful layer (1), and the hybrid structure (10) includes the useful layer (1) and the carrier substrate (5). The intermediate layer (4) is a structured layer formed of at least two different materials with multiple periodic patterns (6,7) in the plane of the intermediate layer (4).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于表面声波器件的混合结构体
本专利技术涉及表面声波器件的领域。其具体涉及适合于制造表面声波器件的混合结构体。
技术介绍
诸如表面声波(SAW)器件等声学谐振器结构使用在压电衬底上制造的一个或多个叉指型换能器以将电信号转换成声波，反之亦然。这种SAW器件或谐振器通常用于滤波应用。射频(RF)SAW技术提供优异的性能，包括高水平的绝缘和低插入损耗。这就是将其用于无线通信应用中的RF双工器的原因。尽管如此，为了与基于体声波(BAW)技术的RF双工器相比更具竞争力，RFSAW器件的性能需要得到改进，特别是要求频率响应具有温度稳定性。SAW器件的工作频率的温度依赖性或频率的温度系数(TCF)一方面取决于换能器的叉指型电极之间的间距的变化，这通常是由于所用压电衬底的相对较高的热膨胀系数(CTE)所致；另一方面，TCF取决于热速度系数，因为压电衬底的膨胀或收缩伴随着表面声波速度的增大或减小。因此，为了使频率温度系数(TCF)最小化，目标是使压电衬底的膨胀/收缩最小化，特别是在声波传播的表面区域中。K.Hashimoto,M.Kadota等人的文章“RecentdevelopmentoftemperaturecompensatedSAWDevices”,IEEEUltrason.Symp.2001,79-86页,2011，提供了常用于克服SAW器件的频率响应的温度依赖性问题的方法的概述。第一种方法涉及用氧化硅(SiO2)层覆盖包含换能器的金属结构的压电衬底的表面。SiO2的极低CTE限制了压电衬底的温度膨胀/收缩。虽然它提高了温度性能，但这种方法有局限：一方面，施用这种氧化层的温度限制(考虑到金属的存在)只能提供质量相对较差且声学性能有限的材料；另一方面，采用这种方法，压电衬底的最终厚度必须大于200微米才能保证结构的机械强度，这限制了器件的最终包装可能性。第二种方法涉及使用混合衬底，其由例如施用于硅衬底的压电材料层组成。同样在这种情况下，硅的低CTE限制了压电层的温度膨胀/收缩。在钽酸锂(LiTaO3)的压电层的情况下，上述文章指出LiTaO3厚度与硅衬底厚度之比为10适当地改善了频率温度系数(TCF)。这种方法的缺点之一在于存在寄生声波(在文章“CharacterizationofbondedwaferforRFfilterswithreducedTCF”,BPAbbott等,Proc2005IEEEInternationalUltrasonicsSymposium,Sept19-21,2005,pp.926-929中被称为“寄生声模式”)，其对在混合衬底上制造的谐振器的频率特性产生负面影响。这些寄生共振特别是与主要声波(主要在LiTaO3层的表面区域中传播)在下面的界面上的寄生反射有关，特别是包括LiTaO3和硅之间的界面。为了减少这些寄生共振的方案包括增加LiTaO3层的厚度；因为这意味着为了保持TCF的改进而增加了Si衬底的厚度，混合衬底的总厚度不再符合减小最终部件厚度的要求，特别是针对手机市场。K.Hashimoto等人(前述文章)提出的另一个方案涉及使LiTaO3层的下表面粗糙化(在与衬底的结合界面处)，以限制声波在所述表面上的反射。专利技术目的本专利技术的目的是提供现有技术方案的替代方案。本专利技术的目的具体涉及提供一种能够减少和/或消除所述寄生声波的混合结构体。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于表面声波器件的混合结构体，其包括与载体衬底连接的压电材料的有用层，所述载体衬底的热膨胀系数低于所述有用层的热膨胀系数，其中，所述混合结构体的特征在于，其包括位于所述有用层和所述载体衬底之间的中间层，所述中间层是在所述中间层的平面内具有多个周期性图案的由至少两种不同材料形成的结构化层。横向尺寸、中间层平面内的图案的周期性以及中间层的厚度根据SAW器件的声波特性的频率限定，以便将通常在混合结构体的界面上反射的声波传播或扩散。因此，混合结构体中存在中间层大大减少了会对SAW器件的频率特性产生负面影响的声波的寄生反射。根据单独或组合的本专利技术的有利特征：·所述图案的周期性根据所述器件的表面声波的频率进行选择；·所述载体衬底包括选自硅、玻璃、二氧化硅、蓝宝石、氧化铝和氮化铝的材料；·所述有用层包括选自钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、石英和氧化锌(ZnO)的压电材料；·所述中间层的平均声阻抗基本上等于所述有用层和所述载体衬底的声阻抗的乘积的平方根；·所述中间层的厚度大于所述器件的表面声波的波长；·所述图案的至少一个横向尺寸小于所述器件的表面声波的波长；·所述周期性图案包含第一图案和第二图案的交替，所述第一图案由所述有用层的材料组成，而所述第二图案由与所述载体衬底相同类型的材料组成；·所述第二图案由多晶硅组成，所述载体衬底由硅制成；·所述中间层的厚度等于或基本上小于所述器件的表面声波的波长；·所述图案的至少一个横向尺寸小于或等于所述器件的表面声波的波长；·所述周期性图案包含第一图案和第二图案的交替，所述第一图案由所述有用层的材料或所述载体衬底的材料组成，而所述第二图案由另一种材料组成；·所述第二图案由二氧化硅或氮化硅组成；本专利技术还涉及一种制造用于表面声波器件的混合结构体的方法，其特征在于包括以下阶段：i)提供压电材料的有用层和热膨胀系数低于所述有用层的载体衬底；ii)根据周期性图案对所述有用层或载体衬底的正面进行局部蚀刻，形成一组第一材料的蚀刻图案和未蚀刻图案；iii)对所述蚀刻图案施加不同于所述第一材料的第二材料的附加层，其中，所述未蚀刻周期性图案和所述附加层形成中间层；iv)组装所述有用层和所述载体衬底，使得所述中间层设置在所述有用层和所述载体衬底之间。根据单独或组合的本专利技术的有利特征：·在阶段i)提供的所述有用层是压电材料施主衬底；·所述方法包括阶段v)：将所述施主衬底减薄至用于制造所述声波器件的所述有用层的所需厚度。附图说明通过参照附图进行的以下详细描述，本专利技术的其他特征和优点将变得清楚，其中：-图1示出了本专利技术的混合结构体；-图2示出了包含SAW器件的本专利技术的混合结构体；-图3a和3b示出了本专利技术的实施方式的混合结构体；-图4a至4d示出了本专利技术的混合结构体的中间层的周期性图案的实例；-图5a至5c示出了本专利技术的混合结构体的中间层的图案实例的截面图。具体实施方式在说明部分中，图中的相同附图标记可能用于相同类型的要素。附图是示意性表示，为了易读性，其并不按比例绘制。特别是，沿着z轴的层的厚度相对于沿x和y轴的横向尺寸并不按比例。本专利技术涉及适用于制造表面声波(SAW)器件的混合结构体10，其包括具有第一面2和第二面3的压电材料的有用层1，如图1所示。混合结构体10还包括设置在有用层下面(沿着图1所示的z轴)与第二面2接触的中间层4。中间层4是由至少两种不同材料形成的厚度e的结构化层。结构化层意味着由所述层的平面内(即，在图1的平面(x,y)中)的周期性图案组成的层。这些图案对应于定义的横向尺寸(即，在平面(x,y)中的尺寸)和小于或等于e的厚度(即，沿z轴)的块：它们由至少两种不同材料构成。根据图1所示的实例，中间层4由第一图案6和第二图案7(与第一图案互补)组成，所述第一图案6由第一材料形成，所述第二图案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于表面声波器件的混合结构体(10)，其包括与载体衬底(5)连接的压电材料的有用层(1)，所述载体衬底(5)的热膨胀系数低于所述有用层(1)的热膨胀系数，所述混合结构体(10)的特征在于，其包括位于所述有用层(1)和所述载体衬底(5)之间的中间层(4)，所述中间层(4)是在所述中间层(4)的平面内具有多个周期性图案(6,7)的由至少两种不同材料形成的结构化层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.01 FR 16507741.一种用于表面声波器件的混合结构体(10)，其包括与载体衬底(5)连接的压电材料的有用层(1)，所述载体衬底(5)的热膨胀系数低于所述有用层(1)的热膨胀系数，所述混合结构体(10)的特征在于，其包括位于所述有用层(1)和所述载体衬底(5)之间的中间层(4)，所述中间层(4)是在所述中间层(4)的平面内具有多个周期性图案(6,7)的由至少两种不同材料形成的结构化层。2.如前述权利要求所述的用于表面声波器件的混合结构体(10)，其中，所述图案(6,7)的周期性根据所述器件的表面声波的频率进行选择。3.如前述权利要求中任一项所述的用于表面声波器件的混合结构体(10)，其中，所述载体衬底(5)包括选自硅、玻璃、二氧化硅、蓝宝石、氧化铝和氮化铝的材料。4.如前述权利要求中任一项所述的用于表面声波器件的混合结构体(10)，其中，所述有用层(1)包括选自钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、石英和氧化锌(ZnO)的压电材料。5.如前述权利要求中任一项所述的用于表面声波器件的混合结构体(10)，其中，所述中间层(4)的平均声阻抗等于所述有用层(1)和所述载体衬底(5)的声阻抗的乘积的平方根。6.如前述权利要求中任一项所述的用于表面声波器件的混合结构体(10)，其中，所述中间层(4)的厚度大于所述器件的表面声波的波长。7.如前述权利要求中任一项所述的用于表面声波器件的混合结构体(10)，其中，所述图案(6,7)的至少一个横向尺寸小于所述器件的表面声波的波长。8.如前述权利要求中任一项所述的用于表面声波器件的混合结构体(10)，其中，所述周期性图案(6,7)包含第一图案(6)和第二图案(7)的交替，所述第一图案(6)由所述有用层(1)的材料组成，而所述第二图案(7)由与所述载体衬底(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·科农丘克，E·布陶德，E·德斯邦内特斯，
申请(专利权)人：索泰克公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR