体声波谐振器设备及其制造方法技术

体声波谐振器设备包括底部电极和顶部电极(120、360)。夹持在其之间的压电层(355)在有源谐振器区中具有与周围区中的厚度不同的厚度。制造设备的方法包括：将压电晶片键合到载体晶片，并通过离子切割技术将压电晶片的一部分分离。压电层在有源区和周围区中的不同厚度通过在不同深度处注入离子来实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】体声波谐振器设备及其制造方法
本公开涉及电声谐振器设备。具体地，本公开涉及体声波谐振器设备，体声波谐振器设备具有顶部电极和底部电极以及设置在其之间的压电层。本公开还涉及制造体声波谐振器设备的方法。
技术介绍
体声波(BAW)谐振器被广泛用于电子系统中来实现RF滤波器。压电层被夹持在一对电极之间。通过将电信号施加到电极，声谐振波在压电层中建立。压电材料可以是诸如氮化铝的沉积材料。最近提出的BAW谐振器使用单晶压电材料(例如，铌酸锂、钽酸锂或石英)。BAW谐振器可以是固体安装谐振器(SMR)类型，其中声有源区域被安装在包括反射器的衬底上来防止声波逸入衬底，BAW谐振器也可以是薄膜腔声谐振器(FBAR)类型，其中腔被设置在声有源区域的下方。BAW谐振器的高质量因数需要强大的能量限制。BAW谐振器通常具有围绕声有源区域的特定结构，以防止波从压电层横向逸出。本公开的一个目的是提供具有改进的横向能量限制结构的体声波谐振器。本公开的另一目的是提供制造具有改进的横向能量限制结构的体声波谐振器的方法。
技术实现思路
上述一个或多个目的通过根据本权利要求1的特征的体声波谐振器来实现。根据一个实施例，体声波(BAW)谐振器设备的压电层被夹持在顶部电极层和底部电极层之间。压电层横向延伸超过底部电极和顶部电极。围绕压电层的、被夹持在底部电极和顶部电极之间的部分的压电层的横向延伸部分的厚度，不同于压电层在顶部电极和底部电极之间的厚度。具体地，压电层在周围部分中的厚度可以比压电层在顶部电极和底部电极之间的声有源动区域中的厚度更大或更厚。根据另一实施例，还可以使得压电体在周围部分中的厚度小于或薄于压电层在声有源区域中的厚度。换言之，根据第一实施例，声有源区域中的压电层相对于周围部分中的压电层凹陷。假设压电层的表面部分是平坦的，则在声有源区域中压电层的顶部表面和底部表面之间的距离或厚度小于周围部分中压电层的顶部表面和底部表面的距离。与包围顶部电极的、压电层的顶部表面部分相比，在声有源区域中的、提供有顶部电极的顶部表面部分被凹陷。与沉积材料相比，将单晶压电材料用于BAW谐振器设备可以提供更低的损耗。本文提出的围绕声有源区的能量限制结构与低损耗单晶压电材料有关，从而为BAW谐振器提供高质量因数或Q因数。可用于根据本公开的BAW谐振器设备的单晶压电材料是铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)或石英。这些材料可以以单晶形式从市场上获得，可以从这些材料中切出薄晶片。这些材料具有限定明确且可复制的材料参数。其他单晶压电材料也可以是有用的。BAW谐振器中的单晶压电材料层可以具有平坦的底部表面，底部电极被设置在底部表面上。单晶压电层的顶部表面包括其上设置有顶部电极的凹陷表面区。在压电层的较大厚度的部分和较小厚度的部分之间存在过渡的顶部表面。过渡表面可以相对于顶部表面的第一表面部分和第二表面部分以及相对于底部表面具有倾斜定向。顶部表面包括阶梯，其中从声有源区域中的压电层的较薄部分到包围声有源区域的较厚的压电层部分的阶梯为声谐振波提供了大量的不连续性，使得声波被限制到顶部电极和底部电极之间的有源区，并防止溢出到顶部电极和底部电极之外的周围区。因此，声波的能量被保持在声有源区中。压电材料靠近底部电极的表面是平坦的，并且压电材料远离底部电极的表面包括阶梯特征。固体安装型体声波谐振器设备(BAW-SMR)包括在底部电极下方的、诸如布拉格反射镜的反射镜装置，以防止声波逸出到衬底中。布拉格反射镜被设置在可以是单晶硅晶片的衬底材料上。布拉格反射镜装置对于本
的技术人员是众所周知的。它包括具有高声阻抗和低声阻抗或在声学上更硬和更软的交替层的堆叠。例如，层堆叠可以包括介电材料和金属的交替层。具体地，在声学上较硬的层部分可以由被二氧化硅层间隔开的钨制成。布拉格反射镜装置的顶部层由二氧化硅组成，二氧化硅与谐振器的底部电极接触。在布拉格反射镜装置的制造过程中，钨在二氧化硅上形成，使得薄的钛粘附层可以被设置在二氧化硅上，以在其上容纳钨层。根据薄膜的体声波谐振器或独立式体声波谐振器类型(BAW-FBAR)包括在底部电极处的腔，使得底部电极被暴露于空气。压电层的周围底部表面与可以是二氧化硅的绝缘层接触。二氧化硅层可以由诸如单晶硅的载体衬底支撑。在BAW-FBAR设备的有源区的区域中，二氧化硅层和硅载体衬底层被移除来获得在底部电极处的腔。腔被剩余的二氧化硅和硅层包围。靠近声学反射镜的压电材料表面(例如，SMR壳体中的布拉格反射镜装置或FBAR壳体中的腔)是平坦的并且不包括阶梯。远离底部电极并且远离布拉格反射镜装置并且远离腔的压电材料表面包括阶梯特征。过渡顶部表面部分是远端表面的一部分。关于制造BAW谐振器设备的方法，通过根据本权利要求9的特征的方法解决了一个或多个上述目的。根据一个实施例的制造过程包括压电晶片的制备和制备另一工件的制备以及将晶片和工件键合在一起。具体地，晶片由压电材料提供。压电材料可以是单晶压电材料，其示例在上面提及。底部电极通过沉积金属层并通过光刻步骤将金属层结构化而被形成在压电晶片上。诸如二氧化硅层的介电层被沉积在压电晶片的表面上，底部电极被设置在该表面上。二氧化硅沉积可以包括CVD或溅射工艺。然后，离子穿过二氧化硅层注入，以在压电晶片内达到预定深度。离子可以选自氢离子、氘离子或氦离子或其他低分子量离子。离子在压电晶片内所处的深度可以通过离子轰击的加速电压和底部金属电极的厚度来控制。底部电极下方和底部电极区外部的深度不同。用于底部电极的金属类型还决定了离子的穿透深度。此外，提供了载体衬底工件。载体衬底可以是单晶硅晶片。因为压电晶片的二氧化硅表面被键合到工件晶片，所以经预处理的压电晶片被翻转并键合到载体衬底晶片。工件的表面层包括待键合到压电晶片的二氧化硅层的硅。工件的表面层可以是硅晶片本身或沉积在工件上的二氧化硅层。然后，压电晶片在注入离子所处的区域处分离。所注入的离子将损坏插入压电晶片的原始单晶结构中，使得压电材料可以沿所注入的离子线被分离。分离可以通过在压电材料内引起热应力的机械冲击和/或热能来执行。在移除经分离的压电部分之后，顶部电极通过在移除分离部分之后建立的腔中将金属电极材料沉积和结构化来形成。电极可以由具有相对高的声硬度和相对高的电导率的钼制成。氮化铝的薄籽晶层可以沉积在压电晶片上，以促进钼晶粒的良好生长。备选地，可以使用钨层和铝层的夹层，其中具有优异的声硬度的钨被沉积在压电层上，并且具有高电导率的铝被沉积在其上。用于电极的其他金属(例如，钌、铱和铂)也可以用作这些金属中的一种或多种的单个层或多个层的夹层。离子在围绕金属电极材料的外部区中以较大的深度穿透压电材料，并在通过金属电极材料的区中以较低的深度穿透压电材料。在将压电晶片翻转、键合和分离之后，与周围区相比，离子在金属电极区中的穿透深度较低，从而导致压电材料的凹陷部分，并且与周围部分相比，在底部电极之上的厚度减小。对应地，在离子的穿透深度较大的周围区域中，分离之后的压电材料的厚度较高。通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体声波谐振器设备，包括：/n底部电极(120)和顶部电极(360)；/n压电层(355)，具有第一部分(352)和第二部分(353)：所述第一部分设置在所述底部电极和所述顶部电极之间，所述第一部分具有厚度，所述第二部分围绕所述第一部分，所述第二部分具有与所述第一部分的所述厚度不同的厚度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180328 DE 102018107496.41.一种体声波谐振器设备，包括：
底部电极(120)和顶部电极(360)；
压电层(355)，具有第一部分(352)和第二部分(353)：所述第一部分设置在所述底部电极和所述顶部电极之间，所述第一部分具有厚度，所述第二部分围绕所述第一部分，所述第二部分具有与所述第一部分的所述厚度不同的厚度。


2.根据权利要求1所述的体声波谐振器设备，其中所述压电层(355)在所述第二部分(353)中的所述厚度大于所述压电层在所述第一部分(352)中的所述厚度。


3.根据权利要求1所述的体声波谐振器设备，其中所述压电层的所述第一部分(352)相对于所述第二部分(353)凹陷。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的体声波谐振器设备，其中所述压电层(355)包括单晶压电材料。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的体声波谐振器设备，其中所述压电层(355)具有与所述底部电极(120)接触的第一表面、与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面具有：第二表面部分和与所述顶部电极(360)接触的第一表面部分、以及过渡表面部分，所述第二表面部分从所述第一表面部分突出，所述过渡表面部分设置在所述第二表面的所述第一表面部分和所述第二表面部分之间。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的体声波谐振器设备，还包括设置在载体衬底(210)上的布拉格反射镜装置(220)，其中所述布拉格反射镜装置与所述底部电极(120)相对设置。


7.根据权利要求6所述的体声波谐振器设备，其中所述布拉格反射镜装置包括高声阻抗和低声阻抗的交替层(221、222、223、224、225)的堆叠。


8.根据权利要求1至5中任一项所述的体声波谐振器设备，其中所述压电层具有与所述底部电极(120)接触的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，并且其中绝缘材料层(121)被设置在所述压电层的所述第一表面上，所述压电层围绕所述底部电极(120)处的腔(580)，其中所述底部电极(120)在所述腔(580)中被暴露。


9.一种制造体声波谐振器的方法，包括以下步骤：
提供包括压电材料的晶片(110)；
在所述晶片上沉积金属材料并将所述金属材料结构化来形成底部电极(120)；
在所述晶片上和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·艾格纳，M·希克，U·勒斯勒尔，G·托斯卡诺，
申请(专利权)人：RF三六零欧洲有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE