薄膜SAW器件制造技术

薄膜SAW器件包括：载体衬底(CA)、TCF补偿层(CL)、压电层(PL)以及在压电层的顶部上的IDT电极(EL)。功能层(FL)被布置在压电层与TCF补偿层之间以进一步减小TCF。考虑到声速、密度和刚度，功能层的材料特性与压电层的材料特性相匹配，使得功能层的材料特性与压电层的材料特性在不具有压电效应的情况下彼此之间的偏差不会超过10％。功能层可以具有与有用的压电层相同的晶体构造而没有压电特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】薄膜SAW器件描述下一代移动通信器件需要出色的性能和特性，例如高机电耦合系数k2和低频率温度系数TCF。呈现在夹层衬底系统上的SAW滤波器器件由于提供了矢状波导效果而本身提供了高耦合系数。普通多层衬底系统的层中的一个层是提供了TCF的降低的SiO2层。因此，这种SiO2层被用作TCF补偿层，并且其厚度可以被调节为实现期望的TCF降低。然而，补偿效果通常太小。而且，仅具有较差的声学性能的SiO2层的更高的厚度导致更多的杂散模式(例如，体声学模式)，这对于在较高频率的相邻频带中产生干扰共振是不期望的。此外，对于需要较小带宽的某些频带，夹层衬底系统中的高耦合可能是不利的。对于这些窄频带，需要外部电路装置(例如，电容器)来重新降低带宽。这又导致较高的面积消耗，其与常见的小型化要求相反。因此，需要具有补偿的TCF而不增加SiO2层的层厚度的SAW器件。该目的和其它目的通过根据独立权利要求的薄膜SAW器件和制造方法来解决。特定特征和有利的实施例是从属权利要求的主题。总体思路是提供一种包括附加功能层的薄膜SAW器件。这可以是在薄膜SAW器件的压电层附近或紧挨的附加层，并且具有与压电层的机械性能非常相似的机械性能。然而，该功能层不是压电的。然后，这种层具有突出的声学特性，并且声波至少部分地在该功能层中传播。因此，由于缺少压电效应，耦合减小，因此机电耦合系数k2减小。这对于SAW滤波器是有利的，该SAW滤波器被设计为分别地在具有窄带宽度的频带中在窄带中操作。否则，必须借助诸如外部电容器之类的电路元件来减小带宽，这将需要附加的空间和/或芯片面积。此外，这种外部元件由于其低的品质因数Q而降低了整个器件的品质因数Q。对于所提出的功能层和因此减小的耦合因数，当设计窄带SAW滤波器时不需要这种电路装置。压电的温度依赖性是器件的负TCF的主要贡献之一。附加的功能层的压电性的缺乏导致组合层堆叠的TCF中的改善。因此，与迄今常用的层系统相比，以前高度为负的TCF被转换为更正的值。因此，即使在没有足够的TCF补偿的层系统中，该功能层也可以允许改善TCF补偿以提供非常低的最终TCF。此外，功能层允许减小作为SiO2层的常规的TCF补偿层的厚度。通过插入功能层来减小具有不良声学特性的SiO2层的厚度，可以改善薄膜SAW器件的整个层系统的声学特性。作为附加的优点，由于较低的总层厚度，可以减小杂散模式的发生。如果需要，可以通过减小压电层的厚度来补偿耦合系数k2的减小。结果，进一步减小了杂散板和体模式的出现。这种新的薄膜SAW器件包括：载体衬底、TCF补偿层、压电层以及在压电层顶部上的电极结构。功能层被布置在压电层与TCF补偿层之间。与普通的薄膜SAW器件相比，可以减小压电层和TCF补偿层的厚度，从而至少实现相同的TCF补偿。有利的是，考虑到声速、密度和刚度，在偏差小于10％的情况下，功能层的材料特性与压电层的材料特性相匹配。更优选地，例如，由于特殊的热处理、机械处理、电处理或离子轰击，功能层包括与压电层相同的材料，但是不表现出压电效应。可以通过在单晶压电层的损伤区域中破坏结构并且由此破坏压电效应来形成这种功能层。可以通过从压电层的顶部注入离子直到达到所需的深度来形成损伤区域。然而，优选的是，在将压电晶片粘合到多层衬底系统的表面之前在压电晶片中形成损伤区域。优选的是，损伤区域紧挨结合到衬底系统的表面。根据实施例，压电层是LT或LN的单晶层并且具有厚度dP。功能层是相同材料的结晶层但是不具有压电效应。对于损伤层的厚度dD，以下关系成立：0.005dP≤dD≤0.5dP在特定实施例中，压电层是厚度dP为400nm至700nm的钽酸锂LT的单晶层。然后，功能层是相同材料的晶体LT层但是不再具有压电效应。根据上述关系，则损伤层的厚度dD符合：2nm≤dD≤350nm由于功能层的TCF降低特性，与具有通常由SiO2制成的这种层的已知薄膜SAW器件相比，可以减小TCF补偿层的厚度。TCF补偿层/SiO2层的示例性厚度dC符合以下关系：50nm≤dC≤500nm在下文中，将参考具体实施例和附图更详细地解释薄膜SAW器件。图1示出了通过薄膜SAW器件的示意性横截面。图2示出了取决于功能层的厚度的薄膜SAW器件的TCF的变化曲线。图3示出了取决于功能层的厚度的薄膜SAW器件的耦合系数k2的变化曲线。图4示出了薄膜SAW器件的导纳的实际部分。图5示出了薄膜SAW器件的导纳的大小。图1以横截面图示出了薄膜SAW器件。该图仅是示意图并且未按比例绘制。为了更好地理解，以放大形式描绘了一些细节，使得绝对尺寸和相对尺寸均不能从图中获取。载体衬底CA优选地是由机械稳定的刚性材料制成的晶片。硅是为此的优选材料。在载体衬底CA的顶部上，可以布置声速高于SiO2的可选层。例如，可选层是由诸如AIN、多晶硅或非晶硅之类的坚硬材料制成。在该可选层HV上或直接在载体衬底CA上施加了(例如，SiO2的)TCF补偿层CL。这可以通过普通的PVD或CVD工艺来完成。但是任何其它沉积方法也是可能的。其后，布置功能层FL和压电层PL作为下一层。根据优选的实施例，布置这两个层包括将压电晶片的晶片键合到下面的TCF补偿层CL，该压电晶片在其顶表面上具有整体形成的功能层FL。在将压电层PL的厚度减小到期望值dP之后，在压电层PL的顶部上形成电极EL。电极结构EL实现薄膜SAW器件的功能，并且可以包括叉指式换能器-IDT-反射器、谐振器或电声SAW器件操作(诸如，滤波器功能)所需的任何其它结构。图2示出了具有上述结构的薄膜SAW器件的TCF的计算过程。取决于功能层FL的各种厚度dF来描绘TCF。第一值符合没有功能层FL并且厚度dF为零的器件。在此，SAW器件仍然显示出负TCF，这是由于具有强的负TCF的压电层PL对SAW器件的TCF的影响。在厚度dD为20nm时，可以认为TCF大大降低了。厚度约为50nm的功能层可以完美地补偿器件的最初的负TCF。厚度dF较高时，TCF变为正值。总变化曲线几乎是线性的，并且示出了如果SAW器件的另一层的所有其它几何参数保持恒定，则TCF补偿效果与功能层的厚度成比例。仅出于完整性考虑，实际值取决于层系统和层的厚度。但是，TCF对功能层厚度dF的依赖性保持不变。由于这样的事实，即控制声学行为的机械特性在功能层FL中相同，而在压电层中，大量的波能集中在没有压电效应的功能层中。因此，与没有功能层FL的SAW器件相比，耦合因数减小了。图3示出了取决于功能层FL的厚度dF的薄膜SAW器件的耦合系数k2的变化曲线。显然，在零厚度处观察到最高值。在厚度dF的更高的值处，观察到的k2值减小。由于这种依赖性也是线性的，因此可以被用于为需要较小带宽并且因此需要较低k2的器件设置所需的k2。如果根据所描绘的曲线以功能层FL的厚度dF获取期望的TCF，则SAW器件的其它结构参数需要改变，该厚度dF导致太高的耦合系数k2。然后，必须增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜SAW器件，包括：/n-载体衬底(CA)，/n-TCF补偿层(CL)，/n-压电层(PL)，以及/n-在所述压电层的顶部上的IDT电极(EL)/n其中，功能层(FL)被布置在压电层与TCF补偿层之间，/n其中，考虑到声速、密度和刚度，所述功能层的材料特性与所述压电层的材料特性相匹配，使得所述功能层的材料特性与所述压电层的材料特性在不具有压电效应的情况下彼此的偏差不超过10％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181212 DE 102018131946.01.一种薄膜SAW器件，包括：
-载体衬底(CA)，
-TCF补偿层(CL)，
-压电层(PL)，以及
-在所述压电层的顶部上的IDT电极(EL)
其中，功能层(FL)被布置在压电层与TCF补偿层之间，
其中，考虑到声速、密度和刚度，所述功能层的材料特性与所述压电层的材料特性相匹配，使得所述功能层的材料特性与所述压电层的材料特性在不具有压电效应的情况下彼此的偏差不超过10％。


2.根据前述权利要求所述的薄膜SAW器件，其中所述功能层
-包括与所述压电层相同的所述材料
-不提供任何压电效应。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的薄膜SAW器件，
-其中所述压电层是厚度为dP的LT或LN的单晶层，
-其中所述功能层是相同材料的结晶层，但是没有压电效应，
-其中对于所述功能层的厚度dF，以下是有效的：
0.005dP≤dF≤0.50dP。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的薄膜SAW器件，其中在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·纳普，I·布莱尔，M·豪泽，
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