用于表面声波器件的混合结构制造技术

本发明专利技术涉及一种用于表面声波器件的混合结构，所述混合结构包括压电材料的有用层，有用层具有自由的第一面和被放置在支撑衬底上的第二面，支撑衬底的热膨胀系数低于有用层的热膨胀系数，其中，混合结构包括：布置在有用层的第二面上的第二中间层；位于支撑衬底上的俘获层；位于有用层与俘获层之间的具有确定的粗糙度的至少一个功能界面，其中，所述至少一个功能界面包括位于所述有用层与所述第二中间层之间的具有峰谷振幅大于0.1微米的确定的粗糙度的第二功能界面，其中，所述第二中间层具有远离所述第二功能界面的平坦表面，其中，所述第二中间层的所述平坦表面的整个表面结合到所述支撑衬底上的所述俘获层。到所述支撑衬底上的所述俘获层。到所述支撑衬底上的所述俘获层。

【技术实现步骤摘要】
用于表面声波器件的混合结构
[0001]本申请是申请日为2017年6月26日，申请号为201780040275.X(国际申请号为PCT/FR2017/051701)，专利技术名称为“用于表面声波器件的混合结构”的专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及表面声波器件的领域。它尤其涉及一种适于制造表面声波器件的混合结构和所述混合结构的一种制造方法。

技术介绍

[0003]表面声波(SAW)器件使用在压电衬底上开发的一个或更多个叉指换能器来将电信号转换成声波并且反之亦然。此类SAW器件或谐振器常常被用在滤波应用中。压电衬底上的射频(RF)SAW技术提供诸如高绝缘性和低插入损耗的优异性能。由于这个原因，它被用于无线通信应用中的RF双工器。然而，为了对于基于体声波(BAW)技术的RF双工器更具竞争力，RF SAW器件要求改进其频率响应的温度稳定性。
[0004]SAW器件根据温度或频率热系数(TCF)的工作频率依赖性一方面取决于换能器的叉指型电极之间的间距的变化，其通常是由于所使用的压电衬底的相对高的热膨胀系数(CTE)而导致的；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的速度的增加或减小。为了使频率热系数(TCF)最小化，目的因此是为了使压电衬底的膨胀/收缩最小化，尤其是在声波将传播的表面区域中。
[0005]K.Hashimoto、M.Kadota等人的文章"Recent development of temperature compensated SAW devices",IEEE Ultrasonic.Symp.2011,pages 79
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86,2011提供了通常用于克服SAW器件的频率响应的温度依赖性问题的方法的概要。
[0006]一种方法是使用例如由布置在硅衬底上的压电材料层组成的混合衬底。硅的低CTE使得有可能限制压电层根据温度的膨胀/收缩。在钽酸锂(LiTaO3)压电层的情况下，所述文章表明LiTaO3的厚度与硅衬底的厚度之比为10使得有可能充分地改进频率热系数(TCF)。
[0007]文献DE102004045181还公开了一种适合于SAW应用的结构，包括布置在补偿层(例如硅)上的压电层。
[0008]这种混合衬底的缺点之一来自干扰声波的存在(在文章"Characterization of bonded wafer for RF filters with reduced TCF",BPAbbott等人,Proc 2005IEEE International Ultrasonics Symposium,Sept 19
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21,2005,pp.926
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929中被称作“杂散(spurious)声模式”)，所述干扰声波对布置在混合衬底上的谐振器的频率特性产生负面影响。这些干扰谐振尤其与下面的界面(尤其是在LiTaO3与硅之间的界面)上的不需要的反射有关。减少这些干扰谐振的一个解决方案是增加LiTaO3层的厚度；这被假定为还增加硅衬底的厚度以保持TCF改进，混合衬底的总厚度然后不再与最终组件的厚度减小需求相兼容，尤其是在手机市场上。由K.Hashimoto提出的另一解决方案是使LiTaO3层的下表面粗糙化以限制其上的声波反射。当要求组装非常光滑的表面的直接结合工艺被用于混合衬底的制
造时，这种粗糙化带来操作上的困难。
[0009]根据现有技术的混合衬底的另一缺点源于半导体硅材料的支撑的存在，所述半导体硅材料即使它是高阻的，也能够包含自由电荷载流子并且影响器件的性能，尤其是通过增加RF信号相对于固体压电衬底的插入损耗和失真(线性)。
[0010]为了改进射频器件的性能，文献WO2016/087728提出了一种被布置在支撑衬底上的包括俘获层的结构，所述俘获层特征在于特定缺陷的密度。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是为了克服现有技术的缺点中的一些或全部。本专利技术的目的是为了提出一种能够减少和/或消除所述干扰声波并且确保在高频率下工作的器件的稳定性能的混合结构。
[0012]本专利技术涉及一种用于表面声波器件的混合结构，所述混合结构包括压电材料的有用层，所述有用层具有自由的第一面和被放置在支撑衬底上的第二面，所述支撑衬底的热膨胀系数低于所述有用层的热膨胀系数，所述混合结构的特征在于，所述混合结构包括：布置在所述有用层的所述第二面上的第二中间层；位于所述支撑衬底上的俘获层；位于所述有用层与所述俘获层之间的具有确定的粗糙度的至少一个功能界面，其中，所述至少一个功能界面包括位于所述有用层与所述第二中间层之间的具有峰谷振幅大于0.1微米的确定的粗糙度的第二功能界面，其中，所述第二中间层具有远离所述第二功能界面的平坦表面，其中，所述第二中间层的所述平坦表面的整个表面结合到所述支撑衬底上的所述俘获层。
[0013]本专利技术还涉及一种用于表面声波器件的混合结构，所述混合结构包括压电材料的有用层，所述有用层具有自由的第一面和被放置在支撑衬底上的第二面，所述支撑衬底的热膨胀系数低于所述有用层的热膨胀系数。所述混合结构包括：
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夹在所述有用层与所述支撑衬底之间的俘获层；
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位于所述有用层与所述俘获层之间的具有确定的粗糙度的至少一个功能界面。
[0016]根据本专利技术的混合结构的俘获层有效地俘获在支撑衬底中潜在地产生的自由电荷载流子，同时操作在所述混合结构上精心制作的SAW RF器件。RF性能(线性度、插入损耗)因此达到良好的水平，与大规模压电衬底上的技术的水平相当或甚至更优。
[0017]所述确定的粗糙度的功能界面允许能够在有用层中在深度上扩散的声波的有效扩散，从而避免其干扰反射，已知所述干扰反射对SAW器件的信号质量产生负面影响。通过功能界面位于有用层与俘获层之间的事实，声波的这种扩散更有效：实际上，除了俘获自由载流子的特性之外，俘获层还使得有可能高效地屏蔽下面的与支撑衬底的界面，所述界面有助于混合结构反射声波。
[0018]根据本专利技术的有利特征，单独地或相结合地进行：
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俘获层直接与支撑衬底接触；
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俘获层由在非晶硅、多晶硅、非晶锗或多晶锗当中选择的材料形成；
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俘获层是通过所述支撑衬底的表面层中的注入或者通过对支撑衬底的表面层进行蚀刻和结构化而形成的；
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功能界面的所述确定的粗糙度具有大于0.3微米的峰谷振幅，有利地大于或等于0.5微米，或甚至1微米的峰谷振幅；
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功能界面由有用层与俘获层之间的界面形成，有用层的第二面具有所述确定的粗糙度；
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功能界面由布置在有用层的第二面上的第一中间层与俘获层之间的界面形成；俘获层具有所述确定的粗糙度；
[0025]·
第一中间层包括在氧化硅、氮化硅、氮氧化硅当中选择的材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于表面声波器件的混合结构(100)，所述混合结构(100)包括压电材料的有用层(10)，所述有用层(10)具有自由的第一面(1)和被放置在支撑衬底(20)上的第二面(2)，所述支撑衬底(20)的热膨胀系数低于所述有用层(10)的热膨胀系数，所述混合结构(100)的特征在于，所述混合结构(100)包括：
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布置在所述有用层(10)的所述第二面(2)上的第二中间层(50)；
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位于所述支撑衬底(20)上的俘获层(30)；
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位于所述有用层(10)与所述俘获层(30)之间的具有确定的粗糙度的至少一个功能界面(31、32)，其中，所述至少一个功能界面(31、32)包括位于所述有用层(10)与所述第二中间层(50)之间的具有峰谷振幅大于0.1微米的确定的粗糙度的第二功能界面(32)，其中，所述第二中间层(50)具有远离所述第二功能界面(32)的平坦表面，其中，所述第二中间层(50)的所述平坦表面的整个表面结合到位于所述支撑衬底(20)上的所述俘获层(30)。2.根据权利要求1所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，其中，所述第二中间层(50)的所述平坦表面是连续的平坦表面。3.根据权利要求2所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，其中，所述俘获层(30)具有结合到所述第二中间层(50)的连续的平坦表面。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于表面声波器件的混合结构(100)，其中，所述俘获层(30)是通过所述支...

【专利技术属性】
技术研发人员：格维塔兹，
申请(专利权)人：索泰克公司，
类型：发明
国别省市：