先進(jìn)熱補(bǔ)償表面聲波器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及表面聲波器件的制造方法以及表面聲波器件。
【背景技術(shù)】
[0002]聲學(xué)共振器結(jié)構(gòu)(例如，表面聲波(SAW)器件10)使用設(shè)置在壓電襯底100上的一個(gè)或多個(gè)交叉?zhèn)鞲衅?IDT) 111來將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波，或?qū)⒙暡ㄞD(zhuǎn)化為電信號(hào)，如圖1A所示意性地表示的那樣。在濾波應(yīng)用中，經(jīng)常使用這樣的SAW或共振器。射頻(RF)SAW技術(shù)具有極佳的性能(例如，高隔離性和低插入損耗)，并且廣泛用于無線通信應(yīng)用中的RF雙工器(DPX)。為了與基于RF體聲波(BAW)技術(shù)的RF DPX競爭，必須提高RF SAW器件的器件性能，并且，尤其需要頻率響應(yīng)的溫度穩(wěn)定性。
[0003]SAW器件的工作頻率的溫度相關(guān)性(或者頻率的熱系數(shù)(TCF))不僅取決于IDT的交叉指狀物之間的間距(圖1A所示的間距S)的改變(這通常是由常用的壓電襯底的相對(duì)高的熱膨脹系數(shù)(TCE)導(dǎo)致的)，而且還取決于速度的熱系數(shù)(TCV)，這是因?yàn)閴弘娨r底的膨脹或收縮伴隨有SAW速度的增加或減小。
[0004]最近公開的K.Hashimoto、M.Kadota 等的文章 “Recent Development ofTemperature Compensated SAW Devices”(IEEE Ultrason.Symp.2011，第 79-86 頁，2011年)給出了當(dāng)前使用的用于克服SAW器件的頻率響應(yīng)的溫度相關(guān)性問題的手段(尤其是Si02疊加的手段)的概述。
[0005]如圖1B所示意性示出的，涉及Si02疊加的后一手段包括:將壓電襯底100金屬化的步驟S12，其產(chǎn)生金屬化部分110 ;以及接下來的在壓電襯底100和金屬化部分110的整個(gè)表面上形成介電層120(尤其是S1jl)的步驟S10。依據(jù)技術(shù)人員將具有凸面的頂表面的SAW器件101設(shè)想為最終器件或者將具有平坦的頂表面的SAW器件102設(shè)想為最終器件，可能執(zhí)行進(jìn)一步的平坦化步驟S13。然而，出于幾個(gè)原因，該手段受到很大限制。為了良好的電(歐姆)接觸，由于壓電襯底100的兼容性要求，對(duì)用于金屬化部分110的材料的選擇以及對(duì)用于這些材料的沉積技術(shù)的選擇均受到限制。此外用于介電層120(其覆蓋金屬化部分110和壓電襯底100)的材料的選擇，以及用于介電層120的沉積技術(shù)的選擇也受到限制，這是因?yàn)樵诮殡妼?20的形成期間所采用的熱預(yù)算必須與用于金屬化部分110和壓電襯底100的材料兼容，以便避免壓電特性的變差、金屬化部分110的電學(xué)特性的變差，或者避免金屬擴(kuò)散至壓電襯底100或形成在金屬化結(jié)構(gòu)的頂部的介電層120。此外，如果具有不同的TCE的幾種材料彼此接觸并且所應(yīng)用的溫度超過了最大容許限度(這可以是形成在壓電襯底100的頂部上的金屬化部110的情況)，常用的壓電襯底100的相當(dāng)高的TCE可以進(jìn)一步導(dǎo)致由翹曲或彎折或引入的應(yīng)力所引起的制造問題，在介電層120的形成期間采用的熱預(yù)算導(dǎo)致金屬化部分110的層離或甚至導(dǎo)致晶片的斷裂。此外，在相當(dāng)?shù)偷臏囟认滦纬山殡妼?20 (如可以是某些非晶S1jl的情況)導(dǎo)致聲學(xué)特性降低的相當(dāng)?shù)唾|(zhì)量的材料，并且因此限制了基于該材料的SAW技術(shù)的性能。甚至，由于介電層120在金屬化部分110和壓電襯底100兩者上的沉積導(dǎo)致的不可避免的生長缺陷，以及金屬化部分110包括相對(duì)于介電層120的生長方向的水平部分和豎直部分的事實(shí)，一起導(dǎo)致了寄生電聲效應(yīng)(特別是在豎直部分與水平部分的交會(huì)部分)，并因而導(dǎo)致了 SAW器件10的性能損失。
[0006]本發(fā)明的目標(biāo)是，提供消除上述不利的器件和器件制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]具體而言，本發(fā)明涉及表面聲波器件的制造方法，所述方法包括下列步驟:(a)提供壓電結(jié)構(gòu)；(b)提供介電結(jié)構(gòu)；步驟(b)包括將介電結(jié)構(gòu)金屬化的步驟(bl)，并且所述方法進(jìn)一步包括將金屬化的介電結(jié)構(gòu)鍵合至壓電結(jié)構(gòu)的步驟(c)。
[0008]該制造方法具有的益處為，可以在與提供壓電結(jié)構(gòu)分開的過程中提供介電結(jié)構(gòu)，從而可以避免某些不兼容性。例如，技術(shù)人員不再受限于適合于在壓電材料上沉積的介電材料，而是具有了更多的選擇。此外，因?yàn)榻饘倩诮殡娊Y(jié)構(gòu)上執(zhí)行而不是相反，所以可以使用承受高形成溫度的介電材料，例如熱生長的氧化硅，這是因?yàn)椋捎诮饘僭谳^后的步驟中形成，所以不存在金屬擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。這樣的高質(zhì)量介電材料也允許對(duì)于金屬化的更好的控制，尤其是對(duì)于介電結(jié)構(gòu)與金屬化部分之間的界面的更好的控制，從而避免了導(dǎo)致表面聲波的擾動(dòng)的寄生效應(yīng)。除了上述益處，表面聲波器件的熱補(bǔ)償允許該器件更高的頻率響應(yīng)熱穩(wěn)定性，這是由于介電結(jié)構(gòu)提供的硬化以及介電結(jié)構(gòu)的抵消性TCE。
[0009]在進(jìn)一步的有益實(shí)施方案中，執(zhí)行步驟(bl)以形成交叉電極結(jié)構(gòu)。
[0010]這提供的有益效果為，對(duì)于所希望的表面聲波器件的頻率范圍，可以適當(dāng)?shù)剡x擇交叉電極結(jié)構(gòu)的圖案，從而適當(dāng)?shù)剡x擇其結(jié)構(gòu)特征，例如其間距。
[0011]在進(jìn)一步的有益實(shí)施方案中，交叉電極結(jié)構(gòu)具有低于lOOnm的間距，而介電結(jié)構(gòu)顯示出的介電常數(shù)適合于允許高于100V的擊穿電壓。
[0012]該實(shí)施方案提供的有益效果為，對(duì)金屬化的更好的控制導(dǎo)致對(duì)其圖案的更好的限定，從而允許了表面聲波器件的良好限定的頻率響應(yīng)。使用合適的介電材料(特別地通過使用高k介電材料)允許減小交叉電極結(jié)構(gòu)的間距S，并允許使表面聲波器件適應(yīng)于高功率應(yīng)用。
[0013]在進(jìn)一步的有益實(shí)施方案中，通過金屬沉積來執(zhí)行步驟(bl)，并且步驟(b)包括在形成溫度下在金屬沉積之前形成介電層的步驟，所述形成溫度大于沉積的金屬在介電層或壓電結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散溫度，具體地，所述形成溫度大于350°C，優(yōu)選地大于850°C，更優(yōu)選地大于 1200°C。
[0014]這提供的有益效果為，介電層的形成能夠使用更高的溫度，而由于金屬擴(kuò)散，這與現(xiàn)有技術(shù)的工藝流程是不兼容的。
[0015]在進(jìn)一步的有益實(shí)施方案中，沉積的金屬可以選自:Au、Pt、Cu、Al、Mo、W。
[0016]這提供的有益效果為，技術(shù)人員可以使用本會(huì)不兼容于在壓電結(jié)構(gòu)上進(jìn)行直接沉積的用于金屬化的材料。
[0017]在進(jìn)一步的有益實(shí)施方案中，介電結(jié)構(gòu)包括介電層，所述介電層由選自下列材料的材料制備:Si02、SiN、S1N、S1C、SiC、DLC 或氧化鋁。
[0018]這提供的有益效果為，技術(shù)人員可以使用熟知的材料，以及允許使用本會(huì)不兼容于在壓電結(jié)構(gòu)上進(jìn)行直接沉積的精細(xì)技術(shù)和形成溫度的工藝流程。
[0019]在進(jìn)一步的有益實(shí)施方案中，介電結(jié)構(gòu)包括介電層，所述介電層是在高于800°C、優(yōu)選地高于1050°C的溫度下形成的熱生長的氧化硅。
[0020]這提供的有益效果為，可以將極高的溫度應(yīng)用于該高質(zhì)量介電材料的形成，而如果在壓電材料上直接應(yīng)用該該高質(zhì)量介電材料，本應(yīng)當(dāng)會(huì)使壓電材料的壓電特性變差。
[0021]在進(jìn)一步的有益實(shí)施方案中，介電結(jié)構(gòu)包括介電層，所述介電層由高k介電材料制備，所述高k介電材料優(yōu)選地在娃酸給(hafnium silicate)、娃酸錯(cuò)(zirconiumsilicate)、二氧化給(hafnium d1xide)、二氧化錯(cuò)(zirconium d1xide)之中。
[0022]該實(shí)施方案提供的有益效果為，技術(shù)人員可以依據(jù)應(yīng)用(例如，高功率應(yīng)用)和所需的界面質(zhì)量，而適當(dāng)?shù)剡x擇用于介電材料的適合材料。
[0023]在進(jìn)一步的有益實(shí)施方案中，步驟(bl)包括下列步驟:在介電結(jié)構(gòu)的表面上局部刻蝕凹陷；以及在凹陷中進(jìn)行金屬沉積。
[0024]這提供的有益效果為，在半導(dǎo)體和微電子產(chǎn)業(yè)充分發(fā)展并已知的對(duì)刻蝕和金屬化的良好受控的過程實(shí)現(xiàn)