形成去除了多余压电材料的XBAR装置的制作方法

形成去除了多余压电材料的xbar装置
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3.相关申请的交叉引用
4.本专利要求于2020年11月13日提交，申请号为63/113,301，题为“xbar devices with excess piezoelectric material removed”的共同未决的美国临时专利申请的优先权。
5.本专利涉及于2020年12月15提交，申请号为17/123,029，题为“xbar devices with excess piezoelectric material removed”的共同未决的美国临时专利申请的优先权。
技术领域
6.本公开涉及使用声波谐振器的射频滤波器，尤其涉及用于通信设备中的滤波器。


背景技术：

7.射频(rf)滤波器是双端器件，其被配置为通过一些频率，阻止其它频率，其中“通过”意味着以相对低的信号损耗进行传输，而“阻止”意味着阻塞或基本上衰减。滤波器通过的频率范围称为滤波器的“通带”。由这种滤波器阻止的频率范围称为滤波器的“阻带”。典型的rf滤波器具有至少一个通带和至少一个阻带。通带或阻带的具体要求取决于具体应用。例如，“通带”可以定义为一个频率范围，其中滤波器的插入损耗优于诸如1db、2db或3db的定义值。“阻带”可以定义为一个频率范围，其中滤波器的抑制大于定义值，例如20db、30db、40db或更大的值，这取决于具体的应用。
8.rf滤波器用于通过无线链路传输信息的通信系统中。例如，rf滤波器可见于蜂窝基站、移动电话和计算设备、卫星收发器和地面站、物联网(iot)设备、膝上型计算机和平板电脑、定点无线电链路和其它通信系统的rf前端中。rf滤波器也用于雷达和电子和信息战系统。
9.rf滤波器通常需要许多设计方面的权衡，以针对每个特定应用实现诸如插入损耗、拒绝、隔离、功率处理、线性、尺寸和成本之类的性能参数之间的最佳折中。具体的设计和制造方法和增强可以同时使这些需求中的一个或几个受益。
10.无线系统中rf滤波器的性能的增强可对系统性能产生广泛影响。可以通过改进rf滤波器来改进系统性能，例如单元尺寸更大、电池续航时间更长、数据速率更高、网络容量更大、成本更低、安全性增强、可靠性更高等。可在无线系统的各个级别上单独地或组合地实现这些改进点，例如在rf模块、rf收发器、移动或固定子系统或网络级别实现这些改进点。
11.用于当前通信系统的高性能rf滤波器通常包含声波谐振器，声波谐振器又包括表面声波(saw)谐振器、体声波baw)谐振器、薄膜体声波谐振器(fbar)和其他类型的声波谐振器。然而，这些现有技术并不太适合于在更高的频率下使用，其中人们提出在未来的通信网络中用到这些更高的频率。
12.要想获得更宽的通信信道带宽，就势必要用到更高频率的通信频段。3gpp(第三代合作伙伴计划)已对用于移动电话网络的无线电接入技术进行了标准化处理。5g nr(新无线电)标准中定义了用于第五代移动网络的无线电接入技术。5g nr标准定义了若干个新的通信频段。这些新的通信频段中有两个频段是n77和n79，其中n77使用3300mhz至4200mhz的频率范围，n79使用4400mhz至5000mhz的频率范围。频段n77和频段n79都使用时分双工(tdd)，因此在频段n77和/或频段n79中工作的通信设备将相同的频率用于上行链路和下行链路传输。n77和n79频段的带通滤波器必须能够处理通信设备的发射功率。在5ghz和6ghz的5g频段也需要高频率和无线带宽。5g nr标准还定义了频率在24.25ghz和40ghz之间的毫米波通信频段。
13.横向激励薄膜体声波谐振器(xbar)是用于微波滤波器的声波谐振器结构。题为“transversely excited film bulk acoustic resonator”的美国专利10,491,291中描述了这种xbar。xbar谐振器包括叉指换能器(idt)，该叉指换能器(idt)在单晶压电材料的薄浮层或隔膜上形成。idt包括从第一母线延伸的第一组平行指状物和从第二母线延伸的第二组平行指状物。第一组平行指状物和第二组平行指状物交错。施加到idt上的微波信号在压电隔膜中激发出剪切的主声波。xbar谐振器提供了很高的机电耦合和高频能力。xbar谐振器可用于各种rf滤波器，包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器。xbar非常适合用于频率高于3ghz的通信频段的滤波器中。


技术实现要素：

14.本发明公开了一种形成滤波器装置的方法，包括：在基板上形成粘合层，所述基板在单个管芯上具有用于第一空腔的至少一个位置和用于第二空腔的至少一个位置；将一压电板粘合至所述粘合层；去除延伸超过所述第一空腔的位置的周边和所述第二空腔的位置的周边一定长度的所述压电材料的多余部分；以及在所述压电板的正面上形成第一叉指换能器(idt)，以及使交错的指状物在所述第一空腔的位置上方。
15.其中，所述第一空腔的位置具有第一周边，所述第二空腔的位置具有第二周边；并且其中去除多余部分包括：去除跨越所述第一空腔的位置和所述第二空腔的位置的所述压电材料的周边的长度和宽度，该长度和宽度延伸多于2％和25％之间，分别超过所述第一空腔的位置和所述第二空腔的位置的周边的长度和宽度。
16.其中，所述去除压电板的多余部分包括：对粘合的压电板进行图案化；以及蚀刻图案化的压电板，以去除所述压电板的多余部分。
17.其中，所述去除压电板的多余部分包括：蚀刻所述粘合层，以去除延伸一定长度超过所述第一空腔和所述第二空腔的位置的周边的所述粘合层的多余部分。
18.其中，所述基板是si，所述粘合层是sio2，idt是金属；其中，所述压电板为铌酸锂或钽酸锂中的一种。
19.其中，还包括：在第一压电板的正面上形成第二idt并在所述第二空腔的位置上具
有交错的指状物；以及形成将第一idt连接到第二idt的至少一个导体；其中，形成所述压电板包括去除压电板的不跨越所述第一空腔的位置和所述第二空腔的位置的部分；不在第一或第二idt下方的部分；或不在所述导体下方的部分。
20.其中，所述去除压电板的多余部分包括在形成第一idt之前或形成第一idt之后去除所述压电板的多余部分；和进一步包括在将板粘合到所述基板之前或在形成第一idt之后形成所述第一空腔和所述第二空腔。
21.其中，所述压电板、第一idt和第二idt被配置为使得施加到所述第一和第二idt的相应射频信号在所述第一空腔和所述第二空腔上方的所述压电板中激发相应的主剪切声模。
22.其中，选择压电板的厚度以调整所述压电板中的主剪切声模。
23.其中，还包括形成到所述第一和第二idt的连接，其中所述第一和第二idt形成rf滤波器输入和输出。
24.本发明还公开了一种形成滤波器装置的方法，包括：将压电板粘合到基板上并跨越所述基板的一空腔的位置；在所述压电板的正面上形成第一叉指换能器(idt)，并在所述空腔的位置上方具有交错的指状物；其中所述空腔的位置具有周边；去除所述压电板延伸超过所述空腔的位置的周边至所述空腔的位置的周边的2％至25％之间的距离的多余部分；以及在所述压电板的正面上形成叉指换能器(idt)，且在所述空腔的位置上具有交错的指状物。
25.其中，所述去除压电体的多余部分包括：图案化所述压电板；以及蚀刻所述图案化后的压电板，以去除所述压电板的多余部分。
26.其中，还包括：在所述基板上形成粘合层；以及其中将所述压电板粘合到所述基板包括将所述压电板粘合到所述粘合层。
27.其中，所述去除压电板的多余部分包括：蚀刻所述粘合层，以去除所述粘合层延伸超过所述空腔的位置的周边至所述空腔的位置的周边的2至25％之间的多余部分。
28.其中，所述基板是si，所述粘合层是sio2，idt是金属，且所述压电板为铌酸锂或钽酸锂中的一种。
29.其中，去除所述压电板的多余部分包括在形成idt之前或形成idt之后中的一种情况下去除所述压电板的多余部分；以及还包括在将所述板粘合至所述基板之前或形成idt之后中的一种情况下形成所述空腔。
30.其中，所述压电板和idt被配置为使得施加到idt的射频信号在所述空腔上方的所述压电板中激发主剪切声模；以及选择压电板的厚度以调整所述压电板中的主剪切声模。
31.本发明进一步公开了一种形成滤波器装置的方法，包括：将压电板粘合到基板上，所述基板具有空腔位置；所述压电板跨越所述空腔位置；在所述压电板的正面上形成第一叉指换能器(idt)，且在所述空腔的位置上具有交错的指状物；其中所述空腔的位置具有周边；去除所述压电板的多余部分，该多余部分延伸超过所述空腔的位置的周边至所述空腔的位置的周边长度和宽度的10％以上；以及在所述压电板的正面上形成叉指换能器(idt)，且在所述空腔位置上具有交错的指状物。
32.其中，所述去除压电板的多余部分包括：图案化所述压电板；以及蚀刻所述图案化后的压电板，以去除所述压电板的多余部分。
33.其中，还包括：在所述基板上形成粘合层并将所述压电板粘合至所述基板。
34.其中，去除所述压电板的多余部分包括：蚀刻所述粘合层以去除所述粘合层的多余部分，该多余部分延伸超过所述空腔的位置的周边至所述空腔的位置的周边长度和宽度的10％以上。
35.其中，所述基板是si，所述粘合层是sio2，idt是金属，且所述压电板为铌酸锂或钽酸锂中的一种。
36.其中，去除所述压电板的多余部分包括在形成idt或形成idt之后的一种情况下去除所述压电板的多余部分；以及还包括在将板粘合至所述基板之前或形成idt之后的一种情况下形成所述空腔。
37.其中，所述压电板和所述idt被配置为使得施加到idt的射频信号在所述空腔上方的所述压电板中激发主剪切声模；以及选择压电板的厚度以调整所述压电板中的主剪切声模。
附图说明
38.图1包括横向激励薄膜体声波谐振器(xbar)的示意性平面图和两个示意性横截面图。
39.图2是图1的xbar的局部放大示意性横截面图。
40.图3a是xbar的替代示意性横截面图。
41.图3b是xbar中感兴趣的主声模的图示。
42.图4a是模拟xbar装置中的导体之间激发的声模的横截面图。
43.图4b是图4a中所示结构的电导的图。
44.图5a是使用xbar的高频带通滤波器的示意电路图和布局。
45.图5b是结合有五个xbar装置的滤波器的示意性平面图。
46.图5c是限定在图5b中的细节a处的平面b-b的示意性横截面图。
47.图5d、图5e、图5f和图5g是限定在图5b中的平面c-c的示意性横截面图。
48.图6是示出制作去除了多余压电材料的xbar的工艺的流程图。
49.图7是在去除多余压电材料之前限定在图5b中的细节a处的平面b-b的xbar谐振器的示意性横截面图。
50.在整个说明书中，附图中出现的元件分配有三位数或四位数的附图标记，其中两个最低有效位是该元件特有的，而一个或两个最高有效位是首先示出元件的编号。可以假定未粘合附图描述的元件具有与具有相同附图标记的先前描述的元件相同的特性和功能。
具体实施方式
51.装置说明
52.剪切模薄膜体声波谐振器(xbar)是一种用于微波滤波器中的谐振器结构。题为“transversely excited film bulk acoustic resonator”的专利us10,491,291中描述了这种xbar，该专利的全部内容通过引用并入本文。xbar谐振器包括叉指换能器(idt)，叉指换能器在由压电材料制成的薄的浮动层、膜或隔膜上形成。施加到idt的微波信号激发压电隔膜中的剪切主声波，使得声能基本上垂直于层的表面流动，该表面与由idt产生的电场方
向正交或横向。xbar谐振器提供非常高的机电耦合和高频能力。
53.下面描述了改进的xbar谐振器、滤波器和去除了多余压电材料的xbar谐振器的制造技术。射频滤波器的导体(谐振器idt除外)之间多余的压电材料被去除，以避免激发声模，这种声模接着耦合到基板并增加插入损耗。可去除rf滤波器的xbar谐振器外部的导体对之间的多余的压电材料，例如，去除信号导体和地面导体之间的多余的压电材料，或去除两个信号导体之间的多余的压电材料。
54.图1示出了横向激励薄膜体声波谐振器(xbar)100的简化的示意性俯视图和正交横截面图。诸如谐振器100的xbar谐振器可用于各种rf滤波器，rf滤波器包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器。xbar非常适合用于频率高于3ghz的通信频段的滤波器。
55.xbar 100由在压电板110的表面上形成的薄膜导体图案组成，所述压电板分别具有平行的正面和背面112、114。压电板是压电材料制成的薄单晶层，所述压电材料例如有铌酸锂、钽酸锂、硅酸镧镓、氮化镓或氮化铝。切割压电板，以使x，y和z晶轴相对于正面和背面的方向已知且一致。在所示的示例中，压电板可以是z-切割，也就是z轴与表面垂直。然后，可以在具有其他晶体取向的压电板上制造xbar。
56.压电板110的背面114附接到为压电板110提供机械支撑的基板120上。基板120可以是例如硅、蓝宝石、石英或一些其他材料。基板可以具有热氧化硅(tox)层和晶体硅层。可以使用晶圆键合工艺将压电板110的背面114附接到基板120，或者，压电板110在基板120上生长，或者以其它方式附着到基板。压电板可以直接附接到基板或者可以经由一个或多个中间材料层附接到基板。如图1所示，隔膜115在空腔1的整个周边145周围与压电板110的其余部分邻接。在这种情况下，“邻接”是指“连续连接，中间没有任何其他物品”。
57.xbar100的导体图案包括叉指换能器(idt)130。idt130包括第一多个平行指状物，例如指状物136，从第一母线132延伸，idt130包括第二多个指状物，从第二母线134延伸。第一和第二多个平行指状物交错。交错的指状物136重叠一段距离ap，其通常称为idt的“孔径”。idt 130的最外处的指状物之间的中心到中心距离l是idt的“长度”。
58.第一和第二母线132、134用作xbar 100的端子。在idt 130的两个母线132、134之间施加的射频或微波信号激发压电板110内的主声学模。如下详细所述，主声学模是体剪切模，其中声能在基本垂直于压电板110表面的方向上传播，该方向也与idt指状物所产生的电场方向垂直或横向。因此，xbar视为横向激励的薄膜体波谐振器。
59.空腔140在基板120中形成，使得压电板110的包含idt 130的部分115悬置在空腔140上方而不接触基板120或空腔的底部。“空腔”的常规含义是“固体内的一个空的空间”。空腔可以包含气体、空气或真空。在某些情况下，在板110上方还存在具有空腔(未示出)的第二基板、封装或其他材料，其可以是基板120和空腔140的镜像。板110上方的空腔的空的空间深度可以大于空腔140的深度。指状物在空腔上(或在空腔之间)延伸(并且母线的一部分可以任选地延伸)。空腔140可以是完全穿过基板120的孔(如图1中的a-a和b-b截面所示)，或者可以是基板120中的凹槽(如图3a中随后示出的)。例如，可以在将压电板110附接到基板120之前或之后，通过对基板120进行选择性蚀刻来形成空腔140。如图1所示，空腔140呈矩形，该矩形的大小为大于孔径ap和idt 130的长度l。xbar的空腔可以具有不同的形状，例如规则或不规则的多边形。xbar的空腔可以具有多于或少于四个侧面，这些侧面可以是直的或弯曲的。
60.压电板的悬挂在空腔140上方的部分115将在本文中被称为“隔膜”(因为缺少更好的术语来表述)，因为它在物理上与麦克风的隔膜相似。隔膜可以围绕空腔140的全部或几乎全部周边与压电板110的其余部分连续无缝连接。在该上下文中，“邻接”是指“连续连接，中间没有任何其他物品”。
61.为了便于在图1中示出，相对于xbar的长度(尺寸l)和孔径(尺寸ap)，idt指状物的几何间距和宽度被大大放大。典型的xbar在idt 110中具有十个以上的平行指状物。一个xbar在idt 110中可能具有数百个，可能数千个平行指状物。类似地，横截面图中，指状物的厚度被大大放大。
62.图2示出了图1的xbar 100的详细示意横截面图。横截面图可以是xbar100的包括idt的指状物的一部分。压电板110是厚度为ts的压电材料的单晶层。ts可以是例如100nm至1500nm。当用于从3.4ghz到6ghz的lte
tm
频带(例如频带42、43、46)的滤波器中时，厚度ts可以是，例如，200nm至1000nm。
63.正面介电层214可以可选地在压电板110的正面上形成。根据定义，xbar的“正面”是背离基板的表面。正面介电层214具有厚度tfd。正面介电层214形成于idt指状物238之间。虽然图2中未示出，但是正面介电层214也可以沉积在idt指状物238上。背面介电层216可以可选地在压电板110的背面上形成。背面介电层216的厚度为tbd。正面和背面介电层214、216可以是非压电介电材料，例如二氧化硅或氮化硅。tfd和tbd可以是例如0至500nm。tfd和tbd通常小于压电板的厚度ts。tfd和tbd不一定相等，正面和背面介电层214、216不一定是相同的材料。正面和背面介电层214、216中的任一个或两者可以由两种或更多种材料的多层形成。
64.正面介电层214可以在一个滤波器中的一些(例如，选定的那些)xbar装置的idt上形成。正面介电层214可以在一些xbar装置的idt指状物之间形成并覆盖一些xbar装置的idt指状物，但不在其他xbar装置上形成。例如，可以在并联谐振器的idt上方形成正面频率设置介电层，以降低并联谐振器相对于串联谐振器的谐振频率，串联谐振器具有更薄的或没有正面电介质。一些滤波器可以在各种谐振器上包括两种或更多种不同厚度的正面电介质。谐振器的谐振频率可以由此设置成至少部分地通过选择正面电介质的厚度来“谐调”谐振器。
65.此外，钝化层可以在xbar装置100除了接触焊盘外的整个表面上形成，在该接触焊盘处形成到xbar装置外部的电路的电连接。钝化层是一层薄的介电层，用于在xbar装置并入封装时密封和保护xbar装置的表面。正面介电层和/或钝化层可以是sio2、si3n4、al2o3、一些其他介电材料或这些材料的组合。
66.钝化层的厚度可以设置为保护压电板和金属导体免受水和化学腐蚀，特别是为了实现功率耐久性。钝化层的厚度范围可以为10至100nm。钝化材料可以由多个氧化物和/或氮化物涂层组成，例如sio2和si3n4材料。
67.idt指状物238可以是一层或多层铝或基本上铝合金、铜或基本上铜合金、铍、钨、钼、金或一些其他导电材料。可以在指状物的下方和/或上方形成其他金属(例如铬或钛)的薄(相对于导体的总厚度)层，以改善指状物与压电板110之间的粘附力和/或钝化或封装指状物。idt的母线(图1中的132、134)可以由与指状物相同或不同的材料制成。
68.尺寸p是idt指状物的中心到中心的间隔或“间距”，可以称为idt的间距和/或xbar
的间距。尺寸w是idt指状物的宽度或“标记”。xbar的idt与表面声波(saw)谐振器中使用的idt明显不同。在saw谐振器中，idt的间距是谐振频率下声波波长的一半。另外，saw谐振器idt的标记间距比通常接近0.5(即，标记或指状物的宽度约为谐振时声波波长的四分之一)。在xbar中，idt的间距p通常为指状物宽度w的2至20倍。另外，idt的间距p通常是压电板212的厚度ts的2至20倍。xbar中的idt指状物的宽度不被限制为谐振时的声波波长的四分之一。例如，xbar idt指状物的宽度可以为500nm或更大，从而可以使用光刻技术制造idt。idt指状物的厚度可以从100nm到大约等于宽度w。idt的母线(图1中的132、134)的厚度可以等于或大于idt指状物的厚度tm。
69.图3a是xbar装置300沿图1中定义的截面a-a的替代横截面图。在图3a中，压电板310附接到基板320上。压电板310的一部分形成横跨基板中的空腔340的隔膜315。空腔340没有完全穿透基板320，而是在压电板310的包含xbar的idt的部分下方的基板中形成。idt的指状物，例如指状物336设置在隔膜315上。板310、隔膜315和指状物336可以是板110、隔膜115和指状物136。例如可以通过在附接压电板310之前蚀刻基板320来形成空腔340。或者，可以通过用选择性蚀刻剂蚀刻基板320来形成空腔340，该蚀刻剂通过设置在压电板310中的一个或多个开口342到达基板。隔膜315可与绕空腔340的周边345的大部分与压电板310的其余部分邻接。例如，隔膜315可以在空腔340的周边的至少50％周围与压电板310的其余部分邻接。
70.一个或多个中间材料层322可以附接在板310和基板320之间。中间层可以是粘合层、蚀刻停止层、密封层、粘合剂层或附接或粘合至板310和基板320的其他材料层。在其他实施例中，压电板310直接附接到基板320并且不存在中间层。
71.虽然空腔340以横截面示出，但应当理解，空腔的横向范围是基板320的连续闭合带区域，其沿着与附图平面垂直的方向围绕和限定空腔340的尺寸。空腔340的横向(即，如图所示的左右)范围由横向边缘基板320限定。空腔340的垂直(即，如图所示从板310向下)范围或深度进入基板320。在这种情况下，空腔340具有矩形或接近矩形的横截面。
72.由于空腔340是从基板320的正面蚀刻(在附接压电板310之前或之后)，因此图3a所示的xbar 300在本文中称为“正面蚀刻”配置。图1的xbar 100本文中称为“背面蚀刻”配置，这是因为在附接压电板110之后从基板120的背面蚀刻空腔140。xbar 300示出压电板310中的一个或多个开口342在空腔340的左侧和右侧。然而，在某些情况下，压电板310中的开口342仅在空腔340的左侧或右侧。
73.图3b是xbar中感兴趣的主声学模的图示。图3b示出了包括压电板310和三个交错的idt指状物336的xbar 350的一小部分。xbar 350可以是本文中任何xbar的一部分。rf电压被施加到交错的指状物336上。该电压在指状物之间产生随时间变化的电场。电场的方向主要是横向或平行于压电板310的表面，如标记为“电场”的箭头所示。由于压电板的高介电常数，电场相对于空气高度集中在板中。横向电场在压电板310中引入剪切变形，因此强烈激发主剪切模式声模。在这种情况下，“剪切变形”被定义为一种形变，其中材料中的平行平面保持平行并保持相对于彼此平移时的恒定距离。“剪切声模”定义为介质中导致介质剪切变形的声振动模式。xbar 350中的剪切变形由曲线360表示，相邻的小箭头提供了原子运动方向和幅度的示意性指示。为了便于观看，原子运动的程度以及压电板310的厚度被大大夸大了。虽然原子运动主要是横向的(即如图3b所示的水平)，但激发的主剪切声模的声能流
方向基本上垂直于压电板的正面和背面，如箭头所示365。
74.基于剪切声波谐振的声波谐振器的性能可优于当前最先进的薄膜体声波谐振器(fbar)和固态装配型谐振器体声波(smr baw)装置，其中沿厚度方向施加电场。与其他声波谐振器相比，横波xbar谐振的压电耦合可能很高(》20％)。高压耦合使得可以设计和实现具有可观带宽的微波和毫米波滤波器。
75.图4a是由xbar装置400中的两个导体424和426激发的声模460的模拟的横截面图。该装置包括400nm厚的铌酸锂压电材料410层，该层粘合到硅基板420，该硅基板420的厚度为250μm。2微米厚的二氧化硅粘合层422设置在压电层410和基板420之间。粘合层可以是al2o3或sio2。粘合层422可以粘合到层410和基板420，从而将它们粘合在一起。两个导体424和426(例如，电极)在压电层410的顶表面上形成。导体表示例如xbar滤波器表面上的信号电极和接地电极。导体可以是越过装置的谐振器的任何空腔的周边一定距离，例如图5b中标注的一定距离。电极是铝制的，500纳米厚，相隔80微米。压电层410和粘合层422跨过80微米的间隔延伸而没有粘合到导体或被导体覆盖。
76.导体424和426之间的射频电场(如在424和426是滤波器中的信号导体和接地导体时会发生的那样)在导体之间的压电层410中激发剪切学模。声学模穿过粘合层和基板。如果基板的背面被抛光，则声模反射使得压电板的表面和基板的背面形成谐振腔。如果基板的背面(例如通过研磨)被纹理化，则声模在反射后被分散。
77.图4b是图4a所示结构的电导(以每米导体长度西门子为单位)随频率(ghz)变化的曲线图470。曲线471是对硅基板420的背面进行抛光时的电导图。在这种情况下，压电层的顶表面和基板的背面形成导致相隔约10mhz的谐振峰472的空腔。这些谐振峰可能会产生不良效应，例如具有装置400的滤波器的通带内的纹波。曲线475是当硅基板的背面被适当地纹理化(例如，精细研磨)时的电导图。在这种情况下，不会形成谐振峰。残余电导导致滤波器的插入损耗。这种插入损耗的增加可能对滤波器性能有害。
78.图5a是使用xbar的高频带通滤波器500的示意电路图和布局。滤波器500具有包括三个串联谐振器510a、510b、510c和两个并联谐振器520a、520b的常规梯形滤波器架构。三个串联谐振器510a、510b和510c串联连接在第一端口和第二端口之间。在图5a中，第一和第二端口分别标记为“in”和“out”。然而，滤波器500是双向的并且是任一端口用作滤波器的输入或输出。两个并联谐振器520a、520b从串联谐振器之间的节点连接到地。所有并联谐振器和串联谐振器都是单个模具上的xbar。
79.滤波器500的三个串联谐振器510a、b、c和两个并联谐振器520a、b在粘合到硅基板(不可见)的压电材料的单个板410上形成。每个谐振器包括相应的idt(未示出)，至少idt的指状物设置在基板中的空腔上方。在这种和类似的上下文中，术语“各自”的意思是“将事物彼此联系起来”，即一一对应。在图5a中，空腔被示意性地图示为虚线矩形(例如矩形535)。在该示例中，每个idt设置在相应的空腔上方。在其他滤波器中，两个或多个谐振器的idt可以设置在单个空腔上。
80.在一些情况下，为了生产去除了多余压电材料的改进的xbar谐振器和滤波器，可以去除延伸超过滤波器500的空腔的周边545(或者图1中的空腔周边135)一定距离的板410的压电材料的部分或区域。这种去除可以包括去除以下压电材料：a)在长度方向上延伸超过空腔的周边超过空腔长度的2％到25％的压电材料；b)在宽度方向上延伸超过空腔的周
边的空腔宽度的2％到25％的压电材料。这种去除可以包括去除rf滤波器的导体(而不是谐振器idt)之间的多余压电材料，以避免激发声模，这种声模接着会耦合到基板并增加插入损耗。这种去除可以包括从rf滤波器的xbar谐振器外部的导体对之间，例如从信号导体和接地导体之间，或从两个信号导体之间去除多余的压电材料。
81.图5b是包含标记为“x1”至“x5”的五个xbar装置的滤波器550的示意性平面图。滤波器550是示例性的并且不代表任何特定应用。滤波器550包括五个xbar装置x1-x5。滤波器550可以是图5a的滤波器500，其中装置x1是串联谐振器510a，装置x2是并联谐振器520a，装置x3是串联谐振器510b，装置x4是并联谐振器520b，并且装置x5是串联谐振器510c。滤波器550可以形成在单个管芯上形成。“管芯”可以是从诸如晶片的其他芯片上切割下来的半导体芯片或集成电路(ic)芯片。它可以是单片集成电路(也称为ic、芯片或微芯片)，在一个通常为硅的半导体材料的小平板(或“芯片”)上具有一组电子电路。
82.水平阴影区域552代表xbar装置的idt和/或指状物。idt的指状物不是按比例绘制的。图5b示出了滤波器550的接地(gnd)导体，接地(gnd)导体可以连接到如图所示的xbar x2和x4的一侧上的母线或母线的一部分。gnd导体连接到滤波器550的接地信号。图5b示出了滤波器550的输入(in)信号导体，其可以连接到如图所示的xbar x1一侧上的母线或母线的一部分。in导体连接到滤波器550的输入信号。图5b示出了滤波器550的输出(out)信号导体，输出(out)信号导体可以连接到如图所示的xbar x5一侧上的母线或母线的一部分。out导体连接到滤波器550的输出信号。
83.图5b和细节a示出了空腔周边的虚线轮廓，例如idt指状物后面的周边585。周边585可以表示空腔周边，例如周边135或535。图5b和细节a还示出了压电材料周边的点划线周边，例如周边590。周边590可以表示以下特征的压电材料的周边：a)在压电材料长度方向lp上延伸超过空腔长度lc的周边达空腔长度lc的5％、10％或20％；和b)在压电材料宽度方向wp上延伸超过空腔宽度wc的周边达空腔宽度wc的5％、10％或20％。这可能适用于五个xbar装置x1-x5中的任何一个或多个(最多所有)。
84.可以去除滤波器550的整个表面上的压电材料，除了由点划线限定的矩形内的区域外，例如周边590和xbar装置x1-x4的类似周边。为了便于展示，空腔和压电层的轮廓被示为矩形，但也可以具有其他形状。例如，空腔和压电层的周边可以是不规则的多边形或具有非直边(例如弯曲、锯齿状或波浪形)的大致矩形。
85.图5c是在图5b的细节a中限定的平面b-b处的示意性横截面595视图。图5c示出了包括具有空腔540的基板520的滤波器装置x5。该基板具有在其中形成装置x1-x4的附加空腔并且可以是单个管芯。粘合层522形成在基板上但不在空腔540上方。压电板510粘合至接合层522并跨越空腔540。在一些情况下，层522不存在并且板直接附接到基板。形成在压电板510的正面上的叉指换能器(idt)在空腔540上方具有交错的指状物536。虽然导体被示为金属，但它们可以是另一种合适的导电材料。尽管基板示出为硅，但它可以是另一种合适的基板材料。尽管粘合层示出为二氧化硅，但它可以是另一种合适的粘合材料。
86.压电板510包括具有跨越空腔的压电材料和延伸超过空腔周边一定长度的多余部分的隔膜。多余部分可以延伸一定长度和宽度距离(lp和wp)，超过空腔的长度和宽度周边(lc和wc)。多余部分可以是压电材料的周边，其在长度和宽度方向上延伸超过空腔的周边：a)超过5％、10％或20％；或b)2％至25％。
87.指状物536可以跨越或在空腔540之上。在一些情况下，idt的母线的一部分也在空腔之上。在其他情况下，所有母线都在基板520上方但不在空腔上方。至少部分母线在基板上方(例如，不在空腔上方)以更好地将idt中产生的热量传导至基板。
88.压电层510、粘合层522、指状物536以及金属导体524和526的厚度被极大地夸大以易于描绘。图5c的左侧示出了压电层510而不是sio2粘合层522被去除到谐振腔540的区域之外的情况，例如从延伸超过宽度wp外去除。图5c的右侧示出了压电层510和粘合层522均都被去除到谐振腔540的区域之外的情况，例如从延伸超过宽度wp外去除。这种右侧配置在金属导体524和si基板520之间提供了改进的热连接，但是需要金属导体覆盖比左侧更大的高度台阶598。
89.图5d、5e、5f和5g是图5b中限定的平面c-c处的示意性横截面图。这些视图示出了远离谐振器的导体524/526的横截面，如图4a-5c所示。图5d和图5e分别与图5c的右侧和左侧一致。图5f是另一种配置，其中在形成导体图案524和526之后去除多余的压电材料510。在这种情况下，压电层510和sio2粘合层522保留在导体下方。这种配置消除了声学损失，而不需要导体覆盖下层中的台阶598。图5g通过去除导体524和526之间的si基板520的一部分以减少杂散电容来扩展5f的配置。
90.图5b、5c、5d和5e示出了在概念上易于解决图4a-b的问题的解决方案，具体为在将板510粘合到基板520或粘合层522之后立即蚀刻掉压电板510的不需要的部分(例如，在图6中的625a处)。图5f和5g示出了替代工艺顺序，其中在形成导体524和526之后蚀刻压电板510的不期望部分(例如，在图6中的625b处)。替代工艺的好处是导体不必经历压电板被去除的步骤，例如图5c的步骤598所示。导体厚度通常为500nm，压电板厚度通常为400nm，这可能会在台阶处或附近，例如导体与粘合层或基板之间的间隙处，引起导体粘合问题。这些步骤还可能导致其他制造问题。
91.通过去除延伸一定距离lp和wp超过xbar谐振器的空腔kc和wc的周边的压电材料部分所解决的一个问题是由导体之间的压电材料，例如导体424和426之间的80μm间隙所引起的，如图4a-b所示。导体下方，例如，图4a-b或图5d-g所示的导体424和426下方的导体的压电材料并不激发声模。
92.方法说明
93.图6是示出了用于制造去除了多余压电材料的xbar或包含去除了多余压电材料的xbar的滤波器的工艺600的简化流程图。这与未决申请16/438,121中定义的工艺相同，通过引用将其并入本文，增加了在形成导体图案之前在625a处或在形成导体图案之后在625b处去除多余压电材料的步骤。工艺600在605处以基板和压电材料板开始，并在695处以完成的xbar或去除了多余的压电材料的滤波器结束，如图5a-5g所示。如随后将描述的，压电板可以安装在牺牲基板上或者可以是压电材料的晶片的一部分。图6的流程图仅包括主要工艺步骤。可以在图6所示步骤之前、之间、之后和期间执行各种常规工艺步骤(例如，表面准备、化学机械加工(cmp)、清洁、检查、沉积、光刻、烘烤、退火、监测、测试等)。
94.图6的流程图捕获了用于制造xbar的工艺600的三种变体，这三种变体在何时以及如何在基板中形成空腔方面有所不同。空腔可以在步骤610a、610b或610c形成。在工艺600的三个变体中的每一个中仅执行这些步骤中的一个。
95.图6的流程图还捕获了用于制造xbar的工艺600的两个变体，其不同点在于何时以
及如何去除多余的压电材料。可以在步骤625a或625b去除多余的压电材料。在工艺600的这两个变体中的每一个中仅执行这些步骤中的一个。在另一个变体中，可以在步骤625a去除一些多余的压电材料，并且在步骤625b去除更多的多余的压电材料。
96.压电板可以是例如z-切割、旋转z-切割的或旋转y-切割的铌酸锂或钽酸锂或板110所示的材料。压电板可以是一些其它材料和/或一些其它切口。基板可以是硅。基板可以是允许通过蚀刻或其他处理形成深腔的一些其他材料。硅基板可以具有硅tox和多晶硅层。
97.在工艺600的一种变体中，在620处将压电板接合到基板之前，在610a处在基板中形成一个或多个空腔。可以为滤波器装置中的每个谐振器形成单独的空腔。一个或多个空腔可以使用传统的光刻和蚀刻技术形成。这些技术可以是各向同性的或各向异性的；并且可以使用深反应离子蚀刻(drie)。通常，在610a处形成的空腔将不会穿透基板，并且所得谐振器装置将具有如图3a所示的横截面。
98.在620处，压电板粘合到基板。压电板和基板可以通过晶圆键合工艺粘合。通常，基板和压电板的配合表面被高度抛光。一层或多层中间材料，例如氧化物或金属，可以形成或沉积在压电板和基板之一或两者的配合表面上。可以使用例如等离子体工艺来激活一个或两个配合表面。然后可以用相当大的力将配合表面压在一起以在压电板和基板或中间材料层之间建立分子键。在一些情况下，粘合层522可用于将板粘合到基板。
99.在620的第一变体中，压电板最初安装在牺牲基板上。在将压电板和基板粘合之后，去除牺牲基板和任何中间层以暴露压电板的表面(先前面对牺牲基板的表面)。例如，可以通过依赖于材料的湿法或干法蚀刻或一些其他工艺去除牺牲基板。
100.在620的第二变体中，从单晶压电晶片开始。离子被注入到压电晶片表面下方的受控深度(图6中未示出)。晶片从表面到离子注入深度的部分是(或将成为)薄压电板，晶片的其余部分实际上是牺牲基板。在压电晶片的植入表面与装置基板粘合之后，压电晶片可以在注入离子的平面处(例如，使用热冲击)分裂，使压电材料的薄板暴露并粘合到基板。薄板压电材料的厚度由注入离子的能量(以及深度)决定。离子注入和随后分离薄板的过程通常被称为“离子切片”。在压电晶片被分裂之后，薄压电板的暴露表面可以被抛光或平坦化。
101.在工艺600的一个变体中，在620处将压电板粘合到基板之后和在630处在导体图案形成之前，在625a处去除延伸超过xbar谐振器的空腔的周边一定距离的压电材料部分。这可以指去除延伸超出谐振器的lp和wp的压电材料。可以通过图案化和蚀刻去除延伸超过空腔周边一定距离的压电材料来去除这些部分。去除压电材料的部分可以包括去除位于被去除的压电层的多余部分下方的粘合层522。在其他情况下，它不会发生并且层522的那些部分保留。此处，粘合层522可用作蚀刻停止层以去除多余部分的压电材料。
102.去除压电材料的部分可以包括去除以下压电材料：a)在长度方向上延伸超过空腔的周边超过空腔长度的2％到25％的压电材料；b)在宽度方向上延伸超过空腔的周边超过空腔宽度的2％到25％的压电材料。这种去除可以包括去除rf滤波器的导体(而不是谐振器idt)之间的多余压电材料，以避免激发声模，声模然后耦合到基板并增加插入损耗。这种去除可以包括从rf滤波器的xbar谐振器外部的导体对之间，例如从信号导体和接地导体之间，或从两个信号导体之间去除多余的压电材料。
103.去除压电材料的部分可以仅是去除导体之间的压电材料，例如在导体424和426之间的80um间隙中，如图4a-b所示。未去除导体下方的压电材料，例如图4a-b或图5d-g中所指
出的导体424和426下方。
104.图7是在去除多余压电材料之前在xbar谐振器700的图5b中限定的平面b-b处的横截面视图。该视图示出了压电层710具有要从谐振腔540的区域外部去除的多余部分p1和p2的情况，例如去除延伸超出宽度wp和长度lp(未示出)的多余部分p1和p2。可以在去除了和未去除p1和p2部分的粘合层522的情况下去除层710的多余部分p1和p2。部分p1和p2可以通过图案化和蚀刻层710来去除。去除部分p1和p2可以包括去除部分p1和p2下方的粘合层522，例如在625a和625b处指出的；和/或可以包括去除部分p1和p2上方的导体图案，例如在步骤625b处所指出的。在去除部分p1和p2之后，可以对谐振器700进行进一步处理，以成为如本文所述去除了多余压电材料的xbar，例如图5c-5g所示。
105.在630处，在压电板的表面上形成限定一个或多个xbar装置的导体图案和介电层。通常，滤波器装置将具有顺序沉积和图案化的两个或多个导体层。导体层可以包括焊盘、金或焊料凸块、或用于在装置和外部电路之间建立连接的其他装置。导体层可以是例如铝、铝合金、铜、铜合金、钼、钨、铍、金或一些其他导电金属。可选地，一层或多层其他材料可以设置在导体层下方(即，在导体层和压电板之间)和/或在导体层顶部。例如，可以使用钛、铬或其他金属的薄膜来提高导体层和压电板之间的附着力。导体层可以包括焊盘、金或焊料凸块、或用于在装置和外部电路之间建立连接的其他装置。
106.可以在630处通过在压电板的表面上沉积导体层并通过蚀刻穿过图案化的光刻胶去除多余的金属来形成导体图案。或者，可以在630使用剥离工艺形成导体图案。光刻胶可以沉积在压电板上，同时将光刻胶图案化以定义导体图案。导体层可以依次沉积在压电板的表面上。然后可以去除光刻胶，去除多余的材料，留下导体图案。在一些情况下，在630处成型发生在620处的粘合之前，例如在将板粘合到基板之前形成idt。
107.在工艺600的另一个变体中，在630处形成导体图案后和在640处可选地形成正面电介质之前在625b处去除延伸超过xbar谐振器的空腔周边一定距离的压电材料部分。如步骤625a和/或图7所示，这可以是去除压电材料。可通过图案化和蚀刻去除延伸超过空腔周边一定距离的压电材料来去除该部分。
108.去除该压电材料可以包括去除位于被去除的压电层的多余部分上方的导体图案。去除压电材料的部分可以包括去除位于被去除的压电层的多余部分下方的粘合层522。在其他情况下，它不会去除并且层522的那些部分保留。此处，粘合层522可用作蚀刻停止层以去除多余部分的压电材料。
109.去除压电材料的部分可以包括去除idt旁边或没有形成idt的地方的压电材料。它可以包括在没有形成导体材料和导体的地方或旁边去除压电材料。
110.在640处，可以通过在压电板的正面、idt或xbar装置的一个或多个所需导体图案上方沉积一层或多层介电材料来形成一个或多个正面介电层。可以使用诸如溅射、蒸发或化学气相沉积之类的常规沉积技术来沉积一个或多个介电层。一个或多个介电层可以沉积在压电板的整个表面上，包括在导体图案的顶部上。或者，可以使用一个或多个光刻工艺(使用光掩模)来将介电层的沉积限制到压电板的选定区域，例如仅在idt的交错指状物之间。掩模也可用于允许在压电板的不同部分上沉积不同厚度的介电材料。在一些情况下，在640处沉积包括在所选idt的正面上方沉积至少一个介电层的第一厚度，但在其他idt上方没有电介质或小于至少一个介电层的第一厚度的第二厚度。另一种替代方案是这些介电层
仅位于idt的交错指状物之间。
111.如美国专利no.10,491,192中所述，一个或多个介电层可包括，例如在并联谐振器的idt上选择性形成的介电层，以使并联谐振器的谐振频率相对于串联谐振器的谐振频率变化。一个或多个介电层可包括沉积在全部装置或装置的大部分上的封装/钝化层。
112.与其他xbar相比，这些介电层的不同厚度使得所选择的xbar被调谐到不同的频率。例如，滤波器中xbar的谐振频率可以使用某些xbar上的不同正面介电层厚度进行调谐。
113.与具有tfd＝0的xbar(即没有介电层的xbar)的导纳相比，具有tfd＝30nm介电层的xbar的导纳与没有介电层的xbar相比降低了大约145mhz的谐振频率层。与没有介电层的xbar相比，具有tfd＝60nm介电层的xbar的导纳将谐振频率降低了约305mhz。与没有介电层的xbar相比，具有tfd＝90nm介电层的xbar的导纳将谐振频率降低了约475mhz。重要的是，不同厚度的介电层的存在对压电耦合影响很小或没有影响。
114.在工艺600的第二变体中，在630处形成所有导体图案和介电层之后，在610b处在基板的背面中形成一个或多个空腔。可以为滤波器装置中的每个谐振器形成一个单独的空腔。可以使用各向异性或依赖于取向的干法或湿法蚀刻来形成一个或多个空腔，以通过基板背面至压电板开孔。在这种情况下，所得谐振器装置将具有如图1所示的横截面。
115.在工艺600的第三变体中，可以在610c处通过使用通过在压电板中的开口引入的蚀刻剂蚀刻形成在基板正面中的牺牲层来在基板顶层322中形成一个或多个凹槽形式的空腔。可以为滤波器装置中的每个谐振器形成单独的空腔。可以使用各向同性或与取向无关的干蚀刻来形成一个或多个空腔，该干蚀刻穿过压电板中的孔并蚀刻形成在基板正面的凹槽中的牺牲层。在610c处形成的一个或多个空腔将不会完全穿透基板顶层322，并且所得谐振器装置将具有如图3a所示的横截面。在610b或610c处形成之前，对于610b和610c处的变化而言，620-640处的空腔有关的上述描述说的是空腔的位置。
116.在工艺600的所有变体中，滤波器或xbar装置在660处完成。在660处发生的动作还可以包括在装置的全部或一部分上沉积封装/钝化层，例如sio2或si3o4；形成焊盘或焊料凸块或其他用于在装置和外部电路之间建立连接的手段；从包含多个装置的晶片中切除单个装置；其他包装步骤；和测试。可以在660处发生的另一个动作是通过从装置的正面添加或去除金属或介电材料来调谐滤波器装置内的谐振器的谐振频率。在滤波器装置完成后，工艺在695处结束。图1-3b和5b-5c可以示出在660处完成之后的所选择的idt的指状物示例。
117.在610a形成空腔所需要的工艺步骤总数可能最少，但是存在的缺点是在后续的所有工艺步骤中xbar隔膜将得不到支撑。这可能会在后续处理过程中对隔膜造成损害或使其产生不可接受的变形。
118.在610b处使用背面蚀刻形成空腔需要在两侧晶片处理中固有的额外处理。从背面形成空腔也使xbar装置的包装变得非常复杂，因为装置的正面和背面都必须由包装密封。
119.通过在610c处从正面蚀刻形成空腔不需要双面晶片处理并且具有在所有前述工艺步骤期间支撑xbar隔膜的优点。然而，能够通过压电板中的开口形成空腔的蚀刻工艺将必然是各向同性的。然而，这种使用牺牲材料的蚀刻工艺允许在横向(即，与基板的表面平行)以及垂直于基板的表面上对空腔进行受控蚀刻。
120.结束语
121.在整个说明书中，所示的实施例和示例应被认为是示例，而不是对所公开或要求
的设备和过程的限制。尽管本文提供的许多示例涉及方法动作或系统元素的特定组合，但应当理解，可以以其他方式组合那些动作和那些元素以实现相同的目标。关于流程图，可以采取额外的步骤和更少的步骤，并且可以组合或进一步细化所示的步骤以实现本文所述的方法。仅结合一个实施例讨论的动作、要素和特征不旨在排除其在其他实施例中的相似作用。
122.如本文所用，一对术语“顶部”和“底部”可与术语对“前”和“后”互换。如本文所用，“多个”是指两个或更多个。如本文所用，“一组”项目可以包括一个或多个这样的项目。如本文所用，无论在书面具体实施方式中还是在权利要求中，术语“包括”，“包含”，“携带”，“具有”，“含有”，“涉及”等应被理解为开放式的，即，指的是包括但不限于。相对于权利要求，仅过渡短语“由
…
组成”和“基本上由
…
组成”是封闭式或半封闭式的过渡短语。权利要求中用到的序数词，例如“第一”、“第二”、“第三”等是用来修饰权利要求元素，这本身不表示一个权利要求元素相较于另一个权利要求元素的优先权，或顺序，或执行方法动作的先后顺序，而只是用于区分具有相同名称的一个权利要求元素与另一个具有相同名称的元素(但是有用到序数词)，从而区分权利要求元素。如本文所用，“和/或”是指所列项目是替代方案，但是替代方案也包括所列项目的任何组合。