先进热补偿表面声波器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及表面声波器件的制造方法以及表面声波器件。
【背景技术】
[0002]声学共振器结构(例如，表面声波(SAW)器件10)使用设置在压电衬底100上的一个或多个交叉传感器(IDT) 111来将电信号转化为声波，或将声波转化为电信号，如图1A所示意性地表示的那样。在滤波应用中，经常使用这样的SAW或共振器。射频(RF)SAW技术具有极佳的性能(例如，高隔离性和低插入损耗)，并且广泛用于无线通信应用中的RF双工器(DPX)。为了与基于RF体声波(BAW)技术的RF DPX竞争，必须提高RF SAW器件的器件性能，并且，尤其需要频率响应的温度稳定性。
[0003]SAW器件的工作频率的温度相关性(或者频率的热系数(TCF))不仅取决于IDT的交叉指状物之间的间距(图1A所示的间距S)的改变(这通常是由常用的压电衬底的相对高的热膨胀系数(TCE)导致的)，而且还取决于速度的热系数(TCV)，这是因为压电衬底的膨胀或收缩伴随有SAW速度的增加或减小。
[0004]最近公开的K.Hashimoto、M.Kadota 等的文章 “Recent Development ofTemperature Compensated SAW Devices”(IEEE Ultrason.Symp.2011，第 79-86 页，2011年)给出了当前使用的用于克服SAW器件的频率响应的温度相关性问题的手段(尤其是Si02叠加的手段)的概述。
[0005]如图1B所示意性示出的，涉及Si02叠加的后一手段包括:将压电衬底100金属化的步骤S12，其产生金属化部分110 ;以及接下来的在压电衬底100和金属化部分110的整个表面上形成介电层120(尤其是S1jl)的步骤S10。依据技术人员将具有凸面的顶表面的SAW器件101设想为最终器件或者将具有平坦的顶表面的SAW器件102设想为最终器件，可能执行进一步的平坦化步骤S13。然而，出于几个原因，该手段受到很大限制。为了良好的电(欧姆)接触，由于压电衬底100的兼容性要求，对用于金属化部分110的材料的选择以及对用于这些材料的沉积技术的选择均受到限制。此外用于介电层120(其覆盖金属化部分110和压电衬底100)的材料的选择，以及用于介电层120的沉积技术的选择也受到限制，这是因为在介电层120的形成期间所采用的热预算必须与用于金属化部分110和压电衬底100的材料兼容，以便避免压电特性的变差、金属化部分110的电学特性的变差，或者避免金属扩散至压电衬底100或形成在金属化结构的顶部的介电层120。此外，如果具有不同的TCE的几种材料彼此接触并且所应用的温度超过了最大容许限度(这可以是形成在压电衬底100的顶部上的金属化部110的情况)，常用的压电衬底100的相当高的TCE可以进一步导致由翘曲或弯折或引入的应力所引起的制造问题，在介电层120的形成期间采用的热预算导致金属化部分110的层离或甚至导致晶片的断裂。此外，在相当低的温度下形成介电层120 (如可以是某些非晶S1jl的情况)导致声学特性降低的相当低质量的材料，并且因此限制了基于该材料的SAW技术的性能。甚至，由于介电层120在金属化部分110和压电衬底100两者上的沉积导致的不可避免的生长缺陷，以及金属化部分110包括相对于介电层120的生长方向的水平部分和竖直部分的事实，一起导致了寄生电声效应(特别是在竖直部分与水平部分的交会部分)，并因而导致了 SAW器件10的性能损失。
[0006]本发明的目标是，提供消除上述不利的器件和器件制造方法。
【发明内容】
[0007]具体而言，本发明涉及表面声波器件的制造方法，所述方法包括下列步骤:(a)提供压电结构；(b)提供介电结构；步骤(b)包括将介电结构金属化的步骤(bl)，并且所述方法进一步包括将金属化的介电结构键合至压电结构的步骤(c)。
[0008]该制造方法具有的益处为，可以在与提供压电结构分开的过程中提供介电结构，从而可以避免某些不兼容性。例如，技术人员不再受限于适合于在压电材料上沉积的介电材料，而是具有了更多的选择。此外，因为金属化在介电结构上执行而不是相反，所以可以使用承受高形成温度的介电材料，例如热生长的氧化硅，这是因为，由于金属在较后的步骤中形成，所以不存在金属扩散的风险。这样的高质量介电材料也允许对于金属化的更好的控制，尤其是对于介电结构与金属化部分之间的界面的更好的控制，从而避免了导致表面声波的扰动的寄生效应。除了上述益处，表面声波器件的热补偿允许该器件更高的频率响应热稳定性，这是由于介电结构提供的硬化以及介电结构的抵消性TCE。
[0009]在进一步的有益实施方案中，执行步骤(bl)以形成交叉电极结构。
[0010]这提供的有益效果为，对于所希望的表面声波器件的频率范围，可以适当地选择交叉电极结构的图案，从而适当地选择其结构特征，例如其间距。
[0011]在进一步的有益实施方案中，交叉电极结构具有低于lOOnm的间距，而介电结构显示出的介电常数适合于允许高于100V的击穿电压。
[0012]该实施方案提供的有益效果为，对金属化的更好的控制导致对其图案的更好的限定，从而允许了表面声波器件的良好限定的频率响应。使用合适的介电材料(特别地通过使用高k介电材料)允许减小交叉电极结构的间距S，并允许使表面声波器件适应于高功率应用。
[0013]在进一步的有益实施方案中，通过金属沉积来执行步骤(bl)，并且步骤(b)包括在形成温度下在金属沉积之前形成介电层的步骤，所述形成温度大于沉积的金属在介电层或压电结构中的扩散温度，具体地，所述形成温度大于350°C，优选地大于850°C，更优选地大于 1200°C。
[0014]这提供的有益效果为，介电层的形成能够使用更高的温度，而由于金属扩散，这与现有技术的工艺流程是不兼容的。
[0015]在进一步的有益实施方案中，沉积的金属可以选自:Au、Pt、Cu、Al、Mo、W。
[0016]这提供的有益效果为，技术人员可以使用本会不兼容于在压电结构上进行直接沉积的用于金属化的材料。
[0017]在进一步的有益实施方案中，介电结构包括介电层，所述介电层由选自下列材料的材料制备:Si02、SiN、S1N、S1C、SiC、DLC 或氧化铝。
[0018]这提供的有益效果为，技术人员可以使用熟知的材料，以及允许使用本会不兼容于在压电结构上进行直接沉积的精细技术和形成温度的工艺流程。
[0019]在进一步的有益实施方案中，介电结构包括介电层，所述介电层是在高于800°C、优选地高于1050°C的温度下形成的热生长的氧化硅。
[0020]这提供的有益效果为，可以将极高的温度应用于该高质量介电材料的形成，而如果在压电材料上直接应用该该高质量介电材料，本应当会使压电材料的压电特性变差。
[0021]在进一步的有益实施方案中，介电结构包括介电层，所述介电层由高k介电材料制备，所述高k介电材料优选地在娃酸給(hafnium silicate)、娃酸错(zirconiumsilicate)、二氧化給(hafnium d1xide)、二氧化错(zirconium d1xide)之中。
[0022]该实施方案提供的有益效果为，技术人员可以依据应用(例如，高功率应用)和所需的界面质量，而适当地选择用于介电材料的适合材料。
[0023]在进一步的有益实施方案中，步骤(bl)包括下列步骤:在介电结构的表面上局部刻蚀凹陷；以及在凹陷中进行金属沉积。
[0024]这提供的有益效果为，在半导体和微电子产业充分发展并已知的对刻蚀和金属化的良好受控的过程实现