配置有晶体声谐振器设备的集成电路的制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求在2014年6月6日递交的美国申请no.14/298,057和在2014年6月6日递交的美国申请no.14/298,100的优先权。
背景技术：
本发明总体涉及电子设备。更具体地，本发明提供与单晶声谐振器有关的技术。仅通过示例方式，本发明已经被应用于谐振器设备，尤其，该谐振器设备用于通信设备、移动设备、计算设备。
已经成功地遍及全世界部署移动电信设备。一年内制造了超过十亿的移动设备(包括蜂窝手机和智能手机)，且单位量继续逐年增长。由于大约2012年中的4g/lte的爬坡量产、以及移动数据业务的激增，数据丰富的内容驱动智能手机领域的成长—有望在未来几年内达到每年2b。新的标准和遗留的标准的共存以及对于较高数据速率需求的渴望驱动了智能手机中的rf复杂性。遗憾地，传统的rf技术中存在限制，这是有问题的且可能在未来造成缺陷。
从上文可知，非常期望用于改进电子设备的技术。
技术实现要素：
根据本发明，提供总体涉及电子设备的技术。更具体地，本发明提供涉及单晶声谐振器的技术。仅通过示例方式，本发明已经被应用于谐振器设备，尤其，该谐振器设备用于通信设备、移动设备、计算设备。
在示例中，本发明通过有限的区域外延提供配置在衬底上的单晶电容器介电材料。该材料联接在一对电极之间，在示例中，从衬底构件的上侧和背侧配置该对电极。在示例中，使用金属有机物化学气相沉积、分子束外延、原子层沉积、脉冲激光沉积、化学气相沉积、或晶圆键合工艺来提供单晶电容器介电材料。在示例中，有限的区域外延被剥离(lifted-off)该衬底且被转移到另一衬底。在示例中，该材料的特征是小于1e+11缺陷/平方厘米的缺陷密度。在示例中，单晶电容器材料选自aln、algan、inn、bn或其它三族氮化物中的至少一者。在示例中，单晶电容器材料选自包括高k电介质的单晶氧化物zno或mgo中的至少一者。
在示例中，提供一种单晶声电子设备。该设备具有衬底，该衬底具有表面区域。该设备具有联接到衬底的一部分的第一电极材料以及单晶电容器介电材料，该单晶电容器介电材料具有大于0.4微米的厚度且覆盖表面区域的暴露部分且联接到第一电极材料。在示例中，该单晶电容器介电材料的特征是小于1012缺陷/cm2的位错密度。第二电极材料覆盖单晶电容器介电材料。
在示例中，本发明提供一种可配置的单晶声谐振器(scar)设备集成电路。该电路包括标号从1到n的多个scar设备，其中，n为2以及大于2的整数。每个scar设备具有形成为覆盖衬底构件的表面区域的一定厚度的单晶压电材料。该单晶压电材料的特征是小于1012缺陷/cm2的位错密度。
使用本发明实现超出已有技术的一个或多个益处。特别地，本发明能够实现用于通信应用的成本有效的谐振器设备。在具体实施方式中，本设备可以采用相对简单且成本有效的方式来制造。根据实施方式，本装置和方法可以根据本领域的普通技术人员使用传统材料和/或方法来制造。本设备使用包含镓和氮的材料，该材料为单晶体。根据实施方式，可以实现这些益处中的一者或多者。当然，可以存在其它变型、修改和替选。
可以参考说明书的后续部分以及附图来实现对本发明的性质和优势的进一步理解。
附图说明
为了更全面地理解本发明，参照附图。应当理解这些附图不被视为本发明的范围的限制，通过使用附图更详细地描述目前描述的实施方式和目前理解的本发明的最好模式，附图中：
图1为示出根据本发明的示例的表面单晶声谐振器的简化图。
图2为示出根据本发明的示例的体单晶声谐振器的简化图。
图3为示出根据本发明的示例的体单晶声谐振器的特征的简化图。
图4为示出根据本发明的示例的压电结构的简化图。
图5为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。
图6为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。
图7为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。
图8为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。
图9为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。
图10为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。
图11为根据本发明的示例的衬底构件的简化图。
图12为根据本发明的示例的衬底构件的简化图。
图13为示出根据本发明的示例的本示例相比传统滤波器的特征的简化表。
图14至图22示出用于本发明的示例中的单晶声谐振器设备的制造方法。
图23示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备的电路图。
图24至图32示出用于本发明的示例中的单晶声谐振器设备的制造方法。
图33示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备的电路图。
图34和图35示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备上配置的反射器结构。
图36示出与上述图中的单晶声谐振器设备集成的反射器结构的电路图。
图37和图38示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备上配置的反射器结构。
图39示出与上述图中的单晶声谐振器设备集成的反射器结构的电路图。
图40示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备的底面区域和顶面区域的简化图。
图41和图44示出配置在本发明的示例中的滤波器梯形网络中的单晶声谐振器设备的简化示例。
图45至图52示出根据本发明的示例的两元件式单晶声谐振器设备和三元件式单晶声谐振器设备的简化示例。
具体实施方式
根据本发明，提供总体涉及电子设备的技术。更具体地，本发明提供涉及单晶声谐振器的技术。仅通过示例方式，本发明已经被应用于谐振器设备，尤其，该谐振器设备用于通信设备、移动设备、计算设备。
作为附加背景，相比于传统技术，估计智能手机所支持的频带的数量以7倍增长。因此，更多频带意味着高选择性滤波性能日益变为智能手机的rf前端中的微分器。遗憾地，传统技术具有严格的限制。
即，传统的滤波器技术基于非晶形材料，其机电耦合效率很差(对于不含铅材料仅为7.5％)，这导致近一半的发射功率消散在高选择性滤波器中。另外，单晶声波设备有望实现邻道抑制的改进。由于在目前的智能手机中存在二十(20)或更多滤波器且这些滤波器被插入在功率放大器和天线方案之间，于是具有通过降低热耗散、功率放大器的尺寸同时提高智能手机接收器的信号质量来改进rf前端以及使系统内的频谱效率最大化的机会。
利用单晶声波设备(以下称为“saw”设备)和滤波器方案，可以实现如下益处中的一者或多者：(1)大直径硅晶圆(高达200mm)有望实现成本效益好的高性能方案，(2)利用新设计的应变压电材料，机电耦合效率有望超过三倍，(3)滤波器插入损耗有望减小1db，从而能够延长电池使用寿命，利用更小的rf封装改进热管理以及改善信号质量和用户体验。这些益处和其它益处可以通过如贯穿本说明书且下文更具体地进一步提供的本发明的设备和方法来实现。
图1为示出根据本发明的示例的表面单晶声谐振器的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。示出了具有本发明的覆盖衬底110的晶体压电材料120的表面单晶声谐振器设备100。如图所示，声波沿着基本上平行于一对电气端口140的横向方向从第一空间区域传播到第二空间区域，这形成叉指换能器配置130，该叉指换能器配置130具有空间上布置在该对电气端口140之间的多条金属线131。在示例中，左侧的电气端口可以被指定用于信号输入，而右侧的电气端口被指定用于信号输出。在示例中，一对电极区域被配置且路由到平行于联接至第二电极材料的触点区域的平面附近。
在saw设备示例中，表面声波在接近880mhz至915mhz频带的窄频带上产生谐振行为，该窄频带为用于欧洲、中东和非洲(emea)的具有lte功能的移动智能手机的指定通带。取决于通信设备的操作的区域，可以存在变型。例如，在北美洲的发射频带中，谐振器可以被设计使得谐振行为在接近777mhz至787mhz频率通带中。在其它区域中发现的其它发射频带可以在频率上更高，诸如在2570mhz至2620mhz通带中的亚洲发射频带。另外，在此提供的示例用于多个发射频带。按类似的方式，在无线电前端的接收器侧的通带也需要类似的执行谐振滤波器。当然，可以存在变型、修改和替选方案。
表面声波设备的其它特征包括saw设备的基频，该基频通过表面传播速度(通过针对谐振器选择的压电材料的晶体质量来确定)除以波长(通过图1中的叉指布局中的指状物来确定)来确定。gan中的接近5800m/s的测量的传播速度(也称为saw速度)已被记录，同时类似值有望用于aln。因此，这类iii族氮化物的更高的saw速度使得谐振器能够处理用于给定器件几何形状的更高频率信号。
期望由iii族氮化物制成的谐振器，因为这样的材料以高功率(利用其高临界电场)、高温(来自其大带隙的低本征载流子浓度)和高频(高饱和电子速度)操作。举几个来说，在无线基础设施以及商业和军事雷达系统中利用这类高功率设备(大于10瓦特)。另外，这类设备的稳定性、可生存性和可靠性对于现场部署来说至关重要。
可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现在本设备中提供的各个元件的进一步细节。
图2为示出根据本发明的示例的体单晶声谐振器的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。示出了本发明的具有晶体压电材料的体单晶声谐振器设备200。如图所示，声波在上部电极材料231与衬底构件210之间沿着竖直方向从第一空间区域传播到第二空间区域。如图所示，晶体压电材料220被配置在上部电极材料231与下部电极材料232之间。上部电极材料231被配置在多个可选的反射层的下面，这些反射层被形成为覆盖上部电极231以形成声反射器区240。
在体声波(后文称为“baw”)设备示例中，声波在接近3600mhz至3800mhz频带的窄频带上产生谐振行为，该窄频带为用于具有lte功能的移动智能手机的指定通带。取决于通信设备的操作的区域，可以存在变型。例如，在北美洲的发射频带中，谐振器可以被设计使得谐振行为在接近2000mhz至2020mhz频率通带中。在其它区域中发现其它发射频带，诸如在2500mhz至2570mhz通带中的亚洲的发射频带。另外，在此提供的示例用于多个发射频带。按类似的方式，在无线电前端的接收器侧的通带也需要类似的执行谐振滤波器。当然，可以存在变型、修改和替选方案。
单晶baw设备的其它特征包括设备中的机电声耦合，其与压电常数(受单晶压电层的设计和应变影响)除以声波速度(受压电材料中的散射和反射影响)成比例。已经观察到gan中的超过5300m/s的声波速度。因此，这类iii族氮化物的高声波速度使得谐振器能够处理用于给定器件几何形状的更高频率信号。
类似于saw设备，由iii族氮化物制成的谐振器是可取的，因为这些材料在高功率(利用其高临界电场)、高温(来自其大带隙的低本征载流子浓度)和高频(高饱和电子速度)运行。举几个来说，在无线基础设施以及商业和军事雷达系统中利用这类高功率设备(大于10瓦特)。另外，这类设备的稳定性、可生存性和可靠性对于现场部署来说至关重要。
可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现在本设备中提供的各个材料的进一步细节。
在示例中，该设备具有衬底，该衬底具有表面区域。在示例中，衬底可以为一定厚度的材料、复合物或其它结构。在示例中，衬底可以选自介电材料、导电材料、半导体材料、或这些材料的任何组合。在示例中，衬底还可以为聚合物构件等。在优选示例中，衬底选自从硅、砷化镓、氧化铝等及其组合中提供的材料。
在示例中，衬底为硅。衬底具有表面区域，该表面区域可以为偏移配置或裁切配置。在示例中，表面区域以范围从0.5度到1.0度的偏置角度来配置。在示例中，衬底具有<111>取向且具有高电阻率(大于103ohm-cm)。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。
在示例中，设备具有联接到衬底的一部分的第一电极材料以及厚度大于0.4微米的单晶电容器介电材料。在示例中，单晶电容器介电材料具有合适的位错密度。该位错密度小于1012缺陷/cm2且大于104缺陷/cm2，及其变型。该设备具有覆盖单晶电容器介质材料的第二电极材料。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现这些材料的每一者的进一步细节。
在示例中，单晶电容器材料为具有期望的电气性能的合适单晶材料。在示例中，单晶电容器材料通常为包含镓和氮的材料，诸如aln、algan或gan，包括inn、ingan、bn或其它iii族氮化物。在示例中，单晶电容器材料选自包括高k电介质的单晶氧化物(zno、mgo、或mgzngaino的合金)中的至少一种单晶氧化物。在示例中，高k的特征是小于1012缺陷/cm2且大于104缺陷/cm2的缺陷密度。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。
在示例中，单晶电容器介质材料的特征是至少50微米×50微米的表面区域、以及变型。在示例中，该表面区域可以为200微米×200μm或高达1000μm×1000μm。当然，可以存在变型、修改和替选方案。
在示例中，单晶电容器介电材料以第一应变状态来配置以补偿衬底。即，单晶材料为与覆盖的衬底材料有关的压缩应变状态或拉伸应变状态。在示例中，gan在沉积在硅上时的应变状态为拉伸应变，而aln层为相对于硅衬底的压缩应变。
在优选示例中，单晶电容器介电材料被沉积为覆盖衬底的暴露部分。在示例中，单晶电容器电介质是与衬底的晶体结构不匹配的晶格，且可以是使用压缩应变压电成核层(诸如aln或sin)补偿的应变。
在示例中，设备具有借助衬底的背侧配置的第一电极材料。在示例中，该第一电极材料借助衬底的背侧来配置。该配置包括配置在衬底的厚度内的通孔结构。
在示例中，电极材料可以由合适的一种或多种材料制成。在示例中，第一电极材料和第二电极材料中的每一者选自难熔金属或其它贵金属。在示例中，第一电极材料和第二电极材料中的每一者选自钽、钼、铂、钛、金、铝、钨、或铂、其组合等中的一者。
在示例中，第一电极材料和单晶电容器介电材料包括基本上没有含氧化物的材料的第一界面区域。在示例中，第一电极材料和单晶电容器介电材料包括基本上没有含氧化物的材料的第二界面区域。在示例中，该设备可以包括联接到第一电极材料的第一触点和联接到第二电极材料的第二触点，使得第一触点和第二触点中的每一者以共面布置来配置。
在示例中，该设备具有配置于第一电极材料的反射器区域。在示例中，该设备还具有配置于第二电极材料的反射器区域。反射器区域由交替的低阻抗反射器层(例如电介质)和高阻抗反射器层(例如金属)制成，其中每层的厚度以四分之一波长为目标，但是可以存在变型。
在示例中，该设备具有设置在单晶电容器介电材料和第一电极材料之间的成核材料。该成核材料通常为aln或sin。
在示例中，该设备具有设置在单晶电容器介电材料和第二电极材料之间的加盖材料。在示例中，该加盖材料为gan。
在示例中，单晶电容器介电材料优选地具有其它性质。即，单晶电容器介电材料的特征是小于1度的fwhm。
在示例中，单晶电容器电介质配置成以5000米/秒的声速及更大的声速传播纵向信号。在设计有应变的其它实施方式中，信号可以高于6000m/s且低于12000m/s。当然，可以存在变型、修改和替选方案。
当使用两端口网络分析器进行测试时，设备还具有期望的谐振行为。该谐振行为的特征是两个谐振频率(所谓的串行和并行)，从而一个谐振频率展现无穷大的电阻抗，而另一个谐振频率展现为零的阻抗。在这类频率之间，设备感应地运转。在示例中，该设备具有从两端口分析导出的s参数，该s参数可以被转换为阻抗。从s11参数，可以提取设备的实部阻抗和虚部阻抗。从s21参数，可以计算谐振器的传输增益。使用沿着已知的压电层厚度的并行谐振频率，可以计算用于该设备的声速。
图3为示出根据本发明的示例的体单晶声谐振器的特征的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。如图所示，300示出了应用为用于rf信号的带通滤波器的本发明。特定的频率范围被允许通过该滤波器，如通过从波长图示之下的rf频谱升起的黑框所示。该框匹配于允许通过上文图示中的滤波器的信号。单晶设备由于较低的滤波器损耗而可以提供相对于baw设备更好的音质且减轻对功率放大器的规格要求。这些可导致用于利用本发明的设备的益处，如延长的电池、高效频谱使用、不间断的呼叫者体验等。
图4为示出根据本发明的示例的压电结构的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。在示例中，结构400被配置在包括表面区域的块状衬底构件410上。在示例中，使用生长工艺形成单晶压电材料外延420。该生长工艺可以包括化学气相沉积、分子束外延生长、或覆盖衬底的表面的其它技术。在示例中，单晶压电材料可以包括单晶氮化镓(gan)材料、单晶al(x)ga(1-x)n(其中0<x<1.0(x＝“al摩尔分数”))材料、单晶氮化铝(aln)材料、或上文提及的物质彼此间的任何组合。当然，也可以存在修改、替选方案和变型。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现衬底的进一步细节。
图5为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。在示例中，结构500被配置成覆盖成核区域530，该成核区域530覆盖衬底510的表面。在示例中，成核区域530为一层或可以为多个层。成核区域使用压电材料制成，从而能够在谐振器电路中进行声耦合。在示例中，成核区域为薄的压电成核层，其厚度的范围可以从大约0nm至100nm、可以用于发起覆盖衬底的表面的单晶压电材料520的生长。在示例中，成核区域可以使用薄sin或aln材料制成，但是能够包括变型。在示例中，单晶压电材料的厚度的范围可以从0.2μm至20μm，但是能够存在变型。在示例中，具有大约2μm的厚度的压电材料通常用于2ghz声谐振器设备。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现衬底的进一步细节。
图6为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。在示例中，使用gan压电材料620来配置结构600。在示例中，各个区域为单晶或基本上单晶。在示例中，使用薄aln或sin压电成核区域630来设置该结构，该成核区域630可以为一层或多层。在示例中，区域为无意掺杂的(uid)且被设置以应变补偿衬底610的表面区域上的gan。在示例中，成核区域具有覆盖的gan单晶压电区域(具有nd-na：在1014/cm3与1018/cm3之间)，且厚度范围在1.0μm和10μm之间，但是可以存在变型。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现衬底的进一步细节。
图7为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。如图所示，使用aln压电材料720来配置结构700。各个区域为单晶或基本上单晶。在示例中，使用薄aln或sin压电成核区域730来设置该结构，该成核区域730可以为一层或多层。在示例中，区域为无意掺杂的(uid)且被设置以应变补偿衬底710的表面区域上的aln。在示例中，成核区域具有覆盖的aln单晶压电区域(具有nd-na：在1014/cm3与1018/cm3之间)，且厚度范围在1.0μm和10μm之间，但是可以存在变型。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现衬底的进一步细节。
图8为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。如图所示，使用algan压电材料820来配置结构800。各个区域为单晶或基本上单晶。在示例中，使用薄aln或sin压电成核区域830来设置该结构，该成核区域830可以为一层或多层。在示例中，区域为无意掺杂的(uid)且被设置以应变补偿衬底810的表面区域上的aln。在示例中，在其他特征中，algan单晶压电层，其中，al(x)ga(1-x)n具有al摩尔组成0<x<1.0(nd-na：在1014/cm3与1018/cm3之间)，厚度范围在1μm和10μm之间。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现衬底的进一步细节。
图9为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。使用aln/algan压电材料920来配置结构900。各个区域为单晶或基本上单晶。在示例中，使用薄aln或sin压电成核区域930来设置该结构，该成核区域930可以为一层或多层。在示例中，区域为无意掺杂的(uid)且被设置以应变补偿衬底910的表面区域上的aln。在示例中，一个或多个交替层叠体被形成为覆盖成核区域。在示例中，该层叠体包括algan/aln单晶压电层，其中，al(x)ga(1-x)n具有al摩尔组成0<x<1.0；(nd-na：在1014/cm3与1018/cm3之间)，厚度范围在1.0μm和10μm之间；aln(1nm<厚度<30nm)用于应变补偿晶格且允许更厚的algan压电层。在示例中，最后的单晶压电层为algan。在示例中，尤其，该结构的总层叠体厚度为至少1μm且小于10μm。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现衬底的进一步细节。
图10为示出根据本发明的替选示例的压电结构的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。如图所示，结构1000具有可选的一个或多个gan压电盖层1040。在示例中，尤其，盖层1040或区域可以被配置在任一前述示例上。在示例中，盖区域可以包括至少一个或多个益处。这类益处尤其包括改进的从上侧金属(电极1)到压电材料中的电声耦合、减小的表面氧化、改进的制造等。在示例中，gan盖区域具有范围在1nm至10nm之间的厚度、且具有nd-na：在1014/cm3和1018/cm3之间，尽管可以存在变型。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现衬底的进一步细节。
图11为根据本发明的示例的衬底构件的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。在示例中，单晶声谐振器材料1120可以为在衬底1110上生长(使用cvd或mbe技术)的单晶压电材料外延。衬底1110可以为块状衬底、复合物、或其它构件。块状衬底1110优选地为氮化镓(gan)、碳化硅(sic)、硅(si)、蓝宝石(al2o3)、氮化铝(aln)、其组合等。
图12为根据本发明的示例的衬底构件的简化图。该图仅为示例，其不应当不适当地限制权利要求的范围。在示例中，单晶声谐振器材料1220可以为在衬底1210上生长(使用cvd或mbe技术)的单晶压电材料外延。衬底1210可以为块状衬底、复合物、或其它构件。块状衬底1210优选地为氮化镓(gan)、碳化硅(sic)、硅(si)、蓝宝石(al2o3)、氮化铝(aln)、其组合等。在示例中，衬底的表面区域为裸露的且暴露的晶体材料。
图13为示出根据本发明的示例的本示例相比传统滤波器的特征的简化表。如图所示，相对于“滤波器方案”下的标准示出了“本示例”与“传统”实施方式的规格。
在示例中，gan、sic和al2o3取向为c轴以便改进或者甚至最大化压电材料中的极化场。在示例中，出于相同或类似的理由，硅衬底为<111>取向，在示例中，衬底可以为裁切的或偏移的。尽管c轴或<111>为标称取向，但是出于如下原因中的一者或多者可以选择在+/-1.5度之间的裁切角：(1)过程的可控制性；(2)声谐振器的k2的最大化，以及其它原因。在示例中，在一个面(诸如生长面)上使衬底生长。ga面为优选的生长表面(由于更成熟的工艺)。在示例中，衬底具有大于104ohm-cm的衬底电阻率，尽管可以存在变型。在示例中，在单晶压电沉积材料生长时，衬底厚度的范围为100μm到1mm。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。
如本文中所使用，应当在普通含义下理解术语“第一”、“第二”、“第三”和“第n”。这类术语(单独或一起)不一定暗示次序，除非被本领域的普通技术人员理解为此方式。另外，术语“顶部”和“底部”可以不具有参考重力方向的含义，而应当在普通含义下得以理解。这些术语不应当不适当地限制权利要求的范围。
如本文中所使用，术语衬底与基于iii族氮化物的材料相关联，该基于iii族氮化物的材料包括gan、ingan、algan、或被用作原材料的其它包含iii族的合金或组合物、或aln等。这类原材料包括极性gan衬底(即，最大区域面积在名义上为(hkl)平面的衬底，其中h＝k＝0且l为非零)、非极性gan衬底(即，最大区域面积按从上述极性取向朝向(hkl)平面的、范围从大约80度到100度的角度来取向的衬底材料，其中l＝0且h和k中的至少一者为非零)、或半极性gan衬底(即，最大区域面积按从上述极性取向朝向(hkl)平面的、范围从大约+0.1度到80度或110度到179.9度的角度来取向的衬底材料，其中l＝0且h和k中的至少一者为非零)。
如图所示，本设备可以被封闭在合适的封装中。作为示例，封装的设备可以包括上文描述的元件以及本说明书之外的元件的任意组合。如本文中所使用，术语“衬底”可以指的是块状衬底或可以包括覆盖的生长结构，诸如包含镓和氮的外延区或功能区、组合等。
在示例中，本公开提供了单晶声谐振器(scar)设备的逐步制造。另外，本公开提供了，在其它设备之中，用于一起制造两个或更多个谐振器以提供scar滤波器的制造过程。在示例中，为了高效操作和有竞争力的成本，本过程可以使用传统的高容量晶圆制造设施来实施。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。
图14至图22示出了用于本发明的示例中的单晶声谐振器设备的制造方法。这些图示仅为示例，且不应当不适当地限制权利要求的范围。
参照附图，制造过程的示例可以简洁地如下描述：
1、开始；
2、提供具有表面区域的衬底构件，例如直径为150mm或200mm的材料；
3、处理表面区域；
4、形成包括单晶压电材料的外延材料，该单晶压电材料覆盖表面区域达期望厚度；
5、使用掩模和蚀刻工艺使外延材料图案化，以通过借助在外延材料中提供的图案引起表面区域的暴露部分的形成来形成沟槽区域；
6、形成上侧接合焊盘金属，其可以包括具有金属层的层叠体，该金属层在背侧衬底蚀刻工艺中与蚀刻剂缓慢地反应，如下文限定；
7、形成上侧电极构件，包括覆盖外延材料的一部分的第一电极构件和覆盖上侧接合焊盘金属的第二电极构件；
8、掩模衬底的一部分并从背侧去除(借助蚀刻)衬底的该部分，以形成使覆盖第一电极构件的外延材料的背侧暴露的第一沟槽区域，以及使接合焊盘金属的背侧暴露的第二沟槽区域；
9、形成用于覆盖外延材料(或压电膜)的暴露部分的第二电极的背侧谐振器金属材料，以形成从外延材料到接合焊盘金属的背侧的连接，该接合焊盘金属的背侧联接到覆盖上侧接合焊盘金属的第二电极构件；
10、使用掩模和蚀刻工艺形成谐振器活跃区域，同时在电气上且在空间上使第一电极构件与上侧的第二电极构件隔离，同时还微调谐振电容器；
11、形成覆盖上侧表面上的上表面区域的保护的介电材料(例如sio2、sin)的覆盖厚度；以及
12、按需执行其它步骤。
上文提及的步骤被提供用于使用单晶电容器电介质形成谐振器设备。如图所示，一对电极构件被配置为用于提供来自设备的一侧的触点。电极构件之一使用背侧触点，该背侧触点联接到金属堆叠层以配置该对电极。当然，取决于实施方式，一个或多个步骤可以被添加、被去除、被组合、被重排、或被替换，或者具有其它变型、替选方案和修改。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现本制造方法的进一步细节。
如图14所示，该方法开始于提供衬底构件1410。该衬底构件具有表面区域，在示例中，衬底构件厚度(t)为400μm，其可以具有150mm或200mm直径材料的直径，但是可以存在从50mm到300mm的变型。
在示例中，处理衬底构件的表面区域。该处理通常包括清洁和/或调节。在示例中，处理发生在mocvd或lpcvd反应器中，该反应器具有以高温(例如在从940℃到1100℃的范围中)，并以从十分之一的大气压到一个大气压范围的压力流动的氨气。取决于实施方式，也可以使用其它处理过程。
在示例中，该方法包括形成外延材料，如图所示，该外延材料包括覆盖表面区域达期望厚度的单晶压电材料1420。使用三甲基镓(tmg)、三甲基铝(tma)、氨气(nh3)和氢气(h2)的配置，使用mocvd或lpcvd生长装置，在大气受控环境中，以940℃到1100℃范围的高温使外延材料生长达0.4μm到7.0μm范围的厚度，这取决于电容器设备的目标谐振频率。该材料也具有每平方厘米104到1012的缺陷密度，尽管可以存在变型。
在示例中，外延材料1521被图案化(图15)。图案化涉及掩模和蚀刻工艺。掩模通常为1μm到3μm的光刻胶。在受控温度和压力条件下，在rie或icp蚀刻工具中使用氯基化学反应(气体可以包括bcl3、cl2和/或氩气)进行蚀刻，以调整蚀刻速率和侧壁轮廓。图案化通过借助在外延材料中提供的图案引起表面区域的暴露部分的形成来形成沟槽区域(或通孔结构)。
在示例中，该方法形成上侧接合焊盘金属1630(图16)，其可以包括具有金属层的层叠体，如下文限定的，该金属层在背侧衬底蚀刻工艺中与蚀刻剂缓慢地反应。在示例中，金属为难熔金属(诸如钽、钼、钨)或其它金属(诸如金、铝、钛或铂)。如所能注意到的，该金属随后被用作用于背侧蚀刻工艺的终止区域。
在示例中，该方法形成上侧金属结构(图17)。如图所示，该结构具有上侧电极构件，其包括覆盖外延材料的一部分的第一电极构件1741和覆盖上侧接合焊盘金属的第二电极构件1742。该金属结构使用难熔金属(诸如钽、钼、钨)来制成，且具有300nm的厚度，被选择用于限定电容器设备的谐振频率。
在示例中，该方法通过将衬底上侧向下倒装来执行背侧处理(图18)。在示例中，该方法包括衬底的背侧的图案化工艺。该工艺借助从背侧蚀刻衬底1811的一部分来使用掩模和移除工艺，以形成使覆盖第一电极构件的外延材料的背侧暴露的第一沟槽区域，以及使接合焊盘金属的背侧暴露的第二沟槽区域。在示例中，在rie或icp反应器中使用氯基的气体，并以限定为控制蚀刻速率、选择性和侧壁斜坡的温度和压力来执行蚀刻。
接着，该方法包括形成用于覆盖外延材料(或压电膜)的暴露部分的第二电极的背侧谐振器金属材料1943(图19)，以形成从外延材料到接合焊盘金属的背侧的连接，该接合焊盘金属的背侧联接到覆盖上侧接合焊盘金属的第二电极构件。
如图所示，压电膜1921被夹在从衬底构件1911的上侧和背侧配置的该对电极之间。该构件为<111>取向的硅衬底，该硅衬底具有大于10ohm-cm的电阻率。
在示例中，该方法使用掩模和蚀刻工艺(图20)形成或图案化谐振器活跃区域2022。最终目标是在电气上且在空间上使第一电极构件与上侧的第二电极构件隔离，同时还微调谐振电容器。在示例中，谐振器活跃区域为200μm×200μm。图案化使用氯基rie或icp蚀刻技术。
该方法形成一定厚度的保护材料2150(图21)。在示例中，该方法形成二氧化硅(其形成符合规范的结构)和覆盖的氮化硅盖材料的组合。二氧化硅和氮化硅材料使用硅烷、氮和氧源的组合来形成，并使用pecvd室来沉积。
该方法形成分别电联接到第一上部电极2241和第二上部电极2242的第一电极2261和第二电极2262(图22)。该本征设备标记为2201。如期望的，在示例中，该方法还可以包括其它步骤或其它材料。
在示例中，本方法可以还包括用于形成上部电极结构、钝化材料和背侧处理的这些工艺中的一者或多者。在示例中，包括覆盖结构的衬底可以包括表面清洁件，其使用hcl：h2o(1：1)达预定量的时间，之后冲洗并放入溅射工具中。
在用于形成电极金属化的溅射工具中，该方法包括在单晶压电材料的暴露的上侧上使用溅射技术的钼(mo)金属
在示例中，该方法包括通过暴露光-电介质且开发掉盘上的介电材料来图案化以打开焊盘和探测盘。在执行背侧处理之前，该图案化工艺完成衬底结构的上部区域。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现本方法的进一步细节。
在示例中，衬底被设置在倒装晶圆上且被安装(使用光刻胶)到载体晶圆上以开始背侧工艺。在示例中，背侧处理使用多步(例如两步)工艺。在示例中，使用背侧磨削工艺使晶圆削薄成从大约500μm到大约300μm和更小，该背侧磨削工艺可以还包括抛光和清洁。在示例中，背侧涂覆有掩膜材料(诸如光刻胶)且被图案化以打开用于压电材料的沟槽区域和接合焊盘区域。在示例中，该方法包括刻蚀到衬底(其例如可以是硅)中的浅刻蚀工艺。在示例中，该方法利用光刻胶涂覆背侧以打开并暴露压电材料的背侧区域，这使整个膜区域暴露，该整个膜区域包括封闭的压电材料和接合焊盘区域。在示例中，该方法还执行蚀刻直到使压电材料和接合焊盘暴露为止。在示例中，如下文进一步描述的，“挡边”支撑件为源自于两步工艺的特征，尽管可以存在变型。
在示例中，利用光刻胶对背侧图案化以对齐背侧焊盘金属(电极#2)、互连件和接合焊盘。在示例中，使用利用稀释的hcl:h2o(1:1)的清洁工艺或者其它合适的工艺来处理背侧。在示例中，假如晶圆的背侧利用金属以可选择的方式进行图案化而不是大面积的层状沉积，则该方法还包括在选择的区域中沉积约3000a的mo金属。在示例中，形成金属以减少寄生电容并使得能够对背侧布线以用于电路实现，这有益于不同的电路节点互连。在示例中，如果需要，则可以在mo之前作为粘结材料沉积薄的钛粘结金属
在示例中，该方法还包括，为了机械稳定性，形成背侧表面的介电钝化(25μm的自旋聚合物光-电介质(例如electrawlpsh32-1-1))。在示例中，在替选示例中，该方法包括沉积sin和/或sio2以填充背侧沟槽区域以提供合适的保护、隔离以及提供其它特征(若需要)。
在示例中，该方法随后分离和/或卸载完成的衬底以转移到晶圆载体中。完成的衬底具有多个设备以及覆盖的保护材料。在示例中，衬底现在准备好锯开和割断以及其它后端工艺，诸如晶圆级封装、或其它技术。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。
图23示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备的电路图。该图仅为示例，且不应当不适当地限制本文中的权利要求的范围。电路2301示出具有压电膜2322的框图，该压电膜2322被夹在第一上部电极2361和第二上部电极2362之间。框图2301的连接区域2303示出于电路图2302中，该电路图2302示出了等效的电路配置。
图24至图32示出本发明的示例中的用于单晶声谐振器设备的制造方法。该图仅为示例，且不应当不适当地限制本文中的权利要求的范围。
替选的制造工艺的示例可以如下简洁地描述：
1、开始；
2、提供具有表面区域的衬底构件，例如直径为150mm或200mm的材料；
3、处理表面区域以准备外延生长；
4、形成包括覆盖表面区域达期望厚度的单晶压电材料的外延材料；
5、使用掩模和蚀刻工艺使外延材料图案化，以通过借助在外延材料中提供的图案引起表面区域的暴露部分的形成来形成沟槽区域；替选地，外延材料的图案化也可以使用激光钻孔技术而发生；
6、形成上侧接合焊盘金属，其可以包括具有金属层的层叠体，如下文限定的，该金属层在背侧衬底蚀刻工艺中与蚀刻剂缓慢地反应；
7、形成上侧电极构件，包括覆盖外延材料的一部分的第一电极构件和覆盖上侧接合焊盘金属的第二电极构件；
8、掩模衬底的一部分并从背侧去除(借助蚀刻)衬底的该部分，以形成使覆盖第一电极构件的外延材料的背侧暴露并使接合焊盘金属的背侧暴露的单个沟槽区域；可以使用两步式掩模和蚀刻工艺来形成浅“挡边”结构，其目标是为外延材料提供机械支撑；
9、形成用于覆盖外延材料(或压电膜)的暴露部分的第二电极的背侧谐振器金属材料，以形成从外延材料到接合焊盘金属的背侧的连接，该接合焊盘金属的背侧联接到覆盖上侧接合焊盘金属的第二电极构件；
10、使用钝化工艺形成具有低表面泄漏电流的谐振器活跃区域，该钝化工艺在电力上且在空间上使第一电极构件与上侧的第二电极构件隔离，同时还微调谐振电容器；在受控温度和压力环境中使用硅烷气、利用pecvd技术沉积介电钝化层(诸如sin或sio2)以控制折射的介电指数；
11、形成覆盖上侧表面上的上表面区域的保护的介电材料(选项包括sio2、sin或自旋聚合物涂层)的覆盖厚度；以及
12、按需执行其它步骤。
上文提及的步骤被提供用于使用单晶电容器电介质形成谐振器设备。如图所示，一对电极构件被配置为提供来自设备的一侧的触点。电极构件之一使用背侧触点，该背侧触点联接到金属堆叠层以配置该对电极。当然，取决于实施方式，一个或多个步骤可以被添加、被去除、被组合、被重排、或被替换，或者具有其它变型、替选方案和修改。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现本制造方法的进一步细节。
如图24所示，该方法开始于提供衬底构件2410。该衬底构件具有表面区域，在示例中，衬底构件厚度为400μm，其可以具有150mm或200mm直径材料的直径，尽管可以存在从50mm到300mm的变型。
在示例中，处理衬底构件的表面区域。该处理通常包括清洁和/或调节。在示例中，处理发生在mocvd或lpcvd反应器中，该反应器具有以高温(例如在从940℃到1100℃的范围中)，并以从十分之一的大气压到一个大气压范围的压力流动的氨气。
在示例中，该方法包括形成外延材料，如图所示，其包括覆盖表面区域达期望厚度(t)的单晶压电材料2420。使用三甲基镓(tmg)、三甲基铝(tma)、氨气(nh3)和氢气(h2)的配置，使用mocvd或lpcvd生长装置，在大气受控环境中，以940℃到1100℃范围的高温使外延材料生长达0.4μm到7.0μm范围的厚度，这取决于电容器设备的目标谐振频率。该材料也具有每平方厘米104到1012的缺陷密度。
在示例中，外延材料2521被图案化(图25)。图案化涉及掩模和蚀刻工艺。掩模通常为1μm到3μm的光刻胶。在受控温度和压力条件下，在rie或icp蚀刻工具中使用氯基化学反应(气体可以包括bcl3、cl2和/或氩气)进行蚀刻，以调整蚀刻速率和侧壁轮廓。图案化通过借助在外延材料中提供的图案引起表面区域的暴露部分的形成来形成沟槽区域(或通孔结构)。
在示例中，该方法形成上侧接合焊盘金属2630(图26)，其可以包括具有金属层的层叠体，如下文限定的，该金属层在背侧衬底蚀刻工艺中与蚀刻剂缓慢地反应。在示例中，金属为难熔金属(诸如钽、钼、钨)或其它金属(诸如金、铝、钛或铂)。如所注意到的，该金属随后被用作用于背侧蚀刻工艺的终止区域。
在示例中，该方法形成上侧金属结构(图27)。如图所示，该结构具有上侧电极构件，该上侧电极构件包括覆盖外延材料的一部分的第一电极构件2741和覆盖上侧接合焊盘金属的第二电极构件2742。该金属结构使用难熔金属(诸如钽、钼、钨)来制成，且具有300nm的厚度，被选择用于限定电容器设备的谐振频率。
在示例中，该方法通过将衬底上侧向下倒装来执行背侧处理(图28)。在示例中，该方法包括衬底2811的背侧的图案化工艺。该工艺通过从背侧蚀刻衬底的一部分来使用掩模和移除工艺，以形成使覆盖第一电极构件的外延材料的背侧暴露的第一沟槽区域，以及使接合焊盘金属的背侧暴露的第二沟槽区域。支撑构件2821可以被配置在两个沟槽区域之间。在示例中，支撑构件可以从底侧表面区域下凹，尽管可以存在变型。在示例中，在rie或icp反应器中使用氯基气体，并以限定为控制蚀刻速率、选择性和侧壁斜坡的温度和压力来执行蚀刻。
接着，该方法包括形成用于覆盖外延材料(或压电膜)的暴露部分的第二电极的背侧谐振器金属材料2943(图29)，以形成从外延材料到接合焊盘金属的背侧的连接，该接合焊盘金属的背侧联接到覆盖上侧接合焊盘金属的第二电极构件。
如图所示，压电膜2921被夹在从衬底构件的上侧和背侧配置的该对电极之间。该构件为<111>取向的硅衬底，该硅衬底具有大于10ohm-cm的电阻率。
在示例中，该方法使用掩模和蚀刻工艺形成或图案化谐振器活跃区域。最终目标是在电气上且在空间上使第一电极构件与上侧的第二电极构件隔离，同时还微调谐振电容器。在示例中，谐振器活跃区域为200μm×200μm。图案化使用氯基rie或icp蚀刻技术。
该方法形成钝化层3050(图30)和一定厚度的保护材料3170(图31)。在示例中，该方法形成二氧化硅(其形成符合规范的结构)和覆盖的氮化硅盖材料的组合。二氧化硅和氮化硅材料使用硅烷、氮和氧源的组合来形成，并使用pecvd室来沉积。
该方法形成分别电联接到第一上部电极3241和第二上部电极3242的第一电极3261和第二电极3262(图32)。本征设备被标记为3201。在示例中，如期望的，该方法还可以包括其它步骤或其它材料。
在示例中，本方法可以还包括用于形成上部电极结构、钝化材料和背侧处理的这些工艺中的一者或多者。在示例中，包括覆盖结构的本衬底可以包括表面清洁件，其使用hcl：h2o(1：1)达预定量的时间，之后冲洗并放入溅射工具中。
在用于形成电极金属化的溅射工具中，该方法包括在单晶压电材料的暴露的上侧上使用溅射技术的钼(mo)金属
在示例中，该方法包括通过暴露光-电介质且开发掉盘上的介电材料来图案化以打开焊盘和探测盘。在执行背侧处理之前，该图案化工艺完成衬底结构的上部区域。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现本方法的进一步细节。
在示例中，衬底被设置在倒装晶圆上且被安装(使用光刻胶)到载体晶圆上以开始背侧工艺。在示例中，背侧处理使用多步(例如两步)工艺。在示例中，使用背侧磨削工艺使晶圆被削薄成从大约500μm到大约300μm和更小，该背侧磨削工艺可以还包括抛光和清洁。在示例中，背侧涂覆有掩膜材料(诸如光刻胶)且被图案化以打开用于压电材料的沟槽区域和接合焊盘区域。在示例中，该方法包括刻蚀到衬底(其例如可以是硅)中的浅刻蚀工艺。在示例中，该方法利用光刻胶涂覆背侧以打开并暴露压电材料的背侧区域，这使整个膜区域暴露，该整个膜区域包括封闭的压电材料和接合焊盘区域。在示例中，该方法还执行蚀刻直到使压电材料和接合焊盘暴露为止。在示例中，“挡边”支撑件为源自于两步工艺的特征，尽管可以存在变型。
在示例中，利用光刻胶对背侧图案化以对齐背侧盘金属(电极#2)、互连件和接合焊盘。在示例中，使用利用稀释的hcl:h2o(1:1)的清洁工艺或者其它合适的工艺来处理背侧。在示例中，假如晶圆的背侧利用金属以可选择的方式进行图案化而不是大面积的层状沉积，则该方法还包括在选择的区域中沉积约3000a的mo金属。在示例中，形成金属以减少寄生电容并使得能够对背侧布线以用于电路实现，这有益于不同的电路节点互连。在示例中，如果需要，则可以在mo之前作为粘结材料沉积薄的钛粘结金属
在示例中，该方法还包括，为了机械稳定性，形成背侧表面的介电钝化(25μm的自旋聚合物光-电介质(例如electrawlpsh32-1-1))。在示例中，在替选示例中，该方法包括沉积sin和/或sio2以填充背侧沟槽区域以提供合适的保护、隔离以及提供其它特征(若需要)。
在示例中，该方法随后分离和/或卸载完成的衬底以转移到晶圆载体中。完成的衬底具有多个设备以及覆盖的保护材料。在示例中，衬底现在准备好锯开和割断以及其它后端工艺，诸如晶圆级封装、或其它技术。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。
图33示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备的电路图。该图仅为示例，且不应当不适当地限制本文中的权利要求的范围。电路3301示出具有压电膜3322的框图，该压电膜3322被夹在第一上部电极3361和第二上部电极3362之间。框图3301的连接区域3303示出于电路图3302中，该电路图3302示出了等效的电路配置。
在示例中，本公开示出声反射器结构，仅如果需要或期望，则可以添加该声反射器结构。在示例中，单晶声谐振器(scar)设备上的声反射器可以提供改进的声耦合，所谓的k2。在传统的baw设备中，声谐振器被插入到衬底/载体材料中，尽管使用过，但其可能是笨重的且无效的。在示例中，因为将衬底的一部分从设备的单晶压电材料的背侧移除，因此在声谐振器的任一侧可能不需要或不期望声反射器。然而，相比于反射器被集成在衬底中的传统的体声波设备，该声反射器被集成在设备的上侧，除了其它功能之外，该设备可以服务于两种功能：(i)降低对scar设备的湿度敏感性，以及(ii)提供与滤波器设备和周围环境的声隔离(类似于法拉第笼)。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现这些特征和进一步特征。
图34和图35示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备上配置的反射器结构3400、3500。如图所示，该设备具有与前文示例(图14至图22)的设备类似的特征。另外，该设备配置有反射器结构，其包括高声阻抗材料3452、3552(例如金属，诸如mo、w、cu、ta)和低阻抗材料3451、3551(例如电介质，诸如为了在声谐振器设备之上形成声反射器)交替的四分之一波长层。图35还示出水平地联接到第一上部电极3541的第一电极3561和垂直地联接到第二上部电极3542的第二电极3562。本征设备被标记为3501。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。
图36示出与上述图中的单晶声谐振器设备集成的反射器结构的电路图。该图仅为示例，且不应当不适当地限制此处的权利要求的范围。如图所示，电路3601为具有压电膜3622的框图，该压电膜3622被夹在第一上部电极3661和第二上部电极3662之间。框图3601的连接区域3603示出于电路图3602中，该电路图3602示出了等效的电路配置。
在示例中，本发明可以提供声谐振器设备，其包括体衬底构件，并具有表面区域以及一定厚度的材料。在示例中，体衬底具有第一凹陷区域和第二凹陷区域、以及布置在第一凹陷区域和第二凹陷区域之间的支撑构件。
在示例中，该设备具有一定厚度的单晶压电材料，其形成为覆盖表面区域。在示例中，该厚度的单晶压电材料具有配置有第一凹陷区域的暴露的背侧区域，以及配置有第二凹陷区域的触点区域。该设备具有形成为覆盖该厚度的单晶压电材料的上部的第一电极构件，以及形成为覆盖该厚度的单晶压电材料的下部的第二电极构件，以利用第一电极构件和第二电极构件夹入该厚度的单晶压电材料。在示例中，第二电极构件从包括暴露的背侧区域的下部延伸到触点区域。在示例中，该设备具有配置有触点区域的第二电极结构以及配置有第一电极构件的第一电极结构。
如图所示，该设备还具有覆盖形成结构的上部表面区域的介电材料，该形成结构覆盖体衬底构件。该设备具有声反射器结构，该声反射器结构配置成覆盖第一电极构件、上部、下部和第二电极构件。如图所示，声反射器结构具有空间上配置在介电材料内的多个四分之一波长层。
图37和图38示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备上配置的反射器结构3700、3800。该图仅为示例，且不应当不适当地限制本文中的权利要求的范围。如图所示，该设备具有与前文示例(图24至图32)的设备类似的特征。另外，该设备配置有反射器结构，该反射器结构包括高声阻抗材料3752、3852(例如金属，诸如mo、w、cu、ta)和低阻抗材料3751、3752(例如电介质，诸如为了在声谐振器设备之上形成声反射器)交替的四分之一波长层。图38还示出水平地联接到第一上部电极3841的第一电极3861和垂直地联接到第二上部电极3842第二电极3862。本征器件被标记为3801。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。
图39示出了与上述图中的单晶声谐振器设备集成的反射器结构的电路图。该图仅为示例，且不应当不适当地限制本文中的权利要求的范围。如图所示，电路3901为具有压电膜3922的框图，该压电膜3922被夹在第一上部电极3961和第二上部电极3962之间。框图3901的连接区域3903示出于电路图3902中，该电路图3902示出了等效的电路配置。
在示例中，本发明可以提供声谐振器设备，该声谐振器设备包括体衬底构件，并具有表面区域以及一定厚度的材料。在示例中，体衬底具有第一凹陷区域和第二凹陷区域、以及布置在第一凹陷区域和第二凹陷区域之间的支撑构件。
在示例中，该设备具有一定厚度的单晶压电材料，该单晶压电材料形成为覆盖表面区域。在示例中，该厚度的单晶压电材料具有配置有第一凹陷区域的暴露的背侧区域，以及配置有第二凹陷区域的触点区域。该设备具有形成为覆盖该厚度的单晶压电材料的上部的第一电极构件以及形成为覆盖该厚度的单晶压电材料的下部的第二电极构件，以利用第一电极构件和第二电极构件夹入该厚度的单晶压电材料。在示例中，第二电极构件从包括暴露的背侧区域的下部延伸到触点区域。在示例中，该设备具有配置有触点区域的第二电极结构以及配置有第一电极构件的第一电极结构。
如图所示，该设备还具有覆盖形成结构的上部表面区域的介电材料，该形成结构覆盖体衬底构件。该设备具有声反射器结构，该声反射器结构配置成覆盖第一电极构件、上部、下部和第二电极构件。如图所示，声反射器结构具有空间上配置在介电材料内的多个四分之一波长层。
图40示出本发明的示例中的单晶声谐振器设备的底面区域和顶面区域的简化图。如图所示，图40包括俯视图4001和仰视图4003，各个视图分别具有对应的横截面视图4002和4004。这些视图示出了类似于前述谐振器设备的谐振器设备。压电膜4020被布置成覆盖衬底4010。该设备的上侧包括第一上部电极4041和第二下部电极4042。衬底的蚀刻的下侧包括下部电极4043。当然，可以存在变型、修改和替选方案。
图41和图44示出了配置在本发明的示例中的滤波器梯形网络中的单晶声谐振器设备的简化示例。该图仅为示例，且不应当不适当地限制本文中的权利要求的范围。在示例中，以下描述提供了用于一起制造，除了其它元件之外，两个或更多个谐振器以产生scar滤波器的图示和制造过程。
参照图41，如图所示，该方法开始于采取针对scar设备4100的物理实现(在图22中发现细节)并转化为电路元件4102。该电路元件包括第一电极4161、第二电极4162、和在两个电极之间的谐振电路设备4101。在示例中，每个声谐振器设备包括具有表面区域的体衬底结构，以及一定厚度的材料。在示例中，体衬底结构具有第一凹陷区域和第二凹陷区域以及布置在第一凹陷区域和第二凹陷区域之间的支撑构件。当然，可以存在变型。
在示例中，该设备具有一定厚度的单晶压电材料，该单晶压电材料形成为覆盖表面区域。在示例中，该一定厚度的单晶压电材料具有配置有第一凹陷区域的暴露的背侧区域，以及配置有第二凹陷区域的触点区域。在示例中，单晶压电材料具有大于0.4微米的厚度，尽管可以存在变型。在示例中，单晶压电材料的特征是小于1012缺陷/cm2的位错密度，尽管可以存在变型。
在示例中，该设备具有形成为覆盖该一定厚度的单晶压电材料的上部的第一电极构件，以及形成为覆盖该一定厚度的单晶压电材料的下部的第二电极构件，以利用第一电极构件和第二电极构件夹入该一定厚度的单晶压电材料，该第二电极构件从包括暴露的背侧区域的下部延伸到触点区域。在示例中，第二电极结构配置有触点区域，第一电极结构配置有第一电极构件。在示例中，该设备还具有覆盖形成结构的上部表面区域的介电材料和声反射器结构，该形成结构覆盖体衬底构件，该声反射器结构配置成覆盖第一电极构件、上部、下部和第二电极构件。
替选地，该设备可以包括其它前述特征中的任一者和其它项。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现本示例的进一步细节。
参照图42，示出了电路元件r1、r2、r3、r4、r5、r6和r7的串联分流配置4200，虽然可以存在变形和修改。即，该配置可以包括更大量的谐振器或更少的谐振器，这取决于示例。如图所示，图示配置用在声滤波器中的滤波器梯形网络，该声滤波器由串联分流配置scar组成。
现在参照图43，单片滤波器梯形网络具有配置在公共衬底构件上的标号为r1、r2、r3、r4、r5、r6和r7的多个单晶声谐振器设备。电路图4300对应于设备配置4301。当然，可以存在已经一起配置的更大量或更少的设备。
在示例中，每个声谐振器设备包括具有表面区域的体衬底结构，以及一定厚度的材料。在示例中，体衬底结构具有第一凹陷区域和第二凹陷区域、以及布置在第一凹陷区域和第二凹陷区域之间的支撑构件。当然，可以存在变型。
在示例中，该设备具有一定厚度的单晶压电材料，该单晶压电材料形成为覆盖表面区域。在示例中，该一定厚度的单晶压电材料具有配置有第一凹陷区域的暴露的背侧区域以及配置有第二凹陷区域的触点区域。在示例中，单晶压电材料具有大于0.4微米的厚度，尽管可以存在变型。在示例中，单晶压电材料的特征是小于1012缺陷/cm2的位错密度，尽管可以存在变型。
在示例中，该设备具有形成为覆盖该一定厚度的单晶压电材料的上部的第一电极构件，以及形成为覆盖该一定厚度的单晶压电材料的下部的第二电极构件，以利用第一电极构件和第二电极构件夹入该一定厚度的单晶压电材料，该第二电极构件从包括暴露的背侧区域的下部延伸到触点区域。在示例中，第二电极结构配置有触点区域，第一电极结构配置有第一电极构件。在示例中，该设备还具有覆盖形成结构的上部表面区域的介电材料和声反射器结构，该形成结构覆盖体衬底构件，该声反射器结构配置成覆盖第一电极构件、上部、下部和第二电极构件。替选地，该设备可以包括其它前述特征中的任一者或其它项。
如图所示，r1、r3、r5和r7以串联方式配置，使得r1的第二电极结构联接到r3的第一电极结构，r3的第二电极结构联接到r5的第一电极结构，r5的第二电极结构联接到r7的第一电极结构。该电路还包括配置在r2的第二电极结构和r3的第一电极结构之间的第一节点，配置在r3的第二电极结构和r5的第一电极结构之间的第二节点，以及配置在r5的第二电极结构和r7的第一电极结构之间的第三节点。
在示例中，r2被配置在第一节点和下部公共电极之间，使得r2的第一电极结构连接到第一节点，以及r2的第二电极结构连接到下部公共电极。在示例中，r4被配置在第二节点和下部公共电极之间，使得第一电极结构连接到第二节点，而第二电极结构连接到下部公共电极。在示例中，r6被配置在第三节点和下部公共电极之间，使得r6的第一电极结构连接到第三节点，以及r6的第二电极结构连接到下部公共电极。
在示例中，假设由于使用背侧通孔(从背侧电极2到上侧电极2)，单个设备在上表面(或公共侧)具有两个电极，则本电路被相应地布线于具有背侧通孔的每个scar设备，如在右上方所示。在示例中，包括7个背侧通孔，这些通孔可以消耗衬底结构的更大部分。可以贯穿本说明书且在下文更具体地发现本电路设备的进一步示例。
参照图44，以下图示为滤波器配置有减少或甚至最少地使用通孔以节省衬底面积。电路图4400对应于设备配置4401。在示例中，用于滤波器配置的值范围从7下降到1，或单个通孔(在右方示出)。在示例中，本图示使用以下边界条件：(1)r1的输入和r7的输出被布置使得它们均为上侧节点1；(2)使内部节点的数量最大化，这些内部节点使用公共节点；以及(3)公共节点(r2、r4、r6的底部)在衬底的上表面组合。如图所示，仅包括单个通孔，这导致费用、工艺和衬底面积的节省。当然，存在范围可从单个通孔到7个通孔或更多的多个示例。
在示例中，使用背侧连接和金属化，在公共内部节点上共享第二电极。在示例中，使用上侧连接共享第一电极，该上侧连接使各个第一电极联接在一起。在示例中，仅r4具有通孔结构，该通孔结构联接到较低的公共电极构件。当然，可以存在变型、修改和替选方案。在示例中，较少的通孔导致较小的寄生电容或其它负载，并减少工艺，以及改善衬底使用率，这有益于制造高度集成设备。
图45至图52示出根据本发明的示例的两元件式单晶声谐振器设备和三元件式单晶声谐振器设备的简化示例。该图仅为示例，且不应当不适当地限制本文中的权利要求的范围。在示例中，以下描述提供对于两元件式或三元件式scar设备的图示，这些scar设备在电路级上用于实现滤波器。在示例中，一些设备不包括通孔结构，这是有益的且更高效的。
参照图45，图示示出了前文讨论的滤波器梯形结构4500，在示例中，该滤波器梯形结构4500可以由两元件式设备，r1、r2、r3、r4、r5、r6和r7来配置。如图所示，在示例中，r1和r2可以被配置为形成串联分流的两元件式设备4501。如图所示，在示例中，r6和r7可以被配置为形成串联分流的两元件式设备4502。当然，可以存在其它变型。
参照图46，图示示出了前文讨论的相同的滤波器梯形结构4600，在示例中，该滤波器梯形结构4600可以被构造成三元件式“y”设备和“pi”设备。在示例中，r1、r2和r3可以配置为组成串联-分流-串联“y”元件scar设备4601。在示例中，r4、r5和r6可以配置为组成分流-串联-分流三元件式“pi”scar设备4602。在示例中，其它三元件式“y”和“pi”scar设备可以由该网络来构造，例如r5-r6-r7组成“y”设备，r2-r3-r4组成“pi”设备。当然，可以存在其它替选方案、修改和变型。在参照图47的示例中，图示可以在scar滤波器中提供最低计数的通孔或任何期望的计数，这取决于实施方式。图47可以示出与在图44中所示的配置(4400/4401)类似的配置(4700/4701)。可以贯穿本说明书并在下文更具体地发现本示例的进一步细节。
在示例中，该描述通过图48示出了串联-分流两元件式三端scar设备。在示例中，除了其它组合，如所注意到的r1和r2可以由两个简易的scar结构来配置。在示例中，这类两元件式设备4801不具有通孔，而具有两个端子(包括t1、t2)，这两个端子在衬底构件的上侧，以及第三端子(t3)在衬底的背侧。在示例中，该描述示出了分流-串联两元件式三端scar设备4800。在示例中，从左向右参照r1至r2，示出了串联-分流设备。从右向左到左侧，分流-串联设备被示出且具有与前述设备相同的物理结构。当然，可以存在其它变型、修改和替选方案。
现在参照图49，该描述示出了不具有通孔结构的“y”三端scar设备，这减小了设备的尺寸。如图所示且已描述的，除了其它组合之外，在示例中，r1、r2和r3形成三元件式三端“y”配置的scar设备4900。这类示例具有显著的特征，诸如无通孔结构，t1、t2、t3为配置在衬底构件的上侧的、用于接合线的连接。在示例中，该设备还具有节点二(2)，其对于r1、r2和r3是公共的、且“内部地”配置以及连接在衬底构件的背侧上。在示例中，该设备为串联分流串联配置，且具有三个单独的scar区域，这三个scar区域对应于组成“y”配置设备的三个设备。
现在参照图50，该描述示出了具有单个通孔结构的“y”三端scar设备，这减小了设备的尺寸。如图所示且已描述的，除了其它组合之外，在示例中，r3、r4和r5形成三元件式三端“y”配置的scar设备5000。这类示例具有显著的特征，诸如在背侧上的连接到衬底构件的前侧或上侧的单个通孔。在示例中，该设备还具有t1和t2触点，其配置到衬底的背侧且可接入到衬底的背侧。t3配置到衬底的前侧且可接入到衬底的前侧。对于r3、r4和r5为公共的节点一(1)“内部地”配置以及连接在衬底构件的前侧上。在示例中，该设备为串联分流串联配置，且具有三个单独的scar区域，这三个scar区域对应于组成“y”配置设备的三个设备。
参照图51，在示例中，该描述示出了具有单个通孔结构的“pi”三端scar设备。如图所示，除了其它组合之外，r2、r3和r4形成三元件式三端“pi”配置的scar设备5100。这类设备具有显著的特征，诸如用于将背侧连接路由到衬底的前侧的单个背侧通孔结构。在示例中，用于设备r2和设备r3中的每一者的节点二(2)在背侧上彼此连接且形成端子1(t1)。在示例中，端子3(其为t3)为可接入到衬底的前侧的触点。在示例中，用于设备r3和r4中的每一者的节点一(1)被配置到前侧且连接在前侧上并形成端子2(t2)。在示例中，该设备为分流串联分流配置。在示例中，该设备包括三个单独的scar区域，这三个scar区域对应于形成三(3)个元件的三个设备，这三个元件形成且组成“pi”配置。所示出的是分流串联分流三(3)元件式三端“pi”scar设备的简化图示，该scar设备在r4分流支路或构件上具有单个通孔结构。当然，可以存在变型、替选方案和修改。
参照图52，在示例中，该描述示出了具有两(2)个背侧通孔结构的“pi”三端scar设备。如图所示，已经在前文示例中描述了设备，然而，在该示例中，本设备在端子1(t1)上具有附加通孔，该端子1配置到从背侧到前侧的触点区域。在示例中，该设备具有显著的特征，诸如用于路由背侧触点区域以连接到衬底的前侧的两(2)个背侧通孔结构。在示例中，该设备具有用于各个设备元件r2和r3的节点二(2)，该节点二(2)在背侧上彼此连接且然后使用通孔结构被路由到衬底的前侧以形成端子1(t1)。在示例中，端子3(t3)配置到可接入到基板衬底的前侧的触点。在示例中，用于各个设备元件r3和r4的节点1(1)配置到前侧且连接在前侧上以及形成端子2(t2)。在示例中，该设备提供分流串联分流配置。另外，该设备包括使用与设备有关的三个单独的scar区域，这些设备形成且组成“pi”配置。在示例中，所示出的是分流串联分流三元件式三端“pi”scar设备5200，该scar设备5200在r4分流支路上具有单个通孔以及单个通孔结构1，该单个通孔结构1连接用于配置的r2和r3的内部节点二(2)且使t1连接到衬底的前侧。
尽管上文为具体实施方式的全面描述，但是可以使用各种修改、替选构造和等效物。因此，上文描述和图示不应当被视为限制由所附权利要求所限定的本发明的范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！