包括表面波濾波器和體波濾波器的聲波器件及其製造方法

2023-08-09 15:26:56

專利名稱：包括表面波濾波器和體波濾波器的聲波器件及其製造方法
技術領域：
本發明的領域為帶通濾波器領域，更具體而言，為聲波濾波器領域。
背景技術：
射頻通信在過去十年左右的時間裡的發展體現在授權頻帶(authorized frequency band)的擁擠。為了開發可用頻帶，系統必須包括具有窄過渡頻帶的帶通濾波裝置。只有SAW(表面波)或BAW(體波)技術中利用材料的壓電特性的諧振器濾波器能夠使這些規格達到低損耗和減輕的擁擠。目前，用於這些濾波器的壓電層可以通過沉積來製造，這可以設計體聲波濾波器(BAW濾波器)，或者可以用大塊襯底來製造，這可以設計表面聲波濾波器(SAW濾波器)。電信設備的專業人員所要求的規格在帶外抑制和過渡剛度方面愈加嚴格，對於其他參數(插入損耗、帶內變化等等)也沒有任何的放鬆。獲得少許設計空間的唯一途徑是顯著降低由於溫度弓I起的頻率變化。象徵性地回憶一下，石英諧振器的諧振頻率的變化通過下面的公式確定f (T) = f0[ HCTF1(T-T0)+CTF2 (T-T0) V..]其中fQ為Ttl處的頻率，T0為參考溫度(按照慣例為25°C )，CTF1為用ppm/°C表示的一階係數，CTF2為用ppb/°C 2表示的二階係數。通過例如將CTFl從35ppm/°C變化到20ppm/°C或以下，可以顯著提高產品的性能
水平，進而顯著提高產品的競爭力。圖1示意性地表示了 SAW濾波器結構在大塊壓電襯上，通常為叉指電極梳型Msl和Ms2的表面金屬化確保了允許傳播表面聲波的壓電材料的激勵。考慮到其魯棒性、技術上容易實現以及眾多可用的濾波器結構，表面波濾波器目前仍然是用於合成和製造50MHz-3GHz範圍內的RF濾波器的標準解決方案，基於指定的規格為設計者提供正確的設計策略。例如，儘管受到熱漂移的影響，但是由於高耦合係數(大於10% )及品質因數Q， 鉭酸鹽和鈮酸鋰濾波器可以產生比體波濾波器更大的相對帶寬。因此，可以得到接近IO13 的表面波乘積QXfmax。而對於薄膜上的體波所得到的乘積則保持在大約4X 1012。圖Ib示意性地表示了體波濾波器結構壓電襯底v插在兩個金屬化M1和M2 之間，其能夠傳播體波。體波濾波器是大約三十年前提出的，其頻率從幾MHz到幾十MHz，主要採用用於窄帶應用的石英上的阻抗元件或者橫向耦合結構，但是其用於射頻的實現方式只能追溯十年左右，是在Lakin的涉及出於這種目的使用通過陰極濺射沉積的壓電層的開拓性著作 (K. M. Lakin 禾口 J. S. Wang, UHF composite bulk wave resonators,1980IEEEUltrasonics Symposium Proceedings, pages 834-837)出現之後。Agilent公司是第一個基於使用沉積的多晶材料氮化鋁(AlN)薄膜的阻抗元件開發FBAR(薄膜體聲波諧振器)濾波器型RF濾波器的。
BAff諧振器使用通過隔膜(AVAG0技術公司所採用的FBAR技術)或者通過Bragg 陣列anfineon公司所採用的SMR技術)與襯底聲學隔離的薄壓電層的厚度共振。目前在BAW技術中最為廣泛運用的材料是氮化鋁(AlN)，其具有呈現大約6. 5 %的壓電耦合係數並且呈現低的聲損耗和介電損耗的優點，這樣就能夠合成濾波器呈現與介於 2GHz和4GHz之間的大多數電信標準所要求的規格相匹配的通帶的濾波器。但是，面臨諸如DCS標準的一些頻帶所呈現出的極大限制的規格，不斷出現許多問題。AlN所允許的壓電耦合係數不允許大於3%的相對通帶。這種帶寬已經需要使用這樣的電極其具有非常強的聲阻抗(由鉬或鎢製成)，以便在壓電層中包含彈性能， 並且具有仔細確定的厚度，以便使其對諧振器的壓電耦合係數的影響最大化，如R. Aigner 在 Proceedings of thethird international symposium on acoustic wave devices for future mobilecommunication systems (2007)中的論文"Bringing BAW technology intovolume production :the Ten Commandments and the seven deadly sins」 以及 J. Kaitila的出片反物「Review of wave propagation in BAW thin filmdevices progress and prospects，，，Proceedings of the 2007IEEEUltrasonics Symposium 所述。目前沒有用於與恆定損耗相關的擴大該頻帶的可靠解決方案。目前正在進行各種研究工作來尋找表現出更高的壓電耦合係數的其他材料，但是必須指出的是，難以發現提供低的聲損耗並且能夠被可重複且均勻地沉積的其他材料，如P. Muralt等人的論文「Is there a bettermaterial for thin film BAW applications than A1N」，Proceedings of the2005IEEE Ultrasonics Symposium 所述。相反，諸如鈮酸鋰或鉭酸鋰的單晶材料提供非常高的機電耦合係數，可以製造呈現大約50%的相對帶寬的濾波器，但是它們實現起來仍然是複雜的。此外，諸如DCS的標準既要求寬通帶又要求強烈排斥相近標準。為了同時克服這些限制，必須使用具有非常強的質量係數的諧振器。因此，開始刻畫由材料自身而不是由結構所帶來的限制，很有可能的是，多晶材料最終不再能夠滿足質量係數的上升，特別是標準的頻率向IOGHz上升。如D.fechon等人在 2008European Frequency andTime Forum 發表的論文 「Filters using high overtone bulk acousticresonators on thinned single-crystal piezoelectric layer，，所述，單晶材料在大於IGHz的頻率處具有為大約一萬數量級的固有質量係數，在這裡作為感興趣的解決方案也是出色的。基於氮化鋁AlN的BAW諧振器採用能夠在空氣中產生聲輻射的縱向振動模式， 其為其他聲損耗的來源。此外，與壓縮模式關聯的體積變化導致材料內部的聲損耗增加， H. L. Salvo 等人的 「Shear mode transducers for high Q bulk microwave resonators」， Proceedings of the41stAnnual Frequency Control Symposium(1987)中特別對此描述。減少兩個損耗來源的一種方式是利用橫波，這需要使用AlN以外的材料，或者需要改變所沉積的AlN層的晶體取向。研究集中在晶軸c位於襯底的平面內或者與法向成35°角的AlN層的沉積，但是所獲得的材料的質量已被證明不如縱軸c的情況好，作者J. S. Wang等人的「Sputtered c-axis piezoelectric films and shear waveresonators，，，Proceedings of the 37thAnnual Frequency ControlSymposium(1983)已對此作出論證。從這種現有技術中看出，每種類型的濾波器都具有優點和缺點。例如，眾所周知， SAff濾波器具有強耦合係數，能夠實現更高截止度。BAff濾波器的使用主要是由於其低插入損耗以及其比SAW更加有效的溫度補償。因此，有利的是，製造一種組合了 SAW濾波器和BAW濾波器的濾波器，以從每個系統受益。於是為了將SAW濾波器和BAW濾波器集成到同一系統中，出現了封裝的問題，在空間、重量及因此相關的成本以及優化每個濾波器的性能水平這些方面都存在問題。已經提出將表面聲波(SAW)濾波器和體聲波(BAW)濾波器共同集成到同一器件中，通過並排設置從兩個或多個不同的生產線獲得的BAW濾波器和SAW濾波器來進行封裝， 從而實現SAW/BAW共同集成。關於同一襯底上的共同集成，N. Lobo, D. C. Malocha的文章『School of Electrical Engineering and Computer Science University ofCentral Florida, Orlando, FL, 1051-0117/06, 2006IEEE, UltrasonicsSymposium，，中提出使用公用電極來製造SAW濾波器和BAW濾波器，出於同樣的原因，不能彼此獨立地實現所述兩個濾波器的優化。專利US 6 424 238或專利申請US 2007/0057772中還提出通過涉及封裝兩個耦合的但是不是非常緊湊的晶片的方法來進行共同集成。專利申請US 2008/(^84541中所描述的不同的方法提出了用於生產BAW的襯底的製造。該專利申請提到了其他元件(LED、HEMT和其他這種類型的)的集成。但是，相同的有源層用於全部的元件，這沒有考慮到每個濾波器的獨立優化，在一個典型的例子中是SAW 和BAW的分別優化。最後，根據專利申請US 2008/0MM5，還提出在同一襯底上共同集成BAW和SAW， 對這些濾波器的每一個使用不同的壓電材料。

發明內容
在這一背景下，申請人在本發明中提出製造也包括BAW和SAW的共同集成的結構， 所述BAW是由單晶壓電材料製造的，這樣做是為了獲得更好的固有質量係數，並且使用了特殊的製備方法。更具體而言，本發明的主題是一種包括至少一個表面聲波濾波器和一個體聲波濾波器的聲波器件，其特徵在於，所述聲波器件在包括第二壓電材料的襯底上包括包括至少一個第一金屬層和一層第一單晶壓電材料的疊層；所述疊層被部分蝕刻，從而限定其中存在第一壓電材料和所述第二壓電材料的第一區域以及其中不存在所述第一壓電材料的第二區域；所述第一區域中的第二金屬化以及所述第二區域中的第三金屬化，所述第二金屬化用於限定結合有所述第一壓電材料的所述體聲波濾波器，所述第三金屬化用於限定結合有所述第二壓電材料的表面聲波濾波器。根據本發明的一種變形，所述襯底是由第二壓電材料製成的。根據本發明的一種變形，所述襯底包括一層第二壓電材料。根據本發明的一種變形，所述第二壓電材料是LiNb03、LiTa03或La3Gii5SiO14 (矽酸鎵鑭)、La3Ga5.5Ta0.5014 (鉭酸鎵鑭)型的。 根據本發明的一種變形，所述第二壓電材料是SrTiO3(STO)或H^rTiO3 (PZT)或 AlN或ZnO型的。 根據本發明的一種變形，所述第一壓電材料是LiNbO3 (LNO)、LiTaO3 (LTO)、 La3Ga5SiO14 (矽酸鎵鑭)、La3Ga5. Jeiq. 5014(鉭酸鎵鑭),SrTiO3(STO) ,PbZrTiO3(PZT)、Α1Ν、Ζη0 型的。根據本發明的一種變形，所述襯底是藍寶石、矽、石英、玻璃型的。根據本發明的一種變形，所述第一金屬層是由銅(Cu)、銅鋁合金(AlCu)、鎢(W)、 鉬(Mo)、AlSi、Cr型金屬製成的。根據本發明的一種變形，所述器件還包括插在第一金屬化和所述第二壓電材料之間的至少一個分子鍵合層，所述分子鍵合層為SiO2型的低溫氧化物型的。根據本發明的一種變形，所述器件還包括位於該層第二壓電材料上且位於所述第一金屬層下方的解耦層。根據本發明的一種變形，所述解耦層是一層空氣。根據本發明的一種變形，所述解耦層包括Bragg陣列結構，所述陣列能夠包括交替的鎢(W)層和二氧化矽(SiO2)層。同樣是本發明的主題的是一種用於製造根據本發明的包括至少一個表面聲波濾波器和一個體聲波濾波器的聲波器件的方法，其特徵在於，該方法包括下列步驟形成包括至少一層第二壓電材料、第一金屬化層(M1)和一層第一單晶壓電材料的堆疊，包括在該層第二壓電材料上施加與所述第一金屬化層關聯的該層第一壓電材料；部分蝕刻所述堆疊，從而限定其中存在所述第一壓電材料和所述第二壓電材料的第一區域以及其中不存在所述第一壓電材料的第二區域；在所述第一區域中製造第二金屬化，以限定結合有所述第一壓電材料的所述體聲波濾波器，以及在所述第二區域中製造第三金屬化，以限定結合有所述第二壓電材料的表面聲波濾波器。根據本發明的一種變形，在該層第二壓電材料上施加與所述第一金屬化層關聯的該層第一壓電材料包括在包括第一金屬化的頂層的第一壓電材料的襯底內限定第一壓電材料的薄層，限
定第一組件；將在第一壓電材料的襯底內包括限定的所述第一壓電材料的薄層的所述第一組件在第一金屬化側組裝到所述第二壓電材料上；從所述第一壓電材料的薄層分離所述第一壓電材料的襯底。根據本發明的一種變形，限定第一壓電材料的薄層包括下列步驟將至少在表面上包括所述第一壓電材料的襯底金屬化；在所述襯底中注入離子，以在所述第一壓電材料中產生限定所述第一壓電材料的薄層的隱埋脆弱區域。根據本發明的一種變形，使用氫離子和/或氦離子來執行離子注入。根據本發明的一種變形，通過熱處理來產生分離。根據本發明的一種變形，在該層第二壓電材料上施加與所述第一金屬化層關聯的
7該層第一壓電材料包括將包括覆蓋有第一金屬化的頂層的至少一層第一壓電材料的第一襯底與第二壓電材料組裝的步驟，以及通過研磨/拋光來減薄所述第一襯底以便限定第一壓電材料的薄層的步驟。根據本發明的一種變形，通過分子鍵合來執行組裝。根據本發明的一種變形，所述第一組件包括第一鍵合層，第二壓電材料被第二鍵
合層復蓋。根據本發明的一種變形，所述第一組件包括解耦層。根據本發明的一種變形，該層第二壓電材料是由第二壓電材料的大塊襯底的表面部分構成的。根據本發明的一種變形，該層第二壓電材料(Pi&。2)是沉積或者通過外延或表面安裝施加到襯底上的。


通過閱讀接下來藉助於附圖作為非限制性示例給出的描述，將更好地理解本發明，其他優點將會變得明顯，其中圖Ia和圖Ib分別顯示了表面聲波和體聲波結構；圖2顯示了根據本發明的示例性器件；圖3顯示了基於注入/斷裂來施加薄膜的方法的主要步驟；圖如至圖4h顯示了用於製造根據本發明的器件的示例性方法的不同步驟。
具體實施例方式一般而言，如圖2所示，本發明的器件包括至少在表面上包括壓電材料的襯底。有利地，如下文所述，襯底可以是壓電材料Pi&。2，該壓電材料Pi&。2上設置有包括一層金屬M1,、一層壓電材料Pi6zt5l以及一層金屬M2的堆疊，從而限定出在其中製造BAW型體聲波濾波器的第一區域。有利地，在第二壓電材料和該層金屬M1之間設置聲解耦層，以解耦兩個壓電層。襯底Pi6z。2還在第二區域中包括用於在所述壓電材料的表面上限定一組電極的金屬化組件M3,從而產生表面聲波濾波器。壓電材料可以是不同類型的壓電材料可以是多晶壓電材料，特別是當壓電材料是沉積而成的並且可能被烘烤時更是如此(SrTiO3或H^rTiO3或AlN或SiO的情況)， 當壓電材料為表面安裝型時，其有利地為單晶壓電材料(LiNb03、LiTaO3^ La3Ga5SiO14, La3Ga5.5Ta0.5014 的情況)。下面將描述特別適合於製造本發明的器件的製造方法。為了產生單晶材料Pi6zt5l的薄層，有利地可以使用兩種類型的用於施加薄層的現有技術，其可以保持從其上取得該薄層的起始襯底的單晶性質第一種技術是基於氣體離子 (典型地為氫)的注入，被稱為注入/斷裂技術，第二種技術是基於在鍵合之後機械減薄，被稱為鍵合/機械減薄技術。這些技術可以用於將單晶體層施加到接收襯底或宿主襯底上。這些技術在矽上是完全受控的，除了其他方面，這就能夠實現SOI (絕緣體上矽)晶片的工業製造。這兩種技術的差別在於所要施加的材料厚度範圍，鍵合/機械減薄方法限於最小几微米的數量級的厚度，注入/斷裂方法就其本身而言能夠獲得非常小的厚度，通常可以小於大約0. 5 μ m，但是使用常規微電子注入機時限於大於2 μ m的值，使用高能注入機時限於幾十μ m的值。文章"Silicon on insulator material technology，，，Electronic letters， 31(14)，p. 1201-1202(1995)中特別描述了注入/斷裂施加方法，其特別能夠製造SOI 「絕緣體上矽」襯底。該方法被示意性地概括為圖3中所顯示的下列四個步驟步驟1 將氣體種類(例如氫和/或稀有氣體)注入例如矽制的施主襯底A，以形成隱埋脆弱區域，其在該襯底中界定出將要轉移的薄膜。步驟2 然後例如通過直接鍵合(也被稱為分子鍵合)在之前限定的薄膜的水平處將施主襯底與接收襯底B組裝。步驟3 之後，通過熱處理並目.可施加機械力作為輔助，在隱埋脆弱區域的水平處執行斷裂步驟。所得到的結果一方面是貼附在接收襯底上的薄膜，另一方面是與初始施主襯底A相對應的剝去轉移薄膜後施主襯底的剩餘部分。後者可以循環以產生另一轉移。步驟4 有可能可以執行最終處理，例如高溫烘烤，以強化轉移薄膜和接收襯底之間的鍵合界面。轉移薄膜的厚度與離子束的注入能量直接相關。作為示例，使用常規的注入機 (能量< 210KeV)，所轉移的矽的厚度從幾十nm到大約2 μ m。轉移層的厚度是一致和均勻的，因為它是由注入深度限定的，而不是由機械減薄限定的。這是一種例如能夠製造異質結構的靈活方法。除了矽之外，已通過這種技術轉移了不同的材料-SiC :L DiCioccio，F. Letertre, Y. Le Tiec, Α. Μ. Papon，C. Jaussaud 禾口 Μ· Bruel "Silicon carbide on insulator formation by SmartCutTM process，，;Master. Sci. Eng.， vol. B46，pp. 349-356(1997)；-GaAs :E. Jalaguier, B. Aspar, S. Pocas，J. F. Michaud，M. Zussy, A. M. Papon 禾口 Μ. Bruel "Transfer of thin GaAs film on silicon substrateby proton implantation process，，，Electronic letters，vol. 34，No. 4，pp. 408-409 (1998)；-InP :E. Jalaguier, B. Aspar, S. Pocas, J. F. Michaud, A. M. Papon 禾口 Μ· Bruel "Transfer of thin InP film onto silicon substrate by protonimplantation process，，，IEEE Proc. Ilth International Conference on IndiumPhosphide and Related Materials，Davos (Switzerland)(1999)；-GaN :A.Tauzin，T.Akatsu，M.Rabarot, J. Dechamp :「Transfersof 2-inch GaN films onto sapphire substrates using Smart CutTMtechnology」， Electronics Letters 26th May 2005vol. 41No. 11 ；-或者 Ge :C. Deguet 等人-200mm Germanium-On-Insulator (GeOI) structures realized from epitaxial Germanium wafers by the Smart Cut technology-Electro Chemical Society 2005o
可以在石英、矽、Ge、GaAs、藍寶石等等的不同的接收襯底上製造這些轉移。因此這種方法可以提出集成電極或Bragg濾波器，而不會對技術產生很大的幹擾，這特別適合於本發明所解決的問題。實際上，目前在用於MEMS微系統的大多數元件中是通過PVD或溶膠凝膠型沉積技術來製造壓電材料層。通常，要為這些元件產生的層是在幾百nm和一微米之間的厚度範圍內。這就是用於該厚度範圍的壓電和單晶電致伸縮層的製造的控制構成顯著的技術障礙的原因。研究已經顯示了通過注入/斷裂來轉移壓電層的可能性。特別可以參考下歹Il 出片反物Integration of single-crystal LiNbO3 thin film onsilicon by laser irradiation and ion implantation-induced layer transfer, Y.B.Park, B.Min, J.Vahala*H.A.Atwater，Advanced Materials, vol. 18 Q006) 1533。這些作者論證了通過共同注入80keV,5el6離子/cm2劑量的H離子和lel7離子/cm2劑量的115keV氦能來製造SOOnm的LiNbO3的轉移。該出版物的獨創性在於使用作為用於該用途的加熱源的 CW-CO2 (100MW. m_2)雷射器來實現的轉移機制。M. Alexe 所進行的石if 究"Ferroelectric oxide single-crystal line layers by wafer bonding and Hydrogen/Helium implantation, I. Radu, I. Szafraniak, R. Scholz, M. Alexe，U. Gosele, Mat. Res. Soc. Symp. Proc.，vol. 748 (2003) 」 通過使用氦離子和氫離子解決了尋找不同材料(例如1^恥03丄仏比3、51~1103或者甚至H^rTiO3)的最優氣泡條件(用於通過注入/斷裂轉移的決定性條件)的問題。使用H+注入和B+/H+共同注入，在LiTaO3 Φ τΤ^Ι^WfF^「Investigation of H+and B+/H+implantation in LiTa03 single crystals，，，Nuclear Instruments and Methodsin Physics Research, B 184(2001)p. 53, 這些作者主要關注的是表徵注入所產生的破壞以及復原烘烤的作用。最後，根據注入/ 斷裂技術 J-S. Moulet 和 al ；"High piezoelectricproperties in LiNb03 transferred layer by the Smart Cut technology forultra wide band BAff filter application, IEDM 2008-IEEE-International-Electron-Devices-Meeting. -Tec hnical-Digest. 2008，申請人本人提出了用於轉移LiNb03的方案。這就是為什麼本發明的特別適合於本發明的器件設計的方法提出結合了在單晶薄層中的壓電材料上製造SAW和BAW濾波器的優點和能夠通過用於施加單晶薄層(特別是通過注入/斷裂)的技術在同一襯底上製造SAW元件和BAW元件的優點，同時，就晶體取向和每種類型的元件的獨立優化而言，能夠提供更大的選擇空間。因此，圖如至圖4i顯示了這種方法的不同步驟。如圖如所示，在第一壓電材料Pi6zt5l的襯底上沉積金屬層軋。之後，如圖4b所示，根據壓電材料的性質，例如基於H+、He或兩種類型的混合物， 並且根據所要轉移的厚度，使用介於1 X IO16和1 X 1017at/cm2之間的劑量並且使用介於 50keV和MOkeV之間的能量，執行離子注入操作，以產生用於在壓電襯底Pi6zt5l內限定待轉移的壓電薄層Cpi6zt5l的隱埋脆弱區域。應注意的是，如果熱條件允許的話，可以在沉積金屬層虯之前執行注入。之後，有利地，如圖如所示，例如使用充分緻密而不需要緻密化的低溫二氧化矽 (例如，通過離子束濺射進行沉積)，在金屬層上面沉積幾十甚至是數百納米的鍵合層C。lt) 然後，製備該層以適合於直接鍵合操作，製備例如可以通過拋光(CMP型使用基於膠體二氧化矽的泥漿的機械化學拋光)進行，其可以使表面獲得直接鍵合所需要的粗糙度和化學活化。並行地，如圖4d所示，有利地，從大塊單晶第二壓電材料Pi&。2的襯底產生中間層 C2 (如果是Bragg陣列的話，其可以直接用作聲解耦層，或者是在除去之後，這時代替除去的層的空氣用於實際的解耦)的沉積以及適合於後續的分子鍵合操作的鍵合層C。2的沉積。 更具體而言，選擇大塊壓電襯底(例如LiNb03、LiTa03等類型的)用於SAW應用(在材料的取向、性質等方面)。層C2可以包括例如犧牲層或者Bragg陣列(幾百nm的W/Si02交替層)，表面上有一層例如SiO2，其將在後續用於鍵合併且用作鍵合層Cc2。類似地，鍵合層Ccl可以是最終設置在第二壓電材料和第一金屬層Ml之間的Bragg陣列的不可分割的部分。當SAW被補償時，層Ccl和Cc2還可以發揮補償壓電材料的溫度變化的作用。還可以設置額外的層，以確保該補償。之後如圖如所示，通過分子鍵合來鍵合兩個襯底。然後應用熱處理(在100°C和500°C之間，優選250°C )，以便開始轉移第一材料 Pi-的薄膜，如圖4f所示，這可以使待轉移的薄壓電層Pi^與第一壓電材料的襯底的其餘部分分離。可以應用未表示的精製方法(例如熱處理和/或拋光，以獲得適合於元件的後續製造的粗糙度)。然後，蝕刻以這種方式產生的一部分堆疊，以便限定分別專用於形成體聲波濾波器和專用於形成表面聲波濾波器的兩個區域，如圖4g所示。更具體而言，例如通過幹法蝕刻蝕刻頂層，以露出材料Pi&。2的層，從而能夠彼此獨立地產生和優化兩個元件(在電極的設計/材料等方面)。然後執行金屬化M2的製造，該金屬化M2與BAW型濾波器的頂部電極相對應，底部電極由金屬化M1構成。之後還執行材料Pi6z。2的表面上的金屬化M3的製造，在金屬化M3中 「設計」 SAff濾波器的設計所必需的電極，如圖3所示。在該階段，如果已經設置了犧牲解耦層，則可以例如通過選擇性蝕刻將其去除，以在該層第二壓電材料和金屬化層M1之間留下確保兩個壓電層之間的聲解耦的空氣。可以設想上文所描述的方法的不同選擇實際上，用於實現轉移操作的另一種方法可以是例如通過直接鍵合來組裝兩個襯底，然後通過研磨/拋光步驟來減薄第一壓電材料PiM1的襯底。在這種情況下所獲得的材料的厚度通常大於幾微米。根據另一種變形，可以用複合襯底來代替材料Pi&。2的大塊襯底，所述複合襯底由其上轉移(通過注入/斷裂或者鍵合/機械減薄)或者沉積或者通過外延施加了壓電層的宿主襯底(例如藍寶石、矽、石英或類似類型的適合於溫度補償的材料)組成。例如可以以藍寶石襯底上的AlN外延為例。類似地，可以用複合襯底來代替在其中製造第一壓電材料的薄層的材料Pi6zt5l的大塊襯底，所述複合襯底由其上轉移(通過注入/斷裂或者鍵合/機械減薄)或者沉積或者通過外延施加了第一壓電材料層的宿主襯底(例如藍寶石、矽、石英或類似類型的適合於溫度補償的材料)組成。
權利要求
1.一種包括至少一個表面聲波(SAW)濾波器和一個體聲波(BAW)濾波器的聲波器件， 其特徵在於，所述聲波器件在包括第二壓電材料(Ρ ζ。2)的襯底上包括包括至少一個第一金屬層(M1)和一層第一單晶壓電材料(P&J的疊層；所述疊層被部分蝕刻，從而限定其中存在第一壓電材料和所述第二壓電材料的第一區域以及其中不存在所述第一壓電材料的第二區域；所述第一區域中的第二金屬化(M2)以及所述第二區域中的第三金屬化(M3),所述第二金屬化(M2)用於限定結合有所述第一壓電材料的所述體聲波濾波器，所述第三金屬化(M3) 用於限定結合有所述第二壓電材料的表面聲波濾波器。
2.根據權利要求1所述的聲波器件，其特徵在於，所述襯底是由第二壓電材料製成的。
3.根據權利要求1所述的聲波器件，其特徵在於，所述襯底包括一層第二壓電材料。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的聲波器件，其特徵在於，所述第二壓電材料是 LiNbO3、LiTaO3、Lafa5SiO14 (矽酸鎵鑭)、La3Gii5. Jeiq. 5014 (鉭酸鎵鑭)型的。
5.根據權利要求3所述的聲波器件，其特徵在於，所述第二壓電材料是SrTiO3(STO)或 PbZrTiO3 (PZT)或 AlN 或 ZnO 型的。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的聲波器件，其特徵在於，所述第一壓電材料是 LiNbO3 (LNO)、LiTaO3 (LTO)、La3Ga5SiO14 (矽酸鎵鑭)、La3Ga5.5Ta0.5014 (鉭酸鎵鑭)、 SrTiO3(STO)、PbZrTiO3 (PZT)、A1N、ZnO 型的。
7.根據權利要求3所述的聲波器件，其特徵在於，所述襯底是藍寶石、矽、石英、玻璃型的。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的聲波器件，其特徵在於，所述第一金屬層是由銅 (Cu)、銅鋁合金(AlCu)、鎢(W)、鉬(Mo)、AlSi、Cr型金屬製成的。
9.根據前述權利要求中任一項所述的聲波器件，其特徵在於，其還包括插在第一金屬化和所述第二壓電材料之間的至少一個分子鍵合層，所述分子鍵合層為S^2型的低溫氧化物型的。
10.根據前述權利要求中任一項所述的聲波器件，其特徵在於，其還包括位於該層第二壓電材料上且位於所述第一金屬層下方的解耦層。
11.根據權利要求10所述的聲波器件，其特徵在於，所述解耦層為一層空氣。
12.根據權利要求10所述的聲波器件，其特徵在於，所述解耦層包括Bragg陣列結構。
13.根據權利要求12所述的聲波器件，其特徵在於，所述Bragg陣列包括交替的鎢(W) 層和二氧化矽(SiO2)層。
14.一種用於製造聲波器件的方法，所述聲波器件是根據權利要求1至13所述的包括至少一個表面聲波(SAW)濾波器和一個體聲波(BAW)濾波器的聲波器件，其特徵在於，該方法包括下列步驟形成包括至少一層第二壓電材料(Piiz。2)、第一金屬化層(M1)和一層第一單晶壓電材料 (Pi4zol)的堆疊，包括在該層第二壓電材料(Piiz。2)上施加與所述第一金屬化層(M1)關聯的該層第一壓電材料(PiizJ ；部分蝕刻所述堆疊，從而限定其中存在所述第一壓電材料和所述第二壓電材料的第一區域以及其中不存在所述第一壓電材料的第二區域；在所述第一區域中製造第二金屬化(M2)，以限定結合有所述第一壓電材料的所述體聲波濾波器，以及在所述第二區域中製造第三金屬化(M3),以限定結合有所述第二壓電材料的所述表面聲波濾波器。
15.根據權利要求14所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，在該層第二壓電材料(Pi4z。2)上施加與所述第一金屬化層(M1)關聯的該層第一壓電材料(Pi&J包括在包括第一金屬化的頂層的第一壓電材料的襯底內限定第一壓電材料的薄層，限定第一組件；將在第一壓電材料的襯底內包括限定的所述第一壓電材料的薄層的所述第一組件在第一金屬化側組裝到所述第二壓電材料上；從所述第一壓電材料的薄層分離所述第一壓電材料的所述襯底。
16.根據權利要求15所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，限定第一壓電材料的薄層包括下列步驟將至少在表面上包括所述第一壓電材料的襯底金屬化；在所述襯底中注入離子，以在所述第一壓電材料中產生限定所述第一壓電材料的薄層的隱埋脆弱區域。
17.根據權利要求16所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，使用氫離子和/或氦離子來執行離子注入。
18.根據權利要求15所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，通過熱處理來產生分離。
19.根據權利要求14所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，在該層第二壓電材料(Pi4z。2)上施加與所述第一金屬化層(M1)關聯的該層第一壓電材料(Pi&J包括將包括覆蓋有第一金屬化的頂層的至少一層第一壓電材料的第一襯底與第二壓電材料組裝的步驟，以及通過研磨/拋光來減薄所述第一襯底以便限定第一壓電材料的薄層的步驟。
20.根據權利要求15至19中任一項所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，通過分子鍵合來執行組裝。
21.根據權利要求15至20中任一項所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，所述第一組件包括第一鍵合層，第二壓電材料被第二鍵合層覆蓋。
22.根據權利要求21所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，所述第一組件包括解耦層。
23.根據權利要求14至22中任一項所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，該層第二壓電材料(Piiz。2)是由第二壓電材料的大塊襯底的表面部分構成的。
24.根據權利要求14至23中任一項所述的用於製造聲波器件的方法，其特徵在於，該層第二壓電材料(Piiz。2)是沉積或者通過外延施加或者表面安裝到襯底上的。
全文摘要
本發明涉及一種包括至少一個表面聲波(SAW)濾波器和一個體聲波(BAW)濾波器的聲波器件，其特徵在於，其在包括第二壓電材料(Pié2o2)的襯底上包括包括至少一個第一金屬層(M1)和一層第一單晶壓電材料(Piézo1)的疊層，其中所述疊層被部分蝕刻，從而限定其中存在第一壓電材料和第二壓電材料的第一區域以及其中不存在第一壓電材料的第二區域；所述第一區域中的第二金屬化(M2)以及所述第二區域中的第三金屬化(M3)，所述第二金屬化(M2)用於限定整合了所述第一壓電材料的所述體聲波濾波器，所述第三金屬化(M3)用於限定整合了所述第二壓電材料的表面聲波濾波器。本發明還涉及一種用於製造本發明的器件的方法，有利地使用與Smart CutTM方法所採用的相類似的施加步驟或者機械鍵合/減薄步驟。
文檔編號H03H3/08GK102577115SQ201080044960
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月4日 優先權日2009年10月9日
發明者A·萊因哈特, C·德蓋, E·德費, L·克拉弗利耶 申請人:原子能和能源替代品委員會