用于聲諧振器設(shè)備的襯底和聲諧振器設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種聲諧振器設(shè)備。本實用新型公開了一種聲諧振器設(shè)備，所述聲諧振器設(shè)備設(shè)有襯底，該襯底包括：襯底部件，包括被配置成形成陣列結(jié)構(gòu)的多個支撐部件，所述襯底部件具有上部區(qū)域；被形成為覆蓋所述上部區(qū)域的一厚度的單晶壓電材料，所述厚度的單晶壓電材料具有第一表面區(qū)域和與所述第一表面區(qū)域相對的第二表面區(qū)域；所述厚度的單晶壓電材料的所述第二表面區(qū)域的多個暴露區(qū)域，每個所述暴露區(qū)域由至少一對支撐部件配置并被配置成形成所述陣列結(jié)構(gòu)的元件。
【專利說明】
用于聲諧振器設(shè)備的襯底和聲諧振器設(shè)備
[00011 本申請是申請日為2015年8月26日、申請?zhí)枮?201520652061.6"、名稱為"用于聲 諧振器設(shè)備的襯底"的實用新型專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本實用新型主要涉及電子設(shè)備。更具體地，本實用新型提供了與用于諧振器設(shè)備 的晶圓級封裝相關(guān)的技術(shù)。僅通過示例的方式，本實用新型已經(jīng)應(yīng)用到用于通信設(shè)備、移動 設(shè)備、計算設(shè)備等的諧振器設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003] 薄膜體聲諧振器(FBAR或TFBAR)是由夾在兩個電極之間且與周圍的介質(zhì)聲學(xué)隔離 的壓電材料組成的設(shè)備。使用厚度范圍從幾微米下至十分之幾微米的壓電膜的FBAR設(shè)備在 約IOOMHz到IOGHz的頻率范圍中諧振。氮化鋁和氧化鋅是在FBAR中使用的兩種常見的壓電 材料(參見維基百科，薄膜體聲諧振器(Thin Film Bulk Acoustic Resonator))。不幸的 是，這樣的FBAR設(shè)備或TFBAR設(shè)備笨重、效率低、且難以封裝。
[0004] 從上文可以看出，非常需要用于改善電子設(shè)備的技術(shù)。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的一個目的在于提供與傳統(tǒng)的BAW濾波器相比效率高、可整批封裝、且 成本較低的BAW濾波器。
[0006] 本實用新型提供了一種用于聲諧振器設(shè)備的襯底，所述襯底包括:襯底部件，所述 襯底部件包括被配置成形成陣列結(jié)構(gòu)的多個支撐部件，所述襯底部件具有一區(qū)域;被形成 為覆蓋所述區(qū)域的一厚度的單晶壓電材料，所述厚度的單晶壓電材料具有第一表面區(qū)域和 與所述第一表面區(qū)域相對的第二表面區(qū)域;所述厚度的單晶壓電材料的所述第二表面區(qū) 域的多個暴露區(qū)域，每個所述暴露區(qū)域由所述多個支撐部件中的至少一個配置并被配置成 形成所述陣列結(jié)構(gòu)的元件。
[0007] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述區(qū)域由硅襯底的表面區(qū)域配置。
[0008] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述區(qū)域由碳化硅襯底的表面區(qū)域配置。 [0009]在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述區(qū)域由硅襯底的表面區(qū)域配置；以及 所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯底還包括被配置 在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間的一對電極。
[0010]在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié) 構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯底還包括被配置在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間 的一對電極。
[0011]在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述區(qū)域由碳化硅襯底的表面區(qū)域配置； 以及所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯底還包括被 配置在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間的一對電極。
[0012] 本實用新型還提供了一種聲諧振器設(shè)備，所述聲諧振器設(shè)備設(shè)有襯底，所述襯底 包括:襯底部件，所述襯底部件包括被配置成形成陣列結(jié)構(gòu)的多個支撐部件，所述襯底部件 具有一區(qū)域;被形成為覆蓋所述區(qū)域的一厚度的單晶壓電材料，所述厚度的單晶壓電材料 具有第一表面區(qū)域和與所述第一表面區(qū)域相對的第二表面區(qū)域;所述厚度的單晶壓電材料 的所述第二表面區(qū)域的多個暴露區(qū)域，每個所述暴露區(qū)域由所述多個支撐部件中的至少一 個配置并被配置成形成所述陣列結(jié)構(gòu)的元件。
[0013] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，在所述聲諧振器設(shè)備中，所述區(qū)域由硅襯 底的表面區(qū)域配置。
[0014] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，在所述聲諧振器設(shè)備中，所述區(qū)域由碳化 硅襯底的表面區(qū)域配置。
[0015] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，在所述聲諧振器設(shè)備中，所述區(qū)域由硅襯 底的表面區(qū)域配置；以及所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且， 所述襯底還包括被配置在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間的一對電極。
[0016] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，在所述聲諧振器設(shè)備中，所述多個支撐部 件被配置成形成多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯底還包括被配置在所述厚度的單 晶壓電材料的一部分之間的一對電極。
[0017] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，在所述聲諧振器設(shè)備中，所述區(qū)域由碳化 硅襯底的表面區(qū)域配置；以及所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu)； 并且，所述襯底還包括被配置在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間的一對電極。
[0018] 在示例中，本實用新型提供了一種用于聲諧振器設(shè)備的襯底。該襯底具有襯底部 件，該襯底部件包括被配置成形成陣列結(jié)構(gòu)的多個支撐部件。在示例中，該襯底部件具有上 部區(qū)域，并且可選地，具有由支撐部件配置的多個凹陷區(qū)域。該襯底具有被形成為覆蓋上部 區(qū)域的一厚度的單晶壓電材料。在示例中，所述厚度的單晶壓電材料具有第一表面區(qū)域和 與第一表面區(qū)域相對的第二表面區(qū)域。在示例中，該襯底具有所述厚度的單晶壓電材料的 第二表面區(qū)域的多個暴露區(qū)域，每個暴露區(qū)域由至少一對支撐部件配置，并被配置成形成 陣列結(jié)構(gòu)的元件。
[0019] 根據(jù)本實用新型的一個實施方式，本實用新型提供了一種用于聲諧振器設(shè)備的襯 底，所述襯底包括：
[0020] 襯底部件，所述襯底部件包括被配置成形成陣列結(jié)構(gòu)的多個支撐部件，所述襯底 部件具有上部區(qū)域；
[0021] 被形成為覆蓋所述上部區(qū)域的一厚度的單晶壓電材料，所述厚度的單晶壓電材料 具有第一表面區(qū)域和與所述第一表面區(qū)域相對的第二表面區(qū)域；
[0022]所述厚度的單晶壓電材料的所述第二表面區(qū)域的多個暴露區(qū)域，每個所述暴露區(qū) 域由至少一對支撐部件配置并被配置成形成所述陣列結(jié)構(gòu)的元件。
[0023] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述上部區(qū)域由硅襯底的表面區(qū)域配置。
[0024] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述上部區(qū)域由碳化硅襯底的表面區(qū)域配 置。
[0025] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述上部區(qū)域由硅襯底的表面區(qū)域配置； 以及所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯底還包括被 配置在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間的一對電極。
[0026] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié) 構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯底還包括被配置在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間 的一對電極。
[0027] 在根據(jù)本實用新型的一個實施方式中，所述上部區(qū)域由碳化硅襯底的表面區(qū)域配 置；以及所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯底還包括 被配置在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間的一對電極。
[0028] 在示例中，本實用新型提供了一種具有任何III族氮化物材料的最高壓電常數(shù) (1.55C/m2)的單晶AlN電介質(zhì)。在示例中，通過CVD(如M0CVD)生長在硅上的單晶AlN被限制 在約0.4μπι而不開裂。在示例中，2.2μπι的AlN是所期望的，以開發(fā)用于智能手機(jī)的LTE聲波濾 波器。因此，需要材料方法來獲得用于BAW濾波器的最高性能的聲諧振器。在一個或多個示 例中，本實用新型的技術(shù)提供了：在硅上生長薄的AlN層；去除硅以形成膜;在應(yīng)變減輕的 AlN膜上生長第二個厚的AlN層。
[0029]在示例中，與傳統(tǒng)的MW濾波器相比，本實用新型的MW濾波器效率高、可整批封 裝、且成本較低。
【附圖說明】
[0030]圖1至圖6示出了根據(jù)本實用新型的示例的形成用于聲諧振器設(shè)備的膜襯底結(jié)構(gòu) 的簡化技術(shù)。
[0031 ]圖7是根據(jù)本實用新型的示例的膜結(jié)構(gòu)的簡化背面視圖。
[0032] 圖8是根據(jù)本實用新型的替選示例的膜結(jié)構(gòu)的簡化背面視圖。
[0033] 圖9是根據(jù)本實用新型的替選示例的膜結(jié)構(gòu)的簡化背面視圖。
[0034] 圖10-圖20示出了根據(jù)本實用新型的示例的形成單晶聲諧振器設(shè)備的簡化技術(shù)。
[0035] 圖21Α和圖21Β為示出了本實用新型的示例中的壓電材料的電容對電壓以及電導(dǎo) 對電壓的圖。
[0036] 圖22為示出了本實用新型的示例中的橫跨60μπι表面區(qū)域的壓電材料的表面粗糙 度的圖。
[0037] 圖23至圖34示出了根據(jù)本實用新型的示例的形成膜襯底結(jié)構(gòu)的簡化技術(shù)和得到 的設(shè)備。
【具體實施方式】
[0038] 圖1至圖6示出了根據(jù)本實用新型的示例的形成用于聲諧振器設(shè)備的膜襯底結(jié)構(gòu) 的簡化技術(shù)。參考圖1，該技術(shù)提供了具有表面區(qū)域的襯底部件110。在示例中，該技術(shù)使用 化學(xué)氣相沉積CVD(如M0CVD)工藝來開始生長氮化鋁晶體材料。在示例中，該技術(shù)在〈111>硅 襯底上形成厚度約200nm的AlN成核120。在其它示例中，AlN的范圍可為約30nm至500nm，但 可以有變型。在示例中，襯底部件110具有高電阻率，如大于2000歐姆-厘米。在示例中，襯底 110可以為浮區(qū)（FZ)型硅或在其它示例中CZ低電阻率硅可以起作用。在示例中，襯底110可 以具有約500μπι的標(biāo)稱襯底厚度，但在其它示例中其范圍可以為約50μπι至2000μπι。
[0039] 在示例中，AlN晶體材料120被配置成輕微的應(yīng)變狀態(tài)，考慮到AlN晶體材料并不與 〈111>硅襯底表面取向完美地晶格匹配。在示例中，應(yīng)變狀態(tài)的特征為膜的沿其表面法線的 壓電應(yīng)變常數(shù)(所謂的d33)且對于在〈111>硅襯底上的AlN其值為4X10_12C/N。
[0040] 在示例中，該技術(shù)圖案化襯底部件110的背面，如圖2所示。在示例中，該技術(shù)涂覆 在示例中限定膜區(qū)域(例如，正方形或矩形）的背面掩模130。在示例中，背面掩模130具有 目標(biāo)面積為100μπιΧ100μπι，但是可以有變型。在示例中，掩模130為300μπιΧ300μπι，或其它變 型。
[0041] 在示例中，如圖3所示，該技術(shù)執(zhí)行蝕刻工藝。在示例中，該技術(shù)在有源諧振器區(qū)域 和未來接合焊盤（用于通孔)的下面執(zhí)行背面襯底材料的暴露區(qū)域(襯底111)的淺蝕刻，但 可以有變型。在示例中，在100W功率和100毫托(mTorr)下、在反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工具中使 用CF 4和〇2的混合氣體進(jìn)行蝕刻。每個溝槽具有30μηι的深度且范圍可以為20μηι至300μηι，但是 可以有變型。
[0042] 參考圖4,該技術(shù)現(xiàn)在形成覆蓋選定的肋區(qū)域和/或柱區(qū)域的后續(xù)的背面掩模131， 同時暴露其它柱區(qū)域和/或肋區(qū)域。在示例中，該掩模為600μπιX 600μπι，但可以有變型。
[0043] 在示例中，該技術(shù)現(xiàn)在執(zhí)行更深的蝕刻工藝，以從襯底部件112去除材料，同時暴 露已沉積的晶體材料。在示例中，該技術(shù)暴露了壓電區(qū)域和接合焊盤金屬區(qū)域，如圖5所示。 [0044]現(xiàn)在參考圖6,剩余的掩模材料被去除。如圖所示，膜結(jié)構(gòu)具有多個較小的肋結(jié)構(gòu) 113,每個肋結(jié)構(gòu)113都被配置在一對柱結(jié)構(gòu)之間。在示例中，每個凹陷區(qū)域的范圍為從約 300μηι X 300μηι 至約 500μηι X 500μηι，優(yōu)選為約 400μηι X 400ym。
[0045] 在示例中，對晶體AlN材料的部分暴露造成這種材料的一部分被放松。在示例中， AlN材料在放松狀態(tài)下具有范圍為從3.3X10_12C/N至4.5X10_12C/N的壓電應(yīng)變常數(shù)，但可 以有變型。使用上述技術(shù)和相關(guān)技術(shù)可配置各種圖案。這些圖案的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可在本說明 書、特別是在下文中找到。
[0046] 圖7是根據(jù)本實用新型的示例的膜結(jié)構(gòu)710的簡化背面視圖。如圖所示，背面視圖 包括區(qū)域711的放大視圖，其以附圖標(biāo)記700表示，該放大視圖顯示了正方形圖案，區(qū)域711 包括多個較小的機(jī)械肋結(jié)構(gòu)740,每一個機(jī)械肋結(jié)構(gòu)740都被配置在至少一對較長的柱結(jié)構(gòu) 或硅支撐梁720內(nèi)。該圖案還顯示了示例中的硅完全去除的區(qū)域730、晶體AlN材料的暴露部 分或X X Y壓電膜750。
[0047] 圖8是根據(jù)本實用新型的替選示例的膜結(jié)構(gòu)810的簡化背面視圖。如圖所示，背面 視圖包括區(qū)域811的放大視圖，其以附圖標(biāo)記800表示，該放大視圖顯示了矩形圖案，區(qū)域 811包括多個較小的機(jī)械肋結(jié)構(gòu)，每一個機(jī)械肋結(jié)構(gòu)都被配置在至少一對較長的柱結(jié)構(gòu)內(nèi)。 該圖案還顯示了示例中的晶體AlN材料的暴露部分。這里所描述的元件類似于圖7所示的元 件。
[0048] 圖9是根據(jù)本實用新型的替選示例的膜結(jié)構(gòu)910的簡化背面視圖。如圖所示，背面 視圖包括區(qū)域911的放大視圖，其以附圖標(biāo)記900表示，該放大視圖顯示了六邊形圖案，區(qū)域 911包括多個較小的機(jī)械肋結(jié)構(gòu)，每一個機(jī)械肋結(jié)構(gòu)都被配置在至少一對較長的柱結(jié)構(gòu)920 內(nèi)。該圖案還顯示了示例中的晶體AlN材料的暴露部分930、暴露的六邊形膜940。
[0049] 在其它示例中，本實用新型的技術(shù)也可以形成其它形狀，包括矩形、六邊形、八邊 形、五邊形、三角形等，包括任何變型，或組合或任意多邊形。其它形狀可以是圓形、橢圓形、 環(huán)形、或缺乏任何對稱的特征，包括這些形狀和相關(guān)尺寸的任意組合。當(dāng)然，可以有其它變 型、修改和替換。形成聲諧振器設(shè)備的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可在本說明書、特別是下文中找到。
[0050] 圖10至圖20示出了示例中的在襯底部件上制造單晶諧振器設(shè)備的技術(shù)。該圖示僅 僅是示例，不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗票疚牡臋?quán)利要求的范圍。在示例中，該技術(shù)包括形成覆蓋了形 成在具有第一厚度的硅襯底部件112上的晶體材料120的上覆單晶壓電121。在示例中，襯底 112具有單晶壓電材料121，如GaN、AlGaN、或A1N。該材料的厚度范圍為0·4μπι至7μπι，但是可 以有變型。該步驟可以包括在應(yīng)變減小的AlN成核層上生長單晶Α1Ν。在示例中，對于2GHz，2 Wii壓電是最佳的厚度。在不例中，襯底112可以是娃、監(jiān)寶石、SiC等。在不例中，壓電材料121 被配置為c軸向上取向以實現(xiàn)極化場。
[0051] 在示例中，單晶聲諧振器設(shè)備包括諧振器結(jié)構(gòu)和接觸結(jié)構(gòu)。如圖10、圖11和圖12所 示，該襯底為硅襯底部件112、上覆單晶壓電材料122、以及一個或多個電極部件131、132。壓 電材料122可包括成核層120和壓電層121，如圖10所示。圖12顯示了頂部電極131、132和互 連金屬的沉積。在示例中，電極可以為Mo、Ta或其它難恪金屬，典型的厚度為300nm，范圍為 30nm至4000nm或0 ·2μηι至ΙΟμπι，但是可以有變型。附圖標(biāo)記101、102分別標(biāo)記了第一諧振器 設(shè)備和第二諧振器設(shè)備的區(qū)域。在示例中，用作用于電極接觸區(qū)域的"抓墊（catch pad)" 133的金屬被沉積，如圖13所示。在示例中，"抓墊"133用作背面通孔蝕刻的頂部金屬擋塊。 墊133的目標(biāo)厚度可為2μπι，包括Ti/Ni金屬原料等。
[0052] 在示例中，該技術(shù)形成覆蓋包括電極和晶體材料的上表面區(qū)域的鈍化材料140,如 圖14所示。該鈍化材料140的上部區(qū)域被平坦化。在示例中，鈍化材料140可以為用于機(jī)械穩(wěn) 定性的介電鈍化(25μπι自旋聚合物光電介質(zhì)（例如，ELECTRA WLP SH32-1 -1))。例如，在替選 示例中，該技術(shù)包括SiN和/或SiO2的沉積，以提供合適的保護(hù)、隔離，并如果需要的話提供 其它特征。鈍化140可提供防刮保護(hù)，可具有約0.5μπι至Iym的目標(biāo)厚度。
[0053]在示例中，參考圖15,該技術(shù)形成被配置為互連件的背面電極部件134。在示例中， 電極134可以為合適的材料，如難恪金屬等，如Mo、Ta等等。在示例中，難恪金屬的厚度可以 為300nm，其范圍可以為從I OOnm至500nm。
[0054] 在圖16的示例中，如圖所示，該技術(shù)穿過壓電層123在頂部電極區(qū)域附近內(nèi)進(jìn)行背 面通孔蝕刻。在示例中，提供了背面蝕刻以去除一部分晶體壓電材料，以提供從背面到正面 的電接觸，如圖所示。在示例中，蝕刻工藝可以包括使用BCl 3、Ar氣、SF6等的反應(yīng)離子蝕刻工 藝。在示例中，該工藝在400W ICP和25W RIE下使用工作在7mT、20sccm Cl2、8sccm BC13、 5sccm Ar的PlasmaTherm型號770ICP-RIE。當(dāng)然，可以有變型?？商孢x地，可以通過激光打孔 和/或燒蝕技術(shù)并在電極部件的背面結(jié)束，來形成接觸開口，如圖所示。
[0055] 在示例中，該技術(shù)現(xiàn)在形成覆蓋接觸區(qū)域的金屬化物135以直接連接到部分晶體 壓電材料123,和/或在其它示例中可包括其它界面材料。在示例中，金屬135可以為鋁、鈦或 金。在示例中，金屬135提供從背面到正面的電接觸，如圖所示。在示例中，金屬135是厚的， 以最小化示例中的通孔電阻和電感，金屬可以為Ti/Al或Ti/Au(10〇人/2μη〇等的組合。
[0056] 在示例中，該技術(shù)現(xiàn)在形成覆蓋背面區(qū)域的填充材料，例如介電鈍化材料141，以 填充溝槽區(qū)域。在示例中，鈍化141用于防刮保護(hù)、機(jī)械支撐和電隔離等特征。在示例中，鈍 化材料141可以為用于機(jī)械穩(wěn)定性的介電鈍化（0.5μηι至Ιμπι自旋聚合物光電介質(zhì)（例如， ELECTRA WLP SH32-1-1))。例如，在替選示例中，該技術(shù)包括SiN和/或SiO2的沉積，以提供 合適的保護(hù)、隔離，并如果需要的話提供其它特征。
[0057] 參考圖19,示出了示例中的最終的聲諧振器設(shè)備（在銅柱凸塊之前）。第一諧振器 設(shè)備和第二諧振器設(shè)備分別用虛線區(qū)域101和102標(biāo)記。相關(guān)的電子電路和結(jié)構(gòu)如具有等效 區(qū)域2010的圖20所示。
[0058] 圖21A和圖21B為分別示出了本實用新型的示例中的壓電材料的電容對電壓、以及 電導(dǎo)對電壓的圖。在示例中，一定厚度的AlN的單晶壓電材料產(chǎn)生電容特性對電壓，其顯示 了對于IOOHz和IMHz之間的電測量頻率以及-30V和+30V之間的掃描電壓，電容特性是平坦 的。在示例中，該一定厚度的單晶壓電材料也產(chǎn)生小于IOmS的電導(dǎo)特性對電壓，其顯示了對 于IOOHz和IMHz之間的電測量頻率以及-30V和+30V之間的掃描電壓，電導(dǎo)特性是平坦的。當(dāng) 然，可以有變型。
[0059]圖22為示出了本實用新型的示例中的橫跨60μπι表面區(qū)域的壓電材料的表面粗糙 度的圖。在示例中，一定厚度的壓電材料具有表面區(qū)域，該表面區(qū)域的特征在于具有小于 IOOnm的RMS特性的表面光潔度，但是可以有變型。
[0060] 圖23是示出了覆蓋配置在硅襯底部件112上的應(yīng)變減小的AlN成核層120的頂側(cè)表 面的單晶AlN材料121的生長的簡化圖。在示例中，該材料具有Ιμπι的目標(biāo)厚度，其范圍可以 為0.2μπι至5μπι，但是可以有變型。在示例中，生長可以使用本文所描述的任何技術(shù)以及本說 明書以外的任何技術(shù)來進(jìn)行。
[0061] 在示例中，襯底部件翻轉(zhuǎn)，該技術(shù)開始生長覆蓋應(yīng)變減小的AlN成核層的背面的單 晶AlN材料123,如圖24所示。如圖所示，一定厚度的晶體材料123是共形的且覆蓋較小和較 大的肋結(jié)構(gòu)(包括柱結(jié)構(gòu)的邊緣），以形成晶體材料的容納件。在示例中，背面生長123的厚 度為約Iym且厚度的范圍可以為從約0.2μηι至5μηι，但是可以有變型。在示例中，圖25示出了 配置在硅襯底部件上的單晶壓電材料124的簡化表示形式。
[0062]圖26示出了示例中的頂部電極131、132(已顯示）和互連金屬（未顯示）的形成。還 示出了代表每個諧振器設(shè)備1〇1、1〇2的區(qū)域。在示例中，電極可以為Mo、Ta或其它難熔金屬， 典型的厚度為300nm，其范圍為30nm至4000nm，但是可以有變型。在示例中，該設(shè)備包括圖27 中的用作用于電極接觸區(qū)域的"抓墊" 133的金屬。
[0063]在示例中，該技術(shù)形成覆蓋包括電極和晶體材料的上表面區(qū)域的鈍化材料140,如 圖28所示。鈍化材料的上部區(qū)域被平坦化。在示例中，鈍化材料可以為用于機(jī)械穩(wěn)定性的介 電鈍化(25μπι自旋聚合物光電介質(zhì)(例如，ELECTRA WLP SH32-1-1))。例如，在替選示例中， 該技術(shù)包括SiN和/或SiO2的沉積，以提供合適的保護(hù)、隔離，并如果需要的話提供其它特 征。
[0064]在示例中，參考圖29,該技術(shù)形成被配置為互連件的背面電極部件134。在示例中， 電極134可以為合適的材料，如難恪金屬等，如Mo、Ta等等。在示例中，難恪金屬的厚度可以 為300nm，其范圍可以為從I OOnm至500nm。
[0065]在圖30的示例中，如圖所示，該技術(shù)穿過壓電層124在頂部電極區(qū)域附近內(nèi)進(jìn)行背 面通孔蝕刻。在示例中，提供背面蝕刻以去除一部分晶體壓電材料，以提供從背面到正面的 電接觸，如圖所示。在示例中，蝕刻工藝可以包括使用BCl 3、Ar氣、SF6等的反應(yīng)離子蝕刻工 藝。在示例中，該工藝在400W ICP和25W RIE下使用工作在7mT、20sccm Cl2、8sccm BC13、 5sccm Ar的PlasmaTherm型號770ICP-RIE。當(dāng)然，可以有變型?？商孢x地，可以通過激光打孔 和/或燒蝕技術(shù)并在電極部件的背面結(jié)束，來形成接觸開口，如圖所示。
[0066] 在示例中，該技術(shù)現(xiàn)在形成覆蓋接觸區(qū)域的金屬化物135(圖31)，以直接連接到部 分晶體壓電材料，和/或在其它示例中可包括其它界面材料。在示例中，金屬可以為鋁、鈦或 金等、及其組合等等。在示例中，金屬提供從背面到正面的電接觸，如圖所示。在示例中，金 屬是厚的，以最小化不例中的通孔電阻和電感，金屬可以為Ti/Al或Ti/Au( 10〇Λ/2μιτι)等 的組合。
[0067] 在示例中，該技術(shù)現(xiàn)在形成覆蓋背面區(qū)域的填充材料，例如介電鈍化材料141，以 填充溝槽區(qū)域，如圖32所示。在示例中，鈍化141用于防刮保護(hù)、機(jī)械支撐和電隔離等特征。 在示例中，鈍化材料141可以為用于機(jī)械穩(wěn)定性的介電鈍化(0.5μπι至Ιμπι自旋聚合物光電介 質(zhì)（例如，ELECTRA WLP SH32-1-1))。例如，在替選示例中，該技術(shù)包括SiN和/或SiO2的沉 積，以提供合適的保護(hù)、隔離，并如果需要的話提供其它特征。
[0068] 參考圖33,示出了示例中的最終的聲諧振器設(shè)備(在銅柱凸塊之前）。相關(guān)的電子 電路和結(jié)構(gòu)如圖34所示。封裝該主題設(shè)備的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可在本說明書、特別是下文中找到。
[0069] 在示例中，該技術(shù)形成圖案化的焊接材料結(jié)構(gòu)或焊壩掩模，焊接材料結(jié)構(gòu)或焊壩 掩模被配置為覆蓋單晶聲諧振器設(shè)備和表面區(qū)域，以形成第一空氣隙區(qū)域，該第一空氣隙 區(qū)域由圖案化的焊接結(jié)構(gòu)提供并被配置在諧振器結(jié)構(gòu)與安裝結(jié)構(gòu)或安裝襯底部件的第一 部分之間，其中第一空氣隙結(jié)構(gòu)或區(qū)域具有10微米至50微米的高度。在示例中，圖案化的焊 接結(jié)構(gòu)具有圖案化的上表面區(qū)域。
[0070] 在示例中，該技術(shù)形成覆蓋圖案化的上表面區(qū)域的一定厚度的環(huán)氧樹脂材料，同 時保持諧振器結(jié)構(gòu)上沒有環(huán)氧樹脂材料。在示例中，該技術(shù)將安裝襯底部件放置到環(huán)氧樹 脂材料。在示例中，該技術(shù)固化環(huán)氧樹脂材料，以使單晶聲諧振器設(shè)備與安裝襯底部件配 對。在示例中，安裝襯底部件是光學(xué)透明的。在示例中，安裝襯底部件包括表面區(qū)域。此外， 在示例中，該安裝襯底包括BF33或ΒΚ7玻璃材料，并被選擇以使溫度膨脹系數(shù)與硅襯底部件 相匹配。
[0071] 在示例中，該技術(shù)處理硅襯底，以去除一部分硅襯底，以形成產(chǎn)生的第二厚度的硅 襯底，第二厚度小于第一厚度。在示例中，所得到的硅襯底具有硅背面區(qū)域。
[0072] 在示例中，該技術(shù)進(jìn)行襯底的背面通孔和電容器蝕刻。該蝕刻暴露了一部分接合 焊盤和壓電膜背面。在示例中，該蝕刻可以使用SF 6氣體，來實現(xiàn)選擇性的RIE工藝。當(dāng)然，可 以有其它變型、修改和替選。
[0073] 在示例中，該技術(shù)形成覆蓋變薄的襯底部件的金屬化物，其可以包括第一電極和 第二電極。在示例中，該技術(shù)執(zhí)行頂部電容器板(具有第一電極)和連接接合焊盤到頂部平 面(具有第二電極)的沉積工藝。在示例中，板和墊由合適的材料制成，如Mo、Ta、或其它難熔 金屬、及其組合。在示例中，該層的厚度的范圍為從丨000.A到1 〇〇〇〇_/\,而3000A為目標(biāo)厚 度，但可以有變型。在示例中，該層具有的鈦(Ti)蓋金屬可以用來防止難熔金屬的氧化。
[0074] 在示例中，該技術(shù)還可以通過沉積形成頂部上覆金屬材料。在示例中，該金屬具有 足夠的厚度以作為用于探測的墊且具有低電阻以用于高質(zhì)量互連件。在示例中，互連件具 有Ti/Al( ΙΟΟΑ/2 μ m )作為目標(biāo)厚度，但是厚度可以為〇.5μηι至5μηι。在示例中，該技術(shù)還 提供了圖案化的焊壩掩模或其它填充材料的形成。該材料被配置用于保護(hù)表面區(qū)域以防 刮，并具有Ιμπι至50μπι的厚度和5μπι的目標(biāo)厚度，但是可以有變型。
[0075] 在示例中，該技術(shù)執(zhí)行凸塊工藝。在示例中，該技術(shù)包括形成覆蓋焊壩掩模材料的 再鈍化材料。在示例中，該再鈍化材料具有暴露第一電極部件的第一區(qū)域和暴露第二電極 部件的第二區(qū)域。
[0076] 在示例中，該技術(shù)包括形成覆蓋該再鈍化材料并覆蓋第一區(qū)域和第二區(qū)域的下部 金屬材料，使得第一電極部件和第二電極部件都與下部金屬材料電接觸和物理接觸。在示 例中，該金屬材料可以是Ti/Cu種子材料等。
[0077] 在示例中，該技術(shù)包括形成覆蓋下部金屬材料的一定厚度的抗蝕材料，以產(chǎn)生基 本平坦化的表面區(qū)域。抗蝕材料被顯影和表面清潔。
[0078] 在示例中，該技術(shù)包括圖案化該一定厚度的抗蝕材料的基本平坦化的表面區(qū)域， 以暴露對應(yīng)于第一電極部件的第一區(qū)域和對應(yīng)于第二電極部件的第二區(qū)域。在示例中，該 技術(shù)包括使用沉積工藝來填充第一區(qū)域和第二區(qū)域，以形成覆蓋第一電極部件的第一銅柱 結(jié)構(gòu)和覆蓋第二電極部件的第二銅柱結(jié)構(gòu)。
[0079] 在示例中，該技術(shù)包括形成覆蓋第一銅柱結(jié)構(gòu)和第二銅柱結(jié)構(gòu)的焊接材料。該技 術(shù)還處理該一定厚度的抗蝕材料，以基本去除該一定厚度的抗蝕材料，并暴露下部金屬材 料。
[0080] 在示例中，該技術(shù)還去除下部金屬材料的任何暴露部分。該技術(shù)使焊接材料受制 于第一銅柱結(jié)構(gòu)和第二銅柱結(jié)構(gòu)，以形成覆蓋第一銅柱結(jié)構(gòu)的第一焊接凸塊結(jié)構(gòu)和覆蓋第 二銅柱結(jié)構(gòu)的第二焊接凸塊結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項】
1. 一種聲諧振器設(shè)備，所述聲諧振器設(shè)備設(shè)有襯底，其特征在于，所述襯底包括： 襯底部件，所述襯底部件包括被配置成形成陣列結(jié)構(gòu)的多個支撐部件，所述襯底部件 具有上部區(qū)域； 被形成為覆蓋所述上部區(qū)域的一厚度的單晶壓電材料，所述厚度的單晶壓電材料具有 第一表面區(qū)域和與所述第一表面區(qū)域相對的第二表面區(qū)域； 所述厚度的單晶壓電材料的所述第二表面區(qū)域的多個暴露區(qū)域，每個所述暴露區(qū)域由 至少一對支撐部件配置并被配置成形成所述陣列結(jié)構(gòu)的元件。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲諧振器設(shè)備，其特征在于，所述上部區(qū)域由硅襯底的表面區(qū) 域配置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲諧振器設(shè)備，其特征在于，所述上部區(qū)域由碳化硅襯底的表 面區(qū)域配置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲諧振器設(shè)備，其特征在于，所述上部區(qū)域由硅襯底的表面區(qū) 域配置；以及所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯底還 包括被配置在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間的一對電極。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲諧振器設(shè)備，其特征在于，所述多個支撐部件被配置成形成 多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯底還包括被配置在所述厚度的單晶壓電材料的一 部分之間的一對電極。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲諧振器設(shè)備，其特征在于，所述上部區(qū)域由碳化硅襯底的表 面區(qū)域配置；以及所述多個支撐部件被配置成形成多個柱結(jié)構(gòu)和多個肋結(jié)構(gòu);并且，所述襯 底還包括被配置在所述厚度的單晶壓電材料的一部分之間的一對電極。
【文檔編號】H03H9/02GK205657658SQ201620250685
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年8月26日 公開號201620250685.X, CN 201620250685, CN 205657658 U, CN 205657658U, CN-U-205657658, CN201620250685, CN201620250685.X, CN205657658 U, CN205657658U
【發(fā)明人】杰弗里·B·希利
【申請人】阿庫斯蒂斯有限公司