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用于制造包括懸浮隔膜的聲波諧振器的方法

文檔序號(hào):7523465閱讀:368來源:國知局
專利名稱:用于制造包括懸浮隔膜的聲波諧振器的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的領(lǐng)域是聲波諧振濾波器。
背景技術(shù)
在大約過去的十年中射頻通信的擴(kuò)展已經(jīng)導(dǎo)致了授權(quán)頻帶的擁擠。為了從可用頻率范圍獲益,系統(tǒng)必須包括頻帶濾波,使用一種窄的過渡頻帯。只有具有諧振器的濾波器采用SAW (表面波)或者BAW (體聲波)技木,利用材料的壓電特性,可能會(huì)以低損失和減少的擁擠來滿足這些規(guī)范?,F(xiàn)今,用于這些濾波器的壓電層是通過沉積(BAW “體聲波”濾波器) 或者基于固態(tài)襯底(SAW “表面聲波”濾波器)生產(chǎn)出來的。一般地,BAW組件的操作原理在附圖1中示出,其示出了一種體聲波濾波器結(jié)構(gòu) 壓電式襯底^iez。,v被插入在兩個(gè)金屬化M1和M2之間以允許體聲波的傳播。下列文獻(xiàn)敘述了基于BAW和SAW類型的諧振器的濾波器的完全概述W. Steichen, S. Ballandras, "Composants acoustiques utilises pour ie nltrage :revues de differentes technologies,,(Acoustic components used for filtering :reviews of various technologies), Editions de Techniques de I' ingenieur, E-2000, 31pages,2008. R. Aigner, Bringing BAff technology into volume production :the Ten Commandments and the seven deadly sins, Proceedings of the third international symposium on acoustic wave devices for future mobile communication system(2007). J. Kaitila:Review of wave propagation in BAff thin film devices progress and prospects, Proceedings of the 2007IEEE Ultrasonics Symposium. P. Muralt 等1s there a better material for thin film BAff applications than AIN, Proceedings of the 2005IEEE Ultrasonics Symposium.體聲波濾波器已經(jīng)存在了幾十年,位于從幾MHz到幾十MHz的頻率,主要采用阻抗元件或者結(jié)構(gòu),并且該阻抗元件或結(jié)構(gòu)的側(cè)面耦合在用于窄帶應(yīng)用的石英石上,但是體聲波濾波器在射頻上的實(shí)現(xiàn)只能向前追溯大約十年,追隨著Lakin的在壓電層使用上的開拓性工作,所述壓電層是通過用于此目的陰極濺射沉積而成。安捷倫(Agilent)公司是第一個(gè)開發(fā)基于電阻元件的RF濾波器的公司,該電阻元件采用氮化鋁(AIN)薄膜,所述AIN是沉積的多晶體材料,該公司的“FBAR濾波器”(薄膜體聲波諧振器)分支已經(jīng)引起AVAGO的資產(chǎn)拆分。隨著這些技術(shù)的發(fā)展,大量學(xué)術(shù)以及エ業(yè)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)在急迫的追尋該足跡,引起了最近十年間持續(xù)的發(fā)明活躍。通常地,BAW諧振器利用一個(gè)薄壓電層的厚度方式的諧振,所述薄壓電層與所述襯底通過隔膜(membrane)(由AVAGO科技使用的FBAR技術(shù))或者通過布拉格光柵(英飛凌公司所使用的SMR技木)聲學(xué)隔離。目前,BAW技術(shù)使用最廣泛的材料是氮化鋁(AIN),其顯示了具有約6. 5%的壓電耦合系數(shù)以及還具有低聲學(xué)和介電損失的優(yōu)點(diǎn),因而允許濾波器的綜合體具有的通帶與被大多數(shù)介于2GHz和4GHz之間的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的規(guī)范相兼容。盡管如此,ー些問題繼續(xù)困擾具有少數(shù)頻帶的極端約束規(guī)范,例如DCS標(biāo)準(zhǔn)。
首先,被AIN所允許的壓電耦合系數(shù)不允許大于6%的相對(duì)通帯。這些頻帶寬度已經(jīng)需要使用具有很大的聲學(xué)阻抗(鉬或鎢制成)的電極,從而可以限制壓電層中的彈性能量,以及使用謹(jǐn)慎決定的厚度以便最大化厚度對(duì)諧振器的壓電耦合系數(shù)的影響,如在以下文章中所描述的R. Aigner,Bringing BAff technology into volume production :the ten commandments and the seven deadly sins, Proceedings of the third international symposium on acoustic wave devices for future mobile communication system(2007). J. Kaitila:Review of wave propagation in BAff thin iilm devices progress and prospects, Proceedings of the 2007IEEE Ultrasonics Symposium。目前,還不存在可靠的解決方案用于在常數(shù)損耗下擴(kuò)展該相對(duì)頻帯。正在實(shí)施研究以發(fā)現(xiàn)其他具有更高壓電耦合系數(shù)的材料,但是必須要指出的是, 不存在其他的提供低聲學(xué)損失以及目前可再生以及均勻地沉積的材料,如在以下文章中描 i的:P. Muralt % :Is there a better material for thin film BAW applications than AIN,Proceedings of the 2005IEEE Ultrasonics Symposium。相反的,單晶硅材料例如鈮酸鋰或者鉭酸鋰提供了非常高的機(jī)電耦合系數(shù),其允許濾波器產(chǎn)品具有約50%的相對(duì)頻帶寬度。此后,標(biāo)準(zhǔn)例如DCS也即要求寬通帶又要求相鄰標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)抑制。為了同時(shí)滿足這兩個(gè)限制,需要使用具有非常大品質(zhì)系數(shù)的諧振器。在過去的十年已經(jīng)做了大量的工作來提高諧振器的聲波限制屬性(J. Kaitila :Review of wave propagation in BAff thin iilm devices progress and prospects, Proceedings of the 2007IEEE Ultrasonics Symposium)。因此,由材料自身而非結(jié)構(gòu)所施加的限制開始顯示出來,并且很可能聚合晶體材料最終將不能再應(yīng)付品質(zhì)系數(shù)的上升,尤其是當(dāng)面對(duì)朝著IOGHz的標(biāo)準(zhǔn)的頻率上升時(shí)。D. Gachon 4在 2008European Frequency and Time Forum fe出的“FiIters using high overtone bulk acoustic resonators on thinned single—crystal piezoelectric layer”具有的內(nèi)在品質(zhì)因數(shù)是在IGHz頻率之上的幾萬倍量級(jí),再次,單晶硅材料呈現(xiàn)為一個(gè)令人感興趣的解決方案。就FBAR類型的諧振器而言,Campanella等人已經(jīng)生產(chǎn)出FBAR諧振器,基于沉積在鉬/鈦金屬電極上的氮化鋁(AIN)的隔膜。這些層位于其上的所使用的襯底是由硅制成,所述硅被反應(yīng)等離子蝕刻(RIE)以形成一個(gè)空腔。(H. Campanella,J. Esteve,E.Martincic, P. nouet, A. Uranga, N. Barniol,IEEE SENSORS 2008)。作者Pijolat等人已經(jīng)展示了這種諧振器的生產(chǎn),是通過將LiNbO3的薄膜轉(zhuǎn)移到硅襯底上,其利用了基于直接鍵合以及機(jī)械薄化的方法(M.Pijolat,S. Loubriat, S. Queste, D. Mercier, A. Reinhardt, Ε. Defay, C. Deguet, L. Clavelier, H. Moriceau, Μ. Aid, 以及 S. Bal Iandras, Appl. Phys. Lett 95 (2009) 182106)。其他作者已經(jīng)提出使用懸浮的LiNbO3層來制造FBAR結(jié)構(gòu),并且其在200MHz的電學(xué)特性已經(jīng)實(shí)現(xiàn)¥.081^し1\丫081^110,1(.5皿111^以及T. Hirai,IEEE 2007。盡管在晶圓上的厚度的不均勻性會(huì)對(duì)所述品質(zhì)因子Q有負(fù)面影響,LiNbO3的轉(zhuǎn)移層具有的耦合因子Kt2 接近所述固態(tài)襯底的耦合因子。其他類型的諧振器(包括SAW諧振器)被有利地制造于懸浮隔膜之上。目前,已經(jīng)提出了兩種主要的用于轉(zhuǎn)移薄層的技術(shù)一種技術(shù)基于光離子的植入(代表性的氫)并且在植入?yún)^(qū)的層面破裂,以及前面提到的基于鍵合和機(jī)械薄化的技木。這些技術(shù)使得將ー個(gè)單晶硅層轉(zhuǎn)移到一個(gè)主襯底上成為可能。這些技術(shù)完美的在硅上控制, 允許尤其是SOI (絕緣體上硅)壓鑄模的エ業(yè)制造。利用植入/破裂轉(zhuǎn)移的方法被特別的在下述文章中描述M. Bruel, "Silicon on insulator material technology",Electronic letters,31 (14),pl201-1202(1995),^jt 許SOI “絕緣體上硅”襯底的生產(chǎn)。該方法可以被示例性的概括為在附圖2中示出的如下四個(gè)步驟步驟1 供體襯底A (例如硅)中被植入氣體種類(例如氫和/或者稀有氣體)用以形成一個(gè)掩埋脆弱區(qū),用于在該襯底中界定要進(jìn)行轉(zhuǎn)移的薄膜。步驟2 所述供體襯底然后在前面限定的薄膜層面例如通過直接鍵合(也被稱為分子鍵合)與ー個(gè)接收襯底B結(jié)合。步驟3 此后掩埋通過施加機(jī)械應(yīng)カ選擇性輔助的熱處理的方式在掩埋脆弱區(qū)的層面實(shí)現(xiàn)破裂步驟。一方面獲得固定于所述接收襯底的所述薄膜,以及另一方面獲得對(duì)應(yīng)于剝離所述轉(zhuǎn)移的薄膜的所述初始供體襯底A的供體襯底剩余部分。供體襯底剩余部分然后可以被循環(huán)用于執(zhí)行另ー個(gè)轉(zhuǎn)移。步驟4:可選擇的,可以執(zhí)行最終的處理,例如ー個(gè)高溫?zé)嵬嘶鹩靡造柟趟鲛D(zhuǎn)移的薄膜和所述接收襯底之間的鍵合界面。所述轉(zhuǎn)移薄膜的厚度直接關(guān)聯(lián)于所述離子束植入能量。作為示例,所述轉(zhuǎn)移的硅厚度可以通過采用傳統(tǒng)植入機(jī)(其植入能量典型的少于250keV)覆蓋從幾納米到幾微米的范圍。所述轉(zhuǎn)移層在厚度上是統(tǒng)ー的且均勻的,因?yàn)樗鼈兪怯嫂`個(gè)植入深度而不是機(jī)械薄化來定義的。文獻(xiàn)EP0741910提出向提供了空腔的襯底執(zhí)行薄膜轉(zhuǎn)移。所述空腔是在鍵合步驟之前通過光刻和蝕刻制造出來的,這因此向之前描述的方法中添加了一個(gè)昂貴的步驟。另外,所述空腔能達(dá)到的尺寸受限于所述方法的預(yù)算。文獻(xiàn)EP0851465提出通過在所述鍵合界面層面植入將隔膜從它的支撐上局部脫粘(debond)。在這種情況下,強(qiáng)カ植入的區(qū)域(圍繞所述鍵合界面)經(jīng)歷明顯的損害,這可能會(huì)導(dǎo)致該材料屬性的局部改性。然而今天,在用于MEMS “微電子機(jī)械系統(tǒng)”的大部分組件中,壓電材料層是通過 PVD “等離子氣相沉積”類型的沉積技術(shù)生產(chǎn)的以及被制造用于這些組件的層具有的厚度是位于幾百納米到一微米之間的厚度范圍內(nèi),掌握在該厚度范圍內(nèi)的單晶硅壓電以及電伸縮層的制造構(gòu)成了明顯的技術(shù)障礙。

發(fā)明內(nèi)容
在該說明書中,本發(fā)明的主題是ー種用于制造包括隔膜的體聲波諧振器的創(chuàng)新性的方法,所述隔膜包括壓電材料的細(xì)長(slender)層。更精確的,本發(fā)明涉及一種用于制造包括懸浮隔膜的聲波諧振器的方法,所述懸浮隔膜包括一個(gè)壓電材料層,特征在于其包括如下步驟-產(chǎn)生第一堆疊,其包括至少位于第一襯底之上的第一壓電材料的層;
-產(chǎn)生第二堆疊,其包括至少ー個(gè)第二襯底;-在一個(gè)隨后的鍵合步驟之前,通過控制尺寸的粒子的沉積或生成來生產(chǎn)至少一個(gè)非鍵合初始區(qū)域,將所述堆疊的其中ー個(gè)的表面局部賦予投影納米結(jié)構(gòu);-所述兩個(gè)堆疊的直接鍵合產(chǎn)生了位于堆疊之間的氣泡(blister),這是由于非鍵合初始區(qū)的存在導(dǎo)致的;-薄化所述第一堆疊以消除至少所述第一襯底。表述“直接鍵合”被理解為任何類型的不需要粘性物質(zhì)的鍵合。優(yōu)先的其可以包括通過直接接觸的鍵合,但是它還可以包括通過熱壓的鍵合,或者陽極鍵合,或者其他熔化鍵合。因此所述非鍵合初始區(qū)的目的是局部阻止在兩個(gè)堆疊之間的上述區(qū)域或者附近的鍵合,從而在所述第一壓電材料的層以及第ニ堆疊之間生成氣泡,從而允許這兩個(gè)元件的局部聲學(xué)去耦(decoupling)。所述納米結(jié)構(gòu)具有小于1微米的橫向尺寸(在襯底的平面),并且有利地介于10 到100納米之間。本發(fā)明因此使得能夠生產(chǎn)全部位于具有從100微米到1毫米的橫向尺寸的晶圓上的懸浮隔膜。優(yōu)選的,熱處理步驟可以在所述直接鍵合步驟中或者之后執(zhí)行,以便促進(jìn)所述氣泡的產(chǎn)生以及/或者生長。典型地,該熱處理可以在100°c到500°C的溫度區(qū)間發(fā)生。該步驟還允許一起產(chǎn)生兩個(gè)或更多連續(xù)的氣泡以形成一個(gè)更大尺寸的氣泡。所述非鍵合初始區(qū)可以是投影納米結(jié)構(gòu),即相對(duì)于亞微米尺寸的表面的局部突起。所述產(chǎn)生的氣泡然后在該納米結(jié)構(gòu)的任意側(cè)延伸。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)變形,所述產(chǎn)生該投影納米結(jié)構(gòu)的步驟是通過光刻以及蝕刻來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)變形,所述產(chǎn)生該投影納米結(jié)構(gòu)的步驟是通過以局部方式來沉積控制尺寸的粒子實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)變形,所述投影納米結(jié)構(gòu)具有從約幾十納米到約幾百納米的高度,所述氣泡具有約一千微米的直徑范圍。應(yīng)當(dāng)指出的是,在所述鍵合步驟之中或者之后執(zhí)行的熱處理還可以使所述投影納米結(jié)構(gòu)的表面從與其面對(duì)的堆疊的表面脫粘成為可能。同樣的,圍繞所述投影納米結(jié)構(gòu)的表面或者面向所述投影納米結(jié)構(gòu)的表面已經(jīng)在鍵合之前準(zhǔn)備好以便例如在熱處理過程中方便或者適于所述氣泡的擴(kuò)展。如果期望促進(jìn)所述氣泡的橫向擴(kuò)展的話,該準(zhǔn)備可以典型的包括降低親水性和/ 或包括提高所述表面的粗糙度,反之亦然。為了改變所述親水性,需要依賴?yán)绲入x子或者UV/臭氧處理。為了改變所述粗糙度,需要依賴?yán)缁瘜W(xué)蝕刻、濕蝕刻或者干蝕刻。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)變形,所述非鍵合初始區(qū)是通過局部沉積碳?xì)浠衔锘蛘呖缮蓺怏w副產(chǎn)品的液體或者固體產(chǎn)品而獲得的,例如,借助原子力顯微鏡AFM的針尖。該區(qū)域產(chǎn)生了一個(gè)非鍵合區(qū)或者氣泡,其可以在熱處理之后通過非鍵合區(qū)域的壓カ的影響而在尺寸上增長。
優(yōu)選的,所述第一堆疊以及/或者第二堆疊在其表面可以包括ー個(gè)鍵合層,在該層的層面,執(zhí)行所述直接鍵合。優(yōu)選的,所述第一堆疊在第一壓電材料層和所述可選鍵合層(或其表面)之間可以包括ー個(gè)金屬層,用作電極。優(yōu)先的,所述第一壓電材料是單晶體。這樣ー個(gè)層可以通過在適合的襯底上外延生長來獲得,或者組成所述第一襯底的表面部分。在這種情況下,所述第一襯底可以是第一壓電材料的固態(tài)襯底。所述層還可以被沉積在所述第一襯底上。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)變形,所述方法還包括離子植入步驟以便在所述第一堆疊中創(chuàng)造一個(gè)掩埋脆弱區(qū),所述掩埋脆弱區(qū)與所述堆疊的表面劃定包括至少第一壓電材料層的一部分的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的該變形,所述薄化然后通過在掩埋脆弱區(qū)的層面破裂獲得。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)變形,所述薄化是通過磨削和拋光獲得的。優(yōu)選的,所述拋光步驟是一個(gè)機(jī)械化學(xué)拋光步驟(更熟知的是縮略詞CMP (化學(xué)機(jī)械拋光))。所述拋光是借助例如包括磨料(稱為“漿”)的方案來執(zhí)行的,例如基于硅膠。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)變形,所述壓電材料是LiNbO3或者LiTaO3或者更一般地 Li (TaxNbh)CV如果所述層被沉積,所述壓電材料典型的可以是AIN或者PZT。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)變形,第二襯底是由硅或者石英或者鉆石或者藍(lán)寶石組成的。 它可以是單獨(dú)的或者復(fù)合的。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)變形,至少ー個(gè)鍵合層是由電介質(zhì)材料制成,可以是Si02。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變形,所述方法還包括在所述金屬層中的電極限定步驟。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)變形,所述方法還包括在所述薄化步驟之后的在第一和第二堆疊的最后堆疊的表面生成ー個(gè)上電極的步驟。


在閱讀了隨后的說明書以及借助附圖,可以更好地理解本發(fā)明并且其他優(yōu)點(diǎn)也會(huì)變得明顯起來,其中附圖1示出了 BAW組件的操作原理,高亮顯示體聲波的傳播;附圖2示出了一個(gè)根據(jù)現(xiàn)有技木通過植入/破裂轉(zhuǎn)移襯底的方法的各個(gè)步驟;附圖3a到3e示出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造FBAR類型的諧振器的示例性方法的各個(gè)步驟;附圖如到4b圖示了在所述根據(jù)本發(fā)明的制造方法的一個(gè)步驟中,在熱處理操作之前以及之后,所產(chǎn)生的氣泡。附圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的方法生成的FBAR類型的諧振器。附圖6示出了沒有從所述襯底脫粘的隔膜的電響應(yīng)(曲線6a)以及懸浮隔膜的響應(yīng)(曲線6b)。
具體實(shí)施例方式一般地,本發(fā)明的方法使得生產(chǎn)基于聲波的組件成為可能,例如體聲波組件以及特別是FBAR諧振器類型的組件,包括具有低電極和高電極的壓電材料的懸浮隔膜,從而產(chǎn)生體聲波的傳播,所述隔膜生成在氣泡的表面上,所述氣泡是基于通過鍵合兩個(gè)支撐件形成的結(jié)合而產(chǎn)生的,其中一個(gè)支撐件在其表面上包括至少一個(gè)非鍵合初始區(qū),例如投影納米結(jié)構(gòu)。所述懸浮材料隔膜包括細(xì)長的壓電材料層。用于制造這樣的隔膜的方法可以基于已知的并且已經(jīng)掌握的方法,包括壓電材料的固態(tài)襯底的植入以便在該襯底中生成在該襯底中劃分出所述細(xì)長的層的掩埋脆弱區(qū),以及然后所述細(xì)長壓電材料層作為整體從所述壓電襯底的分離,這是通過在該破碎區(qū)的層面的破裂分離的,例如通過可選地機(jī)械力量輔助的熱處理。實(shí)施例固態(tài)壓電襯底$iez。(例如LiNbO3, LiTaO3類型,等等),被選擇用于BAW應(yīng)用(從取向,材料本質(zhì)的方面,等等)。作為一個(gè)變形,固態(tài)壓電襯底可以是只具有壓電材料的淺表層的支撐襯底(例如硅材質(zhì))。固態(tài)壓電襯底優(yōu)選地包括至少一個(gè)金屬層Cmi的堆疊,意在成為用于最后諧振器的掩埋電極。該金屬層可以基于Cu,AlCu, AlSi, W,Mo, Pt,Cr等等。所述堆疊作為一個(gè)整體在之后選擇性地被鍵合層Ca覆蓋;鍵合層可以是例如電介質(zhì)層,例如在表面的幾百nm(例如200nm)的SiO2,為了方便隨后的如附圖3a所示的直接鍵合操作。在所述壓電固態(tài)襯底中執(zhí)行(在沉積所述金屬以及鍵合層之前或之后)離子植入操作以便創(chuàng)造掩埋脆弱區(qū)Zft用以在該襯底中劃分出要轉(zhuǎn)移的壓電材料的薄層。該植入可以在IO16到1017at/cm2劑量之間的氫或者氦或者二者的混合的基礎(chǔ)上執(zhí)行,這樣做依賴于所選擇的壓電層的厚度需要50keV到250keV之間的能量,如附圖北中所示出的。用于鍵合操作的表面上的鍵合層(例如由例如SiO2組成的電介質(zhì))的沉積是平行于第二襯底&進(jìn)行的,如附圖3c所示的,第二襯底&可以是由壓電或者非壓電材料制成, 例如Si,藍(lán)寶石,石英等等。應(yīng)當(dāng)指出的是,該層是可選的并且依賴于所述第二襯底的性質(zhì)。然后準(zhǔn)備所述襯底,例如通過機(jī)械化學(xué)拋光,以便兼容隨后的直接鍵合步驟。該準(zhǔn)備使得獲取隨后的直接鍵合所期望的平面度和粗糙度成為可能。在該步之中/之后,控制尺寸的粒子被沉積/生成于兩個(gè)鍵合界面的其中一個(gè)上。 這些粒子或者μ襯墊(μ-pad)可以,例如,由平版印刷然后蝕刻來生成,或者由以局部方式沉積控制尺寸的粒子來生成。附圖3d示出了一種配置,在其中所述μ襯墊μΡ在層Ca 的表面生成。這些粒子是非鍵合初始區(qū)其在局部阻止兩個(gè)襯底在該區(qū)域的層面和/或這些區(qū)域的附近鍵合。其他類型的非鍵合初始區(qū)將在隨后描述。附圖3e示出了在鍵合階段之前使兩個(gè)堆疊接觸。所述兩個(gè)堆疊在之后通過直接鍵合被鍵合,如在下列文章中所顯示的Tong & Gdsele 1999, Q. -Y. Tong, U. Gosele, Semiconductor wafer bonding :Science and Technology, Wiley, New York, 1999, 297pp0該文章主要描述了在鍵合界面的粒子的動(dòng)作 作為所述粒子的尺寸(尤其是它的高度)的函數(shù),形成與所述粒子的半徑和高度相等的特定的半徑和高度的氣泡。當(dāng)用于鈮酸鋰(按照對(duì)應(yīng)于所述材料的變形系數(shù)以及表面能量)的情形時(shí),通過理論計(jì)算以及通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的所述氣泡的半徑的大小的量級(jí)是協(xié)調(diào)一致的。在本發(fā)明的情形下,發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述氣泡的高度明顯的大于所述粒子的高度所述氣泡的直徑和高度是由所使用的熱預(yù)算控制的。根據(jù)本發(fā)明的方法,采用熱處理(介于100°C和500°C之間,優(yōu)選地是250°C)以便通過在所述掩埋脆弱區(qū)的層面的破裂來初始所述壓電材料的薄膜的轉(zhuǎn)移。該熱處理也使得增長最初在所述投影納米結(jié)構(gòu)周圍形成的氣泡成為可能。在沒有粒子的區(qū)域,以及引起氣泡的區(qū)域的外側(cè),執(zhí)行對(duì)表面的所述直接鍵合。額外的例如100°C到500°C之間(優(yōu)選的是250°C附近)的熱預(yù)算的應(yīng)用(一旦已經(jīng)獲得破裂)使得控制所期望的氣泡的橫向直徑成為可能。它還可以使得將所述隔膜從所述投影納米結(jié)構(gòu)上脫粘成為可能(如在附圖4b中示出的)。該熱預(yù)算還可以允許兩個(gè)或更多連續(xù)的氣泡一起產(chǎn)生以形成更大尺寸的氣泡。還可以沉積另外的密封層來固定所述結(jié)構(gòu)。附圖如和4b因此圖示出了(只顯示出了所述壓電材料層)在所述熱處理之前或之后,氣泡CAV在納米結(jié)構(gòu)μρ之上的形成導(dǎo)致了所述氣泡的擴(kuò)展。典型的,對(duì)于高度為IOOnm的粒子,所能得到的最大氣泡直徑是約1000 μ m??梢詧?zhí)行修整過程(例如熱處理和/或拋光以獲得與后面的組件的生產(chǎn)相兼容的粗糙度)。因此獲得了壓電材料CPiez。的細(xì)長層,與其他層位于主襯底上。最終的FBAR諧振器通過在形成的氣泡CAV的層面沉積上金屬電極Cm2制作而成,如在附圖5中所示出的,此外高亮顯示體聲波傳播的區(qū)域ZBAW。已經(jīng)在這樣的結(jié)構(gòu)上執(zhí)行電測試用以顯示所述懸浮隔膜的諧振壓電特性。附圖6 的曲線示出了根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的懸浮隔膜的電響應(yīng)。曲線6a對(duì)應(yīng)于沒有從所述襯底脫粘的壓電層的響應(yīng),曲線6b涉及所述脫粘的隔膜以及因此涉及所述FBAR諧振器的最終結(jié)構(gòu)。如上所提到的,其他類型的非鍵合初始區(qū)可以在要結(jié)合的一個(gè)或兩個(gè)襯底的表面上生產(chǎn)以便局部排除這兩個(gè)襯底的直接鍵合以及因此在所述界面生成使這兩個(gè)襯底局部聲學(xué)去耦的氣泡。這可以主要涉及位于其表面的碳?xì)浠衔锓N類或者液態(tài)或者固態(tài)種類。 這些種類可以生成氣態(tài)副產(chǎn)品。通過合適的熱處理,該區(qū)域會(huì)在所述非鍵合區(qū)域中的壓力效應(yīng)下在尺寸上增長,以便生成懸浮隔膜區(qū)域(橫向支撐)。對(duì)于尺寸的影響,可以參考由 Tong和Goesele撰寫的文章(書1999第42頁)。在排氣的情形中,由F. Rieutord(ECS2010)撰寫的文章給出了在給定溫度時(shí)作為壓力(用于傳達(dá)可用的分子或原子的數(shù)目N)的函數(shù)的例如氣泡(非鍵合區(qū)域)的臨界半徑尺寸Re。Rc是所述氣泡在給定溫度T下穩(wěn)定時(shí)的值。在所述熱處理中,所述壓力增長類似于PV = NRT。所述鍵合能量可能會(huì)在熱處理過程中增加并且仍然不夠阻止所述區(qū)域的打開,因此增加所述非鍵合區(qū)域的橫向尺寸r以及它的高度h。另外,如果r大于例如F. Rieutord(ECS2010)或者Tong和Goesele撰寫的文章 (書1999第42頁)中定義的臨界半徑,所述非鍵合區(qū)域?qū)⒉槐辉傥铡_@些受控的污染物使得導(dǎo)致非鍵合區(qū)域大于臨界尺寸成為可能。在生產(chǎn)中,可能會(huì)沉積污染物,其可以通過例如AFM針尖在鍵合區(qū)域的表面排氣。
權(quán)利要求
1.一種用于制造聲波諧振器的方法,所述聲波諧振器包括懸浮隔膜,所述懸浮隔膜包括壓電材料層,其特征在于所述方法包括如下步驟-產(chǎn)生第一堆疊,該第一堆疊包括位于第一襯底的表面之上的至少ー個(gè)第一壓電材料(レPiezo) メム‘-產(chǎn)生第二堆疊,該第二堆疊包括至少ー個(gè)第二襯底;-在隨后的鍵合步驟之前,通過控制尺寸的粒子的沉積或產(chǎn)生來制造至少ー個(gè)非鍵合初始區(qū)域,將所述堆疊的其中ー個(gè)的表面局被賦予投影納米結(jié)構(gòu);-所述兩個(gè)堆疊的直接鍵合產(chǎn)生了位于堆疊之間的氣泡(CAV),這是由于非鍵合初始區(qū)域的存在導(dǎo)致的;-薄化所述第一堆疊以消除至少所述第一襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述直接鍵合是通過放置兩個(gè)堆疊為直接接觸、或者通過熱壓、或者通過陽極鍵合、或者通過熔化鍵合來實(shí)現(xiàn)的。
3.如權(quán)利要求1和2中任意一項(xiàng)所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于在所述直接鍵合步驟之中或者之后執(zhí)行熱處理步驟以便提升所述氣泡的產(chǎn)生和/或增長。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述非鍵合初始區(qū)域是投影納米結(jié)構(gòu),該投影納米結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于相對(duì)于微米尺寸的所述堆疊的表面的局部突起。
5.如權(quán)利要求4所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述產(chǎn)生該投影納米結(jié)構(gòu)的步驟是通過光刻以及蝕刻來執(zhí)行的。
6.如權(quán)利要求4所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述產(chǎn)生該投影納米結(jié)構(gòu)的步驟是通過以局部方式沉積控制尺寸的粒子來執(zhí)行的。
7.如權(quán)利要求4至6中任意一項(xiàng)所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述投影納米結(jié)構(gòu)具有從幾十納米到幾百納米量級(jí)的高度,所述氣泡具有一千微米量級(jí)的直徑范圍。
8.如權(quán)利要求4至7中任意一項(xiàng)所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于還包括在鍵合之前準(zhǔn)備圍繞所述投影納米結(jié)構(gòu)的表面或者面向所述投影納米結(jié)構(gòu)的表面的準(zhǔn)備步驟,以便在熱處理過程中促進(jìn)或者適于所述氣泡的擴(kuò)展,所述準(zhǔn)備步驟包括降低親水性和/或改變所述表面的粗糙度。
9.如權(quán)利要求8所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于用降低所述親水性的準(zhǔn)備步驟是通過等離子或者UV/臭氧處理來執(zhí)行的。
10.如權(quán)利要求8所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于用于改變所述粗糙度的準(zhǔn)備步驟是通過化學(xué)刻蝕、濕刻蝕或者干蝕刻來執(zhí)行的。
11.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述非鍵合初始區(qū)是通過局部沉積碳?xì)浠衔锘蛘吣軌蛏蓺怏w副產(chǎn)品的液體或者固體產(chǎn)品而獲得的。
12.如權(quán)利要求11所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于局部沉積碳?xì)浠衔锸墙柚恿︼@微鏡的針尖執(zhí)行的。
13.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述第一堆疊和/或第二堆疊在其表面包括鍵合層,在該鍵合層的層面執(zhí)行后續(xù)的鍵合步驟。
14.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述第一堆疊在第一壓電材料層和所述可選鍵合層(或所述表面)之間包括用作電極的金屬層。
15.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述第 ー壓電材料是單晶體。
16.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述方法還包括離子植入步驟以便在所述第一堆疊中產(chǎn)生掩埋脆弱區(qū),該掩埋脆弱區(qū)與所述堆疊的表面劃定的區(qū)域包括第一壓電材料層的至少一部分。
17.如權(quán)利要求16所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述薄化是通過在所述掩埋脆弱區(qū)的層面的破裂獲得。
18.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述薄化是通過機(jī)械化學(xué)類型的拋光獲得的。
19.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述壓電材料是 Li(TEtxNtvx)CV
20.如權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的用于制造聲波諧振器的方法,特征在于所述方法包括沉積AIN或PZT的壓電材料層。
21.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述第 ニ襯底是由硅、或者石英、或者鉆石、或者藍(lán)寶石,或者包括上述材料之一的復(fù)合材料組成的。
22.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于至少一個(gè)鍵合層是由電介質(zhì)材料制成,可以是Si02。
23.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述方法還包括在所述金屬層中的電極限定步驟。
24.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于制造聲波諧振器的方法,其特征在于所述方法還包括在所述薄化步驟之后的在第一和第二堆疊的最后堆疊的表面生成上電極的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造包括懸浮隔膜的聲波諧振器的方法,所述懸浮隔膜包括壓電材料層,其特征在于包括如下步驟-產(chǎn)生第一堆疊,其包括位于第一襯底的表面之上的至少一個(gè)第一壓電材料(CPiezo)層;-產(chǎn)生第二堆疊,其包括至少一個(gè)第二襯底;-在隨后的鍵合步驟之前,通過控制尺寸的粒子的沉積或產(chǎn)生來制造至少一個(gè)非鍵合初始區(qū)域,將所述堆疊的其中一個(gè)的表面局部賦予投影納米結(jié)構(gòu);-所述兩個(gè)堆疊的直接鍵合產(chǎn)生了位于堆疊之間的氣泡(CAV),這是由于非鍵合初始區(qū)域的存在導(dǎo)致的;-薄化所述第一堆疊以消除至少所述第一襯底。
文檔編號(hào)H03H3/02GK102545814SQ20111046224
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者B·因貝特, C·德蓋, E·德費(fèi), H·莫里索, M·皮約拉特 申請(qǐng)人:原子能和能源替代品委員會(huì)
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