声共振器装置的隔离方法制造方法及图纸

一种隔离压电薄膜声共振器装置的方法。具体地说，此项隔离技术包括在声共振器装置之间控制或隔离压电材料层，限制沿横向传播离开装置的声能量。一方面，从装置中去除不涉及通过ＲＦ和声能之间的转换而传输信号的至少一部分压电材料。另一方面，在制造时把压电材料的生长限制在一定的区域。再一方面，在制造装置时扰乱或改变压电材料的晶体取向，从而形成具有优良的压电特性的区域和显示较弱的压电特性的区域。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及体声波装置，尤其涉及限制横波传播效果的隔离技术，横波传播会不适宜地消除制作在公共衬底上的薄膜共振器(TFR)装置的能量并导致装置之间的耦合。近年来，在发展体声波装置、主要是用在蜂窝式、无线和光纤通信以及计算机或与计算机有关的信息交换或信息共享系统中的体声波装置方面进行了大量的研究。有这样一种趋势，这些系统以日益提高的载波频率下工作，这主要是因为较低频率处的频谱变得拥挤，并且因为在较高频率处的允许带宽较大。压电晶体为体声波装置如振荡器、共振器和滤波器等在非常高的射频(几个GHz的量级)处工作提供了基础。当然，早已知道某些晶体材料具有压电特性。具体地说，有一种被称作直接压电效应，当施加外部应力时在晶体表面上出现电荷。还有一种逆向压电效应，当通过外部的方式把电荷施加到晶体表面时，晶体显示出应变或变形。在许多高频应用中，滤波器是基于填充到电磁共振腔中的电介质，共振腔的物理尺寸由共振电磁场的波长决定。为声波或电磁波。由于电荷、应力和应变之间的互作用，压电材料用作一种传感器，在电磁波和声波(即机械波)之间来回转换，所以也可以用做一个电共振装置。但是，声波的速度大约是电磁波速度的1/10000。波的速度和装置的尺寸之间的关系使得能够粗略地减小某些装置的尺寸，装置包括采用这种材料的声共振器。附图说明图1表示典型的声共振装置100的横截面。装置100包括一个插在两个电极105和115之间的压电材料110，两电极中的一个形成在衬底120上。在声共振器的理想状态中，通过施加电场激励垂直于装置表面的机械振荡。产生很多其它类型的振荡，包括剪切面和纵波的结合。这些波例如可以通过在一个实际装置中的非理想晶态取向、共振器边缘的边缘场、电极边缘的机械不连续性、非均匀的电流分布等产生。这些不再是纯纵波的波载走声能，本质上使得“泄漏”装置100的侧边，和/或导致与相邻装置或系统组件干涉。这些能量损耗导致装置中能量传输的衰减，即被用做RF带通滤波器，抑制装置的效率和性能。因此，需要有一种把体声波装置如声共振器与产生的横波所具有的对装置效率和性能不利的效应隔离的方法。本专利技术提供一种隔离声共振器装置的方法，其中声共振器装置由一种插在衬底上的两个导体之间的压电材料形成。例如，可以去除至少两个装置之间包围或部分包围装置的压电材料的一个区域，可以避免在装置的制造期间该区域的生长，或者可以改变该区域中晶体取向。这些技术的每一项可以减少横向传播离开装置的声能量。声能的这种损耗可能妨碍装置的效率和性能，并且能与相邻的或邻接的装置和部件干涉。从下面参考附图的详细描述中将能够完全理解本专利技术，其中图中的相同标号表示相同的元件，下列参考附图的描述仅仅是对本专利技术的举例说明，并不构成对本专利技术的限定，其中图1表示典型的薄膜共振器(TFR)声共振器装置的截面图；图2表示根据本专利技术第一实施例的隔离方法；图3表示局部的声共振器装置；图4表示根据本专利技术的第一实施例在进行隔离之前的声共振器装置；图5表示根据本专利技术的第一实施例在进行隔离之后的图4的声共振器装置；图6A和6B表示开槽之前和之后的一种典型的声共振器装置；图7表示根据本专利技术第二实施例的隔离方法；和图8表示根据本专利技术第三实施例的隔离方法。本专利技术提供一种限制声共振器装置性能损耗的方法，性能损耗是由于装置中无用横波的产生所导致的。在本专利技术的另一个方面，从装置中除去不涉及信号传输的压电材料(即至少一部分不存在于电极之间的压电材料)。另一方面，在装置制造期间把压电材料的生长限定在一定的区域中。另一方面，在制造装置期间扰乱或改变压电材料的晶体取向，从而形成晶体取向高度有序的区域(如晶体取向显示出优良的压电特性的区域)和晶体取向不是高度有序的区域(即晶体结构导致的具有与高度有序的区域相比压电特性较弱的区域)。例如，生长的初始条件会导致相邻晶粒的压电效应的优选方向随机化，使得压电效应有一个净的零总和。图2表示根据本专利技术第一实施例的隔离声共振器装置的方法。虽然在TRF声共振器装置的批量制造中包括数不清的薄膜加工步骤，如同在制造任何现代集成电路中一样，但大多数的这种加工包括重复实施三个主要操作沉积、平板印刷和蚀刻。参见图2，首先提供一个基础的支撑结构(步骤S1)，如衬底。在这种情况下，基础结构与装置的操作不为一体；它主要提供机械支撑。以下称作“衬底”的基础结构可以是一个硅片衬底，并且最好包括多个声学失配材料的交替的声反射层，如SiO2和AlN，这些反射层包裹在固体衬底如硅、石英或剥离片上。另外，衬底可以是一个通过去除其下部的材料的膜片。提供了衬底之后，在衬底表面上沉积一个薄膜金属层(大约100nm或100×10-9m厚)(步骤S2)。金属膜做为声共振器装置的下电极，最好由Al组成，但其它导体也可以用。沉积最好在真空腔中利用现有已知的多项薄膜沉积技术中的一项进行，如对绝缘目标的RF溅射，金属目标的脉冲DC反应溅射，化学气相沉积(CVD)，分子束外延(MBE)等。金属膜沉积之后，进行图案形成过程(步骤S3)。采用平板印刷过程，其中，对光敏的、耐化学腐蚀的聚合物或“光致抗蚀剂”实施完全涂敷金属膜。对“光掩模”曝光，材料或掩模层在某些位置处有孔或开口，从而允许光通过，对光致抗蚀剂敏感，以致于在随后浸入显影剂中时只去除受到光照的抗蚀材料。此时，样品表面包括剩余保护抗蚀层的区域和未受保护的金属区域。图案形成过程继续通过蚀刻过程按此平板印刷图案确定的图案转移到金属层中。在现有技术中通常实施多项蚀刻技术，包括湿化学蚀刻、活性离子蚀刻(RIE)和溅射蚀刻。这些过程通过化学的或物理的作用去除任何不受光致抗蚀剂保护的金属，剩下完整的抗蚀剂涂层金属，由此把金属表面“塑刻”成理想的电极图案。通过这一过程确定的电极示于图3。抗蚀剂216在去除衬底220上不受保护的材料期间保护金属层215。当剩余的光致抗蚀材料216被溶剂去除时，保留由理想的图案确定的金属层215。然后把半完工的装置放回到真空腔中进行活性压电材料膜的沉积(步骤S4)。类似于上述的金属沉积，压电层可以以不同的方式沉积，如通过对绝缘目标的RF溅射，金属目标的脉冲DC反应溅射，化学气相沉积(CVD)，分子束外延(MBE)等。这种压电材料最好是氮化铝(AlN)，但是也可以由ZnS或CdS组成。与金属膜类似，AlN膜完全沉积在衬底上。但与金属膜不同，它没有形成图案，并且随后被采用Al的第二薄膜金属层涂敷，形成装置的上电极(步骤S5)。利用上述的平板印刷过程将第二金属膜形成图案并蚀刻(步骤S6)。一旦除去光致抗蚀剂，声共振器装置的结构即几乎完成。虽然此时的装置起着TFR的作用，但还有执行下述步骤的优点。图4是根据本专利技术第一实施例的声共振器装置在进行隔离之前的示意图。参见图4，有一个声共振器装置200，该装置包括一个衬底220，一个被夹在上下金属电极205、215之间的压电层210。因为层210是连续的(即上行图案)，所以与基础金属(下电极215)没有直接的电连接，并且声共振器装置200实际上是串联的两个“腔”或共振腔。另外，使层210中的压电材料取向成施加的电场将激发体声波，即主要是垂直于衬底220的表面传播的纵波。这种传播模式使图4的声共振器装置与表面声波(SAW)装置有区别，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生声共振器装置的方法，其中声共振器装置由一种插在衬底上的两个导体之间的压电材料形成，包括： 隔离压电材料以减小横向传播离开装置的声能量。

【技术特征摘要】
US 2000-2-4 09/497,9931．一种产生声共振器装置的方法，其中声共振器装置由一种插在衬底上的两个导体之间的压电材料形成，包括隔离压电材料以减小横向传播离开装置的声能量。2．如权利要求1所述的方法，其特征在于在装置的制造期间进行压电材料的隔离。3．如权利要求1所述的方法，其特征在于在装置的制造之后进行压电材料的隔离。4．如权利要求1所述的方法，其特征在于隔离步骤还包括在装置制造之后去除不涉及信号传输的一些或全部压电材料。5．如权利要求4所述的方法，其特征在于去除步骤通过一个选择蚀刻过程进行。6．如权利要求1所述的方法，其特征在于隔离步骤还包括在制造期间把压电材料的生长限制在特定的区域内，其中所述特定的区域形成相继互连的压电材料的隔离岛，由此限制横波模式的能量的产生或传播。7．如权利要求6所述的方法，其特征在于隔离区通过掩模过程形成。8．如权利要求1所述的方法，其特征在于隔离步骤还包括在衬底上的压电材料生长期间，通过在沉积压电材料之前选择性地将衬底的表面形成图案来扰乱压电材料的晶体取向，从而形成声能和RF能之间的转换得以提高的压电材料区和转换减弱的区域。9．如权利要求6所述的方法，其特征在于没有插在所述导电膜之间的任何压电材料处于一个信号传输减弱的区域，由此进行就地隔离功能。10．如权利要求1所述的方法，其特征在于压电材料是从包括至少AlN,ZnO和CdS的组中选择。11．如权利要求1所述的方法，其特征在于导电膜通过对Al金属或其它导体平版印刷图案而形成。12．如权利要求1所述的方法，其特征在于把衬底做成在一个基片如硅、石英或玻璃片上的多个声反射层。13．一种隔离声共振器装置的方法，其中声共振器装置具有一种插在衬底上的两导体之间的压电材料，方法包括在装置制造之后去除不涉及通过RF和声能之间的转换而传输信号的一些或全部压电材料，把横波传播损耗限制在装置的未蚀刻区域，由此限制横波模式的能量传播。14．如权利要求13所述的方法，其特征在于所述去除步骤通过一个选择蚀刻过程进行。15．如权利要求14所...

【专利技术属性】
技术研发人员：布拉德利保罗巴伯，里纳斯阿尔伯特费特，迈克尔乔治兹尔德特，
申请(专利权)人：朗迅科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]