專利名稱：懸浮裝置及其制造方法
背景技術(shù)：
包含一個以上的薄膜體聲波諧振器(FBARs)的FBAR裝置形成日益增多種類的電子產(chǎn)品的部件，尤其是無線產(chǎn)品。例如，現(xiàn)代移動電話包含雙工器，其中每個帶通濾波器都包括梯形電路，在梯形電路中的每個元件都是FBAR。一種包含F(xiàn)BARs的雙工器公開在由Bradley等人的標題為Duplexer IncorporatingThin-film Bulk Acoustic Resonators(FBARs)的美國專利no.6,262,637中公開，該發(fā)明的受讓人也是本公開發(fā)明的受讓人，并且被結(jié)合用作參考。這種雙工器由發(fā)送器帶通濾波器和接收器帶通濾波器組成。發(fā)送器帶通濾波器連接在發(fā)送器的輸出端和天線之間。接收器帶通濾波器串聯(lián)連接到天線和接收器的輸入端之間的90°移相器。發(fā)送器帶通濾波器和接收器帶通濾波器的帶通的中心頻率相互補償。也可以在其它的應(yīng)用場合使用基于FBARs的梯形濾波器。
FBAR由相對的平面電極和電極之間的壓電元件組成。FBAR懸浮在基底中限定的空腔上方，該基底使得FBAR響應(yīng)于電極之間施加的電信號而機械諧振。
受讓人為本申請的受讓人并且被結(jié)合用作參考的Larson III等人的美國專利申請序號no.10/699,289的申請公開了一種包含解耦堆疊的體聲波諧振器(DSBAR)的帶通濾波器。該DSBAR由下部FBAR、堆疊在下部FBAR上方的上部FBAR，以及位于FBARs之間的聲波解耦器組成。根據(jù)上述內(nèi)容構(gòu)造每個FBAR。電輸入信號施加在FBARs之一的電極之間，并且其它的FBARs在它的電極之間提供帶通濾波的電輸出信號。
受讓人為本申請的受讓人并且被結(jié)合用作參考的Larson III等人的美國專利申請序號no.10/699,481的申請公開了一種由兩個解耦堆疊的體聲波諧振器(DSBARs)組成的薄膜聲耦合變換器(FACT)。第一電路以串聯(lián)或并聯(lián)的方式互連DSBARs的下部FBARs。第二電路以串聯(lián)或并聯(lián)的方式互連DSBARs的上部FBARs。根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)，可以得到阻抗變換比例為1∶1或者1∶4的平衡或不平衡的FACT的實施例。這種FACTs還在第一電路和第二電路之間提供電流的隔離。
在本發(fā)明公開中，一般將FBARs和包含一個或多個FBARs的裝置例如梯形濾波器、DSBARs、FACTs以及帶通濾波器稱為FBAR裝置。
大多數(shù)的FBAR裝置的頻率響應(yīng)具有以中心頻率為特征的帶通特性。組分FBARs具有以諧振頻率為特征的頻率響應(yīng)特性。在電流FBAR裝置的應(yīng)用實施例中，每個FBAR的諧振頻率都具有從大約-20ppm/℃到大約-35ppm/℃范圍的溫度系數(shù)，其中在電流FBAR裝置中，壓電元件的材料是氮化鋁(ALN)，并且電極的材料是鉬(Mo)。諧振頻率的溫度系數(shù)減小溫度范圍，在該溫度范圍上，包含F(xiàn)BAR的FBAR裝置可以符合它的帶通寬度規(guī)格。此外，諧振頻率的溫度系數(shù)此外還減小生產(chǎn)產(chǎn)量，是因為FBAR被測試的帶通寬度極限必須由帶通寬度規(guī)格插入，以確保FBAR裝置在它的整個操作溫度范圍上符合帶通寬度規(guī)格。
受讓人為本申請的受讓人并且被結(jié)合用作參考的Larson III等人的美國專利申請序號no.10/977,398的申請公開了一種FBAR裝置，該FBAR裝置包含有效地減少FBAR裝置的帶通寬度的溫度系數(shù)的溫度補償元件。但是，該申請中公開的溫度補償元件由不經(jīng)常在基于半導體制造的過程中使用的材料組成，該基于半導體制造的過程通常用來制造FBAR裝置。需要使用一種特別的方法來形成溫度補償元件在經(jīng)濟上是不利的。
在2000IEE ULTRSONICSSYMPOSIUM第855-858頁的Lakin等人發(fā)表的TemperatureCompensated Bulk Acoustic Thin Film Resonator公開了，二氧化硅(SiO2)在溫度范圍20℃-80℃內(nèi)具有正溫度系數(shù)。SiO2的正溫度系數(shù)與氮化鋁和鉬的溫度系數(shù)相反，其中氮化鋁和鉬是FBARs中經(jīng)常使用的材料。SiO2溫度補償元件將FBAR的諧振頻率的溫度系數(shù)減小為未補償?shù)腇BAR的溫度系數(shù)的大約一半。使用SiO2作為補償元件材料是因為其它原因，即SiO2沉積和圖案化是較好構(gòu)建的、標準的半導體制造過程。
Lakin等人在牢固安裝的諧振器的文章中公開了SiO2的使用。但是，懸浮FBAR裝置的性能通常比牢固安裝的諧振器的性能要好，在懸浮FBAR裝置中，包括FBAR(s)的懸浮FBAR堆懸浮在基底中限定的淺空腔上方。懸浮FBAR堆通常制造于犧牲材料的支撐層的表面上，犧牲材料通常是填充空腔的磷硅玻璃(PSG)。在制造出FBAR堆(stack)之后，進行釋放蝕刻來從FBAR堆下方除去犧牲材料。這使得FBAR懸浮在空腔上方。釋放蝕刻通常使用稀釋的氫氟酸(HF)。但是，HF會很嚴重的腐蝕SiO2。因此，由SiO2層組成的溫度補償元件與制造出FBAR堆之后進行的釋放蝕刻不相容。因此，所需要的是制造一種懸浮FBAR裝置的方法，其中FBAR堆包括例如SiO2的材料，該材料與制造出懸浮FBAR堆之后進行的釋放蝕刻不相容。
在支撐層上構(gòu)建許多種其它類型的懸浮裝置，其中懸浮裝置結(jié)構(gòu)懸浮在淺空腔上方，在制造出該裝置結(jié)構(gòu)之后進行的釋放蝕刻過程中，從該裝置結(jié)構(gòu)下方除去該支撐層。在制造出該裝置結(jié)構(gòu)之后進行釋放蝕刻將可以將用在該裝置結(jié)構(gòu)中的材料限制為與釋放蝕刻劑相容的那些材料。該限制會帶來問題。因此，還需要的是一種制造懸浮裝置的方法，其中該裝置結(jié)構(gòu)包括與釋放蝕刻劑不相容的材料。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明提供了一種薄膜體聲波諧振器(FBAR)裝置，該裝置包括基底以及限定在基底中并從基底的前側(cè)延伸到基底中的空腔。該FBAR裝置還包括懸浮在空腔上方的FBAR堆，以及限定在基底中并通過基底從基底的背側(cè)延伸到空腔的孔。
在第二方面中，本發(fā)明提供了一種裝置，該裝置包括基底、限定在基底中的空腔，以及懸浮在空腔上方的裝置結(jié)構(gòu)。該空腔包括寬淺的第一部分和窄深的第二部分。第一部分從基底的前側(cè)延伸到基底中。第二部分通過基底從基底的背側(cè)延伸到第一部分。
在第三方面中，本發(fā)明提供了一種制造懸浮裝置的方法。在該方法中，提供了限定空腔的基底，該空腔包括寬淺的第一部分以及窄深的第二部分?？涨坏牡谝徊糠謴幕椎那皞?cè)延伸到基底中，并填充有犧牲材料。第二部分從第一部分更深的延伸到基底中。該裝置被制造在犧牲材料上方。釋放蝕刻劑通過空腔的第二部分從基底的背側(cè)引入，從而從空腔的第一部分除去位于該裝置結(jié)構(gòu)下方的犧牲材料。
通過經(jīng)空腔的第二部分從基底的背側(cè)引入釋放蝕刻劑，從而從空腔的第一部分除去裝置結(jié)構(gòu)下方的犧牲材料，這使得可以不用使裝置結(jié)構(gòu)暴露于釋放蝕刻劑而進行釋放蝕刻。這使得該裝置結(jié)構(gòu)可以包括與釋放蝕刻劑不相容的材料。例如，這使得可以制造出犧牲材料為PSG的懸浮FBAR裝置，并且懸浮FBAR堆包含二氧化硅溫度補償元件。


圖1A-1I是說明用于制造根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的第一實施例的根據(jù)本發(fā)明的一個制造過程的例子的平面圖。
圖1J-1R是分別沿圖1A-1I中的截面線1J-1J，1K-1K，1L-1L，1M-1M，1N-1N，1O-1O，1P-1P，1Q-1Q以及1R-1R的截面圖。
圖2是示出保護裝置結(jié)構(gòu)免受釋放蝕刻劑影響的一種可選方法的側(cè)視圖。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的第二實施例的平面圖。
圖3B和3C是分別沿圖3A中的截面線3B-3B，3C-3C的截面圖。
圖3D是圖3A中所示的懸浮裝置的實施例中的電連接的示意圖。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的第三實施例的平面圖。
圖4B是沿圖4A的截面線4B-4B的截面圖。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的第四實施例的平面圖。
圖5B和5C是分別沿圖5A的截面線5B-5B，5C-5C的截面圖。
圖5D是示出圖5A所示的懸浮裝置的實施例中的電連接的示意圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的第五實施例中的電連接的示意圖。
圖7A-7J是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的圖4A和4B所示的實施例的過程的例子的平面圖。
圖7K-7T是分別沿圖7A-7J中的截面線7K-7K，7L-7L，7M-7M，7N-7N，7O-7O，7P-7P，7Q-7Q，7R-7R，7S-7S以及7T-7T截面的截面圖。
具體實施例方式
將參考懸浮FBAR裝置的實施例作為懸浮裝置的例子來描述本發(fā)明的實施例。根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的其它例子的裝置結(jié)構(gòu)不同于懸浮在空腔上方的FBAR堆。
懸浮FBAR裝置包括懸浮FBAR堆。與本發(fā)明所使用的一樣，術(shù)語FBAR堆是指多種材料的堆疊層，其中限定了一個或多個薄膜體聲波諧振器(FBARs)。在FBAR堆中限定了一個以上的FBAR的實施例中，F(xiàn)BARs可以在FBAR堆中處于相同的水平面，也可以在FBAR堆中處于不同的水平面，或者其中一些FBARs可以在FBAR堆中處于相同的水平面，并且其中一些FBARs可以在FBAR堆中處于不同的水平面。例如，在FBAR梯形濾波器中，F(xiàn)BARs通常在FBAR堆中處于相同的水平面，這將參考圖3A-3C在下面被描述。在解耦堆疊的體聲波諧振器(DSBAR)中，F(xiàn)BARs在FBAR堆中處于不同的水平面，這將參考圖4A和4B在下面被描述。在薄膜聲耦合變換器(FACT)中，一些FBARs在FBAR堆中處于相同的水平面，并且一些FBARs在FBAR堆中處于不同的水平面，這將參考圖5A-5C在下面被描述。
FBAR的諧振頻率直接取決于FBAR中的聲傳播的速度，并且反向取決于組成FBAR的層的厚度。在多數(shù)目前用來制造FBAR的材料中的傳播速度之所以顯示出負溫度系數(shù)，是因為原子間的力隨著溫度升高而削弱。這些力的減小導致了材料的彈性常數(shù)的減小，并且傳播速度隨之減小。溫度的增加使得傳播的速度減小，還使得層的厚度增加。所有這些影響都趨于減小FBAR的諧振頻率，從而產(chǎn)生上述的負溫度系數(shù)。例如，目前用來制造FBARs的氮化鋁(ALN)和鉬(Mo)的溫度系數(shù)分別大約為-25ppm/℃到-60ppm/℃。
FBAR的諧振頻率的溫度系數(shù)與FBAR的電極和壓電元件的溫度系數(shù)之間的關(guān)系由電極和壓電元件的相對厚度決定?；贔BAR的雙工器具有接收器梯形濾波器，在該濾波器中，F(xiàn)BARs通常具有相對薄的電極以及相對厚的壓電元件。這種FBARs的諧振頻率的溫度系數(shù)類似于ALN，也就是大約為-25ppm/℃?；贔BAR的雙工器的發(fā)送器梯形濾波器通常所具有的FBARs具有相對厚的電極以及相對薄的壓電元件。電極的鉬的溫度系數(shù)對FBAR的諧振頻率的溫度系數(shù)所起的作用比在接收器梯形濾波器中要大。因此，發(fā)送器梯形濾波器的FBARs的諧振頻率的溫度系數(shù)的范圍從大約-35ppm/℃到大約-40ppm/℃。
根據(jù)本發(fā)明，懸浮FBAR堆懸浮在基底中限定的空腔上方，并且還包含一種蝕刻不相容材料，該材料與用來在制造出FBAR堆之后從FBAR堆下方除去犧牲材料的釋放蝕刻劑不相容。在一些實施例中，蝕刻不相容材料層組成溫度補償元件，該溫度補償元件減少在FBAR堆中限定的FBARs的諧振頻率的溫度系數(shù)。溫度補償元件的溫度系數(shù)與作為FBAR堆的一部分的壓電元件上的符號相反，也就是，溫度補償元件在上述的例子中具有正溫度系數(shù)，其中壓電元件具有負溫度系數(shù)。利用溫度補償元件，每個FBAR的有效溫度系數(shù)TCeff成為第一個近似值
TCeff＝{(TCE*tE)+(TCP*tP)+(TCC*tC)}/(tE+tP+tC) (1)其中，TCE是電極材料的溫度系數(shù)，TCP是壓電元件的材料的溫度系數(shù)，TCC是溫度補償元件的溫度系數(shù)，tE是電極的總厚度，tP是壓電元件的厚度，并且tC是溫度補償元件的總厚度。沿操作FBAR裝置期間聲音通過元件傳播的方向測量厚度。等式(1)應(yīng)用于傳播的縱模和剪切振模。等式(1)忽略電極的聲波阻抗、溫度補償元件的溫度補償效果上的壓電元件和溫度補償元件的第二級效果。
如上所述，位于或鄰近FBAR堆的二氧化硅(SiO2)層形成有效的溫度補償元件。但是，相對于PSG這種通常使用的、非常熟悉的犧牲材料，SiO2的蝕刻選擇性較小。
根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例形成懸浮FBAR裝置，其中懸浮FBAR堆包含SiO2溫度補償元件，并且被制造在PSG犧牲材料上。在已經(jīng)制造出FBAR堆之后，利用稀釋的HF進行釋放蝕刻。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的方法的實施例在犧牲材料上形成裝置結(jié)構(gòu)。在已經(jīng)制造出裝置結(jié)構(gòu)之后，利用與裝置結(jié)構(gòu)的一種或多種材料不相容的釋放蝕刻劑進行釋放蝕刻。
這種實施例應(yīng)用于用來同時制造數(shù)千個溫度補償?shù)膽腋BAR裝置的晶片級制造過程。這種晶片級制造過程使溫度補償?shù)膽腋BAR裝置的制造更為便宜。為了簡要的說明，將參考圖1A-1I中所示的平面圖和圖1J-1R中所示的截面圖來描述用來制造懸浮溫度補償FBAR裝置的實施例的方法的示例性實施例，其中，在懸浮溫度補償?shù)腇BAR裝置中，在FBAR堆中限定單個的溫度補償?shù)腇BAR。
該方法包括裝置制造過程，其中在該實施例中，制造其中限定單個FBAR的FBAR堆。其它類型的懸浮FBAR裝置可以僅利用合適的FBAR堆制造過程在裝置制造過程中制造，其中FBAR堆包括與釋放蝕刻劑不相容的材料。同樣的，其它的懸浮裝置可以僅利用合適的裝置結(jié)構(gòu)制造過程制造，其中該裝置結(jié)構(gòu)包括與釋放蝕刻劑不相容的材料。
在該方法中，提供晶片(附圖中都沒有示出其整體)。對于制造每個FBAR裝置，晶片的一部分組成對應(yīng)FBAR裝置的基底102的基底，該FBAR裝置的制造在附圖中示出。圖1A-1I和圖1J-1R示出，以及以下的說明描述了在組成基底102的晶片的一部分內(nèi)或一部分上的FBAR裝置的制造。隨著FBAR裝置被制造，晶片上的剩余的FBAR裝置類似的被制造。
在一個例子中，晶片是市售單晶硅晶片，該單晶硅晶片的直徑大約為150毫米，厚度大約為600微米?？梢赃x擇使用其它的晶片材料。
在晶片上的每個FBAR裝置的位置，從晶片的前側(cè)延伸到晶片內(nèi)形成寬淺的空腔。圖1A和1J示出了從基底的前側(cè)111延伸到基底102內(nèi)的寬淺的空腔104。
在FBAR裝置被構(gòu)造成在大約2GHz的頻率操作的例子中，空腔104的水平尺寸大約為100平方微米，深度大約為4微米，也就是，每個水平尺寸比深度大至少一個數(shù)量級。在晶片的材料是硅的例子中，通過利用六氟化硫(SH6)、氫氣(H2)和氧氣(O2)的混合物作為蝕刻劑進行選擇性的干蝕刻來形成空腔。
然后，深窄的蝕刻劑入口孔通過從每個空腔延伸到晶片的更深處來形成在晶片中。分別與空腔104的深度和寬度相比，蝕刻劑入口孔是深的并且窄的。圖1B和1K示出了從空腔104更深地延伸到基底102中的蝕刻劑入口孔。由103示出蝕刻劑入口孔的一個示例性例子。參考標記103另外將用來共同指代蝕刻劑入口孔。
蝕刻劑入口孔103可以以任何方式通過基底102從空腔104延伸到基底102的背側(cè)101。但是，由于基底102形成其一部分的晶片在被單分為單個的FBAR裝置之前，更晚的對其進行厚度減小的操作，這將在下面參考圖1F和1O來描述，所以蝕刻劑入口孔103延伸到基底102中的距離不能超過晶片的最終厚度。
蝕刻劑入口孔103的水平尺寸通常的范圍是從大約5微米到大約20微米。下面將參考圖1C和1L來更多的描述蝕刻劑入口孔103的水平尺寸。蝕刻劑入口孔103的水平尺寸基本上小于空腔104的水平尺寸。圓形的蝕刻劑入口孔103被示出，但是蝕刻劑入口孔可以是任意其它的低縱橫比形狀。五個蝕刻劑入口孔103被示出，但是蝕刻劑入口孔的數(shù)量可以大于或小于五。
可以認為空腔104組成了寬淺的第一部分，可以認為蝕刻劑入口孔103共同組成了基底102中限定的空腔107的窄深第二部分。
在一個例子中，基底102形成其一部分的晶片的厚度減小到的最終的厚度大約為150微米。在這個例子中，蝕刻劑入口孔103至少延伸到基底102中150微米，并且直徑大約為12微米。通過公知的深硅蝕刻法的各向同性蝕刻過程來形成蝕刻劑入口孔103。深硅蝕刻是本領(lǐng)域所公知的技術(shù)，并且從許多廠商的市售產(chǎn)品中獲得。因此，這里將不再描述這個過程。
空腔104和蝕刻劑入口孔103形成的順序與剛剛描述的相反。
犧牲材料沉積在晶片的表面上。圖1C和1L示出了沉積在基底102的前側(cè)111上的犧牲材料105。由于沉積的原因，犧牲材料105大致沿著基底102和空腔104的基面(underlying surface)的周線設(shè)置，并且還在中途延伸到蝕刻劑入口孔103中。延伸到蝕刻劑入口孔103的犧牲材料在犧牲材料的表面形成相應(yīng)的缺口(indentation)。由延伸到蝕刻劑入口孔103中的犧牲材料105形成的缺口由118示出。參考標記118還用來共同表示缺口。犧牲材料105以一定的厚度沉積，以致于最深的一個缺口118的底部到基底102的背側(cè)101的距離大于基底102的前側(cè)111到背側(cè)的距離。
在一個例子中，犧牲材料105是使用傳統(tǒng)的低壓化學蒸汽沉積(LPCVD)的磷硅玻璃(PSG)。也可以使用其它的犧牲材料。犧牲材料可選擇由濺射、旋涂或者其它合適的方法沉積。
然后，晶片的表面被平面化，使得每個空腔都填充有犧牲材料。圖1D和1M示出了平面化過程的結(jié)果基底102中的空腔104填充有犧牲材料105，并且該犧牲材料105具有平滑的、平的表面。犧牲材料105的表面的質(zhì)量對之后構(gòu)造在這個表面上的FBAR堆的質(zhì)量有重要的影響。如上所述沉積犧牲材料以致于缺口118(圖1L)的底部到基底102的背側(cè)101的距離大于基底102的前側(cè)111到背側(cè)的距離，從而確保在犧牲材料已經(jīng)由基底102的頂側(cè)111平面化之后，沒有缺口118的痕跡留在犧牲材料105中。
犧牲材料105的表面中的缺口118(圖1L)的深度，以及之后通過蝕刻劑入口孔103引入的釋放蝕刻劑從制造好的FBAR堆(未示出)下方除去犧牲材料105的速率由蝕刻劑入口孔103的水平尺寸決定。蝕刻劑入口孔的水平尺寸越大，則蝕刻劑除去犧牲材料越快。但是，蝕刻劑入口孔的水平尺寸越大，缺口就越深，因此犧牲材料的厚度越大，其中該犧牲材料需要被沉積來確保缺口的底部到基底102的背側(cè)101的距離大于前側(cè)111到背側(cè)的距離。沉積的犧牲材料的厚度越大，則需要使晶片的表面平面化的時間就越長。因此，蝕刻劑入口孔的水平尺寸是需要通過蝕刻劑入口孔103引入的蝕刻劑來除去犧牲材料105的時間與需要使晶片的表面平面化的時間的折中。上述公開的范圍中的水平尺寸給出了在蝕刻時間和平面化時間之間的合理的折中。
在一個實施例中，利用化學-機械拋光(CMP)平面化該晶片，這是本領(lǐng)域所公知的技術(shù)。已知并且可以使用其它合適的平面化方法。
然后，在晶片的表面上制造包括材料的FBAR堆，其中該材料相對于犧牲材料，也就是與釋放蝕刻劑不相容的材料，具有較低的蝕刻選擇性。尤其是，包括這種不相容的材料的FBAR堆制造在填充限定在晶片中的每個空腔的犧牲材料的表面上。圖1E和1N示出了制造在填充基底102中的空腔104的犧牲材料105的表面上的FBAR堆121。在所示出的例子中，單個的溫度補償FBAR110限定在FBAR堆121中。
FBAR110由相對的平面電極112和114以及位于電極之間的壓電元件116組成。電極112和壓電元件116的一部分位于犧牲材料105的表面上。還位于電極112和114之間的是溫度補償元件109。溫度補償元件109由溫度補償材料層115組成，該溫度補償材料的厚度明顯減小FBAR110的諧振頻率的溫度系數(shù)。在所示出的例子中，溫度補償元件109位于壓電元件116和電極114之間，并且溫度補償材料層115是二氧化硅SiO2。相對于犧牲材料105，SiO2具有較低的蝕刻選擇性。下面將參考圖7A-7J以及7K-7T來進一步詳細描述示例性FBAR堆的制造過程。
在已經(jīng)制造出FBAR堆121之后，對基底102形成其一部分的晶片實施厚度減小過程，從而將它的厚度減小到適合于劃分的厚度。厚度減小過程還將在蝕刻浸蝕劑入口孔的末端暴露在晶片的背側(cè)。圖1F和1O示出了在對基底102進行厚度減小過程之后的基底102，該厚度減小過程從基底102的背側(cè)101除去材料。厚度減小過程從基底102的背側(cè)101除去足夠的材料，使得遠離空腔104的蝕刻劑入口孔103的末端暴露在基底102的背側(cè)101。
在一個例子中，使用研磨或者拋光作為厚度減小過程，從而將基底102形成其一部分的晶片的整體厚度從大約600微米減小到大約150微米。厚度減小過程還將蝕刻劑入口孔103的末端暴露在基底102的背側(cè)101上。
FBAR已經(jīng)制造在其上的晶片的前側(cè)然后被保護不受到釋放蝕刻劑的影響，該釋放蝕刻劑將用在從FBAR堆下方除去犧牲材料的釋放蝕刻過程中。晶片的背側(cè)仍然保持暴露。圖1G和1P示出了FBAR堆121和覆蓋有保護層119的基底102的前側(cè)的暴露部分，該保護層的材料與FBAR堆121的組成材料相容并且還與釋放蝕刻劑相容。在施加了保護層119的材料之后烘烤晶片。
在一個例子中，保護層119的材料是在晶片上自旋的光致抗蝕劑，其中晶片的基底102形成該晶片的一部分。在另一個例子中，保護層119的材料由包含低聚物的原始溶液制成，該低聚物聚合以形成各自交聯(lián)的聚亞苯基聚合物，并由The Dow Chemical Company，Midland，MI出售，其商標為SiLK。通過旋涂施加低聚物溶液。在施加保護層119的材料之后烘烤晶片。
下面將參考圖2來描述保護制造在晶片的前側(cè)上的FBAR堆的另一種方法。
晶片然后暴露到釋放蝕刻劑。釋放蝕刻劑被施加到晶片的背側(cè)并且通過釋放蝕刻劑入口孔與空腔中的犧牲材料接觸。釋放蝕刻劑溶解犧牲材料，留下FBAR堆懸浮在它們各自的空腔上方。圖1H和1Q示出了懸浮在空腔104上方的FBAR堆121，已經(jīng)由施加到基底102的背側(cè)101并且通過蝕刻劑入口孔103進入空腔104的釋放蝕刻劑(由箭頭表示)從空腔104除去了犧牲材料105(圖1P)。
在一個例子中，釋放蝕刻劑是氫氟酸(HF)。HF蝕刻PSG犧牲材料105，并且還將有力的蝕刻溫度補償元件109的二氧化硅。但是，溫度補償元件109通過保護層119、電極112以及壓電元件116與釋放蝕刻劑隔離。因此，釋放蝕刻劑除去犧牲材料105，但是溫度補償元件109仍然保持在原地。
保護層然后從晶片剝離，以暴露懸浮在它們各自的空腔上方的FBAR堆。晶片然后被劃分成單個的FBAR裝置。圖1I和1R示出了在除去保護層119(圖1Q)之后的FBAR裝置100以及被劃分成單個的FBAR裝置的晶片。在FBAR裝置100中，F(xiàn)BAR堆121懸浮在基底102的空腔104上方?？蛇x的是，可以在封裝FBAR裝置100之前通過合適的材料(未示出)堵住蝕刻劑入口孔103。此外，封裝FBAR裝置100可以有效地將空腔104以及電極112和壓電層116的下側(cè)與環(huán)境隔離。
除去這種例如是光致抗蝕劑以及交聯(lián)聚亞苯基聚合物的保護材料的溶劑是本領(lǐng)域所公知的，并且可以用來除去保護層119。劃分硅以及其它基底材料的晶片的方法是本領(lǐng)域所公知的，并且可以使用。
圖2示出了參考圖1H和1Q的在上述釋放蝕刻過程期間保護FBAR堆121(圖1R)的另一種方法。在執(zhí)行參考圖1F和1N的上述厚度減小過程之后，晶片202的前側(cè)211由保護元件204保護不受釋放蝕刻劑的影響，其中基底102(圖1R)形成晶片202的一部分。在所示出的例子中，保護元件204實現(xiàn)為與晶片202直徑相同的硅晶片206，并且具有傳統(tǒng)的厚度。位于晶片206和晶片202的前側(cè)211之間的是O形環(huán)208。O形環(huán)208用于兩個目的，其一是它將晶片202的前側(cè)與晶片206隔開，從而防止制造在晶片202的前側(cè)211上的FBAR堆(未示出)因為與晶片206接觸而被損壞。其二是，O形環(huán)208在晶片202和206之間提供了流體密封部分，從而防止施加給晶片202的背側(cè)201的釋放蝕刻劑除了通過蝕刻劑入口孔103(圖1Q)以外與FBAR堆接觸。由210表示其一個示例的夾子(clamp)將由晶片202、O形環(huán)208以及晶片206組成的堆固定在一起，并且施加力給晶片202和206，從而使O形環(huán)208輕微的變形，以使O形環(huán)緊密接觸晶片的相對表面，并因此提供流體密封部分。為了在釋放蝕刻過程中額外保護FBAR堆，上述參考圖1G和1P的保護層119可以額外的用在圖2所示的保護裝置上。
圖3A、3B和3C分別是根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的第二實施例的平面圖、第一截面圖和第二截面圖。懸浮裝置的這個實施例被作為懸浮FBAR裝置300的例子，其中在懸浮FBAR堆321中限定了被互連形成FBAR梯形濾波器的三個溫度補償FBARs 110、150和170。FBAR堆321懸浮在基底102中限定的空腔104上方。蝕刻劑入口孔103從基底102的背側(cè)101延伸到空腔104?？梢哉J為空腔104和蝕刻劑入口孔103分別是空腔107的第一部分和第二部分。圖3D是FBAR裝置300的示意性視圖。FBAR裝置300的其它實施例組成了所示的超過三個的FBARs。
在懸浮FBAR裝置300中，懸浮的FBAR堆321包括FBARs 110、150和170以及溫度補償元件109。FBAR 110具有相對的平面電極112和114，以及位于電極之間的壓電元件116。壓電元件116具有一個溫度系數(shù)，其中FBAR 110的諧振頻率的溫度系數(shù)至少部分取決于該溫度系數(shù)。FBAR 110的諧振頻率的溫度系數(shù)通常還取決于電極112和114的溫度系數(shù)。溫度補償元件109的溫度系數(shù)與壓電元件116的溫度系數(shù)符號相反。溫度補償元件的溫度系數(shù)異號的結(jié)果是，溫度補償元件109減少了壓電元件116的溫度系數(shù)對FBAR 110的諧振頻率的溫度系數(shù)的影響。
FBAR 150具有相對的平面電極152和154以及在電極之間的壓電元件156。壓電元件156具有一個溫度系數(shù)，其中FBAR 150的諧振頻率的溫度系數(shù)至少部分取決于該溫度系數(shù)。FBAR 150的諧振頻率的溫度系數(shù)通常還取決于電極152和154的溫度系數(shù)。溫度補償元件109以類似于上述方法的方式減少壓電元件156的溫度系數(shù)對FBAR 150的諧振頻率的溫度系數(shù)的影響。
此外，還參考圖3C，F(xiàn)BAR 170具有相對的平面電極172和174以及位于電極之間的壓電元件176。壓電元件176具有一個溫度系數(shù)，F(xiàn)BAR 170的諧振頻率的溫度系數(shù)至少部分取決于該溫度系數(shù)。FBAR 170的諧振頻率的溫度系數(shù)通常還取決于電極172和174的溫度系數(shù)。溫度補償元件109以類似于上述方法的方式減少壓電元件176的溫度系數(shù)對FBAR 170的諧振頻率的溫度系數(shù)的影響。
溫度補償元件109減小FBARs 110、150和170的諧振頻率的溫度系數(shù)的結(jié)果是，懸浮的FBAR裝置300的帶通寬度的溫度系數(shù)小于類似的沒有溫度補償元件109的FBAR裝置。
FBAR 110的電極112通過軌跡133電連接到輸入端子襯墊132，該軌跡133一部分在壓電元件116下方延伸并且一部分在基底102上方延伸。FBAR 150的電極152通過軌跡135電連接到輸出端子襯墊134，該軌跡135一部分在壓電元件156下方延伸并且一部分在基底102上方延伸。FBAR 170的電極172通過軌跡137電連接到共用端子襯墊136，該軌跡137一部分在壓電元件176下方延伸并且一部分在基底102上方延伸。FBARs 110、150和170的電極114、154和174都由軌跡138電互連。
在圖3B所示的例子中，在FBAR 110中，溫度補償元件109由位于電極112和壓電元件116之間的溫度補償層113以及位于電極114和壓電元件116之間的溫度補償層115組成。另外，在FBAR 150中，溫度補償元件109由位于電極152和壓電元件156之間的溫度補償層153以及位于電極154和壓電元件156之間的溫度補償層155組成。最后，在FBAR 170(圖3C)中，溫度補償元件109由位于電極172和壓電元件176之間的溫度補償層173以及位于電極174和壓電元件176之間的溫度補償層175組成。
上述的溫度補償層的每一層的溫度補償材料的溫度系數(shù)都與FBAR 110的壓電元件116以及電極112和114、FBAR 150的壓電元件156以及電極152和154、FBAR 170的壓電元件176以及電極172和174的溫度系數(shù)異號。在所示出的例子中，溫度補償材料是二氧化硅SiO2。在其它實施例中，溫度補償材料以及制造FBAR堆321的另一種材料之一或者兩者都與釋放蝕刻劑不相容，該釋放蝕刻劑如上描述用于在制造出FBAR堆321之后從空腔104除去犧牲材料105。
如本發(fā)明公開中采用的那樣，F(xiàn)BAR堆321的元件，例如溫度補償元件109，溫度補償層113、115、153、155、173和175，壓電元件116、156、176，以及電極112、114、152、154、172和174的溫度系數(shù)是元件的參數(shù)的溫度系數(shù)，其中FBARs 110、150和170的諧振頻率的溫度系數(shù)取決于該元件的參數(shù)的溫度系數(shù)。一般來說，該參數(shù)是元件中聲音的傳播速度與元件的熱膨脹的系數(shù)的組合。該參數(shù)還可以考慮元件的聲波阻抗。
在所示出的例子中，組成溫度補償元件109的溫度補償層113和115的形狀和尺寸基本上與電極相同，其中它們鄰近這些電極位于平行于層的主表面的平面上。例如，在FBAR 110中，溫度補償層113與鄰近的電極112的形狀和尺寸相同。還是在所示出的例子中，在FBAR 110中，例如，溫度補償層113和115分別與電極112和114并列，并且分別位于電極112和壓電元件116之間和電極114和壓電元件116之間?？蛇x的是，溫度補償層113和115與壓電元件116的形狀和尺寸基本上相同。FBARs 150和170是類似的。
現(xiàn)在將描述不同于圖3A和3B中舉例說明的FBAR裝置的結(jié)構(gòu)的變化。為了簡短的說明，在理解可以將類似的變化施加到FBARs 150和170的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，僅將描述FBAR110的結(jié)構(gòu)的變化。下面將描述的變化還可以另外應(yīng)用于這里描述的其它懸浮的FBAR裝置。
在第一種變化中，溫度補償層113和115分別位于電極112和電極114與壓電元件116相對的一側(cè)上。在這種結(jié)構(gòu)中，為了獲得給定的溫度補償效果，溫度補償層的厚度基本上大于圖3B所示的實施例中溫度補償層的厚度。厚度倍增器通常為4個到8個的范圍。但是，從電極之間產(chǎn)生的電場除去位于電極與壓電元件相對側(cè)上的溫度補償層。由于將絕緣溫度補償層定位在電場中，從而這會削弱對耦合常數(shù)的破壞。耦合常數(shù)表征電場和壓電元件之間的電磁耦合。進一步可選的是，溫度補償層可以位于電極的兩側(cè)上。在上述的美國專利申請序號no.10/977,398中所示出了這些變化。
在另一種變化中，溫度補償元件109僅由單個溫度補償層113組成。單個溫度補償層113的厚度等于圖3B所示的實施例中溫度補償層113和115的厚度的總和。單個溫度補償層113與電極112并列，并且位于電極112和壓電元件116之間。單個溫度補償層113可以選擇性位于電極112與壓電元件116相對側(cè)上。單個溫度補償元件可以選擇性以剛剛描述的任意方式相對于電極112與電極114并列設(shè)置。
在使用單個溫度補償層所產(chǎn)生的變化中，沒有與溫度補償層并列設(shè)置的電極的厚度可以增加以恢復(fù)各個FBAR的對稱性。但是，增加電極的厚度也增加了需要由溫度補償元件補償?shù)臏囟认禂?shù)。裝置的對稱性減小了耦合常數(shù)，但是這種減小的耦合常數(shù)通常是可接受的。
在另一個變化中，溫度補償元件109由嵌入壓電元件116中的單個溫度補償層113組成。這將使溫度補償層113在部分路線中例如中途通過壓電元件116的厚度，并提供具有單個溫度補償層的對稱FBAR。
與溫度補償元件109位于任意位置的實施例相比，在溫度補償元件109位于電極112和114之間的實施例中，溫度補償元件109通常提供更有效的溫度補償。
在上述實施例中，溫度補償元件109減小FBARs 110、150和170的諧振頻率的溫度系數(shù)。溫度補償元件的傳播速度的正溫度系數(shù)至少部分的補償壓電元件和電極的傳播速度的負溫度系數(shù)。在一些實施例中，設(shè)置溫度補償元件的厚度，以使每個FBAR的諧振頻率的有效溫度系數(shù)為0。在其它實施例中，設(shè)置溫度補償元件的厚度，以使每個FBAR的諧振頻率的有效溫度系數(shù)保持為負，但是基本上小于FBAR堆沒有溫度補償元件的傳統(tǒng)FBAR裝置的諧振頻率的有效溫度系數(shù)。FBARs的諧振頻率的溫度系數(shù)的減小將增加操作溫度范圍和/或懸浮的FBAR裝置300的生產(chǎn)產(chǎn)量。僅通過簡單的將每個FBAR的諧振頻率的溫度系數(shù)減小到傳統(tǒng)FBAR的諧振頻率的溫度系數(shù)的一半，從而實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)量的有效增長。
本發(fā)明公開所描述的并列設(shè)置的元件通常相互物理接觸，如圖3B所示。但是，如果這種中間(intervening)元件對并列設(shè)置的元件的聲波特性的影響可忽略，那么并列設(shè)置的元件可以被中間元件隔開。
圖4A和4B分別是根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的第三實施例的平面圖和截面圖。該懸浮裝置的這個實施例作為懸浮的FBAR裝置400的例子，其中在FBAR堆421中限定由單個解耦堆疊的體聲波諧振器(DSBAR)106組成的帶通濾波器。DSBAR 106由兩個溫度補償?shù)腇BARs 110和120以及位于FBARs之間的聲波解耦器130組成。FBAR堆421懸浮在基底102中限定的空腔104上方。蝕刻劑入口孔103從基底102的背側(cè)101延伸到空腔104?？梢哉J為空腔104和蝕刻劑入口孔103分別是空腔107的第一部分和第二部分。
在懸浮的FBAR裝置400中，F(xiàn)BAR堆421由DSBAR 106和溫度補償元件109組成。DSBAR 106由作為下部FBAR的上述FBAR 110、堆疊在下部FBAR110上的上部FBAR120、以及位于FBARs之間的聲波解耦器130組成。
下部FBAR110具有相對的平面電極112和114，以及位于電極之間的壓電元件116。壓電元件116具有一個溫度系數(shù)，其中FBAR 110的諧振頻率的溫度系數(shù)至少部分取決于該溫度系數(shù)。FBAR 110的諧振頻率的溫度系數(shù)通常還取決于電極112和114的溫度系數(shù)。上部FBAR 120具有相對的平面電極122和124，以及位于電極之間的壓電元件126。壓電元件126具有一個溫度系數(shù)，其中FBAR 120的諧振頻率的溫度系數(shù)至少部分取決于該溫度系數(shù)。FBAR 120的諧振頻率的溫度系數(shù)通常還取決于電極122和124的溫度系數(shù)。溫度補償元件109的溫度系數(shù)與壓電元件116和126的溫度系數(shù)異號。
溫度補償元件的溫度系數(shù)異號的結(jié)果是，溫度補償元件109減少了壓電元件116的溫度系數(shù)對FBAR 110的諧振頻率的溫度系數(shù)的影響，以及通常情況下還減少了電極112和114的溫度系數(shù)對FBAR 110的諧振頻率的溫度系數(shù)的影響。另外，溫度補償元件109減少了壓電元件126的溫度系數(shù)對FBAR 120的諧振頻率的溫度系數(shù)的影響，以及通常情況下還減小了電極122和124的溫度系數(shù)對FBAR 120的諧振頻率的溫度系數(shù)的影響。FBARs 110和120的諧振頻率的減小的溫度系數(shù)減少了懸浮的FBAR裝置400的帶通寬度的溫度系數(shù)。結(jié)果是，懸浮的FBAR裝置400的帶通寬度的溫度系數(shù)小于沒有溫度補償元件的類似的FBAR裝置的帶通寬度的溫度系數(shù)。
在圖4B所示出的例子中，溫度補償元件109由溫度補償層115和溫度補償層123組成，其中溫度補償層115位于FBAR 110中、電極114和壓電元件116之間，溫度補償層123位于FBAR120中、電極122和壓電元件126之間。溫度補償層115和123均是具有上述溫度補償材料的層，其中溫度補償材料的溫度系數(shù)與壓電元件116和126的溫度系數(shù)異號。在FBAR裝置400的一個典型的實施例中，壓電元件116和126均具有負的溫度系數(shù)，并且溫度補償材料具有正的溫度系數(shù)。在所示出的例子中，溫度補償材料是二氧化硅SiO2。在其它實施例中，溫度補償材料和/或制造FBAR堆421的另一種材料與釋放蝕刻不相容，該釋放蝕刻如上述那樣在制造出FBAR堆421之后從空腔104除去犧牲材料105。
在FBAR裝置400中，聲波解耦器130位于FBARs 110和120之間，尤其位于FBAR 110的電極114和FBAR 120的電極122之間。聲波解耦器控制FBARs 110和120之間的聲能的耦合。聲波解耦器130在FBARs之間耦合的聲能比當它們在傳統(tǒng)的堆疊體聲波諧振器(SBAR)中時由FBARs之間彼此直接接觸時耦合的聲能要少。由聲波解耦器130限定的聲能的耦合確定了FBAR裝置400的帶通寬度。在圖4B所示的例子中，聲波解耦器130由聲波解耦材料的聲波解耦層組成。
在所示出的例子中，F(xiàn)BAR堆411懸浮在基底102中限定的空腔104上方?？涨?04將FBAR堆411聲波隔離于基底102。在FBAR堆411和基底102之間的聲波隔離使得組成DSBAR 106的FBARs 110和120響應(yīng)于施加在它們之一的電極之間的輸入電信號而機械地諧振。在接收輸入電信號的FBAR中產(chǎn)生的聲能通過聲波解耦器130進入到另一個FBAR中。接收聲能的FBAR將部分的聲能轉(zhuǎn)換成位于它的電極之間的電輸出信號。位于接收聲能的FBAR的電極之間的電信號輸出具有帶通頻率響應(yīng)特性，該特性基本上沒有由FBAR堆411和基底102之間的不希望的聲耦合引起的不希望的假象。
在所示出的例子中，F(xiàn)BAR 110的電極112和114分別通過電軌跡133和135分別電連接到端子襯墊132和134。另外，F(xiàn)BAR 120的電極122和124分別通過電軌跡137和139電連接到端子襯墊134和138。在輸入和輸出之間提供電流隔離的實施例中，電軌跡137連接到另外的端子襯墊(未示出)，而不連接到端子襯墊134。端子襯墊132、134和138用來從FBAR裝置400進行電連接到外部電路(未示出)。
在所示出的例子中，聲波解耦器130由聲波解耦材料的四分之一波長的層組成。聲波解耦材料的聲波阻抗小于FBARs 110和120的材料的聲波阻抗，并且基本上大于空氣的聲波阻抗。材料的聲波阻抗是材料的應(yīng)力與質(zhì)點速度的比例，并且由簡寫為rayl的Rayleighs測量。FBARs的材料的聲波阻抗通常大于30Mrayl(氮化鋁為35Mrayl，鉬為63Mrayl)，并且空氣的聲波阻抗大約為1krayl。在其中的FBARs 110和120的材料是如上所述的FBAR裝置400的實施例中，聲波阻抗的范圍從大約2Mrayl到大約8Mrayl的聲波解耦材料作為聲波解耦器130的聲耦合材料具有良好的工作性能。
四分之一波長層的額定厚度t等于聲波信號的聲波解耦材料的波長λn的四分之一的奇數(shù)整數(shù)倍，也就是t≈(2m+1)λn/4，該聲波信號的頻率等于FBAR裝置400的通帶的中心頻率，其中t和λn是上面所限定的，m是等于或大于0的整數(shù)。在一個實施例中，整數(shù)m的值為0，也就是，t≈λn/4。具有其中整數(shù)值m為0的聲波解耦器的FBAR裝置400的實施例的頻率響應(yīng)較之具有其中整數(shù)值m大于0的聲波解耦器的一個實施例更不可能出現(xiàn)假象。由于較厚的聲波解耦器能夠支持多路聲音模式，所以響應(yīng)于整數(shù)值m大于0的后一個實施例的頻率響應(yīng)更可能出現(xiàn)假象。
可以選擇使用與額定的四分之一波長厚度相差大約λn/4的±10％厚度的聲波解耦器130的實施例。使用這個范圍以外的厚度公差會使性能有一些退化。但是，聲波解耦器130的厚度應(yīng)當與λn/2的整數(shù)倍明顯不同。
許多塑料材料具有上述的從大約2Mrayl到大約8Mrayl范圍的聲波阻抗，并且可以以上述的厚度范圍施加到厚度相同的層中。因此，這種塑料材料很可能適合于用作聲波解耦器130的聲波解耦材料。但是，聲波解耦材料還必須能夠承受制造出聲波解耦器130之后的進行的制造過程的溫度。下面將進行更詳細的描述，在FBAR裝置400的實際實施例中，在制造出聲波解耦器130之后通過濺射來沉積電極122和124以及壓電層126。在這些沉積過程進行期間，溫度高達400℃。因此，在這種溫度下保持穩(wěn)定的塑料被用作聲波解耦材料。
與FBARs 110和120的其它材料相比，塑料材料的每單位長度通常具有很高的聲衰減。但是，由于塑料聲波解耦器130的厚度通常小于1微米，例如200納米，因此有聲波解耦器130的該實施例引起的聲衰減通常可以忽略。
在一個實施例中，聚酰亞胺被用作聲波解耦器130的聲波解耦材料。聚酰亞胺由E.I.du Pont de Nemours and Company以商標Kapton出售。在這種實施例中，聲波解耦器130由通過旋涂施加到電極114的四分之一波長層的聚酰亞胺組成。聚酰亞胺的聲波阻抗大約為4Mrayl。
在另一個實施例中，聚乙烯(對-亞二甲苯基)用作聲波解耦器130的聲波解耦材料。在這個實施例中，聲波解耦器130由四分之一波長層的聚乙烯(對-亞二甲苯基)組成，其中聚乙烯(對-亞二甲苯基)通過真空沉積施加到電極114。聚乙烯(對-亞二甲苯基)在本領(lǐng)域公知為聚對二甲苯基。制造聚對二甲苯基的二聚物先質(zhì)(dimer precursor)二-對-亞二甲苯基(di-para-xylylene)以及用于執(zhí)行聚對二甲苯基層的真空沉積操作的裝置可以從許多供應(yīng)商那里獲取。聚對二甲苯基具有大約為2.8Mrayl的聲波阻抗。
在另一個實施例中，交聯(lián)的聚亞苯基聚合物用作聲波解耦器130的聲波解耦材料。在這個實施例中，聲波解耦器130是通過旋涂施加的交聯(lián)的聚亞苯基聚合物的四分之一波長層。交聯(lián)的聚亞苯基聚合物已經(jīng)被研制成一種低介電常數(shù)的介電材料，其用于集成電路中并因此隨后的制造FBAR120過程中，在聲波解耦器130受到的高溫下保持穩(wěn)定。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)的聚亞苯基聚合物還具有大約為2Mrayl的計算的聲波阻抗。該聲波阻抗處于給FBAR裝置400提供有用的帶通寬度的聲波阻抗的范圍內(nèi)。
包含多種聚合形成各自的交聯(lián)聚亞苯基聚合物的低聚物的原始溶液由TheDow Chemical Company，Midland，MI出售，其商標為SiLK。通過旋涂施加原始溶液。由這些被表示為SiLKTMJ并且還包含附著力促進劑的原始溶液之一所獲得的交聯(lián)聚亞苯基聚合物具有2.1Mrayl，也就是大約2Mrayl的預(yù)測聲波阻抗。
由二環(huán)戊二烯并二烯酮(biscyclopentadienone)以及包含單基物的芳族乙炔(aromatic acetylene)制備聚合形成交聯(lián)聯(lián)聚亞苯基聚合物的低聚物。利用這種單基物形成可溶的低聚物，而不需要不合適的替代物。原始溶液包含在γ球蛋白素和環(huán)己酮溶劑溶解的特定低聚物。當原始溶液自旋時，原始溶液的低聚物的百分比決定層的厚度。在進行應(yīng)用之后，施加的熱量蒸發(fā)溶劑，然后固化低聚物以形成交聯(lián)聚合物。二環(huán)戊二烯并二烯酮以4+2環(huán)化加成反應(yīng)與乙炔起反應(yīng)，其中環(huán)化加成反應(yīng)形成新的芳環(huán)。進一步的固化產(chǎn)生交聯(lián)聚亞苯基聚合物。上述交聯(lián)聚亞苯基聚合物由Godschalx等人申請的美國專利no.5,965,679公開，該專利在這里被結(jié)合用作參考。另外的實際細節(jié)由Martin等人發(fā)明的，Development of Low-Dielectric Constant Polymer for the Fabrication of IntegratedCircuit Interconnect，12 ADVANCEDMMTERIALS，1769(2000)所描述，該內(nèi)容也在這里被結(jié)合用作參考。與聚酰亞胺相比，交聯(lián)聚亞苯基聚合物的聲波阻抗較低，聲衰減較低，并且介電常數(shù)較低。而且，原始溶液的自旋層能產(chǎn)生交聯(lián)聚亞苯基聚合物的高質(zhì)量的薄膜，該薄膜具有200納米級的厚度，該厚度是當在大約2GHz操作時FBAR裝置中的聲波解耦器130的一般的厚度。
在一個可選的實施例中，聲波解耦器130由聲波解耦材料的聲波解耦層(未示出)組成，該聲波解耦材料的聲波阻抗與Larson III等人發(fā)明的美國專利申請序號no.10/965,449中描述的聲波阻抗不同。聲波解耦層的聲波阻抗和厚度共同限定聲波解耦器130的聲波阻抗。反之，聲波解耦器130的聲波阻抗限定FBAR裝置400的帶通寬度。由具有不同聲波阻抗的聲波解耦材料的聲波解耦層組成的聲波解耦器130的實施例被構(gòu)造成將π/2弧度的奇數(shù)整數(shù)倍的額定相位變化施加到聲波信號上，該聲波信號的頻率等于FBAR裝置400的通帶的中心頻率。在一個實施例中，聲波解耦器被構(gòu)造成將π/2弧度的額定相位變化施加到聲波信號上，該聲波信號的頻率等于中心頻率。這個相位變化等于由單層聲波解耦材料組成的聲波解耦器施加的額定相位變化，其中單層聲波解耦材料的額定厚度等于聲波信號的聲波解耦材料中的波長的四分之一，該聲波信號的頻率等于中心頻率。
在一個例子中，聲波解耦器130由交聯(lián)聚亞苯基聚合物的聲波解耦層組成，該交聯(lián)交聯(lián)聚亞苯基聚合物在聚酰亞胺的聲波解耦層頂部的聲波阻抗大約為2Mrayl，該聚酰亞胺的聲波阻抗大約為4Mrayl。這種聲波解耦器給FBAR裝置400的實施例提供了在實施例的帶通寬度之間的中間的帶通寬度，在該實施例中，聲波解耦器由聚酰亞胺的單個四分之一層或者交聯(lián)聚亞苯基聚合物的單個四分之一層組成。
在一個可選實施例中，聲波解耦器130的聲波解耦材料的聲波阻抗基本上大于FBARs 110和120的材料的聲波阻抗。到現(xiàn)在為止，還沒有具有這種特性的聲波解耦材料，但是這種材料在將來能夠獲取?？蛇x的是，具有較低聲波阻抗的FBAR材料在將來能夠獲取。這種高聲波阻抗聲波解耦材料的聲波解耦器130的厚度如上所述。
在另一個實施例(未示出)中，聲波解耦器130被構(gòu)造成布拉格(Bragg)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由夾在高聲波阻抗布拉格元件之間的低聲波阻抗布拉格元件組成。低聲波阻抗布拉格元件是一層低聲波阻抗材料，然而每個高聲波阻抗布拉格元件都是一層高聲波阻抗材料。布拉格元件的聲波阻抗相對彼此還相對于壓電元件116和126的壓電材料的聲波阻抗被表征為“低”和“高”。至少一個布拉格元件還具有高的電阻率以及低介電常數(shù)從而在FBAR裝置400的輸入和輸出之間提供電絕緣。
組成布拉格元件的每一層名義上都是四分之一波長層。可以選擇使用與額定四分之一波長厚度相差接近四分之一波長的±10％的這些層。在這個范圍以外的厚度公差會使性能產(chǎn)生一些退化，但是層的厚度應(yīng)當明顯不同于波長一半的整數(shù)倍。
在一個實施例中，低聲波阻抗布拉格元件是一層二氧化硅(SiO2)，該層二氧化硅具有大約為13Mrayl的聲波阻抗，并且每個高聲波阻抗布拉格元件都是一層與電極114和122具有相同材料的層，例如鉬，該材料的聲波阻抗大約為63Mrayl。對高聲波阻抗布拉格元件以及FBARs 110和120的電極使用相同的材料使得高聲波阻抗布拉格元件還用于作為鄰近聲耦合元件的FBARs的電極。在這個實施例中，低聲波阻抗布拉格元件與釋放蝕刻劑不相容。
可以在FBAR堆421的實施例中限定堆疊的體聲波諧振器(SBAR)，其中從FBAR堆421省略聲波去耦解耦層131。還可以省略電極114和154或者電極122和162。
圖5A是鼓舞農(nóng)具本發(fā)明的懸浮裝置的第四實施例的平面圖。該懸浮裝置的這個實施例作為懸浮FBAR裝置500的一個例子，其中在FBAR 521中限定薄膜聲耦合變換器(FACT)，該薄膜聲耦合變換器由兩個電互連解耦堆疊的體聲波諧振器(DSBARs)106和108組成。圖5B和5C是分別沿圖5A中的截面線5B-5B和5C-5C的截面圖。圖5D是圖5A所示和下面描述的FACT的例子的電路的示意圖。
FBAR堆521懸浮在基底102限定的空腔104上方。蝕刻劑入口孔103從基底102的背側(cè)101延伸到空腔104?？梢哉J為空腔104和蝕刻劑入口孔103分別是空腔107的第一部分和第二部分。可選的是，DSBARs 106和108可以單獨懸浮在各自的空腔104上方。在這種情況下，蝕刻劑入口孔103從基底102的背側(cè)101延伸到每個空腔104。
在懸浮FBAR裝置500中，F(xiàn)BAR堆521包括上述的DSBAR 106以及溫度補償元件109。DSBAR 106組成FBAR堆521的第一DSBAR，并且包括在DSBAR 106中是下部FBAR的FBAR 110。DSBAR 106還包括堆疊在下部FBAR110上的上部FBAR 120，以及位于FBARs 110和120之間的聲波解耦器130。FBAR裝置521還包括由下部FBAR 150、堆疊在下部FBAR 150上的上部FBAR160，以及位于FBARs 150和160之間的聲波解耦器170組成的第二DSBAR108。
FBAR裝置500還由分別互連DSBARs 106和108的下部FBARs 110和150的電路，以及分別互連DSBARs 106和108的上部FBARs 120和160的電路組成。圖5D示出了一個例子，其中電路141以反向并聯(lián)的方式連接DSBAR 106的下部FBAR 110和DSBAR 108的下部FBAR 150，并且電路142串聯(lián)連接DSBAR 106的上部FBAR 120和DSBAR 108的上部FBAR 160。
在DSBAR 106中，下部FBAR 110由相對的平面電極112和114以及位于電極之間的壓電元件116組成。壓電元件116具有一個溫度系數(shù)，其中FBAR 110的諧振頻率的溫度系數(shù)至少部分取決于該溫度系數(shù)。FBAR 110的諧振頻率的溫度系數(shù)通常還取決于電極112和114的溫度系數(shù)。上部FBAR 120由相對的平面電極122和124以及位于電極之間的壓電元件126組成。上部FBAR 120具有相對的平面電極122和124以及位于電極之間的壓電元件126。壓電元件126具有一個溫度系數(shù)，其中FBAR 120的諧振頻率的溫度系數(shù)至少部分取決于該溫度系數(shù)。FBAR 120的諧振頻率的溫度系數(shù)通常還取決于電極122和124的溫度系數(shù)。溫度補償元件109的溫度系數(shù)與壓電元件116和126的溫度系數(shù)異號。
在DSBAR 108中，下部FBAR 150由相對的平面電極152和154以及位于電極之間的壓電元件156組成。壓電元件156具有一個溫度系數(shù)，其中FBAR150的諧振頻率的溫度系數(shù)至少部分取決于該溫度系數(shù)。FBAR 150的諧振頻率的溫度系數(shù)通常還取決于電極152和154的溫度系數(shù)。上部FBAR 160由相對的平面電極162和164以及位于電極之間的壓電元件166組成。壓電元件166具有一個溫度系數(shù)，其中FBAR 160的諧振頻率的溫度系數(shù)至少部分取決于該溫度系數(shù)。FBAR 160的諧振頻率的溫度系數(shù)通常還取決于電極162和164的溫度系數(shù)。溫度補償元件109的溫度系數(shù)與壓電元件156和166的溫度系數(shù)異號。
溫度補償元件109的溫度系數(shù)異號的結(jié)果是，溫度補償元件109減少了壓電元件116、126、156和166的溫度系數(shù)，以及通常情況下電極112、114、122、124、152、154、162和166的溫度系數(shù)對組成FBAR裝置500的FBARs 110、120、150和160的諧振頻率的溫度系數(shù)的影響。FBARs 110、120、150和160的諧振頻率的減小的溫度系數(shù)減少了懸浮的FBAR裝置500的帶通寬度的溫度系數(shù)。結(jié)果是，懸浮的FBAR裝置500的帶通寬度的溫度系數(shù)小于沒有溫度補償元件的類似的FBAR裝置的帶通寬度的溫度系數(shù)。
在圖5B所示的例子中，溫度補償元件109由溫度補償層115、溫度補償層123、溫度補償層155和溫度補償層163組成，其中溫度補償層115位于FBAR110中、電極114和壓電元件116之間，溫度補償層123位于FBAR 120中、電極122和壓電元件126之間，溫度補償層155位于FBAR 150中、電極154和壓電元件156之間，溫度補償層163位于FBAR 160中、電極162和壓電元件166之間。溫度補償層115、123、155和163均是具有上述溫度補償材料的層，其中溫度補償材料的溫度系數(shù)與壓電元件116、126、156和166的溫度系數(shù)異號。在FBAR裝置500的一個典型的實施例中，壓電元件116、126、156和166均具有負的溫度系數(shù)，并且溫度補償材料具有正的溫度系數(shù)。在所示出的例子中，溫度補償材料是二氧化硅SiO2。在其它實施例中，溫度補償材料和/或制造FBAR堆521的另一種材料與釋放蝕刻劑不相容，該釋放蝕刻劑如上述那樣用來在制造出FBAR堆521之后從空腔104除去犧牲材料105。
在FBAR裝置500中，DSBAR 106的聲波解耦器130位于下部FBAR 110和上部FBAR 120之間；尤其位于下部FBAR 110的電極114和上部FBAR 120的電極122之間。聲波解耦器130控制FBARs 110和120之間的聲能的耦合。聲波解耦器130在FBARs 110和120之間耦合的聲能比當它們在傳統(tǒng)的堆疊體聲波諧振器(SBAR)中時FBARs相互直接接觸時耦合的聲能要少。此外，DSBAR 108的聲波解耦器170位于FBARs 150和160之間；尤其位于下部FBAR150的電極154和上部FBAR 160的電極162之間。聲波解耦器170控制FBARs150和160之間的聲能的耦合。聲波解耦器170在FBARs 150和160之間耦合的聲能比FBARs相互直接接觸時耦合的聲能要少。由聲波解耦器130和170限定的聲能的耦合確定FBAR裝置500的帶通寬度。
在圖5A-5C所示的例子中，聲波解耦器130和170分別是聲波解耦層131的各個部分。在其它實施例中，聲波解耦器130和170均由聲波解耦材料的聲波解耦層組成，該聲波解耦材料具有不同的聲波阻抗，如上所述并且在上述的美國專利申請序號no.10/965,449中更為詳細的描述。在其它實施例中，聲波解耦器130和170結(jié)構(gòu)上相互獨立。
圖5D示意性示出了電路的例子，該電路互連DSBARs 106和108，并且連接DSBARs 106和108到懸浮FBAR裝置500中的外部電路(未示出)。電路141反向并聯(lián)連接下部FBARs 110和150到信號端143和接地端144。在圖5A-5C所示出的FBAR裝置500的實施例中，端子襯墊138提供信號端143，并且端子襯墊132和172提供接地端144。另外，在該實施例中，電路141具有電軌跡133、137、139、177、173和167，其中電軌跡133從端子襯墊132延伸到FBAR 110的電極112，電軌跡137從FBAR 110的電極114延伸到與互連襯墊176電接觸的互連襯墊136，電軌跡139從互連襯墊176延伸到信號襯墊138，電軌跡177從互連襯墊176延伸到FBAR 150的電極152，電軌跡173從FBAR 150的電極154延伸到端子襯墊172，以及電軌跡167互連端子襯墊132和172。
在圖5D中的示例性電氣示意圖中，電路142串聯(lián)連接上部FBARs 120和160到信號端145和146，并連接到可選的中心抽頭端子147。在圖5A-5C所示的實施例中，端子襯墊134和174提供信號襯墊145和146，并且端子襯墊178提供中心抽頭端子147。另外，在該實施例中，電路142具有電軌跡135、171、179和175，其中電軌跡135從端子襯墊134延伸到FBAR 120的電極124，電軌跡171從FBAR 120的電極122延伸到FBAR 160的電極162，電軌跡179從軌跡171延伸到中心抽頭137，電軌跡175從FBAR 160的電極164延伸到端子襯墊174。還示出的是，由電軌跡169互連端子襯墊163和168，該電軌跡169為端子襯墊134和174提供本地接地。在示出的例子中，電軌跡169還延伸到端子襯墊178。在其它實施例中，端子襯墊178保持浮動。
圖5D中列舉的電連接給FACT提供平衡的初級以及4∶1的阻抗變換比例，或者給FACT提供平衡次級以及1∶4的阻抗變換比例。下部FBARs可以選擇以并聯(lián)、串聯(lián)和反向串聯(lián)的方式互連，并且上部FBARs可以選擇以并聯(lián)、反向并聯(lián)和反向串聯(lián)的方式互連，以實現(xiàn)如以下表格1所示的其它阻抗變換比例。


表格1在表格1中，行的標題表示電路141的結(jié)構(gòu)，列的標題表示電路142的結(jié)構(gòu)，B表示FACT被電平衡，U表示FACT不平衡，X表示無功能FACT。所示出的阻抗變換比例是從由行的標題表示的電路141的結(jié)構(gòu)到由列的標題表示的電路142的結(jié)構(gòu)的阻抗變換。對于具有1∶1的阻抗變換比例的結(jié)構(gòu)，低表示FACT具有低阻抗，等于并聯(lián)的兩個FBARs的阻抗，高表示FACT具有高阻抗，等于串聯(lián)的兩個FBARs的阻抗。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的懸浮裝置的第五個實施例600的電連接的示意圖。該懸浮裝置的實施例由懸浮FBAR裝置600舉例說明，在FBAR堆621中限定串聯(lián)電連接的兩個DSBARs 106和108組成的帶通濾波器。上面參考圖5A-5C描述了DSBARs 106和108，但是被不同的互連。在圖6中示出的基于雙DSBAR的帶通濾波器的阻帶衰減大于上面參考圖4A和4B描述的單個DSBAR帶通濾波器。
懸浮的FBAR裝置600包括FBAR堆621、溫度補償元件(未示出)、第一端132和134，第二端172和174，以及電路140。FBAR堆621的結(jié)構(gòu)類似于上面參考圖5A-5C描述的FBAR堆521的結(jié)構(gòu)。但是，在DSBAR 108中，參考標記150表示上部FBAR，并且參考標記160表示下部FBAR。
FBAR堆621以類似于FBAR堆521的方式懸浮在基底(未示出)中限定的空腔(未示出)上方。蝕刻劑入口孔以類似于上述方法的方式從基底的背側(cè)延伸到空腔?？蛇x的是，如上所述，組成FBAR堆621的DSBAR 106和108可以單獨懸浮在各自的空腔上方。
與FBAR堆521類似，F(xiàn)BAR堆621包括共同組成溫度補償元件的溫度補償材料層(未示出)。在一個例子中，溫度補償材料是二氧化硅SiO2。在其它例子中，溫度補償材料和制造FBAR堆621的其它材料之一或兩者與釋放蝕刻劑不相容，如上述那樣，在制造出FBAR堆621之后釋放蝕刻劑從空腔104除去犧牲材料105。下面將不再進一步描述FBAR堆621。
在懸浮的FBAR裝置600中，電路140在第一端132、134和第二端172、174之間串聯(lián)連接第一DSBAR 106和第二DSBAR 108。圖6所示的FBAR裝置600的實施例中，第一端132、134之間的阻抗與第二端172、174之間的阻抗的比值為1∶1。
現(xiàn)在，將參考圖6中示出的例子來進一步詳細描述電路140，在圖6中，第一端132、134被指定為輸入端，第二端172、174被指定為輸出端?？蛇x的是，第一端132、134可以被指定為輸出端，在該情況中，第二端172、174被指定為輸入端。電路140由導體136、138、176、178、182和184組成。導體136和138分別電連接第一端132和134到第一DSBAR 106的第一FBAR 110的各個電極112和114。導體182和184通過分別連接第二FBAR 120的電極122到第一FBAR 150的電極152以及連接第二FBAR 120的電極124到第一FBAR150的電極154來串聯(lián)連接DSBARs 106和108。導體176和178分別電連接第二DSBAR 108的第二FBAR 160的各自的電極162和164到輸出端172和174。
組成懸浮的裝置600的懸浮的FBAR堆621的進一步的細節(jié)由Larson III等人申請的美國專利序號no.11/069,409公開，該申請與本申請的受讓人相同，并且在這里被結(jié)合用作參考。由多于兩個的DSBARs組成帶通濾波器還被美國專利申請序號no.11/069,409公開。包含與釋放蝕刻劑不相容的材料的這種帶通濾波器的實施例利用參考圖1A-1R描述的過程制造，并且具有參考圖3A和3B所描述的結(jié)構(gòu)特征。
如上所述，晶片級制造用來以類似于上述的懸浮裝置100、300、400、500或600的方式同時制造上千的懸浮裝置。這種晶片級制造過程使懸浮裝置的制造更為便宜。現(xiàn)在將參考圖1A-1I和1J-1R、圖7A-7J的平面圖以及圖7K-7T的截面圖來描述使用上述參考圖1A-1I和1J-1R描述的方法來制造參考圖4A和4B所述的懸浮FBAR裝置400的一個實施例的例子。由于存在不同的掩模和/或省略了一些步驟，因此以下參考圖7A-7J和圖7K-7T的裝置制造過程也可以用來制造上述FBAR裝置100、300、500和600的實施例。該裝置制造過程也可以適用于制造其它的懸浮裝置。
其制造過程將被描述的FBAR裝置400的實施例的通帶的額定中心頻率大約為1.9GHz。在其它頻率上操作的實施例的結(jié)構(gòu)和制造過程是類似的，但是厚度和水平尺寸與下面的例子不同。其制造過程將被描述的FBAR裝置400具有與參考圖4A和4B的上述溫度補償元件109的結(jié)構(gòu)類似的溫度補償元件?？梢愿淖冊撝圃爝^程來制造具有參考圖3B所述的其它構(gòu)造的溫度補償元件109。
如上所述，懸浮的FBAR裝置制造在晶片上，通常設(shè)置在單晶硅上。對于制造好的每個懸浮FBAR裝置，晶片的一部分組成對應(yīng)于FBAR裝置400(圖4A和4B)的基底102的基底。圖7A-7J和圖7K-7T示出了，并且以下的說明描述了位于組成基底102的晶片的一部分內(nèi)或一部分上的FBAR裝置400的制造過程。由于FBAR裝置400被制造，因此在晶片上的余下的FBAR裝置同樣被制造。
進行參考圖1A-1D和1J-1M的上述過程，使得空腔104填充犧牲材料105，該犧牲材料具有與基底102的前側(cè)111齊平的平滑的、平的表面，如圖7A和7K所示。
第一金屬層沉積在基底102的前側(cè)111和犧牲材料105上。第一金屬層如圖7B和7L所示被圖案化以限定電極112、端子襯墊132、在電極112和端子襯墊132之間延伸的電軌跡133。電極112位于犧牲材料105上。端子襯墊132位于基底102上。
電極112在平行于晶片的主表面的平面上通常具有不對稱的形狀。該不對稱形狀使FBAR 110(圖4B)的側(cè)向模式最小，其中電極112形成FBAR 110的一部分。這在Larson III等人申請的美國專利no.6,215,375中被描述，該專利的受讓人與本申請的受讓人相同，并且被結(jié)合用作參考。
還參考圖4B，電極114限定在第二金屬層中，電極122限定在第三金屬層中，電極124限定在第四金屬層中，這將在下面被詳細描述。電極限定在其中的金屬層被圖案化，以致于在平行于晶片的主表面的各個平面中，F(xiàn)BAR 110的電極112和114具有相同的形狀、尺寸、方向和位置，并且FBAR 120的電極122和124具有相同的形狀、尺寸、方向和位置。通常，電極114和122還具有相同的形狀、尺寸、方向和位置。
在一個實施例中，每一層金屬層的材料都是通過濺射沉積到大約300納米厚度的鉬。通過干蝕刻來圖案化每個金屬層。限定在金屬層中的電極是五邊形的，并且每個具有大約12,000平方微米的區(qū)域。其它的電極區(qū)域限定了其它的特性阻抗。例如鎢、鈮和鈦的其它難熔金屬可選用作金屬層的材料。每個金屬層都可以包括多于一種材料的層。
在選擇FBAR裝置400的電極材料中需要考慮的一個因素是電極材料的聲特性FBAR裝置的余下的金屬部分的材料的聲特性不如例如電導率的其它特性重要。因此，F(xiàn)BAR裝置400的余下的金屬部分的材料可以與電極的材料不同。
壓電材料層如圖7C和7M所示被沉積并且被圖案化，從而限定壓電元件116。壓電層被圖案化以覆蓋電極112、完全覆蓋犧牲材料105，并且延伸超出犧牲材料105的周邊，直到基底102的前側(cè)111上。這種結(jié)構(gòu)使得壓電層隔離空腔104(以及之后位于這里的釋放蝕刻劑)和FBAR堆的剩余部分。壓電層還被圖案化以暴露端子襯墊132。
在一個實施例中，被沉積以形成壓電元件116以及下面描述的壓電元件126的壓電材料是氮化鋁并且通過濺射沉積大約1.4微米的厚度。通過在氫氧化鉀中進行濕蝕刻或者通過基于氯的干蝕刻來圖案化壓電材料。用于壓電元件116和126的可選的材料包括氧化鋅、硫化鎘以及例如包括鉛鋯鈦酸鹽(leadzirconium titanate)，鉛偏鈮酸鹽(lead meta noibate)和鈦酸鋇的鈣鈦礦鐵電體材料的連接的鐵電體材料。
溫度補償材料的第一層如圖7D和7N被沉積和圖案化，從而限定溫度補償層115，該溫度補償層組成溫度補償元件109的一部分。在所示的例子中，被沉積以形成溫度補償層115并且之后沉積以形成下述的溫度補償層123的溫度補償材料被圖案化，從而具有與電極112相同的形狀、尺寸、方向和位置?？蛇x的是，溫度補償材料可以被圖案化，從而具有與壓電元件116相同的形狀、尺寸和位置。在進一步的可選實施例中，溫度補償材料被圖案化，從而在電極112和壓電元件116的范圍之間具有外延的中間層。
在一個實施例中，溫度補償材料的第一層和溫度補償材料的第二層的材料是二氧化硅SiO2，其中下面將描述上述溫度補償材料的沉積。通過化學汽相淀積(CVD)沉積溫度補償材料?？蛇x的沉積方法包括濺射和熱蒸發(fā)。通過干蝕刻、通常是通過利用六氟化硫(SH6)、氫氣(H2)和氧氣(O2)的混合物作為蝕刻劑的活性離子蝕刻方法(RIE)來圖案化溫度補償材料。層的厚度取決于FBAR裝置400(圖4A)的希望的溫度系數(shù)。在一個實施例中，溫度補償層115和123的厚度大約為100納米。
如圖7E和7O所示，沉積并且圖案化第二金屬層來限定電極114、端子襯墊134和在電極114與端子襯墊134之間延伸的電軌跡135。這完成了FBAR 110的制造。
聲波解耦材料層然后被沉積并且圖案化以限定聲波解耦器130，如圖7F和7P所示。聲波解耦器130被圖案化以至少覆蓋電極114，并且還被圖案化以暴露端子襯墊132和134。聲波解耦器通常是塑料材料的四分之一波長層。
在一個實施例中，聲波解耦器130的聲波解耦材料是厚度大約為200納米的聚酰亞胺，也就是聚酰亞胺的中心頻率波長的四分之一。聚酰亞胺通過旋涂被沉積，并且通過光刻蝕法被圖案化。聚酰亞胺是光敏性的，因此不需要光致抗蝕劑。如上所述，其它的塑料材料可以用作聲波解耦材料?？梢酝ㄟ^旋涂以外的方法來沉積聲波解耦材料。
在聲波解耦材料是聚酰亞胺的一個實施例中，在沉積并且圖案化聚酰亞胺之后，在進行進一步的處理之前，開始在空氣中大約為250℃的溫度下烘烤，最后在惰性氣氛中(諸如氮氣氛中)大約415℃的溫度下烘烤。烘烤蒸發(fā)聚酰亞胺的揮發(fā)性組分，并且在隨后的處理過程中防止這種揮發(fā)性組分的蒸發(fā)使隨后沉積的層分離。
沉積并且圖案化第三金屬層以限定電極122和從電極122延伸到端子襯墊134的電軌跡137，如圖7G和7Q所示。端子襯墊134還通過軌跡135電連接到電極114。
如圖7H和7R所示沉積并圖案化溫度補償材料的第二層以限定溫度補償層123，該溫度補償層組成了這個實施例中的溫度補償元件109的剩余部分。在所示出的例子中，溫度補償材料如上述那樣被圖案化，從而具有與電極112相同的形狀、尺寸、方向和位置。
如圖7I和7S所示沉積并圖案化壓電材料的第二層以限定壓電元件126。圖案化第二壓電層以暴露端子襯墊132和134。
沉積并圖案化第四金屬層以限定電極124、端子襯墊138以及從電極124延伸到端子襯墊138的電軌跡139，如圖7J和7T所示。這完成了FBAR堆421的FBAR 120的制造過程。
金保護層(未示出)沉積在端子襯墊132、134和138的暴露表面上。
然后參考圖1F-1I和1O-1R執(zhí)行上述過程以完成FBAR裝置400的制造過程。處理離開FBAR裝置400是圖4A和4B所示的狀態(tài)。
FBAR裝置400安裝在主體電裝置中，例如無線電話，并且在FBAR裝置的端子襯墊132、134和138以及是主體設(shè)備的部分的襯墊之間進行電連接。
如上所述，聲波解耦器130的可選聲波解耦材料是交聯(lián)的聚亞苯基聚合物。在第三金屬層已經(jīng)被圖案化以限定電極114之后，如上所述參考圖7E和7O，交聯(lián)的聚亞苯基聚合物的原始溶液以類似于參考圖7F和7P的上述方式自旋，并且不被圖案化。選擇原始溶液的配方以及自旋速度使得交聯(lián)的聚亞苯基聚合物形成厚度大約為187納米的層。這對應(yīng)于聲波信號的交聯(lián)的聚亞苯基聚合物的波長λn的四分之一，該聲波信號的頻率等于FBAR裝置400的通帶的中心頻率。在沉積原始溶液層之后，進行進一步的處理之前，在惰性氣氛中從約385℃到約450℃的范圍烘烤晶片，例如在真空條件下或者在氮氣氛下。烘烤首先從原始溶液除去有機溶劑，然后使得低聚物如上所述進行交聯(lián)從而形成交聯(lián)的聚亞苯基聚合物。
在一個實施例中，交聯(lián)的聚亞苯基聚合物的原始溶液由The Dow ChemicalCompany出售，并且被指定為SiLKTMJ。可選的是，原始溶液可以是現(xiàn)在或?qū)碛缮虡藶镾iLK的The Dow Chemical Company出售的任意一種合適的原始溶液。在特定的實施例中，在原始溶液自旋之前沉積附著力促進劑層?，F(xiàn)在或者將來可以從其它供應(yīng)商得到或者也可以使用包含當被硫化時形成交聯(lián)的聚亞苯基聚合物的低聚物的原始溶液，其中交聯(lián)的聚亞苯基聚合物具有大約2Mrayl的聲波阻抗。
第三金屬層然后以類似于參考圖7G和7Q的上述方式沉積，但是最初是被類似于圖7F中所示的聲波解耦器130的圖案化方法圖案化，從而限定一個硬的掩模，該硬的掩模之后將用來圖案化交聯(lián)的聚亞苯基聚合物層以限定聲波解耦器130。初始圖案化的第三金屬層與聲波解耦器130的范圍相同，并且暴露端子襯墊132和134。
然后如圖7F所示利用初始圖案化的第三金屬層圖案化交聯(lián)的聚亞苯基聚合物層，該初始圖案化的第三金屬層被用作硬的蝕刻掩模。圖案化交聯(lián)的聚亞苯基聚合物層限定了聲波解耦器130的范圍，該聲波解耦器暴露端子襯墊132和134以及部分犧牲材料105。通過利用氧氣/氮混合物作為蝕刻劑的活性離子蝕刻方法(RIE)來進行圖案化處理。
然后如圖7G和7Q所示再次圖案化第三金屬層，以限定電極122以及在電極122和端子襯墊134之間延伸的電軌跡137。
通過執(zhí)行上述參考圖7H-7J和7R-7T的處理過程，實現(xiàn)利用交聯(lián)的聚亞苯基聚合物層作為它的聲波解耦器來制造FBAR裝置400的實施例。
可以使用類似于剛剛描述的技術(shù)的技術(shù)來限定由真空沉積所沉積的聚對二甲苯基層中的聲波解耦器103。
上面舉例的電極和壓電元件的厚度是類似于沒有溫度補償元件109的FBAR 400的一個實施例的傳統(tǒng)FBAR的厚度。在FBAR裝置400的一個實施例中，一個或多個厚度被減小從而保持FBAR裝置的中心頻率不能承受添加溫度補償元件109到FBAR堆211。厚度被減小的一個或多個元件和各自厚度的減小的一致性取決于溫度補償元件109的厚度和材料以及由溫度補償元件109提供的溫度補償。如上所述，元件和厚度的減小的一致性還取決于將使用FBAR裝置的應(yīng)用場合。減小壓電元件的厚度減小了耦合常數(shù)減小一個或多個電極的厚度增加了串聯(lián)電阻，除非溫度補償材料具有可比于電極的電導率的電導率。
本說明書利用說明性的實施例詳細描述了本發(fā)明。但是，由附屬權(quán)利要求限定的本發(fā)明并不限于所描述的精確實施例。
權(quán)利要求
1.一種薄膜體聲波諧振器(FBAR)裝置，包括具有前側(cè)和背側(cè)的基底；限定在基底中的空腔，該空腔從基底的前側(cè)延伸到基底中；懸浮在空腔上方的FBAR堆，該FBAR堆包括FBAR；以及限定在基底中的孔，該孔通過基底從基底的背側(cè)延伸到空腔。
2.如權(quán)利要求1所述的FBAR裝置，其中FBAR堆還包括溫度補償元件。
3.如權(quán)利要求1所述的FBAR裝置，其中溫度補償元件包括二氧化硅(SiO2)。
4.如權(quán)利要求1所述的FBAR裝置，還包括限定在基底中的另外的孔，每個孔都通過基底從基底的背側(cè)延伸到空腔。
5.如權(quán)利要求1所述的FBAR裝置，其中FBAR堆包括梯形濾波器。
6.如權(quán)利要求1所述的FBAR裝置，其中FBAR堆包括堆疊的體聲波諧振器(SBAR)。
7.如權(quán)利要求1所述的FBAR裝置，其中FBAR堆包括解耦堆疊的體聲波諧振器(DSBAR)。
8.如權(quán)利要求1所述的FBAR裝置，其中FBAR堆包括薄膜聲耦合變換器(FACT)。
9.如權(quán)利要求1所述的FBAR裝置，其中FBAR堆包括連接為帶通濾波器的解耦堆疊的體聲波諧振器。
10.一種裝置，包括具有前側(cè)和背側(cè)的基底；限定在基底中的空腔，該空腔包括寬淺的第一部分和窄深的第二部分，第一部分從基底的前側(cè)延伸到基底中，第二部分通過基底從基底的背側(cè)延伸到第一部分；以及懸浮在空腔的第一部分上方的裝置結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中空腔的每個部分都具有各自的水平尺寸和各自的深度；第一部分的水平尺寸大于其深度至少一個數(shù)量級；以及第二部分的水平尺寸小于第一部分的水平尺寸。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中空腔還包括另外的窄深的第二部分，每個第二部分均通過基底從基底的背側(cè)延伸到空腔的第一部分。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中該裝置結(jié)構(gòu)包括薄膜體聲波諧振器(FBAR)。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中FBAR包括溫度補償元件。
15.一種用于制造懸浮裝置的方法，該方法包括提供具有前側(cè)和背側(cè)的基底，該基底限定包括寬淺的第一部分以及窄深的第二部分的空腔，第一部分從基底的前側(cè)延伸到基底中，并且填充有犧牲材料，第二部分從第一部分較深的延伸到基底中；在犧牲材料上方制造裝置結(jié)構(gòu)；以及從基底的背側(cè)通過空腔的第二部分引入釋放蝕刻劑，以從空腔的第一部分除去位于裝置結(jié)構(gòu)的下方的犧牲材料。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中空腔的第二部分從基底的背側(cè)延伸到空腔的第一部分。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中引入包括從基底的背側(cè)提供入口給空腔的第二部分。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中提供入口給空腔的第二部分的包括從基底的背側(cè)減小基底厚度以暴露第二部分。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括在引入之前，保護裝置結(jié)構(gòu)不受釋放蝕刻劑的影響。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中提供包括提供基底；在基底中形成空腔；以及沉積犧牲材料。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中空腔的第二部分從基底的背側(cè)延伸到空腔的第一部分。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，其中制造裝置結(jié)構(gòu)包括制造薄膜體聲波諧振器(FBAR)堆。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中空腔的第二部分從基底的背側(cè)延伸到空腔的第一部分。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中引入包括從基底的背側(cè)提供入口給空腔的第二部分。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中提供入口給空腔的第二部分包括從基底的背側(cè)減小基底厚度以暴露第二部分。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括保護FBAR堆不受釋放蝕刻劑的影響。
27.如權(quán)利要求16所述的方法，其中制造裝置結(jié)構(gòu)包括沉積相對于犧牲材料具有較低的蝕刻選擇性的材料。
全文摘要
一種基底，其限定包括提供寬淺的第一部分和窄深的第二部分的空腔?？涨坏牡谝徊糠謴幕椎那皞?cè)延伸到基底中，并且填充犧牲材料。第二部分從第一部分較深的延伸到基底中。在犧牲材料上制造該裝置結(jié)構(gòu)。通過空腔的第二部分從基底的背側(cè)引入釋放蝕刻劑，從而從空腔的第一部分除去位于裝置結(jié)構(gòu)的下方的犧牲材料。通過空腔的第二部分從基底的背側(cè)引入釋放蝕刻劑來從空腔的第一部分除去位于裝置結(jié)構(gòu)的下方的犧牲材料，可以不用暴露該制造結(jié)構(gòu)到釋放蝕刻劑而進行釋放蝕刻。這使得該裝置結(jié)構(gòu)包含相對于犧牲材料具有較低的蝕刻選擇性的材料。
文檔編號H03H9/58GK1917366SQ200610106469
公開日2007年2月21日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者J·D·拉森三世, S·埃利斯 申請人:阿瓦戈科技通用Ip(新加坡)股份有限公司