CN109217839A - 具有凸面的体声波谐振器及其形成方法 - Google Patents

具有凸面的体声波谐振器及其形成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有凸面的体声波谐振器及其形成方法。实例BAW谐振器(102)包含：第一电极(112)；压电层(110)，其形成于所述第一电极(112)上，所述压电层(110)具有凸面(116)；及第二电极(120)，其形成于所述凸面(116)上。实例集成电路IC封装(100)包含BAW谐振器(102)，其安置于所述IC封装(100)中，所述BAW谐振器(102)包含具有凸面(116)的压电层(110)。

Description

具有凸面的体声波谐振器及其形成方法
技术领域
本发明大体上涉及体声波(BAW)谐振器，且更特定来说，本发明涉及具有凸面的BAW谐振器及其形成方法。
背景技术
在BAW谐振器中，压电层的顶部及底部表面上的电极(例如，接点、金属片等)提供电压偏置以通过压电(及逆压电)效应激发声波。特定频率的体声波生成于压电层的顶部与底部表面之间的谐振腔内以形成谐振响应。
发明内容
本发明揭示具有凸面的BAW谐振器及其形成方法。实例BAW谐振器包含：第一(例如，下)电极；压电层，其形成于所述第一电极上，所述压电层具有凸面；及第二(例如，下)电极，其形成于所述凸面上。实例集成电路(IC)封装包含BAW谐振器，其安置于所述IC封装中，所述BAW谐振器包含具有凸面的压电层。在一些实例中，所述BAW谐振器与IC裸片集成于所述IC封装中。
附图说明
图1是根据本发明构造的包含具有实例凸面的实例BAW谐振器的实例集成电路(IC)封装的横截面侧视图。
图2是表示根据本发明的可经实施以形成具有凸面的BAW谐振器的实例过程的流程图。
图3A、3B、3C、3D及3E说明用于形成压电凸面的实例成形光刻过程的各个阶段。
图式并非是按比例的。代替地，为了阐明多个层及区域，可放大图中层的厚度。在可能的情况下，贯穿图及所附书面描述将使用相同参考数字来指代相同或相似部件。如本专利中使用，陈述任何部件(例如，层、膜、区或板)以任何方式定位于(例如，定位于(positioned on/located on)、安置于或形成于等)另一部件上，指示参考的部件接触另一部件，或参考的部件在另一部件上方，其间定位有一或多个中间部件。陈述任何部件接触另一部件意味着在两个部件之间不存在中间部件。参考当前考虑或说明的定向使用术语(例如向上、向下、顶部、底部、侧、端、前、后等)的使用。如果考虑不同定向，必须对应地修改此类术语。所呈现的各个图中展示的连接线或连接器希望表示各个元件之间的实例功能关系及/或物理或逻辑耦合。
具体实施方式
现将详细参考本发明的非限制性实例，在附图中说明其实例。下文通过参考图描述所述实例。
装置(例如现代无线通信装置)的性能主要取决于用于系统中的时钟信号的准确性及噪声电平。此类系统必须需要高频率且高品质因数(Q)谐振器。Q是反映振荡器的低阻尼且相对于其中心频率特性化谐振器的带宽的无维参数。已知BAW谐振器的Q比压电材料的内在限制低10到100倍。为了改进BAW谐振器的性能，本文揭示包含具有凸面的压电层的实例BAW谐振器。压电层的实例凸面保持BAW谐振器的有源区域中的更多声能，借此增加BAW谐振器的Q(例如，按两倍或更高)，且又提高系统的性能。如将描述，具有本文揭示的凸面的实例压电层可使用与互补金属氧化物半导体(CMOS)制造过程兼容的处理步骤形成。例如，压电材料的凸面可使用灰度级光刻、成形光刻、倾斜的光刻等形成。
图1是具有安置于实例IC封装100中的实例BAW谐振器102的实例IC封装100的横截面侧视图。图1的实例IC封装100是在底侧108上具有多个接点(以参考元件符号106标示的实例)的表面安装装置。然而，实例IC封装100可为任何类型，且可具有任何形式、材料、形状、尺寸、任何数目个接点、任何形状的接点等。而且，BAW谐振器102及/或任何其它组件可以任何方式封装、安装(等)于IC封装100中。实例IC封装100可为(例如)基于半导体的装置。在一些实例中，IC封装100是晶片级封装或裸片级封装。
图1的实例BAW谐振器102包含安置于(例如，沉积于、形成于(等))实例电极112上的压电层110。在图1说明的实例中，接触电极112的压电层110的底面114的至少一部分是平面表面，且电极112是平面结构。然而，底面114及电极112可经形成以具有其它形状。举例来说，其还可具有凸面形状。在基于半导体的IC封装的案例中，实例压电层110可包含与CMOS制造过程兼容的压电材料，例如氮化铝、氧化锌等。在一些实例中，BAW谐振器102建置于牺牲层上，所述牺牲层稍后变成放松衬底以形成自立薄膜谐振器。在其它实例中，BAW谐振器102建置于一或多个声反射器上以形成固态装配型谐振器。
为了保持BAW谐振器102中的声能，图1的实例压电层110经形成具有实例凸面116。实例凸面116与底面114相对。即，在图1说明的实例中，压电层110具有平凸形状(例如，具有包含直线及与直线相对的向外弯曲的线的横截面)。图1的实例凸面116经形成具有减少虚假模式且限定压电层110的中心部分118中的至少一些主模式声能的形状。在一些实例中，限定主模式声能是指限定一部分(例如，大部分)主模式声能。通过限定中心部分118中的主模式声能，较少声能从BAW谐振器102泄出到BAW谐振器102的不活动区域及/或衬底128，借此增加BAW谐振器102的Q，且进而提高包含实例BAW 102及/或实例IC封装100的系统的性能。下文结合图3A到3E描述可经实施以形成凸面116的实例制造过程。
如图1中展示，另一实例电极120安置于(例如，形成于)至少压电层110的凸面116上。如所展示，电极112及120无需具有与压电层110相同或彼此相同的尺寸，且在不同方向上可具有不同尺寸。在一些实例中，实例电极112及120由与CMOS制造过程兼容的导电材料形成。电极112及120可与IC封装100中的其它组件及/或外部组件电耦合。举例来说，电极112及电极120可电耦合(由图1中的骨金属丝122概念性地展示)到实施于IC封装100中的IC124(例如，数字逻辑电路、模拟电路、处理器核心、数字信号处理器(DSP)核心等)。在一些实例中，IC 124控制及/或使用使用BAW谐振器102生成的时钟信号执行一或多个功能(例如，降频转换、升频转换、调制、解调制等)。IC 124及/或电极112及120中的一者可使用接合线126电耦合到外部接点106，如图1中概念性地展示。在图1的实例中，平面下电极112安置于(例如，沉积于、形成于(等))实例衬底(例如，载体晶片等)128上。在一些实例中，IC 124是IC裸片，且BAW谐振器102是微电机系统(MEMS)裸片。
在操作中，当电压施加于顶部凸面116上的电极120与压电层110的底部平面表面114上的电极112之间时，特定频率的体声波生成于压电层110内，从而形成电谐振响应。
虽然在图1中说明实施包含具有根据本发明的凸面116的BAW谐振器102的IC封装100的实例方式，但图1中说明的部件的一或多者可以任何其它方式组合、划分、重新布置、省略、消除及/或实施。此外，包含具有根据本发明的凸面的BAW谐振器的IC封装可包含作为图1中说明的部件的添加或替代的一或多个部件，及/或可包含说明的任何或所有部件中的一个以上部件。举例来说，可包含声反射器。
图2是表示可经实施以形成具有凸面的BAW谐振器的实例过程的流程图。在一些实例中，一或多个处理器或控制器控制一或多个制造机器或过程(例如，光刻过程)以实施图2的实例过程以根据本发明形成具有凸面的BAW谐振器。
图2的实例过程包含：在衬底(例如，实例衬底128)(或声反射器、牺牲层等)上形成第一导体(例如，实例电极112)(框202)；及在第一导体上形成一层压电材料(例如，实例压电层110)(框204)。如下文将结合图3A到3E中展示的实例描述，压电材料经塑形以形成压电层(例如，实例压电层110)的凸面(例如，实例凸面116)(框206)。第二导体(例如，实例电极120)形成于凸面上，从而形成BAW谐振器(框208)。接着，BAW谐振器与其它有源IC(例如，实例IC 124)及/或无源组件集成，或本身集成，且封装于IC封装(例如，实例封装100)中(框210)。
图3A到3E说明在BAW谐振器(例如，实例BAW谐振器102)的压电层(例如，实例压电层110)上形成凸面(例如，实例凸面116)的非限制性实例方法。图3A到3E的实例过程可例如在半导体IC的制造期间使用CMOS制造过程实施。虽然在图3A到3E中展示实例方法，但其部分可以任何其它方式组合、划分、重新布置、省略、消除及/或实施。而且，可实施针对BAW谐振器在压电层上形成凸面的其它方法。为了易于理解，图1的参考元件符号用于图3A到3E中。因此，感兴趣的读者参考上文结合图1提供的这些参考部件的描述。
为了塑形压电层110，一层光致抗蚀剂302形成于压电层110上(参见图3A)。在一些实例中，光致抗蚀剂层302经图案化(例如，塑形)以具有对应于压电层110的所期望凸面形状的轮廓304(例如，形状)(参见图3B)。然而，光致抗蚀剂的曲率取决于例如制造过程的蚀刻速率、化学反应等可能与压电层的最终所期望凸面不相同。在一些实例中，光致抗蚀剂层302使用已知过程图案化，例如灰度级光刻，但可使用其它过程。在灰度级光刻中，用于图案化光致抗蚀剂302的光穿过具有足够小间距以创建衍射效应的掩模，从而创建成形光图案。在本实例中，光图案具有对应于凸面116的所期望形状的形状。
压电层110及经图案化光致抗蚀剂302暴露到蚀刻溶液(使用图3C及3D中的向下箭头指示)，当接触时，连续移除压电材料层110及光致抗蚀剂材料302。在图3B处开始，蚀刻继续移除压电材料110的上层部分306，且继续减少光致抗蚀剂302的厚度，如图3C中展示。随着蚀刻继续，压电材料302继续在边缘处变薄，这是因为继续蚀刻掉光致抗蚀剂302，继续暴露更多的凸面116以进行蚀刻，如图3D中展示。光致抗蚀剂302的蚀刻继续向内移动，从而形成凸面116。最后，导体120形成于凸面116上，如图3E中展示。
本文使用“包含”及“包括”(及其所有形式及时态)作为开放式术语。因此，每当权利要求列出遵循“包含(include)”或“包括(comprise)”(例如，包括(comprises/comprising)、包含(includes/including)等)的任何形式的任何事物时，应理解，可存在额外元件、术语等而不会落在对应权利要求的范围外。如本文使用，当用语“至少”在权利要求的前置项中用作过渡术语时，其以相同于术语“包括”及“包含”是开放式的方式是开放式的。连接词，例如“及”、“或”及“及/或”是包含性的，除非上下文另外明确指示。举例来说，“A及/或B”包含单独A、单独B及A与B。在此说明书及所附权利要求书中，单数形式“一(a/an)”及“所述”不排除复数参考对象，除非上下文另外明确指示。
在犹如个别地及明确地指示每一参考对象通过引用方式并入且在本文中以其全文陈述的相同程度上，本文所述的任何参考对象，包含公开案、专利申请案及专利，特此以引用方式并入。
尽管本文揭示了某些实例方法、设备及制品，但本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利涵盖公正地落于本专利的专利要求书的范围内的所有方法、设备及制品。

Claims (19)

1.一种体声波BAW谐振器，其包括：
第一电极；
压电层，其形成于所述第一电极上，所述压电层具有凸面；及
第二电极，其形成于所述凸面上。
2.根据权利要求1所述的BAW谐振器，其中所述凸面减少虚假模式且限定所述BAW谐振器的中心部分中的主模式。
3.根据权利要求1所述的BAW谐振器，其中所述压电层具有与所述凸面相对的平面表面。
4.根据权利要求3所述的BAW谐振器，其进一步包含用于支撑所述BAW谐振器的衬底。
5.根据权利要求1所述的BAW谐振器，其中所述压电层包含氮化铝或氧化锌中的至少一者的薄膜。
6.根据权利要求1所述的BAW谐振器，其中所述凸面是使用半导体制造工艺形成。
7.根据权利要求6所述的BAW谐振器，其中所述半导体制造工艺包含成形光刻或灰度级光刻中的至少一者。
8.一种集成电路IC封装，其包括：
体声波BAW谐振器，其安置于所述封装中，所述BAW谐振器包含具有凸面的压电层。
9.根据权利要求8所述的IC封装，其中所述BAW谐振器是薄膜BAW谐振器。
10.根据权利要求8所述的IC封装，其中所述凸面是使用成形光刻或灰度级光刻中的至少一者形成。
11.根据权利要求8所述的IC封装，其进一步包含衬底，所述压电层具有使用半导体制造工艺安置于所述衬底上的所述凸面。
12.根据权利要求11所述的IC封装，其进一步包含IC，所述BAW谐振器安置于所述IC上。
13.根据权利要求8所述的IC封装，其中所述压电层包含氮化铝。
14.根据权利要求8所述的IC封装，其中所述压电层是平凸的。
15.一种在集成电路中形成体声波BAW谐振器的方法，其包括：
在衬底、牺牲层或声反射器中的至少一者上形成第一电极；
在所述第一电极上形成压电层，所述压电层具有凸面；及
在所述凸面上形成第二电极。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述压电层经形成具有与所述凸面相对的平面表面，所述平面表面形成于所述第一电极上。
17.根据权利要求15所述的方法，其中在所述第一电极上形成所述压电层包含：
在所述第一电极上形成压电材料；及
塑形所述压电材料以形成所述凸面。
18.根据权利要求15所述的方法，其中在所述第一电极上形成所述压电层包含：
在所述第一电极上形成压电材料；
在所述压电材料上形成成形光致抗蚀剂材料层；及
将所述压电材料及所述光致抗蚀剂材料暴露到蚀刻溶液以形成所述压电层的所述凸面。
19.根据权利要求18所述的方法，其中形成所述成形光致抗蚀剂材料层包含灰度级光刻。
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