CN115623882A - 具有蚀刻的导体图案的横向激发的薄膜体声学谐振器 - Google Patents

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Abstract

一种声学谐振器，通过在位于所需的叉指换能器(IDT)图案的位置处的压电板上形成图案化的第一光刻胶掩模来制造。然后在该板和第一光刻胶掩模上沉积蚀刻停止层。去除第一光刻胶掩模以去除部分蚀刻停止层并暴露该板。在蚀刻停止层和暴露的板上沉积IDT导体材料。然后在位于IDT图案的位置处的导体材料上形成图案化的第二光刻胶掩模。然后对导体材料进行蚀刻并蚀刻至蚀刻停止层，以形成在膜片上具有交织的指状物以跨越衬底腔体的IDT图案。板和蚀刻停止层的一部分形成膜片。蚀刻停止层和光刻胶掩模不受该蚀刻的影响。去除第二光刻胶掩模以留下IDT图案。

Description

具有蚀刻的导体图案的横向激发的薄膜体声学谐振器
技术领域
本公开涉及使用声波谐振器的射频滤波器，并且具体地，涉及用于通信设备的滤波器。
背景技术
射频(RF)滤波器是被配置为通过某些频率并停止其他频率的双端口设备，其中，“通过”是指以相对较低的信号损失进行传输，并且“停止”是指阻止或大幅衰减。由滤波器通过的频率的范围被称为滤波器的“通带”。由这种滤波器停止的频率的范围被称为滤波器的“阻带”。典型的RF滤波器具有至少一个通带和至少一个阻带。对通带或阻带的具体要求取决于具体应用。例如，“通带”可以被定义为滤波器的插入损耗优于定义值(诸如1dB、2dB或3dB)的频率范围。“阻带”可以被定义为滤波器的抑制大于定义值(诸如20dB、30dB、40dB或更大)或取决于应用而更大的频率范围。
RF滤波器用于通过无线链路传输信息的通信系统。例如，RF滤波器可以在蜂窝基站、移动电话和计算设备、卫星收发器和地面站、IoT(物联网)设备、笔记本电脑和平板电脑、定点无线电链路以及其他通信系统中找到。RF滤波器还用于雷达、电子和信息战系统。
RF滤波器通常需要许多设计权衡，以针对每个特定应用实现性能参数(诸如插入损耗、抑制、隔离、功率处理、线性度、尺寸和成本)之间的最佳折衷。特定的设计和制造方法以及增强可以同时有益于这些要求中的一项或多项。
无线系统中的RF滤波器的性能增强可以对系统性能具有广泛影响。RF滤波器的改进可以用于提供系统性能改进，诸如更大的单元尺寸、更长的电池寿命、更高的数据速率、更大的网络容量、更低的成本、增强的安全性、更高的可靠性等。这些改进可以在无线系统的多个级别处(例如，在RF模块、RF收发器、移动或固定子系统或网络级别处)单独地或组合地实现。
对更宽的通信信道带宽的需求将不可避免地导致使用更高频率的通信频带。当前的LTETM(长期演进)规范定义了从3.3GHz至5.9GHz的频带。目前不使用这些频带。无线通信的未来建议包括频率高达28GHz的毫米波通信频带。
用于目前的通信系统的高性能RF滤波器通常包含声波谐振器，该声波谐振器包括表面声波(SAW)谐振器、体声波(BAW)谐振器、薄膜体声波谐振器(FBAR)和其他类型的声学谐振器。然而，这些现有技术不适合在为未来通信网络提出的更高频率上使用。
附图说明
图1包括横向激发的薄膜体声学谐振器(XBAR)的一个示意性平面图和两个示意性截面图。
图2是具有蚀刻停止层的XBAR的一部分的放大的示意性截面图。
图3是具有蚀刻停止层的另一XBAR的一部分的放大的示意性截面图。
图4是示出了XBAR中的剪切水平声学模式的图。
图5是使用XBAR的滤波器的示意性框图。
图6是制造XBAR的工艺的流程图。
图7A和图7B共同地是使用干法蚀刻和蚀刻停止层来形成导体图案的工艺的流程图。
图8A和图8B共同地是使用干法蚀刻和蚀刻停止层来形成导体图案的另一工艺的流程图。
贯穿本说明书，图中出现的元件被分配了三位数或四位数的附图标记，其中，两个最低有效数字特定于该元件，并且一个或两个最高有效数字是该元件第一次被引入的图号。可以假定未结合附图描述的元件具有与先前描述的具有相同附图标记的元件相同的特性和功能。
具体实施方式
装置的描述
图1示出了横向激发的薄膜体声学谐振器(XBAR)100的简化的示意性顶视图和正交截面图。诸如谐振器100之类的XBAR谐振器可以用于包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器的各种RF滤波器。XBAR特别适用于频率高于3GHz的通信频段的滤波器。
XBAR 100由形成在分别具有平行的前表面112和后表面114的压电板110的表面上的薄膜导体图案组成。压电板是诸如铌酸锂、钽酸锂、硅酸镧镓、氮化镓或氮化铝之类的压电材料的薄单晶层。对压电板进行切割，使得X、Y和Z晶轴相对于前表面和后表面的取向是已知的并且是一致的。在本专利中所呈现的示例中，压电板是Z切割的，也就是说Z轴垂直于前表面112和后表面114。然而，XBAR可以在具有其他晶体取向的压电板上制造。
除了压电板110的形成跨越形成在衬底中的腔体140的膜片115的部分之外，压电板110的后表面114附接到衬底120的表面。由于压电板的跨越腔体的部分与麦克风的膜片物理相似，因此该部分在本文中被称为“膜片”115。如图1所示，膜片115与压电板110的围绕腔体140的所有周边145的其余部分邻接。在该上下文中，“邻接”是指“连续地连接而没有任何中间项”。
衬底120为压电板110提供机械支撑。衬底120可以是例如硅、蓝宝石、石英或一些其他材料或材料的组合。压电板110的后表面114可以使用晶片接合工艺接合到衬底120。备选地，压电板110可以在衬底120上生长或以某种其他方式附接到衬底。压电板110可以直接附接到衬底，或可以经由一个或多个中间材料层附接到衬底120。
“腔体”具有其“固体内的空白空间”的传统含义。腔体140可以是完全地穿过衬底120的孔(如部分A-A和部分B-B中所示)或衬底120中的凹槽。腔体140可以例如通过在附接压电板110和衬底120之前或之后蚀刻衬底120的一部分以形成用于谐振器的单独的腔体来形成。该蚀刻可以通过具有蚀刻衬底的材料但不蚀刻压电板的材料的化学物质而具有选择性。
XBAR 100的导体图案包括叉指换能器(IDT)130。IDT 130包括从第一汇流条132延伸的第一多个平行的指状物(诸如指状物136)和从第二汇流条134延伸的第二多个指状物。第一多个平行的指状物和第二多个平行的指状物是交织的。交织的指状物重叠距离AP，该距离通常被称为IDT的“孔径”。IDT 130的最外面的指状物之间的中心到中心的距离L是IDT的“长度”。
第一汇流条132和第二汇流条134用作XBAR 100的端子。施加在IDT 130的两个汇流条132、134之间的射频或微波信号在压电板110内激发主声学模式。如将进一步详细讨论的，主声学模式是声能沿与压电板110的表面基本正交的方向传播的体剪切模式，该方向也垂直于由IDT指状物产生的电场的方向，或横向于该电场的方向。因此，XBAR被认为是横向激发的薄膜体波谐振器。
IDT 130定位在压电板110上，使得至少IDT 130的指状物设置在压电板的跨越腔体140或悬置在腔体140上方的部分115上。如图1所示，腔体140具有范围大于IDT 130的孔径AP和长度L的矩形形状。XBAR的腔体可以具有不同的形状，诸如规则的多边形或不规则的多边形。XBAR的腔体可以多于或少于四个侧面，这些侧面可以是直的或弯曲的。
为了便于在图1中呈现，IDT指状物的几何间距和宽度相对于XBAR的长度(尺寸L)和孔径(尺寸AP)被大大夸大了。典型的XBAR在IDT 110中具有多于十个平行的指状物。XBAR在IDT 110中可能具有数百甚至数千个平行的指状物。类似地，这些指状物在截面图中的厚度也被大大夸大了。图2是包括蚀刻停止层的另一XBAR设备200的一部分的放大的示意性截面图。压电板110是具有厚度ts的压电材料的单晶层。ts可以是例如100nm至1500nm。
XBAR IDT指状物的宽度可以是500nm或更大。IDT指状物的厚度tm可以从100nm至大约等于宽度w。IDT的汇流条(图1中的132、134)的厚度可以等于或大于IDT指状物的厚度tm。
图2还示出了形成在作为XBAR设备200的膜片的一部分的压电板110上的两个IDT指状物236、238。传统上，已经使用剥离光刻工艺来形成IDT指状物(诸如指状物236、238)和XBAR设备的其他导体。在压电板上沉积光刻胶，并对其进行图案化以限定导体图案。依次在压电板的表面上沉积IDT导体层和可选的一个或多个其他层。然后可以去除光刻胶，即，去除或剥离多余的材料，留下包括IDT指状物的导体图案。使用剥离工艺不会将压电板的表面112暴露于反应性化学物质。然而，可能难以控制使用剥离工艺形成的导体的侧壁角。
在XBAR设备200中，IDT指状物236、238是使用可以提供对导体侧壁角的良好控制的消减工艺或蚀刻工艺来形成的。依次在压电板的表面上沉积一个或多个金属层。然后通过各向异性蚀刻穿过未被图案化的光刻胶保护的导体层来去除多余的金属。可以通过例如各向异性等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、湿法化学蚀刻和其他蚀刻技术来蚀刻导体层。
为了保护压电板110的表面112不受用于蚀刻导体层的工艺和化学物质的损坏，XBAR设备200包括形成在压电板110的表面112上的蚀刻停止层210。在图2中，示出了蚀刻停止层210在IDT指状物236、238之间，但不在IDT指状物236、238下方。蚀刻停止层210可以形成在压电板的除了在所有IDT指状物下方之外的整个表面上方。备选地，蚀刻停止层210可以形成在压电板的除了在所有导体下方之外的整个表面上方。
蚀刻停止层210保护压电板110的前表面112不受蚀刻工艺的影响。为此，蚀刻停止层210必须不受蚀刻工艺的影响，或被蚀刻工艺蚀刻的幅度比导体慢。词语“不受......的影响”具有若干定义，包括“不被......影响”和“不允许蚀刻或通过”。这两个定义都适用于蚀刻停止层210。蚀刻停止层实质上不被蚀刻工艺影响，并且不允许在蚀刻工艺中使用的液体或气体蚀刻剂渗透到压电板110。蚀刻停止层不需要相对于蚀刻剂是惰性的，但必须对蚀刻剂是高度耐受的，使得在导体蚀刻完成之后保留蚀刻停止层的大部分厚度。剩余的蚀刻停止层210在IDT指状物236、238和其他导体形成并成为XBAR设备200的膜片的一部分之后不被去除。蚀刻停止层210由蚀刻停止材料形成。蚀刻停止材料必须是具有极低电导率和低声学损耗的电介质。蚀刻停止材料必须对其所沉积的表面112具有高粘附力。最重要的是，如先前所定义的，蚀刻停止材料必须不受用于蚀刻导体的工艺和化学物质的影响。备选地，蚀刻停止材料被用于蚀刻导体的工艺和化学物质蚀刻的幅度必须比导体慢。在一些情况下，可行的蚀刻停止材料必须对用于蚀刻IDT材料的化学物质耐受。针对蚀刻停止目的所选择的材料既能够用不蚀刻压电板的化学物质蚀刻，也可以是不降低谐振器性能的材料。合适的蚀刻停止材料可以包括诸如氧化铝和二氧化硅之类的氧化物、蓝宝石、包括氮化硅、氮化铝和氮化硼的氮化物、碳化硅和金刚石。在一些情况下，它是蚀刻停止金属氧化物层。
XBAR设备200可以包括如图2所示的一个或多个附加介电层。可以在滤波器中的一些XBAR设备(例如，选定的XBAR设备)的IDT上方形成正面介电层220。根据定义，XBAR的“正面”是背离衬底的表面。正面介电层220具有厚度tfd。正面介电层220可以形成在IDT指状物226和228之间。在图2中，正面介电层220覆盖IDT指状物238，但不覆盖IDT指状物236。在滤波器中，正面介电层可以形成在一些XBAR设备的所有指状物上方。例如，可以在并联谐振器的IDT上方形成正面介电层，以相对于串联谐振器的谐振频率降低并联谐振器的谐振频率。一些滤波器可以在各种谐振器上方包括两个或更多个不同厚度的正面介电层。背面介电层(未示出)可以可选地形成在压电板110的背面上。
此外，钝化层230可以形成在XBAR设备200的除了与XBAR设备外部的电路形成电连接的接触焊盘之外的整个表面上方。钝化层是用于当XBAR设备被合并到封装中时密封和保护XBAR设备的表面的薄介电层。正面介电层220、背面介电层和钝化层230均可以是SiO2、Si3N4、Al2O3、一些其他介电材料或这些材料的组合。
厚度tp可以是被选择以保护压电板和金属电极不受水和化学腐蚀，特别是为了电力耐久性目的的厚度。典型的层厚度tp可以在10至100nm的范围内。钝化材料可以由诸如SiO2和Si3N4材料之类的多种氧化物和/或氮化物涂层组成。
厚度tes的示例包括10至30nm之间。厚度tes可以是被选择以确保蚀刻停止层不会被用于蚀刻形成IDT的导体材料的蚀刻工艺完全蚀刻的厚度。
图3是包括蚀刻停止层的另一XBAR设备300的一部分的放大的示意性截面图。图3示出了形成在作为是XBAR设备300的膜片的一部分的压电板110上的两个IDT指状物236、238。除了蚀刻停止层310之外，XBAR设备300的所有元件具有与图2的XBAR设备200的对应元件相同的功能和特性。将不再重复这些元件的描述。
XBAR设备300与XBAR设备200的不同之处在于，蚀刻停止层310在压电板110的包括在IDT指状物236、238下方的整个表面112上延伸。蚀刻停止层310可以形成在压电板的包括包含IDT指状物的所有导体下方的整个表面上方。蚀刻停止层310是如先前所描述的蚀刻停止材料。
图4是XBAR中感兴趣的主声学模式的图示。图4示出了XBAR400的包括压电板410和三个交织的IDT指状物430的一小部分。RF电压被施加到交织的指状物430。该电压在指状物之间产生随时间变化的电场。电场的方向是横向的，或平行于压电板410的表面，如由标记为“电场”的箭头所指示的。由于压电板的高介电常数，电场相对于空气高度集中在板中。在压电板410中，横向电场引入剪切变形，并且因此强烈地激发主剪切模式声学模式。在该上下文中，“剪切变形”被定义为材料中的平行平面保持平行且在相对于彼此平移时保持恒定距离的变形。“剪切声学模式”被定义为介质中导致介质剪切变形的声学振动模式。XBAR400中的剪切变形由曲线460与提供原子运动的方向和幅度的示意性指示的相邻的小箭头表示。为了便于观察，原子运动的程度以及压电板410的厚度被大大夸大了。虽然原子运动主要是横向的(即，如图4所示的水平方向)，但如箭头465所示，激发的主剪切声学模式的声能流的方向与压电板的表面基本正交。
基于剪切声波谐振的声学谐振器可以实现比当前最先进的在厚度方向上施加电场的薄膜体声学谐振器(FBAR)和固体安装谐振器体声波(SMRBAW)设备更好的性能。在这样的设备中，声学模式是随着原子运动和声能流在厚度方向上的方向压缩的。另外，与其他声学谐振器相比，剪切波XBAR谐振的压电耦合可以很高(＞20％)。高压电耦合能够设计并实现具有可观带宽的微波滤波器和毫米波滤波器。
图5是使用XBAR的高频带通滤波器500的示意性电路图和布局。滤波器500具有包括三个串联谐振器510A、510B、510C和两个并联谐振器520A、520B的常规梯形滤波器架构。三个串联谐振器510A、510B和510C串联连接在第一端口和第二端口之间。在图5中，第一端口和第二端口分别被标记为“输入(In)”和“输出(Out)”。然而，滤波器500是双向的，并且任一端口用作滤波器的输入或输出。两个并联谐振器520A、520B从串联谐振器之间的节点连接到地。所有并联谐振器和串联谐振器都是XBAR。
滤波器500的三个串联谐振器510A、510AB、510AC和两个并联谐振器520A、520B形成在接合到硅衬底(不可见)的压电材料的单个板530上。每个谐振器包括相应的IDT(未示出)，其中至少该IDT的指状物设置在衬底中的腔体上方。在这种和类似的上下文中，术语“相应的”是指“彼此有关的事物”，也就是说，具有一对一的对应关系。在图5中，腔体被示意性地示出为虚线矩形(诸如矩形535)。在该示例中，每个IDT设置在相应的腔体上。在其他滤波器中，两个或更多个谐振器的IDT可以设置在单个腔体上。
方法的描述
图6是示出了用于制造XBAR或包含XBAR的滤波器的工艺600的简化的流程图。工艺600在605处开始于衬底120和压电材料板110，并在695处结束于完成的XBAR或滤波器。图6的流程图仅包括主要的工艺步骤。可以在图6所示的步骤之前、之间、之后和期间执行各种常规工艺步骤(例如，表面准备、化学机械加工(CMP)、清洁、检查、烘烤、退火、监控、测试等)。
图6的流程图捕获了用于制造XBAR的工艺600的三种变型，它们在何时以及如何在衬底120中形成腔体方面不同。可以在步骤610A、610B或610C处形成腔体。在工艺600的三个变型中的每一个变型中仅执行这些步骤中的一个步骤。
压电板110可以是例如如在先前所呈现的示例中使用的Z切割铌酸锂或钽酸锂。压电板可以是一些其他材料和/或一些其他切割。衬底可以优选地是硅。衬底可以是允许通过蚀刻或其他处理形成深腔体的一些其他材料。
在工艺600的一种变型中，在620处将压电板接合到衬底之前，在610A处在衬底120中形成一个或多个腔体。可以为滤波器设备中的每个谐振器形成单独的腔体。可以使用常规的光刻和蚀刻技术来形成一个或多个腔体。这些技术可以是各向同性的或各向异性的。通常，在610A处形成的腔体将不会穿透衬底。
在620处，将压电板110接合到衬底120。压电板和衬底可以通过晶片接合工艺而接合。通常，衬底和压电板的配合表面是高度抛光的。可以在压电板和衬底之一或两者的配合表面上形成或沉积一层或多层中间材料，诸如氧化物或金属。可以使用例如等离子体工艺来激活一个或两个配合表面。然后可以用相当大的力将配合表面压在一起，以在压电板和衬底之间或中间材料层之间建立分子键。
在630处，通过在压电板的正面上沉积并图案化一个或多个导电层来形成包括每个XBAR的IDT的导体图案。随后将参照图7和图8来讨论形成导体图案的备选技术。在一些情况下，630处的形成发生在620处的接合之前，例如，在将板接合到衬底之前形成IDT的情况。在640处，可以通过在IDT或XBAR设备的一个或多个所需的导体图案上方，在压电板的正面上沉积一层或多层介电材料来形成一个或多个正面介电层。可以使用诸如溅射、蒸发或化学气相沉积之类的常规沉积技术来沉积一个或多个介电层。一个或多个介电层可以沉积在压电板的包括导体图案的顶部的整个表面上。备选地，一个或多个光刻工艺(使用光掩模)可以用于将介电层的沉积限制在压电板的选定区域(诸如仅在IDT的交织的指状物之间)。掩模也可以用于允许在压电板的不同部分上沉积不同厚度的介电材料。在一些情况下，在640处的沉积包括：在选定的IDT的正面表面上沉积第一厚度的至少一个介电层，但是在其他IDT上不沉积介电层或沉积具有小于第一厚度的第二厚度的至少一个介电层。备选方案是这些介电层仅在IDT的交织的指状物之间。
在工艺600的第二变型中，在610B处在衬底120的背面中形成一个或多个腔体。可以为滤波器设备中的每个谐振器形成单独的腔体。可以使用各向异性或依赖于取向的干法蚀刻或湿法蚀刻来形成一个或多个腔体，以穿过衬底的背面向压电板开孔。在这种情况下，得到的谐振器设备将具有如图1所示的截面。
在工艺600的第三变型中，通过使用通过压电板中的开口引入的蚀刻剂来蚀刻衬底的正面，可以在610C处在衬底120中形成凹槽形式的一个或多个腔体。可以为滤波器设备中的每个谐振器形成单独的腔体。
在工艺600的所有变型中，滤波器或XBAR设备在660处完成。在660处可以发生的动作包括：在整个设备或设备的一部分上沉积封装/钝化层，诸如SiO2或Si3O4；形成接合焊盘或焊料凸块、或用于在设备和外部电路之间建立连接的其他装置；从包含多个设备的晶片中切除单个设备；其他封装步骤；以及测试。在完成滤波器设备之后，在695处结束工艺。图2和图3可以示出在660处的完成之后所选定的IDT的指状物的示例。
图7A和图7B共同地是使用干法蚀刻和蚀刻停止层来形成导体图案的工艺700的流程图。工艺700是工艺600的在630处的导体图案的形成或包括在其中。工艺700是为导体图案(例如，本文中的IDT和/或指状物)提供对导体侧壁角的良好控制的消减或蚀刻工艺。
工艺700在720处开始于压电材料板712，并且在750处结束于形成在压电材料板712上的完成的XBAR导体图案746。在720处的压电板712可以是板110和/或板410中的任何一个。在750处的板上的完成的XBAR导体图案746可以是作为或包括本文所描述的用于XBAR设备的IDT图案和/或指状物的导体图案。
图7的流程图仅包括主要的工艺步骤。可以在图7所示的步骤之前、之间、之后和期间执行各种常规工艺步骤(例如，表面准备、化学机械加工(CMP)、清洁、检查、烘烤、退火、监控、测试等)。
在720处，在压电板712上形成第一图案化的光刻胶掩模722。光刻胶掩模722可以是形成在压电板712的不需要蚀刻停止层的区域上方的图案化的光刻掩模。这些可以是要形成IDT或指状物的所需的导体图案的区域或位置。可以在压电板上方沉积光刻胶掩模722并对其进行图案化以限定导体图案，该导体图案在图案化之后存在光刻胶掩模722。
在725处，在压电板712上方和光刻胶掩模722上方沉积蚀刻停止材料726。可以在板和掩模的所有暴露的顶表面上方地毯式沉积蚀刻停止材料726以形成蚀刻停止层。该蚀刻停止层可以包括蚀刻停止层210的图案中的蚀刻停止材料以及光刻胶掩模722上的蚀刻停止材料。蚀刻停止材料726可以是如针对蚀刻停止层210所描述的材料和/或可以如针对蚀刻停止层210所描述的那样沉积。
在730处，去除第一光刻胶掩模722。然后在730处，可以去除光刻胶掩模722，即，去除或剥离沉积在光刻胶掩模722上的蚀刻停止材料726，从而在压电板712上留下蚀刻停止层210的图案。使用不会将压电板712的表面暴露于反应性化学物质的工艺或者会损坏或蚀刻压电板712的工艺来去除第一光刻胶掩模722。在735处，在蚀刻停止材料724上方和去除第一光刻胶掩模722的压电板712上方沉积IDT导体材料736。导体材料可以是电子导电材料和/或用于形成如本文所述的导体图案的材料。在735处的沉积可以是在蚀刻停止材料724和暴露的压电板712的顶表面上依次地毯式沉积一个或多个金属层。可以在蚀刻停止层724和压电板712的所有暴露的顶表面上地毯式沉积IDT导体材料736。
在740处，在IDT导体材料736上方形成图案化的第二光刻胶掩模742。光刻胶掩模742可以是形成在IDT导体材料736的需要IDT导体材料746的区域上方的图案化的光刻掩模。这些可以是要形成IDT或指状物的所需的导体图案的区域或位置。可以在IDT导体材料736上方地毯式沉积光刻胶掩模742，并且然后对其进行图案化以限定导体图案746，该导体图案746在图案化之后存在光刻胶掩模742。
由于图案化的第二光刻胶掩模742不会受到用于蚀刻导体材料736的工艺和化学物质的影响，和/或其被用于蚀刻导体材料736的工艺和化学物质蚀刻的幅度比导体材料慢，因此它可以起到蚀刻停止的作用。合适的光刻胶材料可以包括诸如光敏材料、光敏有机材料(例如，光聚合物、光分解或光交联光刻胶)之类的氧化物、氧化物或氮化物。
在745处，对IDT导体材料736进行干法蚀刻，并通过各向异性蚀刻穿过导体来去除不被第二光刻胶掩模742保护的IDT导体材料736，从而形成导体图案746。可以例如通过各向异性等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、湿法化学蚀刻和其他蚀刻技术来蚀刻导体层736。该蚀刻可以是会损坏(经由化学蚀刻或物理溅射)暴露于该蚀刻的压电层的高度各向异性的高能蚀刻工艺。
干法蚀刻蚀刻或去除蚀刻停止材料724上方的导体，并蚀刻或去除至蚀刻停止材料724。如先前所定义的，第二光刻胶掩模742和蚀刻停止材料724不受用于蚀刻导体的工艺和化学物质的影响。备选地，它们被用于蚀刻导体的工艺和化学物质蚀刻的幅度比导体材料慢。因此，该各向异性蚀刻不会去除第二光刻胶掩模742下方的导体材料736，并且不会去除蚀刻停止材料724，因为它们不受影响和/或被蚀刻的幅度较慢。保留在第二光刻胶掩模742下方和压电板712上的导体材料736是IDT和/或指状物所需的导体图案。
在750处，从导体材料736的顶表面去除第二光刻胶掩模742。这留下了直接沉积在压电板712上的所需的导体材料746的图案和在导体材料之间但不在导体材料下方的蚀刻停止材料724。使用不会将导体的表面暴露于反应性化学物质的工艺或者会损坏或蚀刻导体材料746的工艺来去除第二光刻胶掩模742。在750处的去除之后，剩余的所需的导体材料76可以是或包括本文所述的IDT导体和/或指状物。它可以是XBAR设备200中的导体材料，诸如IDT指状物236、238。剩余的蚀刻停止材料724可以是或包括蚀刻停止层210。
图8A和图8B共同地是用于使用干法蚀刻和蚀刻停止层来形成导体图案的另一工艺800的流程图。工艺800是工艺600的在630处的导体图案的形成或包括在其中。工艺800是为导体图案(例如，本文中的IDT和/或指状物)提供对导体侧壁角的良好控制的消减或蚀刻工艺。
工艺800在825处开始于压电材料板812，并且在850处结束于形成在压电材料板812上的完成的XBAR导体图案846。在825处的压电板812可以是板110和/或板410中的任何一个。在850处的板上的完成的XBAR导体图案846可以是作为或包括本文所描述的用于XBAR设备的IDT图案和/或指状物的导体图案。
图8的流程图仅包括主要的工艺步骤。可以在图8所示的步骤之前、之间、之后和期间执行各种常规工艺步骤(例如，表面准备、化学机械加工(CMP)、清洁、检查、烘烤、退火、监控、测试等)。
在825处，在压电板812上方沉积蚀刻停止材料824。可以在板的所有暴露的顶表面上方地毯式沉积蚀刻停止材料824以形成蚀刻停止层。蚀刻停止材料824可以是如针对蚀刻停止层210所描述的材料和/或可以如针对蚀刻停止层210所描述的那样沉积。
在835处，在蚀刻停止材料824上方沉积IDT导体材料836。可以在蚀刻停止层的所有暴露的顶表面上方地毯式沉积IDT导体材料836。在835处的沉积可以是在蚀刻停止材料824的顶表面上依次沉积一个或多个金属层。
在840处，在IDT导体材料836上方形成图案化的光刻胶掩模842。光刻胶掩模842可以是形成在IDT导体材料836的需要IDT导体材料846的区域上方的图案化的光刻掩模。这些可以是要形成IDT或指状物的导体图案的区域或位置。可以在IDT导体材料836上方地毯式沉积光刻胶掩模842，并且然后对其进行图案化以限定导体图案846，该导体图案846在图案化之后存在光刻胶掩模842。
由于图案化的光刻胶掩模842不会受到用于蚀刻导体材料836的工艺和化学物质的影响，和/或其被用于蚀刻导体材料836的工艺和化学物质蚀刻的幅度比导体材料慢，因此它可以起到蚀刻停止的作用。合适的光刻胶材料可以包括诸如光敏材料、光敏有机材料(例如，光聚合物、光分解或光交联光刻胶)之类的氧化物、氧化物或氮化物。
在845处，对IDT导体材料836进行干法蚀刻，并通过各向异性蚀刻穿过导体来去除不受光刻胶掩模842保护的IDT导体材料836，从而形成导体图案846。可以例如通过各向异性等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、湿法化学蚀刻和其他蚀刻技术来蚀刻导体层836。该蚀刻可以是会损坏(经由化学蚀刻或物理溅射)暴露于该蚀刻的压电层的高度各向异性的高能蚀刻工艺。
干法蚀刻蚀刻或去除蚀刻停止材料824上方的导体，并蚀刻或去除至蚀刻停止材料824。如先前所定义的，光刻胶掩模842和蚀刻停止材料824不受用于蚀刻导体的工艺和化学物质的影响。备选地，它们被用于蚀刻导体的工艺和化学物质蚀刻的幅度比导体材料慢。因此，该各向异性蚀刻不会去除第二光刻胶掩模842下方的导体材料836，并且不会去除蚀刻停止材料824，因此它们不受影响和/或被蚀刻的幅度较慢。保留在第二光刻胶掩模842下方和蚀刻停止材料824上的导体材料836是IDT和/或指状物所需的导体图案。
在850处，从导体材料836的顶表面去除光刻胶掩模842。这留下了直接沉积蚀刻停止材料824上的在导体材料846之间和下方的所需的导体材料846的图案。使用不会将导体材料846的表面暴露于反应性化学物质的工艺或者会损坏或蚀刻导体材料846的工艺来去除光刻胶掩模842。
在850处的去除之后，剩余的所需的导体材料846可以是或包括本文所述的IDT导体和/或指状物。它可以是XBAR设备300中的导体材料，诸如IDT指状物336和338。剩余的蚀刻停止材料824可以是或包括蚀刻停止层310。与剥离工艺相比，使用工艺700和工艺800中的每一个工艺的消减或蚀刻提供了对所需的导体材料的导体侧壁角的更好控制。在一些情况下，工艺700和工艺800通过使用可能损坏(经由化学蚀刻或物理溅射)压电层的高度各向异性的高能蚀刻工艺，并通过用沉积在压电层上方的绝缘蚀刻停止金属氧化物层的薄层保护压电层来提供具有尖锐的侧壁角的预定义的沉积蚀刻IDT。通过使用高度各向异性的高能蚀刻工艺和蚀刻停止层，工艺700和工艺800允许更好的IDT分辨率以及更尖锐的IDT的竖直壁角。
结语
贯穿本说明书，所示的实施例和示例应被认为是示例，而不是对所公开或所要求保护的装置和过程的限制。尽管本文所呈现的许多示例涉及方法动作或系统元件的特定组合，但是应当理解，那些动作和那些元件可以以其他方式组合以完成相同的目标。关于流程图，可以采取附加的和更少的步骤，并且可以对所示的步骤进行组合或进一步细化以实现本文所述的方法。仅结合一个实施例讨论的动作、元件和特征不旨在被排除在其他实施例中的类似作用之外。
如本文所用，“多个”是指两个或更多个。如本文所用，“一组”项目可以包括一个或多个这样的项目。如本文所用，无论是在书面描述或权利要求书中，术语“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”等应理解为开放式的，即，意味着包括但不仅限于。仅过渡短语“由......组成”和“基本上由......组成”分别是关于权利要求的封闭或半封闭的过渡短语。在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等的顺序术语来修改权利要求要素，其本身并不表示一个权利要求要素相对于另一权利要求要素的优先权、优先级或顺序、或执行方法的动作的时间顺序，而是仅用作标签以区分具有特定名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一要素(但使用序号)，以对权利要求要素进行区分。如本文所用，“和/或”是指所列项目是备选方案，但备选方案还包括所列项目的任何组合。

Claims (20)

1.一种声学谐振器设备，包括：
衬底，具有表面；
单晶压电板，具有前表面和后表面，所述压电板的后表面接合到所述衬底的前表面；
叉指换能器IDT，形成在所述单晶压电板的前表面上，所述IDT具有设置在跨越所述衬底中的腔体的膜片上的交织的指状物；并且
其特征在于，蚀刻停止层形成在所述压电板的在所述交织的指状物之间的前表面上，所述压电板和所述蚀刻停止层的一部分形成所述膜片，其中，
所述蚀刻停止层不受用于形成所述交织的指状物的蚀刻工艺的影响。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述蚀刻停止层形成在所述压电板的在所述交织的指状物之间但不在所述交织的指状物下方的前表面上。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述蚀刻停止层形成在所述压电板的在所述交织的指状物之间且在所述交织的指状物下方的前表面上。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述单晶压电板是铌酸锂和钽酸锂中的一种；并且其中，所述蚀刻停止层是氧化物、蓝宝石、氮化物、碳化硅和金刚石中的一种。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述蚀刻停止层是氧化铝。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述蚀刻停止层是选自氮化铝、氮化硼和金刚石的高导热材料。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括：
正面介电层，在所述蚀刻停止层和所述交织的指状物上，其中，所述膜片包括所述压电板、所述正面介电层和所述蚀刻停止层。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述正面介电层是SiO2、Si3N4或Al2O3。
9.根据权利要求7所述的设备，还包括：
钝化层，在所述正面介电层上。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述IDT和所述压电板被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述压电板内激发剪切主声学模式，并且其中，所述剪切主声学模式的声能流的方向与所述单晶压电板的前表面和后表面基本正交。
11.一种制造声学谐振器设备的方法，包括：
在单晶压电板的前表面上地毯式沉积蚀刻停止层；
在所述蚀刻停止层上沉积叉指换能器IDT导体材料；
在位于所需的IDT图案的位置处的所述导体材料上形成图案化的光刻胶掩模；
其特征在于，使用蚀刻工艺来对所述导体材料进行蚀刻并蚀刻至所述蚀刻停止层，以形成所需的IDT图案，所需的IDT图案具有设置在被配置为跨越衬底中的腔体的膜片上的交织的指状物，所述压电板和所述蚀刻停止层的一部分形成所述膜片，其中，所述蚀刻停止层和所述光刻胶掩模不受所述蚀刻工艺的影响；以及
从所述导体材料上去除图案化的第二光刻胶掩模，以留下所述导体材料的所需的IDT图案。
12.根据权利要求11所述的方法，
还包括：在地毯式沉积所述蚀刻停止层之前，在所述单晶压电板的位于所需的IDT图案的位置处的前表面上形成图案化的第一光刻胶掩模；
其中，地毯式沉积所述蚀刻停止层是在所述单晶压电板的不存在所述图案化的第一光刻胶掩模的前表面上和所述图案化的第一光刻胶掩模上地毯式沉积所述蚀刻停止层；
还包括：在沉积所述IDT导体材料之前，去除所述图案化的第一光刻胶掩模和在所述图案化的第一光刻胶掩模上的所述蚀刻停止层，以暴露所述压电板的位于所需的IDT图案的位置处的前表面；
其中，沉积所述IDT导体材料是在所述蚀刻停止层上和所述压电板的暴露的前表面上沉积所述IDT导体材料；
其中，在所述导体材料上形成所述图案化的光刻胶掩模是形成图案化的第二光刻胶掩模；并且
其中，从所述导体材料上去除所述图案化的光刻胶掩模是去除所述图案化的第二光刻胶掩模。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述单晶压电板是铌酸锂和钽酸锂中的一种；并且其中，所述蚀刻停止层是氧化物、蓝宝石、氮化物、碳化硅和金刚石中的一种。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述蚀刻停止层是氧化铝。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述蚀刻停止层是选自氮化铝、氮化硼和金刚石的高导热材料。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：
在所述蚀刻停止层和所述交织的指状物上形成正面介电层，其中，所述膜片包括所述压电板、所述正面介电层和所述蚀刻停止层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述正面介电层是SiO2、Si3N4或Al2O3。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
在所述正面介电层和所述单晶压电板上形成钝化层。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述IDT、所述蚀刻停止层和所述压电板被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述压电板内激发剪切主声学模式，并且其中，所述剪切主声学模式的声能流的方向与所述单晶压电板的前表面和后表面基本正交。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括：
将所述压电板的后表面接合到所述衬底的前表面，所述衬底具有所述腔体，所述膜片跨越所述腔体。
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