CN117795848A - 横向激励薄膜体声学谐振器(xbar) - Google Patents

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阿尔伯特·卡多纳
克里斯·奥布莱恩
阿坎克沙·萨哈
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Abstract

描述了用于制造横向激励薄膜体声学谐振器(XBAR)的过程以及该XBAR。在压电晶片的表面上形成牺牲柱，并且在压电晶片上沉积高度共形介电层以掩埋牺牲柱。对高度共形介电层进行抛光以形成平坦表面并留下覆盖牺牲柱的一定厚度的高度共形介电质。将高度共形介电层的平坦表面接合到衬底晶片的表面。在压电板的前表面上形成导体图案，并且形成穿过压电晶片到达牺牲柱的孔。使用通过压电晶片中的孔引入的蚀刻剂来去除牺牲柱，以在压电晶片的振膜下方形成空腔，该振膜跨越该空腔。

Description

横向激励薄膜体声学谐振器(XBAR)
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，涉及用于在通信装置中使用的滤波器。
背景技术
射频(RF)滤波器是一种被配置为通过某些频率、并停止其他频率的双端口器件，其中，“通过”表示以相对低的信号损耗来传输，并且“停止”表示阻止或大幅度地衰减。滤波器所通过的频率的范围被称为滤波器的“通带”。这种滤波器所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。对通带或阻带的特定要求取决于特定应用。例如，“通带”可以被定义为滤波器的插入损耗优于定义值(例如，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诸如20dB、30dB、40dB或更大(取决于应用)的定义值的频率范围。
RF滤波器在通过无线链路传输信息的通信系统中使用。例如，RF滤波器可以出现在蜂窝基站、移动电话和计算设备、卫星收发器和地面站、IoT(物联网)设备、膝上型计算机和平板电脑、定点无线电链路和其他通信系统的RF前端中。RF滤波器也在雷达、以及电子和信息战系统中使用。
RF滤波器通常需要许多设计权衡，以针对每个特定应用来实现性能参数(例如，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，例如更大的单元尺寸、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(例如，在RF模块、RF收发器、移动或固定子系统、或网络级别)处单独和组合地实现。
用于当前通信系统的高性能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，这些现有技术并不非常适合于在针对未来通信网络所提出的更高频率和带宽下使用。
对更宽通信信道带宽的期望将不可避免地导致使用更高频率的通信频带。用于移动电话网络的无线电接入技术已经由3GPP(第三代合作伙伴计划)进行了标准化。用于第5代移动网络的无线电接入技术在5G NR(新无线电)标准中进行了定义。5G NR标准定义了若干个新的通信频带。这些新的通信频带中的两个是：n77，其使用从1300MHz至4200MHz的频率范围；以及n79，其使用从4400MHz至5000MHz的频率范围。频带n77和频带n79两者使用时分复用(TDD)，使得在频带n77和/或频带n79中操作的通信设备使用相同频率以用于上行链路传输和下行链路传输。用于频带n77和n79的带通滤波器必须能够处理通信设备的发送功率。5GHz和6GHz处的WiFi频带也需要高频率和宽带宽。5G NR标准还定义了频率在24.25GHz与40GHz之间的毫米波通信频带。
横向激励薄膜体声学谐振器(XBAR)是用于在微波滤波器中使用的声学谐振器结构。XBAR在题为“TRANSVERSELY EXCITED FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR(横向激励薄膜体声学谐振器)”的专利US10,491,291中进行了描述。XBAR谐振器包括叉指换能器(IDT)，其形成在单晶压电材料的薄浮层或振膜上。该IDT包括从第一母线延伸的第一组平行指和从第二母线延伸的第二组平行指。第一组平行指和第二组平行指是交错的。施加到IDT的微波信号在压电振膜中激励剪切初级声波。XBAR谐振器提供非常高的机电耦合和高频能力。XBAR谐振器可以在包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和复用器在内的各种RF滤波器中使用。XBAR非常适合于在用于频率高于3GHz的通信频带的滤波器中使用。
附图说明
图1包括横向激励薄膜体声学谐振器(XBAR)的示意性平面图和两个示意性截面图。
图2是图1的XBAR的一部分的放大示意性截面图。
图3A是XBAR的备选示意性截面图。
图3B是XBAR中的感兴趣的主声学模式的图形说明。
图4是使用XBAR的高频带通滤波器的示意性电路图和布局。
图5A、图5B和图5C是使用压电板上的牺牲柱和/或使用同质接合表面来制造XBAR谐振器的过程的流程图。
图6A、图6B和图6C是使用压电板上的牺牲柱和/或使用同质接合表面来制造XBAR谐振器的过程的流程图。
图7A、图7B和图7C是使用压电板上的牺牲柱来制造XBAR谐振器的过程的流程图。
图8A、图8B和图8C是使用富陷阱层中的牺牲槽来制造XBAR谐振器的过程的流程图。
图9A、图9B和图9C是使用临时处理晶片来制造XBAR谐振器的过程的流程图。
贯穿该说明书，附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或相同的两个最低有效数字的元件相同的特性和功能。
具体实施方式
装置的描述
横向激励薄膜体声学谐振器(XBAR)是用于在微波滤波器中使用的新谐振器结构。XBAR在题为“TRANSVERSELY EXCITED FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR(横向激发薄膜体声学谐振器)”的专利US10,491,291中进行了描述，其全部内容通过引用并入本文。XBAR谐振器包括导体图案，该导体图案具有形成在压电材料的薄浮层或振膜上的叉指换能器(IDT)。IDT具有两个母线，该两个母线各自附接到一组指，并且两组指在空腔上方的振膜上交错，该空腔形成在其上安装有谐振器的衬底中。振膜跨越该空腔，并且可以包括前侧和/或后侧介电层。施加到IDT的微波信号在压电振膜中激发剪切主声波，使得声能基本上垂直于层的表面流动，这正交或横向于IDT所产生的电场的方向。XBAR谐振器提供非常高的机电耦合和高频能力。
压电膜可以是单晶压电材料板的跨越衬底中的空腔的部分。压电振膜可以是膜，并且可以包括前侧和/或后侧介电层。XBAR谐振器可以这样振膜或膜，其中叉指换能器(IDT)形成在振膜或膜上。接触焊盘可以形成在衬底的表面上方的选择的位置处，以提供IDT与要附接到接触焊盘或形成在接触焊盘上的接触凸块之间的电连接。
目前，XBAR制造工艺可以分为被称为“前侧蚀刻选项”或前侧膜释放(FSMR)工艺和“后侧蚀刻选项”或后侧膜释放(BSMR)工艺的两个大类。通过前侧蚀刻选项，压电板附接到衬底，并且压电板的振膜部分浮置在通过使用经由压电板中的孔引入的蚀刻剂来蚀刻掉衬底或牺牲材料的槽(例如，如浴缸的区域的厚度)以形成空腔而形成的空腔(“游泳池”)的上方。通过后侧蚀刻选项，压电板附接到衬底，并且压电板的振膜部分浮置在从后侧(即，衬底的与压电板相对的一侧)蚀刻穿过衬底以及可能的牺牲槽的空腔的上方。
下面描述了使用压电板上的牺牲柱的改进的XBAR谐振器、滤波器和制造技术，例如通过在压电板的牺牲柱上形成高度共形介电层、对高度共形介电层进行抛光、以及将高度共形介电层倒装芯片接合到衬底(或衬底的接合氧化物层(BOX))来实现。压电板上的牺牲柱可以是FSMR工艺的一部分，与没有板上的柱、具有衬底上的柱或使用BSMR工艺的技术相比，其为XBAR器件提供了成本更低、更可控的方法。
将介电质进行抛光可以留下覆盖柱的一定厚度的介电质，使得介电质具有用于接合到衬底或衬底的氧化物层的同质表面。使用同质接合表面使得更容易对高度共形介电质进行抛光，因为仅对该材料进行抛光，这避免了在对高度共形介电质和牺牲柱材料的不同材料进行抛光时的不一致或非均匀的抛光。
使用同质接合表面使得更容易将高度共形介电质接合到衬底，因为仅该材料正被接合到衬底，这避免了当将高度共形介电质和牺牲柱材料的不同材料接合到衬底时的不一致或非均匀接合。使用同质接合表面使得更容易对经图案化的晶片(例如，经图案化的压电晶片和/或经图案化的硅晶片)进行抛光和接合。使用同质接合表面允许在有或没有衬底氧化层的情况下良好地接合到衬底以接合到板晶片。
图1示出了横向激励薄膜体声学谐振器(XBAR)100的简化示意性俯视图和正交截面图。诸如谐振器100之类的XBAR谐振器可以在包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和复用器在内的各种RF滤波器中使用。XBAR特别适合在用于频率高于3GHz的通信频带的滤波器中使用。
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构成。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背表面的取向是已知且一致的。压电板可以是Z切割(也就是说，Z轴垂直于前表面112和后表面114)、旋转Z切割、或旋转YX切割。XBAR可以在具有其他晶体取向的压电板上制造。
压电板110的后表面114附接到向压电板110提供机械支撑的衬底120。衬底120可以是例如硅、蓝宝石、石英或一些其他材料。衬底可以具有硅热氧化物(TOX)和结晶硅的层。衬底可以是或包括热形成的SiO2、溅射形成的SiO2和/或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的SiO2。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，或者生长在衬底120上，或者以一些其他方式附接到衬底。压电板直接附接到衬底，或者可以经由接合氧化物层122(例如，SiO2的接合氧化物(BOX)层或诸如Al2O3的另一种氧化物)附接到衬底。
如图1所示，振膜115与压电板110的围绕空腔1的全部周界145的其余部分是连续的。在该上下文中，“连续”表示“连续地连接而没有任何中间物”。然而，接合氧化物层(BOX)可以将板110接合到衬底120。BOX层可以围绕周界145存在于板和衬底之间，并且可以延伸远离空腔而不仅在周界本身内。在没有去除BOX层的工艺(即，本发明)的情况下，BOX在压电板与衬底之间的任何地方。作为形成空腔的一部分，通常从振膜115的后侧去除BOX。
XBAR 100的导体图案包括叉指换能器(IDT)130。IDT 130包括从第一母线132延伸的第一多个平行指(例如，指136)和从第二母线134延伸的第二多个指。第一多个平行指和第二多个平行指交错。交错的指136重叠距离AP，距离AP通常被称为IDT的“孔径”。IDT 130的最外侧指之间的中心到中心距离L是IDT的“长度”。
第一母线132和第二母线134用作XBAR 100的端子或电极。施加在IDT 130的两个母线132、134之间的射频信号或微波信号在压电板110内激励主声学模式。如将进一步详细讨论的，激发的主声学模式是体剪切模式，其中声能沿与压电板110的表面基本正交的方向传播，这也垂直于或横向于由IDT指产生的电场的方向。因此，XBAR被认为是横向激励薄膜体波谐振器。
在衬底120中形成空腔140，使得压电板110的包含IDT 130的部分115悬在空腔140上方而不接触衬底120或空腔的底部。“空腔”的常规含义是“实体内的空的空间”。空腔可以包含气体、空气或真空。在一些情况下，在板110上方还存在具有空腔(未示出)的第二衬底、封装或其他材料，其可以是衬底120和空腔140的镜像。板110上方的空腔可以具有比空腔140大的空的空间深度。指延伸越过(并且母线的部分可以可选地延伸越过)空腔(或空腔之间)。空腔140可以是完全穿过衬底120的孔(如图1的截面A-A和截面B-B所示)或者是衬底120中的凹槽(如随后在图3A所示)。例如，空腔140可以在将压电板110和衬底120附接之前或之后通过衬底120的选择性蚀刻来形成。如图1所示，空腔140具有其范围大于IDT 130的孔径AP和长度L的矩形形状。XBAR的空腔可以具有不同的形状(例如，规则的或不规则的多边形)。XBAR的空腔可以具有多于或少于四个侧面，其可以是直的或弯曲的。
由于压电板的悬在空腔140上方的部分115在物理上类似于麦克风的振膜，因此它在本文中将被称为“振膜”(因为缺少更好的术语)。振膜可以连续且无缝地连接到压电板110的围绕空腔140的全部或几乎全部周界的其余部分。在该上下文中，“连续”表示“连续地连接而没有任何中间物”。在一些情况下，BOX层可以围绕周界将板110接合到衬底120。
为了便于在图1中呈现，IDT指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指。XBAR在IDT 110中可以具有数百个、可能数千个平行指。类似地，指在截面图中的厚度也被大大夸大了。
图2示出了图1的XBAR 100的详细示意性截面图。截面图可以是XBAR 100的包括IDT的指的部分。压电板110是具有厚度ts的单晶压电材料层。ts可以是例如100nm至1500nm。当用于从3.4GHZ至6GHz的LTETM频带(例如，频带42、43、46)的滤波器时，厚度ts可以是例如200nm和1000nm。
前侧介电层214可以可选地形成在压电板110的前侧上。根据定义，XBAR或板的“前侧”是背对衬底的表面。前侧介电层214具有厚度tfd。前侧介电层214形成在IDT指236之间。尽管未在图2中示出，前侧介电层214也可以沉积在IDT指236上方。后侧介电层216可以可选地形成在压电板110的后侧上。根据定义，XBAR或板的“后侧”是面向衬底的表面。后侧介电层可以是或包括BOX层。后侧介电层216具有厚度tbd。前侧介电层214和后侧介电层216可以是非压电介电材料，例如二氧化硅或氮化硅。tfd和tbd可以是例如0至500nm。tfd和tbd通常小于压电板的厚度ts。tfd和tbd不一定相等，并且前侧介电层214和后侧介电层216不一定是相同的材料。前侧介电层214和后侧介电层216中的任一个或两者可以由两种或更多种材料的多层形成。
前侧介电层214可以形成在滤波器中的一些XBAR器件(例如，选择的XBAR器件)的IDT上方。前侧介电层214可以形成在一些XBAR器件的IDT指之间并覆盖IDT指，但不形成在其他XBAR器件上。例如，前侧频率设置介电层可以形成在并联谐振器的IDT上方，以相对于具有较薄的前侧介电层或没有前侧介电层的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种或更多种不同厚度的前侧介电层。可以设置谐振器的谐振频率，从而至少部分地通过选择前侧介电层的厚度来“调谐”谐振器。
此外，可以在XBAR器件100的除了接触焊盘之外的整个表面上方形成钝化层，在接触焊盘处与XBAR器件外部的电路进行电连接。钝化层是薄介电层，该薄介电层旨在在XBAR器件并入到封装中时密封并保护XBAR器件的表面。前侧介电层和/或钝化层可以是SiO2、Si3N4、Al2O3、一些其他介电材料、或这些材料的组合。
可以选择钝化层的厚度以保护压电板和金属导体免受水和化学腐蚀，特别是为了功率耐久性目的。钝化层的厚度可以在10nm至100nm的范围内。钝化材料可以由多重氧化物和/或氮化物涂层(例如，SiO2和Si3N4材料)组成。
IDT指236可以是一层或多层铝或基本铝合金、铜或基本铜合金、铍、钨、钼、金或一些其他导电材料。诸如铬或钛的其他金属的薄(相对于导体的总厚度)层可以形成在指的下方和/或上方，以提高指与压电板110之间的粘附力，和/或钝化或封装指。IDT的母线(图1中的132、134)可以由与指相同或不同的材料制成。
尺寸p是IDT指的中心到中心间隔或“间距”，其可以被称为IDT的间距和/或XBAR的间距。尺寸w是IDT指的宽度或“标记”。XBAR的IDT与表面声波(SAW)谐振器中使用的IDT有很大不同。在SAW谐振器中，IDT的间距是谐振频率下的声波波长的二分之一。此外，SAW谐振器IDT的标记间距比通常接近0.5(即，标记或指宽度约为在谐振时声波波长的四分之一)。在XBAR中，IDT的间距p通常是指的宽度w的2倍至20倍。此外，IDT的间距p通常是压电板212的厚度ts的2倍至20倍。XBAR中IDT指的宽度不限于谐振时声波波长的四分之一。例如，XBARIDT指的宽度可以是500nm或更大，使得IDT可以使用光刻来制造。IDT指的厚度tm可以从100nm至约等于宽度w。IDT的母线(图1中的132、134)的厚度可以等于或大于IDT指的厚度tm。
图3A是XBAR器件300沿着图1中定义的截面A-A的备选截面图。在图3A中，压电板310附接到衬底320。压电板310的一部分形成跨越衬底中的空腔340的振膜315。空腔340未完全穿透衬底320，而是形成在压电板310的包含XBAR的导体图案(例如，第一金属或M1层)的IDT 330的部分下方的衬底中。IDT 330的指(例如，指336)设置在振膜315上。IDT(例如，母线)330与信号和接地路径的互连可以通过第二导体图案(例如M2金属层，未在图3中示出)与封装上的电接触部进行。
板310、振膜315和指336可以是板110、振膜115和指136。空腔340可以例如通过在附接压电板310之前蚀刻衬底320来形成。备选地，空腔340可以通过用选择性蚀刻剂蚀刻衬底320来形成，该选择性蚀刻剂通过设置在压电板310中的一个或多个开口342到达该衬底。振膜315可以与压电板310的围绕空腔340的周界345的大部分的其余部分是连续的。例如，振膜315可以与压电板310的围绕空腔340的周界的至少50％的其余部分是连续的。
一个或多个中间材料层322可以附接在板310和衬底320之间。中间层可以是或包括接合层、BOX层、蚀刻停止层、密封层、粘合层、或附接或接合到板310和衬底320的其他材料层。层322可以是任何这些层中的一个或多个层或这些层的组合。
虽然空腔340以截面示出，但应当理解，空腔的横向范围是衬底320的连续闭合带区域，该连续闭合带区域在垂直于附图的平面的方向上围绕并限定空腔340的大小。空腔340的横向(即，如图所示的左右)范围由横向边缘衬底320限定。空腔340的纵向(即，如图所示从板310向下)范围或深度进入衬底320。在这种情况下，空腔340具有矩形或近似矩形的侧截面。
图3A所示的XBAR 300在本文中将被称为“前侧蚀刻”配置，因为空腔340是(在附接压电板310之前或之后)从衬底320的前侧进行蚀刻的。图1的XBAR 100在本文中将被称为“后侧蚀刻”配置，因为空腔140是在附接压电板110之后从衬底120的后侧进行蚀刻的。XBAR300在空腔340的左侧和右侧处示出了压电板310中的一个或多个开口342。然而，在一些情况下，压电板310中的开口342仅在空腔340的左侧或右侧处。
图3B是XBAR中的感兴趣的主声学模式的图形说明。图3B示出了XBAR 350的一小部分，包括压电板310和三个交错的IDT指336。XBAR 350可以是本文中任何XBAR的一部分。RF电压被施加到交错的指336。该电压在这些指之间产生随时间变化的电场。电场的方向主要是横向的，或平行于压电板310的表面，如标记为“电场”的箭头所指示的。由于压电板的高介电常数，相对于空气，电场高度地集中在板中。横向电场在压电板310中引入剪切变形，并因此强烈激励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并在相对于彼此平移的同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的剪切变形的声学振动模式。XBAR 350中的剪切变形由曲线360表示，其中相邻小箭头提供原子运动的方向和幅度的示意性指示。为了便于可视化，原子运动的程度以及压电板310的厚度已经被大大夸大了。虽然原子运动主要是横向的(即，如图3B所示的水平的)，但所激励的主剪切声学模式的声能流的方向基本上正交于压电板的前表面和后表面，如箭头365所指示的。
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薄膜体声学谐振器(FBAR)和固态安装谐振器体声波(SMR BAW)器件更好的性能，其中电场施加在厚度方向上。与其他声学谐振器相比，剪切波XBAR谐振的压电耦合可以较高(>20％)。高压电耦合使得能够设计和实现具有可观带宽的微波和毫米波滤波器。
图4是使用XBAR的高频带通滤波器400的示意性电路图和布局。滤波器400具有常规梯形滤波器架构，包括三个串联谐振器430A、430B、430C和两个并联谐振器440A、440B。三个串联谐振器430A、430B和430C串联连接在第一端口与第二端口之间。在图4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400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440A、440B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是单个管芯上的XBAR。图4的所有或大部分谐振器是如本文所述的XBAR谐振器。
滤波器400的三个串联谐振器430A、430B、430C和两个并联谐振器440A、440B可以形成在接合到硅衬底(不可见)的压电材料的单个板410上。备选地，如将进一步详细描述的，串联谐振器和并联谐振器可以形成在单独的压电材料板上。每个谐振器包括相应的IDT(未示出)，其中至少IDT的指设置在衬底中的空腔上方。在该上下文和类似上下文中，术语“相应的”意味着“将事物彼此关联”，也就是说具有一对一的对应关系。在图4中，空腔被示意性地示出为虚线矩形(例如，矩形445)。在该示例中，每个IDT设置在相应的空腔上方。在其他滤波器中，两个或更多个谐振器的IDT可以设置在单个空腔上方。
方法的描述
图5A、图5B和图5C共同是使用压电板上的牺牲柱和/或使用同质接合表面来制造XBAR谐振器的过程500的流程图。过程500可以是谐振器100或300的形成，或者可以被包括在谐振器100或300的形成中。过程500开始于步骤5100，并且结束于步骤5700，其中完成XBAR RF谐振器507。过程500可以是谐振器构建过程。
图5至图9的流程图中的每一个仅包括主要过程步骤。可以在图5至图9所示的步骤之前、之间、之后和期间执行各种常规过程步骤(例如，表面准备、化学机械加工(CMP)、清洁、检查、沉积、光刻、烘烤、退火、监测、测试等)。
在5100处，在压电晶片510的底表面514上形成牺牲柱550，以形成器件501。牺牲柱550在压电晶片510的底表面514上具有厚度cd。厚度cd可以是与XBAR的空腔的深度(例如，空腔140或340的深度)相同的距离。
步骤5100可以包括：通过在压电晶片510的底表面514上沉积柱材料的毯式层来形成柱550；然后可选地对柱材料的毯式层进行抛光；然后对(经抛光的)柱材料的毯式层的顶部进行掩模和图案化；以及通过该图案蚀刻以去除毯式层柱材料到压电晶片的区域以留下柱550。压电晶片可以用作用于通过图案蚀刻以去除毯式层柱材料的区域的蚀刻停止。
在5200处，在牺牲柱550的上方沉积毯式介电层560以形成器件502。步骤5200可以在压电晶片的底表面514上和牺牲柱的底表面554上沉积毯式高度共形介电层560以掩埋牺牲柱550，也就是说，完全覆盖并密封柱550周围，使得柱的任何部分都没有通过层560暴露。
层560在表面514的上方和表面554的上方具有厚度ct。厚度ct大于厚度cd，并且可以在步骤5300处对表面564和/或厚度ct抛光至厚度ctl之后变为形成平坦表面566的厚度ctl。
在5300处，对毯式介电层560进行抛光，并且在牺牲柱550的上方留下厚度为ths的毯式介电层562以形成器件503。步骤5300可以对毯式高度共形介电层560的表面564进行抛光以形成高度共形介电层562的平坦表面566并且留下覆盖牺牲柱表面554的厚度为ths的高度共形介电质。表面566是用于接合到衬底520或衬底的BOX层522的同质表面。5300处的抛光可以通过CMP或不进行抛光以暴露或抛光到柱550中的另一种工艺对暴露的表面564进行平坦化。
在5400处，将共形介电层564的平坦表面566接合到衬底520以形成器件504。步骤5400可以将平坦表面566接合到衬底晶片520的平坦前表面或顶表面523。5400处的接合可以例如通过反转具有板503的晶片并将其倒置接合到衬底晶片520，将具有器件503的晶片倒装芯片接合到具有衬底520的晶片。在5400处，接合可以将高度共形介电层的平坦表面566倒装芯片接合到衬底的接合氧化物(BOX)层522，该BOX层在衬底晶片520的富陷阱层524上。
5400处的接合可以通过粘合剂、化学键、共价键、原子键和/或电子键在表面566和523之间形成接合。5400处的接合可以是粘合剂接合、直接或熔合接合，例如包括等离子体或湿法表面活化接合。接合机制可以是范德华力和共价键的组合。
步骤5400可以包括：在接合之前，在衬底晶片520上形成富陷阱顶层524(或者形成富陷阱顶层524作为衬底晶片520的一部分)；以及在富陷阱层上形成BOX层522(或者形成BOX层522作为衬底晶片520的一部分)。步骤5400可以包括：在形成接合之前或之后，将压电晶片减薄以形成具有目标压电膜厚度的压电板。在进一步的处理描述中，板或晶片可以被称为板或晶片。
在一些情况下，压电板510是铌酸锂或钽酸锂。压电板510可以是针对板110和/或310所述的材料的压电晶片。
在一些情况下，牺牲柱550是多晶硅、氧化硅、SiO2、非晶硅、氮化硅或Si2N3。在一些情况下，牺牲柱550是多晶和/或硅材料。它可以是非晶硅。
在一些情况下，高度共形介电层560和562是磷硅酸盐玻璃(PSG)、氧化硅、SiO2、氮化硅或Si2N3之一。在一些情况下，它们是SiO2品种，例如磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、旋涂玻璃(SOG)和未掺杂SiO2。尽管未掺杂SiO2往往具有低得多的一致性，但它可以用作非常厚的层。
在一些情况下，BOX层522是多晶硅、氧化硅、SiO2、氮化硅或Si2N3之一。
在一些情况下，富陷阱层524可以是(例如，硅)晶片520上的层或作为(例如，硅)晶片520的一部分。富陷阱层524具有大量的陷阱，其捕获自由载流子并将载流子寿命减少至富陷阱层524的导电率接近零的程度。它可以是非晶硅或多晶硅。
可以通过沉积富陷阱材料(例如，非晶硅或多晶硅)的层来在硅晶片520上形成陷阱区域层524。当富陷阱层是多晶硅时，多晶硅的平均晶粒尺寸应显著小于IDT指536之间的最小间距。在高电阻率硅衬底上或高电阻率硅衬底内形成的富陷阱区域的厚度应大于在不存在富陷阱层的情况下可以形成的反型层的厚度。
在一些情况下，衬底晶片520是硅、蓝宝石、石英、玻璃、金刚石、SiC和/或AlN之一。
在一些情况下，柱550上方的经抛光的高度共形介电层562的厚度ths在10nm和10μm之间。此外，厚度ths可以在100nm和1μm之间。
在一些情况下，牺牲柱的厚度cd在50nm和50μm之间。它可以在0.5μm和15μm之间。牺牲柱的厚度可以在0.2nm和7μm之间。它可以具有如针对空腔140和/或340所述的厚度cd。
在5500处，在压电板510的前表面512上形成包括叉指换能器(IDT)530的导体图案，以形成器件505。该图案和IDT 530可以类似于图1的图案和IDT 130和/或图3的图案和IDT 330。
压电板510的包含IDT 530的部分515形成并位于柱550的上方，使得当在5700处通过蚀刻柱而形成空腔540时，部分515将形成跨越空腔540的振膜515。
步骤5500可以包括形成包括IDT 5300的至少一个导体图案，该IDT 5300具有设置在跨越空腔5400的位置的振膜515上的交错指。压电板510和IDT 530被配置为使得施加到IDT的射频信号在所形成的空腔540上方的压电板中激励主剪切声学模式。
在5500处形成导体图案可以是沉积和蚀刻工艺，例如沉积或电镀材料层的毯式沉积，对沉积层进行掩模，对掩模进行图案化，然后通过掩模蚀刻掉沉积层以形成导体图案和IDT。压电晶片可以用作用于通过图案蚀刻以去除金属层的区域的蚀刻停止，以在5500处形成导体图案。在5500处形成导体图案可以包括沉积和图案化光刻胶层、层的材料(例如，金属)的毯式沉积、以及去除光刻胶以剥离覆盖的材料以在板上留下导体图案。
导电层和/或IDT 530可以是铝或基本上铝合金、铜或基本上铜合金、铍、钨、钼、金、铬、钛或一些其他导电材料(例如，针对层130和330所述的材料)的一个层或多个层。IDT可以是铜、铝或其组合。
在5600处，形成穿过压电晶片510到达牺牲柱550的孔542，以形成器件506。步骤5600可以形成穿过压电晶片510的前表面512和后表面514并进入牺牲柱550的孔542。
形成孔542可以是蚀刻工艺，例如对板510进行掩模、对掩模进行图案化、然后通过掩模蚀刻掉板510以形成孔542。柱550可以用作用于通过图案蚀刻以去除板510的区域的蚀刻停止，以在5600处形成孔542。形成孔542可以包括板510的前表面512的压电(例如，LN)晶片离子修整和/或离子铣削。离子铣削可以包括物理蚀刻技术，由此在真空中将惰性气体(通常为Ar)的离子从宽束离子源加速到的板510的表面512中，以便将材料去除到某个期望的深度或底层，例如去除到柱550。可以通过对板510进行掩模、形成掩模的图案、以及通过掩模中的开口对板510(以及可选地具有IDT 530的导体图案)进行蚀刻、离子修整和/或离子铣削来形成孔542。
在5700处，通过孔542进行蚀刻来去除牺牲柱550，以形成器件507。步骤5700可以使用通过压电晶片510中的孔542引入的蚀刻剂来去除牺牲柱550，以在压电晶片510的振膜515下方形成空腔540，该振膜515跨越空腔540。振膜515可以是压电板510的包含IDT 530且跨越空腔540的部分。在5700处形成空腔540可以使用蚀刻工艺，例如使用板510和层562的材料作为用于蚀刻的蚀刻停止，通过孔542蚀刻掉柱550材料以形成空腔540。
步骤5700可以包括使用通过孔542对柱550进行前侧蚀刻来去除柱550以形成空腔540，其中在板510的压电膜的前侧释放(FSMR)中去除柱550以在经蚀刻的空腔540上方形成振膜515。
在一些情况下，牺牲柱550是可以相对于高度共形介电层562的材料和压电板510的材料选择性地蚀刻的柱材料。在一些情况下，牺牲柱550是可以相对于板510的材料选择性地蚀刻的柱材料。
当板510材料是LN或LT PZ层时，例如在蚀刻剂化学物质是XeF2或VHF的情况下，柱550的材料对LN或LT的蚀刻选择性可以>10000:1。在这种情况下，其他蚀刻剂可以是HF的湿法蚀刻。这种情况下，另一种蚀刻剂可以是SF6/KOH、和/或磷。一些示例包括板510是PZ层，并且蚀刻是：
在一些情况下，高度共形介电层是磷硅酸盐玻璃(PSG)玻璃、金刚石、SiC或AlN；牺牲柱是多晶硅或非晶硅；接合层是SiO2；至少一个导体图案是金属；压电板是铌酸锂；以及用于去除柱的蚀刻剂是FS6。
过程500和/或在5700处去除牺牲柱可以是FSMR工艺的一部分，与没有板510上的柱550、具有直接形成在衬底520上的柱或使用BSMR工艺的技术相比，其为XBAR器件提供了成本更低、更可控的方法。与不使用形成在板510上的柱550和/或不使用柱上方的共形层560/562相比，过程500和/或在5700处去除牺牲柱可以提供空腔540的更精确的横向蚀刻和竖直空腔壁蚀刻。
过程500和/或在5300处对介电质进行抛光以留下覆盖柱的厚度为ths的介电质562形成用于接合到衬底520或衬底的氧化物层522的层562的材料的同质表面566，这使得更容易对高度共形介电质560进行抛光，因为仅对层560的材料进行抛光，这避免了在对高度共形介电质560和牺牲柱材料550的不同材料进行抛光时的不一致或非均匀的抛光。换言之，不抛光到柱550更容易形成仅层562的平坦表面566，而不是也对柱550进行抛光，这可以在仅层562的经抛光的平坦表面566中产生不一致。
使用同质接合表面566使得更容易将高度共形介电质562接合到衬底(例如，层520或522)，因为仅层562的材料正被接合到衬底，这避免了例如如果将高度共形介电质562和掩埋牺牲柱材料550的不同材料接合到衬底时的不一致或非均匀接合。使用同质接合表面566可以允许在有或没有衬底氧化物层522的情况下良好地接合到衬底520或层524以接合到板晶片。
在一些情况下，对于过程500，衬底520是厚度为150μm至500μm的高电阻率、多晶硅或晶体硅(Si)材料；柱550是厚度在0.5μm或0.2μm与7μm之间的多晶硅或非晶硅；共形层562是PSG，并且具有2μm和8μm之间的厚度；BOX层522的厚度在3μm和5μm之间；以及富陷阱层524是厚度在0.3μm和1μm之间的氧化层或富陷阱多晶硅层；IDT 530是诸如钛铝之类的金属；以及压电板510是厚度在150nm和1000nm之间的铌酸锂或钽酸锂之一。
在一些情况下，器件507是具有压电板510的声学谐振器，压电板的一部分跨越共形介电层562中的空腔540，共形介电层562接合到衬底520。介电层562具有抛光且同质的介电质底表面566，形成与衬底的接合氧化物(BOX)层522的平坦表面523的接合。叉指换能器530在压电板510的表面上，其中IDT的交错指536在压电板的跨越空腔的部分上。孔542穿过压电板510延伸到空腔540。
图6A、图6B和图6C是使用压电板上的牺牲柱和/或使用同质接合表面来制造XBAR谐振器的过程600的流程图。过程600可以是谐振器100或300的形成，或者可以被包括在谐振器100或300的形成中。过程600开始于步骤6100，并且结束于步骤6700，其中完成XBAR RF谐振器607。除了从步骤5400到步骤6400的改变以及从器件504-507到器件604-607的改变之外，图6的流程图可以与图5的流程图类似。过程600可以是谐振器无box构建过程。
分别类似于步骤5100、5200和5300执行步骤6100、6200和6300，以分别形成器件501、502和503。
在6400处，将共形介电层564的平坦底表面566接合到衬底520以形成器件604。步骤6400可以将平坦底表面566接合到衬底晶片520的平坦前表面或顶表面623。表面623是作为衬底520的富陷阱区域的元件524的表面。
6400处的接合可以例如通过反转具有板603的晶片并将其倒置接合到衬底晶片520，将具有器件603的晶片倒装芯片接合到具有衬底520的晶片。在6400处，接合可以将高度共形介电层的平坦表面566倒装芯片接合到衬底晶片520的富陷阱层524或衬底晶片520上的富陷阱层524。
6400处的接合可以通过粘合剂、化学键、共价键、原子键和/或电子键在表面566和623之间形成接合。6400处的接合可以是5400处所述的接合，但在6400处的表面之间而不是在5400处的表面之间。6400处的接合可以是粘合剂接合、直接或熔合接合，例如包括等离子体或湿法表面活化接合。接合机制可以是范德华力和共价键的组合。
步骤6400可以包括：在接合之前，在衬底晶片520上形成富陷阱顶层524(或者形成富陷阱顶层524作为衬底晶片520的一部分)。步骤6400可以包括：在形成接合之前，将压电晶片减薄以形成具有目标压电膜厚度的压电板。在进一步的处理描述中，板或晶片可以被称为板或晶片。
分别类似于步骤5500、5600和5700执行步骤6500、6600和6700，以形成器件605、606和607。除了器件605、606和607不具有BOX层522并且层562的表面566接合到富陷阱层524的表面623之外，器件605、606和607分别与器件506、507和508相同。
过程600和/或在6700处去除牺牲柱可以是FSMR工艺的一部分，与没有板510上的柱550、具有直接形成在衬底520上的柱或使用BSMR工艺的技术相比，其为XBAR器件提供了成本更低、更可控的方法。与不使用形成在板510上的柱550和/或不使用柱上方的共形层560/562相比，过程600和/或在6700处去除牺牲柱可以提供空腔540的更精确的横向蚀刻和竖直空腔壁蚀刻。
如针对过程500所述，过程600和/或在6300处对介电质进行抛光以留下覆盖柱的厚度为ths的介电质562形成层562的材料的同质表面566，用于接合到衬底520或衬底的富陷阱524，这使得更容易对高度共形介电质560进行抛光。如针对过程500所述，使用同质接合表面566使得更容易将高度共形介电质562接合到衬底(例如，层520或524)，因为仅层562的材料正被接合到衬底。
将层562直接接合到层524而不是接合到层522产生具有焊盘区域下方的减少的SiO2的谐振器器件607。焊盘区域下方的减少的SiO2是有益的，因为通过焊盘和金属布线区域下方的减少的SiO2，减小的SiO2厚度改进了硅衬底的热阻，从而实现谐振器结构的出色散热(例如，到滤波器的封装)，这为谐振器的高功率和高温度操作提供更多余量。
将层562直接接合到层524而不是接合到层522产生谐振器器件607，其可能担心层562的掺杂玻璃与富陷阱层524直接接触。磷或硼掺杂剂可以迁移到高电阻率衬底层524或520中，从而降低该衬底层的期望电阻。在一些情况下，热玻璃层或未掺杂玻璃层可以用作层562和层524之间的阻挡层以避免该问题。在一些情况下，掺杂玻璃不用于层562以避免该问题。在一些情况下，层562是未掺杂玻璃562。
在一些情况下，对于过程600，衬底520是厚度为150μm至500μm的高电阻率、多晶硅或晶体硅(Si)材料；柱550是厚度在0.5μm或0.2μm与7μm之间的多晶硅或非晶硅；共形层562是PSG，并且具有2μm和8μm之间的厚度；以及富陷阱层524是厚度在0.3μm和1μm之间的氧化层或富陷阱多晶硅层；IDT 530是诸如钛铝之类的金属；以及压电板510是厚度在150nm和1000nm之间的铌酸锂或钽酸锂之一。
在一些情况下，器件607是具有压电板510的声学谐振器，压电板的一部分跨越共形介电层562中的空腔540，共形介电层562接合到衬底520。介电层562具有抛光且同质的介电质底表面566，形成与衬底的富陷阱层524的平坦表面623的接合。叉指换能器530在压电板510的表面上，其中IDT的交错指536在压电板的跨越空腔的部分上。孔542穿过压电板510延伸到空腔540。
图7A、图7B和图7C是使用压电板上的牺牲柱来制造XBAR谐振器的过程700的流程图。过程700可以是谐振器100或300的形成，或者可以被包括在谐振器100或300的形成中。过程700开始于步骤7100，并且结束于步骤7700，其中完成XBAR RF谐振器707。除了从步骤5300、5400和5700到步骤7300、7400和7700的改变；以及从器件503-507到器件703-707的改变之外，图7的流程图可以与图5的流程图类似。过程700可以是谐振器柱完全抛光过程。
分别类似于步骤5100和5200执行步骤7100和7200，以分别形成器件501和502。对于过程700，层560在表面514的上方和表面554的上方具有厚度ct。厚度ct大于厚度cd，并且可以在步骤7300处对表面564和/或厚度ct抛光至厚度ct2之后变为小于或等于厚度cd并且形成平坦表面754的厚度ct2。
在7300处，将毯式介电层560抛光到柱550或抛光到柱550中以形成器件703。步骤7300可以对毯式高度共形介电层560的底表面564进行抛光以形成高度共形介电层762的底表面753和柱550的底表面754。表面753和754各自可以是平坦表面。它们可以在相同平面上，或者可以不在相同平面上。表面753和754可以是用于接合到衬底520或衬底的BOX层522的非同质表面。
7300处的抛光可以是通过CMP或进行抛光以暴露柱550或抛光到柱550中的另一种工艺来对暴露的表面754进行平坦化。柱厚度ct2或空腔740的深度(参见步骤7700)可以通过步骤7300处的晶片级抛光控制来设置。在这种情况下，7300处的抛光不会像停止5300那样在柱550上方留下厚度为ths的毯式介电层560，而是在7300处暴露柱550的底表面754。
在7400处，将共形介电层762和柱550的底表面753和754接合到衬底520以形成器件704。步骤7400可以将表面753和754接合到衬底晶片520的平坦前表面或顶表面523。7400处的接合可以例如通过反转具有板703的晶片并将其倒置接合到衬底晶片520，将具有器件703的晶片倒装芯片接合到具有衬底520的晶片。
在7400处，接合可以将高度共形介电层和柱的平坦表面753和754倒装芯片接合到衬底的接合氧化物(BOX)层522，该BOX层在衬底晶片520的富陷阱层524上。
7400处的接合可以通过粘合剂、化学键、共价键、原子键和/或电子键在表面753和754与表面523之间形成接合。7400处的接合可以是5400处所述的接合，但在7400处的表面之间而不是在5400处的表面之间。7400处的接合可以是粘合剂接合、直接或熔合接合，例如包括等离子体或湿法表面活化接合。接合机制可以是范德华力和共价键的组合。
分别类似于步骤5500和5600执行步骤7500和7600，以分别形成器件705和706。除了器件705和706不具有柱上方的厚度为ths的层562，而是具有直接接合到并接触BOX层522的表面523的柱的表面753之外，器件705和706分别与器件505和506相同。
在7700处，通过孔542进行蚀刻来去除牺牲柱550，以形成器件707。步骤7700可以使用通过压电晶片510中的孔542引入的蚀刻剂来去除牺牲柱550，以在压电晶片510的振膜515下方形成空腔740，该振膜515跨越空腔740。振膜515可以是压电板510的包含IDT 530且跨越空腔740的部分。
7700处的蚀刻可以将柱550向下蚀刻至层522，使得空腔740的底部是层522的表面。在7700处形成空腔740可以使用蚀刻工艺，例如使用板510、层762和层522的材料作为用于蚀刻的蚀刻停止，通过孔542蚀刻掉柱550材料以形成空腔740。
步骤7700可以包括：在板510的压电膜的FSMR中，使用通过孔542对柱550的前侧蚀刻来去除柱550以在去除柱550的地方形成空腔740，从而在蚀刻的空腔740上方形成振膜515。
在一些情况下，牺牲柱550是可以相对于高度共形介电层762、层522的材料和压电板510的材料选择性地蚀刻的柱材料。在一些情况下，牺牲柱550是可以相对于板510的材料选择性地蚀刻的柱材料。
当板510材料是LN或LT PZ层时，例如在蚀刻剂化学物质是XeF2或VHF的情况下，柱550的材料对LN或LT的蚀刻选择性可以>10000:1。在这种情况下，其他蚀刻剂可以是HF的湿法蚀刻。这种情况下，另一种蚀刻剂可以是SF6/KOH、和/或磷。一些示例包括板510是PZ层，并且蚀刻是：
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在一些情况下，高度共形介电层是磷硅酸盐玻璃(PSG)玻璃、金刚石、SiC或AlN；牺牲柱是多晶硅或非晶硅；接合层是SiO2；至少一个导体图案是金属；压电板是铌酸锂；以及用于去除柱的蚀刻剂是FS6。
过程700和/或在7700处去除牺牲柱可以是FSMR工艺的一部分，与没有板510上的柱550、具有直接形成在衬底520上的柱或使用BSMR工艺的技术相比，其为XBAR器件提供了成本更低、更可控的方法。与不使用形成在板510上的柱550和/或不使用围绕柱的共形层560/762相比，过程700和/或在7700处去除牺牲柱可以提供空腔740的更精确的横向蚀刻和竖直空腔壁蚀刻。
过程700和/或在5300处将介电质抛光到柱可以形成用于接合到衬底520或衬底的氧化物层522的异质表面753和754，这可以使得比对高度共形介电质560进行抛光更困难，因为表面753和754的材料都被抛光，这在对高度共形介电质560和牺牲柱材料550的不同材料进行抛光时可以产生不一致或非均匀的抛光。换言之，抛光到柱550可以不形成平坦表面(例如，仅层562的表面566)，但通过也对柱550进行抛光，可以在经抛光的平坦表面753和754中产生不一致。
使用异质表面753和754可以使得更加难以将高度共形介电质762和柱550接合到衬底(例如，层520或522)，因为异质表面753和754两者(例如，与仅层562相比)的材料被接合到衬底，例如与仅将单一材料接合到衬底相比，这可以导致不一致或非均匀接合。使用异质接合表面753和754可以允许在有或没有衬底氧化物层522的情况下良好地接合到衬底520或层524以接合到板晶片。
在一些情况下，对于过程700，衬底520是厚度为150μm至500μm的高电阻率、多晶硅或晶体硅(Si)材料；柱550是多晶硅，并且具有0.2μm和7μm之间的厚度；共形层762是PSG，并且具有0.2μm和7μm之间的厚度；BOX层522的厚度在3μm和5μm之间；以及富陷阱层524是厚度在0.3μm和1μm之间的氧化层或富陷阱多晶硅层；IDT 530是诸如钛铝之类的金属；以及压电板510是厚度在150nm和1000nm之间的铌酸锂或钽酸锂之一。
在一些情况下，器件707是具有压电板510的声学谐振器，压电板的一部分跨越共形介电层762中的空腔740，共形介电层562接合到衬底520。介电层762具有经抛光的底表面753并且柱具有经抛光的底表面754，其中两个表面形成与衬底的接合氧化物(BOX)层522的平坦表面523的接合。叉指换能器530在压电板510的表面上，其中IDT的交错指536在压电板的跨越空腔的部分上。孔542穿过压电板510延伸到空腔740。对于过程700，柱厚度ct2或空腔740的深度可以通过步骤7300处的晶片级抛光控制来设置。
图8A、图8B和图8C是使用富陷阱层中的牺牲槽来制造XBAR谐振器的过程800的流程图。过程800可以是谐振器100或300的形成，或者可以被包括在谐振器100或300的形成中。过程800开始于步骤8100，并且结束于步骤8700，其中完成XBAR RF谐振器807。过程800可以是谐振器浅沟槽隔离(STI)无box构建过程。
在8100处，在衬底520的富陷阱层824中形成空腔840以形成器件801。空腔840具有从层824顶表面853到层824内的空腔的底表面844的深度cd。深度cd可以是XBAR的空腔(例如，空腔140或340)的深度。
步骤8100可以包括通过以下操作来形成空腔840：在衬底520的顶表面853上沉积富陷阱材料的毯式层；然后可选地对富陷阱材料进行抛光；然后对(经抛光的)材料的毯式层的顶部进行掩模和图案化；以及例如使用定时蚀刻来通过图案蚀刻以将毯式层材料的区域去除至深度cd，以留下空腔840。在8100处，形成空腔840留下覆盖空腔840下方的衬底520的厚度为ths的富陷阱层824。
在8200处，在空腔840中以及层824的顶表面853上方形成毯式牺牲层860以形成器件802。牺牲层860的材料可以与柱550的材料相同。
在8300处，将毯式牺牲层860抛光到牺牲槽850或抛光到牺牲槽850中以形成器件803。在8300处，对毯式牺牲层860进行抛光，并且在空腔840中留下毯式牺牲层860的厚度为cd的牺牲槽850。步骤8300可以对毯式层860的顶表面864进行抛光以形成牺牲槽850的顶表面866。步骤8300可以是将毯式层860的顶表面864抛光到牺牲槽850的顶表面866，或者对毯式层860的顶表面864进行抛光以形成牺牲槽850的顶表面866。表面853和866各自可以是平坦表面。它们可以在相同平面上，或者可以不在相同平面上。表面853和866可以是用于接合到压电晶片510或压电板的非同质表面。
8300处的抛光可以通过CMP或进行抛光以暴露或抛光到表面853中的另一种工艺对顶部暴露表面864进行平坦化。槽厚度cd或空腔840的深度(参见步骤8700)可以通过步骤8300处的晶片级抛光控制来设置。
在8400处，将压电板或晶片5100接合到层824和槽850以形成器件804。步骤8400可以将板510的平坦化底表面接合到抛光的顶表面853和866。8400处的接合可以过粘合剂、化学键、共价键、原子键和/或电子键在板510的底表面与顶表面853和866之间形成接合。8400处的接合可以是粘合剂接合、直接或熔合接合，例如包括等离子体或湿法表面活化接合。接合机制可以是范德华力和共价键的组合。
步骤8400可以包括：在形成接合之前或之后，将压电晶片减薄以形成具有目标压电膜厚度的压电板。在进一步的处理描述中，板或晶片可以被称为板或晶片。
在一些情况下，BOX层522形成在板510与顶表面853和866之间。
分别类似于步骤5500和5600执行步骤8500和8600，以形成器件805和806。至少除了器件805和806具有层824内的牺牲槽850而不是共形层562内的牺牲柱550；以及没有BOX层522之外，器件805和806分别与器件505和506相同。
在8700处，通过孔542进行蚀刻来去除牺牲槽850，以形成器件807。步骤8700可以使用通过压电晶片510中的孔542引入的蚀刻剂来去除牺牲槽850，以在压电晶片510的振膜515下方形成空腔840，该振膜515跨越空腔840。振膜515可以是压电板510的包含IDT 530且跨越空腔840的部分。
在8700处形成空腔840可以使用蚀刻工艺，例如使用板510和层824的材料作为用于蚀刻的蚀刻停止，通过孔542蚀刻掉槽850材料以形成空腔840。
步骤8700可以包括：在板510的压电膜的FSMR中，使用通过孔542对槽850的前侧蚀刻来去除槽850以在去除槽850的地方形成空腔840，从而在蚀刻的空腔840上方形成振膜515。
在一些情况下，牺牲槽850是可以相对于板510和层824的材料选择性地蚀刻的槽材料。在一些情况下，牺牲管850是可以相对于板510的材料选择性地蚀刻的管材料。
当板510材料是LN或LT PZ层时，例如在蚀刻剂化学物质是XeF2或VHF的情况下，槽850的材料对LN或LT的蚀刻选择性可以>10000:1。在这种情况下，其他蚀刻剂可以是HF的湿法蚀刻。这种情况下，另一种蚀刻剂可以是SF6/KOH、和/或磷。一些示例包括板510是PZ层，并且蚀刻是：
在一些情况下，高度共形介电层是磷硅酸盐玻璃(PSG)玻璃、金刚石、SiC或AlN；牺牲柱是多晶硅或非晶硅；接合层是SiO2；至少一个导体图案是金属；压电板是铌酸锂；以及用于去除柱的蚀刻剂是FS6。
过程800和/或在8700处去除牺牲槽可以是FSMR工艺的一部分，与没有富陷阱层824中的槽850、具有直接形成在衬底520上的柱或使用BSMR工艺的技术相比，其为XBAR器件提供了成本更低、更可控的方法。与不使用形成在层824中的槽850相比，过程800和/或在8700处去除牺牲槽可以提供空腔840的更精确的横向蚀刻和竖直空腔壁蚀刻。
使用层824中的牺牲槽850而不是层562中的柱550产生具有非常宽容的(在层824材料的Si中的槽850材料的SiO2)蚀刻选择性以在8700处形成空腔840的谐振器器件807。
将层860直接形成在层824上而不是形成在BOX层上产生谐振器器件807，其可能担心层860的掺杂玻璃与富陷阱层824直接接触。磷或硼掺杂剂可以迁移到高电阻率衬底层824或520中，从而降低该衬底层的期望电阻。在一些情况下，热玻璃层或未掺杂玻璃层可以用作层860和层824之间的阻挡层以避免该问题。在一些情况下，掺杂玻璃不用于层860以避免该问题。
过程800和/或在8300处对层860进行抛光以形成槽可以形成用于接合到板510的异质表面853和866，这可以使得比对高度共形介电质560进行抛光更困难，因为表面853和866的材料都被抛光，这在对衬底853和866的不同材料进行抛光时可以产生不一致或非均匀的抛光。换言之，进行抛光以形成槽850可以不形成平坦表面(例如，仅层562的表面566)，但通过也对槽850进行抛光，可以在经抛光的平坦表面853和866中产生不一致。
使用异质表面853和866可以使得更加难以将层824和槽850接合到板510，因为异质表面853和866两者(例如，与仅层562相比)的材料被接合到板，例如与仅将单一材料接合到板相比，这可以导致不一致或非均匀接合。使用异质接合表面853和866可以允许在有或没有衬底氧化物层522的情况下良好地接合到板510以接合到板晶片。
在一些情况下，对于过程800，衬底520是厚度为150μm至500μm的高电阻率、多晶硅或晶体硅(Si)材料；槽850是诸如氧化硅之类的氧化物，并且具有0.2μm和7μm之间的厚度。富陷阱层824是厚度在2μm和8μm之间的硅层和/或富陷阱多晶硅层；IDT 530是诸如钛铝之类的金属；以及压电板510是厚度在150nm和1000nm之间的铌酸锂或钽酸锂之一。
在一些情况下，器件807是具有压电板510的声学谐振器，压电板的一部分跨越富陷阱层824中的空腔840，富陷阱层824接合到衬底520。富陷阱层824具有抛光且同质的材料底表面，形成与衬底520的平坦表面的接合。叉指换能器530在压电板510的表面上，其中IDT的交错指536在压电板的跨越空腔840的部分上。孔542穿过压电板510延伸到空腔840。
图9A、图9B和图9C是使用临时处理晶片972来制造XBAR谐振器的过程900的流程图。过程900可以是谐振器100或300的形成，或者可以被包括在谐振器100或300的形成中。过程900开始于步骤9100，并且结束于步骤9600，其中完成XBAR RF谐振器906。过程900可以是双层转移过程。
在9100处，在位于衬底520的顶部上的氧化物层922的压电板510上形成具有IDT530的导体图案，以形成器件901。导体图案和IDT 530可以如针对IDT 130或330所述。板510是板110或310。IDT 530形成在板510的顶表面512上，具有在该表面上的指536以及用于(例如，步骤9600的)空腔940上方的振膜的位置915。用于振膜的位置915是用于振膜515的位置，例如在空腔940上方。氧化物层922可以类似于氧化物层522，或者它可以是材料与层522相同且厚度是层522的1.1倍至3.0倍的较厚版本。
在9200处，将具有IDT 530的导体图案和板510接合到形成在处理晶片972上的保护层970，以形成器件902。9200处的接合可以将顶表面512和IDT 530接合到层970。9200处的接合可以是粘合剂接合、直接或熔合接合，例如包括等离子体或湿法表面活化接合。接合机制可以是范德华力和共价键的组合。
保护层970可以是聚合材料、接合蜡等。它可以具有0.5μm(例如，至少足以覆盖IDT530的金属的拓扑的厚度)和25μm之间的厚度范围。保护层970可以具有：足够高的强度以支持步骤9300至9600的后续过程；以及相对于器件905能够通过热敏、光敏或机械可剥离来去除的能力。
处理晶片972可以是典型的衬底材料，例如硅、蓝宝石、石英、玻璃、金刚石、SiC或AlN。例如对于2”至4”半径晶片，它可以具有100nm和1mm之间的厚度，其足以为步骤9300至9600提供机械稳定性。
在9300处，从板510的底部去除原始衬底520和BOX层920以形成器件903。可以通过热处理、干法蚀刻或湿法蚀刻等来去除衬底520和BOX层920。蚀刻可以是衬底520的蚀刻，然后是层970的蚀刻。它可以蚀刻层970，然后蚀刻层520。它可以是从晶片520浮起的层970的蚀刻。这里，一个选项是(i)将硅衬底520背面研磨掉大部分，(ii)对任何剩余Si 520和/或一些SiO2层970进行干法蚀刻，(iii)最终短湿蚀刻以去除最终的SiO2970并且是对LN的选择性蚀刻。步骤9300暴露板510的底表面512。
在9400处，制备或形成空腔处理晶片以形成器件904。步骤9400可以去除富陷阱层924的顶表面953的空腔区域中的空腔940并且进入衬底920以形成空腔940。空腔940可以是如本文针对空腔所描述的空腔，包括空腔140或340。除了层924具有穿过层924的空腔940之外，富陷阱层924可以是如针对层524所描述的富陷阱层，并且除了衬底920具有延伸到衬底920中深度ths的空腔940之外，衬底920可以是如针对衬底520所描述的衬底。腔940延伸XBAR腔的深度cd穿过层924并进入衬底920。
层924具有顶表面953，该顶表面953可以是在形成空腔940之前或之后形成的抛光和/或平坦的表面。在9400处，空腔940从层924的顶表面953延伸深度ths至衬底920的底表面944。
步骤9400可以包括通过以下操作来形成空腔940：对(抛光的)材料的层924的顶表面953进行掩模和图案化；以及例如使用定时蚀刻来通过图案蚀刻以将层924的区域和衬底920材料的部分厚度去除至深度cd，以留下空腔940。蚀刻空腔940穿过层924可以使用衬底920作为蚀刻停止。蚀刻空腔940进入衬底920的深度ths可以通过晶片级蚀刻或定时蚀刻来设置。
在9500处，将压电板510接合到处理晶片920的层924以形成器件905。9500处的接合可以将器件903的板510的底表面514接合到器件904的层924的顶表面953。在9500处，空腔904从板510的底表面514延伸深度cd至衬底920中的空腔的底表面944。
9500处的接合可以例如通过反转具有板510的晶片并将其倒置接合到衬底晶片920，将具有器件903的晶片倒装芯片接合到具有衬底920的晶片。在9500处，接合可以将晶片510的平坦表面514倒装芯片接合到具有空腔940的富陷阱层924的平坦化表面953，
在9600处，从板510和具有IDT 530的导体图案中去除临时处理晶片972和保护层970，以形成器件906。步骤9600可以包括相对于层510和IDT 530选择性地蚀刻层970。步骤9600暴露顶表面514和IDT 530。步骤9600可以包括通过热处理、干法蚀刻或湿法蚀刻(例如，临时接合技术)从顶表面512和IDT 530去除晶片972和保护层970。
层970可以是临时接合层，用于为薄的或要减薄的晶片510和920提供机械支撑。
层970可以是根据其基于激光、机械力或温度的去接合机制(削弱器件和载体晶片之间的粘合剂接合)分类的粘合剂。滑离和剥离去接合可以标记用于去除层970的临时接合的起点。机械或UV激光引发的去接合可以单独地使用，或者组合在去接合工艺中。
使用过程900和/或层970可以消除对穿过板510的孔342进行LN孔蚀刻的需要，从而提供更强的板并且在使用时更难损坏板；如果需要，提供进入LN膜的后侧的通道以执行其他处理步骤，例如LN蚀刻或附加结构图案化；以及允许在“毯式”POI晶片903和905上而不是在可能使这些过程复杂化的图案化衬底上执行LN厚度设置和IDT处理。
在一些情况下，对于过程900，衬底520是厚度为150μm至500μm的高电阻率、多晶硅或晶体硅(Si)材料；富陷阱层924是厚度在0.3μm和1μm之间的氧化层或富陷阱多晶硅层；IDT 530是诸如钛铝之类的金属；以及压电板510是厚度在150nm和1000nm之间的铌酸锂或钽酸锂之一。
在一些情况下，器件907是具有压电板510的声学谐振器，压电板的一部分跨越空腔940，空腔940穿过接合到衬底520的陷阱富层762并且进入衬底深度ths。层924具有接合到板510的抛光底表面514的抛光顶表面953。叉指换能器530在压电板510的表面上，其中IDT的交错指536在压电板的跨越空腔940的部分上。孔(例如，孔542)不延伸穿过压电板510到空腔940，因为由于空腔在9500处的接合之前形成，因此孔在过程900中不需要。对于过程900，空腔厚度cd或空腔940的深度可以通过步骤9400处的晶片级蚀刻来设置。
尽管本文的描述涉及XBAR滤波器，但相同的构思可以应用于具有表面声波谐振器(SAW)、体声波(BAW)谐振器、薄膜体声波(FBAW)谐振器、温度补偿表面声波谐振器(TC-SAW)或固装横向激励薄膜体声波谐振器(SM-XBAR)的XBAR中的一个、一些或全部中的每一个的滤波器。
结束评论
贯穿本说明书，所示实施例和示例应被视为示例，而不是对所公开或要求保护的装置和过程的限制。尽管本文呈现的许多示例涉及方法动作或系统元件的具体组合，但是应当理解，这些动作和这些元件可以以其他方式组合以实现相同的目标。关于流程图，可以采取附加和更少的步骤，并且所示的步骤可以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。
如本文所使用的，“多个”意指两个或更多个。如本文所使用的，项目的“集合”可以包括一个或多个这种项目。如本文所使用的，无论是在书面说明书或权利要求中，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”等顺序术语来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素相对于另一权利要求元素的任何优先权、优先级或顺序或者执行方法的动作的时间顺序，但仅用作标签，以将具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称(但使用顺序术语)的另一元素区分开以区分权利要求元素。如本文所使用的，“和/或”意味着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 (21)

1.一种使用压电板上的牺牲柱来制造横向激励薄膜体声学谐振器XBAR的方法，包括：
在压电晶片的底表面上形成牺牲柱；
在所述压电晶片的底表面上和所述牺牲柱上沉积毯式高度共形介电层，以掩埋所述牺牲柱；
对所述毯式高度共形介电层的底表面进行抛光，以形成所述高度共形介电层的平坦底表面并留下覆盖所述牺牲柱的一定厚度的高度共形介电质；
将所述高度共形介电层的平坦底表面接合到衬底晶片的前表面；
在所述压电板的平坦前表面上形成至少一个导体图案；以及
形成穿过所述压电晶片到达所述牺牲柱的孔；以及然后使用通过所述压电晶片中的所述孔引入的蚀刻剂来去除所述牺牲柱，以在所述压电晶片的振膜下方形成空腔，所述振膜跨越所述空腔。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成柱包括：
在所述压电晶片的底表面上沉积柱材料的毯式层；
对所述柱材料的毯式层的顶部进行掩模和图案化；
通过所述图案进行蚀刻以去除毯式层柱材料的区域到所述压电晶片，以留下所述柱；以及
将所述压电晶片用作用于通过所述图案进行蚀刻以去除所述毯式层柱材料的区域的蚀刻停止。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，接合是将所述高度共形介电层的平坦表面倒装芯片接合到衬底的接合氧化物BOX层，所述BOX层在所述衬底晶片的富陷阱层上。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：在接合之前，
在所述衬底晶片上形成富陷阱顶层；以及
在所述富陷阱层上形成所述BOX层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述压电板是铌酸锂或钽酸锂之一；
所述牺牲柱是多晶硅、非晶硅、氧化硅、SiO2、氮化硅或Si2N3之一；
所述高度共形介电层是SiO2磷硅酸盐玻璃PSG、SiO2硼硅酸盐玻璃BSG、SiO2硼磷硅酸盐玻璃BPSG、SiO2旋涂玻璃SOG、未掺杂SiO2、氮化硅或Si2N3之一；
所述BOX层是多晶硅、氧化硅、SiO2、氮化硅或Si2N3之一；以及
所述衬底晶片是硅、蓝宝石或石英之一。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述牺牲柱是相对于所述高度共形介电层材料和所述压电板材料能够选择性地蚀刻的柱材料。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述高度共形介电质的厚度在1nm和10μm之间；以及
所述牺牲柱的厚度在0.2nm和7μm之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，去除柱包括：在所述板的压电膜的前侧释放中，通过所述压电板中的所述孔对所述柱进行前侧蚀刻以在去除多晶硅柱的地方形成所述空腔，从而在蚀刻的空腔的上方形成所述振膜，所述空腔在所述振膜下方。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述至少一个导体图案包括形成具有交错指的叉指换能器IDT，所述交错指设置在跨越所述空腔的所述振膜上；以及其中，所述压电板和所述IDT被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述空腔上方的压电板中激励主剪切声学模式。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，对介电质进行抛光留下覆盖柱的一定厚度的介电质，使得所述介电质具有用于接合到衬底或所述衬底的氧化物层的同质表面。
11.一种方法，包括：
在压电板上对柱材料进行毯式成层；
对所述柱材料的毯式层的顶部进行图案化并通过图案进行蚀刻，以去除毯式层柱材料的区域，从而留下所述柱材料的柱；
沉积毯式介电层以掩埋所述柱；
对所述介电层的表面进行平坦化；
对经平坦化的介电层的底表面进行抛光，以形成所述介电层的平坦底表面并留下覆盖所述柱的一定厚度的介电层；
将衬底倒装芯片接合到所述介电层的平坦化表面；
在所述压电板上形成导体图案；以及然后
通过所述压电板中的孔去除所述柱，以在去除所述柱的地方形成空腔。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，去除柱包括：通过所述压电板中的所述孔对所述柱进行前侧蚀刻以在去除所述柱的地方形成所述空腔，从而前侧释放所述板的压电膜以在蚀刻的空腔上方形成振膜，并且形成跨越所述空腔的振膜。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述导体图案包括具有交错指的叉指换能器IDT，所述交错指设置在跨越所述空腔的所述振膜上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述压电板和所述IDT被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述空腔上方的压电板中激励主剪切声学模式，其中，选择所述振膜的厚度以在所述压电板中调谐所述主剪切声学模式。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，接合是将高度共形介电层的平坦表面倒装芯片接合到所述衬底的接合氧化物BOX层，所述BOX层在衬底晶片的富陷阱层上。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：在接合之前，
在所述衬底晶片上形成富陷阱顶层；以及
在所述富陷阱层上形成所述BOX层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述衬底是厚度为250μm至500μm的多晶硅或晶体硅Si材料；
所述柱是多晶硅，并且具有1μm和5μm之间的厚度；
所述BOX层的厚度在3μm和5μm之间；以及
所述富陷阱层是厚度在1μm和5μm之间的氧化物层；
所述IDT是金属，以及
所述压电板是厚度在150nm和1000nm之间的铌酸锂或钽酸锂之一。
18.一种声学谐振器，包括：
压电板，所述压电板的一部分跨越接合到衬底的共形介电层562中的空腔，所述介电层562具有介电质的抛光且同质底表面566，形成与所述衬底的接合氧化物BOX层522的平坦表面523的接合；
叉指换能器，在所述压电板的表面上，IDT的交错指在所述压电板的跨越所述空腔的部分上；以及
孔，在所述压电板中通向所述空腔。
19.根据权利要求18所述的器件，其中，所述空腔在所述共形介电层中具有底表面，所述底表面高于所述同质底表面的厚度在10nm和10μm之间。
20.根据权利要求18所述的器件，其中：
所述压电板和所述IDT被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述空腔上方的压电板中激励主剪切声学模式，其中，选择振膜的厚度以在所述压电板中调谐所述主剪切声学模式。
21.根据权利要求18所述的器件，其中，所述接合是高度共形介电层的平坦表面与所述衬底的接合氧化物BOX层的平坦表面的接合，所述BOX层在衬底晶片的富陷阱层上。
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