CN1625835B - 具有改良性能的表面声波设备及制造该设备的方法 - Google Patents

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Abstract

一种表面声波设备包括形成于基底上的换能器电极。在一方面,电极具有多层。至少一层是金属和另一层是通过用Al2O3沉淀物加强而用于向该金属层提供硬化作用的材料。在另一方面,电极电连接到一金属部件,该部件允许表面声波设备电连接到该表面声波设备之外的电子设备。该电极具有第一金属化的金属部分。所述部件是第二不同金属化。在另一方面,表面声波设备经由一种方法而制作,以便具有所述的结构方面。

Description

具有改良性能的表面声波设备及制造该设备的方法
技术领域
本发明涉及表面声波(SAW)设备。特别地,本发明涉及具有高功率金属化系统的SAW设备。在一特殊应用中,本发明涉及在天线转换开关范围内作为滤波器使用的高功率SAW。
发明背景
表面声波(SAW)设备是一种利用在主体表面传播的表面波以在叉指式换能器的电极之间传递能量的电动机械转换元件。当电信号提供给一个电极时,主体受压,该应力变成一种表面声波。所述声波在主体上传播并且导致在另一换能器上产生电信号。
SAW设备的应用范围很广泛。一种应用实例是作为一种适于高能量传输的滤波器。另一应用实例是作为一种谐振器,其中存在的较大幅度的表面波作为一种驻波。
目前SAW设备需要解决涉及多层金属化工艺中的缺陷、空隙等等的问题,所述问题由在铝制金属化电极范围内发生的金属迁移而引起的。引起迁移的主要原因是诱导应力。所述问题可以很容易地出现在具有非常细的叉指式指针的SAW设备中,所述叉指式指针提供电极换能器。在所述情况中,SAW设备可发现从期望的频率特性中偏移或漂移。
作为天线转换开关(例如在蜂窝电话听筒中)使用的SAW设备必须能够抵抗高频区域中具有高功率输入的连续波。特别地,叉指式换能器的金属化以及焊接垫片和母线的金属化必须能够经得起上述的应用而没有不适当地降低性能。
已经开发的用于SAW放大器双工器的金属化系统能够在800-900Mhz的频带上使用。同样,已经开发的一些SAW天线转换开关设备能够用于1.8-2.1Ghz的频带。为了提供所述SAW天线转换开关的足够的耐久性,存在许多针对改进措施的尝试。特别地,这种尝试已经针对改良的功率耐久性。一些工作已经针对开发新的铝合金的组合物。
通常,纯铝金属显示出弱的防迁移特性(也就是,很容易迁移)。一些为改良而进行的先前的工作已经发现:小数量的搀杂物,诸如Cu、Pd、Y、Sc或Mg可以提高功率耐久性。对于小数量的上述搀杂物来说,设备寿命也增加了。然而,在某点上,搀杂物数量的增加会导致电阻的不期望的增加。所以,这些相关的因素引起增加的寿命和增加的电阻之间的平衡。
发明概述
根据本发明的一方面,本发明提供一种包括形成于基底上的换能器电极的表面声波设备。电极具有多层。至少一层是金属并且另一层是用于向金属层提供硬化作用的材料。
根据本发明的另一方面,本发明提供一种包括形成于基底上的换能器电极的表面声波设备。电极具有多层。多层中的一层是金属并且多层中的另一层是金属和氧的化合物。
根据本发明的再一方面,本发明提供一种制造表面声波设备的方法。该方法包括提供一基底并且在该基底上制作一个具有多层的换能器电极。制作电极的步骤包括制作金属层和制作一能够向金属层提供硬化作用的材料层。
根据本发明的又一方面,本发明提供一种包括换能器电极的表面声波设备。所述电极电连接到金属部件,该金属部件允许表面声波设备电连接到该表面声波设备外部的电子设备。该电极具有第一金属化的金属部分。所述部件是第二、不同的金属化。
根据本发明的又一方面,本发明提供一种包括换能器电极的表面声波设备。所述电极电连接到金属部件,该金属部件允许表面声波设备电连接到该表面声波设备外部的电子设备。该电极具有由第一金属制成的金属部分。所述部件由第二、不同的金属制成。
根据本发明的再一方面,本发明提供一种包括换能器电极的表面声波设备。所述电极电连接到金属部件,该金属部件允许表面声波设备电连接到该表面声波设备外部的电子设备。该电极具有第一厚度的金属部分。所述部件是第二、不同厚度的材料。
根据本发明的再一方面,本发明提供一种制造表面声波设备的方法。该方法包括制造一换能器电极。所述被制作的换能器电极具有第一金属化的金属部分。该方法包括制作一电连接到所述电极的金属部件,该金属部件允许表面声波设备电连接到该表面声波设备外部的电子设备。该部件由第二、不同金属化来制作。
附图简述
通过参考附图来阅该随后的描述,对于本领域技术人员来说,上述的和其他的特征及优点将变得很明显。
图1是根据本发明的表面声波(SAW)设备的平面图;
图2是沿着图1中线2-2而获取的剖面图;
图3是图2所示部分的放大图;
图4是制造本发明SAW设备的方法的流程图;以及
图5-18是对制造本发明SAW设备的顺序说明。
具体实施方式的描述
图1示意性地示出了根据本发明的一种表面声波(SAW)设备10的实例。该SAW设备10提供在基底12的上面。基底12是具有平坦的上表面的平面(如图所示)。基底12可以是任一合适的材料诸如石英、铌酸锂或钽酸锂。
SAW设备10可用于任一应用中诸如滤波器。在一特殊的应用中,SAW设备用作天线转换开关以用于通讯设备诸如蜂窝电话听筒。在电话听筒的实施例设备内,由于听筒的紧凑状态,SAW设备相对地较小。
由于相对小的尺寸,SAW设备10包括两个导电焊接垫片16和18,用于将SAW设备电连接到该SAW设备之外的电路。从第一焊接垫片16延伸构成导电母线20,该母线电连接到叉指式换能器(IDT)24的第一组电极指针22上。导电母线28从第二焊接垫片18延伸并且电连接到IDT24的第二组电极指针30上。第一和第二组电极指针22和30以SAW技术领域所已知的相互平行并交替的形式延伸。同样,如SAW技术领域人员所熟知的那样,焊接垫片16、18和相关的母线20、28构成允许电连接到外部电路的部件。
与IDT24相邻的是第一和第二反射器34和36。反射器34和36的结构与I DT24的结构相同。然而,IDT24的构造不同于焊接垫片16、18和相关的母线20、28的构造。
将会认识到,IDT24包括金属化结构40。同样会认识到,焊接垫片16、18和相关的母线20、28具有金属化结构42。然而,IDT24的金属化40与焊接垫片和母线16、18、20以及28是不同的。如图1和2所示,说明了金属化40、42之间的不同的实例。不同的金属化40、42允许IDT24以期望的参数来操作,并且允许电流流过焊接垫片16、18和母线20、28而没有不适当的约束。所以,根据本发明的一个方面,与已知的SAW设备不同,所述IDT24使用与焊接垫片16、18和母线20、28的金属化42不同的金属化40来构造。
两种金属化40、42的区别可以是允许对I DT24进行期望的操作并且提供通过焊接垫片16、18和母线20、28的可以接受的传导率的任一区别。在图1和2所示的例子中,不同的金属化40、42包括用于I DT24的金属层与用于焊接垫片16、18和母线20、28的金属层在尺寸上的差异。所述区别可以通过金属层高度上的差别来实现。特别地,金属化40具有高度H1,并且金属化42具有比H1大的高度H2。
图3示出了在叉指式换能器24的制作中所使用的第一金属化40的例子。特别地示出了第一组指针22的一个单个的电极指针22N。所示出的典型的金属化40包括多个金属层以便提供一个垂直堆积(stack)。将会认识到,根据本发明可以改变所述层的数量和层内的金属类型。
现在回到该实例中,金属化40包括第一层44(也就是子层),该层包括粘附于基底12上的钛或其他金属。在子层44上是第二层46,该层包括铝或铝合金以及氧化铝(AL2O3)。所述铝合金可以包含铜或镁,并且可以形成一个固溶体(例如,Al-Cu,Al-Mg)。下一(第三)层48包括金属互化物(例如,CuAl2,MgAl3)。该层48非常的薄并且通过在第二层46和第四层50之间的界面上扩散而形成。中间(例如第四)层50包括单一的金属诸如铜或镁。
第五层52包括金属互化物。该金属互化物可以与第三层的金属互化物相同(例如,CuAl2,MgAl3)。第六层54包括铝或氧化铝(AL2O3)。固溶体可以是与第二层(例如,Al-Cu,Al-Mg)相同的固溶体(例如,Al-Cu,Al-Mg)。多层44-54的每一层具有平行于基底12的水平表面而延伸的至少一部分(例如48A或54A)。
关于任一SAW设备而必须考虑的一个问题是叉指式换能器所提供的使用寿命。特别地,在使用期间,叉指式换能器的指针将经受压电力,该压电力可导致指针的老化。尤其对于铝来说很可能迁移。
在图3所示的实例中,创建第一金属化的多层以致于上面的一些层或后面的层(例如,48或54)具有至少部分地在下面的或先前的层的周围延伸的部分(例如,48B或54B)。这些部分(例如,48B或54B)横向向基底12的平面延伸。同样,这些横向部分(例如,48B或54B)相对于基底12而提供一个侧向的(例如,向侧面的)堆积。该侧向堆积在包括铝或化合物或混合物的至少一层(例如,第二层)周围延伸。所述侧向堆积提高了对于IDT24内铝的迁移的阻抗。在说明性的实例中,层48-52提供了侧向堆积。
顶层或最后一层(例如,第七层)56存在于电极指针22N的最外面。顶层56提供钝化作用。顶层56的材料可以是二氧化硅(SiO2)或氧化铝(Al2O3)。与先前的一些层(例如,上面的层48-54)相同,顶层56包括平行于基底12的平面而延伸的部分56A和横向延伸到基底平面延伸的部分56B。横向部分56B沿着电极指针22N的侧面向下延伸到基底12。同样,横向部分56B可被认为是侧向堆积的一部分。
在横向部分56B延伸到基底12时,顶层56把其中的先前的金属层44-54包围。然而,应该注意到顶层56的材料(例如,SiO2或Al2O3)并未充分地沿着基底12延伸。尤其是,所述材料仅向下延伸以便基本上与基底12接合从而密封金属层44-54,从而定义出电极指针22N。
现在特别地将焦点集中于第二层46,该层包括铝或铝合金以及氧化铝。再一次需要注意,纯金属铝具有弱的防迁移特性。因此,本发明的另一方面是存在有氧化铝。同样本发明的该方面包括在产生IDT24期间,使用氧,以便在第二层46内提供氧化铝。允许氧气与铝相互作用以便提供氧化铝。在一实例中,在产生第二层46期间,通过水(例如水蒸气)或通过存在的纯氧气来提供氧气。
在一实施例中,氧化铝在第二层46的外围表面(例如,图3所示的顶部、左边和右边)附近具有较大的浓度。第二层46中氧化铝的存在有助于抑制铝金属的迁移。这称之为硬化作用。当氧化铝倾向于存在第二层46的外围表面时,能够考虑用氧化铝来产生另一层。该层可以是薄膜。另外,可以将该层认定为第二层46内的子层并且并未专门在图中标识为一层,但能够依据第二层46的外围线而认定其存在。此外,从纯金属(铝或铝合金)到该氧化铝子层的过渡可以是一种逐步的、渐进的过渡。尽管如此,该氧化铝能够提供一个向铝提供硬化作用并防止铝迁移的硬化层。
将会认识到,这种硬化层或子层能够用于任一上面的、随后的层。例如,包含铝或具有铝的复合金属的任一层(例如,第三层48或第五层52)作为一个部件,通过引入氧气而能够硬化,以便在该层中产生金属氧化物。这包括将被标识为钝化层的顶层或最外面层56。所以,任一层能够向铝金属提供硬化作用并且防止迁移。
将能理解,在本发明的精神范围内,可对图3所示的电极指针22N的构造进行修改,以便包括不同金属和合金、不同层、不同数量层、不同结构的侧向堆积和硬化层。例如,电极指针22N的金属化40可以包括单个金属层,该金属层是铝或具有氧化铝(Al2O3)的铝合金。所述金属化并不依靠侧向堆积来改良防迁移特性。硬化作用提供给改良的防迁移特性。
金属化40的另一实施例包括铝或铝合金以及氧化铝(Al2O3)的交替层(alternating layer)。所述金属化可以具有五层,其中铝或铝合金层作为第一层。侧向堆积能够用于所述多层。
金属化40的第三实施例是铝或铝合金、以及具有氧化铝子层的铝或铝合金的交替层。此外,该子层没有清楚的定义金属(铝或铝合金)和氧化铝之间的界限,但是更恰当的是两者中间的渐进的过渡。该金属化可具有五层,其中铝或铝合金是第一层。侧向堆积能够用于所述多层。至今在金属化40的另一实施例,具有氧化铝的铝或铝合金的交替层具有铜或镁的其它层。该金属化具有铝或铝合金层作为第一层的五层。侧向堆积能够用于该多层。硬化作用再一次地改善了防迁移特性。
考虑到到此为止的上述讨论,能够认识到本发明提供了直接用于提高IDT24的性能和寿命的不同特征和方面。本发明还提供了直接提高IDT24的性能和寿命的其他特征和方面。
如上所述,焊接垫片16(图2)和母线20具有与IDT24的金属化40不同的金属化42。可以认识到,虽然铝或铝合金在IDT24内是有用的金属,但是铝和铝合金并不具有良好的传导率。同样,本发明的另一方面也避免了单独依赖焊接垫片16、18和母线20、28内的铝或铝合金。在图2所示的实例中,焊接垫片16、18和母线20、28的金属化42包括除了第一金属化40的金属层之外的银层60。当然能够认识到,金属化42可以具有不同的结构(例如,不包括第一金属化40的金属层并且可能是金或其他高传导率的金属)。作为一种通过使用不同金属化40和42而提供的益处的指示,随后的图表提供了一些例子:
IDT金属系统 PAD/BUSBAR R<sub>IDT</sub>(Ohm) R<sub>TOT</sub>(Ohm) R<sub>IDT</sub>/R<sub>TOT</sub>
Al Al 1.19 9.75 12.2%
Al:2%Cu-Cu-a1:2%Cu Al:2%Cu-Cu-Al:2%Cu 2.19 18 12.2%
Al Ag-2μm 1.17 1.67 70%
Al:2%Cu-Cu-a1:2%Cu Ag-2μm 2.19 2.67 82%
其中,RIDT是独自由IDT24提供的电阻,并且RTOT是整个SAW设备10的电阻。
根据本发明的SAW设备可以通过任一合适的技术来制造。一些技术可以很容易地提供本发明的一些结构特征。特别地,金属剥离(lift-off)制造技术非常容易地提供本发明的一些结构特征。所以金属剥离制造技术的优点在于与其他技术诸如干刻蚀相比可以较好地提供本发明。然而,应该认识到,金属剥离制造技术并不想要作为一种对本发明的结构特征的限制。同样,本发明的结构特征可以通过任一合适的技术来制造。
图4的流程图说明了根据本发明的一个实施例过程100。该实施例包括金属剥离技术。在步骤102,提供基底12。在步骤104,使用化学方法清洗该基底12。
在步骤106,基底12的顶部和前表面被涂上光致抗蚀剂材料。该涂层是为用于产生IDT24的第一平版印刷处理顺序而准备的。在步骤108,使用第一掩模来曝光光致抗蚀剂材料。该掩模被配置用于产生IDT24。该掩模也包括用于产生第一和第二反射器34和36的区域。此外,该掩模也包括用于产生焊剂垫片16、18和母线20、28的区域。在步骤110,显影该光致抗蚀剂材料。该显影移去了用于IDT24的位置上的光致抗蚀剂材料,并且如果是所希望的,那么也移去用于第一和第二反射器34和36以及焊接垫片16、18和母线20、28的位置上的光致抗蚀剂材料。
在步骤112,将第一金属化排列(例如,金属化40)装备在显影过的光致抗蚀剂上(也就是,除去了光致抗蚀剂的相关区域)。在一实施例中,所述装备过程是通过金属材料的蒸发沉积来实现的。所述第一金属化排列可以具有有关一层或多层(例如,46-54)的任一上述结构和不同的材料。在一实施例中,第一金属化排列是2000到4000埃的厚度。
此外,在所说明的实施例中,第一金属化排列将提供I DT24以及焊接垫片16、18和母线20、28的第一部分。在步骤112内,在铝或铝合金的蒸发期间,通过引入水蒸气或纯氧来形成一或多个氧化铝子层或膜。
在步骤114,产生二氧化硅层(SiO2)或氧化铝层(Al2O3)的顶部钝化层56。在一实施例中,该顶部钝化层56可通过物理汽相淀积(PVD)来产生并且也可以是100-500埃的厚度。此外,在该实施例中,将顶层56提供在用于IDT24的区域上,并且将其提供在至少最初用于焊接垫片16、18和母线20、28的区域上。
在步骤116,通过使用丙酮等等来移去已显影过的光致抗蚀剂材料。存在于光致抗蚀剂材料之上并且未粘附于基底12的不希望有的金属将随已移去的光致抗蚀剂材料一起而被移去。该步骤116称为第一剥离步骤。
此外,在步骤118,将光致抗蚀剂材料覆盖在基底12的上面,该基底12在适当的位置上具有第一金属化排列和顶层56。步骤118开始一个第二光刻(photolighography)处理顺序。在步骤120,使用另一掩模来曝光光致抗蚀剂材料。如此曝光该掩模以致于提供用于焊接垫片16、18和母线20、28的区域。在步骤122,显影光致抗蚀剂材料。因此,移去在焊接垫片16、18和母线20、28的位置上的光致抗蚀剂材料以便在用于产生焊接垫片和母线的区域上暴露出二氧化硅层或氧化铝层。
在步骤124,在用于焊接垫片16、18和母线20、28的区域上蚀刻掉二氧化硅层。因此,在所提供的实施例中,在用于焊接垫片16、18和母线20、28的区域上曝光第一金属化排列(例如第一金属化40)。在步骤126,第二金属化排列沉积在所述曝光面上。在一实施例中,第二金属化排列提供厚度为1-2微米的材料。第二金属排列与在焊接垫片16、18和母线20、28的区域上的第一金属排列一起提供包括焊接垫片和母线的第二金属化42。
在步骤128,光致抗蚀剂材料连同光致抗蚀剂材料上的金属(也就是,不是焊接垫片和母线的区域上的金属)一起被移去。通过丙酮等等来去除光致抗蚀剂材料,并且称之为第二剥离步骤。在步骤130,通过探针来测试SAW设备10以用于确定频率和所需的频率调节。在步骤132,通过活性离子刻蚀或离子铣削而能够修整二氧化硅顶层或氧化铝顶层56,以便为确保SAW设备工作在期望的频率上而进行一些必须的调节。
图5-18提供了图4的过程100的视觉演示。能够认识到,图5-18并非真实地表示图1的SAW设备的剖面。图5-18仅仅表示用于产生IDT24以及焊接垫片16、18和母线20、28的不同构建技术。
图5示出了在步骤102所提供的基底12。图6说明了在步骤106所提供的光致抗蚀剂材料210的涂覆。图7说明了在步骤108所进行的光致抗蚀剂材料210的曝光(例如,通过施加的能量212和掩模214)。
图8说明了按照步骤110而剩余的先致抗蚀剂材料216。应该注意到,剩余的光致抗蚀剂材料216具有轻微倒置的圆锥形状218(也就是,圆锥形入口朝向底部)。该圆锥形218可有助于在IDT24中所使用的第一金属化40内产生侧向堆积。此外,虽然所述处理顺序有助于产生本发明的IDT24,但是也可通过其他的手段来产生本发明的IDT。
图9说明了用于第一金属化40的第一金属化排列的沉积(例如,经由蒸发)。如图9所示,第一金属化排列包括倾斜或圆锥形表面222,该表面有助于在IDT24提供侧向堆积。注意到,金属能够沉积在剩余光致抗蚀剂材料216上。同样,注意到,在沉积一层或多层铝/铝合金层期间,引入了可能经由水蒸气的氧气或纯氧气224。
图10示出了二氧化硅顶层或氧化铝顶层56的形成。图11示意性地示出了在步骤116所进行的剩余光致抗蚀剂材料216的移除。图12示出了在步骤118的感光性材料的涂覆。
图13示出了步骤120中光致抗蚀剂材料228的曝光(例如,经由施加的能量230和掩模232)。注意到,掩模232允许对在用于焊接垫片16、18和母线20、28的区域上的光致抗蚀剂材料228进行曝光。图14示出了步骤122中光致抗蚀剂材料的显影。从图14能够看出,剩余的光致抗蚀剂材料234从用于焊接垫片16、18和母线20、28的区域上移除。注意到,剩余的光致抗蚀剂材料234暂时覆盖IDT24的区域。
图15示出了在步骤124蚀刻顶层56的二氧化硅或氧化铝。该蚀刻是通过施加的活性离子238或湿处理来实现的。图16示出了在步骤126沉积第二金属排列。从图16能够看出,第二金属排列被直接施加到在焊接垫片16、18和母线20、28的区域上的第一金属排列上。因此,第一和第二金属排列共同包括可提供焊接垫片16、18和母线20、28的第二金属化42。
图17示出了在步骤128移除剩余的光致抗蚀剂材料234。图18示出了通过活性离子刻蚀240来修整顶层56的二氧化硅。
根据本发明的以上描述,本领域的技术人员将能领会改进、改变和修改。附加的权利要求包括了在该技术领域范围内所进行的改进、变化和修改。

Claims (14)

1.一种包括形成于基底上的换能器电极的表面声波设备,该电极包括多个层,粘附于基底上的第一层(44),其是金属;第二层(46),其位于所述第一层(44)之上,且是金属和氧的化合物,所述金属和氧的化合物包括铝或铝合金以及氧化铝;以及下一层(48),其位于所述第二层(46)之上,且包括金属互化物。
2.如权利要求1所述的表面声波设备,其中所述金属和氧的化合物中的金属包括铝。
3.如权利要求2所述的表面声波设备,其中金属和氧的化合物是氧化铝。
4.如权利要求1所述的表面声波设备,其中基底是平面,所述多个层中的每一层具有平行于基底而延伸的部分,该平行延伸部分相对于基底而垂直堆积,所述多个层中的至少一些层也具有横向延伸到基底的部分,以及所述横向延伸部分相对于基底侧向堆积。
5.如权利要求4所述的表面声波设备,其中第二层具有在第一层附近侧向延伸的部分。
6.如权利要求4所述的表面声波设备,其中所述横向延伸部分没有延伸到除该电极之外的基底上。
7.如权利要求4所述的表面声波设备,其中所述金属和氧的化合物中的金属包括铝。
8.如权利要求7所述的表面声波设备,其中金属和氧的化合物是氧化铝。
9.如权利要求1所述的表面声波设备,其中换能器电极电连接到所述基底上的金属部件,该金属部件允许表面声波设备电连接到该表面声波设备之外的电子设备,所述电极具有第一金属部分,该部件具有不同于所述换能器电极多个层的金属化结构。
10.如权利要求9所述的表面声波设备,其中所述部件包括母线和焊接垫片之一。
11.如权利要求9所述的表面声波设备,其中所述部件由第二金属制成,第一金属部分包括第一金属,以及第二金属部分包括第二不同金属。
12.如权利要求9所述的表面声波设备,其中所述部件由第二金属制成,第一金属部分具有第一厚度,以及第二金属部分具有第二不同厚度。
13.一种制作表面声波设备的方法,该方法包括以下步骤:
提供一基底;以及
在基底上制作具有多层的换能器电极,包括制作金属层和制作在所述金属层之上的金属和氧的化合物层,所述金属层粘附于基底上,所述金属和氧的化合物包括铝或铝合金以及氧化铝,以及在金属和氧的化合物层上再制作下一层,所述下一层包括金属互化物。
14.如权利要求13所述的制作表面声波设备的方法,其中制作换能器电极的步骤包括金属剥离处理。
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