DE102021102750A1 - Transversal angeregter akustischer filmvolumenresonator mit ätzstoppschicht - Google Patents

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Abstract

Akustische Resonatorgeräte und Verfahren werden offenbart. Ein akustisches Resonatorgerät enthält ein Substrat mit einer Oberfläche und einer einkristallinen piezoelektrischen Platte mit Vorder- und Rückfläche. Eine Ätzstoppschicht ist sandwichartig zwischen der Oberfläche des Substrats und der Rückfläche der piezoelektrischen Platte angeordnet, wobei ein Bereich der piezoelektrischen Platte und die Ätzstoppschicht eine Membran bilden, die einen Hohlraum im Substrat überspannt. Ein Interdigitalwandler (Interdigital Transducer, IDT) ist auf der Vorderfläche der einkristallinen piezoelektrischen Platte gebildet, wobei verschachtelte Finger des IDT auf der Membran angeordnet sind. Die Ätzstoppschicht ist undurchlässig für einen Ätzprozess, der zur Bildung des Hohlraums verwendet wird.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft Hochfrequenzfilter, die akustische Wellenresonatoren verwenden, und insbesondere Filter zur Verwendung in Kommunikationsausrüstung.
  • Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Ein Hochfrequenzfilter (HF-Filter) ist ein Zwei-Port-Gerät, das so eingerichtet ist, dass es einige Frequenzen durchlässt und andere Frequenzen sperrt, wobei „Durchlassen“ Übertragen mit relativ geringem Signalverlust bedeutet und „Sperren“ Blockieren oder wesentliches Dämpfen bedeutet. Der Bereich der von einem Filter durchgelassenen Frequenzen wird als „Durchlassband“ des Filters bezeichnet. Der Bereich der von einem solchen Filter gesperrten Frequenzen wird als „Sperrband“ des Filters bezeichnet. Ein typisches HF-Filter hat mindestens ein Durchlassband und mindestens ein Sperrband. Spezifische Anforderungen an ein Durchlass- oder Sperrband hängen von der spezifischen Anwendung ab. Zum Beispiel kann ein „Durchlassband“ als ein Frequenzbereich definiert werden, in dem die Einfügungsdämpfung eines Filters besser als ein definierter Wert wie 1 dB, 2 dB oder 3 dB ist. Ein „Sperrbereich“ kann als ein Frequenzbereich definiert werden, in dem die Unterdrückung eines Filters je nach Anwendung größer als ein definierter Wert wie 20 dB, 30 dB, 40 dB oder mehr ist.
  • HF-Filter werden in Kommunikationssystemen verwendet, in denen Informationen über drahtlose Verbindungen übertragen werden. HF-Filter finden sich beispielsweise in den HF-Frontends von Mobilfunk-Basisstationen, Mobiltelefonen und Computergeräten, Satellitentransceivern und Bodenstationen, IoT-Geräten (Internet der Dinge), Laptops und Tablets, Festpunktfunkverbindungen und anderen Kommunikationssystemen. HF-Filter werden auch in Radar- und elektronischen und informationstechnischen Kriegsführungssystemen eingesetzt.
  • HF-Filter erfordern in der Regel viele Design-Kompromisse, um für jede spezifische Anwendung den besten Kompromiss zwischen Leistungsparametern wie Einfügungsdämpfung, Unterdrückung, Isolierung, Belastbarkeit, Linearität, Größe und Kosten zu erzielen. Spezifische Design- und Fertigungsmethoden und -verbesserungen können gleichzeitig einer oder mehreren dieser Anforderungen zugutekommen.
  • Leistungsverbesserungen an den HF-Filtern in einem Drahtlossystem können sich auf die Systemleistung auf breiter Front auswirken. Verbesserungen bei HF-Filtern können genutzt werden, um die Systemleistungsverbesserungen vorzusehen, wie z.B. größere Zellen, längere Batterielebensdauer, höhere Datenraten, größere Netzwerkkapazität, niedrigere Kosten, verbesserte Sicherheit, höhere Zuverlässigkeit usw. Diese Verbesserungen können auf vielen Ebenen des Drahtlossystems sowohl einzeln als auch in Kombination realisiert werden, z.B. auf der Ebene des HF-Moduls, des HF-Transceivers, des mobilen oder festen Subsystems oder des Netzwerks.
  • Der Wunsch nach breiteren Kommunikationskanalbandbreiten wird unweigerlich zur Nutzung von Kommunikationsbändern mit höheren Frequenzen führen. Die aktuelle LTE™-Spezifikation (Long Term Evolution) definiert Frequenzbänder von 3,3 GHz bis 5,9 GHz. Einige dieser Bänder werden zur Zeit nicht genutzt. Zukünftige Vorschläge für Drahtloskommunikationen umfassen Millimeterwellen-Kommunikationsbänder mit Frequenzen bis zu 28 GHz.
  • Hochleistungs-HF-Filter für aktuelle Kommunikationssysteme enthalten üblicherweise akustische Wellenresonatoren, einschließlich akustische Oberflächenwellenresonatoren (Surface Acoustic Wave Resonator, SAW-Resonator), akustische Volumenwellenresonatoren (Bulk Acoustic Wave Resonator, BAW-Resonator), akustische Filmvolumenwellenresonatoren (Film Bulk Acoustic Wave Resonator, FBAR-Resonator) und andere Arten von akustischen Resonatoren. Diese bestehenden Technologien sind jedoch nicht gut für den Einsatz bei den höheren Frequenzen geeignet, die für zukünftige Kommunikationsnetze vorgeschlagen werden.
  • Figurenliste
    • 1 enthält eine schematische Draufsicht und zwei schematische Querschnittsansichten eines transversal angeregten akustischen Filmvolumenresonators (XBAR).
    • 2 ist eine erweiterte schematische Querschnittsansicht eines Bereichs des XBAR von 1.
    • 3 ist eine alternative schematische Querschnittsansicht des XBAR von 1.
    • 4A ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR mit einer Ätzstoppschicht und rückseitig geätzten Hohlräumen.
    • 4B ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR mit einer Ätzstoppschicht und vorderseitig geätzten Hohlräumen.
    • 5A ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR mit einer Ätzstoppschicht, einer Bondingschicht und rückseitig geätzten Hohlräumen.
    • 5B ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR mit einer Ätzstoppschicht, einer Bondingschicht und vorderseitig geätzten Hohlräumen.
    • 6A ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR mit einer Ätzstoppschicht, einer rückseitigen dielektrischen Schicht und rückseitig geätzten Hohlräumen.
    • 6B ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR mit einer Ätzstoppschicht, einer Bondingschicht, einer rückseitigen dielektrischen Schicht und vorderseitig geätzten Hohlräumen.
    • 7 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Herstellung eines XBAR mit einer Ätzstoppschicht.
  • In dieser Beschreibung werden Elementen, die in Zeichnungen erscheinen, drei- oder vierstellige Bezugsbezeichner zugewiesen, wobei die beiden niedrigstwertigen Ziffern für das Element spezifisch sind und die ein oder zwei höchstwertigen Ziffern die Zeichnungsnummer sind, bei der das Element zuerst eingeführt wird. Bei einem Element, das nicht in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben wird, kann davon ausgegangen werden, dass es dieselben Merkmale und dieselbe Funktion wie ein zuvor beschriebenes Element mit demselben Bezugsbezeichner hat.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Vorrichtungsbeschreibung
  • 1 zeigt eine vereinfachte schematische Draufsicht und orthogonale Querschnittsansichten eines transversal angeregten akustischen Filmvolumenresonators (XBAR) 100. XBAR-Resonatoren wie der Resonator 100 können in einer Vielfalt von HF-Filtern verwendet werden, darunter Bandsperrfilter, Bandpassfilter, Duplexer und Multiplexer. XBARs eignen sich besonders für den Einsatz in Filtern für Kommunikationsbänder mit Frequenzen über 3 GHz.
  • Der XBAR 100 besteht aus einer Dünnfilm-Leiterstruktur, das auf einer Oberfläche einer piezoelektrischen Platte 110 mit parallelen Vorder- und Rückflächen 112 bzw. 114 gebildet wird. Die piezoelektrische Platte ist eine dünne Einkristallschicht aus einem piezoelektrischen Material wie Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Lanthangalliumsilikat, Galliumnitrid oder Aluminiumnitrid. Die piezoelektrische Platte wird so geschnitten, dass die Orientierung der X-, Y- und Z-Kristallachsen in Bezug auf die Vorder- und Rückfläche bekannt und konsistent ist. In den in diesem Patent dargestellten Beispielen sind die piezoelektrischen Platten Z-geschnitten, d.h. die Z-Achse steht senkrecht zu den Oberflächen. XBARs können jedoch auf piezoelektrischen Platten mit anderen kristallographischen Ausrichtungen hergestellt werden.
  • Die Rückfläche 114 der piezoelektrischen Platte 110 ist auf einem Substrat 120 angebracht, das der piezoelektrischen Platte 110 mechanischen Halt bietet. Das Substrat 120 kann z.B. aus Silizium, Saphir, Quarz oder einem anderen Material bestehen. Das Substrat 120 kann ein Verbundstoff aus zwei oder mehr Materialien sein. Zum Beispiel kann das Substrat 120 aus einem ersten Material wie Silizium mit einer eingefügten Insel aus einem zweiten Material wie Siliziumdioxid oder Phosphorsilikatglas (PSG) bestehen. Die eingefügte Insel kann anschließend entfernt werden, um einen Hohlraum zu bilden, der nachfolgend beschrieben wird. Die piezoelektrische Platte 110 kann mit Hilfe eines Wafer-Bonding-Prozesses auf eine Oberfläche des Substrats 120 gebondet oder auf das Substrat 120 aufgewachsen oder auf andere Weise auf dem Substrat angebracht werden. Die piezoelektrische Platte kann direkt auf dem Substrat angebracht werden oder über eine Bondingzwischenschicht 122 auf dem Substrat angebracht werden. Wenn das Substrat 120 zum Beispiel Silizium ist, kann die Bondingschicht 122 aus Siliziumdioxid bestehen.
  • Die Leiterstruktur des XBAR 100 enthält einen Interdigitalwandler (Interdigital Transducer, IDT) 130. Der IDT 130 enthält eine erste Vielzahl paralleler Finger, wie z.B. den Finger 136, die sich von einer ersten Sammelschiene 132 erstrecken, und eine zweite Vielzahl von Fingern, die sich von einer zweiten Sammelschiene 134 erstrecken. Die erste und zweite Vielzahl paralleler Finger sind verschachtelt. Die verschachtelten Finger überlappen sich über eine Distanz AP, die allgemein als „Apertur“ des IDT bezeichnet wird. Der Mitte-zu-Mitte-Abstand L zwischen den äußersten Fingern des IDT 130 ist die „Länge“ des IDT.
  • Die erste und zweite Sammelschiene 132, 134 dienen als Anschlüsse des XBAR 100. Ein Hochfrequenz- oder Mikrowellensignal, das zwischen den beiden Sammelschienen 132, 134 des IDT 130 angelegt wird, regt eine akustische Welle innerhalb der piezoelektrischen Platte 110 an. Wie im Folgenden näher erläutert wird, ist die angeregte akustische Welle eine Volumen-Scherwelle, die sich entlang einer Richtung ausbreitet, die orthogonal zur Oberfläche der piezoelektrischen Platte 110 verläuft, die auch senkrecht oder quer zur Richtung des von den IDT-Fingern erzeugten elektrischen Feldes verläuft. Daher wird der XBAR als transversal angeregter Filmvolumenwellenresonator betrachtet.
  • Ein Hohlraum 140 wird in dem Substrat 120 so gebildet, dass ein Bereich 115 der piezoelektrischen Platte 110, die den IDT 130 enthält, über dem Hohlraum 140 aufgehängt ist, ohne das Substrat 120 zu berühren. „Hohlraum“ hat seine übliche Bedeutung von „einem leeren Raum innerhalb eines festen Körpers“. Der Hohlraum 140 kann ein Loch sein, das vollständig durch das Substrat 120 hindurchgeht (wie in Abschnitt A-A und Abschnitt B-B gezeigt) oder eine Aussparung im Substrat 120 (wie nachfolgend in 3 gezeigt). Der Hohlraum 140 kann z.B. durch selektives Ätzen des Substrats 120 vor oder nach Anbringen der piezoelektrischen Platte 110 und des Substrats 120 gebildet werden. Wie in 1 gezeigt, hat der Hohlraum 140 eine rechteckige Form mit einer Ausdehnung, die größer ist als die Apertur AP und die Länge L des IDT 130. Ein Hohlraum eines XBAR kann eine andere Form haben, wie z.B. ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Polygon. Der Hohlraum eines XBAR kann mehr oder weniger als vier Seiten haben, die gerade oder gekrümmt sein können.
  • Der Bereich 115 der piezoelektrischen Platte, der über dem Hohlraum 140 aufgehängt ist, wird hier (in Ermangelung eines besseren Begriffs) aufgrund seiner physikalischen Ähnlichkeit mit der Membran eines Mikrofons als „Membran“ bezeichnet. Die Membran kann kontinuierlich und nahtlos mit dem Rest der piezoelektrischen Platte 110 um den gesamten oder fast den gesamten Umfang des Hohlraums 140 herum verbunden sein.
  • Um die Darstellung in 1 zu erleichtern, ist der geometrische Abstand und die geometrische Breite der IDT-Finger in Bezug auf die Länge (Dimension L) und Apertur (Dimension AP) des XBAR stark übertrieben. Ein typischer XBAR hat mehr als zehn parallele Finger im IDT 110. Ein XBAR kann Hunderte, möglicherweise Tausende von parallelen Fingern im IDT 110 haben. Auch die Dicke der Finger in den Querschnittsansichten ist stark übertrieben.
  • 2 zeigt eine detaillierte schematische Querschnittsansicht des XBAR 100 von 1. Die piezoelektrische Platte 110 ist eine einkristalline Schicht aus piezoelektrischem Material mit einer Dicke ts. ts kann z.B. 100 nm bis 1500 nm betragen. Bei Verwendung in Filtern für LTE™-Bänder von 3,4 GHz bis 6 GHz (z.B. Bänder 42, 43, 46) kann die Dicke ts z.B. 200 nm bis 1000 nm betragen.
  • Eine vorderseitige dielektrische Schicht 214 kann optional auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte 110 gebildet sein. Die „Vorderseite“ des XBAR ist per Definition die vom Substrat abgewandte Oberfläche. Die vorderseitige dielektrische Schicht 214 hat eine Dicke tfd. Die vorderseitige dielektrische Schicht 214 ist zwischen den IDT-Fingern 238 gebildet. Obwohl in 2 nicht gezeigt, kann die vorderseitige dielektrische Schicht 214 auch über den IDT-Fingern 238 abgeschieden sein. Eine rückseitige dielektrische Schicht 216 kann optional auf der Rückseite der piezoelektrischen Platte 110 gebildet sein. Die rückseitige dielektrische Schicht 216 hat eine Dicke tbd. Die vorderseitige und rückseitige dielektrische Schicht 214, 216 können aus einem nicht-piezoelektrischen dielektrischen Material bestehen, wie z.B. Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, tfd und tbd können z.B. 0 bis 500 nm betragen. tfd und tbd sind typischerweise kleiner als die Dicke ts der piezoelektrischen Platte, tfd und tbd sind nicht unbedingt gleich, und die vorderseitige und rückseitige dielektrische Schicht 214, 216 bestehen nicht unbedingt aus dem gleichen Material. Eine oder beide der vorderseitigen und rückseitigen dielektrischen Schicht 214, 216 können aus mehreren Schichten von zwei oder mehr Materialien gebildet sein.
  • Die IDT-Finger 238 können aus Aluminium oder einer Legierung im Wesentlichen aus Aluminium, Kupfer oder einer Legierung im Wesentlichen aus Kupfer, Beryllium, Gold oder einem anderen leitenden Material bestehen. Dünne (im Verhältnis zur Gesamtdicke der Leiter) Schichten aus anderen Metallen, wie Chrom oder Titan, können unter und/oder über den Fingern gebildet sein, um die Haftung zwischen den Fingern und der piezoelektrischen Platte 110 zu verbessern und/oder um die Finger zu passivieren oder zu verkapseln. Die Sammelschienen (132, 134 in 1) des IDT können aus den gleichen oder anderen Materialien wie die Finger bestehen.
  • Dimension p ist der Mitte-zu-Mitte-Abstand oder „Abstand“ („Pitch“) der IDT-Finger, die als der Abstand des IDT und/oder als der Abstand des XBAR bezeichnet werden kann. Dimension w ist die Breite oder „Marke“ („Mark“) der IDT-Finger. Der IDT eines XBAR unterscheidet sich wesentlich von den in Oberflächenwellenresonatoren (Surface Acoustic Wave Resonatoren, SAW-Resonatoren) verwendeten IDTs. In einem SAW-Resonator beträgt der Abstand des IDT die Hälfte der akustischen Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz. Darüber hinaus liegt das Marke-zu-Abstand-Verhältnis eines SAW-Resonator-IDT typischerweise nahe 0,5 (d.h. die Marke oder Fingerbreite beträgt etwa ein Viertel der akustischen Wellenlänge bei Resonanzfrequenz). Bei einem XBAR beträgt der Abstand p des IDT typischerweise das 2- bis 20-Fache der Breite w der Finger. Darüber hinaus beträgt der Abstand p des IDT typischerweise das 2- bis 20-Fache der Dicke ts der piezoelektrischen Platte 212. Die Breite der IDT-Finger in einem XBAR ist nicht auf ein Viertel der akustischen Wellenlänge bei Resonanz beschränkt. Beispielsweise kann die Breite der XBAR-IDT-Finger 500 nm oder mehr betragen, so dass der IDT mittels optischer Lithographie hergestellt werden kann. Die Dicke tm der IDT-Finger kann von 100 nm bis etwa gleich der Breite w betragen. Die Dicke der Sammelschienen (132, 134 in 1) des IDT kann gleich oder größer als die Dicke tm der IDT-Finger sein.
  • 3 ist eine alternative Querschnittsansicht entlang der in 1 definierten Schnittebene A-A. In 3 ist eine piezoelektrische Platte 310 auf einem Substrat 320 angebracht. Eine Bondingschicht 322 kann zwischen der piezoelektrischen Platte 310 und dem Substrat 320 vorhanden sein. Ein Hohlraum 340, der das Substrat 320 nicht vollständig durchdringt, ist im Substrat 320 (und der Bondingschicht 322, falls vorhanden) unter dem Bereich der piezoelektrischen Platte 310 gebildet, der den IDT eines XBAR enthält. Der Hohlraum 340 kann z.B. durch Ätzen des Substrats 320 mit einem selektiven Ätzmittel gebildet werden, das das Substrat durch eine oder mehrere Öffnungen 342 erreicht, die in der piezoelektrischen Platte 310 vorgesehen sind. Wenn die Bondingschicht 322 vorhanden ist, kann auch die Bondingschicht mit einem selektiven Ätzmittel geätzt werden, das die Bondingschicht durch die eine oder die mehreren Öffnungen 342 erreicht.
  • Der in 3 gezeigte XBAR 300 wird hier als eine „vorderseitige Ätzkonfiguration“ bezeichnet, da der Hohlraum 340 von der Vorderseite des Substrats 320 geätzt wird. Der XBAR 100 von 1 wird hier als eine „rückseitige Ätzkonfiguration“ bezeichnet, da der Hohlraum 140 von der Rückseite des Substrats 120 nach dem Anbringen der piezoelektrischen Platte 110 geätzt wird.
  • 4A ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR-Gerätes 400A mit einer Ätzstoppschicht und rückseitig geätzten Hohlräumen. Das XBAR-Gerät 400A enthält zwei XBARs, von denen jeder dem XBAR 100 von 1 ähnlich ist. Eine Rückfläche 414 einer piezoelektrischen Platte 410 ist auf einem Substrat 420 angebracht. Auf der Vorderfläche 412 der piezoelektrischen Platte 410 ist eine Elektrodenstruktur gebildet. Die Elektrodenstruktur umfasst verschachtelte Finger 430 der jeweiligen IDTs für die beiden XBARs. Die IDT-Finger 430 sind über entsprechenden Hohlräumen 440A angeordnet, die im Substrat 420 gebildet sind. Die Materialien der piezoelektrischen Platte, des Substrats und der Elektrodenstruktur sind wie zuvor beschrieben.
  • Der Hauptunterschied zwischen dem XBAR-Gerät 400A und dem XBAR 100 von 1 ist das Vorhandensein einer Ätzstoppschicht 450, die sandwichartig zwischen der piezoelektrischen Platte 410 und dem Substrat 420 angeordnet ist. Der Begriff „sandwichartig“ bedeutet, dass die Ätzstoppschicht 450 sowohl zwischen einer Oberfläche des Substrats 420 und der Rückfläche 414 der piezoelektrischen Platte 410 angeordnet als auch physisch mit diesen verbunden ist. Bei einigen Ausführungsformen können, wie nachfolgend beschrieben wird, Schichten aus zusätzlichen Materialien zwischen der Ätzstoppschicht 450 und der Oberfläche des Substrats 420 und/oder zwischen der Ätzstoppschicht 450 und der Rückfläche 414 der piezoelektrischen Platte 410 angeordnet sein. Bei dem XBAR-Gerät 400A ist die piezoelektrische Platte 410 nicht direkt an das Substrat 420 gebondet, sondern über die Ätzstoppschicht 450 auf dem Substrat 420 angebracht.
  • Die Hohlräume 440A werden mit Hilfe eines Ätzprozesses gebildet, um Material vom Substrat zu entfernen. Der Ätzprozess kann ein „Nassprozess“, bei dem ein flüssiges Ätzmittel verwendet wird, oder ein „Trockenprozess“ sein, wie reaktives Ionenätzen oder Sputterätzen, bei dem ein gasförmiges Ätzmittel verwendet wird. Wie durch den gestrichelten Pfeil 460A dargestellt, geht der Ätzprozess von der Rückfläche des Substrats aus und entfernt nach und nach Material vom Substrat, bis die Hohlräume 440A gebildet sind. Bei der Abwesenheit der Ätzstoppschicht 450 würde mindestens ein Bereich der Rückfläche 414 der piezoelektrischen Platte 410 dem Ätzprozess 460 ausgesetzt werden. Die Leistung des XBAR 400A reagiert empfindlich auf die Dicke der piezoelektrischen Platte und - zumindest bis zu einem gewissen Grad - auf die Ebenheit der Rückfläche 414. Jegliche Erosion der Rückfläche 414 durch den Ätzprozess 460 kann die Leistung des XBAR 400A negativ beeinflussen.
  • Die Ätzstoppschicht 450 schützt die Rückfläche 414 vor dem Ätzprozess. Zu diesem Zweck ist die Ätzstoppschicht 450 undurchlässig für den durch den gestrichelten Pfeil 460A dargestellten Ätzprozess. Das Wort „undurchlässig“ hat mehrere Definitionen, darunter „nicht beeinträchtigt durch“ und „für Flüssigkeit nicht durchlässig“. Beide Definitionen gelten für die Ätzstoppschicht 450. Die Ätzstoppschicht wird durch den Ätzprozess nicht wesentlich beeinflusst und lässt das im Ätzprozess verwendete flüssige oder gasförmige Ätzmittel nicht bis zur piezoelektrischen Schicht 410 durchdringen. Die Ätzstoppschicht braucht gegenüber dem Ätzmittel nicht inert zu sein, muss aber eine hohe Beständigkeit gegenüber dem Ätzmittel aufweisen, so dass nach Beendigung der Hohlraumätzung ein wesentlicher Bereich der Ätzstoppschicht zurückbleibt. Die verbleibende Ätzstoppschicht 450 wird nach Bildung der Hohlräume 440A nicht entfernt und wird zu einem Bereich der Membranen der XBAR-Geräte.
  • Die Ätzstoppschicht 450 wird aus einem Ätzstoppmaterial gebildet. Das Ätzstoppmaterial muss ein Dielektrikum mit sehr geringer Leitfähigkeit und geringem akustischen Verlust sein. Das Ätzstoppmaterial muss eine hohe Haftung an der/den Oberfläche/n aufweisen, auf der/denen es gebildet wird. Außerdem muss das Ätzstoppmaterial kompatibel mit der Anbringung der piezoelektrischen Platte auf dem Substrat mit einem Wafer-Bonding-Prozess sein. Am wichtigsten ist, dass das Ätzstoppmaterial, wie zuvor definiert, undurchlässig für die Prozesse und Chemikalien sein muss, die zum Ätzen des Substratmaterials verwendet werden. Geeignete Ätzstoppmaterialien können Oxide wie Aluminiumoxid und Siliziumdioxid, Saphir, Nitride einschließlich Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid und Bornitrid, Siliziumkarbid und Diamant sein.
  • Wenn es sich bei dem Ätzstoppmaterial um ein Dielektrikum mit hoher Wärmeleitfähigkeit handelt, wie z.B. Aluminiumnitrid, Bornitrid oder Diamant, hilft die Ätzstoppschicht dabei, Wärme von der Membran des XBAR abzuleiten.
  • Wie in Patent 10,491,192 beschrieben, kann eine dielektrische Schicht 470 selektiv auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte 410 über den IDTs 430 einiger XBARs gebildet sein. Beispielsweise kann eine frequenzeinstellende dielektrische Schicht über den IDTs von Shuntresonatoren gebildet sein, um deren Resonanzfrequenzen im Vergleich zu den Resonanzfrequenzen von Reihenresonatoren in einem Filter zu senken. Die elektromechanische Kopplungseffizienz eines XBAR kann verringert und Störmodi können verbessert werden, wenn die Gesamtdicke der dielektrischen Schichten auf der Vorder- und Rückfläche der piezoelektrischen Platte etwa 35% der Dicke der piezoelektrischen Platte übersteigt. Darüber hinaus können Filter, die für breite Kommunikationsbänder wie Band N77 und Band N79 ausgelegt sind, eine Frequenzeinstellschicht mit einer Dicke von 20% bis 30% der Dicke der piezoelektrischen Platte erfordern. Um Flexibilität bei Wahl der Dicke der Frequenzeinstellschicht zu ermöglichen, kann die Dicke tes der Ätzstoppschicht 450 kleiner oder gleich 10% der Dicke der piezoelektrischen Platte und vorzugsweise etwa 4% bis 6% der Dicke der piezoelektrischen Platte sein. Wenn keine frequenzeinstellende dielektrische Schicht verwendet wird, kann die Dicke tes weniger als etwa 20% der Dicke der piezoelektrischen Platte betragen.
  • 4B ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR-Gerätes 400B mit einer Ätzstoppschicht und vorderseitig geätzten Hohlräumen. Das XBAR-Gerät 400B enthält zwei XBARs, von denen jeder dem XBAR 100 aus 1 ähnlich ist. Eine Rückfläche einer piezoelektrischen Platte 410 ist auf einem Substrat 420 angebracht. Eine Ätzstoppschicht 450 ist sandwichartig zwischen der piezoelektrischen Platte 410 und dem Substrat 420 angeordnet. Eine Elektrodenstruktur ist auf der Vorderfläche der piezoelektrischen Platte 410 gebildet. Die Elektrodenstruktur enthält verschachtelte Finger 430 der jeweiligen IDTs für die beiden XBARs. Die IDT-Finger 430 sind über den entsprechenden Hohlräumen 440B angeordnet, die im Substrat 420 gebildet sind. Die Materialien und Eigenschaften der piezoelektrischen Platte 410, des Substrats 420, der Ätzstoppschicht 450 und der Elektrodenstruktur 430 sind wie zuvor beschrieben.
  • Der Hauptunterschied zwischen dem XBAR-Gerät 400B und dem XBAR-Gerät 400A von 4A ist der Ätzprozess, der zum Bilden der Hohlräume 440B verwendet wird. Die Hohlräume 440B werden mit einem Ätzprozess, dargestellt durch den gestrichelten Pfeil 460B, unter Verwendung eines Ätzmittels gebildet, das durch die Öffnungen 442 in der piezoelektrischen Platte 410 und die darunter liegende Ätzstoppschicht 450 eingebracht wird.
  • 5A ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR-Gerätes 500A mit einer Ätzstoppschicht und rückseitig geätzten Hohlräumen. Das XBAR-Gerät 500A enthält zwei XBARs, von denen jeder dem XBAR 100 von 1 ähnlich ist. Eine Rückfläche 514 einer piezoelektrischen Platte 510 ist über einer Ätzstoppschicht 550 auf einem Substrat 520 angebracht. Eine Elektrodenstruktur ist auf der Vorderfläche 512 der piezoelektrischen Platte 510 gebildet. Die Elektrodenstruktur enthält verschachtelte Finger 530 der jeweiligen IDTs für die beiden XBARs. Die IDT-Finger 530 sind über den entsprechenden, im Substrat 520 gebildeten Hohlräumen 540A angeordnet. Die Materialien der piezoelektrischen Platte 510, des Substrats 520 und der Elektrodenstruktur 530 sind wie zuvor beschrieben.
  • Der Hauptunterschied zwischen dem XBAR-Gerät 500A und dem XBAR-Gerät 400A von 4A ist das Vorhandensein einer Bondingschicht 522 zwischen der Ätzstoppschicht 550 und dem Substrat 520. In diesem Fall ist die Ätzstoppschicht 550 nicht direkt an das Substrat 520 gebondet, sondern über die Bondingschicht 522 auf dem Substrat 520 angebracht. Die Bondingschicht 522 ist ein Material, das sowohl auf dem Substrat 520 als auch auf der Ätzstoppschicht 550 haftet oder sich mit ihnen verbindet. Wenn das Substrat z.B. aus Silizium besteht, kann die Bondingschicht aus aufgewachsenem oder abgeschiedenem Siliziumdioxid bestehen.
  • Die Hohlräume 540A werden mit Hilfe eines Ätzprozesses (dargestellt durch den gestrichelten Pfeil 560A) gebildet, um Material vom Substrat zu entfernen. Der Ätzprozess kann ein „Nassprozess“, bei dem ein flüssiges Ätzmittel verwendet wird, oder ein „Trockenprozess“ sein, wie reaktives Ionenätzen oder Sputterätzen, bei dem ein gasförmiges Ätzmittel verwendet wird. Der Ätzprozess geht von der Rückfläche des Substrats aus und entfernt nach und nach Material vom Substrat, bis die Hohlräume 540A durch das Substrat 520 hindurch geöffnet sind. Der gleiche oder ein anderer Ätzprozess kann dann verwendet werden, um die Bondingschicht an der Oberseite (wie in 5A gezeigt) des Hohlraums zu entfernen. Die Ätzstoppschicht 550 ist zumindest für den Prozess zum Entfernen der Bondingschicht undurchlässig. Die Ätzstoppschicht kann aus einem der zuvor identifizierten Ätzstoppmaterialien bestehen.
  • 5B ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR-Gerätes 500B mit einer Ätzstoppschicht und vorderseitig geätzten Hohlräumen. Das XBAR-Gerät 500B enthält zwei XBARs, von denen jeder dem XBAR 100 von 1 ähnlich ist. Die Rückfläche einer piezoelektrischen Platte 510 ist über eine Ätzstoppschicht 550 und eine Bondingschicht 522 auf einem Substrat 520 angebracht. Die Ätzstoppschicht 550 befindet sich sandwichartig zwischen der piezoelektrischen Platte 510 und der Bondingschicht 522. Die Bondingschicht 522 befindet sich sandwichartig zwischen der Ätzstoppschicht 550 und dem Substrat 520. Auf der Vorderfläche der piezoelektrischen Platte 510 wird eine Elektrodenstruktur gebildet. Die Elektrodenstruktur umfasst verschachtelte Finger 530 der jeweiligen IDTs für die beiden XBARs. Die IDT-Finger 530 sind über entsprechenden Hohlräumen 540B angeordnet, die im Substrat 520 gebildet sind. Die Materialien und Eigenschaften der piezoelektrischen Platte 510, des Substrats 520, der Ätzstoppschicht 550, der Bondingschicht 522 und der Elektrodenstruktur 530 sind wie zuvor beschrieben.
  • Der Hauptunterschied zwischen dem XBAR-Gerät 500B und dem XBAR-Gerät 500A von 5A ist der Ätzprozess, der zum Bilden der Hohlräume 540B verwendet wird. Die Hohlräume 540B werden mit einem Ätzprozess, dargestellt durch den gestrichelten Pfeil 560B, unter Verwendung eines Ätzmittels gebildet, das durch Öffnungen 542 in der piezoelektrischen Platte 510, der darunter liegenden Ätzstoppschicht 550 und der Bondingschicht 522 eingebracht wird.
  • 6A ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR-Gerätes 600A mit einer Ätzstoppschicht und rückseitig geätzten Hohlräumen. Das XBAR-Gerät 600A enthält zwei XBARs, von denen jeder dem XBAR 100 von 1 ähnlich ist. Eine Rückfläche 614 einer piezoelektrischen Platte 610 ist über eine rückseitige dielektrische Schicht 616 und eine Ätzstoppschicht 650 auf einem Substrat 620 angebracht. Auf der Vorderfläche 612 der piezoelektrischen Platte 610 wird eine Elektrodenstruktur gebildet. Die Elektrodenstruktur umfasst verschachtelte Finger 630 der jeweiligen IDTs für die beiden XBARs. Die IDT-Finger 630 sind über entsprechenden Hohlräumen 640A angeordnet, die im Substrat 620 gebildet sind. Die Materialien der piezoelektrischen Platte 610, des Substrats 620, der Ätzstoppschicht 650 und der Elektrodenstruktur 630 sind wie zuvor beschrieben.
  • Der Hauptunterschied zwischen dem XBAR-Gerät 600A und dem XBAR-Gerät 400A von 4A ist das Vorhandensein der rückseitigen dielektrischen Schicht 616 zwischen der piezoelektrischen Platte 610 und der Ätzstoppschicht 650. Die rückseitige dielektrische Schicht 616 kann beispielweise eine Schicht aus Siliziumdioxid sein, um Temperaturkompensation zu gewährleisten, d.h. den Temperaturkoeffizienten der Frequenz des Resonators 600A zu reduzieren. Wie in Anmeldung 16/819,623 beschrieben, kann die rückseitige dielektrische Schicht 616 als weiteres Beispiel eine Schicht aus Siliziumdioxid mit halber Wellenlänge sein. Die rückseitige dielektrische Schicht 616 kann aus einem anderen dielektrischen Material bestehen und eine andere Dicke als eine halbe Wellenlänge haben.
  • Die Hohlräume 640A werden mit Hilfe eines Ätzprozesses (dargestellt durch den gestrichelten Pfeil 660A) gebildet, um Material vom Substrat zu entfernen. Die Ätzstoppschicht 650 ist undurchlässig für den Ätzprozess, der zum Bilden der Hohlräume verwendet wird. Die Ätzstoppschicht kann aus einem der zuvor identifizierten Ätzstoppmaterialien bestehen.
  • 6B ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR-Gerätes 600B mit einer Ätzstoppschicht und vorderseitig geätzten Hohlräumen. Das XBAR-Gerät 600B enthält zwei XBARs, von denen jeder dem XBAR 100 von 1 ähnlich ist. Eine Rückfläche einer piezoelektrischen Platte 610 ist über eine rückseitige dielektrische Schicht 616 und eine Ätzstoppschicht 650 auf einem Substrat 620 angebracht. Die Ätzstoppschicht 650 befindet sich sandwichartig zwischen der rückseitigen dielektrischen Schicht 616 und dem Substrat 620. Auf der Vorderfläche der piezoelektrischen Platte 610 wird eine Elektrodenstruktur gebildet. Die Elektrodenstruktur umfasst verschachtelte Finger 630 der jeweiligen IDTs für die beiden XBARs Die IDT-Finger 630 sind über entsprechenden Hohlräumen 640B angeordnet, die im Substrat 620 gebildet sind. Die Materialien und Eigenschaften der piezoelektrischen Platte 610, des Substrats 620, der Ätzstoppschicht 650, der rückseitigen dielektrischen Schicht 616 und der Elektrodenstruktur 630 sind wie zuvor beschrieben.
  • Der Hauptunterschied zwischen dem XBAR-Gerät 600B und dem XBAR-Gerät 600A von 6A ist der Ätzprozess, der zum Bilden der Hohlräume 640B verwendet wird. Die Hohlräume 640B werden mit einem Ätzprozess, dargestellt durch den gestrichelten Pfeil 660B, unter Verwendung eines Ätzmittels gebildet, das durch Öffnungen 642 in der piezoelektrischen Platte 610, der darunter liegenden rückseitigen dielektrischen Schicht 616 und der Ätzstoppschicht 650 eingebracht wird.
  • Ein XBAR-Gerät kann sowohl eine Bondingschicht (z.B. die Bondingschicht 522 von 5A und 5B) als auch eine rückseitige dielektrische Schicht (z.B. die rückseitige dielektrische Schicht 616 von 6A und 6B) enthalten.
  • Verfahrensbeschreibung
  • 7 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das einen Prozess 700 zur Herstellung eines Gerätes zeigt, das ein XBAR oder ein Filter mit XBARs sein kann. Der Prozess 700 beginnt bei 705 mit einem Substrat und einer Platte aus piezoelektrischem Material und endet bei 795 mit einem fertigen Gerät. Das Flussdiagramm von 7 enthält nur wichtige Prozessschritte. Verschiedene herkömmliche Prozessschritte (z.B. Oberflächenvorbereitung, Reinigung, Inspektion, Einbrennen, Ausglühen, Überwachung, Prüfung usw.) können vor, zwischen, nach und während der in 7 gezeigten Schritte durchgeführt werden.
  • Das Flussdiagramm von 7 zeigt vier Varianten des Prozesses 700 zur Herstellung von Geräten, die sich darin unterscheiden, wann und wie Hohlräume im Substrat gebildet werden und ob es eine von der Ätzstoppschicht getrennte Bondingschicht gibt oder nicht. Die Hohlräume können in den Schritten 760A oder 760B gebildet werden. In jeder der vier Varianten des Prozesses 700 wird nur einer dieser Schritte durchgeführt. Die Tätigkeit bei 710 kann durchgeführt werden oder auch nicht. Die vier Varianten des Prozesses führen zu den sechs Konfigurationen der XBAR-Geräte, wie in 4A, 4B, 5A, 5B, 6A und 6B dargestellt.
  • Die piezoelektrische Platte kann z.B. aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat bestehen, wobei in diesem Fall die kristalline Orientierung Z-Schnitt, gedrehter Z-Schnitt oder gedrehter YX-Schnitt sein kann. Die piezoelektrische Platte kann aus einem anderen Material und/oder einem anderen Schnitt bestehen. Das Substrat kann vorzugsweise Silizium sein. Das Substrat kann aus einem anderen Material bestehen, das Bildung tiefer Hohlräume durch Ätzen oder eine andere Bearbeitung ermöglicht.
  • Bei 710 kann eine Bondingschicht wahlweise durch Aufwachsen oder Abscheiden eines Bondingmaterials auf einer Oberfläche des Substrats gebildet werden. Das Bondingmaterial muss ein Dielektrikum mit sehr geringer Leitfähigkeit sein und eine hohe Haftung an der Substratoberfläche aufweisen. Außerdem muss das Bondingmaterial mit der Anbringung der piezoelektrischen Platte auf dem Substrat mit einem Wafer-Bonding-Prozess kompatibel sein. Wenn das Substrat z.B. Silizium ist, kann das Bondingmaterial Siliziumdioxid sein, das auf dem Substrat aufgewachsen oder abgeschieden wird. Eine Bondingschicht ist auf einem Siliziumsubstrat nicht unbedingt erforderlich. Andere Substratmaterialien, wie z.B. Glas, Quarz und Saphir, benötigen möglicherweise keine Bondingschicht.
  • Bei 715 kann optional eine rückseitige dielektrische Schicht durch Abscheiden eines dielektrischen Materials auf einer Rückfläche der piezoelektrischen Platte gebildet werden. Das rückseitige Dielektrikum muss aus einem dielektrischen Material mit sehr geringer Leitfähigkeit bestehen und eine hohe Haftung an der Oberfläche der piezoelektrischen Platte aufweisen. Außerdem muss das rückseitige dielektrische Material spezifische akustische Eigenschaften aufweisen, um die Funktion des XBAR-Gerätes zu verbessern. Zum Beispiel kann das rückseitige dielektrische Material Siliziumdioxid sein, das den Temperaturkoeffizienten der Frequenz des XBAR-Geräts senken kann.
  • Bei 720 wird eine Ätzstoppschicht durch Abscheiden eines Ätzstoppmaterials auf der Rückfläche der piezoelektrischen Platte (oder der Rückfläche der rückseitigen dielektrischen Schicht, falls vorhanden), der Oberfläche des Substrats (über der Bindungsschicht, falls vorhanden) oder beidem gebildet. Das Ätzstoppmaterial kann mittels Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD), chemischer Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD), physikalischer Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition, PVD) oder einem anderen Verfahren abgeschieden werden. Das Ätzstoppmaterial muss ein Dielektrikum mit sehr geringer Leitfähigkeit und geringem akustischen Verlust sein. Das Ätzstoppmaterial muss eine hohe Haftung an der/den Oberfläche/n aufweisen, auf der/denen es abgeschieden wird. Außerdem muss das Ätzstoppmaterial mit der Anbringung der piezoelektrischen Platte auf dem Substrat mit einem Wafer-Bonding-Prozess kompatibel sein. Wichtig ist, dass das Ätzstoppmaterial undurchlässig für die Prozesse und Chemikalien sein muss, die zum Ätzen des Substratmaterials und, falls vorhanden, der Bondingschicht verwendet werden.
  • Bei 730 wird die piezoelektrische Platte auf das Substrat gebondet. Die piezoelektrische Platte und das Substrat können durch einen Wafer-Bonding-Prozess gebondet werden. Wenn die Ätzstoppschicht auf der piezoelektrischen Platte abgeschieden wird, erfolgt die Waferbindung zwischen der Ätzstoppschicht und der Bondingschicht, falls vorhanden, oder dem Substrat. Wenn die Ätzstoppschicht auf die Bondingschicht, falls vorhanden, oder das Substrat abgeschieden wird, erfolgt die Waferbindung zwischen der Ätzstoppschicht und der piezoelektrischen Platte. Eine oder beide Passflächen können z.B. durch einen Plasmaprozess aktiviert werden. Die Passflächen können dann mit beträchtlicher Kraft zusammengepresst werden, um molekulare Bindungen zwischen der piezoelektrischen Platte und dem Substrat oder Zwischenmaterialschichten herzustellen.
  • Eine Leiterstruktur, einschließlich der IDTs jedes XBAR, wird bei 740 durch Abscheiden und Strukturieren einer oder mehrerer Leiterschichten auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte gebildet. Die Leiterschicht kann z.B. aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung oder einem anderen leitenden Metall bestehen. Wahlweise können eine oder mehrere Schichten aus anderen Materialien unter (d.h. zwischen der Leiterschicht und der piezoelektrischen Platte) und/oder über der Leiterschicht angeordnet werden. Zum Beispiel kann ein dünner Film aus Titan, Chrom oder einem anderen Metall verwendet werden, um die Haftung zwischen der Leiterschicht und der piezoelektrischen Platte zu verbessern. Eine leitfähigkeitsverbessernde Schicht aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem anderen Metall mit höherer Leitfähigkeit kann über Bereichen der Leiterstruktur (z.B. den IDT-Sammelschienen und Verbindungen zwischen den IDTs) gebildet werden.
  • Die Leiterstruktur kann bei 740 gebildet werden, indem die Leiterschicht und optional eine oder mehrere andere Metallschichten nacheinander auf die Oberfläche der piezoelektrischen Platte abgeschieden werden. Das überschüssige Metall kann dann durch Ätzen durch ein strukturiertes Photoresist entfernt werden. Die Leiterschicht kann zum Beispiel durch Plasmaätzen, reaktives Ionenätzen, nasschemisches Ätzen und andere Ätztechniken geätzt werden.
  • Alternativ kann die Leiterstruktur bei 740 mittels eines Abziehprozesses (Lift-off-Prozess) gebildet werden. Photoresist kann über die piezoelektrische Platte abgeschieden und strukturiert werden, um die Leiterstruktur zu definieren. Die Leiterschicht und optional eine oder mehrere andere Schichten können nacheinander auf die Oberfläche der piezoelektrischen Platte abgeschieden werden. Das Photoresist kann dann entfernt werden, wodurch das überschüssige Material entfernt wird und die Leiterstruktur zurückbleibt.
  • Bei 750 können eine oder mehrere vorderseitige dielektrische Schichten durch Abscheiden einer oder mehrerer Schichten dielektrischen Materials auf die Vorderseite der piezoelektrischen Platte gebildet werden. Die eine oder mehreren dielektrischen Schichten können mit einer herkömmlichen Abscheidungstechnik wie Sputtern, Verdampfen oder chemischer Gasphasenabscheidung abgeschieden werden. Die eine oder die mehreren dielektrischen Schichten können über die gesamte Oberfläche der piezoelektrischen Platte, einschließlich der Oberseite der Leiterstruktur, abgeschieden werden. Alternativ können ein oder mehrere Lithographieprozesse (unter Verwendung von Photomasken) verwendet werden, um die Abscheidung der dielektrischen Schichten auf ausgewählte Bereiche der piezoelektrischen Platte zu beschränken, z.B. nur zwischen den verschachtelten Fingern der IDTs. Es können auch Masken verwendet werden, um die Abscheidung von unterschiedlichen Dicken von dielektrischen Materialien auf verschiedenen Bereichen der piezoelektrischen Platte zu ermöglichen.
  • In einer ersten Variante des Prozesses 700 werden bei 760A ein oder mehrere Hohlräume in der Rückseite des Substrats gebildet. Für jeden Resonator in einem Filtergerät kann ein separater Hohlraum gebildet werden. Der eine oder die mehreren Hohlräume können mit Hilfe eines anisotropen oder orientierungsabhängigen Trocken- oder Nassätzens gebildet werden, um Löcher durch die Rückseite des Substrats zur piezoelektrischen Platte zu öffnen. In diesem Fall werden die sich ergebenden Resonatorgeräte einen Querschnitt, wie in 1 gezeigt, aufweisen.
  • In einer zweiten Variante des Prozesses 700 können bei 760B durch Ätzen des Substrats mit einem Ätzmittel, das durch Öffnungen in der piezoelektrischen Platte und der Ätzstoppschicht eingebracht wird, ein oder mehrere Hohlräume in der Form von Vertiefungen im Substrat gebildet werden. Für jeden Resonator in einem Filtergerät kann ein separater Hohlraum gebildet werden. Der eine oder die mehreren Hohlräume, die bei 760B gebildet werden, dringen nicht durch das Substrat durch, und die sich ergebenden Resonatorgeräte werden einen Querschnitt, wie in 3 gezeigt, aufweisen.
  • In allen Varianten des Prozesses 700 wird das Filtergerät bei 770 fertiggestellt. Tätigkeiten, die bei 770 erfolgen können, umfassen Abscheiden einer Einkapselungs-/Passivierungsschicht wie SiO2 oder Si3N4 über dem gesamten Gerät oder einem Bereich des Gerätes; Bilden von Bondingpads oder Löthöckern oder anderen Mitteln zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Gerät und einer externen Schaltung; Herausschneiden einzelner Geräte aus einem Wafer, der mehrere Geräte enthält; andere Verpackungsschritte; und Prüfen. Eine weitere Tätigkeit, die bei 770 erfoglen kann, ist Abstimmen der Resonanzfrequenzen der Resonatoren innerhalb des Gerätes durch Hinzufügen oder Entfernen von Metall oder dielektrischem Material von der Vorderseite des Gerätes. Nachdem das Filtergerät fertiggestellt ist, endet der Prozess bei 795.
  • Schlusskommentare
  • In dieser gesamten Beschreibung sollten die gezeigten Ausführungsformen und Beispiele als Muster betrachtet werden und nicht als Einschränkungen der offenbarten oder beanspruchten Vorrichtungen und Vorgehensweisen. Obwohl viele der hier dargestellten Beispiele spezifische Kombinationen von Verfahrenstätigkeiten oder Systemelementen beinhalten, sollte verstanden werden, dass diese Tätigkeiten und diese Elemente auf andere Weise kombiniert werden können, um die gleichen Ziele zu erreichen. Im Hinblick auf Flussdiagramme können zusätzliche und weniger Schritte unternommen werden, und die gezeigten Schritte können kombiniert oder weiter verfeinert werden, um die hier beschriebenen Verfahren zu erreichen. Tätigkeiten, Elemente und Merkmale, die nur im Zusammenhang mit einer Ausführungsform diskutiert werden, sollen nicht von einer ähnlichen Rolle in anderen Ausführungsformen ausgeschlossen werden.
  • Wie hier verwendet, bedeutet „Vielzahl“ zwei oder mehr. Wie hier verwendet, kann ein „Satz“ von Elementen einen oder mehrere solcher Elemente umfassen. In der hier verwendeten Form, sei es in der schriftlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen, sind die Begriffe „umfassend“, „einschließend“, „tragend“, „aufweisend“, „enthaltend“, „einbeziehend“ und dergleichen so zu verstehen, dass sie unbegrenzt sind, d.h. dass sie einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind. Nur die Übergangsphrasen „bestehend aus“ bzw. „bestehend im Wesentlichen aus“ sind geschlossene oder halbgeschlossene Übergangsphrasen mit Bezug auf Ansprüche. Die Verwendung von ordinalen Ausdrücken wie „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. in den Ansprüchen, um ein Anspruchselement zu ändern, bedeutet an sich keine Priorität, keinen Vorrang oder keine Reihenfolge eines Anspruchselements gegenüber einem anderen oder die zeitliche Reihenfolge, in der die Tätigkeiten eines Verfahrens ausgeführt werden, sondern sie werden lediglich als Kennzeichnungen verwendet, um ein Anspruchselement mit einem bestimmten Namen von einem anderen Element mit demselben Namen zu unterscheiden (aber für die Verwendung des ordinalen Ausdrucks), um die Anspruchselemente zu unterscheiden. Wie hier verwendet, bedeutet „und/oder“, dass die aufgelisteten Elemente Alternativen sind, aber die Alternativen enthalten auch jede Kombination der aufgelisteten Elemente.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 16/819623 [0038]

Claims (20)

  1. Akustisches Resonatorgerät, umfassend: ein Substrat mit einer Oberfläche; eine einkristalline piezoelektrische Platte mit Vorder- und Rückfläche; eine Ätzstoppschicht, die sandwichartig zwischen der Oberfläche des Substrats und der Rückfläche der piezoelektrischen Platte angeordnet ist, wobei ein Bereich der piezoelektrischen Platte und die Ätzstoppschicht eine Membran bilden, die einen Hohlraum im Substrat überspannt; und einen Interdigitalwandler (Interdigital Transducer, IDT), der auf der Vorderfläche der einkristallinen piezoelektrischen Platte gebildet ist, wobei verschachtelte Finger des IDT auf der Membran angeordnet sind, wobei die Ätzstoppschicht undurchlässig für einen Ätzprozess ist, der zur Bildung des Hohlraums verwendet wird, und eine Dicke der Ätzstoppschicht kleiner oder gleich 20% einer Dicke der piezoelektrischen Platte ist.
  2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die einkristalline piezoelektrische Platte aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat besteht.
  3. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Ätzstoppschicht aus einem Oxid, Saphir, einem Nitrid, Siliziumkarbid oder Diamant besteht.
  4. Gerät nach Anspruch 3, wobei die Ätzstoppschicht aus Aluminiumoxid besteht.
  5. Gerät nach Anspruch 3, wobei die Ätzstoppschicht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, das aus Aluminiumnitrid, Bornitrid und Diamant ausgewählt ist.
  6. Gerät von Anspruch 1, ferner umfassend: eine rückseitige dielektrische Schicht zwischen der piezoelektrischen Platte und der Ätzstoppschicht, wobei die Membran die piezoelektrische Platte, die rückseitige dielektrische Schicht und die Ätzstoppschicht enthält.
  7. Gerät nach Anspruch 6, wobei die rückseitige dielektrische Schicht aus Siliziumdioxid besteht.
  8. Gerät von Anspruch 1, ferner umfassend: eine Bondingschicht zwischen der Ätzstoppschicht und dem Substrat, wobei die Membran die piezoelektrische Platte und die Ätzstoppschicht, aber nicht die Bondingschicht enthält.
  9. Gerät nach Anspruch 8, wobei das Substrat aus Silizium und die Bondingschicht aus Siliziumdioxid besteht.
  10. Gerät von Anspruch 1, ferner umfassend: eine frequenzeinstellende dielektrische Schicht, die auf der Vorderfläche zwischen den Fingern des IDTs angeordnet ist.
  11. Gerät nach Anspruch 10, wobei eine Summe aus einer Dicke der Ätzstoppschicht und einer Dicke der frequenzeinstellenden dielektrischen Schicht kleiner oder gleich 35% einer Dicke der dielektrischen Platte ist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines akustischen Resonatorgerätes, umfassend: Bilden einer Ätzstoppschicht, die sandwichartig zwischen einer Oberfläche eines Gerätesubstrats und einer ersten Oberfläche einer einkristallinen piezoelektrischen Platte mit einer zweiten Oberfläche angeordnet ist, die an einem Opfersubstrat angebracht ist; Entfernen des Opfersubstrats, um die zweite Oberfläche der piezoelektrischen Platte freizulegen; Verwenden eines Ätzprozesses zur Bildung eines Hohlraums im Substrat, wobei ein Bereich der piezoelektrischen Platte und die Ätzstoppschicht eine Membran bilden, die den Hohlraum überspannt; und Bilden eines Interdigitalwandlers (Interdigital Transducer, IDT) auf der zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Platte derart, dass verschachtelte Finger des IDT auf der Membran angeordnet sind, wobei die Ätzstoppschicht undurchlässig für einen Ätzprozess ist, der zur Bildung des Hohlraums verwendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die einkristalline piezoelektrische Platte aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat besteht.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Ätzstoppschicht aus einem Oxid, Saphir, einem Nitrid, Siliziumkarbid oder Diamant besteht.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Ätzstoppschicht aus Aluminiumoxid besteht.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Ätzstoppschicht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, das aus Aluminiumnitrid, Bornitrid und Diamant ausgewählt ist.
  17. Verfahren von Anspruch 12, ferner umfassend: Bilden einer rückseitigen dielektrischen Schicht zwischen der piezoelektrischen Platte und der Ätzstoppschicht, wobei die Membran die piezoelektrische Platte, die rückseitige dielektrische Schicht und die Ätzstoppschicht enthält.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die rückseitige dielektrische Schicht aus Siliziumdioxid besteht.
  19. Verfahren von Anspruch 12, ferner umfassend: Bilden einer Bondingschicht zwischen der Ätzstoppschicht und dem Substrat, wobei die Membran die piezoelektrische Platte und die Ätzstoppschicht, aber nicht die Bondingschicht enthält.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Substrat aus Silizium und die Bondingschicht aus Siliziumdioxid besteht.
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