KR20220155353A - Methods of forming group III-nitride single crystal piezoelectric thin films - Google Patents
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Abstract
압전 박막을 형성하는 방법은 응력 중립적인 템플릿 층을 제공하기 위해 Si 기판의 제1 표면 상에 재료를 퇴적하는 단계를 포함할 수 있다. 응력 중립적인 템플릿 층 상에 Ⅲ족 원소 및 질소를 포함하는 압전 박막이 스퍼터링될 수 있고, 압전 박막의 나머지 부분을 제공하도록 Si 기판 및 응력 중립적인 템플릿 층을 제거하기 위해 제1 표면에 반대되는 Si 기판의 제2 표면이 처리될 수 있다. 압전 박막의 나머지 부분에 압전 공진기가 형성될 수 있다.A method of forming a piezoelectric thin film may include depositing a material on a first surface of a Si substrate to provide a stress neutral template layer. A piezoelectric thin film comprising a Group III element and nitrogen may be sputtered onto the stress-neutral template layer, and Si opposite the first surface to remove the Si substrate and the stress-neutral template layer to provide the remainder of the piezoelectric thin film. A second surface of the substrate may be treated. A piezoelectric resonator may be formed on the remaining portion of the piezoelectric thin film.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조 및 우선권의 주장Cross-references to related applications and claims of priority
본 출원은 2020년 1월 14일자로 USPTO에 출원되고 발명의 명칭이 "제1 스퍼터링된 재료의 부분들의 제거를 통해 Ⅲ족 압전 박막들을 형성하는 방법들(METHODS OF FORMING GROUP Ⅲ PIEZOELECTRIC THIN FILMS VIA REMOVAL OF PORTIONS OF FIRST SPUTTERED MATERIAL)"인 미국 특허 출원 제16/742,202호(대리인 문서 번호 170964-00020)에 대한 우선권을 주장하고 그것의 일부 계속출원이며, 2019년 8월 15일자로 USPTO에 출원되고 발명의 명칭이 "제1 스퍼터링된 재료의 부분들의 제거를 통해 Ⅲ족 압전 박막들을 형성하는 방법들(METHODS OF FORMING GROUP Ⅲ PIEZOELECTRIC THIN FILMS VIA REMOVAL OF PORTIONS OF FIRST SPUTTERED MATERIAL)"인 미국 가특허 출원 제62/887,126호(SL 참조번호 181246-00013)에 대한 우선권을 주장하고, 2017년 10월 16일자로 USPTO에 출원되고 발명의 명칭이 "압전 박막 전사 프로세스로 제조된 압전 탄성 공진기(PIEZOELECTRIC ACOUSTIC RESONATOR MANUFACTURED WITH PIEZOELECTRIC THIN FILM TRANSFER PROCESS)"인 미국 특허 출원 제15/784,919호(대리인 문서 번호 A969RO-0007US2)(현재 2019년 7월 16일자로 발행된 미국 특허 제10,355,659호)의 일부 계속출원인, 2019년 7월 16일자로 USPTO에 출원되고 발명의 명칭이 "스퍼터링을 통해 Ⅲ족 압전 박막들을 형성하는 방법들(METHODS OF FORMING GROUP Ⅲ PIEZOELECTRIC THIN FILMS VIA SPUTTERING)"인 미국 특허 출원 제16/513,143호(SL 참조번호 181246-00010)의 일부 계속출원이며, 본 출원은 2019년 12월 12일자로 USPTO에 출원되고 발명의 명칭이 열 재결정화를 이용하는 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 방법 및 구조둘(Method And Structure For Single Crystal Acoustic Resonator Devices Using Thermal Recrystallization)인 미국 특허 출원 제16/709,813호의 일부 계속출원이고, 그들의 개시내용은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.This application was filed with the USPTO on January 14, 2020 and is entitled "Methods of Forming Group III Piezoelectric Thin Films through Removal of Portions of First Sputtered Material (METHODS OF FORMING GROUP III PIEZOELECTRIC THIN FILMS VIA REMOVAL US Patent Application Serial No. 16/742,202 (Attorney Docket No. 170964-00020), entitled "Of PORTIONS OF FIRST SPUTTERED MATERIAL", which claims priority to and is a continuation-in-part portion thereof, filed with the USPTO on August 15, 2019 and US Provisional Patent Application No. 62 entitled "METHODS OF FORMING GROUP III PIEZOELECTRIC THIN FILMS VIA REMOVAL OF PORTIONS OF FIRST SPUTTERED MATERIAL" /887,126 (SL reference number 181246-00013), filed with the USPTO on October 16, 2017, and entitled "Piezoelectric ACOUSTIC RESONATOR MANUFACTURED WITH Continuation-in-part of U.S. Patent Application Serial No. 15/784,919 (Attorney Docket No. A969RO-0007US2), "PIEZOELECTRIC THIN FILM TRANSFER PROCESS" (currently U.S. Patent No. 10,355,659, issued July 16, 2019), July 2019 US Patent Application Serial No. 16/513,143 (SL reference number) filed with the USPTO on the 16th and entitled "METHODS OF FORMING GROUP Ⅲ PIEZOELECTRIC THIN FILMS VIA SPUTTERING" 181246-00010), and this application was filed with the USPTO on December 12, 2019 16/ 709,813 , entitled Method And Structure For Single Crystal Acoustic Resonator Devices Using Thermal Recrystallization , entitled Method And Structure For Single Crystal Acoustic Resonator Devices Using Thermal Recrystallization. The disclosure is incorporated herein by reference in its entirety.
본 출원은 또한 이하의 공동 소유된 개시내용들의 전체를 참조로 포함한다: 2020년 2월 7일자로 USPTO에 출원되고 발명의 명칭이 CVD 시스템에서 저-증기압 금 속유기 프리커서들을 사용하여 단결정 압전 층들을 형성하기 위한 장치들 및 그것을 사용하여 단결정 압전 층들을 형성하는 방법들(Apparatus For Forming Single Crystal Piezoelectric Layers Using Low-Vapor Pressure Metalorganic Precursors In CVD Systems And Methods Of Forming Single Crystal Piezoelectric Layers Using The Same)인 미국 가특허 출원 제16/784,843호(대리인 문서 번호 181246-00022), 및 2016년 3월 11일자로 출원되고 발명의 명칭이 "마이크로 비아들을 사용한 단결정 탄성 공진기 디바이스들의 제조 방법(Method Of Manufacture For Single Crystal Acoustic Resonator Devices Using Micro- Vias)"인 미국 특허 출원 제15/068,510호의 일부 계속출원인, 2016년 7월 27일자로 출원되고 발명의 명칭이 "마이크로 비아들을 사용한 단결정 탄성 공진기 디바이스들의 제조 방법(Method Of Manufacture For Single Crystal Acoustic Resonator Devices Using Micro- Vias)"인 미국 특허 출원 제15/221,358호. 본 출원은 또한 모든 목적을 위해 이하의 동시 출원된 특허 출원들을 참조로 포함하며, 이들 모두는 공동 소유된다: 2014년 6월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "단결정 커패시터 유전체 재료를 갖는 공진 회로(Resonance Circuit With A Single Crystal Capacitor Dielectric Material)"인 미국 특허 출원 제14/298,057호(대리인 문서 번호 A969RO-000100US), 2014년 6월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "공진 회로를 위한 단결정 커패시터 유전체를 위한 제조 방법(Method Of Manufacture For Single Crystal Capacitor Dielectric For A Resonance Circuit)"인 미국 특허 출원 제14/298,076호(대리인 문서 번호 A969RO-000200US), 2014년 6월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "둘 이상의 단결정 탄성 공진기 디바이스로 구성된 집적 회로(Integrated Circuit Configured With Two Or More Single Crystal Acoustic Resonator Devices)"인 미국 특허 출원 제14/298,100호(대리인 문서 번호 A969RO-000300US), 2014년 7월 25일자로 출원되고 발명의 명칭이 "웨이퍼 스케일 패키징(WAFER SCALE PACKAGING)"인 미국 특허 출원 제14/341,314호(대리인 문서 번호 A969RO-000400US), 2014년 7월 31일자로 출원되고 발명의 명칭이 "단결정 압전 공진기 구조물로 구성된 이동 통신 디바이스(Mobile Communication Device Configured With A Single Crystal Piezo Resonator Structure)"인 미국 특허 출원 제14/449,001호(대리인 문서 번호 A969RO-000500US), 및 2014년 8월 26일자로 출원되고 발명의 명칭이 "단결정 탄성 공진기 디바이스를 위한 멤브레인 기판 구조물(Membrane Substrate Structure For Single Crystal Acoustic Resonator Device)"인 미국 특허 출원 제14/469,503호(대리인 문서 번호 A969RO-000600US).This application also incorporates by reference the entirety of the following commonly owned disclosures: Single Crystal Piezoelectric Using Low-Vapor Pressure Metal- Organic Precursors in a CVD System, filed with the USPTO on February 7, 2020 and entitled Apparatus For Forming Single Crystal Piezoelectric Layers Using Low-Vapor Pressure Metalorganic Precursors In CVD Systems And Methods Of Forming Single Crystal Piezoelectric Layers Using The Same U.S. Provisional Patent Application Serial No. 16/784,843 (Attorney Docket No. 181246-00022), filed March 11, 2016 and entitled " Method Of Manufacture For Single Crystal Resonator Devices Using Micro-vias " Crystal Acoustic Resonator Devices Using Micro - Vias ), a continuation-in-part of U.S. Patent Application Serial No. 15/068,510, filed on July 27, 2016 and entitled " Method of Manufacturing Single- Crystal Elastic Resonator Devices Using Micro - Vias " Of Manufacture For Single Crystal Acoustic Resonator Devices Using Micro - Vias ," US Patent Application Serial No. 15/221,358. This application is also incorporated by reference for all purposes to the following co-pending patent applications, all of which are co-owned: Filed on Jun. 2, 2014 and entitled " Resonant Circuit with Monocrystal Capacitor Dielectric Material " ( Resonance Circuit With A Single Crystal Capacitor Dielectric Material ), U.S. Patent Application Serial No. 14/298,057 (Attorney Docket No. A969RO-000100US), filed on June 2, 2014, entitled "Single Crystal Capacitor for Resonant Circuit " US Patent Application Serial No. 14/298,076 (Attorney Docket No. A969RO-000200US), "Method Of Manufacture For Single Crystal Capacitor Dielectric For A Resonance Circuit ", filed on June 2, 2014, entitled This " Integrated Circuit Configured With Two Or More Single Crystal Acoustic Resonator Devices " , US Patent Application Serial No. 14/298,100 (Attorney Docket No. A969RO -000300US), July 25, 2014 US Patent Application Serial No. 14/341,314 (Attorney Docket No. A969RO-000400US), filed on July 31, 2014, entitled "WAFER SCALE PACKAGING", filed on July 31, 2014 and entitled " U.S. Patent Application Serial No. 14/449,001 (Attorney Docket No. A969RO-000500US), "Mobile Communication Device Configured With A Single Crystal Piezo Resonator Structure ", filed August 26, 2014 become and invent US Patent Application Serial No. 14/ 469,503 entitled " Membrane Substrate Structure For Single Crystal Acoustic Resonator Device " (Attorney Docket No. A969RO -000600US).
기술분야technology field
본 발명은 일반적으로 전자 디바이스들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 벌크 탄성파 공진기 디바이스들, 단결정 벌크 탄성파 공진기 디바이스들, 단결정 필터 및 공진기 디바이스들, 및 이에 포함되는 압전 박막들의 제조 방법에 관한 기술들을 제공한다. 단지 예로서, 본 발명은 무엇보다도 통신 디바이스, 모바일 디바이스, 컴퓨팅 디바이스를 위한 단결정 공진기 디바이스를 형성하기 위해 사용될 수 있다.The present invention relates generally to electronic devices. More specifically, the present invention provides techniques related to bulk acoustic wave resonator devices, single crystal bulk acoustic wave resonator devices, single crystal filter and resonator devices, and methods of manufacturing piezoelectric thin films included therein. By way of example only, the present invention may be used to form single crystal resonator devices for communication devices, mobile devices, computing devices, among others.
본 발명에 따른 실시예들은 정렬된 퇴적 및 응력 중립적인 템플릿 층들을 사용하여 Ⅲ족 질화물 단결정 압전 박막들을 형성하는 방법들을 제공할 수 있다. 이러한 실시예들에 따라, 압전 박막을 형성하는 방법은 응력 중립적인 템플릿 층을 제공하기 위해 Si 기판의 제1 표면 상에 재료를 퇴적하는 단계를 포함할 수 있다. 응력 중립적인 템플릿 층 상에 Ⅲ족 원소 및 질소를 포함하는 압전 박막이 스퍼터링될 수 있고, 압전 박막의 나머지 부분을 제공하도록 Si 기판 및 응력 중립적인 템플릿 층을 제거하기 위해 제1 표면에 반대되는 Si 기판의 제2 표면이 처리될 수 있다. 압전 박막의 나머지 부분에 압전 공진기가 형성될 수 있다.Embodiments according to the present invention may provide methods for forming Group III nitride single crystal piezoelectric thin films using aligned deposition and stress neutral template layers. According to these embodiments, a method of forming a piezoelectric thin film may include depositing a material on a first surface of a Si substrate to provide a stress neutral template layer. A piezoelectric thin film comprising a Group III element and nitrogen may be sputtered onto the stress-neutral template layer, and Si opposite the first surface to remove the Si substrate and the stress-neutral template layer to provide the remainder of the piezoelectric thin film. A second surface of the substrate may be treated. A piezoelectric resonator may be formed on the remaining portion of the piezoelectric thin film.
일부 실시예들에서, 단결정 압전 박막을 형성하는 방법은 템플릿 층을 제공하기 위해 Si 기판의 제1 표면 상에 재료를 에피택셜 퇴적하는 단계; 템플릿 층 상에 Ⅲ족 원소 및 질소를 포함하는 단결정 압전 박막을 스퍼터링하는 단계; 단결정 압전 박막의 나머지 부분을 제공하도록 Si 기판 및 템플릿 층을 제거하기 위해 제1 표면에 반대되는 Si 기판의 제2 표면을 처리하는 단계; 및 단결정 압전 박막의 나머지 부분에 단결정 압전 공진기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In some embodiments, a method of forming a single crystal piezoelectric thin film includes epitaxially depositing a material on a first surface of a Si substrate to provide a template layer; sputtering a single crystal piezoelectric thin film containing a Group III element and nitrogen on the template layer; treating a second surface of the Si substrate opposite the first surface to remove the Si substrate and template layer to provide a remaining portion of the single crystal piezoelectric thin film; and forming a single crystal piezoelectric resonator on the remaining portion of the single crystal piezoelectric thin film.
일부 실시예들에서, 압전 박막을 형성하는 방법은 약 -200 Mpa 내지 약 +200 MPa 범위의 응력을 갖는 템플릿 층 표면을 제공하기 위해 Si 기판의 제1 표면 상에 재료를 퇴적하는 단계를 포함할 수 있다. Ⅲ족 원소 및 질소를 포함하는 단결정 압전 박막이 템플릿 층 표면 상에 스퍼터링될 수 있다. XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 0.44도 미만 내지 약 0.25도의 결정질 품질을 갖는 단결정 압전 박막의 나머지 부분을 제공하도록 Si 기판 및 템플릿 층 표면을 제거하기 위해 제1 표면에 반대되는 Si 기판의 제2 표면이 처리될 수 있고, 단결정 압전 박막의 나머지 부분에 단결정 압전 공진기가 형성될 수 있다.In some embodiments, a method of forming a piezoelectric thin film may include depositing a material on a first surface of a Si substrate to provide a template layer surface having a stress in the range of about -200 Mpa to about +200 MPa. can A single crystal piezoelectric thin film containing a Group III element and nitrogen may be sputtered on the surface of the template layer. a second portion of the Si substrate opposite the first surface to remove the Si substrate and template layer surface to provide a remainder of the single crystal piezoelectric thin film having a crystalline quality of less than about 0.44 degrees to about 0.25 degrees, as measured at FWHM using XRD; The surface may be treated, and a single crystal piezoelectric resonator may be formed on the remainder of the single crystal piezoelectric thin film.
일부 실시예들에서, 압전 박막을 형성하는 방법은 약 -200 Mpa 내지 약 +200 MPa 범위의 응력을 갖는 템플릿 층 표면을 제공하기 위해 MOCVD 또는 MBE를 사용하여 Si 기판의 제1 표면 상에 재료를 퇴적하는 단계; 템플릿 층 표면 상에 Ⅲ족 원소 및 질소를 포함하는 단결정 압전 박막을 스퍼터링하는 단계; XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 0.44도 미만 내지 약 0.25도의 결정질 품질을 갖는 단결정 압전 박막의 나머지 부분을 제공하도록 Si 기판 및 템플릿 층 표면을 제거하기 위해 제1 표면에 반대되는 Si 기판의 제2 표면을 처리하는 단계; 및 단결정 압전 박막의 나머지 부분에 단결정 압전 공진기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In some embodiments, a method of forming a piezoelectric thin film is to apply a material on a first surface of a Si substrate using MOCVD or MBE to provide a template layer surface having a stress ranging from about -200 Mpa to about +200 MPa. depositing; sputtering a single crystal piezoelectric thin film containing a Group III element and nitrogen on the surface of the template layer; a second portion of the Si substrate opposite the first surface to remove the Si substrate and template layer surface to provide a remainder of the single crystal piezoelectric thin film having a crystalline quality of less than about 0.44 degrees to about 0.25 degrees, as measured at FWHM using XRD; treating the surface; and forming a single crystal piezoelectric resonator on the remaining portion of the single crystal piezoelectric thin film.
도 1a는 본 발명의 예에 따른 상부측 상호연결부들을 갖는 탄성 공진기 디바이스를 도시하는 단순화된 도면이다.
도 1b는 본 발명의 예에 따른 하부측 상호연결부를 갖는 탄성 공진기 디바이스를 도시한 단순화된 도면이다.
도 1c는 본 발명의 예에 따른 인터포저/캡이 없는 구조물 상호연결부들을 갖는 탄성 공진기 디바이스를 도시하는 단순화된 도면이다.
도 1d는 본 발명의 예에 따른 공유된 후면측 트렌치를 갖는 인터포저/캡이 없는 구조물 상호연결부들을 갖는 탄성 공진기 디바이스를 도시하는 단순화된 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법에 대한 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 4a는 본 발명의 예에 따른 상부측 마이크로-트렌치를 생성하는 방법을 위한 단계를 도시하는 단순화된 도면이다.
도 4b 및 도 4c는 도 4a에 설명된 바와 같은 상부측 마이크로-트렌치를 형성하는 방법 단계를 수행하기 위한 대안적인 방법들을 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 4d 및 도 4e는 도 4a에 설명된 바와 같이 상부측 마이크로-트렌치를 형성하는 방법 단계를 수행하기 위한 대안적인 방법을 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스의 제조 방법을 위한 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 9a는 본 발명의 예에 따른 후면측 트렌치들을 형성하기 위한 방법 단계를 도시하는 단순화된 도면이다.
도 9b 및 도 9c는 본 발명의 실시예에 따라 도 9a에 설명된 바와 같이 후면측 트렌치들을 형성하고 시드 기판을 동시에 싱귤레이션하는 방법 단계를 수행하기 위한 대안적인 방법을 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 10은 본 발명의 예에 따른 공진기의 상부측과 하부측 사이에 후면측 금속화 및 전기적 상호연결부들을 형성하는 방법 단계를 도시하는 단순화된 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 위한 대안적인 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 예에 따른 블라인드 비아 인터포저를 사용하는 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 위한 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 13은 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 위한 단계를 도시하는 단순화된 도면이다.
도 14a 내지 도 14g는 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스를 위한 캡 웨이퍼 프로세스를 위한 방법 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 예들에 따른, 인터포저/캡 버전 및 인터포저가 없는 버전 둘 다에서 구현될 수 있는 공유 후면측 트렌치를 갖는 탄성 공진기 디바이스를 제조하기 위한 방법 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 16a 내지 도 16c, 내지 도 31a 내지 도 31c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도를 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 32a 내지 도 32c, 내지 도 46a 내지 도 46c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 캐비티 본드 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도를 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 47a 내지 도 47c, 내지 도 59a 내지 도 59c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 견고하게 장착된 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도를 도시하는 단순화된 도면들이다.
도 60은 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 기판 상에 응력 중성 템플릿 층(stress neutral template layer)의 에피성장에 의해 단결정 압전 박막을 형성하고, 응력 중립적인 템플릿 층 위에 단결정 압전 박막을 스퍼터링하고, 예를 들어 도 8 내지 도 9a, 도 22 내지 도 23, 도 39 내지 도 40, 도 52 내지 도 53에 도시된 디바이스들에 단결정 압전 박막의 일부가 포함되게끔 남아 있도록 기판 및 응력 중립적인 템플릿을 제거하는 방법들을 도시하는 순서도이다.
도 61은 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 도 60에 따라 기판 상에 형성된 응력 중립 템플릿 층을 도시하는 단면도이다.
도 62는 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 도 60에 따라 형성된 도 61의 응력 중립적인 템플릿 층 상에 형성된 단결정 압전 박막을 도시하는 단면도이다.
도 63 및 도 64는 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 도 60에 따라 형성된 웨이퍼들에 대한 실험적 XRD 측정들을 도시하는 그래프들이다.
도 65 및 도 66은 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 각각 AlN 및 AlGaN 템플릿들 상에 형성된 압전 층들에서 비정상적으로 배향된 입자들(abnormally oriented grains)의 존재 및 비정상적으로 배향된 입자들(AOG)의 상대적 부재를 보여주는 실험적 SEM 이미지들이다.
도 67은 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 MOCVD를 사용하여 형성된 20% Ga를 갖는 AlGaN 응력 중립적인 템플릿 층들 상에 다양한 바이어스 전력 레벨들을 사용하여 스퍼터링된 단결정 AlN 압전 박막들을 갖는 Si <111> 기판에 대한 XRD 측정들을 포함하는 실험 데이터의 표이다.1A is a simplified diagram illustrating an elastic resonator device with top side interconnects according to an example of the present invention.
1B is a simplified diagram illustrating an elastic resonator device with bottom side interconnects in accordance with an example of the present invention.
1C is a simplified diagram illustrating an elastomeric resonator device with interposer/capless structure interconnects in accordance with an example of the present invention.
1D is a simplified diagram illustrating an elastomeric resonator device with interposer/capless structure interconnects with shared backside trenches in accordance with an example of the present invention.
2 and 3 are simplified diagrams showing steps for a fabrication method for an elastic resonator device according to an example of the present invention.
4A is a simplified diagram illustrating steps for a method of creating a topside micro-trench in accordance with an example of the present invention.
4B and 4C are simplified diagrams illustrating alternative methods for performing the method step of forming a topside micro-trench as described in FIG. 4A.
4D and 4E are simplified diagrams illustrating an alternative method for performing the method step of forming a topside micro-trench as described in FIG. 4A.
5-8 are simplified diagrams illustrating steps for a method of fabricating an elastic resonator device according to an example of the present invention.
9A is a simplified diagram illustrating method steps for forming backside trenches in accordance with an example of the present invention.
9B and 9C are simplified diagrams illustrating an alternative method for performing the method steps of forming backside trenches and simultaneously singulating a seed substrate as described in FIG. 9A in accordance with an embodiment of the present invention.
10 is a simplified diagram illustrating method steps for forming backside metallization and electrical interconnections between the top and bottom sides of a resonator in accordance with an example of the present invention.
11A and 11B are simplified diagrams illustrating alternative steps for a manufacturing method for an elastic resonator device according to an example of the present invention.
12A-12E are simplified diagrams illustrating steps for a manufacturing method for an elastic resonator device using a blind via interposer according to an example of the present invention.
13 is a simplified diagram showing steps for a manufacturing method for an elastic resonator device according to an example of the present invention.
14A-14G are simplified diagrams illustrating method steps for a cap wafer process for an elastic resonator device according to an example of the present invention.
15A-15E are simplifications showing method steps for fabricating an elastomeric resonator device with a shared backside trench that can be implemented in both an interposer/cap version and a no-interposer version, according to examples of the present invention. drawings that have been
16A-16C, through 31A-31C are simplified cross-sectional views showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to examples of the present invention. they are drawings
32A-32C and 46A-46C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of single crystal elastic resonator devices and method steps for a cavity bond transfer process for single crystal elastic resonator devices according to examples of the present invention.
47A-47C and 59A-59C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device, and a rigidly mounted transfer process for single crystal elastic resonator devices according to examples of the present invention. admit.
60 illustrates forming a single crystal piezoelectric thin film by epitaxial growth of a stress neutral template layer on a substrate in some embodiments according to the present invention, sputtering the single crystal piezoelectric thin film on the stress neutral template layer, A substrate and a stress-neutral template are prepared such that a portion of the single crystal piezoelectric thin film remains to be included in the devices shown, for example, in FIGS. 8-9A, 22-23, 39-40, and 52-53. It is a flow chart showing the methods of removal.
61 is a cross-sectional view illustrating a stress neutral template layer formed on a substrate according to FIG. 60 in some embodiments according to the present invention.
62 is a cross-sectional view illustrating a single crystal piezoelectric thin film formed on the stress-neutral template layer of FIG. 61 formed according to FIG. 60 in some embodiments according to the present invention.
63 and 64 are graphs illustrating experimental XRD measurements for wafers formed according to FIG. 60 in some embodiments according to the present invention.
65 and 66 show the presence of abnormally oriented grains and abnormally oriented grains (AOG) in piezoelectric layers formed on AlN and AlGaN templates, respectively, in some embodiments according to the present invention. These are experimental SEM images showing the relative absence of
67 is a Si <111> substrate with single crystal AlN piezoelectric thin films sputtered using various bias power levels onto AlGaN stress neutral template layers with 20% Ga formed using MOCVD in some embodiments in accordance with the present invention. Table of experimental data including XRD measurements for
본 발명에 따르면, 일반적으로 전자 디바이스들에 관한 기술들이 제공된다. 더 구체적으로, 본 발명은 벌크 탄성파 공진기 디바이스들, 단결정 공진기 디바이스들, 단결정 필터 및 공진기 디바이스들, 및 이와 유사한 것을 위한 제조 방법 및 구조물들에 관한 기술들을 제공한다. 단지 예로서, 본 발명은 무엇보다도 통신 디바이스, 모바일 디바이스, 컴퓨팅 디바이스를 위한 단결정 공진기 디바이스에 적용되었다.In accordance with the present invention, techniques are provided generally relating to electronic devices. More specifically, the present invention provides techniques relating to fabrication methods and structures for bulk acoustic wave resonator devices, single crystal resonator devices, single crystal filter and resonator devices, and the like. By way of example only, the present invention has been applied to single crystal resonator devices for communication devices, mobile devices, computing devices, among others.
본 발명자들에 의해 인식된 바와 같이, 고품질의 단결정 압전 박막(또는 층)은 Si <111>과 같은 기판 상에 재료를 에피택셜 형성하여 높은 결정도의 템플릿 층을 제공함으로써 제조될 수 있다. 다음으로, 압전 재료는 압전 재료를 형성하기 위한 스퍼터링의 사용에도 불구하고 압전 재료가 단결정 압전 재료로서 형성될 수 있도록 템플릿 층 위에 스퍼터링될 수 있다. 본 발명자들에 의해 추가로 인식되는 바와 같이, 에피택셜 형성된 템플릿은 템플릿 층의 조성을 제어함으로써 실질적으로 응력 중립적으로 만들어질 수 있다. 실질적으로 응력 중립적인 템플릿 층은 하부 재료가 실질적으로 응력 중립적이지 않은 경우들에 비해 스퍼터링된 압전 재료가 비교적 낮은 응력을 갖는 것을 허용할 수 있다. 비교적 중립적인 응력에서 스퍼터링된 압전 재료를 제공하는 것은 스퍼터링된 고품질 단결정 압전 박막이 비교적 얇음에도 불구하고 템플릿이 제거된 후 후속적으로 스퍼터링된 고품질 단결정 압전 박막의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.As recognized by the present inventors, high quality single crystal piezoelectric thin films (or layers) can be fabricated by epitaxially forming a material on a substrate such as Si<111> to provide a template layer of high crystallinity. Next, a piezoelectric material can be sputtered over the template layer so that the piezoelectric material can be formed as a single crystal piezoelectric material despite the use of sputtering to form the piezoelectric material. As further appreciated by the inventors, epitaxially formed templates can be made substantially stress neutral by controlling the composition of the template layer. A substantially stress-neutral template layer may allow the sputtered piezoelectric material to have a relatively low stress compared to cases where the underlying material is not substantially stress-neutral. Providing the sputtered piezoelectric material at a relatively neutral stress can increase the reliability of the subsequently sputtered high quality single crystal piezoelectric thin film after the template is removed, even though the sputtered high quality single crystal piezoelectric thin film is relatively thin.
따라서, 본 발명에 따른 실시예들은 비정상적으로 배향된 입자들(AOG)이 실질적으로 없고 비교적 응력 중립적인 표면을 제공하도록 고차 템플릿 층을 형성함으로써 고품질의 단결정 압전 박막을 달성할 수 있다. 압전 재료는 템플릿 표면에 스퍼터링될 수 있으므로, 스퍼터링된 압전 재료는 (실질적으로 AOG가 없는 표면으로 인해) 단결정 압전 박막 구조물이 될 수 있는 동시에, 압전 재료를 형성하는 데 사용된 비교적 응력 중립적인 템플릿 표면의 효과로 인해, 일단 기판으로부터 제거된 후에 균열에 저항성이 있다.Accordingly, embodiments according to the present invention can achieve a high-quality single crystal piezoelectric thin film by forming a high-order template layer to provide a surface that is substantially free of abnormally oriented particles (AOG) and is relatively stress-neutral. Since the piezoelectric material can be sputtered onto the template surface, the sputtered piezoelectric material can become a single crystal piezoelectric thin film structure (due to the substantially AOG-free surface), while the relatively stress-neutral template surface used to form the piezoelectric material Due to the effect of , it is resistant to cracking once removed from the substrate.
도 1a는 본 발명의 예에 따른 상부측 상호연결부들을 갖는 탄성 공진기 디바이스(101)를 도시하는 단순화된 도면이다. 도시된 바와 같이, 디바이스(101)는 마이크로-비아(129)를 갖는 위에 가로놓인 단결정 압전 박막(120)을 갖는 박형화된 시드 기판(112)을 포함한다. 마이크로-비아(129)는 상부측 마이크로-트렌치(121), 상부측 금속 플러그(146), 후면측 트렌치(114), 및 후면측 금속 플러그(147)를 포함할 수 있다. 디바이스(101)가 단일 마이크로-비아(129)로 도시되어 있지만, 디바이스(101)는 복수의 마이크로-비아를 가질 수 있다. 상부측 금속 전극(130)은 압전 박막(120) 위에 가로놓여 형성된다. 상부 캡 구조물은 압전 박막(120)에 본딩된다. 이러한 상부 캡 구조물은 하나 이상의 상부 본드 패드(143), 하나 이상의 본드 패드(144), 및 상부측 금속 플러그(146)를 갖는 상부측 금속(145)에 연결된 하나 이상의 관통 비아(151)를 갖는 인터포저 기판(119)을 포함한다. 솔더 볼들(170)은 하나 이상의 상부 본드 패드(143)에 전기적으로 결합된다.1A is a simplified diagram illustrating an
박형화된 기판(112)은 제1 및 제2 후면측 트렌치들(113, 114)을 갖는다. 후면측 금속 전극(131)은 박형화된 시드 기판(112), 제1 후면측 트렌치(113), 및 상부측 금속 전극(130)의 일부 아래에 형성된다. 후면측 금속 플러그(147)는 박형화된 시드 기판(112), 제2 후면측 트렌치(114) 및 상부측 금속(145)의 일부 아래에 형성된다. 이러한 후면측 금속 플러그(147)는 상부측 금속 플러그(146) 및 후면측 금속 전극(131)에 전기적으로 결합된다. 후면측 캡 구조물(161)은 제1 및 제2 후면측 트렌치들(113, 114) 아래에서, 박형화된 시드 기판(112)에 본딩된다. 이러한 디바이스의 제조 방법에 관한 추가 상세들은 도 2로부터 시작하여 논의될 것이다.The thinned
도 1b는 본 발명의 예에 따른 후면측 상호연결부들을 갖는 탄성 공진기 디바이스(102)를 도시하는 단순화된 도면이다. 도시된 바와 같이, 디바이스(101)는 마이크로-비아(129)를 갖는 위에 가로놓인 압전 박막(120)을 갖는 박형화된 시드 기판(112)을 포함한다. 마이크로-비아(129)는 상부측 마이크로-트렌치(121), 상부측 금속 플러그(146), 후면측 트렌치(114), 및 후면측 금속 플러그(147)를 포함할 수 있다. 디바이스(102)가 단일 마이크로-비아(129)로 도시되어 있지만, 디바이스(102)는 복수의 마이크로-비아를 가질 수 있다. 상부측 금속 전극(130)은 압전 박막(120) 위에 가로놓여 형성된다. 상부 캡 구조물은 압전 박막(120)에 본딩된다. 이러한 상부 캡 구조물(119)은 압전 박막(120) 상의 하나 이상의 본드 패드(144) 및 상부측 금속(145)에 연결되는 본드 패드들을 포함한다. 상부측 금속(145)은 상부측 금속 플러그(146)를 포함한다.1B is a simplified diagram illustrating an
박형화된 기판(112)은 제1 및 제2 후면측 트렌치들(113, 114)을 갖는다. 후면측 금속 전극(131)은 박형화된 시드 기판(112), 제1 후면측 트렌치(113), 및 상부측 금속 전극(130)의 일부 아래에 형성된다. 후면측 금속 플러그(147)는 박형화된 시드 기판(112), 제2 후면측 트렌치(114) 및 상부측 금속 플러그(146)의 일부 아래에 형성된다. 이러한 후면측 금속 플러그(147)는 상부측 금속 플러그(146)에 전기적으로 결합된다. 후면측 캡 구조물(162)은 제1 및 제2 후면측 트렌치들 아래에서, 박형화된 시드 기판(112)에 본딩된다. 하나 이상의 후면측 본드 패드들(171, 172, 173)은 후면측 캡 구조물(162)의 하나 이상의 부분 내에 형성된다. 솔더 볼들(170)은 하나 이상의 후면측 본드 패드(171-173)에 전기적으로 결합된다. 이러한 디바이스의 제조 방법에 관한 추가 상세들은 도 14a로부터 시작하여 논의될 것이다.The thinned
도 1c는 본 발명의 예에 따른 인터포저/캡이 없는 구조물 상호연결부들(interposer/cap-free structure interconnections)을 갖는 탄성 공진기 디바이스를 도시하는 단순화된 도면이다. 도시된 바와 같이, 디바이스(103)는 마이크로-비아(129)를 갖는 위에 가로놓인 단결정 압전 박막(120)을 갖는 박형화된 시드 기판(112)을 포함한다. 마이크로-비아(129)는 상부측 마이크로-트렌치(121), 상부측 금속 플러그(146), 후면측 트렌치(114), 및 후면측 금속 플러그(147)를 포함할 수 있다. 디바이스(103)가 단일 마이크로-비아(129)로 도시되어 있지만, 디바이스(103)는 복수의 마이크로-비아를 가질 수 있다. 상부측 금속 전극(130)은 압전 박막(120) 위에 가로놓여 형성된다. 박형화된 기판(112)은 제1 및 제2 후면측 트렌치들(113, 114)을 갖는다. 후면측 금속 전극(131)은 박형화된 시드 기판(112), 제1 후면측 트렌치(113), 및 상부측 금속 전극(130)의 일부 아래에 형성된다. 후면측 금속 플러그(147)는 박형화된 시드 기판(112), 제2 후면측 트렌치(114) 및 상부측 금속(145)의 일부 아래에 형성된다. 이러한 후면측 금속 플러그(147)는 상부측 금속 플러그(146) 및 후면측 금속 전극(131)에 전기적으로 결합된다. 이러한 디바이스의 제조 방법에 관한 추가 상세들은 도 2로부터 시작하여 논의될 것이다.1C is a simplified diagram illustrating an elastic resonator device with interposer/cap-free structure interconnections in accordance with an example of the present invention. As shown,
도 1d는 본 발명의 예에 따른 공유 후면측 트렌치(shared backside trench)를 갖는 인터포저/캡이 없는 구조물 상호연결부들을 갖는 탄성 공진기 디바이스를 도시하는 단순화된 도면이다. 도시된 바와 같이, 디바이스(104)는 마이크로-비아(129)를 갖는 위에 가로놓인 단결정 압전 박막(120)을 갖는 박형화된 시드 기판(112)을 포함한다. 마이크로-비아(129)는 상부측 마이크로-트렌치(121), 상부측 금속 플러그(146), 및 후면측 금속 플러그(147)를 포함할 수 있다. 디바이스(104)가 단일 마이크로-비아(129)로 도시되어 있지만, 디바이스(104)는 복수의 마이크로-비아를 가질 수 있다. 상부측 금속 전극(130)은 압전 박막(120) 위에 가로놓여 형성된다. 박형화된 기판(112)은 제1 후면측 트렌치(113)를 갖는다. 후면측 금속 전극(131)은 박형화된 시드 기판(112), 제1 후면측 트렌치(113), 및 상부측 금속 전극(130)의 일부 아래에 형성된다. 후면측 금속(147)은 박형화된 시드 기판(112), 제2 후면측 트렌치(114) 및 상부측 금속(145)의 일부 아래에 형성된다. 이러한 후면측 금속(147)은 상부측 금속 플러그(146) 및 후면측 금속 전극(131)에 전기적으로 결합된다. 이러한 디바이스의 제조 방법에 관한 추가 상세들은 도 2로부터 시작하여 논의될 것이다.1D is a simplified diagram illustrating an elastic resonator device with interposer/capless structure interconnects with a shared backside trench in accordance with an example of the present invention. As shown,
도 2 및 도 3은 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스의 제조 방법을 위한 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 이 방법은 도 1a에 도시된 것과 유사한 탄성 공진기 디바이스를 제조하기 위한 프로세스를 도시한다. 도 2는 부분적으로 처리된 압전 기판을 제공하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 디바이스(200)는 위에 가로놓여 형성된 압전 박막(120)을 갖는 시드(또는 성장) 기판(110)을 포함한다. 특정 예에서, 시드 기판은 실리콘, 실리콘 탄화물, 알루미늄 산화물, 또는 단결정 알루미늄 갈륨 질화물 재료, 또는 그와 유사한 것을 포함할 수 있다. 압전 박막(120)은 압전 단결정 층 또는 박막 압전 단결정 층을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 본 명세서에 사용될 때, "단결정 압전 층"은 XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 0.5도 미만 내지 약 0.4도의 결정질 품질을 갖는 압전 층들을 포함한다. 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, "단결정 압전 층"은 XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 1.0도 미만 내지 약 0.4도의 결정질 품질을 갖는 압전 층들을 포함한다. 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, "단결정 압전 층"은 XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 0.44도 미만 내지 약 0.25도의 결정질 품질을 갖는 압전 층들을 포함한다. 단결정 압전 층을 형성하는 프로세스들은 도 1 내지 도 15, 도 16 내지 도 31, 도 32 내지 도 46, 도 47 내지 도 59에 보여진 바와 같은 단결정 압전 공진기들 및/또는 필터들의 형성에 관련된 것들과 같이 본 명세서에 설명된 모든 실시예들에 적용될 수 있음이 더 이해될 것이다.2 and 3 are simplified diagrams illustrating steps for a method of fabricating an elastic resonator device according to an example of the present invention. This method illustrates a process for fabricating an elastic resonator device similar to that shown in FIG. 1A. 2 may represent method steps for providing a partially processed piezoelectric substrate. As shown, the
도 60은 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 기판 상에 응력 중성 템플릿 층의 에피성장에 의해 단결정 압전 박막을 형성하고, 응력 중립적인 템플릿 층 위에 단결정 압전 박막을 스퍼터링하고, 예를 들어 도 8 내지 도 9a, 도 22 내지 도 23, 도 39 내지 도 40, 도 52 내지 도 53에 도시된 디바이스들에 단결정 압전 박막의 일부가 포함되게끔 남아 있도록 기판 및 응력 중립적인 템플릿을 제거하는 방법들(6000)을 도시하는 순서도이다. 60 illustrates forming a single-crystal piezoelectric thin film by epitaxial growth of a stress-neutral template layer on a substrate in some embodiments according to the present invention, and sputtering the single-crystal piezoelectric thin film on the stress-neutral template layer. Methods of removing the substrate and stress-neutral template (6000 ) is a flowchart showing.
도 60에 따르면, 기판(100)은 처리 챔버 내로 로딩된다(블록(6005)). 처리 챔버는 기판 상의 재료 층들의 비교적 고도로 정렬된 형성을 지원하는 임의의 처리 챔버일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 처리 챔버는, 예를 들어 (금속 유기 CVD 또는 MOCVD 처리 챔버와 같은) CVD 처리, 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy)(MBE) 처리, ALD 처리 또는 그와 유사한 것을 허용하는 디바이스일 수 있다. 다른 유형들의 프로세스들이 사용될 수 있으며, 이에 의해 층이 예를 들어 층의 상부 표면에서 비정상적으로 배향된 입자를 비교적 갖지 않도록, 기판 상에 비교적 고품질의 결정도를 갖도록 층이 형성될 수 있다. 도 63은 기판 상에 재료를 에피택셜 퇴적하는 데 사용될 수 있는 예시적인 MOCVD 처리 챔버를 도시한다. 본 명세서에서 사용될 때, "정렬된(ordered)"이라는 용어는 스퍼터링과 같이 비교적 덜 정렬된 형성 방법들과 대조적으로 기판 상의 층들의 에피택셜 형성을 제공하는 프로세스들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 다른 유형들의 기판들이 사용될 수 있지만, 기판은 실리콘 기판일 수 있다. 실리콘 기판은 실리콘 <111>과 같은 특정 결정 배향을 가질 수 있다. 다른 결정 배향을 갖는 실리콘 기판이 또한 사용될 수 있다.According to FIG. 60, a
도 60에 추가로 도시된 바와 같이, 도 61에 보여진 바와 같은 응력 중립적인 템플릿 층(6101)을 형성하기 위해, AlGaN과 같은 적어도 하나의 Ⅲ족 원소를 포함하는 질화물 재료가 기판(100)의 상부 표면 상에 퇴적된다(블록(6110)). 본 발명자들에 의해 인식되는 바와 같이, 응력 중립적인 템플릿 층(6101)은 비교적 정렬된 퇴적 프로세스, 예를 들어 2020년 2월 7일자로 USPTO에 출원되고 대리인 문서 번호 181246-00022이고 발명의 명칭이 CVD 시스템에서 저-증기압 금속유기 프리커서들을 사용하여 단결정 압전 층들을 형성하기 위한 장치들 및 그것을 사용하여 단결정 압전 층들을 형성하는 방법들(Apparatus For Forming Single Crystal Piezoelectric Layers Using Low-Vapor Pressure Metalorganic Precursors In CVD Systems And Methods Of Forming Single Crystal Piezoelectric Layers Using The Same)이고, 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 공동 양수된 미국 가특허 출원 제16/784,843호에 보여진 MOCVD 시스템을 사용하여 형성될 수 있다. 이 접근방식은 비교적 높은 결정도 품질을 갖도록 템플릿 층을 형성할 수 있고, 특히 응력 중립적인 템플릿 층(6101)의 상부 표면에서 비정상적으로 배향된 입자들이 비교적 없을 수 있다.As further shown in FIG. 60, a nitride material comprising at least one Group III element, such as AlGaN, is placed on top of the
응력 중립적인 템플릿 층(6101)은, 퇴적이 퇴적의 진행에 따라 증가하는 양의 갈륨(Ga)을 도입한 질화알루미늄(AlN)과 같은 핵형성 층(6102)으로 개시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 응력 중립적인 템플릿 층(6101)은 상부 표면(6103)에서 비교적 높은 농도의 Ga를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 응력 중립적인 템플릿 층(6101)은 AlN의 핵형성 층(6102)으로서 시작하여 Ga의 함량을 점진적으로 증가시킬 수 있고, 그에 의해 응력 중립적인 템플릿 층(6101)의 상부 표면은 GaN에 가깝게 된다. 따라서, 응력 중립적인 템플릿 층(6101)의 조성은 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 식 AlxGa(1-x)N에 따라 퇴적될 수 있으며, 여기서 Ga의 양은 약 20% 내지 약 80%의 범위에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 응력 중립적인 템플릿 층(6101)의 표면에서 Ⅲ족 재료의 총량에 대한 Ga의 비율("1-x")은 약 0.5 내지 1.0의 범위에 있을 수 있다. 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, Ga 함량은 퇴적의 진행에 따라 일정하게 유지될 수 있다. 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, Ga 함량은 응력 중립적인 템플릿 층(6101)의 표면에서 약 100%일 수 있다.It will be appreciated that the stress
본 발명자들에 의해 인식되는 바와 같이, 응력 중립적인 템플릿 층(6101)의 퇴적이 진행됨에 따라 Ga 함량을 증가시키는 것은 템플릿 재료의 장력을 적게 할 수 있고, 그에 의해 응력 중립적인 템플릿 층(6101)은 표면(6103)에서 약 +200 MPa 내지 약 -200 MPa 범위 내의 응력을 제공하게 된다. 템플릿 층의 응력은 또한 조성을 제어하는 데 사용되는 프로파일과 함께 템플릿 층(6101)의 두께 T를 제어함으로써 구성될 수 있다. 따라서, 퇴적 동안 조성(속도 및 타겟 조성)을 변경하고 템플릿 층이 성장되는 특정 두께 T를 선택하면 후속 스퍼터링 프로세스를 위해 템플릿 층의 원하는 응력 중립성을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, Si 기판의 표면으로부터 응력 중립적인 템플릿 층(6101)의 표면까지의 응력 중립적인 템플릿 층의 두께 T는 약 400nm 내지 약 600nm 사이의 범위에 있다.As recognized by the present inventors, increasing the Ga content as deposition of the stress-
여전히 도 60을 참조하면, 압전 재료는 응력 중립적인 템플릿 층(6101)의 상부 표면(6103) 상에 스퍼터링될 수 있다(블록(6015)). 스퍼터링은 2019년 7월 16일자로 USPTO에 출원되고 대리인 문서번호가 181246-00010이며 발명의 명칭이 스퍼터링을 통해 Ⅲ족 압전 박막들을 형성하는 방법들(METHODS OF FORMING GROUP Ⅲ PIEZOELECTRIC THIN FILMS VIA SPUTTERING)이고 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 공동 양수된 미국 특허 출원 제16/513,143호, 및 2020년 1월 14일자로 USPTO에 출원되고 대리인 문서 번호가 181246-00020이며 발명의 명칭이 제1 스퍼터링된 재료의 부분들의 제거를 통해 Ⅲ족 압전 박막들을 형성하는 방법들(METHODS OF FORMING GROUP Ⅲ PIEZOELECTRIC THIN FILMS VIA REMOVAL OF PORTIONS OF FIRST SPUTTERED MATERIAL)이고 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는, 공동 양수된 미국 특허 출원 제16/742,202호에 설명된 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 블록(6010)에서 참조된 스퍼터링 시스템 및 MOCVD 시스템은 상이한 시스템들이다. 일부 실시예들에서, 압전 재료는 Al, Sc 및 Ga를 포함하는 Ⅲ족의 원소들로부터 선택된다. Hf, Mg(HfMgAlN), Zr, (ZrMgAlN), 및 Cr(AlCrN)과 같은 다른 재료들도 포함될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 압전 재료는 약 9% 내지 약 20% 범위의 Sc 농도를 갖도록 AlGaN 또는 GaN 응력 중립적인 템플릿 층(6101) 상에 AlScN 스퍼터링될 수 있다.Still referring to FIG. 60 , a piezoelectric material may be sputtered onto the
본 발명자들에 의해 인식된 바와 같이, 높은 결정질 품질들의 응력 중립적인 템플릿 층(6101) 상의 스퍼터링은 후속 처리를 위해 하부의 템플릿 층이 제거되고 나면 비교적 낮은 응력을 갖는 단결정 압전 박막(120)을 제공할 수 있다. 특히, 응력 중립적인 템플릿의 고도로 정렬된 형성은 스퍼터링된 압전 재료가 추가 처리 없이 단결정 품질이 될 수 있도록 고품질 결정질 구조물을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 단결정 압전 박막에 대해 열 어닐링이 수행되지 않는다. 대조적으로, 일부 종래의 프로세스는 먼저 다결정 압전 층을 스퍼터링한 다음, 다결정 압전 층을 고품질 압전 층으로 재결정화하기 위해 어닐링함으로써 고품질 압전 층을 형성하는 것에 대해 논의한다.As recognized by the present inventors, sputtering on a stress-
본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 단결정 압전 박막(120)은 XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 1.0도 미만 내지 약 0.4도의 결정질 품질을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 단결정 압전 박막(120)은 XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 0.44도 미만 내지 약 0.25도의 결정질 품질을 가질 수 있다.In some embodiments according to the present invention, the single crystal piezoelectric
또한, 템플릿 층의 응력 중립적인 특성은 스퍼터링된 압전 재료가 템플릿 층의 제거 후에 비교적 낮은 응력을 갖는 것을 허용할 수 있고, 그에 의해 단결정 압전 박막(120)은 단결정 압전 공진기 또는 필터에 통합될 수 있게 된다. 대조적으로, 압전 재료가 응력 중립적이지 않은 구조물 상에 스퍼터링된 경우, 결과적인 압전 재료는 공진기 또는 필터에 통합될 때 박리되거나 다르게 변형될 수 있다.In addition, the stress-neutral nature of the template layer may allow the sputtered piezoelectric material to have relatively low stress after removal of the template layer, whereby the single crystal piezoelectric
도 63 및 도 64는 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 도 60에 따라 형성된 웨이퍼들에 대한 실험적 XRD 측정들을 도시하는 그래프들이다. 도 63에 따르면, AlGaN 응력 중립적인 템플릿 층(6101)은 일부 실시예들에서 Si <111> 기판 상에 약 20%의 Ga 농도를 갖도록 형성되었다. 도 63에 보여진 바와 같이, 압전 박막 재료로서 스퍼터링된 AlScN(20% 농도의 Sc를 가짐) 및 AlGaN 응력 중립적인 템플릿 층(6101)(약 20% 농도의 Ga를 가짐) 둘 다의 XRD를 사용한 FWHM 측정은 약 0.44도 내지 약 0.34도 범위였다. 실험 데이터는 위에서 설명된 바와 같이 그 위에 형성된 상기 재료들을 갖는 4개의 상이한 웨이퍼에 대해 보여진다. 도 64는 웨이퍼들을 형성하기 위해 사용된 재료들의 측정을 위한 실험 데이터를 보여준다.63 and 64 are graphs illustrating experimental XRD measurements for wafers formed according to FIG. 60 in some embodiments according to the present invention. According to FIG. 63, an AlGaN stress
도 65 및 도 66은 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 각각 AlN 및 AlGaN 템플릿들 상에 형성된 압전 층들에서 비정상적으로 배향된 입자들의 존재 및 비정상적으로 배향된 입자들(AOG)의 상대적 부재를 보여주는 실험적 SEM 이미지들이다. 도 65에 따르면, 실험 SEM 이미지는 압전 층(6710)의 더 가벼운 작은 부분들(6705)로서 AOG의 존재를 보여준다. 대조적으로, 도 66에서, 실험적 SEM 이미지는 단결정 압전 층(6810)에 AOG가 비교적 없음을 보여준다.65 and 66 are experimental data showing the presence and relative absence of Anomalously Oriented Particles (AOG) in piezoelectric layers formed on AlN and AlGaN templates, respectively, in some embodiments according to the present invention. These are SEM images. According to FIG. 65 , the experimental SEM image shows the presence of AOG as lighter parts 6705 of the piezoelectric layer 6710 . In contrast, in FIG. 66 , the experimental SEM image shows that the single crystal piezoelectric layer 6810 is relatively free of AOG.
다시 도 60을 참조하면, 단결정 압전 박막(120)은 예를 들어 각각 도 8 내지 도 9a, 도 22 내지 도 23, 도 39 내지 도 40, 도 52 내지 도 53에 도시된 압전 박막(120, 1620, 3220, 및 4720)을 제공하기 위해 사용된다. 따라서, 단결정 압전 박막(120)은 예를 들어 본드 기판(도 22b의 2210 참조)에 결합된다(블록(6020)). 기판(그 위에 응력 중립적인 템플릿 층(6101)이 형성된 기판 - 예를 들어, 성장 기판) 및 응력 중립적인 템플릿 층(6101)은 본 명세서에 추가로 설명된 바와 같이 제거되고, 따라서 단결정 압전 박막(120)의 적어도 일부가 남게 된다(즉, 단결정 압전 박막(120)의 나머지 부분)(블록(6025)). 다음으로, 단결정 압전 박막(120)의 나머지 부분은 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 예를 들어 도 8 내지 도 9a, 도 22 내지 도 23, 도 39 내지 도 40, 도 52 내지 도 53에 도시된 프로세스들의 일부로서 본 명세서에 설명된 바와 같은 공진기 또는 필터 디바이스의 형성을 완료하기 위해 사용된다. Referring back to FIG. 60, the single crystal piezoelectric
도 67은 본 발명에 따른 일부 실시예들에서 MOCVD를 사용하여 형성된 20% Ga를 갖는 AlGaN 응력 중립적인 템플릿 층(6101) 상에 다양한 바이어스 전력 레벨들을 사용하여 스퍼터링된 단결정 AlN 압전 박막들을 갖는 Si <111> 기판에 대한 XRD 측정들을 포함하는 실험 데이터의 표이다. 도 67은 다양한 기판/템플릿 상의 7500Å의 4개의 스퍼터링된 AlN 막에 대한 퇴적 조건들 및 결과들을 도시한다. 도 67에 따르면, 웨이퍼 1은 베어 기판에 직접 스퍼터링된 AlN 압전 박막들의 형성을 포함했고, 이는 1.29도 FWHM의 XRD 측정을 나타내어 웨이퍼 1 균열을 또한 초래했다. 대조적으로, 웨이퍼 2-4는 각각 14.4W, 20W 및 25W의 전력 레벨들을 사용하여 위에서 설명된 바와 같이 형성되었다. 도 67의 표는 웨이퍼 2-4 모두가 약 0.811도 내지 약 0.805도 FWHM의 XRD 측정을 나타냄을 보여준다.67 shows Si < 111> Table of experimental data including XRD measurements on the substrate. 67 shows the deposition conditions and results for four sputtered AlN films of 7500 Å on various substrates/templates. According to FIG. 67,
도 3은 상부측 금속화 또는 상부 공진기 금속 전극(130)을 형성하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 특정 예에서, 상부측 금속 전극(130)은 몰리브덴, 알루미늄, 루테늄 또는 티타늄 재료, 또는 그와 유사한 것, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 층은 리프트-오프 프로세스, 습식 에칭 프로세스, 건식 에칭 프로세스, 금속 인쇄 프로세스, 금속 라미네이팅 프로세스, 또는 그와 유사한 것에 의해 압전 층의 상부에 퇴적되고 패터닝될 수 있다. 리프트-오프 프로세스는 상부측 금속 층을 생성하기 위해 리소그래피 패터닝, 금속 퇴적, 및 리프트-오프 단계의 순차적 프로세스를 포함할 수 있다. 습식/건식 에칭 프로세스들은 상부측 금속 층을 생성하기 위해 금속 퇴적, 리소그래피 패터닝, 금속 퇴적, 및 금속 에칭 단계의 순차적인 프로세스들을 포함할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 다른 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.3 may represent method steps for forming the top side metallization or top
도 4a는 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스(401)를 위한 제조 방법을 위한 단계를 도시하는 단순화된 도면이다. 이 도면은 압전 박막(120)의 일부 내에 하나 이상의 상부측 마이크로-트렌치(121)를 형성하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 이러한 상부측 마이크로-트렌치(121)는 이후의 방법 단계들에서 전개될 음향 멤브레인(acoustic membrane)의 상부측과 하부측 사이의 주요 상호연결 접합부의 역할을 수 있다. 예에서, 상부측 마이크로-트렌치(121)는 압전 박막(120) 전체를 통해 연장되고 시드 기판(110)에서 멈춘다. 이러한 상부측 마이크로-트렌치(121)는 건식 에칭 프로세스, 레이저 드릴 프로세스 또는 그와 유사한 것을 통해 형성될 수 있다. 도 4b 및 4c는 이러한 옵션을 더 상세하게 설명한다.4A is a simplified diagram showing steps for a manufacturing method for an
도 4b 및 도 4c는 도 4a에 설명된 바와 같은 방법 단계를 수행하기 위한 대안적인 방법들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 도 4b는 압전 박막(120)에 상부측 마이크로-트렌치(121)를 빠르고 정확하게 형성할 수 있는 레이저 드릴을 사용하는 방법 단계를 나타낸다. 예에서, 압전 박막(120)을 통해 공칭 50um 홀, 또는 10um 내지 500um 직경의 홀들을 형성하고 층들(120 및 110) 사이의 계면 아래의 시드 기판(110)에서 정지하도록 레이저 드릴이 사용될 수 있다. 보호 층(122)은 압전 박막(120)과 상부측 금속 전극(130) 위에 가로놓여 형성될 수 있다. 이 보호 층(122)은 레이저 파편으로부터 디바이스를 보호하고 상부측 마이크로-비아(121)의 에칭을 위한 마스크를 제공하는 역할을 할 수 있다. 특정 예에서, 레이저 드릴은 11W 고출력 다이오드 펌프식 UV 레이저 또는 그와 유사한 것일 수 있다. 이 마스크(122)는 다른 단계들로 진행하기 전에 후속하여 제거될 수 있다. 마스크는 또한 레이저 드릴 프로세스에서 생략될 수 있으며, 레이저 파편을 제거하기 위해 공기 흐름이 사용될 수 있다.4b and 4c are simplified diagrams illustrating alternative methods for performing a method step as described in FIG. 4a. As shown, FIG. 4B shows the method steps using a laser drill that can quickly and accurately form a topside micro-trench 121 in a piezoelectric
도 4c는 압전 박막(120) 내에 상부측 마이크로-트렌치(121)를 형성하기 위해 건식 에칭 프로세스를 사용하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 리소그래피 마스킹 층(123)은 압전 박막(120) 및 상부측 금속 전극(130) 위에 가로놓여 형성될 수 있다. 상부측 마이크로-트렌치(121)는 플라즈마에의 노출, 또는 그와 유사한 것에 의해 형성될 수 있다.4C may represent method steps for using a dry etching process to form a topside micro-trench 121 in a piezoelectric
도 4d 및 도 4e는 도 4a에 설명된 바와 같은 방법 단계들을 수행하기 위한 대안적인 방법을 도시하는 단순화된 도면들이다. 이러한 도면들은 복수의 탄성 공진기 디바이스를 동시에 제조하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 도 4d에서, 다이 #1 및 다이 #2 상에 각각 2개의 디바이스가 도시되어 있다. 도 4e는 스크라이브 라인(124) 또는 다이싱 라인을 또한 에칭하면서 이들 각각의 다이 상에 마이크로-비아(121)를 형성하는 프로세스를 도시한다. 예에서, 스크라이브 라인(124)의 에칭은 압전 단결정 층(120)을 싱귤레이션하고 그것의 응력을 완화한다.4D and 4E are simplified diagrams illustrating an alternative method for performing the method steps as described in FIG. 4A. These figures may represent method steps for simultaneously fabricating a plurality of elastic resonator devices. In FIG. 4D, two devices are shown on
도 5 내지 도 8은 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스에 대한 제조 방법을 위한 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도 5는 하나 이상의 본드 패드(140)를 형성하고 본드 패드들(140) 중 적어도 하나에 전기적으로 결합된 상부측 금속(141)을 형성하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 상부측 금속(141)은 상부측 마이크로-트렌치(121) 내에 형성된 상부측 금속 플러그(146)를 포함할 수 있다. 특정 예에서, 상부측 금속 플러그(146)는 마이크로-비아의 상부측 부분을 형성하기 위해 상부측 마이크로-트렌치(121)를 채운다.5-8 are simplified diagrams illustrating steps for a manufacturing method for an elastic resonator device according to an example of the present invention. 5 may represent method steps for forming one or
예에서, 본드 패드들(140) 및 상부측 금속(141)은 디바이스의 응용에 따라 금 재료 또는 다른 상호연결부 금속 재료를 포함할 수 있다. 이러한 금속 재료들은 리프트-오프 프로세스, 습식 에칭 프로세스, 건식 에칭 프로세스, 스크린 인쇄 프로세스, 전기 도금 프로세스, 금속 인쇄 프로세스, 또는 그와 유사한 것에 의해 형성될 수 있다. 특정 예에서, 퇴적된 금속 재료들은 또한 아래에 설명될 캡 구조물을 위한 본드 패드들의 역할을 할 수 있다.In an example,
도 6은 기밀 본딩(hermetic bonding)일 수 있는 본딩을 위해 탄성 공진기 디바이스를 준비하기 위한 방법 단계를 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 상부 캡 구조물은 앞의 도면들에서 설명된 바와 같이 부분적으로 처리된 탄성 공진기 디바이스 위에 위치된다. 상부 캡 구조물은 두 가지 구성, 즉 완전히 처리된 인터포저 버전(601)(글래스 비아를 통함) 및 부분적으로 처리된 인터포저 버전(602)(블라인드 비아 버전)으로 인터포저 기판(119)을 사용하여 형성될 수 있다. 601 버전에서, 인터포저 기판(119)은 인터포저 기판(119)을 통해 연장되고 하부 본드 패드들(142) 및 상부 본드 패드들(143)에 전기적으로 결합되는 관통 비아 구조물들(151)을 포함한다. 602 버전에서, 인터포저 기판(119)은 하부측으로부터 인터포저 기판(119)의 일부를 통해서만 연장되는 블라인드 비아 구조물들(152)을 포함한다. 이러한 블라인드 비아 구조물들(152)은 또한 하부 본드 패드들(142)에 전기적으로 결합된다. 특정 예에서, 인터포저 기판은 실리콘, 글래스, 스마트 글래스, 또는 다른 유사한 재료를 포함할 수 있다.6 may represent method steps for preparing an elastic resonator device for bonding, which may be hermetic bonding. As shown, the top cap structure is placed over the partially treated elastic resonator device as described in the previous figures. The top cap structure is constructed using the
도 7은 상부 캡 구조물을 부분적으로 처리된 탄성 공진기 디바이스에 본딩하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 인터포저 기판(119)은 본드 패드들(140, 142) 및 상부측 금속(141)에 의해 압전 층에 본딩되며, 이들은 이제 본드 패드(144) 및 상부측 금속(145)으로 표시된다. 이러한 본딩 프로세스는 압축 본드 방법 또는 그와 유사한 것을 사용하여 수행될 수 있다. 도 8은 시드 기판(110)을 박형화하는 것을 나타낼 수 있으며, 그것은 이제 박형화된 시드 기판(111)으로 지칭될 수 있다. 이러한 기판 박형화 프로세스는 그라인딩 및 에칭 프로세스들 또는 그와 유사한 것을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 이러한 프로세스는 건식 에칭, CMP 연마 또는 어닐링 프로세스들을 수반할 수 있는, 응력 제거가 뒤따르는 웨이퍼 백 그라인딩 프로세스를 포함할 수 있다.7 may represent method steps for bonding a top cap structure to a partially processed elastic resonator device. As shown,
도 9a는 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스(901)를 위한 제조 방법을 위한 단계를 도시하는 단순화된 도면이다. 도 9a는 박형화된 시드 기판(111)의 후면측으로부터의 압전 박막(120)(또는 도 62 내지 도 63에 도시된 압전 층(6120 또는 6101))에 대한 접근을 허용하도록 후면측 트렌치들(113 및 114)을 형성하기 위한 방법 단계를 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 8을 참조하여 위에서 설명된 기판 박형화 프로세스는 노출된 압전 층의 부분을 제거하기 위해 압전 층 표면의 노출된 부분들이 추가로 처리되는 도 9a에 보여진 프로세스와 조합하여 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 박형화된 기판(112)에 의해 노출되는 압전 박막의 가장 낮은 부분들을 추가로 제거하기 위해, 박형화된 기판(112)을 마스크로서 사용하여, 노출된 압전 층의 최초 형성된 부분의 제거가 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 도 8을 참조하여 위에서 설명된 기술들이 또한 도 9a에 따라 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 기판 상에 최초로 형성되는 압전 박막의 부분을 제거하는 것과 관련하여 위에서 설명된 프로세스들은 도 16 내지 도 31, 도 32 내지 도 46, 및 도 47 내지 도 59에 관련된 것들과 같은 본 명세서에 설명된 다른 실시예들에 적용될 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 예를 들어, 다양한 프로세스들을 사용하여 형성된 압전 박막의 최초 형성된 부분의 제거는 도 24, 도 41 및 도 53을 참조하여 설명된 구조물들 및 프로세스들에 적용될 수 있다.9A is a simplified diagram showing steps for a manufacturing method for an
예에서, 제1 후면측 트렌치(113)는 박형화된 시드 기판(111) 내에, 그리고 상부측 금속 전극(130) 아래에 형성될 수 있다. 제2 후면측 트렌치(114)는 박형화된 시드 기판(111) 내에, 그리고 상부측 마이크로-트렌치(121) 및 상부측 금속 플러그(146) 아래에 형성될 수 있다. 이 기판은 이제 박형화된 기판(112)으로 표시된다. 특정 예에서, 이러한 트렌치들(113 및 114)은 심층 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching)(DRIE) 프로세스, Bosch 프로세스, 또는 그와 유사한 것을 사용하여 형성될 수 있다. 트렌치들의 크기, 형상 및 수는 탄성 공진기 디바이스의 설계에 따라 다를 수 있다. 다양한 예들에서, 제1 후면측 트렌치는 상부측 금속 전극의 형상 또는 후면측 금속 전극의 형상과 유사한 트렌치 형상으로 형성될 수 있다. 제1 후면측 트렌치는 또한 상부측 금속 전극 및 후면측 금속 전극의 형상 둘 다와 상이한 트렌치 형상으로 형성될 수 있다.In an example, the
도 9b 및 도 9c는 도 9a에 설명된 바와 같은 방법 단계를 수행하기 위한 대안적인 방법을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도 4d 및 도 4e와 같이, 이러한 도면들은 복수의 탄성 공진기 디바이스를 동시에 제조하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 도 9b에서, 캡 구조물들을 갖는 2개의 디바이스가 각각 다이 #1 및 다이 #2에 도시되어 있다. 도 9c는 스크라이브 라인(115) 또는 다이싱 라인을 또한 에칭하면서 이들 각각의 다이 상에 후면측 트렌치들(113 및 114)을 형성하는 프로세스를 도시한다. 예에서, 스크라이브 라인(115)의 에칭은 후면측 웨이퍼(112)를 싱귤레이션하는 임의적인 방식을 제공한다.9B and 9C are simplified diagrams illustrating an alternative method for performing method steps as described in FIG. 9A. Like FIGS. 4D and 4E , these figures may represent method steps for simultaneously fabricating a plurality of elastic resonator devices. In FIG. 9B, two devices with cap structures are shown on
도 10은 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스(1000)를 위한 제조 방법을 위한 단계를 도시하는 단순화된 도면이다. 이 도면은 박형화된 시드 기판(112)의 후면측 트렌치들 내에 후면측 금속 전극(131) 및 후면측 금속 플러그(147)를 형성하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 예에서, 후면측 금속 전극(131)은 박형화된 기판(112)의 하나 이상의 부분 아래에, 제1 후면측 트렌치(113) 내에, 및 상부측 금속 전극(130) 아래에 형성될 수 있다. 이러한 프로세스는 탄성 공진기 디바이스 내의 공진기 구조물을 완성한다. 후면측 금속 플러그(147)는 박형화된 기판(112)의 하나 이상의 부분 아래에, 제2 후면측 트렌치(114) 내에, 및 상부측 마이크로-트렌치(121) 아래에 형성될 수 있다. 후면측 금속 플러그(147)는 상부측 금속 플러그(146) 및 후면측 금속 전극(131)에 전기적으로 결합될 수 있다. 특정 예에서, 후면측 금속 전극(130)은 몰리브덴, 알루미늄, 루테늄 또는 티타늄 재료 또는 그와 유사한 것, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 후면측 금속 플러그는 금 재료, 저-비저항 상호연결부 금속들, 전극 금속들 또는 그와 유사한 것을 포함할 수 있다. 이러한 층들은 앞에서 설명된 퇴적 방법들을 사용하여 퇴적될 수 있다.10 is a simplified diagram showing steps for a manufacturing method for an
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 위한 대안적인 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 이러한 도면들은 박형화된 시드 기판(112) 아래에 후면측 캡 구조물을 본딩하는 방법들을 도시한다. 도 11a에서, 후면측 캡 구조물은 솔더 마스크, 폴리이미드 또는 그와 유사한 것과 같은 영구 광-이미지화 건식 막(permanent photo-imageable dry film)을 포함할 수 있는 건식 막 캡(161)이다. 이러한 캡 구조물의 본딩은 비용 효율적이고 신뢰가능할 수 있지만, 기밀 밀봉을 생성하지는 않을 수 있다. 도 11b에서, 후면측 캡 구조물은 실리콘, 글래스, 또는 다른 유사한 재료를 포함할 수 있는 기판(162)이다. 이러한 기판의 본딩은 기밀 밀봉을 제공할 수 있지만, 비용이 더 많이 들고 추가 프로세스들을 필요로 할 수 있다. 응용에 따라, 이러한 후면측 캡 구조물들 중 어느 것이 제1 및 제2 후면측 비아들 아래에 본딩될 수 있다.11A and 11B are simplified diagrams illustrating alternative steps for a manufacturing method for an elastic resonator device according to an example of the present invention. These figures show methods of bonding a backside cap structure under a thinned
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 위한 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 보다 구체적으로, 이러한 도면들은 상부 캡 구조물의 블라인드 비아 인터포저("602") 버전을 처리하기 위한 추가 단계들을 설명한다. 도 12a는 상부 캡 구조물 내의 블라인드 비아들(152)을 갖는 탄성 공진기 디바이스(1201)를 도시한다. 도 12b에서, 인터포저 기판(119)은 박형화되고, 이는 박형화된 인터포저 기판(118)을 형성하여 블라인드 비아들(152)을 노출시킨다. 이러한 박형화 프로세스는 시드 기판의 박형화에 대해 설명된 것과 같은 그라인딩 프로세스 및 에칭 프로세스의 조합일 수 있다. 도 12c에서, 블라인드 비아들(152) 위에 가로놓여 형성되고 블라인드 비아들(152)에 전기적으로 결합되는 상부 캡 본드 패드들(160)을 생성하기 위해 재배선 층(RDL) 프로세스 및 금속화 프로세스가 적용될 수 있다. 도 12d에 도시된 바와 같이, 볼 그리드 어레이(BGA) 프로세스는 상부 캡 본드 패드들(160) 위에 가로놓이고 그에 전기적으로 결합되는 솔더 볼들(170)을 형성하기 위해 적용될 수 있다. 이러한 프로세스는 도 12e에 도시된 바와 같이, 와이어 본딩(171)을 위해 준비된 탄성 공진기 디바이스를 남긴다.12A-12E are simplified diagrams illustrating steps for a manufacturing method for an elastic resonator device according to an example of the present invention. More specifically, these figures describe additional steps for processing a blind via interposer ("602") version of the top cap structure. 12A shows an
도 13은 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 위한 단계를 도시하는 단순화된 도면이다. 도시된 바와 같이, 디바이스(1300)는 개별 디바이스들을 생성하기 위해 싱귤레이션할 준비가 된 2개의 완전히 처리된 탄성 공진기 디바이스를 포함한다. 예에서, 다이 싱귤레이션 프로세스는 웨이퍼 다이싱 쏘 프로세스(wafer dicing saw process), 레이저 절단 싱귤레이션 프로세스, 또는 다른 프로세스들 및 이들의 조합을 사용하여 행해질 수 있다.13 is a simplified diagram showing steps for a manufacturing method for an elastic resonator device according to an example of the present invention. As shown,
도 14a 내지 도 14g는 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 위한 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 이 방법은 도 1b에 도시된 것과 유사한 탄성 공진기 디바이스를 제조하기 위한 프로세스를 도시한다. 탄성 공진기의 이 예에 대한 방법은 도 1 내지 도 5에 설명된 것과 유사한 단계들을 거칠 수 있다. 도 14a는 이 방법이 이전에 설명된 방법과 다른 부분들을 보여준다. 여기서, 상부 캡 구조물 기판(119)은 하나 이상의 하부 본드 패드(142)를 갖는 하나의 금속화 층만을 포함한다. 도 6과 비교할 때, 상호연결부들은 탄성 공진기 디바이스의 하부측에 형성될 것이기 때문에, 상부 캡 구조물에는 비아 구조물이 없다.14A-14G are simplified diagrams illustrating steps for a manufacturing method for an elastic resonator device according to an example of the present invention. This method illustrates a process for fabricating an elastic resonator device similar to that shown in FIG. 1B. The method for this example of an elastic resonator may follow steps similar to those described in FIGS. 1-5. Figure 14a shows where this method differs from the previously described method. Here, the top
도 14b 내지 도 14f는 제1 프로세스 흐름에서 설명된 것들과 유사한 방법 단계들을 도시한다. 도 14b는 본드 패드들(140, 142) 및 상부측 금속(141)을 통해 압전 박막(120)에 상부 캡 구조물을 본딩하는 방법 단계를 나타낼 수 있고, 이들은 이제 상부측 금속 플러그(146)를 갖는 상부측 금속(145) 및 본드 패드들(144)로 표시된다. 도 14c는 시드 기판(110)을 박형화하는 방법 단계를 나타낼 수 있고, 이는 도 8에 설명된 것과 유사한 박형화된 시드 기판(111)을 형성한다. 도 14d는 도 9a에 설명된 것과 유사한 제1 및 제2 후면측 트렌치들을 형성하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 도 14e는 도 10에 설명된 것과 유사한 후면측 금속 전극(131) 및 후면측 금속 플러그(147)를 형성하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 도 14f는 도 11a 및 도 11b에 설명된 것과 유사한 후면측 캡 구조물(162)을 본딩하는 방법 단계를 나타낼 수 있다.14B-14F show method steps similar to those described in the first process flow. 14B may show method steps for bonding the top cap structure to the piezoelectric
도 14g는 앞에서 설명된 프로세스 흐름과 상이한, 또 다른 단계를 보여준다. 여기서, 후면측 본드 패드들(171, 172 및 173)은 후면측 캡 구조물(162) 내에 형성된다. 예에서, 이러한 후면측 본드 패드들(171-173)은 다른 금속 재료들을 형성하기 위해 사용되는 것들과 유사한 마스킹, 에칭 및 금속 퇴적 프로세스들을 통해 형성될 수 있다. BGA 프로세스는 이러한 후면측 본드 패드들(171-173)과 접촉하는 솔더 볼들(170)을 형성하기 위해 적용될 수 있고, 이는 와이어 본딩을 위해 탄성 공진기 디바이스(1407)를 준비한다.14G shows another step, different from the process flow described above. Here, the rear
도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 예에 따른 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 위한 단계들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 이 방법은 도 1b에 도시된 것과 유사한 탄성 공진기 디바이스를 제조하기 위한 프로세스를 도시한다. 이 예를 위한 방법은 도 1 내지 도 5에 설명된 것과 유사한 단계들을 거칠 수 있다. 도 15a는 이 방법이 앞에서 설명된 것과 다른 부분을 보여준다. 임시 접착제(217)의 층을 갖는 임시 캐리어(218)가 기판에 부착된다. 특정 예에서, 임시 캐리어(218)는 글래스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 또는 다른 웨이퍼 및 그와 유사한 것을 포함할 수 있다.15A-15E are simplified diagrams illustrating steps for a manufacturing method for an elastic resonator device according to an example of the present invention. This method illustrates a process for fabricating an elastic resonator device similar to that shown in FIG. 1B. The method for this example may follow steps similar to those described in FIGS. 1-5 . Figure 15a shows where this method differs from that described above. A
도 15b 내지 도 15f는 제1 프로세스 흐름에서 설명된 것들과 유사한 방법 단계들을 도시한다. 도 15b는 시드 기판(110)을 박형화하는 방법 단계를 나타낼 수 있고, 이는 도 8에 설명된 것과 유사한 박형화된 기판(111)을 형성한다. 특정 예에서, 시드 기판(110)의 박형화는 응력 제거 프로세스가 뒤따르는 후면측 그라인딩 프로세스를 포함할 수 있다. 응력 제거 프로세스는 건식 에칭, 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization)(CMP) 및 어닐링 프로세스들을 포함할 수 있다.15B-15F show method steps similar to those described in the first process flow. 15B may represent method steps for thinning the
도 15c는 도 9a에 설명된 기술들과 유사한 공유 후면측 트렌치(113)를 형성하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 주요 차이점은 공유 후면측 트렌치가 상부측 금속 전극(130), 상부측 마이크로-트렌치(121) 및 상부측 금속 플러그(146) 모두의 아래에 구성된다는 것이다. 예에서, 공유 후면측 트렌치(113)는 크기, 형상(모든 가능한 기하학적 형상들) 및 측벽 프로파일(테이퍼 볼록, 테이퍼 오목, 또는 직각)이 변할 수 있는 후면측 공진기 캐비티이다. 특정 예에서, 공유 후면측 트렌치(113)의 형성은 후면측 기판(111)의 후면-전면 정렬 및 건식 에칭을 포함할 수 있는 리소-에칭 프로세스를 포함할 수 있다. 압전 박막(120)은 공유 후면측 트렌치(113)의 형성을 위한 에칭 정지 층의 역할을 할 수 있다.15C may represent method steps for forming a shared
도 15d는 도 10에 설명된 것과 유사한 후면측 금속 전극(131) 및 후면측 금속(147)을 형성하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 예에서, 후면측 금속 전극(131)의 형성은 공유 후면측 트렌치(113) 내의 금속 재료들의 퇴적 및 패터닝을 포함할 수 있다. 여기서, 후면측 금속(131)은 마이크로-비아(121) 내의 전극 및 후면측 플러그/연결 금속(147)의 역할을 한다. 금속의 두께, 형상, 및 유형은 공진기/필터 설계의 기능에 따라 달라질 수 있다. 예로서, 후면측 전극(131) 및 비아 플러그 금속(147)은 상이한 금속들일 수 있다. 특정 예에서, 이러한 후면측 금속들(131, 147)은 압전 박막(120)의 표면 상에 퇴적 및 패터닝될 수 있거나, 기판(112)의 후면측으로 재라우팅될 수 있다. 예에서, 후면측 금속 전극은, 후면측 금속 전극이 공유 후면측 트렌치의 형성 동안 생성된 시드 기판의 하나 이상의 측벽과 접촉하지 않게끔 공유 후면측 트렌치의 경계들 내에 구성되도록 패터닝될 수 있다.FIG. 15D may represent method steps for forming
도 15e는 임시 캐리어(218)의 본딩 해제, 및 임시 접착제(217)를 제거하기 위한 디바이스의 상부측의 세척 이후의, 도 11a 및 도 11b에 설명된 것과 유사한 후면측 캡 구조물(162)을 본딩하는 방법 단계를 나타낼 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 앞에서 설명된 방법 단계들의 다른 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.FIG. 15E shows bonding of a
본 명세서에 사용될 때, 용어 "기판"은 벌크 기판을 의미할 수 있거나, 알루미늄, 갈륨, 또는 알루미늄 및 갈륨 및 질소의 삼원 화합물을 함유하는 에피택셜 영역, 또는 기능 영역, 조합들, 및 유사한 것과 같은 위에 가로놓인 성장 구조물들을 포함할 수 있다.As used herein, the term "substrate" can mean a bulk substrate, or an epitaxial region containing aluminum, gallium, or a ternary compound of aluminum and gallium and nitrogen, or functional regions, combinations, and the like. may include overlying growth structures.
본 발명을 사용하여, 기존 기술들에 비해 하나 이상의 이점이 달성된다. 특히, 본 디바이스는 본 기술분야의 통상의 기술자에 따라 통상적인 재료들 및/또는 방법들을 사용하면서 비교적 간단하고 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있다. 본 방법을 사용하면, 웨이퍼 레벨 프로세스를 통해 3차원 적층의 복수의 방식을 사용하여 신뢰가능한 단결정 기반 탄성 공진기를 생성할 수 있다. 이러한 필터들 또는 공진기들은 RF 필터 디바이스, RF 필터 시스템, 또는 그와 유사한 것으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 이러한 이점들 중 하나 이상이 달성될 수 있다. 물론, 다른 변형들, 수정들 및 대안들이 존재할 수 있다.Using the present invention, one or more advantages over existing techniques are achieved. In particular, the device can be manufactured in a relatively simple and cost effective manner using conventional materials and/or methods according to those skilled in the art. Using this method, a reliable single-crystal-based elastic resonator can be created using multiple schemes of three-dimensional stacking through a wafer-level process. These filters or resonators may be implemented as an RF filter device, RF filter system, or the like. Depending on the embodiment, one or more of these advantages may be achieved. Of course, other variations, modifications and alternatives may exist.
4G LTE 및 5G가 날로 더 대중화됨에 따라, 무선 데이터 통신은 약 5GHz 이상의 주파수들을 갖는 고성능 RF 필터들을 요구한다. 약 3GHz 이하의 주파수들에서 동작하는 이러한 필터들에 널리 사용되는 벌크 탄성파 공진기들(BAWR)은 이러한 요구들을 충족시키기 위한 주요 후보이다. 현재 벌크 탄성파 공진기들은 다결정질 압전 AlN 박막들을 사용하고, 여기서 각각의 입자의 c축은 막의 표면에 수직으로 정렬되어 높은 압전 성능을 허용하는 반면, 입자의 a 또는 b축은 무작위로 분포된다. 이러한 독특한 입자 분포는 압전 막의 두께가 1 내지 3GHz 범위의 주파수들에서 동작하는 벌크 탄성파(BAW) 필터들을 위한 완벽한 두께인 약 1um 이상일 때 잘 작동한다. 그러나, 다결정질 압전 막들의 품질은 두께들이 약 5GHz 이상의 주파수에서 동작하는 공진기들 및 필터들에 요구되는 약 0.5um 미만으로 감소함에 따라 빠르게 저하된다.As 4G LTE and 5G become more popular day by day, wireless data communication requires high performance RF filters with frequencies above about 5 GHz. Bulk Acoustic Wave Resonators (BAWRs), which are widely used in these filters operating at frequencies below about 3 GHz, are prime candidates for meeting these needs. Current bulk acoustic wave resonators use polycrystalline piezoelectric AlN thin films, where the c-axis of each particle is aligned perpendicular to the surface of the film, allowing high piezoelectric performance, while the a or b-axis of the particle is randomly distributed. This unique particle distribution works well when the thickness of the piezoelectric film is greater than about 1 μm, which is the perfect thickness for bulk acoustic wave (BAW) filters operating at frequencies in the 1 to 3 GHz range. However, the quality of polycrystalline piezoelectric films degrades rapidly as the thicknesses decrease to less than about 0.5 um required for resonators and filters operating at frequencies above about 5 GHz.
호환가능한 결정질 기판 상에서 성장된 단결정질 또는 에피택셜 압전 박막들은 매우 얇은 두께, 예를 들어 0.4 um까지 우수한 결정질 품질 및 높은 압전 성능을 나타낸다. 본 발명은 고주파 BAW 필터 적용을 위한 단결정질 또는 에피택셜 압전 박막들을 갖는 고품질 벌크 탄성파 공진기들의 제조 프로세스들 및 구조들을 제공한다.Monocrystalline or epitaxial piezoelectric thin films grown on compatible crystalline substrates exhibit excellent crystalline quality and high piezoelectric performance down to a very thin thickness, for example 0.4 um. The present invention provides fabrication processes and structures of high quality bulk acoustic wave resonators with monocrystalline or epitaxial piezoelectric thin films for high frequency BAW filter applications.
BAWR들은 결정 형태, 즉 다결정질 또는 단결정질의 압전 재료, 예를 들어 AlN을 필요로 할 수 있다. 막의 품질은 막이 성장되는 층의 화학적, 결정학적 또는 지형적 품질에 크게 의존한다. 종래의 BAWR 프로세스들(FBAR(film bulk acoustic resonator) 또는 SMR(solidly mounted resonator) 기하형상을 포함함)에서, 압전 막은 통상적으로 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 루테늄(Ru)으로 이루어진 패터닝된 하부 전극 상에 성장된다. 패터닝된 하부 전극의 표면 기하형상은 압전 막의 결정질 배향 및 결정질 품질에 상당한 영향을 미쳐서, 구조물의 복잡한 수정을 요구한다.BAWRs may require a piezoelectric material in crystalline form, i.e. polycrystalline or monocrystalline, for example AlN. The quality of a film is highly dependent on the chemical, crystallographic or topographical quality of the layer from which it is grown. In conventional BAWR processes (including film bulk acoustic resonator (FBAR) or solidly mounted resonator (SMR) geometries), the piezoelectric film is typically a patterned material composed of molybdenum (Mo), tungsten (W) or ruthenium (Ru). grown on the lower electrode. The surface geometry of the patterned bottom electrode has a significant effect on the crystalline orientation and crystalline quality of the piezoelectric film, requiring complex modifications of the structure.
따라서, 본 발명은 RF 필터들에 대한 향상된 궁극적 품질 인자 및 전기-기계적 결합을 갖는 BAWR을 생성하기 위해 단결정 압전 막들 및 박막 전사 프로세스들을 사용한다. 이러한 방법들 및 구조물들은 현대 데이터 통신의 증가하는 요구를 충족시키기 위해 단결정질 또는 에피택셜 압전 막들을 사용하는 RF 필터들의 제조 방법들 및 구조물들을 용이하게 한다.Accordingly, the present invention uses single crystal piezoelectric films and thin film transfer processes to create a BAWR with improved ultimate quality factor and electro-mechanical coupling for RF filters. These methods and structures facilitate fabrication methods and structures of RF filters using monocrystalline or epitaxial piezoelectric films to meet the growing demands of modern data communications.
예에서, 본 발명은 고주파수에서 우수한 탄성파 제어 및 높은 Q를 위한, 평탄하고 고품질인 단결정 압전 막을 제공하는 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 구조물들 및 프로세스들을 제공한다. 위에서 설명된 바와 같이, 다결정질 압전 층들은 고주파수에서 Q를 제한한다. 또한, 패터닝된 전극들 상에 에피택셜 압전 층들을 성장시키면, 압전 층의 결정질 배향에 영향을 미치고, 이는 결과적인 공진기들의 엄격한 경계 제어를 갖는 능력을 제한한다. 이하에 더 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 이러한 한계들을 극복할 수 있고, 개선된 성능 및 비용 효율성을 나타낼 수 있다.In an example, the present invention provides transfer structures and processes for elastic resonator devices that provide a flat, high quality single crystal piezoelectric film for high Q and good acoustic wave control at high frequencies. As described above, polycrystalline piezoelectric layers limit Q at high frequencies. Additionally, growing epitaxial piezoelectric layers on patterned electrodes affects the crystalline orientation of the piezoelectric layer, which limits the ability to have tight boundary control of the resulting resonators. As described further below, embodiments of the present invention may overcome these limitations and exhibit improved performance and cost effectiveness.
도 16a 내지 도 16c, 내지 도 31a 내지 도 31c는 희생 층을 갖는 전사 구조물을 사용하는 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 도시한다. 아래에 설명되는 이러한 일련의 도면들에서, "a" 도면들은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 단결정 공진기 디바이스들의 상부 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들을 보여준다. "b" 도면들은 "a" 도면들에서와 동일한 디바이스들의 길이 방향 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들을 보여준다. 마찬가지로, "c" 도면들은 "a" 도면들에서와 동일한 디바이스들의 폭 방향 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들을 보여준다. 일부 경우들에서, 다른 특징들, 및 그러한 특징들 간의 관계들을 강조하기 위해 특정 특징들이 생략된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 일련의 도면들에 도시된 예들에 대한 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.16A-16C,-31A-31C show a fabrication method for an elastic resonator device using a transfer structure with a sacrificial layer. In this series of figures described below, the "a" figures show simplified views showing top cross-sectional views of single crystal resonator devices according to various embodiments of the present invention. Figures "b" show simplified views showing longitudinal cross-sections of the same devices as in the "a" figures. Likewise, the "c" figures show simplified figures showing cross-sectional views in the width direction of the same devices as in the "a" figures. In some cases, certain features are omitted to emphasize other features and relationships between those features. Variations, modifications and alternatives to the examples shown in this series of figures will be recognized by those skilled in the art.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 성장 기판(1610) 위에 가로놓이는 압전 박막(1620)을 형성하는 방법 단계들을 도시한다. 예에서, 성장 기판(1610)은 실리콘(S), 실리콘 탄화물(SiC), 사파이어, 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 압전 막(1620)은 알루미늄 질화물(AlN), 갈륨 질화물(GaN), 또는 다른 유사한 재료들과 같은 Ⅲ족 질화물을 포함하는 막일 수 있다. 추가적으로, 이러한 압전 기판은 두께 트리밍(thickness trim)에 종속될 수 있다. 압전 박막(1620)(시드 층을 갖거나 갖지 않음)은 일부 실시예들에서 도 60 내지 도 64를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 형성될 수 있다.16A-16C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a piezoelectric
도 17a 내지 도 17c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 압전 박막(1620)의 표면 영역 위에 가로놓이는 제1 전극(1710)을 형성하는 방법 단계들을 도시한다. 예에서, 제1 전극(1710)은 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 제1 전극(1710)은 기울기를 갖는 건식 에칭에 종속될 수 있다. 예로서, 기울기는 약 60도일 수 있다.17A-17C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(1710) 및 압전 박막(1620) 위에 가로놓이는 제1 패시베이션 층(1810)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제1 패시베이션 층(1810)은 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산화물(SiOx), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 제1 패시베이션 층(1810)은 약 50 nm 내지 약 100 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.18A-18C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 19a 내지 도 19c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(1810)의 일부 및 압전 막(1620)의 일부 위에 가로놓이는 희생 층(1910)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 희생 층(1910)은 다결정질 실리콘(폴리-Si), 비정질 실리콘(a-Si), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 이 희생 층(1910)은 기울기를 갖는 건식 에칭에 종속될 수 있고, 약 1 um의 두께로 퇴적될 수 있다. 또한, 인 도핑된 SiO2(PSG)는 지지 층(예를 들어, SiNx)의 상이한 조합들을 갖는 희생 층으로서 사용될 수 있다.19A-19C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 20a 내지 도 20c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스를 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 희생 층(1910), 제1 전극(1710), 및 압전 박막(1620) 위에 가로놓이는 지지 층(2010)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 지지 층(2010)은 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 이러한 지지 층(2010)은 약 2-3 um의 두께로 퇴적될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, PSG 희생 층의 경우, 다른 지지 층들(예를 들어, SiNx)이 사용될 수 있다.20A-20C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for the single crystal elastic resonator device according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming the
도 21a 내지 도 21c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 연마된 지지 층(2011)을 형성하기 위해 지지 층(2010)을 연마하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 연마 프로세스는 화학적-기계적 평탄화 프로세스 또는 그와 유사한 것을 포함할 수 있다.21A-21C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for polishing
도 22a 내지 도 22c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 디바이스를 뒤집고, 본드 기판(2210) 위에, 위에 가로놓이는 지지 층(2011)을 물리적으로 결합하는 것을 도시한다. 예에서, 본드 기판(2210)은 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 탄화물(SiC), 또는 다른 유사한 재료들을 갖는 기판 위에 가로놓이는 본딩 지지 층(2220)(SiO2 또는 유사한 재료)을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 본드 기판(2210)의 본딩 지지 층(2220)은 연마된 지지 층(2011)에 물리적으로 결합된다. 또한, 물리적 결합 프로세스는 300℃ 어닐링 프로세스가 뒤따르는 실온 본딩 프로세스를 포함할 수 있다.22A-22C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show turning the device over and physically bonding the
도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 성장 기판(1610)의 제거, 또는 그렇지 않으면 압전 박막(1620)의 전사의 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제거 프로세스는 그라인딩 프로세스, 블랭킷 에칭 프로세스, 막 전사 프로세스, 이온 주입 전사 프로세스, 레이저 크랙 전사 프로세스, 또는 그와 유사한 것, 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다.23A-23C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show the method steps of the removal of the
도 24a 내지 도 24c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(1710) 위에 가로놓이는 압전 막(1620)(압전 막(1621)이 됨) 내에 전극 접촉 비아(2410)를 형성하고, 압전 막(1620), 및 희생 층(1910) 위에 가로놓이는 제1 패시베이션 층(1810) 내에 하나 이상의 릴리스 홀(2420)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 비아 형성 프로세스들은 다양한 유형의 에칭 프로세스들을 포함할 수 있다.24A-24C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures form an electrode contact via 2410 in a piezoelectric film 1620 (which becomes the piezoelectric film 1621) overlying the
도 25a 내지 도 25c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 압전 막(1621) 위에 가로놓이는 제2 전극(2510)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제2 전극(2510)의 형성은 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 또는 다른 유사한 재료들을 퇴적하고; 다음으로, 제2 전극(2510)을 에칭하여 전극 캐비티(2511)를 형성하고 제2 전극으로부터 부분(2511)을 제거하여 상부 금속(2520)을 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상부 금속(2520)은 전극 접촉 비아(2410)를 통해 제1 전극(1720)에 물리적으로 결합된다.25A-25C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming the
도 26a 내지 도 26c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제2 전극(2510)의 일부 및 압전 막(1621)의 일부 위에 가로놓이는 제1 접촉 금속(2610)을 형성하고, 상부 금속(2520)의 일부 및 압전 막(1621)의 일부 위에 놓이는 제2 접촉 금속(2611)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제1 및 제2 접촉 금속들은 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄 청동(AlCu), 또는 이러한 재료들의 관련 합금들 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다.26A-26C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures form a
도 27a 내지 도 27c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제2 전극(2510), 상부 금속(2520), 및 압전 막(1621) 위에 가로놓이는 제2 패시베이션 층(2710)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제2 패시베이션 층(2710)은 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산화물(SiOx) 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 제2 패시베이션 층(2710)은 약 50 nm 내지 약 100 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.27A-27C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 28a 내지 도 28c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 희생 층(1910)을 제거하여 에어 캐비티(2810)를 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제거 프로세스는 폴리-Si 에칭 또는 a-Si 에칭, 또는 그와 유사한 것을 포함할 수 있다.28A-28C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for removing the
도 29a 내지 도 29c는 본 발명의 다른 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제2 전극(2510) 및 상부 금속(2520)을 처리하여, 처리된 제2 전극(2910) 및 처리된 상부 금속(2920)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 이 단계는 제2 전극(2510) 및 상부 금속(2520)의 형성에 후속할 수 있다. 예에서, 이러한 두 개의 컴포넌트의 처리는 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W) 또는 다른 유사한 재료들을 퇴적하고; 다음으로 이 재료를 에칭(예를 들어, 건식 에칭 또는 그와 유사한 것)하여 전극 캐비티(2912) 및 처리된 상부 금속(2920)을 갖는 처리된 제2 전극(2910)을 형성하는 것을 포함한다. 처리된 상부 금속(2920)은 부분(2911)의 제거에 의해, 처리된 제2 전극(2910)으로부터 분리된 채로 남아있는다. 특정 예에서, 처리된 제2 전극(2910)은 Q를 증가시키기 위해, 처리된 제2 전극(2910) 상에 구성된 에너지 제한 구조물을 추가하는 것을 특징으로 한다.29A-29C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device, and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices, according to another example of the present invention. As shown, these figures show method steps for processing
도 30a 내지 도 30c는 본 발명의 다른 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(1710)을 처리하여, 처리된 제1 전극(2310)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 이 단계는 제1 전극(1710)의 형성에 후속할 수 있다. 예에서, 이러한 두 개의 컴포넌트의 처리는 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W) 또는 다른 유사한 재료들을 퇴적하고; 다음으로 이 재료를 에칭(예를 들어, 건식 에칭 또는 그와 유사한 것)하여, 처리된 제2 전극(2910)과 유사하게, 전극 캐비티를 갖는 처리된 제1 전극(3010)을 형성하는 것을 포함한다. 에어 캐비티(2811)는 처리된 제1 전극(3010)으로 인한 캐비티 형상의 변화를 보여준다. 특정 예에서, 처리된 제1 전극(3010)은 Q를 증가시키기 위해, 처리된 제2 전극(3010) 상에 구성된 에너지 제한 구조물을 추가하는 것을 특징으로 한다.30A-30C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices, according to another example of the present invention. As shown, these figures show method steps for processing the
도 31a 내지 도 31c는 본 발명의 다른 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(1710)을 처리하여, 처리된 제1 전극(2310)을 형성하고, 제2 전극(2510)/상부 금속(2520)을 처리하여, 처리된 제2 전극(2910)/처리된 상부 금속(2920)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 이러한 단계들은 도 29a 내지 도 29c, 및 도 30a 내지 도 30c에 대해 설명된 바와 같이, 각각의 개별 전극의 형성에 후속할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 다른 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.31A-31C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device, and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices, according to another example of the present invention. As shown, these figures process the
도 32a 내지 도 32c, 내지 도 46a 내지 도 46c는 희생 층이 없는 전사 구조물을 사용하는 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 도시한다. 아래에 설명되는 이러한 일련의 도면들에서, "a" 도면들은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 단결정 공진기 디바이스들의 상부 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들을 보여준다. "b" 도면들은 "a" 도면들에서와 동일한 디바이스들의 길이 방향 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들을 보여준다. 마찬가지로, "c" 도면들은 "a" 도면들에서와 동일한 디바이스들의 폭 방향 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들을 보여준다. 일부 경우들에서, 다른 특징들, 및 그러한 특징들 간의 관계들을 강조하기 위해 특정 특징들이 생략된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 일련의 도면들에 도시된 예들에 대한 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.32A-32C and 46A-46C show a fabrication method for an elastic resonator device using a transfer structure without a sacrificial layer. In this series of figures described below, the "a" figures show simplified views showing top cross-sectional views of single crystal resonator devices according to various embodiments of the present invention. Figures "b" show simplified views showing longitudinal cross-sections of the same devices as in the "a" figures. Likewise, the "c" figures show simplified figures showing cross-sectional views in the width direction of the same devices as in the "a" figures. In some cases, certain features are omitted to emphasize other features and relationships between those features. Variations, modifications and alternatives to the examples shown in this series of figures will be recognized by those skilled in the art.
도 32a 내지 도 32c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 성장 기판(3210) 위에 가로놓이는 압전 막(3220)을 형성하는 방법 단계들을 도시한다. 예에서, 성장 기판(3210)은 실리콘(S), 실리콘 탄화물(SiC), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 압전 막(3220)은 알루미늄 질화물(AlN), 갈륨 질화물(GaN), 또는 다른 유사한 재료들을 포함하는 에피택셜 막일 수 있다. 추가적으로, 이러한 압전 기판은 두께 트리밍에 종속될 수 있다. 압전 박막(3220)(시드 층을 갖거나 갖지 않음)은 일부 실시예들에서 도 16 및 도 60 내지 도 64를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 형성될 수 있다.32A-32C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 33a 내지 도 33c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 압전 막(3220)의 표면 영역 위에 가로놓이는 제1 전극(3310)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제1 전극(3310)은 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 제1 전극(3310)은 기울기를 갖는 건식 에칭에 종속될 수 있다. 예로서, 기울기는 약 60도일 수 있다.33A-33C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming the
도 34a 내지 도 34c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(3310) 및 압전 막(3220) 위에 가로놓이는 제1 패시베이션 층(3410)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제1 패시베이션 층(3410)은 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산화물(SiOx), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 제1 패시베이션 층(3410)은 약 50 nm 내지 약 100 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.34A-34C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 35a 내지 도 35c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(3310) 및 압전 막(3220) 위에 가로놓이는 지지 층(3510)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 지지 층(3510)은 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 이러한 지지 층(3510)은 약 2-3 um의 두께로 퇴적될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, PSG 희생 층의 경우, 다른 지지 층들(예를 들어, SiNx)이 사용될 수 있다.35A-35C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 36a 내지 도 36c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 영역(3610) 내에 (지지 층(3511)을 형성하기 위해) 지지 층(3510)을 처리하는 임의적 방법 단계를 도시한다. 예에서, 처리는 평평한 본드 표면을 생성하기 위한 지지 층(3510)의 부분적 에칭을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 처리는 캐비티 영역을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 이러한 단계는 화학적-기계적 평탄화 프로세스 또는 그와 유사한 것과 같은 연마 프로세스로 대체될 수 있다.36A-36C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show optional method steps for processing support layer 3510 (to form support layer 3511) within
도 37a 내지 도 37c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 (지지 층(3512)을 형성하기 위해) 지지 층(3511)의 일부 내에 에어 캐비티(3710)를 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 캐비티 형성은 제1 패시베이션 층(3410)에서 정지하는 에칭 프로세스를 포함할 수 있다.37A-37C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming an
도 38a 내지 도 38c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 패시베이션 층(3410)을 통해 압전 막(3220)의 일부 내에 하나 이상의 캐비티 통기구(cavity vent hole)(3810)를 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 캐비티 통기구(3810)는 에어 캐비티(3710)에 연결된다.38A-38C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming one or more cavity vent holes 3810 in a portion of the
도 39a 내지 도 39c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 디바이스를 뒤집고, 본드 기판(3910) 위에, 위에 가로놓이는 지지 층(3512)을 물리적으로 결합하는 것을 도시한다. 예에서, 본드 기판(3910)은 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 탄화물(SiC), 또는 다른 유사한 재료들을 갖는 기판 위에 가로놓이는 본딩 지지 층(3920)(SiO2 또는 유사한 재료)을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 본드 기판(3910)의 본딩 지지 층(3920)은 연마된 지지 층(3512)에 물리적으로 결합된다. 또한, 물리적 결합 프로세스는 300℃ 어닐링 프로세스가 뒤따르는 실온 본딩 프로세스를 포함할 수 있다.39A-39C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show turning the device over and physically bonding the
도 40a 내지 도 40c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 성장 기판(3210)의 제거, 또는 그렇지 않으면 압전 막(3220)의 전사의 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제거 프로세스는 그라인딩 프로세스, 블랭킷 에칭 프로세스, 막 전사 프로세스, 이온 주입 전사 프로세스, 레이저 크랙 전사 프로세스, 또는 그와 유사한 것, 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다.40A-40C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show the method steps of the removal of the
도 41a 내지 도 41c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(3310) 위에 가로놓이는 압전 막(3220) 내에 전극 접촉 비아(4110)를 형성하는 방법 단계를 도시한다. 비아 형성 프로세스들은 다양한 유형들의 에칭 프로세스들을 포함할 수 있다.41A-41C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming an electrode contact via 4110 in the
도 42a 내지 도 42c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 압전 막(3220) 위에 가로놓이는 제2 전극(4210)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제2 전극(4210)의 형성은 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 또는 다른 유사한 재료들을 퇴적하고; 다음으로, 제2 전극(4210)을 에칭하여 전극 캐비티(4211)를 형성하고 제2 전극으로부터 부분(4211)을 제거하여 상부 금속(4220)을 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상부 금속(4220)은 전극 접촉 비아(4110)를 통해 제1 전극(3310)에 물리적으로 결합된다.42A-42C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 43a 내지 도 43c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제2 전극(4210)의 일부 및 압전 막(3220)의 일부 위에 가로놓이는 제1 접촉 금속(4310)을 형성하고, 상부 금속(4220)의 일부 및 압전 막(3220)의 일부 위에 놓이는 제2 접촉 금속(4311)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제1 및 제2 접촉 금속들은 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄 청동(AlCu), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 이러한 도면은 또한 제2 전극(4210), 상부 금속(4220), 및 압전 막(3220) 위에 가로놓이는 제2 패시베이션 층(4320)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제2 패시베이션 층(4320)은 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산화물(SiOx) 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 제2 패시베이션 층(4320)은 약 50 nm 내지 약 100 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.43A-43C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device and a transfer process for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures form a
도 44a 내지 도 44c는 본 발명의 다른 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제2 전극(4210) 및 상부 금속(4220)을 처리하여, 처리된 제2 전극(4410) 및 처리된 상부 금속(4420)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 이 단계는 제2 전극(4210) 및 상부 금속(4220)의 형성에 후속할 수 있다. 예에서, 이러한 두 개의 컴포넌트의 처리는 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W) 또는 다른 유사한 재료들을 퇴적하고; 다음으로 이 재료를 에칭(예를 들어, 건식 에칭 또는 그와 유사한 것)하여 전극 캐비티(4412) 및 처리된 상부 금속(4420)을 갖는 처리된 제2 전극(4410)을 형성하는 것을 포함한다. 처리된 상부 금속(4420)은 부분(4411)의 제거에 의해, 처리된 제2 전극(4410)으로부터 분리된 채로 남아있는다. 특정 예에서, 처리된 제2 전극(4410)은 Q를 증가시키기 위해, 처리된 제2 전극(4410) 상에 구성된 에너지 제한 구조물을 추가하는 것을 특징으로 한다.44A-44C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a single crystal elastic resonator device, and a transfer process for single crystal elastic resonator devices, according to another example of the present invention. As shown, these figures show method steps for processing
도 45a 내지 도 45c는 본 발명의 다른 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(3310)을 처리하여, 처리된 제1 전극(4510)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 이 단계는 제1 전극(3310)의 형성에 후속할 수 있다. 예에서, 이러한 두 개의 컴포넌트의 처리는 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W) 또는 다른 유사한 재료들을 퇴적하고; 다음으로 이 재료를 에칭(예를 들어, 건식 에칭 또는 그와 유사한 것)하여, 처리된 제2 전극(4410)과 유사하게, 전극 캐비티를 갖는 처리된 제1 전극(4510)을 형성하는 것을 포함한다. 에어 캐비티(3711)는 처리된 제1 전극(4510)으로 인한 캐비티 형상의 변화를 보여준다. 특정 예에서, 처리된 제1 전극(4510)은 Q를 증가시키기 위해, 처리된 제2 전극(4510) 상에 구성된 에너지 제한 구조물을 추가하는 것을 특징으로 한다.45A-45C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device, and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices, according to another example of the present invention. As shown, these figures show method steps for processing the
도 46a 내지 도 46c는 본 발명의 다른 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 희생 층을 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(3310)을 처리하여, 처리된 제1 전극(4510)을 형성하고, 제2 전극(4210)/상부 금속(4220)을 처리하여, 처리된 제2 전극(4410)/처리된 상부 금속(4420)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 이러한 단계들은 도 44a 내지 도 44c, 및 도 45a 내지 도 45c에 대해 설명된 바와 같이, 각각의 개별 전극의 형성에 후속할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 다른 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.46A-46C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device, and a sacrificial layer for single crystal elastic resonator devices, according to another example of the present invention. As shown, these figures process the
도 47a 내지 도 47c, 내지 도 59a 내지 도 59c는 다층 미러 구조물을 갖는 전사 구조물을 사용하는 탄성 공진기 디바이스를 위한 제조 방법을 도시한다. 아래에 설명되는 이러한 일련의 도면들에서, "a" 도면들은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 단결정 공진기 디바이스들의 상부 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들을 보여준다. "b" 도면들은 "a" 도면들에서와 동일한 디바이스들의 길이 방향 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들을 보여준다. 마찬가지로, "c" 도면들은 "a" 도면들에서와 동일한 디바이스들의 폭 방향 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들을 보여준다. 일부 경우들에서, 다른 특징들, 및 그러한 특징들 간의 관계들을 강조하기 위해 특정 특징들이 생략된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 일련의 도면들에 도시된 예들에 대한 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.47A-47C and 59A-59C show a fabrication method for an elastic resonator device using a transfer structure with a multi-layer mirror structure. In this series of figures described below, the "a" figures show simplified views showing top cross-sectional views of single crystal resonator devices according to various embodiments of the present invention. Figures "b" show simplified views showing longitudinal cross-sections of the same devices as in the "a" figures. Likewise, the "c" figures show simplified figures showing cross-sectional views in the width direction of the same devices as in the "a" figures. In some cases, certain features are omitted to emphasize other features and relationships between those features. Variations, modifications and alternatives to the examples shown in this series of figures will be recognized by those skilled in the art.
도 47a 내지 도 47c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 성장 기판(4710) 위에 가로놓이는 압전 막(4720)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 성장 기판(4710)은 실리콘(S), 실리콘 탄화물(SiC), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 압전 박막(4720)은 알루미늄 질화물(AlN), 갈륨 질화물(GaN), 또는 다른 유사한 재료들을 포함하는 에피택셜 막일 수 있다. 추가적으로, 이러한 압전 기판은 두께 트리밍에 종속될 수 있다. 압전 박막(4720)(시드 층을 갖거나 갖지 않음)은 일부 실시예들에서 도 60 내지 도 64를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 형성될 수 있다.47A-47C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 48a 내지 도 48c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 압전 막(4720)의 표면 영역 위에 가로놓이는 제1 전극(4810)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제1 전극(4810)은 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 제1 전극(4810)은 기울기를 갖는 건식 에칭에 종속될 수 있다. 예로서, 기울기는 약 60도일 수 있다.48A-48C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 49a 내지 도 49c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 다층 미러 또는 반사기 구조물을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 다층 미러는 저 임피던스 층(4910) 및 고 임피던스 층(4920)을 갖는 적어도 한 쌍의 층들을 포함한다. 도 49a 내지 도 49c에서, 두 쌍의 저/고 임피던스 층들이 도시된다(저 임피던스(4910 및 4911); 고 임피던스(4920 및 4921)). 예에서, 미러/반사기 영역은 공진기 영역보다 클 수 있으며, 공진기 영역을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 각각의 층 두께는 목표 주파수에서 탄성파 파장의 약 1/4이다. 층들은 순서대로 퇴적될 수 있고 그 후에 에칭될 수 있거나, 각각의 층은 개별적으로 퇴적되고 에칭될 수 있다. 다른 예에서, 제1 전극(4810)은 미러 구조물이 패터닝된 후에 패터닝될 수 있다.49A-49C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a multilayer mirror or reflector structure. In the example, the multilayer mirror includes at least one pair of layers having a
도 50a 내지 도 50c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 미러 구조물(층들(4910, 4911, 4920, 및 4921)), 제1 전극(4810), 및 압전 막(4720) 위에 가로놓이는 지지 층(5010)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 지지 층(5010)은 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 이러한 지지 층(5010)은 약 2-3 um의 두께로 퇴적될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 다른 지지 층들(예를 들어, SiNx)이 사용될 수 있다.50A-50C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show the method steps of forming a
도 51a 내지 도 51c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스를 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 연마된 지지 층(5011)을 형성하기 위해 지지 층(5010)을 연마하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 연마 프로세스는 화학적-기계적 평탄화 프로세스 또는 그와 유사한 것을 포함할 수 있다.51A-51C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for the single crystal elastic resonator device according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for polishing
도 52a 내지 도 52c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 디바이스를 뒤집고, 본드 기판(5210) 위에 가로놓인, 위에 가로놓이는 지지 층(5011)을 물리적으로 결합하는 것을 도시한다. 예에서, 본드 기판(5210)은 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 실리콘 이산화물(SiO2), 실리콘 탄화물(SiC), 또는 다른 유사한 재료들을 갖는 기판 위에 가로놓이는 본딩 지지 층(5220)(SiO2 또는 유사한 재료)을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 본드 기판(5210)의 본딩 지지 층(5220)은 연마된 지지 층(5011)에 물리적으로 결합된다. 또한, 물리적 결합 프로세스는 300℃ 어닐링 프로세스가 뒤따르는 실온 본딩 프로세스를 포함할 수 있다.52A-52C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show turning the device over and physically bonding the
도 53a 내지 도 53c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 성장 기판(4710)의 제거, 또는 그렇지 않으면 압전 박막(4720)의 전사의 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제거 프로세스는 그라인딩 프로세스, 블랭킷 에칭 프로세스, 막 전사 프로세스, 이온 주입 전사 프로세스, 레이저 크랙 전사 프로세스, 또는 그와 유사한 것, 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다.53A-53C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show the method steps of the removal of the
도 54a 내지 도 54c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(4810) 위에 가로놓이는 압전 막(4720) 내에 전극 접촉 비아(5410)를 형성하는 방법 단계를 도시한다. 비아 형성 프로세스들은 다양한 유형들의 에칭 프로세스들을 포함할 수 있다.54A-54C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming an electrode contact via 5410 in a
도 55a 내지 도 55c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 압전 막(4720) 위에 가로놓이는 제2 전극(5510)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제2 전극(5510)의 형성은 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 또는 다른 유사한 재료들을 퇴적하고; 다음으로, 제2 전극(5510)을 에칭하여 전극 캐비티(5511)를 형성하고 제2 전극으로부터 부분(5511)을 제거하여 상부 금속(5520)을 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상부 금속(5520)은 전극 접촉 비아(5410)를 통해 제1 전극(5520)에 물리적으로 결합된다.55A-55C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures show method steps for forming a
도 56a 내지 도 56c는 본 발명의 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제2 전극(5510)의 일부 및 압전 막(4720)의 일부 위에 가로놓이는 제1 접촉 금속(5610)을 형성하고, 상부 금속(5520)의 일부 및 압전 막(4720)의 일부 위에 가로놓이는 제2 접촉 금속(5611)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 예에서, 제1 및 제2 접촉 금속들은 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄 청동(AlCu), 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 이러한 도면은 또한 제2 전극(5510), 상부 금속(5520) 및 압전 막(4720) 위에 가로놓이는 제2 패시베이션 층(5620)을 형성하는 방법 단계를 보여준다. 예에서, 제2 패시베이션 층(5620)은 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산화물(SiOx) 또는 다른 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 제2 패시베이션 층(5620)은 약 50 nm 내지 약 100 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.56A-56C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices according to an example of the present invention. As shown, these figures form a
도 57a 내지 도 57c는 본 발명의 다른 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제2 전극(5510) 및 상부 금속(5520)을 처리하여, 처리된 제2 전극(5710) 및 처리된 상부 금속(5720)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 이 단계는 제2 전극(5710) 및 상부 금속(5720)의 형성에 후속할 수 있다. 예에서, 이러한 두 개의 컴포넌트의 처리는 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W) 또는 다른 유사한 재료들을 퇴적하고; 다음으로 이 재료를 에칭(예를 들어, 건식 에칭 또는 그와 유사한 것)하여 전극 캐비티(5712) 및 처리된 상부 금속(5720)을 갖는 처리된 제2 전극(5410)을 형성하는 것을 포함한다. 처리된 상부 금속(5720)은 부분(5711)의 제거에 의해, 처리된 제2 전극(5710)으로부터 분리된 채로 남아있는다. 특정 예에서, 이러한 처리는 전극 캐비티(5712)를 생성하는 동안, 제2 전극 및 상부 금속에 더 큰 두께를 제공한다. 특정 예에서, 처리된 제2 전극(5710)은 Q를 증가시키기 위해, 처리된 제2 전극(5710) 상에 구성된 에너지 제한 구조물을 추가하는 것을 특징으로 한다.57A-57C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device, and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices, according to another example of the present invention. As shown, these figures show method steps for processing
도 58a 내지 도 58c는 본 발명의 다른 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(4810)을 처리하여, 처리된 제1 전극(5810)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 이 단계는 제1 전극(4810)의 형성에 후속할 수 있다. 예에서, 이러한 두 개의 컴포넌트의 처리는 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 텅스텐(W) 또는 다른 유사한 재료들을 퇴적하고; 다음으로 이 재료를 에칭(예를 들어, 건식 에칭 또는 그와 유사한 것)하여, 처리된 제2 전극(5710)과 유사하게, 전극 캐비티를 갖는 처리된 제1 전극(5810)을 형성하는 것을 포함한다. 앞의 두 개의 예와 비교하여, 에어 캐비티는 존재하지 않는다. 특정 예에서, 처리된 제1 전극(5810)은 Q를 증가시키기 위해, 처리된 제2 전극(5810) 상에 구성된 에너지 제한 구조물을 추가하는 것을 특징으로 한다.58A-58C are simplified diagrams showing various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device, and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices, according to another example of the present invention. As shown, these figures show method steps for processing the
도 59a 내지 도 59c는 본 발명의 다른 예에 따른 단결정 탄성 공진기 디바이스, 및 단결정 탄성 공진기 디바이스들을 위한 다층 미러를 사용하는 전사 프로세스를 위한 방법 단계들의 다양한 단면도들을 도시하는 단순화된 도면들이다. 도시된 바와 같이, 이러한 도면들은 제1 전극(4810)을 처리하여, 처리된 제1 전극(5810)을 형성하고, 제2 전극(5510)/상부 금속(5520)을 처리하여, 처리된 제2 전극(5710)/처리된 상부 금속(5720)을 형성하는 방법 단계를 도시한다. 이러한 단계들은 도 57a 내지 도 57c, 및 도 58a 내지 도 58c에 대해 설명된 바와 같이, 각각의 개별 전극의 형성에 후속할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 다른 변형들, 수정들 및 대안들을 인식할 것이다.59A-59C are simplified diagrams illustrating various cross-sectional views of method steps for a transfer process using a single crystal elastic resonator device, and a multilayer mirror for single crystal elastic resonator devices, according to another example of the present invention. As shown, these figures process the
전사 프로세스들에 관한 이전의 예들 각각에서, 에너지 제한 구조물들은 제1 전극, 제2 전극, 또는 둘 다에 형성될 수 있다. 예에서, 이러한 에너지 제한 구조물은 공진기 영역을 둘러싸는 질량 부하 영역들(mass loaded areas)이다. 공진기 영역은 제1 전극, 압전 층 및 제2 전극이 중첩되는 영역이다. 에너지 제한 구조물 내의 더 큰 질량 부하는 공진기의 차단 주파수를 낮춘다. 차단 주파수는 압전 막의 표면에 평행한 방향으로 탄성파가 전파될 수 있는 주파수의 하한 또는 상한이다. 따라서, 차단 주파수는 파동이 두께 방향을 따라 진행하는 공진 주파수이므로 수직 방향을 따른 공진기의 전체 적층 구조물에 의해 결정된다. 압전 막들(예를 들어, AlN)에서, 차단 주파수보다 낮은 주파수의 탄성파는 막의 표면을 따라 평행한 방향으로 전파될 수 있는데, 즉 탄성파는 고대역 차단형 분산 특성을 나타낸다. 이 경우, 공진기를 둘러싼 질량 부하 영역은 탄성파가 공진기 외부로 전파되는 것을 방지하는 장벽을 제공한다. 이렇게 함으로써, 이러한 특성은 공진기의 품질 인자를 증가시키고, 공진기의 성능을 향상시키며, 결과적으로 필터의 성능을 향상시킨다.In each of the previous examples of transfer processes, energy confining structures may be formed on the first electrode, the second electrode, or both. In an example, these energy confining structures are mass loaded areas surrounding the resonator region. The resonator region is a region where the first electrode, the piezoelectric layer, and the second electrode overlap. A larger mass load within the energy confining structure lowers the cutoff frequency of the resonator. The cutoff frequency is a lower limit or an upper limit of a frequency at which an elastic wave can propagate in a direction parallel to the surface of the piezoelectric film. Therefore, since the cutoff frequency is a resonant frequency at which a wave travels along the thickness direction, it is determined by the entire laminated structure of the resonator along the vertical direction. In piezoelectric films (eg, AlN), elastic waves of a frequency lower than the cutoff frequency can propagate in a parallel direction along the surface of the film, that is, the elastic waves exhibit high-band cutoff-type dispersion characteristics. In this case, the mass loaded region surrounding the resonator provides a barrier preventing elastic waves from propagating out of the resonator. In doing so, this property increases the quality factor of the resonator, improves the performance of the resonator, and consequently improves the performance of the filter.
추가로, 최상부 단결정 압전 층은 다결정 압전 막에 의해 대체될 수 있다. 이러한 막들에서, 기판과의 계면에 가까운 하측 부분은 표면에 가까운 막의 상측 부분보다 더 작은 입자 크기들 및 더 넓은 압전 분극 배향 분포로 불량한 결정질 품질을 갖는다. 이는 압전 막의 다결정 성장, 즉 핵형성 및 초기 막이 무작위의 결정질 배향들을 갖는 것으로 인한 것이다. 압전 재료로서 AlN을 고려할 때, c축을 따른 성장 속도 또는 분극 배향은 다른 결정질 배향들보다 높고, 이는 막이 두껍게 성장함에 따라 성장 표면에 수직인 c축을 갖는 입자들의 비율을 증가시킨다. 약 1um 두께의 전형적인 다결정 AlN 막에서, 표면에 가까운 막의 상측 부분은 압전 분극 측면에서 더 양호한 결정질 품질 및 더 양호한 정렬을 갖는다. 본 발명에서 고려되는 박막 전사 프로세스를 사용함으로써, 매우 얇은 압전 막들을 갖는 고주파수 BAW 공진기들에서 다결정 막의 상측 부분을 사용하는 것이 가능하다. 이것은 성장 기판 제거 프로세스 동안 압전 층의 일부를 제거함으로써 수행될 수 있다. 물론, 다른 변형들, 수정들 및 대안들이 있을 수 있다.Additionally, the uppermost monocrystalline piezoelectric layer may be replaced by a polycrystalline piezoelectric film. In these films, the lower part close to the interface with the substrate has poor crystalline quality with smaller grain sizes and wider piezoelectric polarization orientation distribution than the upper part of the film close to the surface. This is due to the polycrystalline growth of the piezoelectric film, i.e. nucleation and that the initial film has random crystalline orientations. Considering AlN as a piezoelectric material, the growth rate or polarization orientation along the c-axis is higher than other crystalline orientations, which increases the proportion of particles with the c-axis perpendicular to the growth surface as the film grows thicker. In a typical polycrystalline AlN film of about 1 um thickness, the upper part of the film close to the surface has better crystalline quality and better alignment in terms of piezoelectric polarization. By using the thin film transfer process contemplated in the present invention, it is possible to use the upper part of the polycrystalline film in high frequency BAW resonators with very thin piezoelectric films. This may be done by removing a portion of the piezoelectric layer during the growth substrate removal process. Of course, there may be other variations, modifications and alternatives.
상기는 특정 실시예들에 대한 완전한 설명이지만, 다양한 수정들, 대안적 구성들 및 균등물들이 사용될 수 있다. 예로서, 패키징된 디바이스는 본 명세서의 외부 뿐만 아니라 위에서 설명된 요소들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 설명 및 예시들은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.While the above is a complete description of specific embodiments, various modifications, alternative constructions, and equivalents may be used. As an example, a packaged device may include any combination of elements described above as well as outside of this specification. Accordingly, the above description and examples are not to be regarded as limiting the scope of the present invention, which is defined by the appended claims.
Claims (25)
응력 중립적인 템플릿 층(stress neutral template layer)을 제공하기 위해 Si 기판의 제1 표면 상에 재료를 퇴적하는 단계;
상기 응력 중립적인 템플릿 층 상에 Ⅲ족 원소 및 질소를 포함하는 압전 박막을 스퍼터링하는 단계;
상기 압전 박막의 나머지 부분을 제공하도록 상기 Si 기판 및 상기 응력 중립적인 템플릿 층을 제거하기 위해 제1 표면에 반대되는 상기 Si 기판의 제2 표면을 처리하는 단계; 및
상기 압전 박막의 상기 나머지 부분에 압전 공진기를 형성하는 단계
를 포함하는 방법.As a method of forming a piezoelectric thin film,
depositing a material on the first surface of the Si substrate to provide a stress neutral template layer;
sputtering a piezoelectric thin film containing a Group III element and nitrogen on the stress-neutral template layer;
treating a second surface of the Si substrate opposite the first surface to remove the Si substrate and the stress neutral template layer to provide a remainder of the piezoelectric thin film; and
Forming a piezoelectric resonator in the remaining portion of the piezoelectric thin film.
How to include.
상기 압전 박막을 스퍼터링하는 단계는 XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 대략적으로 약 0.5도 미만 내지 약 0.4도의 결정질 품질을 갖는 AlN 압전 박막을 제공하기 위해 상기 응력 중립적인 템플릿 층의 표면 상에 Al을 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 방법.7. The method of claim 6, wherein the ratio of Ga to the total amount of Group III material ("1-x") at the surface of the stress-neutral template layer is in the range of about 0.5 to 1.0;
Sputtering the piezoelectric thin film comprises sputtering Al onto the surface of the stress neutral template layer to provide an AlN piezoelectric thin film having a crystalline quality of approximately less than about 0.5 degrees to about 0.4 degrees as measured at FWHM using XRD. A method comprising the steps of:
상기 압전 박막을 스퍼터링하는 단계는 XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 0.44도 미만 내지 약 0.25도의 결정질 품질을 갖는 AlScN 압전 박막을 제공하기 위해 상기 응력 중립적인 템플릿 층의 표면 상에 Al 및 Sc를 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 방법.7. The method of claim 6, wherein the ratio of Ga to the total amount of Group III material ("1-x") at the surface of the stress-neutral template layer is in the range of about 0.5 to 1.0;
Sputtering the piezoelectric thin film sputters Al and Sc onto the surface of the stress neutral template layer to provide an AlScN piezoelectric thin film having a crystalline quality of less than about 0.44 degrees to about 0.25 degrees as measured at FWHM using XRD A method comprising the steps of:
템플릿 층을 제공하기 위해 Si 기판의 제1 표면 상에 재료를 에피택셜 퇴적하는 단계;
상기 템플릿 층 상에 Ⅲ족 원소 및 질소를 포함하는 단결정 압전 박막을 스퍼터링하는 단계;
상기 단결정 압전 박막의 나머지 부분을 제공하도록 상기 Si 기판 및 상기 템플릿 층을 제거하기 위해 제1 표면에 반대되는 상기 Si 기판의 제2 표면을 처리하는 단계; 및
상기 단결정 압전 박막의 상기 나머지 부분에 단결정 압전 공진기를 형성하는 단계
를 포함하는 방법.As a method of forming a single crystal piezoelectric thin film,
epitaxially depositing a material on the first surface of the Si substrate to provide a template layer;
sputtering a single crystal piezoelectric thin film containing a Group III element and nitrogen on the template layer;
treating a second surface of the Si substrate opposite the first surface to remove the Si substrate and the template layer to provide a remainder of the single crystal piezoelectric thin film; and
Forming a single crystal piezoelectric resonator in the remaining portion of the single crystal piezoelectric thin film.
How to include.
상기 단결정 압전 박막을 스퍼터링하는 단계는 XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 0.44도 미만 내지 약 0.25도의 결정질 품질을 갖는 AlScN 압전 박막을 제공하기 위해 상기 템플릿 층의 표면 상에 Al 및 Sc를 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 방법.20. The method of claim 19, wherein the ratio of Ga to the total amount of Group III material ("1-x") at the surface of the template layer is in the range of about 0.5 to 1;
sputtering the single crystal piezoelectric thin film comprises sputtering Al and Sc on the surface of the template layer to provide an AlScN piezoelectric thin film having a crystalline quality of less than about 0.44 degrees to about 0.25 degrees as measured at FWHM using XRD. Including, method.
약 -200 Mpa 내지 약 +200 MPa 범위의 응력을 갖는 템플릿 층 표면을 제공하기 위해 Si 기판의 제1 표면 상에 재료를 퇴적하는 단계;
상기 템플릿 층 표면 상에 Ⅲ족 원소 및 질소를 포함하는 단결정 압전 박막을 스퍼터링하는 단계;
XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 0.44도 미만 내지 약 0.25도의 결정질 품질을 갖는 상기 단결정 압전 박막의 나머지 부분을 제공하도록 상기 Si 기판 및 상기 템플릿 층 표면을 제거하기 위해 제1 표면에 반대되는 상기 Si 기판의 제2 표면을 처리하는 단계; 및
상기 단결정 압전 박막의 상기 나머지 부분에 단결정 압전 공진기를 형성하는 단계
를 포함하는 방법.As a method of forming a piezoelectric thin film,
depositing a material on the first surface of the Si substrate to provide a template layer surface having a stress ranging from about -200 Mpa to about +200 MPa;
sputtering a single crystal piezoelectric thin film containing a Group III element and nitrogen on the surface of the template layer;
the Si opposite to the first surface to remove the Si substrate and the template layer surface to provide a remainder of the single crystal piezoelectric thin film having a crystalline quality of less than about 0.44 degrees to about 0.25 degrees as measured at FWHM using XRD treating the second surface of the substrate; and
Forming a single crystal piezoelectric resonator in the remaining portion of the single crystal piezoelectric thin film.
How to include.
약 -200 Mpa 내지 약 +200 MPa 범위의 응력을 갖는 템플릿 층 표면을 제공하기 위해 MOCVD 또는 MBE를 사용하여 Si 기판의 제1 표면 상에 재료를 퇴적하는 단계;
상기 템플릿 층 표면 상에 Ⅲ족 원소 및 질소를 포함하는 단결정 압전 박막을 스퍼터링하는 단계;
XRD를 사용하여 FWHM에서 측정된 약 0.44도 미만 내지 약 0.25도의 결정질 품질을 갖는 상기 단결정 압전 박막의 나머지 부분을 제공하도록 상기 Si 기판 및 상기 템플릿 층 표면을 제거하기 위해 제1 표면에 반대되는 상기 Si 기판의 제2 표면을 처리하는 단계; 및
상기 단결정 압전 박막의 상기 나머지 부분에 단결정 압전 공진기를 형성하는 단계
를 포함하는 방법.
As a method of forming a piezoelectric thin film,
depositing a material onto the first surface of the Si substrate using MOCVD or MBE to provide a template layer surface having a stress in the range of about -200 Mpa to about +200 MPa;
sputtering a single crystal piezoelectric thin film containing a Group III element and nitrogen on the surface of the template layer;
the Si opposite to the first surface to remove the Si substrate and the template layer surface to provide a remainder of the single crystal piezoelectric thin film having a crystalline quality of less than about 0.44 degrees to about 0.25 degrees as measured at FWHM using XRD treating the second surface of the substrate; and
Forming a single crystal piezoelectric resonator in the remaining portion of the single crystal piezoelectric thin film.
How to include.
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