TW202404137A - 絕緣體上壓電（ｐｏｉ）底材及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種POI底材(100, 200)，其包括一支撐底材(102)，其具有一第一聲阻；一壓電層(104)，尤其是一層鉭酸鋰(LTO)、鈮酸鋰(LNO)、氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)、矽酸鎵鑭或鉭酸鎵鑭；一介電層(110)，其具有一第二聲阻且被夾在該壓電層(104)及該支撐底材(102)之間；一中間層(106)，其位於該支撐底材(102)及該介電層(110)之間，其特徵在於該中間層(106)為具有可變成分之一層，亦即該中間層(106)的聲阻沿著其厚度變化，特別是以漸進方式，在該第一聲阻及該第二聲阻的值之間變化。本發明還涉及一種用於製作此一POI底材之方法，且亦涉及一種包括此一POI底材之表面聲波元件(SAW)。
Description
本發明涉及一種絕緣體上壓電(piezoelectric-on-insulator，POI)底材及一種用於製作此一POI底材之方法。
POI底材包括了一支撐底材上的一壓電材料薄層，二者由氧化矽介電層接合在一起，該介電層在壓電材料層與支撐底材之間提供了良好黏附性。
此等底材係用於諸如感測器或濾波器的聲波元件。與現有技術的其他底材相比，由於其品質值Q及電耦合係數k
2更高，這些元件因此具有良好效能。
然而，支撐底材為矽基材質意味著，在支撐底材的聲阻(acoustic impedance)與氧化矽介電層的聲阻之間存在了顯著差異。壓電底材結構中聲阻的這種差異，導致在POI底材上所製作的聲波元件效能之損失。這是因為支撐底材與氧化矽介電層之間的聲阻差異，會在表面聲波元件(acoustic wave devices，SAW)使用的頻帶中產生寄生模式(parasitic mode)。
本發明之一目的在於克服上述缺點，特別是設計出一種具有更佳特性的POI底材，以應用於聲波元件(SAW)。
本發明之目的係透過一種POI底材來實現，該底材包括一支撐底材，其具有一第一聲阻；一壓電層，尤其是一層鉭酸鋰(LTO)、鈮酸鋰(LNO)、氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)、矽酸鎵鑭或鉭酸鎵鑭；一介電層，其具有一第二聲阻且被夾在該壓電層與該支撐底材之間；一中間層，其位於該支撐底材及該介電層之間，該底材之特徵在於，該中間層是具有可變成分的一層，亦即該中間層的聲阻沿著其厚度變化，尤其是以漸進方式，在該第一聲阻及該第二聲阻的值之間變化。因此，該中間層的聲阻變化使其得以漸進式減少POI底材中介電層與支撐底材之間的聲阻差異，從而降低效能損失。
依照一實施例，該支撐底材可以是一矽基底材，該介電層是一氧化矽層，且該中間層是具有可變氧成分及/或可變氮成分的氮氧化矽SiO
xN
y層。在位於該壓電層與該支撐底材之間使用一氮基中間層，得以減少鋰或氫擴散到該支撐底材中，同時實現具有可變成分的一中間層。
依照一實施例，中間層的氧成分及/或氮成分變化是漸進線性變化或階梯式變化。氮氧化矽層的量qt之變化使其得以漸進式改變中間層的聲阻。依照一實施例，中間氮氧化矽SiO
xN
y層的可變成分定義為量qt = y/(y+x)，且可沿著其厚度變化，亦即qt在其與該介電層的交界面為0，且qt在其與該支撐底材的交界面為至少0.4。量qt沿著氮氧化矽層厚度的變化，使得可漸進地減少該介電層與該支撐底材之間的聲阻差異。
依照與縱波(longitudinal waves)有關的一實施例，與該支撐底材的交界面的量qt可等於約qt = 0.5，因為對於Si (100)類型的支撐底材，聲阻Z = 21.1*10
6Pa·s/m；與該支撐底材的交界面的量qt可等於約qt = 0.68，因為對於Si (110)類型的支撐底材，Z = 21.1*10
6Pa·s/m；與該支撐底材的交界面的量qt可等於約qt = 0.7，因為對於Si (111)類型的支撐底材，Z = 21.6*10
6Pa·s/m。與該支撐底材的交界面的量qt之變化，使其得以根據其晶體定向而將聲阻調整為支撐底材的聲阻。
取決於與聲學元件相關的傳播模式，即縱向傳播波(longitudinal propagation wave)，或慢速或快速剪力波(slow or fast shear wave)，即可決定其他最佳化值。
依照一實施例，氮氧化矽SiO
xN
y層的量qt可在其與該壓電層之介電層的交界面以及其與該支撐底材的交界面之間，以遞增方式變化，尤其是以階梯式或線性遞增方式變化。以此方式，又可進一步減輕聲阻差異的負面影響。
依照一實施例，POI底材可更包括在固體支撐底材上的一捕捉層，尤其是一多晶矽基層。支撐底材上的捕捉層之存在得以改善絕緣體上壓電底材，同時減少支撐底材中的能量損失。由於捕捉層與支撐底材一樣為矽基，因此可使用與捕捉層接觸的中間層，且以與上述相同的方式減少聲阻差異。
本發明之目的亦透過一種用於製作一POI底材之方法來實現，其包括以下步驟：提供具有第一聲阻之一支撐底材，尤其是矽基底材；提供一壓電底材，尤其是鉭酸鋰(LTO)、鈮酸鋰(LNO)、氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)、矽酸鎵鑭或鉭酸鎵鑭底材；在該壓電底材上形成具有第二聲阻之一介電層，尤其是氧化矽層；在該支撐底材之一自由表面上形成一中間層，尤其是基於氮氧化矽SiO
xN
y的一層，該中間層沿其厚度方向具有可變成分，從而使該中間層的聲阻以漸進方式，在該第一聲阻及該第二聲阻的值之間變化；以及將帶有該介電層之該壓電底材與帶有該中間層之該支撐底材接合。因此，該中間層之聲阻變化使其得以漸進式地減少POI底材中該介電層與該支撐底材之間的聲阻差異，從而減少POI底材中的效能損失。
依照一實施例，該壓電底材與該支撐底材之間的接合可在該中間層與該介電層之間實現。由於該中間層是SiO
xN
y基，因此接合交界面可形成以穩定著稱的氧化物-氧化物類型之鍵合。
依照一實施例，該方法可更包括在接合步驟之前，於支撐底材之中間層上形成一介電層之步驟，這樣，接合便會在支撐底材的介電層與壓電底材的介電層之間實現。支撐底材與壓電層的接合交界面在兩介電層之間的交界面產生，且具有氧化物-氧化物類型的鍵合，亦即，其為穩定鍵合之氧化矽-氧化矽類型的鍵合。
依照一實施例，在支撐底材上形成中間層的步驟可包括形成基於氮氧化矽SiO
xN
y的一層，其中氮氧化矽SiO
xN
y層的可變成分qt被定義為量qt
1= y/(y+x)，且沿其厚度變化，亦即qt
1在其與介電層的交界面為0，且qt
1在其與支撐底材的交界面為至少0.4。鑑於中間層的聲阻在接近介電層交界面之介電層聲阻值與接近支撐底材的聲阻值之間變化，中間層得以調整由該方法所獲得的不同POI底材材料的聲阻，以減少絕緣體上壓電底材的聲阻差異。由此獲得的POI底材具有更適合聲波元件中的底材使用之聲阻，因為這使得聲波元件所用頻帶中的寄生效應減少。
依照一實施例，在支撐底材上形成中間層的步驟可包括形成基於氮氧化矽SiO
xN
y的一層，其中氮氧化矽SiO
xN
y層的量qt
2被定義為qt
2= y/(y+x)且沿其厚度變化，亦即其中qt
2在其與支撐底材的交界面為至少0.4，且該方法可更包括在接合步驟之前，在壓電底材之介電層上形成一SiO
xN
y層之步驟，對於氮氧化矽SiO
xN
y層，該SiO
xN
y層具有的量qt
3被定義為qt
3= y/(y+x)且沿其厚度變化，亦即在其與壓電底材之介電層的交界面qt
3= 0，使得接合在支撐底材的SiO
xN
y層與壓電底材的SiO
xN
y層之間實現，其中在壓電底材與支撐底材的SiO
xN
y層之間的交界面，qt
2等於qt
3。
支撐底材與壓電層的接合交界面，係在兩個基於氮氧化矽SiO
xN
y的中間層之間的交界面產生，且該接合交界面具有允許穩定鍵合之氧化物-氧化物類型的鍵合。
依照一實施例，該方法可更包括在支撐底材上形成一捕捉層之步驟，尤其是一多晶矽基層。支撐底材上的一捕捉層之存在得以改善絕緣體上壓電底材，同時減少該支撐底材中的能量損失。捕捉層與支撐底材一樣為矽基，因此可使用與捕捉層接觸的中間層，且以與上述相同的方式減少聲阻差異。
依照一實施例，形成中間層之步驟可在氧氮混合的氣氛中透過射頻濺鍍(radiofrequency sputtering)進行。
本發明之目的還透過包括如上所述絕緣體上壓電底材之聲波元件(SAW)來實現。通過調整POI底材之支撐底材與介電層之間的聲阻，此SAW元件在其操作頻帶中呈現出寄生效應的降低。
本發明及其優點將在下文透過較佳實施例之方式說明之，並由所附圖式支持，其中元件符號代表本發明之特徵。
本發明將以示範性方式，並參照圖式，使用有利實施例來更詳細地描述。所描述的實施例僅爲可能的配置，且應該記住的是，在本發明的實施中可彼此獨立地提供或可完全省略如上所述的各個特徵。
圖1繪示依照本發明之第一實施例的POI底材之示意圖。
POI底材100包括了一支撐底材102，該支撐底材102經由位於其上的一中間層106而接合到一壓電層104，該中間層106在交界面108與該支撐底材102直接接觸，並在交界面112與一介電層110直接接觸。該介電層110在交界面114與該壓電層104直接接觸。
該支撐底材102可以是一矽基底材，尤其是一矽基固體底材。該支撐底材102可以是一結晶或多晶底材。基於結晶矽的支撐底材102可具有定向(111)、定向(100)或定向(110)。矽(100)具有等於19.4*10
6Pa·s/m的聲阻Z，矽(111)具有Z = 21.6*10
6Pa·s/m的聲阻，矽(110)具有Z = 21.1*10
6Pa·s/m的聲阻。
依照本發明，該介電層110是基於氧化矽的層，其具有100至900 nm之間的厚度，詳言之在200至700 nm之間。該介電層110具有一第二聲阻，其不同於該支撐底材102的第一聲阻，因為氧化矽具有11.5*10
6Pa·s/m至14*10
6Pa·s/m之間的聲阻，詳言之約13.7*10
6Pa·s/m的聲阻。在一變化例中，該介電層110也可以是基於氮化矽的層或者包括氮化矽與氧化矽SiO
xN
y之組合的一層，在該層中氮化物的量是恆定的。
該壓電層104是基於一壓電材料的一層，具有200 nm至700 nm之間的厚度。該壓電材料可例如是鉭酸鋰(LTO)、鈮酸鋰(LNO)、氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)、矽酸鎵鑭(langasite)或鉭酸鎵鑭(langatate)。
該中間層106是具有可變成分(variable composition)的一層，亦即沿其厚度
e
1 。該中間層106的成分變化使得該中間層106的聲阻分別在該支撐底材102的第一聲阻值及該介電層110的第二聲阻值之間變化。該中間層106的可變聲阻得以在該第一聲阻值漸進變成該第二聲阻值時，限制POI底材100的該介電層110及該支撐底材102之間的聲阻差異的影響。
依照本發明一實施例，該中間層106是基於氮氧化矽SiO
xN
y的一層。該中間層106的厚度
e
1 在100 nm至1000 nm之間，詳言之在200 nm至1000 nm之間。
依照本發明之氮氧化矽SiO
xN
y中間層106具有一化學計量(stoichiometry)，該化學計量隨着其厚度
e
1 而變化，以調節其聲阻。這是因為層的聲阻取決於該層中氧量的變化及/或氮量的變化。
x及y的值被設定為使得觀察到期望的或預定的聲阻變化。該中間層106中的氧量及氮量，取決於用以沉積該SiO
xN
y層的製作方法。
依照一實施例，該中間層係如文件Grahn et al. : “Elastic properties of silicon oxynitride films determined by picosecond acoustics”, Applied Physics Letters 53, 2281, 1988中所述那樣製作，以便獲得根據qt
1(
e
1 ) = y/(y+x)變化的中間氮氧化矽SiO
xN
y層106之化學計量。SiO
xN
y層是在氧氮混合的氣體環境中透過射頻濺鍍(RF濺鍍)來製作。因此，SiO
xN
y層的成分可透過改變比率y/(y+x)來控制，該比率對應於沉積期間氣體環境中的氮量及氮氧量。
氮氧化矽SiO
xN
y層106的量qt之變化，是在中間層106的兩個表面之間隨着層106的厚度
e
1 而變化。在該第一實施例中，氮氧化矽SiO
xN
y層106的量qt
1之變化，是其與該介電層110的交界面112及其與該支撐底材102的交界面108之間的遞增變化。該變化舉例而言爲階梯式增加或線性增加。
圖2繪示該中間層106中縱向聲波V
longi的速度隨着該中間層106中氮(N)的量qt而變化，該中間層106中的氮量qt值為0、0.33、0.50、0.68及1。此圖已由Grahn et al. 於文件“Elastic properties of silicon oxynitride films determined by picosecond acoustics”, Applied Physics Letters 53, 2281, 1988中發表。
還可看到縱向聲波速度的線性增加隨着該中間層106的量qt增加。代表線性變化的線，是在數據點透過最小平方法進行的調整。
從圖2的數據開始，聲阻係透過計算聲阻Z而獲得，根據文件Grahn et al.: “Elastic properties of silicon oxynitride films determined by picosecond acoustics”, Applied Physics Letters 53, 2281 (1988)，Z = V
longi* 密度，而V
longi爲縱向聲波的速度。
圖3繪示SiO
xN
y層的聲阻隨着量qt而變化。當量qt等於0，聲阻Z的值等於氧化矽層之聲阻Z的值，其爲13.7*10
6Pa·s/m數量級。隨著量qt增加，該中間層106的聲阻持續增加。當量qt值之0.5至0.7之間，聲阻Z變得與矽的聲阻Z相當，在19.4 *10
6Pa·s/m至21.8 *10
6Pa·s/m之間，視矽的結晶定向而定。當量qt = 1，獲得的聲阻Z為Si
3N
4之聲阻Z，其爲25.5 *10
6Pa·s/m數量級。然而，聲阻Z的這個值取決於所採用的沉積技術。
因此，透過改變中間層106的量qt
1可獲得層106的聲阻值變化，該值可在Si
3N
4層的聲阻值與氧化矽層的聲阻值之間變化。從圖3繪示的值開始，可將量qt的值設定為隨着在SiO
xN
y層厚度
e
1 中的位置而變化。
基於圖3所繪示，在與介電層110的交界面112處，中間層106的qt
1(
e
1 )被設定為0。此後，qt
1作為厚度
e
1 的函數而增加直到達到量qt
1(
e
1 = 0) ≥ 0.4，詳言之在與支撐底材的交界面處，qt
1(
e
1 = 0) = 0.7。中間層106在與支撐底材102的交界面108處之聲阻(
e
1 = 0)因此是支撐底材102的第一聲阻之數量級。
因此，該中間層106得以透過其聲阻(其在該支撐底材102的聲阻及該介電層110的聲阻之間)來減少該支撐底材102及該介電層110二者聲阻之間的差異。
此外，該介電層110及該中間層106的交界面112是不含氮(N)且包括氧化矽-氧化矽鍵合的交界面，該氧化矽-氧化矽鍵合已知是可改善黏附的穩定鍵合。
此外，鑒於該中間層106是基於SiO
xN
y的層，該中間層106中氮的存在得以減少鋰或氫擴散到該支撐底材102中。
因此，依照本發明之POI底材100呈現出更佳的穩定性，還改善了其在諸如感測器、濾波器或其他表面聲波元件(SAW)用途的特性。減少POI底材100中的聲阻差異，可減少表面聲波元件操作所需頻率範圍內不樂見模式。
圖4繪示本發明第一實施例的變化例。POI底材100及變化例的POI底材200之間的唯一差異是，支撐底材102與中間層106之間存在一捕捉層116。POI底材200的所有其他特徵與圖1中描述的特徵相同。與第一實施例的共同特徵及元件可參考上文，不再於此贅述。
該捕捉層116在交界面118處與該支撐底材102接觸，並在交界面120處與該中間層106接觸。該捕捉層116被夾在該支撐底材102與該中間層106之間。
該捕捉層116是基於多晶矽或非晶矽或多孔矽的一層，具有200 nm至5 µm之間的厚度，詳言之在500 nm至2 µm之間。該捕捉層116具有大約21*10
6Pa·s/m的第三聲阻值，該值接近於上述三種可能的矽定向之平均聲阻值。
在該變化例中，氮氧化矽SiO
xN
y層106之可變成分的量qt
1值會變化，從而使得該中間層106之聲阻在與該捕捉層116的交界面120處為該捕捉層116的第三聲阻數量級。
POI底材200具有與圖1所述POI底材100相同的優點。
圖5a是依照本發明之第二實施例的一種用於製作一POI底材之方法的示意圖，以獲得依照本發明之第一實施例如前文參考圖1及圖4所描述的POI底材。與前述實施例的共同特徵及元件可參考上文，不再於此贅述。
用於製作一POI底材200之方法開始於提供一支撐底材102之步驟I)，尤其是一矽基底材，詳言之一結晶或多晶矽底材。
依照本發明，步驟II)包括在該支撐底材102之自由表面122上形成該捕捉層116。該捕捉層116之形成可透過諸如PECVD (電漿增強化學氣相沉積)或PVD (物理氣相沉積)的熱或電漿輔助生長技術來實現。
形成在該支撐底材102上的捕捉層116是基於矽的一層，尤其是多晶矽。該捕捉層116的厚度在200 nm至5 µm之間，詳言之在500 nm至2 µm之間。該捕捉層116具有一第四聲阻，其可與該支撐底材102的聲阻相同或不同。
在步驟III)中，在該捕捉層116之自由表面124上形成該中間層106。
中間層106之形成可透過諸如LPCVD (低壓化學氣相沉積)或PECVD (電漿增強化學氣相沉積)的熱或電漿輔助生長技術來實現。
該中間層106是基於氮氧化矽SiO
xN
y的一層。該中間層106的厚度在100 nm至1000 nm之間，詳言之在200 nm至1000 nm之間。
為了獲得該中間層106中的可變成分，其沉積參數在沉積期間被改變，以便修改沉積層厚度中的氮量及/或氧量，從而達成沉積層106成分中的漸進變化，如上所述，沉積層106成分中的漸進變化，對於在沉積層106之自由上表面126獲得期望聲阻是必要的。
氮氧化矽SiO
xN
y之沉積層成分的變化係由qt = y/(y+x)定義。
量qt
1的變化為其與該支撐底材102之交界面108以及與氮氧化矽SiO
xN
y層106之自由上表面126二者之間的遞減變化。該變化為階梯式遞減或線性遞減。
在與該支撐底材102的交界面118處，量qt
1至少等於0.4，詳言之量qt
1為0.7數量級。在與該支撐底材102的交界面118處，中間層106之聲阻因此為該支撐底材102之第一聲阻的數量級，詳言之與第一聲阻相同。
在後續方法步驟中將與另一層接觸的該中間層106之自由表面126處，量qt
1係由待與自由上表面126接觸的層之聲阻值而定義。
在步驟IV)中，提供該壓電底材128。
在步驟V)中，在該壓電底材128之自由表面130上製作該介電層110。在形成該介電層110之前，可對該壓電底材128之表面130進行清洗、刷洗或研磨的一或多個步驟，以消除顆粒及灰塵之存在，以便獲得更乾淨的自由表面130，使其得以獲得更佳品質的沉積介電層110。
在該壓電底材128之自由表面130上形成該介電層110，可透過諸如低壓及/或低溫下的LPECVD之熱或電漿輔助生長技術來實現。可在沉積該介電層110之後進行熱處理，以使該介電層110緻密化。
依照一變化例，可在形成該介電層110之前，在該壓電底材128之自由表面130上進行表面處理步驟。其實例包括諸如電漿處理或臭氧基處理的表面活化處理。
依照本發明，該介電層110為氧化矽層。
依照本發明，在接合步驟VI)期間，將步驟V)所獲得的該壓電底材128接合到步驟III)所獲得的該支撐底材102，以形成一支撐底材-壓電底材組件132。該壓電底材128在該支撐底材102上的接合係透過將該中間層106定置成與該壓電底材128的介電層110接觸，使得該中間層106被夾在該壓電底材128的介電層110與該支撐底材102之間來實現。該中間層106因此在交界面112處與該壓電底材128的介電層110直接接觸。
在此結構中，該中間層106在自由表面126的聲阻為氧化矽介電層110的聲阻之數量級。此外，底材之間的鍵合在交界面112處產生，該交界面112的兩側基本上由相同材料製成。
一旦兩底材已經接合，可進行該壓電底材128之薄化步驟VII) (未繪出)，以獲得一更薄的壓電層104。舉例而言，薄化步驟可透過研磨來進行，或透過在該壓電底材128中形成一弱化區之步驟來進行，以此方式界定出待轉移到該支撐底材102上的壓電層104，然後進行斷裂。形成一弱化區的步驟係透過在該壓電底材128中植入原子或離子物種來進行。進行原子或離子植入，以使該弱化區位於該壓電底材128內部並將壓電層104與該壓電底材128的其餘部分分開。
其後是透過在該壓電底材128的弱化區施加熱能及/或機械能來執行支撐底材-壓電底材組件132斷裂之步驟，以獲得一POI底材200，如圖5a的步驟VII)及圖4所示，其在一支撐底材102上具有一較薄的壓電層104。
此方法也可用於獲得圖1的底材。
圖5b是依照本發明之第二實施例的第一變化例的一種用於製作一POI底材之方法的示意圖。
與前述實施例的共同特徵及元件可參考上文，不再於此贅述。
該方法與圖5a中方法之間的唯一差異包括在圖5a的步驟III)之後，在該中間層106之自由表面上形成一介電層134之步驟IIIc)。該介電層134的材料與該介電層110的材料相同，即氧化矽。該介電層134可用與該介電層110相同的方式製作。
因此，在接合步驟VI)中，該介電層134在交界面138處與該壓電底材128之介電層110接觸。組件140因此透過由相同材料製成的兩個介電層110及134之間的分子黏附而產生，在此例中是氧化矽。這實現了底材102及128之間更佳的鍵合。
該變化例中的所有其他方法步驟與用於獲得(POI)底材200之圖5a所繪第二實施例之方法的步驟相同。
圖5c是依照本發明之第二實施例之第二變化例的一種用於製作一POI底材之方法的示意圖。
與前述實施例的共同特徵及元件可參考上文，不再於此贅述。
該方法與圖5a中的方法之間的唯一差異包括將該中間層106分成兩部分。圖5a的步驟III)由兩個步驟IIIa)及IIIb)取代。在步驟IIIa)中，在富含陷阱的捕捉層116上形成一第一中間層144。在步驟IIIb)中，在該介電層110上製作一第二中間層150。
對於形成在該支撐底材102上且因此形成在富含陷阱的捕捉層116上的第一中間層144，該第一層144在步驟IIIa)被沉積成使得該第一氮氧化矽SiO
xN
y層144之可變成分的量qt
2沿著其厚度變化，在與該支撐底材102的富含陷阱捕捉層116之交界面146處，qt
2(0)為至少0.4。
沉積該第一中間層144使得該第一氮氧化矽SiO
xN
y層144的量qt
2沿著該第一中間層144的厚度以遞減方式變化。
在該第一中間層144的自由表面148處，量qt
2被設定成與步驟VII)中待接觸的層相同值。在此例中爲，舉例而言，qt
2(
e
2 ) = 0.2。
對於形成在該壓電底材128上的該第二中間層150，該第二中間層150在步驟IIIb)被沉積成使得該第二氮氧化矽SiO
xN
y層150之可變成分的量qt
3沿其厚度變化，在其與該介電層110的交界面152處，qt
3(
e
3 = 0)為0。
沉積該第二層150使得該第二氮氧化矽SiO
xN
y層150的量qt
3沿著該中間層150的厚度
e
3 以遞增方式變化。
在該第二中間層150之自由表面154處，量qt
3與在該第一中間層144之自由表面148處的量qt
2相同。因此，在這種情況下，qt
3(
e
3 ) = 0.2。
因此，在接合步驟VI)中，該支撐底材102的第一中間層144與該壓電底材128的第二中間層150接觸。
如在參考圖5a及5b所述的其他方法中，從該第一中間層144到該第二中間層150的範圍上，聲阻在富含陷阱的捕捉層116的值與該介電層110的值之間變化。
組件156經由兩個底材102及128在第一中間層144與第二中間層150之間的交界面154處的分子黏附而產生。組件156因此透過兩個中間層144與150之間的分子黏附而產生，中間層144與150在交界面處具有基本上相同的材料，在此例中為氮氧化矽SiO
xN
y層，其中qt = 0.2。這實現了底材102與128之間更佳的鍵合。
該變化例中的所有其他方法步驟與用於獲得(POI)底材200之圖5a中描述的第二實施例之方法的步驟相同。
依照第二實施例的方法也可製作如圖1的POI底材100，但該支撐底材102上沒有富含陷阱的捕捉層116。
本說明書所描述的實施例僅是可能的配置，且應該記住的是，不同實施例的個別特徵可彼此組合或彼此獨立地提供。
100,200:POI底材
102:支撐底材
104:壓電層
106:中間層
110,134:介電層
108,112,114,138,146,152,158:交界面
116:捕捉層
122,124,130,148,154:自由表面
126:自由上表面
128:壓電底材
132,140,156:支撐底材-壓電底材組件
144:第一中間層
150:第二中間層
圖1繪示依照本發明之第一實施例的一POI底材之示意圖。
圖2繪示依照本發明之第一實施例的中間層聲速變化作為中間層成分的量qt之函數，qt值對應於qt = 0、qt = 0.33、qt = 0.50、qt = 0.68及qt = 1。
圖3繪示依照本發明之第一實施例的中間層聲阻變化作為中間層的量qt之函數。
圖4繪示依照本發明之第一實施例的第一變化例之POI底材示意圖。
圖5a繪示依照本發明之第二實施例的一種用於製作POI底材之方法的示意圖。
圖5b繪示依照本發明之第二實施例的第一變化例之一種用於製作POI底材之方法的示意圖。
圖5c繪示依照本發明之第二實施例的第二變化例之一種用於製作一POI底材之方法的示意圖。
100:POI底材
102:支撐底材
104:壓電層
106:中間層
110:介電層
108,112,114:交界面
Claims (15)
- 一種絕緣體上壓電(POI)底材(100, 200)，包括： 一支撐底材(102)，其具有一第一聲阻， 一壓電層(104)，尤其是一層鉭酸鋰(LTO)、鈮酸鋰(LNO)、氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)、矽酸鎵鑭(langasite)或鉭酸鎵鑭(langatate)， 一介電層(110)，其具有一第二聲阻且被夾在該壓電層(104)及該支撐底材(102)之間， 一中間層(106)，其位於該支撐底材(102)及該介電層(110)之間， 其特徵在於 該中間層(106)爲具有可變成分之一層，亦即該中間層(106)的聲阻沿着其厚度變化，特別是以漸進方式，在該第一聲阻及該第二聲阻的值之間變化。
- 如請求項1之POI底材(100, 200)，其中該支撐底材(102)爲一矽基底材，該介電層(110)爲一氧化矽層，且該中間層(106)爲具有可變氧成分及/或可變氮成分之一氮氧化矽SiO xN y層。
- 如請求項1或2之POI底材(100, 200)，其中該中間層(106)的成分變化是一種漸進線性變化或階梯式變化。
- 如請求項1至3任一項之POI底材(100, 200)，其中該中間氮氧化矽SiO xN y層(106)的可變成分定義爲qt = y/(y+x)且沿着其厚度變化，亦即qt在其與該介電層(110)的交界面(112)爲0，且qt在其與該支撐底材(102)的交界面(108)爲至少0.4。
- 如請求項4之POI底材(100, 200)，其中當該支撐底材(102)的類型爲矽具有定向(100)時，qt在與該支撐底材(102)的交界面(108)的量等於約0.5，當該支撐底材(102)的類型爲矽具有定向(110)時，qt等於約0.68，且當該支撐底材(102)的類型爲矽具有定向(111)時，qt等於約0.7。
- 如請求項4或5之POI底材(100, 200)，其中該氮氧化矽SiO xN y層(106)的量qt在其與該壓電層(104)之介電層(110)的交界面(112)以及其與該支撐底材(102)的交界面(108)之間，以遞增方式變化，尤其是以階梯式或線性遞增方式變化。
- 如請求項1至6任一項之POI底材(100, 200)，其更包括該支撐底材(102)上的一捕捉層(116)，尤其是一多晶矽基層。
- 一種用於製作如請求項1至7任一項之POI底材之方法，其包括步驟如下： 提供具有一第一聲阻之一支撐底材，尤其是一矽基底材， 提供一壓電底材，尤其是一鉭酸鋰(LTO)、鈮酸鋰(LNO)、氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)、矽酸鎵鑭(langasite)或鉭酸鎵鑭(langatate)底材， 在該壓電底材上形成具有一第二聲阻之一介電層，尤其是一氧化矽層， 在該支撐底材之一自由表面上形成一中間層，尤其是基於氮氧化矽SiO xN y的一層，該中間層沿着其厚度 e具有可變成分，從而使該中間層的聲阻以漸進方式，在該第一聲阻及該第二聲阻的值之間變化，以及 將帶有該介電層之壓電底材與帶有該中間層之支撐底材接合。
- 如請求項8之方法，其中該壓電底材與該支撐底材之間的接合係在該中間層與該介電層之間實現。
- 如請求項8之方法，其更包括在接合步驟之前，於該支撐底材之中間層上形成一介電層之步驟，這樣，接合便會在該支撐底材的介電層與該壓電底材的介電層之間實現。
- 如請求項8至10任一項之方法，其中在該支撐底材上形成該中間層的步驟包括形成基於氮氧化矽SiO xN y的一層，在該氮氧化矽SiO xN y層中，氮相對於氧的量被定義爲qt 1= y/(y+x)且沿着其厚度 e 1 變化，亦即qt 1在與該介電層的交界面爲0，且qt 1在與該支撐底材的交界面爲至少0.4。
- 如請求項8之方法，其中在該支撐底材上形成該中間層的步驟包括形成基於氮氧化矽SiO xN y的一層，在該氮氧化矽SiO xN y層的量qt 2被定義爲qt 2= y/(y+x)且沿着其厚度 e 2 變化，亦即qt 2在與該支撐底材的交界面爲至少0.4，以及 該方法更包括在接合步驟之前，於該壓電底材之介電層上形成一SiO xN y層之步驟，該SiO xN y層具有的量qt 3被定義爲qt 3= y/(y+x)且沿着其厚度 e 3 變化，亦即qt 3在與該壓電底材之介電層的交界面等於 0， 這樣，接合便會在該支撐底材之SiO xN y層與該壓電底材之SiO xN y層之間實現，而在該壓電底材與該支撐底材的SiO xN y層之間的交界面，qt 2等於qt 3。
- 如請求項8至12任一項之方法，其更包括在該支撐底材上形成一捕捉層，尤其是一多晶矽基層，之步驟。
- 如請求項8至13任一項之方法，其中形成該中間層的步驟是在氧氮混合的氣氛中透過射頻濺鍍進行。
- 一種表面聲波(SAW)元件，其包括如請求項1至7任一項之絕緣體上壓電底材(100, 200)。
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