TWI714785B - 表面聲波元件用複合結構 - Google Patents
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Abstract
本發明與一種表面聲波元件用複合結構(100)有關，其包括壓電材料製成之一有用層(10)，其具有自由之一第一面(1)及設置在一支撐底材(20)上之一第二面(2)，該支撐底材(20)之熱膨脹係數低於該有用層(10)之熱膨脹係數。 該複合結構(100)包括： 插入在該有用層(10)與該支撐底材(20)間之一捕捉層(30)；及 位於該有用層(10)與該捕捉層(30)間具有確定粗糙度之至少一功能介面(31)。
Description
本發明與表面聲波元件領域有關。詳言之，其與適用於表面聲波元件之製作的一種複合結構有關，且與所述複合結構之製作方法有關。
表面聲波(surface acoustic wave，SAW)元件使用一或多個在壓電底材上製作的指叉式換能器 (inter-digital transducer)，以將電訊號轉換為聲波，且反之亦然。此種SAW元件或共振器通常用於濾波應用。在壓電底材上的射頻SAW技術提供優良效能，如高度絕緣及低插入損耗。因此其用於無線通訊應用的射頻雙工器。然而，為了讓以整體聲波(bulk acoustic wave，BAW)技術為基礎的射頻雙工器更具競爭力，射頻SAW 元件需要改良其頻率響應之溫度穩定性。
該些SAW元件之操作頻率對於溫度的依賴，即頻率溫度係數(thermal coefficient of frequency，TCF)，一方面取決於該些換能器之指叉式電極間的間距變化，因其所使用壓電底材具相對高的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion，CTE)；另一方面，TCF取決於其熱速度係數(coefficient of thermal velocity)，因壓電底材之膨脹或收縮，伴隨著表面聲波的速度增加或減少。為了將TCF最小化，因此一目標是將該壓電底材之膨脹/收縮減少到最小，尤其是在聲波會在其中傳播的表面區域。
K.Hashimoto等人之文章〈Recent development of temperature compensated SAW devices〉 IEEE Ultrasonic. Symp. 2011, pages, 2011 提供用以克服SAW元件頻率響應的溫度依賴性問題的常用方法概述。
一種方法是使用複合底材，舉例而言，由設置在矽底材上的一層壓電材料所組成。矽材料之低CTE可依溫度限制該壓電層的膨脹/收縮。在壓電層由鉭酸鋰(LiTaO3)製成的情況下，所述文章指出，當鉭酸鋰厚度與矽底材厚度間的比例為10時，可充分地改善頻率溫度係數(TCF)。
專利文件DE102004045181亦揭露一適合SAW應用的結構，其包括設置在一補償層(例如矽)上的一壓電層。
此種複合底材的缺點之一，來自干擾聲波的存在(在 BPAbbott 等人的文章" Characterization of bonded wafer for RF filters with reduced TCF” Proc 2005 IEEE International Ultrasonics Symposium, Sept 19-21, 2005, pp. 926-929 中稱為「假性聲波模式(spurious acoustic modes)」)，其對於複合底材上所設置的共振器的頻率特性，會有負面影響。這些干擾共振，詳言之，與下方介面上不想要的反射有關，尤其是在鉭酸鋰及矽之間的介面上。減少這些干擾共振的一種解決方法，是增加鉭酸鋰層的厚度；這應該也會增加該矽底材的厚度，以保有所述TCF的改善，該複合底材的總厚度，因此不再符合降低最終元件厚度的需求，尤其是在行動電話市場上。由K. Hashimoto 提出的另一解決方法，是將該鉭酸鋰層之下部表面粗糙化，藉以限制其上之聲波反射。然而，此種粗糙化是難以實施的，因使用直接鍵合製程製作複合底材時，要組裝的表面必須非常光滑。
習知技術複合底材的另一缺點，源自於半導體矽材料支撐底材的存在，即便其為高電阻，仍能夠含有自由電荷載子且能夠影響元件效能，尤其是經由增加射頻訊號相對於主體壓電底材的插入損耗及失真度(線性度)。
為了改善射頻元件的效能，專利文件WO2016/087728 提出一結構，包含設置在支撐底材上的一捕捉層，其特徵為一特定缺陷(specific defects)密度。
本發明之一目的是改進習知技術部分或全部缺點。本發明之一目標是提出一種複合結構，能減少及/或消除所述干擾聲波，且確保高頻操作元件的穩定效能。
本發明與一種表面聲波元件用複合結構有關，其包括壓電材料製成之一有用層，其具有自由之一第一面、及設置在一支撐底材上之一第二面，該支撐底材之熱膨脹係數低於該有用層之熱膨脹係數。該複合結構包括： • 插入在該有用層與該支撐底材間之一捕捉層； • 位於該有用層與該捕捉層間具有確定粗糙度之至少一功能介面。
根據本發明，在所述複合結構上操作設置其上的SAW射頻元件時，該複合結構之捕捉層有效地捕捉在該支撐底材中可能產生的自由電荷載子。所述射頻效能(線性度、插入耗損)因而達到一良好水準，可相比或甚至優於大規模壓電底材相關技術的水準。
該確定粗糙度功能介面，讓能夠在有用層中深入傳播的聲波有效擴散，從而避免已知會負面影響SAW元件訊號品質的那些干擾反射。聲波之擴散得以更加有效，在於該功能介面係位於該有用層及該捕捉層間：事實上，除了其捕捉自由載子的特性，該捕捉層能有效地屏蔽與支撐底材的下方界面，在該些複合結構中，所述下方介面有助於反射聲波。
根據本發明之有利特點，不論單獨或組合實施： • 該捕捉層直接與該支撐底材接觸； • 該捕捉層由選自非晶矽、多晶矽、非晶鍺或多晶鍺之一材料所形成； • 該捕捉層係經由在該支撐底材之一表面層中進行植入或經由蝕刻及結構化該支撐底材之表面層而形成； • 該功能介面之確定粗糙度，具有峰谷幅度(PEAK-TO-VALLEY AMPLITUDE)大於0.3微米，有利的是大於或等於0.5微米、或甚至1微米； • 該功能介面由該有用層與該捕捉層間之介面所形成，該有用層之第二面具有所述確定粗糙度； • 該功能介面由設置在該有用層之第二面上之一第一夾層與該捕捉層間之介面所形成；該捕捉層具有所述確定粗糙度； • 該第一夾層包括選自氧化矽、氮化矽、氮氧化矽，或與形成該有用層材料相同類型之一材料； • 該複合結構包括一第二功能介面； • 該第二功能介面由該有用層與設置在該第一夾層上之一第二夾層間之介面所形成；該第二功能介面具有峰谷幅度大於0.1微米之一第二確定粗糙度； • 該第二夾層包括選自氧化矽、氮化矽、氮氧化矽，或與形成該有用層材料相同類型之一材料； • 該第一夾層及該第二夾層由相同材料形成； • 該有用層包含選自鉭酸鋰(LITAO3)、鈮酸鋰(LINBO3)、石英、氧化鋅(ZNO)或氮化鋁(ALN)之一壓電材料； • 該支撐底材為一主體底材或一複合底材，該複合底材包含至少一空白層或包含微電子組件的全部或部分。
本發明也與一表面聲波元件有關，其包含如上所述之一複合結構。
本發明更與一種製作表面聲波元件用複合結構的方法有關，其包括： • 提供壓電材料製成之一有用層之步驟，該有用層包含一第一面及具有一確定粗糙度之一第二面； • 提供一支撐底材之步驟，該支撐底材之熱膨脹係數低於該有用層之熱膨脹係數； • 將該有用層安置在該支撐底材上之組裝步驟； 該方法之特徵在於其包括在所述組裝步驟前，在該有用層的第二面上形成一捕捉層之步驟，該捕捉層與該有用層間的介面形成具確定粗糙度的一功能介面；所述組裝步驟係在該捕捉層與該支撐底材之間進行。
本發明也與另一種用於表面聲波元件用複合結構的製作方法有關，其包含： • 提供壓電材料製成之一有用層之步驟，該有用層包含一第一面及一第二面； • 提供一支撐底材之步驟，該支撐底材之熱膨脹係數低於該有用層之熱膨脹係數； • 將該有用層安置在該支撐底材上之組裝步驟； 該方法之特徵在於其在所述組裝步驟前包括： • 在該支撐底材上形成具有一確定粗糙度之一捕捉層之步驟； • 在該捕捉層上形成一第一夾層之步驟，該捕捉層與該第一夾層間之介面，形成具有確定粗糙度之一功能介面。
根據本製作方法之有利特點，不論單獨或組合實施： • 該功能介面之確定粗糙度，具有峰谷幅度大於0.3微米，有利的是大於或等於0.5微米、或甚至1微米； • 所述組裝步驟在該第一夾層及該有用層之第二面間進行； • 該複合結構之製作方法，在所述組裝步驟前包括：在該有用層之第二面上形成具有一第二確定粗糙度之一第二夾層之步驟，所述組裝步驟係在該第一夾層與該第二夾層之間執行；該有用層與該第二夾層間之介面形成一第二功能介面。
在描述說明部分，圖式中相同參考符號可用於相同類型之元件。圖式僅為示意呈現，且為清楚呈現起見，未按比例顯示。尤其，相對於沿著Ｘ軸與Y軸之橫向尺寸，沿著Ｚ軸的層厚度未按比例顯示；且不同層之間的相對厚度在圖中未必按比例顯示。
如圖1所繪示，本發明與一種表面聲波元件用複合結構100有關，其包括壓電材料製成之一有用層10，其具有自由之一第一面1及一第二面2。該有用層10包含一壓電材料，其選自，舉例而言，鉭酸鋰、鈮酸鋰、石英、氧化鋅或氮化鋁。
該有用層10係設置在一支撐底材20上，其熱膨脹係數低於該有用層10之熱膨脹係數。該支撐底材20，舉例而言，係由矽或鍺所形成。
根據本發明，該複合結構100也包括插入在該有用層10與該支撐底材20間之一捕捉層30。「捕捉層」一詞，意指能夠捕捉自由電荷載子之一層，該些自由電荷載子可能存在該支撐底材20中。作為示例，該捕捉層30由選自非晶矽、多晶矽、非晶鍺或多晶鍺之一材料所形成。該捕捉層30亦可經由一種技術或組合多種技術所形成，所述技術包括： • 將離子植入該支撐底材20之表面層；就一矽底材而言，可執行舉例如氬、矽或氮離子之植入，以產生一擾動表面層，能夠捕捉源自該支撐層20的電荷載子； • 或者，經由蝕刻及結構化該支撐底材20之表面層；舉例而言，經由機械、濕式或乾式化學蝕刻，引發該表面之結構化，以獲得對於源自該支撐層20的電荷載子的較佳捕捉位點。
該捕捉層30的厚度可在數十奈米到數微米間，或甚至數十微米。
本發明有利的是，該捕捉層30直接與該支撐底材20接觸，可有效率地捕捉該支撐底層20產生的電荷載子。
根據本發明，該複合結構100也包括在該有用層10與該捕捉層30間具確定粗糙度之至少一功能介面31。該功能介面31的粗糙度，係由其最大峰谷幅度所定義，其測量，舉例而言，經由在大約50到500微米之測量剖面、或50x50到500x500平方微米之測量表面積上的機械或光學測繪。本發明有利的是，該峰谷幅度確定粗糙度大於0.3微米。本發明有利的是，其甚至大於或等於0.5微米，或甚至1微米。其以0.3微米到5微米間為優選。
本發明另也有利的是，該功能介面31之粗糙度的頻譜密度(spectral density, PSD)涵蓋了希望消除的該些干擾波波長之全部或部分頻譜帶。較佳者為，該確定粗糙度具有空間波長且振幅至少等於干擾波長的1/4。
因此，該功能介面31之確定粗糙度，可取決於後續要製作在複合底材100上的SAW元件之聲波頻率，而在振幅方面且有可能在頻譜密度方面，加以調適，因該確定粗糙度能夠將易於在有用層10中傳播之聲波有效率地擴散。
根據本發明，在所述複合結構100之第一面上製作之射頻SAW元件操作期間，該複合結構100之捕捉層30可有效捕捉在該支撐底材20中可能產生之自由電荷載子。所述射頻效能(線性度、插入耗損)因而達到一良好水準，可相比或甚至優於大規模壓電底材相關技術的水準。
具確定粗糙度之功能介面31，讓該聲波的有效擴散在該有用層中能深入傳播，因而避免其干擾反射，所述反射已知會負面影響該SAW元件的訊號品質。
根據一第一實施方式，如圖1所繪示，該功能介面31由該有用層10與該捕捉層30間之介面所形成。
面2上之一第一夾層40與該捕捉層30間之介面所形成。作為示例，該第一夾層40包括選自氧化矽、氮化矽、氮氧化矽，或與形成該有用層材料相同類型之一材料。
此二實施方式有利的是，該捕捉層30可避開並屏蔽下方與該支撐層20的介面，在一般的複合結構中，該支撐層20是導致在該有用層10體積中所傳播的聲波反射的重要因素。與該支撐層20之介面被屏蔽，也就是說，到達該功能介面31的聲波，若非全部也是大部分，會被該功能介面31有效擴散而無法傳到該介面。
根據一第三實施方式，如圖3所繪示，該複合結構100包括一第二功能介面32，其具有峰谷幅度大於0.1微米之一第二確定粗糙度。較佳者在0.1微米到5微米之間。應注意的是，該第二功能介面32可具有一第二粗糙度，其振幅及頻譜密度皆與該第一功能介面31之確定粗糙度不同。本發明有利的是，頻譜密度可被選擇成以互補方式涵蓋希望消除的該些干擾波波長之頻譜帶。
該第二功能介面32由該有用層10與設置在該第一夾層40上之一第二夾層50間之介面所形成。作為示例，該第二夾層50包括選自氧化矽、氮化矽、氮氧化矽之一材料；其也可包括與形成該有用層10材料相同類型之一材料：就鉭酸鋰製成之有用層10而言，該第二夾層50舉例而言可由一沉積的非晶鉭酸鋰層所構成。
根據此第三實施方式之有利變化例，該第一夾層40及該第二夾層50由相同材料所形成；因此，該二層間的介面完全不會或幾乎不會導致干擾反射，因為該二層間沒有聲阻(acoustic impedance)差異。
所述不同實施方式中，該支撐底材係一主體底材。作為替代方案，其可由一複合底材所構成，該複合底材包含至少一空白層或一結構層，其包含微電子組件的全部或部分；這些組態特別有利於製作共整合(co-integrated)系統，包括在該有用層10中及該有用層10上的表面聲波元件，以及在該支撐底材中的元件(開關、放大器、其他濾波器等等)。
本發明也與一表面聲波元件200有關，其包含一複合結構100，如圖4所繪示。該元件200包括，舉例而言，在該有用層10之第一面1上的指叉式金屬電極201，聲波在其間傳播。
該複合結構100尤其適合製作使用聲波頻率範圍在700 MHz 到 3 GHz的表面聲波元件200。
本發明也與一種用於製作表面聲波元件200用複合結構100的方法有關，以下將參考圖5到7加以說明。
該製造方法首先包括提供壓電材料製成之一有用層10之步驟，該有用層10包含一第一面1及具有一確定粗糙度之一第二面2。所述粗糙度係由其最大峰谷幅度所定義，其測量，舉例而言，經由在大約50到500微米之測量剖面、或50x50到500x500平方微米之測量表面積上的機械或光學測繪。本發明有利的是，該確定粗糙度大於0.3微米，其甚至大於或等於0.5微米，或甚至大於1微米。其以0.3微米到5微米間為優選。
本發明另也有利的是，該功能介面31之粗糙度的頻譜密度涵蓋了希望消除的該些干擾波波長之全部或部分頻譜帶。較佳者為，該確定粗糙度具有空間波長且振幅至少等於干擾波長的1/4。
因此，該功能介面31之確定粗糙度，可取決於後續要製作在複合底材100上的SAW元件之聲波頻率，而在振幅方面且有可能在頻譜密度方面，加以調適，因該確定粗糙度能夠將易於在有用層10中傳播之聲波有效率地擴散。
該確定粗糙度可經由機械研磨技術、化學機械研磨技術得、濕式或乾式蝕刻技術、或這些不同技術的組合而實現。其目標是在該有用層10之整個第二面2上製作出具有確定振幅的均勻粗糙度。作為示例，此種粗糙度可經由利用半導體產業對晶圓(鉭酸鋰、鈮酸鋰等)粗糙化背面所進行的常規處理而獲得。
如前所述且不作為限制，該有用層10包含選自鉭酸鋰、鈮酸鋰、石英、氧化鋅或氮化鋁之一壓電材料。
根據一有利實施方式，該有用層10被包含在一施體底材11中，其設有具確定粗糙度之一第二面2及一第一面1’(圖5a)。
根據本發明，該製造方法另也包括在該有用層10或該施體底材11之第二面2上形成一捕捉層30之步驟(圖5b)。該捕捉層30與該有用層10(或該施體底材11)間之介面，形成具確定粗糙度之一功能介面31。 本發明有利的是，該捕捉層30係由選自非晶矽、多晶矽、非晶鍺或多晶鍺之一材料所形成。該捕捉層30可經由已知化學沉積技術(PECVD、LPCVD等)製得。
該捕捉層30之厚度通常為數十奈米到數微米或甚至數十微米間。
本發明有利的是，該捕捉層30的形成步驟包括該捕捉層30之自由表面的平滑化步驟，其由諸如化學機械研磨、平滑化電漿蝕刻或濕式化學蝕刻構成。基於後續組裝步驟之目的，該捕捉層30之自由表面以具有低粗糙度(以原子顯微儀量測其均方根值通常小於0.5 奈米)及良好平整度為佳。
所述方法也包括提供一支撐底材20之步驟(圖5c)，該支撐底材20具有的熱膨脹係數低於該有用層10之熱膨脹係數。本發明有利的是，該支撐底材20由矽製成，此材料廣泛供應且相容於半導體產業。作為替代方案，其另可由鍺或相容於所述方法之後續步驟及該表面聲波材料元件製作的其他材料製成。
所述方法接著包括在該支撐底材20上安置該施體底材11(或該有用層10)的組裝步驟(圖5d)。該組裝步驟在該捕捉層30與該支撐底材20間進行，因此該捕捉層30及該支撐底材20的表面特性必須嚴格控制。本發明有利的是，該組裝步驟包括經由分子黏附(molecular adhesion)的直接鍵合：此鍵合技術為優選，因其不需要使用一層額外材料。
作為替代方案，該組裝步驟可包括黏著鍵合、金屬鍵合、陽極鍵合、或從習知技術且相容於預期利用方式的任何其他類型已知鍵合。
本發明有利的是，在鍵合前，所述組裝步驟包括一清洗流程以在鍵合前從其表面確保良好清潔度(去除粒子、碳氫化合物與金屬污染物等)。
根據所述方法之一變化例，與該捕捉層30相同類型的一層，可在該鍵合步驟前被設置於該支撐層20上，並加以製備以鍵合至該捕捉層30。事實上，取決於該捕捉層30及該支撐底材20之類型，尤其在以分子黏附之直接鍵合情況下，在兩個相同類型材料間形成一鍵合介面是有利的。
為了鞏固該鍵合介面，所鍵合的該複合結構101可經受一熱處理。應該注意的是，該施體底材11(或該有用層10)及該支撐底材20之材料，展現非常不同的熱膨脹係數，所施加的熱處理因此必須保持較低溫度，低於所鍵合結構101損傷或破裂的溫度。所述溫度範圍通常在攝氏數十度到500度。
圖5a到5e圖中所繪示的情況下，其中該有用層10包括在一施體底材11中，該製作方法更包括該施體底材11的薄化步驟(圖5e)，以形成該有用層10及該第一面1，該些表面聲波元件會製作其上。
此薄化步驟可使用習知技術的不同已知技術進行，詳細而言： • SMART CUT™方法，尤其適合形成非常薄的有用層(其厚度通常小於或等於1微米)：其基礎為在所述組裝步驟前，於該施體底材11中，在其第二面2的高度植入氣體種源，以形成一弱化埋置平面；組裝後，將該施體底材11沿著該弱化平面分離，只留下與該支撐層20結合為一體之有用層10。 • 化學-機械薄化方法，包括機械研磨、化學-機械研磨及化學蝕刻，適合用於形成厚度範圍從數微米到數十或甚至數百微米之有用層。
在本製作方法的最終，可獲得根據本發明之一複合結構100(圖5e)。
本發明與另一種製作表面聲波元件用複合結構的方法有關，其首先包含提供壓電材料製成之一有用層10之步驟，該有用層10包含一第一面1及一第二面2。
如前所述且不作為限制，該有用層10包含選自鉭酸鋰、鈮酸鋰、石英、氧化鋅、或氮化鋁之一壓電材料。
根據一有利實施方式，該有用層10包含在具有一第二側2及一第一面1’之一施體底材11中(圖6a)。
所述製作方法也包括提供一支撐底材20之步驟，該支撐底材20之熱膨脹係數低於該有用層10之熱膨脹係數。本發明有利的是，該支撐底材20由矽製成，此材料廣泛供應且相容於半導體產業。如上所述，作為替代方案，其另可由鍺製成，或由包含鍺或相容於後續製作步驟的其他材料製成。
該製造方法也包括在該支撐底材20上形成一捕捉層30之步驟(圖6b)。該捕捉層30具有一預先確定的粗糙度。
本發明有利的是，該捕捉層30由選自非晶矽、多晶矽、非晶鍺或多晶鍺之一材料所形成。其可經由已知化學沉積技術(CVD)製得。
該捕捉層30亦可經由一種或組合多種技術所形成，其包括： • 在該支撐底材20之一表面層中進行植入；就一矽底材而言，可進行諸如氬、矽、氮等離子之植入，以產生一擾動的表面層，能夠捕捉源自該支撐層20的電荷載子； • 或者，經由蝕刻及結構化該支撐底材20之表面層；舉例而言，經由機械、濕式或乾式化學蝕刻，引發該表面之結構化，以獲得對於源自該支撐層20的電荷載子的較佳捕捉位點。
該捕捉層30的厚度範圍可在數十奈米到數微米或甚至數十微米間。
在該支撐底材20上形成後，該功能介面31之自由表面粗糙度係由其最大峰谷幅度所定義，其測量，舉例而言，經由在大約50到500微米之測量剖面、或50x50到500x500平方微米之測量表面積上的機械或光學測繪。本發明有利的是，該確定粗糙度大於0.3微米，或甚至大於或等於0.5微米、或甚至大於或等於1微米。其以0.3微米到5微米間為優選。
本發明另也有利的是，該功能介面31之粗糙度的頻譜密度，涵蓋了希望消除的該些干擾波波長之全部或部分頻譜帶。較佳者為，該確定粗糙度具有空間波長且振幅至少等於干擾波長的1/4。
在該捕捉層30之自由表面上，所述確定粗糙度可直接在該層沉積後獲得，或是經由機械研磨技術、化學機械研磨、濕式或乾式蝕刻、或這些不同技術的組合而獲得。其目標是在該捕捉層30之自由表面上，製作出具有確定振幅的均勻粗糙度。作為示例，此粗糙度可經由「酸蝕刻」型處理，或半導體產業中用於處理矽晶圓粗糙背面的「鹼蝕刻」而獲得。根據另一示例，該捕捉層30之自由表面之確定粗糙度，可在沉積一多晶矽捕捉層30前，經由對該底材20之自由表面進行機械研磨(通常用粒度規格2000的金剛石砂輪)及濕式化學蝕刻(通常用氫氧化四甲基銨 TMAH)而獲得；因此在沉積於該底材20上以後，該捕捉層30之自由表面具有約0.5微米峰谷幅度之確定粗糙度(圖6b')。
所述製造方法接著包括在該捕捉層30上形成一第一夾層40之步驟。該捕捉層30與該第一夾層40間之介面，形成具有確定粗糙度之一功能介面31。該第一夾層40可包括選自氧化矽、氮化矽、氮氧化矽，或與形成該有用層材料相同類型之一材料。 其可經由化學沉積方式製得。本發明有利的是，該第一夾層40之自由表面上會執行一平滑化步驟(例如化學-機械研磨)，以利於在該施體底材11(或該有用層10)上的後續組裝步驟。此選項尤其適合包括以分子黏附方式鍵合之後續組裝步驟。
該第一夾層40也可包括一聚合材料，舉例而言，其可經由離心分離(centrifugation)方式沈積。此類材料之優點是在沉積期間可直接進行平滑化。此選項尤其適合包括黏附鍵合之後續組裝步驟。
該製作方法最終包括用於將該施體底材11(或有用層10)設置在該支撐底材20上之一組裝步驟：詳言之，所述組裝步驟係在該第一夾層40與該施體底材11之第二面2之間執行(圖6d)。
本發明有利的是，該組裝步驟包括經由分子黏附的直接鍵合：此鍵合技術有利的是不需要使用一層額外材料。作為替代方案，該接合步驟可包括黏著鍵合、金屬鍵合、陽極鍵合、或習知技術中已知且相容於預期應用的任何其他類型鍵合方式。本發明有利的是，在鍵合前，所述組裝步驟包括一清洗流程以在鍵合前確保其表面的良好清潔度(去除粒子、碳氫化合物與金屬污染物等)。
為了鞏固該鍵合介面，所鍵合的該複合結構101可經受一熱處理，該熱處理在低或中溫度以避免損壞該異質結構：通常在攝氏數十度到500度。
在圖6a到6e所繪示之情況中，該有用層10包括在一施體底材11中，其製作方法更包括該施體底材11(圖6e)的薄化步驟，以形成該有用層10及該第一面1，而該些表面聲波元件會製作其上。
此薄化步驟可使用習知技術中的不同技術進行，如上所討論。
在本製作方法的最終，可獲得根據本發明之一複合結構100(圖6e)。
根據上述製作方法之一變化例，如圖7a到7e所繪示，該有用層10(或為施體底材11，在該有用層11包括在施體底材中的情況下)之第二面2具有一第二確定粗糙度(圖7a)。該第二確定粗糙度之峰谷幅度有利地大於0.1微米。
此製作方法之變化例，包括在該有用層10或施體底材11之第二面2上形成一第二夾層50之步驟，如圖7b所示。第二夾層50可包括選自氧化矽、氮化矽、氮氧化矽之一材料或多材料之堆疊。第二夾層50也可包括與形成該有用層10之材料相同類型之一材料，以限制熱膨脹差相關問題。
該有用層10與該第二夾層50間之介面，形成一第二功能介面32。本發明有利的是，該第二夾層50之形成步驟包括其自由表面之平滑化步驟，以利於後續組裝步驟。
該組裝步驟以前，在該支撐底材20上形成具有一第一預先確定粗糙度的捕捉層30。接著，在捕捉層30上形成第一夾層40 (圖7c)。這二層間的介面形成具確定粗糙度之功能介面31。
作為可考慮選項，該第一夾層40與該第二夾層50可由相同材料組成。
本製造方法之變化例更包括該第一夾層40與該第二夾層50之組裝，較佳者為直接鍵合，但此不應被視為一限制性方式。
可以選擇性進行一熱處理，以鞏固該鍵合結構101之鍵合介面。
如前所述，當該有用層10被包含在一施體底材11中時，可進行一薄化步驟以獲得該複合結構100(圖7e)。
當然，本發明不限於本說明書所述之實施方式與示例，且可應用於替代實施例而不脫離申請專利範圍所定義之發明範圍。
1‧‧‧第一面1’‧‧‧第一面2‧‧‧第二面10‧‧‧有用層11‧‧‧施體底材20‧‧‧支撐底材30‧‧‧捕捉層40‧‧‧第一夾層50‧‧‧第二夾層31‧‧‧第一功能介面32‧‧‧第二功能介面100‧‧‧複合結構101‧‧‧複合結構200‧‧‧表面聲波元件201‧‧‧指叉式金屬電極
本發明之其他特徵與優點將在以下參考隨附圖式的詳細說明中更為彰顯，其中： • 圖1到3繪示根據本發明之多個複合結構； • 圖4繪示根據本發明之一表面聲波元件； • 圖5a到5e、6a到6e及圖7a到 7e繪示根據本發明製作複合結構的方法。
1‧‧‧第一面
2‧‧‧第二面
10‧‧‧有用層
20‧‧‧支撐底材
30‧‧‧捕捉層
31‧‧‧第一功能介面
100‧‧‧複合結構
Claims (18)
- 一種表面聲波元件用複合結構(100)，其包括壓電材料製成之一有用層(10)，該有用層(10)具有自由之一第一面(1)及設置在一支撐底材(20)上之一第二面(2)，該支撐底材(20)之熱膨脹係數低於該有用層(10)之熱膨脹係數，所述複合結構(100)之特徵在於其包含：‧插入在該有用層(10)與該支撐底材(20)間之一捕捉層(30)，該捕捉層(30)用於捕捉在該支撐底材(20)中產生的自由電荷載子；及‧位於該有用層(10)與該捕捉層(30)間之至少一功能介面(31)，其具有峰谷幅度(peak-to-valley amplitude)大於0.3微米之確定粗糙度。
- 如申請專利範圍第1項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該捕捉層(30)直接與該支撐底材(20)接觸。
- 如申請專利範圍第1或2項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該捕捉層(30)由選自非晶矽、多晶矽、非晶鍺或多晶鍺之一材料所形成。
- 如申請專利範圍第1或2項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該捕捉層(30)係經由在該支撐底材(20)之一表面層中進行植入或經由蝕刻及結構化該支撐底材(20)之表面層而形成。
- 如申請專利範圍第1項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該功能介面(31)由該有用層(10)與該捕捉層(30)間之介面所形成，該有用層(10)之第二面(2)具有所述確定粗糙度。
- 如申請專利範圍第1項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該功能介面(31)由設置在該有用層(10)之第二面(2)上之一第一夾層(40)與該捕捉層(30)間之介面所形成；該捕捉層(30)具有所述確定粗糙度。
- 如申請專利範圍第6項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該第一夾層(40)包括選自氧化矽、氮化矽、氮氧化矽，或與形成該有用層(10)材料相同類型之一材料。
- 如申請專利範圍第6或7項之表面聲波元件用複合結構(100)，其包括一第二功能介面(32)。
- 如申請專利範圍第8項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該第二功能介面(32)由該有用層(10)與設置在該第一夾層(40)上之一第二夾層(50)間之介面所形成；該第二功能介面(32)具有峰谷幅度大於0.1微米之一第二確定粗糙度。
- 如申請專利範圍第9項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該第二夾層(50)包括選自氧化矽、氮化矽、氮氧化矽，或與形成該有用層(10)材料相同類型之一材料。
- 如申請專利範圍第9或10項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該第一夾層(40)及該第二夾層(50)由相同材料形成。
- 如申請專利範圍第1項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該有用層(10)包含選自鉭酸鋰(LiTaO3)、鈮酸鋰(LiNbO3)、石英、氧化鋅(ZnO)及氮化鋁(AlN)之一壓電材料。
- 如申請專利範圍第1項之表面聲波元件用複合結構(100)，其中該支撐底材為一主體底材或一複合底材，該複合底材包含至少一空白層或包含微電子組件的全部或部分。
- 一種表面聲波元件(200)，其包含如申請專利範圍第1至13項中任一項之一複合結構(100)。
- 一種用於製作一表面聲波元件用複合結構(100)之方法，該方法包括：‧提供壓電材料製成之一有用層(10)之步驟，該有用層(10)包含一第一面(1)及具有一確定粗糙度之一第二面(2)；‧提供一支撐底材(20)之步驟，該支撐底材(20)之熱膨脹係數低於該有用層(10)之熱膨脹係數；‧將該有用層(10)安置在該支撐底材(20)上之組裝步驟；該方法之特徵在於其包括在所述組裝步驟前，在該有用層(10)的第二面(2)上形成一捕捉層(30)之步驟，該捕捉層(30)用於捕捉在該支撐底材(20)中產生的自由電荷載子，該捕捉層(30)與該有用層(10)間的介面形成一功能介面(31)，其具有峰谷幅度(peak-to-valley amplitude)大於0.3微米之確定粗糙度，所述組裝步驟係在該捕捉層(30)與該支撐底材(20)之間執行。
- 一種用於製作一表面聲波元件用複合結構(100)之方法，該方法包括：‧提供壓電材料製成之一有用層(10)之步驟，該有用層(10)包含一第一面(1)及一第二面(2)；‧提供一支撐底材(20)之步驟，該支撐底材(20)之熱膨脹係數低於該有用層(10) 之熱膨脹係數；‧將該有用層(10)安置在該支撐底材(20)上之組裝步驟；該方法之特徵在於其在所述組裝步驟前包括：‧在該支撐底材(20)上形成具有一確定粗糙度之一捕捉層(30)之步驟，該捕捉層(30)用於捕捉在該支撐底材(20)中產生的自由電荷載子；‧在該捕捉層(30)上形成一第一夾層(40)之步驟，該捕捉層(30)與該第一夾層(40)間之介面形成一功能介面(31)，其具有峰谷幅度(peak-to-valley amplitude)大於0.3微米之確定粗糙度。
- 如申請專利範圍第16項之複合結構(100)製作方法，其中所述組裝步驟係在該第一夾層(40)與該有用層(10)之第二面(2)之間執行。
- 如申請專利範圍第17項之複合結構(100)製作方法，其包括在所述組裝步驟前，在該有用層(10)之第二面(2)上形成具有一第二確定粗糙度之一第二夾層(50)之步驟，所述組裝步驟係在該第一夾層(40)與該第二夾層(50)之間執行；該有用層(10)與該第二夾層(50)間之介面形成一第二功能介面(32)。
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