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TW201834278A - 包含高度結晶金屬氮化物膜的ｆｂａｒ裝置 - Google Patents

包含高度結晶金屬氮化物膜的ｆｂａｒ裝置 Download PDF

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TW201834278A
TW201834278A TW106127809A TW106127809A TW201834278A TW 201834278 A TW201834278 A TW 201834278A TW 106127809 A TW106127809 A TW 106127809A TW 106127809 A TW106127809 A TW 106127809A TW 201834278 A TW201834278 A TW 201834278A
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山薩塔克 達斯古塔
保羅 費雪
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美商英特爾股份有限公司
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Abstract

說明使用高度結晶的III-氮化物材料以增進薄膜體聲波共振器(FBAR)的性能之方法及裝置。III-氮化物材料磊晶地生長於具有適當晶格結構的基底上。這些高度結晶的材料可以用於以例如氣隙或布拉格反射器用於聲波隔離之FBAR。結果的FBAR呈現提供改良的頻寬性能之高Q值。

Description

包含高度結晶金屬氮化物膜的FBAR裝置
本發明係關於一種薄膜體聲波共振器裝置。本發明更有關於一種包含高度結晶金屬氮化物膜的薄膜體聲波共振器裝置。
在電子通訊及電力管理的領域中，使用包含例如電晶體及電容器等固態裝置以實施各式各樣的組件。舉例而言，這些固態裝置可以形成於積體電路上以及用於射頻(RF)通訊應用，例如RF前端應用。薄膜體聲波共振器(FBAR)提供能取得窄頻寬鑑別並最小化插入損失的RF濾波器。採用第二代(2G)、第三代(3G)、第四代(4G)、及長程演進(LTE)無線標準的典型RF前端技術會使用多個RF濾波器，各濾波器設有一或更多組成的FBAR。
102‧‧‧基底
104‧‧‧氣隙
106‧‧‧壓電III-N層
108‧‧‧電極層
110‧‧‧電極層
112‧‧‧導電層
152‧‧‧導電層
154‧‧‧穴
200‧‧‧結構
202‧‧‧施體基底
204‧‧‧聲波隔離區
300‧‧‧裝置
1000‧‧‧計算系統
圖1顯示FBAR裝置的一實施例。
圖2顯示生長於基底上的磊晶層的一實施例。
圖3顯示形成於圖2的實施例上的導電層的實施例。
圖4顯示聲波隔離區的實施例。
圖5顯示位於要接合至圖5的聲波隔離區之圖3的實施例。
圖6顯示藉由接合圖4及5的裝置而形成的裝置之實施例。
圖7顯示移除基底層後圖6的裝置之實施例。
圖8顯示包含形成於圖7中所示的實施例的磊晶層的頂部上的導電層之實施例。
圖9顯示包含聲波隔離區中的氣穴之FBAR裝置的實施例。
圖10顯示包含聲波隔離區中的氣穴之FBAR裝置的另一實施例。
圖11顯示製程實施例中，其中，聲波隔離區形成於FBAR裝置的矽基底中。
圖12顯示製程實施例，其中，聲波隔離區形成於FBAR裝置的基底及導電層中。
圖13顯示構成FBAR裝置的製程實施例，其中，聲波隔離區形成於FBAR裝置的基底與壓電層之間的中間層中。
圖14顯示構成FBAR裝置的製程實施例，其中，將可選擇性蝕刻的材料從基底中的穴移除以形成聲波隔離區。
圖15顯示製程實施例，其中，聲波隔離區形成於黏著 至壓電層的層中。
圖16顯示根據本揭示的實施例之計算系統，由使用此處揭示的技術形成的積體電路結構或裝置實施。
配合此處說明的圖形，閱讀下述詳細說明，將更佳地瞭解本發明實施例的這些及其它特點。在圖式中，顯示於不同圖中的各相同或幾乎相同的組件可由類似代號表示。為了簡明起見，並非每一組件會在每一圖中被標示。此外，如同將瞭解般，圖形不一定依比例繪製或是要將說明的實施例限定於所示的特定配置。舉例而言，雖然某些圖大致地顯示直線、直角、及平滑表面，但是，揭示的技術之真實實施可以具有較不完美的直線及直角，以及某些特點可以具有表面拓蹼或者非平順的、給定的製程之真實世界限制。簡言之，圖形僅用於顯示舉例說明的結構。
【發明內容】及【實施方式】
揭示包含一或更多薄膜體聲波共振器(FBAR)裝置的積體電路之製造技術。根據某些實施例，給定的FBAR裝置包含例如氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、及這些及其它III-N半導體材料中的任一或結合等磊晶壓電材料之高度結晶的結構。根據某些實施例，經由磊晶沈積製程，形成磊晶層，可允許精準控制膜結晶度及厚度。舉例而言，相較於濺射的III-N半導體材料典型上為1至4度的XRD FWHM，磊晶層呈現小於0.5度的XRD FWHM。此處揭示的很多FBAR實施例可以提供能夠在各式各樣的通訊裝置 中達成優良性能的RF濾波器。這些裝置包含接收或傳送RF訊號的裝置，舉例而言，行動電話、電腦、車輛、飛行器及無線電。在一態樣中，揭示的共振器使用高度結晶的磊晶膜比使用例如使用濺射技術形成的多晶材料的FBAR，能夠提供更增進的性能。舉例而言，這些改良包含增加的頻寬、較低的插入損失及較高的Q值。慮及本揭示，將清楚眾多配置及變異。
概述
薄膜體聲波共振器(FBAR)已用於RF濾波器中且提供優於表面聲波(SAW)濾波器的優點。這些優點包含降低之來自附近的無線電頻帶的干擾以及降低的插入損失。當RF濾波器讓選取的頻帶通過並降低或消除相鄰的不必要頻率通過，則其是最有效的。這會造成高訊號強度及最小干擾，因而增進通訊及降低功率要求。目前使用的III族氮化物(III-N)FBAR裝置依靠會造成包含高濃度晶體缺陷的多晶層之濺射的III-N材料。濺射層也呈現不一致的厚度及較粗表面。於此揭示之方法使用較高晶度的III-N材料、甚至單晶材料，以提供低缺陷、高度結晶壓電層，造成允許更多有用的能量通過並最小化較低的能量損耗之RF濾波器。這造成較高的Q值，提供例如較長的電池壽命及更多的接收帶。在一組實施例中，這些高度結晶的III-N材料是藉由磊晶生長而形成於適當基底上，例如300mm矽晶圓。
壓電層可以用於各式各樣的FBAR架構中，包含具有 氣隙、堆疊的晶體濾波器及耦合共表器濾波器之架構。舉例而言，不同實施例的FBAR拓蹼包含梯形、橋式及混合型。在某些情形中，使用此處揭示的技術會造成III-N半導體結構，包含提供較高機電耦合及Q因數RF裝置的較高品質的壓電層。考慮上述將會瞭解這些改良接著會實現頻寬增加、訊號損失減少、及增加主RF濾波器拒斥頻帶外的訊號之能力。在某些情形中，經由揭示的技術製造的FBAR裝置可用於特別是採用第二代(2G)、第三代(3G)、第四代(4G)、第五代(5G)、或長程演進(LTE)無線標準中任一或結合之通訊技術中的RF濾波器及其它RF裝置。在某些情形中，使用這些裝置可以實現較低損耗及較高訊號完整性，主無線通訊平台可由此獲利。
根據某些實施例，此處多樣化說明所提供的結構可以配置成用於例如計算裝置、行動裝置等等中的RF前端模組、及各式各樣的通訊系統中，但是，審視本說明將可清楚知道各種其它應用。根據某些實施例，此處多樣化說明所提供的結構可以配置用於例如基地台、蜂巢式通訊塔、等等。根據某些實施例，舉例而言，具有如此處多樣地說明般配置的眾多共振器之給定的IC或其它半導體結構的x光繞射(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、穿透式電子顯微鏡(TEM)、化學成分分析、X射線能量散布分析儀(EDX)、電特徵、及二次離子質譜儀(SIMS)中之任一或結合可以偵測揭示的技術及裝置的使用。如此處使用般，高度結晶的III-N材料是呈現小於1.0度的XRD FWHM之III-N 材料。
架構及方法論
圖1提供使用此處揭示的一或更多方法製造的FBAR裝置的一實施例之剖面視圖。半導體基底102包含聲波隔離區204，如同所示，聲波隔離區204包含氣隙104，氣隙104是被蝕刻或以其它方式形成於基底中。基底102的上表面及氣隙104被電極層108遮蓋，電極層108是例如金屬等導電材料。第二電極層110可以具有與電極層108相同的材料。高度結晶的壓電III-N層106是在第二電極層110與電極層108之間，但是，另一導電層，層112是在高度結晶的壓電材料106與電極層108之間。如同下述說明中可清楚得知般，導電層112可以具有與電極108相同的或不同的材料。
如同所示，圖2-9顯示根據本揭示之形成FBAR的各式各樣實施例之製程流程。舉例而言，根據某些實施例，此製程流程可用以製造包含包括一或更多高度結晶的壓電III-N半導體材料之一或更多FBAR裝置的積體電路。舉例而言，這些III-N材料包含磊晶生長的氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、銦鎵氮化物(InGaN)、鋁鎵氮化物(AlGaN)、鋁銦氮化物(AlInN)、及鋁銦鎵氮化物(AlInGaN)。在各式各樣的實施例中，舉例而言，磊晶生長的III-N材料呈現小於3度、小於2度、小於1度、小於0.5度、小於0.4度的XRD FWHM。
製程始於圖2，圖2顯示生長於結晶施體基底202上的 AlN的磊晶層106的一實施例之剖面視圖。不同的實施例包含任何其它III-N材料及其組合。結晶基底202可為施體基底，其係因其晶格而被選取，以及，可為例如矽或碳化矽。不同的結晶面可以作為用於生長的表面，以及，包含例如[111]、[100]或[110]方向。在所示的實施例中，氮化鋁的高度結晶層磊晶生長於矽[111]基底上。在考慮本揭示時將清楚知道，藉由任何適當的標準、客製化、或專有的技術，可以形成III-N半導體層106。製程可為任何會造成高度結晶的(小於1.0度的FWHM)半導體層之方法。這些製程包含那些經由磊晶生長及沈積方法以生長高度結晶材料之製程，舉例而言，磊晶生長及沈積方法包含例如金屬有機CVD(MOCVD)等化學汽相沈積(CVD)、分子束磊晶(MBE)、原子層沈積(ALD)、或其組合。在很多實施例中，高度結晶的III-N層106是壓電材料及呈現纖鋅礦結晶結構。高度結晶層106的厚度(z)可以被控制於適用於最終裝置的任何厚度，舉例而言，在0.3與6.0μm之間、0.5與5.0μm之間、1.0與4.0μm之間。在相同的及其它實施例中，厚度可以小於5.0μm、小於4.0μm、小於3.0μm、或小於2.0μm。在相同的或其它實施例中，厚度可以大於0.1μm、大於0.3μm、大於0.5μm、或大於1.0μm。相較於濺射的III-N材料，高度結晶的材料具有較平滑的表面、較少組織且在IC製造前通常在不會要求拋光或平坦化。
製程在圖3中繼續，圖3顯示形成於高度結晶的AlN層106上的導電電極層112。電極層112包括範圍寬廣的導電 材料中的任何材料。舉例而言，在某些情形中，電極層112包括導電耐火材料中任一或任何組合，導電耐火材料包含例如銦錫氧化物(ITO)及銦鋅氧化物(IZO)等氧化物、例如鎢(W)、鉬(Mo)及鈦(Ti)等金屬、以及例如氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)等氮化物、或是其任何合金，以上僅為列舉的一些材料。在某些情形中，電極層112包含摻雜劑。
如同慮及本揭示時將清楚得知般，可以經由任何適當的標準的、客製的、或專有的技術，形成電極層112。根據某些實施例，可以藉由特別是物理汽相沈積(PVD)製程(例如濺射)、化學汽相沈積(CVD)製程、及原子層沈積(ALD)製程中任一或任何結合，形成電極層112。可以依據給定的目標應用或終端使用之需求，將電極層112的尺寸(例如z方向上的z厚度)客製化。在某些情形中，電極層112可以具有在約200nm或更少的範圍中(例如，約150nm或更少、約100nm或更少、約50nm或更少、或是在約200或更少的範圍中的任何其它子範圍中)之z厚度。在其它實施例中，電極層112可以具有例如50至300nm、100至250nm、或100至200nm的z厚度。用於電極層112之其它適當的材料、形成技術、及尺寸將取決於給定的應用且在考慮本揭示時將清楚得知。
如圖4中所見般，裝置300包含半導體基底102，半導體基底102具有範圍寬廣的配置中的任何配置。舉例而言，半導體基底102可以配置成塊體半導體基底、矽在絕 緣體上(SOI)結構或其它半導體在絕緣體上結構(XOI，其中，X代表半導體材料，例如矽、鍺、富含鍺的矽、等等)、半導體晶圓、及多層半導體結構中的任一或組合。在某些情形中，半導體基底102可以配置成矽在藍寶石上(SOS)的結構。
半導體基底102包括範圍寬廣的半導體材料中的任何材料。舉例而言，在某些情形中，半導體基底102包括例如矽(Si)、鍺(Ge)、或矽鍺(SiGe)等IV族半導體材料中之任一或組合。在某些情形中，半導體基底102包括具有[111]、[110]、或[100]晶向的Si，選擇性地具有在約1-10°(例如約1-4°、約4-7°、約7-10°、或是約1-10°的範圍中的任何其它子範圍)範圍中朝向[110]的邊料。在某些其它情形中，半導體基底102包括III-V族化合物半導體材料中的任一或組合，特別是例如砷化鎵(GaAs)或磷化銦(InP)。仍然在某些其它情形中，半導體基底102包括碳化矽(SiC)或藍寶石(α-Al2O3)。如此處所述，在某些情形中，可以至少部份地根據適用於形成於其上的一或更多共振器裝置之目標電阻率範圍，選擇半導體基底102的特定材料成分。在某些情形中，半導體基底102具有約1,000Ω．cm或更大的電阻率(例如約1,200Ω．cm或更大、約1,500Ω．cm或更大、等等)。
應瞭解，半導體基底102並非僅侷限於作為給定的主架構的基底之配置及實施，根據某些其它實施例，半導體基底102可以配置成或實施成為配置在給定的主架構中的 中間層。其它適當的材料、配置及電阻率範圍。用於半導體基底102的其它適當材料、配置、及電阻率將取決於給定的應用且在慮及本揭示時將清楚知道。
裝置300包含一或更多聲波隔離區204，根據圖4中所示的一實施例，聲波隔離區204包含介電質布拉格反射器132、金屬布拉格反射器134、介電質布拉格反射器136、及金屬布拉格反射器138。可以使用任何適當的聲波隔離區，包含例如獨立穴、堆疊晶體、耦合共振器及包含布拉格反射器的反射器。如同所示，裝置300包含二對金屬/介電質布拉格反射器。在各式各樣的實施例中，可以使用一、二、三或更多對反射器。藉由產生導致建設性及破壞性干射的邊界條件，反射器提供FBAR與基底的聲波隔離。在很多情形中，金屬及介電質材料具有大比例的分別的聲波阻抗。舉例而言，比例可以大於5：1、10：1、或20：1。在某些實施例中，反射器可以承受高溫，呈現低界面粗糙度及呈現良好的黏著性。在一組實施例中，金屬/介電質布拉格反射器是鎢及氧化矽(W/SiO2)，已發現其可以提供寬廣的有用反射頻帶。其它材料可以用於布拉格反射器，舉例而言，包含Al、Ti、Au、Mo、Nb、Ni、Pt、Ta、W、SiO2、AlN、HfO2、MgO、TiO2及Si3N4。
在某些實施例中，使用薄膜沈積技術，形成布拉格反器132、134、136及138。舉例而言，這些技術包含物理汽相沈積(PVD)(例如濺射)及化學汽相沈積(CVD)。在某些實施例中，布拉格反射器可以是四分之一波層，在其它實施 例中，可以以被選取成在選取的波長提供聲波隔離之預定的額定厚度，形成這些層。電極層108包括例如金屬或氧化物等導電材料，以及是與上述電極層112的材料相同或不同的材料。其不須但可以具有類似於電極層112的成分及尺寸。也可以使用同於上述用於電極層112的技術，製造它。
在圖5中，施體基底202、AlN層106、及電極層112翻轉以準備與裝置300配對。在與裝置300配對之前，選擇性地移除施體基底202。可以經由研磨或蝕刻，移除基底，以及，選擇性地蝕刻留下的任何餘留部份。舉例而言，根據某些實施例，假使施體基底202是矽在藍寶石(SOS)基底的矽在絕緣體上(SOI)或Si基底，則在從磊晶的AlN 106中移除Si材料時，可以使用包括氫氧化鉀(KOH)或是四甲基氫氧化銨(TMAH)((CH3)4NOH)之蝕刻劑。舉例而言，使用化學機械平坦化(CMP)技術，移除缺陷，可以改良曝露的電極層112的表面。
在某些實施例中，如圖6A及6B所示，高度結晶的磊晶層106可以接合至裝置300。如上所述，可以在將電極層112接合至電極層108之前或之後，移除施體基底202。在接合之前，使用例如溶劑或CMP，清潔及/或平坦化層112及108中之一或二者。回想層112及108包括相同的或不同的導電材料且可為例如金屬或氧化物。在各式各樣的實施例中，電極層可以具有x-y平面中相同的或不同的形狀。將圖6A中的各層112和108的曝露表面合在一起並經由例如 凡得瓦力而黏合。在某些實施例，例如圖6B所示，可以採取步驟以進一步將這些層固定在一起。舉例而言，這些步驟包含CVD氧化物處理，特別是當層108是氧化物且不是金屬時。圖6B的實施例包含增加的層，氧化物層116。可以在沈積氧化物電極108a之後施加層116，層116有助於接合電極層108a至電極層112。在其它實施例中，在接合結構200及300之前，氧化物層116施加至結構200上的電極層112。在另外的實施例中，層108可以是氧化物層本身，有助於黏著電極112至基底102或者布拉格反射器300的堆疊。在某些實施例中，將材料退火以促進相鄰的層的接合。舉例而言，在一實施例中，在氧化物層116形成之後，退火可以推動SiO2形成於表面上，伴隨有晶圓游離。在某些實施例中，層112、層108、或二者可以連接至導電軌跡。假使如圖6所示，施體基底202尚未被移除，則在某些實施例中，使用例如研磨、拋光及/或蝕刻，將其移離磊晶層106。圖7顯示移除施體基底202後的裝置實施例。
如圖8所示，實施例包含增加電極層114。電極層114包括例如金屬等導電材料以及包括與電極層112和108相同或不同的材料。可以使用此處說明的方法，形成電極層114，包含沈積製程、例如化學及物理沈積技術。這些包含例如物理汽相沈積(PVD)及化學汽相沈積(CVD)製程。電極層114具有同於、類似於、或不同於電極層108和112的材料。可以使用後置沈積製程來精煉電極層114。舉例而言，研磨、蝕刻及平坦化技術可以用以降低層的厚度以 及移除表面缺陷。使用例如導電軌跡，電極層114可以與其它組件導電地接合。
圖9顯示包含獨立穴且未包含圖8的實施例之布拉格反射器之FBAR的替代實施例。不似圖1的FBAR，獨立穴未形成於基底中，但是，在包括一或更多金屬的導電層152中。導電層152的成分可以與電極層114、112及108中任一相同但不須相同。舉例而言，在某些實施例中，其可為例如鎢或鉬等金屬。在一組實施例中，在沈積電極層108之前，形成穴154。在一特定實施例中，使用物理或化學沈積法，將導電層152沈積於基底202上。從導電層152，選擇性地蝕刻出穴154。蝕刻包含乾或濕蝕刻技術或二者，以及，蝕刻可以被選取以移除部份導電層152而不會攻擊基底202。如同所示，穴154延伸遍及層152的z厚度，但是在某些實施例中，穴部份地延伸經過導電層152。在其它實施例中，藉由在穴154的區域中選擇性地遮罩或沈積犠牲材料，形成穴154。在某些實施例中，電極層108形成於導電層152上，之後，移除犠牲材料以形成穴154。然後，舉例而言，使用參考圖6及7之上述說明的技術，將層112及106添加至堆疊。在另外的實施例中，如同參考圖8的上述所述般，形成電極層114。
在另一組實施例中，使用類似於圖9的方法，形成圖10的FBAR，但未包含電極層108。舉例而言，在形成穴154之後，電極層112及高度結晶層106(以及選加的施體基底202)可以直接接合至導電層152。舉例而言，藉由平坦 化，處理導電層152及電極層112的相面對的表面，以使它們更易於接合。然後，經由凡得瓦力或是其它黏著技術，將這些表面接合在一起及黏著。在某些實施例中，將裝置退火以進一步確保層112及152的黏著。在另外的實施例中，電極層114沈積於高度結晶的壓電層106以形成頂部電極。結果是具有形成於金屬或其它導電層中的間隙之氣隙式FBAR，這與如圖1所示之形成於基底中相反。
圖11顯示製程實施例中，其中，藉由直接在基底102中形成聲波隔離區204而構成氣隙式FBAR。製程11a包含使用例如乾或濕蝕刻等方法而在基底102中形成穴154。在某些情形中，允許氧化物層160自然地形成於基底102的上表面上。在其它情形中，使用例如CVD等方法，將氧化物層160沈積於表面上。製程11b包含將基底102黏著至類似於圖3的結構200之結構，以及，包含高度結晶層106、施體基底202及電極108。在電極108包括導電氧化物的情形中，氧化物層160有助於將結構200黏著至基底102。選加的退火製程可以驅動SiO2形成以將基底102進一步黏著至電極108。製程11c包含移除施體層202及沈積電極層114以產生包含聲波隔離區204的FBAR 1100。注意，在其它情形中，在將高度結晶層106附著至基底102之前，移除施體層202。類似地，在將高度結晶層106附著至基底102之前，沈積電極層114。在各式各樣的實施例中，聲波隔離區204是例如布拉格反射器等反射器堆疊或是氣隙。
圖12顯示製程實施例，其中，藉由在基底102及導電 層170中都形成穴154，以製造氣隙式FBAR。製程從結構1200a開始，結構1200a包含已沈積於平面基底102上的導電層170。舉例而言，導電層170是金屬、氧化物、或是氧化物層上的金屬層，以及，藉由使用例如CVD或PVD等方法而沈積。製程12a包含在基底102及導電層170中形成穴以產生結構1200b。導電層170及基底102可被濕或乾蝕刻以產生穴154。在製程中，移除部份導電層材料及部份基底材料。在某些實施例中，以相同或不同的蝕刻劑及程序，移除這些材料中的各別材料。在製程12b中，如同上述圖3的實例般，設置包含高度結晶材料106、導電層108及施體基底202的結構。此結構與結構1200b相結合以產生結構1200c。在各式各樣的實施例中，使用金屬接合或氧化物接合，黏著導電層108及170。在製程12c中，舉例而言，藉由在高度結晶材料106(在此情形中為磊晶的AlN)的曝露表面上蝕刻及沈積導電層而移除施體基底202，以製造FBAR 1200d。
圖13顯示製程實施例，其中，聲波隔離區未形成於基底102(Si)中而是形成於導電層172中，導電層172為例如金屬、氧化物或氧化物上的金屬。使用例如此處所述的CVD或PVD等方法，將導電層172沈積於或是附著至基底102，以形成結構1300a。製程13a包含在導電層172中形成穴154以產生結構1300b。穴154可以唯一地在導電層172中以及延伸經過所有或一部份導電層172的厚度。在所示的實施例中，穴154未擴充至基底102中。舉例而言，可以使用濕 或乾蝕刻製程，形成穴154。在本實施例中，製程13b包含將磊晶AlN層106黏著至結構1300b以產生結構1300c。使用例如金屬對金屬接合或氧化物接合以將導電層108及172接合在一起，以形成結構1300c。雖然並非所有實施例中的情形，但是，如同所示，穴154可完全由層172或層108等導電材料完全圍繞。製程13c包含移除施體基底202及添加電極層114以產生FBAR 1300d。注意，在其它實施例中，聲波隔離區204包括其它隔離結構，例如布拉格反射器。
圖14顯示製程實施例，其中，以可選擇性蝕刻的材料144填充穴154。舉例而言，可選擇性蝕刻的材料144是SiO2。此製程可與此處說明的任何其它製程相結合，以提供製造期間穴被保護之替代製程。從基底102移除例如Si之材料，以產生穴154。製程14a包含以例如SiO2等可選擇性蝕刻的材料來填充穴。舉例而言，使用電漿強化化學汽相沈積(PECVD)、物理汽相沈積(PVD)、或離子束沈積(IBD)，沈積SiO2或其它可選擇性蝕刻的材料。舉例而言，其它可選擇性蝕刻的材料包含包括SiN、SiCN等氮化物、或例如非晶矽、有機聚合物、及可熱分解的聚合物等非晶材料。
在可蝕刻材料144沈積於穴154中之後，舉例而言，藉由CMP以製備基底102的上表面及可蝕刻材料144。接著，在製程14c中，在可蝕刻材料144及基底102上都沈積導電電極層108。或者，使用例如氧化物接合等此處說明的方法，將例如磊晶的AlN層106等高度結晶層與導電電極層 108一起黏著至基底。提供結構1400d的剖面及平面(底部)視圖。請觀看平面視圖1400d，高度結晶的磊晶材料106在導電電極108的頂部上，導電電極108接著設於基底102(在此情形中為Si)上。虛線154代表現在被遮蓋的由可選擇性蝕刻材料144(在此情形中為SiO2)填充之穴154的位置。釋放洞156a及156b形成於導電電極層108中並提供與可蝕刻材料144的溝通。在某些實施例中，提供濕或乾蝕刻劑及經由釋放孔156a和156b接近可蝕刻材料以從穴154移除可蝕刻的材料144。取決於特定的可蝕刻材料，其它的移除技術包含例如汽化或燃燒。此移除製程會使穴154空乏或大部份空乏，以及，提供用於FBAR的氣隙。可在移除可蝕刻材料144之前或之後，在高度結晶的材料106上沈積增加的導電電極層。
圖15顯示製程實施例，其中，藉由在高度結晶的壓電層上形成聲波隔離區而建構FBAR，這與在例如矽晶圓等基底上形成聲波隔離區的其它實施例成對比。圖15中的結構1500a包含磊晶生長於施體基底202上的壓電層106。導電層108作為電極及使用包含PVD及CVD等此處說明的方法而沈積於壓電層106上。聲波隔離層303沈積於導電層108上且包括例如金屬或絕緣體。在某些實施例中，層303及108是相同的材料且可沈積成單層。藉由蝕刻層303以產生穴154而製造類似或相同於結構1500b的實施例。然後，將結構1500b旋轉180°以致於穴154面向下，以及結構1500b接合至結構1500c或類似結構，以產生氣隙154陷於 層108與112之間的結構1500d。使用例如金屬對金屬接合或氧化物接合技術，將結構1500b及1500c彼此黏合。結構1500e顯示施體基底202被移除且由導電電極層114取代後的FBAR裝置。在替代實施例中，此移除/取代會發生於將結構1500b及1500c接合在一起之前。
如同此處所述般，依給定的目標應用或終端用途之需求，IC 100之各式各樣的組成層可以具有範圍寬度的厚度中的任何厚度(例如z方向上的z厚度、x方向上的x厚度、或其它指定厚度)。在某些情形中，給定層可設置成在下方地形上的單層。舉例而言，在某些情形中，對於如此處所述般配置的給定FBAR裝置，其給定的組成層可以在下方地形上具有實質均勻的厚度。在某些情形中，給定的組成層可以設置成下方地形上的實質保形層。在其它情形中，給定的組成層可以具有在下方地形上不均勻的或是變化的厚度。舉例而言，在某些情形中，給定層的第一部份具有第一範圍內的厚度，而其第二部份具有第二不同範圍內的厚度。在某些情形中，給定層可以具有第一及第二部份，第一及第二部份具有的平均厚度彼此相異約20%或更少、約15%或更少、約10%或更少、或約5%或更少。慮及本揭示將清楚知道眾多配置及變異。
此外，如此處所述，FBAR裝置的各種組成層可以沈積於一或更多其它組成層上。在某些情形中，第一組成層可以直接配置於第二組成層上而無其它層介於其間。在某些其它情形中，一或更多插入層可以配置在第一組成層與 下方第二組成層之間。更一般而言，根據某些實施例，給定的組成層可以配置成蓋在另一給定的組成層上，選擇性地設有一或更多插入層。
舉例說明的系統
圖16顯示根據舉例說明實施例之以使用此處揭示的技術所形成的積體電路結構或裝置實施的計算系統1000。如同所見，計算系統1000容納主機板1002。主機板1002包含多個組件，多個組件包括但不限於處理器1004及至少一通訊晶片1006，各組件實體地及電地耦合至主機板1002、或整合於其中。如同將瞭解般，舉例而言，無論是主板、主板上的子板、或是系統1000的唯一板、等等，主機板1002可以為任何印刷電路板。取決於其應用，計算系統1000包含實體地及電地耦合或未耦合至主機板1002的一或更多其它組件。這些其它組件包含但不限於依電性記憶體(例如，DRAM)、非依電性記憶體(例如，ROM)、圖形處理器、數位訊號處理器、密碼處理器、晶片組、天線、顯示器、觸控幕顯示器、觸控幕控制器、電池、音頻編解碼器、視頻編解碼器、功率放大器、全球定位系統(GPS)裝置、羅盤、加速計、陀螺儀、揚音器、相機、及大量儲存裝置(例如硬碟機、光碟(CD)、數位多樣式光碟(DVD)、等等)。包含於計算系統1000中的任何組件可以包含使用根據舉例說明的實施例之揭示技術而形成的一或更多積體電路結構或裝置。在某些實施例中，眾多功能可以集成於一 或更多晶片中(例如，通訊晶片1006可以是處理器1004的部份或整合於其中)。
通訊晶片1006能夠無線通訊以用於與計算系統1000傳輸資料。「無線」一詞及其衍生詞用以說明經由使用通過非固體介質之調變的電磁輻射來傳輸資料的電路、裝置、系統、方法、技術、通訊通道、等等。此詞並非意指相關裝置未含有任何接線，但是，在某些實施例中，它們可能未含任何接線。通訊晶片1006可以實施任何無線標準或是通信協定，包含但不限於Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、長程演化(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍芽、其衍生、以及以3G、4G、5G、及更新的世代來標示的任何其它無線通信協定。計算系統1000包含眾多通訊晶片1006。舉例而言，第一通訊晶片1006可以專用於較短範圍的無線通訊，例如Wi-Fi及藍芽，而第二通訊晶片1006可以專用於較長範圍的無線通訊，例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO、等等。
計算系統1000的處理器1004包含封裝在處理器1004之內的積體電路晶粒。在某些實施例中，處理器的積體電路晶粒包含由使用此處多樣地說明的揭示技術所形成的一或更多積體電路結構或裝置實施之板上電路。「處理器」一詞意指處理例如來自暫存器及/或記憶體的電子資料以將電子資料轉換成儲存在暫存器及/或記憶體中的其它電子 資料之任何裝置或裝置的一部份。
通訊晶片1006也包含封裝於通訊晶片1006之內的積體電路晶粒。根據某些此類舉例說明的實施例，通訊晶片的積體電路晶粒包含由使用此處說明的揭示技術所形成的一或更多積體電路結構或裝置。慮及本揭示將瞭解，多標準無線能力可以直接整合於處理器1004中(例如，任何晶片1006的功能整合於處理器1004中，而不是具有分開的晶片)。此外，處理器1004可以是具有此無線能力的晶片組。簡而言之，可以使用任何數目的處理器1004及/或通訊晶片1006。類似地，任一晶片或晶片組可以具有多種功能整合於其中。
在各式各樣的實施中，計算系統1000可以是使用此處多樣地說明的揭示技術所形成的一或更多積體電路結構或裝置來處理資料之膝上型電腦、輕省筆電、筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)、超薄行動PC、行動電話、收發機、桌上型電腦、伺服器、印表機、掃描器、監視器、機上盒、娛樂控制單元、數位相機、可攜式音樂播放器、數位攝影機、或是任何其它電子裝置。
另外舉例說明的實施例
下述實例關於另外的實施例，自其中將清楚眾多變化及配置。
實例1是薄膜體聲波共振器(FBAR)裝置，包含第一電氣導電層、第二電氣導電層、在該第一電氣與第二電氣導 電層之間具有小於1.0度藉由x光繞射的FWHM的結晶度之高度結晶的壓電層、以及藉由至少第一電氣導電層而與該壓電層分開的聲波隔離區。
實例2包含實例1的標的，其中，高度結晶的壓電層包含III-氮化物材料。
實例3包含實例1或2的標的，其中，高度結晶的壓電層包含選自AlN、GaN及InN的至少一材料。
實例4包含前述實例中任一實例的標的，其中，高度結晶的壓電層包含AlN。
實例5包含前述實例中任一實例的標的，其中，高度結晶的壓電層具有小於0.5度的XRD FWHM峰值。
實例6包含前述實例中任一實例的標的，其中，高度結晶的壓電層具有小於0.4度的XRD FWHM峰值。
實例7包含前述實例中任一實例的標的，其中，高度結晶的壓電層包含單晶。
實例8包含前述實例中任一實例的標的，其中，高度結晶的壓電層由磊晶生長形成。
實例9包含前述實例中任一實例的標的，其中，第一及第二導電層中至少之一者包含金屬。
實例10包含前述實例中任一實例的標的，又包含塊體矽基底。
實例11包含前述實例中任一實例的標的，其中，聲波隔離區包含氣隙或布拉格反射器。
實例12包含前述實例中任一實例的標的，其中，聲波 隔離區包含複數個布拉格反射器。
實例13包含前述實例中任一實例的標的，其中，聲波隔離區由導電層界定。
實例14包含前述實例中任一實例的標的，其中，高度結晶的壓電層呈現纖鋅礦結構。
實例15包含前述實例中任一實例的標的，其中，聲波隔離區由非導電層界定。
實例16包含前述實例中任一實例的標的，其中，聲波隔離區由包含電極層及基底層之至少二層界定。
實例17包含前述實例中任一實例的標的，包含第三電氣導電層，該第三電氣導電層與矽基底接觸，其中，該第三電氣導電層界定氣隙。
實例18是射頻(RF)濾波器裝置，包含前述實例中任一實例之薄膜體聲波共振器裝置。
實例19是計算系統，包含前述實例中任一實例之薄膜體聲波共振器裝置。
實例20是行動電話，包含前述實例中任一實例之薄膜體聲波共振器裝置。
實例21是薄膜體聲波共振器(FBAR)的製造方法，方法包含：在第一基底上磊晶生長III-氮化物壓電層、形成第一導電層、將III-氮化物壓電層的第一表面經由第一導電層而接合至第二基底以形成聲波隔離區，第一導電層位於III-氮化物壓電層與第二基底之間，以及，在III-氮化物壓電層的第二表面上形成第二導電層。
實例22包含實例21的標的，其中，聲波隔離區包含布拉格反射器的堆疊。
實例23包含實例21的標的，又包含藉由在第二基底中、在絕緣層中、或是在第一導電層中形成氣隙或布拉格反射器，以形成聲波隔離區。
實例24包含實例21-23中任一實例的標的，其中，第一導電層形成於III-氮化物壓電層及第二基底之一上。
實例25包含實例21-24中任一實例的標的，其中，藉由自第二基底中的穴蝕刻可選擇性蝕刻的材料，以形成聲波隔離區。
實例26包含實例21-25中任一實例的標的，其中，III-氮化物壓電層包含AlN或GaN。
實例27包含實例21-26中任一實例的標的，其中，第一導電層於生長時形成於III-氮化物壓電層的表面上，而不用首先拋光或平坦化III-氮化物壓電層的表面。
實例28包含實例21-27中任一實例的標的，其中，該第一及該第二導電層均包含金屬或氧化物。
實例29包含實例21-28中任一實例的標的，其中，III-氮化物壓電層呈現小於1.0度、小於0.5度或小於0.4度的x光繞射FWHM。
實例30包含實例21-29中任一實例的標的，其中，第一及第二基底中至少之一包含矽或碳化矽。
實例31包含實例21-30中任一實例的標的，又包含：在將第一基底移離壓電層之前，將III-氮化物壓電層的第 一表面接合至第二基底。
實例32包含實例21-30中任一實例的標的，又包含：在將第一基底移離壓電層之後，將III-氮化物壓電層的第一表面接合至第二基底。
實例33包含實例21-30中任一實例的標的，其中，第一及第二基底中至少之一具有[111]、[100]、或是[110]晶向。在某些此類情形中，第一基底具有[111]、[100]、或是[110]晶向。
實例34包含實例21-33中任一實例的標的，其中，第一導電層形成於III-氮化物壓電層的表面上。
實例35包含實例21-33中任一實例的標的，其中，第一導電層形成於第二基底上。
實例36包含實例21-35中任一實例的標的，其中，第一導電層接合至第二導電層。
實例37包含實例21-36中任一實例的標的，又包含蝕刻第二基底中的穴。
實例38包含實例21-37中任一實例的標的，其中，聲波隔離區包含穴、堆疊的晶體、耦合的共振器或布拉格反射器。
實例39包含實例21-38中任一實例的標的，又包含沈積交錯的金屬及介電材料層以形成布拉格反射器系列。
實例40包含實例39的標的，其中，金屬層包含鎢及介電層包含氧化矽。
實例41包含實例21-39中任一實例的標的，其中，將 III-氮化物壓電層的第一表面經由第一導電層接合至第二基底包含使用金屬/金屬接合或是氧化物接合。
呈現前述說明的舉例說明的實例是為了顯示及說明。其並非是竭盡性或是要將本揭示侷限於揭示的精準形式。考慮本揭示，則很多修改及變異是可能。本揭示的範圍不受限於此詳細說明，而是由後附的申請專利範圍限定。未來主張本案的優先權之申請案可以以不同的方式主張揭示的標的，而且大致上包含如此處多樣地揭示或是其它方式展示之一或更多限定的任何集合。

Claims (25)

  1. 一種薄膜體聲波共振器(FBAR)裝置，包括：第一電氣導電層；第二電氣導電層；高度結晶的壓電層，在該第一與該第二電氣導電層之間，該壓電層具有小於1.0度藉由x光繞射的FWHM之結晶度；以及，聲波隔離區，藉由至少該第一電氣導電層而與該壓電層分開。
  2. 如申請專利範圍第1項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該高度結晶的壓電層包含III-氮化物材料。
  3. 如申請專利範圍第1項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該高度結晶的壓電層包含選自AlN、GaN及InN的至少一材料。
  4. 如申請專利範圍第1項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該高度結晶的壓電層包含AlN。
  5. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該高度結晶的壓電層具有小於0.5度的XRD FWHM峰值。
  6. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該高度結晶的壓電層具有小於0.4度的XRD FWHM峰值。
  7. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該高度結晶的壓電層包含單晶。
  8. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該高度結晶的壓電層由磊晶生長形成。
  9. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該第一及該第二電氣導電層中至少之一者包含金屬。
  10. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，又包含塊體矽基底。
  11. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該聲波隔離區包含氣隙或布拉格反射器。
  12. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該聲波隔離區包含複數個布拉格反射器。
  13. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，其中，該聲波隔離區由導電層界定。
  14. 如申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置，包括第三電氣導電層，該第三電氣導電層與矽基底接觸，其中，該第三電氣導電層界定氣隙。
  15. 一種射頻(RF)濾波器裝置，包括申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置。
  16. 一種計算系統，包括申請專利範圍第1-4項中任一項之薄膜體聲波共振器裝置。
  17. 一種薄膜體聲波共振器(FBAR)的製造方法，該方法包括：在第一基底上磊晶生長III-氮化物壓電層；形成第一導電層；將該III-氮化物壓電層的第一表面經由該第一導電層而接合至第二基底以形成聲波隔離區，該第一導電層位於該III-氮化物壓電層與該第二基底之間；以及，在該III-氮化物壓電層的第二表面上形成第二導電層。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中，該聲波隔離區 包含布拉格反射器的堆疊。
  19. 如申請專利範圍第17項之方法，包括：藉由在該第二基底中、在絕緣層中、或是在該第一導電層中形成氣隙或布拉格反射器，以形成該聲波隔離區。
  20. 如申請專利範圍第17-19項中任一項之方法，其中，該第一導電層形成於該III-氮化物壓電層及該第二基底之一上。
  21. 如申請專利範圍第17-19項中任一項之方法，其中，藉由自該第二基底中的穴蝕刻可選擇性蝕刻的材料，以形成該聲波隔離區。
  22. 如申請專利範圍第17-19項中任一項之方法，其中，該III-氮化物壓電層包括AlN或GaN。
  23. 如申請專利範圍第17-19項中任一項之方法，其中，該第一導電層於生長時形成於該III-氮化物壓電層的表面上，而不用首先拋光或平坦化該III-氮化物壓電層的表面。
  24. 如申請專利範圍第17-19項中任一項之方法，其中，該第一及該第二導電層均包括金屬或氧化物。
  25. 如申請專利範圍第17-19項中任一項之方法，其中，該III-氮化物壓電層呈現小於1.0度、小於0.5度或小於0.4度的x光繞射FWHM。
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