TWI908923B

TWI908923B - 聲波裝置中之壓電層配置及相關方法

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Publication number: TWI908923B
Application number: TW110142532A
Authority: TW
Inventors: 帕特里克拉斯
Original assignee: 美商科沃美國公司
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2025-12-21

Abstract

本發明揭示聲波裝置，且特定言之，本發明係關於聲波裝置中之壓電層配置及相關方法。聲波裝置可包含載體基板上之壓電層。該壓電層經形成有跨該載體基板之不同部分變動或塑形的厚度。共同載體基板上之不同壓電層厚度可係針對單體形成之不同表面聲波(SAW)濾波器結構，針對單一濾波器結構內之不同組諧振器，且針對在橫向方向或傳播方向之一或多者上之單一SAW裝置內之不同區域而提供。塑形壓電層可包含選擇性移除或添加該壓電層之部分。依此方式，SAW裝置及濾波器內之不同層級處的壓電層厚度可經調適，以在無需單獨基板上之單獨形成之裝置的情況下，提供不同聲波諧振器性質。

Description

聲波裝置中之壓電層配置及相關方法

本發明係關於聲波裝置，且更特定言之，本發明係關於聲波裝置中之壓電層配置及相關方法。

聲波裝置廣泛用於現代電子器件中。在高位準處，聲波裝置包含與一或多個電極接觸之壓電材料。壓電材料在經壓縮、扭轉或扭曲時獲得電荷且類似地在對其等施加電荷時壓縮、扭轉或扭曲。因此，當交流電信號施加至與壓電材料接觸之一或多個電極時，對應機械信號(即，振盪或振動)在其中轉換。基於壓電材料上之一或多個電極之特性、壓電材料之性質及其他因數(諸如聲波裝置之形狀及裝置上提供之其他結構)，在壓電材料中轉換之機械信號展現對交流電信號之頻率依賴性。聲波裝置利用此頻率依賴性來提供一或多個功能。

例示性聲波裝置包含表面聲波(SAW)諧振器及體聲波(BAW)諧振器，其等越來越多地用於形成在用於通信之射頻(RF)信號之傳輸及接收中使用之濾波器。SAW濾波器之廣泛使用至少部分歸因於SAW濾波器展現低插入損耗及良好抑制，可達成寬帶寬，且係傳統腔體及陶瓷濾波器之大小的一小部分。如同任何電子裝置，SAW裝置相對於目標應用之效能特性會影響系統之整體效能。歸因於對現代RF通信系統之濾波器之嚴格要求，此等應用之聲波裝置必須提供高品質因數(Q)、寬帶寬、高機電耦合係數(k2)、良好之頻率溫度係數(TCF)及抑制帶外寄生模態用於具有不同操作條件之各種不同應用。

本技術繼續尋求能夠克服與習知裝置相關聯之挑戰之改良聲波裝置。

本發明係關於聲波裝置，且特定言之，本發明係關於聲波裝置中之壓電層配置及相關方法。揭示聲波裝置，其包含位於載體基板上之壓電層。該壓電層形成有跨該載體基板之不同部分變動或塑形之厚度。共同載體基板上之不同壓電層厚度可針對單體形成之不同表面聲波(SAW)濾波器結構，針對單一濾波器結構內之不同組諧振器，且針對在橫向方向或傳播方向之一或多者上之單一SAW裝置內之不同區域提供。塑形壓電層可包含選擇性移除或添加該壓電層之部分。依此方式，SAW裝置及濾波器內之不同層級處之壓電層厚度可經調適以在無需單獨基板上之單獨形成之裝置之情況下提供不同聲波諧振器性質。

在一個態樣中，一種SAW裝置包括：載體基板；壓電層，其位於該載體基板上，其中該壓電層之第一部分具有如在垂直於該載體基板之方向上量測之第一厚度，該壓電層之第二部分具有如在垂直於該載體基板之該方向上量測之第二厚度，且其中該第一厚度不同於該第二厚度；及至少一個電極，其位於與該載體基板對置之該壓電層之表面上。在某些實施例中，該至少一個電極包括該壓電層上之複數個電極，其等界定該載體基板上之第一SAW濾波器結構及第二SAW濾波器結構，且該第一SAW濾波器結構包括該壓電層之該第一部分且該第二SAW濾波器結構包括該壓電層之該第二部分。在某些實施例中，該第一SAW濾波器結構及該第二SAW濾波器結構各包括若干個SAW諧振器。在某些實施例中，該第一SAW濾波器結構及該第二SAW濾波器結構進一步包括若干個SAW耦合之諧振器濾波器。在某些實施例中，該至少一個電極包括界定SAW濾波器結構之該壓電層上之複數個電極，且該SAW濾波器結構包括複數個SAW諧振器。該複數個SAW諧振器可形成包括該壓電層之該第一部分之若干個串聯諧振器及包括該壓電層之該第二部分之若干個並聯諧振器。在某些實施例中，該至少一個電極包括叉指式換能器(IDT)且該SAW裝置進一步包括第一及第二反射結構，其等配置於該壓電層上使得該IDT定位於該第一反射結構與該第二反射結構之間。在某些實施例中，該IDT配置於該壓電層之該第一部分上且該第一及第二反射結構配置於該壓電層之該第二部分上。在某些實施例中，該壓電層之該第一部分與該IDT之個別電極指配準且該壓電層之該第二部分配準於該等個別電極指之相鄰對之間。在某些實施例中，該壓電層之該第一部分及該壓電層之該第二部分沿該SAW裝置之橫向方向配置使得該IDT之電極指配置於該壓電層之該第一部分及該壓電層之該第二部分兩者上。在某些實施例中，該壓電層之第三部分包括如在垂直於該載體基板之方向上量測之第三厚度，其中該第三厚度不同於該第一厚度及該第二厚度，且該電極指配置於該壓電層之該第一、第二及第三部分上。

在另一態樣中，一種方法包括：提供載體基板；在該載體基板上提供壓電層；塑形該壓電層使得該壓電層之第一部分形成有如在垂直於該載體基板之方向上量測之第一厚度，該壓電層之第二部分形成有如在垂直於該載體基板之該方向上量測之第二厚度，且其中該第一厚度不同於該第二厚度；及在與該載體基板對置之該壓電層之表面上提供至少一個電極。在某些實施例中，塑形該壓電層包括施加選擇性移除程序以形成該壓電層之該第二部分使得該第二厚度小於該第一厚度。在某些實施例中，該選擇性移除程序包括在該壓電層之該第一部分上方形成圖案化蝕刻遮罩及選擇性蝕刻該壓電層之該第二部分。在某些實施例中，該至少一個電極形成於該壓電層之該第二部分上。在某些實施例中，該至少一個電極包括該壓電層上之複數個電極，其等界定該載體基板上之第一SAW濾波器結構及第二SAW濾波器結構，且該第一SAW濾波器結構包括該壓電層之該第一部分且該第二SAW濾波器結構包括該壓電層之該第二部分。在某些實施例中，該第一SAW濾波器結構及該第二SAW濾波器結構各包括若干個SAW諧振器。在某些實施例中，該至少一個電極包括界定SAW濾波器結構之該壓電層上之複數個電極，且該SAW濾波器結構包括複數個SAW諧振器。在某些實施例中，該複數個SAW諧振器形成包括該壓電層之該第一部分之若干個串聯諧振器及包括該壓電層之該第二部分之若干個並聯諧振器。在某些實施例中，該至少一個電極包括叉指式換能器(IDT)且該SAW裝置進一步包括第一及第二反射結構，其等配置於該壓電層上使得該IDT定位於該第一反射結構與該第二反射結構之間。在某些實施例中，該IDT配置於該壓電層之該第一部分上且該第一及第二反射結構配置於該壓電層之該第二部分上。在某些實施例中，該壓電層之該第一部分及該壓電層之該第二部分沿該SAW裝置之橫向方向配置使得該IDT之電極指配置於該壓電層之該第一部分及該壓電層之該第二部分兩者上。

在另一態樣中，上述態樣之任何者單獨或一起，及/或如本文中所描述之各種單獨態樣及特徵可經組合以獲得額外優點。如本文中所揭示之各種特徵及元件之任何者可與一或多個其他揭示特徵及元件組合，除非本文中有相反指示。

熟習技術者將在結合附圖閱讀較佳實施例之以下詳細描述之後瞭解本發明之範疇且實現其額外態樣。

下文闡述之實施例表示使熟習技術者能實踐該等實施例且繪示實踐該等實施例之最佳模式之必要資訊。在按照附圖閱讀以下描述之後，熟習技術者將理解本發明之概念且將認知本文中未特定討論此等概念之應用。應理解，此等概念及應用落於本發明及隨附申請專利範圍之範疇內。

應理解，儘管術語第一、第二等等在本文中可用於描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語僅用於區分一元件與另一元件。例如，在不背離本發明之範疇之情況下，第一元件可稱為第二元件，且類似地，第二元件可稱為第一元件。如本文中所使用，術語「及/或」包含相關聯列項之一或多者之任何及全部組合。

應理解，當一元件(諸如一層、區域或基板)指稱「位於另一元件上」或「延伸至另一元件上」時，該元件可直接位於另一元件上或直接延伸至另一元件上或亦可存在中介元件。相比之下，當一元件指稱「直接位於另一元件上」或「直接延伸至另一元件上」時，不存在中介元件。同樣地，應理解，當一元件(諸如一層、區域或基板)指稱「位於另一元件上方」或「延伸於另一元件上方」時，其可直接位於另一元件上方或直接延伸於另一元件上方或亦可存在中介元件。相比之下，當一元件指稱「直接位於另一元件上方」或「直接延伸於另一元件上方」時，不存在中介元件。亦應理解，當一元件指稱「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至另一元件或可存在中介元件。相比之下，當一元件指稱「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在中介元件。

相對術語(諸如「下方」或「上方」或「上」或「下」或「水平」或「垂直」)在本文中可用於描述如圖式中所繪示之一個元件、層或區域與另一元件、層或區域之關係。應理解，此等術語及上文所討論之術語意欲涵蓋除圖式中所描繪之定向之外之裝置之不同定向。

本文中所使用之術語僅為描述特定實施例之目的且並非意在限制本發明。如本文中所使用，單數形式「一(a/an)」及「該」意欲亦包含複數形式，除非內文另有清楚指示。應進一步理解，當本文中使用術語「包括(comprises/comprising)」及/或「包含(includes/including)」時，該等術語指定所述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其等之群組。

除非另有定義，否則本文中所使用之所有術語(包含技術及科學術語)具有相同於本發明所屬技術的一般技術者通常所理解之含義。應進一步理解，本文中所使用之術語應解譯為具有與其等在本說明書之背景及相關技術中之含義一致之含義，且不應以理想化或過於正式之意義來解譯，除非本文中明確地如此定義。

本文中參考本發明之實施例之示意繪示來描述實施例。因而，層及元件之實際尺寸可為不同的，且預期到會因為(例如)製造技術及/或公差之繪示之形狀變動。例如，經繪示或描述為正方形或矩形之區域可具有圓形或彎曲特徵，且經展示為直線之區域可具有一些不規則性。因此，圖式中所繪示之區域係示意性的，且不意欲將其等形狀繪示為裝置之區域之精確形狀，且不意欲限制本發明之範疇。另外，結構或區域之大小可相對於其他結構或區域放大用於繪示目的，且因此經提供以繪示本標的之一般結構且可或可不按比例繪製。圖式之間的共同元件在本文中可用共同元件符號展示且隨後可不再重新描述。

本發明係關於聲波裝置，且特定言之，本發明係關於聲波裝置中之壓電層配置及相關方法。揭示包含載體基板上之壓電層之聲波裝置。壓電層形成有跨載體基板之不同部分變動或塑形之厚度。共同載體基板上之不同壓電層厚度可針對單體形成之不同表面聲波(SAW)濾波器結構，針對單一濾波器結構內之不同組諧振器，且針對在橫向方向或傳播方向之一或多者上之單一SAW裝置內之不同區域提供。塑形壓電層可包含選擇性移除或添加壓電層之部分。依此方式，SAW裝置及濾波器內之不同層級之壓電層厚度可經調適以在無需單獨基板上之單獨形成之裝置之情況下提供不同聲波諧振器性質。

在進一步描述本發明之特定實施例之前，提供SAW裝置之一般討論。圖1係代表性SAW裝置10之透視圖繪示。SAW裝置10包含：基板12；壓電層14，其位於基板12上；叉指式換能器(IDT) 16，其位於與基板12對置之壓電層14之表面上；第一反射器結構18A，其位於壓電層14之表面上，相鄰於IDT 16；及第二反射器結構18B，其位於壓電層14之表面上，相鄰於IDT 16且與第一反射器結構18A對置。在某些態樣中，基板12可指稱載體基板且整體SAW裝置10可指稱引導式SAW裝置。

IDT 16包含第一電極20A及第二電極20B，其等之各者包含彼此交錯之若干個電極指22，如圖中所展示。第一電極20A及第二電極20B亦可指稱梳狀電極。第一電極20A及第二電極20B之相鄰電極指22之間的橫向距離界定IDT 16的電極節距P。電極節距P可至少部分界定SAW裝置10之中心頻率波長λ，其中中心頻率係由IDT 16在壓電層14中產生之機械波的主要頻率。針對其中所有電極指22之電極節距P相同之如圖1中所展示的IDT 16，中心頻率波長λ等於電極節距P的兩倍。針對雙電極IDT 16，中心頻率波長λ等於電極節距P的四倍。相鄰電極指22在電極節距P上之指寬W可界定IDT 16之金屬化比率或占空因數，其可規定SAW裝置10之某些操作特性。

在操作中，第一電極20A處提供之交流電輸入信號被轉換成壓電層14中之機械信號，以導致其中之一或多個聲波。在SAW裝置10之情況中，所得聲波主要係表面聲波。如上文所討論，歸因於IDT 16的電極節距P及金屬化比率，壓電層14之材料的特性及其他因數，壓電層14中轉換之聲波的振幅及頻率取決於交流電輸入信號的頻率。此頻率依賴性通常係根據阻抗的變化及/或第一電極20A與第二電極20B之間之相移相對於交流電輸入信號的頻率來描述。兩個電極20A與20B之間的交流電位在產生聲波的壓電材料中產生電場。聲波在表面行進且最終轉移回至電極20A與20B之間的電信號。第一反射器結構18A及第二反射器結構18B使壓電層14中之聲波朝向IDT 16反射回，以將聲波限制於IDT 16周圍之區域中。

基板12可包括包含玻璃、藍寶石、石英、矽(Si)或砷化鎵(GaAs)等等之各種材料，其中Si係共同選擇。壓電層14可由任何適合壓電材料形成。在本文中所描述之某些實施例中，壓電層14由鉭酸鋰(LT)或鈮酸鋰(LiNbO ₃)形成，但不限於此。在某些實施例中，壓電層14足夠厚或足夠剛性以充當壓電基板。因此，可省略圖1中之基板12。熟習技術者將瞭解，本發明之原理可應用於基板12及壓電層14之其他材料。IDT 16、第一反射器結構18A及第二反射器結構18B可包括呈單層或多層配置之鋁(Al)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鉑(Pt)及其合金之一或多者。儘管圖中未展示以避免使圖式不清楚，但額外鈍化層、頻率修整層或任何其他層可設置於壓電層14、IDT 16、第一反射器結構18A及第二反射器結構18B之所有暴露表面或其部分上方。此等額外鈍化層可經提供用於溫度補償目的及/或改良導熱率以及其他原因。此外，在各種實施例中，一或多個層可設置於基板12與壓電層14之間。

圖2係圖1之SAW裝置10之代表性橫截面。為抑制此體輻射及相關聯傳播損耗，SAW裝置10可設有分層基板結構，其中壓電層14 (本文中亦可指稱壓電材料或薄膜)接合或沈積於基板12上。SAW裝置10可包含IDT 16、第一反射器結構18A及第二反射器結構18B，如先前所描述。若基板12之體聲波(BAW)速度在SAW裝置10之傳播方向適當大，則壓電層14內可引導聲能且可減少或消除體中之損耗(即，基板12中之損耗)。中間層24或複數個中間層24可配置於壓電層14與載體基板12之間。中間層24可用於改良聲波引導或壓電耦合、溫度補償、導熱率及應力及/或應變減輕之一或多者，或其可用於特定製程。在某些實施例中，中間層24可包含一或多個介電層、金屬層、壓電層及其等之組合。在一個實例中，中間層24可包括一或多層二氧化矽(SiO ₂)及/或氮化矽(SiN)。SAW裝置10可進一步包括介電層26或複數個介電層26，其位於IDT 16、第一反射器結構18A、第二反射器結構18B及壓電層14之暴露表面上。如圖中所繪示，IDT 16、第一反射器結構18A、第二反射器結構18B可嵌於介電層26內。在某些實施例中，介電層26可包括一或多層SiO ₂、SiN及氧化鋁以提供鈍化。

基於分層基板之SAW裝置或SAW諧振器一般適合用作跨挑戰性頻帶(諸如中頻帶/高頻帶(MHB)頻率範圍)以及其他挑戰性頻帶之濾波器。取決於特定頻帶，SAW裝置組態及不同壓電層組態用於提供不同聲波諧振器性質。SAW裝置之聲波諧振器性質對高效能聲波濾波器及相關產品很重要，包含耦合係數(k2)、品質因數(Q)、頻率溫度係數(TCF)及帶外寄生模態抑制等等。在習知引導式SAW裝置中，通常針對形成於相同晶圓上之所有諧振器及濾波器提供恆定壓電層厚度，且因此，重要聲波諧振器性質之間可存在權衡。此等權衡可潛在地限制所得SAW裝置及濾波器之效能。替代地，可將自不同晶圓提供之不同SAW諧振器及濾波器組裝在一起以解決此等權衡，但與單獨形成之裝置相關聯之成本及製造複雜性亦隨之增加。在此等組態中，經組裝在一起之不同SAW諧振器及濾波器之間距要求可能需要較長互連長度，其導致額外損耗。

根據本發明之原理，可在無需單獨基板上單獨形成之裝置之情況下調適SAW裝置及濾波器內之不同層級之壓電層厚度。就此而言，與單獨形成之SAW裝置及濾波器之配置相比，具有不同性質之SAW裝置及濾波器可更緊密地形成在一起且互連損耗降低。在某些態樣中，不同壓電層厚度可針對在共同基板上單體形成之不同SAW濾波器結構提供使得不同濾波器結構針對不同頻帶之聲波諧振器性質調適。在某些態樣中，不同壓電層厚度可針對不同組諧振器(例如並聯及串聯諧振器)提供。在又進一步態樣中，可在橫向方向或傳播方向之一或多者上針對單一SAW裝置內之不同區域提供不同壓電層厚度。例如，可針對反射器相對於IDT或針對經耦合諧振器濾波器(CRF)內之某些區域提供不同壓電層厚度。為實施此等經調適壓電層厚度，可在壓電層之頂部上形成電極結構之前圖案化接合晶圓之壓電層。在其他實施方案中，可在提供電極結構之後圖案化壓電層。在任一實施方案中，提供習知裝置不可用之額外自由度。儘管本發明之實施例係針對分層基板上之引導式SAW裝置描述，但本發明之原理亦可應用於依賴於體壓電晶圓(例如LT-SAW或溫度補償SAW)之其他SAW技術以及BAW技術。

圖3A係繪示演示SAW諧振器之耦合係數k2如何隨不同壓電層厚度改變之模擬結果的曲線圖28。為模擬之目的，選擇SAW諧振器之例示性結構，其包含矽基板(例如，圖2之12)、埋入式SiO ₂層(例如，圖2之24)、包括LT之壓電層(例如，圖2之14)、由鋁銅形成之IDT (例如，圖2之16)及由SiN形成之介電層(例如，圖2之26)。在模擬中，壓電層之厚度變動，且SAW諧振器之所有其他結構態樣對於兩種不同厚度之埋入式SiO ₂層保持不變。如圖中所繪示，k2略微取決於埋入式SiO ₂層厚度。儘管SiO ₂層對於溫度補償、應力/應變緩解及減少與介面處或裝置內之導電通道之耦合而言可能很重要，但壓電層厚度可充當用於調適特定應用之SAW諧振器之耦合之主要參數。

圖3B係繪示基於所量測SAW諧振器回應之不同壓電層厚度之k2之回應的曲線圖30。如圖中所繪示，量測結果確認圖3A之模擬結果，表明SAW諧振器之耦合係數k2可與壓電層之厚度直接相關。藉由使用不同壓電層厚度，可針對多組SAW諧振器選擇不同工作點。此可實現形成於共同基板上之串聯及並聯諧振器之單獨最佳化。例如，可針對兩個濾波器裙襬之一者之陡峭過渡提供更小耦合但更高Q，而另一組諧振器可經結構化以提供大帶寬。根據本發明之原理，可在相同基板上單體形成具有兩個諧振器之SAW裝置，其中一個諧振器具有20之值且另一諧振器具有40之。因此，此可使SAW裝置及濾波器結構避免使用其他技術，諸如與諧振器並聯之去耦電容器(具有潛在低Q)，藉此節省晶粒上之空間且提高濾波器效能。

圖4A繪示根據本發明之原理之SAW濾波器製造之後及切割之前之裝置晶圓32之部分之俯視圖。圖4A中之分解框經繪示以提供可在切割之後自裝置晶圓32單粒化之個別SAW裝置36之細節。SAW裝置36包含第一SAW濾波器36A及第二SAW濾波器36B之單體整合，其中第一SAW濾波器36A具有不同於SAW濾波器36B之壓電層厚度。舉例而言，第一SAW濾波器36A可經組態為具有1842.5兆赫(MHz)之操作頻率目標之用於在MHB頻率範圍之頻帶3中操作之射頻接收(Rx)濾波器，且第二SAW濾波器36B可經組態為具有2140 MHz之操作頻率目標之用於在MHB頻率範圍之頻帶1中操作之Rx濾波器。第一SAW濾波器36A及第二SAW濾波器36B可包含各種數目之SAW諧振器38A、38B及SAW耦合諧振器濾波器(SAW CRF) 40A、40B。舉例而言，第一SAW濾波器36A中之壓電層之厚度(指定為14 _T1)可設定為660奈米(nm)，而第二SAW濾波器36B中之壓電層之厚度(指定為14 _T2)可設定為500 nm，藉此在其等之間形成160 nm之步階高度。依此方式，根據本發明之原理，具有不同濾波器拓撲結構之第一SAW濾波器36A及第二SAW濾波器36B可形成於具有不同壓電層厚度之共同基板(例如，圖2之12)上。在晶圓級，壓電層之第一及第二厚度(14 _T1及14 _T2)可呈現為橫跨裝置晶圓32之條帶。在又進一步實施例中，當壓電層圍繞表面法線呈現180度旋轉對稱時，壓電層之第一及第二厚度(14 _T1及14 _T2)可形成棋盤圖案，使得SAW濾波器36A及36B之位置可自SAW裝置36交替至SAW裝置36。

在某些實施例中，壓電層可經選擇性移除或選擇性添加至與第一SAW濾波器36A及第二SAW濾波器36B對應之橫跨裝置晶圓32之不同位置中。選擇性移除壓電層之部分可包含選擇性蝕刻壓電層以形成較薄區域(例如，在第二SAW濾波器36B中)。例如，例示性製程可包括對裝置晶圓32之壓電層施加圖案化蝕刻及/或圖案化修整程序。在某些實施例中，此壓電材料移除可用商業設備執行，諸如通常在標準SAW程序中用於修整介電層之離子束電漿工具。選擇性添加壓電層之部分可包含選擇性沈積或生長壓電層之部分以形成較厚區域(例如，在第一SAW濾波器36A中)。上述製造步驟可重複任何次數以跨裝置晶圓32 (或單粒化之後之圖2之基板12)提供不同壓電層厚度。依此方式，聲波諧振器性質之間的權衡可經調適用於包含不同若干個SAW濾波器結構之單晶粒內之實施以在模組(諸如分集接收(DRx)模組)內提供較小整體晶粒大小。在替代製造步驟實施例中，除離散厚度步驟之外，壓電層厚度可用包含光束掃描能力(其可在不同厚度之區域之間提供厚度梯度)之工具改變。

圖4B繪示圖4A之晶圓32之替代組態(圖4B中標記為32’)之俯視圖。圖4B中之分解框經繪示以提供對應SAW裝置36'之細節，其係圖4A之個別SAW裝置36之替代組態。在圖4B中，壓電層之第二部分之不同厚度14 _T2僅設置於SAW濾波器36B之部分上。就此而言，壓電層之第一部分之厚度14 _T1針對SAW濾波器36A且沿SAW濾波器36B之部分提供，諸如圍繞SAW濾波器36B之周邊。在晶圓級，壓電層之第一部分之厚度14 _T1可跨晶圓32'連續呈現，而壓電層之第二部分之厚度14 _T2可呈現為不連續區域之圖案。

圖4C係SAW裝置26''之俯視圖繪示，其係圖4A之SAW裝置36'之替代組態，在圖4C中標記為36''。不是具有不同壓電層厚度用於整個第一SAW濾波器36A及整個第二SAW濾波器36B，而是可在SAW濾波器36A、36B之一者內提供不同壓電層厚度。舉例而言，在圖4C之SAW裝置36''中，SAW濾波器36A可包含不同壓電層厚度用於SAW諧振器38A-1至38A-3之各者及SAW CRF 40A (指定為14 _T1至14 _T4(例如，14 _T1≠14 _T2≠14 _T3≠14 _T4)。在其他實施例中，SAW諧振器38A-1至38A-3中之各者可具有不同於SAW CRF 40A之壓電層厚度(例如14 _T2)之相同壓電層厚度(例如，14 _T1＝14 _T3＝14 _T4)。

圖5係繪示如應用於本發明之原理之梯狀濾波器42之實施例的示意圖。如圖中所展示，梯狀濾波器42可包含連接於電路內部之若干SAW諧振器44-1至44-7。SAW諧振器44-1至44-7之各者可單體形成於共同基板上，如先前所描述。一般而言，梯狀濾波器42經設計使得並聯諧振器(即，SAW諧振器44-1、44-3、44-5及44-7)具有接近梯狀濾波器42之中心頻率之反諧振頻率且串聯諧振器(即，SAW諧振器44-2、44-4及44-6)經設計以使其諧振頻率接近梯狀濾波器42之中心頻率。因此，在中心頻率處，並聯諧振器充當開路，串聯諧振器充當短路，且梯狀濾波器42之輸入與輸出之間存在直接連接。在其等諧振頻率處，並聯諧振器充當短路以在通帶下方之梯狀濾波器42之傳遞函數中產生陷波。類似地，在其等反諧振頻率處，串聯諧振器充當開路且在阻帶上方產生陷波。為調適聲波諧振器性質之間的權衡，並聯SAW諧振器(44-1、44-3、44-5及44-7)可經配置有不同於串聯SAW諧振器(44-2、44-4及44-6)之壓電厚度。取決於應用，並聯SAW諧振器中之壓電層可比串聯SAW諧振器厚或薄。圖式中未展示之梯狀濾波器42之諸多替代組態亦為可行的。例如但不限於，在一些情況中，梯狀濾波器42可具有不同若干個諧振器及/或具有若干連續串聯諧振器或並聯諧振器。

圖6係根據本發明之原理之個別SAW裝置46之橫截面繪示，其中壓電層14沿SAW裝置46之波傳播方向形成有不同厚度。如圖中所繪示，SAW裝置46依類似於圖2之SAW裝置10之方式組態，但壓電層14並未形成有恆定厚度。確切而言，與IDT 16配準之壓電層14之第一厚度T1不同於與第一及第二反射器結構18A及18B配準之壓電層14之第二厚度T2。如圖中所繪示，第一厚度T1及第二厚度T2在垂直於基板12及中間層24之方向上量測。舉例而言，圖6中之第一厚度T1大於第二厚度T2。在其他實施例中，厚度可顛倒使得第二厚度T2大於第一厚度T1。藉由使第二厚度T2能夠不同於第一厚度T1，SAW裝置46可設有額外自由度以調適反射率及限制回應以減少各種應用中之洩漏及損耗。為製造SAW裝置46，壓電層14之部分可經選擇性移除以形成第二厚度T2或壓電層14之部分可經選擇性添加以形成第一厚度T1。在任一情況中，壓電層14可在IDT 16及反射器結構18A、18B形成及圖案化於壓電層14上之前設有第一厚度T1及第二厚度T2。

圖7A係類似於圖6之SAW裝置46之SAW裝置48-1之橫截面繪示，但其中第二厚度T2亦可設置於根據本發明之原理之IDT 16之個別對電極指22之間。依此方式，IDT 16可首先形成於壓電層14上，接著選擇性移除配準於IDT 16之電極指22之間之壓電層14之部分。中間製造步驟可包含在IDT 16之電極指22上方施加遮罩以在壓電層14之移除步驟期間充分保護IDT 16。依此方式，具有第一厚度T1之壓電層14之部分與每一個別電極指22配準且具有第二厚度T2之壓電層14之部分配準於電極指22之相鄰對之間。如圖中所繪示，與反射器結構18A、18B配準之壓電層14之其他部分亦可設有第二厚度T2。在不同反射率及限制回應之其他實施例中，與反射器結構18A、18B配準之壓電層14之部分可進一步設有不同於第一厚度T1及第二厚度T2之厚度。

圖7B係類似於圖7A之SAW裝置48-1之SAW裝置48-2之橫截面繪示，但具有位於IDT 16下方之壓電層14之相反組態。在圖7B中，反射器結構18A、18B及IDT 16形成於具有第二厚度T2之壓電層14之部分上，且具有第一厚度T1之壓電層14之部分配準於電極指22之相鄰對之間。在進一步實施例中，IDT 16及對應電極指22可設置於該壓電層14之具有不同於厚度T1或T2之厚度之部分上。

圖8A係根據本發明之原理之SAW裝置50之俯視圖繪示，其中壓電層沿SAW裝置50之橫向方向形成有不同厚度。SAW裝置50可包含如先前所描述之IDT 16及反射器結構18A、18B。壓電層可沿橫向方向形成有變動厚度分佈，使得壓電層之不同部分14-1至14-9沿電極指22之方向具有不同厚度。依此方式，電極指22之個別者可配置於壓電層之不同部分14-2至14-8之至少兩者或更多者、或至少三者或更多者、或至少七者或更多者上或自兩者至七者之範圍。取決於實施例，壓電層部分14-1至14-9之厚度可自跨橫向方向逐漸增加或減少。在其他實施例中，壓電層部分14-1至14-9之厚度可在SAW裝置50之水平中心線之上方及下方(例如，沿傳播方向)彼此鏡像。圖8B係其中壓電層依圖8A之SAW裝置50之替代組態沿橫向方向形成有不同厚度之SAW裝置52之俯視圖繪示。如圖中所繪示，SAW裝置52可依跨橫向方向之圖案形成有壓電層厚度。舉例而言，SAW裝置52之壓電層部分14-1至14-3之厚度形成有對稱圖案。圖8A及圖8B中所繪示之實施例演示由改變壓電層厚度之能力提供之個別SAW裝置內之額外自由度。此額外自由度可提供調適不同波性質之能力，諸如主諧振器模態對跨裝置之不同位置處之其他模態(例如，寄生)之速度、耦合及頻率。此等配置可有利於調適寄生模態抑制，諸如在主模態係剪切模態時抑制雷利(Rayleigh)模態且在主模態處於雷利模態時抑制剪切模態。另外，此等配置可提供調適以抑制主模態之橫向模態及抑制另一寄生模態之橫向模態，及在橫向方向上或進入分層基板中之能量洩漏之抑制。

圖8C係根據本發明之原理之SAW裝置54之俯視圖繪示，其中壓電層沿SAW裝置54之傳播方向形成有不同厚度。壓電層可沿橫向方向形成有變動厚度分佈，使得壓電層之不同部分14-1至14-9沿傳播方向具有不同厚度。壓電層之部分14-1至14-9之各者之厚度可沿傳播方向逐漸增加或減少。在其他實施例中，壓電層部分14-1至14-9之厚度可在SAW裝置54之中心線之左右(例如，沿橫向方向)彼此鏡像。圖8D係其中壓電層依圖8C之SAW裝置54之替代組態沿傳播方向形成有不同厚度之SAW裝置56之俯視圖繪示。如圖中所繪示，SAW裝置56可依跨傳播方向之圖案形成有壓電層厚度。舉例而言，SAW裝置56之壓電層部分14-1至14-3之厚度形成有對稱圖案。圖8C及圖8D中所繪示之實施例進一步演示由改變壓電層厚度之能力提供之個別SAW裝置內之額外自由度。此額外自由度可提供調適不同波性質之能力，諸如速度、耦合及頻率。因此，可調適某一諧振器之有效耦合，例如，fs與fp之間的較短過渡之較小耦合。針對可在濾波器拓撲結構中使用之SAW裝置，此等原理可用於提供所得濾波器裙擺之更陡峭過渡。亦可在傳播方向、橫向方向上或至分層基板中提供能量洩漏之抑制。

圖8E及圖8F係根據本發明之原理之SAW裝置58、60之俯視圖繪示，其中壓電層沿SAW裝置58、60之傳播方向及橫向方向形成有不同厚度，藉此組合如上文針對圖8A至圖8D所描述之調適諧振器性質之一或多者之優點。在圖8F中，SAW裝置60演示形成關於傳播方向及橫向方向之對稱圖案之不同壓電層厚度部分14-1至14-5。

針對圖8A至圖8F之上述實施例之任一者，壓電層部分(例如，14-1至14-9)之間的厚度過渡可依任何數目之組態配置。例如，厚度過渡可包括傾斜或連續漸變之厚度過渡，其可依更連續方式促進電極指22之形成，藉此藉由減少否則可在電極指22中形成之較薄或較窄區段來提高導電性。在其他實施例中，壓電層部分(例如，14-1至14-9)之間的厚度過渡可依其他組態配置，例如各厚度過渡之單步或多步組態。

本發明之實施例可應用於射頻(RF)應用中之各種操作頻帶。就約2.55吉赫(GHz)之頻率處之194 MHz的帶寬而言，挑戰性頻帶之實例係頻帶41 (B41)。針對B41，可需要10%以上之高Q值耦合來提供良好濾波器效能。圖9A至圖9C提供經組態用於B41操作之例示性SAW諧振器堆疊之有限元素(FEM)模擬的結果。為FEM模擬之目的，SAW諧振器結構包含位於具有240 nm之厚度的SiO ₂中間層上之具有可變厚度h _LT(在100 nm至400 nm之範圍內)的LT壓電層，及矽基板。另外，SAW諧振器係用不同IDT節距之IDT電極指來實施，其中占空因數(DF)為50%且包括具有150 nm之厚度的鋁銅合金。

圖9A係繪示FEM模擬之諧振頻率fs及其對LT壓電層厚度之依賴性的曲線圖62。圖9B係繪示所得耦合係數k2的曲線圖64，且圖9C係繪示FEM模擬之反諧振Qp處之所得品質因數的曲線圖66。如圖9B及圖9C中所繪示，針對各種IDT節距之各者，反諧振Qp處存在耦合與品質因數之間的權衡。針對LT壓電層厚度，在耦合k2降低同時可達成反諧振Qp處之更高品質因數。同時，針對不同IDT節距，相同LT厚度不會出現最大耦合k2值。就此而言，針對相同晶粒上之裝置，利用不同LT壓電層厚度，可針對B41濾波器內之各諧振器選擇不同工作點。在此實例中，提供一些諧振器之高耦合k2(例如，圖9B中高於12%之耦合)，同時在相同晶粒上提供其他諧振器之反諧振Qp處的更大品質因數。在實踐中，聲波參數權衡之實際最佳化可為多維的，同時考量額外裝置要求。如本文中所揭示，壓電層厚度的選擇自由度提供當前在習知SAW濾波器設計及最佳化程序中不可得的新自由度。

可隨壓電層厚度調諧之SAW裝置的另一重要聲波諧振器性質係頻率溫度係數(TCF)。圖10A及圖10B係演示SAW諧振器在諧振(TCF)、反諧振(TCFp)及其等基於不同壓電層厚度值之差異(ΔTCF)時量測之TCF值的曲線圖。在圖10A及圖10B兩者中，針對SiO ₂中間層之兩個不同厚度值(例如，170 nm及360 nm)提供SAW諧振器裝置之量測。圖10A係繪示跨SiO ₂厚度值之各者之LT壓電層厚度之範圍的TCF及TCFp量測的曲線圖68。圖10B係繪示圖10A之TCF及TCFp值之間之差ΔTCF的曲線圖70。藉由調整濾波器晶粒內之不同諧振器的LT壓電層厚度，調適濾波器晶粒的熱行為變得更加靈活。例如，某些諧振器可經組態以具有比其他諧振器小得多之TCF值，其中針對接近40%之值，TCF幾乎為零。另一方面，針對接近15%之值，TCFp接近於零。根據本發明之原理，不同值及具有不同TCF值之對應SAW諧振器堆疊可被組合於單一濾波器內或單晶片上的若干濾波器內。依此方式，可啟用新的解決方案，其等目前對於傳統SAW諧振器而言無法達成，其中特定頻率處之諧振器的TCF值係必須在濾波器設計中考量的固定值。本發明之原理亦可應用於其他濾波器特性，包含電壓駐波比(VSWR)隨溫度之變化等等。就此而言，根據本發明之調適壓電層厚度可經實施以較佳調整通帶中心之並聯及串聯諧振器之溫度偏移，以在目標溫度範圍內具有更穩定回應。

眾所周知，SAW諧振器亦展現寄生模態，諸如低於主模態fs之雷利模態、高於fs之縱向極化模態及更高頻率之更高階模態。此帶外模態可落入其他頻帶之頻率範圍內，以給多工模組內之SAW濾波器帶來挑戰。隨著載波聚合要求之進一步增加，此可變得更具挑戰性。由於各模態對壓電層厚度具有不同靈敏度，針對濾波器結構內之不同SAW諧振器調適壓電層厚度之本發明之原理可提供新的自由度以抑制濾波器內之諧振器之帶外模態或將其等移位至對應用更有利之頻率，諸如相關頻帶之間的窄頻率範圍。

如先前所描述，在SAW裝置內調適或塑形壓電層厚度可涉及用選擇性蝕刻製造步驟來選擇性移除壓電層之部分。舉例而言，圖11A至圖11C係在涉及SAW裝置72之圖案化蝕刻及/或圖案化修整程序之各種循序製造步驟中之橫截面繪示。在圖11A中，SAW裝置72設有位於基板12上之壓電層14，且中間層24位於其等之間，如先前所描述。壓電層14可接合至或依其他方式形成於基板12及中間層24上。如圖中所繪示，壓電層14跨SAW裝置72形成有第一厚度T1。在圖11B之製造步驟中，蝕刻遮罩74(諸如硬遮罩或圖案化抗蝕劑)經選擇性施加於壓電層14之部分上方。離子束電漿75接著可施加於SAW裝置72上方以選擇性移除未被蝕刻遮罩74覆蓋之壓電層14之部分。依此方式，壓電層14之蝕刻區域具有第二厚度T2。儘管僅繪示壓電層14之厚度分佈中之單一步驟，但選擇性移除之製造步驟可重複任何次數以跨基板12提供諸多不同壓電層厚度。在圖11C之製造步驟中，圖11B之蝕刻遮罩74已經移除且各種SAW結構可藉由圖案化IDT 16-1及16-2及壓電層14上之對應反射器結構18A-1、18B-1及18A-2、18B-2形成。介電層26可接著形成於SAW裝置72上方。依此方式，由IDT 16-2及對應反射器結構18A-2及18B-2形成之SAW結構提供於壓電層14之蝕刻表面上。在進一步實施例中，在介電層26之施加之前，額外蝕刻遮罩(例如圖11B之蝕刻遮罩74)可提供於經圖案化IDT 16-1、16-2之至少一者之各電極指22上方。針對此等實施例，配準於電極指22之相鄰對之間的壓電層14之部分之選擇性移除可接著經執行以提供類似於圖7之SAW裝置48之結構。

為評估形成於壓電層之蝕刻表面上之SAW結構之相對品質，提供用於接合晶圓之大面積分層基板結構，其包含SiO ₂中間層上之LT壓電層。針對此等大面積晶圓，整個晶圓中可存在厚度變動。就此而言，壓電層晶圓經受選擇性蝕刻，使得某些蝕刻區域可具有與未經蝕刻之晶圓之其他區域類似之厚度。接著選擇具有相同LT壓電層厚度(及SiO ₂厚度)之對應SAW諧振器用於品質因數比較。圖12A係指示跨晶圓之厚度差異之移除圖76之繪示。蝕刻遮罩78在晶圓上方經圖案化且未被蝕刻遮罩78覆蓋之晶圓之部分經受離子電漿蝕刻。圖12B係理想化蝕刻程序之潛在或理論蝕刻後圖80之繪示，且圖12C係晶圓之經量測蝕刻後圖82。預期經量測蝕刻後圖82及理論蝕刻後圖80之間的一些差異，因為有限離子束大小可導致不可修整之短距離厚度差異。可導致差異之其他因數可為蝕刻速率之變動或波動，以及厚度量測工具之有限精度。將壓電層減薄至至多230 nm或整個壓電層厚度之約30%。

圖13A至圖13J係繪示圖12A至圖12C之圖中特性化之選擇性移除步驟之後製造之SAW諧振器之品質因數及耦合之比較的曲線圖。在蝕刻及未蝕刻(或修整及未修整)晶圓位置選擇SAW諧振器，此等位置SiO ₂層及壓電層之薄膜厚度相當。為比較目的，SiO ₂層及壓電層厚度在限制範圍內經濾波以提供適合比較，且品質因數(圖13B至圖13D中之Q _MAX，圖13E至圖13G中之Qp)及耦合(圖13H至圖13J中之k2)經提取用於具有約1GHz之諧振頻率之諧振器。圖13A係晶圓圖84，其指示選擇用於量測之經修整及未經修整諧振器裝置位置之相對晶圓位置之晶圓圖84。圖13B係指示來自經修整及未經修整晶圓區域之諧振器展示在1GHz處約2400之可比較品質因數之曲線圖86。圖13C係指示基於基於所移除之壓電層之量之品質因數無顯著下降之曲線圖88。最後，圖13D係指示經濾波裝置之間的壓電層厚度(LT厚度)變動在經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖90。圖13E係指示來自經修整與未經修整晶圓區域之諧振器展示1 GHz處之可比較反諧振品質因數Qp之曲線圖92。圖13F係指示基於所移除之壓電層之量(LT修整量)之反諧振品質因數無顯著下降之曲線圖94。圖13G係指示經濾波裝置之間的壓電層厚度(LT厚度)變動在經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖96。圖13H係指示來自經修整與未經修整晶圓區域之諧振器展示1 GHz處之可比較耦合之曲線圖98。圖13I係指示基於自所移除之壓電層之量(LT修整量)之反諧振品質因數無顯著下降之曲線圖100。最後，圖13J係指示經濾波裝置之間的壓電層厚度(LT厚度)變動在經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖102。就此而言，可在某些區域(包含超過200 nm)中達成壓電材料之選擇性移除，且不會對所得裝置之效能產生可觀察之影響。因而，可在壓電層之經修整或蝕刻區域上製造引導式SAW諧振器，且與在未經修整區域上製造之可比較引導式SAW諧振器沒有可觀察之品質因數及耦合差異。

為評估形成於壓電層之蝕刻表面上之SAW結構之相對品質用於更高頻帶應用，提供且依類似於上文針對圖12A至圖12C所描述之方式選擇性蝕刻分層基板結構。接著選擇具有相同LT壓電層厚度(及SiO ₂厚度)之對應SAW諧振器用於品質因數比較。圖14A至圖14J係繪示在選擇性移除步驟之後製造之SAW諧振器之品質因數及耦合之比較的曲線圖。在蝕刻及未蝕刻(或修整及未修整)晶圓位置處選擇SAW諧振器，此等位置之SiO ₂層及壓電層之薄膜厚度相當。為比較目的，SiO ₂層及壓電層厚度在限制範圍內經濾波以提供適合比較，且品質因數(圖14B至圖14D中之Q _MAX，圖14E至圖14G中之Qp)及耦合(圖14H至圖14J中之k2)經提取用於具有1.7 GHz之諧振頻率之諧振器。圖14A係指示經選擇用於量測之經修整及未經修整諧振器裝置位置之相對晶圓位置之晶圓圖104。圖14B係指示來自經修整及未經修整晶圓區域之諧振器展示1.7 GHz處之約2200之可比較品質因數之曲線圖106。圖14C係指示基於自所移除之壓電層之量(LT修整量)之品質因數無顯著下降之曲線圖108。最後，圖14D係指示濾波裝置之間的壓電層厚度(LT厚度)變動在經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖110。圖14E係指示來自經修整及未經修整晶圓區域之諧振器展示1.7 GHz處之可比較反諧振品質因數之曲線圖112。圖14F係指示基於所移除之壓電層之量(LT修整量)之反諧振品質因數無顯著下降之曲線圖114。圖14G係指示濾波裝置之間的壓電層厚度(LT厚度)變動在經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖116。圖14H係指示來自經修整及未經修整晶圓區域之諧振器展示1.7 GHz處之可比較耦合之曲線圖118。圖14I係指示基於所移除之壓電層之量(LT修整量)之反諧振品質因數無顯著下降之曲線圖120。最後，圖14J係指示濾波裝置之間的壓電層厚度(LT厚度)變動在經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖122。就此而言，壓電材料之選擇性移除可針對低頻應用(諸如在如圖13A至圖13J中所繪示之約600 MHz至1000 MHz之範圍內)以及如圖14A至圖14J中所繪示之1.4 GHz以上之中高頻應用提供，其中在所得裝置中無可觀察品質影響。因此，可在壓電層之經修整或蝕刻區域上製造引導式SAW諧振器，且無可觀察品質因數且與在跨各種頻帶之未經修整區域上製造之可比較引導式SAW諧振器無耦合差異。

本發明之原理可適用於所有聲諧振器，包含上文所揭示之引導式SAW裝置。跨此等裝置之分層基板之不同壓電薄膜厚度可實現否則無法獲得之自由度。有利效應包含藉由針對形成於共同基板上之諧振器集提供不同壓電膜厚度、在單晶粒內之濾波器(包含改良之單體二合一雙工器、四合一四工器或更高階之多工器及其他濾波器組合)中提供不同壓電膜厚度來提供改良及調適之效能特性之能力。

經考慮，任何前述態樣及/或如本文中所描述之各種單獨態樣及特徵可組合以獲得額外優點。除非本文中有相反指示，否則本文中所揭示之各種實施例之任一者可與一或多個其他揭示實施例組合。

熟習技術者將認知對本發明之較佳實施例之改良及修改。所有此等改良及修改被視為在本文中所揭示之概念及以下申請專利範圍之範疇內。

10:表面聲波(SAW)裝置 12:基板 14:壓電層 14-1至14-9:壓電層部分 14 _T1至14 _T4:壓電層厚度 16:叉指式換能器(IDT) 16-1:圖案化IDT 16-2:圖案化IDT 18A:第一反射器結構 18A-1:反射器結構 18A-2:反射器結構 18B:第二反射器結構 18B-1:反射器結構 18B-2:反射器結構 20A:第一電極 20B:第二電極 22:電極指 24:中間層 26:介電層 28:曲線圖 30:曲線圖 32:裝置晶圓 32':晶圓 36:表面聲波(SAW)裝置 36':SAW裝置 36'':SAW裝置 36A:第一SAW濾波器 36B:第二SAW濾波器 38A:SAW諧振器 38A-1至38A-3:SAW諧振器 38B:SAW諧振器 40A:SAW耦合諧振器濾波器(SAW CRF) 40B:SAW耦合諧振器濾波器(SAW CRF) 42:梯狀濾波器 44-1至44-7:SAW諧振器 46:SAW裝置 48-1:SAW裝置 48-2:SAW裝置 50:SAW裝置 52:SAW裝置 54:SAW裝置 56:SAW裝置 58:SAW裝置 60:SAW裝置 62:曲線圖 64:曲線圖 66:曲線圖 68:曲線圖 70:曲線圖 72:SAW裝置 74:蝕刻遮罩 75:離子束電漿 76:移除圖 78:蝕刻遮罩 80:蝕刻後圖 82:經量測蝕刻後圖 84:晶圓圖 86:曲線圖 88:曲線圖 90:曲線圖 92:曲線圖 94:曲線圖 96:曲線圖 98:曲線圖 100:曲線圖 102:曲線圖 104:晶圓圖 106:曲線圖 108:曲線圖 110:曲線圖 112:曲線圖 114:曲線圖 116:曲線圖 118:曲線圖 120:曲線圖 122:曲線圖 P:電極節距 T1:第一厚度 T2:第二厚度 W:指寬 λ:中心頻率波長

併入本說明書中且形成本說明書之部分之隨附圖式圖解說明本發明之若干態樣，且連同描述來解釋本發明之原理。

圖1係代表性表面聲波(SAW)裝置之透視圖繪示。

圖2係圖1之SAW裝置之代表性橫截面。

圖3A係繪示演示SAW諧振器之耦合係數k2如何隨不同壓電層厚度改變之模擬結果的曲線圖。

圖3B係繪示基於所量測SAW諧振器回應之不同壓電層厚度之k2之回應的曲線圖。

圖4A繪示根據本發明之原理之在SAW濾波器製造之後及切割之前之晶圓之部分之俯視圖，且圖4A中之分解框經繪示以提供可自切割之後之晶圓單粒化之個別SAW裝置之細節。

圖4B繪示圖4A之晶圓及個別SAW裝置之替代組態之俯視圖。

圖4C係圖4A之SAW裝置之另一替代組態之俯視圖繪示。

圖5係繪示如應用於本發明之原理之梯狀濾波器之實施例的示意圖。

圖6係根據本發明之原理之其中壓電層沿波傳播方向形成有不同厚度之個別SAW裝置裝置之橫截面繪示。

圖7A係根據本發明之原理之類似於圖6之SAW裝置但其中不同厚度部分亦可提供於叉指式換能器(IDT)之電極指之間的之SAW裝置之橫截面繪示。

圖7B係類似於圖7A之SAW裝置但具有位於IDT下方之壓電層之反向組態之SAW裝置之橫截面繪示。

圖8A係根據本發明之原理之SAW裝置之俯視圖繪示，其中壓電層沿SAW裝置之橫向方向形成有不同厚度。

圖8B係其中壓電層依圖8A之SAW裝置之替代組態沿橫向方向形成有不同厚度之SAW裝置之俯視圖繪示。

圖8C係根據本發明之原理之其中壓電層沿SAW裝置之傳播方向形成有不同厚度之SAW裝置之俯視圖繪示。

圖8D係其中壓電層依圖8C之SAW裝置之替代組態沿傳播方向形成有不同厚度之SAW裝置之俯視圖繪示。

圖8E及圖8F係根據本發明之原理之其中壓電層沿SAW裝置之傳播方向及橫向方向形成有不同厚度之SAW裝置之俯視圖繪示。

圖9A係繪示經組態用於B41操作之例示性SAW諧振器堆疊之有限元素(FEM)模擬之諧振頻率及其對壓電層厚度之依賴性的曲線圖。

圖9B係繪示所得耦合係數及其對FEM模擬之壓電層厚度之依賴性的曲線圖。

圖9C係繪示反諧振時之所得品質因數及其對FEM模擬之壓電層厚度之依賴性的曲線圖。

圖10A係繪示跨壓電層厚度值之範圍之諧振頻率溫度係數(TCF)及反諧振頻率溫度係數(TCFp)量測的曲線圖。

圖10B係繪示圖10A之TCF與TCFp(ΔTCF)值之間的差異的曲線圖。

圖11A係製造步驟中之橫截面繪示，其中SAW裝置設有在基板上具有第一厚度之壓電層及位於其等之間的中間層。

圖11B係後續製造步驟中之橫截面繪示，其中蝕刻遮罩經選擇性施加於壓電層之部分上方且未被蝕刻遮罩覆蓋之壓電層之其他部分經選擇性移除。

圖11C係後續製造步驟中之橫截面繪示，其中蝕刻遮罩經移除且剩餘SAW結構形成於壓電層上。

圖12A係指示跨包含壓電層之大面積接合晶圓之厚度差異之移除圖之繪示。

圖12B係施加至圖12A之晶圓之理想化蝕刻程序之期望或理論蝕刻後圖之繪示。

圖12C係圖12A之晶圓之經量測蝕刻後圖。

圖13A係指示自圖12C之晶圓選擇用於品質因數量測之經修整及未經修整諧振器裝置位置之相對晶圓位置之晶圓圖。

圖13B係指示來自圖13A之經修整及未經修整晶圓區域之諧振器展示可比較品質因數之曲線圖。

圖13C係指示基於自圖13A之經修整及未經修整晶圓區域針對諧振器移除之壓電層之量之品質因數無顯著下降之曲線圖。

圖13D係指示裝置之間的壓電層厚度變動在圖13A之經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖。

圖13E係指示來自圖13A之經修整與未經修整晶圓區域之諧振器展示可比較反諧振品質因數之曲線圖。

圖13F係指示基於自圖13A之經修整及未經修整晶圓區域針對諧振器移除之壓電層之量之反諧振品質因數無顯著下降之曲線圖。

圖13G係指示裝置之間的壓電層厚度變動在圖13A之經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖。

圖13H係指示來自圖13A之經修整與未經修整晶圓區域之諧振器展示可比較耦合之曲線圖。

圖13I係指示基於自圖13A之經修整及未經修整晶圓區域針對諧振器移除之壓電層之量之反諧振品質因數無顯著下降之曲線圖。

圖13J係指示濾波裝置之間的壓電層厚度變動在圖13A之經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖。

圖14A係指示依類似於圖13A之方式但針對更高頻率之裝置選擇用於品質因數量測之經修整及未經修整諧振器裝置位置之相對晶圓位置之晶圓圖。

圖14B係指示來自圖14A之經修整及未經修整晶圓區域之諧振器展示可比較品質因數之曲線圖。

圖14C係指示基於自圖14A之經修整及未經修整晶圓區域針對諧振器移除之壓電層之量之品質因數無顯著下降之曲線圖。

圖14D係指示濾波裝置之間的壓電層厚度變動在圖14A之經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖。

圖14E係指示來自圖14A之經修整及未經修整晶圓區域之諧振器展示可比較反諧振品質因數之曲線圖。

圖14F係指示基於自圖14A之經修整及未經修整晶圓區域針對諧振器移除之壓電層之量之反諧振品質因數無顯著下降之曲線圖。

圖14G係指示裝置之間的壓電層厚度變動在圖14A之經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖。

圖14H係指示來自圖14A之經修整及未經修整晶圓區域之諧振器展示可比較耦合之曲線圖。

圖14I係指示基於自圖14A之經修整及未經修整晶圓區域針對諧振器移除之壓電層之量之反諧振品質因數無顯著下降之曲線圖。

圖14J係指示濾波裝置之間的壓電層厚度變動在圖14A之經修整與未經修整晶圓區域之間可比較之曲線圖。

14 _T1:第一厚度 14 _T2:第二厚度 32:裝置晶圓 36:表面聲波(SAW)裝置 36A:第一SAW濾波器 36B:第二SAW濾波器 38A:SAW諧振器 38B:SAW諧振器 40A:SAW耦合諧振器濾波器(SAW CRF) 40B:SAW耦合諧振器濾波器(SAW CRF)

Claims

一種表面聲波(SAW)裝置，其包括：載體基板；壓電層，其位於該載體基板上，其中該壓電層之第一部分具有如在垂直於該載體基板之方向上量測之第一厚度，該壓電層之第二部分具有如在垂直於該載體基板之該方向上量測之第二厚度，且其中該第一厚度不同於該第二厚度且該壓電層在該第一厚度與該第二厚度之間連續漸變；及至少一個電極，其位於與該載體基板對置之該壓電層之該等第一及第二部分的表面上。
如請求項1之SAW裝置，其中該至少一個電極包括該壓電層上之複數個電極，其等界定該載體基板上之第一SAW濾波器結構及第二SAW濾波器結構，且該第一SAW濾波器結構包括該壓電層之該第一部分，且該第二SAW濾波器結構包括該壓電層之該第二部分。
如請求項2之SAW裝置，其中該第一SAW濾波器結構及該第二SAW濾波器結構各包括若干個SAW諧振器。
如請求項3之SAW裝置，其中該第一SAW濾波器結構及該第二SAW濾波器結構進一步包括若干個SAW耦合之諧振器濾波器。
如請求項1之SAW裝置，其中該至少一個電極包括界定SAW濾波器結構之該壓電層上的複數個電極，且該SAW濾波器結構包括複數個SAW諧振器。
如請求項5之SAW裝置，其中該複數個SAW諧振器形成包括該壓電層之該第一部分的若干個串聯諧振器及包括該壓電層之該第二部分的若干個並聯諧振器。
如請求項1之SAW裝置，其中該至少一個電極包括叉指式換能器(IDT)且該SAW裝置進一步包括第一及第二反射結構，其等經配置於該壓電層上，使得該IDT係定位於該第一反射結構與該第二反射結構之間。
如請求項7之SAW裝置，其中該IDT係配置於該壓電層之該第一部分上，且該第一及第二反射結構係配置於該壓電層之該第二部分上。
如請求項7之SAW裝置，其中該壓電層之該第一部分係與該IDT之個別電極指配準，且該壓電層之該第二部分係配準於該等個別電極指之相鄰對之間。
如請求項7之SAW裝置，其中該壓電層之該第一部分及該壓電層之該第二部分係配置成使該壓電層在該SAW裝置之橫向方向上連續漸變，使得該IDT之電極指係配置於該壓電層之該第一部分及該壓電層之該第二部分兩者上。
如請求項10之SAW裝置，其中該壓電層之第三部分包括如在垂直於該載體基板之該方向上量測之第三厚度，其中該第三厚度不同於該第一厚度及該第二厚度，且該電極指係配置於該壓電層之該第一、第二及第三部分上。
一種用於壓電層配置之方法，其包括：提供載體基板；在該載體基板上提供壓電層；塑形該壓電層，使得該壓電層之第一部分形成有如在垂直於該載體基板之方向上量測之第一厚度，該壓電層之第二部分形成有如在垂直於該載體基板之該方向上量測之第二厚度，且其中該第一厚度不同於該第二厚度且該壓電層在該第一厚度與該第二厚度之間連續漸變；及在與該載體基板對置之該壓電層之該等第一及第二部分的表面上提供至少一個電極。
如請求項12之方法，其中塑形該壓電層包括施加選擇性移除程序以形成該壓電層之該第二部分，使得該第二厚度小於該第一厚度。
如請求項13之方法，其中該選擇性移除程序包括在該壓電層之該第一部分上方形成圖案化蝕刻遮罩及選擇性蝕刻該壓電層之該第二部分。
如請求項13之方法，其中該至少一個電極係形成於該壓電層之該第二部分上。
如請求項12之方法，其中該至少一個電極包括該壓電層上之複數個電極，其等界定該載體基板上之第一表面聲波(SAW)濾波器結構及第二SAW濾波器結構，且該第一SAW濾波器結構包括該壓電層之該第一部分，且該第二SAW濾波器結構包括該壓電層之該第二部分。
如請求項16之方法，其中該第一SAW濾波器結構及該第二SAW濾波器結構各包括若干個SAW諧振器。
如請求項12之方法，其中該至少一個電極包括界定表面聲波(SAW)濾波器結構之該壓電層上的複數個電極，且該SAW濾波器結構包括複數個SAW諧振器。
如請求項18之方法，其中該複數個SAW諧振器形成包括該壓電層之該第一部分的若干個串聯諧振器及包括該壓電層之該第二部分的若干個並聯諧振器。
如請求項12之方法，其中該至少一個電極包括叉指式換能器(IDT)，且該方法進一步包括提供第一及第二反射結構，其等經配置於該壓電層上，使得該IDT係定位於該第一反射結構與該第二反射結構之間。
如請求項20之方法，其中該IDT係配置於該壓電層之該第一部分上，且該第一及第二反射結構係配置於該壓電層之該第二部分上。
如請求項20之方法，其中該壓電層之該第一部分及該壓電層之該第二部分係配置成使該壓電層在該壓電層之橫向方向上連續漸變，使得該IDT之電極指係配置於該壓電層之該第一部分及該壓電層之該第二部分兩者上。