[發(fā)明專利]一種空氣隙型壓電體聲波器件異質(zhì)集成方法和該器件

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811605254.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109802645A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐慰;高傳海;張孟倫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué);諾思（天津）微系統(tǒng)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H03H9/00
• 分類號(hào): H03H9/00;H03H9/02
• 代理公司: 北京漢智嘉成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11682
• 代理人: 姜?jiǎng)?谷惠敏

本發(fā)明提供一種空氣隙型壓電體聲波器件異質(zhì)集成方法，其特征在于，包括：使用軟印章將體聲波器件薄膜從供體基底上提起；使用軟印章將體聲波器件放到CMOS電路上方的中間層上，并同時(shí)使體聲波器件位于中間層的指定位置，指定位置具有空腔，或者指定位置具有支撐結(jié)構(gòu)及犧牲層。該方法運(yùn)用材料轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)將可轉(zhuǎn)移體聲波器件轉(zhuǎn)移至目標(biāo)系統(tǒng)平臺(tái)上，最終形成3D堆疊式集成結(jié)構(gòu)。該方法的優(yōu)勢(shì)在于：更低的成本、更高的集成度、更低的操作溫度要求以及更短的操作時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別地涉及一種空氣隙型壓電體聲波器件異質(zhì)集成方法和該器件。

背景技術(shù)

異質(zhì)集成(Heterogeneous Integration,HI)是指僅在一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上就能實(shí)現(xiàn)集成的技術(shù)，它通過(guò)一系列過(guò)程制造并組裝成完整的電子子系統(tǒng)，如MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)器件、SOI/CMOS混合信號(hào)專用集成電路(ASIC)、微尺度無(wú)源組件和微功率系統(tǒng)等。異質(zhì)集成被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)(System-on-Chip,SoC)和系統(tǒng)級(jí)封裝(System-on-a-Package,SoP)的關(guān)鍵策略。與此同時(shí)，以III-V族元素化合物、碳納米管等為代表的高性能新型應(yīng)用已越來(lái)越廣泛。若將基于這些高性能材料的電子組件與傳統(tǒng)硅基互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路集成在一起則可以進(jìn)一步獲得集成度更高、性能更優(yōu)的電子系統(tǒng)，這對(duì)集成電路在延續(xù)摩爾定律方面具有重要意義。事實(shí)上，以上所提及的高性能材料在某些工序上多不與傳統(tǒng)CMOS工藝相兼容，這種情況下相應(yīng)的電子組件往往需要獨(dú)立制造，然后通過(guò)異質(zhì)集成手段將他們組建在同一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上。

現(xiàn)有的異質(zhì)集成手段主要分為兩類：混合集成和單片集成。混合集成是將工藝不兼容的電子組件分別制造，然后進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)或晶圓級(jí)電學(xué)連接。此過(guò)程中需要將其中一種組件連同其基底進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，將連接突起點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行鍵合。鍵合過(guò)程使得連個(gè)接觸體間建立分子級(jí)的穩(wěn)固連接而成為一體，最后去除不必要的基底，但該過(guò)程往往需要在高溫條件才能完成，高溫可能損害某些電子組件。單片集成適用于工藝差異不太大的異質(zhì)集成中，當(dāng)一部分組件制造結(jié)束后，在其表面建立電學(xué)連接端并形成連接和特定的保護(hù)層，然后直接在此基礎(chǔ)上進(jìn)行第二部分組件的加工。

另一方面，基于壓電材料的體聲波諧振器正在吸引人們的研究注意力。由體聲波諧振器構(gòu)成的射頻前端濾波器/雙工器具有優(yōu)越的濾波特性，例如低插入損耗、陡峭的過(guò)渡帶、較大的功率容量和較強(qiáng)的抗靜電放電(ESD)能力。具有超低頻率溫度漂移的高頻體聲波振蕩器，其相位噪聲低、功耗低且?guī)捳{(diào)制范圍大。除此之外，這些微型體聲波諧振器可由MEMS工藝在硅襯底上大量制備，從而降低了單位成本。以薄膜體聲波諧振器(Film BulkAcoustic Resonator,FBAR)為例，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，諧振器具有典型的“三明治”結(jié)構(gòu)，從上至下依次為頂電極110、壓電層120和底電極130。當(dāng)兩電極間被施加射頻電壓時(shí)，壓電層在厚度方向上被激發(fā)出體聲波并伴隨微小形變，聲波能量在諧振器結(jié)構(gòu)體中損耗或傳播，到達(dá)邊界面時(shí)則透射到另一介質(zhì)或被反射回來(lái)，最終形成駐波，即進(jìn)入諧振狀態(tài)。在進(jìn)行體聲波諧振器設(shè)計(jì)時(shí)，為了最大程度上減少聲能量損失，除了選用低聲損耗材料等措施外，更應(yīng)注重構(gòu)建一個(gè)高聲反射率界面。空氣隙型結(jié)構(gòu)常被用作高聲反射率聲反射面，這是因?yàn)榭諝馀c諧振體材料的聲阻抗特性在數(shù)量級(jí)上具有較大差異，從而導(dǎo)致聲反射率極高。空氣隙型結(jié)構(gòu)可以通過(guò)諧振體有效諧振區(qū)域厚度方向上在襯底材料150構(gòu)造空腔140結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示，發(fā)生諧振時(shí)，體聲波在頂電極上表面、底電極下表面與有效諧振區(qū)域共同圍成的區(qū)域內(nèi)傳播。注意，這里的有效諧振區(qū)域定義為頂電極、壓電層和底電極三層材料在厚度方向上重疊的區(qū)域。