具有减少的衬底与接触凸块之间的热阻的横向激励薄膜体声波谐振器的制作方法
1.本公开涉及使用声波谐振器的射频滤波器，尤其涉及用于通信设备中的滤波器。
背景技术：
2.射频(rf)滤波器是双端器件，其被配置为通过一些频率，阻止其它频率，其中“通过”意味着以相对低的信号损耗进行传输，而“阻止”意味着阻塞或基本上衰减。滤波器通过的频率范围称为滤波器的“通带”。由这种滤波器阻止的频率范围称为滤波器的“阻带”。典型的rf滤波器具有至少一个通带和至少一个阻带。通带或阻带的具体要求取决于具体应用。例如，“通带”可以定义为一个频率范围，其中滤波器的插入损耗优于诸如1db、2db或3db的定义值。“阻带”可以定义为一个频率范围，其中滤波器的抑制大于定义值，例如20db、30db、40db或更大的值，这取决于具体的应用。
3.rf滤波器用于通过无线链路传输信息的通信系统中。例如，rf滤波器可见于蜂窝、移动电话和计算设备、卫星收发器和地面站、物联网(iot)设备、膝上型计算机和平板电脑、定点无线电链路和其它通信系统的rf前端中。rf滤波器也用于雷达和电子和信息战系统。
4.rf滤波器通常需要许多设计方面的权衡，以针对每个特定应用实现诸如插入损耗、拒绝、隔离、功率处理、线性、尺寸和成本之类的性能参数之间的最佳折中。具体的设计和制造方法和增强可以同时使这些需求中的一个或几个受益。
5.无线系统中rf滤波器的性能的增强可对系统性能产生广泛影响。可以通过改进rf滤波器来改进系统性能，例如单元尺寸更大、电池续航时间更长、数据速率更高、网络容量更大、成本更低、安全性更强、可靠性更高等。可在无线系统的各个级别上单独地或组合地实现这些改进点，例如在rf模块、rf收发器、移动或固定子系统或网络级别实现这些改进点。
6.用于当前通信系统的高性能rf滤波器通常结合声波谐振器，声波谐振器包括表面声波(saw)谐振器、体声波baw)谐振器、薄膜体声波谐振器(fbar)和其他类型声波谐振器。但是，这些现有技术不适合在针对未来的通信网络所提出的更高的频率和带宽下使用。
7.要想获得更宽的通信信道带宽，就势必要用到更高频率的通信频段。3gpp(第三代合作伙伴计划)已对用于移动电话网络的无线电接入技术进行了标准化处理。5g nr(新无线电)标准中定义了用于第五代移动网络的无线电接入技术。5g nr标准定义了若干个新的通信频段。这些新的通信频段中有两个频段是n77和n79，其中n77使用3300mhz至4200mhz的频率范围，n79使用4400mhz至5000mhz的频率范围。频段n77和频段n79都使用时分双工(tdd)，因此在频段n77和/或频段n79中工作的通信设备将相同的频率用于上行链路和下行链路传输。n77和n79频段的带通滤波器必须能够处理通信设备的发射功率。在5ghz和6ghz的无线频段也需要高频率和宽带宽。5g nr标准还定义了频率在24.25ghz和40ghz之间的毫米波通信频段。
8.横向激励薄膜体声波谐振器(xbar)是用于微波滤波器的声波谐振器结构。题为“transversely excited film bulk acoustic resonator”的美国专利10,491,291中描述了这种xbar。xbar谐振器包括叉指换能器(idt)，该叉指换能器(idt)在具有单晶压电材料的薄浮层或隔膜上形成。idt包括从第一母线延伸的第一组平行指状物和从第二母线延伸的第二组平行指状物。第一组平行指状物和第二组平行指状物交错。施加到idt上的微波信号在压电隔膜中激发出剪切的主声波。xbar谐振器提供了很高的机电耦合和高频能力。xbar谐振器可用于各种rf滤波器，包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器。xbar非常适合用于频率高于3ghz的通信频段的滤波器中。
技术实现要素：
9.本发明涉及一种具有减少的衬底到接触凸块热阻的声学谐振器器件，包括：一衬底，具有一表面；一单晶压电板，具有正面和背面，所述背面通过键合氧化物(box)层附接到除所述压电板的一部分外的所述衬底的表面，其中所述键合氧化物(box)层在所述衬底的表面上形成，所述压电板的这部分形成隔膜，该隔膜在所述衬底中跨越空腔；一导体图案，包括叉指换能器(idt)，该叉指换能器(idt)在所述单晶压电板的正面上形成，使得idt的交错的指状物设置在所述隔膜上，所述交错的指状物的重叠距离限定所述谐振器器件的孔径；和接触焊盘，在所述衬底表面上的选定位置处形成，以提供idt和要附接到所述接触焊盘的接触凸块之间的电连接；其中，所述压电板从每个所述接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分去除，以在形成在所述声学谐振器器件上的接触凸块和所述衬底之间提供较低的热阻。
10.其中，在每个所述接触焊盘下方的所述器件的表面区域部分是在所述box层的选定位置处的所述box层的预定区域，以使所述接触焊盘和所述衬底之间的热阻减小预定量。
11.其中，还包括附接至所述接触焊盘的所述接触凸块；并且其中所述接触焊盘包括金属层，该金属层附接到所述导体图案的顶面。
12.其中，所述交错的指状物是两组指状物，并且idt还包括连接到两组指状物中的每一个的母线，并且其中所述金属层电连接至所述母线。
13.其中，所述box层从所述接触焊盘中的每一个的下方的器件的所述表面区域的至少一部分去除，以在所述接触凸块和所述衬底之间提供较低的热阻；和其中，所述电绝缘层在所述接触焊盘与所述衬底表面之间形成。
14.其中，在每个所述接触焊盘下方的所述器件的表面区域部分是在所述衬底的选定位置处的所述衬底的预定区域，以在所述接触焊盘和所述衬底之间的热阻减少预定量。
15.其中，还包括附接至所述接触焊盘的所述接触凸块；并且其中所述接触焊盘包括金属层，该金属层附接至所述电绝缘层的顶面，所述电绝缘层在所述衬底上形成。
16.其中，所述交错的指状物是两组指状物，并且idt还包括一母线，该母线附接至所述两组指状物中的每一个上，和其中，所述金属层电连接至所述母线。
17.其中，施加到idt的射频信号在所述空腔上方的所述压电板中激发主剪切声模，选择隔膜的厚度以调谐所述压电板中的主剪切声模。
18.本发明还涉及一种滤波器器件，包括：一衬底，具有空腔；一压电板，在所述衬底上方形成并跨越所述空腔，所述压电板在其跨越所述空腔的地方形成隔膜；一键合氧化物
(box)层，位于所述压电板与所述衬底之间；一叉指换能器(idt)，位于所述压电板正面，在所述空腔上方具有交错的指状物；其中所述空腔具有周边；和其中所述压电板从所述器件的表面区域的超过所述空腔周边的长度和宽度的部分去除，以在所述导体图案和所述衬底之间提供较低的热阻。
19.其中，所述衬底为si，所述键合层为sio2，所述idt为金属，所述压电板为铌酸锂或钽酸锂中的一种。
20.其中，所述空腔具有周边；和其中，在每个接触焊盘下方的器件的表面区域的至少一部分延伸超过所述空腔周边的长度和宽度的5％至25％。
21.其中，还包括接触焊盘，其在所述衬底表面上的选定位置处形成，以在idt和要附接到所述接触焊盘的接触凸块之间提供电连接；其中所述来自所述器件表面区域的部分位于每个接触焊盘下方。
22.其中，所述交错的指状物是两组指状物，并且idt还包括附接到所述两组指状物中的每组指状物的母线，并且其中所述接触焊盘电连接所述母线。
23.其中，施加到idt的射频信号在所述空腔上方的所述压电板中激发主剪切声模，选择所述隔膜的厚度以调谐所述压电板中的主剪切声模。
24.本发明进一步涉及一种具有低热阻抗的声学谐振器器件，包括：一衬底，具有一表面；一单晶压电板，具有正面和背面，所述背面通过键合氧化物(box)层附接到除所述压电板的一部分外的所述衬底的表面，其中所述键合氧化物(box)层在所述衬底的表面上形成，所述压电板的这部分形成隔膜，该隔膜在所述衬底中跨越空腔；一导体图案，包括叉指换能器(idt)，该叉指换能器(idt)在所述单晶压电板的正面上形成，使得idt的交错的指状物设置在所述隔膜上，所述交错的指状物的重叠距离限定所述谐振器器件的孔径；和接触焊盘，在所述衬底表面上方的选定位置处的导体图案上形成；一电绝缘层，在所述选定位置的所述衬底表面上形成；其中所述压电板和box层在每个接触焊盘和所述电绝缘层之间的选定位置处被去除。
25.其中，每个选定位置是在每个所述接触焊盘下方的所述衬底的预定区域。
26.其中，还包括接触凸块，该接触凸块附接至所述接触焊盘。
27.其中，所述交错的指状物是两组指状物，并且idt还包括附接到所述两组指状物中的每组指状物的母线，并且其中，所述金属层电连接至所述母线。
28.其中，施加到idt的射频信号在所述空腔上方的所述压电板中激发主剪切声模，并且选择所述隔膜的厚度以调谐所述压电板中的主剪切声模。
附图说明
29.图1包括横向激励薄膜体声波谐振器(xbar)的示意性平面图和两个示意性截面图。
30.图2是图1的xbar的局部放大示意性截面图。
31.图3a是xbar的替代示意性横截面图。
32.图3b是xbar中感兴趣的主声学模的图解说明。
33.图3c是使用xbar的高频带通滤波器的示意电路图和布局。
34.图4是具有压电板的xbar的示意性横截面图，该压电板位于接触焊盘下方的器件
表面区域之上。
35.图5a是具有改进的xbar的示意性横截面图，其中去除接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分中的压电板。
36.图5b是改进的xbar的示意性截面图，其中去除接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分中的压电板和键合氧化物(box)层。
37.图6是示出xbar器件的凸块热阻分析的表格，其中去除或不去除接触焊盘下方的器件的表面区域的至少一部分中的压电板。
38.图7a和图7b(统称为“图7”)是用于制造xbar的工艺的流程图，其中去除接触焊盘下方的器件的表面区域的至少一部分中的压电板。
39.图8a、图8b和图8c(统称为“图8”)是用于制造xbar的工艺流程图，其中去除接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分中的压电板和键合氧化物(box)层。
40.图9是改进的xbar的示意性横截面图，其中去除接触焊盘和热通孔下方的器件的表面区域的至少一部分中的压电板。
41.在整个说明书中，附图中出现的元件分配有三位数或四位数附图标记，其中两个最低有效位是该元件特有的，而一个或两个最高有效位是首先示出元件的图号。可以假定未结合附图描述的元件具有与具有相同附图标记的先前描述的元件相同的特性和功能。
具体实施方式
42.器件说明
43.横向激励薄膜体声波谐振器(xbar)是一种用于微波滤波器的新型谐振器结构。题为“transversely excited film bulk acoustic resonator”7的专利us 10,491,291中对这种xbar进行了描述，该专利的全部内容通过引用并入本文。xbar谐振器包括导体图案，该导体图案具有在压电材料的薄浮动层或隔膜上形成的叉指换能器(idt)。idt具有两个母线，每个母线都连接到一组指状物上，并且两组指状物交错放置在隔膜上的空腔上方，该空腔在衬底中形成，谐振器安装在该衬底上。隔膜跨越空腔并且可以包括正面和/或背面介电层。施加到idt的微波信号在压电隔膜中激发剪切主声波，使得声能基本上垂直于层的表面流动，该层的表面垂直于或横向于由idt产生的电场的方向。xbar谐振器提供非常高的机电耦合和高频能力。
44.压电隔膜可以是跨越衬底中的空腔的单晶压电材料板的一部分。压电隔膜可以是隔膜并且可以包括正面和/或背面介电层。xbar谐振器可以是这样的隔膜或膜，其中隔膜或膜上形成有叉指换能器(idt)。接触焊盘可以在衬底表面上方的选定位置处形成，以提供idt和要附接到或形成在接触焊盘上的接触凸块之间的电连接。
45.去除xbar隔膜中的热量的主要机制是通过idt指状物传导到衬底，然后从衬底通过接触焊盘和接触凸块传导到容纳xbar的封装件。然而，导体图案的接触焊盘和其他导体通过压电层，通常是一层键合氧化物(box)，与衬底分开。压电层和box层的热导率低，这是有效去除衬底和通过接触焊盘和凸块中的热量的一个很大的障碍。
46.以下描述了改进的xbar谐振器、滤波器和用于xbar谐振器的制造技术，该制造技术通过去除每个接触焊盘下方的器件或衬底的表面区域的至少一部分中的压电板，以在接触焊盘和衬底之间提供较低的热阻，从而有效传导来自衬底的热量并使热量通过接触焊
盘。通过在接触焊盘下方和到与衬底接触的键合氧化物层或电绝缘层创建热通孔，移除板可以降低xbar谐振器的衬底到凸块的热阻。
47.图1示出了横向激励薄膜体声谐振器(xbar)100的简化示意性俯视图和正交横截面图。诸如谐振器100的xbar谐振器可用于各种rf滤波器，rf滤波器包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器。xbar特别适用于频率高于3ghz的通信频段的滤波器。
48.xbar 100由在压电板110的表面上形成的薄膜导体图案构成，压电板110分别具有平行的正面112和背面114。压电板是压电材料制成的薄单晶层，所述压电材料例如有铌酸锂、钽酸锂、硅酸镧镓、氮化镓或氮化铝。压电板切割成使得x、y和z晶轴相对于正面和背面的取向是已知的并且是一致的。在给出的示例中，压电板可以是z切割的，也就是说z轴垂直于表面。然而，xbar可以在具有其他晶体取向的压电板上制造。
49.压电板110的背面114附接到衬底120，衬底120为压电板110提供机械支撑。衬底120可以是例如硅、蓝宝石、石英或一些其他材料。衬底可以具有电绝缘材料的层或预定区域，电绝缘材料有例如硅热氧化物(tox)、sio2、多晶硅和/或另一种介电材料。压电板110的背面114或包括该板的隔膜115可以使用晶圆键合工艺附接到衬底120，或者在衬底120上生长，或者以其它一些方式附着到衬底。压电板直接附接至衬底或可经由键合氧化物层122，例如sio2的键合氧化物(box)层，或诸如al2o3的另一种氧化物，附接至衬底。
50.xbar 100的导体图案包括叉指换能器(idt)130。idt 130包括第一多个平行指状物，例如指状物136，和第二多个指状物，其中第一多个平行指状物从第一母线132延伸，第二多个指状物从第二母线134延伸。第一和第二多个平行指状物交错。交错的指状物136重叠距离一段距离ap，通常称为idt的“孔径”。idt 130的最外侧的指状物之间的中心到中心距离l是idt的“长度”。
51.第一和第二母线132、134用作xbar 100的端子或电极。在idt 130的两个母线132、134之间施加的射频或微波信号激发压电板110内的主声学模。如接下来将详细讨论的，主声学模是体剪切模，其中声能在基本垂直于压电板110表面的方向上传播，该方向也与idt指状物所产生的电场方向垂直或横向。因此，xbar视为横向激励薄膜体波谐振器。
52.在衬底120中形成空腔140，使得包含idt 130的压电板110的一部分115悬挂在空腔140上方，而不接触衬底120或空腔140的底部。“空腔”的常规含义是“固体内的空的空间”。空腔140可以包含气体、空气或真空。空腔140可以是完全穿过衬底120的孔(如图1的a-a和b-b截面所示)或衬底120中的凹槽(随后如图3a所示)。例如，可以在将压电板110附接到衬底120之前或之后，通过对衬底120进行选择性蚀刻来形成空腔140。如图1所示，空腔140具有矩形形状，其范围大于idt 130的孔径ap和长度l。xbar的空腔可以具有不同的形状，例如规则或不规则多边形。xbar的空腔可以多于或少于四个侧面，这些侧面可以是直的或弯曲的。
53.压电板的悬挂在空腔140上方的部分115在本文中将被称为“隔膜”115(因为没有更好的术语)，因为这部分在物理上与麦克风的隔膜相似。如图1所示，隔膜115绕空腔140的整个周边145周围与压电板110的其余部分邻接。隔膜可以绕空腔140的全部或几乎全部整个周边与压电板110的其余部分连续和无缝连接。在本文中，“邻接”是指“连续连接，中间没有任何其他物品”。在一些情况下，box层可以绕周边将板110键合至衬底120。box层可以围绕周边145存在于板和衬底之间，并且可以比仅仅在周边本身内更远离空腔延伸。在没有去
除box层的工艺(即本发明)的情况下，box层在压电板和衬底之间的任何地方。作为形成空腔的一部分，box层通常从隔膜115的背面去除。idt130设置在压电板110上，使得至少idt 130的指状物136设置在跨越或悬挂在空腔140上方的压电板的隔膜115上。
54.为了便于在图1中呈现，idt指状物的几何间距和宽度相对于xbar的长度(尺寸l)和孔径(尺寸ap)被大大夸大了。典型的xbar在idt 110中具有十个以上平行指状物。一个xbar在idt 110中可能具有数百个甚至数千个平行指状物。类似地，横截面视图中的指状物的厚度被大大放大了。
55.图2示出了图1的xbar 100的详细示意性截面图。横截面图可以是xbar100的一部分，包括idt指状物。压电板110是具有厚度ts的压电材料的单晶层。ts可以是例如100nm至1500nm。当用于从3.4ghz到6ghz的ltetm频段(例如频段n77、n79)的滤波器中时，厚度ts可以为例如200nm到1000nm。
56.正面介电层214可以可选地在压电板110的正面上形成。根据定义，xbar的“正面”是背离衬底的表面。正面介电层214具有厚度tfd。正面介电层214在idt指状物236之间形成。虽然图2中未示出，但是正面介电层214也可以沉积在idt指状物236上。背面介电层216可以可选地在压电板110的背面上形成。背面介电层可以是或包括box层。背面介电层216具有厚度tbd。正面和背面介电层214、216可以是非压电介电材料，例如二氧化硅或氮化硅。tfd和tbd可以是例如0至500nm。tfd和tbd通常小于压电板的厚度ts。tfd和tbd不一定相等，并且正面和背面介电层214、216不一定是相同的材料。正面和背面介电层214、216中的一个或两个可以由两种或更多种材料的多层形成。
57.可以在滤波器中的一些(例如，选定的)xbar器件的idt之上形成正面介电层214。可以在一些xbar器件的idt指状物之间形成正面介电层214且正面介电层214覆盖xbar器件的idt指状物，但是正面介电层214不在其他xbar器件上形成。例如，可以在并联谐振器的idt上方形成正面频率设置介电层，以相对于具有较薄或没有正面电介质的串联谐振器的谐振频率降低并联谐振器的谐振频率。一些滤波器可以在各种谐振器上包括两种或更多种不同厚度的正面电介质。可以设置谐振器的谐振频率，从而至少部分地通过选择正面介电层的厚度来“调谐”谐振器。
58.此外，钝化层可以在除了接触焊盘之外的xbar器件100的整个表面上形成，其中在该接触焊盘位置，电连接到xbar器件外部的电路。钝化层是一种薄介电层，用于在xbar器件合并到封装中时密封和保护xbar器件的表面。正面介电层和/或钝化层可以是sio2、si3n4、al2o3、一些其他介电材料或这些材料的组合。
59.钝化层的厚度可以设置为能够保护压电板和金属导体免受水和化学腐蚀，这主要是从功率持久性的角度出发。厚度的范围可以从10nm到100nm。钝化材料可以由多种氧化物和/或氮化物涂层组成，例如sio2和si3n4材料。
60.idt指状物236可以是一层或多层铝或基本上铝合金、铜或基本上铜合金、铍、钨、钼、金或一些其他导电材料。可以在指状物的下方和/或上方形成其他金属(例如铬或钛)的薄(相对于导体的总厚度)层，以改善指状物与压电板110之间的粘附力和/或钝化或封装指状物。idt的母线(图1中的132、134)可以由与指状物相同或不同的材料制成。
61.尺寸p是idt指状物的中心到中心间距或“间距”，其可以被称为idt的间距和/或xbar的间距。尺寸w是idt指状物的宽度或“标记”。xbar的idt与表面声波(saw)谐振器中使
用的idt大不相同。在saw谐振器中，idt的间距是谐振频率下声波波长的二分之一。此外，saw谐振器idt的标记间距比通常接近0.5(即标记或指状物宽度约为谐振时声波波长的四分之一)。在xbar中，idt的间距p通常是指状物宽度w的2到20倍。此外，idt的间距p通常是压电板212的厚度ts的2至20倍。xbar中idt指状物的宽度不限于谐振声波波长的四分之一。例如，xbar idt指状物的宽度可以是500nm或更大，使得idt可以使用光学光刻来制造。idt指状物的厚度tm可以从100nm到大约等于宽度w。idt的母线(图1中的132、134)的厚度可以等于或大于idt指状物的厚度tm。
62.图3a是xbar器件300沿图1中定义的截面a-a的替代横截面视图。在图3a中，压电板310附接到衬底320。压电板310的一部分形成跨越衬底中的空腔340的隔膜315。空腔340没有完全穿透衬底320，并且在压电板310的包含xbar的idt的部分下方的衬底中形成。idt的指状物，例如指状物336，设置在隔膜315上。板310、隔膜315和指状物336可以是板110、隔膜115和指状物136。
63.可以例如通过在附接压电板310之前蚀刻衬底320来形成空腔340。或者，可以通过用选择性蚀刻剂蚀刻衬底320来形成空腔340，该选择性蚀刻剂通过设置在压电板310中的一个或多个开口342抵达衬底。隔膜315可以绕空腔340的周边345的大部分与压电板310的其余部分邻接。例如，隔膜315可以绕空腔340的周边的一半与压电板310的其余部分邻接。
64.一个或多个中间材料层322可以附接在板310和衬底320之间。中间层可以是或包括粘合层、box层、蚀刻停止层、密封层、粘合剂层或附接或粘合至板310和衬底310上的其它材料的层。322可以是这些层中的任何层中的一个或多个或这些层的组合。在其他实施例中，压电板310直接附接到衬底320并且不存在中间层。
65.虽然空腔340以横截面示出，但应理解，空腔的横向范围是衬底320的连续封闭带区域，其围绕并限定空腔340在与附图平面垂直的方向上的尺寸。空腔340的横向(即，图中所示的左右)范围由横向边缘衬底320限定。空腔340的竖直(即，如图所示从板310向下)范围或深度进入衬底320。在这种情况下，空腔340具有矩形或接近矩形的横截面。
66.图3a中示出的xbar300在本文中将被称为“正面蚀刻”配置，这是因为(在附接压电板310之前或之后)从衬底310的正面蚀刻空腔340。图1中的xbar100将在本文中被称为“背面蚀刻”配置，这是因为在附接压电板110之后，从衬底120的背面蚀刻空腔140。xbar 300显示压电板310中的一个或多个开口342在空腔340的左侧和右侧。然而，在某些情况下，压电板310中的开口342仅在空腔340的左侧或右侧。
67.图3b是xbar中感兴趣的主声学模的图解说明。图3b示出了xbar 350的一小部分，包括压电板310和三个交错的idt指状物336。xbar 350可以是本文中任何xbar的一部分。rf电压施加到交错的指状物336上。该电压在指状物之间产生随时间变化的电场。电场的方向主要是横向的，或平行于压电板310的表面，如标记为“电场”的箭头所示。由于压电板的高介电常数，电场相对于空气高度集中在板中。横向电场在压电板310中引入剪切变形，从而强烈激发主剪切模式声模。在本文中，“剪切变形”定义为这样一种变形，其中材料中的平行平面保持平行且在相对于彼此平移的过程中保持恒定距离。“剪切声模”定义为介质中导致介质剪切变形的声振动模式。xbar 350中的剪切变形由曲线360表示，相邻的小箭头示意性指示了原子运动方向和幅度。为了便于观察，将原子运动的程度，以及压电板310的厚度大大夸大了。虽然原子运动主要是横向的(即，如图3b所示的水平方向)，但激发的主剪切声学
模的声能流方向与压电板的正面和背面基本正交，如箭头所示365。
68.与当下现有技术的薄膜体声波谐振器(fbar)和固态装配型谐振器体声波(smr baw)器件相比，基于剪切声波谐振的声学谐振器可获得更优的性能，其中沿厚度方向施加电场。与其他声学谐振器相比，剪切波xbar谐振的压电耦合可能很高(》20％)。高压电耦合能够设计和实现具有可观带宽的微波和毫米波滤波器。
69.图3c是使用xbar的高频带通滤波器370的示意性电路图和布局。滤波器370具有传统的梯形滤波器架构，包括三个串联谐振器380a、380b、380c和两个并联谐振器390a、390b。三个串联谐振器380a、380b和380c串联连接在第一端口和第二端口之间。在图3c中，第一和第二端口分别标记为“in”和“out”。然而，滤波器370是双向的并且任一个端口并用作滤波器的输入或输出。两个并联谐振器390a、390b从串联谐振器之间的节点连接到地。所有并联谐振器和串联谐振器都是单个芯片上的xbar。
70.滤波器370的三个串联谐振器380a、b、c和两个并联谐振器390a、b形成在结合到硅衬底(不可见)的压电材料的单个板310上。每个谐振器包括相应的idt(未示出)，至少idt的指状物设置在衬底中的空腔上方。在这种和类似的上下文中，术语“各自”的意思是“将事物相互关联”：也就是说，具有一对一的对应关系。在图3c中，空腔被示意性地示为虚线矩形(例如矩形345)。在该示例中，每个idt设置在相应的空腔上。在其他滤波器中，两个或更多个谐振器的idt可以设置在单个空腔上。
71.图4是xbar 400的示意性横截面图，压电板在接触焊盘432和434下方的器件的表面区域之上。xbar 400具有衬底420，衬底420具有空腔440。xbar400可以是任何一种的版本xbar 100、300和/或350。衬底420具有衬底顶面450；键合氧化物(box)层422具有box顶面452；板410具有板顶面454；idt 430具有顶面456。板410具有安装在box顶面452上的板背面；以及box层422具有背面，背面安装在空腔440的周边445处的衬底顶面450上。box层422可以从空腔440区域中的板去除，使得空腔向上延伸到板410的底面。
72.压电板410的未附接到绕(和可能超出)周边445的box层422上的部分形成跨越空腔440的隔膜415。隔膜415具有并联或串联谐振器的所需厚度。在某些情况下，该厚度具有正面电介质(未示出)以形成并联谐振器。叉指换能器(idt)430在压电板410的正面454上形成，使得idt的交错的指状物436设置在隔膜415上。空腔440可以是游泳池腔。它可以通过板进行背面蚀刻或正面蚀刻。
73.xbar 400具有接触焊盘432和434，接触焊盘432和434分别在用于形成接触焊盘的选定位置或预定区域wr1和wr2处形成，选定位置或预定区域wr1和wr2设置在衬底420的表面450上方。接触焊盘432和434在idt 430上形成，其如图所示，idt430在板410上形成，该板410在区域wr1和wr2上方的box层422上的衬底420上形成。如图所示，接触凸块480和481分别在区域wr1和wr2上方的接触焊盘432和434的顶面上形成，粘合到或附接到接触焊盘432和434的顶面上。
74.本文中的接触凸块480和481以及接触焊盘可以由金属或诸如金(au)的导体形成。它们可以由相同的材料形成。本文的idt和指状物436可以由金属或诸如铝(al)的导体形成。它们可以由相同的材料形成。本文的压电板可以由铌酸锂(ln)、钽酸锂(lt)或其他一些压电材料形成；本文的box层可以由sio2或多晶si形成；以及本文的衬底可以由si形成。
75.对于本文中的一些xbar器件，诸如xbar 400、500、550和900之类的芯片级器件与
陶瓷封装(未示出)的互连包括金对金工艺，该工艺包括金柱形凸块481和482和将倒装芯片技术应用与封装，该封装具有金接触焊盘，金接触焊盘与金柱形凸块相对且附接到金柱形凸块。在某些情况下，金凸块的直径为65um，并附接到xbar器件接触焊盘(例如焊盘432、532或582)，这些接触焊盘呈圆形或正方形，面积为10,000um2。然后使用热压或热超声键合将具有xbar的器件管芯倒装芯片安装到封装(例如，相对的接触焊盘)。
76.这种金对金互连用作封装和xbar之间的电信号通路和热通路。在射频操作期间，当射频信号施加到idt，例如从封装到凸块，然后施加到idt，xbar器件内会产生热量，这些路径使热量远离xbar，通过凸块，然后到达封装。然而，互连在xbar和封装之间具有热阻，该热阻由路径的材料特性决定，包括xbar的凸块和接触焊盘。
77.xbar接触焊盘的材料叠层或在xbar接触焊盘处的材料叠层可以是厚度(例如，图2-5和7-9的纸上的上下方向)为0.5um的金(au)接触凸块，厚度为0.3-0.5um的铝(al)接触焊盘，厚度为0.2-1.0um的锂铌(linbo3)压电板，厚度为1-2um的氧化硅(sio2)键合氧化物层(例如，box层422或572；或绝缘层551)，以及厚度为250-500um的硅(si)基底衬底。总热阻是每种材料固有电阻的总和。或者，sio2键合层可以由厚度为1um-10um的多晶硅(poly-si)键合层(例如，box层422或572)代替。
78.对于xbar 400，用于去除xbar隔膜415上的热量，例如由idt和空腔440上方的板产生的热量，的主要机制是通过idt指状物436传导到衬底420，然后通过接触焊盘432/434和接触凸块480和481传导到衬底，然后传导到xbar的封装(未示出，但是附接到接触焊盘，并容纳xbar)。然而，接触焊盘432和434以及导体图案或idt 430的其他导体通过压电板410和box层422与衬底420隔开。压电层和box层的低热导率是有效去除衬底上的热量，并将热量通过接触焊盘和凸块到封装的一个很大的障碍。板410和box层422的大热阻阻止热量有效地从衬底420逸出，通过xbar 400的接触焊盘和接触凸块进入封装以冷却xbar 400的xbar隔膜。
79.因此，通过去除接触焊盘下方的linbo3板的相关热阻，可以提高(例如，降低)xbar的凸块接触焊盘与衬底的热阻(例如，参见图5a和7a-b)。这种去除将在linbo3板衬底中形成通孔或开口，然后通孔或开口允许au接触凸块和al接触焊盘层与sio
2 box层直接接触，从而在接触凸块和衬底之间提供较低的热阻。
80.对于厚度超过1-2um的box层，通过去除或减薄接触焊盘下方的box层材料，也可以进一步改善这种热阻(例如，参见图5b和8a-c)。移除box层和板层会形成一个热通孔，该热通孔从接触焊盘延伸到电绝缘层或衬底中，以在接触凸块和衬底之间提供较低的热阻。
81.图5a是改进的xbar 500的示意性截面图，其中去除接触焊盘532和534下方的器件的表面区域的至少一部分中的压电板410，以在接触凸块和衬底之间提供较低的热阻。xbar 500具有衬底420，衬底420具有空腔440。xbar 500可以是xbar 100、300和/或350中的任何一个的版本。衬底420具有衬底顶面450；以及键合氧化物(box)层422具有box顶面452；板510具有板顶面454；idt 530具有顶面456。板510具有安装在box顶面452上的板背面；以及idt 530具有顶面456。box层422具有安装在空腔440的周边445处的衬底顶面450上的背面。box层422可以从空腔440的区域中的板510的底面去除，使得空腔向上延伸到仅在空腔440的区域中的板510的底面。
82.压电板510未附接至box层422的那部分形成跨越空腔440的隔膜415，其中那部分
围绕(和可能超出)周边445。叉指换能器(idt)530在压电板510的正面454形成，使得idt的交错的指状物436设置在隔膜415上。空腔440可以在xbar 500的任何其他组件之前、期间或之后形成，例如图5中所示的任何步骤。
83.box层422可以是层122或322。box层422可以是硅热氧化物(tox)、sio2、si3o4、si3n4和/或另一种介电氧化物材料。box层422可以是厚度为1-10um的多晶硅(poly-si)键合层。衬底420可以是厚度为250-500μm的多晶硅或晶体硅(si)。
84.xbar 500使压电板510从接触焊盘532和534下方的box层422的表面452的表面区域wr1和wr2中的每一个的至少一部分中去除，以在衬底和接触凸块之间提供较低的热阻。在一些情况下，每个接触焊盘下方的区域wr1和wr2包括box层422的顶面在该顶面的选定位置处的预定区域wr21和wr22，以使接触焊盘532和534和衬底420之间的热阻降低预定量。可以选择选定的位置和预定区域以提供idt 530和封装之间的适当电接触和/或使接触焊盘532和534和衬底420之间的热阻降低预定量。
85.因此，如图所示，接触焊盘532和534在idt 530上形成，idt 530在区域wr21和wr22上方的box层422上形成或直接附接到box层422。压电板510已从接触焊盘532和534下方的box层422的表面452的表面区域的至少每个区域wr21和wr22去除，以在接触凸块和衬底之间提供较低的热阻。如图所示，接触凸块480和481分别在区域wr21和wr22上方来的接触焊盘532和534的顶面上形成、接合到或附接到接触焊盘532和534的顶面上。
86.每个接触焊盘532和534的直径或宽度可以在50um到300um的范围内。它们的横截面可以是圆形、方形、椭圆形或矩形。如针对焊盘432/434所述，接触焊盘532/534由金属或导体形成。
87.接触焊盘432和434中的每一个是或包括附接到idt 530的区域wr1和wr2的金属层，该区域附接到键合层422；以及压电层510的侧面和顶面的一部分。金属层附接到idt的顶面456和侧面并且电连接到idt的母线。
88.box层422提供衬底420与接触焊盘432和434之间的电绝缘。例如，box层422可以是在衬底420的表面上的区域wr1和wr2处形成的具有高电阻的富陷阱层，其足以确保衬底420和接触焊盘之间的电绝缘路径。
89.对于xbar 500，用于从xbar隔膜415去除热量，例如由idt和空腔440上方的板产生的热量的主要机制是通过idt指状物436传导到衬底420，然后通过接触焊盘532/534和接触凸块480和481从衬底传导到xbar的封装(其未示出，但是附接到接触凸块且容纳xbar)。这里，接触焊盘532和534以及导体图案的其他导体或idt 530没有通过压电板410与衬底420分离。因此，压电层的低导热性不会对有效去除衬底的热量以及使热量通过接触焊盘和凸块至封装造成实质障碍。在这种情况下，板410的大热阻将不会阻止热量有效地从衬底420逸出，通过xbar 500的接触焊盘和接触凸块进入封装以冷却xbar500的xbar隔膜415。这对于给定的输入热负载，降低给定板式谐振器的温升。
90.图5b是改进的xbar 550的示意性横截面图，其中压电板560和接合氧化物(box)层572从接触焊盘582和584下方的器件表面区域的至少一部分去除以提供热接触凸块和衬底之间的更低的热阻。衬底520具有衬底顶面450；键合氧化物(box)层572具有box顶面452；板560具有板顶面454；idt 580具有顶面456。板560具有安装在box顶面572上的板背面；以及box层572具有安装在空腔440的周边445处的衬底顶面450上的背面。box层572可以在空腔
440的区域中从板560的底面去除，使得空腔向上延伸到板560的底面，仅在空腔440的区域中。
91.压电板560的未附接至box层572的部分围绕(并且可能超出)周边445形成跨过空腔440的隔膜415。叉指换能器(idt)580在压电板560的正面454形成，使得idt的交错的指状物436设置在隔膜415上。box层572可以是具有电绝缘材料551和552的box层422。空腔440可以在xbar550的任何组件之前，期间或之后形成，例如图8中所示的任何步骤。
92.xbar 550的压电板560和box层572从接触焊盘582和584下方的box层472的表面452的每个表面区域wr1和wr2的至少一部分去除，以提供接触焊盘和衬底之间的较低热阻。在一些情况下，每个接触焊盘下方的区域wr1和wr2包括box层572的顶面452在该顶面的选定位置处的预定区域wr31和wr32，以使接触焊盘582和584和衬底520之间的热阻降低预定量。
93.电绝缘层551和552(例如，sio2)安装在衬底顶面450和idt 580底面之间的区域wr31和wr32中。idt 580的底面形成并附接到绝缘层551和552的顶面561和562；绝缘层551和552的底面在区域wr31和wr32处附接到衬底520。在一些情况下，层551和552延伸到表面450下方，例如几微米到十几微米。层551和552使接触焊盘582和584与衬底520电绝缘。层551和552还可使box层572和板560与衬底520电绝缘。
94.电绝缘层551和552可以是硅热氧化物(tox)、sio2、si3o4、si3n4和/或另一种介电氧化物材料。它们可以由介电材料形成，例如沉积在衬底上的厚度为1-2μm的氧化硅(sio2)。衬底520可以是衬底420，例如由厚度为250-500μm的多晶硅或晶体硅(si)制成的衬底。
95.因此，如图所示，接触焊盘582和584在idt 580上形成，idt 580形成在区域wr31和wr32上方的层551和552上或直接附接到层551和552。压电板560和box层572已从接触焊盘582和584下方的衬底520的表面450的表面区域的至少每个区域wr31和wr32去除，以在接触凸块和衬底之间提供较低的热阻。如图所示，接触凸块480和481分别在区域wr31和wr32上方的接触焊盘582和584的顶面上形成、接合或附接到接触焊盘582和584的顶面上。
96.接触焊盘582和584中的每一个以及每个层551和552的直径或宽度可以在50μm到300μm的范围内。它们的横截面可以是圆形、方形、椭圆形或矩形。层551和552进入衬底520的深度可以在衬底厚度的0.1％至2％的范围内。如针对焊盘432/434所述，接触焊盘582/584由金属或导体形成。
97.接触焊盘582和584中的每一个是或包括附接到idt 580的区域wr1和wr2的金属层，该区域附接到层551和552的顶面；以及压电层560的侧面和顶面的一部分。焊盘的金属层附接到idt 580的顶面456和侧面，因此电连接到idt的母线。
98.在一些情况下，每个接触焊盘下方的器件的区域wr1和wr2延伸离开或超过空腔440的周边445的长度和宽度的5％和25％之间。例如，接触焊盘532和534(以及582和584)延伸超过空腔440的周边445的长度和宽度的总长度和宽度的5％和25％之间。介电或绝缘层551和552(例如，sio2介电或绝缘层)可以在超出空腔440的周边445的总长度和宽度的5％和25％之间安装在衬底顶面450上。
99.区域wr31和wr32上方的层551和552在衬底520与接触焊盘582和584之间提供电绝缘。例如，层551和552在衬底520的区域wr31和wr32的表面之间可以具有高电阻，该电阻足以确保衬底520与接触焊盘582和584之间的电绝缘路径。
100.对于xbar 550，用于从xbar隔膜415去除热量，例如由idt和空腔440上方的板产生的热量的主要机制是通过idt指状物436传导到衬底520，然后从衬底通过接触焊盘582/584和接触焊盘480和481至xbar的封装(未示出，但是附接到接触焊盘并容纳xbar)。这里，接触焊盘582和584以及导体图案或idt 580的其他导体没有通过压电板560和box层572与衬底520分离。因此，压电层和box层的低导热率不会对从衬底和通过接触焊盘和凸块到封装的有效散热提供实质性障碍。在这种情况下，板560和box层572的大热阻将不会阻止热量有效地从衬底520逸出，通过xbar 550的接触焊盘和接触凸块进入封装以冷却xbar隔膜415。xbar 550。对于给定的输入热负载，这降低了给定板式谐振器的温升。
101.如所指出的，xbar 400、500和550的接触凸块480和481可以附接到xbar的封装，例如安装在这些凸块的上方和顶部上。该封装可以是或包含包括pcb板和金属迹线的印刷电路板(pcb)。它可以由带有信号路由(例如，通孔、迹线和接触焊盘)的高温共烧陶瓷(htcc)形成。在某些情况下，封装是带有铜(cu)信号路由的pcb层压板。它可以由已知的pcb工艺形成并且具有已知的信号路由。
102.可以使用薄盒正面蚀刻来去除box层和/或板。box层与板可使用不同的蚀刻剂，例如对任一者使用湿法蚀刻或干法蚀刻。蚀刻可能需要多个光刻处理步骤。
103.图6是表600，示出了xbar器件的凸块到衬底热阻分析，其中压电板和键合氧化物(box)层从接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分去除以提供接触凸块和衬底之间的较低电阻。表600可以是box层和ln压电层板对xbar热传导的影响的电子表格估计。可以以c/w模拟或测量xbar器件的触点、凸块、idt、谐振器隔膜、电路板或其他组件的热阻。
104.表格600的第一行显示表格列的数据标签的图例。第二行到第六行显示了用于模拟xbar器件的列中的值，而无需从接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分移除不同厚度的键合氧化物(box)层和不同厚度的压电板，如图4所示。在第二至第六行中，在具有0.5um厚ln材料的板410下方；和100um x 100um表面区域接触焊盘432和434下，使用具有不同sio2厚度的box层422执行凸块到衬底热阻分析；表中提到的“凸块”可能是指键合焊盘、金凸块或焊料凸块，或用于在器件(例如，导体层或母线)和外部电路之间建立连接的其他方式。
105.表600的第七至第十一行显示了用于模拟xbar器件的列中的值，其中压电板和具有不同厚度的键合氧化物(box)层从接触焊盘下方的器件的表面区域的至少一部分去除，如图5a中所示。在第七至第十一行中，对具有不同sio2厚度的box层422和没有厚ln材料的板510进行凸块到衬底热阻分析；和对100um x 100um表面积接触焊盘532和534进行热阻分析。
106.如在最后一列“凸块与衬底热阻的相对变化”中可以看出，从第8列中的接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分移除压电板改进对于box层422的1um sio2的凸块对衬底的热阻或将热阻减少了15％。对于第9到11行的box层422的其他厚度也显示出凸块对衬底的热阻减少。因此，xbar 500和550比xbar 400更理想。这是因为从接触焊盘下方移除板后，压电板510或560的大热阻将不会阻止热量从衬底420或520逸出，通过xbar 500和550的接触焊盘和接触凸块进入封装，以冷却图6中的第7行至11行中所述的这些xbar的xbar隔膜415。另一方面，在不移除板的情况下，板410将阻挡xbar 400的热量，如图6的第二至第六行所示。
107.方法说明
108.图7a和图7b(统称为“图7”)是用于制造xbar的工艺的流程图，其中压电板从接触焊盘下方的器件的表面区域的至少一部分中移除。工艺700在板上方使用掩模或光刻胶并在板下方使用垂直蚀刻停止。它可以使用光刻技术在ln板上形成孔图案。流程图中每个动作的右侧是表示每个动作结束的示意性横截面图。
109.工艺700在705处开始于具有衬底420和压电材料板716的器件，其使用键合氧化物(box)层422键合到衬底420，并在795处以完成的xbar或滤波器结束。压电板可以是压电材料晶片的一部分。压电板和衬底可以通过使用box层422的晶圆键合工艺来键合。图7仅包括主要的工艺步骤。可以在图7所示的步骤之前、之间、之后和期间执行各种常规工艺步骤(例如，表面准备、化学机械加工(cmp)、清洁、检查、沉积、光刻、烘烤、退火、监控、测试等)。
110.在705之后，工艺700继续到710，其中器件701具有在步骤705的器件的板716上方形成的掩模712。掩模712可以是沉积在板的顶面上并结合到该板的顶面的光刻胶。掩模712在区域wr71和wr72中具有开口713和714，它们延伸穿过掩模并到达板的顶面。开口可以是通过光刻形成的穿过掩模的孔，以在区域wr71和wr72处对光刻胶712中的孔进行图案化。区域wr71和wr72等于或大于区域wr21和wr22；并且等于或小于区域wr1和wr2。
111.在710之后，在720处，器件702在掩模712中的开口713和714处蚀刻穿过板716，以形成穿过板716并到达步骤710的器件701的box层422的开口723和724。蚀刻的板510在区域wr71和wr72中具有开口723和724，开口723和724延伸穿过板并且在预定位置处延伸到box层的顶面并且在区域wr21和wr22中预定。开口可以是穿过板的孔，通过湿法或干法蚀刻掉在相对于掩模712的区域wr21和wr22区域处的板来形成这些孔。蚀刻可以通过离子铣削、反应离子蚀刻(rie)、电感耦合等离子体(icp)和/或激光铣削工艺来完成。box层422可以用作板下方的垂直蚀刻停止层，以停止在box层的顶面处或刚好低于(例如，层厚度的1-5％)box层的顶面处的蚀刻。区域wr71和wr72；或者区域wr21和wr22可以是用于将在步骤730形成的每个接触焊盘532和534的位置。
112.在720之后，在730处，器件703的idt530和接触焊盘532和534在步骤720的器件702的box层422中形成且穿过孔723和724，通过板510，至器件702的box层422。步骤730可以包括去除掩模712。在其他情况下，掩模712可以被进一步图案化以形成idt 530。idt 530在板510上形成且通过孔(未示出)，孔延伸穿过板并到达预定位置的box层的顶面，且在区域wr21和wr22中是预定的。这些开口可以类似于区域wr71和wr72中的开口723和724，但是在掩模712被去除之后。
113.然后将接触焊盘532和534形成在idt 530的顶面上的区域wr2和wr1、预定位置上方以及预定区域wr21和wr22上方。idt 530包括指状物536、母线和从指状物通过母线并达到接触焊盘的电连接。空腔440在衬底420中形成。板510在空腔周边445内的空腔上方的一部分形成隔膜415。
114.在730处形成idt 530可以包括在压电板510的表面上形成限定一个或多个xbar器件的导体图案和介电层。通常，滤波器器件将具有idt作为两个或更多个导体层中的第一个，一个或多个导体层依次沉积和图案化。idt 530层可以是例如铝、铝合金、铜、铜合金、钼、钨、铍、金或一些其他导电金属。可选地，一层或多层其他材料可以设置在idt下方(即，在idt层和压电板之间)和/或在idt顶部。例如，钛、铬或其他金属的薄膜可用于提高idt层
和压电板之间的粘附性。
115.idt 530可以在730处通过以下方式形成，在压电板和box层的表面上沉积导体层；然后通过蚀刻穿过覆盖区域w1和w2以及idt 530的其他区域的图案化光刻胶来去除多余的金属。或者，可以使用剥离工艺在730处形成idt 530。光刻胶可以沉积在压电板和box层上并被图案化以去除限定idt 530的区域。idt材料可以依次沉积在光刻胶、压电板和box层的表面上。然后可以去除光刻胶，去除多余的材料，留下idt 530，包括在区域w21和w22处的idt530。
116.在730处形成接触焊盘532和534可以包括在idt 530的表面上形成导体图案和介电层。通常，滤波器器件将在依次沉积和图案化的两个或更多个导体层的第一个(例如，idt)之后具有接触焊盘。接触焊盘可以是例如铝、铝合金、铜、铜合金、钼、钨、铍、金或一些其他导电金属。可选地，一层或多层其他材料可以设置在接触焊盘的下方(即，在焊盘和idt之间)和/或在接触焊盘的顶部。例如，钛、铬或其他金属的薄膜可用于提高接触焊盘和idt之间的粘附性。
117.接触焊盘532和534可以在730处通过以下方式形成，在idt 530的表面上沉积导体层；通过蚀刻覆盖区域w1和w2的图案化光刻胶去除多余的金属。或者，可以在730处使用剥离工艺形成接触焊盘532和534。光刻胶可以沉积在压电板和idt上；并且图案化以去除限定接触焊盘532和534的区域。接触焊盘材料可以依次沉积在板和idt 530的表面上。然后可以去除光刻胶，这去除多余的材料，留下在区域w1和w2处的接触焊盘532和534。
118.在730处形成可以包括在板和/或idt上形成一个或多个介电层，例如本文所述的正面介电层、背面介电层和/或钝化层。一个或多个介电层可以包括，例如，选择性地在并联谐振器的idt之上形成的介电层，以使并联谐振器的谐振频率相对于串联谐振器的谐振频率偏移，如美国专利no.10,491,192中所述。一个或多个介电层可以包括沉积在器件的全部或大部分上的封装/钝化层。
119.与其他xbar相比，这些介电层的不同厚度导致所选xbar被调谐到不同的频率。例如，滤波器中xbar的谐振频率可以使用某些xbar上不同的正面介电层厚度进行调谐。
120.一个或多个介电层还可以包括例如在器件的全部或一部分上沉积诸如sio2或si3o4的封装/钝化层。
121.空腔440显示为在步骤730处形成。然而，空腔可以在工艺700的任何步骤之前、期间或之后形成。空腔可以是游泳池空腔。它可以通过板进行背面蚀刻或正面蚀刻。可以为滤波器器件中的每个谐振器形成单独的空腔。
122.在730之后，在740处，器件500具有在步骤730的器件703的接触焊盘532和534上形成的接触凸块480和481。可以通过在步骤730的器件上图案化掩模、屏幕或其它层在区域wr1和wr2具有多个开口，然后将凸块材料沉积在掩模上并穿过掩模来形成凸块。然后，可以将凸块材料加热或流动以结合到焊盘上；并去除掩模。在某些情况下，加热和去除的顺序可以颠倒。
123.接触凸块480和481是焊料凸块、金凸块或用于在xbar器件500和外部电路之间建立电连接的其他装置。它们可以用于将接触焊盘532和534电连接和热连接到封装xbar的封装器件的相对接触焊盘。
124.如图5a所示，对于xbar 500，板410的大热阻将不会阻止热量有效地从衬底420逸
出，通过xbar 500的接触焊盘和接触凸块480和481，并进入封装以冷却xbar 500的xbar隔膜415。
125.在740处形成还可以包括从包含多个器件的晶片上切除单个器件；其他包装步骤；和测试。在740处可能发生的另一个动作是通过从设备的正面添加或去除金属或介电材料来调谐滤波器设备内的谐振器的谐振频率。
126.工艺700在795处结束，此时完成xbar或滤波器500。
127.图8a和图8b和图8c(统称为“图8”)是用于制造xbar的工艺流程图，其中压电板和键合氧化物(box)层从接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分去除。工艺800在板上方使用掩模或光刻胶，在box层下方使用牺牲材料的垂直蚀刻停止。它可以使用光刻技术在ln板和牺牲材料中对孔进行图案化。流程图中每个动作的右侧是表示每个动作结束的示意性横截面图。
128.工艺800在805开始于具有衬底520和压电材料板716的器件，其使用键合氧化物(box)层822键合到衬底520，并在895以完成的xbar或滤波器结束。压电板和衬底可以通过使用box层822的晶圆键合工艺来键合。图8仅包括主要的工艺步骤。可以在图8所示的步骤之前、之间、之后和期间进行各种常规工艺步骤(例如，表面准备、化学机械加工(cmp)、清洁、检查、沉积、光刻、烘烤、退火、监控、测试等)。
129.在805之后，工艺800继续到810，其中在810处，器件801使淹模712在步骤805的器件的板716上形成。淹模712可以是光刻胶且在区域wr71和wr72中具有开口713和714，如图7所示。
130.如图所示，对于器件801和在板716上形成掩模712之前在805处类似的器件，box层822具有电绝缘层551和552的预定区域wr31和wr32，以及在区域wr31和wr32上的牺牲材料851和852，区域wr31和wr32在电绝缘材料的顶面上并且在板之下。板的底面接合或接触牺牲材料851和852的顶面。因此，在区域wr31和wr32的板和衬底之间没有box层材料822或572；在衬底520的顶部只有电绝缘层551和552，在隔离材料和板之间只有牺牲材料851和852。在810处，在板716上形成掩模712。
131.电绝缘层551和552可以是硅热氧化物(tox)、sio2、si3o4、si3n4和/或另一种介电氧化物材料。牺牲材料851和852可以是多晶硅和/或另一种多晶材料。其他牺牲材料包括钛酸锂(lto)、si3n4和sic。
132.在810之后，在820处，器件802在掩模712中的开口713和714处蚀刻板716，以形成穿过板716并到达步骤810的器件801的牺牲层851和852的开口823和824。
133.蚀刻板560在区域wr71和wr72中具有开口823和824，开口823和824延伸穿过板，且到达区域wr31和wr32中的预定位置处的牺牲层851和852的顶面。开口可以是穿过板的孔，其通过在区域wr31和wr32处相对于掩模712湿法或干法蚀刻掉板而形成。蚀刻可以通过离子铣削、反应离子蚀刻(rie)、电感耦合等离子体(icp)和/或激光铣削工艺完成。牺牲层851和852(以及可选的电绝缘层551和552的部分)可用作板下方的垂直蚀刻停止层，以在或刚好低于(例如，层厚度的1-5％)层851和852的顶面处停止蚀刻。
134.在820之后，在825处，器件803在掩模712中的开口823和824处蚀刻牺牲层851和852，以形成穿过板716、穿过牺牲层851和852并到达步骤820的器件802的电材料层551和552的顶部的开口833和834。
135.蚀刻的牺牲层851和852在区域wr71和wr72中具有开口833和834，开口833和834延伸穿过板和牺牲层851和852，并到达区域wr31和wr32中的预定位置处的电材料层551和552的顶表。开口可以是穿过板和牺牲层851和852的孔，其通过相对于掩模712在区域wr31和wr32处湿法或干法蚀刻掉牺牲层851和852而形成。蚀刻可以通过离子铣削、反应离子蚀刻(rie)、电感耦合等离子体(icp)和/或激光铣削工艺完成。在一些情况下，步骤825的蚀刻通过前侧膜释放(fsmr)技术执行，该技术是使用诸如xef2的高选择性干蒸气蚀刻剂选择性地去除层851和852的牺牲多晶硅材料的工艺。该工艺在器件层侧进行(例如，通过区域wr71和wr72的正面蚀刻)，而不是背面释放，其中需要在si衬底中创建通孔以访问牺牲材料。电绝缘层551和552可以用作牺牲层851和852下方的垂直蚀刻停止层，以在层551和552的顶面处或刚好在层551和552之下(例如，层厚度的1-5％)停止蚀刻。
136.区域wr71和wr72；或者区域wr31和wr32可以是用于在步骤730形成的每个接触焊盘532和534的位置。
137.在820之后，在830处，器件804使idt850和接触焊盘582和584在其中形成，且穿过开口833和834，穿过板560，穿过牺牲层851和852，到达步骤825的器件803的电绝缘层551和552。步骤830包括去除掩模712。在其他情况下，掩模712可以被进一步图案化以形成idt 580。idt 580通过开口(未示出)形成在电绝缘层551和552上，其延伸穿过板，穿过牺牲材料851和852，然后到达预定位置和预定区域wr31和wr32处的电绝缘层551和552的顶面561和562。这些开口可以类似于区域wr71和wr72中的开口823和824，但是在掩模712被去除之后。
138.然后，接触焊盘582和584在预定位置上方的区域wr2和wr1以及预定区域wr31和wr32上方的电绝缘层551和552的顶面上形成。idt 580包括指状物536、母线和从指状物通过母线并到接触焊盘的电连接。空腔440在衬底520中形成。板560在空腔周边445内的空腔上方的一部分形成隔膜415。
139.在830处形成idt 580可以包括形成导体图案和介电层，如在步骤730形成idt 530所述。
140.idt 580可以在830通过以下方式形成，在压电板和电绝缘层551和552的表面上沉积导体层；以及通过蚀刻覆盖区域w1和w2以及idt 580的其他区域的图案化光刻胶来去除多余的金属。或者，可以使用剥离工艺在830处形成idt 580。光刻胶可以沉积在压电板和电绝缘层551和552上，并被图案化以去除定义idt 580的区域。idt材料可以依次沉积在光刻胶、压电板和电绝缘层551和552的表面上。然后可以去除光刻胶，这去除多余的材料，留下idt 580，包括区域w31和w32处的idt580。
141.在830处形成接触焊盘582和584可以包括在idt 580的表面上形成导体图案和介电层，类似于在idt 560上形成焊盘532和534。在830形成idt和接触焊盘之后，box层822变为box层572。
142.在830处形成接触焊盘582和584可以包括在idt 580的表面上沉积导体层并通过蚀刻穿过覆盖区域w1和w2的图案化光刻胶来去除多余的金属。或者，可使用剥离工艺在830处形成接触焊盘582和584，如用于在idt 530上方形成接触焊盘532和534所说的那样。
143.在一些情况下，在830处，在830处在最初形成的接触焊盘582和584的顶部添加额外的金属填充物。这种额外的填充物可以在接触焊盘582和584上沉积导体层，并通过蚀刻去除多余的金属；或者使用如上所述的在idt 530上形成接触焊盘532和534的剥离工艺。
144.在830处形成可以包括在板和/或idt上形成一个或多个介电层，例如在步骤730所指出的正面介电层、背面介电层和/或封装/钝化层。如步骤730所指出的，这些介电层的不同厚度使选定的xbar调谐到不同的频率。
145.空腔440被示为在步骤830处形成。然而，空腔可以在工艺800的任何步骤之前、期间或之后形成。
146.在830之后，在840处，器件550具有在步骤830的器件804的接触焊盘582和584上形成的接触凸块480和481。凸块可以由如步骤740所述的材料和使用工艺形成。
147.接触凸块480和481在xbar器件550和外部电路之间建立电连接，如器件500和步骤740所述。
148.如图5b所示，对于xbar 550，板410和box层822的大热阻将不会阻止热量从衬底520有效地逸出，通过xbar 550的接触焊盘和接触凸块480和481，并进入封装以冷却xbar 550的xbar隔膜415。
149.在840处形成凸块还可以包括从包含多个器件的晶片上切除单个器件；其他包装步骤；测试；如步骤740所述进行调谐。
150.工艺800在895处结束，此时完成xbar或滤波器550。
151.如表600中所示，对于厚度大于几微米的诸如box层422的掩埋氧化物(box)层，单独去除接触焊盘下方的ln板对减小凸块至衬底热阻具有很小的影响。这是因为，当box层422的材料是多晶硅时，用作si衬底和ln板之间的键合层；box层材料的热导率范围为体si衬底热导率的10％至50％。因此，多晶硅的box层422的热阻大于具有相同厚度的衬底的体硅。为了改善这种情况，可以(例如，使用工艺800)创建具有热通孔的xbar 550，其使用与膜相同的预图案化工艺(例如，在步骤820释放或蚀刻板716)，使用预先图案化的通孔、正面膜释放(例如，在步骤825处释放或蚀刻牺牲材料851和852)延伸到box层572中以形成xbar 550。
152.对于具有良好热传输特性的多晶硅box层422而言，该工艺800可能不是必需的。在另一种情况下，如表600的第1-2行和第5-6行所示，box层或电绝缘层足够薄。例如，可以使用电绝缘层551和552而不是box层422以减少接触凸块与衬底之间的热阻；并且将接触焊盘与衬底520电绝缘。为了提供热通孔与纯si衬底520的某种电绝缘，电绝缘层551和552可以是薄的，通常为50-100nm厚的氧化膜。
153.在一些情况下，每个接触焊盘下方的区域wr1和wr2在该顶面的选定位置包括在box层422的顶面的预定区域wr21和wr22，以将接触焊盘532和534和衬底420之间的热阻降低预定量。可以选择选定的位置和预定区域以在idt 530和封装之间提供适当的电接触和/或使接触焊盘532和534和衬底420之间的热阻降低预定量。
154.图9是改进的xbar 900的示意性横截面图，其中压电板910从接触焊盘532和534和热通孔915下方的器件的表面区域的至少一部分去除以在空气和衬底之间提供较低的热阻。
155.xbar 900具有没有空腔440的衬底420。xbar 900可以被添加到xbar100、300、350、500和/或550中的任何一个中，例如通过将其放置于谐振器隔膜的一侧。例如，除了接触焊盘532和534之外，xbar 900还具有热通孔915，以降低通孔上方的空气之间、穿过box层422并到达衬底420的热阻。
156.板910具有板顶面454；idt 930具有顶面456。板910具有安装在box顶面452上的板背面。热通孔915包括idt 930的一部分932，该部分932在选定位置和预定区域w9处延伸穿过板910并到达box层422。接触焊盘532和534的接触焊盘层的部分936在部分932的顶面上形成且附接到部分932的顶面上，包括在区域w9。
157.部分932可以形成为用于形成任何先前实施例的idt。可以根据形成任何先前实施例的接触焊盘的方式来形成部分936。
158.宽度w9的直径或宽度可以在10um到200um的范围内。它们的横截面可以是圆形、方形、椭圆形或矩形。它们可能少于或多于4个。其中可能有4到100个。
159.板910可以是压电板的一部分，该压电板附接到衬底上方的box层，并且具有形成隔膜415的周边445，隔膜415在xbar 900的另一个位置处跨越腔440(未示出)。idt 930可能是idt的一部分，例如idt 510或560的一部分，idt 510或560是xbar的一部分，并具有交错的指状物、母线和其他电子连接。具体来说，图9显示通孔915位于接触焊盘532的右侧和焊盘534的左侧；因此，通孔915位于xbars 500和550的隔膜415旁边并位于与xbars500和550的隔膜415不同的位置。通孔915可以在xbars 500和550的隔膜415的两个之间。
160.热通孔915通过box层422与idt的其他部分、接触焊盘和衬底420电结缘。热通孔915通过box422电绝缘，box422位于衬底顶面450和板910和idt930的底面之间。
161.通过选择box层422的顶面452的预定位置和区域w9，热通孔915可用于热管理，以使通孔915上方的空气和衬底420之间的热阻减小预定量。通孔915使热量能够散布在(例如，idt和接触焊盘层的金属的)金属迹线上，但是具有改善对si衬底420进行散热的通孔区域，例如通过box层。通孔915为热量进入衬底提供了更多的接触面积。使用通孔915的一个优点是在先前描述的蚀刻板、形成idt和形成接触焊盘的工艺期间更容易定义热通孔915；除了上述工艺之外，还可以进行任何额外的光刻工艺步骤，例如流动额外的金属以降低空气和衬底之间的热阻。
162.结束语
163.在整个说明书中，所示的实施方式和实施例应被认为是示例，而不是对所公开或要求保护的设备和过程的限制。尽管本文提供的许多示例涉及方法动作或系统元素的特定组合，但应当理解，可以以其他方式组合那些动作和那些元素以实现相同的目标。关于流程图，可以采取额外的步骤和更少的步骤，并且可以组合或进一步细化所示的步骤以实现本文所述的方法。仅结合一个实施例讨论的动作、要素和特征不旨在排除其在其他实施例中的相似作用。
164.如本文所用，“多个”是指两个或更多个。如本文所用，“一组”项目可以包括一个或多个这样的项目。如本文所用，无论在书面具体实施方式中还是在权利要求中，术语“包括”，“包含”，“携带”，“具有”，“含有”，“涉及”等应被理解为开放式的，即，指的是包括但不限于。相对于权利要求，仅过渡短语“由
…
组成”和“基本上由
…
组成”是封闭式或半封闭式的过渡短语。权利要求中用到的序数词，例如“第一”、“第二”、“第三”等是用来修饰权利要求元素，这本身不表示一个权利要求元素相较于另一个权利要求元素的优先权，或顺序，或执行方法动作的先后顺序，而只是用于区分具有相同名称的一个权利要求元素与另一个具有相同名称的元素(但是有用到序数词)，从而区分权利要求元素。如本文所用，“和/或”是指所列项目是替代方案，但是替代方案也包括所列项目的任何组合。
技术特征：
1.一种具有减少的衬底到接触凸块热阻的声学谐振器器件，包括：一衬底，具有一表面；一单晶压电板，具有正面和背面，所述背面通过键合氧化物(box)层附接到除所述压电板的一部分外的所述衬底的表面，其中所述键合氧化物(box)层在所述衬底的表面上形成，所述压电板的这部分形成隔膜，该隔膜在所述衬底中跨越空腔；一导体图案，包括叉指换能器(idt)，该叉指换能器(idt)在所述单晶压电板的正面上形成，使得idt的交错的指状物设置在所述隔膜上，所述交错的指状物的重叠距离限定所述谐振器器件的孔径；和接触焊盘，在所述衬底表面上的选定位置处形成，以提供idt和要附接到所述接触焊盘的接触凸块之间的电连接；其中，所述压电板从每个所述接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分去除，以在形成在所述声学谐振器器件上的接触凸块和所述衬底之间提供较低的热阻。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，在每个所述接触焊盘下方的所述器件的表面区域部分是在所述box层的选定位置处的所述box层的预定区域，以使所述接触焊盘和所述衬底之间的热阻减小预定量。3.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，还包括附接至所述接触焊盘的所述接触凸块；并且其中所述接触焊盘包括金属层，该金属层附接到所述导体图案的顶面。4.根据权利要求3所述的器件，其特征在于，所述交错的指状物是两组指状物，并且idt还包括连接到两组指状物中的每一个的母线，并且其中所述金属层电连接至所述母线。5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述box层从所述接触焊盘中的每一个的下方的器件的所述表面区域的至少一部分去除，以在所述接触凸块和所述衬底之间提供较低的热阻；和其中，所述电绝缘层在所述接触焊盘与所述衬底表面之间形成。6.根据权利要求5所述的器件，其特征在于，在每个所述接触焊盘下方的所述器件的表面区域部分是在所述衬底的选定位置处的所述衬底的预定区域，以在所述接触焊盘和所述衬底之间的热阻减少预定量。7.根据权利要求6所述的器件，其特征在于，还包括附接至所述接触焊盘的所述接触凸块；并且其中所述接触焊盘包括金属层，该金属层附接至所述电绝缘层的顶面，所述电绝缘层在所述衬底上形成。8.根据权利要求7所述的器件，其特征在于，所述交错的指状物是两组指状物，并且idt还包括一母线，该母线附接至所述两组指状物中的每一个上，和其中，所述金属层电连接至所述母线。9.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，施加到idt的射频信号在所述空腔上方的所述压电板中激发主剪切声模，选择隔膜的厚度以调谐所述压电板中的主剪切声模。10.一种滤波器器件，包括：
一衬底，具有空腔；一压电板，在所述衬底上方形成并跨越所述空腔，所述压电板在其跨越所述空腔的地方形成隔膜；一键合氧化物(box)层，位于所述压电板与所述衬底之间；一叉指换能器(idt)，位于所述压电板正面，在所述空腔上方具有交错的指状物；其中所述空腔具有周边；和其中所述压电板从所述器件的表面区域的超过所述空腔周边的长度和宽度的部分去除，以在所述导体图案和所述衬底之间提供较低的热阻。11.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，所述衬底为si，所述键合层为sio2，所述idt为金属，所述压电板为铌酸锂或钽酸锂中的一种。12.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，所述空腔具有周边；和其中，在每个接触焊盘下方的器件的表面区域的至少一部分延伸超过所述空腔周边的长度和宽度的5％至25％。13.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，还包括接触焊盘，其在所述衬底表面上的选定位置处形成，以在idt和要附接到所述接触焊盘的接触凸块之间提供电连接；其中所述来自所述器件表面区域的部分位于每个接触焊盘下方。14.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，所述交错的指状物是两组指状物，并且idt还包括附接到所述两组指状物中的每组指状物的母线，并且其中所述接触焊盘电连接所述母线。15.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，施加到idt的射频信号在所述空腔上方的所述压电板中激发主剪切声模，选择所述隔膜的厚度以调谐所述压电板中的主剪切声模。16.一种具有低热阻抗的声学谐振器器件，包括：一衬底，具有一表面；一单晶压电板，具有正面和背面，所述背面通过键合氧化物(box)层附接到除所述压电板的一部分外的所述衬底的表面，其中所述键合氧化物(box)层在所述衬底的表面上形成，所述压电板的这部分形成隔膜，该隔膜在所述衬底中跨越空腔；一导体图案，包括叉指换能器(idt)，该叉指换能器(idt)在所述单晶压电板的正面上形成，使得idt的交错的指状物设置在所述隔膜上，所述交错的指状物的重叠距离限定所述谐振器器件的孔径；和接触焊盘，在所述衬底表面上方的选定位置处的导体图案上形成；一电绝缘层，在所述选定位置的所述衬底表面上形成；其中所述压电板和box层在每个接触焊盘和所述电绝缘层之间的选定位置处被去除。17.根据权利要求16所述的器件，其特征在于，每个选定位置是在每个所述接触焊盘下方的所述衬底的预定区域。18.根据权利要求16所述的器件，其特征在于，还包括接触凸块，该接触凸块附接至所述接触焊盘。
19.根据权利要求18所述的器件，其特征在于，所述交错的指状物是两组指状物，并且idt还包括附接到所述两组指状物中的每组指状物的母线，并且其中，所述金属层电连接至所述母线。20.根据权利要求16所述的器件，其特征在于，施加到idt的射频信号在所述空腔上方的所述压电板中激发主剪切声模，并且选择所述隔膜的厚度以调谐所述压电板中的主剪切声模。
技术总结
具有低热阻抗的声学谐振器器件，具有衬底和单晶压电板，该压电板具有背面，背面通过键合氧化物(BOX)层附接到衬底的顶面。在板的正面上形成的叉指换能器(IDT)，具有布置在隔膜上的交错的指状物，交错的指状物的重叠距离限定了谐振器器件的孔径。在衬底表面上方的选定位置处形成接触焊盘，以在IDT和要附接到接触焊盘的接触凸块之间提供电连接。压电板从每个接触焊盘下方的器件表面区域的至少一部分去除，以在接触凸块和衬底之间提供较低的热阻。以在接触凸块和衬底之间提供较低的热阻。以在接触凸块和衬底之间提供较低的热阻。
