用于超宽带应用的RFBAW谐振器滤波器架构的制作方法

用于超宽带应用的rf baw谐振器滤波器架构
相关申请的交叉引用本技术还出于所有目的通过引用并入以下所有共同拥有的专利申请：u.s.专利申请no.14/298,057，标题为“resonance circuit with a single crystal capacitor dielectric material(具有单晶电容器介电材料的谐振电路)”，于2014年6月6日提交，现为美国专利no.9,673,384；美国专利申请no.14/298,076，标题为“method of manufacture for single crystal capacitor dielectric for a resonance circuit(用于谐振电路的单晶电容器介电质的制造方法)”，于2014年6月6日提交，现为美国专利no.9,537,465；美国专利申请no.14/298,100，标题为“integrated circuit configured with two or more single crystal acoustic resonator devices(配置有两个或更多单晶声谐振器设备的集成电路)”，于2014年6月6日提交，现为美国专利no.9,571,061；美国专利申请no.14/341,314，标题为“wafer scale packaging(晶圆级封装)”，于2014年7月25日提交，现为美国专利no.9,805,966；美国专利申请no.14/449,001，标题为“mobile communication device configured with a single crystal piezo resonator structure(配置有单晶压电谐振器结构的移动通信设备)”，于2014年7月31日提交，现为美国专利no.9,716,581；以及美国专利申请no.14/469,503，标题为“membrane substrate structure for single crystal acoustic resonator device(用于单晶声谐振器设备的膜基板结构)”，于2014年8月26日提交，现为美国专利no.9,917,568。
技术领域
本发明总体涉及电子设备。更具体而言，本发明提供与体声波谐振器设备、单晶体声波谐振器设备、单晶滤波器以及谐振器设备等的制造方法和结构相关的技术。仅举例而言，本发明已经应用于用于通信设备、移动设备、计算设备等的单晶谐振器设备。


背景技术：

移动电信设备已经在世界范围内成功部署。一年内生产了超过10亿台移动设备，包括手机和智能手机，并且单位产量逐年增加。随着2012年左右4g/lte的兴起以及移动数据流量的爆炸式增长，数据丰富的内容正在推动智能手机细分市场的增长——预计在未来几年内将达到每年2b。新旧标准的共存以及对更高数据速率要求的渴望正在推动智能手机中的rf复杂性。遗憾的是，传统rf技术存在局限性，这是有问题的，并且可能会导致未来出现缺陷。随着4g lte和5g日益流行，无线数据通信需要频率在5ghz左右或更高的高性能rf滤波器。使用晶体压电薄膜的体声波谐振器(bawr)是满足此类需求的首选。使用多晶压电薄膜的当前bawr足以用于工作在1-3ghz频率范围内的体声波(baw)滤波器；然而，当厚度降低到0.5um以下(这正是工作在5ghz及以上频率的谐振器和滤波器所必需的)时，多晶压电薄膜的质量会迅速下降。在兼容的晶体基板上生长的单晶或外延压电薄膜表现出良好的晶体质量和高压电性能，甚至可以达到非常薄的厚度，例如，0.4um。即便如此，在bawr和baw滤
波器的制造中使用和转移单晶压电薄膜仍然存在挑战。由此可以看出，非常需要用于改进声谐振器设备的制造方法和结构的技术。


技术实现要素：

根据本发明，提供了与电子设备总体相关的技术。更具体而言，本发明提供了与体声波(baw)谐振器设备、单晶谐振器设备、单晶滤波器以及谐振器设备等的制造方法和结构相关的技术。仅举例而言，本发明已经应用于用于通信设备、移动设备、计算设备等的单晶谐振器设备。在一个实施例中，本发明提供了一种多级匹配网络滤波器电路设备。所述设备包括具有输入节点、输出节点以及接地节点的体声波(baw)谐振器设备。第一匹配网络电路耦合到输入节点。第二匹配网络电路耦合到输出节点。接地连接网络电路耦合到接地节点。第一或第二匹配网络电路可以包括电感梯形网络，所述电感梯形网络包括呈串联配置的多个串联电感器，和多个接地电感器，其中所述多个接地电感器中的每一个耦合到每对连接的串联电感器之间的连接。电感梯形网络可以包括一个或多个lc槽(tank)，其中所述一个或多个lc槽中的每一个耦合在串联电感器和随后的串联电感器之间的连接之间，所述随后的串联电感器也耦合到接地电感器。在一个实施例中，本发明提供了呈梯形配置的rf滤波器电路设备。所述设备可以包括输入端口、耦合到输入端口的第一节点、耦合在第一节点和输入端口之间的第一谐振器。第二节点耦合到第一节点，并且第二谐振器耦合在第一节点和第二节点之间。第三节点耦合到第二节点，并且第三谐振器耦合在第二节点和第三节点之间。第四节点耦合到第三节点，并且第四谐振器耦合在第三节点和输出端口之间。此外，输出端口耦合到第四节点。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。第一、第二、第三以及第四谐振器中的每一个可以包括电容器设备。每个这样的电容器设备可以包括基板构件，所述基板构件具有腔体区域和与第一腔体区域中的开口邻接的上表面区域。每个电容器设备可以包括在腔体区域的一部分内的底部电极和覆盖上表面区和底部电极的压电材料。此外，每个电容器设备可以包括覆盖单晶材料和底部电极的顶部电极，以及覆盖顶部电极并被配置为具有一定厚度以调谐谐振器的绝缘材料。如所使用的，词语“顶部”和“底部”不是关于重力方向的词语。确切地说，这些词语在本设备和相关电路的上下文中相互参照使用。本领域普通技术人员将认识到其他修改、变化和替代。所述设备还包括串行配置，包括输入端口、第一节点、第一谐振器、第二节点、第二谐振器、第三节点、第三谐振器、第四谐振器、第四节点，以及输出端口。单独的分路配置谐振器耦合到第一、第二、第三、第四节点中的每一个。并行配置包括第一、第二、第三以及第四分路配置谐振器。此外，可以在输入端口和输出端口之间配置电路响应，并根据串行配置和并行配置进行配置，以实现特征频率以6.530ghz为中心，带宽为5.935ghz至7.125ghz的通带的传输损耗，使得以6.535ghz为中心的特征频率从约5.9ghz至6.4ghz的较低频率范围调谐。在一个实施例中，压电材料可以包括单晶材料、多晶材料，或其组合等。压电材料还可以包括表现出某些多晶特性的基本上为单晶的材料，即大致上为单晶的材料。在一个特定实施例中，第一、第二、第三以及第四压电材料均大致上为单晶氮化铝(aln)承载材料
或氮化铝钪(alscn)承载材料、单晶氮化镓(gan)承载材料或氮化镓铝(gaaln)承载材料、氮化镁铪铝(mghfaln)材料等。在其他特定实施例中，这些压电材料均包括多晶氮化铝(aln)承载材料或氮化铝钪(alscn)承载材料，或多晶氮化镓(gan)承载材料或氮化镓铝(gaaln)承载材料、氮化镁铪铝(mghfaln)材料等。在其他实施例中，压电材料可以包括以0≤x《1.0的成分为特征的氮化铝镓(al
x
ga
1-x
n)材料或氮化铝钪(al
xsc1-x
n)材料。如前所述，压电材料的厚度可以变化，且在某些情况下可以大于250nm。在一个特定实施例中，串行配置形成谐振分布和反谐振分布。并行配置也形成谐振分布和反谐振分布。这些分布使得来自串行配置的谐振分布与并行配置的反谐振分布偏移，以形成通带。在一个特定实施例中，通带的特征在于通带每一侧上有频带边缘，并且具有范围从10db到60db的幅度差。通带具有一对频带边缘；频带边缘中的每一个都具有从通带到阻带的过渡区域，使得过渡区域不大于250mhz。在另一个实施例中，通带可以包括一对频带边缘，并且这些频带边缘中的每一个可以具有从通带到阻带的过渡区域，使得过渡区域的范围为5mhz到250mhz。在一个特定实施例中，第一、第二、第三以及第四绝缘材料中的每一个包括由氮化硅材料配置而成的氮化硅承载材料或由氧化物承载材料配置而成的氧化物承载材料。在一个特定实施例中，本发明设备还可以包括几个特征。所述设备还可以包括抑制低于5.935ghz和高于7.125ghz的信号的抑制带。所述设备还可以包括通带内3.0db的最大插入损耗和表征通带的2.5db的最大幅度变化。此外，所述设备可以在700mhz至2400mhz的频率范围内最小衰减为25db；在2400mhz至2500mhz的频率范围内最小衰减为30db；在3300mhz至4200mhz的频率范围内最小衰减为25db；在4200mhz至5000mhz的频率范围内最小衰减为25db；在5170mhz至5835mhz的频率范围内最小衰减为35db；在7400mhz至9500mhz的频率范围内最小衰减为25db；在11500mhz至14500mhz的频率范围内最小衰减为30db；以及在17500mhz至21500mhz的频率范围内最小衰减为20db。所述设备还可以包括表征通带的9db的最小回波损耗，并且所述设备可以在-40摄氏度到85摄氏度之间运行。所述设备还可以包括通带内至少 27dbm或0.5瓦的最大功率处理能力。此外，可以为6.5ghz wi-fi应用配置通带。在一个特定实施例中，本发明设备可以被配置为体声波(baw)滤波器设备。第一、第二、第三以及第四谐振器中的每一个可以是baw谐振器。类似地，第一、第二、第三以及第四分路谐振器中的每一个可以是baw谐振器。本发明设备还可以包括编号为n至m的一个或多个附加谐振器设备，其中n为4，且m为20。类似地，本发明设备还可以包括编号为n至m的一个或多个附加分路谐振器设备，其中n为4，且m为20。在一个实施例中，本发明提供了一种呈晶格配置的rf电路设备。所述设备可以包括差分输入端口、顶部串行配置、底部串行配置、第一晶格配置、第二晶格配置，以及差分输出端口。顶部串行配置可以包括第一顶部节点、第二顶部节点，以及第三顶部节点。第一顶部谐振器可以耦合在第一顶部节点和第二顶部节点之间，而第二顶部谐振器可以耦合在第二顶部节点和第三顶部节点之间。类似地，底部串行配置可以包括第一底部节点、第二底部节点，以及第三底部节点。第一底部谐振器可以耦合在第一底部节点和第二底部节点之间，而第二底部谐振器可以耦合在第二底部节点和第三底部节点之间。
在一个实施例中，第一晶格配置包括第一分路谐振器，第一分路谐振器与第二分路谐振器交叉耦合，并耦合在顶部串行配置的第一顶部谐振器和底部串行配置的第一底部谐振器之间。类似地，第二晶格配置可以包括第一分路谐振器，第一分路谐振器与第二分路谐振器交叉耦合，并耦合在顶部串行配置的第二顶部谐振器和底部串行配置的第二底部谐振器之间。顶部串行配置和底部串行配置均可以耦合到差分输入端口和差分输出端口。在一个特定实施例中，所述设备还包括耦合到差分输入端口的第一换衡器和耦合到差分输出端口的第二换衡器。所述设备还可以包括耦合在差分输入端口和差分输出端口之间的电感器设备。在一个特定实施例中，所述设备还可以包括：第一电感器设备，耦合在顶部串行配置的第一顶部节点和底部串行配置的第一底部节点之间；第二电感器设备，耦合在顶部串行配置的第二顶部节点和底部串行配置的第二底部节点之间；以及第三电感器设备，耦合在顶部串行配置的第三顶部节点和底部串行配置的第三底部节点之间。使用本发明实现了优于现有技术的一种或多种益处。特别地，本领域的普通技术人员可以在使用常规材料和/或方法的同时以相对简单且有成本效益的方式制造本发明设备。本发明设备提供了具有高抑制、高额定功率以及低插入损耗的超小形状因数rf谐振器滤波器。此类滤波器或谐振器可以在rf滤波器设备、rf滤波器系统等中实现。视实施方式而定，可以实现这些益处中的一个或多个。可以通过参考说明书的后面部分和附图来进一步理解本发明的性质和优点。
附图说明
为了更全面地理解本发明，请参考附图。应理解，这些附图不应被认为是对本发明范围的限制，当前描述的实施方式和当前理解的本发明的最佳模式通过使用附图更详细地加以描述，其中：图1a是示出根据本发明的实施例的具有顶侧互连的声谐振器设备的简化图。图1b是示出根据本发明的实施例的具有底侧互连的声谐振器设备的简化图。图1c是示出根据本发明的实施例的具有内插器/无封帽结构互连的声谐振器设备的简化图。图1d是示出根据本发明的实施例的具有带有共享背侧沟槽的内插器/无封帽结构互连的声谐振器设备的简化图。图2和图3是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。图4a是示出根据本发明的实施例的用于产生顶侧微沟槽的方法的步骤的简化图。图4b和图4c是示出用于进行如图4a中所述的形成顶侧微沟槽的方法步骤的替代方法的简化图。图4d和图4e是示出用于进行如图4a中所述的形成顶侧微沟槽的方法步骤的替代方法的简化图。图5至图8是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。图9a是示出根据本发明的实施例的用于形成背侧沟槽的方法步骤的简化图。图9b和图9c是简化图，示出根据本发明的实施方式的用于进行形成背侧沟槽(如
图9a中所述)并且同时单分(singulate)种子基板的方法步骤的替代方法。图10是示出根据本发明的实施例的在谐振器的顶侧和底侧之间形成背侧金属化和电互连的方法步骤的简化图。图11a和图11b是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的替代步骤的简化图。图12a至图12e是示出根据本发明的实施例的使用盲过孔内插器的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。图13是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。图14a至图14g是示出根据本发明的实施例的用于声谐振器设备的封帽晶圆制程的方法步骤的简化图。图15a-图15e是示出根据本发明的实施例的用于制造具有共享背侧沟槽的声谐振器设备(可以在内插器/封帽和无内插器版本中实现)的方法步骤的简化图。图16a-图16c至图31a-图31c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。图32a-图32c至图46a-图46c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的腔体接合转移制程的方法步骤的简化图。图47a-图47c至图59a-图59c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的固装转移制程的方法步骤的简化图。图60是示出根据本发明的实施例的射频频谱中的滤波器通带要求的简化图。图61是示出作为根据本发明的实施例的声波rf滤波器的应用的关键市场的概览的简化图。图62是示出根据本发明的实施例的移动应用中rf滤波器的应用领域的简化图。图63a-图63c是示出根据本发明的各种实施例的谐振器设备的横截面图的简化图。图64a是根据本发明的实施例的多级匹配网络滤波器设备的简化电路图。图64b-图64e是根据本发明的各种实施例的图64a中所示的多级匹配网络滤波器设备的电路区块的简化电路图。图65a-图65c是示出根据本发明的实施例的声滤波器设计的代表性晶格和梯形配置的简化电路图。图66a-图66b是示出根据本发明的各种实施例的封装方法的简化图。图67a-图67b是示出根据本发明的实施例的封装方法的简化图。图68是示出根据本发明的实施例的2-端口baw rf滤波器电路的简化电路图。图69是根据本发明的实施例的滤波器参数的简化表。图70a-图70c是表示根据本发明的实施例的随频率变化的插入损耗的简化图。
具体实施方式
根据本发明，提供了与电子设备总体相关的技术。更具体而言，本发明提供与体声波谐振器设备、单晶谐振器设备、单晶滤波器以及谐振器设备等的制造方法和结构相关的技术。仅举例而言，本发明已经应用于用于通信设备、移动设备、计算设备等的单晶谐振器
设备。图1a是示出根据本发明的实施例的具有顶侧互连的声谐振器设备101的简化图。如图所示，设备101包括具有上覆单晶压电层120的减薄的种子基板112，其具有微过孔129。微过孔129可以包括顶侧微沟槽121、顶侧金属插塞146、背侧沟槽114，以及背侧金属插塞147。虽然设备101被描绘为具有单个微过孔129，但是设备101可以具有多个微过孔。顶侧金属电极130形成在压电层120上方。顶部封帽结构接合到压电层120。此顶部封帽结构包括具有一个或多个通孔151的内插式基板119，这些通孔151连接到一个或多个顶部接合焊盘143、一个或多个接合焊盘144，以及带有顶侧金属插塞146的顶侧金属145。焊球170电耦合到一个或多个顶部接合焊盘143。减薄的基板112具有第一背侧沟槽113和第二背侧沟槽114。在减薄的种子基板112、第一背侧沟槽113，以及顶侧金属电极130的一部分下方形成背侧金属电极131。背侧金属插塞147形成在减薄的种子基板112、第二背侧沟槽114，以及顶侧金属145的一部分下方。此背侧金属插塞147电耦合到顶侧金属插塞146和背侧金属电极131。背侧封帽结构161被接合到减薄的种子基板112，位于第一背侧沟槽113和第二背侧沟槽114下方。将从图2开始讨论与此设备的制造方法有关的更多细节。图1b是示出根据本发明的实施例的具有背侧互连的声谐振器设备102的简化图。如图所示，设备101包括具有上覆压电层120的减薄的种子基板112，其具有微过孔129。微过孔129可以包括顶侧微沟槽121、顶侧金属插塞146、背侧沟槽114，以及背侧金属插塞147。虽然设备102被描绘为具有单个微过孔129，但是设备102可以具有多个微过孔。顶侧金属电极130在压电层120上方形成。顶部封帽结构接合到压电层120。此顶部封帽结构119包括接合焊盘，这些接合焊盘连接到压电层120上的一个或多个接合焊盘144和顶侧金属145。顶侧金属145包括顶侧金属插塞146。减薄的基板112具有第一背侧沟槽113和第二背侧沟槽114。在减薄的种子基板112、第一背侧沟槽113以及顶侧金属电极130的一部分下方形成背侧金属电极131。背侧金属插塞147形成在减薄的种子基板112、第二背侧沟槽114，以及顶侧金属插塞146的一部分的下方。此背侧金属插塞147电耦合到顶侧金属插塞146。背侧封帽结构162接合到减薄的种子基板112，位于第一和第二背侧沟槽下方。一个或多个背侧接合焊盘(171，172，173)形成在背侧封帽结构162的一个或多个部分内。焊球170电耦合到一个或多个背侧接合焊盘171-173。将从图14a开始讨论与此设备的制造方法有关的更多细节。图1c是示出根据本发明的实施例的具有内插器/无封帽结构互连的声谐振器设备的简化图。如图所示，设备103包括具有上覆单晶压电层120的减薄的种子基板112，其具有微过孔129。微过孔129可以包括顶侧微沟槽121、顶侧金属插塞146、背侧沟槽114，以及背侧金属插塞147。虽然设备103被描绘为具有单个微过孔129，但是设备103可以具有多个微过孔。顶侧金属电极130形成在压电层120上方。减薄的基板112具有第一背侧沟槽113和第二背侧沟槽114。背侧金属电极131形成在减薄的种子基板112、第一背侧沟槽113以及顶侧金属电极130的一部分的下方。背侧金属插塞147形成在减薄的种子基板112、第二背侧沟槽114以及顶侧金属145的一部分的下方。此背侧金属插塞147电耦合到顶侧金属插塞146和背侧金属电极131。将从图2开始讨论与此设备的制造方法有关的更多细节。图1d是示出根据本发明的实施例的具有带有共享背侧沟槽的内插器/无封帽结构
互连的声谐振器设备的简化图。如图所示，设备104包括具有上覆单晶压电层120的减薄的种子基板112，其具有微过孔129。微过孔129可以包括顶侧微沟槽121、顶侧金属插塞146，以及背侧金属147。虽然设备104被描绘为具有单个微过孔129，但是设备104可以具有多个微过孔。顶侧金属电极130形成在压电层120上方。减薄的基板112具有第一背侧沟槽113。背侧金属电极131形成在减薄的种子基板112、第一背侧沟槽113，以及顶侧金属电极130的一部分的下方。背侧金属147形成在减薄的种子基板112、第二背侧沟槽114以及顶侧金属145的一部分的下方。此背侧金属147电耦合到顶侧金属插塞146和背侧金属电极131。将从图2开始讨论与此设备的制造方法有关的更多细节。图2和图3是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。这种方法说明了制造类似于图1a所示的声谐振器设备的制程。图2可以表示提供经过部分处理的压电基板的方法步骤。如图所示，设备102包括种子基板110，其上方形成有压电层120。在一个特定实施例中，种子基板可以包括硅、碳化硅、氧化铝，或单晶氮化铝镓材料等。压电层120可以包括压电单晶层或薄膜压电单晶层。图3可以表示形成顶侧金属化或顶部谐振器金属电极130的方法步骤。在一个特定实施例中，顶侧金属电极130可以包括钼、铝、钌或钛材料等及其组合。层体可以通过剥离制程、湿法蚀刻制程、干法蚀刻制程、金属印刷制程、金属层压制程等在压电层的顶部沉积并图案化。剥离制程可以包括光刻图案化、金属沉积以及剥离步骤的循序制程，以产生顶侧金属层。湿法/干法蚀刻制程可以包括金属沉积、光刻图案化、金属沉积以及金属蚀刻步骤的循序制程，以产生顶侧金属层。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。图4a是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备401的制造方法的步骤的简化图。此图可以表示在压电层120的一部分内形成一个或多个顶侧微沟槽121的方法步骤。此顶侧微沟槽121可以用作声膜的顶侧和底侧之间的主要互连结，这将在后面的方法步骤中展开。在一个实施例中，顶侧微沟槽121一直延伸穿过压电层120并止于种子基板110中。此顶侧微沟槽121可以通过干法蚀刻制程、激光钻孔制程等形成。图4b和图4c更详细地描述了这些选择。图4b和图4c是示出用于进行如图4a中描述的方法步骤的替代方法的简化图。如图所示，图4b表示使用激光钻的方法步骤，此激光钻可以快速准确地在压电层120中形成顶侧微沟槽121。在一个实施例中，激光钻可以用于形成标称50um的孔，或者直径在10um和500um之间的孔，穿过压电层120并在层体120和层体110之间的界面下方止于种子基板110中。可以在压电层120和顶侧金属电极130上方形成保护层122。此保护层122可用于保护设备免受激光碎片的影响，并为顶侧微过孔121的蚀刻提供掩模。在一个特定实施例中，激光钻可以是11w高功率二极管泵浦uv激光器等。在进行其他步骤之前，可以去除此掩模122。激光钻孔制程中也可以省略掩模，并且可以使用气流去除激光碎片。图4c可以表示使用干法蚀刻制程在压电层120中形成顶侧微沟槽121的方法步骤。如图所示，光刻掩模层123可以形成在压电层120和顶侧金属电极130的上方。顶侧微沟槽121可以通过暴露于等离子体等而形成。图4d和图4e是示出用于进行如图4a中描述的方法步骤的替代方法的简化图。这些图可以表示同时制造多个声谐振器设备的方法步骤。在图4d中，两个设备分别显示在晶粒#1和晶粒#2上。图4e示出了在这些晶粒中的每一个上形成微过孔121同时还蚀刻划线124或
切割线的制程。在一个实施例中，划线124的蚀刻将压电单晶层120中的应力单分并释放。
1.图5至图8是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。图5可以表示形成一个或多个接合焊盘140和形成电耦合到接合焊盘140中的至少一个的顶侧金属141的方法步骤。顶侧金属141可以包括形成在顶侧微沟槽121内的顶侧金属插塞146。在一个特定实施例中，顶侧金属插塞146填充顶侧微沟槽121，以形成微过孔的顶侧部分。在一个实施例中，视设备的应用而定，接合焊盘140和顶侧金属141可以包括金材料或其他互连金属材料。这些金属材料可以通过剥离制程、湿法蚀刻制程、干法蚀刻制程、丝网印刷制程、电镀制程、金属印刷制程等形成。在一个特定实施例中，沉积的金属材料也可以用作封帽结构的焊盘，这将在下文加以描述。图6可以表示制备用于接合的声谐振器设备的方法步骤，接合可以是气密接合。如图所示，顶部封帽结构位于经过部分处理的声谐振器设备上方，如前图所述。顶部封帽结构可以使用呈两种配置的内插式基板119形成：经过完全处理的内插器版本601(玻璃通孔)和经过部分处理的内插器版本602(盲过孔版本)。在601版本中，内插式基板119包括通孔结构151，其延伸穿过内插式基板119并电耦合到底部接合焊盘142和顶部接合焊盘143。在602版本中，内插式基板119包括盲过孔结构152，从底侧仅延伸穿过内插式基板119的一部分。这些盲过孔结构152还电耦合到底部接合焊盘142。在一个特定实施例中，内插式基板可以包括硅、玻璃、智能玻璃，或其他类似材料。图7可以表示将顶部封帽结构接合到经过部分处理的声谐振器设备的方法步骤。如图所示，内插式基板119通过接合焊盘(140，142)和顶侧金属141接合到压电层，它们现在被表示为接合焊盘144和顶侧金属145。此接合制程可以使用压缩接合方法等来完成。图8可以表示减薄种子基板110的方法步骤，种子基板110现在被表示为减薄的种子基板111。此基板减薄制程可以包括研磨和蚀刻制程等。在一个特定实施例中，此制程可以包括晶圆背面研磨制程，之后是应力去除，这可能会涉及干法蚀刻、cmp抛光，或退火制程。图9a是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备901的制造方法的步骤的简化图。图9a可以表示用于形成背侧沟槽113和114以允许从减薄的种子基板111的背侧接近压电层的方法步骤。在一个实施例中，第一背侧沟槽113可以形成在减薄的种子基板111内，并且在顶侧金属电极130下方。第二背侧沟槽114可以形成在减薄的种子基板111内，并且在顶侧微沟槽121和顶侧金属插塞146下方。此基板现在被表示为减薄的基板112。在一个特定实施例中，这些沟槽113和114可以使用深反应离子蚀刻(drie)制程、bosch制程等形成。沟槽的尺寸、形状和数量可以随着声谐振器设备的设计而变化。在各种实施例中，第一背侧沟槽可以形成为具有类似于顶侧金属电极的形状或背侧金属电极的形状的沟槽形状。第一背侧沟槽也可以形成为具有不同于顶侧金属电极和背侧金属电极的形状的沟槽形状。图9b和图9c是示出用于进行如图9a中描述的方法步骤的替代方法的简化图。与图4d和图4e一样，这些图可以表示同时制造多个声谐振器设备的方法步骤。在图9b中，分别在晶粒#1和晶粒#2上显示了具有封帽结构的两个设备。图9c示出了在这些晶粒中的每一个上形成背侧沟槽(113，114)同时还蚀刻划线115或切割线的制程。在一个实施例中，划线115的蚀刻提供了一种可选的方式来单分背侧晶圆112。
图10是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备1000的制造方法的步骤的简化图。此图可以表示在减薄的种子基板112的背侧沟槽内形成背侧金属电极131和背侧金属插塞147的方法步骤。在一个实施例中，背侧金属电极131可以形成在减薄的基板112的一个或多个部分下方，第一背侧沟槽113内，以及顶侧金属电极130下方。此制程完成了声谐振器设备内的谐振器结构。背侧金属插塞147可以形成在减薄的基板112的一个或多个部分下方，第二背侧沟槽114内，以及顶侧微沟槽121下方。背侧金属插塞147可以电耦合到顶侧金属插塞146以及背侧金属电极131。在一个特定实施例中，背侧金属电极130可以包括钼、铝、钌或钛材料等及其组合。背侧金属插塞可以包括金材料、低电阻互连金属、电极金属等。可以使用先前描述的沉积方法来沉积这些层。图11a和图11b是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的替代步骤的简化图。这些图显示了在减薄的种子基板112下方接合背侧封帽结构的方法。在图11a中，背侧封帽结构是干膜封帽161，其可以包括永久性光可成像干膜，诸如，焊接掩模、聚酰亚胺等。接合这种封帽结构既经济又可靠，但可能不会产生气密密封。在图11b中，背侧封帽结构是基板162，其可以包括硅、玻璃或其他类似材料。接合此基板可以提供气密密封，但可能成本更高且需要额外的制程。视应用而定，这些背侧封帽结构中的任何一个都可以接合在第一和第二背侧过孔的下方。图12a至图12e是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。更具体而言，这些图描述了用于处理顶部封帽结构的盲过孔内插器“602”版本的附加步骤。图12a示出了在顶部封帽结构中具有盲过孔152的声谐振器设备1201。在图12b中，内插式基板119被减薄，形成减薄的内插式基板118，以露出盲过孔152。此减薄制程可以是研磨制程和蚀刻制程的组合，如针对种子基板的减薄所述。在图12c中，可以应用再分布层(rdl)制程和金属化制程来产生顶部封帽接合焊盘160，它们形成在盲过孔152上方并且电耦合到盲过孔152。如图12d中所示，可以应用球网格阵列(bga)制程，以形成覆盖并电耦合到顶部封帽接合焊盘160的焊球170。此制程使声谐振器设备准备好进行引线接合171，如图12e所示。图13是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。如图所示，设备1300包括两个经过完全处理的声谐振器设备，它们准备好单分，以产生分离的设备。在一个实施例中，可以使用晶圆切割锯制程、激光切割单分制程，或其他制程及其组合来完成晶粒单分制程。图14a至图14g是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。此方法说明了制造类似于图1b所示的声谐振器设备的制程。用于此声谐振器示例的方法可以执行与图1-图5中描述的类似的步骤。图14a显示了此方法与前面描述的方法的不同之处。在图中，顶部封帽结构基板119仅包括一个金属化层，其具有一个或多个底部接合焊盘142。与图6相比，顶部封帽结构中没有过孔结构，因为互连将形成在声谐振器设备的底侧上。图14b至图14f描绘了与第一制程流程中描述的那些相似的方法步骤。图14b可以表示通过接合焊盘(140，142)和顶侧金属141将顶部封帽结构接合到压电层120的方法步骤，接合焊盘(140，142)和顶侧金属141现在表示为具有顶侧金属插塞146的接合焊盘144和顶侧金属145。图14c可以表示减薄种子基板110以形成类似于图8中描述的减薄的种子基板
111的方法步骤。图14d可以表示形成第一和第二背侧沟槽的方法步骤，类似于图9a中所述。图14e可以表示形成背侧金属电极131和背侧金属插塞147的方法步骤，类似于图10中所述。图14f可以表示接合背侧封帽结构162的方法步骤，类似于图11a和图11b中所述。图14g显示了不同于先前描述的制程流程的另一个步骤。在图中，背侧接合焊盘171、172和173形成在背侧封帽结构162内。在一个实施例中，这些背侧接合焊盘171-173可以通过类似于用于形成其他金属材料的那些制程的掩蔽、蚀刻以及金属沉积制程而形成。可以应用bga制程来形成与这些背侧接合焊盘171-173接触的焊球170，这使声谐振器设备1407准备好进行引线接合。图15a至图15e是示出根据本发明的实施例的声谐振器设备的制造方法的步骤的简化图。此方法说明了制造类似于图1b所示的声谐振器设备的制程。用于此实施例的方法可以执行与图1-图5中所述类似的步骤。图15a显示了此方法与前面描述的方法的不同之处。具有临时粘合剂层217的临时载体218附接到基板。在一个特定实施例中，临时载体218可以包括玻璃晶圆、硅晶圆，或其他晶圆等。图15b至图15f描绘了与第一制程流程中描述的那些相似的方法步骤。图15b可表示减薄种子基板110以形成减薄的基板111的方法步骤，类似于图8中所述。在一个特定实施例中，种子基板110的减薄可以包括背侧研磨制程，之后是应力去除制程。应力去除制程可以包括干法蚀刻、化学机械平坦化(cmp)，以及退火制程。图15c可以表示形成共享背侧沟槽113的方法步骤，类似于图9a中描述的技术。主要区别在于，共享背侧沟槽配置在顶侧金属电极130、顶侧微沟槽121以及顶侧金属插塞146的下方。在一个实施例中，共享背侧沟槽113是尺寸、形状(所有可能的几何形状)以及侧壁轮廓(锥形凸面、锥形凹面，或直角)可以变化的背侧谐振腔。在一个特定实施例中，共享背侧沟槽113的形成可以包括光刻制程，此制程可以包括背侧基板111的背对前对准和干法蚀刻。压电层120可以用作用于形成共享背侧沟槽113的蚀刻停止层。图15d可以表示形成背侧金属电极131和背侧金属147的方法步骤，类似于图10中所述。在一个实施例中，背侧金属电极131的形成可以包括金属材料在共享背侧沟槽113内的沉积和图案化。在图中，背侧金属131用作电极，而背侧插塞/连接金属147位于微过孔121内。金属的厚度、形状和类型可以随谐振器/滤波器设计而变化。例如，背侧电极131和过孔插塞金属147可以是不同的金属。在一个特定实施例中，这些背侧金属131、147可以在压电层120的表面上沉积并图案化，或者重新布线到基板112的背侧。在一个实施例中，背侧金属电极可以被图案化，使其配置在共享背侧沟槽的边界内，使得背侧金属电极不会与在形成共享背侧沟槽期间产生的种子基板的一个或多个侧壁接触。
2.图15e可以表示在临时载体218脱接和设备顶侧清洁以去除临时粘合剂217之后接合背侧封帽结构162的方法步骤，类似于图11a和图11b中所述。本领域普通技术人员将认识到先前描述的方法步骤的其他变化、修改和替代。如本文所用，术语“基板”可指体基板，或可以包括上覆生长结构，诸如，铝、镓，或铝和镓的三元化合物以及含氮的外延区或功能区、组合等。使用本发明实现了优于现有技术的一个或多个益处。特别地，本领域的普通技术人员可以在使用常规材料和/或方法的同时以相对简单且有成本效益的方式制造本发明设备。使用本发明方法，可以通过晶圆级制程使用多种三维堆叠方式来制造可靠的基于单晶
的声谐振器。此类滤波器或谐振器可以在rf滤波器设备、rf滤波器系统等中实现。视实施方式而定，可以实现这些益处中的一个或多个。当然，可以有其他变化、修改和替代。随着4g lte和5g日益流行，无线数据通信需要频率在5ghz左右及更高的高性能rf滤波器。体声波谐振器(bawr)广泛用于在3ghz及更低频率下工作的此类滤波器，是满足此类需求的首选。当前的体声波谐振器使用多晶压电aln薄膜，其中每个颗粒的c轴垂直于薄膜表面对准，以实现高压电性能，而颗粒的a轴或b轴随机分布。当压电薄膜的厚度大约为1um及以上(这是工作在1至3ghz频率范围内的体声波(baw)滤波器的理想厚度)时，这种特殊的颗粒分布效果很好。然而，当厚度降低到大约0.5um以下(这是工作在大约5ghz及以上频率的谐振器和滤波器所必需的)时，多晶压电薄膜的质量会迅速下降。在相容的晶体基板上生长的单晶或外延压电薄膜表现出良好的晶体质量和高压电性能，甚至可以达到非常薄的厚度，例如，0.4um。本发明提供用于高频baw滤波器应用的具有单晶或外延压电薄膜的高质量体声波谐振器的制造制程和结构。bawr需要晶体形式，即多晶或单晶的压电材料，例如，aln。厚膜的质量取决于膜在其上生长的层体的化学、晶体或形貌质量。在传统的bawr制程(包括薄膜体声谐振器(fbar)或固装谐振器(smr)几何结构)中，压电薄膜生长在总体由钼(mo)、钨(w)或钌(ru)制成的图案化的底部电极上。图案化的底部电极的表面几何形状会显著影响压电薄膜的晶体取向和晶体质量，需要对结构进行复杂的修改。因此，本发明使用单晶压电膜和薄膜转移制程来生产具有增强的最终品质因数和用于rf滤波器的机电耦合的bawr。此类方法和结构有利于使用单晶或外延压电薄膜的rf滤波器的制造方法和结构，以满足当代数据通信不断增长的需求。在一个实施例中，本发明提供了用于声谐振器设备的传递结构和制程，其提供了用于更好的声波控制和高频高q的平坦的高质量的单晶压电膜。如上所述，多晶压电层限制了高频中的q。此外，在图案化的电极上生长外延压电层会影响压电层的晶体取向，这限制了对所得谐振器进行严格边界控制的能力。如下文进一步所述，本发明的实施方式可以克服这些限制，并且表现出改进的性能和成本效益。图16a-图16c至图31a-图31c示出了使用具有牺牲层的转移结构的声谐振器设备的制造方法。在下面描述的图系列中，“a”图显示了示出根据本发明的各种实施方式的单晶谐振器设备的顶部横截面图的简化图。“b”图显示了示出“a”图中相同设备的纵向横截面图的简化图。类似地，“c”图显示了示出“a”图中相同设备的横向横截面图的简化图。在某些情况下，某些特征会被省略，以突出其他特征以及此类特征之间的关系。本领域普通技术人员将认识到这些图系列中所示实施例的变化、修改和替代。图16a-图16c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖生长基板1610的压电膜1620的方法步骤。在一个实施例中，生长基板1610可以包括硅(s)、碳化硅(sic)，或其他类似材料。压电膜1620可以是包括氮化铝(aln)、氮化镓(gan)或其他类似材料的外延膜。此外，此压电基板可以进行厚度修整。图17a-图17c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖压电膜1620的表面区域的第一电极1710的方法步骤。在一个实施例中，第
一电极1710可以包括钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，第一电极1710可以进行有斜度的干法蚀刻。举例而言，斜度可以是大约60度。图18a-图18c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖第一电极1710和压电膜1620的第一钝化层1810的方法步骤。在一个实施例中，第一钝化层1810可以包括氮化硅(sin)、氧化硅(sio)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，第一钝化层1810可以具有范围从大约50nm到大约100nm的厚度。图19a-图19c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖第一电极1810的一部分和压电膜1620的一部分的牺牲层1910的方法步骤。在一个实施例中，牺牲层1910可以包括多晶硅(poly-si)、非晶硅(a-si)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，此牺牲层1910可以进行有斜度的干法蚀刻，并且被沉积成大约1um的厚度。此外，磷掺杂的sio2(psg)可以用作具有支撑层(例如，sinx)的不同组合的牺牲层。图20a-图20c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖牺牲层1910、第一电极1710以及压电膜1620的支撑层2010的方法步骤。在一个实施例中，支撑层2010可以包括二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，此支撑层2010可以沉积成大约2-3um的厚度。如上所述，就psg牺牲层而言，可以使用其他支撑层(例如，sinx)。图21a-图21c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对支撑层2010进行抛光以形成抛光的支撑层2011的方法步骤。在一个实施例中，抛光制程可以包括化学机械平坦化制程等。图22a-图22c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了将设备翻转并将支撑层2011物理耦合在接合基板2210上方。在一个实施例中，接合基板2210可以包括接合支撑层2220(sio2或类似材料)，其覆盖具有硅(si)、蓝宝石(al2o3)、二氧化硅(sio2)、碳化硅(sic)，或其他类似材料的基板。在一个特定实施例中，接合基板2210的接合支撑层2220物理耦合到抛光的支撑层2011。此外，物理耦合制程可以包括室温接合制程，之后是300摄氏度的退火制程。图23a-图23c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了去除生长基板1610或以其他方式转移压电膜1620的方法步骤。在一个实施例中，去除制程可以包括研磨制程、全蚀刻制程(blanket etching process)、膜转移制程、离子注入转移制程、激光裂纹转移制程等及其组合。图24a-图24c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了在覆盖第一电极1710的压电膜1620(成为压电膜1621)内形成电极接触过孔2410并在覆盖牺牲层1910的压电膜1620和第一钝化层1810内形成一个或多个释放孔2420的方法
步骤。过孔形成制程可以包括各种类型的蚀刻制程。
3.图25a-图25c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖压电膜1621的第二电极2510的方法步骤。在一个实施例中，第二电极2510的形成包括沉积钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料；然后，蚀刻第二电极2510以形成电极腔2511，并从第二电极中去除部分2511以形成顶部金属2520。此外，顶部金属2520通过电极接触过孔2410物理耦合到第一电极1720。图26a-图26c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖第二电极2510的一部分和压电膜1621的一部分的第一接触金属2610，以及形成覆盖顶部金属2520的一部分和压电膜1621的一部分的第二接触金属2611的方法步骤。在一个实施例中，第一和第二接触金属可以包括金(au)、铝(al)、铜(cu)、镍(ni)、铝青铜(alcu)，或这些材料的相关合金或其他类似材料。图27a-图27c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖第二电极2510、顶部金属2520以及压电膜1621的第二钝化层2710的方法步骤。在一个实施例中，第二钝化层2710可以包括氮化硅(sin)、氧化硅(siox)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，第二钝化层2710可以具有范围从大约50nm到大约100nm的厚度。图28a-图28c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了去除牺牲层1910以形成气腔2810的方法步骤。在一个实施例中，去除制程可以包括多晶硅(poly-si)蚀刻或非晶硅(a-si)蚀刻等。
4.图29a-图29c是示出根据本发明的另一实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对第二电极2510和顶部金属2520进行处理以形成处理后的第二电极2910和处理后的顶部金属2920的方法步骤。此步骤可以在第二电极2510和顶部金属2520的形成之后。在一个实施例中，这两个部件的处理包括沉积钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料；然后蚀刻(例如，干法蚀刻等)此材料以形成具有电极腔2912的处理后的第二电极2910和处理后的顶部金属2920。通过去除部分2911，处理后的顶部金属2920与处理后的第二电极2910保持分离。在一个特定实施例中，处理后的第二电极2910的特征在于添加了配置在处理后的第二电极2910上的能量限制结构，以增加q。图30a-图30c是示出根据本发明的另一实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对第一电极1710进行处理以形成处理后的第一电极2310的方法步骤。此步骤可以在第一电极1710的形成之后。在一个实施例中，这两个部件的处理包括沉积钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料；然后蚀刻(例如，干法蚀刻等)此材料以形成具有电极腔的处理后的第一电极3010，类似于处理后的第二电极2910。气腔2811显示由于处理后的第一电极3010而导致的腔体形状的变化。在一个特定实施例中，处理后的第一电极3010的特征在于添加了配置在处理后的第一电极3010上的能量限制结构，以增加q。
图31a-图31c是示出根据本发明的另一实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对第一电极1710进行处理以形成处理后的第一电极2310和对第二电极2510/顶部金属2520进行处理以形成处理后的第二电极2910/处理后的顶部金属2920的方法步骤。这些步骤可以在每个相应电极的形成之后，如图29a-图29c和图30a-图30c所述。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。图32a-图32c至图46a-图46c示出了使用没有牺牲层的转移结构的声谐振器设备的制造方法。在下面描述的这些图系列中，“a”图显示了示出根据本发明的各种实施方式的单晶谐振器设备的顶部横截面图的简化图。“b”图显示了示出“a”图中相同设备的纵向横截面图的简化图。类似地，“c”图显示了示出“a”图中相同设备的横向横截面图的简化图。在某些情况下，某些特征会被省略，以突出其他特征以及此类特征之间的关系。本领域普通技术人员将认识到这些图系列中所示实施例的变化、修改和替代。图32a-图32c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖生长基板3210的压电膜3220的方法步骤。在一个实施例中，生长基板3210可以包括硅(s)、碳化硅(sic)，或其他类似材料。压电膜3220可以是包括氮化铝(aln)、氮化镓(gan)或其他类似材料的外延膜。此外，此压电基板可以进行厚度修整。图33a-图33c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖压电膜3220的表面区域的第一电极3310的方法步骤。在一个实施例中，第一电极3310可以包括钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，第一电极3310可以进行有斜度的干法蚀刻。举例而言，斜度可以是大约60度。图34a-图34c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖第一电极3310和压电膜3220的第一钝化层3410的方法步骤。在一个实施例中，第一钝化层3410可以包括氮化硅(sin)、氧化硅(siox)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，第一钝化层3410可以具有范围从大约50nm到大约100nm的厚度。图35a-图35c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖第一电极3310和压电膜3220的支撑层3510的方法步骤。在一个实施例中，支撑层3510可以包括二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，此支撑层3510可以沉积成大约2-3um的厚度。如上所述，就psg牺牲层而言，可以使用其他支撑层(例如，sinx)。图36a-图36c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了在区域3610中处理支撑层3510(以形成支撑层3511)的可选方法步骤。在一个实施例中，处理可以包括支撑层3510的部分蚀刻，以产生平坦的接合表面。在一个特定实施例中，处理可以包括腔体区域。在其他实施例中，此步骤可以由诸如化学机械平坦化制程等的抛光制程代替。图37a-图37c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和
用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了在支撑层3511的一部分内形成气腔3710(以形成支撑层3512)的方法步骤。在一个实施例中，腔体形成可以包括在第一钝化层3410处停止的蚀刻制程。图38a-图38c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了通过第一钝化层3410在压电膜3220的一部分内形成一个或多个腔体通气孔3810的方法步骤。在一个实施例中，腔体通气孔3810连接到气腔3710。图39a-图39c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了将设备翻转并将支撑层3512物理耦合在接合基板3910上方。在一个实施例中，接合基板3910可以包括覆盖具有硅(si)、蓝宝石(al2o3)、二氧化硅(sio2)、碳化硅(sic)，或其他类似材料的基板的接合支撑层(3920)(sio2或其他材料)。在一个特定实施方式中，接合基板3910的接合支撑层3920物理耦合到抛光的支撑层3512。此外，物理耦合制程可以包括室温接合制程，之后是300摄氏度的退火制程。图40a-图40c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了去除生长基板3210或以其他方式转移压电膜3220的方法步骤。在一个实施例中，去除制程可以包括研磨制程、全蚀刻制程、膜转移制程、离子注入转移制程、激光裂纹转移制程等及其组合。图41a-图41c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了在覆盖第一电极3310的压电膜3220内形成电极接触过孔4110的方法步骤。过孔形成制程可以包括各种类型的蚀刻制程。图42a-图42c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖压电膜3220的第二电极4210的方法步骤。在一个实施例中，第二电极4210的形成包括沉积钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料；然后蚀刻第二电极4210以形成电极腔4211并从第二电极中去除部分4211以形成顶部金属4220。此外，顶部金属4220通过电极接触过孔4110物理耦合到第一电极3310。图43a-图43c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖第二电极4210的一部分和压电膜3220的一部分的第一接触金属4310，以及形成覆盖顶部金属4220的一部分和压电膜3220的一部分的第二接触金属4311的方法步骤。在一个实施例中，第一和第二接触金属可以包括金(au)、铝(al)、铜(cu)、镍(ni)、铝青铜(alcu)，或其他类似材料。此图还示出了形成覆盖第二电极4210、顶部金属4220以及压电膜3220的第二钝化层4320的方法步骤。在一个实施例中，第二钝化层4320可以包括氮化硅(sin)、氧化硅(siox)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，第二钝化层4320可以具有范围从大约50nm到大约100nm的厚度。图44a-图44c是示出根据本发明的另一实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和用于单晶声谐振器设备的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对
第二电极4210和顶部金属4220进行处理以形成处理后的第二电极4410和处理后的顶部金属4420的方法步骤。此步骤可以在第二电极4210和顶部金属4220的形成之后。在一个实施例中，这两个部件的处理包括沉积钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料；然后蚀刻(例如，干法蚀刻等)此材料以形成具有电极腔4412的处理后的第二电极4410和处理后的顶部金属4420。通过去除部分4411，处理后的顶部金属4420与处理后的第二电极4410保持分离。在一个特定实施例中，处理后的第二电极4410的特征在于添加了配置在处理后的第二电极4410上的能量限制结构，以增加q。图45a-图45c是示出根据本发明的另一实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对第一电极3310进行处理以形成处理后的第一电极4510的方法步骤。此步骤可以在第一电极3310的形成之后。在一个实施例中，这两个部件的处理包括沉积钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料；然后蚀刻(例如，干法蚀刻等)此材料以形成具有电极腔的处理后的第一电极4510，类似于处理后的第二电极4410。气腔3711显示由于处理后的第一电极4510而导致的腔体形状的变化。在一个特定实施例中，处理后的第一电极4510的特征在于添加了配置在处理后的第一电极4510上的能量限制结构，以增加q。图46a-图46c是示出根据本发明的另一实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和使用用于单晶声谐振器设备的牺牲层的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对第一电极3310进行处理以形成处理后的第一电极4510和对第二电极4210/顶部金属4220进行处理以形成处理后的第二电极4410/处理后的顶部金属4420的方法步骤。这些步骤可以在每个相应电极的形成之后，如图44a-图44c和图45a-图45c所述。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。图47a-图47c至图59a-图59c示出了使用具有多层镜结构的传递结构的声谐振器设备的制造方法。在下面描述的这些图系列中，“a”图显示了示出根据本发明的各种实施方式的单晶谐振器设备的顶部横截面图的简化图。“b”图显示了示出“a”图中相同设备的纵向横截面图的简化图。类似地，“c”图显示了示出“a”图中相同设备的横向横截面图的简化图。在某些情况下，某些特征会被省略，以突出其他特征以及此类特征之间的关系。本领域普通技术人员将认识到这些图系列中所示实施例的变化、修改和替代。图47a-图47c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖生长基板4710的压电膜4720的方法步骤。在一个实施例中，生长基板4710可以包括硅(s)、碳化硅(sic)，或其他类似材料。压电膜4720可以是包括氮化铝(aln)、氮化镓(gan)或其他类似材料的外延膜。此外，此压电基板可以进行厚度修整。图48a-图48c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖压电膜4720的表面区域的第一电极4810的方法步骤。在一个实施例中，第一电极4810可以包括钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，第一电极4810可以进行有斜度的干法蚀刻。举例而言，斜度可以是大约60度。图49a-图49c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图
示出了形成多层镜或反射器结构的方法步骤。在一个实施例中，多层镜包括具有低阻抗层4910和高阻抗层4920的至少一对层体。在图49a-图49c中，显示了两对低/高阻抗层(低：4910和4911；高：4920和4921)。在一个实施例中，镜子/反射器区域可以大于谐振器区域，并且可以包围谐振器区域。在一个特定实施方式中，每个层体的厚度约为目标频率处声波波长的1/4。这些层体可以依次沉积并随后蚀刻，或者每层可以单独沉积和蚀刻。在另一个实施例中，第一电极4810可以在镜结构被图案化之后被图案化。图50a-图50c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖镜结构(层体4910、4911、4920以及4921)、第一电极4810以及压电膜4720的支撑层5010的方法步骤。在一个实施例中，支撑层5010可以包括二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，此支撑层5010可以沉积成大约2-3um的厚度。如上所述，可以使用其他支撑层(例如，sinx)。图51a-图51c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对支撑层5010进行抛光以形成抛光的支撑层5011的方法步骤。在一个实施例中，抛光制程可以包括化学机械平坦化制程等。图52a-图52c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了将设备翻转并将支撑层5011物理耦合在接合基板5210上方。在一个实施例中，接合基板5210可以包括接合支撑层5220(sio2或类似材料)，其覆盖具有硅(si)、蓝宝石(al2o3)、二氧化硅(sio2)、碳化硅(sic)，或其他类似材料的基板。在一个特定实施方式中，接合基板5210的接合支撑层5220物理耦合到抛光的支撑层5011。此外，物理耦合制程可以包括室温接合制程，之后是300摄氏度的退火制程。图53a-图53c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了去除生长基板4710或以其他方式转移压电膜4720的方法步骤。在一个实施例中，去除制程可以包括研磨制程、全蚀刻制程、膜转移制程、离子注入转移制程、激光裂纹转移制程等及其组合。图54a-图54c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了在覆盖第一电极4810的压电膜4720内形成电极接触过孔5410的方法步骤。过孔形成制程可以包括各种类型的蚀刻制程。图55a-图55c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖压电膜4720的第二电极5510的方法步骤。在一个实施例中，第二电极5510的形成包括沉积钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料；然后蚀刻第二电极5510以形成电极腔5511并从第二电极中去除部分5511以形成顶部金属5520。此外，顶部金属5520通过电极接触过孔5410物理耦合到第一电极5520。图56a-图56c是示出根据本发明的实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和
利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了形成覆盖第二电极5510的一部分和压电膜4720的一部分的第一接触金属5610以及形成覆盖顶部金属5520的一部分和压电膜4720的一部分的第二接触金属5611的方法步骤。在一个实施例中，第一和第二接触金属可以包括金(au)、铝(al)、铜(cu)、镍(ni)、铝青铜(alcu)，或其他类似材料。此图还示出了形成覆盖第二电极5510、顶部金属5520以及压电膜4720的第二钝化层5620的方法步骤。在一个实施例中，第二钝化层5620可以包括氮化硅(sin)、氧化硅(siox)，或其他类似材料。在一个特定实施例中，第二钝化层5620可以具有范围从大约50nm到大约100nm的厚度。图57a-图57c是示出根据本发明的另一实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对第二电极5510和顶部金属5520进行处理以形成处理后的第二电极5710和处理后的顶部金属5720的方法步骤。此步骤可以在第二电极5710和顶部金属5720的形成之后。在一个实施例中，这两个部件的处理包括沉积钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料；然后蚀刻(例如，干法蚀刻等)此材料以形成具有电极腔5712的处理后的第二电极5410和处理后的顶部金属5720。通过去除部分5711，处理后的顶部金属5720与处理后的第二电极5710保持分离。在一个特定实施例中，此处理在产生电极腔5712的同时给予第二电极和顶部金属更大的厚度。在一个特定实施例中，处理后的第二电极5710的特征在于添加了配置在处理后的第二电极5710上的能量限制结构，以增加q。图58a-图58c是示出根据本发明的另一实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对第一电极4810进行处理以形成处理后的第一电极5810的方法步骤。此步骤可以在第一电极4810的形成之后。在一个实施例中，这两个部件的处理包括沉积钼(mo)、钌(ru)、钨(w)，或其他类似材料；然后蚀刻(例如，干法蚀刻等)此材料以形成具有电极腔的处理后的第一电极5810，类似于处理后的第二电极5710。与前面的两个实施例相比，没有气腔。在一个特定实施例中，处理后的第一电极5810的特征在于添加了配置在处理后的第一电极5810上的能量限制结构，以增加q。图59a-图59c是示出根据本发明的另一实施例的单晶声谐振器设备的各种横截面图和利用用于单晶声谐振器设备的多层镜的转移制程的方法步骤的简化图。如图所示，这些图示出了对第一电极4810进行处理以形成处理后的第一电极5810和对第二电极5510/顶部金属5520进行处理以形成处理后的第二电极5710/处理后的顶部金属5720的方法步骤。这些步骤可以在每个相应电极的形成之后，如图57a-图57c和图58a-图58c所述。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。
5.在与转移制程相关的每个前述实施例中，能量限制结构可以形成在第一电极、第二电极或两者上。在一个实施例中，这些能量限制结构是围绕谐振器区域的质量负载区域。谐振器区域是第一电极、压电层以及第二电极重叠的区域。能量限制结构中较大的质量负载降低了谐振器的截止频率。截止频率是声波可以在平行于压电膜表面的方向上传播的频率的下限或上限。因此，截止频率是波沿厚度方向传播的谐振频率，因此由谐振器沿垂直方向的总堆叠结构决定。在压电膜(例如，aln)中，频率低于截止频率的声波可以沿膜表面平行方向传播，即声波表现出高频带截止型分散特性。在这种情况下，谐振器周围的质量负载
区域提供了一个屏障，防止声波传播到谐振器外部。通过这样做，此特征增加了谐振器的品质因数并改善了谐振器的性能，从而改善了滤波器的性能。此外，顶部的单晶压电层可以用多晶压电膜代替。在此类膜中，靠近与基板形成界面的下部的晶体质量较差，颗粒尺寸更小，压电极化取向的分布比靠近表面的膜上部更宽。这是由于压电膜的多晶生长，即成核和初始膜具有随机的晶体取向。考虑到aln作为压电材料，沿c轴或极化取向的生长速率高于其他晶体取向，随着膜生长得更厚，沿垂直于生长表面的c轴的颗粒比例增加。在典型的约1um厚的多晶aln膜中，靠近表面的膜上部具有更好的晶体质量和更好的压电极化对准。通过使用本发明中考虑的薄膜转移制程，可以在具有非常薄的压电膜的高频baw谐振器中使用多晶膜的上部。这可以通过在生长基板去除制程中去除压电层的一部分来完成。当然，可以有其他变化、修改和替代。在一个实施例中，本发明提供了在6.5ghz wi-fi应用中使用的高性能的超小通带体声波(baw)射频(rf)滤波器。此电路设备具有覆盖u-nii-5、u-nii-6、u-nii-7以及u-nii-8频带的通带和抑制u-nii-1、u-nii-2a、u-nii-2c以及u-nii-3频带中低于5.935ghz的信号的阻带。这些频带的进一步细节如图60所示。图60是示出根据本发明的实施例的射频频谱中的滤波器通带要求的简化图。如图所示，频谱6000显示了从大约3.3ghz到大约7.125ghz的范围。在图中，第一应用频带(3.3ghz
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4.2ghz)6010被配置为用于5g n77应用。此频带包括5g子频带(3.3ghz
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3.8ghz)6011，其包括更多lte子频带(3.4ghz
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3.6ghz)6012、b43(3.6ghz
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3.8ghz)6013，以及cbrs(3.55ghz
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3.7ghz)6014。cbrs频带6014覆盖了cbrs lte b48和b49频带。第二应用频带(4.4ghz
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5.0ghz)6020被配置为用于5g n79应用。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。标记为(5.15ghz
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5.925)的第三应用频带6030可以被配置为用于5.5ghz wi-fi和5g应用。在一个实施例中，此频带可以包括b252子频带(5.15ghz
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5.25ghz)6031、b255子频带(5.735ghz
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5850ghz)6032，以及b47子频带(5.855ghz
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5.925ghz)6033。这些子频带可以与unii-1频带(5.15ghz
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5.25ghz)6034、unii-2a频带(5.25ghz
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5.33ghz)6035、unii-2c频带(5.49ghz
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5.735ghz)6036、unii-3频带(5.725ghz
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5.835ghz)6037以及unii-4频带(5.85ghz
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5.925ghz)6038一起配置。这些频带可以与在第三应用频带6030之后配置的其他频带共存，用于其他应用。在一个实施例中，可以有unii-5频带(5.925ghz
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6.425ghz)6040、unii-6频带(6.425ghz
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6.525ghz)6050、unii-7频带(6.525ghz
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6875ghz)6060，以及unii-8频带(6.875ghz
–
7.125ghz)6070。当然，可以有其他变化、修改和替代。在一个实施方式中，本发明滤波器利用高纯度压电xbaw技术，如前图中所述，其提供领先的rf滤波器性能。此滤波器在u-nii-5、u-nii-6、u-nii-7以及u-nii-8频带提供低插入损耗，并满足严格的抑制要求，能够与u-nii-1、u-nii-2a、u-nii-2c以及u-nii-3频带共存。高额定功率满足最新的wi-fi和5g标准的苛刻功率要求。图61是示出作为根据本发明的实施例的声波rf滤波器的应用的关键市场的概览的简化图。5.5ghz baw rf滤波器的应用图表6100显示了移动设备、智能手机、汽车、wi-fi三频路由器、三频移动设备、三频智能手机、集成电缆调制解调器、wi-fi三频接入点、5g小基站(5g small cell)等。图62提供了wi-fi/5g系统中使用的频谱的示意图。图62是示出根据本发明的实施例的三频wi-fi无线电中的rf滤波器的应用领域的
简化图。如图所示，通信设备6210使用的rf滤波器可以被配置为用于三个独立操作频带的特定应用。在一个特定实施例中，应用区域6220在2.4ghz下运行并且包括计算设备和移动设备，应用区域6230在5.5ghz下运行并且包括电视和显示设备，并且应用区域6240在6.5ghz下运行并且包括视频游戏控制台和手持设备。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。本发明包括使用织构多晶材料(使用pvd方法沉积)和单晶压电材料(使用cvd技术在种子基板上生长)的谐振器和rf滤波器设备。各种基板可用于制造声学设备，诸如，各种晶体取向的硅基板等。另外，本发明方法可以使用蓝宝石基板、碳化硅基板、氮化镓(gan)体基板，或氮化铝(aln)体基板。本发明方法还可以使用gan模板、aln模板以及al
x
ga
1-x
n模板(其中，x在0.0和1.0之间变化)。这些基板和模板可以具有极性、非极性，或半极性晶体取向。此外，沉积在基板上的压电材料可以包括选自以下中的至少一者：aln、algan、mghfaln、gan、inn、ingan、alinn、alingan、scaln、scalgan、scgan、scn、baln、balscn，以及bn。谐振器和滤波器设备可以采用包括但不限于固装谐振器(smr)、膜体声谐振器(fbar)或xbaw技术的制程技术。代表性的横截面在下面的图63a-图63c中显示。需要说明的是，本说明书中使用的术语“顶部”和“底部”总体而言不是关于重力方向的词语。相反，词语“顶部”和“底部”在本发明设备和相关电路的上下文中相互参照使用。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。在一个实施例中，压电层的范围在0.1-2.0um之间，并且经过优化以产生电阻和声学损失的最佳组合。顶部和底部电极的厚度范围可以在到之间，并且金属由具有高声速和低电阻率的难熔金属构成。在一个特定实施例中，谐振器可以用由氮化物和/或氧化物组成且范围在到之间的电介质(图63a-图63c中未示出)“钝化”。在这种情况下，电介质层用于调整谐振器的谐振频率。要特别注意降低称为互连金属的金属层上相邻谐振器之间的金属电阻率。互连金属的厚度范围可以在到5um之间。就smr而言，谐振器包含至少一个气腔界面，而就fbar和xbaw而言，包含两个气腔界面。在一个实施例中，谐振器的形状可以选自包括椭圆、矩形以及多边形等的非对称形状。此外，谐振器在谐振器的一侧或两侧的谐振器边缘附近包含反射特征。图63a-图63c是示出根据本发明的各种实施例的谐振器设备的横截面图的简化图。更具体而言，图63a的设备6301显示了包括smr的baw谐振器设备，图63b显示了包括fbar的baw谐振器设备，并且图63c显示了具有高纯度xbaw的baw谐振器设备。如smr设备6301中所示，反射器设备6320被配置为覆盖基板构件6310。反射器设备6320可以是布拉格反射器等。底部电极6330被配置为覆盖反射器设备6320。多晶压电层6340被配置为覆盖底部电极6330。此外，顶部电极6350被配置为覆盖多晶层6340。如fbar设备6302中所示，包括底部电极6330、多晶层6340以及顶部电极6350的分层结构保持不变。基板构件6311包括气腔6312，并且形成电介质层覆盖基板构件6311并覆盖气腔6312。如xbaw设备6303中所示，基板构件6311也包含气腔6312，但底部电极6330形成在气腔6312的区域内。形成高纯度压电层6341覆盖基板构件6311、气腔6312以及底部电极6341。此外，形成顶部电极6350覆盖高纯度压电层6341的一部分。此高纯度压电层6341可以包括本说明书通篇所述的压电材料。这些谐振器可以按比例缩放，并被配置为图65a-图65c中所示的电路配置。
图64a是根据本发明的实施例的多级匹配网络滤波器设备的简化电路图。如图所示，设备6401包括baw谐振器设备6410，其可以类似于之前示出的任何谐振器设备。在此实施例中，baw谐振器设备6410耦合到电路区块，包括以下电路区块：输入匹配网络区块“mn1”6412、输出匹配网络区块“mn2”6414，以及接地连接网络区块“gn”6416。区块“mn1”6412和“mn2”6414可以是多级匹配网络电路，其可以包括一个或多个lc谐振槽。在一个实施例中，由于baw滤波器具有超出声学工作频率范围的电容阻抗，因此“mn1”和“mn2”区块的特征可以是电感性质(即，由电感器实现。第一端口6418耦合到区块“mn1”6412，而第二端口6419耦合到区块“mn2”。这些端口可以分别是输入端口和输出端口。区块“gn”6416可以是接地网络电路。此外，区块“gc”6416可以有三个连接连接到baw谐振器设备6410。这些电路区块使baw滤波器能够在通带频率范围内进行宽带操作，并改善对抑制范围频率中不需要的信号的抑制。更多细节如图64b-图64d所示。图64b-图64e是根据本发明的各种实施例的图64a中所示的多级匹配网络滤波器设备的电路区块的简化电路图。图64b显示了“mn1”区块6412或“mn2”区块6414的示例实现。在图中，电路6402是具有一个或多个串联电感器6432的多级匹配网络，在梯型网络中的串联电感器之间的连接处配置有一个或多个接地并联电感器6434。尽管此处示出了串联电感器和并联电感器的数量，但可以根据特定应用的需要以更多或更少的梯“级(step)”(例如，1到n)来按比例缩放多状态匹配网络电路6402。图64c显示了“mn1”区块6412或“mn2”区块6414的另一个示例实现，其包括串联或并联lc电路，即lc槽。在图中，电路6403包括多级匹配网络，其中具有串联电感器6442且配置有接地并联电感器6444。然而，电容器6452被配置为与电感器6454并联作为lc槽，而不是在串联电感器6442之间配置另一个梯“级”。尽管仅示出了一个lc槽，但此类多级匹配网络电路可以包括一个或多个lc槽(例如，1到n)，这视应用而定。图64d显示了“gc”区块6416的示例实现。在图中，电路6404包括一个或多个接地电感器6472。这些接地电感器将baw谐振器设备6410连接到电路接地节点。在一个特定实施例中，“gc”区块6416的这些接地电感器可以是将baw设备6410的分路谐振器连接到电路接地节点的网络。参考图65a-图65c讨论分路谐振器的进一步细节。尽管示出了接地电感器的数量，但是，可以根据特定应用的需要用更多或更少的此类电感器(例如，1到n)按比例缩放此接地连接网络6416。尽管“gc”区块6416通常是感应网络，但也可以使用电路接地节点的其他配置，这视特定应用而定。图64e显示了包括分路电容器的“mn1”区块6412或“mn2”区块6414的另一个示例实现。图64e显示了“mn1”区块6412或“mn2”区块6414的示例实现。类似于图64b，电路6405是具有一个或多个串联电感器6472的多级匹配网络，在梯型网络中的串联电感器之间的连接处配置有一个或多个接地并联电感器6474。然而，电路6405还包括耦合在并联电感器6474和接地节点之间的分路电容器6482。在一个特定实施例中，分路电容器可以具有大约1pf的电容，但也可以是其他电容。通过使用此类分路电容器，本发明可以通过在特定频率引入新的抑制极点来改善抑制带。尽管图中示出了串联电感器、并联电感器以及分路电容器的数量，但可以根据特定应用的需要以更多或更少的梯“级”(例如，1到n)按比例缩放多状态匹配网络电路6405。本领域普通技术人员将认识到先前讨论的这些网络电路的其他变化、修改和替代。
在一个实施例中，本发明包括一种用于多级匹配网络滤波器设备6401的方法和结构，其被配置为使用网络匹配电路和接地连接电路，以增加工作频率范围、通带带宽以及超出baw谐振器设备6410的限制的抑制带宽。在一个特定实施例中，图64c中的电路6403的lc槽和图64d中的接地连接网络电路6404可以被配置为实现更宽的抑制带宽。图64b中的电路6402的电感器梯形配置和电路6403的电感器梯形配置可以被配置为实现更宽的通带带宽。在一个特定实施例中，多级匹配网络滤波器设备可以实现为陷波滤波器设备等。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。rf滤波器电路可以包括各种电路拓扑，包括修改的晶格(“i”)6501、晶格(“ii”)6502以及梯形(“iii”)6503电路配置，分别如图65a、图65b以及图65c所示。这些图是包括谐振器和其他无源部件在内的声学滤波器设计的代表性晶格和梯形图。晶格和修改的晶格配置包括差分输入端口6510和差分输出端口6550，而梯形配置包括单端输入端口6511和单端输出端口6550。在晶格配置中，节点由顶部节点(t1-t3)和底部节点(b1-b3)表示，而在梯形配置中，节点表示为一组节点(n1-n4)。串联谐振器元件(在情况i、ii以及iii中)显示为具有白色中心元件6521-6524，而分路谐振器元件具有黑色的中心电路元件6531-6534。修改的晶格电路图(图65a)包括电感器6541-6543。滤波器电路包含具有至少两个谐振频率的谐振器。通带频率的中心可以通过微调步骤(使用离子铣削技术或其他类似技术)进行调整，而滤波器裙边(filter skirt)的形状可以通过微调电路中的单个谐振器元件(以改变一个或多个元件的谐振频率)来调整。baw谐振器的阻抗随频率变化急剧变化，这可能会导致滤波器电路设备的高滤波器陡度。在一个实施例中，图64b-图64d和图65a-图65c中所示的电感器和电容器以及任何其他匹配元件可以在片上(靠近谐振器元件)或片外(靠近谐振器芯片)实现，并且可以用于调整滤波器电路的频率通带和/或阻抗匹配(以满足回波损耗规范)。此外，分路谐振器路径中的电感器可用作额外的设计参数。在各种实施例中，这已被证明对于控制滤波器的宽带响应以实现高抑制特别有效。此外，表面贴装设备(smd)部件(诸如，电感器和电容器)可用于设备外部，以提高其整体电气性能。此外，如图64b-图64d和图65a-图65c示例性示出的匹配网络中的电路元件可以在多层层压基板中实现或放置在多层层压基板上。使用多层层压基板的先决条件是层压技术(材料和堆叠排列)必须适合高频和宽带应用。层压材料可以包括低损耗材料，诸如，环氧树脂、聚酰亚胺、混合树脂、非传统树脂等及其组合，以及类似物及其组合。当然，可以有变化、修改和替代。在一个实施例中，本发明提供了一种使用梯形配置的rf滤波器电路设备，此梯形配置包括多个谐振器设备和多个分路配置谐振器设备。多个谐振器设备中的每一个至少包括根据先前描述的谐振器实施例中的任一个配置的电容器设备、底部电极、压电材料、顶部电极，以及绝缘材料。多个谐振器设备被配置为呈串行配置，而多个分路配置谐振器被配置为呈并行配置，使得多个分路配置谐振器中的一个耦合到多个谐振器设备中的每一个之后的串行配置。在一个实施例中，呈梯形配置的rf滤波器电路设备也可以描述如下。所述设备可以包括输入端口、耦合到输入端口的第一节点、耦合在第一节点和输入端口之间的第一谐振器。第二节点耦合到第一节点，并且第二谐振器耦合在第一节点和第二节点之间。第三节
点耦合到第二节点，并且第三谐振器耦合在第二节点和第三节点之间。第四节点耦合到第三节点，并且第四谐振器耦合在第三节点和输出端口之间。此外，输出端口耦合到第四节点。本领域普通技术人员将认识到其他变化、修改和替代。第一、第二、第三以及第四谐振器中的每一个可以包括电容器设备。每个这样的电容器设备可以包括基板构件，此基板构件具有腔体区域和与第一腔体区域中的开口邻接的上表面区域。每个电容器设备可以包括在腔体区域的一部分内的底部电极和覆盖上表面区域和底部电极的压电材料。此外，每个电容器设备可以包括覆盖压电材料和底部电极的顶部电极，以及覆盖顶部电极并被配置为具有一定厚度以调谐谐振器的绝缘材料。所述设备还包括串行配置，其包括输入端口、第一节点、第一谐振器、第二节点、第二谐振器、第三节点、第三谐振器、第四谐振器、第四节点，以及输出端口。单独的分路配置谐振器耦合到第一、第二、第三、第四节点中的每一个。并行配置包括第一、第二、第三以及第四分路配置谐振器。此外，可以在输入端口和输出端口之间配置电路响应，并根据串行配置和并行配置进行配置，以实现特征频率以6.530ghz为中心，带宽为5.935ghz至7.125ghz的通带的传输损耗，使得以6.535ghz为中心的特征频率从约5.9ghz至6.4ghz的较低频率范围调谐。在一个实施例中，压电材料可以包括单晶材料、多晶材料，或其组合等。压电材料还可以包括表现出某些多晶特性的基本上为单晶的材料，即大致上为单晶的材料。在一个特定实施例中，第一、第二、第三以及第四压电材料均大致上为单晶氮化铝(aln)承载材料或氮化铝钪(alscn)承载材料、单晶氮化镓(gan)承载材料或氮化镓铝(gaaln)承载材料、氮化镁铪铝(mghfaln)材料等。在其他特定实施例中，这些压电材料均包括多晶氮化铝(aln)承载材料或氮化铝钪(alscn)承载材料，或多晶氮化镓(gan)承载材料或氮化镓铝(gaaln)承载材料、氮化镁铪铝(mghfaln)材料等。在其他实施例中，压电材料可以包括以0≤x《1.0的成分为特征的氮化铝镓(al
x
ga
1-x
n)材料或氮化铝钪(al
x
sc
1-x
n)材料。如前所述，压电材料的厚度可以变化，且某些情况下可以大于250nm。在一个特定实施例中，压电材料可以被配置为特征在于范围从0度到2度的x射线衍射(xrd)摇摆曲线半峰全宽的层体。x射线摇摆曲线fwhm参数可以视用于压电层和基板的材料的组合，以及这些材料的厚度而定。此外，fwhm轮廓用于表征材料特性和表面完整性特征，并且是晶体质量/纯度的指标。与使用多晶材料的设备相比，使用单晶材料的声谐振器设备表现出较低的fwhm，也就是说，单晶材料具有更高的晶体质量或晶体纯度。在一个特定实施例中，串行配置形成谐振分布和反谐振分布。并行配置也形成谐振分布和反谐振分布。这些分布使得来自串行配置的谐振分布与并行配置的反谐振分布偏移，以形成通带。在一个特定实施例中，通带的特征在于通带每一侧上有频带边缘，并且具有范围从10db到60db的幅度差。通带具有一对频带边缘；频带边缘中的每一个都具有从通带到阻带的过渡区域，使得过渡区域不大于250mhz。在另一个实施例中，通带可以包括一对频带边缘，并且这些频带边缘中的每一个可以具有从通带到阻带的过渡区域，使得过渡区域的范围为5mhz到250mhz。在一个特定实施例中，第一、第二、第三以及第四绝缘材料中的每一个包括由氮化硅材料配置而成的氮化硅承载材料或由氧化物承载材料配置而成的氧化物承载材料。
在一个特定实施例中，本发明设备还可以包括几个特征。所述设备还可以包括抑制低于5.935ghz和高于7.125ghz的信号的抑制带。在另一个实施例中，抑制带抑制低于5.925ghz和高于7.125ghz的信号。在某些设备中，10mhz(5.925ghz
–
5.935ghz)频带可以被配置为wi-fi 6e保护频带。所述设备还可以包括通带内3.0db的最大插入损耗和表征通带的2.5db的最大幅度变化。此外，所述设备可以包括在700mhz至2400mhz的频率范围内的最小衰减25db；在2400mhz至2500mhz的频率范围内的最小衰减30db；在3300mhz至4200mhz的频率范围内的最小衰减25db；在4200mhz至5000mhz的频率范围内的最小衰减25db；在5170mhz至5835mhz的频率范围内的最小衰减35db；在7400mhz至9500mhz的频率范围内的最小衰减25db；在11500mhz至14500mhz的频率范围内的最小衰减30db；以及在17500mhz至21500mhz的频率范围内的最小衰减20db。所述设备还可以包括表征通带的9db的最小回波损耗，并且所述设备可以在-40摄氏度到85摄氏度之间运行。所述设备还可以包括通带内至少 27dbm或0.5瓦的最大功率处理能力。此外，可以为6.5ghz wi-fi应用配置通带。在一个特定实施例中，本发明设备可以被配置为体声波(baw)滤波器设备。第一、第二、第三以及第四谐振器中的每一个可以是baw谐振器。类似地，第一、第二、第三以及第四分路谐振器中的每一个可以是baw谐振器。本发明设备还可以包括编号为n至m的一个或多个附加谐振器设备，其中n为4，且m为20。类似地，本发明设备还可以包括编号为n至m的一个或多个附加分路谐振器设备，其中n为4，且m为20。在其他实施例中，本发明设备可以包括多个谐振器设备，这些谐振器设备配置有呈梯形配置、晶格配置或如前所述的其他配置的多个分路谐振器设备。在一个实施例中，本发明提供了一种使用包括多个顶部谐振器设备、多个底部谐振器设备以及多个分路配置谐振器设备的晶格配置的rf滤波器电路设备。类似于梯形配置rf滤波器电路，多个顶部和底部谐振器设备中的每一个至少包括根据前文描述的谐振器实施例中的任一个配置的电容器设备、底部电极、压电材料、顶部电极，以及绝缘材料。多个顶部谐振器设备被配置为呈顶部串行配置，并且多个底部谐振器设备被配置为呈底部串行配置。此外，多个分路配置谐振器被配置为呈交叉耦合配置，使得一对多个分路配置谐振器在顶部串行配置和底部串行配置之间以及在多个顶部谐振器设备中的一个和多个底部谐振器设备中的一个之间交叉耦合。在一个特定实施例中，此设备还包括多个电感器设备，其中多个电感器设备被配置为使得多个电感器设备之一耦合在差分输入端口之间，多个电感器设备中的一个耦合在差分输出端口之间，并且多个电感器设备中的一个耦合到多个分路配置谐振器的每个交叉耦合对之间的顶部串行配置和底部串行配置。在一个实施例中，呈晶格配置的rf电路设备也可以描述如下。所述设备可以包括差分输入端口、顶部串行配置、底部串行配置、第一晶格配置、第二晶格配置，以及差分输出端口。顶部串行配置可以包括第一顶部节点、第二顶部节点，以及第三顶部节点。第一顶部谐振器可以耦合在第一顶部节点和第二顶部节点之间，而第二顶部谐振器可以耦合在第二顶部节点和第三顶部节点之间。类似地，底部串行配置可以包括第一底部节点、第二底部节点，以及第三底部节点。第一底部谐振器可以耦合在第一底部节点和第二底部节点之间，而第二底部谐振器可以耦合在第二底部节点和第三底部节点之间。在一个实施例中，第一晶格配置包括第一分路谐振器，第一分路谐振器与第二分路谐振器交叉耦合，并耦合在顶部串行配置的第一顶部谐振器和底部串行配置的第一底部
谐振器之间。类似地，第二晶格配置可以包括第一分路谐振器，第一分路谐振器与第二分路谐振器交叉耦合，并耦合在顶部串行配置的第二顶部谐振器和底部串行配置的第二底部谐振器之间。顶部串行配置和底部串行配置均可以耦合到差分输入端口和差分输出端口。在一个特定实施例中，所述设备还包括耦合到差分输入端口的第一换衡器和耦合到差分输出端口的第二换衡器。所述设备还可以包括耦合在差分输入端口和差分输出端口之间的电感器设备。在一个特定实施例中，所述设备还可以包括：第一电感器设备，耦合在顶部串行配置的第一顶部节点和底部串行配置的第一底部节点之间；第二电感器设备，耦合在顶部串行配置的第二顶部节点和底部串行配置的第二底部节点之间；以及第三电感器设备，耦合在顶部串行配置的第三顶部节点和底部串行配置的第三底部节点之间。封装方法包括但不限于晶圆级封装(wlp)、wlp加封帽晶圆方法、倒装芯片、芯片和接合线，如图66a、图66b、图67a以及图67b所示。一个或多个rf滤波器芯片和一个或多个滤波器频带可以封装在相同的外壳配置中。封装内的每个rf滤波器频带可以包括一个或多个谐振器滤波器芯片，并且可以使用无源元件(电容器、电感器)来定制带宽和频谱特性。对于5g-wi-fi系统应用，包括n77、n78、n79和5.17-5.835ghz(u-nii-1、u-nii-2a、unii-2c，以及u-nii-3)带通解决方案在内的5个rf滤波器频带的封装配置能够使用baw rf滤波器技术。对于三频wi-fi系统应用，包括2.4-2.5ghz、5.17-5.835ghz和5.925-7.125ghz带通解决方案在内的3个rf滤波器频带的封装配置能够使用baw rf滤波器技术。2.4-2.5ghz滤波器解决方案可以是表面声波(saw)或baw，而5.17-5.835ghz和5.925-7.125ghz频带很可能是baw，因为baw具有高频能力。图66a是示出根据本发明的实施例的封装方法的简化图。如图所示，设备6601使用rf滤波器晶粒6610到封装的基部6620的常规晶粒接合以及使用金属接合线6630从电路接口6640连接到rf滤波器芯片来封装。图66b是示出根据本发明的实施例的封装方法的简化图。如图所示，设备6602使用倒装晶圆级封装(wlp)进行封装，示出使用铜柱6631或其他高导电性互连件将rf滤波器硅晶粒6610安装到电路接口6640。图67a-图67b是示出根据本发明的实施例的封装方法的简化图。在图67a中，设备6701示出了wlp的替代版本，其利用baw rf滤波器电路mems设备6731和基板6711接合到封帽晶圆6741。在一个实施例中，封帽晶圆6741可以包括硅通孔(tsv)，以将rf滤波器mems设备6731电连接到封帽晶圆的顶侧(图中未示出)。封帽晶圆6741可以耦合到覆盖基板6711并由密封材料6751密封的电介质层6721。在图67b中，设备6702示出了将处理后的baw基板6712接合到封帽层6742的wlp接合的另一个版本。如前所述，封帽晶圆6742可以包括空间上通过电介质层6722配置的硅通孔(tsv)6732，以将baw基板6712内的baw谐振器电连接到封帽晶圆的顶侧。类似于图67a的设备，封帽晶圆6742可以耦合到覆盖baw基板6712并由密封材料6752密封的电介质层。当然，可以有其他变化、修改和替代。在一个实施例中，本发明滤波器使5.935至7.125ghz范围内的频率通过并抑制此通带之外的频率。下文提供了6.5ghz声波滤波器电路的附加特征。用于参考rf滤波器构建区块的电路符号在图68中提供。滤波器的电气性能规范在图69中提供，而滤波器的通带性能在图70a和图70b中提供。
在各种实施例中，本发明过滤器可以具有某些特征。晶粒配置可以小于2mm x 2mm x 0.5mm；在一个特定实施例中，晶粒配置通常小于1mm x 1mm x 0.2mm。封装设备具有超小外形尺寸，诸如，对wlp方法而言为1.1mm x 0.9mm x 0.3mm，如图66b、图67a以及图67b所示。更大的外形尺寸，诸如，2mm x 2.5mm x 0.9mm，可使用线接合方法获得，如图66a所示，适用于更高功率应用。在一个特定实施例中，设备被配置为具有单端50欧姆天线和发射器/接收器(tx/rx)端口。所述设备的高抑制能力能够与相邻的wi-fi unii 1到unii 3频带共存。所述设备还具有高额定功率(最大大于 31dbm)、传输损耗小于2.5db的低插入损耗通带滤波，以及-40摄氏度至 85摄氏度的温度范围内性能良好的特征。此外，在一个特定实施例中，所述设备符合rohs(有害物质限制)并使用无pb(无铅)封装。图68是示出根据本发明实施例的2-端口baw rf滤波器电路的简化电路图。如图所示，电路6800包括第一端口(“端口1”)6811、第二端口(“端口2”)6812，以及滤波器6820。第一端口表示从发射器(tx)或接收器(rx)到滤波器6820的连接，而第二端口表示从滤波器6820到天线(ant)的滤波器连接。图69是根据本发明的实施例的滤波器参数的简化表。如图所示，表6900包括6.5ghz rf谐振器滤波器电路的电气规范。电路参数与规范单位、最小、典型以及最大规范值一起提供。图70a是表示根据本发明的实施例的随频率变化的插入损耗的简化图。如图所示，图7001表示使用梯形rf滤波器配置的6.5ghz rf滤波器的窄带建模响应7011。建模曲线7011是由包含非线性、全3维(3d)电磁(em)仿真的线性仿真工具预测的传输损耗(s21)。图70b是表示根据本发明的实施例的随频率变化的插入损耗的简化图。如图所示，图7002表示使用梯形rf滤波器配置的6.5ghz rf滤波器的宽带建模响应7013。建模曲线7013是由包含非线性、全3维(3d)电磁(em)仿真的线性仿真工具预测的传输损耗(s21)。建模曲线7013示出了从5170mhz到5815mhz的抑制区域7020和从5935mhz到7125mhz的通带区域7030。在一个实施例中，这些区域反映了如图64a至图64d所示的多级匹配网络滤波器设备所实现的更宽的抑制带和通带带宽。图70c是表示根据本发明的实施例的随频率变化的插入损耗的简化图。如图所示，图7003表示使用梯形rf滤波器配置的6.5ghz rf滤波器的宽带建模响应7015(类似于建模响应7013)和使用具有分路电容器的梯形rf滤波器配置的6.5rf滤波器的宽带建模响应7016，如图64e所示。这些建模曲线7015和7016是由包含非线性、全3维(3d)电磁(em)仿真的线性仿真工具预测的传输损耗(s21)。区域7050显示了由分路电容器配置产生的建模响应7016中2.4ghz处的新抑制极点。虽然上文是对特定实施方式的完整描述，但可以使用各种修改、替代构造以及等效物。举例而言，封装设备可以包括上述以及本说明书之外的元件的任何组合。因此，以上描述和图示不应被视为限制由所附权利要求限定的本发明的范围。