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TW201826702A - 具有磊晶層的薄膜體聲波共振器（ｆｂａｒ）射頻（ｒｆ）濾波器 - Google Patents

具有磊晶層的薄膜體聲波共振器（ｆｂａｒ）射頻（ｒｆ）濾波器 Download PDF

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TW201826702A
TW201826702A TW106127640A TW106127640A TW201826702A TW 201826702 A TW201826702 A TW 201826702A TW 106127640 A TW106127640 A TW 106127640A TW 106127640 A TW106127640 A TW 106127640A TW 201826702 A TW201826702 A TW 201826702A
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epitaxial layer
iii
layer
semiconductor material
resonator device
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布魯斯 布拉克
馬可 拉多撒福傑維克
山薩塔克 達斯古塔
漢威 陳
保羅 費雪
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美商英特爾股份有限公司
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Abstract

揭示了使用磊晶生長的壓電膜形成共振器裝置的技術。考慮磊晶，膜為單晶或單結晶。於一些例子，共振器裝置的壓電層可為磊晶的III-V層，例如氮化鋁、氮化鎵或其它III族氮化物材料(III-N)化合物膜，生長作為單晶III-V材料堆疊的部分。於實施方式中，III-V材料堆疊包含，例如，單晶AlN層及單晶GaN層，雖然可使用任意其它適合的單晶壓電材料。交叉指型換能器(IDT)電極提供於壓電層上且定義濾波器的操作頻率。複數共振器裝置可用以致能於相同基板上過濾特定不同頻率(由改變IDT電極的尺度)。

Description

具有磊晶層的薄膜體聲波共振器(FBAR)射頻(RF)濾波器
本發明的實施方式係一般關於半導體。特別是，關於具有磊晶層的薄膜體聲波共振器(FBAR)射頻(RF)濾波器。
射頻(RF)濾波器為現代通訊系統的重要組件。隨著通訊的頻帶及模式的增長的數量，於行動裝置前端中的RF濾波器的數量會快速倍增。共振器，例如薄膜體聲共振器(FBAR)，有時亦稱為薄FBAR(TFBAR)，為用以作成RF濾波器的一些組件。FBAR或TFBAR一般包含壓電材料，位於二電極之間，且從周圍介質聲地隔離。典型的RF前端必須過濾多個操作頻率，其需要多個不同的RF濾波器，一般而言一RF濾波器用於要被濾波的各個操作頻率。
110‧‧‧基板
120‧‧‧成核層
130‧‧‧層
140‧‧‧層
150‧‧‧2DEG
155‧‧‧空穴
160‧‧‧IDT電極
161‧‧‧IDT電極
162‧‧‧IDT電極
163‧‧‧IDT電極
164‧‧‧IDT電極
165‧‧‧IDT電極
166‧‧‧IDT電極
167‧‧‧IDT電極
170‧‧‧金屬接觸物
172‧‧‧金屬接觸物
310‧‧‧基板
320‧‧‧成核層
330‧‧‧層
340‧‧‧層
350‧‧‧層
360‧‧‧2DEG
365‧‧‧空穴
370‧‧‧IDT電極
371‧‧‧電極
372‧‧‧電極
373‧‧‧電極
374‧‧‧電極
375‧‧‧電極
376‧‧‧電極
377‧‧‧電極
380‧‧‧金屬接觸物
382‧‧‧金屬接觸物
1000‧‧‧計算系統
1002‧‧‧主機板
1004‧‧‧處理器
1006‧‧‧通訊晶片
圖1A至1E描述範例積體電路結構，其定義包含III-V族半導體材料的第一磊晶層及III-V族半導體材料的第二磊晶層的RF濾波器裝置，根據本發明的實施方式。
圖1F描述圖1E的交叉指型換能器(IDT)電極的頂視圖，根據本發明的範例實施方式。
圖2描述用於形成根據圖1A至1E的積體電路的方法，根據本發明的範例實施方式。
圖3A至3F描述範例積體電路結構，其定義包含第一磊晶III-V族半導體材料的共振器裝置，根據本發明的另一實施方式。
圖4描述用於形成根據圖3A至3F的積體電路的方法，根據本發明的範例實施方式。
圖5描述以使用此處揭示的技術形成的積體電路結構或裝置實施的計算系統，根據本發明的一些實施方式。
由閱讀以下的詳細敘述及伴隨的圖式，本發明的實施方式的這些及其它特徵可更易地被理解。於圖式中，於多樣的圖中描述的各相同或接近相同的元件可以相似的參考標號表示。為了清楚的目的，不是每一元件都標示於每一圖。此外，可理解的，圖式不需要為實際尺寸或有意的限制實施方式為特定的所示的組態。例如，雖然一些圖式一般地示出直線、直角及平滑表面，揭示的技術的實際實施例可具有不是完美直線、直角，且一些特徵可具 有表面拓墣或為非平滑，因為真實世界的使用的製造製程的限制。簡而言之，提供的圖式僅用以顯示範例結構。
【發明內容】及【實施方式】
揭示了用於形成使用磊晶生長的壓電膜的共振器裝置的技術。考慮磊晶，膜為單晶或單結晶。於一些例子，共振器裝置的壓電層可為磊晶的III-V層，例如氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)或其它III族氮化物材料(III-N)化合物膜(例如，鎵、銦及鋁的一或多者與氮的任意組合)，生長作為單晶III-V材料堆疊的部分。III-V材料堆疊包含，例如，一單晶AlN層及一單晶GaN層，雖然可使用任意其它適合的單晶壓電材料。交叉指型換能器(IDT)電極提供於壓電材料上且定義濾波器的操作頻率。因此，複數共振器裝置可用以致能於相同基板上過濾特定不同頻率(由改變IDT電極的尺度)。根據本說明書，許多變化及組態會顯明。
整體概述
RF濾波器持續為RF前端的成本及總可用積體電路(IC)面積的主要因素，特別是對於即將來到的5G行動電話通訊科技。氮化鋁(AlN)已成為用於於RF濾波器空間中的共振器的一般壓電膜材料。唯，因為製程限制，在背電極製程後，AlN藉由濺鍍技術沉積。如根據本說明書可理解的，相對於藉由磊晶技術沉積(例如，化學氣相沉積 (CVD)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)及分子束磊晶(MBE))的AlN而言(單晶，有時稱為單結晶)，濺鍍的AlN有顯著地較差的品質(多晶或非晶)。一般而言，濺鍍的AlN膜具有差的結晶品質，其一般地導致劣化的濾波器表現。
因此且根據本發明的一或更多實施方式，提供用於形成使用磊晶生長壓電元件的共振器裝置的技術。注意，此處所用的「磊晶」(例如，「磊晶層」或「磊晶生長元件」)有意表示層/元件的至少部分的單晶結構被敘述。於一些實施方式，例如，共振器裝置可用於RF濾波器或用於其它適合的應用，例如用於聲共振器、用於雙工器、用於多工器、用於感測器、與功率放大器(PA)一起使用、或用於低噪放大器(LNA)。於一些實施方式，共振器裝置的壓電元件可為磊晶的AlN或任意其它適合的磊晶壓電材料，例如氧化鋅(ZnO)或鋯鈦酸鉛(PZT)，或其它III-V化合物，例如氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)，或其它III-N材料，例如根據本說明書會顯明的。如於此多樣所用的，III-V化合物/材料包含至少一III族元素(例如，鋁、鎵、銦、硼、鉈)及至少一V族元素(例如，氮、磷、砷、銻、鉍)。於一些實施方式，III族元素氮化物(III-N)化合物/材料可特別地適合用於共振器壓電元件，因為III-N材料具有高帶隙及其它想要的特性。III-N材料，如於此多樣地使用的，包含一或更多III族材料(例如，鋁、鎵及/或銦)與氮的化合物。據此，如於此多樣地使用的III-N材料/化合物包 含但不限於，GaN、InN、AlN、AlInN、AlGaN、InGaN及AlInGaN。注意，此磊晶材料本質上為單晶的。交叉指型換能器(IDT)電極結構設置於壓電材料上且定義共振器裝置的操作頻率。特別是，個別元件的構形(例如，空間及寬度)使IDT電極結構定義操作頻率。構形可微影地(即，由微影)定義。
於一些實施方式，用於共振器裝置的磊晶生長的壓電膜的使用可造成二維電子氣(2DEG)，其可於第一磊晶層及第二磊晶層的介面誘發。於一些實施方式，高品質的磊晶生長的AlN膜及基於2DEG的底電極接觸物提供相對於濺鍍於電極上的膜而言的改進的表現。各此共振器裝置進一步包含上IDT電極結構，微影地組態用以提供想要的操作頻率。因此，有不同的良好地受控的操作頻率的複數此共振器裝置可易於提供於相同基板上。
於一些實施方式，用於形成共振器裝置的技術具有磊晶壓電膜，包含由磊晶法初始生長材料堆疊於基板上，例如MOCVD、MBE或任意其它適合的磊晶生長製程。於一些此種實施方式，堆疊可包含多樣的III-V材料，其磊晶生長於IV族材料基板(例如，矽(Si)、碳化矽(SiC)、鍺(Ge)或SiGe基板)、藍寶石基板、或任意其它適合的材料基板上。例如，於一特定的實施方式，III-V材料堆疊可包含成核層、磊晶生長的氮化鎵(GaN)層、磊晶生長的AlN壓電層、及其它III-V層，例如緩衝層及極化層，如根據本說明書可理解的。於另一特定的範例實施方式， III-V材料堆疊可包含磊晶生長的成核層、磊晶生長的n摻雜GaN層、磊晶生長的AlN層、磊晶生長的GaN壓電層、且其它III-V層亦可被包含。
此處提供的技術及結構的使用可使用工具而被偵測到，例如掃描/穿透電子顯微鏡(SEM/TEM)、組成映射、X光結晶學或繞射(XRD)、二次離此質譜法(SIMS)、飛行時間SIMS(ToF-SIMS)、原子探針成像、區域電極原子探針(LEAP)技術、3D拓樸、高解析度物理或化學分析，提出一些適合的範例分析工具。特別是，此工具可指出積體電路組態有一或更多共振器結構，包含磊晶壓電膜且可進一步揭露基於IDT的電極提供於此膜上，如於此多樣地敘述的。例如，於一些實施方式，磊晶AlN或GaN壓電膜可於共振器結構的頂及底電極之間被偵測，且頂電極可具有基於IDT的電極於其上。於一些此種實施方式，頂電極或底電極可包含2DEG(有時於此稱為基於2DEG的電極)。於一些此種實施方式，共振器壓電層的厚度及/或膜品質可表示此處所述的多樣的敘述的技術被使用。根據本說明書，許多利益、組態及變化會顯明。
架構及方法
圖1A至1E描述範例積體電路結構，其定義包含III-V族半導體材料的第一磊晶層及III-V族半導體材料的第二磊晶層的共振器裝置，根據本發明的實施方式。注意，於圖1A至1E的範例結構，雖然GaN用作為範例第一磊 晶III-V族半導體材料且AlN用作為範例第二磊晶III-V族半導體材料，本發明的揭示無意為如此受限制。例如，於一些實施方式，磊晶層材料可包含其它III族材料氮化物(III-N)化合物(例如，鎵、銦及鋁的一或多者與氮的組合)。如根據本說明書會顯明的，於一些實施方式，例如，於此多樣的敘述的製程技術可應用以形成共振器，包含其它壓電材料例如ZnO或PZT，或其它III-V化合物例如GaN或氮化銦InN，或任意其它適合的壓電材料，依其後端使用或目標應用而定。因此，此處多樣的敘述的技術可定義多樣的共振器結構，包含較高品質的單晶(磊晶，相對於濺鍍而言)壓電膜，造成較高的壓電耦合係數，其導致較高的Q因子，對於包含此共振器結構的RF濾波器而言。
圖1A描述基板110及形成於基板110上的成核層120，根據本發明的範例實施方式。於此範例實施方式，成核層120可為薄氮化鋁(AlN)層，且可使用磊晶生長形成於基板110上，例如MOCVD及/或MBE製程。唯，於一些實施方式，層可使用一或更多其它適合的製程生長或沉積。於一些實施方式，基板110可為一或更多IV族材料的塊狀基板，例如塊狀單晶Si、Ge、SiC或SiGe基板，或基板110可為藍寶石基板，或基板110可包含任意其它適合的材料。於一些實施方式，基板110可為絕緣覆X(XOI)結構，其中X包含單晶Si、Ge、SiC、SiGe或藍寶石，且絕緣材料係氧化物材料或介電質材料或一些其它電絕緣材料，或一些其它適合的多層結構，其中頂層包含單晶Si、Ge、 SiC、SiGe或藍寶石。
雖然於圖1A描述的基板110具有與其它層130、140相似的厚度，於一些例子基板110可為厚於這些其它層，例如於至少10、100或1000倍厚於這些層的情況。例如，當基板110為塊狀基板，它可具有在100至950微米的範圍的厚度。於一些實施方式，基板110可用於一或更多其它積體電路(IC)裝置，例如多樣的二極體(例如，發光二極體(LED)或雷射二極體)，多樣的電晶體(例如，金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)或穿隧FET(TFET))，多樣的微電子機械系統(MEMS)，多樣的奈電子機械系統(NEMS)，多樣的感測器，或任意其它適合的半導體或IC裝置，依其後端使用或目標應用而定。據此，於一些實施方式，共振器結構可包含於多樣的系統單晶片(SoC)應用，如根據本說明書會顯明的。
繼續圖1A的範例結構，成核層120形成於基板110之上及上。於一些實施方式，成核層120可形成以適配晶格不匹配，且因此適配層之間的應變。於一些例子，成核層120可防止之後的層(例如，層130)與基板材料反應。例如，當基板110為塊狀Si基板且層130為n型摻雜InGaN及/或GaN，成核層120可在層130的沉積前沉積，以防止層130直接接觸Si基板。因此，於一些此種實施方式，材料、厚度及沉積條件可由基板110及/或層130的特性限定。於一些實施方式，可不需要成核層120，若層130可與基板110相容，其使得層130材料可直接沉積或生長於基板 110的材料上。據此，於一些實施方式，成核層120可為選擇性的。於一些實施方式，成核層120可為單晶III-V材料，例如AlN或低溫GaN層(例如，磊晶生長的於攝氏700至950的範圍的溫度)。於一些實施方式，若存在，成核層120可具有0.05至1微米的厚度(例如，50至200nm)，小於50nm的厚度(例如，1nm至20nm)，或任意其它適合的厚度。
圖1B描述在第一層130磊晶生長於成核層120上之後形成的範例結構。於此範例結構，第一磊晶層為單晶氮化鎵(GaN)。於一些例子，GaN磊晶層為GaN的Ga極結晶晶格。磊晶第一層130生長於正c軸的方向中，如由圖1B中的+c及方向性的箭頭表示，表示結晶生長的正c軸。層130可為磊晶生長的，根據任意適合的技術，例如CVD、MOCVD及/或MBE。於範例實施方式，第二單晶層為氮化鋁(AlN)且生長於GaN上，沿著結晶生長的正c軸。於範例實施方式，第一層為GaN，唯其它III-V族半導體材料可根據說明書的範例實施方式實施。
圖1C描述在第二層140磊晶生長於第一層130上之後形成的範例結構，根據本發明的範例實施方式。層140可根據任意適合的技術磊晶生長，例如CVD、MOCVD及/或MBE。磊晶第二層140生長於正c軸方向中。於範例實施方式，第二層為單晶AlN且可磊晶生長於GaN上，沿著結晶生長的正c軸。如於圖1C所示，在第一層130上的第二層140提供二維電子氣(2DEG)150於第一磊晶層130中。 2DEG 150緊鄰第一磊晶層及第二磊晶層之間的介面。如可理解的，2DEG組態包含載子(例如，電子或電洞)的氣，其自由移動於二維中但緊密束縛於第三維中。
圖1D描述在空穴155被蝕刻於包含層130及140的磊晶堆疊的相對端部上之後形成的範例結構，根據範例實施方式。蝕刻堆疊形成空穴155於磊晶堆疊的相對端部上可根據用於蝕刻掉III-V半導體材料的部分的任意技術執行，例如濕或氣相蝕刻。或是，包含層130及140的磊晶堆疊可從提供於成核層120上方的從蝕刻進入氧化物或其它此模版層的溝槽(淺溝槽隔離)生長。氧化物層(或其它此模板層)可之後被蝕刻掉以產出圖1D所示的結構。用於蝕刻圖1D的所成的結構的其它技術根據本說明書會顯明。如根據本說明書進一步可理解的，蝕刻提供區域，其中提供有下電極接觸物，如將依序討論的。
圖1E描述在複數交叉指型換能器(IDT)電極160於第二磊晶層140上圖案化且金屬接觸物170、172形成為與下電極(層130)相鄰之後形成的範例結構，根據本發明的範例實施方式。如可見，複數IDT電極160，包含IDT電極161、162、163、164、165、166及167，於第二磊晶層140的頂表面上圖案化，沿著結晶生長的正c軸。可圖案化IDT結構160於金屬中，例如金(Au)、鉑(Pt)、鎢(W)或鋁(Al)，藉由光微影或其它適合的技術，於壓電材料上。於更一般的例子，金屬可為任意適合的金屬或適合的導電合金，依想要的共振器裝置的電及聲特性而定。IDT結構 160作為對於共振器的頂電極，根據範例實施方式。IDT微影地定義，使得IDT的構形決定操作頻率。因此，一些這些顯示於圖1E的共振器可提供於共同基板上以允許不同的頻率共振器於這個基板上。用於底電極的金屬接觸物170、172可形成於空穴中(見圖1D的空穴155)，與層130的相對端部相鄰。
圖1F描述圖1E的IDT電極的頂視圖。這顯示一些IDT電極的頂視圖(例如，162、163及164)。濾波器操作頻率可由IDT電極的寬度(W)及間隔定義，其中寬度等於有興趣的共振頻率(λ)除以4，根據本發明的範例實施方式。
2DEG 150允許層130作為底電極，根據範例實施方式。特別是，2DEG 150允許層130有效地為連續面於固定的位能，其是有利的，因為它建立對於電場的良好定義的邊界條件(底電極)，根據本發明的範例實施方式。2DEG 150亦確保於它的整個厚度中的壓電材料的完整使用，根據本發明的範例實施方式。
圖1E的結構可操作為FBAR裝置，由傳遞穿過塊狀材料的波(例如，磊晶堆疊上下或左右震動)。於FBAR裝置，技術可用以限制聲波與基板的互動。如此，布拉格反射器及/或高阻抗不匹配邊界(例如下空氣空穴)可被使用，根據一些實施方式。於一此種實施方式，在如圖1E所示的製程後，基板可相對於其他層被選擇性地蝕刻以提供此空氣空穴。例如，Si基板可相對於AlN或GaN成核 層120被選擇性蝕刻。對於要被移除的目標材料及對於極少被移除或不被移除的非目標材料有選擇性的任意數量的蝕刻化學劑可被使用以產生空氣空穴。或是，可使用基板操作架構方案，例如於圖1E所示的共振器結構的基被移除且以第二基板替代的範例情況，其中第二基板具有基於位於共振器下且相鄰於共振器的基於表面的溝槽。
圖2描述用於形成根據圖1A至1E的積體電路的方法，根據本發明的範例實施方式。於210，成核層生長於基板上。顯示生長於基板上的成核層的範例結構顯示於圖1A。於一範例實施方式，成核層為單晶氮化鋁(AlN)的薄膜層。可以理解的是，成核層不是必須的。
於220，第一III-V族半導體材料的第一層生長於成核層上方，於此範例實施方式。顯示第一III-V族半導體材料的第一層及成核層的範例結構於圖1B顯示。於一範例實施方式，第一III-V族半導體材料的第一層包含單晶GaN，唯，其它單晶III-V族半導體材料可被實施。於一範例實施方式，GaN為Ga極，以形成圖1B顯示的結構。第一層(於此範例實施方式為GaN)可磊晶生長於成核層上，根據任意適合的磊晶技術，例如CVD、MOCVD或MBE。
於230，第二III-V族半導體材料的第二層生長於第一層上方，於此範例實施方式。顯示生長於第一層上方的第二層的範例結構顯示於圖1C，根據本發明的範例實施方式。第二層(於此範例實施方式為單晶AlN)可磊晶生長於第一層上，根據任意適合的磊晶技術，根據本發明的 範例實施方式。此結構可包含誘發2DEG於第一層中，如於前解釋的。
方法於240繼續，其中第一層及第二層的相對側使用任意適合的蝕刻技術蝕刻掉，根據本發明的範例實施方式。這留下空穴於磊晶生長的層的相對側上及用於提供下電極接觸物的位置。或是，基於溝槽的生長製程可用以提供第一及第二層，且溝槽形成於其中的材料可之後被移除，如先前解釋的。
此範例實施方式的方法於250繼續，其中複數IDT電極被圖案化或是設置於III-V族半導體材料的第二層上，且金屬接觸物形成於與包含2DEG的第一磊晶層相鄰的空穴中。金屬接觸物形成於基板或成核層上(當存在時)。包含圖案化的IDT電極的範例結構顯示於圖1E中。IDT電極的微影圖案化提供共振器(例如，FBAR或TBAR)的操作頻率，如於前解釋的。
圖3A至3F描述具有共振器裝置的範例積體電路結構，其中共振器裝置包含III-V族半導體材料的第一磊晶層及III-V族半導體材料的第二磊晶層，根據本發明的另一實施方式。於此範例實施方式，第一磊晶層為單晶AlN且第二磊晶層為單晶GaN，唯，可實施其它III-V半導體材料。
圖3A描述形成於基板310上的成核層320，根據本發明的另一範例實施方式。於此範例實施方式，成核層可為相對地薄的單晶AlN層且可使用磊晶生長形成於基 板310上，例如MOCVD及/或MBE製程。唯，於一些實施方式，層可使用一或更多其它適合的製程生長或沉積。於一些實施方式，基板310可為一或更多IV族材料的塊狀單晶基板，例如塊狀Si、Ge、SiC或SiGe基板，或基板310可為藍寶石基板，或基板310可包含任意其它適合的材料。於一些實施方式，基板310可為絕緣覆X(XOI)結構，其中X包含單晶Si、Ge、SiC、SiGe或藍寶石，且絕緣材料係氧化物材料或介電質材料或一些其它電絕緣材料，或一些其它適合的多層結構，其中頂層包含單晶Si、Ge、SiC、SiGe或藍寶石。
於一些實施方式，可形成成核層320以防止之後的層(例如，層330)與基板材料反應。例如，當基板310為塊狀Si基板且層330為n型摻雜InGaN及/或GaN，成核層320或另一絕緣體可在層330的沉積前沉積，以防止層310直接接觸Si基板。成核層320亦可適配由Si基板上的晶格不匹配造成的應變。因此，於一些此種實施方式，材料、厚度及沉積條件可由基板310及/或層330的特性限定。於一些實施方式，可不需要成核層320，若層330可與基板310相容，其使得層330可直接沉積或生長於基板310的材料上。據此，於一些實施方式，成核層320可為選擇性的。於一些實施方式，例如，成核層320可為單晶III-V材料，例如AlN或低溫GaN層(例如，磊晶生長的於攝氏700至950的範圍的溫度)。於一些實施方式，若存在，成核層320可具有0.05至1微米的厚度(例如，50至200nm)，小於 50nm的厚度(例如，1nm至20nm)，或任意其它適合的厚度。
圖3B描述在底電極形成於成核層320上之後形成的範例結構。於此範例實施方式，底電極由單晶n摻雜GaN(n-GaN)層330形成，其形成於成核層320上。n-GaN層330作為對於整體共振器裝置結構的底電極。如所示，n-GaN層330沿著結晶生長的負c軸(-c)生長，如由圖3B中的-c及方向性箭頭表示。n-GaN層330可沉積於成核層320上，根據任意適合的磊晶生長技術，根據本發明的範例實施方式，例如CVD、MOCVD或MBE或提供單結晶材料的其它技術。
圖3C描述在形成III-V半導體材料的第一層340於n摻雜GaN層330上之後形成的範例結構，根據本發明的範例實施方式。根據範例實施方式，III-V材料的第一層340可包含單晶AlN。磊晶第一層340沿著結晶生長的負c軸生長。層340可生長於n-GaN層330上，根據任意適合的磊晶生長技術，根據本發明的範例實施方式。範例磊晶生長製程包含CVD、MOCVD及MBE，以及根據本說明書可理解的其它。
圖3D描述在III-V半導體材料的第二層350形成於第一層340上之後的範例結構。第二層350形成於第一層340上，沿著結晶生長的負c軸。根據範例實施方式，III-V材料的第二層350可包含單晶GaN。於一些例子，第二層350可為N極GaN。第二層350可磊晶生長於第一層340上， 根據任意適合的磊晶生長製程，例如CVD、MOCVD或MBE。
沉積第二磊晶層350於第一磊晶層340上誘發2DEG 360於第二層內，緊鄰第二層350及第一層340之間的界面。
圖3E描述於蝕刻層330、340及350的相對端部上的部分之後形成的範例結構，根據本發明的範例實施方式。空穴365形成於層330、340及350的相對端部上。蝕刻可根據任意適合的蝕刻技術執行，如根據本說明書可理解的。蝕刻堆疊以形成空穴365於磊晶堆疊的相對端部上可根據用於蝕刻掉III-V半導體材料的部分的任意技術執行，例如濕或氣相蝕刻。用於空穴的蝕刻的其它技術根據本說明書會顯明(例如，層330、340及350的基於溝槽的生長之後移除STI或溝槽形成於其中的其它材料)。如參照本說明書會顯明的，蝕刻提供區域，其中下電極接觸物會被提供，如將依序討論的。
圖3F描述在複數IDT電極370形成於第二層350的頂表面上且金屬接觸物380、382形成於磊晶層330的相對側上的空穴中之後形成的範例結構。根據本發明的範例實施方式，複數IDT電極370包含電極371、電極372、電極373、電極374、電極375、電極376及電極377。於圖3E的結構，n-GaN層330作為底電極，且IDT結構370作為頂電極，用於共振器裝置，沿著磊晶生長的負c軸方向。至少一些複數IDT電極(371、372、373、376及377)完整延伸下 至且接觸第二層350中的2DEG 360，而至少一些複數IDT電極(374及375)延伸進入第二層350但不接觸2DEG 360。如於前解釋的，IDT電極的構形有效地定義濾波器的操作頻率。
n摻雜GaN層330作為用於結構的底電極，且與IDT 370一起運作，在2DEG 360的影響下，根據本發明的範例實施方式。n-GaN 330足夠地導電以作為下電極。為了驅動聲波，AC電場施加於跨越磊晶堆疊，於底電極(n-GaN 330)及IDT電極之間。2DEG有效地用作為ON/OFF控制開關。於更多細節，當2DEG位能被允許為浮置，從不接觸2DEG的電極的電場穿透進入第一磊晶層。若2DEG保持為固定位能，從不接觸2DEG的電極產生的電場終結於2DEG且不穿透進入第一磊晶層。當負偏壓施加於IDT電極，2DEG可空乏掉。裝置的操作頻率由IDT電極370的構形微影地設定。不同的共振器的IDT電極370可因此特別組態用於特定不同的操作頻率，全部在相同基板上。
圖4描述用於形成根據圖3A至3E的積體電路的方法，根據本發明的範例實施方式。於410，成核層生長於基板上，根據本發明的範例實施方式。顯示生長於基板上的成核層的範例結構顯示於圖3A。於一範例實施方式，成核層可為單晶氮化鋁(AlN)的薄膜層。可以理解的是成核層不是必須的。
於420，底電極(例如層330)形成於成核層上，根據本發明的範例實施方式。顯示形成於成核層上的底電 極的範例結構顯示於圖3B。於此範例實施方式，底電極包含單晶n摻雜III-V半導體材料，例如單晶GaN，根據範例實施方式，且可為其它III-V半導體材料，如根據本說明書可理解的。
於430，第一III-V族半導體材料的第一層(例如層340)生長於底電極上，根據本發明的範例實施方式。顯示生長於底電極上的第一III-V族半導體材料的第一層的範例結構顯示於圖3C。
於440，第二III-V族半導體材料的第二層(例如層350)生長於第一III-V族半導體材料的第一層上，根據本發明的範例實施方式。顯示生長於第一層上的第二層的範例結構顯示於圖3D。根據範例實施方式，第二III-V族半導體材料包含單晶GaN，其於一些例子可為N極(氮極)GaN。注意，當第二層生長於第一層上且於結晶生長的於負c軸方向，2DEG為於第二層中。
於450，空穴被蝕刻於磊晶堆疊的相對側上，根據範例實施方式。蝕刻堆疊以形成空穴於磊晶堆疊的相對側上可根據任意適合的用於蝕刻掉III-V半導體材料的部分的技術執行，例如濕或氣相蝕刻。或是，可使用基於溝槽的側向磊晶過生長(有時稱為LEO)沉積技術。用於空穴的蝕刻的其它技術根據本說明書會顯明。包含形成於磊晶堆疊的相對側上的空穴的範例結構顯示於圖3E。
於460，複數IDT電極被圖案化460於第二III-V半導體材料的第二層上且金屬接觸物被圖案化為與第一層 的相對側上的空穴中的第一層相鄰，根據本發明的範例實施方式。金屬接觸物形成於基板上或成核層上(若存在)。顯示圖案化於第二磊晶層上的複數IDT電極的範例結構顯示於圖3F。
根據本說明書，許多變化及組態會顯明。
範例系統
圖5描述計算系統1000，其組態有使用此處揭示的技術形成的一或多個積體電路結構或裝置，根據一些實施方式。如可見，計算系統1000裝載主機板1002。主機板1002可包含一些組件，包含但不限於，處理器1004以及至少一通訊晶片1006，各可實體及電耦合至主機板1002或整合於其中。如可理解的，主機板1002可為，例如任意印刷電路板，不論主板、設置於主板的子板或僅係系統1000的板等。
依其應用，計算系統1000可包含可能有或可能沒有與主機板1002實體及電耦接的一或更多其它組件。這些其它組件，可包含但不限於，揮發性記憶體(例如，DRAM)、非揮發性記憶體(例如，ROM)、圖形處理器、數位訊號處理、密碼處理器、晶片組、天線、顯示器、觸控螢幕顯示器、觸控螢幕控制、電池、音訊編解碼器、影片編解碼器、功率放大器、全球定位系統(GPS)裝置、羅盤、加速度計、陀螺儀、喇叭、相機及大量儲存裝置(例如硬碟、光碟(CD)、數位多用碟片(DVD)等)。包含於計算 系統1000中的任意組件可包含使用此處揭示的技術形成的一或多個積體電路結構或裝置(例如，具有基於2DEG的電極的磊晶濾波器結構)。於一些實施方式，多功能可被整合至一或更多晶片中(例如，注意，通訊晶片1006可為處理器1004的部分或整合於處理器1004中)。
通訊晶片1006致能用於從且至計算系統1000的資料的傳輸的無線通訊。單詞「無線」及其所衍生的可用於敘述電路、裝置、系統、方法、技術、通訊頻道等，經由非固態介質，可藉由調整的電磁輻射的使用而通訊資料。此單詞並非暗示相關裝置沒有包含任何線，雖然於一些實施方式中它們可能沒有線。通訊晶片1006可實現任意一些的無線標準或協定，包含但不限於Wi-Fi(IEEE 802.11家族)、WiMAX(IEEE 802.16家族)、IEEE 802.20、長期演進(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍芽(Bluetooth)、其衍生物，以及任何指定用於3G、4G、5G以及更多的其它無線協定。計算系統1000可包含複數通訊晶片1006。例如，第一通訊晶片1006可用於較短範圍的無線通訊，例如Wi-Fi及藍芽，且第二通訊晶片1006可用於較長的範圍的無線通訊，例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO及其它。
計算系統1000的處理器1004包含封裝於處理器1004中的積體電路晶粒。於一些實施方式，處理器的積體電路晶粒包含板上電路，其以使用如於此多樣地敘述的 揭示的技術形成的一或多個積體電路結構或裝置實施。單詞「處理器」可表示，例如，從暫存器及/或記憶體處理電資料以將電資料轉換成可儲存於暫存器及/或記憶體中的其它電資料的任意裝置的裝置或裝置的部分。
通訊晶片1006亦可包含積體電路晶粒，封裝在通訊晶片1006中。根據本發明的一些此種範例實施方式，通訊晶片的積體電路晶粒包含以使用如於此多樣地敘述的揭示的技術形成的一或多個積體電路結構或裝置實施。如根據本說明書可理解的，注意，多標準無線能力可被直接整合於處理器1004中(例如，任意晶片1006的功能整合至處理器1004，而不是具有分別的通訊晶片)。此外，注意處理器1004可為具有此種無線能力的晶片組。簡而言之，任意數量的處理器1004及/或通訊晶片1006可被使用。同樣地，任意一晶片或晶片組可具有複數功能整合於其中。
於多樣的實施方式中，計算系統1000可為膝上電腦、小筆電、筆記型電腦、智慧手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)、超極移動個人電腦、行動電話、桌上電腦、伺服器、印表機、掃描器、螢幕、機上盒、娛樂控制單元、數位相機、可攜式音樂播放器、數位影片錄影機、或處理資料或設有使用如於此多樣地敘述的揭示的技術形成的一或多個積體電路結構或裝置的其它電子裝置。
更多範例實施方式
以下的例子關於更多實施方式，其中許多的排列及組態會從其顯明。
例子1包含一種積體電路共振器裝置，包含：基板；第一磊晶層，形成於該基板上方且沿著結晶生長的正c軸，該第一磊晶層包含第一III-V族半導體材料；第二磊晶層，形成於該第一磊晶層上且沿著該正c軸，該第二磊晶層包含第二III-V族半導體材料；及二維電子氣(2DEG)，於該第一磊晶層中，該2DEG可沿著緊鄰該第一磊晶層及該第二磊晶層之間的介面的該正c軸而誘發。
例子2包含例子1的標的，更包含與該第一磊晶層相鄰的金屬接觸物，其中該金屬接觸物及該第一磊晶層整體地提供該共振器裝置的底電極。
例子3包含例子1及2的任一者的標的，更包含複數交叉指型換能器(IDT)電極，設置在該第二磊晶層上。
例子4包含例子3的標的，其中該複數IDT電極組態用以提供想要的操作頻率。
例子5包含例子1至3的任一者的標的，其中該第一III-V族半導體材料具有第一帶隙，該第一帶隙低於該第二III-V族半導體材料的第二帶隙。
例子6包含例子5的標的，其中該第一III-V族半導體材料為氮化鎵(GaN)且該第二III-V族半導體材料為氮化鋁(AlN)。
例子7包含例子6的標的，其中該第一III-V族 半導體材料包含GaN的Ga極結晶晶格。
例子8包含例子1至7的任一者的標的，更包含成核層，形成於該基板及該第一磊晶層之間。
例子9包含一種射頻(RF)濾波器裝置，包含例子1至8的任一者的積體電路共振器裝置。
例子10包含一種積體電路共振器裝置，包含：基板；第一磊晶層，形成於該基板上方且沿著結晶生長的負c軸，該第一磊晶層包含第一III-V族半導體材料；第二磊晶層，形成於該第一磊晶層上且沿著該負c軸，該第二磊晶層包含第二III-V族半導體材料；及二維電子氣(2DEG)，於該第二磊晶層中，該2DEG可沿著緊鄰該第一磊晶層及該第二磊晶層之間的介面的該負c軸而誘發。
例子11包含例子10的標的，更包含與該第一磊晶層相鄰的金屬接觸物，其中該金屬接觸物及該第一磊晶層整體地提供該共振器裝置的底電極。
例子12包含例子10及11的任一者的標的，更包含複數交叉指型換能器(IDT)電極，設置於該第二磊晶層上。
例子13包含例子12的標的，其中該複數IDT電極組態用以提供想要的操作頻率。
例子14包含例子12的標的，其中至少第一複數IDT電極向下沿伸至且接觸該2DEG，且至少第二複數IDT電極不延伸至該2DEG。
例子15包含例子10至14的任一者的標的，其 中該第一III-V族半導體材料具有第一帶隙，該第一帶隙高於該第二III-V族半導體材料的第二帶隙。
例子16包含例子10至15的任一者的標的，其中該第一III-V族半導體材料包含氮化鋁(AlN)且該第二III-V族半導體材料包含氮化鎵(GaN)。
例子17包含例子16的標的，其中該第二III-V族半導體材料包含GaN的N極結晶晶格。
例子18包含例子10至17的任一者的標的，更包含n摻雜GaN層作為底電極。
例子19包含例子18的標的，更包含與該n摻雜GaN層的分別的端部相鄰的金屬接觸物。
例子20包含例子10至18的任一者的標的，更包含成核層，形成於該基板及該第一磊晶層之間。
例子21包含一種射頻(RF)濾波器裝置，包含例子10至20的任一者的積體電路共振器裝置。
例子22包含一種形成共振器裝置的方法，該方法包含：磊晶沉積第一磊晶層於基板上方且沿著結晶生長的正c軸，該第一磊晶層包含第一III-V族半導體材料；磊晶沉積第二磊晶層於該第一磊晶層上且沿著該正c軸，該第二磊晶層包含第二III-V族半導體材料，因而允許沿著緊鄰該第一磊晶層及該第二磊晶層之間的介面的該正c軸的二維電子氣(2DEG)的誘發；及提供複數交叉指型換能器(IDT)金屬電極於該第二磊晶層的頂表面上且沿著該正c軸。
例子23包含例子22的標的，更包含提供與該第一磊晶層的分別的端部相鄰且接觸的第一及第二金屬接觸物。
例子24包含例子22及23的任一者的標的，其中該第一III-V族半導體材料具有第一帶隙，該第一帶隙低於該第二III-V族半導體材料的第二帶隙。
例子25包含例子22至24的任一者的標的，其中該第一III-V族半導體材料為氮化鎵(GaN)且該第二III-V族半導體材料為氮化鋁(AlN)。
例子26包含例子25的標的，其中該第一III-V族半導體材料包含GaN的Ga極結晶晶格。
例子27包含例子22至26的任一者的標的，其中該磊晶沉積該第一磊晶層及該第二磊晶層使用化學氣相沉積(CVD)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)及分子束磊晶(MBE)製程的至少一者執行。
例子28包含例子22至27的任一者的標的，且更包含形成射頻(RF)濾波器裝置。
例子29包含一種形成共振器裝置的方法，該方法包含：磊晶沉積第一磊晶層於基板上方且沿著結晶生長的負c軸，該第一磊晶層包含第一III-V族半導體材料；磊晶沉積第二磊晶層於該第一磊晶層上且沿著該負c軸，該第二磊晶層包含第二III-V族半導體材料，因而誘發沿著緊鄰該第一磊晶層及該第二磊晶層之間的介面的該負c軸的二維電子氣(2DEG)；及沿著該負c軸圖案化複數交叉指 型換能器(IDT)金屬電極於該第二磊晶層的頂表面上。
例子30包含例子29的標的，其中該第一III-V族半導體材料包含氮化鋁(AlN)且該第二III-V族半導體材料包含氮化鎵(GaN)。
例子31包含例子29及30的任一者的標的，其中該第二III-V族半導體材料包含GaN的N極結晶晶格。
例子32包含例子29至31的任一者的標的，其中該複數IDT電極的至少一者向下沿伸至且接觸該2DEG，且該複數IDT電極的至少第二者不與該2DEG接觸。
例子33包含例子29及32的任一者的標的，其中該磊晶沉積該第一磊晶層及該第二磊晶層使用化學氣相沉積(CVD)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)及分子束磊晶(MBE)製程的至少一者執行。
例子34包含例子29至33的任一者的標的，更包含沉積n摻雜GaN層於該基板上作為用於該共振器裝置的底電極，且其中該第一磊晶層沉積於該n摻雜GaN層上。
例子35包含例子29至34的任一者的標的，且更包含形成射頻(RF)濾波器裝置。
上述範例實施例已為了說明及敘述的目地展現。無意窮盡或限制本發明至所揭示的精確的形式。根據本發明的許多修改及變化是可能的。有意的是，本發明的範圍不由此詳細敘述限定，而是由所附於此的申請專利範圍。進一步提出的主張本申請案的優先權的申請案可以不 同的方式主張所揭示的標的，且可一般地包含一或更多限制的任意組，如於此的多樣的揭示或展示的。

Claims (25)

  1. 一種積體電路共振器裝置，包含：基板；第一磊晶層，形成於該基板上方且沿著結晶生長的正c軸，該第一磊晶層包含第一III-V族半導體材料；第二磊晶層，形成於該第一磊晶層上且沿著該正c軸，該第二磊晶層包含第二III-V族半導體材料；及二維電子氣(2DEG)，於該第一磊晶層中，該2DEG可沿著緊鄰該第一磊晶層及該第二磊晶層之間的介面的該正c軸而誘發。
  2. 如請求項第1項的積體電路共振器裝置，更包含與該第一磊晶層相鄰的金屬接觸物，其中該金屬接觸物及該第一磊晶層整體地提供該共振器裝置的底電極。
  3. 如請求項第1項的積體電路共振器裝置，更包含複數交叉指型換能器(IDT)電極，設置在該第二磊晶層上。
  4. 如請求項第3項的積體電路共振器裝置，其中該複數IDT電極組態用以提供想要的操作頻率。
  5. 如請求項第1項的積體電路共振器裝置，其中該第一III-V族半導體材料具有第一帶隙，該第一帶隙低於該第二 III-V族半導體材料的第二帶隙。
  6. 如請求項第5項的積體電路共振器裝置，其中該第一III-V族半導體材料為氮化鎵(GaN)且該第二III-V族半導體材料為氮化鋁(AlN)。
  7. 如請求項第6項的積體電路共振器裝置，其中該第一III-V族半導體材料包含GaN的Ga極結晶晶格。
  8. 如請求項第1項的積體電路共振器裝置，更包含成核層，形成於該基板及該第一磊晶層之間。
  9. 一種積體電路共振器裝置，包含：基板；第一磊晶層，形成於該基板上方且沿著結晶生長的負c軸，該第一磊晶層包含第一III-V族半導體材料；第二磊晶層，形成於該第一磊晶層上且沿著該負c軸，該第二磊晶層包含第二III-V族半導體材料；及二維電子氣(2DEG)，於該第二磊晶層中，該2DEG可沿著緊鄰該第一磊晶層及該第二磊晶層之間的介面的該負c軸而誘發。
  10. 如請求項第9項的積體電路共振器裝置，更包含複數交叉指型換能器(IDT)電極，設置於該第二磊晶層上。
  11. 如請求項第10項的積體電路共振器裝置，其中該複數IDT電極組態用以提供想要的操作頻率。
  12. 如請求項第10項的積體電路共振器裝置，其中至少第一複數IDT電極向下沿伸至且接觸該2DEG，且至少第二複數IDT電極不延伸至該2DEG。
  13. 如請求項第9項的積體電路共振器裝置，其中該第一III-V族半導體材料具有第一帶隙，該第一帶隙高於該第二III-V族半導體材料的第二帶隙。
  14. 如請求項第9項的積體電路共振器裝置，其中該第一III-V族半導體材料包含氮化鋁(AlN)且該第二III-V族半導體材料包含氮化鎵(GaN)。
  15. 如請求項第14項的積體電路共振器裝置，其中該第二III-V族半導體材料包含GaN的N極結晶晶格。
  16. 如請求項第9項的積體電路共振器裝置，更包含n摻雜GaN層作為底電極。
  17. 如請求項第16項的積體電路共振器裝置，更包含與該n摻雜GaN層的分別的端部相鄰的金屬接觸物。
  18. 一種形成共振器裝置的方法，該方法包含：磊晶沉積第一磊晶層於基板上方且沿著結晶生長的正c軸，該第一磊晶層包含第一III-V族半導體材料；磊晶沉積第二磊晶層於該第一磊晶層上且沿著該正c軸，該第二磊晶層包含第二III-V族半導體材料，因而允許沿著緊鄰該第一磊晶層及該第二磊晶層之間的介面的該正c軸的二維電子氣(2DEG)的誘發；及提供複數交叉指型換能器(IDT)金屬電極於該第二磊晶層的頂表面上且沿著該正c軸。
  19. 如請求項第18項的方法，更包含提供與該第一磊晶層的分別的端部相鄰且接觸的第一及第二金屬接觸物。
  20. 如請求項第18項的方法，其中該磊晶沉積該第一磊晶層及該第二磊晶層使用化學氣相沉積(CVD)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)及分子束磊晶(MBE)製程的至少一者執行。
  21. 如請求項第18至20項中之任一項的方法，更包含形成射頻(RF)濾波器裝置。
  22. 一種形成共振器裝置的方法，該方法包含：磊晶沉積第一磊晶層於基板上方且沿著結晶生長的負 c軸，該第一磊晶層包含第一III-V族半導體材料；磊晶沉積第二磊晶層於該第一磊晶層上且沿著該負c軸，該第二磊晶層包含第二III-V族半導體材料，因而誘發沿著緊鄰該第一磊晶層及該第二磊晶層之間的介面的該負c軸的二維電子氣(2DEG)；及沿著該負c軸圖案化複數交叉指型換能器(IDT)金屬電極於該第二磊晶層的頂表面上。
  23. 如請求項第22項的方法，其中該磊晶沉積該第一磊晶層及該第二磊晶層使用化學氣相沉積(CVD)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)及分子束磊晶(MBE)製程的至少一者執行。
  24. 如請求項第22項的方法，更包含沉積n摻雜GaN層於該基板上作為用於該共振器裝置的底電極，且其中該第一磊晶層沉積於該n摻雜GaN層上。
  25. 如請求項第22至24項中之任一項的方法，更包含形成射頻(RF)濾波器裝置。
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