CN100474769C

CN100474769C - 表面声波器件和表面声波器件的制造方法

Info

Publication number: CN100474769C
Application number: CNB2005101350361A
Authority: CN
Inventors: 古畑诚; 佐藤久克
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: CN1794573A

Abstract

表面声波器件和表面声波器件的制造方法。本发明的课题是提供一种表面声波器件和表面声波器件的制造方法，在半导体基板上具有IC区域和表面声波元件区域并构成为一个芯片，能够确保形成表面声波元件的部分的平坦度，获得良好的特性。表面声波器件(1)在半导体基板上具有IC区域和表面声波元件区域并构成为一个芯片，在表面声波元件区域的半导体基板(30)上及元件绝缘膜(32)上而且形成有表面声波元件(24)的区域的下方，形成与IDT电极(22)的电极指(21)大致平行而且是相同间距P的线状的层厚度调整膜(32、35)。

Description

表面声波器件和表面声波器件的制造方法

技术领域

本发明涉及在半导体基板上具有IC区域和表面声波元件区域并构成为一个芯片的表面声波器件。

背景技术

以SAW谐振器或SAW滤波器为代表的表面声波元件具有高频、小型、量产性等良好的特征，所以被广泛应用在通信领域。近年来，伴随着便携式通信设备等的普及，强烈要求在高频区域使用的部件的小型化、轻量化。

针对这种要求，例如如非专利文献1所示，提出了一种表面声波器件，该表面声波器件不使用表面声波元件作为滤波器单体，而是在其局部形成有高频放大电路等的半导体基板上成膜压电薄膜，形成SAW滤波器。

[非专利文献1]J.H.Viseer，IEEE，Ultrasonics Symposium，p.195-200(1989)

关于这种在半导体基板上具有IC区域和表面声波元件区域并构成为一个芯片的表面声波器件，在IC区域中隔着绝缘膜层叠形成半导体元件及连接它们的配线。另一方面，由于在表面声波元件区域中只层叠绝缘膜，所以在IC区域和表面声波元件区域之间产生阶梯差。通常，这种表面声波器件在半导体晶片上形成多个表面声波器件并使它们邻接，通过层叠绝缘层等的层，使该阶梯差伴随有倾斜地进入到表面声波元件区域中，存在不能确保表面声波元件区域的表面平坦度的问题。如果表面平坦度较差，则在制作表面声波元件时不能确保尺寸精度，使表面声波元件的特性劣化。并且，因平坦度不好而形成的表面的凹凸成为形成压电薄膜时的膜厚偏差，可以预测到表面声波元件的谐振频率将产生偏差。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种表面声波器件和表面声波器件的制造方法，在半导体基板上设置IC区域和表面声波元件区域并构成为一个芯片的表面声波器件中，能够确保表面声波元件区域的平坦度，获得良好的特性。

为了解决上述课题，本发明提供了一种表面声波器件，在半导体基板上至少具有IC区域和表面声波元件区域并构成为一个芯片，其特征在于，至少具有：半导体元件层，其在所述IC区域中形成有半导体元件、和覆盖所述半导体元件并延伸到表面声波元件区域的元件绝缘膜；配线层，其通过在所述半导体元件层上层叠与所述半导体元件进行连接的配线、和对所述配线之间进行绝缘并延伸到表面声波元件区域的配线绝缘膜而形成；形成于所述配线绝缘膜上方的压电薄膜；表面声波元件，其具有在所述表面声波元件区域中的所述压电薄膜上形成的设置有多个电极指的IDT电极，在所述表面声波元件区域中的所述半导体基板上或者所述元件绝缘膜或所述配线绝缘膜上、而且形成有所述表面声波元件的位置的下方，形成有至少一层与所述IDT电极的电极指大致平行而且是相同间距的线状的层厚度调整膜。

根据这种结构，通过在表面声波元件区域的半导体基板上或者元件绝缘膜或配线绝缘膜上设置层厚度调整膜，可以减少IC区域和表面声波元件区域的阶梯差，能够确保表面声波元件区域的平坦度。并且，通过把层厚度调整膜设计成与IDT电极的电极指大致平行而且是相同间距的线状，由IDT电极激励的表面声波不会产生乱反射。

这样，能够在平坦的表面声波元件区域中形成表面声波元件，可以形成尺寸精度良好的IDT电极，减少表面声波元件的谐振频率的偏差，并且能够防止表面声波的乱反射，所以能够提供特性良好的表面声波器件。

本发明的表面声波器件的特征在于，所述层厚度调整膜以使所述电极指的线宽的中心线和所述层厚度调整膜的线宽的中心线相同的位置为基准，按照与所述电极指的间距相同的间距形成。

根据这种结构，能够提供可以有效防止表面声波的乱反射的特性良好的表面声波器件。

本发明的表面声波器件的特征在于，所述电极指的线宽和所述层厚度调整膜的线宽形成为相同线宽。

根据这种结构，能够提供可以更有效地防止表面声波的乱反射的特性良好的表面声波器件。

本发明的表面声波器件的特征在于，所述层厚度调整膜是不连续的线状形状。

根据这种结构，容易制作层厚度调整膜，并且增大层厚度调整膜的设计自由度。

本发明的表面声波器件的特征在于，在所述配线绝缘膜和所述压电薄膜之间还形成有耐湿膜。

根据这种结构，能够提供保护IC不受湿度影响的高可靠性的表面声波器件。

本发明提供了一种表面声波器件的制造方法，该表面声波器件在半导体基板上至少具有IC区域和表面声波元件区域并构成为一个芯片，该方法的特征在于，至少具有：在所述半导体基板的所述IC区域中形成半导体元件工序；在所述IC区域和所述表面声波元件区域上形成覆盖所述半导体元件的元件绝缘膜的工序；在所述IC区域上的所述元件绝缘膜上形成与所述半导体元件进行连接的配线的工序；在所述IC区域和所述表面声波元件区域上形成将所述配线之间绝缘的配线绝缘膜的工序；在所述配线绝缘膜的上方形成压电薄膜的工序；在所述表面声波元件区域的所述压电薄膜上形成具有IDT电极的表面声波元件的工序，其中该IDT电极设有多个电极指；还具有：在所述表面声波元件区域的所述半导体基板上或者所述元件绝缘膜或所述配线绝缘膜上、而且形成所述表面声波元件的位置的下方，形成至少一层与所述IDT电极的电极指大致平行而且是相同间距的线状的层厚度调整膜的工序。

根据该表面声波器件的制造方法，通过在表面声波元件区域的半导体基板上或者元件绝缘膜或配线绝缘膜上设置层厚度调整膜，可以减少IC区域和表面声波元件区域的阶梯差，能够确保表面声波元件区域的平坦度。并且，通过把层厚度调整膜设计成与IDT电极的电极指大致平行而且是相同间距的线状，由IDT电极激励的表面声波不会产生乱反射。

这样，能够在平坦的表面声波元件区域形成表面声波元件，可以形成尺寸精度良好的IDT电极，减少表面声波元件的谐振频率的偏差，并且能够防止表面声波的乱反射，所以能够提供特性良好的表面声波器件。

本发明的表面声波器件的制造方法的特征在于，形成所述层厚度调整膜的工序与形成所述配线的工序为同一工序，所述层厚度调整膜与同一层的所述配线同时形成。

根据该表面声波器件的制造方法，能够在与形成IC区域的配线的工序相同的工序中形成层厚度调整膜，能够高效地形成层厚度调整膜。

本发明的表面声波器件的制造方法的特征在于，还具有在所述配线绝缘膜和所述压电薄膜之间形成耐湿膜的工序。

根据该表面声波器件的制造方法，能够提供保护IC不受湿度影响的高可靠性的表面声波器件的制造方法。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的表面声波器件的平面示意图。

图2是表面声波器件的局部剖视示意图。

图3是表面声波器件的局部剖视示意图。

图4是表示层厚度调整膜的配置图形的平面示意图。

图5是表示另一种层厚度调整膜的配置图形的平面示意图。

图6是表示另一种表面声波元件和层厚度调整膜的位置关系的局部剖视示意图。

图7是表示表面声波器件的制造方法的工序说明图。

具体实施方式

以下，参照附图说明使本发明具体化的实施方式。

(第1实施方式)

图1是表示本发明的实施方式的表面声波器件的平面示意图。

表面声波器件1在半导体基板上具有IC区域10和表面声波元件区域20。在IC区域10中，在半导体基板上形成半导体元件(图2所示)，在其上层叠连接半导体元件的铝配线11。并且，设有用于和外部电连接的铝垫(pad)12。另外，在IC区域10中包括驱动表面声波元件24的振荡电路等的高频电路。

在表面声波元件区域20中形成具有IDT电极22和反射器23的作为表面声波元件24的SAW谐振器。IDT电极22具有电极指21，被配置成分别交替啮合。并且，设有用于和外部电连接的铝垫25。

这样，在半导体基板上设置IC区域10和表面声波元件区域20，将表面声波器件1构成为一个芯片。

图2是沿图1的表面声波器件1的A—A线的局部剖视示意图。

在由硅构成的半导体基板30上的IC区域10中，利用以往公知的方法形成多个半导体元件31。另外，在半导体基板30上的表面声波元件区域20中形成由铝构成的层厚度调整膜32。并且，在半导体元件31和第1层厚度调整膜32上形成由SiO₂构成的元件绝缘膜33，将半导体元件31绝缘。这样，在IC区域10中形成了由半导体元件31和元件绝缘膜33构成的半导体元件层40。

在IC区域10的元件绝缘膜33上形成连接半导体元件31的铝配线11，在表面声波元件区域20的元件绝缘膜33上形成第2层厚度调整膜35。该第2层厚度调整膜35与铝配线11在同一工序中设置，并且以与铝配线33相同的膜厚形成。另外，在铝配线11上形成由SiO₂构成的配线绝缘膜36。这样，在IC区域10中形成了由铝配线11和配线绝缘膜36构成的配线层41。

并且，在配线绝缘膜36上形成由Si₃N₄构成的耐湿膜37，在耐湿膜37上形成由ZnO构成的压电薄膜38。另外，在表面声波元件区域20的压电薄膜38上形成由铝构成的表面声波元件24。

下面，详细说明层厚度调整膜。

图3是沿图1的B—B线的剖视示意图，图4是表示层厚度调整膜的配置图形的平面示意图。

在图4中，例如在半导体基板30上形成的第1层厚度调整膜32配置在表面声波元件区域20中。第1层厚度调整膜32形成为与IDT电极的电极指大致平行的线状。并且，以与上述相同的形状配置第2层厚度调整膜35。

在图3中，构成表面声波元件24的IDT电极22具有电极指21，电极指21以间距P连续形成。另外，反射器23的电极26也同样以间距P形成，表面声波元件24形成为电极以间距P连续排列的形状。并且，电极指21和反射器23的电极26的线宽W形成为相同宽度。此处，间距P被设计成当把表面声波的波长设为λ时，P＝λ/2。

第1层厚度调整膜32和第2层厚度调整膜35以与电极指21的线宽W的中心线相同的位置为基准，按照与电极指21相同的间距P形成。

并且，第1层厚度调整膜32和第2层厚度调整膜35的线宽W形成为与电极指21的线宽W相同。

另外，形成第1层厚度调整膜32和第2层厚度调整膜35的区域与形成表面声波元件24的区域相同或比其大。

并且，在层叠多层配线层时，如果在配线绝缘膜上适当形成与上述相同形状的层厚度调整膜，则即使形成多层配线层，也能够减少IC区域10和表面声波元件区域20之间的阶梯差。

这样，在表面声波器件1的表面声波元件区域20中形成第1层厚度调整膜32和第2层厚度调整膜35，由此能够减少IC区域10和表面声波元件区域20之间的阶梯差。因此，能够减轻因层叠表面声波元件区域20的绝缘层等的层而使阶梯差倾斜着进入到表面声波元件区域20中，能够确保表面声波元件区域20的平坦度。

并且，在确保了该平坦度的表面声波元件区域20中，能够以良好的尺寸精度形成表面声波元件24，所以能够获得特性良好的表面声波元件24。

并且，由IDT电极22激励的表面声波大致行进到一个波长的深度，所以如果与IDT电极22的电极指21交替地设置层厚度调整膜，则表面声波产生干涉或散射，使表面声波衰减，不能获得良好的特性。因此，在本实施方式中，通过把第1层厚度调整膜32和第2层厚度调整膜35设置成与IDT电极22的电极指21大致平行而且是相同间距，可以防止在深度方向上行进的表面声波的乱反射。

如上所述，能够形成特性良好的表面声波元件24，能够提供具有良好特性的表面声波器件1。

(层厚度调整膜的配置图形的变形例)

图5是表示层厚度调整膜的配置图形的变形例的平面示意图。

作为层厚度调整膜的配置图形，如图5(a)所示，可以是不连续的线状图形的层厚度调整膜50。例如，在半导体基板30的表面声波元件区域20中形成的第1层厚度调整膜50形成为分割一个线状的层厚度调整膜。另外，优选该分割的部分(没有膜的部分)与相邻的层厚度调整膜的分割部分不重合。

这样，容易制作层厚度调整膜，并且增大层厚度调整膜的设计自由度。

另外，如图5(b)所示，即使是形成了与表面声波元件相同的图形的层厚度调整膜51也能够实施。

这样，可以共用形成表面声波元件时使用的光掩模。

图6是表示层厚度调整膜的线宽和表面声波元件的位置关系的变形例的局部剖视示意图。

如图6(a)所示，层厚度调整膜的线宽W1形成为大于电极指21的线宽W。

例如，第2层厚度调整膜35以与电极指21的线宽W的中心线相同的位置为基准，按照与电极指21相同的间距P形成，该层厚度调整膜的线宽W1形成为大于电极指21的线宽W。

并且，如图6(b)所示，层厚度调整膜的线宽W2形成为小于电极指21的线宽W。

例如，第2层厚度调整膜35以与电极指21的线宽W的中心线相同的位置为基准，按照与电极指21相同的间距P形成，该层厚度调整膜的线宽W2形成为小于电极指21的线宽W。

另外，如图6(c)所示，使层厚度调整膜与电极指21的间距P相同，但是，也可以使电极指21的线宽W的中心线不同，而且按照包含电极指21的线宽W在内的线宽W3形成。

例如，第2层厚度调整膜35按照与电极指21相同的间距P形成，层厚度调整膜35的线宽W3被配置成在包括电极指21的位置处不同于电极指21的线宽W的中心线。因此，层厚度调整膜35的线宽W3形成为大于电极指21的线宽W。

以上所述的结构在第1层厚度调整膜中也相同，使行进到大致一个波长的深度的表面声波不会乱反射。

另外，在本实施方式中以设有耐湿膜37的示例进行了说明，但根据表面声波器件1的封装方法和使用环境，也可以不设置耐湿膜37。

并且，在表面声波元件区域20中，在进一步要求平坦度的情况下，在形成配线绝缘膜36或耐湿膜37后，进行CMP(Chemical MechanicalPolishing：化学机械抛光)处理，可以获得精度更加良好的平坦度。

或者，把通过旋涂而涂布的玻璃(Spin on Glass，以下称为“SOG”)用于元件绝缘膜33，也能够获得精度良好的平坦度。

并且，通过将层厚度调整膜32、35接地，可以对表面声波元件24进行电磁屏蔽。

(第2实施方式)

下面，说明表面声波器件的制造方法。

图7是表示本发明的表面声波器件的制造方法的工序说明图，按照图7(a)～(d)的顺序进行处理。

在图7(a)中，在由硅构成的半导体基板30的IC区域10中，利用以往公知的方法形成多个半导体元件31。并且，在半导体基板30上的表面声波元件区域20中形成由铝构成的第1层厚度调整膜32。第1层厚度调整膜32如图4所示形成为与表面声波元件的IDT电极的电极指大致平行的线状。并且，该第1层厚度调整膜32形成为与IDT电极的电极指的间距和线宽相同。

并且，如图7(b)所示，在半导体基板30上形成由SiO₂构成的元件绝缘膜33，将半导体元件31绝缘。此时，不仅在IC区域10中，在表面声波元件区域20中也形成元件绝缘膜33。

这样，在IC区域10中形成了由半导体元件31和元件绝缘膜33构成的半导体元件层40。

然后，如图7(c)所示，通过蚀刻去除IC区域10中的半导体元件31上的元件绝缘膜33的一部分并嵌入铝，形成与半导体元件31导通的铝配线11。另外，在表面声波元件区域20中与铝配线11同时地形成第2层厚度调整膜35。第2层厚度调整膜35与第1层厚度调整膜32一样，形成为与表面声波元件的IDT电极的电极指大致平行的线状。

并且，在IC区域10和表面声波元件区域20中形成由SiO₂构成的配线绝缘膜36，将铝配线11绝缘。

这样，在IC区域10中形成了由铝配线11和配线绝缘膜36构成的配线层41。

然后，如图7(d)所示，在IC区域10和表面声波元件区域20中形成由Si₃N₄构成的耐湿膜37，从而提高IC的耐湿性。

并且，在耐湿膜37上，在IC区域10和表面声波元件区域20中形成由ZnO构成的压电薄膜38。

然后，在表面声波元件区域20的压电薄膜38上形成表面声波元件24。表面声波元件24构成为具有图1所示的IDT电极22和反射器23的SAW谐振器。

这样，可以获得在半导体基板30上具有IC区域10和表面声波元件区域20并构成为一个芯片的表面声波器件1。

另外，在层叠多层配线层时，如果在配线绝缘膜上适当形成与上述相同形状的层厚度调整膜，则即使形成多层配线层，也能够减少IC区域10和表面声波元件区域20之间的阶梯差。

并且，层厚度调整膜的配置图形也可以设计在第1实施方式的变形例中说明的配置图形。

这样，在本实施方式的表面声波器件的制造方法中，在表面声波器件1的表面声波元件区域20中形成第1层厚度调整膜32和第2层厚度调整膜35，由此可以减少IC区域10和表面声波元件区域20之间的阶梯差。因此，能够减轻因层叠表面声波元件区域20中的绝缘层等的层而使阶梯差倾斜着进入到表面声波元件区域20中，能够确保表面声波元件区域20的平坦度。

并且，在该确保了平坦度的表面声波元件区域20中，能够以良好的尺寸精度形成表面声波元件24，所以能够获得特性良好的表面声波元件24。

并且，由IDT电极22激励的表面声波行进到大致一个波长的深度，所以通过以与IDT电极22的电极指21相同的间距来设置第1层厚度调整膜32和第2层厚度调整膜35，在深度方向上行进的表面声波不会乱反射。

如上所述，本发明的表面声波器件的制造方法能够形成特性良好的表面声波元件24，能够提供具有良好特性的表面声波器件1。

(第3实施方式)

下面，说明表面声波器件的制造方法的变形例。

图2和图7(b)所示的元件绝缘膜33大多伴随着高频化、配线的细微化而进行使用了气相法的成膜。但是，在数百MHz以下的较低的频率时，配线可以采用0.35μm以上的旧型的配线。该情况下，通过把SOG用于元件绝缘膜33，可以实现更加低廉的成膜。另外，SOG工序通过旋涂使液状玻璃在晶片上以预旋转300rpm涂布3秒，以主旋转3000rpm涂布10秒。然后，在烘炉中以80℃进行3分钟处理，最后在300℃下进行60分钟固化处理。

如上所述，本发明的表面声波器件的制造方法能够形成特性良好的表面声波元件24，能够低成本地提供具有良好特性的表面声波器件1。

另外，在实施方式中，作为半导体基板的材料使用硅进行了说明，但除此以外也可以使用例如Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaN、ZnSe等。

并且，在实施方式中，作为压电薄膜的材料使用ZnO进行了说明，但除此以外也可以使用例如AlN等。

另外，在实施方式中，作为表面声波元件说明了SAW谐振器，但也可以构成表面声波滤波器。

并且，还可以是在压电薄膜下面形成IDT的结构。

Claims

1.一种表面声波器件，在半导体基板上至少具有IC区域和表面声波元件区域并构成为一个芯片，其特征在于，至少具有：

半导体元件层，其在所述IC区域中形成有半导体元件、和覆盖所述半导体元件并延伸到表面声波元件区域的元件绝缘膜；

配线层，其通过在所述半导体元件层上层叠与所述半导体元件进行连接的配线、和对所述配线之间进行绝缘并延伸到表面声波元件区域的配线绝缘膜而形成；

形成于所述配线绝缘膜上方的压电薄膜；

表面声波元件，其具有在所述表面声波元件区域中的所述压电薄膜上形成的设置有多个电极指的IDT电极，

在所述表面声波元件区域中的所述半导体基板上或者所述元件绝缘膜或所述配线绝缘膜上、而且形成有所述表面声波元件的位置的下方，形成有至少一层与所述IDT电极的电极指大致平行而且是相同间距的线状的层厚度调整膜。

2.根据权利要求1所述的表面声波器件，其特征在于，所述层厚度调整膜以使所述电极指的线宽的中心线和所述层厚度调整膜的线宽的中心线相同的位置为基准，按照与所述电极指的间距相同的间距形成。

3.根据权利要求1或2所述的表面声波器件，其特征在于，所述电极指的线宽和所述层厚度调整膜的线宽形成为相同的线宽。

4.根据权利要求1或2所述的表面声波器件，其特征在于，所述层厚度调整膜是不连续的线状形状。

5.根据权利要求1或2所述的表面声波器件，其特征在于，在所述配线绝缘膜和所述压电薄膜之间还形成有耐湿膜。

6.一种表面声波器件的制造方法，该表面声波器件在半导体基板上至少具有IC区域和表面声波元件区域并构成为一个芯片，该方法的特征在于，至少具有：

在所述半导体基板的所述IC区域中形成半导体元件工序；

在所述IC区域和所述表面声波元件区域上形成覆盖所述半导体元件的元件绝缘膜的工序；

在所述IC区域上的所述元件绝缘膜上形成与所述半导体元件进行连接的配线的工序；

在所述IC区域和所述表面声波元件区域上形成将所述配线之间绝缘的配线绝缘膜的工序；

在所述配线绝缘膜的上方形成压电薄膜的工序；

在所述表面声波元件区域的所述压电薄膜上形成具有IDT电极的表面声波元件的工序，其中该IDT电极设有多个电极指；

还具有：在所述表面声波元件区域的所述半导体基板上或者所述元件绝缘膜或所述配线绝缘膜上、而且形成所述表面声波元件的位置的下方，形成至少一层与所述IDT电极的电极指大致平行而且是相同间距的线状的层厚度调整膜的工序。

7.根据权利要求6所述的表面声波器件的制造方法，其特征在于，形成所述层厚度调整膜的工序与形成所述配线的工序为同一工序，所述层厚度调整膜与同一层的所述配线同时形成。

8.根据权利要求6或7所述的表面声波器件的制造方法，其特征在于，还具有在所述配线绝缘膜和所述压电薄膜之间形成耐湿膜的工序。