CN102064369B - 声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法 - Google Patents
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Abstract
一种声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，包含下述步骤：提供在一部分基底内部或上表面带有牺牲层的基底；在基底的部分牺牲层上形成第一堆叠区的第一谐振器，以及在基底上形成第二堆叠区的第一谐振器，第一堆叠区的第一谐振器和第二堆叠区的第一谐振器相远离；在第二堆叠区下方形成空气腔；在第二堆叠区进行第一次测量；根据第一次测量调整第一堆叠区的第一谐振器的顶部电极；分别在第一、第二堆叠区的第一谐振器上形成退耦层；分别在第一、第二堆叠区的退耦层上形成第二谐振器；在第一堆叠区或第二堆叠区进行第二次测量；根据第二次测量结果调整第一堆叠区第二谐振器顶部电极，以实现理想的器件性能。本发明可最大限度减小由第一谐振器释放过程引起的工艺交叉或污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种声耦合器件。特别是涉及一种应用修正调整工序以改善达到预期性能的声耦合器件的加工良率的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法。
背景技术
在任何无线通信系统中射频(RF)滤波器都是关键元件，伴随着这些系统继续向微型化方向发展，在不改变器件性能的情况下滤波器厂商所面临的进一步缩小滤波器体积的压力亦与日俱增。手持设备系统厂商对有希望实现低成本、小尺寸的滤波器技术产生了浓厚的兴趣。由于在手持通信设备中各种耗能应用的持续增加，滤波器的低插入损耗对延长通话时间和电池寿命变得非常重要。体波(BAW)谐振器因其高品质因数及较小的带内插入损耗而闻名，包含一个或多个体声波(BAW)谐振器的带通滤波器最近已成为了传统的基于声表面波(SAW)谐振器和陶瓷谐振器的滤波技术的有优势的竞争者。BAW滤波器根据谐振器的连接方式可以分为两种类型：电气连接(梯形、网格或相似结构)和声波耦合(堆叠晶体滤波器(SCF)和耦合谐振滤波器(CRF))。声耦合谐振器相比于电气连接谐振器可以在远阻带实现较高的抑制以及具有较宽的带宽。因CRF谐振器间的声耦合比SCF器件中直接连接的谐振器中的声耦合少，CRF器件可以被认为是SCF器件的延伸，同时人们可以控制或改变CRF中的声耦合系数从而实现较宽的通带宽度。如图1所示，CRF的基本结构是将两个单独的BAW谐振器其中一个置于另一个表面上垂直排列在一起，并且通过单钝化层或不同声阻抗材料构成的多层钝化层的解耦器进行解耦。由于单谐振器被一对堆叠谐振器所代替，CRF滤波器中独立的谐振器数目很小并且实现滤波器所需的总面积减小，因此实现了最小尺寸和制造成本的降低。
由于手机终端系统中射频(RF)收发器中的CMOS电路趋于小型化，电源提供的电压也一定需要降低。差分方法允许相同的电压波动，但可极大地削减共模信号。主要的移动通信标准如WCDMA(宽带码分多址)和GPS(全球定位系统)前端模块推动了对具有单端至差分转换功能的滤波器件的需求，这是因为低噪声放大器(LNA)被整合到RF收发器集成电路中，并且LNA通常具有对称输入和较高阻抗。因此为使BAW器件成为主流滤波技术，其模式转换能力需要得以实现。网格结构或阶梯拓扑结构的BAW滤波器只能提供单端或对称的滤波器。因此，需要其他方法，如使用外部平衡转换器进行模式转换。然而，带有平衡转换器的BAW滤波器损失了一些插入损耗，并且在电路板上需要额外的空间并增加成本。CRF在输入输出之间提供了很好的电流隔离，这样能给BAW滤波器提供模式转换(单端到对称)以及电阻变换。
BAW谐振器和堆叠式CRF的基本结构通常是在基底内部或表面的空气腔上方悬停一层薄膜以防止在声谐振腔内产生的声波传播到基底中。例如，首先，在基底上刻蚀出空气腔，并在晶圆表面沉积牺牲层，牺牲层的厚度要足够厚以填满空气腔。然后平坦化处理晶圆表面并保留填充牺牲层的空气腔。之后，在牺牲层上制作形成声波谐振腔各层。最后，通过通孔将牺牲层材料从空气腔刻蚀出去，在CRF下方形成空气隙。
在BAW滤波器的制造过程中，谐振器的各层通过依次的薄膜沉积形成，而且BAW谐振器的谐振频率实际上依赖谐振腔里每层材料的厚度(电极层、压电层等)。为了满足用于移动手机的滤波器的严格规范，器件的谐振频率需要被控制在0.1％的误差范围内。这意味着，如果不采用任何调整手段，器件每一层的厚度需要被控制在相似的误差范围内。然而，众所周知的是，薄膜沉积通常使用的薄膜技术，如物理气象沉积(PVD)，化学气象沉积(CVD)，电子束蒸镀(e-beam evaporation)等技术在基底内部或表面很难沉积出在要求的公差范围内厚度均匀的薄膜。
与具有单压电层的电气连接BAW滤波器相比，CRF的调整要求更为严格。典型的CRF包括两个压电层、四个电极以及一个退耦层。第一压电层位于第一底部电极和第一顶部电极之间，第二压电层位于第二底部电极和第二顶部电极之间。退耦层位于第一顶部电极与第二底部电极之间以控制上部和下部(基底的方向为下部方向)谐振器之间的声能耦合数量。基于薄膜沉积工艺技术的加工精度(0.5％薄膜厚度的标准差)，如果仅依赖沉积工艺本身的均匀度，目前不能制造出具有合适加工良率的CRF。进一步来说，滤波器的带宽由退耦层决定，下部谐振器(位于空气腔和上部谐振器之间)的频率范围将滤波器通带频率限制在很严格的范围内。上部谐振器需要调整使其频率接近下部谐振器频率，而且仅仅调整上部谐振器不会改变滤波器的中心频率或者带宽。
因此，提供坚固和低成本的制造方法来解决谐振滤波器件在特定环境一在大基底或晶圆上生产过程中薄膜厚度分布不均匀的问题是有利且合理的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以大规模制造具有高性能的CRF，具有较高加工良率的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法。
本发明所采用的技术方案是：一种声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，包含有第一谐振器、第二谐振器以及在两谐振器之间形成的退耦层的声耦合器件，且第一、第二谐振器都具有上电极、下电极，以及两电极间的压电层而构成的三明治结构，该声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法包含下述步骤：
(a)提供在一部分基底内部或上表面带有牺牲层的基底；
(b)在基底的部分牺牲层上形成第一堆叠区的第一谐振器，以及在基底上形成第二堆叠区的第一谐振器，这样第一堆叠区的第一谐振器和第二堆叠区的第一谐振器相远离；
(c)在第二堆叠区下方形成空气腔；
(d)在第二堆叠区进行第一次测量；
(e)根据第一次测量调整第一堆叠区的第一谐振器的顶部电极；
(f)分别在第一、第二堆叠区的第一谐振器上形成退耦层；
(g)分别在第一、第二堆叠区的退耦层上形成第二谐振器；
(h)在第一堆叠区或第二堆叠区进行第二次测量；
(i)根据第二次测量结果调整第一堆叠区第二谐振器顶部电极，以实现理想的器件性能。
还包括有分别在第一堆叠区的第二谐振器顶部电极上和第二堆叠区的第二谐振器顶部电极上形成钝化层这一步骤。
还包括有根据第二次测量结果调整钝化层这一步骤。
还包括有在第一堆叠区的第二谐振器形成之前移除第一牺牲层以在第一堆叠区下方形成空气腔这一步骤。
所述的第一堆叠区第一谐振器和第二谐振器形成步骤中进一步包含有调整底部电极和/或压电层的过程。
所述的第二堆叠区下方空气腔的形成步骤中还包括有将一部分基底从基底反面刻蚀的过程。
所述的第二堆叠区下方空气腔的形成步骤中还包括有将一部分基底从基底正面刻蚀的过程。
所述的第二堆叠区下方空气腔的形成步骤中还包括有在基底内部或上方形成第二牺牲层，以使第二堆叠区位于第二牺牲层上这一步骤。
所述的位于第二堆叠区下方空气腔的形成步骤包括有：
(a)将一部分基底从基底反面刻蚀；
(b)移除第二牺牲层。
所述的位于第二堆叠区下方空气腔的形成步骤包括有：从基底正面移除第二牺牲层这一过程。
所述的第一次测量决定第二堆叠区第一谐振器的谐振频率；所述的第二次测量涉及引起第一谐振器、第二谐振器的谐振，而且决定第一堆叠区和/或第二堆叠区的电气响应。
所述的第一次测量决定第二堆叠区第一谐振器一层或多层膜的厚度，所述的第二次测量决定第一和/或第二堆叠区第二谐振器一层或多层膜的厚度。
一种声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，具有第一谐振器、第二谐振器以及在两谐振器之间形成的退耦层的声耦合器件，第一、第二谐振器都具有上电极、下电极以及两电极间的压电层而构成的三明治结构，该声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法包含下述步骤：
(a)提供在一部分基底内部或上表面带有第一牺牲层的基底；
(b)在基底的部分牺牲层上形成第一堆叠区的第一谐振器，以及在基底上形成第二堆叠区的第一谐振器，这样第一堆叠区的第一谐振器和第二堆叠区的第一谐振器相远离；
(c)在第二堆叠区下方形成空气腔；
(d)在第二堆叠区进行测量；
(e)根据测量调整第一堆叠区第一谐振器顶部电极；
(f)分别在第一和第二堆叠区上形成第二谐振器。
进一步还包括下述步骤：
(a)分别在第一堆叠区的第一谐振器上和第二堆叠区的第一谐振器上形成退耦层，所述的退耦层至少要具有一层结构；
(b)测量退耦层至少一层的厚度；
(c)根据测得的膜厚度调整第一堆叠区的退耦层；
进一步包括在第一堆叠区的第二谐振器上形成钝化层这一步骤；
进一步还包括下述步骤：
(a)在第一堆叠区或第二堆叠区进行第二次测量；
(b)根据第二次测量结果调整第一堆叠区第二谐振器的顶部电极或钝化层，以达到理想的器件性能。
进一步还包括移除第一牺牲层以在第一堆叠区下方形成空气腔这一步骤：
其中位于第二堆叠区下方空气腔的形成过程包括将一部分基底从基底反面刻蚀的过程。
其中位于第二堆叠区下方空气腔的形成过程包括将一部分基底从基底正面刻蚀的过程。
其中第二堆叠区下方空气腔的形成步骤里包括在基底内部或上方形成第二牺牲层，以使第二堆叠区位于第二牺牲层上这一步骤。
其中第二堆叠区下方空气腔的形成步骤里包括下述步骤：
(a)将一部分基底从基底反面移除；
(b)移除第二牺牲层。
其中位于第二堆叠区下方空气腔的形成过程包含将第二牺牲层从基底正面移除这一步骤。
其中第一次测量决定第二堆叠区第一谐振器的谐振频率，第二次测量第二堆叠区的电气响应。
其中第一次测量决定第二堆叠区第一谐振器一层或多层膜的厚度，第二次测量决定第二堆叠区第二谐振器一层或多层膜的厚度。
一种声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，包括下述步骤：
(a)提供一个基底；
(b)在一部分基底内部或上方形成牺牲层；
(c)在牺牲层上形成第一谐振器，这样第一谐振器的边缘部分延伸在基底上面；
(d)调整第一谐振器的谐振频率，使该谐振频率值在目标频率值的允许误差范围内；
(e)在第一谐振器上形成退耦层；
(f)在退耦层上形成第二谐振器；
(g)移除牺牲层以在第一谐振器下方形成空气腔；
(h)调整第二谐振器以实现器件的理想性能。
其中第一谐振器的形成过程包括下述步骤：
(a)在牺牲层上形成第一电极且延伸在基底上面；
(b)在第一电极上形成第一压电层；
(c)在第一压电层上形成第二电极。
其中第二谐振器的形成过程包括下述步骤：
(a)在退耦层上形成第三电极；
(b)在第三电极上形成第二压电层；
(c)在第二压电层上形成第四电极。
进一步包括在第四电极上形成钝化层这一步骤。
第一谐振器调整前进一步还包括下述步骤：
(a)在基底选择测试区上的多个谐振器下方形成空气腔；
(b)测量测试谐振器的谐振频率；
(c)形成频率不均匀分布图，定义需要调整第二电极厚度的多个第一谐振器的位置。
所述的空气腔的形成过程包括从基底正面移除牺牲层的过程。
所述的空气腔的形成过程包括从基底正面移除基底材料的过程。
所述的空气腔的形成过程包括从基底反面移除基底材料的过程。
所述的空气腔的形成过程包括下述步骤：
(a)将一部分基底材料从基底反面刻蚀；
(b)移除牺牲层材料。
第一谐振器的调整过程包括改变第二电极的厚度以达到预期误差范围内的目标谐振频率值。
在第二谐振器调整过程前，进一步包括有选择地对声耦合器件的测量过程，其中测量结果决定了声耦合器件的电气响应。
其中第二谐振器的调整过程还包含改变该谐振器的第四电极和/或钝化层的厚度以实现滤波器的预期性能。
本发明的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，可最大限度减小由第一谐振器释放过程引起的工艺交叉或污染，使其不会影响到第二谐振器的加工以及整个器件的工作性能。使用本发明中的方法可以大规模制造具有高性能的CRF，具有较高加工良率。本发明所体现的各种形式在高容量市场里及其有利，例如带有CRF的移动手机市场。
附图说明
附图为了详尽体现该专利，连同说明阐述该专利的原理。在附图中尽可能使用相同的号码指示相同或类似的部分，其中：
图1是耦合谐振滤波器(CRF)的剖面结构示意图；
图2A是本发明第一种形式的CRF的制作流程图；
图2B-2G是本发明中第一种形式的CRF制造过程中的剖面结构示意图；
图3A是本发明中第二种形式的CRF的制作流程图；
图3B-3G是本发明中第二种形式的CRF制造过程中的剖面结构示意图；
图4A是本发明中第三种形式的CRF的制作流程图；
图4B-4H是本发明中第三种形式的CRF制造过程中的剖面结构示意图；
图5A是本发明中第四种形式的CRF的制造流程图；
图5B-5G是本发明中第四种形式的CRF制造过程中的剖面结构示意图；
图6是本发明中第一种形式的调整过的CRF的实验特性；
图7和图8是两个未经调整的CRF的实验特性，其中顶部和底部谐振器的谐振频率不匹配。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法做出详细说明。
本发明将通过下面的各种形式连同参考附图进行更加详细的描述，本发明的各种体现形式将在此进行展示。本发明存在很多体现形式，然而本发明不局限于这里给出的四种不同的实例体现。而且，这些形式的提供是为了使本发明技术被更好的说明和理解，而且向熟悉此领域的人们充分表达出本发明的范围。相同的参考符号指代相同的结构部分。
在下文中，将通过参考附图1-8对本发明进行更为详尽具体的描述。依据本发明的目的，正如在此详细描述的，本发明从一方面来讲涉及到制造声耦合器件的方法。声耦合器件的一个例子，耦合谐振滤波器(CRF)，将在下面的实例中描述。在一个实例中，CRF包括一个底部谐振器和一个堆叠耦合在底部谐振器上的顶部谐振器。实际情况下，CRF中的两个耦合谐振器的谐振频率应该良好匹配以实现理想的电气响应。为此，需要用到至少两次频率校正步骤(分别在第一顶部电极和第二顶部电极沉积过程之后进行)来补偿偏差，如本发明第一种形式中调整沉积过程中薄膜的厚度。
本发明一方面涉及到多个CRF中单独CRF的晶圆级调整，这样减小滤波器之间特性的差异，如通带中心频率、带宽和插入损耗，而且分别提出了相应的设计目标。薄膜型BAW滤波器实例中，在退耦层和第二谐振器形成前会在多个具有代表性的第一谐振器下面形成空气腔。因此这些经过释放的谐振器的谐振频率可以通过电气方法测量。根据测量得到的频率分布数据，可以在第二谐振器制作之前调节其他未经释放的谐振器设定目标内的谐振频率(如通过离子束刻蚀移除材料)。这种方法可最大限度减小由第一谐振器释放过程引起的工艺交叉或污染，使其不会影响到第二谐振器的加工以及整个器件的工作性能。使用本发明中的方法可以大规模制造高性能CRF，且具有较高的加工良率。本发明所体现的形式在高容量市场里极其有利，如带有CRF的移动手机市场。
参考图1，大体展示了本发明第一种形式CRF100的结构。CRF100包括底部谐振器120，退耦层130，介电层132和顶部谐振器140。底部谐振器120在基底110上形成，这样空气腔112是由基底110上表面111释放形成在底部谐振器120的下方。退耦层130和介电层132在底部谐振器120和顶部谐振器140间从而构成三明治结构。
底部谐振器120包括第一电极122、压电层124和第二电极126。压电层124夹在第一电极122与第二电极126之间。顶部谐振器140与底部谐振器120结构上很相似，具有第一电极142、第二电极146和压电层144，压电层144夹在第一电极142和第二电极146中间形成三明治结构。
CRF100进一步包括在顶部谐振器140的第二电极146上形成的钝化层150。
第一电极122、142和第二电极126、146可由下述材料制作：金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铅(Pt)、钌(Rn)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)或钛(Ti)，但并不局限于以上材料。
压电层124、144可由下述材料制作，如：氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、石英(quartz)、铌酸锂(LiNbO3)，铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)。
CRF100的工作性能由顶部和底部谐振器的频率及其每层膜的厚度决定。为了满足工作性能的公差，本发明在制造过程中提供了调整过程。如果没有调整过程，晶圆上只有较小数量的CRF能满足规范要求，加工良率会很低。参考图6，CRF的传递特性由上方曲线描述，其具有60MHz的通带宽度(2110-2170MHz)，CRF顶部谐振器和底部谐振器的阻抗曲线分别如中间和下方的曲线所示。CRF的通带位置由顶部和底部谐振器的谐振频率决定。当顶部谐振器和底部谐振器谐振频率良好匹配时，在通带内的滤波器性能是最佳的，特别是传输插入损耗是最小的。如图7所示，当两个谐振器的谐振频率从原始频率(大约为2170MHz)向相反方向偏离相同数值(即10兆赫兹)时，很显然频率不再匹配导致滤波器插入损耗和通带响应恶化，然而滤波器通带的右上角的位置几乎没有变化(在两谐振器的并联谐振频率之间)。相似的结果可以在图8中观察到。底部谐振器关于谐振频率的任何误差都会直接影响滤波器的通带插入损耗，因此在CRF堆叠区其他结构形成前需要调整底部谐振器达到理想频率值。相应地，CRF的顶部谐振器也需要调整使其频率值与底部谐振器谐振频率值相匹配。
在一个实例中，目标谐振器调整过程可以基于一个额外的反馈CRF进行。在目标CRF的制造过程中，反馈CRF以相同的制造过程在目标CRF附近制作，这样可以使两个CRF在结构和功能上都相同或相似。同时，反馈CRF的测量在底部谐振器和顶部谐振器形成时进行。测量包括：顶部和底部谐振器的频率，和/或顶部和底部谐振器的每一层的厚度。具体测量内容不局限于上述内容。正如下面将阐述的，目标CRF包括第一堆叠区，反馈CRF包括第二堆叠区。
本发明第一种形式的CRF的大体制造过程如图2A-2G所示。图2A展示了第一种形式CRF的制造流程图，图2B-2G则展示了制造过程中CRF的结构示意图。
首先，步骤S201，提供带有从其上表面211释放的空气腔212的基底210，如图2B所示。在基底210的上表面211经过刻蚀形成预定模式的空气腔212。
接下来，步骤S202，将空气腔212填充牺牲层214，如图2C所示。具体来说，牺牲层214可以使用氧化硅(silicon oxide)、多晶硅(polysilicon)、金属(metal)及聚合物(polymer)中的一种，经过溅射工艺、CVD工艺、PVD工艺、旋涂或其他相近的工艺沉积在空气腔212里。
步骤S203，分别在基底210上形成第一堆叠区200a的底部谐振器220a和第二堆叠区200b的底部谐振器220b，如图2D所示。具体地，第一堆叠区200a的第一电极222a和第二堆叠区200b的第一电极222b通过沉积工艺分别在牺牲层214和基底上表面211上形成。第一电极222a和第一电极222b相距适当的距离。然后，压电层224a沉积在第一电极222a上，另一压电层224b沉积在第一电极222b上。膜厚度的调整过程适宜在第一电极222a和222b上和/或压电层224a和224b上进行以减少生产过程中膜厚度的不均匀性。之后，第二电极226a沉积在压电层224a上，第二电极226b沉积在压电层224b上，这样分别形成了第一堆叠区200a的底部谐振器220a和第二堆叠区200b的底部谐振器220b。
步骤S204如图2E所示，第二堆叠区200b的第一电极222b下方的缺口216是通过适当的刻蚀工艺如干法刻蚀从基底背面215刻蚀形成。
然后，步骤S205，对第二堆叠区200b进行测量以估量谐振频率和膜的厚度。
接着，步骤S206，根据测量结果在第一堆叠区200a进行调整。比如，经过测量得到第二堆叠区200b的谐振频率之后，第二电极226a的目标厚度可以根据第二堆叠区200b的谐振频率计算得出。然后进行调整过程，调整第二电极226a的厚度以达到目标厚度。如果第二电极226a的调整前厚度大于目标厚度，则使用例如离子束刻蚀工艺以减小第二电极226a的厚度。如果第二电极226a的调整前厚度小于目标厚度，则采用如沉积工艺增加第二电极226a的厚度。
再后来，第一堆叠区200a的剩余部分在底部谐振器220a上形成。步骤S207如图2F所示，介电层232a和退耦层230a采用CVD工艺沉积在第二电极226a上。然后，进行调整过程，调整退耦层230a的厚度达到目标厚度，目标厚度根据预定的带宽决定的。接下来，包括第一电极242a、压电层244a和第二电极246a的顶部谐振器240a在退耦层230a上沉积形成。
在这个实例中，第二堆叠区200b的剩余部分(退耦层230b、介电层232b和顶部谐振器240b)可能伴随着退耦层230a、介电层232a和顶部谐振器240a的形成而形成，因此测量第二堆叠区200b的剩余部分可以为第一堆叠区200a剩余部分的调整提供一个调整目标。
然后，步骤S208如图2G所示，为了形成薄膜型谐振器结构，空气腔212通过刻蚀技术移除牺牲层214，这样可以防止声波在基底210中传播。
这时，第一堆叠区200a可以被认为是一个CRF，但是其谐振频率可能仍然是不准确的。在步骤S209，为了提高性能，根据第一堆叠区200a的测量结果可能会在CRF顶层进行进一步的调整。第二电极246a的厚度会根据预定的滤波器特性进行调整。更好的方法为在第二电极246a上沉积一钝化层。钝化层也可以依据预定的滤波器特性进行调整。
尽管这个实例仅仅描述了基底上的两个堆叠区，在另一种形式里，多于两个的堆叠区在大基底如晶圆上形成。根据上述实例的实质，一个缺口会在多个堆叠区中的一个下方形成。将对缺口上方的堆叠区进行测量，基于该测量结果可以计算得到其他堆叠区的调整目标。然后，其余的堆叠区可以同时进行调整。
本发明第二种形式的CRF的大体制造过程如图3A-3G所示。图3A展示了第二种形式CRF的制造流程图，图3B-3G则展示了制造过程中CRF的结构示意图。
首先，步骤S301，提供带有空气腔312的基底310，如图3B所示。在基底310的上表面311经过刻蚀形成预定模式的空气腔312。
接下来，步骤S302，将空气腔312填充牺牲层314，如图3C所示。具体来说，牺牲层314可以使用氧化硅(silicon oxide)、多晶硅(polysilicon)、金属(metal)、聚合物(polymer)等中的一种，经过溅射工艺、CVD工艺、PVD工艺、旋涂或其他相近的工艺沉积在空气腔312里。
步骤S303，在基底310上形成第一堆叠区300a的底部谐振器320a和第二堆叠区300b的底部谐振器320b，如图3D所示。具体地，第一堆叠区300a的第一电极322a和第二堆叠区300b的第一电极322b通过沉积工艺分别在牺牲层314和基底上表面311上形成。第一电极322a和第一电极322b相距适当的距离。然后，压电层324a沉积在第一电极322a上，另一压电层324b沉积在第一电极322b上。膜厚度的调整过程适宜在第一电极322a和322b上和/或压电层324a和324b上进行以减少生产过程中膜厚度的不均匀性。之后，第二电极326a沉积在压电层324a上，第二电极326b沉积在压电层324b上，这样分别形成了第一堆叠区300a的底部谐振器320a和第二堆叠区300b的底部谐振器320b。
步骤S304如图3E所示，第二堆叠区300b第一电极322b下方的缺口316是通过适当的刻蚀工艺如各向同性刻蚀在基底310上表面311形成。
然后，步骤S305，对第二堆叠区300b进行测量以估量谐振频率和膜的厚度。
接着，步骤S306，根据测量结果在第一堆叠区300a进行调整。比如，经过测量得到第二堆叠区300b的谐振频率之后，第二电极326a的目标厚度可以根据第二堆叠区300b的谐振频率计算得出。然后进行调整过程，调整第二电极326a的厚度以达到目标厚度。如果第二电极326a的调整前厚度大于目标厚度，则使用例如离子束刻蚀工艺以减小第二电极326a的厚度。如果第二电极326a的调整前厚度小于目标厚度，则采用沉积工艺增加第二电极326a的厚度。
再后来，在底部谐振器320a上形成第一堆叠区300a的剩余部分。步骤S307如图3F所示，介电层332a和退耦层330a采用CVD工艺沉积在第二电极326a上。然后，进行调整过程，调整退耦层330a的厚度达到目标厚度，目标厚度是根据预定的带宽决定的。接下来，包括第一电极342a、压电层344a和第二电极346a的顶部谐振器340a在退耦层330a上沉积形成。
在这个实例中，第二堆叠区300b的剩余部分(退耦层330b、介电层332b和顶部谐振器340b)可能伴随着退耦层330a、介电层332a和顶部谐振器340a的形成而形成，因此测量第二堆叠区300b的剩余部分可以为第一堆叠区300a剩余部分的调整提供一个调整目标。
然后，在步骤S308，为了形成薄膜型谐振器结构，通过刻蚀技术移除第一牺牲层314形成空气腔312，这样可以防止声波在基底310中传播，如图3G所示。
这时，第一堆叠区300a可以被认为是一个CRF，但是其谐振频率可能仍然是不准确的。在步骤S309，为了提高性能，将会做进一步的调整。第二电极346a的厚度会根据预定的滤波器特性进行调整。更好的方法为在第二电极346a上沉积一钝化层。钝化层也可以依据预定的滤波器特性进行调整。
尽管这个实例仅仅描述了基底上的两个堆叠区，在了另一种形式里，多于两个的堆叠区在大基底如晶圆上形成。根据上述实例的实质，一个缺口会在多个堆叠区中的一个下方形成。将对这个堆叠区进行测量，基于该测量结果可以计算得到其他堆叠区的预定目标。然后，其余的堆叠区可以同时进行调整。
本发明第三种形式的CRF的大体制造过程如图4A-4H所示。图4A展示了第三种形式CRF的制造流程图，图4B-4H则展示了制造过程中CRF的结构示意图。
首先，步骤S401，提供在其上表面带有第一空气腔412和第二空气腔418的基底410，如图4B所示。在基底410的上表面411经过刻蚀形成预定模式的第一空气腔412和第二空气腔418。
接下来，步骤S402，将第一空气腔412和第二空气腔418分别填充第一牺牲层414和第二牺牲层419，如图4C所示。具体来说，牺牲层414可以使用氧化硅(silicon oxide)、多晶硅(polysilicon)、金属(metal)、聚合物(polymer)中的一种，经过溅射工艺、CVD工艺、PVD工艺、旋涂或其他相近的工艺沉积在第一空气腔412里。第二牺牲层419可以用相同方式沉积在第二空气腔418里。
步骤S403，在基底410的背面415通过湿法刻蚀工艺形成第二牺牲层419下方的缺口416，如图4D所示。
步骤S404，在基底410上形成第一堆叠区400a的底部谐振器420a和第二堆叠区400b的底部谐振器420b，如图4E所示。具体地，第一堆叠区400a的第一电极422a和第二堆叠区400b的第一电极422b通过沉积工艺分别在第一牺牲层414和第二牺牲层419上形成。第一电极322a和第一电极322b相距适当的距离。然后，压电层424a沉积在第一电极422a上，另一压电层424b沉积在第一电极422b上。膜厚度的调整过程适宜在第一电极422a和422b上和/或压电层424a和424b上进行以减少生产过程中膜厚度的不均匀性。之后，第二电极426a沉积在压电层424a上，第二电极426b沉积在压电层424b上。
尽管如图4D(步骤S403)和图4E(步骤S404)所示，形成缺口416的刻蚀过程在底部谐振器420a和420b沉积形成前进行。刻蚀过程和沉积过程是可以交换的。这就是说，沉积过程可以在刻蚀过程开始前进行。
在步骤S405，移除第二牺牲层419，使第二空气腔418和缺口416相连，如图4F所示。
然后，步骤S406，对第二堆叠区400b进行测量以估量谐振频率和膜的厚度。
接着，步骤S407，根据测量结果在第一堆叠区400a进行调整。比如，经过测量得到第二堆叠区400b的谐振频率之后，第二电极426a的目标厚度可以根据第二堆叠区400b的谐振频率计算得出。然后进行调整过程，调整第二电极426a的厚度以达到目标厚度。如果第二电极426a的调整前厚度大于目标厚度，则使用离子束刻蚀工艺以减小第二电极426a的厚度。如果第二电极426a的调整前厚度小于目标厚度，则采用沉积工艺增加第二电极426a的厚度。
再后来，第一堆叠区400a的剩余部分在底部谐振器420a上形成。在步骤S408，介电层432a和退耦层430a采用CVD工艺沉积在第二电极426a上，如图4G所示。然后，进行调整过程，调整退耦层430a的厚度达到目标厚度，此目标厚度是根据预定的带宽决定的。接下来，包括第一电极442a、压电层444a和第二电极446a的顶部谐振器440a在退耦层430a上沉积形成。
在这个实例中，第二堆叠区400b的剩余部分(退耦层430b、介电层432b和顶部谐振器440b)可能伴随着退耦层430a、介电层432a和顶部谐振器440a的形成而形成，因此测量第二堆叠区400b的剩余部分可以为第一堆叠区400a剩余部分的调整提供一个调整目标。
然后，步骤S409如图4H所示，为了形成薄膜型谐振器结构，空气腔412通过刻蚀技术移除第一牺牲层414，这样可以防止声波在基底410中传播。
这时，第一堆叠区400a可以被认为是一个CRF，但是其谐振频率可能仍然是不准确的。在步骤S410，为了提高性能，会做进一步的调整。第二电极446a的厚度会根据预定的滤波器特性进行调整。更好的方法为在第二电极446a上沉积一钝化层。钝化层也可以依据预定的滤波器特性进行调整。
尽管这个实例仅仅描述了基底上的两个堆叠区，但在另一实例里，多于两个的堆叠区在大基底如晶圆上形成。根据上述实例的实质，一个缺口会在多个堆叠区中的一个下方形成。将对缺口上方的堆叠区进行测量，基于该测量结果可以计算得到其他堆叠区的预定目标。然后，其余的堆叠区可以同时进行调整。
本发明第四种形式的CRF的大体制造过程如图5A-5G所示。图5A展示了第四种形式CRF的制造流程图，图5B-5G则展示了制造过程中CRF的结构示意图。
首先，步骤S501，提供带有第一空气腔512和第二空气腔518的基底510，如图5B所示。在基底510的上表面511经过刻蚀形成预定模式的第一空气腔512和第二空气腔518。
接下来，步骤S502，将第一空气腔512和第二空气腔518分别填充第一牺牲层514和第二牺牲层519，如图5C所示。具体来说，第一牺牲层514可以使用氧化硅(silicon oxide)、多晶硅(polysilicon)、金属(metal)及聚合物(polymer)中的一种，经过溅射工艺、CVD工艺、PVD工艺、旋涂或其他相近的工艺沉积在第一空气腔512里。第二牺牲层519可以用相同方式沉积在第二空气腔518里。
步骤S503，第一堆叠区500a的底部谐振器520a和第二堆叠区500b的底部谐振器520b在基底510上形成，如图5D所示。具体地，第一堆叠区500a的第一电极522a和第二堆叠区500b的第一电极522b通过沉积工艺分别在第一牺牲层514和第二牺牲层519上形成。然后，压电层524a沉积在第一电极522a上，另一压电层524b沉积在第一电极522b上。膜厚度的调整过程适宜在第一电极522a和522b上和/或压电层524a和524b上进行以减少生产过程中膜厚度的不均匀性。之后，第二电极526a沉积在压电层524a上，第二电极526b沉积在压电层524b上。
步骤S504，从基底正面将第二牺牲层519从缺口516中移除，如图5E所示。
步骤S505，在第二堆叠区500b进行测量用以估量谐振频率和膜的厚度。
接着，步骤S506，根据测量结果对第一堆叠区500a进行调整。比如，经过测量得到第二堆叠区500b的谐振频率之后，第二电极526a的目标厚度可以根据第二堆叠区500b的谐振频率计算得出。然后进行调整过程，调整第二电极526a的厚度以达到目标厚度。如果第二电极526a的调整前厚度大于目标厚度，则使用离子束刻蚀工艺以减小第二电极526a的厚度。如果第二电极526a的调整前厚度小于目标厚度，则采用沉积工艺增加第二电极526a的厚度。
接下来，在底部谐振器520a上形成第一堆叠区500a的剩余部分。步骤S507如图5F所示。介电层532a和退耦层530a采用CVD工艺沉积在第二电极526a上。然后，调整过程，调整退耦层530a的厚度达到目标厚度，此目标厚度是根据预定的带宽决定的。接下来，包括第一电极542a、压电层544a和第二电极546a的顶部谐振器540a在退耦层530a上沉积形成。
在这个实例中，第二堆叠区500b的剩余部分(退耦层530b、介电层532b和顶部谐振器540b)可能伴随着退耦层530a、介电层532a和顶部谐振器540a的形成而形成，因此测量第二堆叠区500b的剩余部分可以为第一堆叠区500a剩余部分的调整提供一个调整目标。
然后，在步骤S508，为了形成薄膜型谐振器结构，空气腔512通过刻蚀技术移除第一牺牲层514，这样可以防止声波在基底510中传播，如图5G所示。
这时，第一堆叠区500a可以被认为是一个CRF，但是其谐振频率可能仍然是不准确的。在步骤S509，为了提高性能，会进行进一步的调整。第二电极546a的厚度会根据预定的滤波器特性进行调整。更好的方法为在第二电极546a上沉积一钝化层。钝化层也可以依据预定的滤波器特性进行调整。
尽管这个实例仅仅描述了基底上的两个堆叠区，在另一个实例里，多于两个的堆叠区在大基底如晶圆上形成。根据上述实例的实质，一个缺口会在多个堆叠区中的一个下方形成。将对缺口上方的堆叠区进行测量，基于该测量结果可以计算得到其他堆叠区的调整目标。然后，其余的堆叠区可以同时进行调整。
本发明列举了多个CRF中单独CRF的晶圆级调整方法，以减小滤波器之间特性的差异，如通带中心频率，带宽和插入损耗，而且提出了相应的设计目标。薄膜型BAW滤波器实例中，在退耦层和第二谐振器形成前会在多个具有代表性的第一谐振器下面形成空气腔。因此这些经过释放的谐振器的谐振频率可以通过电气方法测量。根据测量得到的频率分布数据，可以在形成第二谐振器之间调节其他未经释放的谐振器设定目标内的谐振频率(如通过离子束刻蚀移除材料)。这种方法可最大限度减小由第一谐振器释放过程引起的工艺交叉或污染，使其不会影响到第二谐振器的加工以及整个器件的工作性能。使用本发明中的方法可以大规模制造具有高性能的CRF，具有较高加工良率。本发明所体现的各种形式在高容量市场里及其有利，例如带有CRF的移动手机市场。
上述对本发明中几种形式的描述的目的仅仅是为了说明，这些说明不是很详尽，不会限制发明的确切形式。鉴于本发明，可以做出许多修改和变化。
实例的选择和描述是为了解释本发明的原理和实际应用，以便使熟悉该领域的人使用本发明和各种实例，并根据特定用途进行适当的修改。不偏离本发明精神和范围，熟悉该领域的人对实例进行改变是很容易的。因此，本发明的范围由附加权利要求定义，而不是由上述描述和其中讨论的实例决定。
Claims (36)
1.一种声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，包含有第一谐振器、第二谐振器以及在两谐振器之间形成的退耦层的声耦合器件，且第一、第二谐振器都具有上电极、下电极，以及两电极间的压电层而构成的三明治结构，其特征在于，该声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法包含下述步骤：
（a）提供在一部分基底内部或上表面带有牺牲层的基底；
（b）在基底的部分牺牲层上形成第一堆叠区的第一谐振器，以及在基底上形成第二堆叠区的第一谐振器，这样第一堆叠区的第一谐振器和第二堆叠区的第一谐振器相远离；
（c）在第二堆叠区下方形成空气腔；
（d）在第二堆叠区进行第一次测量；
（e）根据第一次测量调整第一堆叠区的第一谐振器的顶部电极；
（f）分别在第一第二堆叠区的第一谐振器上形成退耦层；
（g）分别在第一、第二堆叠区的退耦层上形成第二谐振器；
（h）在第一堆叠区或第二堆叠区进行第二次测量；
（i）根据第二次测量结果调整第一堆叠区第二谐振器顶部电极，以实现理想的器件性能。
2.根据权利要求1所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，还包括有分别在第一堆叠区的第二谐振器顶部电极上和第二堆叠区的第二谐振器顶部电极上形成钝化层这一步骤。
3.根据权利要求2所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，还包括有根据第二次测量结果调整钝化层这一步骤。
4.根据权利要求1所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，还包括有在第一堆叠区的第二谐振器形成之前移除第一牺牲层以在第一堆叠区下方形成空气腔这一步骤。
5.根据权利要求1所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的第一堆叠区第一谐振器和第二谐振器形成步骤中进一步包含有调整底部电极和/或压电层的过程。
6.根据权利要求1所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的第二堆叠区下方空气腔的形成步骤中还包括有将一部分基底从基底反面刻蚀的过程。
7.根据权利要求1所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的第二堆叠区下方空气腔的形成步骤中还包括有将一部分基底从基底正面刻蚀的过程。
8.根据权利要求1所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的第二堆叠区下方空气腔的形成步骤中还包括有在基底内部或上方形成第二牺牲层，以使第二堆叠区位于第二牺牲层上这一步骤。
9.根据权利要求8所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的位于第二堆叠区下方空气腔的形成步骤包括有：
（a）将一部分基底从基底反面刻蚀；
（b）移除第二牺牲层。
10.根据权利要求8所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的位于第二堆叠区下方空气腔的形成步骤包括有：从基底正面移除第二牺牲层这一过程。
11.根据权利要求1所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的第一次测量决定第二堆叠区第一谐振器的谐振频率；所述的第二次测量涉及引起第一谐振器、第二谐振器的谐振，而且决定第一堆叠区和/或第二堆叠区的电气响应。
12.根据权利要求1所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的第一次测量决定第二堆叠区第一谐振器一层或多层膜的厚度，所述的第二次测量决定第一和/或第二堆叠区第二谐振器一层或多层膜的厚度。
13.一种声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，具有第一谐振器、第二谐振器以及在两谐振器之间形成的退耦层的声耦合器件，第一、第二谐振器都具有上电极、下电极以及两电极间的压电层而构成的三明治结构，其特征在于，该声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法包含下述步骤：
（a）提供在一部分基底内部或上表面带有第一牺牲层的基底；
（b）在基底的部分牺牲层上形成第一堆叠区的第一谐振器，以及在基底上形成第二堆叠区的第一谐振器，这样第一堆叠区的第一谐振器和第二堆叠区的第一谐振器相远离；
（c）在第二堆叠区下方形成空气腔；
（d）在第二堆叠区进行第一次测量；
（e）根据第一次测量调整第一堆叠区第一谐振器顶部电极；
（f）分别在第一和第二堆叠区上形成第二谐振器。
14.根据权利要求13所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，进一步还包括下述步骤：
（a）分别在第一堆叠区的第一谐振器上和第二堆叠区的第一谐振器上形成退耦层，所述的退耦层至少要具有一层结构；
（b）测量退耦层至少一层的厚度；
（c）根据测得的膜厚度调整第一堆叠区的退耦层。
15.根据权利要求14所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，进一步包括在第一堆叠区的第二谐振器上形成钝化层这一步骤。
16.根据权利要求15所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，进一步还包括下述步骤：
（a）在第一堆叠区或第二堆叠区进行第二次测量；
（b）根据第二次测量结果调整第一堆叠区第二谐振器的顶部电极或钝化层，以达到理想的器件性能。
17.根据权利要求13所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，进一步还包括移除第一牺牲层以在第一堆叠区下方形成空气腔这一步骤。
18.根据权利要求13所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中位于第二堆叠区下方空气腔的形成过程包括将一部分基底从基底反面刻蚀的过程。
19.根据权利要求13所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中位于第二堆叠区下方空气腔的形成过程包括将一部分基底从基底正面刻蚀的过程。
20.根据权利要求13所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中第二堆叠区下方空气腔的形成步骤里包括在基底内部或上方形成第二牺牲层，以使第二堆叠区位于第二牺牲层上这一步骤。
21.根据权利要求20所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中第二堆叠区下方空气腔的形成步骤里包括下述步骤：
（a）将一部分基底从基底反面移除；
（b）移除第二牺牲层。
22.根据权利要求20所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中位于第二堆叠区下方空气腔的形成过程包含将第二牺牲层从基底正面移除这一步骤。
23.根据权利要求16所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中第一次测量决定第二堆叠区第一谐振器的谐振频率，第二次测量决定第一堆叠区和/或第二堆叠区的电气响应。
24.根据权利要求16所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中第一次测量决定第二堆叠区第一谐振器一层或多层膜的厚度，第二次测量决定第一堆叠区和/或第二堆叠区第二谐振器一层或多层膜的厚度。
25.一种声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，包括下述步骤：
（a）提供一个基底；
（b）在一部分基底内部或上方形成牺牲层；
（c）在牺牲层上形成第一谐振器，这样第一谐振器的边缘部分延伸在基底上面；
（d）调整第一谐振器的谐振频率，使该谐振频率值在目标频率值的允许误差范围内；
（e）在第一谐振器上形成退耦层；
（f）在退耦层上形成第二谐振器；
（g）移除牺牲层以在第一谐振器下方形成空气腔；
（h）调整第二谐振器以实现器件的理想性能。
26.根据权利要求25所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中第一谐振器的形成过程包括下述步骤：
（a）在牺牲层上形成第一电极且延伸在基底上面；
（b）在第一电极上形成第一压电层；
（c）在第一压电层上形成第二电极。
27.根据权利要求25所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中第二谐振器的形成过程包括下述步骤：
（a）在退耦层上形成第三电极；
（b）在第三电极上形成第二压电层；
（c）在第二压电层上形成第四电极。
28.根据权利要求27所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，进一步包括在第四电极上形成钝化层这一步骤。
29.根据权利要求25所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，第一谐振器调整前进一步还包括下述步骤：
（a）在基底选择测试区上的多个谐振器下方形成空气腔；
（b）测量测试谐振器的谐振频率；
（c）形成频率不均匀分布图，定义需要调整第二电极厚度的多个第一谐振器的位置。
30.根据权利要求29所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的空气腔的形成过程包括从基底正面移除牺牲层的过程。
31.根据权利要求29所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的空气腔的形成过程包括从基底正面移除基底材料的过程。
32.根据权利要求29所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的空气腔的形成过程包括从基底反面移除基底材料的过程。
33.根据权利要求29所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，所述的空气腔的形成过程包括下述步骤：
（a）将一部分基底材料从基底反面刻蚀；
（b）移除牺牲层材料。
34.根据权利要求25所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，第一谐振器的调整过程包括改变第二电极的厚度以达到预期误差范围内的目标谐振频率值。
35.根据权利要求25所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，在第二谐振器调整过程前，进一步包括有选择地对声耦合器件的测量过程，其中测量结果决定了声耦合器件的电气响应。
36.根据权利要求35所述的声耦合谐振滤波器晶圆级调整方法，其特征在于，其中第二谐振器的调整过程还包含改变该谐振器的第四电极和/或钝化层的厚度以实现滤波器的预期性能。
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