CN106357232B - 多相单向叉指换能器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多相单向叉指换能器的制作方法，属于微电子器件工艺技术领域，通过本发明，在压电基片表面制作若干组相互交错的叉状指电极，组成多相单向叉指换能器的若干个叉指电极周期，各个叉指电极周期中相同位置的指电极连接到同一汇流电极组成同组叉状指电极，每个叉指电极周期中不同位置的指电极连接到不同的汇流电极组成不同组叉状指电极，与非同组汇流电极交叠的指电极相对于汇流电极隔断，隔断区覆盖绝缘隔离层，绝缘隔离层上制作重新连接被隔断指电极的跨接电极，绝缘隔离层和跨接电极的制作采用介质和金属剥离的方法，避免常规的蚀刻工艺对敏感的压电基片表面和金属电极的损伤及由此带来的对声表面波器件性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种多相单向叉指换能器的制作方法，属于微电子器件工艺技术领域。
背景技术
声表面波器件由制作在压电基片表面的输入和输出叉指换能器完成电声-声电转换，实现特定的信号处理功能。叉指换能器由若干个叉指电极周期组成，1个叉指电极周期包含2根或多根相互交错的不同位相的指电极。
原理上输入换能器同时向两个方向激发声表面波，而通常置于其一侧的输出换能器只能接收到一半的声功率，产生固有的3dB损耗。解决这一问题的途径之一是采用单向换能器结构，如群型单向换能器、多相单向换能器等，后者主要有Hartman等提出的三相单向换能器、Krhaholtz等提出的四相单向换能器等。多相单向换能器包括多组相互交错的叉状指电极，连接不同的汇流电极以施加位相互异的电信号，实现声表面波换能器的单向性。
常规上制作在压电基片表面的声表面波换能器是一种平面结构，而对于多相单向换能器结构，非同组的叉状指电极与汇流电极在结构上相互交叠且不相连通，这是常规的平面金属化工艺无法实现的。为了便于利用现有成熟的微电子平面金属化工艺，一般采用引线键合的方法实现叉状指电极相对于非同组汇流电极的跨接（邱庞川等，“声表面波四相单向叉指换能器”，声学学报，Vol.8，No.1，Jan., 1983，pp.22-30；吴锡章等，“三相单向聚能叉指换能器波束压缩声表面波弹性卷积器研制”，压电与声光，No.1，Feb.,1986，pp.12-19）。
Hartman等给出了利用绝缘层隔离跨接（“Wideband UnidirectionalInterdigital Surface Wave Transducer”, IEEE Transactions on Sonics andUltrasonics, Vol.SU-19, No.3, July, 1972, pp.378-381）和空气桥隔离跨接（SurfaceAcoustic Wave Devices for Communications, Proceeding of the IEEE, Vol. 64,No.5, May, 1976, pp.652-671）的三相单向换能器结构的原理图，Krhaholtz等给出了利用绝缘层跨接的四相单向换能器结构的原理图（“Acoustic-Surface-Wave InterdigitalHybrid- Junction Transducers”, IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics,Vol.SU-21, No. l , Jan., 1974, pp.23-32），但均未给出具体的实现方法与步骤。Garrity提出了利用微结构加工技术制作Dielectric crossover实现叉状指电极相对于非同组汇流电极的跨接方法（“Fabrication of SAW Three Phase UnidirectionalTransducers Using Dielectric Crossovers”, Electronics Letters, 29th, April,1993, Vol.29, No.9, pp.801-802），但此方法需要采用介质旋涂，反应离子刻蚀等技术来制作叉状指电极与非同组汇流电极之间的隔离跨接结构，工艺要求高，尤其是刻蚀工序会对敏感的压电基片表面和常规的铝质指电极产生损伤，最终影响声表面波器件功能的实现。专利CN200810224904.7公开了一种基于微机电技术制作声表面波相关器的方法：“在所述两组叉指换能器之间制作空气桥；在空气桥上蒸镀金属薄膜，引出金属电极” 。但采用空气桥跨接的方法对用于制作跨接电极的金属材料的刚度特性具有较高的要求，异于用于制作叉指状电极和汇流电极的金属材料，增加了材料选用的复杂性，而采用牺牲层的方法制作空气桥，存在牺牲层去除不充分，牺牲层材料在其它工艺步骤中的适应性以及牺牲层去除工艺对其它结构材料的不利影响等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种多相单向叉指换能器的制作方法。
本发明的目的是这样实现的，一种多相单向叉指换能器的制作方法，其特征是，包含以下步骤：
（1）在压电基片表面涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除N组叉状指电极的各个指电极及汇流电极所在处的光刻胶胶膜，其中与非同组汇流电极交叠的指电极相对于该汇流电极隔断；
（2）将经步骤（1）表面制作有光刻胶胶膜结构的压电基片再覆盖金属膜；
（3）去除涂覆于压电基片上的光刻胶胶膜，连同去除覆盖于光刻胶胶膜上的金属膜，仅保留上述无光刻胶胶膜区域的N组叉状指电极结构；
（4）将经步骤（3）表面制作有上述N组叉状指电极结构的压电基片再次涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除包含上述指电极相对于汇流电极隔断区的条形区域的光刻胶胶膜；
（5）将经步骤（4）表面制作有光刻胶胶膜结构的压电基片再覆盖绝缘介质层；
（6）去除涂覆于压电基片上的光刻胶胶膜，连同去除覆盖于光刻胶胶膜上的绝缘介质层，仅保留上述无光刻胶胶膜的条形区域的绝缘介质层；
（7）将经步骤（6）表面制作有上述金属膜和绝缘介质层结构的压电基片再次涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除上述条形绝缘介质层上的光刻胶胶膜；
（8）蚀刻使条形绝缘介质层倒角，形成近似圆顶状的条形绝缘隔离凸台；
（9）去除涂覆于压电基片上的光刻胶胶膜并重新涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除待制用于重新连接被隔断指电极的跨接电极所在处的光刻胶胶膜；
（10）将经步骤（9）表面制作有光刻胶胶膜结构的压电基片再覆盖金属膜；
（11）去除涂覆于压电基片上的光刻胶胶膜，连同去除覆盖于光刻胶胶膜上的金属膜，仅保留上述无光刻胶胶膜区域的连接被隔断指电极的跨接电极，得到N相单向叉指换能器，即多相单向叉指换能器。
所述N≥3。
所述金属膜为铝或者铝铜合金。
所述绝缘介质层为氮化硅或者二氧化硅。
所述金属膜的制作方法为磁控溅射，或者电子束蒸发。
所述绝缘介质层的制作方法为磁控溅射，或者PECVD，或者LPCVD。
所述条形绝缘介质层的倒角蚀刻方法为腐蚀液湿法蚀刻，或者反应离子干法刻蚀。
本发明方法先进科学，通过本发明，技术方案为，压电基片表面制作N组相互交错的叉状指电极，组成N相单向叉指换能器的若干个叉指电极周期，1组叉状指电极包含若干根指电极及其汇流电极，1个叉指电极周期包含N根不同位相的指电极，各个叉指电极周期中相同位置的指电极连接到同一汇流电极组成同组叉状指电极，每个叉指电极周期中不同位置的指电极连接到不同汇流电极组成不同组叉状指电极，在非同组的指电极与汇流电极交叠区制作绝缘隔离层，具体实现步骤如下：
（1）压电基片表面涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除N组叉状指电极的各个指电极及汇流电极所在处的光刻胶胶膜；（2）覆盖金属膜；（3）去除光刻胶胶膜，连同去除覆盖其上的金属膜，仅保留N组叉状指电极的各个指电极及汇流电极，其中与非同组汇流电极交叠的指电极相对于该汇流电极隔断；（4）涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除包含非同组的指电极与汇流电极交叠区的条形区域的光刻胶胶膜；（5）覆盖绝缘介质层；（6）去除光刻胶胶膜，连同去除覆盖其上的绝缘介质层，仅保留上述无光刻胶胶膜区域的条形绝缘介质层；（7）涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除上述条形绝缘介质层上的光刻胶胶膜；（8）蚀刻使条形绝缘介质层倒角，形成近似圆顶状的条形绝缘隔离凸台；（9）去除光刻胶胶膜并重新涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除待制用于重新连接被隔断指电极的跨接电极所在处的光刻胶胶膜；（10）覆盖金属膜；（11）去除光刻胶胶膜，连同去除覆盖其上的金属膜，仅保留连接被隔断指电极的跨接电极。优选的，金属膜材料为铝，或者一定配比的铝铜合金；绝缘介质层材料为氮化硅，或者二氧化硅；所述金属膜的制作方法为磁控溅射，或者电子束蒸发；绝缘介质层的制作方法为磁控溅射，或者PECVD，或者LPCVD；条形绝缘介质层的倒角蚀刻方法为腐蚀液湿法蚀刻，或者反应离子干法刻蚀；
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明采用绝缘介质隔离凸台以及制作于其上的跨接电极实现多相单向叉指换能器中相互交叠的非同组叉状指电极与汇流电极的隔离与跨接，与常规采用键合引线实现叉状指电极相对于非同组汇流电极的跨接方法相比，跨接电极与叉状指电极同质同形，克服了因结构不一致导致阻抗不匹配的缺点，而与采用空气桥跨接结构的方法相比，克服了因空气桥金属结构与叉状指电极及汇流电极对金属材料的不同要求而带来的材料选型复杂性以及牺牲层工艺中的材料残留等问题；
（2）绝缘介质隔离结构和金属电极结构的制作主要采用剥离的方法，而条形绝缘介质层倒角蚀刻工序中，条形绝缘介质层以外的部分为覆盖的光刻胶胶膜所保护，避免了常规的蚀刻工艺对敏感的压电基片表面和金属电极的损伤及由此带来的对声表面波器件性能的影响。
综上，本发明，一种多相单向叉指换能器的制作方法，在压电基片表面制作若干组相互交错的叉状指电极以及汇流电极，每组叉状指电极包含若干个叉状指电极周期，不同组叉状指电极连接不同的汇流电极，与非同组汇流电极交叠的叉状指电极相对于汇流电极隔断，隔断区覆盖绝缘隔离层，绝缘隔离层上制作重新连接被隔断指电极的跨接电极，绝缘隔离层和跨接电极的制作采用介质和金属剥离的方法，避免常规的蚀刻工艺对敏感的压电基片表面和金属电极的损伤及由此产生的对声表面波器件性能的影响。
本发明采用绝缘介质隔离凸台以及制作于其上的跨接电极实现多相单向叉指换能器中相互交叠的非同组叉状指电极与汇流电极的隔离跨接，与常规采用键合引线实现叉状指电极相对于非同组汇流电极的跨接的方法相比，跨接电极与叉状指电极同质同形，克服了因结构不一致导致阻抗不匹配的缺点。其所适用的声表面波滤波器已广泛应用于雷达，移动通讯，无线局域网等军用或民用电子信息领域，市场应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例所述4相单向叉指换能器的结构俯视示意图；
图2是本发明实施例所述4相单向叉指换能器的结构剖视示意图；
图3(a)是本发明实施例中#1掩膜版版图结构示意图；
图3(b) 是本发明实施例中工艺步骤（3）完成后基片表面结构示意图；
图4(a)是本发明实施例中#2掩膜版版图结构示意图；
图4(b) 是本发明实施例中工艺步骤（8）完成后基片表面结构示意图；
图5(a)是本发明实施例中#3掩膜版版图结构示意图。
图5(b) 是本发明实施例中工艺步骤（11）完成后基片表面结构示意图。
图中：1压电基片、2叉状指电极、3叉指电极周期、4条形氮化硅绝缘隔离凸台、5跨接电极、6隔断、21指电极、22汇流电极、211第1根指电极、212第2根指电极、213第3根指电极、214第4根指电极、221第1汇流电极、222第2汇流电极、223第3汇流电极、224第4汇流电极。
具体实施方式
下面结合附图，对最佳实施例进行说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本实施例中，多相单向叉指换能器的制作方法，选择采用的是四相单向叉指换能器的制作方法。如图1、图2、图3(a)、图3(b)、图4(a)、图4(b)、图5(a)和图5(b)所示，一种四相单向叉指换能器的制作方法，压电基片1表面制作4组相互交错的叉状指电极2，组成4相单向叉指换能器的若干个叉指电极周期3，1组叉状指电极2包含若干根指电极21及其汇流电极22，1个叉指电极周期3包含4根不同位相的指电极21，各个叉指电极周期中的第1根指电极211连接至第3汇流电极223组成第1组叉状指电极，各个叉指电极周期中的第2根指电极212连接至第1汇流电极221组成第2组叉状指电极，各个叉指电极周期中的第3根指电极213连接至第4汇流电极224组成第3组叉状指电极，各个叉指电极周期中的第4根指电极214连接至第2汇流电极222组成第4组叉状指电极，在第2组叉状指电极的各个指电极与第2根汇流电极以及第3组叉状指电极的各个指电极与第3根汇流电极的交叠区制作绝缘隔离层4，具体包括以下步骤：
（1）Y36°-X钽酸锂单晶基片表面旋涂正性光刻胶胶膜，用#1掩膜版曝光、显影，仅去除待制4组叉状指电极2的各个指电极21及汇流电极22所在处的光刻胶胶膜；
（2）磁控溅射覆盖含铜1.05%的铝铜合金膜；
（3）去除光刻胶胶膜，连同去除覆盖其上的铝铜合金膜，仅保留待制4组叉状指电极2的各个指电极21及汇流电极22，其中第2组叉状指电极的各个指电极相对于第2汇流电极222隔断6，第3组叉状指电极的各个指电极相对于第3汇流电极223隔断6；
（4）旋涂正性光刻胶胶膜，用#2掩膜版曝光、显影，仅去除包含第2组叉状指电极的各个指电极与第2汇流电极222及第3组叉状指电极的各个指电极与第3汇流电极223交叠区的条形区域的光刻胶胶膜；
（5）磁控溅射覆盖氮化硅层；
（6）去除光刻胶胶膜，连同去除覆盖其上的氮化硅层，仅保留上述无光刻胶胶膜区域的氮化硅层，形成条形氮化硅绝缘介质层；
（7）旋涂正性光刻胶胶膜，用#2掩膜版曝光、显影，仅去除上述条形氮化硅绝缘介质层上的光刻胶胶膜；
（8）磷酸湿法蚀刻，对条状氮化硅绝缘介质层作倒角处理，使其形成近似圆顶状的条形氮化硅绝缘隔离凸台4；
（9）去除光刻胶胶膜并重新涂覆正性光刻胶胶膜，用#3掩膜版曝光、显影，仅去除待制用于重新连接被隔断的第2组叉状指电极的各个指电极和第3组叉状指电极的各个指电极的跨接电极5所在处的光刻胶胶膜；
（10）磁控溅射含铜1.05%的铝铜合金膜；
（11）去除光刻胶胶膜，连同去除覆盖其上的铝铜合金膜，仅保留连接被隔断的第2组叉状指电极的各个指电极和第3组叉状指电极的各个指电极的铝铜合金跨接电极5。
熟知本领域的人士将理解，虽然这里为了便于解释已描述了具体实施例，但是可在不背离本发明精神和范围的情况下做出各种改变。因此，除了所附权利要求之外，不能用于限制本发明。
Claims (7)
1.一种多相单向叉指换能器的制作方法，其特征是，包含以下步骤：
（1）在压电基片表面涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除N组叉状指电极的各个指电极及汇流电极所在处的光刻胶胶膜，其中与非同组汇流电极交叠的指电极相对于该汇流电极隔断；
（2）将经步骤（1）表面制作有光刻胶胶膜结构的压电基片再覆盖金属膜；
（3）去除涂覆于压电基片上的光刻胶胶膜，连同去除覆盖于光刻胶胶膜上的金属膜，仅保留上述无光刻胶胶膜区域的N组叉状指电极结构；
（4）将经步骤（3）表面制作有上述N组叉状指电极结构的压电基片再次涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除包含上述指电极相对于汇流电极隔断区的条形区域的光刻胶胶膜；
（5）将经步骤（4）表面制作有光刻胶胶膜结构的压电基片再覆盖绝缘介质层；
（6）去除涂覆于压电基片上的光刻胶胶膜，连同去除覆盖于光刻胶胶膜上的绝缘介质层，仅保留上述无光刻胶胶膜的条形区域的绝缘介质层；
（7）将经步骤（6）表面制作有上述金属膜和绝缘介质层结构的压电基片再次涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除上述条形绝缘介质层上的光刻胶胶膜；
（8）蚀刻使条形绝缘介质层倒角，形成近似圆顶状的条形绝缘隔离凸台；
（9）去除涂覆于压电基片上的光刻胶胶膜并重新涂覆光刻胶胶膜，光刻仅去除待制用于重新连接被隔断指电极的跨接电极所在处的光刻胶胶膜；
（10）将经步骤（9）表面制作有光刻胶胶膜结构的压电基片再覆盖金属膜；
（11）去除涂覆于压电基片上的光刻胶胶膜，连同去除覆盖于光刻胶胶膜上的金属膜，仅保留上述无光刻胶胶膜区域的连接被隔断指电极的跨接电极，得到N相单向叉指换能器，即多相单向叉指换能器。
2.根据权利要求1所述的多相单向叉指换能器的制作方法，其特征是，所述N≥3。
3.根据权利要求1所述的多相单向叉指换能器的制作方法，其特征是，所述金属膜为铝或者铝铜合金。
4.根据权利要求1所述的多相单向叉指换能器的制作方法，其特征是，所述绝缘介质层为氮化硅或者二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的多相单向叉指换能器的制作方法，其特征是，所述金属膜的制作方法为磁控溅射，或者电子束蒸发。
6.根据权利要求1所述的多相单向叉指换能器的制作方法，其特征是，所述绝缘介质层的制作方法为磁控溅射，或者PECVD，或者LPCVD。
7.根据权利要求1所述的多相单向叉指换能器的制作方法，其特征是，所述条形绝缘介质层的倒角蚀刻方法为腐蚀液湿法蚀刻，或者反应离子干法刻蚀。
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