CN108900173A - 一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器制备方法，具体包括如下步骤：图形化衬底硅片，在所述衬底硅片的第一表面形成凹陷区域和凸起区域；制备二氧化硅覆盖层，覆盖所述衬底硅片的第一表面；平整化所述衬底硅片的第一表面，露出所述凸起区域；在所述凸起区域的上表面制备压电三明治结构；蚀刻所述凸起区域，形成空气隙。本发明采用二氧化硅作为器件的支撑结构，二氧化硅作为绝缘材料，在射频下损耗较小，因此本发明可以选择高阻硅片也可以选择普通硅片，在成本上能够降低；本发明的压电三明治结构生长于衬底硅片本身的单晶硅上，因此晶格匹配较好，有利于生长性能更好的下电极和压电薄膜，有利于改善薄膜体声波谐振器器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜体声波谐振器的制备方法，特别是涉及一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器制备方法。
背景技术
随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求越来越高。在移动通信领域，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代(3G)以多媒体通信为特征，第四代(4G)将通信速率提高到1Gbps、时延减小到10ms，第五代(5G)是4G之后的新一代移动通信技术，虽然5G的技术规范与标准还没有完全明确，但与3G、4G相比，其网络传输速率和网络容量将大幅提升。如果说从1G到4G主要解决的是人与人之间的沟通，5G将解决人与人之外的人与物、物与物之间的沟通，即万物互联，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。
与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。由于频谱有限，为了满足数据率的需求，必须充分利用频谱；同时为了满足数据率的需求，从4G开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各种性能也提出了严格的需求。
在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。随着通信协议越来越复杂，对频带内外的要求也越来越高，使得滤波器的设计越来越有挑战。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，每一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。
目前射频滤波器最主流的实现方式是声表面波滤波器和基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。声表面波滤波器由于其自身的局限性，在1.5GHz以下使用比较合适。然而，目前的无线通讯协议已经早就使用大于2.5GHz的频段，这时必须使用基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。
薄膜体声波谐振器的结构和制备方式已经有很多。在以往的结构和制备方式中，常采用硅做支撑结构，采用PSG作为牺牲层材料，最后通过腐蚀PSG牺牲层形成空气隙。这种结构和制备方法的缺点主要有两个，一是采用硅作为支撑结构，硅作为半导体材料，在射频下存在较大损耗，因此需要选用高阻硅，成本相对较高；二是这种结构和制备方法的压电三明治结构(主体为Mo/AlN/Mo)需要在PSG上生长，而根据已知的经验和晶格匹配的原因，在氧化硅上(PSG是一种掺磷的氧化硅)生长的Mo和AlN薄膜的性能不如在单晶硅上生长的好。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提出一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器制备方法，能够有效避免现有技术存在的问题。具体地，本发明的技术方案如下：
一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
图形化衬底硅片，在所述衬底硅片的第一表面形成凹陷区域和凸起区域；
制备二氧化硅覆盖层，覆盖所述衬底硅片的第一表面；
平整化所述衬底硅片的第一表面，露出所述凸起区域；
在所述凸起区域的上表面制备压电三明治结构；
蚀刻所述凸起区域，形成空气隙。
进一步地，还包括对所述衬底硅片进行清洗的步骤。
进一步地，所述制备二氧化硅覆盖层，包括采用LPCVD或PECVD或热氧化工艺。
进一步地，所述二氧化硅覆盖层的厚度至少大于所述凸起区域的厚度。
进一步地，所述平整化所述衬底硅片的第一表面包括采用化学机械抛光(CMP)工艺。
进一步地，所述压电三明治结构包括叠置的底电极、压电层、顶电极。
进一步地，所述底电极至少部分覆盖所述二氧化硅覆盖层。
进一步地，所述蚀刻所述凸起区域包括采用XeF2干法蚀刻工艺。
进一步地，所述蚀刻所述凸起区域还包括在所述衬底硅片的第一表面甩胶形成保护层。
本发明还提出一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器，根据本发明所提出的制备方法所制备。
本发明具有如下有益技术效果：一是本发明采用二氧化硅作为器件的支撑结构。二氧化硅作为绝缘材料，在射频下损耗较小，因此本发明可以选择高阻硅片也可以选择普通硅片，在成本上能够降低；二是本发明的压电三明治结构生长于基片本身的单晶硅上，因晶格匹配较好，有利于生长性能更好的下电极和压电薄膜，有利于改善薄膜体声波谐振器器件性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的制备工艺流程步骤1，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；
图2为本发明实施例1的制备工艺流程步骤2，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；
图3为本发明实施例1的制备工艺流程步骤3，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；
图4为本发明实施例1的制备工艺流程步骤4，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；
图5为本发明实施例1的制备工艺流程步骤5，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；
图6为本发明实施例1的制备工艺流程步骤6，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；
图7为本发明实施例1的制备工艺流程步骤7，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；
图8为本发明实施例1的制备工艺流程步骤8，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
图1-8为本发明实施例的一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器制备工艺流程图，该制备流程包括：
步骤1：准备单面或双面抛光的硅片100，其中抛光面向上，进行标准清洗。在本实施例中对硅片的导电性能没有特殊要求，无需特意要求为高阻硅片；参见图1，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图。
步骤2：在硅片100的上表面形成凹陷区域200和凸起区域300，凹陷区域200和凸起区域300的形成例如通过旋涂光刻胶并光刻显影图形化形成镂空图形；以图形化后的光刻胶为掩膜，对硅片100的上表面进行干法刻蚀，形成凹陷区域200和硅凸起区域300，其中硅凸起区域300的高度为0.5μm-4μm；该图形化的硅片100表面也可以采用本领域其它适用的蚀刻方式形成；参见图2，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图。
步骤3：在硅片100的上表面沉积二氧化硅层400，沉积方法例如通过LPCVD或PECVD或热氧化，二氧化硅400的厚度要大于硅凸起300的厚度，以完整覆盖硅片100的上表面；本实施例中，硅凸起300的厚度定义为自所述凹陷区域的上表面至同一方向所述硅凸起的上表面的距离；参见图3，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图。
步骤4：对硅片100上表面的二氧化硅进行抛光，使得硅凸起300表面没有二氧化硅，且表面光滑平整，具体地，可以采用CMP工艺；参见图4，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图。
步骤5：在硅片100上表面沉积下电极金属薄膜并图形化为下电极500，该下电极500至少覆盖住凸起区域300；参见图5，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图。
步骤6：在硅片100上表面沉积压电薄膜600，并图形化形成下电极500的接触孔601、硅释放孔602-605；参见图6，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图。
步骤7：在硅片100上表面沉积上电极金属薄膜并图形化为上电极700；参见图7，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图。
步骤8：将硅片甩胶保护并图形化留出硅释放孔602-605，其余部分由光刻胶保护。将硅片放入XeF2刻蚀设备中，用XeF2通过硅释放孔602-605对压电三明治结构下方的硅牺牲层(即硅凸起300)进行刻蚀，使得压电三明治结构下方与硅片100之间形成完全的空气隙800。去除保护光刻胶，完成器件的制备，参见图8，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图。
本实施例中，压电三明治结构的底电极和顶电极的材料可以相同也可以不同，例如包括如下材料及其组合：钨、银、锆、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铜、钛、铬、铪、铝。其中压电薄膜材料包括氮化铝、铌酸锂、钽酸锂、锆钛酸铅、氧化锌、四硼酸锂以及其掺杂薄膜或组合。
本发明不同于现有技术，采用二氧化硅作为器件的支撑结构，二氧化硅作为绝缘材料，在射频下损耗较小，因此本发明可以选择高阻硅片也可以选择普通硅片，在成本上能够降低；本发明采用硅片原有的单晶硅作为牺牲层材料，压电三明治结构生长于基片本身的单晶硅上，因此晶格匹配较好，有利于生长性能更好的下电极和压电薄膜，有利于改善薄膜体声波谐振器器件性能。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
图形化衬底硅片，在所述衬底硅片的第一表面形成凹陷区域和凸起区域；
制备二氧化硅覆盖层，覆盖所述衬底硅片的第一表面；
平整化所述衬底硅片的第一表面，露出所述凸起区域；
在所述凸起区域的上表面制备压电三明治结构；
蚀刻所述凸起区域，形成空气隙。
2.根据权利要求1所述的以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：还包括对所述衬底硅片进行清洗的步骤。
3.根据权利要求1所述的以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述制备二氧化硅覆盖层，包括采用LPCVD或PECVD或热氧化工艺。
4.根据权利要求1或3所述的以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅覆盖层的厚度至少大于所述凸起区域的厚度。
5.根据权利要求1或3所述的以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述平整化所述衬底硅片的第一表面包括采用化学机械抛光(CMP)工艺。
6.根据权利要求1所述的以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述压电三明治结构包括叠置的底电极、压电层、顶电极。
7.根据权利要求6所述的以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述底电极至少部分覆盖所述二氧化硅覆盖层。
8.根据权利要求1所述的以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述蚀刻所述凸起区域包括采用XeF2干法蚀刻工艺。
9.根据权利要求1或8所述的以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述蚀刻所述凸起区域还包括在所述衬底硅片的第一表面甩胶形成保护层。
10.一种以硅为牺牲层的薄膜体声波谐振器，根据权利要求1-9任意一项的制备方法所制备。
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