CN109995342B - 空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，包括如下步骤：牺牲层制备步骤，在支撑衬底的空气隙中依次制备第一牺牲层和第二牺牲层，并使得所述第二牺牲层的上表面与所述支撑衬底的上表面齐平；压电三明治结构制备步骤，在所述牺牲层制备步骤所得到的样品的上表面制备压电三明治结构，该压电三明治结构至少覆盖所述第二牺牲层的上表面；以及牺牲层去除步骤，去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层；其中，所述第一牺牲层的材料为氧化钼，所述第二牺牲层的材料为磷硅玻璃。本发明的制备方法减少了氢氟酸浸泡器件的时间，提高了器件成品率。
Description
技术领域
本发明属于谐振技术领域，尤其涉及一种空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法。
背景技术
无线移动通讯市场的快速发展引起了对0.5GHz-10GHz频段内射频振荡器、滤波器和双工器的极大需求。由于微机电系统(MEMS)射频薄膜体声波谐振器(Film BulkAcoustic Resonator，FBAR)在这些领域的潜在应用前景，使其成为目前研究的一个热点。
薄膜体声波谐振器(FBAR)是最近几年来研究很热的一种采用MEMS技术实现的射频谐振器。它是制作在硅或砷化镓基片上，主要由金属电极/压电薄膜/金属电极构成的一种器件。在某些特定的频率下，FBAR表现出如石英晶体谐振器一样的谐振特性，因此可被搭建成振荡器或滤波器应用于现代通讯系统中。相对于传统的用来构成带通滤波器及微波振荡源的LC振荡器、陶瓷介质谐振器及声表面波(SAW)器件而言，FBAR除了具有小尺寸、低功耗、低插入损耗以及高工作频率(0.5GHz－10GHz)的优点之外，更重要的是它的制备工艺可以与CMOS工艺兼容，因此可与外围电路构成单芯片系统，极大地减小系统的尺寸和功耗。
FBAR主要有三种结构，薄膜型FBAR、空气隙型FBAR以及固贴式(SMR)FBAR。传统的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法中，采用单层磷硅玻璃作为牺牲层材料，对磷硅玻璃的质量要求高，否则在去除牺牲层实现空气隙的过程中需要长时间的氢氟酸浸泡，伴随着氢氟酸浸泡对器件的损坏，长时间浸泡大大降低了器件的成品率。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，包括如下步骤：
牺牲层制备步骤，在支撑衬底的空气隙中依次制备第一牺牲层和第二牺牲层，并使得所述第二牺牲层的上表面与所述支撑衬底的上表面齐平；
压电三明治结构制备步骤，在所述牺牲层制备步骤所得到的样品的上表面制备压电三明治结构，该压电三明治结构至少覆盖所述第二牺牲层的上表面；以及
牺牲层去除步骤，去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层；
其中，所述第一牺牲层的材料为氧化钼，所述第二牺牲层的材料为磷硅玻璃。
根据本发明的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，优选地，所述压电三明治结构制备步骤包括在所述牺牲层制备步骤所得到的样品的上表面依次制备底电极层、压电层和顶电极层。
根据本发明的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，优选地，所述底电极层和所述顶电极层的材料为如下材料中的一种或多种：钼、铂、金、铝。
根据本发明的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，优选地，所述压电层采用氮化铝、钽酸锂、锆钛酸铅或氧化锌。
根据本发明的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，优选地，采用氢氟酸去除磷硅玻璃牺牲层，采用去离子水去除氧化钼牺牲层。
根据本发明的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，优选地，所述氧化钼牺牲层的厚度大于所述磷硅玻璃牺牲层的厚度。
根据本发明的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，优选地，还包括抛光步骤，用于抛光所述第二牺牲层的上表面以与所述支撑衬底的上表面齐平。
本发明还提供了一种采用根据本发明的制备方法制备的空气隙型薄膜体声波谐振器，包括支撑衬底、设置在所述支撑衬底中的空气隙、在所述支撑衬底的上表面覆盖所述空气隙的压电三明治结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于制备过程中减少了氢氟酸浸泡器件的时间，降低氢氟酸损坏器件的几率，提供了器件的成品率。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1A-1H为根据本发明实施例的制备空气隙型薄膜体声波谐振器的工艺流程图；以及
图2示出根据本发明实施例的制备空气隙型薄膜体声波谐振器的总的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一实施例
该第一实施例提供一种空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，参见图1A-1H所示的制备空气隙型薄膜体声波谐振器的工艺流程图，其包括如下步骤：
步骤一：标准RCA清洗厚度为500μm、晶向为100、电阻率为1-10Ω·cm的双面抛光硅片，在其表面旋涂光刻胶，然后利用紫外光刻工艺形成空气隙的窗口，再利用干法刻蚀工艺刻蚀硅片形成凹陷部分(空气隙)200，最后去除光刻胶形成支撑衬底100，得到如图1A所示的结构，在刻蚀空气隙的同时，还在空气隙外围刻蚀至少一个释放孔(图中未示出)，释放孔连通至空气隙，用于在后面的步骤八中注入释放液体以去除牺牲层。
步骤二：借助硅阴影掩膜版201，利用反应磁控溅射技术在空气隙200中制备氧化钼牺牲层300，得到如图1B所示的结构。
步骤三：利用等离子体增强化学气相沉积技术在氧化钼牺牲层300之上制备磷硅玻璃牺牲层400，得到如图1C所示的结构。
步骤四：去除硅阴影掩膜版201，再化学机械抛光磷硅玻璃牺牲层400，使其上表面与支撑衬底100的上表面齐平，得到如图1D所示的结构。
步骤五：利用射频磁控反应溅射技术在步骤四所得到的样品的上表面制备金属钼薄膜，在该金属钼薄膜之上旋涂光刻胶，再利用紫外光刻技术形成底电极光刻胶图形，然后利用干法刻蚀工艺刻蚀金属钼薄膜，最后去除光刻胶形成底电极500，该底电极500至少覆盖磷硅玻璃牺牲层400，所得到的结构如图1E所示。
步骤六：利用射频磁控反应溅射技术在步骤五所得到的样品的上表面制备氮化铝薄膜，在该氮化铝薄膜上旋涂光刻胶，再利用紫外光刻工艺形成压电层的光刻胶图形，然后利用干法刻蚀工艺刻蚀氮化铝薄膜，最后去除光刻胶形成压电层600，该压电层600至少覆盖底电极500的与磷硅玻璃牺牲层400重叠的区域，所得到的结构如图1F所示。优选地，在压电层600上具有设置电极引线的通孔。
步骤七：利用磁控溅射技术在步骤六制备的样品之上制备金属钼薄膜，在该金属钼薄膜上旋涂光刻胶，再利用紫外光刻工艺形成顶电极光刻胶图形，然后利用干法刻蚀工艺刻蚀金属钼薄膜，最后去除光刻胶形成顶电极700，该顶电极700至少覆盖压电层600的与磷硅玻璃牺牲层400重叠的区域，所得到的结构如图1G所示。优选地，顶电极700的区域小于底电极500的区域。
步骤八：首先通过释放孔注入氢氟酸以释放磷硅玻璃牺牲层400，再注入去离子水以释放氧化钼牺牲层300，最后用异丙醇置换烘干，得到空气隙型薄膜体声波谐振器，其结构如图1H所示，包括支撑衬底100、设置在支撑衬底100中的空气隙200、在支撑衬底100的上表面覆盖空气隙200的底电极500、底电极500之上的压电层600、以及压电层600之上的顶电极700，底电极500、压电层600和顶电极700构成压电三明治结构。其中，空气隙200用于将能量限制在底电极500、压电层600和顶电极700内；底电极500用于支撑压电层600和顶电极700并提供电信号；压电层600用于发生逆压电效应实现体声波谐振；以及顶电极700用于提供电信号。
总结来看，本发明的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法参见图2所示的流程图，其包括：
牺牲层制备步骤，在支撑衬底的空气隙中依次制备氧化钼牺牲层和磷硅玻璃牺牲层，氧化钼牺牲层在下，磷硅玻璃牺牲层在上，用于保护氧化钼牺牲层免受水的侵害；
压电三明治结构制备步骤，制备至少覆盖磷硅玻璃牺牲层的上表面的压电三明治结构，该压电三明治结构包括底电极层、压电层和顶电极层；以及
牺牲层去除步骤，先采用氢氟酸去除磷硅玻璃牺牲层，然后再采用去离子水去除氧化钼牺牲层。
在该实施例的制备方法中，由于采用了氧化钼牺牲层300，在后续去除牺牲层(即步骤八)的过程中减少了氢氟酸浸泡器件的时间、降低了氢氟酸损坏器件的几率并提高了器件的成品率。
在本发明的实施例中，氧化钼牺牲层在下，磷硅玻璃牺牲层在上，二者不可以调换顺序，因为在步骤四的化学机械抛光过程中会用到水，如果氧化钼牺牲层在上，那么就会受到损坏。由于在本发明的各个步骤中基本上都会有水的参与，在本发明中，磷硅玻璃牺牲层会保护氧化钼牺牲层免受水的侵害。因此，在实际中，优选的是，氧化钼牺牲层的厚度大于，特别是远大于磷硅玻璃牺牲层的厚度，只要磷硅玻璃牺牲层能将氧化钼牺牲层与外部隔离即可，另外，两个牺牲层的总厚度要大于或等于空气隙的高度，最优选地是两个牺牲层的总厚度等于空气隙的高度。
在本发明的实施例中，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，其可以采用如下材料中的一种或者多种：钼、铂、金、铝。而压电层可以采用氮化铝、钽酸锂、锆钛酸铅、氧化锌等。
根据本发明的其他实施例，采用二氧化硅、氮化硅、类金刚石或非晶态氮化铝作为支撑衬底。
本领域技术人员可以理解，在本发明中，对空气隙200的结构形状并无限定。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
Claims (5)
1.一种空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，包括如下步骤：
牺牲层制备步骤，在支撑衬底的空气隙中依次制备第一牺牲层和第二牺牲层，并使得所述第二牺牲层的上表面与所述支撑衬底的上表面齐平；
压电三明治结构制备步骤，在所述牺牲层制备步骤所得到的样品的上表面制备压电三明治结构，该压电三明治结构至少覆盖所述第二牺牲层的上表面；以及
牺牲层去除步骤，去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层；
其中，所述第一牺牲层的材料为氧化钼，所述第二牺牲层的材料为磷硅玻璃，先采用氢氟酸去除磷硅玻璃牺牲层，然后采用去离子水去除氧化钼牺牲层；以及
其中，所述氧化钼牺牲层的厚度大于所述磷硅玻璃牺牲层的厚度。
2.根据权利要求1所述的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，其中，所述压电三明治结构制备步骤包括在所述牺牲层制备步骤所得到的样品的上表面依次制备底电极层、压电层和顶电极层。
3.根据权利要求2所述的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，其中，所述底电极层和所述顶电极层的材料为如下材料中的一种或多种：钼、铂、金、铝。
4.根据权利要求2所述的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，其中，所述压电层采用氮化铝、钽酸锂、锆钛酸铅或氧化锌。
5.根据权利要求1所述的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，还包括抛光步骤，用于抛光所述第二牺牲层的上表面以与所述支撑衬底的上表面齐平。
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