CN110085736A - 一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用 - Google Patents

一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110085736A
CN110085736A CN201910351510.6A CN201910351510A CN110085736A CN 110085736 A CN110085736 A CN 110085736A CN 201910351510 A CN201910351510 A CN 201910351510A CN 110085736 A CN110085736 A CN 110085736A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric material
layer
thin film
single crystal
film single
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910351510.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王信棋
林志东
谢祥政
林彩文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Integrated Circuit Co Ltd Is Pacified By Xiamen City Three
Xiamen Sanan Integrated Circuit Co Ltd
Original Assignee
Integrated Circuit Co Ltd Is Pacified By Xiamen City Three
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Integrated Circuit Co Ltd Is Pacified By Xiamen City Three filed Critical Integrated Circuit Co Ltd Is Pacified By Xiamen City Three
Priority to CN201910351510.6A priority Critical patent/CN110085736A/zh
Publication of CN110085736A publication Critical patent/CN110085736A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02559Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02614Treatment of substrates, e.g. curved, spherical, cylindrical substrates ensuring closed round-about circuits for the acoustical waves
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/64Filters using surface acoustic waves
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/07Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/08Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/085Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining
    • H10N30/086Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining by polishing or grinding

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用,包括以下步骤:S1:在衬底上沉积一层介质材料;S2:于介质材料上沉积一层金属层;S3:涂覆光刻胶,曝光,显影后定义出截止层图形,形成非截止区域;S4:采用湿法蚀刻工艺刻蚀非截止区域的金属层,并去除光刻胶形成截止层;S5:将压电材料与非截止区域的介质材料键合,压电材料的硬度小于截止层的硬度;S6:先将压电材料进行研磨减薄,再采用化学机械研磨,通过截止层控制压电材料的厚度;S7:对衬底的背面进行研磨和抛光;S8:对截止层区域進行激光切割或边磨削,去除截止层。本发明不但工艺简单,而且可避免因离子植入造成的压电材料极化与损伤层修复问题。

Description

一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用
技术领域
本发明涉及表面声波器件的技术领域,特指一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用。
背景技术
随着科技的进步,人们对数据传输速度的要求越来越高,表面声波器件由于高灵敏度、高分辨率、高稳定性、体积小以及输出信号容易处理等优点而得到广泛应用。压电材料基板是表面声波器件的重要组成部件,一般的压电材料即钽酸锂(Lithium Tantalate:有时也简称为LT)或铌酸锂(Lithium Niobate:有时简称为LN)被作为表面声波(SAW)器件的材料广泛使用。
在现有技术中,压电材料基板的制造方法如下:第一步,对压电材料铌酸锂进行氢(氦)离子植入,在另一材料基材沉积二氧化硅。第二步,将两片材料基材键合在一起并加热,氢(氦)离子受热变为氢(氦)气而体积膨胀,使键合后的结构从氢(氦)离子注入层断裂,脱落下来的薄膜停留在二氧化硅表面,第三步,最后将压电材料铌酸锂单晶薄膜断裂表面进行抛光,即而得到压电材料基板。
但是此种方法具有以下缺点:
一、因为离子植入的步骤需要离子植入的机台,其制造成本高;
二、压电材料经离子植入后,容易产生极化问题与经离子植入后压电材料的损伤层修复,在做成器件后,容易对器件良率产生较大的影响。
因此,本发明人对此做进一步研究,研发出一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用,本案由此产生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用,其不但工艺简单,而且可避免因离子植入造成压电材料的极化与损伤层修复问题。
为解决上述技术问题,本发明的技术解决方案是:
一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,包括以下步骤:
步骤S1:在衬底上沉积一层介质材料;
步骤S2:于介质材料上沉积一层金属层;
步骤S3:涂覆光刻胶,曝光,显影后定义出截止层图形,形成非截止区域;
步骤S4:采用湿法蚀刻工艺刻蚀非截止区域的金属层,并去除光刻胶形成截止层;
步骤S5:将压电材料与非截止区域的介质材料键合,压电材料的硬度小于截止层的硬度;
步骤S6:先将压电材料进行研磨减薄,再采用化学机械研磨,通过截止层控制压电材料的厚度;
步骤S7:对衬底的背面进行研磨和抛光;
步骤S8:对截止层区域進行激光切割或边磨削,去除截止层,即得到薄膜单晶压电材料复合基板。
进一步,在步骤S1中,所述介质材料为SiO2、SiN或AlN。
进一步,在步骤S1中,介质材料的厚度为5-500nm。
进一步,在步骤S2中,金属层的金属为钨。
进一步,在步骤S2中,金属层的厚度为2-1000nm。
进一步,在步骤S4中,湿法蚀刻工艺的蚀刻剂为双氧水。
进一步,在步骤S5中,压电材料是钽酸锂、铌酸锂或氮化铝。
进一步,衬底的声波速度大于压电材料的声波速度。
进一步,压电材料与截止层之间具有的间隙。
由以上方法制造的薄膜单晶压电材料复合基板应用在滤波器器件上。
采用上述方案后,本发明利用CMP截止层的方式控制压电材料的厚度,制作厚度可控制高性能的薄膜单晶压电材料复合基板,本发明具有以下优点:
1、本发明不存在压电材料经离子植入后的极化问题与经离子植入后的损伤层修复问题,提高器件的特性与良率;
2、本发明避开现有技术中离子植入步骤, 不但减少离子植入机台的支出,降低了生产成本,而且工艺更为简单,容易操作。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图;
图2是本发明步骤S3中截止层图形的示意图;
图3是本发明步骤S4中非截止区域的示意图;
图4是本发明步骤S5中键合后的基板示意图。
标号说明
衬底1 介质材料2 金属层3 截止层31
光刻胶4 压电材料5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。本发明所揭示的是一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,如图1所示,包括以下步骤:步骤S1:在衬底1上沉积一层介质材料2。所述介质材料2为SiO2、SiN或AlN,介质材料2的厚度为5-500nm,一定厚度的介质材料2能够提供较佳的频率温度补偿系数(TCF:temperature coefficient offrequency)。
步骤S2:于介质材料2上沉积一层金属层3;在本实施例中,金属层3的金属为钨,金属层3的厚度为2-1000nm。金属层3的厚度决定了压电材料5的厚度。
步骤S3:涂覆光刻胶4,曝光,显影后定义出截止层图形,形成非截止区域;如图2所示。
步骤S4:采用湿法蚀刻工艺刻蚀非截止区域的金属层3,并去除光刻胶4形成截止层31,湿法蚀刻工艺的蚀刻剂为双氧水,其能湿法蚀刻金属层但又并可以避免损伤介质材料2。如图3所示,截止层31呈圆环的形状。
步骤S5:将压电材料5与非截止区域的介质材料2键合,压电材料2的硬度小于截止层31的硬度;压电材料5可以是钽酸锂、铌酸锂或氮化铝。如图4所示,压电材料5位于中心区域,呈圆形。
步骤S6:先将压电材料5进行研磨(grinding)减薄,再采用化学机械研磨(CMP),通过截止层31控制压电材料5的厚度。
步骤S7:对衬底1的背面进行研磨和抛光。
步骤S8:对截止层区域進行激光切割(Laser cut)或边磨削(edge Grinding),去除截止层31,即得到薄膜单晶压电材料复合基板。
进一步,衬底1的声波速度大于压电材料5的声波速度,其目的为使用压电材料5作为滤波器器件工作时,增加压电材料5的声波速度。
进一步,压电材料5与截止层31之间具有30-1000um的间隙。足够的间隙空间能够保证压电材料5顺利放置在圆环形状的截止层31内,又有利于后续工艺步骤中截止层31切割或磨削。
本发明还公开了一种应用,将由以上方法制造的薄膜单晶压电材料复合基板应用在滤波器器件上。下面将以高性能滤波器为例。
步骤S1:在硅衬底上通过CVD/PVD等方法沉积一层二氧化硅。二氧化硅厚度范围在100nm。
步骤S2:于二氧化硅上沉积一层金属钨,金属钨的沉积方式可采用E-GUN/PVD等方式进行。金属钨的硬度大于压电材料的硬度, 成为CMP的截止层,金属钨的厚度为最终薄膜单晶厚度的精确控制。金属钨的厚度为500nm。
步骤S3:涂覆光刻胶(正性光阻),曝光,显影后定义出截止层图形,形成非截止区域;即正性光阻在钨上形成遮蔽层,以便在后续蚀刻工艺中保护金属钨。
步骤S4:采用双氧水湿法蚀刻工艺进行钨金属刻蚀,露出非截止区域的二氧化硅,再用N-甲基吡咯烷酮等化学药液去除钨上的遮蔽层正性光阻,形成截止层。
步骤S5:将铌酸锂与非截止区域的二氧化硅键合,压电材料铌酸锂的硬度小于截止层钨的硬度。
步骤S6:先将压电材料铌酸锂进行研磨减薄除去大部分的铌酸锂,当研磨接近截止层钨时,再采用化学机械研磨,化学机械研磨更加精确的控制研磨的精度,通过截止层钨控制压电材料铌酸锂的厚度。
步骤S7:对硅衬底的背面进行研磨和抛光。
步骤S8:对截止层区域進行激光切割或边磨削,去除截止层钨,即得到薄膜单晶压电材料复合基板。
将上述薄膜单晶压电材料复合基板应用在高性能滤波器(High PerformanceSAW),相比由一般(非薄膜)压电材料制做出的声学滤波器,提高耦合系数(k2)、加大温度补偿系数(TCF)、较佳的插入损耗(insertion loss)。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的设计构思并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,利用此构思对本发明进行非实质性的改动,均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤S1:在衬底上沉积一层介质材料;步骤S2:于介质材料上沉积一层金属层;步骤S3:涂覆光刻胶,曝光,显影后定义出截止层图形,形成非截止区域;步骤S4:采用湿法蚀刻工艺刻蚀非截止区域的金属层,并去除光刻胶形成截止层;步骤S5:将压电材料与非截止区域的介质材料键合,压电材料的硬度小于截止层的硬度;步骤S6:先将压电材料进行研磨减薄,再采用化学机械研磨,通过截止层控制压电材料的厚度;步骤S7:对衬底的背面进行研磨和抛光;步骤S8:对截止层区域進行激光切割或边磨削,去除截止层,即得到薄膜单晶压电材料复合基板。
2.根据权利要求1所述的一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,其特征在于:在步骤S1中,所述介质材料为SiO2、SiN或AlN。
3.根据权利要求1所述的一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,其特征在于:在步骤S1中,介质材料的厚度为5-500nm。
4.根据权利要求1所述的一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,其特征在于:在步骤S2中,金属层的金属为钨。
5.根据权利要求1所述的一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,其特征在于:在步骤S2中,金属层的厚度为2-1000nm。
6.根据权利要求1所述的一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,其特征在于:在步骤S4中,湿法蚀刻工艺的蚀刻剂为双氧水。
7.根据权利要求1所述的一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,其特征在于:在步骤S5中,压电材料是钽酸锂、铌酸锂或氮化铝。
8.根据权利要求1所述的一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,其特征在于:衬底的声波速度大于压电材料的声波速度。
9.根据权利要求1所述的一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法,其特征在于:压电材料与截止层之间具有的间隙。
10.由根据权利要求1-9所述的任意一种方法制造的薄膜单晶压电材料复合基板应用在滤波器器件上。
CN201910351510.6A 2019-04-28 2019-04-28 一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用 Pending CN110085736A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910351510.6A CN110085736A (zh) 2019-04-28 2019-04-28 一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910351510.6A CN110085736A (zh) 2019-04-28 2019-04-28 一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110085736A true CN110085736A (zh) 2019-08-02

Family

ID=67417450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910351510.6A Pending CN110085736A (zh) 2019-04-28 2019-04-28 一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110085736A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113098431A (zh) * 2020-01-08 2021-07-09 中芯集成电路(宁波)有限公司 用于制作声波谐振器复合基板及表声波谐振器及制造方法
CN113922778A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 济南晶正电子科技有限公司 一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011120062A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Murata Mfg Co Ltd 圧電デバイスの製造方法
WO2012072702A1 (fr) * 2010-11-30 2012-06-07 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) Procédé de fabrication de films minces supportés
CN105321806A (zh) * 2015-08-21 2016-02-10 济南晶正电子科技有限公司 复合单晶薄膜和制造复合单晶薄膜的方法
JP2017098644A (ja) * 2015-11-19 2017-06-01 住友金属鉱山株式会社 圧電体複合基板の製造方法、及び圧電体複合基板
CN108923763A (zh) * 2018-06-01 2018-11-30 厦门市三安集成电路有限公司 一种高频saw之idt铜工艺制造方法
CN109273586A (zh) * 2018-08-17 2019-01-25 福建晶安光电有限公司 一种压电晶片及其制作方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011120062A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Murata Mfg Co Ltd 圧電デバイスの製造方法
WO2012072702A1 (fr) * 2010-11-30 2012-06-07 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) Procédé de fabrication de films minces supportés
CN105321806A (zh) * 2015-08-21 2016-02-10 济南晶正电子科技有限公司 复合单晶薄膜和制造复合单晶薄膜的方法
JP2017098644A (ja) * 2015-11-19 2017-06-01 住友金属鉱山株式会社 圧電体複合基板の製造方法、及び圧電体複合基板
CN108923763A (zh) * 2018-06-01 2018-11-30 厦门市三安集成电路有限公司 一种高频saw之idt铜工艺制造方法
CN109273586A (zh) * 2018-08-17 2019-01-25 福建晶安光电有限公司 一种压电晶片及其制作方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113098431A (zh) * 2020-01-08 2021-07-09 中芯集成电路(宁波)有限公司 用于制作声波谐振器复合基板及表声波谐振器及制造方法
CN113098431B (zh) * 2020-01-08 2023-09-08 中芯集成电路(宁波)有限公司 用于制作声波谐振器复合基板及表声波谐振器及制造方法
CN113922778A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 济南晶正电子科技有限公司 一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10038055B2 (en) Substrate structure with embedded layer for post-processing silicon handle elimination
JP5000820B2 (ja) 音響共振器及びその製造方法
WO2017092378A1 (zh) 单晶薄膜键合体及其制造方法
CN102122941B (zh) 可调谐的预设空腔型soi基片薄膜体声波谐振器及制作方法
TW201803268A (zh) 表面聲波元件用複合結構
CN107317560A (zh) 一种温度补偿表面声波器件及其制备方法
US8715517B2 (en) Process for fabricating an acoustic wave resonator comprising a suspended membrane
US20210250012A1 (en) Support Structure for Bulk Acoustic Wave Resonator
US8431031B2 (en) Method for producing a bulk wave acoustic resonator of FBAR type
JPH0584684B2 (zh)
US11705880B2 (en) Process for producing a micro-electro-mechanical system from a transferred piezoelectric or ferroelectric layer
JP2007028669A (ja) 薄膜音響共振器の製造方法
CN108475722B (zh) 用于温度补偿表面声波器件或体声波器件的衬底
WO2019095640A1 (zh) 压电谐振器和压电谐振器的制备方法
CN110085736A (zh) 一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用
US8764998B2 (en) Method for manufacturing composite substrate
CN110246757A (zh) 一种基于cmos电路衬底的单晶薄膜的制备方法
JPS6382116A (ja) 圧電薄膜共振子およびその製造方法
CN205792476U (zh) 一种采用超薄压电单晶体制作的薄膜体声波谐振器
FR3073083A1 (fr) Procede de fabrication d'un film sur un feuillet flexible
CN111277237A (zh) 一种侧向场fbar结构及其制造方法
JPH0738363A (ja) 電子部品の加工方法
CN217116044U (zh) 一种宽带薄膜体声波谐振器
CN215934828U (zh) 一种具有空气隙的baw谐振器
CN211908752U (zh) 一种侧向场fbar结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190802

RJ01 Rejection of invention patent application after publication