CN111628744A - 薄膜体声波谐振器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜体声波谐振器及其制备方法，该制备方法包括；S101：刻蚀衬底的一侧形成凹槽，并在凹槽中形成填平凹槽的第一牺牲层；S102：在衬底设置有凹槽开口一侧生长未覆盖第一牺牲层的支撑层，并在第一牺牲层远离衬底的一侧形成第二牺牲层；S103：释放第一牺牲层，在支撑层远离衬底一侧形成覆盖第二牺牲层的底电极，并在底电极远离第二衬底第一形成压电薄膜；S104：在压电薄膜远离底电极一侧形成顶电极，释放第二牺牲层。本发明在凹槽内形成两个牺牲层，从而避免衬底与底电极形成互连，制造工艺对核心结构的损伤小，避免寄生电容的引入，可控性强，同时降低了薄膜体声波谐振器的制造工艺，减少了资源和时间的消耗，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜体声波谐振器技术领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器以及制备方法。
背景技术
薄膜体声波谐振器(FilmBulk Acoustic Resonator，简称“FBAR”)是一种新型滤波器，相对于声表面波滤波器它不仅体积小、功率容量大、可集成、工作频率高，而且它还拥有更好的带外抑制和插入损耗，在目前的5G通信中有很广的使用。
在制备薄膜体声波谐振器时，需要在凹槽内形成牺牲层，传统的牺牲层为一步释放型。然而，如果金属直接生长在牺牲层上，当牺牲层释放时，由于内外压强差，会很容易将金属吸附到凹槽上，使衬底与底电极形成互连，对产品的核心结构造成损伤，引起产品制备失败。为了避免这种情况，往往需要提高薄膜的厚度以及设置复杂的结构或工艺，消耗大量资源和时间。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种薄膜体声波谐振器及其制备方法，在凹槽内形成两个牺牲层，从而避免衬底与底电极形成互连，形成的薄膜体声波谐振器结构简单、稳定，制造工艺对核心结构的损伤小，避免寄生电容的引入，可控性强，同时降低了薄膜体声波谐振器的制造工艺，减少了资源和时间的消耗，降低了生产成本，并且能够对很薄的薄膜进行加工，适用于高频领域，扩大了制造范围。
为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种薄膜体声波谐振器的制备方法，所述薄膜体声波谐振器的制备方法包括：S101：刻蚀衬底的一侧形成凹槽，并在凹槽中形成填平所述凹槽的第一牺牲层；S102：在衬底设置有凹槽开口一侧生长未覆盖所述第一牺牲层的支撑层，并在第一牺牲层远离所述衬底的一侧形成第二牺牲层；S103：释放所述第一牺牲层，在所述支撑层远离所述衬底一侧形成覆盖所述第二牺牲层的底电极，并在所述底电极远离所述第牺牲层一侧形成压电薄膜；S104：在所述压电薄膜远离所述底电极一侧形成顶电极，释放所述第二牺牲层。
进一步地，所述刻蚀衬底的一侧形成凹槽的步骤具体包括：对所述衬底涂胶曝光清洗后，通过ICP—RIE设备刻蚀所述衬底形成凹槽。
进一步地，所述衬底为高阻单晶硅，所述凹槽的深度为800nm～2μm。
进一步地，所述在凹槽中形成填平所述凹槽的第一牺牲层的步骤具体包括：在所述凹槽中形成PSG构成的第一牺牲层，并通过CMP工艺去除所述凹槽外的第一牺牲层。
进一步地，所述在衬底设置有凹槽开口一侧生长未覆盖所述第一牺牲层的支撑层的步骤具体包括：通过PEVCD生长支撑层，并通过光刻刻蚀的方式去除覆盖所述第一牺牲层的支撑层。
进一步地，所述在第一牺牲层远离所述衬底的一侧形成第二牺牲层的步骤具体包括：通过PEVCD沉积第二牺牲层，并通过光刻刻蚀的方式去除覆盖所述支撑层的第二牺牲层。
进一步地，所述在所述底电极远离所述第二牺牲层的一侧形成压电薄膜的步骤具体包括：在所述底电极远离所述第二牺牲层一侧通过PVD、MOCVD、PLD中的一种或多种结合形成所述压电薄膜。
进一步地，所述第一牺牲层为多晶硅、PSG、多孔硅中的一种或多种，第二牺牲层为SiO2，压电薄膜为AlN、ZnO、PZT中的一种或多种，所述底电极和顶电极均为金属电极层，所述支撑层为Si3N4。
进一步地，所述第一牺牲层的厚度为800nm～2μm，支撑层的厚度为100nm～2μm，第二牺牲层的厚度为100nm～2μm，压电薄膜的厚度为100nm～2μm，顶电极和底电极的厚度均为40nm～450nm。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种薄膜体声波谐振器，所述薄膜体声波谐振器包括：衬底，所述衬底一侧设置有凹槽；支撑层，所述支撑层设置在所述凹槽开口一侧，覆盖所述衬底未设置凹槽的区域；底电极，设置在所述凹槽开口一侧，所述底电极朝向所述凹槽一侧与所述凹槽两侧的支撑层连接，所述压电薄膜、顶电极依次叠置于所述底电极远离所述凹槽一侧；所述薄膜体声波谐振器通过如上所述的薄膜体声波谐振器的制备方法形成。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：在凹槽内形成两个牺牲层，从而避免衬底与底电极形成互连，形成的薄膜体声波谐振器结构简单、稳定，制造工艺对核心结构的损伤小，避免寄生电容的引入，可控性强，同时降低了薄膜体声波谐振器的制造工艺，减少了资源和时间的消耗，降低了生产成本，并且能够对很薄的薄膜进行加工，适用于高频领域，扩大了制造范围。
附图说明
图1为本发明薄膜体声波谐振器的制备方法一实施例的流程图；
图2为本发明薄膜体声波谐振器的制备方法中在衬底上形成支撑层一实施例的剖视图；
图3为图2释放第一牺牲层后一实施例的剖视图；
图4为图3形成底电极、压电薄膜、顶电极后一实施例的剖视图；
图5为图4释放第二牺牲层后一实施例的剖视图；
图6为本发明薄膜体声波谐振器一实施例的剖视图。
图中：101、衬底；102、第一牺牲层；103、支撑层；104、第二牺牲层；105、底电极；106、压电薄膜；107、顶电极。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
请参阅图1-5，其中，图1为本发明薄膜体声波谐振器的制备方法一实施例的流程图；图2为本发明薄膜体声波谐振器的制备方法中在衬底上形成支撑层一实施例的剖视图；图3为图2释放第一牺牲层后一实施例的剖视图；图4为图3形成底电极、压电薄膜、顶电极后一实施例的剖视图；图5为图4释放第二牺牲层后一实施例的剖视图。结合附图1-5对本发明薄膜体声波谐振器的制备方法作详细说明。
在本实施例中，薄膜体声波谐振器的制备方法包括：
S101：刻蚀衬底101的一侧形成凹槽，并在凹槽中形成填平凹槽的第一牺牲层102。
在本实施例中，刻蚀衬底101的一侧形成凹槽的步骤具体包括：对衬底101涂胶曝光清洗后，通过ICP—RIE(等离子刻蚀)设备刻蚀衬底101形成凹槽。
在本实施例中，衬底101为高阻单晶硅，刻蚀该高阻单晶硅形成的凹槽深度为800nm～2μm。
在本实施例中，在凹槽中形成填平凹槽的第一牺牲层102的步骤具体包括：在凹槽中形成PSG(磷硅玻璃)构成的第一牺牲层102，并通过CMP(Chemical MechanicalPolishing，化学机械抛光)工艺去除凹槽外的第一牺牲层102。
在一个优选的实施例中，第一层牺牲层为多晶硅、PSG、多孔硅中的一种或多种，厚度为800nm～2μm。
S102：在衬底101设置有凹槽开口一侧生长未覆盖第一牺牲层102的支撑层103，并在第一牺牲层102远离衬底101的一侧形成第二牺牲层104。
在本实施例中，在衬底101设置有凹槽开口一侧生长未覆盖第一牺牲层102的支撑层103的步骤具体包括：通过PEVCD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子增强化学气相沉积)生长支撑层103，并通过光刻刻蚀的方式去除覆盖第一牺牲层102的支撑层103。
在本实施例中，支撑层103为Si3N4，厚度为100nm～2μm。
在本实施例中，在第一牺牲层102远离衬底101的一侧形成第二牺牲层104的步骤具体包括：通过PEVCD沉积第二牺牲层104，并通过光刻刻蚀的方式去除覆盖支撑层103的第二牺牲层104。
在本实施例中，第二牺牲层104为SiO2，厚度为100nm～2μm。
S103：释放第一牺牲层102，在支撑层103远离衬底101一侧形成覆盖第二牺牲层104的底电极105，并在底电极105远离第二衬底101第一形成压电薄膜106。
在本实施例中，使用1-20％浓度的KOH溶液释放第一牺牲层102，使用磁控溅射PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)沉积底电极105。
在本实施例中，在底电极105远离第二牺牲层104一侧形成压电薄膜106的步骤具体包括：在底电极105远离所述第二牺牲层104一侧通过PVD、MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)、PLD(Pulsed LaserDeposition，脉冲激光沉积)中的一种或多种结合形成压电薄膜106。
在本实施例中，压电薄膜106为AlN、ZnO、PZT中的一种以上，厚度为100nm～2μm。
在一个优选的实施例中，压电薄膜106为AlN，其厚度为1.2μm。
在本实施例中，底电极105为金属电极，由Pt、Mo、W、Ti、Au中的一种或多种构成。
在一个优选的实施例中，底电极105为Mo，厚度为300nm。
S104：在压电薄膜106远离底电极105一侧形成顶电极107，释放第二牺牲层104。
在本实施例中，释放第二牺牲层104选用氢氟酸溶液。
在本实施例中，顶电极107通过磁控溅射PVD沉积的方式形成。
在本实施例中，顶电极107为金属电极，厚度为40nm～450nm。
在一个优选的实施例中，顶电极107为Mo，厚度为300nm。
在本实施例中，形成的薄膜体谐振器包括从上到下依次分布顶电极107、压电薄膜106、底电极105和支撑层103，支撑层103生长在衬底101之上，支撑层103、衬底101和底电极105围成一空气隙。在压电薄膜106的上表面和下表面分别相对连接有顶电极107和底电极105，底电极105直接与空气隙接触，顶电极107、压电薄膜106和底电极105构成三明治结构。
下面通过制备薄膜体声波谐振器的具体流程对本发明薄膜体声波谐振器的制备方法作具体说明。
(1)选用一单晶硅片作为衬底101，涂胶曝光清洗后使用ICP—RIE设备刻蚀凹槽；
(2)使用PSG作为第一牺牲层102，填平凹槽，随后使用CMP工艺将凹槽外的PSG全部去除；
(3)将处理后的晶圆置入PECVD中生长支撑层103，支撑层103为Si3N4，并且进行光刻刻蚀，除去第一牺牲层102上的支撑层103；
(4)使用PECVD沉积第二牺牲层104，第二牺牲层104为SiO2，并且通过光刻刻蚀去除支撑层103上的第二牺牲层104；
(5)释放第一牺牲层102，使用1-20％浓度的KOH溶液；
(6)使用磁控溅射PVD的方法沉积底电极105；
(7)沉积压电薄膜106；
(8)使用磁控溅射PVD沉积顶电极107，随后释放第二牺牲层104，释放选用氢氟酸溶液。
传统的一步释放型如果金属直接生长在牺牲层上，当牺牲层释放时，由于内外压强差，会很容易将金属吸附到空腔上，使衬底101与底电极105形成互连，造成很大的损失，采用两步释放的优点是金属生长在第二牺牲层104上，在释放第二牺牲层104之前第一牺牲层102已经释放完毕，与外界有连接，减缓了这种压强骤降的现象，使制作出来的器件更可靠，提高了制造的良品率。
有益效果：本发明的薄膜体声波谐振器的制备方法在凹槽内形成两个牺牲层，从而避免衬底与底电极形成互连，形成的薄膜体声波谐振器结构简单、稳定，制造工艺对核心结构的损伤小，避免寄生电容的引入，可控性强，同时降低了薄膜体声波谐振器的制造工艺，减少了资源和时间的消耗，降低了生产成本，并且能够对很薄的薄膜进行加工，适用于高频领域，扩大了制造范围。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种薄膜体声波谐振器，请参阅图6，图6为本发明薄膜体声波谐振器一实施例的剖视图，结合图6对本发明的薄膜体声波谐振器作具体说明。
在本实施例中，薄膜体声波谐振器包括：
衬底101，衬底101一侧设置有凹槽；
支撑层103，支撑层103设置在凹槽开口一侧，覆盖衬底101未设置凹槽的区域；
底电极105，设置在凹槽开口一侧，底电极105朝向凹槽一侧与凹槽两侧的支撑层103连接，压电薄膜106、顶电极107依次叠置于底电极105远离凹槽一侧；
薄膜体声波谐振器通过如上述实施例所述的薄膜体声波谐振器的制备方法形成。
有益效果：本发明的薄膜体声波谐振器制备时在凹槽内形成两个牺牲层，从而避免衬底与底电极形成互连，形成的薄膜体声波谐振器结构简单、稳定，制造工艺对核心结构的损伤小，避免寄生电容的引入，可控性强，同时降低了薄膜体声波谐振器的制造工艺，减少了资源和时间的消耗，降低了生产成本，并且能够对很薄的薄膜进行加工，适用于高频领域，扩大了制造范围。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、模块和电路，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块的结构器件划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的可以是或者也可以不是物理上分开的，作为显示的部件可以是或者也可以不是物理，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施方式方案的目的。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括；
S101：刻蚀衬底的一侧形成凹槽，并在凹槽中形成填平所述凹槽的第一牺牲层；
S102：在衬底设置有凹槽开口一侧生长未覆盖所述第一牺牲层的支撑层，并在第一牺牲层远离所述衬底的一侧形成第二牺牲层；
S103：释放所述第一牺牲层，在所述支撑层远离所述衬底一侧形成覆盖所述第二牺牲层的底电极，并在所述底电极远离所述第二牺牲层一侧形成压电薄膜；
S104：在所述压电薄膜远离所述底电极一侧形成顶电极，释放所述第二牺牲层。
2.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述刻蚀衬底的一侧形成凹槽的步骤具体包括：
对所述衬底涂胶曝光清洗后，通过ICP—RIE设备刻蚀所述衬底形成凹槽。
3.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述衬底为高阻单晶硅，所述凹槽的深度为800nm～2μm。
4.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述在凹槽中形成填平所述凹槽的第一牺牲层的步骤具体包括：
在所述凹槽中形成PSG构成的第一牺牲层，并通过CMP工艺去除所述凹槽外的第一牺牲层。
5.如权利要求1所述薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述在衬底设置有凹槽开口一侧生长未覆盖所述第一牺牲层的支撑层的步骤具体包括：
通过PEVCD生长支撑层，并通过光刻刻蚀的方式去除覆盖所述第一牺牲层的支撑层。
6.如权利要求5所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述在第一牺牲层远离所述衬底的一侧形成第二牺牲层的步骤具体包括：
通过PEVCD沉积第二牺牲层，并通过光刻刻蚀的方式去除覆盖所述支撑层的第二牺牲层。
7.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述在所述底电极远离所述第二牺牲层的一侧形成压电薄膜的步骤具体包括：
在所述底电极远离所述第二牺牲层一侧通过PVD、MOCVD、PLD中的一种或多种结合形成所述压电薄膜。
8.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述第一牺牲层为多晶硅、PSG、多孔硅中的一种或多种，第二牺牲层为SiO2，压电薄膜为AlN、ZnO、PZT中的一种或多种，所述底电极和顶电极均为金属电极层，所述支撑层为Si3N4。
9.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述第一牺牲层的厚度为800nm～2μm，支撑层的厚度为100nm～2μm，第二牺牲层的厚度为100nm～2μm，压电薄膜的厚度为100nm～2μm，顶电极和底电极的厚度均为40nm～450nm。
10.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述薄膜体声波谐振器包括：
衬底，所述衬底一侧设置有凹槽；
支撑层，所述支撑层设置在所述凹槽开口一侧，覆盖所述衬底未设置凹槽的区域；
底电极，设置在所述凹槽开口一侧，所述底电极朝向所述凹槽一侧与所述凹槽两侧的支撑层连接，所述压电薄膜、顶电极依次叠置于所述底电极远离所述凹槽一侧；
所述薄膜体声波谐振器通过如权利要求1-9任一项所述的薄膜体声波谐振器的制备方法形成。
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2020
- 2020-05-06 CN CN202010374606.7A patent/CN111628744A/zh active Pending
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