CN111682101A

CN111682101A - 一种柔性fbar滤波器的制造方法

Info

Publication number: CN111682101A
Application number: CN202010432855.7A
Authority: CN
Inventors: 李国强; 衣新燕; 刘鑫尧; 张铁林; 赵利帅; 刘红斌
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2040-05-20
Also published as: CN111682101B

Abstract

本发明公开了一种柔性FBAR滤波器的制造方法。该方法包括：在制备衬底上生长压电薄膜，在压电薄膜上制备底电极并图形化，在电极工作区上方沉积牺牲层材料，制备绝缘支撑层并图形化，得到晶圆；在硬质衬底旋涂临时键合层，将柔性衬底与硬质衬底键合，在复合衬底旋涂胶粘剂，与晶圆进行键合，将制备衬底去除，制备顶电极和电极互连金属；制备柔性保护层，将FBAR滤波器工作区域的保护层去除，形成上空腔，将硬质衬底解键合，得到柔性FBAR滤波器。本发明实现基于单晶AlN以及传统多晶AlN的柔性FBAR滤波器的制备，工艺简单，成本低、易操作，故本发明降低了柔性FBAR滤波器的加工难度和生产成本，提高了柔性器件的制备良率。

Description

一种柔性FBAR滤波器的制造方法

技术领域

本发明属于电子通讯装置技术领域，特别涉及一种柔性FBAR滤波器的制造方法。

背景技术

柔性电子产品在重量、体积和便携性方面比传统刚性电子产品有优势，引发了人们对其应用的大量兴趣，如便携式显示器、电子皮肤和可穿戴医疗。柔性电子的无线数据交换近年来引起了广泛的研究兴趣。其中一种实施方式是将刚性硅芯片集成到柔性电路板上，但这严重降低了系统的柔性。在便携式可穿戴柔性通信设备领域，高性能、小型化柔性射频滤波器作为射频无线通信系统的关键部件，其研究具有一定的意义，但研究较少。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种柔性FBAR滤波器的制造方法。该柔性FBAR滤波器是一种可穿戴柔性FBAR滤波器器件。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供一种柔性FBAR滤波器的制备方法，可以填补现有技术的空白，实现射频前端模块中关键器件FBAR滤波器的柔性化。

本发明提供的一种柔性FBAR滤波器制造方法，包括如下步骤：

（1）取第一基板（作为外延层生长制备衬底），在制备衬底上生长高质量压电薄膜，在压电薄膜上制备底电极并图形化，然后在电极工作区上方沉积牺牲层材料，接着制备绝缘支撑层（绝缘保护层）并图形化（将绝缘保护层抛平），得到含第一结构的晶圆；

（2）另取第二基板（硬质衬底），在硬质衬底的正面上旋涂临时键合层，将一定厚度的柔性衬底与硬质衬底临时键合，得到复合衬底；在复合衬底上旋涂胶粘剂，制备键合层，然后与步骤（1）所述晶圆进行键合，键合完成后，将制备衬底（第一基板）去除（剥离），露出压电层，在压电层上制备顶电极并图形化，得到顶电极；对压电层进行刻蚀，刻蚀出牺牲层释放孔和底电极上引通道，制备出底电极上引结构，接着制备柔性保护层（即绝缘保护层，柔性保护层覆盖整个结构），同时对柔性保护层结构进行图形化，并将谐振器上方、电极上方以及释放通道上方的绝缘保护层刻蚀掉，最后将牺牲层释放，并从硬质衬底上解键合将柔性器件剥离（将FBAR滤波器工作区域即五边形顶电极和电极互连金属处的保护层去除，形成上空腔，最后将硬质键合衬底解键合），得到所述柔性FBAR滤波器。

进一步地，步骤（1）所述制备衬底、步骤（2）所述硬质衬底与柔性衬底均为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底，氮化镓衬底、氮化铝衬底、AlxGa1-xN缓冲层衬底、玻璃、塑料、砷化镓、钢、纸、丝绸、塑料、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇及含氟聚合物等中的一种。

优选地，步骤（1）所述制备衬底和步骤（2）所述硬质衬底为硅基板、蓝宝石基板、碳化硅基板，氮化镓基板、氮化铝基板、Al_xGa_1-xN缓冲层基板、玻璃基板、塑料基板等中的一种或几种组合的复合基板。

优选地，步骤（2）所述柔性衬底为聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、超薄的硅、砷化镓、钢、纸、丝绸、塑料、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚乙烯醇或含氟聚合物等中的一种。

进一步地，步骤（1）所述压电薄膜为外延生长的高质量单晶压电薄膜、通过溅射生长的高C轴取向的多晶压电薄膜或具有压电特性的薄膜；所述具有压电特性的薄膜为AlN、ZnO、PZT、LiNbO₃、LiTaO₃中的一种。

所述压电薄膜材料包括：各种晶态的氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾或钽酸锂，其中掺杂氮化铝至少含一种稀土元素。压电层厚度不做限定，均在本发明保护范围之内。

进一步地，步骤（1）所述压电薄膜的厚度为0.02μm-10μm。

进一步地，步骤（1）所述牺牲层的材料为氧化硅、掺杂氧化硅、氮化硅、活泼金属、易溶的有机高分子材料等中的一种；所述牺牲层的厚度为0.3-2.5微米。

进一步地，步骤（1）所述支撑层的材料为SiO₂、AlN、SiN、Si、塑料、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇或含氟聚合物等中的一种，支撑层厚度不限。

进一步地，步骤（1）中，在在压电薄膜上制备电极的方法为溅射或电子束蒸发方法。

进一步地，步骤（2）所述顶电极和步骤（1）所述底电极的材质为金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬或砷掺杂金等中的一种或两种以上的组合，所述顶电极和底电极的厚度为1-500nm。

进一步地，步骤（2）所述柔性保护层的材料为聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇或含氟聚合物等中的一种以上；所述柔性保护层的厚度为5-100微米。

优选地，步骤（2）所述柔性保护层为苯丙环丁烯、光敏型聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇或含氟聚合物中的一种。

本发明提供一种由上述的制备方法制得的柔性FBAR滤波器。

本发明提供的柔性FBAR滤波器包括柔性衬底、滤波器主功能区、柔性保护结构，柔性衬底为硅、砷化镓、钢、纸、丝绸、塑料、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇或含氟聚合物等材料，滤波器主功能区的压电材料可以是单晶态或多晶态的氮化铝、氧化锌、铌酸锂、钽酸锂、PZT等具有压电特性的材料，电极材料可以为：金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬或砷掺杂金等，柔性保护结构的材料同样可以为聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、硅、砷化镓、钢、纸、丝绸、塑料、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇或含氟聚合物中的一种以上。

本发明提供的制备方法适合制备多个谐振器级联成的任意频率的FBAR滤波器，包括从10MHz到100GHz频率范围内的FBAR滤波器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明可以实现基于单晶AlN以及传统多晶AlN的柔性FBAR滤波器的加工制备，加工工艺简单，因采用的有机高分子绝缘材料有制备方法简单、材料成本低、在晶圆加工过程中易操作的优点，故本发明降低了柔性FBAR滤波器的加工难度和生产成本，提高了柔性器件的制备良率。

附图说明

图1是实施例提供的柔性FBAR滤波器剖面图；

图2为实施例中在第一基板上制备压电薄膜和图形化电极结构示意图；

图3为实施例中在电极上方制备牺牲层结构示意图；

图4为实施例中在压电薄膜以及牺牲层上方旋涂绝缘保护层结构示意图；

图5为实施例中将绝缘保护层抛平结构示意图；

图6为实施例中在第二键合衬底上制备柔性衬底得复合衬底结构示意图；

图7为实施例中将第一结构与第二复合衬底键合后的结构示意图；

图8为实施例中将第一生长衬底剥离的结构示意图；

图9为实施例中刻蚀释放孔以及底电极上引通孔的结构示意图；

图10为实施例中制备顶电极并图形化和制备底电极上引金属的结构示意图；

图11为实施例中制备顶部柔性保护层并刻蚀掉工作区及电极Pad上柔性保护层的结构示意图；

图12为实施例中将硬质第二键合衬底剥离的结构示意图；

图13为柔性FBAR滤波器一种级联示意图；

图1至图12中：1-第一基板；2-压电薄膜；3-底电极；4-牺牲层；5-绝缘保护层；6-第二基板；7-临时键合层；8 -柔性衬底；9-键合层；10-牺牲层释放孔；11-底电极上引通孔；12-顶电极；13-底电极上引材料；14-柔性保护层。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。

实施例

本实施例提供了一种柔性FBAR滤波器（剖面图可参照图1）的制备方法，包括如下步骤：

（1）如图2，取第一基板硅1，作为外延生长衬底，在所述第一基板1上通过外延生长或磁控溅射制备1微米AlN压电薄膜2，接着通过磁控溅射制备金属300纳米Mo，并对Mo层进行光刻图形化刻蚀，得到一定形状的底电极3；如图3，在底电极上通过电子束蒸发和lift-off工艺制备一定形状的1.7微米厚的铝牺牲层4；然后整层旋涂聚酰亚胺（PI）作为绝缘保护层5如图4，并对其进行抛平，得第一结构，如图5；

（2）如图6所示，另取第二基板硅6，在第二基板硅6上旋涂临时键合胶PMMA7，然后通过旋涂法或直接键合法在临时键合层7上制备一定厚度的PI做为柔性衬底8，然后继续旋涂一定厚度的PI或有机胶粘剂作为键合层9，得第二复合衬底；

（3）如图7所示，将第一结构与第二复合衬底进行键合，然后剥离掉制备衬底1，得到如图8所示结构；然后对压电薄膜2进行图形化刻蚀，刻蚀出底电极上引通孔11和牺牲层释放孔10，如图9所示；接着通过电子束蒸发和lift-off工艺或磁控溅射和图形化刻蚀工艺制备顶电极12和底电极上引Pad金属作为底电极上引材料13，如图10所示；

（4）如图11所示，在整个结构顶层旋涂厚度为50微米的光敏型PI作为柔性保护层14，然后对其进行图形化光刻，露出各谐振器上电极、释放孔以及电极Pad；然后将整个结构放入稀盐酸溶液中浸泡30分钟，将牺牲层4腐蚀干净；最后，将整个结构解键合，将柔性器件从硬质衬底硅上剥离下来（如图12所示）。

图13为本具体实施例的FBAR滤波器的电路级联图，由图13可知，此FBAR滤波器是由三个串联谐振器和两个并联谐振器级联而成。

以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种柔性FBAR滤波器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在制备衬底上生长压电薄膜，在压电薄膜上制备底电极并图形化，然后在电极工作区上方沉积牺牲层材料，接着制备绝缘支撑层并图形化，得到晶圆；

（2）在硬质衬底的正面上旋涂临时键合层，将柔性衬底与硬质衬底键合，得到复合衬底；在复合衬底上旋涂胶粘剂，然后与步骤（1）所述晶圆进行键合，将制备衬底去除，然后制备顶电极和电极互连金属；接着制备柔性保护层，将FBAR滤波器工作区域的保护层去除，形成上空腔，最后将硬质衬底解键合，得到所述柔性FBAR滤波器。

2.根据权利要求1所述的柔性FBAR滤波器的制造方法，其特征在于，步骤（1）所述制备衬底、步骤（2）所述硬质衬底与柔性衬底均为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底，氮化镓衬底、氮化铝衬底、AlxGa1-xN缓冲层衬底、玻璃、塑料、砷化镓、钢、纸、丝绸、塑料、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇及含氟聚合物中的一种。

3.根据权利要求1所述的柔性FBAR滤波器的制造方法，其特征在于，步骤（1）所述压电薄膜为外延生长的高质量单晶压电薄膜、通过溅射生长的高C轴取向的多晶压电薄膜或具有压电特性的薄膜；所述具有压电特性的薄膜为AlN、ZnO、PZT、LiNbO₃、LiTaO₃中的一种。

4.根据权利要求1所述的柔性FBAR滤波器的制造方法，其特征在于，步骤（1）所述压电薄膜的厚度为0.02μm-10μm。

5.根据权利要求1所述的柔性FBAR滤波器的制造方法，其特征在于，步骤（1）所述牺牲层的材料为氧化硅、掺杂氧化硅、氮化硅、活泼金属、易溶的有机高分子材料中的一种；所述牺牲层的厚度为0.3-2.5微米。

6.根据权利要求1所述的柔性FBAR滤波器的制造方法，其特征在于，步骤（1）所述支撑层的材料为SiO₂、AlN、SiN、Si、塑料、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇或含氟聚合物中的一种。

7.根据权利要求1所述的柔性FBAR滤波器的制造方法，其特征在于，步骤（1）中，在在压电薄膜上制备电极的方法为溅射或电子束蒸发方法。

8.根据权利要求1所述的柔性FBAR滤波器的制造方法，其特征在于，步骤（2）所述顶电极和步骤（1）所述底电极的材质为金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬及砷掺杂金中的一种或两种以上的组合，所述顶电极和底电极的厚度为1-500nm。

9.根据权利要求1所述的柔性FBAR滤波器的制造方法，其特征在于，步骤（2）所述柔性保护层的材料为聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇及含氟聚合物中的一种以上；所述柔性保护层的厚度为5-100微米。