CN111682101B - 一种柔性fbar滤波器的制造方法 - Google Patents
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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
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。
鉴于此,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、AlxGa1-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-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和电极上引Pad金属作为电极上引材料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 (9)
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,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,制备出电极互连金属,接着制备柔性保护层,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,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、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、铬或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、聚乙烯醇或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。
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