CN111726101B - 一种tc-saw器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及声表面波器件领域。普通STD‑SAW器件对温度变化很敏感，性能变化比较明显。为此，本发明提供一种TC‑SAW器件，包括压电材料基板和设在压电材料基板上的叉指电极，还包括覆盖在叉指电极上的温度补偿层、压电材料基板上的第三层金属PAD层和最外层的钝化层；及其制造方法，包括涂覆光刻胶层、沉积金属薄膜、沉积第一层叉指电极层、沉积第二层电极、沉积温度补偿材料、沉积一层用于隔绝空气的钝化层等步骤。所述TC‑SAW器件温度系数能达到0ppm/K~‑25ppm/K，频率更稳定，Q值更高，能满足移动通信设备的高要求，本发明的制作方法可以用于制作谐振器、滤波器和双工器等元件，应用广泛。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波器件芯片，具体涉及一种TC-SAW器件及其制造方法。
背景技术
随着移动通讯技术的飞速发展，已由最初的2G发展到3G，再到如今的4G，相信不久的将来就可以跨入5G时代。手持终端设备功能越来越多，频段越来越多。如：GSM、TD_SCDMA、WCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE与GPS、Bluetooth、WiFi等不同功能组合在一台产品上。这对设计和大批量生产也提出了挑战，频率资源越来越拥挤，不同通信系统频带间的保护间隔越来越小。一方面，这就给每个系统发射端的频谱和功率提出了更严格的要求，保证发射信号具有较高的线性和不能随意增加发射功率来增加通信距离或可靠性。同时，接收端的环境更恶劣，特别对越来越小的移动产品来说，干扰增多，接收灵敏度和抗干扰能力必须增强。
作为射频信号滤波主要器件的声表面波滤波器，就必须提出满足系统发展新需求的高精度频谱控制技术，如温度稳定性问题。如何令声表面波滤波器频率在较宽的温度范围内保持稳定，已成为当前声表面波滤波器技术发展和器件应用的关键问题之一。
普通STD-SAW器件对温度变化很敏感，性能变化比较明显，普通的STD-SAW器件温度系数在-40ppm/K左右。对发送端和接收端频率间隔非常窄的双工器频段（如Band2, 3,8, 25, 26），在长时间加载功率工作下，频率发生漂移，整体性能产生恶化，不能满足现代移动通信的需求。作为射频信号滤波主要器件的声表面波滤波器，就必须提出满足系统发展新需求的高精度频谱控制技术，如温度稳定性问题。如何令声表面波滤波器频率在较宽的温度范围内保持稳定，已成为当前声表面波滤波器技术发展和器件应用的关键问题之一。
如何开发一种频率温度依赖性低，同时达到低差损、高抑制度的SAW器件，是本领域技术人员亟需解决的问题。
本申请中的STD-SAW对应的中文为标准声表面波；TC-SAW对应的中文为温度补偿声表面波。
发明内容
为了解决普通STD-SAW器件对温度变化敏感的技术问题，本发明提供一种TC-SAW器件，由下至上包括，压电材料基板和叉指电极，还包括覆盖在叉指电极上的温度补偿层、压电材料基板上的第三层金属PAD层和最外层的钝化层，所述叉指电极包括第一层叉指电极层和叠加在所述第一层叉指电极层上的第二层电极；
所述压电材料基板选自至少如下一种材料：钽酸锂、铌酸锂或石英；
所述叉指电极和第三层金属PAD层选自至少如下一种材料：钛、铬、铜、银或铝；
所述温度补偿层选自至如下一种材料：二氧化硅、二氧化锗或氟氧化硅；
所述钝化层选自至少如下一种材料：氮化硅或二氧化硅。
所述TC-SAW器件的温度系数为0 ppm/K ~ -25 ppm/K。
其中，所述温度补偿层的厚度为500 nm-2000 nm。
一种TC-SAW器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，在压电材料基板的上表面涂覆光刻胶层，采用电子束蒸发，等离子体或磁控溅射在压电材料基板下表面沉积金属薄膜，最后去除压电材料基板上表面的光刻胶层；
第二步，在压电材料基板的上表面涂覆光刻胶层并进行曝光、烘烤、显影、坚膜，得到纵剖面呈倒“八”字型的光刻胶层，然后在上述步骤制得的产品上表面沉积金属薄膜；
第三步，采用湿法剥离去除工艺去除上一步处理后所有光刻胶及光刻胶上的金属薄膜，与压电材料基板紧密接触的金属薄膜被保留下来，形成第一层叉指电极层；
第四步，在上一步制得的基础上再进行涂覆光刻胶并依次进行曝光，显影，金属沉积和湿法剥离工艺，在已沉积的第一层叉指电极上沉积第二层电极；
第五步，采用物理气相沉积法或磁控溅射法在上一步制得的产品的上表面沉积一层具有正温度系数的温度补偿材料；
第六步，采用化学机械平坦化处理温度补偿层；
第七步，在温度补偿层上方均匀涂覆光刻胶层，曝光，显影之后，通过干法刻蚀对未被光刻胶保护的区域进行刻蚀，直至露出连接第一层叉指电极层上的目标金属图形，并在所述目标金属图形上沉积第三层金属PAD层，最后采用湿法剥离工艺去除所有光刻胶及光刻胶上的金属；
第八步，采用等离子体增强化学的气相沉积法在温度补偿层和第三层金属PAD层上再沉积一层用于隔绝空气的钝化层；
第九步，在钝化层上方均匀涂覆光刻胶层，曝光，显影之后，通过干法刻蚀对未被光刻胶保护的区域进行刻蚀，直到露出第三层金属PAD层的上表面；
第十步，采用湿法刻蚀方式去除压电材料基板下表面的金属膜，并对压电材料基板下表面，通过抛光，研磨减小压电材料基板的厚度。
其中，在如下步骤和位置中，生长一层介质膜，所述介质膜的材料为氧化铝：
第一步完成后，在压电材料基板的上表面生长一层介质膜；和/或
第三步完成后，在第一层叉指电极的上表面生长一层介质膜。
其中，沉积金属的方法为如下方法的一种：电子束蒸发或磁控溅射。
其中，第六步中化学机械平坦化的具体步骤为：
第一步，清洗抛光液和抛光垫；
第二步，晶元固定在抛光头上，在抛光垫上均匀涂改抛光液材料；
第三步，用CMP设备对晶元进行抛光和研磨处理；
第四步，晶元清洗。
其中，化学机械平坦化步骤中，具体条件为：
抛光垫的转速为50 rpm-100 rpm，抛光头转速为30 rpm-80 rpm；
抛光液包括至少如下一种物质：SiO2磨料、FA/O型螯合剂和/或H2O2。
本发明的有益效果为：
（1）在叉指电极上增加温度补偿层，并最终覆盖一层钝化层，令芯片的频率在较宽的温度范围内保持稳定，温度系数能达到0ppm/K~ -25ppm/K，频率更稳定，Q值更高，能满足移动通信设备的高要求；
（2）增加了温度补偿层和钝化层，制作工艺最后利用化学机械平坦化技术减薄压电材料基板的厚度，令滤波器最终的厚度保持适合的范围；
（3）在制作过程中，把光刻胶层切割成纵切面呈倒“八”字形，在剥离工艺过程中，便于光刻胶或金属的剥离，与传统干法刻蚀工艺相比，叉指电极边沿更加的平滑；
（4） 在压电材料基板的上表面和或在第一叉指电极的上表面生长一层介质膜，有利于光刻胶的附着；
（5）本发明提供的一种TC-SAW器件及其制造方法可以用于制作谐振器、滤波器和双工器等元件，应用广泛。
附图说明
图1一种TC-SAW器件纵剖面结构示意图。
图2一种TC-SAW器件的制造方法中第一步中的纵剖面结构示意图。
图3一种TC-SAW器件的制造方法中第三步中的纵剖面结构示意图。
图4一种TC-SAW器件的制造方法中第四步中的纵剖面结构示意图。
图5一种TC-SAW器件的制造方法中第五步中的纵剖面结构示意图。
图6一种TC-SAW器件的制造方法中第七步中的纵剖面结构示意图。
图7一种TC-SAW器件的制造方法中第八步中的纵剖面结构示意图。
图8一种TC-SAW器件的制造方法中第九步中的纵剖面结构示意图。
图9一种TC-SAW器件的制造方法中第十步中的纵剖面结构示意图。
图10实施例中的实测温度系数图。
附图示例：1. 压电材料基板；11.光刻胶层；2. 金属薄膜；3. 第一层叉指电极；32.第二层电极；6.温度补偿层；7.第三层PAD电极；8.钝化层。
具体实施方式
一种TC-SAW器件，由下至上包括，压电材料基板1和叉指电极，还包括覆盖在叉指电极上的温度补偿层6、压电材料基板上的第三层金属PAD层7和最外层的钝化层8，所述叉指电极包括第一层叉指电极层3和叠加在所述第一层叉指电极层上的第二层电极32；
所述压电材料基板1选自至少如下一种材料：钽酸锂、铌酸锂或石英；
所述叉指电极和第三层金属PAD层7选自至少如下一种材料：钛、铬、铜、银或铝；
所述温度补偿层6选自至如下一种材料：二氧化硅、二氧化锗或氟氧化硅；
所述钝化层8选自至少如下一种材料：氮化硅或二氧化硅。
所述TC-SAW器件的温度系数为0 ppm/K ~ -25 ppm/K。
其中，所述温度补偿层6的厚度为500 nm-2000 nm。
一种TC-SAW器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，在压电材料基板1的上表面涂覆光刻胶层11，采用电子束蒸发，等离子体或磁控溅射在压电材料基板1下表面沉积金属薄膜2，最后去除压电材料基板1上表面的光刻胶层11；
第二步，在压电材料基板1的上表面涂覆光刻胶层11并进行曝光、烘烤、显影、坚膜，得到纵剖面呈倒“八”字型的光刻胶层11，然后在上述步骤制得的产品上表面沉积金属薄膜；
第三步，采用湿法剥离去除工艺去除上一步处理后所有光刻胶及光刻胶上的金属薄膜，与压电材料基板1紧密接触的金属薄膜被保留下来，形成第一层叉指电极层3；
第四步，在上一步制得的基础上再进行涂覆光刻胶并依次进行曝光，显影，金属沉积和湿法剥离工艺，在已沉积的第一层叉指电极3上沉积第二层电极32；
第五步，采用物理气相沉积法或磁控溅射法在上一步制得的产品的上表面沉积一层具有正温度系数的温度补偿材料6；
第六步，采用化学机械平坦化处理温度补偿层6；
第七步，在温度补偿层6上方均匀涂覆光刻胶层11，曝光，显影之后，通过干法刻蚀对未被光刻胶保护的区域进行刻蚀，直至露出连接第一层叉指电极层上3的目标金属图形，并在所述目标金属图形上沉积第三层金属PAD层7，最后采用湿法剥离工艺去除所有光刻胶及光刻胶上的金属；
第八步，采用等离子体增强化学的气相沉积法在温度补偿层6和第三层金属PAD层7上再沉积一层用于隔绝空气的钝化层8；
第九步，在钝化层8上方均匀涂覆光刻胶层，曝光，显影之后，通过干法刻蚀对未被光刻胶保护的区域进行刻蚀，直到露出第三层金属PAD层7的上表面；
第十步，采用湿法刻蚀方式去除压电材料基板1下表面的金属膜2，并对压电材料基板1下表面，通过抛光，研磨减小压电材料基板1的厚度。
其中，在如下步骤和位置中，生长一层介质膜，所述介质膜的材料为氧化铝：
第一步完成后，在压电材料基板1的上表面生长一层介质膜；和/或
第三步完成后，在第一层叉指电极3的上表面生长一层介质膜。
其中，沉积金属的方法为如下方法的一种：电子束蒸发或磁控溅射。
其中，第六步中化学机械平坦化的具体步骤为：
第一步，清洗抛光液和抛光垫；
第二步，晶元固定在抛光头上，在抛光垫上均匀涂覆抛光液材料；
第三步，用CMP设备对晶元进行抛光和研磨处理，先粗磨再精磨；
第四步，晶元清洗。
其中，化学机械平坦化步骤中，具体条件为：
抛光垫的转速为50 rpm-100 rpm，抛光头转速为30 rpm-80 rpm；
抛光液包括至少如下一种物质：SiO2磨料、FA/O型螯合剂和/或H2O2。
实施例
如图10所示，一种TC-SAW器件的实测温度系数图，由图可知，其温度系数为-15.8ppm/K。
Claims (7)
1.一种TC-SAW器件的制造方法，TC-SAW器件包括压电材料基板和设在压电材料基板上的叉指电极，其特征在于，还包括覆盖在叉指电极上的温度补偿层、压电材料基板上的第三层金属PAD层和最外层的钝化层，所述叉指电极包括第一层叉指电极层和叠加在所述第一层叉指电极层上的第二层电极；所述压电材料基板选自至少如下一种材料：钽酸锂、铌酸锂或石英；所述叉指电极和第三层金属PAD层选自至少如下一种材料：钛、铬、铜、银或铝；
所述温度补偿层选自至如下一种材料：二氧化硅、二氧化锗或氟氧化硅；所述钝化层选自至少如下一种材料：氮化硅或二氧化硅，其特征在于，制造方法包括如下步骤：
第一步，在压电材料基板的上表面涂覆光刻胶层，采用电子束蒸发，等离子体或磁控溅射在压电材料基板下表面沉积金属薄膜，最后去除压电材料基板上表面的光刻胶层；
第二步，在压电材料基板的上表面涂覆光刻胶层并进行曝光、烘烤、显影、坚膜，得到纵剖面呈倒“八”字型的光刻胶层，然后在上述步骤制得的产品上表面沉积金属薄膜；
第三步，采用湿法剥离去除工艺去除上一步处理后所有光刻胶及光刻胶上的金属薄膜，与压电材料基板紧密接触的金属薄膜被保留下来，形成第一层叉指电极层；
第四步，在上一步制得的基础上再进行涂覆光刻胶并依次进行曝光，显影，金属沉积和湿法剥离工艺，在已沉积的第一层叉指电极上沉积第二层电极；
第五步，采用物理气相沉积法或磁控溅射法在上一步制得的产品的上表面沉积一层具有正温度系数的温度补偿材料；
第六步，采用化学机械平坦化处理温度补偿层；
第七步，在温度补偿层上方均匀涂覆光刻胶层，曝光，显影之后，通过干法刻蚀对未被光刻胶保护的区域进行刻蚀，直至露出连接第一层叉指电极层上的目标金属图形，并在所述目标金属图形上沉积第三层金属PAD层，最后采用湿法剥离工艺所有光刻胶及光刻胶上的金属；
第八步，采用等离子体增强化学的气相沉积法在温度补偿层和第三层金属PAD层上再沉积一层用于隔绝空气的钝化层；
第九步，在钝化层上方均匀涂覆光刻胶层，曝光，显影之后，通过干法刻蚀对未被光刻胶保护的区域进行刻蚀，直到露出第三层金属PAD层的上表面；
第十步，采用湿法刻蚀方式去除压电材料基板下表面的金属膜，并对压电材料基板下表面，通过抛光，研磨减小压电材料基板的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种TC-SAW器件的制造方法，其中，在如下步骤和位置中，生长一层介质膜，所述介质膜的材料为氧化铝：
第一步完成后，在压电材料基板的上表面生长一层介质膜；和/或
第三步完成后，在第一层叉指电极的上表面生长一层介质膜。
3.根据权利要求1所述的一种TC-SAW器件的制造方法，其中，沉积金属的方法为如下方法的一种：电子束蒸发或磁控溅射。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种TC-SAW器件的制造方法，其中，第六步中化学机械平坦化的具体步骤为：
第一步，清洗抛光液和抛光垫；
第二步，晶元固定在抛光头上，在抛光垫上均匀涂覆抛光液材料；
第三步，用CMP设备对晶元进行抛光和研磨处理，先粗磨再精磨；
第四步，晶元清洗。
5.根据权利要求4所述的一种TC-SAW器件的制造方法，其中，化学机械平坦化步骤中，具体条件为：
抛光垫的转速为50rpm-100rpm，抛光头转速为30rpm-80rpm；
抛光液包括至少如下一种物质：SiO2磨料、FA/O型螯合剂和/或H2O2 。
6.根据权利要求1所述的一种TC-SAW器件的制造方法，其温度系数为0ppm/K~ -25ppm/K。
7.根据权利要求1所述的一种TC-SAW器件的制造方法，其中，所述温度补偿层的厚度为500 nm-2000 nm。
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