CN113472311B - 一种体声波谐振器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种体声波谐振器及其制备方法，涉及MEMS器件制造领域，该制备方法包括：提供基底；在基底表面生长非晶硅，在非晶硅表面形成反射栅；在反射栅上形成下电极，对下电极进行平坦化处理，平坦化结束在下电极的信号输出区域制作阻挡层；在形成有阻挡层的下电极上形成压电层；在所述压电层上形成上电极，完成谐振器。本发明通过剥离工艺及CMP工艺对下电极进行平坦化，很好的保证了压电层的成膜质量，进而减小谐振器的插入损耗，提高谐振器的品质因数Q。同时本发明通过对下电极的信号输出区域进行阻挡工艺，解决了压电层在湿法腐蚀工艺时对下电极金属的腐蚀问题，极大地提高了体声波谐振器的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS器件制造领域，尤其涉及一种体声波谐振器及其制备方法。
背景技术
与声表面波(SAW)滤波器相比，体声波(BAW)滤波器更适合于高频。BAW滤波器具有对温度变化不敏感，插入损耗小，带外衰减大等优点。BAW滤波器的基本单元谐振器的结构是两个金属电极之间夹着压电薄膜，声波在压电薄膜里震荡形成驻波。为了把声波留在压电薄膜里震荡，震荡结构和外部环境之间必须有足够的隔离才能得到最小的插入损耗和最大的品质因数Q。
BAW谐振器下电极的平坦化程度及表面粗糙程度直接影响到压电薄膜的成膜质量，进一步影响到BAW滤波器的性能，因此BAW谐振器下电极平坦化工艺是BAW滤波器生产中的关键工艺。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种体声波谐振器及其制备方法，技术方案如下：
第一方面，本发明公开了一种体声波谐振器的制备方法，所述方法包括：
提供基底；
在基底表面生长一层非晶硅；
在非晶硅上形成反射栅；
在反射栅表面形成图形化金属层；
在图形化金属层上形成光刻胶阻挡层；
在形成有图形化金属层和光刻胶阻挡层的反射栅上溅射非金属介质，形成非金属介质层；
采用剥离工艺去除所述光刻胶阻挡层和位于所述光刻胶阻挡层上方的所述非金属层，形成下电极；
在下电极上形成压电层，下电极在下电极信号输出区域相对于压电层外露；
在压电层上形成上电极。
进一步的，非金属介质层的厚度大于图形化金属层的厚度；
采用CMP工艺对非金属介质层和图形化金属层进行平坦化处理，使得非金属介质层和图形化金属层的厚度相同，得到平坦化下电极。
进一步的，图形化金属层还包括下电极信号输出区域，在下电极信号输出区域表面形成阻挡层，在阻挡层的作用下制作形成压电层。
进一步的，在下电极信号输出区域表面形成阻挡层包括：
在下电极上形成光刻胶阻挡层，露出下电极信号输出区域；
在形成有光刻胶阻挡层的下电极上溅射非金属介质；
去除光刻胶阻挡层和位于光刻胶阻挡层上方的非金属介质，在下电极信号输出区域表面形成阻挡层。
进一步的，在阻挡层的作用下制作形成压电层包括：
在形成有阻挡层的下电极上形成压电层；
在压电层上方形成非金属介质层，对非金属介质层进行图形化处理，以露出阻挡层表面的压电层部分；
采用湿法腐蚀工艺去除阻挡层表面的压电层部分；
去除图形化处理后的非金属介质层和阻挡层。
第二方面，本发明公开了一种体声波谐振器，采用第一方面所述的制备方法制备，所述体声波谐振器包括自下而上设置的：
基底；
非晶硅层；
反射栅层；
平坦化下电极，下电极包括图形化金属层和非金属介质层，图形化金属层还包括下电极信号输出区域；
压电层，压电层形成在下电极表面，并露出下电极信号输出区域；
上电极，上电极包括上电极信号输出区域。
本发明的有益技术效果是：
本发明公开了一种体声波谐振器及其制备方法，该制备方法通过剥离工艺及CMP工艺对下电极进行平坦化处理，可以提高压电层的成膜质量，减小成膜应力，进而减小谐振器的插入损耗，提高谐振器的品质因数Q。
同时，本发明通过对下电极的信号输出区域进行阻挡工艺，解决了压电层在湿法腐蚀工艺时对下电极金属的腐蚀问题，极大提高了体声波谐振器的成品率。
附图说明
图1是本发明公开的一种体声波谐振器的制备方法流程图。
图2至图6是本发明公开的制备体声波谐振器的工艺示图。
图7是本发明公开的制备下电极的具体工艺示图。
图8是本发明公开的制备压电层的具体工艺示图。
图9是本发明提供的一种体声波谐振器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本实施例公开了一种体声波谐振器的制备方法，请参考图1所示的流程图以及图2-图8所示的工艺示图，该方法包括如下步骤：
步骤S1，提供基底S100。
步骤S2，参考图2，在基底S100的表面生长一层非晶硅S200；非晶硅S200的厚度范围为300-900nm。
步骤S3，参考图3，在非晶硅S200的表面制作反射栅S300；反射栅的厚度范围为1μm-10μm。
步骤S4，参考图4，在反射栅S300表面制作下电极，下电极包括图形化金属层S731和非金属介质层S761，图形化金属层S731还包括下电极信号输出区域S7311和谐振区域S7312；其中下电极需要经过CMP工艺平坦化，并优选进行阻挡工艺处理。参考图7，该步骤具体有如下几个子步骤：
步骤S71，在反射栅S300表面上形成一层金属膜S711。
步骤S72，在金属膜S711上进行匀胶、光刻、显影，形成光刻胶阻挡层S721。
步骤S73，采用湿法腐蚀或者干法刻蚀工艺对金属膜S711进行图形化，形成图形化金属层S731。
步骤S74，去除光刻胶阻挡层S721，露出图形化金属层S731。
步骤S75，在图形化金属层S731表面进行匀胶、光刻、显影，形成光刻胶阻挡层S751。
步骤S76，在形成有图形化金属层S731和光刻胶阻挡层S751的反射栅上溅射非金属介质层S761；非金属介质层S761的材料包括氧化硅、氮化硅、石英中的一种或其任意组合。
步骤S77，剥离光刻胶阻挡层S751和其上方的非金属介质层S761，形成下电极。
本实施例中，非金属介质层S761的厚度大于图形化金属层S731的厚度；优选的，非金属介质层S761的厚度比图形化金属部层S731的厚度大200-500nm。
进一步的，包括步骤S78，采用CMP工艺对非金属介质层S761和图形化金属层S731进行平坦化处理，使得图形化金属层S731完全露出，非金属介质层S761和图形化金属层S731的厚度相同，形成平坦化下电极；其中图形化金属层S731包括下电极信号输出区域S7311和谐振区域S7312。
优选的，还包括步骤S79，在下电极信号输出区域表面形成阻挡层S791。该步骤具体包括：
在下电极上形成光刻胶阻挡层，露出下电极信号输出区域S7311；
在形成有光刻胶阻挡层的下电极上溅射非金属介质；非金属介质的材料包括氧化硅、氮化硅、石英中的一种或其任意组合；
剥离光刻胶阻挡层和其上方的非金属介质，在下电极信号输出区域S7311表面形成阻挡层S791；阻挡层S791的厚度范围为100-300nm。
步骤S5，参考图5，在阻挡层S791的作用下在下电极表面形成压电层S811，下电极在下电极信号输出区域S7311相对于压电层S811外露；其中，压电层S811需要制作保护层，并且需要经过湿法腐蚀工艺图形化压电层S811。参考图8，该步骤具体有如下几个子步骤：
步骤S81，在形成有阻挡层S791的下电极上形成压电层S811。
步骤S82，在压电层S811上方形成非金属介质层S821；非金属介质层S821的材料包括氧化硅、氮化硅、石英中的一种或其任意组合；非金属介质层S821的厚度范围为300-600nm。
步骤S83，对第二非金属介质层S821进行图形化处理，形成保护层S831、S832，以露出阻挡层S791表面的压电层部分S833。
步骤S84，采用湿法腐蚀工艺去除阻挡层S791表面的压电层部分S833。
步骤S85，去除保护层S831、S832和阻挡层S791，形成图形化后的压电层S811，并露出下电极信号输出区域S7311。
步骤S6，参考图6，在压电层S811的表面形成上电极S600；上电极S600还包括上电极信号输出区域S611。
本发明公开的制备方法通过剥离工艺和CMP工艺对整个下电极结构进行平坦化处理，优化了后续压电层的成膜质量，减小了成膜应力，进而降低了谐振器的插入损耗，提高了谐振器的品质因数Q。
进一步的，在形成压电层之前，该制备方法还对下电极的信号输出区域进行阻挡工艺，从而解决了压电层在湿法腐蚀工艺时对下电极金属的腐蚀问题，极大提高了体声波谐振器的成品率。
本发明还提供了一种体声波谐振器，具体根据本发明公开的一种体声波谐振器的制备方法制备得到，请参考图9所示的体声波谐振器的结构示意图，所述体声波谐振器包括自下而上设置的：
基底S100；
非晶硅层S200；非晶硅层S200的厚度为300-900nm；
反射栅层S300；反射栅层S300的厚度为1μm-10μm；
平坦化下电极，下电极包括图形化金属层S731和非金属介质层S761，图形化金属层S731还包括下电极信号输出区域S7311；非金属介质层S761的材料包括氧化硅、氮化硅、石英中的一种或其任意组合；
压电层S811，压电层S811形成在下电极表面，并露出下电极信号输出区域S7311；
上电极S600，上电极S600包括上电极信号输出区域S611。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供基底；
在所述基底表面生长一层非晶硅；
在所述非晶硅上形成反射栅；
在所述反射栅表面形成图形化金属层；
在所述图形化金属层上形成光刻胶阻挡层；
在形成有所述图形化金属层和所述光刻胶阻挡层的反射栅上溅射非金属介质，形成非金属介质层；
采用剥离工艺去除所述光刻胶阻挡层和位于所述光刻胶阻挡层上方的所述非金属介质层，制作形成下电极；
在所述下电极上形成压电层，所述下电极在图形化金属层的下电极信号输出区域相对于所述压电层外露；
在所述压电层上形成上电极；
其中，所述在所述下电极上形成压电层，包括：在所述图形化金属层的下电极信号输出区域表面形成阻挡层，在所述阻挡层的作用下制作形成所述压电层；
其中，在所述阻挡层的作用下制作形成所述压电层包括：在形成有所述阻挡层的所述下电极上形成压电层；在所述压电层上方形成非金属介质层，对所述非金属介质层进行图形化处理，以露出所述阻挡层表面的压电层部分；采用湿法腐蚀工艺去除所述阻挡层表面的所述压电层部分；去除图形化处理后的所述非金属介质层和所述阻挡层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非金属介质层的厚度大于所述图形化金属层的厚度；则所述制作形成下电极包括：
采用CMP工艺对所述反射栅表面的非金属介质层和所述图形化金属层进行平坦化处理，使得所述非金属介质层和所述图形化金属层的厚度相同，得到平坦化下电极。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述下电极上所述下电极信号输出区域表面形成阻挡层包括：
在所述下电极上形成光刻胶阻挡层，露出所述下电极信号输出区域；
在形成有所述光刻胶阻挡层的所述下电极上溅射非金属介质；
去除所述光刻胶阻挡层和位于所述光刻胶阻挡层上方的非金属介质，在所述下电极信号输出区域表面形成所述阻挡层。
4.一种体声波谐振器，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的制备方法制备，所述体声波谐振器包括自下而上设置的：
基底；
非晶硅层；
反射栅层；
平坦化下电极，所述下电极包括图形化金属层和非金属介质层，所述图形化金属层还包括下电极信号输出区域；
压电层，所述压电层形成在所述下电极表面，并露出所述下电极信号输出区域；
上电极，所述上电极包括上电极信号输出区域。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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