CN114124027A

CN114124027A - 一种具有t型idt结构的saw滤波器及其制造方法

Info

Publication number: CN114124027A
Application number: CN202111262876.XA
Authority: CN
Inventors: 朱庆芳
Original assignee: Quanzhou San'an Integrated Circuit Co ltd
Current assignee: Quanzhou San'an Integrated Circuit Co ltd
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2022-03-01

Abstract

本发明公开了一种具有T型IDT结构的SAW滤波器，包括压电衬底和IDT电极，IDT电极包括相对设置的两个汇流条，各汇流条分别连接有向另一汇流条延伸的多个指条，且两汇流条上的指条交错排列；所述指条包括根部和位于根部顶端的帽部，在与指条延伸方向相垂直的宽度方向上，所述帽部的宽度大于所述根部。本发明还公开了上述SAW滤波器的制造方法。本发明在不改变线距和金属重量的前提下，减少了金属厚度同时维持目标的工作频率，避免了厚的金属层所导致的图形变形等问题对性能的影响。

Description

一种具有T型IDT结构的SAW滤波器及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种具有T型IDT结构的SAW滤波器及其制造方法。

背景技术

声表面波(SAW)器件是利用声一电换能器的特征对压电材料基片表面上传播的声信号进行各种处理，并完成各种功能的固体器件。利用半导体平面工艺在压电材料基片表面制作出叉指状的金属电极(称作叉指换能器IDT)，电极接上交变电压即可在基片表面激发出声表面波，电信号可藉此声表面波传递。

IDT的制作工艺主要分为金属剥离工艺(lift-off)与干法蚀刻工艺(dry etch)。SAW滤波器的工作频率主要由IDT线距(pitch)与IDT金属重量(mass loading)所决定，而IDT金属重量一般由调整金属厚度来变化)。在lift-off工艺中，如制作低频滤波器时需要用厚的金属，而要形成厚的金属则需要厚的光刻胶，一方面厚的光刻胶在后续制程中容易产生塌胶、裂纹、变形等问题；另一方面金属移除时厚的金属较不易移除，需搭配胶带移除等其他工序，且容易造成微刮伤、残留等问题；上述问题最终导致生产良率低，金属图形异常，进而影响器件性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种具有T型IDT结构的SAW滤波器及其制造方法。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种具有T型IDT结构的SAW滤波器，包括压电衬底和设于所述压电衬底上的IDT电极，所述IDT电极包括相对设置的两个汇流条，各汇流条分别连接有向另一汇流条延伸的多个指条，且两汇流条上的指条交错排列；所述指条包括根部和位于根部顶端的帽部，在与指条延伸方向相垂直的宽度方向上，所述帽部的宽度大于所述根部。

可选的，所述帽部的厚度占所述指条的厚度的占比不大于70％。

可选的，在所述宽度方向上，所述帽部由所述根部边缘向外延伸的距离不大于所述根部宽度的25％。

可选的，在所述宽度方向上，所述帽部两侧由所述根部边缘向外延伸的距离相同。

可选的，所述帽部的重量占所述指条的重量的占比不大于75％。

可选的，所述压电衬底包括LiTaO₃或LiNbO₃；所述IDT电极材料包括Ti、Al、Cu、Ta、Au、Pt、Mo、Ag中的至少一种。

一种上述T型IDT结构的SAW滤波器的制造方法，包括以下步骤：

1)于压电衬底上涂布第一光刻胶层，通过曝光与显影制程使第一光刻胶层形成第一层图形，所述第一层图形具有与IDT电极形状对应的第一窗口，其中对应指条部分的第一指条窗口的宽度为第一宽度；

2)对第一光刻胶层进行表面定形处理；

3)涂布第二光刻胶层，通过曝光与显影制程使第二光刻胶层形成第二层图形，所述第二层图形具有叠加于第一窗口上方的第二窗口，其中对应指条部分的第二指条窗口的宽度为第二宽度，且第二宽度大于第一宽度；

4)采用金属蒸镀的方法沉积金属，其中金属于第一指条窗口内形成所述根部，于第二指条窗口内形成所述帽部；

5)剥离第一光刻胶层、第二光刻胶层以及位于光刻胶上的金属。

可选的，所述第一光刻胶层和第二光刻胶层所搭配使用的显影液不同。

可选的，步骤2)中，采用等离子体蚀刻设备，反应气体为SF₆+He，其中SF₆的流量为5～50sccm，He的流量为100～250sccm，压力为100～300mTorr，功率为200～600W，对所述第一光刻胶层表面做硬化处理。

可选的，步骤5)中，采用NMP做为剥离液，在温度70～90℃下，以旋转涂布NMP的方式去除光刻胶与光刻胶上之金属。

本发明的有益效果为：

1)IDT电极的指条采用T型结构设计，上部分的宽度大于下部分的宽度，在不改变线距和金属重量的前提下，减少了金属厚度同时维持目标的工作频率，避免了厚的金属层所导致的图形变形等问题对性能的影响；

2)减少了需要的光刻胶的厚度，降低了光刻胶移除的难度，避免微刮伤、残留等问题，达到提升良率的目的。

附图说明

图1为一实施例的具有T型IDT结构的SAW滤波器的电极结构俯视图；

图2为一实施例的具有T型IDT结构的SAW滤波器的电极结构截面图，图中显示图1中A-A’截面的示意图；

图3为一实施例的具有T型IDT结构的SAW滤波器的制造方法工艺流程图，图中显示各步骤所得到的结构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。

参考图1和图2，一种具有T型IDT结构的SAW滤波器，包括压电衬底1和设于压电衬底1上的IDT电极2。IDT电极2包括相对设置的两个汇流条21，各汇流条21分别连接有向另一汇流条延伸的多个指条22，且两汇流条21上的指条22交错排列。指条22包括根部221和位于根部顶端的帽部222，在与指条延伸方向相垂直的宽度方向(即图中A-A’方向)上，帽部222的宽度大于根部221，呈现T型结构。

具体，连接于一汇流条21上的指条22平行间隔排列，形成类似梳状结构，相对两汇流条21的指条22对插，形成平行交错间隔排列的状态。IDT电极是采用金属沉积于压电衬底1表面形成，其指条22的根部221与压电衬底1表面接触，帽部222位于根部221之上。帽部222的厚度占指条221的厚度的占比不大于70％，进一步优选的，约为30％～50％。在所述宽度方向上，帽部222由根部221边缘向外延伸的距离(即帽部222单侧比根部221多出的宽度)不大于根部221宽度的25％，且两侧向外延伸的举例相同，即形成对称的T型结构。指条22是一致均匀的结构，即具有条形的根部221和条形的帽部222，使得延伸方向上的任何截面均为上述T型形状，且帽部222的重量占指条22的重量的占比不大于75％，进一步优选的，在40％～65％左右，通过上述比例关系以得到一个较佳的应力分布和结构稳定性。

压电衬底1所使用的压电材料较佳的是钽酸锂(LiTaO₃)或铌酸锂(LiNbO₃)，此外，也可以是其他压电材料。IDT电极材料为导电金属，包括Ti、Al、Cu、Ta、Au、Pt、Mo、Ag中的至少一种，或者多种金属的叠层结构，例如Ti/Al/Cu或Ta/TaN/Cu的组合层等。

根据工作频率和金属材料的选择来设计需要的金属高度，例如可以在0.1～0.8μm的范围。举例来说，工作频率为850MHz的SAW滤波器，设计其线距(指条宽度+相邻指条间距)约为1μm，按常规矩形截面的设置(上下同宽)，则需要金属高度(即厚度)约为0.3μm(Al为例，金属密度越大则厚度越小)。在其他条件相同时，通过T型指条结构的设置，根部宽度不变，根部高度为50％(即0.15μm)，帽部宽度扩大至150％，则帽部高度为0.1μm，指条总高度为0.25μm，较常规设置的高度降低了17％，可在保持底部线距不变的前提下实现与常规设置相同的金属重量，进而维持相同的工作频率。由于SAW滤波器所产生的是在压电基材表面进行传播的振动波，因而起决定作用的是与压电基材表面接触的电极指条的布局，而本发明不改变与压电基材表面接触的电极指条的布局，通过指条上端结构的改进来达到降低金属高度并维持金属重量的目的，可以满足性能的需求。

参考图3，以下实施例具体说明上述T型IDT结构的SAW滤波器的制造方法，其包括以下步骤：

步骤1)于压电衬底1上涂布第一光刻胶层，通过曝光与显影制程使第一光刻胶层形成第一层图形3，所述第一层图形3具有与IDT电极形状对应的第一窗口，其中对应指条部分的第一指条窗口3a的宽度为第一宽度；第一指条窗口3a用于形成指条的根部。

步骤2)对第一光刻胶层进行表面定形处理；采用介电层刻蚀机台(如Lam R4420)，反应气体为SF₆(流量5～50sccm)/He(流量100～250sccm)，压力100～300mTorr，功率为200～600W，对光刻胶层表面做硬化处理形成高硬度的表层，即硬化层4，硬化层的厚度约为10～20nm。硬化层的作用是维持第一光刻胶层的形状。

步骤3)涂布第二光刻胶层，通过曝光与显影制程使第二光刻胶层形成第二层图形5，所述第二层图形具有叠加于第一窗口上方的第二窗口，其中对应指条部分的第二指条窗口5a的宽度为第二宽度，且第二宽度大于第一宽度；第二指条窗口5a用于形成指条的帽部；这里第一光刻胶层和第二光刻胶层为不同性质的光刻胶，其不同性质是指第一光刻胶层和第二光刻胶层所搭配使用的显影液不同，在对第二光刻胶层进行图形化时，不对第一光刻胶层产生影响。

步骤4)采用金属蒸镀的方法沉积金属，其中金属于第一指条窗口内形成所述根部，于第二指条窗口内形成所述帽部；

步骤5)采用剥离第一光刻胶层、第二光刻胶层以及位于光刻胶上的金属，具体，使用单片式的剥离机台(如ASAP LOA-6210)NMP做为剥离液，温度80℃，旋转涂布NMP的方式，去除光刻胶与光刻胶上之金属，得到所需的金属图案。由于T形结构所需的金属层较薄，可避免发生厚层金属湿式剥离时，容易发生的微刮伤(micro scratch)的问题(故厚层金属湿式玻璃前需要先作胶带剥离，去除大部分需去除的金属)。

上述工艺可采用常规设备来实现，采用两层光阻的设计构筑了T型金属的沉积窗口，由于降低了金属的厚度，相应减少了光刻胶的厚度，避免了微刮伤、不易移除等问题，提高了良率；此外也由于降低了所需沉积的金属的厚度而提高了蒸镀机的产能。

此外，在形成IDT电极之后，还有形成覆盖IDT电极的介质层以及引线等常规工艺以得到完整的SAW滤波器器件结构。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种具有T型IDT结构的SAW滤波器及其制造方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种具有T型IDT结构的SAW滤波器，其特征在于：包括压电衬底和设于所述压电衬底上的IDT电极，所述IDT电极包括相对设置的两个汇流条，各汇流条分别连接有向另一汇流条延伸的多个指条，且两汇流条上的指条交错排列；所述指条包括根部和位于根部顶端的帽部，在与指条延伸方向相垂直的宽度方向上，所述帽部的宽度大于所述根部。

2.根据权利要求1所述的具有T型IDT结构的SAW滤波器，其特征在于：所述帽部的厚度占所述指条的厚度的占比不大于70％。

3.根据权利要求1所述的具有T型IDT结构的SAW滤波器，其特征在于：在所述宽度方向上，所述帽部由所述根部边缘向外延伸的距离不大于所述根部宽度的25％。

4.根据权利要求1所述的具有T型IDT结构的SAW滤波器，其特征在于：在所述宽度方向上，所述帽部两侧由所述根部边缘向外延伸的距离相同。

5.根据权利要求1所述的具有T型IDT结构的SAW滤波器，其特征在于：所述帽部的重量占所述指条的重量的占比不大于75％。

6.根据权利要求1所述的具有T型IDT结构的SAW滤波器，其特征在于：所述压电衬底包括LiTaO₃或LiNbO₃；所述IDT电极材料包括Ti、Al、Cu、Ta、Au、Pt、Mo、Ag中的至少一种。

7.一种权利要求1～6任一项所述的T型IDT结构的SAW滤波器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)对第一光刻胶层进行表面定形处理；

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述第一光刻胶层和第二光刻胶层所搭配使用的显影液不同。

9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：步骤2)中，采用等离子体蚀刻设备，反应气体为SF₆+He，其中SF₆的流量为5～50sccm，He的流量为100～250sccm，压力为100～300mTorr，功率为200～600W，对所述第一光刻胶层表面做硬化处理。

10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：步骤5)中，采用NMP做为剥离液，在温度70～90℃下，以旋转涂布NMP的方式去除光刻胶与光刻胶上之金属。