CN115242206B - 叉指换能器指条成型工艺以及声表滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叉指换能器指条成型工艺以及声表滤波器，叉指换能器指条成型工艺通过调整光刻图形传统的互联结构，修改版图曝光区，有效地避免了光刻工艺中光刻图形形变异化的情况发生。并在后续的工艺流程中，通过目前已经较为成熟的、被本领域技术人员熟知的光刻、湿法腐蚀或干法刻蚀、去胶工艺，最终得到结构正常无形变异化的叉指换能器指条结构，而无需升级设备或提高其他工序制成能力，即在现有产线工艺制成能力水平上通过优化工艺达到了提高产品良率的效果。本发明提供的该叉指换能器指条成型工艺尤其适用于POI晶圆，制备POI SAW器件，提升器件生产良率。

Description

叉指换能器指条成型工艺以及声表滤波器

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其是涉及一种叉指换能器指条成型工艺以及声表滤波器。

背景技术

无线通信终端中包含有射频滤波器，目前最广泛应用的射频滤波器是声表滤波器（SAW，Sound Acoustic Wave），一般采用铌酸锂或钽酸锂等压电晶体为基片，在基片表面通过光刻工艺制成两组具有能量转换功能的交叉指型的金属电极IDT（Integrate DigitalTransducer，叉指换能器）。但是传统声表滤波器存在Q值低（＜1000）和频率随工作温度漂移的特性，难以满足频段越来越拥挤的5G时代射频终端对滤波器的要求。移动终端向高速通信工具的演进是未来发展的必然之路，POI(Piezoelectric layer on Insulator，压电材料/绝缘材料层) SAW具备高频率高性能，在从800M到2.5GHz的宽频带内均表现出优秀的性能，是应对下一代通信终端所带来的挑战的潜在选择，有很大的发展前景和空间。POI作为近些年的新材料，相关技术中的POI SAW的生产工艺条件还不够成熟，存在良率低、成本高的问题，在未来的应用和发展中还需要逐步改进和完善。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

相关技术中的POI晶圆结构如图1所示，POI晶圆的底部是以单晶硅层、介质层、多晶硅层叠加而成的硅基复合衬底1，衬底上方为LN（铌酸锂）或LT（钽酸锂）压电薄膜2。由于POI晶圆的压电薄膜2厚度较薄（一般为0.5um左右）且有一定的透光性，所以在POI晶圆在光刻工艺曝光时，晶圆的中心和边缘对曝光光源反射和透射的差异较普通的LN或LT晶圆大。这就造成在相同的工艺条件下，POI晶圆上叉指换能器指条3线宽的均匀性较差，且不易控制，不利于产品良率的管控。因此POI SAW产品的生产工艺的主要难点之一，也在于控制光刻图形的均匀性。

相关技术中的叉指换能器指条成型工艺中，一般采用刻蚀光刻胶的方法。如图2所示，通过刻蚀在POI晶圆上表面形成叉指换能器的光刻图形31（光刻胶）。如图2所示，光刻图形31包括多个平行的光刻胶条以及连接相邻两个光刻胶条的连接区域311。发明人在研究过程中发现，在刻蚀形成光刻图形31时，距离连接区域311的位置越远，光刻胶条侧面的刻蚀速率差别就越大，所以在刻蚀后容易出现光刻图形31形貌形变异化的情况（如图2的左图所示）。

鉴于上述刻蚀工艺本身及设备本身的限制，形变异化的光刻图形31在经过后续金属蒸镀和剥离工艺后，会形成与形变异化图形互补的叉指换能器金属电极的异常形貌。具体表现为原本应该平行的叉指换能器指条3，因受光刻图形31形变异化的影响，呈现出弯曲且互不平行的情况（如图3的左图所示），进而严重影响到POI SAW产出器件的性能。虽然可以通过升级更高级的刻蚀设备来改善这一问题，但成本较高且刻蚀工艺更为复杂。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种叉指换能器指条成型工艺，工艺流程简单，且在不升级刻蚀设备基础上，有效解决了刻蚀后指条形貌的形变异化问题，使产品良率和产品性能都有显著的提升。

本发明的实施例还提出一种具有采用上述叉指换能器指条成型工艺加工成型的叉指换能器的声表滤波器。

本发明实施例叉指换能器指条成型工艺，包括如下步骤：

步骤1：在晶圆上表面形成第一光刻图形，所述第一光刻图形包括若干平行的光刻胶条，所述光刻胶条之间相互独立；

步骤2：在步骤1的基础上进行金属蒸镀和剥离，形成金属电极层，所述金属电极层包括若干平行且间隔设置的金属指条，相邻金属指条之间形成有剥离区域；

步骤3：在所述金属电极层上形成第二光刻图形，所述第二光刻图形构造出若干镂空区，若干镂空区与若干金属指条一一对应，所述镂空区暴露出与其相对的所述金属指条的一部分；

步骤4：去除步骤3中所述镂空区对应的所述金属指条的部分，形成若干金属去除区域，所述金属去除区域与剥离区域相连通将所述金属电极层分割为两部分；

步骤5：去除剩余的第二光刻图形，得到叉指换能器指条结构。

本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺通过调整光刻图形传统的互联结构，修改版图曝光区，采用独立的胶条结构，可有效避免光刻工艺中光刻图形形变异化的情况发生。并在后续的工艺流程中，通过目前已经较为成熟的、被本领域技术人员熟知的光刻、湿法腐蚀或干法刻蚀、去胶工艺，最终得到结构正常无形变异化的叉指换能器指条结构，而无需升级设备或提高其他工序制成能力，即在现有产线工艺制成能力水平上通过优化工艺达到了提高产品良率的效果。

本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺尤其适用于压电薄膜层较薄的POI晶圆，使叉指换能器指条的线宽更均匀、易控制，由此有利于提高制备的POI SAW器件的生产良率。

可选地，步骤1中形成的若干光刻胶条的宽度相同、间距相同且在宽度方向上依次排列。如此使得在后续步骤中获得的剥离区域宽度相同、间距相同，使最终形成的叉指换能器指条结构分布更加均匀、合理，叉指换能器指条之间获得较好的平行度，有利于产品良率的改善，使得谐振器性能更加稳定。

可选地，步骤2具体包括在步骤1的第一光刻图形上蒸镀金属层，并对所述光刻胶条进行剥离，以形成未覆盖金属层的若干剥离区域。

可选地，步骤3中，在所述金属指条的宽度方向上相邻的两个所述镂空区错开，以便在在后续的腐蚀或刻蚀过程中，金属去除区域将金属指条分割为长短不一的指条结构，进而能够形成叉指结构。

可选地，所述金属去除区域将对应的所述金属指条分割为第一指条和第二指条，所述第一指条的长度大于所述第二指条的长度，多个所述第一指条的长度彼此相同，多个所述第二指条的长度彼此相同，以使叉指换能器指条结构更加均匀、合理。

可选地，步骤4中采用湿法腐蚀或者干法刻蚀技术，将所述镂空区对应的所述金属指条的部分去除。湿法腐蚀或者干法刻蚀技目前已经较为成熟的，且被本领域技术人员熟知，因此本发明实施例提供的指条成型工艺无需升级设备或提高其他工序制成能力，即在现有产线工艺制成能力水平上通过优化工艺既可以达到了提高产品良率的效果。

本发明另一方面实施例提供的声表滤波器，包括：晶圆和叉指换能器指条，所述叉指换能器指条位于所述晶圆的上表面，所述叉指换能器指条为根据上述任一项实施例中的叉指换能器指条成型工艺制备的叉指换能器指条。采用本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺获得的叉指换能器指条具有较好的平行度，本发明提供的声表滤波器的性能曲线如通带宽度、通带波纹、带外抑制等参数均有明显的改善。

可选地，所述晶圆包括衬底和压电薄膜，所述压电薄膜覆盖在所述衬底的上表面，所述叉指换能器指条位于所述压电薄膜的上表面。

可选地，所述晶圆为POI晶圆，声表滤波器为POI SAW器件，由于叉指换能器指条具有较好的平行度，因此POI SAW器件的器件生产良率得到提升。

附图说明

图1是相关技术中的POI晶圆结构示意图。

图2是叉指换能器的光刻图形的形变异化图形（左）与正常图形（右）对比。

图3是在图2的基础上进行金属蒸镀剥离后的形貌。

图4是本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺的步骤1的示意图。

图5是本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺的步骤2的一个示意图。

图6是本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺的步骤2的另一示意图。

图7是本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺的步骤3的示意图。

图8是本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺的步骤4的示意图。

图9是本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺的步骤5的示意图。

图10是本发明另一个实施例提供的叉指换能器指条结构。

图11是相关技术中的叉指换能器指条的图像。

图12是本发明实施例中的叉指换能器指条的图像。

图13是指条形貌对滤波器性能影响的表征图。

附图标记：

硅基复合衬底1、压电薄膜2、叉指换能器指条3、光刻图形31、连接区域311、晶圆10、第一光刻图形110、光刻胶条111、金属层200、金属电极层210、金属指条211、剥离区域212、第一部分220、第二部分230、第一指条240、第二指条250、第二光刻图形30、镂空区310、金属去除区域320。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明针对相关技术中所存在的不足，提供一种更简单、成熟的叉指换能器指条成型工艺，解决了指条形貌的形变异化问题，包括如下步骤：

步骤1：如图4所示，在晶圆10的上表面形成第一光刻图形110，第一光刻图形110包括若干平行的光刻胶条111，光刻胶条111之间相互独立，即光刻胶条111之间无连接关系，不产生物理接触；

步骤2：如图5和图6所示，在步骤1的基础上进行金属蒸镀和剥离，形成金属电极层210，金属电极层210包括若干平行且间隔设置的金属指条211，相邻金属指条211之间形成有剥离区域212，剥离区域212由胶条的剥离形成；

步骤3：如图7所示，在金属电极层210上形成第二光刻图形30，第二光刻图形30构造出若干镂空区310，若干镂空区310与若干金属指条211一一对应，镂空区310暴露出与其相对的金属指条211的一部分；

步骤4：如图8和图9所示，去除步骤3中镂空区310对应的金属指条211的部分，形成若干金属去除区域320，金属去除区域320与剥离区域212相连通将金属电极层210分割为两部分（第一部分220和第二部分230）；

步骤5：如图9所示，去除剩余的第二光刻图形30，得到叉指换能器指条3结构。

本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺通过调整光刻图形传统的互联结构，修改版图曝光区，可有效避免光刻工艺中光刻图形形变异化的情况发生。并在后续的工艺流程中，通过目前已经较为成熟的、被本领域技术人员熟知的光刻、湿法腐蚀或干法刻蚀、去胶工艺，最终得到结构正常无形变异化的叉指换能器指条结构，而无需升级设备或提高其他工序制成能力，即在现有产线工艺制成能力水平上通过优化工艺达到了提高产品良率的效果。

本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺尤其适用于压电薄膜层较薄的POI晶圆，使叉指换能器指条的线宽更均匀、易控制，由此有利于提高制备的POI SAW器件的生产良率。

步骤1具体包括在晶圆10的上表面涂覆一层光刻胶（具体在表面进行涂胶、金属蒸镀、显影等工艺），而后通过刻蚀以图形化所述光刻胶，形成具有特定形状的光刻胶层，即第一光刻图形110。如图4所示，第一光刻图形110包括若干平行的光刻胶条111，光刻胶条111之间相互独立不互联。由于不存在如图1中的连接区域311，因此在刻蚀形成第一光刻图形110的过程中，也就不存在随与连接区域距离的远近，光刻胶条111两侧的刻蚀速率具有差异性的现象发生，因此在本发明实施例中，光刻胶条111两侧的刻蚀速率均匀，有效避免在刻蚀过程中光刻胶条111发生形貌形变异化、弯曲、宽度不均匀的现象，从而能够刻蚀得到具有均匀宽度的光刻胶条111结构。

优选地，步骤1中形成的若干光刻胶条111的宽度相同、间距相同且在其宽度方向上依次排列。如此使得在后续步骤中获得的剥离区域212宽度相同、间距相同，使最终形成的叉指换能器指条结构更加均匀、合理。

在图4所示的实施例中，若干光刻胶条111的长度相同并且在其宽度方向上彼此对齐。或者，在其他实施例中，例如制备比较典型的POI SAW器件时，步骤1中形成的若干光刻胶条111在其宽度方向上依次递进地排列，以制备出如图10所示的叉指换能器指条结构。

当然在其他实施例中，若干光刻胶条111的排布还可以有其他结构方式。

步骤2具体包括：如图5所示，在步骤1的第一光刻图形110的基础上蒸镀金属层200，金属层200覆盖第一光刻图形110以及晶圆10的暴露的上表面；对光刻胶条111进行剥离，即将第一光刻图形110以及覆盖在第一光刻图形110上表面的一部分金属层剥离，从而形成如图6所示的具有若干镂空区域的金属电极层210，镂空区域即为未覆盖金属层200的剥离区域212。可以理解的是，剥离区域212的位置即为步骤1中的若干光刻胶条111所在的位置，相邻剥离区域212之间形成若干平行的金属指条211，由于光刻胶条111的间距、宽度相同，因此步骤2中形成的金属指条211的间距、宽度也均相同，并且金属指条211的两个侧面平行。如图6所示，金属指条211的两端均互联，此时的金属电极层210为相连的整体结构。

步骤3具体包括在步骤2的金属电极层210的基础上涂覆一层光刻胶，而后通过刻蚀以图形化所述光刻胶，形成具有特定形状的光刻胶层，即第二光刻图形30。如图7所示，第二光刻图形30中部构造出的若干镂空区310与若干金属指条211在晶圆10的厚度方向上一一对应，镂空区310暴露出与其相对的金属指条211的一部分，并且镂空区310的宽度至少完全覆盖所暴露的金属指条211的宽度，以使得在后续步骤中去除金属指条211的该暴露部分之后形成的金属去除区域320能够与剥离区域212相连通。

如图7所示，在金属指条211的宽度方向上相邻的两个镂空区310错开。以便在在后续的腐蚀或刻蚀步骤后，金属去除区域320将金属指条211分割为长短不一的指条结构，进而使第一部分220和第二部分230能够形成叉指结构。

步骤4中具体可以采用湿法腐蚀或者干法刻蚀技术，将镂空区310对应的金属指条211的部分去除。如图8所示，将镂空区310对应的金属指条211的部分去除后，在金属电极层210上形成了若干没有覆盖金属层的金属去除区域320。结合图9所示，在去除第二光刻图形30的步骤5后。金属去除区域320与相邻的剥离区域212相连通，进而使所有的形成的金属去除区域320与所有的剥离区域210连通，从而金属电极层210被分割为如图9中所示的第一部分220和第二部分230，第一部分220中包括的指条结构与第二部分230中包括的指条结构形成叉指结构，即叉指换能器指条3结构。

具体地，如图9所示，金属去除区域320将对应的金属指条211分割为第一指条240和第二指条250，第一指条240的长度大于第二指条250的长度。第一指条240和第二指条250在长度方向上相对。在指条的宽度方向上，第一指条240和第二指条250交替分布，形成叉指结构。

优选地，如图9和图10所示，多个第一指条240的长度彼此相同，多个第二指条250的长度彼此相同，以使叉指换能器指条结构更加均匀、合理。

本发明实施例所提供的叉指换能器指条成型工艺的应用可以提高光刻刻蚀工序的工艺窗口，进而提高该工序的工艺稳定性，有利于产品良率的改善。

本发明的实施例还提供了一种声表滤波器。所述声表滤波器包括：晶圆10和叉指换能器指条3，叉指换能器指条3位于晶圆10的上表面，叉指换能器指条3为根据上述任一项实施例提供的叉指换能器指条成型工艺制备的叉指换能器指条3。

进一步地，晶圆10包括衬底和压电薄膜，压电薄膜覆盖在衬底的上表面，叉指换能器指条3位于压电薄膜的上表面。

进一步地，晶圆10为POI晶圆，声表滤波器为POI SAW。POI晶圆的衬底为单晶硅层、介质层、多晶硅层叠加而成的硅基复合衬底，压电薄膜为LN（铌酸锂）或LT（钽酸锂）。

本申请的发明人对采用本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺制备的叉指换能器指条3进行了表征，并与相关技术中的叉指换能器指条进行了对比。

实验验证情况如下：如图12所示，采用本发明实施例提供的叉指换能器指条成型工艺获得的叉指换能器指条3具有较好的平行度，更符合设计的形貌。如图11所示，相关技术中的叉指换能器指条具有明显的弯曲情况。

如图13所示，实线为具有平行度正常的叉指换能器指条3的声表滤波器的性能曲线，虚线为相关技术中具有平行度较差的叉指换能器指条的声表滤波器的性能曲线。与指条平行度较差的样品相比，本发明提供的声表滤波器的性能曲线如通带宽度、通带波纹、带外抑制等参数均有明显的改善。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种叉指换能器指条成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在晶圆上表面形成第一光刻图形，所述第一光刻图形包括若干平行的光刻胶条，所述光刻胶条之间相互独立；

步骤2：在步骤1的基础上进行金属蒸镀和剥离，形成金属电极层，所述金属电极层包括若干平行且间隔设置的金属指条，相邻金属指条之间形成有剥离区域；

步骤3：在所述金属电极层上形成第二光刻图形，所述第二光刻图形构造出若干镂空区，若干镂空区与若干金属指条一一对应，所述镂空区暴露出与其相对的所述金属指条的一部分；

步骤4：去除步骤3中所述镂空区对应的所述金属指条的部分，形成若干金属去除区域，所述金属去除区域与剥离区域相连通将所述金属电极层分割为两部分；

步骤5：去除剩余的第二光刻图形，得到叉指换能器指条结构。

2.根据权利要求1所述的叉指换能器指条成型方法，其特征在于，步骤1中形成的若干光刻胶条的宽度相同、间距相同且在其宽度方向上依次排列。

3.根据权利要求1所述的叉指换能器指条成型方法，其特征在于，步骤2具体包括在步骤1的第一光刻图形上蒸镀金属层，并对所述光刻胶条进行剥离，以形成未覆盖金属层的若干剥离区域。

4.根据权利要求1或2所述的叉指换能器指条成型方法，其特征在于，步骤3中，在所述金属指条的宽度方向上相邻的两个所述镂空区错开。

5.根据权利要求4所述的叉指换能器指条成型方法，其特征在于，所述金属去除区域将对应的所述金属指条分割为第一指条和第二指条，所述第一指条的长度大于所述第二指条的长度，多个所述第一指条的长度彼此相同，多个所述第二指条的长度彼此相同。

6.根据权利要求5所述的叉指换能器指条成型方法，其特征在于，在所述金属指条的宽度方向上，所述第一指条和所述第二指条交替分布形成叉指结构。

7.根据权利要求1-3、5或6任一项 所述的叉指换能器指条成型方法，其特征在于，步骤4中采用湿法腐蚀或者干法刻蚀技术，将所述镂空区对应的所述金属指条的部分去除。

8.一种声表滤波器，其特征在于，包括：晶圆和叉指换能器指条，所述叉指换能器指条位于所述晶圆的上表面，所述叉指换能器指条为根据权利要求1-7中任一项叉指换能器指条成型方法制备的叉指换能器指条。

9.根据权利要求8所述的声表滤波器，其特征在于，所述晶圆包括衬底和压电薄膜，所述压电薄膜覆盖在所述衬底的上表面，所述叉指换能器指条位于所述压电薄膜的上表面。

10.根据权利要求9所述的声表滤波器，其特征在于，所述晶圆为POI晶圆。

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