CN117394821A - 一种baw滤波器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种BAW滤波器及其制备方法，首先通过在临时衬底的预设区域形成介质层，之后再依次形成功能膜层中的膜层及键合目标衬底，最后去除介质层和临时衬底即可形成Frame结构，此时功能膜层部分的边缘区域与目标衬底之间的间距大于功能膜层部分的中间区域与目标衬底之间的间距，相比较现有技术的方案而言，本发明可以很容易的在临时衬底上形成所需图形和尺寸的介质层，之后基于介质层在制备完BAW滤波器的其它结构后即可形成所需的Frame结构。并且功能膜层中的底电极层、压电层和顶电极层是一次性连续沉积形成的，不存在界面问题，通过键合目标衬底的方式即可形成空腔区域，节省了一步释放空腔的工序，可降低制备成本。

Description

一种BAW滤波器及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，更具体地说，涉及一种BAW滤波器及其制备方法。

背景技术

射频滤波器是无线通信领域的重要器件之一。随着大数据和物联网时代的到来，装配于射频前端中的滤波器必然朝着高频率、低损耗、微型化、集成化等方向发展。基于压电材料的体声波(BulkAcoustic Wave，简称BAW)滤波器是一种优选的射频滤波器解决方案，通过将多个BAW谐振器按照一定的拓扑结构级联，就可以实现中心频率高达数GHz的射频滤波器技术指标。相比于传统的陶瓷滤波器和同样基于压电材料的声表面波滤波器而言，BAW滤波器有着无可比拟的体积优势，以及高工作频段和高功率容量等优势。

BAW谐振器的基本结构是由底电极层、压电层和顶电极层构成的三明治复合膜结构，其工作原理是利用压电层在交流电场作用下激励出纵向传播的体声波，该体声波被三明治复合膜结构的上下界面反射而限制在三明治复合膜结构内来回振荡形成驻波，从而实现谐振。

在现有技术中，BAW滤波器中位于工作区域的边缘区域的Frame结构(又称为边缘凹陷结构或边缘凸起结构或边缘框架结构等)，会通过Lift-off工艺或Etching Back工艺在底电极层上形成，或通过Etch工艺在压电层上形成，以压电层作为刻蚀截止层。

但是，通过Lift-off工艺在底电极层上形成Frame结构时，其尺寸控制能力弱，轮廓也无法调整；通过Etching Back工艺在底电极层上形成Frame结构时，没有刻蚀截止层，工艺难以管控，大多数情况下会至少刻蚀一部分底电极层，且工艺步骤比较多，成本相对较高，对刻蚀均匀性要求很高；通过Etch工艺在压电层上形成Frame结构时，会导致压电层表面被有机物污染，进而影响产品性能。

那么，如何优化BAW滤波器的制备方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种BAW滤波器及其制备方法，技术方案如下：

一种BAW滤波器的制备方法，所述BAW滤波器的制备方法包括：

提供一临时衬底；

在所述临时衬底的预设区域形成介质层，所述预设区域基于所述BAW滤波器的工作区域所确定；

在所述介质层背离所述临时衬底的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层，所述功能膜层至少包括层叠设置的底电极层、压电层和顶电极层；

在所述功能膜层背离所述临时衬底的一侧键合目标衬底，所述目标衬底与所述功能膜层之间具有空腔区域，所述空腔区域在所述目标衬底上的正投影至少完全覆盖所述工作区域在所述目标衬底上的正投影；

去除所述临时衬底和所述介质层，所述功能膜层包括位于所述工作区域内的功能膜层部分，所述功能膜层部分包括边缘区域和中间区域，所述边缘区域与所述目标衬底之间的间距大于所述中间区域与所述目标衬底之间的间距。

优选的，在上述BAW滤波器的制备方法中，所述介质层为热氧化层，所述在所述临时衬底的预设区域形成介质层，包括：

基于热氧化工艺在所述临时衬底的预设区域形成所述热氧化层。

优选的，在上述BAW滤波器的制备方法中，所述在所述临时衬底的预设区域形成介质层，包括：

在所述临时衬底的预设区域形成厚度取值范围为50nm-200nm的介质层。

优选的，在上述BAW滤波器的制备方法中，所述在所述临时衬底的预设区域形成介质层，包括：

在所述临时衬底的预设区域形成侧壁角度取值范围为10°-90°的介质层。

优选的，在上述BAW滤波器的制备方法中，所述在所述介质层背离所述临时衬底的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层，包括：

在所述介质层背离所述临时衬底的一侧依次形成顶电极层、压电层、底电极层和保护层。

优选的，在上述BAW滤波器的制备方法中，所述在所述介质层背离所述临时衬底的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层，还包括：

对所述保护层和所述底电极层进行刻蚀处理，暴露出所述压电层的一侧边缘区域。

优选的，在上述BAW滤波器的制备方法中，所述在所述功能膜层背离所述临时衬底的一侧键合目标衬底，包括：

形成键合层，所述键合层具有凹槽区域，所述凹槽区域基于所述空腔区域所确定；

在所述键合层背离所述临时衬底的一侧键合所述目标衬底。

优选的，在上述BAW滤波器的制备方法中，在去除所述临时衬底和所述介质层之后，所述BAW滤波器的制备方法还包括：

在所述顶电极层背离所述目标衬底的一侧形成钝化层。

优选的，在上述BAW滤波器的制备方法中，所述BAW滤波器的制备方法还包括：

对所述钝化层和所述顶电极层进行刻蚀处理，暴露出所述压电层的另一侧边缘区域。

本申请还提供了一种BAW滤波器，所述BAW滤波器包括：

目标衬底；

位于所述目标衬底一侧的所述BAW滤波器的功能膜层，所述功能膜层至少包括层叠设置的底电极层、压电层和顶电极层，所述目标衬底与所述功能膜层之间具有空腔区域，所述空腔区域在所述目标衬底上的正投影至少完全覆盖所述BAW滤波器的工作区域在所述目标衬底上的正投影；

其中，所述功能膜层包括位于所述工作区域内的功能膜层部分，所述功能膜层部分包括边缘区域和中间区域，所述边缘区域与所述目标衬底之间的间距大于所述中间区域与所述目标衬底之间的间距。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明提供了一种BAW滤波器及其制备方法，该BAW滤波器的制备方法包括：提供一临时衬底；在所述临时衬底的预设区域形成介质层，所述预设区域基于所述BAW滤波器的工作区域所确定；在所述介质层背离所述临时衬底的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层，所述功能膜层至少包括层叠设置的底电极层、压电层和顶电极层；在所述功能膜层背离所述临时衬底的一侧键合目标衬底，所述目标衬底与所述功能膜层之间具有空腔区域，所述空腔区域在所述目标衬底上的正投影至少完全覆盖所述工作区域在所述目标衬底上的正投影；去除所述临时衬底和所述介质层，所述功能膜层包括位于所述工作区域内的功能膜层部分，所述功能膜层部分包括边缘区域和中间区域，所述边缘区域与所述目标衬底之间的间距大于所述中间区域与所述目标衬底之间的间距。该BAW滤波器的制备方法首先通过在临时衬底的预设区域形成介质层，之后再依次形成功能膜层中的膜层及键合目标衬底，最后去除介质层和临时衬底即可形成Frame结构，此时功能膜层部分的边缘区域与目标衬底之间的间距大于功能膜层部分的中间区域与目标衬底之间的间距，可提高BAW滤波器的性能，该BAW滤波器的制备方法相比较现有技术的方案而言，可以很容易的在临时衬底上形成所需图形和尺寸的介质层，工艺简单，之后基于已形成的介质层在制备完BAW滤波器的其它结构后，即可形成所需的Frame结构。并且功能膜层中的底电极层、压电层和顶电极层是一次性连续沉积形成的不存在界面问题，以及通过键合目标衬底的方式即可形成空腔区域，节省了一步释放空腔的工序，可降低制备成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种BAW滤波器的制备方法的流程示意图；

图2-图8为图1所示BAW滤波器的制备方法对应的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种BAW滤波器的制备方法的流程示意图，参考图2-图8，图2-图8为图1所示BAW滤波器的制备方法对应的结构示意图，本发明实施例提供的一种BAW滤波器的制备方法包括：

S101：提供一临时衬底11。

S102：如图2所示，在所述临时衬底11的预设区域形成介质层12，所述预设区域基于所述BAW滤波器的工作区域AA所确定。

S103：如图3-图4所示，在所述介质层12背离所述临时衬底11的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层13，所述功能膜层13至少包括层叠设置的底电极层16、压电层15和顶电极层14。

S104：如图5所示，在所述功能膜层13背离所述临时衬底11的一侧键合目标衬底19，所述目标衬底19与所述功能膜层13之间具有空腔区域100，所述空腔区域100在所述目标衬底19上的正投影至少完全覆盖所述工作区域AA在所述目标衬底19上的正投影。

S105：如图6所示，去除所述临时衬底11和所述介质层12，所述功能膜层13包括位于所述工作区域AA内的功能膜层部分，所述功能膜层部分包括边缘区域BB和中间区域CC，所述边缘区域BB与所述目标衬底19之间的间距L1大于所述中间区域CC与所述目标衬底19之间的间距L2。

具体的，在本发明实施例中是基于在临时衬底11上形成的介质层12来形成BAW滤波器的Frame结构的，首先通过在临时衬底11的预设区域上包括但不限定于通过图形化刻蚀的方式形成介质层12，形成的介质层12的图形和尺寸很容易控制，且工艺简单，之后再依次形成功能膜层13中的膜层及键合目标衬底19，最后去除介质层12和临时衬底11即可形成Frame结构，此时功能膜层部分的边缘区域BB与目标衬底19之间的间距L1大于功能膜层部分的中间区域CC与目标衬底19之间的间距L2，可提高BAW滤波器的性能，该BAW滤波器的制备方法相比较现有技术的方案而言，节省了一步在底电极层16或压电层15上沉积Frame结构的工序。

并且，在本发明实施例中功能膜层13中的底电极层16、压电层15和顶电极层14等膜层是在介质层12制备完成后一次性连续沉积形成的，显然也就不存在界面问题，可提高BAW滤波器的性能。

进一步的，在本发明实施例中通过键合目标衬底19的方式即可形成空腔区域100，相比较现有技术方案还可以节省一步释放空腔的工序，可降低制备成本。

可选的，在本发明另一实施例中，所述介质层12为热氧化层，所述在所述临时衬底11的预设区域形成介质层12，包括：

基于热氧化工艺在所述临时衬底11的预设区域形成所述热氧化层。

具体的，在本发明实施例中基于热氧化工艺刻蚀热氧化层的方式即可形成所需图形和尺寸的介质层12，工艺简单，且介质层12的图形和尺寸可以简单且灵活的调控。并且现有工艺是在热氧化层上会先刻一层对位标记，即为零层光刻，而在本发明实施例中是直接对热氧化层进行刻蚀，同时加上对位标记就可以了，代替零层光刻，还可省一层光罩，可降低制备成本。

可选的，在本发明另一实施例中，所述在所述临时衬底11的预设区域形成介质层12，包括：

在所述临时衬底11的预设区域形成厚度取值范围为50nm-200nm的介质层12。

具体的，在本发明实施例中该介质层12的厚度可以为50nm或95nm或119nm或164nm或200nm等，可根据实际需求在50nm-200nm的范围合理确定厚度的数值，在本发明实施例中并不作限定，其均匀性需小于3％。

可选的，在本发明另一实施例中，所述在所述临时衬底11的预设区域形成介质层12，包括：

在所述临时衬底11的预设区域形成侧壁角度取值范围为10°-90°的介质层12。

具体的，在本发明实施例中该介质层12的侧壁角度可以为10°或15°或50°或60°或90°等，可根据实际需求在10°-90°的范围合理确定侧壁角度的数值，在本发明实施例中并不作限定，在介质层12的图形化刻蚀过程中对临时衬底11的损伤需小于100埃。

可选的，在本发明另一实施例中，如图3所示，所述在所述介质层12背离所述临时衬底11的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层13，包括：

在所述介质层12背离所述临时衬底11的一侧依次形成顶电极层14、压电层15、底电极层16和保护层17。

具体的，在本发明实施例中顶电极层14的厚度需大于介质层12的厚度，且均匀性需小于1％，顶电极层14和底电极层16的材料可以相同，也可以不同，顶电极层14的材料包括但不限定于Mo材料或W材料等，底电极层16的材料包括但不限定于Mo材料或W材料等。

可选的，在本发明另一实施例中，如图4所示，所述在所述介质层12背离所述临时衬底11的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层13，还包括：

对所述保护层17和所述底电极层16进行刻蚀处理，暴露出所述压电层15的一侧边缘区域。

如图5所示，所述在所述功能膜层13背离所述临时衬底11的一侧键合目标衬底19，包括：

形成键合层18，所述键合层18具有凹槽区域，所述凹槽区域基于所述空腔区域100所确定。

在所述键合层18背离所述临时衬底11的一侧键合所述目标衬底19。

具体的，在本发明实施例中该键合层18包括但不限定于PI层，PI层图形化且固化后的厚度取值范围为1μm-20μm，固化温度需要高于后续工艺的最高温度，以保证PI层的稳定性。

在键合目标衬底19的过程中键合温度需要高于PI的Tg温度，且小于固化温度。

也就是说，在本发明实施例中通过键合目标衬底19的方式即可形成空腔区域100，相比较现有技术方案还可以节省一步释放空腔的工序，可降低制备成本。

需要说明的是，在去除临时衬底11和介质层12的过程中需保证对顶电极层14的损伤小于100埃。

可选的，在本发明另一实施例中，如图7所示，在去除所述临时衬底11和所述介质层12之后，所述BAW滤波器的制备方法还包括：

在所述顶电极层14背离所述目标衬底19的一侧形成钝化层20。

如图8所示，所述BAW滤波器的制备方法还包括：

对所述钝化层20和所述顶电极层14进行刻蚀处理，暴露出所述压电层15的另一侧边缘区域。

具体的，在本发明实施例中是在去除临时衬底11和介质层12之后再生长的钝化层20，之后再进行的刻蚀处理，这一工序不会对压电层15造成损伤或污染，且刻蚀图形的工艺也较为简单，且图形的尺寸和轮廓也很容易控制。

该钝化层20的材料包括但不限定于AlN/SiN、USG等材料，厚度取值范围可以为400埃-4000埃，均匀性需小于3％。

可选的，基于本发明上述实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种BAW滤波器，如图8所示，本发明实施例提供的BAW滤波器包括：目标衬底19。

位于所述目标衬底19一侧的所述BAW滤波器的功能膜层13，所述功能膜层13至少包括层叠设置的底电极层16、压电层15和顶电极层14，所述目标衬底19与所述功能膜层13之间具有空腔区域100，所述空腔区域100在所述目标衬底19上的正投影至少完全覆盖所述BAW滤波器的工作区域AA在所述目标衬底19上的正投影。

其中，所述功能膜层13包括位于所述工作区域AA内的功能膜层部分，所述功能膜层部分包括边缘区域BB和中间区域CC，所述边缘区域BB与所述目标衬底19之间的间距L1大于所述中间区域CC与所述目标衬底19之间的间距L2。

如图8所示，该BAW滤波器还包括：位于所述目标衬底19和所述功能膜层13之间的键合层18，目标衬底19、键合层18和功能膜层13形成BAW滤波器的空腔区域100。

该功能膜层13除了底电极层16、压电层15和顶电极层14之外，还可以包括位于底电极层16背离所述压电层15一侧的保护层17，以及位于所述顶电极层14背离所述目标衬底19一侧的钝化层20。

以上对本发明所提供的一种BAW滤波器及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种BAW滤波器的制备方法，其特征在于，所述BAW滤波器的制备方法包括：

提供一临时衬底；

在所述临时衬底的预设区域形成介质层，所述预设区域基于所述BAW滤波器的工作区域所确定；

在所述介质层背离所述临时衬底的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层，所述功能膜层至少包括层叠设置的底电极层、压电层和顶电极层；

在所述功能膜层背离所述临时衬底的一侧键合目标衬底，所述目标衬底与所述功能膜层之间具有空腔区域，所述空腔区域在所述目标衬底上的正投影至少完全覆盖所述工作区域在所述目标衬底上的正投影；

去除所述临时衬底和所述介质层，所述功能膜层包括位于所述工作区域内的功能膜层部分，所述功能膜层部分包括边缘区域和中间区域，所述边缘区域与所述目标衬底之间的间距大于所述中间区域与所述目标衬底之间的间距。

2.根据权利要求1所述的BAW滤波器的制备方法，其特征在于，所述介质层为热氧化层，所述在所述临时衬底的预设区域形成介质层，包括：

基于热氧化工艺在所述临时衬底的预设区域形成所述热氧化层。

3.根据权利要求1所述的BAW滤波器的制备方法，其特征在于，所述在所述临时衬底的预设区域形成介质层，包括：

在所述临时衬底的预设区域形成厚度取值范围为50nm-200nm的介质层。

4.根据权利要求1所述的BAW滤波器的制备方法，其特征在于，所述在所述临时衬底的预设区域形成介质层，包括：

在所述临时衬底的预设区域形成侧壁角度取值范围为10°-90°的介质层。

5.根据权利要求1-4任一项所述的BAW滤波器的制备方法，其特征在于，所述在所述介质层背离所述临时衬底的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层，包括：

在所述介质层背离所述临时衬底的一侧依次形成顶电极层、压电层、底电极层和保护层。

6.根据权利要求5所述的BAW滤波器的制备方法，其特征在于，所述在所述介质层背离所述临时衬底的一侧形成所述BAW滤波器的功能膜层，还包括：

对所述保护层和所述底电极层进行刻蚀处理，暴露出所述压电层的一侧边缘区域。

7.根据权利要求6所述的BAW滤波器的制备方法，其特征在于，所述在所述功能膜层背离所述临时衬底的一侧键合目标衬底，包括：

形成键合层，所述键合层具有凹槽区域，所述凹槽区域基于所述空腔区域所确定；

在所述键合层背离所述临时衬底的一侧键合所述目标衬底。

8.根据权利要求7所述的BAW滤波器的制备方法，其特征在于，在去除所述临时衬底和所述介质层之后，所述BAW滤波器的制备方法还包括：

在所述顶电极层背离所述目标衬底的一侧形成钝化层。

9.根据权利要求8所述的BAW滤波器的制备方法，其特征在于，所述BAW滤波器的制备方法还包括：

对所述钝化层和所述顶电极层进行刻蚀处理，暴露出所述压电层的另一侧边缘区域。

10.一种BAW滤波器，其特征在于，所述BAW滤波器包括：

目标衬底；

位于所述目标衬底一侧的所述BAW滤波器的功能膜层，所述功能膜层至少包括层叠设置的底电极层、压电层和顶电极层，所述目标衬底与所述功能膜层之间具有空腔区域，所述空腔区域在所述目标衬底上的正投影至少完全覆盖所述BAW滤波器的工作区域在所述目标衬底上的正投影；

其中，所述功能膜层包括位于所述工作区域内的功能膜层部分，所述功能膜层部分包括边缘区域和中间区域，所述边缘区域与所述目标衬底之间的间距大于所述中间区域与所述目标衬底之间的间距。