CN117749126A - 一种d-baw框架结构及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种D‑BAW框架结构及其形成方法，属于体声波滤波器技术领域；所述D‑BAW框架结构包括基底、围栏层、下电极、保护层、压电层、填充层、上电极和调频层；所述围栏层、下电极、保护层、压电层、填充层、上电极和调频层依次沉积于基底上；所述上电极上设置有Frame架构。所述上电极的远离压电层一侧表面上设置有内凹结构。
Description
技术领域
本发明提出了一种D-BAW框架结构及其形成方法，属于体声波滤波器技术领域。
背景技术
体声波滤波器是一种利用压电体实现声波信号过滤的电子器件。其工作原理是利用压电体的逆压电效应，将电信号转换为声波信号，并在声波导体内传播。体声波滤波器通常由一个或多个声波导器件组成，它们被用来控制声波的传播路径和能量分布。现有技术中的Frame结构通过lift-off工艺或etching back工艺在底电极上形成，同时，Frame结构通过etch工艺在压电层上形成，以压电层为etch stop layer，这就导致出现以下问题的存在：
（1）、Lift-off工艺CD的控制能力弱，profile也无法调整；
（2）、Etching back工艺没有stop layer，工艺难以管控；工艺步骤多，成本高；对etching均匀性要求高；
（3）、在压电层上形成Frame时，会导致压电层表面被有机物沾染，影响产品性能。
发明内容
本发明提供了一种D-BAW框架结构及其形成方法，用以解决上述现有技术中存在的技术问题，所采取的技术方案如下：
一种D-BAW框架结构，所述D-BAW框架结构包括基底、围栏层、下电极、保护层、压电层、填充层、上电极和调频层；所述围栏层、下电极、保护层、压电层、填充层、上电极和调频层依次沉积于基底上；所述上电极上设置有Frame架构；
进一步地，所述上电极的远离压电层一侧表面上设置有内凹结构。
一种D-BAW框架结构的形成方法，所述D-BAW框架结构的形成方法包括：
步骤1、在衬底10上沉积热氧化层11，并且，所述热氧化层11仅覆盖部分衬底10；
步骤2、在所述热氧化层11和裸露的衬底10上依次沉积上电极12和填充层13；
步骤3、对所述填充层13进行刻蚀使上电极12的表面平坦化；
步骤4、在平台化后的上电极12的表面上依次沉积压电层14和下电极15，并刻蚀去除衬底10；
步骤5、对下电极15进行部分刻蚀去除，并在下电极15远离压电层14一侧的表面上沉积下钝化层20；
步骤6、裸露的部分压电层14表面以及下钝化层20的部分表面上沉积牺牲层16；
步骤7、在所述压电层14的剩余裸露表面以及下钝化层20的剩余裸露表面上沉积围栏层17，并且，所述围栏层17与牺牲层16保持水平；
步骤8、在围栏层17与牺牲层16共同的水平面上布设基底18；
步骤9、对上电极12进行部分刻蚀使暴露填充层，同时，对所述热氧化层11进行刻蚀去除，并在上电极12和裸露的填充层13的表面上沉积上钝化层19；所述上钝化层19沉积完成之后，对牺牲层16进行刻蚀去除。
进一步地，所述热氧化层11的均匀性<3%。
所述热氧化层11的刻蚀要求为角度10-90度；对衬底损伤<100A。
进一步地，所述上电极12的厚度大于热氧化层11的厚度，均匀性要求为<1%。
进一步地，所述填充层13的厚度大于热氧化层11的厚度。
进一步地，所述上钝化层19和下钝化层20材料采用ALN/SIN或USG；并且，所述上钝化层19和下钝化层20的厚度为400-4000A，均匀性<3%。
本发明有益效果：
本发明提出的一种D-BAW框架结构及其形成方法通过刻蚀热氧化层形成高度差，沉积上电极后形成Frame，再做一层填充层+CMP使上电极表面平坦化，填充层有一定的温度补偿效果；待handle wafer remove后再生长钝化层。与现有技术相比，发明提出的一种D-BAW框架结构及其形成方法的Frame结构由刻蚀热氧化层形成，省了一步Frame沉积步骤；代替零层光刻，还可省一层光罩，降低成本CMP使表面平坦化，减少压电层生长缺陷填充层在压电层和上电极之间，有一定的温度补偿效果。
附图说明
图1为本发明所述D-BAW框架结构的结构示意图；
图2为本发明所述D-BAW框架结构的制备步骤图一；
图3为本发明所述D-BAW框架结构的制备步骤图二；
图4为本发明所述D-BAW框架结构的制备步骤图三；
图5为本发明所述D-BAW框架结构的制备步骤图四；
图6为本发明所述D-BAW框架结构的制备步骤图五；
图7为本发明所述D-BAW框架结构的制备步骤图六；
图8为本发明所述D-BAW框架结构的制备步骤图七；
图9为本发明所述D-BAW框架结构的制备步骤图九。
（10，衬底；11，热氧化层；12，上电极；13，填充层；14，压电层；15，下电极；16，牺牲层；17，围栏层；18，基底；19，上钝化层；20，下钝化层）
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提出了一种D-BAW框架结构，如图1所示，所述D-BAW框架结构包括基底、围栏层、下电极、保护层、压电层、填充层、上电极和调频层；所述围栏层、下电极、保护层、压电层、填充层、上电极和调频层依次沉积于基底上；所述上电极上设置有Frame架构；其中，所述上电极的远离压电层一侧表面上设置有内凹结构。
上述技术方案的工作原理和技术效果为：本实施例提出的一种D-BAW框架结构通过刻蚀热氧化层形成高度差，沉积上电极后形成Frame，再做一层填充层+CMP使上电极表面平坦化，填充层有一定的温度补偿效果；待handle wafer remove后再生长钝化层。与现有技术相比，发明提出的一种D-BAW框架结构及其形成方法的Frame结构由刻蚀热氧化层形成，省了一步Frame沉积步骤；代替零层光刻，还可省一层光罩，降低成本CMP使表面平坦化，减少压电层生长缺陷填充层在压电层和上电极之间，有一定的温度补偿效果。
本发明实施例提出了一种D-BAW框架结构的形成方法，如图2-图9所示，所述D-BAW框架结构的形成方法包括：
步骤1、在衬底10上沉积热氧化层11，并且，所述热氧化层11仅覆盖部分衬底10；
步骤2、在所述热氧化层11和裸露的衬底10上依次沉积上电极12和填充层13；
步骤3、对所述填充层13进行刻蚀使上电极12的表面平坦化；
步骤4、在平台化后的上电极12的表面上依次沉积压电层14和下电极15，并刻蚀去除衬底10；
步骤5、对下电极15进行部分刻蚀去除，并在下电极15远离压电层14一侧的表面上沉积下钝化层20；
步骤6、裸露的部分压电层14表面以及下钝化层20的部分表面上沉积牺牲层16；
步骤7、在所述压电层14的剩余裸露表面以及下钝化层20的剩余裸露表面上沉积围栏层17，并且，所述围栏层17与牺牲层16保持水平；
步骤8、在围栏层17与牺牲层16共同的水平面上布设基底18；
步骤9、对上电极12进行部分刻蚀使暴露填充层，同时，对所述热氧化层11进行刻蚀去除，并在上电极12和裸露的填充层13的表面上沉积上钝化层19；所述上钝化层19沉积完成之后，对牺牲层16进行刻蚀去除。
其中，所述热氧化层11的均匀性<3%。其中，所述热氧化层11的厚度通过如下公式获取：
其中，H表示热氧化层的厚度；H 0表示上电极的厚度；A表示体声波滤波器的参数矩阵；f s 表示体声波滤波器的滤波器频率；λ s 表示体声波滤波器的声波波长；ξ s 表示体声波滤波器的声波阻尼系数；c s 表示体声波滤波器的声波声速；Δf表示体声波滤波器的最大允许的频率波动幅度；Δc表示体声波滤波器的最大允许的声波声速波动幅度；
同时，所述热氧化层11的刻蚀要求为角度10-90度；对衬底损伤<100A。所述上电极12的厚度大于热氧化层11的厚度，均匀性要求为<1%。所述填充层13的厚度大于热氧化层11的厚度。所述上钝化层19和下钝化层20材料采用ALN/SIN或USG；并且，所述上钝化层19和下钝化层20的厚度为400-4000A，均匀性<3%。
上述技术方案的工作原理和技术效果为：本实施例提出的一种D-BAW框架结构的其形成方法通过刻蚀热氧化层形成高度差，沉积上电极后形成Frame，再做一层填充层+CMP使上电极表面平坦化，填充层有一定的温度补偿效果；待handle wafer remove后再生长钝化层。与现有技术相比，发明提出的一种D-BAW框架结构及其形成方法的Frame结构由刻蚀热氧化层形成，省了一步Frame沉积步骤；代替零层光刻，还可省一层光罩，降低成本CMP使表面平坦化，减少压电层生长缺陷填充层在压电层和上电极之间，有一定的温度补偿效果。
同时，通过刻蚀填充层，实现了上电极表面的平坦化。这有助于减小表面不平整对声波传播的影响，提高滤波器的性能。通过在压电层表面沉积牺牲层和围栏层，并控制其水平度，实现了对压电层结构的优化。牺牲层和围栏层的设置有助于改善声波的传播路径和散射效应，进一步提高滤波器的性能。通过在上电极和填充层表面沉积上钝化层，增强了这些区域的保护，提高了滤波器的耐久性和稳定性。上钝化层可以有效地防止外部环境因素对滤波器性能的影响。并且，通过在衬底上沉积热氧化层并对其进行刻蚀，实现了对衬底的热匹配优化。热氧化层的存在可以减小由于温度变化引起的热应力，提高滤波器的可靠性。通过精确控制电极和填充层的结构，可以降低不同频率信号之间的交叉耦合，提高滤波器的隔离度和选择性。这对于多频段和宽频带滤波器尤为重要。通过优化热氧化层、电极和填充层的结构，可以降低温度、机械应力等因素对滤波器频率的影响，从而提高频率稳定性。这对于需要高精度频率控制的滤波器尤为重要。通过合理设计热氧化层、电极和填充层的结构，可以增强滤波器的机械稳定性。这种结构可以降低外部机械应力对滤波器性能的影响，提高滤波器的可靠性和寿命。
另一方面，通过上述技术方案中热氧化层的厚度（即上电极的内凹结构的厚度）能够根据体声波滤波器本体的结构参数进行设置，进而提高上电极的内凹结构的厚度与体声波滤波器的性能匹配性，进而在最大限度提高Q值的情况下，上电极的内凹结构的厚度设置对体声波滤波器高频振动所带来的振动影响。防止上电极的内凹结构的厚度尺寸设置过大导致振动波传播传播路径尺寸变化过大进而产生过多的物理振动扰动量，从而降低体声波滤波器的运行质量和提高损坏风险的问题发生，同时，能够防止上电极的内凹结构的厚度尺寸设置过小导致品质因数Q值提高幅度不足的问题发生。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种D-BAW框架结构的形成方法，其特征在于，所述D-BAW框架结构的形成方法包括：
步骤1、在衬底（10）上沉积热氧化层（11），并且，所述热氧化层（11）仅覆盖部分衬底（10）；
步骤2、在所述热氧化层（11）和裸露的衬底（10）上依次沉积上电极（12）和填充层（13）；
步骤3、对所述填充层（13）进行刻蚀使上电极（12）的表面平坦化；
步骤4、在平台化后的上电极（12）的表面上依次沉积压电层（14）和下电极（15），并刻蚀去除衬底（10）；
步骤5、对下电极（15）进行部分刻蚀去除，并在下电极（15）远离压电层（14）一侧的表面上沉积下钝化层（20）；
步骤6、裸露的部分压电层（14）表面以及下钝化层（20）的部分表面上沉积牺牲层（16）；
步骤7、在所述压电层（14）的剩余裸露表面以及下钝化层（20）的剩余裸露表面上沉积围栏层（17），并且，所述围栏层（17）与牺牲层（16）保持水平；
步骤8、在围栏层（17）与牺牲层（16）共同的水平面上布设基底（18）；
步骤9、对上电极（12）进行部分刻蚀使暴露填充层，同时，对所述热氧化层（11）进行刻蚀去除，并在上电极（12）和裸露的填充层（13）的表面上沉积上钝化层（19）；所述上钝化层（19）沉积完成之后，对牺牲层（16）进行刻蚀去除。
2.根据权利要求1所述D-BAW框架结构的形成方法，其特征在于，所述热氧化层（11）的均匀性<3%。
3.根据权利要求1所述D-BAW框架结构的形成方法，其特征在于，所述热氧化层（11）的刻蚀要求为角度10-90度；对衬底损伤<100A。
4.根据权利要求1所述D-BAW框架结构的形成方法，其特征在于，所述上电极（12）的厚度大于热氧化层（11）的厚度，均匀性要求为<1%。
5.根据权利要求1所述D-BAW框架结构的形成方法，其特征在于，所述填充层（13）的厚度大于热氧化层（11）的厚度。
6.根据权利要求1所述D-BAW框架结构的形成方法，其特征在于，所述上钝化层（19）和下钝化层（20）材料采用ALN/SIN或USG；并且，所述上钝化层（19）和下钝化层（20）的厚度为400-4000A，均匀性<3%。
7.一种如权利要求1所述D-BAW框架结构的形成方法形成的D-BAW框架结构，其特征在于，所述D-BAW框架结构包括基底、围栏层、下电极、保护层、压电层、填充层、上电极和调频层；所述围栏层、下电极、保护层、压电层、填充层、上电极和调频层依次沉积于基底上；所述上电极上设置有Frame架构。
8.根据权利要求7所述D-BAW框架结构，其特征在于，所述上电极的远离压电层一侧表面上设置有内凹结构。
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