FBAR谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种FBAR谐振器及其制备方法，具体是一种基于MEMS微加工技术的FBAR，由于外延单晶硅工艺成熟，其所形成的硅微结构机械性能良好，尤其利用外延单晶硅所形成的腔体结构密封性能十分优异。由此形成的FBAR谐振频率主要由薄膜体厚度决定，并受环境温度影响，其谐振频率随温度的升高而减小，并且呈现明显的单调性，该特性可用作温度、气压等数据检测。结合MEMS微加工技术，该FBAR体积小，成本低，响应时间短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种FBAR谐振器及其制备方法，尤其是一种基于MEMS微加工技术的FBAR及其制备方法，属于微电子机械系统与新材料相结合的

技术介绍
薄膜体声波谐振器(FBAR)是一种谐振体只有几um厚的新型射频薄膜器件。FBAR射频器件具有体积小、工作频率高、插入损耗小、功率容量大等优点，FBAR振荡器、滤波器、双工器已经广泛应用于移动通信领域。近年来，基于FBAR的各种传感器研究也悄然开始。FBAR传感器的体积小巧和高灵敏度、高可靠性引起了人们的广泛研究兴趣。已有研究报道指出，FBAR传感器可用于检测微质量、温度、环境参数、化学气体、湿度、应力、紫外线等多种参数。目前，主流的FBAR器件结构有两种：一种是在硅片背面进行光刻蚀以形成低声阻抗的空腔；另一种是采用梯形布拉格反射结构。两种结构都有比较大的缺陷。对背面刻蚀型来说，在器件切割时只能从正面开始，器件容易破裂，且由于大面积的硅衬底被去除，势必影响了器件的机械牢度，并大幅降低成品率。这类型FBAR由于本身固有的机械牢度问题而不容易实现商业化，目前还有很多需要改进的研究内容。相比而言，第二种采用梯形布拉格反射结构的FBAR器件机械牢度强、集成性好，且不需要借助MEMS工艺，这使得许多不具备MEMS工艺的半导体厂商业也可以方便地加入进来。但其缺点是需要制备多层薄膜，工艺成本比空气隙型的FBAR要高，且布拉格反射层的声波反射效果终不及空气来得好。所以如何实现可靠性高，低成本，加工工艺简单，且应用范围更为广泛的FBAR成为了FBAR器件的设计的一个重要问题。
技术实现思路
目的：为解决现有技术的不足，提供一种基于单晶硅外延封腔工艺的FBAR谐振器及其制备方法，结构稳定，低成本，加工工艺简单，且应用范围更为广泛。基本方法就是采用MEMS技术，通过单晶硅外延封腔工艺在硅片内形成空腔，并实现FBAR器件的功能。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种FBAR谐振器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1）、选取单晶硅衬底，采用各向异性反应离子刻蚀（RIE）工艺在单晶硅衬底上刻蚀深度为5-10μm的浅槽；步骤2）、在对单晶硅衬底浅槽侧壁进行保护的同时，对单晶硅衬底进行各向同性腐蚀，为接下来的外延单晶硅封腔工艺做准备；步骤3）、外延单晶硅封腔：外延生长单晶硅，使单晶硅衬底内部形成密封的腔体；步骤4）、在单晶硅衬底上表面依次生长二氧化硅和氮化硅，并光刻、腐蚀形成接触孔；步骤5）、在氮化硅表面溅射第一层金属，光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR下电极；步骤6）、在氮化硅和第一层金属上溅射压电材料，光刻、腐蚀形成FBAR压电材料结构；步骤7）、在氮化硅和压电材料上溅射第二层金属，光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR上电极。作为优选方案，所述的FBAR谐振器的制备方法，其特征在于：所述压电材料为氮化铝。作为优选方案，所述的FBAR谐振器的制备方法，其特征在于：所述腔体高度为4-6μm。更优选为5μm。本专利技术提供的一种FBAR谐振器，采用上述的FBAR谐振器的制备方法制备而成。有益效果：本专利技术提供的FBAR谐振器及其制备方法，建立在密封的单晶硅腔体结构之上，器件结构简单，且该密封腔体结构通过单晶硅外延生长工艺形成。相对于通过键合或者表面牺牲层工艺形成的FBAR结构，建立在单晶硅外延封腔工艺上的FBAR结构具有制造工艺简单，器件机械性能良好，稳定性高等特点。并且利用正面溅射和刻蚀工艺就可以完成FBAR器件的加工，工艺步骤简单可靠。整个加工过程不会影响硅片正面已有的CMOS电路，所以FBAR谐振器可以采用post-CMOS 加工工艺进行加工，从而进一步的实现芯片的单片智能化，也可以降低芯片的尺寸和成本。附图说明图1是本专利技术制作的流程示意图；图中：单晶硅衬底1、二氧化硅2、氮化硅3、第一层金属 4、压电材料5、第二层金属6、腔体7。具体实施方式下面结合实例对本专利技术做具体说明：实施例1：如图1所示，本专利技术提供的FBAR谐振器通过以下步骤制备：（a）采用N型（100）单晶硅作为衬底，通过各向异性反应离子刻蚀（RIE）工艺在单晶硅衬底1上刻蚀浅槽；（b）在对单晶硅衬底1浅槽侧壁进行保护的同时，对单晶硅衬底进行各向同性腐蚀，为接下来的外延单晶硅封腔工艺做准备；（c）外延生长单晶硅，在单晶硅衬底内部形成了密封的腔体7，腔体7高约5μm；（d）在单晶硅衬底1上表面依次生长二氧化硅2和氮化硅3，并光刻、腐蚀形成接触孔；（e）在氮化硅3表面溅射第一层金属4，光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR下电极；（f）在氮化硅3和第一层金属4上溅射压电材料5（如氮化铝），光刻、腐蚀形成FBAR压电材料结构；（g）在氮化硅3和压电材料5上溅射第二层金属6，光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR上电极。本专利技术提供的FBAR谐振器及其制备方法，建立在密封的单晶硅腔体结构之上，器件结构简单，且该密封腔体结构通过单晶硅外延生长工艺形成。具体是一种基于MEMS微加工技术的FBAR，由于外延单晶硅工艺成熟，其所形成的硅微结构机械性能良好，尤其利用外延单晶硅所形成的腔体结构密封性能十分优异。由此形成的FBAR谐振频率主要由薄膜体厚度决定，并受环境温度影响，其谐振频率随温度的升高而减小，并且呈现明显的单调性，该特性可用作温度、气压等数据检测。结合MEMS微加工技术，该FBAR体积小，成本低，响应时间短。相对于通过键合或者表面牺牲层工艺形成的FBAR结构，建立在单晶硅外延封腔工艺上的FBAR结构具有制造工艺简单，器件机械性能良好，稳定性高等特点。并且利用正面溅射和刻蚀工艺就可以完成FBAR器件的加工，工艺步骤简单可靠。整个加工过程不会影响硅片正面已有的CMOS电路，所以FBAR谐振器可以采用post-CMOS 加工工艺进行加工，从而进一步的实现芯片的单片智能化，也可以降低芯片的尺寸和成本。以上已以较佳实施例公开了本专利技术，然其并非用以限制本专利技术，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FBAR谐振器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1）、选取单晶硅衬底，采用各向异性反应离子刻蚀工艺在单晶硅衬底上刻蚀深度为5‑10μm的浅槽；步骤2）、在对单晶硅衬底浅槽侧壁进行保护的同时，对单晶硅衬底进行各向同性腐蚀，为接下来的外延单晶硅封腔工艺做准备；步骤3）、外延单晶硅封腔：外延生长单晶硅，使单晶硅衬底内部形成密封的腔体；步骤4）、在单晶硅衬底上表面依次生长二氧化硅和氮化硅，并光刻、腐蚀形成接触孔；步骤5）、在氮化硅表面溅射第一层金属，光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR下电极；步骤6）、在氮化硅和第一层金属上溅射压电材料，光刻、腐蚀形成FBAR压电材料结构；步骤7）、在氮化硅和压电材料上溅射第二层金属，光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR上电极。

【技术特征摘要】
1.一种FBAR谐振器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1）、选取单晶硅衬底，采用各向异性反应离子刻蚀工艺在单晶硅衬底上刻蚀深度为5-10μm的浅槽；步骤2）、在对单晶硅衬底浅槽侧壁进行保护的同时，对单晶硅衬底进行各向同性腐蚀，为接下来的外延单晶硅封腔工艺做准备；步骤3）、外延单晶硅封腔：外延生长单晶硅，使单晶硅衬底内部形成密封的腔体；步骤4）、在单晶硅衬底上表面依次生长二氧化硅和氮化硅，并光刻、腐蚀形成接触孔；步骤5）、在氮化硅表面溅射第一层金属，光刻、腐蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：华迪，蔡春华，齐本胜，谈俊燕，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32