一种侧向场FBAR结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种侧向场FBAR结构及其制造方法，结构包括：衬底，键合层，压电层和电极。具体的，在其中一硅衬底上依次生长电极层和压电层，在压电层上生长键合层，对另一硅衬底刻腔，生长键合层，对两晶圆片对准键合，去除掉生长电极层的硅，再对电极图形化；通过本发明专利技术公开的一种侧向场FBAR结构及其制造方法，通过键合实现薄膜转移，使得压电层和电极层在硅衬底上生长，避免了传统的在化学机械抛光后的不完全平面生长的薄膜质量下降，而另一方面，实体键合可以相对带腔的键合提升键合的良率，该FBAR可以制造应用于传感器及滤波器中，在具体应用中有良好的性能表现。

A kind of side field FBAR structure and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种侧向场FBAR结构及其制造方法
本专利技术涉及MEMS器件
，特别地是一种侧向场FBAR结构及其制造方法。
技术介绍
进入新千年后，FBAR的研制飞速发展，而在2002年，随着安捷伦成功研制并商业化应用于通信的FBAR器件，FBAR技术迅速发展起来。这个时期，国外多家企业和研究机构投入研究，并取得了成就，使得FBAR技术不断成熟和普及。而与此同时，这些研究单位对这些技术，形成了大量的专利保护。国内对FBAR的研究起步较晚，且基础较薄弱，FBAR的很多的基础被国外都有形成专利保护，因此，在技术上的优势，近乎形成了垄断。在这种情况下，按现有思路很难进行突破，因为这一套一序列的技术都已经较为成熟和完善了。但正是因为这样，FBAR这一
的重要性，自主化又更显得紧迫。这便需要新的思路，即新的应用和新的技术创新，带来突破口。FBAR(filmbulkacousticresonator，薄膜腔声谐振)是具有压电效应材料和能够形成(逆)压电效应结构的所构造的元器件。使用硅底板、借助MEMS技术以及薄膜技术而制造出来的。FBAR的工作原理是，在电极-压电材料-电极组成的“三明治”结构构成的核心部分中，通过在电极施加电压，压电材料产生形变，而当施加的是交变电压时，此时结构会产生压电效应。这个过程中，电能转化成机械能，通过声波在结构中传播，而在引起振动的同时，振动也会产生电信号，即通过逆压电效应，把机械能转化成电能，信号输出来。压电效应和逆压电效应同时存在，相互作用，并在相互作用的过程能够产生谐振，从而把信号选择出来。但在传统的FBAR技术上可以发现，还存在着剪切波，即声波并不完全沿着纵向(C轴)传播，还有部分是横向传播的。那么，便可以改变运用声波传播的信号模式，在其他的领域上使用。传感器上，尤其生物传感器，很多时候都是在液相环境中工作，而在液相中，纵向方向的信号会衰减很大，这样精度和效率就很难达到要求。而采用剪切波传播信号的方式，即横向信号传播，衰减会小很多。因此，通过对压电薄膜生长的控制，产生特定角度的C轴倾向，或者对FBAR结构进行合理的设计，使得剪切波信号增强并得到应用，而纵波尽量被抑制掉，以免形成过大的干扰。侧向场FBAR是剪切波FBAR应用的一种形式，即电极在压电层的同侧，这样器件的压电和逆压电效应是通过侧向场方向信号的传输和转换来实现的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过键合进行薄膜转移，降低了制造门槛和降低了制造成本，改善薄膜生长的质量，提升器件性能，适用于新的应用场景的侧向场FBAR结构及其制造方法。本专利技术通过以下技术方案实现的：一种侧向场FBAR结构，包括：第一衬底，所述第一衬底用作生长薄膜转移的载体；由于结构上的需要，不对性能参数产生影响因子，而FBAR，无论是纵向声波传输还是横向声波传播，都会跟电场发生转换，而这主要是因为电极导体的存在。本身FBAR器件体积小巧，如果硅衬底电阻率不高，类似于有导体属性，那么，器件的信号扩散或者耦合到衬底，这样对于器件来说，就是损失了一部分能量。而另一方面，可能会对信号造成干扰。因此第一衬底的电阻率要求较高，要在10000Ω·m以上；电极层，所述电极层通过溅射生长于所述第一衬底的上端面；类似于衬底要求高电阻率的说明。FBAR中，除了电极及连接的需要，其他地方尽可能的不要使用到金属。当然，除非是经过设计的，电磁兼容或者等效电路元件等。压电层，所述压电层生长于所述电极层的上端面；第一键合层，所述第一键合层生长于所述压电层上端面的四周，使所述压电层的上端面中部裸露；第二衬底，所述第二衬底的上端面中部刻蚀有凹槽；以及第二键合层，所述第二键合层生长于所述第二衬底除去所述凹槽的上端面四周；对所述压电层进行图案化掩膜，在所述压电层上刻蚀通孔；将所述第一衬底倒置后，所述第一键合层与所述第二键合层相互对准，通过键合机键合所述第一键合层与所述第二键合层实现所述第一衬底与所述第二衬底之间的连接；所述第一衬底与所述第二衬底键合后形成空腔；空腔通过通孔与外界连接，平衡压差；再去除位于上端的所述第一衬底；对所述电极层进行图案化掩膜，通过腐蚀电极层形成电极及连接部分；在电极间隔间生长用于调频的化合物。进一步地，所述第一衬底和所述第二衬底均采用高阻硅制作而成，高阻硅的电阻率大于10000Ω·m。进一步地，所述第一键合层和所述第二键合层均采用SiO2，PI中的一种非金属材料制作而成。进一步地，所述电极层采用Al、Mo、Pt中的一种电极材料通过溅射的方法生长于所述第一衬底的上端面。生长方式可以是CVD，PVD，或蒸镀等，本专利技术优先采用溅射的方法生长Mo电极层。进一步地，所述压电层采用AlN，LiNbO3，ZnO中的一种材料制作而成。压电层的生长关系到压电效应和逆压电效应，如果晶体生长质量较差，那么机电耦合系数也不高，而且插损可能会较大。压电层生长的基底，这里是在电极层上，因为电极层是采用溅射的方法生长，应力能够做到很低，因此在电极层上生长压电层，能够满足要求。压电层材料，选用具有压电效应的，AlN，LiNbO3，ZnO等都具有压电效应，可以兼顾工艺的兼容性对压电层材料做选择。进一步地，所述化合物为AlN，SiO2中的一种。进一步地，所述凹槽的深度为1～3um。进一步地，所述第一键合层和所述第二键合层的厚度均为200nm～5um。因为采用键合工艺，而且是实体键合，键合层材料原本可以有多种选择，在非金属中，化合物，或者高分子聚合物都有许多的选择，因此，优选的，所述第一键合层和所述第二键合层采用化合物-化合物，或者化合物-硅之间的键合方式。厚度上，在200nm～5um的可选范围。进一步地，所述第一衬底的底面和所述第二衬底的底面均设置有定位标识。进一步地，一种侧向场FBAR结构的制造方法，包括以下步骤：步骤(1)，在第一衬底的底面设置定位标识，再对所述第一衬底进行酸洗和有机洗，在所述第一衬底上端面采用溅射的方式生长电极层；生长完电极层后，进行应力和粗糙度的检验，并做好记录；步骤(2)，在所述电极层的上端面生长压电层；生长完压电层后，进行应力和粗糙度的检验，并做好记录；步骤(3)，在所述压电层的上端面生长第一键合层；步骤(4)，对所述第一键合层进行图形化处理；所述第一键合层通过匀胶，曝光，显影，设置好图案掩膜，进行刻蚀，使所述压电层的上端面中部裸露，形成所需图案；键合材料存在的区域，意味着需要键合的区域。而在晶圆片上，器件的工作区域及相应范围以内的区域，是不需要进行键合的，需要对键合层进行匀胶，曝光，显影，做好图案掩膜，进行刻蚀，形成所需图案，即保留键合区域的键合材料，去除不需键合的区域的键合材料；先设置陪片刻蚀，确认刻蚀速率，再在第一衬底(晶圆片)上刻蚀；步骤(5)，对所述压电层进行图案化掩膜，在所述压电层上刻蚀通孔；在所述压电层裸露选取一定区域，进行图案化掩膜，刻蚀掉选定区域内的压电层材料，至电极层止；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种侧向场FBAR结构，其特征在于，包括：/n第一衬底，所述第一衬底用作生长薄膜转移的载体；/n电极层，所述电极层通过溅射生长于所述第一衬底的上端面；/n压电层，所述压电层生长于所述电极层的上端面；/n第一键合层，所述第一键合层生长于所述压电层上端面的四周，使所述压电层的上端面中部裸露；/n第二衬底，所述第二衬底的上端面中部刻蚀有凹槽；以及/n第二键合层，所述第二键合层生长于所述第二衬底除去所述凹槽的上端面四周；/n对所述压电层进行图案化掩膜，在所述压电层上刻蚀通孔；将所述第一衬底倒置后，所述第一键合层与所述第二键合层相互对准，通过键合机键合所述第一键合层与所述第二键合层实现所述第一衬底与所述第二衬底之间的连接；所述第一衬底与所述第二衬底键合后形成空腔；空腔通过通孔与外界连接，平衡压差；再去除位于上端的所述第一衬底；对所述电极层进行图案化掩膜，通过腐蚀电极层形成电极及连接部分；在电极间隔间生长用于调频的化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种侧向场FBAR结构，其特征在于，包括：
第一衬底，所述第一衬底用作生长薄膜转移的载体；
电极层，所述电极层通过溅射生长于所述第一衬底的上端面；
压电层，所述压电层生长于所述电极层的上端面；
第一键合层，所述第一键合层生长于所述压电层上端面的四周，使所述压电层的上端面中部裸露；
第二衬底，所述第二衬底的上端面中部刻蚀有凹槽；以及
第二键合层，所述第二键合层生长于所述第二衬底除去所述凹槽的上端面四周；
对所述压电层进行图案化掩膜，在所述压电层上刻蚀通孔；将所述第一衬底倒置后，所述第一键合层与所述第二键合层相互对准，通过键合机键合所述第一键合层与所述第二键合层实现所述第一衬底与所述第二衬底之间的连接；所述第一衬底与所述第二衬底键合后形成空腔；空腔通过通孔与外界连接，平衡压差；再去除位于上端的所述第一衬底；对所述电极层进行图案化掩膜，通过腐蚀电极层形成电极及连接部分；在电极间隔间生长用于调频的化合物。


2.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述第一衬底和所述第二衬底均采用高阻硅制作而成，高阻硅的电阻率大于10000Ω·m。


3.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述第一键合层和所述第二键合层均采用SiO2，PI中的一种非金属材料制作而成。


4.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述电极层采用Al、Mo、Pt中的一种电极材料通过溅射的方法生长于所述第一衬底的上端面。


5.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：
所述压电层采用AlN，LiNbO3，ZnO中的一种材料制作而成。


6.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述化合物为AlN，SiO2中的一种。


7.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述凹槽的深度为1～3um。


8.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44