谐振器制造方法技术

一种谐振器制造方法，包括：在衬底上形成牺牲层图形；在牺牲层图形上形成下电极；在下电极上形成第二牺牲层图形；在第二牺牲层图形和下电极上形成压电层和上电极；刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极形成暴露衬底的通孔；在通孔中形成第三牺牲层图形；去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下多个气隙。依照本发明专利技术的谐振器制造方法，利用图形化的多个牺牲层同时形成谐振腔和多个气隙以完全包围谐振腔，最大化抑制了声波能量损失，有效提高了Q值。

【技术实现步骤摘要】
谐振器制造方法
本专利技术涉及一种谐振器制造方法，特别是一种具有多个气隙的谐振器的制造方法。
技术介绍
在无线通讯中，射频滤波器作为过滤特定频率信号的中介，用于减少不同频段的信号干扰，在无线收发器中实现镜像消除、寄生滤波和信道选择等功能。随着4GLTE网络的部署和市场的增长，射频前端的设计朝着小型化、低功耗和集成化的方向发展，市场对滤波性能的要求也越来越高。由于薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，简称“FBAR”，也称“体声波”，BulkAcousticWave，简称“BAW”，)具有尺寸小、工作频率高、功耗低、品质因数(Q值)高、直接输出频率信号、与CMOS工艺兼容等特点，目前已经成为射频通讯领域重要的器件被广泛应用。FBAR是制作在衬底材料上的电极——压电膜——电极的三明治结构的薄膜器件。FBAR的结构有空腔型、布拉格反射型(SMR)和背面刻蚀型。其中空腔型FBAR相对SMR型Q值要高，损耗要小，机电耦合系数要高；相对于背面刻蚀型FBAR不需要去掉大面积的衬底，机械强度较高。因此，空腔型FBAR是集成于CMOS器件上的首选。在传统的制造工艺中，为了改善谐振器的性能例如提高Q值，通常需要将谐振器单元结构在顶部和底部形成空气腔隔离，例如在顶部电极与压电层之间留下气隙、而在顶电极上方进一步形成环形突起(Outie，OT)结构，通过控制气隙或突起的形貌尺寸而调节器件的性能。为此，需要采用多重掩模而多次光刻-刻蚀处理，加工难度大，加工精度低，不利于器件性能的整体提高。>另一方面，传统的器件和工艺仅能在顶部电极上方形成气隙，而声波能量同样可以顺着压电层或下电极在水平面上从侧面泄漏，或者在谐振腔与衬底之间的边界处泄漏，因此无法最大化抑制声波能量损失，Q值提升有限。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服以上技术障碍而提供一种高效低成本制造具有多个气隙的谐振器的方法。本专利技术提供了一种谐振器制造方法，包括：在衬底上形成牺牲层图形；在牺牲层图形上形成下电极；在下电极上形成第二牺牲层图形；在第二牺牲层图形和下电极上形成压电层和上电极；刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极形成暴露衬底的通孔；在通孔中形成第三牺牲层图形；去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下多个气隙。其中，形成牺牲层图形的步骤包括：在衬底上形成牺牲层；在牺牲层上形成光刻胶图形；修饰光刻胶图形以缩减尺寸；以光刻胶图形为掩模刻蚀形成牺牲层图形。其中，牺牲层图形包括中心部分，在中心部分外侧的环形突起部分，以及在环形突起部分外侧的环形边缘部分；优选地，环形突起部分的厚度大于中心部分的厚度，中心部分的厚度大于环形边缘部分的厚度，任选地下电极的厚度大于环形边缘部分的厚度且小于环形突起部分的厚度。其中，形成第二牺牲层图形的步骤进一步包括：在下电极上形成第二牺牲层；平坦化第二牺牲层直至暴露下电极的中心部分。其中，形成第三牺牲层图形的步骤进一步包括：在通孔和上电极上形成牺牲材料；平坦化牺牲材料直至暴露上电极顶部。其中，去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形的步骤进一步包括：在上电极上形成第二上电极；在第二上电极上形成介质层；刻蚀介质层、第二上电极、上电极直至暴露压电层，留下第一气隙；采用各向同性湿法腐蚀去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下第二气隙和第三气隙。其中，第一气隙在牺牲层图形的边缘上方，任选地第二气隙在下电极和衬底之间，任选地第三气隙具有在压电层和下电极之间的第一部分、在第一部分外在压电层和下电极侧面垂直延伸的第二部分、以及在第二部分外在压电层和下电极之间水平延伸的第三部分。其中，形成下电极之前进一步包括在衬底上形成种子层。其中，形成暴露衬底的通孔的步骤进一步包括：在上电极上形成硬掩模图形；以硬掩模图形为掩模依次刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极直至暴露衬底。其中，牺牲层图形、第二牺牲层图形或第三牺牲层图形的材质为氧化物，优选地为LPCVD、APCVD、PECVD等低温工艺(沉积温度低于700摄氏度，优选300至600摄氏度)或热氧化工艺制造的氧化硅基材料，诸如掺硼氧化硅(BSG)、掺磷氧化硅(PSG)、未掺杂氧化硅(USG)、多孔氧化硅；任选地，牺牲层图形为对绝缘体上半导体衬底刻蚀去除顶部半导体层之后剩余的埋氧层。其中，上电极的尺寸大于牺牲层图形的尺寸。其中，种子层材质为金属氮化物例如AlN、HfN、HfAlN、TiN、TaN。其中，下电极、上电极、第二上电极的材料为选自Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg的金属单质或金属合金，或者这些金属的导电氧化物、导电氮化物，以及上述材料的任意组合。其中，采用LPCVD、PECVD、UHVCVD、HDPCVD、MOCVD、MBE、ALD、磁控溅射、热蒸发的工艺形成压电层，材质为选自ZnO、AlN、BST(钛酸锶钡)、BT(钛酸钡)、PZT(锆钛酸铅)、PBLN(铌酸铅钡锂)、PT(钛酸铅)的压电陶瓷材料；且优选地，压电层中掺杂稀土元素，例如包含钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)的任一种及其组合，以提高压电系数。依照本专利技术的谐振器制造方法，利用图形化的多个牺牲层同时形成谐振腔和多个气隙以完全包围谐振腔，最大化抑制了声波能量损失，有效提高了Q值。本专利技术所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本专利技术的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。附图说明以下参照附图来详细说明本专利技术的技术方案，其中：图1至图14显示了根据本专利技术实施例的谐振器制造工艺各个阶段的剖视图；以及图15显示了根据本专利技术实施例的谐振器制造工艺的流程图。具体实施方式以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本专利技术技术方案的特征及其技术效果，公开了高效低成本制造具有多个气隙的谐振器的方法。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种器件结构。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构的空间、次序或层级关系。如图1、图15所示，在衬底10上形成(第一)牺牲层11。提供衬底10，材质可以是体Si或绝缘体上硅(SOI)或者体Ge、GeOI以与CMOS工艺兼容并与其他数字、模拟电路集成，也可以是用于MEMS、光电器件、功率器件的化合物半导体例如GaN、GaAs、SiC、InP、GaP等，进一步优选地，衬底10是单晶材料，且最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振器制造方法，包括：/n在衬底上形成牺牲层图形；/n在牺牲层图形上形成下电极；/n在下电极上形成第二牺牲层图形；/n在第二牺牲层图形和下电极上形成压电层和上电极；/n刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极形成暴露衬底的通孔；/n在通孔中形成第三牺牲层图形；/n去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下多个气隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种谐振器制造方法，包括：
在衬底上形成牺牲层图形；
在牺牲层图形上形成下电极；
在下电极上形成第二牺牲层图形；
在第二牺牲层图形和下电极上形成压电层和上电极；
刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极形成暴露衬底的通孔；
在通孔中形成第三牺牲层图形；
去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下多个气隙。


2.根据权利要求1的谐振器制造方法，形成牺牲层图形的步骤包括：
在衬底上形成牺牲层；
在牺牲层上形成光刻胶图形；
修饰光刻胶图形以缩减尺寸；
以光刻胶图形为掩模刻蚀形成牺牲层图形。


3.根据权利要求1的谐振器制造方法，其中，牺牲层图形包括中心部分，在中心部分外侧的环形突起部分，以及在环形突起部分外侧的环形边缘部分；优选地，环形突起部分的厚度大于中心部分的厚度，中心部分的厚度大于环形边缘部分的厚度，任选地下电极的厚度大于环形边缘部分的厚度且小于环形突起部分的厚度。


4.根据权利要求1的谐振器制造方法，形成第二牺牲层图形的步骤进一步包括：
在下电极上形成第二牺牲层；
平坦化第二牺牲层直至暴露下电极的中心部分。


5.根据权利要求1的谐振器制造方法，形成第三牺牲层图形的步骤进一步包括：
在通孔和上电极上形成牺牲材料；
平坦化牺牲材料直至暴露上电极顶部。


6.根据权利要求1的谐振器制造方法，去除牺牲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐兆云，唐滨，王家友，赖志国，杨清华，
申请(专利权)人：苏州汉天下电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32