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；去除牺牲层图形和第二牺牲层图形，在上电极和下电极之间留下气隙并在下电极和衬底之间留下谐振腔。依照本发明专利技术的谐振器制造方法，利用图形化的牺牲层同时形成谐振腔和电极气隙，并以此形成了多种改善器件特性的微结构如OT和Innie结构，高效且低成本了提高了器件的性能和可靠性。

【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，通常需要在顶部电极与压电层之间留下气隙，形成各种微结构(诸如框架结构(OT，outie)，凹陷结构(Innie)，通过控制气隙的形貌尺寸而调节器件的性能。为此，通常将顶电极制造为具有在衬底之上悬垂部分的拱形，这需要采用多重掩模和多次光刻-刻蚀处理，加工难度大，加工精度低，工艺复杂，成本高，不利于器件性能的整体提高。
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气隙和各种微结构的的谐振器的方法。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；去除牺牲层图形和第二牺牲层图形，在上电极和下电极之间留下气隙并在下电极和衬底之间留下谐振腔。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；以光刻胶图形为掩模刻蚀形成牺牲层图形。其中，形成光刻胶图形之后进一步包括修饰光刻胶图形以缩减尺寸。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用于形成凹陷结构，以及在环形突起部分外侧的环形边缘部分用于形成框架结构。其中，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，牺牲层图形和/或第二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，采用各向同性的湿法腐蚀去除牺牲层图形和第二牺牲层图形。其中，上电极的尺寸大于牺牲层图形的尺寸。其中，形成下电极之前进一步包括在衬底上形成种子层，材质为金属氮化物例如AlN、HfN、HfAlN、TiN、TaN。其中，下电极和/或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，利用图形化的牺牲层同时形成谐振腔和电极气隙，并以此形成了多种改善器件特性的微结构如OT和Innie结构，高效且低成本了提高了器件的性能和可靠性。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9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10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10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，且最佳地，衬底10具有低浓度掺杂或者不掺杂从而具有高电阻。与传统的谐振器制造工艺不同，本专利技术的制造工艺中不必在衬底10中刻蚀谐振腔，因而避免了刻蚀工艺增多衬底表面缺陷。牺牲层11的沉积工艺可以为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)，材质为氧化硅基材料，诸如掺硼氧化硅(BSG)、掺磷氧化硅(PSG)、未掺杂氧化硅(USG)、多孔氧化硅等等。在本专利技术其他实施例中，牺牲11为热氧化工艺制造，或者是SOI、GeOI等绝缘体上半导体衬底剥离了顶部半导体薄层之后暴露的埋氧层。牺牲层11的初始(第一)厚度为a，例如50-5000nm，其决定了未来要形成的谐振腔的环形突起的高度。如图2至图4、图10所示，刻蚀牺牲层11形成牺牲层图形。首先，如图2所示，在牺牲层11上涂覆光刻胶并曝光显影得到光刻胶图形12，以光刻胶图形12为掩模各向异性刻蚀牺牲层11而得到牺牲层图形，其包括被光刻胶图形12所覆盖的具有厚度a的(第一)中心部分11A，以及未被光刻胶图形12覆盖的具有(第二)厚度b的(第二)边缘部分11B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去除牺牲层图形和第二牺牲层图形，在上电极和下电极之间留下气隙并在下电极和衬底之间留下谐振腔。/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；
去除牺牲层图形和第二牺牲层图形，在上电极和下电极之间留下气隙并在下电极和衬底之间留下谐振腔。


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；
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2的谐振器制造方法，形成光刻胶图形之后进一步包括修饰光刻胶图形以缩减尺寸。


4.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用于形成凹陷结构，以及在环形突起部分外侧的环形边缘部分用于形成框架结构。

【专利技术属性】
技术研发人员：唐兆云，王家友，唐滨，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