一种固体装配型压电薄膜体声波谐振器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种固体装配型压电薄膜体声波谐振器及其制造方法，利用自顶而下的方法制备固体装配型薄膜体声波谐振器，它主要包括自顶而下的制备工艺和薄膜键合技术以及牺牲衬底去除技术。与传统的方法相比，由于压电薄膜直接生长在光滑的单晶表面，因而减少了薄膜内应力和粗糙度对薄膜质量的影响，有利于提高压电薄膜的c轴择优取向性。通过层转移技术以及牺牲衬底去除技术最终得到固体装配型薄膜体声波谐振器结构，从而得到性能良好的SMR

【技术实现步骤摘要】
一种固体装配型压电薄膜体声波谐振器及其制造方法


[0001]本专利技术属于半导体器件制备
，主要是涉及到一种自顶而下的制备固体装配型薄膜体声波谐振器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着导航、卫星、移动电话等无线通信需求的快速增长，现代无线通信技术推进了高频元件的高速发展，催生了更高频率的通信应用和带宽更大、数据更快的信号数据传输需求。随着MEMS技术的迅速发展和新型功能材料的出现以及压电薄膜制备工艺的改善使得高频率的薄膜体声波谐振器(FBAR)制备成为可能，有望解决在制备高性能前端射频滤波器中出现的许多问题。
[0003]目前，基于薄膜体声波(FBAR)谐振器的滤波器引起了越来越多的科研人员的关注。与声表面波(SAW)和陶瓷滤波器相比，它具有优越的性能，具有更低的插入损耗、更好的频率温度系数以及更高的品质因子，并且在几何尺寸和加工成本上具有决定性的优势。基于MEMS技术，FABR主要包括三种不同的空间结构，分别为：横隔膜型谐振器、空气隙型谐振器以及固体装配型谐振器。固体装配型(SolidMountedResonator，SMR)通常由布拉格反射层和夹在两个电极之间的压电薄膜组成。这种器件的结构是底电极下方是有两种不同的高低声阻抗材料交替沉积而形成布拉格反射层，而不同声阻抗材料的厚度被设计成该频率下的声波在该材料中波长的四分之一。声波在这种结构中的层界面处发生多次反射，从而在压电层形成驻波。与前两者相比，器件直接沉积在衬底上，没有悬空结构，从而提高了谐振器的抗击强度。
[0004]压电薄膜的组织结构，平整度和缺陷对谐振器的性能具有重要的影响。为了获得高性能的器件，必须生长出结晶质量高的晶粒和高度c轴取向的压电薄膜。传统固体装配型薄膜体声波谐振器在于压电层薄膜直接沉积在布拉格层与底电极之上，所制备的压电薄膜的质量很大程度取决于布拉格层和电极的粗糙度、应力以及表面缺陷、热膨胀系数的差异等因素。传统工艺制备固体装配型薄膜体声波谐振器时，在布拉格反射层和底电极上所沉积的压电薄膜结晶质量差。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种固体装配型压电薄膜体声波谐振器及其制造方法，采用自顶而下的方法制备体声波谐振器，结合键合工艺和牺牲层去除方法，新颖之处在于减少基底因素对压电薄膜质量的影响，并提高器件的性能，克服了传统方式制备固体装配型薄膜体声波谐振器的缺点和不足，提高了固体装配型压电薄膜体声波谐振器的质量。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种固体装配型压电薄膜体声波谐振器的制造方法，包括如下步骤：
[0008]首先清洗牺牲衬底，然后在牺牲衬底上按顺序用PVD法沉积压电薄膜层、作为底电
极的第二电极和布拉格反射层；
[0009]然后把布拉格反射层表面键合到支撑衬底上，接下来去除原来的牺牲衬底，以裸露出压电薄膜层，最后在压电薄膜表面上沉积第一电极，作为顶电极；布拉格反射层结构包括高声阻抗层和低声阻抗层；
[0010]最终通过MEMS工艺，在顶电极处刻蚀出所需要的器件结构，得到固体装配型压电薄膜体声波谐振器。
[0011]本专利技术制造固体装配型薄膜体声波谐振器的方法采用的新颖工艺主要引入了自顶而下的制备方式和晶片键合技术以及牺牲衬底去除方法。布拉格反射层和压电薄膜以及电极主要采用传统的PVD方式制备，但在生长顺序上与传统的体声波谐振器不同，生长顺序主要是在硅牺牲衬底上分别沉积压电层、底电极、布拉格反射层，接下来通过键合工艺转移到支撑衬底上，然后通过研磨和湿蚀刻工艺将牺牲衬底完全去除掉，最后在压电薄膜上面沉积顶电极。本专利技术在牺牲衬底上相继沉积压电薄膜、底电极和布拉格反射层。其中布拉格反射层包括高声阻抗层和低声阻抗层，将布拉格反射层转移到支撑衬底上，去除所述的牺牲衬底，将顶电极沉积在压电薄膜上。本专利技术所述布拉格反射层与支撑衬底发生键合。
[0012]优选地，所述牺牲衬底采用硅、蓝宝石或石英玻璃。
[0013]优选地，去除所述牺牲衬底采用研磨或者化学腐蚀方法。
[0014]优选地，所述化学腐蚀方法为采用硝酸，醋酸和氢氟酸混合溶液中的至少一种去除牺牲衬底。
[0015]优选地，作为顶电极或底电极的所沉积的电极层材料采用钼、金、铂、铜、铝、银、钛、钨、镍中的一种或其任意组合。
[0016]优选地，所述的压电层材料采用氮化铝单晶、掺杂氮化铝单晶、氮化镓，氧化锌单晶，镍酸锂单晶，锆钛酸铅单晶，铌酸锂单晶、锆酸锂单晶、钽酸锂单晶、四硼酸锂单晶、锗酸铋单晶、硅酸铋单晶、硫化镉单晶、石英单晶中的一种或几种的组合。
[0017]优选地，作为顶电极或底电极的厚度为10
‑
200nm。进一步优选地，作为顶电极或底电极的厚度为100
‑
200nm。
[0018]优选地，所述压电薄膜层厚度为10
–
10000nm。
[0019]优选地，所述布拉格层采用包括钨、铝、钛、钼、四氮化三硅、二氧化硅中的高、低声阻抗材料。
[0020]优选地，所述支撑衬底材料选自碳化硅、硅、蓝宝石中的任意一种或多种。
[0021]优选地，所述各层材料制备方法采用真空蒸发沉积、分子束外延、磁控溅射、化学气相沉积、金属有机气相化学沉积、激光脉冲沉积中的至少一种方法。
[0022]优选地，清洗牺牲衬底表面并干燥处理，将牺牲衬底超声波清洗采用6步法，包括酒精
‑
丙酮
‑
酒精
‑
去离子水
‑
HF
‑
去离子水6步，具体过程为：将牺牲衬底放入乙醇、丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗各至少10分钟，之后在质量分数不低于5％HF中浸泡至少1分钟，再放入去离子水中超声清洗至少10分钟，然后用氮气从硅基板的中心缓慢向四周吹，直至将牺牲衬底上的水吹尽。
[0023]优选地，沉积压电层在牺牲衬底表面，沉积高度c轴取向的压电层AlN薄膜，厚度不低于2.4μm；所用电源为直流脉冲电源，占空比70％，沉积功率不低于550W，功率密度不低于5W/cm2，氩气不低于6sccm，氮气不低于14sccm，温度不低于350℃，沉积压强不低于0.32Pa，
靶基距不大于65mm，沉积时间不超过3个小时。
[0024]优选地，在沉积制备底电极时，在压电层上沉积100～200nm厚的底电极材料层，沉积功率为不低于600W，功率密度不低于5.4W/cm2，氩气不低于180sccm，沉积压强不低于0.45Pa，温度为室温。
[0025]优选地，在沉积布拉格层时，将制备好底电极的器件放置在真空镀膜机内，并用铜片固定，接下来，将真空室的真空抽至不高于5
×
10
‑5Pa；沉积至少3个周期高声阻抗层和低声阻抗层；其中高声阻抗层的厚度不大于570nm，低声阻抗层的厚度不大于660nm；低声阻抗层的沉积参数：在室温条件下，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体装配型压电薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：首先清洗牺牲衬底，然后在牺牲衬底上按顺序用PVD法沉积压电薄膜层、作为底电极的第二电极和布拉格反射层；然后把布拉格反射层表面键合到支撑衬底上，接下来去除原来的牺牲衬底，以裸露出压电薄膜层，最后在压电薄膜表面上沉积第一电极，作为顶电极；布拉格反射层结构包括高声阻抗层和低声阻抗层；最终通过MEMS工艺，在顶电极处刻蚀出所需要的器件结构，得到固体装配型压电薄膜体声波谐振器。2.根据权利要求1所述固体装配型压电薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于：所述牺牲衬底采用硅、蓝宝石或石英玻璃；或者，去除所述牺牲衬底采用研磨或者化学腐蚀方法。3.根据权利要求2所述固体装配型压电薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于：所述化学腐蚀方法为采用硝酸，醋酸和氢氟酸混合溶液中的至少一种去除牺牲衬底。4.根据权利要求1所述固体装配型压电薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于：作为顶电极或底电极的所沉积的电极层材料采用钼、金、铂、铜、铝、银、钛、钨、镍中的一种或其任意组合。5.根据权利要求1所述固体装配型压电薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于：所述的压电层材料采用氮化铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈益钢，孙盈，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：