采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器及滤波器的方法技术

本发明专利技术公开了采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器及滤波器的方法。本发明专利技术在衬底的一侧表面淀积待键合层一；在基底的一侧表面沉积压电层；在压电层表面沉积第一电极；在压电层、牺牲层和第一电极表面上淀积待键合层二，或在压电层、布拉格反射层和第一电极表面淀积待键合层二，利用键合工艺将含待键合层一的衬底与含待键合层二的基底贴合，获得键合界面致密的器件，来减少后续薄膜体声波谐振器器件背面衬底减薄过程中因界面结合存在缝隙导致的器件塌陷、解键合等问题。解键合等问题。解键合等问题。

【技术实现步骤摘要】
采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器及滤波器的方法


[0001]本专利技术涉及薄膜体声波谐振器，具体涉及一种采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器及滤波器的方法。

技术介绍

[0002]随着移动通讯技术的快速发展，高频段谐振器和滤波器的市场需求越来越大。而薄膜体声波谐振器(FBAR)与传统的微波陶瓷谐振器和声表面波谐振器相比具有体积小、损耗低、品质因子高、功率容量大、谐振频率高等优点，因此在相关领域尤其是高频通讯方面有着广阔的应用前景，成为了产业界和学术界的研究热门。
[0003]薄膜体声波谐振器是薄膜体声波滤波器的主要构成单元，其基本结构是由两层金属电极夹着压电薄膜层的三明治压电振荡器。
[0004]压电薄膜层的厚度决定着体声波谐振器的工作频率，膜层的质量决定谐振器的性能，如Q值、机电耦合系数、FOM值等。当今主流的压电薄膜如ZnO、AlN等，均采用磁控溅射的方式制备，为多晶压电薄膜，其厚度均要在500nm以上才能具有较好的薄膜质量，使得体声波谐振器的工作频率做不高。另一方面，多晶薄膜内缺陷较多，造成BAW谐振器的损耗较大，Q值提升困难。随着薄膜制备工艺技术、设备的进步，单晶压电薄膜的制备工艺也越来越成熟，单晶压电薄膜由于晶体质量好，缺陷少，可以制备更高频率和Q值的BAW谐振器，已引起科研及工业界的广泛兴趣。然而，单晶薄膜BAW器件，制备工艺相对困难，尤其是如何确保衬底减薄过程中正面的单晶压电层不被破坏，故需要开发合适的键合工艺来实现单晶薄膜体声波谐振器的制备。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是利用键合工艺获得键合界面致密的器件，来减少后续薄膜体声波谐振器器件背面衬底减薄过程中因界面结合存在缝隙导致的器件塌陷、解键合等问题，且采用键合工艺能够避免在后续的器件制备过程中形成寄生电容。
[0006]本专利技术采用以下技术方案实现：
[0007]本专利技术采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器的方法，具体步骤如下：
[0008]S1对衬底和基底均使用丙酮和异丙醇进行超声水洗；然后在衬底的一侧表面淀积待键合层一；
[0009]S2在基底的一侧表面沉积压电层；
[0010]S3在压电层表面沉积金属，并图形化，作为第一电极；
[0011]S4按以下三种方案中的一种操作：
[0012]第一种方案
[0013]S4.1.1在第一电极表面采用等离子体化学气相淀积工艺淀积多晶硅或非晶硅，并图形化，作为牺牲层；
[0014]S4.1.2在压电层、牺牲层和第一电极表面上采用低压化学气相淀积工艺淀积氧化
硅薄膜作为待键合层二，并采用化学机械研磨的方式使待键合层二表面平整。
[0015]第二种方案
[0016]S4.2.1在第一电极表面采用等离子体化学气相淀积工艺淀积二氧化硅或掺杂二氧化碳，并图形化，作为牺牲层；
[0017]S4.2.2按以下两种方案中的一种操作：
[0018]①
在压电层、牺牲层和第一电极表面用低压化学气相淀积工艺淀积耐氢氟酸或氟化氢气体腐蚀的薄膜(如AlN和Al2O3薄膜)，并图形化化，包裹住图形化的二氧化硅或掺杂二氧化碳；然后沉积氧化硅薄膜作为待键合层二，并采用化学机械研磨的方式对待键合层二进行抛光，使待键合层二表面平整。
[0019]②
在压电层、牺牲层和第一电极表面用低压化学气相淀积工艺淀积多晶硅作为待键合层二，并采用化学机械研磨的方式对待键合层二进行抛光，使待键合层二表面平整。
[0020]第三种方案
[0021]S4.3.1在第一电极表面通过薄膜淀积技术交替沉积高声阻抗率反射层和低声阻抗率反射层，并图形化，形成布拉格反射层；
[0022]S4.3.2在压电层、布拉格反射层和第一电极表面用低压化学气相淀积工艺淀积氧化硅薄膜，作为待键合层二。然后通过化学机械研磨的方式对待键合层二和布拉格反射层表面进行抛光使待键合层二表面平整。
[0023]S5将含待键合层一的衬底与含待键合层二的基底贴合，并通过键合工艺连接，使得待键合层一与待键合层二以及牺牲层形成致密的界面；其中，待键合层一与待键合层二直接键合或者在两者表面沉积金属，使用金属键合。
[0024]S6采用研磨和化学机械抛光的方式减薄基底；
[0025]S7采用刻蚀工艺去除减薄后的基底；
[0026]S8在压电层表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并图形化，形成第二电极；第二电极包含间距设置的电极部分一和电极部分二。
[0027]S9按以下两种方案中的一种操作：
[0028]S4采用第一种或第二种方案时，执行如下步骤：
[0029]S9.1.1采用等离子刻蚀或湿法腐蚀工艺在压电层表面形成通孔一和通孔二；通孔一为第一电极金属PAD填充孔；通孔二为牺牲层释放孔；
[0030]S9.1.2在压电层表面、通孔一中及电极部分一表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并通过金属剥离工艺的方法图形化，形成金属PAD部分一，金属PAD部分一不与电极部分二连接；在压电层表面和电极部分二表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并通过金属剥离工艺的方法图形化，形成金属PAD部分二；
[0031]S9.1.3通过湿法腐蚀工艺或干法腐蚀工艺利用通孔二去除牺牲层，形成空腔一；
[0032]S4采用第三种方案时，执行如下步骤：
[0033]S9.2.1采用等离子刻蚀或湿法腐蚀工艺在压电层表面形成通孔一；通孔一为第一电极金属PAD填充孔；
[0034]S9.2.2在压电层表面、通孔一中及电极部分一表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并通过金属剥离工艺的方法图形化，形成金属PAD部分一，金属PAD部分一不与电极部分二连接；在压电层表面和电极部分二表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，
并通过金属剥离工艺的方法图形化，形成金属PAD部分二；
[0035]优选地，所述衬底和基底的材料为玻璃、硅、碳化硅、氮化硅或陶瓷中的一种或多种按任意配比组合。
[0036]优选地，所述压电层的材料为单晶氮化铝、多晶氮化铝、氧化锌、单晶钽酸锂、锆钛酸铅、铌酸锂中的一种或多种按任意配比组合，厚度为10nm
‑
4000nm。
[0037]优选地，所述第一电极的材料为铜、铝、银、钛、钨、金、镍、钼中的一种或多种按任意配比组合，厚度为50nm
‑
500nm，横向宽度为30
‑
600μm；所述第二电极的材料为铜、铝、银、钛、钨、金、镍、钼中的一种或多种按任意配比组合，厚度为50nm
‑
500nm，第二电极的横向宽度为20
‑
500μm。
[0038]优选地，所述牺牲层的材料为多晶硅、非晶硅、二氧化硅、掺杂二氧化碳中的一种或两种按任意配比组合；牺牲层的厚度为0.5
‑
3μm，横向宽度为20
‑
500μm；布拉格反射层的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器的方法，其特征在于：具体步骤如下：S1对衬底和基底均使用丙酮和异丙醇进行超声水洗；然后在衬底的一侧表面淀积待键合层一；S2在基底的一侧表面沉积压电层；S3在压电层表面沉积金属，并图形化，作为第一电极；S4按以下三种方案中的一种操作：第一种方案S4.1.1在第一电极表面采用等离子体化学气相淀积工艺淀积多晶硅或非晶硅，并图形化，作为牺牲层；S4.1.2在压电层、牺牲层和第一电极表面上采用低压化学气相淀积工艺淀积氧化硅薄膜作为待键合层二，并采用化学机械研磨的方式使待键合层二表面平整；第二种方案S4.2.1在第一电极表面采用等离子体化学气相淀积工艺淀积二氧化硅或掺杂二氧化碳，并图形化，作为牺牲层；S4.2.2按以下两种方案中的一种操作：
①
在压电层、牺牲层和第一电极表面用低压化学气相淀积工艺淀积耐氢氟酸或氟化氢气体腐蚀的薄膜，并图形化化，包裹住图形化的二氧化硅或掺杂二氧化碳；然后沉积氧化硅薄膜作为待键合层二，并采用化学机械研磨的方式对待键合层二进行抛光，使待键合层二表面平整；
②
在压电层、牺牲层和第一电极表面用低压化学气相淀积工艺淀积多晶硅作为待键合层二，并采用化学机械研磨的方式对待键合层二进行抛光，使待键合层二表面平整；第三种方案S4.3.1在第一电极表面通过薄膜淀积技术交替沉积高声阻抗率反射层和低声阻抗率反射层，并图形化，形成布拉格反射层；S4.3.2在压电层、布拉格反射层和第一电极表面用低压化学气相淀积工艺淀积氧化硅薄膜，作为待键合层二；然后通过化学机械研磨的方式对待键合层二和布拉格反射层表面进行抛光使待键合层二表面平整；S5将含待键合层一的衬底与含待键合层二的基底贴合，并通过键合工艺连接，使得待键合层一与待键合层二以及牺牲层形成致密的界面；其中，待键合层一与待键合层二直接键合或者在两者表面沉积金属，使用金属键合；S6采用研磨和化学机械抛光的方式减薄基底；S7采用刻蚀工艺去除减薄后的基底；S8在压电层表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并图形化，形成第二电极；第二电极包含间距设置的电极部分一和电极部分二；S9按以下两种方案中的一种操作：S4采用第一种或第二种方案时，执行如下步骤：S9.1.1采用等离子刻蚀或湿法腐蚀工艺在压电层表面形成通孔一和通孔二；通孔一为第一电极金属PAD填充孔；通孔二为牺牲层释放孔；S9.1.2在压电层表面、通孔一中及电极部分一表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积
金属，并通过金属剥离工艺的方法图形化，形成金属PAD部分一，金属PAD部分一不与电极部分二连接；在压电层表面和电极部分二表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并通过金属剥离工艺的方法图形化，形成金属PAD部分二；S9.1.3通过湿法腐蚀工艺或干法腐蚀工艺利用通孔二去除牺牲层，形成空腔一；S4采用第三种方案时，执行如下步骤：S9.2.1采用等离子刻蚀或湿法腐蚀工艺在压电层表面形成通孔一；通孔一为第一电极金属PAD填充孔；S9.2.2在压电层表面、通孔一中及电极部分一表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并通过金属剥离工艺的方法图形化，形成金属PAD部分一，金属PAD部分一不与电极部分二连接；在压电层表面和电极部分二表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并通过金属剥离工艺的方法图形化，形成金属PAD部分二。2.根据权利要1所述采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器的方法，其特征在于：所述衬底和基底的材料为玻璃、硅、碳化硅、氮化硅或陶瓷中的一种或多种按任意配比组合。3.根据权利要1所述采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：董树荣，轩伟鹏，金浩，骆季奎，
申请(专利权)人：海宁波恩斯坦生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：