本发明专利技术公开了采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法，包括在衬底上形成自然氧化层，在自然氧化层上设定有效区域，在有效区域内分别形成压电种子层和牺牲层，压电种子层上形成第一电极，牺牲层的高度不低于压电种子层和第一电极的高度和，去除有效区域以外的自然氧化层以暴露衬底；在暴露的衬底，牺牲层和第一电极的表面上沉积具有内应力的压电薄膜，在压电薄膜上沉积第二电极，金属pad层与第一电极和第二电极相连，通过牺牲层释放孔去除有效区域内的牺牲层和自然氧化层形成空腔。该方法能够有效解决传统工艺中牺牲层移除困难的问题，制备方法简单、高效，本发明专利技术还公开了一种空腔薄膜体声波器件。开了一种空腔薄膜体声波器件。开了一种空腔薄膜体声波器件。
【技术实现步骤摘要】
一种采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件及其制备方法
[0001]本专利技术属于谐振器
，具有涉及一种采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件及其制备方法。
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]滤波器性能等级是由其优质因素(Factor of merit)决定，其定义为FOM＝Q*K2eff,其中Q为品质因子，它描述振荡器或谐振器的振动衰减，表征谐振器相对其中心频率的带宽，与FBAR器件结构及工艺整合相关，目前最先进的FBAR滤波器Q因子已可达2500至5000。K2eff称为有效耦合系数，与压电薄膜材料性质有关的属性。
[0004]薄膜体声波谐振器(FBAR)工作所需的空腔制备是一道非常关键的工艺，目前传统制备方式为先在衬底刻蚀空腔，然后用可被释放的材料填充空腔，再通过CMP工艺进行处理，使得空腔内的填充物与衬底表面平齐，之后在CMP处理后的衬底上依次沉积第一电极，压电层，第二电极，再刻蚀通孔，最后通过释放牺牲层，形成薄膜体声波谐振器(FBAR)工作所需的空腔。
[0005]专利号为202111442142.X的中国专利公开了一种空腔薄膜体声波谐振器，包括第一衬底、键合层、不透明介质层、压电振荡堆和金属pad层；其中，第一衬底上形成键合层，键合层上形成不透明介质层，不透明介质层上形成压电振荡堆，不透明介质层与压电振荡堆之间具有空腔，金属pad层与压电振荡堆相连。该谐振器表面粗糙度较低，同时该薄膜各区域厚度能够被较为方便和准确的测量。该专利还公开了一种空腔薄膜体声波谐振器的制备方法。
[0006]专利号为202010923553.X的中国专利公开了一种空腔型薄膜体声波谐振器封装结构及其制备方法，该结构包括：衬底、基板、压电振荡堆和金属键合层，所述压电振荡堆和金属键合层位于衬底与基板之间，且金属键合层绕设于压电振荡堆四周，是由设于衬底和基板上的金属柱交叉键合形成，在压电振荡堆与衬底之间具有第一空腔，是通过直接刻蚀或腐蚀衬底形成，在压电振荡堆与基板之间具有第二空腔，是通过释放牺牲层形成；所述压电振荡堆包括下电极、压电层和上电极。该结构由特定处理后的衬底部分及基板部分通过金属柱直接交叉键合，再释放牺牲层而制得。
[0007]但上述专利受牺牲层因素影响，压电层的制备工艺存在一定的限制，压电层薄膜质量优化存在上限。
技术实现思路
[0008]本专利技术提供了一种采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法，该方法能够有效解决传统工艺中牺牲层移除困难的问题，通过较为简单的工艺制备出满足性能要求的空腔薄膜体声波器件。
[0009]一种采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法，包括：
[0010](1)在衬底上形成自然氧化层，在自然氧化层上设定有效区域，在有效区域内分别形成压电种子层和牺牲层，压电种子层上形成第一电极，牺牲层位于压电种子层两侧或环绕压电种子层，其中，牺牲层的高度不低于压电种子层和第一电极的高度和，去除有效区域以外的自然氧化层以暴露衬底；
[0011](2)在暴露的衬底，牺牲层和第一电极的表面上沉积内应力为600
‑
1500Mpa的压电薄膜，在压电薄膜上沉积第二电极，在第二电极上沉积第一金属pad层，在压电薄膜上刻蚀金属pad填充孔至第一电极，通过金属pad填充孔在第一电极上沉积第二金属pad层，在压电薄膜上刻蚀牺牲层释放孔；
[0012](3)向牺牲层释放孔加入腐蚀液用于去除有效区域内的牺牲层和自然氧化层，使得有效区域内的压电薄膜在内应力的作用下发生形变导致压电种子层与硅衬底分离形成空腔进而得到空腔薄膜体声波器件。
[0013]衬底为衬底为硅、碳化硅、蓝宝石、陶瓷中的一种或任意组合。
[0014]自然氧化层的处理工艺为对衬底进行热氧化处理得到的，厚度为10
‑
50nm。
[0015]压电种子层为氮化铝，厚度为10
‑
100nm。压电种子层可以提电极的膜层质量，并防止电极氧化。
[0016]第一电极为钼、金、铂、铜、铝、银、钛、钨或镍中的一种或其任意组合。
[0017]第一电极的厚度为50
‑
400nm，横向宽度为60
‑
400μm。
[0018]牺牲层为非晶硅、多晶硅、氮化硅、有机物、磷酸玻璃或掺杂氧化硅。
[0019]牺牲层的厚度为50
‑
500nm，横向宽度为5
‑
30μm
[0020]牺牲层紧挨第一电极或部分保留在第一电极上。
[0021]第一电极和牺牲层均通过等离子体刻蚀或湿法腐蚀方法进行图案化。
[0022]压电薄膜为氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、镍酸锂或锆钛酸铅。
[0023]压电薄膜的厚度为0.3
‑
2μm。
[0024]压电薄膜的沉积方法，包括：
[0025]Ar/N2气体流量为10
‑
50/50
‑
150sccm，生长温度为200
‑
300℃，腔室压力为2
‑
4mT,Target/RF power为5000
‑
6000/120
‑
200W,生长速率为1
‑
5nm/min。
[0026]第二电极为钼、金、铂、铜、铝、银、钛、钨或镍中的一种或其任意组合。
[0027]第二电极的厚度为100
‑
300μm，横向宽度为50
‑
300μm。
[0028]第二电极通过等离子体刻蚀、湿法腐蚀方法或Lift
‑
off进行图案化。
[0029]通过等离子体刻蚀或湿法腐蚀方法在压电薄膜上形成金属pad填充孔和牺牲层释放孔。
[0030]第一金属pad层和第二金属pad层均为钼、金、铂、铜、铝、银、钛、钨、镍中的一种或其任意组合。
[0031]第一金属pad层和第二金属pad层的厚度均为200
‑
4000nm，通过Lift
‑
off的方式进
行图案化，第一金属pad层不与第二电极相连。
[0032]空腔深度为50
‑
2000nm，横向宽度为50
‑
250μm，空腔横向宽度大于第一电极横向宽度。
[0033]本专利技术还提供了采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法制备得到的空腔薄膜体声波器件，空腔薄膜体声波器件，在空腔薄膜体声波器件上设定有效区域，包括：
[0034]衬底；
[0035本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法，其特征在于，包括：(1)在衬底上形成自然氧化层，在自然氧化层上设定有效区域，在有效区域内分别形成压电种子层和牺牲层，压电种子层上形成第一电极，牺牲层位于压电种子层两侧或环绕压电种子层，其中，牺牲层的高度不低于压电种子层和第一电极的高度和，去除有效区域以外的自然氧化层以暴露衬底；(2)在暴露的衬底，牺牲层和第一电极的表面上沉积内应力为600
‑
1500Mpa的压电薄膜，在压电薄膜上沉积第二电极，在第二电极上沉积第一金属pad层，在压电薄膜上刻蚀金属pad填充孔至第一电极，通过金属pad填充孔在第一电极上沉积第二金属pad层，在压电薄膜上刻蚀牺牲层释放孔；(3)向牺牲层释放孔加入腐蚀液用于去除有效区域内的牺牲层和自然氧化层，使得有效区域内的压电薄膜在内应力的作用下发生形变导致压电种子层与硅衬底分离形成空腔进而得到空腔薄膜体声波器件。2.根据权利要求1所述的采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法，其特征在于，衬底为硅、碳化硅、蓝宝石、陶瓷中的一种或任意组合。3.根据权利要求1所述的采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法，其特征在于，自然氧化层的处理工艺为对衬底进行热氧化处理得到的，厚度为10
‑
50nm。4.根据权利要求1所述的采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法，其特征在于，压电种子层为氮化铝，厚度为10
‑
100nm。5.根据权利要求1所述的采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法，其特征在于，牺牲层紧挨第一电极或部分保留在第一电极上。6.根据权利要求1所述的采用应力控制获得空腔结构的薄膜体声波器件的制备方法，其特征在于，压电薄膜为氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、镍酸锂或锆钛酸铅。7.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：董树荣，轩伟鹏，刘刚，金浩，高峰，骆季奎，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：
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