声波滤波器制备方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种声波滤波器制备方法，该方法包括：在外延结构的第一指定位置，去除三族氮化物半导体多层膜结构，暴露出上述单晶压电薄膜成核层的上表面，形成凹槽结构；在上述凹槽结构的侧壁和上述外延结构的表面沉积第一薄膜层，在上述凹槽结构的底面沉积第二薄膜层；将上述外延结构与外设的载片晶圆进行键合，上述凹槽结构与载片晶圆形成密封的空腔结构；在上述空腔结构对应的上述单晶压电薄膜成核层的第一指定位置沉积第一金属电极，得到体声波滤波器结构。该方法可以提高多晶压电薄膜滤波器的工作频率、带宽、机电耦合系数等性能参数，并进一步提升导热性。并进一步提升导热性。并进一步提升导热性。

【技术实现步骤摘要】
声波滤波器制备方法


[0001]本专利技术涉及微电子
，尤其是涉及一种声波滤波器制备方法。

技术介绍

[0002]商业AlN声波滤波器一般制作在磁控溅射沉积的多晶AlN薄膜上，一般采用Si衬底。薄膜沉积工艺相对简单、成本也较低，但由于是多晶材料，AlN薄膜中存在比较多的缺陷，机电耦合系数和导热率较低。AlN的材料质量通常以在XRD测试中(002)面摇摆曲线的半高宽作为一个重要指标。多晶AlN的(002)面摇摆曲线半高宽通常较高，而相比之下单晶AlN薄膜这个值可以做到小于0.5
°
。目前，主流声波滤波器多采用多晶AlN材料，材料缺陷多、导热率低，基于多晶材料的滤波器件机电耦合系数和工作频率难以提升，难满足未来高频、高带宽通讯应用。
[0003]进一步的，已经有相关基于单晶AlN材料和声波滤波器的学术研究和商业化产品。单晶AlN薄膜一般是在异质衬底上生长，例如蓝宝石、碳化硅和硅。已经有研究报道(Nanomaterials 2022,12,3082)，在SiC衬底上采用MOCVD生长了高质量的单晶AlN薄膜，其XRD测得的面摇摆曲线半峰宽只有0.022
°
，表面粗糙度的均方根值只有1.08nm(20
×
20um2)，然后通过晶圆键合的方法制造了基于单晶AlN材料的BAW滤波器。与相关多晶AlN材料的BAW滤波器相比，采用单晶AlN材料的BAW滤波器具有更低的插入损耗(1.6dB)和更高的耦合系数。该方案由于采用碳化硅为衬底，衬底成本较高。蓝宝石虽然也能作为单晶AlN薄膜生长的衬底，也存在衬底成本高的问题，而且其材料导热系数低。也有研究采用Si衬底生长单晶AlN薄膜，但生长在Si衬底上的单层AlN单晶薄膜，存在比较大的应力，晶圆翘曲较大，薄膜容易开裂。
[0004]整体而言，现有的声波滤波器制备方法存在材料缺陷多，导热差以及衬底成本高等弊端。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种能在大尺寸、低成本的Si衬底上生长制造高质量单晶压电薄膜及单晶压电薄膜声波滤波器的技术方案，以提高多晶压电薄膜滤波器的工作频率、带宽、机电耦合系数等性能参数。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种声波滤波器制备方法，其中，包括：通过金属有机气相外延或者分子束外延的方式，在外延衬底上从下至上依次生长单晶压电薄膜成核层和三族氮化物半导体多层膜结构，得到外延结构；在上述外延结构的第一指定位置，去除上述三族氮化物半导体多层膜结构，暴露出上述单晶压电薄膜成核层的上表面，形成凹槽结构；在上述凹槽结构的侧壁和上述外延结构的表面沉积第一薄膜层，在上述凹槽结构的底面沉积第二薄膜层；上述第一薄膜层为绝缘介质，上述第二薄膜层为金属或绝缘介质或先绝缘介质再金属的叠层结构；将上述外延结构与外设的载片晶圆进行键合，剥离上述外延衬底，暴露出上述单晶压电薄膜成核层；其中上述凹槽结构与载片晶圆形成密封的空腔
结构；在上述空腔结构对应的上述单晶压电薄膜成核层的第一指定位置沉积第一金属电极，得到体声波滤波器结构。
[0007]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，如果上述第一金属电极为叉指状电极结构，得到横向激发的体声波滤波器结构。
[0008]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，如果上述第二薄膜层为金属或先绝缘介质再金属的叠层结构；在上述空腔结构对应的上述单晶压电薄膜成核层的第二指定位置制作TSV通孔，并沉积第二金属电极与上述第二薄膜层相互连接，形成具有上下电极的体声波滤波器结构；其中上述第二金属电极与上述第一金属电极不存在电气连接。
[0009]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，在上述单晶压电薄膜成核层的第三指定位置，沉积叉指状金属电极，形成表面声波滤波器结构。
[0010]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述三族氮化物半导体多层膜结构从下到上依次为应力补偿层、异质结结构层、背势垒层；其中上述异质结结构层具有二维电子气性质。
[0011]结合第一方面的第四种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，得到上述声波滤波器结构后，上述方法还包括：在上述外延结构的第四指定位置，去除上述单晶压电薄膜成核层以及上述应力补偿层，在暴露的异质结结构层上沉积栅、源、漏金属电极，得到GaN高电子迁移率晶体管功放器件。
[0012]结合第一方面的第五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，将上述体声波滤波器结构和上述GaN高电子迁移率晶体管器件通过电气互联连接，形成具有滤波信号放大功能的电路单元。
[0013]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述单晶压电薄膜成核层为AlN或者AlScN。
[0014]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述单晶压电薄膜成核层的厚度大于100nm。
[0015]结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，上述外设的载片晶圆为绝缘材料。
[0016]本专利技术带来了下述有益效果：
[0017]本专利技术实施例提供了一种声波滤波器制备方法，该方法通过依次生长单晶压电薄膜成核层和三族氮化物半导体多层膜结构，从而利用在衬底上生长制造高质量单晶压电薄膜的技术方案，以提高多晶压电薄膜滤波器的工作频率、带宽、机电耦合系数等性能参数，并进一步提升导热性。
[0018]本实施例公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
[0019]为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的一种声波滤波器制备方法的流程示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的一种外延结构示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的另一种外延结构示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的一种凹槽结构示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的一种经过沉积后的凹槽结构示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例提供的一种空腔结构示意图；
[0027]图7为本专利技术实施例提供的一种体声波滤波器结构的结构示意图；
[0028]图8为本专利技术实施例提供的另一种声波滤波器制备方法的流程示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声波滤波器制备方法，其特征在于，包括：通过金属有机气相外延或者分子束外延的方式，在外延衬底上从下至上依次生长单晶压电薄膜成核层和三族氮化物半导体多层膜结构，得到外延结构；在所述外延结构的第一指定位置，去除所述三族氮化物半导体多层膜结构，暴露出所述单晶压电薄膜成核层的上表面，形成凹槽结构；在所述凹槽结构的侧壁和所述外延结构的表面沉积第一薄膜层，在所述凹槽结构的底面沉积第二薄膜层；所述第一薄膜层为绝缘介质，所述第二薄膜层为金属或绝缘介质或先绝缘介质再金属的叠层结构；将所述外延结构与外设的载片晶圆进行键合，剥离所述外延衬底，暴露出所述单晶压电薄膜成核层；其中所述凹槽结构与载片晶圆形成密封的空腔结构；在所述空腔结构对应的所述单晶压电薄膜成核层的第一指定位置沉积第一金属电极，得到体声波滤波器结构。2.根据权利要求1所述的声波滤波器制备方法，其特征在于，如果所述第一金属电极为叉指状电极结构，得到横向激发的体声波滤波器结构。3.根据权利要求1所述的声波滤波器制备方法，其特征在于，如果所述第二薄膜层为金属或先绝缘介质再金属的叠层结构；在所述空腔结构对应的所述单晶压电薄膜成核层的第二指定位置制作TSV通孔，并沉积第二金属电极与所述第二薄膜层相互连接，形成具有上下电极的体声波滤波器结构；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成果，
申请(专利权)人：湖北九峰山实验室，
类型：发明
国别省市：