基于钽酸锂薄膜的谐振器及其形成方法技术

一种基于钽酸锂薄膜的谐振器及其形成方法，所述方法包括：在半导体衬底的表面上形成空腔，并在所述空腔内填充牺牲层；形成图形化的下极板金属层，所述下极板金属层的一部分覆盖所述牺牲层；形成覆盖所述牺牲层的图形化的

【技术实现步骤摘要】
基于钽酸锂薄膜的谐振器及其形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种基于钽酸锂薄膜的谐振器及其形成方法
。

技术介绍

[0002]在传统的谐振器器件的制造工艺中，以一种声表面波（
Surface Acoustic Wave
，
SAW
）器件为例，是采用钽酸锂（
LiTaO3
，
LT
）材料作为晶圆衬底材料，得到钽酸锂晶圆（又可称为钽酸锂单晶块材），在钽酸锂晶圆上制造的，器件体积较大且不能与互补金属氧化物半导体（
Complementary Metal Oxide Semiconductor
，
CMOS
）工艺兼容
。
[0003]在现有的一种改进工艺中，采用晶体离子注入剥离（
Crystal ion slicing
，
CIS
）技术，能够基于半导体衬底（如硅衬底）形成钽酸锂薄膜，进而形成谐振器，从而实现与
CMOS
工艺的兼容
。
然而上述
CIS
技术的碎片率较大
、
工艺成本较高，且形成的钽酸锂薄膜的表面性能较差，导致影响谐振器的性能
。
[0004]亟需一种基于钽酸锂薄膜的谐振器的形成方法，可以降低工艺成本，提高钽酸锂薄膜的表面性能和谐振器的性能
。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是提供一种基于钽酸锂薄膜的谐振器及其形成方法，可以降低工艺成本，提高钽酸锂薄膜的表面性能和谐振器的性能
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种基于钽酸锂薄膜的谐振器的形成方法，包括：在半导体衬底的表面上形成空腔，并在所述空腔内填充牺牲层；形成图形化的下极板金属层，所述下极板金属层的一部分覆盖所述牺牲层；形成覆盖所述牺牲层的图形化的
Ta
x
O
y
薄膜，所述图形化的
Ta
x
O
y
薄膜还覆盖一部分下极板金属层和一部分半导体衬底；采用离子注入工艺，向所述
Ta
x
O
y
薄膜注入锂离子，以形成图形化的钽酸锂薄膜；采用激光退火工艺进行第一退火处理，并对所述第一退火处理后的钽酸锂薄膜进行减薄处理；形成覆盖所述牺牲层的图形化的上极板金属层，所述上极板金属层还覆盖一部分钽酸锂薄膜和一部分半导体衬底；释放所述牺牲层
。
[0007]可选的，在形成覆盖所述牺牲层的图形化的上极板金属层之前，所述方法还包括：进行第二退火处理，以对所述钽酸锂薄膜进行表面修复；和
/
或，在释放所述牺牲层之后，所述方法还包括：进行第三退火处理，以降低所述钽酸锂薄膜的表面受到的应力
。
[0008]可选的，所述第二退火处理以及第三退火处理的工艺参数满足以下一项或多项：所述第二退火处理的工艺为炉管退火；所述第二退火处理的工艺温度选自：
350℃
至
500℃
；所述第二退火处理的工艺时长选自：
25min
至
40min
；所述第三退火处理的工艺为炉管退火；所述第三退火处理的工艺温度选自：
300℃
至
450℃
；所述第三退火处理的工艺时长选自：
20min
至
35min
；其中，所述第三退火处理的工艺温度低于所述第二退火处理的工艺温度，所述第三退火处理的工艺时长小于所述第二退火处理的工艺时长
。
[0009]可选的，释放所述牺牲层，包括：形成牺牲层释放孔，所述牺牲层释放孔穿通所述牺牲层表面的下极板金属层
、
钽酸锂薄膜以及上极板金属层；自所述牺牲层释放孔释放所述牺牲层；其中，在进行第三退火处理之后，所述方法还包括：形成图形化的二氧化硅薄膜，所述二氧化硅薄膜填充所述牺牲层释放孔的至少一部分
。
[0010]可选的，在采用离子注入工艺，向所述
Ta
x
O
y
薄膜注入锂离子之前，所述方法还包括：采用紫外线臭氧工艺，对
Ta
x
O
y
薄膜进行表面活化处理
。
[0011]可选的，对所述第一退火处理后的钽酸锂薄膜进行减薄处理，包括：先采用
CMP
工艺，对所述钽酸锂薄膜进行整体减薄处理；然后采用等离子研磨工艺，对所述钽酸锂薄膜进行局部减薄处理
。
[0012]可选的，所述第一退火处理的工艺参数满足以下一项或多项：所述激光退火的工艺温度选自：
1100℃
至
1300℃
；所述激光退火的工艺时长选自：
1ms
至
3ms。
[0013]可选的，所述离子注入工艺的工艺参数满足以下一项或多项：所述锂离子注入的能量选自：
800Kev
至
1000Kev
；所述锂离子注入的剂量选自：
1.5E22 ion/cm3至
5E22 ion/cm3。
[0014]可选的，形成覆盖所述牺牲层的图形化的
Ta
x
O
y
薄膜，包括：采用钽有机化合物作为有机金属前驱体，注入反应腔室中；采用氧化物前驱体作为氧化物前驱体，引入所述反应腔室中，与所述有机金属前驱体反应生成
Ta2O5薄膜；在生长结束后，将所述反应腔室冷却至室温；对所述
Ta2O5薄膜进行刻蚀，以得到图形化的
Ta2O5薄膜
。
[0015]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种基于钽酸锂薄膜的谐振器，包括：体声波滤波器；表声波滤波器；其中，所述体声波滤波器采用上述方法形成
。
[0016]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：在本专利技术实施例中，通过在半导体衬底的表面上形成空腔，并在空腔内填充牺牲层，可以在后续工艺中采用牺牲层进行支撑，有效防止空腔上方的器件结构（如下极板金属层
、
钽酸锂薄膜以及上极板金属层）发生破碎；通过先形成图形化的
Ta
x
O
y
薄膜，再采用离子注入工艺，向所述
Ta
x
O
y
薄膜注入锂离子，以形成图形化的钽酸锂薄膜，相比于现有技术中采用钽酸锂晶圆，可以通过薄膜沉积工艺和离子注入工艺有效降低成本，提高生产效率；通过采用激光退火工艺进行第一退火处理，可以基于退火工艺增强钽酸锂薄膜的表面性能，且由于激光退火工艺的工艺时长较短，还可以降低高温环境对半导体衬底和刚刚形成的钽酸锂薄膜的不良影响；通过释放所述牺牲层，可以在实现支撑功能的基础上形成谐振器的谐振腔，有效实现器件性能
。
[0017]进一步，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于钽酸锂薄膜的谐振器的形成方法，其特征在于，包括：在半导体衬底的表面上形成空腔，并在所述空腔内填充牺牲层；形成图形化的下极板金属层，所述下极板金属层的一部分覆盖所述牺牲层；形成覆盖所述牺牲层的图形化的
Ta
x
O
y
薄膜，所述图形化的
Ta
x
O
y
薄膜还覆盖一部分下极板金属层和一部分半导体衬底；采用离子注入工艺，向所述
Ta
x
O
y
薄膜注入锂离子，以形成图形化的钽酸锂薄膜；采用激光退火工艺进行第一退火处理，并对所述第一退火处理后的钽酸锂薄膜进行减薄处理；形成覆盖所述牺牲层的图形化的上极板金属层，所述上极板金属层还覆盖一部分钽酸锂薄膜和一部分半导体衬底；释放所述牺牲层
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成覆盖所述牺牲层的图形化的上极板金属层之前，所述方法还包括：进行第二退火处理，以对所述钽酸锂薄膜进行表面修复；和
/
或，在释放所述牺牲层之后，所述方法还包括：进行第三退火处理，以降低所述钽酸锂薄膜的表面受到的应力
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二退火处理以及第三退火处理的工艺参数满足以下一项或多项：所述第二退火处理的工艺为炉管退火；所述第二退火处理的工艺温度选自：
350℃
至
500℃
；所述第二退火处理的工艺时长选自：
25min
至
40min
；所述第三退火处理的工艺为炉管退火；所述第三退火处理的工艺温度选自：
300℃
至
450℃
；所述第三退火处理的工艺时长选自：
20min
至
35min
；其中，所述第三退火处理的工艺温度低于所述第二退火处理的工艺温度，所述第三退火处理的工艺时长小于所述第二退火处理的工艺时长
。4.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，释放所述牺牲层，包括：形成牺牲层释放孔，所述牺牲层释放孔穿通所述牺牲层表面的下极板金属层
、
钽酸锂薄膜以及上极板金属层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张镭，
申请(专利权)人：镭友芯科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：