连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法及滤波器与流程

阅读：评论：0

1.本发明涉及滤波器制备技术领域，特别涉及连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法及滤波器。

背景技术：

2.随着5g技术的日益普及，射频通信技术面临着更高频率、更大的相对带宽以及更高功率的挑战；这就对滤波器的性能有着越来越高的要求，现有fbar在制备三明治结构时要么是沉积完一层图形化一层，要么是连续沉积再同第二片衬底键合最后将第一片衬底去除。第一种方案由于三明治结构不是连续沉积，加工过程中不可避免的会损伤膜层的表面质量，由于图形化导致台阶的存在会影响压电层竖直取向，从而降低产品性能；第二种方案则需要至少两片晶圆，且加工过程复杂严重增加了生产成本。

技术实现要素：

3.针对现有技术生产成本较高且产品性能较低的问题，本发明提供了一种连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法及滤波器，在不需要键合的情况下实现连续沉膜，既提高了产品性能又简化了加工过程。
4.以下是本发明的技术方案。
5.本发明提供一种连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，包括以下步骤：s1：在衬底的表面上制作空腔；s2：在衬底及空腔上沉积牺牲层，并磨平；s3：在衬底及牺牲层上沉积种子层、下电极、压电层，并跳转s4或s5；s4：刻蚀出下电极图形，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用填充材料进行填充，在压电层和填充材料上沉积上电极，进行图形化得到上电极的图形；s5：继续沉积上电极形成三明治结构，并刻蚀整个三明治结构，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用填充材料进行填充，并在上电极沉积pad层或导电材料以实现必须的电气连接。
6.后续工艺不是本发明内容，不再赘述。本发明通过连续沉积再刻蚀、填充的方式，可以减少制备过程中膜层的损耗，有利于提高性能且能降低成本。
7.作为优选，所述填充区域与空腔的边缘距离小于等于2um。这样可以减少非功能区的谐振面积，从而减少横向泄露，提高品质因数q。
8.作为优选，所述填充区域的截面为倒梯形，底角大于等于100
°
且小于等于120
°
，同时宽深比大于1。
9.作为优选，所述填充材料填充后，只保留填充区域的填充材料，或者在不影响上电极连接的情况下只去除功能区内的填充材料。
10.作为优选，所述填充材料为氮化硅、二氧化硅、多晶硅、pi胶中的一种或多种。根据不同的沉积方式可以选用干法刻蚀、湿法刻蚀、lift off图形化。
11.作为优选，所述衬底材料为：硅、碳化硅、氮化镓、氧化铝、金刚石中的一种或多种。
12.作为优选，所述压电层的压电材料为氮化铝。
13.作为优选，所述上电极和下电极的电极材料为：铝、钼、钨中的一种或多种。
14.作为优选，所述pad层的材料为铝、铜、金、银、铂、钛、钨中的一种或多种。
15.本发明还提供了一种滤波器，采用上述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法得到。
16.本发明的实质性效果包括：1.连续沉积种子层、下电极和压电层或连续沉积种子层和三明治结构可以实现膜层的连续沉积，与单层沉积相比不会频繁损伤膜层，能够提高膜层的表面和内部质量，有利于得到高的品质因数、缩减制程；2.连续沉积种子层、下电极和压电层或连续沉积种子层和三明治结构再图形化，最后用填充材料填充，与键合得到空气腔相比减少了衬底晶圆的使用量、省去了第一片衬底去除的工序、降低生产成本；3.填充材料的选择、填充材料的沉积与去除比较灵活，能更好地适配不同的产线。
附图说明
17.图1是本发明实施例1制备过程的部分工序图；图2是本发明实施例1制备过程的另一部分工序图；图3是本发明实施例2制备过程的部分工序图；图4是本发明实施例3制备过程的部分工序图；图5是本发明实施例3制备过程的另一部分工序图；图6是本发明实施例4制备过程的部分工序图。
18.图中包括：1-衬底、2-牺牲层、3-空腔、4-种子层、5-下电极、6-压电层、7-第一填充材料、8-第二填充材料、9-上电极、10-pad层。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
21.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
22.应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在
a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
23.下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
24.由于滤波器通常含有多个谐振器，以下实施例只选取了两个谐振器相连作为代表。
25.实施例1：连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，包括：如图1所示，在衬底1的表面上制作空腔3；在衬底及空腔上沉积牺牲层2，并磨平；在衬底及牺牲层上沉积种子层4、下电极5、压电层6，刻蚀出下电极图形。
26.如图2所示，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用第一填充材料7进行填充，在压电层和第一填充材料上沉积上电极9，进行图形化得到上电极的图形，完成制备。图1和图2展示了滤波器制备过程中每一次的结构变化。后续工艺不是本发明内容，不再赘述。
27.本实施例中，填充区域与空腔的边缘距离为2um。这样可以减少非功能区的谐振面积，从而减少横向泄露，提高品质因数q。填充区域的截面为倒梯形，底角为100
°
，同时宽深比为1.2。这样的形状有利于填充。
28.本实施例中，衬底材料选用氮化镓，压电层的压电材料为氮化铝，上电极和下电极的电极材料为钨，第一填充材料采用氮化硅。
29.其中，第一填充材料填充后，用cmp将台阶磨平(有一定的台阶也是可行的，只要不影响后续上电极的连接)；或者将第一填充材料减薄到一定程度(不完全磨掉非填充区域)，此时再用光刻加刻蚀的方法刻蚀掉功能区对应的第一填充材料即可。
30.本实施例通过连续沉积再刻蚀、填充的方式，可以减少制备过程中膜层的损耗，有利于提高性能且能降低成本。
31.实施例2：本实施例的前半部分步骤与实施例1一致，即如图1所示，在衬底的表面上制作空腔；在衬底及空腔上沉积牺牲层，并磨平；在衬底及牺牲层上沉积种子层、下电极、压电层，刻蚀出下电极图形。
32.本实施例的后续步骤如图3所示，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用第二填充材料8进行填充，在压电层和第二填充材料上沉积上电极，进行图形化得到上电极的图形，完成制备。图1和图3展示了滤波器制备过程中每一次的结构变化。
33.本实施例中，填充区域的截面为倒梯形，底角为120
°
，同时宽深比为1.1。衬底材料选用碳化硅，压电层的压电材料为氮化铝，上电极和下电极的电极材料为铝，第二填充材料采用二氧化硅。
34.实施例3：本实施例的前半部分步骤如图4所示，在衬底的表面上制作空腔；在衬底及空腔上沉积牺牲层，并磨平；在衬底及牺牲层上沉积种子层、下电极、压电层、上电极形成三明治结构，并刻蚀整个三明治结构。
35.本实施例的后半部分步骤如图5所示，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用第一填
充材料进行填充，并在上电极沉积pad层10以实现必须的电气连接，完成制备。图4和图5展示了滤波器制备过程中每一次的结构变化。
36.本实施例中，衬底材料选用氮化镓，压电层的压电材料为氮化铝，上电极和下电极的电极材料为钨，第一填充材料采用氮化硅，pad层的材料为钛。
37.实施例4：本实施例的前半部分步骤与实施例4一致，即如图4所示，在衬底的表面上制作空腔；在衬底及空腔上沉积牺牲层，并磨平；在衬底及牺牲层上沉积种子层、下电极、压电层、上电极形成三明治结构，并刻蚀整个三明治结构。
38.本实施例的后半部分步骤如图6所示，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用第二填充材料进行填充，并在上电极沉积pad层以实现必须的电气连接，完成制备。图4和图6展示了滤波器制备过程中每一次的结构变化。
39.本实施例中，衬底材料选用碳化硅，压电层的压电材料为氮化铝，上电极和下电极的电极材料为铝，第二填充材料采用二氧化硅，pad层的材料为铂。
40.实施例5：本实施例提供了一种滤波器，采用上述实施例1的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法得到，包括了衬底、牺牲层、种子层、下电极、压电层、上电极，各层的材料、结构等与实施例1制备过程所表述的一致，不再赘述。
41.上述实施例所产生的实质性效果包括：1.连续沉积种子层、下电极和压电层或连续沉积种子层和三明治结构可以实现膜层的连续沉积，与单层沉积相比不会频繁损伤膜层，能够提高膜层的表面和内部质量，有利于得到高的品质因数、缩减制程；2.连续沉积种子层、下电极和压电层或连续沉积种子层和三明治结构再图形化，最后用填充材料填充，与键合得到空气腔相比减少了衬底晶圆的使用量、省去了第一片衬底去除的工序、降低生产成本；3.填充材料的选择、填充材料的沉积与去除比较灵活，能更好地适配不同的产线。
42.通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述步骤进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述步骤进行顺序或内容的调整，例如进行步骤的删减、组合或增加，以实现以上描述的全部或者部分效果。
43.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。
44.以上内容，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在衬底的表面上制作空腔；s2：在衬底及空腔上沉积牺牲层，并磨平；s3：在衬底及牺牲层上沉积种子层、下电极、压电层，并跳转s4或s5；s4：刻蚀出下电极图形，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用填充材料进行填充，在压电层和填充材料上沉积上电极，进行图形化得到上电极的图形；s5：继续沉积上电极形成三明治结构，并刻蚀整个三明治结构，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用填充材料进行填充，并在上电极沉积pad层或导电材料以实现必须的电气连接。2.根据权利要求1所述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，其特征在于，所述填充区域与空腔的边缘距离小于等于2um。3.根据权利要求1或2所述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，其特征在于，所述填充区域的截面为倒梯形，底角大于等于100
°
且小于等于120
°
，同时宽深比大于1。4.根据权利要求1所述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，其特征在于，所述填充材料填充后，只保留填充区域的填充材料，或者在不影响上电极连接的情况下只去除功能区内的填充材料。5.根据权利要求1所述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，其特征在于，所述填充材料为氮化硅、二氧化硅、多晶硅、pi胶中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，其特征在于，所述衬底材料为：硅、碳化硅、氮化镓、氧化铝、金刚石中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，其特征在于，所述压电层的压电材料为氮化铝。8.根据权利要求1所述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，其特征在于，所述上电极和下电极的电极材料为：铝、钼、钨中的一种或多种。9.根据权利要求1所述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法，其特征在于，所述pad层的材料为铝、铜、金、银、铂、钛、钨中的一种或多种。10.滤波器，其特征在于，采用如权利要求1-9中任意一项所述的连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法得到。

技术总结

本发明公开了连续沉膜的空气隙薄膜体声波滤波器制备方法及滤波器，包括：S1：在衬底的表面上制作空腔；S2：在衬底及空腔上沉积牺牲层，并磨平；S3：在衬底及牺牲层上沉积种子层、下电极、压电层，并跳转S4或S5；S4：刻蚀出下电极图形，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用填充材料进行填充，在压电层和填充材料上沉积上电极，进行图形化得到上电极的图形；S5：继续沉积上电极形成三明治结构，并刻蚀整个三明治结构，将刻蚀掉的区域作为填充区域，利用填充材料进行填充，并在上电极沉积PAD层或导电材料以实现必须的电气连接。通过连续沉积再刻蚀、填充的方式，可减少制备过程中膜层的损耗，有利于提高性能且能降低成本。利于提高性能且能降低成本。利于提高性能且能降低成本。