CN106130498A - Fbar谐振器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FBAR谐振器及其制备方法,具体是一种基于MEMS微加工技术的FBAR,由于外延单晶硅工艺成熟,其所形成的硅微结构机械性能良好,尤其利用外延单晶硅所形成的腔体结构密封性能十分优异。由此形成的FBAR谐振频率主要由薄膜体厚度决定,并受环境温度影响,其谐振频率随温度的升高而减小,并且呈现明显的单调性,该特性可用作温度、气压等数据检测。结合MEMS微加工技术,该FBAR体积小,成本低,响应时间短。
Description
技术领域
本发明涉及一种FBAR谐振器及其制备方法,尤其是一种基于MEMS微加工技术的FBAR及其制备方法,属于微电子机械***与新材料相结合的技术领域。
背景技术
薄膜体声波谐振器(FBAR)是一种谐振体只有几um厚的新型射频薄膜器件。FBAR射频器件具有体积小、工作频率高、***损耗小、功率容量大等优点,FBAR振荡器、滤波器、双工器已经广泛应用于移动通信领域。近年来,基于FBAR的各种传感器研究也悄然开始。FBAR传感器的体积小巧和高灵敏度、高可靠性引起了人们的广泛研究兴趣。已有研究报道指出,FBAR传感器可用于检测微质量、温度、环境参数、化学气体、湿度、应力、紫外线等多种参数。目前,主流的FBAR器件结构有两种:一种是在硅片背面进行光刻蚀以形成低声阻抗的空腔;另一种是采用梯形布拉格反射结构。两种结构都有比较大的缺陷。对背面刻蚀型来说,在器件切割时只能从正面开始,器件容易破裂,且由于大面积的硅衬底被去除,势必影响了器件的机械牢度,并大幅降低成品率。这类型FBAR由于本身固有的机械牢度问题而不容易实现商业化,目前还有很多需要改进的研究内容。相比而言,第二种采用梯形布拉格反射结构的FBAR器件机械牢度强、集成性好,且不需要借助MEMS工艺,这使得许多不具备MEMS工艺的半导体厂商业也可以方便地加入进来。但其缺点是需要制备多层薄膜,工艺成本比空气隙型的FBAR要高,且布拉格反射层的声波反射效果终不及空气来得好。所以如何实现可靠性高,低成本,加工工艺简单,且应用范围更为广泛的FBAR成为了FBAR器件的设计的一个重要问题。
发明内容
目的:为解决现有技术的不足,提供一种基于单晶硅外延封腔工艺的FBAR谐振器及其制备方法,结构稳定,低成本,加工工艺简单,且应用范围更为广泛。基本方法就是采用MEMS技术,通过单晶硅外延封腔工艺在硅片内形成空腔,并实现FBAR器件的功能。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种FBAR谐振器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1)、选取单晶硅衬底,采用各向异性反应离子刻蚀(RIE)工艺在单晶硅衬底上刻蚀深度为5-10μm的浅槽;
步骤2)、在对单晶硅衬底浅槽侧壁进行保护的同时,对单晶硅衬底进行各向同性腐蚀,为接下来的外延单晶硅封腔工艺做准备;
步骤3)、外延单晶硅封腔:外延生长单晶硅,使单晶硅衬底内部形成密封的腔体;
步骤4)、在单晶硅衬底上表面依次生长二氧化硅和氮化硅,并光刻、腐蚀形成接触孔;
步骤5)、在氮化硅表面溅射第一层金属,光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR下电极;
步骤6)、在氮化硅和第一层金属上溅射压电材料,光刻、腐蚀形成FBAR压电材料结构;
步骤7)、在氮化硅和压电材料上溅射第二层金属,光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR上电极。
作为优选方案,所述的FBAR谐振器的制备方法,其特征在于:所述压电材料为氮化铝。
作为优选方案,所述的FBAR谐振器的制备方法,其特征在于:所述腔体高度为4-6μm。更优选为5μm。
本发明提供的一种FBAR谐振器,采用上述的FBAR谐振器的制备方法制备而成。
有益效果:本发明提供的FBAR谐振器及其制备方法,建立在密封的单晶硅腔体结构之上,器件结构简单,且该密封腔体结构通过单晶硅外延生长工艺形成。相对于通过键合或者表面牺牲层工艺形成的FBAR结构,建立在单晶硅外延封腔工艺上的FBAR结构具有制造工艺简单,器件机械性能良好,稳定性高等特点。并且利用正面溅射和刻蚀工艺就可以完成FBAR器件的加工,工艺步骤简单可靠。整个加工过程不会影响硅片正面已有的CMOS电路,所以FBAR谐振器可以采用post-CMOS 加工工艺进行加工,从而进一步的实现芯片的单片智能化,也可以降低芯片的尺寸和成本。
附图说明
图1是本发明制作的流程示意图;
图中:单晶硅衬底1、二氧化硅2、氮化硅3、第一层金属 4、压电材料5、第二层金属6、腔体7。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做具体说明:
实施例1:
如图1所示,本发明提供的FBAR谐振器通过以下步骤制备:
(a)采用N型(100)单晶硅作为衬底,通过各向异性反应离子刻蚀(RIE)工艺在单晶硅衬底1上刻蚀浅槽;
(b)在对单晶硅衬底1浅槽侧壁进行保护的同时,对单晶硅衬底进行各向同性腐蚀,为接下来的外延单晶硅封腔工艺做准备;
(c)外延生长单晶硅,在单晶硅衬底内部形成了密封的腔体7,腔体7高约5μm;
(d)在单晶硅衬底1上表面依次生长二氧化硅2和氮化硅3,并光刻、腐蚀形成接触孔;
(e)在氮化硅3表面溅射第一层金属4,光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR下电极;
(f)在氮化硅3和第一层金属4上溅射压电材料5(如氮化铝),光刻、腐蚀形成FBAR压电材料结构;
(g)在氮化硅3和压电材料5上溅射第二层金属6,光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR上电极。
本发明提供的FBAR谐振器及其制备方法,建立在密封的单晶硅腔体结构之上,器件结构简单,且该密封腔体结构通过单晶硅外延生长工艺形成。具体是一种基于MEMS微加工技术的FBAR,由于外延单晶硅工艺成熟,其所形成的硅微结构机械性能良好,尤其利用外延单晶硅所形成的腔体结构密封性能十分优异。由此形成的FBAR谐振频率主要由薄膜体厚度决定,并受环境温度影响,其谐振频率随温度的升高而减小,并且呈现明显的单调性,该特性可用作温度、气压等数据检测。结合MEMS微加工技术,该FBAR体积小,成本低,响应时间短。相对于通过键合或者表面牺牲层工艺形成的FBAR结构,建立在单晶硅外延封腔工艺上的FBAR结构具有制造工艺简单,器件机械性能良好,稳定性高等特点。并且利用正面溅射和刻蚀工艺就可以完成FBAR器件的加工,工艺步骤简单可靠。整个加工过程不会影响硅片正面已有的CMOS电路,所以FBAR谐振器可以采用post-CMOS 加工工艺进行加工,从而进一步的实现芯片的单片智能化,也可以降低芯片的尺寸和成本。
以上已以较佳实施例公开了本发明,然其并非用以限制本发明,凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种FBAR谐振器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1)、选取单晶硅衬底,采用各向异性反应离子刻蚀工艺在单晶硅衬底上刻蚀深度为5-10μm的浅槽;
步骤2)、在对单晶硅衬底浅槽侧壁进行保护的同时,对单晶硅衬底进行各向同性腐蚀,为接下来的外延单晶硅封腔工艺做准备;
步骤3)、外延单晶硅封腔:外延生长单晶硅,使单晶硅衬底内部形成密封的腔体;
步骤4)、在单晶硅衬底上表面依次生长二氧化硅和氮化硅,并光刻、腐蚀形成接触孔;
步骤5)、在氮化硅表面溅射第一层金属,光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR下电极;
步骤6)、在氮化硅和第一层金属上溅射压电材料,光刻、腐蚀形成FBAR压电材料结构;
步骤7)、在氮化硅和压电材料上溅射第二层金属,光刻、腐蚀形成焊盘、电互连线以及FBAR上电极。
2.根据权利要求1所述的FBAR谐振器的制备方法,其特征在于:所述压电材料为氮化铝。
3.根据权利要求1所述的FBAR谐振器的制备方法,其特征在于:所述腔体高度为4-6μm。
4.一种FBAR谐振器,采用权利要求1-3任一项所述的FBAR谐振器的制备方法制备而成。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161116 |