CN112039457A - 薄膜体声波谐振器的制作方法 - Google Patents

薄膜体声波谐振器的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112039457A
CN112039457A CN201910656733.3A CN201910656733A CN112039457A CN 112039457 A CN112039457 A CN 112039457A CN 201910656733 A CN201910656733 A CN 201910656733A CN 112039457 A CN112039457 A CN 112039457A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bulk acoustic
wall
supporting
layer
support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910656733.3A
Other languages
English (en)
Inventor
罗海龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Smic Ningbo Co ltd Shanghai Branch
Ningbo Semiconductor International Corp Shanghai Branch
Original Assignee
Smic Ningbo Co ltd Shanghai Branch
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Smic Ningbo Co ltd Shanghai Branch filed Critical Smic Ningbo Co ltd Shanghai Branch
Priority to CN201910656733.3A priority Critical patent/CN112039457A/zh
Priority to JP2021526615A priority patent/JP7111406B2/ja
Priority to US17/614,991 priority patent/US20220231651A1/en
Priority to PCT/CN2019/107175 priority patent/WO2021012379A1/zh
Publication of CN112039457A publication Critical patent/CN112039457A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02015Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02047Treatment of substrates
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/05Holders; Supports
    • H03H9/0504Holders; Supports for bulk acoustic wave devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/173Air-gaps
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/021Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the air-gap type
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/023Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the membrane type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

本发明提供一种薄膜体声波谐振器的制作方法。所述制作方法中,在第一衬底上依次形成了体声波薄膜和支撑结构,支撑结构包括主支撑墙、隔离墙以及辅助支撑柱,隔离墙设置于所述主支撑墙内,辅助支撑柱设置于隔离墙内,在键合第二衬底并移除第一衬底后,通过位于隔离墙限定的范围内的释放窗口去除辅助支撑柱和隔离墙。辅助支撑柱有助于在膜层转移及其它支撑结构上方的工艺中提供有效支撑,而形成于主支撑墙与辅助支撑柱之间的隔离墙在去除辅助隔离墙的过程中可以保护主支撑墙避免被侵蚀,提高后续位于主支撑墙限定范围的空腔的可靠性。

Description

薄膜体声波谐振器的制作方法
技术领域
本发明涉及滤波器领域,特别涉及一种薄膜体声波谐振器的制作方法。
背景技术
随着无线通讯技术的不断发展,为了满足各种无线通讯终端的多功能化需求,终端设备需要能够利用不同的载波频谱传输数据,同时,为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率,对于射频***也提出了严格的性能要求。射频滤波器是射频***的重要组成部分,可以将通信频谱外的干扰和噪声滤出以满足射频***和通信协议对于信噪比的需求。以手机为例,由于每一个频带需要有对应的滤波器,一台手机中可能需要设置数十个滤波器。
滤波器通常包含电感器、电容器以及谐振器。在基于压电的谐振器中,在压电材料中产生声谐振模式,声波被转换成电波以供使用。体声波(BAW)谐振器是压电谐振器的一种类型,通过将不同的体声波谐振器级联,可以制作出满足不同性能要求的体声波滤波器。薄膜体声波谐振器(FBAR)是体声波谐振器的一种类型,其中体声波薄膜安装在形成在衬底上的作为反射元件的空腔上,体声波薄膜通常包括设置于两个电极之间的压电膜,声波实现跨越体声波薄膜的谐振,谐振频率主要由体声波薄膜的材料确定。薄膜体声波谐振器具有较高的品质因数Q值、可集成于IC芯片上以及可以与CMOS工艺兼容的优点,近年来取得了快速的发展。
目前形成薄膜体声波谐振器的一种方法是先在衬底上腐蚀出一个凹坑并在凹坑中填充牺牲层材料,然后在牺牲层上方形成体声波薄膜,后续从体声波薄膜中腐蚀出一个窗口,从该窗口中将牺牲层去除,这种方法由于在牺牲层上形成了体声波薄膜,底层粗糙度对体声波薄膜的性能具有重要影响,因而需要特别控制粗糙度,增大了工艺的复杂性,并且这种方法难以获得优质的单晶压电膜,不利于薄膜体声波谐振器性能的提高。
目前形成薄膜体声波谐振器的另一种方法是不采用牺牲层材料,而是利用制备衬底形成体声波薄膜以及位于体声波薄膜上的支撑结构,然后通过支撑结构与另一衬底键合,接着移除制备衬底,并将电极分离而在空腔上形成谐振结构。为了提高体声波薄膜的强度,支撑结构除限定空腔范围的主支撑墙外,还包括在空腔范围内设置的辅助支撑柱,后续完成谐振结构的制作后再去除辅助支撑柱,然而去除辅助支撑柱的过程容易对支撑结构的主支撑墙也造成侵蚀,导致谐振结构性能不稳定。
发明内容
基于现有工艺中存在的问题,本发明提供一种薄膜体声波谐振器的制作方法,以提高薄膜体声波谐振器的稳定性,并且制作工艺难度较低。
本发明提供的体声波谐振器的制作方法,包括以下步骤:
提供第一衬底;在所述第一衬底上形成隔离层以及位于隔离层上的体声波薄膜;在所述体声波薄膜上形成支撑结构,所述支撑结构包括由外向内依次设置在所述体声波薄膜上表面的主支撑墙、隔离墙以及辅助支撑柱,所述主支撑墙和所述隔离墙均为环形结构,所述隔离墙设置于所述主支撑墙内,所述辅助支撑柱设置于所述隔离墙内;将所述第一衬底形成有所述支撑结构的一侧与第二衬底键合,并移除所述第一衬底;在所述体声波薄膜中形成释放窗口,所述释放窗口使所述隔离墙限定的空间与外界连通;以及利用所述释放窗口去除所述辅助支撑柱和所述隔离墙。
本发明提供的薄膜体声波谐振器的制作方法中,辅助支撑柱有助于在膜层转移以及其他在支撑结构上方进行的工艺中提供有效支撑,而形成于主支撑墙与辅助支撑柱之间的隔离墙在去除辅助隔离墙的过程中可以有效保护主支撑墙,减小或避免主支撑墙被侵蚀的风险,从而有利于提高后续位于主支撑墙限定范围内的空腔的可靠性,提升形成的薄膜体声波谐振器的谐振性能。
附图说明
图1是本发明实施例的薄膜体声波谐振器的制作方法的流程示意图;
图2至图8是本发明一实施例的薄膜体声波谐振器的制作方法的各个步骤的剖面示意图。
附图标记说明:
100-第一衬底;200-第二衬底;110-隔离层;120-体声波薄膜;121-第一电极层;122-压电层;123-第二电极层;130-支撑结构;131-主支撑墙;132-隔离墙;133-辅助支撑柱;123a-边缘修剪区;120a-释放窗口;140-空腔。
具体实施方式
以下结合附图和具体的实施例对本发明的体声波谐振器的制作方法作进一步详细说明。根据下面的说明,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明的实施例,本发明的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状。为了清楚起见,在用于辅助说明本发明实施例的全部附图中,对相同部件原则上标记相同的标号,而省略对其重复的说明。
需说明的是,下文中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分,且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解,在适当情况下,如此使用的这些术语可替换,例如可使得本文所述的本发明实施例能够不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的,如果本文所述的方法包括一系列步骤,且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序,且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
图1是本发明实施例的薄膜体声波谐振器的制作方法的流程示意图。参照图1,体声波谐振器的制作方法包括以下步骤:
S1:提供第一衬底;
S2:在所述第一衬底上形成隔离层以及位于隔离层上的体声波薄膜;
S3:在所述体声波薄膜上形成支撑结构,所述支撑结构包括由外向内依次设置在所述体声波薄膜上表面的主支撑墙、隔离墙以及辅助支撑柱,所述主支撑墙和所述隔离墙均为环形结构,所述隔离墙设置于所述主支撑墙内,所述辅助支撑柱设置于所述隔离墙内;
S4:将所述第一衬底形成有所述支撑结构的一侧与第二衬底键合,并移除所述第一衬底;
S5:在所述体声波薄膜中形成释放窗口,所述释放窗口使所述隔离墙限定的空间与外界连通;
S6:利用所述释放窗口去除所述辅助支撑柱和所述隔离墙。
图2至图8是本发明一实施例的薄膜体声波谐振器的制作方法的各个步骤的剖面示意图。以下参照图2至图8对本发明一实施例的薄膜体声波谐振器的制作方法作进一步说明。
首先,执行步骤S1,提供第一衬底100。本实施例中,后续以第一衬底100为基底制作体声波谐振器的体声波薄膜和支撑结构。
第一衬底100可以选自本领域通常采用的制备基底和支撑衬底,具体的,第一衬底100的材料均可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材,例如可以是以下所提到的材料中的至少一种:硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体,还包括这些半导体构成的多层结构等,或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI),或者还可以为双面抛光硅片(Double Side PolishedWafers,DSP),也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。本实施例中所述第一衬底100例如为上表面为(100)晶面的P型高阻单晶硅片。当然,第一衬底100也可以包括本领域公知的其它材料。
图2是利用本发明一实施例的薄膜体声波谐振器的制作方法形成体声波薄膜后的剖面示意图。参照图1和图2,执行步骤S2,在所述第一衬底100上形成隔离层110以及位于隔离层110上的体声波薄膜120。
隔离层110可以作为在第一衬底100上形成体声波薄膜120的缓冲材料,所述隔离层110可以通过适合的方法(例如化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、涂覆或热氧化方法等)形成于第一衬底100上,所述隔离层110的材料可以是任意适合的能比较容易地覆盖在第一衬底100上且不容易与后续的体声波薄膜120发生反应的材料,例如电介质材料等,所述电介质材料包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化钛、氮化钛、碳氟化合物、掺碳氧化硅、碳氮化硅等材料中的至少一种,在另外的实施例中,所述隔离层110可以是任意适合的能比较容易地覆盖在第一衬底100上且不容易与后续的体声波薄膜发生反应的材料,例如非晶碳、光固化胶、热熔胶或激光烧蚀粘合层(例如聚合物材料)等。隔离层110一方面能够有利于以避免第一衬底100表面的缺陷对制备体声波薄膜120的影响,从而提高器件性能与可靠性,另一方面能够使得后续可以通过背面减薄工艺(如化学机械平坦化等)去除第一衬底100,在第一衬底100的去除工艺中控制停止点,防止损伤后续形成的体声波薄膜120。隔离层110的厚度约在0.1μm~2μm范围,可选为小于1μm。
隔离层110可包括位于上层的刻蚀停止层(未图示)以及位于刻蚀停止层和第一衬底100之间的牺牲材料层(未图示),隔离层110中的刻蚀停止层的厚度较薄(例如是
Figure BDA0002137068940000051
),刻蚀停止层与牺牲材料层以及后续形成的体声波薄膜120(具体指的是更靠近第一衬底100的电极层)均具有较高的刻蚀选择比,由此能够作为后续分离体声波薄膜120和第一衬底100的工艺停止点,避免去除第一衬底100时对体声波薄膜120造成不必要的损伤,该刻蚀停止层例如是氧化硅或氮化硅或氮氧化硅;隔离层110中的牺牲材料层可以是能够使得第一衬底100和体声波薄膜120容易分离的任意合适材料,以降低后续去除第一衬底100的工艺难度。
参照图2,本实施例中,所述体声波薄膜120包括依次叠加形成于所述隔离层10上的第一电极层121、压电层122以及第二电极层123。所述第一电极层121、压电层122以及第二电极层123的形状可以相同也可以不相同,以及,所述第一电极层121、压电层122以及第二电极层123的面积可以相同也可以不相同。后续将第一衬底100与第二衬底200键合后可利用图形化工艺获得谐振结构,图形化后的第一电极层121和第二电极层123分别作为谐振结构的上下电极。本发明另外的实施例中,体声波薄膜120还可以包括第一电极层121、压电层122以及第二电极层123之外的其他膜层,可根据实际的器件进行合理设置,在此并不作具体限制。
第一电极层121和第二电极层123可使用本领域技术人员熟知的任意合适的导电材料或半导体材料,其中,导电材料可以为具有导电性能的金属材料,例如,由钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)、银(Ag)、金(Au)、锇(Os)、铼(Re)、钯(Pd)、锡(Sn)等金属中一种制成或由上述金属形成的叠层制成,所述半导体材料例如是Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。可以通过磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积或者化学气相沉积方法形成第一电极层121和第二电极层123。第一电极层121和第二电极层123优选是选用相同材料制成,但在具体实施时也根据实际要求选择不同的导电材料制成。压电层122也可称为压电谐振层或压电谐振结构,可采用石英、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、氧化铌锂(LiNbO3)、氧化钽锂(LiTaO3)等压电材料中的一种或多种制作而成,压电层122中也可以掺杂有稀土元素。本实施例中的第一电极层121和第二电极层123的材质例如是钼,压电层122的材质例如是氮化铝。第一电极层121和第二电极层123的厚度约在100nm~200nm范围。压电层122的厚度在1μm~3μm范围,具体可以根据目标谐振频率来设定,例如可以设定压电层122的厚度为谐振波长的1/2。沉积钼可利用PVD(物理气相沉积)工艺或者磁控溅射工艺,沉积氮化铝可利用PVD(物理气相沉积)工艺或MOCVD(金属有机化学气相沉积)。
图3是利用本发明一实施例的薄膜体声波谐振器的制作方法形成支撑结构后的剖面示意图。图4是图3中支撑结构的俯视示意图。参照图3和图4,执行步骤S3,在所述体声波薄膜120上形成支撑结构130,所述支撑结构130包括由外向内依次间隔设置在所述体声波薄膜120上表面的主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133,所述主支撑墙131和所述隔离墙132均为环形结构,所述隔离墙132设置于所述主支撑墙131内,所述辅助支撑柱133设置于所述隔离墙132内。支撑结构130可以通过在第二电极层123上沉积支撑材料并利用图形化工艺获得。所述支撑材料可以是不容易与体声波薄膜发生反应地任意合适材料,可选的支撑材料包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化钛、氮化钛、无定型碳、正硅酸乙酯等中的至少一种材料制作而成,支撑材料也可包括本领域公知的其它材料,例如干膜等。支撑材料也可以包括两种以上材料的叠加层。支撑材料可以选择氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等具有较大的机械强度的材料中的至少一种,由此形成的支撑结构130一方面有利于形成支撑力足够的支撑柱,进而增加器件结构的稳定性,防止体声波薄膜在后续工艺中因空腔内外的压力差而下压变形或出现不必要的断裂问题,另一方面,还可以防止形成的体声波薄膜和后续的第二衬底之间有漏电的发生,并提高后续的第二衬底和体声波薄膜之间的粘附性,从而提高器件性能与可靠性。
通过形成支撑结构130,可以在第一衬底100上限定出了后续形成的谐振空气腔(以下称空腔)的范围,从而不需要利用牺牲层来构造空腔的范围,工艺简单且容易控制。本实施例中,支撑结构130包括设置于最***的主支撑墙131,主支撑墙131形成于体声波薄膜120上,用于限定体声波谐振器的空腔的位置及范围,主支撑墙131沿平行于第一衬底100的横截面的形状可以是矩形、圆形、五边形、六边形等等。并且,在主支撑墙131限定的范围内还设置有隔离墙132以及辅助支撑柱133,具有进一步加强支撑的作用,在将第一衬底100和第二衬底200键合实现体声波薄膜120的膜层转移以及在制作谐振结构直至封装之前的工艺中,有助于提高膜层的可靠性,避免坍塌,降低工艺控制难度。辅助支撑柱133设置在隔离墙132限定范围内,辅助支撑柱133可以不止一个,至少一个辅助支撑柱133可以设置为实心的柱状结构,例如可设置两个以上的柱状的辅助支撑柱133较均匀地在分布在隔离墙132限定的范围内进行辅助支撑,至少一个辅助支撑柱133还可以设置为封闭或非封闭的环形围墙结构,所述环形围墙结构与隔离墙132间隔设置以在隔离墙132限定的范围内进行辅助支撑。以下主要以柱状结构的辅助支撑柱133为例进行说明。相邻辅助支撑柱133之间、每个辅助支撑柱133与隔离墙132之间以及隔离墙132与主支撑墙131之间均具有间隙。结合主支撑墙131和所述隔离墙132的支撑作用,可以对上方膜层提供稳定的支撑。每个辅助支撑柱133平行于第一衬底100的截面形状可以是圆形、椭圆形、四边形、五边形和六边形等图案中的一种或两种以上的组合。当形成有至少两个辅助支撑柱133时,这些辅助支撑柱133的形状可以相同,也可以不完全相同。以及,这些辅助支撑柱133在同一方向上的尺寸可以相同,也可以不完全相同。本实施例中,辅助支撑柱133的纵截面形状是矩形(如图3所示),即,上下宽度一致。但在具体实施时,辅助支撑柱133的纵截面形状可以是其他形状如正梯形或者倒梯形,同样可实现本发明的目的。可选的,在隔离墙132限定的范围内形成了两个以上形状相同且均匀分布的辅助支撑柱133,从而后续在去除第一衬底100后制作谐振结构的过程中可以提供较为均匀的支撑。
所述隔离墙132位于主支撑墙131和辅助支撑柱133之间,并形成为环状,后续在去除辅助支撑柱133时,将蚀刻气体或蚀刻液的释放窗口设置于隔离墙132限定的范围内,可使得蚀刻气体或蚀刻液主要在隔离墙132范围内对辅助支撑柱133和隔离墙132进行蚀刻,由于隔离墙132的阻挡,主支撑墙131与蚀刻气氛或者蚀刻液被隔离墙132隔离,可以大大减小被侵蚀(例如横向刻蚀)的可能性。由于主支撑墙131基本不会被侵蚀破坏,有助于提高后续由主支撑墙131所限定的空腔(作为体声波谐振器的谐振腔)的稳定性,从而可以提升体声波谐振器的性能。
支撑结构130的主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133可以设置为等高的形状,以实现共同的支撑效果,本实施例中,支撑结构130中主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133高度基本相同,约3μm。但不限于此,根据材料的选择不同以及工艺误差,支撑结构130可以是具有一定弹性的材料,在起支撑作用时,根据上下接触界面的距离不同,主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133的实际高度可以不同,此外,由于隔离墙132主要用于在去除辅助支撑柱的过程中保护主支撑墙131,其高度也可以设置的低于主支撑墙131以及辅助支撑柱133的高度。主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133的间距和尺寸同样可以根据具体工艺和结构进行设计。例如,隔离墙132的厚度可以根据辅助支撑柱的数量以及去除辅助支撑柱的蚀刻难度具体设置。可选的,沿主支撑墙131的厚度方向,辅助支撑柱133和隔离墙132的尺寸可以设置为小于主支撑墙131的厚度,例如设置为主支撑墙131厚度的1/3以下,以有利于后续将辅助支撑柱133和隔离墙132快速去除,并减少或避免在去除辅助支撑柱133和隔离墙132的过程中对主支撑墙131的影响。根据需要,隔离墙132可以设置不止一圈,例如在另一实施例中,体声波薄膜120上的支撑结构中,主支撑墙131和辅助支撑柱133之间可以嵌套设置有两圈或三圈所述隔离墙132。本实施例中,主支撑墙131以及隔离墙132的厚度方向的纵截面形状是矩形(如图3所示),即,上下宽度一致。但在具体实施时,主支撑墙131以及隔离墙132的厚度方向的纵截面形状可以是其他形状如正梯形或者倒梯形,同样可实现本发明的目的。
利用上述支撑结构130,后续去除辅助支撑柱133的蚀刻过程中,隔离墙132朝向辅助支撑柱133的里侧表面也会被刻蚀,为了在此蚀刻过程中将辅助支撑柱133去除完全,并对主支撑墙131尽可能不产生影响,所述隔离墙132的宽度可以略大于或等于所述辅助支撑柱133在所述隔离墙132的宽度方向的尺寸,此处隔离墙132的宽度方向指的是在平行于第一衬底100的平面内由隔离墙132的外侧指向其所限定的区域中心的方向。由于隔离墙132受到的是单面刻蚀,而辅助支撑柱133受到的是各个方向的刻蚀,利用上述宽度关系,基本可以保证去除所述辅助支撑柱133的过程不对主支撑墙131造成影响。此外,可选的,可以通过对刻蚀时间的控制,使所述隔离墙132在去除辅助支撑柱133之后的过程中被全部去除,而对主支撑墙131及其限定的空腔范围基本不发生影响,从而有助于提高谐振腔的可靠性,提升体声波谐振器的性能。根据体声波谐振器的谐振结构的设计要求,体声波薄膜120的谐振区域可以具有圆形、椭圆形或者多边形等形状(平行于第一衬底100的截面),支撑结构130的形状也可以对应设计,以节约空间。图4是本发明实施例的薄膜体声波谐振器的制作方法中支撑结构的平面示意图。参照图4,例如,主支撑墙131可以具有与后续形成的谐振结构相似的平面形状(例如是五边形、六边形或七边形等),此处“相似”指的是主支撑墙131的平面形状与谐振结构的平面形状是相似多边形或者相似圆形等形状相同且对应边成比例的形状。具体在设置隔离墙132时,可以适应主支撑墙131的形状,即,使隔离墙132设置为与主支撑墙131中心重合并缩小的相同平面形状,从而在主支撑墙131与隔离墙132之间形成具有均一宽度的间隙,以节约空间。辅助支撑柱133设置在隔离墙132内。如图4所示,本实施例中,在平行于第一衬底100表面的平面内,主支撑墙131和隔离墙132的平面形状均可以是五边形。
为了减少或避免后续去除隔离墙132以及辅助支撑柱133的刻蚀过程对主支撑墙131的影响,本发明另一实施例中,支撑结构130中的主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133也可以利用不同的材料制得,例如,若后续采用湿法蚀刻去除辅助支撑柱133,该湿法蚀刻过程对辅助支撑柱133和隔离墙132的刻蚀速率优选大于对主支撑墙131的刻蚀速率,另外,根据设计需要,隔离墙132和辅助支撑柱133也可以选择不同的材料制作,使利用湿法蚀刻去除辅助支撑柱133时,辅助支撑柱133的刻蚀速率可以大于隔离墙132的刻蚀速率,以避免隔离墙132被刻穿而蚀刻液侵蚀主支撑墙131。
作为示例,以下介绍几种形成支撑结构130的可选实施方式。
可选的第一种实施方式中,在所述体声波薄膜120上形成所述支撑结构130包括以下步骤:首先,在所述体声波薄膜120上形成预设厚度的支撑层。具体可以在体声波薄膜120的第二电极层123上利用化学气相沉积工艺沉积约2μm至5μm的二氧化硅膜层作为支撑层,然后利用CMP工艺对支撑层表面进行平坦化。然后,利用图形化工艺刻蚀所述支撑层,以形成所述支撑结构130。所述图形化工艺可以包括曝光、显影、蚀刻、脱模等过程。
上述第一种实施方式中,主支撑墙131、隔离墙132和辅助支撑柱133通过刻蚀同一支撑层获得,因而具有相同的材质,对于同一刻蚀工艺的刻蚀速率相同。
可选的第二种实施方式中,在所述体声波薄膜120上形成所述支撑结构130包括以下步骤:首先,在所述体声波薄膜120上形成预设厚度的第一支撑层;接着,刻蚀所述第一支撑层,以形成所述主支撑墙131;然后,在所述主支撑墙131限定的范围内填充第二支撑层,使所述第二支撑层和所述主支撑墙131的上表面齐平;接着,刻蚀所述第二支撑层,以形成所述隔离墙132和所述辅助支撑柱133。
上述第二种实施方式中,分别通过不同的刻蚀工艺得到主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133,其中主支撑墙131的材料与第一支撑层相同,隔离墙132和辅助支撑柱133的材料与第二支撑层的材料相同,第一支撑层和第二支撑层可以包含不同的材料,以使得主支撑墙131与隔离墙132和辅助支撑柱133在同一刻蚀工艺下的刻蚀速率不同,可以通过第一支撑层和第二支撑层材质的选择,使得去除所述辅助支撑柱133的刻蚀工艺对所述辅助支撑柱133和所述隔离墙132的刻蚀速率大于对所述主支撑墙131的刻蚀速率。从而,后续在刻蚀去除辅助支撑柱133的过程中,可以同步骤去除隔离墙132,但由于该刻蚀工艺对主支撑墙131的刻蚀速率较小,在去除隔离墙132时可以有效保护主支撑墙131。
可选的第三种实施方式中,在所述体声波薄膜120上形成所述支撑结构130包括以下步骤:首先,在所述体声波薄膜120上形成预设厚度的第一支撑层;接着,刻蚀所述第一支撑层,以形成所述主支撑墙131和所述隔离墙132;然后,在所述隔离墙132限定的范围内填充第二支撑层,使所述第二支撑层和所述主支撑墙131的上表面齐平;接着,刻蚀所述第二支撑层,以形成所述辅助支撑柱133。
上述第三种实施方式中,分别通过不同的刻蚀工艺得到主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133,其中主支撑墙131和隔离墙132的材料与第一支撑层相同,辅助支撑柱133的材料与第二支撑层的材料相同,第一支撑层和第二支撑层可以包含不同的材料,以使得主支撑墙131和隔离墙132与辅助支撑柱133在同一刻蚀工艺下的刻蚀速率不同,可以通过第一支撑层和第二支撑层材质的选择,使得去除所述辅助支撑柱133的刻蚀工艺对所述辅助支撑柱133的刻蚀速率大于对所述隔离墙132(或所述主支撑墙131)的刻蚀速率。从而,后续在刻蚀去除辅助支撑柱133时,虽然刻蚀介质例如刻蚀液也会接触并刻蚀隔离墙132,但是由于隔离墙132的刻蚀速率较辅助支撑柱133低,即较难刻蚀,因而有助于避免隔离墙132在去除辅助支撑柱133的过程中被刻穿而造成刻蚀液损伤主支撑墙131的情况,即可以起到较好的隔离效果。另外相对于隔离墙132和辅助支撑柱133为同种材料的情况(即第一种实施方式),相同的隔离效果下隔离墙132的宽度可以相对减小。
可选的第四种实施方式中,在所述体声波薄膜120上形成所述支撑结构130包括以下步骤:首先,在所述体声波薄膜120上形成预设厚度的第一支撑层;接着,刻蚀所述第一支撑层,以形成所述主支撑墙131;然后,在所述主支撑墙131限定的范围内填充第二支撑层,所述第二支撑层和所述主支撑墙131的上表面齐平;接着,刻蚀所述第二支撑层,以形成所述隔离墙132;然后,在所述隔离墙132限定的范围内填充第三支撑层,所述第三支撑层和所述隔离墙132的上表面齐平;接着,刻蚀所述第三支撑层,以形成所述辅助支撑柱133。
上述第四种实施方式中,分别通过不同的刻蚀工艺得到主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133,其中主支撑墙131、隔离墙132以及辅助支撑柱133的材料分别与第一支撑层、第二支撑层以及第三支撑层的材料相同,第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层可以包含不同的材料,以使得主支撑墙131、隔离墙132与辅助支撑柱133在同一刻蚀工艺下的刻蚀速率各不相同,例如可以通过第一支撑层、第二支撑层以及第三支撑层材质的选择,使得去除所述辅助支撑柱133的刻蚀工艺对所述辅助支撑柱133、所述隔离墙132以及所述主支撑墙131的刻蚀速率依次降低。从而,后续在刻蚀去除辅助支撑柱133时,虽然刻蚀介质例如刻蚀液也会接触并刻蚀隔离墙132,但是由于隔离墙132的刻蚀速率较辅助支撑柱133低,即较难刻蚀,因而有助于避免隔离墙132在去除辅助支撑柱133的过程中被刻穿而造成刻蚀液损伤主支撑墙131的情况,即可以起到较好的隔离效果,并且,在去除辅助支撑柱133之后,去除隔离墙132的过程中,由于主支撑墙131更难刻蚀,因而较不容易发生主支撑墙131受到侵蚀而损坏的情况。
图5是利用本发明实施例的薄膜体声波谐振器的制作方法键合第一衬底和第二衬底后的剖面示意图。参照图1和图5,执行步骤S4,将所述第一衬底100形成有所述支撑结构130的一侧与第二衬底200键合,并移除所述第一衬底100。
本实施例以第二衬底200作为支撑衬底(carrierwafer),通过将第一衬底100和第二衬底200键合,使第一衬底100上的体声波薄膜120固定在两个衬底之间,后续通过背面蚀刻工艺将第一衬底100减薄直至基本移除,并去除支撑结构130中的辅助支撑柱133以及隔离墙132,可以在体声波薄膜两侧均形成空气界面,获得薄膜体声波谐振器的主体结构。
第二衬底200可以选自本领域通常采用的支撑衬底,具体的,第二衬底200的材料均可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材,例如可以是以下所提到的材料中的至少一种:硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体,还包括这些半导体构成的多层结构等,或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI),或者还可以为双面抛光硅片(Double SidePolishedWafers,DSP),也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。本实施例中所述第二衬底2000例如为上表面为(100)晶面的P型高阻单晶硅片。当然,第二衬底200也可以包括本领域公知的其它材料。
键合第一衬底100和第二衬底200可采用熔融键合工艺或者真空键合工艺,使得第二衬底200表面与第一衬底100上的支撑结构130表面形成共价键而固定,具有较高的键合强度。在本发明另一实施例中,第一衬底100和第二衬底200也可以通过黏结方式固定,例如可以先在第二衬底200上涂敷热熔胶,然后采用真空键合工艺在真空环境下将其与支撑结构130的顶面(即支撑结构130远离体声波薄膜120的一侧表面)键合,采用真空键合工艺将第二衬底200与支撑结构130键合时,可设置的真空键合条件包括:键合压力为1Pa~105Pa,键合温度为150℃~200℃。真空键合工艺可以避免气泡产生,键合效果较好。
所述第一衬底100和所述第二衬底200键合后,将第二衬底200作为支撑衬底,倒置过来,支撑结构130和体声波薄膜120被转移到第二衬底200上,则可将第一衬底100移除。
第一衬底100可以通过背面刻蚀工艺减薄并从隔离层110处移除,隔离层110作为刻蚀过程中的停止层,可以避免对体声波薄膜120的影响,在移除第一衬底100后,隔离层110经刻蚀后,厚度大大降低甚至完全消除,因而图5中不再示出。在另一实施例中,可以采用化学机械抛光工艺去除第一衬底100,同时去除隔离层110,可选的,在考虑利用隔离层110来保护体声波薄膜110时,也可以部分地保留隔离层110,此时剩余的隔离层110厚度可以是化学机械抛光设备的工艺能力等达到的厚度最小值,例如是
Figure BDA0002137068940000141
在又一实施例中,可以根据隔离层110和第一衬底100的材质特性,选择合适的工艺去除第一衬底,例如,当所述隔离层110为光固化胶时,通过化学试剂去除所述光固化胶,使得所述第一衬底100和体声波薄膜110分离,以去除所述第一衬底100;当所述隔离层110为热熔胶时,通过加热处理等热释放工艺使得所述热熔胶失去粘性,进而使得所述第一衬底和体声波薄膜110分离,以去除所述第一衬底100。进一步地,当隔离层110为刻蚀停止层和牺牲材料层的叠层结构且该牺牲材料为激光脱模材料时,可以通过激光烧蚀工艺来使得该牺牲材料层被去除,以使得第一衬底100被剥离下来,在该激光烧蚀过程中,隔离层110中的刻蚀停止层用于保护体声波薄膜110。
如图5所示,经过步骤S4,第二衬底200上方的体声波薄膜120的上下两侧(即厚度方向上的两侧)均具有了空气界面。由于支撑结构130从多个区域支撑着体声波薄膜120,体声波薄膜120的稳定性好,针对体声波薄膜120执行的各种处理(例如对体声波薄膜120进行的图案化工艺)不容易造成体声波薄膜120坍塌,可以降低工艺控制难度。在完成这类对体声波薄膜120的稳定性要求较高的工艺之后,可以将支撑结构130中的辅助支撑柱133和隔离墙132去除。
参照图6和图7,在移除第一衬底100之后,执行步骤S5,在所述体声波薄膜120中形成释放窗口120a,所述释放窗口120a使隔离墙132限定的空间与外界连通。
可选地,在步骤S4中去除所述第一衬底100之后,可以采用切割工艺或光罩工艺对体声波薄膜110的第一电极层121和压电层122进行部分去除,以形成暴露出所述第二电极层123部分区域的边缘修剪区123a,边缘修剪区123a的侧壁可以是垂直于所述第二电极层123的上表面的侧壁,也可以是侧壁顶部相对侧壁底部更靠近隔离墙132限定范围的中心的倾斜侧壁,边缘修剪区123a与隔离墙132限定的范围在隔离墙132的厚度方向可以具有部分重叠。由于位于边缘修剪区123a与隔离墙132限定范围的重叠区域的膜厚较薄,由此有利于降低后续在体声波薄膜110中形成释放窗口的工艺难度,并有利于制作较大尺寸的释放窗口,进而有利于降低后续去除辅助支撑柱133和隔离墙132的工艺难度以及提高去除效率。
此外,可选地,在步骤S4中去除所述第一衬底100之后,还可以对体声波薄膜110进行图案化(例如是通过多次光刻结合刻蚀工艺进行图案化),形成上电极、下电极并界定出体声波薄膜位于主支撑墙131限定范围上方的谐振工作区和非谐振区,谐振工作区的体声波薄膜110可以作为薄膜体声波谐振器的谐振结构。另外,在形成上电极和下电极之后,可以通过例如金属剥离工艺(metal lift-offtechnology)在有效工作区之外形成金属键合层,所述金属键合层后续用于在体声波薄膜110的远离第二衬底200的一侧键合作为封接衬底的第三衬底。在上述的上、下电极定义过程以及金属键合层形成的过程中,由于支撑结构130的支撑,这些工艺不会造成支撑结构130范围内的膜层出现超出规格要求的下压变形问题以及破裂的问题。本发明另外的实施例中,也可以在步骤S2在第一衬底100上形成体声波薄膜120时,在覆盖压电层122之前,对第一电极层121进行图案化(例如是通过光刻和刻蚀工艺进行图案化)以形成体声波谐振器的上电极,在覆盖第二电极层123之前,对所述压电层122进行图案化(例如是通过光刻和刻蚀工艺进行图案化)以形成位于体声波谐振器的有效工作区的压电层,在覆盖第二电极层123之后且在覆盖支撑材料之前,对第二电极层123进行图案化(例如是通过光刻和刻蚀工艺进行图案化)以形成体声波谐振器的下电极,并界定出体声波薄膜的谐振工作区和非谐振区,应理解,具体实施时,可以在步骤S2中仅对体声波薄膜120的第一电极层121、压电层122以及第二电极层123之一进行图案化,也可以对其中的任意两个或全部进行图案化,其余未图案化的膜层在步骤S4去除第一衬底之后进行。
本实施例中,在移除所述第一衬底100之后、形成所述释放窗口120a之前,可包括如下过程:首先执行第一子步骤,利用第一光罩图形,刻蚀所述第一电极层121和所述压电层122,使第二电极层123从远离第二衬底一侧被露出(如图6所示),露出的所述第二电极层包括位于所述隔离墙132限定范围的部分;然后执行第二子步骤,利用第二光罩图形,刻蚀露出的所述第二电极层123,在所述隔离墙132限定范围内形成所述释放窗口120a(如图7所示)。
本发明另外的实施例中,使第二电极层123从远离第二衬底一侧露出的工艺可以在上述形成边缘修剪区123a或者形成上电极和下电极的过程中实现。将释放窗口120a形成在第二电极层123露出的部分中,一方面可以降低工艺难度,另一方面也可以避免对谐振工作区造成影响。
具体而言,释放窗口120a可以对应于隔离墙132与辅助支撑柱之间的间隙贯穿体声波薄膜120形成,释放窗口120a也可以贯穿体声波薄膜120并暴露出部分辅助支撑柱133的顶部。释放窗口120a的刻蚀工艺可以是干法刻蚀或者湿法刻蚀,干法刻蚀工艺包括但不限于反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀等,例如采用氟基刻蚀气体并采用反应离子刻蚀工艺刻蚀第二电极层123被露出的部分,以形成释放窗口120a,所述氟基刻蚀气体可以包括CF4、CHF3、C2F6、CH2F2、C4F8、NF3和SF4中的至少一种,刻蚀功率例如为0~500W,以保证良率。另外,形成所述释放窗口120a也可以通过激光钻孔的方式对位于边缘修剪区123a的露出的第二电极层123进行刻蚀,以在所述隔离墙132限定范围内形成所述释放窗口120a。
本发明另外的实施例中,也可以不形成边缘修剪区123a而直接在体声波薄膜120中形成释放窗口120a,即要形成释放窗口120a需要贯穿第一电极层121、压电层122以及第二电极层123。此时,可以采用多步刻蚀工艺来形成所述释放窗口120a,以分步骤刻蚀第一电极层121、压电层122以及第二电极层123并形成释放窗口120a。为了便于后续的蚀刻工艺中将支撑结构限定范围内的杂质通过释放窗口120a顺利排出,释放窗口120a的尺寸可以做的大一些,例如可形成为直径在10μm~30μm的圆孔,或者边长约10μm~30μm的方孔等等。
为了在去除辅助支撑柱133的过程中减小对主支撑墙131的影响,所述释放窗口120a在第二衬底200表面的正投影应落在隔离墙132限定的范围内,即所述释放窗口120a使隔离墙132和辅助支撑柱133可以与从释放窗口120a进入的蚀刻工艺气体或者蚀刻液反应,以在隔离墙132限定的范围内进行去除辅助支撑柱133的工艺。
所述释放窗口120a的开口大小可以根据容许设置释放窗口的区域范围设定,释放窗口120a也可以不止一个,可选的,在所述体声波薄膜120中形成有两个以上的释放窗口120a,以加快去除辅助支撑柱133和隔离墙132的速度。多个释放窗口120a可以在露出的第二电极层304上沿隔离墙132限定的范围内分散分布。可选的,可以将释放窗口120a设置在隔离墙132限定的范围内的角落位置,一方面可以避免对谐振工作区的影响,提高体声波谐振器的Q值,另一方面利于后续刻蚀工艺和清洗工艺当中的物质从空腔中顺利排出以及有利于空腔的干燥,此外,还能够尽可能地减少寄生器件的面积。
参照图8,执行步骤S6,利用所述释放窗口120a去除所述辅助支撑柱133和所述隔离墙132。
根据辅助支撑柱133和隔离墙132的材质,可以具体采用湿法或干法工艺将其去除。以湿法刻蚀为例,对于氧化硅材质的辅助支撑柱和隔离墙132,可以通过释放窗口120a向第二衬底200和第二电极层123之间隔离墙限定的范围内通入包括稀盐酸、BOE(缓冲氧化物刻蚀液)或者DHF(稀释的氢氟酸)等能蚀刻氧化硅的刻蚀液的蚀刻液,以去除辅助支撑柱133和隔离墙132。其中BOE是氢氟酸HF、氟化铵NH4F与水混合而成的溶液,其中,40%的NH4F∶49%的HF∶H2O的比例为10∶1∶0~200∶1∶10,DHF中,49%的HF与H2O的比例例如为30∶1~500∶1)。刻蚀液通过所述释放窗口120a进入被隔离墙132和体声波薄膜120限定的空间内与所述隔离墙132的侧壁和辅助支撑柱133的侧壁接触,或者,先与被释放窗口120a暴露出的辅助支撑柱133的顶部接触,之后进入该辅助支撑柱133周围的间隙内与其它辅助支撑柱133的侧壁和隔离墙132的侧壁接触。此外,选用BOE溶液或DHF溶液去除辅助支撑柱133和隔离墙132的过程可以存在较短的过度刻蚀时间(即清洗时间),以利用BOE溶液或DHF溶液在主支撑墙131范围内形成的空腔进行初步清洗,以清除刻蚀副产物颗粒和金属离子等污染物,以在较短的清洗时间内就可获得好的空腔清洗效果,由此进一步提高最终形成的器件性能。
在去除辅助支撑柱133和隔离墙132的过程中应考虑避免损伤到压电层122、第二电极层123和第一电极层121,所以适宜选择对于辅助支撑柱133和隔离墙132的材质和体声波薄膜之间具有较高的刻蚀选择比的刻蚀液来去除各个辅助支撑柱133和隔离墙132,即,选用的刻蚀液能够去除辅助支撑柱133和隔离墙132但不损伤或者较少损伤体声波薄膜。
本发明另一实施例中,如果辅助支撑柱133采用了光阻、干膜或者无定型碳等易于灰化去除的材质,也可以将其它区域覆盖保护层后,通过释放窗口120a向第二衬底200和第二电极层123之间隔离墙132限定的范围内通入等离子体工艺气体而将辅助支撑柱133去除。具体工艺参数可以根据刻蚀方法及要求具体设定。
本实施例在蚀刻辅助支撑柱133的过程中,蚀刻液或蚀刻气体也会对暴露的隔离墙132产生蚀刻,但由于隔离墙132的阻挡,可以降低主支撑墙131受到侵蚀的可能性,进一步的,通过对隔离墙132的宽度和数量以及蚀刻时间的设置,可以在步骤S6中将辅助支撑柱133和隔离墙132同时去除,或者也可以在去除辅助支撑柱133后,继续通过延长同一蚀刻反应的时间,以将隔离墙132去除,即依次去除了辅助支撑柱133和隔离墙132,在去除隔离墙132的反应结束之后,使刻蚀反应尽快停止,以避免长时间侵蚀对主支撑墙131造成影响。
在去除辅助支撑柱133和隔离墙132后,所述第二衬底200、所述主支撑墙131和所述体声波薄膜120围成一空腔140。利用上述薄膜体声波谐振器的制作方法,空腔140的范围和形状不会因上述蚀刻过程发生明显变化从而可靠性好,所述空腔140可以作为体声波谐振器的谐振腔,提高它的稳定性有利于提升体声波谐振器的性能。
可选地,在去除辅助支撑柱133和隔离墙132之后,可以通过释放窗口120a向空腔140中通入去离子水,以对空腔140进行清洗(即冲洗),再利用释放窗口120a向空腔140中通入异丙醇(IPA)气体,对空腔140进行干燥,以使得空腔140内的残留液体清除干净,进而保证谐振性能。此外,由于释放窗口120a的存在,在对空腔140进行清洗和干燥的阶段中,各个释放窗口120a可以作为通气孔将空腔140的内外环境连通,由此平衡空腔140内外的气压,避免空腔140内外的气压差过大而造成空腔140破裂等问题。
利用上述部分形成了具有空腔140、体声波薄膜和第二衬底200的谐振器主体结构。后续可以在主支撑墙131上方键合第三衬底(作为封接衬底,cap wafer),体声薄膜120与第三衬底之间设置有间隙,作为体声波谐振器的与空腔140连通的另一空腔。第三衬底将谐振腔主体结构封装保护起来,因而上述支撑结构的辅助支撑柱133和隔离墙132可以在键合第三衬底之前去除即可,以便于在各个谐振器制作工艺中起到支撑作用。本实施例中,上述释放窗口可以位于第三衬底封闭范围内。
另外后续还可以通过第三衬底在谐振工作区的两边分别形成电连接至第一电极层121和第二电极层123的焊盘,从而获得薄膜体声波谐振器。其中,第一电极层121可用作接收或提供诸如射频(RF)信号等的电信号的输入电极或输出电极。例如,当图案化的第二电极层123用作输入电极时,图案化的第一电极层121可用作输出电极,并且当图案化的第二电极层123用作输出电极时,图案化的第一电极层121可用作输入电极,压电层104将通过图案化的第一电极层121或图案化的第二电极层123上输入的电信号转换为体声波。例如,压电层122通过物理振动将电信号转换为体声波。由于利用上述制作过程获得的支撑结构和空腔的可靠性得到了提高,有助于提升所述体声波谐振器的性能。
本实施例还包括一种利用上述方法形成的薄膜体声波谐振器。所述薄膜体声波谐振器包括第二衬底200以及设置于第二衬底200上的体声波薄膜,所述体声波薄膜和第二衬底200之间设置有支撑结构,所述支撑结构包括主支撑墙131,所述第二衬底200、所述主支撑墙131和所述体声波薄膜围成一空腔140,体声波薄膜通过接触支撑结构悬置在空腔140上方。由于上述薄膜体声波谐振器的制作方法有助于提高空腔140的可靠性,从而制作的薄膜体声波谐振器的可靠性也可以提到提高,从而有助于提升谐振性能。
本实施例还包括一种滤波器,所述滤波器包括至少一个薄膜体声波谐振器,所述薄膜体声波谐振器的形成包括上述薄膜体声波谐振器的制作方法。所述滤波器可以是射频滤波器。通过对其中的薄膜体声波谐振器的制作方法进行改进,提高了谐振器的性能及可靠性,有利于提高滤波器的性能和良率。
本实施例中的方法和结构采用递进的方式描述,在后的方法和结构重点描述说明的是与在前的方法和结构的不同之处,相关之处可以参照理解。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明权利范围的任何限定,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (18)

1.一种薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,包括:
提供第一衬底;
在所述第一衬底上形成隔离层以及位于隔离层上的体声波薄膜;
在所述体声波薄膜上形成支撑结构,所述支撑结构包括由外向内依次设置在所述体声波薄膜上表面的主支撑墙、隔离墙以及辅助支撑柱,所述主支撑墙和所述隔离墙均为环形结构,所述隔离墙设置于所述主支撑墙内,所述辅助支撑柱设置于所述隔离墙内;
将所述第一衬底形成有所述支撑结构的一侧与第二衬底键合,并移除所述第一衬底;
在所述体声波薄膜中形成释放窗口,所述释放窗口使所述隔离墙限定的空间与外界连通;以及
利用所述释放窗口去除所述辅助支撑柱和所述隔离墙。
2.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,在所述体声波薄膜上形成所述支撑结构的步骤包括:
在所述体声波薄膜上形成预设厚度的支撑层;以及
刻蚀所述支撑层,以形成所述支撑结构。
3.如权利要求2所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,所述隔离墙的宽度大于或等于所述辅助支撑柱沿所述隔离墙的宽度方向的尺寸。
4.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,在所述体声波薄膜上形成所述支撑结构的步骤包括:
在所述体声波薄膜上形成预设厚度的第一支撑层;
刻蚀所述第一支撑层,以形成所述主支撑墙;
在所述主支撑墙限定的范围内填充第二支撑层,所述第二支撑层和所述主支撑墙的上表面齐平;以及
刻蚀所述第二支撑层,以形成所述隔离墙和所述辅助支撑柱。
5.如权利要求4所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,所述主支撑墙与所述隔离墙的材质不同,去除所述辅助支撑柱的刻蚀工艺对所述辅助支撑柱和所述隔离墙的刻蚀速率大于对所述主支撑墙的刻蚀速率。
6.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,在所述体声波薄膜上形成所述支撑结构的步骤包括:
在所述体声波薄膜上形成预设厚度的第一支撑层;
刻蚀所述第一支撑层,以形成所述主支撑墙和所述隔离墙;
在所述隔离墙限定的范围内填充第二支撑层,所述第二支撑层和所述主支撑墙的上表面齐平;以及
刻蚀所述第二支撑层,以形成所述辅助支撑柱。
7.如权利要求6所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,所述隔离墙和所述辅助支撑柱的材质不同,去除所述辅助支撑柱的刻蚀工艺对所述辅助支撑柱的刻蚀速率大于对所述隔离墙的刻蚀速率。
8.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,在所述体声波薄膜上形成所述支撑结构的步骤包括:
在所述体声波薄膜上形成预设厚度的第一支撑层;
刻蚀所述第一支撑层,以形成所述主支撑墙;
在所述主支撑墙限定的范围内填充第二支撑层,所述第二支撑层和所述主支撑墙的上表面齐平;
刻蚀所述第二支撑层,以形成所述隔离墙;
在所述隔离墙限定的范围内填充第三支撑层,所述第三支撑层和所述隔离墙的上表面齐平;以及
刻蚀所述第三支撑层,以形成所述辅助支撑柱。
9.如权利要求8所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,所述主支撑墙、所述隔离墙和所述辅助支撑柱的材质均不同,去除所述辅助支撑柱的刻蚀工艺对所述辅助支撑柱、所述隔离墙以及所述主支撑墙的刻蚀速率依次降低。
10.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,所述体声波薄膜包括依次叠加设置于所述隔离层上的第一电极层、压电层以及第二电极层。
11.如权利要求10所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,在移除所述第一衬底之后、形成所述释放窗口之前,所述体声波谐振器的制作方法包括:
去除部分所述第一电极层和部分所述压电层,使所述第二电极层从远离第二衬底一侧被露出,露出的所述第二电极层包括位于所述隔离墙限定范围的部分;以及
刻蚀露出的所述第二电极层,对应于所述隔离墙限定范围在体声波薄膜中形成所述释放窗口。
12.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,在所述体声波薄膜中形成有两个以上的释放窗口。
13.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,在所述隔离墙限定范围内,所述释放窗口相对于中心区域更靠近所述隔离墙。
14.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,所述支撑结构中,所述主支撑墙和所述辅助支撑柱之间嵌套形成有两圈或三圈所述隔离墙。
15.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,利用所述释放窗口去除所述辅助支撑柱和所述隔离墙的步骤中,利用湿法蚀刻工艺去除所述辅助支撑柱和所述隔离墙。
16.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,所述隔离墙与所述主支撑墙之间具有均一宽度的间隙。
17.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,在平行于第一衬底表面的平面内,所述隔离墙的平面形状为五边形、六边形或七边形。
18.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法,其特征在于,所以主支撑墙、隔离墙以及辅助支撑柱的高度均在2μm至5μm范围。
CN201910656733.3A 2019-07-19 2019-07-19 薄膜体声波谐振器的制作方法 Pending CN112039457A (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910656733.3A CN112039457A (zh) 2019-07-19 2019-07-19 薄膜体声波谐振器的制作方法
JP2021526615A JP7111406B2 (ja) 2019-07-19 2019-09-23 薄膜バルク音響波共振器の作製方法
US17/614,991 US20220231651A1 (en) 2019-07-19 2019-09-23 Method for forming film bulk acoustic resonator
PCT/CN2019/107175 WO2021012379A1 (zh) 2019-07-19 2019-09-23 薄膜体声波谐振器的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910656733.3A CN112039457A (zh) 2019-07-19 2019-07-19 薄膜体声波谐振器的制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112039457A true CN112039457A (zh) 2020-12-04

Family

ID=73576231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910656733.3A Pending CN112039457A (zh) 2019-07-19 2019-07-19 薄膜体声波谐振器的制作方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220231651A1 (zh)
JP (1) JP7111406B2 (zh)
CN (1) CN112039457A (zh)
WO (1) WO2021012379A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112929003A (zh) * 2021-01-25 2021-06-08 杭州电子科技大学 一种采用金属键合工艺制备薄膜体声波谐振器的方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6377137B1 (en) 2000-09-11 2002-04-23 Agilent Technologies, Inc. Acoustic resonator filter with reduced electromagnetic influence due to die substrate thickness
JP2006217281A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Toshiba Corp 薄膜バルク音響装置の製造方法
JP2007142372A (ja) 2005-10-17 2007-06-07 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 微小電気機械式装置及び半導体装置、並びにそれらの作製方法
CN107231138A (zh) * 2016-12-29 2017-10-03 杭州左蓝微电子技术有限公司 带有支撑结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN107222181A (zh) * 2016-12-29 2017-09-29 杭州左蓝微电子技术有限公司 基于soi基片的薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN108566174A (zh) * 2018-04-17 2018-09-21 武汉大学 预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器及制备方法
CN109309483B (zh) * 2018-10-10 2022-03-25 华南理工大学 一种支撑型薄膜体声波谐振器的制备方法
CN109889174B (zh) 2019-02-20 2023-05-23 中国科学院微电子研究所 一种谐振器及其制作方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112929003A (zh) * 2021-01-25 2021-06-08 杭州电子科技大学 一种采用金属键合工艺制备薄膜体声波谐振器的方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7111406B2 (ja) 2022-08-02
US20220231651A1 (en) 2022-07-21
JP2022507557A (ja) 2022-01-18
WO2021012379A1 (zh) 2021-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112039461B (zh) 体声波谐振器的制造方法
US11942917B2 (en) Film bulk acoustic resonator and fabrication method thereof
CN112039486A (zh) 薄膜体声波谐振器及其制造方法
CN112039471B (zh) 薄膜体声波谐振器及其制造方法
WO2021179729A1 (zh) 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法
JP7246775B2 (ja) Baw共振器のパッケージングモジュールおよびパッケージング方法
CN112039490B (zh) 一种薄膜压电声波滤波器及其制造方法
CN112039463A (zh) 一种薄膜体声波谐振器的制造方法
CN112039485A (zh) 一种薄膜压电声波滤波器及其制造方法
CN112039470B (zh) 薄膜体声波谐振器的制造方法
CN112039468B (zh) 薄膜体声波谐振器及其制造方法
CN112039475A (zh) 薄膜体声波谐振器及其制造方法和滤波器、射频通信***
CN112039469A (zh) 一种薄膜体声波谐振器的制造方法
CN112117988B (zh) 体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备
CN112332793A (zh) 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法和滤波器
WO2022143968A1 (zh) 一种mems器件及其制作方法
WO2022057769A1 (zh) 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法和滤波器
WO2022057768A1 (zh) 一种薄膜体声波谐振器的制造方法
EP4087127A1 (en) Semiconductor structure having stacking unit and manufacturing method therefore, and electronic device
JP7111406B2 (ja) 薄膜バルク音響波共振器の作製方法
CN112039480B (zh) 体声波谐振器及其制造方法
CN113938108A (zh) 薄膜体声波谐振器及其制造方法
US11848657B2 (en) Film bulk acoustic resonator and fabrication method thereof
CN115296644A (zh) 体声波滤波器
CN115412046A (zh) 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination