CN111431504A - 一种侧向场fbar结构及其薄膜转移制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种侧向场FBAR结构及其薄膜转移制造方法，结构包括：衬底，键合层，压电层和电极。具体的，在其中一硅衬底上依次生长电极层和压电层，在压电层上生长键合层，对另一硅衬底刻腔，生长键合层，对晶圆片填充牺牲层，做平面化处理，对两晶圆片对准键合，去除掉生长电极层的硅，再对电极图形化，最后释放牺牲层；通过本发明公开的一种侧向场FBAR结构及其制造方法，通过键合实现薄膜转移，使得压电层和电极层在硅衬底上生长，避免了传统的在化学机械抛光后的不完全平面生长的薄膜质量下降，而另一方面，实体键合可以相对带腔的键合提升键合的良率，该FBAR可以制造应用于传感器及滤波器中，在具体应用中有良好的性能表现。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS器件技术领域，特别地是一种侧向场FBAR结构及其薄膜转移制造方法。
背景技术
FBAR的研究在2001年基于FBAR的双工器被成功研制而得到应用，并在随后的2002一年里，商业化生产而实现普及，FBAR的研究进入到更大范围，更深层次。
对比了介质滤波器，声表面波滤波器，薄膜体声波滤波器的优势在于，能够拥有更好的性能，更小巧的体积，以及更好的兼容性，发展和应用前景可观。而随着新一代通信技术的到来，FBAR滤波器的作用和需求更加的凸显出来。在其他的应用领域，也被更多的应用起来，如振荡器和传感器。如此看来，对于FBAR技术的发展，已经取得了很大的成就，而且应用层面也在不断的拓展。因此，FBAR技术已经形成了较为成熟的体系，工业制造水平也得到了开发。
但实际上，经过不断的兼并和收购等一系列的市场运作，目前成熟的FBAR技术掌握在少数的几家大型公司手上，拥有很全面的专利技术壁垒保护。传统的FBAR技术一般是纵向声波的应用，结构和分析模型都被建立已知。但随着应用领域的不断拓展，纵向声波模式的应用在有些领域遇到了瓶颈，而这个时候，剪切波的应用被发现适用起来。在制造工艺中，目前较为成熟，一般的工艺是：在硅衬底上刻蚀出空腔，填充牺牲材料，进行化学机械抛光，再在这一平面上进行其他膜层的工艺制造。但在实践中，化学机械抛光后的平面度，相当依赖于设备的精度。这样，设备达不到精度要求，工艺不够完善的话，形成的平面将会有台阶的存在，而再在上面生长膜层，质量会有所下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过键合进行薄膜转移，降低了制造门槛和降低了制造成本，改善薄膜生长的质量，提升器件性能的侧向场FBAR结构及其薄膜转移制造方法。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种侧向场FBAR结构，包括：
第一衬底，所述第一衬底用作生长薄膜转移的载体；由于结构上的需要，不对性能参数产生影响因子，而FBAR，无论是纵向声波传输还是横向声波传播，都会跟电场发生转换，而这主要是因为电极导体的存在。本身FBAR器件体积小巧，如果硅衬底电阻率不高，类似于有导体属性，那么，器件的信号扩散或者耦合到衬底，这样对于器件来说，就是损失了一部分能量。而另一方面，可能会对信号造成干扰。因此第一衬底的电阻率要求较高，要在10000Ω·m以上；
第一电极层，所述第一电极层通过溅射生长于所述第一衬底的上端面；类似于衬底要求高电阻率的说明。FBAR中，除了电极及连接的需要，其他地方尽可能的不要使用到金属。当然，除非是经过设计的，电磁兼容或者等效电路元件等。
第一压电层，所述第一压电层生长于所述第一电极层的上端面；
第一键合层，所述第一键合层生长于所述第一压电层上端面的四周，在所述第一压电层的上端面中部预留第一凹槽；
第一牺牲层，所述牺牲层覆盖填充于所述第一键合层的上端面以及所述第一压电层的上端面中部预留的第一凹槽；
第二衬底，所述第二衬底的上端面中部设置有第二凹槽；
第二键合层，所述第二键合层生长于所述第二衬底除去所述第二凹槽的上端面四周；以及
第二牺牲层，所述第二牺牲层覆盖填充于所述第二键合层的上端面以及第二凹槽上；
将所述第一衬底倒置后，所述第一键合层与所述第二键合层相互对准，通过键合机键合所述第一键合层与所述第二键合层实现所述第一衬底与所述第二衬底之间的连接；再去除位于上端的所述第一衬底；对所述第一压电层进行刻蚀通孔，形成用于释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的通道；采用湿法腐蚀，释放掉所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，形成空腔。
进一步地，所述第一衬底和所述第二衬底均采用高阻硅制作而成，高阻硅的电阻率大于10000Ω·m。
进一步地，所述第一键合层和所述第二键合层均采用非金属材料制作而成。
进一步地，所述第一电极层采用Al、Mo、Pt中的一种电极材料通过溅射的方法生长于所述第一衬底的上端面。生长方式可以是CVD，PVD，或蒸镀等，本发明优先采用溅射的方法生长Mo电极层。
进一步地，所述第一压电层采用AlN，LiNbO3，ZnO中的一种材料制作而成。压电层的生长关系到压电效应和逆压电效应，如果晶体生长质量较差，那么机电耦合系数也不高，而且插损可能会较大。压电层生长的基底，这里是在电极层上，因为电极层是采用溅射的方法生长，应力能够做到很低，因此在电极层上生长压电层，能够满足要求。压电层材料，选用具有压电效应的，AlN，LiNbO3，ZnO等都具有压电效应，可以兼顾工艺的兼容性对压电层材料做选择。
进一步地，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层均采用Al或PSG材料制作而成。
进一步地，所述第一键合层和所述第二键合采用的材料与所述第一牺牲层和所述第二牺牲层采用的材料不同。
进一步地，所述第一键合层和所述第二键合层的厚度均为200nm～5um。因为采用键合工艺，而且是实体键合，键合层材料原本可以有多种选择，在非金属中，化合物，或者高分子聚合物都有许多的选择，但因为牺牲材料的释放，键合材料不能跟牺牲材料为同一种材料，且牺牲材料释放的时候，药液也不能同时引起反应。因此，键合层材料的选择有了一些限制。厚度上，在200nm～5um的可选范围。
进一步地，所述第一衬底的底面和所述第二衬底的底面均设置有定位标识。
进一步地，一种侧向场FBAR结构的薄膜转移制造方法，包括以下步骤：
步骤(1)，在第一衬底的底面设置定位标识，再对所述第一衬底进行酸洗和有机洗，在所述第一衬底上端面采用溅射的方式生长第一电极层；
步骤(2)，在所述第一电极层的上端面生长第一压电层；
步骤(3)，在所述第一压电层的上端面生长第一键合层；
步骤(4)，对所述第一键合层进行图形化处理；所述第一键合层通过匀胶，曝光，显影，设置好图案掩膜，进行刻蚀，在所述第一压电层的上端面中部预留第一凹槽，形成所需图案；键合材料存在的区域，意味着需要键合的区域。而在晶圆片上，器件的工作区域及相应范围以内的区域，是不需要进行键合的，需要对键合层进行匀胶，曝光，显影，做好图案掩膜，进行刻蚀，形成所需图案，即保留键合区域的键合材料，去除不需键合的区域的键合材料；
步骤(5)，在所述第一键合层的上端面和所述第一凹槽上填充第一牺牲层，通过化学机械抛光对第一牺牲层进行平面化处理；被去除掉键合材料的区域，相较于键合层平面，会形成一个高度差，因此，为了保证实体的键合，对这部分区域需要填实；用牺牲材料进行填充；牺牲材料，是中间过程需要，但在最后，会被去除的材料。能够用作牺牲的材料，有金属，高聚物，化合物等，如Al和PSG；牺牲材料一次性覆盖了整个平面，需要把其他区域的去除掉，而同时，也保证键合层与保留的牺牲层形成均匀面，需要化学机械抛光，进行平面化处理；
步骤(6)，在第二衬底的底面设置定位标识，再对所述第二衬底进行清洗，在所述第二衬底的上端面上设置图案化掩膜，在所述第二衬底的上端面中部通过干法或湿法刻蚀，形成第二凹槽；可以采用ICP，主要控制相关的气体；湿法腐蚀，有多种药液可选择，强碱，调配的硅腐蚀液等；湿法腐蚀需要注意的是，方向性，最好是各向异性的，而且时间需要控制好，以形成所需要的空腔。
步骤(7)，在所述第二凹槽上设置图案化掩膜，在所述第二衬底的上端面生长第二键合层；该操作同第一衬底上的相同，只是设计图案不同，工艺一样。但这里所说的设计图案，两者是相互镜像对准的；
步骤(8)，在所述第二键合层的上端面和所述第二凹槽上填充第二牺牲层，通过化学机械抛光对第二牺牲层进行平面化处理；把多余的牺牲材料去除掉，并使得牺牲材料层和键合层平面保持在同一平面；
步骤(9)，将所述第一衬底倒置后通过定位标识在双面曝光机中对所述第二衬底完成对准；所述第一衬底与所述第二衬底对准后，通过夹具将所述第一衬底与所述第二衬底转移至键合机中，通过键合机键合所述第一键合层与所述第二键合层实现所述第一衬底与所述第二衬底之间的连接，实现所述第一电极层与所述第一压电层转移结合于所述第二衬底上；
步骤(10)，对所述第一衬底进行去除，采用机械抛光对所述第一衬底进行减薄后预留10um～50um的厚度，再采用湿法腐蚀，使所述第一电极层显露出来；需要注意的是，药液不能对电极造成影响，而且，对设置有第二凹槽的第二衬底，需要做好保护措施，不能被腐蚀掉；
步骤(11)，在所述第一电极层上设置图案化掩膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀进行图案化处理；对电极层进行图案化处理，对准标记依然与硅衬底上的标记来对准，因此，电极图案化的曝光也要双面对准；
步骤(12)，在所述第一压电层上不需要刻蚀的位置上设置图案化掩膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀对所述第一压电层进行刻蚀通孔，形成用于释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的通道；牺牲材料在器件内部，是因为键合时需要保证实体键合，改善键合条件，当完成键合之后，对于器件功能来说，牺牲材料的存在有很大影响，需要被去除掉。但牺牲材料在空腔内，与外界被压电层所隔离。因此，需要对压电层进行刻蚀通孔，使形成通道，空腔内的牺牲材料与外界连通。对压电层做掩膜图案化，使在压电层通道的位置处，没有掩膜，进行刻蚀。压电层材料的刻蚀可以是湿法，也可以是干法，根据工艺条件选择。不管干法和湿法刻压电层材料，都要对生长压电层时的陪片先进行速率实践数据获得。通过刻蚀，直至可见牺牲材料，即完成压电层的通孔刻蚀；
步骤(13)，在所述第一压电层上设置掩膜，只显露释放的通道，采用湿法腐蚀，释放掉所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，形成空腔；如果需要对频率进行调整，可以在电极间隔间添加化合物，如AlN，SiO2等；一般在滤波器设计中，并联谐振器的谐振频率稍低于串联谐振器的谐振频率，会对并联谐振器进行频率调低的处理。这里主要是改变声学路径来改变产生频率，不过需要注意的是，同时需要考虑到增加化合物后对信号振幅的影响；
步骤(14)，通过所述第一电极层级联，形成滤波器。
本发明的有益效果：
通过在第一衬底上依次设置第一电极层、第一压电层、第一键合层和第一牺牲层，在第二衬底上依次设置第二键合层和第二牺牲层，将第一衬底倒置后，所述第一键合层与所述第二键合层相互对准，通过键合机键合所述第一键合层与所述第二键合层实现所述第一衬底与所述第二衬底之间的连接；再去除位于上端的所述第一衬底；对所述第一压电层进行刻蚀通孔，形成用于释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的通道；采用湿法腐蚀，释放掉所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，形成空腔，通过电极层级联，形成滤波器。本发明采用不同于现有主流制造方法，采用薄膜转移制造方法，使得FBAR技术在其他领域的应用得到拓展，通过键合进行薄膜转移，降低了制造门槛和降低了制造成本，改善薄膜生长的质量，提升器件性能。
附图说明
图1为在第一衬底上生长电极层示意图；
图2为在第一电极层上生长第一压电层示意图；
图3为在第一压电层上生长第一键合层，并图形化的示意图；
图4为填充第一牺牲层示意图；
图5为对第一牺牲层进行平面化处理后示意图；
图6在第二衬底上刻蚀空腔后示意图；
图7在第二衬底上刻蚀空腔后生长第二键合层，并图形化示意图；
图8为填充第二牺牲层；
图9为填充第一牺牲层后平面化示意图；
图10为第一衬底和第二衬底对准键合示意图；
图11为第一衬底和第二衬底对准键合后去除第一衬底后示意图；
图12对第一电极层进行图形化后示意图；
图13为刻蚀第一压电层通孔，释放第二牺牲层后示意图；
图14为实施例中一种侧向场FBAR俯视图；
图15实施例中一种FBAR滤波器级联示意图；
图16实施例中滤波器结果。
附图中：1011-第一衬底；104-第一电极层；103-第一压电层；1021-第一键合层；1061-第一牺牲层；1012-第二衬底；1022-第二键合层；105-第二凹槽；1062-第二牺牲层。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1至图16所示，一种侧向场FBAR结构，包括：
第一衬底1011，所述第一衬底1011用作生长薄膜转移的载体；由于结构上的需要，不对性能参数产生影响因子，而FBAR，无论是纵向声波传输还是横向声波传播，都会跟电场发生转换，而这主要是因为电极导体的存在。本身FBAR器件体积小巧，如果硅衬底电阻率不高，类似于有导体属性，那么，器件的信号扩散或者耦合到衬底，这样对于器件来说，就是损失了一部分能量。而另一方面，可能会对信号造成干扰。因此第一衬底1011的电阻率要求较高，要在10000Ω·m以上；
第一电极层104，所述第一电极层104通过溅射生长于所述第一衬底1011的上端面；类似于衬底要求高电阻率的说明。FBAR中，除了电极及连接的需要，其他地方尽可能的不要使用到金属。当然，除非是经过设计的，电磁兼容或者等效电路元件等。
第一压电层103，所述第一压电层103生长于所述第一电极层104的上端面；第一键合层1021，所述第一键合层1021生长于所述第一压电层103上端面的四周，在所述第一压电层103的上端面中部预留第一凹槽；
第一牺牲层1061，所述牺牲层覆盖填充于所述第一键合层1021的上端面以及所述第一压电层103的上端面中部预留的第一凹槽；
第二衬底1012，所述第二衬底1012的上端面中部设置有第二凹槽105；
第二键合层1022，所述第二键合层1022生长于所述第二衬底1012除去所述第二凹槽105的上端面四周；以及
第二牺牲层1062，所述第二牺牲层1062覆盖填充于所述第二键合层1022的上端面以及第二凹槽105上；
将所述第一衬底1011倒置后，所述第一键合层1021与所述第二键合层1022相互对准，通过键合机键合所述第一键合层1021与所述第二键合层1022实现所述第一衬底1011与所述第二衬底1012之间的连接；再去除位于上端的所述第一衬底1011；对所述第一压电层103进行刻蚀通孔，形成用于释放所述第一牺牲层1061和所述第二牺牲层1062的通道；采用湿法腐蚀，释放掉所述第一牺牲层1061和所述第二牺牲层1062，形成空腔。
具体的，本实施例方案中，所述第一衬底1011和所述第二衬底1012均采用高阻硅制作而成，高阻硅的电阻率大于10000Ω·m。
具体的，本实施例方案中，所述第一键合层1021和所述第二键合层1022均采用非金属材料制作而成。
具体的，本实施例方案中，所述第一电极层104采用Al、Mo、Pt中的一种电极材料通过溅射的方法生长于所述第一衬底1011的上端面。生长方式可以是CVD，PVD，或蒸镀等，本发明优先采用溅射的方法生长Mo电极层。
具体的，本实施例方案中，所述第一压电层103采用AlN，LiNbO3，ZnO中的一种材料制作而成。压电层的生长关系到压电效应和逆压电效应，如果晶体生长质量较差，那么机电耦合系数也不高，而且插损可能会较大。压电层生长的基底，这里是在电极层上，因为电极层是采用溅射的方法生长，应力能够做到很低，因此在电极层上生长压电层，能够满足要求。压电层材料，选用具有压电效应的，AlN，LiNbO3，ZnO等都具有压电效应，可以兼顾工艺的兼容性对压电层材料做选择。
具体的，本实施例方案中，所述第一牺牲层1061和所述第二牺牲层1062均采用Al或PSG材料制作而成。
具体的，本实施例方案中，所述第一键合层1021和所述第二键合采用的材料与所述第一牺牲层1061和所述第二牺牲层1062采用的材料不同。
具体的，本实施例方案中，所述第一键合层1021和所述第二键合层1022的厚度均为200nm～5um。因为采用键合工艺，而且是实体键合，键合层材料原本可以有多种选择，在非金属中，化合物，或者高分子聚合物都有许多的选择，但因为牺牲材料的释放，键合材料不能跟牺牲材料为同一种材料，且牺牲材料释放的时候，药液也不能同时引起反应。因此，键合层材料的选择有了一些限制。厚度上，在200nm～5um的可选范围。
具体的，本实施例方案中，所述第一衬底1011的底面和所述第二衬底1012的底面均设置有定位标识。
具体的，本实施例方案中，一种侧向场FBAR结构的薄膜转移制造方法，包括以下步骤：
步骤(1)，在第一衬底1011的底面设置定位标识，再对所述第一衬底1011进行酸洗和有机洗，在所述第一衬底1011上端面采用溅射的方式生长第一电极层104；
步骤(2)，在所述第一电极层104的上端面生长第一压电层103；
步骤(3)，在所述第一压电层103的上端面生长第一键合层1021；
步骤(4)，对所述第一键合层1021进行图形化处理；所述第一键合层1021通过匀胶，曝光，显影，设置好图案掩膜，进行刻蚀，在所述第一压电层103的上端面中部预留第一凹槽，形成所需图案；键合材料存在的区域，意味着需要键合的区域。而在晶圆片上，器件的工作区域及相应范围以内的区域，是不需要进行键合的，需要对键合层进行匀胶，曝光，显影，做好图案掩膜，进行刻蚀，形成所需图案，即保留键合区域的键合材料，去除不需键合的区域的键合材料；
步骤(5)，在所述第一键合层1021的上端面和所述第一凹槽上填充第一牺牲层1061，通过化学机械抛光对第一牺牲层1061进行平面化处理；被去除掉键合材料的区域，相较于键合层平面，会形成一个高度差，因此，为了保证实体的键合，对这部分区域需要填实；用牺牲材料进行填充；牺牲材料，是中间过程需要，但在最后，会被去除的材料。能够用作牺牲的材料，有金属，高聚物，化合物等，如Al和PSG；牺牲材料一次性覆盖了整个平面，需要把其他区域的去除掉，而同时，也保证键合层与保留的牺牲层形成均匀面，需要化学机械抛光，进行平面化处理；
步骤(6)，在第二衬底1012的底面设置定位标识，再对所述第二衬底1012进行清洗，在所述第二衬底1012的上端面上设置图案化掩膜，在所述第二衬底1012的上端面中部通过干法或湿法刻蚀，形成第二凹槽105；可以采用ICP，主要控制相关的气体；湿法腐蚀，有多种药液可选择，强碱，调配的硅腐蚀液等；湿法腐蚀需要注意的是，方向性，最好是各向异性的，而且时间需要控制好，以形成所需要的空腔。
步骤(7)，在所述第二凹槽105上设置图案化掩膜，在所述第二衬底1012的上端面生长第二键合层1022；该操作同第一衬底1011上的相同，只是设计图案不同，工艺一样。但这里所说的设计图案，两者是相互镜像对准的；
步骤(8)，在所述第二键合层1022的上端面和所述第二凹槽105上填充第二牺牲层1062，通过化学机械抛光对第二牺牲层1062进行平面化处理；把多余的牺牲材料去除掉，并使得牺牲材料层和键合层平面保持在同一平面；
步骤(9)，将所述第一衬底1011倒置后通过定位标识在双面曝光机中对所述第二衬底1012完成对准；所述第一衬底1011与所述第二衬底1012对准后，通过夹具将所述第一衬底1011与所述第二衬底1012转移至键合机中，通过键合机键合所述第一键合层1021与所述第二键合层1022实现所述第一衬底1011与所述第二衬底1012之间的连接，实现所述第一电极层104与所述第一压电层103转移结合于所述第二衬底1012上；
步骤(10)，对所述第一衬底1011进行去除，采用机械抛光对所述第一衬底1011进行减薄后预留10um～50um的厚度，再采用湿法腐蚀，使所述第一电极层104显露出来；需要注意的是，药液不能对电极造成影响，而且，对设置有第二凹槽105的第二衬底1012，需要做好保护措施，不能被腐蚀掉；
步骤(11)，在所述第一电极层104上设置图案化掩膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀进行图案化处理；对电极层进行图案化处理，对准标记依然与硅衬底上的标记来对准，因此，电极图案化的曝光也要双面对准；
步骤(12)，在所述第一压电层103上不需要刻蚀的位置上设置图案化掩膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀对所述第一压电层103进行刻蚀通孔，形成用于释放所述第一牺牲层1061和所述第二牺牲层1062的通道；牺牲材料在器件内部，是因为键合时需要保证实体键合，改善键合条件，当完成键合之后，对于器件功能来说，牺牲材料的存在有很大影响，需要被去除掉。但牺牲材料在空腔内，与外界被压电层所隔离。因此，需要对压电层进行刻蚀通孔，使形成通道，空腔内的牺牲材料与外界连通。对压电层做掩膜图案化，使在压电层通道的位置处，没有掩膜，进行刻蚀。压电层材料的刻蚀可以是湿法，也可以是干法，根据工艺条件选择。不管干法和湿法刻压电层材料，都要对生长压电层时的陪片先进行速率实践数据获得。通过刻蚀，直至可见牺牲材料，即完成压电层的通孔刻蚀；
步骤(13)，在所述第一压电层103上设置掩膜，只显露释放的通道，采用湿法腐蚀，释放掉所述第一牺牲层1061和所述第二牺牲层1062，形成空腔；如果需要对频率进行调整，可以在电极间隔间添加化合物，如AlN，SiO2等；一般在滤波器设计中，并联谐振器的谐振频率稍低于串联谐振器的谐振频率，会对并联谐振器进行频率调低的处理。这里主要是改变声学路径来改变产生频率，不过需要注意的是，同时需要考虑到增加化合物后对信号振幅的影响；步骤(14)，通过所述第一电极层104级联，形成滤波器。
实施例1：
在第一衬底1011上，设置定位标记，作为生长薄膜转移的衬底，后面薄膜转移完成后，需要被去除，而同时第一衬底1011和第二衬底1012两个硅衬底的存在，因此定位标记对应设置好，做好标记后，对硅片进行清洗，采用溅射的方法，在第一衬底1011上生长200nm的第一电极层104，第一电极层104为Mo电极层。
在Mo电极层上，继续生长第一压电层103，第一压电层103为压电材料AlN层，按正常C轴取向生长。需要对所生长的AlN膜层进行检测，包括应力和膜厚。对于膜厚的均匀性，在生长压电层前，可以对基底的膜厚map图进行测量，生长压电层后，通过对比基底的map图，对压电层膜厚进行修膜，使得吻合该map图。
在第一压电层103上，生长第一键合层1021，键合层材料选用高分子聚合物PI，厚度在200nm～5um之间，根据工艺情况确定一个厚度值。对在压电层上生长的整面键合层，需要把空腔预留的区域做出来，对键合层做图形化掩膜，即匀胶，显影，曝光，对没有光刻胶覆盖的键合层区域，进行去除。
在第一键合层1021和第一凹槽上覆盖填充第一牺牲层1061，为确保能够覆盖掉凹处，第一牺牲层1061应该足够厚，一般需要高出凹处，使得在做完覆盖牺牲材料后，整个平面所视都是牺牲材料。第一牺牲层1061的牺牲材料是PSG。再而进行化学机械抛光，在这个过程中需要注意观察，不能太过抛光。当键合层可见的时候，只要把键合层上的PSG去除干净即可，达到了平面度的要求，厚度上也没有对键合层造成太大损耗。
而对第二衬底1012，也需要进行标识，进行清洗后，匀胶，曝光，显影，ICP干法刻蚀硅第二凹槽105，深度1um～5um可选。第二凹槽105中因为需要填充PSG，垂直角度的化，边沿区域难以被填实，PSG附着不上，因此，第二凹槽105壁并不是垂直的，而是有一定角度的。对于第二凹槽105给定的区域有要求，需要近90°以给定，而填充PSG又期望角度尽可能成平面，因此，综合考虑，空腔壁于硅片所形成的角度，在80°～88°之间。
类似于第一衬底1011的工艺流程，在第二衬底1012上，生长第二键合层1022，图形化，随后填充第二牺牲层1062，并做平面化处理。所形成如图9所示效果。
第一衬底1011与第二衬底1012进行对准键合，首先进行对准。对准需要对准标记，因此还涉及到对准标记的考虑。在第二衬底1012背面，即未设置第二凹槽105的这一面上，需要做上对准标记点。具体的，在双面曝光机上，抓取做第二键合层1022时的对准标记点图像，存储，同掩膜板对准标记对准，进行曝光，图案便相互对应起来了。两晶圆片(第一衬底1011与第二衬底1012)对准的时候，也是要双面曝光，类似的，通过抓取图像存储起来，再和需要对准的标记点对准，那么，这两晶圆片便对准好了。把对准好的晶圆片，连同夹具，一起转移到键合机里，进行晶圆片的键合。
根据第一衬底1011的厚度，以及药液湿法腐蚀硅的速率，可以决定去硅时，机械抛光需要去除的厚度。一般的，机械抛光后，保留的硅衬底厚度，可以在10um～50um之间。对第一衬底1012进行保护，如生长一层保护层，或者使用一种膜，把第一衬底1012遮掩起来，对剩余第一衬底1011进行药液浸泡去除。
把第一衬底1011完全去除后，如图11所示，第一电极层104(金属Mo层)和第一压电层103(压电AlN层)，进行了倒置，实现了转移。对第一电极层104进行图案化处理，刻出电极及连通图案。
最后是对牺牲材料的释放，需要在图形化电极后，显露出来的第一压电层103(压电AlN层)上，给定一个区域，作为释放窗口。一般的，在两电极之间的区域，较远离电极对之间的区域开口。先对第一压电层103(压电AlN层)进行刻蚀，直至刻至可见牺牲材料。刻通释放通道之后，就可以用药液浸泡，释放掉牺牲材料，形成空腔。
最终所形成的一种侧向场FBAR俯视图如图14所示。
通过电极级联，形成滤波器，如图15所示，滤波结果如图16所示。
本发明通过在第一衬底1011上依次设置第一电极层104、第一压电层103、第一键合层1021和第一牺牲层1061，在第二衬底1012上依次设置第二键合层1022和第二牺牲层1062，将第一衬底1011倒置后，所述第一键合层1021与所述第二键合层1022相互对准，通过键合机键合所述第一键合层1021与所述第二键合层1022实现所述第一衬底1011与所述第二衬底1012之间的连接；再去除位于上端的所述第一衬底1011；对所述第一压电层103进行刻蚀通孔，形成用于释放所述第一牺牲层1061和所述第二牺牲层1062的通道；采用湿法腐蚀，释放掉所述第一牺牲层1061和所述第二牺牲层1062，形成空腔，通过电极层级联，形成滤波器。本发明采用不同于现有主流制造方法，采用薄膜转移制造方法，使得FBAR技术在其他领域的应用得到拓展，通过键合进行薄膜转移，降低了制造门槛和降低了制造成本，改善薄膜生长的质量，提升器件性能。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种侧向场FBAR结构，其特征在于，包括：
第一衬底，所述第一衬底用作生长薄膜转移的载体；
第一电极层，所述第一电极层通过溅射生长于所述第一衬底的上端面；
第一压电层，所述第一压电层生长于所述第一电极层的上端面；
第一键合层，所述第一键合层生长于所述第一压电层上端面的四周，在所述第一压电层的上端面中部预留第一凹槽；
第一牺牲层，所述牺牲层覆盖填充于所述第一键合层的上端面以及所述第一压电层的上端面中部预留的第一凹槽；
第二衬底，所述第二衬底的上端面中部设置有第二凹槽；
第二键合层，所述第二键合层生长于所述第二衬底除去所述第二凹槽的上端面四周；以及
第二牺牲层，所述第二牺牲层覆盖填充于所述第二键合层的上端面以及第二凹槽上；
将所述第一衬底倒置后，所述第一键合层与所述第二键合层相互对准，通过键合机键合所述第一键合层与所述第二键合层实现所述第一衬底与所述第二衬底之间的连接；再去除位于上端的所述第一衬底；对所述第一压电层进行刻蚀通孔，形成用于释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的通道；采用湿法腐蚀，释放掉所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，形成空腔。
2.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述第一衬底和所述第二衬底均采用高阻硅制作而成，高阻硅的电阻率大于10000Ω·m。
3.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述第一键合层和所述第二键合层均采用非金属材料制作而成。
4.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述第一电极层采用Al、Mo、Pt中的一种电极材料通过溅射的方法生长于所述第一衬底的上端面。
5.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：
所述第一压电层采用AlN，LiNbO3，ZnO中的一种材料制作而成。
6.根据权利要求1所述的一种电梯浅底坑深度的控制方法，其特征在于：所述第一牺牲层和所述第二牺牲层均采用Al或PSG材料制作而成。
7.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述第一键合层和所述第二键合采用的材料与所述第一牺牲层和所述第二牺牲层采用的材料不同。
8.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述第一键合层和所述第二键合层的厚度均为200nm～5um。
9.根据权利要求1所述的一种侧向场FBAR结构，其特征在于：所述第一衬底的底面和所述第二衬底的底面均设置有定位标识。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种侧向场FBAR结构的薄膜转移制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，在第一衬底的底面设置定位标识，再对所述第一衬底进行酸洗和有机洗，在所述第一衬底上端面采用溅射的方式生长第一电极层；
步骤(2)，在所述第一电极层的上端面生长第一压电层；
步骤(3)，在所述第一压电层的上端面生长第一键合层；
步骤(4)，对所述第一键合层进行图形化处理；所述第一键合层通过匀胶，曝光，显影，设置好图案掩膜，进行刻蚀，在所述第一压电层的上端面中部预留第一凹槽，形成所需图案；
步骤(5)，在所述第一键合层的上端面和所述第一凹槽上填充第一牺牲层，通过化学机械抛光对第一牺牲层进行平面化处理；
步骤(6)，在第二衬底的底面设置定位标识，再对所述第二衬底进行清洗，在所述第二衬底的上端面上设置图案化掩膜，在所述第二衬底的上端面中部通过干法或湿法刻蚀，形成第二凹槽；
步骤(7)，在所述第二凹槽上设置图案化掩膜，在所述第二衬底的上端面生长第二键合层；
步骤(8)，在所述第二键合层的上端面和所述第二凹槽上填充第二牺牲层，通过化学机械抛光对第二牺牲层进行平面化处理；
步骤(9)，将所述第一衬底倒置后通过定位标识在双面曝光机中对所述第二衬底完成对准；所述第一衬底与所述第二衬底对准后，通过夹具将所述第一衬底与所述第二衬底转移至键合机中，通过键合机键合所述第一键合层与所述第二键合层实现所述第一衬底与所述第二衬底之间的连接，实现所述第一电极层与所述第一压电层转移结合于所述第二衬底上；
步骤(10)，对所述第一衬底进行去除，采用机械抛光对所述第一衬底进行减薄后预留10um～50um的厚度，再采用湿法腐蚀，使所述第一电极层显露出来；
步骤(11)，在所述第一电极层上设置图案化掩膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀进行图案化处理；
步骤(12)，在所述第一压电层上不需要刻蚀的位置上设置图案化掩膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀对所述第一压电层进行刻蚀通孔，形成用于释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的通道；
步骤(13)，在所述第一压电层上设置掩膜，只显露释放的通道，采用湿法腐蚀，释放掉所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，形成空腔；
步骤(14)，通过所述第一电极层级联，形成滤波器。
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|---|---|---|---|
| CN202010250543.4A CN111431504A (zh) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | 一种侧向场fbar结构及其薄膜转移制造方法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113285688A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-20 | 中国科学技术大学 | 键合式带凹槽高电阻率硅衬底、压电谐振器及其制备方法 |
| CN115001429A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-09-02 | 迈感微电子(上海)有限公司 | 一种滤波器的制备方法 |
| CN119865142A (zh) * | 2025-03-25 | 2025-04-22 | 深圳新声半导体有限公司 | 一种改善键合结合力的滤波装置及其制作方法 |
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2020
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200717 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |