专利名称：用于baw谐振器的压电ain的沉积的制作方法
技术领域：
本发明涉及BAW(体声波)谐振器领域。
背景技术：
压电谐振器常用于信号滤波和基准振荡器。这些谐振器通常被称为BAW(体声波谐振器)。相同或相似器件的其他縮写包括FBAR (膜体声波谐振器)或SMR (固态装配型谐振器)或TFR(薄膜谐振器)或SCF(叠层晶体滤波器)。 在限制能量损失方面谐振器必须尽量高效。这些器件并不是新出现的并且在文献中被很好的引证。 标准IC制备方法被用作基本制造顺序，包括沉积、光刻和蚀刻工艺。也可以采用MEMS技术以进行封装和与衬底进行谐振器声学隔离。 布拉格反射镜用于SMR器件中的声学隔离。在FBAR中，谐振器构建在膜片上。两种类型的隔离均设计用于防止自器件的能量损失。 滤波器的质量依赖于有效的压电转换。而此又进而依赖于压电材料通常为AIN的质量，所述压电材料在晶片上沉积成多晶薄膜。 在薄膜处理方面受过训练的人知道沉积具有受控结构(texture)的膜的两种方式。 一种方式是提供合适衬底，其本身具有良好限定的晶体结构和与待生长的膜的结构的晶格匹配。这被称为外延或者准外延生长。另一种方式，与之相反，是避免衬底对膜沉积产生任何影响可以得到作为能量(熵)最优化的自然结果的晶相。这通常涉及防止热力学干扰(当膜生长时，提供足够的能量和时间以在该膜的自组织过程中以其开始)。
图1是提供本发明概述的流程图。 图2示出了由图1所示的工艺而得到的叠层。 图3示出了具有在声学隔离也就是布拉格反射镜上图案化的底电极的:BAW衬底。
图4示出了具有在底电极上的非晶A1N层的叠层，其中底电极在布拉格反射镜上。
具体实施例方式
本发明涉及使用利用种子层允许AIN膜的最优生长的工艺制备的:BAW谐振器和滤波器，种子层自身由AIN构成且在非晶相在较低温度下使用溅射进行沉积。使用这些谐振器的滤波器可以设计为在宽频率范围内工作以应付实际--匕所有市场--匕的滤波器应用(例如，GSM、 GPS、 UMTS、 PCS、 WLAN、 WIMAX等)。 体声波谐振器(BAW)的关键方面是质量因子(Q)和耦合系数k^.2。 Q值由电学和声学损失主导。耦合系数也同样依赖于在器件中起作用的压电层的固有耦合kt2和在叠层中所使用的材料的选择与权衡这两者。 通过控制膜结构而获得AIN的优良系数kt2。理想的AIN是由PVD典型地沉积出的柱状多晶膜。柱状(0002)定向结构是理想的从而使得膜压电系数或者其耦合k/最大。 任何取向错误的颗粒将不仅当在其工作频率发挥作用时使得谐振器的压电效率降低，而且 将潜在地产生副振荡模,该副振荡模可以被取向在与膜的主结构不同的方向的颗粒的存在 所触发。 为了促进A1N的最佳(0002)取向，所述膜或者可以以单晶可以生长在具有匹配晶 格结构的的单晶衬底--匕的方式沉积在良好取向的电极--匕或者依照本发明被沉积在将使得 A1N自组织成为所需柱状相(columnar phase)的非晶衬底上。 图1示出了本发明的概况。如其所示，以具有在合适的声学隔离上的图案化的底 电极的衬底开始，在低温下沉积非晶A1N薄膜。然后在晶片处理之后，例如在常规的、相对 高温度下沉积主压电膜，并且使其自组织成为所需的柱状相。 一旦所述主压电膜被沉积，可 以依照现有技术进行谐振器的完成。 通过使用多步骤A1N沉积制法，方法已限定为在底电极上提供薄非晶和介电A1N 插入层，在该底电极上可生长具有所需质量的A1N压电膜上。图2示出了所得到的叠层。
因此提供了由在声学隔离上图案化的底电极构成的BAW衬底。在图3所示的情况 下，利用布拉格反射镜提供所述声学隔离。于是谐振器被称为固态装配型谐振器(SMR)。替 换方案是将谐振器构建在膜片上，于是谐振器被称为膜体声波谐振器(FBA:R)。
图3示出了由具有高声学阻抗反差的交替膜的2.5双层构成的布拉格反射镜。此 布拉格镜将BAW的有源区域与衬底隔离开并且确保能量保留在所述有源区域。在布拉格反 射镜上，沉积并图案化电极。图3示出了平面化底电极。这对该器件不是必需的但是对于 易于进一步处理是可取的。该电极可以是理想硬度的抛光金属，例如Ru、 W或者更小量度 (measure)的Mo或缓动层(still layer)与如Au或Al的易导电层的组合。
然后将衬底装载到A1N PVD沉积用具中。典型地，该用具以具有一些腔室的群集 (cluster)出现并且可以在不中断真空情况下允许晶片从腔室到腔室的移动。通常的装置 结合处理腔室(用于排气和加热)、用于金属膜的PVD沉积腔室(用于处理电极)和生长压 电膜的第二反应PVD腔室。可从例如Aviza或者Unaxis公司商业购得这样的群集。
该工艺可以概述如下 1.在低温(典型地低于200°C )下沉积薄(典型地在约50A到500A范围内)A1N 膜。由于未提供足够能量以促进结晶取向，因此该膜是非晶态的。该工艺典型地为具有A:I. 靶和富氮等离子体环境的PVD工艺。所得到的叠层如图4所示。 2.为了将晶片加热到更高温度，典型地在20(TC到50(TC之间，可以将该晶片移到 处理腔室中。 3.晶片再次被移入到或者与上述1相同的腔室中，或者移入到群集中同样适于 A1N沉积的另一腔室中。此时工艺的目的是为了在衬底上形成结晶膜。在合适的热度下，足 够能量可给予A1N以自组织成为在热力学优先相(0002)....匕的多晶结构膜。该结果在图2 中示出。 上述相关要点包括 1.上述1与3可以或者可以不发生在同样的腔室中。
2.在1中的非晶A1N可以或者可以不是化学计量的。 3.在1中沉积在光滑表面上的非晶A1N进而为步骤3中生长结晶A1N提供光滑表面。 4.在1禾P 2之间可以或者可以不发生真空中断。
5.在1中沉积的AIN最好尽可能得薄以限制特性损失。
6.在步骤3中良好取向的A:I.N可以在低至2()(rC温度生长。
7.构成所述电极的金属的性质对A1N的生长没有影响。 8.结晶结构的AIN的生长也是腔室压力、功率和其他对于工艺工程师来说熟悉的 典型参数的适当选择的结果。 9.对于每个晶片，1、2或3可以或者可以不必须一个接一个发生。例如整炉的晶 片(典型地为25晶片批(wafer lot.))可以经由1进行处理，然后个体的晶片仅每次 -个 地经由2和3进行处理。
本发明具有多个优点 1.所沉积的非晶A:I.N膜为电介质，不必进行图案化。 2.非晶A1N膜将下面的电极表面进行密封并且将来自电极的电学和声学功能与
衬底的形态功能去耦(与外延式AIN的生长不同，对于外延式AIN的生长，电极也需要执行
良好取向衬底的功能)。这减轻了全部工艺集成的难度。 3.除已经必需的处理和A:I.N :PVD沉积腔室外不需要额外的腔室。 4. AIN非晶插入层沉积所需要的额外工艺时间短并且仅偶然发生在与压电沉积本
身潜在相同的群集工具上。 尽管出于说明目的而非限制目的在此已经披露并描述了本发明的优选实施方式， 但是本领域技术人员可以理解在不脱离本发明的精神和范围情况下可以在其中做出各种 形式和细节上的变化。
权利要求
在制备BAW的方法中，其改进包括提供图案化底电极；在所述底电极上沉积非晶AlN层；在非晶AlN层上沉积第二AlN层，该沉积发生在允许已沉积的AlN自组织成为所需柱状相的温度处。
2. 如权利要求1所述的方法,其中所述第二层的所需柱状相是0002取向。
3. 如权利要求1所述的方法，进一步包括在衬底....匕提供声学隔离，并且其中所述图案 化底电极提供在所述声学隔离上。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述声学隔离是布拉格反射镜。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述非晶AIN层为大约50A到500A的厚度。
6. 如权利要求1所述的方法，其中所述非晶AIN层是化学计量AIN层。
7. 如权利要求1所述的方法,其中所述非晶AIN层不是化学计量AIN层。
8. 如权利要求1所述的方法，其中所述非晶AIN层通过在富氮环境中Al的PVD沉积而 沉积。
9. 如权利要求1所述的方法，其中所述非晶AIN层和第二 AIN层在相同处理腔室中沉积。
10. 如权利要求1所述的方法，其中第二 A:[N层在200°到50()°C的温度范围内沉积。
11. 在制备BAW的方法中，其改进包括 提供衬底；在所述衬底上的声学隔离之上提供图案化底电极； 在所述底电极上沉积非晶A1N层；在所述非晶AIN层上沉积第二 AIN层，该沉积发生在允许已沉积的AIN自组织成为 0002柱状相取向的温度处。
12. 如权利要求11所述的方法,其中所述声学隔离是布拉格反射镜。
13. 如权利要求11所述的方法，其中所述非晶AIN层为大约50A到500A的厚度。
14. 如权利要求11所述的方法,其中所述非晶AIN层是化学计量AIN层。
15. 如权利要求11所述的方法，其中所述非晶AIN层不是化学计量AIN层。
16. 如权利要求11所述的方法，其中所述非晶AIN层通过在富氮环境中Al的PVD沉积 而沉积。
17. 如权利要求11所述的方法，其中所述非晶A1N层和第二A1N层在相同处理腔室中 沉积。
18. 如权利要求11所述的方法，其中第二 AIN层在200°到500°C的温度范围内沉积。
19. 在制备BAW的方法中，其改进包括 提供衬底；在所述衬底上的声学隔离之上提供图案化底电极；通过在富氮环境中Al的PVD沉积而在所述底电极上沉积大约50A到500A的厚度的非 晶A1N层；在所述非晶AIN层上沉积第二 AIN层，该沉积发生在允许已沉积的AIN自组织成为 0002柱状相取向的温度处。
20. 如权利要求19所述的方法，其中所述声学隔离是布拉格反射镜。
21. 如权利要求19所述的方法，其中所述非晶A1N层是化学计量A1N层。
22. 如权利要求19所述的方法,其中所述非晶A1N层不是化学计量A1N层。
23. 如权利要求19所述的方法，其中所述非晶A1N层和第二 A1N层在相同处理腔室中 沉积。
24. 如权利要求19所述的方法，其中第二 A1N层在200。到500°C的温度范围内沉积。
全文摘要
本发明涉及用于BAW谐振器的压电AlN的沉积。用于BAW谐振器的压电沉积，其中薄非晶AlN层在底电极之上，之后在该非晶AlN层上沉积第二AlN层，沉积发生在允许已沉积的AlN自组织成为所需柱状相的温度处。底电极在其下可以具有例如布拉格反射镜的声学隔离。披露了制备工艺的各种细节。
文档编号H01L41/22GK101785126SQ200880104120
公开日2010年7月21日 申请日期2008年6月11日 优先权日2007年8月24日
发明者A·米尔费奇利, G·布歇, N·S·阿尔真蒂, S·乌皮利 申请人:马克西姆综合产品公司