一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法与流程

1.本发明属于半导体工艺技术领域，特别是一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法。


背景技术：

2.射频滤波器是作为射频前端的核心器件，在移动通讯、物联网等领域有非常广阔的应用。目前主流的射频滤波器有声表面波和体表面波两种类型，其中体表面波滤波器适用于频率较高的场景，随着以5g为代表的高频通信的普及，体表面波滤波器的需求更为迫切。
3.为了具有更大的带外抑制、更大的带宽和更好的插入损耗等更优异的器件性能，基于单晶aln薄膜的谐振器构造成为业界重点攻关的方向。但是单晶aln滤波器和谐振器的相关制备技术还不够成熟，通常是在衬底上生长一层较薄的aln单晶薄膜，然后将其转移到高阻硅衬底上，再进行后续的器件制程。由于单晶aln薄膜厚度很薄，且和外延衬底一般存在晶格失配和热失配等问题，导致单晶薄膜容易破裂，在后续工艺过程中容易造成谐振结构的坍塌和破坏，进而导致器件失效或异常。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，解决上述现有技术存在的问题，即不用通过键合等转移方式，即可构造具有空腔结构的单晶薄膜体声波谐振器，避免了在键合等转移过程中对单晶aln薄膜的潜在破坏。
5.实现本发明目的的技术解决方案为：一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：
6.1)在衬底上生长单晶压电薄膜，然后在压电薄膜上方制备上电极；
7.2)分别将上电极和压电薄膜进行图形化，构成分立的谐振器器件区域；
8.3)在器件上方光刻通孔，并分别刻蚀上电极和压电薄膜，直到衬底上表面；
9.4)通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方式，通过通孔在器件区域下方形成一个空腔；
10.5)通过ald在上电极上方、通孔内部、压电薄膜背面和空腔内部沉积金属；
11.6)对上电极上方通过ald沉积的金属进行图形化，得到由上电极、单晶压电薄膜、下电极组成的单晶压电薄膜体声波谐振器。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果为：不用通过晶圆键合工艺即可实现带有空腔的谐振器结构，有效避免了复杂的晶圆键合工艺过程，对异质衬底上晶格失配和热失配的外延单晶aln薄膜的潜在破坏，以及因此导致的谐振器失效问题。并且工艺简单，易于批量加工。
附图说明
13.图1是在衬底上生长单晶压电薄膜和上电极示意图。
14.图2是将上电极和压电薄膜进行图形化示意图。
15.图3是在谐振器器件上方区域光刻通孔，并刻蚀到衬底上表面的示意图。
16.图4是在在器件区域下方形成一个空腔示意图。
17.图5是在上电极上方、通孔内部、压电薄膜背面和空腔内部沉积金属示意图。
18.图6是对上电极上方通过ald沉积的金属进行图形化示意图。
19.图中：1是上电极，2是单晶压电薄膜，3是衬底，4是通孔，5是空腔，6是下电极。
具体实施方式
20.下面结合附图进一步描述本发明的技术方案。
21.一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：
22.1)在衬底3上生长单晶压电薄膜2，然后在单晶压电薄膜2上方制备上电极1，其中所述衬底3为si、sic或gan等衬底；所述的衬底厚度为100μm至2mm；所述的单晶压电薄膜2为氮化铝、氧化锌等压电材料；压电材料的厚度为10nm至5μm；所述的上电极材料包括但不限于金属化合物tan、tin或者金属pt、co、ru、mo中的一种；金属的厚度在10nm至1μm，如图1所示。
23.2)分别将上电极1和单晶压电薄膜2进行图形化，构成分立的谐振器器件区域，其中图形化方式包括光刻后干法刻蚀或湿法腐蚀等方式；谐振器器件区域尺寸在30μm
×
30μm至2mm
×
2mm，如图2所示。
24.3)在器件上方光刻通孔4，并分别刻蚀上电极1和压电薄膜2，直到衬底3上表面，其中通孔4的尺寸在3μm至50μm，如图3所示。
25.4)通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方式，通过通孔4在器件区域下方形成一个空腔5，其中空腔5的深度在100nm至100μm，如图4所示。
26.5)通过ald在上电极上方、通孔内部、压电薄膜背面和空腔内部沉积金属，其中沉积金属包括但不限于tan、tin等金属化合物或者pt、co、ru、mo等金属中的一种，金属的厚度在10nm至1μm，如图5所示。
27.6)对上电极上方通过ald沉积的金属进行图形化，得到由上电极1、单晶压电薄膜2、下电极6组成的单晶压电薄膜体声波谐振器，其中图形化方式包括光刻后干法刻蚀或湿法腐蚀等方式，如图6所示。
28.实施例
29.一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：
30.①
在(111)晶向的单晶si衬底上，先通过mocvd方法外延300nm厚度的单晶aln薄膜，然后通过pvd的方式在单晶aln薄膜上方沉积100nm的金属mo。
31.②
对金属mo进行光刻，并采用氯基气体刻蚀出谐振器器件上电极；然后对aln薄膜进行光刻，并采用氟基气体刻蚀出谐振器区域，形成尺寸在200μm
×
200μm的分立的谐振器结构。
32.③
在器件上方进行光刻，光刻出尺寸10μm
×
10μm的通孔，并分别采用氯基气体和氟基气体刻蚀，直到si衬底表面停止。
33.④
采用xef2气体，通过上述步骤刻蚀出的通孔刻蚀si衬底，形成深度约50μm，宽度约50μm
×
50μm的空腔。
34.⑤
通过ald设备在上电极上方、通孔内部、压电薄膜背面和空腔内部沉积厚度约200nm的金属mo。
35.⑥
对沉积到上电极上方的金属mo进行光刻，并通过氯基气体刻蚀金属mo，得到由上电极、单晶压电薄膜、下电极组成的单晶压电薄膜体声波谐振器。
36.经过以上步骤，就实现了单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法。
37.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在衬底上生长单晶压电薄膜，然后在压电薄膜上方制备上电极；2)分别将上电极和压电薄膜进行图形化，构成分立的谐振器器件区域；3)在器件上方光刻通孔，并分别刻蚀上电极和压电薄膜，直到衬底上表面；4)通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方式，通过通孔在器件区域下方形成一个空腔；5)通过ald在上电极上方、通孔内部、压电薄膜背面和空腔内部沉积金属；6)对上电极上方通过ald沉积的金属进行图形化，得到由上电极、单晶压电薄膜、下电极组成的单晶压电薄膜体声波谐振器。2.根据权利要求1所述的一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述衬底为si、sic或gan衬底，衬底厚度为100μm至2mm。3.根据权利要求1所述的一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的单晶压电薄膜为氮化铝、氧化锌，压电材料的厚度为10nm至5μm。4.根据权利要求1所述的一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的上电极材料包括但不限于金属化合物tan、tin或者金属pt、co、ru、mo中的一种，金属的厚度在10nm至1μm。5.根据权利要求1所述的一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，步骤2)中的图形化方式包括光刻后干法刻蚀或湿法腐蚀方式。6.根据权利要求1所述的一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，步骤2)中，谐振器器件区域尺寸在30μm
×
30μm至2mm
×
2mm。7.根据权利要求1所述的一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，步骤3)中的通孔的尺寸在3μm至50μm。8.根据权利要求1所述的一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，步骤4)中的空腔深度在100nm至100μm。9.根据权利要求1所述的一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，步骤5)中的沉积金属包括但不限于金属化合物tan、tin或者金属pt、co、ru、mo中的一种，金属的厚度在10nm至1μm。10.根据权利要求1所述的一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，步骤6)中的图形化方式包括光刻后干法刻蚀或湿法腐蚀方式。

技术总结
本发明公开了一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其步骤有：在衬底上生长单晶压电薄膜，压电薄膜上方制备上电极；图形化，构成分立的谐振器器件区域；在器件上方光刻通孔，并分别刻蚀上电极和压电薄膜；通过通孔在器件区域下方形成一个空腔；通过ALD在上电极上方、通孔内部、压电薄膜背面和空腔内部沉积金属；对上电极上方进行图形化，得到由上电极、单晶压电薄膜、下电极组成的单晶压电薄膜体声波谐振器。本发明不用通过晶圆键合工艺即可实现带有空腔的谐振器结构，有效避免了复杂的晶圆键合工艺过程，对异质衬底上晶格失配和热失配的外延单晶AlN薄膜的潜在破坏，以及因此导致的谐振器失效问题。并且工艺简单，易于批量加工。加工。加工。


技术研发人员：戴家赟 王飞 王元 孔月婵
受保护的技术使用者：南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司
技术研发日：2022.10.10
技术公布日：2023/1/5