空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法与流程

电子电路装置的制造及其应用技术1.本发明涉及微电子器件技术领域，尤其涉及一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法。背景技术：2.薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator，fbar)是一种压电薄膜谐振器。薄膜体声波谐振器的基本结构为基板上由上电极、压电层和下电极组成的叠层结构；为了抑制振动能量的耗散，叠层结构的下方设置有空腔。3.空腔的制备方法有两种：一种是对叠层结构下方的基板区域进行腐蚀，腐蚀从基板的背面进行；二是在基板表面制作图形化的表面牺牲层，在牺牲层上制备叠层结构，并在制备叠层结构之后对牺牲层进行腐蚀。其中，在制作牺牲层时，通常会对牺牲层进行化学机械抛光(chemical mechanical polishing，cmp)，以使其表面平坦化。4.在对牺牲层进行cmp时，会在牺牲层形成较为明显的蝶形(dishing)缺陷，且后续在此抛光后的表面上制备的叠层结构将会随着缺陷的形状而弯曲，造成器件整体性能下降。技术实现要素：5.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法。6.本发明提供了一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法，所述制造方法包括：7.在衬底表面形成凹槽；8.在形成有所述凹槽的衬底上依次沉积一层保护层和一层加厚的牺牲层；9.采用化学机械抛光方法去除部分牺牲层，使得剩余的所述牺牲层表面平坦化；10.采用干法刻蚀的方法去除位于所述凹槽外的保护层表面的牺牲层；11.在所述保护层上沉积覆盖所述凹槽的叠层结构，所述叠层结构包括依次沉积的底电极、压电层和顶电极；12.去除位于所述凹槽内的保护层表面的牺牲层，在所述凹槽内的保护层和所述底电极之间形成空腔。13.可选地，所述在形成有所述凹槽的衬底上依次沉积一层保护层和一层加厚的牺牲层，包括：14.在形成有所述凹槽的衬底上沉积一层致密的二氧化硅层，形成所述保护层；15.在所述保护层上沉积一层加厚的疏松的二氧化硅层，形成所述牺牲层。16.可选地，采用热氧化或化学气相沉积方法形成所述保护层。17.可选地，所述疏松的二氧化硅层为硼磷硅玻璃或者磷硅玻璃。18.可选地，采用等离子体气相沉积法形成所述牺牲层。19.可选地，所述加厚的牺牲层的厚度为4～6um。20.可选地，所述采用化学机械抛光方法去除部分牺牲层，使得剩余的所述牺牲层表面平坦化，包括：21.采用化学机械抛光方法从所述牺牲层的表面开始对所述牺牲层进行加工，直至所述牺牲层表面平坦化，且位于所述凹槽外的保护层表面的牺牲层的厚度为设定厚度时停止加工。22.可选地，所述设定厚度为100～500nm。23.可选地，所述在衬底表面形成凹槽，包括：24.采用干法或湿法刻蚀的方法，在所述衬底的表面形成深度为3～30um的凹槽。25.可选地，所述在衬底表面形成凹槽之前，所述制造方法还包括：26.对所述衬底进行清洗，并烘干备用。27.本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：28.本发明实施例提供的一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法，先淀积一层加厚的牺牲层，为后续cmp的平坦化留下充足的补偿量。接着，采用化学机械抛光方法去除部分牺牲层，使得剩余的牺牲层表面平坦化后，再采用干法刻蚀的方法去除位于凹槽外的保护层表面的牺牲层。干法刻蚀过程可以有效去除cmp后表面的各种玷污和缺陷，如微刮伤、水痕和蝶形缺陷等。本发明充分利用cmp具备的优异的全局平坦化能力、以及干法刻蚀的无选择性去除材质的特性，获得一种表面质量较好的牺牲层，从而可以保证后续生长的叠层结构的生长质量，提高器件整体性能。29.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。附图说明30.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。31.在附图中：32.图1是相关技术提供的一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法流程图；33.图2是本发明实施例提供的一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法流程图；34.图3是本发明实施例提供的另一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法流程图；35.图4是执行步骤s302后所呈现的结构示意图；36.图5是执行步骤s303后所呈现的结构示意图；37.图6是执行步骤s304后所呈现的结构示意图；38.图7是执行步骤s305后所呈现的结构示意图；39.图8是执行步骤s306后所呈现的结构示意图；40.图9是执行步骤s307后所呈现的结构示意图。具体实施方式41.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。42.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。43.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。在本公开的上下文中，相似或者相同的部件可能会用相同或者相似的标号来表示。44.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本公开内容实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。45.为了更好的理解本技术，首先，对本发明实施例所涉及的相关技术进行简要介绍：46.图1是相关技术提供的一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法流程图，如图1所示，该制造方法包括：47.步骤s101、在衬底表面形成凹槽。48.步骤s102、在形成有凹槽的衬底上依次沉积一层保护层和一层牺牲层。49.其中，牺牲层为3um。50.步骤s103、采用化学机械抛光方法去除位于凹槽外的保护层表面的牺牲层。51.步骤s104、在保护层上沉积覆盖凹槽的叠层结构，叠层结构包括依次沉积的底电极、压电层和顶电极。52.步骤s105、去除位于凹槽内的保护层表面的牺牲层，在凹槽内的保护层和底电极之间形成空腔。53.上述方法中，直接采用cmp的方法对牺牲层进行加工，会在牺牲层形成较为明显的蝶形(dishing)缺陷，且后续在此抛光后的表面上制备的叠层结构将会随着缺陷的形状而弯曲，造成器件整体性能下降。54.因此，为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法。55.图2是本发明实施例提供的一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法流程图，如图2所示，该制造方法包括：56.步骤s201、在衬底表面形成凹槽。57.步骤s202、在形成有凹槽的衬底上依次沉积一层保护层和一层加厚的牺牲层。58.步骤s203、采用化学机械抛光方法去除部分牺牲层，使得剩余的牺牲层表面平坦化。59.步骤s204、采用干法刻蚀的方法去除位于凹槽外的保护层表面的牺牲层。60.步骤s205、在保护层上沉积覆盖凹槽的叠层结构，叠层结构包括依次沉积的底电极、压电层和顶电极。61.步骤s206、去除位于凹槽内的保护层表面的牺牲层，在凹槽内的保护层和底电极之间形成空腔。62.本发明实施例提供的一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法，先淀积一层加厚的牺牲层，为后续cmp的平坦化留下充足的补偿量。接着，采用化学机械抛光方法去除部分牺牲层，使得剩余的牺牲层表面平坦化后，再采用干法刻蚀的方法去除位于凹槽外的保护层表面的牺牲层。干法刻蚀过程可以有效去除cmp后表面的各种玷污和缺陷，如微刮伤、水痕和蝶形缺陷等。本发明充分利用cmp具备的优异的全局平坦化能力、以及干法刻蚀的无选择性去除材质的特性，获得一种表面质量较好的牺牲层，从而可以保证后续生长的叠层结构的生长质量，提高器件整体性能。63.图3是本发明实施例提供的另一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法流程图，作为对上述实施例的进一步解释，如图3所示，该制造方法包括：64.步骤s301、对衬底进行清洗，并烘干备用。65.可选的，衬底为例如硅、蓝宝石、砷化镓、氮化镓、碳化硅、石英、玻璃等衬底材料。在本发明实施例中，衬底可以为硅片。66.示例性地，可以采用标准的rca清洗工艺对硅片进行清洗。硅片表面沾污是指沉积在硅片表面的粒子、金属、有机物、湿气分子和自然氧化膜。因为有机物会遮盖部分硅片表面，使氧化层与之相关的沾污难以去除。标准的rca清洗工艺的清洗思路是首先去除硅片表面的有机沾污，因为有机物会遮盖部分硅片表面，从而使氧化膜和与之相关的沾污难以去除；然后溶解氧化膜，因为氧化层是“沾污陷阱”，也会引入外延缺陷；最后再去除颗粒、金属等沾污，同时使硅片表面钝化。此为常规技术，在此不再赘述。67.步骤s302、在衬底表面形成凹槽。68.示例性的，可以采用干法或湿法刻蚀的方法，在衬底的表面形成深度为3～30um的凹槽。69.图4是执行步骤s302后所呈现的结构示意图，如图4所示，衬底100的表面形成有凹槽100a。70.步骤s303、在形成有凹槽的衬底上依次沉积一层保护层和一层加厚的牺牲层。71.在本实施例中，步骤s303可以包括：72.第一步、在形成有凹槽的衬底上沉积一层致密的二氧化硅层，形成保护层。73.示例性地，可以采用热氧化或化学气相沉积方法形成保护层。74.在本实施例中，保护层的厚度为100～500nm。75.第二步、在保护层上沉积一层加厚的疏松的二氧化硅层，形成牺牲层。76.示例性地，可以采用等离子体气相沉积法形成牺牲层。77.可选的，疏松的二氧化硅层为硼磷硅玻璃或者磷硅玻璃。78.在本实施例中，加厚的牺牲层的厚度为4～6um。相比于相关技术中厚度为3um的牺牲层，本发明中的牺牲层的厚度更厚，以便于后续进行cmp和干法刻蚀等操作。79.图5是执行步骤s303后所呈现的结构示意图，如图5所示，此时在形成有凹槽100a的衬底100上依次沉积有一层保护层110和一层加厚的牺牲层120。80.步骤s304、采用化学机械抛光方法去除部分牺牲层，使得剩余的牺牲层表面平坦化。81.可选的，步骤s304包括：82.采用化学机械抛光方法从牺牲层的表面开始对牺牲层进行加工，直至牺牲层表面平坦化，且位于凹槽外的保护层表面的牺牲层的厚度为设定厚度时停止加工。83.在本实施例中，设定厚度为100～500nm。84.需要说明的是，在本实施例中，一般采用较硬的抛光垫配合胶体二氧化硅(colloidal silica)，以此达到较高的去除率和较低的缺陷。85.图6是执行步骤s304后所呈现的结构示意图，如图6所示，此时牺牲层120表面平坦化，且位于凹槽100a外的保护层110表面的牺牲层120的厚度d为100～500nm。通过将余量控制在100～500nm，便于进行cmp终点检测。86.步骤s305、采用干法刻蚀的方法去除位于凹槽外的保护层表面的牺牲层。87.可选的，步骤s305包括：88.采用干法刻蚀的方法去除位于凹槽外的保护层表面的厚度为100～500nm的牺牲层。89.图7是执行步骤s305后所呈现的结构示意图，如图7所示，此时位于凹槽100a外的保护层110表面的牺牲层120被去除，仅剩下位于凹槽内的保护层110表面的部分牺牲层120。90.步骤s306、在保护层上沉积覆盖凹槽的叠层结构，叠层结构包括依次沉积的底电极、压电层和顶电极。91.在本实施例中，底电极和顶电极可以为例如铝、金、铝铜合金、铝硅合金、铝硅铜合金、钨、钛、钛钨化合物、钼、铂等金属材料。压电层可以为例如氧化锌、pzt(lead zirconate titanate，锆钛酸铅)、氮化铝等压电材料。92.示例性的，可以先在保护层上生长一层金属，然后将该层金属刻蚀成底电极，例如采用溅射、光刻和刻蚀工艺。底电极覆盖凹槽的位置。然后在底电极之上淀积一层压电材料，将该层压电材料刻蚀成压电层。最后在压电层上生长一层金属，然后将该层金属刻蚀成顶电极，例如采用淀积、光刻和刻蚀工艺。93.图8是执行步骤s306后所呈现的结构示意图，如图8所示，此时在保护层110上沉积有覆盖凹槽的叠层结构130，叠层结构130包括依次沉积的底电极131、压电层132和顶电极133。94.步骤s307、去除位于凹槽内的保护层表面的牺牲层，在凹槽内的保护层和底电极之间形成空腔。95.在本实施例中，可以先在凹槽周围通过干法刻蚀的方法获得一释放窗口，然后将氢氟酸(hydrofluoric acid，hf)的水溶液从释放窗口注入，以去除位于凹槽内的保护层表面的牺牲层。96.图9是执行步骤s307后所呈现的结构示意图，如图9所示，此时在凹槽100a内的保护层110和底电极131之间形成有空腔s。97.本发明实施例提供的一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法，先淀积一层加厚的牺牲层，为后续cmp的平坦化留下充足的补偿量。接着，采用化学机械抛光方法去除部分牺牲层，使得剩余的牺牲层表面平坦化后，再采用干法刻蚀的方法去除位于凹槽外的保护层表面的牺牲层。干法刻蚀过程可以有效去除cmp后表面的各种玷污和缺陷，如微刮伤、水痕和蝶形缺陷等。本发明充分利用cmp具备的优异的全局平坦化能力、以及干法刻蚀的无选择性去除材质的特性，获得一种表面质量较好的牺牲层，从而可以保证后续生长的叠层结构的生长质量，提高器件整体性能。98.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。99.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。100.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。









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