体声波谐振器组件的制造方法与流程

1.本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种体声波谐振器组件的制造方法。


背景技术：

2.薄膜体声波谐振器(fbar)作为一种新型的mems器件，具有体积小、质量轻、插入损耗低、频带宽以及品质因子高等优点，很好地适应了无线通信系统的更新换代。
3.在制造滤波器或双工器或多工器等器件中，有时需要其中的谐振器具有不同的谐振频率，谐振频率的调整可以通过设置质量负载层或者调整谐振器的不同膜层的厚度来实现。一种调节膜层厚度的方法是修整(trim)，其可以是利用粒子束轰击的方式，移除被轰击膜层的一部分从而减小膜层的厚度。
4.传统采用直接trim的方式得到同一片晶圆(wafer)中不同厚度电极的谐振器，但是，采用trim方式制备的电极粗糙度较大，导致后续压电薄膜的晶相较差及降低各膜层的沉积质量，致其谐振器性能下降。
5.现实中存在在利用trim工艺来调整膜层厚度的同时改进由于trim工艺带来的膜层的表面的粗糙度较大这一技术问题的需要。


技术实现要素：

6.为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本发明。
7.根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器组件的制造方法，所述体声波谐振器组件包括设置在同一基底上的多个体声波谐振器，所述多个体声波谐振器包括第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器和第二谐振器具有不同频率，所述方法包括步骤：
8.对设置在基底上方的预定膜层的与第一谐振器对应的待修整部分执行修整；以及
9.在所述预定膜层的与第一谐振器和第二谐振器对应的位置同时沉积一层沉积膜层。
10.根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种体声波谐振器组件的制造方法，所述体声波谐振器组件包括设置在同一基底上的多个体声波谐振器，所述多个体声波谐振器包括第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器和第二谐振器具有不同频率，所述方法包括步骤：
11.在设置在基底上方的预定膜层上方设置光刻胶；
12.将光刻胶曝光和显影，以将所述光刻胶在对应于所述第一谐振器的位置的部分留存而将所述光刻胶在对应于所述第二谐振器的位置的部分移除；
13.在所述预定膜层的与第一谐振器和第二谐振器对应的位置同时沉积一层沉积膜层；
14.移除所述留下的光刻胶以及所述沉积膜层的处于所述留下的光刻胶上的部分。
附图说明
15.以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，其中：
16.图1示意性示出了在同一晶圆中谐振器的不同位置的压电膜层粗糙度，其中虚线为采用传统trim工艺制备底电极膜层，而实线为采用先采用trim工艺然后采用沉积工艺制备底电极膜层；
17.图2示意性示出了谐振器的机电耦合系数与先采用trim工艺然后采用沉积工艺制备底电极膜层的方式以及采用传统trim工艺制备底电极膜层的方式的关系曲线；
18.图3示意性示出了采用剥离工艺(lift-off)沉积而制得的底电极的厚度与谐振器的机电耦合系数的关系图；
19.图4示例性示出了根据本发明的体声波谐振器组件的俯视示意图；
20.图5为根据本发明的一个示例性实施例的沿图4中的aa’线截得的体声波谐振器的截面示意图；
21.图6a-6i示例性示出了制造图5所示的体声波谐振器的过程的一系列截面示意图；
22.图7为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图4中的aa’线截得的体声波谐振器的截面示意图；
23.图8a-8g示例性示出了制造图7所示的体声波谐振器的过程的一系列截面示意图；
24.图9和10为根据本发明的不同示例性实施例的沿图4中的aa’线截得的体声波谐振器的截面示意图。
具体实施方式
25.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。发明的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明在同一片晶圆或基底上形成不同频率的谐振器，从而将不同频率的谐振器集成在同一片晶圆或基底上。具体而言，本发明提出了两种方法，一种是先对膜层进行trim然后再补涨(即再沉积)实现两个谐振器的对应膜层的厚度存在不同的做法，另一种是直接采用剥离工艺实现两个谐振器的对应膜层的厚度存在不同的做法。
27.在以下的具体说明和示例中，以制造谐振器的底电极或底电极膜层为例进行说明。
28.下面示例性说明第一种方法。
29.图1和图2中具体示出了采用第一种方法制备的底电极膜层与只用trim来制备电极膜层的技术效果的具体比对。
30.图1示意性示出了在同一晶圆中谐振器的不同位置的压电膜层粗糙度，其中实线(即#1)为采用先采用trim工艺然后采用沉积工艺制备底电极膜层，而虚线(即#2)为采用传统trim工艺制备底电极膜层。可以看到，#1对应的压电薄膜层的粗糙度均值为0.699nm，#2对应的压电薄膜层的粗糙度均值为4.79nm。#2对应的压电薄膜层基于传统的trim工艺移除一定厚度后形成；#1对应的压电薄膜层基于先利用trim工艺先移除部分厚度然后再沉积一
定厚度后形成。从图1的对比可以看出，采用第一种方法制备的底电极膜层的电极表面的粗糙度比只做trim的电极膜层的粗糙度小。
31.因为trim工艺对膜层的表面粗糙度有不利影响，而单独的沉积工艺形成的膜层的粗糙度小，为了降低trim工艺对最终形成的膜层的表面的粗糙度的不利影响，在本发明的一个实施例中，在执行了trim工艺后再沉积时，沉积的膜层厚度大于
32.图2示意性示出了谐振器的机电耦合系数与先采用trim工艺然后采用沉积工艺制备底电极膜层的方式以及采用传统trim工艺制备底电极膜层的方式的关系曲线。图2中的纵轴为50欧姆谐振器的机电耦合系数kt2，横坐标为trim掉的电极膜层的厚度。从图2中可以看出，对底电极膜层先做trim(trim掉)再做补涨(沉积)的谐振器性能与直接沉积目标厚度电极的谐振器相当，而只做trim工艺的谐振器，其机电耦合系数随trim的厚度的增加，下降幅度较大，当trim的厚度为时，其下降幅度约为28.5％。
33.在本发明所提出的第一种方法中，因为采用了先做trim然后再补涨的方式，可以有效消除或减少因为trim工艺带来的底电极膜层的表面粗糙度过大的问题，从而有利于满足较好的压电层或压电膜层的粗糙度要求，如图1中实线所示。
34.在本发明中，附图标记说明如下：
35.101：基底，可选材料为单晶硅、氮化镓、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、金刚石等。
36.102：声学镜，可为空腔，也可采用布拉格反射层及其他等效形式。本发明的实施例中采用的是空腔的形式。在图6a-6i所示的实施例中，用于形成声学镜空腔的牺牲层也以102表示，牺牲层的材料可以是多晶硅、无定形硅、二氧化硅、磷掺杂二氧化硅(psg)、氧化锌、氧化镁、聚合物高分子及类似材料等。
37.103：底电极(包括底电极引脚)或底电极膜层，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
38.104：刻蚀阻挡层，材料可选氮化铝、氮化硅，二氧化硅等。
39.105：压电层，可以为单晶压电材料，可选的，如：单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅(pzt)、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料，也可以为多晶压电材料(与单晶相对应，非单晶材料)，可选的，如多晶氮化铝、氧化锌、pzt等，还可是包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料，例如可以是掺杂氮化铝，掺杂氮化铝至少含一种稀土元素，如钪(sc)、钇(y)、镁(mg)、钛(ti)、镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、钷(pm)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)、镥(lu)等。
40.106：顶电极(包括顶电极引脚)或底电极膜层，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
41.107：钝化层或工艺层，其可以是氮化铝、氮化硅或二氧化硅等。钝化层或工艺层107也可以不设置。
42.108，109，111：沉积的电极膜层，其材料的选择范围与电极的材料的范围相同，可以与对应的电极的材料相同，也可以不同。
43.110：光刻胶，可以是正胶，也可以是负胶(在图8a-8g所示的示例中为负胶)。
44.下面参照图6a-6i示例性说明制造图5所示的体声波谐振器的过程，图6a-6i所示的方法为第一种方法，即先采用trim工艺trim掉然后采用沉积工艺沉积制备底
电极膜层的方式。在图6a-6i所示的实施例中，两个谐振器最终的底电极膜层的目标厚度分别为和
45.如图6a所示，在基底101的上表面形成空腔，图6a中示出了两个空腔，然后在基底的上表面设置牺牲材料层，牺牲材料层填充该空腔，后面采用例如cmp(化学机械研磨)工艺将牺牲材料层磨平以形成如图6a所示的结构，留在空腔内的牺牲材料层构成牺牲层102。
46.如图6b所示，在图6a所示的结构的上表面依次沉积厚度为的底电极膜层103以及刻蚀阻挡层104。
47.接着，如图6c所示，对刻蚀阻挡层104图形化，移除图6b中的右侧谐振器部分的刻蚀阻挡层104而露出底电极膜层103。
48.如图6d所示，执行trim工艺，将图6c中的右侧的底电极膜层103trim掉的厚度。之后，移除剩下的与左侧谐振器对应的刻蚀阻挡层104。
49.参见图6e，在图6d的结构的上表面沉积一层电极膜层108，该膜层108覆盖底电极膜层103的左侧部分以及右侧部分，电极膜层108的厚度为电极膜层103和电极膜层108共同构成了新的底电极膜层。
50.基于以上步骤，在第一种方法中，首先对底电极膜层103的与右侧谐振器200对应的待trim部分执行trim，以减薄待trim部分而得到减薄的电极膜层；然后，在所述减薄的电极膜层以及底电极膜层103的与左侧谐振器100对应的位置同时沉积一层沉积膜层108。
51.之后，参见图6f-6i，执行后续的常规工艺，例如在图6f中，对两个谐振器100和200的新的底电极膜层图形化，以形成各自的底电极图案，在图6g中，则是沉积压电膜层105，图6h中，在压电膜层105上沉积顶电极膜层106以及钝化层或工艺层107，在图6i中，对顶电极膜层106以及钝化层107图形化，以形成顶电极图案。
52.在以上的第一种方法的实施例中，被trim的底电极膜层仅仅是被减薄而没有被全部trim掉，在本发明的一个实施例中，在执行trim工艺时，也可以将被trim的电极膜层全部移除，然后执行再沉积工艺，从而可以形成类似于图9所示的结构。可以认为，在图9中，右侧谐振器的原先的电极膜层108被trim掉，而电极膜层103则是后期通过沉积而形成。
53.下面示例性说明第二种方法。
54.图3示意性示出了采用剥离工艺(lift-off)沉积而制得的底电极的厚度与谐振器的机电耦合系数的关系图。在图3中纵轴为50欧姆谐振器的机电耦合系数kt2，横坐标为利用lift-off工艺沉积的电极膜层的厚度。从图3可以看出，随着目标电极厚度中使用lift-off工艺沉积厚度的增加，其谐振器性能与直接沉积目标电极厚度的谐振器性能相当。
55.图7为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图4中的aa’线截得的体声波谐振器的截面示意图。就结构而言，图7所示的结构与图5所示的结构的区别在于，在图7中，两个谐振器100和200的电极膜层103的厚度相同，且仅在左侧的谐振器设置有电极膜层109，而在图5中，两个谐振器100和200的电极膜层103的厚度不同，且两个谐振器在电极膜层103上均设置有电极膜层108。
56.下面参照图8a-8g示例性说明制造图7所示的体声波谐振器的过程，图8a-8g所示的方法为第二种方法，即直接采用剥离工艺实现两个谐振器100和200的对应膜层的厚度存在不同。在图8a-8g所示的实施例中，两个谐振器100和200最终的底电极膜层的目标厚度分
别为和
57.如图8a所示，在基底101的上表面形成空腔，图8a中示出了两个空腔，然后在基底的上表面设置牺牲材料层，牺牲材料层填充该空腔，后面采用例如cmp(化学机械研磨)工艺将牺牲材料层磨平以形成如图8a所示的结构，留在空腔内的牺牲材料层构成牺牲层102。
58.如图8b所示，在图8a所示的结构的上表面沉积厚度为的底电极膜层103。
59.接着，如图8c所示，在图8b的结构的上表面旋涂负胶，以形成光刻胶110。
60.参见图8d，对光刻胶110曝光显影，左侧谐振器100对应位置的光刻胶被移除，而右侧谐振器200对应位置的光刻胶被保留，然后沉积厚度为的电极膜层109，电极膜层109覆盖了保留的光刻胶110以及底电极膜层103的对应于左侧谐振器的部分。
61.参见图8e，利用去胶液移除保留的光刻胶110，从而也移除了覆盖其的电极膜层109，最终如图8e所示，左侧谐振器100的底电极膜层103上还设置有电极膜层109，而右侧谐振器200的底电极膜层103上则没有电极膜层109，在图8e中，还执行了对底电极膜层的刻蚀工艺，以形成如图8e所示的底电极图案。
62.基于以上步骤，在第二种方法中，首先在底电极膜层103上方设置光刻胶110；然后将光刻胶110曝光和显影，以将所述光刻胶在对应于右侧谐振器的位置的部分留存而将所述光刻胶在对应于左侧谐振器的位置的部分移除；接着，在底电极膜层103的与左侧谐振器100和右侧谐振器200对应的位置同时沉积一层电极膜层109，对于右侧谐振器200，电极膜层109覆盖保留的光刻胶110；此后，移除留下的光刻胶以及覆盖其的电极膜层109。
63.之后，参见图8f-8g，执行后续的常规工艺，例如在图8f中，依次沉积压电膜层105、顶电极膜层106以及钝化层或工艺层107，在图8g中，对顶电极膜层106以及钝化层107图形化，以形成顶电极图案。
64.在图7中，覆盖底电极膜层103的电极膜层109通过lift-off工艺形成，但是本发明不限于此，可以使用lift-off工艺形成不同的底电极层结构，参见图9。图9为根据本发明的另外的示例性实施例的图4中的aa’线截得的体声波谐振器的截面示意图。
65.在图9中，左侧谐振器的底电极包括底电极膜层103以及电极膜层108，而右侧谐振器的底电极包括底电极膜层103，在图9中，电极膜层108处于底电极膜层103的下方。
66.在图9所示的结构中，左侧谐振器的电极膜层108采用lift-off工艺形成，其步骤可以包括：
67.在基底101上表面设置光刻胶110，接着，将光刻胶110曝光和显影，以将光刻胶110在对应于右侧谐振器的位置的部分留存而将所述光刻胶在对应于左侧谐振器的位置的部分移除，以上步骤与图8a-8d的不同在于，在形成底电极膜层之前先形成光刻胶；
68.在与两个谐振器对应的位置同时沉积电极膜层108；
69.移除所述留下的光刻胶110以及覆盖其的沉积膜层108。
70.后面的步骤可以与图8e-8g一致。
71.此外，第二种方法的lift-off工艺之后，还可以执行沉积工艺，图10中示出了这样形成的结构。图10为根据本发明的一个示例性实施例的沿图4中的aa’线截得的体声波谐振器的截面示意图。在图10中，左侧谐振器100的底电极包括底电极膜层103、电极膜层111以及电极膜层108，而右侧谐振器200的底电极包括底电极膜层103和电极膜层108。在图10所
示的结构中，电极膜层111通过lift-off工艺形成，而电极膜层108则通过沉积形成。
72.在上述的实施例中，以谐振器的底电极形成为例做了说明，不过，上述的第一种方法和第二种方法也可以适用于谐振器的其他膜层的制备，例如顶电极或工艺层或质量负载层等，或压电层。
73.需要指出的是，在本发明中的各个数值范围，除了明确指出不包含端点值之外，除了可以为端点值，还可以为各个数值范围的中值，这些均在本发明的保护范围之内。
74.如本领域技术人员能够理解的，体声波谐振器可以用于形成除了滤波器之外的其他半导体器件。
75.基于以上，本发明提出了如下技术方案：
76.1、一种体声波谐振器组件的制造方法，所述体声波谐振器组件包括设置在同一基底上的多个体声波谐振器，所述多个体声波谐振器包括第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器和第二谐振器具有不同频率，所述方法包括步骤：
77.对设置在基底上方的预定膜层的与第一谐振器对应的待修整部分执行修整；以及
78.在所述预定膜层的与第一谐振器和第二谐振器对应的位置同时沉积一层沉积膜层。
79.2、根据1所述的方法，其中：
80.对预定膜层的与第一谐振器对应的待修整部分执行修整，以减薄所述待修整部分而得到减薄膜层；
81.在所述减薄膜层以及所述预定膜层的与第二谐振器对应的位置同时沉积一层沉积膜层。
82.3、根据2所述的方法，其中：
83.所述预定膜层为第一谐振器和第二谐振器的底电极对应的电极膜层。
84.4、根据3所述的方法，包括：
85.在所述基底上沉积一层电极膜层；
86.在所述电极膜层上沉积刻蚀阻挡层；
87.将刻蚀阻挡层图形化，以在对应于所述第一谐振器的位置移除刻蚀阻挡层；
88.执行修整工艺，以减薄在对应于所述第一谐振器的位置的电极膜层而得到电极减薄膜层；
89.移除与第二谐振器对应的刻蚀阻挡层；
90.执行沉积工艺，在所述电极减薄膜层以及所述电极膜层的与第二谐振器对应的位置同时沉积一层电极额外膜层。
91.5、根据4所述的方法，其中：
92.所述电极额外膜层的厚度大于
93.6、根据1所述的方法，其中：
94.对预定膜层的与第一谐振器对应的待修整部分执行修整，以移除所述待修整部分；
95.在所述预定膜层的与第二谐振器对应的位置，以及被移除的所述待修整部分的位置同时沉积一层沉积膜层。
96.7、根据6所述的方法，其中：
97.所述预定膜层为第一谐振器和第二谐振器的底电极对应的电极膜层。
98.8、根据7所述的方法，包括：
99.在所述基底上沉积一层电极膜层；
100.在所述电极膜层上沉积刻蚀阻挡层；
101.将刻蚀阻挡层图形化，以在对应于所述第一谐振器的位置移除刻蚀阻挡层；
102.执行修整工艺，以移除所述电极膜层在对应于所述第一谐振器的位置的部分；
103.执行沉积工艺，在被移除的电极膜层的部分对应的位置以及所述电极膜层的与第二谐振器对应的位置同时沉积一层电极额外膜层。
104.9、一种体声波谐振器组件的制造方法，所述体声波谐振器组件包括设置在同一基底上的多个体声波谐振器，所述多个体声波谐振器包括第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器和第二谐振器具有不同频率，所述方法包括步骤：
105.在设置在基底上方的预定膜层上方设置光刻胶；
106.将光刻胶曝光和显影，以将所述光刻胶在对应于所述第一谐振器的位置的部分留存而将所述光刻胶在对应于所述第二谐振器的位置的部分移除；
107.移除与第二谐振器对应的刻蚀阻挡层；
108.在所述预定膜层的与第一谐振器和第二谐振器对应的位置同时沉积一层沉积膜层；
109.移除所述留下的光刻胶以及所述沉积膜层的处于所述留下的光刻胶上的部分。
110.10、根据9所述的方法，其中：
111.所述预定膜层为第一谐振器和第二谐振器的底电极对应的底电极膜层。
112.11、根据10所述的方法，包括步骤：
113.在所述基底上沉积一层底电极膜层；
114.在所述底电极膜层上方沉积光刻胶；
115.将光刻胶曝光和显影，以将所述光刻胶在对应于所述第一谐振器的位置的部分留存而将所述光刻胶在对应于所述第二谐振器的位置的部分移除；
116.在所述底电极膜层的与第一谐振器和第二谐振器对应的位置同时沉积一层沉积膜层；
117.移除所述留下的光刻胶以及所述底电极膜层的处于所述留下的光刻胶上的部分。
118.12、根据9-11中任一项所述的方法，还包括步骤：
119.在所述组件的预定膜层的与第一谐振器对应的部分，以及在所述第二谐振器所在位置的所述沉积膜层上同时沉积一层另外的沉积膜层。
120.13、一种体声波谐振器组件的制造方法，所述体声波谐振器组件包括设置在同一基底上的多个体声波谐振器，所述多个体声波谐振器包括第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器和第二谐振器具有不同频率，所述方法包括步骤：
121.在基底上表面或者基底上方的一预定膜层设置光刻胶；
122.将光刻胶曝光和显影，以将所述光刻胶在对应于所述第一谐振器的位置的部分留存而将所述光刻胶在对应于所述第二谐振器的位置的部分移除；
123.在与第一谐振器和第二谐振器对应的位置同时沉积一层沉积膜层；
124.移除所述留下的光刻胶以及所述沉积膜层的处于所述留下的光刻胶上的部分。
125.14、根据13所述的方法，还包括步骤：
126.在所述组件的与第一谐振器对应的部分，以及在所述第二谐振器所在位置的所述沉积膜层上同时沉积一层另外的沉积膜层。
127.15、根据14所述的方法，其中：
128.所述光刻胶的至少一部分设置在基底的上表面；
129.所述沉积膜层为第一底电极膜层，所述另外的沉积膜层为第二底电极膜层。
130.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。