一种空气隙薄膜体声波滤波器及其制备方法与流程

1.本发明涉及滤波器技术领域，特别涉及一种空气隙薄膜体声波滤波器及其制备方法。


背景技术：

2.随着5g技术的日益普及，射频通信技术面临着更高频率、更大的相对带宽以及更高功率的挑战；这就对滤波器的性能有着越来越高的要求。
3.常规空气隙薄膜体声波滤波器为了得到需要的不同谐振器的谐振频率，需要在特定的谐振器上额外再沉积一层质量负载层。根据设计不同该质量负载层的厚度以及需要的质量负载层数量不一。该质量负载层的图形化过程为：镀膜-光刻-刻蚀-去胶，或者光刻-镀膜-剥离。沉积的这层质量负载往往厚度较小(约几十纳米，甚至更小)，对镀膜的要求较高，增加了工艺难度，同时对质量负载的精确测量也是一个大的考验。台阶仪或者电阻法无法准确的测量纳米量级，需要价格高昂的声速测量设备，如rudolph。因此现有技术无法低成本、精确地测量负载层的厚度，导致调频效果差，产品质量无法把控。


技术实现要素：

4.针对现有技术调频成本高效果差的问题，本发明提供了一种空气隙薄膜体声波滤波器及其制备方法，在压电层沉积完后对不同的谐振器进行对应的调频或保护层沉积完(或图形化)后对不同的谐振器进行对应的调频，能够降低对测量设备的要求，进而降低成本，便于精准调频。
5.以下是本发明的技术方案。
6.一种空气隙薄膜体声波滤波器的制备方法，包括以下步骤：s1：在衬底的上表面制作空腔；s2：在空腔内沉积牺牲层，并将牺牲层磨平至与空腔上表面持平；s3：在衬底及牺牲层上依次沉积种子层和下电极，并对下电极进行图形化；s4：在图形化后的下电极上沉积压电层；s5：采用离子束轰击的方式削减压电层厚度进行调频，并沉积上电极；或，沉积上电极和保护层，并采用离子束轰击的方式削减保护层厚度进行调频。
7.本发明通过对不同谐振器的压电层或保护层进行不同程度的离子束轰击来削减膜层厚度，以获得需要的谐振频率，采用离子束轰击的方式，通过对输出功率的选择、扫描参数的设置对谐振器功能区进行削减可以将误差控制在1nm以内，调频过程成本大幅降低，且精确度较高。
8.作为优选，所述采用离子束轰击的方式削减压电层厚度进行调频，并沉积上电极，包括：a1：光刻出需要削减厚度的谐振器区域，采用离子束轰击的方式削减对应的压电层厚度，最后再将光刻胶去除，根据调频需求重复步骤a1；
a2：在图形化的压电层上沉积上电极。
9.作为优选，所述沉积上电极和保护层，并采用离子束轰击的方式削减保护层厚度进行调频，包括：b1：沉积上电极和保护层；b2：光刻出需要削减厚度的谐振器区域，采用离子束轰击的方式削减对应的保护层厚度，最后再将光刻胶去除，根据调频需求重复步骤b2。
10.作为优选，所述保护层的材料为：氮化铝或氮化硅或二氧化硅。
11.作为优选，所述衬底材料为：硅或碳化硅或氮化镓或氧化铝或金刚石。
12.作为优选，所述压电层的压电材料包括氮化铝。
13.一般用作质量负载层的钼(mo)是不透光的，且台阶仪和电阻法测量膜厚时在纳米量级无法准确测量，需要价格昂贵的声学测厚设备，如rudolph。因为氮化铝(aln)是透光的，采用氮化铝削减方式调频，削减前后的膜厚用椭偏仪即可测量。从而降低的产线的前期投入及后期的维护保养费用。
14.aln的声速远高于mo，所以相同厚度情况下频率对aln的变化量敏感度小(wifi频段1nm的mo引起的频率变化量＞2nm的aln引起的频率变化量)。当需要的质量负载较小时，通过沉积mo的方式来调频将对镀膜工艺有着极高的要求，且镀膜的稳定性也不可靠；此时通过削减压电层或保护层的方式来调频就可靠的多。
15.采用离子束轰击的方式可以将aln的去除量控制在1nm(即10埃)以内；此时实际频率与设计的目标频率的差小于1mhz，就会给设计带来更大的空间(不会出现设计得出，生产不出来的情况)。
16.采用离子束轰击的方式只需光刻胶作为掩膜，无需额外沉积掩膜材料，且无需对aln进行氧化等处理，大大简化的调频工序。
17.作为优选，所述上电极和下电极的电极材料为：铝或钼或钨。
18.作为优选，采用离子束轰击的方式削减压电层厚度进行调频时，如果调至最终目标频率需要削减的压电层厚度大于上电极厚度的一半，则在当前频率和最终目标频率之间重新选择一个阶段性目标频率，且调至该阶段性目标频率所需要削减的压电层厚度小于上电极厚度的一半，并以阶段性目标频率为目标进行调频，其中上电极厚度在设计时已确定。
19.作为优选，阶段性目标频率的调频任务完成后，沉积上电极和保护层，并采用离子束轰击的方式削减保护层厚度以继续调频，直到调至最终目标频率。
20.当需要的质量负载差异较大时，如有的谐振器需要削减的压电层厚度较大时，削减压电层造成的台阶过大会影响上电极的生长，破坏谐振器之间的电气连接；因此需要以组合的方式进行调频，即先削减压电层，再削减保护层，从而达到调频所要的结果。
21.一种空气隙薄膜体声波滤波器，使用上述的一种空气隙薄膜体声波滤波器的制备方法得到。
22.本发明的实质性效果包括：通过对不同谐振器的压电层或保护层进行不同程度的离子束轰击来削减膜层厚度，以获得需要的谐振频率，能够降低对测量设备的要求，进而降低成本，便于精准调频。
23.采用离子束轰击的方式，通过对输出功率的选择、扫描参数的设置对谐振器功能区进行削减可以将误差控制在1nm以内，调频过程成本大幅降低，且精确度较高；
采用氮化铝作为压电层，可以降低工艺要求和成本，可以简化调频工序；同时利用削减压电层和削减保护层的组合调频方式，可以大幅增加调频步骤的谐振频率可选范围，能够出现避免因单层厚度过小导致影响整体结构的问题。
附图说明
24.图1是本发明实施例的一种制备过程中步骤s1的工序示意图；图2是本发明实施例的一种制备过程中步骤s2的工序示意图；图3是本发明实施例的一种制备过程中步骤s3的工序示意图；图4是本发明实施例的一种制备过程中步骤s4的工序示意图；图5是本发明实施例的一种制备过程中步骤a1和a2的工序示意图；图6是本发明实施例的另一种制备过程中步骤b1和b2的工序示意图；包括：1-衬底、2-空腔、3-牺牲层、4-种子层、5-下电极、6-压电层、7-上电极、8-保护层。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
27.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
28.应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
29.下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
30.实施例1：一种空气隙薄膜体声波滤波器的制备方法，制备过程中随着工艺的进行，滤波器的结构变化如图1-图5所示，由于滤波器通常含有多个谐振器，本实施例只选取了三个谐振器相连作为代表。本制备方法包括以下步骤：s1：如图1所示，在衬底1的表面制作空腔2。其中衬底材料为半导体，选择范围包括：硅或碳化硅或氮化镓或氧化铝或金刚石，本实施例采用碳化硅。
31.s2：如图2所示，在衬底及空腔上沉积牺牲层3，并用cmp工艺将台阶磨平。
32.s3：如图3所示，在衬底及牺牲层上沉积种子层4和下电极5，并对下电极进行图形化。
33.s4：如图4所示，沉积压电层6。本实施例压电层的压电材料采用氮化铝。一般用作质量负载层的钼(mo)是不透光的，且台阶仪和电阻法测量膜厚时在纳米量级无法准确测量，需要价格昂贵的声学测厚设备，如rudolph。因为氮化铝(aln)是透光的，采用氮化铝削减方式调频，削减前后的膜厚用椭偏仪即可测量。从而降低的产线的前期投入及后期的维护保养费用。
34.aln的声速远高于mo，所以相同厚度情况下频率对aln的变化量敏感度小(wifi频段1nm的mo引起的频率变化量＞2nm的aln引起的频率变化量)。当需要的质量负载较小时，通过沉积mo的方式来调频将对镀膜工艺有着极高的要求，且镀膜的稳定性也不可靠；此时通过削减压电层或保护层的方式来调频就可靠的多。
35.s5：如图5所示，光刻出需要削减相同厚度的谐振器区域，再用离子轰击设备削减对应的压电层厚度，最后再将光刻胶去除，并在图形化的压电层上沉积上电极7。后续工艺不是本发明的重点，不作赘述。
36.采用离子束轰击的方式可以将aln的去除量控制在1nm(即10埃)以内；此时实际频率与设计的目标频率的差小于1mhz，就会给设计带来更大的空间(不会出现设计得出，生产不出来的情况)。
37.采用离子束轰击的方式只需光刻胶作为掩膜，无需额外沉积掩膜材料，且无需对aln进行氧化等处理，大大简化的调频工序。
38.其中，本实施例的上电极和下电极的电极材料的选择范围包括：铝或钼或钨，本实施例采用铝。
39.通过上述制备方法，可以得到实施例1对应的一种空气隙薄膜体声波滤波器。
40.本实施例通过对不同谐振器的压电层进行不同程度的离子束轰击来削减膜层厚度，以获得需要的谐振频率，采用离子束轰击的方式，通过对输出功率的选择、扫描参数的设置对谐振器功能区进行削减可以将误差控制在1nm以内，调频过程成本大幅降低，且精确度较高。
41.实施例2：本实施例的步骤s1-s4与实施例1一致，区别在于步骤s5。
42.如图6所示，实施例2的步骤s5包括：沉积上电极和保护层；光刻出需要削减厚度的谐振器区域，采用离子束轰击的方式削减对应的保护层厚度，最后再将光刻胶去除，根据调频需求重复此步骤。
43.其中，本实施例中保护层的材料选择范围包括：氮化铝或氮化硅或二氧化硅，本实施例采用氮化铝。
44.通过上述制备方法，可以得到实施例2对应的一种空气隙薄膜体声波滤波器。
45.实施例3：本实施例的步骤s1-s4与实施例1一致，区别在于步骤s5。
46.本实施例的步骤s5在采用离子束轰击的方式削减压电层厚度进行调频时，如果调至最终目标频率需要削减的压电层厚度大于上电极厚度的一半，则在当前频率和最终目标
频率之间重新选择一个阶段性目标频率，且调至该阶段性目标频率所需要削减的压电层厚度小于上电极厚度的一半，并以阶段性目标频率为目标进行调频；阶段性目标频率的调频任务完成后，沉积上电极和保护层，并采用离子束轰击的方式削减保护层厚度以继续调频，直到调至最终目标频率。
47.当需要的质量负载差异较大时，如有的谐振器需要削减的压电层厚度较大时，削减压电层造成的台阶过大会影响上电极的生长，破坏谐振器之间的电气连接；因此需要以组合的方式进行调频，即先削减压电层，再削减保护层，从而达到调频所要的结果。
48.通过上述制备方法，可以得到实施例3对应的一种空气隙薄膜体声波滤波器。
49.上述实施例的实质性效果包括：通过对不同谐振器的压电层或保护层进行不同程度的离子束轰击来削减膜层厚度，以获得需要的谐振频率，采用离子束轰击的方式，通过对输出功率的选择、扫描参数的设置对谐振器功能区进行削减可以将误差控制在1nm以内，调频过程成本大幅降低，且精确度较高；同时采用氮化铝作为压电层，可以降低工艺要求和成本，可以简化调频工序。
50.通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
51.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。以上内容，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。