[發明專利]優化FBAR空腔平坦化缺陷的方法及空腔型FBAR和應用

在審

• 申請號: 202111483158.5
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114421909A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 董樹榮;龐正基;軒偉鵬;金浩;駱季奎;劉剛;劉舒婷;鐘高峰;鄒錦林
• 申請（專利權）人: 浙江大學杭州國際科創中心
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/17;H01L41/29;H01L41/314
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種優化FBAR空腔平坦化工藝缺陷的方法，包括：基底表面具有空腔，在所述空腔內沉積犧牲層；平坦化犧牲層以使得所述犧牲層表面碟形坑為正值得到平坦化器件；將平坦化器件加熱至1000℃?1200℃退火30min?60min得到熱處理器件；在熱處理器件表面濺射一層TaN，利用化學機械拋光法拋光TaN層至基底表面得到第二平坦化器件；在所述第二平坦化器件表面沉積壓電振蕩堆和金屬pad層，去除犧牲層得到空腔型FBAR。該方法能夠使得FBAR諧振器具有較為電極穩定的結構，較高Q值。本發明還公開了采用該方法制備的FBAR諧振器，以及該FBAR諧振器在制備圓晶片上的應用。

技術領域

本發明屬于半導體制作技術領域，具體涉及一種優化FBAR空腔平坦化工藝缺陷的方法及空腔型FBAR和應用。

背景技術

伴隨著5G移動通訊技術的快速發展，特別是手機端和各種收發設備數量的快速增加，高頻段諧振器和濾波器的市場需求越來越大。傳統的微波陶瓷諧振器和聲表面波諧振器雖然技術相對成熟，商業化較早，在比如低諧振頻率濾波器、傳感器等領域應用廣泛，但原理上已經限制了其在高頻領域的應用。另外其功耗等性能也遠不能滿足現在逐漸微型化，超高集成的終端設備需求。薄膜體聲波諧振器(FBAR)與陶瓷和聲表面波諧振器相比具有體積小、諧振頻率高、功率損耗低、品質因子(Q)高、功率容量大等優點，因此在相關領域尤其是高頻通訊濾波器收發功能方面有著廣闊的應用和發展前景，成為工業界和學術界的研究熱門。

現在主流的FBAR結構主要有三種：背刻蝕型、空氣隙型和固態裝配型。從性能角度上講前兩種以空氣作為聲阻抗材料的結構獲得的Q值最好。從工藝穩定性，復雜性和成品率以及成本的角度，背刻蝕由于大量移除襯底而使器件牢固度下降；固態裝配需制備多層膜，工藝繁瑣復雜，成本較高。因此從性能和工藝角度出發，空氣隙型結構得到業界普遍認可，也是商業化應用較常見的結構。

實際的空腔型FBAR的制造工藝中會涉及：1、空腔的制造；2、犧牲層的填充；3、犧牲層磨平；4、表面制造電極和后續工藝；5、犧牲層的釋放。前三部的表面平整性控制會決定后面器件性能的好壞。而實際的化學機械拋光(CMP)工藝會因為空腔內部和硅襯底去除率的差異產生如圖1b所示的碟形坑(Dishing)截面，和因為邊緣化學腐蝕而產生的犬牙缺陷(Fang defect)，截面如圖1a，和如圖1c所示，為腐蝕坑缺陷(Erosion)。碟形坑(Dishing)的大小可以通過調節研磨液(slurry)的PH和磨料濃度或優化化學修正(buff)時間來控制。Fang defect則相對來說在業界普遍較難解決。Fang defect會導致空腔邊緣處有臺階，如圖2所示，顯微鏡下，器件平面圖的黑邊為的Fang defect。

因此亟需研發一種工藝，在FBAR的制造過程中減少Fang defect和Dishing，防止上述缺陷影響下電極成膜的平整性而損失器件Q值，甚至在犧牲層釋放后因為電極結構的不穩定而塌陷。

發明內容

本發明提供了一種優化FBAR空腔平坦化工藝缺陷的方法，該方法能夠使得FBAR諧振器具有較少的Fang defect和Dishing缺陷，達到電極結構穩定，較高Q值的目的。

一種優化FBAR空腔平坦化工藝缺陷的方法，包括：

提供基底，所述基底內具有空腔，在所述空腔內沉積犧牲層；

利用化學機械拋光法，平坦化犧牲層使得所述犧牲層表面碟形坑值為正值以得到第一平坦化器件；

將第一平坦化器件進行熱處理得到熱處理器件，所述熱處理工藝為：加熱至1000℃-1200℃退火30min-60min；

在熱處理器件表面濺射一層惰性合金層，利用化學機械拋光法拋光惰性合金層至基底表面得到第二平坦化器件；在所述第二平坦化器件表面沉積壓電振蕩堆和金屬pad層，然后去除犧牲層得到空腔型FBAR。