專利名稱：薄膜整體聲共振器的制造技術(shù)
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造薄膜整體聲共振器(film bulk acousticresonator)(FBAR)的方法，更具體地，涉及一種制造氣隙型FBAR的方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于超高頻波段，使用電介質(zhì)共振器、金屬腔共振器和壓電薄膜共振器(FBAR)。這些共振器在小插入損耗、頻率特性或溫度穩(wěn)定性方面是出眾的。然而，它們過大，以致于不能在半導(dǎo)體襯底上被作成緊湊的、質(zhì)輕的集成電路。當(dāng)與電介質(zhì)共振器或金屬腔共振器相比時(shí)，F(xiàn)BAR可以制造成緊湊的并可在硅襯底或砷化鎵(GaAs)襯底上制備，并具有小的插入損耗。
使用電介質(zhì)共振器、金屬腔共振器和FBAR共振器的濾波器是移動(dòng)通訊系統(tǒng)所需的一種核心元件。濾波器制造技術(shù)對(duì)制造緊湊、質(zhì)輕和低能耗的移動(dòng)終端是必不可少的。
電介質(zhì)濾波器和表面聲波(SAW)濾波器最廣泛地用于移動(dòng)通訊的射頻(RF)。
電介質(zhì)濾波器用作家用移動(dòng)電話的900MHz濾波器和PCS的1.8-1.9GHz雙重濾波器。其特征在于高介電率、低插入損耗、高溫穩(wěn)定性、耐振動(dòng)性和抗沖擊性。然而，難以將小型電介質(zhì)濾波器制成單片微波集成電路(MMIC)。
SAW濾波器小于電介質(zhì)濾波器并易于處理信號(hào)，并具有電路簡(jiǎn)單和易于批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。另外，SAW不需要調(diào)整。然而，因?yàn)橹圃旃に嚨南拗?，難以制造在超高頻率(5GHz或更高)波段之上運(yùn)行的SAW濾波器。
FBAR濾波器區(qū)別于以上濾波器，因?yàn)樗梢苑浅］p和薄，并且易于借助半導(dǎo)體工藝批量生產(chǎn)，而且可以無任何限制地與RF有源元件結(jié)合。
FBAR濾波器是一種薄膜，在諸如ZnO或AlN的壓電材料用RF濺射方法沉積在硅(Si)襯底或GaAs上之后，通過壓電特性在該薄膜中形成空腔。
FBAR制造工藝包括隔膜型、布拉格反射層型和氣隙型。
在隔膜型制造方法中，作為FBAR隔膜的硅P+層用離子生長(zhǎng)方法沉積在硅上，硅襯底的相反側(cè)各向異性蝕刻，以形成蝕刻擋并形成蝕刻腔。因?yàn)楸巢课g刻以隔膜方法進(jìn)行，所以共振器可能劣化。
在布拉格反射層型制造方法中，具有大的聲阻抗差的材料每隔一層沉積在硅襯底上，形成布拉格反射，使得聲能可集中在電極層之間以產(chǎn)生共振。布拉格反射層型制造方法有缺陷，因?yàn)樗y以調(diào)整薄膜層的厚度，且如果厚度調(diào)節(jié)失敗，聲波可能因所接收的聲波的相位變化而減弱。
氣隙型FBAR制造方法是最新的技術(shù)，它被設(shè)計(jì)來克服這兩種方法的不足。在氣隙型FBAR制造方法中，使用了微加工技術(shù)，以在硅半導(dǎo)體襯底上形成犧牲層、制成氣隙并產(chǎn)生共振。根據(jù)氣隙型FBAR制造方法，氣隙防止了共振器的損失，且在制造過程中該加工較容易。
圖1A至1Q示出了制造現(xiàn)有氣隙型FBAR的步驟。
如圖1A所示，制備半導(dǎo)體襯底11。然后，如圖1B所示，光致抗蝕劑12涂覆在半導(dǎo)體襯底11上，掩膜放置在光致抗蝕劑12上，并曝光光致抗蝕劑。掩膜具有預(yù)定結(jié)構(gòu)，使得蝕刻部分如圖1C那樣形成在半導(dǎo)體襯底11上。
在顯影已曝光的光致抗蝕劑后，以電感耦合等離子體反應(yīng)離子蝕刻(ICPRIE)方法如圖1C那樣在半導(dǎo)體襯底上形成氣隙。然后，如圖1D所示，諸如多晶Si的犧牲層13疊置在半導(dǎo)體襯底11上。犧牲層13以化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)平坦化工藝平坦，如圖1E所示。當(dāng)壓電材料層15是AlN時(shí)，犧牲層13是ZnO。在壓電材料層15是ZnO時(shí)，犧牲層13是多晶Si。
參照?qǐng)D1F，下電極15疊置在包括犧牲層的半導(dǎo)體襯底11上。進(jìn)行光工藝以構(gòu)圖疊置的下電極，如圖1G所示。圖1H示出了通過光工藝形成的下電極15。
圖1L示出了在下電極15上沉積壓電材料層17的工藝。壓電材料層17通過光工藝構(gòu)圖，如圖1J所示。圖1K示出了構(gòu)圖后的壓電材料層17。
上電極19疊置在壓電材料層17上。然后，如圖1L和1M所示那樣進(jìn)行光工藝和構(gòu)圖。圖1N顯示了作為光工藝和構(gòu)圖的結(jié)果而形成的上電極19的構(gòu)圖。犧牲層依然包括在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。
圖1O顯示了形成穿過上電極19、壓電材料層17和下電極15的孔10a以去除犧牲層的步驟。圖1P顯示了通過注入諸如KOH的蝕刻劑16到孔10a內(nèi)而去除犧牲層13的步驟。犧牲層可以用等離子體濕法蝕刻或干法蝕刻。
圖1Q顯示了在以上過程中制造的氣隙型FBAR。
現(xiàn)有氣隙型FBAR的制造需要上述復(fù)雜的17個(gè)步驟。另外，在現(xiàn)有氣隙型FBAR制造方法中，在半導(dǎo)體襯底被蝕刻后，蝕刻部分需要用犧牲層填充。于是，如果蝕刻部分很深，則將花費(fèi)大量時(shí)間來制造犧牲層，且難以形成深的氣隙。
此外，使?fàn)奚鼘悠教够念~外工序是必要的，這導(dǎo)致了長(zhǎng)的復(fù)雜制造工藝，且難以如所需那樣精確地平坦化犧牲層。
尤其是，在去除犧牲層的步驟中，制造FBAR的薄膜可能被蝕刻，或者犧牲層蝕刻之后氣隙內(nèi)殘余的廢液導(dǎo)致FBAR的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種薄膜整體聲共振器(FBAR)的制造方法，用以通過在簡(jiǎn)化的制造過程中以低成本制造不具有頻率選擇性的氣隙來提高FBAR的性能。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，提供一種氣隙型薄膜整體聲共振器(FBAR)的制造方法。該方法包括(a)在半導(dǎo)體襯底上沉積并構(gòu)圖下電極；(b)在下電極上沉積并構(gòu)圖壓電材料層；(c)在壓電材料層上沉積并構(gòu)圖上電極；(d)形成穿過上電極、壓電材料層和下電極的孔；以及(e)將氟化物注入到孔中，使得可以在半導(dǎo)體襯底上形成氣隙，并且非等離子體蝕刻半導(dǎo)體襯底。
步驟(e)還包括在氟化物與半導(dǎo)體襯底反應(yīng)前蒸發(fā)氟化物。步驟(e)還包括對(duì)作為與氟化物反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生的材料進(jìn)行真空抽吸。
優(yōu)選的是，非等離子體蝕刻為化學(xué)干法蝕刻。
氟化物為XeF2。
優(yōu)選的是，氣隙的寬度是從上電極與半導(dǎo)體襯底交匯的最外點(diǎn)到下電極與半導(dǎo)體襯底交匯的最外點(diǎn)的距離。
優(yōu)選的是，氣隙的深度為氣隙寬度的一半。
在氣隙型FBAR制造方法中，本發(fā)明簡(jiǎn)化了制造工序，并減少了制造工藝所花費(fèi)的時(shí)間和成本。使用氟化物的非等離子體蝕刻方法可形成不具有頻率選擇性的氣隙。于是，因?yàn)镕BAR具有氣隙，該氣隙具有取決于射頻(RF)振動(dòng)數(shù)目的多種寬度和深度，所以采用FBAR的通訊系統(tǒng)的性能可以提高。


通過參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的以上目的和優(yōu)點(diǎn)將更加清晰，其中圖1A至1Q顯示制造現(xiàn)有氣隙型薄膜整體聲共振器(FBAR)的方法；圖2A至2L顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例制造FBAR的方法；圖3是顯示采用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FBAR的濾波器的頂視圖；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造FBAR的設(shè)備；圖5是顯示利用用作掩膜的光致抗蝕劑以非等離子體蝕刻方法在半導(dǎo)體襯底上形成的氣隙的照片；以及圖6是顯示以非等離子體蝕刻方法在半導(dǎo)體襯底上形成的氣隙的照片，其中，二氧化硅層利用用作掩膜的光致抗蝕劑沉積。
具體實(shí)施例方式
通過參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明將得以詳細(xì)說明。附圖中，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示相同的元件。
圖2A至2L顯示用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造氣隙型FBAR的方法。
為了制造FBAR，諸如硅或砷化鎵(GaAs)的半導(dǎo)體襯底21如圖2A所示那樣制備。諸如Al的導(dǎo)電電極疊置在半導(dǎo)體襯底21上以形成下電極23，如圖2B所示。下電極通過光工藝構(gòu)圖，如圖2所示。在光工藝中，光致抗蝕劑22涂覆在下電極23上，并且在光致抗蝕劑22上放置所需構(gòu)圖結(jié)構(gòu)的掩膜。然后，進(jìn)行曝光和顯影。
圖2D示出通過光工藝構(gòu)圖的下電極23。如圖2E、2F和2G所示，在壓電材料層25上進(jìn)行同樣的光工藝。
如圖2H、2I和2J所示，在上電極25上進(jìn)行相同的光工藝。
圖2K顯示形成孔20a的步驟，該孔穿過通過光工藝形成的上電極27、壓電材料層25和下電極23。圖2L顯示通過將諸如XeF2的氟化物注入到孔20a內(nèi)而蝕刻半導(dǎo)體襯底21的步驟。
圖2L顯示非等離子體蝕刻方法，該方法利用氟化物和化學(xué)方程1的化學(xué)反應(yīng)。氟化物呈氣態(tài)。

圖3是顯示采用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FBAR的濾波器的頂視圖。參照?qǐng)D3，壓電材料層25制備在下電極23和上電極27之間，這些電極分別連接至接觸焊點(diǎn)32和34。與SAW濾波器不同，F(xiàn)BAR濾波器取代表面波而使用了厚度波。
圖4示出用于制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FBAR的設(shè)備。參照?qǐng)D4，源室41與泵50和膨脹室43相連。膨脹室43與泵60和蝕刻室45相連。蝕刻室45與泵60和傳輸室47相連。傳輸室47連接泵50。連接點(diǎn)具有閥51至56。
為了制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣隙型FBAR，在源室41內(nèi)準(zhǔn)備固體氟化物(XeF2)，并將壓力減至4乇或更低。該室中的溫度為常溫。該室中的壓力減小至4乇或更低，以將固體氟化物升華成蒸汽。在此情形下，壓力需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使得可以產(chǎn)生所需的氣體氟化物。當(dāng)閥51關(guān)閉時(shí)，閥52開啟，泵50借助真空抽吸將源室內(nèi)的壓力降低，并將固體氟化物升華成蒸汽。
然后，閥51和54開啟，閥52關(guān)閉。泵60運(yùn)行，以將室41內(nèi)的蒸汽氟化物傳輸至膨脹室43。在此過程中，膨脹室43被蒸汽氟化物填充。在該室中填充了適量的氟化物后，閥53和55開啟，閥51和54關(guān)閉。然后，泵60運(yùn)轉(zhuǎn)，將膨脹室43內(nèi)的蒸汽氟化物傳輸至蝕刻室45。
蝕刻室45具有其上形成了上電極、下電極和壓電材料層的半導(dǎo)體襯底(未示出)。半導(dǎo)體襯底與注入到蝕刻室45內(nèi)的蒸汽氟化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并被蝕刻。氟化物的注入量應(yīng)當(dāng)根據(jù)所要在半導(dǎo)體襯底上形成的氣隙的尺寸調(diào)整。氟化物的注入量依靠通過泵60降低的室壓與閥53和55的開啟/關(guān)閉時(shí)間來調(diào)節(jié)，該泵進(jìn)行真空抽吸。膨脹室43內(nèi)的壓力被調(diào)節(jié)至約4乇，且蝕刻室45的壓力被調(diào)節(jié)至約20mtorr。
當(dāng)所需尺寸的氣隙在蝕刻室45中在半導(dǎo)體襯底上形成后，閥55開啟且閥53關(guān)閉。然后，泵60運(yùn)轉(zhuǎn)，以釋放殘存的蒸汽氟化物。
經(jīng)過蝕刻工藝的FBAR被傳送至傳輸室47。
圖5和6是顯示氣隙的照片，該氣隙使用利用氟化物的非等離子體蝕刻方法在半導(dǎo)體襯底上形成。參照?qǐng)D5，當(dāng)將光致抗蝕劑用作掩膜時(shí)，在光致抗蝕劑的下側(cè)形成半球形氣隙。此時(shí)，光致抗蝕劑未受到任何損傷，且在半導(dǎo)體襯底上形成所需的半球形氣隙。即，與現(xiàn)有的氣隙型FBAR制造方法相比，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣隙型FBAR制造方法未對(duì)下電極造成任何損傷。
圖6是顯示在半導(dǎo)體襯底上用非等離子體蝕刻方法形成的氣隙的照片，其中，二氧化硅層通過用作掩膜的光致抗蝕劑沉積。參照?qǐng)D6，二氧化硅層沉積在半導(dǎo)體襯底上，光致抗蝕劑涂覆在二氧化硅層上。然后，進(jìn)行非等離子體蝕刻，所需的半球形氣隙形成在二氧化硅層的下側(cè)。
因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣隙型FBAR制造方法不需要犧牲層，所以制造工藝被簡(jiǎn)化，且下電極具有高的粘接功和低的電阻。結(jié)果，連接至FBAR的芯片的品質(zhì)因數(shù)(Q)提高。
另外，根據(jù)本發(fā)明的氣隙型FBAR制造方法，氣隙通過使用氟化物的非等離子體蝕刻形成，該氣隙不具有使用選擇性。于是，氣隙尺寸可根據(jù)頻率改變，且下電極不受損傷。
另外，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣隙型FBAR制造方法使用了蒸汽，所以不需要額外的清潔工序或干燥工序，且不殘存蝕刻劑，缺陷可減至最少。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的氣隙型FBAR制造方法簡(jiǎn)化了制造工藝，且大大降低了制造時(shí)間。氣隙用利用氟化物的非等離子體蝕刻形成，該氣隙不具有使用選擇性。于是，下電極具有高粘接功和低的電阻，且FBAR的性能能提高。
權(quán)利要求
1.一種氣隙型薄膜整體聲共振器的制造方法，該方法包括(a)在半導(dǎo)體襯底上沉積并構(gòu)圖下電極；(b)在下電極上沉積并構(gòu)圖壓電材料層；(c)在壓電材料層上沉積并構(gòu)圖上電極；(d)形成穿過上電極、壓電材料層和下電極的孔；以及(e)將氟化物注入到孔中，使得可以在半導(dǎo)體襯底上形成氣隙，并且非等離子體蝕刻半導(dǎo)體襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(e)還包括在氟化物與半導(dǎo)體襯底反應(yīng)前蒸發(fā)固體氟化物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，步驟(e)還包括對(duì)作為與氟化物反應(yīng)的結(jié)果而產(chǎn)生的材料進(jìn)行真空抽吸。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，非等離子體蝕刻為化學(xué)干法蝕刻。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中，氟化物為XeF2。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，氣隙的寬度是從上電極與半導(dǎo)體襯底交匯的最外點(diǎn)到下電極與半導(dǎo)體襯底交匯的最外點(diǎn)的距離。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，氣隙深度為氣隙寬度的一半。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造氣隙型薄膜整體聲共振器(FBAR)的方法。該FBAR制造方法包括(a)在半導(dǎo)體襯底上沉積并構(gòu)圖下電極；(b)在下電極上沉積并構(gòu)圖壓電材料層；(c)在壓電材料層上沉積并構(gòu)圖上電極；(d)形成穿過上電極、壓電材料層和下電極的孔；以及(e)將氟化物注入到孔中，使得可以在半導(dǎo)體襯底上形成氣隙，并且非等離子體蝕刻半導(dǎo)體襯底。因?yàn)镕BAR制造方法在制造過程中不包括形成并去除犧牲層，所以制造工藝被簡(jiǎn)化。此外，不具有頻率選擇性的氣隙可以形成，且FBAR的性能可以提高。
文檔編號(hào)H01L41/08GK1419387SQ02118470
公開日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月13日
發(fā)明者徐五權(quán), 全燦鳳, 樸萬金 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社