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用依赖晶体取向的各向异性蚀刻在硅<110>片上进行薄膜体声谐振器的制作制造技术

技术编号:3406326 阅读:252 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
在基底上形成的薄膜体声谐振器包括压电材料层,它具有夹在第一导电和第二导电层间的第一主表面和第二主表面。在其上形成薄膜体声谐振器的基底中有一个开口,该开口露出薄膜体声谐振器的第一导电层。开口基本上是平行四边形形状,具有第一对平行边和第二对平行边。第一对平行边之一与第二对平行边之一构成不是90度的角。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及形成薄膜体声谐振器(“FBAR”)结构。更明确地说,本专利技术涉及形成薄膜体声谐振器结构的方法。
技术介绍
在某些情况下,希望提供射频前端滤波器。过去,已经使用陶瓷滤波器和SAW滤波器作为前端射频滤波器。SAW滤波器有些问题,即这种滤波器在2.4千兆赫(GHz)以上开始具有额外插入损耗。陶瓷滤波器尺寸大,因而随着频率增长,制作难度增加。在图1中示意性地示出基本FBAR设备100。FBAR设备100在基底110的水平平面上形成。第一金属层120放置在基底110上,然后压电层130放置在金属层120上。压电层可以是ZnO、AIN、PZT、任何其它压电材料。第二金属层122放置在压电层130之上。第一金属层120用作第一电极120,而第二金属层122用作第二电极122。第一电极120、压电层130和第二电极122形成堆叠140。基底110在堆叠140之后或之下的一部分用后部块硅蚀刻除去。更普通地,后部块硅蚀刻可用两种方法之一完成—或者使用深沟反应离子蚀刻(“DRIE”)或者使用依赖结晶取向的蚀刻(“CODE”),诸如KOH、TMAH和EDP。示于图1中的FBAR设备用DRIE形成。得到的结构是夹在位于基底中开口150上方的第一电极120和第二电极122之间的水平放置的压电层130。FBAR是悬挂在水平基底中开口150上方的薄膜设备。开口150的侧壁基本上垂直于压电层130。用DRIE形成FBAR存在相关的问题。主要问题之一是用DRIE形成FBAR不利于大量生产。DRIE处理过程是单片处理过程且典型的蚀刻速度是4到10μm/分钟。用DRIE的制造产量低,因为该过程一次只能在一个晶片上实施,而且因为蚀刻速度很低。这导致了昂贵的FBAR。图2示意性地示出另一个基本FBAR设备200。FBAR设备200在由块(100)硅片制成的基底110的水平平面上形成。第一金属层120放置在基底110上,然后压电层130放置在金属层120上。压电层可以是ZnO、AIN、PZT或任何其它压电材料。第二金属层122放置在压电层130之上。第一金属层120用作第一电极120,而第二金属层122用作第二电极122。第一电极120、压电层130和第二电极122形成堆叠140。基底110在堆叠140之后或之下的一部分用使用CODE(诸如KOH、TMAH和EDP)的后部块硅蚀刻来除去。后部块硅蚀刻在基底110中产生了开口250。使用CODE的蚀刻导致了斜侧壁,诸如斜侧壁251和斜侧壁252。尽管使用CODE具有较高的制造产量,但得到的斜侧壁,诸如251、252,增加了生产FBAR设备所需的间隔量。换句话说,每晶片生产的设备数量剧烈下降。例如,200μm正方形(尺寸L=200μm)的FBAR每边要有额外的300μm(尺寸S=300μm)专用于开口250的侧壁。每个FBAR设备在基底上的面积将是640,000平方μm。而直侧壁所用的晶片面积是40,000平方μm。这样,用CODE过程所形成的FBAR设备的密度大约是具有斜侧壁251、252的FBAR设备密度的1/16。使用CODE过程能得到更高的产量,但大大降低了每个晶片上能够形成的设备数量。这样,存在对FBAR设备和生产FBAR设备的方法的需求,该设备和方法适合于提高制造产量,而且每晶片的设备数量高。还存在对低成本FBAR设备的需求。还需要能够可靠地制造的FBAR设备。还需要制造具有良好、可靠性能特征的FBAR设备的方法。附图说明所附权利要求书详细指出本专利技术。然而,通过参考详细说明并结合附图考虑,可得到本专利技术的更完整的理解,在全部附图中,相同的参考号指相似的项目图1示出第一
技术介绍
的薄膜体声谐振器的横断面视图。图2示出第
技术介绍
的薄膜体声谐振器的横断面视图。图3示出硅晶胞的透视图。图4示出硅晶胞的(101)平面、(111)平面和(112)平面。图5示出(110)平面和与(110)平面相关的<110>向量。图6示出垂直于Si<110>片的(110)表面的四个(111)平面之间的关系。图7A示出在低张应力材料(SiN或SiO2)已沉积在晶片的顶部和底部之后(110)硅片的横断面视图。图7B示出在用于底部电极的金属已溅射在主表面之一上后(110)硅片的横断面视图。图7C示出在用于底部电极的金属已形成图样后(110)硅片的横断面视图。图7D示出在压电材料已溅射在用于底部电极的已形成图样的金属上后(110)硅片的横断面视图。图7E示出在压电材料已形成图样之后(110)硅片的横断面视图。图7F示出在用于顶部电极的金属已溅射和形成图样之后(110)硅片的横断面视图。图7G示出在低张应力材料(SiN或SiO2)中形成一个开口之后(110)硅片的横断面视图。图7H示出在施加依赖晶体取向的蚀刻之后(110)硅片的横断面视图。图7I示出关联于硅晶胞的(110)平面的<110>向量和关联于(111)平面的<111>向量。图8A示出一个电极的顶视图,它覆盖硅基底电极上的薄膜体声谐振器的第一图8B示出<110>硅上通过依赖晶体取向的蚀刻制成的薄膜体声谐振器的前视图。图9A示出一个电极的顶视图,它覆盖硅基底上的薄膜体声谐振器的第二实施例的压电部分。图9B示出<110>硅上通过依赖晶体取向的蚀刻制成的薄膜体声谐振器的前视图。图10示出薄膜体声谐振器电路的示意图。这里陈述的说明示出了本专利技术的各种实施例,但这样的说明并非旨在解释成任何方式的限制。详细说明图3示出硅晶胞300的透视图。晶体中的原子将它们自己排列在称为晶胞的结构中的特定点处。晶胞是晶体中的第一层组织。在晶体中所有地方都重复晶胞结构。图3示出硅的晶胞。如图3所示,硅晶胞包括排列成金刚石结构的16个原子。当形成薄膜体声谐振器时,硅片用作基底材料。硅片有特定晶体取向。原始硅片的特定晶体取向是指定的。换句话说,可用不同角度从晶体切割晶片,每个角度表示一个不同平面。这些穿过晶体的每一切片都穿透每个晶胞,且因此露出每个胞内的特定平面。每个平面在原子数和原子间结合能上都是唯一不同的。这些不同导致与每个平面相关的不同的化学、电学和物理性质。平面可通过称为密勒指数(Miller Indices)的一系列数来标识。密勒指数标识晶体中特定平面的位置。在特定晶体中的原子层或沿其排列原子的平面称为原子面或结晶面。一组平面与晶胞轴的关系由密勒指数指定。图4给出具有在其上示出的几个平面的晶胞400。晶胞的一个角假设为空间坐标的原点。密勒指数用平面与坐标的交点的倒数来标识任意平面。如果一个平面平行于一个轴,则它在无穷远与该轴相交。晶胞400包括角A、B、C、D、E、F、G和H。将使用晶胞400上指定的字母来讨论特定平面和密勒指数。晶胞400的点A是原点。点A处的原点有三个轴,X、Y和Z,它们从原点发出。轴X对应于由晶胞上点A和D定义的直线。轴Y由晶胞400上的点A和B定义。轴Z由晶胞400上的点A和F定义。由点B、D和F定义的平面具有密勒指数(111)。由B、D、F定义的平面在离原点一单位处与X轴相交,在离本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种在基底上形成的薄膜体声谐振器,其特征在于,所述薄膜体声谐振器包括:    一压电材料层,包括:    第一主表面;以及    第二主表面;    第一导电层,包括与所述压电材料层的第一主表面接触的部分;以及    第二导电层,与所述压电材料层的第二表面接触,压电材料的至少一部分夹在第一导电层和第二导电层之间,其中,所述基底中具有一开口,该开口露出所述第一导电层,所述开口基本上是平行四边形形状,所述平行四边形包括第一对平行边和第二对平行边,其中所述第一对平行边与第二对平行边构成不是90度的角。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:LP黄Q马I扬科维齐R巴特勒
申请(专利权)人:英特尔公司
类型:发明
国别省市:US[美国]

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