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CN1373556A - 制造薄膜体声谐振器的改进方法和以该法实现的薄膜体声谐振器结构 - Google Patents

制造薄膜体声谐振器的改进方法和以该法实现的薄膜体声谐振器结构 Download PDF

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CN1373556A CN01142499A CN01142499A CN1373556A CN 1373556 A CN1373556 A CN 1373556A CN 01142499 A CN01142499 A CN 01142499A CN 01142499 A CN01142499 A CN 01142499A CN 1373556 A CN1373556 A CN 1373556A
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Abstract

一种在衬底(302)上制造例如薄膜体声谐振器(FBAR)这样的声谐振器的方法。蚀刻一个凹陷(306)并填充牺牲材料。FBAR制造在衬底(302)上并跨越凹陷(306),FBAR有一个蚀刻孔(320)。凹陷(306)可以包括蚀刻沟(307),在这种情况下FBAR可以包括与蚀刻沟(307)相对准的蚀刻孔(322、324)。应用该技术所得的谐振器是悬挂在空气中的并包括至少一个蚀刻孔(320)并且可以包括蚀刻沟(307)。

Description

制造薄膜体声谐振器的改进方法和 以该法实现的薄膜体声谐振器结构
所属领域
本发明涉及声谐振器的技术。更具体说，本发明涉及可以在电子电路中用作滤波器的电机谐振器。
发明背景
降低电子设备的成本和尺寸的需要导致了对更小的信号滤波元件的不断的需求。薄膜体声谐振器(FBAR)和叠层薄膜体声波谐振器和滤波器(SBAR)代表着具有满足这些需求潜力的一类滤波器元件。为了简化，这些滤波器元件将被称为FBAR。
FBAR是由利用在薄膜压电(PZ)材料中的体纵声波的声谐振器构成的。在一种简单的结构中，如图1所表明的，FBAR 100包括一层PZ材料102，它夹在两个金属电极104和106之间。这种夹层结构100最好通过沿着周边将其支持起来而悬挂在空中。当在两个电极104和106之间因施加电压而建立起电场时，PZ材料102将某些电能转换成波形式的机械能。这些波以与电场相同的方向传播并在电极/空气界面处以包括谐振频率在内的某些频率反射回来。在该谐振频率，器件100可以用作为电子谐振器，因此，该器件可以起一个滤波器的作用。利用这一技术，可以制造成在千兆范围内应用的谐振器，其物理尺寸在直径上小于100微米而厚度为几微米。
FBAR可以利用沉积技术来制造，这种技术通常用于在衬底材料上制造集成电路器件。但是FBAR制造过程会提出独特的困难，因为FBAR最好是悬挂在空气中的。为了制造悬挂的FBAR，一种技术是首先将FBAR沉积在衬底上，然后完整地将在FBAR下面的衬底移走。这示于图1中，其中在FBAR底下的衬底已被移走以悬挂FBAR。然而，移走在FBAR底下的衬底使FBAR暴露并引起机械整体性的问题。此外，要蚀刻衬底的下面一侧是困难的。
另一种制造悬挂的FBAR的技术是首先在衬底的顶表面上沉积并刻绘一层临时的支持膜。然后，在临时的支持膜上制造FBAR。下一步是利用下部切割的蚀刻来去除临时支持膜。这个技术与第一种技术(衬底去除技术)一样，给所得到的FBAR带来机械整体性的问题。尤其是，完整地移走临时支持膜是困难的，会导致对临时支持膜的不一致和不完整的蚀刻。同时，下部切割的蚀刻会留下废弃物，它们不可能完全移走从而引起另外的问题。
因此，仍然有这样的需要以改进制造悬挂FBAR的技术，包括有效地去除牺牲的材料，以及能够有效地去除牺牲材料的设备。
发明概述
这些要求可由本发明来满足。按照本发明的一个方面，一种设备具有一个衬底，在其顶表面上有一个凹陷。在衬底上，声谐振器是跨过该凹陷而制造的，声谐振器有一个蚀刻孔以提供对凹陷的接触。
按照本发明的第二方面，公开了一种在衬底上具有一个顶表面上制造声谐振器的方法。首先，在顶表面上蚀刻一个凹陷且在凹陷中填充牺牲材料。然后，在衬底上制造声谐振器，声谐振器有一个蚀刻的孔。最后，去掉牺牲材料。
按照本发明的第三方面，一个设备有一个衬底，在其顶表面上有一凹陷，凹陷有蚀刻的沟。在衬底上跨越凹陷制造声谐振器。
按照本发明的第四方面，公开了一种在具有一个顶表面的衬底上制造声谐振器的方法。首先，在衬底的顶表面上蚀刻一个凹陷，凹陷至少有一条蚀刻沟，凹陷中填以牺牲材料。然后，在衬底上制造在衬底上的声谐振器。最后，除去牺牲材料。
本发明的其它方面和优点将结合所附的图从以下详细说明而变得清晰，这说明将以示例方式说明本发明的原理。
                       附图简介
图1说明已有技术FBAR的截面；
图2A是按照本发明的一个实施例的FBAR的顶视图；
图2B是图2A的FBAR的截面图；
图3A是按照本发明的另一实施例的FBAR的顶视图；以及
图3B是图3A的FBAR的截面图。
                       详细说明
如在为了说明目的的图中所示，本发明是体现在在衬底上制造声谐振器(例如FBAR)的技术中的。在一个实施例中，在衬底的顶表面上蚀刻了一个凹陷并在凹陷中填充牺牲材料。然后在牺牲材料的顶上制造FBAR，FBAR至少有一个蚀刻孔。然后，牺牲材料通过蚀刻孔被去除。在另一个实施例中，该凹陷至少包含一个蚀刻沟，牺牲材料通过它被去除。蚀刻沟可以和蚀刻孔相对准。
利用本技术制造的FBAR比起已有技术的FBAR来有下列优点。首先，由于衬底并不要从FBAR的底下完全去掉，所以FBAR得到保护并在处理过程中受到更好的机械支持。另外，牺牲材料可快速完全地被清除。这样，因为长时间浸泡在蚀刻溶液中而引起的问题减到最小，而且与牺牲材料的不一致和不完全地被蚀刻所关联的问题也可减到最小。
图2A说明了按照本发明的一个设备200的顶视图。图2B说明了图2A的设备沿A-A线的截面侧视图。参考图2A和2B，设备200包括一个衬底202，它具有顶表面204。衬底202包括一个蚀刻在顶表面204上的凹陷206。在图2A中，凹陷206是用虚线多边形所限定的区域206所表示的多边形形状的区域206是由凹陷206所限定的区域。凹陷206或者“游泳池”的形状并不仅限于长方形或矩形。事实上，区域206所覆盖的凹陷206可以有任何多边形的形状，例如四角形或五角形。在一个优选实施例中，由凹陷206所规定的区域106的形状是个具有边和顶点的五角形，其中没有一条边是和别的边平行的，没有两个顶点具有和别的相同的角，或者两者都如此。
在衬底202跨越凹陷206的地方制造FBAR 210。FBAR 210包括一层压电(PZ)材料212夹在第一电极214和第二电极216之间。FBAR包含一个蚀刻孔220以进入凹陷206。蚀刻孔220包括一个穿过PZ材料212和穿过电极214和216的孔，这些孔是对准的以形成从凹陷206到FBAR 210顶部而延伸的蚀刻孔220。在一个实施例中，蚀刻孔220基本上位于由凹陷206所规定的凹陷206的中心，蚀刻孔210的直径可以在10个微米的量级，但可在小于1至40微米或更大的范围内。
FBAR可以包括另外的蚀刻孔，例如蚀刻孔222、224、226和228。在所示的实施例中，蚀刻孔位于或靠近由凹陷206所规定的区域206的所选定的顶点或角上。
设备200是这样制造的：首先蚀刻衬底202的顶表面204以建立一个凹陷206。在一个实施例中，凹陷206可以为约3微米深和约10,000到30,000平方微米的面积。这些数值可以因为制造不同尺寸的谐振器，不同频率的谐振器，使用不同的材料，这些或其它因素的任意组合而有很大的变化。衬底202可以是硅或其它合适的材料。其次，凹陷206中用牺牲材料填充，例如磷石英玻璃(PSG)，并抛光以形成一个与衬底202的顶表面204相平整的光滑表面。然后，在衬底202的顶表面204上跨越这时已充满了牺牲材料的凹陷区206制造FBAR 210。有关制造设备200的各部分的技术的附加信息可以在授予Ruby等人的2000年5月9日发布的美国专利6,060,818号中找到。6,060,818号专利在此引用以供参考。对于本发明，FBAR210的各层214、212和216制造成至少具有一个蚀刻孔210。此外，FBAR可以制造成具有外加的蚀刻孔222、224、226和228。
最后，在凹陷206中的牺牲材料通过在设备200中引入蚀刻溶液，例如稀释的氢氟酸H2O∶HF而被去除。蚀刻孔220(以及任何别的蚀刻孔如222、224、226和228)提供了蚀刻溶液对凹陷206快速和完全的接触以达到蚀刻牺牲材料的目的。当蚀刻溶液溶解了牺牲材料时，就形成了废弃物。在本发明中，废弃物有效地从凹陷206通过蚀刻孔220和任何附加的蚀刻孔如222、224、226和228而被去除。
图3A表明按照本发明的另一实施例的一种设备300的顶视图。图3B表明图3A中的设备沿着线B-B的截面侧视图。参考图3A和3B，设备300包括一个衬底302，它有顶表面304。衬底302包括一个蚀刻在顶表面304上的凹陷306。在图3A中，凹陷306表示为用虚线标出的多边形区域306。在图3A示出的实施例中，凹陷306包括蚀刻沟307a、307b、307c、307d、307e、307f、307g和307h。为了简单，蚀刻沟在今后及在图3B中集体地作为307。图3A中表示了8条蚀刻沟307以起说明的作用，但是，沟的数量并不要求或限于8条。
FBAR制造在衬底302上并跨越包括蚀刻沟307的凹陷306上。FBAR 310包括一层压电(PZ)材料312夹在第一电极314和第二电极316之间。FBAR包括一个蚀刻孔320以进入凹陷306。在一个实施例中，蚀刻孔310基本上位于由凹陷306所确定的区域306的中心，而蚀刻孔320的直径可以在10微米的量级。
FBAR 310可以包含另外的蚀刻孔，例如在图3B中表明的蚀刻孔322和324，但这没有在图3A中表明。在图3A中没有表明蚀刻孔322和324是为了避免模糊蚀刻沟307。这是因为，在一个实施例中，蚀刻孔(322、324，或另外的在图3A或图3B中都没有显示的蚀刻孔)是和每个蚀刻沟307相对准而制造的。
设备300的制造过程类似于图2A和2B所示的设备200的如上面所述的制造过程。但是，当蚀刻凹陷306时，蚀刻沟307必须作为凹陷306的一部分而蚀刻掉。同时，牺牲材料也要沉积在蚀刻沟307内一直到以后在加工过程中去除掉。蚀刻孔322、324以及其余蚀刻孔最好在与蚀刻沟307中之一对准的情况下加工。
最后，占据凹陷306的牺牲材料通过将设备300引入到蚀刻溶液中而被去除。
沟307和蚀刻孔320(以及其它蚀刻孔，例如322、324，以及别的蚀刻孔)用于使蚀刻溶液快速和完全地接触到凹陷306以便蚀刻掉牺牲材料。废弃物通过沟和蚀刻孔320以及任何另外的蚀刻孔可以从凹陷306中有效地被排除。
根据上面所述，本发明是新型的并较现有技术会提供优点，这将是很清楚的。本发明将导致在机械上更加完美的FBAR并使因长时间暴露在蚀刻溶液中而引起的问题、对牺牲材料蚀刻的不一致和不完整、或者两都都存在所引起的问题减到最少。虽然上面说明并显示了本发明的一个具体实施例，但本发明并不局限于如此说明和显示的特定形式和部件的安排。例如，本发明可以应用在SBAR或其它需要在器件和它的衬底间去掉材料的器件中。本发明只受下面的权利要求的限制。

Claims (20)

1.一种设备(200)包括：
一个衬底(202)，在其顶表面(204)上有一个凹陷(206)；以及
在衬底(202)上并跨越凹陷(206)而制造的一个声谐振器，声谐振器有一个蚀刻孔(220)以进入凹陷(206)。
2.权利要求1所述的设备(200)，其中的凹陷(206)在衬底(202)的顶表面(204)上规定了一个区域而蚀刻孔(220)基本上在该区域的中心。
3.权利要求2所述的设备(200)，其中的区域(206)的形状是多边形，且该设备(200)还包括另外的蚀刻孔(222、224)，在多边形区域(206)选定的顶点各有一个蚀刻孔。
4.权利要求3所述的设备(200)，其中的多边形形状的区域(206)具有多条边，没有两条边是相互平行的。
5.权利要求3所述的设备(200)，其中的多边形形状的区域具有各顶点，它们规定各个角，没有两个顶点有相同的角。
6.权利要求1所述的设备(200)，其中的声谐振器是薄膜体声谐振器(FBAR)，包括一个压电材料(212)夹在两个电极(214，216)之间。
7.一种在具有顶表面(204)的衬底(212)上制造声谐振器的方法，所说方法包括的步骤为：
在所说的顶表面(204)上蚀刻一个凹陷(206)；
在所说凹陷(206)中填入牺牲材料；
在衬底(202)上制造声谐振器，该声谐振器有一个蚀刻孔(220)；以及
去除该牺牲材料。
8.权利要求7所述的方法，其中该凹陷(206)在衬底(202)的顶表面(204)上规定一个区域(206)，而该蚀刻孔(220)基本上位于该区域(206)的中心。
9.权利要求8所述的方法，其中在该区域(206)中有一多边形，且该设备(200)还包括另外的蚀刻孔(222、224)，在多边形区域(206)的每一选定的顶点各有一个蚀刻孔。
10.一种设备(300)包括：
在顶表面(304)上有一凹陷(306)的一个衬底(302)，该凹陷(306)具有蚀刻沟(307)；以及
制造在衬底(302)上并跨越凹陷(306)的一个声谐振器。
11.权利要求10所述的设备(300)，其中的声谐振器包括蚀刻孔(320)以进入凹陷(306)。
12.权利要求11所述的设备(300)，其中的凹陷(306)在顶表面(304)上规定一个区域(306)，且蚀刻孔(320)实质上位于该区域(306)的中心。
13.权利要求10所述的设备(300)，其中的声谐振器包括一蚀刻孔(324)，它与蚀刻沟(307)之一相对准以进入该凹陷(306)。
14.权利要求10所述的设备(300)，其中的声谐振器包括蚀刻孔(322、324)，每个蚀刻孔和选中的蚀刻沟(307)相对准。
15.一种在具有顶表面(304)的衬底(302)上制造声谐振器的方法，该方法包括的步骤为：
在顶表面(304)上蚀刻一凹陷(306)，该凹陷(306)具有至少一个蚀刻沟(307)；
在凹陷(306)中填入牺牲材料；
在衬底(302)上制造声谐振器；以及
去除牺牲材料。
16.权利要求15所述的方法，其中的声谐振器包括一个蚀刻孔(320)。
17.权利要求16所述的方法，其中凹陷(306)规定了在衬底(302)顶表面(304)上的一个区域(306)且蚀刻孔(320)实质上在该区域的中心。
18.权利要求15所述的方法，还包括制造多个蚀刻孔(322，324)的步骤，每个蚀刻孔和一个蚀刻沟(307)相对准。
19.权利要求15所述的方法，其中的凹陷(306)规定了具有多条边的多边形形状的区域(306)，没有两条边是相互平行的。
20.权利要求3所述的设备，其中的凹陷(306)规定了一个多边形形状的区域(306)，它具有各顶点，它们规定各角，没有两个顶点有相同的角。
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