一种调控FBAR滤波器中心频率的方法

摘要

一种调控FBAR滤波器中心频率的方法，属于滤波器制备技术领域。包括调频层的制备、调频层的图形化、一次调频、隔离层的制备、隔离层的图形化和二次调频过程。本发明提供的一种调控FBAR滤波器中心频率的方法，在调频层上沉积ScAlN薄膜作为隔离层，ScAlN不与显影液反应，能够解决FBAR滤波器在显影时产生的调频层腐蚀问题，可有效避免滤波器的频率偏移；同时，AlN调频层作为ScAlN薄膜生长的基底，可以同时充当溅射时的种子层，有利于提高ScAlN薄膜的择优取向，提高成膜质量。

权利要求

1.一种调控FBAR滤波器中心频率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、调频层的制备：

采用磁控溅射法在FBAR谐振器的上电极层上制备厚度为50～150nm的AlN薄膜，作为调频层；

步骤2、调频层的图形化：

采用光刻工艺对步骤1得到的调频层进行图形化处理；

步骤3、一次调频：

对步骤2得到的结构进行探针测试，根据测试得到的中心频率采用离子束抛光机进行一次调频，将滤波器的频率调节为比目标频率高20～50MHz；

步骤4、隔离层的制备：

采用磁控溅射法在步骤3处理后得到的调频层上沉积厚度为25～100nm的ScAlN薄膜，作为隔离层；

步骤5、隔离层的图形化：

采用光刻工艺对步骤4得到的隔离层进行图形化处理；

步骤6、二次调频：

对步骤5得到的结构进行探针测试，根据测试得到的中心频率采用离子束抛光机进行二次调频，将滤波器的频率调节为目标频率，然后采用晶圆级封装的膜封装工艺对滤波器进行封装。

2.根据权利要求1所述的调控FBAR滤波器中心频率的方法，其特征在于，步骤1所述FBAR谐振器包括依次设置的牺牲层、种子层、下电极层、压电层和上电极层。

3.根据权利要求1所述的调控FBAR滤波器中心频率的方法，其特征在于，步骤4所述ScAlN薄膜中，钪的质量百分含量为10～30wt％。

说明书

一种调控FBAR滤波器中心频率的方法

技术领域

[0001] 本发明属于滤波器制备技术领域，具体涉及一种调控FBAR滤波器中心频率的方法。

背景技术

[0002] FBAR(Film Body Acoustic Resonator，薄膜体声波滤波器)滤波器是一种新型射频滤波器，由声波谐振器组成。谐振器的频率由腔体中传播的电磁波或是声波的速度以及8
谐振腔尺寸共同决定，尺寸正比于波速。电磁波波速为3×10 m/s，而声波的声速为3000～
11000m/s，相比于传统利用电磁波工作的腔体、介质滤波器，具有尺寸上的绝对优势，是目前移动通信端滤波器的最佳选择。并且声学滤波器具有高Q值、高频、高可靠性、体积小和可批量制造的优点，还被广泛应用于基站、汽车电子、导航、雷达、通信以及电子对抗等领域。

[0003] 目前，FBAR滤波器的封装方式主要为晶圆级封装(Wafer Level Package,WLP)的膜封装方式，首先在每个谐振器周围用光刻胶形成支撑层，再在支撑层上附着一层膜进行初步封装，以将滤波器与外界隔离，该方法具有步骤简单、成本低的特点，但是支撑层需要用显影液进行图形化，将未曝光区域的光刻胶显影掉。在这个过程中，显影液会与已经调频后的器件的调频层接触，影响滤波器的性能。目前FBAR滤波器的调频层的材料主要为AlN，而AlN会被显影液，例如PK‑DEX4050等型号所腐蚀而导致滤波器频率偏高10MHz左右，并且无法通过调频工艺解决，该缺陷限制了这种封装方式在对中心频率指标要求严格的FBAR滤波器上的应用。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种调控FBAR滤波器中心频率的方法，有效解决了FBAR滤波器晶圆级封装中显影液的腐蚀问题，避免滤波器在晶圆级封装时产生频率偏移，从而实现FBAR滤波器中心频率的精确控制。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0006] 一种调控FBAR滤波器中心频率的方法，包括以下步骤：

[0007] 步骤1、调频层的制备：

[0008] 采用磁控溅射法在FBAR谐振器的上电极层上制备厚度为50～150nm的AlN薄膜，作为调频层；

[0009] 步骤2、调频层的图形化：

[0010] 采用光刻工艺对步骤1得到的调频层进行图形化处理；

[0011] 步骤3、一次调频：

[0012] 对步骤2得到的结构进行探针测试，根据测试得到的中心频率采用离子束抛光机进行一次调频，将滤波器的频率调节为比目标频率高20～50MHz；

[0013] 步骤4、隔离层的制备：

[0014] 采用磁控溅射法在步骤3处理后得到的调频层上沉积厚度为25～100nm的ScAlN薄膜，作为隔离层；具体过程为：以步骤3处理后得到的复合结构作为基片，钪铝合金作为靶材，以Ar与N2的混合气体作为溅射气体，在高电压的作用下，Ar气发生辉光放电，产生等离子体，离子体中的正离子会加速轰击向带负电的阴极靶材表面，使靠近表面的原子获得能量而脱离靶材进入到真空中，溅射出的原子到达基片表面，并与N2反应生成ScAlN沉积于基‑3片上形成ScAlN薄膜，其中，Ar与N2的流量比为1：(2.5～4)，溅射气压为0.8×10 ～1.2×‑3
10 Pa，溅射功率为6000～8000W；

[0015] 步骤5、隔离层的图形化：

[0016] 采用光刻工艺对步骤4得到的隔离层进行图形化处理；

[0017] 步骤6、二次调频：

[0018] 对步骤5得到的结构进行探针测试，根据测试得到的中心频率采用离子束抛光机进行二次调频，将滤波器的频率调节为目标频率，然后采用晶圆级封装的膜封装工艺(WLP)对滤波器进行封装。

[0019] 进一步的，所述FBAR谐振器包括依次设置的牺牲层、种子层、下电极层、压电层和上电极层。

[0020] 进一步的，步骤4所述ScAlN薄膜中，钪的质量百分含量为10～30wt％，该成分的ScAlN薄膜可有效抵挡显影液的腐蚀且其纵声波速与声学损耗等性能与AlN薄膜接近。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0022] 1、本发明提供的一种调控FBAR滤波器中心频率的方法，在调频层上沉积ScAlN薄膜作为隔离层，ScAlN不与显影液反应，能够解决FBAR滤波器在显影时产生的调频层腐蚀问题，可有效避免滤波器的频率偏移。

[0023] 2、本发明提供的一种调控FBAR滤波器中心频率的方法，在调频层上沉积ScAlN薄膜作为隔离层，AlN调频层作为ScAlN薄膜生长的基底，可以同时充当溅射时的种子层，有利于提高ScAlN薄膜的择优取向，提高成膜质量。

附图说明

[0024] 图1为采用介质薄膜测量仪测量的起始厚度为400nm的AlN薄膜在显影液中浸泡10分钟后，薄膜的厚度变化结果；

[0025] 图2为采用介质薄膜测量仪测量的起始厚度为400nm的ScAlN薄膜在显影液中浸泡10分钟后，薄膜的厚度变化结果；

[0026] 图3为对比例的FBAR滤波器在晶圆级封装(WLP)前后的S参数变化曲线；

[0027] 图4为本发明实施例方法得到的FBAR滤波器在晶圆级封装(WLP)前后的S参数变化曲线；

[0028] 图5为本发明提供的一种调控FBAR滤波器中心频率的方法的流程图。

具体实施方式

[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方法仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

[0030] 实施例

[0031] 一种调控FBAR滤波器中心频率的方法，包括以下步骤：

[0032] 步骤1、调频层的制备：

[0033] 采用磁控溅射法在FBAR谐振器(牺牲层/种子层/下电极层/压电层/上电极层的多层结构)的Mo上电极层上制备厚度为130nm的AlN薄膜，作为调频层；具体过程为：以FBAR谐振器作为基片，Al作为靶材，基片作为阳极，靶材作为阴极，以Ar与N2的混合气体作为溅射气体，在两极板之间高电压的作用下，Ar气发生辉光放电，产生等离子体，离子体中的正离子会加速轰击向带负电的阴极靶材表面，使靠近表面的Al原子获得能量而脱离靶材进入到真空中，溅射出的Al原子到达基片表面，并与N2反应生成AlN；其中，Ar与N2的流量比为1：3，‑3溅射气压为1×10 Pa，溅射功率为7000W；

[0034] 步骤2、调频层的图形化：

[0035] 采用光刻工艺对步骤1得到的调频层进行图形化处理；具体为：对步骤1制备的AlN薄膜进行涂胶、曝光及显影，并通过刻蚀去除光刻胶保护区域外的AlN，最后再去除图形区域光刻胶，完成调频层的图形化；其中，对AlN薄膜进行涂胶时光刻胶厚度约为4μm，对AlN薄膜进行刻蚀时刻蚀气体为Cl2、BCl3与Ar的混合气体，Cl2、BCl3与Ar的流量比为1:2:2，刻蚀气压为0.3Pa；

[0036] 步骤3、一次调频：

[0037] 对步骤2得到的结构进行探针测试，根据测试得到的中心频率采用离子束抛光机进行一次调频，将滤波器的频率调节为比目标频率高40MHz；

[0038] 步骤4、隔离层的制备：

[0039] 采用磁控溅射法在步骤3处理后得到的调频层上沉积厚度为50nm的ScAlN薄膜，作为隔离层；具体过程为：以步骤3处理后得到的复合结构作为基片，钪含量为20wt％的钪铝合金作为靶材，以Ar与N2的混合气体作为溅射气体，在高电压的作用下，Ar气发生辉光放电，产生等离子体，离子体中的正离子会加速轰击向带负电的阴极靶材表面，使靠近表面的原子获得能量而脱离靶材进入到真空中，溅射出的原子到达基片表面，并与N2反应生成‑3ScAlN沉积于基片上形成ScAlN薄膜，其中，Ar与N2的流量比为1：3，溅射气压为1×10 Pa，溅射功率为7000W；

[0040] 步骤5、隔离层的图形化：

[0041] 采用光刻工艺对步骤4得到的隔离层进行图形化处理，具体过程及刻蚀参数与步骤2完全相同。

[0042] 步骤6、二次调频：

[0043] 对步骤5得到的结构进行探针测试，根据测试得到的中心频率采用离子束抛光机进行二次调频，将滤波器的频率调节为目标频率，然后采用晶圆级封装的膜封装工艺(WLP)对滤波器进行封装。

[0044] 对比例

[0045] 步骤1、调频层的制备：

[0046] 采用磁控溅射法在FBAR谐振器(牺牲层/种子层/下电极层/压电层/上电极层的多层结构)的Mo上电极层上制备厚度为130nm的AlN薄膜，作为调频层；具体过程为：以FBAR谐振器作为基片，Al作为靶材，基片作为阳极，靶材作为阴极，以Ar与N2的混合气体作为溅射气体，在两极板之间高电压的作用下，Ar气发生辉光放电，产生等离子体，离子体中的正离子会加速轰击向带负电的阴极靶材表面，使靠近表面的Al原子获得能量而脱离靶材进入到真空中，溅射出的Al原子到达基片表面，并与N2反应生成AlN；其中，Ar与N2的流量比为1：3，‑3溅射气压为1×10 Pa，溅射功率为7000W；

[0047] 步骤2、调频层的图形化：

[0048] 采用光刻工艺对步骤1得到的调频层进行图形化处理；具体为：对步骤1制备的AlN薄膜进行涂胶、曝光及显影，并通过刻蚀去除光刻胶保护区域外的AlN，最后再去除图形区域光刻胶，完成调频层的图形化；其中，对AlN薄膜进行涂胶时光刻胶厚度约为4μm，对AlN薄膜进行刻蚀时刻蚀气体为Cl2、BCl3与Ar的混合气体，Cl2、BCl3与Ar的流量比为1:2:2，刻蚀气压为0.3Pa；

[0049] 步骤3、调频：

[0050] 对步骤2得到的结构进行探针测试，根据测试得到的中心频率采用离子束抛光机进行调频，将滤波器的频率调节为目标频率，然后采用晶圆级封装的膜封装工艺(WLP)对滤波器进行封装。

[0051] 图1为采用介质薄膜测量仪测量的起始厚度为400nm的AlN薄膜在显影液中浸泡10分钟后，薄膜的厚度变化结果；图2为采用介质薄膜测量仪测量的起始厚度为400nm的ScAlN薄膜在显影液中浸泡10分钟后，薄膜的厚度变化结果。由图1和图2可知，AlN薄膜在显影液中浸泡10min后，薄膜的厚度减少了约105nm，腐蚀速率约为10.5nm/min；而ScAlN薄膜厚度无变化，基本不发生任何腐蚀。

[0052] 图3为对比例的FBAR滤波器在晶圆级封装(WLP)前后的S参数变化曲线；由图3可知，对比例的FBAR滤波器，中心频率由晶圆级封装前(WLP前)3084MHz变到晶圆级封装后(WLP后)的3091MHz，频率整体偏高约7MHz左右。

[0053] 图4为本发明实施例方法得到的FBAR滤波器在晶圆级封装(WLP)前后的S参数变化曲线；由图4可知，晶圆级封装前(WLP前)和晶圆级封装后(WLP后)整体频率几乎无明显偏移，中心频率均为3103MHz。

[0054] 以上所述，仅为本发明较优的具体实施方式，但本发明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发明所提出的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内做出的任何修改、等同替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。