專利名稱：用于baw諧振器的壓電ain的沉積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及BAW(體聲波)諧振器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓電諧振器常用于信號(hào)濾波和基準(zhǔn)振蕩器。這些諧振器通常被稱為BAW(體聲波諧振器)。相同或相似器件的其他縮寫包括FBAR (膜體聲波諧振器)或SMR (固態(tài)裝配型諧振器)或TFR(薄膜諧振器)或SCF(疊層晶體濾波器)。 在限制能量損失方面諧振器必須盡量高效。這些器件并不是新出現(xiàn)的并且在文獻(xiàn)中被很好的引證。 標(biāo)準(zhǔn)IC制備方法被用作基本制造順序，包括沉積、光刻和蝕刻工藝。也可以采用MEMS技術(shù)以進(jìn)行封裝和與襯底進(jìn)行諧振器聲學(xué)隔離。 布拉格反射鏡用于SMR器件中的聲學(xué)隔離。在FBAR中，諧振器構(gòu)建在膜片上。兩種類型的隔離均設(shè)計(jì)用于防止自器件的能量損失。 濾波器的質(zhì)量依賴于有效的壓電轉(zhuǎn)換。而此又進(jìn)而依賴于壓電材料通常為AIN的質(zhì)量，所述壓電材料在晶片上沉積成多晶薄膜。 在薄膜處理方面受過(guò)訓(xùn)練的人知道沉積具有受控結(jié)構(gòu)(texture)的膜的兩種方式。 一種方式是提供合適襯底，其本身具有良好限定的晶體結(jié)構(gòu)和與待生長(zhǎng)的膜的結(jié)構(gòu)的晶格匹配。這被稱為外延或者準(zhǔn)外延生長(zhǎng)。另一種方式，與之相反，是避免襯底對(duì)膜沉積產(chǎn)生任何影響可以得到作為能量(熵)最優(yōu)化的自然結(jié)果的晶相。這通常涉及防止熱力學(xué)干擾(當(dāng)膜生長(zhǎng)時(shí)，提供足夠的能量和時(shí)間以在該膜的自組織過(guò)程中以其開(kāi)始)。


圖1是提供本發(fā)明概述的流程圖。 圖2示出了由圖1所示的工藝而得到的疊層。 圖3示出了具有在聲學(xué)隔離也就是布拉格反射鏡上圖案化的底電極的:BAW襯底。
圖4示出了具有在底電極上的非晶A1N層的疊層，其中底電極在布拉格反射鏡上。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及使用利用種子層允許AIN膜的最優(yōu)生長(zhǎng)的工藝制備的:BAW諧振器和濾波器，種子層自身由AIN構(gòu)成且在非晶相在較低溫度下使用濺射進(jìn)行沉積。使用這些諧振器的濾波器可以設(shè)計(jì)為在寬頻率范圍內(nèi)工作以應(yīng)付實(shí)際--匕所有市場(chǎng)--匕的濾波器應(yīng)用(例如，GSM、 GPS、 UMTS、 PCS、 WLAN、 WIMAX等)。 體聲波諧振器(BAW)的關(guān)鍵方面是質(zhì)量因子(Q)和耦合系數(shù)k^.2。 Q值由電學(xué)和聲學(xué)損失主導(dǎo)。耦合系數(shù)也同樣依賴于在器件中起作用的壓電層的固有耦合kt2和在疊層中所使用的材料的選擇與權(quán)衡這兩者。 通過(guò)控制膜結(jié)構(gòu)而獲得AIN的優(yōu)良系數(shù)kt2。理想的AIN是由PVD典型地沉積出的柱狀多晶膜。柱狀(0002)定向結(jié)構(gòu)是理想的從而使得膜壓電系數(shù)或者其耦合k/最大。 任何取向錯(cuò)誤的顆粒將不僅當(dāng)在其工作頻率發(fā)揮作用時(shí)使得諧振器的壓電效率降低，而且 將潛在地產(chǎn)生副振蕩模,該副振蕩?？梢员蝗∠蛟谂c膜的主結(jié)構(gòu)不同的方向的顆粒的存在 所觸發(fā)。 為了促進(jìn)A1N的最佳(0002)取向，所述膜或者可以以單晶可以生長(zhǎng)在具有匹配晶 格結(jié)構(gòu)的的單晶襯底--匕的方式沉積在良好取向的電極--匕或者依照本發(fā)明被沉積在將使得 A1N自組織成為所需柱狀相(columnar phase)的非晶襯底上。 圖1示出了本發(fā)明的概況。如其所示，以具有在合適的聲學(xué)隔離上的圖案化的底 電極的襯底開(kāi)始，在低溫下沉積非晶A1N薄膜。然后在晶片處理之后，例如在常規(guī)的、相對(duì) 高溫度下沉積主壓電膜，并且使其自組織成為所需的柱狀相。 一旦所述主壓電膜被沉積，可 以依照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行諧振器的完成。 通過(guò)使用多步驟A1N沉積制法，方法已限定為在底電極上提供薄非晶和介電A1N 插入層，在該底電極上可生長(zhǎng)具有所需質(zhì)量的A1N壓電膜上。圖2示出了所得到的疊層。
因此提供了由在聲學(xué)隔離上圖案化的底電極構(gòu)成的BAW襯底。在圖3所示的情況 下，利用布拉格反射鏡提供所述聲學(xué)隔離。于是諧振器被稱為固態(tài)裝配型諧振器(SMR)。替 換方案是將諧振器構(gòu)建在膜片上，于是諧振器被稱為膜體聲波諧振器(FBA:R)。
圖3示出了由具有高聲學(xué)阻抗反差的交替膜的2.5雙層構(gòu)成的布拉格反射鏡。此 布拉格鏡將BAW的有源區(qū)域與襯底隔離開(kāi)并且確保能量保留在所述有源區(qū)域。在布拉格反 射鏡上，沉積并圖案化電極。圖3示出了平面化底電極。這對(duì)該器件不是必需的但是對(duì)于 易于進(jìn)一步處理是可取的。該電極可以是理想硬度的拋光金屬，例如Ru、 W或者更小量度 (measure)的Mo或緩動(dòng)層(still layer)與如Au或Al的易導(dǎo)電層的組合。
然后將襯底裝載到A1N PVD沉積用具中。典型地，該用具以具有一些腔室的群集 (cluster)出現(xiàn)并且可以在不中斷真空情況下允許晶片從腔室到腔室的移動(dòng)。通常的裝置 結(jié)合處理腔室(用于排氣和加熱)、用于金屬膜的PVD沉積腔室(用于處理電極)和生長(zhǎng)壓 電膜的第二反應(yīng)PVD腔室。可從例如Aviza或者Unaxis公司商業(yè)購(gòu)得這樣的群集。
該工藝可以概述如下 1.在低溫(典型地低于200°C )下沉積薄(典型地在約50A到500A范圍內(nèi))A1N 膜。由于未提供足夠能量以促進(jìn)結(jié)晶取向，因此該膜是非晶態(tài)的。該工藝典型地為具有A:I. 靶和富氮等離子體環(huán)境的PVD工藝。所得到的疊層如圖4所示。 2.為了將晶片加熱到更高溫度，典型地在20(TC到50(TC之間，可以將該晶片移到 處理腔室中。 3.晶片再次被移入到或者與上述1相同的腔室中，或者移入到群集中同樣適于 A1N沉積的另一腔室中。此時(shí)工藝的目的是為了在襯底上形成結(jié)晶膜。在合適的熱度下，足 夠能量可給予A1N以自組織成為在熱力學(xué)優(yōu)先相(0002)....匕的多晶結(jié)構(gòu)膜。該結(jié)果在圖2 中示出。 上述相關(guān)要點(diǎn)包括 1.上述1與3可以或者可以不發(fā)生在同樣的腔室中。
2.在1中的非晶A1N可以或者可以不是化學(xué)計(jì)量的。 3.在1中沉積在光滑表面上的非晶A1N進(jìn)而為步驟3中生長(zhǎng)結(jié)晶A1N提供光滑表面。 4.在1禾P 2之間可以或者可以不發(fā)生真空中斷。
5.在1中沉積的AIN最好盡可能得薄以限制特性損失。
6.在步驟3中良好取向的A:I.N可以在低至2()(rC溫度生長(zhǎng)。
7.構(gòu)成所述電極的金屬的性質(zhì)對(duì)A1N的生長(zhǎng)沒(méi)有影響。 8.結(jié)晶結(jié)構(gòu)的AIN的生長(zhǎng)也是腔室壓力、功率和其他對(duì)于工藝工程師來(lái)說(shuō)熟悉的 典型參數(shù)的適當(dāng)選擇的結(jié)果。 9.對(duì)于每個(gè)晶片，1、2或3可以或者可以不必須一個(gè)接一個(gè)發(fā)生。例如整爐的晶 片(典型地為25晶片批(wafer lot.))可以經(jīng)由1進(jìn)行處理，然后個(gè)體的晶片僅每次 -個(gè) 地經(jīng)由2和3進(jìn)行處理。
本發(fā)明具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn) 1.所沉積的非晶A:I.N膜為電介質(zhì)，不必進(jìn)行圖案化。 2.非晶A1N膜將下面的電極表面進(jìn)行密封并且將來(lái)自電極的電學(xué)和聲學(xué)功能與
襯底的形態(tài)功能去耦(與外延式AIN的生長(zhǎng)不同，對(duì)于外延式AIN的生長(zhǎng)，電極也需要執(zhí)行
良好取向襯底的功能)。這減輕了全部工藝集成的難度。 3.除已經(jīng)必需的處理和A:I.N :PVD沉積腔室外不需要額外的腔室。 4. AIN非晶插入層沉積所需要的額外工藝時(shí)間短并且僅偶然發(fā)生在與壓電沉積本
身潛在相同的群集工具上。 盡管出于說(shuō)明目的而非限制目的在此已經(jīng)披露并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式， 但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下可以在其中做出各種 形式和細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
在制備BAW的方法中，其改進(jìn)包括提供圖案化底電極；在所述底電極上沉積非晶AlN層；在非晶AlN層上沉積第二AlN層，該沉積發(fā)生在允許已沉積的AlN自組織成為所需柱狀相的溫度處。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第二層的所需柱狀相是0002取向。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在襯底....匕提供聲學(xué)隔離，并且其中所述圖案 化底電極提供在所述聲學(xué)隔離上。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述聲學(xué)隔離是布拉格反射鏡。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非晶AIN層為大約50A到500A的厚度。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非晶AIN層是化學(xué)計(jì)量AIN層。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述非晶AIN層不是化學(xué)計(jì)量AIN層。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非晶AIN層通過(guò)在富氮環(huán)境中Al的PVD沉積而 沉積。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非晶AIN層和第二 AIN層在相同處理腔室中沉積。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中第二 A:[N層在200°到50()°C的溫度范圍內(nèi)沉積。
11. 在制備BAW的方法中，其改進(jìn)包括 提供襯底；在所述襯底上的聲學(xué)隔離之上提供圖案化底電極； 在所述底電極上沉積非晶A1N層；在所述非晶AIN層上沉積第二 AIN層，該沉積發(fā)生在允許已沉積的AIN自組織成為 0002柱狀相取向的溫度處。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法,其中所述聲學(xué)隔離是布拉格反射鏡。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述非晶AIN層為大約50A到500A的厚度。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法,其中所述非晶AIN層是化學(xué)計(jì)量AIN層。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述非晶AIN層不是化學(xué)計(jì)量AIN層。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述非晶AIN層通過(guò)在富氮環(huán)境中Al的PVD沉積 而沉積。
17. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述非晶A1N層和第二A1N層在相同處理腔室中 沉積。
18. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中第二 AIN層在200°到500°C的溫度范圍內(nèi)沉積。
19. 在制備BAW的方法中，其改進(jìn)包括 提供襯底；在所述襯底上的聲學(xué)隔離之上提供圖案化底電極；通過(guò)在富氮環(huán)境中Al的PVD沉積而在所述底電極上沉積大約50A到500A的厚度的非 晶A1N層；在所述非晶AIN層上沉積第二 AIN層，該沉積發(fā)生在允許已沉積的AIN自組織成為 0002柱狀相取向的溫度處。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述聲學(xué)隔離是布拉格反射鏡。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述非晶A1N層是化學(xué)計(jì)量A1N層。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法,其中所述非晶A1N層不是化學(xué)計(jì)量A1N層。
23. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述非晶A1N層和第二 A1N層在相同處理腔室中 沉積。
24. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中第二 A1N層在200。到500°C的溫度范圍內(nèi)沉積。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于BAW諧振器的壓電AlN的沉積。用于BAW諧振器的壓電沉積，其中薄非晶AlN層在底電極之上，之后在該非晶AlN層上沉積第二AlN層，沉積發(fā)生在允許已沉積的AlN自組織成為所需柱狀相的溫度處。底電極在其下可以具有例如布拉格反射鏡的聲學(xué)隔離。披露了制備工藝的各種細(xì)節(jié)。
文檔編號(hào)H01L41/22GK101785126SQ200880104120
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者A·米爾費(fèi)奇利, G·布歇, N·S·阿爾真蒂, S·烏皮利 申請(qǐng)人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司