專利名稱：制造薄膜體聲諧振器的改進方法和以該法實現(xiàn)的薄膜體聲諧振器結構的制作方法
所屬領域本發(fā)明涉及聲諧振器的技術。更具體說，本發(fā)明涉及可以在電子電路中用作濾波器的電機諧振器。
FBAR是由利用在薄膜壓電(PZ)材料中的體縱聲波的聲諧振器構成的。在一種簡單的結構中，如

圖1所表明的，F(xiàn)BAR 100包括一層PZ材料102，它夾在兩個金屬電極104和106之間。這種夾層結構100最好通過沿著周邊將其支持起來而懸掛在空中。當在兩個電極104和106之間因施加電壓而建立起電場時，PZ材料102將某些電能轉(zhuǎn)換成波形式的機械能。這些波以與電場相同的方向傳播并在電極/空氣界面處以包括諧振頻率在內(nèi)的某些頻率反射回來。在該諧振頻率，器件100可以用作為電子諧振器，因此，該器件可以起一個濾波器的作用。利用這一技術，可以制造成在千兆范圍內(nèi)應用的諧振器，其物理尺寸在直徑上小于100微米而厚度為幾微米。
FBAR可以利用沉積技術來制造，這種技術通常用于在襯底材料上制造集成電路器件。但是FBAR制造過程會提出獨特的困難，因為FBAR最好是懸掛在空氣中的。為了制造懸掛的FBAR，一種技術是首先將FBAR沉積在襯底上，然后完整地將在FBAR下面的襯底移走。這示于圖1中，其中在FBAR底下的襯底已被移走以懸掛FBAR。然而，移走在FBAR底下的襯底使FBAR暴露并引起機械整體性的問題。此外，要蝕刻襯底的下面一側是困難的。
另一種制造懸掛的FBAR的技術是首先在襯底的頂表面上沉積并刻繪一層臨時的支持膜。然后，在臨時的支持膜上制造FBAR。下一步是利用下部切割的蝕刻來去除臨時支持膜。這個技術與第一種技術(襯底去除技術)一樣，給所得到的FBAR帶來機械整體性的問題。尤其是，完整地移走臨時支持膜是困難的，會導致對臨時支持膜的不一致和不完整的蝕刻。同時，下部切割的蝕刻會留下廢棄物，它們不可能完全移走從而引起另外的問題。
因此，仍然有這樣的需要以改進制造懸掛FBAR的技術，包括有效地去除犧牲的材料，以及能夠有效地去除犧牲材料的設備。
按照本發(fā)明的第二方面，公開了一種在襯底上具有一個頂表面上制造聲諧振器的方法。首先，在頂表面上蝕刻一個凹陷且在凹陷中填充犧牲材料。然后，在襯底上制造聲諧振器，聲諧振器有一個蝕刻的孔。最后，去掉犧牲材料。
按照本發(fā)明的第三方面，一個設備有一個襯底，在其頂表面上有一凹陷，凹陷有蝕刻的溝。在襯底上跨越凹陷制造聲諧振器。
按照本發(fā)明的第四方面，公開了一種在具有一個頂表面的襯底上制造聲諧振器的方法。首先，在襯底的頂表面上蝕刻一個凹陷，凹陷至少有一條蝕刻溝，凹陷中填以犧牲材料。然后，在襯底上制造在襯底上的聲諧振器。最后，除去犧牲材料。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將結合所附的圖從以下詳細說明而變得清晰，這說明將以示例方式說明本發(fā)明的原理。
附圖簡介圖1說明已有技術FBAR的截面；圖2A是按照本發(fā)明的一個實施例的FBAR的頂視圖；圖2B是圖2A的FBAR的截面圖；圖3A是按照本發(fā)明的另一實施例的FBAR的頂視圖；以及圖3B是圖3A的FBAR的截面圖。
詳細說明如在為了說明目的的圖中所示，本發(fā)明是體現(xiàn)在在襯底上制造聲諧振器(例如FBAR)的技術中的。在一個實施例中，在襯底的頂表面上蝕刻了一個凹陷并在凹陷中填充犧牲材料。然后在犧牲材料的頂上制造FBAR，F(xiàn)BAR至少有一個蝕刻孔。然后，犧牲材料通過蝕刻孔被去除。在另一個實施例中，該凹陷至少包含一個蝕刻溝，犧牲材料通過它被去除。蝕刻溝可以和蝕刻孔相對準。
利用本技術制造的FBAR比起已有技術的FBAR來有下列優(yōu)點。首先，由于襯底并不要從FBAR的底下完全去掉，所以FBAR得到保護并在處理過程中受到更好的機械支持。另外，犧牲材料可快速完全地被清除。這樣，因為長時間浸泡在蝕刻溶液中而引起的問題減到最小，而且與犧牲材料的不一致和不完全地被蝕刻所關聯(lián)的問題也可減到最小。
圖2A說明了按照本發(fā)明的一個設備200的頂視圖。圖2B說明了圖2A的設備沿A-A線的截面?zhèn)纫晥D。參考圖2A和2B，設備200包括一個襯底202，它具有頂表面204。襯底202包括一個蝕刻在頂表面204上的凹陷206。在圖2A中，凹陷206是用虛線多邊形所限定的區(qū)域206所表示的多邊形形狀的區(qū)域206是由凹陷206所限定的區(qū)域。凹陷206或者“游泳池”的形狀并不僅限于長方形或矩形。事實上，區(qū)域206所覆蓋的凹陷206可以有任何多邊形的形狀，例如四角形或五角形。在一個優(yōu)選實施例中，由凹陷206所規(guī)定的區(qū)域106的形狀是個具有邊和頂點的五角形，其中沒有一條邊是和別的邊平行的，沒有兩個頂點具有和別的相同的角，或者兩者都如此。
在襯底202跨越凹陷206的地方制造FBAR 210。FBAR 210包括一層壓電(PZ)材料212夾在第一電極214和第二電極216之間。FBAR包含一個蝕刻孔220以進入凹陷206。蝕刻孔220包括一個穿過PZ材料212和穿過電極214和216的孔，這些孔是對準的以形成從凹陷206到FBAR 210頂部而延伸的蝕刻孔220。在一個實施例中，蝕刻孔220基本上位于由凹陷206所規(guī)定的凹陷206的中心，蝕刻孔210的直徑可以在10個微米的量級，但可在小于1至40微米或更大的范圍內(nèi)。
FBAR可以包括另外的蝕刻孔，例如蝕刻孔222、224、226和228。在所示的實施例中，蝕刻孔位于或靠近由凹陷206所規(guī)定的區(qū)域206的所選定的頂點或角上。
設備200是這樣制造的首先蝕刻襯底202的頂表面204以建立一個凹陷206。在一個實施例中，凹陷206可以為約3微米深和約10,000到30,000平方微米的面積。這些數(shù)值可以因為制造不同尺寸的諧振器，不同頻率的諧振器，使用不同的材料，這些或其它因素的任意組合而有很大的變化。襯底202可以是硅或其它合適的材料。其次，凹陷206中用犧牲材料填充，例如磷石英玻璃(PSG)，并拋光以形成一個與襯底202的頂表面204相平整的光滑表面。然后，在襯底202的頂表面204上跨越這時已充滿了犧牲材料的凹陷區(qū)206制造FBAR 210。有關制造設備200的各部分的技術的附加信息可以在授予Ruby等人的2000年5月9日發(fā)布的美國專利6,060,818號中找到。6,060,818號專利在此引用以供參考。對于本發(fā)明，F(xiàn)BAR210的各層214、212和216制造成至少具有一個蝕刻孔210。此外，F(xiàn)BAR可以制造成具有外加的蝕刻孔222、224、226和228。
最后，在凹陷206中的犧牲材料通過在設備200中引入蝕刻溶液，例如稀釋的氫氟酸H2O∶HF而被去除。蝕刻孔220(以及任何別的蝕刻孔如222、224、226和228)提供了蝕刻溶液對凹陷206快速和完全的接觸以達到蝕刻犧牲材料的目的。當蝕刻溶液溶解了犧牲材料時，就形成了廢棄物。在本發(fā)明中，廢棄物有效地從凹陷206通過蝕刻孔220和任何附加的蝕刻孔如222、224、226和228而被去除。
圖3A表明按照本發(fā)明的另一實施例的一種設備300的頂視圖。圖3B表明圖3A中的設備沿著線B-B的截面?zhèn)纫晥D。參考圖3A和3B，設備300包括一個襯底302，它有頂表面304。襯底302包括一個蝕刻在頂表面304上的凹陷306。在圖3A中，凹陷306表示為用虛線標出的多邊形區(qū)域306。在圖3A示出的實施例中，凹陷306包括蝕刻溝307a、307b、307c、307d、307e、307f、307g和307h。為了簡單，蝕刻溝在今后及在圖3B中集體地作為307。圖3A中表示了8條蝕刻溝307以起說明的作用，但是，溝的數(shù)量并不要求或限于8條。
FBAR制造在襯底302上并跨越包括蝕刻溝307的凹陷306上。FBAR 310包括一層壓電(PZ)材料312夾在第一電極314和第二電極316之間。FBAR包括一個蝕刻孔320以進入凹陷306。在一個實施例中，蝕刻孔310基本上位于由凹陷306所確定的區(qū)域306的中心，而蝕刻孔320的直徑可以在10微米的量級。
FBAR 310可以包含另外的蝕刻孔，例如在圖3B中表明的蝕刻孔322和324，但這沒有在圖3A中表明。在圖3A中沒有表明蝕刻孔322和324是為了避免模糊蝕刻溝307。這是因為，在一個實施例中，蝕刻孔(322、324，或另外的在圖3A或圖3B中都沒有顯示的蝕刻孔)是和每個蝕刻溝307相對準而制造的。
設備300的制造過程類似于圖2A和2B所示的設備200的如上面所述的制造過程。但是，當蝕刻凹陷306時，蝕刻溝307必須作為凹陷306的一部分而蝕刻掉。同時，犧牲材料也要沉積在蝕刻溝307內(nèi)一直到以后在加工過程中去除掉。蝕刻孔322、324以及其余蝕刻孔最好在與蝕刻溝307中之一對準的情況下加工。
最后，占據(jù)凹陷306的犧牲材料通過將設備300引入到蝕刻溶液中而被去除。
溝307和蝕刻孔320(以及其它蝕刻孔，例如322、324，以及別的蝕刻孔)用于使蝕刻溶液快速和完全地接觸到凹陷306以便蝕刻掉犧牲材料。廢棄物通過溝和蝕刻孔320以及任何另外的蝕刻孔可以從凹陷306中有效地被排除。
根據(jù)上面所述，本發(fā)明是新型的并較現(xiàn)有技術會提供優(yōu)點，這將是很清楚的。本發(fā)明將導致在機械上更加完美的FBAR并使因長時間暴露在蝕刻溶液中而引起的問題、對犧牲材料蝕刻的不一致和不完整、或者兩都都存在所引起的問題減到最少。雖然上面說明并顯示了本發(fā)明的一個具體實施例，但本發(fā)明并不局限于如此說明和顯示的特定形式和部件的安排。例如，本發(fā)明可以應用在SBAR或其它需要在器件和它的襯底間去掉材料的器件中。本發(fā)明只受下面的權利要求的限制。
權利要求
1.一種設備(200)包括一個襯底(202)，在其頂表面(204)上有一個凹陷(206)；以及在襯底(202)上并跨越凹陷(206)而制造的一個聲諧振器，聲諧振器有一個蝕刻孔(220)以進入凹陷(206)。
2.權利要求1所述的設備(200)，其中的凹陷(206)在襯底(202)的頂表面(204)上規(guī)定了一個區(qū)域而蝕刻孔(220)基本上在該區(qū)域的中心。
3.權利要求2所述的設備(200)，其中的區(qū)域(206)的形狀是多邊形，且該設備(200)還包括另外的蝕刻孔(222、224)，在多邊形區(qū)域(206)選定的頂點各有一個蝕刻孔。
4.權利要求3所述的設備(200)，其中的多邊形形狀的區(qū)域(206)具有多條邊，沒有兩條邊是相互平行的。
5.權利要求3所述的設備(200)，其中的多邊形形狀的區(qū)域具有各頂點，它們規(guī)定各個角，沒有兩個頂點有相同的角。
6.權利要求1所述的設備(200)，其中的聲諧振器是薄膜體聲諧振器(FBAR)，包括一個壓電材料(212)夾在兩個電極(214，216)之間。
7.一種在具有頂表面(204)的襯底(212)上制造聲諧振器的方法，所說方法包括的步驟為在所說的頂表面(204)上蝕刻一個凹陷(206)；在所說凹陷(206)中填入犧牲材料；在襯底(202)上制造聲諧振器，該聲諧振器有一個蝕刻孔(220)；以及去除該犧牲材料。
8.權利要求7所述的方法，其中該凹陷(206)在襯底(202)的頂表面(204)上規(guī)定一個區(qū)域(206)，而該蝕刻孔(220)基本上位于該區(qū)域(206)的中心。
9.權利要求8所述的方法，其中在該區(qū)域(206)中有一多邊形，且該設備(200)還包括另外的蝕刻孔(222、224)，在多邊形區(qū)域(206)的每一選定的頂點各有一個蝕刻孔。
10.一種設備(300)包括在頂表面(304)上有一凹陷(306)的一個襯底(302)，該凹陷(306)具有蝕刻溝(307)；以及制造在襯底(302)上并跨越凹陷(306)的一個聲諧振器。
11.權利要求10所述的設備(300)，其中的聲諧振器包括蝕刻孔(320)以進入凹陷(306)。
12.權利要求11所述的設備(300)，其中的凹陷(306)在頂表面(304)上規(guī)定一個區(qū)域(306)，且蝕刻孔(320)實質(zhì)上位于該區(qū)域(306)的中心。
13.權利要求10所述的設備(300)，其中的聲諧振器包括一蝕刻孔(324)，它與蝕刻溝(307)之一相對準以進入該凹陷(306)。
14.權利要求10所述的設備(300)，其中的聲諧振器包括蝕刻孔(322、324)，每個蝕刻孔和選中的蝕刻溝(307)相對準。
15.一種在具有頂表面(304)的襯底(302)上制造聲諧振器的方法，該方法包括的步驟為在頂表面(304)上蝕刻一凹陷(306)，該凹陷(306)具有至少一個蝕刻溝(307)；在凹陷(306)中填入犧牲材料；在襯底(302)上制造聲諧振器；以及去除犧牲材料。
16.權利要求15所述的方法，其中的聲諧振器包括一個蝕刻孔(320)。
17.權利要求16所述的方法，其中凹陷(306)規(guī)定了在襯底(302)頂表面(304)上的一個區(qū)域(306)且蝕刻孔(320)實質(zhì)上在該區(qū)域的中心。
18.權利要求15所述的方法，還包括制造多個蝕刻孔(322，324)的步驟，每個蝕刻孔和一個蝕刻溝(307)相對準。
19.權利要求15所述的方法，其中的凹陷(306)規(guī)定了具有多條邊的多邊形形狀的區(qū)域(306)，沒有兩條邊是相互平行的。
20.權利要求3所述的設備，其中的凹陷(306)規(guī)定了一個多邊形形狀的區(qū)域(306)，它具有各頂點，它們規(guī)定各角，沒有兩個頂點有相同的角。
全文摘要
一種在襯底(302)上制造例如薄膜體聲諧振器(FBAR)這樣的聲諧振器的方法。蝕刻一個凹陷(306)并填充犧牲材料。FBAR制造在襯底(302)上并跨越凹陷(306),FBAR有一個蝕刻孔(320)。凹陷(306)可以包括蝕刻溝(307),在這種情況下FBAR可以包括與蝕刻溝(307)相對準的蝕刻孔(322、324)。應用該技術所得的諧振器是懸掛在空氣中的并包括至少一個蝕刻孔(320)并且可以包括蝕刻溝(307)。
文檔編號H03H3/00GK1373556SQ01142499
公開日2002年10月9日 申請日期2001年11月30日 優(yōu)先權日2001年3月1日
發(fā)明者R·C·魯比, P·布拉德利, Y·奧斯姆彥斯基, D·A·菲格雷多 申請人:安捷倫科技有限公司