專利名稱：碳化硅射頻微電子機械系統(tǒng)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種碳化硅射頻微電子機械
系統(tǒng)(MEMS)濾波器的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著通信領(lǐng)域技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線通信系統(tǒng)從軍事應(yīng)用發(fā)展到民 用，在毫米波和微波電路及系統(tǒng)中都有著重大應(yīng)用。其中一重要應(yīng)用領(lǐng)域 就是無線個人通信系統(tǒng)如手機。在無線基站和手機中應(yīng)用了大量的射頻元 件，這些射頻元件包括諧振器和由諧振器組成的濾波器。隨著無線通信系 統(tǒng)通信頻帶向高頻方向的發(fā)展(kHz GHz)，發(fā)展瓶頸之一是在匹配電路 中缺乏具有高品質(zhì)因子(Q)( 1000)的無源元件。如何獲取高Q值諧 振器和濾波器成為當前超外差式收發(fā)器研究的熱點之一。目前一般釆用的 解決方法是在系統(tǒng)中使用大量的表面或體聲學(xué)波諧振器和石英晶體諧振 器，它們占用的體積大，只能作為分立元件應(yīng)用，增加了系統(tǒng)的體積和成 本，不能滿足無線通信系統(tǒng)微型化和低功耗的發(fā)展要求。射頻微機械系統(tǒng) (RF MEMS)采用表面加工工藝，可以實現(xiàn)片上微機械元件集成，器件 結(jié)構(gòu)尺寸可以達到微米甚至納米級，集成化和生產(chǎn)的批量化可以大大降低 系統(tǒng)的體積和生長成本。射頻諧振器和濾波器器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計和研制可以 作為射頻元件應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中，高的諧振頻率和Q值可以滿足通信 系統(tǒng)向高頻方向發(fā)展的要求，采用的表面微加工工藝可以滿足系統(tǒng)微型化 要求。
目前射頻濾波器中采用的結(jié)構(gòu)材料多為單晶硅和多晶硅材料，硅材料 只能承受低于25(TC的工作溫度，限制了器件應(yīng)用領(lǐng)域。碳化硅材料具有 寬帶隙，高擊穿場強，高熱導(dǎo)率，高飽和電子漂移速率，極好的物理化學(xué) 穩(wěn)定性等，采用碳化硅材料研制濾波器，可以應(yīng)用于高溫及其它惡劣環(huán)境 中，大大拓寬了器件的應(yīng)用領(lǐng)域。更重要的是，碳化硅材料具有高的楊氏模量，其聲學(xué)速率v:V^約為15， 400m/s，高出硅材料的50%，因此 對于相同尺寸結(jié)構(gòu)的濾波器來說，采用碳化硅材料可以大大提高中心頻 率，在保證諧振頻率下可以得到較高的Q值。
在本發(fā)明中，設(shè)計了一種碳化硅射頻濾波器結(jié)構(gòu)，并采用表面微加工 工藝制作出碳化硅濾波器，為應(yīng)用于射頻通信領(lǐng)域提供了器件研制技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅射頻微電子機械系統(tǒng)濾波器的制
作方法。包括如下步驟
(1) 在襯底上制作引出電極；
(2) 在電極上淀積犧牲層；
(3) 犧牲層上淀積碳化硅；
(4) 在碳化硅層上采用光刻和干法刻蝕的方法刻蝕出濾波器結(jié)構(gòu)；
(5) 采用犧牲層腐蝕液釋放犧牲層；
(6) 在引出電極上淀積金屬電極。
進一步，所述襯底為硅，或為藍寶石，或為碳化硅，或為氮化鎵，或 為砷化鎵。
進一步，所述引出電極采用低阻硅、或多晶硅、或低阻碳化硅材料， 其厚度為10納米 5000納米。
進一步，所述引出電極采用光刻和刻蝕工藝形成。
進一步，所述犧牲層為氧化硅、或為磷硅玻璃、或為硼硅玻璃、或為 多晶硅，其厚度為1納米 1000納米。
進一步，所述犧牲層采用等離子體化學(xué)氣相沉積方法、或常壓化學(xué)氣 相沉積方法、或低壓化學(xué)氣相沉積方法制備。
進一步，所述釋放犧牲層采用濕法腐蝕工藝或干法刻蝕工藝。
進一步，所述金屬電極采用鉻/金、鎳、鈦、鋁、鉑或鎢材料，淀積 金屬電極采用蒸發(fā)或磁控濺射方法，其厚度為10納米 5000納米。
進一步，所述碳化硅采用低壓化學(xué)氣相沉積方法制備，源氣體為乙烯 或丙烷和硅烷，流量為1.5 6標準毫升/分鐘和0.5 2標準毫升/分鐘， 生長壓力為40 100托，生長溫度為1000 1250°C;通過原位摻雜技術(shù)實
5現(xiàn)低阻碳化硅生長，N型摻雜采用氨氣或氮氣，P型摻雜采用硼垸或三甲 基鋁，氨氣或氮氣流量為0.1 1標準毫升/分鐘，硼烷或三甲基鋁流量為 1 10標準毫升/分鐘；碳化硅層的厚度為0.1 10微米。
進一步，所述濾波器器件結(jié)構(gòu)由諧振器和耦合梁組成。 進一步，所述諧振器結(jié)構(gòu)為兩端固支梁諧振器、或自由梁諧振器、或 梳齒狀諧振器，工作方式包括縱向諧振方式和橫向諧振方式。
進一步，所述耦合梁為一單臂梁，連接兩個或多個上述諧振器構(gòu)成濾 波器結(jié)構(gòu)。
進一步，所述濾波器的中心頻率由諧振器的工作頻率決定，濾波器的 帶寬靠耦合梁調(diào)整，諧振器和耦合梁的結(jié)構(gòu)尺寸由器件性能決定。
采用碳化硅材料作為器件結(jié)構(gòu)材料，碳化硅的優(yōu)越性能可以使器件應(yīng) 用于高溫、高頻或腐蝕性等極端惡劣環(huán)境中，碳化硅具有高的楊氏模量，
高的聲學(xué)速率^V^可以提高器件的諧振頻率，增加頻率選擇性，更好 的應(yīng)用于射頻無線通信系統(tǒng)中。
圖1是本發(fā)明的碳化硅濾波器的截面示意圖2是本發(fā)明的碳化硅固支梁濾波器的表面結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的碳化硅固支梁濾波器的顯微鏡觀察照片。
具體實施例方式
為進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作一詳 細的描述，其中
圖1是本發(fā)明的碳化硅濾波器的截面示意圖，圖2是本發(fā)明的碳化硅 固支梁濾波器的表面結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖1和圖2，本發(fā)明提出的一種碳
化硅射頻MEMS濾波器制作方法，包括以下步驟
襯底11材料為硅，或為藍寶石，或為碳化硅，或為氮化鎵，或為砷 化鎵。在上述襯底上淀積低阻單晶硅、或多晶硅或其它半導(dǎo)體材料，厚度
為10 5000納米，通過光刻和刻蝕工藝形成壓焊盤(pad) 12，形狀為方
6形或圓形。
淀積犧牲層，厚度為i iooo納米，犧牲層為氧化硅、或為磷硅玻璃 (PSG)、或為硼硅玻璃(BSG)、或為多晶硅，可以采用等離子體化學(xué)氣相 沉積方法、或常壓化學(xué)氣相沉積方法、或低壓化學(xué)氣相沉積方法來制備。 犧牲層的厚度根據(jù)器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計而定，決定懸空結(jié)構(gòu)和襯底之間的間隙。
采用低壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)淀積碳化硅層，厚度為O. 1 10微米，生 長壓力為40 100托，生長溫度為1200 1350°C，源氣體為乙烯(丙垸) 和硅烷，乙烯流量為1.5 6標準毫升/分鐘，硅烷流量為0.5 2標準毫升 /分鐘。在碳化硅生長的同時通入摻雜劑進行原位摻雜，N型摻雜采用氨 氣或氮氣，P型摻雜采用硼烷或三甲基鋁，氨氣或氮氣流量為0.1 1標準 毫升/分鐘，硼烷或三甲基鋁流量為1 10標準毫升/分鐘。
采用光刻和干法刻蝕技術(shù)在碳化硅上刻蝕出濾波器結(jié)構(gòu)14，濾波器 14由耦合梁21連接兩個或多個諧振器22組合而成，耦合梁21為單臂梁， 連接的兩個或多個諧振器22為平行放置，耦合梁21連接相鄰兩個諧振器 22，位置在靠近諧振器的一端錨點23處，，諧振器結(jié)構(gòu)22為兩端固支梁 諧振器、自由梁諧振器或梳齒狀諧振器。
釋放犧牲層采用濕法腐蝕工藝或干法刻蝕工藝，具體工藝條件根據(jù)犧 牲層材料和厚度而定，由于犧牲層的厚度較小，釋放犧牲層時需采用一定 工藝阻止結(jié)構(gòu)層與襯底粘連。
本發(fā)明的關(guān)鍵在于提供了一種碳化硅射頻MEMS濾波器的制作方法， 采用碳化硅材料研制器件可以拓寬器件應(yīng)用領(lǐng)域，適用于高溫及惡劣環(huán)境 中；碳化硅高的楊氏模量可以提高器件的頻率選擇性，有效解決射頻無線 通信系統(tǒng)高頻發(fā)展中的瓶頸；采用MEMS工藝，可以與集成電路工藝相 兼容，實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的單片集成。
下面以一具體實施例對本發(fā)明作進一步說明
采用以下具體工藝步驟，設(shè)計并完成了固支梁濾波器制作。該濾波器 結(jié)構(gòu)由兩個兩端固支梁諧振器22和耦合梁21組成。兩個兩端固支梁諧振 器22平行放置，結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，諧振梁長度、寬度和厚度分別為18000 納米，8000納米和2000納米。耦合梁21連接兩個固支梁諧振器22，其兩端位置在距諧振器一端錨點23 1000納米處，耦合梁21的長度、寬度和 厚度分別為12000納米，3000納米和2000納米。具體工藝步驟如下
(1) 選取藍寶石襯底，在襯底11上淀積多晶硅層12，厚度為300納 米，采用光刻和刻蝕工藝形成上、下電極形狀，為邊長卯OO納 米的正方形。
(2) 采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積方法淀積氧化硅層，厚度為100 納米，200納米和300納米。
(3) 采用低壓化學(xué)氣相沉積方法淀積碳化硅層，厚度為2000納米。 生長溫度為120(TC，生長壓力為5300帕，生長源氣體采用丙烷 和硅烷，流量為3標準毫升/分鐘和1標準毫升/分鐘；原位摻雜 氣體采用氨氣，流量為0.5標準毫升/分鐘。
(4) 采用光刻和干法刻蝕技術(shù)刻蝕碳化硅濾波器結(jié)構(gòu)14，該濾波器 由耦合梁21連接兩個固支梁諧振器22組成，其中諧振梁的長度 和寬度為18000納米和8000納米，耦合梁的長度和寬度為12000 納米和3000納米。
(5) 釋放犧牲層，在氫氟酸溶液(5%)中浸泡30分鐘，完全腐蝕掉 氧化硅層。
(6) 熱蒸發(fā)Cr/Au電極，其中Cr層15的厚度為20納米，Au層13 的厚度為500納米。
圖3是本發(fā)明的碳化硅固支梁濾波器的顯微鏡觀察照片。 本發(fā)明提出了一種碳化硅射頻MEMS濾波器的制作方法，可根據(jù)性 能要求靈活設(shè)計器件結(jié)構(gòu)和尺寸，采用MEMS工藝制作出濾波器器件。 研制的碳化硅射頻濾波器器件可以應(yīng)用于射頻無線通信系統(tǒng)中。
至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種其它的改 變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不局限于上述特定實施例，而應(yīng)由 所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1. 一種碳化硅射頻微電子機械系統(tǒng)濾波器制作方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在襯底上制作引出電極；(2)在電極上淀積犧牲層；(3)犧牲層上淀積碳化硅；(4)在碳化硅層上采用光刻和干法刻蝕的方法刻蝕出濾波器結(jié)構(gòu)；(5)采用犧牲層腐蝕液釋放犧牲層；(6)在引出電極上淀積金屬電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述襯底為 硅，或為藍寶石，或為碳化硅，或為氮化鎵，或為砷化鎵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述引出電 極采用低阻硅、或多晶硅、或低阻碳化硅材料，其厚度為10納米 5000 納米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述引出電 極采用光刻和刻蝕工藝形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述犧牲層 為氧化硅、或為磷硅玻璃、或為硼硅玻璃、或為多晶硅，其厚度為1納米 1000納米。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述犧牲層 采用等離子體化學(xué)氣相沉積方法、或常壓化學(xué)氣相沉積方法、或低壓化學(xué) 氣相沉積方法制備。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述釋放犧 牲層采用濕法腐蝕工藝或干法刻蝕工藝。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述金屬電 極采用鉻/金、鎳、鈦、鋁、鉑或鎢材料，淀積金屬電極采用蒸發(fā)或磁控 濺射方法，其厚度為10納米 5000納米。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述碳化硅 采用低壓化學(xué)氣'相沉積方法制備，源氣體為乙烯或丙垸和硅烷，流量為[1.5 6標準毫升/分鐘和0.5 2標準毫升/分鐘，生長壓力為40 100托， 生長溫度為1000 1250°C;通過原位摻雜技術(shù)實現(xiàn)低阻碳化硅生長，N型 摻雜采用氨氣或氮氣，P型慘雜采用硼烷或三甲基鋁，氨氣或氮氣流量為 0.1 1標準毫升/分鐘，硼烷或三甲基鋁流量為1 10標準毫升/分鐘；碳 化硅層的厚度為0.1 10微米。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述濾波器器件結(jié)構(gòu)由諧振器和耦合梁組成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述諧振器結(jié)構(gòu)為兩端固支梁諧振器、或自由梁諧振器、或梳齒狀諧振器，工作方 式包括縱向諧振方式和橫向諧振方式。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述耦合梁為一單臂梁，連接兩個或多個上述諧振器構(gòu)成濾波器結(jié)構(gòu)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器制作方法，其特征在于，所述濾波 器的中心頻率由諧振器的工作頻率決定，濾波器的帶寬靠耦合梁調(diào)整，諧 振器和耦合梁的結(jié)構(gòu)尺寸由器件性能決定。
全文摘要
本發(fā)明是一種的碳化硅射頻微電子機械系統(tǒng)濾波器的制作方法。濾波器由兩個結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的諧振器和中間耦合梁組成。該發(fā)明設(shè)計的射頻濾波器的中心頻率為諧振器的頻率，其帶寬由中間耦合梁決定。優(yōu)化諧振梁結(jié)構(gòu)尺寸可以得到高的諧振頻率，同時優(yōu)化耦合梁尺寸可以調(diào)整帶寬。碳化硅優(yōu)越的材料性能可以使器件應(yīng)用于高溫及腐蝕性等惡劣環(huán)境中；碳化硅高的聲學(xué)速率v＝ E/P可以提高器件的中心頻率，增加頻率選擇性。本發(fā)明提出的碳化硅濾波器可以與集成電路工藝兼容，實現(xiàn)單片無線通信系統(tǒng)，滿足射頻通信系統(tǒng)高頻帶、微型化發(fā)展要求。
文檔編號H03H3/00GK101471637SQ20071030422
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者劉興昉, 孫國勝, 瑾 寧, 曾一平, 李晉閩, 亮 王, 雷 王, 趙萬順, 趙永梅 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所