以氮化铝为介质的电容加载MEMS滤波器及制造方法与流程

以氮化铝为介质的电容加载mems滤波器及制造方法
技术领域
1.本发明涉及电容加载滤波器，尤其涉及一种基于硅基以氮化铝为介质的电容加载滤波器。


背景技术：

2.滤波器是通信系统中最为重要的滤波元件，滤波器的体积、成本、集成度也成为系统设计时极为关心的问题。传统的lc滤波器和微带滤波器体积大且带外抑制能力弱，腔体和介质滤波器难以实现小型化。硅基滤波器采用微机电(micro-electro-mechanical-systems，mems)技术，是一种高精度多层立体微加工技术，使用mems技术制作滤波器，可达到微米量级加工精度，获得的滤波器在体积、损耗、选择性和一致性等方面都具有显著优势，可满足毫米波频段的指标要求。采用高阻硅衬底可以减少传输线的高频损耗，使滤波器具有体积小、损耗低、品质因数高等优点。梳状线滤波器谐振器的一端短路而另一端为开路状态在射频电路中广泛应用。当在开路端加载一个电容到地时，谐振器的尺寸会大幅缩短。现有电容加载滤波器普遍采用氮化硅或氧化硅作为电容介质，生长温度高导致工艺兼容性差，电容介质厚度难以精确控制导致滤波器性能均匀性较差。另一方面，氮化硅和氧化硅的图形化难度较大，同样导致滤波器性能均匀性变差。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种体积小、制作工艺简单的以氮化铝为介质的电容加载mems滤波器及制造方法。
4.实现本发明目的的技术方案为：第一方面，本发明提供一种以氮化铝为介质的电容加载mems滤波器的制作方法，包括：
5.步骤1、提供硅基板；
6.步骤2、在所述硅基板上形成电容下电极金属层，并对电容下电极金属层进行图形化；
7.步骤3、在图形化的电容下电极金属层上沉积电容介质层并对其进行图形化；
8.步骤4、在硅基板上涂覆光刻胶，曝光、显影后刻蚀硅基板，形成硅孔；
9.步骤5、在硅基板背面进行减薄操作，露出硅孔，形成硅通孔；
10.步骤6、在硅基板正反面、电容介质层表面和硅通孔内形成金属粘附层及种子层；
11.步骤7、在硅基板正面和电容介质层上涂覆光刻胶，曝光、显影后，在硅基板正面显影后区域，即电容上电极、滤波器谐振器、硅通孔和硅基板背面形成第二金属层，去除光刻胶，去除正面第二金属层图形之外的粘附层和种子层。
12.第二方面，本发明还提供一种基于第一方面所述方法制备的以氮化铝为介质的电容加载mems滤波器。
13.与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明的射频滤波器的制作方法和射频滤波器，其通过在硅基板上形成金属下电极层，并对金属下电极层进行图形化，之后，在图
形化的下电极金属层上沉积氮化铝介质层和二氧化硅，在二氧化硅表面涂覆光刻胶并图形化，去除暴露出的二氧化硅图形，去除光刻胶，以图形化后二氧化硅为掩膜对氮化铝进行图形化，去除二氧化硅，实现氮化铝的图形化。氮化铝采用磁控溅射工艺制作，厚度控制精确，成膜质量稳定，介电常数和图形尺寸能够精确控制。通过图形化电镀工艺，制作第二层金属，同时作为电容上电极金属、滤波器谐振器金属、tsv通孔及硅基板背面接地金属。大幅简化了工艺流程，减少工艺步骤，降低制作射频滤波器的制作成本，提高经济效益。
附图说明
14.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
15.图1为本发明实施例中射频滤波器的结构示意图；
16.图2为本发明实施例中射频滤波器的截面结构示意图；
17.图3(a)-图3(f)为本发明实施例中射频滤波器的工艺制造流程结构示意图。
18.附图标记说明
19.100：射频滤波器；
20.110：硅基板；
21.120：电容下电极氮化铝；
22.130：电容下电极金属钼；
23.140：电容介质层氮化铝；
24.160：硅tsv通孔；
25.170：电容上电极
26.180：滤波器谐振器；
27.190：滤波器背面金属层。
具体实施方式
28.如图1、图2所示，本发明的射频滤波器包括硅基板、氮化铝和金属钼组成电容下电极、氮化铝电容介质层、tsv通孔、au谐振器、au电容上电极，tsv孔内au和硅基板背面接地au。射频滤波器通过以下步骤制作：
29.步骤1、提供硅基板；
30.步骤2、在所述硅基板上形成电容下电极金属层，并对所述金属电极层进行图形化；
31.步骤3、在图形化的下电极金属层上沉积氮化铝介质层和二氧化硅，在二氧化硅表面涂覆光刻胶并图形化，去除暴露出的二氧化硅图形，去除光刻胶，以图形化后二氧化硅为掩膜对氮化铝进行图形化，去除二氧化硅，实现氮化铝的图形化；
32.步骤4、在所述硅基板上涂覆光刻胶，曝光、显影后刻蚀硅基板，形成硅孔；
33.步骤5、在所述硅基板背面进行减薄操作，露出硅孔，形成硅通孔；
34.步骤6、在所述硅基板正反面、氮化铝介质层表面和硅通孔内形成金属粘附层及种子层；
35.步骤7、在所述硅基板正面和氮化铝介质层上涂覆光刻胶，曝光、显影后，在硅基板
正面显影后区域，即电容上电极、滤波器谐振器、硅通孔和硅基板背面形成第二层金属层，去除光刻胶，去除正面第二金属层图形之外种子层。
36.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
37.参考图1和图2所示，本发明的第一方面，涉及一种射频滤波器100的制作方法，该制作方法包括：
38.如图3(a)所示，提供硅基板110，并在硅基板110上沉积电容下电极氮化铝120和金属钼130。
39.具体地，在本步骤中，基板材料为高阻硅，典型的电阻率≥10000ω
·
cm。氮化铝120和金属钼130采用磁控溅射工艺制作，氮化铝厚度范围10～50纳米，钼厚度范围100～600纳米。
40.如图3(b)所示，在所述硅基板上对电容下电极层进行图形化。
41.具体地，在本步骤中，例如，在电容下电极表面涂覆光刻胶，曝光显影后形成电容下电极图形。采用干法刻蚀工艺去除光刻胶掩蔽图形外的钼和氮化铝，然后采用有机溶剂去除光刻胶，形成金属下电极图形120和130。
42.如图3(c)所示，金属下电极图形120和130和硅基板110表面采用薄膜工艺沉积氮化铝介质层和氧化硅掩蔽层。采用光刻工艺和湿法腐蚀工艺对氧化硅掩蔽层进行图形化，采用有机溶剂去除光刻胶，以氧化硅为掩蔽，采用湿法腐蚀工艺对氮化铝介质层进行图形化，再采用湿法腐蚀工艺去除氧化硅掩蔽层，形成电容介质层图形140。
43.如图3(d)所示，在硅基板110表面采用光刻图形化工艺形成tsv图形，采用干法刻蚀工艺刻蚀硅基板，形成tsv孔。
44.如图3(e)所示，对硅基板110背面进行减薄工艺，暴露出tsv孔，形成tsv通孔160。
45.如图3(f)所示，在硅基板正面及背面采用磁控溅射工艺制作粘附层和种子层，通过光刻工艺形成电容上电极图形170，滤波器谐振器图形180，通过电镀工艺形成电容上电极170、滤波器谐振器180、tsv通孔内金属和背面接地金属190。通过有机溶剂去除光刻胶，通过干法或湿法工艺去除电容上电极图形和滤波器谐振器图形之外的粘附层和种子层，从而形成完整的滤波器成品。
46.综上，本发明指出的一种低损硅基滤波器及其制作方法，本发明的射频滤波器的制作方法和射频滤波器，采用磁控溅射工艺制作电容下电极和电容介质层，成膜质量高，厚度控制精确。通过图形化电镀工艺，制作第二层金属，同时作为电容上电极金属、滤波器谐振器金属、tsv通孔及硅基板背面接地金属。大幅简化了工艺流程，减少工艺步骤，降低制作射频滤波器的制作成本，提高经济效益。
47.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种以氮化铝为介质的电容加载mems滤波器的制作方法，其特征在于，包括：步骤1、提供硅基板；步骤2、在所述硅基板上形成电容下电极金属层，并对电容下电极金属层进行图形化；步骤3、在图形化的电容下电极金属层上沉积电容介质层并对其进行图形化；步骤4、在硅基板上涂覆光刻胶，曝光、显影后刻蚀硅基板，形成硅孔；步骤5、在硅基板背面进行减薄操作，露出硅孔，形成硅通孔；步骤6、在硅基板正反面、电容介质层表面和硅通孔内形成金属粘附层及种子层；步骤7、在硅基板正面和电容介质层上涂覆光刻胶，曝光、显影后，在硅基板正面显影后区域，即电容上电极、滤波器谐振器、硅通孔和硅基板背面形成第二金属层，去除光刻胶，去除正面第二金属层图形之外的粘附层和种子层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所提供硅基板为高阻硅，电阻率：3000-10000ω
·
cm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述电容下电极金属层为两层复合材料，自下而上分别为氮化铝和钼。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，氮化铝和钼采用磁控溅射工艺制备，氮化铝厚度范围10～50纳米，钼厚度范围100～600纳米。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在图形化的下电极金属层上沉积氮化铝介质层和二氧化硅，在二氧化硅表面涂覆光刻胶并图形化，去除暴露出的二氧化硅图形，去除光刻胶，以图形化后二氧化硅为掩膜对氮化铝进行图形化，去除二氧化硅，实现氮化铝的图形化。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电容介质层材料为氮化铝，制备方法为磁控溅射，厚度范围100～1000纳米。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金属粘附层及种子层为ti/tiw/au，tiw/au，cr/au中的一种。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7中光刻胶为负性光刻胶。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，硅基板正面显影后区域，即电容上电极、滤波器谐振器、硅通孔和硅基板背面金属层通过电镀工艺生长成标准厚度的金层，厚度为2-5微米。10.一种以氮化铝为介质的电容加载mems滤波器，其特征在于，所述滤波器采用权利要求1至9中任意一项所述的射频滤波器的制作方法制作形成。

技术总结
本发明公开了一种以氮化铝为介质的电容加载MEMS滤波器及制造方法，方法包括：提供硅基板；在硅基板上形成第一金属层，并对其进行图形化；在第一金属层上形成介质层并对其进行图形化；硅基板上涂覆光刻胶并图形化，进行硅孔刻蚀，通过减薄工艺形成硅通孔；在硅基板正面及背面形成图形化的第二金属层；所述第一金属层作为电容的下电极，介质层作为电容的介质层，第二金属层为电容的上电极、滤波器谐振器、通孔及背面接地金属。末端加载电容的方式能够大幅减小滤波器体积，第二金属层同时作为电容上电极、滤波器谐振器、通孔及背面接地金属，不在需要额外的工艺步骤来制作谐振器，减少了工艺步骤，实现滤波器的小型化，满足SiP集成需求。求。求。


技术研发人员：陈迪 贾世星 罗冬雪 夏燕 李昊
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十五研究所
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/11