一种用于制造金属电极的制造方法
阅读说明：本技术 一种用于制造金属电极的制造方法 (Method for manufacturing metal electrode ) 是由 宋晓辉 许欣 翁志坤 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于制造金属电极的制造方法,包括：在压电材料衬底上形成第一光刻胶层；形成第一图形；基于所述第一图形,对所述压电材料衬底进行蚀刻,以形成填埋沟；去除所述第一光刻胶层；在所述压电材料衬底上沉积金属材料以形成电极金属层；使得所述压电材料衬底的暴露表面与所述电极金属层的暴露表面齐平；形成第一介质层；在所述第一介质层上形成第二光刻胶层；形成第二图形；基于所述第二图形,对所述第一介质层进行蚀刻,以形成电极保护层图形；去除所述第二光刻胶层；以及在所述电极保护层图形和所述压电材料衬底上形成第二介质层。(The present invention provides a manufacturing method for manufacturing a metal electrode, comprising: forming a first photoresist layer on a piezoelectric material substrate; forming a first pattern; etching the piezoelectric material substrate based on the first pattern to form a filling groove; removing the first photoresist layer; depositing a metal material on the piezoelectric material substrate to form an electrode metal layer; making an exposed surface of the piezoelectric material substrate flush with an exposed surface of the electrode metal layer; forming a first dielectric layer; forming a second photoresist layer on the first dielectric layer; forming a second pattern; etching the first dielectric layer based on the second pattern to form an electrode protection layer pattern; removing the second photoresist layer; and forming a second dielectric layer on the electrode protection layer pattern and the piezoelectric material substrate.)
技术领域
本发明涉及金属电极的制造，尤其涉及滤波器中的金属电极的制造。
背景技术
声表面波(SAW)滤波器广泛应用于信号接收机前端以及双工器和接收滤波器。SAW滤波器集低插入损耗和良好的抑制性能于一身，可实现宽带宽和小体积。习知的SAW滤波器中，电输入信号通过间插的金属叉指换能器(IDT) 转换为声波，这种IDT是在压电基板上形成的。
在现有的声表面波滤波器的叉指换能器结构制造方法中，一般采用剥离工艺(LIFT-OFF)，即在衬底上采用负性光刻胶通过图案化(例如，通过曝光、显影等方式)制成图形，然后在其上淀积金属膜，再用不侵蚀金属膜的溶剂除去光刻胶。随着光刻胶的去除，胶上的金属被剥离，从而留下预设图形的金属结构。
SAW滤波器的调整频率主要依靠IDT电极线宽来调整，即频率越高线宽越小，如1.9G的一般线宽在0.5μm，而3.5G的一般在0.25μm。随着技术发展， SAW滤波器在高频尤其是未来5G时代的应用频率会越来越高，对线宽要求更为苛刻。
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，现有的SAW滤波器制造方法中，由于负胶及剥离工艺的局限，在 IDT电极线宽小于0.5μm时，曝光及剥离工艺基本上无法完成，且电极的形貌较难控制，这限制了SAW滤波器产品在高频领域的应用。
此外，由于现有的SAW滤波器压电材料内部原子间的相互作用力一般都表现出负温度特性，即随着温度升高，原子间的相互作用力减弱，这会导致压电料的弹性系数变小。而SAW滤波器的谐振频率又与压电材料的弹性系数成正比，因此，随着温度的升高，SAW滤波器的谐振频率减小。这种温度-频率漂移特性对SAW滤波器在射频终端的应用产生影响，因而在电学应用中需对 SAW滤波器进行相应的温度补偿以提高其频率稳定性。
本发明鉴于上述那样的现有问题而完成，其目的在于，提供一种用于制造金属电极的制造方法，可在IDT电极线较宽时完成曝光及剥离工艺，并且可控制电极的形貌以得到一种在其表面形成有梯形SiO2介质层以覆盖电极的新型的全埋IDT电极形态，由此降低频率温度系数，从而抑制频率漂移。
解决技术问题的技术方案
在解决上述问题的本发明的一个实施方式中，提供了一种用于制造金属电极的制造方法，其特征在于，包括：
在压电材料衬底上涂覆光刻胶，以形成第一光刻胶层；
对所述第一光刻胶层进行图案化，以形成第一图形；
基于所述第一图形，对所述压电材料衬底进行蚀刻，以形成填埋沟；
去除所述第一光刻胶层；
在所述压电材料衬底上沉积金属材料，使得所述金属材料填满所述填埋沟，以形成电极金属层；
对所述压电材料衬底和所述电极金属层进行研磨，以使得所述压电材料衬底的暴露表面与所述电极金属层的暴露表面齐平；
在所述压电材料衬底的所述暴露表面和所述电极金属层的所述暴露表面上形成第一介质层；
在所述第一介质层上涂覆光刻胶，以形成第二光刻胶层；
对所述第二光刻胶层进行图案化，以形成第二图形；
基于所述第二图形，对所述第一介质层进行蚀刻，以形成电极保护层图形；
去除所述第二光刻胶层；以及
在所述电极保护层图形和所述压电材料衬底上形成第二介质层。
在本发明的一实施方式中，在所述制造方法中，所述第二介质层覆盖所述电极金属层并且横截面为梯形。
在本发明的一实施方式中，在所述制造方法中，所述第一图形的宽度与所述第二图形的宽度相同。
在本发明的一实施方式中，在所述制造方法中，所述压电材料衬底由钽酸锂或锂酸锂形成。
在本发明的一实施方式中，在所述制造方法中，所述电极金属层为Al层、 Al/Cu的组合层、Ti/AL/Cu的组合层、或Pt层。
在本发明的一实施方式中，在所述制造方法中，所述第一光刻胶层厚度和所述第二光刻胶层的厚度为1um～2um。
在本发明的一实施方式中，在所述制造方法中，所述第一介质层和所述第二介质层由SiO2形成。
在本发明的一实施方式中，在所述制造方法中，所述填埋沟的深度为 20nm～100nm。
在本发明的一实施方式中，在所述制造方法中，所述第一介质层的厚度为 100nm～500nm。
在本发明的一实施方式中，提供了一种金属电极，该金属电极通过上述制造方法中的任一个制造方法制造而成。
发明效果
根据本发明，可在IDT电极线宽较小时完成曝光及剥离工艺，并且可控制电极的形貌。
另外，根据本发明，可通过分步镀膜实现在IDT金属层外围增加一层SiO2以抑制温度漂移，从而降低IDT电极的频率温度系数。
此外，根据本发明，可得到一种新型全埋IDT电极结构的制造方法，此制造方法通过介质层镀膜在其表面镀介质层时形成梯形结构，从而提高机电耦合系数和Q值(也称作品质因子)，并有效抑制杂波。
附图说明
为了能够详细地理解本发明，可参考实施例得出上文所简要概述的本发明的更具体的描述，一些实施例在附图中示出，为了促进理解，已尽可能使用相同附图标记来标示各图所共有的相同要素。然而，应当注意，附图仅仅示出本发明的典型实施例，并且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可允许其他等效实施例，在附图中：
图1是根据现有技术的对比例的高频SAW的IDT铜工艺制造方法的示意图。
图2是根据本发明的实施方式的温度补偿型SAW(TC-SAW)滤波器的金属电极制造方法的示意图。
图3是根据本发明的实施方式的TC-SAW滤波器的金属电极制造方法的工艺流程图。
可以预期的是，本发明的一个实施例中的要素可有利地适用于其他实施例而无需赘述。
具体实施方式
以下通过具体实施方式来进行说明，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容清楚地了解本发明的其他优点与技术效果。此外，本发明并不限于下述具体实施方式，也可通过其他不同的实施方式加以施行或应用，并且，对于本说明书中的各项具体内容，可在不背离本发明的精神下进行各种修改与变更。
下面，基于附图对本发明的具体实施方式进行详细叙述。所列举的附图仅为简单说明，并非依实际尺寸描绘，未反应出相关结构的实际尺寸，先予叙明。为了便于理解，在各附图中使用了相同的参考标号，以指示附图中共用的相同元素。附图并未依比例绘制并且可为了清晰而被简化。一个实施方式的元素及特征可有利地并入其他实施方式中，而无须进一步叙述。
<对比例(现有技术)>
以下，参照图1对作为现有技术的对比例的现有技术的高频SAW滤波器的IDT铜工艺制造方法进行描述。
图1是根据现有技术的对比例的高频SAW滤波器的IDT铜工艺制造方法的示意图。
工艺方法开始于图1中的步骤a。在步骤a中，提供压电材料衬底1。
接着，在步骤b中，在衬底1上沉积介质材料(例如，SiO2)以形成第一介质层2。
在步骤c中，涂覆正性光刻胶以形成正性光刻胶层，在对正性光刻胶层进行图案化(例如，通过曝光、显影等方式)之后，形成IDT图形。例如，采用干法蚀刻工艺来刻蚀第一介质层2以形成与IDT图形相对应的膜层形貌，并且去除正性光刻胶。
在步骤d中，进行IDT金属层3的沉积，该IDT金属层3至少顶层为Cu。
在步骤e中，采用化学机械研磨(CMP)工艺来研磨IDT金属层3。进行研磨直到IDT金属层3与第一介质层2平齐为止，从而形成与IDT图形相对应的彼此分立的IDT金属结构3a，并且IDT金属结构3a厚度与第一介质层2相同，如图1中的e所示。其中，CMP的主要工艺原理是化学物质与晶圆表面的物质发生反应，形成新的化合物，再利用浆料中的微粒子来进行机械式的研磨，从而将化合物去除。
在步骤f中，涂覆正性光刻胶，形成第二正性光刻胶层，并对该第二正性光刻胶层以IDT图形为基础来进行图案化(例如，通过曝光、显影等方式)，从而形成第一介质层2的剥离区域。其中，将第一介质层2的剥离区域限定至所述IDT金属结构3a侧壁之外一定距离。采用干法工艺或湿法工艺剥离该剥离区域内的介质材料，从而在金属结构3a侧壁留下保留层2a，之后去除正性光刻胶。
在步骤g中，在步骤f中所形成的结构的表面上进行上述介质材料的二次沉积，从而形成第二介质层4。第二介质层4覆盖IDT金属结构3a的表面以用于调整频率。
在步骤h中，对预设的区域(例如部分的IDT金属结构的顶部)的第二介质层4开孔以得到连接孔5，从而形成最终的图形。
至此，最终结构形成，方法结束。
<本发明的实施方式>
以下，参照图2和图3对本发明的用于制造金属电极的制造方法进行具体说明。
图2是根据本实施方式的TC-SAW滤波器的金属电极制造方法的示意图。图3是根据本实施方式的TC-SAW滤波器的金属电极制造方法的工艺流程图。在本实施方式中，虽然以将制造方法用于制造TC-SAW滤波器的IDT金属电极为例进行了说明，但是不限于此，也可以将本发明的制造方法用于制造其他类型的器件中的具有与本实施方式的IDT金属电极相似的结构的其他类型的电极。
本实施方式的TC-SAW滤波器的金属电极制造方法开始于步骤S302。该步骤S302中，如图2中的a所示，可提供压电材料衬底1。压电材料衬底1可以由例如钽酸锂或锂酸锂晶圆等形成。
接着，在步骤S304中，可在压电材料衬底1上涂覆正性光刻胶以形成第一正性光刻胶层2，如图2中的b所示。作为非限制性的示例，正性光刻胶可以包括线性酚醛树脂。第一正性光刻胶层1的厚度范围可在1um～2um，例如为 1.2um，这可根据产品设计需求进行调整。
在步骤S306中，可对第一正性光刻胶层1进行图案化(例如，通过曝光、显影等方式)从而形成第一图形2a，如图2中的c所示。第一图形2a的线宽 (其相当于指状电极宽度)可根据实际产品需要来进行调整，线宽的范围可为 200nm～500nm，例如为300nm。
在步骤S308中，如图2中的d所示，可采用例如干法蚀刻工艺等蚀刻工艺来在压电材料衬底1上根据第一图形2a形成填埋沟1a，填埋沟1a的深度范围可在20～100nm，例如为50nm，这可根据产品设计需求进行调整。
在步骤S310中，如图2中的e所示，可去除第一正性光刻胶层1。作为示例，可通过湿法工艺来溶解第一正性光刻胶层1。
在步骤S312中，可在压电材料衬底1上沉积金属材料(例如，Al、Cu、 Ti、Pt)直到金属材料填满压电材料衬底1上的填埋沟1a为止(可选地，可沉积金属材料直到溢出填埋沟1a为止)，以形成电极金属层3，如图2中的f所示。电极金属层3的沉积方式可采用溅镀或蒸镀等方式。电极金属层3可以是 Al或顶层包括Al的金属层组合，例如Al、Al/Cu、Ti/Al/Cu、Pt等。电极金属层3的厚度可为约50nm～200nm，例如为100nm，以促进对IDT电极结构厚度的精确控制。电极金属层3的材料和/或厚度可以根据产品设计需求来进行调整。
在步骤S314中，如图2中的g所示，可例如采用CMP(化学机械研磨) 工艺等研磨工艺来将电极金属层3溢出填埋沟1a的部分磨平，以使得压电材料衬底2的暴露表面与IDT金属层3的暴露表面齐平，以形成与第一图形2a相对应的彼此分立的IDT金属结构3a(即IDT金属电极3a)。
在步骤S316中，可在在压电材料衬底1的暴露表面和电极金属层3的暴露表面上沉积介质材料从而形成第一介质层4以用于保护电极，如图2中的h所示。组成第一介质层4的介质材料可例如包括SiO2。可通过化学气相沉积 (CVD)、物理气相沉积(PVD)和/或PECVD(等离子体增强化学气相沉积) 等沉积方法来沉积第一介质层4。第一介质层4的厚度范围可为100nm～500nm，例如为200nm，这可根据产品设计需求进行调整。
在步骤S318中，可在第一介质层4上涂覆正性光刻胶以形成第二正性光刻胶层5，如图2中的i所示。第二正性光刻胶层5的厚度范围可为1um～2um，例如为1.2um，这可根据产品设计需求进行调整。
在步骤S320中，可对第二正性光刻胶层5进行图案化(例如，通过曝光、显影等方式)，以形成第一介质层4的剥离图形5a(在下文中将其称作第二图形5a)，如图2中的j所示。第二图形5a的宽度可以与IDT金属电极3a的宽度相同。相应地，第二图形5a的宽度可以与第一图形2a的宽度相同。
在步骤S322中，可利用例如干法蚀刻工艺等蚀刻工艺对第一介质层4进行刻蚀，以根据第二图形5a刻蚀出电极保护层图形4a，如图2中的k所示。电极保护层图形4a的宽度可以与IDT金属电极3a的宽度相同。相应地，电极保护层图形4a的宽度可以与第一图形2a的宽度相同。
在步骤S324中，可去除第二正性光刻胶层5，如图2中的l所示。作为示例，可通过湿法工艺来溶解第二正性光刻胶层5。
在步骤S326中，可在电极保护层图形4a和压电材料衬底1上沉积第二介质层6，如图2中的m所示。组成第二介质层6的介质材料优选为SiO2。可以通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)和/或PECVD(等离子体增强化学气相沉积)等沉积方法来沉积第二介质层6。
至此，最终结构形成，方法结束。
在某些实施例中，上述各实施例中的方法所包括的操作可同时地发生、实质上同时地发生、或以不同于附图所示的次序而发生。
在某些实施例中，上述各实施例中的方法所包括的操作的全部或部分可选地可以由程序来自动执行。在一个示例中，本发明可以被实施作为存储在用于与计算机系统一起使用的计算机可读存储介质上的程序产品。程序产品的(多个)程序包括实施例的功能(包括本文所述的方法)。说明性计算机可读存储介质包括但不限于：(i)不可写存储介质(例如，计算机内的只读存储器装置，诸如可通过CD-ROM机读取的CD-ROM盘、闪存、ROM芯片或任何类型的固态非易失性半导体存储器)，在该不可写存储介质上的信息被永久存储；以及(ii)可写存储介质(例如，盘存储或硬盘驱动或者任何类型的固态随机存取半导体存储器)，在该可写存储介质上存储可变动信息。当实施指示本文所述的方法的功能的计算机可读指令时，这种计算机可读存储介质是本发明的实施例。
<本发明与对比例之间的对比>
相比于对比例中在IDT电极外围全部增加一层介质层(例如，SiO2)，本发明通过分步镀膜(即，在金属电极上分步形成梯形结构)，从而利用形成的梯形结构的介质层来进一步地对温度漂移进行抑制。由此，本发明实现了降低频率温度系数、抑制频率漂移的技术效果。
另外，利用本发明的电极制造方法而形成的介质层具有梯形结构，该梯形结构能够有效抑制瑞利模杂散响应(Rayleigh-mode spurious responses)，从而有效抑制杂波。
此外，对于TC-SAW滤波器而言，电极埋在氧化硅中会产生横向模式等杂散。如本文所述的那样将电极埋入压电层会抑制横向模式，提高TC-SAW滤波器的Q值。并且，如本文所述的那样将电极埋入压电层能够有效抑制换能器中的波导模并且降低电阻性损耗，改进高频转换，提高机电耦合系数。
以上详细描述了本发明的可选实施方式。但应当理解，在不脱离本发明的广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本发明的权利要求书所确定的保护范围内。