一种谐振器的调频方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种谐振器的调频方法。


背景技术：

2.薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator，简称fbar)是一种压电声学无源器件，广泛应用于移动通信系统中的射频前端模块，实现射频信号的接收和发射功能。
3.在通信应用中，对薄膜体声波谐振器的谐振频率要求极其精准，例如，在常用的1.7ghz至2.7ghz频段内的薄膜体声波谐振器(或包含有谐振器的滤波器)的谐振频率需要在目标频率
±
0.2％的范围内。
4.相关技术中，主要通过精准控制半导体晶圆衬底上的压电薄膜的厚度均匀性，进而控制每一个薄膜体声波谐振器的频率误差。而压电薄膜的厚度则是通过优化沉积设备和薄膜沉积工艺，沉积出较均匀性良好的压电薄膜。
5.然而，生长制备厚度均匀性优良的压电薄膜，本身就具有很大的挑战性，再加上后续各道工艺引入的误差，不可避免的对薄膜体声波谐振器的频率带来更大的偏差影响。因此，仅仅通过控制压电薄膜的厚度均匀性，很难精确地将薄膜体声波谐振器的频率精准控制在目标值
±
0.2％的范围内。
6.也就是说，相关技术中制备的谐振器的达标率较低，却无法对没有达标的谐振器进行优化。


技术实现要素：

7.本技术实施例通过提供一种谐振器的调频方法，解决了现有技术中无法对没有达标的谐振器进行优化的技术问题，实现了对未达标的谐振器进行优化，改善谐振器频率精度的技术效果。
8.本技术提供了一种谐振器的调频方法，方法包括：
9.对目标晶圆上的谐振器组中的谐振器进行谐振频率测试，得到测试结果；
10.根据测试结果，从谐振器组中确定待调整谐振器以及待调整谐振器的调整类型；
11.对待调整谐振器进行模拟仿真，确定待调整谐振器的待调频区域；
12.根据待调整谐振器的调整类型，对待调频区域进行沉积操作或刻蚀操作，沉积操作用于增加待调频区域的厚度，降低待调频区域的谐振频率，刻蚀操作用于降低待调频区域的厚度，提高待调频区域的谐振频率。
13.进一步地，根据测试结果，确定待调整谐振器的调整类型，包括：
14.根据测试结果与目标谐振频率范围之间的关系，将待调整谐振器划分为第一类谐振器和第二类谐振器，目标谐振频率范围由最大谐振频率和最小谐振频率确定；
15.其中，第一类谐振器包括谐振频率大于最大谐振频率的待调整谐振器，第二类谐振器包括谐振频率小于最小谐振频率的待调整谐振器。
16.进一步地，根据待调整谐振器的调整类型，对待调频区域进行沉积操作或刻蚀操
作，包括：
17.当待调整谐振器为第一类谐振器时，对第一类谐振器的待调频区域进行沉积操作；
18.当待调整谐振器为第二类谐振器时，对第二类谐振器的待调频区域进行刻蚀操作。
19.进一步地，对第一类谐振器的待调频区域进行沉积操作，包括：
20.在第一类谐振器的钝化层表面制备第一掩膜；
21.对第一掩膜上与第一类谐振器的待调频区域对应的区域进行光刻；
22.在经过光刻后的区域沉积目标厚度的薄膜，并去除第一掩膜。
23.进一步地，在经过光刻后的区域沉积目标厚度的薄膜之前，方法还包括：
24.根据薄膜厚度与谐振频率变化幅度之间的关系，确定目标厚度。
25.进一步地，对第二类谐振器的待调频区域进行刻蚀操作，包括：
26.在第二类谐振器的钝化层表面制备第二掩膜；
27.对第二掩膜上与第二类谐振器的待调频区域对应的区域进行光刻；
28.在经过光刻后的区域刻蚀目标深度的凹槽，并去除第二掩膜。
29.进一步地，在经过光刻后的区域刻蚀目标深度的凹槽之前，方法还包括：
30.根据凹槽深度与谐振频率变化幅度之间的关系，确定目标深度。
31.进一步地，对待调整谐振器进行模拟仿真，确定待调整谐振器的待调频区域，包括：
32.对待调整谐振器进行模拟仿真，在待调整谐振器的有效区域之外的区域中，确定待调频区域，有效区域是指待调整谐振器的上电极和下电极在垂直方向上重叠的区域。
33.进一步地，在待调整谐振器的有效区域之外的区域中，确定待调频区域，包括：
34.在有效区域之外的外围区域中，确定待调频区域，外围区域与有效区域之间间隔有预设宽度的环形区域。
35.进一步地，在对待调频区域进行沉积操作或刻蚀操作之后，方法还包括：
36.重新对经过沉积操作或刻蚀操作的待调整谐振器进行谐振频率测试，得到复检结果；
37.根据复检结果，确定待调整谐振器的谐振频率是否在目标谐振频率范围内。
38.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
39.本技术对谐振器组中的谐振器进行谐振频率测试，获得测试结果，根据测试结果，从谐振器组中确定待调整谐振器及其调整类型，对待调整谐振器进行模拟仿真，确定待调频区域，根据待调整谐振器的调整类型，对待调整区域进行沉积或刻蚀，通过改变待调频区域的厚度，改变待调频区域的谐振频率。本技术针对制作完成的谐振器，根据谐振频率的测试结果进行分类，对需要调低频率的部分谐振器，在待调频区域进行沉积操作，对于需要调高频率的部分谐振器，在待调频区域进行刻蚀操作，对未达标的谐振器进行优化，实现精准地调频，提高达标率。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为薄膜体声波谐振器的简化结构图；
42.图2为本技术提供的一种谐振器的调频方法的流程图；
43.图3为本技术提供的谐振器的区域分布示意图；
44.图4和图5为本技术提供的针对第一类谐振器进行调频的示意图；
45.图6为沉积厚度与频率变化的曲线示意图；
46.图7和图8为本技术提供的针对第二类谐振器进行调频的示意图；
47.图9为刻蚀深度与频率变化的曲线示意图。
48.附图标记：
49.101
‑
衬底晶圆，102
‑
声波反射结构，103
‑
下电极，104压电薄膜，105
‑
上电极，106
‑
钝化层，201
‑
第一掩膜，202
‑
薄膜，301
‑
第二掩膜，302
‑
凹槽。
具体实施方式
50.本技术实施例通过提供一种谐振器的调频方法，解决了现有技术中无法对没有达标的谐振器进行优化的技术问题。
51.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
52.一种谐振器的调频方法，方法包括：对目标晶圆上的谐振器组中的谐振器进行谐振频率测试，得到测试结果；根据测试结果，从谐振器组中确定待调整谐振器以及待调整谐振器的调整类型；对待调整谐振器进行模拟仿真，确定待调整谐振器的待调频区域；根据待调整谐振器的调整类型，对待调频区域进行沉积操作或刻蚀操作，沉积操作用于增加待调频区域的厚度，降低待调频区域的谐振频率，刻蚀操作用于降低待调频区域的厚度，提高待调频区域的谐振频率。
53.本实施例对谐振器组中的谐振器进行谐振频率测试，获得测试结果，根据测试结果，从谐振器组中确定待调整谐振器及其调整类型，对待调整谐振器进行模拟仿真，确定待调频区域，根据待调整谐振器的调整类型，对待调整区域进行沉积或刻蚀，通过改变待调频区域的厚度，改变待调频区域的谐振频率。本实施例针对制作完成的谐振器，根据谐振频率的测试结果进行分类，对需要调低频率的部分谐振器，在待调频区域进行沉积操作，对于需要调高频率的部分谐振器，在待调频区域进行刻蚀操作，以此实现精准的调频。
54.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
55.首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
56.如图1所示，为薄膜体声波谐振器的简化结构图，包括衬底晶圆101、声波反射结构102、下电极103、压电薄膜104、上电极105和钝化层106。其中，上电极105和下电极103在竖直方向上重合的区域称为有效区域，有效区域决定了谐振器的中心谐振频率附近的谐振频率范围。通常情况下，谐振频率往往有一个发生共振的频率范围，共振最强点对应的频率就
是中心频率，即点频率。根据谐振器的应用场景不同，对于谐振器的频率精度的要求不一样。当谐振器的谐振频率超出目标频率的预设范围时，则认为该谐振器不达标。相关技术中，无法对不达标的谐振器进行优化，无法使不达标的谐振器优化为达标的谐振器，或者说，无法改变不达标的谐振器的谐振频率。
57.本实施例为了解决上述技术问题，提供了如图2所示的一种谐振器的调频方法，方法包括：
58.步骤s11，对目标晶圆上的谐振器组中的谐振器进行谐振频率测试，得到测试结果。
59.通常情况下，在一个高阻硅晶圆上制作的薄膜体声波谐振器的数量非常多，需要针对晶圆上的所有谐振器的谐振频率进行检测。因此，对目标晶圆上的谐振器组中的谐振器进行谐振频率测试，得到测试结果。根据测试结果，就能知晓哪些谐振器是达标的，哪些谐振器是不达标的。
60.针对不达标的谐振器，可以使用本实施例提供的调频方法，改善频率精度，使得不达标的谐振器转换为达标的谐振器。针对达标的谐振器，也可以使用本实施例提供的调频方法，使得频率精度更高。
61.步骤s12，根据测试结果，从谐振器组中确定待调整谐振器以及待调整谐振器的调整类型。
62.根据测试结果与目标谐振频率范围之间的关系，将待调整谐振器划分为第一类谐振器和第二类谐振器，目标谐振频率范围由最大谐振频率和最小谐振频率确定，即目标谐振频率范围包括两个端点值，分别是最大谐振频率和最小谐振频率；其中，第一类谐振器包括谐振频率大于最大谐振频率的待调整谐振器，第二类谐振器包括谐振频率小于最小谐振频率的待调整谐振器。
63.也就是说，针对不达标的谐振器，本实施例可以将其分为两类，一类是频率过高的谐振器(即第一类谐振器)，另一类是频率过低的谐振器(即第二类谐振器)。第一类谐振器是指谐振频率大于目标谐振频率范围中的最高值的谐振器，第二类谐振器是指谐振频率小于目标谐振频率范围中的最低值的谐振器。
64.步骤s13，对待调整谐振器进行模拟仿真，确定待调整谐振器的待调频区域。
65.上电极105和下电极103在竖直方向上重合的区域称为有效区域，有效区域决定了谐振器的中心谐振频率附近的谐振频率范围。例如，中心频率是1.3ghz，频率范围是中心频率的
±
0.2％，有效区域内确定的谐振频率范围是中心频率的
±
0.15％，有效区域以外的区域和有效区域合起来，使得频率范围是中心频率的
±
0.2％。
66.待调整区域可以是上电极105和下电极103的重合区域(即有效区域)，但是，在有效区域内进行调整，容易损坏谐振器，并且，在有效区域调整的是中心频率附近的谐振频率。
67.本实施例的待调整区域主要是有效区域以外的非有效区域。对待调整谐振器进行模拟仿真，在待调整谐振器的有效区域之外的区域中，确定待调频区域，有效区域是指待调整谐振器的上电极105和下电极103在垂直方向上重叠的区域。
68.更具体地，如图3所示，在有效区域之外的外围区域中，确定待调频区域，外围区域与有效区域之间间隔有预设宽度的环形区域(此处的环形区域不限于图3所示的圆环形，也
可以是其他环形)。
69.待调整区域主要通过谐振频率进行确定。例如，达标的谐振频率范围是1.3ghz的
±
0.2％范围内(即1.2974ghz
‑
1.3026ghz)，针对同一个谐振器而言，只会出现频率过高或者频率过低两种情况中的一种，因此，将第一类谐振器中频率小于1.2974ghz的区域作为待调整区域，将第二类谐振器中频率大于1.3026ghz的区域作为待调整区域。
70.步骤s14，根据待调整谐振器的调整类型，对待调频区域进行沉积操作或刻蚀操作，沉积操作用于增加待调频区域的厚度，降低待调频区域的谐振频率，刻蚀操作用于降低待调频区域的厚度，提高待调频区域的谐振频率。
71.【第一类谐振器】
72.当待调整谐振器为第一类谐振器时，对第一类谐振器的待调频区域进行沉积操作，包括：
73.步骤s21，在第一类谐振器的钝化层106表面制备第一掩膜201。
74.步骤s22，对第一掩膜201上与第一类谐振器的待调频区域对应的区域进行光刻。
75.步骤s23，在经过光刻后的区域沉积目标厚度的薄膜202，并去除第一掩膜201。其中，根据薄膜厚度与谐振频率变化幅度之间的关系，确定目标厚度。
76.参见图4和图5，在钝化层106表面制备第一掩膜201，对待调频区域进行光刻，并沉积目标厚度的薄膜202，在沉积之后，去除第一掩膜201。
77.目标厚度可以根据图6所示的曲线图中沉积厚度与频率变化之间的关系进行确定。根据图6可知，沉积材料的厚度与频率向下微调的关系，是一种非线性关系。
78.调低频率时，沉积薄膜为高q值材料，可以是氮化铝
‑
(002)晶向，金
‑
(100)晶向，氧化铟锡(俗称ito)等。
79.【第二类谐振器】
80.当待调整谐振器为第二类谐振器时，对第二类谐振器的待调频区域进行刻蚀操作，包括：
81.步骤s31，在第二类谐振器的钝化层106表面制备第二掩膜301；
82.步骤s32，对第二掩膜301上与第二类谐振器的待调频区域对应的区域进行光刻；
83.步骤s33，在经过光刻后的区域刻蚀目标深度的凹槽302，并去除第二掩膜301。其中，根据凹槽深度与谐振频率变化幅度之间的关系，确定目标深度。
84.参见图7和图8，在钝化层106表面制备第二掩膜301，对待调频区域进行光刻，并刻蚀目标深度的凹槽302，在刻蚀之后，去除第二掩膜301。
85.目标深度可以根据图9所示的曲线图中刻蚀深度与频率变化之间的关系进行确定。根据图9可知，刻蚀深度与频率向下微调的关系，是一种非线性关系。
86.其中，本实施例中，沉积操作或刻蚀操作的图形可以是闭合的，也可以是非闭合的，可以根据实际情况确定。
87.在对待调频区域进行沉积操作或刻蚀操作之后，方法还包括：
88.步骤s41，重新对经过沉积操作或刻蚀操作的待调整谐振器进行谐振频率测试，得到复检结果；
89.步骤s42，根据复检结果，确定待调整谐振器的谐振频率是否在目标谐振频率范围内。
90.当待调整谐振器的谐振频率不在目标谐振频率范围内，可以将待调整谐振器作为不达标谐振器，直接舍弃，或者，再重复执行本实施例，以进一步调整谐振器的谐振频率。
91.综上所述，本实施例对谐振器组中的谐振器进行谐振频率测试，获得测试结果，根据测试结果，从谐振器组中确定待调整谐振器及其调整类型，对待调整谐振器进行模拟仿真，确定待调频区域，根据待调整谐振器的调整类型，对待调整区域进行沉积或刻蚀，通过改变待调频区域的厚度，改变待调频区域的谐振频率。本实施例针对制作完成的谐振器，根据谐振频率的测试结果进行分类，对需要调低频率的部分谐振器，在待调频区域进行沉积操作，对于需要调高频率的部分谐振器，在待调频区域进行刻蚀操作，以此实现精准的调频。
92.本实施例的待调频区域不在有效谐振区域内，而是优化选择在有效谐振区域的外围，采用本实施例提供的调频方法得到的结果是非线性的，即如图6和图9所示。通过这种调频方法，显著提高了谐振器的频率达标率。
93.调谐区域不在有效谐振区域，对器件的谐振区域不造成直接的影响，有效保护了谐振区域的品质，实现了精确调谐的目的，提高产品的达标率。
94.针对由一个或个谐振器构成的滤波器而言，也可以采用本实施例提供的调频方式，进行精准调频，提高了滤波器的频率达标率。
95.为了进一步说明上述实施例，现提供一个示例进行说明：
96.对制作完成的晶圆上的薄膜体声波谐振器进行谐振频率测试，依据测试结果，对晶圆上的薄膜体声波谐振器进行分类，频率分布在目标值
±
0.2％范围内的薄膜体声波谐振器分为a类，设定a类为达标类；对谐振频率高于目标值但在 0.3％至 0.4％的范围内的分为b类，设定b类为高频可调类；对谐振频率小于目标值，但在
‑
0.2％至
‑
0.4％的范围内的分为c类，设定c类为低频可调类；对谐振频率超出
±
0.4％的范围的谐振器分为d类，设定d类为调频困难类。
97.针对a类谐振器件，可以不用调频，也可以进一步提高调频精度。进一步提高调频精度，可以根据模拟和仿真结果，得到待调整区域，待调整区域的图形可以根据具体情况确定。待调整区域处于上下电极在垂直方向未重叠的区域的外围，即待调整区域属于围绕着有效谐振区域(即上下电极在垂直方向重叠的区域)的外围区域，间隔区域的宽度为2个微米以上。根据待调整区域制作光刻版，对a类谐振器件进行微调。
98.对于b类高频可调谐振器，在第一掩膜201上，对b类器件进行分区光刻，确定待调整区域，并在该区域内沉积特定厚度的高声阻抗材料薄膜202。去除第一掩膜201，只留下特定厚度和特定图形的高声阻抗材料202，即可将b类高频可调谐振器的谐振频率向下调节到谐振频率达标范围内，即标定值 0.2％以内。对于压电薄膜104厚度为900纳米的b类高频可调谐振器，在特定图形区域沉积制作的高q值材料，其厚度增加与频率向下微调幅度的关系，呈现出一种非线性关系(如图6所示)。该处的高q值材料，可以是氮化铝
‑
(002)晶向，金
‑
(100)晶向，氧化铟锡(俗称ito)等。
99.对于c类低频可调谐振器，在第二掩膜301上，对c类器件进行分区光刻，确定待调频区域，并在该区域内刻蚀特定深度的压电薄膜，形成凹槽302。去除第二掩膜301，只留下特定深度和特定图形的压电薄膜内的凹槽302，即可将c类低频可调谐振器的谐振频率向上调节到谐振频率达标范围内，即标定值
‑
0.2％以内。对于压电薄膜厚度为900纳米的c类低
频可调谐振器，在压电薄膜区域内的特定图形处刻蚀制作的特定深度的凹槽302，凹槽深度与频率向下微调幅度的关系，呈现一种非线性关系(如图9所示)。
100.对于d类调频困难类谐振器，可以视其频率过高或过低，参照b类或c类的调频方法进行改善性调频。
101.由于本实施例所介绍的电子设备为实施本技术实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，故而基于本技术实施例中所介绍的信息处理的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本技术实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本技术实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，都属于本技术所欲保护的范围。
102.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
103.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
104.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
105.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
106.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
107.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。