一种具有地室支柱的薄膜体声波谐振器制造技术

本发明专利技术涉及射频滤波器技术领域，具体涉及一种具有地室支柱的薄膜体声波谐振器，其三明治谐振腔位于高阻衬底表面形成的地室上方，其特征是在地室中设置有多根支柱以提高三明治谐振腔机械性能。支柱位于三明治谐振腔声振幅最小处，可降低地室支柱对器件性能的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种具有地室支柱的薄膜体声波谐振器
本专利技术涉及射频滤波器
，具体涉及一种具有地室支柱的薄膜体声波谐振器。
技术介绍
石英晶振元件，是一种基于石英晶体压电/逆压电特性的体声波元件，在电路频率源中得到广泛应用。由于石英晶振元件的谐振频率与石英晶体的厚度成反比，目前其谐振频率最高仅为数十兆赫兹，无法满足现代无线电频谱的急剧延伸需求。采用压电基片上的平面金属叉指换能器和金属反射栅阵，激发和接收声表面波，将提升谐振频率的结构由厚度减薄转换为提高横向电极分辨率，借助于成熟的微电子工艺技术，使声表面波石英谐振器的谐振频率提升到数百兆赫兹。换能效率更高的压电材料(如铌酸锂和钽酸锂)基片的应用和声表面波谐振滤波器的专利技术，声表面波谐振器和声表面波谐振滤波器得到快速发展，工作频率又延伸到数千兆赫兹，已成为现代高频通信电路的标准频率元件。同样，声表面波器件的工作频率与其叉指换能器金属电极的周期成反比，限于压电基片工艺，千兆赫兹级的声表面波器件性价比下降，无法跟上现代通信频段高频化的步伐。由此，薄膜体声波器件成为各国努力发展的新型滤波元器件。薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticWaveResonator，FBAR)是采用人造压电薄膜代替天然压电晶体的体声波谐振器(石英晶振)，其谐振腔基本结构(图1)是一人造压电薄膜夹在两金属电极间的三明治结构，由于压电薄膜的(逆)压电效应，对外界电激励产生谐振，其谐振频率主要与压电薄膜厚度成反比，也与三明治结构其他各层特性和厚度有关。目前成熟的FBAR器件结构分为隔膜(membrane)型和固贴(SolidlyMounded)型两大类。隔膜型FBAR，如图2所示，其特点是三明治谐振腔外两面都是空气，满足理想全反射状态。其结构又可分为：空气桥(图2a)、背孔(图2b)和地室(图2c)三种。固贴型FBAR，又简称SMR(SolidlyMoundedResonator)，如图3所示，其特点是三明治谐振腔外一面是空气，而另一面是布拉格声反射结构。布拉格声反射结构是由多个高低声速材料(厚度为四分之一波长)层组合构成，其特性近似于真空全发射。由于反射结构与压电薄膜同时生长，器件工艺简单，可靠性优，但由于反射结构有损耗，其优值要差一些。
技术实现思路
图2c所示的地室隔膜型FBAR，是安华高(Avago)专利技术的，其三明治谐振腔支撑在地室上方。由于三明治谐振腔的厚度直径比极小，三明治谐振腔薄膜机械强度差，极易发生下凹弯曲产生谐振腔薄膜微裂纹，甚至破裂等质量问题。为此，我们提出改进技术方案：本专利技术提出一种具有地室支柱的薄膜体声波谐振器，包括具有地室的高阻衬底、由上金属电极和下金属电极夹持压电体组成的三明治谐振腔，三明治谐振腔置于高阻衬底表面形成的地室上方，所述压电体为压电薄膜，在地室内设有若干根用以提高三明治谐振腔的机械性能的支柱；地室内的这些支柱位于三明治谐振腔声振幅最小处，可降低支柱对器件性能的影响。作为优选，所述高阻衬底是由硅、石英、碳化硅、三氧化二铝、蓝宝石或者金刚石材料制成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的工艺更为简单，可靠性更优。附图说明图1FBAR原理：三明治谐振腔。图2隔膜型FBAR。图3固贴型FBAR。图4现有技术的地室隔膜型FBAR。图5本专利技术的地室隔膜型FBAR。图6FBAR谐振振幅模拟，中心振幅最大。图7FBAR谐振振幅模拟，振幅极值规则分布。图8地室隔膜型型FBAR制作工艺大纲。图9安华高FBAR(2009)示意。图10FBAR工艺流程1硅片清洗，光刻地室图形。图11FBAR工艺流程2腐蚀硅，形成地室。图12FBAR工艺流程3淀积腐蚀牺牲层的阻挡层(AlN，SiO2)。图13FBAR工艺流程4淀积牺牲层(磷硅玻璃，PSG)，厚度大于地室深度。图14FBAR工艺流程5采用化学机械抛光(CMP)平面化。图15FBAR工艺流程6淀积钝化层，下电极金属层。图16FBAR工艺流程7套刻下电极图形。图17FBAR工艺流程8干法刻蚀。图18FBAR工艺流程9淀积压电AlN薄膜。图19FBAR工艺流程10淀积上电极层，淀积钝化层。图20FBAR工艺流程11套刻上电极图形。图21FBAR工艺流程12干法刻蚀钝化层和上电极。图22FBAR工艺流程13套刻上电极接触区。图23FBAR工艺流程14腐蚀钝化层。图24FBAR工艺流程15套刻AlN台面。图25FBAR工艺流程16刻蚀AlN台面和用于腐蚀牺牲层的通孔。图26FBAR工艺流程17剥离技术制作引出电极。图27FBAR工艺工流程18湿法腐蚀牺牲层，形成地室。图28FBAR工艺流程2用掩模(现有技术)。图29FBAR工艺流程2用掩模(本专利技术技术)。附图标注：上电极1，引出电极11，钝化层12，压电薄膜2，下电极3，引出电极31，钝化层33，高阻硅衬底4，阻挡层41，牺牲层42，地室5，支柱6，空气7，背面蚀刻8，反射器堆栈9。具体实施方式下面详细说明本专利技术的具体实施方式。制作FBAR，首先要进行三明治谐振腔的声学微波特性模拟，来确定器件结构参数。图6和图7为不同性能FBAR的谐振腔薄膜谐振振幅模拟，可见其谐振腔有源区薄膜振幅极值具有严格规律。为支撑谐振腔有源薄膜，而尽量不降低器件谐振性能，支柱位置必须位于谐振腔有源区薄膜振幅极值最小处，及图6/图7中深蓝色表示的区域。例如对图6所模拟的FBAR，地室支柱应围绕中心偏外围设置，而对图7所模拟的FBAR，地室支柱应近中心设置。所有支柱均为五角形排列，与有源区形状有关。图8为采用硅帽圆片级封装的地室隔膜型型FBAR器件制作主要方法，1.在高阻硅片上制作氧化物牺牲物填充的地室，抛光使硅表面平滑；2.在平滑衬底上制作三明治结构FBAR；3.制作引出金电极，腐蚀去除地室内氧化物牺牲物，形成下方空气腔；4.圆片级微盖封装。图9为2009年公开的安华高专利FBAR示意，FBAR谐振腔为Mo/AlN/Mo三明治结构，工艺流程如下：流程1(图10)：硅片清洗，光刻地室图形。流程2(图11)：腐蚀硅，形成地室。流程3(图12)：淀积腐蚀牺牲层的阻挡层(AlN，SiO2)。流程4(图13)：淀积牺牲层(磷硅玻璃，PSG)，厚度大于地室深度。流程5(图14)：采用化学机械抛光(CMP)平面化。流程6(图15)：淀积钝化层，下电极金属层。流程7(图16)：套刻下电极图形。流程8(图17)：干法刻蚀。流程9(图18)：淀积压电AlN薄膜。流程10(图19)：淀积上电极层，淀积钝化层。流程11(图20)：套刻上电极图形。流程12(图21)：干法刻蚀钝化层和上电极。流程13(图22)：套刻上电极接触区。流程14(图23)：腐蚀钝化层。流程15(图24)：套刻压电AlN薄膜台面。流程16(图25)：刻蚀压电AlN薄膜台面和用于腐蚀牺牲层的通孔。流程17(图26)：剥离技术制作引出电极。流程18(图27)：湿法腐蚀牺牲层，形成地室。为实现本专利技术技术方案，所有工艺都不需要改变。只要在工艺流程1中原来采用的光刻地室图形所用的全透明圆图形掩模(图28)换成内部具有多个对称排列黑色圆点的圆图形掩模(图29)即可。虽然本专利技术通过实施例进行了描述，但实施例并非用来限定本专利技术。本领域技术人员可在本专利技术的精神的范围内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有地室支柱的薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括具有地室的高阻衬底、由上金属电极和下金属电极夹持压电体组成的三明治谐振腔，三明治谐振腔置于高阻衬底表面形成的地室上方，所述压电体为压电薄膜，在地室内设有若干根支柱；地室内的这些支柱位于三明治谐振腔声振幅最小处。

【技术特征摘要】
1.一种具有地室支柱的薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括具有地室的高阻衬底、由上金属电极和下金属电极夹持压电体组成的三明治谐振腔，三明治谐振腔置于高阻衬底表面形成的地室上方，所述压电体为压电薄膜，在地室内设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培杕，肖功亚，周宗闽，施旭霞，朱珺，
申请(专利权)人：中电科技德清华莹电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33