基于绝缘体硅基片的薄膜体声波谐振器及通信器件制造技术

本实用新型专利技术提出一种基于绝缘体硅基片的薄膜体声波谐振器(FBAR)及通信器件。该声波谐振器包括硅衬底、二氧化硅薄膜、压电薄膜换能器堆叠结构，压电薄膜换能器堆叠结构从上到下依次包括顶电极、压电层、底电极；所述压电薄膜换能器堆叠结构置于所述绝缘体硅基片的空腔中，所述压电薄膜换能器与绝缘体硅基片之间还包括键合层；所述压电薄膜换能器堆叠结构和绝缘体硅基片共同形成封闭空腔结构。相比于其它薄膜体声波谐振器结构，本实用新型专利技术采用预设的空腔结构，有利于减少传统空腔刻蚀过程中形成的粘连和机械结构断裂、损伤，能有效地提高器件生产良率，适合批量生产。由于预制的空腔宽度大于压电薄膜换能器堆叠结构的水平宽度，该设计亦能对薄膜体声波谐振器的横向杂波有很好的抑制作用，从而提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】
基于绝缘体硅基片的薄膜体声波谐振器及通信器件
本技术涉及一种无线通信射频前端器件，特别是薄膜体声波谐振器(FBAR)。
技术介绍
进入二十一世纪以来，消费类电子产品和个人通讯系统市场的快速扩张，引起了对无线通信系统(如掌上电脑、手机、导航系统、卫星通信以及各种数据通信)的极大需求。特别是近两年以来，随着第三代和第四代通讯标准的发布，个人无线通讯系统的发展趋向于将越来越多的功能模块集成到无线终端中。现在的手机不仅需要有基本的通话和短信功能，还需要有GPS导航、网页浏览、视频音频播放、照相和实况电视接收等功能。此外，由于历史和地区等原因造成各种无线通信标准的存在，使得采用新标准的手机中需要集成多种模式、多个频段以方便实现跨地区和国家之间的漫游。以上种种，使得无线通信的发展向着增加功能模块、缩小系统尺寸、降低成本和功耗的方向发展。因此，制备高性能、小尺寸、低成本和低功耗的射频系统就成为研究的一个热点。在过去的几年中，随着射频集成电路(RFIC)技术的迅速发展，一些以前用于通讯系统中的分立元器件，如低噪声放大器(LNA)和中频滤波器(IF)等，已经可以采用射频集成电路的方式实现；但是另一些元器件，如低相噪的射频振荡器(RFOscillator)和射频前端滤波器(RFFilter)等，却仍然难以采用射频集成电路的方式实现。另一方面，随着MEMS技术的发展，一些采用MEMS技术制备的射频元器件，如射频开关(RFSwitch)、射频电感(RFInductor)和射频谐振器(RFResonator)等，由于其具有的优良性能而获得广泛的研究和应用。薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，FBAR)是最近几年来研究很热的一种采用MEMS技术实现的射频谐振器。它是制作在硅或砷化镓基片上，主要由金属电极/压电薄膜/金属电极构成的一种器件。在某些特定的频率下，FBAR器件表现出如石英晶体谐振器一样的谐振特性，因此可被搭建成振荡器或滤波器应用于现代通讯系统中。相对于传统用来构成带通滤波器及微波振荡源的LC振荡器、陶瓷介质谐振器及声表面波(SAW)器件而言，薄膜体声波谐振器器件除了具有小尺寸、低功耗、低插入损耗以及高工作频率(0.5GHz－10GHz)的优点之外，更重要的是它的制备工艺可以与CMOS工艺兼容，因此可与外围电路构成单芯片系统，极大地减小系统的尺寸和功耗。基于FBAR器件的射频振荡器主要具有低功耗小体积并可与标准CMOS工艺兼容的特点，可实现系统的单芯片集成。随着对薄膜体声波谐振器器件频率温度系数的改进，这类振荡器在需要低功耗小体积的射频通讯系统中有极大用武之地。薄膜体声波谐振器器件的制备工艺相对于其他MEMS器件而言并不复杂，目前制备薄膜体声波谐振器主要通过牺牲层表面工艺或背部刻蚀工艺来完成。牺牲层表面工艺主要利用磷酸硅玻璃或二氧化硅等材料作为填充牺牲层，将压电薄膜换能器堆叠结构沉积在它的表面。工艺的后期将牺牲层去除从而达到形成空腔的目的。牺牲层表面工艺主要的问题是牺牲层不能彻底清除，会造成一定程度的粘连，从而影响器件的性能。而背部刻蚀工艺主要是通过在晶圆背面进行体硅刻蚀，从而使正面形成的压电薄膜换能器堆叠结构的背面处于空腔环境。背面刻蚀工艺的主要问题是需要一层二氧化硅加一层氮化硅薄膜作为压电薄膜换能器堆叠结构的支撑层，使得器件在工艺生产中避免刻蚀业的侵蚀。然而这样的设计极容易产生较大的应力，器件容易出现褶皱和破裂，会极大影响器件的性能。不解决残余应力的问题，就无法制备出高性能的FBAR器件。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中所形成的结构用牺牲层形成的空腔方案中释放困难，以及背部刻蚀造成的器件应力集中等问题，本技术提出一种基于带空腔的绝缘体硅衬底的薄膜体声波谐振器(FBAR)。由于利用绝缘体硅基片与压电薄膜换能器堆叠结构键合形成封闭的空腔，从而避免了上述技术问题。另外，由于预制的空腔宽度大于压电薄膜换能器堆叠结构的水平宽度，该设计亦能对薄膜体声波谐振器的横向杂波有很好的抑制作用，从而提高器件性能。具体地，本技术所提出的方案如下：一种基于绝缘体硅基片的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述谐振器包括带空腔的绝缘体硅基片和压电薄膜换能器堆叠结构；所述压电薄膜换能器堆叠结构包括顶电极、压电材料和底电极，其中顶电极、压电材料、底电极依次堆叠，所述压电薄膜换能器堆叠结构置于所述绝缘体硅基片的空腔中，所述压电薄膜换能器与绝缘体硅基片之间还包括键合层；所述压电薄膜换能器堆叠结构和绝缘体硅基片共同形成封闭空腔结构。进一步地，所述顶电极、所述底电极的引出部分位于同一平面上。进一步地，所述顶电极、所述底电极包括钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝之一或者组合。进一步地，所述压电材料包括氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)之一或者组合。进一步地，所述空腔的宽度大于所述压电薄膜换能器堆叠结构的水平宽度。进一步地，所述键合层包括金属层。本技术还提出一种通信器件，包括本技术所提出的薄膜体声波谐振器。附图说明图1是本技术其中一实施例的薄膜体声波谐振器(FBAR)的结构示意图；图2是本技术其中一实施例的压电薄膜换能器堆叠结构示意图；图3是本技术其中一实施例的带空腔的绝缘体硅基片的示意图；图4是本技术其中一实施例的压电薄膜换能器堆叠结构和带空腔的绝缘体硅基片键合的示意图；图5是本技术其中一实施例键合后衬底剥离的示意图。具体实施方式实施例1本技术提出了一种薄膜体声波谐振器(FBAR)。如图1-5所示，其包括：带空腔的绝缘基片1，该绝缘基片例如为SOI基片；置于空腔中的压电薄膜换能器堆叠结构2，该堆叠结构2包括顶电极21、压电材料层22、底电极23，三层材料依次堆叠。其中顶电极21、底电极23与绝缘基片进行键合，形成封闭式空腔，实现薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波。最终，顶电极21、底电极23处于同一水平面，便于连接引线测试。本实施例中，顶电极21的材料可以为钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝之一或者组合；底电极23的材料可以为钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝之一或者组合。在转移基板25上包括一层缓冲层24，厚度50-500纳米。本领域技术人员可以理解，本实施例中的衬底常见的为硅衬底、也可以是玻璃衬底、有机材料衬底、石英衬底、或者其它一切适用于制备薄膜体声波谐振器(FBAR)的载体衬底材料。本实施例中的缓冲层24用于后续分离转移基板和薄膜体声波谐振器(FBAR)，该缓冲层的材料可以是二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，磷酸玻璃等材料。根据实际工艺，可以在二氧化硅薄膜中掺杂离子，比如磷，氟，碳，硼等，以便更好的刻蚀。底电极23，通过常规沉积工艺形成并图形化，能够应用于本实施例的底电极材料可以为钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝之一或者组合，底电极23的厚度介于100-2000纳米。压电薄膜22，通过淀积高C轴取向的压电薄膜形成，本领域技术人员可知，可以包括物理气相沉积、化学气相沉积、反应射频磁控溅射、原子层沉积等方法。其中，压电薄膜材料可以为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、镍酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)之一或者组合。压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于绝缘体硅基片的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述谐振器包括带空腔的绝缘体硅基片和压电薄膜换能器堆叠结构；所述压电薄膜换能器堆叠结构包括顶电极、压电材料和底电极，其中顶电极、压电材料、底电极依次堆叠，所述压电薄膜换能器堆叠结构置于所述绝缘体硅基片的空腔中，所述压电薄膜换能器与绝缘体硅基片之间还包括键合层；所述压电薄膜换能器堆叠结构和绝缘体硅基片共同形成封闭空腔结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于绝缘体硅基片的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述谐振器包括带空腔的绝缘体硅基片和压电薄膜换能器堆叠结构；所述压电薄膜换能器堆叠结构包括顶电极、压电材料和底电极，其中顶电极、压电材料、底电极依次堆叠，所述压电薄膜换能器堆叠结构置于所述绝缘体硅基片的空腔中，所述压电薄膜换能器与绝缘体硅基片之间还包括键合层；所述压电薄膜换能器堆叠结构和绝缘体硅基片共同形成封闭空腔结构。2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述顶电极、所述底电极的引出部分位于同一平面上。3.根据权利要求1所述的薄膜体声...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树民，王国浩，房华，
申请(专利权)人：杭州左蓝微电子技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33