预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器及制备方法技术

本发明专利技术公开一种预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器及制备方法，所述薄膜体声波谐振器包括带预设空腔的SOI基片衬底和换能器堆叠结构；所述预设空腔由侧壁的防护墙和底部的防护底围成，所述防护墙和所述防护底用来保证SOI基片衬底不被过度腐蚀；所述换能器堆叠结构位于所述SOI基片衬底上、且与所述预设空腔相对；所述换能器堆叠结构上设有贯穿换能器堆叠结构、且与所述预设空腔相通的至少一释放通道。本发明专利技术可避免预设空腔腐蚀过程中的腐蚀不够和腐蚀过度，能够精准控制预设空腔的大小和形状，实现薄膜体声波谐振器的有效制备。

【技术实现步骤摘要】
预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器及制备方法
本专利技术涉及谐振器
，特别涉及一种预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器及制备方法。
技术介绍
近年来随着无线通讯技术(如移动通讯、无线传感器、雷达、卫星通信等)的快速发展，用于信号源、射频前端以及各种数据通信的频率器件需要更高的频率、更大的带宽和更快的传输速度。随着微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystems,MEMS)技术不断发展和成熟，基于声学谐振实现电学选频的薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，FBAR)因其优异性能和可操作性，在无线通讯技术扮演极为重要的角色。薄膜体声波谐振器的核心结构为由顶电极、压电薄膜层、底电极构成的三明治结构。当电信号加载电极上时，压电薄膜层通过逆压电效应将电信号转变为声信号。当声信号在压电薄膜层中的传播距离正好为半波长的奇数倍时，便产生谐振，再通过压电薄膜层的压电效应将谐振频率处的声信号转化为电信号输出。谐振器特定的声学结构对不同频率的声信号呈现出选择性，从而只在输出端输出具有特定频率的电信号。迄今为止，薄膜体声波谐振器有背腔薄膜型、声学多反射层型和空腔型谐振器三种，其相关产品研制主要集中在美国和日本等发达国家，生产多以空腔型谐振器为主。空腔是薄膜体声波谐振器性能形成的关键，为谐振器提供声阻抗为零的空气层，其加工制作方法十分复杂，也相当重要。现有加工空腔的方法多为预先在空腔处填充牺牲层，然后通过释放刻蚀液腐蚀牺牲层而形成空腔。美国安华高(Avago)是世界上最早进行薄膜体声波谐振器研制的公司，其专利(US6060818，US6377137B1，EP1012888B1)提到利用腐蚀牺牲层形成空腔。中国工程物理研究院电子工程研究所的专利(CN104202010A)也是通过窗口释放刻蚀液形成空腔，这类工序存在空腔大小难以精准控制的问题。刻蚀液腐蚀牺牲层形成空腔往往依据计算腐蚀时间来控制空腔大小，腐蚀时间过短容易造成空腔刻蚀不完整、形状不规则问题，腐蚀时间过长容易造成刻蚀过度、破坏基底，难以精准控制谐振频率问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够精准控制空腔的大小和形状、且可保护基底的预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器及制备方法。本专利技术提供的预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器，包括：带预设空腔的SOI基片衬底和换能器堆叠结构；所述预设空腔由侧壁的防护墙和底部的防护底围成，所述防护墙和所述防护底用来保证SOI基片衬底不被过度腐蚀；所述换能器堆叠结构位于所述SOI基片衬底上、且与所述预设空腔相对；所述换能器堆叠结构上设有贯穿换能器堆叠结构、且与所述预设空腔相通的至少一释放通道。进一步的，防护墙和防护底采用不被刻蚀液或刻蚀气腐蚀的材料制作，所述刻蚀液或刻蚀气指空腔型谐振器制作过程中所采用的刻蚀液或刻蚀气。进一步的，防护墙和防护底采用SiO2或多晶硅制作。进一步的，SOI基片衬底从下至上依次为底层硅、中间层、顶层硅；所述预设空腔设于所述顶层硅上；所述中间层构成预设空腔的防护底。进一步的，换能器堆叠结构从下至上依次为底电极、压电薄膜层、顶电极；所述释放通道贯穿底电极、压电薄膜层和顶电极。本专利技术提供的上述预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器的制备方法，至少包括：(1)在SOI基片衬底上刻蚀出用来生长防护墙的沟槽，并露出SOI基片衬底所包含的中间层，所述中间层构成预设空腔的防护底；(2)在SOI基片衬底上生长防护墙，使防护墙填满沟槽并覆盖SOI基片衬底上表面；(3)去除覆盖于SOI基片衬底上表面的防护墙，使SOI基片衬底上表面露出；(4)在SOI基片衬底上生长带至少一释放通道的换能器堆叠结构，换能器堆叠结构覆盖住由防护墙和防护底围成的空腔区域，释放通道贯穿换能器堆叠结构、且位于空腔区域上方；(5)通过释放通道释放刻蚀液或刻蚀气，以腐蚀空腔区域，从而获得预设空腔。进一步的，步骤(1)中，所述SOI基片衬底从下至上依次为底层硅、中间层、顶层硅，所述沟槽贯穿所述顶层硅。进一步的，步骤(4)进一步包括：在SOI基片衬底上表面生长底电极，底电极覆盖空腔区域，在底电极上刻蚀出至少一贯穿底电极、且位于空腔区域上方的通道；在底电极上生长压电薄膜层，在压电薄膜层上刻蚀出与底电极上通道对应的至少一通道；在压电薄膜层上生长顶电极，在顶电极上刻蚀出与压电薄膜层上通道对应的至少一通道；底电极、压电薄膜层、顶电极上通道共同贯穿底电极、压电薄膜层和顶电极，该贯穿的通道即释放通道。和现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术中预设空腔由侧壁的防护墙和底部的防护底围成，可避免SOI基片衬底的腐蚀不够和腐蚀过度。(2)本专利技术可通过沟槽位置来控制预设空腔的尺寸和形状，从而实现了预设空腔的精准控制。(3)本专利技术中，在去除覆盖于SOI基片衬底上表面的防护墙的步骤中，可进一步调整SOI基片衬底的厚度，从而实现谐振器谐振频率的精准调整。(4)本专利技术制备工艺简单，可实现薄膜体声波谐振器的有效制备。附图说明图1是本专利技术薄膜体声波谐振器的一较佳实施例的截面示意图；图2～9是图1所示薄膜体声波谐振器的制备工艺步骤示意图。图中，1-底层硅，2-SiO2氧化层，3-顶层硅，4-沟槽，5-防护墙，6-底电极，7-释放通道，8-压电薄膜层，9-顶电极，10-预设空腔。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术实施例。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的部分实施例，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，并获得其他的实施方式。图1是本专利技术薄膜体声波谐振器的一较佳实施例的截面示意图，如图所示，该薄膜体声波谐振器包括带预设空腔10的SOI基片衬底和换能器堆叠结构。SOI基片衬底从下至上依次为底层硅1、中间层、顶层硅3，本具体实施方式中，中间层为SiO2氧化层2；预设空腔10设于顶层硅3上，由侧壁的防护墙5和底部的防护底围成，防护底即中间层，防护墙5和防护底用来保证SOI基片衬底不被过度腐蚀。换能器堆叠结构位于SOI基片衬底上、且与预设空腔10相对。换能器堆叠结构从下至上依次为底电极6、压电薄膜层8、顶电极9，释放通道7贯穿底电极6、压电薄膜层8和顶电极9、且与预设空腔10相通。图2-9是图1所示薄膜体声波谐振器的制备工艺示意图，下面将结合图2-9详细说明图1所示薄膜体声波谐振器的制备工艺步骤：(1)见图2，所示为完整的SOI基片衬底，SOI基片衬底从下至上依次为底层硅1、中间层、顶层硅3，中间层应采用不被刻蚀液或刻蚀气腐蚀的材料，例如，SiO2或多晶硅。本具体实施方式中，中间层采用SiO2氧化层2。SOI基片衬底可直接购买，也可以自行制备，对本领域技术人员而言，其制备为本
公知技术。为便于理解，下面将简单说明SOI基片衬底的制备：对底层硅1的上表面进行热氧化处理，形成SiO2氧化层2，再在SiO2氧化层2上表面沉积顶层硅3。(2)在顶层硅3刻蚀出用来生长防护墙的沟槽4，所述沟槽4贯穿顶层硅3，见图3。更具体的，由于防护墙设于预设空腔侧壁，根据所设计预设空腔的尺寸和位置，可确定防护墙的尺寸和位置，从而确定沟槽4的尺寸和位置；根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器，其特征是，包括：带预设空腔的SOI基片衬底和换能器堆叠结构；所述预设空腔由侧壁的防护墙和底部的防护底围成，所述防护墙和所述防护底用来保证SOI基片衬底不被过度腐蚀；所述换能器堆叠结构位于所述SOI基片衬底上、且与所述预设空腔相对；所述换能器堆叠结构上设有贯穿换能器堆叠结构、且与所述预设空腔相通的至少一释放通道。

【技术特征摘要】
1.预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器，其特征是，包括：带预设空腔的SOI基片衬底和换能器堆叠结构；所述预设空腔由侧壁的防护墙和底部的防护底围成，所述防护墙和所述防护底用来保证SOI基片衬底不被过度腐蚀；所述换能器堆叠结构位于所述SOI基片衬底上、且与所述预设空腔相对；所述换能器堆叠结构上设有贯穿换能器堆叠结构、且与所述预设空腔相通的至少一释放通道。2.如权利要求1所述的预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器，其特征是：所述防护墙和所述防护底采用不被刻蚀液或刻蚀气腐蚀的材料制作，所述刻蚀液或刻蚀气指空腔型谐振器制作过程中所采用的刻蚀液或刻蚀气。3.如权利要求1所述的预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器，其特征是：所述防护墙和所述防护底采用SiO2或多晶硅制作。4.如权利要求1所述的预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器，其特征是：所述SOI基片衬底从下至上依次为底层硅、中间层、顶层硅；所述预设空腔设于所述顶层硅上；所述中间层构成预设空腔的防护底。5.如权利要求1所述的预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器，其特征是：所述换能器堆叠结构从下至上依次为底电极、压电薄膜层、顶电极；所述释放通道贯穿底电极、压电薄膜层和顶电极。6.权利要求1所述预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征是，至少包括：(1)在SOI基片...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡耀，唐楚滢，周杰，邹杨，孙成亮，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42