本发明专利技术公开了一种空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法，属于声波谐振器技术领域。该制备方法包括：在制备衬底上生长该声波谐振器中的薄膜结构层；将制备衬底和其上生长的薄膜结构层一起，以该薄膜结构层的一面固定于支撑衬底上，在支撑衬底和该薄膜结构层之间形成空腔；将制备衬底与薄膜结构层剥离；该薄膜结构层包括有支撑层，或包括有支撑层和底电极，或包括有支撑层、底电极和压电膜，或包括有支撑层、底电极、压电膜和顶电极；形成依次层叠为支撑衬底、支撑层、底电极、压电膜和顶电极的结构。采用该方法制备得到的空腔型薄膜体声波谐振器，克服了常规工艺中在牺牲层去除的过程中对谐振结构产生不良影响的问题，使该谐振器具备更好的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种声波谐振器，特别是涉及一种。
技术介绍
无线通讯终端的多功能化发展对射频器件提出了微型化、高频率、高性能、低功耗、低成本等高技术要求。传统的声表面波滤波器(SAW)在2.4GHz以上的高频段插入损耗大，介质滤波器有很好的性能但是体积太大。薄膜体声波谐振器(FBAR)技术是近年来随着加工工艺技术水平的提高和现代无线通信技术，尤其是个人无线通信技术的快速发展而出现的一种新的射频器件技术。它具有极高的品质因数Q值(1000以上)和可集成于IC芯片上的优点，并能与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺兼容，同时有效地避免了声表面波谐振器和介质谐振器无法与CMOS工艺兼容的缺点。FBAR是制作在衬底材料上的电极——压电膜——电极的三明治结构的薄膜器件。FBAR的压电材料通常采用ΡΖΤ、Ζη0和Α1Ν。其中AlN声速最高，因此应用于更高的频率，符合现在无线通信往高频化发展的要求。并且AlN具有相对另外两种材料温度系数低、热导率高、固有损耗小、化学稳定性好、制备工艺相对简单的优点。此外，锌、铅、锆等材料相对于CMOS工艺来说是很危险的材料，因为它们会严重降低半导体中载流子的寿命，而AlN不存在这个问题。因此，AlN是FBAR兼容在CMOS器件中的理想材料。FBAR的结构有空腔型、布拉格反射型(SMR)和背面刻蚀型。其中空腔型FBAR相对SMR型Q值要高，损耗要小，机电耦合系数要高；相对于背面刻蚀型FBAR不需要去掉大面积的衬底，机械强度较高。因此，空腔型FBAR是集成于CMOS器件上的首选。通常凹槽型空腔结构FBAR如图1所示。它包括衬底、衬底上的空气腔、衬底上跨越空气腔依次制作底电极、压电层和顶电极。通常的工艺方法是:先在衬底上各向异性腐蚀出一个凹坑，然后在凹坑中填充牺牲层材料，牺牲层材料可以是Al、Mg、Ge或者二氧化硅。牺牲层表面经CMP抛光后溅射生长一层金属膜，对应在牺牲层上方的位置刻蚀出底电极图形。然后在底电极上方沉积一层压电膜，经刻蚀后，该压电膜盖过衬底上凹坑的边界，并且露出底电极的引出端，接下来在压电膜上沉积一层金属膜，刻蚀出顶电极图形。接下来通过干法刻蚀在压电层上腐蚀出一个释放窗口，将牺牲层部分露出来。最后从刻出的释放窗口将牺牲层释放，衬底上跨过空气腔的FBAR就制作出来了。但是，上述这种凹槽型空腔结构FBAR存在两个缺点:1、CMP化学机械抛光工艺的引入，增加了谐振器工艺流程的复杂性，C轴取向的压电薄膜(一般选用AlN薄膜)的生长受底层的粗糙的影响很大，所以增大了对加工设备控制粗糙度的要求，且不利于CMOS芯片上加工FBAR。2、通常压电层上有一定厚度的非晶过渡区域，当FBAR的应用频率从几个GHz上升到几十个GHz以上时，压电层会制作得越来越薄，择优取向的压电膜层厚度与非晶过渡区域厚度之比将会减小，这将导致FBAR的插入损耗变大，Q值降低。这就限制了 FBAR往高频方向的发展。为了简化上述凹槽型空腔结构FBAR的工艺流程，有人提出一种空隙型空腔结构FBAR，如图2所示。其典型的工艺方法是:在洗干净的硅衬底上依次生长牺牲材料膜层、支撑膜层、底电极、压电膜和顶电极，其中每一膜层在生长后均进行相应的光刻以及刻蚀工艺并得到所需的面积图形，接下来通过干法刻蚀在压电层上腐蚀出一个释放窗口，将牺牲层部分露出来。最后从刻蚀出的释放窗口将牺牲层释放，得到空腔结构。相对于前一种结构，尽管免除了 CMP工艺步骤，简化了工艺的复杂性，但牺牲层释放过程很容易对器件结构带来不良的影响，因而从工艺的可行性和薄膜体声波谐振器的性能角度出发，FBAR的空腔结构及其制备工艺仍有非常大的改良空间。首先，以上空腔结构FBAR均需以引入牺牲层并在最后将其去除的方式获得空气腔，而在牺牲层去除的过程中会不可避免地对谐振结构产生不良影响，如腐蚀液对衬底或支撑层的腐蚀，以及空腔释放过程中产生的谐振结构应力变化等，这都会导致谐振器的性能以及成品率的降低。其次，上述空腔结构的压电膜层是在衬底上依次沉积完牺牲材料膜层，支撑膜层，底电极膜层后的基础上沉积的，这导致运用现有的工艺不可能在非单晶态底电极膜层上沉积出单晶压电膜层，所以压电膜层无法完全发挥其优良的压电性能。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种空腔型薄膜体声波谐振器的制备方法，采用该制备方法，在制备过程中，无需使用牺牲层并将牺牲层由释放窗口释放，从而克服了在牺牲层去除的过程中对谐振结构产生不良影响的问题。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种空腔型薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤:在制备衬底上生长该声波谐振器中的薄膜结构层，待用；将制备衬底和其上生长的薄膜结构层一起固定于支撑衬底上，并以该薄膜结构层的一面固定于支撑衬底上，在支撑衬底和该薄膜结构层之间形成空腔；将制备衬底与其上生长的薄膜结构层剥离；该薄膜结构层包括有支撑层，或包括有支撑层和底电极，或包括有支撑层、底电极和压电膜，或包括有支撑层、底电极、压电膜和顶电极；形成依次层叠为支撑衬底、支撑层、底电极、压电膜和顶电极的结构。本专利技术的制备方法，通过引入制备衬底，将空腔型薄膜体声波谐振器的薄膜结构层生长在该制备衬底上，同时准备一支撑衬底，先在该支撑衬底上形成凹槽，或者通过将薄膜结构层固定于支撑衬底时形成空腔。该制备方法一方面省去了 CMP化学机械抛光工序，另一方面，在形成空腔时，也无需引入牺牲层，从而克服了在牺牲层去除过程中对谐振结构产生不良影响的问题。所述薄膜结构层至少包括支撑层，用于与支撑衬底固定，在该支撑层和支撑衬底之间形成空腔。可选的，制备衬底上也可依次生长底电极、支撑层；或依次生长压电膜、底电极、支撑层；或依次生长顶电极、压电膜、底电极、支撑层；确保最后生长的为支撑层即可，从而利用焊接、Bonding等技术将支撑层与支撑衬底固定安装在一起。随后根据需要，以常规方法将制备衬底上未生长的各薄膜层生长出即可。在其中一个实施例中，所述空腔的形成方法为，首先在支撑衬底上刻蚀出凹槽，再将薄膜结构层覆盖于该凹槽上形成空腔。采用该方法可以在不影响器件结构稳定性的基础上简单准确地获得所设计的空腔结构。在其中一个实施例中，所述空腔的形成方法为，通过焊接的方式将制备衬底和其上生长的薄膜结构层一起固定于支撑衬底上，焊接时，焊接材料涂覆于薄膜结构层和/或支持衬底的四周边缘，形成凸起，使焊接后薄膜结构层与支撑衬底之间形成空腔。采用该方法可以在不影响器件结构稳定性的基础上简单准确地获得所设计的空腔结构，且无需对支撑衬底进行刻蚀。在其中一个实施例中，所述薄膜结构层包括支撑层、底电极和压电膜； 依次在制备衬底上沉积单晶的压电膜，在压电膜表面溅射底电极，在底电极上沉积支撑层，待用；以支撑层的一面将制备衬底和其上生长的薄膜结构层一起固定于支撑衬底上；将制备衬底和压电膜剥离，露出压电膜；在压电膜上溅射顶电极，并通过光刻、刻蚀的方式获得顶电极图形和压电膜图形。上述制备方法，通过在制备衬底上沉积压电膜，能够获得单晶结构的压电膜，从而提高了该薄膜体声波谐振器的Q值和机电耦合系数，进一步降低了插入损耗，从而能够大幅度的提高该本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种空腔型薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在制备衬底上生长该声波谐振器中的薄膜结构层，待用；将制备衬底和其上生长的薄膜结构层一起固定于支撑衬底上，并以该薄膜结构层的一面固定于支撑衬底上，在支撑衬底和该薄膜结构层之间形成空腔；将制备衬底与其上生长的薄膜结构层剥离；该薄膜结构层包括有支撑层，或包括有支撑层和底电极，或包括有支撑层、底电极和压电膜，或包括有支撑层、底电极、压电膜和顶电极；形成依次层叠为支撑衬底、支撑层、底电极、压电膜和顶电极的结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，刘国荣，
申请(专利权)人：李国强，
类型：发明
国别省市：广东;44
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