薄膜体声波谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种薄膜体声波谐振器及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S110、提供SOI硅片，所述SOI硅片包括硅衬底以及依次形成在所述硅衬底上的埋氧层和硅结构层；S120、形成二氧化硅墙结构；S130、形成二氧化硅薄膜以作为第一钝化层；S140、形成功能器件层；S150、图形化所述二氧化硅墙结构所对应的硅结构层，以使得所述功能器件层与所述埋氧层之间形成空气隙，完成所述薄膜体声波谐振器的制备。采用二氧化硅作为器件的支撑结构，在射频下损耗较小，功能器件层生长于SOI基片本身的硅结构层上，因晶格匹配较好，有利于生长性能更好的功能器件层，有利于改善薄膜体声波谐振器器件性能等有益效果。

Thin film bulk acoustic resonator and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
薄膜体声波谐振器及其制备方法
本专利技术涉及谐振器制作
，具体涉及一种薄膜体声波谐振器以及该薄膜体声波谐振器的制备方法。
技术介绍
随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求越来越高。在移动通信领域，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代(3G)以多媒体通信为特征，第四代(4G)将通信速率提高到1Gbps、时延减小到10ms，第五代(5G)是4G之后的新一代移动通信技术，5G与3G、4G相比，其网络传输速率和网络容量将大幅提升。如果说从1G到4G主要解决的是人与人之间的沟通，5G将解决人与人之外的人与物、物与物之间的沟通，即万物互联，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。由于频谱有限，为了满足数据率的需求，必须充分利用频谱；同时为了满足数据率的需求，从4G开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各种性能也提出了严格的需求。在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。随着通信协议越来越复杂，对频带内外的要求也越来越高，使得滤波器的设计越来越有挑战。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，每一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。目前射频滤波器最主流的实现方式是声表面波滤波器和基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。声表面波滤波器由于其自身的局限性，在1.5GHz以下使用比较合适。然而，目前的无线通讯协议已经早就使用大于2.5GHz的频段，这时必须使用基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。薄膜体声波谐振器的结构和制备方式已经有很多。在以往的结构和制备方式中，常采用硅做支撑结构，采用磷硅玻璃(Phosphosilicate-Glass，PSG)作为牺牲层材料，最后通过腐蚀PSG牺牲层形成空气隙。这种结构和制备方法的缺点主要有三个，一是采用硅作为支撑结构，硅作为半导体材料，在射频下存在较大损耗，因此需要选用高阻硅，成本相对较高；二是这种结构和制备方法的压电三明治结构(主体为Mo/AlN/Mo)需要在PSG上生长，而根据已知的经验和晶格匹配的原因，在氧化硅上(PSG是一种掺磷的氧化硅)生长的Mo和AlN薄膜的性能不如在单晶硅上生长的好；三是主流的制备方法在进行完PSG沉积后，需要对PSG牺牲层进行CMP抛光，以达到谐振器声学镜面反射所需要的粗糙度要求，提高了工艺复杂性。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种薄膜体声波谐振器及其制备方法。本专利技术的第一方面，提供一种薄膜体声波谐振器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S110、提供SOI硅片，所述SOI硅片包括硅衬底以及依次形成在所述硅衬底上的埋氧层和硅结构层；S120、形成二氧化硅墙结构；S130、形成二氧化硅薄膜以作为第一钝化层；S140、形成功能器件层；S150、图形化所述二氧化硅墙结构所对应的硅结构层，以使得所述功能器件层与所述埋氧层之间形成空气隙，完成所述薄膜体声波谐振器的制备。可选地，步骤S120具体包括：形成光刻胶层，并图形化所述光刻胶层以形成具有预定形貌的镂空图形；以图形化后的光刻胶层为掩膜，对所述硅结构层进行刻蚀，以在所述硅结构层的表面形成预设凹陷区域；形成二氧化硅层，所述二氧化硅层包括覆盖所述光刻胶层的第一二氧化硅子层以及填充在所述预设凹陷区域的第二二氧化硅子层；去除所述光刻胶层和所述第一二氧化硅子层，以获得所述二氧化硅墙结构。可选地，所述去除所述光刻胶层和所述第一二氧化硅子层，以获得所述二氧化硅墙结构的步骤具体包括：采用剥离工艺去除所述光刻胶层和所述第一二氧化硅子层。可选地，步骤S130具体包括：形成整层的所述二氧化硅薄膜，所述二氧化硅薄膜完全覆盖所述硅结构层和所述二氧化硅墙结构；或，形成整层的所述二氧化硅薄膜，并图形化所述二氧化硅薄膜以形成所述第一钝化层，其中，所述第一钝化层覆盖所述二氧化硅墙结构以及其与所述硅结构层的边界所限定的区域。可选地，步骤S140具体包括：形成下电极金属薄膜，并图形化所述下电极金属薄膜以形成下电极；形成压电层；形成上电极金属薄膜；形成第二钝化层，并图形化所述第二钝化层，以形成与目标上电极形状相匹配的钝化保护层；以所述钝化保护层为掩膜，对所述上电极金属薄膜进行刻蚀，以去除所述钝化保护层之外的上电极金属薄膜，以形成上电极；其中，所述上电极、所述下电极和所述压电层一起形成所述功能器件层。可选地，步骤S140还包括在所述以所述钝化保护层为掩膜，对所述上电极金属薄膜进行刻蚀的步骤之后进行的：对所述钝化保护层通过构图工艺形成第一过孔，所述第一过孔将所述上电极暴露出；对所述压电层通过构图工艺形成第二过孔，所述第二过孔将所述下电极和硅释放孔暴露出。可选地，步骤S150具体包括：将所述SOI硅片置入XeF2刻蚀环境；XeF2通过所述硅释放孔对所述二氧化硅墙结构所对应的硅结构层进行刻蚀，以使得所述功能器件层与所述埋氧层之间形成空气隙，完成所述薄膜体声波谐振器的制备。可选地，所述埋氧层的厚度范围为0.1um～50um，所述硅结构层的厚度范围为0.5um～10um。可选地，所述下电极电极和/或所述上电极的材料包括钨、银、锆、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铜、钛、铬、铪和铝中的至少一者；和/或，所述压电层的材料包括氮化铝、铌酸锂、钽酸锂、锆钛酸铅、氧化锌和四硼酸锂中的至少一者。本专利技术的第二方面，提供一种薄膜体声波谐振器，所述薄膜体声波谐振器采用前文记载的所述的薄膜体声波谐振器的制备方法制成。本专利技术的薄膜体声波谐振器及其制备方法具有以下有益效果：一是本专利技术采用二氧化硅作为器件的支撑结构。二氧化硅作为绝缘材料，在射频下损耗较小；二是本专利技术的压电三明治结构生长于SOI基片本身的硅结构层上，因晶格匹配较好，有利于生长性能更好的下电极和压电薄膜，有利于改善薄膜体声波谐振器器件性能；三是本专利技术采用剥离工艺完成二氧化硅墙的制备，之后压电三明治结构直接制备于SOI基片本身的硅结构层上，因SOI基片的硅结构层本身具有较好的粗糙度，因此无需对其进行CMP抛光处理，降低了工艺的复杂性；四是本专利技术一种实施例在压电三明治结构下方制备了二氧化硅薄膜，利用二氧化硅具有的与Mo和AlN相反的温度特性，可以适当改善器件的温度特性。附图说明图1为本专利技术实施例1的制备工艺流程步骤1，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；图2为本专利技术实施例1的制备工艺流程步骤2，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；图3为本专利技术实施例1的制备工艺流程步骤3，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；图4为本专利技术实施例1的制备工艺流程步骤4，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；图5为本专利技术实施例1的制备工艺流程步骤5，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；图6为本专利技术实施例1的制备工艺流程步骤6，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；图7为本专利技术实施例1的制备工艺流程步骤7，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图；图8为本专利技术实施例1的制备工艺流程步骤8，其中(a)为剖面视图、(b)为俯视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：S110、提供SOI硅片，所述SOI硅片包括硅衬底以及依次形成在所述硅衬底上的埋氧层和硅结构层；S120、形成二氧化硅墙结构；S130、形成二氧化硅薄膜以作为第一钝化层；S140、形成功能器件层；S150、图形化所述二氧化硅墙结构所对应的硅结构层，以使得所述功能器件层与所述埋氧层之间形成空气隙，完成所述薄膜体声波谐振器的制备。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：S110、提供SOI硅片，所述SOI硅片包括硅衬底以及依次形成在所述硅衬底上的埋氧层和硅结构层；S120、形成二氧化硅墙结构；S130、形成二氧化硅薄膜以作为第一钝化层；S140、形成功能器件层；S150、图形化所述二氧化硅墙结构所对应的硅结构层，以使得所述功能器件层与所述埋氧层之间形成空气隙，完成所述薄膜体声波谐振器的制备。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S120具体包括：形成光刻胶层，并图形化所述光刻胶层以形成具有预定形貌的镂空图形；以图形化后的光刻胶层为掩膜，对所述硅结构层进行刻蚀，以在所述硅结构层的表面形成预设凹陷区域；形成二氧化硅层，所述二氧化硅层包括覆盖所述光刻胶层的第一二氧化硅子层以及填充在所述预设凹陷区域的第二二氧化硅子层；去除所述光刻胶层和所述第一二氧化硅子层，以获得所述二氧化硅墙结构。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述去除所述光刻胶层和所述第一二氧化硅子层，以获得所述二氧化硅墙结构的步骤具体包括：采用剥离工艺去除所述光刻胶层和所述第一二氧化硅子层。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S130具体包括：形成整层的所述二氧化硅薄膜，所述二氧化硅薄膜完全覆盖所述硅结构层和所述二氧化硅墙结构；或，形成整层的所述二氧化硅薄膜，并图形化所述二氧化硅薄膜以形成所述第一钝化层，其中，所述第一钝化层覆盖所述二氧化硅墙结构以及其与所述硅结构层的边界所限定的区域。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S140具体包括：形成下电极金属薄膜，并图形化所述下...

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