一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制造工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制造工艺，通过在布置有牺牲材料层的衬底上布设支撑层以使得支撑层至少覆盖在牺牲材料层的外围的部分上表面，并且支撑层具有开口区域以使得牺牲材料层上表面的剩余部分暴露在外；利用牺牲材料填平支撑层的开口区域；在支撑层和牺牲材料上制作底电极层，底电极层架设在支撑层上；在底电极层上制作压电层和顶电极层；去除全部牺牲材料形成腔体结构。因此大大抑制了薄膜体声波谐振器的寄生电容，可以有效提高器件的机械稳定性，减小膜层的应力变化对器件的谐振性能的影响，可以有效提高谐振器的谐振性能。

Cavity structure and manufacturing technology of a thin film bulk acoustic resonator

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制造工艺
本申请涉及通信器件领域，主要涉及一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制造工艺。
技术介绍
随着电磁频谱的日益拥挤以及无线通讯设备的频段与功能增多，无线通讯使用的电磁频谱从500MHz到5GHz以上高速增长，也对性能高、成本低、功耗低、体积小的射频前端模块需求日益增长。滤波器是射频前端模块之一，可改善发射和接收信号，主要由多个谐振器通过拓扑网络结构连接而成。Fbar(Thinfilmbulkacousticresonator)是一种薄膜体声波谐振器，由它组成的滤波器具有体积小、集成能力强、高频工作时保证高品质因素Q、功率承受能力强等优势而作为射频前端的核心器件。Fbar的基本结构是上下电极和夹在上下电极间的压电层。压电层可实现电能与机械能的转化。当Fbar的上下电极施加电场时，压电层产生机械能，机械能是以声波的形式存在。然而Fbar在实际应用中，会产生寄生电容或寄生电感，寄生会恶化谐振器性能，特别是影响由Fbar互联形成的滤波器的带阻。在现有技术中，薄膜体声波谐振器的腔体结构的上方边缘的膜层之间容易形成寄生电容，或者容易受应力影响而影响谐振器性能。并且纵波在底电极层和衬底的边缘区域容易产生反射导致损耗。因此，本专利技术旨在设计一种新型的谐振器腔体结构及制造工艺，抑制寄生电容，提高谐振器性能。
技术实现思路
针对上述提到的薄膜体声波谐振器的腔体结构容易产生寄生电容或寄生电感、膜层容易产生应力以及纵波在底电极层和衬底的边缘区域容易反射导致损耗等问题。本申请提出了一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制作工艺来解决上述存在的问题。在第一方面，本申请提出了一种薄膜体声波谐振器的腔体结构的制造工艺，包括以下步骤：S1，在布置有牺牲材料层的衬底上布设支撑层以使得支撑层至少覆盖在牺牲材料层的外围的部分上表面，并且支撑层具有开口区域以使得牺牲材料层上表面的剩余部分暴露在外；S2，利用牺牲材料填平支撑层的开口区域；S3，在支撑层和牺牲材料上制作底电极层，底电极层架设在支撑层上；S4，在底电极层上制作压电层和顶电极层；以及S5，去除全部牺牲材料形成腔体结构。在一些实施例中，S1包括以下子步骤：S11，在衬底上制作空腔，并且用牺牲材料填充空腔以形成牺牲材料层；S12，在衬底和牺牲材料层上制作支撑层，并且对支撑层进行部分去除以形成开口区域。此时在衬底上加工形成空腔，支撑层在衬底的空腔上形成悬臂结构，用以支撑底电极层并使底电极层在垂直于衬底方向上的投影区域落在空腔内，减少寄生的产生，支撑层厚度很薄，纵波达到支撑层边界时与空气界面形成全反射，有效减小纵波在底电极边缘区域的损耗。在一些实施例中，S11中通过抛光步骤使牺牲材料层的表面与衬底的表面平齐。抛光后牺牲材料层的表面与衬底的表面平齐，使得支撑层的表面在一个水平面上，便于减小后续膜层的应力变化，提高机械稳定性。在一些实施例中，S1包括以下子步骤：S11’，在具有平坦表面的衬底上制作牺牲材料层以覆盖衬底的部分表面；S12’，在衬底上制作支撑层以覆盖衬底和牺牲材料层；S13’，通过光刻、蚀刻工艺形成支撑层的开口区域。此时支撑层中形成空腔，支撑层的上表面在空腔上形成悬臂结构，使得底电极层在垂直于衬底方向上的投影区域落在空腔内，减少寄生的产生，并且该腔体结构及工艺不必对衬底进行加工，工艺简单。在一些实施例中，子步骤S12’还包括通过抛光步骤将支撑层磨平的步骤。磨平后支撑层厚度很薄，纵波达到支撑层边界时与空气界面形成全反射，有效减小纵波在底电极边缘区域的损耗。在一些实施例中，S2还包括通过抛光使开口区域内的牺牲材料的表面与支撑层的表面平齐的步骤。此时支撑层表面保持水平，可以有效减小后续在支撑层上制作的膜层的应力变化，提高谐振性能。在一些实施例中，S5包括，在压电层和支撑层上制作释放孔，释放孔延伸到牺牲材料层。释放孔形成支撑层和压电层上，在薄膜体声波谐振器的谐振区域外，不影响谐振器的性能，并且加工工艺简单。在一些实施例中，支撑层包括悬置在空腔上的延伸部分，底电极层架设在空腔的延伸部分上。支撑层的延伸部分形成悬臂结构，有效支撑底电极层，使底电极层在衬底上的投影区域落到空腔的区域范围内，可以有效减小寄生。在一些实施例中，底电极层在衬底上的投影区域落到空腔的区域范围内。底电极层在衬底上的投影区域超过空腔容易产生寄生，恶化谐振器性能。在一些实施例中，顶电极层在衬底上的投影区域落在底电极层在衬底上的投影区域范围内。顶电极层和底电极层在衬底上的投影区域都在空腔的区域范围内可以有效减小寄生的产生。在一些实施例中，顶电极层和底电极层在衬底上的投影区域至少有一条边重合。因此可以提高顶电极层、底电极层与空腔的横向与纵向重合度，抑制寄生电容。在一些实施例中，顶电极层在衬底上的投影区域超出开口区域的范围。顶电极层超出开口区域的范围可以增大有效谐振区域的面积。在一些实施例中，支撑层采用以下材料：Si、SiC、SiN或AlN。支撑层选用以上高硬度且蚀刻选择比高的材料，便于加工制作。在一些实施例中，牺牲材料层采用以下材料：PSG、SiO2或PI。牺牲材料选择以上材料便于沉积和磨平等加工工艺。第二方面，本申请提出了一种利用上文的制造工艺制成的薄膜体声波谐振器。第三方面，本申请提出了一种薄膜体声波谐振器的腔体结构，包括依次层叠的衬底、支撑层和底电极层，其中衬底、支撑层和底电极层包围有空腔，支撑层具有悬置在空腔上的延伸部分，底电极层架设在支撑层的延伸部分上。在一些实施例中，空腔的侧壁由衬底形成。此时空腔形成在衬底上，对衬底进行加工后再制作支撑层，工艺成熟。在一些实施例中，空腔的侧壁由支撑层形成。此时空腔形成在支撑层上，工艺简单方便，易于加工。在一些实施例中，底电极层在衬底上的投影区域完全位于空腔的范围内。因此可以有效减少底电极层和衬底之间的寄生电容。在一些实施例中，还包括在所述底电极层上依次层叠的压电层和顶电极层，顶电极层在衬底上的投影区域的部分位于支撑层的延伸部分的范围。此时顶电极层在衬底上的投影区域在空腔范围内，因此可以有效减小寄生电容的产生。在一些实施例中，顶电极层和底电极层在衬底上的投影区域至少有一条边重合。因此可以提高顶电极层、底电极层与空腔的横向与纵向重合度，抑制寄生电容。在一些实施例中，在支撑层的延伸部分设置有释放孔，释放孔穿过压电层和支撑层。释放孔的位置不影响有效谐振区域，对薄膜体声波谐振器的谐振性能不会有影响。在一些实施例中，支撑层采用以下材料：Si、SiC、SiN或AlN。支撑层选用以上高硬度且蚀刻选择比高的材料，便于加工制作。本专利技术提出了一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制作工艺，通过衬底、支撑层和底电极层包围着空腔，使支撑层悬置在空腔上设置有延伸部分，底电极层架设在支撑层的延伸部分上。并且顶电极层在衬底上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜体声波谐振器的腔体结构的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，在布置有牺牲材料层的衬底上布设支撑层以使得所述支撑层至少覆盖在所述牺牲材料层的外围的部分上表面，并且所述支撑层具有开口区域以使得所述牺牲材料层上表面的剩余部分暴露在外；/nS2，利用牺牲材料填平所述支撑层的所述开口区域；/nS3，在所述支撑层和所述牺牲材料上制作底电极层，所述底电极层架设在所述支撑层上；/nS4，在所述底电极层上制作压电层和顶电极层；以及/nS5，去除全部所述牺牲材料形成所述腔体结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器的腔体结构的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在布置有牺牲材料层的衬底上布设支撑层以使得所述支撑层至少覆盖在所述牺牲材料层的外围的部分上表面，并且所述支撑层具有开口区域以使得所述牺牲材料层上表面的剩余部分暴露在外；
S2，利用牺牲材料填平所述支撑层的所述开口区域；
S3，在所述支撑层和所述牺牲材料上制作底电极层，所述底电极层架设在所述支撑层上；
S4，在所述底电极层上制作压电层和顶电极层；以及
S5，去除全部所述牺牲材料形成所述腔体结构。


2.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述S1包括以下子步骤：
S11，在衬底上制作空腔，并且用牺牲材料填充所述空腔以形成所述牺牲材料层；
S12，在所述衬底和所述牺牲材料层上制作所述支撑层，并且对所述支撑层进行部分去除以形成所述开口区域。


3.根据权利要求2所述的制造工艺，其特征在于，所述S11中通过抛光步骤使所述牺牲材料层的表面与所述衬底的表面平齐。


4.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述S1包括以下子步骤：
S11’，在具有平坦表面的衬底上制作所述牺牲材料层以覆盖所述衬底的部分表面；
S12’，在所述衬底上制作所述支撑层以覆盖所述衬底和所述牺牲材料层；
S13’，通过光刻、蚀刻工艺形成所述支撑层的所述开口区域。


5.根据权利要求4所述的制造工艺，其特征在于，所述子步骤S12’还包括通过抛光步骤将所述支撑层磨平的步骤。


6.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述S2还包括通过抛光使所述开口区域内的牺牲材料的表面与所述支撑层的表面平齐的步骤。


7.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述S5包括，在所述压电层和所述支撑层上制作释放孔，所述释放孔延伸到所述牺牲材料层。


8.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征在于，所述支撑层包括悬置在所述腔体结构的空腔上的延伸部分，所述底电极层架设在所述空腔的延伸部分上。


9.根据权利要求8所述的制造工艺，其特征在于，所述底电极层在所述衬底上的投影区域落到所述空腔的区域范围内。


10.根据权利要求9所述的制造工艺，其特征在于，所述顶电极层在所述衬底上的投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林萍，盛荆浩，江舟，
申请(专利权)人：杭州见闻录科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33