体声波谐振器及其制造方法技术

提供了一种BAW谐振器，包括：谐振腔，位于衬底内；叠层结构，包括底部电极层、压电层、顶部电极层和钝化层，依次设置在衬底上以覆盖有源区内的谐振腔，其中顶部电极层在有源区外的连接区内与衬底之间具有空隙。依照本发明专利技术的BAW谐振器及其制造方法，在连接区内顶部电极与衬底之间形成空隙，防止声波能量从顶部电极泄漏，提高了谐振器品质。

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器及其制造方法
本专利技术涉及一种体声波(BAW)谐振器及其制造方法，特别是一种防止声波能量外泄的BAW谐振器及其制造方法。
技术介绍
在无线通讯中，射频滤波器作为过滤特定频率信号的中介，用于减少不同频段的信号干扰，在无线收发器中实现镜像消除、寄生滤波和信道选择等功能。随着4GLTE网络的部署和市场的增长，射频前端的设计朝着小型化、低功耗和集成化的方向发展，市场对滤波性能的要求也越来越高。由于薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，简称“FBAR”，也称“体声波”，BulkAcousticWave，简称“BAW”，)具有尺寸小、工作频率高、功耗低、品质因数(Q值)高、直接输出频率信号、与CMOS工艺兼容等特点，目前已经成为射频通讯领域重要的器件被广泛应用。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。现有的FBAR结构中，衬底与底部电极之间的空腔用于声波反射，压电层在底部电极与空腔重叠的有源区内发生谐振。然而，压电膜层顶部电极向外延伸所形成的连接部在保证电路连接同时也构成了声波能量的传导结构，导致声波能量外泄，谐振器的性能严重下降。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种克服以上技术障碍的防止能量外泄的BAW谐振器及其制备方法。本专利技术提供了一种体声波(BAW)谐振器，包括：谐振腔，位于衬底内；叠层结构，包括底部电极层、压电层、顶部电极层和钝化层，依次设置在衬底上以覆盖有源区内的谐振腔，其中顶部电极层在有源区外的连接区内与衬底之间具有空隙。其中，底部电极层和压电层在衬底上连接区内具有倾斜侧壁；任选地，顶部电极层和钝化层具有平坦表面；任选地，顶部电极层和钝化层包括水平的第一部分、在第一部分之上水平的第二部分、以及在第一部分和第二部分之间倾斜的第三部分；任选地，顶部电极层与连接区相对的另一侧的端部在有源区内而与谐振器侧壁具有水平距离；任选地，连接区在有源区的一侧或两侧或周围；任选地，连接区与有源区的界面与谐振腔的侧壁之间具有第二水平距离。其中，倾斜的侧壁或倾斜的第三部分与衬底表面之间的夹角大于等于45度并小于等于90度，优选地大于等于60度并小于等于75度，最佳地大于等于68度并小于等于72度；任选地，水平距离大于等于5微米且小于等于100微米，优选地大于等于10微米且小于等于50微米；任选地，第二水平距离大于等于10微米且小于等于200微米。其中，压电层材料为ZnO、AlN、BST、BT、PZT、PBLN、PT的任一种或任意组合，优选地采用稀土元素掺杂，优选地稀土元素包含钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)的任一种及其组合，优选地稀土元素的总原子百分比大于等于5％并小于等于25％、大于等于7.5％且小于等于20％、大于等于9％且小于等于12.5％、例如为9.5％；任选地，底部电极层和/或顶部电极层材质为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg等金属单质或金属合金以及上述材料的任意组合；任选地，钝化层材料为AlN、AlOx、SiN、SiON、SiNC、SiNF、SiOx、SiOC、SiOC、SiOF、SiFC、BSG、PSG、PBSG的任一种及其任意组合。本专利技术还提供了一种BAW谐振器制造方法，包括：在衬底中形成谐振腔；在衬底上形成底部电极层和压电层，覆盖有源区内的谐振腔；在压电层上形成悬出压电层的顶部电极层和钝化层，其中顶部电极层在有源区外的连接区内与衬底之间具有空隙。其中，形成谐振腔之后且形成底部电极层之前，在谐振腔内填充第一牺牲层；任选地，形成谐振腔之后且形成底部电极层之前，在连接区内衬底上形成第二牺牲层图形，优选地第二牺牲层图形具有倾斜侧壁，优选地第二牺牲层图形顶部高于压电层顶部；任选地，形成压电层之后且形成顶部电极层之前，倾斜离子注入并湿法腐蚀，使得底部电极层和压电层具有倾斜侧壁；优选地，形成钝化层之后去除第一牺牲层和/或第二牺牲层图形；优选地，图形化顶部电极层使得顶部电极层与连接区相对的另一侧的端部在有源区内而与谐振器侧壁具有水平距离；任选地，连接区在有源区的一侧或两侧或周围；任选地，连接区与有源区的界面与谐振腔的侧壁之间具有第二水平距离。其中，倾斜的侧壁或倾斜的第三部分与衬底表面之间的夹角大于等于45度并小于等于90度，优选地大于等于60度并小于等于75度，最佳地大于等于68度并小于等于72度；任选地，水平距离大于等于5微米且小于等于100微米，优选地大于等于10微米且小于等于50微米；任选地，第二水平距离大于等于10微米且小于等于200微米。其中，第一牺牲层和/或第二牺牲层图形的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、非晶碳的任一种或组合；任选地，倾斜离子注入C、F、N、O的任一种及其组合。其中，压电层材料为ZnO、AlN、BST、BT、PZT、PBLN、PT的任一种或任意组合，优选地采用稀土元素掺杂，优选地稀土元素包含钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)的任一种及其组合，优选地稀土元素的总原子百分比大于等于5％并小于等于25％、大于等于7.5％且小于等于20％、大于等于9％且小于等于12.5％、例如为9.5％；任选地，底部电极层和/或顶部电极层材质为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg等金属单质或金属合金以及上述材料的任意组合；任选地，钝化层材料为AlN、AlOx、SiN、SiON、SiNC、SiNF、SiOx、SiOC、SiOC、SiOF、SiFC、BSG、PSG、PBSG的任一种及其任意组合。依照本专利技术的BAW谐振器及其制造方法，在连接区内顶部电极与衬底之间形成空隙，防止声波能量从顶部电极泄漏，提高了谐振器品质。本专利技术所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本专利技术的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。附图说明以下参照附图来详细说明本专利技术的技术方案，其中：图1显示了根据本专利技术实施例的谐振器的剖视图；图2显示了根据本专利技术实施例的另一谐振器的剖视图；图3显示了根据本专利技术又一实施例的谐振器的剖视图；以及图4显示了根据本专利技术另外实施例的谐振器的剖视图。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种体声波(BAW)谐振器，包括：/n谐振腔，位于衬底内；/n叠层结构，包括底部电极层、压电层、顶部电极层和钝化层，依次设置在衬底上以覆盖有源区内的谐振腔，/n其中顶部电极层在有源区外的连接区内与衬底之间具有空隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种体声波(BAW)谐振器，包括：
谐振腔，位于衬底内；
叠层结构，包括底部电极层、压电层、顶部电极层和钝化层，依次设置在衬底上以覆盖有源区内的谐振腔，
其中顶部电极层在有源区外的连接区内与衬底之间具有空隙。


2.根据权利要求1的BAW谐振器，其中，底部电极层和压电层在衬底上连接区内具有倾斜侧壁；任选地，顶部电极层和钝化层具有平坦表面；任选地，顶部电极层和钝化层包括水平的第一部分、在第一部分之上水平的第二部分、以及在第一部分和第二部分之间倾斜的第三部分；任选地，顶部电极层与连接区相对的另一侧的端部在有源区内而与谐振器侧壁具有水平距离；任选地，连接区在有源区的一侧或两侧或周围；任选地，连接区与有源区的界面与谐振腔的侧壁之间具有第二水平距离。


3.根据权利要求2的BAW谐振器，其中，倾斜的侧壁或倾斜的第三部分与衬底表面之间的夹角大于等于45度并小于等于90度，优选地大于等于60度并小于等于75度，最佳地大于等于68度并小于等于72度；任选地，水平距离大于等于5微米且小于等于100微米，优选地大于等于10微米且小于等于50微米；任选地，第二水平距离大于等于10微米且小于等于200微米。


4.根据权利要求1的BAW谐振器，其中，压电层材料为ZnO、AlN、BST、BT、PZT、PBLN、PT的任一种或任意组合，优选地采用稀土元素掺杂，优选地稀土元素包含钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)的任一种及其组合，优选地稀土元素的总原子百分比大于等于5％并小于等于25％、大于等于7.5％且小于等于20％、大于等于9％且小于等于12.5％、例如为9.5％；任选地，底部电极层和/或顶部电极层材质为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg等金属单质或金属合金以及上述材料的任意组合；任选地，钝化层材料为AlN、AlOx、SiN、SiON、SiNC、SiNF、SiOx、SiOC、SiOC、SiOF、SiFC、BSG、PSG、PBSG的任一种及其任意组合。


5.一种BAW谐振器制造方法，包括：
在衬底中形成谐振腔；
在衬底上形成底部电极层和压电层，覆盖有源区内的谐振腔；
在压电层上形成悬出压电层的顶部电极层和钝化层，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊武，赖志国，唐兆云，杨清华，
申请(专利权)人：苏州汉天下电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32