一种新的体声波谐振器及其制造方法技术

提供了一种新的体声波谐振器及其制造方法，包括：在衬底上形成第一外延层和第二外延层；在第二外延层上形成下电极层、压电层和上电极层；刻蚀形成多个释放孔，暴露第一外延层；通过多个释放孔，至少部分地去除第一外延层，形成谐振腔。依照本发明专利技术的BAW谐振器及其制造方法，无需采用平坦化工艺而在衬底上的外延层中形成谐振空腔，改善了成膜质量，提高了谐振器品质。

【技术实现步骤摘要】
一种新的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，特别是一种降低制造成本并提高薄膜质量的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。共振空腔的制造工艺通常是刻蚀衬底形成临时空腔并填充牺牲层，在其上方依次形成下电极、压电薄膜和上电极之后，再腐蚀去除牺牲层而留下最终的共振空腔。在此过程中，由于牺牲层沉积会突出于衬底表面，为了使得下电极平整，需要采用CMP平坦化处理牺牲层表面，这不可避免地将增大所填充牺牲层表面以及衬底表面的缺陷，使得后续形成的下电极表面残留大量的悬挂键(Si-Si键)或掺杂缺陷(Si-O键)，从而影响谐振器下电极晶向，最终降低了器件可靠性。
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降低制造成本并提高成膜品质的BAW谐振器及其制备方法。本专利技术提供了一种体声波(BAW)谐振器制造方法，包括：在衬底上形成第一外延层和第二外延层；在第二外延层上形成下电极层、压电层和上电极层；刻蚀形成多个释放孔，暴露第一外延层；通过多个释放孔，至少部分地去除第一外延层，形成谐振腔。其中，下电极层和上电极层包括多个子电极图形；优选地，每个子电极图形为多边形，进一步优选地，多个释放孔位于多边形的侧边中心或者均匀分布；优选地，每个子电极图形为曲形，进一步优选地，多个释放孔在曲形边缘上均匀分布。其中，多边形的中心与边缘的垂直距离定义为R，相邻两个多边形的相邻释放孔的距离定义为d，相邻两个多边形之中以释放孔为圆形且以R为半径的圆的外切线距离定义为d’，满足2R+d’＝d；优选地，d’大于等于2微米。其中，第二外延层与第一外延层材质不同，并优选地，第二外延层与衬底材质相同；任选地，第一外延层材质为SiGe、SiC、SiGeC、GaN、GaAlN、GaInN的任一种；任选地，下电极层和/或上电极层的材质为金属、金属合金、金属的导电氧化物、或金属的导电氮化物，优选地所述金属为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg的任一种或其组合；任选地，压电层材质为ZnO、AlN、BST(钛酸锶钡)、BT(钛酸钡)、PZT(锆钛酸铅)、PBLN(铌酸铅钡锂)、PT(钛酸铅)，并优选地采用稀土元素掺杂。其中，形成第二外延层之后、形成下电极层之前进一步包括，在第二外延层上形成种子层；优选地，种子层材质为AlN、HfN、HfAlN、TiN、TaN；优选地，种子层和压电层材质相同。其中，形成上电极层之后、形成多个释放孔之前进一步包括，在上电极层上形成钝化保护层；优选地，钝化保护层材质为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氟氧化硅、氟碳化硅、金属氧化物(例如氧化铪、氧化锆、氧化铝)、金属氮化物(例如氮化铝、氮化钛、氮化钽)。其中，采用湿法腐蚀至少部分地去除第一外延层；优选地，湿法腐蚀的刻蚀剂为强氧化剂、强无机酸和弱有机酸的组合；优选地，强氧化剂为硝酸、双氧水、臭氧、高氯酸，强无机酸为氢氟酸、盐酸、硫酸，弱有机酸为醋酸、草酸。本专利技术还提供了一种体声波(BAW)谐振器，包括：第一和第二外延层，依次堆叠在衬底上；谐振腔，位于第一外延层中；堆叠结构，包括下电极层、压电层和上电极层，位于谐振腔上方；多个释放孔，联通谐振腔。其中，下电极层和上电极层包括多个子电极图形；优选地，每个子电极图形为多边形，进一步优选地，多个释放孔位于多边形的侧边中心或者均匀分布；优选地，每个子电极图形为曲形，进一步优选地，多个释放孔在曲形边缘上均匀分布。其中，第二外延层上具有种子层；任选地，在上电极层上具有钝化保护层；任选地，谐振腔中具有多个支撑柱。其中，多边形的中心与边缘的垂直距离定义为R，相邻两个多边形的相邻释放孔的距离定义为d，相邻两个多边形之中以释放孔为圆形且以R为半径的圆的外切线距离定义为d’，满足2R+d’＝d；优选地，d’大于等于2微米。其中，第二外延层与第一外延层材质不同，并优选地，第二外延层与衬底材质相同；任选地，第一外延层材质为SiGe、SiC、SiGeC、GaN、GaAlN、GaInN的任一种；任选地，下电极层和/或上电极层的材质为金属、金属合金、金属的导电氧化物、或金属的导电氮化物，优选地所述金属为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg的任一种或其组合；任选地，压电层材质为ZnO、AlN、BST(钛酸锶钡)、BT(钛酸钡)、PZT(锆钛酸铅)、PBLN(铌酸铅钡锂)、PT(钛酸铅)，并优选地采用稀土元素掺杂。其中，优选地，种子层材质为AlN、HfN、HfAlN、TiN、TaN；优选地，种子层和压电层材质相同。其中，钝化保护层材质为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氟氧化硅、氟碳化硅、金属氧化物(例如氧化铪、氧化锆、氧化铝)、金属氮化物(例如氮化铝、氮化钛、氮化钽)。依照本专利技术的BAW谐振器及其制造方法，无需采用平坦化工艺而在衬底上的外延层中形成谐振空腔，改善了成膜质量，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制造工艺的剖视图；图2显示了根据本专利技术实施例的谐振器制造工艺的剖视图；图3显示了根据本专利技术实施例的谐振器制造工艺的剖视图；图4显示了根据本专利技术实施例的谐振器制造工艺的剖视图；图5A和图5B分别显示了图4中掩模图形的一个示例的顶视图和局部放大图；图6A和图6B分别显示了图4中掩模图形的另一示例的顶视图和局部放大图；图7显示了根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体声波(BAW)谐振器制造方法，包括：/n在衬底上形成第一外延层和第二外延层；/n在第二外延层上形成下电极层、压电层和上电极层；/n刻蚀形成多个释放孔，暴露第一外延层；/n通过多个释放孔，至少部分地去除第一外延层，形成谐振腔。/n

【技术特征摘要】
1.一种体声波(BAW)谐振器制造方法，包括：
在衬底上形成第一外延层和第二外延层；
在第二外延层上形成下电极层、压电层和上电极层；
刻蚀形成多个释放孔，暴露第一外延层；
通过多个释放孔，至少部分地去除第一外延层，形成谐振腔。


2.根据权利要求1的方法，其中，下电极层和上电极层包括多个子电极图形；优选地，每个子电极图形为多边形，进一步优选地，多个释放孔位于多边形的侧边中心或者均匀分布；优选地，每个子电极图形为曲形，进一步优选地，多个释放孔在曲形边缘上均匀分布。


3.根据权利要求2的方法，其中，多边形的中心与边缘的垂直距离定义为R，相邻两个多边形的相邻释放孔的距离定义为d，相邻两个多边形之中以释放孔为圆形且以R为半径的圆的外切线距离定义为d’，满足2R+d’＝d；优选地，d’大于等于2微米。


4.根据权利要求1的方法，其中，第二外延层与第一外延层材质不同，并优选地，第二外延层与衬底材质相同；任选地，第一外延层材质为SiGe、SiC、SiGeC、GaN、GaAlN、GaInN的任一种；任选地，下电极层和/或上电极层的材质为金属、金属合金、金属的导电氧化物、或金属的导电氮化物，优选地所述金属为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg的任一种或其组合；任选地，压电层材质为ZnO、AlN、BST(钛酸锶钡)、BT(钛酸钡)、PZT(锆钛酸铅)、PBLN(铌酸铅钡锂)、PT(钛酸铅)，并优选地采用稀土元素掺杂。


5.根据权利要求1的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴明，唐兆云，赖志国，王家友，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