一种薄膜体声波谐振器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜体声波谐振器及其制造方法，其中薄膜体声波谐振器包括：第一衬底；键合于第一衬底上的支撑层，支撑层中形成有贯穿支撑层的第一空腔；压电叠层结构，覆盖第一空腔，压电叠层结构从上至下包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极，在有效谐振区第一电极、压电层和第二电极在垂直于压电层方向上重叠；第一电极包括第一侧面和/或第二电极包括第二侧面，有效谐振区的至少部分边界包括第一侧面和/或第二侧面，且第一侧面和/或第二侧面与压电层表面的夹角为85‑95度。本发明专利技术能够改善压电层的晶向，减少谐振器的横波损耗，使薄膜体声波谐振器的品质因子得到提高。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波谐振器及其制造方法
本专利技术涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器及其制造方法。
技术介绍
自模拟射频通讯技术在上世纪90代初被开发以来，射频前端模块已经逐渐成为通讯设备的核心组件。在所有射频前端模块中，滤波器已成为增长势头最猛、发展前景最大的部件。随着无线通讯技术的高速发展，5G通讯协议日渐成熟，市场对射频滤波器的各方面性能也提出了更为严格的标准。滤波器的性能由组成滤波器的谐振器单元决定。在现有的滤波器中，薄膜体声波谐振器(FBAR)因其体积小、插入损耗低、带外抑制大、品质因数高、工作频率高、功率容量大以及抗静电冲击能力良好等特点，成为最适合5G应用的滤波器之一。通常，薄膜体声波谐振器包括两个薄膜电极，并且两个薄膜电极之间设有压电薄膜层，其工作原理为利用压电薄膜层在交变电场下产生振动，该振动激励出沿压电薄膜层厚度方向传播的体声波，此声波传至上下电极与空气交界面被反射回来，进而在薄膜内部来回反射，形成震荡。当声波在压电薄膜层中传播正好是半波长的奇数倍时，形成驻波震荡。但是，目前制作出的空腔型薄膜体声波谐振器，压电层的晶向很大程度上依赖于其下方的电极，为了形成更好的晶向，电极边界需要作出较小的倾角(一般为15-20度)，使谐振器的品质因子(Q)无法进一步提高，因此无法满足高性能的射频系统的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种薄膜体声波谐振器及其制造方法，能够改善压电层的晶向，减少谐振器的横波损耗，使薄膜体声波谐振器的品质因子得到提高。>为了实现上述目的，本专利技术提供一种薄膜体声波谐振器，包括：第一衬底；键合于所述第一衬底上的支撑层，所述支撑层中形成有贯穿所述支撑层的第一空腔；压电叠层结构，覆盖所述第一空腔，所述压电叠层结构从上至下包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极，在有效谐振区所述第一电极、压电层和第二电极在垂直于所述压电层方向上重叠；所述第一电极包括第一侧面和/或所述第二电极包括第二侧面，所述有效谐振区的至少部分边界包括所述第一侧面和/或所述第二侧面，且所述第一侧面和/或所述第二侧面与所述压电层表面的夹角为85-95度。本专利技术还提供一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：提供第二衬底；在所述第二衬底上形成压电叠层结构，所述压电叠层结构包括依次形成在所述第二衬底上的第一电极、压电层及第二电极；在所述压电叠层结构上形成支撑层；在所述支撑层中形成第一空腔，所述第一空腔贯穿所述支撑层；提供第一衬底，将所述第一衬底键合在所述支撑层上，所述第一衬底覆盖所述第一空腔；去除所述第二衬底；以及形成所述压电叠层结构后，图形化所述压电叠层结构形成有效谐振区，所述有效谐振区的边界包括第一电极的第一侧面和/或第二电极的第二侧面，所述第一电极的第一侧面与所述压电层的夹角为85-95度和/或所述第二电极的第二侧面与所述压电层的夹角为85-95度，且所述有效谐振区的至少部分边界由所述第一侧面和/或所述第二侧面构成。本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供的薄膜体声波谐振器的压电层形成在未经刻蚀的电极上方，在沉积压电层时，电极的上表面是平整的，电极侧面不需要做出较小的倾角，因此构成有效谐振区边界处的第一电极的第一侧面和/或构成有效谐振区边界处的第二电极的第二侧面可以做成与压电层表面的夹角为85-95度，经过仿真发现，电极的侧面垂直于压电层的表面相较于电极侧面和压电层表面具有较小倾角时，提高了谐振器的品质因数。进一步，第一空腔为键合形成，第二电极和压电层平整性强，且键合方式可以实现在键合前，从键合面向第二电极面刻蚀出第二沟槽，第二沟槽侧壁垂直或接近垂直，从而形成夹角为85-95度的第二侧面，第二沟槽与第一空腔连通，气体媒介声阻抗相同，有益于同时在第二电极表面和第二侧面形成声阻抗失配能很好的实现声波的反射，防止声波泄露，提高声波谐振器的品质因子。进一步地，有效谐振区位于第一空腔上方，减少了纵向声波泄露，提高谐振器的品质因数。进一步地，第一沟槽和/或第二沟槽延伸至压电层内部或贯穿压电层，使压电层横向声波的泄露得到改善，提高了谐振器的品质因数。本专利技术提供的薄膜体声波谐振器的制造方法，第一电极、压电层、第二电极依次沉积在第二衬底上，压电层下方的第一电极未经过刻蚀，在沉积压电层时，第一电极的上表面是平整的，从而保持了压电层很好的晶向，通过本制造方法制造的薄膜体声波谐振器，电极边界处的倾角可以与压电层表面的夹角为85-95度，提高了谐振器的品质因数。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1为本专利技术实施例1的一种薄膜体声波谐振器的结构示意图。图1A为一实施例中有效谐振区边界的构成方式。图1B为一实施例中有效谐振区边界的构成方式。图1C为一实施例中有效谐振区边界的构成方式。图1D为一实施例中有效谐振区边界的构成方式。图2为谐振器的谐振阻抗Zp和品质因数Qp的关系图。图3为电极倾角为90度时相关参数的仿真图。图4为下电极倾角为15度时相关参数的仿真图。图5为下电极倾角为87度时相关参数的仿真图。图6为下电极倾角为110度时相关参数的仿真图。图7为本专利技术实施例2的一种薄膜体声波谐振器的结构示意图。图8至图17为本专利技术实施例3的一种薄膜体声波谐振器的制造方法中相应步骤中对应的结构示意图。附图标记说明：100-第一衬底；200-第二衬底；201-释放层；202-第一电极；203-压电层；204第二电极；205-刻蚀停止层；206-支撑层；207-钝化层；220-第二沟槽；240-第一沟槽；通孔-250；230-第一空腔；301-第一侧面与压电层表面的夹角；302-第二侧面与压电层表面的夹角；110-第一焊盘；120-第二焊盘；2021-第一侧面；2041-第二侧面；第三侧面-2031。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术。虽然附图中显示了本专利技术的可选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。以下结合附图和具体实施例对本专利技术的薄膜体声波谐振器、薄膜体声波谐振器的制造方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本专利技术的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本专利技术技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：/n第一衬底；/n键合于所述第一衬底上的支撑层，所述支撑层中形成有贯穿所述支撑层的第一空腔；/n压电叠层结构，覆盖所述第一空腔，所述压电叠层结构从上至下包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极，在有效谐振区所述第一电极、压电层和第二电极在垂直于所述压电层方向上重叠；/n所述第一电极包括第一侧面和/或所述第二电极包括第二侧面，所述有效谐振区的至少部分边界包括所述第一侧面和/或所述第二侧面，且所述第一侧面和/或所述第二侧面与所述压电层表面的夹角为85-95度。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：
第一衬底；
键合于所述第一衬底上的支撑层，所述支撑层中形成有贯穿所述支撑层的第一空腔；
压电叠层结构，覆盖所述第一空腔，所述压电叠层结构从上至下包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极，在有效谐振区所述第一电极、压电层和第二电极在垂直于所述压电层方向上重叠；
所述第一电极包括第一侧面和/或所述第二电极包括第二侧面，所述有效谐振区的至少部分边界包括所述第一侧面和/或所述第二侧面，且所述第一侧面和/或所述第二侧面与所述压电层表面的夹角为85-95度。


2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述有效谐振区的边界包括：第一侧面；
或者，所述有效谐振区的边界包括：第一侧面和第三侧面；
或者，所述有效谐振区的边界包括：第二侧面；
或者，所述有效谐振区的边界包括：第二侧面和第三侧面；
或者，所述有效谐振区的边界包括：第一侧面和第二侧面；
或者，所述有效谐振区的边界包括：第一侧面、第二侧面和第三侧面；所述第三侧面为所述压电层的侧面。


3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述有效谐振区的边界完全位于所述第一空腔围成的区域上方；
或，所述有效谐振区的边界部分位于所述第一空腔围成的区域上方，部分跨越所述第一空腔位于所述支撑层上方。


4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极中设有贯穿所述第一电极的第一沟槽，所述第一沟槽的内侧壁构成所述第一侧面；
和/或，
所述第二电极中设有贯穿所述第二电极的第二沟槽，所述第二沟槽的内侧壁构成所述第二侧面。


5.根据权利要求4所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一沟槽和/或所述第二沟槽至少贯穿一部分厚度的所述压电层。


6.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述支撑层通过热压键合或干膜粘合的方式键合在所述第一衬底上。


7.根据权利要求6所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述支撑层与所述第一衬底之间设置有键合层或干膜层。


8.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第二电极与所述支撑层之间设置有刻蚀停止层。


9.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括：钝化层，所述钝化层覆盖所述第一电极、所述压电层和所述第二电极。


10.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述有效谐振区的形状为多边形，且所述多边形的任意两条边不平行。


11.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一空腔上方至少包括一个贯穿所述第一空腔上方结构的通孔，所述通孔位于所述有效谐振区的外部。


12.一种薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括：
提供第二衬底；
在所述第二衬底上形成压电叠层结构，所述压电叠层结构包括依次沉积在所述第二衬底上的第一电极、压电层及第二电极；
在所述压电叠层结构上形成支撑层；
在所述支撑层中形成第一空腔，所述第一空腔贯穿所述支撑层；
提供第一衬底，将所述第一衬底键合在所述支撑层上，所述第一衬底覆盖所述第一空腔；
去除所述第二衬底；以及
形成所述压电叠层结构后，图形化所述压电叠层结构形成有效谐振区，所述有效谐振区的边界包括第一电极的第一侧面和/或所述第二电极的第二侧面，所述第一电极的第一侧面与所述压电层的夹角为85-95度和/或所述第二电极的第二侧面与所述压电层的夹角为85-95度。


13.根据权利要求12所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，图形化所述压电叠层结构形成有效谐振区，所述有效谐振区的边界包括第一电极的第一侧面；图形化所述压电叠层结构包括：去除所述第二衬底后，对所述第一电极进行图形化形成所述第一侧面；
或者，
图形化所述压电叠层结构形成有效谐振区，所述有效谐振区的边界包括第一电极的第一侧面和压电层的第三侧面；图形化所述压电叠层结构包括：去除所述第二衬底后，对所述第一电极进行图形化形成所述第一侧面；对所述第一电极进行图形化后，对所述压电层进行图形化形成第三侧面；
或者，
图形化所述压电叠层结构形成有效谐振区，所述有效谐振区的边界包括第二电极的第二侧面；图形化所述压电叠层结构包括：键合所述第二衬底之前、形成所述第一空腔之后，或者，形成所述支撑层之前，图形化所述第二电极形成所述第二侧面；
或者，
图形化所述压电叠层结构形成有效谐振区，所述有效谐振区的边界包括第二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，罗海龙，李伟，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33