具有特殊支撑衬底射频谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有特殊支撑衬底射频谐振器及其制备方法，该射频谐振器包括带有特殊形貌空腔的衬底、上下电极层和电极层之间的压电层。谐振器上下电极和压电层的工作区域悬浮于凹坑上方。在制备凹坑时保留锚结构和汇流排下方的衬底材料，可以有效增强谐振器的稳定性和可靠性，避免谐振器加工过程中发生翘曲、在工作过程中发生断裂的现象。

【技术实现步骤摘要】
具有特殊支撑衬底射频谐振器及其制备方法
本专利技术涉及谐振器领域，具体涉及一种具有特殊支撑衬底射频谐振器及其制备方法。
技术介绍
通信领域技术的迅猛发展，对射频器件的性能提出了更高的要求。兰姆波谐振器兼具了声表面波谐振器(SAW)和体声波谐振器(BAW)的优势，具有体积小、频率高，可在一片晶圆上实现调频、可与CMOS工艺兼容的特点。典型的兰姆波谐振器结构如图1(a)、(b)、(c)所示，自下而上主要是带有凹坑的衬底、下电极、压电薄膜层和上电极。典型的兰姆波谐振器衬底上的凹坑一般为矩形，依靠两侧的锚结构支撑整个有效谐振区域，经常伴随着谐振器在加工过程中发生翘曲、在工作过程中发生断裂的现象。在谐振器加工过程中，凹坑中填充有牺牲材料，用以支撑上层电极和压电层的沉积。在完成沉积与刻蚀后，释放牺牲层使整个有效谐振区域失去垂直方向上的支撑，仅依靠两侧的锚结构与外围结构相连，工作时锚结构附近容易发生断裂，电极和压电层在沉积刻蚀过程中累积的应力常常引起谐振区域的翘曲。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种具有特殊支撑衬底射频谐振器及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供的一种具有特殊支撑衬底射频谐振器，其特征在于：自上而下包括上电极、压电层、下电极、凹坑和衬底；所述上电极由叉指电极、汇流排和锚组成；所述下电极为叉指电极、平板电极或无电极中任一种；所述凹坑在衬底上刻蚀而得，凹坑范围大于上电极叉指电极的范围，刻蚀凹坑时上电极汇流排和锚的垂直下方的衬底材料保留，不作刻蚀。作为优选方案，所述衬底为硅衬底或SOI衬底；所述电极材料为Mo、Al、Pt、Au、W、Cu或Ti中任一种或多种组合；所述压电材料为AlN、ScAlN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3或PZT中任一种。第二方面，本专利技术提供一种制备如上述具有特殊支撑衬底射频谐振器的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)在衬底上刻蚀具备特殊形貌的凹坑；2)沉积牺牲层，使牺牲层填满凹坑，并去除多余的牺牲层；3)沉积种子层；4)沉积下电极，并刻蚀成需要的电极形状；5)沉积压电材料，并刻蚀成需要的形状和厚度；6)沉积上电极，并刻蚀成需要的电极形状；7)通入腐蚀性气体，释放掉步骤2)中的牺牲层，在衬底上形成凹坑。作为优选方案，所述牺牲层材料为SiO2、SiN、PSG、BPSG或多晶Si中任一种；所述腐蚀性气体为VHF或XeF2。进一步地，具体步骤如下：1)在衬底上刻蚀一个特殊形状的凹坑，该凹坑整体外形为矩形，该矩形范围包含了上电极叉指电极和汇流排，也包含了下电极平板电极；在汇流排和锚对应的位置保留了相同形状的衬底材料，以起到预期的支撑作用；2)沉积牺牲层以填充凹坑，并去除多余的牺牲层材料；3)沉积种子层；4)沉积并刻蚀下电极，所述下电极采用平板电极；5)沉积压电薄膜层；6)沉积并刻蚀上电极；7)在压电薄膜层上刻蚀释放孔，所述释放孔位于凹坑内，且与上电极、下电极不相交，通入腐蚀性气体释放牺牲层，形成凹坑。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术提出的具有特殊支撑衬底射频谐振器，通过刻蚀出具备特殊形貌的衬底，保留了谐振器的锚结构和汇流排下方的衬底材料，有效增强了器件的稳定性和可靠性。以增强衬底对谐振器工作区域的支撑，尤其是位于上电极汇流排和锚正下方的衬底材料，有效增强了上电极的稳定性和可靠性。附图说明图1(a)：是一个典型的兰姆波谐振器结构俯视图；图1(b)：是叉指电极的组成；图1(c)：是一个典型的兰姆波谐振器沿AA’方向的剖面图；图2(a)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤1)的俯视图；图2(b)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤1)沿AA’方向的剖面图；图3(a)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤2)的俯视图；图3(b)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤2)沿AA’方向的剖面图；图4(a)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤3)、4)的俯视图；图4(b)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤3)、4)沿AA’方向的剖面图；图5(a)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤5)、6)的俯视图；图5(b)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤5)、6)沿AA’方向的剖面图；图6(a)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤7)的俯视图；图6(b)：是本专利技术实施例具有特殊支撑衬底射频谐振器制备步骤7)沿AA’方向的剖面图；其中：100-衬底、101-凹坑、102-牺牲层、103-种子层、104-下电极、105-压电薄膜层、106-上电极、107-释放孔、201-叉指电极、202-汇流排、203-锚。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本专利技术的实施方式进行详细描述。图1(a)为典型兰姆波谐振器的结构俯视图，图1(c)为图1(a)沿AA’方向的剖面图。其中，结构101为传统兰姆波谐振器的矩形凹坑，凹坑上方有种子层103、下电极104、压电薄膜层105、上电极106。凹坑101使凹坑范围内的压电薄膜层105和上下电极层104、106没有垂直方向的支撑，而释放孔107使其仅靠锚203及其周边压电层与外围连接以起到支撑作用。在谐振器的加工流程中，沉积和刻蚀压电薄膜层105和上下电极层104、106会累积应力，而凹坑101里填充的牺牲层102(见图3(b))能在加工过程中使压电薄膜层105和上下电极层104、106保持平整。释放牺牲层102之后，压电薄膜层105和上下电极层104、106失去大部分支撑，应力会使其发生翘曲、扭转、甚至在锚附近发生断裂。因此，需要增强谐振器的支撑强度。如图1(b)所示，上电极106可以分为叉指电极201、汇流排202和锚203。其中，主要参与谐振的是叉指电极201及其附近的部分压电薄膜层105，汇流排202和锚203主要起传导电流的作用。因此，在汇流排202和锚203下方保留一部分衬底材料，来为凹坑101上方结构提供支撑能够增强谐振器结构的稳定性和可靠性，且不会影响谐振器的正常工作。实施例1如图2～6所示，本专利技术实施例中兰姆波谐振器的加工过程步骤。图2(a)为本实施例一种兰姆波谐振器的凹坑俯视图，也是本实施例中兰姆波谐振器的加工步骤1)示意图，图2(b)为图2(a)在AA’方向上的剖面图。如图所示，在衬底100上刻蚀一个特殊形状的凹坑101，该凹坑整体外形是一个矩形，该矩形范围包含了上电极叉指电极201和汇流排202，也包含了下电极104平板电极，在汇流排202和锚203对应的位置保留了相同形状的衬底材料，以起到预期的支撑作用。图3(a)为本实施例兰姆波谐振器的加工步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有特殊支撑衬底射频谐振器，其特征在于：自上而下包括上电极、压电层、下电极、凹坑和衬底；所述上电极由叉指电极、汇流排和锚组成；所述下电极为叉指电极、平板电极或无电极中任一种；所述凹坑在衬底上刻蚀而得，凹坑范围大于上电极叉指电极的范围，刻蚀凹坑时上电极汇流排和锚的垂直下方的衬底材料保留，不作刻蚀。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有特殊支撑衬底射频谐振器，其特征在于：自上而下包括上电极、压电层、下电极、凹坑和衬底；所述上电极由叉指电极、汇流排和锚组成；所述下电极为叉指电极、平板电极或无电极中任一种；所述凹坑在衬底上刻蚀而得，凹坑范围大于上电极叉指电极的范围，刻蚀凹坑时上电极汇流排和锚的垂直下方的衬底材料保留，不作刻蚀。


2.根据权利要求1所述的具有特殊支撑衬底射频谐振器，其特征在于：所述衬底为硅衬底或SOI衬底；所述电极材料为Mo、Al、Pt、Au、W、Cu或Ti中任一种或多种组合；所述压电材料为AlN、ScAlN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3或PZT中任一种。


3.一种制备如权利要求1或2所述的具有特殊支撑衬底射频谐振器的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在衬底上刻蚀具备特殊形貌的凹坑；
2)沉积牺牲层，使牺牲层填满凹坑，并去除多余的牺牲层；
3)沉积种子层；
4)沉积下电极，并刻蚀成需要的电极形状；
5)沉积压电材料，并刻蚀成需要的形状和厚度；
6)沉积上电极，并刻蚀成需要的电极形状；
7)通入腐蚀性气体，释放掉步骤2)中的牺牲层，在衬底上形成凹坑。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙成亮，范宇晨，周杰，龙开祥，王瑶，温志伟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42