一种薄膜压电共振器包括：具有空腔的衬底；第一介电层，设置在所述衬底上以覆盖所述空腔；第二介电层，设置在所述衬底上且设置在所述空腔的周围区域中，且其厚度大于所述第一介电层的厚度；第一电极，设置在所述第一介电层上和所述空腔上方；压电层，设置在所述第一电极上且设置为延伸至所述第二介电层上的区域；以及第二电极，设置在所述压电层上和所述第一电极上方。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及薄膜压电共振器、其制造方法以及包括其的滤波器。
技术介绍
最近，随着无线技术的快速发展，已发展了实现信息的高速传输的方法。随着传输的信息量的增加，已使用射频(RF)，且要求射频通信装置具有小的尺寸和轻的重量。通常，无线装置包括处理射频的RF前端(frontend)单元以及处理数字信号的基带(BB)单元。BB单元通过数字信号处理来进行对信号的调制和解调。基本上，由于BB单元可以由LSI芯片形成，因此可以容易地使BB单元小尺寸。RF前端对作为模拟信号的射频信号进行放大或频率转换。由于很难通过仅使用LSI芯片构建RF前端，因此RF前端具有复杂的结构，其包括多个无源部件，例如振荡器或滤波器。通常，作为在移动通信装置中的RF(射频)和IF(中频)滤波器，通常使用表面声波(SAW)元件。然而，SAW元件的共振频率与叉指电极之间的距离成反比，在超过1GHz的频率的频率区域内，叉指电极之间的距离小于等于1μm。对于近来所要求的用于所用频率的高频，很难与所用的频率相对应。由于滤波器使用包含LiTaO3的特定衬底，其基本上是独立的部件，因此很难减小滤波器的尺寸。替代SAW元件，作为近来吸引注意力的共振器，存在薄膜压电共振器，其利用压电薄膜在厚度方向上的纵向振动。薄膜压电共振器被称为体声波(BAW)元件。在薄膜压电共振器中，共振频率由声速和压电膜的厚度决定。通常，在1至2μm的厚度下共振频率对应于2GHz，在0.4至0.8μm的厚度下共振频率对应于5GHz。也就是，共振频率可升高至几十吉赫兹。此外，薄膜压电共振器可以容易地在Si衬底上形成，并在减小尺寸的要求方面具有优点。为了使薄膜压电共振器工作，优选薄膜压电共振器具有这样的结构，其中压电薄膜的周围部分固定，而其中心部分自由振动。为此，已提出形成具有以下结构的薄膜压电共振器的方法(例如，JP-A 8-148968(KOKAI))。根据该方法，在薄膜压电共振器中，在硅衬底上顺序沉积下电极、压电层以及上电极，压电层的上表面通过上电极接触空气，而压电层的下表面通过下电极接触空气，并且在下电极下方提供空腔，或者在衬底处提供用于使下电极露出的空腔。此外，为了获得坚固的且具有大Q值的声波共振器，已提出这样的制造薄膜压电共振器的方法，其中通过蚀刻在衬底中形成凹陷(depression)，将牺牲材料填充到凹陷中，沉积导电层和电极层，并从凹陷去除牺牲材料(例如，JP-A 2002-140075(KOKAI))。例如，如JP-A 8-148968(KOKAI)所公开的，当形成贯通衬底的空腔时，需要从衬底的背表面蚀刻衬底。通过利用药物溶液的湿法蚀刻和利用氟基气体的干法蚀刻进行从背表面对衬底的蚀刻。在湿法蚀刻中，使用碱液，例如氢氧化钾(KOH)作为对硅的各向异性蚀刻液，或者四甲基氢氧化铵(TMAH)。在干法蚀刻中，主要使用氟基气体，例如C4F8、CF4等。当通过上述蚀刻形成空腔时，如果考虑批量生产时的加工余量或稳定性，需要在下电极下方提供可充分确保Si的蚀刻选择性的停止层(下文中称为介电层)，例如SiO2或Si3N4。然而，考虑到在蚀刻硅衬底的背表面时的蚀刻选择性，如果介电层形成为具有大的厚度，当介电层最终残留在下电极下方时，由于从衬底背表面的蚀刻，发生膜厚度的稍微减小，且发生共振器特性的变化。此外，当去除介电层时，由于介电层的膜厚度很大，每次蚀刻所需的蚀刻时间增加，这导致生产量的降低。同时，在介电层的厚度小的情况下，由在衬底的表面侧形成下电极、压电层、上电极时，尤其在形成压电层时进行的蚀刻导致的介电层也被蚀刻的可能性变大，由此使衬底暴露到外面。当衬底暴露时，发生与金属例如上电极、接合衬垫(bonding pad)等的相互扩散或者硅化物反应，这导致电阻的增大。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，一种薄膜压电共振器包括具有空腔的衬底；第一介电层，设置在所述衬底上以覆盖所述空腔；第二介电层，设置在所述衬底上且设置在所述空腔的周围区域中，且其厚度大于所述第一介电层的厚度；第一电极，设置在所述第一介电层上和所述空腔上方；压电层，设置在所述第一电极上且设置为延伸至所述第二介电层上的区域；以及第二电极，设置在所述压电层上和所述第一电极上方。根据本专利技术的第二方面，一种薄膜压电共振器包括具有空腔的衬底；第一介电层，设置在所述衬底上以覆盖所述空腔；第一电极，设置在所述第一介电层上和所述空腔上方；压电层，设置在所述第一电极上；第二电极，设置在所述压电层上和所述第一电极上方；以及第二介电层，设置在激发部分的周围区域中的所述衬底与所述第一介电层之间，所述激发部分包括所述空腔、所述第一电极、所述压电层和所述第二电极的重叠区域，其中所述压电层设置在所述第一介电层上并延伸至所述第二介电层的至少一部分上的区域。根据本专利技术的第三方面，一种滤波器包括衬底，包括设置为相互分隔开的多个空腔；第一介电层，设置在所述衬底上以覆盖所述多个空腔；第二介电层，设置在所述衬底上且设置在所述多个空腔的周围区域中，且其厚度大于所述第一介电层的厚度；多个第一电极，分别设置在所述第一介电层上和所述多个空腔上方；压电层，设置在所述多个第一电极上且设置为延伸至所述第二介电层的至少一部分上的区域；以及多个第二电极，分别设置在所述压电层上和所述多个第一电极上方。根据本专利技术的第四方面，一种滤波器包括衬底，包括设置为相互分隔开的多个空腔；第一介电层，设置在所述衬底上以覆盖所述多个空腔；多个第一电极，分别设置在所述第一介电层上和所述多个空腔上方；压电层，设置在所述多个第一电极上；多个第二电极，分别设置在所述压电层上和所述多个第一电极上方；以及第二介电层，设置在多个激发部分的周围区域中的所述衬底与所述第一介电层之间，所述多个激发部分的每一个包括所述空腔、所述第一电极、所述压电层和所述第二电极的重叠区域，其中所述压电层设置在所述第一介电层上并延伸至所述第二介电层的至少一部分上的区域。根据本专利技术的第五方面，一种制造薄膜压电共振器的方法包括以下步骤在衬底上的设置激发部分的区域处形成第一介电层；在所述第一介电层的周围区域中形成其厚度大于所述所述第一介电层的厚度的第二介电层；在所述第一介电层上形成第一电极；在所述第一电极上形成压电层以延伸至所述第二介电层的至少一部分上的区域；在所述压电层上和所述第一电极上方形成第二电极；以及在重叠所述第一电极、所述压电层和所述第二电极的区域的至少一部分下方形成贯通所述衬底的空腔。根据本专利技术的第六方面，一种制造薄膜压电共振器的方法包括以下步骤在衬底上的设置激发部分的区域处和所述位置的周围区域中形成第二介电层；在包括所述第二介电层的所述衬底上形成第一介电层；在所述第一介电层上和其上设置所述激发部分的所述第二介电层上方形成第一电极；在所述第一介电层上和所述第一电极上方形成压电层以延伸至所述第二介电层的至少一部分上的区域；在所述压电层上和所述第一电极上方形成第二电极；以及在重叠所述第一电极、所述压电层和所述第二电极的区域的至少一部分下方形成贯通所述衬底的空腔。附图说明图1是根据本专利技术第一实施例的薄膜压电共振器的平面图； 图2是沿图1的线A-A截取的截面图；图3是示例根据第一实施例制造薄膜压电共振器的方法的工艺的示意性截面图；图4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种薄膜压电共振器，包括：具有空腔的衬底；第一介电层，设置在所述衬底上以覆盖所述空腔；第二介电层，设置在所述衬底上且设置在所述空腔的周围区域中，且其厚度大于所述第一介电层的厚度；第一电极，设置在所述第一介电层 上和所述空腔上方；压电层，设置在所述第一电极上且设置为延伸至所述第二介电层上的区域；以及第二电极，设置在所述压电层上和所述第一电极上方。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐野贤也，板谷和彦，尾原亮一，川久保隆，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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