膜体声谐振器及其制造方法技术

一种膜体声谐振器，包括：衬底；下电极；在下电极上设置的压电膜；与所述下电极相对并设置在压电膜上的上电极；以及多个凸起。所述衬底在其表面中具有腔。所述下电极从所述衬底的上表面在腔的上方延伸。所述凸起被设置在下电极下方的腔中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及膜体声谐振器，尤其涉及高频带的。
技术介绍
近年来，GHz或更高频带广泛用于无线通信系统，包括移动通信设备，如移动电话和用于迅速在计算机之间传输数据的无线局域网(LAN)系统。膜体声谐振器(FBAR)是用于这样的无线通信系统和其他高频带电子设备的一种高频元件。通常，体(陶瓷)介质谐振器和表面声波(SAW)元件用作高频区域的谐振器。相比于这些谐振器，FBAR的特征在于适于小型化并适于更高的频率。该基于FBAR的高频滤波器和谐振器电路正得到开发。在FBAR的基本构造中，在彼此相对的下电极和上电极之间夹有氮化铝(AlN)或氧化锌(ZnO)的压电膜。为了获得更高的性能，FBAR的谐振器部分跨接腔。例如，美国专利6060818公开了一种通过使用牺牲材料制造跨接腔的FBAR的方法。例如，沉积牺牲膜，以填充在衬底中形成的槽中。平面化沉积的牺牲膜。连续形成下电极、压电膜以及上电极，以覆盖牺牲膜。然后，除去牺牲膜，以在FBAR的谐振器部分下方形成腔。当通过化学机械抛光(CMP)平面化例如磷硅酸盐玻璃(PSG)的牺牲膜时，由于牺牲膜与衬底的硬度的差异，在受到CMP的表面中容易发生凹陷。由于凹陷，掩埋牺牲膜的表面向下面的衬底侧凹陷。从而在形成于凹陷牺牲膜上的谐振器部分中发生应变。除去牺牲膜以形成腔进一步增加了谐振器部分中的应变。这导致FBAR的谐振特征的变差。而且，在干燥或蚀刻牺牲膜以后的其他步骤中，谐振器部分由于腔中剩余的水的表面张力而弯曲，并粘到腔的底部表面上，从而导致干扰谐振的问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种膜体声谐振器，包括衬底，其在其表面中具有腔；下电极，其从衬底的上表面在腔的上方延伸；压电膜，其设置在下电极上；上电极，其与下电极相对，并设置在压电膜上；以及多个突出，其设置在下电极下方的腔中。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造膜体声谐振器的方法，包括除去衬底的部分，以形成多个隔离的第一支撑和以盒形结构围绕所述多个第一支撑的第二支撑；形成牺牲膜和侧壁膜以分别掩埋第一间隙和第二间隙，第一间隙设置在每对多个第一支撑、以及多个第一支撑与第二支撑之间，所述第二间隙设置在第二支撑与衬底之间的第二支撑的周围；形成下电极，其从衬底的上方在牺牲膜和第一支撑上方延伸；在下电极的表面上形成压电膜；相对于下电极并在压电膜上形成上电极；除去牺牲膜，以在谐振器部分下方形成腔，所述谐振器部分由其中下电极与上电极相对的区域限定；以及在高度方向除去腔中的多个第一支撑的每个的至少部分。附图说明图1为示出根据本专利技术实施例的FBAR的实例的平面图；图2示出图1中所示的FBAR的A-A截面图；图3示出图1中所示的FBAR的B-B截面图；图4为示出根据本专利技术实施例的制造FBAR的方法的实例的平面图； 图5A-5C示出图4所示的衬底的C-C截面图；图6-10为示出根据本专利技术实施例的制造FBAR的方法的实例的截面图；图11为示出根据本专利技术实施例的制造FBAR的方法的实例的平面图；图12示出图11中所示的衬底的D-D截面图；图13和14为示出根据本专利技术实施例的制造FBAR的方法的实例的截面图；图15为示出根据本专利技术实施例的FBAR的另一实例的平面图；图16为示出根据本专利技术实施例的FBAR的另一实例的平面图；图17为示出根据本专利技术实施例的第一变化的FBAR的实例的平面图；图18示出图17中所示的FBAR的E-E截面图；图19为示出根据本专利技术实施例的第二变化的FBAR实例的平面图；图20示出图19中所示的FBAR的F-F截面图。具体实施例方式下面将参考附图描述本专利技术的实施例。在下面对附图的描述中，相同或类似的元件用相同或类似的标号表示。附图是示意性的，从而应该注意，厚度和平面尺寸之间的关系、层厚的比率等与实际情况是不同的。从而具体厚度和尺寸应从下面的描述中理解。另外，可以理解，在各图中一些尺寸的比率或关系可能彼此不同。如图1和2所示，根据本专利技术的FBAR包括衬底10、设置在衬底10上的下电极14、设置在下电极14上的压电膜16、以及设置在压电膜16上的上电极18。衬底10在其表面中具有腔20。下电极14从衬底10的上表面在腔20的上方延伸。压电膜16覆盖腔20和下电极14的部分。上电极18与下电极14相对。在下电极14下方的腔20中，在限定腔20的衬底10上设置多个凸起24a、24b、...、24c、24d、...、24e、...。在衬底10和下电极14之间设置保护膜12。多个凸起24a-24e、...由侧壁膜22围绕，其由不同于衬底10的材料制成。设置围绕壁26，使其与侧壁膜22接触。谐振器部分40由腔20上方的区域限定，在所述区域中，下电极14与上电极18彼此相对。如图3所示，位于谐振器部分40外侧的压电膜16和保护膜12具有与形成于谐振器部分40下方的腔20连通的开口30。谐振器部分40的压电膜16通过施加到下电极14或上电极18上的高频信号激发的体声波的谐振而传输高频信号。例如，通过谐振器部分40的压电膜16，将施加到下电极14上的GHz频带的高频信号传输到上电极18。为了获得谐振器部分40的良好的谐振特征，用AlN膜或ZnO膜制成压电膜16，其在包括晶体取向的膜质量和膜厚度方面具有良好的均匀性。下电极14由以下物质制成铝(Al)和钽铝(TaAl)的层叠金属膜、高熔点金属(如钼(Mo)、钨(W)、以及钛(Ti))或者含高熔点金属的金属化合物。上电极18由以下物质制成如A的金属、如Mo、W和Ti的高熔点金属、或者含高熔点金属的金属化合物。衬底10例如为Si或其他半导体衬底。保护膜12例如是由AlN制成的绝缘膜。侧壁膜22例如是由氧化硅制成的绝缘膜，其不同于衬底10的材料。腔20的尺寸依赖于FBAR的工作频率和截面结构。在该实施例中，每边的长度为大约100微米到大约200微米。多个凸起24a-24e具有矩形平面形，其短边测量为在1微米至大约10微米的范围内。每对多个凸起24a-24e之间的间隔为小于等于大约10微米。在根据所述实施例的FBAR中，多个凸起24a-24e被设置在形成于谐振器部分40下方的腔20的底部表面上。多个凸起24a-24e的上表面的面积小于谐振器部分40的总面积。从而，如果谐振器部分40在制造过程中弯曲并接触多个凸起24a-24e的上表面，谐振器部分40不粘合到所述多个凸起24a-24e的上表面。从而该实施例可以防止谐振器特性由于谐振器部分40粘合到衬底10而变差。压电膜16在其中在保护膜12上形成下电极14的表面上生长。在保护膜12和下电极14之间的阶状部分，压电膜16的取向改变。从而，压电膜16收到应力集中，这导致例如压电特性变差和压电膜16中的裂缝的问题。为了缓解阶状部分的影响，下电极14的端部优选相对于保护膜12的表面成充分小于90度的斜角。接着，参考图4至14所示的工艺平面图和截面图描述根据该实施例的制造FBAR的方法。这里，在用于描述的截面图中示出对应于图1中所示的A-A和B-B线的线。(A)如图4和5A所示，通过例如光刻和反应离子蚀刻(RIE)的工艺除去Si或其他衬底的部分，以形成多个隔离的第一支撑124a、124b、...、124c、124d、...、124e、...以及以盒形结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜体声谐振器，包括：衬底，其在其表面中具有腔；下电极，其从所述衬底的上表面在所述腔的上方延伸；压电膜，其被设置在所述下电极上；上电极，其与所述下电极相对，并被设置在所述压电膜上；以及多个凸起，其被 设置在所述下电极下方的腔中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：柴田浩延，坂井雅规，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]