CN101692602B - 单层电极薄膜体声波谐振器结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

单层电极薄膜体声波谐振器结构及其制造方法属于谐振器器件领域。在衬底上制作压电薄膜，声波反射层为布拉格反射结构或气隙结构，声波反射层形成在衬底里或衬底与压电薄膜之间，两个单独的电极组成的单层电极经过刻蚀形成在压电薄膜上。所述单层电极薄膜体声波谐振器结构可以和现有超大规模集成电路工艺兼容，易于芯片级的集成和大规模生产；相比较现有的声波谐振器结构，只使用单层电极，结构简单，使得制备工艺简单，成本降低，并且能够保持甚至加强现有声波谐振器结构的众多优点。

Description

单层电极薄膜体声波谐振器结构及其制造方法

技术领域

本发明属于谐振器器件技术领域，特别涉及单层电极薄膜体声波谐振器结构及其制造方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，人们越来越关注射频频段内的通信应用，因此对在射频频段工作的谐振器和具有该谐振器的滤波器的要求越来越高。性能高，微型化，易于与标准集成电路工艺兼容的谐振器受到广泛关注。薄膜体声波谐振器(FBAR)相比较介质滤波器和声表面波(SAW)滤波器等具有频率高、体积小、性能优良、效率高等优点，并且与半导体工艺兼容，容易构成射频系统前端滤波器，实现射频系统的微型化，集成化。薄膜体声波谐振器(FBAR)因其广阔的应用前景而越来越受到人们的关注。

目前，一种典型的薄膜体声波谐振器(FBAR)结构如图1所示，图1为日本富士通公司在中国申请的200710198855.X号专利中公开的一种典型的薄膜体声波谐振器(FBAR)剖视图，其气隙通过凹槽刻蚀工艺形成在衬底里；图2为200710198855.X号专利中公布的另外一种典型的薄膜体声波谐振器(FBAR)剖视图，其气隙形成在衬底和压电薄膜之间。

从目前文献来看，薄膜体声波谐振器(FBAR)的工作区都是由下电极，压电薄膜和上电极组成的三明治压电堆结构以及声波反射层构成。制备三层材料所需工艺复杂，成本较高。因此，发明更加简单的薄膜体声波谐振器(FBAR)结构，并且能够保持或者增强原有薄膜体声波谐振器(FBAR)结构的众多优点是降低其成本的关键技术，也是薄膜体声波谐振器(FBAR)技术发展的必然趋势。

发明内容

本发明提出了一种单层电极薄膜体声波谐振器结构，其特征在于，在衬底上制作压电薄膜，声波反射层形成在衬底里或衬底与压电薄膜之间；两个单独的电极组成的单层电极经过刻蚀形成在压电薄膜上。

本发明还提出了一种所述单层电极薄膜体声波谐振器结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备衬底；

(2)制备声波反射层：所述声波反射层的结构为布拉格反射结构或气隙结构；其中，布拉格反射结构形成在衬底之上、压电薄膜之下，气隙结构是指通过半导体微加工工艺和牺牲层技术形成的衬底里的气隙或衬底与压电薄膜之间的气隙；

(3)制备压电薄膜：将压电薄膜制作在布拉格反射结构之上，或将压电薄膜制作在内有气隙结构的衬底之上，或将压电薄膜制作在形成于衬底与所述压电薄膜之间的气隙结构之上；

(4)电极制备：在压电薄膜上溅射一层金属，经过刻蚀得到所需的一对单独的单层电极，电级的形状包括叉指式、长条式、多边形、圆形电极结构。

所述衬底包括半导体单晶硅、二氧化硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、有机玻璃，或者为带抛光钝化层的管芯且管芯和所述薄膜体声波谐振器之间采用通孔技术实现垂直互联。

所述电极采用的金属材料包括铜、铝、钨、铂、钽、钌、钼以及上述材料组成的堆叠结构。

本发明的有益效果为：所述单层电极薄膜体声波谐振器结构可以和现有超大规模集成电路工艺兼容，易于芯片级的集成和大规模生产；相比较现有的薄膜体声波谐振器(FBAR)结构，只使用单层电极，结构简单，使得制备工艺简单，成本降低，并且能够保持甚至加强现有薄膜体声波谐振器(FBAR)结构的众多优点。

附图说明

图1是现有的一种薄膜体声波谐振器(FBAR)结构的剖视图；

图2是现有的另一种薄膜体声波谐振器(FBAR)结构的剖视图；

图3是硅衬底单层电极结构剪切模式的薄膜体声波谐振器(FBAR)结构俯视示意图；

图4是图3所示薄膜体声波谐振器(FBAR)结构的剖面示意图；

图5是管芯及上面钝化层作为衬底材料形成的单层电极结构剪切模式薄膜体声波谐振器(FBAR)结构俯视示意图；

图6是图5所示薄膜体声波谐振器(FBAR)结构的剖面示意图；

图7是单层叉指电极薄膜体声波谐振器(FBAR)结构俯视示意图；

图中标号：

1-衬底；2-声波反射层；3-压电薄膜；4-第一电极；5-第二电极；6-牺牲层；7-第一通孔；8-第二通孔；9-含有管芯的硅片；10-钝化层。

具体实施方式

本发明提出了一种单层电极薄膜体声波谐振器结构及其制造方法，下面结合附图和具体实施方式详细介绍本发明的内容。

实施例1：

图3是硅衬底单层电极结构剪切模式的薄膜体声波谐振器结构俯视示意图；图4是图3所示薄膜体声波谐振器结构的剖面示意图。

该薄膜体声波谐振器从下到上依次包括材料为硅的衬底1、气隙型声波反射层2、材料为氧化锌的压电薄膜3、材料同为铜的第一电极4和第二电极5。

制作该薄膜体声波谐振器时，首先是在硅衬底上淀积一层牺牲层6，刻蚀该牺牲层6得到图3中气隙型声波反射层2的形状。压电薄膜完全覆盖牺牲层，其表面面积大于牺牲层的表面面积。

在上述刻蚀后的牺牲层6上和衬底1上，通过溅射工艺生长一层压电薄膜3。

在压电薄膜3上溅射一层铜作为电极层，然后通过刻蚀工艺完成第一电极4和第二电极5的制备。

腐蚀并释放牺牲层6，得到声波反射层2。

实施例2：

图5是管芯及上面钝化层作为衬底材料形成的单层电极结构剪切模式薄膜体声波谐振器(FBAR)结构俯视示意图；图6是图5所示薄膜体声波谐振器结构的剖面示意图。

首先利用现有集成电路制造工艺制造含有管芯的硅片9，然后在含有管芯的硅片9上淀积钝化层10，并抛光钝化层10，形成薄膜体声波谐振器结构的衬底1，衬底1中的钝化层10的抛光平整度通过影响声波在表面的反射来影响薄膜体声波谐振器的Q值，抛光平整度越高，Q值也越大。

然后在钝化层10上通过硅表面加工工艺刻蚀出气隙型声波反射层2，然后淀积一层如图5中所示的牺牲层6填满声波反射层2。

在上述牺牲层6上和钝化层10上，通过溅射工艺生长一层材料为锆钛酸铅的压电薄膜3。

在压电薄膜3上溅射一层铝作为电极层，然后通过刻蚀工艺完成第一电极4和第二电极5的制备，电极的俯视结构示意图如图5所示。

刻蚀压电薄膜3和钝化层10形成第一通孔7和第二通孔8，然后使用钨塞技术将管芯和第一电极4、第二电极5连接起来。

最后腐蚀并释放牺牲层6，得到气隙型声波反射层2。

实施例3：

和实施例2相似，不同点是将气隙型声波反射层2形成在钝化层10上，形成如实施例1所示的气隙结构。气隙的形成方法和实施例1中的方法相同。

实施例4：

改变实施例1、2、3中的条形电极结构为叉指电极结构，其它结构不变，使电极结构的俯视图如图7。

本文中的具体实施方式仅是本发明的几个比较典型实施例，但是这样的描述并不用来以任何方式限定本发明，凡是使用单层电极制作薄膜体声波谐振器均属于本发明范畴。

Claims (4)

1.单层电极薄膜体声波谐振器结构，其特征在于，在衬底上制作压电薄膜，声波反射层形成在衬底里或衬底与压电薄膜之间；两个单独的电极组成的单层电极经过金属溅射、刻蚀形成在压电薄膜上，电极的形状包括叉指式、长条式、圆形电极结构。

2.单层电极薄膜体声波谐振器结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备衬底；

(2)制备声波反射层：所述声波反射层的结构为布拉格反射结构或气隙结构；其中，布拉格反射结构形成在衬底之上、压电薄膜之下，气隙结构是指通过半导体微加工工艺和牺牲层技术形成的衬底里的气隙或衬底与压电薄膜之间的气隙；

(3)制备压电薄膜：将压电薄膜制作在布拉格反射结构之上，或将压电薄膜制作在内有气隙结构的衬底之上，或将压电薄膜制作在形成于衬底与所述压电薄膜之间的气隙结构之上；

(4)电极制备：在压电薄膜上溅射一层金属，经过刻蚀得到所需的叉指式或长条式电极结构。

3.根据权利要求2所述的单层电极薄膜体声波谐振器结构的制造方法，其特征在于，所述衬底包括半导体单晶硅、二氧化硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、有机玻璃，或者为带抛光钝化层的管芯且管芯和所述声波谐振器之间采用通孔技术实现垂直互联。

4.根据权利要求2所述的单层电极薄膜体声波谐振器结构的制造方法，其特征在于，所述电极采用的金属材料包括铜、铝、钨、铂、钽、钌、钼以及上述材料组成的堆叠结构。

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