CN104917476B - 一种声波谐振器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种声波谐振器的制造方法，该制造方法包括：提供基底；在所述基底的表面形成声反射层或者在所述基底上形成声反射层，其中，该声反射层的材料是多孔性材料；在所述声反射层上形成下电极层；在所述下电极层上形成压电层；在所述压电层上形成上电极层。本发明通过形成由多孔性材料所构成的声反射层，在保证声波谐振器具有良好性能的同时有效地改善了声波谐振器的制造工艺、简化了声波谐振器的结构、降低了声波谐振器的制造成本以及大大地提高了声波谐振器的成品率。

Description

一种声波谐振器的制造方法

技术领域

本发明涉及MEMS器件制造领域，尤其涉及一种声波谐振器的制造方法。

背景技术

无线通讯技术的快速发展促进了移动通讯产品高频化发展。目前，智能手机等移动终端产品所需射频滤波器的频率范围多处于0.5GHz～10GHz之间，这对射频滤波器的工作频率提出了更高的要求。而射频滤波器的关键在于谐振器的性能。在现有的谐振器中，薄膜体声波谐振器(FBAR，Film Bulk Acoustic Resonator)由于具有高Q值、工作频率高、功率容量大、体积小、抗干扰性好、易于集成等优点，成为3G、4G甚至5G移动通讯的最佳选择。

薄膜体声波谐振器主要由基底、声反射层、下电极层、压电层和上电极层组成，根据声反射层的不同可以将现有技术中主流的薄膜体声波谐振器分为以下三种类型：硅反面刻蚀型(请参考图1)、空气隙型(请参考图2)和固态装配型(请参考图3)。其中，硅反面刻蚀型采用微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)技术从硅基底10反面刻蚀去除大部分基底材料，通过该方法形成的结构的最大缺点在于器件的机械强度差以及器件成品率低。空气隙型采用MEMS技术，通过先填充牺牲层材料最后再去除的方法在基底20形成一个空气隙25，通过该方法形成的结构虽然器件的机械强度得到了大大提高，但是工艺步骤过于复杂，而且对牺牲层材料移除的精确度要求极高，工艺难度大。固态装配型采用布拉格反射原理，通过制造多层高低阻抗的声学层作为布拉格反射层31将声波限制在压电振荡材料内，在形成该结构时由于需要制备多层薄膜作为布拉格反射层31，相较于前两种结构工艺成本最高，而且各层薄膜的材料参数和薄膜应力控制复杂、难度大。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种声波谐振器的制造方法，该制造方法包括：

提供基底；

在所述基底的表面形成声反射层或者在所述基底上形成声反射层，其中，该声反射层的材料是多孔性材料；

在所述声反射层上形成下电极层；

在所述下电极层上形成压电层；

在所述压电层上形成上电极层。

根据本发明的一个方面，在该制造方法中，在所述基底的表面形成声反射层包括：利用干法刻蚀或湿法腐蚀的方式对所述基底的表面进行处理，在所述基底的表面生成多孔性材料以形成声反射层。

根据本发明的另一个方面，在该制造方法中，在所述基底上形成声反射层包括：利用外延生长的方式在所述基底的表面上生长多孔性材料以形成声反射层。

根据本发明的又一个方面，在该制造方法中，所述多孔性材料是多孔硅或多孔氧化硅。

根据本发明的又一个方面，在该制造方法中，所述声反射层的厚度范围是10nm至1000μm。

根据本发明的又一个方面，在该制造方法中，所述多孔性材料的孔隙率的范围是10％至90％。

根据本发明的又一个方面，在该制造方法中，所述基底的材料包括硅、氧化硅、石英、多孔硅、多孔氧化硅中的一种或其任意组合。

与现有技术相比，本发明提供的声波谐振器的制造方法具有以下优点：通过对基底的表面进行处理或在基底上外延生长以形成由多孔性材料构成的声反射层，一方面可以保证声反射层具有良好的声波反射效果，另一方面可以省去现有技术中例如硅反面刻蚀、填充牺牲层再移除以及布拉格反射层制备等复杂度高、操作难度大的步骤，从而在保证声波谐振器具有良好性能的同时有效地改善了声波谐振器的制造工艺、简化了声波谐振器的结构、降低了声波谐振器的制造成本以及大大地提高了声波谐振器的成品率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术中硅反面刻蚀型薄膜体声波谐振器的结构示意图；

图2是现有技术中空气隙型薄膜体声波谐振器的结构示意图；

图3是现有技术中固态装配型薄膜体声波谐振器的结构示意图；

图4是根据本发明的声波谐振器的制造方法流程图；

图5至图9是根据本发明一个具体实施例按照图4所示流程制造声波谐振器的各个阶段的剖面示意图；

图10至图14是根据本发明另一个具体实施例按照图4所示流程制造声波谐振器的各个阶段的剖面示意图；

图15是根据本发明一个具体实施例的声反射层中多孔硅的结构示意图；

图16是根据本发明一个具体实施例的声反射层中多孔硅的扫描电镜照片。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

为了更好地理解和阐释本发明，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种声波谐振器的制造方法，请参考图4，图4是根据本发明的声波谐振器的制造方法流程图。如图所示，该制造方法包括：

在步骤S101中，提供基底；

在步骤S102中，在所述基底的表面形成声反射层或者在所述基底上形成声反射层，其中，该声反射层的材料是多孔性材料；

在步骤S103中，在所述声反射层上形成下电极层；

在步骤S104中，在所述下电极层上形成压电层；

在步骤S105中，在所述压电层上形成上电极层。

下面，将结合图5至图9以及图10至图14对上述制造方法进行详细地说明。

具体地，在步骤S101中，请参考图5和图10，如图所示，提供基底100。在一个实施例中，基底100的材料可以是硅、氧化硅、石英等。在另一个实施例中，基底100的材料还可以是多孔性材料，例如多孔硅、多孔氧化硅等。由于多孔硅、多孔氧化硅等多孔性材料的成本通常高于硅、氧化硅、石英等非多孔性材料，因此从成本的角度考虑，基底100的材料优选是硅、氧化硅、石英等非多孔性材料。本领域技术人员可以理解的是，基底100的材料并不仅仅限于上述举例，其他凡是用于形成基底后使得该基底能够具有支撑作用的材料均包括在本发明所保护的范围内，为了简明起见，在此不再一一列举。典型地，基底100的厚度范围是50μm至2000μm。

在步骤S102中，在基底100的表面形成由多孔性材料构成的声反射层或者在基底100上形成由多孔性材料构成的声反射层。在本实施例中，多孔性材料是多孔硅或多孔氧化硅。本领域技术人员可以理解的是，多孔性材料并不仅仅限于上述多孔硅和多孔氧化硅，其他凡是可以起到良好声波反射效果的多孔性材料均包括在本发明所保护的范围内。多孔性材料的孔隙率的范围优选在10％至90％之间，其中，多孔性材料的孔隙率的具体取值需要根据声波谐振器的实际设计需求来确定。声反射层110的厚度范围优选是10nm至1000μm。下面对如何形成声反射层进行详细说明。

请参考图6，在基底100的表面形成由多孔性材料构成的声反射层110包括：利用干法刻蚀或湿法腐蚀的方式对基底100的表面进行处理，在基底100的表面生成多孔性材料以形成声反射层110。针对于基底100的材料是硅、氧化硅、石英等非多孔性材料的情况，可以采用干法刻蚀或者湿法腐蚀的方式对基底100的一个表面的部分区域或者全部区域进行处理，基底100表面的材料在干法刻蚀或湿法腐蚀的作用下形成多孔性材料，其中，由该多孔性材料所构成的区域则为声反射层110。举例说明，基底100的材料是硅，那么对硅表面进行干法刻蚀或湿法腐蚀后在基底100的表面形成一层多孔硅，该多孔硅区域则为声反射层110；基底100的材料是氧化硅，那么对氧化硅表面进行干法刻蚀或湿法腐蚀后在基底100的表面形成一层多孔氧化硅，该多孔氧化硅区域则为声反射层110。针对于基底100的材料是多孔硅、多孔氧化硅的情况，若基底100的材料的孔隙率恰好等于待形成的声反射层的孔隙率，则可以直接将基底100的表层作为声反射层，若基底100的材料的孔隙率不等于待形成的声反射层的孔隙率，则仍需要通过干法刻蚀或者湿法腐蚀对基底100的表面进一步处理以生成孔隙率满足实际设计需求的声反射层110。举例说明，基底100的材料是多孔硅，孔隙率等于80％，而实际设计需求规定声反射层的孔隙率恰好也等于80％，那么则不需要对基底100的表面进行处理；基底100的材料是多孔硅，孔隙率等于80％，而实际设计需求规定声反射层的孔隙率等于60％，那么则需要对基底100的一个表面的部分区域或者全部区域进行干法刻蚀或者湿法腐蚀使得基底100表面的多孔硅的孔隙率等于60％，从而在基底100的表面形成声反射层110。需要说明的是，通过干法刻蚀或者湿法腐蚀的方式在基底100表面的部分区域或者全部区域形成孔隙率和厚度符合实际设计需求的声反射层110是本领域技术人员所熟悉的技术手段，为了简明起见，在此不再赘述。

请参考图11，在所述基底100上形成由多孔性材料构成的声反射层150包括：利用外延生长的方式在基底100的表面上生长多孔性材料以形成声反射层150。针对于基底100的材料不同于待形成的声反射层的材料的情况，即基底100的材料是硅、氧化硅、石英等非多孔性材料、或者基底100的材料和待形成的声反射层的材料是具有不同孔隙率的同一种多孔性材料、又或者基底100的材料和待形成的声反射层的材料是完全不同种类的多孔性材料，需要利用外延生长的方式在该基底100的一个表面的部分区域上或者全部区域上生长出一层多孔性材料，由该多孔性材料所构成的区域则为声反射层150；针对于基底材料100的材料和待形成的声反射层的材料相同的情况，即基底100的材料和待形成的声反射层的材料是具有相同孔隙率的同一种多孔性材料，则可以直接将基底100的表层作为声反射层而无需外延生长形成声反射层。需要说明的是，通过外延生长的方式在基底100表面的部分区域上或者全部区域上形成孔隙率和厚度符合实际设计需求的声反射层150是本领域技术人员所熟悉的技术手段，为了简明起见，在此不再赘述。

请参考图6，图6是根据本发明一个具体实施例的声反射层中多孔硅的结构示意图，如图所示，该结构中标有Si的部分即为基底100，标有PS的部分即为多孔硅，也就是声反射层110或声反射层150。请参考图7，图7是根据本发明一个具体实施例的声反射层中多孔硅的扫描电镜照片，其中，通过图7可以清楚地看出构成声反射层110或声反射层150的多孔硅的真实结构。

在步骤S103中，请参考图7和图12，如图所示，通过诸如沉积、溅射、印刷等方式在声反射层110(或声反射层150)上形成下电极层120。下电极层120的材料具有导电性，其中，下电极层120的材料包括但不限于钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、钛(Ti)中的一种或其任意组合。典型地，下电极层120的厚度范围是10nm至1000nm。

在步骤S104中，请参考图8和图13，如图所示，通过诸如沉积、溅射、印刷等方式在下电极层120上形成压电层130。压电层130位于下电极层120上。压电层130的材料包括但不限于氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)中的一种或其任意组合。典型地，压电层130的厚度范围是20nm至2000nm。

在步骤S105中，请参考图9和图14，如图所示，通过诸如沉积、溅射、印刷等方式在压电层130上形成上电极层140。上电极层140位于压电层130上。上电极层140的材料具有导电性，其中，上电极层140的材料包括但不限于钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、钛(Ti)中的一种或其任意组合。在一个实施例中，上电极层140的材料和下电极层120的材料相同。在其他实施例中，上电极层140的材料也可以和下电极层120的材料不同。典型地，上电极层140的厚度范围是10nm至1000nm。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他部件、单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个部件、单元或装置也可以由一个部件、单元或装置通过软件或者硬件来实现。

与现有技术相比，本发明提供的声波谐振器的制造方法具有以下优点：通过对基底的表面进行处理或在基底上外延生长以形成由多孔性材料构成的声反射层，一方面可以保证声反射层具有良好的声波反射效果，另一方面可以省去现有技术中例如硅反面刻蚀、填充牺牲层再移除以及布拉格反射层制备等复杂度高、操作难度大的步骤，从而在保证声波谐振器具有良好性能的同时有效地改善了声波谐振器的制造工艺、简化了声波谐振器的结构、降低了声波谐振器的制造成本以及大大地提高了声波谐振器的成品率。

以上所揭露的仅为本发明的一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种声波谐振器的制造方法，该制造方法包括：

提供基底，所述基底的材料是非多孔性材料、或所述基底的材料是多孔性材料但该多孔性材料的孔隙率不等于待形成的声反射层的孔隙率；

利用干法刻蚀的方式对所述基底表面的部分区域或全部区域进行处理，使所述基底表面的部分区域或全部区域在所述干法刻蚀的作用下形成孔隙率和厚度符合待形成的声反射层要求的多孔性材料，从而使所述基底自身表面的部分区域或者全部区域构成声反射层；所述孔隙率和厚度符合待形成的声反射层要求是指干法刻蚀作用后的孔隙率和厚度等于实际设计时所设定的声反射层的孔隙率和厚度；其中，所述声反射层的孔隙率的范围是10％至90％；

在所述声反射层上形成下电极层；

在所述下电极层上形成压电层；

在所述压电层上形成上电极层。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中：

所述多孔性材料是多孔硅或多孔氧化硅。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其中：

所述声反射层的厚度范围是10nm至1000μm。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其中：

所述基底的材料包括硅、氧化硅、石英、多孔硅、多孔氧化硅中的一种或其任意组合。

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