CN109714017A

CN109714017A - 一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器及其制作方法

Info

Publication number: CN109714017A
Application number: CN201811635966.7A
Authority: CN
Inventors: 欧文; 申洪霞
Original assignee: National Center for Advanced Packaging Co Ltd
Current assignee: National Center for Advanced Packaging Co Ltd
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2038-12-29
Also published as: CN109714017B

Abstract

本发明公开了一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，包括：压电层；上电极，所述上电极沿第一方向覆盖所述压电层；下电极，所述下电极沿第二方向包围所述压电层的底面和侧面；以及衬底。基于本发明的该种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构，可以很好地降低谐振器的横向声波泄露，改善谐振器谐振特性，便于薄膜体声波谐振器结构向高性能、低功耗的方向发展。

Description

一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器及其制作方法

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，尤其涉及一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器及其制作方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展，以及通信电子设备的功能逐渐增强，体积逐渐变小的影响，对于通信芯片中的器件体积及性能也提出了更高的要求。由于声波滤波器的优良性能，其在众多电子设备中有着广泛应用。

在未来5G通信发展中，通信频率不断向高频发展，具有压电效应的薄膜体声波滤波器有着巨大的应用价值，而薄膜体声波谐振器(FBAR)则是构成薄膜体声波滤波器的最小单元结构。目前的谐振器结构主要是电极-压电层-电极的三明治结构，其存在一定的横向泄露，从而影响谐振器的性能特性。

当前的优化方法为，使用多边形结构或者不对称结构，增加结构内声波反射，但这种方法仍然存在相应的损耗。

发明内容

针对传统薄膜体声波谐振器(FBAR)存在横向声波泄露导致的性能下降，以及多边形结构或者不对称结构存在的损耗过大问题，本发明提出了一种新型的抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器及其制作方法，从而至少部分的克服了上述问题。

根据本发明的一个方面，提供一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，包括：

压电层；

上电极，所述上电极沿第一方向覆盖所述压电层；

下电极，所述下电极沿第二方向包围所述压电层的底面和侧面；以及

衬底。

在本发明的一个实施例中，抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器还包括设置在所述衬底下方的空气腔，所述空气腔的水平位置与所述压电层对应。

在本发明的一个实施例中，所述压电层的材料为AlN或ZnO。

在本发明的一个实施例中，所述上电极进一步包括位于所述压电层上方的顶部电极以及位于所述压电层第一对侧面的第一垂直电极对。

在本发明的一个实施例中，所述压电层沿第一方向的宽度大于所述顶部电极的宽度和所述第一垂直电极对的宽度。

在本发明的一个实施例中，所述下电极进一步包括：

位于所述压电层下方的底部电极；

位于所述压电层第二对侧面的第二垂直电极对；以及

由所述第二垂直电极顶部水平延伸的下电极引出结构。

在本发明的一个实施例中，所述压电层沿第二方向的宽度大于所述底部电极的宽度和所述第二垂直电极对的宽度。

在本发明的一个实施例中，所述上电极和或所述下电极的材料为Mo、Au、Al、Cu。

根据本发明的另一个实施例，提供一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：

提供带底部空气腔的衬底；

在衬底顶部形成下电极的底部电极；

形成覆盖底部电极的压电层；

在压电层中形成与底部电极连接的导电侧壁；以及

在压电层的表面形成下电极引出结构和上电极。

在本发明的另一个实施例中，所述底部电极、所述导电侧壁和所述下电极引出结构一起构成下电极。所述下电极沿第一方向包围所述压电层的；所述上电极沿第二方向覆盖所述压电层。

本发明提供一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构及其制作方法，通过在压电层第一方向两侧挖槽并填充电极材料，压电层下方的金属层连通两侧电极结构，形成一个沿第一方向包围压电层的下电极；通过沿压电层第二方向覆盖电极材料，形成沿第二方向包围压电层的下电极。基于本发明的该种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构，可以很好地降低谐振器的横向声波泄露，改善谐振器谐振特性，便于薄膜体声波谐振器结构向高性能、低功耗的方向发展。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的一个实施例形成的一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100的俯视图。

图2示出根据本发明的一个实施例形成的一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100的AA方向截面示意图。

图3示出根据本发明的一个实施例形成的一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100的BB方向截面示意图。

图4示出根据本发明的一个实施例形成该种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100的流程图400。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

下面结合图1、图2和图3来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构。图1示出根据本发明的一个实施例形成的一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100的俯视图；图2示出根据本发明的一个实施例形成的一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100的AA方向截面示意图；图3示出根据本发明的一个实施例形成的一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100的BB方向截面示意图。如图2所示，抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100进一步包括上电极110、压电层120、下电极130、衬底140以及空气腔150。

上电极110进一步包括位于压电层120上方的顶部电极111、位于压电层120第一对侧面的第一垂直电极对112、由第一垂直电极112底部水平延伸的上电极引出结构113。由顶部电极111、第一垂直电极对112、上电极引出结构113构成的上电极110沿第一方向覆盖压电层120。其中压电层120沿第一方向的宽度W₁大于顶部电极111、第一垂直电极对112的对应宽度w₁。在本发明的一个实施例中，上电极110的材料为导电金属，如Mo、Au、Al、Cu等。在本发明的又一实施例中，上电极110的材料为其他类型的导电材料，如重掺杂的半导体材料等。

压电层120位于上电极110和下电极130的包覆之中，其材料为压电材料，如AlN、ZnO等。

下电极130进一步包括位于压电层120下方的底部电极131、位于压电层120第二对侧面的第二垂直电极对132、由第二垂直电极132顶部水平延伸的下电极引出结构133。由底部电极131、第二垂直电极对132、下电极引出结构133构成的下电极130沿第二方向包围压电层120。其中压电层120沿第二方向的宽度W₂大于底部电极131、第二垂直电极对132的对应宽度w₂。在本发明的一个实施例中，下电极130的材料为导电金属，如Mo、Au、Al、Cu等。在本发明的又一实施例中，下电极130的材料为其他类型的导电材料，如重掺杂的半导体材料等。

由于上述设计，从而实现了：在压电层120的上表面，下电极130的下电极引出结构133与上电极110的顶部电极111电分离；在压电层120的下表面，上电极110的上电极引出结构113与下电极130的底部电极131电分离。

衬底140用于承载压电结构。

此外，可选的，还包括空气腔150，空气腔150通过对压电层120下方的衬底140的刻蚀活动。空气腔150用于改善谐振器谐振特性。

下面结合图4来详细描述形成该种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100的过程。图4示出根据本发明的一个实施例形成该种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构100的流程图400。

首先，在步骤410，提供带底部空气腔150的衬底140。衬底材料可以为硅、玻璃等，底部空腔可通过刻蚀工艺形成。在本发明的一个实施例中，硅衬底上具有一层氧化硅薄膜，通过图形化刻蚀去除空气腔位置的氧化硅，然后再利用氧化硅作为刻蚀掩膜，刻蚀形成所需的空气腔。

接下来，在步骤420，在衬底140顶部形成下电极130的底部电极131，底部电极的材料可以为Mo、Au、Al、Cu等金属。具体形成工艺可以为沉积、电镀等。在本发明的一个实施例中，通过图形化电镀形成底部电极131，具体步骤进一步包括沉积电镀种子层、光刻形成电镀窗口和电镀掩膜、电镀、去除光刻胶掩膜、去除裸露电镀种子层。

然后，在步骤430，形成覆盖底部电极131的压电层120，压电层120的材料为AlN、ZnO等压电材料。

接下来，在步骤440，在压电层120中形成与底部电极131连接的导电侧壁(第二垂直电极)132。在本发明的一个具体实施例中，导电侧壁132的宽度与底部电极131的宽度基板相同。在本发明的又一实施例中，导电侧壁132的具体形成步骤进一步包括在压电层120上光刻形成刻蚀掩膜、刻蚀形成与底部电极131连接的空腔、在空腔内沉积形成导电金属。

最后，在步骤450，在压电层120的表面形成下电极130的下电极引出结构133和上电极110。在本发明的一个实施例中，上电极110与下电极130相互垂直，一起形成对压电层120的包围。

基于本发明提供的该种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构及其制作方法，通过在压电层第一方向两侧挖槽并填充电极材料，压电层下方的金属层连通两侧电极结构，形成一个沿第一方向包围压电层的下电极；通过沿压电层第二方向覆盖电极材料，形成沿第二方向包围压电层的下电极。基于本发明的该种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器结构，可以很好地降低谐振器的横向声波泄露，改善谐振器谐振特性，便于薄膜体声波谐振器结构向高性能、低功耗的方向发展。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims

1.一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，包括：

压电层；

上电极，所述上电极沿第一方向覆盖所述压电层；

衬底。

2.如权利要求1所述的抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括设置在所述衬底下方的空气腔，所述空气腔的水平位置与所述压电层对应。

3.如权利要求1所述的抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电层的材料为AlN或ZnO。

4.如权利要求1所述的抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述上电极进一步包括位于所述压电层上方的顶部电极以及位于所述压电层第一对侧面的第一垂直电极对。

5.如权利要求1或4所述的抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电层沿第一方向的宽度大于所述顶部电极的宽度和所述第一垂直电极对的宽度。

6.如权利要求1所述的抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述下电极进一步包括：

位于所述压电层下方的底部电极；

位于所述压电层第二对侧面的第二垂直电极对；以及

由所述第二垂直电极顶部水平延伸的下电极引出结构。

7.如权利要求1或6所述的抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电层沿第二方向的宽度大于所述底部电极的宽度和所述第二垂直电极对的宽度。

8.如权利要求1所述的抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述上电极和或所述下电极的材料为Mo、Au、Al、Cu。

9.一种抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：

提供带底部空气腔的衬底；

在衬底顶部形成下电极的底部电极；

形成覆盖底部电极的压电层；

在压电层中形成与底部电极连接的导电侧壁；以及

在压电层的表面形成下电极引出结构和上电极。

10.如权利要求9所述的抑制横向声波损耗的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述底部电极、所述导电侧壁和所述下电极引出结构一起构成下电极。所述下电极沿第一方向包围所述压电层的；所述上电极沿第二方向覆盖所述压电层。