CN110365306A - 薄膜体声波谐振器、滤波器及薄膜体声波谐振器制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种薄膜体声波谐振器、滤波器及薄膜体声波谐振器制备方法，该薄膜体声波谐振器包括：支撑结构，所述支撑结构内部设置空气隙；形成在所述支撑结构上的自下而上排列的下电极、压电层和上电极。本发明实施例提供的技术方案，增加了薄膜体声波谐振器的机械牢固度，有效避免常规工艺牺牲层被灌入通孔的腐蚀液腐蚀不完全和腐蚀液清洗不干净的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器、滤波器及薄膜体声波谐振器制备方法。
背景技术
近年来，随着无线通信技术朝着高频率和高速度方向迅猛发展，以及电子元器件朝着微型化和低功耗的方向发展，基于薄膜体声波谐振器(Film Bulk AcousticResonator，FBAR)的滤波器的研究与开发越来越受到人们的关注。
目前的薄膜体声波谐振器，常常会因为其机械牢固度不够，以至于薄膜体声波谐振器不能正常使用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种薄膜体声波谐振器、滤波器及薄膜体声波谐振器制备方法，以解决现有技术中薄膜体声波谐振器常常会因为其机械强度不够，以至于薄膜体声波谐振器不能正常使用的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种薄膜体声波谐振器，包括：
支撑结构，所述支撑结构内部设置空气隙；
形成在所述支撑结构上的自下而上依次排列的下电极、压电层和上电极。
可选地，所述支撑结构包括第一晶圆，所述第一晶圆的第一表面设置凹槽；
形成在所述第一晶圆上的第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述凹槽，所述第一晶圆和所述第一绝缘层包围所述凹槽，所述凹槽构成所述空气隙。
可选地，在垂直于所述第一晶圆的第一表面方向上，所述空气隙的纵截面图形为多边形。
可选地，所述压电层包括氮化铝压电层、氧化锌压电层以及锆钛酸铅压电陶瓷压电层中的任一一种。
第二方面，本发明实施例提供了一种滤波器，包括第一方面任意所述的薄膜体声波谐振器。
第三方面，本发明实施例提供了一种薄膜体声波谐振器的制备方法，包括：
形成支撑结构，所述支撑结构内部设置空气隙；
在所述支撑结构上形成自下而上依次排列的下电极、压电层和上电极。
可选地，在所述支撑结构上形成自下而上依次排列的下电极、压电层和上电极包括：
通过淀积工艺在所述支撑结构上形成自下而上依次排列的下电极、压电层和上电极。
可选地，形成所述支撑结构包括：
提供第一晶圆；
在所述第一晶圆的第一表面形成凹槽；
在所述第一晶圆的第一表面形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述凹槽，所述第一晶圆和所述第一绝缘层包围所述凹槽，所述凹槽构成所述空气隙。
可选地，在所述第一晶圆的第一表面形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述凹槽，所述第一晶圆和所述第一绝缘层包围所述凹槽，所述凹槽构成所述空气隙包括：
提供第二晶圆；
在所述第二晶圆的第一表面形成第一绝缘层，在所述第二晶圆与所述第一表面相对的第二表面形成第二绝缘层；
在所述第一晶圆的第一表面键合所述第二晶圆，所述第二晶圆的第一表面上的第一绝缘层覆盖所述凹槽；
去掉所述第二晶圆以及所述第二晶圆第二表面上的第二绝缘层。
可选地，在所述第二晶圆的第一表面形成第一绝缘层，在所述第二晶圆与所述第一表面相对的第二表面形成第二绝缘层包括：
通过热氧化工艺，在所述第二晶圆的第一表面形成第一绝缘层，在所述第二晶圆与所述第一表面相对的第二表面形成第二绝缘层，所述第一绝缘层为第一氧化硅绝缘层，所述第二绝缘层为第二氧化硅绝缘层。
在本实施例提供的技术方案，支撑结构内部设置空气隙，形成在支撑结构上的自下而上排列的下电极、压电层和上电极组成的压电振荡声学堆，支撑结构支撑下电极、压电层和上电极组成的压电振荡声学堆，整个薄膜体声波谐振器在下电极的下表面形成空气界面，以达到反射声波、降低器件损耗、提高谐振单元品质因数的目的，无需像现有技术中在下电极、压电层和上电极组成的压电振荡声学堆上设置通孔作为释放通道，连通至支撑结构的空气隙，增强了整个薄膜体声波谐振器的机械牢固度，有效避免常规工艺牺牲层被灌入通孔的腐蚀液腐蚀不完全和腐蚀液清洗不干净的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图说明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、目的和优点将变得更明显。
图1为本发明实施例一提供的一种薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的另一种薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的一种薄膜体声波谐振器的制备方法的流程示意图；
图4-图5为本发明实施例三提供的一种薄膜体声波谐振器的制备方法各步骤对应的剖面结构示意图；
图6为本发明实施例三提供的另一种薄膜体声波谐振器的制备方法的流程示意图；
图7-图9为本发明实施例三提供的另一种薄膜体声波谐振器的制备方法各步骤对应的剖面结构示意图；
图10为本发明实施例三提供的又一种薄膜体声波谐振器的制备方法的流程示意图；
图11-图14为本发明实施例三提供的又一种薄膜体声波谐振器的制备方法各步骤对应的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
薄膜体声波谐振器有空气隙型、反面刻蚀型和布拉格反射型三种。其中空气隙型薄膜体声波谐振器是为了在下电极的下表面形成空气界面，以达到反射声波、降低器件损耗、提高谐振单元品质因数的目的。本发明实施例提供了一种带有空气隙的薄膜体声波谐振器，称之为空气隙型薄膜体声波谐振器。
实施例一
本发明实施例提供了一种薄膜体声波谐振器。图1为本发明实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图，参见图1，该薄膜体声波谐振器包括：支撑结构10，支撑结构10内部设置空气隙11；形成在支撑结构10上的自下而上依次排列的下电极20、压电层30和上电极40。
可选地，压电层30包裹着下电极20一部分，上电极40又包裹着压电层 30一部分。
在本实施例中，薄膜体声波谐振器包括内部设置空气隙11的支撑结构10，以及将下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆。该薄膜体声波谐振器具有小尺寸、性能好、适用于集成电路晶圆大批量生产等优点。
现有技术中带有空气隙的薄膜体声波谐振器通常在下电极20、压电层30 和上电极40组成的压电振荡声学堆上设置通孔作为释放通道，连通至支撑结构的空气隙，释放通道设置是为了灌入湿法腐蚀的腐蚀液，将空气隙11与下电极 20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆之间的牺牲层腐蚀掉，导致其机械牢固度不够，以至于薄膜体声波谐振器不能正常使用，且存在常规工艺牺牲层腐蚀不完全和腐蚀液清洗不干净的问题。
在本实施例中，支撑结构10内部设置空气隙11，形成在支撑结构10上的自下而上排列的下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆，支撑结构10支撑下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆，整个薄膜体声波谐振器在下电极20的下表面形成空气界面，以达到反射声波、降低器件损耗、提高谐振单元品质因数的目的，无需像现有技术中在下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆上设置通孔作为释放通道，连通至支撑结构的空气隙，增强了整个薄膜体声波谐振器的机械牢固度，有效避免常规工艺牺牲层被灌入通孔的腐蚀液腐蚀不完全和腐蚀液清洗不干净的问题。
可选，在上述技术方案的基础上，参见图2，支撑结构10包括第一晶圆12，第一晶圆12的第一表面120设置凹槽121；形成在第一晶圆12上的第一绝缘层13，第一绝缘层13覆盖凹槽121，第一晶圆12和第一绝缘层13包围凹槽 121，凹槽121构成空气隙11。在本实施例中，支撑结构10包括第一晶圆12、第一绝缘层13以及空气隙11，一方面起到支撑下电极20、压电层30和上电极 40组成的压电振荡声学堆的作用，另一方面，空气隙11形成了下电极20的下表面形成空气界面，以达到反射声波、降低器件损耗、提高谐振单元品质因数的目的。
可选地，参见图2，在上述技术方案的基础上，在垂直于第一晶圆12的第一表面方向上，空气隙11的纵截面图形为多边形。示例性的，图2中，垂直于第一晶圆的第一表面方向上，空气隙11的纵截面图形为梯形，还可以为长方形等其他形状，本发明实施例对于具体形状并不作限定。示例性的，可以设置空气隙11区域大于等于声波振荡堆区域，即上电极40、压电层30和下电极20 重合的区域，进一步达到反射声波、降低器件损耗、提高谐振单元品质因数的目的。
可选地，参见图2，在上述技术方案的基础上，第一绝缘层13包括第一氧化硅绝缘层。可选地，第一绝缘层也可以为氮化硅绝缘层，用于支撑下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆。
可选地，参见图2，在上述技术方案的基础上，压电层30包括氮化铝压电层、氧化锌压电层以及锆钛酸铅压电陶瓷压电层中的任一一种。需要说明的是，氮化铝压电层因固有损耗较小、温度系数较低、热导率较好的性能，其作为压电层的薄膜体声波谐振器的性能更优。
可选地，在上述技术方案的基础上，上电极40和下电极20均可以选择金属钼。
实施例二
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种滤波器，包括上述实施例中任意所述的薄膜体声波谐振器。
本实施例中的滤波器因包括上述实施例中任意所述的薄膜体声波谐振器，薄膜体声波谐振器包括的支撑结构内部设置空气隙，形成在支撑结构上的自下而上排列的下电极、压电层和上电极组成的压电振荡声学堆，支撑结构支撑下电极、压电层和上电极组成的压电振荡声学堆，整个薄膜体声波谐振器在下电极的下表面形成空气界面，以达到反射声波、降低器件损耗、提高谐振单元品质因数的目的，无需像现有技术中在下电极、压电层和上电极组成的压电振荡声学堆上设置通孔作为释放通道，连通至支撑结构的空气隙，增强了整个薄膜体声波谐振器的机械牢固度，有效避免常规工艺牺牲层被灌入通孔的腐蚀液腐蚀不完全和腐蚀液清洗不干净的问题。
实施例三
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种薄膜体声波谐振器的制备方法，图3示出了本发明实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的制备方法流程图，参见图3，该方法包括如下步骤：
步骤110、形成支撑结构，支撑结构内部设置空气隙。
参见图4，形成支撑结构10，支撑结构10内部设置空气隙11。
步骤120、在支撑结构上形成自下而上依次排列的下电极、压电层和上电极。
参见图5，在支撑结构10上形成自下而上依次排列的下电极20、压电层 30和上电极40。
在本实施例中，薄膜体声波谐振器包括内部设置空气隙11的支撑结构10，以及将下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆。该薄膜体声波谐振器具有小尺寸、性能好、适用于集成电路晶圆大批量生产等优点。
现有技术中带有空气隙的薄膜体声波谐振器通常在下电极20、压电层30 和上电极40组成的压电振荡声学堆上设置通孔作为释放通道，连通至支撑结构的空气隙，释放通道设置是为了灌入湿法腐蚀的腐蚀液，将空气隙11与下电极 20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆之间的牺牲层腐蚀掉，导致其机械牢固度不够，以至于薄膜体声波谐振器不能正常使用，且存在常规工艺牺牲层腐蚀不完全和腐蚀液清洗不干净的问题。
在本实施例中，支撑结构10内部设置空气隙11，形成在支撑结构10上的自下而上排列的下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆，支撑结构10支撑下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆，整个薄膜体声波谐振器在下电极20的下表面形成空气界面，以达到反射声波、降低器件损耗、提高谐振单元品质因数的目的，无需像现有技术中在下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆上设置通孔作为释放通道，连通至支撑结构的空气隙，增强了整个薄膜体声波谐振器的机械牢固度，有效避免常规工艺牺牲层被灌入通孔的腐蚀液腐蚀不完全和腐蚀液清洗不干净的问题。
可选地，在上述技术方案的基础上，步骤120在支撑结构10上形成自下而上依次排列的下电极20、压电层30和上电极40包括：通过淀积工艺在支撑结构上形成自下而上依次排列的下电极20、压电层30和上电极40。具体的，采用射频磁控溅射在支撑结构上依次形成下电极20、压电层30和上电极40。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图6，步骤110形成支撑结构包括：
步骤1101、提供第一晶圆。
参见图7、提供第一晶圆12。
步骤1102、在第一晶圆的第一表面形成凹槽。
参见图8，在第一晶圆12的第一表面120形成凹槽121。
可选地，可以通过刻蚀工艺在在第一晶圆12的第一表面120形成凹槽121。在垂直于第一晶圆12的第一表面方向上，凹槽121的纵截面图形为多边形。示例性的，图8中，垂直于第一晶圆的第一表面方向上，凹槽121的纵截面图形为梯形，还可以为长方形等其他形状，本发明实施例对于具体形状并不作限定。
步骤1103、在第一晶圆的第一表面形成第一绝缘层，第一绝缘层覆盖凹槽，第一晶圆和第一绝缘层包围凹槽，凹槽构成空气隙。
参见图9、在第一晶圆12的第一表面120形成第一绝缘层13(该绝缘层是晶圆2的)，第一绝缘层13覆盖凹槽121，第一晶圆12和第一绝缘层13包围凹槽121，凹槽121构成空气隙11。可选地，第一绝缘层13包括第一氧化硅绝缘层。第一绝缘层13也可以为氮化硅绝缘层，用于支撑下电极20、压电层30 和上电极40组成的压电振荡声学堆。在本实施例中，支撑结构10包括第一晶圆12、第一绝缘层13以及空气隙11，一方面起到支撑下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆的作用，另一方面，空气隙11形成了下电极20的下表面形成空气界面，以达到反射声波、降低器件损耗、提高谐振单元品质因数的目的。
可选地，在上述技术方案的基础上，参见图10，步骤1103在第一晶圆的第一表面形成第一绝缘层，第一绝缘层覆盖凹槽，第一晶圆和第一绝缘层包围凹槽，凹槽构成空气隙包括：
步骤11031、提供第二晶圆。
参见图11，提供第二晶圆14。
步骤11032、在第二晶圆的第一表面形成第一绝缘层，在第二晶圆与第一表面相对的第二表面形成第二绝缘层。
参见图12，在第二晶圆14的第一表面140形成第一绝缘层13，在第二晶圆14与第一表面140相对的第二表面141形成第二绝缘层15。
可选地，步骤11032在第二晶圆的第一表面形成第一绝缘层，在第二晶圆与第一表面相对的第二表面形成第二绝缘层包括：通过热氧化工艺，在第二晶圆的第一表面形成第一绝缘层，在第二晶圆与第一表面相对的第二表面形成第二绝缘层，第一绝缘层为第一氧化硅绝缘层，第二绝缘层为第二氧化硅绝缘层。
步骤11033、在第一晶圆的第一表面键合第二晶圆，第二晶圆的第一表面上的第一绝缘层覆盖凹槽。
参见图13，在第一晶圆12的第一表面120键合第二晶圆14，第二晶圆14 的第一表面140上的第一绝缘层13覆盖凹槽121。
步骤11034、去掉第二晶圆以及第二晶圆第二表面上的第二绝缘层。
参见图14，去掉第二晶圆14以及第二晶圆14第二表面141上的第二绝缘层15。
现有技术中带有空气隙的薄膜体声波谐振器通常在下电极20、压电层30 和上电极40组成的压电振荡声学堆上设置通孔作为释放通道，连通至支撑结构的空气隙，释放通道设置是为了灌入湿法腐蚀的腐蚀液，将空气隙11与下电极 20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆之间的牺牲层腐蚀掉，导致其机械牢固度不够，以至于薄膜体声波谐振器不能正常使用，且存在常规工艺牺牲层腐蚀不完全和腐蚀液清洗不干净的问题。
在本实施例中的技术方案通过在第一晶圆12的第一表面120形成凹槽121，通过热氧化工艺在第二晶圆14的第一表面140形成第一绝缘层13，在第二晶圆14与第一表面140相对的第二表面141形成第二绝缘层15，然后通过键合工艺在第一晶圆12的第一表面120键合第二晶圆14，第二晶圆14的第一表面 140上的第一绝缘层13覆盖凹槽121，然后去掉第二晶圆14以及第二晶圆14 第二表面141上的第二绝缘层15，完成了内部设置空气隙11的支撑结构10的制备，之后在支撑结构10上依次形成下电极20、压电层30和上电极40，便完成了薄膜体声波谐振器的制备。在本实施例中的技术方案无需像现有技术中在下电极20、压电层30和上电极40组成的压电振荡声学堆上设置通孔作为释放通道，连通至支撑结构的空气隙，增强了整个薄膜体声波谐振器的机械牢固度，有效避免常规工艺牺牲层被灌入通孔的腐蚀液腐蚀不完全和腐蚀液清洗不干净的问题，整个薄膜体声波谐振器在下电极20的下表面形成空气界面，以达到反射声波、降低器件损耗、提高谐振单元品质因数的目的。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：支撑结构，所述支撑结构内部设置空气隙；
形成在所述支撑结构上的自下而上依次排列的下电极、压电层和上电极。
2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述支撑结构包括第一晶圆，所述第一晶圆的第一表面设置凹槽；
形成在所述第一晶圆上的第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述凹槽，所述第一晶圆和所述第一绝缘层包围所述凹槽，所述凹槽构成所述空气隙。
3.根据权利要求2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，在垂直于所述第一晶圆的第一表面方向上，所述空气隙的纵截面图形为多边形。
4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电层包括氮化铝压电层、氧化锌压电层以及锆钛酸铅压电陶瓷压电层中的任一一种。
5.一种滤波器，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的薄膜体声波谐振器。
6.一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括：形成支撑结构，所述支撑结构内部设置空气隙；
在所述支撑结构上形成自下而上依次排列的下电极、压电层和上电极。
7.根据权利要求6所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，在所述支撑结构上形成自下而上依次排列的下电极、压电层和上电极包括：
通过淀积工艺在所述支撑结构上形成自下而上依次排列的下电极、压电层和上电极。
8.根据权利要求6所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，形成所述支撑结构包括：
提供第一晶圆；
在所述第一晶圆的第一表面形成凹槽；
在所述第一晶圆的第一表面形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述凹槽，所述第一晶圆和所述第一绝缘层包围所述凹槽，所述凹槽构成所述空气隙。
9.根据权利要求8所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，在所述第一晶圆的第一表面形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述凹槽，所述第一晶圆和所述第一绝缘层包围所述凹槽，所述凹槽构成所述空气隙包括：
提供第二晶圆；
在所述第二晶圆的第一表面形成第一绝缘层，在所述第二晶圆与所述第一表面相对的第二表面形成第二绝缘层；
在所述第一晶圆的第一表面键合所述第二晶圆，所述第二晶圆的第一表面上的第一绝缘层覆盖所述凹槽；
去掉所述第二晶圆以及所述第二晶圆第二表面上的第二绝缘层。
10.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，在所述第二晶圆的第一表面形成第一绝缘层，在所述第二晶圆与所述第一表面相对的第二表面形成第二绝缘层包括：
通过热氧化工艺，在所述第二晶圆的第一表面形成第一绝缘层，在所述第二晶圆与所述第一表面相对的第二表面形成第二绝缘层，所述第一绝缘层为第一氧化硅绝缘层，所述第二绝缘层为第二氧化硅绝缘层。
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