CN1395752A - 薄膜谐振器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有增强性能的薄膜谐振器及其制造方法。所述薄膜谐振器包括一个支撑装置，一个第一电极，一个介电层和一个第二电极。支撑装置具有多个支柱并且在支柱上形成支撑层。在支撑层上依次形成第一电极，介电层和第二电极。该薄膜谐振器极其小而且能够高度集成，此外，谐振器介电层的厚度能够调节，以获得对包括射频，中频和短频多波段的集成。另外，由于其紧凑的衬底，该薄膜谐振器可以使干涉最小化而且具有理想的尺寸，即，使得该薄膜谐振器极其小，同时具有三维浮置结构。

Description

薄膜谐振器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜谐振器及其制造方法，特别是涉及一种与多波段集成以增强其性能的薄膜谐振器和制造该谐振器的简便方法。
背景技术
移动通信作为服务于信息社会的主要装置已经快速发展起来。两项技术的发展影响着该装置：在有限频带上利用对所传输数据的调制或解调处理信号、制造射频(RF)器件零件的技术。
具体说来，在用于RF移动通信装置的零件中滤波器是最重要的。滤波器能够在公共通信网上从众多信号中选择出用户所需要的信号，或者滤出用户传递的信号。因此，用于高质量移动通信的优质滤波器在以前已经得到开发。而最近，又开发出更薄和更轻型的高性能滤波器。这些特点保证移动通信装置减少能量消耗，更便于携带。
通常，谐振器或者频率滤波器是一个在预定波段上传输电磁频率的器件，并且作为带通滤波器滤去由各种电子器件产生的其它波段的频率，如无线电话，个人通信服务装置，移动电话或者用于国际移动无线通信2000(IMT-2000)的设备。
目前，介电滤波器和表面声波滤波器(SAW)作为RF滤波器被广泛应用于移动通信装置中，介电滤波器具有一些优点，如透过性高，插入损耗低，在高温下稳定和机械强度高。但是，介电滤波器太大，以至不能应用于单片微波集成电路(MMIC)中。尽管现在在开发小尺寸的单块或者多层表面安装器件(SMD)谐振器，但是SMD谐振器不足以克服其尺寸的问题。
SAW滤波器相对于介电滤波器较小，且具有更简单的信号处理和更简化的电路。所述SAW滤波器也能够用半导体技术制造，并且获得高质量的效果，这是因为SAW滤波器在其频带中的侧向抑制比介电滤波器的大。可是，由于所述SAW滤波器是用由铌酸锂(LiNbO3)或者钛酸锂(LiTaO3)组成的单晶压电衬底制成，它具有低于3dB的大的插入损耗和高的制造成本。另外，SAW滤波器是用紫外线照射装置制造，因为插指式换能器(IDT)的线宽高于0.5μm，所以SAW滤波器不能在5GHz以上的高频段使用。
薄膜体声波谐振器(FBAR)已被开发用于下一代移动通信装置。所述FBAR能够用半导体技术低成本的大量生产而且极轻极薄。另外，所述FBAR可以与RF有源器件自由组合。具体地说，所述FBAR具有小的插入损耗，约为1到1.5dB，小于或等于介电滤波器的插入损耗。FBAR还具有高的侧向抑制，比SAW滤波器约高10到20dB，因此，可以提供高质量的效果。
现在，移动通信的有源元件包括双异质结晶体管(HBT)或者金属半导体场效应晶体管(MESFET)，这些元件通过单片微波集成电路(MMIC)技术逐渐简单化和小型化。但是，RF技术的无源元件如滤波器，天线转换开关滤波器或者天线相对较大，结构复杂，以至于无源元件不能做成单一芯片。
FBAR或者层叠的薄膜体波声波滤波器(SBAR)用RF溅射的方法，通过在硅或者镓-砷(Ga-As)成分的衬底上形成压电材料如氧化锌(ZnO)或者氮化铝(AlN)而制成，从而由压电材料获得理想的谐振器。
能够以低成本制造高质量的薄膜谐振器，使其可在900MHz到10GHz频带上用于各种装置。另外，薄膜谐振器可以比介电滤波器小得多，并且增加了插入损耗比SAW滤波器小的优点。因此，薄膜滤波器如FBAR能够用于要求高质量和优良的稳定性的任一MMIC中。
传统FBAR或者SBAR的制造方法公开在Richard C.Ruby等人的美国专利US6 060 818中。
图1是FBAR的横剖视图，图2A到2C是制造图1中FBAR的方法的横剖视图。
参照图1，在硅衬底15上形成FBAR10，所述FBAR10包括一个底部电极20，压电层25和一个顶部电极30。
在衬底15上形成一个氧化层35。一个凹坑40置于衬底15和FBAR10之间。
参照图2A，首先准备硅衬底15，然后在所述衬底15上通过部分蚀刻衬底15形成具有预定深度的凹坑40。接着，通过热氧化方法在衬底15的所有表面上形成氧化层35。
如图2B所示，由硅化磷组成的牺牲层45覆盖在氧化层35上以填充凹坑40，之后，牺牲层45被抛光以使牺牲层45仅留在凹坑40中。
参照图2C，在氧化层35和填充凹坑40的牺牲层45上依次覆盖由钼(Mo)组成的底部电极20，由氮化铝(AlN)组成的压电层25和由钼组成的顶部电极30后，底部电极20、压电层25和顶部电极30被制作图案。然后，用含有氢氟酸(HF)的蚀刻剂除去牺牲层45。由此完成如图1所示的FBAR10。
但是，传统FBAR形成在设有腔的衬底上，FBAR产生二维结构。因此，传统FBAR的性能质量低并增加插入损耗。
另外，衬底的干涉不是封闭的，使FBAR的能量损失增加。因为为了承受压电层的变形，FBAR在衬底中的腔上形成，所以FBAR的大小也被限制。
而且，因为传统FBAR形成在设有腔的硅衬底上，所以蚀刻硅衬底的过程需要很长时间，制造FBAR的成本也增加了。
为了克服这些问题，在伯克利和密歇根大学的研究所已公开用微机电系统(MEMS)技术在衬底上形成具有三维结构的薄膜体波声波谐振器(TFBAR)。但是，因为结构复杂，而且集成包括TFBAR在内的器件非常困难，所以TFBAR不能大量生产并且包装TFBAR是非常困难的。
发明内容
本发明即为克服上述不足。因此，本发明的目的是提供一种具有极微小尺寸的薄膜谐振器，用MEMS技术达到高度集成，以及所述薄膜谐振器的制造方法。
本发明的另一目的是提供一种薄膜谐振器，通过控制其压电层的厚度以获得多频带集成的薄膜谐振器，以及所述薄膜谐振器的制造方法。
本发明的再一目的是提供一种具有三维浮置结构的薄膜谐振器，使由于衬底干涉造成的能量损耗减至最小，且该薄膜谐振器与衬底的大小一致，以及所述薄膜谐振器的制造方法。
本发明的又一目的是提供一种制造成本低，还具有高质量的薄膜谐振器，以及所述薄膜谐振器的制造方法。
本发明的另一目的是提供一种为获得高质量和低插入损耗，具有微小图案和三维形式的薄膜谐振器，以及所述薄膜谐振器的制造方法。
为达到本发明的目的，根据本发明的一个方面，提供一个用于滤去预定波段频率的薄膜谐振器，包括一个在衬底上形成多个支柱的支撑装置和一个在支柱上形成的支撑层、在支撑装置上形成的一个第一电极、一个在第一电极上形成的介电层和一个在所述介电层上形成的第二电极。
在衬底上形成四个支柱以支持支撑层，并且所述支撑层与每个支柱相邻处分别形成多个开口。
根据优选方案，所述支撑层、所述第一电极、所述介电层和所述第二电极的形状像长方形板，其结合起来构成棱锥形。
第一和第二电极由从包括铂、钽、钽化铂、金、钼和钨的组中选择的金属组成。介电层由从包括钛酸钡、氧化锌、氮化铝、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)和铌酸铅镁(PMN)的组中选择的材料组成。
薄膜谐振器另外还包括一个用于将第二电极与在衬底上形成的电路连接起来的连接装置。所述连接装置有一个中心部分和来自中心部分的横向弯头，以使连接装置与电路和第二电极相接触。结果，在衬底和支撑装置之间形成第一气隙，在第二电极和连接装置之间形成第二气隙。在这种情况下，连接装置由从包括铂、钽、钽化铂、金、钼和钨的组中选择的金属组成。
为达到本发明的目的，根据本发明的另一个方面，提供一种制造用于滤去预定波段频率的薄膜谐振器的方法，其中包括的步骤是；在衬底上形成第一牺牲层，部分地蚀刻所述第一牺牲层以暴露衬底部分，在衬底的被暴露部分上形成多个支柱，在所述支柱和所述第一牺牲层上形成第一层，在所述第一层上形成第一金属层，在所述金属层上形成第二层，在所述第二层上形成第二金属层，通过在第二金属层、第二层和第一金属层上制作图案形成第一电极，介电层和第二电极，通过在第一层上制作图案形成具有多个开口的支撑层，通过开口除去第一牺牲层。
第一牺牲层由多晶硅组成并通过低压化学汽相沉积方法形成，所述第一牺牲层由光刻方法、反应离子蚀刻方法或者氩激光蚀刻方法部分地被刻蚀。
在低于大约500℃的温度下用低压化学汽相沉积方法在第一牺牲层和衬底上形成BPSG层产生支柱，并且抛光BPSG层以除去形成在第一牺牲层上的BPSG层的部分。同时，通过化学机械抛光方法或者深腐蚀的方法抛光BPSG层。
通过等离子增强化学汽相沉积方法或者用氧化硅或者氧化磷在约为350℃到450℃的温度下形成第一层。
第一和第二电极由从包括铂、钽、钽化铂、金、钼和钨的组中选择的金属，用溅射方法或者化学汽相沉积方法形成。
第二层由压电材料或者电致伸缩材料用溶胶-凝胶方法、溅射方法、旋转涂覆方法或者化学汽相沉积方法形成。第二层由从包括钛酸钡、氧化锌、氮化铝、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)和铌酸铅镁(PMN)的组中选择的材料形成。在这种情况下，为了使第二层的相转移，通过快速热退火方法对第二层进行热处理。
第一牺牲层用氟化氙或者氟化溴除去。
根据优选方案，用于制造薄膜谐振器的方法包括如下步骤：在衬底和第二电极上形成第二牺牲层，部分地蚀刻第二牺牲层以暴露部分第二电极和在衬底上形成的电路，形成用于将第二电极与电路连接起来的连接装置，除去第二牺牲层。
第二牺牲层由多晶硅或者光致抗蚀剂组成，并且通过低压化学汽相沉积方法或者旋转涂覆方法形成。
根据优选方案，第二牺牲层的表面用化学机械抛光方法或者深蚀刻方法平面化。
连接装置由从包括铂、钽、钽化铂、金、钼和钨的组中选择的金属，用溅射方法或者化学汽相沉积方法形成。
第二牺牲层用氟化氙、氟化溴、含有氢氟酸(HF)的蚀刻剂、或者用氩激光蚀刻方法除去。同时，除去第一和第二牺牲层的步骤是同时进行的。
一般说来，根据产生谐振的原理，由于体声波从置于两电极之间的压电层产生，用于滤去一波段上的频率的谐振器正常工作。用于制造这种谐振器的步骤通常包括：在由硅或者镓-砷(Ga-As)组成的衬底上形成由氧化锌(ZnO)或者氮化铝(AlN)组成的压电膜，然后形成隔膜和电极。
在所述谐振器的制造过程中，压电膜固定在电极上并且压电膜足够薄且平，以及密度足够高。根据传统的制造方法，在硅衬底上通过离子生长方法形成一个包括硼或硅氧化层的P+层后，硅衬底的底部被非均匀蚀刻直到隔膜在衬底中形成一个腔。然后，在所述隔膜上形成电极，再用RF磁控溅射方法在所述电极之间插入所述压电层以形成薄膜谐振器。用于形成压电层的压电材料需要低于106Ωcm的高电阻率，同时标准偏差低于60，以及大的机电耦合常数，良好的操作性。另外，压电材料应具有高的断裂强度和好的再生产效果。但是，该制造过程，包括上述隔膜产品的生产，经历多次失败，这是因为当薄膜谐振器从包装中被分开时隔膜可能被打破。另外，因为声波能量由于隔膜而丢失，所以薄膜谐振器的谐振性能可能较低。最近，气隙型FBAR或者布拉格反射器型FBAR已经用于降低这种由于隔膜造成的声波能量的损失和简化谐振器的制造过程。
对于气隙型FBAR，用微机械技术在硅衬底上形成牺牲层后，在牲层所在的位置形成气隙。因此，不用深蚀刻而形成隔膜能够减少制造时间和有害气体的产生。
在布拉格反射器型FBAR中，每个具有不同声波阻抗的材料交替地在硅衬底上形成以促进布拉格反应，因此，在电极之间产生声波能量的谐振。布拉格反射器型FBAR可作为梯形反射器，单晶滤波器使用；层叠滤波器或者网络滤波器可以是一个单芯片型的薄膜谐振器。这种谐振器可以被快速制造并具有高的机械强度，但是其机电耦合常数与传统FBAR相比降低30％。
根据本发明，用MEMS技术制造薄膜谐振器，不蚀刻衬底使其具有低于数百微米的微小尺寸。因此，薄膜谐振器极其小并且能被高度集成在衬底上，另外，薄膜谐振器的介电层的厚度能够调节，从而通过控制介电层的厚度获得多频带的集成，包括射频(RF)，中频(IF)和短频(LF)。而且，还可集成感应线圈和电容器。
另外，因为薄膜谐振器能够在不蚀刻或者不机械加工硅衬底的情况下生产，所以可以增加产量和大大降低制造成本。因此，本发明的生产过程在批量生产中具有极大优势，包括简化过程和易于包装。另外，因为本发明的薄膜谐振器有小图案和易于用MEMS技术制造的三维浮置结构，所以该薄膜谐振器具有约1000到10000的好品质因数和2dB以下的低插入损耗。
另外，本发明的薄膜谐振器能够使来自衬底的干涉减至最小，并且因为衬底紧凑的结构使其具有理想的尺寸，从而使该薄膜谐振器极其小，同时具有三维浮置结构。
附图说明
本发明的上述目的和其它改进将参照附图通过详细描述优选实施例得到更加清楚明了的论述，其中：
图1是传统薄膜体声波谐振器的横剖视图；
图2A到2C是制造图1中传统薄膜体声波谐振器方法的横剖视图；
图3是根据本发明一个优选实施例表示的薄膜谐振器的透视图；
图4是图3所示的薄膜谐振器的横剖视图；
图5A到5I是制造图4中本发明薄膜体声波谐振器方法的横剖视图。
具体实施方式
在下文，将参照附图详细描述本发明的优选实施例，但是本发明将不受下面的实施例限定。
图3是根据本发明一个优选实施例表示的薄膜谐振器的透视图，图4是图3所示的薄膜谐振器的横剖视图。
参照图3和4，本发明的薄膜谐振器100具有一个支撑元件190，一个第一电极165，一个介电层175和一个第二电极185。在一个衬底110上形成所述薄膜谐振器100，在薄膜谐振器100和衬底110之间插入一个第一气隙200。
支撑元件190支撑薄膜谐振器100并包括一个支撑层155和多个支柱140和141。支撑层155由氮化硅(SiN)组成，支柱140和141分别由硅酸硼磷玻璃(BPSG)组成。
在本实施例中，在衬底110的预定部分分别形成四个支柱。支撑层155具有长方形板的形状，由支柱140和141支撑。
另外，通过支撑层155分别与支柱140和141相邻的部分形成多个开口195和196，以使包括那些开口195和196的支撑层155充当平衡压力的角色，从而防止薄膜谐振器100的薄层弯曲，而数个层被层叠形成薄膜谐振器100。支柱140和141支撑支撑层155和其上的结构，并且在衬底110和支撑层155之间插入第一气隙200。这样，薄膜谐振器100具有三维浮置结构，由此减小由于衬底的干涉而损失的能量。
在支撑元件190上依次形成第一电极165、介电层175和第二电极185。第一电极165、介电层175和第二电极185分别具有长方形的形状。
第一和第二电极165和185由具有好的电导率的金属材料组成，如铂(Pt)、钽(Ta)、钽化铂(Pt-Ta)、金(Au)、钼(MO)和钨(w)。介电层175由压电材料组成，如钛酸钡(BaTiO3)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、锆钛酸铅(PZT)和锆钛酸铅镧(PLZT)。另外，介电层175由电致伸缩材料组成，例如铌酸铅镁(PMN；(Pb(Mg，Nb)O3)。根据优选方案，介电层175由PZT组成。
第一电极165比支撑层155小，介电层175比第一电极165小。另外，第二电极185比介电层175小，以使薄膜谐振器100产生棱锥形状。
从电路205到第二电极185之间形成连接元件220，以使薄膜谐振器100与在衬底110上形成的电路205连接。连接元件220是桥形，使薄膜谐振器100与第二电极185连接，以使薄膜谐振器100具有三维浮置结构。连接元件220的两个端部弯曲，并分别与第二电极185和电路205连接。连接元件220的中心部分是倒‘U’形，即连接元件220的横向部分从连接元件220的中心向下首次弯曲，然后连接元件220的横向部分在水平方向第二次弯曲。因此，连接元件220的端部分别与第二电极185和电路205接触。连接元件220由具有良好导电性能的金属组成，如铂、钽、钽化铂、金、钼和钨。
在下文中，参照附图详细描述根据本发明一个优选实施例表示的薄膜谐振器的制造方法。
图5A到5I是制造图4中本发明薄膜体声波谐振器方法的横剖视图。在图5A到5I中，各种元件的参考标号与图3和4中的相同。
参照图5A，在衬底100上通过低压化学汽相沉积(LPCVD)方法形成一个具有约1到3μ厚度的第一牺牲层120。所述第一牺牲层120由多晶硅组成。在这种情况下，衬底110由硅或者绝缘材料形成如玻璃或者陶瓷。
然后，用光刻方法或者反应离子蚀刻方法部分蚀刻第一牺牲层120，由此形成孔130和131，其暴露衬底110。同时，参照图3形成四个孔，尽管图5A中只表示了两个孔130和131。
参照图5B，在第一牺牲层120上和在孔130和131中形成一个BPSG层135。BPSG层135是在低于500℃的温度下用LPCVD方法形成的。BPSG层135的厚度约是2.0到3.0μm并且暴露衬底110的孔130和131被BPSG层135填充。
参照图5C，BPSG层135用化学机械抛光方法或者深蚀刻方法抛光，部分地除去在第一牺牲层120上形成的BPSG层135的一部分。因此，BPSG层135的一部分只保留在由第一牺牲层120形成的孔130和131中。BPSG层135的保留部分成为支柱140和141用于支撑薄膜谐振器100。支柱140和141和跟着的支撑层155一起形成支撑元件用于支撑薄膜谐振器100。在这种情况下，由BPSG组成的四个支柱得以形成，如图3所示，并且支柱的形状由通过第一牺牲层120形成的孔的形状确定。因此，当孔具有长方形横截面时，支柱采用圆柱，而当孔具有圆形横截面时，支柱采用筒式柱。另外，当孔具有三角形横截面时，支柱采用三角形柱。
四个支柱的形成增加薄膜谐振器100的稳定性。但是，依照本发明的另一实施例，根据用户对薄膜谐振器100的结构稳定性的需要，支柱的数量可以增加或者减少。
在本发明的另一实施例中，在BPSG层135被抛光时，第一牺牲层120的上部可以部分地被抛光。因此，第一牺牲层120的表面变得更平坦，从而增加薄膜谐振器100的一致的平面性。根据本发明的再一实施例，在第一牺牲层120覆盖在衬底110上后，尽管第一牺牲层120的上部分被分别抛光，薄膜谐振器100仍可具有增强的平面性。
参照图5D，在第一牺牲层120和支柱140和141上形成由氮化硅(SixNy)组成的第一层150。第一层150的厚度约是0.1到1.0μm，可用等离子增强化学汽相沉积(PECVD)方法处理。第一层150被制作图案以形成支撑层155。根据本发明的另一实施例，第一层150可以由低温氧化物(LTO)如氧化硅(SiOX)或者氧化磷(P2O5)在从约350到450℃的温度范围形成。
然后，在第一层150上形成第一金属层160。第一金属层160由具有优良导电性和良好粘合强度的金属组成，如铂、钽、钽化铂、金、钼和钨。第一金属层160用溅射的方法或者CVD方法形成，具有约0.1到1.0μm的厚度。第一溅射层160被制作图案以形成第一电极165。
在第一金属层160上形成第二层170。第二层170由介电成分如压电材料或者电致伸缩材料组成。第二层170由溶胶-凝胶方法、旋转涂覆方法、溅射方法或者CVD方法形成以获得0.1到1.0μm的厚度。第二层170被制作图案以形成介电层175。第二层170用钛酸钡、氧化锌、氮化铝、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)和铌酸铅镁(PMN)形成。根据优选方案，第二层170由旋转涂覆PZT形成，并由溶胶-凝胶方法制造，具有约0.4μm的厚度。
根据本发明的另一实施例，在第二层170形成后，用快速热退火(RTA)的方法对第二层170进行热处理，以迫使第二层170的压电材料或者电致伸缩材料相变。因此，对在第一电极165和第二电极185之间产生的任何电场，介电层175能够易于响应。另外，介电层175的机械响应度可以易于将能量传送给第一和第二电极165和185。即，当在第一电极165和第二电极185之间产生电场时，介电层175将电能转换成声波能，并且给薄膜谐振器100施加电压。所述声波以与电场相同的方向传播，且从第二电极185和空气之间的界面反射，由此，薄膜谐振器100可作为滤波器工作。
接着，在第二层170上形成第二金属层180。第二金属层180由与第一金属层160相同的金属组成，如铂、钽、钽化铂、金、钼和钨。第二金属层180由溅射方法或者CVD方法形成以使第二金属层180具有约0.1到1.0μm的厚度。第二金属层180被制作图案以形成第二电极185。
参照图5E，在第二金属层180上涂覆光致抗蚀剂，光致抗蚀剂被制作图案以形成光致抗蚀剂图案后，第二金属层180被制作具有长方形板形状的图案，用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩膜，而形成第二电极185(如图3所示)。
然后，在光致抗蚀剂图案被除去后，用上述方法依次对第二层170和第一金属层160制作图案。这样，介电层175和第一电极165分别具有长方形板的形状，并且形成如图3所示形状。在这种情况下，介电层175比第二电极185大，并且第一电极165比介电层175大，因此，第一电极165、介电层175和第二电极185结合形成棱锥形。
参照图5F，用反应离子蚀刻方法或者光刻方法对第一层150制作图案，以使形成支撑层155，包括分别与支柱140和141相邻的开口195和196。同时，在第一层150制作图案形成支撑层155期间形成开口195和196。但是在支撑层155后形成开口195和196。
开口195和196作为通道，用于注入蚀刻剂或者用于注入蚀刻第一牺牲层120的离子。因此，第一牺牲层120易被除去。因为如图3所示形成四个开口，所以可将来自薄膜谐振器100由于衬底110产生的干涉减小到最小。
参照图5G，经开口195和196通过用包括氢氟酸(HF)在内的蚀刻剂除去第一牺牲层120，接着在清洗和烘干过程完成后，形成薄膜谐振器100。第一牺牲层120还能够通过用氟化氙(XeF2)或者氟化溴(BrF2)除去。另外，第一牺牲层120可以用于氩激光蚀刻方法除去。由于第一牺牲层120被除去，在原第一牺牲层120处形成第一气隙200。即，在衬底110上形成薄膜谐振器100并且在衬底110和薄膜谐振器100之间插入第一气隙200。
参照图5H，在衬底110上产生电路205后，在上述形成薄膜谐振器的地方，衬底110的整个表面涂覆上第二牺牲层210。第二牺牲层210由多晶硅组成，与形成第一牺牲层120的方法相同，用LPCVD方法形成。另外，第二牺牲层210由用旋转涂覆方法添加的光致抗蚀剂组成。在这种情况下，为了增加第二牺牲层210的平面性，通过化学机械抛光方法可以抛光第二牺牲层210的表面。另外，可以用深蚀刻的方法整平第二牺牲层210的表面。
接着，第二牺牲层210用光刻的方法或者氩激光蚀刻的方法被部分蚀刻，以部分暴露薄膜谐振器100的第二电极185和在衬底110上形成的电路205。
参照图5I，第三金属层在第二电极185的暴露部分、电路205的暴露部分和第二牺牲层210上形成。第三金属层由与第一金属层160相同的金属组成，如铂、钽、钽化铂、金、钼和钨。第三金属层通过溅射方法或者CVD方法沉积，以使第三金属层的厚度是0.1到1.0μm。
然后，第三金属层被制作图案，以形成将薄膜谐振器100与在衬底110上的电路205连接起来的连接元件220。
接着，第二牺牲层210通过含有氢氟酸、氟化氙、氟化溴的蚀刻剂或者通过氩激光蚀刻的方法除去。然后在清洗和烘干步骤完成后，完成具有连接元件220的薄膜谐振器100。在第二牺牲层210被除去时，在原第二牺牲层210的位置处形成第二气隙225。以在衬底110、薄膜谐振器100和连接元件220之间插入第二气隙225。
在本发明的优选实施例中，除去第一牺牲层120后，在第二牺牲层210上形成连接元件220，跟着除去第二牺牲层210。可是，根据本发明的另一实施例，不除去第一牺牲层120，在第二牺牲层210上形成连接元件220后，第一和第二牺牲层120和210同时被除去。通过用所示生产方法，可以降低制造时间和成本。
在描述和通过多幅附图表示本发明时，在所公开的构思和范围内本发明可进行各种变化。本申请将覆盖用一般性原理进行的任一变化、使用、或者发明的改进。另外，本申请将覆盖这种脱离本公开文本的在本发明所属的技术领域中作为公知或者惯例的改进。
工业实用性
如上所述，本发明的薄膜谐振器采用MEMS技术制造，不蚀刻衬底，而使其具有低于数百微米的微小尺寸。因此，薄膜谐振器极其小并且能被高度集成在衬底上。
另外，薄膜谐振器的介电层的厚度能够调节，从而通过控制介电层的厚度获得多频带的集成，包括射频(RF)，中频(IF)和短频(LF)。而且，还可集成感应线圈和电容器。
另外，因为薄膜谐振器能够在不蚀刻或者不机械加工硅衬底的情况下生产，所以可以增加产量和大大降低制造成本。因此，本发明的生产过程在批量生产中具有极大优势，包括简化过程和易于包装。
另外，因为本发明的薄膜谐振器有小图案和易于用MEMS技术制造的三维浮置结构，所以该薄膜谐振器具有约1000到10000的好品质因数和2dB以下的低插入损耗。
另外，本发明的薄膜谐振器能够使来自衬底的干涉减至最小，并且因为衬底紧凑的结构使其具有理想的尺寸，从而使该薄膜谐振器极其小，同时具有三维浮置结构。

Claims (33)

1、一种用于滤去预定波段频率的薄膜谐振器，其特征在于：该薄膜谐振器包括：
一个在衬底上形成多个支柱的支撑装置和一个在上述支柱上形成的支撑层；
一个在上述支撑装置上形成的第一电极；
一个在上述第一电极上形成的介电层；
一个在上述介电层上形成的第二电极。
2、根据权利要求1所述的薄膜谐振器，其特征在于：在上述衬底上形成四个支柱，上述支撑层由四个支柱支撑，并有多个开口通过上述支撑层。
3、根据权利要求1所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述支柱分别由硅酸硼磷玻璃组成，上述支撑层由氮化硅组成。
4、根据权利要求1所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述支撑层、上述第一电极、上述介电层和上述第二电极的形状为长方形板。
5、根据权利要求4所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述第一电极比上述支撑层小，上述介电层比上述第一电极小，上述第二电极比上述介电层小。
6、根据权利要求4所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述支撑层、上述第一电极、上述介电层和上述第二电极结合构成棱锥形。
7、根据权利要求1所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述第一电极由从包括铂、钽、钽化铂、金、钼和钨的组中选择的金属组成。
8、根据权利要求1所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述第二电极由从包括铂、钽、钽化铂、金、钼和钨的组中选择的金属组成。
9、根据权利要求1所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述第一和第二电极由具有相同导电性和粘合强度的金属组成。
10、根据权利要求1所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述介电层由从包括钛酸钡(BaTiO3)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)、锆钛酸铅镧((Pb，La)(Zr，Ti)O3)和铌酸铅镁(Pb(Mg，Nb)O3)的组中选择的材料组成。
11、根据权利要求1所述的薄膜谐振器，其特征在于：还包括一个用于将第二电极与在上述衬底上形成的电路连接起来的连接装置。
12、根据权利要求11所述的薄膜谐振器，其特征在于：在上述衬底和上述支撑装置之间插入一个第一气隙，在上述第二电极和上述连接装置之间插入一个第二气隙。
13、根据权利要求11所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述连接装置有一个中心部分和来自中心部分的横向弯头，以使上述连接装置与上述电路和上述第二电极相接触。
14、根据权利要求11所述的薄膜谐振器，其特征在于：上述连接装置由从包括铂、钽、钽化铂、金、钼和钨的组中选择的金属组成。
15、一种制造用于滤去预定波段频率的薄膜谐振器的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
在衬底上形成第一牺牲层；
部分地蚀刻上述第一牺牲层以暴露衬底部分；
在上述衬底的被暴露部分上形成多个支柱；
在上述支柱和上述第一牺牲层上形成第一层；
在上述第一层上形成第一金属层；
在上述第一金属层上形成第二层；
在上述第二层上形成第二金属层；
通过在上述第二金属层、上述第二层和上述第一金属层上制作图案形成一个第一电极、一个介电层和一个第二电极；
通过在上述第一层上制作图案形成具有多个开口的支撑层；
通过上述开口除去第一牺牲层。
16、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：上述第一牺牲层由多晶硅组成并通过低压化学汽相沉积方法形成。
17、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：上述第一牺牲层通过光刻方法、反应离子蚀刻方法或者氩激光蚀刻方法部分地被刻蚀。
18、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：形成上述支柱的步骤进一步包括：
在上述第一牺牲层和衬底上形成BPSG层；
抛光上述BPSG层以除去在上述第一牺牲层上形成的BPSG层的一部分。
19、根据权利要求18所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：上述BPSG层由在低于大约500℃的温度下的低压化学汽相沉积层形成。
20、根据权利要求18所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：通过化学机械抛光方法或者深腐蚀的方法抛光BPSG层。
21、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：通过等离子增强化学汽相沉积方法形成第一层。
22、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：用氧化硅或者氧化磷在约为350℃到450℃的温度下形成第一层。
23、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：上述第一和第二电极由从包括铂、钽、钽化铂、金、钼和钨的组中选择的金属，用溅射方法或者化学汽相沉积方法形成。
24、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：上述第二层由压电材料或者电致伸缩材料用溶胶—凝胶方法、旋转涂覆方法、溅射方法方法或者化学汽相沉积方法形成。
25、根据权利要求24所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：上述第二层由从包括钛酸钡、氧化锌、氮化铝、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)和铌酸铅镁(PMN)的组中选择的材料形成。
26、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：形成上述第二层的步骤进一步包括：为第二层的相转移通过用快速热退火方法对第二层进行热处理。
27、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：用氟化氙或者氟化溴除去第一牺牲层。
28、根据权利要求15所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：该方法进一步包括以下步骤：
在上述衬底和上述第二电极上形成一个第二牺牲层；
部分地蚀刻上述第二牺牲层以暴露部分上述第二电极和在上述衬底上形成的电路；
形成用于将上述第二电极与上述电路连接起来的连接装置；
除去上述第二牺牲层。
29、根据权利要求28所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：上述第二牺牲层由多晶硅或者光致抗蚀剂组成，并且通过低压化学汽相沉积方法或者旋转涂覆方法形成。
30、根据权利要求28所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：该方法进一步包括以下步骤：上述第二牺牲层的表面用化学机械抛光方法或者深蚀刻方法平面化。
31、根据权利要求28所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：上述连接装置由从包括铂、钽、钽化铂、金、钼和钨的组中选择的金属，用溅射方法或者化学汽相沉积方法形成。
32、根据权利要求28所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：上述第二牺牲层用氟化氙、氟化溴、含有氢氟酸(HF)的蚀刻剂或者用氩激光蚀刻方法除去。
33、根据权利要求28所述的用于制造薄膜谐振器的方法，其特征在于：除去上述第一和第二牺牲层的步骤是同时进行的。
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