[实用新型]带有支撑结构的薄膜体声波谐振器及通信器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无线通信射频前端器件，特别是带有支撑结构的薄膜体声波谐振器(FBAR)及其通信器件。

背景技术

进入二十一世纪以来，消费类电子产品和个人通讯系统市场的快速扩张，引起了对无线通信系统(如掌上电脑、手机、导航系统、卫星通信以及各种数据通信)的极大需求。特别是近两年以来，随着第三代和第四代通讯标准的发布，个人无线通讯系统的发展趋向于将越来越多的功能模块集成到无线终端中。现在的手机不仅需要有基本的通话和短信功能，还需要有GPS导航、网页浏览、视频音频播放、照相和实况电视接收等功能。此外，由于历史和地区等原因造成各种无线通信标准的存在，使得采用新标准的手机中需要集成多种模式、多个频段以方便实现跨地区和国家之间的漫游。以上种种，使得无线通信的发展向着增加功能模块、缩小系统尺寸、降低成本和功耗的方向发展。因此，制备高性能、小尺寸、低成本和低功耗的射频系统就成为研究的一个热点。

在过去的几年中，随着射频集成电路(RFIC)技术的迅速发展，一些以前用于通讯系统中的分立元器件，如低噪声放大器(LNA)和中频滤波器(IF)等，已经可以采用射频集成电路的方式实现；但是另一些元器件，如低相噪的射频振荡器(RF Oscillator)和射频前端滤波器(RF Filter)等，却仍然难以采用射频集成电路的方式实现。另一方面，随着MEMS技术的发展，一些采用MEMS技术制备的射频元器件，如射频开关(RF Switch)、射频电感(RF Inductor)和射频谐振器(RF Resonator)等，由于其具有的优良性能而获得广泛的研究和应用。薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)是最近几年来研究很热的一种采用MEMS技术实现的射频谐振器。它是制作在硅或砷化镓基片上，主要由金属电极/压电薄膜/金属电极构成的一种器件。在某些特定的频率下，FBAR器件表现出如石英晶体谐振器一样的谐振特性，因此可被搭建成振荡器或滤波器应用于现代通讯系统中。相对于传统用来构成带通滤波器及微波振荡源的LC振荡器、陶瓷介质谐振器及声表面波(SAW)器件而言，薄膜体声波谐振器器件除了具有小尺寸、低功耗、低插入损耗以及高工作频率(0.5GHz－10GHz)的优点之外，更重要的是它的制备工艺可以与CMOS工艺兼容，因此可与外围电路构成单芯片系统，极大地减小系统的尺寸和功耗。

基于FBAR器件的射频振荡器主要具有低功耗小体积并可与标准CMOS工艺兼容的特点，可实现系统的单芯片集成。随着对薄膜体声波谐振器器件频率温度系数的改进，这类振荡器在需要低功耗小体积的射频通讯系统中有极大用武之地。

薄膜体声波谐振器器件的制备工艺相对于其他MEMS器件而言并不复杂，目前制备薄膜体声波谐振器主要通过牺牲层表面工艺或背部刻蚀工艺来完成。牺牲层表面工艺主要利用磷酸硅玻璃或二氧化硅等材料作为填充牺牲层，将压电薄膜换能器堆叠结构沉积在它的表面。工艺的后期将牺牲层去除从而达到形成空腔的目的。牺牲层表面工艺主要的问题是牺牲层不能彻底清除，会造成一定程度的粘连，从而影响器件的性能。而背部刻蚀工艺主要是通过在晶圆背面进行体硅刻蚀，从而使正面形成的压电薄膜换能器堆叠结构的背面处于空腔环境。背面刻蚀工艺的主要问题是需要一层二氧化硅加一层氮化硅薄膜作为压电薄膜换能器堆叠结构的支撑层，使得器件在工艺生产中避免刻蚀业的侵蚀。然而这样的设计极容易产生较大的应力，器件容易出现褶皱和破裂，会极大影响器件的性能。不解决残余应力的问题，就无法制备出高性能的FBAR器件。

实用新型内容

为了克服现有薄膜体声波谐振器的技术问题，本实用新型基于带孔腔的绝缘体硅衬底的薄膜体声波谐振器(FBAR)，通过金属建合层以及空腔内支撑结构避免了上述技术问题。

一种带有支撑结构的薄膜体声波谐振器，其特征在于：

所述谐振器包括带空腔的绝缘体硅基片和压电薄膜换能器堆叠结构；所述压电薄膜换能器堆叠结构包括顶电极、压电材料和底电极，其中顶电极、压电材料、底电极依次堆叠，所述压电薄膜换能器堆叠结构置于所述绝缘体硅基片的空腔中，所述压电薄膜换能器与绝缘体硅基片通过键合层形成封闭空腔结构；所述空腔内包括多个支撑结构，用于支撑压电薄膜换能器堆叠结构。

进一步地，所述顶电极、所述底电极的引出部分位于同一平面上。

进一步地，所述顶电极、所述底电极包括钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝之一或者组合。