[发明专利]体声波谐振器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种体声波谐振器及其制造方法，该方法包括：提供衬底；在所述衬底的表面形成若干间隔排列的孔；进行热处理，使得若干所述孔合并成至少一个悬空的封闭腔体；在所述衬底上形成具有开口的压电震荡堆层；对暴露于所述开口的衬底进行各向同性刻蚀，当刻蚀至所述封闭腔体后继续对所述封闭腔体周围的衬底进行所述各向同性刻蚀，以在所述衬底的表面形成与所述开口连通的腔体，至少部分所述压电震荡堆层位于所述腔体之上。本发明的技术方案可以在衬底表面获得更大的腔体，以更有利于散热。

技术领域

本发明涉及微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System，简称 MEMS)领域，尤其涉及一种体声波谐振器及其制造方法。

背景技术

近年来，无线通信已成为人们生活的一部分。起初，人们仅能使用手机进 行语音通话以及短信的收发。然而，现在智能手机及平板电脑通过第三方软件 能支持越来越多的功能，这就需要它们能在多频段下进行各类数据的快速传 输。随着4G的成熟和5G的来临，手机支持的频段数量正在迅速上升。根据 预测，到2020年，5G应用支持的频段数量将实现翻番，新增50个以上通信 频段，全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将达到91个以上，手机内的滤 波器将增至100多个，全球滤波器市场年需求量将达2千亿只。

射频信号质量取决于手机中的射频滤波器，声波谐振器是射频滤波器和传 感器的基本组件。现有射频滤波器主要有三种：介质滤波器、声表面波(SAW) 谐振器和薄膜体声波谐振器(FBAR)。介质滤波器是在其表面覆盖作为电壁用 的金属层，电磁波被限制在介质内，形成驻波震荡，其主要优点是功率容量大、 插入损耗低，但是体积大、难集成。声表面波谐振器是在其压电衬底(如铌酸 锂等)的上表面以光刻的手段形成输入和输出叉指电极，利用压电效应激励出 声表面波，并检测输出。声表面波谐振器尺寸比介质滤波器小，但其插入损耗 大，且受光刻技术的制约工作频率较低、功率容量低、难集成。体声波谐振器 在性能上全面超越了介质滤波器和表面波谐振器，其频率由压电层的厚度决 定，因此频率可以大大高于表面波谐振器，且体积小、插入损耗低、带外抑制 好、功率容量高、易集成。因此，体声波谐振器是近年来的研究热点。

图1是现有一种硅反面刻蚀型体声波谐振器的结构示意图。如图1所示， 该体声波谐振器100包括具有反面刻蚀空腔102的硅衬底101、依次堆叠在硅 衬底101上的支撑层103、下电极104、压电层105和上电极106。下电极104、 压电层105、上电极106构成三明治结构，也叫做压电震荡堆。该谐振器100 采用MEMS体硅微制造工艺从硅片反面刻蚀去除大部分的硅材料，以在压电 震荡堆的下表面形成空气交界面，从而将声波限制于压电震荡堆之内，这样可 较好的解决散热问题，有效减小声漏，但是其结构稳定性差。

图2是现有另一种空气型体声波谐振器的结构示意图。如图2所示，该谐 振器200包括具有空气隙腔202的硅衬底201、依次堆叠在硅衬底201上的支 撑层203、下电极204、压电层205和上电极206。下电极204、压电层205、 上电极206构成三明治结构，也叫做压电震荡堆。该谐振器200先通过DRIE 工艺刻蚀出空气隙腔202，再淀积牺牲层材料(如磷硅玻璃)，接着对牺牲层材 料进行化学机械研磨(CMP)，最后再进行释放，露出空气隙腔202，在压电 震荡堆的下表面形成空气交界面，从而将声波限制于压电震荡堆之内。此种结 构可有效防止声漏、稳定性好，但是散热不畅通，且该工艺涉及牺牲层材料的 生长、CMP以及释放，工艺难度高且设备昂贵。

因此，如何获得散热性好的体声波谐振器成为亟待本领域解决的技术问 题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提高体声波谐振器的散热性能。