[发明专利]体声波滤波器及其制作方法

说明书

本公开提出了一种体声波滤波器的制作方法，包括：在衬底上依次形成n个谐振器的声反射空气腔、种子层、下电极层、及压电层，n≥2；N依次从1取至n，分别重复以下过程：形成第N金属硬掩模层，利用光刻工艺定义所述第一谐振器至第N谐振器的有效区域，将第一谐振器至第N谐振器的有效区域之外的第N金属硬掩模层去除，对所述第一谐振器至第N谐振器的有效区域之外的压电层进行氧化处理，形成第N压电层氧化部分，刻蚀所述第N压电层氧化部分，将第一谐振器至第N谐振器的有效区域的金属硬掩模层去除；由此，形成具有不同厚度的第一谐振器至第N谐振器的压电层；在所述不同厚度的第一谐振器至第N谐振器的压电层上形成上电极层。

技术领域

本公开涉及声学换能技术领域，尤其涉及一种体声波滤波器及其制作方法。

背景技术

换能器通常将电信号转换为机械信号或振动，或将机械信号或振动转换为电信号。特别地，声学换能器利用逆压电效应将电信号转换为声信号(声波)并且经由压电效应将接收到的声波转换为电信号。声学换能器通常包括诸如薄膜体声波谐振器(FBAR)、表面声波(SAW)谐振器、体声波(BAW)谐振器等声谐振器。

利用压电薄膜在厚度方向的纵向谐振所制成的薄膜体声波谐振器(FBAR)，在手机通讯和高速串行数据应用等方面已成为声表面波器件和石英晶体谐振器的一个可行的替代。射频前端体声波滤波器/双工器提供优越的滤波特性，例如低插入损耗，陡峭的过渡带，较大的功率容量，较强的抗静电放电(ESD)能力。具有超低频率温度漂移的高频薄膜体声波振荡器，其相位噪声低，功耗低且带宽调制范围大。除此之外，这些微型薄膜谐振器在硅衬底上使用CMOS兼容的加工工艺，可以降低单位成本，并有利于最终与CMOS电路集成。

利用谐振器设计射频滤波器电路的拓扑结构主要有梯形结构和网格状结构，目前在高性能射频滤波器的设计中，梯形结构的设计方法较为流行。体声波BAW谐振器是一种压电声波谐振器，主要包括薄膜体声波谐振器FBAR和固态装配声波谐振器SMR。体声波谐振器因其高品质因数闻名，包含一个或多个体声波谐振器的带通滤波器已经成为传统的基于声表面波SAW谐振器和陶瓷Ceramic谐振器的滤波技术的有力竞争者。

如图1所示，一个梯形结构声波带通滤波器由声波带通滤波器单元101，102，......，10N级联组成。声波带通滤波器单元101包括连接在串联枝上的串联谐振器101-1和连接在并联枝上的并联谐振器101-2。声波带通滤波器单元102，103，......，10N与声波带通滤波器单元101类似。图1中构成声波带通滤波器单元101，102，......，10n的串联谐振器101-1，102-1，......，10N-1与并联谐振器101-2，102-2，......，10N-2可以是薄膜体声波谐振器(FBAR)或者固态装配谐振器(SMR)。

根据滤波器通带内插损和通带外抑制的需要，串联谐振器101-1，102-1......，10N-1频率可以相同，也可以不同，并联谐振器101-2，102-2，......，10N-2的频率可以相同，也可以不同，但有时为了设计带外抑制更高且插损曲线更平缓的滤波器，经常会用到谐振频率较为接近的级联谐振器。

为获得不同谐振器上不同的谐振频率，现有技术一般是利用电极材料在不同谐振器的上电极底部或者顶部形成质量负载。

如图2和图3所示的是一种现有技术常用的体声波滤波器结构单元。通常在硅衬底1内形成空气腔2，然后在空气腔内填充牺牲层材料，经CMP(Chemical Mechanical Polish，化学机械抛光)工艺后形成平整表面，之后依次形成种子层(ALN)层3，下电极4，压电层5，上电极7，以及可以在上电极上面或者下面的质量负载层6-1，6-2。空气腔2，下电极4，压电层5，以及上电极7和质量负载层6-1(或6-2)重叠的区域A为谐振器的有效面积。空气腔2上部有效面积部分的总厚度决定了谐振器的谐振频率。