[发明专利]薄膜体声波谐振器及其制作方法

说明书

本发明提供一种薄膜体声波谐振器及其制作方法，在第一衬底上依次形成第一电极层、压电材料层及第二电极层，然后在第二电极层上形成支撑层，在所述支撑层中形成顶部开口的空腔，接着将支撑层与第二衬底键合，然后去除第一衬底，并图案化第一电极层、压电材料层及第二电极层形成第一电极、压电层及第二电极。本发明通过刻蚀支撑层和键合工艺实现薄膜体声波滤波器的空腔结构，避免了由于CMP工艺带来的不同介质之间的微小起伏对压电层均匀性的影响，同时避免了由于牺牲层稀释不彻底对薄膜体声波滤波器性能的影响。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种薄膜体声波谐振器及其制作方法。

背景技术

射频(RF)通信，如在移动电话中使用的通信，需要运用射频滤波器，每一个射频滤波器都能传递所需的频率，并限制所有其他频率。随着移动通信技术的发展，移动数据传输量也迅速上升。因此，在频率资源有限以及应当使用尽可能少的移动通信设备的前提下，提高无线基站、微基站或直放站等无线功率发射设备的发射功率成了必须考虑的问题，同时也意味着对移动通信设备前端电路中滤波器功率的要求也越来越高。

目前，无线基站等设备中的大功率滤波器主要是以腔体滤波器为主，其功率可达上百瓦，但是这种滤波器的尺寸太大。也有的设备中使用介质滤波器，其平均功率可达5瓦以上，这种滤波器的尺寸也很大。由于尺寸大，所以这两种滤波器无法集成到射频前端芯片中。

随着MEMS技术越来越成熟，由体声波谐振器构成的滤波器，能够很好地克服了上述两种滤波器存在的缺陷。薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)具有工作频率高、插损小、Q值高、耐受功率高、体积小等众多优点，可以满足通信、雷达等电子系统射频收发前端对高频、小型化射频滤波器的迫切需求，成为市场关注的热点。

薄膜体声波谐振器的核心结构是上电极-压电薄膜层-下电极构成的堆叠结构(“三明治”结构)，其工作原理就是利用压电薄膜层的逆压电效应将电能转化成机械能，机械振动在薄膜中激励起声波进行传输，最终通过压电效应将声信号再转化成电信号输出。对于谐振器来说最重要的部分除了保证压电薄膜层的压电性能以外还要保证将声波的能量限制在压电薄膜层当中，故在薄膜体声波谐振器的下电极的面向上电极的区域的下方设置空腔。

薄膜体声波谐振器可以通过沉积工艺在衬底材料上制造，在由上电极-压电薄膜层-下电极构成的堆叠结构形成后，需要在该堆叠结构下方形成一个空腔，这使得薄膜体声波谐振器的制造难度较大。现有技术中提到了一种方案来解决前述提到的问题，如图1A-图1E所示，首先，在衬底100上形成一个凹槽110′，如图1A所示；然后，在所述凹槽110′内填充牺牲层材料，并采用化学机械抛光(CMP)工艺对衬底100和牺牲层材料的表面进行平坦化工艺，形成牺牲层101，如图1B所示；之后，在平坦化后的衬底100和牺牲层101表面依次沉积第一电极102、压电薄膜层103及第二电极104，如图1C所示；接着，对压电薄膜层103及第二电极104进行图案化处理，仅保留牺牲层101的上方的压电薄膜层103及第二电极104，如图1D所示；接着，在牺牲层101上方且未被压电薄膜层103及第二电极104覆盖的第一电极102处设置若干通孔120，如图1D所示；最后，将形成的上述器件置于化学试剂中，化学试剂通过通孔120将牺牲层材料腐蚀掉进而释放牺牲层101，以形成空腔110，从而实现了将该薄膜体声波谐振器的悬空设置，如图1E所示。

但是上述方法仍然有多个缺点，例如：该方法对衬底100和牺牲材料进行化学机械抛光(CMP)工艺时，由于研磨速率的差异性可能在牺牲层101区域形成微小凹陷，这会导致后续压电层103的生长均匀性受到影响，最终影响薄膜体谐振器的性能。另外，该方法需要制作牺牲层101，而牺牲层101释放工艺过程中极易造成薄膜体声波谐振器的相关薄膜破裂。而且，如果牺牲层101释放不干净，有杂质残留的现象，这会大幅度降低薄膜体声波谐振器的Q值，影响薄膜体声波谐振器的品质。

发明内容