[发明专利]一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制造工艺

说明书

本发明公开了一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制造工艺，通过在布置有牺牲材料层的衬底上布设支撑层以使得支撑层至少覆盖在牺牲材料层的外围的部分上表面，并且支撑层具有开口区域以使得牺牲材料层上表面的剩余部分暴露在外；利用牺牲材料填平支撑层的开口区域；在支撑层和牺牲材料上制作底电极层，底电极层架设在支撑层上；在底电极层上制作压电层和顶电极层；去除全部牺牲材料形成腔体结构。因此大大抑制了薄膜体声波谐振器的寄生电容，可以有效提高器件的机械稳定性，减小膜层的应力变化对器件的谐振性能的影响，可以有效提高谐振器的谐振性能。

技术领域

本申请涉及通信器件领域，主要涉及一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制造工艺。

背景技术

随着电磁频谱的日益拥挤以及无线通讯设备的频段与功能增多，无线通讯使用的电磁频谱从500MHz到5GHz以上高速增长，也对性能高、成本低、功耗低、体积小的射频前端模块需求日益增长。滤波器是射频前端模块之一，可改善发射和接收信号，主要由多个谐振器通过拓扑网络结构连接而成。Fbar(Thin film bulk acoustic resonator)是一种薄膜体声波谐振器，由它组成的滤波器具有体积小、集成能力强、高频工作时保证高品质因素Q、功率承受能力强等优势而作为射频前端的核心器件。

Fbar的基本结构是上下电极和夹在上下电极间的压电层。压电层可实现电能与机械能的转化。当Fbar的上下电极施加电场时，压电层产生机械能，机械能是以声波的形式存在。然而Fbar在实际应用中，会产生寄生电容或寄生电感，寄生会恶化谐振器性能，特别是影响由Fbar互联形成的滤波器的带阻。

在现有技术中，薄膜体声波谐振器的腔体结构的上方边缘的膜层之间容易形成寄生电容，或者容易受应力影响而影响谐振器性能。并且纵波在底电极层和衬底的边缘区域容易产生反射导致损耗。因此，本发明旨在设计一种新型的谐振器腔体结构及制造工艺，抑制寄生电容，提高谐振器性能。

发明内容

针对上述提到的薄膜体声波谐振器的腔体结构容易产生寄生电容或寄生电感、膜层容易产生应力以及纵波在底电极层和衬底的边缘区域容易反射导致损耗等问题。本申请提出了一种薄膜体声波谐振器的腔体结构及制作工艺来解决上述存在的问题。

在第一方面，本申请提出了一种薄膜体声波谐振器的腔体结构的制造工艺，包括以下步骤：

S1，在布置有牺牲材料层的衬底上布设支撑层以使得支撑层至少覆盖在牺牲材料层的外围的部分上表面，并且支撑层具有开口区域以使得牺牲材料层上表面的剩余部分暴露在外；

S2，利用牺牲材料填平支撑层的开口区域；

S3，在支撑层和牺牲材料上制作底电极层，底电极层架设在支撑层上；

S4，在底电极层上制作压电层和顶电极层；以及

S5，去除全部牺牲材料形成腔体结构。

在一些实施例中，S1包括以下子步骤：

S11，在衬底上制作空腔，并且用牺牲材料填充空腔以形成牺牲材料层；

S12，在衬底和牺牲材料层上制作支撑层，并且对支撑层进行部分去除以形成开口区域。

此时在衬底上加工形成空腔，支撑层在衬底的空腔上形成悬臂结构，用以支撑底电极层并使底电极层在垂直于衬底方向上的投影区域落在空腔内，减少寄生的产生，支撑层厚度很薄，纵波达到支撑层边界时与空气界面形成全反射，有效减小纵波在底电极边缘区域的损耗。

在一些实施例中，S11中通过抛光步骤使牺牲材料层的表面与衬底的表面平齐。抛光后牺牲材料层的表面与衬底的表面平齐，使得支撑层的表面在一个水平面上，便于减小后续膜层的应力变化，提高机械稳定性。

在一些实施例中，S1包括以下子步骤：