[发明专利]具有特殊支撑衬底射频谐振器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有特殊支撑衬底射频谐振器及其制备方法，该射频谐振器包括带有特殊形貌空腔的衬底、上下电极层和电极层之间的压电层。谐振器上下电极和压电层的工作区域悬浮于凹坑上方。在制备凹坑时保留锚结构和汇流排下方的衬底材料，可以有效增强谐振器的稳定性和可靠性，避免谐振器加工过程中发生翘曲、在工作过程中发生断裂的现象。

技术领域

本发明涉及谐振器领域，具体涉及一种具有特殊支撑衬底射频谐振器及其制备方法。

背景技术

通信领域技术的迅猛发展，对射频器件的性能提出了更高的要求。兰姆波谐振器兼具了声表面波谐振器(SAW)和体声波谐振器(BAW)的优势，具有体积小、频率高，可在一片晶圆上实现调频、可与CMOS工艺兼容的特点。

典型的兰姆波谐振器结构如图1(a)、(b)、(c)所示，自下而上主要是带有凹坑的衬底、下电极、压电薄膜层和上电极。典型的兰姆波谐振器衬底上的凹坑一般为矩形，依靠两侧的锚结构支撑整个有效谐振区域，经常伴随着谐振器在加工过程中发生翘曲、在工作过程中发生断裂的现象。在谐振器加工过程中，凹坑中填充有牺牲材料，用以支撑上层电极和压电层的沉积。在完成沉积与刻蚀后，释放牺牲层使整个有效谐振区域失去垂直方向上的支撑，仅依靠两侧的锚结构与外围结构相连，工作时锚结构附近容易发生断裂，电极和压电层在沉积刻蚀过程中累积的应力常常引起谐振区域的翘曲。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种具有特殊支撑衬底射频谐振器及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供的一种具有特殊支撑衬底射频谐振器，其特征在于：自上而下包括上电极、压电层、下电极、凹坑和衬底；所述上电极由叉指电极、汇流排和锚组成；所述下电极为叉指电极、平板电极或无电极中任一种；所述凹坑在衬底上刻蚀而得，凹坑范围大于上电极叉指电极的范围，刻蚀凹坑时上电极汇流排和锚的垂直下方的衬底材料保留，不作刻蚀。

作为优选方案，所述衬底为硅衬底或SOI衬底；所述电极材料为Mo、Al、Pt、Au、W、Cu或Ti中任一种或多种组合；所述压电材料为AlN、ScAlN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3或PZT 中任一种。

第二方面，本发明提供一种制备如上述具有特殊支撑衬底射频谐振器的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)在衬底上刻蚀具备特殊形貌的凹坑；

2)沉积牺牲层，使牺牲层填满凹坑，并去除多余的牺牲层；

3)沉积种子层；

4)沉积下电极，并刻蚀成需要的电极形状；

5)沉积压电材料，并刻蚀成需要的形状和厚度；

6)沉积上电极，并刻蚀成需要的电极形状；

7)通入腐蚀性气体，释放掉步骤2)中的牺牲层，在衬底上形成凹坑。

作为优选方案，所述牺牲层材料为SiO2、SiN、PSG、BPSG或多晶Si中任一种；所述腐蚀性气体为VHF或XeF2。

进一步地，具体步骤如下：

1)在衬底上刻蚀一个特殊形状的凹坑，该凹坑整体外形为矩形，该矩形范围包含了上电极叉指电极和汇流排，也包含了下电极平板电极；在汇流排和锚对应的位置保留了相同形状的衬底材料，以起到预期的支撑作用；

2)沉积牺牲层以填充凹坑，并去除多余的牺牲层材料；

3)沉积种子层；

4)沉积并刻蚀下电极，所述下电极采用平板电极；

5)沉积压电薄膜层；

6)沉积并刻蚀上电极；