薄膜体声波谐振器及其制备方法与流程

本发明涉及一种薄膜体声波谐振器，特别是涉及一种一次制备谐振器压电三明治结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法。

背景技术：

随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求越来越高。在移动通信领域，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代(3g)以多媒体通信为特征，第四代(4g)将通信速率提高到1gbps、时延减小到10ms，第五代(5g)是4g之后的新一代移动通信技术，虽然5g的技术规范与标准还没有完全明确，但与3g、4g相比，其网络传输速率和网络容量将大幅提升。如果说从1g到4g主要解决的是人与人之间的沟通，5g将解决人与人之外的人与物、物与物之间的沟通，即万物互联，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。

与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。由于频谱有限，为了满足数据率的需求，必须充分利用频谱；同时为了满足数据率的需求，从4g开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各种性能也提出了严格的需求。

在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。随着通信协议越来越复杂，对频带内外的要求也越来越高，使得滤波器的设计越来越有挑战。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，每一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。

目前射频滤波器最主流的实现方式是声表面波滤波器和基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。声表面波滤波器由于其自身的局限性，在1.5ghz以下使用比较合适。然而，目前的无线通讯协议已经早就使用大于2.5ghz的频段，这时必须使用基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。

薄膜体声波谐振器的结构和制备方式已经有很多。在以往的结构和制备方式中，在沉积完薄膜体声波谐振器的底电极薄膜后会对其进行图形化以形成底电极，然后再在图形化后的底电极上生长压电薄膜。由于图形化后的底电极边缘一般是直角或者好一点腐蚀成锥形结构，在此边缘，压电薄膜无法沿着我们需要的与基片表面垂直的方向生长，由此会造成这部分的压电薄膜性能不好，甚至会形成裂纹，大大影响了谐振器的性能和esd可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出了一种一次制备谐振器压电三明治结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法。在制备谐振器的过程中，不对底电极薄膜进行图形化，直接一次生长完压电薄膜，能够避免现有技术存在的问题。

本发明提出的方案如下：

一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)：对硅基片进行刻蚀，形成牺牲层孔隙，在硅基片表面沉积牺牲层、填满所述牺牲层孔隙；

(b)：对硅基片表面的牺牲层进行抛光，将硅基片表面的牺牲层抛除干净；

(c)：在硅基片表面依次沉积底电极层、压电薄膜层和顶电极层；

(d)：依次图形化顶电极、压电薄膜层、底电极层，且图形化后自上而下顶电极、压电薄膜层、底电极层面积逐层增大，所述压电三明治结构的边缘呈台阶状；所述图形化的顶电极、压电薄膜层、底电极层构成压电三明治结构的薄膜体声波谐振器。

进一步地，还包括以下步骤：

沉积钝化层并图形化，所述钝化层覆盖所述三明治结构的一侧边缘。

进一步地，还包括以下步骤：

沉积互连金属层并图形化，所述互连金属层经图形化形成焊点金属或者连接邻近薄膜体声波谐振器的互连电极。

进一步地，还包括以下步骤：

沉积有机薄膜层并图形化，所述图形化的有机薄膜层覆盖所述牺牲层孔隙的边缘至所述三明治结构顶电极的同侧边缘区域。

进一步地，所述有机薄膜包括聚酰亚胺。

进一步地，还包括以下步骤：

释放牺牲层，形成所述薄膜体声波谐振器的空气隙。

本发明还提出一种薄膜体声波谐振器，所述谐振器包括带空气隙的硅基片和覆盖在所述空气隙上的压电三明治结构；所述压电三明治结构包括顶电极、压电材料和底电极，其中顶电极、压电材料、底电极依次堆叠；所述顶电极、所述压电材料、所述底电极在各自完整沉积后再逐一图形化，且图形化后自上而下顶电极、压电薄膜层、底电极层面积逐层增大，使得所述底电极、所述压电材料、所述顶电极的边缘依次缩进，形成台阶状；所述压电三明治结构的其中一侧台阶状边缘均位于同侧空气隙边缘的外侧。

进一步地，还包括有机薄膜层，所述有机薄膜层覆盖所述压电三明治结构位于所述空气隙边缘外侧的台阶状边缘的顶电极边缘至同侧空气隙边缘的区域。

本发明还包括一种滤波器，包括本发明的薄膜体声波谐振器或者依据本发明的方法所制备的薄膜体声波谐振器。

本发明通过完成压电三明治三层堆叠材料的沉积之后再逐一进行图形化，有效避免了由于边缘突兀导致的压电薄膜生长缺陷所导致的性能恶化，此外，通过在三明治结构的特定区域覆盖有机薄膜，吸收有害的寄生谐振，进一步提高器件性能和可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种薄膜体声波谐振器剖面结构图；

图2为本发明的一种薄膜体声波谐振器的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本发明公开了一种薄膜体声波谐振器，其结构参见图1，其中图1(a)为剖面结构图、图1(b)为平面俯视图。其中为了图示多个薄膜体声波谐振器的互连关系，包括了2个薄膜体声波谐振器及其互连结构。具体地：包括基片101，该基片例如为硅片；形成在基片101上表面的第一空气隙109-1和第二空气隙109-2；位于第一空气隙109-1和第二空气隙109-2上方的三明治压电薄膜堆叠结构，包括第一电极103-1和第二电极103-2，形成在第一电极103-1和第二电极103-2上方的第一压电层104-1和第二压电层104-2，形成在第一压电层104-1和第二压电层104-2上方的第三电极105-1和第四电极105-2。

本发明中，第一电极、第二电极、第三电极、第四电极材料可以包括钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝、铬、金之一或者组合，第一压电层、第二压电层的材料可以包括：氮化铝(aln)、氧化锌(zno)、铌酸锂(linbo3)、钽酸锂(litao3)、锆钛酸铅压电陶瓷(pzt)之一或者组合。

在某一方向上第一电极103-1和第二电极103-2分别完整覆盖第一空气隙109-1和第二空气隙109-2；第一压电层104-1和第二压电层104-2分别位于第一电极103-1和第二电极103-2上，第一压电层104-1的左端可以与第一空气隙109-1的左端平齐；优选地，第一压电层104-1的左端位于第一空气隙109-1的左端右侧但位于第一空气隙109-1的右端左侧；同样地，第二压电层104-2的左端可以与第二空气隙109-2的左端平齐；优选地，第二压电层104-2位于第二空气隙109-2的左端右侧但位于第二空气隙109-2的右端左侧。第一压电层104-1右端位于第一空气隙109-1的右端右侧但位于第一电极103-1的右端左侧，第二压电层104-2右端位于第二空气隙109-2的右端右侧但位于第二电极103-2右端左侧；第三电极105-1左端可以与第一压电层104-1的左端相平齐，优选地，第三电极105-1位于第一压电层104-1左端右侧但位于第一空气隙109-1右端左侧，第四电极105-2的左端位于第二压电层104-2的左端右侧但位于第二空气隙109-2的右端左侧，第三电极105-1右端位于第一空气隙109-1右端右侧但位于第一压电层104-1右端左侧，第四电极105-2右端位于第二空气隙109-2右端右侧但位于第二压电层104-2右端左侧；第一钝化层106-1覆盖第一电极103-1、第一压电层104-1、第三电极105-1的右端边缘部分，具体地，第一钝化层106-1的左端位于第一空气隙109-1的右端右端但位于第三电极的右端左侧；第二钝化层106-2覆盖第二电极103-2、第二压电层104-2、第四电极105-2的右端边缘部分，具体地，第二钝化层106-2的左端位于第二空气隙109-2的右端右侧但位于第四电极105-2的右端左侧。此外，对于同时形成的相邻近的两个薄膜体声波谐振器，第一钝化层106-1的右端位于第二电极103-2左端右侧但位于第二空气隙109-2左端左侧，并覆盖部分基片及第二电极103-2的左端边缘部分。

薄膜体声波谐振器还包括引出电极焊点，其中第一焊点107-1位于第一薄膜体声波谐振器的第一电极103-1上，第二焊点107-3将第二谐振器的上电极(即第四电极105-2)引出到硅片101上形成第二焊点，在本实施中，还包括将第一薄膜体声波谐振器和第二薄膜体声波谐振器进行互连的连接电极107-2，具体地，连接电极107-2左端位于第一空气隙109-1右端右侧但位于第一钝化层106-1左端左侧，连接电极107-2右端位于第一钝化层106-1右端右侧但位于第二空气隙109-2左端左侧，以将第一谐振器的顶电极和第二谐振器的底电极互连在一起。在本实施方式中，第一焊点107-1、第二焊点107-3、连接电极107-2可以是通常的金属材料，常用铬和金的复合薄膜或者钨材料。

在另外的实施方式中，还包括使用有机材料、比如聚酰亚胺，至少将图1中的110-1和110-2区域覆盖住，以抑制110-1和110-2区域的谐振。具体地，110-1区域指的是第一空气隙109-1的右侧边缘至第三电极105-1的右侧边缘之间的区域、110-2区域指的是第二空气隙109-2的右侧边缘至第四电极105-2的右侧边缘之间的区域。

实施例2

图2为本发明实施例的一种薄膜体声波谐振器的制备工艺流程图，该制备流程包括：

(a)：准备单面或双面抛光的硅片101，其中抛光面向上，进行标准清洗。

(b)：对硅片101进行刻蚀，形成牺牲层孔隙，其中刻蚀可以采用干法刻蚀；在硅片101表面沉积牺牲层、比如为磷硅玻璃psg，完全填满牺牲层孔隙；对硅片101表面的牺牲层进行cmp抛光，将硅片101表面的牺牲层完全抛除干净，形成如图2(b)所示图形，其中102-1和102-2为填充满psg的牺牲层孔隙。

(c)：在硅片101表面连续依次沉积底电极层103、压电薄膜层104和上电极层105，形成如图2(c)所示图形。在本实施例中，沉积方式包括真空溅射、热蒸发、离子镀等，其中压电薄膜层的沉积还包括溶胶凝胶法。本发明采用连续依次沉积完底电极、压电薄膜层和顶电极的方式，可以避免传统工艺中，针对底电极图形化后再沉积压电薄膜时在底电极边缘产生的压电薄膜生长质量差甚至出现裂纹的情况。

(d)依次对顶电极、压电薄膜层和底电极进行图形化，形成如图2(d)所示的图形。其中第一电极103-1为左侧第一谐振器的底电极，第一压电层104-1为第一谐振器的压电薄膜，第三电极105-1为第一谐振器的顶电极；第二电极103-2为右侧第二谐振器的底电极，第二压电层104-2为第二谐振器的压电薄膜，第四电极105-2为第二谐振器的顶电极。

(e)在硅片101表面沉积钝化层，并图形化形成第一钝化层106-1和第二钝化层106-2，如图2(e)所示。在本实施方式中，沉积钝化层的方式包括常规的所有适用方式，比如采用pecvd方式。本实施方式中的钝化层主要采用一些低介电常数的绝缘材料，可以包括氮化硅薄膜、氧化硅、氮化铝等。

(f)在硅片101表面金属层并图形化，用以形成谐振器的焊点金属层或者互连金属层，在本实施方式中包括形成第一焊点107-1、连接第一谐振器的顶电极与第二谐振器的底电极的互连107-2、以及第二焊点107-3，如图2(f)所示。本实施方式中的金属层可以包括铬金复合膜或者钨薄膜。

(g)在硅片101表面沉积有机薄膜，比如聚酰亚胺、并图形化，形成如图2(g)所示图形。

(h)将完成工艺流程(g)之后的圆片放入缓释氢氟酸中腐蚀牺牲层孔隙102-1和102-2中的牺牲层、如psg，完成牺牲层的释放，形成最终的谐振器，如图2(h)所示，完成整个谐振器的制备。

其中，步骤(g)为可选步骤，可以在完成(f)步骤之后直接执行步骤(h)。聚酰亚胺108-1和108-2分别完全覆盖如图1中110-1和110-2所表示的区域。图1中110-1区域指的是第一空气隙109-1的右侧边缘至第三电极105-1的右侧边缘之间的区域、110-2区域指的是第二空气隙109-2的右侧边缘至第四电极105-2的右侧边缘之间的区域。110-1区域和110-2区域由于含有底电极、压电薄膜和顶电极，可能存在寄生的谐振，有害于设计的谐振器性能。通过覆盖的聚酰亚胺108-1和108-2可以将这部分有害的寄生谐振吸收掉，避免对设计的谐振器性能造成影响。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。