一种薄膜体声波器件及其制备方法

本发明属于体声波谐振器，具体涉及一种薄膜体声波器件及其制备方法。

背景技术：

1、随着无线通讯技术的迅猛发展，无线信号变得越来越拥挤，对工作在射频区域的滤波器提出了集成化、微型化、低功耗、高性能、低成本等新的要求。传统的表面声波滤波器因为频率及承受功率等的限制，将越来越无法达到这样的标准。薄膜体声波滤波器(fbar)采用体声波作为信号传输媒介，相对于其他滤波器其功率容量大大提高，工作频率更高、q值方面性能优异、具有cmos工艺兼容、低损耗、低温度系数的特性逐渐成为射频滤波器研究的热点。

2、随着移动通讯技术的快速发展，高频段谐振器和滤波器的市场需求越来越大。而薄膜体声波谐振器(fbar)与传统的微波陶瓷谐振器器和声表面波谐振器相比具有体积小、损耗低、品质因子高、功率容量大、谐振频率高等优点，因此在相关领域尤其是高频通讯方面有着广阔的应用前景，成为了产业界和学术界的研究热门。薄膜体声波谐振器(filmbulk acoustic resonator，简称fbar)是一种基于体声波理论、用声学谐振实现电学选频的器件，其原理是通过上下薄层电极间的压电材料于垂直方向上的谐振而进行频率的选择，通过组合多个薄膜体声波谐振器，可形成滤波器结构。

3、滤波器性能等级是由其优质因素(factor of merit)决定，其定义为fom＝q*k2eff,其中q为品质因子，它描述振荡器或谐振器的振动衰减，表征谐振器相对其中心频率的带宽，与fbar器件结构及工艺整合相关，目前的fbar滤波器q因子已可达2500至5000。k2eff称为有效耦合系数，与压电薄膜材料性质有关的属性。

4、薄膜体声波谐振器q值提升结构实现是一道关键工艺，目前传统制备方式为先压电薄膜上沉积制备q值提升结构膜层，然后通过光刻，刻蚀的工艺来制备。在制备该q值提升结构过程中需要采用刻蚀选择比较高的刻蚀工艺来减少压电薄膜的损伤，同时为了避免q值提升结构刻蚀profile过大导致后续沉积例如第二电极等膜层断裂，往往该q值提升结构的刻蚀角度(刻蚀profile)都控制在40-60°，并不能达到仿真中的q值提升效果。

技术实现思路

1、本发明提供了一种薄膜体声波器件的制备方法，该制备方法制备得到的薄膜体声波器件中的刻蚀profile能够达到80-90°，从而能够达到仿真的q值提升效果。

2、一种薄膜体声波器件的制备方法，包括：

3、在硅衬底上刻蚀第一空腔，在第一空腔内沉积牺牲层，在牺牲层和部分衬底上沉积第一电极，在第一电极和另一部分衬底上依次一次性沉积压电薄膜、第二电极和保护层，从部分保护层上开始刻蚀直到漏出压电薄膜，在另一部分保护层上进行刻蚀分别得到q值提升结构和漏出第二电极，在压电薄膜薄膜上刻蚀出沉积通孔和释放孔，通过沉积通孔沉积第一金属pad层,使得第一金属pad层与第一电极相连，在漏出的第二电极上沉积第二金属pad层，通过释放孔腐蚀牺牲层得到第二空腔，从而得到薄膜体声波器件；通过物理刻蚀的方法从保护层上刻蚀q值提升层，使得q值提升层的刻蚀profile控制在80-90°。

4、由于本发明的q值提升结构位于最上层因此不需要考虑由于需要支持其他组件而把刻蚀profile角度尽量有些斜度避免q值提升结构垮塌的问题。

5、所述刻蚀q值提升层的方法包括trimming物理刻蚀工艺，刻蚀之后的刻蚀profile为85-90°。所述trimming物理刻蚀工艺的线宽为1.5-4μm。

6、所述通过物理刻蚀的方法从保护层上刻蚀q值提升层，包括通过物理刻蚀从保护层上形成第一q值提升图案、第二q值提升图案和第三q值提升图案，上述三个q值提升图案相互隔离且具有相同的底部，所述底部的厚度至少100nm。

7、在沉积第一空腔前先通过spm溶液超声清洗硅衬底，所述硅衬底取向为c(001)。所述硅衬底为硅、碳化硅、蓝宝石或陶瓷中的一种或其任意组合。

8、所述沉积压电薄膜的方法为磁控溅射或mocvd沉积，所述压电薄膜的材料为氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、镍酸锂或锆钛酸铅。所述压电薄膜的厚度为0.35-2μm。

9、所述第一空腔的截面为梯型、三角形、长方形正方形的一种或其任意组合，所述第一空腔的横向宽度为30-500μm。

10、所述第二空腔的截面为梯型、三角形、长方形正方形的一种或其任意组合，所述第二空腔的横向宽度为30-500μm。

11、本发明通过热蒸发或磁控溅射的方法沉积第一电极或第二电极，所述第一电极的材料为钼、金、铂、铜、铝、银、钛、钨或镍中的一种或其任意组合，所述第一电极的厚度为300-3000nm。

12、所述第二电极的材料为钼、金、铂、铜、铝、银、钛、钨或镍中的一种或其任意组合，所述第二电极的厚度为300-3000nm。

13、对第一电极和第二电极进行图案化的方法包括等离子刻蚀、lift-off或湿法腐蚀，得到的电极图案的横向宽度为50-600μm。

14、本发明通过通过热蒸发或磁控溅射的方法沉积第一金属pad层或第二金属pad层，所述第一金属pad层或第二金属pad层的材料为钼、金、铂、铜、铝、银、钛、钨或镍中的一种或其任意组合。所述第一金属pad层或第二金属pad层的厚度为300-3000nm。

15、对第一金属pad层或第二金属pad层进行图案化的方法为lift-off的方法。

16、本发还提供了采用所述薄膜体声波器件的制备方法制备得到的一种薄膜体声波器件。

17、本发明还提供了一种薄膜体声波器件的制备方法，包括：

18、在硅衬底上刻蚀第一空腔，在第一空腔内沉积牺牲层，在牺牲层和部分衬底上沉积第一电极，在第一电极和另一部分衬底上依次一次性沉积压电薄膜和第二电极，并采用干法刻蚀去除部分第二电极以漏出压电薄膜，在第二电极上刻蚀出q提升结构，在q提升结构、压电薄膜和第二电极上沉积保护层，从部分保护层上开始刻蚀直到漏出压电薄膜，在另一部分保护层上进行刻蚀漏出第二电极，在压电薄膜薄膜上刻蚀出沉积通孔和释放孔，通过沉积通孔沉积第一金属pad层,使得第一金属pad层与第一电极相连，在漏出的第二电极上沉积第二金属pad层，通过释放孔腐蚀牺牲层得到第二空腔，从而得到薄膜体声波器件；通过物理刻蚀的方法从第二电极上刻蚀q值提升层，使得q值提升层的刻蚀profile控制在80-90°。

19、所述通过物理刻蚀的方法从保护层上刻蚀q值提升层，包括通过物理刻蚀从保护层上形成第一q值提升图案、第二q值提升图案和第三q值提升图案，上述三个q值提升图案相互隔离且具有相同的底部，所述底部的厚度至少100nm。

20、所述第一q值提升图案和第三q值提升图案位于q值提升层两边，第二q值提升图案位于所述第一q值提升图案和第三q值提升图案之间，所述第一q值提升图案的外侧与第一空腔的外侧对齐，所述第二q值提升图案的外侧与第一空腔的外侧对齐。

21、本发还提供了采用所述薄膜体声波器件的制备方法制备得到的一种薄膜体声波器件。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、本发明采用压电薄膜与第二电极，保护层一次成型工艺替代传统多次沉积工艺方案，简化工艺流程的同时避免了膜层多次沉积引入杂质的风险。采用trimming物理刻蚀工艺获得刻蚀profile为80-90°的q值提升结构，真正意义上实现了设计仿真到实物的转化。本发明能够明显提升薄膜体声波器件性能，增加产品市场竞争力。