一種高性能薄膜體聲波諧振器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及一種薄膜體聲波諧振器(FBAR或TFBAR，thin-film bulk acousticresonator)。
【背景技術】
[0002]FBAR是一種半導體器件，主要包括夾在兩個電極之中的壓電材料，三者構成三明治結構。FBAR常用于制作手機等無線設備中的射頻濾波器，所述濾波器由一組FBAR構成，例如采用半梯形(half-ladder)、全梯形(full-ladder)、晶格(lattice)、堆疊(stack)等拓撲結構，用來濾除無用頻率同時允許特定頻率通過。FBAR還用于制作雙工器，以部分取代早期的表面聲波(SAW，surface acoustic wave)器件，其優(yōu)勢在于尺寸小、工藝先進、效率提升。此外，F(xiàn)BAR還用于制作微波振蕩器、傳感器、功率放大器、低噪聲放大器等。
[0003]請參閱圖1，這是一種現(xiàn)有的FBAR的剖面示意圖。在襯底1之上分別具有下電極3、壓電層4和上電極5。所述襯底1例如為硅、藍寶石、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅、石英、玻璃等襯底材料。所述下電極3、上電極5例如為鋁、金、鋁銅合金、鋁硅合金、鋁硅銅合金、媽、鈦、鈦媽化合物、鉬、鈾等金屬材料。所述壓電層4例如為氧化鋅、PZT(Lead zirconatetitanate，錯鈦酸鉛)、氮化招等壓電材料。襯底1和下電極3之間具有從襯底1的上表面向下凹陷的空氣腔2。
[0004]請參閱圖la，這是圖1所示的FBAR的部分結構示意性版圖?？諝馇?(斜線填充)在邊緣具有至少一個犧牲層釋放通道2a。下電極3(實線，未填充)完整地覆蓋在空氣腔2之上，除了犧牲層釋放通道2a。上電極5 (虛線，未填充)部分地覆蓋在空氣腔2之上。下電極3與上電極5的重疊區(qū)域大部分在空氣腔2之上，也有小部分落在空氣腔2之外。
[0005]請參閱圖lb，圖1所示的FBAR的制造方法包括如下步驟:
[0006]步驟S101，在襯底1的表面刻蝕出一個凹坑，例如采用光刻和刻蝕工藝。凹坑的形狀就是空氣腔2及其邊緣的犧牲層釋放通道2a的總和。
[0007]步驟S102，在襯底1上淀積一層犧牲層，至少將所述凹坑填充滿。所述犧牲層例如為氧化硅、鋁、鎂、鍺等。
[0008]步驟S103，采用化學機械研磨(CMP)等平坦化工藝將犧牲層研磨至與襯底1的上表面齊平。
[0009]步驟S104，在襯底1和犧牲層之上先生長一層金屬，然后將該層金屬刻蝕成下電極3，例如采用濺射、光刻和刻蝕工藝。下電極3大致覆蓋空氣腔2的位置，但暴露出犧牲層釋放通道2a的位置。
[0010]步驟S105，在襯底1、犧牲層和下電極3之上先淀積一層壓電材料，然后將該層壓電材料刻蝕成壓電層4。壓電層4完整覆蓋凹坑，但暴露出下電極3的引出端。
[0011 ] 步驟S106，在襯底1、犧牲層、下電極3和壓電層4之上先生長一層金屬，然后將該層金屬刻蝕成上電極5，例如采用淀積、光刻和刻蝕工藝。
[0012]步驟S107，刻蝕壓電層4從而暴露出犧牲層釋放通道2a的位置，然后通過該犧牲層釋放通道2a去除全部的犧牲層，例如采用光刻、刻蝕、濕法腐蝕工藝。原本被犧牲層占據的部分就成為空氣腔2位于襯底1和下電極3之間。
[0013]上述FBAR具有如下缺點:
[0014]其一，下電極3直接與襯底1接觸，因此對襯底1的電阻率要求較高。某些材料的襯底1和下電極3之間的接觸應力較大，使得下電極3的生長結構差，導致FBAR的性能差。
[0015]其二，上電極5裸露在空氣中，容易氧化、變質等，從而對FBAR的頻率等參數造成影響。
[0016]其三，為形成空氣腔2需要采用化學機械研磨工藝，工藝難度大且成本高。
[0017]針對現(xiàn)有FBAR的缺點，已有文獻公開了一些FBAR的改進方案。
[0018]公開號為CN101217266A、公開日為2008年7月9日的中國發(fā)明專利申請公開了一種體聲波諧振器，主要對空氣氣隙結構進行了改進。傳統(tǒng)的空氣氣隙結構位于襯底中，其制造工藝是先在襯底上刻蝕凹坑、在凹坑中填充犧牲層、對犧牲層進行化學機械拋光，最后去除犧牲層。該份專利申請的空氣氣隙結構位于襯底之上，其制造工藝是先在襯底上制備犧牲層并刻蝕出所需形狀，然后在襯底和犧牲層上制備向上凸起的薄膜支撐層，最后去除犧牲層。該份專利申請的空氣氣隙結構位于襯底與薄膜支撐層之間，可以省略刻蝕襯底、化學機械拋光、刻蝕通孔等工藝步驟。
[0019]申請公布號為CN102931941A、申請公布日為2013年2月13日的中國發(fā)明專利申請公開了一種體聲波諧振器，主要是對各層薄膜的材料進行了改進。傳統(tǒng)的支撐層通常選用氮化硅，上電極和下電極通常選用鋁、鉑、釕。該份專利申請則將支撐層改用類金剛石膜(DLC)，將上電極和下電極改用鎢。這使得支撐層制作兼容低溫CMOS工藝，并具有其他一些有益效果。
[0020]申請公布號為CN104767500A、申請公布日為2015年7月8日的中國發(fā)明專利申請公開了一種體聲波諧振器，主要對空腔的制造工藝進行了改進。傳統(tǒng)的空腔制造工藝是先在襯底上刻蝕凹坑、在凹坑中填充犧牲層、對犧牲層進行化學機械拋光，最后去除犧牲層。該份專利申請采用兩片晶圓一一制備襯底和支撐襯底，在制備襯底上生長薄膜結構層，并給出了兩個實施例。實施例一是在支撐襯底上刻蝕凹槽，然后將制備襯底以薄膜結構層覆蓋在支撐襯底的凹槽上以形成空腔。實施例二是不對支撐襯底進行刻蝕，將制備襯底以薄膜結構層與支撐襯底進行焊接，由凸起的焊接材料形成空腔。這樣可以省去化學機械拋光、犧牲層先制備再去除的工藝步驟。

【發(fā)明內容】

[0021]由以上各種現(xiàn)有薄膜體聲波諧振器可知，主要改進聚焦于簡化制造工藝，而對于器件性能和可靠性較少關注。本申請所要解決的技術問題是提供一種高性能的薄膜體聲波諧振器，同時簡化加工難度、降低制造成本。
[0022]為解決上述技術問題，本申請高性能的薄膜體聲波諧振器之一是在整個襯底之上具有向上凸起的隔離層，襯底和隔離層的凸起部分之間具有從襯底上表面向上凸起的空氣腔；隔離層之上分別具有下電極、壓電層和上電極；上電極之上具有至少覆蓋整個上電極和/或下電極的暴露部分的鈍化層。
[0023]本申請高性能的薄膜體聲波諧振器之二是在整個襯底之上具有隔離層；隔離層之上具有向上凸起的下電極，隔離層和下電極的凸起部分之間具有從隔離層上表面向上凸起的空氣腔；下電極之上分別具有壓電層和上電極；上電極之上具有至少覆蓋整個上電極和/或下電極的暴露部分的鈍化層。
[0024]本申請高性能的薄膜體聲波諧振器之三是在整個襯底之上具有隔離層；隔離層之上具有向上凸起的下電極，襯底和下電極的凸起部分之間具有從襯底上表面向上凸起且穿透隔離層的空氣腔；下電極之上分別具有壓電層和上電極；上電極之上具有至少覆蓋整個上電極和/或下電極的暴露部分的鈍化層。
[0025]本申請高性能的薄膜體聲波諧振器的制造方法之一包括如下步驟:
[0026]步驟S201，在襯底上淀積一層犧牲層；
[0027]步驟S202，刻蝕犧牲層得到所需形狀；
[0028]步驟S203，淀積一層隔離層，隔離層在犧牲層占據的區(qū)域向上凸起；
[0029]步驟S204，先生長一層金屬，再將該層金屬刻蝕成下電極；
[0030]步驟S205，先淀積一層壓電材料，再將該層壓電材料刻蝕成壓電層；
[0031]步驟S206，先生長一層金屬，再將該層金屬刻蝕成上電極；
[0032]步驟S207，淀積一層鈍化層；
[0033]步驟S208，刻蝕壓電層、或者刻蝕鈍化層和壓電層以暴露出犧牲層釋放通道，通過該犧牲層釋放通道去除全部的犧牲層，原本被犧牲層占據的部分就成為空氣腔。
[0034]本申請高性能的薄膜體聲波諧振器的制造方法之二是將步驟S201至步驟S204改為步驟S401至步驟S404 ；
[0035]步驟S401，在襯底上淀積一層隔離層；
[0036]步驟S402，在隔離層之上淀積一層犧牲層；
[0037]步驟S403，刻蝕犧牲層得到所需形狀；
[0038]步驟S404，先生長一層金屬，再將該層金屬刻蝕成下電極，下電極在犧牲層占據的區(qū)域向上凸起。
[0039]本申請高性能的薄膜體聲波諧振器的制造方法之三是將步驟S201至步驟S204改為步驟S501至步驟S504 ；
[0040]步驟S501，在襯底上淀積一層犧牲層；
[0041 ] 步驟S502，刻蝕犧牲層得到所需形狀；
[0042]步驟S