[發(fā)明專利]一種薄膜體聲波諧振器及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610105128.3
• 申請(qǐng)日: 2016-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105680813B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李平;祝明國(guó);王小茹;孫成龍;彭波華;胡念楚;賈斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 銳迪科微電子（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H03H3/02
• 分類號(hào): H03H3/02;H03H9/17
• 代理公司: 上海恒銳佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31286
• 代理人: 殷曉雪

本申請(qǐng)公開(kāi)了一種薄膜體聲波諧振器(FBAR)，是在襯底的上方具有空腔，在空腔的上方還具有下電極、上電極以及位于兩者中間的壓電層。所述空腔是先填充犧牲層再移除犧牲層而得到的，并且犧牲層采用能夠被氧等離子體刻蝕工藝去除的材料；所述下電極、上電極和/或電極引出端采用鋁、銅或銅鋁合金的一種或多種。本申請(qǐng)還公開(kāi)了FBAR的制造方法，采用鋁、銅或銅鋁合金作為互聯(lián)金屬形成電極引出端，并采用氧等離子體刻蝕(O₂Plasma)工藝去除犧牲層而形成FBAR的空氣隙。本申請(qǐng)降低了制造成本，提高了薄膜體聲波諧振器的可靠性，體現(xiàn)環(huán)境友好性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種薄膜體聲波諧振器(FBAR或TFBAR，Thin-film bulk acousticresonator)，特別是涉及一種空氣隙型FBAR。

背景技術(shù)

目前用于移動(dòng)通信的濾波器主要有聲表面波(SAW，surface acoustic wave，也稱表面聲波)濾波器和體聲波(BAW，bulk acoustic wave)濾波器。聲表面波濾波器主要在4英寸和6英寸的鈮酸鋰(LiNiO₃)或鉭酸鋰(LiTaO₃)晶圓上生產(chǎn)，體聲波濾波器主要在6英寸和8英寸的硅晶圓上生產(chǎn)。通常是晶圓尺寸越大，同一晶圓上可生產(chǎn)的集成電路就越多，成本就越低。聲表面波濾波器與體聲波濾波器的材料成本基本相同，但體聲波濾波器的整體制造成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聲表面波濾波器，這是由于體聲波濾波器的結(jié)構(gòu)以及制造工藝復(fù)雜。聲表面波濾波器由于成本低、制造工藝成熟，占據(jù)了60％以上的濾波器市場(chǎng)。

隨著4G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信頻率越來(lái)越高，可用頻譜越來(lái)越擁擠，對(duì)濾波器的滾降系數(shù)、插入損耗、帶外抑制、功率承受能力等方面有了更高的要求。聲表面波濾波器逐漸表現(xiàn)出無(wú)法滿足這些要求。而體聲波濾波器在這些方面表現(xiàn)優(yōu)異，逐漸成為了4G移動(dòng)通信領(lǐng)域的首選。但體聲波濾波器的高昂成本阻礙了其快速發(fā)展。

FBAR是一種體聲波器件，也是一種MEMS(micro-electro-mechanical systems，微機(jī)電系統(tǒng))器件，是構(gòu)成體聲波濾波器的基本單元。一組FBAR采用諸如半梯形(half-ladder)、全梯形(full-ladder)、晶格(lattice)、堆疊(stack)等方式級(jí)聯(lián)在一起就構(gòu)成體聲波濾波器。FBAR還用于制作雙工器、微波振蕩器、傳感器、功率放大器、低噪聲放大器等。如何制造出高性能、低成本的FBAR對(duì)體聲波濾波器的進(jìn)一步發(fā)展有著重要意義。

目前FBAR根據(jù)不同的制造工藝主要有三種結(jié)構(gòu)——背面刻蝕型、固態(tài)裝配型和空氣隙型。背面刻蝕型FBAR由于機(jī)械強(qiáng)度差而使得成品率低，無(wú)法大規(guī)模量產(chǎn)。固體裝配型FBAR采用布拉格反射層作為聲波反射層，一方面需要制備多層薄膜，在各層薄膜應(yīng)力控制上難度較大且工藝成本較高；另一方面布拉格反射層的聲波反射效果不如空氣，Q值(品質(zhì)因子)低于空氣隙型FBAR?？諝庀缎虵BAR的機(jī)械強(qiáng)度較好、Q值較高，制造工藝復(fù)雜度適中而被廣泛使用。電子科技大學(xué)2007年碩士學(xué)位論文《薄膜體聲波諧振器結(jié)構(gòu)分析與仿真》(作者：吳勇)在第二章《FBAR的原理和結(jié)構(gòu)》對(duì)這方面內(nèi)容進(jìn)行了介紹。

請(qǐng)參閱圖1，這是一種傳統(tǒng)的空氣隙型FBAR。在襯底100的上方依次向上分別具有下電極201、壓電層202和上電極203。所述襯底100可以是硅、藍(lán)寶石、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅、石英、玻璃等材料。所述下電極201和上電極203可以是鋁、銅、鋁銅合金、鋁硅合金、鋁硅銅合金、金、鎢、鈦、鈦鎢化合物、鉬、鉑等金屬材料。所述壓電層202可以是氧化鋅、PZT(Leadzirconate titanate，鋯鈦酸鉛)、氮化鋁等壓電薄膜材料。在襯底100和下電極201之間具有從襯底100的上表面向下凹陷的空腔104作為FBAR的空氣隙。

請(qǐng)參閱圖2，圖1所示的傳統(tǒng)的空氣隙型FBAR的制造方法包括如下步驟：

步驟S101，在襯底100的上表面刻蝕出空腔104，例如采用光刻和刻蝕工藝。在空腔104的邊緣還具有一起被刻蝕出的犧牲層釋放通道。