[發(fā)明專利]一種具有地室支柱的薄膜體聲波諧振器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610378813.3
• 申請(qǐng)日: 2016-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN106656094A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳培杕;肖功亞;周宗閩;施旭霞;朱珺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中電科技德清華瑩電子有限公司
• 主分類號(hào): H03H9/02
• 分類號(hào): H03H9/02;H03H9/05;H03H9/10;H03H9/17
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務(wù)所有限公司33214
• 代理人: 王曉峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及射頻濾波器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有地室支柱的薄膜體聲波諧振器。

背景技術(shù)

石英晶振元件，是一種基于石英晶體壓電/逆壓電特性的體聲波元件，在電路頻率源中得到廣泛應(yīng)用。由于石英晶振元件的諧振頻率與石英晶體的厚度成反比，目前其諧振頻率最高僅為數(shù)十兆赫茲，無法滿足現(xiàn)代無線電頻譜的急劇延伸需求。

采用壓電基片上的平面金屬叉指換能器和金屬反射柵陣，激發(fā)和接收聲表面波，將提升諧振頻率的結(jié)構(gòu)由厚度減薄轉(zhuǎn)換為提高橫向電極分辨率，借助于成熟的微電子工藝技術(shù)，使聲表面波石英諧振器的諧振頻率提升到數(shù)百兆赫茲。

換能效率更高的壓電材料(如鈮酸鋰和鉭酸鋰)基片的應(yīng)用和聲表面波諧振濾波器的發(fā)明，聲表面波諧振器和聲表面波諧振濾波器得到快速發(fā)展，工作頻率又延伸到數(shù)千兆赫茲，已成為現(xiàn)代高頻通信電路的標(biāo)準(zhǔn)頻率元件。

同樣，聲表面波器件的工作頻率與其叉指換能器金屬電極的周期成反比，限于壓電基片工藝，千兆赫茲級(jí)的聲表面波器件性價(jià)比下降，無法跟上現(xiàn)代通信頻段高頻化的步伐。由此，薄膜體聲波器件成為各國努力發(fā)展的新型濾波元器件。

薄膜體聲波諧振器(Film Bulk Acoustic Wave Resonator，F(xiàn)BAR)是采用人造壓電薄膜代替天然壓電晶體的體聲波諧振器(石英晶振)，其諧振腔基本結(jié)構(gòu)(圖1)是一人造壓電薄膜夾在兩金屬電極間的三明治結(jié)構(gòu)，由于壓電薄膜的(逆)壓電效應(yīng)，對(duì)外界電激勵(lì)產(chǎn)生諧振，其諧振頻率主要與壓電薄膜厚度成反比，也與三明治結(jié)構(gòu)其他各層特性和厚度有關(guān)。

目前成熟的FBAR器件結(jié)構(gòu)分為隔膜(membrane)型和固貼(Solidly Mounded)型兩大類。

隔膜型FBAR，如圖2所示，其特點(diǎn)是三明治諧振腔外兩面都是空氣，滿足理想全反射狀態(tài)。其結(jié)構(gòu)又可分為：空氣橋(圖2a)、背孔(圖2b)和地室(圖2c)三種。

固貼型FBAR，又簡稱SMR(Solidly Mounded Resonator)，如圖3所示，其特點(diǎn)是三明治諧振腔外一面是空氣，而另一面是布拉格聲反射結(jié)構(gòu)。布拉格聲反射結(jié)構(gòu)是由多個(gè)高低聲速材料(厚度為四分之一波長)層組合構(gòu)成，其特性近似于真空全發(fā)射。由于反射結(jié)構(gòu)與壓電薄膜同時(shí)生長，器件工藝簡單，可靠性優(yōu)，但由于反射結(jié)構(gòu)有損耗，其優(yōu)值要差一些。

發(fā)明內(nèi)容

圖2c所示的地室隔膜型FBAR，是安華高(Avago)發(fā)明的，其三明治諧振腔支撐在地室上方。由于三明治諧振腔的厚度直徑比極小，三明治諧振腔薄膜機(jī)械強(qiáng)度差，極易發(fā)生下凹彎曲產(chǎn)生諧振腔薄膜微裂紋，甚至破裂等質(zhì)量問題。為此，我們提出改進(jìn)技術(shù)方案：

本發(fā)明提出一種具有地室支柱的薄膜體聲波諧振器，包括具有地室的高阻襯底、由上金屬電極和下金屬電極夾持壓電體組成的三明治諧振腔，三明治諧振腔置于高阻襯底表面形成的地室上方，所述壓電體為壓電薄膜，在地室內(nèi)設(shè)有若干根用以提高三明治諧振腔的機(jī)械性能的支柱；地室內(nèi)的這些支柱位于三明治諧振腔聲振幅最小處，可降低支柱對(duì)器件性能的影響。

作為優(yōu)選，所述高阻襯底是由硅、石英、碳化硅、三氧化二鋁、藍(lán)寶石或者金剛石材料制成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的工藝更為簡單，可靠性更優(yōu)。

附圖說明

圖1FBAR原理：三明治諧振腔。

圖2隔膜型FBAR。

圖3固貼型FBAR。

圖4現(xiàn)有技術(shù)的地室隔膜型FBAR。

圖5本發(fā)明的地室隔膜型FBAR。

圖6FBAR諧振振幅模擬，中心振幅最大。

圖7FBAR諧振振幅模擬，振幅極值規(guī)則分布。

圖8地室隔膜型型FBAR制作工藝大綱。

圖9安華高FBAR(2009)示意。

圖10FBAR工藝流程1硅片清洗，光刻地室圖形。

圖11FBAR工藝流程2腐蝕硅，形成地室。

圖12FBAR工藝流程3淀積腐蝕犧牲層的阻擋層(AlN，SiO2)。

圖13FBAR工藝流程4淀積犧牲層(磷硅玻璃，PSG)，厚度大于地室深度。

圖14FBAR工藝流程5采用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)平面化。

圖15FBAR工藝流程6淀積鈍化層，下電極金屬層。

圖16FBAR工藝流程7套刻下電極圖形。

圖17FBAR工藝流程8干法刻蝕。

圖18FBAR工藝流程9淀積壓電AlN薄膜。

圖19FBAR工藝流程10淀積上電極層，淀積鈍化層。