[发明专利]体波谐振器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，并且特别地，涉及一种压电体波谐振器及其制造方法。

背景技术

利用压电多层膜结构在厚度方向的纵向谐振所制成的多层膜结构压电体波谐振器，在手机通讯和高速串行数据应用等方面已经成为声表面波器件和石英晶体谐振器的一个可行的替代方案。射频前端体声波压电滤波器/双工器提供优越的滤波特性，例如低插入损耗、陡峭的过渡带、较大的功率容量、较强的抗静电放电(ESD)能力等。

高频多层膜结构压电体波振荡器具有超低频率温度漂移，其优点在于：相位噪声低、功耗低以及带宽调制范围大。除此之外，这些微型压电体波谐振器可以在硅衬底上使用互补式金属氧化物半导体(CMOS)兼容的加工工艺，以降低单位成本，并有利于最终与CMOS电路集成。

典型的压电体波谐振器包括两个金属电极、位于上下电极之间的压电材料、位于底电极下面的声反射结构以及位于声反射结构下面的衬底。通常将上电极、压电层、下电极三层材料在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域。当在电极之间施加一定频率的电压信号时，由于压电材料所具有的逆压电效应，有效区域内的上下电极之间会产生垂直方向传播的声波，声波在上电极与空气的交界面和底电极下的声反射结构之间来回反射并在一定频率下产生谐振。Q值是谐振器储存的总能量与谐振器由于各种途径损耗的能量的比值，声波反射效率越高则从谐振器泄漏出去的声学能量越小，即谐振器的Q值越高。Q值的提升有助于提高以压电谐振器作为基本单元的滤波器的通阻带特性，能够保证多层膜结构压电滤波器的性能。

为了使声波在上下电极之间形成良好的反射效果，通常将谐振器的有效面积形成于如图1所示的带有空腔结构的衬底上。如图1所示的多层膜结构压电体波谐振器包括：两个金属电极T和B、位于上下电极之间的压电材料P、位于底电极下面的牺牲层PSG以及位于牺牲层PSG下面的衬底S。由于空气与底电极之间的声学阻抗比值非常大，声波在底电极与空气的界面上会发生极好的反射。为了保证最少的声波泄露，需要使形成的有效区域在垂直方向上的投影尽量位于衬底的空腔区域内。

一种制作空腔声反射结构的办法的步骤可以包括：

步骤1、在衬底S上刻蚀出空腔结构；

步骤2、以牺牲层材料填充空腔结构；

步骤3、在经过表面平坦化的衬底上分别制作底电极B、压电层P、顶电极T；

步骤4、除去牺牲层形成悬浮结构。

在去除牺牲层后，如图2所示的压电体波谐振器中，多层膜结构M（包括底电极B、压电层P和顶电极T）往往会产生形变。一种形变情况为：多层膜结构M凹陷并与空腔结构的底部C极为接近甚至发生直接接触。由于体声波在底电极与衬底接触的部分反射效率要远小于底电极与空气的交界面，因此声波能量可以从多层膜结构与衬底接触的地方泄露出去，且底电极与空腔底部发生接触的面积越大，能量泄露越严重。因此导致了多层膜结构谐振器的Q值尤其是并联谐振频率处的Q值的降低。

如图3所示，另一种形变情况为：压电体波谐振器中，多层膜结构M向空腔外部凸起，在这样的情况下，当需要为谐振器及滤波器加盖封装晶圆的时候，凸起的多层膜结构很有可能与封装晶圆（也称为，盖，Cap）相接触，这样同样不能使声波得到良好的反射，从而导致多层膜结构谐振器的Q值降低。这样实际制造出来的谐振器和滤波器往往很难达到其设计时的性能。

在由多个压电体波谐振器相连而组成的滤波器中，由于需要采用不同频率阻抗性能的谐振器，通常在设计中需要将具有不同有效区域面积大小的谐振器布置在一起。在同样的多层膜结构生长条件下，空腔的面积越大，多层膜结构越容易产生形变，因此具有大面积空腔的谐振器容易发生多层膜结构凹陷或凸起并与衬底或封装晶圆接触，导致滤波器整体性能不能满足设计要求。

针对相关技术中压电体波谐振器的多层膜结构的形变程度过大，导致压电体波谐振器的Q值降低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中压电体波谐振器的多层膜结构的形变程度过大，导致压电体波谐振器的Q值降低的问题，本发明提出一种压电体波谐振器及其制造方法，能够控制压电体波谐振器的多层膜结构的形变程度，从而保障良好的体声波反射效果，使Q值处于高水平。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种压电体波谐振器。

该压电体波谐振器包括：

多层结构；

衬底，衬底的表面具有至少一个凹槽，多层结构覆盖至少一个凹槽，通过形成的至少一个空腔构成压电体波谐振器的声反射结构；