[发明专利]一种空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法，包括支撑衬底、支撑层、薄膜结构层和顶电极；所述支撑衬底、支撑层与所述薄膜结构层形成的空腔为空气腔体，所述支撑衬底为空气腔底；所述支撑层设置在支撑衬底表面边缘处，形成空气腔壁；所述薄膜结构层设置在支撑衬底上，形成空气腔盖；所述薄膜结构层从下至上分别为底电极、压电层，所述顶电极位于所述压电层上。所述制备方法无需采用CMP工艺，无需引入牺牲层，保证压电层的晶体质量不受损伤，同时简化生产工艺，降低设备成本。该叠层支撑结构的空腔型薄膜体声波谐振器适用于超薄压电薄膜在FBAR中的应用，有益于提升射频滤波器器件工作频率，降低功耗，缓解目前无线频段紧张的现状。

技术领域

本发明属于谐振器技术领域，特别涉及空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法。

背景技术

无线通讯终端的多功能化多频段化发展对射频器件提出了微型化、高频率、高性能、低功耗、低成本等高技术要求。相比于前一代介质滤波器和声表面波滤波器(SAW)，薄膜体声波谐振器(FBAR)具有小体积、品质因子(Q)高，功率容量高，易于集成的特点，是现代移动通信设备中射频前端的核心元件。

FBAR的基本原理是基于压电材料的机械能和电能转换，因此其压电复合膜的品质因数影响了FBAR滤波器的损耗和滚降特性。氮化铝是FBAR的商用最成功的压电材料。由于其声速高，因此应用于更高的频率，符合现在无线通信往高频化发展的要求。并且氮化铝是FBAR与CMOS器件集成的理想材料。

通常空腔型FBAR的制备工艺是借助牺牲层工艺，自下而上溅射各膜层，最后释放工作区域下方的牺牲层材料。通过磁控溅射生长的多晶氮化铝压电层，存在一定厚度的非晶过渡区域，这部分对于器件压电转换并无贡献，导致器件的Q值降低，插入损耗变大；另外多晶氮化铝中存在的晶界和缺陷会造成对体声波的吸收或散射，增加声波传输损耗。为了引入性能更加优异的单晶氮化铝作为FBAR压电膜层，需要提出一种新的结构和工艺，免去牺牲层释放等复杂工艺同时能在单晶衬底上沉积压电薄膜氮化铝用于器件制备。利用单晶氮化铝的优良特性制备的FBAR优值(FOM＝Q·keff²)接近理论值，温度特性好，可以在更薄的厚度下工作。但单晶薄膜同样存在与衬底失配大，晶体质量难以提高，薄膜应力难以控制等问题。由此单氮化铝加工制备FBAR面临压电薄膜破裂、空腔结构塌陷的风险。

发明内容

本发明提出一种空腔型薄膜体声波谐振器的制造方法。这种空腔型薄膜体声波谐振器结构及其制备方法降低薄膜体声波谐振器的制作难度，改善压电膜的品质，降低薄膜体声波谐振器的插入损耗，提高Q值和机电耦合系数，将成为适用于未来高频、高功率场合下射频滤波器的解决方案。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种空腔型薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：

(1)在制备衬底上制备薄膜结构层：

①在制备衬底的一面沉积一层压电层；

②在①制备的压电层上通过光刻、蒸镀、剥离得到底电极；

(2)在步骤(1)制备的薄膜结构层上通过光刻、蒸镀、剥离得到支撑层；

(3)通过光学对准技术使支撑层与支撑衬底连接固定，支撑衬底、薄膜结构层与支撑层之间形成空气腔体；

(4)将制备衬底从薄膜结构层上剥离，使薄膜结构层中的压电层裸露出来；

(5)在裸露出来的压电层上通过光刻、蒸镀、剥离得到顶电极。

一种空腔型薄膜体声波谐振器，采用上述制备方法制备，包括支撑衬底、支撑层、薄膜结构层和顶电极；所述支撑衬底、支撑层与所述薄膜结构层形成的空腔为空气腔体，所述支撑衬底为空气腔底；所述支撑层设置在支撑衬底表面边缘处，形成空气腔壁；所述薄膜结构层设置在支撑衬底上，形成空气腔盖；所述薄膜结构层从下至上分别为底电极、压电层，所述顶电极位于所述压电层上。