[发明专利]薄膜体声波谐振器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种薄膜体声波谐振器及其制作方法。所述制作方法包括：在SOI衬底的第一表面上制作下电极；在所述SOI衬底的第一表面和下电极上形成压电层；在所述压电层上形成顶电极；于SOI衬底的第二表面上加工形成空气腔，所述第二表面和第一表面相背对设置。本发明提供的制作方法，简化了FBAR的制备工艺，通过此方法生长的AlN薄膜晶体质量高，有助于提高器件性能，同时通过硅注氧隔离的位置控制顶层硅的厚度来调整谐振器的频率；以及SOI材料具有的功耗低，集成密度高，抗辐射特性等特点，降低了器件制备工艺复杂度，对于将来5G通信系统射频前端。

技术领域

本发明特别涉及一种薄膜体声波谐振器及其制作方法，属于通信电子元器件技术领域。

背景技术

2017年，国内智能手机出货量达到了4.61亿部。谐振器是被广泛应用于手机射频钱的双 工器、滤波器的核心元件；并且随着通讯的发展，手机内需要同时兼容的通信波段不断上升， 所需谐振器数量也在逐渐上升，无线通信系统多功能化、集成化的发展趋势与器件数量的逐年 上升对谐振器提出了微型化、可集成、高频率、高性能等要求；传统微波谐振器，由于采用电 磁波作为载波，在现行的应用通信频段要求谐振器尺寸非常大，与现在要求的微型化相悖，而 声波比电磁波波速低4-5个数量级，相应的声波谐振器尺寸也比电磁波谐振器的体积缩小4-5 个数量级，满足了现在的器件要求；同时，与现在表面声波谐振器器件相比，在高频情况下体 声波谐振器工艺难度相对较低，且易于实现集成化，而表面声波谐振器由于是平面波传播，能 量集中在叉指区域，损耗太大。因此薄膜体声波谐振器更加满足现在手机射频前端的发展趋 势。

薄膜体声波谐振器原理是利用压电层的压电效应，在上下电极之间施加一个电信号，由于 压电层的压电效应会产生声信号，声信号在电极之间振荡，只有满足声波全反射条件的声信号 才会被保留下来，其余声波信号都被消耗掉，这个声信号再转化为电信号输出，从而就可以实 现电信号的选频。目前用于压电层的材料有ZnO，PZT，AlN；由于AlN制备工艺相对较完 善，具有合适的机电耦合系数和与微电子工艺兼容的特点，被选为合适的压电层材料。

传统的薄膜体声波谐振器结构如图1所示，Si衬底上依次是支撑层，下电极、压电层和上 电极，声波被空气腔限制在器件内部。2017年11月左右，中国工信部正式划定5G系统中频段 范围，并且不再受理和审批新申请的其他相邻频段，5G时代的推进，为谐振器带来了新的挑 战，日本Fujitsu公司生产的FBAR及其相关产品结构比较多样，从其公司申请的相关专利来 看，其FBAR的结构形式大概分为两类：空气腔型(例如专利US7323953B2)和空气隙(例如 专利US20100060384A1)，其中空气隙需要填充牺牲层，然后研磨抛光，工艺复杂繁琐。对于 传统薄膜体声波谐振器使用金属做电极，损耗较大，同时由于压电薄膜是在已经图形化的电极 上沉积或者溅射，在台阶处存在应力，会造成压电层及其电极的膜厚在此处发生畸变，造成应 力集中现象，对器件结构可靠性存在影响。以及传统器件，下电极图形化后会产生台阶，在台 阶处存在应力，会造成压电层及其电极的膜厚在此处发生畸变，造成应力集中现象，对器件结 构可靠性存在影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种薄膜体声波谐振器及其制作方法，以克服现有技术的不 足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种薄膜体声波谐振器的制作方法，其包括：

在SOI衬底的第一表面上制作下电极；

在所述SOI衬底的第一表面和下电极上形成压电层；

在所述压电层上形成顶电极；

于SOI衬底的第二表面上加工形成空气腔，所述第二表面和第一表面相背对设置。

本发明实施例还提供了由所述的薄膜体声波谐振器的制作方法形成的薄膜体声波谐振器。