[发明专利]谐振器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种谐振器，包括：第一电极，位于基板上；压电层，位于第一电极上；第二电极，位于压电层上；框架图形，位于第二电极与压电层之间，其中第二电极在框架图形下方具有侧向突出部以围绕在框架图形与压电层之间的空气隙。依照本发明的谐振器，仅采用一次光刻‑蚀刻工艺、利用框架结构作为空气桥的掩模而侧向腐蚀，并利用上电极沉积的侧向填充能力形成有效框架结构，减少了与压电材料接触的工艺步骤，降低了对压电材料的损伤，提高了压电层表面洁净度，并解决了光刻对位偏移对于框架结构的影响。

技术领域

本发明涉及一种谐振器及其制造方法，特别是涉及一种能低成本且高效率提高可靠性的膜体声波谐振器(FBAR)及其制造方法。

背景技术

膜体声波谐振器(FBAR)是实现小且轻的滤波器、振荡器、谐振元件以及声谐振质量传感器的已知的构件。膜体声波谐振器可以以最小的成本大批量生产，并可实现为具有超小型尺寸。此外，FBAR可提供作为滤波器的主要特性的高品质因子(Q)值，甚至可被使用在微波频带中，并且还可实现个人通信系统(PCS)和数字无线系统(DCS)的特定频带。

如图1所示，通常，FBAR包括通过在包括空腔的基板(未示出)上顺序地堆叠第一电极(未示出)、压电层1和第二电极4而实现的谐振部。在操作FBAR时，通过将电能施加到第一电极和第二电极而在压电层中诱发出电场，通过诱发的电场在压电层中产生压电现象，使得谐振部在预定方向上振动。结果，在与谐振部振动的方向相同的方向上产生体声波，导致谐振。

在上述FBAR设备中，可以通过多种方法来实现减少在边界处的声学损耗和FBAR的有源区(顶电极、压电层和底电极重叠的区域)中的产生的模限制。特别地，沿着FBAR的一侧或多侧设置框架3。框架产生声阻抗失配，声阻抗失配通过将期望模式反射回到谐振器的有源区来减少损耗，因此改进在FBAR的有源区内对期望模式的限制。

进一步，为了提高FBAR的Q因子，通常在压电层1与第二电极4下方的框架3之间插入空气桥(air bridge)填充层2。该填充层2一般为BSG、PSG等氧化硅基材质，需要采用HF基蚀刻液或碳氟基蚀刻气体的一次光刻-蚀刻工艺以图形化。填充层2上方的框架3也同样需要一次光刻-蚀刻工艺以图形化。随后填充层采用湿法腐蚀液完全去除，在框架3与压电层1之间留下空气隙。框架3悬出填充层2而直接与压电层1重叠的部分能够有效改进FBAR的有源区内对期望模式的限制，因此称作有效框架。

然而，在上述工艺中，各种蚀刻和去胶工艺过程中，如果去胶液或蚀刻液/气体与压电层1的压电材料接触，会对其产生损伤或者在表面产生玷污，影响了谐振器的可靠性。此外，由于图1中框架3厚度较薄而直接沉积在填充层2上，两者尺寸相近例如仅留下的有效框架仅1微米宽或更小，则对于框架3的图形化工艺需要极高的对准精度，否则有效框架会偏移不均匀甚至消失。而如果过度增大框架3厚度以降低对准精度，则声阻抗失配过大，同样影响谐振器的性能。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种低成本简化工艺的FBAR结构及其制备方法。

本发明提供了一种谐振器，包括：第一电极，位于基板上；压电层，位于第一电极上；第二电极，位于压电层上；框架图形，位于第二电极与压电层之间，其中第二电极在框架图形下方具有侧向突出部以围绕在框架图形与压电层之间的空气隙。

其中，侧向突出部的宽度为0.1～0.5微米；任选地，空气隙的高度和/或框架图形的厚度为50～200nm。

其中，空气隙中填充与压电层实质上不反应或难反应的气体；任选地，第二电极上进一步具有钝化层。

本发明还提供了一种谐振器的制造方法，包括：在基板上依次形成第一电极、压电层、填充层、框架层；采用光刻-蚀刻工艺，将框架层图形化为框架图形；侧向腐蚀填充层，在框架图形下方留下填充层的凹陷部；在框架图形和压电层上形成第二电极，其中第二电极在框架图形下方具有侧向突出部；完全去除填充层，在侧向突出部之间留下空气隙。