[发明专利]一种薄膜压电声波谐振器及其制造方法及滤波器

说明书

本发明提供一种薄膜压电声波谐振器及其制造方法及滤波器，其中薄膜压电声波谐振器包括：第一基板；设置于所述第一基板第一表面，从上至下依次叠层的第一电极、压电片体和第二电极；所述第一电极、压电片体和第二电极在垂直于所述压电片体表面的方向上设有重叠的区域；在所述重叠的区域内，所述压电片体与所述第一电极之间设有间隙；隔离空腔，环绕于所述压电片体的外周；所述间隙与所述隔离空腔相连通。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种薄膜压电声波谐振器及其制造方法及滤波器。

背景技术

基于压电感应的声波谐振器分为表面声波谐振器(Surface Acoustic WaveResonator,SAWR)和体声波谐振器(Bulk Acoustic Wave Resonator，BAWR)，是构成射频滤波器的基本元素，而射频滤波器又是当今无线通讯射频前端和基站系统的一个核心器件。其中，体声波谐振器具有低插损、高品质因子等优良特性，尤其是在2.0GHz以上频率较表面声波谐振器具有明显的优势。

如图1所示，传统的体声波薄膜谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)是由一个置备于基板R10上的薄膜压电片体R40以及与其第一表面R41和第二表面R42物理上“焊接”在一起的第一电极片R30和第二电极片R50构成，第一电极片R30和第二电极片R50相重叠部分置于基板上的空腔R20之上。在上第二电极片所产生的交变电场的作用下，薄膜压电片体R40体内和表面会产生纵向R1和横向R2的体声波弹性震动，由于第一电极片R30和第二电极片R50物理上是“焊接”在薄膜压电片体R40的第一表面R41和第二表面R42上，这一体声波弹性震动自然会专递到第一电极片R30和第二电极片R50上，并沿着第一电极片R30和第二电极片R50向外传播。因此，第一电极片R30和第二电极片R50所产生的交变电场的作用在压电片体R40上产生的体声波弹性震动及其能量，会有相当部分散发到压电片体外而消耗掉，尤其是当压电片体R40的厚度降低(已获得更高的纵向共振频率)，同时压电片体R40及第一电极片R30和第二电极片R50的面积增大时，所消耗的体声波能量比重增大，从而对体声波谐振器的性能产生进一步的负面影响。然而，在传统和现行体声波谐振器的基本器件构架下，体声波从压电片体R40向第一电极片R30和第二电极片R50消散从而造成体声波震动能量的损失是无法避免的。此外，纵向声波震荡在第一电极片R30和第二电极片R50与压电片体R40上下界面R41和R42、以及第一电极片R30和第二电极片R50与空气界面R31和R51均产生反射，而产生的次谐波同样会成为一部分噪声。此外，由于第一电极片R30和第二电极片R50的存在，压电感应谐振频率不仅仅取决于压电片体的厚度及其纵向声波速度，多少也会受到上第二电极所述声波反射以及其弹性刚度的影响。这些来自于器件基本构架的负面影响，会随着所需谐振频率的进一步提高，随之压电片体厚度的进一步缩小而进一步严重化。另外，两个薄膜电极和压电薄膜层直接接触，一方面由于不同材料间的物理性质不同，包括温度变化所造成材料物理性质的差异性变化，会在界面处产生残余应力以及对纵、横声波的界面反射，另一方面压电薄膜层中的声波传播到薄膜电极中，造成声波能量的损失。

压电声波谐振器的压电片体、电极或电介层的厚度以及其内的声速随温度的变化而变化，因此压电声波谐振器的谐振频率也随温度的变化而变化。目前应用在压电声波谐振器中的大部分材料都呈现出负的声速温度系数，即随温度的升高声速会变小，例如，氮化铝的声速温度系数为-25ppm/℃,钼的声速温度系数为-60ppm/℃。由压电声波谐振器构成的射频(Radio Frequency,RF)滤波器通常有一个通带频率响应，压电声波谐振器的频率温度系数(Temperature Coefficient of Frequency,TCF)会降低RF滤波器的制造良率，因为由压电声波谐振器所构成的设备或器件只有在一定温度范围内才能满足通带带宽的要求。在大部分所需的双工器的应用中，为了可以在很宽的温度范围内仍能满足要求，低的频率温度系数很重要。