一种新型FBAR滤波器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种新型FBAR滤波器。该FBAR滤波器，由n个谐振器级联而成；谐振器包括支撑衬底、空气腔支撑层、底电极、种子层、压电薄膜结构层、顶电极；两个空气腔支撑层层叠在支撑衬底上，底电极分别与这两个空气腔支撑层连接，底电极、空气腔支撑层及支撑衬底围成空腔；种子层层叠在底电极和空气腔支撑层上；压电薄膜结构层、顶电极依次层叠在种子层上。本实用新型专利技术先通过在衬底上挖凹槽再生长压电材料的方法，有效避免因生长整层压电薄膜导致应力过大产生裂纹的问题，降低了压电薄膜的应力，同时因每个谐振单元的压电薄膜不连续，有效避免了能量的横向传输造成能量损失的问题，还可以抑制杂波，提高了滤波器的制备良率和性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种新型FBAR滤波器


[0001]本技术属于射频滤波
，特别涉及到一种新型FBAR滤波器。

技术介绍

[0002]无线通讯终端的多功能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。传统的声表面波滤波器(SAW)在2.4GHz以上的高频段插入损耗大，介质滤波器有很好的性能但是体积太大。薄膜体声波谐振器(FBAR)技术是近年来随着加工工艺技术水平的提高和现代无线通信技术，尤其是个人无线通信技术的快速发展而出现的一种新的射频器件技术。它具有极高的品质因数Q值(1000以上)和可集成于IC芯片上的优点，并能与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容，同时有效地避免了声表面波谐振器和介质谐振器无法与CMOS工艺兼容的缺点。
[0003]然而空气隙型FBAR滤波器目前受国外专利垄断，该技术路线无法使用，但该结构的FBAR滤波器性能仍有提升空间，如图1所示，它包括衬底、衬底上的空气腔、衬底上跨越空气腔依次制作底电极、压电层和顶电极。在浙江大学陈炜硕士论文《薄膜体声波谐振器（FBAR）的研究与建模》P47
‑
48中提到国外安捷伦谐振器的制备过程：在Si片的上表面刻蚀空腔，然后在凹坑中填充牺牲层材料PSG，牺牲层表面经CMP抛光后溅射生长一层金属膜，对应在牺牲层上方的位置刻蚀出底电极图形。然后在底电极上方沉积一层压电膜，经刻蚀后，该压电膜盖过衬底上凹坑的边界，并且露出底电极的引出端，接下来在压电膜上沉积一层金属膜，刻蚀出顶电极图形。接下来通过干法刻蚀在压电层上刻蚀出一个释放窗口，将牺牲层部分露出来。最后从刻出的释放窗口将牺牲层释放，衬底上跨过空气腔的FBAR就制作出来了，但这种牺牲层释放的方法会在压电层上留下很多释放通道孔，对压电薄膜损伤很大，导致空腔结构容易塌陷，且Q值和机电耦合系数低，插入损耗大，影响器件的性能。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的不足，本技术的目的是提供一种新型FBAR滤波器。本技术提供的新型FBAR滤波器是一种薄膜体声波滤波器。
[0005]基于此，本技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提出了一种新型FBAR滤波器及其制备方法。采用该制备方法，在制备过程中，无需使用牺牲层，减少了对压电薄膜的破坏，从而克服了在牺牲层去除的过程中对滤波器结构产生不良影响的问题，并且这种在制备衬底上刻蚀凹槽，在槽内制备压电薄膜的方法可以有效降低压电薄膜的应力，抑制杂波，减少能量损失，可以很好的改善压电膜的品质，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。
[0006]本技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0007]本技术提供的新型FBAR滤波器，由n个谐振器级联而成，n为整数且n≥1；所述谐振器包括支撑衬底、空气腔支撑层、底电极、种子层、压电薄膜结构层、顶电极及底电极上
引；所述空气腔支撑层有两个，分别层叠在支撑衬底上，底电极分别与这两个空气腔支撑层连接，底电极、空气腔支撑层及支撑衬底围成空腔；所述种子层层叠在底电极和空气腔支撑层上；所述压电薄膜结构层、顶电极依次层叠在种子层上；所述底电极上引与底电极连接。
[0008]进一步地，所述支撑衬底为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底，氮化镓衬底、氮化铝衬底、AlxGa1
‑
xN缓冲层衬底、玻璃衬底、有机高分子材料柔性衬底等中的一种以上。
[0009]进一步地，所述空气腔支撑层的材料为绝缘材料，所述绝缘材料为SiO2、AlN，Si3N4中的一种以上；所述空气腔支撑层的厚度为0.3
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3μm。
[0010]优选地，所述支撑层的材料为绝缘材料；所述支撑层的材料为二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氮化镓等介电常数较高的材料。
[0011]进一步地，所述底电极和顶电极的材料为Al、Mo、W、Pt、 Cu、Ag、Au、ZrN等中的一种以上；所述底电极和顶电极的厚度均为20
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500nm。
[0012]进一步地，所述种子层为溅射的多晶压电材料或单晶压电材料；所述种子层的材料为AlN、ZnO、铌酸锂及钽酸锂等中的一种以上；所述种子层的厚度为5
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100nm。
[0013]进一步地，所述压电薄膜结构层为外延生长的高质量单晶压电薄膜、通过溅射生长的高C轴取向的多晶压电薄膜、具有压电特性的薄膜中的一种以上；所述压电薄膜结构层的材料为AlN、ZnO、PZT、铌酸锂、钽酸锂等中的一种以上；所述压电薄膜结构层的厚度为0.02μm
‑
10μm。
[0014]本技术提供的新型FBAR滤波器，其滤波频率为10MHz
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100GHz。
[0015]本技术提供的新型FBAR滤波器的制备方法，包括：首先在制备衬底上通过刻蚀方法制备出凹槽（凹槽的数量可以是多个），然后在凹槽内制备压电材料，随后制备底电极，在制备底电极之前首先制备一薄层种子层，制备空气腔支撑层，另取一支撑衬底，将该支撑衬底与制备衬底以及上面个的结构键合在一起，随后将制备衬底去除，露出压电材料，在压电材料上方制备顶电极，并将底电极引出，最终制备出由多个基本谐振器级联而成的滤波器。
[0016]本技术提供的新型FBAR滤波器的制备方法，包括如下步骤：
[0017]（1）在制备衬底上刻蚀n个凹槽（凹槽的数量可以为多个），n为整数且n≥1；然后在凹槽内制备压电薄膜结构层（压电材料），采用外延或溅射的方法在所述压电薄膜结构层上制备种子层（薄层底电极种子层），接着通过溅射或电子束蒸发法在种子层上制备底电极并图形化；
[0018]（2）在底电极和种子层上制备两个空气腔支撑层（沉积绝缘材料并图形化作为空气腔支撑层），另取一个支撑衬底（该衬底可以是硅片、蓝宝石、硅、蓝宝石、 LiGaO2、GaN、SiC、玻璃、有机高分子材料等），将支撑衬底同时与两个空气腔支撑层及制备衬底键合，底电极、空气腔支撑层及支撑衬底围成空腔，完成键合后，将制备衬底去除，去除方法为行业内常用的机械减薄结合湿法刻蚀或干法刻蚀；
[0019]（3）制备衬底去除后，压电薄膜结构层裸露，在所述压电薄膜结构层上制备顶电极，并将底电极引出（对种子层进行底电极上引通孔的刻蚀，方法可以是湿法腐蚀或干法刻蚀），底电极上引可以采用电镀或者蒸镀溅射等方法实现，得到所述新型FBAR滤波器（由多个谐振器级联而成的滤波器）。
[0020]进一步地，步骤（1）所述制备衬底为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底，氮化镓衬
底、LiGaO2衬底、氮化铝衬底、AlxGa1
‑
xN缓冲层衬底、玻璃衬底、有机高分子材料柔性衬底中的一种以上。
[0021]进一步地，步骤（2）所述支撑衬底与空气腔支撑层键合的一面中间刻有空腔，空腔深度为0.5...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型FBAR滤波器，其特征在于，由n个谐振器级联而成，n为整数且n≥1；所述谐振器包括支撑衬底、空气腔支撑层、底电极、种子层、压电薄膜结构层、顶电极及底电极上引；所述空气腔支撑层有两个，分别层叠在支撑衬底上，底电极分别与这两个空气腔支撑层连接，底电极、空气腔支撑层及支撑衬底围成空腔；所述种子层层叠在底电极和空气腔支撑层上；所述压电薄膜结构层、顶电极依次层叠在种子层上；所述底电极上引与底电极连接。2.根据权利要求1所述的新型FBAR滤波器，其特征在于，所述支撑衬底为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底，氮化镓衬底、氮化铝衬底、AlxGa1
‑
xN缓冲层衬底、玻璃衬底、有机高分子材料柔性衬底中的一种。3.根据权利要求1所述的新型FBAR滤波器，其特征在于，所述空气腔支撑层的材料为绝缘材料，所述绝缘材料为SiO2、AlN，Si3N4中的一种；所述空气腔支撑层的厚度为0.3
‑
3μm。4.根据权利要求1所述的新型FBAR滤波器，其特征在于，所述底电极和顶电极的材料均为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，衣新燕，赵利帅，欧阳佩东，刘红斌，张铁林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：