本发明专利技术公开了一种预设空腔型SOI基片薄膜体声波滤波器及制作方法，涉及微电子器件领域，滤波器由制作于预设空腔SOI基片上的多个薄膜体声波谐振器单元电学级联构成，谐振器包括压电薄膜、底电极和顶电极，SOI基片的衬底硅上表面设置沟槽，带沟槽的衬底硅与顶层硅形成封闭的空腔；顶层硅通过键合工艺由另一片无沟槽SOI基片转移而来，厚度均匀可控；滤波器级联方式包括平衡桥型、阶梯型和网格型；滤波器频率可调，通过控制空腔上方顶层硅的刻蚀时间控制厚度来调整滤波器的频率；谐振器电极近似椭圆形，有利于增强能陷行为；滤波器可组成双工器和多工器；本发明专利技术综合了SOI材料的优点，无需牺牲层相关工艺，工艺简单，适合批量生产。
Preset cavity type SOI substrate film bulk acoustic wave filter and manufacturing method thereof
The invention discloses a preset cavity type SOI substrate film bulk acoustic wave filter and a production method thereof, relates to the microelectronic devices, fabricated on the cavity filter consisting of preset SOI substrate a plurality of thin film bulk acoustic resonator unit electrical cascaded resonator includes a piezoelectric thin film and the bottom electrode and the top electrode, the surface of silicon substrate SOI film is arranged on the groove, groove silicon substrate and silicon layer to form a closed cavity; the top silicon process by another piece of non groove SOI substrate transfer through bonding, uniform thickness controllable; filter cascade including balance bridge type, ladder type and grid type filter; frequency adjustable, through the etching time control over a cavity top silicon thickness control to adjust the frequency of filter; resonator electrode approximate oval, is conducive to enhancing the energy trapping behavior; filter duplexer and composition The present invention combines the advantages of SOI material without the technology of sacrificial layer. The process is simple and suitable for mass production.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子器件领域，具体是指一种薄膜体声波滤波器。
技术介绍
薄膜体声波滤波器(FBAF)是一种利用声学谐振实现电学选频的器件，FBAF常见 的结构是由若干个薄膜体声波谐振器(FBAR)单元经过电学级联构成。FBAR的基本工作原 理为当电信号加载到FBAR上时，器件中的压电薄膜通过逆压电效应将电信号转变为声信 号，器件特定的声学结构对不同频率的声信号呈现出选择性，实现频率调控的功能。快速发展的无线通讯技术(如移动通讯、无线传感网络)和雷达技术需要越来越 多的高性能集成微波振荡器和双工滤波器，它们分别被用于信号源和射频前端的收发器 中。传统的射频滤波器主要有介质滤波器和声表面滤波器。介质滤波器虽具有插入损耗 低，功率容量大的优点，但其缺点是体积过大，无法实现小型化设计。与介质滤波器相比，声 表面滤波器可做得较小，但其受光刻工艺的限制，同时在高频率下难以承受高功率，且插损 大。最新发展起来的薄膜体声波滤波器技术可满足小型化和集成化设计的要求，且与传统 滤波器相比，FBAF具有工作频率高、温度系数小、功率容量大、损耗低、体积小、可大批量生 产、成本低且与半导体工艺兼容而可被集成于RFIC或MMIC中，被认为是最佳的CHz频率器 件解决方案，可工作在500MHz到30GHz的频段内，在通讯和雷达方面具有很大的应用潜力， 为将射频滤波器集成到芯片内开辟了新的途径。FBAR作为FBAF的基本单元，是FBAF性能形成的关键，迄今为止，实现FBAR有背 腔薄膜型、空腔型和声学多反射层型谐振器三种，FBAR换能器的主要结构是金属电极-压 电薄膜-金属电极构成的三明治结构，其中空腔型FBAR已经得到商业应用。世界上能生 产FBAF及其相关产品的公司主要集中在美国和日本等发达国家，其中以美国Avago公司 和日本的Fujitsu公司为典型代表。美国Avago公司是世界上最早制作出FBAR，也是世界 上生产商用FBAF、双工器等产品技术最成熟的公司，其专利及其相关产品中采用的就是空 腔型FBAR结构。空腔是FBAR性能形成的关键，制作方法相当复杂，其专利(US6060818， US6377137，US20050088257A1)中提到需要经过在硅片上浅槽刻蚀、在槽内填充牺牲层、 CMP (化学机械抛光)抛光牺牲层以及最后牺牲层释放等关键工序，其关键工序容易存在以 下难点(1)牺牲层较厚，厚度有数个微米，用镀膜的方式填充容易在镀膜过程中形成残余 应力，对下一步牺牲层CMP抛光和牺牲层的释放造成影响；( 在整个硅片表面(特别是大 尺寸硅片)CMP抛除几个微米的牺牲层工艺非常复杂，精度也较难控制，对CMP设备精度和 工艺人员的技术水平的要求相当高；C3)牺牲层的释放工艺也较复杂，考虑到牺牲层的体 积和尺寸，释放所需时间较长，如果释放不完全，不能形成一个完整的空腔，就会造成器件 失效，如果释放时间较长，牺牲层释放刻蚀液对换能器又会造成某种程度上的损伤；(4)在 牺牲层释放过程中，空腔中还可能会出现粘连现象，直接影响了器件的成品率；( 其五边 形电极容易在边角处形成应力集中，这在US20080169885A1中已经得到证实。日本Fujitsu公司生产的FBAF产品结构比较多样，从其公司申请的相关专利来看，其FBAR的结构形式大致分两类背腔薄膜型(US732395!3B2，US20080169885A1)和空 腔型(US20100060384A1, US20100060385A1, US734M02B2 等)，其中背腔型需要刻穿整 个硅片厚度以形成腔体结构；最近他们提出的空腔型FBAR及其产品(US20100060384A1， US20100060385A1等)，提到一种薄的牺牲层工艺以及在镀压电薄膜过程中对压电薄膜 进行应力控制技术，使压电层及其电极在牺牲层释放后拱起，从而形成一个拱形空腔； US20080169885A1中提出一种可调频式FBAF，通过在顶电极上放置金属点阵质量块调节单 个FBAR的谐振频率，达到调节FBAF频率的目的。Fujitsu公司生产的FBAF产品存在以 下难点(1)背腔型FBAR需要刻穿整个硅片厚度，对结构可靠性造成一定的影响；(2)拱 形空腔对镀膜过程中的应力控制技术要求极高，不容易掌握；C3)在牺牲层释放过程中，牺 牲层四周特别是上下表面全部被电极和硅片包围，全部释放出需时较长，牺牲层释放刻蚀 液对换能器会造成某种程度上的损伤；(4)牺牲层边缘的台阶不够平滑，压电层及其电极 的膜厚在此处发生畸变，会造成应力集中现象并导致换能器的断裂，并且在台阶处影响了 AlN(002)统一晶向的形成；( 其可调式FBAF需要额外增加点阵质量块，增加了工艺过程。在FBAR电极形状设计方面，美国Avago公司FBAR(US7561009B2)采用多边形电 极来抑制寄生振动模式，但日本Fujitsu公司在专利US20080169885A1中提出五边形电极 容易在边角处形成应力集中；日本Fujitsu公司采用椭圆形(US20080284M;3)或椭圆环 型(US20080169885A1)型电极来改善FBAR的电性能；在谐振器电极形状方面，本专利申请 A Yang φ (Yang et al, Applied Physics Letters, 2008 ；Yang et al, IEEE UFFC, 2009 ； CN101257287)提出近似椭圆形电极有助于增强谐振器的能陷行为，抑制寄生振动，提高器 件的Q值。因此急需一种具有调频功能，同时综合SOI材料所具有的优点，能与IC兼容，易于 集成，工艺简单，适合批量生产的滤波器。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决上述问题，本专利技术提出一种具有调频功能，同时综合SOI材料 所具有的优点，能与IC兼容，易于集成，工艺简单，适合批量生产的滤波器；克服现有工艺 技术中用牺牲层形成空腔方案中牺牲层CMP抛光、牺牲层释放时间长、牺牲层台阶的不平 滑造成的应力集中现象以及牺牲层释放时间对换能器造成损害等问题。本专利技术的目的之一是提出一种预设空腔型SOI基片薄膜体声波滤波器；本专利技术的 目的之二是提出一种针对预设空腔型SOI基片薄膜体声波谐振器的制作方法。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案来实现的本专利技术提供的预设空腔型SOI基片薄膜体声波滤波器，包括通过电学级联方式联 接的多个薄膜体声波谐振器，各个薄膜体声波谐振器包括预设空腔型的SOI基片和设置在 SOI基片上的换能器，所述换能器包括底电极、顶电极和设置在底电极与顶电极之间的压电 薄膜，所述底电极与SOI基片相结合，所述底电极、顶电极和压电薄膜的叠加区域与预设空 腔相对。进一步，所述SOI基片设置有衬底硅和顶层硅，所述衬底硅上设置有与顶层硅形 成预设空腔的沟槽；进一步，所述衬底硅和顶层硅之间设置第一二氧化硅层，所述第一二氧化硅层上设有沟槽，所述沟槽与顶层硅形成预设空腔；进一步，所述换能器上设置有使腐蚀液或腐蚀气体注入预设空腔的刻蚀窗口进一步，所述预设空腔内设置有用于调整滤波器频率的可调顶层硅；进一步，所述可调顶层硅为通过控制腐蚀液或腐蚀气体刻蚀时间来调整其厚度的 顶层硅；进一步，所述顶电极为近似椭圆形电极；进一步，所述沟槽深度为本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．预设空腔型ＳＯＩ基片薄膜体声波滤波器，其特征在于：包括通过电学级联方式联接的多个薄膜体声波谐振器，各个薄膜体声波谐振器包括预设空腔型（８）的ＳＯＩ基片（１３）和设置在ＳＯＩ基片（１３）上的换能器，所述换能器包括底电极（９）、顶电极（１１）和设置在底电极（９）与顶电极（１１）之间的压电薄膜（１０），所述底电极（９）与ＳＯＩ基片（１３）相结合，所述底电极（９）、顶电极（１１）和压电薄膜（１０）的叠加区域与预设空腔（８）相对。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨增涛，马晋毅，欧黎，冷俊林，杨正兵，赵建华，陈运祥，周勇，陈小兵，傅金桥，张龙，张涛，曹亮，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：发明
国别省市：85
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。