[发明专利]声波谐振器及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种声波谐振器。特别是涉及一种具有一层或多层钝化层结构的声波谐振器及其加工方法。

背景技术

薄膜体波(BAW)谐振器的简单结构是由相对的平板电极及夹在其间的压电材料组成。在工作条件下，在电极上施加电压会导致在压电层内产生随时间变化的电场。电场在引起压电层振动方向上形成体声波，进而形成谐振。声波沿电场方向传播，然后在电极边缘反射回来。加工体波(BAW)谐振器通常是在基底上表面依次沉积底部电极、压电层和顶部电极。因此，顶部电极与空气介质交界，而底部电极坐落基底上，所以交界处需要做一些特定的设计。为了使体波(BAW)谐振器响应两电极间的电信号而进行机械谐振，有两种已知的方案可以在底部交界处实现这一预期目标，这两种方法的根本不同点在于保存声能的方法不同。第一种方案是在基底内部的空气腔上悬有谐振器薄膜(下文称为“FBAR”)。一种方法是从基底的背面刻蚀基底材料。如果基底材料是硅，谐振腔下方的一部分基底材料通过背面体硅刻蚀技术去除。通常，背面体硅刻蚀技术可以通过使用深沟道离子反应刻蚀或者使用依赖晶体方向的刻蚀例如KOH、TMAH和EDP来实现。在另一种结构中，器件结构悬在基底上方或内部的浅腔上面。通常，会沉积形成牺牲层，然后在其上面形成声谐振层。在加工过程的最后或较后的步骤中，会去除牺牲层材料。第二种方案是提供一个适当的声反射层来代替上面描述的空气/材料层交接处，该谐振器(通常称为“SMR”)底部由高、低声阻抗材料相间排列组成，声能可有效地受控在压电谐振腔内。附加的声反射层会降低SMR的有效耦合系数，并会产生额外的声能损失机制导致SMR总的Q值较FBAR差。

由于封装成本会主导总制造成本，所以提高FBAR和SMR器件的封装成本效益是其在消费市场上获得成功的关键因素。由于不存在底部空气腔，SMR的钝化及其相关的封装比要求密闭封装的空腔型FBAR简单。非密闭封装方法成本较低，但需要极好的钝化谐振器使其在潮湿环境下不受腐蚀影响。

因此，上述的诸多缺陷和不足需要得到很好的解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种声波谐振器及其加工方法，声波谐振器为FBAR谐振器结构，采用该结构的FBAR消除或减轻由于周围空气或潮湿环境影响而产生的频率偏移，并且很大程度上放松密闭封装的要求，同时保持谐振器良好的机电耦合系数和品质因数不受影响。

本发明所采用的技术方案是：一种声波谐振器，包括：

(a)具有空气腔的基底；

(b)在基底上形成的第一钝化层，且位于空气腔上方；

(c)在第一钝化层上形成的种子层，第一钝化层阻止种子层与谐振器周围环境相互作用；

(d)在种子层上形成的多层结构；以及

(e)在多层结构上表面形成的第二钝化层。

其中的多层结构包括：

(a)在种子层上形成的底部电极；

(b)在底部电极上形成的压电层；以及

(c)在压电层上形成的顶部电极。

其中的多层结构包括：

(a)在种子层上形成的第一底部电极；

(b)在第一底部电极上形成的第一压电层；

(c)在第一压电层上形成的第一顶部电极；

(d)在第一顶部电极上形成的解耦层；

(e)在解耦层上形成的第二底部电极；

(f)在第二底部电极上形成的第二压电层；以及

(g)在第二压电层上形成的第二顶部电极。

所述的第一钝化层的构成材料为碳化硅、氧化铝、金刚石、类金刚石炭(DLC)、氧化硅、氮化硅及疏水聚合物中的一种或是两种以上混合物。

所述的第二钝化层材料和第一钝化层材料相同或不同。

所述的第一钝化层的厚度为10～10000埃。

所述的种子层的构成材料为氮化铝、氮氧化铝、氮化钨、氮化钛钨、氧化硅、氮化硅及碳化硅中的一种或是两种以上混合物。

一种制造声波谐振器的方法，包括如下步骤：

(a)提供带有牺牲层的基底；

(b)在牺牲层上形成第一钝化层并延伸至整个基底；

(c)在第一钝化层上形成种子层；

(d)在种子层上形成多层结构；

(e)在多层结构上表面形成第二钝化层；以及

(f)将牺牲层从基底移除以形成空气腔。

其中形成多层结构的过程包含下述几个步骤：

(a)在种子层上形成底部电极；

(b)在底部电极上形成压电层；以及

(c)在压电层上形成顶部电极。

其中形成多层结构的过程包含下述几个步骤：