[发明专利]一种高可靠性的薄膜体声波谐振器及其制造方法

说明书

本申请公开了一种高可靠性的FBAR(薄膜体声波谐振器)，在整个衬底之上具有隔离层，衬底和隔离层之间具有从衬底上表面向下凹陷的空气腔；隔离层之上分别具有下电极、压电层和上电极；上电极之上具有至少覆盖整个上电极和/或下电极的暴露部分的钝化层。与现有的FBAR相比，本申请在衬底之上增加了与衬底尺寸相同的隔离层。这一方面可以降低对衬底材料在电阻率方面的要求，从而降低衬底的成本；另一方面可以在不改变衬底材料的前提下，提升衬底对器件之间的隔离，从而提升谐振器的开路阻抗。本申请还在上电极和/或下电极的暴露部分之上增加了钝化层，可以有效预防上电极和/或下电极因氧化等变质对器件性能及长期可靠性带来的影响。

技术领域

本申请涉及一种薄膜体声波谐振器(FBAR或TFBAR，thin-film bulk acousticresonator)。

背景技术

FBAR是一种半导体器件，主要包括夹在两个电极之中的压电材料，三者构成三明治结构。FBAR常用于制作手机等无线设备中的射频滤波器，所述滤波器由一组FBAR构成，例如采用半梯形(half-ladder)、全梯形(full-ladder)、晶格(lattice)、堆叠(stack)等拓扑结构，用来滤除无用频率同时允许特定频率通过。FBAR还用于制作双工器，以部分取代早期的表面声波(SAW，surface acoustic wave)器件，其优势在于尺寸小、工艺先进、效率提升。此外，FBAR还用于制作微波振荡器、传感器、功率放大器、低噪声放大器等。

请参阅图1，这是一种现有的FBAR的剖面示意图。在衬底1之上分别具有下电极3、压电层4和上电极5。所述衬底1例如为硅、蓝宝石、砷化镓、氮化镓、碳化硅、石英、玻璃等衬底材料。所述下电极3、上电极5例如为铝、金、铝铜合金、铝硅合金、铝硅铜合金、钨、钛、钛钨化合物、钼、铂等金属材料。所述压电层4例如为氧化锌、PZT(Lead zirconate titanate，锆钛酸铅)、氮化铝等压电材料。衬底1和下电极3之间具有从衬底1的上表面向下凹陷的空气腔2。

请参阅图1a，这是图1所示的FBAR的部分结构示意性版图。空气腔2(斜线填充)在边缘具有至少一个牺牲层释放通道2a。下电极3(实线，未填充)完整地覆盖在空气腔2之上，除了牺牲层释放通道2a。上电极5(虚线，未填充)部分地覆盖在空气腔2之上。下电极3与上电极5的重叠区域大部分在空气腔2之上，也有小部分落在空气腔2之外。

请参阅图1b，图1所示的FBAR的制造方法包括如下步骤：

步骤S101，在衬底1的表面刻蚀出一个凹坑，例如采用光刻和刻蚀工艺。凹坑的形状就是空气腔2及其边缘的牺牲层释放通道2a的总和。

步骤S102，在衬底1上淀积一层牺牲层，至少将所述凹坑填充满。所述牺牲层例如为氧化硅、铝、镁、锗等。

步骤S103，采用化学机械研磨(CMP)等平坦化工艺将牺牲层研磨至与衬底1的上表面齐平。

步骤S104，在衬底1和牺牲层之上先生长一层金属，然后将该层金属刻蚀成下电极3，例如采用溅射、光刻和刻蚀工艺。下电极3大致覆盖空气腔2的位置，但暴露出牺牲层释放通道2a的位置。

步骤S105，在衬底1、牺牲层和下电极3之上先淀积一层压电材料，然后将该层压电材料刻蚀成压电层4。压电层4完整覆盖凹坑，但暴露出下电极3的引出端。

步骤S106，在衬底1、牺牲层、下电极3和压电层4之上先生长一层金属，然后将该层金属刻蚀成上电极5，例如采用淀积、光刻和刻蚀工艺。

步骤S107，刻蚀压电层4从而暴露出牺牲层释放通道2a的位置，然后通过该牺牲层释放通道2a去除全部的牺牲层，例如采用光刻、刻蚀、湿法腐蚀工艺。原本被牺牲层占据的部分就成为空气腔2位于衬底1和下电极3之间。

上述FBAR具有如下缺点：