[发明专利]一种快速形成微声薄膜谐振器空腔结构的方法

说明书

本发明公开了一种快速形成微声薄膜谐振器空腔结构的方法，属于薄膜体声波谐振器技术领域。在基体硅上刻蚀出凹槽，在所述凹槽底部中形成第一牺牲层，在所述第一牺牲层上方和所述凹槽内壁形成第二牺牲层，在所述第二牺牲层中心形成第三牺牲层，然后在所述第三牺牲层上形成支撑层；再于所述支撑层上形成底电极，利用湿法腐蚀先去除所述第二牺牲层，再去除所述第一牺牲层和所述第三牺牲层，最后在所述底电极上形成压电层和顶电极，形成微声薄膜谐振器空腔结构；所述支撑层不能完全覆盖所述第二牺牲层。通过设计特定的三层牺牲层结构，然后利用湿法腐蚀先去除中间的牺牲层，增大腐蚀液与上下两层牺牲层的接触面积，达到快速形成空腔结构的目的。

技术领域

本发明涉及薄膜体声波谐振器技术领域，特别涉及一种快速形成微声薄膜谐振器空腔结构的方法。

背景技术

薄膜体声波谐振器(FBAR)是目前新型微型化的射频谐振器，具有低插损、高品质因数、高有效机电耦合系数、高稳定度的优点。薄膜体声波谐振器的工作频率可达500MHz～10GHz，品质因数可以达到1000及以上，也有较好的温度系数，重要的是能与目前的RFIC工艺集成，从而使射频器件更具微型化。因此薄膜体声波谐振器常用于设计成射频滤波器、双工器用于目前的移动通信技术产业中。FBAR凭借其尺寸小、品质因数高的特性备受科研人员的青睐。近年来，基于FBAR器件的传感器也层出不穷，常被用于微质量检测、生物传感、恶劣狭小环境参数监测等等研究领域。

FBAR主要由硅基底、下电极层、压电层、上电极层组成，有三种常规结构，分别为背刻蚀型、空腔型、布拉格型，其中使用最多、器件性能最佳、加工相对容易的便是空腔型FBAR。FBAR在工作时，压电薄膜因受到上下电极传输的电信号作用而产生振动，激励出沿着薄膜纵向传播的体声波，当体声波传输到顶电极与外界空气接触的一面以及底电极与外界空气接触的一面时，由于在理想状态下，空气的声阻抗可以近似为0，使声波在FBAR的上电极-压电层-下电极的结构中进行上下反射。但在实际的工程应用中，往往将上电极-压电层-下电极的结构通过MEMS工艺中的磁控溅射以及气相沉积等方法制于硅基底上。为保证声波能被完全的限制在薄膜内部，其中器件的上表面的外侧已经与空气接触，声波无法泄露，而下侧则与基底连接，需要采取措施限制声波的泄露，因此常采用在该结构的下侧设计成空腔结构，从而防止声波的泄露。在电极层与压电层的形状涉及中，通常考虑将其设计成不规则的多边形，从而尽可能减小器件在工作中产生的寄生谐振，减小对体声波器件性能的影响。

空腔结构的好坏直接影响薄膜体声波器件的品质因数以及机电耦合系数，优异的空腔结构能将FBAR的压电层由于受到交流电的作用而振动，激励出沿着薄膜纵向传播的体声波全部被限制在上电极-压电层-下电极的结构中进行上下反射。若体声波由于空腔结构的不严密而泄漏到硅基底中，则会造成FBAR的品质因数以及机电耦合系数受到影响。但在实际的空腔制备工艺中，对空腔结构的形成往往是先在基底上刻蚀出下凹的槽，在凹槽内填充单种牺牲层材料，再通过湿法腐蚀或是干法刻蚀的方式去除牺牲层材料从而形成空腔结构。但传统的腐蚀牺牲层的方法，腐蚀液及腐蚀气体与牺牲层材料的接触面积小，导致牺牲层释放时间太久，不利于后续膜层制备的接续开展，器件在腐蚀性环境中暴露时间过长，其他膜层也会因此受到不同程度的损坏，如若反应速率过快，又会使器件的基底与其他膜层受到损坏，从而影响器件的成品率以及成膜速度。传统方法不仅成本较高，也不利于大规模的生产。因此需要寻找一种成本较低且能够相对快速形成空腔结构的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速形成微声薄膜谐振器空腔结构的方法。通过设计特定的三层牺牲层结构，然后利用湿法腐蚀先去除中间的牺牲层，增大腐蚀液与上下两层牺牲层的接触面积，达到快速形成空腔结构的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明技术方案之一：提供一种快速形成微声薄膜谐振器空腔结构的方法，包括以下步骤：