RF MEMS滤波器及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种RF MEMS滤波器，包括：硅衬底或者压电基板；沉积在所述硅衬底上的压电薄膜；沉积于压电基板或者压电薄膜上的金属电极；填充于金属电极之间的绝缘层，以及沉积于金属电极和绝缘层上的压电层，以此实现声表面波(SAW)滤波；沉积于上述压电层上的温度补偿层。本发明专利技术使用了双压电层，可以通过压电层材料的搭配以及薄膜晶体取向和厚度控制，调节器件的机电耦合性能；同时相比于传统的单压电层SAW，在获得相同频率器件的过程中可有效降低对光刻的线宽要求。

【技术实现步骤摘要】
RFMEMS滤波器及其制备方法
本专利技术涉及一种无线通信射频前端器件，特别是一种RFMEMS滤波器。
技术介绍
随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求越来越高。在移动通信领域，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代(3G)以多媒体通信为特征，第四代(4G)将通信速率提高到1Gbps、时延减小到10ms，第五代(5G)是4G之后的新一代移动通信技术，虽然5G的技术规范与标准还没有完全明确，但与3G、4G相比，其网络传输速率和网络容量将大幅提升。如果说从1G到4G主要解决的是人与人之间的沟通，5G将解决人与人之外的人与物、物与物之间的沟通，即万物互联，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。由于频谱有限，为了满足数据率的需求，必须充分利用频谱；同时为了满足数据率的需求，从4G开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各种性能也提出了严格的需求。在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。随着通信协议越来越复杂，对频带内外的要求也越来越高，使得滤波器的设计越来越有挑战。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，每一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。目前射频滤波器最主流的实现方式是声表面波滤波器和基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。薄膜体声波谐振器主要用于高频(比如大于2.5GHz的频段)，制造工艺比较复杂，成本较高。而声表面波滤波器主要用于中低频(比如小于2.5GHz的频段)，制造工艺相对比较简单，成本相比于薄膜体声波谐振器要低很多，比较容易受市场接受。在传统结构和制备方式中，主要将金属叉指结构制备在压电基板上，比如石英、铌酸锂、钛酸钡等压电基板。但受限于上述基板的材料性能，为了获得较高的频率，要求的线宽越来越小，大大增加了光刻工艺的难度，降低了成品的良率，并且影响了SAW的应用范围。
技术实现思路
为了降低现有工艺技术中对光刻工艺的高要求，同时调节SAW器件的机电耦合性能，本专利技术设计了具有双压电层的RFMEMS滤波器。具体地，本专利技术的技术方案如下：一种RFMEMS滤波器，其特征在于，包括：第一压电层；沉积在所述第一压电层上的金属电极；填充于所述金属电极之间的介质层；以及沉积于所述金属电极和所述介质层上的第二压电层。优选地，还包括位于所述第二压电层上的温度补偿层。优选地，所述金属电极的材料为钨、银、锆、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铜、钛、铬、铪、铝之一或者组合。优选地，填充于所述金属电极之间的介质层材质包括二氧化硅、氮化硅或者其他绝缘材料。优选地，所述温度补偿层为二氧化硅或二氧化硅的掺杂薄膜。本专利技术还提出一种RFMEMS滤波器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在第一压电层上沉积金属电极层、并图形化；沉积介质填充层，所述介质填充层填充于所述图形化的金属电极之间；沉积第二压电层并图形化。优选地，还包括以下步骤：通过化学机械抛光研磨(CMP)工艺将所述介质填充层磨平，使其与所述金属电极具有相同的高度。优选地，还包括以下步骤：在所述第二压电层上沉积温度补偿层并图形化。优选地，所述第一压电层为压电基板或者沉积在其它衬底材料上的压电薄膜。优选地，所述第一压电层和\或所述第二压电层的材质为铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、锆钛酸铅、氧化锌之一或其组合。本专利技术的有益技术效果是：使用双压电层结构调节SAW器件的机电耦合能力，并降低光刻的工艺难度，在相同光刻工艺能力条件下提高器件的频率。附图说明图1是本专利技术实施例的硅衬底结构RFMEMS滤波器的结构示意图；图2是本专利技术实施例的压电基板衬底结构RFMEMS滤波器的结构示意图；图3是相同工艺参数及尺寸条件下双压电层SAW谐振器与传统SAW谐振器的性能对比图，其中，图3中左边以“□”标记的曲线为以铌酸锂作为压电基板的单压电层SAW谐振器导纳曲线，右边以“△”标记的曲线为以铌酸锂基板作为第一压电层、铌酸锂薄膜作为第二压电层的双压电层SAW谐振器导纳曲线，两者的正谐振频率以及机电耦合系数分别为1882MHz、4.62％和2270MHz、5.39％：图4是本专利技术硅衬底结构RFMEMS滤波器的制备工艺流程示意图；图5是本专利技术压电基板衬底结构RFMEMS滤波器的制备工艺流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1本专利技术提出一种新颖的RFMEMS滤波器，其具体结构参见图1、2所示。其包括：第一压电层；沉积在所述第一压电层上的金属电极；填充于所述金属电极之间的介质层；以及沉积于所述金属电极和所述介质层上的第二压电层。其中，第一压电层为沉积在硅衬底100上的压电薄膜200，或者直接采用压电基板101；沉积在压电基板100或者上述压电薄膜200上的金属电极300；填充于上述金属电极300之间的介质层400，沉积于上述金属电极和介质层上的第二压电层薄膜500，还包括沉积在第二压电层薄膜之上的温度补偿层600。本专利技术中的RFMEMS是射频微机械系统，SAW是声表面波谐振器及其衍生器件。在本专利技术中，利用两层压电层材料的搭配来调节SAW器件的机电耦合能力，从而在相同光刻线宽条件下提高器件的频率，降低光刻的工艺难度。如图2所示，本专利技术以铌酸锂作为压电层材质为例，比较了铌酸锂单压电层和双压电层SAW谐振器的导纳曲线，由比较结果可以看出：双压电层的正谐振频率和机电耦合系数均高于单压电层的正谐振频率和机电耦合系数、分别为2270MHz、5.39％和1882MHz、4.62％。进一步地，本专利技术对两层压电材料的材质并不做严格的限定，可以在常用的压电材料里进行选择并搭配，只要有利于提高SAW器件的机电耦合能力和器件频率即可。实施例2参见图4，本专利技术实施例1的硅衬底结构RFMEMS滤波器可以通过以下工艺步骤制造：在准备好的硅片100上表面沉积一定厚度的压电薄膜200，即第一压电层，其中，第一压电层例如为铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、锆钛酸铅、氧化锌之一或其组合，如图4(a)所示。在压电薄膜200上沉积金属电极层300、并图形化，图形化可采用干法刻蚀或者剥离工艺，如图4(b)所示。沉积介质填充层400，如二氧化碳硅、氮化硅等，直到完全覆盖金属电极层300，如图4(c)所示。通过化学机械研磨(CMP)工艺将介质层磨平，使介质层与金属电极具有相同的高度，如图4(d)所示。接着在上述表面上沉积第二压电层薄膜500并图形化，其中，第二压电层例如为铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、锆钛酸铅、氧化锌之一或其组合，如图4(e)所示。淀积温度补偿层600，光刻形成所需图形，其中温度补偿层例如为二氧化硅或其掺杂薄膜，如图4(f)所示。实施例3针对直接选用压电基板制作本专利技术的RFMEMS滤波器的方式，其具体制备过程参见图5(a)-5(e)所示，与实施例2所区别的即不需要另外选用衬底，再沉积第一压电层，其它相同步骤不再赘述。相对于现有技术，本专利技术使用了双压电层结构，利用两层压电层材料的搭配来调节SAW器件的机电耦合能力，从而在相同光刻线宽条件下提高器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种RF MEMS滤波器，其特征在于，包括：第一压电层；设置在所述第一压电层上的金属电极；填充于所述金属电极之间的介质层；以及设置于所述金属电极和所述介质层上的第二压电层。

【技术特征摘要】
1.一种RFMEMS滤波器，其特征在于，包括：第一压电层；设置在所述第一压电层上的金属电极；填充于所述金属电极之间的介质层；以及设置于所述金属电极和所述介质层上的第二压电层。2.根据权利要求1所述的RFMEMS滤波器，其特征在于，还包括位于所述第二压电层上的温度补偿层。3.根据权利要求1所述的RFMEMS滤波器，其特征在于，所述金属电极的材料为钨、银、锆、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铜、钛、铬、铪、铝之一或者组合。4.根据权利要求1所述的RFMEMS滤波器，其特征在于，填充于所述金属电极之间的介质层材质包括二氧化硅、氮化硅或者其他绝缘材料。5.根据权利要求2所述的RFMEMS滤波器，其特征在于，所述温度补偿层为二氧化硅或二氧化硅的掺杂薄膜。6.一种RFMEMS滤波器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪泉，张树民，王国浩，
申请(专利权)人：杭州左蓝微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33