基于固态和空腔结合的薄膜体声波谐振器制造技术

本实用新型专利技术提出了一种全新的结合固态封装型工艺和背部空腔型工艺的薄膜体声波谐振器。通过先在器件正面沉积固态封装型(SMR)的布拉格反射层薄膜，然后在反射层薄膜上面依次沉积并刻蚀底电极、压电材料和顶电极，使之形成压电薄膜换能器堆叠结构，最后在器件背部开口刻蚀形成空腔结构。本实用新型专利技术有效避免了刻蚀时间对器件性能的影响，布拉格反射层加上背部空腔结构，能够比传统的固态封装型(SMR)器件更加有效的将传播的声波反射回压电薄膜换能器堆叠结构，从而提高声电转换的效率；布拉格反射层薄膜充当压电薄膜换能器堆叠器的支撑层，从结构上能加强器件整体的稳固性。

Thin film bulk acoustic resonator based on solid state and cavity combination

The utility model provides a novel thin film bulk acoustic resonator combining solid packaging technology and back cavity technology. By depositing the solid state encapsulated (SMR) film of the Prague reflection layer on the front side of the device, then depositing and etching the bottom electrode, piezoelectric material and top electrode on the reflective layer film, forming the stack structure of the piezoelectric film transducer, and finally etching the cavity to form the cavity structure on the back of the device. The utility model effectively avoids the effect of the etching time on the performance of the device. The Prague reflector layer, with the back cavity structure, can be more effective than the traditional solid state encapsulation (SMR) device to reflect the transmitted sound wave back to the piezoelectric film transducer, thus improving the efficiency of the acoustic and electrical conversion; the film of the Prague reflection layer is filled. When the support layer of the piezoelectric film transducer stack is constructed, the overall stability of the device can be enhanced.

【技术实现步骤摘要】
基于固态和空腔结合的薄膜体声波谐振器
本技术涉及一种薄膜体声波谐振器，特别是涉及一种采用基于固态和空腔结合的薄膜体声波谐振器及其制备方法。
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。声表面波滤波器由于其自身的局限性，在1.5GHz以下使用比较合适。然而，目前的无线通讯协议已经早就使用大于2.5GHz的频段，这时必须使用基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。薄膜体声波谐振器的结构和制备方式已经有很多。在以往的结构和制备方式中，主要采用空腔型工艺(FBAR)，包括表面牺牲层工艺和背部空腔刻蚀工艺，或者固态封装工艺(SMR)。其中表面牺牲层工艺的难点在于如何将表面空腔内的牺牲层材料彻底清除，使得器件最终没有牺牲层残留物的粘连；背部空腔刻蚀工艺的器件应力较大，制备加工过程中容易产生裂缝，另外，背部刻蚀开口的控制(包括时间、角度等)也对器件有比较大的影响；基于固态封装工艺的薄膜体声波谐振器的制备过程较为简单，但是由于声波的反射依靠的是薄膜间的布拉格反射，其器件的质量因子(Q值)不如基于空气界面反射的空腔型薄膜体声波谐振器。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的缺陷，提出了一种全新的结合固态封装型工艺和背部空腔型工艺的薄膜体声波谐振器及其制备方法。通过先在器件正面沉积固态封装型(SMR)的布拉格反射层薄膜，然后在反射层薄膜上面依次沉积并刻蚀底电极、压电材料和顶电极，使之形成压电薄膜换能器堆叠结构，最后在器件背部开口刻蚀形成空腔结构。具体地，本技术的提出如下方案：一种薄膜体声波谐振器，其特征在于：包括基底、依次形成在所述基底第一表面的反射层结构、压电换能器堆叠结构；在与所述基底第一表面相对的第二表面上包括空腔；所述空腔与所述压电换能器堆叠结构相对设置，所述压电换能器堆叠结构包括底电极、压电层、顶电极的三明治结构。进一步地，所述空腔停止在所述反射层结构表面。进一步地，所述反射层结构包括布拉格反射层结构。进一步地，所述布拉格反射层结构包括交替沉积的多组不同材料的反射层。进一步地，还包括形成在所述基底的第二表面上的掩模层。进一步地，所述压电层包括氮化铝、压电石英、钽酸锂、铌酸锂或四硼酸锂。进一步地，所述布拉格反射层结构的同种材料层具有相同的厚度。进一步地，所述底电极覆盖所述空腔区域并延伸至与所述顶电极相反的一端。进一步地，所述顶电极、所述压电层覆盖所述空腔区域并延伸至与所述底电极相反的一端。进一步地，所述反射层材料包括钛、铝、氮化铝、钼或者钨至少之一。本技术所提出的技术方案具有以下几个优点：首先，通常的背部刻蚀空腔型器件所刻蚀的材料为衬底硅材料，刻蚀时间对于器件的质量至关重要。刻蚀时间过短不能形成完美的空腔，影响器件的性能；刻蚀时间过长则可能造成过刻蚀，造成电极材料的损伤甚至使器件正面产生裂缝，从而让器件实效。通过沉积布拉格反射层，背部刻蚀可以停止在反射层表面，刻蚀时间的长短不会对器件造成影响；其次，布拉格反射层加上背部空腔结构，能够比传统的固态封装型(SMR)器件更加有效的将传播的声波反射回压电薄膜换能器堆叠结构，从而提高声电转换的效率；最后，相比于传统的背部空腔型器件，该器件具有一定厚度的布拉格反射层薄膜也可充当压电薄膜换能器堆叠器的支撑层，从结构上能加强器件整体的稳固性。附图说明图1为本技术的一种全新的结合固态封装型工艺和背部空腔型工艺的薄膜体声波谐振器剖面结构图；图2为本技术的一种全新的结合固态封装型工艺和背部空腔型工艺的薄膜体声波谐振器的制备工艺流程图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。实施例1如图1所示，本技术提出一种全新的结合固态封装型工艺和背部空腔型工艺的薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括基片100、该基片例如为硅片；包括形成在基片100正面的布拉格发射层200/300/210/310、形成在该布拉格反射层200/300/210/310之上的压电薄膜换能器堆叠结构400/500/600，其中，该布拉格反射层包括以不同材料交替形成的多层结构，例如，以第一种金属材料、如钛、铝、氮化铝等形成的反射层200/210，以第二种金属材料、如钼、钨等形成的反射层300/310；在本技术中布拉格反射层并限于上述结构和材料，所有适用的现有布拉格反射层的结构和材料都能应用于本技术的薄膜体声波谐振器。在基片100的背面包括空腔800。对于压电薄膜换能器堆叠结构400/500/600，具体地，包括依次形成在布拉格反射层200/300/210/310之上的底电极400、压电层500、顶电极600；其中底电极和顶电极的材料例如包括钼，压电层的材料例如为压电单晶、比如氮化铝、压电石英、钽酸锂、铌酸锂或四硼酸锂等。优选地，还包括形成在基片100背面的背部刻蚀掩模材料，比如二氧化硅、氮化硅等。实施例2针对实施例1所示的薄膜体声波谐振器，其具体的制备方法，参见图2，具体地，该制备流程包括：(a)准备单面或双面抛光的基片100，该基片100例如为硅片，其中抛光面向上，进行标准清洗。然后在硅片表面沉积第一层反射层薄膜材料200，该材料可以是钛、铝、氮化铝等。沉积方式包括真空溅射、热蒸发、离子镀等。如图2(a)所示；(b)在薄膜材料200上面依次沉积第二层反射层薄膜材料300，该薄膜材料300例如是钼、钨等，如图2(b)所示；(c)根据器件的要求，可重复多次沉积相同厚度的第一层和第二层反射层薄膜。本专利中以沉积两组反射层为例，形成200/300/210/310四层反射层薄膜。如图2(c)所示；(d)在反射层薄膜310表面沉积底电极金属薄膜400，该电极薄膜材料可以包括钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝、铬、金之一或者组合。沉积方式包括真空溅射、热蒸发、离子镀等。对其进行图形化，如图2(d)所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜体声波谐振器，其特征在于：包括基底、依次形成在所述基底第一表面的反射层结构、压电换能器堆叠结构；在与所述基底第一表面相对的第二表面上包括空腔；所述空腔与所述压电换能器堆叠结构相对设置，所述压电换能器堆叠结构包括底电极、压电层、顶电极的三明治结构。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于：包括基底、依次形成在所述基底第一表面的反射层结构、压电换能器堆叠结构；在与所述基底第一表面相对的第二表面上包括空腔；所述空腔与所述压电换能器堆叠结构相对设置，所述压电换能器堆叠结构包括底电极、压电层、顶电极的三明治结构。2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述空腔停止在所述反射层结构表面。3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述反射层结构包括布拉格反射层结构。4.根据权利要求3所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述布拉格反射层结构包括交替沉积的多组不同材料的反射层。5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国浩，房华，张树民，陈海龙，汪泉，
申请(专利权)人：王国浩，
类型：新型
国别省市：上海,31