一种薄膜体声波谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种薄膜体声波谐振器及其制备方法。制备方法包括：提供第一基板和第二基板；在第一基板上形成第一凹槽；在第二基板上形成至少一组纵向布拉格反射栅，每组均包括至少两层具有不同声阻抗的薄膜材料层；将第二基板设置有纵向布拉格反射栅的一侧与第一基板设置有第一凹槽的一侧键合；在第二基板背离第一基板的一侧形成压电堆叠结构；在压电堆叠结构的边缘区域形成至少一组横向反射栅，以完成所述薄膜体声波谐振器的制备。本发明专利技术制备的薄膜体声波谐振器在横向与纵向上均设置反射栅，有利于将声波能量限制在器件有效区域，实现能陷作用，可以进一步提高器件的Q值，从而使谐振器具有较高的频率稳定度。

A thin film bulk acoustic resonator and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波谐振器及其制备方法
本专利技术涉及一种谐振器，具体涉及一种薄膜体声波谐振器及其制备方法。
技术介绍
目前射频滤波器最主流的实现方式是声表面波(SurfaceAcousticWave，SAW)滤波器和基于薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，FBAR)技术的滤波器。SAW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FBAR技术的滤波器。FBAR器件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，常采用硅做支撑结构，采用PSG作为牺牲层材料，最后通过腐蚀PSG牺牲层形成空气隙。在理想情况中，FBAR器件仅激发沿着薄膜厚度方向的声波模式，这些模式是沿着压电层的厚度方向传播，称为纵向机械波。但是在实际中，对FBAR器件上下电极施加时变电场，会同时激励出纵向声波和横向声波、以及高阶谐波等声波模式，横向声波和高阶谐波会显著降低FBAR器件的性能。在已有的FBAR设计结构中，有多种结构就是通过减少FBAR有源区(上电极、下电极和压电层之间的重合区域)边界处的声学损耗来改善谐振器的性能。例如，在FBAR器件上电极边缘设置框架(Frame)，将有源区分成中心区域和边缘框架区，这两区域产生阻抗失配，阻抗失配能够将部分期望模式返回有源区，提高FBAR器件有源区的能量限制，进而提高器件Q值。由于采用这种方式形成的声阻抗失配并不完全，虽然可以在一定程度上减小声波能量的泄露，但仍然会有声波能量往横向和纵向泄露。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种薄膜体声波谐振器及其制备方法。本专利技术的第一方面，提供一种薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：S110、提供第一基板和第二基板；S120、在所述第一基板上形成第一凹槽；S130、在所述第二基板上形成至少一组纵向布拉格反射栅，每组所述纵向布拉格反射栅均包括至少两层具有不同声阻抗的薄膜材料层；S140、将所述第二基板设置有所述纵向布拉格反射栅的一侧与所述第一基板设置有所述第一凹槽的一侧键合；S150、在所述第二基板背离所述第一基板的一侧形成压电堆叠结构，所述压电堆叠结构与所述纵向布拉格反射栅接触；S160、在所述压电堆叠结构的边缘区域形成至少一组横向反射栅，以完成所述薄膜体声波谐振器的制备。可选的，所述第二基板包括体硅层以及依次设置在所述体硅层上的埋氧层和硅结构层；步骤S130具体包括：图形化所述硅结构层，以形成贯穿所述硅结构层的第二凹槽；在所述硅结构层表面与所述第二凹槽内均依次形成第一薄膜材料层和第二薄膜材料层，所述第一薄膜材料层和所述第二薄膜材料层具有不同的声阻抗；对所述硅结构层进行抛光处理，以除去位于所述硅结构层表面的第一薄膜材料层和第二薄膜材料层，并使所述硅结构层的表面与所述第二凹槽内的所述第二薄膜材料层的表面齐平，其中，位于所述第二凹槽内的所述第一薄膜材料层和所述第二薄膜材料层，形成所述纵向布拉格反射栅。可选的，在步骤S140之后，步骤S150之前还包括：S141、去除所述第二基板上的所述体硅层和所述埋氧层；步骤S150具体包括：在所述硅结构层背离所述第一基板的一侧形成所述压电堆叠结构。可选的，在所述硅结构层背离所述第一基板的一侧形成所述压电堆叠结构的步骤具体包括：形成下电极金属层，并图形化所述下电极金属层，以形成下电极，所述下电极至少部分覆盖所述第二薄膜材料层；形成压电层；形成上电极金属层；形成钝化层；以所述钝化层为掩膜，刻蚀所述上电极金属层，形成所述上电极；其中，所述下电极、所述压电层和所述上电极共同组成所述压电堆叠结构。可选的，步骤S160具体包括：对所述压电层的边缘区域进行图形化，以形成贯穿所述压电层的至少一个第三凹槽，至少一个所述第三凹槽与所述纵向布拉格反射栅对应；其中，各所述第三凹槽与其相邻的压电层形成所述基于空气隙的横向反射栅。可选的，步骤S160还包括：在各所述第三凹槽内形成第三薄膜材料层，所述第三薄膜材料层与所述压电层的声阻抗不同；其中，各所述第三薄膜材料层与其相邻的压电层形成基于布拉格的横向反射栅。可选的，所述第一薄膜材料层为二氧化硅，所述第二薄膜材料层为氮化铝；和/或，所述第三薄膜材料层为二氧化硅层，所述压电层为氮化铝层。可选的，制备方法还包括在形成贯穿所述压电层的至少一个第三凹槽之后进行的下述步骤：图形化所述钝化层，形成贯穿所述钝化层的第一过孔，并在所述第一过孔内形成上电极引出线，所述上电极引出线与所述上电极电连接；图形化所述压电层，形成贯穿所述压电层的第二过孔，并在所述第二过孔内形成下电极引出线，所述下电极引出线与所述下电极电连接。可选的，制备方法还包括图形化所述压电层，形成贯穿所述压电层的第二过孔，并在所述第二过孔内形成下电极引出线之后进行的下述步骤：形成释放通道，所述释放通道均依次穿过所述压电堆叠结构延伸至与所述第一凹槽连通；向所述释放通道内提供XeF2刻蚀气体，刻蚀所述压电堆叠结构与所述第一凹槽之间的硅结构层，以使得所述第一凹槽与所述压电堆叠结构连通。本专利技术的第二方面，提供一种薄膜体声波谐振器，采用上述方法制备形成。本专利技术提供的薄膜体声波谐振器及其制备方法，分别在薄膜体声波谐振器的沿基板长度方向设置至少一组纵向布拉格反射栅，可以有效的减少纵向声波的损耗，在沿基板厚度方向相应设置至少一组横向反射栅，该横向反射栅具有两种结构，一种为基于空气隙的横向反射栅，另一种是基于布拉格的横向反射栅，这两种均可以有效减少横向声波的损耗。由于两个方向上设置的至少一组反射栅均具有两层层叠的薄膜材料层，且该薄膜材料层具有不同声阻抗，能够利用相邻薄膜材料层阻抗的差别反射声波，实现声波能量的最大利用，能够将期望模式返回有源区，有利于将声波能量限制在器件有效区域，实现能陷作用，可以进一步提高器件的Q值，从而使谐振器具有较高的频率稳定度。附图说明图1为本专利技术薄膜体声波谐振器的制备流程图；图2为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤1；图3为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤2；图4为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤3；图5为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤4；图6为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤5；图7为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤6；图8为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤7；图9为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤8；图10为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤9；图11为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤10；图12为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤11；图13为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤12；图14为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤13；图15为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤14；图16为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤15，其中(a)为基于空气隙的横向反射栅，(b)为基于布拉格的横向反射栅；图17为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤16，其中(a)为基于空气隙的横向反射栅，(b)为基于布拉格的横向反射栅；图18为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤17，其中(a)为基于空气隙的横向反射栅，(b)为基于布拉格的横向反射栅；图19为本专利技术实施例的制备工艺流程步骤18，其中(a)为基于空气隙的横向反射栅，(b)为基于布拉格的横向反射栅；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S110、提供第一基板和第二基板；S120、在所述第一基板上形成第一凹槽；S130、在所述第二基板上形成至少一组纵向布拉格反射栅，每组所述纵向布拉格反射栅均包括至少两层具有不同声阻抗的薄膜材料层；S140、将所述第二基板设置有所述纵向布拉格反射栅的一侧与所述第一基板设置有所述第一凹槽的一侧键合；S150、在所述第二基板背离所述第一基板的一侧形成压电堆叠结构，所述压电堆叠结构与所述纵向布拉格反射栅接触；S160、在所述压电堆叠结构的边缘区域形成至少一组横向反射栅，以完成所述薄膜体声波谐振器的制备。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S110、提供第一基板和第二基板；S120、在所述第一基板上形成第一凹槽；S130、在所述第二基板上形成至少一组纵向布拉格反射栅，每组所述纵向布拉格反射栅均包括至少两层具有不同声阻抗的薄膜材料层；S140、将所述第二基板设置有所述纵向布拉格反射栅的一侧与所述第一基板设置有所述第一凹槽的一侧键合；S150、在所述第二基板背离所述第一基板的一侧形成压电堆叠结构，所述压电堆叠结构与所述纵向布拉格反射栅接触；S160、在所述压电堆叠结构的边缘区域形成至少一组横向反射栅，以完成所述薄膜体声波谐振器的制备。2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器制备方法，其特征在于，所述第二基板包括体硅层以及依次设置在所述体硅层上的埋氧层和硅结构层；步骤S130具体包括：图形化所述硅结构层，以形成贯穿所述硅结构层的第二凹槽；在所述硅结构层表面与所述第二凹槽内均依次形成第一薄膜材料层和第二薄膜材料层，所述第一薄膜材料层和所述第二薄膜材料层具有不同的声阻抗；对所述硅结构层进行抛光处理，以除去位于所述硅结构层表面的第一薄膜材料层和第二薄膜材料层，并使所述硅结构层的表面与所述第二凹槽内的所述第二薄膜材料层的表面齐平，其中，位于所述第二凹槽内的所述第一薄膜材料层和所述第二薄膜材料层，形成所述纵向布拉格反射栅。3.根据权利要求2所述的薄膜体声波谐振器制备方法，其特征在于，在步骤S140之后，步骤S150之前还包括：S141、去除所述第二基板上的所述体硅层和所述埋氧层；步骤S150具体包括：在所述硅结构层背离所述第一基板的一侧形成所述压电堆叠结构。4.根据权利要求3所述的薄膜体声波谐振器制备方法，其特征在于，在所述硅结构层背离所述第一基板的一侧形成所述压电堆叠结构的步骤具体包括：形成下电极金属层，并图形化所述下电极金属层，以形成下电极，所述下电极至少部分覆盖所述第二薄膜材料层；形成压电层；形成上电极金属层；形成钝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树民，王国浩，汪泉，陈海龙，郑根林，其他发明人请求不公开姓名，
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