本发明专利技术公开了一种体声波谐振器的顶电极结构及制作工艺，制备设置有空腔的衬底，在衬底上依次制作覆盖空腔的底电极层和压电层；在压电层上制作介质隔离层，使介质隔离层覆盖于压电层顶部的部分上表面；以及在介质隔离层和压电层上制作顶电极层，顶电极层覆盖在介质隔离层上，并且至少有一边延伸到空腔在压电层上的投影区域的边缘。介质隔离层作为增加器件层应力变化时的缓冲，增强机械可靠性，还可以减少射频信号的寄生、反射横波。质量负载层能够在顶电极层的边缘形成声阻抗的突变，增大并联谐振器阻抗，可以大大削弱寄生谐振，减少伪谐振，达到提高Q值的目的。
Top electrode structure and fabrication technology of a bulk acoustic resonator
【技术实现步骤摘要】
一种体声波谐振器的顶电极结构及制作工艺
本申请涉及通信器件领域，主要涉及一种体声波谐振器的顶电极结构及制作工艺。
技术介绍
随着电磁频谱的日益拥挤、无线通讯设备的频段与功能增多，无线通讯使用的电磁频谱从500MHz到5GHz以上高速增长，也对性能高、成本低、功耗低、体积小的射频前端模块的需求日益增多。滤波器是射频前端模块之一，主要由多个谐振器通过拓扑网络结构连接而成，可改善发射和接收信号。Fbar(Thinfilmbulkacousticresonator)是一种体声波谐振器，由它组成的滤波器具有体积小、集成能力强、高频工作时保证高品质因素Q、功率承受能力强等优点而作为射频前端的核心器件。Fbar的基本结构是上下电极和夹在上下电极间的压电层。压电层可实现电能与机械能的转化。当Fbar的上下电极施加电场时，压电层产生机械能，这些机械能是以声波的形式存在。声波可分为横波和纵波，Fbar需要的是沿压电层Z轴方向传播的纵波，而不是带走谐振器能量使品质因素Q值减弱的横波。横波的产生几乎无法避免，现有技术中采用上电极和空气腔达到很大的声阻抗比，使横波更容易反射回谐振器的谐振区域。但是现有技术中的体声波谐振器结构比较复杂，机械可靠性不好。因此，本专利技术旨在设计改进的谐振器顶电极结构，从而解决了谐振器谐振区域的横波带走能量导致的不良影响，改善了顶电极层应力，提高谐振器Q值。
技术实现思路
针对上述提到的体声波谐振器谐振区域的横波容易被带走能量导致的不良影响，顶电极层膜层应力等问题。本申请提出了一种体声波谐振器的顶电极制作工艺及体声波谐振器来解决上述存在的问题。在第一方面，本申请提出了一种体声波谐振器的顶电极制作工艺，包括以下步骤：S1，制备设置有空腔的衬底，在衬底上依次制作覆盖空腔的底电极层和压电层；S2，在压电层上制作介质隔离层，使介质隔离层覆盖于压电层顶部的部分上表面；以及S3，在介质隔离层和压电层上制作顶电极层，顶电极层覆盖在介质隔离层上，并且至少有一边延伸到空腔在压电层上的投影区域的边缘。通过顶电极层材料和介质隔离层材料的声阻抗不匹配，可以将横波困在谐振器的谐振区域内，避免横波带走谐振器能量，改善顶电极层应力问题，减少射频信号的寄生，增强器件的机械可靠性。在一些实施例中，S2包括以下子步骤：S21，在压电层上无需布置介质隔离层的区域制作掩膜；S22，通过旋涂、曝光和显影工艺制作介质隔离层；以及S23，去除掩膜。掩膜可以用来保护压电层材料不被显影液腐蚀。在一些实施例中，在介质隔离层上制作第二掩膜以保护介质隔离层。第二掩膜可以保证介质隔离层的稳定性。在一些实施例中，步骤S2具体包括以下子步骤：在压电层上制作掩膜；通过旋涂、曝光和显影工艺在掩膜上制作介质隔离层；以及通过蚀刻工艺去除未施加介质隔离层的区域的掩膜。在压电层上制作掩膜同样可以保护压电层材料不被显影液腐蚀。在一些实施例中，掩膜的厚度为10-20nm。掩膜的厚度根据器件加工的条件可以进行调整。在一些实施例中，还包括以下步骤：S4，通过沉积在介质隔离层上制作阻挡层；S5，在阻挡层上制作第二隔离层；S6，在顶电极层上制作第二质量负载层；以及S7，将第二隔离层刻蚀掉。阻挡层可以保证介质隔离层的稳定性，第二质量负载层可以大幅提高谐振器的Q值，能够在顶电极层的边缘形成声阻抗的突变，增大并联谐振的阻抗，可以大大削弱串联谐振频率以下的寄生谐振，减少伪谐振，达到提高Q值的目的。在一些实施例中，S6中第二质量负载层在顶电极层上延伸至第二隔离层。第二质量负载层可以反射横波，抑制寄生谐振，使并联谐振阻抗上升，增大Q值。在一些实施例中，底电极层和顶电极层在垂直于衬底方向上的形状为直线和弧线形成的封闭不规则形状。在此形状下的底电极层和顶电极层可以有效抑制串联谐振频率以上的寄生谐振，并提高器件的Q值。在一些实施例中，步骤S2还包括对介质隔离层进行烘烤。对介质隔离层烘烤后使介质隔离层固化。在一些实施例中，介质隔离层的材料包括PI材料，介质隔离层的烘烤温度设定为200-250℃。PI材料对温度和频率的变化不敏感，介电常数和介电损耗较低，可靠性和稳定性非常好，在工业上易于加工固化成型。在一些实施例中，S2还包括以下步骤：利用光刻或蚀刻工艺调整介质隔离层的边缘。因此可以调整介质隔离层边缘形貌，改善顶电极层的应力问题，增强器件的机械可靠性。在一些实施例中，介质隔离层的上表面的高度接近压电层的上表面。此时介质隔离层的上表面与压电层的上表面几乎在同一水平面，介质隔离层不完全覆盖空腔上部的压电层，而是与顶电极层部分重合，利用顶电极层材料与介质隔离层材料的声阻抗不匹配，能够有效反射横波并将横波困在谐振区域内。第二方面，本申请提出了一种薄膜体声波谐振器，包括依次设置在具有空腔的衬底上的底电极层、压电层和顶电极层，并且还包括介质隔离层，介质隔离层被设置在压电层和顶电极层之间，并且覆盖在压电层顶部的部分上表面，顶电极层覆盖在介质隔离层上方，并且至少有一边延伸到空腔垂直于压电层的投影区域的边缘。在一些实施例中，谐振器还包括设置在介质隔离层与压电层之间的掩膜。掩膜可以用来保护压电层材料不被显影液腐蚀。在一些实施例中，谐振器还包括设置在介质隔离层上并且延伸到介质隔离层与顶电极层之间的第二掩膜。此时第二掩膜可以保证介质隔离层的稳定性。在一些实施例中，谐振器还包括设置在介质隔离层上方的暴露于外部的区域上的阻挡层。阻挡层可以保护介质隔离层，保证介质隔离层的稳定性。在一些实施例中，谐振器还包括设置在顶电极层上并且延伸到顶电极层之外的第二质量负载层。质量负载层可以反射横波，抑制串联谐振频率以下的寄生谐振，使并联谐振阻抗上升。在一些实施例中，底电极层和顶电极层在垂直于衬底方向上的形状为直线和弧线形成的封闭不规则形状。在此形状下的底电极层和顶电极层可以有效抑制串联谐振频率以上的寄生谐振，并提高器件的Q值。在一些实施例中，介质隔离层的材料包括PI材料。因此介质隔离层的材料和顶电极层的材料声阻抗不匹配，能够将横波反射到谐振区域内。本申请基于声波从一种材料传播到另一种声阻抗不匹配的材料将发生反射的原理，提出了一种体声波谐振器的顶电极结构及制作工艺，在压电层上制作介质隔离层，使介质隔离层覆盖于压电层顶部的部分上表面；并且在介质隔离层和压电层上制作顶电极层，使顶电极层覆盖在介质隔离层上，并且至少有一边延伸到空腔在压电层上的投影区域的边缘。通过顶电极层和介质隔离层的材料声阻抗不匹配，将即将传出的横波反射回谐振器的谐振区域并困在谐振区域内，也可以改善顶电极膜层应力，从而提高Q值。并且在介质隔离层与压电层之间制作掩膜可以保护压电层材料不被显影液腐蚀，在介质隔离层上制作第二掩膜以保证介质隔离层的稳定性，介质隔离层作为增加器件层应力变化时的缓冲，增强机械可靠性，还可以减少射频信号的寄生、反射横波。质量负载层能够在顶电极层的边缘形成声阻本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种体声波谐振器的顶电极制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，制备设置有空腔的衬底，在所述衬底上依次制作覆盖所述空腔的底电极层和压电层；/nS2，在所述压电层上制作介质隔离层，使所述介质隔离层覆盖于所述压电层顶部的部分上表面；以及/nS3，在所述介质隔离层和所述压电层上制作所述顶电极层，所述顶电极层覆盖在所述介质隔离层上，并且至少有一边延伸到所述空腔在所述压电层上的投影区域的边缘。/n
【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器的顶电极制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制备设置有空腔的衬底，在所述衬底上依次制作覆盖所述空腔的底电极层和压电层；
S2，在所述压电层上制作介质隔离层，使所述介质隔离层覆盖于所述压电层顶部的部分上表面；以及
S3，在所述介质隔离层和所述压电层上制作所述顶电极层，所述顶电极层覆盖在所述介质隔离层上，并且至少有一边延伸到所述空腔在所述压电层上的投影区域的边缘。
2.根据权利要求1所述的制作工艺，其特征在于，所述S2包括以下子步骤：
S21，在所述压电层上无需布置所述介质隔离层的区域制作掩膜；
S22，通过旋涂、曝光和显影工艺制作所述介质隔离层；以及
S23，去除所述掩膜。
3.根据权利要求2所述的制作工艺，其特征在于，在所述介质隔离层上制作第二掩膜以保护所述介质隔离层。
4.根据权利要求1所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下子步骤：
在所述压电层上制作掩膜；
通过旋涂、曝光和显影工艺在所述掩膜上制作介质隔离层；以及
通过蚀刻工艺去除未施加所述介质隔离层的区域的掩膜。
5.根据权利要求4所述的制作工艺，其特征在于，所述掩膜的厚度为10-20nm。
6.根据权利要求1所述的制作工艺，其特征在于，还包括以下步骤：
S4，通过沉积在所述介质隔离层上制作阻挡层；
S5，在所述阻挡层上制作第二隔离层；
S6，在所述顶电极层上制作第二质量负载层；以及
S7，将所述第二隔离层刻蚀掉。
7.根据权利要求6所述的制作工艺，其特征在于，所述S6中所述第二质量负载层在所述顶电极层上延伸至所述第二隔离层。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制作工艺，其特征在于，所述底电极层和顶电极层在映射到所述衬底上的轮廓形状为由直线和弧线连接而成的封闭不规则形状。
9.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：李林萍，盛荆浩，江舟，
申请(专利权)人：杭州见闻录科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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