一种固态装配谐振器的结构及制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种固态装配谐振器及制作工艺，该固态装配谐振器包括衬底、形成在衬底上的声波反射层以及形成在声波反射层上的谐振功能层，谐振功能层包括依次层叠的底电极层、压电层和顶电极层，底电极层的周围形成有介质层，并且底电极层与介质层在声波反射层上形成平坦表面，压电层被设置在平坦表面上。制作工艺上，在绝对平坦的Si衬底上可生长绝对平坦的种子层，可以更好的获得C轴择优取向的压电层AlN薄膜，提高谐振器工作性能；在绝对平坦的种子层上生长压电层，使压电层具有非常平整的表面，保证应力一致性，保证机电耦合系数一致性；移除初始无定形态的压电层AlN，可以使压电层AlN薄膜获得优越的C轴取向，从而获得更好的器件性能和产品良率。

Structure and fabrication technology of a solid state assembled resonator

【技术实现步骤摘要】
一种固态装配谐振器的结构及制作工艺
本申请涉及通信器件领域，主要涉及一种固态装配谐振器的结构及制作工艺。
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需求日益增长。滤波器是射频前端模块之一，可改善发射和接收信号，主要由多个谐振器通过拓扑网络结构连接而成。BAW(BulkAcousticWave)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势而作为射频前端的核心器件。SMR(SolidlyMountedResonator)属BAW器件类型之一，基本结构是由声波反射层、顶电极、底电极和压电层。声波反射层是由声阻抗不匹配的金属与介质膜层交替堆积而成，各层理论厚度为λ/4。SMR上底电极施加高频电压时，压电层能实现电能与机械能的转化，此时机械能是以声波的形式存在。压电层以pistonmode(活塞模式)发生振动，纵波在谐振器的有效区域内传播，分别在顶电极与空气界面、底电极与反射层界面发生反射。有效区域的顶电极、压电层与底电极需具有良好的C轴择优取向，可降低声损耗，促使谐振器在工作频率下维持需要的振动模式。现有技术中固态装配谐振器的压电层需要经过溅镀、光刻与蚀刻工艺制成，因为底电极边缘会带有一定角度，后续压电层会顺着边缘带有角度的底电极生长与反射层(λ/4layer)接触，使得压电层不平坦，受应力影响难以获得良好C轴取向。另外蚀刻工艺会导致侧壁易损伤。本专利技术旨在设计一种固态装配谐振器结构，获得良好C轴择优取向的压电层、顶电极和底电极，或者平坦的压电层，以获得高性能、高品质因素的固态装配谐振器结构。
技术实现思路
针对上述提到的固态装配谐振器的压电层容易受应力影响，难以获得良好的C轴择优取向等问题。本申请提出了一种固态装配谐振器及制作工艺来解决上述存在的问题。在第一方面，本申请提出了一种固态装配谐振器，包括衬底、形成在衬底上的声波反射层以及形成在声波反射层上的谐振功能层，谐振功能层包括依次层叠的底电极层、压电层和顶电极层，底电极层的周围形成有介质层，并且底电极层与介质层在声波反射层上形成平坦表面，压电层被设置在平坦表面上。该固态装配谐振器上的压电层具有非常平整的表面，可以保证应力一致性和机电耦合系数一致性。在一些实施例中，声波反射层包括交替层叠的至少两组介质反射层和金属反射层的组合。谐振功能层通过压电层实现电能与机械能的转化，机械能以声波的形式存在，声波反射层具有高声阻抗和低声阻抗交替的特点，能够有效反射声波，避免声波能量的损失，使声波在有效谐振区中达到谐振的目的。在一些实施例中，衬底和底电极层靠近声波反射层的一侧设置有介质反射层。此时金属反射层夹在介质反射层中间，构成具有良好反射效果的声波反射层。在一些实施例中，声波反射层的周围设置有介质层。介质层将底电极层和声波反射层包围起来，用以保护底电极层和声波反射层。在一些实施例中，底电极层和顶电极层的材料为Mo、W、Al、Pt或Ru中的一种或多种材料复合而成。在压电层具有平整表面的前提下，底电极层和顶电极层可以选择除Mo以外的其他电极材料，对电极材料的选择限制性比较小，可以扩大电极材料的选择范围，降低成本。在第二方面，本申请还提出一种固态装配谐振器的制作工艺，包括以下步骤：S1，在第一衬底上制作压电层，然后在压电层上制作底电极层；S2，在底电极层上制作声波反射层；S3，在声波反射层上键合第二衬底；S4，移除第一衬底，以暴露压电层的背对底电极层的背面；以及S5，在压电层的背面上制作顶电极层。在一些实施例中，步骤S2具体包括以下子步骤：S21，在之前步骤形成的层上生长介质反射层，并且磨平介质反射层；S22，在介质反射层上制作金属反射层；S23，重复以上步骤S21-S22以形成交错叠加的至少两组的介质反射层和金属反射层的组合来构成声波反射层。谐振功能层通过压电层实现电能与机械能的转化，机械能以声波的形式存在。声波反射层具有高声阻抗和低声阻抗交替的特点，能够有效反射声波，避免声波能量的损失，使声波在有效谐振区中达到谐振的目的。在一些实施例中，步骤S3具体包括通过waferbonding工艺在声波反射层上键合第二衬底。waferbonding工艺成熟，便于键合第二衬底。在一些实施例中，步骤S1还包括在第一衬底和压电层之间制作种子层。种子层的存在有利于形成具有良好C轴择优取向的压电层、顶电极层和底电极层，减小电极材料的选择限制性。在一些实施例中，步骤S4具体包括通过研磨、化学机械抛光和trimming工艺去除第一衬底，移除种子层，并将压电层进行减薄。在绝对平坦的种子层上生长压电层，使压电层具有非常平整的表面，去除第一衬底和种子层，并将压电层trimming后获得具有平坦表面的压电层以保证应力一致性。在一些实施例中，压电层的材料为AlN，压电层trimming时将压电层中初始无定型态的AlN去掉。此步骤将无定形态压电层AlN去除，使整体的压电层具有更好的C轴取向、更好的压电性，提高谐振器工作性能。在一些实施例中，种子层包括通过溅镀或沉积形成的两层或多层材料组成。不同材料制备形成的种子层能够获得具有良好C轴择优取向的压电层，且能够提高电极材料的选择性，可降低生产成本。在一些实施例中，种子层包括靠近第一衬底的AlN层和位于AlN层上的Mo层。Mo层可以增强压电层的择优取向程度。在一些实施例中，种子层包括靠近第一衬底的Cr或Ir，Pt层以及位于Cr或Ir，Pt层上的Mo层。Mo为(1,1,0)晶面，可以增强后续膜层的C轴择优取向。在一些实施例中，种子层包括靠近第一衬底的SiC层以及位于SiC层上的AlN层。同样AlN层可以增强后续膜层的C轴择优取向。在一些实施例中，AlN层具有C轴取向的(0,0,0,2)晶面。可获得(1,1,0)晶面的Mo层。在一些实施例中，Mo层具有(1,1,0)晶面的体心立方结构。(1,1,0)晶面的Mo可以增强压电层AlN的(0,0,0,2)晶面的择优取向程度，可降低声损耗，促使谐振器在工作频率下维持需要的振动模式。在一些实施例中，底电极层和顶电极层为Mo、W、Al、Pt或Ru中的一种或多种材料复合而成。在压电层具有平整表面的前提下，底电极层和顶电极层可以选择除Mo以外的其他电极材料，对电极材料的选择限制性比较小，可以扩大电极材料的选择范围，降低成本。在一些实施例中，第一衬底和第二衬底的材料为Si。Si衬底便于谐振器的加工制作。本申请提出了一种固态装配谐振器及制作工艺，包括衬底、形成在衬底上的声波反射层以及形成在声波反射层上的谐振功能层，谐振功能层包括依次层叠的底电极层、压电层和顶电极层，底电极层的周围形成有介质层，并且底电极层与介质层在声波反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态装配谐振器，包括衬底、形成在所述衬底上的声波反射层以及形成在所述声波反射层上的谐振功能层，所述谐振功能层包括依次层叠的底电极层、压电层和顶电极层，其特征在于，所述底电极层的周围形成有介质层，并且所述底电极层与所述介质层在所述声波反射层上形成平坦表面，所述压电层被设置在所述平坦表面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种固态装配谐振器，包括衬底、形成在所述衬底上的声波反射层以及形成在所述声波反射层上的谐振功能层，所述谐振功能层包括依次层叠的底电极层、压电层和顶电极层，其特征在于，所述底电极层的周围形成有介质层，并且所述底电极层与所述介质层在所述声波反射层上形成平坦表面，所述压电层被设置在所述平坦表面上。


2.根据权利要求1所述的固态装配谐振器，其特征在于，所述声波反射层包括交替层叠的至少两组介质反射层和金属反射层的组合。


3.根据权利要求2所述的固态装配谐振器，其特征在于，所述衬底和所述底电极层靠近所述声波反射层的一侧设置有所述介质反射层。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的固态装配谐振器，其特征在于，所述声波反射层的周围设置有所述介质层。


5.根据权利要求1-3中任一项所述的固态装配谐振器，其特征在于，所述底电极层和所述顶电极层的材料为Mo、W、Al、Pt或Ru中的一种或多种材料复合而成。


6.一种固态装配谐振器的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在第一衬底上制作压电层，然后在所述压电层上制作底电极层；
S2，在所述底电极层上制作声波反射层；
S3，在所述声波反射层上键合第二衬底；
S4，移除所述第一衬底，以暴露所述压电层的背对所述底电极层的背面；以及
S5，在所述压电层的所述背面上制作顶电极层。


7.根据权利要求6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：
S21，在之前步骤形成的层上生长介质反射层，并且磨平所述介质反射层；
S22，在所述介质反射层上制作金属反射层；
S23，重复以上步骤S21-S22以形成交错叠加的至少两组的介质反射层和金属反射层的组合来构成所述声波反射层。


8.根据权利要求6所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤S3具体包括...

【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