一种利用射频电感优化单晶薄膜体声波谐振器滤波器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用射频电感优化单晶薄膜体声波谐振器滤波器及其制备方法。所述滤波器包括外延衬底、底电极、压电薄膜、顶电极、保护层、电学连接通孔、电极连接微带线及射频电感平面金属线段。所述滤波器包括具有三明治结构的谐振器单元、射频电感部件。所述谐振器单元为硅背刻蚀型FBAR谐振器，采用单晶AlN压电层作为声学震荡层，采用该制备方法得到的FBAR滤波器有效提高了带外抑制、减小带内波纹，简化FBAR滤波器制备过程且降低器件制备成本提高产品性能。

【技术实现步骤摘要】
一种利用射频电感优化单晶薄膜体声波谐振器滤波器及其制备方法
本专利技术涉及薄膜体声波谐振器
与MEMS微机械加工领域，具体涉及一种利用射频电感优化单晶薄膜体声波谐振器滤波器及其制备方法。
技术介绍
随着5G技术的普及与发展，通信领域迎来又一次高速增长时期。相应的技术升级，器件更新换代也接踵而至。继4G时代主流SAW声表面波器件，BAW体声波器件也逐渐进入人们视线。作为射频信号前端处理的关键元件，FBAR被称为薄膜体声波器件，是BAW器件中目前应用最广泛最有发展前景的一员。FBAR体声波滤波器件拥有适用频率高，品质因数高，加工难度相对较低的优点。目前主流的FBAR体声波滤波器件主要分为三种结构：硅背刻蚀型、空气腔型以及固体装配型。其中硅背刻蚀型具有加工难度低，品质因数高等优势，将在未来5G滤波领域扮演重要角色。主流的FBAR滤波器制备方法是将多个FBAR谐振器进行串联与并联形成拓扑结构，但是这种方式在制备高频滤波器件特别是在5GHz以上时，存在插入损耗大，带外抑制差等问题。如何通过易于加工制备的射频电感部件协调带内插入损耗与带外抑制的关系是制备性能优越的FBAR滤波器的关键所在。现有利用MBVD模型仿真制备高性能AlN体声波滤波器的研究（李丽,郑升灵,王胜福,李丰,李宏军.高性能AlN薄膜体声波谐振器的研究[J].半导体技术,2013,38(06):448-452.）。而本专利技术则是通过射频电感增强体声波滤波器的带外抑制的性能。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种利用射频电感优化单晶薄膜体声波谐振器滤波器及其制备方法。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。基于此，本专利技术的目的在于提出一种利用射频电感优化单晶薄膜体声波谐振器滤波器及其制备方法。采用该制备方法的FBAR相比于传统的FBAR制备工艺，能够提高FBAR滤波器的带外抑制并同时减低带内的插入损耗，在四阶FBAR滤波器中能够在不影响带内插损的情况下将带外抑制提高10dB。本专利技术的目的是通过以下技术方案之一实现的。本专利技术提供的利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，包括基板、压电体声波谐振器、射频耦合电感元件及周围补偿电路。所述压电体声波谐振器包括两个串联单晶薄膜体声波谐振器以及所述两个并联单晶薄膜体声波谐振器。所述射频耦合电感元件连接所述体声波谐振器所述射频电感位于并联体声波谐振器与电学地平面之间。所述射频耦合电感元件包括第一射频电感元件以及第二射频电感元件；所述第一射频电感元件包括片上螺旋线式电感结构，螺旋线式电感结构包括所述电感电极与所述第一并联单晶薄膜体声波谐振器顶电极，所述平铺金属螺旋导线以及所述周围介质。所述第一射频电感元件包括电感元件通路；所述电感元件通路包括所述上电极与所述第二并联单晶薄膜体声波谐振器顶电极相连，所述平铺金属螺旋导线层以及所述相关介质。本专利技术提供的一种利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，包括外延衬底、底电极、压电薄膜、顶电极、保护层、电学连接通孔、电极连接微带线及射频电感平面金属线段；所述外延衬底与底电极连接；所述底电极与压电薄膜连接；所述压电薄膜与顶电极连接；所述顶电极与保护层连接；所述保护层上设有电学连接通孔；所述电学连接通孔与顶电极连接；所述射频电感平面金属线段通过电极连接微带线与电学连接通孔连接；所述外延衬底的底面向内凹陷，裸露出底电极的中部。进一步地，所述外延衬底为单晶硅晶圆或GaN抛光晶圆。进一步地，所述底电极的厚度为30nm~1μm；所述底电极为Mo、Ti、Cu、Al、Au、Ag中的一种；所述底电极的数量为2个；从俯视角度看，所述底电极为各边不相互平行的五边形。进一步地，所述压电薄膜为AlN压电层；所述压电薄膜的厚度为100nm-2μm；所述压电薄膜将两个底电极分隔开。优选地，在压电薄膜的非工作区域（除顶电极之外的区域）制备平面螺旋式射频电感金属线段。进一步地，所述顶电极为金属电极；所述顶电极为Mo、Ti、Cu、Al、Au、Ag中的一种；所述顶电极的厚度为30nm~1μm；所述顶电极的数量为2个。进一步地，所述保护层为SiO2；所述保护层的厚度为0.3μm-3μm。优选地，所述保护层的厚度为2.3μm。进一步地，所述保护层上设有2个电学连接通孔；这两个电学连接通孔分别与两个顶电极连接；所述射频电感平面金属线段设有两个；这两个射频电感平面金属线段分别通过电极连接微带线与两个顶电极连接，两个射频电感平面金属线段之间的间隔为50nm-3μm。进一步地，所述射频电感平面金属线段为金属螺旋导线；所述射频电感平面金属线段为Mo、Pt、Ti、Au中的一种；所述射频电感平面金属线段的厚度为100nm-2μm；所述射频电感平面金属线段的宽度为30nm-1μm。优选地，保护层的厚度为0.3μm-3μm；顶电极和底电极的厚度为30nm-1μm。本专利技术提供一种制备所述的利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器的方法，具体包括如下步骤：（1）通过标准酸洗与有机清洗，使衬底表面光滑；（2）在步骤（1）所述衬底上，利用蒸镀、PVD磁控溅射、ALD等工艺沉积厚度为30nm~1μm的Mo、Ti、Cu、Al、Au、Ag等金属作为底电极（体声波谐振器底电极）；（3）在所述晶圆上利用MEMS图形化技术，制备具有所述特殊各边不相互平行的五边形形状底电极；通过PECVD或者PLD或者ALD或者PVD等方式在底电极和衬底上沉积一层厚度为100nm-2μm的压电薄膜（AlN压电层）；其中所述AlN压电层可通过掺杂、离子注入方式提升其压电耦合系数；（4）在步骤（3）所述压电薄膜（AlN压电层）上溅射或蒸镀顶电极（体声波谐振器金属顶电极）；利用光刻、湿法或者干法刻蚀的方法对所述体声波谐振器顶电极进行图形化处理得到所述特殊图形的顶电极；（5）在所述压电薄膜和顶电极（体声波谐振器金属顶电极）上利用PECVD等方法生长保护层（SiO2保护层）；（6）在所述衬底的底面进行深硅刻蚀，去除底电极（体声波谐振器金属电极）下方的衬底，使底电极的中部裸露；（7）在保护层上利用光刻技术以及干法刻蚀方法刻蚀电学连接通孔（共有两个，一个为第一射频电感电极与第一并联体声波谐振器顶电极的连接通孔、另一个为第二射频电感电极与第二并联体声波谐振器顶电极的连接通孔），通孔可采用ICP工艺进行干法刻蚀；使电学连接通孔与顶电极连接；（8）在保护层上制备射频电感平面金属线段（共有两个，分别为第一平面螺旋式射频电感金属线段和第二平面螺旋式射频电感金属线段）；然后将射频电感平面金属线段通过电极连接微带线与顶电极连接，得到所述利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器。进一步地，步骤（2）中，沉积底电极的方法包括磁控溅射；步骤（3）中，沉积压电薄膜的方法包括PVD、MOCVD、PLD、ALD中一种以上；步骤（4）中，溅射顶电极的方法包括磁控溅射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，其特征在于，包括外延衬底（101）、底电极（102）、压电薄膜（103）、顶电极（104）、保护层（105）、电学连接通孔（106）、电极连接微带线（107）及射频电感平面金属线段（108）；所述外延衬底（101）与底电极（102）连接；所述底电极（102）与压电薄膜（103）连接；所述压电薄膜（103）与顶电极（104）连接；所述顶电极（104）与保护层（105）连接；所述保护层（105）上设有电学连接通孔（106）；所述电学连接通孔（106）与顶电极（104）连接；所述射频电感平面金属线段（108）通过电极连接微带线（107）与电学连接通孔（106）连接；所述外延衬底（101）的底面向内凹陷，裸露出底电极（102）的中部。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，其特征在于，包括外延衬底（101）、底电极（102）、压电薄膜（103）、顶电极（104）、保护层（105）、电学连接通孔（106）、电极连接微带线（107）及射频电感平面金属线段（108）；所述外延衬底（101）与底电极（102）连接；所述底电极（102）与压电薄膜（103）连接；所述压电薄膜（103）与顶电极（104）连接；所述顶电极（104）与保护层（105）连接；所述保护层（105）上设有电学连接通孔（106）；所述电学连接通孔（106）与顶电极（104）连接；所述射频电感平面金属线段（108）通过电极连接微带线（107）与电学连接通孔（106）连接；所述外延衬底（101）的底面向内凹陷，裸露出底电极（102）的中部。


2.根据权利要求1所述的利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，其特征在于，所述外延衬底（101）为单晶硅晶圆或GaN抛光晶圆。


3.根据权利要求1所述的利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，其特征在于，所述底电极（102）的厚度为30nm-1μm；所述底电极（102）为Mo、Ti、Cu、Al、Au、Ag中的一种；所述底电极（102）的数量为2个；从俯视角度看，所述底电极（102）为各边不相互平行的五边形。


4.根据权利要求1所述的利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，其特征在于，所述压电薄膜（103）为AlN压电层；所述压电薄膜（103）的厚度为100nm-2μm；所述压电薄膜（103）将两个底电极（102）分隔开。


5.根据权利要求1所述的利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，其特征在于，所述顶电极（104）为金属电极；所述顶电极（104）为Mo、Ti、Cu、Al、Au、Ag中的一种；所述顶电极（104）的厚度为30nm~1μm；所述顶电极（102）的数量为2个。


6.根据权利要求1所述的利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，其特征在于，所述保护层（105）为SiO2；所述保护层（105）的厚度为0.3-3μm。


7.根据权利要求1所述的利用射频电感优化的单晶薄膜体声波谐振器滤波器，其特征在于，所述保护层（105）上设有2个电学...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，张铁林，刘红斌，衣新燕，刘鑫尧，赵利帅，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44