一种薄膜体声波谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜体声波谐振器，包括从下至上依次分布的转移衬底、键合层、填平层、底电极、压电薄膜和顶电极；通过压电薄膜、底电极与顶电极第一层形成三明治结构，并在转移衬底上形成凹槽，使得底电极、键合层与转移衬底之间形成空气腔；通过空气腔可使得压电薄膜产生的体声波，并在底电极的表面发生全反射，从而被限制在顶电极第一层与底电极之间，实现谐振器功能；同时通过在顶电极第一层上设置顶电极第二层和顶电极第三层，分别用于优化薄膜声波谐振器的串联谐振点、并联谐振点，消除寄生效应，提高了品质因数。本发明专利技术还公开了一种薄膜体声波谐振器的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波谐振器及其制备方法
本专利技术涉及声波谐振器，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器及制备方法。
技术介绍
随着现代无线通信技术向着高频、高速的方向发展，对射频通信常用的前端滤波器提高了更高的要求。在工作频率不断提高的同时，对器件体积、使用性能、稳定性和集成性也有了更高的要求，过去使用的声表面波滤波器(SurfaceAcousticWave，SAW)由于其体积偏大、工艺兼容和工作频段等的问题，已经不能够满足高频通信的需求。而薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，FBAR)是一种新型滤波器，相对于声表面滤波器不仅体积小、功率容量大、可继承、工作频段高等特点，还拥有更好的带外抑制和插入损耗，在目前的5G通信中有很广的使用。一般来说，薄膜体声波谐振器的结构主要包括横膈膜型、空气隙型和固态装配型三种，均为“电极-压电薄膜-电极”的三明治结构，其原理是利用压电薄膜的压电特性，当在电极施加交流电压时，压电效应使电能转换为机械能，使压电薄膜发生机械形变，从而在压电薄膜体内激励出体声波；当提升波传输到压电薄膜与电极的表面时，由于电极外普通声学层的作用，声波会被反射回来，因而将体声波限制在两电极之间。因此，为了减少声波的损失，尽量使得体声波全反射。而空气的声阻抗可以认为近似为零，因此制作时要使顶电极和底电极的表面与空气接触，由于顶电极是与空气接触的，而底电极生长在衬底上，很难在制作工艺中使得底电极的表面与空气接触，同时还要保证机械强度而不影响薄膜声波谐振器的结构。另外，在薄膜体声波谐振器的生产工艺过程中，由于寄生效应的存在，会产生寄生电容并在生产工艺流程中对薄膜体声波谐振器的核心部件造成损坏，进而使生产的薄膜体声波谐振器的品质因数低下；同时还会将寄生电容残留在薄膜体声波谐振器中，使得在后续集成电路中使用时往往会造成很大的能量损害。为了改善主流工艺存在上述的问题，现有技术中一般只是在顶电极上添加一层调节层来减少寄生电容，进而提高品质因数。但是，在生产工艺过程中仍然存在寄生电容，同时单层调节层的结构对于串联谐振点的优化作用较为明显，但对于并联谐振点的优化并不明显，并不能够很好地提高品质因数。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种薄膜声波谐振器，其能够解决现有技术中薄膜体声波谐振器结构复杂、不稳定等等问题。本专利技术的目的之二在于提供一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其能够解决现有技术中薄膜体声波谐振器的生产工艺存在品质因数低下的问题。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种薄膜体声波谐振器，所述薄膜体声波谐振器包括从下至上依次分布的转移衬底、键合层、填平层、底电极、压电薄膜和顶电极；所述顶电极包括从下至上依次分布的顶电极第一层、顶电极第二层和顶电极第三层；所述压电薄膜位于底电极与顶电极第一层之间，使得顶电极第一层、压电薄膜和底电极之间形成三明治结构，同时顶电极第一层与底电极上下相对设置；所述转移衬底包括位于转移衬底中部的凹槽和围绕于凹槽设置的环状突起；所述键合层位于所述环状突起的上方；所述填平层设于键合层上方，并环绕所述底电极进行设置，使得底电极、键合层与转移衬底之间形成空气腔；当薄膜声波谐振器的顶电极通电后，压电薄膜产生形变并激励出体声波，并且当所述体声波传输到压电薄膜与底电极之间时，由于空气腔的存在，所述体声波在底电极的表面发生全反射，并被限制在顶电极第一层与底电极之间；通过所述顶电极第二层的电磁感应效应优化所述薄膜声波谐振器的串联谐振点，使得串联谐振点处的波纹平滑、杂波得到抑制；通过所述顶电极第三层的电磁感应效用优化所述薄膜声波谐振器的并联谐振点，使得并联谐振点处的波纹平滑、杂波得到抑制。进一步地，所述转移衬底由单晶高阻硅组成；所述键合层由二氧化硅组成。进一步地，所述转移衬底的凹槽的深度为500nm～3um；所述键合层的厚度为400nm～5um；所述空气腔的深度为900nm～8um。进一步地，所述压电薄膜由AIN、ZNO和PZT中的一种或多种组成；压电薄膜的厚度为200nm～3um。。进一步地，底电极和顶电极均为金属电极；所述金属电极由Pt、Mo、W、Ti和Au中的一种或多种组成；底电极的厚度为50nm～500nm。进一步地，顶电极第一层的厚度为50nm～500nm、顶电极第二层的厚度为150nm～400nm、顶电极第三层的厚度为150nm～400nm。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种如本专利技术目的之一采用的薄膜体声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：步骤(1)选用一单晶硅片作为外延衬底，并在所述外延衬底上生长一层压电薄膜；步骤(2)在所述压电薄膜的第一表面上生长底电极，并通过蚀刻法获取底电极的形状；步骤(3)在所述压电薄膜的第一表面以及底电极上生长一层二氧化硅，作为填平层，并采用蚀刻法除去覆盖在底电极上的部分，同时保证填平层与底电极的厚度相同，生成第一晶圆；步骤(4)选一转移衬底并在所述转移衬底的中部蚀刻一凹槽，使得转移衬底的周缘形成环状突起，并在所述环状突起上生长一层二氧化硅作为键合层，同时在所述键合层的表面做活化处理，生成第二晶圆；步骤(5)将第二晶圆的键合层和第一晶圆的填平层对准进行键合，使得第一晶圆固定于第二晶圆的上方固定，并使得所述压电薄膜实现转移，使得键合层、底电极、转移衬底之间形成空气腔；步骤(6)将所述外延衬底与所述压电薄膜分离；步骤(7)在所述压电薄膜的第二表面上依次沉积顶电极第一层、顶电极第二层、顶电极第三层，并使得顶电极第一层与底电极上下相对设置；同时保证顶电极第一层、压电薄膜和底电极形成三明治结构。进一步地，所述步骤(1)包括通过物理气相沉积、金属有机物化学气相沉积、脉冲激光沉积中的任意一种方法在外延衬底上生成一层压电薄膜。进一步地，所述步骤(4)包括：通过将转移衬底置于感应耦合等离子体刻蚀机设备中进行刻蚀而形成凹槽；以及通过将转移衬底置于感应耦合等离子体刻蚀机射中对键合层进行表面活化处理。进一步地，所述步骤(6)包括：通过机械减薄工艺、化学抛光工艺和化学腐蚀工艺中的任意一种或多种方法将外延衬底与压电薄膜分离。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过在三层顶电极的结构，通过顶电极第一层、压电薄膜和底电极构成谐振器；通过顶电极第二层、顶电极第三层，并借助顶电极第二层以及顶电极第三层的电磁感应效应，来优化薄膜声波谐振器的串联谐振点、使串联谐振点处波纹平滑、杂波得到抑制，以及优化薄膜声波谐振器的并联谐振点、使并联谐振点处波纹平滑、杂波得到抑制，进而减少寄生效应，提高薄膜声波谐振器的品质因数。附图说明图1为本专利技术提供的薄膜声波谐振器的竖向剖面的结构示意图；图2为图1中的底电极的横截面的示意图；图3为图1中顶电极的横截面的示意图。图中：101、转移衬底；102、键合层；103、填平层；10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述薄膜体声波谐振器包括从下至上依次分布的转移衬底、键合层、填平层、底电极、压电薄膜和顶电极；所述顶电极包括从下至上依次分布的顶电极第一层、顶电极第二层和顶电极第三层；/n所述压电薄膜位于底电极与顶电极第一层之间，使得顶电极第一层、压电薄膜和底电极之间形成三明治结构，同时顶电极第一层与底电极上下相对设置；/n所述转移衬底包括位于转移衬底中部的凹槽和围绕于凹槽设置的环状突起；所述键合层位于所述环状突起的上方；所述填平层设于键合层上方，并环绕所述底电极进行设置，使得底电极、键合层与转移衬底之间形成空气腔；当薄膜声波谐振器的顶电极通电后，压电薄膜产生形变并激励出体声波，并且当所述体声波传输到压电薄膜与底电极之间时，由于空气腔的存在，所述体声波在底电极的表面发生全反射，并被限制在顶电极第一层与底电极之间；/n通过所述顶电极第二层的电磁感应效应优化所述薄膜声波谐振器的串联谐振点，使得串联谐振点处的波纹平滑、杂波得到抑制；通过所述顶电极第三层的电磁感应效用优化所述薄膜声波谐振器的并联谐振点，使得并联谐振点处的波纹平滑、杂波得到抑制。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述薄膜体声波谐振器包括从下至上依次分布的转移衬底、键合层、填平层、底电极、压电薄膜和顶电极；所述顶电极包括从下至上依次分布的顶电极第一层、顶电极第二层和顶电极第三层；
所述压电薄膜位于底电极与顶电极第一层之间，使得顶电极第一层、压电薄膜和底电极之间形成三明治结构，同时顶电极第一层与底电极上下相对设置；
所述转移衬底包括位于转移衬底中部的凹槽和围绕于凹槽设置的环状突起；所述键合层位于所述环状突起的上方；所述填平层设于键合层上方，并环绕所述底电极进行设置，使得底电极、键合层与转移衬底之间形成空气腔；当薄膜声波谐振器的顶电极通电后，压电薄膜产生形变并激励出体声波，并且当所述体声波传输到压电薄膜与底电极之间时，由于空气腔的存在，所述体声波在底电极的表面发生全反射，并被限制在顶电极第一层与底电极之间；
通过所述顶电极第二层的电磁感应效应优化所述薄膜声波谐振器的串联谐振点，使得串联谐振点处的波纹平滑、杂波得到抑制；通过所述顶电极第三层的电磁感应效用优化所述薄膜声波谐振器的并联谐振点，使得并联谐振点处的波纹平滑、杂波得到抑制。


2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述转移衬底由单晶高阻硅组成；所述键合层由二氧化硅组成。


3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述转移衬底的凹槽的深度为500nm～3um；所述键合层的厚度为400nm～5um；所述空气腔的深度为900nm～8um。


4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电薄膜由AIN、ZNO和PZT中的一种或多种组成；压电薄膜的厚度为200nm～3um。


5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，底电极和顶电极均为金属电极；所述金属电极由Pt、Mo、W、Ti和Au中的一种或多种组成；底电极的厚度为50nm～500nm。


6.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，顶电极第一层的厚度为50nm～500nm、顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44