薄膜体声波谐振器制造技术

本实用新型专利技术提供一种薄膜体声波谐振器，包括：衬底、阻挡层、基底层、诱导层、第一电极层、压电层、第二电极层、空气隙；所述阻挡层形成于衬底的一个表面，衬底的该表面设有下凹腔；基底层设置在衬底的所述一个表面，基底层下的衬底下凹腔形成空气隙；诱导层生长在基底层上；在诱导层上自下往上依次生长有第二电极层、压电层和第一电极层。第一电极层和第二电极层的材料选取为Mo。压电层的材料选取为AlN，厚度选取为谐振频率对应声波波长的二分之一。本实用新型专利技术能够提高结构的机械强度和功率容量，满足更高频率的应用。

【技术实现步骤摘要】
薄膜体声波谐振器
本技术涉及一种用于电子电路的薄膜体声波滤波器，尤其是一种薄膜体声波谐振器。
技术介绍
降低电子设备成本和规模是小型设备对电子器件的持续需求。消费类产品，如手机等便携式联网产品，将严重限制了其内部器件的尺寸和成本。基于五代通信系统高频化、宽带化等特点，射频滤波器需要满足更高的要求。因此，提高射频滤波器的生产成品率和降低射频滤波器的生产成本都是一直不断需要研究与改进的。射频滤波器中的重要一类就是体声波滤波器。这种滤波器功能的实现是基于体声波谐振器的。这种体声波谐振器使用压电薄膜材料，被夹在两层金属电极之间，形成一个电极-压电材料-电极的三明治结构。中间的压电材料在静电作用下将转换电能为机械能声波，声波沿电场方向和反向纵向传播，并形成机械谐振。因此可以达到滤波功能。一般采取的方法是在上下电极表面与空气构成交界面，将声波限制与压电振荡堆之内，减少能量耗散。薄膜体声波谐振器有高Q值，温度系数小，体积小，可集成化等优点。基本的薄膜体声波谐振器由一层压电材料和其上下两电极组成。第五代通信技术的研究发展中，通信频率向高频发展，谐振器器件的结构厚度越来越薄，功率容量减小，机械强度降低。对于现有的薄膜体声波谐振器；第一种结构采取的工艺为硅反面刻蚀，即在硅衬底的背面进行湿法刻蚀，去除硅衬底的大部分结构，形成一个空气腔，以形成悬空的三明治结构。这种工艺的结构非常脆弱，极易破碎，一般需要在淀积下电极之前先生长一层Si3N4层，以其低应力特性增加薄膜强度。此外，背部刻蚀使用KOH等湿蚀刻剂完成，由于湿法刻蚀具有定向性，存在54度的坡度，严重限制了晶圆片的最终密度和FBAR的产量。第二种结构是在第一种结构上进行改进，通过体硅工艺在压电振荡堆与硅衬底之间形成一层较薄的空气隙，保留硅衬底结构，保证机械强度。这样的空气隙可以获得平整的压电层和较好的结构稳定性，这也是现在产品使用的主流结构之一。这种结构有着很好的Q值，其中刻蚀空气隙的工艺比较复杂，需要预先留下刻蚀孔洞。第三种结构被称作固态堆叠型（SolidlyMountedResonator,SMR），其结构是使用布拉格反射层代替空气隙结构。布拉格反射层可以在压电振荡堆底部产生大的声波阻抗，一般由高低声波阻抗的材料交叠制成，每一层的厚度都选取为材料谐振频率的四分之一波长。但是这种结构无法形成独立自由的薄膜，与空气隙结构的谐振器比较，Q值较低，且材料的不同组合与反射层层数都会改变反射层的性能，设计复杂。
技术实现思路
本技术提供一种薄膜体声波谐振器，目的是提高结构的机械强度和功率容量，满足更高频率的应用。本技术采用的技术方案是：一种薄膜体声波谐振器，包括：衬底、阻挡层、基底层、诱导层、第一电极层、压电层、第二电极层、空气隙；所述阻挡层形成于衬底的一个表面，衬底的该表面设有下凹腔；基底层设置在衬底的所述一个表面，基底层下的衬底下凹腔形成空气隙；诱导层生长在基底层上；在诱导层上自下往上依次生长有第二电极层、压电层和第一电极层。进一步地，第一电极层和第二电极层的材料选取为Mo。进一步地，压电层的材料选取为AlN，厚度选取为谐振频率对应声波波长的二分之一。进一步地，诱导层的材料选取为ALN，厚度小于或等于谐振频率对应声波波长的四分之一。进一步地，基底层的材料选取为单晶硅或多晶硅或非晶硅。进一步地，基底层的厚度范围为100埃-1500埃。本技术的优点：本技术提出的薄膜体声波谐振器，在经典三明治结构上，增加了一层AlN材料和支撑硅结构（基底层），使谐振器工作在谐振状态时不会因机械牢度问题而碎裂，同时增加了散热通路,提高了谐振器的功率容量,从而满足更高频率滤波器的应用。附图说明图1为现有的谐振器基本结构示意图。图2为本技术的结构示意图。具体实施方式下面结合具体附图和实施例对本技术作进一步说明。现有的薄膜体声波谐振器基本结构如图1所示，是一种三明治结构，第一电极层107和第二电极层105中间夹压电层106；在压电层106上建立电场，压电层的压电材料就会转换电能为机械能声波，声波沿电场方向和反向纵向传播，并形成机械谐振；这种结构是每个薄膜体声波谐振器的结构基础。本技术实施例提出的薄膜体声波谐振器，如图2所示，包括：衬底101、阻挡层102、基底层103、诱导层104、第一电极层107、压电层106、第二电极层105、空气隙108；所述阻挡层102形成于衬底101的一个表面，衬底101的该表面设有下凹腔；基底层103设置在衬底101的所述一个表面，基底层103下的衬底下凹腔形成空气隙108；诱导层104生长在基底层103上；在诱导层104上自下往上依次生长有第二电极层105、压电层106和第一电极层107；在一些实施例中，第一电极层107和第二电极层105的材料选取为Mo；压电层106的材料选取为AlN，厚度选取为谐振频率对应声波波长的二分之一；形成三明治结构，实现电能转换为机械波声波的转换；在一些实施例中，诱导层104的材料选取为ALN，厚度小于或等于谐振频率对应声波波长的四分之一，例如几十埃到谐振频率对应声波波长的四分之一；诱导层104用于共振吸收和诱导生长压电层106的压电材料，可降低机械波声波的损耗；在一些实施例中，基底层103的材料选取为单晶硅或多晶硅或非晶硅；基底层103用作散热通道及补偿谐振频率的偏移；基底层103的厚度根据谐振频率补偿的需要来确定，厚度范围为100埃-1500埃；在一些实施例中，基底层103下方的空气隙108通过半导体工艺中的干法刻蚀工艺及释放工艺形成；在一些实施例中，阻挡层102的材料通常为氧化硅。最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照实例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本技术的权利要求范围当中。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，包括：衬底(101)、阻挡层(102)、基底层(103)、诱导层(104)、第一电极层(107)、压电层(106)、第二电极层(105)、空气隙(108)；/n所述阻挡层(102)形成于衬底(101)的一个表面，衬底(101)的该表面设有下凹腔；/n基底层(103)设置在衬底(101)的所述一个表面，基底层(103)下的衬底下凹腔形成空气隙(108)；/n诱导层(104)生长在基底层(103)上；在诱导层(104)上自下往上依次生长有第二电极层(105)、压电层(106)和第一电极层(107)。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：衬底(101)、阻挡层(102)、基底层(103)、诱导层(104)、第一电极层(107)、压电层(106)、第二电极层(105)、空气隙(108)；
所述阻挡层(102)形成于衬底(101)的一个表面，衬底(101)的该表面设有下凹腔；
基底层(103)设置在衬底(101)的所述一个表面，基底层(103)下的衬底下凹腔形成空气隙(108)；
诱导层(104)生长在基底层(103)上；在诱导层(104)上自下往上依次生长有第二电极层(105)、压电层(106)和第一电极层(107)。


2.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，
第一电极层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧文，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：新型
国别省市：江苏;32