一种薄膜体声波谐振器制造技术

一种薄膜体声波谐振器，涉及薄膜体声波谐振器技术领域。薄膜体声波谐振器包括自上而下依次设置的顶电极、压电层、底电极、支撑层、空腔结构和衬底，空腔结构内设有至少两个支撑膜层以及至少两个空气层。其中，支撑膜层的声阻抗大于空气层的声阻抗，每个空气层与每个支撑膜层自上而下交替叠合，任意相邻的空气层与支撑膜层共同组成布拉格声波反射层。其不仅有效增加空腔结构的机械稳固性，同时有效提升薄膜体声波谐振器的Q值。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波谐振器
本申请涉及薄膜体声波谐振器
，具体而言，涉及一种薄膜体声波谐振器。
技术介绍
薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，FBAR)是一种新型声波谐振器件，主要由上下两层金属电极以及夹在中间的压电薄膜构成，其原理是利用压电材料进行电能与机械能相互转化的特性，通过施加高频电压在电极上，在压电材料中激励体声波从而完成谐振。与传统的声表面波滤波器(SAW)和介质滤波器相比，薄膜体声波谐振器具有体积小、功耗低、插入损耗小、可集成于IC芯片上等优点。目前，FBAR已被广泛应用于无线通信领域。在实际制作FBAR的过程中，需要考虑如何将体声波尽可能限制在压电堆叠结构中，否则声波能量在电极外的泄露或损耗会导致品质因数(Q值)下降，影响整个器件的谐振性能。为了获得高Q值，需要尽可能减少声波的泄露，提高声波的反射率。目前主流方法主要有两种：其一是通过空气形成自由边界条件，使得声波反射率趋近于1，为了制备空气和电极材料组成的界面，通过牺牲层的工艺，自下而上形成压电堆叠结构，器件成型后，再通过刻蚀出的释放窗口释放牺牲层材料，形成空腔使底电极直接与空气接触，使压电堆叠结构下方形成空气隙实现零声阻抗边界，即空腔型FBAR器件。但是这种空腔型FBAR机械牢固性比较低，且工艺复杂。另外一种是利用布拉格反射形成的夹持边界条件使得反射系数趋近于1，这种谐振器具有比较可靠的强度、工艺门槛相对较低等优点，依靠交替沉积高、低声阻组成的布拉格反射层作为声波反射层，典型代表是固态装配型体声波滤波器(SMR)。不同于空腔型FBAR使用空气作为声学边界，SMR使用布拉格反射层作为声学边界，但由于构成布拉格反射层的高声阻抗层与低声阻抗层的声阻抗差别不够大，因而Q值一般比空腔型FBAR的Q值要小。有鉴于此，特此提出本申请。
技术实现思路
本申请提供一种薄膜体声波谐振器，制得的薄膜体声波谐振器既能增加空腔结构的机械稳固性，又能提升谐振器整体的Q值。根据本申请实施例的薄膜体声波谐振器，其包括自上而下依次设置的顶电极、压电层、底电极、支撑层、空腔结构和衬底，空腔结构内设有至少两个支撑膜层以及至少两个空气层。其中，支撑膜层的声阻抗大于空气层的声阻抗，每个空气层与每个支撑膜层自上而下交替叠合，任意相邻的空气层与支撑膜层共同组成布拉格声波反射层。根据本申请实施例的薄膜体声波谐振器，其采用空腔结构作为谐振腔置于压电堆叠结构下方，在空腔结构内设有支撑膜层的方式，有效增加空腔结构的机械稳固性，同时利用支撑膜层和空气层组成布拉格反射层作为声学边界限制声波能量的泄露，声波沿着支撑膜层厚度方向传播，以减少其对声波能量的散射，有效提升薄膜体声波谐振器的Q值；选用空气层作为布拉格反射层的低声阻抗层，这主要是因为空气的声阻抗相比常用的介质材料(如Al、Al2O3、SiO2以及PI等)的声阻抗要低，能获得更大的声阻抗差，对应的布拉格反射层的反射率更大，因而更能减少声波损耗，提升器件的Q值。另外，根据本申请实施例的薄膜体声波谐振器还具有如下附加的技术特征：本申请示出的一些实施例中，空气层的厚度为体声波波长的1/4或3/4，支撑膜层的厚度为体声波波长的1/4或3/4。本申请示出的一些实施例中，空气层的厚度为30-2000nm，支撑膜层的厚度30-2000nm。通过上述支撑膜层的厚度设置，尽可能实现声波全反射的条件。本申请示出的一些实施例中，空腔结构靠近支撑层的一侧为空气层。可选地，空腔结构靠近支撑层的一侧为支撑膜层。上述两种条件下，均可以实现薄膜体声波谐振器的Q值的提高，操作更为灵活。本申请示出的一些实施例中，支撑膜层的数量为2-10个。上述设置条件下，空气层与支撑膜层的数量相同或者差一层，且2-10个的数量使薄膜体声波谐振器的Q值保持在较佳范围内。可选地，空气层与支撑膜层一一对应。也即是空气层与支撑膜层的数量相同，使薄膜体声波谐振器的Q值保持在较佳范围内。本申请示出的一些实施例中，空腔结构突出于衬底的上表面，支撑层覆盖于空腔结构的上表面及侧面，且支撑层覆盖衬底的上表面未设置空腔结构的部分。上述设置条件下，通过多个支撑膜层支撑并与支撑层相连来支撑部分底电极、压电层及部分顶电极，进而保证空腔结构的机械稳固性。本申请示出的一些实施例中，衬底具有与空气层连通的释放窗口，薄膜体声波谐振器包括覆盖于顶电极外侧并密封释放窗口的盖层。实际的制备过程中，通过上述释放窗口和盖层的设置，便于快捷方便的制备空气层，且不影响空腔结构的机械稳固性。本申请示出的一些实施例中，空气层由牺牲层释放所得，牺牲层的材料为SiO2或Si，牺牲层的材料与支撑膜层的材料不同。上述设置条件下，SiO2和Si便于去除。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为薄膜体声波谐振器10a的剖视图；图2为薄膜体声波谐振器10b的剖视图；图3为薄膜体声波谐振器10c的剖视图；图4为薄膜体声波谐振器10d的剖视图；图5为衬底上依次沉积牺牲层和支撑膜层后的剖视图；图6为图形化后的薄膜结构上沉积支撑层的剖视图；图7为支撑层上沉积并图形化底电极后的剖视图；图8为在底电极上沉积并图形化压电层后的剖视图；图9为在压电层上沉积并图形化顶电极后的剖视图；图10为刻蚀顶电极和压电层，将底电极露出后的剖视图；图11为释放牺牲层后的剖视图。图标：10a-薄膜体声波谐振器；10b-薄膜体声波谐振器；10c-薄膜体声波谐振器；10d-薄膜体声波谐振器；100-衬底；110-空腔结构；111-支撑膜层；113-空气层；120-支撑层；130-底电极；140-压电层；150-顶电极；160-盖层；115-牺牲层。具体实施方式下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。请参阅图1，本申请提供一种薄膜体声波谐振器10a，薄膜体声波谐振器包括沿竖向自下而上依次设置的衬底100、空腔结构110、支撑层120、底电极130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，包括自上而下依次设置的顶电极、压电层、底电极、支撑层、空腔结构和衬底，所述空腔结构内设有至少两个支撑膜层以及至少两个空气层；/n其中，支撑膜层的声阻抗大于所述空气层的声阻抗，每个所述空气层与每个支撑膜层自上而下交替叠合，任意相邻的所述空气层与所述支撑膜层共同组成布拉格声波反射层。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括自上而下依次设置的顶电极、压电层、底电极、支撑层、空腔结构和衬底，所述空腔结构内设有至少两个支撑膜层以及至少两个空气层；
其中，支撑膜层的声阻抗大于所述空气层的声阻抗，每个所述空气层与每个支撑膜层自上而下交替叠合，任意相邻的所述空气层与所述支撑膜层共同组成布拉格声波反射层。


2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述空气层的厚度为体声波波长的1/4或3/4，所述支撑膜层的厚度为体声波波长的1/4或3/4。


3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述空气层的厚度为30-2000nm，所述支撑膜层的厚度30-2000nm。


4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，
所述空腔结构靠近所述支撑层的一侧为空气层。


5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：左朋，汪洋，刘铮，丁国建，张宇超，冯琦，王海玲，杨浩军，徐文俊，王晓晖，贾海强，陈弘，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：新型
国别省市：广东;44