MEMS声波器件、体声波谐振器的制作方法、滤波器及电子设备技术

本发明专利技术涉及一种MEMS声波器件，包括压电层，所述压电层为铌酸锂单晶压电层，且所述压电层为(yxl)158

【技术实现步骤摘要】
MEMS声波器件、体声波谐振器的制作方法、滤波器及电子设备


[0001]本专利技术的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种MEMS声波器件，一种体声波谐振器的制作方法，一种滤波器，以及一种电子设备。

技术介绍

[0002]在频带日益紧俏的5G时代，需要高带宽的MEMS声波器件来满足人们的各种迫切需求。LiNbO3(LN)单晶体(即铌酸锂单晶体)由于其具备机电耦合系数大、传播损耗小等优异性能，可用于制造高频段、大带宽、低损耗的声波器件，例如薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR，又称为体声波谐振器，也称BAW)以及滤波器等。薄膜体声波谐振器在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大。
[0003]利用LN作为单晶压电材料制成的传统声波器件(LN厚度10微米以上，即厚膜LN)的性能与其切型和传播方向密切相关，这就要求制作声波器件时，需要选择合适的切型以获得高质量的性能；然而，由于MEMS声波器件(LN厚度10微米以下)利用薄膜LN，由于边界条件等原因，其性能与其切型和传播方向的关系与传统声波器件不同，因此有必要寻找针对基于薄膜LN单晶压电材料的MEMS声波器件优化条件

技术实现思路

[0004]为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本专利技术。
[0005]根据本专利技术的实施例的一个方面，提出了一种声波器件，包括：
[0006]压电层，所述压电层为铌酸锂单晶压电层，且所述压电层为(yxl)158
°‑
171
°
的旋转Y切的切型。
[0007]本专利技术的实施例也涉及一种体声波谐振器的制作方法，包括步骤：
[0008]提供POI晶圆，所述POI晶圆包括衬底、压电层以及设置在压电层的第一侧与衬底之间的绝缘层，所述压电层为铌酸锂单晶压电层且构成所述谐振器的压电层，所述压电层为(yxl)158
°‑
171
°
的旋转Y切的切型；
[0009]在压电层的第二侧设置谐振器的底电极，第二侧与所述第一侧在压电层的厚度方向上相对；
[0010]移除衬底和至少一部分绝缘层，在移除衬底的过程中，所述绝缘层作为保护压电层的阻挡层，所述至少一部分绝缘层被移除以露出所述压电层的第一侧，且所述压电层的与谐振器的有效区域对应的绝缘层被移除；
[0011]在压电层的第一侧设置谐振器的顶电极。
[0012]本专利技术的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的声波器件。
[0013]本专利技术的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的声波器件。
附图说明
[0014]以下描述与附图可以更好地帮助理解本专利技术所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
[0015]图1A
‑
1C分别为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图、沿图1A中的AA线的示意性截面图以及沿图1A中的BB线的示意性截面图；
[0016]图2A
‑
2C直至图18A
‑
18C为示例性示出了图1A
‑
1C中所示的体声波谐振器的制作过程的系列图，其中A对应于俯视示意图，B对应于AA线的示意性截面图，C对应于BB线的示意性截面图；
[0017]图19A为Y切LN的示意图；
[0018]图19B为(yxl)163
°
切LN的示意图；
[0019]图20为LNOI结构的示意性截面图，其中压电层为(yxl)163
°
切LN压电层；
[0020]图21为示意性示出Y切LN绕X晶轴逆时针旋转90
‑
270度的过程中的机电耦合系数变化曲线；
[0021]图22A和22B分别示出了剪切波模式的变形示意图以及厚度伸缩模式的变形示意图；
[0022]图23为(yxl)163
°
切LN的阻抗对数频率响应的仿真图；
[0023]图24为(yxl)158
°
切LN和(yxl)171
°
切LN的阻抗对数频率响应的仿真图；
[0024]图25A
‑
25C分别为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图、沿图25A中的AA线的示意性截面图以及沿图25A中的BB线的示意性截面图，其中示出了保留的绝缘层处于顶电极的电极连接端与压电层之间。
具体实施方式
[0025]下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。专利技术的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]图1A
‑
1C分别为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图、沿图1A中的AA线的示意性截面图以及沿图1A中的BB线的示意性截面图。在本专利技术中，基于POI(Piezoelectrics on Insulator，绝缘体上的单晶压电层)晶圆制作体声波谐振器。POI晶圆包括辅助衬底、单晶压电层以及设置在单晶压电层与辅助衬底之间的绝缘层。
[0027]如后面提及的，在谐振器转移加工过程中，绝缘层能够更好的保护单晶压电薄膜(即单晶压电层)，从而可以减小甚至避免后续去除辅助衬底的过程中对单晶压电薄膜的损伤，减小甚至避免对压电薄膜的表面损伤，以得到性能优异的体声波谐振器。
[0028]另外，绝缘层的存在，也有利于辅助衬底去除方案的多样化，简化器件加工工艺。
[0029]在本专利技术中，上述的POI晶圆为LNOI结构，相应的体声波谐振器则为LiNbO3(LN)单晶体声波谐振器。LNOI结构中的LN为铌酸锂单晶体。在本专利技术中，基于LNOI结构制作体声波谐振器或者其他声学器件。
[0030]LN单晶体常见的切型有Y切、X切和Z切，“X”、“Y”、“Z”分别是LN单晶体被指定的X晶
轴、Y晶轴、Z晶轴，这几种切型的切割平面都垂直于某一晶轴。例如下图19A的Y切示意图，其切割平面
‑
M垂直于Y晶轴，所以被称为Y切。本专利中的切型为旋转Y切，如下图19B所示的切型为(yxl)163
°
切，其是将Y晶轴绕X晶轴逆时针旋转163
°
，且切割平面
‑
N垂直于该Y+163
°
轴。
[0031]为使LN体声波谐振器的主模工作在5G频段，需要获得微米级别甚至亚微米级别厚度的LN薄膜，这需要采用特定工艺来将LN键合至衬底上，图20为LNOI结构的示意性截面图，其中压电层为(yxl)158...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS声波器件，包括：压电层，所述压电层为铌酸锂单晶压电层，且所述压电层为(yxl)158
°‑
171
°
的旋转Y切的切型。2.根据权利要求1所述的器件，其中：所述压电层为(yxl)163
°
的旋转Y切的切型。3.根据权利要求1或2所述的器件，其中：所述声波器件为体声波谐振器，所述谐振器包括基底、声学镜、底电极和顶电极，所述压电层设置在底电极与顶电极之间。4.根据权利要求3所述的器件，其中：声学镜、底电极、压电层和顶电极在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域；在有效区域之外，所述压电层的上表面的至少一部分设置有绝缘层。5.根据权利要求4所述的器件，其中：在顶电极的处于有效区域之外的部分对应的区域，所述绝缘层至少设置在顶电极的下表面与压电层的上表面之间；所述绝缘层的材料选自二氧化硅、氮化硅、碳化硅、蓝宝石中的一种，或者所述绝缘层的材料的导热系数不小于0.2W/cm
·
K。6.根据权利要求3所述的器件，其中：所述压电层的下表面与基底的上表面之间设置有支撑结构，所述支撑结构的材料选自氮化铝、氮化硅、碳化硅、多晶硅、单晶硅、二氧化硅、无定形硅、掺杂二氧化硅中的一种，或者所述支撑结构的材料的导热系数不小于0.2W/cm
·
K。7.根据权利要求3所述的器件，其中：所述声学镜为声学镜空腔。8.根据权利要求7所述的器件，其中：所述声学镜空腔为凹入到支撑层内的形状，且声学镜空腔的下边界由所述支撑层限定；或者所述声学镜空腔的下边界由所述基底限定。9.根据权利要求3所述的器件，其中：声学镜、底电极、压电层和顶电极在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域；在有效区域之外，所述压电层的上表面的至少一部分设置有绝缘层。10.根据权利要求9所述的器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟伦，庞慰，杨清瑞，
申请(专利权)人：诺思天津微系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：