薄膜体声波谐振器及其制造方法技术

本发明专利技术的薄膜体声波谐振器(10)具有：衬底(1)，该衬底(1)由压电晶体构成；压电层(2)，该压电层(2)垂直于衬底(1)的表面、且由衬底(1)的一部分来构成；第一电极(3)，该第一电极(3)在衬底(1)上与压电层(2)平行地形成于压电层(2)的一侧；第二电极(4)，该第二电极(4)在衬底(1)上与压电层(2)平行地形成于压电层(2)的另一侧；第一空腔层(5)，该第一空腔层(5)在衬底(1)上与第一电极(3)平行地形成于第一电极(3)的远离压电层(2)的一侧；第二空腔层(5)，该第二空腔层(5)在衬底(1)上与第二电极(4)平行对地形成于第二电极(4)的远离压电层(2)的一侧。地形成于第二电极(4)的远离压电层(2)的一侧。地形成于第二电极(4)的远离压电层(2)的一侧。

【技术实现步骤摘要】
薄膜体声波谐振器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及薄膜体声波谐振器及其制造方法，尤其涉及一种具有由压电轴为非C轴的压电材料构成压电晶体的薄膜体声波滤波器及其制造方法。

技术介绍

[0002]薄膜体声波谐振器(FBAR)与声表面波器件(SAW)都是一种声学器件，在通信和传感器领域有着广泛的应用。薄膜体声波谐振器是通过压电薄膜的逆压电效应，将电能转换为声波在压电晶体内形成谐振，主要利用的是在介质中传播的体波模式。其谐振频率主要取决于压电薄膜的厚度，具有声表面波器件不可比拟的功率容量和工作频率的优势。
[0003]目前，薄膜体声波谐振器的两个电极分布在压电薄膜上下表面，激发振动方向沿压电薄膜Z轴方向的纵波谐振，单个谐振器所占据的面积比较大，而随着射频前端器件小型化的发展趋势，减小薄膜体声波谐振器的尺寸变得势在必行。另一方面，C轴择优取向的压电薄膜的生长对底电极的取向、表面粗糙度的要求也比较高。
[0004]在薄膜体声波谐振器的结构中，为了产生在Z轴方向的声波谐振，需要将声波限制在由电极
‑
压电薄膜
‑
电极所组成的压电振荡堆中，向该压电薄膜的Z轴方向施加压力时，会在垂直于Z轴的平面中产生电荷，此时利用的是压电薄膜的压电矩阵中的压电常数e33。
[0005]现有的技术方案中，如下述的专利文献1和专利文献2中提出了一种将衬底掏空或在衬底上构造空气间隙，从而使压电晶体的上下表面都与空气交界，利用空气近似于零的声阻，形成自然的声波限制边界。
[0006]另外，还有一种是采用获得零声阻值或无穷大声学阻抗的方法，即布拉格反射层。
[0007]然而，无论是固体装配型(SMR)谐振器还是常规的空气隙型谐振器，目前的制备工艺都较为复杂。例如，固体装配型(SMR)谐振器需要制备多层高低阻抗交替的声学薄膜，空气隙型谐振器需要通过释放牺牲层或硅背刻蚀来构造空气界面，工艺都比较复杂。另外，为了得到C轴择优取向的压电薄膜，其对工艺、设备和底电极都提出了较高的要求。而且，对于单晶的压电材料，因为制备工艺的限制，往往需要采用复杂的键合工艺来实现薄膜体声波器件的制作。现有技术文献专利文献
[0008]专利文献1：中国专利公开CN101977026A专利文献2：中国专利公开CN111082770A

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题
[0009]本专利技术正是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，制备一种具有由压电轴为非C轴的压电材料构成压电晶体的薄膜体声波滤波器，即通过利用压电薄膜的压电矩阵中的压电常数e11或e22来制备薄膜体声波谐振器，由此，与利用压电薄膜的压电矩阵中的压
电常数e33来制备薄膜体声波谐振器的现有技术相比，大大地简化了工艺步骤并降低工艺难度，同时降低了器件制造对设备的要求。特别是器件尺寸的减小和产出量的增加，并极大地控制了滤波器的制造成本。用于解决技术问题的技术手段
[0010]在本专利技术的第一方面，提供一种薄膜体声波谐振器，具有：衬底，所述衬底由压电晶体构成；压电层，所述压电层垂直于所述衬底的表面、且由所述衬底的一部分来构成；第一电极，所述第一电极在所述衬底上与所述压电层平行地形成于所述压电层的一侧；第二电极，所述第二电极在所述衬底上与所述压电层平行地形成于所述压电层的另一侧；第一空腔层，所述第一空腔层在所述衬底上与所述第一电极平行地形成于所述第一电极的远离所述压电层的一侧；以及第二空腔层，所述第二空腔层在所述衬底上与所述第二电极平行地形成于所述第二电极的远离所述压电层的一侧。
[0011]进一步地，所述第一空腔层和所述第二空腔层构成为空气界面层。
[0012]进一步地，在垂直于所述衬底的表面的深度方向上，所述第一空腔层和所述第二空腔层的深度均大于所述第一电极和所述第二电极层的深度。
[0013]进一步地，在垂直于所述衬底的表面的深度方向上，所述第一电极的深度与所述第二电极的深度相同或不相同。
[0014]进一步地，在所述衬底的表面上，所述第一电极和所述第二电极的不与所述压电层平行的一边与所述压电层垂直，或者不与所述压电层垂直。
[0015]进一步地，在所述衬底的表面上，所述第一电极和所述第二电极的两端为多边形结构。
[0016]进一步地，若所述压电晶体属于A轴或B轴为压电轴的压电材料，则在所述衬底的表面上，所述压电层、所述第一电极、所述第二电极、所述第一空腔层、及所述第二空腔层均垂直于所述衬底的表面的水平方向。
[0017]进一步地，所述第一电极和所述第二电极的材料可以为钼、铂、铝、金、铜、钨、钛等金属。
[0018]在本专利技术的第二方面，还提供一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：步骤S1：由压电晶体构成衬底，在垂直于所述衬底的表面上通过刻蚀来形成压电层；步骤S2：在所述衬底上，在所述压电层的一侧对与所述压电层平行的位置进行刻蚀；步骤S3：对所述步骤S2中所刻蚀的位置进行金属材料的填充，来形成第一电极；步骤S4：在所述衬底上，在所述压电层的另一侧对与所述压电层平行的位置进行刻蚀；步骤S5：对所述步骤S4中所刻蚀的位置进行金属材料的填充，来形成第二电极；步骤S6：在所述衬底上，在所述第一电极的远离所述压电层的一侧通过对与所述第一电极平行的位置进行刻蚀来形成第一空腔层；以及步骤S7：在所述衬底上，在所述第二电极的远离所述压电层的一侧通过对与所述第二电极平行的位置进行刻蚀来形成第二空腔层。
[0019]进一步地，在同时进行所述步骤S2和所述步骤S4之后，再同时进行所述步骤S3和所述步骤S5，最后再同时进行所述步骤S6和所述步骤S7。
[0020]进一步地，在先依次进行所述步骤S2和所述步骤S3之后，再依次进行所述步骤S4和所述步骤S5，最后再同时进行所述步骤S6和所述步骤S7。
[0021]进一步地，在先依次进行所述步骤S2和所述步骤S4之后，再同时进行所述步骤S3
和所述步骤S5，最后再同时进行所述步骤S6和所述步骤S7。
[0022]进一步地，在所述步骤S6和所述步骤S7中，将所述第一空腔层和所述第二空腔层构成为空气界面层。
[0023]进一步地，在所述步骤S6和所述步骤S7中，在垂直于所述衬底的表面的深度方向上，形成为所述第一空腔层和所述第二空腔层的深度均大于所述第一电极和所述第二电极层的深度。
[0024]进一步地，在同时进行所述步骤S2和所述步骤S4的情况下，在垂直于所述衬底的表面的深度方向上，形成为所述第一电极的深度与所述第二电极的深度相同。
[0025]进一步地，在不同时进行所述步骤S2和所述步骤S4的情况下，在垂直于所述衬底的表面的深度方向上，形成为所述第一电极的深度与所述第二电极的深度不相同。
[0026]进一步地，在形成所述第一电极的所述步骤S2和所述步骤S3、及形成所述第二电极的所述步骤S4和所述步骤S5中，在所述衬底的表面上，形成为所述第一电极和所述第二电极的不与所述压电层平行的一边与所述压电层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，具有：衬底，所述衬底由压电晶体构成；压电层，所述压电层垂直于所述衬底的表面、且由所述衬底的一部分来构成；第一电极，所述第一电极在所述衬底上与所述压电层平行地形成于所述压电层的一侧；第二电极，所述第二电极在所述衬底上与所述压电层平行地形成于所述压电层的另一侧；第一空腔层，所述第一空腔层在所述衬底上与所述第一电极平行地形成于所述第一电极的远离所述压电层的一侧；以及第二空腔层，所述第二空腔层在所述衬底上与所述第二电极平行地形成于所述第二电极的远离所述压电层的一侧。2.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一空腔层和所述第二空腔层构成为空气界面层。3.如权利要求1或2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，在垂直于所述衬底的表面的深度方向上，所述第一空腔层和所述第二空腔层的深度均大于所述第一电极和所述第二电极层的深度。4.如权利要求1或2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，在垂直于所述衬底的表面的深度方向上，所述第一电极的深度与所述第二电极的深度相同或不相同。5.如权利要求1或2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，在所述衬底的表面上，所述第一电极和所述第二电极的不与所述压电层平行的一边与所述压电层垂直，或者不与所述压电层垂直。6.如权利要求1或2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，在所述衬底的表面上，所述第一电极和所述第二电极的两端为多边形结构。7.如权利要求1或2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，若所述压电晶体属于A轴或B轴为压电轴的压电材料，则在所述衬底的表面上，所述压电层、所述第一电极、所述第二电极、所述第一空腔层、及所述第二空腔层均垂直于所述衬底的表面的水平方向。8.如权利要求1或2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料可以为钼、铂、铝、金、铜、钨、钛等金属。9.一种薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：由压电晶体构成衬底，在垂直于所述衬底的表面上通过刻蚀来形成压电层；步骤S2：在所述衬底上，在所述压电层的一侧对与所述压电层平行的位置进行刻蚀；步骤S3：对所述步骤S2中所刻蚀的位置进行金属材料的填充，来形成第一电极；步骤S4：在所述衬底上，在所述压电层的另一侧对与所述压电层平行的位置进行刻蚀；步骤S5：对所述步骤S4中所刻蚀的位置进行金属材料的填充，来形成第二电极；步骤S6：在所述衬底上，在所述第一电极的远离所述压电层的一侧通过对与所述第一电极平行的位置进行刻蚀来形成第一空腔层；以及步骤S7：在所述衬底上，在所述第二电极的远离所述压电层的一侧通过对与所述第二
电极平行的位置进行刻蚀来形成第二空腔层。10.如权利要求9所述的薄膜体声...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟超，潘会福，许欣，
申请(专利权)人：广东广纳芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：