一种基于离子注入的兰姆波谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于离子注入的兰姆波谐振器及其制备方法，所述制备方法包括：在衬底上表面刻蚀凹槽并在凹槽内填充牺牲层并抛光；在抛光后衬底上表面生长一层支撑层用于缓冲过渡；对单晶压电薄膜进行局部离子注入，并与支撑层进行键合；释放所述牺牲层，得到空气腔；在单晶压电薄膜上表面制作叉指电极。通过本发明专利技术提供的新型兰姆波谐振器及其制备方法，解决了现有的兰姆波谐振器杂波太多的问题，抑制了A0模式从谐振器的谐振区域带走能量，提升了谐振器的性能。了谐振器的性能。了谐振器的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子注入的兰姆波谐振器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及通信器件领域，主要涉及一种兰姆波谐振器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着无线通讯集成化需求增加，滤波器作为无线通讯的核心元器件，其性能关系整个系统的性能好坏。SAW/BAW滤波器由于体积小、选择性好、成本低的压倒性优势，在2G、2.5G、3G、4G
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LTE等传统网络的射频前端中，已经处于无可撼动地位。但是随着5G技术的发展，频段数目的增加，传统的SAW/BAW滤波器已经不能满足5G射频前端的要求。
[0003]研究学者们专利技术了一种新型的兰姆波谐振器（XBAR），器件采用平板引导声波在压电薄膜上传播。与声表面波相似，该器件也实现了通过叉指换能器用电激励声波的产生，因此保留了 SAW 技术的声学性。另一方面，器件的制造采用 FBAR 技术平台，因此与集成电路技术兼容。独特的结合两种器件的优势，使兰姆波技术成为替代声表面波技术的集成电路兼容的选择。因此采用铌酸锂或者钽酸锂单晶压电薄膜材料，制备出高频、大机电耦合系数、高Q值的兰姆波谐振器（XBAR）已经成为当下的研究热点。
[0004]XBAR是由叉指电极和单晶衬底组成的基本结构，压电层主要实现电能与机械能的转化，当XBAR的叉指电极施加电场时，压电层将电能转换为机械能，机械能则以声波的形式存在。兰姆波又分为多种模式，如图1和图2所示在XBAR中主要有A0模式和A1模式，其中A1模式是XBAR谐振处的主要模式，而A0模式下的谐振会导致带内纹波和带外杂波，如图3所示，可以清晰地看到A0模式下的谐振峰，影响器件振动特性，使器件性能下降。因此有效地抑制A0模式下的谐振是提升兰姆波谐振器性能的关键。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种基于离子注入的兰姆波谐振器及其制作方法。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种基于离子注入的兰姆波谐振器，包括衬底；形成于衬底上方的支撑层；形成于支撑层上方的单晶压电薄膜；形成于单晶压电薄膜上表面的叉指电极以及单晶压电薄膜内部经过离子注入处理形成声阻抗突变部；还包括一声波反射结构形成于单晶压电薄膜下方。
[0007]优选地，声波反射结构位于单晶压电薄膜的谐振区域正下方；所述声波反射结构为空气腔，或者是由高低声学阻抗材料交替构成的布拉格反射层。
[0008]优选地，所述声阻抗突变部被部分施加离子注入或全部施加离子注入；离子注入的位置为叉指电极的正下方；离子注入的宽度大于或等于叉指电极宽度。
[0009]优选地，所述叉指电极的线条宽度为0.25
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5μm，所述叉指电极的厚度为100nm
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3μm；所述单晶压电薄膜厚度为0.05
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5μm，所述单晶压电薄膜上下表面粗糙度在1nm以内。
[0010]优选地，所述叉指电极材料采用的是铂、金、银、钼、铝、钛、铂、钨、铜和铬中的一种
或至少任意两种的组合。
[0011]优选地，所述衬底由硅、二氧化硅、氮化硅、氮化铝、碳化硅、三氧化二铝、砷化镓和氮化镓中一种或至少任意两种材料组合制成。
[0012]优选地，所述单晶压电薄膜为铌酸锂或者钽酸锂材料。
[0013]一种基于离子注入的兰姆波谐振器的制备方法，包括以下步骤：S1、在形成或将要形成声波反射结构的衬底上制作支撑层以覆盖所述声波反射结构；S2、在支撑层上制作单晶压电薄膜；S3、在单晶压电薄膜上制作叉指电极层；S4、其中，所述方法还包括对所述单晶压电薄膜和所述叉指电极对应的部位进行全部或部分离子注入处理，形成声阻抗突变部。
[0014]优选地，所述声波反射结构为空腔结构。
[0015]优选地，所述离子注入包括不同元素的离子注入和/或不同剂量的离子注入。
[0016]采用上述技术方案带来的有益效果：本专利技术提供的采用离子注入的XBAR兰姆波谐振器结构的制备方法，在A0模式的兰姆波谐振处设置了声阻抗突变，从而抑制了A0模式的谐振，此方法避免了在压电层内部设置牺牲层造成的结构损伤，得到的器件性能优异且制备工艺简单，可与常规CMOS电路工艺兼容，是一种较为理想的工业量产手段。
附图说明
[0017]图1是A0模式兰姆波振型图； 图2是 A1模式兰姆波振型图； 图3是38
°
YX切铌酸锂的仿真图；图4
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图9是空气隙型XBAR制备流程图；图10
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图14是背刻蚀型XBAR制备流程图；图15
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图18是布拉格反射栅型XBAR制备流程图；图19是38
°
YX切铌酸锂添加离子注入层后的仿真图。
具体实施方式
[0018]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0019]实施例一：如图4
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图9所示本实施例中基于离子注入的XBAR兰姆波谐振器结构，包括衬底、支撑层、单晶压电薄膜以及叉指电极，所述衬底上表面具有空气腔，所述支撑层覆盖在所述支撑层上并密封住所述空气腔，所述单晶压电薄膜覆盖在所述支撑层上，所述单晶压电薄膜内部有局部离子注入区域，所述单晶压电薄膜上表面设有所述叉指电极。具体制备步骤如下：1、在洁净硅衬底表面刻蚀一凹槽，作为声反射空气腔；2、沉积凹槽牺牲层材料PSG，厚度大于凹槽深度，采用化学机械抛光（CMP）工艺，对表面进行抛光，至凹槽两侧的硅露出，表面RMS越低越好；3、在抛光后的衬底上沉积2μm的SiO2支撑层；4、对单晶铌酸锂材料进行局部离子注入，注入离子可以为Ni/Fe/Mn/Co/Er/Sc/Cr
等，将完成离子注入的单晶铌酸锂和SiO2支撑层进行晶圆键合；5、释放牺牲层，形成空气腔；6、在单晶层离子注入的区域上方磁控溅射沉积厚度为100nm叉指电极Al，制成XBAR兰姆波谐振器。
[0020]实施例二：如图10
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图14所示，应当注意到，本专利技术中基于离子注入的XBAR兰姆波谐振器结构，声反射层是空气隙结构，也可以使用背腔结构，具体步骤如下：1、对单晶铌酸锂材料进行局部离子注入，注入离子可以为Ni/Fe/Mn/Co/Er/Sc/Cr等；2、通过等离子体增强化学气相沉积法沉积2μm的SiO2支撑层；3、通过直接键合技术将晶片的SiO2表面键合到厚度为400μm的硅晶片上；4、在单晶层离子注入的区域上方磁控溅射沉积厚度为100nm叉指电极Al；5、通过深反应离子刻蚀技术刻蚀背面Si衬底，形成背面刻蚀型的XBAR结构。
[0021]实施例三：如图15
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图18所示，应当注意到，本专利技术中基于离子注入的XBAR兰姆波谐振器结构，声反射层是空气隙结构，也可以使用布拉格结构，具体步骤如下：1、对单晶铌酸锂材料进行局部离子注入，注入离子可以为Ni/Fe/Mn/Co/Er/Sc/Cr等；2、通过等离子体增强化学气相沉积法沉积250nm
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300nm的S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离子注入的兰姆波谐振器，其特征在于，包括衬底；形成于衬底上方的支撑层；形成于支撑层上方的单晶压电薄膜；形成于单晶压电薄膜上表面的叉指电极以及单晶压电薄膜内部经过离子注入处理形成声阻抗突变部；还包括一声波反射结构形成于单晶压电薄膜下方。2.根据权利要求1所述一种基于离子注入的兰姆波谐振器，其特征在于，声波反射结构位于单晶压电薄膜的谐振区域正下方；所述声波反射结构为空气腔，或者是由高低声学阻抗材料交替构成的布拉格反射层。3.根据权利要求1所述一种基于离子注入的兰姆波谐振器，其特征在于，所述声阻抗突变部被部分施加离子注入或全部施加离子注入；离子注入的位置为叉指电极的正下方；离子注入的宽度大于或等于叉指电极宽度。4.根据权利要求1所述一种基于离子注入的兰姆波谐振器，其特征在于，所述叉指电极的线条宽度为0.25
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5μm，所述叉指电极的厚度为100nm
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3μm；所述单晶压电薄膜厚度为0.05
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5μm，所述单晶压电薄膜上下表面粗糙...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪元，杨洋，房子敬，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：