体声波谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种体声波谐振器及其制备方法，体声波谐振器包括第一电极、第二电极，以及夹在第一电极及第二电极之间的压电薄膜，其中压电薄膜由n层相邻两层极性相反的极性压电薄膜构成，第一电极与第二衬底被腔体结构隔开，腔体结构被嵌入第二衬底上，第二电极上方也由空气包围；本发明专利技术的体声波谐振器的制备方法利用分层制备极性相反的极性压电薄膜，在不降低压电薄膜总厚度或引入过渡电极的条件下提高谐振器谐振频率，简化工艺，降低对工艺及设备要求的同时提高滤波器工作频率，为高频体声波谐振器提供了一种新的制备方法。谐振器提供了一种新的制备方法。谐振器提供了一种新的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微电子器件
，特别是涉及一种体声波谐振器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的发展，电子技术向5G迈进并朝向更小、更轻、更薄的方向发展。压电射频(RF)微机电系统(MEMS)谐振器已经被用来作为射频系统前端以实现选频和抑制干扰功能，其工作原理是利用压电薄膜实现机械能和电能的转换。
[0003]现代通讯行业对信号质量的要求越来越高，对通信频谱资源的争夺也越演越烈，低损耗、宽带宽、可调谐以及温度稳定性已经成为通讯行业的普遍追求目标。声学谐振器包括声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)谐振器和体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)谐振器，BAW谐振器因体积小、带宽大、Q值高目前已经广泛应用于通信领域，而且由于其谐振频率与压电薄膜的厚度成反比，通过对压电薄膜减薄可以轻松实现较高的频率。
[0004]由于传统单层体声波谐振器的谐振频率与纵向声速和薄膜厚度的比值正相关，这意味着在5G的更高频频段所应用的滤波器压电薄膜的厚度将更小，对薄膜晶体质量和工艺精度要求更高。在现有的一些其他解决方案包括采用铁电材料堆叠，利用施加偏压调控材料极性调谐，但此方法要求不同层铁电材料间生长用于施加偏压的过渡电极，晶体质量的下降或过渡电极的引入都会导致薄膜谐振器的功率处理能力、机电耦合系数和Q值下降，因此急需寻找其他调控手段提高谐振器的频率。
[0005]鉴于以上，有必要提供一种体声波谐振器及其制备方法，以解决现有技术中薄膜谐振器的功率处理能力、机电耦合系数和Q值下降的问题。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种体声波谐振器及其制备方法，用于解决现有技术中薄膜谐振器的功率处理能力、机电耦合系数和Q值下降的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种体声波谐振器的制备方法，所述体声波谐振器的制备方法包括：
[0008]S11：提供第一衬底；
[0009]S12：于所述第一衬底上形成压电薄膜，所述压电薄膜依次包括n层极性压电薄膜，任意相邻两层的所述极性压电薄膜的极性相反，其中，n≥2；
[0010]S13：于所述压电薄膜上形成图形化的第一电极；
[0011]S14：于所述第一电极及所述压电薄膜上形成介质层，并图形化所述介质层，以在所述介质层中形成暴露所述第一电极的开口；
[0012]S15：提供第二衬底，将所述介质层与所述第二衬底键合固定，并去除所述第一衬底，所述第二衬底覆盖所述开口，所述开口形成空腔结构；
[0013]S16：于所述压电薄膜上形成图形化的第二电极，并制备所述第一电极及所述第二
电极的电极引出结构。
[0014]可选地，所述极性压电薄膜的材料为AlN、Al
x
Ga
(1
‑
x)
N、Sc
x
Al
(1
‑
x)
N、LiNbO3、PZT、PbTiO3及ZnO中的任意一种；所述极性压电薄膜的单层厚度不小于0.05μm；所述压电薄膜的总厚度范围为0.1μm～4μm。
[0015]可选地，不同极性的所述极性压电薄膜的生长方法可以不相同，也可以相同。
[0016]可选地，所述第一衬底的材料为Si、SiN、Ge、SiO2、SiC及蓝宝石中的一种；所述第二衬底的材料为Si、SiN、Ge、SiO2、SiC及蓝宝石中的一种。
[0017]可选地，所述第一电极的材料为Au、Ag、Ru、W、Mo、Ir、Al、Pt、Nb及Hf中的任意一种或两种及以上的组合，所述第一电极的材料的厚度范围为0.1μm～0.3μm；所述第二电极的材料为Au、Ag、Ru、W、Mo、Ir、Al、Pt、Nb及Hf中的任意一种或两种及以上的组合；所述第二电极的材料的厚度范围为0.1μm～0.3μm。
[0018]可选地，所述开口仅暴露出所述第一电极的非电极引出区域，所述第一电极的电极引出区域由所述介质层覆盖。
[0019]可选地，制备所述第一电极及所述第二电极的电极引出结构的步骤包括：S21：形成贯通所述压电薄膜且暴露出所述第一电极表面的通孔，在所述通孔中沉积与所述第一电极连通的第一电极引出结构；S22：形成与所述第二电极连通的第二电极引出结构。
[0020]本专利技术还提供一种体声波谐振器，所述体声波谐振器包括：
[0021]第二衬底；
[0022]压电薄膜，位于所述第二衬底上方，所述压电薄膜依次包括n层极性压电薄膜，任意相邻两层的所述极性压电薄膜的极性相反，其中，n≥2；
[0023]具有开口的介质层，位于所述第二衬底与所述压电薄膜之间，所述第二衬底、所述介质层及所述压电薄膜包围所述开口形成空腔结构；
[0024]第一电极，所述第一电极位于靠近所述空腔结构的所述压电薄膜的表面；
[0025]第二电极，所述第二电极位于远离所述空腔结构的所述压电薄膜的表面；
[0026]电极引出结构，用于分别引出所述第一电极及所述第二电极。
[0027]可选地，所述第一电极一部分位于所述空腔结构中的所述压电薄膜表面，另一部分位于所述压电薄膜与所述介质层之间以使所述电极引出结构引出所述第一电极。
[0028]可选地，所述电极引出结构包括：通孔，所述通孔贯穿所述压电薄膜，以暴露出位于所述压电薄膜与所述介质层之间的所述第一电极表面；第一电极引出结构，位于所述通孔中且与所述第一电极连通；第二电极引出结构，与所述第二电极连通。
[0029]如上所述，本专利技术的体声波谐振器及其制备方法，具有以下有益效果：
[0030]本专利技术提出一种体声波谐振器及其制备方法，所述体声波谐振器包括第一电极、第二电极，以及夹在所述第一电极及所述第二电极之间的所述压电薄膜，其中所述压电薄膜由n层相邻两层极性相反的极性压电薄膜构成，所述第一电极与所述第二衬底被所述腔体结构隔开，所述腔体结构被嵌入所述第二衬底上，所述第二电极上方也由空气包围；体声波谐振器的制备方法利用分层制备极性相反的所述极性压电薄膜，在不降低所述压电薄膜总厚度或引入过渡电极的条件下提高谐振器谐振频率，简化工艺，降低对工艺及设备要求的同时提高滤波器工作频率，为高频体声波谐振器提供了一种新的制备方法。
附图说明
[0031]图1显示为本专利技术的体声波谐振器的制备方法的流程示意图。
[0032]图2显示为本专利技术的电极引出结构的制备方法的流程示意图。
[0033]图3至图15显示为本专利技术的体声波谐振器的制备方法各步骤的结构示意图。
[0034]元件标号说明
[0035]11第一衬底
[0036]12第二衬底
[0037]21第一极性压电薄膜
[0038]22第二极性压电薄膜
[0039]31第一电极
[0040]32第二电极...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述体声波谐振器的制备方法包括：S11：提供第一衬底；S12：于所述第一衬底上形成压电薄膜，所述压电薄膜依次包括n层极性压电薄膜，任意相邻两层的所述极性压电薄膜的极性相反，其中，n≥2；S13：于所述压电薄膜上形成图形化的第一电极；S14：于所述第一电极及所述压电薄膜上形成介质层，并图形化所述介质层，以在所述介质层中形成暴露所述第一电极的开口；S15：提供第二衬底，将所述介质层与所述第二衬底键合固定，并去除所述第一衬底，所述第二衬底覆盖所述开口，所述开口形成空腔结构；S16：于所述压电薄膜上形成图形化的第二电极，并制备所述第一电极及所述第二电极的电极引出结构。2.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述极性压电薄膜的材料为AlN、Al
x
Ga
(1
‑
x)
N、Sc
x
Al
(1
‑
x)
N、LiNbO3、PZT、PbTiO3及ZnO中的任意一种；所述极性压电薄膜的单层厚度不小于0.05μm；所述压电薄膜的总厚度范围为0.1μm～4μm。3.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于：不同极性的所述极性压电薄膜的生长方法可以不相同，也可以相同。4.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述第一衬底的材料为Si、SiN、Ge、SiO2、SiC及蓝宝石中的一种；所述第二衬底的材料为Si、SiN、Ge、SiO2、SiC及蓝宝石中的一种。5.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于：所述第一电极的材料为Au、Ag、Ru、W、Mo、Ir、Al、Pt、Nb及Hf中的任意一种或两种及以上的组合，所述第一电极的材料的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周琮泉，母志强，俞文杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：