谐振器及其形成方法、滤波器、电子设备技术

一种谐振器及其形成方法、滤波器、电子设备，谐振器中的第二衬底、支撑层、第一电极、第一金属键合层以及第二金属键合层围成第二空腔，第一金属键合层和第二金属键合层之间为金属键合，因此第一金属键合层和第二金属键合层之间结合紧密，与干膜相比，第一金属键合层和第二金属键合层隔绝外部水汽的能力更强，即使在高温高湿的恶劣环境下，外部水汽不易穿过第一金属键合层和第二金属键合层进入第二空腔中，第一电极不易与外部水汽反应产生第一电解质溶液，从而第一电极不易参与原电池反应，降低第一电极被氧化的概率，使得第一电极的厚度均一性较高且保持良好的导电能力，有利于提高谐振器性能的可靠性，使得谐振器满足高性能射频系统的需求。频系统的需求。频系统的需求。

【技术实现步骤摘要】
谐振器及其形成方法、滤波器、电子设备


[0001]本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种谐振器及其形成方法、滤波器、电子设备。

技术介绍

[0002]自模拟射频通讯技术在上世纪90代初被开发以来，射频前端模块已经逐渐成为通讯设备的核心组件。在所有射频前端模块中，滤波器已成为增长势头最猛、发展前景最大的部件。随着无线通讯技术的高速发展，5G通讯协议日渐成熟，市场对射频滤波器的各方面性能也提出了更为严格的标准。滤波器的性能由组成滤波器的谐振器单元决定。在现有的滤波器中，薄膜体声波谐振器(FBAR)因其体积小、插入损耗低、带外抑制大、品质因数高、工作频率高、功率容量大以及抗静电冲击能力良好等特点，成为最适合5G应用的滤波器之一。
[0003]通常，薄膜体声波谐振器包括两个薄膜电极，并且两个薄膜电极之间设有压电薄膜层，所述薄膜电极和压电薄膜层作为压电叠层结构，其工作原理为利用压电薄膜层在交变电场下产生振动，该振动激励出沿压电薄膜层厚度方向传播的体声波，此声波传至上下电极与空气交界面被反射回来，进而在薄膜内部来回反射，形成震荡。当声波在压电薄膜层中传播正好是半波长的奇数倍时，形成驻波震荡。
[0004]所述薄膜体声波谐振器中，在压电叠层结构的一侧，形成有贯穿一个薄膜电极和压电薄膜层，与另一个薄膜电极电连接的信号电极，所述信号电极用于作为压电叠层结构信号的输入与输出。
[0005]但是，目前谐振器的器件性能不佳，薄膜体声波谐振器无法满足高性能的射频系统的需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的问题是提供一种谐振器及其形成方法、滤波器、电子设备，提升谐振器的性能。
[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种谐振器，包括：压电叠层结构，包括工作区和环绕所述工作区的外围区，所述压电叠层结构包括压电层、位于所述压电层第一面的第一电极以及位于所述压电层第二面的第二电极，所述第一面和第二面为所述压电层相背的两面；支撑层，位于所述第二电极一侧的所述外围区，且露出所述工作区的所述第二电极；第一金属键合层，从所述第一电极一侧，贯穿所述外围区的压电叠层结构且位于所述支撑层上；第二衬底；第二金属键合层，位于所述第二衬底上，所述第二金属键合层具有露出所述第二衬底中心区域的第一开口，所述第二金属键合层远离所述第二衬底的一端键合在所述第一金属键合层上，所述第二衬底、支撑层、第一电极、第一金属键合层以及第二金属键合层围成第二空腔。
[0008]相应的，本专利技术还提供一种谐振器的形成方法，包括：提供压电叠层结构，所述压电叠层结构包括工作区和环绕所述工作区的外围区，所述压电叠层结构包括压电层、位于所述压电层第一面的第一电极以及位于所述压电层第二面的第二电极，所述第一面和第二
面为所述压电层相背的两面；从所述第二电极一侧，形成覆盖所述外围区且露出所述工作区的第二电极的支撑层；从所述第一电极一侧，形成贯穿所述外围区的压电叠层结构且位于所述支撑层上的第一金属键合层；提供第二衬底；在所述第二衬底上形成第二金属键合层，所述第二金属键合层具有露出所述第二衬底中心区域的第一开口；将所述第一开口对准所述工作区，使所述第二金属键合层与所述第一金属键合层相键合，所述第二衬底、支撑层、第一电极第一金属键合层以及第二金属键合层围成第二空腔。
[0009]相应的，本专利技术还提供一种滤波器，包括前述的滤波器。
[0010]相应的，本专利技术还提供一种电子设备，包括前述的滤波器。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：
[0012]本专利技术实施例提供的谐振器中，第二衬底、支撑层、第一电极、第一金属键合层以及第二金属键合层围成第二空腔，因为第一金属键合层和第二金属键合层中的金属原子紧密排列，能阻挡水汽渗透，隔绝外部水汽的能力强，即使在高温高湿的恶劣环境下，外部水汽也不易穿过第一金属键合层和第二金属键合层进入第二空腔中，因此所述第一电极不易与外部水汽反应产生第一电解质溶液，相应的第一电极不易参与原电池反应，降低所述第一电极被氧化的概率，从而所述第一电极的厚度均一性较高，进而第一电极能够保持良好的导电能力，且降低对压电叠层结构振动造成的负载，有利于提高谐振器性能的可靠性，使谐振器满足高性能射频系统的需求。
附图说明
[0013]图1是一种谐振器的结构示意图；
[0014]图2至图16是本专利技术谐振器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
[0015]由
技术介绍
可知，目前薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)得到广泛应用。现结合一种谐振器的形成方法分析器件性能不佳的原因。
[0016]所述谐振器包括：压电叠层结构，所述压电叠层结构包括：压电层2、位于所述压电层2第一面的第一电极1，以及位于所述压电层2第二面的第二电极3；第一支撑层7，位于第一电极1的表面，所述第一支撑层7中具有第一开口；第一氧化层10，保形覆盖在所述第一支撑层7上、以及所述第一开口露出的所述第一电极1上；第二衬底9，通过第一支撑层7远离所述压电叠层结构的端面的第一氧化层10与第一支撑层7键合，所述第二衬底9、第一支撑层7以及所述第二电极1围成第二空腔8；信号输入电极4和信号输出电极5，从所述第二电极3的一侧，贯穿所述第二电极3和压电层2，与所述第一电极1电连接，所述信号输入电极4和信号输出电极5位于所述第二空腔8的外围；第二支撑层11，贯穿所述压电叠层结构，位于所述信号输入电极4和信号输出电极5远离所述第二空腔8的所述第一支撑层7上。通常所述第二电极3的材料为钼，所述信号输入电极4和信号输出电极5的材料为铜，在高温高湿的恶劣环境下，外部水汽与信号输入电极4和信号输出电极5反应，形成第一电解质溶液，外部水汽与第二电极3反应形成第二电解质溶液，因为所述第二电极3与信号输入电极4和信号输出电极5均接触，信号输入电极4和信号输出电极5与第二电极3之间发生原电池反应，所述第二电极3的表面被氧化，导致所述第一电极3的厚度均一性较差且导电能力较差，易对压电叠层结
构振动造成负载，不利于提高谐振器性能的可靠性，谐振器不能满足高性能射频系统的需求。
[0017]本专利技术实施例提供的谐振器中，第二衬底、支撑层、第一电极、第一金属键合层以及第二金属键合层围成第二空腔，因为第一金属键合层和第二金属键合层中的金属原子紧密排列，能阻挡水汽渗透，隔绝外部水汽的能力强，即使在高温高湿的恶劣环境下，外部水汽也不易穿过第一金属键合层和第二金属键合层进入第二空腔中，因此所述第一电极不易与外部水汽反应产生第一电解质溶液，相应的第一电极不易参与原电池反应，降低所述第一电极被氧化的概率，从而所述第一电极的厚度均一性较高，进而第一电极能够保持良好的导电能力，且降低对压电叠层结构振动造成的负载，有利于提高谐振器性能的可靠性，使谐振器满足高性能射频系统的需求。
[0018]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振器的形成方法，其特征在于，包括：提供压电叠层结构，所述压电叠层结构包括工作区和环绕所述工作区的外围区，所述压电叠层结构包括压电层、位于所述压电层第一面的第一电极以及位于所述压电层第二面的第二电极，所述第一面和第二面为所述压电层相背的两面；从所述第二电极一侧，形成覆盖所述外围区且露出所述工作区的第二电极的支撑层；提供第一衬底；在所述支撑层背离所述压电叠层结构的端面键合所述第一衬底，所述支撑层、第二电极和第一衬底围成第一空腔；从所述第一电极一侧，形成贯穿所述外围区的压电叠层结构且位于所述支撑层上的第一金属键合层；提供第二衬底；在所述第二衬底上形成第二金属键合层，所述第二金属键合层具有露出所述第二衬底中心区域的第一开口；将所述第一开口对准所述工作区，使所述第二金属键合层与所述第一金属键合层相键合，所述第二衬底、支撑层、第一电极第一金属键合层以及第二金属键合层围成第二空腔。2.如权利要求1所述的谐振器的形成方法，其特征在于，所述谐振器的形成方法包括：形成所述支撑层后，形成所述第一金属键合层前，刻蚀所述外围区中部分区域的所述压电叠层结构，形成环绕所述工作区的外围槽；形成贯穿所述外围区的压电叠层结构且位于所述支撑层上的第一金属键合层的步骤包括：形成覆盖所述外围槽内部的所述压电叠层结构以及所述压电叠层结构侧部的部分所述外围槽的掩膜层；在所述掩膜层露出的所述外围槽中形成所述第一金属键合层；所述谐振器的形成方法还包括：形成所述第一金属键合层后，去除所述掩膜层。3.如权利要求2所述的谐振器的形成方法，其特征在于，在所述掩膜层露出的所述外围槽中形成所述第一金属键合层的步骤包括：在所述支撑层上形成第一金属层；在所述第一金属层上形成第二金属层，所述第一金属层和第二金属层作为所述第一金属键合层。4.如权利要求1所述的谐振器的形成方法，其特征在于，在所述第二衬底上形成第二金属键合层的步骤包括：在所述第二衬底上形成第一金属层；在所述第一金属层上形成第二金属层，所述第一金属层和第二金属层作为所述第二金属键合层。5.如权利要求3或4所述的谐振器的形成方法，其特征在于，采用电镀工艺形成所述第一金属层；采用电镀工艺在所述第一金属层上形成所述第二金属层。6.如权利要求3或4所述的谐振器的形成方法，其特征在于，所述第一金属层的材料包括铜、金、铝和钛中的一种或多种；所述第二金属层的材料包括锡。7.如权利要求3或4所述的谐振器的形成方法，其特征在于，所述第一金属键合层和第
二金属键合层的厚度均为0.5um至0.15um。8.如权利要求1所述的谐振器的形成方法，其特征在于，采用金属键合工艺使所述第一金属键合层和第二金属键合层键合。9.如权利要求1所述的谐振器的形成方法，其特征在于，所述第二金属键合层与所述第一金属键合层相键合的步骤的工艺参数包括：键合温度为240℃至300℃，键合压力为10KN至50KN，环境压强为小于10mTorr。10.如权利要求2所述的谐振器的形成方法，其特征在于，所述谐振器的形成方法包括：形成所述支撑层后，形成所述第一金属键合层前，在所述外围区中，从所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，罗海龙，黄河，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：