一種薄膜體聲波諧振器及其制備方法技術

本發明專利技術的目的是針對現有技術的缺陷，提出了一種采用鍵合方式實現的基于壓電單晶材料的薄膜體聲波諧振器及其制備方法。具體地，本發明專利技術提出的薄膜體聲波諧振器，包括基片及形成在所述基片上的空氣隙、覆蓋在所述空氣隙上方的壓電三明治結構，所述壓電三明治結構包括依次堆疊的第一電極、壓電層、第二電極；其中，所述壓電層為壓電單晶，所述第一電極介于所述壓電單晶的第一表面與所述基片之間，所述第二電極位于所述壓電單晶的第二表面。采用本發明專利技術的方案，由于壓電單晶材料的性能與電極材料和形狀無關，可以有效避免既有缺陷，增加了器件設計的靈活度。

【技術實現步驟摘要】
一種薄膜體聲波諧振器及其制備方法
本專利技術涉及一種薄膜體聲波諧振器，特別是涉及一種采用鍵合工藝實現的基于壓電單晶材料的薄膜體聲波諧振器及其制備方法。
技術介紹
隨著無線通訊應用的發展，人們對于數據傳輸速度的要求越來越高。在移動通信領域，第一代是模擬技術，第二代實現了數字化語音通信，第三代(3G)以多媒體通信為特征，第四代(4G)將通信速率提高到1Gbps、時延減小到10ms，第五代(5G)是4G之后的新一代移動通信技術，雖然5G的技術規范與標準還沒有完全明確，但與3G、4G相比，其網絡傳輸速率和網絡容量將大幅提升。如果說從1G到4G主要解決的是人與人之間的溝通，5G將解決人與人之外的人與物、物與物之間的溝通，即萬物互聯，實現“信息隨心至，萬物觸手及”的愿景。與數據率上升相對應的是頻譜資源的高利用率以及通訊協議的復雜化。由于頻譜有限，為了滿足數據率的需求，必須充分利用頻譜；同時為了滿足數據率的需求，從4G開始還使用了載波聚合技術，使得一臺設備可以同時利用不同的載波頻譜傳輸數據。另一方面，為了在有限的帶寬內支持足夠的數據傳輸率，通信協議變得越來越復雜，因此對射頻系統的各種性能也提出了嚴格的需求。在射頻前端模塊中，射頻濾波器起著至關重要的作用。它可以將帶外干擾和噪聲濾除以滿足射頻系統和通訊協議對于信噪比的需求。隨著通信協議越來越復雜，對頻帶內外的要求也越來越高，使得濾波器的設計越來越有挑戰。另外，隨著手機需要支持的頻帶數目不斷上升，每一款手機中需要用到的濾波器數量也在不斷上升。目前射頻濾波器最主流的實現方式是聲表面波濾波器和基于薄膜體聲波諧振器技術的濾波器。聲表面波濾波器由于其自身的局限性，在1.5GHz以下使用比較合適。然而，目前的無線通訊協議已經早就使用大于2.5GHz的頻段，這時必須使用基于薄膜體聲波諧振器技術的濾波器。薄膜體聲波諧振器的結構和制備方式已經有很多。在以往的結構和制備方式中，主要采用氮化鋁、氧化鋅、PZT等壓電薄膜作為壓電材料，而壓電薄膜材料相對于壓電單晶材料在材料性能和可靠性上均有較大差距，比如其機電耦合系數比壓電單晶材料的小很多，限制了薄膜體聲波諧振器的有效機電耦合系數，并進而限制了濾波器的帶寬；再比如壓電薄膜的致密性比壓電單晶的差很多，導致其在抗靜電方面性能差很多。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術的缺陷，提出了一種采用鍵合方式實現的基于壓電單晶材料的薄膜體聲波諧振器及其制備方法。通過將壓電單晶圓片和基片材料鍵合在一起，再對壓電單晶圓片進行減薄拋光的方式實現高達GHz的薄膜體聲波諧振器和濾波器所需要的壓電體厚度。具體地，本專利技術的技術方案包括：一種薄膜體聲波諧振器，包括基片及形成在所述基片上的空氣隙、覆蓋在所述空氣隙上方的壓電三明治結構，所述壓電三明治結構包括依次堆疊的第一電極、壓電層、第二電極；其中，所述壓電層為壓電單晶，所述第一電極介于所述壓電單晶的第一表面與所述基片之間，所述第二電極位于所述壓電單晶的第二表面。進一步地，所述壓電單晶與所述基片之間還包括鍵合層。進一步地，所述壓電單晶包括壓電石英、鉭酸鋰、鈮酸鋰或四硼酸鋰。進一步地，還包括形成在所述壓電單晶的第二表面的互連層。進一步地，所述互連層將所述第一電極引出至所述壓電單晶的第二表面。本專利技術還包括一種薄膜體聲波諧振器的制備方法，包括以下步驟：制備帶有空氣隙的基片；沉積犧牲層，所述犧牲層填充所述空氣隙；沉積電極層，并圖形化所述電極層，形成覆蓋于所述空氣隙上方的壓電三明治結構的第一電極層；選擇壓電單晶并鍵合所述壓電單晶與所述基片；減薄并拋光所述壓電單晶至預定厚度；在所述壓電單晶表面沉積并圖形化第二電極層；去除所述犧牲層。進一步地，在沉積完犧牲層之后，還包括拋光犧牲層的步驟。進一步地，所述犧牲層材料包括PEC、PPC或PNB。進一步地，去除所述犧牲層步驟包括采用熱分解方法。本專利技術還包括一種濾波器，包括本專利技術所提出的薄膜體聲波諧振器或者所制備的薄膜體聲波諧振器。本專利技術所提出的技術方案具有以下幾個優點：首先，所實現的薄膜體聲波諧振器和濾波器采用壓電單晶作為壓電材料，相對于基于壓電薄膜的器件具有更大的有效機電耦合系數和帶寬，擴展了薄膜體聲波諧振器和濾波器的應用頻帶范圍；其次，由于壓電單晶體(如壓電石英晶體)可以通過不過角度的切割獲得不同機電耦合系數和溫度特性，采用本專利技術的方法，可以比較容易地制備不同帶寬和溫度特性的薄膜體聲波諧振器和濾波器；再次，由于壓電單晶材料相對于壓電薄膜的致密性和可靠性要優異很多，采用本專利技術的方法所制備的薄膜體聲波諧振器和濾波器在功能容量方面比傳統基于壓電薄膜的器件要優異很多，在抗靜電沖擊方面的性能也優異很多；最后，通常壓電薄膜的生長依賴于其下方的電極材料和形狀，比如常用的C軸擇優的氮化鋁壓電薄膜一般在鉬電極、鎢電極和鉑金電極上生長比較好，比如在電極邊緣生長的壓電薄膜性能往往較差，因此薄膜體聲波諧振器和濾波器的性能往往與壓電薄膜下方的電極材料和形狀有很大關系。采用本專利技術的方案，由于壓電單晶材料的性能與電極材料和形狀無關，可以有效避免以上缺陷，增加了器件設計的靈活度。附圖說明圖1為本專利技術的一種薄膜體聲波諧振器剖面結構圖；圖2為本專利技術的一種薄膜體聲波諧振器的制備工藝流程圖。具體實施方式下面通過附圖和具體實施例，對本專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。實施例1本專利技術提出一種薄膜體聲波諧振器，其結構參見圖1，該薄膜體聲波諧振器包括基片100，該基片100例如為硅片；在基片100上形成空氣隙130；氧化硅400覆蓋在基片100上，并被圖形化、覆蓋基片100上空氣隙之外的邊緣區域；形成在氧化硅400之上的鍵合金屬層600(800)，其中鍵合金屬層600(800)包括形成在基片100之上的第一金屬材料層600、形成在壓電單晶700鍵合表面的第二金屬材料層800，第一金屬材料層600、第二金屬材料層800例如為鉻金等；形成在空氣隙上方的第一電極500，第一電極500材料包括鉬等；壓電單晶700為薄膜體聲波諧振器的壓電層，其比如為壓電石英、鉭酸鋰、鈮酸鋰或四硼酸鋰等；形成在壓電單晶上的第二電極110，其材料包括鉬等；為了將第一電極500引出，在壓電單晶700上形成互連金屬120將薄膜體聲波諧振器的第一電極500引出到壓電單晶700表面形成焊點或互連，互連金屬120的材料包括金或鎢等。實施例2圖2為本專利技術實施例的一種薄膜體聲波諧振器的制備工藝流程圖，該制備流程包括：(a)準備單面或雙面拋光的硅片100，其中拋光面向上，進行標準清洗。(b)對硅片100進行刻蝕，形成犧牲層孔隙200，其中刻蝕方法可選擇干法刻蝕。(c)在硅片100表面沉積犧牲層材料300，完全填滿犧牲層孔隙；該材料可以是PEC、PPC或PNB，在一定溫度下可以熱分解。(d)對硅片100表面的犧牲層材料進行CMP拋光，將硅片100表面的犧牲層材料完全拋除干凈，形成如圖2(d)所示圖形。(e)在硅片100表面沉積一定厚度的氧化硅薄膜400，形成如圖2(e)所示圖形。(f)對前述氧化硅薄膜400進行圖形化，形成如圖2(f)所示圖形。(g)在硅片100表面沉積一定厚度的鉬薄膜，經光刻圖形化后形成薄膜體聲波諧振器的第一電極500，如圖2(g)所示。(h)在硅片100表面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種薄膜體聲波諧振器，包括基片及形成在所述基片上的空氣隙、覆蓋在所述空氣隙上方的壓電三明治結構，所述壓電三明治結構包括依次堆疊的第一電極、壓電層、第二電極；其中，所述壓電層為壓電單晶，所述第一電極介于所述壓電單晶的第一表面與所述基片之間，所述第二電極位于所述壓電單晶的第二表面。

【技術特征摘要】
1.一種薄膜體聲波諧振器，包括基片及形成在所述基片上的空氣隙、覆蓋在所述空氣隙上方的壓電三明治結構，所述壓電三明治結構包括依次堆疊的第一電極、壓電層、第二電極；其中，所述壓電層為壓電單晶，所述第一電極介于所述壓電單晶的第一表面與所述基片之間，所述第二電極位于所述壓電單晶的第二表面。2.根據權利要求1所述的薄膜體聲波諧振器，其特征在于：所述壓電單晶與所述基片之間還包括鍵合層。3.根據權利要求1所述的薄膜體聲波諧振器，其特征在于：所述壓電單晶包括壓電石英、鉭酸鋰、鈮酸鋰或四硼酸鋰。4.根據權利要求1所述的薄膜體聲波諧振器，其特征在于：還包括形成在所述壓電單晶的第二表面的互連層。5.根據權利要求4所述的薄膜體聲波諧振器，其特征在于：所述互連層將所述第一電極引出至所述壓電單晶的第二表面。6.一種薄膜體聲波諧振器的制備方法，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張樹民，王國浩，陳海龍，
申請(專利權)人：杭州左藍微電子技術有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33