[發明專利]基于固態和空腔結合的薄膜體聲波諧振器及加工方法

在審

• 申請號: 201710446794.8
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107171654A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 王國浩;張樹民;陳海龍;汪泉
• 申請（專利權）人: 杭州左藍微電子技術有限公司
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/05;H03H9/10;H03H3/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 李明

技術領域

本發明涉及一種薄膜體聲波諧振器，特別是涉及一種采用基于固態和空腔結合的薄膜體聲波諧振器及其制備方法。

背景技術

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，主要采用空腔型工藝(FBAR)，包括表面犧牲層工藝和背部空腔刻蝕工藝，或者固態封裝工藝(SMR)。其中表面犧牲層工藝的難點在于如何將表面空腔內的犧牲層材料徹底清除，使得器件最終沒有犧牲層殘留物的粘連；背部空腔刻蝕工藝的器件應力較大，制備加工過程中容易產生裂縫，另外，背部刻蝕開口的控制(包括時間、角度等)也對器件有比較大的影響；基于固態封裝工藝的薄膜體聲波諧振器的制備過程較為簡單，但是由于聲波的反射依靠的是薄膜間的布拉格反射，其器件的質量因子(Q值)不如基于空氣界面反射的空腔型薄膜體聲波諧振器。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提出了一種全新的結合固態封裝型工藝和背部空腔型工藝的薄膜體聲波諧振器及其制備方法。通過先在器件正面沉積固態封裝型(SMR)的布拉格反射層薄膜，然后在反射層薄膜上面依次沉積并刻蝕底電極、壓電材料和頂電極，使之形成壓電薄膜換能器堆疊結構，最后在器件背部開口刻蝕形成空腔結構。

具體地，本發明的提出如下方案：

一種薄膜體聲波諧振器，其特征在于：包括基底、依次形成在所述基底第一表面的反射層結構、壓電換能器堆疊結構；在與所述基底第一表面相對的第二表面上包括空腔；所述空腔與所述壓電換能器堆疊結構相對設置，所述壓電換能器堆疊結構包括底電極、壓電層、頂電極的三明治結構。

進一步地，所述空腔停止在所述反射層結構表面。

進一步地，所述反射層結構包括布拉格反射層結構。

進一步地，所述布拉格反射層結構包括交替沉積的多組不同材料的反射層。

進一步地，還包括形成在所述基底的第二表面上的掩模層。

本發明還提出一種薄膜體聲波諧振器的制各方法，包括以下步驟：

準備基底；

在所述基底的第一表面上沉積反射層；

在所述反射層上沉積壓電換能器堆疊結構；

從與所述基底的第一表面相對的第二表面刻蝕所述基底，形成與所述壓電換能器堆疊結構相對的空腔結構。

進一步地，所述反射層包括布拉格反射層結構。

進一步地，所述沉積反射層步驟包括交替沉積多組不同材料的反射層。

進一步地，還包括在所述基底的第二表面沉積刻蝕掩模的步驟。

進一步地，所述刻蝕停止于所述反射層。