[發(fā)明專利]一種薄膜體聲波諧振器及其制作工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010526851.5
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111817679B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李林萍;盛荊浩;江舟
• 申請（專利權(quán)）人: 見聞錄(浙江)半導體有限公司
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/02;H03H9/13;H03H9/17
• 代理公司: 廈門福貝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35235
• 代理人: 陳遠洋

公開了一種薄膜體聲波諧振器，包括設(shè)置在聲波反射結(jié)構(gòu)所在襯底的上部的底電極層、壓電層和頂電極層，其中壓電層的與聲波反射結(jié)構(gòu)的邊界對應(yīng)的部位經(jīng)過退極化處理以形成退極化部。還公開了一種薄膜體聲波諧振器的制作工藝，包括在形成或?qū)⒁纬陕暡ǚ瓷浣Y(jié)構(gòu)的襯底上制作底電極層以覆蓋聲波反射結(jié)構(gòu)；在底電極層上制作壓電層；對壓電層的與聲波反射結(jié)構(gòu)的邊界對應(yīng)的部位進行退極化處理以形成退極化部；在壓電層上制作頂電極層。該薄膜體聲波諧振器及其制作工藝可以抑制橫波從諧振器的空腔上部的諧振區(qū)域帶走能量，從而保證諧振區(qū)域的機械振動強度，抑制寄生振蕩，并提升諧振器Q值。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及通信器件領(lǐng)域，主要涉及一種薄膜體聲波諧振器及其制作工藝。

背景技術(shù)

隨著電磁頻譜的日益擁擠、無線通訊設(shè)備的頻段與功能增多，無線通訊使用的電磁頻譜從500MHz到5GHz以上高速增長，因此對性能高、成本低、功耗低、體積小的射頻前端模塊需求也日益增長。濾波器是射頻前端模塊之一，可改善發(fā)射和接收信號，主要由多個諧振器通過拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接而成。Fbar(Thin film bulk acoustic resonator) 是一種體聲波諧振器，由它組成的濾波器具有體積小、集成能力強、高頻工作時保證高品質(zhì)因素Q、功率承受能力強等優(yōu)勢而作為射頻前端的核心器件。

Fbar是由上下電極和夾在電極之間的壓電層組成的基本結(jié)構(gòu)。壓電層主要實現(xiàn)電能與機械能的轉(zhuǎn)化。當Fbar的上下電極施加電場時，壓電層將電能轉(zhuǎn)換為機械能，機械能則以聲波的形式存在。聲波有橫波和縱波兩種振動模式，縱波是Fbar工作狀態(tài)下的主要模式，橫波易從諧振器邊緣泄露而帶走能量。Q值是衡量諧振器性能的重要指標，等于諧振器儲存能量與諧振器所損失能量的比值。因此橫波帶走能量必然會衰減Q值，使器件性能下降。

現(xiàn)有技術(shù)通過空腔邊界的air gap反射橫波而抑制橫波帶走能量， air gap以釋放內(nèi)部犧牲層的工藝制成，工藝較為復雜，且需要保證空腔上部的頂電極連接部的機械穩(wěn)定性?；蛘咄ㄟ^在諧振器的有效諧振區(qū)域上交錯的電極結(jié)構(gòu)上的設(shè)置可一定程度上抑制寄生振蕩，但無法抑制橫波攜帶能量傳出諧振器?；蛘咄ㄟ^在壓電層上制作凹槽來抑制橫波帶走能量，從而提升器件Q值，但是凹槽通過蝕刻工藝制成，此工藝會造成凹槽底部及側(cè)壁的的壓電層的晶格缺陷及微孔洞，影響諧振器性能；另一方面減小空腔上部的諧振區(qū)域面積，一定程度增加了濾波器的尺寸。又或者通過頂電極上部的質(zhì)量負載層來形成聲阻抗突變而抑制橫波帶走能量，但空腔邊緣上部的壓電層會復制其底電極經(jīng)刻蝕工藝所帶來的晶格缺陷及微孔。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)諧振器空腔上部的諧振區(qū)域處橫波易從諧振器邊緣泄露而帶走能量，難以抑制寄生振蕩，影響器件性能的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種薄膜體聲波諧振器及其制作工藝，用以解決上述問題。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種薄膜體聲波諧振器，包括設(shè)置在聲波反射結(jié)構(gòu)所在襯底的上部的底電極層、壓電層和頂電極層，其中壓電層的與聲波反射結(jié)構(gòu)的邊界對應(yīng)的部位經(jīng)過退極化處理以形成退極化部。憑借退極化部的設(shè)置，可以抑制橫波從諧振器的諧振區(qū)域帶走能量，進而保證諧振區(qū)域的機械振動強度，抑制寄生振蕩，提升諧振器的Q值。

在一些實施例中，退極化部被部分退極化。根據(jù)器件性能需求設(shè)置局部退極化可以便于以最小成本制作出滿足預(yù)期性能需求的器件。

在一些實施例中，退極化部被全部退極化。憑借退極化部的全部退極化可以實現(xiàn)完美的隔離效果和最小的寄生效應(yīng)。

在一些實施例中，退極化部在襯底上的投影區(qū)域至少從聲波反射結(jié)構(gòu)之外的區(qū)域跨越到聲波反射結(jié)構(gòu)之內(nèi)。憑借該設(shè)置能夠更好地抑制橫波帶走諧振器的能量。

在一些實施例中，退極化部是通過將壓電層進行選擇性退極化處理后形成的。憑借選擇性退極化的處理可以便于實現(xiàn)對退極化的控制。

在一些實施例中，退極化處理包括對壓電層中的壓電材料進行離子注入以及退火。通過離子注入可以實現(xiàn)利用不同的退火工藝實現(xiàn)壓電層的退極化。