一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器的制作方法

1.本实用新型涉及一种体声波谐振器，具体涉及一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器。


背景技术：

2.5g高频滤波器是射频通信前端不可替代的核心元件，承担起主要的滤波、选频功能，是移动通信领域关键器件之一，也是业界普遍认可的最具有潜力的第三代半导体器件之一。随着n41、n77、n78等5g频段纳入商用，无线传输信号的载波频率更高，声表面波等滤波器的品质因数等性能参数受限于工作原理等将大幅度下降，体声波滤波器成为5g频段滤波器的唯一选择。5g通信的确立，推动了终端体声波滤波器市场的成倍增长。
3.目前主流的空腔型fbar谐振器的主要谐振区域由电极-压电层-电极组成三明治结构，这种结构的空腔型fbar谐振器在一定程度上提升了载波频率，但在体声波谐振器的谐振峰或反谐振峰附近会出现寄生现象，仍然会拉低整体器件的性能。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，解决了现有单晶薄膜体声波谐振器存在的寄生谐振、插入损耗大的问题。本实用新型的技术方案为：
5.一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，按照从下往上的顺序依次包括硅衬底、支撑层和单晶压电薄膜层，所述硅衬底、所述支撑层和所述单晶压电薄膜层之间形成有空腔；所述单晶压电薄膜层的上下两侧分别设有上电极层和下电极层，所述下电极层位于所述空腔内；所述单晶压电薄膜层上端和下端分别设置上负载层和下负载层，所述上负载层和所述下负载层分别沿所述上电极层和所述下电极层边沿包围设置，并且所述上负载层和所述下负载层关于所述单晶压电薄膜层呈上下对称分布。
6.进一步地，所述支撑层为二氧化硅材质，厚度为2μm～3.5μm。
7.进一步地，所述单晶压电薄膜层为aln材质，厚度为500nm～4μm。
8.进一步地，所述上电极层和所述下电极层的材质为mo、pt、ti和au中的任意一种，厚度为50nm～1μm。
9.进一步地，所述上负载层和所述下负载层的材质为mo、pt、ti和au中的任意一种，厚度为50nm～2μm，宽度为50nm～10μm。
10.进一步地，所述上负载层和所述下负载层的数量均为1个或多个，呈多面体框架结构。
11.进一步地，当所述上负载层和所述下负载层的数量为多个时，多个所述多面体框架结构分别以一个包围一个的嵌套方式排布，相邻多面体框架结构间隔一定距离，最外层多面体框架结构分别沿所述上电极层和所述下电极层边沿包围设置，其它层多面体框架结构分别设置在所述上电极层和所述下电极层上。
12.进一步地，所述上负载层和所述下负载层的数量为2个
13.优选地，所述多面体框架结构为正五面体框架结构。
14.相比现有技术，本实用新型的技术效果是：
15.本实用新型通过采用对称型负载层设计可以有效降低fbar谐振器在谐振峰位置的寄生波形；在单晶压电层的基础上进一步降低了fbar谐振器的损耗，有利于构建低插损的优质体声波滤波器。
附图说明
16.图1为本实用新型具体实施例制备方法中步骤s1获得的外延片的结构示意图。
17.图2为本实用新型具体实施例制备方法中步骤s2获得的芯片结构的结构示意图。
18.图3为本实用新型具体实施例制备方法中步骤s3获得的芯片结构的结构示意图。
19.图4为本实用新型具体实施例制备方法中步骤s4获得的芯片结构的结构示意图。
20.图5为本实用新型具体实施例制备方法中步骤s5获得的芯片结构的结构示意图。
21.图6为本实用新型最终获得的对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器的结构示意图。
22.图7为本实用新型采用一组对称负载层优化单晶薄膜体声波谐振器的俯视图，负载层包覆的五边形部分为电极层，以空白形式表示。
23.图8为本实用新型采用2组对称负载层优化单晶薄膜体声波谐振器的结构示意图。
24.图9为本实用新型采用2组对称负载层优化单晶薄膜体声波谐振器的俯视图。
25.图1～8的附图标记说明：101单晶压电薄膜层；102硅衬底一；103支撑层；104下电极层；105下负载层；106上电极层；107上负载层；108硅衬底二。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的实用新型构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，本实用新型的保护范围包括但不限于以下实施例，在不偏离本技术的精神和范围的前提下任何对本实用新型的技术方案的细节和形式所做出的修改均落入本实用新型的保护范围内。
27.实施例1
28.本实施例提供一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，如图6所示，按照从下往上的顺序依次包括硅衬底108、支撑层103和单晶压电薄膜层101，所述硅衬底108、所述支撑层103和所述单晶压电薄膜层101之间形成有空腔；所述单晶压电薄膜层101的上下两侧分别设有上电极层106和下电极层104，所述下电极层104位于所述空腔内；所述单晶压电薄膜层101上端和下端分别设置上负载层107和下负载层105，并且所述上负载层107和所述下负载层105关于所述单晶压电薄膜层101呈上下对称分布。
29.如图7所示，在本实施例中，所述上负载层107和所述下负载层105为单个，均呈正五面体框架结构，分别围绕上电极层106和下电极层104边沿包围设置。上负载层107和下负载层105的宽度设置为1.25μm，该宽度是根据仿真计算结果，对谐振器内的各声波散射进行分析得到横向传输的声波波长取其四分之一波长作为负载层宽度，厚度为150nm。
30.更加具体的，在本实施例中，硅衬底厚度为575μm。支撑层103采用二氧化硅支撑
层，厚度为2μm。单晶压电薄膜层为aln材质，厚度为2μm。上电极和下电极为mo材质，厚度为200nm。
31.谐振器上电极层106、单晶压电薄膜层101和谐振器下电极层104共同构成压电震荡三明治结构，通过构成三明治结构能够进一步减少外接电路引入的性能损耗，同时，通过对称设置上下负载层可以显著减小谐振器的寄生特性。本实施例的谐振器能够更好地更适用于3ghz以上的频段。
32.上述谐振器的制备方法包括以下步骤：
33.步骤s1，采用两个硅衬底，对硅衬底一102进行酸洗以及有机清洗，使衬底表面清洁，然后在硅衬底一上沉积单晶压电薄膜；如图1所示。
34.步骤s2，在步骤s1获得的外延片的单晶压电薄膜上沉积支撑层并进行光刻图形化处理，使最终形成的支撑层数量为2，且分别分布在单晶压电薄膜两侧；如图2所示。
35.步骤s3，在步骤s2获得的芯片结构的单晶压电薄膜上溅射或蒸镀谐振器下电极104与下电极负载层105；如图3所示。
36.步骤s4，在步骤s3获得的芯片结构的单晶压电薄膜上溅射或蒸镀下负载层并进行光刻图形化处理使呈正五面体；如图4所示。
37.步骤s5，取硅衬底二，将步骤s4获得的芯片结构采用倒装方式与硅衬底二键合，转移单晶压电薄膜101、下电极104、下电极负载层105，并使用机械减薄与化学机械抛光的方式去除硅衬底一；如图5所示。
38.步骤s6，在步骤s5获得的芯片结构的单晶压电薄膜101上溅射或蒸镀上电极106；
39.步骤s7，在步骤s6获得的芯片结构的单晶压电薄膜101上溅射或蒸镀上负载层107并进行光刻图形化处理使呈正五面体，并通过蒸镀金属进行电学连接，将上电极引出，完成制备，如图6所示。。
40.具体的，本具体实施方式中，所述生长单晶压电薄膜的方法包括pvd、mocvd、pld、ald中的一种或多种结合，所述生长谐振器下电极的方法为磁控溅射，所述沉积二氧化硅介质层的方法为等离子体增强化学气相沉积的方法pecvd。
41.具体的，本实施例方案中，所述第二射频耦合电容上电极为mo、pt、ti和au中的任意一种金属，所述第二射频耦合电容下电极为mo、pt、ti和au中的任意一种金属。
42.本实施例获得的谐振器的谐振曲线平滑无寄生蜂，品质因数高。
43.实施例2
44.本实施例提供一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，与实施例1的区别在于：上负载层和下负载层的数量分别为3个，并且分别以一个包围一个的嵌套方式排布，相邻多面体框架结构间隔0.25μm，最内层多面体框架结构分别沿所述上电极层和所述下电极层边沿包围设置。结构示意图如图8和9所示。
45.本实施例获得的谐振器具有2组负载层，同样其谐振曲线平滑无寄生蜂，品质因数高。
46.对比例1
47.本对比例提供了一种射频体声波谐振器，该谐振器与实施例1的区别就在于：其无负载层结构，其它同实施例1的谐振器。将该谐振器和实施例1获得谐振器进行导纳曲线测定，结果为：由于本实用新型具有特殊的对称设置负载层结构，能够显著增强体声波滤波器
的抑制寄生参数的特性，而对比例1的谐振器导纳曲线则存在很明显的杂峰。
48.综上，在本实用新型中，通过设置负载层可以显著减小谐振器的寄生特性，同时，通过在上下电极同时设置对称分布的一阶或多阶复杂层阵列可以进一步平衡由负载层引入的杂散因子，从而可以得到品质因数高、谐振曲线平滑的体声波谐振器，解决了传统单晶薄膜体声波谐振器谐振波形存在寄生峰的问题，此外，本实用新型仅仅需要在上电极与下电极上制备材料相同的负载层即可，并不需要额外制备功能膜层或者外接电容电阻，降低了制备难度，从而降低了制备成本。
49.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，其特征在于：按照从下往上的顺序依次包括硅衬底、支撑层和单晶压电薄膜层，所述硅衬底、所述支撑层和所述单晶压电薄膜层之间形成有空腔；所述单晶压电薄膜层的上下两侧分别设有上电极层和下电极层，所述下电极层位于所述空腔内；所述单晶压电薄膜层上端和下端分别设置上负载层和下负载层，所述上负载层和所述下负载层分别沿所述上电极层和所述下电极层边沿包围设置，并且所述上负载层和所述下负载层关于所述单晶压电薄膜层呈上下对称分布。2.根据权利要求1所述的一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述支撑层厚度为2μm～3.5μm。3.根据权利要求1所述的一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述单晶压电薄膜层厚度为500nm～4μm。4.根据权利要求1所述的一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述上电极层和所述下电极层厚度为50nm～1μm。5.根据权利要求1所述的一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述上负载层和所述下负载层厚度为50nm～2μm，宽度为50nm～10μm。6.根据权利要求5所述的一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述上负载层和所述下负载层的数量均为1个或多个，呈多面体框架结构。7.根据权利要求6所述的一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，其特征在于：当所述上负载层和所述下负载层的数量为多个时，多个所述多面体框架结构分别以一个包围一个的嵌套方式排布，相邻多面体框架结构间隔一定距离，最外层多面体框架结构分别沿所述上电极层和所述下电极层边沿包围设置，其它层多面体框架结构分别设置在所述上电极层和所述下电极层上。8.根据权利要求7所述的一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述上负载层和所述下负载层的数量均为2个。9.根据权利要求6～8任意一项所述的一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述多面体框架结构为正五面体框架结构。

技术总结
本实用新型提供一种对称负载层优化的单晶薄膜体声波谐振器。该谐振器按照从下往上的顺序依次包括硅衬底、支撑层和单晶压电薄膜层，所述硅衬底、所述支撑层和所述单晶压电薄膜层之间形成有空腔；所述单晶压电薄膜层的上下两侧分别设有上电极层和下电极层，所述下电极层位于所述空腔内；所述单晶压电薄膜层上端和下端分别设置上负载层和下负载层，并且所述上负载层和所述下负载层关于所述单晶压电薄膜层呈上下对称分布。本实用新型通过采用对称型负载层设计可以有效降低FBAR谐振器在谐振峰位置的寄生波形，在单晶压电层的基础上进一步降低了FBAR谐振器的损耗，有利于构建低插损的优质体声波滤波器。的优质体声波滤波器。的优质体声波滤波器。


技术研发人员：李国强
受保护的技术使用者：河源市艾佛光通科技有限公司
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2022/5/25