[发明专利]基于固态和空腔结合的薄膜体声波谐振器及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜体声波谐振器，特别是涉及一种采用基于固态和空腔结合的薄膜体声波谐振器及其制备方法。

背景技术

随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求越来越高。在移动通信领域，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代(3G)以多媒体通信为特征，第四代(4G)将通信速率提高到1Gbps、时延减小到10ms，第五代(5G)是4G之后的新一代移动通信技术，虽然5G的技术规范与标准还没有完全明确，但与3G、4G相比，其网络传输速率和网络容量将大幅提升。如果说从1G到4G主要解决的是人与人之间的沟通，5G将解决人与人之外的人与物、物与物之间的沟通，即万物互联，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。

与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。由于频谱有限，为了满足数据率的需求，必须充分利用频谱；同时为了满足数据率的需求，从4G开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各种性能也提出了严格的需求。

在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。随着通信协议越来越复杂，对频带内外的要求也越来越高，使得滤波器的设计越来越有挑战。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，每一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。

目前射频滤波器最主流的实现方式是声表面波滤波器和基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。声表面波滤波器由于其自身的局限性，在1.5GHz以下使用比较合适。然而，目前的无线通讯协议已经早就使用大于2.5GHz的频段，这时必须使用基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。

薄膜体声波谐振器的结构和制备方式已经有很多。在以往的结构和制备方式中，主要采用空腔型工艺(FBAR)，包括表面牺牲层工艺和背部空腔刻蚀工艺，或者固态封装工艺(SMR)。其中表面牺牲层工艺的难点在于如何将表面空腔内的牺牲层材料彻底清除，使得器件最终没有牺牲层残留物的粘连；背部空腔刻蚀工艺的器件应力较大，制备加工过程中容易产生裂缝，另外，背部刻蚀开口的控制(包括时间、角度等)也对器件有比较大的影响；基于固态封装工艺的薄膜体声波谐振器的制备过程较为简单，但是由于声波的反射依靠的是薄膜间的布拉格反射，其器件的质量因子(Q值)不如基于空气界面反射的空腔型薄膜体声波谐振器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出了一种全新的结合固态封装型工艺和背部空腔型工艺的薄膜体声波谐振器及其制备方法。通过先在器件正面沉积固态封装型(SMR)的布拉格反射层薄膜，然后在反射层薄膜上面依次沉积并刻蚀底电极、压电材料和顶电极，使之形成压电薄膜换能器堆叠结构，最后在器件背部开口刻蚀形成空腔结构。

具体地，本发明的提出如下方案：

一种薄膜体声波谐振器，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层结构、压电换能器堆叠结构；在与所述基底第一表面相对的第二表面上包括空腔；所述空腔与所述压电换能器堆叠结构相对设置，所述压电换能器堆叠结构包括底电极、压电层、顶电极的三明治结构。

进一步地，所述空腔停止在所述反射层结构表面。

进一步地，所述反射层结构包括布拉格反射层结构。

进一步地，所述布拉格反射层结构包括交替沉积的多组不同材料的反射层。

进一步地，还包括形成在所述基底的第二表面上的掩模层。

本发明还提出一种薄膜体声波谐振器的制各方法，包括以下步骤：

准备基底；

在所述基底的第一表面上沉积反射层；

在所述反射层上沉积压电换能器堆叠结构；

从与所述基底的第一表面相对的第二表面刻蚀所述基底，形成与所述压电换能器堆叠结构相对的空腔结构。

进一步地，所述反射层包括布拉格反射层结构。

进一步地，所述沉积反射层步骤包括交替沉积多组不同材料的反射层。

进一步地，还包括在所述基底的第二表面沉积刻蚀掩模的步骤。

进一步地，所述刻蚀停止于所述反射层。