[发明专利]基于单晶压电薄膜的声波谐振器及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于单晶压电薄膜的声波谐振器及其制备方法，包括：1）提供单晶压电衬底；2）自注入面向单晶压电衬底内进行离子注入后于注入面形成图形化下电极，或在注入面形成均匀下电极，自均匀下电极面向单晶压电衬底内进行离子注入后将均匀下电极图形化形成图形化下电极；3）在图形化下电极面形成预设厚度的第一低声阻材料层；4）提供表面设有预设厚度的第二低声阻材料层的支撑衬底，将步骤3）得到的结构与支撑衬底键合；5）沿缺陷层剥离部分单晶压电衬底，以得到单晶压电薄膜；6）在单晶压电薄膜远离支撑衬底的表面形成图形化上电极。本发明避免了空气腔谐振结构，机械性能稳定，保持极大的机电耦合系数，可以提高滤波器的工作带宽。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，特别涉及一种基于单晶压电薄膜的声波谐振器及其制备方法。

背景技术

随着通信技术的快速发展和现有通信频段的日趋拥挤，射频前端(尤其是移动设备)对高性能声波滤波器的需求日益增加。目前常用的声波滤波器包括声表面波滤波器(SAW Filters)和体声波滤波器(BAW Filters)，其中SAW滤波器一般只适用于2GHz以下的应用，容易受温度变化的影响，且功率密度低；BAW滤波器在高频应用下性能优良，功率密度较高，适合非常苛刻的4G和5G通信的高频信号滤波。在目前的射频前端系统中，SAW和BAW滤波器结合使用，共同实现滤波。现有BAW滤波器多采用ZnO、AlN或掺Sc的AlN等压电材料，基于上述压电材料的声波谐振器机电耦合系数极限约为9％，极大限制了声波滤波器的带宽，逐渐无法满足高速发展的射频通信的需求。同时，现有BAW滤波器多采用金属上电极-压电薄膜-金属下电极-空气腔(或布拉格反射层)的结构：其中布拉格反射层结构的BAW滤波器机械性能稳定，但布拉格反射层结构复杂，加工工艺复杂、精度高且难度大；而空气腔结构的BAW滤波器Q值更高，但机械稳定性较差，同时由于制备过程引入应力，导致空气腔结构的BAW滤波器容易碎裂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于单晶压电薄膜的声波谐振器及其制备方法，用于解决现有技术中的声波滤波器由于采用ZnO、AlN或掺Sc的AlN等压电材料而存在的机电耦合系数低，极大限制了声波滤波器的带宽的问题，以及现有的声波滤波器采用金属上电极-压电薄膜-金属下电极-空气腔(或布拉格反射层)的结构存在的结构复杂、加工工艺复杂、精度高且难度大、机械稳定性较差且空气腔上方薄膜容易碎裂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于单晶压电薄膜的声波谐振器的制备方法，所述基于单晶压电薄膜的声波谐振器的制备方法至少包括以下步骤：

1)提供单晶压电衬底，所述单晶压电衬底的一面为注入面；

2)自所述注入面向所述单晶压电衬底内进行离子注入后于所述注入面形成图形化下电极，或在所述注入面形成均匀下电极，并自所述均匀下电极面向单晶压电衬底内进行离子注入后将均匀下电极图形化以形成图形化下电极；离子注入的能量足以使注入离子到达所述单晶压电衬底内的预设深度，并在所述预设深度处形成缺陷层；

3)在步骤2)得到的所述图形化下电极面形成预设厚度的第一低声阻材料层，所述图形化下电极陷入所述第一低声阻材料层中以被所述第一低声阻材料层包覆；

4)提供一表面设有预设厚度的第二低声阻材料层的支撑衬底，其中，所述第二低声阻材料层的材料与所述第一低声阻材料层的材料相同，将步骤3)得到的结构与所述支撑衬底键合，且所述第一低声阻材料层远离单晶压电衬底的表面及所述第二低声阻材料层远离所述支撑衬底的表面为键合面；

5)沿所述缺陷层剥离部分所述单晶压电衬底，以得到单晶压电薄膜，并使得到的所述单晶压电薄膜及所述图形化下电极转移至所述支撑衬底上；

6)在所述单晶压电薄膜远离所述支撑衬底的表面形成图形化上电极。