[发明专利]一种薄膜体声波谐振器及通信器件

说明书

本发明公开了一种薄膜体声波谐振器及其通信器件，该谐振器包括衬底，衬底的上表面设有凹槽，凹槽设有边界，衬底上依次设有底电极层、压电层与顶电极层，底电极层与压电层之间设置第一温度补偿层，压电层与顶电极层之间设置第二温度补偿层，压电层面向第一温度补偿层的一侧与面向第二温度补偿层的另一侧分别设置有保护腔，第一温度补偿层与第二温度补偿层分别放置于保护腔中，保护腔的长度延伸出凹槽的边界。上述谐振器通过在压电层靠近温度补偿层的一侧设置保护腔体，并将温度补偿层嵌入保护腔体中，使其端部覆盖较厚的压电材料并发挥保护作用，有效减弱刻蚀液的浸透能力，从而避免温度补偿层被牺牲层刻蚀液侵蚀，确保谐振器的温度稳定性。

技术领域

本发明涉及无线通信射频前端器件技术领域，特别是涉及一种薄膜体声波谐振器及通信器件。

背景技术

随着无线通信技术及智能手机的发展，射频前端对元器件性能指标、集成度的要求越来越高。基于薄膜体声波器件的射频前端滤波器、双工器、多工器因其具有小体积、低插损、快速滚降、低功耗等优点，已被广泛使用于智能手机、通信终端、以及通信基站中，并将于未来应用于车联网、工业控制等物联网终端的通信设备中。此外，基于薄膜体声波器件的振荡器在高速串行数据设备如SATA硬盘驱动器、USB3.0标准PC外设、C-type接口、光线收发器等中极具应用价值。

典型的薄膜体声波谐振器包括位于衬底上的声反射层、位于声反射层上的底电极层、位于底电极层上的压电层，以及位于压电层上的顶电极层。声反射层的两种常见具体形式分别是，空气腔结构，以及由高声阻抗层和低声阻抗层交叠而成的多层复合结构。空气腔的形成过程通常是，先沉积一层牺牲层材料，当器件其它各层加工完成后，对牺牲层材料进行释放，留下的空间即可形成空腔。

薄膜体声波谐振器的谐振频率由各层薄膜的厚度及厚度方向上的材料声速决定，不包括声反射层及衬底。具体地，当厚度增大时，谐振频率降低；当材料声速变小时，谐振频率降低。由于薄膜体声波谐振器的压电层、电极层的厚度及声速都会随温度而变化，因此薄膜体声波谐振器的谐振频率也随温度而变化。常见的压电层、电极层材料如氮化铝、钼都是负温度系数材料，即材料声速都随温度升高而变小。例如，氮化铝的声速的温度系数为-25ppm/℃，钼的声速的温度系数为-60ppm/℃。因此，薄膜体声波谐振器的谐振频率通常都随温度升高而降低，其温度系数受到各层材料的厚度比例影响，通常在 -30ppm/℃到-40ppm/℃之间。在薄膜体声波谐振器中添加具有正温度系数的材料层，例如温度系数为+60ppm/℃的二氧化硅层，可以实现对其他材料层负温度系数的抵消作用，使薄膜体声波谐振器整体呈现低温漂(+/-10ppm/℃以内)、甚至零温漂特性。常见的温度补偿层的材料为二氧化硅及带有其它元素掺杂的二氧化硅，而空气腔型薄膜体声波谐振器的牺牲层材料也相同。

由于薄膜体声波谐振器的温度补偿层的图形化通常为刻蚀工艺形成，因此温度补偿层在其边界处经过刻蚀的表面很粗糙，导致生长在其边界上方的压电层薄膜缺陷较多，容易形成微孔。当薄膜体声波谐振器经历牺牲层的释放工艺时，暴露在刻蚀液中的压电层薄膜难以对温度补偿层形成有效保护，刻蚀液极易在温度补偿层边界上方处通过压电层的微孔侵透压电层薄膜，钻入温度补偿层。由于温度补偿层与牺牲层通常都使用二氧化硅或掺杂型二氧化硅材料，因此牺牲层刻蚀液也会对温度补偿层造成腐蚀破坏，进而影响薄膜体声波谐振器的温度稳定性。

因此，如何有效保护温度补偿层的完整性是亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所存在的不足而提供一种薄膜体声波谐振器及通信器件，通过在压电层靠近温度补偿层的一侧设置保护腔体，并将温度补偿层嵌入保护腔体中，使得温度补偿层的多面同时覆盖较厚的压电材料并发挥保护作用，有效减弱刻蚀液的浸透能力，从而避免温度补偿层被牺牲层刻蚀液侵蚀，确保谐振器的温度稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：