[发明专利]一种空气隙型薄膜体声波谐振器及其制备方法

说明书

本发明公开了空气隙型薄膜体声波谐振器，包括从下至上依次分布的外延衬底、压电层、及钝化层，压电层的上表面与下表面分别相对相连接有顶电极与底电极；外延衬底的顶部设有第一硅腔，底电极与第一硅腔形成空气隙结构。还公开了其制备方法，选用硅衬底作为外延衬底，对外延衬底进行清洗，去除表面杂物；涂胶光刻外延衬底，生成晶圆片，通过刻蚀晶圆片制备第一硅腔；在第一硅腔依次交替表面沉积光刻胶、磷硅玻璃；在磷硅玻璃表面沉积压电薄膜；将晶圆片表面抛光；在晶圆片表面依次沉积预设厚度的底电极、压电层、顶电极及钝化层，生成谐振器；将谐振器浸泡于预设的腐蚀溶液，并去除谐振器的残留液体。本发明可缩短制备时间且提高良率。

技术领域

本发明涉及薄膜体声波谐振器技术领域，尤其涉及一种空气隙型薄膜体声波谐振器及其制备方法。

背景技术

随着5G技术的流行，高频器件受到了人们越来越多的关注。谐振器作为重要的射频元件在通信领域发挥了不可替代的作用。目前谐振器的主要种类可以分为介质陶瓷谐振器、LC谐振器以及基于声波的谐振器(体声波与表面声波谐振器)。其中体声波谐振器由于体积小、工作频率高等优点，在手机、基站等方面有着广阔的应用前景。薄膜体声波谐振器通过将电信号转换成为声信号进而实现对不同频率的电信号进行滤波。薄膜体声波谐振器目前主要有三种：固态装配型谐振器、背硅刻蚀型以及空气隙型薄膜体声波谐振器。固态装配型谐振器的品质因数较低，背硅刻蚀型的谐振器结构稳定性较差，良品率低。相比于前两种，空气隙型谐振器的具有结构稳定性好、机械品质因数高的特点，目前是最有前景的谐振器。空气隙型谐振器通过沉积牺牲层的方法制备，但是传统的牺牲层释放时间长，氢氟酸容易对结构层造成破坏。同时直接在磷硅玻璃表面生长Mo电极容易导致AlN结晶性能差、缺陷多。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种空气隙型薄膜体声波谐振器及其制备方法，缩短牺牲层的腐蚀时间，提高空气隙型薄膜体声波谐振器的良率。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种空气隙型薄膜体声波谐振器，所述声波谐振器包括从下至上依次分布的外延衬底、压电层、及钝化层，所述压电层的上表面与下表面分别相对相连接有顶电极与底电极；所述外延衬底的顶部设有第一硅腔，所述底电极与第一硅腔形成空气隙结构。

进一步地，所述顶电极与底电极的厚度均为100nm～700nm，所述压电层的厚度为500nm～3um。

进一步地，所述第一硅腔的深度为1um～30um。

进一步地，所述底电极与所述顶电极均采用金属材料，所述金属材料包括铂Pt、钼Mo、钨W、钛Ti、铝Al、金Au、银Ag中的一种或以上。

进一步地，所述压电层采用氧化锌ZnO、氮化铝AlN或压电陶瓷；所述钝化层采用氮化铝AlN、钼Mo或二氧化硅SiO₂。

进一步地，所述第一硅腔的深度为2.5um。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，制备如上所述的一种空气隙型薄膜体声波谐振器，包括以下步骤：

S1、选用硅衬底作为外延衬底，对外延衬底进行清洗，去除表面杂物；涂胶光刻所述外延衬底，生成晶圆片，通过刻蚀所述晶圆片制备第一硅腔；

S2、在所述第一硅腔表面沉积光刻胶，在所述光刻胶表面沉积磷硅玻璃；

S3、重复执行S2，在最上层的磷硅玻璃表面沉积压电薄膜氮化铝AlN，所述光刻胶、磷硅玻璃、压电薄膜构成牺牲层；

S4、通过化学机械抛光将所述晶圆片表面抛光；

S5、在所述晶圆片表面依次沉积预设厚度的底电极、压电层、顶电极及钝化层，生成谐振器；