[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

本发明公开了一种空气隙型薄膜体声波谐振器及其制备方法，所述谐振器从下到上依次分布转移衬底、键合层、底电极、压电薄膜与顶电极；所述键合层、底电极与转移衬底围成空气隙结构，所述压电薄膜的上表面与下表面分别连接有相对的顶电极与底电极，且所述底电极位于所述空气隙结构中，所述顶电极、压电薄膜与底电极构成三明治结构，且所述顶电极与底电极的正投影不完全重合；所述键合层与所述压电薄膜之间还设有填平层，所述填平层位于底电极的外侧，与所述底电极的厚度相同。本发明通过键合形成空腔，不需引入牺牲层，结构简单稳定，可控性强且降低其生产成本，简化制备工艺。

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

随着现代无线通信技术像高频、高速方向发展，对射频通信常用的前端滤波器提出了更高的要求。在工作频率不断提高的同时，对器件体积、使用性能、稳定性、集成性也有更高的要求，过去使用的声表面波滤波器(Surface Acoustic Wave，简称“SAW”)由于体积偏大、工艺兼容和工作频段的问题，已经不再满足现在高频通信的需求了。

薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称“FBAR”)是一种新型滤波器，相对于声表面波滤波器它不仅体积小、功率容量大、可集成、工作频率高，而且它还拥有更好的带外抑制和插入损耗，在目前的5G通信中有很广的使用。薄膜体声波谐振器主要有横膈膜型、空气隙型和固态装配型三种结构，三种结构都有“电极—压电薄膜—电极”这种三明治结构。

为了减少声波的损失，尽量要使声波能够形成全反射。而空气的声阻抗可以认为近似为零，因此制作时要使顶电级和底电极表面要与空气接触，顶电极是与空气接触的，底电极生长在衬底上，需要使用刻蚀的方法出去底电极处的衬底材料，使其能够与空气形成固/气界面的接触，而又保证足够的机械强度，即制成了空气隙型薄膜体声波谐振器。主流的空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法，是通过硅腔刻蚀处硅腔，再在硅腔处填入牺牲层，经过化学机械抛光后继续生长其它材料，最后再将其释放除去。它的缺点第一是牺牲层的释放需要使用腐蚀溶液，腐蚀溶液在一定程度上会对器件的其他结构有腐蚀作用，第二是牺牲层在释放时变成气体，控制速率不得当的话会使腔内压强过大，冲坏器件结构，第三是牺牲层释放可能会不彻底，从而会引入其它影响。由于这些因素的存在，主流型的FBAR器件良品率很低。

为了改善主流工艺存在的各种问题，近期的专利中提出了通过金属键合的方法制备空腔，但是金属键合的过程中金属的流动性比较大，键合压力、键合温度比较难控制，而且金属的存在容易产生电磁效应，在键合层中引入寄生参数，不同键合条件下的寄生参数不同，很难对其进行阻抗匹配，对器件的滤波性能有比较大的影响。

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，结构简单稳定，可控性强且降低其生产成本。

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，所述谐振器从下到上依次分布转移衬底、键合层、底电极、压电薄膜与顶电极；所述键合层、底电极与转移衬底围成空气隙结构，所述压电薄膜的上表面与下表面分别连接有相对的顶电极与底电极，且所述底电极位于所述空气隙结构中，所述顶电极、压电薄膜与底电极构成三明治结构，且所述顶电极与底电极的正投影不完全重合；所述键合层与所述压电薄膜之间还设有填平层，所述填平层位于底电极的外侧，与所述底电极的厚度相同。

进一步地，所述转移衬底的顶面具有一凹槽，所述键合层与部分转移衬底构成凹槽壁，所述填平层位于所述凹槽壁上表面，所述凹槽与所述键合层、底电极围成空气隙结构。