[发明专利]薄膜体声波谐振器

说明书

本发明提供一种薄膜体声波谐振器，包括：衬底、阻挡层、基底层、诱导层、第一电极层、压电层、第二电极层、空气隙；所述阻挡层形成于衬底的一个表面，衬底的该表面设有下凹腔；基底层设置在衬底的所述一个表面，基底层下的衬底下凹腔形成空气隙；诱导层生长在基底层上；在诱导层上自下往上依次生长有第二电极层、压电层和第一电极层。第一电极层和第二电极层的材料选取为Mo。压电层的材料选取为AlN，厚度选取为谐振频率对应声波波长的二分之一。本发明能够提高结构的机械强度和功率容量，满足更高频率的应用。

技术领域

本发明涉及一种用于电子电路的薄膜体声波滤波器，尤其是一种薄膜体声波谐振器。

背景技术

降低电子设备成本和规模是小型设备对电子器件的持续需求。消费类产品，如手机等便携式联网产品，将严重限制了其内部器件的尺寸和成本。基于五代通信系统高频化、宽带化等特点，射频滤波器需要满足更高的要求。因此，提高射频滤波器的生产成品率和降低射频滤波器的生产成本都是一直不断需要研究与改进的。

射频滤波器中的重要一类就是体声波滤波器。这种滤波器功能的实现是基于体声波谐振器的。这种体声波谐振器使用压电薄膜材料，被夹在两层金属电极之间，形成一个电极-压电材料-电极的三明治结构。中间的压电材料在静电作用下将转换电能为机械能声波，声波沿电场方向和反向纵向传播，并形成机械谐振。因此可以达到滤波功能。一般采取的方法是在上下电极表面与空气构成交界面，将声波限制与压电振荡堆之内，减少能量耗散。

薄膜体声波谐振器有高Q值，温度系数小，体积小，可集成化等优点。基本的薄膜体声波谐振器由一层压电材料和其上下两电极组成。第五代通信技术的研究发展中，通信频率向高频发展，谐振器器件的结构厚度越来越薄，功率容量减小，机械强度降低。

对于现有的薄膜体声波谐振器；

第一种结构采取的工艺为硅反面刻蚀，即在硅衬底的背面进行湿法刻蚀，去除硅衬底的大部分结构，形成一个空气腔，以形成悬空的三明治结构。这种工艺的结构非常脆弱，极易破碎，一般需要在淀积下电极之前先生长一层Si3N4层，以其低应力特性增加薄膜强度。此外，背部刻蚀使用KOH等湿蚀刻剂完成，由于湿法刻蚀具有定向性，存在54度的坡度，严重限制了晶圆片的最终密度和FBAR的产量。

第二种结构是在第一种结构上进行改进，通过体硅工艺在压电振荡堆与硅衬底之间形成一层较薄的空气隙，保留硅衬底结构，保证机械强度。这样的空气隙可以获得平整的压电层和较好的结构稳定性，这也是现在产品使用的主流结构之一。这种结构有着很好的Q值，其中刻蚀空气隙的工艺比较复杂，需要预先留下刻蚀孔洞。

第三种结构被称作固态堆叠型（Solidly Mounted Resonator, SMR），其结构是使用布拉格反射层代替空气隙结构。布拉格反射层可以在压电振荡堆底部产生大的声波阻抗，一般由高低声波阻抗的材料交叠制成，每一层的厚度都选取为材料谐振频率的四分之一波长。但是这种结构无法形成独立自由的薄膜，与空气隙结构的谐振器比较，Q值较低，且材料的不同组合与反射层层数都会改变反射层的性能，设计复杂。

发明内容

本发明提供一种薄膜体声波谐振器，目的是提高结构的机械强度和功率容量，满足更高频率的应用。本发明采用的技术方案是：

一种薄膜体声波谐振器，包括：衬底、阻挡层、基底层、诱导层、第一电极层、压电层、第二电极层、空气隙；

所述阻挡层形成于衬底的一个表面，衬底的该表面设有下凹腔；

基底层设置在衬底的所述一个表面，基底层下的衬底下凹腔形成空气隙；

诱导层生长在基底层上；在诱导层上自下往上依次生长有第二电极层、压电层和第一电极层。

进一步地，第一电极层和第二电极层的材料选取为Mo。