[发明专利]基于铌酸锂薄膜的空气隙型剪切波谐振器及其制备方法

说明书

本发明公开了基于铌酸锂薄膜的空气隙型剪切波谐振器及其制备方法，通过对电极形状、电极尺寸、压电材料取材、厚度等方面的优化设计，减小了横波寄生模式的影响，使得谐振器仅工作在剪切波模式下，提高了谐振器的品质因数；在双抛高阻硅片的一个表面先后沉积保护层、牺牲层材料，再将衬底化学机械抛光；通过离子注入与晶圆键合的方法，将铌酸锂薄膜转移到该抛光的衬底上面，然后利用剥离工艺在铌酸锂薄膜表面溅射金属叉指电极；最后利用干法刻蚀或者湿法腐蚀的办法去掉牺牲层；随后将这一面保护起来，在另一面重复之前的生长，除去保护层后获得成品器件；进而提高了谐振器的机械强度与可靠性，可适用于谐振器的大规模制造。

技术领域

本发明涉及薄膜体声波谐振器技术领域，特别地是基于铌酸锂薄膜的空气隙型剪切波谐振器及其制备方法。

背景技术

随着现代无线通信技术往高频、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、集成性也有了更高的要求。基于氮化铝的薄膜体声波滤波器存在着各种各样的缺陷。氮化铝理论的最大机电耦合系数仅仅只有6％左右，因此基于氮化铝的薄膜体声波滤波器不适合应用于宽带滤波器。而且在衬底材料上面很难生长高质量、低缺陷的氮化铝晶体材料。由于铌酸锂的机电耦合系数远远高于氮化铝，因此可以利用铌酸锂剪切波谐振器来制备高频宽带滤波器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以使铌酸锂谐振器形成剪切波谐振，同时减少了横向振动模式的干扰，提高了谐振器的机械强度与可靠性的基于铌酸锂薄膜的空气隙型剪切波谐振器及其制造方法。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种基于铌酸锂薄膜的空气隙型剪切波谐振器，包括：

衬底，所述衬底的上端中部设置有开口向上的第一凹槽，所述衬底的下端中部设置有开口向下的第二凹槽；

第一保护层，所述第一保护层覆盖生长于所述第一凹槽的内表面；

第一压电层，所述第一压电层覆盖所述第一凹槽生长于所述衬底的上端面；所述第一压电层与所述第一保护层共同形成第一空气腔；以及

第一电极，所述第一电极通过磁控溅射沉积生长于所述第一压电层的上端面。

进一步地，还包括第二保护层、第二压电层和第二电极；所述第二保护层覆盖生长于所述第二凹槽的内表面；所述第二压电层覆盖所述第二凹槽生长于所述衬底的下端面；所述第二压电层与所述第二保护层共同形成第二空气腔；所述第二电极通过磁控溅射沉积生长于所述第二压电层的下端面。

进一步地，所述第一保护层和所述第二保护层均采用Si₃N₄、SiO₂中一种材料；所述第一保护层和所述第二保护层的厚度均为1um～3um。

进一步地，所述第一压电层和所述第二压电层均采用铌酸锂压电材料制作而成；所述第一压电层和所述第二压电层的厚度均为200nm～6um。

进一步地，所述第一电极和所述第二电极均采用Pt、Mo、Ag、Al和Au中的一种电极材料；所述第一电极和所述第二电极的厚度均为50nm～800nm。

进一步地，所述第一电极的电极间距为400nm～6um；所述第一电极的宽度为400nm～4um；所述第一电极的长度为40um～200um。

进一步地，一种基于铌酸锂薄膜的空气隙型剪切波谐振器的制造方法，包括以下步骤：

步骤(1)，对所述衬底进行酸洗，除去表面有机物和脏污，在对所述衬底进行干燥；

步骤(2)，在清洗后的所述衬底的下端面使用等离子体增强化学气相沉积的方法生长第三保护层，接着通过感应耦合等离子刻蚀机在所述衬底的上端面中部刻蚀第一凹槽；