[发明专利]一种晶体滤波元件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种晶体滤波元件，包括多个体谐振器、第一输入端点、第二输入端点、第一输出端点和第二输出端点，多个体谐振器分为与两个输出端点有串联关系的第一体谐振器、与两个输出端点有并联关系的第二体谐振器两种，每个体谐振器包括基片、第一电极和第二电极，所述基片包括生长衬底和置于生长衬底上的晶体薄膜层，所述晶体薄膜层具有上表面和部分暴露于生长衬底外的下表面，各第一电极设置在晶体薄膜层相应的暴露的下表面，所述第二电极设置在晶体薄膜层的上表面，所述第一体谐振器具有至少两个，各第一体谐振器分布在同一个第一圆弧上，所述第一圆弧对应的晶体薄膜层的位置厚度相同。还公开了一种上述晶体滤波元件的制备方法。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种晶体滤波元件及其制备方法。

背景技术

现在的智能手机和WiFi等都有独特的射频(RF)信号接收系统。在这些信号接收系统中，微波滤波元件的作用是把所需的信号选取出来，因此是不可缺少的。使用薄晶体谐振器形成滤波元件已经有80多年的历史。近几年来，为了增加信息容量，信号传输频率逐渐增加。现在已经采用5G技术，频率在2GHz以上；并逐渐向毫米波过渡(频率在30GHz以上)，这些技术需要小型化、低损耗、高频率的宽带滤波器。

目前市场上适用于上述波段的产品是利用多晶AlN薄膜体声学体谐振器(FBAR，或薄膜体谐振器)形成的体声学波(BAW)滤波元件，如梯式滤波器(ladder filter，图8)和格式滤波器(lattice filter，图9)，它们有输人端(6、8)和输出端(7，8a)，在有些情况下，端点8、8a也叫地线。对于梯式滤波器，输入端点8和输出端点8a是相同的，因为它们都接到地线上。体谐振器1与输出端(7，8a)有串联关系，通常叫做串联谐振器(series resonator)；体谐振器2与输出端有并联关系，通常叫做并联谐振器(shunt resonator)。

多晶AlN薄膜有选择性的取向，即大部分AlN晶粒的C方向大致上与薄膜相垂直，具有一定的压电性，但是相当于单晶AlN薄膜，性能不够高。另一方面，为了提高工作频率到上述5G/毫米波波段，需要减薄多晶AlN薄膜的厚度，这样会造成压电系数降低，有效机电耦合系数(K²_eff)会降低。因此，为了实现高频运作和提高AlN薄膜体谐振器的性能和可靠性，如有效机电耦合系数，降低噪音等，可以使用单晶AlN薄膜体谐振器。

但是，使用单晶AlN薄膜体谐振器会有一系列问题，这些问题还没有被意识到或没有提出解决方案：①所有的串联体谐振器1应该具有相同的谐振频率，否则无法高效工作。但是，AlN及其类似的III-氮化物晶体薄膜如Ga_xAl_1-xN和Sc_xAl_1-xN等，是在高温(1000℃)下、在SiC、Si和蓝宝石等生长衬底上，通过异质外延生长而形成的，如AlN/SiC和AlN/Si等。在生长过程和降温中都会造成应力，形成应力的因素包括异质外延晶格失配、生长过程中缺陷浓度的变化、热膨胀失配和加热衬底的方式等，应力在生长过程中将造成生长衬底翘起，单晶薄膜的厚度将变得不均匀，每个体谐振器1(FBAR)的谐振频率会出现差异，将无法构建高质量的梯式和格式滤波器；②为了形成电极，部分生长沉底需要被蚀刻，但是，可以容易蚀刻的衬底如SiC和Si等，通常是导电的，高阻SiC相当昂贵；③AlN的内应力可以降低有效机电耦合系数；④多晶体谐振器的AlN薄膜通常是直接沉积在下侧的金属电极上，基本上不存在FBAR连接方式的问题，对于单晶薄膜体谐振器，必须优化其连接方式，从而降低成本并容易封装。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种晶体滤波元件，能提高效能。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述的滤波元件制备方法。