[发明专利]一种复合电极的体声波谐振器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合电极的体声波谐振器及其制备方法，包括带有空腔的衬底、复合下电极、压电层、上电极。其中，压电层在复合下电极和上电极之间。复合下电极含有第一下电极、种子层、温度补偿层和第二下电极。第一下电极和第二下电极通过刻蚀通孔后相连接；通孔贯穿温度补偿层和种子层。复合电极在一方面可以提高压电薄膜的质量，降低谐振器的温度频率系数；另一方面，消除了由于温度补偿层导致的寄生电容效应，提高了谐振器的耦合系数。

技术领域

本发明涉及体声波谐振器领域，特别是涉及一种薄膜体声波谐振器及其制备方法。

背景技术

5G时代的到来，体声波(BAW)滤波器被广泛用于移动射频领域。相比于声表面波(SAW)滤波器，BAW可以提供高Q值，陡峭的曲线，低插入损耗以及较高的隔离特性。

传统的薄膜体声波谐振器由顶电极，压电层，底电极组成三层复合结构，当在上下电极施加射频电压时，BAW谐振器会将电能转化为机械能。目前制备FBAR压电层的主流工艺是在电极薄膜上磁控溅射AlN压电薄膜，而由于AlN薄膜与电极之间存在较大的晶格失配和热失配，导致生长出的薄膜质量较差，进而影响谐振器的性能。另一方面，用于制作BAW谐振器的压电材料AlN、ZnO，电极材料Mo等，大部分为负温度系数材料。在外界工作温度变化的情况下，谐振器的工作频率会随着温度的变化而产生漂移。目前，SiO₂常被用做谐振器的温度补偿，但是SiO₂的加入会引发寄生电容效应，导致器件性能的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有种子层和温度补偿层的薄膜体声波谐振器，能够提高压电薄膜的质量，降低谐振器的温度频率系数，同时还能消除由于种子层和温度补偿层导致的寄生电容效应，提高谐振器的耦合系数。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种薄膜体声波谐振器，包括带有空腔的衬底以及位于所述衬底之上的复合下电极、压电层、上电极；

所述压电层位于复合下电极和上电极之间；

所述复合下电极包括依次层叠的第一下电极、种子层、温度补偿层和第二下电极；

所述第一下电极和第二下电极通过刻蚀通孔后电连接；

所述通孔贯穿所述温度补偿层和种子层。

优选地，所述压电层材料选自AlN、ZnO、ScAlN。

优选地，所述上电极和下电极材料选自Mo、Ru、Pt。

优选地，所述温度补偿层为正温度系数的材料。

优选地，所述种子层的厚度为20-150nm之间。

优选地，所述温度补偿层的厚度为50-1000nm之间。

本发明的另一目的是提供一种薄膜体声波谐振器的制备方法，包括如下步骤：

(1)提供一带有空腔的Si衬底，所述空腔的深度优选为1um；

(2)采用等离子增强型化学气相沉积法在所述衬底上生长2～4um的SiO₂；

(3)化学机械抛光SiO₂至Si衬底表面停止，形成牺牲层；

(4)依次在所述衬底表面生长第一下电极，种子层，温度补偿层；

(5)刻蚀通孔，通孔贯穿所述温度补偿层和种子层；

(6)在所述温度补偿层表面生长第二下电极，使第一下电极和第二下电极通过通孔电连接；

(7)在所述第二下电极表面生长压电薄膜；

(8)在所述压电薄膜上刻蚀通孔；