[发明专利]一种可提高薄膜体声波谐振器品质因子Q值的结构

说明书

本发明公开了一种可提高薄膜体声波谐振器品质因子Q值的结构，包括衬底、压电振荡堆、第一空腔、第二空腔；还可包括有终止层；所述的压电振荡堆包括下电极、压电层和上电极，其中所述第二空腔的宽度与第二空腔距第一空腔边缘的最短距离相等。本发明通过增加空腔结构或结合改变部分结构，可以优化FBAR压电振荡堆的状态，从而较好的改善边界声阻抗条件，抑制寄生横波的存在，进而达到提高器件的Q值的目的，产品的良率也得到较大的提升，可大大增强产品的市场竞争力。

技术领域

本发明属于MEMS器件技术领域，涉及一种可提高薄膜体声波谐振器品质因子Q值的结构。

背景技术

随着移动通讯技术的快速发展，高频段谐振器和滤波器的市场需求越来越大。而薄膜体声波谐振器(FBAR)与传统的微波陶瓷谐振器和声表面波谐振器相比具有体积小、损耗低、品质因子高、功率容量大、谐振频率高等优点，因此在相关领域尤其是高频通讯方面有着广阔的应用前景，成为了产业界和学术界的研究热门。

现在主流的FBAR结构主要有三种：背刻蚀型、空气隙型和固态装配型。背刻蚀型结构采用体微机械加工技术从衬底表面反向刻蚀去除大部分衬底材料，形成压电震荡堆和空气的交界面，从而将声波限制在压电振荡内。衬底的大量移除势必影响器件机械强度，大大降低成品率。固态装配型通过交替衬底高低声阻抗层来形成布拉格反射层实现声波限制，这种结构工艺过程中需制备多层薄膜，繁琐复杂，成本较高，而且布拉格反射层的声波限制效果不如空气，会导致器件性能差Q值低。空气隙型体声波谐振器基于表面微加工技术，通过在硅片的上表面通过先填充牺牲材料最后再移除之的方法形成一个空气隙以限制声波于压电震荡堆之内。这种结构不需要大量移除衬底造成器件牢固度下降，也不需要繁琐的工艺形成层层堆叠的声反射层就可以达到很好的声波限制效果，获得较高的Q值。

薄膜体声波谐振器只能激发thickness-extensional(TE)模式，即纵向机械波，理想的模式就是声波沿着压电层厚度的方向传播。但是声波在压电震荡堆之内不仅有TE模式，还有Rayleigh-Lamb模式，即横向机械波。声波在压电层中的横向传播会对FBAR器件的品质因子(Q)值产生不利影响，尤其是横向机械波的能量会在FBAR器件接口处损失，横向机械波的能量损失将导致期望纵向机械波能量的损失，最终导致FBAR器件的品质因子(Q)值的降低。本发明通过改变薄膜体声波谐振器的部分结构，达到改善边界声阻抗条件，抑制寄生横波的存在的目的，减少期望纵向机械波能量的损失进而实现提升器件品质因子(Q)值的目标。

发明目的

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可提高薄膜体声波谐振器品质因子Q值的结构和设计方法，通过改变薄膜体声波谐振器的部分结构，达到改变边界声阻抗条件，抑制寄生横波的存在的目的，减少期望纵向机械波能量的损失进而实现提升器件品质因子(Q)值及产品良率。

本发明采用的技术方案如下：

一种可提高薄膜体声波谐振器品质因子Q值的结构，包括衬底、终止层、压电振荡堆、第一空腔、第二空腔；所述的压电振荡堆包括下电极、压电层和上电极，所述的第一空腔设于所述衬底表面，所述的终止层位于衬底与压电振荡堆的下电极之间，第二空腔设于终止层与压电振荡堆之间，所述第一空腔与第二空腔由终止层隔开；所述第二空腔的宽度与第二空腔距第一空腔边缘的最短距离相等。

进一步的，在所述下电极与压电层之间围绕第二空腔还设置有第三空腔；

更进一步的，所述的第三空腔中填满下电极材料，使得其所处位置处下电极的厚度大于其他位置的下电极厚度；

进一步的，将所述第二空腔正上方的下电极材料减薄，使得其所处位置处下电极的厚度小于其他位置的下电极厚度；