[发明专利]一种双层POI结构声表面波谐振器及制造方法

说明书

本发明公开了一种双层POI结构声表面波谐振器及制造方法。该谐振器包括：衬底、衬底之上的底部POI结构、底部POI结构之上的电极、电极之上的顶部POI结构。其中底部POI结构包括：底部高声速层、底部氧化层、及压电薄膜；顶部POI结构包括：顶部氧化层及顶部高声速层。本发明的谐振器制造方法包括，衬底上依次沉积底部高声速层和底部氧化层后与采用smart cut方法获得的LiTaO₃压电薄膜的一面进行低温键合，并在压电薄膜的另一面沉积电极后，在电极上依次沉积顶部氧化层和顶部高声速层。本发明的声表面波谐振器综合性能有很大提高。

技术领域

本发明涉及声波谐振器/滤波器，尤其涉及手机射频前端中的一种具有双层POI结构高性能声表面波谐振器及制造方法。

背景技术

5G时代，对于数据传输速度的要求越来越高，对于移动设备的射频前端的各种性能提出了更高要求，尤其是滤波器的设计越来愈有挑战性。

声表面波(SAW)、体声波(BAW)、以及薄膜体声波(FBAR)是当前可移动设备滤波器领域的三大主流技术。其中，低频和中频段又以SAW滤波器为主。其技术从Normal-SAW、TC-SAW，更进一步演进到IHP-SAW，以及未来的XBAR技术。

IHP-SAW滤波器以其优异的温度补偿性能，以及较低的插入损耗，可比拟甚至超越部分BAW、FBAR滤波器，成为现阶段SAW滤波器产业的一个主要的发展趋势。

IHP-SAW技术采用类似于SAW器件+SMR-BAW器件的多层反射栅结构的混合技术。IHP-SAW的多层反射栅结构采用高声阻抗和低声阻抗交替堆叠的方式实现。其低声阻抗材料多采用TCF(Temperature Coefficient of Frequency)为正温度系数的材料，如二氧化硅；高声阻抗层常用低温度系数的材料，如SiN、W等。这种混合结构技术，即赋予其SAW器件单面加工工艺的简单化，又赋予其SMR-BAW器件的低能量泄露的特性。

IHP-SAW滤波器的三大优点是：

1、高Q值；

2、低频率温度系数(TCF)；

3、良好的散热性。

IHP-SAW滤波器采用SMR-BAW的多层反射栅结构可使更多的声表面波能量聚焦在衬底表面，从而降低声波在传播过程中的损耗，提高器件的Q值。高Q特性使其具有高的带外抑制、陡峭的通带边缘滚降、以及高的隔离度。

《A Novel 3.5GHz Low-Loss Bandpass Filter Using I.H.P.SAW Resonators》(Yuichi Takamine,Tsutomu Takai,Hideki Iwamoto,Takeshi Nakao and MasayoshiKoshino.Murata Manufacturing Co.Ltd)中提及的IHP-SAW的中心频率f₀＝3.69GHz，Q＝2500,机电耦合系数K²＝8％，FOM＝200,插入损耗为1.7dB。FOM＝k²*Q,FOM为谐振器综合指标，一般SAW和TC-SAW的FOM值＜100，IHP SAW和FBAR的FOM值均≤200。FOM值大于200的谐振器是非常少见的。

然而，另一方面，现有IHP-SAW滤波器具有如下问题：

一、高频IHP-SAW中心频率为3.69GHz左右，不能完全满足两个通信频段n77(3.3-4.2GHz)、n78(3.3-3.8GHz)工作频率要求；

二、高频IHP-SAW的品质因数Q为2500，插损为1.7dB，不满足5G通信低插损、高带外抑制、陡峭的通带边缘滚降、高隔离度的要求；

三、高频IHP-SAW的FOM值＝Q*k²＝200，不满足5G通信高性能的要求。