[发明专利]一种带混合横向结构特征的薄膜体声波谐振器

说明书

本发明公开一种带混合横向结构特征的薄膜体声波谐振器，其包括：衬底；并排设置的复合下电极层和平坦化层，两者均位于衬底表面；且在衬底上与下电极层的下表面贴合的位置设置有横向空腔；复合下电极层包括第一金属和嵌入第一金属上表面的第二金属；压电层，位于并排设置的复合下电极层和平坦化层表面；压电层包括非压电层和内外环绕非压电层设置的多晶压电层；复合上电极层，位于压电层的表面；复合上电极层包括第三金属和嵌入第三金属下表面的第四金属；第四金属和非压电层正对设置，第二金属位于非压电层的内部。本发明在有效区边缘异质电极材料界面的引入改变边界声阻抗条件，可以抑制寄生横波传导造成的能量损失，从而提滤波器的品质因子。

技术领域

本发明涉及薄膜体声波谐振器，具体涉及一种带混合横向结构特征的薄膜体声波谐振器。

背景技术

伴随着5G移动通讯技术的快速发展，特别是手机端和各种收发设备数量的快速增加，高频段谐振器和滤波器的市场需求越来越大。传统的微波陶瓷谐振器和声表面波谐振器虽然技术相对成熟，商业化较早，在比如低谐振频率滤波器、传感器等领域应用广泛，但原理上已经限制了其在高频领域的应用。另外其功耗等性能也远不能满足现在逐渐微型化，超高集成的终端设备需求。薄膜体声波谐振器(FBAR)与陶瓷和声表面波谐振器相比具有体积小、谐振频率高、功率损耗低、品质因子(Q)高、功率容量大等优点，因此在相关领域尤其是高频通讯滤波器收发功能方面有着广阔的应用和发展前景，成为工业界和学术界的研究热门。

薄膜体声波谐振器是薄膜体声波滤波器的主要构成单元，其基本结构是由两层金属电极夹着压电薄膜层的三明治压电振荡堆。

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，改善边界声阻抗条件，抑制寄生横波的方法有很多，Burak等人提出在有效区边界处引入凸起环、框架、空气桥等结构，通过加入声阻抗不对称面来减少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。并且通过实验证实了凸起和框架等的位置会对Q值有影响，通过精密安排与设计如凸起的位置可以得到较优的Q值谐振器。但是实际制造过程中由于工艺稳定性的原因，单一异质金属电极框对Q值提升不明显，要达到3000左右的Q值，框架结构往往设计的很复杂，比如多个连续框架，或者要框架结构搭配凸起环甚至是空气桥，这样做会引入很多牺牲层释放工艺或化学机械抛光工艺。从而增加成本，降低成品率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种带混合横向结构特征的薄膜体声波谐振器，既在有效区周围引入声阻抗失配的界面，实现Q值的优化，又能简化工艺难度，实现成品率和成本的双赢。通过改变薄膜体声波谐振器的部分结构，即同时引入非压电层和复合电极框架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，其Q值优于单独使用非压电层和单独使用复合电极的谐振器。

一种带混合横向结构特征的薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括：

衬底；

并排设置的复合下电极层和平坦化层，两者均位于所述衬底表面；且在所述衬底上与所述下电极层的下表面贴合的位置设置有横向空腔；所述复合下电极层包括第一金属和嵌入所述第一金属上表面的第二金属；

压电层，位于并排设置的复合下电极层和平坦化层表面；所述压电层包括非压电层和内外环绕所述非压电层设置的多晶压电层；

复合上电极层，位于所述压电层的表面；所述复合上电极层包括第三金属和嵌入所述第三金属下表面的第四金属；

所述第四金属和所述非压电层正对设置，所述第二金属位于所述非压电层的内部。

进一步地，所述横向空腔位于所述非压电层内部。