CN101277099A - 适用于fbar的金属布拉格声波反射层结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于新型射频电子元器件领域，特别是涉及一种适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构；它包括高声抗阻层和低声抗阻层，其特征在于所述高声抗阻层和低声抗阻层为金属薄膜，其中高声抗阻层由钨与钼中的一种材料构成，低声抗阻层由金属铝构成，所述高声抗阻层与低声抗阻层交替叠合而成；所述高、低声抗阻层的厚度为1/4或3/4声波波长。所述高、低声抗阻层的层数相对应，其层数为3－7层；该布拉格反射层具有工艺简单、膜厚便于控制且重复性好、金属之间结力好和金属间热应力小，是一种用于薄膜体声波器件的布拉格声反射层的良好材料和结构。

Description

适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构

技术领域

本发明属于新型射频电子元器件领域，特别是涉及一种适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构。

背景技术

随着手机等便携式无线通信设备的大量使用，用于无线通信的射频收发机得到了广泛的应用，在该射频系统里面，目前广泛使用的射频滤波器，如声表器件、介质器件等因为体积达还不能集成到芯片中，而且这些器件功耗大或者滤波性差，从而严重阻碍了射频芯片的集成和性能提高，比如低功耗、全芯片化、零中频等。2001年美国HP公司研发出了基于薄膜声体波结构的谐振器(FBAR)及其射频滤波器，其结构是半波长的压电薄膜和上下表面电极的三明治结构，上下电极作用是馈入射频电场和形成声全反射层，压电薄膜(目前主要是AlN或ZnO)在该电场下产生射频段声波的纵波谐振，其具有工艺兼容半导体技术、可以集成到芯片中，并且Q值非常高、可以制成选频特性优良的射频滤波器，FBAR可以解决上述其他射频滤波器的所有缺点，正因为此，随后各大国际公司如菲利普、意法公司、LG等相继推出各种结构的FBAR。目前FBAR按照下电极表面声反射方式的不同，可以分为三种结构：(1)气囊结构，该结构是在下电极淀积牺牲层，通过腐蚀牺牲层在下电极下获得空气隙，压电薄膜产生的声波在此获得全反射，该结构缺点是牺牲层腐蚀很难彻底，使得生产的FBAR频率一致性差；(2)体腔结构，该结构是在下电极的硅片背面刻蚀穿硅片，这样下电极下同样是形成声波全反射的空气，该结构缺点是硅片刻蚀穿后，硅片应力非常大，切割获得单个FBAR地成品率极低；(3)布拉格反射层，在下电极下淀积声学的布拉格反射层，声波在布拉格反射层形成全反射，该结构简单、成品率高，是目前主流产品普遍采用的结构。目前布拉格反射层的高低声阻抗的薄膜材料主要有Al/SiO₂或W/SiO₂，其中SiO₂是采用低温化学气相沉积PECVD、射频溅射或反应溅射获得，由于硅和氧存在两种化合物SiO₂和SiO，一般获得的都是SiO₂和SiO的混合物SiO_x(x＝1-2)，因SiO₂和SiO特征声阻抗不同，使得该层声反射特性差别很大，器件特性一致性低，另外，其制备工艺复杂、薄膜厚度和成分难控制、化合物和金属热膨胀系数差别大导致膜层间应力大。

发明内容

本发明目的是提供一种制备工艺简单、薄膜成分可以控制、成本低廉的适用于FBAR的金属布拉格反射层结构。

本发明的目的是采用这样的技术方案实现的：它包括高声抗阻层和低声抗阻层，其特征在于所述高声抗阻层和低声抗阻层为金属薄膜，其中高声抗阻层由钨与钼中的一种材料构成，低声抗阻层由金属铝构成，所述高声抗阻层与低声抗阻层交替叠合而成。

所述高声抗阻层与低声抗阻层依次按照Mo-Al-Mo-Al-Mo-Al的顺序交替叠合；所述高声抗阻层与低声抗阻层的厚度为1/4或3/4声波波长。

由于本发明中的金属薄膜采用半导体工艺里面成熟的工艺技术制成，如直流溅射，能够方便获得所需厚度的金属薄膜，而且工艺的可控性、重复性好；另外，金属薄膜之间结力好、金属间热应力小，器件结构简单可靠、性能稳定可靠，因此它是一种较为理想的金属布拉格声波反射层结构。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明压电薄膜AlN的XRD

图3为本发明的使用的横断面电镜照

图4为本发明的应用于FBAR测量结果示意图

图5为本发明的测试原理示意图

具体实施方式

在附图1中，本发明所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构包括高声抗阻层3、5、7和低声抗阻层4、6、8构成，所述高声抗阻层3、5、7和低声抗阻层4、6、8和为金属薄膜，其中高声抗阻层3、5、7由钨与钼中的一种材料制成，低声抗阻层4、6、8由金属铝制成，所述高声抗阻层3、5、7和低声抗阻层4、6、8交替叠合而成；

所述高声抗阻层3、5、7和低声抗阻层4、6、8依次按照金属Mo-Al-Mo-Al-Mo-Al的顺序交替叠合；所述高声抗阻层3、5、7和低声抗阻层4、6、8的厚度为1/4或3/4声波波长。

本发明所述的布拉格反射层全反射膜设置在谐振器FBAR的硅片9上，在布拉格反射层全反射膜有压电薄膜2，压电薄膜2的上方为上电极1、所述高声抗阻层3亦为下电极。

所述高声抗阻层3、5、7与低声抗阻层4、6、8采用成熟的直流溅射工艺技术制成，该工艺可方便获得所需厚度的金属薄膜；如，在FBAR的硅片9上，采用直流溅射淀积工艺依次制成交替叠合的金属Mo薄膜层和金属AL薄膜层，所述高声抗阻层与低声抗阻层的层数相对应，其层数为3-7层。

参照图3，本发明所述的布拉格反射层全反射膜的横断面电镜照，它包括高声阻抗层3、5、7的金属Mo结构层和低声阻抗层4、6、8的金属Al结构层，高、低声阻抗层的金属Mo层和金属Al层依次按照Mo-Al-Mo-Al-Mo-Al的顺序交替直流溅射淀积在硅片9上，如图3所示；

参照图4：在布拉格反射层全反射膜上射频反应溅射制备C轴取向的AlN压电薄膜2，AlN压电薄膜2具有良好的压电特性，用醋酸∶硝酸＝1∶2比例的刻蚀液刻蚀出AlN压电薄膜2加下电极Mo层的方框，再直流溅射上电极1金属Al层，KOH标准液刻蚀出金属Al薄膜方框，所述AlN压电薄膜2厚度是工作声波的半波长，其他金属层厚度都是四分之一工作声波的波长，下电极和布拉格反射层各层的面积是1×1平方毫米，AlN压电薄膜2在上述面积内，AlN压电薄膜2面积是500×500平方微米，上电极1面积是200×200平方微米。测量使用探针台和矢量网络分析仪10测量，地线探针与下电极连接，上电极1接射频信号源，由探针和矢量网络分析仪馈入射频信号。测量结果见图4。

实验结果表明：结果和其他结构的FBAR谐振曲线相似，说明在上下电极间存在声波的纵波谐振，也就是布拉格反射层起到了声波反射的作用。

Claims (10)

1、适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，包括高声抗阻层和低声抗阻层，其特征在于所述高声抗阻层和低声抗阻层为金属薄膜，其中高声抗阻层由钨与钼中的一种材料构成，低声抗阻层由金属铝构成，所述高声抗阻层与低声抗阻层交替叠合而成。

2、根据权利要1所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，其特征在于所述高声抗阻层与低声抗阻层依次按照Mo-Al-Mo-Al-Mo-Al的顺序交替叠合而成。

3、根据权利要1所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，其特征在于所述高声抗阻层与低声抗阻层的层数相对应，其层数为3-7层。

4、根据权利要1所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，其特征在于所述高声抗阻层与低声抗阻层的厚度为1/4声波波长。

5、根据权利要1所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，其特征在于所述高声抗阻层与低声抗阻层的厚度为3/4声波波长。

6、根据权利要2所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，其特征在于所述高声抗阻层与低声抗阻层的厚度为1/4声波波长。

7、根据权利要2所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，其特征在于所述高声抗阻层与低声抗阻层的厚度为3/4声波波长。

8、根据权利要2所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，其特征在于所述高声抗阻层与低声抗阻层的层数相对应，其层数为3-7层。

9、根据权利要3所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，其特征在于所述高声抗阻层与低声抗阻层的厚度为1/4声波波长。

10、根据权利要3所述的适用于FBAR的金属布拉格声波反射层结构，其特征在于所述高声抗阻层与低声抗阻层的厚度为3/4声波波长。

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