CN113381722A - 一种抑制能量泄露和寄生的高q值薄膜体声波谐振器 - Google Patents

一种抑制能量泄露和寄生的高q值薄膜体声波谐振器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,在衬底上刻蚀有空腔,空腔上覆盖有下电极;衬底上位于下电极周围沉积下部声反射层,且下部声反射层与下电极接触;下部声反射层以及下电极上沉积压电层,压电层上沉积上电极和上部声反射层;上部声反射层位于上电极周围,并与上电极接触;压电层中刻蚀出到下电极上表面的通孔一,压电层和下电极中刻蚀出到牺牲层上表面的通孔二;通孔一中以及压电层上远离上电极的方向上沉积接触电极;接触电极与下电极相连。本发明的下部声反射层有效减小纵向声波和横向声波的耦合,减少谐振器的寄生;上部声反射层抑制能量从纵波传递到横波,提高谐振器Q值。

Description

一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器
技术领域
本发明属于微电子技术领域,具体涉及一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器。
背景技术
随着无线通信的快速发展,各种移动端的设备数量快速增加,无线通信的信道变得越来越拥挤,使用更高频段收发信息的设备越来越多,对射频前端电路提出了更高的要求,特别是高频段的滤波器市场越来越大。不同于以前的滤波器,体声波滤波器可更好满足市场的需求,是借助mems技术以及薄膜技术而制造出来的,可与CMOS工艺兼容。薄膜体声波滤波器相比于声表面波滤波器具有功率损耗低、带外抑制更好、品质因子高、矩形系数更高的特点,正逐渐成为滤波器市场的主流。
体声波滤波器是薄膜体声波谐振器按照特定的电路搭建形成的,其基本结构是由两层电极中间夹着压电薄膜层的压电振荡堆。利用压电层的压电效应,只有与压电层谐振频率相匹配的电信号才能通过薄膜体声波谐振器的传输,从而实现滤波的功能。薄膜体声波谐振器在工作时的纵向振动不可避免地会产生横向振动,而横向振动会造成纵向声波的能量传递给横向声波,造成纵向振动的能量的损耗,同时横向声波会和纵向声波发生耦合产生寄生,降低谐振器的Q值,使得组成的滤波器通带内纹波更大,造成滤波器的插入损耗更大,降低了器件的性能。
因此,如何抑制谐振器内纵向振动的能量传递给横向振动,减少横向声波和纵向声波的耦合,使得薄膜体声波谐振器Q值进一步升高,组成的滤波器性能更好,成为急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型结构的抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,以解决声波横向的泄漏问题。
本发明提供的一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,包括下电极、下部声反射层、压电层、上电极、上部声反射层和接触电极;所述的衬底上刻蚀有空腔,空腔上覆盖有下电极;衬底上位于下电极的周围沉积有下部声反射层,且下部声反射层与下电极接触;所述的下部声反射层以及下电极上沉积有压电层,压电层上沉积有上电极和上部声反射层;上部声反射层位于上电极的周围,并与上电极接触;所述的压电层中刻蚀出通孔一,通孔一刻蚀到下电极的上表面;所述的压电层和下电极中刻蚀出通孔二,通孔二刻蚀到牺牲层的上表面,并且通孔一和通孔二位于上部声反射层的外围,不接触上部声反射层;通孔一中以及压电层上远离上电极的方向上沉积有接触电极;所述的接触电极与下电极相连。
优选地,制备下电极时,首先在空腔内沉积牺牲层,然后在衬底以及牺牲层上沉积下电极;而牺牲层的去除方式为:在刻蚀好通孔二后,在通孔二中释放腐蚀液或腐蚀气体,来腐蚀牺牲层,从而重新形成开放的空腔。
优选地,所述的下电极、压电层和上电极构成压电振荡堆;所述压电振荡推的形状为梯形、三角形、长方形、正方形、非规则多边形、圆形或椭圆形中的任意一种。
优选地,所述的下部声反射层和上部声反射层构成声反射层。
优选地,所述空腔的形状为梯形、三角形、长方形、正方形、非规则多边形、圆形或椭圆形中的任意一种。
优选地,所述下电极和上电极的材料均为铜、银、钛、钼、钨、铝、金、铂中的任意一种。
优选地,所述压电层的材料为氮化铝、氧化锌、铌酸锂、镍酸锂或锆钛酸铅中的任意一种。
优选地,所述压电层的面积大于上电极以及下电极的面积,且下电极的面积大于牺牲层的面积。
优选地,所述接触电极的材料为铜、银、钛、钼、钨、铝、金、铂中的一种或多种按任意配比组合。
优选地,所述下部声发射层和上部声反射层的材料均为氮化铝、碳化硅、氮化硅、钼、钨、铝、金、铂中一种或多种按任意配比组合,且下部声发射层和上部声反射层的材料与下电极、上电极以及压电层的材料都不相同。
本发明具有的有益效果:
本发明通过在下电极周围设置下部声反射层,可以有效减小纵向声波和横向声波的耦合,减少谐振器的寄生,使得滤波器通带内纹波更少;在上电极周围上设置上部声反射层,可以抑制能量从纵向声波传递到横向声波,从而提高体声波谐振器的Q值,减少滤波器的插入损耗。
附图说明
图1是本发明在衬底上制备牺牲层的截面图。
图2是在图1结构上制备压电振荡堆和声反射层的截面图。
图3是在图2的基础上刻蚀通孔一和通孔二的截面图。
图4是在图3的基础上沉积接触电极并释放牺牲层的截面图。
图5是本发明的俯视图。
图6是本发明薄膜体声波谐振器与传统薄膜体声波谐振器结构的阻抗曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2、3、4和5所示,一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,包括衬底101、下电极103、下部声反射层104、压电层107、上电极105、上部声反射层106和接触电极109;衬底101上刻蚀有空腔110,空腔110上覆盖有下电极103;衬底101上位于下电极103的周围沉积有下部声反射层104,且下部声反射层104与下电极103接触;下部声反射层104以及下电极103上沉积有压电层107,压电层107上沉积有上电极105和上部声反射层106;上部声反射层106位于上电极105的周围,并与上电极105接触;压电层107中刻蚀出通孔一108-1,通孔一108-1刻蚀到下电极103的上表面;压电层107和下电极103中刻蚀出通孔二108-2,通孔二108-2刻蚀到牺牲层102的上表面,并且通孔一108-1和通孔二108-2位于上部声反射层106的外围,不接触上部声反射层106;通孔一108-1中以及压电层107上远离上电极105的方向上沉积有接触电极109;接触电极109与下电极103相连;其中,下电极103、压电层107和上电极105构成压电振荡堆,下部声反射层104和上部声反射层106构成声反射层。
制备下电极103时,首先在空腔110内沉积牺牲层102,然后在衬底以及牺牲层上沉积下电极103;而牺牲层的去除方式为:在刻蚀好通孔二108-2后,在通孔二108-2中释放腐蚀液或腐蚀气体,来腐蚀牺牲层102,从而重新形成开放的空腔110,获得高Q值薄膜体声波谐振器。
空腔110呈梯形、三角形、长方形、正方形、非规则多边形、圆形或椭圆形的任意一种。
下电极103和上电极105的材料均为铜、银、钛、钼、钨、铝、金或铂中的一种。
压电层107的材料为氮化铝、氧化锌、铌酸锂、镍酸锂或锆钛酸铅中的任意一种。
压电层107的面积大于上电极105以及下电极103的面积,且下电极103的面积大于牺牲层102的面积。
接触电极109的材料为铜、银、钛、钼、钨、铝、金、铂中的一种或多种按任意配比组合。
下部声发射层104和上部声反射层106的材料均为氮化铝、碳化硅、氮化硅、钼、钨、铝、金、铂中一种或多种按任意配比组合,且下部声发射层104和上部声反射层106的材料与下电极103、上电极105以及压电层107的材料都不相同。
图6是本发明薄膜体声波谐振器与未采用声反射层的薄膜体声波谐振器的阻抗曲线对比图,其中,纵坐标表示谐振器的阻抗,单位是欧姆,横坐标表示频率,单位是MHz(兆赫兹)。根据3-dB带宽法计算串联谐振点和并联谐振点的Q值,本发明串联谐振频率点处Qs为1304,并联谐振频率点处Qp为1223,未采用声反射层的薄膜体声波谐振器的串联谐振频率点处Qs为1103,并联谐振频率点处Qp为982,可见,本发明薄膜体声波谐振器的Q值得到了很大的提高。

Claims (10)

1.一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,包括下电极、压电层、上电极和接触电极;其特征在于:还包括下部声反射层和上部声反射层;所述的衬底上刻蚀有空腔,空腔上覆盖有下电极;衬底上位于下电极的周围沉积有下部声反射层,且下部声反射层与下电极接触;所述的下部声反射层以及下电极上沉积有压电层,压电层上沉积有上电极和上部声反射层;上部声反射层位于上电极的周围,并与上电极接触;所述的压电层中刻蚀出通孔一,通孔一刻蚀到下电极的上表面;所述的压电层和下电极中刻蚀出通孔二,通孔二刻蚀到牺牲层的上表面,并且通孔一和通孔二位于上部声反射层的外围,不接触上部声反射层;通孔一中以及压电层上远离上电极的方向上沉积有接触电极;所述的接触电极与下电极相连。
2.根据权利要求1所述一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,其特征在于:制备下电极时,首先在空腔内沉积牺牲层,然后在衬底以及牺牲层上沉积下电极;而牺牲层的去除方式为:在刻蚀好通孔二后,在通孔二中释放腐蚀液或腐蚀气体,来腐蚀牺牲层,从而重新形成开放的空腔。
3.根据权利要求1所述一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,其特征在于:所述的下电极、压电层和上电极构成压电振荡堆;所述压电振荡推的形状为梯形、三角形、长方形、正方形、非规则多边形、圆形或椭圆形中的任意一种。
4.根据权利要求1所述一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,其特征在于:所述的下部声反射层和上部声反射层构成声反射层。
5.根据权利要求1所述一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,其特征在于:所述空腔的形状为梯形、三角形、长方形、正方形、非规则多边形、圆形或椭圆形中的任意一种。
6.根据权利要求1所述一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,其特征在于:所述下电极和上电极的材料均为铜、银、钛、钼、钨、铝、金、铂中的任意一种。
7.根据权利要求1所述一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,其特征在于:所述压电层的材料为氮化铝、氧化锌、铌酸锂、镍酸锂或锆钛酸铅中的任意一种。
8.根据权利要求1或7所述一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,其特征在于:所述压电层的面积大于上电极以及下电极的面积,且下电极的面积大于牺牲层的面积。
9.根据权利要求1所述一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,其特征在于:所述接触电极的材料为铜、银、钛、钼、钨、铝、金、铂中的一种或多种按任意配比组合。
10.根据权利要求1所述一种抑制能量泄露和寄生的高Q值薄膜体声波谐振器,其特征在于:所述下部声发射层和上部声反射层的材料均为氮化铝、碳化硅、氮化硅、钼、钨、铝、金、铂中一种或多种按任意配比组合,且下部声发射层和上部声反射层的材料与下电极、上电极以及压电层的材料都不相同。
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