CN114696767A - 薄膜体声波谐振器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种薄膜体声波谐振器及其制备方法，所述谐振器包括：带空腔的基底、压电薄膜堆叠结构和至少一个支撑连接件；所述压电薄膜堆叠结构设置在所述基底的空腔上，且所述压电薄膜堆叠结构通过所述至少一个支撑连接件与所述基底表面固定连接；本申请中的压电薄膜堆叠结构的第一电极层或/和第二电极层通过所述支撑连接件实现与基底的固定连接，减小了第一电极层或第二电极层的锚接面积，从而使在锚接处具有较大的弹性形变能力，有利于压电薄膜堆叠结构在空腔上方的自由振动，进而减少了anchor loss，提高了谐振器的滤波性能。

Description

薄膜体声波谐振器及其制备方法

技术领域

本申请涉及通信滤波技术领域，尤其是一种谐振式滤波技术领域，具体涉及薄膜体声波谐振器及其制备方法。

背景技术

随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求越来越高。在移动通信领域，第一代通信技术是模拟技术，第二代通信技术实现了数字化语音通信，第三代通信技术以多媒体通信为特征，第四代通信技术将通信速率提高到1Gbps、时延减小到10ms，第五代通信技术是第四代通信技术之后的新一代移动通信技术，第五代通信技术拟解决人与人之外的人与物、物与物之间的沟通，实现“万物互联”的愿景。

数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。由于频谱有限，为了满足数据率的需求，必须充分利用频谱；同时为了满足数据率的需求，从第四代通信技术开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各种性能也提出了严格的需求。射频滤波器最主流的实现方式是声表面波滤波器和基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。声表面波滤波器由于其自身的局限性，在1.5GHz以下使用比较合适。然而，目前的无线通讯协议已经早就使用大于2.5GHz的频段，这时必须使用基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。

薄膜体声波滤波器中的主要部件为薄膜体声波谐振器，相关技术中有一种薄膜体声波谐振器包括具有空腔的基底和具有上电极、压电薄膜、下电极的压电薄膜堆叠结构，下电极与空腔的边缘锚接，使压电薄膜堆叠结构设置在空腔上方，如图1所示；但发明人们经过研究发现由于下电极的每一条边均与空腔的边缘锚接，限制了压电薄膜堆叠结构的自由振动，从而影响了薄膜体声波谐振器的滤波性能。

需要说明一点，本申请背景技术的描述不构成本申请所认为的现有技术，且不构成申请适用范围的限制。例如，本申请不仅可以应用于移动通信领域，且可以应用于WIFI等其他需要射频的领域。

发明内容

针对相关技术中所存在的不足，本申请提供的薄膜体声波谐振器及其制备方法，其解决了相关技术中的薄膜体声波谐振器下电极的每一条边均与空腔的边缘锚接，从而限制了压电薄膜堆叠结构的自由振动的问题，减少了电学损失，从而提高了薄膜体声波谐振器的滤波性能。

第一方面，本申请提供一种薄膜体声波谐振器，所述谐振器包括：带空腔的基底、压电薄膜堆叠结构和至少一个支撑连接件；所述压电薄膜堆叠结构设置在所述基底的空腔上，且所述压电薄膜堆叠结构通过所述至少一个支撑连接件与所述基底表面固定连接。

可选地，所述压电薄膜堆叠结构包括：第一电极层、压电材料层和第二电极层；所述压电材料层位于所述第一电极层和所述第二电极层之间，且所述第一电极层和所述第二电极层相对设置，所述第一电极层或/和所述第二电极层通过所述至少一个支撑连接件与所述基底表面固定连接。

可选地，所述至少一个支撑连接件设置在所述第一电极层或/和所述第二电极层与所述基底之间。

可选地，每个支撑连接件的一端与所述基底固定连接，所述每个支撑连接件的另一端伸入所述空腔内与所述第一电极层或/和所述第二电极层连接。

可选地，所述至少一个支撑连接件与所述第一电极层或/和所述第二电极层一体成型。

第二方面，本申请提供一种薄膜体声波谐振器的制备方法，所述方法包括：提供一带空腔的基底，在所述基底上形成至少一个支撑连接件；在所述至少一个支撑连接件上制备压电薄膜堆叠结构，使所述压电薄膜堆叠结构通过所述至少一个支撑连接件与所述基底表面固定连接，形成薄膜体声波谐振器。

可选地，提供一带空腔的基底，在所述基底上形成至少一个支撑连接件，包括：在所述基底的空腔中填充牺牲层；在所述牺牲层上沉积支撑材料，形成支撑层；在所述支撑层上形成图形化的光刻胶层；对所述支撑层进行蚀刻和去除光刻胶层，得到图形化的所述至少一个支撑连接件。

可选地，在所述至少一个支撑连接件上制备压电薄膜堆叠结构，包括：在所述至少一个支撑连接件上自下而上依次沉积第二电极层、压电材料层和第一电极层，使在所述至少一个支撑连接件上形成所述压电薄膜堆叠结构。

可选地，在所述至少一个支撑连接件上制备压电薄膜堆叠结构，还包括：提供剥离基板，在所述剥离基板上依次沉积第一电极层、压电材料层和第二电极层，形成所述压电薄膜堆叠结构；将所述压电薄膜堆叠结构置于所述空腔的正上方，通过键合工艺使所述第二电极层与所述至少一个支撑连接件相互贴合；剥离所述剥离基板，使在所述至少一个支撑连接件上形成所述压电薄膜堆叠结构。

可选地，所述至少一个支撑连接件与所述压电薄膜堆叠结构的第一电极层或/和第二电极层一体成型。

相比于相关技术，本申请具有如下有益效果：

本申请中的压电薄膜堆叠结构的第一电极层或/和第二电极层通过所述支撑连接件实现与基底的固定连接，减小了第一电极层或第二电极层的锚接面积，从而使在锚接处具有较大的弹性形变能力，有利于压电薄膜堆叠结构在空腔上方的自由振动，进而减少了anchor loss，提高了谐振器的滤波性能。

附图说明

图1所示为相关技术提供的薄膜体声波谐振器的剖面示意图；

图2所示为本申请一示例性实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的剖面示意图；

图3所示为本申请一示例性实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的俯视示意图；

图4所示为本申请一示例性实施例提供的另一种薄膜体声波谐振器的俯视示意图；

图5所示为本申请一示例性实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的制备方法的流程示意图；

图6所示为本申请一示例性实施例提供的支撑连接件的制备示意图；

图7所示为本申请一示例性实施例提供的基底的结构示意图。

附图标记说明：100、基底，110、空腔，200、压电薄膜堆叠结构，210、第一电极层，220、压电材料层，230、第二电极层，300、支撑连接件，400、牺牲层，500、支撑层，600、光刻胶层，720、二氧化硅层，710、第一绝缘层，730、第二绝缘层，750、金属层。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面结合附图，对本申请示例性实施例进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互补充或相互组合。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一方面，本申请提供一种薄膜体声波谐振器，具体包括以下实施例：

示例性的实施例一

相关技术中有一种薄膜体声波谐振器包括具有空腔的基底和具有上电极、压电薄膜、下电极的压电薄膜堆叠结构，下电极与空腔的边缘锚接，使压电薄膜堆叠结构设置在空腔上方，如图1所示；但发明人们经过研究发现由于下电极的每一条边均与空腔的边缘锚接，限制了压电薄膜堆叠结构的自由振动，从而影响了薄膜体声波谐振器的滤波性能，为了解决上述问题，本实施例提供的薄膜体声波谐振器如图2所示，其中图2所示为本申请一示例性实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的剖面示意图，以下将结合其他图示对图2进行说明，如图2所示，本申请实施例提供一种薄膜体声波谐振器具体包括：

带空腔110的基底100、压电薄膜堆叠结构200和至少一个支撑连接件300；

所述压电薄膜堆叠结构200设置在所述基底100的空腔110上，且所述压电薄膜堆叠结构200通过所述至少一个支撑连接件300与所述基底100表面固定连接。具体而言，所述压电薄膜堆叠结构200通过所述至少一个支撑连接件300与所述基底100表面固定连接，其固定连接可称为锚接，所述锚接通过具有支撑的结构实现，所述具有支撑的结构即所述支撑连接件300。在一些实施例中，所述空腔110为不规则的多边形，和/或，所述压电薄膜堆叠结构为不规则的多边形，所述锚接可以发生在上述多边形的任一边上。在另外一些实施例中，所述锚接可以发生在上述多边形的任几条边上。需要说明一点，所述不规则的多边形可以是五边形。在一些替代性的实施例中，所述多边形可以为四边形、六边形、七边形等多边形，根据工艺的难度和实际需要设置即可，此处视为限制。

需要说明的是，在本示例性实施例中，所述支撑连接件300的数量包括一个或者多个，所述压电薄膜堆叠结构的第一电极层或/和第二电极层通过所述支撑连接件300实现与基底的固定连接，代替了相关技术中通过第一电极层或第二电极层的每条边与基底表面的连接，减小了第一电极层或第二电极层的锚接面积，从而使在锚接处具有较大的弹性形变能力，有利于压电薄膜堆叠结构在空腔上方的自由振动，进而减少了anchor loss，提高了谐振器的滤波性能。其中，空腔为有效区域，常规做法在空腔外围的电极有电学损耗，本申请将电极缩小至空腔内部，可消除这部分损失。

另外地，本申请实施例提供的支撑连接件具有一定的形变能力，在所述谐振器工作时，一定程度上可以将压电堆叠结构中泄露的其他形式的能量储存为弹性势能，通过形变将能量再重新转换给压电堆叠结构，一定程度上实现了对横向杂波的抑制作用，较大程度的降低能量损失，进一步提高了谐振器的性能，提高其Q值。

在本示例性实施例中，所述压电薄膜堆叠结构包括：第一电极层、压电材料层和第二电极层；所述压电材料层位于所述第一电极层和所述第二电极层之间，且所述第一电极层和所述第二电极层相对设置，所述第一电极层或/和所述第二电极层通过所述至少一个支撑连接件与所述基底表面固定连接；所述第一电极层的材质为钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝之一或者上述材质的组合。所述第二电极层的材质为钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝之一或者上述材质的组合。所述基底的材质为单晶硅、多晶硅、玻璃、石英或蓝宝石之一。

示例性的实施例二

在本示例性实施例中，图3为图2相对应的另一角度的示意图(俯视示意图)，结合图2和图3可知，所述至少一个支撑连接件300设置在所述第二电极层230与所述基底100之间，每个支撑连接件300的一端与所述基底100固定连接，所述每个支撑连接件300的另一端伸入所述空腔内110与所述第二电极层230连接。

需要说明的是，支撑连接件300的数量、形状和位置不仅限于附图所示，可以根据谐振器的实际应用场景和谐振器的尺寸进行调整，只要能起到支撑作用且与第二电极层230的接触面积小于第二电极层230与基底的接触面积即可。

在本示例性实施例中，在所述基底从下到上依次设置有第一绝缘层、二氧化硅层、第二绝缘层和金属层；在所述第二绝缘层和所述金属层中设置有空腔，使所述压电薄膜堆叠结构设置在所述空腔上，所述第一电极层和/或所述第二电极层通过所述至少一个支撑连接件与所述金属层固定连接。在另外一些实施例中，所述基底只包含单晶硅。此处不受限制，可以实现功能即可；其中，本实施例中的第一电极层为上电极层，第二电极层为下电极层，在本实施例中以下电极层与基底表面连接为例说明，在实际应用中可以是上电极层与所述基底表面进行固定连接，此处也不受限制，只要是上电极层、或下电极层、或两个电极层通过所述支撑连接件与所述基底表面进行固定连接都属于本申请所述保护的范围。

需要说明的是，在本示例性实施例中，所述至少一个支撑连接件的材质包括钨、钼、铂白金、钌、铱、钛钨、铝之一或者上述材料的组合。

在本示例性实施例中，所述支撑连接件的设置位置可以采用在电极的对边进行设置，从力学角度讲，该种连接结构相对稳固。可选的，支撑连接结构的位置可以任意设定，例如可以仅设定于一边，或者对边设置。

示例性的实施例三

在本示例性实施例中，所述至少一个支撑连接件300与所述第一电极层210或/和所述第二电极层230一体成型，如图4所示，多个支撑连接件300与所述第二电极层230一体成型，图3和图4的区别在于：图4是通过在第二电极层230上形成具有支撑功能的支撑连接件，从而达到减少与基底表面接触面积的目的；图3是通过在第二电极层230与基底表面之间增加具有支撑功能的支撑连接件，来达到减少与基底表面接触面积的目的。

第二方面，本申请提供一种薄膜体声波谐振器的制备方法，具体包括以下实施例：

示例性的实施例四

图5所示为本申请一示例性实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的制备方法的流程示意图，如图5所示，本申请提供的薄膜体声波谐振器的制备方法具体包括以下步骤，需要说明的是根据本发明构思且在工艺允许范围内，所述步骤可以调换或删减，所述步骤不构成本方法的限制：

步骤S101，提供一带空腔110的基底100，在所述基底100上形成至少一个支撑连接件300。

具体地，如图6a所示，在所述基底100的空腔110中填充牺牲层400，在所述牺牲层400上通过CVD或PVD沉积支撑材料，形成具有设计厚度的支撑层500；如图6b所示，通过光刻工艺，在所述支撑层500上形成图形化的光刻胶层600，其中，所述图形化的光刻胶层600为设计的至少一个支撑连接件的形状；对所述支撑层500进行蚀刻和去除光刻胶层，得到图形化的所述至少一个支撑连接件300，具体说明的是，如图6c所示，通过干法刻蚀，将光刻胶未覆盖区域的支撑层材料用反应气体刻蚀掉，留下光刻胶保护区域的支撑层材料；进一步地，如图6d所示，刻蚀完成后，用去胶液将支撑层500表面的光刻胶去除，露出未蚀刻掉的支撑材料从而得到所述至少一个支撑连接件300；其中，所述牺牲层400的作用主要是为制备支撑连接件300做中间的支撑结构，当在所述支撑连接件300制备完成制备压电薄膜堆叠结构200后需要将所述牺牲层400去掉，从而释放出所述空腔的空间。

步骤S102，在所述至少一个支撑连接件300上制备压电薄膜堆叠结构200，使所述压电薄膜堆叠结构200通过所述多个支撑连接件300与所述基底100表面固定连接，形成薄膜体声波谐振器；

在本申请的一个实施例中，在所述至少一个支撑连接件300上制备压电薄膜堆叠结构200，包括：在所述至少一个支撑连接件300上自下而上依次沉积如图2所示的第二电极层230、压电材料层220和第一电极层210，使在所述至少一个支撑连接件300上形成所述压电薄膜堆叠结构200。

在本申请的另一个实施例中，在所述至少一个支撑连接件300上制备压电薄膜堆叠结构200，还包括：提供剥离基板，在所述剥离基板上依次沉积第一电极层、压电材料层和第二电极层，形成所述压电薄膜堆叠结构；将所述压电薄膜堆叠结构置于所述空腔的正上方，通过键合工艺使所述第二电极层与所述至少一个支撑连接件相互贴合；剥离所述剥离基板，使在所述至少一个支撑连接件上形成所述压电薄膜堆叠结构。

在本申请的又一个实施例中，所述至少一个支撑连接件300与所述压电薄膜堆叠结构200的第一电极层210或/和第二电极层230一体成型。

在本示例性实施例中，如图7所示，提供带空腔110的基底具体包括：提供二氧化硅层720，所述二氧化硅层720具有相对设置的第一面和第二面；在所述二氧化硅层720的第一面沉积第一绝缘层710，在所述二氧化硅层720的第二面沉积第二绝缘层730；按照预设尺寸对所述第二绝缘层730进行蚀刻，使在所述第二绝缘层730中形成空腔110；在带有所述空腔110的第二绝缘层730表面沉积金属层750，得到所述带空腔110的基底。

需要说明的是，提供具有相对设置的第一面和第二面的二氧化硅层720，在所述二氧化硅层720的第一面上沉积第一绝缘层710作为衬底，在所述二氧化硅层720的第二面上沉积第二绝缘层730作为支撑层，使用干法或湿法蚀刻所述第二绝缘层730，使在所述第二绝缘层中形成预设尺寸大小的空腔110，所述预设尺寸与上述压电薄膜堆叠结构的尺寸相匹配，使所述空腔110的横向宽度大于所述压电薄膜堆叠结构的横向宽度，并且所述第二绝缘层730的沉积厚度要大于所述压电薄膜堆叠结构的纵向高度，从而使所述空腔110的纵向高度大于所述压电薄膜堆叠结构的纵向高度。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述谐振器包括：

带空腔的基底、压电薄膜堆叠结构和至少一个支撑连接件；

所述压电薄膜堆叠结构设置在所述基底的空腔上，且所述压电薄膜堆叠结构通过所述至少一个支撑连接件与所述基底表面固定连接。

2.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电薄膜堆叠结构包括：

第一电极层、压电材料层和第二电极层；

所述压电材料层位于所述第一电极层和所述第二电极层之间，且所述第一电极层和所述第二电极层相对设置，所述第一电极层或/和所述第二电极层通过所述至少一个支撑连接件与所述基底表面固定连接。

3.如权利要求2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述至少一个支撑连接件设置在所述第一电极层或/和所述第二电极层与所述基底之间。

4.如权利要求3任一项所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，每个支撑连接件的一端与所述基底固定连接，所述每个支撑连接件的另一端伸入所述空腔内与所述第一电极层或/和所述第二电极层连接。

5.如权利要求2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述至少一个支撑连接件与所述第一电极层或/和所述第二电极层一体成型。

6.一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供一带空腔的基底，在所述基底上形成至少一个支撑连接件；

在所述至少一个支撑连接件上制备压电薄膜堆叠结构，使所述压电薄膜堆叠结构通过所述至少一个支撑连接件与所述基底表面固定连接，形成薄膜体声波谐振器。

7.如权利要求6所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，提供一带空腔的基底，在所述基底上形成至少一个支撑连接件，包括：

在所述基底的空腔中填充牺牲层；

在所述牺牲层上沉积支撑材料，形成支撑层；

在所述支撑层上形成图形化的光刻胶层；

对所述支撑层进行蚀刻和去除光刻胶层，得到图形化的所述至少一个支撑连接件。

8.如权利要求7所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，在所述至少一个支撑连接件上制备压电薄膜堆叠结构，包括：

在所述至少一个支撑连接件上自下而上依次沉积第二电极层、压电材料层和第一电极层，使在所述至少一个支撑连接件上形成所述压电薄膜堆叠结构。

9.如权利要求7所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，在所述至少一个支撑连接件上制备压电薄膜堆叠结构，还包括：

提供剥离基板，在所述剥离基板上依次沉积第一电极层、压电材料层和第二电极层，形成所述压电薄膜堆叠结构；

将所述压电薄膜堆叠结构置于所述空腔的正上方，通过键合工艺使所述第二电极层与所述至少一个支撑连接件相互贴合；

剥离所述剥离基板，使在所述至少一个支撑连接件上形成所述压电薄膜堆叠结构。

10.如权利要求7所述的薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述至少一个支撑连接件与所述压电薄膜堆叠结构的第一电极层或/和第二电极层一体成型。

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