[发明专利]一种薄膜体声波谐振器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种薄膜体声波谐振器，包括从下至上依次分布的转移衬底、键合层、填平层、底电极、压电薄膜和顶电极；通过压电薄膜、底电极与顶电极第一层形成三明治结构，并在转移衬底上形成凹槽，使得底电极、键合层与转移衬底之间形成空气腔；通过空气腔可使得压电薄膜产生的体声波，并在底电极的表面发生全反射，从而被限制在顶电极第一层与底电极之间，实现谐振器功能；同时通过在顶电极第一层上设置顶电极第二层和顶电极第三层，分别用于优化薄膜声波谐振器的串联谐振点、并联谐振点，消除寄生效应，提高了品质因数。本发明还公开了一种薄膜体声波谐振器的制备方法。

技术领域

本发明涉及声波谐振器，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器及制备方法。

背景技术

随着现代无线通信技术向着高频、高速的方向发展，对射频通信常用的前端滤波器提高了更高的要求。在工作频率不断提高的同时，对器件体积、使用性能、稳定性和集成性也有了更高的要求，过去使用的声表面波滤波器(Surface Acoustic Wave，SAW)由于其体积偏大、工艺兼容和工作频段等的问题，已经不能够满足高频通信的需求。

而薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)是一种新型滤波器，相对于声表面滤波器不仅体积小、功率容量大、可继承、工作频段高等特点，还拥有更好的带外抑制和插入损耗，在目前的5G通信中有很广的使用。

一般来说，薄膜体声波谐振器的结构主要包括横膈膜型、空气隙型和固态装配型三种，均为“电极-压电薄膜-电极”的三明治结构，其原理是利用压电薄膜的压电特性，当在电极施加交流电压时，压电效应使电能转换为机械能，使压电薄膜发生机械形变，从而在压电薄膜体内激励出体声波；当提升波传输到压电薄膜与电极的表面时，由于电极外普通声学层的作用，声波会被反射回来，因而将体声波限制在两电极之间。因此，为了减少声波的损失，尽量使得体声波全反射。而空气的声阻抗可以认为近似为零，因此制作时要使顶电极和底电极的表面与空气接触，由于顶电极是与空气接触的，而底电极生长在衬底上，很难在制作工艺中使得底电极的表面与空气接触，同时还要保证机械强度而不影响薄膜声波谐振器的结构。

另外，在薄膜体声波谐振器的生产工艺过程中，由于寄生效应的存在，会产生寄生电容并在生产工艺流程中对薄膜体声波谐振器的核心部件造成损坏，进而使生产的薄膜体声波谐振器的品质因数低下；同时还会将寄生电容残留在薄膜体声波谐振器中，使得在后续集成电路中使用时往往会造成很大的能量损害。为了改善主流工艺存在上述的问题，现有技术中一般只是在顶电极上添加一层调节层来减少寄生电容，进而提高品质因数。但是，在生产工艺过程中仍然存在寄生电容，同时单层调节层的结构对于串联谐振点的优化作用较为明显，但对于并联谐振点的优化并不明显，并不能够很好地提高品质因数。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种薄膜声波谐振器，其能够解决现有技术中薄膜体声波谐振器结构复杂、不稳定等等问题。

本发明的目的之二在于提供一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其能够解决现有技术中薄膜体声波谐振器的生产工艺存在品质因数低下的问题。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种薄膜体声波谐振器，所述薄膜体声波谐振器包括从下至上依次分布的转移衬底、键合层、填平层、底电极、压电薄膜和顶电极；所述顶电极包括从下至上依次分布的顶电极第一层、顶电极第二层和顶电极第三层；

所述压电薄膜位于底电极与顶电极第一层之间，使得顶电极第一层、压电薄膜和底电极之间形成三明治结构，同时顶电极第一层与底电极上下相对设置；