[发明专利]一种薄膜体声波谐振器及其制作工艺

说明书

公开了一种薄膜体声波谐振器，包括设置在声波反射结构所在衬底的上部的底电极层、压电层和顶电极层，其中压电层的与声波反射结构的边界对应的部位经过退极化处理以形成退极化部。还公开了一种薄膜体声波谐振器的制作工艺，包括在形成或将要形成声波反射结构的衬底上制作底电极层以覆盖声波反射结构；在底电极层上制作压电层；对压电层的与声波反射结构的边界对应的部位进行退极化处理以形成退极化部；在压电层上制作顶电极层。该薄膜体声波谐振器及其制作工艺可以抑制横波从谐振器的空腔上部的谐振区域带走能量，从而保证谐振区域的机械振动强度，抑制寄生振荡，并提升谐振器Q值。

技术领域

本申请涉及通信器件领域，主要涉及一种薄膜体声波谐振器及其制作工艺。

背景技术

随着电磁频谱的日益拥挤、无线通讯设备的频段与功能增多，无线通讯使用的电磁频谱从500MHz到5GHz以上高速增长，因此对性能高、成本低、功耗低、体积小的射频前端模块需求也日益增长。滤波器是射频前端模块之一，可改善发射和接收信号，主要由多个谐振器通过拓扑网络结构连接而成。Fbar(Thin film bulk acoustic resonator) 是一种体声波谐振器，由它组成的滤波器具有体积小、集成能力强、高频工作时保证高品质因素Q、功率承受能力强等优势而作为射频前端的核心器件。

Fbar是由上下电极和夹在电极之间的压电层组成的基本结构。压电层主要实现电能与机械能的转化。当Fbar的上下电极施加电场时，压电层将电能转换为机械能，机械能则以声波的形式存在。声波有横波和纵波两种振动模式，纵波是Fbar工作状态下的主要模式，横波易从谐振器边缘泄露而带走能量。Q值是衡量谐振器性能的重要指标，等于谐振器储存能量与谐振器所损失能量的比值。因此横波带走能量必然会衰减Q值，使器件性能下降。

现有技术通过空腔边界的air gap反射横波而抑制横波带走能量， air gap以释放内部牺牲层的工艺制成，工艺较为复杂，且需要保证空腔上部的顶电极连接部的机械稳定性。或者通过在谐振器的有效谐振区域上交错的电极结构上的设置可一定程度上抑制寄生振荡，但无法抑制横波携带能量传出谐振器。或者通过在压电层上制作凹槽来抑制横波带走能量，从而提升器件Q值，但是凹槽通过蚀刻工艺制成，此工艺会造成凹槽底部及侧壁的的压电层的晶格缺陷及微孔洞，影响谐振器性能；另一方面减小空腔上部的谐振区域面积，一定程度增加了滤波器的尺寸。又或者通过顶电极上部的质量负载层来形成声阻抗突变而抑制横波带走能量，但空腔边缘上部的压电层会复制其底电极经刻蚀工艺所带来的晶格缺陷及微孔。

发明内容

为了解决现有技术谐振器空腔上部的谐振区域处横波易从谐振器边缘泄露而带走能量，难以抑制寄生振荡，影响器件性能的技术问题，本发明提出了一种薄膜体声波谐振器及其制作工艺，用以解决上述问题。

根据本发明的一方面，提出了一种薄膜体声波谐振器，包括设置在声波反射结构所在衬底的上部的底电极层、压电层和顶电极层，其中压电层的与声波反射结构的边界对应的部位经过退极化处理以形成退极化部。凭借退极化部的设置，可以抑制横波从谐振器的谐振区域带走能量，进而保证谐振区域的机械振动强度，抑制寄生振荡，提升谐振器的Q值。

在一些实施例中，退极化部被部分退极化。根据器件性能需求设置局部退极化可以便于以最小成本制作出满足预期性能需求的器件。

在一些实施例中，退极化部被全部退极化。凭借退极化部的全部退极化可以实现完美的隔离效果和最小的寄生效应。

在一些实施例中，退极化部在衬底上的投影区域至少从声波反射结构之外的区域跨越到声波反射结构之内。凭借该设置能够更好地抑制横波带走谐振器的能量。

在一些实施例中，退极化部是通过将压电层进行选择性退极化处理后形成的。凭借选择性退极化的处理可以便于实现对退极化的控制。

在一些实施例中，退极化处理包括对压电层中的压电材料进行离子注入以及退火。通过离子注入可以实现利用不同的退火工艺实现压电层的退极化。