[发明专利]用于声表面波器件的复合衬底及制造方法、声表面波器件

说明书

本发明提出了一种用于声表面波器件的复合衬底，压电薄膜，压电薄膜为单晶薄膜；基底，具有在基底厚度方向上相对的第一侧和第二侧，基底传播的体波声速高于压电薄膜传输的声表面波声速；氧化层，氧化层设置在所述基底与压电薄膜之间，氧化层为多晶薄膜，氧化层传播的体波声速低于压电薄膜传播的声表面波声速，氧化层具有大于零的频率温度系数，氧化层的厚度为30nm以上。由此，能够不易产生翘曲，降低插入损耗、提高温度稳定性。

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种用于声表面波器件的复合衬底及制造方法、声表面波器件。

背景技术

声表面波器件通常包括压电单晶体和沉积在压电单晶体表面的两个叉指电极。施加于电极的电信号被转化成在压电层表面传播的弹性波，弹性波到达另一个电极时，再次被转换成电信号。声表面波在压电单晶体上的传播速率直接决定了声表面器件的频率，随着声表面波器件向小型化、高功率、高频率等方向发展，压电单晶体的选择非常有限。例如，LiNbO3和LiTaO3是高度各向异性的材料，机电耦合系数依赖于结晶取向，为了获得电信号与弹性波较高的转换效率，要求机电耦合系数越大越好，LiNbO3和LiTaO3的取向仅包括X切割、Y切割、Z切割、YZ切割、36°旋转的Y轴、42°旋转的Y轴等。

为了提升声表面波器件设计制造的选择性，在不影响器件性能的前提下，采用将压电薄膜与基底配合的复合衬底，但相对于压电单晶体，该复合衬底制作的声表面波器件存在插入损耗大、温度稳定性较差等问题。并且，压电薄膜与基底之间一般通过活性化接合、原子扩散接合等方式进行结合，压电薄膜侧容易因为应力发生翘曲，导致复合衬底电性能劣化。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种用于声表面波器件的复合衬底，不易产生翘曲，降低插入损耗、提高温度稳定性。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

根据本发明公开的第一个方面，提供了一种用于声表面波器件的复合衬底，压电薄膜，所述压电薄膜为单晶薄膜；基底，具有在基底厚度方向上相对的第一侧和第二侧，所述基底传播的体波声速高于所述压电薄膜传输的声表面波声速；氧化层，所述氧化层设置在所述基底与所述压电薄膜之间，所述氧化层为多晶薄膜，所述氧化层传播的体波声速低于所述压电薄膜传播的声表面波声速，所述氧化层具有大于零的频率温度系数，所述氧化层的厚度为30nm以上。

在一些实施方式中，氧化层包括第一氧化层和第二氧化层，所述第二氧化层设置在所述基底和所述第一氧化层之间，第一氧化层的平均晶粒尺寸小于所述第二氧化层的平均晶粒尺寸，所述第一氧化层包括二氧化硅。

在一些实施方式中，所述氧化层包括散射粒子。

在一些实施方式中，所述压电薄膜与所述氧化层之间的界面为凹凸结构，所述凹凸结构的深度小于等于所述氧化层的深度。

在一些实施方式中，还包括设置在所述基底与所述氧化层之间的屏蔽层，所述屏蔽层包括多晶硅、非晶硅、SiC、AlN、金刚石、氧化铝、类金刚石中的一种或多种，所述屏蔽层的厚度为100nm以下。

在一些实施方式中，所述压电薄膜被选择为支持纵波或剪切横波的切角，所述压电薄膜的厚度为所述纵波或剪切横波的1.0倍以上且100.0倍以下。

在一些实施方式中，所述基底为单晶硅基底，所述氧化层通过所述单晶硅基底氧化合成。

在一些实施方式中，所述单晶硅基板远离所述压电薄膜的一侧设置第三氧化层，所述第三氧化层通过所述单晶硅基底氧化合成。

根据本发明的第二个方面，提供了一种声表面波器件，所述声表面器件应用了如上述的复合衬底，所述声表面波器件包括：叉指换能器，所述叉指换能器位于所述压电薄膜远离所述基体的表面，所述叉指环能器包括作为输入端的第一叉指换能器和作为输出端的第二叉指换能器；反射器，所述反射器位于所述叉指换能器两侧。