一种用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及具有多层不同的压电薄膜的压电薄膜体声波谐振器。
【背景技术】
[0002]随着薄膜与微纳制造技术的发展，电子元件正朝着微型化、高频率、高密集复用和低功耗的方向发展Γ薄膜体声波谐振器(FBAR)又称为压电薄膜体声波谐振器，它是通过压电薄膜的逆压电效应将电能量转换成声波而形成谐振，使用谐振技术用来制造很多先进的电子元器件，在新一代无线通信系统具有很广泛的应用前景。
[0003]传统的FBAR包括一个压电体层，压电体层位于由单一材料制成的电极之间，构成一个压电夹层，由于这些压电材料为单一性材料，因此这些压电材料基本上具有单一、均匀的C轴取向特性；也即，传统的FBAR的压电材料不是使用不同的压电物质制成，因此没有不同的C轴向取向。此外，传统的FBAR的共振频率主要通过压电层或电极的厚度来调节，因此可能造成压电体层或电极的厚度过度消减，致使FBAR的形状过小，过度降低压电体层和电极厚度将使耦合系数Kt和品质因数Q降低，导致FBAR过小。
【实用新型内容】
[0004]针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器，解决过度降低压电体层和电极厚度将使耦合系数Kt和品质因数Q降低，导致FBAR过小的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器(FBAR)，形成于衬底上，包括底部电极、顶部电极、第一压电层、第二压电层、负极导线和正极导线。
[0006]衬底与半导体工艺使用的材料相容，所述半导体工艺材料包括硅、砷化镓、磷化铟、玻璃、蓝宝石、氧化铝或其他类似材料；衬底可被蚀刻形成腔体，且一层牺牲材料(未示出)可被沉积在衬底上以填充腔体，牺牲材料包括氧化物、多晶硅或其它合适的材料；衬底被平坦化后，牺牲材料仍然只留在腔体内；此外，牺牲材料在形成FBAR后可以通过刻蚀移除，以使腔体打开。
[0007]底部电极形成于衬底的腔体上方；一层钨、钼或铝沉积在衬底并随后图案化成型为一个多边形或类似的形状，用于形成底部电极；然后，氮化铝压电材料通过等离子沉积处理沉积于底部电极上，用来形成具有向上C轴取向的第一压电层，氧化锌压电材料通过等离子沉积处理沉积于第一压电层上，用来形成向上的C轴取向的第二压电层116;因此，第一压电层和第二压电层是不同的压电材料制成的相对的压电层；第一压电层的C轴取向和第二压电层的C轴取向完全相反；一层钨、钼或铝沉积在第二压电层上用来形成顶部电极。第一压电层、第二压电层和顶部电极进行图案化以形成FBAR。所述的牺牲材料通过蚀刻移除，因此FBAR被设置于悬浮的空的腔体上。而后，在FBAR上形成一个钝化层用于保护FBAR ;FBAR上形成对应触点、负极导线和正极导线分别对应的和顶部电极和底部电极进行电性连接；FBAR的正极导线和负极导线上施加电压V。因此，FBAR包括叠压于第一压电层上的第二压电层，表征为复合FBAR。
[0008]FBAR的底部电极、第一压电层、第二压电层和顶部电极的厚度分别一一对应为175.3nm、600nm、416nm和175.3nm ;由于第一压电层和第二压电层的C轴取向相反，它们之间的共振频率为5000MHz。因此，FBAR的共振频率可以通过第一压电层和第二压电层的材料选择或只通过第一压电层和第二压电层形成的C轴取向来控制。
[0009]综上所述，FBAR可以在不增加厚度情况下，延长其低频率的范围；也可以通过递增第二压电体层使其具有和第一压电层不同的C轴取向，使FBAR具有更高的共振频率；而不需要过度减小底部电极、第一压电层、第二压电层和顶部电极的厚度，以增加现有FBAR的共振频率。此外，FBAR可扩展至3?5GHz或更高频率，在不增加厚度情况下，延长其低频率的范围；也可以通过递增第二压电层使其具有和第一压电层不同的C轴取向，使FBAR具有更高的共振频率；而不需要过度减小底部电极、第一压电层、第二压电层和顶部电极的厚度，以增加现有FBAR的共振频率。具有很强的实用性。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型示意图。
[0011]其中:薄膜体声波谐振器10、底部电极102、顶部电极104、第一压电层112、向上箭头114、第二压电层116、向下箭头118、衬底150、腔体152、负极导线162、正极导线164。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图所描述的实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
[0013]一种用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器(FBAR)，形成于衬底150上，包括底部电极102、顶部电极104、第一压电层112、第二压电层116、负极导线162和正极导线164。
[0014]衬底150与半导体工艺使用的材料相容，所述半导体工艺材料包括硅、砷化镓、磷化铟、玻璃、蓝宝石、氧化铝或其他类似材料；衬底150可被蚀刻形成腔体152，且一层牺牲材料(未示出)可被沉积在衬底150上以填充腔体152，牺牲材料包括氧化物、多晶硅或其它合适的材料；衬底150被平坦化后，牺牲材料仍然只留在腔体152内；此外，牺牲材料在形成FBAR后可以通过刻蚀移除，以使腔体152打开。
[0015]底部电极102形成于衬底150的腔体152上方；一层钨、钼或铝沉积在衬底并随后图案化成型为一个多边形或类似的形状，用于形成底部电极102 ;然后，氮化铝压电材料通过等离子沉积处理沉积于底部电极102上，用来形成具有C轴取向的第一压电层112，箭头114指示氮化铝的正常C轴取向；氧化锌压电材料通过等离子沉积处理沉积于第一压电层112上，用来形成具有如箭头118所指示的C轴取向的第二压电层116，箭头118指示氧化锌的正常C轴取向；第一压电层112和第二压电层116是不同的压电体材料制成的相对的压电体层；箭头114指示的第一压电层112的C轴取向和用箭头118指示的第二压电层116的C轴取向完全相反；一层钨、钼或铝沉积在第二压电层116上用来形成顶部电极104。第一压电层112、第二压电层116和顶部电极104进行图案化以形成FBAR 10。所述的牺牲材料通过蚀刻移除，因此FBAR 10就被设置于悬浮的空的腔体152上。而后，在FBAR 10上形成一个钝化层(未示出)用于保护FBAR 10 ；FBAR 10上形成对应触点(未示出)、负极导线162和正极导线164分别和顶部电极104和底部电极102进行电性连接；FBAR 10的正极导线164和负极导线162上施加电压V。因此，FBAR 10包括叠压于第一压电体层112上的第二压电层116，表征为复合FBAR。
[0016]FBAR 10的底部电极102、第一压电体层112、第二压电层116和顶部电极104的厚度分别--对应为175.3nm、600nm、416nm和175.3nm ;第一压电层112和第二压电层116
的C轴取向相反，它们之间的共振频率为5000MHz。因此，FBAR 10的共振频率可以通过第一压电层112和第二压电层116的材料选择或只通过第一压电层112和第二压电层116形成的C轴取向来控制。
[0017]综上所述，FBAR 10可以在不增加厚度情况下，延长其低频率的范围；也可以通过递增第二压电层116使其具有和第一压电层112不同的C轴取向，使FBAR 10具有更高的共振频率；而不需要过度减小底部电极102、第一压电层112、第二压电层116和顶部电极104的厚度，以增加现有FBAR的共振频率。本实施方式中，FBAR 10可扩展至3?5GHz或更高频率。
【主权项】
1.一种用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器，形成于衬底上，其特征是:包括底部电极、顶部电极、第一压电层、第二压电层、负极导线和正极导线；所述衬底与半导体材料相容，衬底蚀刻形成腔体，一层牺牲材料沉积在衬底上以填充腔体，牺牲材料在形成多层压电薄膜体声波谐振器后通过刻蚀移除，以使腔体打开；所述底部电极形成于衬底的腔体上方，所述衬底上沉积一层钨、钼或铝，并图案化成型为一个多边形状用于形成底部电极；所述底部电极上沉积着氮化铝压电材料以形成具有向上C轴取向的第一压电层；所述第一压电层位于底部电极上方，第一压电层上沉积有氧化锌压电材料以形成具有向上C轴取向的第二压电层；所述第一压电层的C轴取向和第二压电层的C轴取向相反；所述第二压电层位于第一电压层上方，第二压电层上沉积有一层钨、钼或铝以形成位于最上方的顶部电极；所述第一压电层、第二压电层和顶部电极经图案化形成多层压电薄膜体声波谐振器；所述正极导线连接顶部电极，负极导线连接底部电极。
2.根据权利要求1所述的一种用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器，其特征是:所述底部电极的厚度为175.3nm，第一压电层的厚度为600nm，第二压电层的厚度为416nm，顶部电极的厚度为175.3nm ;所述第一压电层和第二压电层之间的共振频率为5000MHz ο
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于无线通信系统的多层压电薄膜体声波谐振器，包括底部电极、顶部电极、第一压电层、第二压电层、负极导线和正极导线；衬底与半导体工艺使用的材料相容；底部电极形成于衬底的腔体上方；一层钨、钼或铝沉积在衬底用于形成底部电极；氮化铝压电材料沉积于底部电极上，形成具有向上C轴取向的第一压电体层，氧化锌压电材料沉积于第一压电体层上，形成向上的C轴取向的第二压电体层116；第一压电体层的C轴取向和第二压电体层的C轴取向完全相反；一层钨、钼或铝沉积在第二压电体层上形成顶部电极；对应触点、负极导线和正极导线分别对应的和顶部电极和底部电极进行电性连接形成多层压电薄膜体声波谐振器。
【IPC分类】H03H9-17
【公开号】CN204392205
【申请号】CN201520070424
【发明人】张绍林, 朱之山, 梁燕, 宋妍, 李霞
【申请人】国家电网公司, 国网山东省电力公司烟台供电公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年1月30日