一种体声波谐振器及其制备方法

本发明属于半导体集成电路制造，特别是涉及一种体声波谐振器及其制备方法。

背景技术：

1、目前，射频滤波器向着更高工作频率发展，体声波滤波器(baw)具有高工作频率、低插入损耗、高频率选择特性、高功率容量和强抗静电能力等优点，是未来射频前端的最佳解决方案。

2、aln材料具有高声速、低损耗、低温度系数等优势，目前被广泛用于4g滤波器中，然而多晶aln的压电系数和机电耦合系数较小，限制了其在5g高频宽带滤波器上的应用。

3、同时，随着工作频率的进一步提高，滤波器中的压电薄膜厚度越来越薄，空气隙薄膜体声波滤波器(fbar)结构中的谐振区域位于空腔上方，极有可能出现薄膜破裂等问题；并且由于空气是热的不良导体，fbar器件工作温度高，导致滤波器性能具有较大的频率漂移。因此亟待一种可以提高机械强度、降低温度漂移的体声波滤波器

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的，不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种，用于解决现有技术中体声波谐振器性能参数受限、机械强度差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种体声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：提供一临时衬底，于所述临时衬底上设置压电薄膜，所述压电薄膜为不进行掺杂的单晶氮化铝或掺杂钪的单晶氮化铝；

3、于所述压电薄膜上设置图形化的第一电极层，以显露部分所述压电薄膜；

4、于所述第一电极层上设置布拉格反射结构；

5、于所述布拉格反射结构上设置键合层；

6、将所述布拉格反射结构通过所述键合层键合至一键合衬底上；

7、去除所述临时衬底，显露出所述压电薄膜，对显露出的所述压电薄膜进行减薄；

8、于减薄后的所述压电薄膜上设置图形化的第二电极层；

9、设置电引出结构将所述第一电极层和所述第二电极层的电连接引出。

10、可选地，所述临时衬底的材料为si、蓝宝石或sic中的一种或一种以上的任意组合。

11、可选地，设置所述布拉格反射结构的步骤包括：设置低声阻抗层，使所述低声阻抗层覆盖所述第一电极层及所述压电薄膜显露出的表面；继续交替设置多层高声阻抗层和多层低声阻抗层，得到所述布拉格反射结构。

12、可选地，所述布拉格反射层内的一层所述低声阻抗层和一层所述高声阻抗层构成一个周期，所述布拉格反射结构包括的周期数为n，n为大于等于1且小于等于9的正整数。

13、可选地，对显露出的所述压电薄膜进行减薄后，于所述压电薄膜上再次生长所述压电薄膜至预设厚度，以满足所述体声波谐振器的谐振参数。

14、可选地，于所述压电薄膜上再次生长的所述压电薄膜的材料为不进行掺杂的氮化铝薄膜或掺杂钪的氮化铝。

15、可选地，设置所述电引出结构的步骤包括：于上方未被所述第二电极层覆盖的所述压电薄膜处设置通孔，所述通孔与所述第一电极层接触；于所述通孔内设置电引出结构以引出所述第一电极层的电连接，于所述第二电极层设置电引出结构以引出所述第二电极层的电连接。

16、本发明还提供一种体声波谐振器，所述采用上述任意一种制备方法得到，所述体声波谐振器包括：键合衬底、键合层、布拉格反射结构、第一电极层、压电薄膜、第二电极层、电引出结构，所述压电薄膜的材料为不进行掺杂的单晶氮化铝或掺杂钪的单晶氮化铝；

17、所述键合层设置于所述键合衬底上，所述布拉格反射结构设置于所述所述键合层上，所述第一电极层设置于所述布拉格反射结构上，所述压电薄膜设置于所述第一电极层上，所述第二电极层设置于所述压电薄膜上，一个所述电引出结构贯穿所述压电薄膜将所述第一电极层引出至所述压电薄膜表面，另一个所述电引出结构与所述第二电极层进行电连接引出。

18、可选地，所述低声阻抗层的材料为sio2、aln、si3n4或sioc中的一种或一种以上的任意组合。

19、可选地，所述压电薄膜在未设置所述第一电极层的位置设置有贯通沟道，所述贯通沟道包围所述第一电极层的边沿以在相邻两个所述体声波谐振器之间形成隔离。

20、如上，本发明的体声波谐振器及其制备方法，具有以下有益效果：

21、本发明通过单晶氮化铝的压电薄膜材料选择，提高器件性能；

22、本发明通过设置布拉格反射结构在键合层上，使键合层对谐振器性能影响小，可以选用多种键合材料和键合工艺，提高了制备过程的可实现性；

23、本发明利用对压电薄膜的减薄，去除质量较差的压电薄膜，提高器件性能；

24、本发明配合设置布拉格反射结构并配合键合工艺制造固态装配型的体声波谐振器，可以提高谐振器的机械强度，并改善衬底表面的导热性能，以减小体声波谐振器的温度漂移，实现更高的功率密度。

技术特征：

1.一种体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述临时衬底的材料为si、蓝宝石或sic中的一种或一种以上的任意组合。

3.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，设置所述布拉格反射结构的步骤包括：设置低声阻抗层，使所述低声阻抗层覆盖所述第一电极层及所述压电薄膜显露出的表面；继续交替设置多层高声阻抗层和多层低声阻抗层，得到所述布拉格反射结构。

4.根据权利要求3所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述布拉格反射层内的一层所述低声阻抗层和一层所述高声阻抗层构成一个周期，所述布拉格反射结构包括的周期数为n，n为大于等于1且小于等于9的正整数。

5.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，对显露出的所述压电薄膜进行减薄后，于所述压电薄膜上再次生长所述压电薄膜至预设厚度，以满足所述体声波谐振器的谐振参数。

6.根据权利要求5所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，于所述压电薄膜上再次生长的所述压电薄膜的材料为不进行掺杂的氮化铝薄膜或掺杂钪的氮化铝。

7.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，设置所述电引出结构的步骤包括：于上方未被所述第二电极层覆盖的所述压电薄膜处设置通孔，所述通孔与所述第一电极层接触；于所述通孔内设置电引出结构以引出所述第一电极层的电连接，于所述第二电极层设置电引出结构以引出所述第二电极层的电连接。

8.一种体声波谐振器，其特征在于，所述体声波谐振器采用权利要求1-7中任意一项所述的制备方法得到，所述体声波谐振器包括：键合衬底、键合层、布拉格反射结构、第一电极层、压电薄膜、第二电极层、电引出结构，所述压电薄膜的材料为不进行掺杂的单晶氮化铝或掺杂钪的单晶氮化铝；

9.根据权利要求8所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述低声阻抗层的材料为sio2、aln、si3n4或sioc中的一种或一种以上的任意组合。

10.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述压电薄膜在未设置所述第一电极层的位置设置有贯通沟道，所述贯通沟道包围所述第一电极层的边沿以在相邻两个所述体声波谐振器之间形成隔离。

技术总结
本发明提供一种体声波谐振器及其制备方法，制备方法包括：于临时衬底设置单晶氮化铝或掺杂氮化铝为压电薄膜；依次设置第一电极层、布拉格反射结构、键合层，键合至键合衬底上；去除临时衬底，设置第二电极层和电引出结构。本发明通过单晶氮化铝的压电薄膜材料选择，提高器件性能；同时设置布拉格反射结构在键合层上，使键合层对谐振器性能影响小，可选用多种键合材料和键合工艺，提高制备过程的可实现性；另外对压电薄膜的减薄，去除质量较差的压电薄膜提高器件性能；最后配合布拉格反射结构和键合工艺制造固态装配型的体声波谐振器，可提高谐振器机械强度，改善衬底的导热性能，减小体声波谐振器因温度造成的谐振频率漂移，实现更高功率密度。

技术研发人员：秦瑞东,母志强,俞文杰
受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16