一种单晶AlN薄膜体声波双工器及其制备方法

本技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种单晶aln薄膜体声波双工器及其制备方法。

背景技术：

1、薄膜体声波谐振器(baw)因其具有高频、微型化、高性能、低功耗、高功率容量等优点，且baw滤波器的制造工艺与ic工艺相兼容、可集成，能够用于降低器件功耗和缩小器件尺寸。采用微机械加工技术(mems)的薄膜体声波滤波器的工作频率范围可以从几百mhz到几十ghz，覆盖了无线通讯频段的要求。传统介质滤波器体积过大，声表面波滤波器的插入损耗相比薄膜体声波滤波器大，且无法满足高频(＞3ghz)需求，因此薄膜体声波滤波器是3ghz以上高频段的最优解决方案。

2、薄膜体声波谐振器是一种能将电信号转化成声波信号传播，再转换为电信号输出的器件。单独的谐振器不能作为滤波器使用，需将多个谐振器级联形成滤波器。双工器在频分通讯系统中通过一个天线共享信号的发射和接收，利用内部的发射端滤波器(tx)和接收端滤波器(rx)进行信号过滤选择等处理。

3、薄膜体声波滤波器/双工器具有卓越的滤波特性，如高q值、低插损、大功率容量、矩形系数好、方向选择性好，以及出色的零深和带外抑制。传统的薄膜体声波谐振器由于结构上的缺陷，容易受到牺牲层释放溶液的腐蚀，导致性能不佳。同时，一部分声波会通过压电材料泄露到周围的衬底中，导致品质因数较低，最终导致双工器隔离度、损耗较差。因为传统的薄膜体声波滤波器需要在多晶电极结构上生长aln，导致其压电材料为多晶aln材料，这种多晶aln压电材料的缺陷密度较高，也会降低谐振器的品质因数，从而影响双工器性能。传统的薄膜体声波滤波器由于发射端滤波器和接收端滤波器频率不同，需通过调整膜层厚度来调频。这导致无法在同一晶圆上沉积不同厚度的调频层，需要分别在两片晶圆上制造发射端滤波器和接收端滤波器，在初步封装后再行集成。这种方法使得发射端滤波器和接收端滤波器相互独立，而且需要预留间隔空间，不利于整个双工器模块面积的减小。同时，为提高可靠性，现有薄膜体声波滤波器通常采用额外的帽晶圆进行晶圆级封装，以确保薄膜体声波滤波器不受外界环境干扰。晶圆级封装不仅难度较高，器件良率底，并且会增加薄膜体声波滤波器厚度，导致体积增大，还增加了额外的成本。

技术实现思路

1、本技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种单晶aln薄膜体声波双工器及其制备方法，能够节省薄膜体声波双工器的体积，结构更为紧凑。

2、根据本技术第一方面实施例，提供一种单晶aln薄膜体声波双工器，包括接收滤波器和发射滤波器：

3、所述接收滤波器包括：

4、第一衬底，所述第一衬底开设有第一空气腔；

5、第一谐振器单元，所述第一谐振器单元包括依次铺贴的第一底电极层、第一压电层和第一顶电极层，所述第一底电极层形成于所述第一衬底的表面并覆盖所述第一空气腔，所述第一压电层采用单晶ain薄膜作为压电材料；

6、介电层，所述介电层形成于所述第一衬底的表面；

7、第一键合结构，所述第一键合结构形成于所述第一衬底的表面；

8、所述发射滤波器包括：

9、第二衬底，所述第二衬底开设有第二空气腔；

10、第二谐振器单元，所述第二谐振器单元包括依次铺贴的第二底电极层、第二压电层和第二顶电极层，所述第二底电极层形成于所述第二衬底的表面并覆盖所述第二空气腔，所述第二压电层采用单晶ain薄膜作为压电材料；

11、第二键合结构，所述第二键合结构形成于所述第二衬底的表面；

12、其中，所述第一键合结构与所述第二键合结构相互键合，所述第二顶电极层与所述第一顶电极层或所述介电层键合。

13、根据本技术第一方面实施例，进一步地，所述第一衬底还开设有tsv通孔。

14、根据本技术第一方面实施例，进一步地，所述接收滤波器还包括电感器，所述电感器安装于所述tsv通孔中。

15、根据本技术第一方面实施例，进一步地，所述接收滤波器还包括金属连接件，所述金属连接件与所述tsv通孔连接。

16、根据本技术第一方面实施例，进一步地，所述金属连接件呈球状。

17、根据本技术第一方面实施例，进一步地，所述第一衬底和所述第二衬底的材料包括单晶硅、蓝宝石、石英、碳化硅、氮化镓和金刚石中的至少一种。

18、根据本技术第一方面实施例，进一步地，所述第一底电极层、所述第一顶电极层、所述第二底电极层和所述第二顶电极层的材质采用mo、al、w、ru和cu中的其中一种。

19、根据本技术第二方面实施例，提供一种针对上述单晶aln薄膜体声波双工器的制备方法，包括接收滤波器制备方法、发射滤波器制备方法和键合方法：

20、所述接收滤波器制备方法包括：

21、在所述第一衬底上开设第一空气腔，并且在所述第一衬底表面设置第一下键合结构；

22、准备一个第一临时衬底，在所述第一临时衬底表面形成所述第一压电层、所述介电层和第一上键合结构；

23、在所述第一压电层的表面形成第一底电极层；

24、将所述第一临时衬底倒扣在所述第一衬底上，使得所述第一底电极层与所述第一衬底键合，所述第一上键合结构与所述第一下键合结构相互键合以形成所述第一键合结构；

25、移除所述第一临时衬底，露出所述第一压电层；

26、在所述第一压电层的表面形成所述第一顶电极层；

27、所述发射滤波器制备方法包括：

28、在所述第二衬底上开设第二空气腔，并且在所述第二衬底表面设置第二下键合结构；

29、准备一个第二临时衬底，在所述第二临时衬底表面形成所述第二压电层和第二上键合结构；

30、在所述第二压电层的表面形成第二底电极层；

31、将所述第二临时衬底倒扣在所述第二衬底上，使得所述第二底电极层与所述第二衬底键合，所述第二上键合结构与所述第二下键合结构相互键合以形成所述第二键合结构；

32、移除所述第二临时衬底，露出所述第二压电层；

33、在所述第二压电层的表面形成所述第二顶电极层；

34、所述键合方法包括：

35、将所述发射滤波器倒扣在所述接收滤波器上，所述第一键合结构与所述第二键合结构相互键合，所述第二顶电极层与所述第一顶电极层或所述介电层键合。

36、根据本技术第二方面实施例，进一步地，所述第一空气腔和所述第二空气腔采用光刻、纳米压印、干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺形成。

37、根据本技术第二方面实施例，进一步地，所述接收滤波器制备方法、所述发射滤波器制备方法和所述键合方法中的键合工艺均通过键合凸点进行键合。

38、本技术实施例的有益效果至少包括：本技术通过倒装键合的方式使得接收滤波器和发射滤波器连接在一起，结构紧凑且无需为不同滤波器分区；同时，倒装键合方式也使得第一压电层和第二压电层采用单晶aln薄膜作为压电材料成为可能，提高了薄膜体声波双工器的隔离度、插入损耗等性能。