一种空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法与流程

本发明涉及体声波谐振器，具体而言，涉及一种空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法。

背景技术：

1、现有的空腔型体声波谐振器制备工艺中一般没有针对释放压电层残余应力的步骤，因此当压电层制作完成后，压电层中积聚的残余应力（压电层生长和冷却过程中不可避免地产生应力）会集中在有源区区域的边缘（即空腔周壁沿上下方向的投影的轮廓边缘），呈现出有源区中心应力小而四周边缘应力大的现象，而这种分布不均的应力往往会导致压电层的机电耦合系数下降，以致影响滤波器的带内波纹、插值损耗和带宽等性能。

2、针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法，解决压电层中残余应力无法被释放而导致压电层的机电耦合系数下降的问题，达到提升滤波器的带内波纹、插值损耗和带宽等性能的效果。

2、第一方面，本发明提供一种空腔型薄膜体声波谐振器，包括依次层叠的衬底层、种子层、底电极、压电层和顶电极，所述衬底层和所述种子层之间设置有空腔，所述底电极朝向所述压电层的一侧挖设有沟槽，所述沟槽位于所述空腔的正上方且所述沟槽的槽底沿上下方向的投影覆盖所述空腔的周壁沿上下方向的投影的所有轮廓边缘。

3、本发明提供的空腔型薄膜体声波谐振器通过沟槽释放压电层积聚的残余应力确保有源区中心和四周的应力分布更加均匀，从而提高压电层的机电耦合系数，达到提升滤波器的带内波纹、插值损耗和带宽等性能的效果。

4、进一步的，所有所述沟槽的截面形状为倒置的梯形。

5、梯形有利于压电层材料填满沟槽从而更好地释放残余应力。

6、进一步的，所述空腔的截面形状为倒置的梯形。

7、梯形有利于牺牲层材料填满空腔。

8、进一步的，所述衬底层由硅、锗、蓝宝石、石英、碳化硅或有机聚合物材料制成。

9、进一步的，所述种子层由氮化铝、氧化锌、铌酸锂或钽酸锂材料制成。

10、进一步的，所述底电极和所述顶电极均由mo材料制成。

11、进一步的，所述压电层由与所述种子层相同的材料制成。

12、第二方面，本发明提供了一种用于制备上述的所述空腔型薄膜体声波谐振器的制备方法，包括以下步骤：

13、s1.基于湿法刻蚀方法，在所述衬底层的上表面制作凹槽；

14、s2.在所述凹槽中制作牺牲层并使所述牺牲层填满所述凹槽；

15、s3.在所述牺牲层的上表面制作所述种子层并使所述种子层覆盖所述凹槽；

16、s4.在所述种子层的上表面制作所述底电极；

17、s5.在所述底电极的上表面制作所述沟槽并使所述沟槽的槽底沿上下方向的投影覆盖所述凹槽周壁沿上下方向的投影的所有轮廓边缘；

18、s6.在所述底电极上制作所述压电层并使所述压电层填满所有所述沟槽；

19、s7.在所述压电层的上表面制作所述顶电极后，释放所述牺牲层以形成所述空腔。

20、进一步的，步骤s4中的具体步骤包括：

21、s41.在所述种子层的上表面制作电极层；

22、s42.在所述电极层的上表面涂覆光刻胶并铺设第一掩膜后，利用tmah进行正胶显影；

23、s43.利用sf6气体刻蚀所述电极层以得到所述底电极；

24、s44.依次进行超声波清洗和离子水冲洗后，置于热氮环境下甩干残余液体。

25、进一步的，步骤s5中的具体步骤包括：

26、s51.在所述底电极的上表面涂覆光刻胶并铺设第二掩膜后，进行正胶显影；

27、s52.基于干法刻蚀方法，在所述底电极上制作出所述沟槽。

28、由上可知，本发明提供的空腔型薄膜体声波谐振器通过在底电极上设置沟槽以供压电层释放残余应力，从而避免残余应力集中在有源区区域的边缘，确保有源区区域的应力分布更加均匀则能够有效提高压电层的机电耦合系数，达到提升滤波器的带内波纹、插值损耗和带宽等性能的效果。

29、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种空腔型薄膜体声波谐振器，包括依次层叠的衬底层（100）、种子层（200）、底电极（300）、压电层（400）和顶电极（500），所述衬底层（100）和所述种子层（200）之间设置有空腔（600），其特征在于，所述底电极（300）朝向所述压电层（400）的一侧挖设有沟槽（310），所述沟槽（310）位于所述空腔（600）的正上方且所述沟槽（310）的槽底沿上下方向的投影覆盖所述空腔（600）的周壁沿上下方向的投影的所有轮廓边缘。

2.根据权利要求1所述的空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所有所述沟槽（310）的截面形状为倒置的梯形。

3.根据权利要求1所述的空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述空腔（600）的截面形状为倒置的梯形。

4.根据权利要求1所述的空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述衬底层（100）由硅、锗、蓝宝石、石英、碳化硅或有机聚合物材料制成。

5.根据权利要求1所述的空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述种子层（200）由氮化铝、氧化锌、铌酸锂或钽酸锂材料制成。

6.根据权利要求1所述的空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述底电极（300）和所述顶电极（500）均由mo材料制成。

7.根据权利要求1所述的空腔型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电层（400）由与所述种子层（200）相同的材料制成。

8.一种用于制备如权利要求1-7任一项所述空腔型薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中的具体步骤包括：

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤s5中的具体步骤包括：

技术总结本发明提供了一种空腔型薄膜体声波谐振器及其制备方法，涉及体声波谐振器技术领域。该空腔型薄膜体声波谐振器包括依次层叠的衬底层、种子层、底电极、压电层和顶电极，衬底层和种子层之间设置有空腔，底电极朝向压电层的一侧挖设有沟槽，沟槽位于空腔的正上方且沟槽的槽底沿上下方向的投影覆盖空腔的周壁沿上下方向的投影的所有轮廓边缘。本发明的空腔型薄膜体声波谐振器解决压电层中残余应力无法被释放而导致压电层的机电耦合系数下降的问题，达到提升滤波器的带内波纹、插值损耗和带宽等性能的效果。技术研发人员：李国强,衣新燕,王嘉麒受保护的技术使用者：广州市艾佛光通科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2