一种横向耦合FBAR及其制备方法与通信设备技术

本发明专利技术公开了一种横向耦合FBAR及其制备方法与通信设备。本发明专利技术的横向耦合FBAR的组成包括平面衬底和设置在平面衬底上至少刻蚀形成两个凹槽上的两个谐振器，谐振器的组成包括过渡层、底电极、压电薄膜和顶电极，相邻两个谐振器通过共用一个电极形成耦合，所述共用电极形式为，左侧谐振器的顶电极延伸出来与右侧谐振器的底电极相连，在同一平面衬底上横向耦合至少两个谐振器。本发明专利技术提出的结构工艺可以在同一平面衬底上实现多个谐振器的横向耦合，相比于纵向耦合方式，尽可能地削减了耦合谐振器之间声波相互影响，且更易于形成高频谐振，降低了后续封装以及制作高频滤波器的难度，而且整个工艺相对简单，易于实现。易于实现。易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种横向耦合FBAR及其制备方法与通信设备


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种横向耦合FBAR及其制备方法与通信设备。

技术介绍

[0002]近年来，随着无线通信技术的飞速发展，更大带宽和更快速的数据传输速率成为迫切需求。在高数据速率下，系统的射频(RF)倾向于使用包含2GHz、5GHz等高频频段。第五代(5G)通信技术对射频元器件的性能提出了更高要求，高频化微型化集成化的发展成为不可阻挡的趋势。在4G到5G的演化过程，射频模块需要处理的频段数量大幅提升，高频信号处理难度增大，复杂程度也进一步提升。滤波器作为射频前端系统中至关重要的一部分，也将面临巨大的挑战。
[0003]薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)具有高质量因子(Q因子)，制成滤波器滚降更陡峭，其高声速和良好的导热性满足高功率的处理。此外，FBAR滤波器功耗低、功率容量和隔离度高，并且能够和互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容有利于缩小器件尺寸，采用微机械加工技术(MEMS)的FBAR滤波器的工作频率范围可以从几百MHz到几十GHz，完全覆盖了无线通讯频段的要求，被认为是未来5G高频通讯的最优解决方案。
[0004]FBAR由多个薄膜体声波谐振器级联而成。薄膜体声波谐振器主要由三部分组成：衬底、声波反射层、以及由上下金属电极和夹于电极之间的压电薄膜层组成的三明治结构。上下电极与压电层在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域。当交变信号施加于FBAR的上下两电极之间并满足适当的边界条件时，在压电振荡堆内产生相应的交变电场，因为逆压电效应，部分电能转化为沿薄膜厚度方向传播的体声波并在两电极之间来回反射，当声波在压电层中传播的距离恰好是其半波长或者半波长的奇数倍时，器件形成驻波振荡。
[0005]为了获得高度集成化和平面化，易封装的射频滤波器，同时减少谐振器耦合间的相互影响，我们采取在同一衬底平面上沉积两个或更多谐振器结构进行横向耦合。在水平排列中，上一级谐振器的上电极与下一级谐振器的下电极相连，每个谐振器都能够形成上下空腔结构，有效的减小了滤波器的器件厚度尺寸，并改善滤波器纵向耦合带来的相互影响，以及高厚度不利于形成高频谐振等问题，提升滤波器性能。对于纵向耦合的谐振器，往往会因为压电薄膜层结构堆栈过高导致谐振器的谐振频率下降(由于厚度变厚，振动更加困难)，难以保证耦合后谐振器的原有的谐振频率保持不变，难以实现高频率的FBAR。且由于FBAR主要利用压电薄膜的纵向振动来传输信号，纵向堆栈会导致上下两个谐振器的谐振波信号相互干扰，因此往往需要在两个谐振器之间加入一层布拉格反射层来削减信号流出。而在平面集成时，每个谐振器之间只需通过平面连接形成耦合，利用空气反射最大化的限制谐振器中体声波的泄露，而且能减少谐振器之间的相互影响。在封装时，不会形成过高的厚度，利于平面集成化。整个制作过程工艺较为简单，容易实现。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种横向耦合FBAR及其制备方法与通信设备。
[0007]本专利技术所采取的技术方案是：
[0008]一种横向耦合FBAR，其特征在于，组成包括平面衬底和设置在平面衬底上的两个以上的谐振器，所述谐振器的组成包括过渡层、薄膜结构层，所述过渡层设置在平面衬底边缘表面，与衬底形成多个空腔结构，形成的空腔为空气腔体；所述薄膜结构层设置在每个凹槽上方的过渡层上，所述薄膜结构层从下至上分别为底电极、压电薄膜层、顶电极；相邻两个谐振器通过共用一个电极形成耦合，所述共用电极形式为，左侧谐振器的顶电极延伸出来与右侧谐振器的底电极相连，在同一平面衬底上横向耦合两个以上谐振器。
[0009]优选的，所述平面衬底选自硅衬底、蓝宝石衬底、LiGaO2衬底、金属单质衬底、GaN衬底中的一种。
[0010]优选的，所述过渡层选自单晶态氮化铝层、多晶态氮化铝层、氮化镓层、碳化硅、氮化硅层中的一种。
[0011]优选的，所述过渡层的厚度为10nm～2μm。
[0012]优选的，所述底电极的组成成分选自Al、Mo、W、Pt、Ti、Au、Ru中的至少一种。
[0013]优选的，所述压电薄膜层选自单晶态氮化铝层、多晶态氮化铝层、氧化锌层、锆钛酸铅层中的一种。
[0014]优选的，所述顶电极的组成成分选自Al、Mo、W、Pt、Ti、Au、Ru中的至少一种。
[0015]如上所述的横向耦合FBAR滤波器的制备方法，包括以下步骤：
[0016]1)在平面衬底的上表面使用干法刻蚀形成两个凹槽，深度一致；
[0017]2)在凹槽上沉积一层牺牲层材料，厚度大于凹槽深度；
[0018]3)采用化学机械抛光工艺，对凹槽进行抛光，至所有凹槽两侧的衬底材料露出；
[0019]4)在衬底上沉积过渡层；
[0020]5)在过渡层上通过光刻、蒸镀和剥离制备左右谐振器的底电极，所述左右两个谐振器的底电极分别位于两个凹槽正上方且不相连接；
[0021]6)在两侧底电极上分别沉积压电层，并进行图形化；
[0022]7)在压电层上通过光刻、蒸镀和剥离制备两侧谐振器顶电极，左侧谐振器的顶电极需延伸与右侧谐振器底电极相连，即在平面衬底上制备了2级横向耦合FBAR；
[0023]8)将凹槽内的牺牲层释放；
[0024]9)在衬底上刻蚀多个凹槽，重复步骤1)～8)的操作可在平面衬底上制备多级横向耦合FBAR。
[0025]优选的，步骤1)所述平面衬底选自硅衬底、蓝宝石衬底、LiGaO2衬底、金属单质衬底、GaN衬底中的一种。
[0026]优选的，步骤1)所述干法刻蚀采用反应离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子体刻蚀(ICP)中的一种。
[0027]优选的，步骤4)所述沉积采用磁控溅射。
[0028]优选的，步骤6)中所述沉积采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)法。
[0029]一种通信设备，其组成包括上述横向耦合FBAR。
[0030]本专利技术的有益效果是：本专利技术的横向耦合FBAR可以将各种频率范围的体声波谐振
器横向耦合集成在同一片衬底上，进而制作各种要求的滤波器、双工器，利于器件的平面化。改善谐振器纵向耦合相互影响较大，解决堆栈形成高厚度结构不利于制成高频滤波器等问题，进而提升滤波器性能。整个滤波器制作过程中，工艺较为简单容易实现，易于封装，节约成本。
附图说明
[0031]图1为实施例1中的横向耦合FBAR的截面的结构示意图。
[0032]图2为实施例1中步骤2)得到的器件的结构示意图。
[0033]图3为实施例1中步骤5)得到的器件的结构示意图。
[0034]图4为实施例1中步骤6)得到的器件的结构示意图。
[0035]图5为实施例1中步骤7)得到的器件的结构示意图。
[0036]图6为实施例2制备得到的3级横向耦合FBAR的器件结构示意图。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种横向耦合FBAR，其特征在于，组成包括平面衬底和设置在平面衬底上的两个以上的谐振器，所述谐振器的组成包括过渡层、薄膜结构层，所述过渡层设置在平面衬底边缘表面，与衬底形成多个空腔结构，形成的空腔为空气腔体；所述薄膜结构层设置在每个凹槽上方的过渡层上，所述薄膜结构层从下至上分别为底电极、压电薄膜层、顶电极；相邻两个谐振器通过共用一个电极形成耦合，所述共用一个电极形式为，左侧谐振器的顶电极延伸出来，作为右侧谐振器的底电极，在同一平面衬底上横向耦合两个以上谐振器。2.根据权利要求1所述的横向耦合FBAR，其特征在于：所述平面衬底选自硅衬底、蓝宝石衬底、LiGaO2衬底、金属单质衬底、GaN衬底中的一种。3.根据权利要求1所述的横向耦合FBAR，其特征在于：所述过渡层选自单晶态氮化铝层、多晶态氮化铝层、氮化镓层、碳化硅层、氮化硅层中的一种。4.根据权利要求1所述的横向耦合FBAR，其特征在于：所述底电极的组成成分选自Al、Mo、W、Pt、Ti、Au、Ru中的至少一种。5.根据权利要求1所述的横向耦合FBAR，其特征在于：所述压电薄膜层选自单晶态氮化铝层、多晶态氮化铝层、氧化锌层、锆钛酸铅层中的一种。6.根据权利要求1所述的横向耦合FBAR，其特征在于：所述顶电极的组成成分选自Al、Mo、W、Pt、Ti、Au、Ru中的至少一种。7.权利要求1～6中任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，陈志鹏，曲文韬，许锴镔，胡晗，朱宇涵，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：