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一种薄膜体声波谐振器

阅读：606发布：2021-03-02

IPRDB可以提供一种薄膜体声波谐振器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明目的在于提供一种薄膜体声波谐振器，通过键合层制备结合布拉格反射层和空腔结构的体声波谐振器，以解决薄膜体声波谐振器难以同时获得较大的结构强度和较好声学反射效果的技术问题；其结构包括：自上而下依次设置的上电极、压电层和下电极；所述下电极的下方还设置有布拉格反射层、空腔结构层、键合层和衬底；所述衬底设置在最底层。本发明利用键合层将布拉格反射层与空腔结构结合，利用布拉格反射层增强结构强度、隔离缺陷，保证薄膜质量；利用空腔增强声波反射效果，提高器件Q值。，下面是一种薄膜体声波谐振器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种薄膜体声波谐振器，包括：自上而下依次设置的上电极、压电层和下电极；其特征在于，所述下电极的下方还设置有布拉格反射层、空腔结构层、键合层和衬底；所述衬底设置在最底层。

2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述布拉格反射层、空腔结构层、键合层自上而下的叠放顺序为：布拉格反射层、键合层、空腔结构层。

3.根据权利要求2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述键合层为双面或单面制备后形成的键合层。

4.根据权利要求2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述下电极为非图形化下电极或图形化下电极。

5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述布拉格反射层、空腔结构层、键合层自上而下的叠放顺序为：布拉格反射层、空腔结构层、键合层；所述键合层为双面制备后形成的键合层。

6.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述布拉格反射层、空腔结构层、键合层自上而下的叠放顺序为：空腔结构层、键合层、布拉格反射层。

7.根据权利要求1至6项中，任一项所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述布拉格反射层包括低声布拉格反射层和高声布拉格反射层；所述低声布拉格反射层设置在所述高声布拉格反射层的上端面。

8.根据权利要求7所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述布拉格反射层的设置数量为多层；多层所述布拉格反射层连续叠放设置。

9.根据权利要求7所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述低声布拉格反射层选择Al、SiO2或Ti材料。

10.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述高声布拉格反射层选择Mo、W、Au、Nb、Ni、Pt、Ta、AlN、HfO2、MgO、TiO2或Si3N4材料。

说明书全文

一种薄膜体声波谐振器

技术领域

[0001] 本发明涉及电子元器件MEMS微细加工技术领域，尤其是涉及一种薄膜体声波谐振器。

背景技术

[0002] 随着无线通信技术快速发展，传统介质滤波器和声表面波滤波器难以满足高频化要求，新一代薄膜体声波谐振器很好的满足了这一要求。现有技术中的薄膜体声波谐振器主要分为布拉格反射型和空腔型。布拉格反射型的优势为具有较高的结构强度，空腔型的优势为声波反射效果好，结构简单。当前的压电薄膜主要为氮化铝膜(CN101958696)由于采用电子束沉积的方式，难以保证薄膜的晶格取向，加上在金属电极上沉积，薄膜均匀性受电极层影响，从而影响薄膜质量，致使器件产生多次谐波，影响谐振频率，并且氮化铝膜机电耦合系数不高，难以达到高频要求。

[0003] 采用晶圆键合转移能够获得高质量的压电薄膜。选用单晶晶圆材料或者带有高质量外延压电层的晶圆材料，对其进行高能离子注入，然后结合晶圆键合的工艺，能够在目标衬底上转移制备高质量的压电薄膜。但由于压电薄膜厚度通常在微米甚至亚微米量级，所以键合层产生的气泡等缺陷，会使薄膜翘起或凹陷，从而影响薄膜质量。

[0004] 因此，针对上述问题提供一种薄膜体声波谐振器成为一种必需。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种薄膜体声波谐振器，通过键合层制备结合布拉格反射层和空腔结构的体声波谐振器，以解决薄膜体声波谐振器无法同时兼具较大的结构强度和较好声学反射效果的技术问题。

[0006] 本发明提供的一种薄膜体声波谐振器，包括：自上而下依次设置的上电极、压电层和下电极；所述下电极的下方还设置有布拉格反射层、空腔结构层、键合层和衬底；所述衬底设置在最底层。

[0007] 进一步地，所述布拉格反射层、空腔结构层、键合层自上而下的叠放顺序为：布拉格反射层、键合层、空腔结构层。

[0008] 进一步地，所述键合层为双面或单面制备后形成的键合层。

[0009] 进一步地，所述下电极为非图形化下电极或图形化下电极。

[0010] 进一步地，所述布拉格反射层、空腔结构层、键合层自上而下的叠放顺序为：布拉格反射层、空腔结构层、键合层；所述键合层为双面制备后形成的键合层。

[0011] 进一步地，所述布拉格反射层、空腔结构层、键合层自上而下的叠放顺序为：空腔结构层、键合层、布拉格反射层。

[0012] 进一步地，所述布拉格反射层包括低声阻抗布拉格反射层和高声阻抗布拉格反射层；所述低声阻抗布拉格反射层设置在所述高声阻抗布拉格反射层的上端面。

[0013] 进一步地，所述布拉格反射层的设置数量为多层；多层所述布拉格反射层连续叠放设置。

[0014] 进一步地，所述低声阻抗布拉格反射层选择Al、Ti或SiO2材料。

[0015] 进一步地，所述高声阻抗布拉格反射层选择Mo、W、Au、Nb、Ni、Pt、Ta、AlN、HfO2、MgO、氧化钽或Si3N4材料。

[0016] 进一步地，所述键合层由聚合物键合、亲水性键合或金属键合的方式生成。

[0017] 进一步地，所述聚合物键合采用BCB作为聚合物材料；所述亲水性键合采用SiO2作为亲水性键合材料；所述金属键合采用Cu、Au、Cr或Sn作为金属键合材料。

[0018] 进一步地，所述空腔结构层为通过图形化生长制备而成的空腔层，或通过刻蚀制备而成的空腔层。

[0019] 进一步地，用于制备所述薄膜体声波谐振器的生长材料为金属、Si3N4或SiO2。

[0020] 进一步地，所述衬底为铌酸锂或异质材料。

[0021] 进一步地，所述衬底为硅。

[0022] 进一步地，所述布拉格反射层直接制备在晶圆注入面上，或制备在带有下电极的注入晶圆上。

[0023] 进一步地，所述布拉格反射层采用金属或非金属导电材料制成。

[0024] 进一步地，所述布拉格反射层的厚度为该层中波长的1/4、3/4、5/4或7/4。

[0025] 本发明提供的薄膜体声波谐振器与现有技术相比具有以下进步：

[0026] 本发明利用键合层将布拉格反射层与空腔结构结合，利用布拉格反射层增强结构强度、隔离缺陷，保证薄膜质量；利用空腔增强声波反射效果，提高器件Q值。

[0027] 进一步的，本发明通过键合层制备结合布拉格反射层和空腔结构的体声波谐振器，兼具较大的结构强度和较好声学反射效果。

[0028] 进一步的，本发明采用晶圆键合转移技术制备高质量单晶铌酸锂薄膜，键合层位置和方式灵活多变，键合位置远离压电片，键合成功率高。

[0029] 进一步的，本发明布拉格反射层直接生长在注入片上，布拉格反射层既充当隔离层，又充当支撑层。同时具有隔离缺陷、加固结构、反射声波的作用。布拉格反射层采用金属时还具有充当下电极的作用。

[0030] 进一步的，本发明下电极图形化时，布拉格反射层可以平坦化处理，也可不进行平坦化处理。不进行平坦化处理时，利用聚合物的流动性保证键合表面的平坦度。

[0031] 进一步的，布拉格反射层采用金属材料或非金属导电材料制成，可以充当下电极。布拉格反射层同时起到隔离键合层的作用，由于布拉格反射层的存在，聚合物键合层固化过程中由于副产物导致的气泡、微观起伏等缺陷不会对上层压电层造成破坏。此外，布拉格反射层作为压电层的支撑层，较大的厚度可以避免键合过程中压电薄膜开裂。

[0032] 进一步的，本发明所述键合层的位置可以位于空腔结构层的上方或下方。当空腔结构层制备在布拉格反射层上时，键合层位于空腔结构层的下方；当空腔结构层制备在衬底上时，键合层位于空腔结构层的上方。

[0033] 进一步的，本发明下电极可图形化也可不图形化。下电极图形化时，下电极下方第一层布拉格反射层需要采用电介质材料。此外，下电极图形化时，图形结构会导致布拉格反射层不平整。可先对布拉格反射层进行平坦化，然后再制备键合层；或者先制备布拉格反射层，然后对键合层进行平坦化；也可直接生长布拉格反射层，然后使用聚合物键合，利用聚合物的流动性保持键合表面的平坦化。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1为本发明其中一种实施方式下的薄膜体声波谐振器的结构示意图；

[0036] 图2为本发明实施例1中步骤1中获得的中间产品结构示意图；

[0037] 图3为本发明实施例1中步骤2中获得的中间产品结构示意图；

[0038] 图4为本发明实施例1中步骤3中获得的中间产品结构示意图；

[0039] 图5为本发明实施例1中步骤4中获得的中间产品结构示意图；

[0040] 图6为本发明实施例1中步骤5中获得的中间产品结构示意图；

[0041] 图7为本发明实施例1中步骤6中获得的薄膜体声波谐振器成品的结构示意图；

[0042] 图8为本发明实施例2中步骤1中获得的中间产品结构示意图；

[0043] 图9为本发明实施例2中步骤2中获得的中间产品结构示意图；

[0044] 图10为本发明实施例2中步骤3中获得的中间产品结构示意图；

[0045] 图11为本发明实施例2中步骤4中获得的中间产品结构示意图；

[0046] 图12为本发明实施例2中步骤5中获得的中间产品结构示意图；

[0047] 图13为本发明实施例2中步骤6中获得的薄膜体声波谐振器成品的结构示意图；

[0048] 图14为本发明实施例3中步骤1中获得的中间产品结构示意图；

[0049] 图15为本发明实施例3中步骤2中获得的中间产品结构示意图；

[0050] 图16为本发明实施例3中步骤3中获得的中间产品结构示意图；

[0051] 图17为本发明实施例3中步骤4中获得的中间产品结构示意图；

[0052] 图18为本发明实施例3中步骤5中获得的中间产品结构示意图；

[0053] 图19为本发明实施例3中步骤6中获得的中间产品结构示意图；

[0054] 图20为本发明实施例3中步骤7中获得的薄膜体声波谐振器成品的结构示意图；

[0055] 图21为本发明实施例4中步骤1中获得的中间产品结构示意图；

[0056] 图22为本发明实施例4中步骤2中获得的中间产品结构示意图；

[0057] 图23为本发明实施例4中步骤3中获得的中间产品结构示意图；

[0058] 图24为本发明实施例4中步骤4中获得的中间产品结构示意图；

[0059] 图25为本发明实施例4中步骤5中获得的中间产品结构示意图；

[0060] 图26为本发明实施例4中步骤6中获得的中间产品结构示意图；

[0061] 图27为本发明实施例4中步骤7中获得的薄膜体声波谐振器成品的结构示意图；

[0062] 图28为本发明实施例5中步骤1中获得的中间产品结构示意图；

[0063] 图29为本发明实施例5中步骤2中获得的中间产品结构示意图；

[0064] 图30为本发明实施例5中步骤3中获得的中间产品结构示意图；

[0065] 图31为本发明实施例5中步骤4中获得的中间产品结构示意图；

[0066] 图32为本发明实施例5中步骤5中获得的中间产品结构示意图；

[0067] 图33为本发明实施例5中步骤6中获得的薄膜体声波谐振器成品的结构示意图。

[0068] 附图标记：上电极-100，压电层-200，下电极-300，布拉格反射层-400、空腔结构层-500，键合层-600，衬底-700，低声阻抗布拉格反射层-410，高声阻抗布拉格反射层-420。

具体实施方式

[0069] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0070] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0071] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0072] 请参见图1，本发明提供一种薄膜体声波谐振器包括：自上而下依次设置的上电极100、压电层200和下电极300；所述下电极300的下方还设置有布拉格反射层400、空腔结构层500、键合层600和衬底700；所述衬底700设置在最底层。

[0073] 优选地，如图1所示，在本申请其中一个优选技术方案中，所述布拉格反射层400包括低声阻抗布拉格反射层410和高声阻抗布拉格反射层420；所述低声阻抗布拉格反射层410设置在所述高声阻抗布拉格反射层420的上端面。

[0074] 优选地，在本申请其中一个优选技术方案中，所述反射层400的设置数量为多层；多层所述反射层400连续叠放设置。

[0075] 需要说明的是，图1中所示的薄膜体声波谐振器的结构方案并非本申请所优选采用的唯一结构方案，本申请上述薄膜体声波谐振器的结构并不限于图1中所示的叠放生成次序，上述布拉格反射层、空腔结构层、键合层的优选设置顺序参见下述5种结构不同的薄膜体声波谐振器的制备实施例，下述实施例中所公开的薄膜体声波谐振器的结构方案均是本申请所要着重保护的。

[0076] 为了实现上述目的，本发明提供下述5种不同结构的薄膜体声波谐振器的制备方法：

[0077] 实施例1：

[0078] 本实施例中，薄膜体声波谐振器采用单面制备键合层的方式制成，其中，键合层位于空腔结构层的下方。

[0079] 步骤1：如图2所示，在压电层200的下端面注入片制备下电极300；

[0080] 步骤2：如图3所示，在所述下电极300的下方生长低声阻抗布拉格反射层410和高声阻抗布拉格反射层420；

[0081] 步骤3：如图4所示，在高声阻抗布拉格反射层420的下方生长空腔结构层500；

[0082] 步骤4：如图5所示，在衬底700的上方制备键合层600；

[0083] 步骤5：如图6所示，通过键合及剥离操作，将衬底700通过键合层600与空腔结构层500相连接；

[0084] 步骤6：如图7所示，在压电层200的上端面制备图形化上电极100获得薄膜体声波谐振器成品。

[0085] 实施例2：

[0086] 本实施例中，薄膜体声波谐振器采用单面制备键合层的方式制成，其中，键合层位于空腔结构层的上方。

[0087] 步骤1：如图8所示，在压电层200的下端面注入片制备下电极300；

[0088] 步骤2：如图9所示，在所述下电极300的下方生长低声阻抗布拉格反射层410和高声阻抗布拉格反射层420；

[0089] 步骤3：如图10所示，在高声阻抗布拉格反射层420的下方制备键合层600；

[0090] 步骤4：如图11所示，在衬底700的上方生长空腔结构层500；

[0091] 步骤5：如图12所示，通过键合及剥离操作，将高声阻抗布拉格反射层420通过键合层600与空腔结构层500相连接；

[0092] 步骤6：如图13所示，在压电层200的上端面制备图形化上电极100获得薄膜体声波谐振器成品。

[0093] 实施例3：

[0094] 本实施例中，薄膜体声波谐振器采用双面制备键合层的方式制成，其中，键合层位于空腔结构层的下方。

[0095] 步骤1：如图14所示，在压电层200的下端面注入片制备下电极300；

[0096] 步骤2：如图15所示，在所述下电极300的下方生长低声阻抗布拉格反射层410和高声阻抗布拉格反射层420；

[0097] 步骤3：如图16所示，在高声阻抗布拉格反射层420的下方生长空腔结构层500；

[0098] 步骤4：如图17所示，在空腔结构层500的下方制备键合层600；

[0099] 步骤5：如图18所示，在衬底700的上方制备键合层600；

[0100] 步骤6：如图19所示，通过键合及剥离操作，将空腔结构层500通过键合层600与衬底700相连接；

[0101] 步骤7：如图20所示，在压电层200的上端面制备图形化上电极100获得薄膜体声波谐振器成品。

[0102] 实施例4：

[0103] 本实施例中，薄膜体声波谐振器采用双面制备键合层的方式制成，其中，键合层位于空腔结构层的上方。

[0104] 步骤1：如图21所示，在压电层200的下端面注入片制备下电极300；

[0105] 步骤2：如图22所示，在所述下电极300的下方生长低声阻抗布拉格反射层410和高声阻抗布拉格反射层420；

[0106] 步骤3：如图23所示，在高声阻抗布拉格反射层420的下方制备键合层600；

[0107] 步骤4：如图24所示，在衬底700的上方生长空腔结构层500；

[0108] 步骤5：如图25所示，在空腔结构层500的上方制备键合层600；

[0109] 步骤6：如图26所示，通过键合及剥离操作，将空腔结构层500通过键合层600与高声阻抗布拉格反射层420相连接；

[0110] 步骤7：如图27所示，在压电层200的上端面制备图形化上电极100获得薄膜体声波谐振器成品。

[0111] 实施例5：

[0112] 本实施例中，薄膜体声波谐振器采用下电极图形化的方式制成。

[0113] 步骤1：如图28所示，在压电层200的下端面注入片制备图形化下电极300；

[0114] 步骤2：如图29所示，在所述压电层200及图形化下电极300的下方生长低声阻抗布拉格反射层410和高声阻抗布拉格反射层420；

[0115] 步骤3：如图30所示，在高声阻抗反射层420的下方制备键合层600；

[0116] 步骤4：如图31所示，在衬底700的上方生长空腔结构层500；

[0117] 步骤5：如图32所示，通过键合及剥离操作，将空腔结构层500通过键合层600与高声阻抗反射层420相连接；

[0118] 步骤6：如图33所示，在压电层200的上端面制备图形化上电极100获得薄膜体声波谐振器成品。

[0119] 本发明上述薄膜体声波谐振器的技术优点如下：

[0120] 1.本发明采用晶圆键合转移技术制备高质量单晶铌酸锂薄膜。通过键合层制备结合布拉格反射层和空腔结构的体声波谐振器，兼具较大的结构强度和较好声学反射效果。采用晶元键合转移技术制备高质量单晶铌酸锂薄膜，键合层位置和方式灵活多变，键合位置远离压电片，键合成功率高。

[0121] 2.本发明的布拉格反射层直接制备在注入片上，或者制备在带有下电极的注入片上。

[0122] 3.本发明利用键合层将布拉格反射层结构与空腔结构结合，使谐振器同时具有较高的结构强度和较好的声反射效果。

[0123] 4.布拉格反射层采用金属材料或其他导电材料时可以充当下电极。布拉格反射层同时起到隔离键合层的作用，由于布拉格反射层的存在，聚合物键合层固化过程中的由于副产物导致的气泡、微观起伏等缺陷不会对上层压电层造成破坏。

[0124] 5.布拉格反射层作为压电层的支撑层，较大的厚度可以避免键合过程中压电薄膜开裂。

[0125] 6.布拉格反射层直接生长在注入片上，布拉格反射层既充当隔离层，又充当支撑层。同时具有隔离缺陷、加固结构、反射声波的作用。布拉格反射层采用金属时还具有充当下电极的作用。

[0126] 7.布拉格反射层可以包括一对或者多对低声阻抗和高声阻抗反射层，高低声阻抗材料交替排列，布拉格反射层厚度为该层中波长的1/4。

[0127] 8.本发明的键合层位置可以位于空腔上方或者空腔下方。当空腔结构层制备在反射层上时，键合层位于空腔下方；当空腔结构制备在衬底上时，键合层位于空腔上方。

[0128] 9.下电极可图形化也可不图形化。图形化时，下电极下方第一层布拉格反射层需要采用电介质材料。

[0129] 10.下电极图形化时，图形结构会导致布拉格反射层不平整。可先对布拉格反射层进行平坦化，然后再制备键合层；或者先制备布拉格反射层，然后对键合层进行平坦化；也可直接生长布拉格反射层，然后使用聚合物键合，利用聚合物的流动性保持键合表面的平坦化。下电极图形化时，布拉格反射层可以平坦化处理，也可不进行平坦化处理。不进行平坦化处理时，利用聚合物的流动性保证键合表面的平坦度。

[0130] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
声波器件-专利编号CN105720941B	2020-05-12	855
一种声波清灰器-专利编号CN103433248A	2020-05-11	708
声波器件-专利编号CN102957397B	2020-05-13	761
声波器件-专利编号CN105811913A	2020-05-13	246
声波装置-专利编号CN105915195B	2020-05-12	659
声波器件-专利编号CN106537772B	2020-05-13	916
一种全天候低频声波传感器-专利编号CN104483012A	2020-05-12	147
一种全天候低频声波传感器-专利编号CN104483012B	2020-05-11	447
一种针对敏感类昆虫的声波驱虫器-专利编号CN106665557A	2020-05-11	112
一种声波清灰器-专利编号CN203470421U	2020-05-11	608

一种薄膜体声波谐振器

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