一种可调谐的薄膜体声波谐振器的制作方法

本发明属于谐振器技术领域，尤其涉及一种可调谐的薄膜体声波谐振器。

背景技术：

随着无线通讯技术的超高速发展和通讯终端的多功能化，对工作在射频频段的频率器件提出了更高性能的要求。目前射频系统中常用的带通滤波器主要有微波介质陶瓷滤波器和声表面波(saw)滤波器。介质陶瓷滤波器虽然性能好但存在体积大和工艺兼容性差等问题，限制了其进一步的发展。虽然saw滤波器具有较高的q值，几何尺寸也比较小，但由于其叉指电极的指宽和指间距与工作频率成反比，增加了光刻工艺的难度，使其高频应用受到限制。

相对于传统的介质陶瓷滤波器和saw滤波器，薄膜体声波谐振器(fbar)可以很好的工作在几百mhz到5-6ghz的范围，尤其是在高频率的应用中，fbar具有非常大的优势。随着无线通信的朝多频段、多制式、多协议的快速发展，且整机越来越小，集成度和通信频率越来越高，频率资源也越来越拥挤，对滤波器性能的要求也随之增高。由于fbar滤波器具有高频率，低损耗，低温飘特性，陡峭的滤波器裙边和极高的q值、工作频率、灵敏度、分辨率、可承受功率容量，小体积以及制备工艺与cmos兼容的特性，占据了大部分无线通讯场的应用领域。

fbar的谐振频率是由厚度所决定，这就造成在一张晶圆上无法制造多个工作在不同频率的谐振器。近年来，电调谐由于结构简单，调谐方便受到了广泛关注。现有的薄膜体声波谐振器电调技术主要有：使用外接lc电路或pin可变电容来实现电调；利用铁电体在不同偏压下介电常数的变化来调谐；使用片上集成的可变电容来实现可变电容。但外加元件进行调谐时，外加元件的电容电感的值对fbar的性能有很大的影响。因此急需一种工艺简单，易于集成且适合量产的可调谐的薄膜体声波谐振器，使其能够实现在一片晶圆上制造不同谐振频率的fbar。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在一片晶圆上制造不同频率的谐振器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可调谐的薄膜体声波谐振器，包括位于中间区域的谐振器，以及谐振器周围的叉指结构；谐振器周围的叉指结构设置于谐振器对应的一条边或多条边上；叉指结构与谐振器对应边垂直，或与谐振器对应边成一定角度。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，谐振器包括下电极、压电层、上电极；下电极和上电极的材料为mo、al、pt、au，压电材料为aln、pzt、linbo3、litao3。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，谐振器周围的叉指结构的末端为直线，或弧线，或直线和弧线的混合结构；叉指结构的宽度、长度、数量、间距可调。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，谐振器周围的叉指结构上、下电极形状相同，且叉指结构电极材料与中间区域谐振器的电极材料相同。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，谐振器周围的叉指结构的压电层刻蚀成与叉指结构相同的形状，或不刻蚀，并且叉指结构压电层材料与中间区域谐振器的压电材料相同。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，中间区域的谐振器的形状为四边形、五边形、六边形或多边形。

在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，中间区域谐振器某一条边上叉指结构的倾斜角度与另外边上叉指结构的倾斜角度相同或不同。

本发明的有益效果：通过在谐振器周围添加叉指结构，改变叉指结构的长度、宽度、以及数量，从而改变谐振器的工作频率。并且能够在不改变各层材料厚度的条件下调节薄膜体声波谐振器的谐振频率，实现在一片晶圆上制造不同工作频率的谐振器。

附图说明

图1(a)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器实施例1的俯视图；

图1(b)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器实施例1立体结构示意图；

其中，101-第一衬底、102-第一叉指结构、103-第一中间区域的谐振器、104-第一上电极、105-第一压电材料、106-第一下电极；

图2(a)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器实施例2的俯视图；

图2(b)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器实施例2立体结构示意图；

其中，201-第二衬底、202-第二叉指结构、203-第二中间区域的谐振器、204-第二上电极、205-第二压电材料、206-第二下电极；

图3(a)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器的实施例3的俯视图；

图3(b)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器实施例3立体结构示意图；

其中，301-第三衬底、302-第三叉指结构、303-第三中间区域的谐振器、304-第三上电极、305-第三压电材料、306-第三下电极；

图4(a)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器的实施例4的俯视图；

图4(b)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器实施例4立体结构示意图；

其中，401-第四衬底、402-第四叉指结构、403-第四中间区域的谐振器、404-第四上电极、405-第四压电材料、406-第四下电极；

图5(a)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器的实施例5的俯视图；

图5(b)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器实施例5立体结构示意图；

其中，501-第五衬底、502-第五叉指结构、503-第五中间区域的谐振器、504-第五上电极、505-第五压电材料、506-第五下电极；

图6(a)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器的实施例6的俯视图；

图6(b)是本发明一种可调谐薄膜体声波谐振器实施例6立体结构示意图；

其中，601-第六衬底、602-第六叉指结构、603-第六中间区域的谐振器、604-第六上电极、605-第六压电材料、606-第六下电极；

图7(a)是本发明一个实施例一种可调谐薄膜体声波谐振器的制备步骤1示意图；

图7(b)是本发明一个实施例一种可调谐薄膜体声波谐振器的制备步骤2示意图；

图7(c)是本发明一个实施例一种可调谐薄膜体声波谐振器的制备步骤3示意图；

图7(d)是本发明一个实施例一种可调谐薄膜体声波谐振器的制备步骤4示意图；

图7(e)是本发明一个实施例一种可调谐薄膜体声波谐振器的制备步骤5示意图；

其中，700-硅衬底、701-空腔、702-牺牲层、703-种子层、704-第七下电极层、705-第七压电材料层、706-第七上电极层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

压电材料是一种是受到压力作用时会在两端面间出现电压(压电效应)的晶体材料，同时在外电场作用下压电材料也会产生形变(逆压电效应)。谐振器是利用材料的逆压电效应，将电能转化为声能，声波会在介质与空气的界面上发生反射，在两个界面之间形成驻波振荡，此时的声波损耗最小。谐振器只能使特定频率的波通过，并且谐振器的电学阻抗特性曲线中有两个相隔很近的谐振频率：串联谐振频率和并联谐振频率。利用这一阻抗特性，将若干谐振器级联就可以设计出满足无线通信要求的射频滤波器和双工器。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种可调谐的薄膜体声波谐振器，包括中间部分的谐振器，以及谐振器周围的叉指结构。

并且，中间区域的薄膜体声波谐振器包括下电极、压电层、上电极。下电极和上电极的材料为mo、al、pt、au等，压电材料为aln、pzt、linbo3、litao3等。

并且，谐振器周围的叉指结构可以只有谐振器对应的某一条边有，也可以对应的某几条边有，并且可以垂直于谐振器的对应边，也可以不垂直于谐振器的对应边。

并且，谐振器周围的叉指结构的末端可以是直线，也可以是弧线，也可以是直线和弧线的混合结构。

并且，谐振器周围的叉指结构的宽度、长度、数量、间距可以调节以改变频率。

并且，谐振器周围的叉指结构上下电极形状相同，且叉指结构部分电极材料与中间区域谐振器的电极材料相同。

并且，谐振器周围的叉指结构中的压电层可以刻蚀成与叉指结构一样的形状，也可以不刻蚀，并且该压电层材料与中间区域谐振器的压电材料相同。

实施例1

如图1(a)所示，为本实施例1一种可调谐薄膜体声波谐振器的俯视图，图1(b)为立体结构示意图。在第一衬底101(图1(b)中未画出)上包括第一叉指结构102和第一中间区域的谐振器103，第一叉指结构102和第一中间区域谐振器103均由第一上电极104，第一压电材料105和第一下电极106组成。实施例1的中间区域的谐振器为四边形结构，其四边均有相对应的叉指结构，且每一边所对应的叉指结构形状相同，数量相同，宽度、长度、间距均相同。每一边所对应的叉指均垂直于中间区域谐振器的对应边，叉指结构的末端均为直线，叉指结构均包括上下电极，且叉指结构中的压电层刻蚀成与叉指一样的形状。采用实施例1中的叉指结构的设计方法，能够成功实现调节谐振器的工作频率，而且不会给谐振器带来伪模式。中间区域谐振器的形状还可以为五边形、六边形等多边形。

实施例2

图2(a)为本实施例2一种可调谐薄膜体声波谐振器的俯视图，图2(b)为立体结构示意图。在第二衬底201(图2(b)中未画出)上包括第二叉指结构202和第二中间区域的谐振器203，第二叉指结构202和第二中间区域谐振器203均由第二上电极204，第二压电材料205和第二下电极206组成。实施例2的中间区域的谐振器为四边形结构，其四边均有相对应的叉指结构，且每一边所对应的叉指结构形状相同，数量相同，宽度、长度、间距均相同。每一边所对应的叉指结构均不垂直于中间区域谐振器的对应边，与对应边成一定角度。叉指的末端均为直线，叉指结构均包括上下电极，且叉指结构中的压电层刻蚀成与叉指一样的形状。进一步地，中间区域谐振器的形状还可以为五边形、六边形等多边形。进一步地，对应中间区域谐振器的某一条边的叉指结构的倾斜角度可以与另外边的叉指结构的倾斜角度不同。

实施例3

图3(a)为本实施例3一种可调谐薄膜体声波谐振器的俯视图，图3(b)为立体结构示意图。在第三衬底301(图3(b)中未画出)上包括第三叉指结构302和第三中间区域的谐振器303，第三叉指结构302和第三中间区域谐振器303均由第三上电极304，第三压电材料305和第三下电极306组成。在实施例3中，中间区域的谐振器为四边形结构，其四边均有相对应的叉指结构，且每一边所对应的叉指结构形状相同，数量相同，宽度、长度、间距均相同。每一边所对应的叉指结构均垂直于中间区域谐振器的对应边，叉指结构的末端均为弧线，叉指结构均包括上下电极，且叉指结构中的压电层刻蚀成与叉指结构一样的形状。中间区域谐振器的形状还可以为五边形、六边形等多边形。

实施例4

图4(a)为本实施例4中一种可调谐薄膜体声波谐振器的俯视图，图4(b)为立体结构示意图。在第四衬底401(图4(b)中未画出)上包括第四叉指结构402和第四中间区域的谐振器403，第四叉指结构402和第四中间区域谐振器403均由第四上电极404，第四压电材料405和第四下电极406组成。在实施例4中，中间区域的谐振器为四边形结构，其四边均有相对应的叉指结构，且每一边所对应的叉指结构数量相同，宽度、间距均相同，每一边所对应的叉指结构均垂直于中间区域谐振器的对应边。叉指结构的末端有的为弧线，有的为直线，但中间区域谐振器某一条对应边的所有叉指结构的末端结构均相同。叉指结构均包括上下电极，且叉指结构中的压电层刻蚀成与叉指一样的形状。而且，中间区域谐振器的形状还可以为五边形、六边形等多边形。而且，叉指结构末端为直线的对应边的数量不一定要与叉指结构末端为弧线的对应边的数量相同，且叉指结构末端为直线或者弧线的对应边的位置不固定，可以为中间区域谐振器的任意某一条边。进一步地，中间区域谐振器周围的叉指结构还可以为某一边倾斜的叉指结构、某一边垂直的叉指结构、某一边末端为弧线的叉指结构、某一边末端为直线的叉指结构的任意组合。

实施例5

图5(a)为本实施例5一种可调谐薄膜体声波谐振器的俯视图，图5(b)为立体结构示意图。在第五衬底501(图5(b)中未画出)上包括第五叉指结构502和第五中间区域的谐振器503，第五叉指结构502和第五中间区域谐振器503均由第五上电极504，第五压电材料505和第五下电极506组成。在实施例5中，中间区域的谐振器为四边形结构，在谐振器对应的某两边有叉指结构，且每一边相应的叉指结构数量相同，长度、宽度、间距均相同，每一边所对应的叉指结构均垂直于中间区域谐振器的对应边，叉指结构的末端为直线。叉指结构均包括上下电极，且叉指结构中的压电层刻蚀成与叉指结构一样的形状。而且，中间区域谐振器的形状还可以为五边形、六边形等多边形。而且，还可以是中间区域谐振器对应的某一边或者某几边有叉指结构。而且，叉指结构还可以是末端为弧线的结构，还可以是与对应边成一定倾斜角度的结构，以及多种叉指结构的任意组合。

实施例6

图6(a)为本实施例6一种可调谐薄膜体声波谐振器的俯视图，图6(b)为立体结构示意图。在第六衬底601(图6(b)中未画出)上包括第六叉指结构602和第六中间区域的谐振器603，第六叉指结构602和第六中间区域谐振器603均由第六上电极604，第六压电材料605和第六下电极606组成。在实施例6中，中间区域的谐振器为四边形结构，其四边均有相对应的叉指结构，且每一边所对应的叉指结构形状相同，数量相同，宽度、长度、间距均相同。每一边所对应的叉指结构均垂直于中间区域谐振器的对应边，叉指结构的末端均为直线。叉指结构均包括上下电极，且叉指结构中的压电层并没有刻蚀，而是一整块。中间区域谐振器的形状还可以为五边形、六边形等多边形。也可以是中间区域谐振器对应的某一边或者某几边有叉指结构。叉指结构还可以是末端为弧线的结构，还可以是与对应边成一定倾斜角度的结构，以及所述多种叉指结构的任意组合。

实施例7

可调谐薄膜体声波谐振器的制备过程如下：

s1，如图7(a)所示，在硅衬底700上刻蚀出空腔701；

s2，如图7(b)所示，在硅衬底上沉积一层牺牲层薄膜并进行化学机械研磨，从而使得空腔701中充满牺牲层702，可选地，牺牲层材料为二氧化硅(sio2)，氮化硅(sin)，磷硅酸玻璃(psg)，硼磷玻璃(bpsg)等；

s3，如图7(c)所示，在衬底上依次沉积并图案化种子层703、第七下电极层704、第七压电材料层705、第七上电极层706；可选地，种子层为aln、scaln、alon、sio2、si3n4、sic等，压电材料为aln、scaln、yaln、pzt、linbo3、litao3等，电极材料为mo、al、pt、au等；

s4，如图7(d)所示，从上至下依次刻蚀第七上电极层706、第七压电材料层705、第七下电极层704、种子层703，形成释放孔；

s7，如图7(e)所示，利用s4中刻蚀出来的释放孔，通入释放气体将牺牲层702刻蚀掉，从而形成空腔701，可选地，释放气体通常为vhf(氢氟酸蒸气)。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。