温度补偿型薄膜体声波滤波器及其制备方法与流程

1.本发明涉及薄膜体声波滤波器技术领域，特别是涉及一种温度补偿型薄膜体声波滤波器及其制备方法。


背景技术：

2.随着无线通信技术的迅速发展，相控阵雷达、电子对抗和通信系统对频率温度系数、高性能、小体积的滤波器提出了迫切需求。其中，薄膜体声波滤波器在射频前端中，用于对射频信号进行隔离、选通，限定发射机在其工作频带内的辐射信号，同时阻止接收噪声信号的干扰，是射频系统中的关键器件，在制电磁权的争夺中扮演着至关重要的作用。
3.其中，薄膜体声波滤波器中的谐振器通常包括上电极、下电极以及位于上电极和下电极之间的压电层。目前常规薄膜体声波滤波器的频率温度系数在-30ppm/℃左右，其电学性能受环境温度变化较大，降低了薄膜体声波滤波器在全温(即温度环境变化范围较大的工作环境温度，如-55～85℃的工作温度范围)环境温度下工作的性能，限制了其应用环境。
4.为了对薄膜体声波滤波器进行温度补偿，在制备薄膜体声波滤波器中的谐振器时，现有技术通常先在下电极上制备材料为二氧化硅的温补层，然后在温补层上制备压电层，最后在压电层上制备上电极，从而将薄膜体声波滤波器的频率温度系数控制在较小的范围。然而，由于压电层和温补层晶格不匹配，导致压电层晶体质量下降，从而影响滤波器的品质因数(q值)以及插损性能。


技术实现要素：

5.基于此，有必要提供一种能够解决上述问题的温度补偿型薄膜体声波滤波器，以避免影响滤波器的品质因数(q值)以及插损性能。
6.另，还有必要提供一种所述温度补偿型薄膜体声波滤波器的制备方法。
7.本发明至少一实施例提供了一种温度补偿型薄膜体声波滤波器，所述滤波器包括：
8.第一谐振器，所述第一谐振器包括依次层叠设置的第一衬底、第一电极、第一压电层、第一温补层以及第二电极；以及
9.第二谐振器，所述第二谐振器包括依次层叠设置的第二衬底、第三电极、第二压电层、第二温补层、第四电极以及加厚层。
10.在其中一些实施例中，所述滤波器包括以下(1)～(2)中的至少一项：
11.(1)所述第一温补层的材料包括二氧化硅；
12.(2)所述第二温补层的材料包括二氧化硅。
13.在其中一些实施例中，所述滤波器包括以下(1)～(2)中的至少一项：
14.(1)所述第一压电层的材料包括钪掺杂的氮化铝；
15.(2)所述第二压电层的材料包括钪掺杂的氮化铝。
16.在其中一些实施例中，在所述钪掺杂的氮化铝中，钪掺杂的质量比为5％～43％。
17.在其中一些实施例中，所述滤波器包括以下(1)～(9)中的至少一项：
18.(1)所述第一电极的厚度为200nm～500nm；
19.(2)所述第一压电层的厚度为500nm～20000nm；
20.(3)所述第一温补层的厚度为60nm～600nm；
21.(4)所述第二电极的厚度为200nm～500nm；
22.(5)所述第三电极的厚度为200nm～500nm；
23.(6)所述第二压电层的厚度为500nm～20000nm；
24.(7)所述第二温补层的厚度为60nm～600nm；
25.(8)所述第四电极的厚度为200nm～500nm；
26.(9)所述加厚层的厚度为10nm～100nm。
27.在其中一些实施例中，所述第一谐振器的数量至少为两个，所述第二谐振器的数量比所述第一谐振器的数量至少多一个，所述滤波器还包括：
28.串联支路，所述串联支路具有输入端和输出端，多个所述第一谐振器在所述输入端和所述输出端之间串联连接；以及
29.多个并联支路，每个所述并联支路中均设有所述第二谐振器；
30.其中，至少一所述并联支路中的所述第二谐振器连接在任意相邻的两个所述第一谐振器的连接点与接地端之间；
31.其中，至少一所述并联支路中的所述第二谐振器连接在所述输入端和最邻近所述输入端的所述第一谐振器的连接点与接地端之间；
32.其中，至少一所述并联支路中的所述第二谐振器连接在所述输出端和最邻近所述输出端的所述第一谐振器的连接点与接地端之间。
33.在其中一些实施例中，所述滤波器包括以下(1)～(2)中的至少一项：
34.(1)所述第一衬底为硅晶圆衬底，所述第一衬底临近所述第一电极的表面设有第一空腔；
35.(2)所述第二衬底为硅晶圆衬底，所述第二衬底临近所述第三电极的表面设有第二空腔。
36.在其中一些实施例中，所述滤波器包括以下(1)～(5)中的至少一项：
37.(1)所述第一电极的材料包括钼；
38.(2)所述第二电极的材料包括钼；
39.(3)所述第三电极的材料包括钼；
40.(4)所述第四电极的材料包括钼；
41.(5)所述加厚层的材料包括钼。
42.在其中一些实施例中，所述滤波器包括以下(1)～(2)中的至少一项：
43.(1)所述第一谐振器还包括第一焊盘引线，且所述第一焊盘引线通过所述第一电极和所述第二电极引出；
44.(2)所述第二谐振器还包括第二焊盘引线，且所述第二焊盘引线通过所述第三电极和所述第四电极引出。
45.本发明至少一实施例提供了一种所述的温度补偿型薄膜体声波滤波器的制备方
法，包括第一谐振器的制备方法和第二谐振器的制备方法；
46.其中，第一谐振器的制备方法包括以下步骤：
47.提供第一衬底，并在所述第一衬底上制备第一电极；
48.在所述第一电极上制备第一压电层；
49.在所述第一压电层上制备第一温补层；以及
50.在所述第一温补层上制备第二电极；
51.其中，第二谐振器的制备方法包括以下步骤：
52.提供第二衬底，并在所述第二衬底上制备第三电极；
53.在所述第三电极上制备第二压电层；
54.在所述第二压电层上制备第二温补层；
55.在所述第二温补层上制备第四电极；以及
56.在所述第四电极上制备加厚层。
57.本发明在制备所述第一谐振器时，先制备所述第一压电层，然后在所述第一压电层上制备材料为二氧化硅的所述第一温补层，避免了所述第一压电层生长在晶格不匹配的所述第一温补层而导致的所述第一压电层晶体质量的下降，即本发明先制备所述第一压电层，后制备所述第一温补层，而不是先制备所述第一温补层，后制备所述第一压电层，能够避免所述第一压电层晶体质量下降，从而避免了对所述滤波器的品质因数(q值)以及插损性能的影响。同理，本发明在制备所述第二谐振器时，先制备所述第二压电层，然后在所述第二压电层上制备材料为二氧化硅的所述第二温补层，避免了所述第二压电层生长在晶格不匹配的所述第二温补层而导致的所述第二压电层晶体质量的下降，即本发明先制备所述第二压电层，后制备所述第二温补层，而不是先制备所述第二温补层，后制备所述第二压电层，能够避免所述第二压电层晶体质量下降，从而避免了对所述滤波器的品质因数(q值)以及插损性能的影响。
附图说明
58.图1为本发明提供的温度补偿型薄膜体声波滤波器的电路结构图；
59.图2为图1中所示的滤波器中的第一谐振器的结构示意图；
60.图3为图1中所示的滤波器中的第二谐振器的结构示意图。
61.附图标记：10-第一谐振器；11-第一衬底；111-第一空腔；12-第一电极；13-第一压电层；14-第一温补层；15-第二电极；20-第二谐振器；21-第二衬底；211-第二空腔；22-第三电极；23-第二压电层；24-第二温补层；25-第四电极；26-加厚层；30-串联支路；40-并联支路。
具体实施方式
62.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
63.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
64.请参阅图1，本发明至少一实施例提供一种温度补偿型薄膜体声波滤波器100，所述滤波器100包括多个第一谐振器10和多个第二谐振器20。
65.在一实施例中，所述第一谐振器10的数量至少为两个，所述第二谐振器20的数量比所述第一谐振器10的数量至少多一个。
66.其中，所述滤波器100还包括串联支路30以及多个并联支路40。所述串联支路30具有输入端和输出端，多个所述第一谐振器10在所述输入端和所述输出端之间串联连接。每个所述并联支路40中均设有所述第二谐振器20。其中，至少一所述并联支路40中的所述第二谐振器20连接在任意相邻的两个所述第一谐振器10的连接点与接地端之间，至少一所述并联支路40中的所述第二谐振器20连接在所述输入端和最邻近所述输入端的所述第一谐振器10的连接点与接地端之间，至少一所述并联支路40中的所述第二谐振器20连接在所述输出端和最邻近所述输出端的所述第一谐振器10的连接点与接地端之间。
67.在一实施例中，如图1所示，所述滤波器100包括三个所述第一谐振器10和四个所述第二谐振器20。为了便于说明，将图1中的三个第一谐振器10从左到右依次命名为第一个第一谐振器、第二个第一谐振器和第三个第一谐振器，并将图1中的四个第二谐振器20从左到右依次命名为第一个第二谐振器、第二个第二谐振器、第三个第二谐振器以及第四个第二谐振器，并对图1中的三个所述第一谐振器10和四个所述第二谐振器20的连接关系进行详细说明，说明如下：
68.所述串联支路30的所述输入端与第一个第一谐振器的输入端连接，第二个第一谐振器的输入端与第一个第一谐振器的输出端连接，且第二个第一谐振器的输出端与第三个第一谐振器的输入端连接，第三个第一谐振器的输出端与所述串联支路30的所述输出端连接；第一个第二谐振器的输入端与所述串联支路30的输入端连接，且第一个第二谐振器的输出端接地；第二个第二谐振器的输入端与第一个第一谐振器和第二个第一谐振器之间的线路连接，且第二个第二谐振器的输出端接地；第三个第二谐振器的输入端与第二个第一谐振器和第三个第一谐振器之间的线路连接，且第三个第二谐振器的输出端接地；第四个第二谐振器的输入端与所述串联支路30的输出端连接，且第四个第二谐振器的输出端接地。其中，三个所述第一谐振器10和四个所述第二谐振器20通过上述连接而构成所述滤波器100的电路结构。
69.请参阅图2，在一实施例中，所述第一谐振器10包括依次层叠设置的第一衬底11、第一电极12、第一压电层13、第一温补层14以及第二电极15。
70.在一实施例中，所述第一衬底11为硅晶圆衬底。其中，所述第一衬底11临近所述第一电极12的表面设有第一空腔111。其中，所述第一空腔111未贯穿所述第一衬底11。在一实施例中，所述第一空腔111可位于所述第一衬底11临近所述第一电极12的中间位置。
71.在一实施例中，所述第一电极12的材料包括钼。在一实施例中，所述第一电极12的厚度为200nm～500nm。
72.在一实施例中，所述第一压电层13的材料包括钪(sc)掺杂的氮化铝(ain)。在一实施例中，在所述钪掺杂的氮化铝中，钪掺杂的质量比为5％～43％。在一实施例中，所述第一
压电层13的厚度为500nm～20000nm。
73.在一实施例中，所述第一温补层14的材料包括二氧化硅。在一实施例中，所述第一温补层14的厚度为60nm～600nm。
74.在一实施例中，所述第二电极15的材料包括钼。在一实施例中，所述第二电极15的厚度为200nm～500nm。
75.在一实施例中，所述第一谐振器10还包括第一焊盘引线(图未示)，且所述第一焊盘引线通过所述第一电极12和所述第二电极15引出。即所述第一焊盘引线分别与所述第一电极12以及所述第二电极15电性连接。
76.请参阅图3，在一实施例中，所述第二谐振器20包括依次层叠设置的第二衬底21、第三电极22、第二压电层23、第二温补层24、第四电极25以及加厚层26。
77.在一实施例中，所述第二衬底21为硅晶圆衬底，所述第二衬底21临近所述第三电极22的表面设有第二空腔211。其中，所述第二空腔211未贯穿所述第二衬底21。在一实施例中，所述第二空腔211可位于所述第二衬底21临近所述第三电极22的表面的中间位置。
78.在一实施例中，所述第三电极22的材料包括钼。在一实施例中，所述第三电极22的厚度为200nm～500nm。
79.在一实施例中，所述第二压电层23的材料包括钪(sc)掺杂的氮化铝(ain)。在一实施例中，在所述钪掺杂的氮化铝中，钪掺杂的质量比为5％～43％。在一实施例中，所述第二压电层23的厚度为500nm～20000nm。
80.在一实施例中，所述第二温补层24的材料包括二氧化硅。在一实施例中，所述第二温补层24的厚度为60nm～600nm。
81.在一实施例中，所述第四电极25的材料包括钼。在一实施例中，所述第四电极25的厚度为200nm～500nm。
82.在一实施例中，所述加厚层26的材料包括钼。在一实施例中，所述加厚层26的厚度为10nm～100nm。
83.在一实施例中，所述第二谐振器20还包括第二焊盘引线(图未示)，且所述第二焊盘引线通过所述第三电极22和所述第四电极25引出。即所述第二焊盘引线分别与所述第三电极22以及所述第四电极25电性连接。
84.本发明至少一实施例提供一种温度补偿型薄膜体声波滤波器100的制备方法，包括第一谐振器10的制备方法和第二谐振器20的制备方法。
85.请参阅图2，在一实施例中，第一谐振器10的制备方法包括以下步骤：
86.步骤s11、提供所述第一衬底11。
87.在一实施例中，所述第一衬底11为硅晶圆衬底。其中，所述第一衬底11其中一表面设有第一空腔111。其中，所述第一空腔111未贯穿所述第一衬底11。在一实施例中，所述第一空腔111可位于所述第一衬底11表面的中间位置。
88.步骤s12、所述第一衬底11上制备第一电极12。
89.在一实施例中，所述第一电极12的材料包括钼。在一实施例中，所述第一电极12的厚度为200nm～500nm。
90.步骤s13、在所述第一电极12上制备第一压电层13。
91.在一实施例中，所述第一压电层13的材料包括钪(sc)掺杂的氮化铝(ain)。在一实
施例中，在所述钪掺杂的氮化铝中，钪掺杂的质量比为5％～43％。在一实施例中，所述第一压电层13的厚度为500nm～20000nm。
92.步骤s14、在所述第一压电层13上制备所述第一温补层14。
93.在一实施例中，所述第一温补层14的材料包括二氧化硅。在一实施例中，所述第一温补层14的厚度为60nm～600nm。
94.步骤s15、在所述第一温补层14上制备第二电极15，得到第一谐振器10。
95.在一实施例中，所述第二电极15的材料包括钼。在一实施例中，所述第二电极15的厚度为200nm～500nm。
96.需要说明，在制备所述第二电极15之后，还需要在所述第一电极12和所述第二电极15上制备第一焊盘引线(图未示)，并使所述第一焊盘引线分别与所述第一电极12以及所述第二电极15电性连接，从而得到所述第一谐振器10。
97.请参阅图3，在一实施例中，第二谐振器20的制备方法包括以下步骤：
98.步骤s21、提供所述第二衬底21。
99.在一实施例中，所述第二衬底21为硅晶圆衬底，所述第二衬底21其中一表面设有第二空腔211。其中，所述第二空腔211未贯穿所述第二衬底21。在一实施例中，所述第二空腔211可位于所述第二衬底21表面的中间位置。
100.步骤s22、所述第二衬底21上制备第三电极22。
101.在一实施例中，所述第三电极22的材料包括钼。在一实施例中，所述第三电极22的厚度为200nm～500nm。
102.步骤s23、在所述第三电极22上制备第二压电层23。
103.在一实施例中，所述第二压电层23的材料包括钪(sc)掺杂的氮化铝(ain)。在一实施例中，在所述钪掺杂的氮化铝中，钪掺杂的质量比为5％～43％。在一实施例中，所述第二压电层23的厚度为500nm～20000nm。
104.步骤s24、在所述第二压电层23上制备所述第二温补层24。
105.在一实施例中，所述第二温补层24的材料包括二氧化硅。在一实施例中，所述第二温补层24的厚度为60nm～600nm。
106.步骤s25、在所述第二温补层24上制备第四电极25。
107.在一实施例中，所述第四电极25的材料包括钼。在一实施例中，所述第四电极25的厚度为200nm～500nm。
108.步骤s26、在所述第四电极25上制备加厚层26，得到第二谐振器20。
109.在一实施例中，所述加厚层26的材料包括钼。在一实施例中，所述加厚层26的厚度为10nm～100nm。
110.需要说明，在制备所述加厚层26之后，还需要在所述第三电极22和所述第四电极25上制备第二焊盘引线(图未示)，并使所述第二焊盘引线分别与所述第三电极22以及所述第四电极25电性连接，从而得到所述第二谐振器20。
111.可以理解，在制备得到所述第一谐振器10和所述第二谐振器20之后，还需要将多个所述第一谐振器10和多个所述第二谐振器20连接，从而得到所述滤波器100。
112.具体地，将多个所述第一谐振器10串联，并将多个所述第二谐振器20并联。现以图1为例进行详述说明。如图1所示，将三个所述第一谐振器10和四个所述第二谐振器20进行
连接。为了便于说明，将图1中的三个第一谐振器10从左到右依次命名为第一个第一谐振器、第二个第一谐振器和第三个第一谐振器，并将图1中的四个第二谐振器20从左到右依次命名为第一个第二谐振器、第二个第二谐振器、第三个第二谐振器以及第四个第二谐振器，并对图1中的三个所述第一谐振器10和四个所述第二谐振器20的连接关系进行详细说明，说明如下：
113.将串联支路30的输入端与第一个第一谐振器的输入端连接，将第二个第一谐振器的输入端与第一个第一谐振器的输出端连接，并将第二个第一谐振器的输出端与第三个第一谐振器的输入端连接，将第三个第一谐振器的输出端与串联支路30的输出端连接；将第一个第二谐振器的输入端与串联支路30的输入端连接，并将第一个第二谐振器的输出端接地；将第二个第二谐振器的输入端与第一个第一谐振器和第二个第一谐振器之间的线路连接，并将第二个第二谐振器的输出端接地；将第三个第二谐振器的输入端与第二个第一谐振器和第三个第一谐振器之间的线路连接，并将第三个第二谐振器的输出端接地；将第四个第二谐振器的输入端与串联支路30的输出端连接，并将第四个第二谐振器的输出端接地。其中，三个所述第一谐振器10和四个所述第二谐振器20通过上述连接而构成所述滤波器100的电路结构。
114.本发明具有以下有益效果：
115.(一)本发明在制备所述第一谐振器10时，先制备所述第一压电层13，然后在所述第一压电层13上制备材料为二氧化硅的所述第一温补层14，避免了所述第一压电层13生长在晶格不匹配的所述第一温补层14而导致的所述第一压电层13晶体质量的下降，即本发明先制备所述第一压电层13，后制备所述第一温补层14，而不是先制备所述第一温补层14，后制备所述第一压电层13，能够避免所述第一压电层13晶体质量下降，从而避免了对所述滤波器100的品质因数(q值)以及插损等性能的影响。同理，本发明在制备所述第二谐振器20时，先制备所述第二压电层23，然后在所述第二压电层23上制备材料为二氧化硅的所述第二温补层24，避免了所述第二压电层23生长在晶格不匹配的所述第二温补层24而导致的所述第二压电层23晶体质量的下降，即本发明先制备所述第二压电层23，后制备所述第二温补层24，而不是先制备所述第二温补层24，后制备所述第二压电层23，能够避免所述第二压电层23晶体质量下降，从而避免了对所述滤波器100的品质因数(q值)以及插损等性能的影响。
116.(二)本发明对现有电压层进行改性处理，即制备了材料为钪掺杂的氮化铝的所述第一压电层13和所述第二压电层23，从而提高了所述第一压电层13和所述第二压电层23的压电常数，进而消除了现有技术由于引进温补层对所述滤波器100机电耦合系数的影响。
117.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
118.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。