板模态谐振器器件的制作方法

本发明涉及一种声波谐振器器件，具体地涉及一种薄膜体声波谐振器器件。

背景技术：

1、体声波谐振器(xbar或ybar)等使用厚度为亚微米的晶体膜(通常是铌酸锂(lithium niobate，ln))的器件具有明显的缺点。由于膜的底侧必须开口，因此这类器件所需的制作工艺非常麻烦。体声波谐振器还需要悬浮在腔体上，以便隔声。由于膜非常薄，因此这些器件很脆弱，并且由于薄膜的热导率低，因此这些器件的功率处理性能差。

2、因此，对于与具有固体支撑并且在压电膜下方具有散热路径的经典表面声波(surface acoustic wave，saw)谐振器类似的谐振器器件，需要一种技术方案，该谐振器器件适用于在5ghz频率范围下工作，具有相当高的压电耦合，并且电极cd的临界尺寸>0.3μm，以便进行光学光刻。

3、薄膜体声波谐振器(thin-film bulk acoustic resonator，fbar)是一种体波谐振器。如果这类谐振器通过完全机械接触的方式放置在某个衬底上，则该谐振器无法工作，因为声能会辐射到衬底中。因此，无法获得谐振(或非常低的q因子)。为了防止这种情况，在fbar中，膜要么悬浮在腔体上，要么牢固附接到布拉格叠层上，布拉格叠层是一个由许多λ/4层组成的高低声阻抗交替系统。该多层布拉格叠层用作强反射器，不允许体波辐射到衬底中。

4、在ybar器件中仍然存在相同的问题，即悬浮在腔体上且厚度为亚微米的膜非常脆弱，并且晶体膜(crystalline membrane，ln)的热导率低，因此该器件的功率处理差。此外，布拉格叠层的制作工艺非常复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可以克服或至少减少上述问题的改进声波谐振器器件。

2、上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

3、根据第一方面，提出了一种声波谐振器器件，其中，夹在一对顶部电极和浮动底部电极之间的压电层(例如，ln膜)通过基座附接到衬底上，以在所述衬底和所述压电层之间提供间隔。底部电极部位仅限于与顶部电极的重叠部分。

4、这种布置为压电层提供了坚实的机械支撑，通过间隔改善了散热，从而提高功率处理能力，并提供了足够大的压电耦合。根据本发明的器件通过将膜(即压电层)通过基座附接到固体厚衬底上，解决了使用厚度为亚微米的膜的现有ybar谐振器的脆弱性问题。

5、在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述底部电极设置有浮动电位，所述压电层包括布置在顶面上的多个顶部电极。所述多个顶部电极中的相邻顶部电极以相反的极性和节距p布置，所述节距p由所述相邻顶部电极的中心之间的常规距离定义。这提供了一种可在多个方向上扩展并且可以根据需要在不同尺寸的器件中实现的声波谐振器布置。这种布置还提供了通过改变节距和电极几何形状来改变或调谐谐振频率的可能性。

6、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述节距p的大小确定为满足p<vdiam/vln*dln条件，其中，vdiam对应于所述衬底中的横向声速，vln对应于所述压电层中的横向声速，dln对应于所述压电层的厚度。由于没有体波辐射到衬底中，因而谐振器的q因子高，因此这种布置可以在谐振器的工作频率fr下以最小损耗工作。

7、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多个顶部电极包括叉指电极(interdigitated electrode，ide)周期性系统，其中，所述ide周期性系统布置在所述顶面上并且交替地连接到汇流条，这种布置可以向电极施加ac电压。

8、在一个实施例中，汇流条布置在顶面上。在另一实施例中，汇流条直接布置在衬底上，仅在顶部电极的重叠部位之前的底部电极部位可用。

9、在一个实施例中，汇流条包括由不同金属材料制成的两层。

10、在一个实施例中，电介质层布置在压电层和汇流条之间，电介质层包括sio2或sin。

11、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述压电层包括沟槽，其中，所述沟槽布置在所述压电层未被顶部电极覆盖的区域中，使得所述顶部电极能够更自由地振动，从而增加压电耦合。

12、在不同的实施例中，沟槽深度可以在零到压电层的整个厚度的范围内，以实现谐振器的最大耦合。在一个实施例中，沟槽的深度大于压电层厚度的1/3。

13、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述压电层包括布置为间歇性地夹在所述多对顶部电极和所述底部电极之间的压电材料，所述沟槽在所述顶部电极之间在所述压电层的整个宽度和深度上延伸。

14、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多个基座布置为与所述压电层的声波振幅的节点对齐，以尽可能减少通过基座泄漏的声能，所述节点位于所述压电层未被顶部电极覆盖的区域中。

15、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多个基座周期性地布置在所述压电层和所述衬底之间，以提供足够的机械稳定性同时能够散热。

16、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多个基座与所述衬底一体或由与所述衬底相同的材料制成，并且在所述衬底中形成为所述沟槽之间的脊，从而增加了结构完整性，并且还简化了制造工艺。

17、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多个基座至少部分地嵌入布置在所述压电层的所述底面上的凹槽中，这进一步增加了所述声波谐振器器件的结构完整性。

18、在可能的实施例中，所述压电层包括铌酸锂(lithium niobate，ln)、钽酸锂(lithium tantalate，lt)、aln、alscn或任何其它合适的压电材料。

19、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述压电层以旋转y切口、x切口30°y传播、x切口或其它合适的晶体朝向布置，从而提供压电材料的大耦合。

20、在可能的实施例中，所述底部电极和所述顶部电极中的至少一个由al、cu、mo、pt、w、au或它们的合金制成。

21、在可能的实施例中，所述多个基座包括al、cu、au、si、sio2、sic、bn或si3n4等高热导率材料。具有这种高热导率的基座可提供良好的散热性能。

22、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述压电层在所述压电层的远端机械地附接到所述衬底上，以使所述声波谐振器器件的结构更加坚固。

23、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述衬底包括第一衬底层，其中，所述第一衬底层包括高声波速度和高热导率材料，例如金刚石、sic、bn或si。衬底的高热导率可以实现出色的功率处理能力。谐振器器件过热和低功率处理的问题是通过沿垂直于膜的方向通过基座向衬底散热来解决的，而在ybar器件中，热主要沿着电极排出。通过高声速衬底，避免体声波辐射，并且提高谐振器的q因子。

24、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一衬底层布置为厚度ds1大于所述压电层的厚度，以避免体声辐射并提高谐振器器件的q因子。

25、在一个实施例中，所述第一衬底层的所述厚度是所述压电层的所述厚度的4至20倍。第一衬底层相对于压电层如此厚，使得体波由于相位相反的波的破坏性干扰而相互抵消。

26、在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述衬底包括第二衬底层，其中，所述第二衬底层布置在所述第一衬底层与所述基座相对的一侧，用于支撑所述第一衬底层，所述第二衬底层优选地布置为厚度ds2大于所述第一衬底层的所述厚度ds1，所述第二衬底层包括si、sic、蓝宝石、石英或玻璃等晶圆材料。

27、根据第二方面，提供了一种用于制造声波谐振器器件的方法，所述方法包括以下步骤：

28、形成衬底，其中，所述衬底包括第一衬底层和支撑的第二衬底层，所述第一衬底层包括高声波速度和高热导率材料；

29、在所述衬底上形成多个基座；

30、形成第二衬底，其中，所述第二衬底包括具有底面和顶面的压电层，布置在支撑层上，优选地布置在si晶圆上；

31、在所述压电层的所述底面上设置底部电极；

32、所述底部电极的晶圆对晶圆键合；

33、去除所述第二衬底的所述支撑层；

34、在所述压电层的所述顶面上设置多对顶部电极。

35、根据这些步骤形成声波谐振器器件可提供足够坚固的声波谐振器，由于通过间隔散热，因此功率处理能力强，并且可提供足够大的压电耦合，同时还可实现相对简单和可扩展的制造工艺。该方法还可以在5ghz频率范围内使用常用的saw技术，可以使用光学光刻技术进行制造。

36、这些和其它方面在下面描述的一个或多个实施例中是显而易见的。