一种薄膜体声波谐振器、制备方法和薄膜体声波滤波器与流程

1.本发明薄膜体声波谐振器技术领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器、制备方法和薄膜体声波滤波器。


背景技术：

2.薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator，简称fbar)是一种基于体声波理论、用声学谐振实现电学选频的器件，其原理是通过上下薄层电极间的压电材料于垂直方向上的谐振而进行频率的选择，通过组合多个薄膜体声波谐振器，可形成滤波器结构。
3.其中，薄膜体声波谐振器主要分为两种形式，分别为空气腔型结构(即fbar谐振单元)和反射阵型结构单元(即smr谐振单元)，smr谐振单元类的相关谐振器器件也被称为固态安装式谐振器器件。具体地：
4.1)对于空气腔型结构的fbra而言，其结构的最大的特点是在衬底上通过刻蚀工艺制备空腔结构，由于空气与电极材料或压电材料的声阻抗值有较大差异，因此在声波传导至两者界面时会产生全反射，从而实现谐振作用。
5.但需要指出的是由于空气是热的不良导体，因此空气腔型结构的fbra中的产生或吸收的热量极易产生热集中效应，从而导致局部温度升高，温度的变化将直接导致空气腔型结构的fbra的频率发生偏移，严重影响相关器件的性能和整机的使用，此外由于空气腔结构的特殊性使得空气腔型结构的fbra存在支撑力不足的隐患，在一定程度上影响了器件的可靠性。
6.2)对固态安装式谐振器器件而言，其结构上通过布拉格反射栅的相关设计使得声波在传导中的多个声阻抗相异界面处发生连续反射，最终通过叠加作用实现全反射，进而实现谐振作用。相比于空气腔型fbar器件而言，多层结构造成声泄露现象，从而影响了相关器件的q值，但结构可靠性和导散热部分有了一定提升。需要指出的一点是布拉格反射栅结构的制备对工艺精度要求较高，反射层间厚度理论值需为1/4波长，因此从成本和工艺难度方面smr谐振单元都高于fbar谐振单元。
7.除此之外，无论是fbar谐振单元还是smr谐振单元，其在结构上的设计都不利于元件通过三维堆叠方式进行高密度集成，不适用于现阶段对芯片小型化和集成化的需求。
8.简言之，空气腔型结构的fbar器件主要缺陷为：导散热能力差，容易受到温度条件的影响而造成频率偏移，结构上存在可靠性风险且不利于集成；固态安装式的smr器件，主要缺陷为：工艺步骤复杂且操作难度大，成本较高，q值相对空气腔型fbar器件有所下降，未能彻底解决导散热问题，结构上使堆叠集成变得困难。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种薄膜体声波谐振器、制备方法和薄膜体声波滤波器。
10.本发明的一种薄膜体声波谐振器的技术方案如下：
11.包括：图形化后的第二电极层、图形化后的压电层、图形化后的第一电极层和衬底；
12.所述图形化后的第二电极层、所述图形化后的压电层、所述图形化后的第一电极层和所述衬底依次层叠设置；
13.所述衬底上布设多个散热盲孔，每个散热盲孔内填充有导热散热材料，并在每个散热盲孔内的导热散热材料的上方填充高阻材料，形成全反射结构，所述图形化后的第一电极层覆设在所有散热盲孔的开口上。
14.本发明的一种薄膜体声波谐振器的有益效果如下：
15.在衬底上进行全反射结构的制备，并在每个散热盲孔内填充导热散热材料和高阻材料，使本技术的一种薄膜体声波谐振器，在维持原本高q值的同时，还解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，且结构可靠性强，利于集成，制备工艺简单。
16.在上述方案的基础上，本发明的一种薄膜体声波谐振器还可以做如下改进。
17.进一步，所述衬底的材质为si、sic或蓝宝石。
18.进一步，所述导热散热材料包括石墨、石墨烯、氧化石墨、铜、金、银、铝、金刚石和高导热硅中的至少一种。
19.进一步，所述高阻材料包括二氧化硅和高阻硅中的至少一种。
20.本发明的一种用于制备上述任一项所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法的技术方案如下：
21.在衬底上布设多个散热盲孔，在每个散热盲孔内填充导热散热材料，并在每个散热盲孔内的导热散热材料的上方填充高阻材料，形成全反射结构；
22.在所述衬底上并在所有散热盲孔的开口上覆设第一电极层，并对所述第一电极层进行图形化，形成图形化后的第一电极层，且所述图形化后的第一电极层覆设所有散热盲孔的开口；
23.在所述图形化后的第一电极层上设置压电层，并在所述压电层上设置第二电极层；
24.对所述第二电极层和所述压电层进行图形化，形成图形化后的第二电极层、图形化后的压电层。
25.本发明的一种用于制备上述任一项所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法的有益效果如下：
26.制备工艺简单，且在衬底上进行全反射结构的制备，并在每个散热盲孔内填充导热散热材料和高阻材料，使制备出的薄膜体声波谐振器，在维持原本高q值的同时，还解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，且结构可靠性强，利于集成，制备工艺简单。
27.本发明的一种用于制备上述任一项所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法的技术方案如下：
28.在衬底上布设多个散热盲孔，在每个散热盲孔内填充导热散热材料，并在每个散热盲孔内的导热散热材料的上方填充高阻材料，形成全反射结构；
29.在临时衬底上设置第二电极层，并在所述第二电极层上设置压电层；并在所述压
电层上设置第一电极层；
30.将所述第一电极层覆设在所有散热盲孔的开口上，并去除所述临时衬底；
31.对所述第二电极层、所述压电层、所述第一电极层进行图形化，得到图形化后的第二电极层、图形化后的压电层、图形化后的第一电极层，其中，所述图形化后的第一电极层覆设所有散热盲孔的开口。
32.本发明的一种用于制备上述任一项所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法的有益效果如下：
33.制备工艺简单，且在衬底上进行全反射结构的制备，并在每个散热盲孔内填充导热散热材料和高阻材料，使制备出的薄膜体声波谐振器，在维持原本高q值的同时，还解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，且结构可靠性强，利于集成。
34.进一步，所述在临时衬底上设置第二电极层，包括：
35.在临时衬底上设置粘接层，在所述粘接层上设置第二电极层；
36.所述去除所述临时衬底包括：
37.去除所述临时衬底和所述粘接层。
38.本发明的一种薄膜体声波滤波器，包括上述任一项所述的一种薄膜体声波谐振器。
附图说明
39.图1为本发明实施例的一种薄膜体声波谐振器的结构示意图；
40.图2为本发明实施例的一种用于制备薄膜体声波谐振器的制备方法的流程示意图之一；
41.图3在衬底上布设多个散热盲孔的结构示意图；
42.图4为在每个散热盲孔中填充导热散热材料的结构示意图；
43.图5为在每个散热盲孔内的导热散热材料的上方填充高阻材料的结构示意图；
44.图6为设置第一电极层的结构示意图；
45.图7为对第一电极层进行图形化的结构示意图；
46.图8为设置压电层的结构示意图；
47.图9为设置第二电极层的结构示意图；
48.图10为对第二电极层进行图形化的结构示意图；
49.图11本发明实施例的一种用于制备薄膜体声波谐振器的制备方法的流程示意图之二；
50.图12为临时衬底、粘接层和第二电极层的结构示意图；
51.图13为在压电层上设置第一电极层的的结构示意图；
52.图14为将第一电极层覆设在所有散热盲孔的开口的结构示意图；
53.图15为去除临时衬底和粘接层的结构示意图；
54.图16为对第二电极层进行图形化的结构示意图；
55.图17为对压电层进行图形化的结构示意图；
56.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
57.10、图形化后的第二电极层；11、第二电极层；20、图形化后的压电层；21、压电层；
30、图形化后的第一电极层；31、第一电极层；40、高阻材料；50、导热散热材料；60、衬底；70、散热盲孔；80、临时衬底；90、粘接层。
具体实施方式
58.如图1所示，本发明实施例的一种薄膜体声波谐振器，包括：图形化后的第二电极层10、图形化后的压电层20、图形化后的第一电极层30和衬底60；
59.所述图形化后的第二电极层10、所述图形化后的压电层20、所述图形化后的第一电极层30和所述衬底60依次层叠设置；
60.所述衬底60上布设多个散热盲孔70，每个散热盲孔70内填充有导热散热材料50，并在每个散热盲孔70内的导热散热材料50的上方填充高阻材料40，形成全反射结构，所述图形化后的第一电极层30覆设在所有散热盲孔70的开口上。
61.在衬底60上进行全反射结构的制备，并在每个散热盲孔70内填充导热散热材料50和高阻材料40，使本技术的一种薄膜体声波谐振器，在维持原本高q值的同时，还解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，且结构可靠性强，利于集成，制备工艺简单。
62.其中，所述衬底60的材质为si、sic或蓝宝石。
63.其中，所述导热散热材料50包括石墨、石墨烯、氧化石墨、铜、金、银、铝、金刚石和高导热硅中的至少一种。
64.其中，所述高阻材料40包括二氧化硅和高阻硅中的至少一种。
65.如图2所示，本发明实施例的一种用于制备薄膜体声波谐振器的制备方法，包括：
66.s1、在衬底60上布设多个散热盲孔70，在每个散热盲孔70内填充导热散热材料50，并在每个散热盲孔70内的导热散热材料50的上方填充高阻材料40，形成全反射结构；
67.s2、在所述衬底60上并在所有散热盲孔70的开口上覆设第一电极层31，并对所述第一电极层31进行图形化，形成图形化后的第一电极层30，且所述图形化后的第一电极层30覆设所有散热盲孔70的开口；
68.s3、在所述图形化后的第一电极层30上设置压电层21，并在所述压电层21上设置第二电极层11；
69.s4、对所述第二电极层11和所述压电层21进行图形化，形成图形化后的第二电极层10、图形化后的压电层20。
70.通过如下实施例对s1至s4进行详细阐述，具体地：
71.s10、对衬底60进行预处理，并通过光刻工艺定义每个散热盲孔70的位置，衬底60的材质包括但不限于si基材料、sic材料和蓝宝石材料等；
72.s11、利用刻蚀或激光开孔等方式，在上一步光刻工艺后的衬底60上开导每个散热盲孔70，如图3所示，其中，为得到全反射结构，可根据待谐振的声波的波长等参数计算得到散热盲孔70的分布、以及散热盲孔70的深度等参数。
73.s12、进行侧壁溅射并通过电镀、溅射、蒸镀等相关方式在每个散热盲孔70中填充导热散热材料50，如图4所示，导热散热材料50包括但不限于相关导热材料或散热材料中的一种或多种组合，导热材料包括：石墨、石墨烯、氧化石墨以及其他具有导热性的材料；散热材料包括：铜、金、银、铝等金属材料，金刚石、高导热硅等非金属材料以及其他进行掺杂的
复合材料。
74.s13、将s12中的衬底60进行表面处理，去除填充过程中在衬底60表面所沉积的多余填充物即导热散热材料50以及其它表面杂质，若填充工艺中，衬底60表面没有沉积的多余填充物，且不存在其它表面杂质，可直进行执行s14；
75.s14、采用溅射、蒸镀以及填充固化等方法，在每个散热盲孔70内的导热散热材料50的上方填充高阻材料40，如图5所示，其中，高阻材料40二包括但不限于二氧化硅、高阻硅等无机材料、高电阻率有机物材料以及其他复合材料；
76.s15、将s14中进行高阻材料40填充后的衬底60进行表面处理，通过cmp或刻蚀等相关工艺方法去除由于高阻材料40填充过程而在衬底60表面产生多余填充物即多余的高阻材料40并进行表面平整化；
77.s16、在衬底60上并在所有散热盲孔70的开口上覆设第一电极层31，如图6所示；
78.s17、对第一电极层31进行图形化，形成图形化后的第一电极层30，如图7所示，图形化的具体实现方式本领域技术人员所悉知，在此不做赘述，图形化后的第一电极层30能够覆设所有的散热盲孔70的开口即可。
79.s18、在图形化后的第一电极层30上设置压电层21，由于精准控制在第一电极层31设置压电层21的难度高，因此，可在衬底60上整体设置压电层21，如图8所示；
80.s19、在压电层21上设置第二电极层11，为降低工艺难度，可在衬底60上整体设置第二电极层11，如图9所示；
81.s20、对第二电极层11进行图形化，形成图形化后的第二电极层10，如图10所示；
82.s21、对压电层21进行图形化，形成图形化后的压电层20，得到本技术的一种薄膜体声波谐振器，如图1所示；
83.s10至s21的制备工艺简单，且在衬底60上进行全反射结构的制备，并在每个散热盲孔70内填充导热散热材料50和高阻材料40，使制备出的薄膜体声波谐振器，在维持原本高q值的同时，还解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，且结构可靠性强，利于集成。
84.如图11所示，本发明的一种用于制备上述任一项所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法，包括：
85.s100、在衬底60上布设多个散热盲孔70，在每个散热盲孔70内填充导热散热材料50，并在每个散热盲孔70内的导热散热材料50的上方填充高阻材料40，形成全反射结构；
86.s101、在临时衬底80上设置第二电极层11，并在所述第二电极层11上设置压电层21；并在所述压电层21上设置第一电极层31；
87.s102、将所述第一电极层31覆设在所有散热盲孔70的开口上，并去除所述临时衬底80；
88.s103、对所述第二电极层11、所述压电层21、所述第一电极层31进行图形化，得到图形化后的第二电极层10、图形化后的压电层20、图形化后的第一电极层30，其中，所述图形化后的第一电极层30覆设所有散热盲孔70的开口。
89.较优地，在上述技术方案中，所述在临时衬底80上设置第二电极层11，包括：
90.在临时衬底80上设置粘接层90，在所述粘接层90上设置第二电极层11；
91.所述去除所述临时衬底80包括：
92.去除所述临时衬底80和所述粘接层90。
93.通过如下实施例对s100至s104进行详细阐述，具体地：
94.s1000、对衬底60进行预处理，并通过光刻工艺定义每个散热盲孔70的位置，衬底60的材质包括但不限于si基材料、sic材料和蓝宝石材料等；
95.s1001、利用刻蚀或激光开孔等方式，在上一步光刻工艺后的衬底60上开导每个散热盲孔70，如图3所示，其中，为得到全反射结构，可根据待谐振的声波的波长等参数计算得到散热盲孔70的分布、以及散热盲孔70的深度等参数。
96.s1002、进行侧壁溅射并通过电镀、溅射、蒸镀等相关方式在每个散热盲孔70中填充导热散热材料50，如图4所示，导热散热材料50包括但不限于相关导热材料或散热材料中的一种或多种组合，导热材料包括：石墨、石墨烯、氧化石墨以及其他具有导热性的材料；散热材料包括：铜、金、银、铝等金属材料，金刚石、高导热硅等非金属材料以及其他进行掺杂的复合材料。
97.s1003、将s1002中的衬底60进行表面处理，去除填充过程中在衬底60表面所沉积的多余填充物即导热散热材料50以及其它表面杂质，若填充工艺中，衬底60表面没有沉积的多余填充物，且不存在其它表面杂质，可直进行执行s1004；
98.s1004、采用溅射、蒸镀以及填充固化等方法，在每个散热盲孔70内的导热散热材料50的上方填充高阻材料40，如图5所示，其中，高阻材料40二包括但不限于二氧化硅、高阻硅等无机材料、高电阻率有机物材料以及其他复合材料；
99.s1005、将s1004中进行高阻材料40填充后的衬底60进行表面处理，通过cmp或刻蚀等相关工艺方法去除由于高阻材料40填充过程而在衬底60表面产生多余填充物即多余的高阻材料40并进行表面平整化；
100.s1006、在临时衬底80上设置粘接层90，在粘接层90上设置第二电极层11，如图12所示；
101.s1007、在所述第二电极层11上设置压电层21，并在所述压电层21上设置第一电极层31，如图13所示；
102.s1008、将第一电极层31覆设在所有散热盲孔70的开口上，如图14所示；
103.s1009、去除所述临时衬底80和所述粘接层90，如图15所示；
104.s1010、对第二电极层11进行图形化，得到图形化后的第二电极层10，如图16所示；
105.s1010、对压电层21进行图形化，得到图形化后的压电层20，如图17所示；
106.s1011、对第一电极层31进行图形化，形成图形化后的第一电极层30，得到本技术的一种薄膜体声波谐振器，如图1所示；
107.s1000至s1001的制备工艺简单，且在衬底60上进行全反射结构的制备，并在每个散热盲孔70内填充导热散热材料50和高阻材料40，使制备出的薄膜体声波谐振器，在维持原本高q值的同时，还解决传统薄膜体声波谐振器因导散热能力不足而产生的温度影响，且结构可靠性强，利于集成。
108.在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号s1、s2等，但只是本技术给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整s1、s2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
109.本发明实施例的一种薄膜体声波滤波器，包括上述任一项所述的一种薄膜体声波
谐振器。
110.在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
111.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
112.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。