一种薄膜体声波谐振器及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于：包括硅衬底、空气腔、种子层、底电极、压电层、钝化层、顶电极、内部连接金属；所述硅衬底、所述种子层、所述压电层自下而上依次设置，所述空气腔位于所述压电层与所述硅衬底之间的中部，所述底电极设置在所述压电层中，所述顶电极设置在所述压电层中，所述钝化层设置在所述顶电极外部，所述底电极、所述顶电极的内端位于所述空气腔的上方，所述内部连接金属设置在所述底电极、所述顶电极的外端，所述顶电极的内端向上凸起，并具有凹陷结构。2.根据权利要求1所述的一种薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述底电极、所述顶电极均为金属电极，材质为铂、铝、钌、钼、金中任一种或多种组合。3.根据权利要求2所述的一种薄膜体声波谐振器，其特征在于：所述种子层、压电层、钝化层均由压电材料制得，压电材料的材质为氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅中任一种。4.一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1～3任一项所述的薄膜体声波谐振器，包括以下步骤：s1：选取硅片对高阻硅片进行清洗处理，根据谐振器的制备要求，选取指定厚度的高阻硅片；s2：生长牺牲层得到指定厚度的高阻硅片之后，对其进行氧化处理，作为硅衬底，在硅衬底表面生长一层二氧化硅作为牺牲层；s3：获取牺牲层图案通过光刻工艺获取用于形成空气腔的牺牲层图案；s4：生长种子层在硅衬底及牺牲层上生长种子层；s5：形成谐振器底电极生长完种子层后，在种子层上加工形成谐振器底电极；s6：沉积形成压电层在经过步骤s5处理后的半成品上表面沉积一层压电材料作为压电层；s7：形成凸起结构在压电层的上方生长一层金属层来形成谐振器顶电极的凸起结构；s8：生成凹陷对金属层的有效震动区域进行蚀刻，得到具有凹陷结构的金属层；s9：形成初步的谐振器顶电极在凹陷结构底部及其周边区域进一步生长一层金属层，形成初步的谐振器顶电极；s10：形成最终的谐振器顶电极对合为一体的金属层进行部分蚀刻，形成最终的具有凹陷和凸起结构的谐振器顶电极；s11：生长钝化层在谐振器顶电极加工完成之后，再在谐振器顶电极上额外生长一层压电材料作为钝化层；s12：确定内部连接金属位置
在钝化层上方生长一层二氧化硅层，并对其进行蚀刻，暴露出谐振器底电极、谐振器顶电极远离牺牲层的端部的上方位置的压电材料；s13：蚀刻压电材料对暴露出来的压电材料进行干法蚀刻，以暴露出其下方的谐振器底电极、谐振器顶电极；s14：沉积形成内部连接金属层在经过步骤s13处理的半成品上表面进行内部连接金属层的沉积；s15：形成内部连接金属在沉积完内部连接金属层后，对内部连接金属层的中部进行蚀刻，保留与谐振器底电极、谐振器顶电极的两端连接的部分，形成内部连接金属；s16：得到最终的薄膜体声波谐振器通过蒸汽氢氟酸刻蚀方法将作为牺牲层和保护层的二氧化硅去除，形成空气腔，得到最终的薄膜体声波谐振器。5.根据权利要求4所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：在所述步骤s1中，高阻硅片的厚度在数百纳米级到数微米级。6.根据权利要求5所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：在所述步骤s2中，作为牺牲层的二氧化硅厚度在数百纳米级到数微米级。7.根据权利要求6所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：在所述步骤s4中，种子层的厚度在数十纳米级。8.根据权利要求7所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：在所述步骤s5中，形成谐振器底电极的方式有两种，第一种方式是利用光刻工艺，结合金属蒸镀或溅射、金属剥离工艺进行加工；第二种方式是先进行金属蒸镀或溅射，再进行光刻工艺和干法刻蚀。9.根据权利要求8所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：在所述步骤s6中，压电层的厚度由薄膜体声波所需的谐振频率决定，谐振频率与压电层的厚度成反比。10.根据权利要求9所述的一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于：在所述步骤s8中，凹陷结构完全贯穿所述金属层。

技术总结
本发明公开了一种薄膜体声波谐振器及其制备方法，属于薄膜体声波谐振器技术领域。本发明通过在谐振器中采用空气腔，在硅衬底和谐振器震荡区域之间形成金属和空气的交界面，从而在限制声波于震荡堆内的同时，解决了常规声波谐振器机械强度低的问题；通过对谐振器的顶电极进行特殊设计，采用具有凹陷和凸起的形状，解决了常规薄膜体声波谐振器Q值较低，杂散模较多的问题，从而有效的改善谐振器的陡峭性和插入损耗，并使得谐振器的频率响应更加平滑；通过在谐振器的顶电极上方额外引入一层压电材料作为钝化层，从而有效的隔绝谐振器震荡堆与外界环境，解决了常规薄膜体声波谐振器容易受外界环境影响，稳定性差的问题。稳定性差的问题。稳定性差的问题。


技术研发人员：高安明 姜伟
受保护的技术使用者：浙江星曜半导体有限公司
技术研发日：2022.04.11
技术公布日：2022/7/15