一種用于無線通信系統(tǒng)的多層壓電薄膜體聲波諧振器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及具有多層不同的壓電薄膜的壓電薄膜體聲波諧振器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著薄膜與微納制造技術(shù)的發(fā)展，電子元件正朝著微型化、高頻率、高密集復用和低功耗的方向發(fā)展Γ薄膜體聲波諧振器(FBAR)又稱為壓電薄膜體聲波諧振器，它是通過壓電薄膜的逆壓電效應將電能量轉(zhuǎn)換成聲波而形成諧振，使用諧振技術(shù)用來制造很多先進的電子元器件，在新一代無線通信系統(tǒng)具有很廣泛的應用前景。
[0003]傳統(tǒng)的FBAR包括一個壓電體層，壓電體層位于由單一材料制成的電極之間，構(gòu)成一個壓電夾層，由于這些壓電材料為單一性材料，因此這些壓電材料基本上具有單一、均勻的C軸取向特性；也即，傳統(tǒng)的FBAR的壓電材料不是使用不同的壓電物質(zhì)制成，因此沒有不同的C軸向取向。此外，傳統(tǒng)的FBAR的共振頻率主要通過壓電層或電極的厚度來調(diào)節(jié)，因此可能造成壓電體層或電極的厚度過度消減，致使FBAR的形狀過小，過度降低壓電體層和電極厚度將使耦合系數(shù)Kt和品質(zhì)因數(shù)Q降低，導致FBAR過小。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種用于無線通信系統(tǒng)的多層壓電薄膜體聲波諧振器，解決過度降低壓電體層和電極厚度將使耦合系數(shù)Kt和品質(zhì)因數(shù)Q降低，導致FBAR過小的技術(shù)問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種用于無線通信系統(tǒng)的多層壓電薄膜體聲波諧振器(FBAR)，形成于襯底上，包括底部電極、頂部電極、第一壓電層、第二壓電層、負極導線和正極導線。
[0006]襯底與半導體工藝使用的材料相容，所述半導體工藝材料包括硅、砷化鎵、磷化銦、玻璃、藍寶石、氧化鋁或其他類似材料；襯底可被蝕刻形成腔體，且一層犧牲材料(未示出)可被沉積在襯底上以填充腔體，犧牲材料包括氧化物、多晶硅或其它合適的材料；襯底被平坦化后，犧牲材料仍然只留在腔體內(nèi)；此外，犧牲材料在形成FBAR后可以通過刻蝕移除，以使腔體打開。
[0007]底部電極形成于襯底的腔體上方；一層鎢、鉬或鋁沉積在襯底并隨后圖案化成型為一個多邊形或類似的形狀，用于形成底部電極；然后，氮化鋁壓電材料通過等離子沉積處理沉積于底部電極上，用來形成具有向上C軸取向的第一壓電層，氧化鋅壓電材料通過等離子沉積處理沉積于第一壓電層上，用來形成向上的C軸取向的第二壓電層116;因此，第一壓電層和第二壓電層是不同的壓電材料制成的相對的壓電層；第一壓電層的C軸取向和第二壓電層的C軸取向完全相反；一層鎢、鉬或鋁沉積在第二壓電層上用來形成頂部電極。第一壓電層、第二壓電層和頂部電極進行圖案化以形成FBAR。所述的犧牲材料通過蝕刻移除，因此FBAR被設(shè)置于懸浮的空的腔體上。而后，在FBAR上形成一個鈍化層用于保護FBAR ;FBAR上形成對應觸點、負極導線和正極導線分別對應的和頂部電極和底部電極進行電性連接；FBAR的正極導線和負極導線上施加電壓V。因此，F(xiàn)BAR包括疊壓于第一壓電層上的第二壓電層，表征為復合FBAR。
[0008]FBAR的底部電極、第一壓電層、第二壓電層和頂部電極的厚度分別一一對應為175.3nm、600nm、416nm和175.3nm ;由于第一壓電層和第二壓電層的C軸取向相反，它們之間的共振頻率為5000MHz。因此，F(xiàn)BAR的共振頻率可以通過第一壓電層和第二壓電層的材料選擇或只通過第一壓電層和第二壓電層形成的C軸取向來控制。
[0009]綜上所述，F(xiàn)BAR可以在不增加厚度情況下，延長其低頻率的范圍；也可以通過遞增第二壓電體層使其具有和第一壓電層不同的C軸取向，使FBAR具有更高的共振頻率；而不需要過度減小底部電極、第一壓電層、第二壓電層和頂部電極的厚度，以增加現(xiàn)有FBAR的共振頻率。此外，F(xiàn)BAR可擴展至3?5GHz或更高頻率，在不增加厚度情況下，延長其低頻率的范圍；也可以通過遞增第二壓電層使其具有和第一壓電層不同的C軸取向，使FBAR具有更高的共振頻率；而不需要過度減小底部電極、第一壓電層、第二壓電層和頂部電極的厚度，以增加現(xiàn)有FBAR的共振頻率。具有很強的實用性。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型示意圖。
[0011]其中:薄膜體聲波諧振器10、底部電極102、頂部電極104、第一壓電層112、向上箭頭114、第二壓電層116、向下箭頭118、襯底150、腔體152、負極導線162、正極導線164。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖所描述的實施方式對本實用新型作進一步詳細說明。
[0013]一種用于無線通信系統(tǒng)的多層壓電薄膜體聲波諧振器(FBAR)，形成于襯底150上，包括底部電極102、頂部電極104、第一壓電層112、第二壓電層116、負極導線162和正極導線164。
[0014]襯底150與半導體工藝使用的材料相容，所述半導體工藝材料包括硅、砷化鎵、磷化銦、玻璃、藍寶石、氧化鋁或其他類似材料；襯底150可被蝕刻形成腔體152，且一層犧牲材料(未示出)可被沉積在襯底150上以填充腔體152，犧牲材料包括氧化物、多晶硅或其它合適的材料；襯底150被平坦化后，犧牲材料仍然只留在腔體152內(nèi)；此外，犧牲材料在形成FBAR后可以通過刻蝕移除，以使腔體152打開。
[0015]底部電極102形成于襯底150的腔體152上方；一層鎢、鉬或鋁沉積在襯底并隨后圖案化成型為一個多邊形或類似的形狀，用于形成底部電極102 ;然后，氮化鋁壓電材料通過等離子沉積處理沉積于底部電極102上，用來形成具有C軸取向的第一壓電層112，箭頭114指示氮化鋁的正常C軸取向；氧化鋅壓電材料通過等離子沉積處理沉積于第一壓電層112上，用來形成具有如箭頭118所指示的C軸取向的第二壓電層116，箭頭118指示氧化鋅的正常C軸取向；第一壓電層112和第二壓電層116是不同的壓電體材料制成的相對的壓電體層；箭頭114指示的第一壓電層112的C軸取向和用箭頭118指示的第二壓電層116的C軸取向完全相反；一層鎢、鉬或鋁沉積在第二壓電層116上用來形成頂部電極104。第一壓電層112、第二壓電層116和頂部電極104進行圖案化以形成FBAR 10。所述的犧牲材料通過蝕刻移除，因此FBAR 10就被設(shè)置于懸浮的空的腔體152上。而后，在FBAR 10上形成一個鈍化層(未示出)用于保護FBAR 10 ；FBAR 10上形成對應觸點(未示出)、負極導線162和正極導線164分別和頂部電極104和底部電極102進行電性連接；FBAR 10的正極導線164和負極導線162上施加電壓V。因此，F(xiàn)BAR 10包括疊壓于第一壓電體層112上的第二壓電層116，表征為復合FBAR。
[0016]FBAR 10的底部電極102、第一壓電體層112、第二壓電層116和頂部電極104的厚度分別--對應為175.3nm、600nm、416nm和175.3nm ;第一壓電層112和第二壓電層116
的C軸取向相反，它們之間的共振頻率為5000MHz。因此，F(xiàn)BAR 10的共振頻率可以通過第一壓電層112和第二壓電層116的材料選擇或只通過第一壓電層112和第二壓電層116形成的C軸取向來控制。
[0017]綜上所述，F(xiàn)BAR 10可以在不增加厚度情況下，延長其低頻率的范圍；也可以通過遞增第二壓電層116使其具有和第一壓電層112不同的C軸取向，使FBAR 10具有更高的共振頻率；而不需要過度減小底部電極102、第一壓電層112、第二壓電層116和頂部電極104的厚度，以增加現(xiàn)有FBAR的共振頻率。本實施方式中，F(xiàn)BAR 10可擴展至3?5GHz或更高頻率。
【主權(quán)項】
1.一種用于無線通信系統(tǒng)的多層壓電薄膜體聲波諧振器，形成于襯底上，其特征是:包括底部電極、頂部電極、第一壓電層、第二壓電層、負極導線和正極導線；所述襯底與半導體材料相容，襯底蝕刻形成腔體，一層犧牲材料沉積在襯底上以填充腔體，犧牲材料在形成多層壓電薄膜體聲波諧振器后通過刻蝕移除，以使腔體打開；所述底部電極形成于襯底的腔體上方，所述襯底上沉積一層鎢、鉬或鋁，并圖案化成型為一個多邊形狀用于形成底部電極；所述底部電極上沉積著氮化鋁壓電材料以形成具有向上C軸取向的第一壓電層；所述第一壓電層位于底部電極上方，第一壓電層上沉積有氧化鋅壓電材料以形成具有向上C軸取向的第二壓電層；所述第一壓電層的C軸取向和第二壓電層的C軸取向相反；所述第二壓電層位于第一電壓層上方，第二壓電層上沉積有一層鎢、鉬或鋁以形成位于最上方的頂部電極；所述第一壓電層、第二壓電層和頂部電極經(jīng)圖案化形成多層壓電薄膜體聲波諧振器；所述正極導線連接頂部電極，負極導線連接底部電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的多層壓電薄膜體聲波諧振器，其特征是:所述底部電極的厚度為175.3nm，第一壓電層的厚度為600nm，第二壓電層的厚度為416nm，頂部電極的厚度為175.3nm ;所述第一壓電層和第二壓電層之間的共振頻率為5000MHz ο
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于無線通信系統(tǒng)的多層壓電薄膜體聲波諧振器，包括底部電極、頂部電極、第一壓電層、第二壓電層、負極導線和正極導線；襯底與半導體工藝使用的材料相容；底部電極形成于襯底的腔體上方；一層鎢、鉬或鋁沉積在襯底用于形成底部電極；氮化鋁壓電材料沉積于底部電極上，形成具有向上C軸取向的第一壓電體層，氧化鋅壓電材料沉積于第一壓電體層上，形成向上的C軸取向的第二壓電體層116；第一壓電體層的C軸取向和第二壓電體層的C軸取向完全相反；一層鎢、鉬或鋁沉積在第二壓電體層上形成頂部電極；對應觸點、負極導線和正極導線分別對應的和頂部電極和底部電極進行電性連接形成多層壓電薄膜體聲波諧振器。
【IPC分類】H03H9-17
【公開號】CN204392205
【申請?zhí)枴緾N201520070424
【發(fā)明人】張紹林, 朱之山, 梁燕, 宋妍, 李霞
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年1月30日