一种单晶薄膜SAW滤波器的膜层结构及其制备方法

技术领域

本发明属于声表面波滤波器的制备工艺技术领域，具体涉及一种单晶薄膜SAW滤波器的膜层结构及其制备方法。

背景技术

单晶薄膜SAW滤波器因高Q值、高温度稳定性成为射频前端器件的研究热点。其工作原理为利用压电薄膜的压电效应，实现声学与电学的转换。目前基于POI晶圆制备的FSAW滤波器常采用复合薄膜作为IDT叉指换能器，不同金属膜层的电极电位差异，会容易在制备过程中发生电化学反应，存在不稳定的情况。因此制备一种稳定的换能器结构是FSAW滤波器制作的关键。此外，FSAW还面临着UHAST(ubias Highly Accelerated Stress Test)频率波动大的问题(Band7频偏超过5MHz的频率波动)。

目前针对FSAW结构不稳定及频率波动大的问题，采用的方法包括在IDT换能器结构上覆盖Si3N4镀膜、SiO2薄膜以及Si3N4/SiO2薄膜作为保护膜。其中，采用Si3N4作为保护膜的问题为Si3N4薄膜的图形化难度大且复杂；采用SiO2薄膜的问题是SiO2薄膜吸潮，增加了UHAST频偏的波动。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种单晶薄膜SAW滤波器的膜层结构及其制备方法。

一方面，本发明提出一种单晶薄膜SAW滤波器的膜层结构，所述膜层结构包括POI晶圆衬底以及在所述POI晶圆衬底的上方依次制备的IDT层、SiO2保护层、电极加厚层。

优选的，所述IDT层厚度为100～300nm。

优选的，所述SiO2保护层厚度为20～80nm。

优选的，所述加厚层为铝层，其厚度为600～2000nm。

另一方面，本发明提出一种单晶薄膜SAW滤波器的膜层结构的制备方法，包括：

S1：在POI晶圆衬底上光刻IDT图形；

S2：通过电子束蒸发镀膜的方式，制备出厚度为100～300nm的IDT层；

S3：通过剥离的方式，得到所需要的IDT层图形；

S4：通过磁控溅射的方式，在IDT层上制备出厚度为20～80nm的SiO2保护层；

S5：通过腐蚀的方式，得到所需的SiO2保护层图形；

S6：通过电子束蒸发镀膜的方式，制备出厚度为600～2000nm的加厚层；

S7：通过剥离的方式，得到所需的加厚层图形。

优选的，所述SiO2保护层制备条件在溅射功率为1000～2000W、氩气流量为20～40sccm、氧气流量为30～60sccm、离子源功率为500～2000KW的条件下进行。

优选的，所述磁控溅射折射率大于1.47、弹性模量大于96Gpa。

本发明的有益效果：

本发明的SiO2保护层制备厚度为20～80nm，能够对FSAW的IDT层起保护作用的同时，减少UHAST频偏达4MHz以上；薄膜厚的SiO2不利于IDT层侧壁覆盖，不能起保护作用，厚的SiO2会增加吸潮，不利于UHSAT频偏的减少；同时，本发明的SiO2保护层的图形化采用腐蚀工艺，较Si3N4保护层降低了工艺难度。

附图说明

图1为本发明实施例的单晶薄膜滤波器的膜层结构图；

图2为本发明的SiO2保护层保护IDT层侧壁放大效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种单晶薄膜SAW滤波器的膜层结构及其制备方法。

一方面，本发明提出一种单晶薄膜SAW滤波器的膜层结构，如图1所示，所述膜层结构包括POI晶圆衬底以及在所述POI晶圆衬底的上方依次制备的IDT层、SiO2保护层、电极加厚层；

所述IDT层厚度为100～300nm；

所述SiO2保护层厚度为20～80nm；

所述加厚层为铝层，其厚度为600～2000nm。

另一方面，本发明提出一种单晶薄膜SAW滤波器的膜层结构的制备方法，包括：

S1：在POI晶圆衬底上光刻IDT图形；

S2：通过电子束蒸发镀膜的方式，制备出厚度为100～300nm的IDT层；

S3：通过剥离的方式，得到所需要的IDT层图形；

S4：通过磁控溅射的方式，在IDT层上制备出厚度为20～80nm的SiO2保护层；

S5：通过腐蚀的方式，得到所需的SiO2保护层图形；

S6：通过电子束蒸发镀膜的方式，制备出厚度为600～2000nm的加厚层；

S7：通过剥离的方式，得到所需的加厚层图形。

优选的，所述SiO2保护层制备条件在溅射功率为1000～2000W、氩气流量为20～40sccm、氧气流量为30～60sccm、离子源功率为500～2000KW的条件下进行。

优选的，SiO2保护层的制备采用反应磁控溅射，对SiO2薄膜的折射率及弹性模量有特殊要求，要求所述磁控溅射折射率大于1.47、弹性模量大于96Gpa。

在本实施例中，本发明制备的SiO2保护层的厚度对IDT层的覆盖有着不同的效果，其覆盖效果如图2所示，同时，SiO2保护层的不同厚度能够减少不同的UHAST频偏达，薄膜厚的SiO2不利于IDT层侧壁覆盖，不能起保护作用，厚的SiO2会增加吸潮，不利于UHSAT频偏的减少；因此，涉及实验探究不同的SiO2保护层厚度、折射率及弹性模量对UHAST频偏的影响，将不同的SiO2保护层厚度、折射率及弹性模量作为不同DOE条件，进行实验，探究其对UHAST频偏的影响，其实验结果如表1所示。

表1不同DOE条件对UHAST频偏的影响

SiO2保护层厚度要控制在大于20nm才能够做到侧壁覆盖，其厚度越厚，对UHAST频偏的影响就越大，因此，从表1中的实验结果，可以得知，控制SiO2保护层厚度为20～80nm即能够实现对IDT层的侧壁完全覆盖，又能控制UHAST频偏，SiO2保护层厚度为20～80nm能够对FSAW的IDT层起保护作用的同时，减少UHAST频偏达4MHz以上。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。