一种集成化声波器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及滤波器领域，特别涉及一种集成化声波器件及其制造方法。

背景技术

随着5G技术的日益普及，射频通信技术面临着高频率、大带宽以及高功率的挑战。SAW(surface acoustic wave，声表面波)技术受限于功率密度及光刻技术发展，难以应用于3.5GHz以上场景。FBAR(film bulk acoustic resonator，薄膜体声波谐振器)滤波器与SAW滤波器相比，具备高Q值，工作频率可高达10GHz，温度特性好，插入损耗小，高功率容量等优点。

基于射频前端器件小型化的需求，滤波器的集成可以有效减少器件尺寸并兼顾性能和成本。但目前SAW滤波器主要应用场景为低频率频段，FBAR滤波器则主要应用于高频率频段。SAW滤波器一般采用LiTaO3或者LiNbO3基板，而FBAR滤波器则采用高阻硅基板，因此，由于基板材料不同，现有技术目前无法实现两者的集成化。

发明内容

针对现有技术中两种滤波器因基板不同无法集成化的问题，本发明提供了一种集成化声波器件及其制造方法，采用复合基板，在此复合基板的特定位置通过刻蚀压电层形成开口，露出底层的第一基底，并进一步制备声表面波器件，同时在复合基板的另一位置制备体声波器件，实现在一块基板上的集成两种声波器件。

以下是本发明的技术方案。

一种集成化声波器件的制造方法，包括以下步骤：

S1：制备含有作为第一谐振器第一基底及位于第一基底上方的第二谐振器第二基底的复合基板，并去除部分第二基底形成用于制备第一谐振器的第一制备区；

S2：在复合基板的第一制备区制备三明治结构，在复合基板的第二制备区制备叉指结构，叉指结构与复合基板形成第二谐振器；

S3：在复合基板的上方第一制备区及第二制备区覆盖临时保护层，去除复合基板第一制备区背面的第一基底以制备空腔，所述空腔尺寸小于三明治结构的尺寸；

S4：去除所述临时保护层，形成第一谐振器。

本发明利用复合基板，在复合基板的不同位置进行不同的处理，分别制备出第一谐振器以及第二谐振器，制成的器件能够同时激发两种声波模式，并且相比于两种谐振器单独使用，可以减小体积，兼顾性能与成本。

作为优选，步骤S1中，所述复合基板中的第一基底为高阻硅，所述第二基底为压电层。

作为优选，所述复合基板的第一基底与第二基底之间设有二氧化硅层。

作为优选，所述S1中采用刻蚀工艺去除部分第二基底形成用于制备第一谐振器的第一制备区。

作为优选，所述S3中，采用刻蚀工艺去除复合基板第一制备区背面的第一基底以制备空腔。

作为优选，步骤S2中，所述在复合基板的第一制备区制备三明治结构，包括：

在第一基底表面生长一层种子层；

通过刻蚀或剥离工艺对种子层进行图形化得到下电极金属层；

通过镀膜工艺依次形成压电层和上电级金属层，完成三明治结构的制备；

其中，压电层的图形化采用刻蚀工艺，上电极的图形化采用刻蚀或者剥离工艺。

作为优选，步骤S2中，所述在复合基板的第二制备区制备叉指结构，包括：

在复合基板的第二制备区通过镀膜、剥离或者刻蚀制备叉指结构。

作为优选，制备叉指结构后，还包括：

在叉指结构的基础上制备缺陷微带结构，然后通过镀膜工艺、剥离工艺形成pad加厚层，最后通过镀膜工艺、干法刻蚀制备钝化层。

作为优选，还包括：在第一谐振器以及第二谐振器都制备完成后，制备连接第一谐振器与第二谐振器的金属互联层。

本发明还提供一种集成化声波器件，利用上述的一种集成化声波器件的制造方法制成。

本发明中，第一谐振器为声表面波谐振器，第二谐振器为体声波谐振器。

本发明的实质性效果包括：针对现有技术中声表面波与体声波的谐振器的制作原理的不同，克服两种不同声波机理的底层衬底及基板无法适应结合匹配形成一体集成的技术问题，本方案提出了一种可以适应两种不同声波谐振器的复合基板，再通过对复合基板的刻蚀等进一步处理，满足声表面谐振器及体声波谐振器对于衬底基板的要求，使得两种谐振器或谐振器可以真正集成，而声表面波与体声波的集成，使得集成化的器件实际工作中，能够同时激发两种声波模式，进而使得两种谐振器的性能相结合，相比于两个谐振器简单叠加，集成化器件的同步性更好。同时，集成化后的一体器件相比两个单独的分立器件及简单地叠加组合，更能实现器件的小型化。

附图说明

图1是本发明实施例制作过程的第一步结构示意图；

图2是本发明实施例制作过程的第二步结构示意图；

图3是本发明实施例制作过程的第三步结构示意图；

图4是本发明实施例制作过程的第四步结构示意图；

图中包括：1-高阻硅、2-二氧化硅层、3-第一压电层、4-叉指电极、5-下电极金属层、6-第二压电层、7-上电极金属层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本技术方案进行清楚、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。

应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。

下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例一：

一种集成化声波器件的制造方法，包括以下步骤：

如图1所示，选取包含高阻硅1、二氧化硅层2及第一压电层3的复合基板，并通过刻蚀去除复合基板的第一制备区的第一压电层以及二氧化硅层。其中第一压电层为LiTaO

本实施例采用的刻蚀方式为干法刻蚀，依次刻蚀第一压电层和二氧化硅层。通过刻蚀第一压电层和二氧化硅层，可以为制备体声波三明治结构提供基础。

如图2所示，在复合基板的第一制备区制备体声波三明治结构，制备过程为：

在高阻硅表面生长一层种子层；通过刻蚀或剥离工艺对种子层进行图形化得到下电极金属层5；通过镀膜工艺依次形成第二压电层6和上电级金属层7，完成体声波三明治结构的制备；其中压电层的图形化采用刻蚀工艺，上电极的图形化采用刻蚀或者剥离工艺。本实施例的种子层材料为氮化铝。

如图3所示，在复合基板的第二制备区通过镀膜、剥离或者刻蚀制备叉指结构，其中包含叉指电极4，形成声表面波谐振器。

如图4所示，在复合基板的正面覆盖临时保护层，通过深硅刻蚀复合基板第一制备区背面的高阻硅以制备空腔，所述空腔制备完成后去除临时保护层，形成体声波谐振器。本实施例的临时保护层为UV膜，空腔尺寸小于三明治结构的尺寸，具体为图4中空腔横跨的宽度小于三明治结构横跨的宽度。

其中，在需要时，本实施例中的步骤顺序可以调整，因此步骤的书写顺序以及标号仅做区分，不用于限定先后顺序。

本实施例中，声表面波谐振器的叉指结构中叉指电极一般为Al或者Al的合金；体声波谐振器的上、下电极金属层一般为Mo。

本实施例利用复合基板，在复合基板的不同位置进行不同的处理，分别制备出声表面波谐振器以及体声波谐振器，制成的器件能够同时激发两种声波模式，并且相比于两种谐振器单独使用，可以减小体积，兼顾性能与成本。

本实施例所制成的一种集成化声波器件中，声表面波谐振器以及体声波谐振器两者之间没有电路连接关系，声表面波谐振器以及体声波谐振器皆为分立器件，分立器件可以为单独的谐振器也可以是双工器，例如采用SAW技术设计B28F双工器，采用FBAR技术设计N41F谐振器。因此本实施例实现了一款低频双工器和高频谐振器的集成，并且根据实际需要可以实现不同频率段器件的集成，而传统单个芯片下的声表面波谐振器以及体声波谐振器无法具备这种集成特性。

实施例二：

本实施例提供了另一种一种集成化声波器件的制造方法，在实施例一的步骤的基础上，还包括：

在制备叉指结构后，在叉指结构的基础上制备缺陷微带结构，然后通过镀膜工艺、剥离工艺形成pad加厚层，最后通过镀膜工艺、干法刻蚀制备钝化层。

并且，在声表面波谐振器以及体声波谐振器都制备完成后，制备连接声表面波谐振器与体声波谐振器的金属互联层。

本实施例中，声表面波谐振器的叉指结构中金属电极，以及体声波谐振器的上、下电级金属层，可以为Ti、Al、Cu、Mo、Pt中的一种或者多种。

与实施例一不同的是，本实施例所制成的一种集成化声波器件中，声表面波谐振器以及体声波谐振器两者之间有电路连接关系，声表面波谐振器以及体声波谐振器构成一个整体器件，特别根据声表面波谐振器以及体声波谐振器的优缺点进行组合设计，体声波谐振器具有高功率容量的特点，因此采用FBAR技术设计TX部分，可以使双工器获得优异的功率耐受性，声表面波谐振器设计灵活，除了体声波谐振器所能实现的ladder结构外，还有DMS结构，采用SAW技术设计RX部分可以较容易的达到设计指标，且声表面波谐振器部分的工艺简单，也能有效提高良率。

实施例三：

本实施例与实施例一的整体步骤一致，区别在于，不包含二氧化硅层。

因此，上述实施例的实质性效果包括：利用复合基板，在复合基板的不同位置进行不同的处理，分别制备出声表面波谐振器以及体声波谐振器，制成的器件能够同时激发两种声波模式，并且相比于两种谐振器单独使用，可以减小体积，兼顾性能与成本。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。