一种多层膜声表面波谐振器及制造方法

技术领域

本发明涉及声波谐振器/滤波器，尤其涉及手机射频前端中的一种具有POI结构多层膜高性能声表面波谐振器及制造方法。

背景技术

5G时代，对于数据传输速度的要求越来越高。为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，对于移动设备的射频前端的各种性能提出了更高要求，尤其是滤波器的设计越来愈有挑战性。

声表面波(SAW)、体声波(BAW)、以及薄膜体声波(FBAR)是当前可移动设备滤波器领域的三大主流技术。其中，低频和中频段又以SAW滤波器为主。其技术从Normal-SAW、TC-SAW，更进一步演进到IHP-SAW，以及未来的XBAR技术。

IHP-SAW滤波器以其优异的温度补偿性能，以及较低的插入损耗，可比拟甚至超越部分BAW、FBAR滤波器，成为现阶段SAW滤波器产业的一个主要的发展趋势。

IHP-SAW技术采用类似于SAW器件+SMR-BAW器件的多层反射栅结构的混合技术。IHP-SAW的多层反射栅结构采用高声阻抗和低声阻抗交替堆叠的方式实现。其低声阻抗材料多采用TCF(Temperature Coefficient of Frequency)为正温度系数的材料，如二氧化硅；高声阻抗层常用低温度系数的材料，如SiN、W等。这种混合结构技术，即赋予其SAW器件单面加工工艺的简单化，又赋予其SMR-BAW器件的低能量泄露的特性。

IHP-SAW滤波器的三大优点是：

1、高Q值；

2、低频率温度系数(TCF)；

3、良好的散热性。

IHP-SAW滤波器采用SMR-BAW的多层反射栅结构可使更多的声表面波能量聚焦在衬底表面，从而降低声波在传播过程中的损耗，提高器件的Q值。高Q特性使其具有高的带外抑制、陡峭的通带边缘滚降、以及高的隔离度。

《A Novel 3.5GHz Low-Loss Bandpass Filter Using I.H.P.SAW Resonators》(Yuichi Takamine,Tsutomu Takai,Hideki Iwamoto,Takeshi Nakao and MasayoshiKoshino.Murata Manufacturing Co.Ltd)中提及的IHP-SAW的中心频率f

然而，另一方面，现有IHP-SAW滤波器具有如下这样的问题：

一、高频IHP-SAW中心频率为3.69GHz左右，不能完全满足两个通信频段n77(3.3-4.2GHz)、n78(3.3-3.8GHz)工作频率要求；

二、高频IHP-SAW的品质因数Q为2500，插损为1.7dB，不满足5G通信低插损、高带外抑制、陡峭的通带边缘滚降、高隔离度的要求；

三、高频IHP-SAW的FOM值＝Q*k

因此，现在亟须一种综合性能更高的声表面波谐振器。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征；也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。

本发明提供一种具有POI结构多层膜高性能声表面波谐振器，包括：由厚度为0.4－0.6λ的高声速材料的衬底层、厚度为0.1－0.3λ底部SiO

其中，IDT电极的占空比为0.4，电极沿孔径长度为10λ，电极指对数为1000对。IDT电极由Ti、Al、Cu、Au、Pt、Ag、Pd、Ni等金属或合金，或者这些金属或合金的层叠体构成，例如第一层为Ti，第二层为Ni，第三层为Cu。

本发明的具有POI结构多层膜高性能声表面波谐振器的制造方法，包括：

在LiTaO

在SiC衬底上沉积一层SiO

将压电薄膜的一面与底部温度补偿层进行低温键合(键合温度≤250℃)；

在压电薄膜与底部温度补偿层进行低温键合的一面相对的另面上沉积一层IDT电极；

在IDT电极上通过PECVD、PVD、CVD、或MOCVD沉积一层SiO

采用CMP方式减薄SiC衬底。

通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。

附图说明

以下将通过参考附图中示出的具体实施例来对本发明进行更具体描述。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。部分附图仅为示意，其尺寸比例不构成对实际尺寸比例的限制。

图1是根据本发明的具有POI结构多层膜高性能声表面波谐振器的示意图；

图2是图1的声表面波谐振器一个优选实施例的结构参数示意图；

图3的(a)-(f)是42°YX LiTaO

图4是42°YX LiTaO

图5是42°YX LiTaO

图6的(a)-(b)是36°YX LiTaO

图7是36°YX LiTaO

图8的(a)-(b)是50°YX LiTaO

图9是50°YX LiTaO

图10(a)－图10(g)是顶部温度补偿层厚度为λ时，42°YX LiTaO

图11的(a)-(f)是顶部温度补偿层厚度为λ时，42°YX LiTaO

图12的(a)-(d)是顶部温度补偿层厚度为λ时，42°YX LiTaO

图13的(a)-(f)是顶部温度补偿层厚度为λ时，42°YX LiTaO

图14是根据本发明的具有POI结构多层膜高性能声表面波谐振器的制造方法流程图。

具体实施方式

本发明的谐振器在IDT电极上覆盖一层SiO

以下将通过参考附图中示出的具体实施例来对本发明进行更具体描述。通过阅读下文具体实施方式的详细描述，本发明的各种优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的各实施方式所限制。提供以下实施方式是为了能够更透彻地理解本发明。除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。“正面、背面、上、下”等措辞仅用于表达相对位置而无其它限制之含意。

图1是根据本发明的具有POI结构多层膜高性能声表面波谐振器的示意图，图2是图1的声表面波谐振器一个优选实施例的结构参数示意图。以下结合两图对该谐振器进行描述。

根据本发明的具有POI结构多层膜高性能声表面波谐振器包括高声速材料的衬底层101、衬底层之上的材料为SiO

该谐振器使用的衬底材料为高声速的4H-SiC、3C-SiC或6H-SiC，高声速衬底厚度为0.4λ，λ是电极指激发的声波波长，λ＝1μm。高声速材料衬底层与压电薄膜、和底部温度补偿层一起构成POI结构。

设置在高声速材料衬底层上底部温度补偿层SiO

设置在底部温度补偿层上的压电薄膜的材料为单晶36°、42°、50°YX LiTaO

压电薄膜上设有电极。电极占空比＝电极宽度/(电极宽度+电极间距)，根据优选实施例，电极宽度+电极间距＝0.5λ，电极占空比为0.4。电极厚度为80nm，电极沿孔径长度len＝10λ。电极对数可根据产品设计进行调整，根据优选实施例，电极对数为1000对。电极是IDT电极，由Ti、Al、Cu、Au、Pt、Ag、Pd、Ni等金属或合金、或者这些金属或合金的层叠体构成，根据优选实施例，第一层为Ti，第二层为Ni，第三层为Cu。

覆盖在电极之上的顶部温度补偿层SiO

谐振器机电耦合系数k

图3的(a)-(f)是42°YX LiTaO

图4是42°YX LiTaO

图5是42°YX LiTaO

图6的(a)-(b)是36°YX LiTaO

图7是36°YX LiTaO

图8的(a)-(b)是50°YX LiTaO

图9是50°YX LiTaO

下表为42°YX LiTaO

图10(a)－图10(g)是顶部温度补偿层厚度为λ时，42°YX LiTaO

图11的(a)-(f)是顶部温度补偿层厚度为λ时，42°YX LiTaO

图12的(a)-(d)是顶部温度补偿层厚度为λ时，42°YX LiTaO

图13的(a)-(f)是顶部温度补偿层厚度为λ时，42°YX LiTaO

图14是根据本发明的具有POI结构多层膜高性能声表面波谐振器的制造方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤1401，提供LiTaO

步骤1402，提供SiC衬底层；

在步骤1403，在SiC衬底层上通过PECVD、PVD、CVD、MOCVD等方法沉积一层SiO

在步骤1404，将压电薄膜与底部温度补偿SiO

在步骤1405，采用蒸镀或溅射方法在压电薄膜表面沉积一层IDT电极，电极厚度根据产品设计需求调整，优选为0.08-0.12λ，电极优选Ti、Cu、Al三个金属层叠，层叠厚度为80-120nm；

在步骤1406，通过PECVD、PVD、CVD、MOCVD等方法在IDT电极上沉积一层SiO

在步骤1407，采用CMP方式减薄SiC衬底层，其厚度根据产品设计需求调整，优选为0.4-0.6λ。

本发明利用异质集成技术，将LiTaO

以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。