CN111294007A - 一种超高频压电谐振器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于谐振器领域，提供一种超高频压电谐振器及其制备方法，解决超高频压电谐振器采用背部刻蚀的方式在衬底上形成空腔而造成刻蚀表面不平整、刻蚀厚度不均匀和应力集中而影响器件的性能的问题。该方法包括在衬底的上表面刻蚀出凹槽；在凹槽的表面沉积第一隔离层，第一隔离层的厚度小于所述凹槽的深度；在整个凹槽内填满牺牲层，牺牲层的上表面与衬底层的上表面齐平；在填有牺牲层的衬底的上表面沉积第二隔离层；在第二隔离层的上表面形成压电层；在压电层的上表面形成电极层；在凹槽的上方形成释放口，通过释放口去除牺牲层形成空腔。本发明通过用两个隔离层包围凹槽内的牺牲层，可以避免去除牺牲层时造成刻蚀表面不平整的问题。
Description
技术领域
本发明涉及谐振器领域，具体涉及一种超高频压电谐振器及其制备方法。
背景技术
随着无线通讯的迅速发展，频段变得越来越拥挤，为了满足越来越庞大的市场的需求，频段逐渐向高频、超高频发展。高频段、大带宽、高稳定的电子设备成为市场急需的产品。其中，滤波器作为无线电子通讯中必不可少的器件；而滤波器的组成成分之一的谐振器，也需要不断更新换代，以满足市场的需求。如今，国内外逐渐有超高频谐振器的结构提出，新一代超高频谐振器具有大带宽、超高频、超高机电耦合系数
的特点获得国内外广泛的关注，这一性能使它成为了实现5G、6G通讯的关键技术，它可以适用于4-6GHz及以上的移动电话射频滤波器。
一个产品的诞生不仅需要新的设计结构提出，更需要后端工艺逐步跟上。近年来，压电式微机电***(MEMS)工艺技术也在不断发展，但针对于超高频压电谐振器的加工工艺还有待探究。现有的加工技术通常采用背部刻蚀的方式在衬底上形成空腔，由于衬底厚度太大，所以背部刻蚀时刻蚀的面积很大，这种工艺易造成刻蚀表面不平整、刻蚀厚度不均匀和应力集中等问题，从而导致压电层厚度不均匀，影响器件的性能。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种超高频压电谐振器及其制备方法，解决超高频压电谐振器采用背部刻蚀的方式在衬底上形成空腔而造成刻蚀表面不平整、刻蚀厚度不均匀和应力集中等影响器件的性能的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种超高频压电谐振器的制备方法，包括以下步骤：
在衬底的上表面刻蚀出凹槽；
在所述凹槽的表面沉积第一隔离层，所述第一隔离层的厚度小于所述凹槽的深度；
在整个凹槽内填满牺牲层，所述牺牲层的上表面与所述衬底层的上表面齐平；
在填有牺牲层的衬底的上表面沉积第二隔离层；
在所述第二隔离层的上表面形成压电层；
在所述压电层的上表面形成电极层；
在凹槽的上方形成释放口，通过所述释放口去除牺牲层形成空腔。
进一步地，还在衬底的上表面沉积第一隔离层，所述牺牲层的上表面与所述衬底的上表面沉积的第一隔离层的上表面齐平。
进一步地，所述第一隔离层和所述第二隔离层的材料为二氧化硅、碳化硅或氮化硅。
进一步地，所述牺牲层的材料为多晶硅。
进一步地，通过化学机械抛光使所述牺牲层的上表面与所述衬底层的上表面齐平。
进一步地，所述压电层的材料为铌酸锂或钽酸锂。
进一步地，所述压电层通过与所述第二隔离层键合形成。
进一步地，所述电极层可通过光刻技术图案化。
进一步地，所述释放口的形状为圆形或多边形。
本发明还提供一种上述的超高频压电谐振器的制备方法制备的超高频压电谐振器，超高频压电谐振器包括衬底层、第一隔离层、第二隔离层、压电层和电极层，衬底层的上表面有凹槽，凹槽的表面设有第一隔离层，第一隔离层的上方设有第二隔离层，第一隔离层和第二隔离层之间形成空腔，第二隔离层的上方设有压电层，压电层的上方设有电极层。超高频压电谐振器，超高频压电谐振器由上述的超高频压电谐振器的制备方法制成。
本发明的有益效果是：本发明通过在衬底的上表面形成凹槽，然后在凹槽上依次形成第一隔离层、牺牲层、第二隔离层以及压电层、电极层，用第一隔离层和第二隔离层包围凹槽，在凹槽的上方形成释放口，通过所述释放口去除牺牲层形成空腔，避免在形成空腔的时候破坏衬底结构以及压电层结构，完成超高频压电谐振器的制备。
附图说明
图1是本发明超高频压电谐振器的制备流程图；
图2是在衬底的上表面形成凹槽的示意图；
图3是沉积第一隔离层后的示意图；
图4是在凹槽内填满牺牲层后的示意图；
图5是沉积第二隔离层后的示意图；
图6是在第二隔离层的上表面形成压电层后的示意图；
图7是在压电层的上表面形成电极层后的示意图；
图8是释放开口的示意图；
图9是释放牺牲层后形成空腔的示意图。
图中：1-衬底，2-凹槽，3-第一隔离层、4-牺牲层、5-第二隔离层、6-压电层、7-电极层、8-释放口、9空腔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的作进一步的说明：
本发明通过在衬底的上表面形成凹槽，然后在凹槽上依次形成第一隔离层、牺牲层、第二隔离层以及压电层、电极层，用第一隔离层和第二隔离层包围凹槽，可以很方便地去除凹槽内的牺牲层形成空腔，并且不破坏衬底结构以及压电层结构，保障超高频压电谐振器的性能。
本发明公开了一种超高频压电谐振器的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、在衬底1的上表面刻蚀出凹槽2，如图2所示，可以直接在衬底1的上表面刻蚀出凹槽2，凹槽2的尺寸要大于所需谐振器的工作区域的面积。
S2、在凹槽2的表面或衬底1的上表面以及凹槽2的表面沉积第一隔离层3，第一隔离层3的厚度小于凹槽2的深度，如图3所示。第一隔离层3主要用于覆盖凹槽2的表面，从而隔离衬底1和牺牲层4，进一步地，第一隔离层3的材料优选二氧化硅、碳化硅或氮化硅。
S3、在整个凹槽内填满牺牲层4，牺牲层4的上表面与衬底层1的上表面或衬底层1的上表面的第一隔离层3的上表面齐平，如图4所示。牺牲层的材料优选为多晶硅。可采用化学机械抛光等工艺保证牺牲层4的上表面与第一隔离层3的上表面齐平。
S4、在填有牺牲层4的衬底的上表面沉积第二隔离层5，如图5所示。第二隔离层5用于隔离牺牲层4与压电层6；第二隔离层5的材料可为二氧化硅、碳化硅、氮化硅等。
S5、在第二隔离层5的上表面形成压电层6，如图6所示，压电层的材料可为铌酸锂或钽酸锂，形成方式优选为压电层6与第二隔离层5的键合，即压电层通过键合的技术工艺分布在第二隔离层上表面。
S6、在压电层6的上表面形成电极层7，如图7所示。电极层7可以通过光刻技术图案化形成，电极层7与压电层6构成超高频压电谐振器结构。
S7、从凹槽2的上方形成释放口8，通过所述释放口8去除牺牲层形成空腔9，如图8和图9所示。由于衬底1的厚度太大，很难从背部打释放口，故可以沿垂直于衬底1的方向上，在凹槽2的上方形成释放口8，释放口8的个数可以为一个，也可以为两个，也可以是多个。通过释放口8蚀刻掉牺牲层4，形成空腔9，第一隔离层3将衬底层1与牺牲层4分隔开，避免在释放牺牲层4的时候破坏衬底结构，第二隔离层5将压电层6与牺牲层4隔离开，保护了压电层6的下表面，由此就避免了刻蚀表面不平整的问题。最后形成的空腔9可以包含空气、氮气等，也可以保持真空状态。释放口的形状为圆形、多边形或者环形等，亦可以是不规则图形。
本发明还提供一种由上述的超高频压电谐振器的制备方法制备的超高频压电谐振器，超高频压电谐振器包括衬底层1、第一隔离层3、第二隔离层5、压电层6和电极层7，衬底层1的上表面有凹槽2，凹槽2的表面设有第一隔离层3，第一隔离层3的上方设有第二隔离层5，第一隔离层3和第二隔离层5之间形成空腔9，第二隔离层5的上方设有压电层6，压电层的上方设有电极层7。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超高频压电谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底的上表面刻蚀出凹槽；
在所述凹槽的表面沉积第一隔离层，所述第一隔离层的厚度小于所述凹槽的深度；
在整个凹槽内填满牺牲层，所述牺牲层的上表面与所述衬底层的上表面齐平；
在填有牺牲层的衬底的上表面沉积第二隔离层；
在所述第二隔离层的上表面形成压电层；
在所述压电层的上表面形成电极层；
在凹槽的上方形成释放口，通过所述释放口去除牺牲层形成空腔。
2.根据权利要求1所述的超高频压电谐振器的制备方法，其特征在于，还在衬底的上表面沉积第一隔离层，所述牺牲层的上表面与所述衬底的上表面的第一隔离层的上表面齐平。
3.根据权利要求1所述的超高频压电谐振器的制备方法，其特征在于，所述第一隔离层和所述第二隔离层的材料为二氧化硅、碳化硅或氮化硅。
4.根据权利要求1所述的超高频压电谐振器的制备方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为多晶硅。
5.根据权利要求1所述的超高频压电谐振器的制备方法，其特征在于，通过化学机械抛光使所述牺牲层的上表面与所述衬底层的上表面齐平。
6.根据权利要求1所述的超高频压电谐振器的制备方法，其特征在于，所述压电层的材料为铌酸锂或钽酸锂。
7.根据权利要求1所述的一种超高频压电谐振器的制备方法，其特征在于，所述压电层通过与所述第二隔离层键合形成。
8.根据权利要求1所述的超高频压电谐振器的制备方法，其特征在于，电极层可以通过光刻技术图案化。
9.根据权利要求1所述的超高频压电谐振器的制备方法，其特征在于，所述释放口的形状为圆形或多边形。
10.一种由权利要求1-9任一项所述的超高频压电谐振器的制备方法制备的超高频压电谐振器，其特征在于，所述超高频压电谐振器包括衬底层、第一隔离层、第二隔离层、压电层和电极层，所述衬底层的上表面有凹槽，凹槽的表面设有第一隔离层，第一隔离层的上方设有第二隔离层，所述第一隔离层和所述第二隔离层之间形成空腔，所述第二隔离层的上方设有压电层，所述压电层的上方设有电极层。
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