體聲波薄膜共振器及其製造方法
2023-06-07 07:28:41
專利名稱：體聲波薄膜共振器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種體聲波薄膜共振器及其製造方法，特別是涉及一種可增加體聲波共振元件信號隔離的體聲波薄膜共振器及其製造方法。
背景技術：
近年來因為體聲波薄膜共振器的元件尺寸可以縮得更小、頻率特性更優異，且可提升整體無線通訊系統的品質及特性，因此體聲波薄膜共振器(FBAR)因其較佳的特性成為開發重點，如圖1示出的一種內含多個體聲波薄膜共振元件的體聲波薄膜共振器10包含一矽基板11、一第一金屬層12、一壓電層13以及一第二金屬層14，該第一金屬層12形成在該矽基板11上，該第一金屬層12具有多個下電極12a，該壓電層13形成在該矽基板11上並覆蓋該第一金屬層12，該第二金屬層14形成在該壓電層13上，且該第二金屬層14包含有一第一上電極14a、一第二上電極14b及一第三上電極14c，該體聲波薄膜共振器10利用壓電效應將機械能透過該壓電層13的形變轉換為電信號，由於該體聲波薄膜共振器10的機械振動，其振動能量不具有固定方向性，因此機械振動能量會由該壓電層13傳導，因此造成信號幹擾，導致信號品質不佳。
發明內容
本發明的主要目的在於克服現有的體聲波薄膜共振器存在的缺陷，而提供一種新型結構的體聲波薄膜共振器，所要解決的技術問題是增加該體聲波薄膜共振器的信號共振強度，並降低信號幹擾，非常適於實用。本發明的另一目的在於，克服現有的體聲波薄膜共振器存在的缺陷，而提供一種新的體聲波薄膜共振器的製造方法，所要解決的技術問題是增加該體聲波薄膜共振器的信號共振強度，並降低信號幹擾，非常適於實用。本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的體聲波薄膜共振器其包含一矽基板、一第一金屬層、一壓電層以及一第二金屬層，該矽基板具有一第一表面與一第二表面，該第一金屬層形成在該矽基板上，該第一金屬層包含有多個下電極，該壓電層覆蓋該第一金屬層，該壓電層至少具有一第一上電極設置區、一第二上電極設置區、一第三上電極設置區、一環繞該第一上電極設置區外側的第一改質區、一環繞該第二上電極設置區外側的第二改質區及一環繞該第三上電極設置區外側的第三改質區，該第二金屬層形成在該壓電層上，該第二金屬層包含有一第一上電極、一第二上電極及一第三上電極，該第一上電極位於該第一上電極設置區，該第二上電極位於該第二上電極設置區，該第三上電極位於該第三上電極設置區。本發明的目的及解決其技術問題還採用以下技術方案來實現。依據本發明提出的體聲波薄膜共振器的製造方法其包含提供一矽基板，該矽基板具有一第一表面與一第二表面；形成一第一金屬層在該矽基板上，該第一金屬層包含有多個下電極；形成一壓電層在該矽基板上並覆蓋該第一金屬層，該壓電層至少具有一第一上電極設置區、一第二上電極設置區、一第三上電極設置區、一環繞該第一上電極設置區外側的第一改質區、一環繞該第二上電極設置區外側的第二改質區及一環繞該第三上電極設置區外側的第三改質區；將該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區進行改質處理；以及形成一第二金屬層在該壓電層上，該第二金屬層包含有一第一上電極、一第二上電極及一第三上電極，該第一上電極位於該第一上電極設置區，該第二上電極位於該第二上電極設置區，該第三上電極位於該第三上電極設置區。藉由上述技術方案，本發明體聲波薄膜共振器及其製造方法至少具有下列優點及有益效果本發明將該壓電層的該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區進行改質處理，使該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區的密度、彈性係數、剛性係數及聲波傳播速度改變，以使該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區形成為機械波的阻擋介面， 以有效的將大部分的振動能量局限在該體聲波薄膜共振器的垂直結構內，而增加該體聲波薄膜共振器的信號共振強度，並降低信號幹擾。綜上所述，本發明可有效增加該體聲波薄膜共振器的信號共振強度，並降低信號幹擾。本發明在技術上有顯著的進步，並具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
圖1是現有習知的體聲波薄膜共振器的立體圖。圖2是本發明一較佳實施例的一種體聲波薄膜共振器的俯視圖。圖3是本發明一較佳實施例的該體聲波薄膜共振器沿圖2A-A方向的立體剖視圖。圖4A至4C是本發明一較佳實施例的該體聲波薄膜共振器的製造方法的剖面示意圖。圖5A至5B是本發明一較佳實施例的該體聲波薄膜共振器的製造方法的立體圖。10體聲波薄膜共振器11矽基板12第一金屬層12a下電極13壓電層14第二金屬層1 第一上電極14b第二上電極Hc第三上電極100體聲波薄膜共振器110矽基板111第一表面112第二表面113振動層114蝕刻遮罩層115共振腔120第一金屬層121下電極130壓電層
131 第--上電極設置區132 第二二上電極設置區
133第三三上電極設置區134 第--改質區
1；35 第二二改質區136第三三改質區
140 第二二金屬層141 第--上電極
142 第二二上電極143第三三上電極
具體實施例方式請參閱圖2及圖3，其是本發明的一較佳實施例，一種體聲波薄膜共振器100包含一矽基板110、一第一金屬層120、一壓電層130以及一第二金屬層140，該矽基板110具有一第一表面111與一第二表面112，該第一金屬層120形成在該矽基板110上，該第一金屬層120包含有多個下電極121，該壓電層130覆蓋該第一金屬層120，該壓電層130至少具有一第一上電極設置區131、一第二上電極設置區132、一第三上電極設置區133、一環繞該第一上電極設置區131外側的第一改質區134、一環繞該第二上電極設置區132外側的第二改質區135及一環繞該第三上電極設置區133外側的第三改質區136，該第二金屬層140 形成在該壓電層130上，該第二金屬層140包含有一第一上電極141、一第二上電極142及一第三上電極143，該第一上電極141位於該第一上電極設置區131，該第二上電極142位於該第二上電極設置區132，該第三上電極143位於該第三上電極設置區133。在本實施例中，該第一上電極設置區131具有一第一密度，該第二上電極設置區 132具有一第二密度，該第三上電極設置區133具有一第三密度，該第一改質區134具有一第一改質後密度，該第二改質區135具有一第二改質後密度，該第三改質區136具有一第三改質後密度，該第一改質後密度、該第二改質後密度及該第三改質後密度不等於該第一密度、該第二密度及該第三密度，且該第一上電極設置區131具有一第一彈性係數，該第二上電極設置區132具有一第二彈性係數，該第三上電極設置區133具有一第三彈性係數，該第一改質區134具有一第一改質後彈性係數，該第二改質區135具有一第二改質後彈性係數， 該第三改質區136具有一第三改質後彈性係數，該第一改質後彈性係數、該第二改質後彈性係數及該第三改質後彈性係數不等於該第一彈性係數、該第二彈性係數及該第三彈性係數。此外，該第一上電極設置區131具有一第一剛性係數，該第二上電極設置區132具有一第二剛性係數，該第三上電極設置區133具有一第三剛性係數，該第一改質區134具有一第一改質後剛性係數，該第二改質區135具有一第二改質後剛性係數，該第三改質區136 具有一第三改質後剛性係數，該第一改質後剛性係數、該第二改質後剛性係數及該第三改質後剛性係數不等於該第一剛性係數、該第二剛性係數及該第三剛性係數，該第一上電極設置區131具有一第一聲波傳播速度，該第二上電極設置區132具有一第二聲波傳播速度， 該第三上電極設置區133具有一第三聲波傳播速度，該第一改質區134具有一第一改質後聲波傳播速度，該第二改質區135具有一第二改質後聲波傳播速度，該第三改質區136具有一第三改質後聲波傳播速度，該第一改質後聲波傳播速度、該第二改質後聲波傳播速度及該第三改質後聲波傳播速度不等於該第一聲波傳播速度、該第二聲波傳播速度及該第三聲波傳播速度。接著，請參閱圖4A至圖5B圖，其是本發明的一種體聲波薄膜共振器100的製造方法，首先，請參閱圖4A，其提供一矽基板110，該矽基板110具有一第一表面111、一第二表面 112、一形成在該第一表面111的振動層113及一形成在該第二表面112的蝕刻遮罩層114 ； 接著，請參閱圖4B，其形成一共振腔115在該第二表面112，之後，形成一第一金屬層120在該矽基板110的該振動層113上；接著，請參閱圖4C及5A，其形成一壓電層130在該矽基板110的該振動層113上並覆蓋該第一金屬層120，該壓電層130至少具有一第一上電極設置區131、一第二上電極設置區132、一第三上電極設置區133、一環繞該第一上電極設置區131外側的第一改質區134、一環繞該第二上電極設置區132外側的第二改質區135及一環繞該第三上電極設置區133外側的第三改質區136 ；接著，請參閱圖5B，將該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區136進行改質處理，在本實施例中，該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區136進行改質處理的方法可以為雷射照射法；最後，如圖2所示，形成一第二金屬層140在該壓電層130上，該第二金屬層140包含有一第一上電極141、一第二上電極142及一第三上電極143，該第一上電極141位於該第一上電極設置區131，該第二上電極142位於該第二上電極設置區132，該第三上電極143位於該第三上電極設置區133以形成該體聲波薄膜共振器100。本發明是在該壓電層130的該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區 136進行改質處理，使該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區136的改質後密度、改質後彈性係數、改質後剛性係數及改質後聲波傳播速度不等於該第一上電極設置區131、該第二上電極設置區132及該第三上電極設置區133的密度、彈性係數、剛性係數及聲波傳播速度，因此使得該體聲波薄膜共振器100所產生的機械振動被該壓電層130的該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區136阻隔，因此大部分的振動能量將會被局限於該體聲波薄膜共振器100的垂直結構內，以增加該體聲波薄膜共振器100的信號共振強度，並降低信號幹擾。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種體聲波薄膜共振器，其特徵在於至少包含一矽基板，其具有一第一表面與一第二表面；一第一金屬層，其形成在該矽基板上，該第一金屬層包含有多個下電極；一壓電層，其覆蓋該第一金屬層，該壓電層至少具有一第一上電極設置區、一第二上電極設置區、一第三上電極設置區、一環繞該第一上電極設置區外側的第一改質區、一環繞該第二上電極設置區外側的第二改質區及一環繞該第三上電極設置區外側的第三改質區；以及一第二金屬層，其形成在該壓電層上，該第二金屬層包含有一第一上電極、一第二上電極及一第三上電極，該第一上電極位於該第一上電極設置區，該第二上電極位於該第二上電極設置區，該第三上電極位於該第三上電極設置區。
2.如權利要求1所述的體聲波薄膜共振器，其特徵在於其中該第一上電極設置區具有一第一密度，該第二上電極設置區具有一第二密度，該第三上電極設置區具有一第三密度， 該第一改質區具有一第一改質後密度，該第二改質區具有一第二改質後密度，該第三改質區具有一第三改質後密度，該第一改質後密度、該第二改質後密度及該第三改質後密度不等於該第一密度、該第二密度及該第三密度。
3.如權利要求1所述的體聲波薄膜共振器，其特徵在於其中該第一上電極設置區具有一第一彈性係數，該第二上電極設置區具有一第二彈性係數，該第三上電極設置區具有一第三彈性係數，該第一改質區具有一第一改質後彈性係數，該第二改質區具有一第二改質後彈性係數，該第三改質區具有一第三改質後彈性係數，該第一改質後彈性係數、該第二改質後彈性係數及該第三改質後彈性係數不等於該第一彈性係數、該第二彈性係數及該第三彈性係數。
4.如權利要求1所述的體聲波薄膜共振器，其特徵在於其中該第一上電極設置區具有一第一剛性係數，該第二上電極設置區具有一第二剛性係數，該第三上電極設置區具有一第三剛性係數，該第一改質區具有一第一改質後剛性係數，該第二改質區具有一第二改質後剛性係數，該第三改質區具有一第三改質後剛性係數，該第一改質後剛性係數、該第二改質後剛性係數及該第三改質後剛性係數不等於該第一剛性係數、該第二剛性係數及該第三剛性係數。
5.如權利要求1所述的體聲波薄膜共振器，其特徵在於其中該第一上電極設置區具有一第一聲波傳播速度，該第二上電極設置區具有一第二聲波傳播速度，該第三上電極設置區具有一第三聲波傳播速度，該第一改質區具有一第一改質後聲波傳播速度，該第二改質區具有一第二改質後聲波傳播速度，該第三改質區具有一第三改質後聲波傳播速度，該第一改質後聲波傳播速度、該第二改質後聲波傳播速度及該第三改質後聲波傳播速度不等於該第一聲波傳播速度、該第二聲波傳播速度及該第三聲波傳播速度。
6.一種體聲波薄膜共振器的製造方法，其特徵在於至少包含提供一矽基板，該矽基板具有一第一表面與一第二表面；形成一第一金屬層在該矽基板上，該第一金屬層包含有多個下電極；形成一壓電層在該矽基板上並覆蓋該第一金屬層，該壓電層至少具有一第一上電極設置區、一第二上電極設置區、一第三上電極設置區、一環繞該第一上電極設置區外側的第一改質區、一環繞該第二上電極設置區外側的第二改質區及一環繞該第三上電極設置區外側的第三改質區；將該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區進行改質處理；以及形成一第二金屬層在該壓電層上，該第二金屬層包含有一第一上電極、一第二上電極及一第三上電極，該第一上電極位於該第一上電極設置區，該第二上電極位於該第二上電極設置區，該第三上電極位於該第三上電極設置區。
7.如權利要求6所述的體聲波薄膜共振器的製造方法，其特徵在於其中該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區進行改質處理是以雷射照射方法進行改質。
8.如權利要求6所述的體聲波薄膜共振器的製造方法，其特徵在於該第一上電極設置區具有一第一密度，該第二上電極設置區具有一第二密度，該第三上電極設置區具有一第三密度，該第一改質區具有一第一改質後密度，該第二改質區具有一第二改質後密度，該第三改質區具有一第三改質後密度，該第一改質後密度、該第二改質後密度及該第三改質後密度不等於該第一密度、該第二密度及該第三密度。
9.如權利要求6所述的體聲波薄膜共振器的製造方法，其特徵在於其中該第一上電極設置區具有一第一彈性係數，該第二上電極設置區具有一第二彈性係數，該第三上電極設置區具有一第三彈性係數，該第一改質區具有一第一改質後彈性係數，該第二改質區具有一第二改質後彈性係數，該第三改質區具有一第三改質後彈性係數，該第一改質後彈性係數、該第二改質後彈性係數及該第三改質後彈性係數不等於該第一彈性係數、該第二彈性係數及該第三彈性係數。
10.如權利要求6所述的體聲波薄膜共振器的製造方法，其特徵在於其中該第一上電極設置區具有一第一剛性係數，該第二上電極設置區具有一第二剛性係數，該第三上電極設置區具有一第三剛性係數，該第一改質區具有一第一改質後剛性係數，該第二改質區具有一第二改質後剛性係數，該第三改質區具有一第三改質後剛性係數，該第一改質後剛性係數、該第二改質後剛性係數及該第三改質後剛性係數不等於該第一剛性係數、該第二剛性係數及該第三剛性係數。
全文摘要
本發明是有關於一種體聲波薄膜共振器及其製造方法，其中的體聲波薄膜共振器包含一矽基板、一第一金屬層、一壓電層以及一第二金屬層，該第一金屬層形成在該矽基板上，該第一金屬層包含有多個下電極，該壓電層覆蓋該第一金屬層，該壓電層至少具有一第一上電極設置區、一第二上電極設置區、一第三上電極設置區、一環繞該第一上電極設置區外側的第一改質區、一環繞該第二上電極設置區外側的第二改質區及一環繞該第三上電極設置區外側的第三改質區，第二金屬層形成在壓電層上，第二金屬層包含有一第一上電極、一第二上電極及一第三上電極，第一上電極位於該第一上電極設置區，第二上電極位於該第二上電極設置區，第三上電極位於該第三上電極設置區。
文檔編號H03H3/08GK102347746SQ20101024241
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者周雄, 林瑞欽, 鄭建銓, 陳英忠, 高國升, 魏清梁 申請人:周雄