改善声表面波滤波器膜层界面结合强度的方法
阅读说明：本技术 改善声表面波滤波器膜层界面结合强度的方法 (Method for improving interface bonding strength of surface acoustic wave filter film layer ) 是由 翁志坤 许欣 宋晓辉 于 2020-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了改善声表面波滤波器膜层界面结合强度的方法。具体而言,本发明描述了一种用于改善声表面波滤波器膜层界面结合强度的方法,所述方法包括：在压电材料基板表面进行激光微孔化处理,以在所述压电材料基板表面形成一系列盲孔；以及在经激光微孔化处理的压电材料基板表面镀金属电极。(The invention discloses a method for improving the interface bonding strength of a surface acoustic wave filter film layer. Specifically, the invention describes a method for improving the interface bonding strength of a surface acoustic wave filter membrane layer, which comprises the following steps: performing laser micro-hole treatment on the surface of a piezoelectric material substrate to form a series of blind holes on the surface of the piezoelectric material substrate; and plating metal electrodes on the surface of the piezoelectric material substrate subjected to laser micro-hole treatment.)
技术领域
本发明所记载的技术方案可用于手机、基站等无线通讯设备的滤波器制备，进一步地，可以用于手机、无线基站等射频收发前端的独立、集成模块等方面的应用。具体而言，本发明涉及改善声表面波滤波器膜层界面结合强度的方法。
背景技术
声表面波滤波器(SAW)、体声波滤波器(BAW)以及薄膜体声波滤波器(FBAR)是当前滤波器领域的三大主流技术。其中，针对低频段与中频段，以使用SAW滤波器为主，并且人们对SAW滤波器功率耐久性的要求越来越高。
制作SAW滤波器的叉指换能器(IDT)电极的通常技术方案为：在LiNbO3或LiTaO3晶圆表面蒸镀一层Ti金属膜作为打底层，在Ti金属膜上再镀上一层Cu或Al金属膜，可以得到具有一定电阻率的金属电极。然而，对于应用于数十GHZ声表面波的SAW滤波器的IDT电极而言，在高频声波的交变重复应力作用下，可能会引起应力导致的IDT电极薄膜脱落。尤其对于诸如压电材料基板与IDT电极的金属打底层(诸如，Ti金属膜)之间的非金属与金属膜层界面，更容易出现界面结合强度不足而导致薄膜脱落，进而导致电极失效。因此，相较于传统IDT电极，需要改善膜层界面结合强度。
现有的、改善膜层界面结合强度的技术方案通常在压电材料基板上形成接合层(在压电材料基板于支撑基板之间)，从而使压电材料基板与支撑基板形成接合体，由此来增强膜层界面结合强度。例如，通过中性束照射接合层和支撑基板的表面，将接合层和支撑基板的表面活化，从而对结合界面进行粗糙化处理，增加接合层与压电基板之间、以及接合层与支撑基板之间的结合强度，形成压电材料基板与电极的接合体。然而，这种方法获得的膜层界面结合强度提高有限；需要在压电基材上制作一层特殊的接合层，制造工序繁琐；另外，增加的非金属层对整个电极的导电性也会产生不利的影响。
此外，类似地，在温度补偿型声表面波滤波器(TC-SAW)的制作中，还需在金属电极的表层金属膜(诸如Cu或Al金属膜)表面镀上一层SiO2温度补偿层，以形成具有一定温度补偿特性的IDT电极结构。因此，在高频声波情况下也可能出现非金属的SiO2温度补偿层与金属电极表层金属膜之间的界面(如上文所述的非金属与金属膜层界面)结合强度不足而导致薄膜脱落的问题。
发明内容
本发明提供一种用于改善声表面波滤波器膜层界面结合强度的方法，所述方法包括：在压电材料基板表面进行激光微孔化处理，以在所述压电材料基板表面形成一系列盲孔；以及在经激光微孔化处理的压电材料基板表面镀金属电极。进一步地，在所述压电材料基板表面形成的一系列盲孔的深度和孔径基于所述金属电极的打底层金属膜的厚度来确定。
另一方面，本发明所述的方法进一步包括：在所述金属电极的表层金属膜表面进行所述激光微孔化处理，以在所述表层金属膜表面形成一系列盲孔；以及在经激光微孔化处理的表层金属膜表面镀温度补偿层。进一步地，在所述表层金属膜表面形成的一系列盲孔的深度和孔径基于所述温度补偿层的厚度来确定。
作为示例，所形成的一系列盲孔为纺锤形。作为示例，所形成的一系列盲孔的深度在100～200nm的范围内。作为示例，所形成的一系列盲孔的孔间距在300～500nm的范围内。作为示例，进行所述激光微孔化处理采用的激光器波长为193nm，激光脉宽为10-12s，激光单脉冲能量为0.1～0.5J/cm2。
本发明通过对压电材料基板表面进行激光微孔化处理，在压电材料基板表面形成一系列盲孔，从而使得后续镀金属膜时该金属膜能够有效地钉扎在压电材料基板表面。因此，本发明能够在保证SAW中IDT电极结构成分不变的情况下，保持压电材料基板与金属电极之间良好的界面强度和高功率耐久性。
另外，对于TC-SAW中IDT电极表层金属薄膜与SiO2温度补偿层之间的膜层界面，类似地对表层金属膜表面进行激光微孔化处理，在该表层金属膜表面形成一系列盲孔，从而使得后续镀SiO2膜时该SiO2膜能够有效地钉扎在表层金属薄膜表面。由此，本发明还能够在保证TC-SAW滤波器中金属电极与温度补偿层之间良好的界面强度和高功率耐久性。
附图说明
为了提供对本发明及本发明的特征和优点的更完整的理解，结合所附附图进行下列描述，其中，相同或相应的附图标记表示相同或相应的部分，其中：
图1图示出根据本发明的实施例的用于增强SAW滤波器膜层界面结合强度的过程；
图2图示出根据本发明的实施例的用于增强SAW滤波器膜层界面结合强度的另一过程；
图3图示出根据本发明的实施例的激光微孔化处理的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于改善SAW滤波器膜层界面结合强度的方法。具体而言，本文中所描述的技术方案能够增强SAW滤波器压电材料基板与金属电极之间、以及金属电极与SiO2温度补偿层之间膜层界面的结合强度。
现在参考图1，图1示意性地图示出根据本发明的实施例的用于增强SAW滤波器压电材料基板与金属电极之间的膜层界面结合强度的过程。如图1所示，该过程具体包括：在压电材料基板102表面进行激光微孔化处理，使该压电材料基板表面形成一系列均匀分布的、具有一定形态的、密集的盲孔104，即步骤A1；随后，在经激光微孔化处理的压电材料基板表面镀金属电极，具体地：将金属膜106(例如，Ti金属膜)作为打底层嵌在经激光微孔化处理的压电材料基板表面，即步骤A2，而后，在打底层金属膜106上镀Cu或Al金属膜108，即步骤A3，从而得到具有一定电阻率的金属电极。进一步地，为了使得镀金属电极时打底层金属膜106能够有效地钉扎在压电材料基板102的表面，可以根据所镀打底层金属膜106的厚度，确定在压电材料基板102的表面所形成的一系列盲孔104的深度、孔间距及孔径；根据实际对打底层金属膜106的钉扎效果来选择所形成的一系列盲孔104的形态。作为非限制性实施例，可以将所形成的一系列盲孔104设计成开口直径小于中间腰部直径的特殊形态的盲孔，例如优选地，将其设计为纺锤形的盲孔。作为非限制性实施例，可以将所形成的一系列盲孔104的深度设计成在100～200nm的范围内，将孔间距设计成在300～500nm的范围内。
对于TC-SAW滤波器，当在压电材料基板表面镀完金属电极后，即图1中的步骤A3完成后，还需要在表层金属膜108(诸如，Cu或Al膜)的表面镀SiO2温度补偿层。针对表层金属薄膜与SiO2温度补偿层之间的膜层界面，类似地对表层金属膜表面进行激光微孔化处理，在该表层金属膜表面形成一系列盲孔。具体地，转向图2，示出根据本发明的实施例的用于增强金属电极与温度补偿层之间的膜层界面结合强度的另一过程。如图2所示，该过程具体包括：在金属电极表层金属膜108表面进行激光微孔化处理，使该表层金属膜表面形成一系列均匀分布的、具有一定形态的、密集的盲孔204，即步骤B1；随后，将SiO2膜206嵌在经激光微孔化处理的表层金属膜表面，即步骤B2。类似地，进一步地，为了使得镀SiO2温度补偿层时SiO2膜206能够有效地钉扎在金属电极的表层金属膜108的表面，可以根据所镀SiO2膜206的厚度，确定在表层金属膜108的表面所形成的一系列盲孔204的深度、间距及孔径；根据实际对SiO2膜206的钉扎效果来选择所形成的一系列盲孔204的形态。作为非限制性实施例，可以将所形成的一系列盲孔104设计成开口直径小于中间腰部直径的特殊形态的盲孔，例如优选地，将其设计成纺锤形的盲孔。作为非限制性实施例，可以将所形成的一系列盲孔204的深度设计成在100～200nm的范围内，将孔间距设计成在300～500nm的范围内。
现在转向图3，图示出根据本发明的实施例的对SAW滤波器膜层表面进行激光微孔化处理的示意图。如图3所示，例如利用一种带振镜的紫外准分子皮秒激光器发射激光束302照射SAW滤波器膜层304的表面(即，例如图1中的压电材料基板102的表面或图2中的金属电极表层金属膜108的表面)。在激光光斑与膜层304的表面作用的过程中，膜层304表面的材料熔化(如图3中306所示)并继而蒸发(如图3中308所示)，由此形成的材料蒸气在膜层304的表面引起作用于未蒸发的熔化材料上的表面压力(如图3中310所示)，这一反冲压力能够将熔化的材料排出(如图3中312所示)。当熔化材料被移除后，所形成的盲孔底部的未熔化的材料继续与激光发生相互作用。以此类推，从而使得盲孔深度不断增加。由此，通过控制激光微孔化处理所采用的激光打孔的功率、频率、单激光脉冲能量、打孔作用时间等参数，可以控制所形成的一系列盲孔的深度、孔径、孔间距、及形态等。作为非限制性实施例，进行激光微孔化处理所采用的激光器波长为193nm，脉宽10-12s，单脉冲能量0.1～0.5J/cm2。
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