CN109889174B

CN109889174B - 一种谐振器及其制作方法

Info

Publication number: CN109889174B
Application number: CN201910126149.7A
Authority: CN
Inventors: 唐兆云; 霍宗亮
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: CN109889174A

Abstract

本发明提供了一种谐振器及其制作方法，包括：提供衬底，在衬底上形成至少一个第一凹槽，并在第一凹槽内填充待刻蚀材料；在衬底表面形成压电结构层，压电结构层包括依次位于衬底表面的种子层、下电极、压电层和上电极；对每个压电区四周的压电结构层进行刻蚀形成第二凹槽，每个压电区的压电结构层对应覆盖一个第一凹槽；在第二凹槽内填充待刻蚀材料，并在衬底表面形成与各个压电区的上电极电连接的互连电极；去除待刻蚀材料，在第一凹槽对应的区域形成第一空腔，在第二凹槽对应的区域形成第二空腔。由于每个压电区的压电结构层四周都具有第二空腔，而能量在介质与空气的界面会被反射回来，因此，可以最大程度的减少能量的损失，提升谐振器的Q值。

Description

一种谐振器及其制作方法

技术领域

本发明涉及谐振器技术领域，更具体地说，涉及一种谐振器及其制作方法。

背景技术

随着通讯频段的演进，其所需求的频率越来越高。在高频率的需求下，其谐振器需要提供更好的Q值才能减少滤波器的损耗，得到一具更高质量的滤波响应。但是，现有的谐振器的Q值仍较低，不能满足越来越高的频率需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种谐振器及其制作方法，以提高谐振器的Q值。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种谐振器的制作方法，包括：

提供衬底，在所述衬底上形成至少一个第一凹槽，并在所述第一凹槽内填充待刻蚀材料；

在所述衬底表面形成压电结构层，所述压电结构层包括依次位于所述衬底表面的种子层、下电极、压电层和上电极；

对每个压电区四周的压电结构层进行刻蚀形成第二凹槽，每个所述压电区的压电结构层对应覆盖一个所述第一凹槽；

在所述第二凹槽内填充待刻蚀材料，并在所述衬底表面形成与各个压电区的上电极电连接的互连电极；

去除所述待刻蚀材料，在所述第一凹槽对应的区域形成第一空腔，在所述第二凹槽对应的区域形成第二空腔。

可选地，在对每个压电区四周的压电结构层进行刻蚀形成第二凹槽之后，还包括：

在所述衬底表面形成保护层；

在所述第二凹槽内填充待刻蚀材料之后，还包括：

去除所述压电结构层顶面的保护层。

可选地，当所述衬底上具有多个第一凹槽时，对每个压电区四周的压电结构层进行刻蚀形成第二凹槽包括：

对相邻的两个压电区之间的压电结构层进行刻蚀。

一种谐振器，包括衬底、位于所述衬底表面的压电结构层以及位于所述压电结构层顶面的互连电极；

所述衬底具有至少一个第一空腔；

所述压电结构层包括依次位于所述衬底表面的种子层、下电极、压电层和上电极，所述压电结构层位于所述衬底上的压电区，每个所述压电区的压电结构层对应覆盖一个所述第一空腔，且每个所述压电区的压电结构层四周具有第二空腔。

可选地，每个所述压电区的压电结构层的侧壁上还具有保护层。

可选地，所述压电区为方形区域或圆形区域。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的谐振器及其制作方法，衬底具有至少一个压电区，由于每个压电区的压电结构层四周都具有第二空腔，而能量在介质与空气的界面会被反射回来，因此，可以最大程度的减少能量的损失，提升谐振器的Q值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的谐振器的制作方法的流程图；

图2～图12为本发明实施例提供的谐振器的制作方法的结构流程图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的谐振器的Q值仍较低，发明人研究发现，造成这种问题的原因主要是，由于该谐振器的周围不是空腔，因此，能量很容易被传递出去，造成能量的损失，导致谐振器的Q值较低。

基于此，本发明提供了一种谐振器的制作方法，以克服现有技术存在的上述问题，包括：

本发明还提供了一种谐振器，包括衬底、位于所述衬底表面的压电结构层以及位于所述压电结构层顶面的互连电极；

所述衬底具有至少一个第一空腔；

本发明所提供的谐振器及其制作方法，由于每个压电区的压电结构层四周都具有第二空腔，而能量在介质与空气的界面会被反射回来，因此，可以最大程度的减少能量的损失，提升谐振器的Q值。

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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。

本发明实施例提供了一种谐振器的制作方法，如图1所示，包括：

S101：提供衬底，在衬底上形成至少一个第一凹槽，并在第一凹槽内填充待刻蚀材料；

S102：在衬底表面形成压电结构层，压电结构层包括依次位于衬底表面的种子层、下电极、压电层和上电极；

S103：对每个压电区四周的压电结构层进行刻蚀形成第二凹槽，每个压电区的压电结构层对应覆盖一个第一凹槽；

S104：在第二凹槽内填充待刻蚀材料，并在衬底表面形成与各个压电区的上电极电连接的互连电极；

S105：去除待刻蚀材料，在第一凹槽对应的区域形成第一空腔，在第二凹槽对应的区域形成第二空腔。

可选地，在对每个压电区四周的压电结构层进行刻蚀形成第二凹槽之后，还包括：在衬底表面形成保护层；在第二凹槽内填充待刻蚀材料之后，还包括：去除压电结构层顶面的保护层。

下面结合结构图对谐振器的制作流程进行说明。

如图2所示，首先提供衬底30，该衬底30为硅衬底等半导体衬底，然后，采用光刻等工艺在衬底30上形成至少一个第一凹槽31，本发明实施例中仅以两个第一凹槽31为例进行说明，但是，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，可以根据实际需要形成一个或多个第一凹槽31。之后，在第一凹槽31内填充待刻蚀材料，以使衬底30的表面为平整的表面。可选地，待刻蚀材料为二氧化硅。可选地，如图3所示，图3为图2的俯视图，第一凹槽31为方形凹槽，当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，第一凹槽31还可以为圆形凹槽等。

之后，如图4所示，在衬底30表面形成压电结构层4，该压电结构层4包括依次形成于衬底30表面的种子层40、下电极41、压电层42和上电极43。可选地，种子层40和压电层42的材料相同，进一步可选地，种子层40和压电层42的材料都为AlN。可选地，下电极41和上电极43的材料相同，都为Mo或Au等金属材料。

之后，如图5所示，对每个压电区5四周的压电结构层4进行刻蚀形成第二凹槽50，每个压电区5的压电结构层对应覆盖一个第一凹槽31。其中，当所述衬底30上具有多个第一凹槽31时，对每个压电区5四周的压电结构层进行刻蚀形成第二凹槽50包括：对相邻的两个压电区5之间的压电结构层进行刻蚀，形成图5所示的凹槽。可选地，如图6所示，图6为图5的俯视图，压电区5为方形区域，当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，压电区5还可以是圆形区域等。

需要说明的是，本发明实施例中采用的是湿法刻蚀工艺刻蚀形成的凹槽，由于刻蚀溶液不具有方向性，因此，刻蚀溶液在向下刻蚀形成凹槽的同时，也会向两侧刻蚀，同时顶部刻蚀的时间会比底部长，从而使得凹槽的侧壁都是倾斜的。当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，也可以采用干法刻蚀工艺形成凹槽。

之后，如图7所示，在衬底30表面形成保护层6，该保护层6覆盖压电结构层4顶面、侧面以及第二凹槽50的底面。可选地，该保护层6为氮化硅，以避免压电结构层4被空气中的水蒸气等腐蚀。之后，在第二凹槽50内填充待刻蚀材料，如图8所示，图8为图7的俯视图，该待刻蚀材料位于第二凹槽50内且位于第二凹槽50内的保护层6的表面。可选地，该待刻蚀材料为二氧化硅。

然后，如图9和10所示，图10为图9的俯视图，对衬底30表面进行平坦化处理，并去除压电结构层4顶面的保护层6。之后，如图11所示，在所述衬底30表面形成与各个压电区5的上电极43电连接的互连电极7，该互连电极7用于向各个压电区5的上电极43提供驱动电压。可选地，该互连电极7的材料与上电极43的材料相同。

需要说明的是，本发明实施例中的谐振器还包括向互连电极7以及下电极41提供电压的电路结构和器件等，在此不再赘述。

最后，如图12所示，去除待刻蚀材料，在第一凹槽31对应的区域形成第一空腔32，在第二凹槽50对应的区域形成第二空腔51。

由于每个压电区的压电结构层四周都具有第二空腔51，而能量在介质与空气的界面会被反射回来，因此，可以最大程度的减少能量的损失，提升谐振器的Q值。

本发明实施例还提供了一种谐振器，如图12所示，包括衬底30、位于衬底30表面的压电结构层4以及位于压电结构层4顶面的互连电极7；

衬底30具有至少一个第一空腔32；

压电结构层4包括依次位于衬底30表面的种子层40、下电极41、压电层42和上电极43，压电结构层4位于衬底30上的压电区5，每个压电区5的压电结构层对应覆盖一个第一空腔32，且每个压电区5的压电结构层四周具有第二空腔51。

可选地，如图12所示，每个压电区5的压电结构层4的侧壁上还具有保护层6，以保护压电结构层4不会空气中的水蒸气等腐蚀。

可选地，第一空腔32为方形区域或圆形区域，压电区5为方形区域或圆形区域。

由于每个压电区的压电结构层四周都具有第二空腔，而能量在介质与空气的界面会被反射回来，因此，可以最大程度的减少能量的损失，提升谐振器的Q值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种谐振器的制作方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对每个压电区四周的压电结构层进行刻蚀形成第二凹槽之后，还包括：

在所述衬底表面形成保护层；

在所述第二凹槽内填充待刻蚀材料之后，还包括：

去除所述压电结构层顶面的保护层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述衬底上具有多个第一凹槽时，对每个压电区四周的压电结构层进行刻蚀形成第二凹槽包括：

对相邻的两个压电区之间的压电结构层进行刻蚀。

4.一种谐振器，其特征在于，包括衬底、位于所述衬底表面的压电结构层以及位于所述压电结构层顶面的互连电极；

所述衬底具有至少一个第一空腔；

所述压电结构层包括依次位于所述衬底表面的种子层、下电极、压电层和上电极，所述压电结构层位于所述衬底上的压电区，每个所述压电区的压电结构层对应覆盖一个所述第一空腔，且每个所述压电区的压电结构层四周具有第二空腔；

所述互连电极与各个所述压电区的上电极电连接，且覆盖所述第二空腔。

5.根据权利要求4所述的谐振器，其特征在于，每个所述压电区的压电结构层的侧壁上还具有保护层。

6.根据权利要求4所述的谐振器，其特征在于，所述压电区为方形区域或圆形区域。