CN110166015A - 一种可转移的声波器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可转移的声波器件,该声波器件包括:衬底;底电极,底电极设置在衬底上方,以及底电极具有第一延伸部,第一延伸部与衬底彼此接触并连接;压电层,压电层部分设置在底电极上方;顶电极,顶电极部分设置在压电层上方,以及顶电极具有第二延伸部,第二延伸部与衬底彼此接触并连接。本发明通过底电极的第一延伸部和顶电极的第二延伸部分别与衬底彼此接触并连接,从而通过这种改变声波器件的设计方式来满足不同转移需求的连接力,进而避免了因为连接力太小或太大而导致的转移失败的情况。

Description

一种可转移的声波器件
技术领域
本发明涉及谐振器领域,具体来说,涉及一种可转移的声波器件。
背景技术
薄膜体声波谐振器(或薄膜压电体声波谐振器)的特征是谐振器主体部分具有三明治结构,如图1所示,从上至下依次为顶电极T、压电层P和底电极B,上述三层结构的成膜一般通过溅射工艺从下至上分别获得的。此外,还通常将顶电极T、压电层P和底电极B这三层材料在厚度方向上的重叠的区域定义为谐振器的有效区域。同时,当在电极之间施加一定频率的交变电压信号时,由于压电材料所具有的逆压电效应,从而在有效区域内的上下电极之间会产生垂直方向传播的声波,声波在顶电极T与空气的交界面和底电极B下的声反射结构之间来回反射并在一定频率下产生谐振。
近年来,体声波器件应用领域越来越广泛,薄膜体声波谐振器便是其中代表之一。
此外,在通讯应用领域,凭借小体积、轻质量、宽频带、低插入损耗、陡滚降和高品质因子等优势,利用压电薄膜在厚度方向的纵向谐振所制成的薄膜体声波谐振器已经成为声表面波器件和石英晶体谐振器的一个可行替代。另一方面,就通信系统其它部分而言,随着特征尺寸的减小,传统硅基材料难以继续胜任更高性能的设计要求,取而代之的是以III-V族元素、碳纳米管等为代表的新材料,但这些材料的制造工艺多不与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)工艺兼容。为了提高通信系统整体的集成度和压缩尺寸,需要对基于不同工艺的系统部分分别进行制造并集成在一起以延续摩尔定律,这种集成过程称为异质集成(HI)。例如,以一个包含了薄膜体声波谐振器的通信系统为例,一种常规的异质集成方法是:先用CMOS工艺在晶圆载体上制造出谐振器,再利用转移方法将谐振器从晶圆上分离并最终集成在系统上。
另外,在传感应用领域,薄膜体声波谐振器的谐振频率对某些物理量的微小变化敏感,以此为机理可用于各类传感设备的设计制造。与此同时,柔性传感设备正成为研究热潮,已相继出现了柔性OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)和太阳能电池等,例如,图2是一种柔性传感器的示例,其与传统传感设备相比,柔性传感器具有易于贴附、可重复弯曲、拉伸、扭转等特点,若将敏感器件与柔性衬底结合,可得到质量轻、体积小的便携设备。然而,以上面临的一个问题是直接在柔性衬底上制造敏感元件往往不可行,这是因为二者在工艺环境要求上具有差异性,因此,为解决这个问题,需要先将敏感器件独立制造,然后转移到柔性衬底上。
综上,上述问题主要在于构成元素之间制造工艺不兼容,导致各构成元素需要独立制造,然后通过转移方法相互结合。因此,在满足基本设计性能需求的前提下,迫切需要一种可转移结构。
针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题,本发明提出一种可转移的声波器件,其通过改变声波器件的设计可以获得满足不同转移需求的连接力,避免因为连接力太小或太大而导致的转移失败的情况。
本发明的技术方案是这样实现的:
根据本发明的一个方面,提供了一种可转移的声波器件。
该可转移的声波器件包括:衬底;底电极,底电极设置在衬底上方,以及底电极具有第一延伸部,第一延伸部与衬底彼此接触并连接;压电层,压电层部分设置在底电极上方;顶电极,顶电极部分设置在压电层上方,以及顶电极具有第二延伸部,第二延伸部与衬底彼此接触并连接。
根据本发明的一个实施例,声波器件还包括:锚点区,锚点区设置在衬底的表面上方,以及锚点区设置在衬底和底电极之间。
根据本发明的一个实施例,声波器件还包括:压电层具有第三延伸部,锚点区还设置在衬底和第三延伸部之间。
根据本发明的一个实施例,锚点区还设置在衬底和第二延伸部之间。
根据本发明的一个实施例,第一延伸部包括:第一延伸部与衬底相接触的第一接触面、和与第一接触面相连接的第一侧壁、和部分设置在第一接触面上或全部设置在第一侧壁上的第一镂空结构。
根据本发明的一个实施例,第二延伸部包括:第二延伸部与衬底相接触的第二接触面、和与第二接触面相连接的第二侧壁、和部分设置在第二接触面上或全部设置在第二侧壁上的第二镂空结构。
根据本发明的一个实施例,第一镂空结构的图形和第二镂空结构的图形均为封闭图形。
根据本发明的一个实施例,第一镂空结构的图形和第二镂空结构的图形不同。
根据本发明的一个实施例,第一镂空结构的图形和第二镂空结构的图形均呈爪状。
根据本发明的一个实施例,声波器件具有中轴线,以及第一镂空结构和第二镂空结构关于中轴线非对称设置。
根据本发明的一个实施例,顶电极的材料包括金、钨、钼、铂、钌、铱、钛钨、铝、钛、或其合金。
根据本发明的一个实施例,底电极的材料包括金、钨、钼、铂、钌、铱、钛钨、铝、钛、或其合金。
根据本发明的一个实施例,压电层的材料包括氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、或钽酸锂。
根据本发明的一个实施例,声波器件至少包括:薄膜体声波谐振器、压电微机械超声换能器、MEMS麦克风。
根据本发明的另一方面,提供了一种可转移的声波器件。
该可转移的声波器件包括:衬底;底电极,底电极设置在衬底上方;压电层,压电层部分设置在底电极上方;顶电极,顶电极部分设置在压电层上方;以及在衬底的表面上设有至少两个锚点区,并且每相邻的两个锚点区之间形成支撑结构。
根据本发明的一个实施例,压电层还包括:第一延伸部,至少一个锚点区设置在衬底和第一延伸部之间。
根据本发明的一个实施例,顶电极还包括:第二延伸部,至少一个锚点区在衬底和第二延伸部之间。
根据本发明的一个实施例,顶电极的材料包括金、钨、钼、铂、钌、铱、钛钨、铝、钛、或其合金。
根据本发明的一个实施例,底电极的材料包括金、钨、钼、铂、钌、铱、钛钨、铝、钛、或其合金。
根据本发明的一个实施例,压电层的材料包括氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、或钽酸锂。
根据本发明的一个实施例,声波器件至少包括:薄膜体声波谐振器、压电微机械超声换能器、MEMS麦克风。
本发明的有益技术效果在于:
本发明通过底电极的第一延伸部和顶电极的第二延伸部分别与衬底彼此接触并连接,或通过在衬底的表面上设有至少两个锚点区,并且每相邻的两个锚点区之间形成支撑结构,从而通过以上者两种改变声波器件的设计方式来满足不同转移需求的连接力,进而避免了因为连接力太小或太大而导致的转移失败的情况。
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一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的薄膜体声波谐振器的侧视图;
图2是现有技术中的柔性传感器的示意图;
图3A和图3B分别是本发明的第一实施例的薄膜体声波谐振器的俯视图和沿着A-A方向切割后的侧视图;
图4是本发明的第二实施例的薄膜体声波谐振器的俯视图;
图5是本发明的第三实施例的薄膜体声波谐振器的俯视图;
图6是本发明的第四实施例的薄膜体声波谐振器的俯视图。
具体实施方式
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所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
首先,本领域的技术人员应当理解,本发明中虽然显然了“第一”、“第二”等,其仅是为了描述方便。其次,本领域的技术人员还应当理解,本发明的技术方案适用于所有的声波器件,该声波器件至少包括:薄膜体声波谐振器、PMUT(Piezoelectric MicromachinedUltrasonic Transducers,压电微机械超声换能器)、MEMS Microphone(MEMS麦克风)。
根据本发明的实施例,提供了一种可转移的声波器件。同时,为了便于理解,下面通过图3A至图5所示的薄膜体声波谐振器来对本发明的技术方案进行描述。此外,本领域的技术人员应当理解,下面适用于薄膜体声波谐振器的方案同样适用于其他的声波器件。
如图3A和图3B所示,根据本发明实施例的可转移的薄膜体声波谐振器包括:衬底;底电极B,底电极B设置在衬底上方,以及底电极B具有第一延伸部,第一延伸部与衬底彼此接触并连接;压电层P,压电层P部分设置在底电极B上方;顶电极T,顶电极T部分设置在压电层P上方,以及顶电极T具有第二延伸部,第二延伸部与衬底彼此接触并连接。
在该实施例中,如图3A和图3B所示,该可转移的薄膜体声波谐振器包括:衬底、牺牲层S、底电极B、压电层P以及顶电极T,其中,衬底可根据实际需求进行选择,例如,根据本发明的一个实施例,该衬底可为晶圆W,此外,下面为了描述方便,下面以晶圆W作为衬底进行描述。
此外,在可转移的薄膜体声波谐振器中,晶圆W设置在最下方,并且在晶圆W的上方设置有牺牲层S,该牺牲层S用于在制造过程中形成台阶,使锚点附近连接变得脆弱以便于转移时引导锚点断裂,同时,牺牲层S在制造工艺流程的最后阶段会被去除,从而形成了露出晶圆表面并用于锚点连接的锚点区。同时,该薄膜体声波谐振器还包括:部分设置在牺牲层S上方的底电极B,该底电极B包括:设置在牺牲层S上方的顶面以及第一侧壁和与第一侧壁连接的底面,同时,由于底面和晶圆W彼此接触并连接,因此,将底电极B的底面也可看作为第一接触面,并且该第一侧壁和第一接触面共同构成底电极B的第一延伸部,从而该薄膜体声波谐振器通过底电极B的第一延伸部与晶圆W连接。同时,该薄膜体声波谐振器还包括:部分设置在底电极B上方的压电层P,该压电层P包括:设置在底电极B上方的顶面和侧壁,该侧壁可看作该压电层P的第三延伸部,以及部分设置在压电层P上方的顶电极T,该顶电极T包括:设置在压电层P上方的顶面以及两个侧壁(包括第二侧壁)和分别与一侧壁连接的中间面和底面,同时,由于底面和晶圆W彼此接触并连接,因此,将顶电极T的底面也可看作为第二接触面,并且该顶电极T的两个侧壁、中间面、和第一接触面共同构成顶电极T的第二延伸部,从而该薄膜体声波谐振器通过顶电极T的第二延伸部与晶圆W连接。
另外,在该薄膜体声波谐振器中,顶电极T、压电层P和底电极B三层材料在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域,另外,牺牲层S可在后续工艺中去除,即通过去除该牺牲层S形成锚点区,并且该锚点区设置在晶圆W和底电极B之间,并且锚点区还设置在晶圆W和第三延伸部之间,以及锚点区还设置在晶圆W和第二延伸部之间,继而形成薄膜体声波谐振器主体悬空且通过底电极B的第一延伸部和顶电极T的第二延伸部与晶圆W连接的结构。此外,还可将薄膜体声波谐振器的底电极B的第一延伸部和顶电极T的第二延伸部分别看作锚点,从而该薄膜体声波谐振器可通过牺牲层S定义锚点的位置从而形成薄膜带连接,锚点位置不限于图3A和图3B所示的薄膜体声波谐振器的两端。另外,锚点处的牺牲层S在溅射薄膜带前被刻蚀,晶圆W表面露出并用于建立锚点,牺牲层S其它部分在后续工艺中被刻蚀。从而,该薄膜体声波谐振器具有的优势是由牺牲层S边缘形成的台阶高度差有利于转移操作时形成断裂处,这是因为台阶使得溅射所成薄膜在该处连接变得脆弱。此外,虽然本实施示出了薄膜连接带通过底电极B的第一延伸部和顶电极T的第二延伸部构成,其还可通过独立的支撑薄层来构成。同时,虽然在本实施例中,其具体限定为薄膜体声波谐振器,但是,本领域的技术人员应当理解,其还可以用于其它类型的可转移器件,不局限于薄膜压电体声波谐振器,例如,根据本发明的一个实施例,本发明的技术方案还适用于压电微机械超声换能器,本发明对此不作限定。
此外,顶电极T和底电极B可以由金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt),钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)、或以上材料的合金等类似金属形成,同时,顶电极T和底电极B的材料一般相同,但也可以不同。另外,压电层P可以为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等材料,但不局限于以上材料。
借助于本发明的上述技术方案,通过底电极的第一延伸部和顶电极的第二延伸部分别与衬底彼此接触并连接,从而通过以上者两种改变薄膜体声波谐振器的设计方式来满足不同转移需求的连接力,进而避免了因为连接力太小或太大而导致的转移失败的情况。
根据本发明的一个实施例,第一延伸部包括:第一延伸部与衬底相接触的第一接触面、和与第一接触面相连接的第一侧壁、和部分设置在第一接触面上,即该第一镂空结构不完全位于第一接触面上,而是在非接触区域也有,其中,该非接触区域是指不与该衬底进行接触的区域。此外,本领域的人员应当理解,其可根据实际需求设置第一镂空结构的的位置,其满足通过第一镂空结构改变转移时连接力的条件即可。此外,还可将第一镂空结构全部设置在第一侧壁上。
根据本发明的一个实施例,第二延伸部包括:第二延伸部与衬底相接触的第二接触面、和与第二接触面相连接的第二侧壁、和部分设置在第二接触面上,即该第二镂空结构不完全位于第二接触面上,而是在非接触区域也有,其中,该非接触区域是指不与该衬底进行接触的区域。此外,本领域的人员应当理解,其可根据实际需求设置第二镂空结构的的位置,其满足通过第二镂空结构改变转移时连接力的条件即可。此外,还可将第二镂空结构全部设置在第二侧壁上。
根据本发明的一个实施例,第一镂空结构的图形和第二镂空结构的图形均为封闭图形。
在该实施例中,如图4所示,该薄膜体声波谐振器包括:晶圆W、牺牲层S、底电极B、压电层P以及顶电极T。其中,顶电极T、压电层P和底电极B三层材料在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域,牺牲层S可在后续工艺中去除,继而形成薄膜体声波谐振器主体悬空且通过底电极B的第一延伸部和顶电极T的第二延伸部与晶圆W连接的结构。此外,还可将薄膜体声波谐振器的底电极B的第一延伸部和顶电极T的第二延伸部分别看作锚点该薄膜体声波谐振器通过牺牲层S定义锚点位置从而形成薄膜带连接,锚点位置不限于图4所示谐振器的两端。锚点处的牺牲层S在溅射薄膜带前被刻蚀,晶圆W表面露出并用于建立锚点,牺牲层S其它部分在后续工艺中被刻蚀。该锚点结构特征为连接处带有镂空图案,沿截面可以看到镂空图案与连接薄膜带交替出现。此外,由于该薄膜体声波谐振器的结构与图3A所示的第一实施例的薄膜体声波谐振器的结构类似,在此不再详细描述其具体结构。
另外,继续参见图4,该薄膜体声波谐振器的第一延伸部和第二延伸部上均设有圆形的镂空图形,并且圆形的镂空图形不完全位于第一接触面和第二接触面上,上面这种镂空图形的设置方式使得薄膜体声波谐振器与晶圆W之间的连接力大小变得可控,连接力可控的优势是锚结构对不同转移方法的适应性强。另一方面,镂空图形的出现使得较窄薄膜连接带处变得更加脆弱,转移脱落时更容易断裂分离,因而可以引导断裂时的方向,避免转移过程中可能出现的断裂方向不确定引起的谐振器结构损坏。
此外,在实现对薄膜体声波谐振器与晶圆W之间的连接力大小的控制可以通过以下方法,但不限于以下方法。该控制方式可为具体地:一种方法是通过改变镂空图形的总长度占中心线总长度的比例进行调控,具体实施内容是改变每个镂空单元所占长度或镂空单元的分布密度,例如,在图4的基础上,可通过调整每个圆形的直径来控制,从而这种调控的结果是薄膜体声波谐振器与晶圆W之间的连接力被直接改变;另一种方法是在镂空段总长度占中心线总长度的比例不变的情况下缩短或增长中心线总长度。
另外,虽然图4示出了镂空图形沿中心线分布是周期设置的,但其设置方式还可根据实际需求进行选择,例如,将镂空图形沿中心线分布设置成非周期。
此外,虽然图4示出了镂空图形为圆形,但其可根据实际需求进行设置,例如,根据本发明的一个实施例,该镂空图形可以是圆形,也可以是椭圆或菱形,本发明对此不做限定。
另外,顶电极T和底电极B可以由金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt),钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)、或以上材料的合金等类似金属形成,同时,顶电极T和底电极B的材料一般相同,但也可以不同。另外,压电层P可以为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等材料,但不局限于以上材料。
根据本发明的一个实施例,第一镂空结构的图形和第二镂空结构的图形均呈爪状。
在该实施例中,如图5所示,该薄膜体声波谐振器包括:晶圆W、牺牲层S、底电极B、压电层P以及顶电极T。其中,顶电极T、压电层P和底电极B三层材料在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域,牺牲层S可在后续工艺中去除,继而形成薄膜体声波谐振器主体悬空且通过底电极B的第一延伸部和顶电极T的第二延伸部与晶圆W连接的结构。此外,还可将薄膜体声波谐振器的底电极B的第一延伸部和顶电极T的第二延伸部分别看作锚点该薄膜体声波谐振器通过牺牲层S定义锚点位置从而形成薄膜带连接,锚点位置不限于图5所示谐振器的两端。同时,锚点处的牺牲层S在溅射薄膜带前被刻蚀,晶圆W表面露出并用于建立锚点,牺牲层S其它部分在后续工艺中被刻蚀。锚点处的牺牲层S在溅射薄膜带前被刻蚀,晶圆W表面露出并用于建立锚点,牺牲层S其它部分在最后工艺阶段被刻蚀。此外,由于该薄膜体声波谐振器的结构与图3A所示的第一实施例的薄膜体声波谐振器的结构类似,在此不再详细描述其具体结构。
此外,继续参见图5,该薄膜体声波谐振器的第一延伸部和第二延伸部上均有爪状的图形,该爪状的图形不完全位于第一接触面和第二接触面上,该爪状图形可通过改变锚点的排布及几何形状控制连接力大小。同时,该上述爪状图形沿中心线分布可以是周期的也可以是非周期的,爪状图形可以是梯形、长方形、三角形,也可以是其它几何图形的组合。此外,该爪状图形可以是底电极B的第一延伸部和顶电极T的第二延伸部构成的,也可以是独立的支撑薄层构成的。此外,具有爪状图形的薄膜体声波谐振器还可以用于其它类型的可转移器件,不局限于薄膜体声波谐振器。
另外,顶电极T和底电极B可以由金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt),钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)、或以上材料的合金等类似金属形成,同时,顶电极T和底电极B的材料一般相同,但也可以不同。另外,压电层P可以为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等材料,但不局限于以上材料。
此外,该薄膜体声波谐振器具有中轴线(其与A-A方向垂直),以及第一镂空结构和第二镂空结构关于中轴线非对称设置。此外,虽然图5示出了第一镂空结构和第二镂空结构非对称设置的方式,其还可根据实际需求设置成对称的方式,本发明对此不做限定。
根据本发明的实施例,还提供了一种一种可转移的声波器件,该声波器件至少包括:薄膜体声波谐振器、PMUT(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers,压电微机械超声换能器)、MEMS Microphone(MEMS麦克风)。同时,为了便于理解,下面通过图6所示的薄膜体声波谐振器来对本发明的技术方案进行描述。此外,本领域的技术人员应当理解,下面适用于薄膜体声波谐振器的方案同样适用于其他的声波器件。
如图6所示,根据本发明实施例的可转移的薄膜体声波谐振器包括:衬底;底电极B,底电极B设置在衬底上方;压电层P,压电层P部分设置在底电极B上方;顶电极T,顶电极T部分设置在压电层P上方;以及在衬底的表面上设有至少两个锚点区,并且每相邻的两个锚点区之间形成支撑结构。
在该实施例中,如图6所示,该可转移的薄膜体声波谐振器包括:晶圆W(其作为衬底)、牺牲层S、底电极B、压电层P以及顶电极T。同时,在可转移的薄膜体声波谐振器中,晶圆W设置在最下方,并且在晶圆W的上设置有牺牲层S,即该牺牲层S设置在晶圆W内部,同时,该牺牲层S用于在制造过程中形成台阶,使锚点附近连接变得脆弱以便于转移时引导锚点断裂,同时,牺牲层S在制造工艺流程的最后阶段会被去除,从而形成了露出晶圆表面并用于锚点连接的锚点区。以及,该牺牲层S的数量为多个,每相邻的两个牺牲层S之间设置有支撑结构,从而可避免去除牺牲层S后出现结构塌陷的情况,同时,可通过设置一个或多个支撑结构的形式,使其在转移时可与薄膜体声波谐振器的底层脱离,因而该支撑结构可看作一种锚点。
此外,继续参见图6,在牺牲层S上方设置有底电极B,以及部分设置在底电极B上方的压电层P,该压电层P包括:设置在底电极B上方的顶面和侧壁,并且侧壁至少和一个牺牲层S连接,该侧壁构成压电层P的第一延伸部,以及还包括部分设置在压电层P上方的顶电极T,该顶电极T包括:顶面、侧壁、和与侧壁连接的底面,此外,该侧壁和底面构成顶电极T的第二延伸部。另外,牺牲层S可在后续工艺中去除,即通过去除该牺牲层S形成锚点区,并且至少一个锚点区设置在晶圆W和第一延伸部之间,以及至少一个锚点区设置在晶圆W和第二延伸部之间。
此外,该薄膜体声波谐振器是先通过刻蚀在晶圆W上形成下凹的槽,然后用牺牲层S填充上述下凹的槽,得到平整上表面,随后在该表面上制造薄膜体声波谐振器,最后刻蚀牺牲层S,得到易转移的薄膜体声波谐振器,最终得到的薄膜体声波谐振器的两端与晶圆W相连,但接触位置不限于谐振器两端,相连形式可以是上述实利中所提及的结构,也可以是其它类结构。此外,对于尺寸较大的薄膜体声波谐振器,为避免去除牺牲层S后出现结构塌陷,可以在锚点区之间设置一个或多个支撑结构,穿插的支撑结构在转移时可与谐振器底层脱离,因而该支撑结构可看作一种锚点。此外,还可通过改变支撑锚点分布,包括支撑锚点与谐振器底部的接触面积、支撑锚点密集程度,来控制连接力大小,但本发明不限于改变以上方法。同时,虽然在本身实施例中,其限定为薄膜体声波谐振器,但是,本领域的技术人员应当理解,其还可以用于其它类型的可转移器件,不局限于薄膜压电体声波谐振器,例如,根据本发明的一个实施例,本发明的技术方案还适用于柔性器件。
另外,顶电极T和底电极B可以由金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt),钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)、或以上材料的合金等类似金属形成,同时,顶电极T和底电极B的材料一般相同,但也可以不同。另外,压电层P可以为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等材料,但不局限于以上材料。
综上所述,借助于本发明的上述技术方案,通过底电极的第一延伸部和顶电极的第二延伸部分别与衬底彼此接触并连接,或通过在衬底的表面上设有至少两个锚点区,并且每相邻的两个锚点区之间形成支撑结构,从而通过以上者两种改变声波器件的设计方式来满足不同转移需求的连接力,进而避免了因为连接力太小或太大而导致的转移失败的情况。
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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种可转移的声波器件,其特征在于,包括:
衬底;
底电极,所述底电极设置在所述衬底上方,以及所述底电极具有第一延伸部,所述第一延伸部与所述衬底彼此接触并连接;
压电层,所述压电层部分设置在所述底电极上方;
顶电极,所述顶电极部分设置在所述压电层上方,以及所述顶电极具有第二延伸部,所述第二延伸部与所述衬底彼此接触并连接。
2.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述声波器件还包括:
锚点区,所述锚点区设置在所述衬底的表面上方,以及所述锚点区设置在所述衬底和所述底电极之间。
3.根据权利要求2所述的声波器件,其特征在于,所述声波器件还包括:
所述压电层具有第三延伸部,所述锚点区还设置在所述衬底和所述第三延伸部之间。
4.根据权利要求3所述的声波器件,其特征在于,所述锚点区还设置在所述衬底和所述第二延伸部之间。
5.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述第一延伸部包括:所述第一延伸部与所述衬底相接触的第一接触面、和与所述第一接触面相连接的第一侧壁、和部分设置在所述第一接触面上或全部设置在所述第一侧壁上的第一镂空结构。
6.根据权利要求5所述的声波器件,其特征在于,所述第二延伸部包括:所述第二延伸部与所述衬底相接触的第二接触面、和与所述第二接触面相连接的第二侧壁、和部分设置在所述第二接触面上或全部设置在所述第二侧壁上的第二镂空结构。
7.根据权利要求6所述的声波器件,其特征在于,所述第一镂空结构的图形和所述第二镂空结构的图形均为封闭图形。
8.根据权利要求7所述的声波器件,其特征在于,所述第一镂空结构的图形和所述第二镂空结构的图形不同。
9.根据权利要求6所述的声波器件,其特征在于,所述第一镂空结构的图形和所述第二镂空结构的图形均呈爪状。
10.根据权利要求9所述的声波器件,其特征在于,所述声波器件具有中轴线,以及所述第一镂空结构和所述第二镂空结构关于所述中轴线非对称设置。
11.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述顶电极的材料包括金、钨、钼、铂、钌、铱、钛钨、铝、钛、或其合金。
12.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述底电极的材料包括金、钨、钼、铂、钌、铱、钛钨、铝、钛、或其合金。
13.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述压电层的材料包括氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、或钽酸锂。
14.根据权利要求1所述的声波器件,其特征在于,所述声波器件至少包括:薄膜体声波谐振器、压电微机械超声换能器、MEMS麦克风。
15.一种可转移的声波器件,其特征在于,包括:
衬底;
底电极,所述底电极设置在所述衬底上方;
压电层,所述压电层部分设置在所述底电极上方;
顶电极,所述顶电极部分设置在所述压电层上方;以及
在所述衬底的表面上设有至少两个锚点区,并且每相邻的两个所述锚点区之间形成支撑结构。
16.根据权利要求15所述的声波器件,其特征在于,所述压电层还包括:
第一延伸部,至少一个所述锚点区设置在所述衬底和所述第一延伸部之间。
17.根据权利要求16所述的声波器件,其特征在于,所述顶电极还包括:
第二延伸部,至少一个所述锚点区在所述衬底和所述第二延伸部之间。
18.根据权利要求15所述的声波器件,其特征在于,所述顶电极的材料包括金、钨、钼、铂、钌、铱、钛钨、铝、钛、或其合金。
19.根据权利要求15所述的声波器件,其特征在于,所述底电极的材料包括金、钨、钼、铂、钌、铱、钛钨、铝、钛、或其合金。
20.根据权利要求15所述的声波器件,其特征在于,所述压电层的材料包括氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、或钽酸锂。
21.根据权利要求15所述的声波器件,其特征在于,所述声波器件至少包括:薄膜体声波谐振器、压电微机械超声换能器、MEMS麦克风。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101217266A (zh) * 2008-01-09 2008-07-09 电子科技大学 一种新型体声波谐振器及其制备方法
CN107222181A (zh) * 2016-12-29 2017-09-29 杭州左蓝微电子技术有限公司 基于soi基片的薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN107231138A (zh) * 2016-12-29 2017-10-03 杭州左蓝微电子技术有限公司 带有支撑结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101217266A (zh) * 2008-01-09 2008-07-09 电子科技大学 一种新型体声波谐振器及其制备方法
CN107222181A (zh) * 2016-12-29 2017-09-29 杭州左蓝微电子技术有限公司 基于soi基片的薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN107231138A (zh) * 2016-12-29 2017-10-03 杭州左蓝微电子技术有限公司 带有支撑结构的薄膜体声波谐振器及其制备方法

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