CN111092606A - 温补层结构、体声波谐振器及制造方法，滤波器、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温补层结构，包括温补层，所述温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；覆盖在温补层上方的上种子层，其中：所述上种子层的至少一端具有延伸到温补层的外侧的延伸部。本发明还涉及一种体声波谐振器，一种温补层结构的制造方法，一种体声波谐振器的制造方法，一种滤波器以及一种电子设备。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种温补层结构及其制造方法，一种体声波谐振器，一种滤波器，一种子设备。
背景技术
目前，体声波谐振器一般具有负频率温漂系数，其频率温漂系数大概是-30PPM/K，其原因在于体声波谐振器的压电材料和电极材料是负频率温漂系数，这表示这些材料的刚度会随着温度的升高而减小,刚度降低会使声速下降。结合V＝F*λ＝F*2d(其中V为声速，F为频率，λ为波长，d为压电层厚度)，所以频率会降低；但当温度升高时，SiO2以及正频率温漂系数材料的刚度会提高。所以可以通过增加SiO2以及正频率温漂系数材料层(即温补层)，来防止谐振器刚度下降导致声速下降，从而防止频率漂移。
但是，但是在制造过程中，温补层的工艺兼容性不好，FBAR的后期制作工艺流程容易导致温补层的损坏。所以如何在制造上实现一个稳定完整的温补层是业界难题。
发明内容
为解决现有技术中的上述技术问题的至少一个方面，提出本发明。
根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种温补层结构，包括：
温补层，所述温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；
覆盖在温补层上方的上种子层，
其中：
所述上种子层的至少一端具有延伸到温补层的外侧的延伸部。
根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种形成温补层结构的方法，所述温补层结构包括温补层，覆盖在温补层上方的上种子层，所述方法包括步骤：
在一层谐振器材料上温补层；
图形化温补层，使得温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；
在图形化的温补层覆盖上种子层，使得上种子层的至少一端延伸到温补层的外侧而具有延伸部；
图形化上种子层，以使得上种子层的延伸部的延伸长度为预定长度。
根据本发明的实施例的再一方面，还提出了一种形成温补层结构的方法，所述温补层结构包括温补层，设置在温补层下方的下种子层和覆盖在温补层上方的上种子层，所述方法包括步骤：
在一层谐振器材料上依次设置下种子层以及温补层；
图形化温补层以及下种子层，使得温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面且第一种子层的端部至少与温补层的端部齐平，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；
在图形化的温补层和下种子层上覆盖上种子层，使得上种子层的至少一端延伸到温补层的外侧而具有延伸部；
图形化上种子层，以使得上种子层的延伸部的延伸长度为预定长度。
根据本发明的实施例的还一方面，提出了一种体声波谐振器，包括：
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，
其中：
底电极、压电层和顶电极中的至少一个设置有上述的温补层结构。
根据本发明的实施例的再一方面，提出了一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
本发明的实施例还涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者温补层结构。
根据本发明的实施例的又一方面，提出了一种体声波谐振器的制造方法，包括步骤：
在一层谐振器材料上形成上述的温补层结构；
在所述温补层结构上设置另一层谐振器材料，所述一层谐振器材料与所述另一层谐振器材料将所述温补层结构包覆。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
图1为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中示出了温补层结构；
图2为根据本发明的一个示例性实施例的温补层结构的端部的局部放大示意图；
图3A-3G为示出根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的制造过程的截面示意图；
图4-6为分别示出容易出现温补层的结构瑕疵的体声波谐振器的截面示意图；
图7为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
图1为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中示出了温补层结构。图1中各附图标记如下：
10：第一种子层，可选氮化铝，氧化锌，PZT等材料并包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料。
20：底电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等
30：第二种子层，可选氮化铝，氧化锌，PZT等材料并包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料或氮化硅。
40：温补层，可选SiO2等正频率温漂系数的材料。
50：第三种子层，可选氮化铝，氧化锌，PZT等材料并包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料或氮化硅。
60：夹层电极或中间电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
70：压电膜层，可选氮化铝，氧化锌，PZT等材料并包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料.
80：顶电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
90：声学镜，可为空腔，也可采用布拉格反射层及其他等效形式。在本发明中采用的是空腔。
100：基底，可选材料为单晶硅、砷化镓、蓝宝石、石英等。
102：第三种子层甩尾，第三种子层横向尺寸必须要大于温补层。
图2为根据本发明的一个示例性实施例的温补层结构的端部的局部放大示意图。
在图1与图2所示的实施例中，可以看到：
(1)如图一所示，第三种子层50的横向尺寸必须大于温补层尺寸，换言之第三种子层50加上第二种子层30完全包裹住温补层40，其中甩尾结构(即延伸部)102的尺寸d1在0.5μm-5μm的范围内。
(2)温补层40的切面角度α小于20度，换言之，温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面，该斜面与温补层底面的夹角α小于20°，进一步的在8°-12°的范围内。
需要指出的是，图1与图2示出的是本发明的一个较优的实施例，本发明也可以有变化。例如：夹角α可以是其他角度范围，例如小于60°；温补层可以仅设置第三种子层50(即上种子层)而不设置第二种子层30(即下种子层)；第二种子层也可以延伸到温补层的外侧，从而第三种子层的延伸部可以至少部分与第二种子层的端部覆盖层叠。
还需要指出的是，在图1和图2所示的示例中，谐振器的结构也仅仅是示例性的，从而相应的，附图3A-3G中谐振器的制造方法也仅仅是示例性的，例如，图3F-3G可以有不同的形式或变化。此外，基于温补层设置位置的不同，相应的谐振器的制造方法的步骤也会发生相应的变化。
在图1-2所示的实施例中，温补层设置在底电极中，但是本发明不限于此。例如图7中，温补层设置在顶电极中。此外，虽然没有示出，温补层也可以设置在压电层中。这些均在本发明的保护范围之内。
在本发明中，温补层、种子层的端部中的端部或一端并不意味着温补层与种子层是条形结构从而具有在纵向方向上的端部，而是表示至少存在一个截面图，在截面图中的温补层或者种子层的两端，对应于温补层或种子层的端部。如本领域技术人员能够理解的，温补层和种子层为面状结构，温补层和种子层的端部为该面状结构的边缘。
需要指出的是，在本发明中，以楔形端面为例图示和说明了温补层的端部的形状，但是在本发明的权利要求中，楔形端面也包括了渐缩端面(即朝向外侧逐渐缩小)的各种实施例，而且在楔形端面形成时，不仅包括纯斜面与温补层的底面形成倾斜角度，而且也包括在以弧形面形成渐缩端面时，以弧形面的上部点与下部点之间的连线构成所述斜面。这些均在本发明的权利要求的保护范围之内。
图3A-3G为示出根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的制造过程的截面示意图。下面对体声波谐振器的制造过程做示例性描述。如本领域技术人员能够理解的，该制造过程中也包含了温补层结构的制造过程。
首先，如图3A所示，在基底100上整体生长到温补层40。
其次，如图3B所示，用温补层光罩刻蚀温补层40和第二种子层30。
然后，如图3C所示，生长第三种子层50。
之后，如图3D所示，刻蚀第三种子层50。使用温补层相同光罩，但控制尺寸要大于温补层，从而形成第三种子层甩尾(即延伸部)。
如图3E所示，生长夹层电极60。
如图3F所示，刻蚀夹层电极60和底电极20。
最后，如图3G所示，生长压电层70并刻蚀顶电极80以形成完整的体声波谐振器结构。
图4-6为分别示出容易出现温补层的结构瑕疵的体声波谐振器的截面示意图。
如图4所示，第二种子层30和第三种子层50未把温补层40完全包裹住，由于只有晶向不好的电极材料包裹，就会降低包裹的完整性，从而出现空气隙101，空气隙无法控制尺寸，且会降低机电耦合系数。本发明的示例性结构中，第二种子层30和第三种子层50把温补层40完全包裹住，使温补层不受后续湿法工艺的破坏，形成稳定的温补结构。
如图5所示，温补层的边缘切面角度α较大，例如大于70度，图5中大体垂直的角度，由于压电材质的晶向特别一致，角度过大就会使压电层断裂，从而影响谐振器的串联谐振阻抗和谐振器品质因数。
如图6所示，由于温补层容易被后续的湿法制程破坏，且温补材料的晶向不好，如果只用电极材料包裹，电极材料晶向不好，不好的晶向就会传递到压电层，进而使谐振器品质因数下降。而且，用电极材料包裹温补层，后续制程还是能把温补层破坏，形成空气隙101。在示例性实施例中，本发明的温补层结构中包括第二种子层30和第三种子层50以把温补层40完全包裹住，然后再用夹层电极包裹住整个温补层，这样既解决了温补层不被后续湿法制程破坏，又由于第三种子层的存在，能给夹层电极提供更好的晶向，从而使压电层得到更好的晶向，进而不影响谐振器性能。
基于以上，本发明提出了如下技术方案：
1、一种温补层结构，包括：
温补层，所述温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；
覆盖在温补层上方的上种子层，
其中：
所述上种子层的至少一端具有延伸到温补层的外侧的延伸部。
2、根据1所述的温补层结构，其中：
所述温补层结构还包括设置在温补层下方的下种子层，下种子层的端部至少与温补层的端部齐平；
温补层在厚度方向上包覆在上种子层与下种子层之间。
3、根据2所述的温补层结构，其中：
所述上种子层的延伸部延伸到下种子层的外侧且与所述下种子层同层布置。
4、根据1-3中任一项所述的温补层结构，其中：
所述延伸部的延伸长度在0.5μm-5μm的范围内。
5、根据1-4中任一项所述的温补层结构，其中：
所述上种子层的两端均具有所述延伸部。
6、根据1-5中任一项所述的温补层结构，其中：
温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度不大于20°。
7、根据1所述的温补层结构，其中：
温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度在8°-12°的范围内。
8、一种形成温补层结构的方法，所述温补层结构包括温补层，覆盖在温补层上方的上种子层，所述方法包括步骤：
在一层谐振器材料上温补层；
图形化温补层，使得温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；
在图形化的温补层覆盖上种子层，使得上种子层的至少一端延伸到温补层的外侧而具有延伸部；
图形化上种子层，以使得上种子层的延伸部的延伸长度为预定长度。
9、一种形成温补层结构的方法，所述温补层结构包括温补层，设置在温补层下方的下种子层和覆盖在温补层上方的上种子层，所述方法包括步骤：
在一层谐振器材料上依次设置下种子层以及温补层；
图形化温补层以及下种子层，使得温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面且第一种子层的端部至少与温补层的端部齐平，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；
在图形化的温补层和下种子层上覆盖上种子层，使得上种子层的至少一端延伸到温补层的外侧而具有延伸部；
图形化上种子层，以使得上种子层的延伸部的延伸长度为预定长度。
10、根据9所述的方法，其中：
在图形化的温补层和下种子层上覆盖上种子层的步骤中，所述上种子层的延伸部延伸到下种子层的外侧且与所述下种子层同层布置。
11、根据8-10中任一项所述的方法，其中：
在图形化温补层的步骤中，使得温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面。
12、一种体声波谐振器，包括：
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，
其中：
底电极、压电层和顶电极中的至少一个设置有根据1-7中任一项所述的温补层结构。
13、一种滤波器，包括12所述的体声波谐振器。
14、一种电子设备，包括根据13的滤波器或者根据1-7中任一项所述的温补层结构。
15、一种体声波谐振器的制造方法，包括步骤：
在一层谐振器材料上形成根据1-7中任一项所述的温补层结构；
在所述温补层结构上设置另一层谐振器材料，所述一层谐振器材料与所述另一层谐振器材料将所述温补层结构包覆。
16、根据15所述的方法，其中：
所述一层谐振器材料和所述另一层谐振器材料均为压电层材料或电极材料。
需要指出的是，这里的电子设备，包括但不限于射频前端、滤波放大模块等中间产品，以及手机、WIFI、无人机等终端产品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (16)
1.一种温补层结构，包括：
温补层，所述温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；
覆盖在温补层上方的上种子层，
其中：
所述上种子层的至少一端具有延伸到温补层的外侧的延伸部。
2.根据权利要求1所述的温补层结构，其中：
所述温补层结构还包括设置在温补层下方的下种子层，下种子层的端部至少与温补层的端部齐平；
温补层在厚度方向上包覆在上种子层与下种子层之间。
3.根据权利要求2所述的温补层结构，其中：
所述上种子层的延伸部延伸到下种子层的外侧且与所述下种子层同层布置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的温补层结构，其中：
所述延伸部的延伸长度在0.5μm-5μm的范围内。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的温补层结构，其中：
所述上种子层的两端均具有所述延伸部。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的温补层结构，其中：
温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度不大于20°。
7.根据权利要求1所述的温补层结构，其中：
温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度在8°-12°的范围内。
8.一种形成温补层结构的方法，所述温补层结构包括温补层，覆盖在温补层上方的上种子层，所述方法包括步骤：
在一层谐振器材料上温补层；
图形化温补层，使得温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；
在图形化的温补层覆盖上种子层，使得上种子层的至少一端延伸到温补层的外侧而具有延伸部；
图形化上种子层，以使得上种子层的延伸部的延伸长度为预定长度。
9.一种形成温补层结构的方法，所述温补层结构包括温补层，设置在温补层下方的下种子层和覆盖在温补层上方的上种子层，所述方法包括步骤：
在一层谐振器材料上依次设置下种子层以及温补层；
图形化温补层以及下种子层，使得温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面且第一种子层的端部至少与温补层的端部齐平，温补层的端部的上侧与温补层的底侧之间形成的角度小于60°；
在图形化的温补层和下种子层上覆盖上种子层，使得上种子层的至少一端延伸到温补层的外侧而具有延伸部；
图形化上种子层，以使得上种子层的延伸部的延伸长度为预定长度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
在图形化的温补层和下种子层上覆盖上种子层的步骤中，所述上种子层的延伸部延伸到下种子层的外侧且与所述下种子层同层布置。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中：
在图形化温补层的步骤中，使得温补层的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为楔形端面。
12.一种体声波谐振器，包括：
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，
其中：
底电极、压电层和顶电极中的至少一个设置有根据权利要求1-7中任一项所述的温补层结构。
13.一种滤波器，包括根据权利要求12所述的体声波谐振器。
14.一种电子设备，包括根据权利要求13的滤波器或者根据权利要求1-7中任一项所述的温补层结构。
15.一种体声波谐振器的制造方法，包括步骤：
在一层谐振器材料上形成根据权利要求1-7中任一项所述的温补层结构；
在所述温补层结构上设置另一层谐振器材料，所述一层谐振器材料与所述另一层谐振器材料将所述温补层结构包覆。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述一层谐振器材料和所述另一层谐振器材料均为压电层材料或电极材料。
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