CN111431500A - 一种体声波器件及其制作方法、滤波装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种体声波器件，包括由下至上依次叠加的衬底、下电极层、压电层、上电极层；衬底具有预设形状的空腔，空腔的深度小于衬底的厚度，下电极层、压电层、上电极层具有多个贯通的横截面为沟槽状的第一释放孔，且第一释放孔对应预设形状的边缘。本申请体声波器件的下电极层、压电层、上电极层中具有多个贯通的第一释放孔，第一释放孔的横截面为沟槽状，面积大，且对应空腔的边缘，通过第一释放孔对牺牲层进行释放时可以有效加快牺牲层的刻蚀速度，且由于每个第一释放孔的横截面积大，还可以保证牺牲层的刻蚀无残留，进而保证体声波器件性能不会衰减。本申请还提供一种具有上述优点的体声波器件制作方法和滤波装置。

Description

一种体声波器件及其制作方法、滤波装置

技术领域

本申请涉及滤波装置技术领域，特别是涉及一种体声波器件及其制作方法、滤波装置。

背景技术

声波谐振器按振动模式一般分为声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)器件和体声波(Bulk Acoustic Wave,BAW)器件。BAW器件一般包括上电极层，压电层，下电极层组成的三明治结构，产生谐振，下电极的下方是空气腔或者声学反射层。BAW器件在高频具有更高的Q值和更好的功率承受能力，因此更适用于新一代无线通信的应用。

对于具有空气腔的BAW器件，空气腔位于衬底中，通过在衬底中制作多边形的凹槽并填充牺牲层，然后再刻蚀释放牺牲层以形成空气腔。目前在制作空气腔的过程中，在多边形的各个顶点制作很小的圆形释放孔，导致刻蚀牺牲层的材料流入空气腔内较慢，同时容易引起牺牲层刻蚀不干净、有残留，导致BAW器件的Q值、等效耦合系数降低。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种体声波器件及其制作方法、滤波装置，以在保证器件机械强度的前提下，快速且干净地刻蚀牺牲层。

为解决上述技术问题，本申请提供一种体声波器件，包括：

由下至上依次叠加的衬底、下电极层、压电层、上电极层；

所述衬底具有预设形状的空腔，所述空腔的深度小于所述衬底的厚度，所述下电极层、所述压电层、所述上电极层具有多个贯通的横截面为沟槽状的第一释放孔，且所述第一释放孔对应所述预设形状的边缘。

可选的，还包括：

贯通所述下电极层、所述压电层、所述上电极层的第二释放孔，所述第二释放孔对应所述预设形状的中心。

可选的，所述预设形状为不规则多边形，且所述预设形状的任意两条边不平行、任意两个角的角度不相等。

可选的，所述不规则多边形中任意相邻的两条边通过弧线相连。

可选的，所述不规则多边形的边长为具有凸起的边长，所述第一释放孔对应所述凸起。

可选的，所述预设形状的每一条所述边缘对应多个所述第一释放孔。

可选的，所述第二释放孔的数量为多个。

本申请还提供一种滤波装置，所述滤波装置包括至少一个如上述任一种所述的体声波器件。

本申请还提供一种体声波器件制作方法，包括：

获得一衬底；

对所述衬底进行进行图形化处理形成预设形状的凹槽，并在所述凹槽中沉积牺牲层；

对所述衬底的上表面进行CMP处理；

在所述衬底的上表面依次生长下电极层、压电层、上电极层，并在所述下电极层、所述压电层、所述上电极层中制作横截面为沟槽状的第一释放孔，且所述第一释放孔对应所述预设形状的边缘；

刻蚀所述牺牲层，得到体声波器件。

可选的，在所述凹槽中沉积牺牲层之后，还包括：

在所述积牺牲层中与所述第一释放孔对应的区域形成释放通道。

本申请所提供的体声波器件，包括：由下至上依次叠加的衬底、下电极层、压电层、上电极层；所述衬底具有预设形状的空腔，所述空腔的深度小于所述衬底的厚度，所述下电极层、所述压电层、所述上电极层具有多个贯通的横截面为沟槽状的第一释放孔，且所述第一释放孔对应所述预设形状的边缘。

可见，本申请中的体声波器件包括具有预设形状空腔的衬底、下电极层、压电层、上电极层，下电极层、压电层、上电极层中具有多个贯通的第一释放孔，第一释放孔的横截面为沟槽状，面积大，并且第一释放孔对应空腔的边缘，通过第一释放孔对空腔中的牺牲层进行释放时可以有效加快牺牲层的刻蚀速度，提升制备效率，且由于每个第一释放孔的横截面积大，还可以保证牺牲层的刻蚀无残留，进而保证体声波器件性能不会衰减，同时由于空腔的深度小于衬底的厚度，可以保证衬底的机械强度，进而使体声波器件的强度得到保证。

此外，本申请还提供一种具有上述优点的体声波器件制作方法和滤波装置。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种体声波器件的俯视图；

图2为本申请实施例所提供的一种体声波器件的正面截面示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种预设形状的示意图；

图4为本申请实施例所提供的另一种体声波器件的俯视图；

图5为本申请实施例所提供的另一种体声波器件的俯视图；

图6为本申请实施例所提供的另一种体声波器件的俯视图；

图7为本申请实施例所提供的另一种体声波器件的俯视图；

图8为本申请实施例所提供的一种体声波器件制作方法流程图；

图9为释放通道与第一释放孔的位置对应关系示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，目前刻蚀释放牺牲层形成空气腔时，在多边形的各个顶点制作很小的圆形释放孔，导致刻蚀牺牲层的材料流入空气腔内较慢，同时容易引起牺牲层刻蚀不干净、有残留，导致BAW器件的Q值、等效耦合系数降低。

有鉴于此，本申请提供了一种体声波器件，请参考图1和图2，图1为本申请实施例所提供的一种体声波器件的俯视图，图2为本申请实施例所提供的一种体声波器件的正面截面示意图，该体声波器件包括：

由下至上依次叠加的衬底4、下电极层3、压电层2、上电极层1；

所述衬底4具有预设形状的空腔5，所述空腔5的深度小于所述衬底4的厚度，所述下电极层3、所述压电层2、所述上电极层1具有多个贯通的横截面为沟槽状的第一释放孔6，且所述第一释放孔6对应所述预设形状的边缘。

第一释放孔6对应预设形状的边缘，即当边缘为直线型边缘时，沟槽状的第一释放孔6的横截面同样为直线型；当边缘为曲线型边缘时，沟槽状的第一释放孔6的横截面同样为曲线型，与预设形状的边缘弯曲情况一致，例如，当预设形状为椭圆形时，第一释放孔6的横截面形状即为弧状的沟槽形。

第一释放孔6的横截面为沟槽状，也即第一释放孔6的横截面为直的或者弯曲的长条状，横截面积增大，因此在释放牺牲层时，速度快，并且释放的更干净。本申请中对沟槽状的长短不做具体限定，可以理解的是，长度越长，牺牲层释放速度越快；长度稍短一些，有助于增强体声波器件的机械强度，不容易发生坍塌。

需要指出的是，本申请中对预设形状每一条边缘对应的第一释放孔6的数量可以为一个，当然，所述预设形状的每一条所述边缘还可以对应多个所述第一释放孔6，可自行设置。需要说明的是，本申请中对预设形状不做具体限定，视情况而定。例如，预设形状可以为椭圆形或者多边形等等，进一步地，预设形状还可以是由多段曲线形成的闭合曲线，如图3所示。

优选地，所述预设形状为不规则多边形，且所述预设形状的任意两条边不平行、任意两个角的角度不相等，例如图4所示的不规则七边形，以抑制横向声波振动模式。

进一步地，本申请中对第一释放孔6的数量不做具体限定，视情况而定。例如，预设形状为多边形时，第一释放孔6的数量等于多边形的边数，第一释放孔6与分别与每条边对应。

需要指出的是，本申请中的所述衬底4包括但不限于硅衬底4、石英衬底4、氧化铝衬底4中的任一种。

需要说明的是，本申请中对压电层2不做具体限定，可自行设置。例如，所述压电层2为氮化铝压电层、氧化锌压电层、铌酸锂压电层、钽酸锂压电层中的任一种，当然还可以为氮化铝、氧化锌、铌酸锂、钽酸锂任意组合材料的压电层。

进一步地，本申请中的下电极层3包括但不限于下述任一种金属电极层或者任意组合金属合金电极层：铝、钼、铜、金、铂、银、镍、铬、钨。同理，本申请中的上电极层1包括但不限于下述任一种金属电极层或者任意组合金属合金电极层：铝、钼、铜、金、铂、银、镍、铬、钨。

本申请中的体声波器件包括具有预设形状空腔5的衬底4、下电极层3、压电层2、上电极层1，下电极层3、压电层2、上电极层1中具有多个贯通的第一释放孔6，第一释放孔6的横截面为沟槽状，面积大，并且第一释放孔6对应空腔5的边缘，通过第一释放孔6对空腔5中的牺牲层进行释放时可以有效加快牺牲层的刻蚀速度，提升制备效率，且由于每个第一释放孔6的横截面积大，还可以保证牺牲层的刻蚀无残留，进而保证体声波器件性能不会衰减，同时由于空腔5的深度小于衬底4的厚度，可以保证衬底4的机械强度，进而使体声波器件的强度得到保证。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，请参见图5，体声波器件还包括：

贯通所述下电极层3、所述压电层2、所述上电极层1的第二释放孔7，所述第二释放孔7对应所述预设形状的中心。

本实施例中对第二释放孔7的数量不做具体限定，第二释放孔7的数量既可以为一个，第二释放孔7的数量也可以为多个。进一步的，当第二释放孔7的数量为多个时，对第二释放孔7的分布方式不做具体限定，即可以呈环形分布，也可以呈横向或者纵向排列分布，等等。可选的，第二释放孔7的横截面为沟槽状，可以进一步提升刻蚀牺牲层形成空气腔的速度，同时第二释放孔7还有助于平衡整个体声波器件的应力分布，增强稳定性。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述不规则多边形中任意相邻的两条边通过弧线相连，如图6所示，采用弧线连接相邻的两条边，避免相邻两条边之间形成尖角，可以减小因为尖角带来的应力集中，从而提升体声波器件的可靠性。

进一步地，请参考图7，在本申请的一个实施例中，所述不规则多边形的边长为具有凸起的边长，所述第一释放孔6对应所述凸起。具体的，第一释放孔6远离不规则多边形中心的边与凸起的边重合。

本申请还提供一种滤波装置，所述滤波装置包括至少一个如上述实施例所述的体声波器件。

本实施例中的滤波装置中包括至少一个上述的体声波器件，体声波器件包括具有预设形状空腔的衬底、下电极层、压电层、上电极层，下电极层、压电层、上电极层中具有多个贯通的第一释放孔，第一释放孔的横截面为沟槽状，面积大，并且第一释放孔对应空腔的边缘，通过第一释放孔对空腔中的牺牲层进行释放时可以有效加快牺牲层的刻蚀速度，提升制备效率，且由于每个第一释放孔的横截面积大，还可以保证牺牲层的刻蚀无残留，进而保证体声波器件性能不会衰减，同时由于空腔的深度小于衬底的厚度，可以保证衬底的机械强度，进而使体声波器件的强度得到保证。

本申请还提供一种体声波器件制作方法，请参考图8，图8为本申请实施例所提供的一种体声波器件制作方法流程图，包括：

步骤S101：获得一衬底。

需要说明的是，本实施例中对衬底不做具体限定，例如，可以为硅衬底、石英衬底、氧化铝衬底等等。

步骤S102：对所述衬底进行进行图形化处理形成预设形状的凹槽，并在所述凹槽中沉积牺牲层。其中，凹槽的深度小于衬底的厚度。

需要指出的是，牺牲层包括但不限于二氧化硅牺牲层、磷硅玻璃牺牲层、多孔硅牺牲层、光刻胶牺牲层。

步骤S103：对所述衬底的上表面进行CMP处理。

CMP，即Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光，具体操作过程已为本领域技术人员所熟知，此处不再详细赘述。

步骤S104：在所述衬底的上表面依次生长下电极层、压电层、上电极层，并在所述下电极层、所述压电层、所述上电极层中制作横截面为沟槽状的第一释放孔，且所述第一释放孔对应所述预设形状的边缘。

可选的，可以采用蒸镀法或者磁控溅射法生长下电极层和上电极层。本申请中对下电极层和上电极层不做具体限定，下电极层包括但不限于下述任一种金属电极层或者任意组合金属合金电极层：铝、钼、铜、金、铂、银、镍、铬、钨。同理，上电极层包括但不限于下述任一种金属电极层或者任意组合金属合金电极层：铝、钼、铜、金、铂、银、镍、铬、钨。

可选的，可以利用蒸镀法或者磁控溅射法或者化学气相沉积法，形成压电层。本申请中对压电层不做具体限定，可自行设置。例如，压电层可以为氮化铝、氧化锌、铌酸锂、钽酸锂中的任一种压电层或者任意组合材料的压电层。

第一释放孔的横截面为沟槽状，也即第一释放孔的横截面为直的或者弯曲的长条状，横截面积增大，因此在释放牺牲层时，速度快，并且释放的更干净。本申请中对沟槽状的长短不做具体限定，可以理解的是，长度越长，牺牲层释放速度越快；长度稍短一些，有助于增强体声波器件的机械强度，不容易发生坍塌。

需要说明的是，本申请中对预设形状不做具体限定，视情况而定。例如，预设形状可以为椭圆形或者多边形等等，进一步地，预设形状还可以是由多段曲线形成的闭合曲线。

需要指出的是，本申请中对预设形状每一条边缘对应的第一释放孔的数量可以为一个，当然，所述预设形状的每一条所述边缘还可以对应多个所述第一释放孔，可自行设置。

步骤S105：刻蚀所述牺牲层，得到体声波器件。

本实施例中制作方法得到的体声波器件包括具有预设形状空腔的衬底、下电极层、压电层、上电极层，下电极层、压电层、上电极层中具有多个贯通的第一释放孔，第一释放孔的横截面为沟槽状，面积大，并且第一释放孔对应空腔的边缘，通过第一释放孔对空腔中的牺牲层进行释放时可以有效加快牺牲层的刻蚀速度，提升制备效率，且由于每个第一释放孔的横截面积大，还可以保证牺牲层的刻蚀无残留，进而保证体声波器件性能不会衰减，同时由于空腔的深度小于衬底的厚度，可以保证衬底的机械强度，进而使体声波器件的强度得到保证。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，在刻蚀所述牺牲层之前，还包括：

在所述下电极层、所述压电层、所述上电极层中制作贯通的第二释放孔，且第二释放孔对应所述预设形状的中心。

本实施例中对第二释放孔的数量不做具体限定，第二释放孔的数量既可以为一个，第二释放孔的数量也可以为多个。进一步的，当第二释放孔的数量为多个时，对第二释放孔的分布方式不做具体限定，即可以呈环形分布，也可以呈横向或者纵向排列分布，等等。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，在所述凹槽中沉积牺牲层之后，还包括：

在所述积牺牲层中与所述第一释放孔对应的区域形成释放通道，增大刻蚀牺牲层时的接触面积，使牺牲层的释放更彻底。

请参见图9，释放通道8与第一释放孔6的位置对应关系示意图。

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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或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。

以上对本申请所提供的体声波器件及其制作方法、滤波装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种体声波器件，其特征在于，包括：

由下至上依次叠加的衬底、下电极层、压电层、上电极层；

所述衬底具有预设形状的空腔，所述空腔的深度小于所述衬底的厚度，所述下电极层、所述压电层、所述上电极层具有多个贯通的横截面为沟槽状的第一释放孔，且所述第一释放孔对应所述预设形状的边缘。

2.如权利要求1所述的体声波器件，其特征在于，还包括：

贯通所述下电极层、所述压电层、所述上电极层的第二释放孔，所述第二释放孔对应所述预设形状的中心。

3.如权利要求1或2所述的体声波器件，其特征在于，所述预设形状为不规则多边形，且所述预设形状的任意两条边不平行、任意两个角的角度不相等。

4.如权利要求3所述的体声波器件，其特征在于，所述不规则多边形中任意相邻的两条边通过弧线相连。

5.如权利要求4所述的体声波器件，其特征在于，所述不规则多边形的边长为具有凸起的边长，所述第一释放孔对应所述凸起。

6.如权利要求5所述的体声波器件，其特征在于，所述预设形状的每一条所述边缘对应多个所述第一释放孔。

7.如权利要求2所述的体声波器件，其特征在于，所述第二释放孔的数量为多个。

8.一种滤波装置，其特征在于，所述滤波装置包括至少一个如权利要求1至7任一项所述的体声波器件。

9.一种体声波器件制作方法，其特征在于，包括：

获得一衬底；

对所述衬底进行进行图形化处理形成预设形状的凹槽，并在所述凹槽中沉积牺牲层；

对所述衬底的上表面进行CMP处理；

在所述衬底的上表面依次生长下电极层、压电层、上电极层，并在所述下电极层、所述压电层、所述上电极层中制作横截面为沟槽状的第一释放孔，且所述第一释放孔对应所述预设形状的边缘；

刻蚀所述牺牲层，得到体声波器件。

10.如权利要求9所述的体声波器件制作方法，其特征在于，在所述凹槽中沉积牺牲层之后，还包括：

在所述积牺牲层中与所述第一释放孔对应的区域形成释放通道。

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