CN112953446B - 一种体声波谐振器的制备方法以及体声波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种体声波谐振器的制备方法以及体声波谐振器。该体声波谐振器的制备方法包括：提供衬底，衬底包括有源区和包围有源区的过渡区；在衬底的表面形成第一牺牲层，其中，第一牺牲层覆盖有源区和过渡区，位于过渡区的第一牺牲层包括相连的第一台阶和第二台阶，第一台阶的高度大于位于有源区的第一牺牲层的高度，第二台阶的高度小于位于有源区的第一牺牲层的高度；在第一牺牲层远离衬底的表面形成下电极；在下电极远离第一牺牲层的表面形成压电层；在压电层远离下电极的表面形成上电极；去除第一牺牲层。本发明实施例提供的技术方案简化了制备体声波谐振器的工艺步骤，提高了体声波谐振器的良率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种体声波谐振器的制备方法以及体声波谐振器。
背景技术
体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)谐振器具有尺寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大等优良特性在通信领域发挥着重要作用。
现有技术中形成体声波谐振器的过程中，为了降低体声波的能量损耗，体声波谐振器内部设置有避免声波能量损耗的结构，现有技术在制备体声波谐振器的过程中，需要在压电层的第一表面侧以及和压电层的与第一表面相对的第二表面上，通过刻蚀工艺来形成避免声波能量损耗的结构，上述制备方法采用掩膜版以及刻蚀工艺的次数过多，导致制备体声波谐振器的工艺步骤比较繁琐，且体声波谐振器的良率不高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种体声波谐振器的制备方法以及体声波谐振器，以简化制备体声波谐振器的工艺步骤，提高体声波谐振器的良率。
第一方面，本发明实施例提供了一种体声波谐振器的制备方法，包括：
提供衬底，所述衬底包括有源区和包围所述有源区的过渡区；
在所述衬底的表面形成第一牺牲层，其中，所述第一牺牲层覆盖所述有源区和所述过渡区，位于所述过渡区的第一牺牲层包括相连的第一台阶和第二台阶，所述第一台阶的高度大于位于所述有源区的第一牺牲层的高度，所述第二台阶的高度小于位于所述有源区的第一牺牲层的高度；
在所述第一牺牲层远离所述衬底的表面形成下电极；
在所述下电极远离所述第一牺牲层的表面形成压电层；
在所述压电层远离所述下电极的表面形成上电极；
去除所述第一牺牲层。
可选的，在所述压电层远离所述下电极的表面形成上电极包括：
在所述压电层远离所述下电极的表面形成包括边界在所述衬底的投影位于所述第二台阶在所述衬底的投影内的上电极；和/或，
在所述第一牺牲层远离所述衬底的表面形成下电极包括：在所述第一牺牲层远离所述衬底的表面形成覆盖所述第一牺牲层并延伸至所述衬底表面的下电极。
可选的，在所述下电极远离所述第一牺牲层的表面形成压电层之前还包括：
在所述下电极的侧面形成第二牺牲层，其中，所述第二牺牲层远离所述衬底的表面和所述下电极远离所述衬底的表面平齐，且所述第二牺牲层从所述下电极的侧面延伸至所述衬底的表面；
对应的，在所述下电极远离所述第一牺牲层的表面形成压电层包括：在所述下电极远离所述第一牺牲层的表面形成包括覆盖所述第二牺牲层和所述下电极的压电层。
可选的，去除所述第一牺牲层时还包括：
去除所述第二牺牲层；
或者，去除所述第一牺牲层之后还包括：
去除所述第二牺牲层。
可选的，在所述衬底的表面形成第一牺牲层包括：
在所述衬底的表面形成第一子牺牲层，其中，所述第一子牺牲层覆盖所述有源区和所述过渡区，位于所述过渡区的第一子牺牲层包括第一子台阶，所述第一子台阶包围所述有源区，且所述第一子台阶的高度大于位于所述有源区的第一子牺牲层的高度；
在所述第一子牺牲层远离所述衬底的表面形成第二子牺牲层，其中，所述第二子牺牲层覆盖所述第一子牺牲层，并延伸至所述衬底的表面，位于所述过渡区的第二子牺牲层包括相连的第二子台阶和所述第二台阶，所述第一子台阶和所述第二子台阶构成所述第一台阶，所述第一子牺牲层和所述第二子牺牲层构成所述第一牺牲层。
可选的，在所述衬底的表面形成第一子牺牲层包括：
在所述衬底的表面形成第一牺牲材料层；
图形化所述第一牺牲材料层，以形成位于所述过渡区的环形凸台，其中所述环形凸台包围所述有源区；
在所述衬底的表面形成第二牺牲材料层，其中，所述第二牺牲材料层覆盖所述环形凸台和所述衬底的表面；
图形化所述第二牺牲材料层和所述环形凸台，以形成所述第一子牺牲层，其中，所述第二牺牲材料层覆盖所述环形凸台的部分和所述环形凸台构成所述第一子台阶，所述第一子台阶的宽度小于所述环形凸台的宽度。
可选的，在所述第一子牺牲层远离所述衬底的表面形成第二子牺牲层包括：
在所述衬底的表面形成第三牺牲材料层，其中，所述第三牺牲材料层覆盖所述第一子牺牲层和所述衬底的表面；
图形化所述第三牺牲材料层，以形成所述第二子牺牲层，其中，所述第二子牺牲层覆盖所述第一子台阶的部分为所述第二子台阶，所述第二子牺牲层覆盖所述衬底的部分为所述第二台阶。
可选的，所述第一子牺牲层包括氧化硅，所述第二子牺牲层包括含有磷元素的氧化硅，刻蚀所述第一牺牲层包括：
采用氢氟酸溶液刻蚀所述第一子牺牲层和所述第二子牺牲层。
可选的，在所述下电极的侧面形成第二牺牲层包括：
在所述下电极远离所述衬底的表面形成第四牺牲材料层，其中，所述第四牺牲材料层延伸至所述衬底的表面；
对所述第四牺牲材料层和所述下电极进行平坦化处理，以形成所述第二牺牲层，且所述第二牺牲层和所述下电极的高度均为第一高度。
可选的，对所述第二牺牲层和所述下电极进行平坦化处理之后还包括：
通过聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀所述第二牺牲层和所述下电极远离所述衬底的表面，其中，所述第二牺牲层和所述下电极的高度均为第二高度，所述第二高度小于所述第一高度。
第二方面，本发明实施例提供了一种体声波谐振器，包括：
衬底，其中，所述衬底包括有源区和包围所述有源区的过渡区；
下电极，位于所述衬底表面的有源区和过渡区，其中，所述下电极远离所述衬底的表面设置有第一凹槽、包围所述第一凹槽的第二凹槽，以及包围所述第二凹槽的第三凹槽，所述第二凹槽的深度大于所述第一凹槽的深度，所述第三凹槽的深度小于所述第一凹槽的深度；
压电层，位于所述下电极远离所述衬底的表面；
上电极，位于所述压电层远离所述下电极的表面。
可选的，所述上电极的边界在所述衬底的投影位于所述第三凹槽处的下电极在所述衬底的投影内。
可选的，所述下电极邻近所述压电层的表面设置有相连的第四凹槽和第五凹槽，所述第四凹槽包围所述第三凹槽，且所述第五凹槽包围所述第四凹槽，所述第四凹槽的深度小于所述第五凹槽的深度，所述第五凹槽的深度等于所述下电极的高度。
可选的，所述上电极在所述衬底的投影和所述第三凹槽处的下电极在所述衬底的投影相交叠的部分的宽度值大于或等于0.5微米，且小于或等于10微米。
可选的，所述第二凹槽的宽度值大于或等于0.5微米，且小于或等于20微米。
相对现有技术在制备体声波谐振器的过程中，在压电层的第一表面侧和第二表面侧均需要采用刻蚀工艺来形成避免声波能量损耗的结构，本实施例提供的制备方法通过一次去除第一牺牲层的工艺以形成用于反射体声波的第一空气隙、凹槽反射结构和凸起反射结构，在实现将垂直于衬底所在平面方向上传播的体声波以及将平行于衬底所在平面方向上传播的体声波反射回压电层的技术效果的基础上，大大减少了刻蚀次数，简化了制备体声波谐振器的工艺步骤。其中，本实施例中提供的制备方法制备的体声波谐振器实现将体声波反射回压电层的技术效果具体通过如下方案体现：第一方面，在下电极远离第一牺牲层的表面形成压电层。在压电层远离下电极的表面形成上电极。上电极与空气接触，空气是一个天然的声阻抗为零的材料，可以满足将体声波从上电极侧反射回压电层的技术效果。第二方面，通过形成下电极之前在衬底表面形成包括第一牺牲层，并且在压电层远离下电极的表面形成上电极之后去除第一牺牲层的技术方案，以形成下电极邻近衬底的表面的第一凹槽、包围第一凹槽的第二凹槽，以及包围第二凹槽的第三凹槽，其中，第一凹槽构成第一空气隙，第二凹槽构成凹槽反射结构，第三凹槽构成凸起反射结构，第一空气隙将垂直于衬底方向上传播的体声波反射回压电层，凹槽反射结构和凸起反射结构将平行于衬底所在平面方向上传播的体声波反射回压电层，以实现在将体声波从下电极侧反射回压电层的技术效果。此外，本实施例提供的技术方案，位于压电层40邻近衬底一侧的第一牺牲层是在压电层形成之前形成的，采用一次工艺去除第一牺牲层以形成用于反射体声波的第一空气隙、凹槽反射结构和凸起反射结构，避免为了形成避免声波能量损耗的结构而对压电层以及后续形成的膜层进行材料的去除，导致对压电层所在膜层的机械损伤，进而提高了体声波谐振器的良率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种体声波谐振器的制备方法的流程示意图；
图2-图7为本发明实施例提供的一种体声波谐振器的制备方法各步骤对应的剖面图；
图8为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的制备方法的流程示意图；
图9-图20为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的制备方法对应的各步骤对应的剖面图；
图21为图8中步骤240包含的制备方法的流程图；
图22为图1中步骤120包括的制备方法的流程图；
图23为图22中步骤1201包括的制备方法的流程图；
图24为图22中步骤1202包括的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
正如上述背景技术中所述，现有技术在制备体声波谐振器的过程中，采用刻蚀的次数过多，导致制备体声波谐振器的工艺步骤比较繁琐。究其原因，现有技术在制备体声波谐振器的过程中，需要利用掩膜版上的几何图形，通过光化学反应，将图案转移到覆盖在压电层的第一表面侧的衬底上以及和压电层的与第一表面相对的第二表面上，通过刻蚀工艺来形成避免声波能量损耗的结构，上述制备方法采用掩膜版以及刻蚀工艺的次数过多，导致制备体声波谐振器的工艺步骤比较繁琐，且体声波谐振器的良率不高。
针对上述技术问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
图1为本发明实施例提供的一种体声波谐振器的制备方法的流程示意图。参见图1，该体声波谐振器的制备方法包括如下步骤：
步骤110、提供衬底，衬底包括有源区和包围有源区的过渡区。
参见图2，提供衬底10，衬底10包括有源区10A和包围有源区10A的过渡区10B。
需要说明的是，图7示出的是步骤110-步骤160制备方法对应的一种体声波谐振器的结构示意图。参见图7，本实施例中制备的体声波谐振器包括由下电极30、压电层40和上电极50组成的压电震荡堆中，衬底10用于支撑由下电极30、压电层40和上电极50组成的压电震荡堆，为了减少体声波谐振器中体声波的能量损耗，需要在后续步骤中制备避免声波能量损耗的结构，其中在有源区10A的结构用于产生在下电极30和上电极50之间来回反射的体声波，位于过渡区10B的结构也可以产生下电极30和上电极50之间来回反射的体声波，同时位于过渡区10B的结构还用于将体声波反射回压电层40，以降低位于过渡区10B外侧的实体结构对于体声波的能量损耗。
步骤120、在衬底的表面形成第一牺牲层，其中，第一牺牲层覆盖有源区和过渡区，位于过渡区的第一牺牲层包括相连的第一台阶和第二台阶，第一台阶的高度大于位于有源区的第一牺牲层的高度，第二台阶的高度小于位于有源区的第一牺牲层的高度。
参见图3，在衬底10的表面形成第一牺牲层20，其中，第一牺牲层20覆盖有源区10A和过渡区10B，位于过渡区10B的第一牺牲层20包括相连的第一台阶210和第二台阶220，第一台阶210的高度H1大于位于有源区10A的第一牺牲层20的高度H2，第二台阶220的高度H3小于位于有源区10A的第一牺牲层20的高度H2。示例性的，衬底10通常选择硅材料。第一牺牲层20可以选择包含硅的氧化物的材料，具体可以通过淀积工艺形成。且第一牺牲层20的厚度可以通过淀积工艺的工艺参数来控制。
步骤130、在第一牺牲层远离衬底的表面形成下电极。
参见图4，在第一牺牲层20远离衬底10的表面形成下电极30，需要说明的是，由于第一牺牲层20包括位于有源区10A的第一牺牲层20、以及位于过渡区10B的第一台阶210和第二台阶220，形成之后的下电极30邻近衬底10的表面包括第一凹槽301、包围第一凹槽301的第二凹槽302，以及包围第二凹槽302的第三凹槽303，有源区10A的第一牺牲层20位于第一凹槽301内，第一台阶210位于第二凹槽302内，第二台阶220位于第三凹槽303内。
步骤140、在下电极远离第一牺牲层的表面形成压电层。
参见图5，在下电极30远离第一牺牲层20的表面形成压电层40。示例性的，压电层40包括氮化铝压电层、氧化锌压电层以及锆钛酸铅压电陶瓷压电层中的任一一种。需要说明的是，氮化铝压电层因固有损耗较小、温度系数较低、热导率较好的性能，其作为压电层的体声波谐振器的性能更优。
步骤150、在压电层远离下电极的表面形成上电极。
参见图6，在压电层40远离下电极30的表面形成上电极50。在本实施例中，下电极30和上电极50的电极材料可以选择声阻抗小、化学稳定性好的、与压电层40晶格相匹配的金属，其中、钼、铝、金以及铂是常见的电极材料。
步骤160、去除第一牺牲层。
参见图7，去除第一牺牲层20。需要说明的是，结合图4，去除第一牺牲层20之后，下电极30邻近衬底10的表面的第一凹槽301、包围第一凹槽301的第二凹槽302，以及包围第二凹槽302的第三凹槽303，第一凹槽301构成第一空气隙，第二凹槽302构成凹槽反射结构，第三凹槽303构成凸起反射结构，第一空气隙、凹槽反射结构和凸起反射结构作为避免声波能量损耗的结构，以实现将体声波反射回压电层40的效果。
可知的，当压电层40受到外力作用而产生变形时，晶体内部会产生极化现象，即电荷的重新分布且是随着外力的方向而产生的一个电荷有序分布，从而使得晶体宏观上在两个相对的受力面上出现极性相反的电荷，当外力撤销时，晶体内部电荷又恢复为原始的无序状态，这个过程为正压电效应。反之外加电场使得晶体产生形变的逆压电效应。
在本实施例中，体声波谐振器的工作原理如下：体声波谐振器的上电极50和下电极30施加射频电压时，压电层40会产生交变电场，由于逆压电效应，压电层40会产生形变，微观上表现为声子的振动，宏观上形成在上电极50和下电极30之间来回反射的声波，此声波为压电层40内部的体声波，通过这样的一个过程，电能转化为机械能。由于正压电效应，在上电极50和下电极30之间来回反射的声波又会激励起射频电信号，完成机械能到电能的转换，形成电信号的谐振。
相对现有技术在制备体声波谐振器的过程中，在压电层40的第一表面侧和第二表面侧均需要采用刻蚀工艺来形成避免声波能量损耗的结构，本实施例提供的制备方法通过一次去除第一牺牲层20的工艺以形成用于反射体声波的第一空气隙、凹槽反射结构和凸起反射结构，在实现将垂直于衬底10所在平面方向上传播的体声波以及将平行于衬底10所在平面方向上传播的体声波反射回压电层40的技术效果的基础上，大大减少了刻蚀次数，简化了制备体声波谐振器的工艺步骤。其中，本实施例中提供的制备方法制备的体声波谐振器实现将体声波反射回压电层40的技术效果具体通过如下方案体现：第一方面，在下电极30远离第一牺牲层20的表面形成压电层40。在压电层40远离下电极30的表面形成上电极50。上电极50与空气接触，空气是一个天然的声阻抗为零的材料，可以满足将体声波从上电极50侧反射回压电层40的技术效果。第二方面，通过形成下电极30之前在衬底10表面形成包括第一牺牲层20，并且在压电层40远离下电极30的表面形成上电极50之后去除第一牺牲层20的技术方案，以形成下电极30邻近衬底10的表面的第一凹槽301、包围第一凹槽301的第二凹槽302，以及包围第二凹槽302的第三凹槽303，其中，第一凹槽301构成第一空气隙，第二凹槽302构成凹槽反射结构，第三凹槽303构成凸起反射结构，第一空气隙将垂直于衬底10方向上传播的体声波反射回压电层40，凹槽反射结构和凸起反射结构将平行于衬底10所在平面方向上传播的体声波反射回压电层40，以实现在将体声波从下电极30侧反射回压电层40的技术效果。此外，本实施例提供的技术方案，位于压电层40邻近衬底10一侧的第一牺牲层20是在压电层40形成之前形成的，采用一次工艺去除第一牺牲层20以形成用于反射体声波的第一空气隙、凹槽反射结构和凸起反射结构，避免为了形成避免声波能量损耗的结构而对压电层40以及后续形成的膜层进行材料的去除，导致对压电层40所在膜层的机械损伤，进而提高了体声波谐振器的良率。
可选的，在本实施例中，步骤160去除第一牺牲层包括：
形成贯穿上电极50、压电层40、下电极30和第一牺牲层20的释放孔，将刻蚀反应物通过释放孔到达第一牺牲层20，通过刻蚀反应物对第一牺牲层的刻蚀达到去除第一牺牲层20的目的。
在上述技术方案中，下电极30、压电层40和上电极50组成压电震荡堆，上电极50和下电极30施加射频电压时，为了使得压电层40产生的体声波覆盖有源区10A和过渡区10B，本发明实施例还提供了如下技术方案：
在上述技术方案的基础上，步骤150在压电层远离下电极的表面形成上电极包括：
在压电层远离下电极的表面形成包括边界在衬底的投影位于第二台阶在衬底的投影内的上电极。
参见图6，具体的，上电极50的边界在衬底10的投影位于第二台阶220在衬底10的投影内，体声波谐振器的上电极50和下电极30施加射频电压时，以保证上电极50覆盖的压电层40由于逆压电效应，压电层40会产生形变，进而形成在上电极50和下电极30之间来回反射的体声波。
由于位于过渡区10B外侧的实体结构没有被上电极50覆盖，位于过渡区10B外侧的实体结构对于体声波的能量损耗比较大。具体的，参见图7，在压电层40远离下电极30的表面形成包括边界50A在衬底10的投影位于第二台阶220在衬底10的投影内的上电极50，即当第一牺牲层20被去除后形成的第三凹槽303构成的凸起反射结构的边界303A距离体声波谐振器的中心的距离大于或等于上电极50的边界50A距离体声波谐振器的中心的距离，以保证垂直于衬底10所在平面方向上传播的体声波以及将平行于衬底10所在平面方向上传播的体声波全部被反射回压电层40，从而达到进一步降低体声波谐振器的能量损耗的效果。
可选的，步骤130在第一牺牲层远离衬底的表面形成下电极包括：在第一牺牲层远离衬底的表面形成覆盖第一牺牲层并延伸至衬底表面的下电极。
参见图4和图7，在第一牺牲层20远离衬底10的表面形成覆盖第一牺牲层20并延伸至衬底10表面的下电极30。具体的，下电极30覆盖第一牺牲层20，当第一牺牲层20被去除之后，便于形成第一凹槽301构成的第一空气隙，第二凹槽302构成的凹槽反射结构，第三凹槽303构成凸起的反射结构，以实现将体声波反射回压电层40的效果。
需要说明的是，本发明实施例还提供的技术方案可以同时包括在压电层远离下电极的表面形成包括边界在衬底的投影位于第二台阶在衬底的投影内的上电极以及在第一牺牲层远离衬底的表面形成覆盖第一牺牲层并延伸至衬底表面的下电极这两个步骤，也可以仅包括在压电层远离下电极的表面形成包括边界在衬底的投影位于第二台阶在衬底的投影内的上电极这个步骤，或者仅包括在第一牺牲层远离衬底的表面形成覆盖第一牺牲层并延伸至衬底表面的下电极这个步骤。
为了进一步增强垂直于衬底10所在平面方向上传播的体声波以及将平行于衬底10所在平面方向上传播的体声波反射回压电层40的技术效果，本发明实施例还提供了如下技术方案：
图8为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的制备方法的流程示意图。在上述技术方案的基础上，参见图8，该体声波谐振器的制备方法包括如下步骤：
步骤210、提供衬底，衬底包括有源区和包围有源区的过渡区。
参见图2，提供衬底10，衬底10包括有源区10A和包围有源区10A的过渡区10B。
步骤220、在衬底的表面形成第一牺牲层，其中，第一牺牲层覆盖有源区和过渡区，位于过渡区的第一牺牲层包括相连的第一台阶和第二台阶，第一台阶的高度大于位于有源区的第一牺牲层的高度，第二台阶的高度小于位于有源区的第一牺牲层的高度。
参见图14，在衬底10的表面形成第一牺牲层20，其中，第一牺牲层20覆盖有源区10A和过渡区10B，位于过渡区10B的第一牺牲层20包括相连的第一台阶210和第二台阶220，第一台阶210的高度H1大于位于有源区10A的第一牺牲层20的高度H2，第二台阶220的高度H3小于位于有源区10A的第一牺牲层20的高度H2。
步骤230、在第一牺牲层远离衬底的表面形成下电极。
参见图15，在第一牺牲层20远离衬底10的表面形成下电极30。需要说明的是步骤210-步骤230的制备方法和上述技术方案中步骤110-步骤130的制备方法相同，具体的可参见步骤110-步骤130。
步骤240、在下电极的侧面形成第二牺牲层，其中，第二牺牲层远离衬底的表面和下电极远离衬底的表面平齐，且第二牺牲层从下电极的侧面延伸至衬底的表面。
参见图17和图18，在下电极30的侧面形成第二牺牲层61，其中，第二牺牲层61远离衬底10的表面和下电极61远离衬底10的表面平齐，且第二牺牲层61从下电极的侧面延伸至衬底10的表面。示例性的，衬底10通常选择硅材料。第二牺牲层61可以选择包含硅的氧化物的材料，具体可以通过淀积工艺形成。且第二牺牲层61的厚度可以通过淀积工艺的工艺参数来控制。
图21为图8中步骤240包含的制备方法的流程图。参见图21，步骤240在在所述下电极的侧面形成第二牺牲层包括：
步骤2401、在下电极远离衬底的表面形成第四牺牲材料层，其中，第四牺牲材料层延伸至衬底的表面。
参见图16，在下电极30远离衬底10的表面形成第四牺牲材料层60，其中，第四牺牲材料层60延伸至衬底10的表面。
步骤2402、对第四牺牲材料层和下电极进行平坦化处理，以形成第二牺牲层，且第二牺牲层和下电极的高度均为第一高度。
参见图17，对第四牺牲材料层60和下电极30进行平坦化处理，以形成第二牺牲层61，且第二牺牲层61和下电极30的高度均为第一高度H4。
具体的，对第四牺牲材料层60和下电极30进行平坦化处理便于形成平整的压电层40和下电极30。
步骤2403、通过聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀第二牺牲层和下电极远离衬底的表面，其中，第二牺牲层和下电极的高度均为第二高度，第二高度小于第一高度。
参见图18，通过聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀第二牺牲层61和下电极30远离衬底10的表面，其中，第二牺牲层61和下电极30的高度均为第二高度H5，第二高度H5小于第一高度H4。
具体的，步骤2402和步骤2401中去除第四牺牲材料层60和下电极30的材料实现平坦化的效果，可以粗略控制刻蚀掉的第四牺牲材料层60和下电极30的高度，无需采用刻蚀精度高的聚焦离子束刻蚀工艺。在步骤2043中通过高刻蚀精度的聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀精确控制去除的第二牺牲层61和下电极30的高度，以实现第二牺牲层61和下电极30远离衬底10的一侧具有平整的表面，在提高了刻蚀效率的基础上，保证了刻蚀精度。
步骤250、在下电极远离第一牺牲层的表面形成包括覆盖第二牺牲层和下电极的压电层。
参见图19，在下电极30远离第一牺牲层20的表面形成包括覆盖第二牺牲层61和下电极30的压电层40。
步骤260、去除第一牺牲层和第二牺牲层。
参见图20，去除第一牺牲层20和第二牺牲层61。具体的，去除第一牺牲层20之后，下电极30邻近衬底10的表面的第一凹槽301构成第一空气隙，第二凹槽302构成凹槽反射结构，第三凹槽303构成凸起反射结构，第一空气隙、凹槽反射结构和凸起反射结构作为避免声波能量损耗的结构，以实现将体声波反射回压电层40的效果。去除第二牺牲层61之后，下电极30邻近压电层40的表面的第四凹槽304包围第三凹槽303，且第五凹槽305包围第四凹槽304，第四凹槽304的深度小于第五凹槽305的深度，第五凹槽305的深度等于下电极30的高度H4。第四凹槽304的存在形成了下电极30的悬浮结构，第五凹槽305构成了第二空气隙，下电极30的悬浮结构和下电极30和衬底10之间的第二空气隙作为避免声波能量损耗的结构，以实现进一步将体声波反射回压电层40的效果。
本实施例提供的技术方案，相对现有技术在制备体声波谐振器的过程中，在压电层40的第一表面侧和第二表面侧均需要采用刻蚀工艺来形成避免声波能量损耗的结构，本实施例提供的制备方法通过去除第一牺牲层20和第二牺牲层61以形成用于反射体声波的第一空气隙、凹槽反射结构、凸起反射结构、下电极30的悬梁结构和第二空气隙，在实现将垂直于衬底10所在平面方向上传播的体声波以及将平行于衬底10所在平面方向上传播的体声波反射回压电层40的技术效果的基础上，大大减少了刻蚀次数，简化了制备体声波谐振器的工艺步骤。
下面具体阐述去除第一牺牲层20和第二牺牲层61的过程。
在上述技术方案的基础上，步骤260去除第一牺牲层20和第二牺牲层61包括：
去除第一牺牲层20时还包括：去除第二牺牲层61。
形成贯穿上电极50、压电层40、下电极30和第一牺牲层20的释放孔，将刻蚀反应物通过释放孔到达第一牺牲层20，并且形成贯穿压电层40和第二牺牲层61的释放孔，通过刻蚀反应物对第一牺牲层20和第二牺牲层61的刻蚀达到去除第一牺牲层20和第二牺牲层61的目的。
或者，去除第一牺牲层20之后还包括：去除第二牺牲层61。
形成贯穿上电极50、压电层40、下电极30和第一牺牲层20的释放孔，将刻蚀反应物通过释放孔到达第一牺牲层20，通过刻蚀反应物对第一牺牲层20的刻蚀达到去除第一牺牲层20的目的。在此之后，形成贯穿压电层40和第二牺牲层61的释放孔，通过刻蚀反应物对第二牺牲层61的刻蚀达到去除第二牺牲层61的目的。
图22为图1中步骤120包括的制备方法的流程图。在上述技术方案的基础上，参见图22，步骤120在衬底的表面形成第一牺牲层包括：
步骤1201、在衬底的表面形成第一子牺牲层，其中，第一子牺牲层覆盖有源区和过渡区，位于过渡区的第一子牺牲层包括第一子台阶，第一子台阶包围有源区，且第一子台阶的高度大于位于有源区的第一子牺牲层的高度。
参见图12，在衬底10的表面形成第一子牺牲层21，其中，第一子牺牲层10覆盖有源区10A和过渡区10B，位于过渡区10B的第一子牺牲层10包括第一子台阶210A，第一子台阶210A包围有源区10A，且第一子台阶210A的高度大于位于有源区10A的第一子牺牲层21的高度。第一子牺牲层21的厚度大于或等于0.05微米，且小于或等于1微米。
图23为图22中步骤1201包括的制备方法的流程图。在上述技术方案的基础上，参见图23，步骤1201在衬底的表面形成第一子牺牲层包括：
步骤12010、在衬底的表面形成第一牺牲材料层。
参见图9、在衬底10的表面形成第一牺牲材料层21a。第一牺牲材料层21a的厚度大于或等于0.001微米，且小于或等于1微米。优选的，第一牺牲材料层21a的厚度大于或等于0.003微米，且小于或等于0.05微米。
步骤12011、图形化第一牺牲材料层，以形成位于过渡区的环形凸台，其中环形凸台包围有源区。
参见图10、图形化第一牺牲材料层21a，以形成位于过渡区10B的环形凸台21A，其中环形凸台21A包围有源区10A。
步骤12012、在衬底的表面形成第二牺牲材料层，其中，第二牺牲材料层覆盖环形凸台和衬底的表面。
参见图11，在衬底10的表面形成第二牺牲材料层21b，其中，第二牺牲材料层21b覆盖环形凸台21A和衬底10的表面。
步骤12013、图形化第二牺牲材料层和环形凸台，以形成第一子牺牲层，其中，第二牺牲材料层覆盖环形凸台的部分和环形凸台构成第一子台阶，第一子台阶的宽度小于环形凸台的宽度。
参见图12，图形化第二牺牲材料层21b和环形凸台21A，以形成第一子牺牲层21，其中，第二牺牲材料层21b覆盖环形凸台21A的部分和环形凸台21A构成第一子台阶210A，第一子台阶210A的宽度小于环形凸台21A的宽度。第一子台阶210A的厚度大于或等于70纳米，且小于或等于300纳米。
步骤1202、在第一子牺牲层远离衬底的表面形成第二子牺牲层，其中，第二子牺牲层覆盖第一子牺牲层，并延伸至衬底的表面，位于过渡区的第二子牺牲层包括相连的第二子台阶和第二台阶，第一子台阶和第二子台阶构成第一台阶，第一子牺牲层和第二子牺牲层构成第一牺牲层。
参见图14，在第一子牺牲层21远离衬底10的表面形成第二子牺牲层22，其中，第二子牺牲层22覆盖第一子牺牲层21，并延伸至衬底10的表面，位于过渡区10B的第二子牺牲层22包括相连的第二子台阶210B和第二台阶220，第一子台阶210A和第二子台阶210B构成第一台阶210，第一子牺牲层21和第二子牺牲层22构成第一牺牲层20。第二子牺牲层22的厚度大于或等于0.5微米，且小于哦或等于10微米。优选的，第二子牺牲层22的厚度大于或等于1微米，且小于或等于3微米。
图24为图22中步骤1202包括的制备方法的流程图。在上述技术方案的基础上，参见图24，步骤1202在第一子牺牲层远离衬底的表面形成第二子牺牲层包括：
步骤12020、在衬底的表面形成第三牺牲材料层，其中，第三牺牲材料层覆盖第一子牺牲层和衬底的表面。
参见图13，在衬底10的表面形成第三牺牲材料层22a，其中，第三牺牲材料层22a覆盖第一子牺牲层21和衬底10的表面。
步骤12021、图形化第三牺牲材料层，以形成第二子牺牲层，其中，第二子牺牲层覆盖第一子台阶的部分为第二子台阶，第二子牺牲层覆盖衬底的部分为第二台阶。
参见图14，图形化第三牺牲材料层22a，以形成第二子牺牲层22，其中，第二子牺牲层22覆盖第一子台阶210A的部分为第二子台阶210B，第二子牺牲层22覆盖衬底10的部分为第二台阶220。
在上述技术方案的基础上，第一牺牲层20由第一子牺牲层21和第二子牺牲层22组成，当第一子牺牲层21包括氧化硅，第二子牺牲层22包括含有磷元素的氧化硅，刻蚀第一牺牲层21包括：采用氢氟酸溶液刻蚀第一子牺牲层21和第二子牺牲层22。
可知的，氢氟酸溶液对于氧化硅的刻蚀速率小于含有磷元素的氧化硅的刻蚀速率，上述技术方案在去除第一牺牲层20时，以较快的刻蚀速率去除第二子牺牲层22，再以较慢的刻蚀速率去掉第一子牺牲层21，便于完全刻蚀掉衬底10表面的第一子牺牲层21，在提高刻蚀速率的基础上，可以提高刻蚀质量。具体的，还通过调节第二子牺牲层22和第一子牺牲层21的厚度，来控制第一牺牲层20的去除速率。
需要说明的是，第二牺牲层61可以选用氧化硅，腐蚀液选取氢氟酸溶液，便可以实现在去除第一牺牲层20之时或者之后去除第二牺牲层61，提高了去除第一牺牲层20和第二牺牲层61的效率。
本发明实施例还提供了一种体声波谐振器。以图7为例进行介绍，参见图7，该体声波谐振器包括：衬底10，其中，衬底10包括有源区10A和包围有源区10A的过渡区10B；下电极30，位于衬底10的表面，其中，下电极30远离衬底10的表面设置有第一凹槽301、包围第一凹槽301的第二凹槽302，以及包围第二凹槽302的第三凹槽303，第二凹槽302的深度大于第一凹槽301的深度，第三凹槽303的深度小于第一凹槽301的深度；压电层40，位于下电极30远离衬底10的表面；上电极50，位于压电层40远离下电极30的表面。
相对现有技术在的体声波谐振器，避免声波能量损耗的结构位于压电层40两侧，本实施例提供的体声波谐振器用于反射体声波的第一空气隙、凹槽反射结构和凸起反射结构，位于压电层40一侧的下电极30和衬底10之间，且可以通过一次去除第一牺牲层20的工艺形成，在实现将体声波反射回压电层40的技术效果的基础上，大大减少了刻蚀次数，简化了制备体声波谐振器的工艺步骤。其中，本实施例中提供的制备方法制备的体声波谐振器实现将体声波反射回压电层40的技术效果具体通过如下方案体现：第一方面，在下电极30远离第一牺牲层20的表面形成压电层40。在压电层40远离下电极30的表面形成上电极50。上电极50与空气接触，空气是一个天然的声阻抗为零的材料，可以满足将体声波从上电极50侧反射回压电层40的技术效果。第二方面，通过形成下电极30之前在衬底10表面形成包括第一牺牲层20，并且在压电层40远离下电极30的表面形成上电极50之后去除第一牺牲层20的技术方案，以形成下电极30邻近衬底10的表面的第一凹槽301、包围第一凹槽301的第二凹槽302，以及包围第二凹槽302的第三凹槽303，其中，第一凹槽301构成第一空气隙，第二凹槽302构成凹槽反射结构，第三凹槽303构成凸起反射结构，第一空气隙将垂直于衬底10方向上传播的体声波反射回压电层40，凹槽反射结构和凸起反射结构将平行于衬底10所在平面方向上传播的体声波反射回压电层40，以实现在将体声波从下电极30侧反射回压电层40的技术效果。此外，本实施例提供的技术方案，无需在压电层40的两侧形成避免声波能量损耗的结构，可以避免为了形成避免声波能量损耗的结构而对压电层40以及后续形成的膜层进行材料的去除，导致对压电层40所在膜层的机械损伤，进而提高了体声波谐振器的良率。
在上述技术方案的基础上，参见图7，上电极50的边界50A在衬底10的投影位于第三凹槽303处的下电极30在衬底10的投影内。即当第一牺牲层20被去除后形成的第三凹槽303构成的凸起反射结构的边界303A距离体声波谐振器的中心的距离大于或等于上电极50的边界50A距离体声波谐振器的中心的距离，以保证垂直于衬底10所在平面方向上传播的体声波以及将平行于衬底10所在平面方向上传播的体声波全部被反射回压电层40，从而达到进一步降低体声波谐振器的能量损耗的效果。
在上述技术方案的基础上，为了进一步将体声波反射回压电层40，本发明实施例提供了如下技术方案，参见图20，下电极30邻近压电层40的表面设置有相连的第四凹槽304和第五凹槽305，第四凹槽304包围第三凹槽303，且第五凹槽305包围第四凹槽304，第四凹槽304的深度小于第五凹槽305的深度，第五凹槽305的深度等于下电极30的高度。
具体的，本实施例的技术方案包括：下电极30邻近衬底10的表面的第一凹槽301构成第一空气隙，第二凹槽302构成凹槽反射结构，第三凹槽303构成凸起反射结构，第一空气隙、凹槽反射结构和凸起反射结构作为避免声波能量损耗的结构，以实现将体声波反射回压电层40的效果。本实施例的技术方案还包括：下电极30邻近压电层40的表面的第四凹槽304包围第三凹槽303，且第五凹槽305包围第四凹槽304，第四凹槽304的深度小于第五凹槽305的深度，第五凹槽305的深度等于下电极30的高度H4。第四凹槽304的存在形成了下电极30的悬浮结构，第五凹槽305构成了第二空气隙，下电极30的悬浮结构和下电极30和衬底10之间的第二空气隙作为避免声波能量损耗的结构，以实现进一步将体声波反射回压电层40的效果。综上，本实施例提供的技术方案包括用于反射体声波的第一空气隙、凹槽反射结构、凸起反射结构、下电极30的悬梁结构和第二空气隙，在实现将垂直于衬底10所在平面方向上传播的体声波以及将平行于衬底10所在平面方向上传播的体声波反射回压电层40的技术效果的基础上，大大减少了刻蚀次数，简化了制备体声波谐振器的工艺步骤。
可选的，在上述技术方案的基础上，参见图7，上电极30在衬底10的投影和第三凹槽303处的下电极30在衬底10的投影相交叠的部分的宽度L1大于或等于0.5微米，且小于或等于10微米。
具体的，上电极30在衬底10的投影和第三凹槽303处的下电极30在衬底10的投影相交叠的部分的宽度L1太小，小于0.5微米时，第三凹槽303构成的凸起反射结构在平行于衬底10所在平面方向的尺寸太小，第一凹槽301构成的第一空气隙，第二凹槽302构成的凹槽反射结构，第三凹槽303构成的凸起反射结构不足以将体声波全部被反射回压电层40。上电极30在衬底10的投影和第三凹槽303处的下电极30在衬底10的投影相交叠的部分的宽度L1太大，大于10微米时，上电极30的机械强度下降，不足以支撑压电层40和上电极50。优选的，上电极30在衬底10的投影和第三凹槽303处的下电极30在衬底10的投影相交叠的部分的宽度L1大于或等于1微米，且小于或等于5微米。
可选的，在上述技术方案的基础上，参见图7，第二凹槽302的宽度L2大于或等于0.5微米，且小于或等于20微米。
具体的，第二凹槽302的宽度L2太小，小于0.5微米时，第二凹槽302构成的凹槽反射结构在平行于衬底10所在平面方向的尺寸太小，第一凹槽301构成的第一空气隙，第二凹槽302构成的凹槽反射结构以及第三凹槽303构成的凸起反射结构不足以将体声波全部被反射回压电层40。第二凹槽302的宽度L2太大，大于20微米时，上电极30的机械强度下降，不足以支撑压电层40和上电极50。优选的，第二凹槽302的宽度L2大于或等于1微米，且小于或等于5微米。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (12)
1.一种体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底包括有源区和包围所述有源区的过渡区；
在所述衬底的表面形成第一牺牲层，其中，所述第一牺牲层覆盖所述有源区和所述过渡区，位于所述过渡区的第一牺牲层包括相连的第一台阶和第二台阶，所述第一台阶的高度大于位于所述有源区的第一牺牲层的高度，所述第二台阶的高度小于位于所述有源区的第一牺牲层的高度；
在所述第一牺牲层远离所述衬底的表面形成下电极；
在所述下电极远离所述第一牺牲层的表面形成压电层；
在所述压电层远离所述下电极的表面形成上电极；
去除所述第一牺牲层；
在所述衬底的表面形成第一牺牲层包括：
在所述衬底的表面形成第一子牺牲层，其中，所述第一子牺牲层覆盖所述有源区和所述过渡区，位于所述过渡区的第一子牺牲层包括第一子台阶，所述第一子台阶包围所述有源区，且所述第一子台阶的高度大于位于所述有源区的第一子牺牲层的高度；在所述第一子牺牲层远离所述衬底的表面形成第二子牺牲层，其中，所述第二子牺牲层覆盖所述第一子牺牲层，并延伸至所述衬底的表面，位于所述过渡区的第二子牺牲层包括相连的第二子台阶和所述第二台阶，所述第一子台阶和所述第二子台阶构成所述第一台阶，所述第一子牺牲层和所述第二子牺牲层构成所述第一牺牲层；
在所述衬底的表面形成第一子牺牲层包括：
在所述衬底的表面形成第一牺牲材料层；图形化所述第一牺牲材料层，以形成位于所述过渡区的环形凸台，其中所述环形凸台包围所述有源区；在所述衬底的表面形成第二牺牲材料层，其中，所述第二牺牲材料层覆盖所述环形凸台和所述衬底的表面；图形化所述第二牺牲材料层和所述环形凸台，以形成所述第一子牺牲层，其中，所述第二牺牲材料层覆盖所述环形凸台的部分和所述环形凸台构成所述第一子台阶，所述第一子台阶的宽度小于所述环形凸台的宽度；
在所述第一子牺牲层远离所述衬底的表面形成第二子牺牲层包括：
在所述衬底的表面形成第三牺牲材料层，其中，所述第三牺牲材料层覆盖所述第一子牺牲层和所述衬底的表面；图形化所述第三牺牲材料层，以形成所述第二子牺牲层，其中，所述第二子牺牲层覆盖所述第一子台阶的部分为所述第二子台阶，所述第二子牺牲层覆盖所述衬底的部分为所述第二台阶。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，在所述压电层远离所述下电极的表面形成上电极包括：
在所述压电层远离所述下电极的表面形成包括边界在所述衬底的投影位于所述第二台阶在所述衬底的投影内的上电极；和/或，
在所述第一牺牲层远离所述衬底的表面形成下电极包括：在所述第一牺牲层远离所述衬底的表面形成覆盖所述第一牺牲层并延伸至所述衬底表面的下电极。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，在所述下电极远离所述第一牺牲层的表面形成压电层之前还包括：
在所述下电极的侧面形成第二牺牲层，其中，所述第二牺牲层远离所述衬底的表面和所述下电极远离所述衬底的表面平齐，且所述第二牺牲层从所述下电极的侧面延伸至所述衬底的表面；
对应的，在所述下电极远离所述第一牺牲层的表面形成压电层包括：在所述下电极远离所述第一牺牲层的表面形成包括覆盖所述第二牺牲层和所述下电极的压电层。
4.根据权利要求3所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，去除所述第一牺牲层时还包括：
去除所述第二牺牲层；
或者，去除所述第一牺牲层之后还包括：
去除所述第二牺牲层。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述第一子牺牲层包括氧化硅，所述第二子牺牲层包括含有磷元素的氧化硅，刻蚀所述第一牺牲层包括：
采用氢氟酸溶液刻蚀所述第一子牺牲层和所述第二子牺牲层。
6.根据权利要求3所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，在所述下电极的侧面形成第二牺牲层包括：
在所述下电极远离所述衬底的表面形成第四牺牲材料层，其中，所述第四牺牲材料层延伸至所述衬底的表面；
对所述第四牺牲材料层和所述下电极进行平坦化处理，以形成所述第二牺牲层，且所述第二牺牲层和所述下电极的高度均为第一高度。
7.根据权利要求6所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，对所述第二牺牲层和所述下电极进行平坦化处理之后还包括：
通过聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀所述第二牺牲层和所述下电极远离所述衬底的表面，其中，所述第二牺牲层和所述下电极的高度均为第二高度，所述第二高度小于所述第一高度。
8.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：
衬底，其中，所述衬底包括有源区和包围所述有源区的过渡区；
下电极，位于所述衬底表面的有源区和过渡区，其中，所述下电极远离所述衬底的表面设置有第一凹槽、包围所述第一凹槽的第二凹槽，以及包围所述第二凹槽的第三凹槽，所述第二凹槽的深度大于所述第一凹槽的深度，所述第三凹槽的深度小于所述第一凹槽的深度；
压电层，位于所述下电极远离所述衬底的表面；
上电极，位于所述压电层远离所述下电极的表面；
形成所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽包括：
在所述衬底的表面形成第一牺牲层包括：
在所述衬底的表面形成第一子牺牲层，其中，所述第一子牺牲层覆盖所述有源区和所述过渡区，位于所述过渡区的第一子牺牲层包括第一子台阶，所述第一子台阶包围所述有源区，且所述第一子台阶的高度大于位于所述有源区的第一子牺牲层的高度；在所述第一子牺牲层远离所述衬底的表面形成第二子牺牲层，其中，所述第二子牺牲层覆盖所述第一子牺牲层，并延伸至所述衬底的表面，位于所述过渡区的第二子牺牲层包括相连的第二子台阶和第二台阶，所述第一子台阶和所述第二子台阶构成第一台阶，所述第一子牺牲层和所述第二子牺牲层构成所述第一牺牲层；
在所述衬底的表面形成第一子牺牲层包括：在所述衬底的表面形成第一牺牲材料层；图形化所述第一牺牲材料层，以形成位于所述过渡区的环形凸台，其中所述环形凸台包围所述有源区；在所述衬底的表面形成第二牺牲材料层，其中，所述第二牺牲材料层覆盖所述环形凸台和所述衬底的表面；图形化所述第二牺牲材料层和所述环形凸台，以形成所述第一子牺牲层，其中，所述第二牺牲材料层覆盖所述环形凸台的部分和所述环形凸台构成所述第一子台阶，所述第一子台阶的宽度小于所述环形凸台的宽度；
在所述第一子牺牲层远离所述衬底的表面形成第二子牺牲层包括：在所述衬底的表面形成第三牺牲材料层，其中，所述第三牺牲材料层覆盖所述第一子牺牲层和所述衬底的表面；图形化所述第三牺牲材料层，以形成所述第二子牺牲层，其中，所述第二子牺牲层覆盖所述第一子台阶的部分为所述第二子台阶，所述第二子牺牲层覆盖所述衬底的部分为所述第二台阶；
在所述第一牺牲层远离衬底的表面形成所述下电极；
在所述下电极远离所述第一牺牲层的表面形成所述压电层；
在所述压电层远离所述下电极的表面形成所述上电极；
去除所述第一牺牲层、所述第二牺牲层以形成所述第一凹槽、所述第二凹槽、所述第三凹槽。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述上电极的边界在所述衬底的投影位于所述第三凹槽处的下电极在所述衬底的投影内。
10.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述下电极邻近所述压电层的表面设置有相连的第四凹槽和第五凹槽，所述第四凹槽包围所述第三凹槽，且所述第五凹槽包围所述第四凹槽，所述第四凹槽的深度小于所述第五凹槽的深度，所述第五凹槽的深度等于所述下电极的高度。
11.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述上电极在所述衬底的投影和所述第三凹槽处的下电极在所述衬底的投影相交叠的部分的宽度值大于或等于0.5微米，且小于或等于10微米。
12.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第二凹槽的宽度值大于或等于0.5微米，且小于或等于20微米。
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