CN113258899A - 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括提供衬底并在所述衬底上形成凹槽结构，该凹槽结构包括第一凹槽以及第二凹槽；在所述凹槽结构内形成用于对其填充的第一牺牲结构；在所述衬底上形成下电极，其中，所述下电极位于所述第一凹槽的上方，所述下电极位于所述第一凹槽之外的部分其至少部分底面边缘区域落入所述第二凹槽的开口范围内；在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层、以及在所述压电层位于所述第一凹槽上方的位置形成上电极；去除所述第一牺牲结构。相应地，本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器。实施本发明可以有效提高薄膜体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器其制造方法。
背景技术
谐振器是滤波器的核心组成部件，谐振器性能的优劣直接决定了滤波器性能的好坏。在现有的谐振器中，薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)因其体积小、插入损耗低、带外抑制大、品质因数高、工作频率高、功率容量大以及抗静电冲击能力良好等特点，在现代无线通讯技术中具有非常广阔的应用前景。
典型的薄膜体声波谐振器主要包括空气隙型体声波谐振器、反面刻蚀型体声波谐振器以及布拉格反射型体声波谐振器。请参考图1(a)、图1(b)以及图1(c)，1(a)、图1(b)以及图1(c)分别是现有技术中空气隙型体声波谐振器、反面刻蚀型体声波谐振器以及布拉格反射型体声波谐振器的剖面结构示意图。如图所示，现有的空气隙型体声波谐振器、反面刻蚀型体声波谐振器以及布拉格反射型体声波谐振器均包括衬底10、用于声波反射的声反射结构、以及从下至上由下电极12、压电层13以及上电极14构成的叠层结构。在空气隙型体声波谐振器中，声反射结构是形成在衬底10和叠层结构之间的空腔11；在反面刻蚀型体声波谐振器中，声反射结构是位于叠层结构下方贯穿衬底10的开口15；在布拉格反射型体声波谐振器中，声反射结构是位于衬底10和叠层结构之间、由高声学阻抗材层和低声学阻抗层交替形成的布拉格反射层16。
针对于现有空气隙型体声波谐振器和反面刻蚀型体声波谐振器来说，其下电极12的边缘与衬底10以及压电层13接触，在薄膜体声波谐振器工作时，叠层结构中的部分声波会通过下电极12的边缘进入衬底10以及压电层13中，造成薄膜体声波谐振器的声波损失。针对于现有布拉格反射型体声波谐振器来说，其下电极12的边缘与布拉格反射层16以及压电层13接触，所以在薄膜体声波谐振器工作时，叠层结构中的部分声波会通过下电极12的边缘进入布拉格反射层16以及压电层13中，虽然布拉格反射层16可以对声波形成反射，但是仍会存在少量声波从布拉格反射层进入至衬底10中，从而造成薄膜体声波谐振器的声波损失。而薄膜体声波谐振器的声波损失会降低薄膜体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，该制造方法包括：
提供衬底并在所述衬底上形成凹槽结构，该凹槽结构包括第一凹槽以及第二凹槽；
在所述凹槽结构内形成用于对其填充的第一牺牲结构；
在所述衬底上形成下电极，其中，所述下电极位于所述第一凹槽的上方，所述下电极位于所述第一凹槽之外的部分其至少部分底面边缘区域落入所述第二凹槽的开口范围内；
在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层、以及在所述压电层位于所述第一凹槽上方的位置形成上电极；
去除所述第一牺牲结构。
根据本发明的一个方面，该制造方法中，所述第二凹槽对所述第一凹槽形成环绕，所述下电极的全部底面边缘区域落入所述第二凹槽的开口范围内；或所述第二凹槽对所述第一凹槽部分环绕，所述下电极的部分底面边缘区域落入所述第二凹槽的开口范围。
根据本发明的另一个方面，该制造方法中，所述凹槽结构还包括至少一个第三凹槽，该至少一个第三凹槽形成在所述第一凹槽和所述第二凹槽之间。
根据本发明的又一个方面，该制造方法中，所述第三凹槽环绕所述第一凹槽设置。
根据本发明的又一个方面，该制造方法中，所述至少一个第三凹槽将所述衬底位于所述第一凹槽和所述第二凹槽之间的部分分割成多个支撑单元。
根据本发明的又一个方面，该制造方法还包括在位于待形成的所述第一凹槽和所述第二凹槽之间的所述衬底上形成第四凹槽，并在该第四凹槽内形成布拉格反射层结构。
根据本发明的又一个方面，在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层之前，该制造方法还包括形成第二牺牲结构，该第二牺牲结构对所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖；以及在所述压电层位于所述第一凹槽上方的位置形成上电极之后，该制造方法还包括去除所述第二牺牲结构。
根据本发明的又一个方面，该制造方法中，针对于所述第二牺牲结构对所述下电极的至少部分顶面边缘区域形成覆盖的情况，所述第二牺牲结构延伸至所述第一凹槽的上方，以使所述第二牺牲结构的端部在所述衬底表面上的投影落入所述第一凹槽的开口范围。
根据本发明的又一个方面，该制造方法中，所述第一牺牲结构和所述第二牺牲结构的厚度均大于等于100A；去除所述第一牺牲结构和所述第二牺牲结构以后，所述下电极暴露的顶面边缘区域的宽度以及底面边缘区域的宽度均大于等于100A。
相应地，本发明提供了一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括：
衬底；
叠层结构，该叠层结构形成于所述衬底上，从下至上依次包括下电极、压电层以及上电极；
第一空腔，该第一空腔形成于所述衬底和所述叠层结构之间，位于所述叠层结构中有效工作区的下方；
第二空腔，该第二空腔形成于所述衬底和所述下电极之间，所述下电极的至少部分底面边缘区域暴露在所述第二空腔中。
根据本发明的一个方面，该薄膜体声波谐振器中，所述第二空腔对所述第一空腔形成环绕，所述下电极的全部底面边缘区域暴露在所述第二空腔中；或所述第二空腔对所述第一空腔部分环绕，所述下电极的部分底面边缘区域暴露在所述第二空腔中。
根据本发明的另一个方面，该薄膜体声波谐振器还包括至少一个第三空腔，该至少一个第三空腔形成在所述衬底和所述叠层结构之间、且位于所述第一空腔和所述第二空腔之间。
根据本发明的又一个方面，该薄膜体声波谐振器中，所述第三空腔环绕所述第一空腔设置。
根据本发明的又一个方面，该薄膜体声波谐振器中，所述至少一个第三空腔将所述衬底位于所述第一空腔和所述第二空腔之间的部分分割成多个支撑单元。
根据本发明的又一个方面，该薄膜体声波谐振器中，在所述衬底位于所述第一空腔和所述第二空腔之间的区域内形成有布拉格反射层结构。
根据本发明的又一个方面，该薄膜体声波谐振器还包括第四空腔，该第四空腔形成在所述下电极和所述压电层之间，所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在所述第四空腔中。
根据本发明的又一个方面，该薄膜体声波谐振器中，针对于所述下电极的至少部分顶面边缘区域暴露在所述第四空腔中的情况，所述第四空腔延伸至所述第一空腔的上方，以使所述第四空腔的端部在所述衬底表面上的投影落入所述第一空腔的所在范围。
根据本发明的又一个方面，该薄膜体声波谐振器中，所述第二空腔以及所述第四空腔的厚度均大于等于100A；所述下电极暴露在所述第四空腔中的顶面边缘区域的宽度以及暴露在所述第二空腔中的底面边缘区域的宽度均大于等于100A。
本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，该制造方法包括：
提供衬底并在所述衬底上设置布拉格反射层；
在所述布拉格反射层上形成下电极；
形成第三牺牲结构，该第三牺牲结构对所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖；
在所述布拉格反射层上形成覆盖所述下电极以及所述第三牺牲结构的压电层、以及在所述压电层上形成上电极；
去除所述第三牺牲结构。
根据本发明的一个方面，在提供衬底并在所述衬底上设置布拉格反射层之后、以及在所述布拉格反射层上形成下电极之前，该制造方法还包括：在所述布拉格反射层上形成凹槽，并在该凹槽内形成用于对其填充的第四牺牲结构；在所述布拉格反射层上所形成的下电极，其至少部分底面边缘落入所述凹槽的开口范围内；以及在所述压电层上形成上电极之后，该制造方法还包括：去除所述第四牺牲结构。
相应地，本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括：
衬底；
叠层结构，该叠层结构形成于所述衬底上，从下至上依次包括下电极、压电层以及上电极；
布拉格反射层，该布拉格反射层形成于所述衬底表面；
第五空腔，该第五空腔形成于所述压电层和所述下电极之间，所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在所述第五空腔中。
根据本发明的一个方面，该薄膜体声波谐振器还包括第六空腔，该第六空腔形成于所述布拉格反射层和所述下电极之间，所述下电极的至少部分底面边缘区域暴露在所述第六空腔中。
本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，该制造方法包括：
提供衬底并在所述衬底上形成凹槽；
在所述凹槽内形成用于对其填充的第五牺牲结构；
在所述衬底上形成下电极，其中，所述下电极的至少部分底面边缘落入所述凹槽的开口范围内；
在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层、以及在所述压电层上形成上电极；
去除所述凹槽内的所述第五牺牲结构；
在所述上电极、所述压电层以及所述下电极重叠区域的下方形成贯穿所述衬底的开口。
根据本发明的一个方面，在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层之前，该制造方法还包括：形成第六牺牲结构，该第六牺牲结构对所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖；以及在所述压电层上形成上电极之后，该制造方法还包括：去除所述第六牺牲结构。
相应地，本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括：
衬底；
叠层结构，该叠层结构形成于所述衬底上，从下至上依次包括下电极、压电层以及上电极；
开口，该开口形成于所述叠层结构中有效工作区的下方并贯穿所述衬底；
第七空腔，该第七空腔形成于所述衬底和所述下电极之间，所述下电极的至少部分底面边缘区域暴露在所述第七空腔中。
根据本发明的一个方面，该薄膜体声波谐振器还包括第八空腔，该第八空腔形成在所述下电极和所述压电层之间，所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在所述第八空腔中。
本发明所提供的薄膜体声波谐振器及其制造方法通过在下电极的边缘区域形成空腔，使下电极的至少部分边缘区域暴露在该空腔中，从而可以有效降低通过边缘区域进入至衬底/压电层所导致的声波损失，进而可以有效提高薄膜体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1(a)、图1(b)以及图1(c)分别是现有技术中空气隙型体声波谐振器、反面刻蚀型体声波谐振器以及布拉格反射型体声波谐振器的剖面结构示意图；
图2是根据本发明的一个具体实施例的空气隙型体声波谐振器的制造方法流程图；
图3是执行图2所示制造方法提供的衬底的剖面示意图；
图4(a)是执行图2所示制造方法在衬底上形成凹槽结构后衬底的剖面示意图，其中，凹槽结构包括第一凹槽和第二凹槽，第二凹槽对第一凹槽形成环绕；
图4(b)是图4(a)所示结构的俯视示意图；
图5是执行图2所示制造方法在衬底上形成凹槽结构后衬底的剖面示意图，其中，凹槽结构包括第一凹槽和第二凹槽，第二凹槽仅对第一凹槽形成部分环绕；
图6(a)是执行图2所示制造方法在凹槽结构内形成第一牺牲结构后衬底的剖面示意图；
图6(b)是图6(a)所示结构的俯视示意图；
图7(a)是执行图2所示制造方法在衬底上形成下电极后所得到的结构的剖面示意图；
图7(b)是图7(a)所示结构的俯视示意图；
图8是执行图2所示制造方法在衬底上形成压电层和上电极后所得到的结构的剖面示意图；
图9是执行图2所示制造方法去除第一牺牲结构后所得到的结构的剖面示意图；
图10是执行图2所示制造方法在衬底上形成凹槽结构后衬底的俯视示意图，其中，凹槽结构包括第一凹槽、第二凹槽以及至少一个第三凹槽，该至少一个第三凹槽将衬底位于第一凹槽和第二凹槽之间的部分分割成多个支撑单元；
图11(a)是执行图2所示制造方法在衬底上形成凹槽结构后衬底的俯视示意图，其中，凹槽结构包括第一凹槽、第二凹槽以及至少一个第三凹槽，每一第三凹槽均对第一凹槽形成环绕；
图11(b)是图11(a)所示结构沿AA’线的剖面示意图；
图12(a)是执行本发明的另一个具体实施例的空气隙型体声波谐振器的制造方法在待形成的第一凹槽和第二凹槽之间形成布拉格反射层结构后衬底的剖面示意图；
图12(b)是图12(a)所示结构的俯视示意图；
图13是在图12(a)所示结构上形成第一凹槽和第二凹槽后衬底的剖面结构示意图；
图14是执行本发明的又一个具体实施例的空气隙型体声波谐振器的制造方法在衬底上形成覆盖下电极的第二牺牲材料层后所得到的结构的剖面示意图；
图15是在图14所示结构上形成对第五光刻胶层后所得到的结构的剖面示意图，其中，第五光刻胶层对第二牺牲材料层位于下电极的全部侧面和全部顶面边缘区域上方的部分形成覆盖；
图16是在图15所示结构上形成第二牺牲结构后所得到的结构的剖面示意图；
图17是在图16所示结构上形成压电层以及上电极后所得到的结构的剖面示意图；
图18是在图17所示结构上去除第一牺牲结构和第二牺牲结构后所的到的结构的剖面示意图；
图19是根据本发明的又一个具体实施例的空气隙型体声波谐振器的剖面结构示意图，其中，下电极的全部侧面暴露在第四空腔中；
图20是根据本发明的又一个具体实施例的空气隙型体声波谐振器的剖面结构示意图，其中，下电极的全部侧面以及部分顶面边缘区域暴露在第四空腔中；
图21是根据本发明的又一个具体实施例的空气隙型体声波谐振器的剖面结构示意图，其中，第四空腔在下电极顶面的部分延伸至第一空腔的上方；
图22是根据本发明的一个具体实施例的布拉格反射型体声波谐振器的剖面结构示意图；
图23是根据本发明的另一个具体实施例的反面刻蚀型体声波谐振器的剖面结构示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
为了更好地理解和阐释本发明，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，具体为空气隙型体声波谐振器的制造方法。请参考图2，图2是根据本发明的一个具体实施例的薄膜体声波谐振器的制造方法流程图。如图所示，该制造方法包括：
在步骤S101中，提供衬底并在所述衬底上形成凹槽结构，该凹槽结构包括第一凹槽以及第二凹槽；
在步骤S102中，在所述凹槽结构内形成用于对其填充的第一牺牲结构；
在步骤S103中，在所述衬底上形成下电极，其中，所述下电极位于所述第一凹槽的上方，所述下电极位于所述第一凹槽之外的部分其至少部分底面边缘区域落入所述第二凹槽的开口范围内；
在步骤S104中，在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层、以及在所述压电层位于所述第一凹槽上方的位置形成上电极；
在步骤S105中，去除所述第一牺牲结构。
下面将结合附图对上述步骤S101至步骤S105进行详细说明。
具体地，在步骤S101中，首先，如图3所示，提供衬底100。衬底100的材料包括但不限于硅、锗、锗硅等半导体材料。凡是现有适用于空气隙型体声波谐振器衬底的材料均适用于本发明，为了简明起见，在此不再对衬底100所有可能的材料进行一一列举。此外，衬底100的尺寸可以根据实际需求相应进行设计。
接着，在衬底100上形成凹槽结构，其中，该凹槽结构包括第一凹槽以及第二凹槽。在本实施例中，第一凹槽用于在后续的步骤中形成空气隙型体声波谐振器的声反射结构(即空腔)，所以第一凹槽开设在待形成的叠层结构(即由下电极、压电层以及上电极所构成的结构)中有效工作区(即下电极、压电层以及上电极的重叠区域)的下方。第二凹槽用于在后续步骤中形成空腔，使下电极的至少部分底面边缘区域暴露在该空腔中，所以第二凹槽开设在待形成的下电极的边缘下方。如图4(a)和图4(b)所示(图4(a)是图4(b)所示结构沿AA’线的剖面示意图)，第二凹槽100b对第一凹槽100a形成环绕，以使待形成的下电极其底面边缘区域全部位于第二凹槽100b的上方，即下电极的全部底面边缘区域落入第二凹槽100b的开口范围内。如图5所示，第二凹槽100b仅对第一凹槽100a的部分边形成环绕，以使待形成的下电极的部分底面边缘区域位于第二凹槽100b的上方，即下电极的部分底面边缘区域落入第二凹槽100b的开口范围。
在本实施例中，在衬底100上形成凹槽结构的实现过程如下：首先，在衬底100的表面涂覆第一光刻胶，匀胶后进行烘烤以形成覆盖衬底100表面的第一光刻胶层(未示出)。接着，对第一光刻胶层进行图形化操作以暴露衬底100上用于形成第一凹槽的第一区域。接着，以第一光刻胶层为掩膜对第一区域进行刻蚀以在衬底100上形成第一凹槽，并在刻蚀结束后去除第一光刻胶层。接着，在衬底100表面涂覆第二光刻胶，匀胶后进行烘烤以形成覆盖衬底100表面(包括第一凹槽)的第二光刻胶层(未示出)。接着，对第二光刻胶层进行图形化操作以暴露衬底100上用于形成第二凹槽的第二区域。最后，以第二光刻胶层为掩膜对第二区域进行刻蚀以在衬底100上形成第二凹槽，并在刻蚀结束后去除第二光刻胶层。
需要说明的是，(1)第一凹槽和第二凹槽的形成顺序并不做任何限定，在其他实施例中，还可以是先形成第二凹槽然后在形成第一凹槽，又或者同时形成第一凹槽和第二凹槽。(2)本文对第一凹槽的具体形状不做任何限定，可以是例如图4(b)和图5中的正五边形形状，也可以是其他形状。(3)第一光刻胶和第二光刻胶的材料可以相同也可以不同，本文对此不做任何限定。(4)衬底位于第一凹槽和第二凹槽之间的部分，用于对待形成的叠层结构进行支撑。以图4(b)所示结构为例说明，衬底100位于第一凹槽100a和第二凹槽100b之间的部分呈环形形状。本文对衬底位于第一凹槽和第二凹槽之间的部分其宽度(针对于图4(b)所示结构来说，该部分的宽度在图中以W1表示)不做任何限定，只要是可以对待形成的叠层结构形成良好支撑即可。
下面以图4(a)和图4(b)所示结构为例对后续步骤进行说明。
在步骤S102中，首先，在衬底100的表面沉积形成第一牺牲材料层(未示出)，其中，第一牺牲材料层的表面要高于衬底100表面以对第一凹槽100a和第二凹槽100b形成填充；接着，如图6(a)和图6(b)所示(图6(a)是图6(b)所示结构沿AA’线的剖面示意图)，对第一牺牲材料层进行平坦化操作，直至第一凹槽100a和第二凹槽100b内的第一牺牲材料层的表面与衬底100的表面齐平、且第一凹槽100a和第二凹槽100b内的第一牺牲材料层的厚度符合预期范围。平坦化操作之后在第一凹槽100a和第二凹槽100b中形成对其二者进行填充的第一牺牲结构101。在本实施例中，第一牺牲结构101的材料是二氧化硅(SiO2)、低温化学气相沉积SiO2(LTO)或磷硅玻璃(PSG)。本领域技术人员可以理解的是，第一牺牲结构101的材料并不仅仅限于上述SiO2、LTO以及PSG，还可以根据实际设计需求选择其他合适的材料，凡是在后续去除第一牺牲结构的步骤中可以保证第一牺牲结构具有刻蚀选择性的材料均适用于本发明，由于第一牺牲结构的材料选择和空气隙型体声波谐振器其他部分的材料有关，因此为了简明起见，在此不再对第一牺牲结构所有可能的材料进行一一列举。在本实施例中，第一凹槽100a内第一牺牲结构101的厚度(图中以H1表示)可以根据现有空气隙型体声波谐振器中空腔深度进行相应设计，第二凹槽100b内第一牺牲结构101的厚度(图中以H2表示)则大于等于100A。
在步骤S103中，首选，在衬底100上沉积覆盖衬底100表面(包括第一牺牲结构101)的下电极材料层(未示出)，其中，下电极材料层可以采用例如钼(Mo)等金属实现。下电极材料层的厚度可以根据实际设计需求来确定，在此不做任何限定。接着，在下电极材料层上涂覆第三光刻胶，匀胶后进行烘烤以形成第三光刻胶层(未示出)。接着，对第三光刻胶层进行图形化操作仅覆盖下电极材料层中待形成下电极的区域而对其他区域进行暴露。接着，以第三光刻胶层为掩膜通过刻蚀的方式将下电极材料层中暴露的部分去除掉，从而在衬底100上形成下电极。其中，由于第一凹槽100a开设在待形成的叠层结构的有效工作区的下方，所以在衬底100上所形成的下电极对部分或全部第一凹槽100a形成覆盖。由于第二凹槽100b开设在待形成的下电极边缘的下方，所以下电极位于第一凹槽100b之外的部分其至少部分底面边缘区域落入第二凹槽的开口范围内。最后，去除位于下电极上方的第三光刻胶层。
在本实施例中，去除第三光刻胶层之后所形成的结构请参考图7(a)和图7(b)(图7(a)是图7(b)所示结构沿AA’线的剖面示意图)，其中，在图7(b)中第一凹槽100a和第二凹槽100b被下电极102所覆盖的不可见部分其边缘通过虚线进行表示，此外在图7(b)中下电极102仅通过绘制底面边缘的方式示出。在本实施例中，下电极102对整个第一凹槽100a形成覆盖，下电极102的整个底面边缘区域落入第二凹槽101b的开口范围内。优选地，下电极102落入第二凹槽10b开口范围内的底面边缘区域的宽度(图中以W2表示)大于等于100A。
优选地，如图7(a)所示，下电极102的侧面被刻蚀为斜面，即下电极102的侧面与底面之间的角度(图中以α表示)为锐角。其中，α的范围优选小于30°。下电极102的侧面为斜面，有利于确保后续在下电极102上所形成的压电层其晶向不会变差，从而确保压电层的性能。
在步骤S104中，如图8所示，在衬底100上沉积形成覆盖下电极102的压电层103、以及在压电层103位于第一凹槽100a上方的位置上形成上电极104，如此一来，由下电极102、压电层103以及上电极104所构成的叠层结构中的有效工作区位于第一凹槽100a的上方。优选地，上电极104位于第一凹槽100a的开口范围内，即上电极104在衬底100表面上的投影落入第一凹槽100a的开口范围内，以尽可能将叠层结构中的声波限制在后续基于第一凹槽100a所形成的空腔内。
在本实施例中，压电层103的材料优选采用氮化铝(AlN)实现，上电极104的材料优选采用钼(Mo)实现。本领域技术人员可以理解的是，压电层103和上电极104的材料并不仅仅限于上述氮化铝和钼，凡是适用于形成压电层和电极的材料均适用于本发明中的压电层103和上电极104，为了简明起见，在此不再对压电层103和上电极104所有可能的材料进行一一列举。此外，压电层103和上电极104的厚度可以根据实际设计需求来确定，在此不做任何限定。
在步骤S105中，如图9所示，去除第一凹槽100a内的第一牺牲结构101以在叠层结构下方形成第一空腔101a，以及去除第二凹槽100b内的第一牺牲结构101以形成第二空腔101b使得下电极102位于第二凹槽100b上方的底面边缘区域暴露在第二空腔101b中。在本实施例中，由于下电极102的全部底面边缘区域落入第二凹槽100b的开口范围内，所以在去除第二凹槽100b内的第一牺牲结构101之后，下电极102的全部底面边缘区域暴露在第二空腔101b中。此外，前文提及下电极102落入第二凹槽102开口范围内的底面边缘区域的宽度优选大于等于100A，那么相应地在去除第一牺牲结构101后，下电极102暴露在第二空腔101b中的底面边缘区域的宽度也大于等于100A。
去除第一凹槽100a和第二凹槽100b中的第一牺牲结构101存在多种方式。在本实施例中，可以从叠层结构位于第一凹槽100a和第二凹槽100b上方的位置分别向下刻蚀直至达到第一牺牲结构101，即可形成贯穿叠层结构且暴露第一牺牲结构101的释放通道(未示出)，然后利用腐蚀溶液通过该释放通道将第一凹槽100a和第二凹槽100b内的第一牺牲结构101去除。在其他实施例中，在衬底100上形成凹槽结构时，该凹槽结构除了包括第一凹槽100a和第二凹槽100b之外，还可以包括连通第一凹槽100a和第二凹槽100b的释放槽。在形成上电极104后，从叠层结构与释放槽对应的位置向下刻蚀形成释放通道，并通过该释放通道去除凹槽结构内的第一牺牲结构101。为了简明起见，在此不再对所有去除第一牺牲结构101的方式一一进行说明。至此空气隙型体声波谐振器的制造完成。
与现有的空气隙型体声波谐振器的制造方法相比，实施本发明可以在空气隙型体声波谐振器下电极的边缘处形成第二空腔，从而使得下电极的底面边缘区域暴露在第二空腔中，如此一来，有效地避免了下电极的底面边缘区域与衬底之间的接触，从而可以有效降低空气隙型体声波谐振器工作时通过底面边缘区域进入衬底所导致的声波损失，进而可以有效提高空气隙型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
优选地，凹槽结构除了包括第一凹槽100a和第二凹槽100b之外，还包括至少一个第三凹槽，该至少一个第三凹槽形成在第一凹槽100a和第二凹槽100b之间。也就是说，在衬底100位于第一凹槽100a和第二凹槽100b之间的部分上形成第三凹槽。衬底100位于第一凹槽100a和第二凹槽100b之间的部分用于对叠层结构的支撑，在该部分上形成第三凹槽，可以进一步减少下电极102与衬底100之间的接触面积，从而进一步降低空气隙型体声波谐振器工作时声波进入衬底所导致的损失。其中，该至少一个第三凹槽环绕第一凹槽设置。在一个具体实施例中，如图10所示，该至少一个第三凹槽100c将衬底100位于第一凹槽100a和第二凹槽100b之间的部分分割成多个支撑单元100d。在本实施例中，支撑单元100d的水平截面的形状是矩形，为了可以形成良好的支撑，支撑单元100d的水平截面的长和宽均大于1μm。本领域技术人员可以理解的是，支撑单元100d的水平截面的形状不仅仅限于矩形，其他例如圆形、多边形等形状均适用于本发明。在另一个具体实施例中，如图11(a)和图11(b)(图11(b)是图11(a)所示结构沿AA’线的剖面示意图)，所有第三凹槽100c均呈环形形状，对第一凹槽100a形成环绕。需要说明的是，(1)上述两种第三凹槽结构仅为优选实施例，在其他实施例中，第三凹槽还可以是其他结构形式，凡是形成在第一凹槽和第二凹槽之间、且可以减少衬底与下电极接触面积的凹槽结构均适用于本发明，为了简明起见，在此不再对第三凹槽所有可能的结构形式进行一一列举。(2)本文对第一凹槽、第二凹槽以及第三凹槽的形成顺序并不做任何限定。优选可以令第三凹槽的深度与第一凹槽或第二凹槽相同，从而可以在形成第一凹槽或第二凹槽时同时形成第三凹槽。(3)当凹槽结构包括第一凹槽、第二凹槽以及第三凹槽时，步骤S102中除了在第一凹槽和第二凹槽内形成第一牺牲结构之外还需要在第三凹槽内形成第一牺牲结构，相应地在步骤S105中除了去除第一凹槽和第二凹槽内的第一牺牲结构之外还需要去除第三凹槽内的第一牺牲结构，也就是说，除了形成第一空腔以及第二空腔之外，还会在衬底和叠层结构之间第三凹槽所在位置形成第三空腔。
优选地，在提供衬底之后、以及在所述衬底上形成第一凹槽和第二凹槽之前，本发明所提供的制造方法还包括：在位于待形成的第一凹槽和第二凹槽之间的衬底上形成第四凹槽，并在该第四凹槽内形成布拉格反射层结构。衬底位于第一凹槽和第二凹槽之间的部分用于对叠层结构形成支撑，在该部分上形成第四凹槽并填充布拉格反射层结构，使得该空气隙型体声波谐振器工作时进入布拉格反射层结构中的声波被反射回叠层结构中，从而进一步降低空气隙型体声波谐振器工作时声波进入衬底所导致的损失。形成布拉格反射层结构的步骤过程如下：首先，在衬底上涂覆第四光刻胶，匀胶后进行烘烤以形成第四光刻胶层(未示出)。接着，对第四光刻胶层进行图形化操作以暴露衬底上用于形成第四凹槽的区域。接着，以第四光刻胶层为掩膜对该区域进行刻蚀以在衬底上形成第四凹槽，并在刻蚀结束后去除第四光刻胶层。接着，在衬底上交替沉积形成第一声阻抗材料层和第二声阻抗材料层，其中，第一声阻抗材料层是高声阻抗材料层、第二声阻抗材料层是低声阻抗材料层，反之亦然。最后，对声阻抗材料层进行平坦化操作直至暴露出衬底表面。至此，在第四凹槽内形成了布拉格反射层结构。在一个具体实施例中，如图12(a)和图12(b)(图12(a)是图12(b)所示结构沿AA’线的剖面示意图)，布拉格反射层结构107位于待形成的第一凹槽100a和第二凹槽100b之间，其中，为了清楚地显示出布拉格反射层结构107和待形成的第一凹槽100a和第二凹槽100b之间的位置关系，图12(b)中利用虚线对待形成的第一凹槽100a和第二凹槽100b表示。在本实施例中，第四凹槽对待形成的第一凹槽100a形成环绕，所以相应的布拉格反射层结构107对待形成的第一凹槽100a形成环绕。布拉格反射层结构107形成之后，如图13所示，继续在衬底100上形成第一凹槽100a以及第二凹槽100b。形成第一凹槽100a以及第二凹槽100b之后的步骤可以参考前文相应部分的内容，为了简明起见，在此不再重复描述。
优选地，考虑到现有空气隙型体声波谐振器中下电极除了底面边缘区域与衬底接触导致声波损失之外，下电极的侧面以及顶面边缘区域与压电层接触也会导致声波的横向逸出，所以在下电极的侧面和/或顶面边缘区域处也相应形成空腔。具体地，在步骤S103之后、以及在步骤S104之前，本发明所提供的制造方法还包括形成第二牺牲结构，该第二牺牲结构对下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖；以及在步骤S104之后，本发明所提供的制造方法还包括去除第二牺牲结构。
下面，以执行步骤S103形成下电极得到图7(a)和图7(b)所示结构为例，结合图14至图21对如何在下电极的全部侧面以及全部顶面边缘区域处形成空腔进行说明。
如图14所示，在执行步骤S103形成下电极102后，沉积形成覆盖衬底100表面(包括下电极102)的第二牺牲材料层105；接着，在第二牺牲材料层105上涂覆第五光刻胶，匀胶后进行烘烤以形成第五光刻胶层(未示出)。接着，如图15所示，对第五光刻胶层进行图形化操作，仅对第二牺牲材料层105位于下电极102的全部侧面和全部顶面边缘区域上方的部分形成覆盖，其中，图形化操作后的第五光刻胶层在图中以附图标记106表示。接着，如图16所示，以第五光刻胶层为掩膜通过刻蚀将第二牺牲材料层105的暴露区域去除，从而形成对下电极102的全部侧面和全部顶面边缘区域覆盖的第二牺牲结构105a。第二牺牲结构105a的材料包括但不限于二氧化硅(SiO2)、低温化学气相沉积SiO2(LTO)或磷硅玻璃(PSG)，其中，第二牺牲结构105a优选和第一牺牲结构101的材料相同，以便于后续步骤中可以同时去除第一牺牲结构101和第二牺牲结构105a。第二牺牲结构105a的厚度优选大于等于100A。针对于本实施例来说，位于下电极102侧面上的第二牺牲结构105a的厚度(图中以H3表示)大于等于100A，同样地，位于下电极102顶面区域边缘上的第二牺牲结构105a的厚度(图中以H4表示)也大于等于100A。此外，被第二牺牲结构105a所覆盖的下电极102的顶面边缘区域其宽度(图中以W3表示)优选大于等于100A。接着，如图17所示，执行步骤S104形成覆盖衬底100表面(包括下电极102和第二牺牲结构105a)的压电层103、以及在压电层103位于第一凹槽100a上方的位置上形成上电极104。最后，如图18所示，形成释放通道(未示出)，通过该释放通道去除第一牺牲结构101以在下电极102的底面边缘区域形成第二空腔101b、以及去除第二牺牲结构105a以在下电极102的侧面和顶面边缘区域形成第四空腔101c。去除第一牺牲结构101和第二牺牲结构105a后，下电极102的整个边缘暴露在第二空腔101b和第四空腔101c中。其中，当被第二牺牲结构105a所覆盖的下电极102的顶面边缘区域其宽度优选大于等于100A时，那么相应地在去除第二牺牲结构105a后，下电极102暴露在第四空腔101c中的顶面边缘区域的宽度也大于等于100A。在本实施例中，由于下电极102的整个边缘暴露在第二空腔101b和第四空腔101c中，所以第二空腔101b和第四空腔101c之间连通。
针对于仅在下电极102的全部侧面、或仅在下电极102的全部顶面边缘区域、或仅在下电极102的部分侧面、或仅在下电极102的部分顶面边缘区域、或仅在下电极102的部分侧面和部分顶面边缘区域、或仅在下电极102的部分侧面和全部顶面边缘区域、又或者仅在下电极102的全部侧面和部分顶面边缘区域形成第四空腔的情况，只需要形成覆盖相应区域的第二牺牲结构即可，为了简明起见，不再对上述所有可能的情况一一进行描述。图19和图20是本发明所提供的空气隙型体声波谐振器的两个具体实施例中，其中，图19所示结构在其下电极102的全部底面边缘区域形成第二空腔101b以及在全部侧面处形成第四空腔101c，图20所示结构在其下电极102的全部底面边缘形成第二空腔101b、以及在全部侧面和部分顶面边缘区域处形成第四空腔101c。
在使下电极的底面边缘区域暴露在第二空腔的基础上，进一步使下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域不再与压电层接触而是暴露在第四空腔中，如此一来，可以进一步降低空气隙型体声波谐振器工作时声波从下电极侧面以及顶面边缘区域横向溢出至压电层所导致的声波损失，从而可以进一步提高空气隙型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
需要说明的是，针对于第二牺牲结构对下电极的至少部分顶面边缘区域形成覆盖的情况，优选地，第二牺牲结构延伸至第一凹槽的上方，即第二牺牲结构的端部在衬底表面上的投影落入第一凹槽的开口范围内。如此一来，将第二牺牲结构去除后形成的第四空腔延伸至第一凹槽的上方，以尽可能地使叠层结构中的有效工作区位于第一凹槽的开口范围内，从而尽可能将叠层结构中的声波限制在基于第一凹槽所形成的第一空腔内。如图21所示，虽然上电极104其在衬底100表面上的投影超出了第一空腔101a的开口范围，但是由于第四空腔101c在下电极102顶面的部分延伸至第一空腔101a上方，所以使得上电极104、压电层103以及下电极102的重叠部分(即有效工作区)落入第一空腔101a的开口范围内。
还需要说明的是，针对于在下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域处形成第四空腔101c的情况，如图21所示，在形成上电极104时，在上电极104边缘处形成凸起结构(图中虚线圈起部分)，这种情况下，除了第四空腔101c可以降低横向溢出所导致的声波损失之外，上电极104边缘的凸起结构还可以进一步降低横向溢出所导致的声波损失，从而可以进一步提高空气隙型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
相应地，本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器，具体为空气隙型体声波谐振器。该薄膜体声波谐振器包括：
衬底；
叠层结构，该叠层结构形成于所述衬底上，从下至上依次包括下电极、压电层以及上电极；
第一空腔，该第一空腔形成于所述衬底和所述叠层结构之间，位于所述叠层结构中有效工作区的下方；
第二空腔，该第二空腔形成于所述衬底和所述下电极之间，所述下电极的至少部分底面边缘区域暴露在所述第二空腔中。
下面，将结合图9对上述结构的各个组成部分进行详细说明。
具体地，如图所示，本发明所提供的空气隙型体声波谐振器包括衬底100、位于衬底100上的叠层结构、以及形成在衬底100和叠层结构之间的第一空腔101a。叠层结构从下至上依次包括下电极102、压电层103以及上电极104，其中，下电极102、压电层103以及上电极104之间的重叠区域为叠层结构的有效工作区。第一空腔101a则位于该有效工作区的下方。需要说明的是，(1)针对于衬底100、下电极102、压电层103、上电极104以及第一空腔101a所可能涉及到的材料、形状、尺寸等可以参考前文相应部分的内容，为了简明起见，在此不再重复描述。(2)下电极102的侧面优选为斜面，即下电极102的侧面与底面之间的角度为锐角，其中，该锐角的范围优选小于30°。(3)上电极104在衬底100表面上的投影优选落入第一空腔101a的开口范围内，以尽可能将叠层结构中的声波限制在后续第一空腔101a内。
如图所示，本发明所提供的空气隙型体声波谐振器还包括第二空腔101b，该第二空腔101b形成在衬底100和下电极102之间，具体是位于下电极102边缘的下方，使下电极102的至少部分底面边缘区域暴露在第二空腔101b。优选地，第二空腔101b的厚度大于等于100A，以及下电极102暴露在第二空腔101b的底面边缘区域的宽度大于等于100A。此外，衬底位于第一空腔101a和第二空腔101b之间的部分，用于对叠层结构进行支撑。
与现有的空气隙型体声波谐振器相比，本发明所提供的空气隙型体声波谐振器其下电极的边缘处形成第二空腔，从而使得下电极的底面边缘区域暴露在第二空腔中，如此一来，有效地避免了下电极的底面边缘区域与衬底之间的接触，从而可以有效降低空气隙型体声波谐振器工作时通过底面边缘区域进入衬底所导致的声波损失，进而可以有效提高空气隙型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
优选地，在本发明所提供的空气隙型体声波谐振器中，第二空腔对第一空腔形成环绕，从而确保下电极的全部底面边缘区域暴露在第二空腔中。本领域技术人员可以理解的是，第二空腔还可以对第一空腔部分环绕，使下电极的部分底面边缘区域暴露在第二空腔中。进一步地，本发明所提供的空气隙型体声波谐振器还包括至少一个第三空腔，该至少一个第三空腔形成在衬底和叠层结构之间、且位于第一空腔和第二空腔之间。衬底位于第一空腔和第二空腔之间的区域用于对叠层结构形成支撑，在该区域内形成第三空腔可以进一步减少下电极与衬底之间的接触面积，从而进一步降低空气隙型体声波谐振器工作时声波进入衬底所导致的损失。其中，该至少一个第三空腔环绕第一空腔设置。在一个具体实施例中，所有第三空腔均呈环状形状，对第一空腔形成环绕。在另一个具体实施例中，该至少一个第三空腔将衬底位于第一空腔和第二空腔之间的部分分割成多个支撑单元。在本实施例中，支撑单元的水平截面的形状是矩形，该水平截面的长和宽均大于1μm。
优选地，本发明所提供的空气隙型体声波谐振器中，在衬底位于第一空腔和第二空腔之间的区域内形成有布拉格反射层结构，该布拉格反射层结构由交替的高声阻抗材料层和低声阻抗材料层构成。衬底位于第一空腔和第二空腔之间的区域用于对叠层结构形成支撑，在该区域内形成布拉格反射层结构，使得该空气隙型体声波谐振器工作时进入布拉格反射层结构中的声波被反射回叠层结构中，从而进一步降低空气隙型体声波谐振器工作时声波进入衬底所导致的损失。
优选地，如图18所示，本发明所提供的空气隙型体声波谐振器还包括第四空腔101c，该第四空腔101c形成在下电极102和压电层103之间，使下电极102的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在第四空腔101c。更优选地，第四空腔101c的厚度大于等于100A，以及下电极102暴露在第四空腔101c的顶面边缘区域的宽度大于等于100A。在使下电极的底面边缘区域暴露在第二空腔101b的基础上，进一步使下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域不再与压电层接触而是暴露在第四空腔101c中，如此一来，可以进一步降低空气隙型体声波谐振器工作时声波从下电极侧面以及顶面边缘区域横向溢出至压电层所导致的声波损失，从而可以进一步提高空气隙型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。针对于下电极102的至少部分顶面边缘区域暴露在第四空腔101c中的情况，如图21所示，第四空腔101c位于下电极102顶面的部分延伸至第一空腔101a上方，使第四空腔101c的端部在衬底100表面上的投影落入第一空腔101a的所在范围，以尽可能地使叠层结构中的有效工作区位于第一空腔101a的开口范围内，从而尽可能将叠层结构中的声波限制在基于第一空腔101a内。
优选地，如图21所示，本发明所提供的空气隙型体声波谐振器除了包括第四空腔101c之外，其上电极104的边缘处还形成有凸起结构(图中虚线圈起部分)，这种情况下，除了第四空腔101c可以降低横向溢出所导致的声波损失之外，上电极104边缘的凸起结构还可以进一步降低横向溢出所导致的声波损失，从而可以进一步提高空气隙型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，具体为布拉格反射型体声波谐振器的制造方法。该制造方法包括：
在步骤S201中，提供衬底并在所述衬底上设置布拉格反射层；
在步骤S202中，在所述布拉格反射层上形成下电极；
在步骤S203中，形成第三牺牲结构，该第三牺牲结构对所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖；
在步骤S204中，在所述布拉格反射层上形成覆盖所述下电极以及所述第三牺牲结构的压电层、以及在所述压电层上形成上电极；
在步骤S205中，去除所述第三牺牲结构。
下面，对上述步骤S201至步骤S205进行详细说明。
具体地，在步骤S201中，提供衬底并在衬底上形成布拉格反射层。在本实施例中，布拉格反射层由交替的高声阻抗材料层和低声阻抗材料层交替构成。
在步骤S202中，在布拉格反射层上形成下电极。优选地，下电极的侧面为斜面，即下电极的侧面与底面之间的角度为锐角，其中，该锐角的范围优选小于30°。
在步骤S203中，形成对下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖的第三牺牲结构。
在步骤S204中，在布拉格反射层上形成覆盖下电极以及第三牺牲结构的压电层、以及在压电层位于下电极上方的位置上形成上电极。
在步骤S205中，去除第三牺牲结构以形成第五空腔，下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在该第五空腔中。
本领域技术人员可以理解的是，(1)衬底、高声阻抗材料层以及低声阻抗材料层可以根据现有布拉格反射型体声波谐振器的常规设计实现。(2)下电极、压电层以及上电极的实现可以参考前文空气隙型体声波谐振器制造过程中的相关内容。(3)第三牺牲结构的形成步骤、材料以及厚度范围也可以参考前文中空气隙型体声波谐振器制造过程中第二牺牲结构的相关内容。(4)去除第三牺牲结构的步骤可以参考前文空气隙型体声波谐振器制造过程中去除第二牺牲结构的步骤。(5)第五空腔的厚度范围可以参考前文空气隙型体声波谐振器制造过程中第四空腔的厚度范围，下电极暴露在第五空腔中的顶面边缘区域的宽度范围可以参考前文中的相关内容。
与现有的布拉格反射型体声波谐振器的制造方法相比，实施本发明可以在布拉格反射型体声波谐振器下电极的边缘处形成第五空腔，从而使得下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在第五空腔中，如此一来，有效地避免了下电极边缘区域与压电层之间的接触，从而可以有效降低布拉格反射型体声波谐振器工作时由于横向溢出所导致的声波损失，进而可以有效提高布拉格反射型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
优选地，除了形成第五空腔之外，本发明所提供的制造方法在形成上电极时，在上电极边缘处形成凸起结构，以进一步降低横向溢出所导致的声波损失。
优选地，在步骤S201中之后、以及在步骤S202之前，本发明所提供的制造方法还包括：在布拉格反射层上形成凹槽(下文以第五凹槽表示)，并在该第五凹槽内形成用于对其填充的第四牺牲结构，其中，第五凹槽用于在后续步骤中形成空腔，使下电极的至少部分底面边缘区域暴露在该空腔中，所以第五凹槽开设在待形成的下电极的边缘下方。相应地在布拉格反射层上所形成的下电极，其至少部分底面边缘落入第五凹槽的开口范围内。以及在步骤S204之后，本发明所提供的制造方法还包括去除第四牺牲结构以形成第六空腔，下电极的至少部分底面边缘区域暴露在该第六空腔中。本领域技术人员可以理解的是，第六空腔形成步骤以及厚度范围可以参考前文空气隙型体声波谐振器制造过程中第二空腔的形成步骤以及厚度范围，下电极暴露在第六空腔的底面边缘区域的宽度范围可以参考前文中的相关内容。
相应地，本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器，具体为布拉格反射型体声波谐振器。该薄膜体声波谐振器包括：
衬底；
叠层结构，该叠层结构形成于所述衬底上，从下至上依次包括下电极、压电层以及上电极；
布拉格反射层，该布拉格反射层形成于所述衬底表面；
第五空腔，该第五空腔形成于所述压电层和所述下电极之间，所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在所述第五空腔中。
下面，将结合图22对上述结构的各个组成部分进行详细说明。
具体地，如图所示，本发明所提供的布拉格反射型体声波谐振器包括衬底200、位于衬底200上的布拉格反射层201、以及形成在布拉格反射层201上的叠层结构。叠层结构从下至上依次包括下电极202、压电层203以及上电极204，其中，下电极202、压电层203以及上电极204之间的重叠区域为叠层结构的有效工作区。需要说明的是，(1)针对于衬底200、布拉格反射层201、下电极202、压电层203、上电极204所可能涉及到的材料、形状、尺寸等可以参考前文相应部分的内容，为了简明起见，在此不再重复描述。(2)下电极202的侧面优选为斜面，即下电极202的侧面与底面之间的角度为锐角，其中，该锐角的范围优选小于30°。
如图所示，本发明所提供的布拉格反射型体声波谐振器还包括第五空腔205b，该第五空腔205b形成在下电极202和压电层203之间，下电极202的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在第五空腔205b中。第五空腔205b的厚度范围以及下电极暴露在第五空腔205b的顶面边缘区域的宽度范围可以参考前文中的相关内容。
与现有的布拉格反射型体声波谐振器相比，本发明所提供的布拉格反射型体声波谐振器其下电极的边缘处形成第五空腔，从而使得下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在第五空腔，如此一来，有效地避免了下电极边缘区域与压电层之间的接触，从而可以有效降低布拉格反射型体声波谐振器工作时由于横向溢出所导致的声波损失，进而可以有效提高布拉格反射型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
优选地，本发明所提供的布拉格反射型体声波谐振器除了包括第五空腔之外，其上电极的边缘处还形成有凸起结构，该凸起结构可以进一步降低横向溢出所导致的声波损失。
优选地，如图22所示，本发明所提供的布拉格反射型体声波谐振器还包括第六空腔205a，该第六空腔205a形成在布拉格反射层201和下电极202之间，具体是位于下电极202边缘的下方，下电极202的至少部分底面边缘区域暴露在第六空腔205a。第六空腔205a的厚度范围以及下电极暴露在第六空腔205a中的底面边缘区域的宽度范围可以参考前文中的相关内容。虽然布拉格反射层可以对声波形成反射，但是仍会存在少量声波从布拉格反射层进入至衬底中，将下电极的底面边缘区域暴露在第六空腔中，可以有效地避免布拉格反射型体声波谐振器工作时通过底面边缘区域进入布拉格反射层进而进入衬底所导致的声波损失，进而可以有效提高布拉格反射型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，具体为反面刻蚀型体声波谐振器的制造方法。该制造方法包括：
在步骤S301中，提供衬底并在所述衬底上形成凹槽；
在步骤S302中，在所述凹槽内形成用于对其填充的第五牺牲结构；
在步骤S303中，在所述衬底上形成下电极，其中，所述下电极的至少部分底面边缘落入所述凹槽的开口范围内；
在步骤S304中，在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层、以及在所述压电层上形成上电极；
在步骤S305中，去除所述凹槽内的所述第五牺牲结构；
在步骤S306中，在所述上电极、所述压电层以及所述下电极重叠区域的下方形成贯穿所述衬底的开口。
具体地，在步骤301中，提供衬底并在衬底上形成凹槽(下文以第六凹槽表示)。第六凹槽用于在后续步骤中形成空腔，使下电极的至少部分底面边缘区域暴露在该空腔中，所以第六凹槽开设在待形成的下电极的边缘下方。
在步骤S302中，在第六凹槽内填充第五牺牲结构。
在步骤S303中，在衬底上形成下电极，其中，下电极的至少部分底面边缘落入第六凹槽的开口范围内。优选地，下电极的侧面为斜面。
在步骤S304中，在衬底上形成覆盖下电极的压电层、以及在压电层位于下电极上方的位置上形成上电极。
在步骤S305中，去除第六凹槽内的第五牺牲结构以形成第七空腔，使下电极位于第六凹槽上方的底面边缘区域暴露在第七空腔中。
在步骤S306中，刻蚀衬底，在上电极、压电层以及下电极重叠区域的下方形成贯穿衬底的开口。
本领域技术人员可以理解的是，(1)衬底、下电极、压电层以及上电极的实现可以参考前文空气隙型体声波谐振器制造过程中的相关内容。(2)第六凹槽的形成步骤可以参考前文空气隙型体声波谐振器制造过程中第二凹槽的形成步骤，同样地，第五牺牲结构的形成步骤、材料以及厚度范围也可以参考前文中空气隙型体声波谐振器制造过程中第二凹槽内第一牺牲结构的相关内容。(3)去除第五牺牲结构的步骤可以参考前文空气隙型体声波谐振器制造过程中去除第一牺牲结构的步骤。(4)第七空腔的厚度范围可以参考前文空气隙型体声波谐振器制造过程中第二空腔的厚度范围，下电极暴露在第七空腔的底面边缘区域的宽度范围可以参考前文中的相关内容。
与现有的反面刻蚀型体声波谐振器的制造方法相比，实施本发明可以在反面刻蚀型体声波谐振器下电极的边缘处形成第七空腔，从而使得下电极的底面边缘区域暴露在第七空腔中，如此一来，有效地避免了下电极的底面边缘区域与衬底之间的接触，从而可以有效降低反面刻蚀型体声波谐振器工作时通过底面边缘区域进入衬底所导致的声波损失，进而可以有效提高反面刻蚀型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
优选地，在步骤S303中之后、以及在步骤S304之前，本发明所提供的制造方法还包括形成第六牺牲结构，该第六牺牲结构对下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖；以及在步骤S304之后，本发明所提供的制造方法还包括去除第六牺牲结构，以在下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成第八空腔。本领域技术人员可以理解的是，第八空腔形成步骤以及厚度范围可以参考前文空气隙型体声波谐振器制造过程中第四空腔的形成步骤以及厚度范围，下电极暴露在第八空腔的顶面边缘区域的宽度范围可以参考前文中的相关内容。针对于第六牺牲结构对下电极的至少部分顶面边缘区域形成覆盖的情况，优选地，第六牺牲结构延伸至开口的上方，即第六牺牲结构的端部在衬底表面上的投影落入开口所在范围内，如此一来，将第六牺牲结构去除后形成的第八空腔延伸至开口上方，以尽可能地使叠层结构中的有效工作区位于开口的范围内，从而尽可能将叠层结构中的声波限制在开口中。更进一步地，除了形成第八空腔之外，本发明所提供的制造方法在形成上电极时，在上电极边缘处形成凸起结构，以进一步降低横向溢出所导致的声波损失。
优选地，本发明所提供的制造方法除了在衬底上形成第六凹槽之外，还包括在衬底上形成至少一个第七凹槽，该至少一个第七凹槽形成在第六凹槽和待形成的开口之间。也就是说，在衬底位于第七空腔和待形成的开口之间的部分上形成第七凹槽。在一个具体实施例中，该至少一个第七凹槽将衬底第七空腔和待形成的开口之间的部分分割成多个支撑单元。在另一个具体实施例中，所有第七凹槽均呈环形形状，对待形成的开口形成环绕。相应地，在步骤S302中除了在第六凹槽内填充第五牺牲结构之外还需要在第七凹槽内填充第五牺牲结构。以及在步骤S305中除了去除第六凹槽内的第五牺牲结构之外还需要去除第七凹槽内的第五牺牲结构，也就是说，除了形成第七空腔之外，还会在衬底和叠层结构之间第七凹槽所在位置形成第九空腔。衬底位于第七空腔和开口之间的部分用于对叠层结构的支撑，在该部分上形成第九空腔，可以进一步减少下电极与衬底之间的接触面积，从而进一步降低反面刻蚀型体声波谐振器工作时声波进入衬底所导致的损失。
优选地，在提供衬底之后、以及在所述衬底上形成第六凹槽之前，本发明所提供的制造方法还包括：在位于待形成的第六凹槽和开口之间的衬底上形成第八凹槽，并在该第八凹槽内形成布拉格反射层结构。
相应地，本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器，具体为反面刻蚀型体声波谐振器。该薄膜体声波谐振器包括：
衬底；
叠层结构，该叠层结构形成于所述衬底上，从下至上依次包括下电极、压电层以及上电极；
开口，该开口形成于所述叠层结构中有效工作区的下方并贯穿所述衬底；
第七空腔，该第七空腔形成所述衬底和所述下电极之间，所述下电极的至少部分底面边缘区域暴露在第七空腔中。
下面，将结合图23对上述结构的各个组成部分进行详细说明。
具体地，如图所示，本发明所提供的反面刻蚀型体声波谐振器包括衬底300、以及位于衬底300上的叠层结构。叠层结构从下至上依次包括下电极301、压电层302以及上电极303，其中，下电极301、压电层302以及上电极303之间的重叠区域为叠层结构的有效工作区。本发明所提供的反面刻蚀型体声波谐振器还包括开口304，该开口304形成于叠层结构中有效工作区的下方并贯穿衬底300。需要说明的是，(1)针对于衬底300、下电极301、压电层302、上电极303所可能涉及到的材料、形状、尺寸等可以参考前文相应部分的内容，为了简明起见，在此不再重复描述。(2)下电极301的侧面优选为斜面，即下电极301的侧面与底面之间的角度为锐角，其中，该锐角的范围优选小于30°。
如图所示，本发明所提供的反面刻蚀型体声波谐振器还包括第七空腔305a，该第七空腔305a形成在衬底300和下电极301之间，具体是位于下电极301边缘的下方，使下电极301的至少部分底面边缘区域暴露在第七空腔305a中。第七空腔305a的厚度范围以及下电极暴露在第七空腔305a中的底面边缘区域的宽度范围可以参考前文中的相关内容。
与现有的反面刻蚀型体声波谐振器相比，本发明所提供的反面刻蚀型体声波谐振器其下电极的边缘处形成第七空腔，从而使得下电极的底面边缘区域暴露在第七空腔中，如此一来，有效地避免了下电极的底面边缘区域与衬底之间的接触，从而可以有效降低反面刻蚀型体声波谐振器工作时通过底面边缘区域进入衬底所导致的声波损失，进而可以有效提高反面刻蚀型体声波谐振器的品质因数、有效机电耦合系数以及抗静电放电能力。
优选地，如图23所示，本发明所提供的反面刻蚀型体声波谐振器还包括第八空腔305b，该第八空腔305b形成在下电极301和压电层302之间，下电极301的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在第八空腔305b。第八空腔305b的厚度范围以及下电极暴露在第八空腔305b中的顶面边缘区域的宽度范围可以参考前文中的相关内容。针对于下电极301的至少部分顶面边缘区域暴露在第八空腔305b中的情况，第八空腔305b位于下电极301顶面的部分延伸至开口304上方，使第八空腔305b的端部在衬底300表面上的投影落入开口304的所在范围，以尽可能地使叠层结构中的有效工作区位于开口304的范围内，从而尽可能将叠层结构中的声波限制在开口304中。更进一步地，本发明所提供的反面刻蚀型体声波谐振器除了包括第八空腔305b之外，其上电极303的边缘处还形成有凸起结构，该凸起结构可以进一步降低横向溢出所导致的声波损失。
优选地，在本发明所提供的反面刻蚀型体声波谐振器中，第七空腔对开口形成环绕，从而确保下电极的全部底面边缘区域暴露在第七空腔中。本领域技术人员可以理解的是，第七空腔还可以对开口部分环绕，使下电极的部分底面边缘区域暴露在第七空腔中。进一步地，本发明所提供的反面刻蚀型体声波谐振器还包括至少一个第九空腔，该至少一个第九空腔形成在衬底和叠层结构之间、且位于第七空腔和开口之间。衬底位于第七空腔和开口之间的区域用于对叠层结构形成支撑，在该区域内形成第九空腔可以进一步减少下电极与衬底之间的接触面积，从而进一步降低反面刻蚀型体声波谐振器工作时声波进入衬底所导致的损失。其中，该至少一个第九空腔环绕开口设置。在一个具体实施例中，，所有第九空腔均呈环状形状，对开口形成环绕。在另一个具体实施例中，至少一个第九空腔将衬底位于第七空腔和开口之间的部分分割成多个支撑单元。
优选地，本发明所提供的反面刻蚀型体声波谐振器中，在衬底位于第七空腔和开口之间的区域内形成有布拉格反射层结构。衬底位于第七空腔和开口之间的区域用于对叠层结构形成支撑，在该区域内形成布拉格反射层结构，使得该反面刻蚀型体声波谐振器工作时进入布拉格反射层结构中的声波被反射回叠层结构中，从而进一步降低反面刻蚀型体声波谐振器工作时声波进入衬底所导致的损失。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他部件、单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个部件、单元或装置也可以由一个部件、单元或装置通过软件或者硬件来实现。
以上所揭露的仅为本发明的一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (26)
1.一种薄膜体声波谐振器的制造方法，该制造方法包括：
提供衬底并在所述衬底上形成凹槽结构，该凹槽结构包括第一凹槽以及第二凹槽；
在所述凹槽结构内形成用于对其填充的第一牺牲结构；
在所述衬底上形成下电极，其中，所述下电极位于所述第一凹槽的上方，所述下电极位于所述第一凹槽之外的部分其至少部分底面边缘区域落入所述第二凹槽的开口范围内；
在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层、以及在所述压电层位于所述第一凹槽上方的位置形成上电极；
去除所述第一牺牲结构。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中：
所述第二凹槽对所述第一凹槽形成环绕，所述下电极的全部底面边缘区域落入所述第二凹槽的开口范围内；或所述第二凹槽对所述第一凹槽部分环绕，所述下电极的部分底面边缘区域落入所述第二凹槽的开口范围。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其中：
所述凹槽结构还包括至少一个第三凹槽，该至少一个第三凹槽形成在所述第一凹槽和所述第二凹槽之间。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其中，所述第三凹槽环绕所述第一凹槽设置。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其中，所述至少一个第三凹槽将所述衬底位于所述第一凹槽和所述第二凹槽之间的部分分割成多个支撑单元。
6.根据权利要求1所述的制造方法，还包括：
在位于待形成的所述第一凹槽和所述第二凹槽之间的所述衬底上形成第四凹槽，并在该第四凹槽内形成布拉格反射层结构。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制造方法，其中：
在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层之前，该制造方法还包括：形成第二牺牲结构，该第二牺牲结构对所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖；以及
在所述压电层位于所述第一凹槽上方的位置形成上电极之后，该制造方法还包括：去除所述第二牺牲结构。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中：
针对于所述第二牺牲结构对所述下电极的至少部分顶面边缘区域形成覆盖的情况，所述第二牺牲结构延伸至所述第一凹槽的上方，以使所述第二牺牲结构的端部在所述衬底表面上的投影落入所述第一凹槽的开口范围。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其中：
所述第一牺牲结构和所述第二牺牲结构的厚度均大于等于100A；
去除所述第一牺牲结构和所述第二牺牲结构以后，所述下电极暴露的顶面边缘区域的宽度以及底面边缘区域的宽度均大于等于100A。
10.一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括：
衬底；
叠层结构，该叠层结构形成于所述衬底上，从下至上依次包括下电极、压电层以及上电极；
第一空腔，该第一空腔形成于所述衬底和所述叠层结构之间，位于所述叠层结构中有效工作区的下方；
第二空腔，该第二空腔形成于所述衬底和所述下电极之间，所述下电极的至少部分底面边缘区域暴露在所述第二空腔中。
11.根据权利要求10所述的薄膜体声波谐振器，其中：
所述第二空腔对所述第一空腔形成环绕，所述下电极的全部底面边缘区域暴露在所述第二空腔中；或所述第二空腔对所述第一空腔部分环绕，所述下电极的部分底面边缘区域暴露在所述第二空腔中。
12.根据权利要求11所述的薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器还包括：
至少一个第三空腔，该至少一个第三空腔形成在所述衬底和所述叠层结构之间、且位于所述第一空腔和所述第二空腔之间。
13.根据权利要求12所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述第三空腔环绕所述第一空腔设置。
14.根据权利要求12所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述至少一个第三空腔将所述衬底位于所述第一空腔和所述第二空腔之间的部分分割成多个支撑单元。
15.根据权利要求10所述的薄膜体声波谐振器，其中，在所述衬底位于所述第一空腔和所述第二空腔之间的区域内形成有布拉格反射层结构。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器还包括：
第四空腔，该第四空腔形成在所述下电极和所述压电层之间，所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在所述第四空腔中。
17.根据权利要求16所述的薄膜体声波谐振器，其中：
针对于所述下电极的至少部分顶面边缘区域暴露在所述第四空腔中的情况，所述第四空腔延伸至所述第一空腔的上方，以使所述第四空腔的端部在所述衬底表面上的投影落入所述第一空腔的所在范围。
18.根据权利要求16所述的薄膜体声波谐振器，其中：
所述第二空腔以及所述第四空腔的厚度均大于等于100A；
所述下电极暴露在所述第四空腔中的顶面边缘区域的宽度以及暴露在所述第二空腔中的底面边缘区域的宽度均大于等于100A。
19.一种薄膜体声波谐振器的制造方法，该制造方法包括：
提供衬底并在所述衬底上设置布拉格反射层；
在所述布拉格反射层上形成下电极；
形成第三牺牲结构，该第三牺牲结构对所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖；
在所述布拉格反射层上形成覆盖所述下电极以及所述第三牺牲结构的压电层、以及在所述压电层上形成上电极；
去除所述第三牺牲结构。
20.根据权利要求19所述的制造方法，其中：
在提供衬底并在所述衬底上设置布拉格反射层之后、以及在所述布拉格反射层上形成下电极之前，该制造方法还包括：在所述布拉格反射层上形成凹槽，并在该凹槽内形成用于对其填充的第四牺牲结构；
在所述布拉格反射层上所形成的下电极，其至少部分底面边缘落入所述凹槽的开口范围内；以及
在所述压电层上形成上电极之后，该制造方法还包括：去除所述第四牺牲结构。
21.一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括：
衬底；
叠层结构，该叠层结构形成于所述衬底上，从下至上依次包括下电极、压电层以及上电极；
布拉格反射层，该布拉格反射层形成于所述衬底表面；
第五空腔，该第五空腔形成于所述压电层和所述下电极之间，所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在所述第五空腔中。
22.根据权利要求21所述的薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器还包括：
第六空腔，该第六空腔形成于所述布拉格反射层和所述下电极之间，所述下电极的至少部分底面边缘区域暴露在所述第六空腔中。
23.一种薄膜体声波谐振器的制造方法，该制造方法包括：
提供衬底并在所述衬底上形成凹槽；
在所述凹槽内形成用于对其填充的第五牺牲结构；
在所述衬底上形成下电极，其中，所述下电极的至少部分底面边缘落入所述凹槽的开口范围内；
在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层、以及在所述压电层上形成上电极；
去除所述凹槽内的所述第五牺牲结构；
在所述上电极、所述压电层以及所述下电极重叠区域的下方形成贯穿所述衬底的开口。
24.根据权利要求24所述的制造方法，其中：
在所述衬底上形成覆盖所述下电极的压电层之前，该制造方法还包括：形成第六牺牲结构，该第六牺牲结构对所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域形成覆盖；以及
在所述压电层上形成上电极之后，该制造方法还包括：去除所述第六牺牲结构。
25.一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括：
衬底；
叠层结构，该叠层结构形成于所述衬底上，从下至上依次包括下电极、压电层以及上电极；
开口，该开口形成于所述叠层结构中有效工作区的下方并贯穿所述衬底；
第七空腔，该第七空腔形成于所述衬底和所述下电极之间，所述下电极的至少部分底面边缘区域暴露在所述第七空腔中。
26.根据权利要求25所述的薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器还包括：
第八空腔，该第八空腔形成在所述下电极和所述压电层之间，所述下电极的至少部分侧面和/或至少部分顶面边缘区域暴露在所述第八空腔中。
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