CN113904652A - 兰姆波谐振器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种兰姆波谐振器及其制备方法，涉及声波谐振器技术领域。该兰姆波谐振器包括支撑衬底、支撑结构、压电薄膜和顶部电极。支撑衬底和压电薄膜间隔设置，支撑结构的一端设置于支撑衬底的表面，支撑结构的另一端设置于压电薄膜的第一表面，顶部电极设置于压电薄膜的背离支撑衬底的第二表面，顶部电极和支撑结构在压电薄膜的厚度方向上至少有部分重叠。该兰姆波谐振器，可以提高压电薄膜的机械稳定性，并且提高谐振器的散热特性及功率特性；由于兰姆波谐振器的主模态能量主要集中在电极之间部分，声波传递到电极区域多次反射将产生杂散模态，提供支撑结构有利于杂散声波能量泄露到支撑衬底，从而改善其杂散模态多的问题。

Description

兰姆波谐振器及其制备方法
技术领域
本申请涉及声波谐振器技术领域，具体而言，涉及一种兰姆波谐振器及其制备方法。
背景技术
目前市场上主流的体声波滤波器所采用的压电薄膜主要由磁控溅射方法制备的氮化铝薄膜材料。但是利用氮化铝材料制备的体声波谐振器的有效机电耦合系数较低，且频率受到氮化铝薄膜厚度的限制，不能满足5G通讯对于滤波器高频率、大带宽、低损耗的要求。
而铌酸锂材料的机电耦合系数较高，且单晶铌酸锂薄膜的固有损耗较低，是一种用来制备体声波谐振器的理想压电薄膜。例如，利用Z切向铌酸锂薄膜的反对称兰姆波型谐振器有效机电耦合系数最高可达30％，远高于基于氮化铝薄膜的纵向模态的7％。
但是目前基于铌酸锂薄膜的兰姆波谐振器的也面临有问题，例如：由于目前谐振器主体为悬浮薄板结构，只能通过锚点进行固定，这将导致谐振器的机械稳定性差，且悬浮结构不利于谐振器主体部分的散热，使其无法用于大功率场合，另外谐振器中杂散模态多，易增加滤波器的带内波动。
发明内容
本申请提供了一种兰姆波谐振器及其制备方法，通过支撑结构对压电薄膜进行固定，使其机械稳定性提高，支撑结构也能够增强谐振器主体部分的散热特性，且能够改善其杂散模态多的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种兰姆波谐振器，包括支撑衬底、支撑结构、压电薄膜和顶部电极。支撑衬底和压电薄膜间隔设置，支撑结构的一端设置于支撑衬底的表面，支撑结构的另一端设置于压电薄膜的第一表面，顶部电极设置于压电薄膜的背离支撑衬底的第二表面，顶部电极和支撑结构在压电薄膜的厚度方向上至少有部分重叠。
支撑衬底和压电薄膜之间具有间隙并通过支撑结构对支撑衬底的表面和压电薄膜的表面进行支撑连接，一方面，可以通过支撑结构对压电薄膜提供物理支撑，可以提高压电薄膜的机械稳定性，并且提高谐振器的散热特性及功率特性；另一方面，由于兰姆波谐振器的主模态能量主要集中在电极之间部分，且顶部电极和支撑结构在压电薄膜的厚度方向上至少有部分重叠，声波传递到电极区域多次反射将产生杂散模态，提供支撑结构有利于杂散声波能量泄露到支撑衬底，从而改善其杂散模态多的问题。
第二方面，本申请实施例提供了一种兰姆波谐振器的制备方法，包括：提供支撑衬底，在支撑衬底的表面上形成支撑结构。形成压电薄膜，并将压电薄膜的第一表面设置于支撑结构的远离支撑衬底的一端。在压电薄膜的背离支撑衬底的第二表面形成顶部电极，使顶部电极和支撑结构在压电薄膜的厚度方向上至少有部分重叠。
通过上述方法制备得到的兰姆波谐振器，其支撑衬底和压电薄膜之间通过支撑结构连接，具有优异的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的兰姆波谐振器的第一结构示意图；
图2为本申请实施例提供的支撑衬底和支撑体的第一结构示意图；
图3为本申请实施例提供的支撑衬底和支撑体的第二结构示意图；
图4为本申请实施例提供的兰姆波谐振器的第二结构示意图；
图5为本申请实施例提供的兰姆波谐振器的第三结构示意图；
图6A为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S110以后的结构示意图；
图6B为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S120以后的结构示意图；
图6C为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S130以后的结构示意图；
图6D为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S140以后的结构示意图；
图6E为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S150以后的结构示意图；
图7A为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S210以后的结构示意图；
图7B为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S220以后的结构示意图；
图7C为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S230以后的结构示意图；
图7D为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S240以后的结构示意图；
图7E为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S250以后的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的兰姆波谐振器的第四结构示意图；
图9为图8中虚线框处的放大图；
图10A为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S310以后的结构示意图；
图10B为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S320以后的结构示意图；
图10C为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S330以后的结构示意图；
图10D为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S340以后的结构示意图；
图10E为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S350以后的结构示意图；
图10F为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S360以后的结构示意图；
图10G为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S370以后的结构示意图；
图10H为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S380以后的第一结构示意图；
图10I为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S380以后的第二结构示意图；
图10J为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S390以后的结构示意图；
图11为实施例和对比例提供的兰姆波谐振器的频率阻抗曲线对比图。
图标：110-支撑衬底；120-支撑结构；130-压电薄膜；140-顶部电极；121-支撑体；141-子电极；150-压电衬底；151-第一衬底；152-缺陷层；153-第二衬底；161-支撑薄膜；170-粘接层；181-牺牲层材料；182-释放孔。
具体实施方式
现有技术的兰姆波谐振器包括支撑衬底、压电薄膜和顶部电极，压电薄膜悬浮设置在支撑衬底的上方，为了对支撑衬底和压电薄膜进行固定，通常的固定方式是：在压电薄膜的相对两侧通过锚点与支撑衬底固定在一起，即锚点设置在压电薄膜的两侧面(非两表面)。该方式存在如下缺陷：锚点固定压电薄膜的方式，会使兰姆波谐振器的机械稳定性差，并且其传热效果也会较差而导致兰姆波谐振器的功率容量低；同时，该兰姆波谐振器的杂散模态多。
本申请对兰姆波谐振器的结构及其制备方法进行改进，可以使其机械稳定性提高，优化其传热特性，且能够改善杂散模态多的问题。为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本申请实施例提供的兰姆波谐振器的第一结构示意图。请参阅图1，该兰姆波谐振器包括支撑衬底110、支撑结构120、压电薄膜130和顶部电极140；支撑衬底110和压电薄膜130间隔设置，支撑结构120的一端设置于支撑衬底110的表面(图1中支撑衬底110的上表面)，支撑结构120的另一端设置于压电薄膜130的第一表面(图1中压电薄膜130的下表面)，顶部电极140设置于压电薄膜130的背离支撑衬底110的第二表面(图1中压电薄膜130的上表面)，顶部电极140和支撑结构120在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠。
本申请中，支撑衬底110和压电薄膜130之间具有间隙并通过支撑结构120对支撑衬底110的表面和压电薄膜130的表面进行支撑连接，一方面，可以通过支撑结构120对压电薄膜130提供物理支撑，可以提高压电薄膜130的机械稳定性，压电薄膜130区域产生的热量也很够通过支撑结构120传递到支撑衬底110中，起到促进散热的作用，以提高谐振器的功率容量；另一方面，由于兰姆波谐振器的主模态能量主要集中在电极之间部分，且顶部电极140和支撑结构120在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠，当声波传递到电极区域将导致杂散模态，提供支撑结构120有利于杂散声波能量泄露到支撑衬底110，从而改善杂散模态多的问题。
可选地，支撑衬底110的厚度为200-500μm；支撑结构120的厚度为0.05-5μm；压电薄膜130的厚度为0.1-2μm；顶部电极140的厚度为0.05-1μm。需要说明的是：此处的厚度均是指图1中每一部件的上端面至下端面之间的距离。
请继续参阅图1，支撑结构120包括多个支撑体121。多个支撑体121的一端间隔设置于支撑衬底110的表面(图1中支撑衬底110的上表面)，多个支撑体121的另一端间隔设置于压电薄膜130的第一表面(图1中压电薄膜130的下表面)。多个支撑体121之间设置有间隙，可以从多个点位对压电薄膜130之间进行支撑，可以进一步提高兰姆波谐振器的机械稳定性，同时，进一步改善杂散模态多的问题。
顶部电极140包括多个子电极141，每个子电极141均设置于压电薄膜130的第二表面(图1中压电薄膜130的上表面)；一个子电极141与一个支撑体121一一对应且在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠。兰姆波谐振器中，声波能量主要集中在相邻子电极141之间的区域，声波能量传递到电极区域(设置子电极141的区域)会引起杂散波，子电极141和支撑体121一一对应且在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠，有利于杂散波能量泄露到支撑衬底110，减少杂散波，从而更好地改善杂散模态多的问题。
本申请中，多个子电极141与压电薄膜130接触的面积之和不小于多个支撑体121与压电薄膜130的接触面积之和。即多个子电极141与压电薄膜130接触的面积之和大于或等于多个支撑体121与压电薄膜130的接触面积之和。由于声波能量主要集中在子电极141之间的区域，该设置方式可以使在去除杂散模态的情况下使更少的主模态声波能量泄露到至支撑衬底110上，从而可以防止谐振器品质因素的降低。
下面对“多个子电极141与压电薄膜130接触的面积之和”进行解释：每个子电极141的端部设置于压电薄膜130的第二表面上(如图1中压电薄膜130的上表面)，子电极141的一端部与压电薄膜130的第二表面之间具有接触面积，多个子电极141与压电薄膜130的第二表面之间的接触具有一个面积之和。下面对“多个支撑体121与压电薄膜130的接触面积之和”进行解释：每个支撑体121的端部设置于压电薄膜130的第一表面上(如图1中压电薄膜130的下表面)，支撑体121的一端部与压电薄膜130的第一表面之间具有接触面积，多个支撑体121与压电薄膜130的第一表面之间的接触具有一个面积之和。
可选地，一个子电极141和一个支撑体121一一对应且在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠，一个子电极141与压电薄膜130接触的面积不小于与该子电极141对应的支撑体121与压电薄膜130的接触面积，可以进一步防止声波泄露。
图2为本申请实施例提供的支撑衬底110和支撑体121的第一结构示意图；图3为本申请实施例提供的支撑衬底110和支撑体121的第二结构示意图。请参阅图2和图3，每个支撑体121的形状为长条形(请参阅图2)、棱柱形(请参阅图3)、圆柱形(图未示出)、棱台形(图未示出)或圆台形(图未示出)。本申请不做限定，只要能够对支撑衬底110和压电薄膜130之间进行支撑的支撑结构120均在本申请的保护范围之内。
请继续参阅图2，如果每个支撑体121的形状为长条形，每个支撑体121基本平行；可选地，相邻的两个长条形支撑体121之间的距离为0.1-200μm……。
请继续参阅图3，如果每个支撑体121的形状为棱柱形、圆柱形、棱台形或圆台形，多个支撑体121可以呈阵列排布在支撑衬底110上。如图3中从左至右为排，相邻的两排支撑体之间的距离为0.1-200μm；如图3中从前至后为列，相邻的两列支撑体之间的距离为0.1-200μm。
需要说明的是，多个支撑体121的结构并不限定为相同，其也可以不同，例如：一部分支撑体121的结构为长条形，另一部分支撑体121的结构为棱柱形等；或者，一部分支撑体121的结构为棱柱形，另一部分支撑体121的结构为圆柱形；或者，一部分支撑体121的结构为长条形，另一部分支撑体121的结构为棱柱形，剩余部分支撑体121的结构为圆柱形等。
图4为本申请实施例提供的兰姆波谐振器的第二结构示意图；图5为本申请实施例提供的兰姆波谐振器的第三结构示意图。请参阅图4和图5，每个子电极141为长条形(请参阅图1和图4)、棱柱形或圆柱形(请参阅图5)。其中，请参阅图1，支撑体121和子电极141均为长条形，且支撑体121和子电极141的延伸方向基本一致，一个长条形的支撑体121对应一个长条形的子电极141，支撑体121在压电薄膜130上的投影和子电极141在压电薄膜130上的投影基本重叠，该兰姆波谐振器防止主模态声波泄露的效果好。
其中，多个子电极141的结构还可以是叉指长条形。需要说明的是，多个子电极141的结构并不限定为相同，其也可以不同，比如：一部分子电极141的结构为长条形，另一部分子电极141的结构为棱柱形等；或者，一部分子电极141的结构为棱柱形，另一部分子电极141的结构为圆柱形；或者，一部分子电极141的结构为长条形，另一部分子电极141的结构为棱柱形，剩余部分子电极141的结构为圆柱形等。
请参阅图4，支撑体121的结构和子电极141的结构可以不同，例如：支撑体121为棱柱形，子电极141为长条形，一排棱柱形的支撑体121对应一个长条形的子电极141。请参阅图5，支撑体121为棱柱形，子电极141为圆柱形，一个棱柱形的支撑体121对应一个圆柱形的子电极141。
在其他实施方式中，支撑结构120还可以是一个，其具有镂空结构，例如：图2中的支撑结构120从左至右通过一根或多根长条状结构连接起来，从而形成具有镂空结构的一个整体的支撑结构120，顶部电极140和支撑结构120在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠，压电薄膜130的对应镂空部分，也就是电极之间可以产生声波能量，杂散波也可以通过支撑结构120泄露到支撑衬底110，减少杂散波，从而更好地改善杂散模态多的问题。
本申请中，支撑结构120的材料为SiO2、SiC、SiN或金刚石，选择该材料作为支撑结构120的材料，可以在支撑压电薄膜130的同时，能够有利于谐振器柱体(压电薄膜130和顶部电极140)的散热，从而可以改善兰姆波谐振器功率容量低的问题。
可选地，支撑衬底110的材料为Si、SOI、SiC、蓝宝石或金刚石。如果支撑结构120和支撑衬底110的材料一致，则更加容易进行散热，并且也可以使杂散波更加容易传递至支撑衬底110上。当然，支撑结构120和支撑衬底110的材料也可以不一致，本申请不做限定。
兰姆波谐振器的压电薄膜130的材料为铌酸锂或钽酸锂，其机电耦合系数较高，固有损耗较低，用来制备兰姆波谐振器，可以使其具有优异的性能。兰姆波谐振器的顶部电极140的材料为Al、Mo、Au、Ag、Ni、Pt或Cu，有利于通电以使兰姆波谐振器工作。
请参阅图6A-图7E，为了得到上述兰姆波谐振器，其制备方法包括：提供支撑衬底110，在支撑衬底110的表面上形成支撑结构120。形成压电薄膜130，并将压电薄膜130的第一表面(图1中压电薄膜130的下表面)设置于支撑结构120的远离支撑衬底110的一端。在压电薄膜130的第二表面(图1中压电薄膜130的上表面)形成顶部电极140，使顶部电极140和支撑结构120在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠。
在一个实施方式中，兰姆波谐振器的制备方法如下：
S110，提供支撑衬底110，刻蚀支撑衬底110的上部形成支撑结构120；其中，图6A为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S110以后的结构示意图。请参阅图6A，直接在原有的支撑衬底110上形成支撑结构120，支撑衬底110和支撑结构120的材料一致。例如：支撑衬底110和支撑结构120的材料均为SiO2、SiC、SiN或金刚石。
支撑结构120可以包括多个支撑体121，其可以根据支撑体121的具体形状，通过图案化方式刻蚀支撑衬底110形成结构不同的支撑体121结构。可选地，对支撑衬底的上部进行刻蚀的方式具体为：ICP-RIE干法刻蚀。
S120，提供压电衬底150，在压电衬底150上进行离子注入，形成由缺陷层152连接的第一衬底151和第二衬底153；其中，图6B为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S120以后的结构示意图。请参阅图6B，从压电衬底150的上方进行离子注入。可选地，压电衬底150的材料为铌酸锂或钽酸锂，其离子注入的方式为：利用离子注入机注入H+或He+离子形成缺陷层152。
S130，将第一衬底151键合至支撑结构120的远离支撑衬底110的一端；其中，图6C为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S130以后的结构示意图。请参阅图6C，键合以后，第一衬底151的背离第二衬底153的表面可以与支撑衬底110的上表面以及多个支撑体121中每个支撑体121的上表面接触。可选地，利用直接键合的方式对压电衬底150进行键合。
S140，剥离第二衬底153并减薄第一衬底151，形成压电薄膜130；其中，图6D为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S140以后的结构示意图。请参阅图6D，从缺陷层152处将第二衬底153剥离，并且将第一衬底151减薄，得到压电薄膜130，该减薄以后的压电薄膜130的厚度为兰姆波谐振器中压电薄膜130的厚度。可选地，利用热处理方式剥离第二衬底153并减薄第一衬底151。
S150，在压电薄膜130的第二表面(压电薄膜130的上表面)形成顶部电极140；其中，图6E为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S150以后的结构示意图。请参阅图6E，支撑体121和顶部电极140的子电极141一一对应且在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠，当然，其也可以不是一一对应的方式，只要是顶部电极140设置在压电薄膜130的上表面，支撑体121设置在压电薄膜130的下表面即可。可选地，形成顶部电极140的方式为：在压电薄膜130的表面沉积一层金属后刻蚀或者采用Lift-off方式形成顶部电极140。
在另一个实施方式中，兰姆波谐振器的制备方法如下：
S210，提供支撑衬底110，在支撑衬底110上形成支撑薄膜161，刻蚀支撑薄膜161形成支撑结构120；其中，图7A为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S210以后的结构示意图。请参阅图7A，在支撑衬底110上形成一层支撑薄膜161，支撑衬底110和支撑薄膜161的材料可以相同，也可以不同。例如：支撑薄膜161的材料为SiO2、SiC、SiN或金刚石。刻蚀支撑薄膜161以后，刻蚀的深度小于或等于支撑薄膜161的厚度。
可选地，形成支撑薄膜161的方式可以是：热氧化处理、PECVD、磁控溅射或者LPCVD沉积。然后可以通过ICP-RIE干法刻蚀的方式对支撑薄膜161的进行刻蚀。
S220，提供压电衬底150，在压电衬底150上进行离子注入，形成由缺陷层152连接的第一衬底151和第二衬底153；其中，图7B为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S220以后的结构示意图。请参阅图7B，从压电衬底150的上方进行离子注入。可选地，压电衬底150的材料为铌酸锂或钽酸锂，其离子注入的方式为：利用离子注入机注入H+或He+离子形成缺陷层152。
S230，将第一衬底151键合至支撑结构120的远离支撑衬底110的一端；其中，图7C为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S230以后的结构示意图。请参阅图7C，键合以后，第一衬底151的背离第二衬底153的表面可以与支撑薄膜161的上表面以及多个支撑体121中每个支撑体121的上表面接触。可选地，利用直接键合的方式对压电衬底150进行键合。
S240，剥离第二衬底153并减薄第一衬底151，形成压电薄膜130；其中，图7D为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S240以后的结构示意图。请参阅图7D，从缺陷层152处将第二衬底153剥离，并且将第一衬底151减薄，得到压电薄膜130，该减薄以后的压电薄膜130的厚度为兰姆波谐振器中压电薄膜130的厚度。可选地，利用热处理方式剥离第二衬底153并减薄第一衬底151。
S250，在压电薄膜130的第二表面形成顶部电极140；其中，图7E为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S250以后的结构示意图。请参阅图7E，支撑体121和顶部电极140的子电极141一一对应且在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠，当然，其也可以不是一一对应的方式，只要是顶部电极140设置在压电薄膜130的上表面，支撑体121设置在压电薄膜130的下表面即可。可选地，形成顶部电极140的方式为：在压电薄膜130的表面沉积一层金属后刻蚀或者采用Lift-off方式形成顶部电极140。
请参阅图10A-图10J，本申请中，为了更好地控制支撑体121之间的空隙的大小和位置，使兰姆波谐振器的制备成功率更高。兰姆波谐振器的制备方法包括：提供支撑衬底110，在支撑衬底110的表面上形成多个支撑体121。沉积牺牲层材料181以填充多个支撑体121之间的空隙，并使牺牲层材料181的上表面与支撑体121的上表面齐平。在牺牲层材料181的表面和多个支撑体121的表面形成粘接层170。形成压电薄膜130，并将压电薄膜130的第一表面设置于粘接层170的背离支撑衬底110的表面。在压电薄膜130的背离粘接层170的第二表面形成顶部电极140，使顶部电极140和多个支撑体121在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠。去除填充在多个支撑体121之间的牺牲层材料181。
图8为本申请实施例提供的兰姆波谐振器的第四结构示意图；图9为图8中虚线框处的放大图。请参阅图8和图9，通过上述方法制备得到的兰姆波谐振器的支撑体121与压电薄膜130之间设置有粘接层170。其中，粘接层170的厚度可以为50nm-2μm；粘接层170的材料为SiO2、SiC、SiN或金刚石。
上述兰姆波谐振器的制备方法如下：
S310，提供支撑衬底110，在支撑衬底110上形成支撑薄膜161，刻蚀支撑薄膜161形成多个支撑体121；其中，图10A为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S310以后的结构示意图。请参阅图10A，在支撑衬底110上形成一层支撑薄膜161，支撑衬底110和支撑薄膜161的材料可以相同，也可以不同。例如：支撑薄膜161的材料为SiO2、SiC、SiN或金刚石。刻蚀支撑薄膜161以后，刻蚀的深度小于支撑薄膜161的厚度。
可选地，形成支撑薄膜161的方式可以是：热氧化处理、PECVD、磁控溅射或者LPCVD沉积。然后可以通过ICP-RIE干法刻蚀的方式对支撑薄膜161的进行刻蚀。
S320，沉积牺牲层材料181以填充多个支撑体121之间的空隙，并使牺牲层材料181的上表面与支撑体121的上表面齐平；图10B为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S320以后的结构示意图。请参阅图10B，牺牲层材料181的上表面与支撑体121的上表面和支撑薄膜161的上表面齐平。
可选地，牺牲层材料181为多晶硅；沉积牺牲层材料181的方式为：通过PECVD、磁控溅射或者LPCVD沉积。
在其他实施例中，牺牲层材料还可以为SiO2，其沉积方式为：通过PECVD、磁控溅射或者LPCVD沉积。
本申请中，可以沉积牺牲层材料181的时候，其沉积厚度与支撑体121的厚度一致，也就是说，沉积牺牲层材料181的时候，使其刚好填充支撑体121之间的空隙；还可以是沉积牺牲层材料181的时候，其沉积厚度超过支撑体121的厚度，也就是说，沉积牺牲层材料181的时候，其填充满支撑体121之间的空隙，并且超过支撑体121的高度，其在支撑薄膜161以及支撑体121的上表面也沉积有牺牲层材料181，将其减薄，将支撑体121露出，使牺牲层材料181的上表面和支撑体121的上表面齐平。
需要说明的是，图10A和10B中，如果在支撑薄膜161上形成多个支撑体121，在填充牺牲层材料181的时候，将牺牲层材料181填充满支撑薄膜161；如果通过刻蚀支撑衬底的上部形成多个支撑体，则在填充牺牲层材料的时候，将牺牲层材料填充满支撑衬底，本申请不做限定。
S330，在牺牲层材料181的表面和多个支撑体121的表面形成粘接层170；图10C为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S330以后的结构示意图。请参阅图10C，粘接层170的下表面与牺牲层材料181的上表面以及支撑体121的上表面接触。
可选地，粘接层170的材料为SiO2、SiC、SiN或金刚石。形成粘接层170的方式为：热氧化处理、PECVD、磁控溅射或者LPCVD沉积。
S340，提供压电衬底150，在压电衬底150上进行离子注入，形成由缺陷层152连接的第一衬底151和第二衬底153；其中，图10D为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S340以后的结构示意图。请参阅图10D，从压电衬底150的上方进行离子注入。可选地，压电衬底150的材料为铌酸锂或钽酸锂，其离子注入的方式为：利用离子注入机注入H+或He+离子形成缺陷层152。
S350，将第一衬底151键合至粘接层170的背离支撑衬底110的表面；其中，图10E为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S350以后的结构示意图。请参阅图10E，键合以后，第一衬底151的背离第二衬底153的表面可以与粘接层170的上表面接触。可选地，利用直接键合的方式对压电衬底150进行键合。
S360，剥离第二衬底153并减薄第一衬底151，形成压电薄膜130；其中，图10F为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S360以后的结构示意图。请参阅图10F，从缺陷层152处将第二衬底153剥离，并且将第一衬底151减薄，得到压电薄膜130，该减薄以后的压电薄膜130的厚度为兰姆波谐振器中压电薄膜130的厚度。可选地，利用热处理方式剥离第二衬底153并减薄第一衬底151。
S370，在压电薄膜130的背离粘接层170的第二表面形成顶部电极140；其中，图10G为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S370以后的结构示意图。请参阅图10G，支撑体121和顶部电极140的子电极141一一对应且在压电薄膜130的厚度方向上至少有部分重叠，当然，其也可以不是一一对应的方式，只要是顶部电极140设置在压电薄膜130的上表面，支撑体121设置在压电薄膜130的下表面即可。
S380，在压电薄膜130和粘接层170上形成释放孔182使牺牲层材料181露出；其中，图10H为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S380以后的第一结构示意图。请参阅图10H，释放孔182穿透压电薄膜130和粘接层170，将牺牲层材料181暴露出来，以便后续对牺牲层材料181的去除。
可选地，形成释放孔的方式为：ICP-RIE干法刻蚀或者FIB干法刻蚀。
其中，图10I为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S380以后的第二结构示意图。请参阅图10I，其中，释放孔182在支撑衬底110上的投影为环状结构，多个支撑体121和顶部电极140均位于环状结构内。也就是说，释放孔182形成以后，可以使牺牲层材料181的周向边缘基本暴露出来，有利于后续对牺牲层材料181的刻蚀。
在其他实施例中，释放孔182也可以不是环装结构，也可以一共间隔设置多个释放孔182，以对牺牲层材料181进行刻蚀。
S390，从释放孔182处刻蚀掉牺牲层材料181；其中，图10J为兰姆波谐振器的制备方法中经过步骤S390以后的结构示意图。请参阅图10J，多个支撑体121之间为空隙，该空隙的大小和位置较为固定，在整个制备兰姆波谐振器的过程中，由于牺牲层材料181的填充，该空隙的大小和位置基本不发生变化，兰姆波谐振器的制备成功率更高。
可选地，刻蚀牺牲层材料181的方式为：利用XeF2或者HF气体刻蚀。
实验例
实施例提供的兰姆波谐振器为图1所示的兰姆波谐振器；对比例提供的兰姆波谐振器为现有的兰姆波谐振器。对比例提供的兰姆波谐振器中，压电薄膜的相对两侧通过锚点与支撑衬底固定在一起。
图11为实施例和对比例提供的兰姆波谐振器的频率阻抗曲线对比图。
其中，无支撑体悬浮板结构为对比例提供的兰姆波谐振器的频率阻抗曲线图；有支撑体结构为实施例提供的兰姆波谐振器的频率阻抗曲线图。从图11可以看出，由于兰姆波谐振器中的主谐振模态为反对称兰姆波，其声波能量主要集中在电极之间区域，声波能量传递到电极区域多次反射将产生杂散模态，所以，对比例中的频率阻抗曲线图中含有较多的杂散波；本申请中，添加有支撑结构120(图1中多个支撑体121)，多个支撑体121可以有效将传递到电极区域多次反射产生杂散模态引入到支撑衬底110，从而减少杂散波，所以，实施例中的频率阻抗曲线图中基本不含有杂散波。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种兰姆波谐振器，其特征在于，包括：
支撑衬底、支撑结构、压电薄膜和顶部电极；所述支撑衬底和所述压电薄膜间隔设置，所述支撑结构的一端设置于所述支撑衬底的表面，所述支撑结构的另一端设置于所述压电薄膜的第一表面，所述顶部电极设置于所述压电薄膜的背离所述支撑衬底的第二表面，所述顶部电极和所述支撑结构在所述压电薄膜的厚度方向上至少有部分重叠。
2.根据权利要求1所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述支撑结构包括多个支撑体，所述多个支撑体的一端间隔设置于所述支撑衬底的表面，所述多个支撑体的另一端间隔设置于所述压电薄膜的第一表面。
3.根据权利要求2所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述顶部电极包括多个子电极，所述多个子电极间隔设置于所述压电薄膜的所述第二表面；一个所述子电极与一个所述支撑体一一对应，且在所述压电薄膜的厚度方向上至少有部分重叠。
4.根据权利要求3所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述多个子电极与所述压电薄膜接触的面积之和不小于所述多个支撑体与所述压电薄膜的接触面积之和。
5.根据权利要求3所述的兰姆波谐振器，其特征在于，每个所述支撑体的形状为长条形、棱柱形、圆柱形、棱台形或圆台形；
或/和，每个所述子电极为长条形、棱柱形或圆柱形。
6.根据权利要求2-5任一项所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述支撑衬底的材料为Si、SOI、SiC、蓝宝石或金刚石；
或/和，所述支撑结构的材料为SiO2、SiC、SiN或金刚石；
或/和，所述压电薄膜的材料为铌酸锂或钽酸锂；
或/和，所述顶部电极的材料为Al、Mo、Au、Ag、Ni、Pt或Cu。
7.根据权利要求6所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述支撑体与所述压电薄膜之间设置有粘接层。
8.根据权利要求7所述的兰姆波谐振器，其特征在于，所述粘接层的材料为SiO2、SiC、SiN或金刚石。
9.一种权利要求1-8任一项所述的兰姆波谐振器的制备方法，其特征在于，包括：
提供支撑衬底，在所述支撑衬底的表面上形成所述支撑结构；
形成压电薄膜，并将所述压电薄膜的第一表面设置于所述支撑结构的远离所述支撑衬底的一端；
在所述压电薄膜的背离所述支撑衬底的第二表面形成所述顶部电极，使所述顶部电极和所述支撑结构在所述压电薄膜的厚度方向上至少有部分重叠。
10.根据权利要求9所述的兰姆波谐振器的制备方法，其特征在于，形成压电薄膜，将所述压电薄膜的第一表面键合至所述支撑结构的远离所述支撑衬底的一端的步骤，包括：
提供压电衬底，在所述压电衬底上进行离子注入，形成由缺陷层连接的第一衬底和第二衬底；
将所述第一衬底键合至所述支撑结构的远离所述支撑衬底的一端；
剥离所述第二衬底并减薄所述第一衬底，形成所述压电薄膜。
11.根据权利要求9所述的兰姆波谐振器的制备方法，其特征在于，提供支撑衬底，在所述支撑衬底的表面上形成所述支撑结构的步骤，包括：
提供所述支撑衬底，刻蚀所述支撑衬底的上部形成所述支撑结构；
或，提供所述支撑衬底，在所述支撑衬底上设置支撑薄膜，刻蚀所述支撑薄膜形成所述支撑结构。
12.根据权利要求9-11任一项所述的兰姆波谐振器的制备方法，其特征在于，包括：
提供支撑衬底，在所述支撑衬底的表面上形成多个支撑体；
沉积牺牲层材料以填充多个所述支撑体之间的空隙，并使所述牺牲层材料的上表面与所述支撑体的上表面齐平；
在所述牺牲层材料的表面和多个所述支撑体的表面形成粘接层；
形成压电薄膜，并将所述压电薄膜的第一表面设置于所述粘接层的背离所述支撑衬底的表面；
在所述压电薄膜的背离所述粘接层的第二表面形成所述顶部电极，使所述顶部电极和所述多个支撑体在所述压电薄膜的厚度方向上至少有部分重叠；
去除填充在多个所述支撑体之间的所述牺牲层材料。
13.根据权利要求12所述的兰姆波谐振器的制备方法，其特征在于，所述牺牲层材料为多晶硅或者二氧化硅。
14.根据权利要求13所述的兰姆波谐振器的制备方法，其特征在于，去除填充在多个所述支撑体之间的牺牲层材料的步骤，包括：
在所述压电薄膜和所述粘接层上形成释放孔使所述牺牲层材料露出；
从所述释放孔处刻蚀掉所述牺牲层材料。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116318023A (zh) * 2023-04-04 2023-06-23 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 兰姆波谐振器及滤波器
WO2023219561A3 (en) * 2022-05-09 2024-03-21 Rf360 Singapore Pte. Ltd. Partially suspending a piezoelectric layer using a dielectric

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5152410B2 (ja) * 2009-06-09 2013-02-27 株式会社村田製作所 圧電デバイスの製造方法
WO2013141184A1 (ja) * 2012-03-23 2013-09-26 株式会社村田製作所 弾性波フィルタ素子及びその製造方法
US10715105B2 (en) * 2016-06-24 2020-07-14 Murata Manufacturing Co., Ltd. Acoustic wave device
DE102017129160B3 (de) * 2017-12-07 2019-01-31 RF360 Europe GmbH Elektroakustisches Resonatorbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
CN110138356B (zh) * 2019-06-28 2020-11-06 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种高频声表面波谐振器及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023219561A3 (en) * 2022-05-09 2024-03-21 Rf360 Singapore Pte. Ltd. Partially suspending a piezoelectric layer using a dielectric
CN116318023A (zh) * 2023-04-04 2023-06-23 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 兰姆波谐振器及滤波器

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