CN113965181B - 用于电极结构制作的方法、电极结构和体声波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及谐振器技术领域，公开一种用于电极结构制作的方法，包括：在预设的电极层上淀积介质层；所述介质层用于保护所述电极层；在所述介质层远离所述电极层的一侧形成牺牲层，所述牺牲层暴露出所述介质层；在所述牺牲层和暴露出的介质层上淀积金属层；刻蚀不与所述牺牲层接触的金属层并腐蚀所述牺牲层，使得所述金属层与所述介质层之间形成空气隙结构。这样，将这种制作出来的电极结构应用到体声波谐振器上时，能够在保证谐振器Q值的同时准确反射与谐振器频率相同的横向声波。本申请还公开一种电极结构和体声波谐振器。
Description
技术领域
本申请涉及谐振器技术领域，例如涉及一种用于电极结构制作的方法、电极结构和体声波谐振器。
背景技术
体声波谐振器的原理是通过在上下电极之间施加电信号，然后利用压电层的压电效应产生声信号，声信号在电极之间震荡会产生横向声波和纵向声波。由于与谐振器频率相同的横向声波没有被较好地束缚在体声波谐振器本体以内，导致体声波谐振器的Q值较低。
在实现本发明实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
现有制作工艺制作出来的电极结构，在应用到谐振器上时，无法在保证谐振器Q值的同时准确反射与谐振器频率相同的横向声波。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本发明实施例提供一种用于电极结构制作的方法、电极结构和体声波谐振器，以便于制造能够保证谐振器Q值的同时准确反射与谐振器频率相同的横向声波的电极结构。
在一些实施例中，用于体声波谐振器的电极结构制作的方法，包括：在预设的电极层上淀积介质层；所述介质层用于保护所述电极层；在所述介质层远离所述电极层的一侧形成牺牲层，所述牺牲层暴露出所述介质层；在所述牺牲层和暴露出的介质层上淀积金属层；刻蚀不与所述牺牲层接触的金属层并腐蚀所述牺牲层，使得所述金属层与所述介质层之间形成空气隙结构。
在一些实施例中，刻蚀不与所述牺牲层接触的金属层并腐蚀所述牺牲层，使得所述金属层与所述介质层之间形成空气隙结构，包括：刻蚀不与所述牺牲层接触的金属层形成第一通孔；所述第一通孔暴露出所述介质层；在所述金属层和暴露出的介质层上淀积钝化层；腐蚀所述牺牲层，使得所述金属层与所述介质层之间形成空气隙结构。
在一些实施例中，所述介质层由氮化硅、氮化铝、氧化硅和氮氧化硅中的一种或多种制成。
在一些实施例中，所述电极层由具有导电性能的钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
在一些实施例中，所述金属层由具有导电性能的钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
在一些实施例中，体声波谐振器的电极结构，由上述的用于体声波谐振器的电极结构制作的方法制得。
在一些实施例中，电极结构，包括：电极层；介质层，设置在所述电极层上，与所述电极层连接；金属层，设置在所述介质层远离所述电极层的一侧；所述金属层为环状暴露出所述介质层，且所述金属层具有空气隙结构。
在一些实施例中，所述空气隙结构，包括：第一水平金属部，与所述介质层连接；第二水平金属部，所述第二水平金属部与所述介质层平行，且与所述介质层之间形成有空隙；支撑部，与所述介质层形成预设夹角，连接所述第一水平金属部和所述第二水平金属部。
在一些实施例中，电极结构，还包括：钝化层，设置在所述金属层和暴露出的介质层上。
在一些实施例中，体声波谐振器包括上述的电极结构。
本发明实施例提供一种用于电极结构制作的方法、电极结构和体声波谐振器。可以实现以下技术效果：通过在预设的电极层上淀积介质层；介质层用于保护电极层；在介质层远离电极层的一侧形成牺牲层，牺牲层位于介质层的一端暴露出介质层；在牺牲层和暴露出的介质层上淀积金属层；刻蚀不与牺牲层接触的金属层并腐蚀牺牲层，使得金属层与介质层之间形成空气隙结构。这样，在介质层上通过刻蚀的方式刻蚀金属层，能够准确的控制金属层刻蚀后的宽度，使得将这种制作出来的电极结构应用到体声波谐振器上时，能够在保证谐振器Q值的同时准确反射与谐振器频率相同的横向声波。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本发明实施例提供的一个用于电极结构制作的方法的示意图；
图2是本发明实施例提供的一个在预设压电层上淀积电极层和介质层后的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一个形成牺牲层后的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一个在牺牲层和介质层上淀积金属层后的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一个刻蚀金属层后的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一个在金属层和介质层上淀积钝化层后的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一个刻蚀电极层、介质层、牺牲层、金属层和钝化层后的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一个形成第三通孔后的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一个形成导通层后的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的一个腐蚀牺牲层后的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的一个具有本申请的电极结构的体声波谐振器Q值与频率关系示意图；
图12是本发明实施例提供的一个不具有本申请的电极结构的体声波谐振器Q值与频率关系示意图；
图13是本发明实施例提供的一个体声波谐振器的结构的示意图。
附图标记：
100：压电层；110：电极层；120：介质层；130：牺牲层；140：金属层；150：钝化层；160：导通层；170：第一衬底；180：第一键合层；190：第二衬底；200：第二键合层。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本发明实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明实施例中的具体含义。
另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本发明实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
结合图1所示，本发明实施例提供一种用于体声波谐振器的电极结构制作的方法，包括：
步骤S101，在预设的电极层上淀积介质层；介质层用于保护电极层；
步骤S102，在介质层远离电极层的一侧形成牺牲层，牺牲层暴露出介质层；
步骤S103，在牺牲层和暴露出的介质层上淀积金属层；
步骤S104，刻蚀不与牺牲层接触的金属层并腐蚀牺牲层，使得金属层与介质层之间形成空气隙结构。
采用本发明实施例提供的用于体声波谐振器的电极结构制作的方法，通过在预设的电极层上淀积介质层；介质层用于保护电极层；在介质层远离电极层的一侧形成牺牲层，牺牲层位于介质层的一端暴露出介质层；在牺牲层和暴露出的介质层上淀积金属层；刻蚀不与牺牲层接触的金属层并腐蚀牺牲层，使得金属层与介质层之间形成空气隙结构。这样，在介质层上通过刻蚀的方式刻蚀金属层，能够准确的控制金属层刻蚀后的宽度，使得将这种制作出来的电极结构应用到体声波谐振器上时，能够在保证谐振器Q值的同时准确反射与谐振器频率相同的横向声波。
可选地，通过CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）工艺和/或PVD（Physical Vapor Deposition，物理气相沉积）工艺在预设的电极层上淀积介质层。
可选地，在介质层远离电极层的一侧形成牺牲层，包括：在介质层远离电极层的一侧淀积牺牲层；刻蚀牺牲层暴露出介质层。这样，通过淀积牺牲层，再在刻蚀后的牺牲层上淀积金属层，能够便于制作金属层的空气隙结构，通过腐蚀牺牲层，获得金属层与介质层之间的空气隙，能够使得形成空气隙的制作工艺简单。
在一些实施例中，牺牲层与介质层边缘齐平。
可选地，通过CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）工艺和/或PVD（Physical Vapor Deposition，物理气相沉积）工艺在在介质层远离电极层的一侧淀积牺牲层。
可选地，通过湿式化学品刻蚀工艺和/或等离子刻蚀工艺刻蚀牺牲层。
可选地，刻蚀不与牺牲层接触的金属层并腐蚀牺牲层，使得金属层与介质层之间形成空气隙结构，包括：刻蚀不与牺牲层接触的金属层形成第一通孔；第一通孔暴露出介质层；在金属层和暴露出的介质层上淀积钝化层；腐蚀牺牲层，使得金属层与介质层之间形成空气隙结构。这样，通过刻蚀的工艺，能够准确的控制金属层刻蚀后的宽度。
可选地，钝化层由氮化硅、氮化铝、氧化硅和氮氧化硅中的一种或多种制成。
可选地，牺牲层为氧化硅。
可选地，通过湿式化学品刻蚀工艺和/或等离子刻蚀工艺刻蚀不与牺牲层接触的金属。
可选地，通过氢氟酸溶液湿法腐蚀、BOE (Buffered Oxide Etchant，缓冲氧化物刻蚀液)溶液湿法腐蚀和氢氟酸蒸汽腐蚀中的一种或多种腐蚀牺牲层。
可选地，介质层由氮化硅、氮化铝、氧化硅和氮氧化硅中的一种或多种制成。这样，能在通过刻蚀的工艺对金属层进行刻蚀的情况下和通过腐蚀的工艺腐蚀牺牲层的情况下保护电极层，使得电极层不会受到损伤，从而不会影响谐振器的性能。
可选地，电极层由具有导电性能的钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
可选地，金属层由具有导电性能的钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
在一些实施例中，在预设的压电层上运用用于体声波谐振器的电极结构制作的方法制作电极结构作为体声波谐振器的上电极结构。结合图2至图10所示，在预设的压电层100上依次淀积电极层110和介质层120；在在介质层120远离电极层110的一侧形成牺牲层130，牺牲层130暴露出介质层120；在牺牲层130和暴露出的介质层120上淀积金属层140；刻蚀不与牺牲层130接触的金属层140形成第一通孔和第二通孔；第一通孔和第二通孔均暴露出介质层120；在金属层140和暴露出的介质层120上淀积钝化层150；刻蚀电极层110、介质层120、牺牲层130、金属层140和钝化层150，暴露出压电层100，且刻蚀后的电极层110、介质层120、牺牲层130、金属层140和钝化层150边缘齐平；刻蚀第二通孔内的钝化层150以及位于第二通孔下的介质层120形成第三通孔，第三通孔暴露出电极层110；在第三通孔内形成导通层160，导通层160连通电极层110；腐蚀牺牲层130，使得金属层140与介质层120之间形成空气隙结构。这样，在电极层上设置介质层，再在电极层上设置金属层，由金属层形成空气隙结构，不需要对电极层进行操作，使得电极层不会受到损伤，从而不会影响谐振器的性能。同时，由于使用了介质层，能够采用刻蚀的工艺对金属层进行刻蚀，能够准确的控制金属层刻蚀后的宽度且不损伤电极层，使得将这种制作出来的电极结构应用到体声波谐振器上时，能够在保证谐振器Q值的同时准确反射与谐振器频率相同的横向声波。
可选地，预设的压电层由具有压电性能的氮化铝、氧化锌、铌酸锂、钽酸锂、锆钛酸铅和钛酸锶钡中的一种或多种制成。可选地，预设的压电层由氮化铝和一定比例的稀土元素制成；稀土元素包括钪、铒和镧等。
可选地，导通层包括电路导通引线和焊盘。可选地，电路导通引线和焊盘由铝、铜、金、钛、钨和铂中的一种或多种制成。这样，通过制作导通层，便于电极层能够与外部电路进行连接。
本发明实施例提供一种体声波谐振器的电极结构，体声波谐振器的电极结构由执行上述的用于体声波谐振器的电极结构制作的方法制得。
采用本发明实施例提供的体声波谐振器的电极结构：电极结构包括电极层、介质层和金属层；介质层，设置在电极层上，与电极层连接；金属层，设置在介质层远离电极层的一侧；金属层为环状暴露出介质层，且金属层具有空气隙结构。这样，将这种在介质层和金属层之间形成有空气隙结构的电极结构应用到体声波谐振器上，能够保证谐振器Q值的同时准确反射与谐振器频率相同的横向声波。
可选地，电极结构，包括：电极层；介质层，设置在电极层上，与电极层连接；金属层，设置在介质层远离电极层的一侧；金属层为环状暴露出介质层，且金属层具有空气隙结构。
可选地，空气隙结构，包括：第一水平金属部，与介质层连接；第二水平金属部，第二水平金属部与介质层平行，且与介质层之间形成有空隙；支撑部，与介质层形成预设夹角，连接第一水平金属部和第二水平金属部。这样，由于第二水平金属部与介质层之间形成有空隙，使得空气隙结构能够对横向声波进行反射，使得横向声波被较好地束缚在体声波谐振器本体以内。
在一些实施例中，金属层与介质层连接的部分被确定为第一水平金属部。这样，由于空气隙结构的第一水平金属部的宽度会影响空气隙结构反射的横向声波的频率，因此，在制作第一水平金属部的宽度时，需要精准的控制第一水平金属部的宽度。由本发明实施例提供的用于体声波谐振器的电极结构制作的方法，通过刻蚀工艺对金属层进行刻蚀，能够准确的控制金属层刻蚀后的宽度。
在一些实施例中，支撑部、第二水平金属部和第一水平金属部的材料相同。
可选地，电极结构，还包括：钝化层，设置在金属层和暴露出的介质层上。这样，通过设置钝化层，能够对金属层进行保护，避免金属层被氧化。
在一些实施例中，将本申请的电极结构作为上电极应用到体声波谐振器上，获得如图11所示的具有本申请的电极结构的体声波谐振器Q值与频率关系示意图。图11中，横坐标代表频率，纵坐标代表Q值；曲线A为具有本申请的电极结构的体声波谐振器Q值与频率关系示意图。图12为不具有本申请的电极结构的体声波谐振器Q值与频率关系示意图，如图12所示，图12中，横坐标代表频率，纵坐标代表Q值；曲线B为不具有本申请的电极结构的体声波谐振器Q值与频率关系示意图。如图11和图12所示，具有本申请的电极结构的体声波谐振器的Q值相较于不具有本申请的电极结构的体声波谐振器的Q值更高，即，具有本申请的电极结构的体声波谐振器能够具有更高的Q值。同时，由图可知，在频率2.65至频率2.85之间，具有本申请的电极结构的体声波谐振器的Q值的下降程度相较于不具有本申请的电极结构的体声波谐振器的Q值的下降程度更缓慢，使得具有本申请的电极结构的体声波谐振器的性能更好。
本发明实施例提供一种体声波谐振器，包括上述的电极结构。
采用本发明实施例提供一种体声波谐振器，能够保证谐振器Q值的同时准确反射与谐振器频率相同的横向声波。
在一些实施例中，结合图13所示，图13为一个体声波谐振器的结构的示意图。如图13所示，体声波谐振器由第一盖体、第二盖体、上电极结构、压电层和下电极结构构成，压电层位于上电极结构和下电极结构之间，第一盖体、上电极结构和压电层之间围合形成第一空腔；第二盖体、下电极结构和压电层之间围合形成第二空腔；其中，上电极结构和下电极结构均为本发明实施例提供的电极结构。在一些实施例中，第一盖体形成有第一凹槽；第一盖体通过第一凹槽与上电极结构和压电层形成第一空腔；第一盖体包括第一衬底170和第一键合层180，第一键合层180被限定为中空结构，第一键合层180的中空部分被限定为第一盖体的第一凹槽。在一些实施例中，第二盖体形成有第二凹槽；第二盖体通过第二凹槽与下电极结构和压电层形成第二空腔；第二盖体包括第二衬底190和第二键合层200，第二键合层200被限定为中空结构，第二键合层200的中空部分被限定为第二盖体的第二凹槽。
可选地，第一衬底由硅、碳硅、氧化铝或二氧化硅制成。
可选地，第一键合层由二氧化硅、氮化硅、有机膜材料和硅酸乙酯的一种或多种组合制成。
可选地，第二衬底由硅、碳硅、氧化铝或二氧化硅制成。
可选地，第二键合层由二氧化硅、氮化硅、有机膜材料和硅酸乙酯的一种或多种组合制成。
以上描述和附图充分地示出了本发明的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”（a）、“一个”（an）和“所述”（the）旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”（comprise）及其变型“包括”（comprises）和/或包括（comprising）等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。
Claims (10)
1.一种用于体声波谐振器的电极结构制作的方法，其特征在于，包括：
在预设的电极层上淀积介质层；所述介质层用于保护所述电极层；
在所述介质层远离所述电极层的一侧形成牺牲层，所述牺牲层暴露出所述介质层；
在所述牺牲层和暴露出的介质层上淀积金属层；
刻蚀不与所述牺牲层接触的金属层并腐蚀所述牺牲层，使得所述金属层与所述介质层之间形成空气隙结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，刻蚀不与所述牺牲层接触的金属层并腐蚀所述牺牲层，使得所述金属层与所述介质层之间形成空气隙结构，包括：
刻蚀不与所述牺牲层接触的金属层形成第一通孔；所述第一通孔暴露出所述介质层；
在所述金属层和暴露出的介质层上淀积钝化层；
腐蚀所述牺牲层，使得所述金属层与所述介质层之间形成空气隙结构。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述介质层由氮化硅、氮化铝、氧化硅和氮氧化硅中的一种或多种制成。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电极层由具有导电性能的钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属层由具有导电性能的钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
6.一种体声波谐振器的电极结构，其特征在于，所述体声波谐振器的电极结构由执行权利要求1至5任一项所述的用于体声波谐振器的电极结构制作的方法制得。
7.根据权利要求6所述的电极结构，其特征在于，包括：
电极层；
介质层，设置在所述电极层上，与所述电极层连接；
金属层，设置在所述介质层远离所述电极层的一侧；所述金属层为环状暴露出所述介质层，且所述金属层具有空气隙结构。
8.根据权利要求7所述的电极结构，其特征在于，所述空气隙结构，包括：
第一水平金属部，与所述介质层连接；
第二水平金属部，所述第二水平金属部与所述介质层平行，且与所述介质层之间形成有空隙；
支撑部，与所述介质层形成预设夹角，连接所述第一水平金属部和所述第二水平金属部。
9.根据权利要求7所述的电极结构，其特征在于，还包括：钝化层，设置在所述金属层和暴露出的介质层上。
10.一种体声波谐振器，其特征在于，包括权利要求6至9任一项所述的电极结构。
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