CN114567285A - 一种叉指型谐振器及其制备方法 - Google Patents

一种叉指型谐振器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种叉指型谐振器及其制备方法，涉及半导体技术领域，本发明的叉指型谐振器，包括依次层叠设置的衬底层、压电层和金属电极层，金属电极层上划分有叉指区域和分别连接在叉指区域两端的电连接区域，两个电连接区域沿叉指延伸方向分布，电连接区域的表面沿叉指延伸方向间隔设置至少两排阻挡体，阻挡体用于限制声波传输。本发明提供的叉指型谐振器，通过在器件的有效谐振区域周围设置声子晶体结构，有效减少了声波能量的横向泄露，提高了器件的品质因数。同时，声子晶体结构设置于电连接区域的上方，不会影响电连接区域的导电性和机械稳定性。

Description

一种叉指型谐振器及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种叉指型谐振器及其制备方法。
背景技术
随着无线通信的迅猛发展，无线信号变得越来越拥挤，对工作在射频频段的滤波器提出了集成化、微型化、低功耗、高性能、低成本等新的要求。叉指型谐振器因满足上述要求且通过现有工艺能够在一片晶圆上实现多频段集成而逐渐成为射频滤波器研究的热点。
由于叉指型谐振器在工作时需要给所有叉指同时施加信号激励，所以在设计时往往会在叉指两端分别设计一个电连接区域。又由于叉指型谐振器工作时激发的声波除了厚度方向外，还有水平方向的分量，所以部分声波能量会从电连接区域发生泄漏，从而降低了器件的品质因数。
现有技术中，通常采取空气桥、边界环等措施提升器件品质因数，减少能量损耗，但是边界环和空气桥结构仅适用于电极为平板的薄膜体声波谐振器而不适用于叉指型谐振器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叉指型谐振器及其制备方法，其能够有效减少声波能量的横向泄露。
本发明的实施例是这样实现的：
一种叉指型谐振器，其包括依次层叠设置的衬底层、压电层和金属电极层，金属电极层上划分有叉指区域和分别连接在叉指区域两端的电连接区域，两个电连接区域沿叉指延伸方向分布，电连接区域的表面沿叉指延伸方向间隔设置至少两排阻挡体，阻挡体用于限制声波传输。
可选的，作为一种可实施的方式，衬底层远离压电层的表面设有背孔，背孔与叉指区域沿层叠方向对应设置并将压电层露出。
可选的，作为一种可实施的方式，阻挡体呈直线型，阻挡体的延伸方向垂直于叉指延伸方向。
可选的，作为一种可实施的方式，阻挡体包括多个子阻挡体，多个子阻挡体垂直于叉指延伸方向间隔设置，沿叉指延伸方向并排设置的至少两个子阻挡体位于同一直线上。
可选的，作为一种可实施的方式，阻挡体的两端分别延伸至叉指区域的两端。
一种叉指型谐振器的制备方法，其包括：在衬底层上依次形成压电层和金属电极层；对金属电极层进行图形化以形成叉指区域和分别连接在叉指区域两端的电连接区域，其中，两个电连接区域沿叉指延伸方向分布；在图形化后的金属电极层上形成负载层；对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列。
可选的，作为一种可实施的方式，对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列之后，方法还包括：在衬底层远离压电层的表面与叉指区域对应的区域内开设贯穿衬底层的背孔。
可选的，作为一种可实施的方式，对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列，包括：刻蚀负载层以在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，阻挡体呈直线型，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列。
可选的，作为一种可实施的方式，对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列，包括：刻蚀负载层以在电连接区域的表面形成至少两排垂直于叉指延伸方向间隔设置的多个子阻挡体，其中，沿叉指延伸方向并排设置的至少两个子阻挡体位于同一直线上。
可选的，作为一种可实施的方式，对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列，包括：刻蚀负载层以在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，阻挡体的两端分别延伸至叉指区域的两端，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明提供的叉指型谐振器，包括依次层叠设置的衬底层、压电层和金属电极层，金属电极层上划分有叉指区域和分别连接在叉指区域两端的电连接区域，两个电连接区域沿叉指延伸方向分布，电连接区域的表面沿叉指延伸方向间隔设置至少两排阻挡体，阻挡体用于限制声波传输。上述叉指型谐振器，通过在器件的有效谐振区域周围设置声子晶体结构，有效减少了声波能量的横向泄露，提高了器件的品质因数。同时，声子晶体结构设置于电连接区域的上方，不会影响电连接区域的导电性和机械稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本发明实施例提供的叉指型谐振器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的叉指型谐振器中金属电极层和阻挡体的结构示意图之一；
图3为本发明实施例提供的叉指型谐振器中金属电极层和阻挡体的结构示意图之二；
图4为本发明实施例提供的叉指型谐振器中金属电极层和阻挡体的结构示意图之三；
图5为本发明实施例提供的叉指型谐振器的制备方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的叉指型谐振器的制备过程示意图之一；
图7为本发明实施例提供的叉指型谐振器的制备过程示意图之二；
图8为本发明实施例提供的叉指型谐振器的制备过程示意图之三；
图9为本发明实施例提供的叉指型谐振器的制备过程示意图之四。
图标：100-叉指型谐振器；110-衬底层；111-背孔；120-压电层；130-金属电极层；131-叉指区域；1311-第一叉指；1312-第二叉指；132-电连接区域；140-负载层；141-阻挡体；142-子阻挡体。
具体实施方式
下文陈述的实施方式表示使得本领域技术人员能够实践所述实施方式所必需的信息，并且示出了实践所述实施方式的最佳模式。在参照附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本发明的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用属于本发明和随附权利要求的范围内。
应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区域分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
诸如“在...下方”或“在...上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。应当理解，这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所描绘的取向之外的不同取向。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而且并不意图限制本发明。如本文所使用，除非上下文明确地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”意图同样包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或上述各项的组。
除非另外界定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样界定。
请参照图1和图2，本实施例提供一种叉指型谐振器100，其包括依次层叠设置的衬底层110、压电层120和金属电极层130，金属电极层130上划分有叉指区域131和分别连接在叉指区域131两端的电连接区域132，两个电连接区域132沿叉指延伸方向分布，电连接区域132的表面沿叉指延伸方向间隔设置至少两排阻挡体141，阻挡体141用于限制声波传输。
叉指型谐振器100包括衬底层110、设置在衬底层110表面的压电层120和设置在压电层120表面的金属电极层130。金属电极层130包括叉指区域131和两个电连接区域132，其中，叉指型谐振器100的有效谐振区域位于叉指区域131内，叉指区域131包括多个相互平行的第一叉指1311和第二叉指1312，多个第一叉指1311和第二叉指1312交替设置，两个电连接区域132沿第一叉指1311和第二叉指1312的延伸方向(图2中的B方向)分布并分别位于叉指区域131的两端，一个电连接区域132与叉指区域131内的多个第一叉指1311电连接，另一个电连接区域132与叉指区域131内的多个第二叉指1312电连接。两个电连接区域132的表面分别设有至少两排阻挡体141，阻挡体141的排列设置方向与叉指延伸方向相同，相邻的两排阻挡体141之间间隔设置，中间存有空气，至少两排阻挡体141和位于阻挡体141之间的空气共同形成了声子晶体结构。
上述叉指型谐振器100，通过在器件的有效谐振区域周围设置声子晶体结构，有效减少了声波能量的横向泄露，提高了器件的品质因数。同时，声子晶体结构设置于电连接区域132的上方，不会影响电连接区域132的导电性和机械稳定性。
可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，衬底层110远离压电层120的表面设有背孔111，背孔111与叉指区域131沿层叠方向对应设置并将压电层120露出。
衬底层110上设有贯穿其上下表面的背孔111，背孔111将压电层120露出以形成空气反射界面。背孔111的位置沿层叠方向(图1中的A方向)上与叉指区域131对应设置，背孔111的范围决定了叉指型谐振器100有效谐振区域的大小。
请参照图3，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，阻挡体141呈直线型，阻挡体141的延伸方向垂直于叉指延伸方向(图3中的B方向)。至少两个阻挡体141的长度可以相等，也可以根据电连接区域132的尺寸调整为不等。
请参照图2和图4，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，阻挡体141包括多个子阻挡体142，多个子阻挡体142垂直于叉指延伸方向(图2和图4中的B方向)间隔设置，沿叉指延伸方向并排设置的至少两个子阻挡体142位于同一直线上。
本事实例中，对子阻挡体142的形状不作限制，可以为正方形、圆形等。同样，对每排阻挡体141内子阻挡体142的数量不作限定，应理解，在电连接区域132尺寸一定的情况下，每排阻挡体141内子阻挡体142的数量越多，相邻两个子阻挡体142之间的间隔越小，限制声波传输的效果越好。
请参照图2，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，阻挡体141的两端分别延伸至叉指区域131的两端。
阻挡体141位于其延伸方向(垂直于图2中的B方向)的两个端部分别延伸至叉指区域131的两端，可以有效减少声波的横向泄露，提高声子晶体结构限制声波传输的效果。
请参照图5，本发明实施例还公开了一种叉指型谐振器100的制备方法，其包括：
S100：在衬底层上依次形成压电层和金属电极层。
S200：对金属电极层进行图形化以形成叉指区域和分别连接在叉指区域两端的电连接区域，其中，两个电连接区域沿叉指延伸方向分布。
S300：在图形化后的金属电极层上形成负载层。
S400：对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列。
如图6至图9所示，在衬底层110上形成依次贴合设置的压电层120和金属电极层130，示例地，通过沉积的方式形成压电层120和金属电极层130。对金属电极层130进行图形化处理，得到叉指区域131和连接在叉指区域131两端的电连接区域132。然后，金属电极层130上制备负载层140，并对负载层140图形化，以在器件的有效谐振区域旁边形成用于限制声波传输的声子晶体结构。
上述叉指型谐振器100的制备方法，在常规制备工艺的基础上增加一次负载层140的制备和一次负载层140的图案化以在器件的有效谐振区域旁边形成声子晶体结构。一方面能够减少叉指型谐振器100中声波能量的横向泄露，提高器件的品质因数，另一方面由于声子晶体结构是在电连接区域132上方所以不会影响电连接区域132的导电性和机械稳定性。
请参照图1和图5，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列之后，方法还包括：
S500：在衬底层远离压电层的表面与叉指区域对应的区域内开设贯穿衬底层的背孔。
在衬底层110上与叉指区域131对应的位置处开设背孔111，背孔111将压电层120露出以形成空气反射界面，背孔111的范围决定了叉指型谐振器100有效谐振区域的大小。
请参照图3和图5，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列，包括：
刻蚀负载层以在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，阻挡体呈直线型，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列。
请参照图2和图5，可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列，包括：
刻蚀负载层以在电连接区域的表面形成至少两排垂直于叉指延伸方向间隔设置的多个子阻挡体，其中，沿叉指延伸方向并排设置的至少两个子阻挡体位于同一直线上。
可选的，本发明实施例的一种可实现的方式中，对负载层进行图形化以分别在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列，包括：
刻蚀负载层以在电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，阻挡体的两端分别延伸至叉指区域的两端，至少两排阻挡体沿叉指延伸方向间隔排列。
采用光刻工艺去除负载层140上多余的材料，在电连接区域132的表面形成声子晶体结构，操作简单便捷，且不会对电连接区域132造成损伤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叉指型谐振器，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底层、压电层和金属电极层，所述金属电极层上划分有叉指区域和分别连接在所述叉指区域两端的电连接区域，两个所述电连接区域沿叉指延伸方向分布，所述电连接区域的表面沿所述叉指延伸方向间隔设置至少两排阻挡体，所述阻挡体用于限制声波传输。
2.根据权利要求1所述的叉指型谐振器，其特征在于，所述衬底层远离所述压电层的表面设有背孔，所述背孔与所述叉指区域沿层叠方向对应设置并将所述压电层露出。
3.根据权利要求1所述的叉指型谐振器，其特征在于，所述阻挡体呈直线型，所述阻挡体的延伸方向垂直于所述叉指延伸方向。
4.根据权利要求1所述的叉指型谐振器，其特征在于，所述阻挡体包括多个子阻挡体，多个所述子阻挡体垂直于所述叉指延伸方向间隔设置，沿所述叉指延伸方向并排设置的至少两个所述子阻挡体位于同一直线上。
5.根据权利要求1所述的叉指型谐振器，其特征在于，所述阻挡体的两端分别延伸至所述叉指区域的两端。
6.一种叉指型谐振器的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底层上依次形成压电层和金属电极层；
对所述金属电极层进行图形化以形成叉指区域和分别连接在所述叉指区域两端的电连接区域，其中，两个所述电连接区域沿叉指延伸方向分布；
在图形化后的所述金属电极层上形成负载层；
对所述负载层进行图形化以分别在所述电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排所述阻挡体沿所述叉指延伸方向间隔排列。
7.根据权利要求6所述的叉指型谐振器的制备方法，其特征在于，所述对所述负载层进行图形化以分别在所述电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排所述阻挡体沿所述叉指延伸方向间隔排列之后，所述方法还包括：
在所述衬底层远离所述压电层的表面与所述叉指区域对应的区域内开设贯穿所述衬底层的背孔。
8.根据权利要求6所述的叉指型谐振器的制备方法，其特征在于，所述对所述负载层进行图形化以分别在所述电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排所述阻挡体沿所述叉指延伸方向间隔排列，包括：
刻蚀所述负载层以在所述电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，所述阻挡体呈直线型，至少两排所述阻挡体沿所述叉指延伸方向间隔排列。
9.根据权利要求6所述的叉指型谐振器的制备方法，其特征在于，所述对所述负载层进行图形化以分别在所述电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排所述阻挡体沿所述叉指延伸方向间隔排列，包括：
刻蚀所述负载层以在所述电连接区域的表面形成至少两排垂直于所述叉指延伸方向间隔设置的多个子阻挡体，其中，沿所述叉指延伸方向并排设置的至少两个所述子阻挡体位于同一直线上。
10.根据权利要求6所述的叉指型谐振器的制备方法，其特征在于，所述对所述负载层进行图形化以分别在所述电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，至少两排所述阻挡体沿所述叉指延伸方向间隔排列，包括：
刻蚀所述负载层以在所述电连接区域的表面形成至少两排阻挡体，其中，所述阻挡体的两端分别延伸至所述叉指区域的两端，至少两排所述阻挡体沿所述叉指延伸方向间隔排列。
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