CN114978094A - 一种体声波谐振器及其制备方法 - Google Patents
一种体声波谐振器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114978094A CN114978094A CN202210525933.7A CN202210525933A CN114978094A CN 114978094 A CN114978094 A CN 114978094A CN 202210525933 A CN202210525933 A CN 202210525933A CN 114978094 A CN114978094 A CN 114978094A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film layer
- thin film
- piezoelectric thin
- lower electrode
- wave resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 68
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 31
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 23
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 235000019687 Lamb Nutrition 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052454 barium strontium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02118—Means for compensation or elimination of undesirable effects of lateral leakage between adjacent resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
- H03H9/131—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials consisting of a multilayered structure
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
- H03H9/132—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
- H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/175—Acoustic mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
- H03H2003/023—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the membrane type
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
- H03H2003/025—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks comprising an acoustic mirror
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
本申请公开了一种体声波谐振器及其制备方法，涉及谐振器技术领域，本申请的体声波谐振器，包括衬底以及设置于衬底上表面的筒状支撑件，筒状支撑件上依次设置有下电极、压电薄膜层以及上电极，下电极和上电极在衬底上的投影均落入压电薄膜层在衬底上的投影内，筒状支撑件围合的区域、下电极、压电薄膜层和上电极在层级方向重叠的区域为有效谐振区域，上电极、下电极均包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层形成的叠层，上电极和下电极上分别形成有台阶状声反射结构。本申请提供的体声波谐振器及其制备方法，能够有效反射横向波，提高体声波谐振器的Q值。
Description
技术领域
本申请涉及谐振器技术领域，具体而言，涉及一种体声波谐振器及其制备方法。
背景技术
利用压电薄膜在厚度方向的纵向谐振所制成的体声波谐振器，目前已经在高速串行数据应用等多个方面成为声表面波器件和石英晶体谐振器的替代。射频前端滤波器/双工器提供优越的滤波特性，例如低插入损耗、陡峭的过渡带、较大的功率容量、较强的抗静电放电能力等，作为构成滤波器/双工器的体声波谐振器，具有超低频率温度漂移，相位噪声低，功耗低且带宽调制范围大的优点。除此之外，这些微型体声波谐振器在硅衬底上使用互补式金属氧化物半导体兼容的加工工艺，这样可以降低单位成本，并有利于最终与电路集成。
体声波谐振器包括一个声反射结构和两个电极，以及位于两个电极之间的被称作压电激励的压电层。有时也将两个电极称为激励电极，其作用是引起谐振器各层的机械振荡。声反射结构在体声波谐振器和基底之间形成声学隔离。Q值是谐振器储存的总能量与谐振器通过各种途径损耗的能量的比值。体声波谐振器Q值的提升有助于提高滤波器的通带插入损耗及滚降，保证体声波滤波器性能。
现有技术中的体声波谐振器，由于需要与形成滤波器的其他元件的阻抗匹配，体声波谐振器的阻抗与其谐振区域的横向尺寸有关，从而使得谐振区域的横向尺寸有限，使得电极层的面积小于压电层的面积，从而在体声波谐振器的谐振区域与非谐振区域的交界处出现声阻抗不连续，激发兰姆模态的波，兰姆模态的波含有横向波的分量，兰姆模态的波不能很好的被限制在谐振器内，会在谐振区域与非谐振区交界处泄露至非谐振区域并进入基底，从而使得降低谐振器的Q值降低。
发明内容
本申请的目的在于提供一种体声波谐振器及其制备方法，能够有效反射纵向波和横向波，提高体声波谐振器的Q值。
本申请的实施例一方面提供了一种体声波谐振器，包括衬底以及设置于衬底上表面的筒状支撑件，筒状支撑件上依次设置有下电极、压电薄膜层以及上电极，下电极和上电极在衬底上的投影均落入压电薄膜层在衬底上的投影内，筒状支撑件围合的区域、下电极、压电薄膜层和上电极在层级方向重叠的区域为有效谐振区域，上电极、下电极均包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层形成的叠层，上电极和下电极上分别形成有台阶状声反射结构。
作为一种可实施的方式，台阶状声反射结构由相邻的导电层的边缘形成的阶梯形成，阶梯在层叠方向上的高度与导电层的高度相同。
作为一种可实施的方式，多个导电层上分别设置凹槽，且多个凹槽相互连通形成台阶槽，台阶槽的侧壁作为台阶状声反射结构。
作为一种可实施的方式，台阶槽远离导电层边缘的侧壁为平面，靠近导电层边缘的侧壁为拼接面，拼接面呈台阶状，作为台阶状声反射结构。
作为一种可实施的方式，台阶槽穿透叠层中的部分导电层。
作为一种可实施的方式，台阶槽穿透叠层中的所有导电层。
作为一种可实施的方式，上电极包括三层导电层，中间层的导电层的声阻抗大于两侧的导电层的声阻抗，下电极包括三层导电层，中间层的导电层的声阻抗大于两侧的导电层的声阻抗。
本申请实施例另一方面提供了一种体声波谐振器的制备方法，包括：在晶圆基底上沉积压电薄膜层；在压电薄膜层上形成下电极，下电极在晶圆基底上的投影落入压电薄膜层在晶圆基底上的投影内；在形成有下电极的压电薄膜层上形成筒状支撑件；晶圆基底与衬底通过筒状支撑件键合；刻蚀去除晶圆基底；在压电薄膜层上形成上电极，上电极包括在压电薄膜层上沉积的高声阻抗和低声阻抗交替设置的导电层形成的叠层，上电极在衬底上的投影落入压电薄膜层在衬底上的投影内。
作为一种可实施的方式，在压电薄膜层上形成下电极，下电极在晶圆基底上的投影落入压电薄膜层在晶圆基底上的投影内包括：下电极包括在压电薄膜层上沉积高声阻抗和低声阻抗交替设置的导电层形成的叠层，在压电薄膜层上沉积高声阻抗材料或者低声阻抗材料，图案化高声阻抗材料或低声阻抗材料形成导电层。
作为一种可实施的方式，在晶圆基底上沉积压电薄膜层中：晶圆基底为单晶基底，以使压电薄膜层为单晶压电层。
本申请实施例的有益效果包括：
本申请提供的体声波谐振器，包括衬底以及设置于衬底上表面的筒状支撑件，筒状支撑件上依次设置有下电极、压电薄膜层以及上电极，下电极和上电极在衬底上的投影均落入压电薄膜层在衬底上的投影内，上电极筒状支撑件围合的区域、下电极、压电薄膜层和上电极在层级方向重叠的区域为有效谐振区域，在体声波谐振器工作时，上电极和下电极分别连接信号源的正极和负极，使得上电极和下电极之间产生电压差，形成电场，而压电薄膜层设置在上电极和下电极之间，压电薄膜层在电场的作用下产生振动形成声波，上电极包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层形成的叠层，叠层的高、低声阻抗交替设置可以有效反射层叠方向上的纵向传播的声波，下电极包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层形成的叠层，叠层的高、低声阻抗交替设置可以有效的反射层叠方向上的纵向传播的声波，从而减少纵向波的泄露，上电极和下电极上分别形成有台阶状声反射结构，台阶状声反射结构能够有效反射横向传播的声波，从而减小横向波的泄露，本申请的体声波谐振器能够同时减小横向波和纵向波的泄露，从而提高体声波谐振器的Q值。
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一种体声波谐振器的结构示意图之一；
图2为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的结构示意图之二；
图3为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的结构示意图之三；
图4为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的结构示意图之四；
图5为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的结构示意图之五；
图6为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的结构示意图之六；
图7为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的制备方法流程图；
图8为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的状态图之一；
图9为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的状态图之二；
图10为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的状态图之三；
图11为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的状态图之四；
图12为本申请实施例提供的一种体声波谐振器的状态图之五。
图标：100-体声波谐振器；110-衬底；120-筒状支撑件；130-下电极；140-压电薄膜层；150-上电极；160-有效谐振区域；170-导电层；180-台阶槽；190-凹槽；200-晶圆基底。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
体声波谐振器产生的声波包括横向波和纵向波，由于竖向激励的体声波谐振器的横向波不能很好的被限制在谐振器内，会在谐振区域与非谐振区交界处泄露至非谐振区域并进入基底，从而使得降低谐振器的Q值降低。
本申请提供了一种体声波谐振器100，如图1、图2所示，包括衬底110以及设置于衬底110上表面的筒状支撑件120，筒状支撑件120上依次设置有下电极130、压电薄膜层140以及上电极150，下电极130和上电极150在衬底110上的投影均落入压电薄膜层140在衬底110上的投影内，筒状支撑件120围合的区域、下电极130、压电薄膜层140和上电极150在层级方向重叠的区域为有效谐振区域160，上电极150、下电极130均包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层170形成的叠层，上电极150和下电极130上分别形成有台阶状声反射结构。
体声波谐振器100工作时，上电极150与信号源的正极连接，下电极130与信号源的负极或者接地连接，上电极150和下电极130之间产生电压差，从而形成电场，压电薄膜层140位于上电极150和下电极130之间，处于上电极150和下电极130形成的电场中，由于压电薄膜层140的压电效应，压电薄膜层140在电场的作用下产生振动，形成声波。声波中包含在压电薄膜层140所在的平面内传播的横向波，也包含沿体声波谐振器100层级方向传播的纵向波。需要说明的是，这里的上电极和下电极分别与信号源的正极和负极连接，只是一种示例，在实际应用中，上电极和下电极之间连接的电源有可能是交变信号源，此时，只要上电极和下电极分别连接信号源的两个接线端即可。
其中，上电极150采用高、低声阻抗交替设置的多个导电层170形成的叠层，叠层中的导电层170采用高声阻抗材料和低声阻抗材料形成，且相邻两层的导电层170的声阻抗的大小不同，叠层的高声阻抗和低声阻抗交替设置可以有效的反射纵向传播的声波，使得传播至压电薄膜层140上表面的纵向波返回压电薄膜层140继续传播，从而减小纵向波的泄露，同理，下电极130也采用高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层170形成的叠层，也能够有效的反射纵向传播的声波，减小纵向波的泄露。
上电极150上形成有台阶状声反射结构，台阶状声反射结构能够有效反射横向传播的声波，使得传播至台阶状声反射结构的横向波返回压电薄膜层140内继续传播，从而减小横向波的泄露，同理，下电极130上形成台阶状声反射结构，也能够有效减小横向波的泄露。
另外，由于台阶状声反射结构的设置，使得传播至台阶状声反射结构的横向波返回压电薄膜层140中继续传播，还能够有效减小杂散模式声波的产生，提高声波的稳定性。
需要说明的是，横向波在有效谐振区域160与非有效谐振区域160的交接处泄露的几率较大，为了进一步提高台阶状声反射结构对横向波的反射效率，可以将台阶状声反射结构设置在有效谐振区域160与非有效谐振区域160的交界处，也就是有效谐振区域160的边缘。另外，如图2所示，为了降低上电极150、下电极130边缘对声波传播的影响，上电极150、下电极130的边缘通常设置为不规则曲线。
还需要说明的是，高声阻抗和低声阻抗是相对于两种声阻抗材料的对比，并没有对两种材料的声阻抗值进行限定。其中，高声阻抗和低声阻抗的材料本申请实施例不做具体限定，可以根据实际情况进行设定，只要能够满足具有声阻抗值差的金属即可。示例的，高声阻抗材料可以选择金属钨、金属铬中的一种或两种，为了方便沉积及避免多个材料之间的污染，本申请实施例选择一种，低声阻抗材料可以选择铝、钛或钼中的一种。
另外，上电极150采用高、低声阻抗交替设置的多个导电层170形成的叠层，叠层的多个导电层170还能够提高上电极150的导电性和导热性。同理，下电极130采用高、低声阻抗交替设置的多个导电层170形成的叠层，也能够提高下电极130的导电性和导热性。
本申请提供的体声波谐振器100，包括衬底110以及设置于衬底110上表面的筒状支撑件120，筒状支撑件120上依次设置有下电极130、压电薄膜层140以及上电极150，下电极130和上电极150在衬底110上的投影均落入压电薄膜层140在衬底110上的投影内，上电极150筒状支撑件120围合的区域、下电极130、压电薄膜层140和上电极150在层级方向重叠的区域为有效谐振区域160，在体声波谐振器100工作时，上电极150和下电极130分别连接信号源的正极和负极，使得上电极150和下电极130之间产生电压差，形成电场，而压电薄膜层140设置在上电极150和下电极130之间，压电薄膜层140在电场的作用下产生振动形成声波，上电极150包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层170形成的叠层，叠层的高、低声阻抗交替设置可以有效反射层叠方向上的纵向传播的声波，下电极130包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层170形成的叠层，叠层的高、低声阻抗交替设置可以有效的反射层叠方向上的纵向传播的声波，从而减少纵向波的泄露，上电极150和下电极130上分别形成有台阶状声反射结构，台阶状声反射结构能够有效反射横向传播的声波，从而减小横向波的泄露，本申请的体声波谐振器100能够同时减小横向波和纵向波的泄露，从而提高体声波谐振器100的Q值。
可选的，如图1、图2所示，台阶状声反射结构由相邻的导电层170的边缘形成的阶梯形成，阶梯在层叠方向上的高度与导电层170的高度相同。
叠层中相邻的导电层170边缘形成阶梯，多个阶梯形成台阶状的声反射结构，声波在压电薄膜层140中传播时，台阶状声反射结构对横向波进行反射，使得横向波返回压电薄膜层140中继续传播，从而减少横向波泄露，提高了体声波谐振的Q值。
需要说明的是，为了方便上电极150的制备，通常将上电极150叠层中靠近压电薄膜层140的导电层170设置为面积最大的导电层170，沿远离压电薄膜层140的方向导电层170的面积逐渐减小，使得相邻的导电层170边缘形成阶梯。
采用相邻的导电层170的边缘形成的阶梯形成台阶状声反射结构，能够简化叠层制备时的步骤，提高生产效率。
本申请实施例的一种可实现的方式中，如图3、图5所示，多个导电层170上分别设置凹槽190，且多个凹槽190相互连通形成台阶槽180，台阶槽180的侧壁作为台阶状声反射结构。
可选的，如图3、图5所示，台阶槽180远离导电层170边缘的侧壁为平面，靠近导电层170边缘的侧壁为拼接面，拼接面呈台阶状，作为台阶状声反射结构。
因为横向波是从压电薄膜层140的表面在谐振区域与非谐振区域的交接处泄露至非谐振区域，将靠近导电层170边缘的侧壁设置为拼接面，拼接面呈台阶状，当横向波传播至拼接面时，拼接面对横向波进行反射，能够有效的增大体声波谐振器100的有效谐振区域160，提高体声波谐振器100的阻抗。
本申请实施例的一种可实现的方式中，如图3、图4所示，台阶槽180穿透叠层中的部分导电层170。
可选的，如图5、图6所示，台阶槽180穿透叠层中的所有导电层170。
因为横向波是从压电薄膜层140的表面在谐振区域与非谐振区域的交接处泄露至非谐振区域，所以，当台阶槽180穿透叠层中所有的导电层170时，台阶槽180能够直接对压电薄膜层140表面的横向波进行反射，提高反射效率，进而提高体声波谐振器100的Q值。
本申请实施例的一种可实现的方式中，上电极150包括三层导电层170，中间层的导电层170的声阻抗大于两侧的导电层170的声阻抗，下电极130包括三层导电层170，中间层的导电层170的声阻抗大于两侧的导电层170的声阻抗。
示例的，本申请实施例的上电极150包括三层导电层170形成的叠层，三层导电层170采用高、低声阻抗材料间隔交替设置，叠层中靠近压电薄膜层140的导电层170为低声阻抗材料。同理，下电极130包括三层导电层170形成的叠层，三层导电层170采用高、低声阻抗材料间隔交替设置，叠层中靠近压电薄膜层140的导电层170为低声阻抗材料。采用三层导电层170的叠层设置，是基于提高体声波谐振器100的Q值与体声波谐振器100制备过程的折中考虑，因为导电层170的层数越多，越能够提高体声波谐振器100的Q值，但是，导电层170的层数越多，对于制备过程就越复杂。
当然，三层导电层170以及低、高、低声阻抗的设置只是本申请实施例的一个举例，不应当看做是对本申请实施例的限制。本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。
本申请实施例还公开了一种体声波谐振器100的制备方法，如图7所示，包括：
S110:如图8所示，在晶圆基底200上沉积压电薄膜层140；
具体的，压电薄膜层140沉积的方式本申请实施例不做限制，可以是物理气相沉积，也可以是化学气相沉积、等离子体辅助分子束外延、金属有机化合物化学气相沉淀等等，只要是能够在晶圆基底200上形成均匀的压电薄膜层140即可。压电薄膜层140的具体材料本申请实施例也不做具体限制，可以是钽酸锂、氮化铝、铌酸锂、钛酸锶钡等等具有压电效应的材料。晶圆基底200本申请实施例也不做具体限定，可以采用半导体制备常用的蓝宝石、硅等等。
S120:如图9所示，在压电薄膜层140上形成下电极130，下电极130在晶圆基底200上的投影落入压电薄膜层140在晶圆基底200上的投影内；
其中，下电极130包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层170形成的叠层，且下电极130上形成有台阶状声反射结构。
S130:如图10所示，在形成有下电极130的压电薄膜层140上形成筒状支撑件120；
为了使得筒状支撑件120围合的区域与下电极130和压电薄膜层140具有重合的区域，部分的筒状支撑件120需要形成在下电极130上，具体的，筒状支撑件120的制备过程为：先在形成有下电极130的压电薄膜层140上沉积键合材料并磨平处理形成支撑层，采用掩膜版对支撑层图案化处理形成筒状支撑件120。
S140:如图11所示，晶圆基底200与衬底110通过筒状支撑件120键合；
其中，晶圆基底200与衬底110通过筒状支撑件120键合，此时的晶圆基底200上沉积有压电薄膜层140、下电极130和支撑件。
S150:如图12所示，刻蚀去除晶圆基底200；具体刻蚀方法本申请实施例不做具体限制，可以是干法刻蚀、也可以是湿法刻蚀。
S160:如图1所示，在压电薄膜层140上形成上电极150，上电极包括在压电薄膜层上沉积的高声阻抗和低声阻抗交替设置的导电层形成的叠层，上电极在衬底上的投影落入压电薄膜层在衬底上的投影内。
与下电极130相同，上电极150包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层170形成的叠层，且上电极150上形成有台阶状声反射结构。
可选的，在压电薄膜层140上形成下电极130，下电极130在晶圆基底200上的投影落入压电薄膜层140在晶圆基底200上的投影内包括：下电极130包括在压电薄膜层140上沉积高声阻抗和低声阻抗交替设置的导电层170形成的叠层，在压电薄膜层140上沉积高声阻抗材料或者低声阻抗材料，图案化高声阻抗材料或低声阻抗材料形成导电层170。
示例的，在压电薄膜层140上沉积低声阻抗材料并图案化形成低声阻抗导电层170，在低声阻抗导电层170上沉积高声阻抗材料并图案化形成高声阻抗导电层170，依次完成下电极130的制备。同理，上电极150亦采用上述步骤进行。
本申请实施例的一种可实现的方式中,在晶圆基底200上沉积压电薄膜层140中：晶圆基底200为单晶基底，以使压电薄膜层140为单晶压电层。
本领域技术人员应当知晓，压电薄膜层140为单晶压电层时压电效应比较明显，形成的体声波谐振器100的性能较好，为了使得压电薄膜层140为单晶压电层，晶圆基底200必须设置为单晶基底，由于单晶基底的晶体结构规则，这样在单晶基底上沉积压电薄膜层140时，压电材料与结构规则的单晶基底结合形成结构规则的压电层，即为单晶压电层。
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 (10)
1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括衬底以及设置于所述衬底上表面的筒状支撑件，所述筒状支撑件上依次设置有下电极、压电薄膜层以及上电极，所述下电极和所述上电极在所述衬底上的投影均落入所述压电薄膜层在所述衬底上的投影内，所述筒状支撑件围合的区域、所述下电极、所述压电薄膜层和所述上电极在层级方向重叠的区域为有效谐振区域，所述上电极、所述下电极均包括高声阻抗和低声阻抗交替设置的多个导电层形成的叠层，所述上电极和所述下电极上分别形成有台阶状声反射结构。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述台阶状声反射结构由相邻的所述导电层的边缘形成的阶梯形成，所述阶梯在所述层级方向上的高度与所述导电层的高度相同。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，多个所述导电层上分别设置凹槽，且多个凹槽相互连通形成台阶槽，所述台阶槽的侧壁作为所述台阶状声反射结构。
4.根据权利要求3所述的体声波谐振器，其特征在于，所述台阶槽远离所述导电层边缘的侧壁为平面，靠近所述导电层边缘的侧壁为拼接面，所述拼接面呈台阶状，作为台阶状声反射结构。
5.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其特征在于，所述台阶槽穿透所述叠层中的部分所述导电层。
6.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其特征在于，所述台阶槽穿透所述叠层中的所有所述导电层。
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述上电极包括三层导电层，中间层的所述导电层的声阻抗大于两侧的所述导电层的声阻抗；所述下电极包括三层导电层，中间层的所述导电层的声阻抗大于两侧的所述导电层的声阻抗。
8.一种体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括：
在晶圆基底上沉积压电薄膜层；
在所述压电薄膜层上形成下电极,所述下电极包括在所述压电薄膜层上沉积的高声阻抗和低声阻抗交替设置的导电层形成的叠层，所述下电极在所述晶圆基底上的投影落入所述压电薄膜层在所述晶圆基底上的投影内；
在形成有所述下电极的所述压电薄膜层上形成筒状支撑件；
所述晶圆基底与衬底通过所述筒状支撑件键合；
刻蚀去除所述晶圆基底；
在所述压电薄膜层上形成上电极，所述上电极包括在所述压电薄膜层上沉积的高声阻抗和低声阻抗交替设置的导电层形成的叠层，所述上电极在所述衬底上的投影落入所述压电薄膜层在所述衬底上的投影内。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述在所述压电薄膜层上形成下电极,所述下电极包括在所述压电薄膜层上沉积的高声阻抗和低声阻抗交替设置的导电层形成的叠层，所述下电极在所述晶圆基底上的投影落入所述压电薄膜层在所述晶圆基底上的投影内包括：
在所述压电薄膜层上沉积高声阻抗材料或低声阻抗材料，图案化所述高声阻抗材料或低声阻抗材料形成导电层。
10.根据权利要求8所述的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，在所述晶圆基底上沉积压电薄膜层中：
所述晶圆基底为单晶基底，以使所述压电薄膜层为单晶压电层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210525933.7A CN114978094A (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种体声波谐振器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210525933.7A CN114978094A (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种体声波谐振器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114978094A true CN114978094A (zh) | 2022-08-30 |
Family
ID=82983131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210525933.7A Pending CN114978094A (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种体声波谐振器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114978094A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117097283A (zh) * | 2023-10-13 | 2023-11-21 | 广州市艾佛光通科技有限公司 | 一种固态装配型谐振器制作方法及固态装配型谐振器 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10308645A (ja) * | 1997-05-08 | 1998-11-17 | Toyo Commun Equip Co Ltd | Ａｔカット水晶振動子及びその製造方法 |
| JP2005045694A (ja) * | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Sony Corp | 薄膜バルク音響共振子およびその製造方法 |
| US20060119230A1 (en) * | 2004-12-07 | 2006-06-08 | Keiichi Umeda | Piezoelectric thin-film resonator and process for producing same |
| JP2007184816A (ja) * | 2006-01-10 | 2007-07-19 | Seiko Epson Corp | バルク音波共振器 |
| CN101170303A (zh) * | 2006-10-25 | 2008-04-30 | 富士通媒体部品株式会社 | 压电薄膜谐振器和使用该压电薄膜谐振器的滤波器 |
| US20170207768A1 (en) * | 2016-01-14 | 2017-07-20 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Piezoelectric thin film resonator, filter, and duplexer |
| US20170338399A1 (en) * | 2016-05-18 | 2017-11-23 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Acoustic resonator and method of manufacturing the same |
| US20190007023A1 (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | Texas Instruments Incorporated | Acoustic wave resonators having fresnel surfaces |
| CN110868172A (zh) * | 2019-04-23 | 2020-03-06 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 薄膜体声谐振器和半导体器件 |
| US20200412331A1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-31 | Aac Acoustic Technologies (Shenzhen) Co., Ltd. | Resonator and method for manufacturing the same |
| CN112332799A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-02-05 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 一种薄膜压电声波谐振器 |
| CN114257209A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-29 | 杭州电子科技大学 | 抑制多模式lamb波的双面凸起薄膜体声波器件 |
-
2022
- 2022-05-16 CN CN202210525933.7A patent/CN114978094A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10308645A (ja) * | 1997-05-08 | 1998-11-17 | Toyo Commun Equip Co Ltd | Ａｔカット水晶振動子及びその製造方法 |
| JP2005045694A (ja) * | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Sony Corp | 薄膜バルク音響共振子およびその製造方法 |
| US20060119230A1 (en) * | 2004-12-07 | 2006-06-08 | Keiichi Umeda | Piezoelectric thin-film resonator and process for producing same |
| JP2007184816A (ja) * | 2006-01-10 | 2007-07-19 | Seiko Epson Corp | バルク音波共振器 |
| CN101170303A (zh) * | 2006-10-25 | 2008-04-30 | 富士通媒体部品株式会社 | 压电薄膜谐振器和使用该压电薄膜谐振器的滤波器 |
| US20080143215A1 (en) * | 2006-10-25 | 2008-06-19 | Motoaki Hara | Piezoelectric thin-film resonator and filter using the same |
| US20170207768A1 (en) * | 2016-01-14 | 2017-07-20 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Piezoelectric thin film resonator, filter, and duplexer |
| US20170338399A1 (en) * | 2016-05-18 | 2017-11-23 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Acoustic resonator and method of manufacturing the same |
| US20190007023A1 (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | Texas Instruments Incorporated | Acoustic wave resonators having fresnel surfaces |
| CN110868172A (zh) * | 2019-04-23 | 2020-03-06 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 薄膜体声谐振器和半导体器件 |
| US20200412331A1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-31 | Aac Acoustic Technologies (Shenzhen) Co., Ltd. | Resonator and method for manufacturing the same |
| CN112332799A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-02-05 | 中芯集成电路（宁波）有限公司上海分公司 | 一种薄膜压电声波谐振器 |
| CN114257209A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-29 | 杭州电子科技大学 | 抑制多模式lamb波的双面凸起薄膜体声波器件 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117097283A (zh) * | 2023-10-13 | 2023-11-21 | 广州市艾佛光通科技有限公司 | 一种固态装配型谐振器制作方法及固态装配型谐振器 |
| CN117097283B (zh) * | 2023-10-13 | 2024-01-30 | 广州市艾佛光通科技有限公司 | 一种固态装配型谐振器制作方法及固态装配型谐振器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110324022B (zh) | 谐振器及其制备方法 | |
| KR100806504B1 (ko) | 음향 공진기 | |
| US11005448B2 (en) | Film bulk acoustic wave resonators and fabrication methods thereof | |
| EP4089918A1 (en) | Bulk acoustic wave resonator and manufacturing method, bulk acoustic wave resonator unit, filter and electronic device | |
| US20190379344A1 (en) | Film bulk acoustic wave resonators and fabrication methods thereof | |
| JP2021536158A (ja) | 薄膜バルク音響波共振器及びその製造方法 | |
| JP2022507325A (ja) | バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム | |
| CN113472310A (zh) | 水晶振动元件、以及具备该水晶振动元件的水晶振子 | |
| US20240088869A1 (en) | Frequency-tunable film bulk acoustic resonator and preparation method therefor | |
| JP2014127743A (ja) | 水晶振動子 | |
| KR20220062407A (ko) | 음향파 소자용 트랜스듀서 구조 | |
| JP2022507318A (ja) | バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム | |
| CN111884617A (zh) | 谐振器及其制备方法 | |
| CN114978094A (zh) | 一种体声波谐振器及其制备方法 | |
| JP2001044794A (ja) | 圧電共振子 | |
| JPH11340775A (ja) | 圧電振動子 | |
| CN114726336B (zh) | 一种薄膜体声波谐振器及制备方法 | |
| WO2022158249A1 (ja) | 弾性波装置、フィルタ装置及び弾性波装置の製造方法 | |
| CN112311353A (zh) | 一种牢固安置型体声波谐振器及其制造方法 | |
| JP7199758B2 (ja) | バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム | |
| CN114900151B (zh) | 一种体声波谐振器及其制备方法 | |
| US11984864B2 (en) | Method for manufacturing resonator | |
| CN219999344U (zh) | 一种薄膜体声波谐振器 | |
| US11817848B2 (en) | Resonator and filter | |
| CN219247814U (zh) | 一种体声波谐振器与体声波滤波器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |