CN115622526A - 一种体声波谐振器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例中提供了一种体声波谐振器及其制备方法，该体声波谐振器包括：衬底，所述衬底包括空腔；底电极，形成在所述衬底上方，并覆盖所述空腔；压电功能层，形成在所述底电极上方；框架结构，形成在所述压电功能层上方；以及顶电极，形成在所述框架结构上方，其中，所述框架结构的厚度是非均匀的。通过本公开的处理方案，在限制能量的横向泄露的同时改善了谐振器在连接边处的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体涉及一种体声波谐振器及其制备方法。
背景技术
FBAR滤波器(film bulk acoustic resonator，薄膜腔声谐振滤波器)作为RF(Radio Frequency，射频)前端的核心器件之一，正在受到越来越大的关注，主要是因为FBAR滤波器的高功率、高带宽以及优异的滚降等性能，可以很好的满足当下对于射频性能的需求。特别是和SAW(surface acoustic wave，声表面波)滤波器相比，FABR滤波器的高功率方面有很大的优势，因为FBAR滤波器属于体声波的纵波传播方式，可以利用AlN材料优异的e33性能，对声波能量有更好的转化。
但是，对于FBAR滤波器来说，压电层材料和电极材料不是完美的Z轴晶型取向，会存在一定的缺陷，导致纵波传播过程会耦合出横波，如果不对这部分能量进行限制，就会从横向泄露出去，进而降低FBAR滤波器的Q值(品质因数)。为了限制能量的横向泄露，现有技术一般是在顶电极上制备框架结构来限制滤波器边缘的震动强度，从而减少边缘的能量泄露，提升Q值。
此外，在FBAR滤波器的连接边上会存在下面的问题：1、因为底电极在连接边进行刻蚀，会在刻蚀边界处对后续的膜层造成较大的段差；2、在连接边会存在PZ层、顶电极层、空气环层、框架结构层和保护层等多膜层，多膜层结构加上高的段差，会对连接边处的膜层带来较大的应力，在高功率和可靠性方面带来较大的问题，使得膜层在连接边处容易发生断裂。所以在限制能量的横向泄露的同时改善器件在连接边处的可靠性将会进一步推动FBAR滤波器的发展。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种体声波谐振器及其制备方法，至少部分解决现有技术中存在的问题。
第一方面，本公开实施例提供了一种体声波谐振器，包括：
衬底(10)，所述衬底(10)包括空腔(19)；
底电极(12)，形成在所述衬底(10)上方，并覆盖所述空腔(19)；
压电功能层(13)，形成在所述底电极(12)上方；
框架结构，形成在所述压电功能层(13)上方；以及
顶电极(16)，形成在所述框架结构上方，
其中，所述框架结构的厚度是非均匀的。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，在所述压电功能层(13)和所述框架结构之间还包括空气环结构(11)，所述空气环结构在所述体声波谐振器的连接边为桥梁结构，并且在所述体声波谐振器的非连接边为悬臂结构。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述框架结构在所述体声波谐振器的连接边的厚度比所述框架结构在所述体声波谐振器的非连接边的厚度小。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述框架结构在所述体声波谐振器的连接边为单层厚度框架结构，并且所述框架结构在所述体声波谐振器的非连接边为双层厚度框架结构。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述双层厚度框架结构包括叠层的第一框架结构(14)和第二框架结构(15)，其中所述第一框架结构(14)为靠近所述压电功能层(13)的框架结构，并且第二框架结构(15)为远离所述压电功能层(13)的框架结构。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述框架结构在所述非连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度和所述框架结构在所述连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度不同；或者
所述框架结构在所述非连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度和所述框架结构在所述连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度相同。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述框架结构在所述非连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度和所述框架结构在所述连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度的范围均为0.1μm-10μm。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述体声波谐振器为凸多边形结构，所述凸多边形结构的边和边的交界点处的框架结构的厚度比其他部分的框架结构的厚度小。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述凸多边形结构的边和边的交界点处设置为单层厚度框架结构。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述体声波谐振器为凸五边形结构。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述凸多边形结构的边和边的交界点处的单层厚度框架结构的宽度大于0.1μm。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述体声波谐振器还包括上凸结构(18)，设置在所述顶电极(16)上方。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述体声波谐振器还包括保护层(17)，设置在所述顶电极(16)和所述上凸结构(18)上方。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述框架结构的材料选自钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。
第二方面，本公开实施例提供了一种制备体声波谐振器的方法，包括：
在衬底(10)上刻蚀出空腔(19)结构；
在所述衬底(10)上方形成底电极(12)，所述底电极(12)覆盖所述空腔(19)；
在所述底电极(12)上方形成压电功能层(13)；
在所述压电功能层(13)上方形成框架结构；以及
在所述框架结构上方形成顶电极(16)；
其中，所述框架结构的厚度是非均匀的。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：在所述压电功能层(13)和所述框架结构之间形成空气环结构(11)。
第三方面，本公开实施例提供了一种滤波器，包括根据本公开实施例第一方面或其任一具体实现方式所述的体声波谐振器。
第四方面，本公开实施例提供了一种电子设备，包括根据本公开实施例第一方面或其任一具体实现方式所述的体声波谐振器或者包括本公开实施例第三方面所述的滤波器。
本公开实施例中的体声波谐振器包括：衬底，所述衬底包括空腔；底电极，形成在所述衬底上方，并覆盖所述空腔；压电功能层，形成在所述底电极上方；框架结构，形成在所述压电功能层上方；以及顶电极，形成在所述框架结构上方，其中，所述框架结构的厚度是非均匀的。通过本公开的处理方案，在限制能量的横向泄露的同时改善器件在连接边处的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。
图1为本公开实施例提供的一种体声波谐振器的结构图；
图2为本公开实施例提供的设置单层厚度框架结构时的应力结果仿真图；
图3为本公开实施例提供的设置双层厚度框架结构时的应力结果仿真图；
图4为本公开实施例提供的另一种体声波谐振器的结构图；
图5为本公开实施例提供的框架结构的设置示意图；
图6为本公开实施例提供的另一种框架结构的设置示意图；
图7-图15为制作本公开实施例的体声波谐振器的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
传统的体声波谐振器一般通过设置单层的框架结构，来提升体声波谐振器的并联谐振点阻抗Rp。在本公开实施例中，为了进一步提升体声波谐振器的并联谐振点阻抗Rp，继续在框架结构的设置上进行创新，具体地，在制备体声波谐振器过程中通过在非连接边设置双层厚度的框架结构，能够进一步提升FBAR滤波器的并联谐振点阻抗Rp大约20-30％。
接下来，参考附图，具体描述本公开实施例的体声波谐振器的结构。
首先，描述本公开实施例中的附图标记。
10：衬底，可选材料为单晶硅、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、SOI等，优选的衬底材料为单晶硅。
11：空气环结构，其为体声波谐振器的压电功能层13上方由空气或者其他低声阻的介质材料(例如，SiO)形成的环状结构。具体地，在本公开实施例中，在非连接边，因为顶电极和框架结构被刻蚀，压电功能层13和框架结构或者顶电极形成的结构为悬臂结构；在连接边，压电功能层13和框架结构或者顶电极形成的结构为桥梁结构。
12：底电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
13：压电功能层，可选单晶压电材料、多晶压电材料，或者是包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料。
具体地，单晶压电材料可选的是单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅(PZT)、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料；多晶压电材料(与单晶相对应，非单晶材料)，可选地是多晶氮化铝、氧化锌、PZT等；包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料，例如可以是掺杂氮化铝，掺杂氮化铝至少含一种稀土元素，如钪(Sc)、钇(Y)、镁(Mg)、钛(Ti)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)等。
16：顶电极，其材料可与底电极12材料相同，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。但是应当理解，顶电极16和底电极12材料也可以不同。
17：保护层，其材料不做限制，优选的材料可以是氧化铝、氧化硅，其作用是修频和保护顶电极16。
18：上凸结构，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等，其能够限制体声波谐振器的寄生模式，提升性能。
19：空腔，由空气组成的反射结构。应当理解的是，也可采用布拉格反射层及其他等效形式。在本公开实施例中采用的是空腔形式。
20、21：牺牲材料，可以是氧化硅及其掺杂物。
14：第一框架结构：材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
15：第二框架结构：材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
第一实施例
接下来，参考图1，描述本公开施例的体声波谐振器的结构。应当理解的是，图1所示的体声波谐振器可以是沿图5的AOA'切割后的截面图。
本公开实施例中的体声波谐振器最底层为衬底10，其可以是单晶硅、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、SOI等材料制成的单层。
在衬底10上方，设置有空腔19，空腔19能够将体声波谐振器下表面的声波反射，将声波能量限制在体声波谐振器中，形成谐振。
在设置有空腔19的衬底10上方，沉积有底电极12以及未示出的种子层，在本公开实施例中，种子层可以是氮化铝材料，其目的是提升底电极12和压电功能层13的结晶质量，此外底电极12例如可以是钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等，并且至少要覆盖空腔19。
在底电极12上方，沉积有压电功能层13，压电功能层13可选单晶压电材料、多晶压电材料，或者是包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料。
在压电功能层13上，设置有空气环结构11。如上所述，在本公开实施例中，其为体声波谐振器的压电功能层13上方由空气或者其他低声阻的介质材料(例如，SiO)形成的环状结构，并且空气环结构在体声波谐振器的连接边为桥梁结构，并且在体声波谐振器的非连接边为悬臂结构。
在空气环结构11和压电功能层13上，设置有顶电极16和上凸结构18，顶电极16材料可与底电极12材料相同或者不同，并且上凸结构18为顶电极16上的凸起，并且可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。在本公开实施例中，上凸结构18为在顶电极16中心存在的厚度增加的区域，且该厚度增加的区域的外边界在框架结构或者空气环结构以内。
为了保护顶电极16和上凸结构18，还在顶电极16和上凸结构18上设置保护层17，保护层17的结构不做限制。
此外，如图1所示，在本公开实施例中，还在压电功能层13和顶电极16之间设置有框架机构，框架结构能够限制体声波谐振器边缘的震动强度，从而减少边缘的能量泄露，提升Q值。
应当理解的是，在图1所示的结构中，可以略去空气环结构11、框架结构、上凸结构18和保护层17，而不影响体声波谐振器的功能。
在本公开实施例中，为了提升体声波谐振器的并联谐振点阻抗Rp性能，又不降低在连接边处的可靠性以降低应力，设置框架结构的厚度，以在提高体声波谐振器的并联谐振点阻抗Rp性能的同时降低应力。具体地，在本公开实施例中，将框架结构的厚度设置为非均匀的，或者是将框架结构的应力大的位置的框架结构的厚度设置得比其他位置的框架结构的厚度小，从而实现提高体声波谐振器的并联谐振点阻抗Rp性能的同时降低应力。
具体地，在本公开实施例中，使得框架结构在体声波谐振器的连接边的厚度比框架结构在体声波谐振器的非连接边的厚度小。更具体地，在体声波谐振器的非连接边设置双层厚度框架结构(即，第一框架结构14和第二框架结构15)，而在连接边处只设置单层的框架结构(第一框架结构14)，如此实现框架结构在体声波谐振器的连接边的厚度比框架结构在体声波谐振器的非连接边的厚度小，以在提高体声波谐振器的并联谐振点阻抗Rp性能的同时降低应力。
也就是说，在本公开实施例中，体声波谐振器的非连接边和连接边的结构设置是不同的，连接边左右两侧都被上方的框架结构包围，非连接边左右两侧只有一侧被包围，并且在非连接边和连接边的框架结构的厚度设置为不同，以在提高体声波谐振器的并联谐振点阻抗Rp性能的同时降低应力。
在本公开实施例中，术语“连接边”是指体声波谐振器和其他体声波谐振器或者测试PAD连接的边，一般通过顶电极16或者底电极12相连接，所以这个边的顶电极或者底电极并未被刻蚀(如图1的右侧所示，其顶电极16未被刻蚀)；术语“非连接边”是指体声波谐振器在这个边的顶电极16或者底电极12被刻蚀掉，没有和其他体声波谐振器或者Pad相连接(如图1的左侧所示，其顶电极16被刻蚀)。也就是说，在图1中，左侧为非连接边，右边为连接边。
另外，在本公开实施例中，在左侧的非连接边，在压电功能层13上设置双层的框架结构，即一框架结构14和第二框架结构15，并且在右侧的连接边，只设置单层的框架结构，即第一框架结构14。即，在本公开实施例中，通过在非连接边设置双层厚度框架结构，而在连接边处只设置单层的框架结构，如此使得非连接边的框架结构的厚度比连接边的框架结构的厚度大。
如此设置框架结构是特别有利的，这是因为在连接边会存在压电功能层13、顶电极16、空气环11、框架结构层14和保护层17等多膜层，多膜层结构加上由于蚀刻导致的高的段差，会对连接边处的膜层带来较大的应力，使得膜层在连接边处容易发生断裂。
相比于单层厚度框架结构，双层厚度框架结构可以进一步提升体声波谐振器的性能，在连接边设置双层结构同样可以提升Rp，但是会增加连接边的应力。因此，在本公开实施例中，通过在非连接边在压电功能层13上设置双层的框架结构，并且在连接边只设置单层的框架结构，可以提升体声波谐振器的Q值的同时防止在连接边处发生断裂。也就是说，在本公开实施例中，可以使得非连接边的框架结构的厚度比连接边的框架结构的厚度大。
另外，可以对框架结构与压电功能层13接触的有效长度进行设置。如图1所示，在存在空气环的情况下，d1+d2以及d3分别为非连接边和连接边的有效长度，其为空气环以内的框架结构与压电功能层13接触的长度，即以空气环的靠近体声波谐振器中心的边界为起点的框架结构与压电功能层13接触的长度。
在本公开实施里中，双层厚度框架结构中的第一框架结构14和第二框架结构15可以为叠层结构，其中的第一框架结构14为靠近压电功能层13的框架结构，并且第二框架结构15为远离压电功能层13的框架结构。另外由于存在空气环，第一框架结构14可以被设置为“Z”形，其中底边与压电功能层13接触，并且顶边与第二框架结构15接触，左侧为空气环结构，右侧为顶电极16。在这种情况下，在体声波谐振器的非连接边处，在压电功能层13上方，部分为双层厚度框架结构(d1所对应的部分)，并且部分为单层厚度框架结构(d2所对应的部分)。
在本公开实施例中，非连接边处的有效长度d1+d2可以和连接边处的有效长度d3相等，可以不相等，取值范围均是0.1μm-10μm。也就是说，d1+d2的取值范围是0.1μm-10μm，并且d3的取值范围也是0.1μm-10μm。在本公开实施例中，使得非连接边处的有效长度d1+d2可以和连接边处的有效长度d3不同，可以抵消由于非连接边处和连接边处结构的不同导致的对声波的影响。
此外，在本公开实施例中，优选的，有效长度d2的值大于有效长度d1的值，如此能够防止压电功能层13振动过程中导致结构损坏，因为双层厚度框架结构的这种设置相当于悬臂梁结构。
接下来，在其他情况保持不变的情况下，对单层厚度框架结构和双层厚度框架结构进行仿真得到如下图2和图3所示的结果。
图2表示在连接边设置单层厚度框架结构(只包含第一框架结构14)时的应力示意图，图3表示在连接边设置双层厚度框架结构(包含第一框架结构14和第二框架结构15)时的应力示意图，由图可以看到，在连接边设置单层厚度框架结构的情况下，其最大应力值为2.23*E7Pa，而在连接边设置双层厚度框架结构的情况下，其最大应力值为3.27*E7Pa，也就是说，同等条件下，双层厚度框架结构在连接边处的应力集中点的最大应力比单层时提升了约46％。也就是说，相较于双层厚度框架结构，单层厚度框架结构能够降低最大应力约31.8％，这减少了膜层在连接边处发生断裂的可能性。
在本发明中，第一和第二框架结构的材料可以相同也可以是不相同的。
换句话说，在本公开的第一实施例中，体声波谐振器包含：
衬底10，衬底10包括空腔19；
底电极12，形成在衬底10上方，并覆盖空腔19；
压电功能层13，形成在底电极12上方；
框架结构，形成在压电功能层13上方；以及
顶电极16，形成在框架结构上方，
其中，所述框架结构在体声波谐振器的连接边为单层厚度框架结构，并且框架结构在体声波谐振器的非连接边为双层厚度框架结构，并且在压电功能层13和框架结构之间还包括空气环结构。
在本公开实施例中，通过只在非连接边设置双层厚度框架结构，连接边不设置双层厚度框架结构而仅设置单层厚度框架结构，可以提升体声波谐振器Q值，提升可靠性。
第二实施例
接下来，参考图4，描述本公开的第二实施例，在此仅仅描述与第一实施例不同的地方而省略相同部分的描述。
在第二实施例中，还可以在压电功能层13和框架结构之间不设置空气环结构11。此时的体声波谐振器包含：
衬底10，衬底10包括空腔19；
底电极12，形成在衬底10上方，并覆盖空腔19；
压电功能层13，形成在底电极12上方；
框架结构，形成在压电功能层13上方；以及
顶电极16，形成在框架结构上方，
其中，所述框架结构在体声波谐振器的连接边为单层厚度框架结构，并且框架结构在体声波谐振器的非连接边为双层厚度框架结构。
此时，在不存在空气环的情况下，连接边的有效长度是指空腔19以内的框架结构与压电功能层13接触的长度，即以空腔19的边界为起点的框架结构与压电功能层13接触的长度，而非连接边的有效长度是指顶电极16蚀刻边界以内的框架结构与压电功能层13接触的长度，即以蚀刻边界为起点的框架结构与压电功能层13接触的长度。
在本公开实施里中，双层厚度框架结构中的第一框架结构14和第二框架结构15可以为叠层结构，其中的第一框架结构14为靠近压电功能层13的框架结构，并且第二框架结构15为远离压电功能层13的框架结构。
此时，与第一实施例类似，非连接边处的有效长度可以和连接边处的有效长度相等，可以不相等，取值范围均是0.1μm-10μm。
虽然没有具体说明，但是应当理解，本公开实施例的体声波谐振器还可以包括保护层17和上凸结构18，并且在设置有空腔19的衬底10上方，还沉积有未示出的种子层。
在本公开实施例中，通过只在非连接边设置双层厚度框架结构，连接边不设置双层厚度框架结构而仅设置单层厚度框架结构，可以提升体声波谐振器Q值，提升可靠性。
第三实施例
接下来，描述本公开的第三实施例，在此仅仅描述与第一实施例和第二实施例不同的地方而省略相同部分的描述。
本公开实施例中的体声波谐振器可以是如图5所示的五边形结构，并且第一实施例和第二实施例是沿图5的AOA'切割后的截面图，其中AO切割得到的边是非连接边，A'O切割得到的边是连接边。可以看到，在连接边，只设置了第一框架结构14，并且在非连接边，设置有第一框架结构14和第二框架结构15的双层厚度框架结构。
另外，虽然在图5中示出了五边形结构的体声波谐振器，但是本公开实施例不限于此，该体声波谐振器的结构可以是凸多边形，例如凸八边形，凸十二边形等。
此外，由于在凸多边形(例如，五边形)的边和边的交界处是应力较大的地方，也需要避免层数过多的膜层出现，因此，在本公开实施例中，在凸多边形的体声波谐振器的边与边的交界处也仅设置一层框架结构，如此防止交界点处的应力集中。
具体地，如图6所示，可以以交界点为起点，沿着相邻的边的方向延伸，在每个交界点的两侧只设置一层框架结构，在这种情况下，为了缓解应力集中情况出现，需要交界点的两侧的单层厚度框架结构的宽度大于0.1μm，优选的大于1μm。
具体地，如图6所示，在体声波谐振器的相邻的非连接边的交界点的两侧一定范围内可以只设置一层框架结构，并且在体声波谐振器的连接边与非连接边的交界点的靠近非连接边的一侧，可以设置一层框架结构也可以设置两层框架结构，优选的，在体声波谐振器的连接边与非连接边的交界点的靠近非连接边的一侧设置单层框架机构。换句话说，在本公开实施例中，可以在体声波谐振器的非连接边的交界点处沿着非连接边的一定范围内均只设置一层框架结构，如此可以减少应力集中。
虽然在第三实施例中，未对体声波谐振器的其他结构进行描述，但是在第一实施例和第二实施例中描述的特征可以与第三实施例中描述的特征进行任意组合。
也就是说，在本公开实施例中，体声波谐振器包含：
衬底10，衬底10包括空腔19；
底电极12，形成在衬底10上方，并覆盖空腔19；
压电功能层13，形成在底电极12上方；
框架结构，形成在压电功能层13上方；以及
顶电极16，形成在框架结构上方，
其中，所述框架结构在体声波谐振器的连接边为单层厚度框架结构，并且框架结构在体声波谐振器的非连接边为双层厚度框架结构，并且体声波谐振器可以为凸多边形结构，其中所述凸多边形结构的边和边的交界点处设置为单层厚度框架结构。
方法实施例
接下来，参考图7-图15，描述本发明第一实施例的体声波谐振器的制作工艺，但是应当理解的是，可以类似地制备第二和第三实施例中的体声波谐振器。
步骤1:如图7所示，在衬底10上刻蚀出空腔19结构，刻蚀工艺可以选用干法刻蚀或者湿法刻蚀，干法刻蚀可以选择溅射与离子束铣蚀、等离子刻蚀(PlasmaEtching)、高压等离子刻蚀、高密度等离子体(HDP)刻蚀、反应离子刻蚀(RIE)。
步骤2:如图8所示，在上述刻蚀完成的衬底10上沉积一层磷硅玻璃PSG作为牺牲材料，该牺牲材料层的上表面大于衬底10的上表面，并且牺牲材料层的厚度大于空腔19结构的深度。沉积的方式例如可以是化学气相沉积CVD或者PEVCD。
步骤3:如图9所示，将上述结构进行化学机械研磨(CMP)，以露出被牺牲材料覆盖的衬底10的上表面，并使得牺牲材料层的上表面和衬底10的上表面平齐，此时空腔19被牺牲材料20填充。
步骤4:如图10所示，在图9所示的结构上沉积种子层和底电极12材料并刻蚀，得到底电极12结构。具体地，可以在衬底10和牺牲材料的表面以溅射或蒸镀工艺等沉积一层金属层，并通过光刻及刻蚀工艺将金属层图形化而形成底电极12。
步骤5:如图11所示，沉积压电功能层13，并在压电功能层13上沉积空气环牺牲层21以及图形化并制备第一层框架结构14。具体地，在衬底10和底电极12的表面沉积一压电材料层以形成压电功能层13，并在压电功能层13上沉积空气环牺牲层21以及图形化并制备第一层框架结构14。
步骤6:如图12所示，在第一框架结构14上图形化并制备第二层框架结构15。在本公开实施例中，仅仅在体声波谐振器的非连接边制备第二层框架结构15，而不在体声波谐振器的连接边制备第二层框架结构15。
步骤7:如图13所示，在图12所示结构的上表面沉积一层金属层并将该金属层图形化成顶电极16和上凸结构18。
步骤8:如图14所示，在图13所示结构的上表面设置和图形化钝化层材料而形成保护层17。
步骤9:将牺牲层20和牺牲层21材料释放掉，得到最终的器件。
应当理解的是，制备第二实施例中的体声波谐振器的方法与第四实施例中的方法类似，不同的是在步骤5中，在沉积压电功能层13后，在压电功能层13上不沉积空气环牺牲层21，而仅图形化并制备第一层框架结构14。
应当理解的是，制备第三实施例中的体声波谐振器的方法与第四实施例中的方法类似，不同的是在步骤6中，不仅不在体声波谐振器的连接边制备第二层框架结构15，而且在体声波谐振器的非连接边交界点的两侧也不制备第二层框架结构15。
此外，如本领域技术人员能够理解的，根据本公开的体声波谐振器可以用于形成滤波器或电子设备。这里的电子设备，包括但不限于射频前端、滤波放大模块等中间产品，以及手机、WIFI、无人机等终端产品。
基于以上，本公开实施例提出了以下的方案：
1.一种体声波谐振器，包括：
衬底(10)，所述衬底(10)包括空腔(19)；
底电极(12)，形成在所述衬底(10)上方，并覆盖所述空腔(19)；
压电功能层(13)，形成在所述底电极(12)上方；
框架结构，形成在所述压电功能层(13)上方；以及
顶电极(16)，形成在所述框架结构上方，
其中，所述框架结构的厚度是非均匀的。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在所述压电功能层(13)和所述框架结构之间还包括空气环结构(11)，所述空气环结构在所述体声波谐振器的连接边为桥梁结构，并且在所述体声波谐振器的非连接边为悬臂结构。
3.根据1或2所述的体声波谐振器，所述框架结构在所述体声波谐振器的连接边的厚度比所述框架结构在所述体声波谐振器的非连接边的厚度小。
4.根据3所述的体声波谐振器，所述框架结构在所述体声波谐振器的连接边为单层厚度框架结构，并且所述框架结构在所述体声波谐振器的非连接边为双层厚度框架结构。
5.根据4所述的体声波谐振器，所述双层厚度框架结构包括叠层的第一框架结构(14)和第二框架结构(15)，其中所述第一框架结构(14)为靠近所述压电功能层(13)的框架结构，并且第二框架结构(15)为远离所述压电功能层(13)的框架结构。
6.根据1或2所述的体声波谐振器，所述框架结构在所述非连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度和所述框架结构在所述连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度不同；或者
所述框架结构在所述非连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度和所述框架结构在所述连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度相同。
7.根据1或2所述的体声波谐振器，所述框架结构在所述非连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度和所述框架结构在所述连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度的范围均为0.1μm-10μm。
8.根据1或2所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器为凸多边形结构，所述凸多边形结构的边和边的交界点处的框架结构的厚度比其他部分的框架结构的厚度小。
9.根据8所述的体声波谐振器，所述凸多边形结构的边和边的交界点处设置为单层厚度框架结构，并且其他部分设置为双层厚度框架结构。
10.根据8所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器为凸五边形结构。
11.根据9所述的体声波谐振器，所述凸多边形结构的边和边的交界点处的单层厚度框架结构的宽度大于1μm。
12.根据1或2所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括上凸结构(18)，设置在所述顶电极(16)上方。
13.根据1或2所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括保护层(17)，设置在所述顶电极(16)和所述上凸结构(18)上方。
14.根据1或2所述的体声波谐振器，所述框架结构的材料选自钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。
15.一种制备体声波谐振器的方法，包括：
在衬底(10)上刻蚀出空腔(19)结构；
在所述衬底(10)上方形成底电极(12)，所述底电极(12)覆盖所述空腔(19)；
在所述底电极(12)上方形成压电功能层(13)；
在所述压电功能层(13)上方形成框架结构；以及
在所述框架结构上方形成顶电极(16)；
其中，所述框架结构的厚度是非均匀的。
16.根据15所述的制备体声波谐振器的方法，还包括：在所述压电功能层(13)和所述框架结构之间形成空气环结构(11)。
17.一种滤波器，包括根据1-14中任一项所述的体声波谐振器。
18.一种电子设备，包括根据1-14中任一项所述的体声波谐振器或者包括根据17所述的滤波器。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (18)
1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：
衬底(10)，所述衬底(10)包括空腔(19)；
底电极(12)，形成在所述衬底(10)上方，并覆盖所述空腔(19)；
压电功能层(13)，形成在所述底电极(12)上方；
框架结构，形成在所述压电功能层(13)上方；以及
顶电极(16)，形成在所述框架结构上方，
其中，所述框架结构的厚度是非均匀的。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在所述压电功能层(13)和所述框架结构之间还包括空气环结构(11)，所述空气环结构在所述体声波谐振器的连接边为桥梁结构，并且在所述体声波谐振器的非连接边为悬臂结构。
3.根据权利要求1或2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架结构在所述体声波谐振器的连接边的厚度比所述框架结构在所述体声波谐振器的非连接边的厚度小。
4.根据权利要求3所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架结构在所述体声波谐振器的连接边为单层厚度框架结构，并且所述框架结构在所述体声波谐振器的非连接边为双层厚度框架结构。
5.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其特征在于，所述双层厚度框架结构包括叠层的第一框架结构(14)和第二框架结构(15)，其中所述第一框架结构(14)为靠近所述压电功能层(13)的框架结构，并且第二框架结构(15)为远离所述压电功能层(13)的框架结构。
6.根据权利要求1或2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架结构在所述非连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度和所述框架结构在所述连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度不同；或者
所述框架结构在所述非连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度和所述框架结构在所述连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度相同。
7.根据权利要求1或2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架结构在所述非连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度和所述框架结构在所述连接边与所述压电功能层(13)接触的有效长度的范围均为0.1μm-10μm。
8.根据权利要求1或2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述体声波谐振器为凸多边形结构，所述凸多边形结构的边和边的交界点处的框架结构的厚度比其他部分的框架结构的厚度小。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述凸多边形结构的边和边的交界点处设置为单层厚度框架结构。
10.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述体声波谐振器为凸五边形结构。
11.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述凸多边形结构的边和边的交界点处的单层厚度框架结构的宽度大于0.1μm。
12.根据权利要求1或2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述体声波谐振器还包括上凸结构(18)，设置在所述顶电极(16)上方。
13.根据权利要求1或2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述体声波谐振器还包括保护层(17)，设置在所述顶电极(16)和所述上凸结构(18)上方。
14.根据权利要求1或2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架结构的材料选自钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。
15.一种制备体声波谐振器的方法，其特征在于，包括：
在衬底(10)上刻蚀出空腔(19)结构；
在所述衬底(10)上方形成底电极(12)，所述底电极(12)覆盖所述空腔(19)；
在所述底电极(12)上方形成压电功能层(13)；
在所述压电功能层(13)上方形成框架结构；以及
在所述框架结构上方形成顶电极(16)；
其中，所述框架结构的厚度是非均匀的。
16.根据权利要求15所述的制备体声波谐振器的方法，其特征在于，还包括：在所述压电功能层(13)和所述框架结构之间形成空气环结构(11)。
17.一种滤波器，其特征在于，包括根据权利要求1-14中任一项所述的体声波谐振器。
18.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求1-14中任一项所述的体声波谐振器或者包括根据权利要求17所述的滤波器。
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|---|---|---|---|
| CN202211285984.3A CN115622526A (zh) | 2022-10-20 | 2022-10-20 | 一种体声波谐振器及其制备方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115622526A true CN115622526A (zh) | 2023-01-17 |
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ID=84865226
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN117013978A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-11-07 | 北京芯溪半导体科技有限公司 | 一种体声波谐振器及其制备方法、滤波器和电子设备 |
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