CN116896346A - 一种体声波谐振器、形成方法、滤波器、通信设备及终端 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种体声波谐振器、形成方法、滤波器、通信设备及终端,包括:压电层;电极层,包括位于所述压电层上方的顶电极和位于所述压电层的下方的底电极,所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠形成有有效谐振区;低声阻抗材料环,设置于所述有效谐振区内所述有效谐振区的边缘处,且位于所述压电层和所述电极层之间。本申请实施例,通过增设低声阻抗材料环,利用声波在不同介质间传播时反射的特性,将泄露的声波反射回有效谐振区内,可以抑制声波能量的泄露,包括横波的泄露,提升体声波谐振器的品质因数,提升体声波谐振器的工作性能。
Description
技术领域
本申请实施例涉及半导体技术领域,具体涉及一种体声波谐振器、形成方法、滤波器、通信设备及终端。
背景技术
体声波谐振器是用于实现电能和机械能相互转化的器件,在射频通讯和传感领域中发挥着重要的作用,因此体声波谐振器的性能提升对于通信系统的性能提升具有重要意义。
体声波谐振器的品质因数是影响体声波谐振器性能的关键指标之一,因此如何减少谐振器内耦合横向声波泄,以提高体声波谐振器的品质因数,成为了亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本申请提供一种体声波谐振器、形成方法、滤波器、通信设备及终端以减少谐振器内耦合横向声波泄露。
为实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:
本申请实施例提供一种体声波谐振器,包括:
压电层;
电极层,包括位于所述压电层上方的顶电极和位于所述压电层的下方的底电极,所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠形成有有效谐振区;
低声阻抗材料环,设置于所述有效谐振区内所述有效谐振区的边缘处,且位于所述压电层和所述电极层之间。
可选的,还包括:
降耦结构,位于所述有效谐振区的外部、所述低声阻抗材料环的外周部,与所述低声阻抗材料环连接。
可选的,所述低声阻抗材料环包括:
压电环形部,位于所述压电层的凹槽内;
电极环形部,位于所述电极层的凹槽内,在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上与所述压电环形部接触。
可选的,所述低声阻抗材料环的材料包括空气、氧化硅或氮化硅。
可选的,所述低声阻抗材料环在平行于所述压电层沿伸平面的方向上的宽度范围为0.1微米-10微米。
可选的,所述低声阻抗材料环在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上的厚度范围为大于0.01微米。
可选的,还包括:
有效框架结构,设置于所述压电层和所述压电层至少一侧的所述电极层之间、所述电极层远离所述压电层的一侧或所述电极层内,且位于所述低声阻抗材料环内侧,以使所述有效谐振区的边缘处的电极层向远离所述压电层的方向翘起。
可选的,所述有效框架结构在平行于所述压电层沿伸平面的方向上的宽度范围为0.1微米-10微米。
可选的,所述有效框架结构在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上的厚度范围为0.01微米-1微米。
可选的,所述区域内框架结构的材料包括钼、钌、金、铝、镁、钨、铜,钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。
可选的,所述有效框架结构的材料与其接触的所述电极层的材料相同。
可选的,还包括:
凸起结构,设置于所述顶电极或所述底电极远离所述压电层一侧,且位于所述有效谐振区的中心区域。
可选的,所述有效谐振区的中心区域形成有环形凹槽,所述环形凹槽内为所述凸起结构。
可选的,所述凸起结构的边缘与所述低声阻抗材料环的内边缘的距离范围为0.1微米-10微米。
可选的,还包括:
凸起结构,设置于所述顶电极或所述底电极远离所述压电层一侧,且位于所述有效谐振区的中心区域;
所述有效谐振区的中心区域形成环形凹槽,所述凹槽内为所述凸起结构。
可选的,所述有效框架结构的内边缘与所述凸起结构的边缘的距离范围为0.1微米-10微米。
可选的,所述凸起结构厚度范围为0.003微米-1微米。
可选的,所述电极层还开设有:
顶电极刻蚀槽,位于所述顶电极所述有效谐振区的一端;
底电极刻蚀槽,位于所述底电极所述有效谐振区与所述顶电极刻蚀槽相对的一端;
电极连接孔,位于所述顶电极或所述底电极两端,且位于所述顶电极刻蚀槽和所述底电极刻蚀槽的外部,用于形成连接所述顶电极和所述底电极的导电塞,所述顶电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层,以及所述底电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层均为缓冲区域。
可选的,所述缓冲区域宽度范围小于等于10微米。
可选的,所述电极层还开设有:
顶电极刻蚀槽,位于所述顶电极所述有效谐振区的一端;
底电极刻蚀槽,位于所述底电极所述有效谐振区与所述顶电极刻蚀槽相对的一端;
所述顶电极刻蚀槽和所述底电极刻蚀槽的侧壁均包括所述体声波谐振器的的支撑层。
本申请实施例还提供一种体声波谐振器的形成方法,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成压电材料层;
在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环;
在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成底电极,形成反射空腔;
去除所述支撑衬底,在所述压电材料层的另一侧根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成顶电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠的有效谐振区。
可选的,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤,包括:
在所述支撑衬底上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环的步骤包括:
填充所述凹槽形成所述低声阻抗材料环。
可选的,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤,包括:
在所述支撑衬底上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环的压电环形部的预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环的步骤包括:
填充所述凹槽形成所述压电环形部;
根据所述低声阻抗材料环的电极环形部的预定位置,在所述压电环形部的上方形成所述电极环形部,得到所述低声阻抗材料环,所述在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上所述电极环形部与所述压电环形部接触。
可选的,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤之后,还包括:
在所述压电材料层上的降耦结构预定位置形成降耦结构,所述降耦结构预定位置位于所述有效谐振区的外部、所述低声阻抗材料环预定位置的外周部,与所述低声阻抗材料环预定位置连接。
可选的,所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环步骤之后,还包括:
在所述有效谐振区内所述有效谐振区的边缘处,所述低声阻抗材料环环内部,所述压电材料层上形成有效框架结构。
可选的,所述在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成底电极的步骤之后,还包括:
在所述底电极上,所述低声阻抗材料环的中心区域形成凸起结构。
可选的,所述在所述底电极上,所述低声阻抗材料环的中心区域形成凸起结构的步骤包括:
在所述底电极上形成环形凹槽,形成位于所述低声阻抗材料环的中心区域的凸起结构。
可选的,所述在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成底电极的步骤,包括:
在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,形成底电极材料层;
根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置在所述底电极材料层的一端开设底电极刻蚀槽,所述低声阻抗材料环的外环面与所述底电极刻蚀槽的内槽面重合;
所述在所述压电材料层的另一侧根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成顶电极的步骤,包括:
在所述压电材料层的另一侧,形成顶电极材料层;
根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置在所述顶电极材料层与所述底电极刻蚀槽相对的一端开设顶电极刻蚀槽,所述低声阻抗材料环的外环面与所述顶电极刻蚀槽的内槽面重合;
在所述顶电极材料层上开设电极连接孔,所述电极连接孔位于所述顶电极刻蚀槽和所述底电极刻蚀槽的外部,形成缓冲区域,所述缓冲区域包括位于顶电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层,以及所述底电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层。
本申请实施例还提供一种体声波谐振器的形成方法,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成压电材料层;
在所述压电材料层上,根据低声阻抗材料环预定位置的外环面形成底电极,形成反射空腔;
去除所述支撑衬底,在所述压电材料层的另一侧,所述低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环;
在所述压电材料层和所述低声阻抗材料环上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成顶电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠的有效谐振区。
本申请实施例还提供一种体声波谐振器的形成方法,包括:提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成压电材料层;
在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层;
在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成底电极;
去除所述牺牲材料层,形成低声阻抗材料环;
形成反射空腔,去除所述支撑衬底,在所述压电材料层的另一侧根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成顶电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠的有效谐振区。
可选的,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤,包括:
在所述支撑衬底上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层的步骤包括:
在所述凹槽内填充牺牲材料,形成所述牺牲材料层。
可选的,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤,包括:
在所述支撑衬底上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环的压电环形部的预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层的步骤,包括:
在所述凹槽内填充牺牲材料,形成第一牺牲材料层;
根据所述低声阻抗材料环的电极环形部的预定位置,在所述第一牺牲材料层的上方形成第二牺牲材料层,得到所述牺牲材料层,在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上,所述第一牺牲材料层与所述第二牺牲材料层接触。
可选的,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤之后,还包括:
在所述压电材料层上的降耦结构预定位置形成第三牺牲材料层,所述降耦结构预定位置位于所述有效谐振区的外部、所述低声阻抗材料环预定位置的外周部,与所述低声阻抗材料环预定位置连接;
所述在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成底电极的步骤之后,还包括:
去除所述第三牺牲材料层,形成所述降耦结构。
可选的,所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层步骤之后,还包括:
在所述有效谐振区内所述有效谐振区的边缘处,所述牺牲材料层内侧,所述压电材料层上形成有效框架结构。
可选的,所述在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成底电极的步骤之后,还包括:
在所述底电极上,所述牺牲材料层的中心区域形成凸起结构。
可选的,所述在所述底电极上,所述牺牲材料层的中心区域形成凸起结构的步骤包括:
在所述底电极上形成环形凹槽,形成位于所述牺牲材料层的中心区域的凸起结构。
可选的,所述在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成底电极的步骤,包括:
在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,形成底电极材料层;
根据所述牺牲材料层的位置在所述底电极材料层的一端开设底电极刻蚀槽,所述牺牲材料层的外环面与所述底电极刻蚀槽的内槽面重合;
所述在所述压电材料层的另一侧根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成顶电极的步骤,包括:
在所述压电材料层的另一侧,形成顶电极材料层;
根据所述牺牲材料层的外环面的位置在所述顶电极材料层与所述底电极刻蚀槽相对的一端开设顶电极刻蚀槽,所述牺牲材料层的外环面与所述顶电极刻蚀槽的内槽面重合;
在所述顶电极材料层上开设电极连接孔,所述电极连接孔位于所述顶电极刻蚀槽和所述底电极刻蚀槽的外部,形成缓冲区域,所述缓冲区域包括位于顶电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层,以及所述底电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层。
本申请实施例还提供一种体声波谐振器的形成方法,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成压电材料层;
在所述压电材料层上,根据低声阻抗材料环预定位置的外环面形成底电极,形成反射空腔;
去除所述支撑衬底,在所述压电材料层的另一侧,所述低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层;
在所述压电材料层和所述牺牲材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成顶电极;
去除所述牺牲材料层,形成低声阻抗材料环,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠的有效谐振区。
本申请实施例还提供一种体声波谐振器的形成方法,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成电极材料层;
在所述电极材料层上形成压电材料层;
在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环;
在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成第一电极,形成反射空腔;
去除所述支撑衬底,在所述电极材料层根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成第二电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所第一电极、所述压电层和所述第二电极相互重叠的有效谐振区。
本申请实施例还提供一种体声波谐振器的形成方法,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成电极材料层;
在所述电极材料层上形成压电材料层;
在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层;
在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成第一电极;
去除所述牺牲材料层,形成低声阻抗材料环;
形成反射空腔,去除所述支撑衬底,在所述电极材料层根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成第二电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述第一电极、所述压电层和所述第二电极相互重叠的有效谐振区。
本申请实施例还提供一种滤波器,包括如上所述的体声波谐振器。
本申请实施例还提供一种通信设备,包括如上所述的滤波器。
本申请实施例还提供一种终端,包括如上所述的滤波器。
本申请实施例提供一种体声波谐振器、形成方法、滤波器、通信设备及终端,所述体声波谐振器包括:压电层;电极层,包括位于所述压电层上方的顶电极和位于所述压电层的下方的底电极,所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠形成有有效谐振区;低声阻抗材料环,设置于所述有效谐振区内所述有效谐振区的边缘处,且位于所述压电层和所述电极层之间。这样,本申请实施提供的体声波谐振器通过增设低声阻抗材料环,利用声波在不同介质间传播时反射的特性,将泄露的声波反射回有效谐振区内,可以抑制声波能量的泄露,包括横波的泄露,提升体声波谐振器的品质因数,提升体声波谐振器的工作性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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申请的实施例,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例所提供的体声波谐振器的第一结构示意图;
图2是本发明实施例所提供的体声波谐振器的第二结构示意图;
图3是本发明实施例所提供的体声波谐振器的第三结构示意图;
图4是本发明实施例所提供的体声波谐振器的俯视图;
图5是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第一流程示意图;
图6-9是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的各步骤的结构示意图;
图10是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第二流程示意图;
图11是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第三流程示意图;
图12是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第四流程示意图;
图13是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第五流程示意图;
图14是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第六流程示意图;
图15是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第七流程示意图;
图16-18是本发明实施例所提供的体声波谐振器的另一形成方法的各步骤的结构示意图;
图19是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第八流程示意图。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
随着射频前端的不断发展,集成化,微型化是射频前端的发展趋势。其中,薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)由于具有高功率,高带宽以及优异的滚降等性能,可以很好的满足射频前端对于射频性能的需求,因此成为射频前端的核心器件之一。和普通声表面波谐振器(SAW,Surface Acoustic Wave,SAW)相比,FBAR的高功率性能方面有很大的优势,这是因为FBAR属于体声波的纵波传播方式,可以利用氮化铝材料(AlN)优异的压电C33(描述压电体的力学量和电学量之间的线性响应关系的比例常数)性能,对声波能量有更好的转化。
但是,由于正/逆压电效应与用于制造谐振器的材料本身的各向异性程度紧密相关,且与材料的晶体结构存在关联,同时各向异性的程度又受到极化过程的影响,而用于制造谐振器的材料(例如压电层材料和电极材料)其本身并不是完美的理想化的Z轴晶型取向的完美单晶,会存在一定的缺陷。因此,压电材料和电极材料制成的体声波谐振器会导致声波能量在纵波传播的过程中耦合出横波声波能量,如果不对这部分声波能量进行限制,就会横向泄露出去,进而降低谐振器的品质因数(Q值)。
基于此,本发明实施例进行结构改进来提高体声波谐振器的品质因数,
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。在各个附图中,相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。此外,可能未示出某些公知的部分。为了简明起见,可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半滤波器的中间结构。
应当理解,在描述器件的结构时,当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时,可以指直接位于另一层、另一个区域上面,或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且,如果将器件翻转,该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
在本申请中,术语“器件结构”指在制造滤波器的各个步骤中形成的整个半导体结构的统称,包括已经形成的所有层或区域。在下文中描述了本发明的许多特定的细节,例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术,以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样,可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
请参考图1,图1是本发明实施例所提供的体声波谐振器的第一结构示意图。
如图所示,本发明实施例所提供的体声波谐振器,包括:
压电层10;
电极层20,包括位于所述压电层10上方的顶电极21和位于所述压电层10的下方的底电极22,所述顶电极21、所述压电层10和所述底电极22相互重叠形成有效谐振区23;
低声阻抗材料环30,设置于所述有效谐振区23内所述有效谐振区23的边缘处,且位于所述压电层10和所述电极层20之间。
上述所述有效谐振区23是指体声波谐振器能够传播声波能量的位置,为体声波谐振器的整体结构的中央部分,即压电层10、顶电极21以及底电极22相互重叠的区域。
需要说明的是,本文所述的低声阻抗材料环30,是指阻抗小于压电层或者电极阻抗的50%及以下的材料所形成的结构层,可以和压电层或者电极材料之间形成声阻抗差别,其位于压电层10和电极层20之间包括以下各种情况:
1、低声阻抗材料环30,仅设置于凸出压电层10的平面的位置,且仅位于底电极22一侧;
2、低声阻抗材料环30,仅设置于凸出压电层10的平面的位置,且仅位于顶电极21一侧;
3、低声阻抗材料环30,仅设置于凸出压电层10的平面的位置,且在底电极22一侧和顶电极21一侧均有设置,如图1所示;
从而,可以针对需求在保证所述低声阻抗材料环30的反射效果的同时,降低制造难度和制造成本。
4、低声阻抗材料环30,不仅包括设置于凸出压电层10的平面的位置的部分,还包括凹陷于压电层10的平面的位置的部分,具体请参考图2,即所述低声阻抗材料环30包括:
压电环形部31,位于所述压电层10的凹槽内;
电极环形部32,位于所述电极层20的凹槽内,在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上与所述压电环形部接触。
具体的,所述压电环形部31与所述电极环形部32的宽度相等,或所述压电环形部31的宽度大于所述电极环形部32的宽度,当所述低声阻抗材料化环30包括压电环形部31时,所述压电环形部31的宽度即为所述低声阻抗材料化环30的宽度。
这样可以提高所述低声阻抗材料环30的反射效果,进一步提升体声波谐振器的品质因数。
需要说明的是,在一种实施例中,所述体声波谐振器为先在压电层10上形成所述低声阻抗材料环30或牺牲材料层后,再形成电极,因此,所述电极层20的凹槽仅是在产品结构层面呈凹槽,而非在所述电极层20上开设凹槽。
当然,容易理解的是,对于低声阻抗材料环30包括压电环形部31和电极环形部32的方案,可以压电环形部31和电极环形部32在顶电极21一侧以及底电极22一侧均设置(如图2所示),也可以仅在顶电极21一侧设置或者仅在底电极22一侧设置。
另一方面,压电环形部31和电极环形部32可以分别设置于压电层10的两侧,比如压电环形部31在顶电极21所在的一侧,而电极环形部32在底电极22所在的一侧,或者二者位置互换。
5、低声阻抗材料环30,仅凹陷于压电层10的平面的位置的部分,可以位于靠近顶电极21的一侧,也可以位于靠近底电极22的一侧。
容易理解的是,在一种实施方式中,如图1所示,所述低声阻抗材料环30可以仅包括所述电极环形部;在另一种实施方式中,所述低声阻抗材料环30也可以仅包括所述压电环形部;在又一种实施方式中,如图2所示,所述低声阻抗材料环30还可以同时包括所述压电环形部和电极环形部。同时,根据不同的体声波谐振器的设计需求,有选择的仅在压电层10、仅在电极层20或同时在压电层10和在电极层20上设置低声阻抗材料环30,可以。通过同时在压电层10和电极层20开设低声阻抗材料环30,可以扩大所述低声阻抗材料环30的体积,从而提供更好的反射效果。
本申请通过在压电层10和电极层20之间,有效谐振区23边缘设置围绕有效谐振区域的低声阻抗材料环30,使得体声波谐振器中的横波在平行于所述压电材料层表面的方向传播时,当传播至有效谐振区边界时,出现不同材料的介质,此时声波在不同介质间传播时,会反射部分波返回有效谐振区内。
可以看出,本申请实施例所提供的体声波谐振器,利用声波在不同介质间传播时反射的特性,将泄露的声波反射回有效谐振区23内,可以抑制声波能量的泄露,包括横波的泄露,提升体声波谐振器的品质因数,提升体声波谐振器的工作性能。
容易理解的是,为保证所述低声阻抗材料环30有良好的声波反射能力,在一中具体实施方式中,所述低声阻抗材料环30可以填充与压电层10及电极层20具有较大声速差的材料,比如:空气、氧化硅或氮化硅。
请继续参考图1和图2,为了更好的对声波的反射效果,在一种具体实施方式中,所述体声波谐振器还包括降耦结构40,位于所述有效谐振区23的外部、所述低声阻抗材料环30的外周部,与所述低声阻抗材料环30连接。
通过在所述低声阻抗材料环30的外周部,形成与所述低声阻抗材料环30连接设置降耦结构40,可以利用所述降耦结构40降低电极间耦合作用。此外,在形成所述低声阻抗材料环30时,所述低声阻抗材料环30可形成于有效谐振区23外,无需精确控制其形成,降低低声阻抗材料环30的形成难度。
在一种具体实施方式中,所述电极层20,即所述顶电极21和所述底电极22的制备材料包括钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
所述压电层10的制备材料可以选用单晶压电材料、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。
示例性的,单晶压电材料可以是单晶氮化铝、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),可以是多晶氮化铝、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,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。
所述降耦结构40可以与所述低声阻抗材料环30一同形成,因此二者的材料可以相同。
为了能够使得低声阻抗材料环30能够有效反射泄露的横波,提升体声波谐振器的品质因数,在一种实施方式中,所述低声阻抗材料环30在平行于所述压电层10沿伸平面的方向上的宽度范围可以为0.1微米-10微米。
将所述低声阻抗材料环30在平行于所述压电层10沿伸平面的方向上的宽度范围设置在0.1微米-10微米,可以避免由于宽度过小,使得所形成的低声阻抗材料环30不能够达到提升体声波谐振器的性能的作用;同时可以避免由于低声阻抗材料环30的宽度过大,使得形成的低声阻抗材料环30占体声波谐振器的整体结构的面积比较大,从而影响主震动,带来次谐振,影响体声波谐振器的工作性能。
因此,将所述低声阻抗材料环30的宽度范围设置为0.1微米-10微米,可以符合体声波谐振器的工作原理和低声阻抗材料的特性。需要说明的是,所述低声阻抗材料环30围绕谐振器每个部分的宽度大小可以是相等的,也可以是不同的,但需保证其宽度范围在0.1微米-10微米内。
进一步的,在一种实施方式中,所述低声阻抗材料环30在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上的厚度范围为大于0.01微米。
将所述低声阻抗材料环30在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上的厚度范围设置在大于0.01微米,可以避免由于厚度过小,使得形成的低声阻抗材料环30不能够达到提升体声波谐振器的性能的要求,且制备工艺难度较大。
这样,使得低声阻抗材料环30提升体声波谐振器性能的同时,进一步保证低声阻抗材料环30的设置能够符合体声波谐振器的工作原理和低声阻抗材料的特性。
为了进一步减少横波的泄露,在另一具体实施方式中,本申请实施例所提供的体声波谐振器的所述有效谐振区23的边缘还可以翘起,如图1所示,本申请所述的体声波谐振器还可以包括:
有效框架结构50,设置于所述压电层10和所述压电层10至少一侧的所述电极层20之间、所述电极层20远离所述压电层10的一侧或所述电极层20内,且位于所述低声阻抗材料环30内侧,以使所述有效谐振区23的边缘处的电极层20向远离所述压电层10的方向翘起。
如图1所示为所述有效框架结构50设置于所述压电层10一侧的所述电极层20之间的一种具体实施方式。
这样可以使所述有效谐振区23边缘形成突出于所述有效谐振区23中间的结构,从而可以减少有效谐振区23内横波的泄露。
需要说明的是,为了便于体声波谐振器的生产制造,在一种实施方式中,如图1所示,所述有效框架结构50在形成时,还同时形成无效框架结构51。所述无效框架结构51包括设置于所述有效谐振区外的框架结构,及设置于所述压电层10一侧的所述电极层20之间的框架结构,所述无效框架结构51覆盖所述低声阻抗材料环,并连接所述有效框架结构50,且延伸至有效谐振区23外。
所述有效框架结构50的制备材料的可选范围与电极层20相同,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。为减少不同材料的有效框架结构50对电极层20工作的影响,并降低加工难度,在一些实施方式中,所述有效框架结构50的材料可以与其接触的所述电极层20的材料相同。
当然,在其他实施例中,所述有效框架结构50的材料可以与其接触的所述电极层20的材料也可以不同。
在一种实施方式中,所述有效框架结构50在平行于所述压电层10沿伸平面的方向上的宽度范围为0.1微米-10微米。
将所述有效框架结构50在平行于所述压电层10沿伸平面的方向上的宽度范围设置在0.1微米-10微米,可以避免宽度过小使得形成的有效框架结构50不能够达到提升体声波谐振器的性能的作用;同时可以控制有效框架结构50的宽度不至于过大,使得形成的有效框架结构50占体声波谐振器的整体结构的面积比较大,从而影响主震动,带来次谐振,影响体声波谐振器的工作性能。
这样,使得所述有效框架结构50提升体声波谐振器性能的同时,进一步保证所述有效框架结构50的设置能够符合体声波谐振器的工作原理和所述有效框架结构50材料的特性。
在一种实施方式中,所述有效框架结构50在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上的厚度范围可以为0.01微米-1微米。
将所述有效框架结构50在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上的厚度范围设置在0.01微米-1微米,可以避免厚度范围过小,使得形成的有效框架结构50不能够达到提升体声波谐振器的性能的作用;同时可以控制有效框架结构50的厚度不至于过大,使得形成的有效框架结构50的厚度占体声波谐振器对应侧电极的厚度比例较大,从而影响主震动,带来次谐振,影响体声波谐振器的工作性能,且制备工艺难度较大。
这样,使得所述有效框架结构50提升体声波谐振器性能的同时,进一步保证所述有效框架结构50的设置能够符合体声波谐振器的工作原理和所述有效框架结构50材料的特性。
在另一种具体实施方式中,请继续参考图1,本发明实施例所提供的体声波谐振器还可以包括:
凸起结构60,设置于所述顶电极21或所述底电极22远离所述压电层10一侧,且位于所述有效谐振区23的中心区域。
需要说明的是,本文所述的中心区域并非严格意义上的最中间的位置,是相对于边缘部而言的区域。
所述凸起结构60为制备在提升波谐振器中央区域的一层厚度大于周围区域的膜层,通过所述凸起结构60可以消除谐振器的寄生模式。
在一种实施方式中,在形成所述凸起结构60时,可以在所述有效谐振区23的中心区域刻蚀形成环形凹槽,所述环形凹槽内为所述凸起结构60。形成凸起结构60时,使用刻蚀的方法,可以获得更高的宽度精度,并且还可以保护有效谐振区23。
凸起结构60的设置,可以通过其边缘的凹陷结构来形成大于主震动谐振点的震动进而降低主震动的寄生模式,提升性能。
当然,在不设置有效框架结构50时,也可以设置凸起结构60。
在一种实施方式中,所述凸起结构60在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上的厚度范围为0.003微米-1微米。
将所述凸起结构60在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上的厚度范围设置在0.003微米-1微米,可以避免厚度范围过小使得凹陷结构引起的震动能量较低不能够有效的消除寄生模式;同时可以控制凸起结构60的厚度不至于过大,使得凸起结构60带来的震动过大,对主震动产生较大的干扰。
在一种实施方式中,当本申请所述的体声波谐振器仅设置有低声阻抗材料环30,未设置有效框架结构50时,所述凸起结构60的边缘与所述低声阻抗材料环30的内边缘的距离范围为0.1微米-10微米。
在一种实施方式中,当本申请所述的体声波谐振器同时设置有低声阻抗材料环30和有效框架结构50时,所述有效框架结构50的内边缘与所述凸起结构60的边缘的距离范围为0.1微米-10微米。
将所述凸起结构60的边缘与所述低声阻抗材料环30的内边缘或所述有效框架结构50的内边缘的距离范围设置在0.1微米-1微米,可以避免距离过小使得凹陷结构引起的震动能量较低不能够有效的消除寄生模式;同时可以避免由于距离过大,使得凸起结构60带来的震动过大,对主震动产生较大的干扰。
为了增强体声波谐振器的稳定性,在一种实施方式中,如图1所示,本发明实施例所提供的体声波滤波器,在所述电极层20还开设有:
顶电极刻蚀槽71,位于所述顶电极21所述有效谐振区23的一端;
底电极刻蚀槽72,位于所述底电极22所述有效谐振区23与所述顶电极刻蚀槽71相对的一端;
电极连接孔80,位于所述顶电极21或所述底电极22两端,且位于所述顶电极刻蚀槽71和所述底电极刻蚀槽72的外部,用于形成连接所述顶电极21和所述底电极22的导电塞,所述顶电极刻蚀槽71和所述电极连接孔80之间的电极层20,以及所述底电极刻蚀槽72和所述电极连接孔80之间的电极层20均为缓冲区域。
通过所述顶电极刻蚀槽71和所述底电极刻蚀槽72,可以确定有效谐振区23的位置与大小。
当然,还可以通过刻蚀掉顶电极21的端部位置处的全部顶电极21,以及刻蚀掉底电极22的端部位置处的全部底电极22,来确定有效谐振区23的位置与大小。在另一种实施方式中,如图3所示,图3为本发明实施例所提供的体声波谐振器的第三结构示意图,所述电极层还开设有:
顶电极刻蚀槽71,位于所述顶电极21所述有效谐振区23的一端;
底电极刻蚀槽72,位于所述底电极22所述有效谐振区23与所述顶电极刻蚀槽71相对的一端;
所述顶电极刻蚀槽71的侧壁和所述底电极刻蚀槽72的侧壁均包括所述体声波谐振器的的支撑层25。
容易理解的是,本文所述的所述顶电极刻蚀槽和所述底电极刻蚀槽的侧壁均包括所述体声波谐振器的的支撑层即为刻蚀掉顶电极21的端部位置处的全部顶电极21,以及刻蚀掉底电极22的端部位置处的全部底电极22的结构。
所述支撑层25为体声波谐振器两侧用于支撑衬底26的结构,所述支撑层25、衬底26和电极层20围合形成反射空腔。
具体地,所述支撑层25的制备材料包括单晶硅、多晶硅,氧化硅,氮化硅,砷化镓、蓝宝石、石英,碳化硅,SOI以及有机支撑层。
具体地,所述衬底26的制备材料包括单晶硅、砷化镓、蓝宝石、石英,碳化硅,SOI。
为便于理解本发明实施例所述的体声波谐振器的设置,请继续参考图1,可以看到,所述体声波谐振器包括压电层10,压电层10上形成的低声阻抗材料环30,顶电极21,底电极22,支撑层25,衬底26,顶电极刻蚀槽71,底电极刻蚀槽72和电极连接孔80。
需要说明的是,如图4所示,所述顶电极刻蚀槽71和底电极刻蚀槽72在平行于所述压电层10的平面上的投影可组成环形,因此上述所述顶电极21所述有效谐振区23的一端,和上述所述底电极22所述有效谐振区23与所述顶电极刻蚀槽71相对的一端,为在相应的一侧的半环。
所述缓冲区可以参考图1中所指的d1和d2区域。
为保证缓冲区能够实现增强体声波谐振器的稳定性的功能,在一种实施方式中,在沿平行于所述压电层10的方向上,所述缓冲区域宽度范围小于等于10微米。
这样,可以防止谐振器在反射镜的边缘处发生振动状态的突变。
d1和d2的宽度可以相等,也可以不相等,根据实际设计需求进行确定,满足体声波谐振器的设计要求即可。
需要说明的是,为了保护所述顶电极21和所述底电极22,如图1所示,在所述顶电极21和所述底电极22表面还可形成保护层90。所述保护层90可以对体声波谐振器内频率进行修频以及保护顶电极21。
具体地,所述保护层90的制备材料包括氮化铝、氧化硅,氮化铝中的一层或者多层的组合。
在本申请所述的体声波谐振器的生产过程中,所述低声阻抗材料环30及相关结构可以形成在底电极22一侧也可以形成于顶电极21一侧,还可以同时形成于底电极22及顶电极21两侧,针对不同的具体结构,形成方法也会有所不同。此外,当所述低声阻抗材料环30的材料为空气时,形成方法也会有不同。
为了解决前述技术问题,同时了解各种结构的体声波谐振器的形成过程,本发明实施例还提供了一种体声波谐振器的形成方法,可以用于在底电极22上生成低声阻抗材料环30,并获得上述实施例所提供的体声波谐振器。
本申请实施例以在体声波谐振器底电极22一侧形成低声阻抗材料环30及相关结构进行详细说明,为此,请参考图5-图9,图5是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第一流程示意图,图6-图9是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的各步骤的结构示意图。
如图所示,该流程可以包括以下步骤:
步骤S100:提供支撑衬底24;
如图6所示,支撑衬底24为平面结构,可以使得形成的压电材料层为平面结构,在后续工艺中支撑衬底24可以去除,以便于后续的制备。
步骤S101:在所述支撑衬底24上形成压电材料层;
如图6所示,由于支撑衬底24为平面结构,因此可以在支撑衬底24的基础上保证形成的压电材料层(即后续形成的压电层10)同样为平面结构,提高体声波谐振器的结构可靠性。
步骤S102:在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环30;
如图6所示,所述低声阻抗材料环预定位置为前文所述的有效谐振区23内所述有效谐振区23的边缘处,且位于所述压电层10和所述电极层20之间。
容易理解的是,低声阻抗材料环预定位置,是指如图1-3中,完整的体声波谐振器中所述低声阻抗材料环30所在的位置,在进行体声波谐振器设计时已经预先确定。
所述有效谐振区23为体声波谐振器传播声波能量的区域,因此在有效谐振区23内,对体声波谐振器的结构进行改进,可以达到抑制横波泄露的目的。
在有效谐振区23内,所述有效谐振区23的边缘,且位于所述压电层10和所述电极层20之间,形成由与压电材料层材料和电极层20材料都不同的低声阻抗材料环30,利用声波在不同介质间传播时会反射的特性,可以使有效谐振区23边缘反射泄露的横波,抑制声波能量的泄露,提升体声波谐振器的品质因数。
步骤S103:在所述低声阻抗材料环30和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环30的外环面的位置形成底电极22,形成反射空腔。
如图7所示,在所述低声阻抗材料环30和所述压电材料层上,形成底电极材料层(图中未示出),然后根据低声阻抗材料环30的外环面的位置开设底电极刻蚀槽72,形成底电极22,然后在底电极22上形成支撑材料层,然后去除中间位置的部分材料,形成支撑层25,最后键合衬底26,形成反射空腔。
当然,在另一种具体实施方式中,在形成底电极材料层后,可以直接对底电极材料层进行处理,低声阻抗材料环30的外环面以外一侧的底电极材料去除,形成底电极22,然后在底电极22上形成支撑层25,并键合衬底26,形成反射空腔。此时即可形成完整的底电极一侧的体声波谐振器结构。
步骤S104:去除所述支撑衬底24,在所述压电材料层的另一侧根据所述低声阻抗材料环30的外环面的位置形成顶电极21,得到以所述低声阻抗材料环30的外环面为边缘,且所述顶电极21、所述压电层10和所述底电极22相互重叠的有效谐振区23。
完成底电极22一侧的加工后,继续进行顶电极21一侧的加工,具体地,请参考图8和图9,首先去除支撑衬底24,然后在压电材料层的另一侧形成顶电极材料层211,然后根据所述低声阻抗材料环30的外环面的位置,开设顶电极刻蚀槽71,形成顶电极21,从而形成以所述低声阻抗材料环30的外环面为边缘,且所述顶电极21、所述压电层10和所述底电极22相互重叠的有效谐振区23。
可以看出,本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法中,可以在有效谐振区23的边缘形成低声阻抗材料环30,通过形成低声阻抗材料环30,从而在有效谐振区23的边缘获得与压电材料层材料和电极层20材料都不同的低声阻抗材料环30,利用声波在不同介质间传播时会反射的特性,可以使有效谐振区23边缘反射泄露的横波,抑制声波能量的泄露,提升体声波谐振器的品质因数,提高体声波谐振器的工作性能。
在一种实施方式中,为了方便低声阻抗材料环30的形成,所述步骤S101,在所述支撑衬底24上形成压电材料层的步骤可以包括:
在所述支撑衬底24上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述步骤S102,在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环30的步骤,可以包括:
填充所述凹槽形成所述低声阻抗材料环30。
从而,可以很方便地形成仅位于底电极22与压电层10之间,且位于压电层10凹槽内的低声阻抗材料环30。在另一种实施方式中,如图10所示,为了形成另外一种结构的低声阻抗材料环30(包括压电环形部和电极环形部的低声阻抗材料环30)时,所述步骤S101,可以包括:
在所述支撑衬底24上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环30的压电环形部的预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述步骤S102,可以包括:
填充所述凹槽形成所述压电环形部;
根据所述低声阻抗材料环30的电极环形部的预定位置,在所述压电环形部的上方形成所述电极环形部,得到所述低声阻抗材料环30,在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上所述电极环形部与所述压电环形部接触。
根据不同的体声波谐振器的设计需求,有选择的形成具有不同结构或者不同位置的低声阻抗材料环30,可以针对需求在保证所述低声阻抗材料环30的反射效果的同时,降低制造难度和制造成本。通过同时在压电层10和电极层20开设低声阻抗材料环30,可以扩大所述低声阻抗材料环30的体积,从而提供更好的反射效果。
为了便于所述低声阻抗材料环30的形成,同时降低电极间耦合作用,请结合图1参考图10,图10为是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第二流程示意图,在一种实施方式中,还可形成降耦结构40,此时,所述步骤S101之后,还可以包括步骤S111:
在所述压电材料层上的降耦结构预定位置形成降耦结构40,所述降耦结构预定位置位于所述有效谐振区23的外部、所述低声阻抗材料环预定位置的外周部,与所述低声阻抗材料环预定位置连接。
容易理解的是,降耦结构预定位置也是在进行体声波谐振器设计时确定的,在进行体声波谐振器的加工时,在降耦结构预定位置形成降耦结构40即可。
容易理解的是,降耦结构40与低声阻抗材料环30的形成并不限定具体的先后顺序,在一具体实施方式中,降耦结构40可以与低声阻抗材料环30同时形成,其中位于有效谐振区23内的部分即为低声阻抗材料环30,位于有效谐振区23外的部分即为降耦结构40,简化加工工艺;在另一具体实施方式中,可以先形成低声阻抗材料环30再形成降耦结构40,即先仅在低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环30,再在降耦结构预定位置形成降耦结构40;当然也可以先形成降耦结构40再形成低声阻抗材料环30。
当然,不论采用哪种方式,均可以降低形成低声阻抗材料环30对于加工精度的要求,同时降耦结构40的形成还可以降低电极间耦合作用,提高体声波谐振器的性能。
并且,降耦结构40和低声阻抗材料环30的材料可以相同也可以不同。
可选的,在形成上述结构后,还可形成有效框架结构50,在一种实施方式中,如图10所示,所述步骤S102之后,还可以包括步骤S112:
在所述有效谐振区23内所述有效谐振区23的边缘处,所述低声阻抗材料环30内部,所述压电材料层上形成有效框架结构50。
需要说明的是,本文所述的有效框架结构50是指位于低声阻抗材料环30内部的部分,为了降低有效谐振区23的加工难度,可以在低声阻抗材料环30上和压电材料层上都形成框架结构,只是除去有效框架结构50的部分为无效框架结构,从而可以降低加工难度。
具体地,为了形成有效框架结构50,可以在低声阻抗材料环30和压电材料层上形成框架结构层,然后去除有效谐振区23内所述有效谐振区23的边缘处,所述低声阻抗材料环30内部以外部分的框架结构层,即去除除了有效框架结构50所在位置以外的部分的框架结构,就可以得到有效框架结构50。
当然,在还存在无效框架结构的实施例中,在去除部分框架结构层时,还保留无效框架结构部分的框架结构层,这样可以降低加工的难度。
这样,有效框架结构50的存在,可以使所述有效谐振区23边缘形成突出于所述有效谐振区23中间的结构,从而可以减少有效谐振区23内横波的泄露。
进一步,为了消除谐振器的寄生模式,在一种具体实施方式中,还可形成凸起结构60,此时,图如10所示,所述步骤S103之后,还包括步骤S113:在所述底电极22上,所述低声阻抗材料环30的中心区域形成凸起结构60。
容易理解的是,凸起结构60可以是通过在底电极22上沉积得到,即在有效谐振区23中央底电极22远离所述压电材料层的表面形成凸起结构60;也可以是通过对所述底电极22远离所述压电材料层的表面进行刻蚀获得,即在有效谐振区23中央底电极22远离所述压电材料层的表面刻蚀环形凹槽。
从而,可以改变有效谐振区23内,中央位置处的震动状态,以改变有效谐振区23内,声波能量的反射,降低声波能量的泄露,消除谐振器的寄生模式。
在一种实施方式中,为了确定有效谐振区23、为电极层20通电并增强封装稳定性,还需要根据低声阻抗材料环30的位置获得电极刻蚀槽以确定形成有效谐振区23,如图10所示,再在电极刻蚀槽外部形成电极连接孔80。
为了形成上述电极刻蚀槽和电极连接孔80,在一种实施方式中,图如10所示,所述步骤S103,在所述低声阻抗材料环30和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环30的外环面的位置形成底电极22,形成反射空腔,可以包括:
在所述低声阻抗材料环30和所述压电材料层上,形成底电极材料层;
根据所述低声阻抗材料环30的外环面的位置在所述底电极材料层的一端开设底电极刻蚀槽72,所述低声阻抗材料环30的外环面与所述底电极刻蚀槽72的内槽面重合;形成反射空腔;
所述步骤S104,在所述压电材料层的另一侧根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成顶电极,可以包括:
在所述压电材料层的另一侧,形成顶电极材料层211;
根据所述低声阻抗材料环30的外环面的位置在所述顶电极材料层211与所述底电极刻蚀槽72相对的一端开设顶电极刻蚀槽71,所述低声阻抗材料环30的外环面与所述顶电极刻蚀槽71的内槽面重合;
在所述顶电极材料层211上开设电极连接孔80,所述电极连接孔80位于所述顶电极刻蚀槽71和所述底电极刻蚀槽72的外部,形成缓冲区域,所述缓冲区域包括位于顶电极刻蚀槽71和所述电极连接孔80之间的电极层20,以及所述底电极刻蚀槽72和所述电极连接孔80之间的电极层20。
其中,形成反射空腔的具体步骤可以参考前文对于反射空腔的形成过程的详细描述,在此不再赘述。
通过所述顶电极刻蚀槽71和所述底电极刻蚀槽72,可以确定有效谐振区23的位置与大小。
当然,在另一种实施方式中,还可以通过刻蚀掉顶电极21的端部位置处的全部顶电极21,以及刻蚀掉底电极22的端部位置处的全部底电极22,来确定有效谐振区23的位置与大小。而通过所述电极连接孔80,并设置导电塞电连所述顶电极21和所述底电极22,能够起到导电和增加封装稳定性的作用。
可选的,形成顶电极21和底电极22时,还可在所述顶电极21和底电极22表面形成保护层90。所述保护层90可以对体声波谐振器内频率进行修频以及保护顶电极21和底电极22。
可以看出,本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法中,通过形成框架结构、凸起结构和缓冲区域,从而在形成低声阻抗材料环的结构上,进一步形成更多辅助结构,从而进一步抑制声波能量的泄露,提升体声波谐振器的品质因数,提高体声波谐振器的工作性能。
本发明实施例还提供了另一种体声波谐振器的形成方法可以用于在顶电极21侧获得低声阻抗材料环30,并获得上述实施例所提供的体声波谐振器,请参考图11,图11是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第三流程示意图。
如图11所示,该流程可以包括以下步骤:
步骤S200:提供支撑衬底24;
根据上述形成过程可知,支撑衬底24为平面结构,可以使得形成的压电材料层为平面结构,在后续工艺中伪衬底临时衬底可以去除,以便于后续的制备。
步骤S201:在所述支撑衬底24上形成压电材料层;
如图6所示,由于支撑衬底24为平面结构,因此可以在支撑衬底24的基础上保证形成的压电层10同样为平面结构,提高体声波谐振器的结构可靠性。
步骤S202:在所述压电材料层上,根据低声阻抗材料环预定位置的外环面形成底电极22,形成反射空腔;
如图6所示,由于压电材料层为平面结构,因此可以在压电材料层的基础上保证形成的底电极22同样为平面结构,提高体声波谐振器的结构可靠性。
为了形成底电极22,首先在压电材料层上形成底电极材料层,然后根据低声阻抗材料环预定位置的外环面对底电极材料层进行处理,去除部分底电极材料层,形成底电极刻蚀槽72,或者直接将低声阻抗材料环30的外环面以外一侧的底电极材料去除,形成底电极22。
然后,在底电极22上形成支撑层25,并键合衬底26,形成反射空腔。
步骤S203:去除所述支撑衬底24,在所述压电材料层的另一侧,所述低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环30;所述步骤形成过程参考图7-8所示。
去除支撑衬底24,露出压电材料层的另一侧,然后在压电材料层的另一侧形成低声阻抗材料环30,即在顶电极21一侧形成低声阻抗材料环30。
当然,容易理解的是,在顶电极21一侧形成低声阻抗材料环30的方式,与在底电极22一侧形成低声阻抗材料环30的方式相同,在此不再赘述。
步骤S204:在所述压电材料层和所述低声阻抗材料环30上,根据所述低声阻抗材料环30的外环面的位置形成顶电极21,得到以所述低声阻抗材料环30的外环面为边缘,且所述顶电极21、所述压电层10和所述底电极22相互重叠的有效谐振区23。所述步骤形成过程参考图9所示。
步骤S204与图5所示的步骤S104的内容基本一致,所述顶电极21、低声阻抗材料环30及其他相关结构的形成过程与前文所述的在底电极22一侧形成低声阻抗材料环30及其他相关结构的步骤相同,仅由于在顶电极21一侧已经形成低声阻抗材料环30,因此顶电极21形成于压电材料层和低声阻抗材料环30上,具体内容在此不再赘述。
当然,容易理解的是,在另一种具体实施方式中,还可以同时在顶电极21一侧和底电极22一侧形成低声阻抗材料环30。
另外,在其他具体实施方式中,还可以在顶电极21一侧形成降耦结构、有效框架结构、凸起结构等结构(包括仅在顶电极21一侧形成所述各个结构中的至少一种结构,以及同时在顶电极21一侧和底电极22一侧所述各个结构中的至少一种结构),具体内容可以参考前述各个实施例的描述,在此不再赘述。
为解决前述问题,本发明实施例还提供了又一种体声波谐振器的形成方法,可以用于在底电极22获得由空气作为低声阻抗材料环30的材料,并获得本申请实施例所提供的体声波谐振器。
在体声波谐振器的底电极22一侧形成由空气作为材料的低声阻抗材料环30及相关结构的方法请参考图12,图12是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第四流程示意图。容易理解的是,该方法与前文所述的在体声波谐振器底电极22一侧形成低声阻抗材料环30及相关结构的方法类似。
如图12所示,该流程可以包括以下步骤:
步骤S300:提供支撑衬底24;
如图6所示,支撑衬底24为平面结构,可以使得形成的压电材料层为平面结构,在后续工艺中伪衬底临时衬底可以去除,以便于后续的制备。
步骤S301:在所述支撑衬底24上形成压电材料层;
如图6所示,由于支撑衬底24为平面结构,因此可以在支撑衬底24的基础上保证形成的压电层10同样为平面结构,提高体声波谐振器的结构可靠性。
步骤S302:在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层;
容易理解的是,低声阻抗材料环预定位置,是指如图1-3中,完整的体声波谐振器中所述低声阻抗材料环30所在的位置,在进行体声波谐振器设计时已经预先确定。
需要说明的是,所述低声阻抗材料环30包括位于所述压电层10的凹槽内的压电环形部,及位于所述电极层20的凹槽内,在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上与所述压电环形部接触的电极环形部。所述低声阻抗材料环30可以仅包括压电环形部或仅包括电极环形部,也可以同时包括压电环形部和电极环形部。因此,所述牺牲材料层也分为,位于所述压电层10的凹槽内的第一牺牲材料层,及位于所述电极层20的凹槽内,在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上与所述压电环形部接触的第二牺牲材料层。上述步骤S301和步骤S302为仅由电极环形部独自作为低声阻抗材料环30的一种具体实施方式。
步骤S303:在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成底电极22。具体形成过程如图7所示,此时即可形成完整的底电极一侧的体声波谐振器结构。
步骤S304:去除所述牺牲材料层,形成低声阻抗材料环30。
容易理解的是,去除所述牺牲材料层后,空气自然进入牺牲材料层所在的空间,至此可以形成由空气为材料获得的低声阻抗材料环30。
步骤S305:形成反射空腔,去除所述支撑衬底24,在所述压电材料层的另一侧根据所述低声阻抗材料环30的外环面的位置形成顶电极21,得到以所述低声阻抗材料环30的外环面为边缘,且所述顶电极21、所述压电层10和所述底电极22相互重叠的有效谐振区23。
所述有效谐振区23为体声波谐振器传播声波能量的区域,因此在有效谐振区23内,对体声波谐振器的结构进行改进,可以达到抑制横波泄露的目的。
在有效谐振区23内,所述有效谐振区23的边缘,且位于所述压电层10和所述电极层20之间,形成由与压电材料层材料和电极层20材料都不同的低声阻抗材料环30,利用声波在不同介质间传播时会反射的特性,可以使有效谐振区23边缘反射泄露的横波,抑制声波能量的泄露,提升体声波谐振器的品质因数。
可以看出,本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法中,通过形成低声阻抗材料环30,从而在有效谐振区23的边缘获得与压电材料层材料和电极层20材料都不同的低声阻抗材料环30,利用声波在不同介质间传播时会反射的特性,可以使有效谐振区23边缘反射泄露的横波,抑制声波能量的泄露,提升体声波谐振器的品质因数,提高体声波谐振器的工作性能。
在一种实施方式中,若由压电环形部独自作为低声阻抗材料环30时,如图13所示所述步骤S301包括:
在所述支撑衬底24上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述步骤S302在所述压电材料层上的低声阻抗材料环30预定位置形成牺牲材料层的步骤,可以包括:在所述凹槽内填充牺牲材料,形成所述牺牲材料层。
在一种实施方式中,为了形成另外一种结构的低声阻抗材料环30(包括压电环形部和电极环形部的低声阻抗材料环30)时,如图13所示,所述步骤S301包括:
在所述支撑衬底24上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环30的压电环形部的预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述步骤S302,可以包括:
在所述凹槽内填充牺牲材料,形成第一牺牲材料层;
根据所述低声阻抗材料环30的电极环形部的预定位置,在所述第一牺牲材料层的上方形成第二牺牲材料层,得到所述牺牲材料层,在垂直于所述压电层10沿伸平面的方向上,所述第一牺牲材料层与所述第二牺牲材料层接触。
当然,在另一种具体实施方式中,还可以直接形成凸出于压电层10表面的牺牲材料层,即在形成压电材料层,直接在压电材料层的上方,低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层。
根据不同的体声波谐振器的设计需求,有选择的形成具有不同结构或者不同位置的牺牲材料层,进而后续形成低声阻抗材料环30,可以针对需求在保证所述低声阻抗材料环30的反射效果的同时,降低制造难度和制造成本。通过同时在压电层10和电极层20开设低声阻抗材料环30,可以扩大所述低声阻抗材料环30的体积,从而提供更好的反射效果。
为了便于所述低声阻抗材料环30的形成,同时降低电极间耦合作用,请结合图1参考图13,图13为是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第五流程示意图在一种实施方式中,还可形成降耦结构40,此时,如图13所示,所述步骤S301之后,还可以包括步骤S311:
在所述压电材料层上的降耦结构预定位置形成第三牺牲材料层,所述降耦结构预定位置位于所述有效谐振区23的外部、所述低声阻抗材料环预定位置的外周部,与所述低声阻抗材料环预定位置连接。
容易理解的是,降耦结构预定位置也是在进行体声波谐振器设计时确定的,在进行体声波谐振器的加工时,在降耦结构预定位置形成降耦结构40即可。
容易理解的是,降耦结构40与牺牲材料层的形成并不限定具体的先后顺序,在一具体实施方式中,降耦结构40可以与牺牲材料层同时形成,其中位于有效谐振区23内的部分即为牺牲材料层,位于有效谐振区23外的部分即为降耦结构40,简化加工工艺;在另一具体实施方式中,可以先形成牺牲材料层再形成降耦结构40,即先仅在低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层,再在降耦结构预定位置形成降耦结构40;当然也可以先形成降耦结构40再形成牺牲材料层。
当然,不论采用哪种方式,均可以降低形成牺牲材料层对于加工精度的要求,同时降耦结构40的形成还可以降低电极间耦合作用,提高体声波谐振器的性能。
并且,降耦结构40和牺牲材料层的材料可以相同也可以不同。
这样,在形成所述牺牲材料层时,所述牺牲材料层可形成于有效谐振区23外,无需精确控制其形成,降低低声阻抗材料环30的形成难度。此外所述降耦结构40可降低电极间耦合作用。
可选的,在形成上述结构后,还可形成有效框架结构50,在一种实施方式中,如图13所示,所述步骤S302之后,还包括步骤S312:
在所述有效谐振区23内所述有效谐振区23的边缘处,所述牺牲材料层内侧,所述压电材料层上形成有效框架结构50。
需要说明的是,本文所述的有效框架结构50是指位于低声阻抗材料环30内部的部分,为了降低有效谐振区23的加工难度,可以在低声阻抗材料环30上和压电材料层上都形成框架结构,只是除去有效框架结构50的部分为无效框架结构,从而可以降低加工难度。
具体地,为了形成有效框架结构50,可以在低声阻抗材料环30和压电材料层上形成框架结构层,然后去除有效谐振区23内所述有效谐振区23的边缘处,所述低声阻抗材料环30内部以外部分的框架结构层,即去除除了有效框架结构50所在位置以外的部分的框架结构,就可以得到有效框架结构50。
当然,在还存在无效框架结构的实施例中,在去除部分框架结构层时,还保留无效框架结构部分的框架结构层,这样可以降低加工的难度。
这样,有效框架结构50的存在,可以使所述有效谐振区23边缘形成突出于所述有效谐振区23中间的结构,从而可以减少有效谐振区23内横波的泄露。
进一步,为了消除谐振器的寄生模式,在一种具体实施方式中,还可形成凸起结构60,此时,如图13所示,所述步骤S303之后,还包括步骤S313:在所述底电极22上形成环形凹槽,形成位于所述牺牲材料层的中心区域的凸起结构60。
容易理解的是,凸起结构60可以是通过在底电极22上沉积得到,即在有效谐振区23中央底电极22远离所述压电材料层的表面形成凸起结构60;也可以是通过对所述底电极22远离所述压电材料层的表面进行刻蚀获得,即在有效谐振区23中央底电极22远离所述压电材料层的表面刻蚀环形凹槽。
具体的,在一种实施方式中,所述步骤S313包括:在所述底电极22上形成环形凹槽,形成位于所述牺牲材料层的中心区域的凸起结构60。
从而可以改变有效谐振区23内,中央位置处的震动状态,以改变有效谐振区23内,声波能量的反射,降低声波能量的泄露,消除谐振器的寄生模式。
在一种实施方式中,若需要形成降耦结构40时,如图13所示,所述步骤S313之后,还包括:
步骤S314:去除所述第三牺牲材料层,形成所述降耦结构40。
这样可以在形成低声阻抗材环的同时,一同形成降耦结构40。
在一种实施方式中,为了确定有效谐振区23、为电极层20通电并增强封装稳定性,还需要根据低声阻抗材料环30的位置获得电极刻蚀槽以确定形成有效谐振区23,如图13所示再在电极刻蚀槽外部形成电极连接孔80。
为了形成上述电极刻蚀槽和电极连接孔80,在一种实施方式中,如图13所示,所述步骤S303在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成底电极22,可以包括:
在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,形成底电极材料层;
根据所述牺牲材料层的位置在所述底电极材料层的一端开设底电极刻蚀槽72,所述牺牲材料层的外环面与所述底电极刻蚀槽72的内槽面重合;
所述步骤S305包括:在所述压电材料层的另一侧,形成顶电极材料层211;
根据所述牺牲材料层的外环面的位置在所述顶电极材料层211与所述底电极刻蚀槽72相对的一端开设顶电极刻蚀槽71,所述牺牲材料层的外环面与所述顶电极刻蚀槽71的内槽面重合;
在所述顶电极材料层211上开设电极连接孔80,所述电极连接孔80位于所述顶电极刻蚀槽71和所述底电极刻蚀槽72的外部,形成缓冲区域,所述缓冲区域包括位于顶电极刻蚀槽71和所述电极连接孔80之间的电极层20,以及所述底电极刻蚀槽72和所述电极连接孔80之间的电极层20。
通过所述顶电极刻蚀槽71和所述底电极刻蚀槽72,可以确定有效谐振区23的位置与大小。
当然,在另一种实施方式中,还可以通过刻蚀掉顶电极21的端部位置处的全部顶电极21,以及刻蚀掉底电极22的端部位置处的全部底电极22,来确定有效谐振区23的位置与大小。而通过所述电极连接孔80,并设置导电塞电连所述顶电极21和所述底电极22,能够起到导电和增加封装稳定性的作用。
上述步骤的具体实施过程可参考图6-图9所示。
可以看出,本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法中,通过形成框架结构、凸起结构和缓冲区域,从而在形成低声阻抗材料环的结构上,进一步形成更多辅助结构,从而进一步抑制声波能量的泄露,提升体声波谐振器的品质因数,提高体声波谐振器的工作性能。
本发明实施例还提供了另一种体声波谐振器的形成方法可以用于在顶电极21侧由空气作为材料的低声阻抗材料环30及相关结构,并获得上述实施例所提供的体声波谐振器,请参考图14,图14是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第五流程示意图。
如图14所示,该流程可以包括以下步骤:
步骤S400:提供支撑衬底24;
步骤S401:在所述支撑衬底24上形成压电材料层;
如图6所示,由于支撑衬底24为平面结构,因此可以在支撑衬底24的基础上保证形成的压电层10同样为平面结构,提高体声波谐振器的结构可靠性。
步骤S402:在所述压电材料层上,根据低声阻抗材料环预定位置的外环面形成底电极22,形成反射空腔;
如图6所示,由于压电材料层为平面结构,因此可以在压电材料层的基础上保证形成的底电极22同样为平面结构,提高体声波谐振器的结构可靠性。
为了形成底电极22,首先在压电材料层上形成底电极材料层,然后根据低声阻抗材料环预定位置的外环面对底电极材料层进行处理,去除部分底电极材料层,形成底电极刻蚀槽72,或者直接将低声阻抗材料环30的外环面以外一侧的底电极材料去除,形成底电极22。
然后,在底电极22上形成支撑层25,并键合衬底26,形成反射空腔。
步骤S403:去除所述支撑衬底24,在所述压电材料层的另一侧,所述低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层;
去除支撑衬底24,露出压电材料层的另一侧,然后在压电材料层的另一侧,所述低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层,即在顶电极21一侧形成牺牲材料层。
当然,容易理解的是,在顶电极21一侧形成牺牲材料层的方式,与在底电极22一侧形成牺牲材料层的方式相同,在此不再赘述。
步骤S404:在所述压电材料层和所述牺牲材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成顶电极21;
步骤S405:去除所述牺牲材料层,形成低声阻抗材料环30,得到以所述低声阻抗材料环30的外环面为边缘,且所述顶电极21、所述压电层10和所述底电极22相互重叠的有效谐振区23。
步骤S404与图12所示的步骤S304的内容基本一致,所述顶电极21、牺牲材料层及其他相关结构的形成过程与前文所述的在底电极22一侧形成低声阻抗材料环30及其他相关结构的步骤相同,仅由于在顶电极21一侧已经形成低声阻抗材料环30,因此顶电极21形成于压电材料层和低声阻抗材料环30上,具体内容在此不再赘述。
当然,容易理解的是,在另一种具体实施方式中,还可以同时在顶电极21一侧和底电极22一侧形成低声阻抗材料环30。
另外,在其他具体实施方式中,还可以在顶电极21一侧形成降耦结构、有效框架结构、凸起结构等结构(包括仅在顶电极21一侧形成所述各个结构中的至少一种结构,以及同时在顶电极21一侧和底电极22一侧所述各个结构中的至少一种结构),具体内容可以参考前述各个实施例的描述,在此不再赘述。
为了简化制备的流程,本发明实施例还提供了一种体声波谐振器的形成方法,请参考图15-图18,图15是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第六流程示意图,图16-图18是本发明实施例所提供的体声波谐振器的另一形成方法的各步骤的结构示意图。
如图14所示,该流程可以包括以下步骤:
步骤S500:提供支撑衬底24。
如图16所示,支撑衬底24为平面结构,可以使得形成的电极材料层27为平面结构,在后续工艺中支撑衬底24可以去除,以便于后续的制备。
步骤S501:在所述支撑衬底24上形成电极材料层27。
如图16所示,由于支撑衬底24为平面结构,因此可以在支撑衬底24的基础上保证形成的电极材料层27同样为平面结构,提高体声波谐振器的结构可靠性。
步骤S502:在所述电极材料层27上形成压电材料层。
如图16所示,由于电极材料层27为平面结构,因此可以在电极材料层27的基础上保证形成的压电材料层(即后续形成的压电层10)同样为平面结构,提高体声波谐振器的结构可靠性。
步骤S503:在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环30。
如图16所示,所述低声阻抗材料环预定位置为前文所述的有效谐振区23内所述有效谐振区23的边缘处,且位于所述压电层10和所述电极层20之间。
容易理解的是,低声阻抗材料环预定位置,是指如图1-3中,完整的体声波谐振器中所述低声阻抗材料环30所在的位置,在进行体声波谐振器设计时已经预先确定。
所述有效谐振区23为体声波谐振器传播声波能量的区域,因此在有效谐振区23内,对体声波谐振器的结构进行改进,可以达到抑制横波泄露的目的。
在有效谐振区23内,所述有效谐振区23的边缘,且位于所述压电层10和所述电极层20之间,形成由与压电材料层材料和电极层20材料都不同的低声阻抗材料环30,利用声波在不同介质间传播时会反射的特性,可以使有效谐振区23边缘反射泄露的横波,抑制声波能量的泄露,提升体声波谐振器的品质因数。
步骤S504:在所述低声阻抗材料环30和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成第一电极,形成反射空腔;
如图17所示,在所述低声阻抗材料环30和所述压电材料层上,形成第一电极材料层(图中未示出),然后根据低声阻抗材料环30的外环面的位置开设底电极刻蚀槽72,形成第一电极,然后在第一电极上形成支撑层25(具体先形成支撑材料层,再去除中间位置的部分材料,形成支撑层25),并键合衬底26,形成反射空腔。
当然,在另一种具体实施方式中,在形成第一电极材料层后,可以直接对第一电极材料层进行处理,将低声阻抗材料环30的外环面以外一侧的电极材料去除,形成第一电极,然后在第一电极201上形成支撑层25,并键合衬底26,形成反射空腔。
步骤S505:去除所述支撑衬底24,在所述电极材料层27根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成第二电极,得到以所述低声阻抗材料环30的外环面为边缘,且所述第一电极、所述压电层10和所述第二电极相互重叠的有效谐振区。
可以看出,本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法中,在有效谐振区23的边缘形成低声阻抗材料环30,可以边缘反射泄露的横波,抑制声波能量的泄露,提升体声波谐振器的品质因数,提高体声波谐振器的工作性能,并且在形成低声阻抗材料环30前,在压电材料层两侧形成电极材料层简化了工艺流程,降低了工艺难度,进而提高制造效率。
另外,在其他具体实施方式中,如图18所示,还可以在第一电极一侧形成降耦结构40、有效框架结构50、凸起结构60等结构,具体内容可以参考前述各个实施例的描述,在此不再赘述。
需要说明的是,在此实施例中,第一电极可以为底电极,那么第二电极为顶电极,第一电极可以为顶电极,那么第二电极为底电极。
可以看出,本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法中,通过形成框架结构、凸起结构和缓冲区域,从而在形成低声阻抗材料环的结构上,进一步形成更多辅助结构,从而进一步抑制声波能量的泄露,提升体声波谐振器的品质因数,提高体声波谐振器的工作性能。
在另一种具体实施方式中,请参考图19,图19是本发明实施例所提供的体声波谐振器的形成方法的第七流程示意图。
如图19所示,本申请实施例所提供的体声波谐振器的形成方法还可以包括以下步骤:
步骤S600:提供支撑衬底24;
步骤S601:在所述支撑衬底24上形成电极材料层27;
步骤S602:在所述电极材料层27上形成压电材料层;
步骤S603:在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层;
步骤S604:在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成第一电极;
步骤S605:去除所述牺牲材料层,形成低声阻抗材料环30;
步骤S606:形成反射空腔,去除所述支撑衬底24,在所述电极材料层27根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成第二电极,得到以所述低声阻抗材料环30的外环面为边缘,且所述第一电极、所述压电层10和所述第二电极相互重叠的有效谐振区。
容易理解的是,在此实施例中,所形成的低声阻抗材料环30的材料为空气,在形成第一电极后,需要将牺牲材料层去除。
另外,在其他具体实施方式中,还可以在第一电极201一侧形成降耦结构40、有效框架结构50、凸起结构60等结构,具体内容可以参考前述各个实施例的描述,在此不再赘述。
上文描述了本发明实施例提供的多个实施例方案,各实施例方案介绍的各可选方式可在不冲突的情况下相互结合、交叉引用,从而延伸出多种可能的实施例方案,这些均可认为是本发明实施例披露、公开的实施例方案。
虽然本发明实施例披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (43)
1.一种体声波谐振器,其特征在于,包括:
压电层;
电极层,包括位于所述压电层上方的顶电极和位于所述压电层的下方的底电极,所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠形成有有效谐振区;
低声阻抗材料环,设置于所述有效谐振区内所述有效谐振区的边缘处,且位于所述压电层和所述电极层之间。
2.如权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,还包括:
降耦结构,位于所述有效谐振区的外部、所述低声阻抗材料环的外周部,与所述低声阻抗材料环连接。
3.如权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述低声阻抗材料环包括:
压电环形部,位于所述压电层的凹槽内;
电极环形部,位于所述电极层的凹槽内,在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上与所述压电环形部接触。
4.如权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述低声阻抗材料环的材料包括空气、氧化硅或氮化硅。
5.如权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述低声阻抗材料环在平行于所述压电层沿伸平面的方向上的宽度范围为0.1微米-10微米。
6.如权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述低声阻抗材料环在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上的厚度范围为大于0.01微米。
7.如权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,还包括:
有效框架结构,设置于所述压电层和所述压电层至少一侧的所述电极层之间、所述电极层远离所述压电层的一侧或所述电极层内,且位于所述低声阻抗材料环内侧,以使所述有效谐振区的边缘处的电极层向远离所述压电层的方向翘起。
8.如权利要求7所述的体声波谐振器,其特征在于,所述有效框架结构在平行于所述压电层沿伸平面的方向上的宽度范围为0.1微米-10微米。
9.如权利要求7所述的体声波谐振器,其特征在于,所述有效框架结构在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上的厚度范围为0.01微米-1微米。
10.如权利要求7所述的体声波谐振器,其特征在于,所述区域内框架结构的材料包括钼、钌、金、铝、镁、钨、铜,钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。
11.如权利要求10所述的体声波谐振器,其特征在于,所述有效框架结构的材料与其接触的所述电极层的材料相同。
12.如权利要求1-5任一项所述的体声波谐振器,其特征在于,还包括:
凸起结构,设置于所述顶电极或所述底电极远离所述压电层一侧,且位于所述有效谐振区的中心区域。
13.如权利要求12所述的体声波谐振器,其特征在于,所述凸起结构的边缘与所述低声阻抗材料环的内边缘的距离范围为0.1微米-10微米。
14.如权利要求6-13任一项所述的体声波谐振器,其特征在于,还包括:
凸起结构,设置于所述顶电极或所述底电极远离所述压电层一侧,且位于所述有效谐振区的中心区域。
15.如权利要求14所述的体声波谐振器,其特征在于,所述有效谐振区的中心区域形成有环形凹槽,所述环形凹槽内为所述凸起结构。
16.如权利要求14所述的体声波谐振器,其特征在于,所述有效框架结构的内边缘与所述凸起结构的边缘的距离范围为0.1微米-10微米。
17.如权利要求16所述的体声波谐振器,其特征在于,所述凸起结构厚度范围为0.003微米-1微米。
18.如权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述电极层还开设有:
顶电极刻蚀槽,位于所述顶电极所述有效谐振区的一端;
底电极刻蚀槽,位于所述底电极所述有效谐振区与所述顶电极刻蚀槽相对的一端;
电极连接孔,位于所述顶电极或所述底电极两端,且位于所述顶电极刻蚀槽和所述底电极刻蚀槽的外部,用于形成连接所述顶电极和所述底电极的导电塞,所述顶电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层,以及所述底电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层均为缓冲区域。
19.如权利要求18所述的体声波谐振器,其特征在于,所述缓冲区域宽度范围小于等于10微米。
20.如权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述电极层还开设有:
顶电极刻蚀槽,位于所述顶电极所述有效谐振区的一端;
底电极刻蚀槽,位于所述底电极所述有效谐振区与所述顶电极刻蚀槽相对的一端;
所述顶电极刻蚀槽和所述底电极刻蚀槽的侧壁均包括所述体声波谐振器的的支撑层。
21.一种体声波谐振器的形成方法,其特征在于,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成压电材料层;
在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环;
在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成底电极,形成反射空腔;
去除所述支撑衬底,在所述压电材料层的另一侧根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成顶电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠的有效谐振区。
22.如权利要求21所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤,包括:
在所述支撑衬底上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环的步骤包括:
填充所述凹槽形成所述低声阻抗材料环。
23.如权利要求21所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤,包括:
在所述支撑衬底上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环的压电环形部的预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环的步骤包括:
填充所述凹槽形成所述压电环形部;
根据所述低声阻抗材料环的电极环形部的预定位置,在所述压电环形部的上方形成所述电极环形部,得到所述低声阻抗材料环,所述在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上所述电极环形部与所述压电环形部接触。
24.如权利要求21所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤之后,还包括:
在所述压电材料层上的降耦结构预定位置形成降耦结构,所述降耦结构预定位置位于所述有效谐振区的外部、所述低声阻抗材料环预定位置的外周部,与所述低声阻抗材料环预定位置连接。
25.如权利要求21所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环步骤之后,还包括:
在所述有效谐振区内所述有效谐振区的边缘处,所述低声阻抗材料环环内部,所述压电材料层上形成有效框架结构。
26.如权利要求21所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成底电极的步骤之后,还包括:
在所述底电极上,所述低声阻抗材料环的中心区域形成凸起结构。
27.如权利要求26所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述底电极上,所述低声阻抗材料环的中心区域形成凸起结构的步骤包括:
在所述底电极上形成环形凹槽,形成位于所述低声阻抗材料环的中心区域的凸起结构。
28.如权利要求21所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成底电极的步骤,包括:
在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,形成底电极材料层;
根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置在所述底电极材料层的一端开设底电极刻蚀槽,所述低声阻抗材料环的外环面与所述底电极刻蚀槽的内槽面重合;
所述在所述压电材料层的另一侧根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成顶电极的步骤,包括:
在所述压电材料层的另一侧,形成顶电极材料层;
根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置在所述顶电极材料层与所述底电极刻蚀槽相对的一端开设顶电极刻蚀槽,所述低声阻抗材料环的外环面与所述顶电极刻蚀槽的内槽面重合;
在所述顶电极材料层上开设电极连接孔,所述电极连接孔位于所述顶电极刻蚀槽和所述底电极刻蚀槽的外部,形成缓冲区域,所述缓冲区域包括位于顶电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层,以及所述底电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层。
29.一种体声波谐振器的形成方法,其特征在于,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成压电材料层;
在所述压电材料层上,根据低声阻抗材料环预定位置的外环面形成底电极,形成反射空腔;
去除所述支撑衬底,在所述压电材料层的另一侧,所述低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环;
在所述压电材料层和所述低声阻抗材料环上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成顶电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠的有效谐振区。
30.一种体声波谐振器的形成方法,其特征在于,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成压电材料层;
在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层;
在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成底电极;
去除所述牺牲材料层,形成低声阻抗材料环;
形成反射空腔,去除所述支撑衬底,在所述压电材料层的另一侧根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成顶电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠的有效谐振区。
31.如权利要求30所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤,包括:
在所述支撑衬底上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层的步骤包括:
在所述凹槽内填充牺牲材料,形成所述牺牲材料层。
32.如权利要求30所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤,包括:
在所述支撑衬底上形成初始压电材料层;
根据所述低声阻抗材料环的压电环形部的预定位置在所述初始压电材料层上开设凹槽,形成所述压电材料层;
所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层的步骤,包括:
在所述凹槽内填充牺牲材料,形成第一牺牲材料层;
根据所述低声阻抗材料环的电极环形部的预定位置,在所述第一牺牲材料层的上方形成第二牺牲材料层,得到所述牺牲材料层,在垂直于所述压电层沿伸平面的方向上,所述第一牺牲材料层与所述第二牺牲材料层接触。
33.如权利要求30所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述支撑衬底上形成压电材料层的步骤之后,还包括:
在所述压电材料层上的降耦结构预定位置形成第三牺牲材料层,所述降耦结构预定位置位于所述有效谐振区的外部、所述低声阻抗材料环预定位置的外周部,与所述低声阻抗材料环预定位置连接;
所述在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成底电极的步骤之后,还包括:
去除所述第三牺牲材料层,形成所述降耦结构。
34.如权利要求30所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层步骤之后,还包括:
在所述有效谐振区内所述有效谐振区的边缘处,所述牺牲材料层内侧,所述压电材料层上形成有效框架结构。
35.如权利要求30所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成底电极的步骤之后,还包括:
在所述底电极上,所述牺牲材料层的中心区域形成凸起结构。
36.如权利要求35所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述底电极上,所述牺牲材料层的中心区域形成凸起结构的步骤包括:
在所述底电极上形成环形凹槽,形成位于所述牺牲材料层的中心区域的凸起结构。
37.如权利要求30所述的体声波谐振器的形成方法,其特征在于,所述在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成底电极的步骤,包括:
在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,形成底电极材料层;
根据所述牺牲材料层的位置在所述底电极材料层的一端开设底电极刻蚀槽,所述牺牲材料层的外环面与所述底电极刻蚀槽的内槽面重合;
所述在所述压电材料层的另一侧根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成顶电极的步骤,包括:
在所述压电材料层的另一侧,形成顶电极材料层;
根据所述牺牲材料层的外环面的位置在所述顶电极材料层与所述底电极刻蚀槽相对的一端开设顶电极刻蚀槽,所述牺牲材料层的外环面与所述顶电极刻蚀槽的内槽面重合;
在所述顶电极材料层上开设电极连接孔,所述电极连接孔位于所述顶电极刻蚀槽和所述底电极刻蚀槽的外部,形成缓冲区域,所述缓冲区域包括位于顶电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层,以及所述底电极刻蚀槽和所述电极连接孔之间的电极层。
38.一种体声波谐振器的形成方法,其特征在于,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成压电材料层;
在所述压电材料层上,根据低声阻抗材料环预定位置的外环面形成底电极,形成反射空腔;
去除所述支撑衬底,在所述压电材料层的另一侧,所述低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层;
在所述压电材料层和所述牺牲材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成顶电极;
去除所述牺牲材料层,形成低声阻抗材料环,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述顶电极、所述压电层和所述底电极相互重叠的有效谐振区。
39.一种体声波谐振器的形成方法,其特征在于,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成电极材料层;
在所述电极材料层上形成压电材料层;
在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成低声阻抗材料环;
在所述低声阻抗材料环和所述压电材料层上,根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成第一电极,形成反射空腔;
去除所述支撑衬底,在所述电极材料层根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成第二电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所第一电极、所述压电层和所述第二电极相互重叠的有效谐振区。
40.一种体声波谐振器的形成方法,其特征在于,包括:
提供支撑衬底;
在所述支撑衬底上形成电极材料层;
在所述电极材料层上形成压电材料层;
在所述压电材料层上的低声阻抗材料环预定位置形成牺牲材料层;
在所述牺牲材料层和所述压电材料层上,根据所述牺牲材料层的外环面的位置形成第一电极;
去除所述牺牲材料层,形成低声阻抗材料环;
形成反射空腔,去除所述支撑衬底,在所述电极材料层根据所述低声阻抗材料环的外环面的位置形成第二电极,得到以所述低声阻抗材料环的外环面为边缘,且所述第一电极、所述压电层和所述第二电极相互重叠的有效谐振区。
41.一种滤波器,其特征在于,包括:如权利要求1-20任一项所述的体声波谐振器。
42.一种通信设备,其特征在于,包括如权利要求41所述的滤波器。
43.一种终端,其特征在于,包括如权利要求41所述的滤波器。
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CN202310836264.XA CN116896346A (zh) | 2023-07-07 | 2023-07-07 | 一种体声波谐振器、形成方法、滤波器、通信设备及终端 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202310836264.XA CN116896346A (zh) | 2023-07-07 | 2023-07-07 | 一种体声波谐振器、形成方法、滤波器、通信设备及终端 |
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CN116896346A true CN116896346A (zh) | 2023-10-17 |
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ID=88310266
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CN202310836264.XA Pending CN116896346A (zh) | 2023-07-07 | 2023-07-07 | 一种体声波谐振器、形成方法、滤波器、通信设备及终端 |
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CN (1) | CN116896346A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117294278A (zh) * | 2023-11-24 | 2023-12-26 | 广州市艾佛光通科技有限公司 | 一种复合型谐振器及其制备方法 |
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2023
- 2023-07-07 CN CN202310836264.XA patent/CN116896346A/zh active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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