CN117544127A - 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 PDF

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Abstract

本发明公开了一种体声波谐振器及其制备方法。其中,该体声波谐振器包括:包括衬底、换能器堆叠结构和保护层,换能器堆叠结构位于衬底一侧;衬底中设置有空腔,空腔贯穿部分衬底;换能器堆叠结构中设置有释放通道,释放通道贯穿换能器堆叠结构且与空腔连通;保护层设置在换能器堆叠结构远离衬底一侧的表面,保护层包括防水材料。本发明的技术方案,本发明的技术方案,在体声波谐振器中设置具有防水材料的保护层,并使得保护层设置在换能器堆叠结构的表面,隔离激励电极、压电层与空气中的水汽,保护换能器堆叠结构免于受水汽的影响,提高了体声波谐振器的可靠性。

Description

一种体声波谐振器及其制备方法
技术领域
本发明涉及谐振器技术领域,尤其涉及一种体声波谐振器及其制备方法。
背景技术
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。
由于体声波谐振器的横向尺寸大多在微米量级,薄膜厚度尺寸大多在纳米量级,因此体声波谐振器对外部环境非常敏感,空气中的水分子和气体可以与器件表面发生相互作用带来性能恶化和可靠性下降的问题。
现有技术通常在体声波谐振器的上表面沉积一层钝化层来进行保护。而传统的钝化层材料一般为氮化铝或钪掺杂氮化铝薄膜,虽然能够对器件起到一定的保护作用,但在高温环境中难以长时间阻挡水汽的干扰,进而导致电极和压电材料容易变形,从而导致体声波谐振器性能恶化,出现频率发生偏移等问题。
发明内容
本发明提供了一种体声波谐振器及其制备方法,以解决现有技术中激励电极和压电层易受空气中的水汽影响,进而导致体声波谐振器可靠性下降的问题。
根据本发明的一方面,提供了一种体声波谐振器,其中包括衬底、换能器堆叠结构和保护层,换能器堆叠结构位于衬底一侧;
衬底中设置有空腔,空腔贯穿部分衬底;
换能器堆叠结构中设置有释放通道,释放通道贯穿换能器堆叠结构且与空腔连通;
保护层设置在换能器堆叠结构远离衬底一侧的表面,保护层包括防水材料。
可选的,体声波谐振器还包括钝化层;
钝化层位于保护层和换能器堆叠结构之间,钝化层覆盖换能器堆叠结构;
保护层的密度大于钝化层的密度。
可选的,保护层还设置在释放通道的内壁以及空腔的内壁。
可选的,保护层包括无机氧化物材料、金属氧化物材料和氮化物材料中的一种或多种。
可选的,换能器堆叠结构包括叠层设置的底电极层、压电层和上电极层;
体声波谐振器还包括第一电极板和第二电极板;
第一电极板贯穿保护层和压电层与底电极层连接,第二电极板贯穿保护层与上电极层连接。
可选的,衬底包括底层衬底、中部绝缘层和顶层衬底,顶层衬底位于靠近换能器堆叠结构一侧;
空腔贯穿顶层衬底;
体声波谐振器还包括保护墙;
保护墙覆盖空腔侧壁,且保护墙在保护层和空腔的侧壁之间。
可选的,体声波谐振器还包括种子层;
种子层位于衬底和换能器堆叠结构之间,种子层覆盖衬底。
根据本发明的另一方面,提供了一种体声波谐振器的制备方法,其中包括:
提供衬底;
在衬底一侧生长换能器堆叠结构;
刻蚀换能器堆叠结构,以形成释放通道;并向释放通道中通入腐蚀气体以腐蚀衬底并在衬底中形成空腔;
在换能器堆叠结构远离衬底一侧沉积一层保护层,以使保护层设置在换能器堆叠结构远离衬底一侧的表面;
保护层包括防水材料。
可选的,在换能器堆叠结构远离衬底一侧沉积一层保护层,包括:
采用原子层沉积技术在换能器堆叠结构远离衬底一侧沉积一层保护层。
可选的,在衬底一侧生长换能器堆叠结构,包括:
在保护层远离衬底一侧依次生长底电极层和压电层,并对压电层图案化,形成贯穿压电层的凹槽;
在压电层远离衬底一侧生长上电极层;
在上电极层远离衬底一侧生长电极板层,并对电极板层图案化,形成第一电极板和第二电极板。
本发明的技术方案,在体声波谐振器中设置具有防水材料的保护层,并使得保护层设置在换能器堆叠结构的表面,隔离激励电极、压电层与空气中的水汽,保护换能器堆叠结构免于受水汽的影响,提高了体声波谐振器的可靠性。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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发明的一些实施例,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他的附图。
图1是根据本发明实施例提供的第一种体声波谐振器的结构示意图;
图2是根据本发明实施例提供的第二种体声波谐振器的结构示意图;
图3是根据本发明实施例提供的第三种体声波谐振器的结构示意图;
图4是根据本发明实施例提供的第四种体声波谐振器的结构示意图;
图5是根据本发明实施例提供的第一种体声波谐振器的制备方法的流程图;
图6是根据本发明实施例提供的第一种体声波谐振器的制备过程示意图;
图7是根据本发明实施例提供的第二种体声波谐振器的制备方法的流程图;
图8是根据本发明实施例提供的第二种体声波谐振器的制备过程示意图;
图9是根据本发明实施例提供的第三种体声波谐振器的制备方法的流程图;
图10是根据本发明实施例提供的第三种体声波谐振器的制备过程示意图;
图11是根据本发明实施例提供的第四种体声波谐振器的制备方法的流程图;
图12是根据本发明实施例提供的第四种体声波谐振器的制备过程示意图;
图13是根据本发明实施例提供的第五种体声波谐振器的制备方法的流程图;
图14是根据本发明实施例提供的第五种体声波谐振器的制备过程示意图;
图15是根据本发明实施例提供的一种体声波滤波器的结构示意图;
图16是现有技术中体声波滤波器高加速温湿度试验测试结果;
图17是根据本发明实施例提供的一种体声波滤波器高加速温湿度试验测试宽带响应图;
图18是根据本发明实施例提供的一种体声波滤波器高加速温湿度试验测试窄带响应图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明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的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是根据本发明实施例提供的第一种体声波谐振器的结构示意图。如图1所示,该体声波谐振器包括:
衬底10、换能器堆叠结构20和保护层114,换能器堆叠结构20位于衬底10一侧;
衬底10中设置有空腔113,空腔113贯穿部分衬底10;
换能器堆叠结构20中设置有释放通道112,释放通道112贯穿换能器堆叠结构20且与空腔113连通;
保护层114设置在换能器堆叠结构20远离衬底10一侧的表面,保护层114包括防水材料。
其中,在体声波谐振器中,换能器堆叠结构20可包括激励电极,以及设置在激励电极之间的压电层,换能器堆叠结构20设置在衬底10一侧,通过激励电极引起体声波谐振器各层的机械震荡。另外,在换能器堆叠结构20中还包括释放通道112,释放通道112贯穿换能器堆叠结构20。可以理解的是,换能器堆叠结构20中的释放通道112可以包括多个,释放通道112用于向衬底10一侧通入腐蚀气体。其中,可同时向多个释放通道112通入腐蚀气体,提高空腔113的形成速率。
其中,现有技术中体声波谐振器的横向尺寸大多在微米量级,各层薄膜的厚度尺寸大概在纳米量级,因此体声波滤波器对外部环境非常敏感,空气中的水分子和气体可以与激励电极、压电层或者体声波谐振器中的其他结构发生相互作用带来性能恶化和可靠性下降的问题。因此,本发明实施例在体声波谐振器中设置保护层114,保护层114设置在换能器堆叠结构20远离衬底10一侧的表面,保护层114覆盖换能器堆叠结构20且保护层114为防水材料,例如为各种隔水薄膜,如此设置使得保护层114可以将体声波谐振器中的激励电极和压电层与空气中的水汽隔绝,阻挡水汽对体声波谐振器性能的影响,实现了对体声波谐振器的原位保护。
在一些实施例中,保护层114包括无机氧化物材料、金属氧化物材料和氮化物材料中的一种或多种。其中,无机氧化物材料可为SiO2等,金属氧化物材料可为Al2O3、Zr2O3、TiO2等,氮化物材料可为AlN,SiN等,也可以为上述材料的多种复合薄膜,起到隔离水汽的作用。
本发明实施例中的技术方案,在体声波谐振器中设置具有防水材料的保护层,并使得保护层设置在换能器堆叠结构的表面,隔离激励电极、压电层与空气中的水汽,保护换能器堆叠结构免于受水汽的影响,提高了体声波谐振器的可靠性。
可选的,继续参考图1所示,换能器堆叠结构20包括叠层设置的底电极层105、压电层106和上电极层107;
体声波谐振器还包括第一电极板111a和第二电极板111b;
第一电极板111a贯穿保护层114和压电层106与底电极层105连接,第二电极板111b贯穿保护层114与上电极层107连接。
其中,底电极层105和上电极层107为激励电极,两个激励电极之间包括压电层106。底电极层105上电极层107作为激励电极,用于引起体声波谐振器各层之间的机械震荡,压电层106实现压电激励的作用。释放通道112贯穿底电极层105、压电层106和上电极层107与空腔113连通,实现对空腔113的制备。
其中,第一电极板111a用于引出底电极层105将底电极层105与外部电路连接,第二电极板111b用于引出上电极层107将上电极层107与外部电路连接。将第一电极板111a贯穿压电层106与底电极层105连接,使得外部电路可通过与第一电极板111a连接进而与底电极层105连接;将第二电极板111b与上电极层107连接,使得外部电路可通过与第二电极板111b连接进而与上电极层107连接。
在一些实施例中,在制备保护层114之前可刻蚀压电层106,暴露出底电极层105并形成凹槽并沉积电极板层,并图案化电极板层形成第一电极板111a和第二电极板111b。
本发明实施例中的技术方案,通过在体声波谐振器中设置第一电极板和第二电极板,并将第一电极板与底电极层连接,将第二电极板与上电极层连接,实现了体声波谐振器与外部电路的连接。
可选的,图2是根据本发明实施例提供的第二种体声波谐振器的结构示意图,如图2所示,体声波谐振器还包括钝化层109;
钝化层109位于保护层114和换能器堆叠结构20之间,钝化层109覆盖换能器堆叠结构20;
保护层114的密度大于钝化层109的密度。
其中,钝化层109设置在保护层114和换能器堆叠结构20之间,覆盖换能器堆叠结构20,一方面钝化层109可以进一步起到对换能器堆叠结构20的保护作用,一方面钝化层109还可起到调频的作用,通过调节钝化层109的厚度调节体声波谐振器的频率使得体声波谐振器达到目标频率。
在一些实施例中钝化层109常用化学气相沉积的方式,其材料可为氮化铝或钪掺杂氮化铝薄膜;而保护层114常采用原子层沉积的方式,当保护层114同样采用氮化铝材料时,不同的沉积方式使得保护层114的沉积密度大于钝化层109的沉积密度,保护层114沉积密度大,可以更好的隔绝空气中的水汽和高温,起到更好的保护作用。
可以理解的是,由于钝化层109还具有一定的调频作用,故钝化层需具有与体声波谐振器补偿频率相适应的厚度。另外,本发明实施例中的保护层114也可采用其他防水材料,本发明实施例对此不做限定。
本发明实施例中的技术方案,通过在保护层和换能器堆叠结构之间设置钝化层,使得钝化层一方面可以起到保护换能器堆叠结构的作用,一方面可以起到调频的作用,使得体声波谐振器具有钝化层和保护层双层保护的作用,进一步增强了体声波谐振器的可靠性。
可选的,图3是根据本发明实施例提供的第三种体声波谐振器的结构示意图,如图3所示,保护层114还设置在释放通道112的内壁以及空腔113的内壁。
其中,由于换能器堆叠结构20包括与空腔113连通的释放通道112,故在采用原子层沉积的方式生长保护层114时,沉积过程中反应气体和粒子会经过释放通道112到达空腔113,并在空腔113的各个表面形成保护层114,如此即使得保护层114覆盖释放通道112的内壁以保护释放通道112的侧壁的压电层106免于水汽的干扰,增强了体声波谐振器的可靠性,同时保护层114覆盖空腔113的内壁可以进一步保证底部的激励电极免于水汽的影响,增强了体声波谐振器的可靠性。
可选的,图4是根据本发明实施例提供的第四种体声波谐振器的结构示意图,如图4所示,衬底10包括底层衬底201、中部绝缘层202和顶层衬底203,顶层衬底203位于靠近换能器堆叠结构20一侧;
空腔113贯穿顶层衬底203;
体声波谐振器还包括保护墙204;
保护墙204覆盖空腔113侧壁,且保护墙204在保护层114和空腔113的侧壁之间。
其中,衬底10可为绝缘衬底10上的硅(Silicon-On-Insulator,SOI)衬底10。在SOI衬底10中包括底层衬底201、中部绝缘层202和顶层衬底203。保护墙204起到对空腔113范围限定的作用。保护墙204设置在空腔113的侧壁,可起到隔离衬底10与空腔113的作用。
具体的,在制备过程中,腐蚀气体经释放通道112进入衬底10,经保护墙204侧壁的限制和中部绝缘层202的限制,使得空腔113的限制范围固定,进而形成贯穿顶层衬底203的空腔113结构。
本发明实施例中,采用SOI结构衬底一方面可限定空腔的范围,另一方面可起到隔离电流减少寄生电容的作用。同时,本发明实施例中还设置保护墙,在腐蚀气体通过释放通道进入衬底时,由于保护墙的作用,可以进一步避免腐蚀气体在衬底侧壁过释放的问题。
在实际工艺流程中,可先在衬底10一侧刻蚀定位凹槽,进一步在衬底10表面和定位凹槽中沉积保护墙204,之后对保护墙204进行研磨,至暴露出衬底10表面,使得保护墙204仅填充在定位凹槽中。可以理解的是,定位凹槽为腐蚀气体对衬底10腐蚀前对空腔113范围限定的结构,定位凹槽围绕区域即为空腔113的区域。
可选的,如图2所示,体声波谐振器还包括种子层104;
种子层104位于衬底10和换能器堆叠结构20之间,种子层104覆盖衬底10。
具体的,种子层104可为与换能器堆叠结构20中的压电层106晶格匹配的材料,例如为氮化铝材料或钪氮化铝材料,使得后续换能器堆叠结构20中压电层106有更好的晶轴生长取向,提高压电层106沉积的质量,进而提高体声波谐振器的Q值。例如,在制备种子层104过程中,可采用高温PVD或者MOCVD的方式,使得AlN薄膜可获得较好的c轴取向,有利于后续换能器堆叠结构20中压电层106的c轴择优取向生长,提高压电层106沉积的质量,进而提高体声波谐振器的Q值。
本发明实施例的技术方案,通过在衬底和换能器堆叠结构之间设置种子层,一方面种子层位于空腔和换能器堆叠结构之间,可以诱导底电极层的生长;另一方面,由于种子层和压电层的晶格匹配可进一步提高压电层的沉积质量,进而提高体声波谐振器的Q值。
基于同样的发明构思,图5是根据本发明实施例提供的第一种体声波谐振器的制备方法的流程图,图6是根据本发明实施例提供的第一种体声波谐振器的制备过程示意图,结合图5和图6所示,本发明实施例还提供了一种体声波谐振器的制备方法,其中包括:
S10、提供衬底。
其中,衬底10可为Si衬底、SiC衬底和蓝宝石衬底,也可为SOI衬底。
其中,步骤S10对应图6中的a步骤,参考a步骤所示。
当衬底10为Si衬底、SiC衬底和蓝宝石衬底时,为了后续空腔113的形成,可在衬底10中预先刻蚀第三凹槽,此第三凹槽的范围即为空腔113的范围。进一步在第三凹槽中沉积牺牲层,并采用化学机械抛光的方法将牺牲层磨平,暴露出衬底10表面,使得牺牲层仅填充在第三凹槽中,以保证后续空腔113的形成(图中未示出)。
具体的,当衬底10为SOI衬底时,由于SOI衬底中包括底层衬底201、中部绝缘层202和顶层衬底203,可进一步在衬底10中设置保护墙204。首先在衬底10中刻蚀定位凹槽,定位凹槽围绕区域即为空腔113的范围。进一步在第三凹槽中沉积保护墙204,并采用化学机械抛光的方法将保护墙204磨平,暴露出衬底10表面,使得保护墙204仅填充在定位凹槽中。此保护墙204不与腐蚀气体发生反应,进而保护墙204、中部绝缘层202可起到对空腔113进行限位的作用(图中未示出)。
S11、在衬底一侧生长换能器堆叠结构。
其中,步骤S11对应图6中的b步骤,参考b步骤所示,由于换能器堆叠结构20中包括底电极层105、压电层106和上电极层107,故在衬底10一侧生长换能器堆叠结构20,包括:在衬底10一侧依次生长底电极层105、压电层106和上电极层107。
S12、刻蚀换能器堆叠结构,以形成释放通道;并向释放通道中通入腐蚀气体以腐蚀衬底并在衬底中形成空腔。
其中,步骤S12对应图6中的c步骤,参考c步骤所示,在换能器堆叠结构20上刻蚀释放通道112,该释放通道112可包括多个,使得释放通道112贯通换能器堆叠结构20,使得通过释放通道112进入的腐蚀气体可以与衬底10充分接触。可以理解的是,释放通道112的范围需在与空腔113的对应范围内,即经过释放通道112的腐蚀气体需进入第三凹槽定位的范围或者定位凹槽定位的范围内,以保证空腔113的形成。
其中,向释放通道112中通入腐蚀气体,腐蚀气体与顶层衬底203或者牺牲层发生反应形成空腔113。
S13、在换能器堆叠结构远离衬底一侧沉积一层保护层,以使保护层设置在换能器堆叠结构远离衬底一侧的表面;保护层包括防水材料。
其中,步骤S13对应图6中的d步骤,参考d步骤所示,在换能器堆叠结构20远离衬底10一侧沉积一层保护层114,使得保护层114覆盖换能器堆叠结构20远离衬底10一侧的表面,即覆盖换能器堆叠结构20中的上电极层107和压电层106,且保护层114为防水材料,例如为各种隔水薄膜,如此设置使得保护层114可以将体声波谐振器中的激励电极和压电层106与空气中的水汽隔绝,阻挡水汽对体声波谐振器性能的影响,实现了对体声波谐振器的原位保护。
本发明实施例中的技术方案,在体声波谐振器中设置具有防水材料的保护层,并使得保护层设置在换能器堆叠结构的表面,隔离激励电极、压电层与空气中的水汽,保护换能器堆叠结构免于受水汽的影响,提高了体声波谐振器的可靠性。
在上述实施例的基础上,图7是根据本发明实施例提供的第二种体声波谐振器的制备方法的流程图,图8是根据本发明实施例提供的第二种体声波谐振器的制备过程示意图,结合图7和图8所示,该制备方法包括:
S20、提供衬底。
S21、在衬底一侧生长换能器堆叠结构。
S22、刻蚀换能器堆叠结构,以形成释放通道;并向释放通道中通入腐蚀气体以腐蚀衬底并在衬底中形成空腔。
S23、采用原子层沉积技术在换能器堆叠结构远离衬底一侧沉积一层保护层。
其中,步骤S23对应图8中的e步骤,参考e步骤所示,原子层沉积技术可为将物质以单原子膜层的形式,一层层镀在换能器堆叠结构20表面的方式。由于换能器堆叠结构20中包括释放通道112,以及与释放通道112连通的空腔113,故在采用原子层沉积的方式生长保护层114时,沉积过程中反应气体和粒子会经过释放通道112到达空腔113,并在空腔113的各个表面形成保护层114,如此即使得保护层114覆盖释放通道112的内壁以保护释放通道112的侧壁的压电层106免于水汽的干扰,增强了体声波谐振器的可靠性,同时保护层114覆盖空腔113的内壁可以进一步保证底部的激励电极免于水汽的影响,增强了体声波谐振器的可靠性。
在上述实施例的基础上,图9是根据本发明实施例提供的第三种体声波谐振器的制备方法的流程图,图10是根据本发明实施例提供的第三种体声波谐振器的制备过程示意图,结合图9和图10所示,该制备方法包括:
S30、提供衬底。
S31、在保护层远离衬底一侧依次生长底电极层和压电层,并对压电层图案化,形成贯穿压电层的凹槽。
其中,步骤S31对应图10中的f步骤,参考f步骤所示,由于第一电极板111a需与底电极层105连接,故需刻蚀压电层106形成凹槽107,凹槽107用于后续根据第一电极板111a引出底电极层105。
S32、在压电层远离衬底一侧生长上电极层。
其中,步骤S32对应图10中的g步骤,参考g步骤所示,在压电层106远离衬底10一侧生长上电极层107并图案化,使得上电极层107分为两部分一部分在压电层106表面(如图10中108b所示),一部分在凹槽中用于引出底电极层105(如图10中108a所示),由于压电层106为绝缘层,在凹槽中设置部分上电极层107与底电极层105连接,可将底电极层105引出,便于后续将底电极层105与外部电路连接。
S33、在上电极层远离衬底一侧生长电极板层,并对电极板层图案化,形成第一电极板和第二电极板。
其中,步骤S33对应图10中的h步骤,参考h步骤所示,在换能器堆叠结构20远离衬底10一侧生长电极板层,使得电极板层覆盖上电极层107表面和凹槽,并对电极板层图案化,形成第一电极板111a和第二电极板111b,第一电极板111a贯穿压电层106与底电极层105连接,使得外部电路可通过与第一电极板111a连接进而与底电极层105连接;第二电极板111b与上电极层107连接,使得外部电路可通过与第二电极板111b连接进而与上电极层107连接。
S34、刻蚀换能器堆叠结构,以形成释放通道;并向释放通道中通入腐蚀气体以腐蚀衬底并在衬底中形成空腔。
S35、在换能器堆叠结构远离衬底一侧沉积一层保护层,以使保护层设置在换能器堆叠结构远离衬底一侧的表面;保护层包括防水材料。
本发明实施例中的技术方案,通过在体声波谐振器中设置第一电极板和第二电极板,并将第一电极板与底电极层连接,将第二电极板与上电极层连接,实现了体声波谐振器与外部电路的连接。
在上述实施例的基础上,图11是根据本发明实施例提供的第四种体声波谐振器的制备方法的流程图,图12是根据本发明实施例提供的第四种体声波谐振器的制备过程示意图,如图11所示的制备方法中的衬底10为Si衬底,该制备方法包括:
S40、提供衬底并在衬底一侧刻蚀第三凹槽。
其中,步骤S40对应图12中的i步骤,参考i步骤所示,图12中提供衬底10并在衬底10一侧刻蚀第三凹槽102。
S41、在衬底上靠近第三凹槽一侧生长牺牲层,并研磨暴露出衬底表面,使得牺牲层仅填充在第三凹槽中。
其中,步骤S41对应图12中的j步骤,参考j步骤所示,在衬底10上靠近第三凹槽102一侧生长牺牲层103,并研磨暴露出衬底表面,使得牺牲层103仅填充在第三凹槽中。
S42、在衬底上靠近牺牲层一侧生长种子层。
其中,步骤S42对应图12中的k步骤,参考k步骤所示,种子层为图12中104处所示。
S43、在种子层远离衬底一侧依次生长底电极层和压电层,并对压电层图案化,形成贯穿压电层的凹槽。
其中,步骤S43对应图12中的l步骤,参考l步骤所示。
S44、在压电层远离衬底一侧生长上电极层。
其中,步骤S44对应图12中的m步骤,参考m步骤所示。
S45、在上电极层远离衬底一侧生长钝化层,并图案化钝化层。
其中,步骤S45对应图12中的n步骤,参考n步骤所示。可以理解的是,钝化层109图案化的目的是暴露出底电极层105和上电极层108,图案化后包括第一开口110a和第二开口110b,以便后续沉积电极板层。
S46、在钝化层远离衬底一侧生长上电极板层,并对电极板层图案化,形成第一电极板和第二电极板。
其中,步骤S46对应图12中的o步骤,参考o步骤所示。
S47、刻蚀换能器堆叠结构,以形成释放通道;并向释放通道中通入腐蚀气体以腐蚀衬底并在衬底中形成空腔。
其中,步骤S47对应图12中的p步骤,参考p步骤所示。
S48、在钝化层远离衬底一侧沉积一层保护层,并图案化保护层以暴露出第一电极板和第二电极板。
其中,步骤S48对应图12中的q步骤,参考q步骤所示。
在上述实施例的基础上,图13是根据本发明实施例提供的第五种体声波谐振器的制备方法的流程图,图14是根据本发明实施例提供的第五种体声波谐振器的制备过程示意图,如图13所示的制备方法中的衬底10为SOI衬底,该制备方法包括:
S50、提供衬底并在衬底一侧刻蚀定位凹槽。
其中,步骤S50对应图14中的r步骤,参考r步骤所示,图14中提供衬底10并在衬底10一侧刻蚀定位凹槽205。
S51、在衬底上靠近定位凹槽一侧生长保护墙,并研磨暴露出衬底表面,使得保护墙仅填充在定位凹槽中。
其中,步骤S51对应图14中的s步骤,参考s步骤所示,图14中的保护墙204填充在定位凹槽205中,实现对空腔113的限位。
S52、在衬底上靠近保护墙一侧生长种子层。
其中,步骤S52对应图14中的t步骤,参考t步骤所示,图14中种子层为104处。
S53、在种子层远离衬底一侧依次生长底电极层和压电层,并对压电层图案化,形成贯穿压电层的凹槽。
其中,步骤S53对应图14中的u步骤,参考u步骤所示。
S54、在压电层远离衬底一侧生长上电极层。
其中,步骤S54对应图14中的v步骤,参考v步骤所示。
S55、在上电极层远离衬底一侧生长钝化层,并图案化钝化层。
其中,步骤S55对应图14中的w步骤,参考w步骤所示。可以理解的是,钝化层109图案化的目的是暴露出底电极层105和上电极层108,图案化后包括第一开口110a和第二开口110b,以便后续沉积电极板层。
S56、在钝化层远离衬底一侧生长上电极板层,并对电极板层图案化,形成第一电极板和第二电极板。
其中,步骤S56对应图14中的x步骤,参考x步骤所示。
S57、刻蚀换能器堆叠结构,以形成释放通道;并向释放通道中通入腐蚀气体以腐蚀衬底并在衬底中形成空腔。
其中,步骤S57对应图14中的y步骤,参考y步骤所示。
S58、在钝化层远离衬底一侧沉积一层保护层,并图案化保护层以暴露出第一电极板和第二电极板。
其中,步骤S58对应图14中的z步骤,参考z步骤所示。
基于同样的发明构思,图15是根据本发明实施例提供的一种体声波滤波器的结构示意图,本发明实施例还提供了一种体声波滤波器,体声波滤波器中包括输入端口31、输出端口32和多个体声波谐振器30。
其中,由于每个体声波谐振器30上下表面均覆盖有保护层,可使体声波滤波器免于水汽干扰,增加了体声波滤波器的可靠性。
图16是现有技术中体声波滤波器高加速温湿度试验测试结果,如图16所示,图16中高加速温湿度试验(ubias Highly Accelerated Stress Test,uHAST)的条件为温度130℃,相对湿度85%,气压为33.3psi,测试时间为96小时。如图16所示,虽然现有技术中的体声波滤波器底电极层和上电极层分别被钝化层和种子层保护,但钝化层和种子层常用的材料为氮化铝或钪掺杂氮化铝薄膜,其可靠性不高,难以长时间阻挡水汽的干扰,导致电极材料或压电材料变形,导致频率发生偏移。
图17是根据本发明实施例提供的一种体声波滤波器高加速温湿度试验测试宽带响应图,图18是根据本发明实施例提供的一种体声波滤波器高加速温湿度试验测试窄带响应图,如图17和18所示,由于本发明中体声波滤波器的表面均覆盖有保护层,进行uHAST实验后,滤波器的频率基本不发生偏移,uHAST前后曲线基本一致。因此,从图16、图17和图18中可以看出,由于每个体声波谐振器表面均覆盖有保护层,可使体声波滤波器免于水汽干扰,增加了体声波滤波器的可靠性。
应该理解,可以使用上面所示的各种形式的流程,重新排序、增加或删除步骤。例如,本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行,只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果,本文在此不进行限制。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种体声波谐振器,其特征在于,包括衬底、换能器堆叠结构和保护层,所述换能器堆叠结构位于所述衬底一侧;
所述衬底中设置有空腔,所述空腔贯穿部分所述衬底;
所述换能器堆叠结构中设置有释放通道,所述释放通道贯穿所述换能器堆叠结构且与所述空腔连通;
所述保护层设置在所述换能器堆叠结构远离所述衬底一侧的表面,所述保护层包括防水材料。
2.根据权利要求1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钝化层;
所述钝化层位于所述保护层和所述换能器堆叠结构之间,所述钝化层覆盖所述换能器堆叠结构;
所述保护层的密度大于所述钝化层的密度。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述保护层还设置在所述释放通道的内壁以及所述空腔的内壁。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述保护层包括无机氧化物材料、金属氧化物材料和氮化物材料中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述换能器堆叠结构包括叠层设置的底电极层、压电层和上电极层;
所述体声波谐振器还包括第一电极板和第二电极板;
所述第一电极板贯穿所述保护层和所述压电层与所述底电极层连接,所述第二电极板贯穿所述保护层与所述上电极层连接。
6.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其特征在于,所述衬底包括底层衬底、中部绝缘层和顶层衬底,所述顶层衬底位于靠近所述换能器堆叠结构一侧;
所述空腔贯穿所述顶层衬底;
所述体声波谐振器还包括保护墙;
所述保护墙覆盖所述空腔侧壁,且所述保护墙在所述保护层和所述空腔的侧壁之间。
7.根据权利要求1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种子层;
所述种子层位于所述衬底和所述换能器堆叠结构之间,所述种子层覆盖所述衬底。
8.一种体声波谐振器的制备方法,其特征在于,包括:
提供衬底;
在所述衬底一侧生长换能器堆叠结构;
刻蚀所述换能器堆叠结构,以形成释放通道;并向所述释放通道中通入腐蚀气体以腐蚀所述衬底并在所述衬底中形成空腔;
在所述换能器堆叠结构远离所述衬底一侧沉积一层保护层,以使所述保护层设置在所述换能器堆叠结构远离所述衬底一侧的表面;
所述保护层包括防水材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,在所述换能器堆叠结构远离所述衬底一侧沉积一层保护层,包括:
采用原子层沉积技术在所述换能器堆叠结构远离所述衬底一侧沉积一层保护层。
10.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,
在所述衬底一侧生长换能器堆叠结构,包括:
在所述保护层远离所述衬底一侧依次生长底电极层和压电层,并对所述压电层图案化,形成贯穿所述压电层的凹槽;
在所述压电层远离所述衬底一侧生长上电极层;
在所述上电极层远离所述衬底一侧生长电极板层,并对所述电极板层图案化,形成第一电极板和第二电极板。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170179365A1 (en) * 2015-12-17 2017-06-22 Seiko Epson Corporation Piezoelectric device for ultrasonic sensor
CN108566174A (zh) * 2018-04-17 2018-09-21 武汉大学 预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器及制备方法
US20190187102A1 (en) * 2017-12-19 2019-06-20 The University Of British Columbia Layered structure and method for fabricating same
US20200091888A1 (en) * 2018-09-18 2020-03-19 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk-acoustic wave resonator and method for manufacturing the same
CN111262541A (zh) * 2019-12-31 2020-06-09 诺思(天津)微系统有限责任公司 体声波谐振器及其封装方法、滤波器、电子设备
CN112039485A (zh) * 2020-03-31 2020-12-04 中芯集成电路(宁波)有限公司 一种薄膜压电声波滤波器及其制造方法
CN113810009A (zh) * 2021-09-22 2021-12-17 武汉敏声新技术有限公司 薄膜体声波谐振器及其制备方法、薄膜体声波滤波器
CN114684772A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 中芯集成电路(宁波)有限公司 半导体器件及其制作方法
CN216929986U (zh) * 2022-03-07 2022-07-08 苏州汉天下电子有限公司 一种谐振器和滤波器

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170179365A1 (en) * 2015-12-17 2017-06-22 Seiko Epson Corporation Piezoelectric device for ultrasonic sensor
US20190187102A1 (en) * 2017-12-19 2019-06-20 The University Of British Columbia Layered structure and method for fabricating same
CN108566174A (zh) * 2018-04-17 2018-09-21 武汉大学 预设空腔防护墙型薄膜体声波谐振器及制备方法
US20200091888A1 (en) * 2018-09-18 2020-03-19 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk-acoustic wave resonator and method for manufacturing the same
CN111262541A (zh) * 2019-12-31 2020-06-09 诺思(天津)微系统有限责任公司 体声波谐振器及其封装方法、滤波器、电子设备
CN112039485A (zh) * 2020-03-31 2020-12-04 中芯集成电路(宁波)有限公司 一种薄膜压电声波滤波器及其制造方法
CN114684772A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 中芯集成电路(宁波)有限公司 半导体器件及其制作方法
CN113810009A (zh) * 2021-09-22 2021-12-17 武汉敏声新技术有限公司 薄膜体声波谐振器及其制备方法、薄膜体声波滤波器
US20230091745A1 (en) * 2021-09-22 2023-03-23 Wuhan MEMSonics Technologies Co.,Ltd. Film Bulk Acoustic Resonator and Manufacturing Method therefor, and Film Bulk Acoustic Wave Filter
CN216929986U (zh) * 2022-03-07 2022-07-08 苏州汉天下电子有限公司 一种谐振器和滤波器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘一声: "声表面波传感器的最新进展", 传感器技术, no. 05, 30 October 1988 (1988-10-30) *
彭霄;田本朗;毛世平;杜波;蒋欣;徐阳;马晋毅;蒋平英;: "LiNbO_3单晶薄膜体声波谐振器的研制", 压电与声光, no. 03, 15 June 2019 (2019-06-15) *

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