CN117957772A - 体声波谐振结构及其制备方法、声波器件 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提供一种体声波谐振结构及其制备方法、声波器件。体声波谐振结构包括：衬底；依次位于衬底上的反射结构、第一电极、压电层和第二电极；其中，第一电极在所述衬底的正投影、压电层在衬底的正投影与第二电极在衬底的正投影的重叠区域为第一重叠区；第一电极，包括第一部分、第二部分以及第三部分，第二部分连接第一部分和第三部分；其中，第一部分在衬底的正投影落入第一重叠区内，且第一部分沿平行于衬底表面方向延伸；第二部分和第三部分在衬底的正投影落入第一重叠区以外区域，且第二部分相对于衬底表面具有倾斜角度，第三部分沿平行于衬底表面方向延伸；第一部分在垂直于衬底表面方向上高于第三部分。
Description
相关申请的交叉引用
本申请基于申请号为63/262,586、申请日为2021年10月15日的美国临时专利申请提出，并要求该美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的全部内容在此引入本申请作为参考。
本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种体声波谐振结构及其制备方法、声波器件。
在广泛使用的诸如移动电话的通信设备中，通常包括使用声波的声波器件作为通讯设备的滤波器。作为声波器件的示例，存在使用表面声波(Surface Acoustic Wave，SAW)的器件，或者使用体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)的器件等。声波器件的性能会影响通信设备的通信效果。
随着通讯技术的发展，如何在顺应通信设备集成化和小型化发展趋势的同时，提高声波器件的性能成为亟待解决的问题。
发明内容
第一方面，本公开实施例提供了一种体声波谐振结构，包括：衬底；依次位于衬底上的反射结构、第一电极、压电层和第二电极；其中，第一电极在衬底的正投影、压电层在衬底的正投影与第二电极在衬底的正投影的重叠区域为第一重叠区；第一电极，包括第一部分、第二部分以及第三部分，第二部分连接第一部分和第三部分；其中，第一部分在衬底的正投影落入第一重叠区内，且第一部分沿平行于衬底表面方向延伸；第二部分和第三部分在衬底的正投影落入第一重叠区以外区域，且第二部分相对于 衬底表面具有倾斜角度，第三部分沿平行于衬底表面方向延伸；
第一部分在垂直于衬底表面方向上高于第三部分。
第二方面，本公开实施例提供了一种声波器件，包括根据上述实施例的体声波谐振结构。
第三方面，本公开实施例提供了一种体声波谐振结构的制备方法，方法包括：
提供衬底，在衬底表面形成牺牲层；
在牺牲层中形成凹槽；
形成覆盖凹槽并延伸至牺牲层表面的第一电极；其中，第一电极包括第一部分、第二部分以及第三部分，第二部分连接第一部分和第三部分，第三部分覆盖凹槽底部，第一部分沿平行于衬底表面方向延伸，第二部分相对于衬底表面具有倾斜角度；
形成覆盖牺牲层和第一电极的压电层；
在压电层相对远离衬底的一侧形成第二电极；
形成至少一个贯穿压电层的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放牺牲层，以形成反射结构。
第四方面，本公开实施例提供了一种体声波谐振结构的制备方法，方法包括：
提供衬底，在衬底表面形成牺牲层；
形成贯穿牺牲层的开口，以形成分离的第一牺牲结构和第二牺牲结构；
形成覆盖开口并延伸至第二牺牲结构表面的第一电极；其中，第一电极包括第一部分、第二部分以及第三部分，第二部分连接第一部分和第三部分，第三部分覆盖开口底部，第一部分沿平行于衬底表面方向延伸，第二部分相对于衬底表面具有倾斜角度；
形成覆盖第一牺牲结构、第二牺牲结构和第一电极的压电层；
在压电层相对远离衬底的一侧形成第二电极；
形成至少一个贯穿压电层的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放第一牺牲结构，以形成第一间隙；
通过蚀刻孔释放第二牺牲结构，以形成反射结构。
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。
图1为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的俯视示意图；
图2为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第一示意图；
图3为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第二示意图；
图4为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第三示意图；
图5为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第四示意图；
图6为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第五示意图；
图7为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第六示意图；
图8为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第七示意图；
图9为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第八示意图；
图10为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第九示意图；
图11为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第十示意图；
图12为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第十一示意图；
图13为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第十二示意图；
图14为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第十三示意图；
图15为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第十四示意图；
图16为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的第一流程示意图；
图17a至图17c为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面第一示意图；
图18为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的第二流程示意图；
图19a至图19e为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面第二示意图；
图20a至图20e为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面第三示意图；
图21a至图21d为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面第四示意图；
图22a至图22f为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面第五示意图；
图23a至图23d为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面第六示意图；
图24为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的试验结果示意图。
以下结合附图及具体实施例对本公开的技术方案做进一步的详细阐述。
在本公开实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。
在本公开实施例中，术语“A与B接触”包含A与B直接接触的情形，或者A、B两者之间还间插有其它部件而A间接地与B接触的情形。
在本公开实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的顶表面和底表面 之间，或者层可在连续结构顶表面和底表面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。并且，层可以包括多个子层。
可以理解的是，本公开中的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示其“在”某物“上”且其间没有居间特征或层(即直接在某物上)的含义，而且还包括“在”某物“上”且其间有居间特征或层的含义。
谐振器包括介质谐振器、声表面波谐振器以及体声波谐振器。介质谐振器较大的功率容量是这种技术的优势所在，但其体积较大不能很好的满足芯片小型化、集成化的发展，再加上目前移动通信领域不同频段间的频率差越来越小，这对滤波器的信号选择性提出更高的要求，因此器件需要具备更高的品质因数(Q值)。
而声表面波谐振器凭借较高的工作频率、相噪低、高Q值、较低的插损，并且在2GHz频段以下制备工艺简单，已经被广泛地用于商业产品中。但是随着5G通信的发展，声表面波谐振器由于叉指电极尺寸限制的原因，在高频通信领域中的应用有所限制。
体声波谐振器的谐振频率取决于各种因素，例如压电材料、不同的生产方法以及制造过程影响等，特别是压电材料的材料厚度。体声波谐振器可以实现远高于声表面波谐振器的工作频率，并且其尺寸还随频率升高而缩小，因此具有更小体积的优势，在通讯领域发挥着重要作用，其中薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)作为体声波谐振器的分支，随着通信技术的发展得到大力的提升，相关的滤波器、双工器等在高频通信领域已经实现了商业化大规模的应用。
衡量薄膜体声波谐振器性能的参数有很多，主要参数包括品质因数(Q值)。当电能施加到体声波谐振器的上下电极上时，位于上下电极中的压电层因压电效应而产生声波。在压电层内除了会产生纵波，还会产生横向剪切波(横向剪切波也可以称为侧向波或剪波)。横向剪切波 的存在会影响主要的纵波的能量，横向剪切波会导致能量的损耗并且使得体声波谐振器的Q值恶化。
例如，在移动终端中，存在多个频段同时使用的情况，这要求移动终端中的滤波器或双工器具有更加陡峭的裙边和更小的插入损耗。滤波器的性能由构成它的谐振器决定，提高谐振器的Q值可以实现陡峭的裙边和小的插入损耗。此外，谐振器的寄生谐振过大也会对滤波器或双工器的性能造成不良影响。
有鉴于此，如何减小体声波谐振器的寄生谐振，提高体声波谐振器的Q值成为亟待解决的问题。
图1为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构100的俯视示意图，图2为根据图1示出的体声波谐振结构100沿AA’方向的剖面示意图。参考图2，体声波谐振结构100包括：衬底101；依次位于衬底101上的反射结构102、第一电极103、压电层104和第二电极105；其中，第一电极103在衬底101的正投影、压电层104在衬底101的正投影与第二电极105在衬底101的正投影的重叠区域为第一重叠区106；第一电极103，包括第一部分131、第二部分132以及第三部分133，第二部分132连接第一部分131和第三部分133；
其中，第一部分131在衬底101的正投影落入第一重叠区106内，且第一部分131沿平行于衬底101表面方向延伸；第二部分132和第三部分133在衬底101的正投影落入第一重叠区106以外区域，且第二部分132相对于衬底101表面具有倾斜角度，第三部分133沿平行于衬底101表面方向延伸；第一部分131在垂直于衬底101表面方向上高于第三部分133。
需要说明的是，为了便于直观地描述第一电极103各部分的位置，图2所示的体声波谐振结构100为突出显示第一电极103的局部剖面示意图。为了更清楚的显示第一电极103各部分，图2中对第一电极103的第二部分132以及第三部分133进行局部放大显示。图2所示的体声波谐振结构 仅是本公开实施例的一种示例，不用于限制本公开实施例中体声波谐振结构的特征，在后面的实施例中还示出了本公开实施例的体声波谐振结构其他示例。这里，图2示出第一电极103位于压电层104与反射结构102之间，第一电极103未与衬底101接触。
实际应用中，衬底101的组成材料可以包含硅(Si)、锗(Ge)等。
第一电极103可以称为下电极，相应地，第二电极105可以称为上电极，电能可以通过该上电极和下电极施加到体声波谐振结构100上。第一电极103和第二电极105的组成材料可以相同，该组成材料可以包括：铝(Al)、钼(Mo)、钌(Ru)、铱(Ir)、铬(Cr)或者铂(Pt)等导电金属或者上述导电金属的合金组成的导电材料。示例性地，第一电极103和第二电极105的组成材料均为钼(Mo)。
压电层104可以用于根据逆压电特性产生振动，将加载在第一电极103和第二电极105上的电信号转换为声波信号，实现电能到机械能的转化。
实际应用中，压电层104的组成材料包括具有压电特性的材料。例如，氮化铝、氧化锌、钽酸锂、锆钛酸铅或者钛酸钡等。压电层104的组成材料还可包括通过掺杂具有压电特性的材料，掺杂的可以是过渡金属或稀有金属，例如，掺钪的氮化铝等。
这里，反射结构102用于反射声波信号。当压电层104产生的声波信号向反射结构102传播时，声波信号可在第一电极103和反射结构102接触的界面处发生全反射，使得声波信号反射回压电层104中。如此，压电层104产生的声波信号的能量能够被局限在压电层104中，可减少声波信号的能量损失，提高体声波谐振结构主谐振模态的声波能量。
需要说明的是，图1所示的体声波谐振结构仅为本公开提供一种示例，实际应用中，体声波谐振结构根据反射结构102形态的不同，具体可以分为：第一类空腔型薄膜体声波谐振结构(Film Bulk Acoustic Wave Resonator，FBAR)、第二类空腔型FBAR、固态装配(Solid Mounted Resonator，SMR) 型谐振结构等。而本公开实施例提供的方案可以适用于上述不同类型的体声波谐振结构。
示例性地，当体声波谐振结构100包括第一类空腔型FBAR时，反射结构102包括第一电极103向上凸起与衬底101表面之间形成第一空腔。当体声波谐振结构100包括第二类空腔型FBAR时，反射结构102包括衬底101的表面向下凹陷与第一电极103之间形成的第二空腔。这里，以体声波谐振结构100包括第一类空腔型FBAR为例进行说明。
实际应用中，如图2所示，第一电极103在衬底101的正投影、压电层104在衬底101的正投影与第二电极105在衬底101的正投影的重叠区域为第一重叠区106。第一重叠区106可以称为谐振区或有源区，第一重叠区106以外区域可以称为非谐振区。谐振区的有效区域(或主谐振区域)为第一重叠区106，第一重叠区106内产生体声波谐振结构的主谐振模态。
如图2所示，靠近第一重叠区106的边缘(非谐振区)设置有相对于衬底101表面具有倾斜角度的第二部分132。示例性地，第二部分132的倾斜角度包括10°至80°。倾斜角度也可根据体声波谐振结构设计尺寸进行改进。第一电极103具有斜坡(即第二部分132)，斜坡的设置使得第二电极105边缘到第一电极103边缘的距离变长，如此，第二电极105到第一电极103的电场线变长，使得非谐振区的电场强度变小。由于电场强度变小，使得电位移减少，压电共振的效应变小，使得靠近第一重叠区106的边缘(即可能在谐振区内，也可能在谐振区外)的寄生谐振减少，以减小寄生谐振向谐振区的传播，从而提升体声波谐振结构的Q值。
在一实施例中，第一部分131、第二部分132和第三部分133的组成材料相同，例如第一部分131、第二部分132和第三部分133的组成材料包括钼(Mo)。在另一实施例中，第一部分131与第二部分132的组成材料不相同，第二部分132和第三部分133的组成材料相同，例如第一部分131的组成材料包括铝(Al)，第二部分132和第三部分133的组成材料包括钼(Mo)。
图3为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的剖面第二示意图。图3为根据图1示出的体声波谐振结构100沿BB’方向的局部剖面示意图。为了更清楚的显示第一电极103各部分，图3中对第一电极103的第二部分132以及第三部分133进行局部放大显示。需要说明的是，图2和图3示出了两种不同的反射结构102。如图2所示，反射结构102在第一重叠区106的高度与反射结构102在第一重叠区106以外区域的高度相同。如图3所示，反射结构102在第一重叠区106的高度大于反射结构102在第一重叠区106以外区域的高度。可以理解的是，图3示出的体声波谐振结构中的反射结构102可以进一步增大第一重叠区106以外区域(非谐振区)第一电极103与第二电极105之间的距离，从而减弱非谐振区的电场。
本公开实施例中，在第一重叠区106以外区域即非谐振区，通过设置具有斜坡的第一电极103，增大靠近第一重叠区106的边缘(非谐振区)第一电极103与第二电极105之间的距离。可以实现减小紧邻第一重叠区106的非谐振区的电场强度，使得靠近第一重叠区106的边缘的寄生谐振减少，以减小寄生谐振向谐振区的传播，，从而提升体声波谐振结构的Q值。
在一些实施例中，参考图4，第一电极103还包括第四部分134和第五部分135；其中，第四部分134和第五部分135在衬底101的正投影落入第一重叠区106以外区域，且第四部分134相对于衬底101表面具有倾斜角度，第五部分135沿平行于衬底101表面方向延伸；第四部分134连接第三部分133和第五部分135，第三部分133在垂直于衬底101表面方向上高于第五部分135；其中，第五部分135位于压电层104与衬底101之间。
需要说明的是，第一电极103包括至少一个斜坡。示例性地，第一电极103可具有两个斜坡(如图4或图5所示第二部分132和第四部分134)，此时，第一电极103的第五部分135位于压电层104与衬底101之间。在一实施例中，如图4所示，第五部分135与衬底101直接接触。在另一实施例中，如图5所示，第五部分135未与衬底101接触。
具体地，如图4所示，第一电极103具有两个斜坡(如图4中第二部分132和第四部分134)，反射结构102具有两个斜坡，此时，第一电极103的第二部分132和第四部分134沿反射结构102的斜坡延伸。如此，第五部分135与衬底101直接接触。
如图5所示，第一电极103具有两个斜坡(如图5中第二部分132和第四部分134)，其中，反射结构102具有三个斜坡，此时，第一电极103的第二部分132和第四部分134沿反射结构102的三个斜坡中的两个斜坡延伸。如此，第五部分135未与衬底101接触。
示例性地，第二部分132和第四部分134的倾斜角度包括10°至80°。第二部分132和第四部分134的倾斜角度可以相同或不同。倾斜角度也可根据体声波谐振结构设计尺寸进行改进。
本公开实施例中，第一电极103具有多个斜坡(例如两个斜坡)。相较于第一电极103仅设置一个斜坡的方式，本公开通过设置具有多个斜坡的第一电极103，可以进一步增大非谐振区第一电极103与第二电极105之间的距离，减小紧邻第一重叠区106的非谐振区的电场强度，使得靠近第一重叠区106的边缘的寄生谐振减少，以减小寄生谐振向谐振区的传播，从而提升体声波谐振结构的Q值。需要说明的是，相较于第一电极103设置多个斜坡的方式，第一电极103仅设置一个斜坡的方式工艺较为简单更易实现，可以节约成本简化制备工艺。
在一些实施例中，参考图4，第五部分135与衬底101直接接触。
示例性地，如图4所示，第一电极103的第二部分132和第四部分134沿反射结构102的斜坡延伸，此时，第五部分135延伸至衬底101表面，与衬底101直接接触。如此，第一电极103延伸后与衬底101直接接触，使得体声波谐振结构更加稳定，并且，第一电极103与衬底101直接接触可以实现通过衬底101进行散热，进一步提高体声波谐振结构性能。
在一些实施例中，参考图6，第三部分133位于压电层104与衬底101 之间，且第三部分133与衬底101直接接触；
第三部分133相对远离第一重叠区106的一侧与压电层104接触。
如图6所示，第一电极103具有一个斜坡(第二部分132)。第三部分133延伸至衬底101表面，与衬底101直接接触。如此，第一电极103延伸后与衬底101接触，使得体声波谐振结构更加稳定，并且，第一电极103与衬底101直接接触可以实现通过衬底101进行散热，进一步提高体声波谐振结构性能。
第三部分133分别与衬底101和压电层104直接接触，如此，第一电极103与压电层104之间具有良好的支撑性，降低压电层104断裂的概率，从而提高体声波谐振结构的稳定性，减少锚点损耗。
在一些实施例中，参考图7，第三部分133在垂直于衬底101表面方向上的厚度大于第一部分131在垂直于衬底101表面方向上的厚度。
示例性地，第三部分133在垂直于衬底101表面方向上的厚度为2μm，第一部分131在垂直于衬底101表面方向上的厚度为1μm。如图7所示，第一电极103具有一个斜坡(第二部分132)，加厚的第三部分133延伸至衬底101表面，与衬底101直接接触。
本公开实施例中，相较于图6所示的体声波谐振结构第一电极103各部分的厚度一致，本公开实施例中，加厚的第三部分133可以进一步减少第一电极103的电损耗，进而提高体声波谐振结构性能。
在一些实施例中，参考图8，衬底101包括：朝第三部分133突出的第一凸起111，第一凸起111与第三部分133直接接触；第一凸起111相对远离第一重叠区106的一侧与压电层104接触；第一凸起111相对靠近第一重叠区106的一侧与反射结构102接触。
如图8所示，体声波谐振结构第一电极103各部分的厚度一致。为了在不改变第一电极103的厚度的前提下使第一电极103与衬底101直接接触，因此在衬底101上设置第一凸起111。示例性地，第一凸起111与衬底 101的组成材料相同。
本公开实施例中，第一电极103延伸后的第三部分133与衬底101的第一凸起111直接接触，使得体声波谐振结构更加稳定。第三部分133与衬底101直接接触可以实现通过衬底101进行散热，进一步提高体声波谐振结构性能。相较于图7所示的体声波谐振结构需要增大第三部分133的厚度，本公开实施例中，无需形成加厚的第三部分133，第一电极103的各部分厚度一致可以在同一步工艺中形成，从而节约成本简化制备工艺。
在一些实施例中，参考图9，体声波谐振结构还包括第一间隙107，第一间隙107位于压电层104与衬底101之间；第三部分133相对远离第一重叠区106的一侧与第一间隙107接触。
实际应用中，第一间隙107的材料包括空气或者用于反射声波的功能材料。示例性地，第一间隙107可以包括真空间隙，也可以为其他气体介质空隙。在第一间隙107的材料包括空气时，可以使部分压电层104边缘暴露于空气中，从而有效抑制横向剪切波。第一间隙107还可采用低声阻抗的功能材料，例如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO
2)等。
如图9所示，第一间隙107位于第一重叠区106以外的非谐振区，如此，当横向剪切波传播到非谐振区时，第一间隙107可以减小甚至抑制横向剪切波的泄露。
如图9所示，第三部分133相对远离第一重叠区106的一侧与第一间隙107接触，则第一间隙107设置在第一电极103延伸后的第三部分133的边缘。示例性地，第一间隙107的材料包括空气，第一电极103的边缘暴露于空气中，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，减少第一重叠区106的边缘的寄生谐振，以减小寄生谐振向谐振区的传播。
需要说明的是，图9和图10示出了两种不同的反射结构102。如图9所示，反射结构102在第一重叠区106的高度与反射结构102在第一重叠区106以外区域的高度相同。如图10所示，反射结构102在第一重叠区106 的高度大于反射结构102在第一重叠区106以外区域的高度。可以理解的是，图10示出的体声波谐振结构中的反射结构102可以进一步增大第一重叠区106以外区域(非谐振区)第一电极103与第二电极105之间的距离，从而减弱非谐振区的电场强度。
可以理解的是，如图9或图10所示的压电层104具有凹槽141，该凹槽141是在沉积压电层104的工艺中，根据压电层104下方的表面形貌自然形成的。
本公开实施例中，第一间隙107可以减小横向剪切波泄漏，提高体声波谐振结构Q值。优选第一间隙107的材料包括空气，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，更有利于提高体声波谐振结构主谐振模态的声波能量。
在一些实施例中，参考图11，第一间隙107在垂直于衬底101表面方向上具有第一高度，第三部分133在垂直于衬底101表面方向上具有第二高度；其中，第一高度等于第二高度，第一高度小于反射结构102在第一重叠区106内垂直于衬底101表面方向上的高度。
如图11所示，第一电极103具有一个斜坡(第二部分132)，加厚的第三部分133延伸至衬底101表面，与衬底101直接接触。第三部分133相对远离第一重叠区106的一侧与第一间隙107接触，则第一间隙107设置在第一电极103延伸后的第三部分133的边缘。第一电极103的边缘暴露于空气中，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，减少第一重叠区106的边缘的寄生谐振，以减小寄生谐振向谐振区的传播。示例性地，第三部分133在垂直于衬底101表面方向上的第二高度为2μm，第一间隙107在垂直于衬底101表面方向上的第一高度为2μm。
本公开实施例中，相较于例如图9或图10所示的体声波谐振结构中第一电极103各部分的厚度一致，本公开实施例中，第一间隙107在垂直于衬底101表面方向上的第一高度等于第三部分133在垂直于衬底101表面方向上的第二高度，即第一电极103具有加厚的第三部分133，可以进一步 减少第一电极103的电极损耗，进而提高体声波谐振结构性能。此外，第一间隙107可以减小横向剪切波泄漏，提高体声波谐振结构Q值。优选第一间隙107的材料包括空气，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，更有利于提高体声波谐振结构主谐振模态的声波能量。
在一些实施例中，参考图12，体声波谐振结构还包括朝第三部分133突出的第二凸起112，第二凸起112与第三部分133直接接触；第一间隙107在垂直于衬底101表面方向上具有第一高度，第三部分133在垂直于衬底101表面方向上具有第二高度，第二凸起112在垂直于衬底101表面方向上具有第三高度；其中，第一高度等于第二高度与第三高度之和。
如图12所示，体声波谐振结构第一电极103各部分的厚度一致。为了在不改变第一电极103的厚度的前提下使第一电极103与衬底101直接接触，因此在衬底101上设置第二凸起112。示例性地，第二凸起112与衬底101的组成材料相同。
示例性地，以第一间隙107的材料包括空气为例进行说明。如图12所示，第一间隙107位于第一重叠区106以外的非谐振区，如此，当横向剪切波传播到非谐振区时，第一间隙107可以减小甚至抑制横向剪切波的泄露。
如图12所示，第一电极103具有一个斜坡(第二部分132)，第三部分133延伸至第二凸起112表面，与第二凸起112直接接触。第三部分133相对远离第一重叠区106的一侧与第一间隙107接触，则第一间隙107设置在第一电极103延伸后的第三部分133的边缘。第一电极103的边缘暴露于空气中，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，减小寄生谐振。示例性地，第一间隙107在垂直于衬底101表面方向上的第一高度为2μm，第三部分133在垂直于衬底101表面方向上的第二高度为1μm，第二凸起112在垂直于衬底101表面方向上的第三高度为1μm。
可以理解的是，为了在不同实施例中说明衬底101上的不同体声波谐 振结构，衬底101上的凸起分别命名为第一凸起111(如图8所示)和第二凸起112(如图12所示)。在实际应用中，第一凸起111和第二凸起112可为衬底101上的同一凸起。
本公开实施例中，第一电极103延伸后的第三部分133与衬底101的第二凸起112直接接触，使得体声波谐振结构更加稳定。第三部分133与衬底101直接接触可以实现通过衬底101进行散热，进一步提高体声波谐振结构性能。相较于图11所示的体声波谐振结构需要增大第三部分133的电极厚度，本公开实施例中，无需形成加厚的第三部分133，第一电极103的各部分厚度一致可以在同一步工艺中形成，从而节约成本简化制备工艺。
在一些实施例中，参考图13，体声波谐振结构还包括第二间隙108，第二间隙108位于压电层104与第二部分132和第三部分133之间；第二间隙108相对靠近第一重叠区106的一侧与第二部分132接触；第二间隙108相对靠近衬底101的一侧与第三部分133接触。
实际应用中，第二间隙108的材料可参考第一间隙107，此处不再赘述。
如图13所示，第二间隙108位于第一重叠区106以外的非谐振区，如此，当横向剪切波传播到非谐振区时，第二间隙108可以减小甚至抑制横向剪切波的泄露。
如图13所示，第一电极103的第二部分132和第三部分133与第二间隙108接触。示例性地，第二间隙108的材料包括空气，第一电极103的第二部分132和第三部分133均暴露于空气中，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，减小寄生谐振。
本公开实施例中，第二间隙108可以减小横向剪切波泄漏，提高体声波谐振结构Q值。优选第二间隙108的材料包括空气，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，更有利于提高体声波谐振结构主谐振模态的声波能量。相较于第一间隙107显露第三部分133边缘(例如图12所示)，第二间隙108显露第一电极103的第二部分132和第三部分133，可以进一步减弱非 谐振区的电场强度，减小寄生谐振。
在一些实施例中，参考图1，体声波谐振结构还包括电极引线151，连接第二电极105，电极引线151在衬底101的正投影位于第一重叠区106以外区域；
第二部分132和第三部分133环绕第一重叠区106设置，且第二部分132和第三部分133在衬底101的正投影，落入电极引线151在衬底101的正投影以外区域。
示例性地，电极引线151为上电极引线，上电极引线与第二电极105(上电极)同层设置，且上电极引线与第二电极105(上电极)连接。需要说明的是，体声波谐振器还包括下电极引线1031，下电极引线1031与第一电极103(下电极)同层设置，且下电极引线1031与第一电极103(下电极)连接。
实际应用中，电极引线151连接第二电极105，电极引线151为上电极引线。第一电极103包括第一部分131、第二部分132以及第三部分133，其中，第二部分132和第三部分133在衬底101的正投影落入第一重叠区106以外区域，则第二部分132和第三部分133为第一电极103的延伸部分。第一电极103的延伸部分在衬底101的正投影，落入上电极引线(电极引线151)在衬底101的正投影以外区域。如图1所示，第一电极103的延伸部分环绕第一重叠区106设置，且不封闭。
需要说明的是，第一电极103可包括多个部分，其中，第一电极103在衬底101的正投影落入第一重叠区106以外区域的部分，均为第一电极103的延伸部分。示例性地，第一电极103的延伸部分在衬底101的正投影和上电极引线在衬底101的正投影组合为封闭环形。
在一些实施例中，参考图14，体声波谐振结构还包括第三间隙109和第四间隙110，第三间隙109位于压电层104与第二部分132和第三部分133之间，第四间隙110位于电极引线151与压电层104之间。
实际应用中，第三间隙109和第四间隙110的材料包括空气或者用于反射声波的功能材料。第三间隙109和第四间隙110的材料可以相同或者不同。示例性地，第三间隙109和第四间隙110的材料包括空气。
如图14所示，第三间隙109和第四间隙110位于第一重叠区106以外的非谐振区，如此，当横向剪切波传播到非谐振区时，第三间隙109和第四间隙110可以减小甚至抑制横向剪切波的泄露。
如图14所示，第一电极103的第二部分132和第三部分133与第三间隙109接触。第三间隙109的材料包括空气，第一电极103的第二部分132和第三部分133均暴露于空气中。相较于第一间隙107显露第三部分133边缘(例如图12所示)，第三间隙109显露第一电极103的第二部分132和第三部分133，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，减小寄生谐振。
相较于电极引线151与压电层104之间不存在空隙的方式(例如图13所示)，在电极引线151与压电层104之间设置第四间隙110，可以增大电极引线151的长度，进一步减弱非谐振区的电场强度，减小寄生谐振。
本公开实施例中，第三间隙109和第四间隙110可以减小横向剪切波泄漏，提高体声波谐振结构Q值。优选第三间隙109和第四间隙110的材料包括空气，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，更有利于提高体声波谐振结构主谐振模态的声波能量。
在一些实施例中，参考图15，第一电极103还包括第六部分136和第七部分137；其中，第六部分136和第七部分137在衬底101的正投影落入第一重叠区106以外区域，且第六部分136相对于衬底101表面具有倾斜角度，第七部分137沿平行于衬底101表面方向延伸；
第六部分136连接第三部分133和第七部分137，第三部分133在垂直于衬底101表面方向上高于第七部分137；其中，第七部分137与衬底101直接接触。
如图15所示，第一电极103具有两个斜坡(如图15中第二部分132 和第六部分136)，第六部分136延伸至衬底101且与衬底101直接接触，使得体声波谐振结构更加稳定。第六部分136与衬底101直接接触可以实现通过衬底101进行散热，进一步提高体声波谐振结构性能。
需要说明的是，图15所示第三间隙109和第四间隙110可参考如图14所示的体声波谐振结构中第三间隙109和第四间隙110的作用，此处不再赘述。
本公开实施例中，第一电极103具有多个斜坡(例如两个斜坡)。相较于第一电极103仅设置一个斜坡的方式，本公开通过设置具有多个斜坡的第一电极103，可以进一步增大非谐振区第一电极103与第二电极105之间的距离，减小紧邻第一重叠区106的非谐振区的电场强度，减少第一重叠区106的边缘的寄生谐振，以减小寄生谐振向谐振区的传播，从而提升体声波谐振结构的Q值。此外，第三间隙109和第四间隙110可以减小横向剪切波泄漏，进一步提高体声波谐振结构Q值。
在一些实施例中，第二部分132和第三部分133的长度之和大于或等于0.2μm。需要说明的是，第一电极103可包括多个部分，其中，第一电极103在衬底101的正投影落入第一重叠区106以外区域的部分，均为第一电极103的延伸部分。如图2所示，该延伸部分在衬底101的正投影的长度为L。示例性地，长度L的范围包括大于或等于0.2μm。长度L优选为1.5至3.5μm。
在一示例中，第一电极103包括第一部分131、第二部分132以及第三部分133，其中，第二部分132和第三部分133在衬底101的正投影落入第一重叠区106以外区域，则第二部分132和第三部分133为第一电极103的延伸部分。第一电极103的延伸部分的长度为第二部分132和第三部分133在衬底101的正投影的长度之和。
在另一示例中，第一电极103包括第一部分131和第二部分132，第二部分132在衬底101的正投影落入第一重叠区106以外区域。第一电极103 的延伸部分的长度为第二部分132在衬底101的正投影的长度。示例性地，第二部分132在衬底101的正投影的长度为0.2μm。
本公开实施例提供一种声波器件，包括根据上述实施例所述的体声波谐振结构。本公开实施例中，声波器件中体声波谐振结构的具体说明可以参考前述实施例中的体声波谐振结构，这里不再赘述。
图16为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的第一流程示意图。基于上述体声波谐振结构，本公开实施例提供一种体声波谐振结构的制备方法，如图16所示，包括：
S10：提供衬底，在衬底表面形成牺牲层；
S20：在牺牲层中形成凹槽；
S30：形成覆盖凹槽并延伸至牺牲层表面的第一电极；其中，第一电极包括第一部分、第二部分以及第三部分，第二部分连接第一部分和第三部分，第三部分覆盖凹槽底部，第一部分沿平行于衬底表面方向延伸，第二部分相对于衬底表面具有倾斜角度；
S40：形成覆盖牺牲层和第一电极的压电层；
S50：在压电层相对远离衬底的一侧形成第二电极；
S60：形成至少一个贯穿压电层的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放牺牲层，以形成反射结构。
对于衬底、第一电极、压电层、第二电极、反射结构的组成材料可以参考上述体声波谐振结构中各实施例的相关描述，此处不在赘述。需要说明的是，图1至图15为本公开示出的体声波谐振结构的示意性附图，图1至图15中所示第一电极103(下电极)和第二电极105(上电极)的侧壁角度为90°。图17a至图17c、图19a至图23d为本公开示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面示意图，制备工艺流程中的第一电极103(下电极)和第二电极105(上电极)的侧壁角度小于90°，更符合体声波谐振结构的实际制备情况。
图17a至图17c为根据一示例性实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面示意图。参考图17a，执行步骤S10至S20。在一些实施例中，在衬底101上沉积牺牲材料，对牺牲材料进行刻蚀形成牺牲层102a。示例性地，牺牲层102a的组成材料包括但不限于磷硅酸玻璃(PSG)或者二氧化硅等。以牺牲层102a的组成材料是二氧化硅为例进行说明，可利用硅烷(SiH
4)与氧气(O
2)作为反应气体，通过化学气相沉积工艺在衬底101的第一表面形成牺牲层102a。
如图17a所示，牺牲层102a可以在衬底101之上形成，牺牲层102a突出于衬底101上表面。牺牲层102a可以在后续的工艺过程中被去除而形成上凸空腔型的反射结构102(参考下图17c)。
参考图17a，通过刻蚀工艺在牺牲层102a中形成凹槽H。凹槽H的底部平行于衬底101表面，凹槽H的侧壁相对于衬底101表面具有倾斜角度。示例性地，倾斜角度包括10°至80°。倾斜角度也可根据体声波谐振结构设计尺寸进行改进。
参考图17b，执行步骤S30至S50。形成覆盖凹槽H底部和侧壁并延伸至牺牲层102a表面的第一电极材料，并对第一电极材料图形化以形成第一电极103。形成覆盖牺牲层102a和第一电极103的压电层104。形成覆盖压电层104表面的第二电极材料，并对第二电极材料图形化以形成第二电极105。
实际应用中，第一电极103在衬底101的正投影、压电层104在衬底101的正投影与第二电极105在衬底101的正投影的重叠区域为第一重叠区106。第一重叠区106可以称为谐振区或有源区，第一重叠区106以外区域可以称为非谐振区。
需要说明的是，在沉积第一电极103之前，可先沉积一层种子层，用于提高下电极材料的晶轴取向，使得晶格更接近压电层，减少后续沉积的压电层中的晶格缺陷；同时，也可作为第一电极103的蚀刻阻挡层。种子 层的组成材料与压电层的组成材料相同。
参考图17c，执行步骤S60。形成蚀刻孔，通过蚀刻孔释放牺牲层102a，以形成反射结构102。在一实施例中，利用蚀刻孔释放刻蚀剂去除牺牲层102a；其中，蚀刻孔可以贯穿压电层104以及牺牲层102a，至显露出衬底101的表面。在另一实施例中，蚀刻孔可仅贯穿压电层104，至显露出牺牲层102a的表面，即蚀刻孔可不用贯穿牺牲层102a。
示例性地，可通过选择合适的刻蚀剂，向蚀刻孔内注入刻蚀剂，使得刻蚀剂与显露的牺牲层102a接触并发生化学反应，生成气态产物，以去除牺牲层102a。具体地，当牺牲层102a的组成材料是二氧化硅时，可采用干法刻蚀的工艺，选择氟化氢(HF)作为刻蚀剂去除牺牲层102a。氟化氢与通过蚀刻孔显露的牺牲层102a反应后，生成气态的氟化硅(SiF
4)和气态的水。
在一些实施例中，该方法还包括：对第二电极105进行减薄。通过减薄，可进一步减小体声波谐振结构的厚度和体积，有利于体声波谐振结构的小型化和集成化。
本公开实施例中，在第一重叠区106以外区域即非谐振区，通过设置具有斜坡的第一电极103，增大非谐振区第一电极103与第二电极105之间的距离，减小紧邻第一重叠区106的非谐振区的电场强度，减少第一重叠区106的边缘的寄生谐振，以减小寄生谐振向谐振区的传播，从而提升体声波谐振结构的Q值。
图18为根据一示例性实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的第二流程示意图。基于上述体声波谐振结构，本公开实施例提供一种体声波谐振结构的制备方法，如图18所示，包括：
步骤S100：提供衬底，在衬底表面形成牺牲层；
步骤S200：形成贯穿牺牲层的开口，以形成分离的第一牺牲结构和第二牺牲结构；
步骤S300：形成覆盖开口并延伸至第二牺牲结构表面的第一电极；其中，第一电极包括第一部分、第二部分以及第三部分，第二部分连接第一部分和第三部分，第三部分覆盖开口底部，第一部分沿平行于衬底表面方向延伸，第二部分相对于衬底表面具有倾斜角度；
步骤S400：形成覆盖第一牺牲结构、第二牺牲结构和第一电极的压电层；
步骤S500：在压电层相对远离衬底的一侧形成第二电极；
步骤S600：形成至少一个贯穿压电层的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放第一牺牲结构，以形成第一间隙；
步骤S700：通过蚀刻孔释放第二牺牲结构，以形成反射结构。
这里，以体声波谐振结构还包括第一间隙107为例进行说明。需要说明的是，步骤S100至步骤S700中形成衬底101、反射结构102、第一电极103、压电层104以及第二电极105的具体过程可参考上述第一流程示意图中的说明。
图19a至图19e为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面示意图。参考图19a，执行步骤S100至S200。在一些实施例中，在衬底101上沉积牺牲材料，对牺牲材料进行刻蚀形成牺牲层。如图19a所示，形成贯穿牺牲层的开口H2，以形成分离的第一牺牲结构102b和第二牺牲结构102c。
第一牺牲结构102b和第二牺牲结构102c在衬底101之上形成，第一牺牲结构102b和第二牺牲结构102c突出于衬底101上表面。第二牺牲结构102c可以在后续的工艺过程中被去除而形成上凸空腔型的反射结构102(参考下图19e)。
参考图19a，通过刻蚀工艺在牺牲层中形成开口H2。开口H2的底部平行于衬底101表面，开口H2的侧壁相对于衬底101表面具有倾斜角度。示例性地，倾斜角度包括10°至80°。倾斜角度也可根据体声波谐振结构设 计尺寸进行改进。
参考图19b，执行步骤S300。需要说明的是，制备工艺流程中的第一电极103(下电极)的侧壁角度小于90°，更符合体声波谐振结构的实际制备情况。参考图19c，在形成第一电极103之后，在第一电极103左侧和第一牺牲结构102b之间再形成一层牺牲材料，以形成间隙牺牲结构102b’。第一牺牲结构102b和间隙牺牲结构102b’可以在后续的工艺过程中被去除而形成第一间隙107(参考下图19e)，以使后续的第一电极103的左侧与第一间隙107接触。
参考图19d，执行步骤S400至S500。形成覆盖第一牺牲结构102b、间隙牺牲结构102b’和第一电极103的压电层104。形成覆盖压电层104表面的第二电极材料，并对第二电极材料图形化以形成第二电极105。
实际应用中，第一电极103在衬底101的正投影、压电层104在衬底101的正投影与第二电极105在衬底101的正投影的重叠区域为第一重叠区106。第一重叠区106可以称为谐振区或有源区，第一重叠区106以外区域可以称为非谐振区。
参考图19e，执行步骤S600。形成蚀刻孔，通过蚀刻孔释放第二牺牲结构102c，以形成反射结构102。通过蚀刻孔释放第一牺牲结构102b，以形成第一间隙107。步骤S600的具体过程可参考图16示出的第一流程示意图中步骤S60的说明，此处不再赘述。
本公开实施例中，在第一重叠区106以外区域即非谐振区，通过设置具有斜坡的第一电极103，增大非谐振区第一电极103与第二电极105之间的距离，减小紧邻第一重叠区106的非谐振区的电场强度，减少第一重叠区106的边缘的寄生谐振，以减小寄生谐振向谐振区的传播，从而提升体声波谐振结构的Q值。第一间隙107可以减小横向剪切波泄漏，提高体声波谐振结构Q值。优选第一间隙107的材料包括空气，可以进一步减弱非谐振区的电场强度，更有利于提高体声波谐振结构主谐振模态的声波能量。
以体声波谐振结构中第一电极103包括两个斜坡为例进行说明，本公开实施例示出了一种体声波谐振结构的制备方法，包括：
图20a至图20e为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面示意图。如图20a所示，在衬底101上形成第一牺牲结构102b和第三牺牲结构102c’。具体地，提供衬底101，在衬底101上沉积牺牲材料，对牺牲材料进行刻蚀形成牺牲层。形成贯穿牺牲层的开口H2，以形成分离的第一牺牲结构102b和第二牺牲结构102c。该过程可参考图19a，此处不再赘述。对第二牺牲结构102c进行部分刻蚀，以形成具有台阶的第三牺牲结构102c’(如图20a所示)。
如图20b所示，形成覆盖开口H2并延伸至第三牺牲结构102c’表面的第一电极103。需要说明的是，制备工艺流程中的第一电极103(下电极)的侧壁角度小于90°，更符合体声波谐振结构的实际制备情况。参考图20c，在形成第一电极103之后，在第一电极103左侧和第一牺牲结构102b之间再形成一层牺牲材料，以形成间隙牺牲结构102b’。第一牺牲结构102b和间隙牺牲结构102b’可以在后续的工艺过程中被去除而形成第一间隙107(参考下图20e)，以使后续的第一电极103的左侧与第一间隙107接触。
如图20d所示，形成覆盖第一牺牲结构102b、间隙牺牲结构102b’、第三牺牲结构102c’和第一电极103的压电层104；在压电层104相对远离衬底的一侧形成第二电极105。该步骤具体过程可参考上述第二流程示意图中步骤S300至步骤S500的说明，此处不再赘述。
如图20e所示，形成至少一个贯穿压电层104的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放第一牺牲结构102b，以形成第一间隙107；通过蚀刻孔释放第三牺牲结构102c’，以形成反射结构102。该步骤具体过程可参考上述第二流程示意图中步骤S600至步骤S700的说明，此处不再赘述。
以体声波谐振结构包括如图11所示结构为例进行说明，本公开实施例示出了一种体声波谐振结构的制备方法，包括：
图21a至图21d为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面示意图。如图21a所示，在衬底101上形成第一牺牲结构102b和第三牺牲结构102c’。该过程可参考图20a的描述，此处不再赘述。在第三牺牲结构102c’靠近第一牺牲结构102b的一侧沉积第一凸块103a。第一凸块103a的组成材料与第一电极103相同。
如图21b所示，形成覆盖开口H2、第一凸块103a并延伸至第三牺牲结构102c’表面的第一电极材料层，第一凸块103a和第一电极材料层形成第一电极103。需要说明的是，制备工艺流程中的第一电极103(下电极)的侧壁角度小于90°，更符合体声波谐振结构的实际制备情况。参考图21b，在形成第一电极103之后，在第一电极103左侧和第一牺牲结构102b之间再形成一层牺牲材料，以形成间隙牺牲结构102b’。第一牺牲结构102b和间隙牺牲结构102b’可以在后续的工艺过程中被去除而形成第一间隙107(参考下图20e)，以使后续的第一电极103的左侧与第一间隙107接触。
如图21c所示，形成覆盖第一牺牲结构102b、间隙牺牲结构102b’、第三牺牲结构102c’和第一电极103的压电层104；在压电层104相对远离衬底的一侧形成第二电极105。该步骤具体过程可参考上述第二流程示意图中步骤S300至步骤S500的说明，此处不再赘述。
如图21d所示，形成至少一个贯穿压电层104的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放第一牺牲结构102b，以形成第一间隙107；通过蚀刻孔释放第三牺牲结构102c’，以形成反射结构102。该步骤具体过程可参考上述第二流程示意图中步骤S600至步骤S700的说明，此处不再赘述。
以体声波谐振结构包括如图12所示结构为例进行说明，本公开实施例示出了一种体声波谐振结构的制备方法，包括：
图22a至图22f为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面示意图。如图22a所示，提供衬底材料，对衬底材料进行刻蚀，以形成衬底101以及位于衬底上的第一凸起111。
如图22b所示，在衬底101上形成第一牺牲结构102b和第三牺牲结构102c’。该过程可参考图20a的描述，此处不再赘述。
如图22c所示，形成覆盖第一凸起111和第三牺牲结构102c’的第一电极103。需要说明的是，制备工艺流程中的第一电极103(下电极)的侧壁角度小于90°，更符合体声波谐振结构的实际制备情况。参考图22d，在形成第一电极103之后，在第一电极103左侧和第一牺牲结构102b之间再形成一层牺牲材料，以形成间隙牺牲结构102b’。第一牺牲结构102b和间隙牺牲结构102b’可以在后续的工艺过程中被去除而形成第一间隙107(参考下图20e)，以使后续的第一电极103的左侧与第一间隙107接触。
参考图22e，形成覆盖第一牺牲结构102b、间隙牺牲结构102b’、第三牺牲结构102c’和第一电极103的压电层104；在压电层104相对远离衬底的一侧形成第二电极105。该步骤具体过程可参考上述第二流程示意图中步骤S300至步骤S500的说明，此处不再赘述。
如图22f所示，形成至少一个贯穿压电层104的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放第一牺牲结构102b，以形成第一间隙107；通过蚀刻孔释放第三牺牲结构102c’，以形成反射结构102。该步骤具体过程可参考上述第二流程示意图中步骤S600至步骤S700的说明，此处不再赘述。
以体声波谐振结构包括第二间隙108为例进行说明，本公开实施例示出了一种体声波谐振结构的制备方法，包括：
图23a至图23d为根据本公开实施例示出的体声波谐振结构的制备方法的过程剖面示意图。如图23a所示，提供衬底101，在衬底101上形成第三牺牲结构102c’。第三牺牲结构102c’的形成过程可参考上述实施例的描述，此处不再赘述。
如图23b所示，形成覆盖第三牺牲结构102c’的第一电极103，形成覆盖第一电极103边缘的第二凸块102d。第二凸块102d的组成材料与第三牺牲结构102c’的组成材料相同。
如图23c所示，形成覆盖第二凸块102d、第一电极103和第三牺牲结构102c’的压电层104；在压电层104相对远离衬底的一侧形成第二电极105。该步骤具体过程可参考上述第二流程示意图中步骤S300至步骤S500的说明，此处不再赘述。
如图23d所示，形成至少一个贯穿压电层104的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放第二凸块102d，以形成第二间隙108；通过蚀刻孔释放第三牺牲结构102c’，以形成反射结构102。该步骤具体过程可参考上述第二流程示意图中步骤S600至步骤S700的说明，此处不再赘述。
在一些实施例中，如图7所示体声波谐振结构的制备方法可参考图21a至图21c，在衬底101上形成第三牺牲结构102c’(不形成第一牺牲结构102b)。在第三牺牲结构102c’一侧边缘沉积第一凸块103a。第一凸块103a的组成材料与第一电极103相同。形成覆盖开口H2、第一凸块103a并延伸至第三牺牲结构102c’表面的第一电极材料层，第一凸块103a和第一电极材料层形成第一电极103。形成覆盖第三牺牲结构102c’和第一电极103的压电层104；在压电层104相对远离衬底的一侧形成第二电极105。形成至少一个贯穿压电层104的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放第三牺牲结构102c’，以形成反射结构102。
在一些实施例中，如图8所示体声波谐振结构的制备方法可参考图22a至图22d，在衬底101上形成第一凸起111和第三牺牲结构102c’(不形成第一牺牲结构102b)。形成覆盖第一凸起111和第三牺牲结构102c’的第一电极103。形成覆盖第三牺牲结构102c’和第一电极103的压电层104；在压电层104相对远离衬底的一侧形成第二电极105。形成至少一个贯穿压电层104的蚀刻孔，通过蚀刻孔释放第三牺牲结构102c’，以形成反射结构102。
在一些实施例中，例如图5、图14以及图15，在沉积第一电极103的工艺中，第一电极103的斜坡数量以及斜坡倾斜角度可根据下方牺牲层的 表面形貌自然形成，牺牲层在后续工艺中被去除以形成反射结构102。具体地，在衬底上沉积牺牲层，牺牲层的组成材料包括但不限于SiO
2，在牺牲层上匀涂光刻胶，通过曝光显影得到所需的光刻胶图形，通过蚀刻将没有被光刻胶覆盖的牺牲层去掉，最后去除光刻胶，形成第一图形牺牲层及第一角度。在第一图形牺牲层上匀涂光刻胶，利用蚀刻形成第二角度，继续匀涂光刻胶，利用蚀刻形成第三角度。其中，第一角度、第二角度和第三角度分别为牺牲层各侧壁相对于衬底表面的倾斜角度，倾斜角度包括10°至80°。
需要说明的是，根据仿真试验，如图2或图3所示的体声波谐振结构的Q值约为1449.1，如图4所示的体声波谐振结构的Q值约为1443.3，如图9或图10所示的体声波谐振结构的Q值约为1406.2，如图6所示的体声波谐振结构的Q值约为1415.2。根据试验结果表明，在体声波谐振结构中第一电极103设置斜坡延伸部分，可以进一步增大非谐振区第一电极103与第二电极105之间的距离，减小紧邻第一重叠区106的非谐振区的电场强度，使得非谐振区的寄生谐振减少，从而提升体声波谐振结构的Q值。改进后的体声波谐振结构的Q值可提升10％至20％。
参考图24，对如图2所示的体声波谐振结构中第一电极103的延伸长度进行试验。延伸长度表示第一电极103的延伸部分在衬底101的正投影的长度L(如图2所示)。如图24所示，系列1表示延伸长度为0，系列2表示延伸长度为2μm，系列3表示延伸长度为3μm，系列4表示延伸长度为3μm且延伸端部的尖点做圆。根据试验结果表明，如图24虚线框中所示，系列2可以有效增强电感值，增强通带中高频段的信号抑制能力，因此，优选第一电极103的延伸长度为2至3μm。
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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。
Claims (16)
- 一种体声波谐振结构，包括：衬底；依次位于所述衬底上的反射结构、第一电极、压电层和第二电极；其中，所述第一电极在所述衬底的正投影、所述压电层在所述衬底的正投影与所述第二电极在所述衬底的正投影的重叠区域为第一重叠区；所述第一电极，包括第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分连接所述第一部分和所述第三部分；其中，所述第一部分在所述衬底的正投影落入所述第一重叠区内，且所述第一部分沿平行于所述衬底表面方向延伸；所述第二部分和所述第三部分在所述衬底的正投影落入所述第一重叠区以外区域，且所述第二部分相对于所述衬底表面具有倾斜角度，所述第三部分沿平行于所述衬底表面方向延伸；所述第一部分在垂直于所述衬底表面方向上高于所述第三部分。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振结构，其中，所述第一电极还包括第四部分和第五部分；其中，所述第四部分和所述第五部分在所述衬底的正投影落入所述第一重叠区以外区域，且所述第四部分相对于所述衬底表面具有所述倾斜角度，所述第五部分沿平行于所述衬底表面方向延伸；所述第四部分连接所述第三部分和所述第五部分，所述第三部分在垂直于所述衬底表面方向上高于所述第五部分；其中，所述第五部分位于所述压电层与所述衬底之间。
- 根据权利要求2所述的体声波谐振结构，其中，所述第五部分与所述衬底直接接触。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振结构，其中，所述第三部分位于 所述压电层与所述衬底之间，且所述第三部分与所述衬底直接接触；所述第三部分相对远离所述第一重叠区的一侧与所述压电层接触。
- 根据权利要求4所述的体声波谐振结构，其中，所述第三部分在垂直于所述衬底表面方向上的厚度大于所述第一部分在垂直于所述衬底表面方向上的厚度。
- 根据权利要求4所述的体声波谐振结构，其中，所述衬底包括：朝所述第三部分突出的第一凸起，所述第一凸起与所述第三部分直接接触；所述第一凸起相对远离所述第一重叠区的一侧与所述压电层接触；所述第一凸起相对靠近所述第一重叠区的一侧与所述反射结构接触。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振结构，其中，所述体声波谐振结构还包括第一间隙，所述第一间隙位于所述压电层与所述衬底之间；所述第三部分相对远离所述第一重叠区的一侧与所述第一间隙接触。
- 根据权利要求7所述的体声波谐振结构，其中，所述第一间隙在垂直于所述衬底表面方向上具有第一高度，所述第三部分在垂直于所述衬底表面方向上具有第二高度；其中，所述第一高度等于所述第二高度，所述第一高度小于所述反射结构在所述第一重叠区内垂直于所述衬底表面方向上的高度。
- 根据权利要求7所述的体声波谐振结构，其中，所述体声波谐振结构还包括朝所述第三部分突出的第二凸起，所述第二凸起与所述第三部分直接接触；所述第一间隙在垂直于所述衬底表面方向上具有第一高度，所述第三部分在垂直于所述衬底表面方向上具有第二高度，所述第二凸起在垂直于所述衬底表面方向上具有第三高度；其中，所述第一高度等于所述第二高度与所述第三高度之和。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振结构，其中，所述体声波谐振结构还包括第二间隙，所述第二间隙位于所述压电层与所述第二部分和第 三部分之间；所述第二间隙相对靠近所述第一重叠区的一侧与所述第二部分接触；所述第二间隙相对靠近所述衬底的一侧与所述第三部分接触。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振结构，其中，所述体声波谐振结构还包括电极引线，连接所述第二电极，所述电极引线在所述衬底的正投影位于所述第一重叠区以外区域；所述第二部分和所述第三部分环绕所述第一重叠区设置，且所述第二部分和所述第三部分在所述衬底的正投影，落入所述电极引线在所述衬底的正投影以外区域。
- 根据权利要求11所述的体声波谐振结构，其中，所述体声波谐振结构还包括第三间隙和第四间隙，所述第三间隙位于所述压电层与所述第二部分和第三部分之间，所述第四间隙位于所述电极引线与所述压电层之间。
- 根据权利要求1所述的体声波谐振结构，其中，所述第二部分和所述第三部分的长度之和大于或等于0.2μm。
- 一种声波器件，包括根据权利要求1至13中任一项所述的体声波谐振结构。
- 一种体声波谐振结构的制备方法，所述方法包括：提供衬底，在所述衬底表面形成牺牲层；在所述牺牲层中形成凹槽；形成覆盖所述凹槽并延伸至所述牺牲层表面的第一电极；其中，所述第一电极包括第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分连接所述第一部分和所述第三部分，所述第三部分覆盖所述凹槽底部，所述第一部分沿平行于所述衬底表面方向延伸，所述第二部分相对于所述衬底表面具有倾斜角度；形成覆盖所述牺牲层和所述第一电极的压电层；在所述压电层相对远离所述衬底的一侧形成第二电极；形成至少一个贯穿所述压电层的蚀刻孔，通过所述蚀刻孔释放所述牺牲层，以形成反射结构。
- 一种体声波谐振结构的制备方法，所述方法包括：提供衬底，在所述衬底表面形成牺牲层；形成贯穿所述牺牲层的开口，以形成分离的第一牺牲结构和第二牺牲结构；形成覆盖所述开口并延伸至所述第二牺牲结构表面的第一电极；其中，所述第一电极包括第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分连接所述第一部分和所述第三部分，所述第三部分覆盖所述开口底部，所述第一部分沿平行于所述衬底表面方向延伸，所述第二部分相对于所述衬底表面具有倾斜角度；形成覆盖所述第一牺牲结构、所述第二牺牲结构和所述第一电极的压电层；在所述压电层相对远离所述衬底的一侧形成第二电极；形成至少一个贯穿所述压电层的蚀刻孔，通过所述蚀刻孔释放所述第一牺牲结构，以形成第一间隙；通过所述蚀刻孔释放所述第二牺牲结构，以形成反射结构。
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