CN118041285A - 一种体声波谐振器及其制备方法 - Google Patents
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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，体声波谐振器包括：衬底、换能器堆叠结构、保护墙和第一保护层，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；保护墙设置在空腔的侧壁；第一保护层设置在换能器堆叠结构和衬底之间，且沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠。本发明的技术方案，通过在换能器堆叠结构和衬底之间设置第一保护层，防止了腐蚀气体经保护墙的裂缝腐蚀换能器堆叠结构的问题，提高了体声波谐振器的可靠性；同时，第一保护层还可以弥补台阶缺陷，提高了换能器堆叠结构的沉积质量。
Description
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。现有技术中为了电极以及压电层在声反射结构上的沉积质量，采用绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)衬底并采用在SOI衬底设置保护墙来定义空腔范围，利用释放气体释放硅的原理形成空腔。
而在SOI衬底上形成保护墙的过程中，由于生长工艺的原因保护墙容易出现空洞、台阶、裂缝等缺陷，导致生长薄膜的质量变差；还可能使得后续在释放气体释放空腔的过程中容易通过裂缝腐蚀电极，引起体声波谐振器失效或者降低体声波谐振器Q值的问题。
发明内容
本发明提供了一种体声波谐振器及其制备方法，以解决现有技术中因保护墙的空洞、台阶、裂缝缺陷，影响导致生长薄膜的质量和可靠性的问题。
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、保护墙和第一保护层，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；
保护墙设置在空腔的侧壁；
第一保护层设置在换能器堆叠结构和衬底之间，且沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠；
第一保护层的截面形状包括上表面、下表面和侧面；上表面位于下表面远离衬底一侧，侧面连接上表面和下表面；
侧面上任意一点的切平面与下表面的夹角小于或者等于45°。
可选的，第一保护层的热膨胀系数与衬底的热膨胀系数之间的差值小于保护墙的热膨胀系数与衬底的热膨胀系数之间的差值。
可选的，体声波谐振器还包括种子层；种子层和第一保护层的材料不同，且种子层的晶格与换能器堆叠结构的晶格匹配；
种子层覆盖衬底和第一保护层。
可选的，换能器堆叠结构包括叠层设置的底电极层；
底电极层包括连接的底电极分部和锚结构分部；沿体声波谐振器的厚度方向，底电极分部在第一保护层所在平面的正投影与第一保护层相接。
可选的，换能器堆叠结构包括叠层设置的底电极层、压电层和顶电极层，顶电极层位于压电层远离衬底的一侧；
体声波谐振器还包括第二保护层；第二保护层设置在压电层和顶电极层之间，且沿体声波谐振器的厚度方向，顶电极层的边缘在第二保护层所在平面的正投影位于第二保护层的覆盖范围内。
可选的，体声波谐振器还包括底电极引出层；底电极引出层贯穿压电层且与底电极层连接，底电极引出层与顶电极层同层设置；
沿体声波谐振器的厚度方向，底电极引出层的边缘在第二保护层所在平面的正投影位于第二保护层的覆盖范围内。
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，其用于制备体声波谐振器；制备方法包括：
提供衬底并刻蚀衬底，在衬底内形成定位凹槽；
在定位凹槽中生长保护墙；
在衬底靠近保护墙一侧生长第一保护层，沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠；第一保护层的截面形状包括上表面、下表面和侧面；上表面位于下表面远离衬底一侧，侧面连接上表面和下表面；侧面上任意一点的切平面与下表面的夹角小于或者等于45°；
在第一保护层远离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；
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。
可选的，在定位凹槽中生长保护墙，包括：
在定位凹槽中沉积保护墙材料，保护墙材料填充定位凹槽并覆盖部分衬底表面；
去除覆盖衬底表面的保护墙材料，以使保护墙仅填充在定位凹槽中且在定位凹槽中形成台阶；
在衬底靠近保护墙一侧生长第一保护层，包括：
在衬底靠近保护墙一侧生长第一保护层并刻蚀第一保护层，以使第一保护层填充台阶中且沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠。
可选的，换能器堆叠结构包括叠层设置的底电极层、压电层和顶电极层，顶电极层位于压电层远离衬底的一侧；
制备方法还包括：在压电层远离衬底一侧生长第二保护层并图案化第二保护层，沿体声波谐振器的厚度方向，顶电极层的边缘在第二保护层所在平面的正投影位于第二保护层的覆盖范围内。
可选的，在第一保护层远离衬底一侧生长换能器堆叠结构之前，还包括：
在第一保护层远离衬底一侧生长种子层。
本发明的技术方案，通过在换能器堆叠结构和衬底之间设置第一保护层，且沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠，使得在腐蚀气体通过释放通道腐蚀衬底时，防止了腐蚀气体经保护墙的裂缝腐蚀换能器堆叠结构的问题，提高了体声波谐振器的可靠性；同时，在保护墙因工艺原因出现台阶缺陷时，第一保护层还可以弥补台阶缺陷，提高了换能器堆叠结构的沉积质量，增强了体声波谐振器的稳定性。
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剖面结构示意图；
图2是根据本发明实施例提供的第一保护层的截面结构示意图；
图3是根据本发明实施例提供的第一种体声波谐振器的部分结构俯视示意图；
图4是根据本发明实施例提供的第二种体声波谐振器的剖面结构示意图；
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方法对应的结构图；
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方法对应的结构图；
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方法对应的结构图；
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方法对应的结构图。
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。
图1是根据本发明实施例提供的第一种体声波谐振器的剖面结构示意图，图2是根据本发明实施例提供的第一保护层的截面结构示意图，如图1和图2所示，该体声波谐振器包括：
衬底10、换能器堆叠结构20、保护墙30和第一保护层41，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；
保护墙30设置在空腔113的侧壁；
第一保护层41设置在换能器堆叠结构20和衬底10之间，且沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层41与保护墙30交叠；
第一保护层41的截面形状包括上表面411、下表面412和侧面413；上表面411位于下表面412远离衬底10一侧，侧面413连接上表面411和下表面412；
侧面413上任意一点的切平面与下表面412的夹角小于或者等于45°。
其中，衬底10可为制作体声波谐振器的基底，在现有技术中为了提高体声波谐振器制作的质量，可采用SOI衬底10，SOI衬底10可包括叠层设置的底层衬底101、中间绝缘层102和顶层衬底103，空腔113可仅贯穿顶层衬底103，使得顶层衬底103和换能器堆叠结构20配合形成空腔113。换能器堆叠结构20可包括两个激励电极和设置在两个激励电极之间的压电层，可通过激励电极引起体声波谐振器各层的机械震荡。
其中，保护墙30可为起到对空腔113限位作用的结构，保护墙30设置在空腔113的侧壁，使得空腔113和衬底10之间可通过保护墙30隔离。释放通道112可为贯穿换能器堆叠结构20且与空腔113连通的通道，释放通道112中可用于通入腐蚀气体，该腐蚀气体可腐蚀衬底10，以在衬底10中形成空腔113，在形成空腔113的过程中，由于保护墙30的限位作用，防止了隔离的衬底10区域被腐蚀气体腐蚀，提高了空腔113范围的准确性。
其中，保护墙材料在沉积在衬底10过程中会存在多种气体参与，故在沉积到衬底10中时难免会在保护墙30中形成空洞的缺陷。进一步的，由于保护墙材料与衬底10材料的热膨胀系数不同，故在后续高温制备其他膜层时，保护墙30会出现挤压受力产生裂缝的问题，而内部的空洞会更加剧裂缝缺陷。空洞、裂缝的缺陷会导致保护墙30生长的质量变差，从而降低体声波谐振器的Q值。同样的，在腐蚀气体腐蚀衬底10时，腐蚀气体还可能从存在裂缝的保护墙30中泄露，进而腐蚀换能器堆叠结构20，从而引起体声波谐振器失效。故本发明实施例设置第一保护层41在换能器堆叠结构20和衬底10之间，且沿体声波谐振器的厚度方向x，第一保护层41与保护墙30交叠，使得第一保护层41至少与部分保护墙30交叠，进而在腐蚀气体进入保护墙30时，防止腐蚀气体自第一保护墙30的裂缝进入换能器堆叠结构20中，保护了保护墙30与衬底10接触的表面，加强了对换能器堆叠结构20的保护。可以理解的是，第一保护层41与保护墙30交叠设置可为第一保护层41部分覆盖保护墙30，也可为第一保护层41全部覆盖保护墙30，本发明实施例对此不做限定。另外，在实际工艺中，由于保护墙材料在沉积后需研磨至保护墙30仅在空腔113的侧壁，由于保护墙材料和衬底10材料相对于研磨液的反应速率不同，故在研磨保护墙材料后，会容易使得保护墙30上表面与衬底10上表面存在高度差，即存在台阶缺陷，此缺陷会导致保护墙30生长质量不佳，从而影响后续换能器堆叠结构20的沉积质量。而将第一保护层41覆盖第一保护墙30设置，可使得保护墙30的台阶缺陷被第一保护层41消除，进一步提高体声波谐振器的质量和稳定性。
其中，第一保护层41沿x方向的投影可为环形结构。第一保护层41的截面形状包括上表面411、下表面412和侧面413，下表面412至少与保护墙30表面接触，侧面413连接上表面411和下表面412。侧面413上任意一点的切平面与下表面412的夹角小于或者等于45°，在保证第一保护层41厚度的同时，减小与第一保护层41侧面413与衬底10表面之间的夹角，便于后续换能器堆叠结构20在衬底10和第一保护层41上的沉积，提高了薄膜沉积的质量。
本发明实施例中第一保护层41的材料与保护墙材料可以相同，也可以不同，本发明实施例对此不做限定。在工艺流程中，第一保护层41在保护墙30研磨后生长，而在保护墙30研磨过程中容易存在台阶缺陷，故第一保护层41可弥补台阶缺陷。可以理解的是，即使当第一保护层41与保护墙材料相同时，第一保护层41与保护墙30也采用两个工艺流程制作，因为实际制作过程中，保护墙30的厚度远远大于第一保护层41的厚度，保护墙材料一方面沉积在空腔113的侧壁，另一方面沉积在衬底10表面，研磨时需将衬底10表面的保护墙材料去除，如果保护墙30和第一保护层41同时制作，会使得衬底10表面的厚度更大，增加了研磨的时间；并且研磨后的第一保护层41与直接沉积相应厚度的第一保护层41相比，未经研磨处理的直接沉积相应厚度的第一保护层41质量更好。
本发明实施例的技术方案，通过在换能器堆叠结构和衬底之间设置第一保护层，且沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠，使得在腐蚀气体通过释放通道腐蚀衬底时，防止了腐蚀气体经保护墙的裂缝腐蚀换能器堆叠结构的问题，提高了体声波谐振器的可靠性；同时，在保护墙因工艺原因出现台阶缺陷时，第一保护层还可以弥补台阶缺陷，提高了换能器堆叠结构的沉积质量，增强了体声波谐振器的稳定性。
可选的，第一保护层的热膨胀系数与衬底的热膨胀系数之间的差值小于保护墙的热膨胀系数与衬底的热膨胀系数之间的差值。
其中，由于保护墙和衬底之间存在热膨胀系数的差异，故导致保护墙出现裂缝的缺陷。当第一保护层的材料与保护墙材料不同时，设置第一保护层的热膨胀系数与衬底的热膨胀系数之间的差值小于保护墙的热膨胀系数与衬底的热膨胀系数之间的差值，使得在后续高温生长换能器堆叠结构时，第一保护层相对于保护墙对温度更不敏感，第一保护层对温度变化的稳定性更好，不容易出现裂缝的缺陷，起到对换能器堆叠结构的保护作用。
本发明实施例的技术方案，通过设置第一保护层的热膨胀系数与衬底的热膨胀系数之间的差值小于保护墙的热膨胀系数与衬底的热膨胀系数之间的差值，使得在后续生长换能器堆叠结构时第一保护层相较于保护墙更加稳定，提高了对换能器堆叠结构的保护作用。
可选的，继续参考图1所示，体声波谐振器还包括种子层104；种子层104和第一保护层的材料不同，且种子层104的晶格与换能器堆叠结构20的晶格匹配；
种子层104覆盖衬底10和第一保护层41。
具体的，种子层104的材料与换能器堆叠结构20中的压电层晶格匹配的材料，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中压电层有更好的晶轴生长取向，提高压电层沉积的质量，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中压电层的c轴择优取向生长。
本发明实施例的技术方案，通过在第一保护层和换能器堆叠结构之间设置种子层，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。
可选的，图3是根据本发明实施例提供的第一种体声波谐振器的部分结构俯视示意图，结合图1和图3所示，换能器堆叠结构20包括叠层设置的底电极层201；
底电极层201包括连接的底电极分部2011和锚结构分部2012；沿体声波谐振器的厚度方向，底电极分部2011在第一保护层41所在平面的正投影与第一保护层41相接。
其中，换能器堆叠结构20可包括叠层设置的底电极层201、压电层202和顶电极层203。底电极层201可为换能器堆叠结构20靠近衬底10一侧的激励电极。底电极层201包括与空腔113对应的底电极分部2011和与底电极分部2011连接的锚结构分部2012，底电极分部2011和空腔113对应的区域为体声波谐振器的有效谐振区。底电极层201在第一保护层41和衬底10之间，底电极分部2011在第一保护层41所在平面的正投影与第一保护层41相接，说明底电极分部2011沿x方向上的投影与空腔113沿x方向上的投影重叠，第一保护层41靠近空腔113一侧的边缘与底电极分部2011的边缘相接，由于第一保护层41具有一定的厚度，故在锚结构分部2012上形成阶梯，保护底电极分部2011的边缘，可以减小横向声波的泄露，同时可以有效降低杂散模式，提高谐振器的Q值。
本发明实施例的技术方案，通过设置沿体声波谐振器的厚度方向，底电极分部在第一保护层所在平面的正投影与第一保护层相接，使得第一保护层靠近空腔一侧的边缘与底电极分部的边缘相接，有效保护底电极分部边缘，可以减小横向声波的泄露，同时可以有效降低杂散模式，提高谐振器的Q值。
可选的，图4是根据本发明实施例提供的第二种体声波谐振器的剖面结构示意图，参考图4所示，换能器堆叠结构20包括叠层设置的底电极层201、压电层202和顶电极层203，顶电极层203位于压电层202远离衬底10的一侧；
体声波谐振器还包括第二保护层42；第二保护层42设置在压电层202和顶电极层203之间，且沿体声波谐振器的厚度方向，顶电极层203的边缘在第二保护层42所在平面的正投影位于第二保护层42的覆盖范围内。
其中，换能器堆叠结构20包括叠层设置的底电极层201、压电层202和顶电极层203，顶电极层203位于压电层202远离衬底10的一侧，在顶电极层203和压电层202之间还包括第二保护层42，第二保护层42的材料与第一保护层41的材料可以相同也可以不同，沿x方向顶电极层203的边缘在第二保护层42所在平面的正投影位于第二保护层42的覆盖范围内，说明第二保护层42至少与顶电极层203的边缘交叠，使得当腐蚀气体腐蚀至压电层202时，第二保护层42可以进一步保护顶电极层203。
在一些实施例中，体声波谐振器还包括底电极引出层204；底电极引出层204贯穿压电层202且与底电极层201连接，底电极引出层204与顶电极层203同层设置；沿体声波谐振器的厚度方向，底电极引出层204的边缘在第二保护层42所在平面的正投影位于第二保护层42的覆盖范围内。其中，底电极引出层204可用于底电极层201与外界的连接，沿x方向底电极引出层204的边缘在第二保护层42所在平面的正投影位于第二保护层42的覆盖范围内，说明第二保护层42至少与底电极引出层204的边缘交叠，使得第二保护层42可以进一步保护底电极引出层204。
本发明实施例的技术方案，通过在压电层和顶电极层之间设置第二保护层，顶电极层的边缘在第二保护层所在平面的正投影位于第二保护层的覆盖范围内，使得第二保护层可进一步保护顶电极层，增强谐振器及滤波器的稳定性和可靠性。
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方法对应的结构图，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，其用于制备体声波谐振器；制备方法包括：
S10、提供衬底并刻蚀衬底，在衬底内形成定位凹槽。
其中，步骤S10对应图6中的a步骤，参考a步骤所示。衬底10可为制作体声波谐振器的基底，可为SOI衬底10。
为了后续空腔113的形成，可在衬底10中预先刻蚀定位凹槽，此定位凹槽的范围即为空腔113的范围。示例性的，当衬底10为SOI衬底10时，首先在顶层衬底103中刻蚀定位凹槽，定位凹槽围绕区域即为空腔113的范围。
S11、在定位凹槽中生长保护墙。
其中，步骤S11对应图6中的b步骤，参考b步骤所示。在定位凹槽中沉积保护墙30，保护墙30可为起到对空腔113限位作用的结构，通过保护墙30隔离衬底10和空腔113结构。
S12、在衬底靠近保护墙一侧生长第一保护层，沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠；第一保护层的截面形状包括上表面、下表面和侧面；上表面位于下表面远离衬底一侧，侧面连接上表面和下表面；侧面上任意一点的切平面与下表面的夹角小于或者等于45°。
其中，步骤S12对应图6中的c步骤，参考c步骤所示。其中，保护墙材料在沉积在衬底10过程中会存在多种气体参与，故在衬底10到衬底10中时难免会在保护墙30中形成空洞的缺陷。进一步的，由于保护墙材料与衬底10材料的热膨胀系数不同，故在后续高温制备其他膜层时，保护墙30会出现挤压受力产生裂缝的问题，而内部的空洞会更加剧裂缝缺陷。空洞、裂缝的缺陷会导致保护墙30生长的质量变差，从而降低体声波谐振器的Q值。同样的，在腐蚀气体腐蚀衬底10时，腐蚀气体还可能从存在裂缝的保护墙30中泄露，进而腐蚀换能器堆叠结构20，从而引起体声波谐振器失效。故在衬底10靠近保护墙30一侧生长第一保护层41且沿体声波谐振器的厚度方向x，第一保护层41与保护墙30交叠，使得第一保护层41至少与部分保护墙30交叠，进而在腐蚀气体进入保护墙30时，防止腐蚀气体自第一保护墙30的裂缝进入换能器堆叠结构20中，保护了保护墙30与衬底10接触的表面，加强了对换能器堆叠结构20的保护。
S13、在第一保护层远离衬底一侧生长换能器堆叠结构。
其中，步骤S13对应图6中的d步骤，参考d步骤所示，由于换能器堆叠结构20中包括底电极层201、压电层202和上电极层，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201、压电层202和上电极层。
S14、刻蚀换能器堆叠结构，以形成释放通道。
其中，步骤S14对应图6中的e步骤，参考e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，保证空腔113的形成。
S15、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S15对应图6中的f步骤，参考f步骤所示，向释放通道112中通入腐蚀气体，腐蚀气体与衬底10发生反应形成空腔113。
本发明实施例的技术方案，通过在换能器堆叠结构和衬底之间设置第一保护层，且沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠，使得在腐蚀气体通过释放通道腐蚀衬底时，防止了腐蚀气体经保护墙的裂缝腐蚀换能器堆叠结构的问题，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方法对应的结构图，结合图7和图8所示，该制备方法包括：
S20、提供衬底并刻蚀衬底，在衬底内形成定位凹槽。
S21、在定位凹槽中沉积保护墙材料，保护墙材料填充定位凹槽并覆盖部分衬底表面。
其中，步骤S21对应图8中的g步骤，参考g步骤所示，在保护墙材料沉积的过程中，一方面保护墙材料沉积在定位凹槽中，另一方面保护墙30沉积在衬底10表面，且定位凹槽中保护墙30的厚度与衬底10表面保护墙30的厚度相同。
S22、去除覆盖衬底表面的保护墙材料，以使保护墙仅填充在定位凹槽中且在定位凹槽中形成台阶。
其中，步骤S22对应图8中的h步骤，参考h步骤所示，在实际工艺流程中，常采用化学机械抛光的方法将衬底10表面的保护墙材料去除，暴露出衬底10表面，使得保护墙材料仅填充在定位凹槽中。在研磨过程中，由于保护墙材料和衬底10材料相对于研磨液的反应速率不同，故在研磨保护墙材料后，会容易使得保护墙30上表面与衬底10上表面存在高度差，即存在台阶00缺陷，此缺陷会导致保护墙30生长质量不佳，从而影响后续换能器堆叠结构20的沉积质量。
S23、在衬底靠近保护墙一侧生长第一保护层并刻蚀第一保护层，以使第一保护层填充台阶中且沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠；第一保护层的截面形状包括上表面、下表面和侧面；上表面位于下表面远离衬底一侧，侧面连接上表面和下表面；侧面上任意一点的切平面与下表面的夹角小于或者等于45°。
其中，步骤S23对应图8中的i步骤，参考i步骤所示，将第一保护层41覆盖第一保护墙30设置，可使得保护墙30的台阶00缺陷被第一保护层41消除，进一步提高体声波谐振器的质量和稳定性。
S24、在第一保护层远离衬底一侧生长换能器堆叠结构。
S25、刻蚀换能器堆叠结构，以形成释放通道。
S26、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。
本发明实施例的技术方案，在保护墙因工艺原因出现台阶缺陷时，第一保护层弥补台阶缺陷，提高了换能器堆叠结构的沉积质量，增强了体声波谐振器的稳定性和可靠性，提升了体声波谐振器的Q值。
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方法对应的结构图，结合图9和图10所示，换能器堆叠结构20包括叠层设置的底电极层201、压电层202和顶电极层203，顶电极层203位于压电层202远离衬底10的一侧，该制备方法包括：
S30、提供衬底并刻蚀衬底，在衬底内形成定位凹槽。
S31、在定位凹槽中生长保护墙。
S32、在衬底靠近保护墙一侧生长第一保护层，沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠；第一保护层的截面形状包括上表面、下表面和侧面；上表面位于下表面远离衬底一侧，侧面连接上表面和下表面；侧面上任意一点的切平面与下表面的夹角小于或者等于45°。
其中，在一些实施例中，在第一保护层41远离衬底10一侧生长换能器堆叠结构20之前，还包括：在所述第一保护层41远离所述衬底10一侧生长种子层104。具体的，种子层104的材料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中压电层有更好的晶轴生长取向，提高压电层沉积的质量，进而提高体声波谐振器的Q值。
S33、在第一保护层远离衬底一侧生长换能器堆叠结构。
S34、在压电层远离衬底一侧生长第二保护层并图案化第二保护层，沿体声波谐振器的厚度方向，顶电极层的边缘在第二保护层所在平面的正投影位于第二保护层的覆盖范围内。
其中，步骤S34对应图10中的j步骤，参考j步骤所示，换能器堆叠结构20包括叠层设置的底电极层201、压电层202和顶电极层203，顶电极层203位于压电层202远离衬底10的一侧，在压电层202远离衬底10一侧生长第二保护层42并图案化第二保护层42，沿x方向顶电极层203的边缘在第二保护层42所在平面的正投影位于第二保护层42的覆盖范围内，使得第二保护层42至少与顶电极层203的边缘交叠，当腐蚀气体腐蚀至压电层202时，第二保护层42可以进一步保护顶电极层203。S35、刻蚀换能器堆叠结构，以形成释放通道。
S36、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。
本发明实施例的技术方案，通过在压电层和顶电极层之间生长第二保护层，顶电极层的边缘在第二保护层所在平面的正投影位于第二保护层的覆盖范围内，使得第二保护层可进一步保护顶电极层，增强谐振器及滤波器的稳定性和可靠性。
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方法对应的结构图，结合图11和图12所示，该制备方法包括：
S40、提供衬底并刻蚀衬底，在衬底内形成定位凹槽。
S41、在定位凹槽中生长保护墙。
S42、在衬底靠近保护墙一侧生长第一保护层，沿体声波谐振器的厚度方向，第一保护层与保护墙交叠；第一保护层的截面形状包括上表面、下表面和侧面；上表面位于下表面远离衬底一侧，侧面连接上表面和下表面；侧面上任意一点的切平面与下表面的夹角小于或者等于45°。
S43、在第一保护层远离衬底一侧依次生长底电极层和压电层。
S44、在压电层远离衬底一侧生长第二保护层并图案化第二保护层，沿体声波谐振器的厚度方向，顶电极层的边缘在第二保护层所在平面的正投影位于第二保护层的覆盖范围内。
S45、在第二保护层远离衬底一侧生长顶电极层；顶电极层和压电层之间包括空气腔且沿体声波谐振器的厚度方向，空气腔的投影与定位凹槽的投影不交叠；第二保护层设置在空气腔中。
其中，可参考图11和图12中的(l)步骤所示，顶电极层203、压电层202和空气腔205形成空气桥结构，第二保护层42设置在空气腔205中，使得顶电极层203和压电层202在空气腔205处形成间隙，使得顶电极层203与压电层202在空气腔205处的声阻抗分部不连续，同时还可起到对第二保护层42的保护作用，使得第二保护层42可以有效的保护保护墙，减少能量的损耗，提高了体声波谐振器的Q值。
在一些实施例中，当第二保护层42为环形结构时，由于顶电极层203为图案化电极层，故可在顶电极层203靠近底电极层201一侧形成空气翼结构，第二保护层42设置在空气翼结构对应的间隙下方，同样也可以起到，减少能量的损耗，提高了体声波谐振器的Q值的作用。
S45、刻蚀换能器堆叠结构，以形成释放通道。
S46、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。
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、保护墙和第一保护层，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；
所述保护墙设置在所述空腔的侧壁；
所述第一保护层设置在所述换能器堆叠结构和所述衬底之间，且沿所述体声波谐振器的厚度方向，所述第一保护层与所述保护墙交叠；
所述第一保护层的截面形状包括上表面、下表面和侧面；所述上表面位于所述下表面远离所述衬底一侧，所述侧面连接所述上表面和所述下表面；
所述侧面上任意一点的切平面与所述下表面的夹角小于或者等于45°。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一保护层的热膨胀系数与所述衬底的热膨胀系数之间的差值小于所述保护墙的热膨胀系数与所述衬底的热膨胀系数之间的差值。
3.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；所述种子层和所述第一保护层的材料不同，且所述种子层的晶格与所述换能器堆叠结构的晶格匹配；
所述种子层覆盖所述衬底和所述第一保护层。
4.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；
所述底电极层包括连接的底电极分部和锚结构分部；沿所述体声波谐振器的厚度方向，所述底电极分部在所述第一保护层所在平面的正投影与所述第一保护层相接。
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、压电层和顶电极层，所述顶电极层位于所述压电层远离所述衬底的一侧；
所述体声波谐振器还包括第二保护层；所述第二保护层设置在所述压电层和所述顶电极层之间，且沿所述体声波谐振器的厚度方向，所述顶电极层的边缘在所述第二保护层所在平面的正投影位于所述第二保护层的覆盖范围内。
6.根据权利要求5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底电极引出层；所述底电极引出层贯穿所述压电层且与所述底电极层连接，所述底电极引出层与所述顶电极层同层设置；
沿所述体声波谐振器的厚度方向，所述底电极引出层的边缘在所述第二保护层所在平面的正投影位于所述第二保护层的覆盖范围内。
7.一种体声波谐振器的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-6任一项所述的体声波谐振器；所述制备方法包括：
提供衬底并刻蚀所述衬底，在所述衬底内形成定位凹槽；
在所述定位凹槽中生长保护墙；
在所述衬底靠近所述保护墙一侧生长第一保护层，沿所述体声波谐振器的厚度方向，所述第一保护层与所述保护墙交叠；所述第一保护层的截面形状包括上表面、下表面和侧面；所述上表面位于所述下表面远离所述衬底一侧，所述侧面连接所述上表面和所述下表面；所述侧面上任意一点的切平面与所述下表面的夹角小于或者等于45°；
在所述第一保护层远离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；
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。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述定位凹槽中生长保护墙，包括：
在所述定位凹槽中沉积保护墙材料，所述保护墙材料填充所述定位凹槽并覆盖部分所述衬底表面；
去除覆盖所述衬底表面的所述保护墙材料，以使所述保护墙仅填充在所述定位凹槽中且在所述定位凹槽中形成台阶；
在所述衬底靠近所述保护墙一侧生长第一保护层，包括：
在所述衬底靠近所述保护墙一侧生长第一保护层并刻蚀所述第一保护层，以使所述第一保护层填充所述台阶中且沿所述体声波谐振器的厚度方向，所述第一保护层与所述保护墙交叠。
9.根据权利要求8所述的制备方法，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、压电层和顶电极层，所述顶电极层位于所述压电层远离所述衬底的一侧；
所述制备方法还包括：
在所述压电层远离所述衬底一侧生长第二保护层并图案化所述第二保护层，沿所述体声波谐振器的厚度方向，所述顶电极层的边缘在所述第二保护层所在平面的正投影位于所述第二保护层的覆盖范围内。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述第一保护层远离所述衬底一侧生长换能器堆叠结构之前，还包括：
在所述第一保护层远离所述衬底一侧生长种子层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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