CN111669141B - 一种体声波谐振器的电极结构及制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种体声波谐振器的电极结构及制作工艺，包括依次层叠形成的底电极层、压电层和顶电极层，在压电层上形成有包覆顶电极层的至少一个侧边的声波反射挡沿，声波反射挡沿从顶电极层的侧边延伸到顶电极层的顶部边缘形成质量负载层，声波反射挡沿的外侧边缘在压电层上的投影区域完全位于底电极层的区域范围内。通过顶电极层边缘的高低声阻抗交替形成的声波反射挡沿反射横波，避免横波从谐振器边缘泄露而带走能量，提升器件性能。优选地，以简单的工艺在制作声波反射挡沿的同时既能形成质量负载层又能形成顶电极电性连接其它谐振器的连接部。
Description
技术领域
本申请涉及通信器件领域，主要涉及一种体声波谐振器的电极结构及制作工艺。
背景技术
随着电磁频谱的日益拥挤、无线通讯设备的频段与功能增多，无线通讯使用的电磁频谱从500MHz到5GHz以上高速增长，也对性能高、成本低、功耗低、体积小的射频前端模块需求日益增长。滤波器是射频前端模块之一，可改善发射和接收信号，主要由多个谐振器通过拓扑网络结构连接而成。Fbar(Thin film bulk acoustic resonator)是一种体声波谐振器，由它组成的滤波器具有体积小、集成能力强、高频工作时保证高品质因素Q、功率承受能力强等优势而作为射频前端的核心器件。
Fbar是由上下电极和夹在电极之间的压电层组成的基本结构。压电层主要实现电能与机械能的转化。当Fbar的上下电极施加电场时，压电层将电能转换为机械能，机械能则以声波的形式存在。声波有横波和纵波两种振动模式，纵波是Fbar工作状态下的主要模式，横波易从谐振器边缘泄露而带走能量。Q值是衡量谐振器性能的重要指标，等于谐振器储存能量与谐振器所损失能量的比值。因此，横波带走能量必然会衰减Q值，使器件性能下降。
在现有技术中，体声波谐振器的压电层不平整，需要顶电极层的特殊设计结构来弥补不平坦的压电层所带来的缺陷，因此需要在顶电极层边缘与压电层隔离并且形成空腔以反射横波，但是空腔上方的膜层容易出现坍塌等问题。
因此，本发明旨在设计改进的体声波谐振器的电极结构，从而避免横波从谐振器边缘泄露而带走能量，提升器件性能。
发明内容
针对上述提到的现有的体声波谐振器结构会使横波带走能量并使 Q值衰减，使器件性能下降等问题。本申请提出了一种体声波谐振器的电极结构及制作工艺来解决上述存在的问题。
在第一方面，本申请的实施例中提出了一种体声波谐振器的电极结构，包括依次层叠形成的底电极层、压电层和顶电极层，在压电层上形成有包覆顶电极层的至少一个侧边的声波反射挡沿，声波反射挡沿从顶电极层的侧边延伸到顶电极层的顶部边缘形成质量负载层，声波反射挡沿的外侧边缘在压电层上的投影区域完全位于底电极层的区域范围内。通过顶电极层边缘的高低声阻抗交替形成的声波反射挡沿反射横波，避免横波从谐振器边缘泄露而带走能量，提升器件性能。而且质量负载层可引发声阻抗突变从而反射横波，抑制横波带走能量，提升Q值。
在一些实施例中，声波反射挡沿包括交替层叠的至少一组低声阻抗反射挡沿和高声阻抗反射挡沿的组合。通过紧邻或覆盖于顶电极边缘的高低声阻抗交替的复合薄膜层来反射横波，反射的横波一部分转换为纵波，一部分困于谐振器内，从而避免了横波在谐振器边缘泄露能量致使Q值衰减，提升了器件性能。
在一些实施例中，最靠近顶电极层的边缘的反射挡沿为低声阻抗反射挡沿。因此可以沿顶电极层的边缘产生低高阻抗差，从而产生声波反射。
在一些实施例中，低声阻抗反射挡沿和高声阻抗反射挡沿均由金属材料形成。低高声阻抗金属材料制成的声波反射挡沿一方面可以具有良好的声波反射效果，另外还能够直接实现两个谐振器之间的电连接，避免连接效果影响滤波器的***损耗。
在一些实施例中，声波反射挡沿在当前体声波谐振器的压电层上向外延伸形成电极连接部。声波反射挡沿均由金属材料形成，具有良好的电导率，因此声波反射挡沿可以延伸作为电极连接部直接与两个谐振器的电极层实现电连接。
在一些实施例中，低声阻抗反射挡沿由介质材料形成，并且高声阻抗反射挡沿由金属材料形成。介质材料的声阻抗低，金属材料的声阻抗高，因此介质材料与金属材料相结合的声波反射挡沿具有更好的声波反射效果，可以反射横波。在一些实施例中，声波反射挡沿的一端的高声阻抗反射挡沿的一部分延伸到当前体声波谐振器的顶电极层的顶部并与顶电极层电连接形成第一电极连接部，声波反射挡沿的另一端在当前体声波谐振器的压电层上向外延伸形成第二电极连接部。当低声阻抗反射挡沿由介质材料形成，由于介质材料的电导率低，因此需要将由金属材料形成的高声阻抗反射挡沿延伸到顶电极层的顶部与顶电极层电连接，实现与另一个体声波谐振器的电连接，并且还可以同时在顶电极层的顶部形成质量负载层。
第二方面，本申请的实施例中还提出了一种体声波谐振器，包括如第一方面的电极结构，体声波谐振器还包括具有空腔的衬底，电极结构形成在衬底上，底电极层周围形成有毗邻的阻挡层和介质层，阻挡层和介质层的表面与底电极层的表面保持平坦。
在一些实施例中，压电层形成在阻挡层、介质层和底电极层的表面上使得压电层不接触衬底。压电层形成在具有平坦表面的阻挡层和介质层上方，可以提高压电层的应力一致性，减小压电层的应力影响，使器件的机电耦合系数控制在最佳范围，提高谐振器品质因素、器件良率和器件成品的一致性和可靠性。
在一些实施例中，体声波谐振器还包括释放孔，释放孔在不穿过底电极层和顶电极层的情况下延伸到空腔内。释放孔用于将空腔内的牺牲材料去除掉。
在一些实施例中，在释放孔中形成覆盖释放孔的侧壁的保护层。保护层可以有效保护介质层不被空腔释放时使用的蚀刻剂HF所腐蚀。
在一些实施例中，在底电极层和衬底之间形成有支撑层。PVD工艺形成支撑层覆盖在衬底和牺牲材料上以保护底电极层。
在一些实施例中，底电极层在衬底上的投影区域完全位于空腔内。由于有支撑层的存在，可以将底电极层制作在空腔内，而不至于塌陷在空腔内。
第三方面，本申请的实施例中还提出了一种体声波谐振器的电极结构的制作工艺，包括以下步骤：
S1，对由底电极层、压电层和顶电极层依次层叠形成的谐振功能层中的顶电极层进行刻蚀以暴露出部分压电层；
S2，在压电层上制作包覆顶电极层的至少一个侧边的声波反射挡沿，并且同时在顶电极层上制作质量负载层，质量负载层为声波反射挡沿从顶电极层的侧边延伸到顶电极层的顶部边缘所形成，声波反射挡沿的外侧边缘在压电层上的投影区域完全位于底电极层的区域范围内。
通过在顶电极层边缘制作由高低声阻抗交替形成的声波反射挡沿反射横波，避免横波从谐振器边缘泄露而带走能量，提升器件性能。而且质量负载层可引发声阻抗突变从而反射横波，抑制横波带走能量，提升Q值。
在一些实施例中，声波反射挡沿包括交替层叠的至少一组低声阻抗反射挡沿和高声阻抗反射挡沿的组合。通过紧邻或覆盖于顶电极边缘的高低声阻抗交替的复合薄膜层来反射横波，反射的横波一部分转换为纵波，一部分困于谐振器内，从而避免了横波在谐振器边缘泄露能量致使Q值衰减，提升了器件性能。
在一些实施例中，最靠近顶电极层的边缘的反射挡沿为低声阻抗反射挡沿。这样可以避免声波反射挡沿对顶电极层的使用造成影响。
在一些实施例中，低声阻抗反射挡沿和高声阻抗反射挡沿均由金属材料形成。金属材料制成的声波反射挡沿连接效果好，避免连接效果影响滤波器的***损耗。
在一些实施例中，步骤S2还包括：同时在当前体声波谐振器的一侧的压电层上制作由声波反射挡沿向外延伸形成的电极连接部。声波反射挡沿均由金属材料形成，具有良好的电导率，因此声波反射挡沿可以延伸作为电极连接部直接与两个谐振器的电极层实现电连接。
在一些实施例中，低声阻抗反射挡沿由介质材料形成，并且高声阻抗反射挡沿由金属材料形成。介质材料与金属材料相结合的声波反射挡沿具有更好的声波反射效果。
声波反射挡沿在一些实施例中，步骤S2还包括：同时在当前体声波谐振器的顶电极层的顶部制作由声波反射挡沿的一端的高声阻抗反射挡沿的一部分延伸形成与顶电极层电连接的第一电极连接部，并且在当前体声波谐振器的压电层上制作由声波反射挡沿的另一端向外延伸形成的第二电极连接部。当低声阻抗反射挡沿由介质材料形成，由于介质材料的电导率低，因此需要将由金属材料形成的高声阻抗反射挡沿延伸到顶电极层的顶部与顶电极层电连接，最终实现与另一个体声波谐振器的电连接，并且还可以同时在顶电极层的顶部形成质量负载层。第二电极连接部可以作为引线连接其他谐振器或信号源引入等。
第四方面，本申请的实施例中还提出了一种体声波谐振器的制作工艺，包括如第三方面的体声波谐振器的电极结构的制作工艺，包括以下步骤：
S3，在衬底上形成空腔；
S4，在空腔中填充牺牲材料；
S5，在被填充后的空腔上制作底电极层；
S6，在底电极层周围依次施加阻挡层和介质层以使得阻挡层和介质层构成的复合层的表面与底电极层的表面保持平坦；以及
S7，在复合层和底电极层的表面上制作压电层以使得压电层不接触衬底。
在一些实施例中，方法还包括步骤S8：在压电层上制作顶电极层。顶电极层通过PVD、光刻与蚀刻工艺制作，与底电极层和压电层构成有效谐振区域。
在一些实施例中，方法还包括步骤S9：在顶电极层和底电极层旁边制作释放孔，释放孔从顶部穿透延伸到空腔内的牺牲材料。释放孔用于将空腔内的牺牲材料去除掉。
在一些实施例中，方法还包括步骤S10：制作保护层，保护层覆盖释放孔的侧壁。保护层可以有效保护介质层不被空腔释放时使用的蚀刻剂HF所腐蚀。
在一些实施例中，方法在步骤S4和S5之间还包括：在衬底上制作由氮化铝材料构成的支撑层。此时支撑层可以实现底电极层和压电层具有良好的C轴取向，并且可以起到支撑作用使底电极层在衬底上的投影区域完全位于空腔内。
在一些实施例中，底电极层在衬底上的投影区域完全位于空腔内。由于有支撑层的存在，因此可以将底电极层制作在空腔内，而不至于塌陷在空腔内。
本申请的实施例提出了一种体声波谐振器的电极结构及制作工艺，包括依次层叠形成的底电极层、压电层和顶电极层，在压电层上形成有包覆顶电极层的至少一个侧边的声波反射挡沿，声波反射挡沿从顶电极层的侧边延伸到顶电极层的顶部边缘形成质量负载层，声波反射挡沿的外侧边缘在压电层上的投影区域完全位于底电极层的区域范围内。通过紧邻或覆盖于顶电极层边缘的高低声阻抗交替形成的声波反射挡沿反射横波，反射的横波一部分转换为纵波，一部分困于谐振器内，从而避免横波从谐振器边缘泄露而带走能量，提升器件性能。在制作声波反射挡沿的同时可以制作形成质量负载层，而且在制作声波反射挡沿的同时可以作为顶电极层向外和其他谐振器的电性连接部分，工艺简单。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1示出了根据本发明的实施例的体声波谐振器的电极结构的制作工艺的流程图；
图2示出了根据本发明的实施例一的体声波谐振器的电极结构的制作工艺制作的电极结构以及体声波谐振器的结构示意图；
图3示出了根据本发明的实施例一的体声波谐振器的制作工艺的流程图；
图4a-4o示出了根据本发明的实施例一的体声波谐振器的制作工艺的结构示意图；
图5示出了根据本发明的实施例二的体声波谐振器的结构示意图；
图6示出了根据本发明的实施例三的体声波谐振器的结构示意图；
图7示出了根据本发明的实施例四的体声波谐振器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。应当注意到，附图中的部件的尺寸以及大小并不是按照比例的，可能会为了明显示出的原因突出显示了某些部件的大小。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明提出了一种体声波谐振器的电极结构，该体声波谐振器的电极结构包括依次层叠形成的底电极层、压电层和顶电极层，在压电层上形成有包覆顶电极层的至少一个侧边的声波反射挡沿，声波反射挡沿从顶电极层的侧边延伸到顶电极层的顶部边缘形成质量负载层，声波反射挡沿的外侧边缘在压电层上的投影区域完全位于底电极层的区域范围内。通过顶电极层边缘的高低声阻抗交替形成的声波反射挡沿反射横波，避免横波从谐振器边缘泄露而带走能量，提升器件性能。
与之相对应的，本申请的实施例中还提出了一种体声波谐振器的电极结构的制作工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1，对由底电极层、压电层和顶电极层依次层叠形成的谐振功能层中的顶电极层进行刻蚀以暴露出部分压电层；
S2，在压电层上制作包覆顶电极层的至少一个侧边的声波反射挡沿，并且同时在顶电极层上制作质量负载层，质量负载层为声波反射挡沿从顶电极层的侧边延伸到顶电极层的顶部边缘所形成，声波反射挡沿的外侧边缘在压电层上的投影区域完全位于底电极层的区域范围内。
实施例一
根据以上的体声波谐振器的电极结构及制作工艺，本发明还相对应地提出了一种体声波谐振器及制作工艺，该体声波谐振器的结构如图2所示，该体声波谐振器包括上述的电极结构，体声波谐振器还包括具有空腔201的衬底101，电极结构形成在衬底101上，底电极层 401周围形成有毗邻的阻挡层501和介质层601，阻挡层501和介质层 601的表面与底电极层401的表面保持平坦。
在具体的实施例中，压电层801形成在阻挡层501、介质层601 和底电极层401的表面上使得压电层801不接触衬底101。压电层801 形成在具有平坦表面的阻挡层501和介质层601上方，可以提高压电层801的应力一致性，减小压电层801的应力影响，使器件的机电耦合系数控制在最佳范围，提高谐振器品质因素、器件良率和器件成品的一致性和可靠性。在优选的实施例中，阻挡层501采用氮化硅材料，并且介质层601采用二氧化硅材料。阻挡层501和介质层601的材料的选择有利于后续的研磨和蚀刻等加工工艺，并且能够有效保护底电极层401。
本申请的实施例中还提出了一种体声波谐振器的制作工艺，如图 3所示，包括上述体声波谐振器的电极结构的制作工艺，包括以下步骤：
S3，在衬底上形成空腔；
S4，在空腔中填充牺牲材料；
S5，在被填充后的空腔上制作底电极层；
S6，在底电极层周围依次施加阻挡层和介质层以使得阻挡层和介质层构成的复合层的表面与底电极层的表面保持平坦；以及
S7，在复合层和底电极层的表面上制作压电层以使得压电层不接触衬底。
该体声波谐振器的制作工艺的示意图如图4a-4o所示。在具体的实施例中，步骤S3中在衬底101上蚀刻出空腔201，空腔201的剖面图如图4a所示。在优选的实施例中，衬底101材料为Si，空腔201 的高度为3-4μm。具体的空腔2高度和形貌可以根据器件的要求进行调整。
在具体的实施例中，步骤S4中沉积的牺牲材料301为PSG(掺杂P的SiO2)或SiO2。在优选的实施例中，工艺方法还包括在步骤 S4和S5之间的以下步骤：对填充牺牲材料301的衬底101表面进行化学机械抛光(CMP)。如图4b所示，通过化学机械抛光后可以清除衬底101表面的牺牲材料301，使衬底101和牺牲材料301的表面平坦化，在优选的实施例中，经过化学机械抛光后空腔201的高度为2 μm。
在具体的实施例中，在步骤S4和S5之间还包括：在衬底101上制作支撑层901。在优选的实施例中，支撑层901采用氮化铝材料。在经过化学机械抛光后的衬底101和牺牲材料301的表面制作支撑层 901，支撑层901通过PVD工艺制成，具有10-50nm的厚度。支撑层 901既可提升后续压电层的C轴取向，又能对谐振功能层起一定的支撑作用。
在具体的实施例中，如图4c所示，支撑层901将空腔201全部覆盖，底电极层401形成于支撑层901内。支撑层901PVD后覆盖在衬底101和牺牲材料301上还可以实现底电极层401具有良好的C轴取。在优选的实施例中，底电极层401形成于支撑层901内并且完全位于空腔201的区域范围内。此时底电极层401在衬底101上的投影区域完全位于空腔201内。即使在后续工艺中牺牲材料301被去除后，由于有支撑层901存在，底电极层401在衬底101上的投影区域完全位于空腔201内，底电极层401也不会失去支撑，塌陷在空腔201里面，而是在支撑层901的支撑下，在保持谐振器机械稳定性的前提下，可以将底电极层401制作在空腔201内部。
在具体的实施例中，通过PVD、光刻与蚀刻工艺在腔体201上方制作底电极层401，其中底电极层401的材料为Mo。如图4d所示，底电极层401在垂直于衬底101的方向上的截面整体呈矩形形状。因此可以有效减小尖端放电效应，减少制备工艺上由静电给器件带来的缺陷。
在具体的实施例中，如图4e-4g所示，步骤S6具体包括以下步骤：通过CVD工艺在底电极层401及其周围生长阻挡层501，在阻挡层501 上生长介质层601，通过CMP工艺研磨介质层601直至底电极层401 上的阻挡层501被露出为止，在优选的实施例中，经过研磨后介质层 601的顶部和底电极层401的顶部在同一平面上。如图4h所示，再通过光刻和蚀刻工艺去除底电极层401上的阻挡层501。在优选的实施例中，蚀刻工艺为湿法蚀刻，蚀刻剂为BOE(HF与NH3F的混合液)，此时复合层的表面与底电极层401的表面在同一个平面上，使得压电层801形貌变化影响小，受应力影响小。通过阻挡层501保护底电极层401不被介质层601的CMP工艺损伤，并且介质层601使复合层的表面与底电极层401的表面保持平坦，提高压电层801的应力一致性，使器件的机电耦合系数控制在最佳范围内。在优选的实施例中，阻挡层501的材料为氮化硅，介质层601的材料为二氧化硅。阻挡层501 的设计和阻挡层501的材料的选择有利于后续的研磨和蚀刻等加工工艺，并且能够有效保护底电极层401不被损伤。
在具体的实施例中，如图4i所示，步骤S7中通过PVD、光刻与蚀刻工艺在复合层和底电极层401的表面上制作压电层801，其中压电层801的材料可以选择AlN。
在具体的实施例中，该方法还包括步骤S8：在压电层801上制作顶电极层1001。如图4j所示，通过PVD、光刻与蚀刻工艺在压电层 801上制作顶电极层1001，顶电极层1001的材料可以为Mo。顶电极层1001被刻蚀后裸露出部分压电层801。在优选的实施例中，底电极层401和顶电极层1001在垂直于衬底101方向上的形状为直线和弧线形成的封闭不规则形状，也就是由直线/任意弧度的弧线/直线以任意组合方式围成的封闭图形。在此形状下的底电极层401和顶电极层1001 可以有效提高器件的Q值。空腔201的俯视图形状依据电极的形状来制作。
在具体的实施例中，如图4l所示，在压电层801上制作包覆顶电极层1001的至少一个侧边的声波反射挡沿701，并且声波反射挡沿701 的外侧边缘在压电层801上的投影区域完全位于底电极层401的区域范围内。
在具体的实施例中，声波反射挡沿701包括交替层叠的至少一组低声阻抗反射挡沿702和高声阻抗反射挡沿703的组合。在优选的实施例中，声波反射挡沿701不限于一层低声阻抗反射挡沿702和一层高声阻抗反射挡沿703，声波反射挡沿701可以由很多层的高低声阻抗交替的复合薄膜层组成。此处借鉴于声波的布拉格反射层原理，通过最佳匹配的高低阻抗交替的膜层来实现反射99.98％以上的声波能量，抑制横波。通过紧邻或覆盖于顶电极层1001边缘的声波反射挡沿 701来反射横波，从而避免了横波在谐振器边缘泄露能量致使Q值衰减，提升了器件性能。在优选的实施例中，如图4k-4l所示，先通过光刻与蒸镀工艺制作低声阻抗反射挡沿702，低声阻抗反射挡沿702 的材料可以选择Al、Ti、Mg等，然后再同样通过光刻与蒸镀工艺制作高声阻抗反射挡沿703，高声阻抗反射挡沿703的材料包括但不限于W、Au、Ru、Cu、Ag、Pt等。声波反射挡沿701的最外侧位置在衬底101上的投影区域不可超出空腔的区域范围，可与空腔边缘对齐。
在具体的实施例中，最靠近顶电极层1001的边缘的反射挡沿为低声阻抗反射挡沿702。因此从顶电极层1001的边缘往外先是低声阻抗反射挡沿702，再是高声阻抗反射挡沿703，依次类推，这样可以从顶电极层的边缘开始产生低高阻抗差，从而产生声波反射。最终形成的由低声阻抗反射挡沿702和高声阻抗反射挡沿703组成的声波反射挡沿701包覆在顶电极层1001的外侧，并且从顶电极层1001的侧边延伸到顶电极层1001的顶部边缘形成质量负载层704。质量负载层704 也是具有多层的薄膜层组成的结构，此时的顶电极层1001的截面形状可以具有一定的倾斜角度。在生长声波反射挡沿701的同时在顶电极层1001的顶部生长质量负载层704，因此工艺上简单，并且声波反射挡沿701不仅可以避免横波从谐振器边缘泄露而带走能量，同时还可以形成质量负载层704引发声阻抗突变从而反射横波，抑制横波带走能量，提升Q值。低声阻抗反射挡沿702和高声阻抗反射挡沿703均由金属材料形成。金属材料制成的声波反射挡沿701与顶电极层1001 的电连接效果好，避免连接效果影响滤波器的***损耗。在此情况下，声波反射挡沿701可以直接用于连接两个体声波谐振器。在其他优选的实施例中，低声阻抗反射挡沿702由介质材料形成，并且高声阻抗反射挡沿703由金属材料形成。在优选的实施例中，介质材料可以选择PI、SiO2、Si3N4等材料。因为介质材料相对金属材料声阻抗更低，因此介质材料与金属材料相结合的声波反射挡沿具有更好的声波反射效果。低声阻抗反射挡沿702的材料的替换或保留可以视实际需求而定。
在具体的实施例中，该方法还包括步骤S9：在顶电极层1001和底电极层401旁边制作释放孔1101，如图4m所示，通过光刻、干法蚀刻工艺制作释放孔1101，释放孔1101从顶部穿透延伸到空腔201 内的牺牲材料301。释放孔1101用于将空腔201内的牺牲材料301去除掉。
在具体的实施例中，该方法还包括步骤S10：制作保护层1201，保护层1201覆盖释放孔1101的侧壁。如图4n所示，通过CVD工艺制作保护层1201，保护层1201覆盖释放孔1101的两侧及底部。在优选的实施例中，保护层1201的材料为氮化铝。如图4o所示，在此过程中还包括：通过光刻和蚀刻去除释放孔1101内底部的保护层1201。此时释放孔1101的侧壁被保护层1201所覆盖，因此保护层1201可以有效保护介质层601(SiO2)不被空腔201释放时使用的蚀刻剂HF所腐蚀。将释放孔1101底部的保护层1201清除干净，便于后续去除空腔201内的牺牲材料301。最后通过干法蚀刻或湿法蚀刻去除空腔201 内的牺牲材料301，其中蚀刻剂可以为HF，最终得到如图2所示的体声波谐振器。
实施例二
实施例二的其他步骤与实施例一相同，实施例二与实施例一的区别在于：如图5所示，声波反射挡沿711仅仅包围在顶电极层1011 的外侧，而不延伸到顶电极层1011的顶部边缘形成质量负载层，此时的顶电极层1011的截面形状可以为矩形，并且在与外部连接的一端的顶电极层1011被蚀刻后通过由低声阻抗反射挡沿712和高声阻抗反射挡沿713层叠形成的声波反射挡沿711与外部连接，低声阻抗反射挡沿712和高声阻抗反射挡沿713为金属材料，具有一定的电导率。
实施例三
实施例三的其他步骤与实施例一相同，实施例三与实施例一的区别在于：声波反射挡沿721还可以作为与外界连接的引线。在具体的实施例中，如图6所示，当声波反射挡沿721均由金属材料形成时，步骤S2还包括：同时在当前体声波谐振器的一侧的压电层801上制作由声波反射挡沿721向外延伸形成的电极连接部725。此时由金属材料组成的声波反射挡沿721具有良好的电导率，因此声波反射挡沿721 可以延伸作为电极连接部725，还可以作为引线连接其他谐振器或信号源引入等。在其他可选的实施例在制作声波反射挡沿721的同时可以制作形成质量负载层724，还可以同时形成电极连接部725来作为顶电极层1001向外和其他谐振器的电性连接部分，通过简单的工艺实现横向声波反射、质量负载及电性连接等多种功能。
实施例四
实施例四的其他步骤与实施例三相同，实施例四与实施例三的区别在于：如图7所示，在生长质量负载层734的同时还可以形成与顶电极层1001电连接的第一电极连接部736。在具体的实施例中，当低声阻抗反射挡沿732替换成介质材料时，高声阻抗反射挡沿733还是由金属材料形成。此时步骤S2还包括：同时在当前体声波谐振器的顶电极层1001的顶部制作由声波反射挡沿731的一端的高声阻抗反射挡沿733的一部分延伸形成与顶电极层1001电连接的第一电极连接部 736。第一电极连接部736由质量负载层734中的高声阻抗反射挡沿 733的一部分延伸到顶电极层1001的顶部与顶电极层1001连接，此时至少有一层高声阻抗反射挡沿733与顶电极层1001连接以保证电路连接顺畅。此时第一电极连接部736在顶电极层1001的顶部与质量负载层734形成台阶状。另外在当前体声波谐振器的压电层801上制作由声波反射挡沿731的另一端向外延伸形成的第二电极连接部735。当低声阻抗反射挡沿732由介质材料形成，由于介质材料的电导率低，因此需要将由金属材料形成的高声阻抗反射挡733沿延伸到顶电极层 1001的顶部与顶电极层1001电连接，最终实现与另一个体声波谐振器的电连接，并且还可以同时在顶电极层1001的顶部形成质量负载层 734。介质材料与金属材料相结合的声波反射挡沿731具有更大的高低声阻抗差，因此具有更好的声波反射效果。在制作声波反射挡沿731 的同时制作第一电极连接部736、第二电极连接部735以及质量负载层734，最终可以实现横向声波反射、质量负载及电性连接等多种功能。
本申请的实施例提出了一种体声波谐振器的电极结构及制作工艺，包括依次层叠形成的底电极层、压电层和顶电极层，在压电层上形成有包覆顶电极层的至少一个侧边的声波反射挡沿，声波反射挡沿从顶电极层的侧边延伸到顶电极层的顶部边缘形成质量负载层，声波反射挡沿的外侧边缘在压电层上的投影区域完全位于底电极层的区域范围内。通过紧邻或覆盖于顶电极层边缘的高低声阻抗交替形成的声波反射挡沿反射横波，反射的横波一部分转换为纵波，一部分困于谐振器内，从而避免横波从谐振器边缘泄露而带走能量，提升器件性能。在制作声波反射挡沿的同时可以制作形成质量负载层，而且在制作声波反射挡沿的同时可以作为顶电极层向外和其他谐振器的电性连接部分，工艺简单。
以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词‘一’或‘一个’并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。
Claims (25)
1.一种体声波谐振器的电极结构，包括依次层叠形成的底电极层、压电层和顶电极层，其特征在于，在所述压电层上形成有包覆所述顶电极层的至少一个侧边的声波反射挡沿，所述声波反射挡沿以紧贴的方式从所述顶电极层的侧边延伸到所述顶电极层的顶部边缘形成质量负载层，所述声波反射挡沿的外侧边缘在所述压电层上的投影区域完全位于所述底电极层的区域范围内。
2.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述声波反射挡沿包括交替层叠的至少一组低声阻抗反射挡沿和高声阻抗反射挡沿的组合。
3.根据权利要求2所述的电极结构，其特征在于，最靠近所述顶电极层的边缘的反射挡沿为低声阻抗反射挡沿。
4.根据权利要求2所述的电极结构，其特征在于，所述低声阻抗反射挡沿和所述高声阻抗反射挡沿均由金属材料形成。
5.根据权利要求4所述的电极结构，其特征在于，所述声波反射挡沿在当前体声波谐振器的所述压电层上向外延伸形成电极连接部。
6.根据权利要求2所述的电极结构，其特征在于，所述低声阻抗反射挡沿由介质材料形成，并且所述高声阻抗反射挡沿由金属材料形成。
7.根据权利要求6所述的电极结构，其特征在于，所述声波反射挡沿的一端的所述高声阻抗反射挡沿的一部分延伸到当前体声波谐振器的所述顶电极层的顶部并与所述顶电极层电连接形成第一电极连接部，所述声波反射挡沿的另一端在当前体声波谐振器的所述压电层上向外延伸形成第二电极连接部。
8.根据权利要求7所述的电极结构，其特征在于，当所述声波反射挡沿在所述顶电极层的顶部边缘形成质量负载层，所述第一电极连接部在所述顶电极层的顶部与所述质量负载层形成台阶状。
9.一种体声波谐振器，包括如权利要求1-8中任一项所述的电极结构，其特征在于，所述体声波谐振器还包括具有空腔的衬底，所述电极结构形成在所述衬底上，所述底电极层周围形成有毗邻的阻挡层和介质层，所述阻挡层和所述介质层的表面与所述底电极层的表面保持平坦。
10.根据权利要求9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释放孔，所述释放孔在不穿过所述底电极层和顶电极层的情况下延伸到所述空腔内，在所述释放孔中形成覆盖所述释放孔的侧壁的保护层。
11.根据权利要求9所述的体声波谐振器，其特征在于，在所述底电极层和所述衬底之间形成有支撑层。
12.根据权利要求11所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极层在所述衬底上的投影区域完全位于所述空腔内。
13.一种体声波谐振器的电极结构的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对由底电极层、压电层和顶电极层依次层叠形成的谐振功能层中的所述顶电极层进行刻蚀以暴露出部分所述压电层；
S2，在所述压电层上制作包覆所述顶电极层的至少一个侧边的声波反射挡沿，并且同时在所述顶电极层上制作质量负载层，所述质量负载层为所述声波反射挡沿以紧贴的方式从所述顶电极层的侧边延伸到所述顶电极层的顶部边缘所形成，所述声波反射挡沿的外侧边缘在所述压电层上的投影区域完全位于所述底电极层的区域范围内。
14.根据权利要求13所述的电极结构的制作工艺，其特征在于，所述声波反射挡沿包括交替层叠的至少一组低声阻抗反射挡沿和高声阻抗反射挡沿的组合。
15.根据权利要求14所述的电极结构的制作工艺，其特征在于，最靠近所述顶电极层的边缘的反射挡沿为低声阻抗反射挡沿。
16.根据权利要求15所述的电极结构的制作工艺，其特征在于，所述低声阻抗反射挡沿和所述高声阻抗反射挡沿均由金属材料形成。
17.根据权利要求16所述的电极结构的制作工艺，其特征在于，所述步骤S2还包括：同时在当前体声波谐振器的一侧的所述压电层上制作由所述声波反射挡沿向外延伸形成的电极连接部。
18.根据权利要求15所述的电极结构的制作工艺，其特征在于，所述低声阻抗反射挡沿由介质材料形成，并且所述高声阻抗反射挡沿由金属材料形成。
19.根据权利要求18所述的电极结构的制作工艺，其特征在于，所述步骤S2还包括：同时在当前体声波谐振器的所述顶电极层的顶部制作由所述声波反射挡沿的一端的所述高声阻抗反射挡沿的一部分延伸形成与所述顶电极层电连接的第一电极连接部，并且在当前体声波谐振器的所述压电层上制作由所述声波反射挡沿的另一端向外延伸形成的第二电极连接部。
20.一种体声波谐振器的制作工艺，包括如权利要求13-19中任一项所述的体声波谐振器的电极结构的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S3，在衬底上形成空腔；
S4，在所述空腔中填充牺牲材料；
S5，在被填充后的所述空腔上制作底电极层；
S6，在底电极层周围依次施加阻挡层和介质层以使得所述阻挡层和所述介质层构成的复合层的表面与所述底电极层的表面保持平坦；以及
S7，在所述复合层和所述底电极层的表面上制作压电层以使得所述压电层不接触所述衬底。
21.根据权利要求20所述的体声波谐振器的制作工艺，其特征在于，所述工艺还包括步骤S8：在所述压电层上制作顶电极层。
22.根据权利要求21所述的体声波谐振器的制作工艺，其特征在于，所述工艺还包括步骤S9：在所述顶电极层和所述底电极层旁边制作释放孔，所述释放孔从顶部穿透延伸到所述空腔内的牺牲材料。
23.根据权利要求22所述的体声波谐振器的制作工艺，其特征在于，所述工艺还包括步骤S10：制作保护层，所述保护层覆盖所述释放孔的侧壁。
24.根据权利要求20所述的体声波谐振器的制作工艺，其特征在于，所述工艺在步骤S4和S5之间还包括：在所述衬底上制作由氮化铝材料构成的支撑层。
25.根据权利要求24所述的体声波谐振器的制作工艺，其特征在于，所述底电极层在所述衬底上的投影区域完全位于所述空腔内。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 1219-23, building 3, No. 1366, Hongfeng Road, Kangshan street, Huzhou City, Zhejiang Province, 313000 Applicant after: Jianwenlu (Zhejiang) Semiconductor Co.,Ltd. Address before: 310019 room 1004, 10th floor, building 4, No. 9, Jiuhuan Road, Jianggan District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant before: Hangzhou Wenwenlu Technology Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |