CN113904650A - 体声波谐振结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种体声波谐振结构及其制造方法，其中，所述体声波谐振结构包括：衬底；依次层叠于所述衬底上的反射结构、第一电极层、压电层、第二电极层；至少部分位于所述压电层之上的支撑层，所述支撑层的部分内侧壁处于有源区的边缘，且与所述第二电极层接触；位于所述支撑层上的保护层；所述保护层与所述第二电极层之间形成有第一空腔；所述反射结构、第一电极层、压电层、第二电极层沿所述衬底厚度方向投影重叠区域为有源区。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体领域，特别涉及一种体声波谐振结构及其制造方法。
背景技术
体声波(BAW，Bulk Acoustic Wave)谐振器(或称为“体声波谐振结构”)具有体积小、品质因数(Q值)高等优点，因此，被广泛应用在移动通讯技术中，如移动终端中的滤波器或双工器。而在移动终端中，存在多个频段同时使用的情况，这要求滤波器或双工器具有更加陡峭的裙边和更小的***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***损耗。如何提高体声波谐振器的Q值成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种体声波谐振结构及其制造方法。
本发明实施例一方面提供了一种体声波谐振结构，包括：
衬底；
依次层叠于所述衬底上的反射结构、第一电极层、压电层、第二电极层；
至少部分位于所述压电层之上的支撑层，所述支撑层的部分内侧壁处于有源区的边缘，且与所述第二电极层接触；
位于所述支撑层上的保护层；所述保护层与所述第二电极层之间形成有第一空腔；
所述反射结构、第一电极层、压电层、第二电极层沿所述衬底厚度方向投影重叠的区域为有源区。
本发明实施例另一方面提供了一种体声波谐振结构的制造方法，包括：
在衬底上依次形成层叠设置的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；
在所述压电层之上形成至少部分支撑层；其中，所述支撑层的部分内侧壁处于有源区的边缘，且与所述第二电极层接触；
在所述支撑层上形成保护层；所述保护层与所述第二电极层之间形成有第一空腔；
所述反射结构、第一电极层、压电层、第二电极层沿所述衬底厚度方向投影重叠的区域为有源区。
本发明实施例中，在压电层上设置支撑层，该支撑层的部分内部侧壁处于有源区的边缘，且与第二电极层接触，另外，在该支撑层上形成保护层，保护层与第二电极层之间形成有第一空腔。这样，通过在有源区的边缘设置支撑层和保护层，使得支撑层能够抑制体声波谐振器在受到电场激励时产生的横向剪切波(侧向波)，减小纵波的能量损耗，从而提高Q值。并且，相较于相关技术中支撑层与保护层之间的接触面积，本发明实施例中的支撑层与保护层之间的接触面积增加，进而使得支撑层与保护层的结合更加牢固，更有利于提高谐振结构的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的体声波谐振结构中压电层因压电效应而产生声波的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种体声波谐振结构的剖视示意图一；
图3a为本发明实施例提供的一种体声波谐振结构的剖视示意图二；
图3b为本发明实施例提供的一种体声波谐振结构的剖视示意图三；
图3c为本发明实施例提供的一种体声波谐振结构的剖视示意图四；
图4为相关技术中提供的一种体声波谐振结构的剖视示意图；
图5为本发明实施例提供的一种体声波谐振结构的剖视示意图五；
图6为本发明实施例提供的一种支撑层包括一种材料的体声波谐振结构的剖视示意图；
图7为本发明实施例提供的一种支撑层包括三种材料的体声波谐振结构的剖视示意图；
图8为本发明实施例提供的第一支撑层与第二支撑层不连续的结构俯视示意图；
图9a为本发明实施例提供的第一支撑层与第二支撑层连续的结构俯视示意图；
图9b为本发明实施例提供的第一支撑层与第二支撑层连续的结构剖视图一；
图9c为本发明实施例提供的第一支撑层与第二支撑层连续的结构剖视图二；
图10为本发明实施例提供的一种体声波谐振结构制造方法的实现流程示意图；
图11a-11k为本发明实施例提供的第一种体声波谐振结构制造方法的实现过程示意图；
图12a-12d为本发明实施例提供的第二种体声波谐振结构制造方法的实现过程示意图；
图13a-13f为本发明实施例提供的第三种体声波谐振结构制造方法的实现过程示意图；
图14a-14f为本发明实施例提供的第四种体声波谐振结构制造方法的实现过程示意图；
图15a-15c为本发明实施例提供的三种实现调整层厚度改变的实现方式示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方法，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻的理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明实施例中，术语“A与B相连”包含A、B两者相互接触地A与B相连的情形，或者A、B两者之间还间插有其他部件而A非接触地与B相连的情形。
在本发明实施例中，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。
需要说明的是，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
如图1所示，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形成寄生的共振(spurious mode)使得体声波谐振器的Q值恶化。
因此，一种提升体声波谐振器的Q值的方法就是抑制横向剪切波，以阻止寄生的共振的产生。
基于此，在本发明的各实施例中，在压电层上设置支撑层，该支撑层的部分内部侧壁处于有源区的边缘，且与第二电极层接触，另外，在该支撑层上形成保护层，保护层与第二电极层之间形成有第一空腔。这样，通过在有源区的边缘设置支撑层和保护层，使得支撑层能够抑制体声波谐振器在受到电场激励时产生的横向剪切波(侧向波)，减小第一空腔内的纵波的能量损耗，从而提高Q值。并且，相较于相关技术中支撑层与保护层之间的接触面积，本发明实施例中的支撑层与保护层之间的接触面积增加，进而使得支撑层与保护层的结合更加牢固，更有利于提高谐振结构的可靠性。
图2是本发明实施例提供的一种体声波谐振结构的剖面示意图；参照图2所示，体声波谐振结构包括：
衬底201；
依次层叠于衬底上的反射结构202、第一电极层203、压电层204、第二电极层205；
至少部分位于压电层204之上的支撑层206，支撑层206的部分内侧壁处于有源区的边缘，且与第二电极层205接触；
位于支撑层206上的保护层207；保护层207与第二电极层205之间形成有第一空腔；
反射结构202、第一电极层203、压电层204、第二电极层205沿衬底厚度方向投影重叠的区域为有源区。
实际应用中，衬底201的组成材料可以包含硅(Si)、锗(Ge)或者绝缘衬底上的硅(SOI，Silicon-On-Insulator)。第一电极层203可以称为下电极，相应地，第二电极层205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器上。第一电极层203和第二电极层205的组成材料可以相同，具体可以包括：铝(Al)、钼(Mo)、钌(Ru)、铬(Cr)、铱(Ir)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；优选地，第一电极层203和第二电极层205的组成材料可以包括钼。
压电层204可以用于根据逆压电特性产生振动，将加载在第一电极层203和第二电极层205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204的组成材料可以包括：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。
实际应用中，反射结构202包括形成在衬底表面和第一电极层203之间的空腔。
这里，可以将反射结构202、第一电极层203、压电层204以及第二电极层205重叠形成的区域理解为有源区。
支撑层206具有一定的厚度。因此，支撑层206包括内侧壁和外侧壁，可以理解的是，支撑层的内侧壁为距离有源区边缘较近的侧壁，而支撑层206的外侧壁为距离有源区边缘较远的侧壁。
实际应用中，支撑层206的内侧壁由多个部分组成，这里的支撑层206的部分内侧壁可以理解为内侧壁的一个部分或几个部分。需要说明的是，支撑层206的部分内侧壁靠近有源区的边缘，具体可以位于有源区内，也可以位于有源区外侧。优选地，支撑层206的部分内侧壁靠近有源区的边缘，且位于有源区内。
保护层207可对第一电极层203、压电层204和第二电极层205组成的有源区进行遮挡和保护，减少声波器件制作过程中后续工艺对谐振结构的影响，有利于提高声波器件的性能。
实际应用中，保护层207的组成材料包括玻璃纤维、环氧树脂等复合材料，这些复合材料具有比压缩强度更高的拉伸强度，因此适合作为保护层。
实际应用中，如图2所示，Z0区域可以包括谐振结构的共振区，即有源区；Z1区域可以包括谐振结构的侧壁区；Z2区域可以包括谐振结构的非共振区。其中，侧壁区为上电极或下电极(或包含上下电极)及压电层与衬底表面形成夹角的斜面并投影至衬底表面的区域，其长度为L，侧壁区在衬底表面的投影长度为D，这里，L大于D。Z0、Z1、Z2区域的声波阻抗分别为Z0、Z1、Z2，此阻抗可以是侧向波或是纵向波阻抗，但不限于这两个方向，所述三个区域彼此相邻的声阻抗互不相等。
实际应用中，支撑层206的部分内侧壁位于侧壁区内，且与第二电极层205接触；
在一些实施例中，支撑层206包括：第一支撑层2061和第二支撑层2062；第一支撑层2061的材料与第二支撑层2062的材料相同或不相同；
其中，第一支撑层2061处于有源区外，且第一支撑层2061部分位于压电层204上，另一部分则位于第二电极层205上；
第二支撑层2062的部分区域位于第一支撑层2061上，第二支撑层2062的内侧壁处于有源区的边缘且部分接触第二电极层205；或者，第二支撑层2062的部分底部处于有源区的边缘且接触第二电极层205。
实际应用中，第一支撑层2061的材料与第二支撑层2062的材料可以相同也可以不相同。
这里，第二支撑层2062位于第一支撑层2061上，第一支撑层2061的顶面可以与压电层204的顶部齐平；也可以与第二电极层205的顶部齐平。
实际应用中，第一支撑层2061的内侧壁和第二支撑层2062的内侧壁均可以处于有源区边缘；且第二支撑层2062的内侧壁可以位于第二电极层205上，如图3a中圆形虚线框所示；第二支撑层2062的内侧壁也可以与第二电极层205的侧壁接触，如图3b中圆形虚线框所示。第二支撑层2062的内侧壁还可以位于第二电极层205上的同时与第二电极层205的侧壁接触，如图3c中圆形虚线框所示。
可以理解的是，第一支撑层2061和第二支撑层2062可以导致声阻抗发生变化，进一步地，可以抑制体声波谐振器的横向寄生模式和不必要的高阶模式，降低能量损耗；而且，第一支撑层2061和第二支撑层2062以及保护层207还可用于保护有源区不被破坏。
这里，第二支撑层2062与保护层207之间的接触面积(如图3a所示)，相较于相关技术中(例如，图4所示)支撑层与保护层之间的接触面积大，这样，第二支撑层2062与保护层207之间的接触面积的增加，可以使得第二支撑层2062与保护层207的结合更加牢固，更有利于提高谐振结构的可靠性。
实际应用中，在保证谐振结构可靠性的前提下，为了抑制体声波谐振器在受到电场激励时产生的侧向波，本发明实施例提供了几种不同的第一支撑层2061与压电层204、第二支撑层2062与第二电极层205之间的结构设置方式。
在一些实施例中，第一支撑层的内侧壁及第二支撑层的底部与压电层或第二电极层的侧壁之间存在第二空腔。
实际应用中，如图2、图3a-图3c所示，第二空腔208中存在有空气，有源区产生的谐振波可以通过第二空腔208中的空气进行反射，以使压电层产生的至少部分侧向波能够被转换成纵波，减少能量的损失。
需要说明的是，在自然状态下，空气本身是最佳的谐振波反射介质。
在另一些实施例中，第二空腔208中均填充有介质材料，介质材料与第一支撑层2061和第二支撑层2062的材料不同。
实际应用中，如图5所示，第二空腔208中还可以填充有介质材料；可以理解的是，该介质材料可以用于吸收或反射侧向波，以达到减少能量损失的效果。
这里，在第二空腔208中填充的介质材料与第一支撑层2061和第二支撑层2062的材料不同。
实际应用中，第一支撑层2061和第二支撑层2062的材料可以包括金属材料；而填充在空腔中的介质材料可以包括具有吸收或反射侧向波的材料，例如，二氧化硅。
在一些实施例中，第一支撑层的内侧壁及第二支撑层的底部与压电层或第二电极层的侧壁之间不存在空隙；第一支撑层和第二支撑层的材料均包括能够吸收或反射压电层产生的侧向波的材料。
实际应用中，如图6所示，第一支撑层2061的内侧壁与压电层204的侧壁之间为实心结构；第二支撑层2062的内侧壁与第二电极层205的侧壁之间为实心结构。这里可以通过第一支撑层2061和第二支撑层2062的材料达到吸收或反射压电层产生的侧向波的效果。
在一些实施例中，支撑层包含沿垂直于衬底表面方向并列设置的至少M层子材料层；相邻的两个子材料层的声阻抗不同；M为≥3的奇数。
实际应用中，如图7所示，第一支撑层2061和第二支撑层2062均可以包括多层子材料层，多层子材料层均垂直于衬底表面并列设置，该多层子材料层中可以包括同种材料；也可以包括不同种材料。其中，在多层子材料层包括多种不同的材料层时，相邻的两个子材料层的声阻抗不同。
实际应用中，第一支撑层2061和第二支撑层2062均包含支撑层沿垂直于衬底201方向依次并列设置的第一子材料层、第二子材料层以及第三子材料层；其中，第一子材料层与第三子材料层包括同种材料，且均包括低声阻抗材料；第二子材料层包括高声阻抗材料。
实际应用中，如图7所示，支撑层206包括第一子材料层206-1、第二子材料层206-2以及第三子材料层206-3；这里，第一子材料层206-1与第三子材料层206-3可以包括低声阻抗材料；第二子材料层206-2可以包括高声阻抗材料；或者，第一子材料层206-1与第三子材料层206-3可以包括高声阻抗材料；第二子材料层206-2可以包括低声阻抗材料。
实际应用中，高声阻抗材料可以包括氮化铝(AlN)、钨(W)、钛钨(TiW)、氮化硅(Si3N4)和钼(Mo)等；低声阻抗材料可以包括二氧化硅(SiO2)、碳氧化硅(SiOC)、苯并环丁烯(BCB)和聚合物等。
需要说明的是，图5、图6、图7中均仅示出了支撑层206的部分内侧壁与第二电极层205的三种连接方式(与第二电极层接触、处于第二电极层205之上以及既与第二电极层接触又处于第二电极层205之上)中的某一种，可以理解的是，其它两种连接方式也适用图5、图6、图7中示出的方案。
实际应用中，第一子材料层206-1、第二子材料层206-2以及第三子材料层206-3的厚度均包括1/4倍压电层204产生的侧向波的波长。
这里，每层材料层均设置为入射波(压电层产生的侧向波)的1/4波长可以创建一个反射入射波的高效反射镜，从而压电层204产生的部分侧向波能够被转换成纵波后反射回谐振结构，进而实现能量损失的减少。
需要说明的是，相较于一般填充的固态的介质材料，空气是最佳的谐振波反射介质。
在一些实施例中，第一支撑层为完整的环形结构；
或者，
第一支撑层以围绕第二电极层的形状形成的多段不连续结构存在。
实际应用中，第一支撑层2061为一个完整的环形结构，如图9a所示；或者，第一支撑层2061为不连续的多段结构，如图8所示，该图8所示的俯视图中以围绕第二电极层的形状形成的多段不连续结构存在。
可以理解的是，相较于第一支撑层2061为不连续的结构而言，第一支撑层2061为完整的环形结构，能够减少侧向波带来的损耗，更有利于降低寄生共振。
在一些实施例中，支撑层206不与第一电极层203连接。
这里，支撑层206与第二电极层205连接，不与第一电极层203连接。
在一些实施例中，支撑层206的材料包括导电材料或不导电材料。
实际应用中，支撑层206的材料可以包括导电材料，例如金属；支撑层206的材料还可以包括不导电材料，例如，二氧化硅。
可以理解的是，当支撑层206的材料包括导电材料，而第二支撑层2062与保护层207之间的接触面积(如图3a所示)，相较于相关技术中(例如，如图4所示)支撑层与保护层之间的接触面积变大时，第二支撑层2062与保护层207之间的接触面积的增加，可以增加散热面积，保证谐振结构良好的散热。
在一些实施例中，谐振结构还包括刻蚀孔；
刻蚀孔贯穿压电层，且位于不连续支撑层中(如图8所示)；其中，刻蚀孔的一端与反射结构连通，另一端与第二空腔连通；
或者，刻蚀孔包含第一刻蚀孔及第二刻蚀孔(如图11i所示)，第一刻蚀孔贯穿压电层，且位于支撑层的外侧，第二刻蚀孔贯穿第二支撑层位于第二空腔上；
或者，第二刻蚀孔在部分第一支撑层上；
或者，第二刻蚀孔在支撑层下。
当支撑层为连续结构，则如图9b、9c所示，刻蚀孔可以位于第一支撑层2061的外侧；在一些具体实施例中，刻蚀孔也可以位于第二支撑层2062的外侧。刻蚀孔可以包括一个或者多个。
需要说明的是，图9a为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，图9b示出了在图9a的BB’位置的剖面示意图，9c示出了在图9a的AA’位置的剖面示意图；其中，为了清楚表达蚀刻孔位置，在图9a中并未显示第二支撑层及保护层。
实际应用中，如图9b所示，刻蚀孔与反射结构202连通，以使刻蚀气体或液体透过刻蚀孔刻蚀反射结构202中的牺牲层。
这里，在反射结构202中填充有牺牲层时，该牺牲层用于为后续工艺支撑中形成的第一电极层203起支撑作用。
需要说明的是，后续的工艺制程中形成有第二支撑层2062，在第二支撑层2062的内侧壁与第二电极层205的内壁之间存在有空隙，且在空隙中填充有牺牲层时，第二支撑层2062设置在该牺牲层上。
需要说明的是，图9b中示出的刻蚀孔在其他图中，并未进行标注。相较于图9b，图9c中示出了第一支撑层与第二支撑层在另一方向上的连接结构剖视图，该连接结构前已述及，这里不再赘述。
本发明实施例中，在压电层上设置的支撑层，该支撑层的部分内部侧壁处于有源区的边缘，且与第二电极层接触，另外，在该支撑层上形成保护层，保护层与第二电极层之间形成有第一空腔。这样，通过在有源区的边缘设置支撑层和保护层，使得支撑层能够抑制体声波谐振器在受到电场激励时产生的横向剪切波(侧向波)，减小有源区内的纵波在能量上的损耗，从而提高Q值。并且，相较于相关技术中支撑层与保护层之间的接触面积，本发明实施例中的支撑层与保护层之间的接触面积增加，进而使得支撑层与保护层的结合更加牢固，更有利于提高谐振结构的可靠性。
基于上述体声波谐振结构，本发明实施例又提供了一种滤波器，包括：本发明实施例提供的体声波谐振结构。
实际应用中，滤波器一般包括多个谐振结构，多个谐振结构之间一般通过梯形级联(英文可以表达为Ladder Type)的方式进行连接。
基于上述体声波谐振结构，本发明实施例又提供一种体声波谐振结构的制造方法，如图10所示，方法包括以下步骤：
步骤1001：在衬底201上依次形成层叠设置的反射结构202、第一电极层203、压电层204和第二电极层205；
步骤1002：在压电层204之上形成至少部分支撑层206；其中，支撑层206的部分内侧壁处于有源区的边缘，且与第二电极层205接触；
步骤1003：在支撑层206上形成保护层207；保护层207与第二电极层205之间形成有第一空腔；
反射结构202、第一电极层203、压电层204、第二电极层205沿衬底201厚度方向投影重叠的区域为有源区。
这里，在步骤1001中，对于反射结构202、第一电极层203、压电层204、第二电极层205的制造方式相关技术中比较成熟，这里不再赘述，按照相应方法形成的相应结构如图11a、11b所示。
需要说明的是，图11a为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，图11b示出了在图11a的AA’位置的剖面示意图，可以理解的是图11b中虚线框部分仅对应11a的俯视图的AA’位置。
下面重点介绍支撑层206的形成方式。为了描述的清楚性，以形成前述具有第二空腔208的谐振结构(参考图3a至图3c)为例进行说明。
需要说明的是，实际应用中，可以通过多种方式得到支撑层206结构。下面介绍第一种方式：
在步骤1002中，主要是形成支撑层206。
在一些实施例中，支撑层206包括第一支撑层2061和第二支撑层2062；第一支撑层2061的材料与第二支撑层2062的材料相同或不相同；
在压电层204之上形成至少部分支撑层，包括：
在压电层204上形成第一支撑层2061；第一支撑层2061处于有源区外，且第一支撑层2061部分位于压电层204上，另一部分则位于第二电极层205上；
在形成第一支撑层2061后，在第一支撑层2061上形成第二支撑层2062；第二支撑层2062部分与第一支撑层2061接触，第二支撑层2062的内侧壁处于有源区的边缘且部分接触第二电极层205；或者，第二支撑层2062的部分底部处于有源区的边缘且接触第二电极层205。
实际应用中，第二支撑层2062位于第一支撑层2061上，第二支撑层2062的底部可以全部与第一支撑层2061接触，也可以部分与第一支撑层2061接触。
在一些实施例中，在有源区外的压电层204及第二电极层205上形成第一支撑层2061，在有源区的边缘及第一支撑层2061上形成第二支撑层2062。
示例性的，如图11c所示，一部分第一支撑层2061形成在压电层204上，另一部分第一支撑层2061形成在第二电极层205的Z2区域上。
在压电层204上形成至少部分支撑层206，包括：
在压电层204上形成顶面与第二电极层205顶面或压电层204顶面齐平的第一支撑层2061。这里，图11c中仅示出了第一支撑层2061顶面与第二电极层205顶面齐平的一种情况。
在一些实施例中，在有源区外的压电层及第二电极层205上形成第一支撑层2061，包括：
在压电层204及第二电极层205上形成顶面与有源区的第二电极层205顶面齐平的第一支撑层2061；
在第一支撑层2061上形成顶面高于第二电极层205顶面的第二支撑层2062；第二支撑层2062的内侧壁与第二电极层205接触。
在一些实施例中，如图11d所示，方法还包括：
在形成第二支撑层2062之前，在压电层204上，且位于压电层204上的第一支撑层2061对应的内侧壁的一侧形成第一牺牲层210；
在部分第一支撑层2061和第一牺牲层210上形成顶面高于第二电极层205顶面的部分第二支撑层2062。
在后续工艺中，去除第一牺牲层210，可以在第一支撑层2061与压电层204之间形成第二空腔208。
方法还包括：
在第一支撑层2061和第一牺牲层210上形成顶面高于第二电极层205顶面的第二支撑层2062；
在去除第一牺牲层210后，第二支撑层2062与第二电极层205之间形成第二空腔208。
需要说明的是，如图11d所示，在形成第二支撑层2062之前，在第一支撑层2061与压电层204之间形成与压电层204顶面齐平的第一牺牲层210；以及同时在第一支撑层2061与第二电极层205之间形成与第二电极层205顶面齐平的第一牺牲层210。
接下来，如图11e、11f所示，在第一支撑层2061、第一牺牲层210、第二电极层205上形成第二支撑层2062。
这里，图11e为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，图11f示出了在图11e的AA’位置的剖面示意图。
需要说明的是，形成的第二支撑层2062可以是位于第二电极层205上；也可以是与第二电极层205的侧壁接触；还可以是既位于第二电极层205上的同时又与第二电极层205的侧壁接触。图11e、11f中仅示出了位于第二电极层205上的情况。
需要说明的是，第二电极层205的Z2区域可以理解为第二电极层205中的引线部分，用于与外部器件实现电连接，位于有源区外。
实际应用中，可以通过薄膜生长及刻蚀工艺形成第一支撑层2061、第二支撑层2062，前已述及，这里不再赘述。这样，根据上述的工艺方法，可以得到上述图11e、11f的结构。
需要说明的是，在上述实施例的实际操作过程中，为了便于提高工艺操作性，位于压电层204上的部分第一支撑层2061和位于第二电极层205上的另一部分第一支撑层2061为同时形成。
需要说明的是，上述第一牺牲层210的去除方式，将在后续工艺过程中进行说明。
接下来，如图11g、11h所示，在衬底201上形成贯穿压电层204、第一牺牲层210、第三牺牲层的刻蚀孔(第一刻蚀孔)。
需要说明的是，图11g为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，图11h示出了在图11g的BB’位置的剖面示意图。
实际应用中，方法还包括：在形成支撑层之前，形成孔贯穿压电层204的刻蚀孔，接着形成第一牺牲层210并透过刻蚀孔与反射结构的第三牺牲层连通，接着再形成支撑层。
在一些实施例中，如图11i所示，位于第一牺牲层210上方的第二支撑层形成第二刻蚀孔，第一牺牲层和第三牺牲层可以同时透过第一刻蚀孔及第二刻蚀孔去除后形成空腔。
可以理解的是，刻蚀孔可以位于支撑层206中，以使支撑层206以围绕第二电极层的形状形成的多段不连续结构存在；也可以是位于支撑层206的外侧，以使支撑层206形成一个完整的环形结构，即形成一个封闭的环状立体结构。
接下来，如图11j所示，通过刻蚀孔对位于衬底上方的第一牺牲层、第三牺牲层进行刻蚀去除，去除第一牺牲层和第三牺牲层后，形成第二空腔208和反射结构202。
实际应用中，上述第一牺牲层和第三牺牲层的组成材料可以包括：磷硅酸玻璃(PSG)或者二氧化硅等。以牺牲层的组成材料是二氧化硅为例，可利用硅烷(SiH4)与氧气(O2)作为反应气体，通过化学气相沉积工艺在衬底的表面形成牺牲层。
实际应用中，可以利用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺去除牺牲层。示例性的，干法刻蚀具体可以为气相刻蚀(Vapor Etching)，刻蚀气体包括可用于刻蚀牺牲层的材料的刻蚀气体，更具体的，当牺牲层的材料包括二氧化硅时，刻蚀气体可以是HF等。
在一些实施例中，方法还包括：
在形成第二电极层205之后，在第二电极层205上形成调整层；
在形成保护层207之前，对调整层的厚度进行修整，以调整谐振结构的频率。
可以理解的是，可以通过调整第一电极层203、第二电极层205或者压电层204的厚度来实现对谐振结构频率的调整，实际应用中，在形成第二电极层之后，在第二电极层205上形成调整层(英文可以表达为Trimming Layer)。通过改变调整层的厚度，调整谐振结构的频率。
实际应用中，调整调整层的厚度包括增加调整层的厚度及减少调整层的厚度。具体实施时，增加调整层的厚度可以通过黄光曝光显影工艺及沉积工艺完成；减少调整层的厚度可以通过黄光曝光显影工艺及蚀刻工艺完成；更具体的，对调整层进行修整的方法可以包括电感耦合等离子体刻蚀(ICP，Inductive Coupled Plasma Emission)，可以理解的是，对调整层进行修整的方法不局限于此。
接下来，在步骤1003中，主要是形成保护层207。
如图11k所示，在支撑层206上形成保护层207；保护层207与第二电极层205之间形成有第一空腔。这里，第一空腔可以理解为谐振腔。
实际应用中，保护层207的形成工艺可以是通过将金属、陶瓷、有机物等材料贴敷在支撑层上。若保护层207的材料是干膜光刻胶的材料，可以采用贴敷的工艺在支撑层的顶面上贴敷一层干膜光刻胶的材料，之后，通过曝光和显影工艺将所需位置以外的其它位置处的干膜光刻胶材料去除掉，从而形成保护层207。
可以理解的是，第一空腔中的空气可以对压电层204产生的纵向波进行反射。并且，在谐振结构受到压力或拉力时，保护层207可用于承受外部的压应力和拉应力，因此，保护层207可以增强整个谐振结构的强度，改善由外力造成的器件性能失效问题。
需要说明的是，上述实施例主要针对存在空腔的谐振结构的制造方式进行了说明。
可以理解的是，针对前述实施例空腔中存在介质材料的谐振结构(参考图5)，制造方式可以是，在上述实施例的制造方式中在形成第一牺牲层时，将第一牺牲层的材料替换成介质材料，且在后续过程中，该介质材料不被去除，如此，可以形成具有填充介质材料的谐振结构。
实际应用中，针对前述实施例支撑层无空腔的谐振结构(参考图6)，制造方式可以是，一次性形成支撑层206，且用于形成支撑层206的材料均可以包括能够吸收或反射压电层产生的侧向波的材料。实际应用中，针对前述实施例支撑层包括多层子材料层的谐振结构(参考图7)，制造方式可以是：
在一些实施例中，在压电层204之上形成至少部分支撑层206包括：
在压电层204上依次形成沿垂直于衬底201方向并列设置的第一子材料层206-1、第二子材料层206-2以及第三子材料层206-3；其中，第一子材料层及第三子材料层同时形成；
第一子材料层与第三子材料层包括同种材料，且均包括低声阻抗材料；第二子材料层包括高声阻抗材料。
实际应用中，在压电层204上方依次形成第一子材料层206-1、第二子材料层206-2以及第三子材料层206-3，以形成第一支撑层2061。
与此同时，在第二电极层205上方形成第一子材料层206-1、第二子材料层206-2以及第三子材料层206-3，以形成第二支撑层2062。
需要说明的是，实际应用中，还可以通过另一种方式得到支撑层206结构。下面介绍第二种方式：
在一些实施例中，如图12a所示，支撑层206包括：第一支撑层2061和第二支撑层2062；第一支撑层2061的材料与第二支撑层2062的材料相同或不相同；
在压电层204之上形成至少部分支撑层206，包括：
在压电层204上形成第一支撑层2061和部分第二支撑层2062；第一支撑层2061和部分第二支撑层2062在平行于衬底表面的平面上的投影重叠；
第一支撑层2061处于有源区外，且第一支撑层2061部分位于压电层上，另一部分则位于第二电极层205上；第一支撑层2061顶面与有源区的第二电极层205顶面齐平；
部分第二支撑层2062位于第一支撑层2061上；部分第二支撑层2062顶面高于有源区的第二电极层205顶面。
在一些实施例中，方法还包括：
如图12b所示，在形成第一支撑层2061和部分第二支撑层2062之后，在压电层204及第二电极层205上形成第二牺牲层211；第二牺牲层211顶面与有源区的第二电极层205顶面齐平；
如图12c所示，在第二牺牲层211顶面形成另一部分第二支撑层2062；另一部分第二支撑层2062部分的内侧壁处于有源区的边缘且部分接触第二电极层205；或者，另一部分第二支撑层2062的部分底部处于有源区的边缘且接触第二电极层205；
如图12d所示，去除第二牺牲层211，以在第一支撑层2061及第二支撑层2062与压电层204之间形成第二空腔208。
需要说明的是，第二牺牲层211与前述实施例中的第一牺牲层210为不同形成方法中的相同材料。
实际应用中，可以通过薄膜生长工艺，形成一层材料层；然后，通过光刻及刻蚀工艺，对该材料层进行刻蚀，去除多余的部分，以在压电层204和第二电极层205上形成第一支撑层2061和第二支撑层2062。若支撑层206是干膜光刻胶的材料，可以通过曝光和显影工艺将所需位置以外的其它位置处的干膜光刻胶材料去除掉。
这里，薄膜生长工艺可以包括蒸镀、溅镀等，但不局限于此。
需要说明的是，实际应用中，还可以通过另一种方式得到支撑层206结构。下面介绍第三种方式：
在一些实施例中，如图13a至13f所示，方法还包括：
在压电层204之上形成至少部分支撑层206之前，在支撑层206的外侧形成贯穿压电层204且与反射结构202连通的刻蚀孔；
如图13b所示，在刻蚀孔中及压电层204、第二电极层205上沉积牺牲材料；
如图13c所示，去除覆盖压电层204及第二电极层205顶面及部分覆盖压电层204及第二电极层205的牺牲材料，保留刻蚀孔附近及侧壁的牺牲层以形成第四牺牲层；使用的工艺如化学机械平坦化(Chemical-Mechanical Planarization，CMP)磨平。
在压电层204及第二电极层205之上形成至少部分支撑层206，包括：
如图13d所示，在裸露的压电层204表面、第二电极层205顶面及第四牺牲层上沉积支撑材料；
如图13e所示，去除位于压电层204及有源区的第二电极层205上的部分支撑材料，以形成支撑层206；
方法还包括：
如图13f所示，去除第四牺牲层。
实际应用中，在去除第四牺牲层的同时，去除位于衬底201与第一电极层203之间以及刻蚀孔中的牺牲材料。
需要说明的是，实际应用中，还可以通过另一种方式得到支撑层206结构。下面介绍第四种方式：
在一些实施例中，支撑层206包括：第一支撑层2061和第二支撑层2062；第一支撑层2061的材料与第二支撑层2062的材料相同或不相同；
在压电层204之上形成至少部分支撑层206，包括：
如图14a所示，在压电层204上形成第一支撑层的第一部分2061a；第一支撑层的第一部分2061a处于有源区外，且第一支撑层的第一部分2061a的顶面与有源区的压电层204的顶面齐平。
接下来，如图14b所示，在形成第一支撑层的第一部分2061a后，在部分第一支撑层的第一部分2061a上形成第一支撑层的第二部分2061b；其中，第一支撑层的第二部分2061b的顶面与有源区的第二电极层205的顶面齐平。
接下来，如图14c所示，在压电层204、第一支撑层的第二部分2061b、有源区的第二电极层205、部分第一支撑层的第一部分2061a上沉积牺牲材料。
接下来，如图14d所示，去除部分牺牲材料，以形成第五牺牲层；其中，第五牺牲层的顶面与有源区的第二电极层205的顶面齐平。使用的工艺如化学机械平坦化磨平。
接下来，如图14e所示，在第一支撑层的第二部分2061b、第五牺牲层及有源区的第二电极层205上形成第二支撑层2062；第二支撑层2062部分与第一支撑层的第二部分2061b接触，第二支撑层2062的内侧壁处于有源区的边缘且部分接触第二电极层205；或者，第二支撑层2062的部分底部处于有源区的边缘且接触第二电极层205。
接下来，如图14f所示，同时去除第五牺牲层及第三牺牲层。
需要说明的是，在第五牺牲层被去除以后，在部分第一支撑层2061上形成了刻蚀孔。该刻蚀孔与第二空腔208连通。
另外，需要说明的是，通过对部分调整层材料的移除，使得部分调整层的厚度减小；这样，有利于压电层产生的低频率侧向波向高频移动；在实际应用中，形成调整层厚度变化的方式包括很多种，下面介绍其中的三种方式；
方式一：
如图15a所示，对有源区内的第二电极层205进行修整；其中，通过减小第二电极层205的厚度，实现对调整层厚度的改变。
方式二：
如图15b所示，形成第二支撑层2062之前，在有源区内的第二电极层205上形成调整层；
接下来，在调整层上形成第二支撑层2062；
接下来，在第二支撑层2062形成之后，对调整层进行修整，以实现对调整层厚度的改变。
方式三：
如图15c所示，在第二电极层205上形成第二支撑层2062后，在有源区的第二电极层205上，且在第二支撑层2062之间形成调整层；
上述实施例中，通过对调整层进行修整，以实现对调整层厚度的改变，进而实现对谐振结构的频率的调整。
在一些实施例中，方法还包括：
在形成第一支撑层之后，在压电层及第二电极层上形成第一牺牲层；第一牺牲层顶面与调整层顶面齐平；
在第一牺牲层顶面形成第二支撑层；
去除第一牺牲层，以在第一支撑层及第二支撑层与压电层之间形成第二空腔。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置、***与方法，可以通过其他的方式实现。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (19)
1.一种体声波谐振结构，其特征在于，包括：
衬底；
依次层叠于所述衬底上的反射结构、第一电极层、压电层、第二电极层；
至少部分位于所述压电层之上的支撑层，所述支撑层的部分内侧壁处于有源区的边缘，且与所述第二电极层接触；
位于所述支撑层上的保护层；所述保护层与所述第二电极层之间形成有第一空腔；
所述反射结构、第一电极层、压电层、第二电极层沿所述衬底厚度方向投影重叠区域为有源区。
2.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述支撑层包括：第一支撑层和第二支撑层；其中，
所述第一支撑层处于有源区外，且所述第一支撑层部分位于压电层上，另一部分则位于第二电极层上；
所述第二支撑层的部分区域位于第一支撑层上，所述第二支撑层的内侧壁处于有源区的边缘且部分接触所述第二电极层；或者，所述第二支撑层的部分底部处于有源区的边缘且接触所述第二电极层；
所述第一支撑层的材料与所述第二支撑层的材料相同或不相同。
3.根据权利要求2所述的谐振结构，其特征在于，所述第一支撑层的内侧壁及所述第二支撑层的底部与所述压电层或第二电极层的侧壁之间存在第二空腔。
4.根据权利要求3所述的谐振结构，其特征在于，所述第二空腔中填充有介质材料，所述介质材料与所述第一支撑层和第二支撑层的材料不同。
5.根据权利要求2所述的谐振结构，其特征在于，所述第一支撑层的内侧壁及所述第二支撑层的底部与所述压电层或第二电极层的侧壁之间不存在空隙；所述第一支撑层和第二支撑层的材料均包括能够吸收或反射所述压电层产生的侧向波的材料。
6.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述支撑层包含沿垂直于所述衬底表面方向并列设置的至少M层子材料层；相邻的两个子材料层的声阻抗不同；所述M为≥3的奇数。
7.根据权利要求2所述的谐振结构，其特征在于，所述第一支撑层为完整的环形结构；
或者，
所述第一支撑层以围绕第二电极层的形状形成的多段不连续结构存在。
8.根据权利要求7所述的谐振结构，其特征在于，所述谐振结构还包括刻蚀孔；
所述刻蚀孔贯穿所述压电层，且位于所述不连续支撑层中；其中，所述刻蚀孔的一端与所述反射结构连通，另一端与第二空腔连通；
或者，所述刻蚀孔包含第一刻蚀孔及第二刻蚀孔，所述第一刻蚀孔贯穿所述压电层，且位于所述支撑层的外侧，所述第二刻蚀孔贯穿第二支撑层位于第二空腔上；或者，所述第二刻蚀孔在部分第一支撑层上；或者，所述第二刻蚀孔在支撑层下。
9.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述支撑层的材料包括导电材料或不导电材料。
10.一种体声波谐振结构的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底上依次形成层叠设置的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；
在所述压电层之上形成至少部分支撑层；其中，所述支撑层的部分内侧壁处于有源区的边缘，且与所述第二电极层接触；
在所述支撑层上形成保护层；所述保护层与所述第二电极层之间形成有第一空腔；
所述反射结构、第一电极层、压电层、第二电极层沿所述衬底厚度方向投影重叠的区域为有源区。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述支撑层包括：第一支撑层和第二支撑层；所述第一支撑层的材料与所述第二支撑层的材料相同或不相同；
所述在所述压电层之上形成至少部分支撑层，包括：
在所述压电层上形成所述第一支撑层；所述第一支撑层处于有源区外，且所述第一支撑层部分位于压电层上，另一部分则位于第二电极层上；
在形成所述第一支撑层后，在所述第一支撑层上形成所述第二支撑层；所述第二支撑层部分与所述第一支撑层接触，所述第二支撑层的内侧壁处于有源区的边缘且部分接触所述第二电极层；或者，所述第二支撑层的部分底部处于有源区的边缘且接触所述第二电极层。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述在所述有源区外的压电层及所述第二电极层上形成所述第一支撑层，包括：
在所述压电层及所述第二电极层上形成顶面与所述有源区的第二电极层顶面齐平的所述第一支撑层；
在所述第一支撑层上形成顶面高于所述第二电极层顶面的所述第二支撑层；所述第二支撑层的内侧壁与所述第二电极层接触。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在形成所述第二支撑层之前，在所述压电层及所述第二电极层上，且在所述第一支撑层的内侧壁的一侧形成第一牺牲层；所述第一牺牲层与所述有源区的第二电极层顶面齐平；
在所述有源区的第二电极层边缘及所述第一牺牲层上形成所述第二支撑层；
所述第二支撑层的顶面高于所述有源区的第二电极层及所述第一牺牲层顶面；
去除所述第一牺牲层，以在所述第一支撑层及所述第二支撑层底部与所述压电层之间形成第二空腔。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述压电层之上形成至少部分支撑层之前，在所述支撑层的外侧形成贯穿所述压电层且与所述反射结构连通的刻蚀孔；
在所述刻蚀孔中及所述压电层、第二电极层上沉积牺牲材料；
去除覆盖所述压电层及第二电极层顶面及部分覆盖所述压电层及第二电极层的牺牲材料，保留刻蚀孔附近及侧壁的牺牲层以形成第四牺牲层；
所述在所述压电层及第二电极层之上形成至少部分支撑层，包括：
在裸露的压电层表面、所述第二电极层顶面及第四牺牲层上沉积支撑材料；
去除位于所述压电层及所述有源区的第二电极层上的部分支撑材料，以形成支撑层；
所述方法还包括：
去除所述第四牺牲层。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述压电层之上形成支撑层之前，在所述支撑层的外侧形成贯穿所述压电层且与所述反射结构连通的第一刻蚀孔；
在所述压电层之上形成第一支撑层的第一部分，在第一刻蚀孔附近以外的区域形成第一支撑层的第二部分；
所述第一支撑层的第一部分的顶面与有源区的压电层顶面齐平；在所述第一支撑层的第二部分的顶面与有源区的第二电极层顶面齐平；
在所述压电层、支撑层、第一刻蚀孔及第二电极层上沉积第五牺牲层后，将支撑层及覆盖所述有源区的第二电极层的顶面磨平；
在所述第一支撑层的第二部分及覆盖第一部分的第五牺牲层上形成第二支撑层，所述第二支撑层与第一支撑层的第一部分之间的牺牲层成为第二刻蚀孔；
同时透过所述第一刻蚀孔及第二刻蚀孔移除第五牺牲层及反射结构的牺牲层。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述压电层之上形成支撑层之前，在所述支撑层的外侧形成贯穿所述压电层且与所述反射结构连通的第一刻蚀孔；
在所述第一牺牲层上形成贯穿第二支撑层的第三刻蚀孔；
同时透过所述第一刻蚀孔及第三刻蚀孔移除第一牺牲层及反射结构的牺牲层。
17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
所述在所述压电层之上形成至少部分支撑层，包括：
在所述压电层上形成沿垂直于所述衬底方向并列设置的第一子材料层、第二子材料层以及第三子材料层；其中，所述第一子材料层及第三子材料层同时形成；
所述第一子材料层与第三子材料层包括同种材料，且均包括低声阻抗材料；所述第二子材料层包括高声阻抗材料。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在形成所述第二电极层之后，在所述第二电极层上形成调整层；
在形成所述保护层之前，对所述调整层的厚度进行修整，以调整所述谐振结构的频率。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在形成所述第一支撑层之后，在所述压电层及所述第二电极层上形成第一牺牲层；所述第一牺牲层顶面与所述调整层顶面齐平；
在所述第一牺牲层顶面形成所述第二支撑层；
去除所述第一牺牲层，以在所述第一支撑层及所述第二支撑层与所述压电层之间形成第二空腔。
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