一种体声波谐振器和体声波滤波器的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种体声波谐振器和体声波滤波器。


背景技术：

2.谐振器就是指产生谐振频率的电子元件，具有稳定，抗干扰性能良好的特点，广泛应用于各种电子产品中，如滤波器中。
3.常见的谐振器如体声波谐振器通常包括衬底以及位于衬底表面的底电极、声反射结构、压电层和顶电极，现有的体声波谐振器中的底电极的边缘与衬底接触面积较大，造成体声波谐振器的能量通过衬底泄漏过多，从而降低了体声波谐振器的q值。此外，当现有的体声波谐振器的声反射结构为空腔结构时，在形成空腔结构前需要释放牺牲层，而释放牺牲层需要在体声波谐振器中刻蚀牺牲层释放通道，额外增加的刻蚀工艺使得体声波谐振器的制作较为繁琐。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种体声波谐振器和体声波滤波器，可以减少体声波谐振器中能量泄漏，提高体声波谐振器的q值，且当声反射结构为空腔结构时，无需制作牺牲层释放通道，从而可以简化制作流程。
5.根据本实用新型的一方面，提供了一种体声波谐振器，体声波谐振器包括：衬底，所述衬底具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；所述衬底内设置有声反射结构，所述声反射结构包括空腔结构或者凹槽，所述空腔结构位于所述第一表面侧，所述凹槽贯穿所述第一表面和所述第二表面；所述衬底包括衬底本体以及与所述衬底本体相连的多个间隔设置的器件支撑点，所述器件支撑点设置于所述声反射结构内；
6.谐振体，所述谐振体依次包括底电极、第一压电层和顶电极的叠层，所述底电极靠近所述衬底设置，所述谐振体在所述衬底本体上的垂直投影的边界的至少一部分位于所述声反射结构内，所述器件支撑点用于支撑所述谐振体。
7.可选的，所述器件支撑点用于支撑所述底电极的部分与所述第一压电层的部分中的至少一个。
8.可选的，同一所述器件支撑点用于支撑所述底电极的部分与所述第一压电层的部分。
9.可选的，所述器件支撑点用于支撑所述第一压电层；所述第一压电层的部分位于所述器件支撑点的第一表面侧；所述底电极与所述器件支撑点无接触，以及所述顶电极与所述器件支撑点无接触；
10.或者，所述器件支撑点用于支撑所述底电极；所述底电极的部分位于所述器件支撑点的第一表面侧；所述第一压电层与所述器件支撑点无接触，以及所述顶电极与所述器件支撑点无接触。
11.可选的，所述器件支撑点包括第一器件支撑点和第二器件支撑点；
12.所述第一压电层的部分位于所述第一器件支撑点的第一表面侧，所述第一器件支撑点用于支撑所述第一压电层的部分，所述顶电极与所述第一器件支撑点无接触，所述底电极与所述第一器件支撑点无接触；所述底电极的部分位于所述第二器件支撑点的第一表面侧，所述第二器件支撑点用于支撑所述底电极的部分，所述第一压电层与所述第二器件支撑点无接触，以及所述顶电极与所述第二器件支撑点无接触。
13.可选的，所述器件支撑点包括第六器件支撑点；
14.所述底电极的部分和所述第一压电层的部分位于所述第六器件支撑点的第一表面侧，所述第六器件支撑点用于支撑所述底电极的部分和所述第一压电层的部分，所述顶电极与所述第六器件支撑点无接触。
15.可选的，本实施例提供的体声波谐振器还包括质量负载层；
16.所述质量负载层位于所述顶电极远离所述第一压电层的一侧。
17.可选的，本实施例提供的体声波谐振器还包括钝化层；
18.所述钝化层位于所述质量负载层远离所述顶电极的一侧。
19.可选的，所述谐振体在所述衬底本体上的垂直投影的形状包括圆形、椭圆形、月牙形和多边形中的至少一种。
20.可选的，所述谐振体在所述衬底本体上的垂直投影的形状包括多边形，所述器件支撑点用于支撑所述谐振体的顶点。
21.可选的，本实施例提供的体声波谐振器还包括底电极连接电极，所述底电极连接电极与所述底电极连接，延伸至所述衬底本体的表面。
22.根据本实用新型的另一方面，提供了一种体声波滤波器，体声波滤波器包括本实用新型任意实施例提供的一种体声波谐振器。
23.本实施例提供了一种体声波谐振器，该体声波谐振器包括衬底和谐振体，衬底包括衬底本体以及与衬底本体相连的多个间隔分布的器件支撑点。谐振体包括依次层叠设置的底电极、第一压电层和顶电极，底电极靠近衬底设置。谐振体在衬底本体上的垂直投影的边界的至少一部分位于声反射结构内，即谐振体的侧面的至少部分与衬底本体的侧面具有间隙，谐振体可以不通过衬底本体支撑，而可以通过器件支撑点支撑。当声反射结构为空腔结构时，在形成空腔结构前，可以通过谐振体与衬底本体之间的间隙释放牺牲层，从而无需额外形成牺牲层释放通道来释放牺牲层。相比于现有的体声波谐振器，本实施例中的谐振体与衬底的接触面积大幅度减少，从而减少谐振体中能量的泄漏，提高体声波谐振器的q值，且当声反射结构为空腔结构时，无需制作牺牲层释放通道，从而可以简化制作流程。
24.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型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
25.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
26.图1是根据本实用新型实施例提供的一种体声波谐振器的俯视结构示意图；
27.图2是根据本实用新型实施例提供的又一种体声波谐振器的俯视结构示意图；
28.图3是沿图1中的解剖线a1a2解剖得到的一种剖面结构示意图；
29.图4是沿图1中的解剖线a1a2解剖得到的又一种剖面结构示意图；
30.图5是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的一种剖面结构示意图；
31.图6是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图；
32.图7是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图；
33.图8是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图；
34.图9是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图；
35.图10是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图；
36.图11是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图；
37.图12是沿图1中的解剖线a1a2解剖得到的又一种剖面结构示意图；
38.图13是根据本实用新型实施例提供的一种体声波滤波器的俯视结构示意图；
39.图14是沿图13中的剖面线a3a4解剖得到的一种结构示意图；
40.图15-图26为形成本实施例提供的体声波谐振器的流程结构示意图。
具体实施方式
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
42.需要说明的是，本实用新型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，以便这里描述的本实用新型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。
43.图1是根据本实用新型实施例提供的一种体声波谐振器的俯视结构示意图，图2是根据本实用新型实施例提供的又一种体声波谐振器的俯视结构示意图，图3是沿图1中的解剖线a1a2解剖得到的一种剖面结构示意图，图4是沿图1中的解剖线a1a2解剖得到的又一种剖面结构示意图，图5是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的一种剖面结构示意图，图6是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图，图7是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图。参考图1-图7，本实施例提供的体声波谐振器包括：衬底110与谐振体120，衬底110包括第一表面以及与第一表面相对的第二表面；衬底110内设置有声反射结构111，声反射结构111包括空腔结构(参考图3)或者凹槽(参考图4)，空腔结构位于第一表面侧，凹槽贯穿第一表面和第二表面；衬底110包括衬底本体112以及与衬底本体112相连的多个间隔设置的器件支撑点113，器件支撑点113设置于声反射结构111内；谐振体120
包括层叠设置的底电极121、第一压电层122和顶电极123，底电极121靠近衬底110设置，参考图1-图4，谐振体120在衬底本体112上的垂直投影的边界的至少一部分位于声反射结构111内；参考图5-图7，器件支撑点113用于支撑谐振体120。
44.谐振体120位于器件支撑点113的第一表面侧，图1所示的谐振体120中的第一压电层122完全覆盖器件支撑点113，图2所示的谐振体120中的第一压电层122覆盖器件支撑点113的部分。衬底110的材料可以是单晶硅、砷化镓、蓝宝石和石英等中的至少一种。第一压电层122和第二压电层124可以同时形成，且材料均可以是氮化铝，第二压电层124位于衬底本体112的第一表面上。底电极121的材料可以是钼、铝和钨的至少一种。器件支撑点113可以位于衬底本体112的内部(可参考图5-图7)，器件支撑点113的第一表面可以与衬底本体112的第一表面平齐(可参考图5和图7)，或者，器件支撑点113的第一表面与衬底本体112的第一表面具有一定的距离(可参考图6)；器件支撑点113的材料可以和衬底本体112的材料相同，器件支撑点113可以与衬底本体112一体连接。
45.器件支撑点113的厚度可以小于或等于声反射结构111的深度，通过将器件支撑点113的厚度设置为小于声反射结构111的深度(参考图5和图6)，可以增大声反射结构111的体积；通过将器件支撑点113的厚度设置为等于声反射结构111的深度(参考图7)，可以提高器件支撑点113支撑谐振体120的稳定性。
46.参考图1-图4，谐振体120在衬底本体112上的垂直投影的边界的至少一部分位于声反射结构111内，即谐振体120的至少一部分侧面与衬底本体112的侧面具有一定的间隙114。谐振体120的一部分可以与衬底本体112接触，其余部分可以与衬底本体112不接触，或者整个谐振体120不与衬底本体112接触，仅与器件支撑点113接触；由于多个器件支撑点113是间隔分布的，因此，相比于现有技术中的谐振体与衬底本体接触的体声波谐振器，本实施例中的谐振体120与衬底110的接触面积大幅度减小，从而可以减少谐振体120中能量的泄漏到衬底110中，提高体声波谐振器的q值。
47.此外，当声反射结构111为空腔结构时，在制作体声波谐振器的过程中，需要去除空腔结构内填充的牺牲层，在去除牺牲层前，现有技术中的体声波谐振器需要刻蚀牺牲层释放通道，而本实施例由于谐振体120在衬底本体112上的垂直投影的边界的至少一部分位于声反射结构111内，在去除牺牲层时，可以通过谐振体120的侧面与衬底本体112的侧面之间的间隙114释放牺牲层，从而无需形成牺牲层释放通道，简化工艺步骤，提高体声波谐振器的制作效率。
48.本实施例提供了一种体声波谐振器，该体声波谐振器包括衬底和谐振体，衬底包括衬底本体以及与衬底本体相连的多个间隔分布的器件支撑点。谐振体包括依次层叠设置的底电极、第一压电层和顶电极，底电极靠近衬底设置。谐振体在衬底本体上的垂直投影的边界的至少一部分位于声反射结构内，即谐振体的侧面的至少部分与衬底本体的侧面具有间隙，谐振体可以不通过衬底本体支撑，而可以通过器件支撑点支撑。当声反射结构为空腔结构时，在形成空腔结构前，可以通过谐振体与衬底本体之间的间隙释放牺牲层，从而无需额外形成牺牲层释放通道来释放牺牲层。相比于现有的体声波谐振器，本实施例中的谐振体与衬底的接触面积大幅度减少，从而减少谐振体中能量的泄漏，提高体声波谐振器的q值，且当声反射结构为空腔结构时，无需制作牺牲层释放通道，从而可以简化制作流程。
49.可选的，谐振体在衬底本体上的垂直投影的形状包括圆形、椭圆形、月牙形和多边
形中的至少一种。
50.具体的，谐振体在衬底本体上的垂直投影的形状可以是规则的图形，也可以是不规则的图形，示例性的，图2所示的体声波谐振器中的谐振体120在衬底本体上的垂直投影的形状为五边形。
51.可选的，谐振体在衬底本体上的垂直投影的形状包括多边形，器件支撑点用于支撑谐振体的顶点。
52.具体的，参考图2，图2中的器件支撑点113支撑谐振体120的顶点，可以使谐振体120稳定地设置在器件支撑点113上。此外，器件支撑点113也可以支撑谐振体120的各边上的中点。
53.可选的，声反射结构的边缘和谐振体的边界平行。
54.具体的，参考图1，图1所示的体声波谐振器中的声反射结构111的边缘和谐振体120的边界平行。
55.可选的，器件支撑点113用于支撑底电极121的部分与第一压电层122的部分中的至少一个，器件支撑点113可使谐振体120稳定地设置在器件支撑点113的第一表面侧。图5-图7所示的体声波谐振器中仅第一压电层122的部分与器件支撑点113接触，即器件支撑点113用于支撑第一压电层122的部分。本实施例提供的体声波谐振器还可以是仅底电极121的部分与器件支撑点113接触，还可以是底电极121的部分和第一压电层122的部分与同一器件支撑点113接触，还可以是底电极121的部分和第一压电层122的部分与不同的器件支撑点113接触。
56.可选的，同一器件支撑点用于支撑底电极的部分与第一压电层的部分。
57.具体的，设置同一器件支撑点113用于支撑底电极121的部分和第一压电层122的部分，可以提高使谐振体120稳定地设置在器件支撑点113的第一表面侧。示例性的，参考图8，图8所示的体声波谐振器表示底电极121的部分、第一压电层122的部分均与同一器件支撑点113接触。
58.下面针对器件支撑点支撑底电极的部分和第一压电层的部分中的其中一个的方案进行介绍。
59.可选的，继续参考图5-图7，器件支撑点113用于支撑第一压电层122；第一压电层122的部分位于器件支撑点113的第一表面侧；底电极121与器件支撑点113不接触，顶电极123与器件支撑点113不接触，器件支撑点113仅与第一压电层122的部分接触，第一压电层122在衬底本体112上的垂直投影可以完全覆盖或覆盖部分器件支撑点113在衬底本体112上的垂直投影。
60.可选的，参考图9，图9是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图，器件支撑点113用于支撑底电极121；底电极121的部分位于器件支撑点113的第一表面侧；第一压电层122与器件支撑点113无接触，以及顶电极123与器件支撑点113无接触。具体的，器件支撑点113仅与底电极121接触，其与第一压电层122和顶电极123均不接触。底电极121在衬底本体112上的垂直投影可以完全覆盖或覆盖部分器件支撑点113在衬底本体112上的垂直投影。
61.下面针对两个不同位置的器件支撑点分别支撑底电极的部分和第一压电层的部分的方案进行介绍。
62.可选的，参考图10，图10是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图，器件支撑点113包括第一器件支撑点10和第二器件支撑点20；第一压电层122的部分位于第一器件支撑点10的第一表面侧，第一器件支撑点10用于支撑第一压电层122的部分，顶电极123与第一器件支撑点10无接触，底电极121与第一器件支撑点10无接触；底电极121的部分位于第二器件支撑点20的第一表面侧，第二器件支撑点20用于支撑底电极121的部分，第一压电层122与第二器件支撑点20无接触，顶电极123与第二器件支撑点20无接触。
63.具体的，多个器件支撑点113可以分为两部分，一部分为第一器件支撑点10，另一部分为第二器件支撑点20，第一器件支撑点10可以仅与第一压电层122接触，第二器件支撑点20可以仅与底电极121接触。
64.需要说明的是，本实用新型实施例中的第一器件支撑点10和第二器件支撑点20之间的相对位置并不限定。
65.下面针对一个器件支撑点支撑底电极的部分和第一压电层的部分的方案进行介绍。
66.可选的，参考图11，图11是沿图1中的解剖线b1b2解剖得到的又一种剖面结构示意图，器件支撑点113包括第六器件支撑点30；底电极121的部分和第一压电层122的部分位于第六器件支撑点30的第一表面侧，第六器件支撑点30用于支撑底电极121的部分和第一压电层122的部分，顶电极123与第六器件支撑点30无接触。
67.具体的，第六器件支撑点30可以与底电极121的部分和第一压电层122的部分接触，且第六器件支撑点30与顶电极123不接触。
68.可选的，参考图12，图12是沿图1中的解剖线a1a2解剖得到的又一种剖面结构示意图，本实施例提供的体声波谐振器还包括质量负载层130，质量负载层130位于顶电极123远离第一压电层122的一侧。
69.具体的，质量负载层130用于调节体声波谐振器的工作频率。质量负载层130的材料可以与底电极121或顶电极123的材料相同。
70.可选的，继续参考图12，本实施例提供的体声波谐振器还包括钝化层140，钝化层140位于质量负载层130远离顶电极123的一侧。
71.具体的，钝化层140也用于调节体声波谐振器的工作频率。钝化层140的材料可以包括氮化铝。
72.可选的，本实施例提供的体声波谐振器还包括底电极连接电极，底电极连接电极与底电极121连接，延伸至衬底本体112的表面，底电极连接电极用于向底电极121传输电信号。
73.本实施例还提供了一种体声波滤波器，该体声波滤波器包括本实用新型任意实施例提供的体声波谐振器。
74.可选的，参考图13，图13是根据本实用新型实施例提供的一种体声波滤波器的俯视结构示意图，本实施例提供的体声波滤波器包括至少两个体声波谐振器，至少两个体声波谐振器包括第一体声波谐振器101和第二体声波谐振器102，第一体声波谐振器101和第二体声波谐振器101通过连接电极103实现串联或者并联。
75.具体的，第一体声波谐振器101中的底电极121通过连接电极103与第二体声波谐振器102的底电极121连接，第一体声波谐振器101中的顶电极123通过连接电极103与第二
体声波谐振器102的顶电极123连接，可以实现第一体声波谐振器101与第二体声波谐振器102并联。第一体声波谐振器101中的底电极121通过连接电极103与第二体声波谐振器102的顶电极123连接，可以实现第一体声波谐振器101与第二体声波谐振器102串联。参考图14，图14是沿图13中的剖面线a3a4解剖得到的一种结构示意图，第一体声波谐振器101中的膜层结构可以与第二体声波谐振体102中的膜层结构不同，示例性的，第一体声波谐振器101可以包括质量负载层130，第二体声波谐振器102中可以不包括质量负载层。
76.本实施例还提供了一种体声波谐振器的制作方法，该制作方法包括如下步骤：
77.s110、提供一衬底，形成空腔结构，并在空腔结构内形成牺牲层，其中，衬底包括衬底本体以及与衬底本体连接的多个器件支撑点。
78.参考图15，图15为在衬底110内形成牺牲层210后的俯视结构示意图，图16为沿图15中的剖面线c1c2解剖得到的结构示意图。可以通过镀膜工艺在空腔结构里填充牺牲层210。在后续步骤中通过腐蚀液对牺牲层210进行腐蚀，便可以得到作为声反射结构的空腔结构。示例性的，牺牲层210包含硅的氧化物的材料，例如：磷硅酸盐玻璃(phospho silicate glass，psg)。
79.s120、在牺牲层远离衬底本体的一侧形成底电极和底电极连接电极。
80.参考图17和图18，图17为在牺牲层210远离衬底本体112的一侧形成底电极121和底电极连接电极的俯视结构示意图，图18为沿图17中的剖面线d1d2解剖得到的结构示意图。可以先通过镀膜工艺在牺牲层210远离衬底110的一侧形成过渡电极层，该过渡电极层覆盖牺牲层210和衬底110的第一表面；然后通过光刻和刻蚀工艺对过渡电极层进行图形化，形成底电极121和底电极连接电极，底电极121和底电极连接电极的材料可以是钼、钌、金、铝、镁、钨、铜以及钛中的至少一种。
81.s130、在底电极远离衬底本体的一侧形成压电过渡层。
82.参考图19和图20，图19为在底电极121远离衬底本体112的一侧形成压电过渡层222俯视结构示意图，图20为沿图19中的剖面线e1e2解剖得到的结构示意图。可以通过镀膜工艺在底电极121远离牺牲层210的一侧形成第一压电层过渡层222。
83.s140、在压电过渡层远离衬底本体的一侧形成顶电极过渡层。
84.参考图21，图21为在压电过渡层222远离衬底本体112的一侧形成顶电极过渡层223的结构示意图。可以通过镀膜工艺在压电过渡层222远离衬底本体112的一侧形成顶电极过渡层223。
85.s150、在顶电极过渡层远离压电过渡层的一侧形成质量负载过渡层。
86.参考图22，图22为在顶电极过渡层223远离压电过渡层222的一侧形成质量负载过渡层131的结构示意图。
87.s160、在质量负载过渡层远离顶电极过渡层的一侧形成钝化过渡层。
88.参考图23，图23为在质量负载过渡层131远离顶电极过渡层223的一侧形成钝化过渡层141的结构示意图。
89.s170、对顶电极过渡层、质量负载过渡层和钝化过渡层进行刻蚀形成顶电极、质量负载层和钝化层。
90.参考图23与图24，图24为形成顶电极123、质量负载层130和钝化层140的结构示意图，在对顶电极过渡层223、质量负载过渡层131和钝化过渡层141进行刻蚀前，先进行涂覆
光刻胶，接着曝光，显影；然后，执行蚀刻工艺，以形成顶电极123、质量负载层130和钝化层140。
91.s180、对未位于器件支撑点第一表面侧的部分压电过渡层进行刻蚀，形成钝化层。
92.参考图24与图25，图25为形成第一压电层122和第二压电层124的结构示意图。对部分压电过渡层222进行刻蚀直到部分牺牲层210裸露，并形成间隙114。在对未位于器件支撑点的第一表面侧的部分压电过渡层222进行刻蚀前，先进行涂覆光刻胶，接着曝光，显影；然后，执行蚀刻工艺，以形成第一压电层122和第二压电层124。
93.s190、去除牺牲层。
94.参考图12与图25，图12为去除牺牲层后的结构示意图。可以通过腐蚀液对牺牲层210进行腐蚀，从而去除牺牲层210，形成空腔结构。本实施例将步骤s180中形成的间隙114作为牺牲层释放通道，无需额外添加牺牲层释放通道。另外缝隙覆盖范围较大，可以将牺牲层140释放干净。
95.s200、在第一压电层远离衬底本体的一侧形成键合层，并与一晶片键合。
96.参考图26，图26为在第一压电层122远离衬底本体112的一侧形成键合层160，并与一晶片170键合后的结构示意图。键合层160的材料可以是金。
97.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，本实用新型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，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
98.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。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。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。