一种提高体声波滤波器制备良率的方法和结构与流程

1.本发明提出的一种提高体声波滤波器制备良率的方法和结构，属于薄膜滤波器技术领域。


背景技术：

2.薄膜体声波谐振器是个人无线通信技术的快速发展而出现的一种新的射频器件技术。它具有极高的品质因数q值和可集成于ic芯片上等优点，然而，在薄膜体声波谐振器制备过程中，由于顶电极的设计常出现横向模式上的杂波，导致薄膜体声波谐振器的良品率较低的问题发生。虽然，专利cn112436819提出了将改变顶电极边界线由直线改为弧线的方式，降低杂波的产生，但是通过实际应用来看，改进后的顶电极结构相比于原有不存在平行线结构的顶电极，其杂波抑制效果并不明显，并且由于边缘弧线设计增加了顶电极的制作难度。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种提高体声波滤波器制备良率的方法，用以解决现有薄膜体声波滤波器的良品率较低的问题，所采取的技术方案如下：一种提高体声波滤波器制备良率的方法，所述方法包括：步骤1、在基体上表面两侧分别沉积形成矩形支撑柱和阶梯支撑柱；步骤2、在所述矩形支撑柱和阶梯支撑柱与所述基体上表面形成的凹槽内，分别采用二氧化硅和金属钨分别通过沉积法交替逐层形成低声波阻抗层和高声波阻抗层，在完成三对低声波阻抗层和高声波阻抗层组合设置后，即完成布拉格反射层的形成；步骤3、在所述布拉格反射层上设置底电极，并在所述底电极上设置种子层，其中，所述底电极的上引部分沿着所述阶梯支撑柱的阶梯表面延伸至所述阶梯支撑柱的上表面；所述种子层的一端延伸至所述矩形支撑柱的上表面；步骤4、在所述底电极上方制备压电层，并在所述压电层上方通过蚀刻和溅射相结合的方式制备顶电极，其中，所述顶电极采用三区域结构的五边形顶电极结构。
4.进一步地，所述顶电极包括中心电极区域、中间电极区域和边缘电极区域；所述中心电极区域位于所述五边形顶电极的中心位置；所述中间电极区域布设于所述边缘电极区域外侧；所述边缘电极区域布设于所述中间电极区域外部；所述边缘电极区域设置多个金属边缘区域；所述金属边缘区域分布于所述中间电极区域的每条直线边的两端，并且，相连直线端设置的金属边缘区域也相连。
5.进一步地，在所述压电层上方通过蚀刻和溅射相结合的方式制备顶电极包括：步骤401、在所述压电层上表面分别蚀刻出顶电极的中心电极区域；步骤402、在所述中心电极区域的外围蚀刻出中间电极区域的区域范围；步骤403、在所述中间电极区域的外围蚀刻出所述边缘电极区域的区域范围；步骤404、在所述边缘电极区域的每条直线边的两端蚀刻出金属边缘区域；
步骤405、根据中心电极区域、中间电极区域、边缘电极区域和金属边缘区域的位置通过溅射方法分别制备出对应的中心电极区域、中间电极区域、边缘电极区域和金属边缘区域。
6.一种提高体声波滤波器制备良率的结构，所述结构包括基体、布拉格反射层、矩形支撑柱，阶梯支撑柱、底电极、种子层和五边形顶电极；所述矩形支撑柱和阶梯支撑柱均设置在所述基体上表面两侧，并且，所述矩形支撑柱和阶梯支撑柱与所述基体上表面形成的凹槽内设置有三对结构的布拉格反射层；所述布拉格反射层的上表面设置有底电极，并且，所述底电极的上引部分沿着所述阶梯支撑柱的阶梯表面延伸至所述阶梯支撑柱的上表面；所述种子层延伸至所述矩形支撑柱的上表面；所述种子层上方设置压电层；所述压电层上方设置有三区域结构的五边形顶电极。
7.进一步地，所述五边形顶电极包括中心电极区域、中间电极区域和边缘电极区域；所述中心电极区域位于所述五边形顶电极的中心位置；所述中间电极区域布设于所述边缘电极区域外侧；所述边缘电极区域布设于所述中间电极区域外部；并且，所述中心电极区域、中间电极区域和边缘电极区域的厚度保持一致。
8.进一步地，所述中心电极区域采用圆形电极区域结构；所述中间电极区域采用五边形电极区域结构；所述边缘电极区域采用与所述中间电极区域形状相同的五边形电极区域结构。
9.进一步地，所述边缘电极区域设置多个金属边缘区域；所述金属边缘区域分布于所述边缘电极区域的每条直线边的两端，并且，相连直线端设置的金属边缘区域也相连；其中，所述金属边缘区域中靠近所述边缘电极区域直线中心位置的宽边小于所述金属边缘区域中靠近直线端点位置的宽边。
10.进一步地，所述金属边缘区域的宽度满足如下条件：其中，d1表示所述金属边缘区域中靠近直线端点位置的宽边长度；d2表示所述金属边缘区域中靠近所述边缘电极区域直线中心位置的宽边长度；d
01
表示所述中间电极区域顶点与所述边缘电极区域顶点之间的直线距离；d
02
表示所述中间电极区域的直边与所述边缘电极区域直边之间的直线距离。
11.进一步地，所述金属边缘区域的长度满足如下条件：其中，l1表示所述金属边缘区域的长度；l表示所述边缘电极区域的直线边长度。
12.进一步地，所述中心电极区域和边缘电极区域采用石墨烯材料制成；所述中间电极区域和金属边缘区域采用导电金属材料制成。
13.本发明有益效果：本发明提出的一种提高体声波滤波器制备良率的方法和结构，通过采用布拉格反射层来代替空隙能够有效防止压电层、底电极和顶电极产生塌陷，进而有效提高体声波滤波器的运行稳定性。同时，通过顶电极的三区域结构设置和每个区域结构不同材料的设置
能够有效提高顶电极振动过程中横向模量的生成，进而有效抑制顶电极在高频振动过程中的杂波生成数量，进而降低顶电极振动过程中对谐振器频率因数的影响，通过这种三区域结构的五边形顶电极结构的设置能够有效提高薄膜体声波谐振器运行稳定性和使用寿命，进而最大程度上提高顶体声波谐振器的良品率。
附图说明
14.图1为本发明所述方法的流程图；图2为本发明所述体声波滤波器的结构示意图；图3为本发明所述顶电极结构示意图；图4为本发明所述金属边缘区域的结构示意图；（1，基体；21，矩形支撑柱；22，阶梯支撑柱；3，布拉格反射层；4，底电极；5，种子层；6，顶电极；7，压电层；61，中心电极区域；62，中间电极区域；63，边缘电极区域；64，金属边缘区域）。
具体实施方式
15.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
16.本发明实施例提出了一种提高体声波滤波器制备良率的方法，如图1所示，所述方法包括：步骤1、在基体上表面两侧分别沉积形成矩形支撑柱和阶梯支撑柱；步骤2、在所述矩形支撑柱和阶梯支撑柱与所述基体上表面形成的凹槽内，分别采用二氧化硅和金属钨分别通过沉积法交替逐层形成低声波阻抗层和高声波阻抗层，在完成三对低声波阻抗层和高声波阻抗层组合设置后，即完成布拉格反射层的形成；步骤3、在所述布拉格反射层上设置底电极，并在所述底电极上设置种子层，其中，所述底电极的上引部分沿着所述阶梯支撑柱的阶梯表面延伸至所述阶梯支撑柱的上表面；所述种子层的一端延伸至所述矩形支撑柱的上表面；步骤4、在所述底电极上方制备压电层，并在所述压电层上方通过蚀刻和溅射相结合的方式制备顶电极，其中，所述顶电极采用三区域结构的五边形顶电极结构。
17.其中，所述顶电极包括中心电极区域、中间电极区域和边缘电极区域；所述中心电极区域位于所述五边形顶电极的中心位置；所述中间电极区域布设于所述边缘电极区域外侧；所述边缘电极区域布设于所述中间电极区域外部；所述边缘电极区域设置多个金属边缘区域；所述金属边缘区域分布于所述中间电极区域的每条直线边的两端，并且，相连直线端设置的金属边缘区域也相连。
18.具体的，在所述压电层上方通过蚀刻和溅射相结合的方式制备顶电极包括：步骤401、在所述压电层上表面分别蚀刻出顶电极的中心电极区域；步骤402、在所述中心电极区域的外围蚀刻出中间电极区域的区域范围；步骤403、在所述中间电极区域的外围蚀刻出所述边缘电极区域的区域范围；步骤404、在所述边缘电极区域的每条直线边的两端蚀刻出金属边缘区域；步骤405、根据中心电极区域、中间电极区域、边缘电极区域和金属边缘区域的位
置通过溅射方法分别制备出对应的中心电极区域、中间电极区域、边缘电极区域和金属边缘区域。
19.上述技术方案的工作原理为：首先，在基体上表面两侧分别沉积形成矩形支撑柱和阶梯支撑柱；然后，在所述矩形支撑柱和阶梯支撑柱与所述基体上表面形成的凹槽内，分别采用二氧化硅和金属钨分别通过沉积法交替逐层形成低声波阻抗层和高声波阻抗层，在完成三对低声波阻抗层和高声波阻抗层组合设置后，即完成布拉格反射层的形成；之后，在所述布拉格反射层上设置底电极，并在所述底电极上设置种子层，其中，所述底电极的上引部分沿着所述阶梯支撑柱的阶梯表面延伸至所述阶梯支撑柱的上表面；所述种子层的一端延伸至所述矩形支撑柱的上表面；最后，在所述底电极上方制备压电层，并在所述压电层上方通过蚀刻和溅射相结合的方式制备顶电极，其中，所述顶电极采用三区域结构的五边形顶电极结构。其中，基体、支撑柱、种子层和压电层均采用现有技术中已有材料制成。
20.上述技术方案的效果为：通过本实施例提出的一种提高体声波滤波器制备良率的方法制备的体声波滤波器，通过采用布拉格反射层来代替空隙能够有效防止压电层、底电极和顶电极产生塌陷，进而有效提高体声波滤波器的运行稳定性。同时，通过顶电极的三区域结构设置和每个区域结构不同材料的设置能够有效提高顶电极振动过程中横向模量的生成，进而有效抑制顶电极在高频振动过程中的杂波生成数量，进而降低顶电极振动过程中对谐振器频率因数的影响，通过这种三区域结构的五边形顶电极结构的设置能够有效提高薄膜体声波谐振器运行稳定性和使用寿命，进而最大程度上提高顶体声波谐振器的良品率。
21.本发明实施例提出了一种提高体声波滤波器制备良率的结构，如图2至图4所示，所述结构包括基体、布拉格反射层、矩形支撑柱，阶梯支撑柱、底电极、种子层和五边形顶电极；所述矩形支撑柱和阶梯支撑柱均设置在所述基体上表面两侧，并且，所述矩形支撑柱和阶梯支撑柱与所述基体上表面形成的凹槽内设置有三对结构的布拉格反射层；所述布拉格反射层的上表面设置有底电极，并且，所述底电极的上引部分沿着所述阶梯支撑柱的阶梯表面延伸至所述阶梯支撑柱的上表面；所述种子层延伸至所述矩形支撑柱的上表面；所述种子层上方设置压电层；所述压电层上方设置有三区域结构的五边形顶电极。
22.其中，所述五边形顶电极包括中心电极区域、中间电极区域和边缘电极区域；所述中心电极区域位于所述五边形顶电极的中心位置；所述中间电极区域布设于所述边缘电极区域外侧；所述边缘电极区域布设于所述中间电极区域外部；并且，所述中心电极区域、中间电极区域和边缘电极区域的厚度保持一致。所述中心电极区域采用圆形电极区域结构；所述中间电极区域采用五边形电极区域结构；所述边缘电极区域采用与所述中间电极区域形状相同的五边形电极区域结构。所述边缘电极区域设置多个金属边缘区域；所述金属边缘区域分布于所述边缘电极区域的每条直线边的两端，并且，相连直线端设置的金属边缘区域也相连；其中，所述金属边缘区域中靠近所述边缘电极区域直线中心位置的宽边小于所述金属边缘区域中靠近直线端点位置的宽边。所述中心电极区域和边缘电极区域采用石墨烯材料制成；所述中间电极区域和金属边缘区域采用导电金属材料制成。
23.上述技术方案的工作原理为：通过在所述三区域五边形的顶电极的外围、中间和中心位置设置相邻区域不同材料制成的中心电极区域、中间电极区域和边缘电极区域，使顶电极的外沿边界条件在振动过程中，由于每个区域的材料密度不同，通过质量负载效应
产生改变，进而有效抑制边沿处的杂波。同时，中心电极区域采用圆形结构设置和石墨烯材料，由于整个顶电极中，中心区域面积占比最大，在高频振动过程中，其振动强度和产热最明显，并且中心区域的直线边和棱角在振动过程中易产生杂波，因此，通过中心电极区域圆形结构的设置，直接消除直线边和棱角，进而使中心电极区域在振动过程中能够产生向外发散的均匀的振动波。并且，将中心区域采用石墨烯材料制成，能够在其高频大强度振动过程中所产生的热量进行导出，防止顶电极因为温度过高而损坏，进一步提高了顶电极运行的稳定性。
24.同时，中间电极区域采用金属材料制成，由于电极各层之间采用柔性连接，中间电极区域由于采用金属材料制成，相对于中心电极区域非金属导电材料（石墨烯）而言，其质量和密度都是较高的，在这种情况下，当谐振器产生振动时，中间电极区域由于质量负载效应会改变中间电极区域的边界条件，有效降低次层级振动过程中的寄生杂波。同时，由于金属制成的中间电极区域其在高频振动过程中，由于能量的转换会产生热量，因此，通过外围石墨烯材料制成的边缘电极区域将所述中间区域产生的温度进行外传，降低中间电极区域的温度，有效提高顶电极运行的稳定性。
25.除此之外，由于石墨烯材料的密度较低，质量较小，虽然，在中间电极区域已经改变边界条件的情况下，外部设置的边缘电极区域对中间电极区域所形成的边界条件改变和影响较小，但是，边缘电极区域的面积尺寸较大的情况下，仍然会产生一定的横向杂波，因此，此时在边缘电极区域的相对接的直线端点处设置金属边缘区域，通过金属边缘区域的设置不仅能够改变边缘电极区域的质量分布，进而能够降低边缘电极区域对中间电极区域形成的边界条件的改变程度，最大程度上降低杂波生成，同时，又能够增加电极与外部部件连接的金属连接点，提高顶电极运用的兼容性。另一方面，由于本实施例谐振器采用布拉格反射层结构，由于没有空间进行散热，会导致谐振器温度过高，采用石墨烯材料作为中心电极区域能够进一步有效提高温度热传导性，能够最大程度上有效降低温度对谐振器的影响，提高所述体声波滤波器的良品率。
26.上述技术方案的效果为：通过采用布拉格反射层来代替空隙能够有效防止压电层、底电极和顶电极产生塌陷，进而有效提高体声波滤波器的运行稳定性。同时，通过顶电极的三区域结构设置和每个区域结构不同材料的设置能够有效提高顶电极振动过程中横向模量的生成，进而有效抑制顶电极在高频振动过程中的杂波生成数量，进而降低顶电极振动过程中对谐振器频率因数的影响，通过这种三区域结构的五边形顶电极结构的设置能够有效提高薄膜体声波谐振器运行稳定性和使用寿命，进而最大程度上提高顶体声波谐振器的良品率。
27.本发明的一个实施例，所述金属边缘区域的宽度满足如下条件：其中，d1表示所述金属边缘区域中靠近直线端点位置的宽边长度；d2表示所述金属边缘区域中靠近所述边缘电极区域直线中心位置的宽边长度；d
01
表示所述中间电极区域顶点与所述边缘电极区域顶点之间的直线距离；d
02
表示所述中间电极区域的直边与所述边缘电极区域直边之间的直线距离。
28.所述金属边缘区域的长度满足如下条件：
其中，l1表示所述金属边缘区域的长度；l表示所述边缘电极区域的直线边长度。
29.上述技术方案的效果为：通过上述约束条件形成的金属边缘区域能够有效降低边缘电极区域的边界条件的改变，进而有效提高横向杂波的抑制率。同时，上述金属边缘区域的范围尺寸设置能够结合顶电极各个电极区域的实际设置尺寸进行调整，在实际应用中能够有效提高金属边缘区域在不同尺寸顶电极设置中的区域形成范围确定效率，无需大范围实验进行金属边缘区域，有效提高顶电极制造效率。
30.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。