体声波谐振器及其制作方法、滤波器以及多工器与流程

文档序号:31361562发布日期:2022-08-31 14:41阅读:87来源:国知局
体声波谐振器及其制作方法、滤波器以及多工器与流程

1.本公开实施例涉及半导体领域,特别涉及一种体声波谐振器及其制作方法、滤波器以及多工器。


背景技术:

2.随着无线通信需求的快速增长,现代无线通信技术推进了高频元件的相关发展,催生了更高频率的通信应用,带宽更大、数据更快的信号数据传输。体声波谐振器具有体积小、质量轻、插入损耗低、频带宽以及品质因子高等优点,并且其制备工艺可以与cmos兼容,很好地适应了无线通信的发展需求,在无线通信系统方面具有广阔的应用前景。


技术实现要素:

3.本公开实施例提供一种体声波谐振器及其制作方法、滤波器以及多工器。
4.根据本公开的第一个方面,提供了一种体声波谐振器,包括:
5.衬底;
6.反射结构,位于所述衬底表面,其中,所述反射结构的截面垂直于所述衬底表面,所述截面包括相对设置的底边和顶边,以及连接所述底边和所述顶边的两个侧边,所述底边相对靠近所述衬底,每个所述侧边包括至少两段第一曲线,所述至少两段第一曲线不平行,每段所述第一曲线上各点的切线与所述底边所在平面的夹角满足:大于0
°
,且小于或等于45
°
;以及,
7.依次层叠设置的第一电极层、压电层和第二电极层,位于所述反射结构上。
8.在一些实施例中,所述至少两段第一曲线均为线段;或者,
9.所述至少两段第一曲线均为弧线;或者,
10.所述至少两段第一曲线中,至少一段所述第一曲线为线段,其它所述第一曲线为弧线。
11.在一些实施例中,所述第一曲线包括线段,所述线段与所述底边所在平面的夹角满足:大于或等于5
°
,且小于或等于45
°

12.在一些实施例中,与所述底边相连接的所述线段与所述底边的夹角满足:大于或等于10
°
,且小于或等于25
°

13.在一些实施例中,与所述顶边相连接的所述线段与所述底边所在平面的夹角满足:大于或等于10
°
,且小于或等于25
°

14.在一些实施例中,所述第一曲线包括弧线,所述弧线上各点的切线与所述底边所在平面的夹角满足:大于或等于5
°
,且小于或等于45
°

15.在一些实施例中,所述弧线包括向所述衬底下凹的凹曲线,或者突出于所述衬底的凸曲线。
16.在一些实施例中,与所述底边相连接的所述弧线上各点的切线与所述底边所在平面的夹角满足:大于或等于10
°
,且小于或等于25
°

17.在一些实施例中,相邻两段所述第一曲线中,相对靠近所述底边的所述第一曲线上各点的切线与所述底边所在平面的夹角大于相对靠近所述顶边的所述第一曲线上各点的切线与所述底边所在平面的夹角;沿着从所述底边指向所述顶边的方向,所述至少两段第一曲线在所述衬底所在平面上的正投影长度逐渐增大;或者,
18.相邻两段所述第一曲线中,相对靠近所述底边的所述第一曲线上各点的切线与所述底边所在平面的夹角小于相对靠近所述顶边的所述第一曲线上各点的切线与所述底边所在平面的夹角;沿着从所述底边指向所述顶边的方向,所述至少两段第一曲线在所述衬底所在平面上的正投影长度逐渐减小。
19.在一些实施例中,所述侧边还包括:
20.第二曲线,所述第二曲线与所述底边平行,所述第二曲线位于相邻两段所述第一曲线之间。
21.在一些实施例中,所述反射结构包括空腔或者布拉格反射层。
22.在一些实施例中,所述反射结构包括交替层叠的第一反射栅和第二反射栅,其中,所述第一反射栅的对应所述侧边包括第一子曲线,所述第二反射栅对应的所述侧边包括第二子曲线,所述第一子曲线和所述第二子曲线不平行。
23.根据本公开的第二个方面,提供了一种滤波器,包括一个或多个如本公开的第一个方面所述的体声波谐振器。
24.根据本公开的第三个方面,提供了一种多工器,包括一个或多个如本公开的第二个方面所述的滤波器。
25.根据本公开的第四个方面,提供了一种体声波谐振器的制作方法,包括:
26.提供衬底;
27.在所述衬底上形成牺牲层;其中,所述牺牲层包括相对设置的底面和顶面,以及连接所述底面和所述顶面的侧面;所述牺牲层被垂直于所述衬底表面的平面所截得到的截面,包括底边、顶边和两个侧边,每个所述侧边包括至少两段第一曲线,所述至少两段第一曲线不平行,每段所述第一曲线上各点的切线与所述底边所在平面的夹角满足:大于0
°
,且小于或等于45
°

28.在所述牺牲层上依次形成层叠设置的第一电极层、压电层和第二电极层;
29.去除所述牺牲层,形成包括空腔的反射结构。
30.在一些实施例中,所述在所述衬底上形成牺牲层,包括:
31.形成覆盖所述衬底的牺牲材料层;其中,所述牺牲材料层包括中心区域和包围所述中心区域的边缘区域,所述边缘区域包括从中心到边缘依次排布的至少两个子区域;
32.依次去除所述至少两个子区域内的部分所述牺牲材料层,以使所述至少两个子区域内剩余的所述牺牲材料层的表面形成所述牺牲层的侧面;其中,每个所述子区域包括一个第一曲面,所述第一曲面被垂直于所述衬底表面的平面所截得到所述第一曲线。
33.在一些实施例中,所述依次去除所述至少两个子区域内的部分所述牺牲材料层,包括:
34.采用刻蚀工艺依次去除所述至少两个子区域内的部分所述牺牲材料层;其中,对不同的所述子区域采用不同的刻蚀参数,以使不同所述子区域的所述第一曲面对应的所述第一曲线不平行。
35.本公开实施例提供的一种体声波谐振器,该体声波谐振器包括依次层叠于衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层,其中,反射结构的截面包括相对设置的底边和顶边,以及连接底边和顶边的侧边,该侧边包括至少两段第一曲线,该至少两段第一曲线不平行,且每段第一曲线上各点的切线与底边所在平面的夹角满足:大于0
°
,且小于或等于45
°

36.本公开实施例中的反射结构,一方面,侧边所包括的每段第一曲线上各点的切线与底边所在平面的夹角满足大于0
°
,且小于或等于45
°
,可使反射结构的侧面及其与底面和顶面连接的拐角处,均变得较为平缓,使生长在其上的压电层晶柱之间的横向/斜向拉伸力减小,降低压电层在拐角处和反射结构侧面出现位错和断裂等缺陷的概率,降低压电层的损耗,提高器件的性能;另一方面,侧边包括至少两段第一曲线,可通过改变每段曲线的长度、形状或曲率等(例如改变线段与底边所在平面的斜率,改变弧线的形状或曲率等)调整侧边在底边所在平面的正投影长度,使得侧边在底边所在平面的正投影长度在要求范围内,降低第一电极层延伸到反射结构的侧面的概率,从而降低器件的寄生电容,进一步提高器件的性能。此外,还能在调整反射结构侧边每段曲线的长度、形状或曲率等时,保持其高度不变,不额外增加谐振器的厚度,有利于器件的小型化。
附图说明
37.图1为本公开实施例提供的一种体声波谐振器的截面示意图;
38.图2为本公开实施例提供的氮化铝的晶胞结构示意图;
39.图3为本公开实施例提供的一种反射结构的截面示意图;
40.图4为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图;
41.图5为本公开实施例提供的又一种体声波谐振器的截面示意图;
42.图6为图5所示的反射结构和图3所示的反射结构的截面对比示意图;
43.图7为本公开实施例提供的又一种反射结构和图4所示的反射结构的截面对比示意图;
44.图8为本公开实施例提供的又一种反射结构和图4所示的反射结构的截面对比示意图;
45.图9为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图;
46.图10为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图;
47.图11为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图;
48.图12为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图;
49.图13为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图;
50.图14为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图;
51.图15为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图;
52.图16为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图;
53.图17为本公开实施例提供的一种体声波谐振器的制备方法的流程示意图;
54.图18a至图18d为本公开实施例提供的形成牺牲层的流程示意图;
55.图19为本公开实施例提供的又一种体声波谐振器的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
56.下面将参照附图更详细地描述本公开提供的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开,而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开提供的范围完整的传达给本领域的技术人员。
57.在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本公开。根据下面说明和权利要求书,本公开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、明晰地辅助说明本公开实施例的目的。
58.在本公开实施例中,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。
59.需要说明的是,本公开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。
60.如今,第四代(4g,fourth generation)移动通信技术是目前主要的协议标准。随着通讯技术的逐步发展,第五代通讯技术(5g,5th generation mobile communication technology)逐渐投入应用。在未来用于进行通讯的频段数量将会增加,且各个频段之间的距离会越来越小。为了减少各频段之间的相互干扰,许多通信设备都有严格的规范标准。移动通信技术发展的主要目的是为了追求更大的带宽传输速率,以应付大量的信息传输。
61.由于全球各地有多种无线通信标准的存在,使得通讯设备需要支持多种模式、多种频段的通信,以方便实现跨地区之间的漫游。因此,制备高性能、小体积、低功耗和低成本的声波器件(例如,体声波谐振器)是目前行业积极研究的主题。
62.图1为本公开实施例提供的一种体声波谐振器的截面示意图。如图1所示,该体声波谐振器包括衬底100

,以及依次层叠于衬底100

上的反射结构200

、第一电极层300

、压电层400

和第二电极层500


63.反射结构200

位于衬底100

表面,反射结构200

包括相对设置的底面和顶面,以及连接底面和顶面的侧面,底面相对靠近衬底100

。这里,反射结构200

被垂直于衬底100

表面的平面所截得到的截面如图1所示,该截面包括相对设置的底边和顶边,以及连接底边和顶边的两个侧边。其中,截面中的底边对应底面,顶边对应顶面,两个侧边对应侧面。
64.示例地,底边与顶边平行,并且底边的长度大于顶边的长度,使得反射结构200

的截面大体呈梯形形状,其中,侧边与底边的夹角为锐角,侧边与顶边的夹角为钝角。
65.如图1所示,第一电极层300

保形地沉积在反射结构200

上,压电层400

保形地沉积在第一电极层300

、反射结构200

未被第一电极层300

覆盖的表面、以及衬底100

的表面。当反射结构200

的截面呈梯形形状时,生长在其上的压电层400

在反射结构200

的侧边和底边的夹角处存在第一个拐角α,第一个拐角α的角度等于反射结构200

的侧边和底边的夹角,压电层400

在反射结构200

的侧边和顶边的夹角处存在第二个拐角β,第二个拐角β的角度等于反射结构200

的侧边和顶边的夹角。
66.在体声波谐振器中,常用的压电层400

包括氮化铝(aln)和氧化锌(zno),aln和zno属于六方纤锌矿结构。图2为本公开实施例提供的aln的晶胞结构示意图,如图2所示,在沉积aln薄膜或沉积zno薄膜时,晶粒沿着c轴方向生长,形成晶柱。在第一拐角α和第二拐角β的位置,如果第一拐角α的角度过大或者第二拐角β的角度过小,容易在晶柱内产生位错,
导致压电层400

出现位错或断裂等缺陷,影响器件的性能,甚至导致器件失效。
67.相关技术中,为了使压电层400

的晶柱保持同一晶向以及降低压电层400

出现位错或断裂等缺陷的概率,通常会减小反射结构200

的侧边与底边的夹角。图3为公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图,如图3所示,减小反射结构200

的侧边与底边的夹角,可以减小第一拐角α,并增大第二拐角β,从而使压电层的角度变化较为平缓,降低压电层400

在拐角处出现位错和断裂等缺陷的概率。示例地,当反射结构的侧边与底边的夹角(也即第一拐角α)小于或等于45
°
,侧边与顶边的夹角(也即第二拐角β)大于或等于135
°
时,压电层出现位错或断裂的风险较小。
68.但是,当器件设计需要更厚的压电层400

时,压电层400

在拐角处出现断裂的风险就会增加,需要反射结构200

的侧边和底边的夹角更小。这必然导致反射结构200

的侧面被拉长,导致第一电极层300

延伸至反射结构200

的侧面,对器件的性能产生不良影响,例如,会增大器件的寄生电容。
69.在一些实施例中,如图4所示,也会通过将反射结构200

的侧边设为弧线,使压电层400

在第二拐角处β过渡平缓,可以降低压电层400

在第二拐角处出现缺陷的概率。但是,在第一拐角α处,压电层的角度变化仍然较大,压电层400

容易出现缺陷。最终往往还是通过拉长反射结构200

的侧边来降低压电层400

在第一拐角α处出现缺陷的概率。
70.鉴于此,本公开实施例提供了一种体声波谐振器。图5为本公开实施例提供的一种体声波谐振器的截面示意图,如图5所示,在该体声波谐振器包括衬底100,以及依次层叠于衬底100上的反射结构200、第一电极层300、压电层400和第二电极层500;
71.其中,反射结构200的截面垂直于衬底100表面,该截面包括相对设置的底边和顶边,以及连接底边和顶部的两个侧边,其中,每个侧边包括至少两段第一曲线sa,该至少两段第一曲线sa不平行,每段第一曲线sa上各点的切线与底边所在平面的夹角满足:大于0
°
,且小于或等于45
°

72.这里,侧边所包括的第一曲线sa的数量可以是两段、三段、四段或者更多段。对此,本公开不做限制。
73.这里,第一曲线sa可以是线段,也可以是弧线。
74.需要说明的是,本公开中,弧线是指弯曲的曲线,也即该弧线可以是除直线、折线和线段外的任意曲线。例如,该弧线可以是圆弧、椭圆弧、抛物线、指数函数曲线或对数函数曲线等,也可以是任意的曲线。
75.这里,侧边所包括的至少两段第一曲线sa可以都是线段,也可以都是弧线,或者至少一段第一曲线为线段,其它第一曲线为弧线(也即既有线段,又有弧线)。
76.这里,侧边所包括的至少两段第一曲线不平行。可以理解的是,当侧边所包括的至少两段第一曲线都是线段时,该至少两段线段互不平行。当侧边所包括的至少两段第一曲线都是弧线时,该至少两段弧线互不平行。当侧边所包括的至少两段第一曲线既有线段又有弧线时,多段线段互不平行,多段弧线互不平行,线段和弧线不平行。
77.在一些实施例中,两个侧边可以是对称的,对称轴为底边的垂直平分线。在另外一些实施例中,两个侧边也可以是不对称的。当两个侧边不对称时,两个侧边包括的曲线数量或至少一段曲线的长度或形状或曲率等不完全相同。
78.图6至图8示出了本公开实施例提供的反射结构和相关技术中反射结构的截面对
比图,下面结合图6至图8比较本公开实施例提供的反射结构与相关技术中的反射结构。这里,需要说明的是,本公开的图5至图16中的虚线为线段的延长线,或者弧线的第一端点的切线,是为了更好的说明多段线段或弧线的第一端点的角度变化而绘制的。弧线的第一端点是指弧线相对靠近衬底的端点。
79.图6为图5所示的反射结构和图3所示的反射结构的截面对比示意图。如图6所示,相关技术中,反射结构200

的侧边包括一线段l1。示例地,该线段l1与底边的夹角为20
°

80.本公开实施例提供的反射结构200,其侧边包括线段sa1、线段sa2和线段sa3。示例地,线段sa1与底边的夹角为35
°
,线段sa2与底边所在平面的夹角为28
°
,线段sa3与底边所在平面的夹角为20
°
。三条线段与底边所在平面的夹角都较小,使得压电层400的第一拐角α较小,且第二拐角β较大,压电层400的角度变化较为平缓,降低了压电层400在第一拐角α和第二拐角β处出现缺陷的概率。
81.进一步地,如图6所示,本公开实施例提供的反射结构200中,侧边在衬底100表面的正投影的长度,小于线段l1在衬底100表面的正投影的长度,可降低第一电极层300延伸到反射结构200的侧面的概率。由此可见,本公开提供的反射结构200,既能降低压电层400出现位错和断裂等缺陷的概率,又能减小反射结构200的侧边在衬底100表面的正投影的长度,避免第一电极层300延伸到反射结构200的侧面,从而提高器件的性能。还能在调整反射结构200侧边每段曲线的长度、形状或曲率等时,保持其高度不变,不额外增加谐振器的厚度,有利于器件的小型化。
82.图7为本公开实施例提供的又一种反射结构和图4所示的反射结构的截面对比示意图。如图7所示,相关技术中,反射结构200

的侧边包括一弧线l2。示例地,该弧线l2的第一端点的切线与底边的夹角为60
°
,第二端点的切线与底边所在平面的夹角为13
°
。该弧线l2可以降低压电层400在第二拐角β处出现断裂的概率,但是不能降低压电层400在第一拐角α处出现断裂的概率。
83.这里,弧线的第二端点是指弧线相对远离衬底的端点,第二端点是弧线除第一端点外的另一个端点。
84.本公开实施例提供的反射结构200,其侧边包括弧线sa4和弧线sa5。示例地,弧线sa4的第一端点的切线与底边的夹角为33
°
,其第二端点的切线与底边所在平面的夹角为15
°
,弧线sa5的第一端点的切线与底边所在平面的夹角为40
°
,其第二端点的切线与底边所在平面的夹角为20
°

85.由于两段弧线均为凸曲线,从第一端点到第二端点,凸曲线上各点的斜率逐渐减小,因此,弧线sa4上各点的切线与底边所在平面的夹角均小于33
°
,且大于15
°
;弧线sa5上各点的切线与底边所在平面的夹角均小于40
°
且大于20
°
。可见,两段弧线上各点的切线和底边所在平面的夹角都较小,小于45
°
,因此,可使压电层400角度变化较为平缓,降低了压电层400在第一拐角α和第二拐角β处出现缺陷的概率。
86.进一步地,如图7所示,弧线sa4和弧线sa5在衬底100表面的正投影的长度之和等于弧线l2在衬底100表面的正投影长度,可降低第一电极层300延伸到反射结构200的侧面的概率。
87.由此可见,相比于相关技术,本公开实施例提供的反射结构200,能够在保证侧边在衬底100表面的正投影长度不增加的基础上,降低压电层400出现位错和断裂等缺陷的概
率,从而提高器件的性能。
88.图8为本公开实施例提供的又一种反射结构200和图4所示的反射结构200的截面对比示意图。如图8所示,相关技术中,反射结构200

的侧边包括一弧线l2,其参数在对图7的分析中已阐述,故不赘述。
89.本公开实施例提供的反射结构200,其侧边包括一线段sa6和一弧线sa7。该弧线为凸曲线。示例地,线段sa6和底边的夹角为30
°
,弧线sa7的第一端点的切线与底边所在平面的夹角为40
°
,其第二端点的切线与底边所在平面的夹角为15
°
。可见,线段sa6和一弧线sa7上各点与底边所在平面的夹角都较小,小于45
°
可使压电层400角度变化较为平缓。
90.进一步地,如图8所示,线段sa6和弧线sa7在衬底100表面的正投影的长度之和等于弧线l2在衬底100表面的正投影长度。由此可见,本实施例提供的反射结构200,能够在保证侧边在衬底100表面的正投影的长度不增加的基础上,降低压电层400出现位错和断裂等缺陷的概率,从而提高器件的性能。
91.综上所述,本公开提供的反射结构200,一方面,侧边所包括的每段第一曲线sa上各点的切线与底边所在平面的夹角满足大于0
°
,且小于或等于45
°
,可使压电层400在第一拐角α处的角度较小,且在第二拐角β处的角度较大,从而使得压电层的角度变化较为平缓,降低压电层在两拐角处出现位错和断裂等缺陷的概率,降低压电层的损耗,提高器件的性能。另一方面,侧边包括至少两段第一曲线,可通过改变每段曲线的形状或曲率等(例如改变线段与底边所在平面的斜率,改变弧线的形状或曲率等)调整侧边在底边所在平面的正投影长度,使得侧边在底边所在平面的正投影长度在要求范围内,降低第一电极层延伸到反射结构的侧面的概率,从而降低器件的寄生电容,进一步提高器件的性能。此外,还能在调整反射结构200侧边每段曲线的长度、形状或曲率等时,保持其高度不变,不额外增加谐振器的厚度,有利于器件的小型化。
92.进一步地,在一些实施例中,当第一曲线为线段时,线段与底边所在平面的夹角满足:大于或等于5
°
,且小于或等于45
°

93.这里,无论侧边所包括的第一曲线均为线段,还是部分为线段,这些线段与底边所在平面的夹角均满足:大于或等于5
°
,且小于或等于45
°

94.可以理解的是,侧边所包括的多段线段中,如果一段线段与底边所在平面的夹角太小(例如为1
°
),使其在衬底100表面的正投影较长,那么另一段线段与底边所在平面的夹角必然较大(例如为35
°
),来减小其在衬底100表面的正投影长度,以满足侧边在衬底100表面的正投影长度要求,这样形成的侧边会较为陡峭。
95.本实施例中,进一步限制线段与底边所在平面的夹角满足大于或等于5
°
,且小于或等于45
°
,从而可以使每段线段都较为平缓,使侧边整体较为平缓,形成的压电层400的质量更好,更有利于降低压电层400的损耗,提高压电层400的性能。
96.在一些实施例中,当与底边相连接的第一曲线为线段时,该线段与底边的夹角满足:大于或等于10
°
,且小于或等于25
°

97.本公开的实验研究表明,当与底边相连接的线段的角度分别是10
°
、25
°
和35
°
时,单片晶圆上的多个体声波谐振器的良率分别为97%、75%和58%。可见,当与底边相连接的线段的角度在10
°
至25
°
范围内时,可使得侧边更为平缓,形成的压电层400的质量更好,更有利于提高压电层400的性能,从而将器件的良率提高至75%以上。
98.同样地,在一些实施例中,当与顶边相连接的第一曲线为线段时,该线段与底边所在平面的夹角满足:大于或等于10
°
,且小于或等于25
°
。如此,也可以使侧边更为平缓,更有利于提高压电层400的性能。
99.在一些实施例中,如图5所示,当侧边所包括的多段第一曲线均为线段时,沿着从底边到顶边的方向,该多段线段与底边所在平面的夹角可以逐渐减小。如此,也可使侧边变得更为平缓,更有利提高压电层400的性能。
100.在一些实施例中,当侧边所包括的多段第一曲线均为线段时,沿着从底边到顶边的方向,该多段线段与底边所在平面的夹角可以逐渐增大。图9为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图,如图9所示,线段sa8与底边所在平面的夹角为10
°
,线段sa9与底边所在平面的夹角为20
°
,线段sa
10
与底边所在平面的夹角为30
°
。沿着从底边到顶边的方向,该多段线段与底边所在平面的夹角逐渐增大,可使侧边变得更为平缓,更有利提高压电层400的性能。
101.在一些实施例中,当第一曲线为弧线时,弧线在第一端点处的切线与底边所在平面的夹角满足:大于或等于5
°
,且小于或等于45
°
,在第二端点处的切线与底边所在平面的夹角满足:大于0
°
,且小于或等于45
°

102.更优地,弧线上各点的切线与底边所在平面的夹角满足:大于或等于5
°
,且小于或等于45
°

103.基于上述对线段与底边所在平面的夹角满足大于或等于5
°
,且小于或等于45
°
的分析可知,当弧线的第一端点的切线与底边所在平面的夹角满足:大于或等于5
°
,且小于或等于45
°
时,或者弧线上各点的切线与底边所在平面的夹角满足:大于或等于5
°
,且小于或等于45
°
时,可使侧边整体较为平缓,形成的压电层400的质量更好,更有利于提高压电层400的性能。
104.进一步,在一些实施例中,当与底边相连接的第一曲线为弧线时,该弧线的第一端点的切线与底边的夹角满足:大于或等于10
°
,且小于或等于25
°

105.更优地,当与底边相连接的第一曲线为弧线时,该弧线上各点的切线与底边的夹角满足:大于或等于10
°
,且小于或等于25
°

106.本公开的实验研究表明,当与底边相连接的弧线上各点的切线与底边的夹角在10
°
至25
°
范围内时,可使得侧边更为平缓,形成的压电层400的质量更好,更有利于提高压电层400的性能,从而将器件的良率提高至75%以上。
107.同样地,在一些实施例中,当与顶边相连接的第一曲线为弧线时,该弧线的第二端点的切线与底边所在平面的夹角满足:大于或等于10
°
,且小于或等于25
°

108.更优地,当与顶边相连接的第一曲线为弧线时,该弧线上各点的切线与底边的夹角满足:大于或等于10
°
,且小于或等于25
°

109.本公开的实验研究表明,当与顶边相连接的弧线上各点的切线与底边所在平面的夹角在10
°
至25
°
范围内时,也可使得侧边更为平缓,形成的压电层400的质量更好,更有利于提高压电层400的性能,从而大大提升器件的良率。
110.在一些实施例中,弧线可以是向衬底100一侧下凹的凹曲线。该凹曲线平滑且连续,并且没有拐点。可以理解的是,从第一端点到第二端点,凹曲线上各点的切线与底边所在平面的夹角逐渐增大。
111.在一些实施中,弧线也可以是向远离衬底100一侧突出的凸曲线。该凸曲线平滑且连续,并且没有拐点。
112.在一些实施例中,如图7所示,侧边所包括的多段第一曲线可以都是凸曲线。
113.在一些实施例中,侧边所包括的多段第一曲线也可以都是凹曲线。图10为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图,如图10所示,弧线sa
14
、弧线sa
15
以及弧线sa
16
均为凹曲线。
114.在一些实施例中,侧边所包括的多段第一曲线也可以既有凸曲线,又有凹曲线。图11为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图,如图11所示,曲线sa
29
为凸曲线,曲线sa
30
为凹曲线,曲线sa
31
为凸曲线。
115.在一些实施例中,当侧边所包括的多段第一曲线都是凸曲线时,沿着从底边到顶边的方向,多段凸曲线的第一端点的切线与底边所在平面的夹角可以逐渐增大,或者逐渐减小。如此,可使侧边变得更为平缓,更有利提高压电层400的性能。图12为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图,如图12所示,弧线sa
11
的第一端点的切线与底边所在平面的夹角为18
°
,弧线sa
12
的第一端点的切线与底边所在平面的夹角为38
°
,弧线sa
13
的第一端点的切线与底边所在平面的夹角为43
°
,多段凸曲线的第一端点的切线与底边所在平面的夹角逐渐增大,反射结构200的侧边较为平缓。
116.在一些实施例中,当侧边所包括的多段第一曲线均为凹曲线时,沿着从底边到顶边的方向,多段凹曲线的第一端点的切线与底边所在平面的夹角可以逐渐增大,或者逐渐减小。如此,可使侧边变得更为平缓,更有利于提高压电层400的性能。如图10所示,弧线sa
14
的第一端点的切线与底边所在平面的夹角为18
°
,弧线sa
15
的第一端点的切线与底边所在平面的夹角为13
°
,弧线sa
16
的第一端点的切线与底边所在平面的夹角为8
°
,多段凹曲线的第一端点的切线与底边所在平面的夹角逐渐减小,反射结构200的侧边较为平缓。
117.在一些实施例中,当侧边所包括的多段第一曲线sa部分为弧线,部分为线段时,对于弧线和线段的数量,本公开不做限制。对于弧线和线段的相对位置,本公开亦不做限制,可以弧线在线段上,也可以线段在弧线上。
118.在一些实施例中,该至少两段第一曲线包括至少两段线段和至少一段弧线,其中,弧线位于相邻两线段之间。这里,弧线可看作是在相邻两线段的相接处进行倒角,如此,可以两线段的过渡更加平滑,对压电层中晶柱的生长起到缓冲的作用,减少压电层的断裂问题,提高压电层400的质量。
119.图13为本公开实施例提供的又一种反射结构的示意图,如图13所示,该反射结构的侧边包括线段sa
17
、弧线sa
18
、线段sa
19
、弧线sa
20
以及线段sa
21
。弧线sa
18
和sa
20
使反射结构200的侧边更加平缓,利于提高压电层400的性能。
120.在一些实施例中,侧边所包括的多段第一曲线中,任意相邻两段第一曲线中的相对靠近底边的第一曲线上各点的切线与底边所在平面的夹角大于相对靠近顶边的第一曲线上各点的切线与底边所在平面的夹角;在衬底所在平面上,相对靠近底边的第一曲线的正投影长度小于相对靠近顶边的第一曲线的正投影长度,换言之,沿着从底边指向顶边的方向,侧边所包括的多段第一曲线在衬底所在平面的正投影长度逐渐增大。
121.这里,第一曲线可以是线段或者弧线,弧线为凸曲线或凹曲线。
122.示例地,与底边相连接的第一曲线在衬底所在平面的正投影长度占侧边在该平面
mounted resonator,smr)。smr的反射结构200为布拉格反射层。布拉格发射层由厚度均为四分之一波长的高声学阻抗层和低声学阻抗层交替层叠构成。若从高声学阻抗层向下看,布拉格反射层的等效阻抗为无穷大,若从低声学阻抗层向下看,布拉格反射层的等效阻抗则为零。布拉格反射层用于提供声波边界。
137.在一些实施例中,为提高smr中压电层400的性能,可设置smr的反射结构包括:交替层叠的第一反射栅和第二反射栅,其中,第一反射栅的对应侧边包括第一子曲线,第二反射栅对应的侧边包括第二子曲线,第一子曲线和第二子曲线不平行。
138.图15为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图。如图15所示,该反射结构200包括交替层叠的第一反射栅201和第二反射栅202,其中,第一反射栅201对应的第一子曲线sa
25
,与第二反射栅202对应的第二子曲线sa
26
不平行,如此,可在保证反射结构200的侧边在衬底100表面的正投影长度在要求范围内的基础上,使反射结构200的侧边较为平缓,从而使压电层较为平缓,提高压电层的性能。
139.图16为本公开实施例提供的又一种反射结构的截面示意图。如图16所示,反射结构200包括第一部分210和第二部分220,其中,第一部分210包括交替层叠在第一反射栅201和第二反射栅202,第一反射栅201对应的侧边包括第一子曲线sa
25
,第二反射栅202对应的侧边包括第二子曲线sa
26
,第一子曲线sa
25
和第二子曲线sa
26
不平行;第二部分包括交替层叠的第三反射栅203和第四反射栅204,第三反射栅203和第一反射栅201的材质相同且厚度相同,第四反射栅204和第二反射栅202的材质相同且厚度相同,第三反射栅203对应的侧边包括第三子曲线sa
27
,第四反射栅204对应的侧边包括第四子曲线sa
28
,第三子曲线sa
27
和第四子曲线sa
28
不平行,且第三子曲线sa
27
和第一子曲线sa
25
不平行,第四子曲线sa
28
和第二子曲线sa
26
不平行。如此,通过使第三子曲线sa
27
与底边所在平面的夹角小于第一子曲线sa
25
与底边所在平面的夹角,使第四子曲线sa
28
与底边所在平面的夹角小于第二子曲线sa
26
与底边所在平面的夹角,也可使反射结构200的侧边较为平缓,从而使压电层较为平缓,提高压电层的性能。
140.在一些实施例中,如图5所示,第一电极层300的侧边与底边的夹角满足:大于或等于5
°
,且小于或等于15
°
。如此,可使位于第一电极层300的侧面的压电层400较为平缓,降低压电层400的断裂风险,利于提高压电层400的性能。
141.优选地,第一电极层300的侧边与底边的夹角满足:大于或等于7
°
,且小于或等于12
°
,以进一步降低压电层400的断裂风险,提高其性能。
142.综上所述,本公开实施例提供的体声波谐振器,既能使压电层的第一拐角α和第二拐角β较大,使压电层的角度变化较为平缓,降低压电层在两拐角处出现位错和断裂等缺陷的概率,降低压电层的损耗,提高器件的性能,又能使得反射结构的侧边在底边所在平面的正投影长度在要求范围内,降低第一电极层延伸到反射结构的侧面的概率,从而降低器件的寄生电容,进一步提高器件的性能。
143.本公开实施例还提供了一种体声波谐振器的制作方法,图17为本公开实施例提供的体声波谐振器的制作方法的流程示意图。如图17所示,该制作方法包括:
144.s100:提供衬底;
145.s200:在衬底上形成牺牲层;其中,牺牲层包括相对设置的底面和顶面,以及连接底面和所述顶面的侧面;牺牲层被垂直于衬底表面的平面所截得到的截面,包括底边、顶边
和两个侧边,每个侧边包括至少两段第一曲线,该至少两段第一曲线不平行,每段第一曲线上各点的切线与底边所在平面的夹角满足:大于0
°
,且小于或等于45
°

146.s300:在牺牲层上依次形成层叠设置的第一电极层、压电层和第二电极层;
147.s400:去除牺牲层,形成包括空腔的反射结构。
148.这里,该体声波谐振器为fbar。
149.在步骤s100中,提供衬底。
150.该衬底的组成材料可以包括硅(si)、锗(ge)或者绝缘衬底100上的硅(soi,silicon-on-insulator)。
151.在步骤s200中,在衬底上形成牺牲层。
152.可以理解的是,该牺牲层在后续工艺中被去除,以形成空腔型的反射结构。因此,牺牲层的底面、顶面和侧面就是反射结构的底面、顶面和侧面。
153.本步骤中,可根据最终希望形成的反射结构的特定形状,调整牺牲层具有该特定形状。
154.在一些实施例中,步骤s200,在衬底上形成具有特定形状的牺牲层的步骤,包括:
155.形成覆盖衬底的牺牲材料层;其中,牺牲材料层包括中心区域和包围中心区域的边缘区域,边缘区域包括从中心到边缘依次排布的至少两个子区域;
156.依次去除至少两个子区域内的部分牺牲材料层,以使至少两个子区域内剩余的牺牲材料层的表面形成牺牲层的侧面;其中,每个子区域包括一个第一曲面,第一曲面被垂直于衬底表面的平面所截得到第一曲线。
157.图18a至图18d为本公开实施例提供的形成牺牲层的流程示意图。应当理解,图18a至图18d中所示的操作不一定按照顺序来精确地执行。相反,可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时,或将其他操作添加到这些过程中,或从这些过程移除某一步或数步操作。
158.下面结合图18a-图18d介绍本公开实施例提供的牺牲层的具体实现过程。
159.参见图18a,形成覆盖衬底100的牺牲材料层600;牺牲材料层包括中心区域110和包围中心区域的边缘区域120。这里,仅示出了部分中心区域110和边缘区域120。应当理解,在完整的牺牲材料层600的截面图中,边缘区域120应当对称地位于中心区域110的两侧。
160.这里,牺牲材料层600的材料可以包括:二氧化硅(sio2)、光刻胶、聚酰亚胺、多孔硅、金属铝、磷硅酸玻璃(psg,phospho-silicate glass)等。
161.这里,可采用化学气相沉积工艺(cvd)、物理气相沉积工艺(pvd)、原子层沉积工艺(ald)等工艺形成牺牲材料层600。其中,化学气相沉积工艺可包括等离子体增强化学气相沉积(pecvd)和低压化学气相沉积(lpcvd)等。
162.参见图18b至图18d,依次去除至少两个子区域内的部分牺牲材料层600,以使至少两个子区域内剩余的牺牲材料层600的表面形成牺牲层的侧面。
163.这里,位于中心区域110的牺牲材料层600未被蚀刻,位于中心区域110的牺牲材料层600相对远离衬底100的表面形成牺牲层的顶面。位于中心区域110和位于边缘区域120的剩余牺牲材料层600相对靠近衬底100的表面形成牺牲层的底面。
164.参见图18b,在牺牲材料层600上形成第一掩膜层701,其中,第一掩膜层701暴露第一子区域。之后,通过第一掩膜层701刻蚀该位于第一子区域的牺牲材料层600,以使第一子区域内剩余的牺牲材料层600的表面形成第一个第一曲面。
165.这里,可采用干法刻蚀工艺刻蚀牺牲材料层600。干法刻蚀工艺可包括等离子体刻蚀、反应离子刻蚀(reactive ion etching,rie)、离子束刻蚀以及溅射刻蚀等,等离子体刻蚀可包括感应耦合等离子体(inductively couple plasma,icp)刻蚀和容性耦合等离子体(capacitively coupled plasmas,ccp)刻蚀等。干法刻蚀工艺包括物理刻蚀过程和化学刻蚀过程,物理刻蚀过程更容易形成平面,而化学刻蚀过程则更容易形成弧面,并且物理刻蚀过程和化学刻蚀过程的比例可通过调节刻蚀工艺的气体比例、刻蚀功率和腔内压力等刻蚀参数进行调控。
166.本公开中,可根据最终希望得到的牺牲层的侧边,调整干法刻蚀工艺的刻蚀参数。可以理解的是,线段的斜率、弧线的形状以及弧线的第一端点和第二端点的切线,都可通过调整干法刻蚀工艺的刻蚀参数进行控制。而第一曲线在底边所在平面的投影长度则可通过调整第一掩膜层701的曝光区域进行控制。
167.参见图18c,在第一子区域内形成第一个第一曲面后,去除第一掩膜层701,之后,在牺牲材料层600上形成第二掩膜层702,其中,第二掩膜层702暴露第二子区域,然后,通过第二掩膜层702刻蚀该位于第二子区域的牺牲材料层600,以使第二子区域内剩余的牺牲材料层600的表面形成第二个第一曲面。
168.参见图18d,在第二子区域内形成第二个第一曲面后,去除第二掩膜层702,之后,在牺牲材料层600上形成第三掩膜层703,其中,第三掩膜层703暴露第三子区域,然后,通过第三掩膜层703刻蚀位于第三子区域的牺牲材料层600,以使第三子区域内剩余的牺牲材料层600的表面形成第三个第一曲面。
169.这里,对不同的子区域可采用不同的刻蚀参数,以使不同子区域的第一曲面对应的第一曲线不平行。
170.在一些实施例中,在采用干法刻蚀工艺对每一子区域的牺牲材料层600刻蚀后,可对已刻蚀的牺牲材料层600的表面进行钝化处理,以保护已形成的侧面的形状。
171.在一些实施例中,当侧面包括第二曲线时,一种方式是形成暴露某一子区域的掩膜层,并在该子区域形成第二曲线对应的第二曲面,第二曲线为平面。另一种方式是在某一子区域内形成第一曲线对应的第一曲面时,通过调整刻蚀参数,使该子区域内,一部分剩余的牺牲材料层的表面形成第一曲面,另一部分剩余的牺牲材料层的表面形成第二曲面。
172.在步骤s300中,在牺牲层上依次形成层叠设置的第一电极层、压电层和第二电极层。
173.这里,第一电极层的组成材料可包括:铝(al)、钼(mo)、钌(ru)、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;第二电极层的组成材料可包括:铝(al)、钼(mo)、钌(ru)、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。第一电极层和第二电极层的组成材料可以相同,也可以不同。示例地,第一电极层和第二电极层的组成材料可以包括钼。
174.压电层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。
175.可以理解的是,本公开实施例提供的反射结构的侧面能较大程度的降低氮化铝压电层和氧化锌压电层的缺陷,对于其它材料的压电层,该反射结构也能使压电层较为平缓,
提高整个器件的物理结构强度。
176.在步骤s400中,去除牺牲层,形成包括空腔的反射结构。
177.这里,可先形成贯穿压电层或者贯穿第一电极层、压电层和第二电极层,并延伸到牺牲层的释放孔,通过释放孔去除牺牲层。在去除牺牲层的位置,形成空腔,该空腔即为反射结构。
178.这里,可采用氟化氢蒸汽释放工艺去除牺牲层。具体地,将具有释放孔的体声波谐振器置于氟化氢蒸汽中,氟化氢蒸汽通过释放孔与牺牲层接触并发生反应,从而去除牺牲层,形成空腔。
179.图19为本公开实施例提供的又一种体声波谐振器的制备方法的流程示意图。在一些实施例中,当体声波谐振器为smr时,其反射结构为布拉格反射层,该体声波谐振器的制作方法如图19所示,包括:
180.s100

:提供衬底,
181.s200

:在衬底上形成反射结构;其中,反射结构包括依次层叠的多层反射栅,反射结构包括相对设置的底面和顶面,以及连接底面和顶面的侧面;反射结构被垂直于衬底表面的平面所截得到的截面,包括底边、顶边和两个侧边,每个侧边包括至少两段第一曲线,至少两段第一曲线不平行,每段第一曲线上各点的切线与底边所在平面的夹角满足:大于0
°
,且小于或等于45
°

182.s300

:在反射结构上依次形成层叠设置的第一电极层、压电层和第二电极层。
183.这里,步骤s100

中的衬底与上述fbar的制作方法中的衬底相同,故不赘述。步骤300

与上述fbar的制作方法中形成第一电极层、压电层和第二电极层的步骤相同,故不赘述。
184.步骤s200

中,在衬底上形成反射结构。
185.这里,反射结构为布拉格反射层。
186.在一些实施例中,步骤s200

具体包括:
187.在衬底形成反射材料层;其中,反射材料层包括交替层叠的第一反射材料层和第二反射材料层,第一反射材料层和第二反射材料层在同一刻蚀参数下的刻蚀速率不同;反射材料层包括中心区域和包围中心区域的边缘区域;
188.采用干法刻蚀工艺去除边缘区域内的部分反射材料层,以使边缘区域内剩余的反射材料层的表面形成反射结构的侧面,第一反射栅对应的侧面部分包括第一子曲面,第二反射栅对应的侧面部分包括第二子曲面,第一子曲面和第二子曲面被垂直于衬底表面的平面所截得到第一子曲线和第二子曲线。
189.这里,位于中心区域的反射材料层未被蚀刻,位于中心区域的反射材料层相对远离衬底的表面形成反射结构的顶面。位于中心区域和位于边缘区域的剩余反射材料层相对靠近衬底的表面形成反射结构的底面。
190.这里,第一反射材料层和第二反射材料层在同一刻蚀参数下的刻蚀速率不同,也即第一反射材料层和第二反射材料层具有刻蚀选择比。当采用干法刻蚀工艺刻蚀同时刻蚀第一反射材料层和第二反射材料层时,第一反射材料层和第二反射材料层被刻蚀的程度不同,因此,第一反射栅的对应的侧面包括第一子曲面,而第二反射栅的对应的侧面包括第二子曲面,且第一子曲面和第二子曲面的形状不同,也即,第一子曲面和第二子曲面不平行,
第一子曲面对应的第一子曲线和第二子曲面对应的第二子曲线也不平行。
191.在一些实施例中,也可采用不同的刻蚀参数对不同的子区域进行刻蚀,得的如图16所示的反射结构200。
192.此外,本公开实施例还提供了一种滤波器,该滤波器由上述多个体声波谐振器级联形成。
193.本公开实施例还提供了一种多工器,该多工器包括如上所述的滤波器。该多工器包括双工器,三工器和四工器等。本公开所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征,在不冲突的情况下可以任意组合,得到新的方法实施例或设备实施例。
194.在本公开所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置、系统与方法,可以通过其他的方式实现。以上所述,仅为本公开的具体实施方式,但本公开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公开揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此,本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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