[go: up one dir, main page]

CN114884482B - 体声波谐振器 - Google Patents

体声波谐振器 Download PDF

Info

Publication number
CN114884482B
CN114884482B CN202210796817.9A CN202210796817A CN114884482B CN 114884482 B CN114884482 B CN 114884482B CN 202210796817 A CN202210796817 A CN 202210796817A CN 114884482 B CN114884482 B CN 114884482B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
carrier substrate
acoustic wave
bulk acoustic
wave resonator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210796817.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114884482A (zh
Inventor
不公告发明人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Newsonic Technologies Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Newsonic Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Newsonic Technologies Co Ltd filed Critical Shenzhen Newsonic Technologies Co Ltd
Priority to CN202210796817.9A priority Critical patent/CN114884482B/zh
Publication of CN114884482A publication Critical patent/CN114884482A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114884482B publication Critical patent/CN114884482B/zh
Priority to US17/992,170 priority patent/US11777472B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/173Air-gaps
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02133Means for compensation or elimination of undesirable effects of stress
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/05Holders or supports
    • H03H9/0504Holders or supports for bulk acoustic wave devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/05Holders or supports
    • H03H9/10Mounting in enclosures
    • H03H9/1007Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/021Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the air-gap type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

本公开实施例提供一种体声波谐振器,其包括:载体衬底,具有沿第一方向延伸的主表面;压电层,在垂直于载体衬底的主表面的第二方向上位于载体衬底的一侧;第一电极和第二电极,在第二方向上设置在压电层的相对侧;空腔边界结构,在第二方向上设置于载体衬底与压电层之间,且具有沿第一方向延伸的主体部和沿第二方向远离载体衬底且朝向压电层凸出于主体部的凸出部;谐振空腔,由空腔边界结构和压电层界定;以及周边介电层,位于空腔边界结构的凸出部的侧边且位于主体部与压电层之间,周边介电层的材料与凸出部的至少与周边介电层相邻的部分的材料不同。所述体声波谐振器可提高谐振载体的机械支撑强度,且具有提高的品质因素和性能。

Description

体声波谐振器
技术领域
本公开的实施例涉及一种体声波谐振器。
背景技术
随着移动通讯技术快速发展,以谐振器为基本单元的滤波器越来越广泛且大量的应用在智能手机等通讯装置中。薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator,FBAR)通常是在衬底基板上依次形成下电极、压电层和上电极,进而在衬底基板上形成具有压电特性的谐振结构。为提升体声波谐振器的性能,体声波谐振器的结构不断被优化以提高谐振器的品质因数(Q值)。
发明内容
根据本公开的至少一个实施例提供一种体声波谐振器,其包括:载体衬底,具有沿第一方向延伸的主表面;压电层,在垂直于所述载体衬底的所述主表面的第二方向上位于所述载体衬底的一侧;第一电极和第二电极,在所述第二方向上设置在所述压电层的相对侧;空腔边界结构,在所述第二方向上设置于所述载体衬底与所述压电层之间,其中所述空腔边界结构具有主体部和凸出部,所述主体部沿所述第一方向延伸,且所述凸出部沿所述第二方向远离所述载体衬底且朝向所述压电层凸出于所述主体部;谐振空腔,由所述空腔边界结构和所述压电层界定;以及周边介电层,位于所述空腔边界结构的所述凸出部的远离所述谐振空腔的侧边且位于所述空腔边界结构的所述主体部与所述压电层之间,所述周边介电层的材料与所述凸出部的至少与所述周边介电层相邻的部分的材料不同。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述空腔边界结构的所述凸出部具有彼此相对的内侧壁和外侧壁,所述主体部包括第一部分和第二部分,所述第一部分在所述第一方向上位于所述凸出部的所述内侧壁之间,且所述第二部分在所述第一方向上位于所述凸出部的靠近其所述外侧壁的一侧。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述谐振空腔在所述第一方向上被所述空腔边界结构的所述凸出部环绕,并由所述凸出部的所述内侧壁界定,且所述谐振空腔在所述第二方向上界定在所述空腔边界结构的所述第一部分和所述压电层的一部分之间。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述周边介电层在所述第二方向上位于所述空腔边界结构的所述主体部的所述第二部分与所述压电层之间。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述周边介电层在所述第一方向上环绕所述空腔边界结构的所述凸出部,且所述凸出部将所述周边介电层和所述谐振空腔间隔开。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述空腔边界结构包括边界层和介电支撑层,所述边界层设置于所述压电层和所述周边介电层的靠近所述载体衬底的一侧,且所述介电支撑层设置于所述边界层的靠近所述载体衬底的一侧且位于所述边界层和所述载体衬底之间,所述周边介电层的材料与所述边界层的材料不同。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述谐振空腔由所述压电层和所述空腔边界结构的所述边界层界定。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述介电支撑层包括介电主体部和介电凸出部,所述介电主体部沿所述第一方向延伸,且所述介电凸出部在所述第二方向上远离所述载体衬底且朝向所述压电层凸出于所述介电主体部。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述边界层包括边界主体部和边界凸出部,所述边界主体部沿所述第一方向延伸且与所述介电主体部构成所述空腔边界结构的所述主体部,所述边界凸出部位于所述介电凸出部的侧壁和所述介电凸出部的远离所述载体衬底的表面上,所述边界凸出部和所述介电凸出部构成所述空腔边界结构的所述凸出部。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述边界凸出部具有双壁结构,且包括内壁部分、外壁部分和连接部,所述内壁部分和所述外壁部分通过所述连接部彼此连接;所述介电凸出部在所述第一方向上填充于所述边界凸出部的所述内壁部分和所述外壁部分之间,且所述连接部在所述第二方向上位于所述介电凸出部与所述压电层之间。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述载体衬底与所述空腔边界结构彼此键合而直接接触。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述载体衬底的材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、玻璃、碳化硅、氮化镓、氧化铝中的至少一种。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,还包括电荷积聚防止层,设置在所述空腔边界结构和所述载体衬底之间,所述电荷积聚防止层被配置为避免在所述载体衬底的表面产生电荷积聚而形成非预期导电沟道。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述载体衬底是半导体衬底,所述电荷积聚防止层与所述载体衬底直接接触,且所述电荷积聚防止层的至少与所述载体衬底直接接触的表面层为非导电层且为非氧化硅层。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述电荷积聚防止层的至少与所述载体衬底直接接触的所述表面层包括多晶硅、非晶硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓中的至少一种。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述载体衬底与所述电荷积聚防止层的接触界面不包括氧化硅。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述电荷积聚防止层包括阻挡层,所述阻挡层设置在所述载体衬底的靠近所述空腔边界结构的一侧,且与所述载体衬底直接接触。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述阻挡层为单层结构,且所述阻挡层的材料包括多晶硅、非晶硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓中的一种。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述阻挡层为多层结构,且所述阻挡层包括由多晶硅、非晶硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓、氧化硅中的至少两种所组成的叠层,且其中所述阻挡层的与所述载体衬底直接接触的表面层不包括氧化硅。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,还包括缓冲层,设置于所述阻挡层的远离所述载体衬底的一侧,且位于所述阻挡层和所述空腔边界结构之间。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述缓冲层的材料包括氮化硅、氧化硅、氮化铝、多晶硅、非晶硅中的至少一种。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述缓冲层的材料和所述阻挡层的材料中的一者具有拉应力,且另一者具有压应力,以配置成平衡所述载体衬底的翘曲度。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述空腔边界结构包括边界层以及位于所述边界层的靠近所述载体衬底的一侧的介电支撑层,其中所述缓冲层和所述空腔边界结构的所述介电支撑层彼此键合。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,还包括:第一键合层,设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,第二键合层,设置于所述缓冲层的靠近所述空腔边界结构的一侧,所述第一键合层和所述第二键合层彼此键合。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述第一键合层和所述第二键合层包括非晶硅。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,还包括:键合层,设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,且所述键合层和所述缓冲层彼此键合。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述键合层包括非晶硅,所述缓冲层包括氮化硅、氧化硅、氮化铝、多晶硅、非晶硅中的至少一种,且所述缓冲层的至少与所述键合层键合的表面层包括多晶硅或非晶硅。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,还包括键合层,所述键合层设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,且所述键合层和所述阻挡层彼此键合。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,还包括:第一键合层,设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,第二键合层,设置于所述阻挡层的靠近所述空腔边界结构的一侧,且所述第一键合层和所述第二键合层的彼此键合。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述阻挡层与所述空腔边界结构彼此键合。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,还包括:键合层,设置于所述载体衬底和所述空腔边界结构之间,且充当所述电荷积聚防止层。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述键合层设置在所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,且所述键合层和所述载体衬底彼此键合。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述键合层包括:第一键合层,设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,第二键合层,设置于所述载体衬底的靠近所述空腔边界结构的一侧,且充当所述电荷积聚防止层,其中所述第一键合层和所述第二键合层彼此键合。
在本公开实施例提供的体声波谐振器中,所述周边介电层包括第一材料,且所述空腔边界结构的至少与所述周边介电层相邻的所述部分包括第二材料,且所述第一材料和所述第二材料被配置成在形成所谐振空腔的刻蚀工艺中所使用的刻蚀剂对所述第一材料和所述第二材料具有刻蚀选择比。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案,下面将对实施例的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例,而非对本公开的限制。
图1A至图1I示出根据本公开一些实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
图2A至图2K示出根据本公开一些实施例的体声波谐振器的形成方法的示意性截面图。
图3A和图3B示出根据本公开一些实施例的体声波谐振器的示意性平面图。
图4A至图4H示出根据本公开一些实施例的体声波谐振器中各子谐振器结构之间的键合方式。
图5是对比本公开实施例的体声波谐振器与传统体声波谐振器的品质因数随频率变化的曲线图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本公开实施例的附图,对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。
在本公开的各种实施例提供的体声波谐振器中,在压电层的一侧形成空腔边界结构,并由压电层和空腔边界结构围合界定谐振空腔。空腔边界结构具有主体部和凸出部,谐振空腔在第一方向(例如,水平方向)上被所述凸出部环绕并由凸出部的内侧壁界定,且在与第一方向相交的第二方向(例如,竖直方向)上界定在空腔边界结构的主体部与压电层之间。周边介电层设置在空腔边界结构的凸出部的外侧壁以外,且环绕所述凸出部。如此设置可提高空腔边界结构的机械支撑强度,进而提高谐振器的性能。此外,在一些实施例中,空腔边界结构采用双层结构且包括边界层和介电支撑层,边界层被设置成具有内壁部分和外壁部分的双壁结构(dual-wall structure),且介电支撑层的一部分填充在边界层的内壁部分和外壁部分之间,如此设置可进一步增加空腔边界结构的机械支撑强度,从而提高谐振器的性能。另一方面,空腔边界结构采用双层结构的设置,边界层用以界定谐振空腔,且在形成谐振空腔的刻蚀工艺中充当刻蚀停止层,介电支撑层在一些实施例中用以键合载体衬底或形成在载体衬底上的材料层且具有适于键合的材料;在所述刻蚀工艺中,边界层将介电层和刻蚀剂隔开,因此介电支撑层不会受到刻蚀工艺的侵蚀;如此一来,边界层和介电支撑层的材料可各自针刻蚀工艺和键合工艺来进行选择,而不用同时满足刻蚀工艺和键合工艺的双重要求,因此材料的选择更丰富,且可分别选择更适合各自工艺的材料。
此外,在一些实施例中,在载体衬底的表面形成电荷积聚防止层或者将与载体衬底键合的材料层设置成电荷积聚防止层,而且,在载体衬底上形成电荷积聚防止层之前或者在键合载体衬底之前对载体衬底进行清洗工艺,以移除载体衬底表面可能存在的自然氧化物(native oxide)层。通过设置电荷积聚防止层以及移除自然氧化物层可避免在载体衬底表面形成电荷积聚而产生非预期的导电沟道,如此设置可避免该谐振器的射频损耗,进而提高谐振器的品质因素(Q)。
在本公开的实施例中,压电层以及位于压电层相对侧的电极构成谐振结构,而空腔边界结构、周边介电层和载体衬底构成谐振载体,且谐振载体在一些实施例中还包括位于空腔边界结构和载体衬底之间的其他材料层(例如,电荷积聚防止层),谐振结构和谐振载体围合形成谐振空腔。本公开实施例通过空腔边界结构的上述设置提高了谐振载体的机械支撑强度,在设置有电荷积聚防止层的实施例中,进一步提高了谐振载体的性能,从而提高谐振器的品质因素,进而提高谐振器及其所形成的滤波器的性能。
图1A示出根据本公开一些实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图1A,在一些实施例中,体声波谐振器500a包括子谐振器结构S1和子谐振器结构S2,子谐振器结构S1设置于子谐振器结构S2上且接合至子谐振器结构S2。在一些实施例中,子谐振器结构S1包括压电层105、形成在压电层105相对侧的电极E1和电极E2、周边介电层106以及空腔边界结构BS;子谐振器结构S2可包括载体衬底200。此外,体声波谐振器500a还具有空腔RC,在一些实施例中,空腔RC设置于子谐振器结构S1中,且由空腔边界结构BS和压电层105界定。然而,本公开并不以此为限。
在一些实施例中,载体衬底200可包括半导体材料、绝缘材料等非导电材料或其组合。在一些实施例中,载体衬底200是半导体衬底,且可包括硅等合适的半导体材料。举例来说,载体衬底200的材料可包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、碳化硅、氮化镓、其类似物或其组合等半导体材料,但本公开并不以此为限。可替代的或另外的,载体衬底200也可包括非导电材料,例如玻璃、氧化铝等绝缘材料。载体衬底200具有沿方向D1(例如,水平方向)延伸的主表面或顶表面。也就是说,方向D1为载体衬底200的主表面的延伸方向或平行于载体衬底200的主表面。在一些实施例中,方向D1并非仅指单一水平方向,而是可包含沿着或平行于载体衬底200的主表面的多个或任意水平方向;即,方向D1可为或可包括沿任意方向的水平方向,例如,方向D1除了包括图1A中箭头所指的水平方向外,还可包括垂直于纸面的水平方向。
在一些实施例中,压电层105包括合适的压电材料,例如氮化铝(AlN)、掺杂钪氮化铝(ScAlN)、氧化锌、铌酸锂、钽酸锂等具有压电特性的材料,但本公开并不以此为限。电极E1和电极E2在方向D2上设置在压电层105的相对两侧。方向D2与方向D1相交,且例如是彼此大致垂直,即,方向D2大致垂直于载体衬底200的主表面(例如,顶表面)。在一些实施例中,方向D1可被称为第一方向或水平方向,方向D2可被称为第二方向或竖直方向。在一些实施例中,电极E1设置在压电层105的靠近载体衬底200的一侧,电极E2设置在压电层105的远离载体衬底200的一侧;电极E1和电极E2可分别被称为第一电极和第二电极,或反之亦然。电极E1和E2各自可包括合适的电极材料,例如包括金属材料,例如钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、钌(Ru)、其类似物、其合金或其组合。
在一些实施例中,周边介电层106设置在压电层105的远离电极E2且靠近子谐振器结构S2的一侧。周边介电层106与电极E1设置在压电层105的同一侧。周边介电层106包括非导电材料,且可为单层结构或包括两层或两层以上的非导电材料的叠层。例如,周边介电层106可包括氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、其类似物或其组合等介电材料。
继续参照图1A,在一些实施例中,空腔边界结构BS设置在压电层105的靠近子谐振器结构S2(例如,其载体衬底200)的一侧,且覆盖周边介电层106的朝向空腔RC的侧壁及其远离压电层105且靠近子谐振器结构S2一侧的表面。空腔边界结构BS用于界定空腔RC。举例来说,空腔RC由空腔边界结构BS和压电层105界定,例如由空腔边界结构BS的内侧壁IS以及空腔边界结构BS和压电层105的相对表面界定。在一些实施例中,空腔边界结构BS包括主体部BS1和凸出部BS2。主体部BS1例如沿与载体衬底200的主表面(例如,图1A中靠近子谐振器结构S1一侧的顶表面)平行的方向(例如,方向D1)延伸,且位于空腔RC与载体衬底200之间,以及周边介电层106与载体衬底200之间。凸出部BS2在垂直于载体衬底200的主表面的方向(例如,方向D2)上远离子谐振器结构S2的载体衬底200且朝向压电层105凸出于主体部BS1的靠近压电层105一侧的表面。
在一些实施例中,从平面图来看,凸出部BS2呈环形,且具有在水平方向(例如,方向D1)上彼此相对的内侧壁IS和外侧壁OS;凸出部BS2在水平方向(例如,方向D1)上环绕且界定空腔RC,主体部BS1的一部分(例如,第一部分)在方向D1上位于凸出部BS2(例如,其内侧壁IS)之间的区域,主体部BS1的另一部分(例如,第二部分)在方向D1上位于凸出部BS2的靠近其外侧壁OS的一侧。凸出部BS2的内侧壁IS、主体部BS1的第一部分的面向压电层105的表面以及压电层105的面向主体部BS1的第一部分的表面围合以界定空腔RC;凸出部BS2在方向D1上位于空腔RC和周边介电层106之间,且将空腔RC和周边介电层106间隔开。凸出部BS2的外侧壁OS与周边介电层106的靠近空腔RC一侧的侧壁接触。在一些实施例中,介电层106也呈环形,且在水平方向(例如,方向D1)上环绕空腔边界结构BS的凸出部BS2。空腔边界结构BS的主体部BS1的第二部分在方向D2上设置在介电层106和子谐振器结构S2(例如,其载体衬底200)之间,且覆盖介电层106的远离压电层105且靠近子谐振器结构S2一侧的表面。也就是说,介电层106在方向D1上位于空腔边界结构BS的凸起部BS2的远离空腔RC且靠近其外侧壁OS的侧边,且在方向D2上位于空腔边界结构BS的主体部BS1的一部分(例如,第二部分)与压电层105之间。
空腔边界结构BS包括与周边介电层106不同的材料,空腔边界结构BS可为单层结构或多层结构,且其至少与介电层106接触的层(即,与周边介电层106相邻的部分)的材料与介电层106的材料不同。举例来说,空腔边界结构BS可为双层结构且可包括边界层108和介电支撑层109。边界层108和介电支撑层109的材料可相同或不同。举例来说,边界层108和介电支撑层109包括不同的材料,且边界层108的材料与周边介电层106的材料不同,介电支撑层109的材料与周边介电层106的材料可相同或不同。边界层108可包括半导体材料、介电材料、其类似物或其组合。在一些实施例中,边界层108的材料是不被氢氟酸腐蚀的材料。例如,边界层108可包括多晶硅、非晶硅(无定型硅)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)、氮化钽(TaN)、其类似物或其组合。介电支撑层109的材料例如包括氧化硅等非导电材料,且介电支撑层109可为单层或多层结构(例如两层或两层以上的叠层)。
在一些实施例中,边界层108设置于压电层105的靠近子谐振器结构S2(例如,其载体衬底200)的一侧,且覆盖周边介电层106的朝向空腔RC的侧壁以及周边介电层106的远离压电层105且靠近子谐振器结构S2的一侧的表面。空腔边界结构BS的内侧壁IS及外侧壁OS及其远离子谐振器结构S2且靠近压电层105一侧的表面为边界层108的相应侧壁及表面。在一些实施例中,介电支撑层109设置于边界层108的远离压电层105且靠近子谐振器结构S2(例如,其载体衬底200)的一侧,且设置于边界层108与载体衬底200之间。介电支撑层109与边界层108直接接触,且可与载体衬底200直接接触,但本公开并不以此为限。
继续参照图1A,在一些实施例中,介电支撑层109具有介电主体部109a和介电凸出部109b;介电主体部109a沿大致平行于载体衬底200的主表面的方向D1延伸且覆盖载体衬底200的主表面;介电凸出部109b沿大致垂直于衬底200的主表面的方向D2远离载体衬底200且朝向压电层105凸出于介电主体部109a。
边界层108沿着介电支撑层109的表面(即,介电主体部109a的远离子谐振器结构S2且靠近压电层105一侧的表面、介电凸出部109b的侧壁及其靠近压电层105一侧的表面(例如,顶表面))延伸,且包括边界主体部108a和边界凸出部108b;边界主体部108a沿着介电主体部109a的顶表面沿方向D1延伸;边界凸出部108b沿着介电凸出部109b的侧壁及其靠近压电层105一侧的表面延伸。边界凸出部108b在垂直于载体衬底200的主表面的方向D2上远离载体衬底200且朝向压电层105凸出于边界主体部108a。边界主体部108a和介电主体部109a共同构成空腔边界结构BS的主体部BS1;边界凸出部108b和介电凸出部109b共同构成空腔边界结构BS的凸出部BS2。在一些实施例中,介电凸出部109b及边界凸出部108b为介电层材料及边界层材料的在制造过程中填入介电层106的沟槽中的部分,这将在后续参照制造工艺详细说明。
继续参照图1A,周边介电层106位于边界主体部108a与压电层105之间且位于边界凸出部108b之外,即,在水平方向(例如,方向D1)上位于边界凸出部108b的靠近其远离空腔30的外侧壁OS的一侧。边界凸出部108b包括外壁部分(outer wall)P2a、内壁部分(innerwall)P2b以及连接部P1。外壁部分P2a覆盖介电凸出部109b的外侧壁且夹置于介电凸出部109b的外侧壁与周边介电层106之间;内壁部分P2b覆盖介电凸出部109b的内侧壁且与所述外壁部分P2a在水平方向(例如,方向D1)上彼此相对;连接部P1连接外壁部分P2a和内壁部分P2b,且覆盖介电凸出部109b的靠近压电层105一侧的表面并位于介电凸出部109b与压电层105之间。此处,介电凸出部109b的外侧壁和边界凸出部108b的外壁部分P2a是分别指其远离空腔RC且靠近或面对周边介电层106的侧壁/部分,且介电凸出部109b的内侧壁和边界凸出部108b的内壁部分P2b是分别指其与上述外侧壁/外侧部分相对且靠近或面对空腔RC的侧壁/部分。在一些实施例中,将边界层108的包括外壁部分P2a与内壁部分P2b的此种结构称为双侧壁结构或双壁结构(dual-wall structure),且外壁部分P2a和内壁部分P2b可分别称为双壁结构的两个壁。介电凸出部109b在水平方向(例如,方向D1)上填充在边界凸出部108b的外壁部分和内壁部分之间。在本公开的实施例中,至少包括载体衬底200的子谐振器结构S2、空腔边界结构BS和周边介电层106可共同作为谐振载体;如此设置可提高谐振载体的结构支撑强度。在一些实施例中,通过将空腔边界结构BS形成为包括具有双壁结构的边界层以及具有填充双壁结构的部分的介电支撑层,可进一步提高空腔边界结构的结构支撑强度,从而进一步提高谐振载体的结构支撑强度,进而提高体声波谐振器及其所形成的的滤波器的性能。
在一些实施例中,在图1A所示的示例中,若载体衬底200的材料为单晶硅,且与载体衬底200直接接触的介电支撑层109的材料为氧化硅时,由于氧化硅自然富电子,为富电子材料,当单晶硅材料和氧化硅材料贴合在一起时,单晶硅可能会捕获氧化硅内的电子,从而可能在氧化硅和单晶硅的接触截面形成电荷积聚从而产生导电沟道。此种导电沟道可能会引起体声波谐振器或包括其的电子装置(例如,滤波器)的射频损耗,进而可能降低体声波谐振器/电子装置(例如,谐振器/滤波器)的性能。
因此,当采用图1A所示的结构时,可选择合适的材料来形成载体衬底200和介电支撑层109,以使得载体衬底200和介电支撑层109的材料可实现两者的键合,且可避免在两者之间的接触界面形成电荷积聚从而避免产生非预期导电沟道。举例来说,当介电支撑层109的材料为氧化硅等富电子的介电材料时,载体衬底200的材料选择非单晶硅类的非导电材料,例如可为或包括多晶硅、非晶硅、碳化硅、氮化镓等半导体材料和/或氮化硅、玻璃等绝缘材料。在此情况下,由于载体衬底200采用非单晶硅类的非导电材料,在载体衬底200和介电支撑层109之间就不存在单晶硅和氧化硅等介电材料的接触界面;或者,当载体衬底200采用单晶硅材料时,介电支撑层109选择非富电子的介电材料。如此一来,就避免了载体衬底200从介电支撑层109的材料内捕获电子,进而避免在载体衬底200表面产生电荷积聚而产生非预期导电沟道,如此可提高体声波谐振器500a(例如,体声波谐振器)的品质因素(Q)。
图1B至图1I示出示出根据本公开另一些实施例的体声波谐振器的示意性截面图。图1B至图1I所示的体声波谐振器500b-500i与图1A所示的体声波谐振器500a类似,只是子谐振器结构S1和/或子谐振器结构S2还包括位于载体衬底200与空腔边界结构BS之间的其他材料层,下文将详述差异之处,而与上述实施例相似之处将不再重复。应注意,各个实施例中以相同或相似的元件符号表示相同或相似的元件,且相同或相似元件符号所代表的元件在各个实施例中所使用的候选材料相同或类似,且相关材料并未在每个实施例中均重复描述,而是可参照先前已描述过的实施例。
参照图1B,在一些实施例中,体声波谐振器500b包括子谐振器结构S1和S2,子谐振器结构S1与参照图1A所描述类似,而子谐振器结构S2还包括设置在载体衬底200上的阻挡层201。阻挡层201可设置在载体衬底200的靠近子谐振器结构S1的一侧,且例如是设置与载体衬底200和空腔边界结构BS的介电支撑层109之间。阻挡层201可充当电荷积聚防止层,且被配置为避免在载体衬底200的表面形成电荷积聚且避免产生非预期的导电沟道。阻挡层201可为单层结构或包括至少两层材料的多层结构(或称为叠层结构)。在一些实施例中,阻挡层201的至少与载体衬底200接触的表面层是非富电子材料(non-electron-richlayer),例如为非导电层且为非氧化硅层。举例来说,阻挡层201包括非导电材料,且例如可包括半导体材料、介电材料或其组合。例如,阻挡层201可包括多晶硅、非晶硅、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化硅、其类似物或其组合。当阻挡层201为单层结构时,阻挡层201的材料不包括氧化硅,即,可选自上述除氧化硅以外的其他材料;当阻挡层201为多层结构时,阻挡层201的与载体衬底200接触的一层材料不包括氧化硅、硅氧化物或其类似物,即,可选自上述除氧化硅以外的其他材料,而阻挡层201的其他层(例如,远离载体衬底200的主表面且不与载体衬底200直接接触的层)可选自上述材料的任一种,且可能包括氧化硅、硅氧化物或其类似物。然而,本公开并不以此为限,任何可避免在载体衬底200表面形成电荷积聚且避免产生导电沟道的材料均可用于形成阻挡层201且在本公开实施例的范围内。
在一些实施例中,在载体衬底200与阻挡层201之间没有氧化硅层、硅氧化物层、基于氧化硅、硅氧化物的材料或类似材料。举例来说,阻挡层201与载体衬底200直接接触(或物理接触),即,在载体衬底200与阻挡层201之间可不包括其他材料层。也就是说,至少在载体衬底200的主表面(例如,顶表面)上不存在氧化硅或硅氧化物类的材料。在一些实施例中,在载体衬底200上形成阻挡层201之前对载体衬底200进行清洗工艺,以移除(例如,完全移除)可能存在于载体衬底200表面的自然氧化物层(例如,自然氧化硅),以确保当载体衬底200采用单晶硅材料时,其表面不会存在单晶硅和氧化硅的接触界面。
在此实施例中,由于设置了阻挡层201作为电荷积聚防止层,载体衬底200的材料选择可相对不受限制,例如可采用单晶硅衬底。在一些示例中,载体衬底200可为或包括高阻硅材料。而且,由于阻挡层201设置在载体衬底200和介电支撑层109之间,并将载体衬底200和介电支撑层109彼此间隔开,介电支撑层109的材料不会对载体衬底200产生不利影响,因此介电支撑层109的材料选择也可不用考虑对载体衬底200的影响,因此也相对不受限制,例如当载体衬底200包括单晶硅时,介电支撑层109也可为或包括氧化硅材料。阻挡层201可避免载体衬底200的表面与富电子材料(例如,氧化硅)接触而形成可能产生电荷积聚的半导体材料和富电子材料的接触界面(例如,单晶硅和氧化硅的接触界面),从而避免在载体衬底200的表面形成电荷积聚而产生非预期导电沟道,进而可提高体声波谐振器的性能,例如可提高谐振器的品质因素Q。
在此实施例中,包括载体衬底200和阻挡层201的子谐振器结构S2和空腔边界结构BS以及周边介电层106可共同构成谐振载体;通过空腔边界结构BS的结构设置,可提高谐振载体的结构支撑强度,而且,通过设置电荷积聚防止层,进一步提升了谐振载体的品质,进而提高体声波谐振器及其所形成的的滤波器的性能。
参照图1C,体声波谐振器500c包括子谐振器结构S1和S2。在一些实施例中,子谐振器结构S2包括载体衬底200、阻挡层201和键合层BL2,阻挡层201设置在载体衬底200的靠近子谐振器结构S1的一侧的表面上,且键合层BL2设置在阻挡层201的远离载体衬底200的一侧;此外,子谐振器结构S1还可包括键合层BL1,且键合层BL1设置在空腔边界结构BS的介电支撑层109的远离压电层105且靠近子谐振器结构S2的一侧。在一些实施例中,键合层BL1和键合层BL2各自可包括半导体材料,例如非晶硅,但本公开并不以此为限。
在一些实施例中,阻挡层201充当电荷积聚防止层,且可为单层结构或包括至少两层材料的多层结构。阻挡层201的材料选择与前述实施例的相似,于此不再赘述。通过设置阻挡层201,可避免载体衬底200的表面与富电子材料(例如,氧化硅)接触而形成可能导致电荷积聚的半导体材料和富电子材料的接触界面(例如,单晶硅和氧化硅的接触界面),从而避免在载体衬底200的表面形成电荷积聚而产生非预期导电沟道,进而可提高体声波谐振器的性能,例如可提高谐振器的品质因素。此外,通过在子谐振器结构S1和S2中各自设置键合层BL1和BL2,可提高子谐振器结构S1和S2的键合质量,进而提高体声波谐振器的性能。
在此实施例中,包括载体衬底200、阻挡层201和键合层BL2的子谐振器结构S2和子谐振器结构S1的空腔边界结构BS、周边介电层106和键合层BL1可共同构成谐振载体;通过将空腔边界结构BS的结构设置,可提高谐振载体的结构支撑强度,而且,通过设置电荷积聚防止层,进一步提升了谐振载体的品质,进而提高体声波谐振器及其所形成的的滤波器的性能。
参照图1D,在一些实施例中,体声波谐振器500d包括子谐振器结构S1和S2,其中子谐振器结构S1和S2中的任一者可包括键合层。在此实施例中,子谐振器结构S2中省略了阻挡层201,且在载体衬底200与空腔边界结构BS的介电支撑层109之间设置有键合层BL。键合层BL设置在空腔边界结构BS的介电支撑层109的靠近载体衬底200的一侧,且可与载体衬底200直接接触,在键合层BL与载体衬底200之间可不包括其他材料层。在此实施例中,键合层BL充当电荷积聚防止层,且键合层BL包括非富电子材料,键合层BL可至少在其接触载体衬底200的表面层不包括富电子材料或者完全不包括富电子材料;键合层BL可包括非导电材料,且可包括半导体材料、介电材料或其组合。例如,键合层BL可包括非晶硅。在此实施例中,键合层BL作为电荷积聚防止层,至少在键合层BL的靠近载体衬底200的表面以及在键合层BL与载体衬底200之间均不具有富电子材料,例如不具有氧化硅、硅氧化物或其他氧化硅类材料,而且,键合层BL将载体衬底200与上覆的可能包括富电子材料的层(例如,可能包括氧化硅的介电支撑层109)间隔开。也就是说,载体衬底200的表面不存在可能导致电荷积聚的半导体材料和富电子材料的接触界面(例如,单晶硅和氧化硅的接触界面),因此可避免在载体衬底200的表面形成电荷积聚而产生非预期导电沟道,进而可提高体声波谐振器(例如,体声波谐振器、滤波器)的性能(例如,品质因素)。在此实施例中,键合层BL同时用作键合材料以及电荷积聚防止层。在一些实施例中,键合层BL可为包括在子谐振器结构S1和S2中任一者中的键合层,例如是包括在子谐振器结构S1中且形成在子谐振器结构S1的空腔边界结构BS的靠近子谐振器结构S2的一侧;或者,在另一些实施例中,键合层BL也可为包括在子谐振器结构S2中且形成在载体衬底200的靠近子谐振器结构S1的一侧。
在此实施例中,载体衬底200、键合层BL、空腔边界结构BS及周边介电层106可共同构成谐振载体;通过将空腔边界结构BS的结构设置,可提高谐振载体的结构支撑强度,而且,通过设置电荷积聚防止层,进一步提升了谐振载体的品质,进而提高体声波谐振器及其所形成的的滤波器的性能。
参照图1E,在一些实施例中,体声波谐振器500e包括子谐振器结构S1和S2,子谐振器结构S2中省略了阻挡层,且子谐振器结构S1和S2可分别包括键合层BL1和BL2。举例来说,键合层BL1和键合层BL2设置于空腔边界结构BS的介电支撑层109和载体衬底200之间,键合层BL1设置在空腔边界结构BS的靠近子谐振器结构S2的一侧,键合层BL2设置在载体衬底200的靠近子谐振器结构S1的一侧。在此实施例中,键合层BL2直接设置在载体衬底200上且与载体衬底200直接接触,在键合层BL2与载体衬底200之间可不包括其他材料层。键合层BL2的作用与图1D所示的半导体结构500d中键合层BL的作用类似。例如,键合层BL2同时用作键合材料和电荷积聚防止层。键合层BL2的至少与载体衬底200接触的表面层不包括富电子材料(例如,氧化硅)或者键合层BL2完全不包括富电子材料,键合层BL2的材料可选自前述体声波谐振器500d中键合层BL的候选材料,且键合层BL1的材料可与键合层BL2的材料相同或不同。举例来说,键合层BL1和BL2为非导电层,且可包括半导体材料,例如非晶硅,但本公开并不以此为限。在此实施例中,在键合层BL2的至少与载体衬底200接触的表面层以及在键合层BL2和载体衬底200之间不存在氧化硅层、硅氧化物层或类似的富电子材料。也就是说,在载体衬底200的表面不存在可能导致电荷积聚的半导体材料和富电子材料的接触界面(例如,单晶硅和氧化硅的接触界面),因此可避免在载体衬底200的表面形成电荷积聚而产生非预期的导电沟道,进而可提高体声波谐振器(例如,体声波谐振器、滤波器)的性能(例如,品质因素)。
在此实施例中,包括载体衬底200和键合层BL2的子谐振器结构S2和子谐振器结构S1的空腔边界结构BS1、周边介电层106及键合层BL1可共同构成谐振载体;通过将空腔边界结构BS的结构设置,可提高谐振载体的结构支撑强度,而且,通过设置电荷积聚防止层,进一步提升了谐振载体的品质,进而提高体声波谐振器及其所形成的的滤波器的性能。
参照图1F,体声波谐振器500f与图1C所示的体声波谐振器500c类似,只是体声波谐振器500f的子谐振器结构S2中省略了键合层BL2。在一些实施例中,键合层BL1设置于空腔边界结构BS和子谐振器结构S2的阻挡层201之间,且与阻挡层201接触。阻挡层201和键合层BL1的候选材料与前述实施例(例如,图1C所示实施例)的类似。在此实施例中,与参照图1C所描述的实施例类似,阻挡层201充当电荷积聚防止层,被配置为避免在载体衬底200的表面形成电荷积聚而产生非预期导电沟道。此外,阻挡层201还用作与键合层BL1进行键合的键合材料。在一些实施例中,阻挡层201可为单层结构或多层结构,且阻挡层201的材料可选自多晶硅、非晶硅、SiN、AlN、SiC、GaN、氧化硅中的至少一种。例如,当阻挡层201为单层结构时,阻挡层201的材料可为多晶硅或非晶硅,当阻挡层201为多层结构时,阻挡层201可为由选自上述材料的多种材料组成的叠层,且阻挡层201的与载体衬底200直接接触的表面层不包括氧化硅,而阻挡层201的远离载体衬底200一侧的材料(例如,靠近键合层BL1的一侧、与键合层BL1接触的表面层)可为多晶硅或非晶硅。
在此实施例中,包括载体衬底200和阻挡层201的子谐振器结构S2和子谐振器结构S1的空腔边界结构BS1、周边介电层106和键合层BL1共同构成谐振载体;通过将空腔边界结构BS的结构设置,可提高谐振载体的结构支撑强度,而且,通过设置电荷积聚防止层,进一步提升了谐振载体的品质,进而提高体声波谐振器及其所形成的的滤波器的性能。
参照图1G,在一些实施例中,体声波谐振器500g与图1B所示的体声波谐振器500b类似,不同之处在于在体声波谐振器500g中,子谐振器结构S2还包括缓冲层202。在一些实施例中,在阻挡层201的远离载体衬底200的一侧设置有缓冲层202。缓冲层202例如设置在阻挡层201和空腔边界结构BS的介电支撑层109之间。缓冲层202为非导电材料,其可包括合适的介电材料,例如氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、其类似物或其组合。缓冲层202可为单层结构或多层结构,当缓冲层202为多层结构时,可包括上述材料的两种或两种以上的叠层组合。在此实施例中,缓冲层202被配置为创造键合条件,以平衡载体衬底200的翘曲度,例如,缓冲层202和阻挡层201中的一者具有拉应力,而缓冲层202和阻挡层201中的另一者具有压应力,如此就可平衡载体衬底200的翘曲度。缓冲层202例如具有大致平坦的表面(例如,顶表面),以利于子谐振器结构S1和S2的键合。举例来说,由于在阻挡层201上设置了缓冲层202,且使得缓冲层202具有大致平坦的表面,如此可利于缓冲层202与空腔边界结构BS的介电支撑层109的键合。在缓冲层202包括氧化硅的实施例中,由于阻挡层201设置在缓冲层202和载体衬底200之间将两者间隔开,因此载体衬底200不会与缓冲层202直接接触,如此一来,在载体衬底200包括单晶硅材料的实施例中,在载体衬底200的表面也不会存在单晶硅和氧化硅的接触界面,从而可避免因在单晶硅和氧化硅的接触界面产生电荷积聚而形成非预期导电沟道。
在此实施例中,包括载体衬底200、阻挡层201和缓冲层202的子谐振器结构S2和子谐振器结构S1的空腔边界结构BS1和周边介电层106可共同构成谐振载体;通过将空腔边界结构BS的结构设置,可提高谐振载体的结构支撑强度,而且,通过设置作为电荷积聚防止层的阻挡层和缓冲层,进一步提升了谐振载体的品质,进而提高体声波谐振器及其所形成的的滤波器的性能。
参照图1H,在一些实施例中,体声波谐振器500h与图1C所示的体声波谐振器500c类似,不同之处在于在体声波谐振器500h中,子谐振器结构S2还包括缓冲层202,缓冲层202设置于阻挡层201与键合层BL2之间。在此实施例中,与体声波谐振器500c类似,阻挡层201可与载体衬底200直接接触,且充当电荷积聚防止层,以避免在载体衬底200表面形成电荷积聚而产生非预期导电沟道,进而提高体声波谐振器的性能。缓冲层202设置在阻挡层201的靠近键合层BL2的一侧。在此实施例中,缓冲层202被配置为创造键合条件,平衡载体衬底200的翘曲度,且例如具有大致平坦的表面(例如,顶表面),以利于后续的键合。例如,缓冲层202和阻挡层201中的一者具有拉应力,而缓冲层202和阻挡层中的另一者具有压应力,如此就可平衡载体衬底200的翘曲度。举例来说,由于在阻挡层201上设置了缓冲层202,且使得缓冲层202具有大致平坦的表面,如此可使得形成在缓冲层202上的键合层BL2也具有大致平坦的表面(例如,顶表面),以利于键合层BL2和键合层BL1的键合。阻挡层201和缓冲层202以及键合层BL1、BL2的候选材料与前述实施例的类似。在一些实施例中,阻挡层201的材料可为非导电材料且可为非氧化硅材料,例如包括多晶硅、非晶硅、氮化硅、氮化铝、氮化镓中的至少一种;缓冲层的材料可包括氮化硅、氧化硅、氮化铝中的至少一种。然而,本公开并不以此为限。
在此实施例中,包括载体衬底200、阻挡层201、缓冲层202和键合层BL2的子谐振器结构S2与子谐振器结构S1的空腔边界结构BS1、周边介电层106和键合层BL1共同构成谐振载体;通过将空腔边界结构BS的结构设置,可提高谐振载体的结构支撑强度,而且,通过设置作为电荷积聚防止层的阻挡层和缓冲层以及键合层,进一步提升了谐振载体的品质,进而提高体声波谐振器及其所形成的的滤波器的性能。
参照图1I,体声波谐振器500i与图1G所示的体声波谐振器500g类似,不同之处在于:在半导体结构500i中子谐振器结构S1还包括键合层BL1,键合层BL1设置于空腔边界结构BS的介电支撑层109的靠近子谐振器结构S2的一侧且与缓冲层202接触。键合层BL1的材料与前述实施例中描述的类似,例如包括非晶硅。在一些实施例中,缓冲层202的材料包括氮化硅、氧化硅、氮化铝、多晶硅、非晶硅等非导电材料中的至少一种。缓冲层202可为单层结构或多层结构,举例来说,当缓冲层202是单层结构时,缓冲层202的材料可为多晶硅或非晶硅;当缓冲层202为多层结构时,其远离载体衬底200和阻挡层201的一侧的最表面层(例如,靠近键合层BL1的一侧、与键合层BL1接触的表面层)的材料可为多晶硅或非晶硅,但本公开并不以此为限。在此实施例中,与体声波谐振器500g类似,阻挡层201与载体衬底200直接接触,且充当电荷积聚防止层,以避免在载体衬底200表面形成电荷积聚而产生非预期导电沟道,进而提供体声波谐振器的性能。
在此实施例中,包括载体衬底200、阻挡层201、缓冲层202的子谐振器结构S2与子谐振器结构S1的空腔边界结构BS1、周边介电层106和键合层BL1共同构成谐振载体;通过将空腔边界结构BS的结构设置,可提高谐振载体的结构支撑强度,而且,通过设置作为电荷积聚防止层的阻挡层、缓冲层以及键合层,进一步提升了谐振载体的品质,进而提高体声波谐振器及其所形成的滤波器的性能。
图2A至图2K示出根据本公开实施例的体声波谐振器的形成方法中各个阶段的示意性截面图。以下以体声波谐振器500a为例来简述该形成方法。
参照图2A,提供衬底100。衬底100可为半导体衬底,例如是硅衬底,但本公开并不以此为限。衬底100也可采用其他合适的材料,只要可对后续形成的上覆层提供结构支撑即可。衬底100在后续工艺将从体声波谐振器移除,且又可被称为牺牲衬底。
参照图2B,在一些实施例中,在衬底100上形成介电层101。介电层101可为氧化物层,例如包括氧化硅(SiO2)。介电层101可通过化学气相沉积等沉积工艺或者热氧化工艺形成。接着,在介电层101上依次形成电极材料层102、压电层105以及电极材料层103。电极材料层102以及电极材料层103分别用于形成上述的电极E2以及电极E1,且其各自的材料可参照上述参照图1A所述的材料,于此不再赘述。电极材料层102、压电层105以及电极材料层103可分别使用合适的沉积方法来形成。例如,电极材料层102和103可通过物理气相沉积工艺形成,压电层105可通过化学气相沉积工艺形成。
参照图2C,对电极材料层103进行图案化工艺,以形成电极E1。举例来说,可通过光刻和刻蚀工艺来图案化电极材料层103,以移除部分的电极材料层103,并形成电极E1。
参照图2D,在压电层105上形成介电层106’,在一些实施例中,介电层106’形成在压电层105的远离电极材料层102的一侧,以覆盖压电层105的远离电极材料层102的一侧的表面以及电极E1的侧壁和其远离压电层105一侧的表面。介电层106’例如可包括氧化硅等合适的介电材料,且可通过CVD等沉积工艺、旋转法等形成。在一些实施例中,介电层106’具有大致平坦的表面。例如,可在沉积介电材料后对所述介电材料进行化学平坦化工艺(例如,化学机械研磨工艺(CMP)),以使得介电层106’具有大致平坦的表面。
参照图2D至图2E,对介电层106’进行图案化工艺(例如包括光刻与刻蚀工艺),以移除介电层106’的一部分,并在介电层106’中形成沟槽TH。在一些实施例中,沟槽TH暴露出压电层105的远离电极材料层102一侧的部分表面。也就是说,沟槽TH由介电层106’的侧壁和压电层105的远离电极材料层102一侧的部分表面界定。沟槽TH的截面形状可为梯形、正方形、长方形或类似形状。在一些实施例中,从平面图来看,例如,如图3A所示,沟槽TH呈环状,例如是不规则环状或其他类型的环状结构。沟槽TH可为封闭环状结构,且将介电层106’分为彼此间隔开的周边介电部106a和牺牲介电部106b。换言之,周边介电部106a在压电层105的边缘上方连续延伸且环绕牺牲介电部106b,并通过沟槽TH与牺牲介电部106b间隔开。
参照图2F,在压电层105上方形成边界层108,以覆盖介电层106’的远离压电层105的一侧的表面,并填入沟槽TH中以覆盖介电层106’的界定沟槽TH的侧壁以及压电层105的部分表面。边界层108的材料与介电层106’的材料不同。边界层108和介电层106’例如是相对于后续刻蚀工艺的刻蚀剂具有不同蚀刻选择比的材料。例如,介电层106包括易被氢氟酸腐蚀的材料,而边界层108的材料是不被氢氟酸腐蚀的材料。在一些实施例中,边界层108的材料可包括半导体材料、介电材料、其类似物或其组合。举例来说,边界层108可包括非晶硅(amorphous Si),多晶硅,氮化硅、氮化钽、氮化镓、氮化铝、其类似物或其组合。边界层108可通过CVD、原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)等合适的沉积工艺形成。
在一些实施例中,边界层108部分填充沟槽TH,且例如衬于沟槽TH的表面。边界层108沿着介电层106’的远离电极材料层102一侧的表面以及沟槽TH的表面延伸。边界层108例如是共形层(conformal layer),即,在其延伸的区域具有大致均匀的厚度,但本公开并不以此为限。边界层108覆盖介电层106’的远离电极材料层102一侧的表面及介电层106’的界定沟槽TH的侧壁,且在沟槽TH的底部处与压电层105的部分表面接触。换言之,边界层108覆盖周边介电部106a的远离压电层105一侧的表面及其侧壁,且环绕覆盖牺牲介电部106b的远离压电层105一侧的表面及其侧壁。如此一来,牺牲介电部106b位于由边界层108、压电层105的远离电极材料层102的一侧的部分表面以及电极E1的表面所围成的空间(例如,封闭空间)中,且被该些层封闭包围。
参照图2G,在边界层108上形成介电支撑层109,以覆盖边界层108的远离压电层105一侧的表面并填入沟槽TH中。在一些实施例中,介电支撑层109大致填满沟槽TH,且介电支撑层109的顶表面高于边界层108的最顶表面。在一些实施例中,介电支撑层109完全覆盖边界层108的远离压电层105一侧的表面。介电支撑层109的材料可与边界层108的材料不同,且可与介电层106’的材料相同或不同,例如包括氧化硅(SiO2)等介电材料。介电支撑层109的形成方法可包括通过沉积介电材料层且接着对介电材料层进行平坦化工艺(例如,CMP)来形成。在一些实施例中,介电支撑层109具有大致平坦的顶表面(即,远离压电层105一侧的表面),且介电支撑层109的顶表面大致平行于压电层105的顶表面。应注意,此处的顶表面是指在图2G中所示的顶表面,而在其他步骤中,例如经结构翻转之后,所述顶表面可为底表面。
参照图2H,提供载体衬底200,并将载体衬底200与介电支撑层109键合。载体衬底200的材料与上述参照图1A所描述的类似,于此不再赘述。载体衬底200与介电支撑层109的键合可通过任意合适的键合工艺来完成,例如可通过熔融键合、真空键合等,且本公开并不对此进行限制,只要载体衬底200和介电支撑层109可有效的键合在一起即可。
参照图2H和图2I,移除衬底100以及介电层101。举例来说,将图2H的结构翻转,接着例如通过研磨工艺(例如,CMP)和/或刻蚀工艺来移除衬底100和介电层101,并暴露出电极材料层102的远离压电层105一侧的表面。
参照图2I和图2J,对电极材料层102进行图案化工艺,以移除部分的电极材料层102,并形成电极E2。所述图案化工艺可例如包括光刻和刻蚀工艺。接着,如图2J至图2K所示,移除牺牲介电部106b,以形成空腔RC,并留下周边介电部106a,以作为周边介电层106。
图3A和图3B分别示出根据本公开一些实施例的图2J和图2K的示意性平面图,图2J和图2K分别是沿图3A和图3B的线I-I’截取的截面图。
参照图2J至图2K以及图3A和图3B,在一些实施例中,牺牲介电部106b的移除可包括刻蚀工艺;举例来说,可对压电层105进行图案化工艺,以形成释放孔25(图3A),图案化工艺例如包括利用图案化的掩膜层作为刻蚀掩膜对压电层105进行刻蚀工艺,以移除压电层105的一些部分,并形成延伸穿过压电层105并暴露出牺牲介电部106b的部分表面的释放孔25。用于刻蚀牺牲介电部106b的刻蚀剂可从释放孔25进入牺牲介电部106b所在的区域,以移除牺牲介电部106b,并在原先被牺牲介电部106b占据的区域形成空腔RC。在平面图图3A中,释放孔25的形状例如是椭圆形、圆形或其他任意合适的形状。应理解,释放孔的上述形状仅为例示说明,且本公开并不以此为限。在一些实施例中,单个或多个释放孔25形成在压电层105中,且本公开并不限制释放孔25的数量。
在一些实施例中,所述刻蚀工艺对牺牲介电部106b和边界结构BS的边界层108具有高蚀刻选择比,即,所述刻蚀工艺移除牺牲介电部106b,且实质上不移除边界层108,压电层105实质上也不被刻蚀工艺腐蚀。边界层108在所述刻蚀工艺中充当刻蚀停止层,以用于界定空腔RC。举例来说,刻蚀工艺使用氢氟酸作为刻蚀剂来移除牺牲介电部106b,而边界层108是形成自大体上不被氢氟酸腐蚀的材料,刻蚀工艺实质上不移除或腐蚀边界层108。在本公开的实施例,由于空腔边界结构BS采用包括边界层108和介电支撑层109的两层结构,边界层108靠近空腔的一侧且直接用于界定空腔RC,其材料需选择为不被所述刻蚀工艺刻蚀的材料,而空腔边界结构BS的介电支撑层109位于边界层108的远离空腔RC的一侧,在刻蚀工艺中,边界层108将刻蚀剂与介电支撑层109隔开,因此,介电支撑层109不会与刻蚀剂接触,而不会受到刻蚀工艺的侵蚀,因此介电支撑层109的材料选择相对比较自由,而不用考虑刻蚀工艺的影响。举例来说,介电支撑层109可选择任意非导电材料,从而能根据子谐振器结构S2的与之键合的材料层(例如,载体衬底200)的材料特性来选择合适的材料使得介电支撑层109和子谐振器结构S2能够有效的键合;另一方面,由于介电支撑层109的材料选择不用考虑到刻蚀工艺的影响,载体衬底200也可根据介电支撑层109的材料特性来选择合适的衬底材料,从而使得载体衬底200的材料选择具有更多种可能。也就是说,载体衬底200和介电支撑层109的材料选择需考虑两者之间是否合适键合,而不用考虑介电支撑层109的材料相对于刻蚀工艺的刻蚀选择比。
因此,在本公开的实施例中,将空腔边界结构BS设置成两层结构,不仅可提高空腔边界结构的支撑强度,还使得该两层结构中边界层和介电层各自的材料可分别根据空腔刻蚀工艺所需的刻蚀选择比和与子谐振器结构S2(例如,载体衬底)的键合工艺来选择合适的材料,而不用局限于需同时满足刻蚀工艺和键合工艺两者的要求的材料,如此一来,材料的选择具有更多种可能,而且也可选择更为合适的材料才满足两种工艺各自的需求。
在刻蚀工艺后,周边介电层106仅包括周边介电部106a,且与空腔RC间隔开。如此,即形成了包括子谐振器结构S1和子谐振器结构S2的体声波谐振器500a。
参照图2K及图3B,在一些实施例中,第一电极E1具有位于空腔RC中的部分(例如主体部BP1),且具有延伸至周边介电部106a中的部分(例如延伸部EP1);主体部BP1和延伸部EP1彼此连接,延伸部EP1可部分位于空腔RC中且从空腔RC延伸至周边介电部106a中。第二电极E2的至少部分(例如主体部BP2)与第一电极E1的主体部EP1以及空腔RC在垂直于压电层105或载体衬底200的主表面的方向上彼此交叠,且第二电极E2的另一部分(例如延伸部EP2)在垂直于压电层105或载体衬底200的方向上不与第一电极E1交叠;延伸部EP2可与空腔RC部分交叠或不交叠。参照图3B,举例来说,在一些实施例中,第一电极E1的主体部BP1与第二电极E2的主体部BP2彼此交叠,且第一电极E1的延伸部EP1与第二电极E2的延伸部EP2分别自其各自的主体部BP1/BP2朝不同的水平方向延伸凸出。第一电极E1的主体部BP1例如呈五边形,且第一电极E1的延伸部EP1例如呈长方形;第二电极E2的主体部BP2例如呈五边形,且第二电极E2的延伸部EP2例如呈长方形,但本公开并不以此为限,第一电极E1与第二电极E2可具有任意合适的形状。
应注意,在图3B中,分别在第一电极E1和第二电极E2中各自的主体部和延伸部之间示出一虚线以将主体部和延伸部区隔开,应理解,此虚线仅用于更清楚的说明电极的主体部和延伸部,而并不限制电极的主体部和延伸部之间具有明显的界面。在一些实施例中,第一电极E1和第二电极E2分别为连续的一层,且在其各自的主体部和延伸部之间并不具有明显的界面。此外,为图式清晰起见,在图3B中,第一电极E1和第二电极E2两者主体部的边缘被示出为不对齐,但本公开实施例并不以此为限。在一些实施例中,例如如图2K所示,第一电极E1和第二电极E2两者的主体部的边缘在垂直于压电层105或载体衬底200的主表面的方向上彼此对齐。
在一些实施例中,如图3B所示,空腔RC例如包括主体空腔部R1以及在水平方向上侧向凸出于主体空腔部R1的凸出空腔部R2。举例来说,在平面图中,主体空腔部R1例如呈五边形,凸出空腔部R2从主体空腔部R1的侧边凸出,且例如呈长方形。然而,空腔RC的上述形状仅为例示说明,且本公开并不以此为限。在另一些实施例,空腔RC可根据产品需要设置成任意合适的形状。
参照图2K及图3B,在一些实施例中,压电层105具有释放孔25。释放孔25延伸穿过压电层105且与空腔30空间连通。释放孔25例如是位于空腔30的凸出空腔部R2上方,并与凸出空腔部R2在垂直于载体衬底200的主表面的方向D2上彼此交叠。
图4A至图4H简要示出体声波谐振器500b-500i中各子谐振器结构之间(例如,在类似图2H的键合工艺中)的键合方式。
参照图4A,在体声波谐振器500b中,子谐振器结构S1包括压电层105、形成在压电层105相对侧的电极E1和E2、形成在压电层105的靠近子谐振器结构S2一侧的空腔边界结构BS和介电层106,空腔RC位于子谐振器结构S1中,且由空腔边界结构BS和压电层105界定;子谐振器结构S2包括载体衬底200以及形成在载体衬底200上的阻挡层201。子谐振器结构S1和子谐振器结构S2是通过空腔边界结构BS的介电支撑层109和阻挡层201的彼此键合而接合在一起。在一些实施例中,阻挡层201在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在载体衬底200上(例如,载体衬底200的靠近子谐振器结构S1的一侧的表面上)。在沉积阻挡层201之前,对载体衬底200进行清洗工艺(例如,包括刻蚀工艺),以移除(例如,完全移除)载体衬底200表面可能存在的自然氧化物层(例如,自然氧化硅),以确保在载体衬底200的表面不会存在例如单晶硅与氧化硅的接触界面,从而避免在载体衬底200表面形成电荷积聚而产生非预期的导电沟道。阻挡层201和介电支撑层109可采取任意合适的键合工艺。在一些实施例中,在键合工艺之前,介电支撑层109和阻挡层201保持不暴露到空气,之后,介电支撑层109和阻挡层201在真空下键合贴附在一起,进而使得子谐振器结构S1和子谐振器结构S2接合在一起。
参照图4B,在体声波谐振器500c中,子谐振器结构S1包括压电层105、形成在压电层105相对侧的电极E1和E2、周边介电层106、空腔边界结构BS以及形成在空腔边界结构BS的远离压电层105且靠近子谐振器结构S2一侧的键合层BL1;子谐振器结构S2包括载体衬底200以及依次形成在载体衬底200上的阻挡层201和键合层BL2。子谐振器结构S1和子谐振器结构S2通过键合层BL1和键合层BL2的彼此键合而接合在一起。在一些实施例中,键合层BL1在真空下例如通过物理气相沉积工艺(例如,溅射)而沉积在空腔边界结构BS的介电支撑层109上,键合层BL2在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在阻挡层201上(例如,阻挡层201的远离载体衬底200的一侧的表面上)。在进行键合工艺之前,键合层BL1和键合层BL2保持不暴露到空气,之后,键合层BL1和键合层BL2在真空下键合贴附在一起,进而使得子谐振器结构S1和子谐振器结构S2接合在一起。
参照图4C,在体声波谐振器500d中,子谐振器结构S1包括压电层105、形成在压电层105相对侧的电极E1和E2、周边介电层106、空腔边界结构BS和键合层BL;子谐振器结构S2包括载体衬底200。子谐振器结构S1和子谐振器结构S2是通过键合层BL和载体衬底200的键合贴附而接合在一起。在一些实施例中,键合层BL在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在空腔边界结构BS的介电支撑层109上。此外,在进行键合之前,将载体衬底200表面的自然氧化物层(例如,氧化硅层)全部移除,使得在载体衬底200表面以及在载体衬底200与后续键合的键合层BL之间不存在氧化硅。在键合工艺之前,键合层BL和载体衬底200保持不暴露到空气,之后,键合层BL和载体衬底200在真空下键合贴附在一起,进而使得子谐振器结构S1和子谐振器结构S2接合在一起。
参照图4D,在体声波谐振器500e中,子谐振器结构S1包括压电层105、形成在压电层105相对侧的电极E1和E2、周边介电层106、空腔边界结构BS以及形成在空腔边界结构BS的远离压电层105一侧的键合层BL1;子谐振器结构S2包括载体衬底200以及形成在载体衬底200上的键合层BL2。子谐振器结构S1和子谐振器结构S2通过键合层BL1和键合层BL2的彼此键合而接合在一起。在一些实施例中,键合层BL1在真空下通过物理气相沉积工艺(例如,溅射)而沉积在空腔边界结构BS的介电支撑层109上,键合层BL2在真空下通过物理气相沉积工艺(例如,溅射)而沉积在载体衬底200上(例如,载体衬底200的靠近子谐振器结构S1的一侧的表面上)。在沉积键合层BL2之前,将载体衬底200表面的自然氧化物层完全移除,以使得在载体衬底200的表面以及在载体衬底200与后续形成的键合层BL2之间不存在氧化物层(例如,氧化硅层)等富电子材料。在键合工艺之前,键合层BL1和键合层BL2保持不暴露到空气,之后,键合层BL1和键合层BL2在真空下键合贴附在一起,进而使得子谐振器结构S1和子谐振器结构S2接合在一起。
参照图4E,在体声波谐振器500f中,子谐振器结构S1包括压电层105、形成在压电层105相对侧的电极E1和E2、周边介电层106、空腔边界结构BS以及形成在空腔边界结构BS的远离压电层105一侧的键合层BL1;子谐振器结构S2包括载体衬底200以及形成在载体衬底200上的阻挡层201。子谐振器结构S1和子谐振器结构S2通过键合层BL1和阻挡层201的彼此键合而接合在一起。在一些实施例中,键合层BL1在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在空腔边界结构BS的介电支撑层109上,阻挡层201在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在载体衬底200上(例如,载体衬底200的靠近子谐振器结构S1的一侧的表面上)。在键合工艺之前,键合层BL1和阻挡层201保持不暴露到空气,之后,键合层BL1和阻挡层201在真空下键合贴附在一起,进而使得子谐振器结构S1和子谐振器结构S2接合在一起。
参照图4F,在半导体结构500g中,子谐振器结构S1包括压电层105、形成在压电层106相对侧的电极E1和E2、周边介电层106以及空腔边界结构BS;子谐振器结构S2包括载体衬底200以及依次形成在载体衬底200上的阻挡层201和缓冲层202。在此实施例中,子谐振器结构S1和子谐振器结构S2通过空腔边界结构BS的介电支撑层109和缓冲层202的彼此键合而接合在一起。在一些实施例中,缓冲层202在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在阻挡层201上(例如,阻挡层201的远离载体衬底200且靠近子谐振器结构S1的一侧的表面上)。可使用任意合适的键合工艺来键合空腔边界结构BS的介电支撑层109和缓冲层202。在一些实施例中,在键合工艺之前,空腔边界结构BS和缓冲层202保持不暴露到空气,之后,空腔边界结构BS的介电支撑层109和缓冲层202在真空下键合贴附在一起,进而使得子谐振器结构S1和子谐振器结构S2接合在一起。
参照图4G,在半导体结构500h中,子谐振器结构S1包括压电层105、形成在压电层105相对侧的电极E1和E2、周边介电层106、空腔边界结构BS以及键合层BL1;子谐振器结构S2包括载体衬底200以及依次形成在载体衬底200上的阻挡层201、缓冲层202和键合层BL2。子谐振器结构S1和子谐振器结构S2通过键合层BL1和键合层BL2的彼此键合而接合在一起。在一些实施例中,键合层BL1在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在空腔边界结构BS的介电支撑层109上,键合层BL2在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在缓冲层202上(例如,缓冲层202的远离阻挡层201且靠近子谐振器结构S1的一侧的表面上)。在键合工艺之前,键合层BL1和键合层BL2保持不暴露到空气,之后,键合层BL1和键合层BL2在真空下键合贴附在一起,进而使得子谐振器结构S1和子谐振器结构S2接合在一起。
参照图4H,在半导体结构500i中,子谐振器结构S1包括压电层105、形成在压电层105相对侧的电极E1和E2、周边介电层106、空腔边界结构BS以及键合层BL1;子谐振器结构S2包括载体衬底200以及依次形成在载体衬底200上的阻挡层201和缓冲层202。在此实施例中,子谐振器结构S1和子谐振器结构S2是通过键合层BL1和缓冲层202的彼此键合而接合在一起。在一些实施例中,键合层BL1在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在空腔边界结构BS的介电支撑层109上,缓冲层202在真空下通过物理气相沉积工艺而沉积在阻挡层201上(例如,阻挡层201的远离载体衬底200且靠近子谐振器结构S1的一侧的表面上)。在键合工艺之前,键合层BL1和缓冲层202保持不暴露到空气,之后,键合层BL1和缓冲层202在真空下键合贴附在一起,进而使得子谐振器结构S1和子谐振器结构S2接合在一起。
图5是对比本公开实施例的设置有电荷积聚防止层和空腔边界结构的体声波谐振器的品质因数随频率变化的曲线图Q1和传统无电荷积聚防止层的体声波谐振器(例如,其中在载体衬底的表面具有单晶硅和氧化硅的接触界面)的品质因数随频率变化的曲线图Q2。如图5所示,比较曲线图Q1和Q2可知,在本公开的实施例中,由于设置了电荷积聚防止层,避免在载体衬底200的表面形成电荷积聚而产生非预期的导电沟道,可避免或降低谐振器的射频损耗,进而提高谐振器的性能,且谐振器的品质因素(Q)大幅提高。
本公开实施例还提供一种滤波器,包括上述任一实施例所述的体声波谐振器。
在本公开的各种实施例中,通过空腔边界结构来界定空腔,可提高空腔边界结构及其所构成的谐振载体的机械支撑强度,在一些实施例中,将空腔边界结构设置成包括具有双壁结构的边界层以及覆盖边界层且填充在双壁结构之间的介电层,如此设置可进一步提高空腔边界结构及其所构成的谐振载体的机械支撑强度,从而提高谐振器的性能。另外,通过将空腔边界结构设置成双层结构,使得空腔边界结构材料的选择具有更多种可能。再者,通过在载体衬底的表面设置电荷积聚防止层且在设置电荷积聚防止层之前,移除载体衬底表面可能存在的富电子材料(例如,自然氧化硅层),从而避免在载体衬底的表面形成电荷积聚而产生非预期的导电沟道。例如,载体衬底可为半导体衬底,电荷积聚防止层包括非富电子材料,且至少在与载体衬底接触的表面层不包括富电子材料;因此,可避免在载体衬底的表面形成可能导致电荷积聚的半导体材料和富电子材料(例如,单晶硅和氧化硅)的接触界面,从而避免载体衬底的半导体材料从富电子材料中捕获电子而形成电荷积聚并产生非预期的导电沟道,如此设置可避免或降低体声波谐振器及包括其的滤波器的射频损耗,从而提高谐振器、滤波器的性能和品质因素。
有以下几点需要说明:
(1)本公开实施例附图中,只涉及到与本公开实施例涉及到的结构,其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下,本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
以上,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权利要求的保护范围为准。

Claims (32)

1.一种体声波谐振器,包括:
载体衬底,具有沿第一方向延伸的主表面;
压电层,在垂直于所述载体衬底的所述主表面的第二方向上位于所述载体衬底的一侧;
第一电极和第二电极,在所述第二方向上设置在所述压电层的相对侧;
空腔边界结构,在所述第二方向上设置于所述载体衬底与所述压电层之间,其中所述空腔边界结构具有主体部和凸出部,所述主体部沿所述第一方向延伸,且所述凸出部沿所述第二方向远离所述载体衬底且朝向所述压电层凸出于所述主体部;
谐振空腔,由所述空腔边界结构和所述压电层界定;以及
周边介电层,位于所述空腔边界结构的所述凸出部的远离所述谐振空腔的侧边且位于所述空腔边界结构的所述主体部与所述压电层之间,所述周边介电层的材料与所述凸出部的至少与所述周边介电层相邻的部分的材料不同;以及
电荷积聚防止层,设置在所述空腔边界结构和所述载体衬底之间,所述电荷积聚防止层被配置为避免在所述载体衬底的表面产生电荷积聚而形成非预期导电沟道,
其中所述载体衬底是半导体衬底,所述电荷积聚防止层与所述载体衬底直接接触,且所述电荷积聚防止层的至少与所述载体衬底直接接触的表面层为非导电层且为非氧化硅层。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其中所述空腔边界结构的所述凸出部具有彼此相对的内侧壁和外侧壁,所述主体部包括第一部分和第二部分,所述第一部分在所述第一方向上位于所述凸出部的所述内侧壁之间,且所述第二部分在所述第一方向上位于所述凸出部的靠近其所述外侧壁的一侧。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器,其中所述谐振空腔在所述第一方向上被所述空腔边界结构的所述凸出部环绕,并由所述凸出部的所述内侧壁界定,且所述谐振空腔在所述第二方向上界定在所述空腔边界结构的所述第一部分和所述压电层的一部分之间。
4.根据权利要求2所述的体声波谐振器,其中所述周边介电层在所述第二方向上位于所述空腔边界结构的所述主体部的所述第二部分与所述压电层之间。
5.根据权利要求2所述的体声波谐振器,其中所述周边介电层在所述第一方向上环绕所述空腔边界结构的所述凸出部,且所述凸出部将所述周边介电层和所述谐振空腔间隔开。
6.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其中所述空腔边界结构包括边界层和介电支撑层,所述边界层设置于所述压电层和所述周边介电层的靠近所述载体衬底的一侧,且所述介电支撑层设置于所述边界层的靠近所述载体衬底的一侧且位于所述边界层和所述载体衬底之间,所述周边介电层的材料与所述边界层的材料不同。
7.根据权利要求6所述的体声波谐振器,其中所述谐振空腔由所述压电层和所述空腔边界结构的所述边界层界定。
8.根据权利要求6所述的体声波谐振器,其中所述介电支撑层包括介电主体部和介电凸出部,所述介电主体部沿所述第一方向延伸,且所述介电凸出部在所述第二方向上远离所述载体衬底且朝向所述压电层凸出于所述介电主体部。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器,其中所述边界层包括边界主体部和边界凸出部,所述边界主体部沿所述第一方向延伸且与所述介电主体部构成所述空腔边界结构的所述主体部,所述边界凸出部位于所述介电凸出部的侧壁和所述介电凸出部的远离所述载体衬底的表面上,所述边界凸出部和所述介电凸出部构成所述空腔边界结构的所述凸出部。
10.根据权利要求9所述的体声波谐振器,其中所述边界凸出部具有双壁结构,且包括内壁部分、外壁部分和连接部,所述内壁部分和所述外壁部分通过所述连接部彼此连接;所述介电凸出部在所述第一方向上填充于所述边界凸出部的所述内壁部分和所述外壁部分之间,且所述连接部在所述第二方向上位于所述介电凸出部与所述压电层之间。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的体声波谐振器,其中所述载体衬底与所述空腔边界结构彼此键合而直接接触。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的体声波谐振器,其中所述载体衬底的材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、玻璃、碳化硅、氮化镓、氧化铝中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其中所述电荷积聚防止层的至少与所述载体衬底直接接触的所述表面层包括多晶硅、非晶硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其中所述载体衬底与所述电荷积聚防止层的接触界面不包括氧化硅。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的体声波谐振器,其中所述电荷积聚防止层包括阻挡层,所述阻挡层设置在所述载体衬底的靠近所述空腔边界结构的一侧,且与所述载体衬底直接接触。
16.根据权利要求15所述的体声波谐振器,其中所述阻挡层为单层结构,且所述阻挡层的材料包括多晶硅、非晶硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓中的一种。
17.根据权利要求15所述的体声波谐振器,其中所述阻挡层为多层结构,且所述阻挡层包括由多晶硅、非晶硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓、氧化硅中的至少两种所组成的叠层,且其中所述阻挡层的与所述载体衬底直接接触的表面层不包括氧化硅。
18.根据权利要求15所述的体声波谐振器,还包括缓冲层,设置于所述阻挡层的远离所述载体衬底的一侧,且位于所述阻挡层和所述空腔边界结构之间。
19.根据权利要求18所述的体声波谐振器,其中所述缓冲层的材料包括氮化硅、氧化硅、氮化铝、多晶硅、非晶硅中的至少一种。
20.根据权利要求18所述的体声波谐振器,其中所述缓冲层的材料和所述阻挡层的材料中的一者具有拉应力,且另一者具有压应力,以配置成平衡所述载体衬底的翘曲度。
21.根据权利要求18所述的体声波谐振器,其中所述空腔边界结构包括边界层以及位于所述边界层的靠近所述载体衬底的一侧的介电支撑层,其中所述缓冲层和所述空腔边界结构的所述介电支撑层彼此键合。
22.根据权利要求18所述的体声波谐振器,还包括:
第一键合层,设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,
第二键合层,设置于所述缓冲层的靠近所述空腔边界结构的一侧,
所述第一键合层和所述第二键合层彼此键合。
23.根据权利要求22所述的体声波谐振器,其中所述第一键合层和所述第二键合层包括非晶硅。
24.根据权利要求18所述的体声波谐振器,还包括:
键合层,设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,且所述键合层和所述缓冲层彼此键合。
25.根据权利要求24所述的体声波谐振器,其中所述键合层包括非晶硅,所述缓冲层包括氮化硅、氧化硅、氮化铝、多晶硅、非晶硅中的至少一种,且所述缓冲层的至少与所述键合层键合的表面层包括多晶硅或非晶硅。
26.根据权利要求15所述的体声波谐振器,还包括键合层,所述键合层设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,且所述键合层和所述阻挡层彼此键合。
27.根据权利要求15所述的体声波谐振器,还包括:
第一键合层,设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,
第二键合层,设置于所述阻挡层的靠近所述空腔边界结构的一侧,且
所述第一键合层和所述第二键合层的彼此键合。
28.根据权利要求15所述的体声波谐振器,其中所述阻挡层与所述空腔边界结构彼此键合。
29.根据权利要求1至10中任一项所述的体声波谐振器,还包括:
键合层,设置于所述载体衬底和所述空腔边界结构之间,且充当所述电荷积聚防止层。
30.根据权利要求29所述的体声波谐振器,其中所述键合层设置在所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,且所述键合层和所述载体衬底彼此键合。
31.根据权利要求29所述的体声波谐振器,其中所述键合层包括:
第一键合层,设置于所述空腔边界结构的靠近所述载体衬底的一侧,
第二键合层,设置于所述载体衬底的靠近所述空腔边界结构的一侧,且充当所述电荷积聚防止层,
其中所述第一键合层和所述第二键合层彼此键合。
32.根据权利要求1所述的体声波谐振器,其中所述周边介电层包括第一材料,且所述空腔边界结构的至少与所述周边介电层相邻的所述部分包括第二材料,且所述第一材料和所述第二材料被配置成在形成所谐振空腔的刻蚀工艺中所使用的刻蚀剂对所述第一材料和所述第二材料具有刻蚀选择比。
CN202210796817.9A 2022-07-08 2022-07-08 体声波谐振器 Active CN114884482B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210796817.9A CN114884482B (zh) 2022-07-08 2022-07-08 体声波谐振器
US17/992,170 US11777472B2 (en) 2022-07-08 2022-11-22 Bulk acoustic wave resonator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210796817.9A CN114884482B (zh) 2022-07-08 2022-07-08 体声波谐振器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114884482A CN114884482A (zh) 2022-08-09
CN114884482B true CN114884482B (zh) 2022-11-18

Family

ID=82682729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210796817.9A Active CN114884482B (zh) 2022-07-08 2022-07-08 体声波谐振器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11777472B2 (zh)
CN (1) CN114884482B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12074586B2 (en) * 2022-09-16 2024-08-27 Shenzhen Newsonic Technologies Co., Ltd. Structure and manufacturing method of surface acoustic wave filter with back electrode of piezoelectric layer
US20230188117A1 (en) * 2022-09-16 2023-06-15 Shenzhen Newsonic Technologies Co., Ltd. Structure and manufacturing method of surface acoustic wave filter with interdigital transducer
US12088271B2 (en) 2022-09-16 2024-09-10 Shenzhen Newsonic Technologies Co., Ltd. Structure and manufacturing method of surface acoustic wave filter with back electrode of piezoelectric layer
US20230011477A1 (en) * 2022-09-16 2023-01-12 Shenzhen Newsonic Technologies Co., Ltd. Structure and manufacturing method of surface acoustic wave filter with back electrode of piezoelectric layer
CN115940867A (zh) * 2022-09-30 2023-04-07 见闻录(浙江)半导体有限公司 谐振器、谐振器组件、滤波器、电子设备及制作方法
WO2024105623A1 (en) * 2022-11-18 2024-05-23 Shenzhen Newsonic Technologies Co., Ltd. Bulk acoustic wave resonator and fabrication method thereof
CN116318029B (zh) * 2023-05-16 2023-07-21 深圳新声半导体有限公司 体声波谐振器、用于制作体声波谐振器的方法
CN116436437B (zh) * 2023-06-13 2023-10-27 润芯感知科技(南昌)有限公司 半导体器件及其制造方法
CN118367889B (zh) * 2024-05-13 2024-09-20 深圳新声半导体有限公司 体声波谐振器及其制造方法、滤波器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111130490A (zh) * 2019-12-09 2020-05-08 诺思(天津)微系统有限责任公司 电极具有空隙层的体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备
CN113572448A (zh) * 2021-09-23 2021-10-29 深圳新声半导体有限公司 体声波谐振器
CN114553163A (zh) * 2022-04-28 2022-05-27 深圳新声半导体有限公司 体声波谐振器的制造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3944161B2 (ja) * 2003-12-25 2007-07-11 株式会社東芝 薄膜バルク波音響共振器及び薄膜バルク波音響共振器の製造方法
KR101945723B1 (ko) * 2011-10-25 2019-02-11 삼성전자주식회사 박막 벌크 음향 공진기 및 박막 벌크 음향 공진기의 제조방법
US10267770B2 (en) * 2016-07-27 2019-04-23 Qorvo Us, Inc. Acoustic resonator devices and methods with noble metal layer for functionalization
US11171628B2 (en) * 2017-07-04 2021-11-09 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Acoustic resonator and method for manufacturing the same
CN113572446A (zh) * 2021-09-23 2021-10-29 深圳新声半导体有限公司 用于体声波谐振器制作的方法、体声波谐振器、滤波器
US20220103147A1 (en) * 2021-11-26 2022-03-31 Newsonic Technologies Lithium niobate or lithium tantalate fbar structure and fabricating method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111130490A (zh) * 2019-12-09 2020-05-08 诺思(天津)微系统有限责任公司 电极具有空隙层的体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备
CN113572448A (zh) * 2021-09-23 2021-10-29 深圳新声半导体有限公司 体声波谐振器
CN114553163A (zh) * 2022-04-28 2022-05-27 深圳新声半导体有限公司 体声波谐振器的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114884482A (zh) 2022-08-09
US11777472B2 (en) 2023-10-03
US20230087523A1 (en) 2023-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114884482B (zh) 体声波谐振器
US10715098B2 (en) Acoustic resonator package
JP7194476B2 (ja) バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
JP7138988B2 (ja) バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
JP7339694B2 (ja) バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
CN114900147B (zh) 体声波谐振器及其制造方法
JP7194473B2 (ja) バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
CN112039469A (zh) 一种薄膜体声波谐振器的制造方法
US12212302B2 (en) Surface acoustic wave resonator device and method for manufacturing the same and filter
CN112332793A (zh) 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法和滤波器
CN117999737A (zh) 体声波谐振结构及其制备方法、声波器件
US11699987B2 (en) Bulk acoustic wave resonator and fabrication method thereof
CN114899303B (zh) 半导体装置
JP7194475B2 (ja) バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
JP7194474B2 (ja) バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
CN117459020B (zh) 体声波谐振器及其制造方法
CN113098417B (zh) 滤波器的制备方法、滤波器
JP7199757B2 (ja) バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
JP7199758B2 (ja) バルク音響波共振器及びその製造方法並びにフィルタ、無線周波数通信システム
CN117081535B (zh) 声波谐振器及滤波器
CN118367889B (zh) 体声波谐振器及其制造方法、滤波器
WO2024105623A1 (en) Bulk acoustic wave resonator and fabrication method thereof
CN117478091A (zh) 半导体器件的制造方法及半导体器件
CN115714587A (zh) 一种滤波器以及滤波器的制备方法
CN117254790A (zh) 体声波滤波器及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant