压电层双侧设置声学结构的体声波谐振器、滤波器及电子设备制造技术

本发明专利技术涉及一种体声波谐振器及其制造方法。该谐振器包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；和压电层，其中：顶电极、底电极、压电层和声学镜的重叠区域形成所述谐振器的有效区域；所述顶电极沿所述有效区域设置有第一声学结构；所述底电极的电极非连接端的边缘处于声学镜的边缘的外侧；且所述底电极沿所述有效区域设置有与第一声学结构对应的第二声学结构。本发明专利技术还涉及一种滤波器以及一种电子设备。明还涉及一种滤波器以及一种电子设备。明还涉及一种滤波器以及一种电子设备。

【技术实现步骤摘要】
压电层双侧设置声学结构的体声波谐振器、滤波器及电子设备


[0001]本专利技术的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种体声波谐振器及其制造方法、一种具有该谐振器的滤波器，以及一种电子设备。

技术介绍

[0002]电子器件作为电子设备的基本元素，已经被广泛应用，其应用范围包括移动电话、汽车、家电设备等。此外，未来即将改变世界的人工智能、物联网、5G通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为基础。
[0003]薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR，又称为体声波谐振器，也称BAW)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，FBAR具有尺寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，其滤波器正在逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用，其高灵敏度的优势也能应用到生物、物理、医学等传感领域。
[0004]薄膜体声波谐振器的结构主体为由电极-压电薄膜-电极组成的“三明治”结构，即两层金属电极层之间夹压电材料层。通过在两电极间输入正弦信号，FBAR利用逆压电效应将输入电信号转换为机械谐振，并且再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。
[0005]薄膜体声波谐振器主要利用压电薄膜的纵向压电系数产生压电效应，所以其主要工作模式为厚度方向上的纵波模式，即体声波谐振器的声波主要在谐振器的薄膜体内，而且主要的振动方向在纵向。但是由于存在边界，在边界处会存在不垂直于压电膜层的兰姆波，这时横向的兰姆波会从压电膜层的横向漏出，导致声学损失，从而使得谐振器的Q值减小。
[0006]在现有技术中，顶电极设置有诸如悬翼、桥部、凸起和凹陷等的声学结构，以限制谐振器横向声波能量的泄露，从而提高谐振器的Q值。
[0007]但是，在顶电极设置有声学结构的情况下，会导致底电极的结构与顶电极的结构存在较大的不对称性，从而影响谐振器的性能。

技术实现思路

[0008]为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本专利技术。
[0009]根据本专利技术的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器，包括：
[0010]基底；
[0011]声学镜；
[0012]底电极；
[0013]顶电极；和
[0014]压电层，
[0015]其中：
[0016]顶电极、底电极、压电层和声学镜的重叠区域形成所述谐振器的有效区域；
[0017]所述顶电极沿所述有效区域设置有第一声学结构；
[0018]所述底电极的电极非连接端的边缘处于声学镜的边缘的外侧；且
[0019]所述底电极沿所述有效区域设置有与第一声学结构对应的第二声学结构。
[0020]本专利技术的实施例也涉及一种体声波谐振器的制造方法，包括步骤：
[0021]提供基底，基底设置有声学镜；
[0022]在基底上形成底电极，底电极的非电极连接部的边缘位于声学镜的边缘的外侧；
[0023]在底电极的上表面形成空隙；
[0024]利用牺牲材料填充所述空隙且使得牺牲材料与底电极的上表面齐平；
[0025]形成压电层，所述压电层覆盖底电极的上表面；
[0026]在压电层上形成顶电极，顶电极设置有悬翼或桥部，所述空隙与所述悬翼或桥部对应；
[0027]释放所述牺牲材料。
[0028]本专利技术的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
[0029]本专利技术的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的谐振器。
附图说明
[0030]以下描述与附图可以更好地帮助理解本专利技术所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
[0031]图1A、1B-图5为根据本专利技术的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图；
[0032]图6-11为示例性说明根据本专利技术的一个实施例的体声波谐振器的制作过程的结构示意图；
[0033]图12-20为示例性说明根据本专利技术的另一个实施例的体声波谐振器的制作过程的结构示意图。
具体实施方式
[0034]下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。专利技术的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]在本专利技术中，在顶电极设置有声学结构的情况下，通过在底电极布置相应的声学结构，可以提高谐振器的结构对称性，同时进一步限制谐振器横向声波能量的泄露，从而提高谐振器的Q值。
[0036]图1A为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面图通过了顶电极和底电极的非电极连接端，图1B为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面图通过了顶电极的非电极连接端和底电极的电极连接端。
[0037]本专利技术中的附图标记说明如下：
[0038]100：基底，可选材料为单晶硅、氮化镓、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、金刚石等。
[0039]110：声学镜，可为空腔，也可采用布拉格反射层及其他等效形式。本专利技术所示的实施例中采用的是空腔。
[0040]120：底电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
[0041]122：凹陷结构或者空隙结构，其可以是空气隙，也可以是介质层，均在本专利技术的保护范围内。
[0042]130：压电层，可以为单晶压电材料，可选的，如：单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅(PZT)、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料，也可以为多晶压电材料(与单晶相对应，非单晶材料)，可选的，如多晶氮化铝、氧化锌、PZT等，还可是包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料，例如可以是掺杂氮化铝，掺杂氮化铝至少含一种稀土元素，如钪(Sc)、钇(Y)、镁(Mg)、钛(Ti)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)等。
[0043]131：压电层的下降部，在图示的示例性实施例中，下降部131为倾斜下降部。
[0044]140：顶电极，其材料可与底电极相同，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。顶电极和底电极材料一般相同，但也可以不同。
[0045]141：悬翼或翘起结构，设置在顶电极的非电极连接端。
[0046]142：悬翼空隙，位于顶电极的悬翼与压电层上表面之间，其可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；和压电层，其中：顶电极、底电极、压电层和声学镜的重叠区域形成所述谐振器的有效区域；所述顶电极沿所述有效区域设置有第一声学结构；所述底电极的电极非连接端的边缘处于声学镜的边缘的外侧；且所述底电极沿所述有效区域设置有与第一声学结构对应的第二声学结构。2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述第一声学结构包括翼桥部，所述翼桥部包括设置在顶电极的非电极连接端的桥部或第一悬翼，和/或设置在顶电极的电极连接端的第一桥部；所述第二声学结构包括设置在底电极的非电极连接端的空隙结构。3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：在同时通过顶电极和底电极的非电极连接端的截面中，所述空隙结构为凹陷结构且其内边缘与对应的翼桥部的内边缘在横向方向上齐平。4.根据权利要求3所述的谐振器，其中：所述第二声学结构包括设置在底电极的非电极连接端和电极连接端的空隙结构，所述空隙结构为凹陷结构。5.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述空隙结构设置在底电极的上表面，且空隙结构的外边缘处于底电极的非电极连接端的内侧。6.根据权利要求5所述的谐振器，其中：所述压电层具有处于有效区域的外侧的下降部；所述底电极的处于空隙结构外侧的电极非连接端的端面与所述下降部形成面接触。7.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述压电层具有处于有效区域的外侧的下降部；所述空隙结构设置在底电极的上表面，且底电极的电极非连接端形成第二悬翼，所述底电极的非电极连接端在水平方向上的端面与压电层的下降部面接触且所述空隙结构的外边缘由所述压电层的下降部限定。8.根据权利要求2所述的谐振器，其中：底电极的非电极连接端与压电层的下降部在水平方向上间隔开；底电极的电极非连接端形成第二悬翼；所述空隙结构包括形成所述第二悬翼的第一空隙以及在底电极的非电极连接端与压电层的下降部之间的第二空隙，第一空隙与第二空隙相通。9.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述谐振器还包括与底电极同层布置的支撑结构，所述支撑结构与材料与底电极相
同，所述支撑结构在厚度方向上设置在压电层与基底之间，所述支撑结构的外边缘与所述压电层的下降部面接触；底电极的电极非连接端形成第二悬翼；所述支撑结构的内边缘与底电极的非电极连接端在水平方向上间隔开；所述空隙结构包括形成所述第二悬翼的第一空隙，以及在底电极的非电极连接端与支撑结构之间的第二空隙，第一空隙与第二空隙相通。10.根据权利要求9所述的谐振器，其中：所述支撑结构具有梯形截面形状。11.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，张孟伦，杨清瑞，
申请(专利权)人：诺思天津微系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：