一种体声波谐振器及其制造方法技术

本申请公开了一种体声波谐振器及其制造方法。该谐振器包括形成有声波反射结构的衬底、依次形成在所述声波反射结构上方的底电极层、压电层和顶电极层；从压电层投影到衬底的角度来看，压电层的至少部分区域具有断裂区域，断裂区域具有相对的第一边缘和第二边缘，第一边缘不超过顶电极层的边缘，第二边缘延伸至底电极层的边缘以外，断裂区域内含有不同于构成压电层的材料的轰击离子。本发明专利技术通过对声波反射结构的内部延伸至底电极边缘以外的区域的压电层，在一定深度上进行离子轰击，使该区域压电晶体的分子键断裂，来降低或者消除导通效应，可以大大减小谐振器在该区域产生的寄生振荡。生振荡。生振荡。

【技术实现步骤摘要】
一种体声波谐振器及其制造方法


[0001]本申请涉及半导体器件领域，主要涉及一种体声波谐振器及其制造方法。

技术介绍

[0002]薄膜体声波谐振器的简单结构是由两个相对的平板电极和夹在其间的压电晶体材料组成。工作条件下，在电极上施加电压，压电晶体材料利用逆压电效应将电信号转换为机械谐振，再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。压电晶体的原子排列是不对称的，压电晶体原子排列虽然不对称，但正电荷会和附近负电荷相互抵消，所以整体的晶体不带电。当晶体受到压力时外形发生改变，一些原子间距离会变得更近或更远，打乱了原本保持的平衡，晶体表面出现正电荷和负电荷，从而出现了压电现象。
[0003]现有技术中薄膜体声波谐振器与外界连接是通过顶电极直接向外引出的方式，但是如此连接会导致产生顶电极和底电极重合区域，且该重合区域是在非空腔所对应的区域，因此会产生额外的压电振荡，出现寄生杂散信号，进而导致谐振器性能恶化。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在问题，本专利技术提出了一种新的体声波谐振器及其制造方法。
[0005]根据本专利技术的一方面，提出了一种体声波谐振器，包括
[0006]衬底；底电极层，底电极层和衬底之间具有声波反射结构；顶电极层，位于底电极层的上方；压电层，位于底电极层和顶电极层之间；从压电层投影到衬底的角度来看，压电层的至少部分区域具有断裂区域，断裂区域具有相对的第一边缘和第二边缘，第一边缘不超过顶电极层的边缘，第二边缘延伸至底电极层的边缘以外，断裂区域内含有不同于构成压电层的材料的轰击离子。本专利技术通过对声波反射结构的内部延伸至底电极边缘以外的区域的压电层，在一定深度上进行离子轰击，使该区域压电晶体的分子键断裂，来降低或者消除导通效应，可以大大减小谐振器在该区域产生的寄生振荡。
[0007]在优选实施例中，轰击离子采用气体原子形成的离子。进一步优选，轰击离子包括N3‑
、O2‑
、F
‑
、He
+
和Ne
+
离子中的至少一种或几种的组合。
[0008]另一优选实施例中，离子轰击采用了原子质量大于等于氩原子的离子。进一步优选，轰击离子包括Ar
+
、Kr
+
、Xe
+
和Rn
+
离子中的至少一种或几种的组合。质量更大的离子容易使常规的压电层中的AlN的Al原子发生位移，从而达到破坏该断裂区域的压电性能的目的。
[0009]在优选实施例中，压电层的至少一侧具有断裂区域。
[0010]另一优选实施例中，断裂区域环形覆盖压电层。由于声波反射结构具有环形的边缘，因而断裂区域优选环形覆盖其整个边缘，这样可以达到更好的寄生振荡降低效果。
[0011]在优选实施例中，轰击离子占压电层材料的原子数比为0.1％～50％。轰击离子浓度(或原子数)高于50％则会造成资源浪费，轰击离子浓度低于0.1％则会使化学键断裂的不够充分，因此轰击离子浓度在0.1％
‑
50％之间是较优选的方案。
[0012]在优选实施例中，断裂区域的第一边缘与顶电极层的边缘的距离范围为0～5μm。将此距离控制在5μm以内，避免影响有效区域的面积，避免器件尺寸偏大。
[0013]在优选实施例中，断裂区域的第二边缘与底电极层的边缘的距离范围是0～5μm。将此距离控制在5μm以内，可以避免增加谐振器之间的连接面积。
[0014]在优选实施例中，断裂区域的水平宽度范围为1μm～10μm。在此范围内，断裂区域可以有效抑制寄生振荡，同时避免影响谐振器的面积以及谐振器的性能。
[0015]在优选实施例中，断裂区域包括位于压电层中的单层断裂层。进一步优选，单层断裂层位于压电层靠近顶电极层一侧的表面，将断裂层形成在压电层的表面处可具有较小的实现难度和成本；可选地，单层断裂层位于所述压电层的一定深度内。另一可选方案中，断裂区域包括间隔设置在压电层的不同深度处的多层断裂层，并且至少一层位于压电层靠近顶电极一侧的表面。多个断裂层的组合可以实现更好的抑制寄生振荡的效果。
[0016]在优选实施例中，本方案的谐振器压电层采用掺杂稀土元素的压电材料制成。
[0017]本申请同时提出一种体声波谐振器，包括至少两个并列形成的体声波谐振器个体，其中每个体声波谐振器个体的顶电极层分别经由在断裂区域上方延伸的连接层与另一体声波谐振器个体的顶电极层或底电极层相连接。此方案中压电层可以使相邻谐振器的顶电极与底电极隔离开，减小了该区域的寄生振荡，极大的提高整个滤波器的性能，减小杂散信号。
[0018]在优选实施例中，声波反射结构包括空腔或布拉格反射结构。
[0019]在优选实施例中，底电极和声波反射结构之间还具有种子层。种子层的材料和压电层的材料相同或者不同。种子层可以提供平滑且具有良好晶格结构的底电极，在具有良好晶格结构的底电极上可以形成高质量的压电层，从而提高谐振器的性能。
[0020]在优选实施例中，所述断裂区域包括间隔形成在压电层的不同深度处的两个或两个以上断裂层。多个断裂层的形成通常采用多种不同的离子轰击形成，从而不同的离子轰击后形成的可替代地，多个断裂层的形成还可通过使用具有不同能量的离子轰击形成。在进一步优选实施例中，所述断裂层中的一层位于所述压电层的表面。
[0021]根据本专利技术的第二方面，提出了一种体声波谐振器的制造方法，包括以下步骤：
[0022]S1提供衬底；
[0023]S2在衬底上形成声波反射结构；
[0024]S3在声波反射结构上依次形成底电极层、压电层和顶电极层；
[0025]S4在压电层的至少部分区域形成断裂区域，每一断裂区域具有相对的第一边缘和第二边缘，第一边缘不超过顶电极层的边缘，第二边缘延伸至底电极层的边缘以外，断裂区域内含有不同于构成压电层的材料的轰击离子。
[0026]使用离子轰击在轰击充分的情况下，使得此区域的AlN的某一固定深度中此层的分子键全部打断，因此其失去了压电性，从而降低寄生表面的导通效应，故可以实现在顶电极和底电极之间有一层没有压电效应的断裂区域，由此达到减小寄生振荡以及抑制横波的效果。
[0027]在优选实施例中，采用了原子质量大于等于氩原子的离子执行所述离子轰击，优选地，该离子可以是Ar
+
、Kr
+
、Xe
+
和Rn
+
离子中的一种或几种的组合。优选地，轰击离子的轰击能量在30KeV以上。
[0028]在优选实施例中，采用两种以上不同的离子执行所述离子轰击，以在所述压电层中形成至少两层相互分离的断裂层。多层的断裂层可实现类似双保险或多保险的功效，确保更好的断裂效果，并且更好地确保抑制寄生振荡。
[0029]在优选实施例中，形成断裂区域的具体步骤包括，(1)在压电层上制作掩膜，掩膜具有开口区域，开口区域至少暴露压电层部分区域；(2)对开口区域的压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器，至少包括：衬底；底电极层，所述底电极层和衬底之间具有声波反射结构；顶电极层，所述顶电极层位于底电极层的上方；压电层，所述压电层位于所述底电极层和顶电极层之间；其特征在于，从所述压电层投影到所述衬底的角度来看，所述压电层的至少部分区域具有断裂区域，所述断裂区域具有相对的第一边缘和第二边缘，所述第一边缘不超过所述顶电极层的边缘，所述第二边缘延伸至所述底电极层的边缘以外，所述断裂区域内含有不同于构成压电层的材料的轰击离子。2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子包括气体原子形成的离子。3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子包括N3‑
、O2‑
、F
‑
、He
+
和Ne
+
离子中的至少一种或几种的组合。4.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子包括原子质量大于或等于氩原子的原子质量的离子。5.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子包括Ar
+
、Kr
+
、Xe
+
和Rn
+
离子中的至少一种或几种的组合。6.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述压电层的至少一侧具有断裂区域。7.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域环形覆盖压电层。8.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子占压电层材料的原子数比为0.1％～50％。9.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域的第一边缘与顶电极层的边缘的距离范围为0～5μm。10.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域的第二边缘与底电极层的边缘的距离范围是0～5μm。11.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域的水平宽度范围为1～10μm。12.根据权利要求1
‑
11中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域包括位于所述压电层中的单层断裂层。13.根据权利要求12所述的体声波谐振器，其特征在于，所述单层断裂层位于所述压电层靠近顶电极层一侧的表面。14.根据权利要求12所述的体声波谐振器，其特征在于，所述单层断裂层位于所述压电层的一定深度内。15.根据权利要求1
‑
11中任一项所述的体声波谐振器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林萍，盛荆浩，江舟，
申请(专利权)人：杭州星阖科技有限公司，
类型：发明
国别省市：