体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备技术

本发明专利技术涉及一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；和压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：压电层为单晶压电层；基底设置有在厚度方向上贯穿其的空腔，底电极包括在水平方向上延伸过整个空腔且在空腔内的水平电极部，水平电极部与空腔的侧壁相接；声学镜包括空腔的位于水平电极部下侧的声学腔。本发明专利技术还涉及一种体声波谐振器的制造方法、一种滤波器和一种电子设备。种滤波器和一种电子设备。种滤波器和一种电子设备。

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备


[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、一种滤波器和一种电子设备。

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底电极
‑
压电薄膜或压电层
‑
顶电极组成的“三明治”结构，即两层金属电极层之间夹一层压电材料。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]目前的薄膜体声波谐振器的结构中，通常将底电极沉积在基底形成的空腔中并进行图案化处理。但是，在现有方案中，难以准确控制底电极在有效区域的形状和尺寸边界，导致体声波谐振器的Q值(品质因数)较低。

技术实现思路

[0006]为解决或缓解现有技术中的技术问题的至少一个方面，提出本专利技术。
[0007]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：
[0008]基底；
[0009]声学镜；
[0010]底电极；
[0011]顶电极；和
[0012]压电层，设置在底电极与顶电极之间，
[0013]其中：
[0014]所述压电层为单晶压电层；
[0015]所述基底设置有在厚度方向上贯穿其的空腔，所述底电极包括在水平方向上延伸过整个所述空腔且在所述空腔内的水平电极部，所述水平电极部与所述空腔的侧壁相接；
[0016]所述声学镜包括所述空腔的位于所述水平电极部下侧的声学腔。
[0017]根据本专利技术的实施例的再一方面，提出了一种体声波谐振器的制造方法，包括步
骤：
[0018]提供基底与单晶压电层，单晶压电层设置在基底的第一侧；
[0019]在基底的第二侧形成在基底的厚度方向上贯穿基底的空腔；和
[0020]形成水平电极部，所述水平电极部在所述空腔内且为谐振器的底电极的组成部分，所述水平电极部在水平方向上延伸过整个所述空腔且与所述空腔的侧壁相接，所述水平电极部的下侧限定谐振器的空腔型声学镜的上侧。
[0021]根据本专利技术的实施例的另一方面，提出了一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
[0022]根据本专利技术的实施例的还一方面，提出了一种电子设备，包括上述的体声波谐振器、或者上述的滤波器。
附图说明
[0023]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：
[0024]图1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示意性剖视图；
[0025]图2
‑1‑
图2
‑
8示例性示出了图1中的体声波谐振器的制造方法；
[0026]图3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示意性剖视图，其中顶电极包括桥结构和悬翼结构；
[0027]图4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示意性剖视图，其中底电极两侧延伸至部分基底上；
[0028]图5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示意性剖视图，其中底电极两侧置于声学镜内并与基底相连；
[0029]图6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示意性剖视图，其中体声波谐振器右侧将引出电极从第二封装基板延伸至底电极。
具体实施方式
[0030]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。下述参照附图对本专利技术示例性实施例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。
[0031]在本专利技术实施例中，可以基于POI(Piezoelectrics on Insulator，绝缘体上的单晶压电层)衬底制作体声波谐振器。POI晶圆包括基底、单晶压电层以及设置在单晶压电层与基底之间的隔离层。
[0032]下面参照图1
‑
6具体说明本专利技术的实施例。
[0033]本专利技术的附图中的附图标记示例性说明如下：
[0034]10：基底，具体材料可选为硅、碳化硅、蓝宝石、二氧化硅，或其他硅基材料。
[0035]101：在厚度方向上贯穿基底10的空腔。
[0036]1011：空腔10的侧壁。
[0037]15：绝缘层或隔离层，设置在基底与压电层之间，此层材料也可以没有。其材料可以为二氧化硅、氮化硅、碳化硅、蓝宝石等。
[0038]20：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。
[0039]30：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。
[0040]301：水平电极部，水平电极部301为底电极30的组成部分。
[0041]302：壁部，壁部302为底电极30的组成部分。
[0042]303：覆盖金属层，覆盖金属层303为底电极30的组成部分。
[0043]40：单晶压电层，可选单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料，还可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。
[0044]401：过孔，压电层40的厚度方向上贯穿压电层40的过孔401。
[0045]50：顶电极，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。顶电极膜层的材料可以与底电极膜层的材料相同或不同。
[0046]60：密封部，用于对顶电极50键合密封。
[0047]701：第一导电路径，702：第二导电路径，703：第三导电路径，704：第四导电路径，用于将电极引出。
[0048]70：电连接部(pad)，用于从本文档来自技高网...

【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，设置在底电极与顶电极之间，其中：所述压电层为单晶压电层；所述基底设置有在厚度方向上贯穿其的空腔，所述底电极包括在水平方向上延伸过整个所述空腔且在所述空腔内的水平电极部，所述水平电极部与所述空腔的侧壁相接；所述声学镜包括所述空腔的位于所述水平电极部下侧的声学腔。2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述底电极仅包括所述水平电极部；或者所述底电极包括所述水平电极部以及壁部，所述壁部自所述水平电极部远离压电层以覆盖所述空腔的侧壁的方式延伸，所述壁部的下端与所述基底的下侧齐平。3.根据权利要求2所述的谐振器，还包括：第一封装基板，覆盖所述基底的下侧，所述第一封装基板的上侧与所述水平电极部的下侧分别限定所述声学腔的下侧与上侧，第一封装基板适于在所述基底的下侧形成封装。4.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述底电极包括所述水平电极部、壁部以及水平延伸部，所述壁部以覆盖所述空腔的侧壁的方式连接在水平电极部与水平延伸部之间，所述壁部的下端与所述基底的下侧齐平，所述水平延伸部自所述壁部向外侧延伸且至少覆盖所述基底的下侧的一部分。5.根据权利要求4所述的谐振器，还包括：第一封装基板，在基底的厚度方向上所述水平延伸部与所述第一封装基板间隔开，第一封装基板适于在所述基底的下侧形成封装。6.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述顶电极在电极连接边设置有桥结构；和/或所述顶电极在电极非连接端设置有悬翼结构或桥结构。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的谐振器，其中：所述压电层设置有压电层过孔，所述谐振器还包括与所述顶电极同层布置的电极引出部，所述电极引出部经由所述过孔而与所述底电极电连接。8.根据权利要求7所述的谐振器，还包括：多个第二电连接部；和第二封装基板，第二封装基板适于在所述压电层的上侧形成封装，其中：对应的第二电连接部贯穿所述第二封装基板而与所述电极引出部电连接，对应的第二电连接部贯穿所述第二封装基板而与所述顶电极的电连接边电连接。9.根据权利要求5所述的谐振器，其中：所述谐振器包括多个第一电连接部；
对应的第一电连接部贯穿第一密封基板、基底和压电层而与顶电极的电连接边电连接，对应的第一电连接部贯穿第一密封基板而与底电极的水平延伸部电连接。10.一种体声波谐振器的制造方法，包括步骤：提供基底与单晶压电层，单晶压电层设置在基底的第一侧；在基底的第二侧形成在基底的厚度方向上贯穿基底的空腔；和形成水平电极部，所述水平电极部在所述空腔内且为谐振...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟伦，
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：