体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备技术

本发明专利技术公开了一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；顶电极；底电极；压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：顶电极、底电极、声学镜和压电层在所述谐振器的厚度方向上的重叠区域限定谐振器的有效区域；底电极和/或顶电极为间隙电极，间隙电极具有第一电极与第二电极，第一电极贴附于所述压电层，第一电极与第二电极之间限定空隙层，空隙层在谐振器的高度方向上位于第一与第二电极之间；间隙电极设置有用于形成所述空隙层的释放通道，所述释放通道与所述空隙层连通，释放通道包括电极通道部，电极通道部设置于电极的非有效区域中。本发明专利技术还涉及一种具有上述谐振器的滤波器以及具有该滤波器或谐振器的电子设备，以及一种制造上述谐振器的方法。

Bulk acoustic resonator and its manufacturing method, filter and electronic equipment

【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
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，以及一种具有该谐振器或者滤波器的电子设备。
技术介绍
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。电子器件根据不同工作原理可以发挥不同的特性与优势，在所有电子器件中，利用压电效应(或逆压电效应)工作的器件是其中很重要一类，压电器件有着非常广泛的应用情景。薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，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。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。在体声波谐振器的微结构中集成空气间隙非常复杂，一方面需要考虑如何可靠地制造出空气间隙，另一方面要考虑形成空气间隙的方式/结构不影响谐振器性能。
技术实现思路
为缓解或解决上述问题，提出本专利技术。根据本专利技术的实施例的一个方面，提出一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；顶电极；底电极；压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：顶电极、底电极、声学镜和压电层在所述谐振器的厚度方向上的重叠区域限定所述谐振器的有效区域；底电极和/或顶电极为间隙电极，所述间隙电极具有第一电极与第二电极，第一电极贴附于所述压电层，第一电极与第二电极之间限定空隙层，空隙层在谐振器的高度方向上位于第一电极与第二电极之间；所述间隙电极设置有用于形成所述空隙层的至少一个释放通道，所述释放通道与所述空隙层连通，所述释放通道包括电极通道部，所述电极通道部设置于电极的非有效区域中。本专利技术还提出了一种制造上述体声波谐振器的方法，包括以下步骤：在所述第一电极与第二电极之间形成牺牲层材料，所述牺牲层材料在谐振器的厚度方向上位于第一电极与第二电极之间；提供所述释放通道；经由所述释放通道，利用刻蚀剂刻蚀牺牲层材料从而产生所述间隙层。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。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：图1A为顶电极具有空气间隙的体声波谐振器的工艺俯视图；图1B为顶电极具有空气间隙的体波谐振器工艺结构剖视图；图1C为沿图1A中直线A1-A2剖开生成的剖视图，采用刻蚀工艺结构，其中箭头方向表示刻蚀剂经通道从外部进入空气间隙；图2A为根据本专利技术的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器工艺结构剖视图；图2B为根据本专利技术的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器工艺结构剖视图；图3A为根据本专利技术的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器俯视图；图3B为根据本专利技术的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器工艺结构剖视图；和图4为根据本专利技术的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器工艺结构剖视图。具体实施方式下面通过实施例，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。在本专利技术的附图中，各附图标记如下：10：基底，可选材料为硅(高阻硅)、砷化镓、蓝宝石、石英等。20：声学镜，在图1B中为空腔20，也可采用布拉格反射层及其他等效形式，但是在底电极设置有刻蚀通道的情况下，声学镜为空腔结构。30：第一底电极，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。36：电极引脚，材料与第一底电极相同。31：第二底电极，材料选择范围同第一底电极30，但具体材料不一定与第一底电极30相同。40：压电薄膜层，可选氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等材料，也可包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料。50：第一顶电极，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。56：电极引脚，材料与第一顶电极相同。60：位于顶电极之中的空气间隙，处于第一顶电极50和第二顶电极70之间。70：第二顶电极，材料选择范围同第一顶电极50，但具体材料不一定与第一顶电极50相同。80：牺牲孔，贯穿第二顶电极70，牺牲孔80与空气间隙60连通。81：牺牲孔，可以为第一顶电极与第二顶电极的非引脚端之间的间隙孔，牺牲孔81与空气间隙60连通。需要说明的是，空气间隙构成空隙层，但是本专利技术中，空隙层除了可以为空气间隙层之外，还可以是真空间隙层，也可以是填充了其他气体介质的空隙层。但是，在微结构中集成空气间隙并不简单，一方面需要考虑如何可靠地制造出空气间隙，另一方面要考虑形成空气间隙的方式/结构不影响谐振器性能。就本专利专利技术来说，在电极内部制造空气间隙的方法为沉积牺牲薄膜后再将其清除掉，主要涉及到如何安排牺牲孔。首先，牺牲孔在谐振器的横向方向上位于有效区域之外，这样不影响谐振器性能，但如果距离声学有效区域太远又无法有效刻蚀牺牲薄膜；举例来说，牺牲孔80位于附加电极(间隙电极中远离压电层的电极层)中，因为牺牲孔80位于顶电极、压电层和底电极等组成的声学有效区域之外，不影响声学谐振性能。其次，牺牲孔的安排可能影响谐振器的电学性能和可靠性；举例来说，牺牲孔80和81的安排目的是保证在有效牺牲的前提下，尽量减小孔的数量和总面积，不合理的安排将导致附加电极(例如对应于第二顶电极)70导电率下降，无法有效提高串联谐振处的Q值，或导致附加电极70可靠性下降。本专利技术中位于电极内的空气间隙结构均可通过设置牺牲层材料结合刻蚀剂释放的工艺制成。其中牺牲层材料可选用掺磷二氧化硅(PSG)，刻蚀剂可选用液态或气态的氢氟酸，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体声波谐振器，包括：/n基底；/n声学镜；/n顶电极；/n底电极；/n压电层，设置在底电极与顶电极之间，/n其中：/n顶电极、底电极、声学镜和压电层在所述谐振器的厚度方向上的重叠区域限定所述谐振器的有效区域；/n底电极和/或顶电极为间隙电极，所述间隙电极具有第一电极与第二电极，第一电极贴附于所述压电层，第一电极与第二电极之间限定空隙层，空隙层在谐振器的高度方向上位于第一电极与第二电极之间；/n所述间隙电极设置有用于形成所述空隙层的至少一个释放通道，所述释放通道与所述空隙层连通，所述释放通道包括电极通道部，所述电极通道部设置于电极的非有效区域中。/n

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
顶电极；
底电极；
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
顶电极、底电极、声学镜和压电层在所述谐振器的厚度方向上的重叠区域限定所述谐振器的有效区域；
底电极和/或顶电极为间隙电极，所述间隙电极具有第一电极与第二电极，第一电极贴附于所述压电层，第一电极与第二电极之间限定空隙层，空隙层在谐振器的高度方向上位于第一电极与第二电极之间；
所述间隙电极设置有用于形成所述空隙层的至少一个释放通道，所述释放通道与所述空隙层连通，所述释放通道包括电极通道部，所述电极通道部设置于电极的非有效区域中。


2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述顶电极为间隙电极；且
所述第一电极与第二电极在电极引脚端电连接，所述第一电极与第二电极在电极非引脚端之间限定至少一个所述电极通道部。


3.根据权利要求1或2所述的谐振器，其中：
所述顶电极为间隙电极；且
所述第二电极设置有至少一个贯穿通孔，所述贯穿通孔构成所述电极通道部。


4.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述底电极为间隙电极；且
所述电极通道部在谐振器的横向方向上位于有效区域之外且贯穿所述第一电极。


5.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
所述释放通道还包括贯穿所述压电层的压电层通道，所述压电层通道与所述电极通道相通。


6.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，徐洋，郝龙，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：天津;12