体声波谐振器及制造方法、体声波谐振器单元、滤波器及电子设备技术

本发明专利技术涉及一种单晶薄膜体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极，与底电极引脚相接；顶电极，与顶电极引脚相接；和压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：所述压电层为单晶薄膜压电层；所述声学镜、底电极、顶电极和单晶薄膜压电层在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域。顶电极的非引脚端以及底电极的非引脚端在谐振器的厚度方向上的投影中，可均与声学镜的边缘间隔开。本发明专利技术还涉及一种单晶薄膜体声波谐振器的制造方法，一种具有上述单晶薄膜谐振器的单晶薄膜体声波谐振器单元以及一种电子设备。

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

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器及制造方法、体声波谐振器单元、滤波器及电子设备
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、一种具有该谐振器的滤波器，一种体声波谐振器单元，以及一种具有该谐振器或者该滤波器的电子设备。
技术介绍
随着5G通信技术的日益发展，对通信频段的要求越来越高。传统的射频滤波器受结构和性能的限制，不能满足高频通信的要求。薄膜体声波谐振器(FBAR)作为一种新型的MEMS器件，很好地适应了无线通信系统的更新换代，使FBAR技术成为通信领域的研究热点之一。与传统的体声波谐振器相比，FBAR具有体积小、质量轻、插入损耗低、频带宽以及品质因子高等优点的薄膜体声波谐振器逐渐占领市场。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。薄膜体声波谐振器主要利用压电薄膜的纵向压电系数(d33)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。其传统结构如图1A所示，其中01为基底，02为空腔，03为底电极且底电极跨越空腔的两侧，04为压电层，05为顶电极。目前传统的薄膜体声波谐振器使用的压电薄膜材料大多采用磁控溅射等物理或化学沉积技术制备的多晶氮化物薄膜，压电特性较差(主要体现为谐振器机电耦合系数较低)，缺陷密度较高(主要体现为谐振器品质因数较低)，散热性不佳(主要体现为谐振器功率容量较低)，而且在谐振器底电极两端存在的刻蚀斜端面如图1中的06所示，由于其表面一般比较粗糙，从而在底电极两端斜端面上沉积的压电层中如图1中的d区域所示缺陷会进一步放大。这些缺陷的存在会导致声学损失，从而使得谐振器的Q因子减小，而且也无法满足未来移动通讯技术要求更低的插入损耗、更高的带宽等技术指标。
技术实现思路
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。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：基底；声学镜；底电极，与底电极引脚相接；顶电极，与顶电极引脚相接；和压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：所述压电层为单晶薄膜压电层；且所述声学镜、底电极、顶电极和压电层在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域。可选的，顶电极的非引脚端以及底电极的非引脚端在谐振器的厚度方向上的投影中，均与声学镜的边缘间隔开。可选的，所述声学镜为设置于基底上侧的声学镜空腔且为盲孔空腔。本专利技术的实施例还是涉及一种体声波谐振器单元，包括：上述的体声波谐振器；和封装基板，封装基板上设置有与所述谐振器的顶电极和底电极分别形成电连接的电路器件。本专利技术还涉及一种单晶薄膜体声波谐振器的制造方法，所述单晶薄膜体声波谐振器包括基底；声学镜；底电极，与底电极引脚相接；顶电极，与顶电极引脚相接；和单晶薄膜压电层，设置在底电极与顶电极之间，所述方法包括步骤：形成顶电极时，使得顶电极的非引脚端在谐振器的厚度方向上的投影中，与声学镜的边缘间隔开；和形成底电极时，使得底电极的非引脚端在谐振器的厚度方向上的投影中，与声学镜的边缘间隔开。本专利技术的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的单晶薄膜体声波谐振器或单元以及根据上述方法制造的单晶薄膜体声波谐振器。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或单元。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为传统体声波谐振器的截面示意图；图1B为根据本专利技术的一个示例性实施例的单晶薄膜体声波谐振器的俯视示意图；图1C为根据本专利技术的一个示例性实施例的沿图1B中的A-A截得的部分截面示意图；图2为根据本专利技术的另一个示例性实施例的单晶薄膜体声波谐振器的截面示意图；图3为根据本专利技术的一个示例性实施例的单晶薄膜体声波谐振器单元的截面示意图；图4为根据本专利技术的另一个示例性实施例的单晶薄膜体声波谐振器单元的截面示意图；图5A-5D为根据本专利技术的一个示例性实施例的单晶薄膜体声波谐振器的制造方法的过程示意图；图6A-6E为根据本专利技术的一个示例性实施例的单晶薄膜体声波谐振器的制造方法的过程示意图。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。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。图1B为根据本专利技术的一个示例性实施例的单晶压电薄膜体声波谐振器的俯视图。其中16为单晶薄膜谐振器的空气隙或空腔，13为单晶薄膜谐振器的底电极位于空气隙之上，12为谐振器的单晶薄膜压电层，17为单晶薄膜谐振器的顶电极位于单晶压电层之上，19a为位于顶电极上的电极连接结构，19b为位于底电极上的电极连接结构。与图1A中所示的传统结构不同的是，在图1B中，单晶薄膜谐振器的底电极在垂直方向上位于空腔之内(传统结构中底电极在垂直方向上位于空腔上方)。图1C为沿图1B中的A-A所截的部分示意性截面图，其中：15为基底，16为空气隙或空腔，13为底电极，12为单晶薄膜压电层，另外在单晶薄膜压电层的表面可以有种子层也可以没有，14为底电极的电极连接结构，17为顶电极，18为位于单晶压电层上表面的底电极引脚层。其中底电极与单晶薄膜压电层和顶电极在谐振器厚度方向上重叠的区域为单晶薄膜谐振器的有效区域，即图1C中D所示区域。另外，现有技术中的空腔结构，一般为穿透基底的通孔，，但深孔刻蚀通孔的缺点是空腔形状、尺寸控制精度差，且工艺复杂，电极连接形式复杂，需要多余的封装工艺覆盖通孔。而在本专利技术的一个实施例中，声学镜空腔16为盲孔，换言之，声学镜空腔下方是密封的，简化了工艺流程、降低了成本、提高了形状尺寸控制精度、电极连接更可靠、不需要额外的通孔封装流程。在图1C所示实施例中，由于顶电极和底电极在有效区域的部分在垂直方向上都位于空腔之内，换言之，顶电极的非引脚端以及底电极的非引脚端在单晶薄膜谐振器的厚度方向上的投影中，均与声学镜的边缘间隔开。这能够避免在单晶薄膜谐振器有效区域外的边缘部分由于顶电极和底电极在垂直方向上重叠部分中产生的次谐振以及杂波的影响，进而能够有效提升单晶薄膜谐振器的Q值。因为压电层的材料为单晶压电薄膜材料，能够弥补传统压电薄膜材料中的缺陷问题，而且能够大幅提高谐振器的机电耦合系数Kt2、品质因素Q值、功率容量等性能，而且采用单晶压电材料制作的单晶薄膜谐振器组成的滤波器的插入损耗、相邻频带的抑制率等性能也大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体声波谐振器，包括：/n基底；/n声学镜；/n底电极，与底电极引脚相接；/n顶电极，与顶电极引脚相接；和/n压电层，设置在底电极与顶电极之间，/n其中：/n所述压电层为单晶薄膜压电层；且/n所述声学镜、底电极、顶电极和压电层在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域。/n

【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，与底电极引脚相接；
顶电极，与顶电极引脚相接；和
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
所述压电层为单晶薄膜压电层；且
所述声学镜、底电极、顶电极和压电层在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域。


2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
顶电极的非引脚端以及底电极的非引脚端在谐振器的厚度方向上的投影中，均与声学镜的边缘间隔开。


3.根据权利要求1或2所述的谐振器，其中：
所述声学镜为设置于基底上侧的声学镜空腔且为盲孔空腔。


4.根据权利要求3所述的谐振器，其中：
所述底电极位于所述声学镜空腔内或所述底电极与所述压电层均位于所述声学镜空腔内。


5.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
所述底电极引脚穿过所述压电层的压电层通孔而与底电极相接，所述底电极引脚位于压电层上侧的部分与所述顶电极同层布置。


6.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
所述底电极引脚穿过所述压电层的压电层通孔而与底电极相接；
所述谐振器还包括位于压电层上侧的底电极引脚与压电层之间以及在压电层上侧的顶电极与压电层之间的插入层；
所述底电极引脚位于压电层上侧的部分与所述顶电极引脚同层布置。


7.根据权利要求5或6所述的谐振器，其中：
所述底电极引脚与所述底电极在声学镜空腔内同层相接；或者所述底电极引脚与所述底电极在声学镜空腔内层叠相接。


8.根据权利要求5或6所述的谐振器，其中：
所述压电层通孔位于所述声学镜空腔的边缘的内侧。


9.根据权利要求1或2所述的谐振器，其中：
所述底电极的边缘的下侧设置有声阻抗不匹配结构。


10.根据权利要求9所述的谐振器，其中：
所述声阻抗不匹配结构包括凸起结构与凹陷结构。


11.根据权利要求1或2所述的谐振器，其中：
所述单晶压电层的材料为：单晶氮化铝、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。


12.一种体声波谐振器单元，包括：
根据权利要求1-11中任一项所述的谐振器；和
封装基板，封装基板上设置有与所述谐振器的顶电极和底电极分别形成电连接的电路器件。


13.根据权利要求12所述的谐振器单元，其中：
所述底电极引脚穿过所述压电层而与底电极相接，所述底电极引脚位于压电层上侧的部分与所述顶电极引脚同层布置；且
所述电路器件包括位于封装基板的下侧的键合层，以及穿过封装基板的导电通孔，所述键合层与导电通孔与对应的电极引脚电连接。


14.一种单晶薄膜体声波谐振器的制造方法，所述单晶薄膜体声波谐振器包括基底；声学镜；底电极，与底电极引脚相接；顶电极，与顶电极引脚相接；和单晶薄膜压电层，设置在底电极与顶电极之间，所述方法包括步骤：
形成顶电极时，使得顶电极的非引脚端在单晶薄膜谐振器的厚度方向上的投...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟伦，庞慰，杨清瑞，
申请(专利权)人：天津大学，诺思天津微系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津;12