具有扩大的释放通道的体声波谐振器、滤波器、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，包括：基底，设置有构成声学镜的空腔；和由顶电极、压电层和底电极构成的三明治结构，其中：声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域；所述空腔中设置有支撑部，所述支撑部用于支撑所述三明治结构；且所述空腔的边缘的至少一部分与所述三明治结构的边缘在径向方向上间隔开以形成至少一个释放开口。本发明专利技术也涉及一种具有该谐振器的滤波器，以及一种包括上述的滤波器或者体声波谐振器的电子设备。

Bulk acoustic resonators, filters, electronic devices with extended release channels

【技术实现步骤摘要】
具有扩大的释放通道的体声波谐振器、滤波器、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，一种滤波器，以及一种具有该滤波器或者体声波谐振器的电子设备。
技术介绍
如图1所示，通常薄膜体声波谐振器的基本结构包含基底SUB110，嵌入基底的声学镜SP110，位于声学镜之上的底电极BE110，位于底电极之上的压电薄膜层PZ110和位于压电薄膜之上的顶电极TE110。其中声学镜SP110是整个谐振器结构中的一个关键部分，它起到的作用是将声波反射回谐振器内部，从而大幅度削减能量从谐振器泄漏。常见的两种代表性声学镜结构是空腔结构(如图1所示)和布拉格反射层结构。公认的，空腔结构对声波的反射效果要优于布拉格层结构，但相应的，制造空腔型体声波谐振器的工艺难度也要高于制造布拉格层型谐振器的难度。业内常用的制作空腔型体声波谐振器的方法是在空腔周围向外延伸构造出工艺孔结构，如图1中RH110区域所示。传统的工艺孔的形态如图2a和图2b所示。图2b中的工艺孔结构包括刻蚀液入口H110和通道CD110。在现有技术中，形成空腔的基本工艺流程如图3a-图3g所示(流程顺序按序号a、b、c、d、e、f、g进行，其中图3a-图3g可以认为按照图2a中线段AOA’剖开形成)：如图3a所示，制备基底，基底材料优先选择单晶硅(Si)，同样也可选砷化镓，石英，蓝宝石等等。如图3b所示，在基底上制作空腔，通常采用的方法是光刻图形化掩模层并进行反应离子刻蚀(RIE或DRIE)，备选方法可采用湿法腐蚀。该空腔结构已包含图2a和图2b中所示的工艺孔结构。如图3c所示，沉积牺牲层材料，该类材料可采用参磷二氧化硅(PSG)等。如图3d所示，通过研磨工艺去除多余材料并获得平整表面，通常采用化学机械研磨法(CMP)。如图3e所示，构建声学三明治结构。如图3f所示，在液态或气态的化学环境(例如，针对二氧化硅牺牲层材料，可使用一定比例的氟化氢水溶液或气态氟化氢)中通过工艺孔或者释放孔对空腔内的牺牲材料进行刻蚀。如图3g所示，完成牺牲材料刻蚀，获得空腔型谐振器。一般来说，释放孔(入口和通道部分)尺寸大，有利于刻蚀性化学物质进入空腔区域，同样有利于刻蚀反应生成物离开空腔，从而增加刻蚀反应效率。但是受到传统谐振器尺寸的限制，释放孔(入口和通道部分)不能开的过大，否则空腔周围用以支撑谐振器的基底上表面的面积就要缩小，势必导致谐振器或滤波器失去足够的约束，致使其结构稳定性下降(主要表现在谐振器对应力和静电吸附作用的抗性变差，容易发生变形，甚至导致底电极贴到空腔底部，如图4所示)。
技术实现思路
为缓解或解决使用现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本专利技术。本专利技术提出了一种体声波谐振器，包括：基底，设置有构成声学镜的空腔；和由顶电极、压电层和底电极构成的三明治结构，其中：声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域；所述空腔中设置有支撑部，所述支撑部用于支撑所述三明治结构；且所述空腔的边缘的至少一部分与所述三明治结构的边缘在径向方向上间隔开以形成至少一个释放开口。可选的，所述支撑部包括自空腔边缘径向向内凸出的延伸支撑部。进一步可选的，所述体声波滤波器包括多个释放开口，且相邻释放开口之间设置有所述延伸支撑部。更进一步的，所述延伸支撑部的宽度与所述释放开口的宽度的比值在1:2到10:1的范围之内。可选的，所述延伸支撑部与所述释放开口在所述空腔的周向方向上交替布置。可选的，所述释放开口在径向方向上延伸到所述延伸支撑部之外。可选的，所述延伸支撑部自空腔的边缘径向向内凸出的距离在1-20μm的范围内。可选的，所述空腔为多边形空腔，且所述释放开口设置在所述空腔的顶点处，且所述延伸支撑部自顶点之间的边沿径向向内延伸。可选的，所述空腔为多边形空腔，且所述延伸支撑部设置在所述空腔的顶点处。可选的，所述支撑部包括与所述空腔的边缘间隔开的多个独立支撑部，在空腔的周向方向上彼此相邻的两个独立支撑部之间形成释放通道。可选的，所述支撑部包括自空腔边缘径向向内凸出的多个延伸支撑部；所述支撑部包括与所述空腔的边缘间隔开的多个独立支撑部；且所述延伸支撑部与所述独立支撑部在空腔的周向方向上间隔开交替布置，在空腔的周向上相邻的延伸支撑部与独立支撑部之间形成释放通道。可选的，所述空腔为多边形空腔，且所述支撑部包括沿空腔的多条边中的至少两条边延伸设置的至少两个条形支撑部，且在仅有两个条形支撑部的情况下，所述两个条形支撑部所在的边不相邻。可选的，所述空腔为圆形或者椭圆形空腔。可选的，所述支撑部与所述有效区域之间的距离不少于5个声波波长。本专利技术的实施例还涉及一种体声波谐振器，包括：基底，设置有构成声学镜的空腔；和由顶电极、压电层和底电极构成的三明治结构，其中：所述三明治结构覆盖于所述空腔上；且所述空腔的靠近其边缘的一部分空腔形成至少一个释放开口。可选的，上述的体声波谐振器中，所述压电层掺杂有如下元素中的一种或多种：钪、钇、镁、钛、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥；且掺杂元素的原子分数范围为1％-40％。进一步可选的，所述压电层为氮化铝压电层、氧化锌压电层、铌酸锂压电层或钛锆酸铅压电层。本专利技术的实施例也涉及一种滤波器，包括功能基底以及与功能基底对置的封装基底；功能器件，设置于所述功能基底，所述功能器件包括上述的体声波谐振器。可选的，所有谐振器均设置于功能基底上；且所有谐振器的有效区域的面积之和不大于所述功能基底的一个表面的面积的2/3。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体声波谐振器。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1为现有技术中的具有空腔结构的体声波谐振器的基本结构的示意性分解立体图；图2a为现有技术中具有空腔结构的基底的示意性俯视图，图2b为图2a中的有关释放孔的局部放大示意图；图3为现有技术中制作空腔型体声波谐振器的工艺流程示意图；图4为单纯减小支撑面积造成的三明治结构形变的示意图；图5为体声波谐振器的三明治结构示意图；图6为体声波谐振器的机电耦合系数Nkt与比例r之间的关系曲线图；图7为根据本专利技术的一个示例性实施例的谐振器的俯视示意图；图8为图7中的谐振器的剖视示意图；图9为图7中的谐振器的空腔的结构示意图；图10为根据本专利技术的一个示例性实施例的谐振器的俯视示意图；图11为图10中的谐振器的空腔的结构示意图；图12为根据本专利技术的一个示例性实施例的谐振器的俯视示意图；图13为图12中的谐振器的空腔的结构示意图；图14为根据本专利技术的一个示例性实施例的谐振器的俯视示意图；图15为图14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，设置有构成声学镜的空腔；和/n由顶电极、压电层和底电极构成的三明治结构，/n其中：/n声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域；/n所述空腔中设置有支撑部，所述支撑部用于支撑所述三明治结构；且/n所述空腔的边缘的至少一部分与所述三明治结构的边缘在径向方向上间隔开以形成至少一个释放开口。/n

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器，包括：
基底，设置有构成声学镜的空腔；和
由顶电极、压电层和底电极构成的三明治结构，
其中：
声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域；
所述空腔中设置有支撑部，所述支撑部用于支撑所述三明治结构；且
所述空腔的边缘的至少一部分与所述三明治结构的边缘在径向方向上间隔开以形成至少一个释放开口。


2.根据权利要求1所述的体声波滤波器，其中：
所述支撑部包括自空腔边缘径向向内凸出的延伸支撑部。


3.根据权利要求2所述的体声波滤波器，其中：
所述体声波谐振器包括多个释放开口，且相邻释放开口之间设置有所述延伸支撑部。


4.根据权利要求3所述的体声波滤波器，其中：
所述延伸支撑部的宽度与所述释放开口的宽度的比值在1:2到10:1的范围之内。


5.根据权利要求3所述的体声波谐振器，其中：
所述延伸支撑部与所述释放开口在所述空腔的周向方向上交替布置。


6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中：
所述释放开口在径向方向上延伸到所述延伸支撑部之外。


7.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其中：
所述延伸支撑部自空腔的边缘径向向内凸出的距离在1-20μm的范围内。


8.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中：
所述空腔为多边形空腔，且所述释放开口设置在所述空腔的顶点处，且所述延伸支撑部自顶点之间的边沿径向向内延伸。


9.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中：
所述空腔为多边形空腔，且所述延伸支撑部设置在所述空腔的顶点处。


10.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中：
所述支撑部包括与所述空腔的边缘间隔开的多个独立支撑部，在空腔的周向方向上彼此相邻的两个独立支撑部之间形成释放通道。


11.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中：
所述支撑部包括自空腔边缘径向向内凸出的多个延伸支撑部；
所述支撑部包括与所述空腔的边缘间隔开的多个独立支撑部；且
所述延伸支撑部与所述独立支撑部在空腔的周向方向上间隔开交替布置，在空腔的周向上相邻的延伸支撑部与独立支撑部之间形成释放通道。

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟伦，庞慰，孙晨，
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