体声波谐振器及其制造方法和滤波器、射频通信系统技术方案

本发明专利技术提供一种体声波谐振器及其制造方法和滤波器、射频通信系统，形成于压电谐振层外围的且悬空于空腔上方的底电极凸起部，能够阻挡压电谐振层产生的横波向空腔外围传输，将横波反射回有效工作区中，继而减少和降低了声波损耗，使谐振器的品质因子得到提高，最终能够提高器件性能。进一步地，底电极搭接部和顶电极搭接部与空腔的重叠部分均是悬空的，且底电极搭接部和顶电极搭接部相互错开，可以大大降低寄生参数，并避免漏电、短路等问题，能够提高器件可靠性。

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器及其制造方法和滤波器、射频通信系统
本专利技术涉及射频通信
，尤其涉及一种体声波谐振器及其制造方法和滤波器、射频通信系统。
技术介绍
射频(RF)通信，如在移动电话中使用的通信，需要运用射频滤波器，每一个射频滤波器都能传递所需的频率，并限制所有其他频率。随着移动通信技术的发展，移动数据传输量也迅速上升。因此，在频率资源有限以及应当使用尽可能少的移动通信设备的前提下，提高无线基站、微基站或直放站等无线功率发射设备的发射功率成了必须考虑的问题，同时也意味着对移动通信设备前端电路中滤波器功率的要求也越来越高。目前，无线基站等设备中的大功率滤波器主要是以腔体滤波器为主，其功率可达上百瓦，但是这种滤波器的尺寸太大。也有的设备中使用介质滤波器，其平均功率可达5瓦以上，这种滤波器的尺寸也很大。由于尺寸大，所以这两种滤波器无法集成到射频前端芯片中。随着MEMS技术越来越成熟，由体声波(BAW)谐振器构成的滤波器，能够很好地克服了上述两种滤波器存在的缺陷。体声波谐振器具有陶瓷介质滤波器不可比拟的体积优势、声表面波(SAW)谐振器不可比拟的工作频率以及功率容量的优势，成为了当今无线通信系统的发展趋势。体声波谐振器的主体部分为底电极-压电薄膜-顶电极构成的“三明治”结构，利用压电薄膜的逆压电效应将电能转化成机械能，并以声波的形式在体声波谐振器构成的滤波器中形成驻波。由于声波的速度比电磁波小5个数量级，因此体声波谐振器构成的滤波器的尺寸比传统的介质滤波器等小。其中一种空腔型体声波谐振器，其工作原理是利用声波在底电极或支撑层与空气的交界面发生反射，将声波限制在压电层，实现谐振，其具有高Q值、低插损、可集成等优点，被广泛采用。但是，目前制作出的空腔型体声波谐振器，其品质因子(Q)无法进一步提高，因此无法满足高性能的射频系统的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种体声波谐振器及其制造方法和滤波器、射频通信系统，能够提高品质因子，进而提高器件性能。为了实现上述目的，本专利技术提供一种体声波谐振器包括：衬底；底电极层，设置在所述衬底上，且所述底电极层和所述衬底之间形成有空腔，所述底电极层具有底电极凸起部，所述底电极凸起部位于所述空腔的区域中且向着远离近所述空腔的底面的方向凸起；压电谐振层，形成在所述空腔上方的所述底电极层上，所述底电极凸起部围绕所述压电谐振层的周边方向延伸并被所述压电谐振层暴露出来；顶电极层，形成在所述压电谐振层上，且所述顶电极层位于所述空腔上方的部分是平坦延伸的。本专利技术还提供一种滤波器，包括至少一个如本专利技术所述的体声波谐振器。本专利技术还提供一种射频通信系统，包括至少一个如本专利技术所述的滤波器。本专利技术还提供一种体声波谐振器的制造方法，包括：提供衬底，形成具有牺牲凸起的第一牺牲层于部分所述衬底上；形成底电极层于所述第一牺牲层上，所述底电极层覆盖在所述牺牲凸起的表面上的部分形成底电极凸起部；形成压电谐振层于所述底电极层上，所述底电极凸起部围绕所述压电谐振层的周边方向延伸且被所述压电谐振层暴露出来；形成第二牺牲层于所述压电谐振层周围暴露出的区域中，所述第二牺牲层和所述压电谐振层的顶面齐平；形成顶电极层于所述压电谐振层及压电谐振层周围的部分第二牺牲层上；去除所述第二牺牲层和具有所述牺牲凸起的所述第一牺牲层，所述第二牺牲层和所述第一牺牲层的位置形成空腔，所述底电极凸起部位于所述压电谐振层外围的空腔区域中，且所述顶电极层位于所述空腔上方的部分是平坦延伸的。与现有技术相比，本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：1、当电能施加到底电极和顶电极时，通过在压电谐振层中产生的压电现象而产生期望的沿着厚度方向传播的纵波以及不期望的沿着压电谐振层平面传播的横波，该横波会在悬空于压电谐振层外围的空腔上的底电极凸起部处受到阻挡，被反射回压电谐振层所对应的区域中，继而减少和降低了横波传播到空腔外围的膜层中时造成的损失，由此改善声波损耗，使谐振器的品质因子得到提高，最终能够提高器件性能。2、压电谐振层的周边与空腔的周边相互分离，即压电谐振层不会连续延伸到空腔外围的衬底上方，能够将体声波谐振器的有效工作区完全限制在空腔区域中，且底电极搭接部和顶电极搭接部均只会延伸到空腔外围的部分衬底的上方(即底电极层和顶电极层均不会对空腔全面覆盖)，由此能够减少空腔周围的膜层对压电谐振层产生的纵向振动的影响，提高性能。3、底电极凸起部和顶电极搭接部即使有相互重叠的部分，重叠的部分之间也是空隙结构，由此可以大大降低寄生参数，并避免顶电极层和底电极层在空腔区域中的电接触等问题，能够提高器件可靠性。4、底电极搭接部和顶电极搭接部与空腔的重叠部分均是悬空的，且底电极搭接部和顶电极搭接部在空腔的区域中相互错开，由此可以大大降低寄生参数，并避免底电极搭接部和顶电极搭接部相接触而引起的漏电、短路等问题，能够提高器件可靠性。5、所述底电极搭接部在自身所处的空腔部分上方完全遮盖空腔，由此，可以利用大面积的底电极搭接部来对其上方的膜层进行强有力的机械支撑，从而避免因空腔坍塌而器件失效的问题。6、底电极凸起部围绕底电极谐振部一周，可以从压电谐振层的周边全方位的阻挡横波，进而获得较佳的品质因子。7、底电极凸起部、底电极谐振部和底电极搭接部采用同一膜层形成，且膜厚均匀，顶电极谐振部和顶电极搭接部采用同一膜层形成，且膜厚均匀，由此能够简化工艺，降低成本，且因为底电极凸起部的膜厚与底电极层的其他部分基本相同，因此不会出现底电极凸起部断裂的情况，能够提高器件的可靠性。8、顶电极层位于空腔区域上方的部分是平坦延伸的，一方面能够有利于提高有效区中的薄膜的厚度均一性，另一方面为后续工艺提供平坦的工艺表面，以避免后续的膜层刻蚀工艺因顶电极层在空腔区域的顶面不平而出现刻蚀残留的问题，从而减小寄生参数。附图说明图1A是本专利技术一实施例的体声波谐振器的俯视结构示意图。图1B和图1C是沿图1中的XX’和YY’线的剖面结构示意图。图2A至图2C是本专利技术其他实施例的体声波谐振器的俯视结构示意图。图2D是本专利技术其他实施例的体声波谐振器的剖面结构示意图。图3是本专利技术一实施例的体声波谐振器的制造方法的流程图。图4A至图4G是本专利技术一实施例的体声波谐振器的制造方法中沿图1A中的XX’的剖面示意图。图5是本专利技术另一实施例的体声波谐振器的制造方法中沿图1A中的XX’的剖面示意图。其中，附图标记如下：100-基底；101-刻蚀保护层；102-空腔；102’-凹槽；102A-有效工作区；102B-无效区；103-第一牺牲层；103’-牺牲凸起；104-底电极层(即剩余的底电极材料层)；1040-底电极搭接部；1041-底电极凸起部；1042-底电极谐振部；1043-底电极外围部；105-压电材料层；1050-压电外围部；1051-压电谐振层(或称为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：/n衬底；/n底电极层，设置在所述衬底上，且所述底电极层和所述衬底之间形成有空腔，所述底电极层具有底电极凸起部，所述底电极凸起部位于所述空腔的区域中且向着远离所述空腔的底面的方向凸起；/n压电谐振层，形成在所述空腔上方的所述底电极层上，所述底电极凸起部围绕所述压电谐振层的周边方向延伸并被所述压电谐振层暴露出来；/n顶电极层，形成在所述压电谐振层上，且所述顶电极层位于所述空腔上方的部分是平坦延伸的。/n

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：
衬底；
底电极层，设置在所述衬底上，且所述底电极层和所述衬底之间形成有空腔，所述底电极层具有底电极凸起部，所述底电极凸起部位于所述空腔的区域中且向着远离所述空腔的底面的方向凸起；
压电谐振层，形成在所述空腔上方的所述底电极层上，所述底电极凸起部围绕所述压电谐振层的周边方向延伸并被所述压电谐振层暴露出来；
顶电极层，形成在所述压电谐振层上，且所述顶电极层位于所述空腔上方的部分是平坦延伸的。


2.如权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极层还包括底电极谐振部和底电极搭接部，所述底电极谐振部与所述压电谐振层重叠，所述底电极凸起部围绕所述底电极谐振部的周边方向延伸并连接所述底电极谐振部，所述底电极搭接部一端连接所述底电极凸起部，另一端搭接到所述空腔外围的衬底上；所述顶电极层包括相互连接的顶电极谐振部以及顶电极搭接部，所述顶电极谐振部顶面平坦且与所述压电谐振层重叠，所述顶电极搭接部从所述顶电极谐振部的一侧平坦地延伸到所述空腔外围的部分衬底的上方，所述底电极搭接部和所述顶电极搭接部相互错开。


3.如权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极谐振部和所述顶电极谐振部均为多边形。


4.如权利要求3所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极凸起部沿着所述底电极谐振部的边设置且至少设置在所述底电极搭接部和所述底电极谐振部对齐的区域中。


5.如权利要求4所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极凸起部在所述空腔上方至少与所述顶电极搭接部相互错开，或者，所述底电极凸起部环绕所述底电极谐振部一周。


6.如权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极凸起部、所述底电极搭接部和所述底电极谐振部采用同一膜层形成，所述顶电极搭接部和所述顶电极谐振部采用同一膜层形成。


7.如权利要求4所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极搭接部在自身所处的空腔部分上方完全遮盖空腔，且在所述顶电极搭接部的宽度方向，与所述顶电极搭接部无重叠。


8.如权利要求1至7中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极凸起部与所述压电谐振层之间的水平距离为制造所述底电极凸起部的工艺所允许的最小距离。


9.如权利要求1至7中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极凸起部的侧壁相对所述压电谐振层的底面倾斜。


10.如权利要求9所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极凸起部的侧壁与所述压电谐振层的底面之间的夹角小于等于45度。


11.如权利要求1至7或10中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极凸起部的线宽为制造所述底电极凸起部的工艺所允许的最小线宽。


12.如权利要求1至7或10中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述空腔为整个底部凹陷在所述衬底中的凹槽结构或者为整体上凸设在所述衬底表面上的腔体结构。


13.一种滤波器，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至12中任一项所述的体声波谐振器。


14.一种射频通信系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求13所述的滤波器。


15.一种体声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底，形成具有牺牲凸起的第一牺牲层于部分所述衬底上；
形成底电极层于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗海龙，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司上海分公司，
类型：发明
国别省市：上海;31