体声波谐振器及制造方法、体声波谐振器组件、滤波器及电子设备技术

本发明专利技术涉及一种体声波谐振器及其制造方法，谐振器包括基底；声学镜；底电极；顶电极以及顶电极引出端；和压电层；引脚连接部，与所述底电极在横向方向上间隔开设置，其中：所述压电层包括压电上层和压电下层，所述谐振器还包括设置在压电上层与压电下层之间的金属插入层；所述顶电极引出端包括在压电层的侧面延伸的电连接部，所述顶电极引出端将顶电极与所述引脚连接部电连接；所述谐振器还包括绝缘层，所述绝缘层的至少一部分设置在所述电连接部与插入层之间，以在电连接部与插入层之间形成电学隔离。本发明专利技术还涉及一种体声波谐振器组件、一种滤波器以及一种电子设备。

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器及制造方法、体声波谐振器组件、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及其制造方法、一种体声波谐振器组件，一种具有该谐振器或谐振器组件的滤波器，以及一种电子设备。
技术介绍
随着5G通信技术的日益发展，对数据传输速率的要求越来越高。与数据传输速率相对应的是频谱资源的高利用率和频谱的复杂化。通信协议的复杂化对于射频系统的各种性能提出了严格的要求，在射频前端模块，射频滤波器起着至关重要的作用，它可以将带外干扰和噪声滤除掉以满足射频系统和通信协议对于信噪比的要求。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，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，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。另一方面，已有技术中的滤波器的串联谐振器和并联谐振器共同作用形成滤波器通带特性。通过设置串联谐振器的串联谐振频率彼此不同以及串联谐振器的机电耦合系数Kt2的变化，可以有效改善滤波器通带右侧的滚降特性。滤波器应用小Kt2谐振器容易实现良好的滚降特性，但是一旦设计指标(带宽、插损、带外抑制等)确定，谐振器的Kt2也就基本确定了，这样滤波器带宽和滤波器良好的滚降特性是相互矛盾的，常规架构下宽带宽滤波器设计很难实现良好的滚降特性，且对于普通滤波器中的谐振器叠层已确定的条件下，通过对谐振器结构的改变，50Ohm谐振器的Kt2变化只有±0.5％左右，对滤波器滚降特性的改善有限。所以放开各个谐振器间的Kt2的自由度的限制,有利于提升整个滤波器的滚降性能。
技术实现思路
为提高体声波谐振器的Kt2的选择自由度，提出本专利技术。本专利技术基于在体声波谐振器的压电层内设置金属插入层，来调整该谐振器的机电耦合系数Kt2。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；顶电极以及顶电极引出端；和压电层；引脚连接部，与所述底电极在横向方向上间隔开设置，其中：所述压电层包括压电上层和压电下层，所述谐振器还包括设置在压电上层与压电下层之间的金属插入层；所述顶电极引出端包括在压电层的侧面延伸的电连接部，所述顶电极引出端将顶电极与所述引脚连接部电连接；所述谐振器还包括绝缘层，所述绝缘层的至少一部分设置在所述电连接部与插入层之间，以在电连接部与插入层之间形成电学隔离。本专利技术的实施例还涉及一种体声波谐振器组件，其包括第一谐振器和第二谐振器，第一谐振器和第二谐振器均为体声波谐振器，第一谐振器和第二谐振器均包括基底、声学镜、底电极、顶电极和压电层，其中：第一谐振器和第二谐振器中的至少一个谐振器为上述的谐振器；且基于所述至少一个谐振器的所述插入层的插入厚度、所述压电上层的上层厚度与所述压电上层和压电下层的下层厚度之和的比值、所述插入层延伸到所述声学镜的边界的外侧的延伸长度中的至少一种，所述第一谐振器和第二谐振器的机电耦合系数彼此不同。本专利技术的实施例也涉及一种滤波器，其中：所述滤波器包括并联谐振器和串联谐振器，所述并联谐振器和/或串联谐振器为上述体声波谐振器，或者所述滤波器包括上述体声波谐振器组件。本专利技术的实施例还涉及一种上述体声波谐振器的制造方法，包括：步骤1：在压电下层上形成所述插入层；步骤2：形成覆盖插入层的端面的绝缘层；和步骤3：形成顶电极以及顶电极引出端，使得所述绝缘层的至少一部分设置在所述电连接部与插入层之间，以在电连接部与插入层之间形成电学隔离。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为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图；图1B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沿图1A中的AOA’线的截面图；图2示例性示出了在影响谐振器的机电耦合系数的其他因素不变的情况下，机电耦合系数与插入层的插入厚度的关系的示意图；图3示例性示出了在影响谐振器的机电耦合系数的其他因素不变的情况下，机电耦合系数与压电上层的厚度与整个压电层的厚度的比值的关系的示意图；图4A示例性示出了在影响谐振器的机电耦合系数的其他因素不变的情况下，机电耦合系数与插入层延伸到有效区域的边界外侧的延伸长度的关系的示意图，在图4A中，延伸长度为在底电极的非连接边，插入层延伸到顶电极的非连接边的外侧或者延伸到有效区域的边界的外侧的延伸长度；图4B示例性示出了在影响谐振器的机电耦合系数的其他因素不变的情况下，机电耦合系数与插入层延伸到有效区域的边界外侧的延伸长度的关系的示意图，在图4B中，延伸长度为在顶电极连接边下方的插入层延伸出有效区域的边界的外侧的延伸长度；图5为根据本专利技术的另一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1A中的AOA’线的截面图；图6为根据本专利技术的再一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1A中的AOA’线的截面图；图7为根据本专利技术的还一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1A中的AOA’线的截面图；图8A-8H为示例性示出图1B所示的体声波谐振器的制造过程的示意图；图9A-9C为示例性示出图5所示的体声波谐振器的部分制造过程的示意图；图10A-10B为示例性示出图6所示的体声波谐振器的部分制造过程的示意图；图11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沿图1A中的AOA’线的截面图；图12为根据本专利技术的再一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1A中的AOA’线的截面图；图13为梯形结构滤波器的示例性电路图。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。首先，本专利技术的附图中的附图标记说明如下：10:基底，可选材料为单晶硅、氮化镓、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、金刚石等，也可以是铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾等单晶压电衬底。20：声学镜,可为空腔或空气腔，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分别示出了空腔和布拉格反射层的实施例。在本专利技术中，空腔内的牺牲层也以20表示，在该牺牲层被释放后形成空腔。21：牺牲材料,本专利技术所示的实施例中其填充于空腔中，实施过程中利用释放牺牲材料的方法形成空腔，牺牲材料可选二氧化硅，掺杂二氧化硅，多晶硅，非晶硅等材料。30：种子层，可选氮化铝，氧化锌，PZT等材料并包含上本文档来自技高网...

【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；/n顶电极以及顶电极引出端；和/n压电层；/n引脚连接部，与所述底电极在横向方向上间隔开设置，/n其中：/n所述压电层包括压电上层和压电下层，所述谐振器还包括设置在压电上层与压电下层之间的金属插入层；/n所述顶电极引出端包括在压电层的侧面延伸的电连接部，所述顶电极引出端将顶电极与所述引脚连接部电连接；/n所述谐振器还包括绝缘层，所述绝缘层的至少一部分设置在所述电连接部与插入层之间，以在电连接部与插入层之间形成电学隔离。/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；
顶电极以及顶电极引出端；和
压电层；
引脚连接部，与所述底电极在横向方向上间隔开设置，
其中：
所述压电层包括压电上层和压电下层，所述谐振器还包括设置在压电上层与压电下层之间的金属插入层；
所述顶电极引出端包括在压电层的侧面延伸的电连接部，所述顶电极引出端将顶电极与所述引脚连接部电连接；
所述谐振器还包括绝缘层，所述绝缘层的至少一部分设置在所述电连接部与插入层之间，以在电连接部与插入层之间形成电学隔离。


2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述绝缘层包括覆盖所述压电层的所述侧面的至少一部分以及所述插入层的所述端面的侧面覆盖部。


3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
所述绝缘层的上端包括覆盖所述压电上层或插入层的顶面的一部分的上覆盖部。


4.根据权利要求3所述的谐振器，其中：
在谐振器的横向方向上，所述上覆盖部的端部处于声学镜的边界的外侧。


5.根据权利要求3所述的谐振器，其中：
在谐振器的横向方向上，所述上覆盖部的端部处于声学镜的边界的内侧。


6.根据权利要求5所述的谐振器，其中：
所述上覆盖部的端部与所述声学镜的边界之间的横向距离在0.5μm-10μm的范围内。


7.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
所述绝缘层的下端包括覆盖所述基底的上表面的下覆盖部。


8.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述下覆盖部还包括延伸到所述引脚连接部的上表面的下覆盖延伸部。


9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述下覆盖延伸部的横向宽度不小于1μm。


10.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
所述压电下层的端部与基底的上表面形成的夹角在30°到85°的范围内。


11.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
在谐振器的横向方向上，所述插入层与所述电连接部之间的侧面覆盖部的宽度在大于且小于10μm的范围内。


12.根据权利要求2-11中任一项所述的谐振器，其中：
所述绝缘层的材料选自氮化铝、稀土元素掺杂氮化铝、氮化硅、二氧化硅、掺杂二氧化硅、空气中的一种。


13.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述绝缘层与所述插入层同层的布置在所述压电上层与压电下层之间，且在横向方向上处于插入层与电连接部之间，所述绝缘层的内端处于声学镜的边界的外侧。


14.根据权利要求13所述的谐振器，其中：
所述绝缘层为空气层或固态不导电介质层。


15.根据权利要求14所述的谐振器，其中：
所述空气层或固态不导电介质层的宽度在1μm-10μm的范围内。


16.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述插入层在谐振器的横向方向上延伸到顶电极的非电极连接端的外侧。


17.根据权利要求16所述的谐振器，其中：
所述插入层的端部在横向方向上位于顶电极的非电极连接端与声学镜的边界之间；或者
所述插入层的端部在横向方向上位于声学镜的边界的外侧。


18.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述插入层的厚度在大于10nm且小于2μm的范围内。


19.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述插入层的材料选自钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬中的一种或其组合。


20.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述插入层至少覆盖所述声学镜的全部区域。

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，徐洋，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