顶电极具有上下空隙的体声波谐振器及制造方法、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，所述谐振器包括：基底；声学镜；底电极；压电层；顶电极；覆盖层，至少覆盖所述顶电极的非电极连接端，其中：顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域；顶电极的非电极连接端的下侧和上侧沿所述有效区域分别设置有第一空隙和第二空隙，且所述第二空隙所在的位置为覆盖层和/或顶电极的被移除的对应部分所在的位置，所述被移除的对应部分形成所述第二空隙。本发明专利技术还涉及一种滤波器以及一种电子设备。明还涉及一种滤波器以及一种电子设备。明还涉及一种滤波器以及一种电子设备。

【技术实现步骤摘要】
顶电极具有上下空隙的体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备


[0001]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，以及一种电子设备。

技术介绍

[0002]电子器件作为电子设备的基本元素，被广泛应用于我们生活中的方方面面。不但我们目前常用的移动电话、汽车、家电设备等地方充满了各式各样的电子器件，而且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。
[0003]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。其中薄膜体声波谐振器具有尺寸小(μm级)、谐振频率高(GHz)、品质因数高(1000)、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。FBAR主要利用压电材料的压电效应与逆压电效应产生体声波，从而在器件内形成谐振，因为FBAR具有品质因数高、功率容量大、频率高(可达2-10GHz甚至更高)以及与标准集成电路(IC)的兼容性好等一系列的固有优势，可广泛应用于频率较高的射频应用系统中。
[0004]FBAR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压电材料层。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。FBAR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(Thickness Extensional Mode，简称TE模式)。
[0005]理想地，薄膜体声波谐振器仅激发厚度方向(TE)模，但是除了期望的TE模式之外，还会产生横向的寄生模式，如瑞利-拉姆模式与TE模式的方向相垂直的机械波。这些横向模式的波会在谐振器的边界处损失掉，从而使得谐振器所需的纵模的能量损失，最终导致谐振器Q值下降。
[0006]为了抑制谐振器在边缘处横向模式声波的泄露，可以沿谐振器的有效区域的边缘处设置边界条件或边界结构，从而将横向模式的声波限定在谐振器的有效区域内，提高Q值。
[0007]但是，现有设计中的一般对谐振器Q值的提升已经无法满足器件端日益对谐振器高Q值得要求。因此，可以更进一步提升谐振器Q值的新型结构需求便显得越来越迫切。

技术实现思路

[0008]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。
[0009]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：
[0010]基底；
[0011]声学镜；
[0012]底电极；
[0013]压电层；
[0014]顶电极；
[0015]覆盖层，至少覆盖所述顶电极的非电极连接端，
[0016]其中：
[0017]顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域；
[0018]顶电极的非电极连接端的下侧和上侧沿所述有效区域分别设置有第一空隙和第二空隙，且所述第二空隙所在的位置为覆盖层和/或顶电极的被移除的对应部分所在的位置，所述被移除的对应部分形成所述第二空隙。
[0019]本专利技术的实施例也涉及一种体声波谐振器的制造方法，所述体声波谐振器包括基底、声学镜、底电极、顶电极、压电层和覆盖层，所述覆盖层至少覆盖所述顶电极的非电极连接端，其中顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域，所述方法包括步骤：
[0020]在顶电极的非电极连接端的下表面与压电层之间沿所述有效区域设置第一待移除层，所述第一待移除层对应于第一空隙；
[0021]至少在顶电极的非电极连接端的上侧沿所述有效区域设置第二待移除层，所述第二待移除层为覆盖层和/或顶电极的待移除的对应部分；
[0022]移除所述第二待移除层以形成第二空隙；
[0023]移除所述第一待移除层以在所述顶电极的非电极连接端的下侧形成第一空隙。
[0024]本专利技术的实施例又涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
[0025]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
[0026]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：
[0027]图1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截面示意图，其中第一空隙的宽度大于第二空隙的宽度；
[0028]图2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截面示意图，其中第一空隙的宽度等于第二空隙的宽度；
[0029]图3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截面示意图，其中第一空隙的宽度小于第二空隙的宽度；
[0030]图4为示例性示出了第一空隙与第二空隙的宽度的差(单位μm)与谐振器的并联谐振阻抗Rp(单位欧姆)之间的关系图；
[0031]图5A和图5B分别示出了根据本专利技术的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图；
[0032]图6示出了根据本专利技术的另外的示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中设置在钝化层与顶电极之间的质量负载层为单层质量负载；
[0033]图7A-7I为示例性示出图6中所示的体声波谐振器的制造过程的一系列结构示意图；
[0034]图8示出了根据本专利技术的另外的示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中谐振器的顶电极上设置有质量负载层和钝化层，质量负载层为多层质量负载，且第二空隙设置在质量负载层的下表面；
[0035]图9示出了根据本专利技术的另外的示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中谐振器的顶电极上设置有质量负载层而没有设置钝化层，质量负载层为多层质量负载，且第二空隙设置在质量负载层的下表面；
[0036]图10示出了根据本专利技术的另外的示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中谐振器的顶电极上设置有钝化层而没有设置质量负载层，且第二空隙设置在钝化层的下表面；
[0037]图11示出了根据本专利技术的另外的示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中谐振器的顶电极的上表面覆盖有钝化层和质量负载层，第二空隙设置于顶电极的上表面。
具体实施方式
[0038]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。
[0039]本专利技术中，在现有的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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；压电层；顶电极；覆盖层，至少覆盖所述顶电极的非电极连接端，其中：顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域；顶电极的非电极连接端的下侧和上侧沿所述有效区域分别设置有第一空隙和第二空隙，且所述第二空隙所在的位置为覆盖层和/或顶电极的被移除的对应部分所在的位置，所述被移除的对应部分形成所述第二空隙。2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述顶电极的非电极连接端的上表面的一部分限定所述第二空隙的下边界。3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述覆盖层包括质量负载层和钝化层，所述质量负载层设置在在顶电极与钝化层之间；且所述质量负载层的非连接端在水平方向上处于所述钝化层的非连接端的内侧以形成所述第二空隙，所述钝化层的非连接端的下表面的一部分限定所述第二空隙的上边界，所述第二空隙与所述质量负载层同层布置。4.根据权利要求3所述的谐振器，其中：所述质量负载层为单层质量负载层；或者所述质量负载层包括至少两个质量负载层。5.根据权利要求4所述的谐振器，其中：所述质量负载层为金属层，且所述质量负载层的电阻率大于所述顶电极的电阻率；或者所述质量负载层为金属层，且所述质量负载层基于特定刻蚀剂的被刻蚀速度大于所述顶电极基于所述特定刻蚀剂的被刻蚀速度；或者所述质量负载层为与顶电极的材料相同的金属层，且所述质量负载层的材料密度小于所述顶电极的材料密度。6.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述覆盖层包括质量负载层和钝化层，所述质量负载层设置在在顶电极与钝化层之间；所述质量负载层包括叠置的多层负载，所述多层负载的最下侧的一层或多层负载构成第一负载层单元，所述多层负载的剩下的负载层构成第二负载层单元，所述第一负载层单元的非连接端的一部分被移除以露出在上侧的第二负载层单元，所述第二负载层单元的下表面限定所述第二空隙的上边界，第一负载层单元的外端在水平方向上处于第二负载层单元的外端的内侧。
7.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述覆盖层包括与所述顶电极的上表面接触的质量负载层，所述质量负载层的非连接端的下表面的一部分形成所述第二空隙的上边界。8.根据权利要求7所述的谐振器，其中：所述质量负载层为单层质量负载层，所述单层质量负载层的非连接端的下表面的一部分形成所述第二空隙的上边界。9.根据权利要求7所述的谐振器，其中：所述质量负载层包括叠置的多层负载，所述多层负载的最下侧的一层或多层负载构成第一负载层单元，所述多层负载的剩下的负载层构成第二负载层单元，所述第一负载层单元的非连接端的一部分被移除以露出在上侧的第二负载层单元，所述第二负载层单元的下表面限定所述第二空隙的上边界第一负载层单元的外端在水平方向上处于第二负载层单元的外端的内侧。10.根据权利要求6或9所述的谐振器，其中：所述第一负载层单元和第二负载层单元为金属层，且所述第一负载层单元的电阻率大于所述第二负载层单元的电阻率；或者所述第一负载层单元和第二负载层单元为金属层，且所述第一负载层单元基于特定刻蚀剂的被刻蚀速度大于所述第二负载层单元基于所述特定刻蚀剂的被刻蚀速度；或者所述第一负载层单元为与所述第二负载层单元为材料相同的金属层，且所述第一负载层单元的材料密度小于所述第二负载层单元的材料密度。11.根据权利要求10所述的谐振器，其中：所述第二负载层单元的材料与所述顶电极的材料相同。12.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述覆盖层包括与所述顶电极的上表面接触的钝化层，所述钝化层的非连接端的下表面的一部分形成所述第二空隙的上边界。13.根据权利要求12所述的谐振器，其中：所述钝化层的非电极连接端的外端的下表面设置有钝化层缺口部，所述钝化层缺口部的顶面限定所述第二空隙的上边界。14.根据权利要求2-13中任一项所述的谐振器，其中：所述顶电极的非电极连接端的外端的上表面设置有顶电极缺口部，所述顶电极缺口部的底面限定所述第二空隙的下边界。15.根据权利要求14所述的谐振器，其中：所述顶电极包括在厚度方向上彼此叠置的第一电极层与第二电极层，第二电极层邻近压电层的上表面，第一电极层处于第二电极层的上方，所述缺口部的深度不小于所述第一电极层的厚度；且第一电极层的电阻率大于第二电极层的电阻率，或者第一电极层基...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，班圣光，张孟伦，
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：