体声波谐振装置及其形成方法、滤波装置及射频前端装置制造方法及图纸

一种体声波谐振装置及其形成方法、滤波装置及射频前端装置，其中体声波谐振装置包括：空腔；第一电极层，第一电极层的至少一端位于空腔上方或内部；压电层，空腔及第一电极层位于压电层的第一侧；第二电极层，位于第二侧；第一无源结构，位于第一侧，与第一电极层的至少一个边缘具有第一重合部；第二无源结构，位于第二侧，与第二电极层的至少一个边缘具有第二重合部；第一无源结构包括：第一抬起部，位于谐振区内侧；第一延伸部，位于谐振区外侧，第一抬起部相对第一延伸部凸起；其中，第二无源结构包括：第二抬起部，位于谐振区内侧；第二延伸部，位于谐振区外侧，第二抬起部相对第二延伸部凸起。本发明专利技术抑制寄生边缘模态，提升Z

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振装置及其形成方法、滤波装置及射频前端装置
[0001]本申请要求2021年7月16日提交中国专利局、申请号为202110808204.8、专利技术名称为“体声波谐振装置及其形成方法、滤波装置及射频前端装置”的中国专利申请的优先权，其内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本专利技术涉及半导体
，具体而言，本专利技术涉及一种体声波谐振装置及其形成方法、滤波装置及射频前端装置。

技术介绍

[0003]无线通信设备的射频(Radio Frequency，RF)前端芯片包括：功率放大器(Power Amplifier，PA)、天线开关、RF滤波器、包括双工器(duplexer) 的多工器(multiplexer)，和低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)等。其中，RF滤波器包括压电声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)滤波器、压电体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)滤波器、微机电系统 (Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，MEMS)滤波器、集成无源装置(IntegratedPassive Devices，IPD)滤波器等。
[0004]SAW谐振器和BAW谐振器的品质因数值(Q值)较高，由SAW谐振器和BAW谐振器制作成低插入损耗(insertionloss)、高带外抑制 (out
‑
bandrejection)的RF滤波器，即SAW滤波器和BAW滤波器，是目前手机、基站等无线通信设备使用的主流RF滤波器。其中，Q值是谐振器的品质因数值，定义为中心频率除以谐振器3dB带宽。SAW滤波器的使用频率一般为0.4GHz至2.7GHz，BAW滤波器的使用频率一般为0.7GHz至7GHz。
[0005]当无线通信技术逐步演进，所使用的频段越来越多，同时随着载波聚合等频段叠加使用技术的应用，无线频段之间的相互干扰变得愈发严重。高性能的BAW技术可以解决频段间的相互干扰问题。随着5G时代的到来，无线移动网络引入了更高的通信频段，当前只有BAW技术可以解决高频段的滤波问题。
[0006]图1示出了一种BAW滤波器的电路，包括由多个BAW谐振器组成的梯形电路，所述电路的第一端连接收发端，所述电路的第二端连接天线，其中，f1、f2、f3、f4分别表示4种不同的频率。每个BAW谐振器内，谐振器压电层两侧的金属电极产生交替正负电压，压电层通过交替正负电压产生声波，该谐振器内的声波沿压电层厚度方向垂直传播。为了形成谐振，声波需要在上金属电极的上表面和下金属电极的下表面产生全反射，以形成驻声波。声波反射的条件是与上金属电极的上表面和下金属电极的下表面接触区域的声阻抗与金属电极的声阻抗有较大差别。
[0007]RF滤波器的性能取决于谐振器的性能,谐振器的性能通过谐振器的最小串联阻抗(series impedance)Z
s
、最大并联阻抗(parallel impedance)Z
p
及机电耦合系数(electromechanical couplingfactor)Kt2等参数表示，其中，Z
s
和 Z
p
表示谐振器中的电损耗，例如热损耗、声学损耗等。谐振器工作在串联谐振频率f
s
时，输入阻抗的值最小，达到Z
s
；谐振器工作在并联谐振频率f
p
时，输入阻抗的值最大，达到Z
p
。机电耦合系数Kt2表示Z
s
与Z
p
之间的频率差，影响RF滤波器的通带(passband)带宽。具有较高的Kt2或Z
p
及较低的Z
s
的谐振器的性能较好。所属
的技术人员知晓谐振器设计需要在Kt2与Z
p
之间进行取舍，即提升Kt2同时会降低Z
p
，提升Z
p
同时会降低Kt2。
[0008]薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Wave Resonator，FBAR)是一种可以把声波能量局限在器件内的BAW谐振器，该谐振器的谐振区上方为真空或空气，下方存在一个空腔，因为真空或空气的声阻抗与金属电极声阻抗差别较大，声波可以在上金属电极的上表面和下金属电极的下表面反射，形成驻波。
[0009]图2示出了一种FBAR 200的结构示意图。所述FBAR 200包括：基底 201；空腔203，嵌入所述基底201；第一电极层205(即，下电极层)，位于所述基底201及所述空腔203上，覆盖所述空腔203；压电层207，位于所述第一电极层205上；以及第二电极层209(即，上电极层)，位于所述压电层 207上；所述第一电极层205、所述压电层207及所述第二电极层209的重合区域为所述FBAR 200的谐振区。所述谐振区内产生两组声波，第一组声波包括沿垂直于所述压电层207方向传播的压缩波(longitudinal wave)及剪切波 (shear wave)，第二组声波包括朝向所述压电层207横向边缘传播的声波，其中包括瑞利兰姆波(Rayleigh
‑
Lamb wave，RL wave),沿两个电极层侧表面传播至所述压电层207的横向边缘，在边缘处激励产生寄生边缘模态(spuriouslateral mode)，产生寄生谐振，从而降低Z
p
及相应Q值。

技术实现思路

[0010]本专利技术解决的问题是提供体声波谐振装置及其形成方法、滤波装置及射频前端装置，衰减谐振区产生的横向传播的声波，抑制寄生边缘模态，提升 Z
p
及相应Q值，同时对Kt2的影响较小。
[0011]为解决上述问题，本专利技术技术方案提供一种体声波谐振装置，包括：空腔；第一电极层，所述第一电极层的至少一端位于所述空腔上方或位于所述空腔内；压电层，所述压电层包括第一侧及所述第一侧垂直方向上相对的第二侧，所述空腔位于所述第一侧，所述第一电极层位于所述第一侧，所述第一电极层接触所述压电层；第二电极层，位于所述第二侧，接触所述压电层，所述第一电极层、所述第二电极层及所述压电层重合的区域为谐振区；第一无源结构，位于所述第一侧，与所述第一电极层的至少一个边缘具有第一重合部；第二无源结构，位于所述第二侧，与所述第二电极层的至少一个边缘具有第二重合部；其中，所述第一无源结构包括：第一抬起部，位于所述谐振区内侧，与所述第一电极层的至少一个边缘具有所述第一重合部，所述第一抬起部用于匹配所述谐振区与所述谐振区外侧的至少一个衰减区的声阻抗，使较多的所述谐振区内产生的声波进入至少一个所述衰减区；第一电介质部，位于所述第一抬起部与所述第一电极层之间，用于电隔离所述第一电极层与所述第一无源结构；第一延伸部，位于所述谐振区外侧，位于至少一个所述衰减区内，用于衰减进入至少一个所述衰减区的声波，所述第一抬起部相对所述第一延伸部凸起；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振装置，其特征在于，包括：空腔；第一电极层，所述第一电极层的至少一端位于所述空腔上方或位于所述空腔内；压电层，所述压电层包括第一侧及所述第一侧垂直方向上相对的第二侧，所述空腔位于所述第一侧，所述第一电极层位于所述第一侧，所述第一电极层接触所述压电层；第二电极层，位于所述第二侧，接触所述压电层，所述第一电极层、所述第二电极层及所述压电层重合的区域为谐振区；第一无源结构，位于所述第一侧，与所述第一电极层的至少一个边缘具有第一重合部；第二无源结构，位于所述第二侧，与所述第二电极层的至少一个边缘具有第二重合部；其中，所述第一无源结构包括：第一抬起部，位于所述谐振区内侧，与所述第一电极层的至少一个边缘具有所述第一重合部，所述第一抬起部用于匹配所述谐振区与所述谐振区外侧的至少一个衰减区的声阻抗，使较多的所述谐振区内产生的声波进入至少一个所述衰减区；第一电介质部，位于所述第一抬起部与所述第一电极层之间，用于电隔离所述第一电极层与所述第一无源结构；第一延伸部，位于所述谐振区外侧，位于至少一个所述衰减区内，用于衰减进入至少一个所述衰减区的声波，所述第一抬起部相对所述第一延伸部凸起；所述第二无源结构包括：第二抬起部，位于所述谐振区内侧，与所述第二电极层的至少一个边缘具有所述第二重合部，所述第二抬起部用于匹配所述谐振区与至少一个所述衰减区的声阻抗，使较多的所述谐振区内产生的声波进入至少一个所述衰减区；第二电介质部，位于所述第二抬起部与所述第二电极层之间，用于电隔离所述第二电极层与所述第二无源结构；第二延伸部，位于所述谐振区外侧，位于至少一个所述衰减区内，用于衰减进入至少一个所述衰减区的声波，所述第二抬起部相对所述第二延伸部凸起。2.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一无源结构和所述第二无源结构包围所述谐振区。3.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一无源结构的厚度等于或小于所述第一电极层的厚度，所述第二无源结构的厚度等于或小于所述第二电极层的厚度。4.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，至少一个所述衰减区包括第一衰减区，所述第一衰减区的第一截止频率等于或小于所述谐振区的截止频率，所述第一衰减区对应所述第一延伸部、所述压电层与所述第二延伸部的重合区域。5.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，还包括：第一电极延伸层，位于所述第一侧，与所述第一电极层连接；第二电极延伸层，位于所述第二侧，与所述第二电极层连接。6.如权利要求5所述的体声波谐振装置，其特征在于，至少一个所述衰减区包括第二衰减区，所述第二衰减区的第二截止频率等于或小于所述谐振区的截止频率，所述第二衰减区对应所述第二电极延伸层、所述压电层与所述第一延伸部的重合区域。
7.如权利要求5所述的体声波谐振装置，其特征在于，至少一个所述衰减区包括第三衰减区，所述第三衰减区的第三截止频率等于或小于所述谐振区的截止频率，所述第三衰减区对应所述第二延伸部、所述压电层与所述第一电极延伸层的重合区域。8.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一电极层的至少一个边缘呈下坡形，对应所述第一无源结构，所述第二电极层的至少一个边缘呈下坡形，对应所述第二无源结构。9.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一抬起部的宽度为所述谐振区内产生的声波的二分之一波长的整数倍，所述第二抬起部的宽度为所述谐振区内产生的声波的二分之一波长的整数倍。10.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一延伸部的厚度小于所述第一电极层的厚度，所述第二延伸部的厚度小于所述第二电极层的厚度。11.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一延伸部包括第一子部及第二子部，所述第二子部与所述压电层位于所述第一子部的两侧，所述第一子部的材料与所述第二子部的材料不同。12.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第二延伸部包括第三子部及第四子部，所述压电层与所述第四子部位于所述第三子部的两侧，所述第三子部的材料与所述第四子部的材料不同。13.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一延伸部接触所述压电层，所述第二延伸部接触所述压电层。14.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一电介质部还位于所述压电层与所述第一延伸部之间，所述第二电介质部还位于所述压电层与所述第二延伸部之间。15.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一延伸部与所述压电层之间包括第一空槽，所述压电层与所述第二延伸部之间包括第二空槽。16.如权利要求1所述的体声波谐振装置，其特征在于，还包括：第一介质层，位于所述谐振区外侧，位于所述第一侧，位于所述第一电极层和所述压电层之间，且与所述压电层接触，所述第一介质层用于反射沿着第一电极层横向传播的声波；第二介质层，位于所述谐振区外侧，位于所述第二侧，位于所述第二电极层和所述压电层之间，且与所述压电层接触，所述第二介质层用于反射沿着第二电极层横向传播的声波。17.如权利要求16所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第一介质层的材料包括低声阻抗电介质材料。18.如权利要求16所述的体声波谐振装置，其特征在于，所述第二介质层的材料包括低声阻抗电介质材料。19.一种滤波装置，其特征在于，包括：至少一个如权利要求1至18其中之一所述的体声波谐振装置。20.一种射频前端装置，其特征在于，包括：功率放大装置与至少一个如权利要求19所述的滤波装置；所述功率放大装置与所述滤波装置连接。21.一种射频前端装置，其特征在于，包括：低噪声放大装置与至少一个如权利要求19所述的滤波装置；所述低噪声放大装置与所述滤波装置连接。
22.一种射频前端装置，其特征在于，包括：多工装置，所述多工装置包括至少一个如权利要求19所述的滤波装置。23.一种体声波谐振装置的形成方法，其特征在于，包括：形成压电层，所述压电层包括第一侧及所述第一侧垂直方向上相对的第二侧；形成第一电极层，位于所述第一侧，接触所述压电层；形成第二电极层，位于所述第二侧，接触所述压电层，所述第一电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤正杰，杨新宇，韩兴，周建，
申请(专利权)人：常州承芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：