具有双压电层的体声波谐振器、滤波器及电子设备制造技术

本发明专利技术涉及一种体声波谐振器及其制造方法。该谐振器包括：基底；底电极；声学镜；顶电极；和压电层，其中：所述底电极至少包括在谐振器的厚度方向上设置的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层与第二电极层之间设置有空隙层，所述空隙层限定谐振器的声学镜；所述压电层包括第一压电层和第二压电层，第二压电层处于第一压电层的上侧，且第二压电层的端部沿谐振器的有效区域形成有悬翼结构，所述悬翼结构的下表面与第一压电层的上表面之间限定有第一声阻抗不匹配结构。本发明专利技术还涉及一种滤波器以及一种电子设备。器以及一种电子设备。器以及一种电子设备。

【技术实现步骤摘要】
具有双压电层的体声波谐振器、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，已经被广泛应用，其应用范围包括移动电话、汽车、家电设备等。此外，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]薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR，又称为体声波谐振器，也称BAW)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，FBAR具有尺寸小、谐振频率高、品质因数高、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。
[0004]薄膜体声波谐振器的结构主体为由电极
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压电薄膜
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电极组成的“三明治”结构，即两层金属电极层之间夹一层压电材料。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。
[0005]提升体声波谐振器的并联阻抗有利于提升谐振器的性能。目前已知的提升体声波谐振器并联阻抗的方法为在压电层与顶电极之间加入一层空气层或介质层。图1中示出了已知的体声波谐振器的截面示意图，该谐振器包括基底101、声学镜102、底电极层103、压电层104、空气层或介质层105、顶电极106、钝化层或工艺层107。
[0006]然而，在图1所示结构的基础上，仍然有继续提升谐振器在串联和并联频率点处的性能的需求，以提升滤波器整体通带的插损表现。

技术实现思路

[0007]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。
[0008]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：
[0009]基底；
[0010]底电极；
[0011]声学镜；
[0012]顶电极；和
[0013]压电层，
[0014]其中：
[0015]所述底电极至少包括在谐振器的厚度方向上设置的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层与第二电极层之间设置有空隙层，所述空隙层限定谐振器的声学镜；
[0016]所述压电层包括第一压电层和第二压电层，第二压电层处于第一压电层的上侧，
且第二压电层的端部沿谐振器的有效区域形成有悬翼结构，所述悬翼结构的下表面与第一压电层的上表面之间限定有第一声阻抗不匹配结构。
[0017]根据本专利技术的实施例的另一方面，提出了一种上述体声波谐振器的制造方法，包括：
[0018]步骤1：形成底电极以及覆盖底电极的第一压电层，所述底电极至少包括在谐振器的厚度方向上设置的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层与第二电极层之间设置有空隙层，所述空隙层限定谐振器的声学镜；
[0019]步骤2：在第一压电层上形成图形化介质层，所述图形化介质层至少用于形成第一声阻抗不匹配结构；
[0020]步骤3：形成图形化的第二压电层，所述第二压电层的中间部分覆盖第一压电层的上表面，边缘部分覆盖所述图形化介质层的上表面而形成悬翼结构；
[0021]步骤4：以金属层覆盖步骤3形成的结构，对该金属层图形化，图形化后的金属层包括顶电极。
[0022]本专利技术的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
[0023]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
[0024]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：
[0025]图1为已知的体声波谐振器的截面示意图；
[0026]图2A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；
[0027]图2B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；
[0028]图3为图1所示谐振器与图2A所示谐振器的并联阻抗的比较图；
[0029]图4
‑
7为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；
[0030]图8
‑
11为根据本专利技术的一个示例性实施例的示意性示出图2中的体声波谐振器的制造过程的截面示意图。
具体实施方式
[0031]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。
[0032]本专利技术提出一种带有双层压电层的体声波谐振器结构，其中，上压电层在谐振器的有效区域的边缘形成悬翼结构，该悬翼结构限定声阻抗不匹配结构，从而有利于提升谐振器的并联阻抗，从而提升谐振器的性能。
[0033]本专利技术中的附图标记说明如下：
[0034]101：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。
[0035]102：声学镜，可为空腔，例也可采用布拉格反射层及其他等效形式。
[0036]103：底电极层，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
[0037]104：第一压电层，材料可以为氮化铝、氮化镓、铌酸锂、锆钛酸铅(PZT)、铌酸钾、石英薄膜、氧化锌等，还可是包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料，例如可以是掺杂氮化铝，掺杂氮化铝至少含一种稀土元素，如钪(Sc)、钇(Y)、镁(Mg)、钛(Ti)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)等。
[0038]104
’
：第二压电层，材料可以与第一压电层104的材料相同。
[0039]105：声阻抗不匹配结构：材料可以是空气、SiO2、SiN等。
[0040]105A：第一声阻抗不匹配结构。
[0041]105B：第二声阻抗不匹配结构。
[0042]106：顶电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。顶电极和底电极材料一般相同，但也可以不同。
[0043]107：介质层或工艺层，其材料一般为介质材料，例如可以为氮化铝、二氧化硅、氮化硅等。如能够理解的，也可以不设置介质层或工艺层。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器，包括：基底；底电极；声学镜；顶电极；和压电层，其中：所述底电极至少包括在谐振器的厚度方向上设置的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层与第二电极层之间设置有空隙层，所述空隙层限定谐振器的声学镜；所述压电层包括第一压电层和第二压电层，第二压电层处于第一压电层的上侧，且第二压电层的端部沿谐振器的有效区域形成有悬翼结构，所述悬翼结构的下表面与第一压电层的上表面之间限定有第一声阻抗不匹配结构。2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述悬翼结构围绕整个所述有效区域设置。3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述第一声阻抗不匹配结构的内侧边界限定所述有效区域的边界。4.根据权利要求1所述的谐振器，其中：形成所述第一声阻抗不匹配结构的材料包括空气、SiO2或者SiN。5.根据权利要求1所述的谐振器，其中：在所述顶电极的电极连接端，所述谐振器形成有桥结构，所述桥结构的下表面与所述第一压电层的上表面之间形成有第二声阻抗不匹配结构，所述第一声阻抗不匹配结构与所述第二声阻抗不匹配结构彼此相接。6.根据权利要求5所述的谐振器，其中：形成所述第二声阻抗不匹配结构的材料包括空气、SiO2或者SiN。7.根据权利要求5所述的谐振器，其中：在顶电极的电极连接端，所述第一压电层的上表面限定所述第一声阻抗不匹配结构与所述第二声阻抗不匹配结构相接的部分的下表面，所述第一声阻抗不匹配结构与所述第二声阻抗不匹配结构相接的部分的上表面齐平。8.根据权利要求5所述的谐振器，其中：限定所述第二声阻抗不匹配结构的上表面的所述桥结构的下表面设置有上台阶部，和/或限定所述第二声阻抗不匹配结构的下表面的所述第一压电层的上表面设置有下台阶部。9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：所述上台阶部在水平方向上设置在所述第一声阻抗不匹配结构与声学镜的边界之间；或者所述下台阶部在水平方向上设置在底电极的非电极连接端的外侧。10.根据权利要求9所述的谐振器，其中：在底电极的电极连接端，所述第一压电层的上表面在声学镜边界的外侧设置有另外的台阶部。
11.根据权利要求5所述的谐振器，其中：所述第二声阻抗不匹配结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洋，庞慰，郝龙，黄源清，
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：