体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备技术

本发明专利技术提供一种体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备，在该体声波谐振器定义的有效谐振区域边缘设置框架结构，框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构之外的有效谐振区域的声阻抗，可以有效抑制寄生横波。此外，该框架结构采用双层钝化层结构，在实现对横波的抑制的同时，减少额外的谐振引起的杂波。同时采用双层钝化层结构可以减小应力，提高结构稳定性和Q值。提高结构稳定性和Q值。提高结构稳定性和Q值。

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其是涉及一种体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备。

技术介绍

[0002]体声波谐振器的基本结构是底电极、压电层和顶电极层叠而成的“三明治”结构，当高频的电学信号施加在顶底电极之间时，由于压电层的逆压电效应，在压电层内激发起沿压电层厚度方向传播的体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)。体声波的传输路径长度为顶底电极和压电层的厚度和，当体声波波长与传播路径长度之间满足一定关系时，产生驻波振荡，此时信号在材料内部发生谐振，器件的等效阻抗出现极值。为优化体声波在高频段(1GHz以上)的表现，最优的解决方案是将“三明治”结构从块体结构微缩成薄膜结构。
[0003]目前体声波谐振器的结构可分为采用布拉格反射层结构的固态装配型(SMR，Solidly Mounted Resonator)声波谐振器和采用空气作为反射介质的背面刻蚀型(Back
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etching Type)及空气隙型(Air
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gap Type)声波谐振器。严格来说采用空气作为反射介质的背面刻蚀型和空气隙型声波谐振器被称为薄膜体声波谐振器(FBAR)，而采用布拉格反射层的声波谐振器常被称为SMR
‑
BAW。
[0004]作为射频器件，FBAR需要一个施加在两个电极上的射频电压来充当功率源，在射频电压的作用下，压电层会产生交变电场，由于逆压电效应，压电层产生形变，微观上表现为声子的振动，宏观上形成声波，此声波为压电体内部的体声波，通过这样的过程，电能转化为机械能。体声波会在顶底电极之间来回反射，根据驻波形成的条件，当声波的传播距离是半波长或半波长的奇数倍时便会产生驻波振荡，由于正压电效应，来回振荡的体声波又会激励起射频电信号，又完成机械能到电能的转换，形成电信号的谐振。
[0005]根据体声波的极化方向与传播方向的关系，可将FBAR的振动模式分为纵向模式和横向模式。纵向模式即主谐振，该模式下，纵波在电极之间呈周期性的反向运动，在电极的所有位置呈现相同相位，纵波沿着FBAR压电层Z轴方向传播，通过在衬底和底电极之间设置空腔结构，使纵波在底电极与空气的交界处反射回谐振区而避免声波能量的损失；横向模式为寄生模式，谐振器在产生纵波的同时，也会产生横波，横波的震荡，会导致能量在谐振器有效区域边界处泄露，造成能量损耗，从而对Q值产生不利的影响。
[0006]为减少横向模式对Q值的影响，可以在顶电极上有效谐振区域内的边缘位置设置框架结构，该框架结构通常采用与顶电极相同的材质形成，也就是说，框架结构实际上是顶电极的一部分；上述的框架结构对Q值确实可以产生有益的效果；但同时，由于与顶电极电连接的金属框架结构本身处于有效谐振区域内，其抑制横波的同时会引入新的杂散信号，对纵向模式产生不利影响。
[0007]因此，如何在减少横向模式对Q值的影响的同时避免噪音，成为滤波器设计工程师需要重点考虑的问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备，以实现在减少横向模式对Q值影响的同时避免噪音的目的。
[0009]为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0010]本专利技术实施例第一方面公开了一种体声波谐振器，包括：
[0011]衬底，以及在所述衬底上方层叠设置的底电极、压电层和顶电极，所述衬底与所述底电极之间设置有声反射结构，所述底电极、压电层、顶电极与声反射结构的重叠区域定义为体声波谐振器的有效谐振区域；
[0012]其中，还包括设置在有效谐振区域边缘的框架结构，所述框架结构包括在所述顶电极上方层叠设置的第二钝化层、第一材料层和第一钝化层，所述框架结构的一端位于有效谐振区域内，另一端至少延伸至与所述有效谐振区域的边缘平齐；所述框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构之外的有效谐振区域的声阻抗。
[0013]可选的，所述第一材料层为金属材质。
[0014]可选的，所述第一材料层为非金属材质。
[0015]可选的，所述第一材料层与第二钝化层一体成型。
[0016]可选的，所述框架结构还包括设置在所述第一材料层与所述第一钝化层之间的第二材料层。
[0017]可选的，所述第二材料层的材质与第一钝化层的材质不同，所述第二材料层的材质与第二钝化层的材质不同。
[0018]可选的，所述第二材料层的材质为金属。
[0019]可选的，所述第一钝化层和第二钝化层均覆盖有效谐振区域。
[0020]可选的，所述第一钝化层覆盖有效谐振区域，第二钝化层设置在有效谐振区域的边缘；或者第二钝化层覆盖有效谐振区域，第一钝化层设置在有效谐振区域的边缘。
[0021]可选的，第二钝化层的声阻抗大于第一钝化层的声阻抗。
[0022]本专利技术一实施例中，第二钝化层的声阻抗大于第一钝化层的声阻抗可以减少声损耗，有利于抑制寄生横波。
[0023]可选的，所述框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗不小于框架结构之外的区域的声阻抗。
[0024]可选的，所述声反射结构为布拉格反射层或者空腔。
[0025]可选的，所述空腔设置在衬底内部或者衬底上方。
[0026]可选的，还包括第一介电层和第二介电层，所述第一介电层设置在底电极和第二介电层之间，所述第一介电层和第二介电层之间设置有第三材料层；所述第三材料层设置在有效谐振区域边缘，所述第三材料层的一端位于有效谐振区域内部，所述第三材料层的另一端至少延伸至与所述有效谐振区域的边缘平齐；所述第三材料层对应的有效谐振区域的声阻抗大于第三材料层之外的有效谐振区域的声阻抗。
[0027]可选的，所述第三材料层与所述第一介电层一体成型。
[0028]可选的，所述第一材料层上表面设置为凹凸形表面。
[0029]可选的，所述第二材料层上表面设置为凹凸形表面。
[0030]可选的，所述第一钝化层与第一材料层对应的部分的上表面设置为凹凸形表面，
且其凹凸位置与第一材料层的凹凸形上表面的凹凸位置交错设置。
[0031]可选的，所述第一钝化层与第二材料层对应的部分的上表面设置为凹凸形表面，且其凹凸位置与第二材料层的凹凸形上表面的凹凸位置交错设置。
[0032]通过将第一钝化层、第一材料层和/或第二材料层上表面设置为凹凸形上表面，可以消除或改善fs附近的微小寄生横波。
[0033]本专利技术实施例第二方面公开了一种体声波谐振器的制造方法，包括如下步骤：
[0034]提供衬底，以及在所述衬底上方依次形成底电极、压电层、顶电极，在所述衬底与所述底电极之间形成声反射结构，所述底电极、压电层、顶电极与声反射结构的重叠区域定义为体声波谐振器的有效谐振区域；
[0035]其中，还包括形成在有效谐振区域边缘的框架结构，所述框架结构包括在所述顶电极上方依次形成第二钝化层、第一材料层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：衬底，以及在所述衬底上方层叠设置的底电极、压电层和顶电极，所述衬底与所述底电极之间设置有声反射结构，所述底电极、压电层、顶电极与声反射结构的重叠区域定义为体声波谐振器的有效谐振区域；其中，还包括设置在有效谐振区域边缘的框架结构，所述框架结构包括在所述顶电极上方层叠设置的第二钝化层、第一材料层和第一钝化层，所述框架结构的一端位于有效谐振区域内，另一端至少延伸至与所述有效谐振区域的边缘平齐；所述框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构之外的有效谐振区域的声阻抗。2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一材料层为金属材质。3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一材料层为非金属材质。4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一材料层与第二钝化层一体成型。5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架结构还包括设置在所述第一材料层与所述第一钝化层之间的第二材料层。6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第二材料层的材质与第一钝化层的材质不同，所述第二材料层的材质与第二钝化层的材质不同。7.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第二材料层的材质为金属。8.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一钝化层和第二钝化层均覆盖有效谐振区域。9.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一钝化层覆盖有效谐振区域，第二钝化层设置在有效谐振区域的边缘；或者第二钝化层覆盖有效谐振区域，第一钝化层设置在有效谐振区域的边缘。10.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，第二钝化层的声阻抗大于第一钝化层的声阻抗。11.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗不小于框架结构之外的区域的声阻抗。12.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述声反射结构为布拉格反射层或者空腔。13.根据权利要求12所述的体声波谐振器，其特征在于，所述空腔设置在衬底内部或者衬底上方。14.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林萍，
申请(专利权)人：见闻录浙江半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：