体声波谐振器及相关设备、体声波谐振器的制备方法技术

本申请公开了一种体声波谐振器及相关设备，包括谐振器组件、滤波器和电子设备，以及体声波谐振器的制备方法，该体声波谐振器包括衬底和在衬底上依次层叠的声反射元件、第一电极、压电层和第二电极，其中，第一电极和压电层之间设置有第一间隙，压电层和第二电极除位于有效谐振区域的部分外的第二电极连接部之间设置有第二间隙，第一间隙的始端与有效谐振区域的末端重合，第二间隙的末端位于第一电极的末端外侧，且第一间隙和第二间隙在垂直于衬底所在平面的方向交错重叠，此双重间隙结构，一方面可减少非有效谐振区域的寄生震荡，另一方面可反射横波，减少横波泄露，提高器件的Q因子，并且，电极层和压电层因在两间隙处的相互支撑而更加稳定。支撑而更加稳定。支撑而更加稳定。

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器及相关设备、体声波谐振器的制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种体声波谐振器及其制备方法、一种谐振器组件、一种滤波器和一种电子设备。

技术介绍

[0002]体声波谐振器的基本结构是由压电层和分布在其上下表面的金属电极构成的“三明治”结构，在压电层上下表面的金属电极上施加电压后，压电层会产生交变电场，由于压电层的逆压电效应，压电层会产生形变，微观上表现为声子的振动，宏观上形成声波，此声波为压电层内部的体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)，通过这样一个过程，将电能转化为以声波形式存在的机械能，体声波的传输路径等于上下电极和压电层的厚度和，当体声波波长与传输路径之间满足一定关系时，产生驻波振荡，此时信号在器件内部发生谐振，器件的等效阻抗出现极值。
[0003]为抑制声波能量泄露，通常在衬底和底电极之间设置有声反射元件，使声反射元件、底电极、压电层和顶电极的重叠部分构成有效谐振区域。根据体声波的极化方向与传播方向的关系，可分为纵向模式和横向模式。纵向模式即主谐振，对应沿着垂直于压电层的方向传播的纵波，纵波在上下两个电极之间呈周期性的反向运动，并在底电极与声反射元件的交界处反射回有效谐振区域以避免声波能量的损失，纵波在上下两个电极的所有地方呈现相同的相位；横向模式即寄生模式，谐振器产生纵波的同时，也会产生横波，横波沿着平行于压电层的方向横向传播，横波的振荡会导致能量在谐振器有效谐振区域边界处泄露，造成能量损耗，从而产生对器件Q因子不利的影响。
[0004]现有体声波谐振器的顶电极需要向外延伸与另一谐振器或其他电元件进行连接，然而，顶电极向外连接部通常会与底电极、压电层在声反射元件边缘外的区域重叠，从而在非有效谐振区域产生谐振，造成寄生震荡。相比于空气，声波更倾向于在固态介质中传播，由于顶电极的一端向外连接形成顶电极连接部，而顶电极的其他端通常为空气，因此，声波也更倾向于向顶电极连接部传播，故声波在顶电极连接部的损耗更多。并且，非有效谐振区域的压电层生长的晶向通常过差，其产生的谐振会影响到有效谐振区域，导致谐振器性能变差。
[0005]由此可见，如何减小体声波谐振器的声能损失，提高器件Q因子，成为人们关注的问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种体声波谐振器及其制备方法、谐振器组件、滤波器及电子设备，以减小体声波谐振器的声能损失，提高器件Q因子。
[0007]为实现上述目的，根据本申请的第一方面，一种体声波谐振器，包括：
[0008]衬底；
[0009]在所述衬底表面依次层叠设置的第一电极、压电层和第二电极，所述压电层延伸
超过所述第一电极的末端，在所述第一电极和所述衬底之间设置有声反射元件，所述声反射元件、所述第一电极、所述压电层和所述第二电极的重叠部分为有效谐振区域；
[0010]所述第一电极和所述压电层之间具有第一间隙，所述第一间隙的始端与所述有效谐振区域的末端重合，在第一方向上，所述第一间隙的上表面不高于所述有效谐振区域内第一电极的上表面，所述第二电极除位于所述有效谐振区域内的部分外还包括第二电极连接部，所述第二电极连接部和所述压电层之间具有第二间隙，所述第二间隙的末端位于所述第一电极的末端外侧，所述第二间隙在第一方向上的投影和所述第一间隙在第一方向上的投影交错重叠，所述第一方向垂直于所述衬底所在平面。
[0011]可选的，所述第一间隙在所述第一方向上的投影和所述第二间隙在所述第一方向上的投影的重叠区域的宽度大于等于所述第一间隙的一半宽度。
[0012]可选的，在所述第一方向上，所述第二间隙的任一截面的上下端之间的距离的取值范围为10nm
‑
200nm，包括端点值。
[0013]可选的，在所述第一方向上，所述第二间隙的任一截面的上下端之间的距离的取值范围为30nm
‑
50nm，包括端点值。
[0014]可选的，在所述第一方向上，所述第一间隙的上表面为弧形状、倾斜状、台阶状或水平状。
[0015]可选的，所述第一电极在所述衬底表面上凸，在所述第一电极的上凸部分和所述衬底表面之间形成所述声反射元件，所述第一电极的上凸部分包括与所述衬底表面成倾斜夹角的第一斜坡区域；
[0016]所述第一间隙的始端与所述第一斜坡区域的始端重合，且所述第一间隙的末端超过所述第一斜坡区域的末端。
[0017]可选的，所述第一电极具有第一厚度减薄区，所述第一厚度减薄区的厚度小于所述有效谐振区域内第一电极的厚度，至少部分所述第一厚度减薄区与所述压电层之间形成所述第一间隙，且所述第一厚度减薄区的始端与所述第一间隙的始端重合。
[0018]可选的，在所述第一方向上，所述第一厚度减薄区的上表面为弧形状、倾斜状、台阶状或凹槽状。
[0019]可选的，所述第一厚度减薄区的末端与所述第一电极的末端重合，或位于所述第一电极的末端内侧。
[0020]可选的，所述第一厚度减薄区的末端位于所述第一电极的末端内侧，所述第一厚度减薄区的始端与所述第一电极的末端之间的水平距离不超过3μm。
[0021]可选的，所述第一电极和所述压电层之间还具有第三间隙，所述第三间隙位于所述有效谐振区域远离所述第一间隙的一侧或多侧，所述第二电极远离所述第二电极连接部的末端不超过所述第三间隙的末端。
[0022]在所述第一方向上，所述第三间隙的上表面不高于所述有效谐振区域内第一电极的上表面。
[0023]可选的，所述第一电极具有第二厚度减薄区，所述第二厚度减薄区的厚度小于所述有效谐振区域内第一电极的厚度，使得所述第二厚度减薄区和所述压电层之间形成所述第三间隙。
[0024]可选的，所述第三间隙由所述第一间隙环绕所述有效谐振区域而形成，所述第三
间隙与所述第一间隙连通；
[0025]或，所述第三间隙和所述第一间隙不连通。
[0026]可选的，所述第一电极向所述声反射元件内部凹陷形成凹陷区，所述凹陷区和所述压电层之间形成所述第一间隙。
[0027]可选的，所述凹陷区的侧壁与所述声反射元件的侧壁直接接触或存在间隔。
[0028]可选的，所述第一间隙的始端与所述声反射元件的末端之间的水平距离不超过3μm。
[0029]可选的，在所述第一方向上，所述第二间隙的上表面为弧形状、倾斜状、台阶状、拱形状或凹形状。
[0030]可选的，在所述第一方向上，所述压电层各处厚度相等。
[0031]根据本申请的第二方面，一种谐振器组件，至少包括第一谐振器、电元件、以及连接结构，所述第一谐振器为上述任意一项所述的体声波谐振器；
[0032]所述连接结构的两端分别连接所述第一谐振器的第二电极连接部和所述电元件。
[0033]可选的，在所述第一方向上，所述连接结构的上表面与所述第一谐振器中有效谐振区域内第二电极的上表面齐平，且所述连接结构与所述压电层之间具有第四间隙。...

【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；在所述衬底表面依次层叠设置的第一电极、压电层和第二电极，所述压电层延伸超过所述第一电极的末端，在所述第一电极和所述衬底之间设置有声反射元件，所述声反射元件、所述第一电极、所述压电层和所述第二电极的重叠部分为有效谐振区域；所述第一电极和所述压电层之间具有第一间隙，所述第一间隙的始端与所述有效谐振区域的末端重合，在第一方向上，所述第一间隙的上表面不高于所述有效谐振区域内第一电极的上表面，所述第二电极除位于所述有效谐振区域内的部分外还包括第二电极连接部，所述第二电极连接部和所述压电层之间具有第二间隙，所述第二间隙的末端位于所述第一电极的末端外侧，所述第二间隙在第一方向上的投影和所述第一间隙在第一方向上的投影交错重叠，所述第一方向垂直于所述衬底所在平面。2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一间隙在所述第一方向上的投影和所述第二间隙在所述第一方向上的投影的重叠区域的宽度大于等于所述第一间隙的一半宽度。3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在所述第一方向上，所述第二间隙的任一截面的上下端之间的距离的取值范围为10nm
‑
200nm，包括端点值。4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在所述第一方向上，所述第二间隙的任一截面的上下端之间的距离的取值范围为30nm
‑
50nm，包括端点值。5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在所述第一方向上，所述第一间隙的上表面为弧形状、倾斜状、台阶状或水平状。6.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极在所述衬底表面上凸，在所述第一电极的上凸部分和所述衬底表面之间形成所述声反射元件，所述第一电极的上凸部分包括与所述衬底表面成倾斜夹角的第一斜坡区域；所述第一间隙的始端与所述第一斜坡区域的始端重合，且所述第一间隙的末端超过所述第一斜坡区域的末端。7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极具有第一厚度减薄区，所述第一厚度减薄区的厚度小于所述有效谐振区域内第一电极的厚度，至少部分所述第一厚度减薄区与所述压电层之间形成所述第一间隙，且所述第一厚度减薄区的始端与所述第一间隙的始端重合。8.根据权利要求7所述的体声波谐振器，其特征在于，在所述第一方向上，所述第一厚度减薄区的上表面为弧形状、倾斜状、台阶状或凹槽状。9.根据权利要求7所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一厚度减薄区的末端与所述第一电极的末端重合，或位于所述第一电极的末端内侧。10.根据权利要求7所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一厚度减薄区的末端位于所述第一电极的末端内侧，所述第一厚度减薄区的始端与所述第一电极的末端之间的水平距离不超过3μm。11.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极和所述压电层之间还具有第三间隙，所述第三间隙位于所述有效谐振区域远离所述第一间隙的一侧或多侧，所述第二电极远离所述第二电极连接部的末端不超过所述第三间隙的末端；
在所述第一方向上，所述第三间隙的上表面不高于所述有效谐振区域内第一电极的上表面。12.根据权利要求11所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极具有第二厚度减薄区，所述第二厚度减薄区的厚度小于所述有效谐振区域内第一电极的厚度，使得所述第二厚度减薄区和所述压电层之间形成所述第三间隙。13.根据权利要求11所述的体声波谐...

【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：