声波谐振器、滤波器和通信设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种声波谐振器、滤波器和通信设备。


背景技术：

2.例如薄膜体声波谐振器(flim bulk acoustic resonator，fbar)的声波谐振器目前在通信、传感器等领域发挥着重要作用。因具有体积小、频率高、功率容量大等优点，使其在射频前端领域，尤其是在射频滤波器市场占据的份额越来越大，它还具有较高的灵敏度，所以在生物传感、医学测量等领域也有着较大的发展优势。
3.现有技术中提出了一种声波谐振器，如图1所示，在具有空腔12的基板11上形成了底电极13、压电层14和顶电极15组成的三明治结构，并在顶电极15上形成了凸起结构16，该凸起结构16位于顶电极15的边缘处，从而能够在声波谐振器的边缘反射横向声波，进而提升谐振器的q值。然而，凸起结构16本身是有质量的，会对压电层14产生一定的质量负载，导致声波谐振器的频率偏移，而且现有的体声波谐振器的凸起技术，虽然能较大幅度提升并联谐振处的qp值，但是由于凸起结构在有源区，因此凸起的加入会显著降低机电耦合系数kt2，并且凸起的宽度越宽，机电耦合系数kt2降低的也越多。从而减小滤波器带宽。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种声波谐振器、滤波器和通信设备，以解决现有声波谐振器横向声波泄露而导致谐振器q值降低且不影响体声波谐振器的机电耦合系数(kt2)值的问题。
5.为此，根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种声波谐振器，包括：一衬底，所述衬底中具有一声反射区域；在所述衬底上具有第一电极层、压电层和第二电极层；所述声反射区域、所述第一电极层、所述压电层和所述第二电极层定义出有效谐振区域和非有效谐振区域；一凸起结构设置在所述非有效谐振区域上，并且与所述有效谐振区域之间具有设定的间隔，所述凸起结构的宽度小于所述间隔的宽度。进一步的，其中所述间隔是空气间隙或者所述间隔还填充有介质层。
6.进一步的，其中所述介质层的高度小等于所述凸起结构的高度。
7.进一步的，其中所述凸起结构的材质与所述第二电极的材质相同或不同，所述介质层是聚合物层。
8.进一步的，其中所述凸起结构设置于所述压电层的上表面和/或下表面，所述凸起结构设置于所述压电层上表面时，所述凸起结构与所述第二电极具有设定的所述间隔，设置于所述压电层下表面时，所述凸起与所述第一电极具有设定的所述间隔。
9.进一步的，其中所述凸起结构的宽度是横向泄漏声波波长的四分之奇数倍。
10.进一步的，其中所述间隔的宽度是横向泄漏声波波长的二分之奇数倍。
11.进一步的，其中所述间隔的宽度是所述凸起结构的两倍。
12.根据第二方面，本实用新型实施例提供了一种滤波器，包括至少一个上述第一方面中任一项所述的声波谐振器。
13.根据第三方面，本实用新型实施例提供了一种通信设备，包括上述第二方面所述的滤波器。
14.根据本实用新型实施例的声波谐振器、滤波器和通信设备，凸起结构和间隔环绕有效谐振区域外周设置，从而能够反射横向声波，约束声波能量，提升谐振器的q值，同时凸起结构和间隔形成在基板内且位于声波谐振器的有效谐振区外，不会产生质量负载，并且大幅降低了对声波谐振器的有效机电耦合系数的影响。
附图说明
15.通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
16.图1示出了现有技术中的声波谐振器的示意图；
17.图2示出了根据本实用新型实施例的声波谐振器的示意图；
18.图3示出了本实用新型实施例的声波谐振器与现有技术中的声波谐振器的频率-阻抗曲线图；
19.图4示出了根据本实用新型另一实施例的声波谐振器的示意图；
20.图5示出了根据本实用新型又一实施例的声波谐振器的示意图；
21.图6示出了根据本实用新型再一实施例的声波谐振器的示意图；
具体实施方式
22.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.图2示出了根据本实用新型实施例的声波谐振器，如图2所示，根据本实用新型实施例的声波谐振器可以包括基板21，基板21可以是衬底，也可以是形成在衬底上的外延层，衬底可以是例如硅(si)、砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)、玻璃、蓝宝石、氧化铝、sic等与所述半导体工艺兼容的材料形成。在基板21内形成空腔22，空腔22在基板21所处平面上的投影为正八边形，本领域技术人员应当理解，空腔22在基板21所处平面上的投影形状并不限于此，其可以是任意多边形或圆形或椭圆形等规则图形，也可以为不规则图形。
24.本实用新型实施例的声波谐振器在基板21上形成有底电极23，且底电极覆盖一声反射区域，例如空腔22，底电极23上形成有压电层24，在图2的示例中，压电层24延伸覆盖在底电极23、空腔22和基板21上，本领域技术人员应当理解，压电层24也可以仅形成在底电极23之上。压电层24上形成有顶电极25。底电极23和顶电极25可以为单层或多层，底电极或顶电极可以由一种或多种导电材料形成，例如与包括钨(w)、钼(mo)、铱(ir)、铝(al)，铂(pt)、钌(ru)、铌(nb)或铪(hf)等半导体工艺兼容的各种金属。底电极与顶电极的材料可以相同或不同。压电层24可以由例如氮化铝(aln)、掺杂氮化铝或锆酸钛酸盐(pzt)等与半导体工
艺兼容的任何压电材料形成。空腔22上方的顶电极、压电层和底电极重叠部分构成该声波谐振器的三明治结构的有效谐振区域，有效谐振区域以外的区域为非有效谐振区域。
25.进一步地，还可以在顶电极25上适应性形成质量负载层，质量负载层上还可以形成保护层，以保护该声波谐振器。本领域技术人员应当理解，该声波谐振器上还可以形成键合层与盖片(capwafer)，通过键合层与盖片键合、减薄，形成器件封装，其中键合层材料可以是例如au，也可以是其他适宜键合的材料，在此不再赘述。
26.在图2中，本实用新型实施例的声波谐振器还包括凸起结构26，凸起结构26设置在非有效谐振区域上，凸起结构26环绕顶电极25的外周设置，且与所述顶电极25之间具有一定的空气间隙。在图2的示例中仅示出了一个凸起结构26，本领域技术人员应当理解，多个凸起结构也是可行的。示例的，凸起结构26在基板21所处平面上的投影可为圆环形，然而本实用新型并不限于此，本领域技术人员可以根据空腔22的形状而适应性调整凸起结构26在基板21所处平面上的投影形状，凸起结构26在基板21所处平面上的投影形状可以是其他环形图形，只要其环绕空腔22的外周设置，即可在空腔的外侧反射横向声波，约束声波能量。作为本实用新型实施例的一种可选实施方式，凸起结构由高声阻抗材料制成，例如金属mo、w、pt等，从而能够更好的反射横向声波。
27.在所述图2中，所述凸起结构26的截面宽度可以是横向泄漏声波波长的四分之奇数倍，所述空气间隙的截面宽度可以是横向泄漏声波波长的二分之奇数倍，优选地，所述空气间隙的截面宽度是凸起结构截面宽度的两倍。
28.图3示出了如图2所示的含有凸起结构和空气间隙的声波谐振器的频率-阻抗曲线图和不含有凸起结构的声波谐振器的频率-阻抗曲线图。
29.如图3所示，含有凸起结构和空气间隙的本实用新型实施例的声波谐振器与不含有凸起结构的声波谐振器相比，串联谐振点频率fs、串联谐振处的qs值和串联谐振处的阻抗值rs都没有变化，并联谐振点频率fp变化很小，并联谐振处的qp值和并联谐振频率处的阻抗值rp提升了35％并联谐振点处的阻抗提升了35％，且并联谐振点频率偏移较小，对有效机电耦合系数几乎没有影响。具体的，含有凸起结构和无凸起结构的各性能参数的测试值如表一所示。
30.表一
[0031] fsfprsrpqsqpkt无凸起结构2.5172.5990.69120609187597.552％凸起结构2.5172.5980.691276991810187.467％
[0032]
由此可知，本实用新型实施例的声波谐振器的凸起结构和空气间隙结构在压电层上的非有效谐振区设置，从而能够在空腔的外侧反射横向声波，约束声波能量，提升谐振器的q值，同时凸起结构位于声波谐振器的有效谐振区外，不会产生质量负载，并且大幅降低了对声波谐振器的有效机电耦合系数的影响。
[0033]
图4示出了根据本实用新型另一实施例的声波谐振器的示意图，在图4的示例中不同于图2所示的声波谐振器，在所述凸起结构和所述上电极侧边之间具有间隔二者的非导电构件，所述非导电构件，例如可以是介电层和聚合物层，所述非导电件的高度可以比所述上电极低、或者与所述上电极等高，或者与所述凸起结构等高，或者介于二者之间，所述非导电构件的宽度最优为所述凸起宽度的2倍。
[0034]
图5示出了根据本实用新型另一实施例的声波谐振器的示意图，其中不同于图2所示的声波谐振器，其中所述凸起结构26环绕底电极的外周设置，且与所述底电极之间具有一定的空气间隙。
[0035]
图6示出了根据本实用新型另一实施例的声波谐振器的示意图，其中所述其中不同于图2所示的声波谐振器，其中所述凸起结构和所述底电极侧边之间具有间隔二者的非导电构件，所述非导电构件，例如可以是介电层和聚合物层，所述非导电件的高度可以比所述下电极矮、或者与所述凸起结构等高。
[0036]
本实用新型实施例还提供了一种滤波器，该滤波器可以包括至少一个上文图2至图6所示的实施例中任一所述的声波谐振器。
[0037]
该滤波器的具体细节可以对应参阅上文图2至图6所示实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
[0038]
本实用新型实施例还提供了一种通信设备，例如可以是手机、个人数字助理(pda)、电子游戏设备等便携式通信设备，该通信设备可以包括上文中所述的滤波器。
[0039]
虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。