CN111342802B

CN111342802B - 声波谐振器

Info

Publication number: CN111342802B
Application number: CN201911255335.7A
Authority: CN
Inventors: 金泰润; 金锺云; 丁大勳; 李文喆
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: CN111342802A

Abstract

本发明提供一种声波谐振器，所述声波谐振器包括：谐振单元，包括压电层、设置在所述压电层的下侧上的第一电极和设置在所述压电层的上侧上的第二电极；基板，设置在所述谐振单元的下方；支撑单元，在所述基板与所述谐振单元之间形成腔；以及柱，延伸穿过所述腔，并将所述谐振单元连接到所述基板。所述谐振单元还包括设置在所述柱的上方的第一插入层。

Description

声波谐振器

本申请要求分别于2018年12月19日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0165540号韩国专利申请、于2019年3月19日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0030936号韩国专利申请和于2019年9月5日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0110201号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。

技术领域

以下公开涉及一种声波谐振器。

背景技术

随着近来移动通信装置、化学和生物装置等的快速发展，对在这样的装置中使用的小而轻的滤波器、振荡器、谐振元件、声波谐振质量传感器等的需求正在增加。声波谐振器可被构造为用于实现这种小而轻的滤波器、振荡器、谐振元件和声波谐振质量传感器等的装置，并且可被实现为薄膜体声波谐振器(FBAR)。

FBAR可以以最小的成本批量生产，并且可被实现为具有超小型的尺寸。此外，FBAR可实现高品质因数(QF)值(QF值为滤波器的主要特征)，并且即使在微波频带中也可使用。具体地，FBAR可实现个人通信系统(PCS)的频带和数字无线系统(DCS)的频带。

发明内容

提供本发明内容以按照简化的形式介绍选择的构思，并在下面的具体实施方式中进一步描述选择的构思。本发明内容既不意在限定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。

在一个总体方面，一种声波谐振器包括：谐振单元，包括压电层、设置在所述压电层的下侧上的第一电极以及设置在所述压电层的上侧上的第二电极；基板，设置在所述谐振单元的下方；支撑单元，在所述基板与所述谐振单元之间形成腔；以及柱，延伸穿过所述腔，并将所述谐振单元连接到所述基板。所述谐振单元还包括设置在所述柱的上方的第一插入层。

所述声波谐振器还可包括设置在所述支撑单元与所述腔之间的第一蚀刻停止层。

所述柱可包括：第二蚀刻停止层，设置在所述腔中，并且设置在所述谐振单元与所述基板之间；以及导热层，被所述第二蚀刻停止层围绕，并且利用与所述第二蚀刻停止层的材料不同的材料形成。

孔可位于所述柱的上方，并且可设置在所述第一电极与所述第二电极中的任意一者或两者中。

所述声波谐振器还可包括：框架，设置在所述第一电极的上侧或所述第二电极的上侧上，并且被设置为围绕所述孔；以及第二插入层，在水平方向上比所述第一插入层更远离所述柱设置。

所述第一插入层可被设置为覆盖所述孔。

所述声波谐振器还可包括框架，所述框架设置在所述第一电极的上侧或所述第二电极的上侧上，并围绕所述谐振单元的至少一部分。

所述谐振单元还可包括在所述水平方向上比所述第一插入层更远离所述柱设置的第二插入层。

所述第一插入层可包括金属插入层。

所述第一插入层还可包括设置在所述第一电极与所述压电层之间的绝缘插入层。所述金属插入层可设置在所述第一电极与所述柱之间。

所述谐振单元还可包括：第二插入层，在所述水平方向上比所述第一插入层更远离所述柱设置，所述第二插入层包括金属并且电连接到所述第一电极或所述第二电极；以及金属层，电连接到所述第二插入层，所述金属层设置在所述第一电极的上侧或所述第二电极的上侧上，并且利用与所述第一电极或所述第二电极的材料不同的材料形成。

所述柱的上表面的宽度可比所述第一插入层的宽度小，并且所述柱的下表面的宽度可比所述第一插入层的宽度大。

所述声波谐振器还可包括：膜层，设置在所述谐振单元与所述柱之间；以及绝缘层，设置在所述柱与所述基板之间。

在另一总体方面，一种声波谐振器包括：谐振单元，包括压电层、设置在所述压电层的下侧上的第一电极和设置在所述压电层的上侧上的第二电极；基板，设置在所述谐振单元的下方；支撑单元，在所述基板与所述谐振单元之间形成腔；第一蚀刻停止层，设置在所述支撑单元与所述腔之间；以及柱，包括第二蚀刻停止层和导热层，所述第二蚀刻停止层设置在所述腔中，并且设置在所述谐振单元与所述基板之间，所述导热层被所述第二蚀刻停止层围绕，并且利用与所述第二蚀刻停止层的材料不同的材料形成。孔位于所述柱的上方，并设置在所述第一电极与所述第二电极中的任意一者或两者中。

所述导热层可具有比所述第二蚀刻停止层的热导率高的热导率。

所述柱的下表面的宽度可比所述柱的上表面的宽度大。

所述声波谐振器还可包括第一框架，所述第一框架设置在所述第一电极的上侧或所述第二电极的上侧上，并被设置为围绕所述孔。

所述声波谐振器还可包括在水平方向上设置在所述谐振单元的外部的插入层。

所述插入层可设置在所述第一电极与所述压电层之间。

在另一总体方面，一种声波谐振器包括：谐振单元，包括压电层以及第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述压电层的下侧和上侧上；基板，设置在所述谐振单元的下侧；支撑单元，在所述基板与所述谐振单元之间提供腔；以及中间金属层，与所述第二电极间隔开并且设置在所述谐振单元中，使得所述中间金属层的至少一部分被所述压电层和所述第二电极围绕。

所述声波谐振器还可包括柱，所述柱在所述腔中设置在所述中间金属层的下侧，并且连接在所述谐振单元与所述基板之间。

所述中间金属层可电连接到所述第一电极。

所述声波谐振器还可包括设置在所述支撑单元与所述腔之间的第一蚀刻停止层。所述柱可包括：第二蚀刻停止层，设置在所述腔中，并且设置在所述谐振单元与所述基板之间；以及导热层，被所述第二蚀刻停止层围绕，并且利用与所述第二蚀刻停止层的材料不同的材料形成。

所述柱可被构造为使得所述柱的下表面的宽度比所述柱的上表面的宽度大。

所述谐振单元还可包括金属插入层，所述金属插入层设置在所述中间金属层的下侧，并且设置在所述柱与所述第一电极之间。

所述中间金属层可具有比所述第二电极的厚度厚的厚度。

所述中间金属层与所述压电层之间的界面可相对于所述第一电极倾斜。

所述谐振单元还可包括第一插入层，所述第一插入层的至少一部分定位在所述中间金属层与所述第一电极之间。

所述谐振单元还包括第一插入层，所述第一插入层在所述压电层的上侧上围绕所述中间金属层的至少一部分。

所述谐振单元还可包括与所述中间金属层接触的第一插入层。

所述谐振单元还可包括第二插入层，所述第二插入层被设置为比所述第一插入层更向外远离所述中间金属层。

所述第一插入层和所述第二插入层中的至少一者可包括金属插入层。

所述声波谐振器还可包括：第一金属层，所述第一金属层的至少一部分设置在所述第一电极的上侧上并且电连接到所述第一电极；以及第二金属层，所述第二金属层的至少一部分设置在所述第二电极的上侧上并且电连接到所述第二电极。

所述中间金属层可包括与所述第一金属层的所述至少一部分和所述第二金属层的所述至少一部分的材料相同的材料。

所述中间金属层可包括与所述第一电极和所述第二电极的材料不同的材料。

在另一总体方面，一种声波谐振器包括：谐振单元，包括压电层以及第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述压电层的下侧和上侧上；基板，设置在所述谐振单元的下侧；支撑单元，在所述基板与所述谐振单元之间提供腔；柱，在所述腔中设置在所述中间金属层的下侧，并且连接在所述谐振单元与所述基板之间；以及中间金属层，电连接到所述第二电极，并且定位在所述柱的上侧上。

所述中间金属层可设置在所述第二电极的上表面上。

所述声波谐振器还可包括金属插入层，所述金属插入层的至少一部分设置在所述中间金属层与所述柱之间。

通过以下具体实施方式和附图，其他特征和方面将是显而易见的。

附图说明

图1A至图1D是示出根据实施例的声波谐振器和包括在声波谐振器中的插入层的侧视图。

图2A至图2C是示出根据实施例的声波谐振器的侧视图，所述声波谐振器与图1A至图1D中示出的声波谐振器相比具有与孔对应的插入层被省略的结构。

图3A至图3D是示出根据实施例的声波谐振器的柱的各种结构的侧视图。

图4A至图4E是示出根据实施例的声波谐振器的插入层的各种结构的侧视图。

图5A至图5E是示出根据实施例的包括在声波谐振器中的框架的各种结构的侧视图。

图6A至图6E是示出根据实施例的声波谐振器的制造方法的侧视图。

图7A至图7C是示出根据本公开的实施例的声波谐振器的平面图。

图8A至图8C是示出根据实施例的声波谐振器的温度分布的平面图。

图9A是示出根据本公开的实施例的声波谐振器和中间金属层的侧视图。

图9B是示出根据本公开的实施例的声波谐振器的中间金属层的第一修改结构的侧视图。

图9C是示出根据本公开的实施例的声波谐振器的中间金属层的第二修改结构的侧视图。

图9D是示出根据本公开的实施例的声波谐振器的中间金属层的第三修改结构的侧视图。

图9E是示出图9A的声波谐振器的柱的第一修改结构的侧视图。

图9F是示出图9A的声波谐振器的柱的第二修改结构的侧视图。

图9G是示出将金属插入层添加到图9A的声波谐振器的结构的侧视图。

图10A至图10C是示出根据本公开的实施例的声波谐振器和中间金属层的平面图。

图11A至图11C是示出图9A的声波谐振器的插入层的修改结构的侧视图。

图12A至图12D是示出图9A的声波谐振器的柱的修改结构的侧视图。

图13A和图13B是示出图9A的声波谐振器的金属插入层的侧视图。

图14A至图14E是示出图9D的声波谐振器的修改结构的侧视图。

在整个附图和具体实施方式中，相同的附图标记表示相同的元件。附图可不按比例绘制，并且为了清楚、说明和方便，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作的顺序仅仅是示例，并且不限于这里阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的改变。此外，为了更加清楚和简洁，可省略本领域中已知的特征的描述。

在此描述的特征可以以不同的形式实施，并且将不被解释为限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，仅仅为了示出在理解本申请的公开内容后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式。

在此，注意的是，关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，关于示例或实施例可包括或实现什么)意味着存在包括或实现这样的特征的至少一个示例或实施例，而全部示例和实施例不限于此。

在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”所述另一元件“上”、直接“连接到”所述另一元件或直接“结合到”所述另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一个和任意两个或更多个的任意组合。

尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分将不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用来将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中提及的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称作第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

为了易于描述，在此可使用诸如“上方”、“上面”、“下方”和“下面”的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相对术语意在除了包括附图中描绘的方位之外还包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为相对于另一元件在“上方”或“上面”的元件于是将相对于所述另一元件在“下方”或“下面”。因此，术语“上方”根据装置的空间方位包括“上方”和“下方”两种方位。装置还可以以其他方式被定位(例如，旋转90度或者处于其他方位)，并且将相应地解释在此使用的空间相对术语。

在此使用的术语仅是为了描述各种示例，并且将不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或附加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可能发生附图中所示的形状的改变。因此，在此描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括制造期间发生的形状的改变。

在此描述的示例的特征可按照如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的各种方式进行组合。此外，虽然在此描述的示例具有多种构造，但如在理解本申请的公开内容后将是显而易见的其他构造是可行的。

参照图1A至图1D，根据实施例，声波谐振器可包括其中顺序地堆叠有第一电极121、压电层123和第二电极125的谐振单元120。

第一电极121和第二电极125可在接收电能时在压电层123中感应出电场。例如，第一电极121和第二电极125可利用金、钼、钌、铱、铝、铂、钛、钨、钯、钽、铬、镍或者包含它们中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合的金属形成，并且可包括稀土金属和过渡金属中的任意一种。然而，第一电极121和第二电极125不限于前述材料。

第一电极121和第二电极125在压电层123中感应出的电场可在压电层123中引发压电现象，从而在谐振单元120的预定方向上引起振动。因此，谐振单元120可在在与振动方向(例如，竖直方向)对应的方向上产生体声波的同时产生谐振。

例如，可选择性地使用氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、掺杂的氮化铝、锆钛酸铅、石英等作为压电层123的材料。掺杂的氮化铝还可包括稀土金属、过渡金属或碱土金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合，并且稀土金属含量可以是1at％至20at％。过渡金属可包括铪(Hf)、钛(Ti)、锆(Zr)、钽(Ta)和铌(Nb)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。此外，碱土金属可包括镁(Mg)。

通过谐振，谐振单元120可通过或切断施加到第一电极121和/或第二电极125的在特定频带中的信号，并且可切断或通过除特定频带之外的能量。声波谐振器可在特定频带的边界处具有锐利的滚降特性(skirt characteristic)，并因此可用于微波频带(例如，数百MHz至数十GHz)中的高频电路(例如，滤波器、振荡器等)，使得可改善高频电路的性能并且可减小高频电路的尺寸。

此外，声波谐振器可包括设置在谐振单元120的下侧的腔AC，以防止声波泄漏到基板110。也就是说，腔AC可使基板110和谐振单元120彼此间隔开，从而防止声波泄漏到基板110。

因此，声波谐振器可具有进一步改善的品质因数QF。例如，腔AC可包括至少一个反射层，以更有效地防止声波的基板泄漏。

此外，因为腔AC设置在支撑单元140的内部，所以由支撑单元140支撑的谐振单元120可被形成为基本上平坦的。第一蚀刻停止层145可沿着腔AC的边界设置，使得在形成腔AC的工艺中确定腔AC的侧面。

谐振单元120可由于施加的电场和振动而产生热。几乎所有产生的热可由于腔AC而在水平方向上辐射。在水平方向上辐射的热可通过支撑单元140和/或第一蚀刻停止层145辐射到基板110。也就是说，可传导并辐射在谐振单元120中产生的热。

声波谐振器可通过包括柱117来提供在谐振单元120中产生的热的另外的辐射路径。

因此，声波谐振器可基于腔AC而在具有改善的品质因数的同时改善散热效率，因此与传统的声波谐振器相比可具有改善的鲁棒性。

然而，柱117可能形成这样的路径：谐振单元120的振动通过该路径泄漏到基板110。谐振单元120的振动泄漏会导致品质因数的劣化。

谐振单元120的与柱117竖直地叠置的部分可包括位于第一电极121和第二电极125中的孔VRR，但可根据设计参数省略孔VRR。

谐振单元120还可包括第一插入层171，第一插入层171设置在谐振单元120的与柱117竖直地叠置的部分上。

第一插入层171可反射在压电层123中朝向柱117的振动。因此，可减小谐振单元120的通过柱117的振动泄漏。

例如，第一插入层171可利用诸如二氧化硅(SiO₂)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(SiN)、氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO₂)、锆钛酸铅(PZT)、砷化镓(GaAs)、氧化铪(HfO₂)、氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)等的电介质形成，但可利用与压电层123不同的材料形成。此外，第一插入层171可利用诸如铝(Al)、钛(Ti)等的导电材料形成，但可利用与第一电极121和第二电极125的材料不同的材料形成。此外，如有必要，还可形成第一插入层171被空气空间替代的区域。这种构造可通过在制造工艺中形成谐振单元120的全部然后去除第一插入层171来实现。

此外，第一插入层171的厚度可与压电层123的厚度相同或类似，或者可小于压电层123的厚度。当第一插入层171的厚度比压电层123的厚度小时，可由于第一插入层171而形成压电层123的倾斜部分，并且可不出现裂纹等，从而对谐振器性能的改善是有贡献的。对于第一插入层171的厚度的下限不存在具体的限制，但是第一插入层171的厚度可以是或更大，以容易地调整沉积厚度并确保沉积晶片的厚度均匀性。

例如，第一插入层171的侧表面可以是倾斜的，并且可形成为具有5°至70°的倾斜角，但本公开不限于这样的示例。

参照图1A，第一插入层171可设置在第一电极121的上表面上。因此，压电层123可具有与第一插入层171对应的曲率。

参照图1B，根据另一示例，第一插入层171可设置在第二电极125处。因此，第一插入层171可覆盖第二电极125的孔VRR。

参照图1C，根据另一示例，第一插入层171可被设置为填充第一电极121被去除的空间。也就是说，第一插入层171可覆盖第一电极121的孔VRR，并且可进一步减小谐振单元120中通过柱117的振动泄漏。

参照图1D，第一插入层171可设置在第一电极121的孔VRR上，并且第二电极125可具有孔VRR。

此外，参照图1A至图1D，谐振单元120还可包括在水平方向(例如，x方向和/或y方向)上相对于第一插入层171和柱117向外设置(即，比第一插入层更远离柱设置)的第二插入层172和173。第二插入层172和173可设置在第一电极121和/或第二电极125上，并且可按照与第一插入层171相同的方式实现。

第二插入层172和173可反射在谐振单元120中产生的振动中的向外泄漏的振动，使得可进一步改善谐振单元120的品质因数。

图2A至图2C是示出根据实施例的声波谐振器的侧视图，所述声波谐振器与图1A至图1D的声波谐振器相比具有与孔VRR对应的第一插入层171被省略的结构。

参照图2A至图2C，声波谐振器200的第一电极121和第二电极125中的任意一者或两者可通过包括孔VRR来减小产生在柱117的上侧上的振动。

因此，同与柱117叠置的部分相比，谐振单元120的振动可更集中在与柱117不叠置的部分上。

因此，声波谐振器200可在由于包括腔AC和柱117而确保改善的品质因数和散热效率的同时减小向基板110的振动泄漏。

参照图3A，柱可设置在腔AC中，并且可包括第二蚀刻停止层117b和导热层117c，第二蚀刻停止层117b设置在谐振单元120与基板110之间，导热层117c被第二蚀刻停止层117b围绕。

第二蚀刻停止层117b可在形成腔AC的工艺中保护导热层117c。第二蚀刻停止层117b可利用与第一蚀刻停止层145相同的材料形成，但不限于利用与第一蚀刻停止层145相同的材料形成。

导热层117c可利用与支撑单元140相同的材料形成，但不限于与支撑单元140相同的材料。例如，导热层117c可利用具有比第二蚀刻停止层117b的热导率高的热导率的材料形成，从而更有效地将在谐振单元120中产生的热传递到基板110。

例如，当支撑单元140利用多晶硅(Poly-Si)形成时，第二蚀刻停止层117b可利用具有高热导率的材料制成，诸如，AlN系列材料和稀土掺杂的AlN系列材料。

参照图3B，柱可仅利用金属柱117a形成，而不具有第二蚀刻停止层117b。因此，在谐振单元120中产生的热可更有效地传递到基板110。例如，金属柱117a可利用Au或Cu制成。

参照图3C和图3D，柱117的下表面的宽度d_bottom可比柱117的上表面的宽度d_top大。

从谐振单元120到柱117的振动泄漏可由于柱117的上表面的宽度d_top变窄而进一步减小。柱117的热阻可由于柱117的下表面的宽度d_bottom变宽而降低。

因此，根据实施例，声波谐振器可在减小向基板110的振动泄漏的同时进一步改善热辐射性能。

例如，柱117的上表面的宽度d_top可比第一插入层171的宽度d_in小，并且柱117的下表面的宽度d_bottom可比第一插入层171的宽度d_in大。

参照图4A至图4D，第一插入层可包括第一金属插入层176。

第一金属插入层176可在利用其的高热导率将在谐振单元120中产生的热有效地传递到柱117的同时反射从谐振单元120朝向柱117的振动。

此外，第二插入层可包括分别电连接到第一电极121和第二电极125的第二金属插入层177和178。第二金属插入层177和178不仅可反射在谐振单元120中产生的振动中的向外泄漏的振动，而且可减小关于第一金属层180与第一电极121以及关于第二金属层190与第二电极125的连接电阻，使得可改善声波谐振器的插入损耗。

参照图4E，第一插入层171可利用设置在第一电极121与压电层123之间的绝缘材料形成，并且第一金属插入层176可设置在第一电极121与柱117之间。

与第一金属插入层176相比，第一插入层171可具有相对低的声阻抗，使得可更有效率地反射谐振单元120的振动。

第一金属插入层176可具有比第一插入层171的热导率高得多的热导率，使得可改善柱117的热辐射效率。

第一金属插入层176与利用绝缘材料制成的第一插入层171的组合结构可在具有高热辐射效率的同时具有高声波反射特性。

参照图5A和图5B，声波谐振器还可包括第一框架166，第一框架166设置在第二电极125的上侧上并且被设置为围绕孔VRR。

第一框架166可互补地作用在第二插入层172和173上。谐振单元120可根据第二插入层172和173的布置而在第二插入层172和173的上侧上具有弯折的形状。第一框架166可将谐振单元120的振动适应性地反射到谐振单元120的弯折形状。

因此，声波谐振器可通过柱117进一步抑制振动的泄漏。

参照图5C和图5D，声波谐振器还可包括第二框架167，第二框架167在围绕孔VRR的同时被设置围绕谐振单元120的至少一部分。第二框架167可设置在第二电极125的上侧上。

第二框架167可互补地作用在第一插入层171上。

参照图5E，声波谐振器还可包括设置在第一电极121的上侧上的第三框架168。第三框架168可低于以上描述的第一框架166和第二框架167设置，并且可根据与第一框架166和第二框架167的原理类似的原理反射谐振单元120的振动。第三框架168可利用与第一电极121相同的材料制成，但不限于利用与第一电极121相同的材料制成。

例如，第三框架168可被设置为像第一框架166一样围绕孔VRR，并且可被设置为像第二框架167一样围绕谐振单元120，使得被第三框架168围绕的区域的尺寸不受具体限制。

参照图1A至图5D，声波谐振器还可包括基板110、绝缘层115、保护层127a和127b、膜层150以及第一金属层180和第二金属层190。

基板110可以是硅基板。例如，硅晶圆可用作基板110。可选地，绝缘体上硅(SOI)型基板可用作基板110。

绝缘层115可形成在基板110的上表面上，并且基板110可与谐振单元120电隔离。此外，当在声波谐振器的制造工艺过程中形成腔AC时，绝缘层115可防止基板110被蚀刻气体蚀刻。

在这种情况下，绝缘层115可利用二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化铝(Al₂O₃)和氮化铝(AlN)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合形成，并且可通过热氧化、化学气相沉积、射频(RF)磁控溅射和蒸镀中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合形成在基板110上。

膜层150可形成在支撑单元140上，以与基板110一起限定腔AC的厚度(或高度)。然而，本公开不限于这样的构造，并且声波谐振器可具有不包括膜层150的结构。

膜层150可利用在形成腔AC的工艺中不容易被去除的材料形成。例如，当诸如氟(F)、氯(Cl)等的卤基蚀刻气体被用于去支撑单元的一部分(例如，腔区域)时，膜层150可利用具有与上述蚀刻气体的低反应性的材料形成。在这种情况下，膜层150可包括二氧化硅(SiO₂)和氮化硅(Si₃N₄)中的任意一种或两种。

此外，膜层150可利用包含氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO₂)、氮化铝(AlN)、锆钛酸铅(PZT)、砷化镓(GaAs)、氧化铪(HfO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钛(TiO₂)和氧化锌(ZnO)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合的介电层形成，并且可利用包含铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、镓(Ga)和铪(Hf)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合的金属层形成。然而，本公开不限于前述示例。

利用氮化铝(AlN)制成的种子层可形成在膜层150上。具体地，种子层可设置在膜层150与第一电极121之间。在掺杂的氮化铝的情况下，种子层除包括AlN之外还可包括稀土金属、过渡金属或碱土金属，并且种子层可使用具有密排六方(HCP)结构的介电材料或金属形成。例如，在种子层利用金属形成的情况下，种子层可利用钛(Ti)形成。

保护层127a和127b可沿着声波谐振器的表面(例如，第二电极的上表面或压电层的上表面)设置，以从外部保护声波谐振器。此外，保护层127a和127b的一部分可在最终工艺中通过用于频率调整的蚀刻去除。也就是说，保护层127a和127b的厚度可根据设计参数来自由地调整。

保护层127a和127b可利用氧化硅系列材料、氮化硅系列材料、氧化铝系列材料和氮化铝系列材料中的任意一种绝缘材料形成。

第一金属层180可设置在第一电极121的上侧上并且可电连接到第一电极121，第二金属层190可设置在第二电极125的上侧上并且可电连接到第二电极125，第一金属层180和第二金属层190可用作到相邻的声波谐振器的外部连接端子或输入/输出端口。第一金属层180和第二金属层190可利用与第一电极121或第二电极125的材料不同的材料形成。

第一金属层180和第二金属层190可利用具有比第一电极121和第二电极125的电阻率低的电阻率的材料形成，并且第一金属层180和第二金属层190可比第一电极121和第二电极125厚，以具有低的电阻值。因此，可减小声波谐振器的插入损耗。

例如，第一金属层180和第二金属层190可利用金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜-锡(Cu-Sn)合金、铝(Al)、铝-锗(Al-Ge)合金等形成。

参照图6A，可在基板110上形成绝缘层115，并且可在绝缘层115上形成支撑单元140a。此后，可在支撑单元140a中形成与腔AC和柱117对应的图案。

支撑单元140a可利用容易蚀刻的材料(诸如，多晶硅、聚合物等)形成，但不限于这些示例。

参照图6B，可在支撑单元140a上沉积蚀刻停止层145a。蚀刻停止层145a可利用与绝缘层115相同的材料形成，但不限于利用与绝缘层115相同的材料形成。

参照图6C，可通过使蚀刻停止层145a平坦化来形成第一蚀刻停止层145、第二蚀刻停止层117b和导热层117c。因此，利用第二蚀刻停止层117b和导热层117c形成柱117。

参照图6D，可顺序地形成膜层150、第一电极121、第一插入层171以及第二插入层172和173、压电层123、第二电极125、保护层127a和127b以及第一金属层180和第二金属层190。

参照图6E，可通过去除(例如：蚀刻)支撑单元140a的位于第一蚀刻停止层145内部的部分来形成腔AC。当支撑单元140a利用诸如多晶硅、聚合物等的材料形成时，支撑单元140a的所述部分可使用诸如氟(F)、氯(Cl)等的卤基蚀刻气体(例如，XeF₂)通过干蚀刻方法来去除。作为去除支撑单元140a的所述部分的结果，形成支撑单元140。

然后，可执行进一步蚀刻保护层的厚度的工艺，以获得期望的频率特性。

图7A至图7C是示出根据实施例的声波谐振器的平面图。

参照图7A至图7C，谐振单元120可呈圆形、不规则的椭圆形、多边形或不规则的多边形，孔VRR可呈圆形、不规则的椭圆形、多边形或不规则的多边形，并且可设置在谐振单元120的中央。

图1A至图6E中示出的声波谐振器展示了图7A至图7C中示出的I与I'之间的截面。

图7A至图7C中示出的入口孔H可用作蚀刻溶液或蚀刻气体的流入路径，并且可用于形成以上描述的腔AC。

图8A是示出省略柱(例如，图1A至图1D中的柱117)的声波谐振器的温度分布的平面图，并且图8B和图8C是示出根据实施例的声波谐振器的温度分布的平面图。

参照图8A，在省略柱的声波谐振器的谐振单元中具有最高温度的点处的温度是T₀(例如：421.662K)。

参照图8B和图8C，与在图8A的谐振单元中具有最高温度的点对应的部分的温度通过柱而降低。

参照图8B，在柱的上表面的半径为3μm的示例中，在声波谐振器的谐振单元中具有最高温度的点处的温度是T₀(例如：421.662K)的约0.7倍(基于摄氏度)。

参照图8C，在柱的上表面的半径为5μm的示例中，在声波谐振器的谐振单元中具有最高温度的点处的温度是T₀的约0.64倍(基于摄氏度)。

例如，柱可设置在省略柱的声波谐振器中具有最高温度的点处，但是柱的具体位置可适应地移位以匹配根据柱的布置而移动的最高温度点，并且可根据声波谐振器的形状和外部环境来优化。

参照图9A，根据本公开的实施例的声波谐振器可包括谐振单元120和中间金属层185。

中间金属层185与第二电极125间隔开并且设置在谐振单元120中，使得中间金属层185的至少一部分在水平方向上(例如，在x方向和/或y方向上)被压电层123和第二电极125围绕。

因此，中间金属层185可从在水平方向上围绕中间金属层185的压电层123和/或第二电极125吸收热，并且中间金属层185可将吸收的热向包括导热层117c的柱或向中间金属层185的上方辐射。

此外，由于中间金属层185可防止谐振单元120的振动被引导到包括导热层117c的柱，因此可减少振动泄漏。

因此，根据本公开的实施例的声波谐振器可在确保散热性能的同时减少振动泄漏，从而确保基本性能(例如，品质因数(QF)和机电耦合常数(Kt²))。

例如，中间金属层185可利用诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜-锡(Cu-Sn)合金、铝(Al)、铝-锗(Al-Ge)合金等形成。

例如，中间金属层185可通过在形成压电层123和第二电极125时蚀刻压电层123和第二电极125中的每个的预定部分并且将与中间金属层185对应的材料涂覆/沉积到所述预定部分来形成。例如，中间金属层185可在形成第一金属层180和第二金属层190时一起形成。

例如，中间金属层185可包括与第一金属层180和第二金属层190的至少一部分的材料相同的材料。因此，由于在制造过程中中间金属层185可在形成第一金属层180和第二金属层190时一起形成，因此可易于确保中间金属层185的可靠性。

例如，中间金属层185可包括与第一电极121和第二电极125的材料不同的材料(例如，Au)。因此，由于中间金属层185可更自由地包括具有比第一电极121和第二电极125高的热导率的材料，因此中间金属层185可从围绕中间金属层185的压电层123和/或第二电极125更有效地吸收热，并且根据本公开的实施例的声波谐振器的散热性能可进一步得到改善。

参照图9A，根据本公开的实施例的声波谐振器还可包括第一插入层171和/或第二插入层172和173。

例如，第一插入层171可被设置为使得第一插入层171的至少一部分位于中间金属层185与第一电极121之间。例如，第一插入层171可围绕中间金属层185的至少一部分。例如，中间金属层185可接触第一插入层171。

因此，由于可有效地抑制谐振单元120的振动占用中间金属层185与第一电极121之间的间隙并被引导到包括导热层117c的柱，因此可进一步改善根据本公开的实施例的声波谐振器的基本性能(例如，品质因数(QF)和机电耦合常数(Kt²))。

例如，中间金属层185可通过在形成第一插入层171时蚀刻第一插入层171的预定部分并且将与中间金属层185对应的材料涂覆/沉积到所述预定部分来形成。

第二插入层172和173可被设置为在水平方向上比第一插入层171远离导热层117c(向外)。因此，第二插入层172和173可抑制谐振单元120的振动向外泄露。第一插入层171和第二插入层172和173中的至少一者可包括金属插入层。

参照图9A，根据本公开的实施例的声波谐振器还可包括第一蚀刻停止层145和/或第二蚀刻停止层117b。因此，支撑单元140可包括具有相对较高的可靠性的腔AC。

这里，导热层117c可被第二蚀刻停止层117b围绕，并且可利用与第二蚀刻停止层117b的材料不同的材料形成。因此，导热层117c可更有效地将中间金属层185吸收的热向基板110辐射。

此外，在根据本公开的实施例的声波谐振器中可省略柱。也就是说，由于中间金属层185吸收的热还可向其上方辐射，因此当根据本公开的实施例的声波谐振器包括中间金属层185时，根据本公开的实施例的声波谐振器可在腔AC中不具有包括导热层117c的柱的情况下根据中间金属层185而具有改善的散热性能，并且由于它不具有诸如柱的振动泄漏路径，因此可确保基本性能(例如，品质因数(QF)和机电耦合常数(Kt²))。

参照图9B，根据本公开的实施例的声波谐振器的中间金属层185与压电层123之间的界面可垂直于第一电极121。

与此相对地，参照图9A，根据本公开的实施例的声波谐振器的中间金属层185与压电层123之间的界面可相对于第一电极121倾斜。

根据与图9A对应的结构，由于中间金属层185可以以相对较高的可靠性形成在压电层123的倾斜界面上，因此中间金属层185可从压电层123和/或第二电极125更有效地吸热，并且根据本公开的实施例的声波谐振器的散热性能可得到进一步改善。

参照图9C，根据本公开的实施例的声波谐振器的中间金属层185的厚度可等于或小于第二电极125的厚度。

相比之下，参照图9A，中间金属层185的厚度可比第二电极125的厚度厚。

根据与图9A对应的结构，由于中间金属层185可具有较大的热容纳能力，因此中间金属层185可从压电层123和/或第二电极125更有效地吸热，并且根据本公开的实施例的声波谐振器的散热性能可得到进一步改善。

参照图9D，根据本公开的实施例的声波谐振器的中间金属层185可与第一电极121间隔开。

相比之下，参照图9A，根据本公开的实施例的中间金属层185可电连接到第一电极121。

根据与图9A对应的结构，中间金属层185可更有效地将从压电层123和/或第二电极125吸收的热通过第一电极121向包括导热层117c的柱辐射。

根据该设计，中间金属层185可在与第一电极121电隔离时电连接到第二电极125。

例如，中间金属层185可设置在第二电极125的位于在上下方向上与包括导热层117c的柱叠置的位置中的上表面上。

因此，在中间金属层185和第二电极125结合的结构中，热容纳能力可集中在中间金属层185上，使得中间金属层185可更有效地吸收谐振单元120的所有热，并且根据本公开的实施例的声波谐振器的散热性能可得到进一步改善。

图9E是示出图9A的声波谐振器的柱的第一修改结构的侧视图，并且图9F是示出图9A的声波谐振器的柱的第二修改结构的侧视图。

参照图9E和图9F，根据本公开的实施例的声波谐振器的柱117可被构造为使得柱117的下表面的宽度(d_bottom)可比柱117的上表面的宽度(d_top)大。

因此，柱117可更有效地将中间金属层185吸收的热向基板110辐射。

参照图9G，在根据本公开的实施例的声波谐振器中，谐振单元120还可包括第一金属插入层176，第一金属插入层176设置在中间金属层185的下侧，并且设置在柱117与第一电极121之间。

因此，由于第一电极121可具有易于从中间金属层185的下侧向上侧突出的结构，因此中间金属层185的热可通过第一电极121的突出部分而有效地被吸收。第一电极121吸收的热可通过第一金属插入层176向柱117辐射。

参照图9G，根据本公开的实施例的声波谐振器还可包括第二金属插入层177和178，第二金属插入层177和178被设置为在水平方向上比第一金属插入层176更向外远离柱117。

参照图10A至图10C，谐振单元120可呈圆形、不规则的椭圆形、多边形或不规则的多边形，并且中间金属层185可呈圆形、不规则的椭圆形、多边形或不规则的多边形并可设置在谐振单元120的中央。

图9A至图9G中示出的声波谐振器是示出图10A至图10C中的I与I'之间的截面的侧视图。

此外，图10A至图10C中示出的流入孔H可用作蚀刻溶液或蚀刻气体的流入路径，并且可用于形成以上描述的腔。

参照图11A至图11C，第一插入层171可设置在中间金属层185周围，并且可在水平方向上反射压电层123中的振动。

参照图11A，第一插入层171可在压电层123的上侧上设置在中间金属层185与第二电极125之间。因此，由于可进一步改善中间金属层185与第二电极125之间的绝缘可靠性，因此当中间金属层185电连接到第一电极121时，可防止第一电极121与第二电极125之间短路。

参照图11B，当中间金属层185电连接到第二电极125时，第一插入层171的至少一部分可设置在中间金属层185与第一电极121之间，并且可进一步改善中间金属层185与第一电极121之间的绝缘可靠性。

参照图11C，中间金属层185可与第一电极121和第二电极125中的每个电绝缘，并且第一插入层171可改善第一电极121与中间金属层185之间的绝缘可靠性。

参照图12A至图12D，金属柱117a可在腔AC中设置在中间金属层185的下侧，并且可根据设计利用与支撑单元140的材料不同的材料形成。

参照图13A和图13B，第一金属插入层176可设置在中间金属层185周围，并且可在水平方向上反射压电层123的振动。

第一金属插入层176可在使第一电极121和第二电极125中的一个与中间金属层185之间电连接的同时在水平方向上反射压电层123的振动。

图14A至图14E是示出图9D的声波谐振器的修改结构的侧视图。

参照图14A，第一插入层171可在第一电极121与中间金属层185之间与中间金属层185间隔开。

参照图14B，第一插入层171可在第一电极121与中间金属层185之间接触中间金属层185。

参照图14C，第一金属插入层176可设置在第一电极121与中间金属层185之间。

参照图14D和图14E，第一金属插入层176的至少一部分可设置在包括导热层117c的柱与中间金属层185之间，并且可设置在压电层123与中间金属层185之间。

因此，第一金属插入层176可在改善中间金属层185的散热性能的同时在水平方向上反射压电层123的振动。

如上所阐述的，在此公开的声波谐振器能够在确保热辐射性能的同时减小振动泄漏。

虽然本公开包括特定的示例，但是理解本申请的公开内容之后将明显的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种改变。在此描述的示例将仅被视为描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或者电路中的组件和/或用其他组件或者它们的等同物进行替换或者补充描述的系统、架构、装置或者电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，权利要求及其等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开中。

Claims

1.一种声波谐振器，包括：

谐振单元，包括：

压电层；

第一电极，设置在所述压电层的下侧上；以及

第二电极，设置在所述压电层的上侧上；

基板，设置在所述谐振单元的下方；

支撑单元，在所述基板与所述谐振单元之间形成腔；以及

柱，延伸穿过所述腔，并将所述谐振单元连接到所述基板，

其中，所述谐振单元还包括设置在所述柱的上方的第一插入层。

2.根据权利要求1所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括设置在所述支撑单元与所述腔之间的第一蚀刻停止层。

3.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述柱包括：

第二蚀刻停止层，设置在所述腔中，并且设置在所述谐振单元与所述基板之间；以及

导热层，被所述第二蚀刻停止层围绕，并且利用与所述第二蚀刻停止层的材料不同的材料形成。

4.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，孔位于所述柱的上方，并设置在所述第一电极与所述第二电极中的任意一者或两者中。

5.根据权利要求4所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括：

框架，设置在所述第一电极的上侧或所述第二电极的上侧上，并且被设置为围绕所述孔；以及

第二插入层，在水平方向上比所述第一插入层更远离所述柱设置。

6.根据权利要求4所述的声波谐振器，其中，所述第一插入层被设置为覆盖所述孔。

7.根据权利要求1所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括框架，所述框架设置在所述第一电极的上侧或所述第二电极的上侧上，并围绕所述谐振单元的至少一部分。

8.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述谐振单元还包括在水平方向上比所述第一插入层更远离所述柱设置的第二插入层。

9.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述第一插入层包括金属插入层。

10.根据权利要求9所述的声波谐振器，其中，所述第一插入层还包括设置在所述第一电极与所述压电层之间的绝缘插入层，并且

其中，所述金属插入层设置在所述第一电极与所述柱之间。

11.根据权利要求10所述的声波谐振器，其中，所述谐振单元还包括：

第二插入层，在水平方向上比所述第一插入层更远离所述柱设置，所述第二插入层包括金属并且电连接到所述第一电极或所述第二电极；以及

金属层，电连接到所述第二插入层，所述金属层设置在所述第一电极的上侧或所述第二电极的上侧上，并且利用与所述第一电极或所述第二电极的材料不同的材料形成。

12.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述柱的上表面的宽度比所述第一插入层的宽度小，并且所述柱的下表面的宽度比所述第一插入层的宽度大。

13.根据权利要求1所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括：

膜层，设置在所述谐振单元与所述柱之间；以及

绝缘层，设置在所述柱与所述基板之间。

14.一种声波谐振器，包括：

谐振单元，包括：

压电层；

第一电极，设置在所述压电层的下侧上；以及

第二电极，设置在所述压电层的上侧上；

基板，设置在所述谐振单元的下方；

支撑单元，在所述基板与所述谐振单元之间形成腔；

第一蚀刻停止层，设置在所述支撑单元与所述腔之间；以及

柱，包括：

导热层，被所述第二蚀刻停止层围绕，并且利用与所述第二蚀刻停止层的材料不同的材料形成，

其中，孔位于所述柱的上方，并设置在所述第一电极与所述第二电极中的任意一者或两者中。

15.根据权利要求14所述的声波谐振器，其中，所述导热层具有比所述第二蚀刻停止层的热导率高的热导率。

16.根据权利要求14所述的声波谐振器，其中，所述柱的下表面的宽度比所述柱的上表面的宽度大。

17.根据权利要求14所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括第一框架，所述第一框架设置在所述第一电极的上侧或所述第二电极的上侧上，并被设置为围绕所述孔。

18.根据权利要求17所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括在水平方向上设置在所述谐振单元的外部的插入层。

19.根据权利要求18所述的声波谐振器，其中，所述插入层设置在所述第一电极与所述压电层之间。

20.一种声波谐振器，包括：

谐振单元，包括压电层以及第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别设置在所述压电层的下侧和上侧上；

基板，设置在所述谐振单元的下侧；

支撑单元，在所述基板与所述谐振单元之间提供腔；以及

中间金属层，与所述第二电极间隔开并且设置在所述谐振单元中，使得所述中间金属层的至少一部分被所述压电层和所述第二电极围绕。

21.根据权利要求20所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括柱，所述柱在所述腔中设置在所述中间金属层的下侧，并且连接在所述谐振单元与所述基板之间。

22.根据权利要求21所述的声波谐振器，其中，所述中间金属层电连接到所述第一电极。

23.根据权利要求21所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括设置在所述支撑单元与所述腔之间的第一蚀刻停止层，

其中，所述柱包括：

24.根据权利要求21所述的声波谐振器，其中，所述柱被构造为使得所述柱的下表面的宽度比所述柱的上表面的宽度大。

25.根据权利要求21所述的声波谐振器，其中，所述谐振单元还包括金属插入层，所述金属插入层设置在所述中间金属层的下侧，并且设置在所述柱与所述第一电极之间。

26.根据权利要求20所述的声波谐振器，其中，所述中间金属层具有比所述第二电极的厚度厚的厚度。

27.根据权利要求20所述的声波谐振器，其中，所述中间金属层与所述压电层之间的界面相对于所述第一电极倾斜。

28.根据权利要求27所述的声波谐振器，其中，所述谐振单元还包括第一插入层，所述第一插入层的至少一部分定位在所述中间金属层与所述第一电极之间。

29.根据权利要求20所述的声波谐振器，其中，所述谐振单元还包括第一插入层，所述第一插入层在所述压电层的上侧上围绕所述中间金属层的至少一部分。

30.根据权利要求20所述的声波谐振器，其中，所述谐振单元还包括与所述中间金属层接触的第一插入层。

31.根据权利要求30所述的声波谐振器，其中，所述谐振单元还包括第二插入层，所述第二插入层被设置为比所述第一插入层更向外远离所述中间金属层。

32.根据权利要求31所述的声波谐振器，其中，所述第一插入层和所述第二插入层中的至少一者包括金属插入层。

33.根据权利要求20所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括：

第一金属层，所述第一金属层的至少一部分设置在所述第一电极的上侧上并且电连接到所述第一电极；以及

第二金属层，所述第二金属层的至少一部分设置在所述第二电极的上侧上并且电连接到所述第二电极。

34.根据权利要求33所述的声波谐振器，其中，所述中间金属层包括与所述第一金属层的所述至少一部分和所述第二金属层的所述至少一部分的材料相同的材料。

35.根据权利要求20所述的声波谐振器，其中，所述中间金属层包括与所述第一电极和所述第二电极的材料不同的材料。

36.一种声波谐振器，包括：

基板，设置在所述谐振单元的下侧；

支撑单元，在所述基板与所述谐振单元之间提供腔；

柱，设置在所述腔中并被所述腔围绕，并且连接在所述谐振单元与所述基板之间；以及

中间金属层，电连接到所述第二电极，并且定位在所述柱的上侧上。

37.根据权利要求36所述的声波谐振器，其中，所述中间金属层设置在所述第二电极的上表面上。

38.根据权利要求36所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括金属插入层，所述金属插入层的至少一部分设置在所述中间金属层与所述柱之间。

39.根据权利要求36所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括：