CN111756351A - 体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；所述谐振器还包括支撑梁，所述支撑梁用于保持所述有效区域；所述支撑梁在谐振器的横向方向上的内端连接到有效区域，在谐振器的横向方向上的外端由基底支撑；所述支撑梁为金属梁，且所述内端至少部分设置在压电层中。本发明还涉及一种滤波器、一种电子设备以及体声波谐振器制造方法。
Description
技术领域
本发明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，一种滤波器以及一种电子设备。
背景技术
随着当今无线通讯技术的飞速发展，小型化便携式终端设备的应用也日益 广泛，因而对于高性能、小尺寸的射频前端模块和器件的需求也日益迫切。近 年来，以例如为薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR) 为基础的滤波器、双工器等滤波器件越来越为市场所青睐。一方面是因为其插 入损耗低、过渡特性陡峭、选择性高、功率容量高、抗静电放电(ESD)能力强 等优异的电学性能，另一方面也是因为其体积小、易于集成的特点所致。
传统薄膜体声波谐振器为三明治结构。谐振器需要支撑结构进行机械固定 和基底进行承载；一般情况下，谐振器的声波能量损失主要来自于从有效区域 通过支撑结构向支撑基底泄露；传统结构中，支撑结构为压电层延伸和电极层 延伸的组合(压电层+上电极或压电层+下电极)，这种结构造成声波能量泄露， 进而Q值(尤其是并联谐振点及其附近的Q值)较低。
此外，常规薄膜体声波谐振器除了滤波功能所需的共振(称为TE模式)之 外，还会激发不必要的振荡模式(称为寄生模式)，这些寄生模式会降低谐振器的 质量因数Q，从而导致滤波器的能量损耗。
发明内容
为缓解或解决使用现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本发明。
本发明提供一种能够进一步提高体声波谐振器Q值(尤其是并联谐振点及 其附近的Q值)的节点金属支撑梁结构。在谐振器有效区域外侧，提供一种支 点在谐振器振动节点的金属支撑梁结构，此节点金属支撑梁结构可提高谐振器 的Q值。
根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成 谐振器的有效区域；
所述谐振器还包括支撑梁，所述支撑梁用于保持所述有效区域；
所述支撑梁在谐振器的横向方向上的内端连接到有效区域，在谐振器的横 向方向上的外端由基底支撑；
所述支撑梁为金属梁，且所述内端至少部分设置在压电层中。
本发明的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
本发明的实施例也涉及一种电子设备，具有上述体声波谐振器或滤波器。
本发明的实施例还涉及一种体声波谐振器的制造方法，其中，所述体声波 谐振器包括压电层，所述方法包括步骤：
提供金属支撑梁，所述支撑梁的一端连接到谐振器的有效区域且至少部分 设置在压电层中。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明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：
图1为根据本发明的一个实施例的体声波谐振器的俯视示意图；
图1A为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的B-O-B’截得的剖视 图；
图1A-1至图1A-9示例性示出了图1A中的谐振器的制作过程图；
图1B示例性示出了图1A中的谐振器的工艺流程图；
图1C示例性示出了支撑梁与由压电层、底电极和顶电极组成的三明治结构 之间的位置关系；
图1D为根据本发明的另一个示例性实施例的沿图1中的B-O-B’截得的剖 视图；
图1D-1至图1D-6示例性示出了图1D中的谐振器的制作过程图；
图1E为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图1中的B-O-B’截得的剖 视图；
图1E-1至图1E-7示例性示出了图1E中的谐振器的制作过程图；
图1F为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图1中的B-O-B’截得的剖视 图；
图2A为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的A-O-A’截得的剖视 图；
图2B为根据本发明的另一个示例性实施例的沿图1中的A-O-A’截得的剖 视图；
图2C为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图1中的A-O-A’截得的剖 视图；
图3为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的示意性俯视图， 其中示出了支撑梁具有弯曲部；
图4为现有技术中的体声波谐振器的剖面结构示意图；
图4A为基于图4的仿真模型图；
图4B为基于图4A的位移仿真结果图；
图4C为示出谐振器谐振时薄膜由上到下的位移绝对值的示意图，其中横轴 表示从谐振器底面为零点时厚度方向的z坐标，纵轴表示薄膜的位移。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明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 本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解 为对本发明的一种限制。
图4为现有技术中的体声波谐振器的剖面结构示意图，图4A为基于图4的 仿真模型图，图4B为谐振器振动时基于图4A的位移分布仿真结果图，图4C 为示出谐振器谐振时薄膜由上到下的位移值的示意图，其中横轴表示从谐振器 底面为零点时厚度方向的z坐标，纵轴表示薄膜质点的位移。
以图4所示结构建立仿真模型，其如图4A所示，其中，20表示底电极， 30表示压电层，40表示顶电极，其中示出了锚点。图4A的位移仿真结果如图 4B所示，谐振器谐振时薄膜由上到下的位移绝对值由最大变为0再变为最大， 如图4C所示，图4C中，横坐标代表从谐振器底面为零点时厚度方向的z坐标， 纵轴代表薄膜的位移。传统支撑的谐振器两侧锚点将位移最大处也固定，因此 有效区域边缘的振动带动传统支撑结构一起振动，进而振动以声波的形式传播 至基底耗散，造成谐振器有效区域声波能量损耗，Q值降低。
为降低声波能量的损耗，提高Q值，本专利提出一种支点在谐振器振动节 点的支撑梁。图1为根据本发明的一个实施例的体声波谐振器的俯视示意图， 图1C示例性示出了支撑梁与由压电层、底电极和顶电极组成的三明治结构之间 的位置关系。如图1C所示，定义三明治结构的厚度为t1，支撑梁51的厚度为 t2，定义支撑梁的轴线b-b与中性轴c-c之间的距离为h1。在图1C中，支撑梁 的轴线b-b与谐振器的中性轴c-c不重合，但是，如本领域技术人员能够理解的， 轴线b-b与中性轴c-c可以重合。
在支撑梁的轴线b-b与谐振器的中性轴c-c重合的情况下，即将谐振器的支 撑只固定在薄膜位移为0的中性轴(即振动驻波波节处，具体定义为图1C中位 移值为0的点)上的情况下，谐振器有效区域的边缘绝大部分区域没有与支撑 梁接触，可以自由振动，因此没有声波能量泄露；而支撑梁仅在中性轴处与有 效区域的边缘的接触，而恰好在这一接触点的振动位移为0(或振幅非常微小)， 因此基本不会出现有效区域的振动带动支撑梁振动的情况，进而基本不会有声 波能量从有效区域传输到支撑梁中，也基本不会有声波能量泄露至基底。换言 之，声波能量被很好地限制在有效区域中，因此能够达到提升Q值的作用。中 性轴一般为谐振器的振动节点(驻波波节)，所以不会有声波通过支撑梁泄漏到 有效区域以外。如此，支撑梁既能够起到机械支撑谐振器的作用，又不会降低 谐振器的Q值。
另外，在普通谐振腔的边界区域，电场的方向会偏离垂直方向。然而，在 本发明中，支撑金属层具有保持电场垂直排列的作用，也即能达到因电场偏离 导致的寄生模式，最终达到增强谐振器Q值的作用。当支撑金属层向外延伸到 谐振腔有效区域之外时，这种效应会增强。
在图1C中，支撑梁的轴线b-b与谐振器的中性轴c-c之间存在偏移，在可 选的实施例中，所述支撑梁的轴线与所述谐振器的中性轴在谐振器的厚度方向 上的距离h1与谐振器的总厚度t1之间的比例不大于20％。
在本发明的一个实施例中，支撑梁的厚度不大于谐振器的总厚度的50％或 者小于压电层的厚度。进一步可选的，支撑梁的厚度不大于压电层的厚度的50％， 或者支撑梁的厚度不大于谐振器的总厚度的10％。如本领域技术人员能够理解 的，本发明中虽然没有限定支撑梁的厚度的下限值，但是支撑梁也需要一定的 厚度以支撑谐振器及其机械振动，只要支撑梁厚度的上限值在本发明权利所限 定的保护范围之内而且在实际中支撑梁的厚度足以支撑谐振器及其机械振动， 均在本发明的保护范围之内。例如，对于1μm厚的谐振器，一般情况下，支撑 梁厚度要大于10nm。
支撑梁不一定围绕整个谐振器设置，可以与其他边界条件/支撑条件混合设 置。例如，可以采用悬空边界和节点支撑梁混合的有效区域边界条件设置，即 有效区域的部分边界为悬空没有任何支撑，部分边界为节点支撑；又例如，采 用传统支撑和节点支撑梁混合的设置，即部分边界为压电层/电极层的自由延伸， 部分边界为节点支撑梁。支撑梁可沿有效区域的电极连接部分设置。
下面结合附图1和1A示例性说明体声波谐振器的具体结构。体声波谐振器 包括声学镜、底电极、压电层、顶电极，上述四个部分在谐振器的厚度方向上 的重叠区域定义为谐振器的有效区域，其中上下两层压电层之间还包括支撑金 属层。在图1中，字母O代表谐振器的几何中心。在图1中，镂空结构区域不 含主体结构(对应于有效区域)也不含支撑梁，不过，为增加支撑的稳固性， 也可减少镂空结构的面积。
图1与1A中各附图标记说明如下：
10：基底。用于承载并封闭声学器件，材料通常可选单晶硅，石英，碳化 硅，砷化镓或蓝宝石等。
20：声学镜。声学镜位于基底的上表面或嵌于基底的内部，在图1A中声学 镜为嵌入基底中的空腔所构成，但是任何其它的声学镜结构如布拉格反射器也 同样适用。
30：底电极。底电极30沉积在声学镜的上表面。可将底电极30边缘刻蚀 成斜面，并且该斜面与有效区域边缘对齐，此外还可以为阶梯状、垂直状或是 其它相似的结构。材料可为：金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)，钌(Ru)、铱(Ir)、 钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)、锇(Os)、镁(Mg)、金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、 铂(Pt)、钌(Ru)、铱(Ir)、锗(Ge)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)、砷掺杂 金等类似金属形成。
40：第一压电层。压电层材料可以为氮化铝(AlN)、掺杂氮化铝(doped AlN) 氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3) 或钽酸锂(LiTaO3)等材料，其中掺杂AlN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。压电层可为多晶，也可为单晶。
50：支撑金属层。支撑金属层的材料可与底电极30的材料相同。支撑金属 层包含悬臂梁或支撑梁51。
41：第二压电层。其材料同第一压电层40。
60：顶电极。其材料可与底电极30的材料相同。顶电极上方可覆盖钝化层， 钝化层的材料包括但不限于SiO2、Si3N4、AlN等。
51：支撑梁。
在图1A中，支撑梁51的外端延伸到声学镜边缘的外侧。在本发明中，外 侧或外端中的外，以及内侧或内端中的内是相对于几何中心O而言的，对于一 个部件而言，靠近几何中心的为内侧或内端，而远离几何中心的为外侧或外端。
图1A所示的结构，基于支撑梁51，能够进一步提高体声波谐振器的Q值 (尤其是并联谐振点及其附近的Q值)。因此，基于图1A，本发明在谐振器有 效区域外侧，提供一种支点在谐振器振动节点的支撑梁，此节点支撑梁可提高 谐振器的Q值。
图1A1-图1A9示例性示出了图1A中的谐振器的制作过程图，图1B示例 性示出了图1A中的谐振器的工艺流程图。下面结合附图示例性说明图1A中的 谐振器的制作。
如图1A-1所示，提供基底10，基底10设置有声学镜空腔(可以通过刻蚀 形成)，参见图1B中的S1。
如图1A-2所示，填充牺牲层21并平坦化，牺牲层21的材料包括但不限于 SiO2，掺杂SiO2，Si3N4等材料，参见图1B中的S2。
如图1A-3所示，沉积和图形化底电极30，参见图1B中的S3。
如图1A-4所示，沉积和图形化第一压电层40，参见图1B中的S4。
如图1A-5所示，沉积和平坦化牺牲层22，牺牲层22的顶面与第一压电层 40的顶面齐平，参见图1B中的S5。
如图1A-6所示，图形化牺牲层22，参见图1B中的S6。
如图1A-7所示，沉积支撑金属层50，参见图1B中的S7。
如图1A-8所示，依次沉积和图形化第二压电层41、顶电极60，参见图1B 中的S8。
如图1A-9(其与图1A相同)所示，释放牺牲层21、牺牲层22，获得空腔 20，参见图1B中的S9。该空腔20包括了声学镜空腔。在图1A-9中，51对应 于支撑梁。
图1D为根据本发明的另一个示例性实施例的沿图1中的B-O-B’截得的剖 视图，图1D-1至图1D-6示例性示出了图1D中的谐振器的制作过程图。
如图1D-1所示，提供第一基底100。
如图1D-2所示，在基底100上依次沉积第一电极130、第一压电层140、 第一金属层150。其中第一压电层可为单晶压电层。
如图1D-3所示，减薄并刻蚀第一基底100形成声学镜结构。
如图1D-4所示，刻蚀第一电极和第一压电层，以露出第一金属层150，从 而形成第一单元。
如图1D-5所示，采用上述步骤制得第二单元，第二单元包括第二基底101， 第二电极131，第二压电层141以及第二金属层151。
如图1D-6所示，通过将第一金属层150与第二金属层151键合而将第一单 元和第二单元键合连接，以形成图1D所示的谐振器结构，其中，可选的，可以 将其中一侧的基底完全去掉。此外，在1D-6之后还可以包括制作电极引出部分 的常规加工步骤，如将衬底上方支撑层上侧的压电层141及金属层131去除掉， 从而露出作为电极引脚的支撑层部分。
在图1D-1至图1D-6所示的步骤中，在第一金属层150与第二金属层151 键合之前，执行了对于压电层和电极的刻蚀与图形化。不过，对于压电层和电 极的刻蚀与图形化也可以在第一金属层150与第二金属层151键合之后进行， 如图1E-1至图1E-7所示。
图1E为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图1中的B-O-B’截得的剖 视图；图1E-1至图1E-7示例性示出了图1E中的谐振器的制作过程图。此实施 例中，电极是在第一金属层150与第二金属层151键合后再沉积和图形化的， 此种方式有利于单晶AlN的生长(在单晶衬底材料上更容易采用分子束外延技 术生长单晶AlN材料)，也便于采用其他单晶材料，如铌酸锂、碳酸锂等(容易 通过离子注入等技术在硅衬底上实现薄膜铌酸锂或钽酸锂压电层)，同时可以简 化后续电极连接的步骤。
图1E所示的谐振器的制作过程示例性说明如下：
如图1E-1所示，提供第一基底100。
如图1E-2所示，在基底100上依次形成第一压电层140、第一金属层150， 以形成第一单元。其中，第一压电层可为单晶压电层，如单晶AlN压电层、铌 酸锂、钽酸锂压电层，也可为其他压电材料，如溅射形成的多晶AlN、PZT、ZnO 等。可选的，也可将支撑部分的压电层刻蚀掉。
如图1E-3所示，如上制作第二单元，并倒置。第二单元包括第二基底101， 第二压电层141和第二金属层151。
如图1E-4所示，将第一单元与第二单元的金属层彼此键合连接。
如图1E-5所示，减薄并刻蚀两侧基底，以形成声学镜。可选的，可以将其 中一侧基底完全去掉。
如图1E-6所示，图形化压电层。
如图1E-7所示，沉积和图形化电极层，以形成图1E所示的谐振器结构。 此外，在1E-7之后还可以包括制作电极引出部分的常规加工步骤，如将衬底上 方支撑层上侧的压电层141去除掉，从而露出作为电极引脚的支撑层部分。
图1F为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图1中的B-O-B’截得的剖视 图。图1F所示实施例与图1E所示实施例类似，不同之处在于，键合层中间含 有温度补偿层170，且温度补偿层170在横向方向上延伸出有效区域。温度补偿 层170可改善谐振器的温漂特性，材料包括但不限于SiO2、掺杂SiO2等，温度 补偿层的温度系数与压电层的温度系数相反即可。
图2A为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的A-O-A’截得的剖视 图。图2A示出了顶电极和底电极从主体结构延伸出去的电连接的方式，其中 180和181是连接金属，材料同电极130或131。为避免出现短路及寄生电容， 主体结构靠近边缘处的支撑金属会被去除以形成不导电部171。可选的，不导电 部171为可由空隙或不导电介质材料形成的结构，其中不导电介质材料包括但 不限于SiO2、Si3N4等。如本领域技术人员能够理解的，顶电极与一个支撑梁 连接，而底电极与另一个支撑梁连接，这两个支撑梁之间不形成电连接。进一 步的，与顶电极电连接的支撑梁以及与底电极电连接的支撑梁与所述多个支撑 梁中的其他支撑梁彼此电学隔离。
图2B为根据本发明的另一个示例性实施例的沿图1中的A-O-A’截得的剖 视图。图2B所示实施例与图2A类似，不同之处在于：顶电极和底电极可直接 连接到支撑金属层上。这里的直接连接，表示电极所在层与支撑金属层电连接。 如本领域技术人员能够理解的，顶电极与一个支撑梁连接，而底电极与另一个 支撑梁连接，这两个支撑梁之间不形成电连接。进一步的，与顶电极电连接的 支撑梁以及与底电极电连接的支撑梁与所述多个支撑梁中的其他支撑梁彼此电 学隔离。
图2C为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图1中的A-O-A’截得的剖 视图。图2C所示实施例与图2B类似，不同之处在于：省略主体部分的支撑金 属。
图3为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的示意性俯视图， 其中示出了支撑梁具有弯曲部形状。图3所示实施例表征了悬臂梁或支撑梁的 不同连接方式。在普通谐振器中，支撑结构为压电层延伸和电极层延伸的组合 (压电层+上电极或压电层+下电极)，当谐振器工作时，工作频率容易受到基底 应力的影响。图3所示的含有折线形状的悬臂梁镂空结构，可以起到类似弹簧 减震的效果，有助于改善因衬底应力变化而带来的频率漂移现象。如本领域技 术人员能够理解的，支撑梁的弯曲部不限于图3所示的弯曲形式，只要弯曲可 以缓解或者吸收基底应力带来的影响即可。
在本发明的上述实施例中，谐振器的中性轴延伸穿过支撑梁，而且所述支 撑梁关于中性轴上下对称布置。但是，本发明不限于此。
此外，如图1C所示，本发明也提出了可适用于体声波谐振器的一种MEMS 器件，其包括如图1C所示的三明治结构，所述三明治结构包括依次叠置的顶电 极60、压电层40和底电极30；以及金属支撑梁50，其一端至少部分置于压电 层中。
基于以上，本发明提出了如下技术方案：
1、一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成 谐振器的有效区域；
所述谐振器还包括支撑梁，所述支撑梁用于保持所述有效区域；
所述支撑梁在谐振器的横向方向上的内端连接到有效区域，在谐振器的横 向方向上的外端由基底支撑；
所述支撑梁为金属梁，且所述内端至少部分设置在压电层中。
2、根据1所述的谐振器，其中：
所述压电层包括在谐振器的厚度方向上布置的第一压电层与第二压电层；
所述谐振器包括支撑金属层，所述支撑金属层设置在第一压电层与第二压 电层之间，且所述支撑梁为所述支撑金属层的一部分。
3、根据2所述的谐振器，其中：
所述支撑金属层还设置有温度补偿层，所述温度补偿层延伸到有效区域外 侧。
4、根据2所述的谐振器，其中：
所述支撑梁包括多个支撑梁，至少一个支撑梁与顶电极电连接，至少一个 另外的支撑梁与底电极电连接，且与顶电极电连接的支撑梁的内端和与底电极 电连接的支撑梁的内端彼此电学隔离。
5、根据4所述的谐振器，其中：
与顶电极电连接的支撑梁的内端和与底电极电连接的支撑梁的内端之间为 压电层材料。
6、根据4所述的谐振器，其中：
所述金属支撑层包括设置在其内的不导电部，环状不导电部将金属支撑层 在横向方向上分隔开为内层以及位于内层两侧外层，所述支撑梁的内端连接到 对应外层。
7、根据6所述的谐振器，其中：
所述不导电部由不导电介质材料形成，或者为空隙。
8、根据6所述的谐振器，其中：
所述内层中设置有温度补偿层。
9、根据4所述的谐振器，其中：
与顶电极电连接的支撑梁以及与底电极电连接的支撑梁与所述多个支撑梁 中的其他支撑梁彼此电学隔离。
10、根据4所述的谐振器，其中：
顶电极和/或底电极直接电连接到对应的支撑梁；或者
顶电极和/或底电极经由另外的连接金属层电连接到对应的支撑梁。
11、根据1所述的谐振器，其中：
支撑梁包括在厚度方向上的第一金属梁层和第二金属梁层，所述第一金属 梁层和第二金属梁层彼此键合连接。
12、根据1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁的外端直接连接到基底的顶面；或者。
所述支撑梁的外端由设置在基底上的压电层保持。
13、根据1所述的谐振器，其中：
形成所述支撑梁的材料与形成顶电极或底电极的材料相同。
14、根据1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁包括沿有效区域的周向方向彼此间隔开的多个支撑梁；和/或者 所述支撑梁沿有效区域的电极连接部分设置。
15、根据1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁为具有平面弯曲部的支撑梁，所述平面弯曲部为所述支撑梁提 供弹性。
16、根据1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁的内端与外端均设置在压电层中；
所述压电层为单晶压电层。
17、根据1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁的外端延伸到声学镜的边界的外侧。
18、根据1-17中任一项所述的谐振器，其中：
所述支撑梁的轴线与所述谐振器的中性轴在谐振器的厚度方向上的距离与 谐振器的总厚度之间的比例不大于20％；且
支撑梁的厚度不大于谐振器的总厚度的50％或者小于压电层的厚度。
19、根据18所述的谐振器，其中：
支撑梁的厚度不大于压电层的厚度的50％。
20、根据18所述的谐振器，其中：
支撑梁的厚度不大于谐振器的总厚度的10％。
21、根据18所述的谐振器，其中：
所述谐振器的中性轴延伸穿过支撑梁；且
所述支撑梁的内端关于中性轴上下对称布置。
22、一种滤波器，包括根据1-21中任一项所述的体声波谐振器。
23、一种电子设备，包括根据22所述的滤波器或者根据1-21中任一项所述 的体声波谐振器。
24、一种体声波谐振器的制造方法，其中，所述体声波谐振器包括压电层， 所述方法包括步骤：
提供金属支撑梁，所述支撑梁的一端连接到谐振器的有效区域且至少部分 设置在压电层中。
25、根据24所述的方法，包括步骤：
在基底上沉积和图形化底电极和第一压电层；
沉积和图形化牺牲层，且使得牺牲层的顶面与第一压电层的顶面齐平；
在牺牲层上沉积金属支撑层，金属支撑层还覆盖压电层外侧的基底的上表 面；
图形化金属支撑层，使得图形化后的金属支撑层包括所述支撑梁，所述支 撑梁用于保持所述有效区域；
在金属支撑层上沉积和图形化第二压电层和顶电极；以及
释放牺牲层。
26、根据25所述的方法，其中：
在基底上沉积底电极之前，还包括在基底上形成声学镜空腔以及在空腔中 沉积另外的牺牲层；
释放牺牲层包括释放所述另外的牺牲层和所述牺牲层。
27、根据24所述的方法，包括步骤：
提供第一单元，第一单元包括第一基底，依次设置在第一基底上的第一电 极、第一压电层和第一金属层；
提供第二单元，第二单元包括第二基底，依次设置在第二基底上的第二电 极、第二压电层和第二金属层；
将第一金属层和第二金属层键合连接而形成金属支撑层，
所述方法还包括步骤：
减薄并刻蚀部分区域的第一基底、第二基底以形成谐振器的声学镜，并图 形化声学镜内侧的第一电极、第二电极、第一压电层和第二压电层，以露出第 一金属层和第二金属层而形成所述支撑梁。
28、根据24所述的方法，包括步骤：
提供第一基底；
在第一基底上依次设置第一压电层和第一金属层；
提供第二基底；
在第二基底上依次设置第二压电层和第二金属层；
将第一金属层和第二金属层键合连接而形成金属支撑层；
减薄并刻蚀部分区域的第一基底和第二基底以形成谐振器的声学镜，并图 形化声学镜内侧的第一压电层和第二压电层以分别露出第一金属层和第二金属 层而形成所述支撑梁；
在第一压电层和第二压电层上分别沉积和图形化第一电极和第二电极。
29、根据27或28所述的方法，还包括步骤：
图形化露出的第一金属层和第二金属层以形成多个所述支撑梁，多个支撑 梁在谐振器的有效区域的周向方向上彼此间隔开。
这里的电子设备，包括但不限于射频前端、滤波放大模块等中间产品，以 及手机、WIFI、无人机等终端产品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化， 本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (29)
1.一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
所述谐振器还包括支撑梁，所述支撑梁用于保持所述有效区域；
所述支撑梁在谐振器的横向方向上的内端连接到有效区域，在谐振器的横向方向上的外端由基底支撑；
所述支撑梁为金属梁，且所述内端至少部分设置在压电层中。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述压电层包括在谐振器的厚度方向上布置的第一压电层与第二压电层；
所述谐振器包括支撑金属层，所述支撑金属层设置在第一压电层与第二压电层之间，且所述支撑梁为所述支撑金属层的一部分。
3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
所述支撑金属层还设置有温度补偿层，所述温度补偿层延伸到有效区域外侧。
4.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
所述支撑梁包括多个支撑梁，至少一个支撑梁与顶电极电连接，至少一个另外的支撑梁与底电极电连接，且与顶电极电连接的支撑梁的内端和与底电极电连接的支撑梁的内端彼此电学隔离。
5.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
与顶电极电连接的支撑梁的内端和与底电极电连接的支撑梁的内端之间为压电层材料。
6.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
所述金属支撑层包括设置在其内的不导电部，不导电部将金属支撑层在横向方向上分隔开为内层以及位于内层两侧的外层，所述支撑梁的内端连接到对应的外层。
7.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
所述不导电部由不导电介质材料形成，或者为空隙。
8.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
所述内层中设置有温度补偿层。
9.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
与顶电极电连接的支撑梁以及与底电极电连接的支撑梁与所述多个支撑梁中的其他支撑梁彼此电学隔离。
10.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
顶电极和/或底电极直接电连接到对应的支撑梁；或者
顶电极和/或底电极经由另外的连接金属层电连接到对应的支撑梁。
11.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
支撑梁包括在厚度方向上的第一金属梁层和第二金属梁层，所述第一金属梁层和第二金属梁层彼此键合连接。
12.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁的外端直接连接到基底的顶面；或者。
所述支撑梁的外端由设置在基底上的压电层保持。
13.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
形成所述支撑梁的材料与形成顶电极或底电极的材料相同。
14.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁包括沿有效区域的周向方向彼此间隔开的多个支撑梁；和/或者
所述支撑梁沿有效区域的电极连接部分设置。
15.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁为具有平面弯曲部的支撑梁，所述平面弯曲部为所述支撑梁提供弹性。
16.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁的内端与外端均设置在压电层中；
所述压电层为单晶压电层。
17.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述支撑梁的外端延伸到声学镜的边界的外侧。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的谐振器，其中：
所述支撑梁的轴线与所述谐振器的中性轴在谐振器的厚度方向上的距离与谐振器的总厚度之间的比例不大于20％；且
支撑梁的厚度不大于谐振器的总厚度的50％或者小于压电层的厚度。
19.根据权利要求18所述的谐振器，其中：
支撑梁的厚度不大于压电层的厚度的50％。
20.根据权利要求18所述的谐振器，其中：
支撑梁的厚度不大于谐振器的总厚度的10％。
21.根据权利要求18所述的谐振器，其中：
所述谐振器的中性轴延伸穿过支撑梁；且
所述支撑梁的内端关于中性轴上下对称布置。
22.一种滤波器，包括根据权利要求1-21中任一项所述的体声波谐振器。
23.一种电子设备，包括根据权利要求22所述的滤波器或者根据权利要求1-21中任一项所述的体声波谐振器。
24.一种体声波谐振器的制造方法，其中，所述体声波谐振器包括压电层，所述方法包括步骤：
提供金属支撑梁，所述支撑梁的一端连接到谐振器的有效区域且至少部分设置在压电层中。
25.根据权利要求24所述的方法，包括步骤：
在基底上沉积和图形化底电极和第一压电层；
沉积和图形化牺牲层，且使得牺牲层的顶面与第一压电层的顶面齐平；
在牺牲层上沉积金属支撑层，金属支撑层还覆盖压电层外侧的基底的上表面；
图形化金属支撑层，使得图形化后的金属支撑层包括所述支撑梁，所述支撑梁用于保持所述有效区域；
在金属支撑层上沉积和图形化第二压电层和顶电极；以及
释放牺牲层。
26.根据权利要求25所述的方法，其中：
在基底上沉积底电极之前，还包括在基底上形成声学镜空腔以及在空腔中沉积另外的牺牲层；
释放牺牲层包括释放所述另外的牺牲层和所述牺牲层。
27.根据权利要求24所述的方法，包括步骤：
提供第一单元，第一单元包括第一基底，依次设置在第一基底上的第一电极、第一压电层和第一金属层；
提供第二单元，第二单元包括第二基底，依次设置在第二基底上的第二电极、第二压电层和第二金属层；
将第一金属层和第二金属层键合连接而形成金属支撑层，
所述方法还包括步骤：
减薄并刻蚀部分区域的第一基底、第二基底以形成谐振器的声学镜，并图形化声学镜内侧的第一电极、第二电极、第一压电层和第二压电层，以露出第一金属层和第二金属层而形成所述支撑梁。
28.根据权利要求24所述的方法，包括步骤：
提供第一基底；
在第一基底上依次设置第一压电层和第一金属层；
提供第二基底；
在第二基底上依次设置第二压电层和第二金属层；
将第一金属层和第二金属层键合连接而形成金属支撑层；
减薄并刻蚀部分区域的第一基底和第二基底以形成谐振器的声学镜，并图形化声学镜内侧的第一压电层和第二压电层以分别露出第一金属层和第二金属层而形成所述支撑梁；
在第一压电层和第二压电层上分别沉积和图形化第一电极和第二电极。
29.根据权利要求27或28所述的方法，还包括步骤：
图形化露出的第一金属层和第二金属层以形成多个所述支撑梁，多个支撑梁在谐振器的有效区域的周向方向上彼此间隔开。
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Denomination of invention: Bulk acoustic wave resonator and its manufacturing method, filter and electronic equipment Effective date of registration: 20210908 Granted publication date: 20210810 Pledgee: Tianjin TEDA Haihe intelligent manufacturing industry development fund partnership (L.P.) Pledgor: ROFS MICROSYSTEM(TIANJIN) Co.,Ltd. Registration number: Y2021980009034 |
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Effective date of registration: 20240130 Granted publication date: 20210810 |
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