CN111865248B - 谐振器组件及其制造方法、半导体器件、电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种谐振器组件及其制造方法，该谐振器组件包括体声波谐振器和声表面波谐振器，其中：所述两个谐振器的电极结构位于一个基底的同一侧。本发明还涉及一种具有该谐振器组件的滤波器和一种具有该滤波器或谐振器组件的电子设备。

Description

谐振器组件及其制造方法、半导体器件、电子设备
技术领域
本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种谐振器组件及其制造方法， 一种半导体器件，以及一种具有该半导体器件或谐振器组件的电子设备。
背景技术
电子器件作为电子设备的基本元素，被广泛应用于我们生活中的方方面面。 不但目前常用的移动电话、汽车、家电设备等地方充满了各式各样的电子器件， 而且未来即将改变世界的人工智能、物联网、5G通讯等技术仍然需要依靠电子 器件作为基础。
电子器件根据不同工作原理可以发挥不同的特性与优势，在所有电子器件 中，利用压电效应(或逆压电效应)工作的器件是其中很重要一类。其中，体 声波谐振器及声表面波谐振器在滤波器等电子器件中得到广泛应用。在现有体 声波或声表面波滤波器设计或者产品中，都是在不同的晶圆或基底上加工而成， 最后再集成在一起，但随着射频前端小型化趋势越来越严峻，以此种方式布置 谐振器的滤波器结构不利于滤波器尺寸的进一步缩小。
另一方面，体声波滤波器和声表面波滤波器分别具有各自的优势，比如， 体声波滤波器在高频性能表现更好，而声表面波滤波器在低频性能表现更好， 因此，在射频前端系统中常常需要两种滤波器相互配合，实现多频段滤波器组 (即多工器)。但是传统的基于多晶氮化铝压电材料的体声波滤波器和基于单晶 铌酸锂压电材料的声表面波滤波器，由于采用了不同的压电材料、结构和相应 制作工艺，因此，在一个基底上同时加工出两种滤波器是不可能实现的，阻碍 了射频前端进一步小型化的发展。
发明内容
为解决现有技术中的上述技术问题的至少一个方面，例如为进一步减小体 声波滤波器、多工器等半导体器件的集成占用面积，提出本发明。在本发明中， 将体声波谐振器和声表面波谐振器集成在一片基底或晶圆的同侧，便于实现体 声波滤波器和声表面波滤波器的高度集成。
根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种谐振器组件及其制造方法， 该谐振器组件包括体声波谐振器和声表面波谐振器，其中：所述两个谐振器的 电极结构位于一个基底的同一侧。所述方法包括步骤：在一个基底的同一侧形 成体声波谐振器和声表面波谐振器的电极结构。
本发明的实施例也涉及一种半导体器件，包括上述的谐振器组件。所述半 导体器件可包括滤波器、双工器、多工器中的至少一种。
本发明的实施例还涉及一种电子设备，包括上述的半导体器件或者谐振器 组件。
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示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图，其 中两个谐振器在横向方向或径向方向上同层并置；
图1A-图1J示例性示出了图1中所示的谐振器组件的制造过程；
图2-5为根据本发明的多个变型示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视 图，其中两个谐振器在横向方向或径向方向上同层并置；
图6为根据本发明的还一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图， 其中两个谐振器在横向方向或径向方向上错层并置；
图6A-6E示例性示出了图6中所示的谐振器组件的制造过程；
图7-11为根据本发明的多个变型示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视 图，其中两个谐振器在横向方向或径向方向上错层并置；
图12为根据本发明的还一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图， 其中两个谐振器在厚度方向上叠置；
图12A-12K示例性示出了图12中所示的谐振器组件的制造过程；
图13-15为根据本发明的多个不同变型示例性实施例的谐振器组件的示意 性剖视图，其中两个谐振器在厚度方向上叠置；
图16A为根据本发明的一个示例性实施例的双工器的示意图；
图16B为图16A中的声表面波谐振器单元的具体结构图。
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1为根据本发明的一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图，图1 中，谐振器组件包括单晶体声波谐振器和单晶薄膜型声表面波谐振器。
图1中的附图标记说明如下：
02为单晶体声波谐振器和单晶薄膜型声表面波谐振器的压电层。压电层材 料，基于不同的谐振器，可以为单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶 锆钛酸铅、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料。
03为单晶体声波谐振器的底电极。在本发明中，电极材料可以为：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)等类似金属形成。
05、06和07分别形成组件的声反射层，构成布拉格反射层，其中07和05 为低声阻抗层，06为高声阻抗层，可选的，低声阻抗层和高声阻抗层的厚度均 为四分之一波长的奇数倍，该波长为对应声反射层在表面声波谐振器谐振频率 处沿纵向传播的剪切波波长，此外，低声阻抗层和高声阻抗层的厚度也可以是 综合考虑对沿纵向传播的纵波和剪切波抑制而进行优化后的厚度。本发明中， 布拉格反射层中高低声阻抗层层数不限于图1中所示3层，也可以为其他设置， 但至少包括一层低声阻抗层和一层高声阻抗层。
08为基底，可选材料为单晶硅、氮化镓、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、 金刚石等。
09为单晶体声波谐振器的顶电极，其材料可与底电极相同。
10为单晶薄膜声表面波谐振器的叉指电极或电极结构，其材料与厚度可以 与体声波谐振器的顶电极09的材料与厚度相同，也可以不同。
11为单晶体声波谐振器底部空腔的释放孔。
12为位于单晶体声波谐振器下的空腔结构，起到声反射的作用。
在本实施例中单晶体声波谐振器和单晶薄膜型声表面波谐振器都为单晶结 构，与常规结构相比由于其压电层材料都为单晶材料(如铌酸锂，钽酸锂，单 晶氮化铝等)，能够大幅提升谐振器的机电耦合系数。不过，在图1所示的实施 例中，压电层也可以是常规压电层(或多晶压电层)，如多晶氮化铝、氧化锌等。
另外，在图1所示的结构中，体声波谐振器和声表面波谐振器在一片晶圆 或基底上同层水平布置，能够有效减小器件集成的面积，并且能够减少工艺步 骤、降低制造成本。
如图1所示，左侧的体声波谐振器的下方设置有声学镜空腔12，而右侧的 声表面波谐振器的下侧设置布拉格反射层。
下面参照图1A-图1J示例性说明图1中所示的谐振器组件的制造过程。
步骤1：如图1A所示，在衬底01表面上形成单晶压电薄膜层02，如单晶 氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、铌酸锂(LiNbO3)，钽酸锂(LiTaO3)等。可选 的，单晶氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)薄膜可以通过但不限于分子束外延技术 沉积形成；单晶铌酸锂、钽酸锂薄膜可以通过但不限于离子注入形成分界层形 成。在本发明中，以单晶材料形成的压电层为单晶压电层或单晶压电薄膜层， 而以非单晶材料形成的压电层一般称为常规压电层(或多晶压电层)。
步骤2：如图1B所示，在压电薄膜层02表面沉积金属层并将金属层图形化 形成单晶体声波谐振器的底电极03。
步骤3：如图1C所示，在图1B所得到的结构的压电层02及底电极03的表 面沉积一牺牲层04，并图形化以形成作为声学镜的空气腔12的形状，牺牲层 04的材料可以是多晶硅、非晶硅、二氧化硅、掺杂二氧化硅等材料。
步骤4：如图1D所示，在牺牲层04的表面沉积形成第一层低声阻抗层05， 其材料可以是二氧化硅、氧化硅、铝、碳掺杂氧化硅、纳米多孔甲基倍半硅氧 烷、纳米多孔氢倍半硅氧烷、包含甲基倍半硅氧烷(methyl silsesquioxane， 简称MSQ)和氢硅倍半环氧乙烷(hydrogen silsesquioxane，简称HSQ)的纳 米多孔混合物、纳米玻璃、气凝胶、干凝胶、旋涂玻璃、聚对二甲苯、SiLK(SiLK 是Dow Chemical公司开发的一种低介电常数材料)或苯并环丁烯等材料。但是 其材料与牺牲层材料不同。
步骤5：如图1E所示，在低声阻抗层05上沉积形成高声阻抗层06，其材 料可以为高声阻材料组成，可以是钨、钼、铂、钌、铱、钨钛、五氧化二钽、 氮化铝、氧化哈、氧化铝、硅化络、碳化铌、氮化钽、碳化钛、氧化钛、碳化 钒、氮化钨、氧化钨、碳化锆、类金刚石或硅掺杂的金刚石等材料。
例如：可以选择多晶硅为牺牲层材料，选择二氧化硅为低声阻抗层材料， 选择氮化铝为高声阻抗层材料。
步骤6：可选的，如图1F所示，在高声阻抗层06上沉积形成第二层低声阻 抗层07。其材料可以与第一低声阻抗层相同或者不同。可选的，还可以交替沉 积更多对高低声阻抗层。
步骤7：如图1G所示，通过CMP(化学机械研磨)法将第二低声阻抗层07 磨平。更普遍的是将最外侧声阻抗层通过CMP磨平。此时，也可能出现体声波 谐振器厚度方向上的最外侧声阻抗层被完全去除掉，而露出靠内侧的声阻抗层 与表面声波谐振器厚度方向上的最外侧声阻抗层平齐。
步骤8：如图1H所示，将步骤7所得到的结构的第二低声阻抗层07的表面 与另一已经制备好的基底08的一个表面进行键合，注意在基底08的键合表面 上还可以具有辅助键合层(图中没有示出)，如二氧化硅、氮化硅等材料。
步骤9：如图1I所示，将步骤8所得到的结构翻转，并通过CMP和/或刻蚀 或离子注入层分离的方法去除衬底01，使压电层02表面暴露，并对其分离界面 进行CMP处理，使其表面光整，具有较低的粗糙度。
步骤10：如图1J所示，在步骤9所暴露出的压电层02的表面沉积电极金 属材料层，并图形化形成单晶体声波谐振器的顶电极09和单晶薄膜声表面波谐 振器的叉指电极10，随后在压电层02的表面刻蚀出牺牲层释放孔11，使其和 牺牲层04相连。可选的，体声波谐振器的顶电极09可以与表面声波谐振器的 叉指电极10分别形成，从而具有不同的厚度和/或不同的材料。
步骤11：最后通过释放孔11将牺牲层04释放掉形成空腔结构12，得到图 1所示的结构。
图2为根据本发明的另一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图2中所示结构与图1基本相同，区别在于：在图2所示的实施例中位于单晶 体声波谐振器下的声反射结构为布拉格发射层，而位于单晶薄膜声表面波谐振 器下的声反射结构为空腔。此时布拉格反射层中的各层厚度需要根据体声波谐 振器的谐振频率来优化确定。在图2所示的实施例中，布拉格反射结构为两对 高、低声阻抗层交替，其中05和07为低声阻抗层，06和13为高声阻抗层。但 可以理解的，本发明中，布拉格反射层中高低声阻抗层层数也可以为其他设置， 但至少包括一层低声阻抗层和一层高声阻抗层。
图3为根据本发明的再一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图3与图1基本相同，区别在于：在图3中，位于单晶体声波谐振器和单晶薄 膜声表面波谐振器下的声反射结构均为布拉格发射层结构，且由四层高、底声 阻抗层交替形成(同图2所示的实施例)，且位于两个谐振器下方的布拉格反射 层各层厚度除了最下层之外均相同，这种情况下，多数时候只能保证体声波谐 振器和表面声波谐振器中的一个具有良好性能。
图4为根据本发明的再一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图4与图3基本相同，区别在于：在图4中，位于单晶体声波谐振器和单晶薄 膜声表面波谐振器下的布拉格发射层的层数不同而且各层厚度可以不同，其厚 度可以分别根据体声波谐振器和表面声波谐振器谐振频率及相应声速优化得到， 相比于图3应用范围更广，可以保证任意频率体声波和表面声波谐振器组合时， 同时具有良好的性能。可选的，一种实施方案如图4所示，在表面声波谐振器 的布拉格反射层中，增加附加低声阻抗层05a，和附加高声阻抗层06a，也可以 在其他需要的位置增加相应的附加声阻抗层。
图5为根据本发明的又一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图5与图1基本相同，区别在于：图5中位于单晶体声波谐振器和单晶薄膜声 表面波谐振器下的声反射结构均为空腔结构，其空腔可以连通，也可以不连通。 且位于空腔结构下方及周围为支撑层14，其材料可以为二氧化硅，氮化硅、多 晶硅、非晶硅等。
在图1-5所示的实施例中，体声波谐振器和声表面波谐振器共用压电层且 在水平面间隔开布置，但是本发明不限于此，两个谐振器可以各自使用不同的 压电层，如后面提及的附图6-11所示。
图6为根据本发明的还一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图5所示的实施例中，谐振器组件包括普通体声波谐振器和单晶薄膜型声表面 波谐振器。图5中的附图标记说明如下(如非特别指出，对应的部件或部分可 以采用与图1中相同的材料)：100为基底；101为普通体声波谐振器下的空腔 结构；102为普通体声波谐振器的底电极；103普通体声波谐振器的压电层，其 可以为氮化铝、氮化镓、氧化锌、PZT等材料，还可包含上述材料的一定原子比 的稀土元素掺杂材料，例如可以是掺杂氮化铝，掺杂氮化铝至少含一种稀土元 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，这些压电材料通常可以通过溅射工艺获得， 一般为多晶压电材料。104为普通体声波谐振器的顶电极；105为平坦层，其材 料可为二氧化硅，氮化硅、多晶硅、非晶硅等；106为单晶薄膜型声表面波谐振 器的压电层，其材料可以为单晶铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾等；107为单晶薄膜型 声表面波谐振器的叉指电极；108为刻蚀空腔结构。其中，通过设计合理厚度， 平坦层105也可以充当表面声波谐振器的低声阻抗层，压电层103也可以充当 表面声波谐振器的高声阻抗层。
在图6所示的实施例中，普通体声波谐振器和单晶薄膜型声表面波谐振器 在基底的同侧水平错开布置且不在同一层分布，能实现基于不同材料、不同厚 度压电层特性的体声波谐振器和表面声波谐振器的集成，从而有效减小器件集 成面积。
图7为根据本发明的再一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图7与图6的区别在于，在图7中体声波谐振器采用单晶体声波谐振器结构。
图8为根据本发明的再一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图8与图6基本相同，区别在于，在图8中，在单晶薄膜型声表面波谐振器压 电层106的下方设置有布拉格反射层结构，其由低声阻抗层109和高声阻抗层110组成，能够起到限制声波从衬底中泄露的作用，从而减小表面声波谐振器中 声波能量的损失。布拉格反射层至少包括一层高声阻抗层和一层低声阻抗层， 也可以为多层结构交替而成，如三层或四层。可选的，其低声阻抗层和高声阻 抗层的厚度为四分之一波长的奇数倍，该波长为对应声反射层在声表面波谐振 频率处沿纵向传播的剪切波波长。此外，低声阻抗层和高声阻抗层的厚度也可以是综合考虑对沿纵向传播的纵波和剪切波抑制而进行优化后的厚度。
图9为根据本发明的再一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图9与图8的区别在于，在图9中表面声波谐振器下方的声反射结构为空腔结 构。且位于空腔结构下方及周围为支撑层14，其材料可以为二氧化硅，氮化硅、 多晶硅、非晶硅等，支撑层14可以与平坦层105材料相同，也可以不同，二者 通过键合连接在一起。
在图1-9所示的实施例中，体声波谐振器和声表面波谐振器同时设置在独 立于压电层之外的同一基底上，但是，本发明不限于此。在特定情况下，压电 层本身可以作为所述同一基底，图10示出了这样的实施例。
图10为根据本发明的再一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 在图10中，表面声波谐振器为常规型表面声波谐振器，即采用铌例如酸锂或钽 酸锂晶圆作为衬底和压电层，而体声波谐振器采用单晶体声波谐振器结构。在 图10的基础上，还可以将常规型表面声波谐振器替换为薄膜型表面声波谐振器 结构，即压电层为薄膜，在压电层与衬底之间还可以存在布拉格反射层结构， 如图11所示，此时衬底材料可以为单晶硅、氮化镓、砷化镓、蓝宝石、石英、 碳化硅、金刚石等，压电层材料可以为铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾等。
需要指出的是，在可选的实施例中，图6-图11中的体声波谐振器下方的空 腔也可以替换为相应的布拉格反射层结构。
下面参照图6A-6E示例性说明图6中所示的谐振器组件的制造过程。
步骤1：如图6A所示，通过已知工艺加工出普通的体声波谐振器，包括顶 电极104，压电层103，底电极102，空腔结构101和基底100，注意，此时的 空腔结构101中填充有牺牲层材料。
步骤2：如图6B所示，在顶电极104上沉积形成一层平坦层105，其材料 可以为二氧化硅，氮化硅、多晶硅、非晶硅等。
步骤3：如图6C所示，通过CMP(化学机械研磨)法将平坦层105磨平， 使其表面光整，具有较低的粗糙度。
步骤4：如图6D所示，在平坦层105上方通过键合或沉积形成单晶薄膜压 电层106，其材料可以为铌酸锂(LiNbO3)，钽酸锂(LiTaO3)、单晶氮化铝(AlN)、 氮化镓(GaN)等。通常，单晶铌酸锂、钽酸锂薄膜可以通过键合形成，未示出 的，压电层106和平坦层105之间还可以有辅助键合层。而单晶氮化铝(AlN)、 氮化镓(GaN)薄膜可以通过分子束外延技术沉积形成。
步骤5：如图6E所示，在压电层106的表面沉积电极金属材料层，并图形 化形成单晶薄膜型声表面波谐振器的叉指电极107。
步骤6：通过刻蚀的方法将位于普通体声波谐振器顶电极上方的平坦层和压 电层刻蚀掉形成如图6中所示的空腔108结构，并最终释放空腔101中的牺牲 层材料，形成空腔，得到图6所示的结构。
在图6-11所示的实施例中，两个谐振器使用不同的压电层且在水平方向上 错开布置，但是本发明不限于此，两个谐振器的压电层还可以在厚度方向上叠 置。下面参照图12-15具体说明。
图12为根据本发明的还一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图12中，谐振器组件包括单晶体声波谐振器和单晶薄膜型声表面波谐振器。图 12中的附图标记说明如下(如非特别指出，对应的部件或部分可以采用与图1 和6中相同的材料)：300为单晶薄膜型声表面波谐振器的基底；301和302形 成布拉格反射层结构，301为高声阻抗层，302为低声阻抗层；303为单晶薄膜 声表面波谐振器压电层；304为单晶薄膜声表面波谐振器的叉指电极；306和311 为平坦层；314为空腔结构；309为单晶体声波谐振器的底电极；308为单晶体 声波谐振器的压电层，312为单晶体声波谐振器的顶电极；313为形成空腔结构 314的释放通孔。
在图12所示的实施例中，单晶体声波谐振器和单晶薄膜型声表面波谐振器 在晶圆或基底的同侧不同层垂直布置，这能够有效减少器件的集成面积，有利 于其组成的滤波器器件尺寸的缩小。
在可选的实施例中，可以去除301和302。
下面参照图12A-12K示例性说明了图12中所示的谐振器组件的制造过程。
步骤1：如图12A所示，通过已知加工方法在基底300上制作出薄膜声表面 波谐振器，其结构包括叉指电极304、压电层303、低声阻抗层302和高声阻抗 层301。
步骤2：如图12B所示，在图12A所得到结构的压电层303及叉指电极304 的表面沉积一牺牲层305，并图形化以形成作为声学镜的空气腔314下半部分的 形状，牺牲层的材料可以是多晶硅、非晶硅、二氧化硅、掺杂二氧化硅等材料。
步骤3：如图12C所示，在压电层303和牺牲层305的上方沉积一层平坦层 306，其材料可以为二氧化硅，氮化硅、多晶硅、非晶硅等。
步骤4：如图12D所示，通过CMP(化学机械研磨)法将平坦层306磨平至 漏出牺牲层305的表面，使其表面光整，具有较低的粗糙度。
步骤5：如图12E所示，在衬底307上加工制作单晶体声波谐振器。首先在 衬底307表面形成单晶压电层308，具体可以参考图1A对应的步骤说明。
步骤6：如图12F所示，在单晶压电层308表面沉积金属层并将金属层图形 化形成单晶体声波谐振器的底电极309。
步骤7：如图12G所示，在步骤6所得到结构的压电层308及底电极309的 表面沉积一牺牲层310，并图形化以形成作为声学镜的空气腔314上半部分的形 状，牺牲层的材料可以是多晶硅、非晶硅、二氧化硅、掺杂二氧化硅等材料， 可选的，牺牲层310与牺牲层305采用相同的材料。
步骤8：如图12H所示，在压电层308和牺牲层310的上方沉积一层平坦层 311，其材料可以为二氧化硅，氮化硅、多晶硅、非晶硅等，可选的，平坦层311 与平坦层306采用相同的材料。
步骤9：如图12I所示，通过CMP(化学机械研磨)法将平坦层311磨平漏 出牺牲层310的表面，使其表面光整，具有较低的粗糙度。
步骤10：如图12J所示，将图12I所示结构与图12D所示结构键合，并将 其翻转过来，并通过CMP和/或刻蚀或离子注入层分离的方法去除衬底307，使 压电层308表面暴露，并对其分离界面进行CMP处理，使其表面光整，具有较 低的粗糙度。
步骤11：如图12K所示，在步骤10暴露出的压电层308的表面沉积电极金 属材料层，并图形化形成单晶体声波谐振器的顶电极312，随后在压电层308的 表面刻蚀出牺牲层的释放孔313，使其和牺牲层310和305相连。
步骤12：最后通过释放孔313将牺牲层310和305释放掉形成空腔结构314， 即得到图7所示的结构。
图13为根据本发明的还一个示例性实施例的谐振器组件的示意性剖视图。 图13所示的结构与图12中基本相同，区别在于：在图13所示的实施例中，声 表面波谐振器为常规型结构，即在本发明中，常规声表面波谐振器为使用压电 材料同时充当基底和压电功能层的声表面波谐振器，与使用了压电薄膜的压电 薄膜型声表面波谐振器相对。
在图12和13所示的实施例中，声表面波谐振器位于下侧，而体声波谐振 器位于上侧，但是，在可选的实施例中，两者的位置也可以交换，如图14和图 15所示。在图14中，下方的体声波谐振器采用普通体声波谐振器，而在图15 中，下方的体声波谐振器采用单晶体声波谐振器。此外，并不局限于图12-15 中所示，上下空腔完全对准，也可以有一定的错开，比如下空腔大于上空腔， 或者下空腔小于上空腔，或者上空腔与下空腔仅有部分重叠，这些均在本发明 的保护范围之内。图16A为根据本发明的一个示例性实施例的双工器的示意图。 该双工器包括一个发射端滤波器(Tx)和一个接收端滤波器(Rx)。其中，Tx滤 波器为单端输入单端输出结构，X1、X2、X3、X4、X5为Tx滤波器中的串联谐振 器，Y1、Y2、Y3、Y4、Y5为Tx滤波器中的并联谐振器。而Rx滤波器为单端输 入差分输出结构，Z1、Z2为Rx滤波器中的串联谐振器，T1、T2为Rx滤波器中 的并联谐振器，；R1、R2、R3为双模式声表面波谐振器(DMS)，其具体结构如图 16B所示。L1为天线端(Ant)的匹配电感。通常Tx滤波器具有高功率要求，而Rx滤波器为了与后续低噪声放大器(LNA)的差分端口相兼容，通常具有差 分输出要求，从而降低噪声。相比于表面声波谐振器，体声波谐振器具有更高 的功率容量；而相比于体声波谐振器，采用声表面波的DMS(双模式声表面波) 技术很容易实现双端口差分输出效果。因此，采用本发明所述方案，可以将利 用体声波谐振器实现的Tx滤波器，与利用声表面波谐振器实现的Rx滤波器集 成在同一个芯片上，从而缩小双工器尺寸，并利用体声波谐振器和表面声波谐 振器各自的优点达到双工器的最优效果。
在图16A所示的实施例中，体声波谐振器的压电层可以为单晶结构(或单 晶压电层)也可以为常规结构(或多晶压电层)；声表面波谐振器的压电层可以 为常规结构也可以为压电薄膜结构。在图16A所示的双工器中，均可以包括例 如图1-15中所示的谐振器组件结构，
此外，本发明的应用并不限于如图16A所示的情况，例如但不限于如下情 况，表面声波谐振器通常具有较大的机电耦合系数，可以实现更大的带宽，而 体声波谐振器通常具有更高的Q值，从而有利于获得陡峭的滚降特性，因此， 可以在一个滤波器中通过合理安排体声波谐振器和表面声波谐振器的位置及电 连接关系，来实现大带宽、高滚降特性的滤波器性能。
可见，通过在同一基底上同时设置或加工出声表面波谐振器和体声波谐振 器，有利于结合该两种谐振器的优势，容易获得单一类型谐振器所不易达到的 滤波器、双工器、多工器的性能，还可以使得射频前端进一步小型化。
在本发明中，上下是基于谐振器组件的基底的底面而言，谐振器组件中的 部件的更靠近该底面的一侧为下侧，更远离该底面的一侧为上侧。
基于以上，本发明提出了如下技术方案：
1、一种谐振器组件，包括：
体声波谐振器；和
声表面波谐振器，
其中：
所述两个谐振器的电极结构位于一个基底的同一侧。
2、根据1所述的组件，其中：
所述两个谐振器共用同一压电层；
在体声波谐振器中，所述压电层的上侧和下侧分别设置有顶电极和底电极；
在声表面波谐振器中，所述压电层的上侧设置有电极结构。
3、根据2所述的组件，其中：
所述组件包括设置在所述压电层与所述基底之间的声学镜结构。
4、根据3所述的组件，其中
所述声学镜结构包括声学镜空腔和/或布拉格反射层。
5、根据4所述的组件，其中：
所述组件包括设置在基底上的布拉格反射层，所述体声波谐振器的底电极 与所述布拉格反射层之间设置有声学镜空腔，在所述声表面波谐振器的区域， 所述压电层与布拉格反射层相接；或者
所述组件包括设置在基底上的布拉格反射层，在所述体声波谐振器的区域， 所述布拉格反射层设置在底电极与基底之间而形成所述体声波谐振器的声学镜， 在所述声表面波谐振器的区域，所述压电层与布拉格反射层之间设置有声学镜 空腔。
6、根据4所述的组件，其中：
所述布拉格反射层同时作为体声波谐振器与声表面波谐振器的声学镜。
7、根据6所述的组件，其中：
在所述声表面波谐振器的区域的布拉格反射层的层数与在所述体声波谐振 器的区域的布拉格反射层的层数相同，且布拉格反射层在声表面波谐振器区域 和体声波谐振器区中至少一层的厚度相同；或者
在所述声表面波谐振器的区域的布拉格反射层的层数与在所述体声波谐振 器的区域的布拉格反射层的层数不同。
8、根据2-7中任一项所述的组件，其中：
所述压电层为单晶压电层。
9、根据1所述的组件，其中：
所述体声波谐振器的压电层和所述声表面波谐振器的压电层在所述组件的 厚度方向上下间隔开且一个为上压电层、另一个为下压电层，所述体声波谐振 器和声表面波谐振器中的一个为在组件的厚度方向处于上方的上谐振器、另一 个为处于下方的下谐振器。
10、根据9所述的组件，其中：
上谐振器和下谐振器在横向方向上彼此间隔开布置；
在下谐振器的区域，至少所述上压电层被移除以露出下谐振器的在下压电 层的上表面的电极结构。
11、根据10所述的组件，其中：
所述上谐振器为声表面波谐振器，所述下谐振器为体声波谐振器。
12、根据11所述的组件，其中：
所述上压电层为单晶压电层，所述单晶压电层与下压电层之间设置有平坦 隔离层和/或布拉格反射层；
在所述上谐振器区域，所述上压电层的上表面设置有上谐振器的电极结构； 且
在下谐振器的区域，所述上压电层和所述平坦隔离层和/或布拉格反射层被 移除以露出下谐振器的在下压电层的上表面的电极结构。
13、根据10所述的组件，其中：
所述上谐振器为体声波谐振器，所述下谐振器为声表面波谐振器。
14、根据9所述的组件，其中：
上谐振器和下谐振器在所述组件的厚度方向上叠置，且上谐振器和下谐振 器之间设置有间隔层。
15、根据14所述的组件，其中：
作为下谐振器的声表面波谐振器设置在作为上谐振器的体声波谐振器与基 底之间，且下压电层与上压电层之间限定有空间，所述间隔层围绕所述空间设 置，且下谐振器在下压电层的上侧的电极结构位于所述空间内，所述空间形成 所述上谐振器的声学镜空腔。
16、根据14所述的组件，其中：
作为下谐振器的体声波谐振器布置在作为上谐振器的声表面波谐振器与基 底之间，且上压电层与下谐振器的顶电极之间限定有空间，所述间隔层围绕所 述空间设置，下谐振器的顶电极位于所述空间内，且所述上谐振器的电极在厚 度方向的投影位于所述空间内。
17、根据9所述的组件，其中：
所述上压电层和/或下压电层为单晶压电层。
18、根据11或16所述的组件，其中：
所述下压电层为多晶压电层。
19、根据13或15所述的组件，其中：
所述下压电层构成所述一个基底。
20、一种根据1所述的谐振器组件的制造方法，包括步骤：
在一个基底的同一侧形成体声波谐振器和声表面波谐振器的电极结构。
21、根据20所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：在一个基底的同一侧在横向方向上形成彼此间隔开的 体声波谐振器和声表面波谐振器，其中：体声波谐振器和声表面波谐振器共用 同一压电层。
22、根据21所述的方法，包括步骤：
在第一基底上形成压电层，第一基底在压电层的一侧；
在压电层的另一侧形成复合结构层，所述复合结构层包括声学镜结构以及 体声波谐振器的底电极，所述复合结构层的远离所述压电层的一侧为平坦面；
在所述复合结构层的所述一侧设置第二基底，所述第二基底为所述一个基 底；
移除第一基底；以及
在压电层的所述一侧表面上在横向方向上间隔开的形成体声波谐振器的顶 电极以及声表面波谐振器的电极结构。
23、根据22所述的方法，其中：
所述声学镜结构包括声学镜空腔和/或布拉格反射层。
24、根据20所述的方法，其中：
所述体声波谐振器的压电层和所述声表面波谐振器的压电层在所述组件的 厚度方向上下间隔开且一个为上压电层、另一个为下压电层，所述体声波谐振 器和声表面波谐振器中的一个为在组件的厚度方向处于上方的上谐振器、另一 个为处于下方的下谐振器。
25、根据24所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：
在下压电层的表面形成下谐振器的电极结构；
形成上压电层，所述上压电层覆盖下谐振器的电极结构的处于下压电层的 上表面的电极结构部分；
在下谐振器区域，刻蚀至少上压电层以露出下谐振器的处于下压电层的上 表面的电极结构部分。
26、根据25所述的方法，其中：
所述下谐振器为体声波谐振器，所述上谐振器为声表面波谐振器。
27、根据26所述的方法，其中：
所述上压电层为单晶压电层，所述上压电层与下压电层之间设置有平坦隔 离层和/或布拉格反射层，所述刻蚀步骤包括刻蚀所述上压电层和所述平坦隔离 层和/或布拉格反射层。
28、根据25所述的方法，其中：
所述下谐振器为声表面波谐振器，所述上谐振器为体声波谐振器。
29、根据28所述的方法，其中：
所述下压电层构成所述一个基底。
30、根据24所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：
在第一基底上形成下谐振器的压电层以及电极结构，以及形成覆盖下压电 层的第一平坦层，第一平坦层包括覆盖下谐振器的电极结构的第一牺牲层；
在第二基底上形成上谐振器的压电层以及电极结构，以及形成覆盖上压电 层的第二平坦层，第二平坦层包括第二牺牲层；
将第一平坦层和第二平坦层对置连接且第一牺牲层和第二牺牲层至少有部 分重叠；和
释放第一牺牲层和第二牺牲层以形成空腔结构。
31、根据30所述的方法，其中：
所述下谐振器为声表面波谐振器，所述上谐振器为体声波谐振器；或者
所述下谐振器为体声波谐振器，所述上谐振器为声表面波谐振器。
32、根据24所述的方法，其中：
上压电层和/或下压电层为单晶压电层。
33、根据31所述的方法，其中：
所述下谐振器为声表面波谐振器，所述上谐振器为体声波谐振器，所述下 压电层构成所述一个基底。
34、一种半导体器件，包括根据1-19中任一项所述的谐振器组件。
35、根据34所述的半导体器件，其中：所述半导体器件包括滤波器、双工 器、多工器中的至少一种。
36、一种电子设备，包括根据1-19中任一项所述的谐振器组件或者根据34 或35所述的半导体器件。
需要指出的是，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 (31)

1.一种谐振器组件，包括：
体声波谐振器；和
声表面波谐振器，
其中：
所述体声波谐振器和所述声表面波谐振器的电极结构位于一个基底的同一侧；
所述体声波谐振器和所述声表面波谐振器共用同一压电层，且所述压电层为单晶压电层；
在体声波谐振器中，所述压电层的上侧和下侧分别设置有顶电极和底电极；
在声表面波谐振器中，所述压电层的上侧设置有电极结构。
2.根据权利要求1所述的组件，其中：
所述组件包括设置在所述压电层与所述基底之间的声学镜结构。
3.根据权利要求2所述的组件，其中：
所述声学镜结构包括声学镜空腔和/或布拉格反射层。
4.根据权利要求3所述的组件，其中：
所述组件包括设置在基底上的布拉格反射层，所述体声波谐振器的底电极与所述布拉格反射层之间设置有声学镜空腔，在所述声表面波谐振器的区域，所述压电层与布拉格反射层相接；或者
所述组件包括设置在基底上的布拉格反射层，在所述体声波谐振器的区域，所述布拉格反射层设置在底电极与基底之间而形成所述体声波谐振器的声学镜，在所述声表面波谐振器的区域，所述压电层与布拉格反射层之间设置有声学镜空腔。
5.根据权利要求3所述的组件，其中：
所述布拉格反射层同时作为体声波谐振器与声表面波谐振器的声学镜。
6.根据权利要求5所述的组件，其中：
在所述声表面波谐振器的区域的布拉格反射层的层数与在所述体声波谐振器的区域的布拉格反射层的层数相同，且布拉格反射层在声表面波谐振器区域和体声波谐振器区中至少一层的厚度相同；或者
在所述声表面波谐振器的区域的布拉格反射层的层数与在所述体声波谐振器的区域的布拉格反射层的层数不同。
7.一种谐振器组件，包括：
体声波谐振器；和
声表面波谐振器，
其中：
所述体声波谐振器和所述声表面波谐振器的电极结构位于一个基底的同一侧；
所述体声波谐振器的压电层和所述声表面波谐振器的压电层在所述组件的厚度方向上下间隔开且一个为上压电层、另一个为下压电层，所述体声波谐振器和声表面波谐振器中的一个为在组件的厚度方向处于上方的上谐振器、另一个为处于下方的下谐振器；且
所述上压电层和/或下压电层为单晶压电层。
8.根据权利要求7所述的组件，其中：
上谐振器和下谐振器在横向方向上彼此间隔开布置；
在下谐振器的区域，至少所述上压电层被移除以露出下谐振器的在下压电层的上表面的电极结构。
9.根据权利要求8所述的组件，其中：
所述上谐振器为声表面波谐振器，所述下谐振器为体声波谐振器。
10.根据权利要求9所述的组件，其中：
所述上压电层为单晶压电层，所述单晶压电层与下压电层之间设置有平坦隔离层和/或布拉格反射层；
在所述上谐振器区域，所述上压电层的上表面设置有上谐振器的电极结构；且
在下谐振器的区域，所述上压电层和所述平坦隔离层和/或布拉格反射层被移除以露出下谐振器的在下压电层的上表面的电极结构。
11.根据权利要求8所述的组件，其中：
所述上谐振器为体声波谐振器，所述下谐振器为声表面波谐振器。
12.根据权利要求7所述的组件，其中：
上谐振器和下谐振器在所述组件的厚度方向上叠置，且上谐振器和下谐振器之间设置有间隔层。
13.根据权利要求12所述的组件，其中：
作为下谐振器的声表面波谐振器设置在作为上谐振器的体声波谐振器与基底之间，且下压电层与上压电层之间限定有空间，所述间隔层围绕所述空间设置，且下谐振器在下压电层的上侧的电极结构位于所述空间内，所述空间形成所述上谐振器的声学镜空腔。
14.根据权利要求12所述的组件，其中：
作为下谐振器的体声波谐振器布置在作为上谐振器的声表面波谐振器与基底之间，且上压电层与下谐振器的顶电极之间限定有空间，所述间隔层围绕所述空间设置，下谐振器的顶电极位于所述空间内，且所述上谐振器的电极在厚度方向的投影位于所述空间内。
15.根据权利要求9或14所述的组件，其中：
所述上压电层为单晶压电层，所述下压电层为多晶压电层。
16.根据权利要求11或13所述的组件，其中：
所述下压电层构成所述一个基底。
17.一种根据权利要求1所述的谐振器组件的制造方法，包括步骤：
在一个基底的同一侧形成体声波谐振器和声表面波谐振器的电极结构；
在一个基底的同一侧在横向方向上形成彼此间隔开的体声波谐振器和声表面波谐振器，其中：体声波谐振器和声表面波谐振器共用同一压电层。
18.根据权利要求17所述的方法，包括步骤：
在第一基底上形成压电层，第一基底在压电层的一侧；
在压电层的另一侧形成复合结构层，所述复合结构层包括声学镜结构以及体声波谐振器的底电极，所述复合结构层的远离所述压电层的一侧为平坦面；
在所述复合结构层的所述一侧设置第二基底，所述第二基底为所述一个基底；
移除第一基底；以及
在压电层的所述一侧表面上在横向方向上间隔开的形成体声波谐振器的顶电极以及声表面波谐振器的电极结构。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述声学镜结构包括声学镜空腔和/或布拉格反射层。
20.一种根据权利要求7所述的谐振器组件的制造方法，包括步骤：
在一个基底的同一侧形成体声波谐振器和声表面波谐振器的电极结构。
21.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：
在下压电层的表面形成下谐振器的电极结构；
形成上压电层，所述上压电层覆盖下谐振器的电极结构的处于下压电层的上表面的电极结构部分；
在下谐振器区域，刻蚀至少上压电层以露出下谐振器的处于下压电层的上表面的电极结构部分。
22.根据权利要求21所述的方法，其中：
所述下谐振器为体声波谐振器，所述上谐振器为声表面波谐振器。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：
所述上压电层为单晶压电层，所述上压电层与下压电层之间设置有平坦隔离层和/或布拉格反射层，所述刻蚀步骤包括刻蚀所述上压电层和所述平坦隔离层和/或布拉格反射层。
24.根据权利要求21所述的方法，其中：
所述下谐振器为声表面波谐振器，所述上谐振器为体声波谐振器。
25.根据权利要求24所述的方法，其中：
所述下压电层构成所述一个基底。
26.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：
在第一基底上形成下谐振器的压电层以及电极结构，以及形成覆盖下压电层的第一平坦层，第一平坦层包括覆盖下谐振器的电极结构的第一牺牲层；
在第二基底上形成上谐振器的压电层以及电极结构，以及形成覆盖上压电层的第二平坦层，第二平坦层包括第二牺牲层；
将第一平坦层和第二平坦层对置连接且第一牺牲层和第二牺牲层至少有部分重叠；和
释放第一牺牲层和第二牺牲层以形成空腔结构。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述下谐振器为声表面波谐振器，所述上谐振器为体声波谐振器；或者
所述下谐振器为体声波谐振器，所述上谐振器为声表面波谐振器。
28.根据权利要求27所述的方法，其中：
所述下谐振器为声表面波谐振器，所述上谐振器为体声波谐振器，所述下压电层构成所述一个基底。
29.一种半导体器件，包括根据权利要求1-16中任一项所述的谐振器组件。
30.根据权利要求29所述的半导体器件，其中：所述半导体器件包括滤波器、双工器、多工器中的至少一种。
31.一种电子设备，包括根据权利要求1-16中任一项所述的谐振器组件或者根据权利要求29或30所述的半导体器件。
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