CN112039462A - 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜体声波谐振器及其制造方法，其中薄膜体声波谐振器的制造方法包括：提供第一衬底；在第一衬底上形成压电叠层结构，压电叠层结构包括依次叠层的第二电极层、压电层和第一电极层；图形化第一电极层，以形成第一电极，使位于有效谐振区中的第一电极的部分边缘截止于空腔上方；形成第一电极后，在压电叠层结构上形成支撑层；在支撑层中形成贯穿支撑层的空腔；在支撑层上键合第二衬底，第二衬底遮盖空腔；键合第二衬底后，去除第一衬底；图形化第二电极层，以形成第二电极，使位于有效谐振区中的第二电极的部分边缘截止于空腔上方，有效谐振区以外的第一电极和第二电极在垂直于压电层方向上无重叠的区域。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器及其制作方法。
背景技术
自模拟射频通讯技术在上世纪90代初被开发以来，射频前端模块已经逐渐成为通讯设备的核心组件。在所有射频前端模块中，滤波器已成为增长势头最猛、发展前景最大的部件。随着无线通讯技术的高速发展，5G通讯协议日渐成熟，市场对射频滤波器的各方面性能也提出了更为严格的标准。滤波器的性能由组成滤波器的谐振器单元决定。在现有的滤波器中，薄膜体声波谐振器(FBAR)因其体积小、插入损耗低、带外抑制大、品质因数高、工作频率高、功率容量大以及抗静电冲击能力良好等特点，成为最适合5G应用的滤波器之一。
通常，薄膜体声波谐振器包括两个薄膜电极，并且两个薄膜电极之间设有压电薄膜层，其工作原理为利用压电薄膜层在交变电场下产生振动，该振动激励出沿压电薄膜层厚度方向传播的体声波，此声波传至上下电极与空气交界面被反射回来，进而在薄膜内部来回反射，形成震荡。当声波在压电薄膜层中传播正好是半波长的奇数倍时，形成驻波震荡。
但是，目前制作出的空腔型薄膜体声波谐振器，其品质因子(Q)无法进一步提高，因此无法满足高性能的射频系统的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜体声波谐振器及其制造方法，能够提高薄膜体声波谐振器的品质因子，进而提高器件性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上形成压电叠层结构，所述压电叠层结构包括依次叠层的第二电极层、压电层和第一电极层；
图形化所述第一电极层，以形成第一电极，使位于所述有效谐振区中的第一电极的部分边缘截止于所述空腔上方；
形成第一电极后，在所述压电叠层结构上形成支撑层；
在所述支撑层中形成贯穿所述支撑层的空腔；
在所述支撑层上键合第二衬底，所述第二衬底遮盖所述空腔；
键合所述第二衬底后，去除所述第一衬底；
图形化所述第二电极层，以形成第二电极，使位于所述有效谐振区中的第二电极的部分边缘截止于所述空腔上方，所述有效谐振区以外的所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述压电层方向上无重叠的区域。
本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器，包括：
第二衬底；
键合于所述第二衬底上的支撑层，所述支撑层中形成有贯穿所述支撑层的空腔；
压电叠层结构，遮盖所述空腔，所述压电叠层结构包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极；
所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述压电层方向上的重叠区域包括所述谐振器的有效谐振区，所述有效谐振区为所述第一电极、压电层和所述第二电极互相重叠的区域，所述有效谐振区位于所述空腔的上方，且所述有效谐振区以外的所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述压电层方向上无重叠的区域。
综上所述，本发明提供的薄膜体声波谐振器以及制造方法，通过去除部分上下电极，定义薄膜体声波谐振器的有效谐振区，使除有效谐振区外，上下电极在垂直于压电层方向上不存在交叠的区域，避免了由于电位浮空产生的高频耦合，影响谐振器Q值的情况。本发明优选方案中在有效谐振区外周形成凹槽，有效阻断了横波损失，改善了声波损耗，使薄膜体声波谐振器的品质因子得到提高，进而提高器件性能。
本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1为一实例中存在电位浮空现象的薄膜体声波谐振器的剖面示意图；
图2为根据本发明的一实施例的一种薄膜体声波谐振器制造方法的流程图；
图3-图12为根据本发明一实施例的一种薄膜体声波谐振器的制作方法的相应步骤对应的结构示意图；
图13-图19为根据本发明另一实施例的一种薄膜体声波谐振器的制作方法的相应步骤对应的结构示意图；
图20为根据本发明另一实施例的一种薄膜体声波谐振器的结构示意图。
附图标记说明：
图1中：
1-电位浮空下电极；2-压电层；3-上电极；4-下电极。
图2～图20中：
100-第一衬底；101-介质层；102-第二电极层；102’-第二电极；103-压电层；104-第一电极层；104’-第一电极；105-支撑层；106-第一凹槽；107-第二凹槽；109-钝化层；110a-空腔(实施例1)；110b-空腔(实施例2和实施例3)；111-第一焊盘；112-第二焊盘；200-第二衬底。
具体实施方式
目前制作出的空腔型薄膜体声波谐振器，依然存在一些影响品质因子(Q)的区域，参照图1，即上电极3与电位浮空下电极1同时存在的区域，如图中虚线圈位置。当上电极3与左侧的下电极4接入高频信号时，由于下电极被隔断，所以右侧下电极1的电位是浮空的。此时上电极3的高频信号会与前面所述的电位浮空下极板1产生高频耦合，从而产生干扰信号影响器件的Q值。
为解决上述问题，本发明提供一种薄膜体声波谐振器及其制造方法。本发明提供的通过去除部分上下电极，定义薄膜体声波谐振器的有效谐振区，使除有效谐振区外，上下电极在垂直于压电层方向上不存在交叠的区域，避免了由于电位浮空产生的高频耦合，影响谐振器Q值的情况。
以下结合附图和具体实施例对本发明的薄膜体声波谐振器及其制作方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
如果本文的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
图2为本发明的一实施例的薄膜体声波谐振器的制造方法流程图，请参考图2，薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：
S01：提供第一衬底；
S02：在第一衬底上形成压电叠层结构，压电叠层结构包括依次叠层的第二电极层、压电层和第一电极层；
S03：图形化第一电极层，以形成第一电极，使位于所述有效谐振区中的第一电极的部分边缘截止于所述空腔上方；
S04：形成第一电极后，在压电叠层结构上形成支撑层；
S05：在支撑层中形成贯穿所述支撑层的空腔；
S06：在支撑层上键合第二衬底，第二衬底遮盖空腔；
S07：键合第二衬底后，去除第一衬底；
S08：图形化第二电极层，以形成第二电极，使位于有效谐振区中的第二电极的部分边缘截止于空腔上方，有效谐振区以外的第一电极和第二电极在垂直于压电层方向上无重叠的区域。
图3-图20为根据本发明各实施例的一种薄膜体声波谐振器的制作方法的相应步骤对应的结构示意图，以下将详细说明各实施例薄膜体声波谐振器的制作方法。
实施例1
参考图3和图4，执行步骤S01和S02，提供第一衬底100，在第一衬底100上形成压电叠层结构120。压电叠层结构120包括第二电极层102、压电层103和第一电极层104，其中，压电层103位于第一电极层104和第二电极层102之间，且第一电极层104和第二电极层102相对设置。
第一衬底的材质可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为介质体上硅(SOI)、介质体上层叠硅(SSOI)、介质体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、介质体上锗化硅(SiGeOI)以及介质体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。本实施例中第一衬底100为单晶硅。
第二电极层102和第一电极层104可以使用本领域技术任意熟知的任意合适的导电材料或半导体材料，其中，导电材料可以为具有导电性能的金属材料，例如，由钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)、金(Au)、锇(Os)、铼(Re)、钯(Pd)等金属中一种制成或由上述金属形成的叠层制成，半导体材料例如是Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。可以通过磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积或者化学气相沉积方法形成第二电极102和第一电极104。压电层103的材料可以使用氮化铝(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)等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料及它们的组合。当压电层103包括氮化铝(AlN)时，压电层103还可包括稀土金属，例如钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。此外，当压电层103包括氮化铝(AlN)时，压电层103还可包括过渡金属，例如锆(Zr)、钛(Ti)、锰(Mn)和铪(Hf)中的至少一种。可以使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积等本领域技术人员熟知的任何适合的方法沉积形成压电层103。优选的，本实施例中，第二电极102和第一电极104由金属钼(Mo)制成，压电层103由氮化铝(AlN)制成。
在形成第二电极层102之前，可以在第一衬底100上形成种子层(图中未示出)，种子层形成在第一衬底100和第二电极层102之间，种子层对后续形成的第二电极层102(以及压电层103和第一电极层104)的晶向具有导向性，便于后续形成的压电叠层结构120沿特定的晶向生长，保证压电层103的均匀性。种子层的材质可以为氮化铝(AlN)，除了AlN以外，种子层还可使用具有密排六方(HCP)结构的金属或介电材料形成。例如，种子层也可以由金属钛(Ti)形成。
参考图6，执行步骤S03，图形化第一电极层104，以形成第一电极104’，使位于有效谐振区中的第一电极104’的部分边缘截止于空腔110a上方。预先规划出有效谐振区的位置，图形化第一电极层104，使后续工艺中形成的空腔110a暴露出第一电极104’的部分边缘，与暴露出的边缘相对的另一侧的第一电极104’通过有效谐振区搭接到空腔110a一侧的支撑层105上，通过刻蚀工艺刻蚀第一电极层104,该刻蚀工艺可以是湿法刻蚀或者干法刻蚀工艺，其中较佳地使用干法刻蚀工艺，干法刻蚀包括但不限于反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割。
参考图7，执行步骤S04，在压电叠层结构120上形成支撑层105，支撑层105覆盖压电叠层结构120的表面，支撑层105的材质例如为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)的一种或几种组合。本实施例中支撑层105的材质为二氧化硅(SiO2)，可采用任何沉积工艺形成支撑层105，例如，化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺等，其中化学气相沉积工艺可以选用热化学气相沉积(thermalCVD)制造工艺或高密度等离子体(HDP)制造工艺。
由于图形化的第一电极104’导致支撑层105的底面有的位置有第一电极104’，有的位置没有第一电极104’，因此形成的支撑层105的顶面高度并不一致，在形成支撑层105之后，还包括平坦化的步骤，可以采用化学机械研磨的方式使支撑层105的顶面高度一致。
参考图8，执行步骤S05，在支撑层105中形成贯穿支撑层105的空腔110a，，空腔110a的底部暴露出部分第一电极104’和第一电极104’的部分边缘以及第一电极104’边缘外侧的部分压电层103。空腔110a可以通过刻蚀工艺刻蚀支撑层105形成，本实例中通过湿法腐蚀和干法刻蚀相结合的方法形成空腔110a。本实施例中，第一空腔110a的底面的形状为矩形，但在本发明的其他实施例中，第一空腔110a的底面形状还可以是圆形、椭圆形或是矩形以外的多边形，例如五边形、六边形等。
在另一个实例中，支撑层105与第一电极104’之间还设置有刻蚀停止层(未标出)，其材质包括但不限于氮化硅(Si3N4)和氮氧化硅(SiON)。刻蚀停止层一方面可以用于增加最终制造的薄膜体声波谐振器的结构稳定性，另一方面，刻蚀停止层与支撑层105相比具有较低的刻蚀速率，可以在刻蚀支撑层105形成空腔110a的过程中防止过刻蚀，保护位于其下的第一电极104’的表面不受到损伤，从而提高器件性能与可靠性。
参考图9，执行步骤S06，在支撑层105上键合第二衬底200，使第二衬底200遮盖空腔110a，第二衬底200的材质参照第一衬底100的材质，在此不再赘述。第二衬底200的材质可以和第一衬底100的材质相同也可以不同。可以通过热压键合的方式实现第二衬底200与支撑层105的键合，也可以通过干膜粘合的方式实现第二衬底100与支撑层105的键合，干膜粘合的过程为，将干膜(Dry film)涂于第二衬底200上，利用曝光显影或者激光，作出粘合图形，支撑层105和第二衬底200通过干膜(Dry film)键合在一起。
参考图10，执行步骤S07，键合第二衬底200后，去除第一衬底100，将键合第二衬底200后的上述薄膜体声波谐振器进行翻转，得到如图11所示的结构。本实施例中通过刻蚀或机械研磨的方式去除第一衬底100。在其它实例中，第一衬底100与第二电极层102之间还形成有介质层101。如图5所示，可以通过腐蚀介质层101的方式，使第一衬底100与压电叠层结构120分离，有助于快速剥离第一衬底100，提高工艺制作效率。介质层101的材质包括但不限于二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)中的至少一种。介质层可通过化学气相沉积、磁控溅射或蒸镀等方式形成。在另一个实例中，介质层101的位置可以替换为热膨胀胶带，通过加热，使热膨胀胶带失去粘性的方式剥离第一衬底100。
参考图11，执行步骤S08，图形化第二电极层102，形成第二电极102’，使位于有效谐振区中的第二电极102’的部分边缘截止于空腔110a的上方，有效谐振区以外的第一电极104’和第二电极102’在垂直于压电层103方向上无重叠的区域。有效谐振区为位于空腔110a上方的第一电极104’、压电层103和第二电极102’互相重叠的区域。这样避免了由于存在电极电位浮空产生的高频耦合问题，提高了谐振器Q值。
通过刻蚀工艺刻蚀第二电极层102，该刻蚀工艺可以是湿法刻蚀或者干法刻蚀工艺，其中较佳地使用干法刻蚀工艺，干法刻蚀包括但不限于反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割。
第一电极104’和第二电极102’分别作为接收或提供诸如射频(RF)信号等的电信号的输入电极或输出电极。例如，当第二电极102’用作输入电极时，第一电极104’作为输出电极，当第二电极102’用作输出电极时，第一电极104’作为输入电极。
在其他实例中，形成第二电极102’之后，还包括形成钝化层108，钝化层108至少覆盖第一电极104’、压电层103和第二电极102’，也可覆盖支撑层105，钝化层108的作用主要使谐振器的表面与空气隔离，防止空气中各种粒子，水分等影响谐振器的性能，钝化层108的材质可以选择二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、氮化铝(A1N)、氧化铝(A12O3)，硅氮化铝等，还可以选择具有温度补偿作用的掺杂硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)或铟(In)的二氧化硅(SiO2)，或非晶材料如：非晶硅，非晶SiO2或非晶氮化硅。可以采用化学气相沉积的方法形成钝化层108。钝化层108形成后，在空腔110a外围的钝化层108上形成第一开口和第二开口，作为电极引出窗口，第一开口与第一电极104’连通，第二开口与第二电极102’连通；开口的侧壁可以垂直于底面或者具有一定的倾角。在一个实施例中，开口剖面为上宽下窄的梯形，侧壁与底面的夹角大于90度。在开口中填充导电材料，以形成电性连接的第一焊盘111和第二焊盘112，进而实现薄膜体声波谐振器的电极与外部供电设备的连接。填充材质可以为铝(A1)、铜(Cu)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、银(Ag)或钨(W)等中的一种或多种组合形成的复合结构，本实施例中，填充的材料为铝(A1)。
实施例2
参考图3-图6及图13-图19，步骤S01，S02，S03与实施例1相同，在步骤S03还包括，第一电极层104被图形化后，在靠近第一电极104’边缘的被暴露出的压电层103中形成第一凹槽106，第一凹槽106的数量和深度并不做限定，可根据不同技术要求自行设定。在本实例中，第一凹槽106的数量为1个，深度为压电层103的厚度，且第一凹槽106环绕于部分第一电极104’的外周。第一凹槽106为具有开口的环形，第一电极104’通过开口处与支撑层105连接，以便将第一电极104'引出，在非有效谐振区形成第一焊盘。形成第一凹槽106的方法和形成空腔110a的方法类似，可以选用干法刻蚀或湿法腐蚀与干法刻蚀相结合。第一凹槽106的侧壁与第一电极104’所在平面的夹角可以是直角，锐角或者钝角，或者为U状弧形，剖面的形状也可以是任意形状，只要在压电层103中形成可容纳空气的空间即可。在本实例中，第一凹槽106的剖面形状为下窄上宽的梯形，侧壁与第一电极104’所在平面的夹角大于90度，参考图13，角A为第一凹槽106的侧壁与第一电极104’所在平面的夹角。形成钝角的工艺可以采用如下方法，在曝光显影完成后，通过reflow(一定低温的烘烤)使光刻胶软化形成斜坡，再进行刻蚀工艺，压电层103未被光刻胶覆盖的区域首先被刻蚀，光刻胶相对于压电层103材料具有较低的刻蚀速率，但也逐渐被刻蚀，由于光刻胶的厚度在斜坡处由薄至厚，因此光刻胶下方的压电层103先后被刻蚀，压电层被刻蚀形成一定的倾角。之后执行步骤S04，在压电叠层结构120上形成支撑层105，支撑层105覆盖压叠层结构120的表面，包括第一电极104’和第一凹槽106，支撑层105的材料和形成方法参考实施例1。执行步骤S05，在支撑层105中形成空腔110b，空腔110b贯穿支撑层105，空腔110b的底部暴露出部分第一电极104’和部分第一电极104’的边缘，并与位于第一电极104’边缘的第一凹槽106连通。用湿法腐蚀和干法刻蚀相结合的方法形成空腔110b。其他步骤参照实施例1，在此不再赘述。
在压电层中形成凹槽的目的是，由于压电层材料与空气具有较大的阻抗失配，横波在遇到空气界面时被反射，减少横波损失，同时，和实施例1相同，有效谐振区外的第一电极104’和第二电极102’在垂直于压电层103方向上不存在相互重叠的区域，避免了背景技术中提到的由于存在电极电位浮空产生的高频耦合问题，进一步提高了谐振器的Q值。
实施例3
参见图20，在实例2的基础上，执行完步骤S08之后，还包括，在第二电极102’被去除的区域，靠近第二电极102’边缘的暴露出的压电层103中形成第二凹槽107，第二凹槽107的结构及形成工艺参照实施例2中的第一凹槽的相关内容，在本实例中，第二凹槽为一个，深度为压电层的厚度，且第二凹槽107环绕于第二电极102’部分边缘的外周。第二凹槽107为具有开口的环形，第二电极102’通过开口处与支撑层105连接，以便将第二电极102’引出，在非有效谐振区形成第二焊盘112。在本实例中，第二凹槽107的剖面形状为下窄上宽的梯形，侧壁与底面的夹角大于90度，第一凹槽106和第二凹槽107在空腔110b底面的投影围成闭合或者接近闭合的多边形，可以是规则或不规则的多边形，如四边形、五边形、七边形等，或者圆形，椭圆形。在本实例中，第一凹槽106和第二凹槽107在空腔110b底面的投影围成封闭的五边形，且五边形的任意两条边不平行，第一凹槽106和第二凹槽107围成的区域为谐振器的有效谐振区，有效谐振区包括相互重叠的第一电极104’、压电层103和第二电极102’，以第一凹槽106和第二凹槽107为界限，第一凹槽106和第二凹槽107的外围区域为无效区，无效区中的第一电极104’和第二电极102’在垂直于压电层103方向上不存在相互重叠的区域。这样的结构在实施例2的基础上进一步减少了横波损失，同时又避免了存在电极电位浮空产生的高频耦合问题，提高了谐振器Q值。
本发明还提出了一种薄膜体声波谐振器，图13为根据本发明一实施例的薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图。薄膜体声波谐振器包括第二衬底200，键合于第二衬底上的支撑层105，支撑层105中形成有空腔110a，支撑层105上设有压电叠层结构120，其中压电叠层结构120包括依次叠层的第一电极104’、压电层103和第二电极102’，其中其中第一电极104’和第二电极102’仅在空腔110a的上方的部分区域在垂直于压电层103方向上设有重叠，其余区域没有重叠，重叠区域为谐振器的有效谐振区，有效谐振区的横截面为不规则的多边形，且多边形的任意两条边不平行，本实例中为不规则的五边形。在其他实施例也可以是其他多边形，如四边形、六边形、七边形等，或者圆形、椭圆形。
在另一个实例中，压电叠层结构120上还形成有钝化层108，钝化层108覆盖第一电极104’、压电层103和第二电极102’，在其它实例中钝化层108也可以覆盖支撑层105。空腔110a外围的钝化层108中设有第一焊盘111和第二焊盘112，第一焊盘111和第一电极104’连接，第二焊盘112和第二电极102’连连。第一焊盘111和第二焊盘112实现薄膜体声波谐振器与外部供电设备的连接。如第一焊盘111作为信号输入端时，第二焊盘112作为信号输出端，如第一焊盘111作为信号输出端时，第二焊盘112作为信号输入端。图19为根据本发明的另一实施例的薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图。在上一实施例的基础上，还包括位于空腔110b上方的第一凹槽106，第一凹槽106为非封闭的环形，形成于压电层103中，并贯穿压电层103，环绕位于空腔110b上第一电极104’的部分外周。第一电极104’与支撑层105通过未设有第一凹槽106的区域进行搭接，第一凹槽106的开口与空腔110b相通。第一凹槽106的侧壁与第一电极104’所在的平面的夹角为钝角，第一凹槽106的剖面为上宽下窄的梯形，在其他实例中，第一凹槽106的侧壁与底面的夹角可以是直角或者圆弧形，第一凹槽106的剖面可以是矩形或者U形。位于空腔110b上方的第一电极104’的边缘与由第一凹槽106形成的压电层103的边缘重合或第一电极104’的边缘相对于由第一凹槽106形成的压电层103的边缘向内缩进。第一凹槽106的设置有效改善了横波损失，提高了谐振器的品质因子(Q值)。本实施例其他结构与上一实施例相同。
图20为根据本发明的另一实施例的薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图。在上一实施例的基础上，还包括位于空腔110b上方的压电层103中的第二凹槽107，第二凹槽107的开口朝上，环绕位于空腔110b上的第二电极102’的部分外周，第二凹槽107为非封闭的环形，第二电极102’与支撑层105通过未设有第二凹槽107的区域进行搭接，。第二凹槽107的侧壁与第二电极102’所在的平面的夹角为钝角，第二凹槽107的剖面为上宽下窄的梯形，在其他实例中，第二凹槽107的侧壁与底面的夹角可以是直角或者圆弧形，第二凹槽107的剖面可以是矩形或者U形。第一凹槽106和第二凹糟107围成的区域将有效谐振区包围在内。，在本实例中，有效谐振区的边界与第一凹槽106和第二凹槽107的内壁围成的区域重合，且第一凹槽106和第二凹槽107围成的区域在压电层103平面的投影为不规则五边形，且五边形的任意两条边不平行。在其他实例中，空腔110b上方的压电层103的边界可以超出第一电极104’和第二电极102’在垂直于压电层103方向的重叠区域的边界。本实施例其他结构与上一实施例相同，在此不再赘述。
通过设置两个凹槽将有效谐振区包围在内的方式，进一步减少了横波损失，提高了谐振器的品质因子(Q值)。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (20)
1.一种薄膜体声波谐振器的制造方法，所述薄膜体声波谐振器包括空腔和位于空腔上的有效谐振区，其特征在于，所述方法包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上形成压电叠层结构，所述压电叠层结构包括依次叠层的第二电极层、压电层和第一电极层；
图形化所述第一电极层，以形成第一电极，使位于所述有效谐振区中的第一电极的部分边缘截止于所述空腔上方；
形成第一电极后，在所述压电叠层结构上形成支撑层；
在所述支撑层中形成贯穿所述支撑层的空腔；
在所述支撑层上键合第二衬底，所述第二衬底遮盖所述空腔；
键合所述第二衬底后，去除所述第一衬底；
图形化所述第二电极层，以形成第二电极，使位于所述有效谐振区中的第二电极的部分边缘截止于所述空腔上方，所述有效谐振区以外的所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述压电层方向上无重叠的区域。
2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，图形化所述第一电极层或图形化所述第二电极层的方法包括干法刻蚀或湿法刻蚀。
3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述支撑层与所述第二衬底的键合方法包括热压键合或干膜粘合。
4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，位于所述空腔的上方的所述压电层的边界与所述有效谐振区的边界重合或超出所述有效谐振区的边界。
5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，在形成所述第二电极层之前还包括在所述第一衬底上形成介质层。
6.根据权利要求5所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述介质层的材质包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，通过腐蚀所述介质层，去除所述第一衬底。
8.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一衬底可以通过蚀刻或机械研磨的方法去除。
9.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，在形成所述第一电极后，形成所述支撑层之前，还包括，在所述第一电极边缘暴露出所述压电层的区域形成贯穿所述压电层的第一凹槽。
10.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一凹槽的侧壁与所述第二电极层所在的平面的倾角大于90度。
11.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述第一凹槽的方法包括干法刻蚀。
12.根据权利要求11所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，通过调整所述干法刻蚀的程式使光刻胶软化形成斜坡，以使所述第一凹槽的侧壁与所述第二电极层所在的平面的倾角大于90度。
13.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，在形成所述第二电极后，还包括，在所述空腔上方的所述第二电极边缘暴露出的所述压电层中形成贯穿所述压电层的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽围成的区域包括所述有效谐振区。
14.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述第二电极后，还包括：
形成钝化层，所述钝化层至少覆盖所述第一电极、所述压电层和所述第二电极。
15.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述有效谐振区的横截面为多边形，所述多边形的任意两条边不平行。
16.一种薄膜体声波谐振器，包括：
第二衬底；
键合于所述第二衬底上的支撑层，所述支撑层中形成有贯穿所述支撑层的空腔；
压电叠层结构，遮盖所述空腔，所述压电叠层结构包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极；
所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述压电层方向上的重叠区域包括所述谐振器的有效谐振区，所述有效谐振区为所述第一电极、压电层和所述第二电极互相重叠的区域，所述有效谐振区位于所述空腔的上方，且所述有效谐振区以外的所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述压电层方向上无重叠的区域。
17.根据权利要求16所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括位于所述有效谐振区外周的第一凹槽，所述第一凹槽贯穿所述压电层，所述第一凹槽的开口朝下，与所述空腔相通。
18.根据权利要求17所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括位于所述有效谐振区外周的第二凹槽，所述第二凹槽贯穿所述压电层，所述第二凹槽的开口朝上。
19.根据权利要求18所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽围成的区域包括所述有效谐振区。
20.根据权利要求16所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述有效谐振区在所述第二衬底上的投影为多边形，且所述多边形的任意两条边不平行。
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