CN112242826A - 一种薄膜体声波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种薄膜体声波谐振器，薄膜体声波谐振器包括：基底；声反射结构，声反射结构从基底上表面向下嵌入基底中或设置于基底上方；压电振动组件，压电振动组件设于声反射结构上方，压电振动组件包括压电功能膜、以及设置在压电功能膜两相对表面上的第一电极、第二电极；质量负载环，质量负载环具有一通孔空腔，质量负载环设于压电振动组件的上方或下方；隔离层，隔离层设于质量负载环与压电振动组件之间；声反射结构、第一电极、压电功能膜与第二电极的投影重叠区域界定一有效区域；质量负载环沿有效区域的边缘区域设置，质量负载环的内边沿小于有效区域的外边沿，其外边沿大于、等于或者小于有效区域的外边沿。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器。
【背景技术】
薄膜体声波谐振器是无线收发器中实现镜像消除、寄生滤波和信道选择等功能的主要器件，其具有较高的Q值(品质因数)，并易于实现微型化。
薄膜体声波谐振器通常包括：基底、从所述基底上表面向下嵌入基底中的或在所述基底上方的声反射结构；在所述声反射结构上方的第一电极；在所述第一电极上方的压电功能膜；以及在所述压电功能膜上方的第二电极。薄膜体声波谐振器的Q值受到压电功能膜能量损耗因素的影响，特别是对于边缘区域而言，为此，在谐振器的第一电极或第二电极上设置一质量负载环，通过质量负载环俘获转化成侧向的声波，减小薄膜体声波谐振器边缘区域的能量损耗。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种薄膜体声波谐振器，用于解决现有技术中薄膜体声波谐振器Q值低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种薄膜体声波谐振器，所述薄膜体声波谐振器包括：
基底；
声反射结构，所述声反射结构从所述基底上表面向下嵌入所述基底中或设置于所述基底上方；
压电振动组件，所述压电振动组件设于所述声反射结构上方，所述压电振动组件包括压电功能膜、以及设置在所述压电功能膜两相对表面上的第一电极、第二电极；
质量负载环，所述质量负载环具有一通孔空腔，所述质量负载环设于所述压电振动组件的上方或下方；
隔离层，所述隔离层设于所述质量负载环与所述压电振动组件之间；
所述声反射结构、所述第一电极、所述压电功能膜与所述第二电极的投影重叠区域界定一有效区域；
所述质量负载环沿所述有效区域的边缘区域设置，所述质量负载环的内边沿小于所述有效区域的外边沿，所述质量负载环的外边沿大于、等于或者小于所述有效区域的外边沿。
本发明的有益效果在于：
由于压电振动组件与质量负载环之间设置有一隔离层，进一步减小压电功能膜在侧向的能量损失，提高薄膜体声波谐振器的Q值。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的薄膜体声波谐振器的结构示意图。
图2为图1的A-A剖面结构示意图。
图3为本发明实施例二的薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图。
图4为本发明实施例三的薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或、和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
参考附图1及图2所示，本实施例公开了一种薄膜体声波谐振器100，由下到上其依次包括：基底110、声反射结构120、质量负载环130、隔离层140、以及压电振动组件150，其中，压电振动组件150包括压电功能膜153、以及设置在压电功能膜153两相对表面上的第一电极151、第二电极152。隔离层140设于第一电极151与质量负载环130之间，将第一电极151与质量负载环130进行隔离。
基底110的材料为单晶硅材料。质量负载环130为一闭合环，或者为具有至少一个开口的非闭合环，其具有一通孔空腔131。隔离层140封闭质量负载环130的上表面区域，并封闭通孔空腔131上端口。声反射结构120为空腔结构；空腔结构120分为上下两个部分，下部分空腔为从基底110的上表面向下刻蚀制备出的第一空腔121，上部分空腔为在质量负载环130上加工出的通孔空腔131，该通孔空腔131位于基底110的上方与第一空腔121连通，第一空腔121与通孔空腔131共同构成声反射结构即空腔结构120。第一空腔121也可通过设置于基底110上的结构形成。
质量负载环130位于空腔结构120的上部分通孔空腔131的四周，质量负载环130包含至少一层绝缘材料、导体材料或半导体材料；隔离层140包含至少一层绝缘材料或半导体材料；质量负载环130和隔离层140为异种材料或同种材料。例如，质量负载环130采用多晶硅材料，隔离层140采用氮化铝材料；采用氮化铝材料的隔离层140还能起到种子层的作用，即确保后续沉积的第一电极151和压电功能膜153都获得高的结晶质量。第一电极151和第二电极152通常使用同种金属材料比如金属钼。压电功能膜153通常使用带有c轴结晶取向的氮化铝材料。
声反射结构120、第一电极151、压电功能膜153与第二电极152的投影重叠区域界定一有效区域160。质量负载环130沿有效区域160的边缘区域设置，质量负载环130的内边沿小于有效区域160的外边沿，质量负载环130的外边沿大于、等于或者小于有效区域160的外边沿。
压电功能膜153包括厚度方向压电膜区域和非厚度方向电压膜区域，厚度方向压电膜区域具有沿厚度方向的压电性能，非厚度方向压电膜区域不具有沿厚度方向的压电性能或者其沿厚度方向的压电性能较弱。压电功能膜153位于有效区域160的中心区域的部分为厚度方向压电膜，位于有效区域160的中心区域之外的部分为厚度方向非电压膜。
实施例二
如图3所示，本实施例公开一种薄膜体声波谐振器200，从下到上依次包括基底210、声反射结构220、压电振动组件250、隔离层240、质量负载环230，其中，压电振动组件250包括压电功能膜253、以及设置在压电功能膜253两相对表面上的第一电极251、第二电极252。隔离层240设于第二电极252与质量负载环230之间，将第二电极252与质量负载环230进行隔离。
质量负载环230为一闭合环，或者为具有至少一个开口的非闭合环，其具有一通孔空腔231，质量负载环230的下表面被隔离层240覆盖，该通孔空腔231的下端口被隔离层240所封闭。
基底210的材料为单晶硅材料。声反射结构220为空腔结构，其为从基底210的上表面向下刻蚀制备出的空腔。第一电极251位于空腔结构(即声反射结构220)的上方；第一电极251和第二电极252通常使用同种金属材料比如金属钼。压电功能膜253通常使用带有c轴结晶取向的氮化铝材料。值得一提的是，有时为了获得更高质量的压电功能膜253，也可以在沉积第一电极251之前先沉积一层氮化铝膜作为种子层。
隔离层240包含至少一层绝缘材料或半导体材料；质量负载环230包含至少一层绝缘材料、导体材料或半导体材料；隔离层240和质量负载环230为异种材料或同种材料。例如，质量负载环230采用氮化硅材料，隔离层240采用氮化铝材料；此时的隔离层240和质量负载环230还起到调频层的作用，即在后续工艺中刻蚀减薄该调频层以提高谐振器的工作频率。声反射结构220、第一电极251、压电功能膜253与第二电极252的投影重叠界定一有效区域260。质量负载环230沿有效区域260的边缘区域设置，质量负载环230的内边沿小于有效区域260的外边沿，质量负载环230的外边沿大于、等于或者小于有效区域260的外边沿。
压电功能膜253包括厚度方向压电膜区域和非厚度方向电压膜区域，厚度方向压电膜区域具有沿厚度方向的压电性能，非厚度方向压电膜区域不具有沿厚度方向的压电性能或者其沿厚度方向的压电性能较弱。压电功能膜253位于有效区域260的中心区域的部分为厚度方向压电膜，位于有效区域260的中心区域之外的部分为厚度方向非电压膜。
实施例三
如图4所示，在本实施例公开一种薄膜体声波谐振器300，从下到上依次设置基底310、声反射结构320、第一质量负载环330a、第一隔离层340a、压电振动组件350、第二隔离层340b、第二质量负载环330b。其中，压电振动组件350包括压电功能膜353、以及设置在压电功能膜353两相对表面上的第一电极351、第二电极352。也就是说，第一隔离层340a设于第一电极351与第一负载环330a之间，第二隔离层340b设于第二电极352与第二负载环330b之间。
第一质量负载环330a为一闭合环，或者为具有至少一个开口的非闭合环，其具有一第一通孔空腔331a，第一质量负载环330a的上表面被第一隔离层340a覆盖，该第一通孔空腔331a的上端口被第一隔离层340a所封闭。第二质量负载环330b也可以为一闭合环，或者为具有至少一个开口的非闭合环，其具有一第二通孔空腔331b，第二质量负载环330b的下表面被第二隔离层340b覆盖，该第二通孔空腔331b的下端口被第二隔离层340b所封闭。
基底310的材料为单晶硅材料。声反射结构320为空腔结构；空腔结构320分为上下两个部分，下部分空腔为从基底310的上表面向下刻蚀制备出的第一空腔321，上部分空腔为在第一质量负载环330a上加工出的第一通孔空腔331a，该第一通孔空腔331a位于基底310的上方。第一质量负载环330a位于空腔结构的上部分空腔(即第一通孔空腔331a)的四周，第一质量负载环330a包含至少一层绝缘材料、导体材料或半导体材料；第一隔离层340a包含至少一层绝缘材料或半导体材料；第一质量负载环330a和第一隔离层340a为异种材料或同种材料。例如，第一质量负载环330a采用多晶硅材料，第一隔离层340a采用氮化铝材料；采用氮化铝材料的第一隔离层340a还能起到种子层的作用，即确保后续沉积的第一电极351和压电功能膜353都获得高的结晶质量。第一电极351和第二电极352通常使用同种金属材料比如金属钼。压电功能膜353通常使用带有c轴结晶取向的氮化铝材料。第二隔离层340b与第一隔离层340a的结构及材料类似，第二质量负载环330b与第一质量环330a的结构及材料类似。例如，第二质量负载环330b采用氮化硅材料，第二隔离层340b采用氮化铝材料；此时的第二隔离层340b和第二质量负载环330b还起到调频层的作用，即在后续工艺中刻蚀减薄该调频层以提高谐振器的工作频率。
声反射结构320、第一电极351、压电功能膜353与第二电极352的投影重叠界定一有效区域360。第一质量负载环330a和第二质量环330b都沿有效区域360的边缘区域设置，第一质量负载环330a和第二质量环330b的内边沿小于有效区域360的外边沿，第一质量负载环330a和第二质量环330b的外边沿则大于、等于或者小于有效区域360的外边沿。
压电功能膜353包括厚度方向压电膜区域和非厚度方向电压膜区域，厚度方向压电膜区域具有沿厚度方向的压电性能，非厚度方向压电膜区域不具有沿厚度方向的压电性能或者其沿厚度方向的压电性能较弱。压电功能膜353位于有效区域360的中心区域的部分为厚度方向压电膜，位于有效区域360的中心区域之外的部分为厚度方向非电压膜。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述薄膜体声波谐振器包括：
基底；
声反射结构，所述声反射结构从所述基底上表面向下嵌入所述基底中或设置于所述基底上方；
压电振动组件，所述压电振动组件设于所述声反射结构上方，所述压电振动组件包括压电功能膜、以及设置在所述压电功能膜两相对表面上的第一电极、第二电极；
质量负载环，所述质量负载环具有一通孔空腔，所述质量负载环设于所述压电振动组件的上方或下方；
隔离层，所述隔离层设于所述质量负载环与所述压电振动组件之间；
所述声反射结构、所述第一电极、所述压电功能膜与所述第二电极的投影重叠区域界定一有效区域；
所述质量负载环沿所述有效区域的边缘区域设置，所述质量负载环的内边沿小于所述有效区域的外边沿，所述质量负载环的外边沿大于、等于或者小于所述有效区域的外边沿。
2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电功能膜包括厚度方向压电膜区域和非厚度方向电压膜区域，所述厚度方向压电膜区域具有沿厚度方向的压电性能，所述非厚度方向压电膜区域不具有沿厚度方向的压电性能或者其沿所述厚度方向的压电性能较弱。
3.根据权利要求2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电功能膜位于所述有效区域内的部分均为厚度方向压电膜。
4.根据权利要求2所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电功能膜位于有效区域的中心区域的部分为厚度方向压电膜，位于有效区域的中心区域之外的部分为非厚度方向压电膜。
5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述隔离层覆盖所述质量负载环的表面区域，并封闭所述通孔空腔的一个端口。
6.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述质量负载环设于所述第一电极下方，所述隔离层设于所述第一电极与所述质量负载环之间。
7.根据权利要求6所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述声反射结构为空腔结构，所述空腔结构包括嵌入所述基底中或形成在所述基底上的第一空腔以及与所述第一空腔连通的所述通孔空腔。
8.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述质量负载环设于所述第二电极上方，所述隔离层设于所述第二电极与所述质量负载环之间。
9.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，在所述压电振动组件上方及下方均设置有所述隔离层以及所述质量负载环。
10.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述隔离层包含至少一层绝缘材料。
11.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述隔离层包含至少一层半导体材料。
12.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述质量负载环为一闭合环。
13.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述质量负载环为一具有至少一个开口的非闭合环。
14.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述质量负载环包含一层绝缘材料。
15.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述质量负载环包含一层导体材料。
16.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述质量负载环包含一层半导体材料。
17.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述质量负载环与所述隔离层为异种材料。
18.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述质量负载环与所述隔离层为同种材料。
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