CN113131896B - 一种薄膜压电声波谐振器及其制造方法及滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种薄膜压电声波谐振器及其制造方法及滤波器，其中薄膜压电声波谐振器包括：第一基板；设置于所述第一基板第一表面，从上至下依次叠层的第一电极、压电片体和第二电极；所述第一电极、压电片体和第二电极在垂直于所述压电片体表面的方向上设有重叠的区域；在所述重叠的区域内，所述压电片体与所述第一电极之间设有间隙；隔离空腔，环绕于所述压电片体的外周；所述间隙与所述隔离空腔相连通。

Description

一种薄膜压电声波谐振器及其制造方法及滤波器
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种薄膜压电声波谐振器及其制造方法及滤波器。
背景技术
基于压电感应的声波谐振器分为表面声波谐振器(Surface Acoustic WaveResonator,SAWR)和体声波谐振器(Bulk Acoustic Wave Resonator，BAWR)，是构成射频滤波器的基本元素，而射频滤波器又是当今无线通讯射频前端和基站系统的一个核心器件。其中，体声波谐振器具有低插损、高品质因子等优良特性，尤其是在2.0GHz以上频率较表面声波谐振器具有明显的优势。
如图1所示，传统的体声波薄膜谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)是由一个置备于基板R10上的薄膜压电片体R40以及与其第一表面R41和第二表面R42物理上“焊接”在一起的第一电极片R30和第二电极片R50构成，第一电极片R30和第二电极片R50相重叠部分置于基板上的空腔R20之上。在上第二电极片所产生的交变电场的作用下，薄膜压电片体R40体内和表面会产生纵向R1和横向R2的体声波弹性震动，由于第一电极片R30和第二电极片R50物理上是“焊接”在薄膜压电片体R40的第一表面R41和第二表面R42上，这一体声波弹性震动自然会专递到第一电极片R30和第二电极片R50上，并沿着第一电极片R30和第二电极片R50向外传播。因此，第一电极片R30和第二电极片R50所产生的交变电场的作用在压电片体R40上产生的体声波弹性震动及其能量，会有相当部分散发到压电片体外而消耗掉，尤其是当压电片体R40的厚度降低(已获得更高的纵向共振频率)，同时压电片体R40及第一电极片R30和第二电极片R50的面积增大时，所消耗的体声波能量比重增大，从而对体声波谐振器的性能产生进一步的负面影响。然而，在传统和现行体声波谐振器的基本器件构架下，体声波从压电片体R40向第一电极片R30和第二电极片R50消散从而造成体声波震动能量的损失是无法避免的。此外，纵向声波震荡在第一电极片R30和第二电极片R50与压电片体R40上下界面R41和R42、以及第一电极片R30和第二电极片R50与空气界面R31和R51均产生反射，而产生的次谐波同样会成为一部分噪声。此外，由于第一电极片R30和第二电极片R50的存在，压电感应谐振频率不仅仅取决于压电片体的厚度及其纵向声波速度，多少也会受到上第二电极所述声波反射以及其弹性刚度的影响。这些来自于器件基本构架的负面影响，会随着所需谐振频率的进一步提高，随之压电片体厚度的进一步缩小而进一步严重化。另外，两个薄膜电极和压电薄膜层直接接触，一方面由于不同材料间的物理性质不同，包括温度变化所造成材料物理性质的差异性变化，会在界面处产生残余应力以及对纵、横声波的界面反射，另一方面压电薄膜层中的声波传播到薄膜电极中，造成声波能量的损失。
压电声波谐振器的压电片体、电极或电介层的厚度以及其内的声速随温度的变化而变化，因此压电声波谐振器的谐振频率也随温度的变化而变化。目前应用在压电声波谐振器中的大部分材料都呈现出负的声速温度系数，即随温度的升高声速会变小，例如，氮化铝的声速温度系数为-25ppm/℃,钼的声速温度系数为-60ppm/℃。由压电声波谐振器构成的射频(Radio Frequency,RF)滤波器通常有一个通带频率响应，压电声波谐振器的频率温度系数(Temperature Coefficient of Frequency,TCF)会降低RF滤波器的制造良率，因为由压电声波谐振器所构成的设备或器件只有在一定温度范围内才能满足通带带宽的要求。在大部分所需的双工器的应用中，为了可以在很宽的温度范围内仍能满足要求，低的频率温度系数很重要。
如图2所示，改进型的薄膜体声波谐振器包括：位于基板R110上的第一电极R520、位于第一电极R520上方的压电层R140、位于压电层R140上方第二电极R160、位于第一电极R140下方的声反射结构R115；其中，第二电极R160与第一电极R140之间具有至少一个间隙R530或R150，此间隙至少部分覆盖薄膜体声波谐振器的有效区域(有效区域为第一电极R1220、第二电极R160和压电层R140在厚度方向彼此重叠的区域)，并在垂直方向的投影全部位于所述声反射结构R115之内。这一改进型的薄膜体声波谐振器，可以有效地在纵向R101消除了上述压电层R140产生的纵向声波直接传至上第二电极(即第一电极R520和第二电极R160)；然而在水平方向R102，由于压电层R140的压电材料本身物理效应，在上第二电极的交变电场作用下产生的纵向体声波必然会引发横向的体声波震动，并传播至有效区域的边界处形成部分反射，但难免有相当部分的横向声波传及有效区域之外的压电层和上第二电极而消耗掉。此外，该改进型谐振器所披露的上第二电极与压电层包含间隙(至少一个间隙R530或R150)的结构，给定此间隙高度为1纳米到500纳米之间，采用对牺牲层(如氧化硅)进行化学释放的方法形成，通常有效区域的尺寸为几十微米甚至更大，要有效地通过化学释放去除所有牺牲层材料具有相当的技术困难。
因此，如何改善压电薄膜和薄膜电极接触界面的物理差异，减少电极带来的声波压电薄膜中的声波能量损失，以及如何提供更好的形成体声波谐振器的方法是当前面临的主要问题。
发明内容
本发明揭示了一种薄膜压电声波谐振器及其制造方法及滤波器，解决现有技术中压电薄膜和电极接触界面存在残余应力和声波从电极和压电薄膜中泄露的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种薄膜压电声波谐振器，包括：
第一基板，所述第一基板内具有反射结构；
设置于所述第一基板第一表面，从上至下依次叠层的第一电极、压电片体和第二电极；
所述第一电极、压电片体和第二电极在垂直于所述压电片体表面的方向上设有重叠的区域；
在所述重叠的区域内，所述压电片体与所述第一电极之间设有间隙；
隔离空腔，环绕于所述压电片体的外周，所述压电片体与所述基板之间至少设有一个连接桥；
所述间隙与所述隔离空腔相连通。
本发明还提供了一种滤波器，包括多个以上所述的谐振器。
本发明还提供了一种薄膜压电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第一电极；
在所述第一电极上形成叠层结构，所述叠层结构包括：压电片体，所述压电片体具有相对的第一表面和第二表面、位于所述压电片体第一表面的第一牺牲层、位于所述压电片体外周的第二牺牲层；所述第一牺牲层位于第一电极表面，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层连接在一起；
在所述叠层结构上形成第二电极；
去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，以形成位于所述压电片体和所述第一电极之间的间隙，位于所述压电片体外周的隔离空腔；
提供第一基板，所述第一基板内具有反射结构；
将所述第二电极与所述第一基板键合，所述第一电极、所述压电片体、所述第二电极在垂直于所述第一衬底表面方向上设有重叠的区域，所述间隙和反射结构至少部分位于所述重叠的区域内，所述重叠的区域定义为有效工作区。
本发明的有益效果在于：
本发明在薄膜声波谐振器的有效工作区中，压电片体与第一电极之间形成微小的间隙，第二电极的电场可以穿过间隙，施加在压电片体上，压电片体的外周设有隔离空腔，第二电极支撑所述压电片体。解决了压电片体和第一电极接触界面存在残余应力和声波能量从压电片体的边界、电极中泄露的问题。另外，压电片体与第一电极之间的间隙和空腔，形成声波的反射界面，当压电片体中的纵向声波传播到间隙所在的空气界面时，将声波反射回压电片体的内部，减少了纵向声波的损失。隔离空腔使压电片体的边界暴露在空气中，当压电片体的横向声波传输到压电片体的边界时，隔离空腔中的空气界面，将声波反射回压电片体内部，减少了横向的声波损失。
进一步，隔离空腔与间隙和空腔三者相互连通，增大了压电片体与空气界面的接触面积，可以更好的减少声波能量损失，提高谐振器的品质因数。
进一步的，第二电极的部分边界截止于隔离空腔围成的区域内，在垂直方向上与第一电极没有重叠的区域，减少了寄生效应。
进一步的，在设有通孔的电极(比如第一电极)的表面设置盖帽层，将空腔与外界环境隔离，可以保护压电层和微小的间隙不被外界物质影响，另外，盖帽层与第一电极结合增强了第一电极的结构强度，提高谐振器的成品率。
进一步的，在第一导电插塞侧，上第二电极没有相对部分，不会有寄生效应；第二导电插塞将谐振器有效工作区外部的上第二电极电连接，使上第二电极短接，压电片体上下没有电势差，减少有效谐振区外部的重叠区域(第一电极、压电片体、第二电极)的寄生效应。
进一步的，在第一基板中集成第一主动和/或第一被动微器件，可以提高器件集成度。
进一步的，间隙、隔离空腔中的牺牲层材料均采用非晶碳，在牺牲层材料上方形成通孔，可以方便一次性去除牺牲材料。
进一步的，在压电片体上表面或下表面或者压电片体的内部设置具有正温度系数的声波温度系数补偿层，以此降低谐振器频率随温度变化而变化，控制声波温度系数补偿层的厚度，使谐振器实现温度补偿的同时尽量不降低机电耦合系数。
本发明的形成谐振器的方法，工艺可靠性高，流程简单。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了现有一种薄膜压电声波谐振器的结构示意图。
图2示出了现有另一种薄膜压电声波谐振器的结构示意图。
图3示出了根据本发明第一实施例的一种薄膜压电声波谐振器的立体示意图；其中主要显示了谐振器的主要三层结构。
图4为图3沿X-X方向的剖视图。
图5示出了根据本发明另一实施例的一种薄膜压电声波谐振器的结构示意图。
图6示出了根据本发明另一实施例的一种薄膜压电声波谐振器的结构示意图。
图7示出了根据本发明另一实施例的一种薄膜压电声波谐振器的结构示意图。
图8示出了根据本发明又一实施例的通孔设置位置的结构示意图。
图9示出了根据本发明另一实施例的一种薄膜压电声波谐振器的结构示意图。
图10示出了根据本发明第二实施例的一种薄膜压电声波谐振器的结构示意图。
图11示出了根据本发明一实施例的一种薄膜压电声波谐振器的制造方法的流程图。
图12至图25示出了根据本发明第一实施例的一种薄膜压电声波谐振器的制造方法不同步骤对应的结构示意图。
图26示出了根据本发明第二实施例的一种薄膜压电声波谐振器制造过程中的结构示意图。
附图标记说明：
图1中
R10-基板；R20-空腔；R30-第一电极片；R50-第二电极片；R40-薄膜压电片体；R41-第一表面；R42-第二表面；R31-空气界面；R51-空气界面。
图2中
R110-基板；R520-第一电极；R140-压电层；R160-第二电极；R115-声反射结构；R530-间隙；R150-间隙；R141-空气界面；R142-空气界面。
图3至图26中
50-第一基板；41-第一介质层；31-第二介质层；30-压电片体；21-第三介质层；20-第一电极；40-第二电极；61-第一导电插塞；62-第二导电插塞；63-第三导电插塞；33-沟槽；34-第三牺牲层；35-第一牺牲层；36-声波温度补偿片体；211-间隙；23-第二牺牲层；300-隔离空腔；301-连接桥；302-端部；303-有效工作区外侧；13-通孔14-隔离槽；12-顶膜层；11-第三介质层；110-盖帽层；32第一凹槽；22-凹槽；60-第一基板；70-微器件；71-MIM电容；72-MOS晶体管；73-电感；500-半导体产地；510-介质层；520-空腔；530-布拉格结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。
实施例一，第一种薄膜压电声波谐振器：
本发明一实施例提供了一种薄膜压电声波谐振器，图3示出了根据本发明一实施例的一种薄膜压电声波谐振器的简化立体示意图，图4为图3沿X-X方向的剖视图，请参考图3和图4，薄膜压电声波谐振器包括：
第一基板50，所述第一基板50内具有反射结构；
设置于所述第一基板50第一表面，从上至下依次叠层的第一电极20、压电片体30和第二电极40；
所述第一电极20、压电片体30和第二电极40在垂直于所述压电片体30表面的方向上设有重叠的区域，所述重叠的区域位于空腔上方；
在所述重叠的区域内，所述压电片体30与所述第一电极20之间设有间隙211第二电极；
隔离空腔300，环绕于所述压电片体30的外周；所述间隙211与所述隔离空腔300相连通。
体声波谐振器工作原理为利用压电片体30在交变电场下产生振动，该振动激励出沿压电片体30厚度方向传播的体声波，此声波传至反射界面时被反射回来，进而在压电片体30内部来回反射，形成震荡。当声波在压电片体30中传播正好是半波长的奇数倍时，形成驻波震荡。第一电极20、压电片体30和第二电极40在垂直于压电片体30表面方向上重叠的区域为产生体声波的区域，以下称为有效工作区。
本实施例中，所述压电片体30与所述第一基板50之间至少设有一个连接桥301(虚线框中所示)。
参考图4，当对第一电极20和第二电极40施加射频交变电压信号时，电力线需要穿过压电片体30和间隙211，因此间隙211的高度很关键，一般在0.1纳米-5微米之间。具体间隙211的最适合高度，以第一电极20与压电片体30之间能够实现最大的压电互动感应，同时又要确保压电片体30产生压电声波震动时其上表面不会触及第一电极20为原则。间隙过大会导致上第一电极与压电片体耦合减弱，间隙太小会导致压电片体的声波震动，尤其是垂直方向的震动，导致压电片体触及上第一电极的表面。间隙211和反射结构，形成声波的反射界面，当压电片体30中的纵向声波传波到间隙211所在的空气界面和反射结构中时，将声波反射回压电片体30的内部，减少了纵向声波的损失，提高了谐振器的品质因数。
间隙211位于有效工作区内可以理解为：有效工作区的部分区域设有间隙211，或者整个有效工作区内均设有间隙211。
所述隔离空腔300用于隔断压电片体30，使压电片体30的全部或者部分边缘暴露在隔离空腔300中，当声波传输到压电片体30边界时，声波被隔离空腔300的空气界面反射回压电片体30中，减少了声波的横向泄露，提高了谐振器的质量因数。暴露在隔离空腔300中的压电片体30的边缘形状包括弧形或直线，如边缘的形状可以由一个或多个弧形构成，或者是弧形和直线的组合，或者由多条直线构成。此处所提到的压电片体30的边缘为位于有效工作区中的压电片体30的边缘。有效工作区中的压电片体可选为不规则多边形，且所述多边形的任意两条边不平行。
在一实施例中，参考图5，所述隔离空腔300为连续的整体，环绕所述压电片体30的全部边缘。即所述隔离空腔300暴露出压电片体的全部外周。此时，所述第二电极为所述压电片体提供支撑。
在另一实施例中，参考图4，所述隔离空腔300为连续的整体，环绕部分所述压电片体30的边缘，所述压电片体与所述基板之间至少设有一个连接桥。未被所述隔离空腔300环绕的所述压电片体的延伸至第一基板50上方的部分构成所述连接桥301。
在另一个实施例中，所述隔离空腔300为多个间隔的子空腔，相邻的子空腔中之间的所述压电片体30延伸至第一基板50上方的部分构成所述连接桥301。连接桥用于将压电片体30连接固定在第一基板50上。连接桥的分布、形状以可以稳定支撑压电片体30为准。形式可以有多种情况，如，隔离空腔300使所述压电片体30的边缘构成五边形，连接桥301位于五边形的5个顶角处。
本另一实施例中，隔离空腔还可以为沿周向封闭的空腔，在此情况下，连接桥可以跨越隔离空腔上方，连接于压电片体和第一基板之间，此时压电片体的外周均与空气接触，可以更好的防止横向声波泄露。
本实施例中，隔离空腔300和间隙211相互连通。在形成隔离空腔300和间隙211时，需要在其中填充牺牲层，当两个空间相互连通的情况下，两个空间的牺牲层可以一次性去除，简化工艺流程。另外，隔离空腔300和间隙211相互连通，增大了压电片体30与空气界面的接触面积，可以更好的较少声波能量损失，提高谐振器的品质因数。
所述压电片体30的厚度为0.01微米到10微米，可根据具体设定频率情况选择不同的厚度，压电片体30的材质为可以是氧化物、氮化物或碳化物，如：氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、也可以是压电晶体或压电陶瓷，如：锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛或铅锌榍石等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料及它们的组合。当压电片体102包括氮化铝(AlN)时，压电片体102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，当压电片体102包括氮化铝(AlN)时，压电片体102还可包括过渡金属，例如钪(Sc)、锆(Zr)、钛(Ti)、锰(Mn)和铪(Hf)中的至少一种。
参照图4，本实施例中，第一基板50的第一表面还设有第一介质层41，所述第二电极40嵌设在第一介质层41中，且所述暴露所述第二电极40的第一表面；所述第二电极40的端部302与所述隔离空腔300具有重叠部分。所述第二电极的部分边缘在垂直于所述压电片体表面方向上位于所述隔离空腔围成的区域范围内或区域范围外，图4中显示第二电极40的端部302即部分边界完全位于隔离空腔下方。
在一实施例中，参考图7，所述第一介质层41内具有释放通孔，所述释放通孔与隔离空腔300导通，第一基板50的空腔520与所述释放通孔导通，因此所述空腔520通过释放通孔和隔离空腔导通。
具体的，所述第一介质层41将所述第二电极40包裹在内，用于保护所述第二电极40。所述第二电极40的端部302位于所述隔离空腔300的下方，也就是说第二电极40的部分边界截止于隔离空腔300围成的区域内，此时，有效工作区外侧303(图中虚线中区域)在垂直方向上与第一电极20没有重叠的区域，减少了寄生效应。
另外当声波传输到第二电极40中，第二电极40中的声波传输到第二电极40位于隔离空腔300下方的端部时，第一介质层的界面将声波反射回第二电极40的内部，减少声波的损失，提高谐振器的品质因数。
继续参考图8，本实施例中，所述间隙211上方的所述第一电极20中设有至少一通孔13，所述第一电极20的第一表面还设有盖帽层110，所述盖帽层110填充所述通孔13。该通孔13为牺牲孔，用来释放间隙以及隔离空腔中填充的牺牲层。
参考图4，在另一个实施例中，由于间隙211、与所述隔离空间300相通，所述通孔13也可以只贯穿隔离空间300的上方结构。
本实施例中，所述盖帽层110为复合结构，包括第三介质层11和位于所述第三介质层11第一表面的顶膜层12。第三介质层11和顶膜层12均为绝缘材料，第三介质层11的材料可以为二氧化硅或氮化硅，顶膜层12的材料可以为有机固化膜。本实施例中，所述通孔13同时贯穿第三介质层11，第三介质层11用于在制造谐振器时保护第一电极20。所述顶膜层12的材料可以是有机固化膜或者二氧化硅层。所述顶膜层12一方面用于密封所述通孔13，另一方面可以加强对第一电极20的支撑作用。
所述间隙211外侧的所述第一电极20与所述压电片体30之间具有介质层或者所述第一电极20与压电片体30接触。
具体地，参考图4，在本实施例中，在第一电极20与压电片体30之间设有第二介质层21，所述间隙211位于所述第二介质层21内部，所述第二介质层21界定所述间隙211的区域范围。设置的所述第二介质层21使暴露在所述间隙211中的所述压电片体30与未暴露在所述间隙211中的所述压电片体30的第二表面齐平。所述第二介质层21的高度决定所述间隙211的高度。
前文所述的第一介质层41、第二介质层21、第三介质层11的材料包括二氧化硅或氮化硅。
第一基板50可以为半导体衬底或者半导体衬底和其上方的介质层，该介质层为在半导体衬底上形成其他器件结构时，形成在半导体衬底上的膜层。
所述第一基板50内具有反射结构，所述反射结构为空腔或者布拉格反射结构。
本实施例中，参考图4，所述反射结构为空腔；所述第一基底包括半导体衬底500和位于半导体衬底500上的介质层510，所述空腔520位于介质层510内。
在另一实施例中，所述空腔也可以位于半导体衬底内。
其他实施例中，如图6所示，第一基板50为半导体衬底500和其上方的介质层，所述反射结构位于介质层上或者介质层中。
所述反射结构为布拉格反射结构，所述布拉格反射结构530包括多层介质层和位于相邻介质层之间的金属层。
所述半导体衬底500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，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板、石英或玻璃基板等。介质层510的材料包括：氧化硅、氮化硅、碳化硅、碳氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝或氮化硼。
本实施例中，在所述隔离空腔300与所述间隙211围成的区域外周，所述第一电极20和所述第二电极40在所述部分边缘所在侧错开，在所述部分边缘的相对侧具有相对部分。所述谐振器还包括：第一导电插塞61，在错开一侧连接所述第一电极20，在所述第一电极20相对基板的另一侧贯穿所述第一电极20的上方结构；第二导电插塞62，在具有相对部分侧连接所述第二电极40，在所述第二电极40相对基板的另一侧贯穿所述第一电极20上方结构。
本实施例中，第一导电插塞61位于有效工作区的外部，在第一导电插塞61所在侧，上第二电极之间没有相对部分，因此，二者之间没有寄生效应；进一步的，第二导电插塞62一方面起到将第二电极40与外部电连接的作用，另一方面，第二导电插塞在侧面还与第一电极20电连接，因此将谐振器有效工作区外部的上第二电极电连接，使上第二电极短接，压电片体30上下没有电势差，减少谐振区外部的重叠区域(第一电极、压电片体、第二电极)的寄生效应，提高了谐振器的品质因数。基于以上说明，本实施例中，整个谐振器在所有的无效区域基本没有寄生电容效应，对提高谐振器的性能有非常好的帮助。
参考图9，本发明另一实施例中，薄膜压电声波谐振器还包括声波温度补偿片体36，所述声波温度补偿片体36可以位于压电片体30的第一表面或第二表面，或者位于压电片体30的内部，图中显示位于第一表面的情形。所述声波温度补偿片体36具有正的温度系数，材料如掺硼的二氧化硅。声波温度补偿片体36的置入，降低了谐振器的机电耦合系数，厚度越厚对机电耦合系数的影响越大，本实施例中其厚度可选范围为5纳米至500纳米，在实现温度补偿的同时尽量不降低谐振器的机电耦合系数。
另外，继续参考图9，本实施例中，第一基板50包括半导体衬底500以及位于半导体衬底500上的介质层110，第一基板50的内部设有第一主动和/或第一被动微器件。其中，所述第一主动微器件包括二极管、三极管、MOS晶体管、静电释放保护器件(ESD)其中之一或者它们的组合，图9中显示出了MOS晶体管72，其他器件根据实际需要选择，其中MOS晶体管可以构成射频开关、低噪放等射频子系统，以此与滤波器实现短距离互连，可以有助于降低互连所带来的信号插损和干扰。
所述第一被动微器件包括电阻、电容或电感，或者它们的组合，图9中显示出MIM电容71以及电感73。并且，图中的MOS晶体管72、MIM电容71以及电感73按照一定的方式进行互连。以此与滤波器实现短距离互连，第一被动微器件可与滤波器实现更佳的原位阻抗匹配等作用。
为了将所述第一主动和/或第一被动微器件70与谐振器电连接，该实施例中，还包括：位于无效区域的第三导电插塞63，所述第三导电插塞一端连接于所述第一主动微器件和/或第一被动微器件，另一端贯穿所述微器件上方的结构(参考图9)，通过盖帽层上的其他互连结构连接第三导电插塞、第一导电插塞、第二导电插塞，实现微器件和上第二电极的电连接；但不限于此种连接方式，还可以是第三插塞63的另一端连接于所述第一电极或第二电极，所述第一主动和/或第一被动微器件通过第三导电插塞63与第一电极20或所述第二电极40电连接。图中，以简化的形式示意了第一主动微器件、第一被动微器件。具体需要包含哪些器件，以及他们之间的相互连接关系，需要根据实际情况进行设置。
实施例二，第二种薄膜压电声波谐振器：
参考图10，该实施例与实施例一的主要区别在于：
压电片体30与上电极20之间也可以不设置介质层，暴露在第二间隙211上方的上电极20和未暴露在第二间隙211上方的上电极20的底面并不齐平，未暴露在第二间隙211上方的上电极20的下表面与压电片体30的上表面直接接触。此时间隙211的高度由形成在第一电极20上的牺牲层的厚度决定。其他未描述部分参见实施例一。
实施例三，第一种薄膜压电声波谐振器的形成方法：
本发明第三实施例提供了一种薄膜压电声波谐振器的制造方法，图8示出了根据本发明一实施例的一种薄膜压电声波谐振器的制造方法的流程图，图9至图25示出了根据本发明一实施例的一种薄膜压电声波谐振器制造方法不同阶段的结构示意图，参照图8，制作方法包括：
S01：提供第一衬底，在所述第一衬底上形成第一电极；
S02：在所述第一电极上形成叠层结构，所述叠层结构包括：压电片体、位于所述压电片体第一表面的第一牺牲层、第二表面位于所述压电片体外周的第二牺牲层，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层连接在一起；
S03：在所述叠层结构上形成第二电极；
S04：去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，以形成第二电极位于所述压电片体和所述第一电极之间的间隙，位于所述压电片体外周的隔离空腔；
所述第一电极、所述压电片体、所述第二电极在垂直于所述第一衬底表面方向上设有重叠的区域，所述间隙至少部分位于所述重叠的区域内，所述重叠的区域定义为有效工作区。
下面请参考图11至图25对所述薄膜压电波谐振器的制造方法进行阐述。图11至图25是本发明薄膜压电声波谐振器的制作方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
参考图11和图12，执行步骤S01，提供第一衬底10，在所述第一衬底10上形成第一电极20。
参考图12，本实施例中，所述第一电极为整层的导电层，图形化形成第一电极的工艺在后续工艺中完成。在形成第一电极20之前还包括，在所述第一衬底10上形成第三介质层11，第一衬底10作为临时承载层，在后期工艺中需要去除，第三介质层11起到隔离作用，用于隔离第一衬底10和第一电极20。
在另一个实施例中，所述第一电极为对导电层图形化后的电极，各个相邻谐振器之间的第一电极相互断开，且第一电极的无效区和有效区相互断开；形成所述第一电极的方法包括：在所述第一衬底上形成上导电薄膜；图形化所述上导电薄膜，形成所述第一电极，所述第一电极的端部与后续工艺中形成的第二牺牲层具有重叠部分。
第一衬底10的材质可以为以下所提到的材料中的一种：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，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板、石英或玻璃基板等。第三介质层11的材料包括二氧化硅或氮化硅。
参考图13，在第三介质层11的表面上方形成上导电薄膜，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上导电薄膜。
本实施例中，在形成完上导电膜层后没有对上导电膜层进行图形化形成第一电极，对上导电膜层的图形化工艺在后期完成，在其他实施例中，形成完上导电膜层后，直接对上导电膜层进行图形化，形成第一电极20。
第一电极20的材料可以为钼(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)、铂金、镍等金属中一种制成或由上述合金制成。
参考图14至图19，执行步骤S02，在所述第一电极20上形成叠层结构，所述叠层结构包括：压电片体30，所述压电片体具有相对的第一表面和第二表面、位于所述压电片体30第一表面的第一牺牲层23、位于所述压电片体30外周的第二牺牲层34所述第一牺牲层位于第一电极表面，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层连接在一起；
在本实施例中，形成所述叠层结构采用如下步骤：
S21：在所述第一电极20上形成第二牺牲层23以及所述第二介质层21，所述第二介质层21界定所述第二牺牲层23的范围；
S22：在所述第二牺牲层23、所述第二介质层21上形成压电片体30以及全部或者至少部分围绕重叠区域的所述压电片体30的所述第二牺牲层34。
具体地，步骤S21包括：
1、参考图14，在所述第一电极20的表面形成第二介质薄膜，图形化所述第二介质薄膜，形成贯穿所述第二介质薄膜的凹槽22，所述凹槽22外部的所述第二介质薄膜为第二介质层21。
2、参考图15，形成覆盖所述凹槽22和所述第三介质层21的第一牺牲薄膜，图形化所述第一牺牲薄膜，去除所述第三介质层21上方的所述第一牺牲薄膜，并使所述凹槽中的所述第一牺牲薄膜的上表面与所述第二介质层21的上表面齐平。
所述凹槽22中的所述第一牺牲薄膜构成第一牺牲层23。
具体地，通过物理气相沉积或者化学气相沉积在第一电极20的表面形成第二介质薄膜，通过刻蚀工艺图形化所述第三介质薄膜，形成贯穿所述第二介质薄膜的凹槽22，凹槽22外部的第二介质薄膜构成第二介质层21，所述凹槽22所在的区域为后期工艺中间隙的形成区域。通过气相沉积工艺(包括蒸发、溅射、化学气相沉积)或液态沉积工艺(包括电镀)在凹槽22中、第二介质层21上形成第一牺牲薄膜，通过刻蚀工艺去除第二介质层21上方的所述第一牺牲薄膜。凹槽22中的第一牺牲薄膜构成第一牺牲层23。本实施例中，使所述第二牺牲薄膜的第一表面与所述第三介质层21的第一表面齐平的方法包括：通过离子束修整工艺对凹槽22中的第一牺牲薄膜的表面进行离子束修整，使第一牺牲层23第一表面的微凸起或凹陷的高度与所述第一牺牲层23的厚度的比值小于0.1％。后期工艺中需要在第一牺牲层23第一表面形成压电片体，压电片体上第二表面的平整度影响谐振器的整体性能，第一牺牲层23的表面平整度影响压电片体第二表面的平整度。因此，对第一牺牲层23的第一表面进行离子束修整可以提高谐振器的性能。
需要说明的是，在刻蚀去除第二介质层21上方的所述第一牺牲薄膜，需要用光刻胶作为掩膜，刻蚀工艺完成后，需要去除光刻胶，在去除光刻胶的过程中，采用湿法工艺去除，如用硫酸和双氧水的混合溶液去除光刻胶。采用干法工艺去除光刻胶会将所述第一牺牲层23同时去除。
步骤S22包括：
1、参考图16，在所述第一牺牲层23上、所述第二介质层21上形成压电感应薄膜。
2、参考图17，图形化所述所述压电感应薄膜，形成断开所述压电感应薄膜的沟槽33和压电片体30，所述沟槽33的底部暴露出部分所述第一牺牲层23。
在本实施例中，所述压电感应薄膜未被所述沟槽33断开的部分构连接桥301，所述沟槽33将压电感应薄膜切割，形成压电片体30，所述压电片体30的部分端部暴露在沟槽33中，所述沟槽33用于形成后期工艺中的隔离空腔，所述沟槽33与所述压电片体30的形状、位置等参照第一实施例中隔离空腔与压电片体的关系，此处不在赘述。
在另一实施例中，所述沟槽33暴露出压电片体30的全部外周。
3、参考图18，在所述沟槽33内形成第二牺牲层34。
具体地，通过物理气相沉积或者化学气相沉积在所述第一牺牲层23上、所述第二介质层21上形成厚度为0.01微米到10微米压电感应薄膜30，压电感应薄膜的材料参照前文。本实施例中，形成所述压电感应薄膜之后还包括：通过离子束修整工艺对所述压电感应薄膜的第一表面进行平整度修整，使所述压电感应薄膜第一表面的微凸起或凹陷的高度与所述压电感应薄膜的厚度的比值小于0.1％。压电片体第一表面和第二表面的平整度影响谐振器的整体性能，对压电片体30的第一表面进行离子束修整可以提高谐振器的性能。
沟槽33的底部暴露出部分所述第一牺牲层23，使后期工艺中形成的间隙和隔离空腔相互连通。当所述沟槽33为非封闭的沟槽时，所述压电感应薄膜未被所述沟槽33断开的部分构成所述连接桥301。所述连接桥301的形状、位置作用参照前文所述。
参考图18，所述第二牺牲层34的形成方法包括：在所述沟槽33内和所述压电感应片体30上形成初始第二牺牲层；去除所述压电片体30上的初始第二牺牲层，保留所述沟槽中的所述初始第二牺牲层作为第二牺牲层，并使所述沟槽中的所述第二牺牲层的上表面与所述压电片体30的上表面齐平，在所述沟槽33内形成所述第二牺牲层。
本实施例中，并使所述沟槽中的所述第二牺牲层的上表面与所述压电片体30的上表面齐平的方法包括：利用离子束修整工艺，对所述沟槽中的所述初始第二牺牲层的表面进行平整度修整，使所述第二牺牲层34上表面的微凸起或凹陷的高度与所述第二牺牲层34的厚度的比值小于0.1％。由于第二牺牲层34的材质相对于外周为压电感应薄膜如果采用CPM工艺，会影响压电感应薄膜品质，采用离子束修整工艺可以避免对压电感应薄膜的损伤，且可以更好的控制牺牲层的厚度。
本实施例中，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的材料包括磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、锗、碳、低温二氧化硅、聚酰亚胺中个任意一种。
参考图19，在所述叠层结构上形成第二电极40。
通过磁控溅射工艺在第二牺牲层34上、压电片体30上形成下导电薄膜，图形化所述下导电薄膜形成第二电极40。
本实施例中，所述第二电极40覆盖第二牺牲层34的表面。
所述第二电极40覆盖第二牺牲层34的全部表面，则后续形成的隔离空腔不与后续形成的反射结构接触。
在一实施例中，参考图19，第二电极40的部分端部截止在第二牺牲层34的上方。这种设置方式的效果参照前文所述。具体的第二电极40的图形可以根据实际需要设置，比如前述第一实施例中描述的各种情形，不限于图19示出的部分边界截止在第二牺牲层的上方。
参考图20，形成第二电极40后还包括，形成第一介质层41覆盖所述第二电极40。
具体地，通过沉积工艺在所述第二电极40的表面上方形成第一介质层41，通过平坦化工艺使得所述第一介质层41的顶面齐平。
本实施例中，所述第一介质层41覆盖所述第二电极40。
在一实施例中，所述第一介质层41的顶面与第二电极40的顶面齐平，所述第一介质层41内具有释放通孔，所述释放通孔暴露出第二牺牲层34。
继续参考图20，在所述第一介质层41上键合第一基板60，之后去除所述第一衬底10；
所述第一基板50包括：半导体衬底500或者半导体衬底500上的介质层510；
所述第一基板50内具有反射结构，所述反射结构包括空腔或者布拉格反射结构。
本实施例中，所述反射结构为空腔520，所述空腔520位于半导体衬底500上的介质层510内。
其他实施例中，所述空腔520位于半导体衬底500内
在另一实施例中，所述反射结构为布拉格反射结构时，所述第一基板50包括：半导体衬底和位于半导体衬底上的布拉格反射结构，所述布拉格反射结构包括多层介质层和位于相邻介质层之间的金属层。
在又一实施例中，在所述第二电极上形成介质层，在所述介质层内形成反射结构；提供第一基板，将所述第一基板与所述介质层键合。所述反射结构可以为空腔也可以是布拉格反射结构。所述反射结构为空腔时，所述反射结构的形成方法包括：在所述第二电极上形成介质层；在所述介质层内形成空腔开口，所述空腔开口暴露出第二电极全部或部分表面；形成空腔开口后，将所述介质层与所述第一基板键合，所述第一基板为半导体衬底。在另一实施例中，在所述第一介质层41上形成介质层，在所述介质层内形成贯穿所述第四介质层的空腔开口；在所述空腔开口内形成第三牺牲层，所述第三牺牲层还位于释放通孔内；在所述第四介质层上键合第一基板60。
参考图21，对所述整层导电层进行图形化，形成所述第一电极20，各个相邻谐振器之间的第一电极20相互断开，且第一电极20的无效区和有效区相互断开。其中，参考图21，在图形化形成第一电极20时，还刻蚀形成了作为牺牲孔的通孔13以及两个谐振器之间形成隔离槽14。
去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，以形成位于所述压电片体30和所述第一电极20之间的间隙211，位于所述压电片体30外周的隔离空腔300。
本实施例中，去除牺牲层具体步骤如下：
参考图21至图23，形成贯穿所述第二牺牲层和/或所述第三牺牲层上方膜层的至少一通孔13，通过气相化学反应将所述第一牺牲层、所述第二牺牲层和所述第三牺牲层转化成为挥发性气体从所述通孔排出，或者通过液态化学反应将所述第一牺牲层或所述第二牺牲层溶解于溶液从所述通孔排出。参考图21，通孔13贯穿第二牺牲层上方结构，参考图22，通孔贯穿第二牺牲层上方结构。本实施例中，所述通孔13所述第一电极20的表面设有第三介质层11，所述通孔13同时贯穿所述第三介质层11。去除第一牺牲层和第二牺牲层后，所述间隙211暴露出压电片体30的第一表面，之间，所述压电片体30的部分边缘暴露在所述隔离空腔300中。
在另一实施例中，去除第一牺牲层和第二牺牲层的过程中，也去除第一介质层41和介质层510中的第三牺牲层，形成空腔，所述空腔与隔离空腔300导通。参考图7所示。
需要说明的是，在形成所述通孔13时，在两个谐振器之间形成隔离槽14，实现相邻两个谐振器之间的电隔离。
参考图24，在所述第三介质层11上形成顶膜层12，所述顶膜层12密封所述通孔，所述顶膜层12的材质和作用参照前文，本实施例中，所述第三介质层11和所述顶膜层12共同形成盖帽层。此处不在赘述。
参考图25，本实施例中，所述隔离空腔300与所述间隙211围成的区域外周，所述第一电极20和所述第二电极40在所述部分边缘所在侧错开，在所述部分边缘的相对侧具有相对部分；所述方法还包括：
形成第一导电插塞61，在错开一侧连接所述第一电极20，在所述第一电极20相对第一衬底的另一侧贯穿所述第一电极20上方结构；
形成第二导电插塞62，在具有相对部分侧连接所述第二电极40，在所述第二电极40相对第一衬底的另一侧贯穿所述第一电极20上方结构。本实施例中，所述第一电极20上方结构包括顶膜层12和第三介质层11。所述第一导电插塞61贯穿所述顶膜层12和所述第三介质层11，所述第一导电插塞61电连接于所述第一电极20。所述第二电极40的上方结构包括：所述顶膜层12、第三介质层11，所述第一电极20、所述第三介质层21、所述压电片体30、所述第二介质层31，所述第二导电插塞62贯穿所述顶膜层12、第三介质层11，所述第一电极20、所述第三介质层21、所述压电片体30、所述第二介质层31，所述第二导电插塞62连接于所述第二电极40。第一导电插塞61和第二导电插塞62位于谐振器的有效工作区之外。第二导电插塞62将非有效工作区的第一电极和第二电极电连接，其中与第二导电插塞62电连接的第一电极20与有效工作区的第一电极是分开的。第二导电插塞62使非有效工作的压电片体上下不产生电压差，减少寄生效应。
参考图9，在另一实施例中，第一基板50中的介质层510内部还形成有第一主动和/或第一被动微器件，所述第一主动微器件包括二极管、MOS晶体管、简单的半导体静电释放保护器件，所述第一被动微器件包括电阻、电容或电感。还包括形成第三导电插塞63，所述第一主动和/或第一被动微器件通过第三导电插塞63与第一电极20或所述第二电极40电连接。可以根据设计需要集成不同的第一主动和/或第一被动微器件。在第一基板中集成第一主动和/或第一被动微器件可以提高器件的集成度，在缩小整个集成射频微系统的体积的同时，提升其插损和抗干扰等性能。
形成图9示意的第三导电插塞63的方法，可以在形成第一导电插塞、第二导电插塞之后形成，或者在形成第一导电插塞、第二导电插塞之前形成。
该实施例以第一电极20形成在第一衬底上未进行图形化为例进行说明，本发明中，第一电极20可以是形成在第一衬底上经过了图形化的电极。此时，盖帽层、以及作为牺牲层释放的通孔均不形成在第一电极20上，而是应该形成在第二电极40上。
因此本发明中，去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的方法包括：形成贯穿远离保留的衬底的牺牲层上方膜层的至少一通孔，比如第一实施例中，该牺牲层为第一牺牲层。第一电极在第一衬底上没有经过图形化，此时需要去除第一衬底，保留第一基板；当第一电极在第一衬底上为经过图形化时，保留的衬底为第一衬底，不需要第一基板。而在没有第一基板的情形下，该牺牲层为第二牺牲层。盖帽层在形成了所述通孔的电极的表面，所述盖帽层填充所述通孔。保留的衬底为第一衬底时，通孔形成在第二电极上，盖帽层形成在第二电极上。
参见图26，在另一个实施例中，压电片体的第二表面没有设置介质层，形成所述叠层结构包括：
在所述第一电极20上形成第一牺牲层23；
形成压电感应薄膜，覆盖所述第一电极20、所述第二牺牲层23以及所述第一衬底10；
图形化所述压电感应薄膜，形成断开所述压电感应薄膜的沟槽，所述沟槽的底部暴露出部分所述第一牺牲层23，所述压电感应薄膜未被所述沟槽断开的部分构成所述连接桥；
在所述沟槽中形成所述第三牺牲层34，所述第三牺牲层34的第一表面与所述压电片体30的第一表面齐平；
形成第一牺牲薄膜，覆盖所述第二牺牲层34、所述压电片体30；
图形化所述第一牺牲薄膜，去除所述第二区域外的所述第一牺牲薄膜，所述第二区域位于所述有效工作区内，所述第二区域的所述第一牺牲薄膜构成所述第一牺牲层35。
具体地，在第一电极20上形成第一牺牲薄膜，所述第一牺牲薄膜覆盖所述第一电极20，图形化所述第一牺牲薄膜，形成第一牺牲层23，所述第一牺牲层23位于有效工作区中，第一牺牲层23的位置用于形成间隙。第一牺牲层的厚度为间隙211的高度，可选范围为0.1纳米至5纳米。第一牺牲层23的材质参照前文。利用沉积工艺在第一牺牲层23上、第一电极20上形成压电感应薄膜，压电感应薄膜的厚度介于0.1-10微米之间，压电感应薄膜的材质参照前文。通过刻蚀工艺在所述压电感应薄膜中形成断开所述压电感应薄膜的沟槽。所述沟槽定义所述压电片体30的边缘的边界。本实施例中所述沟槽的底部暴露出部分所述第一牺牲层23，所述压电感应薄膜未被所述沟槽断开的部分构成所述连接桥。关于沟槽的形状和分布以及压电片体30的形状、连接桥的位置分布与上一实施例相同，此处不再赘述。形成第二牺牲薄膜，覆盖所述沟槽，所述压电片体30的第一表面，去除所述沟槽外部的所述第二牺牲薄膜，形成第二牺牲层34。形成第一牺牲薄膜，覆盖所述第二牺牲层34、所述压电片体30的第一表面，图形化所述第一牺牲薄膜，去除所述第二区域外的所述第一牺牲薄膜，所述第二区域位于所述有效工作区内，所述第二区域为间隙所在的区域，所述第二区域的所述第一牺牲薄膜构成所述第一牺牲层35。所述第一牺牲薄膜的材质和厚度参照所述第三牺牲薄膜的材质和厚度。
其他关于去除牺牲层，盖帽层的形成等参见上一实施例中方法中相关描述。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (38)

1.一种薄膜压电声波谐振器，其特征在于，包括：
第一基板，所述第一基板内具有反射结构；
设置于所述第一基板上表面，从上至下依次叠层的第一电极、压电片体和第二电极；
所述第一电极、压电片体和第二电极在垂直于所述压电片体表面的方向上设有重叠的区域，所述重叠的区域位于反射结构上方；
在所述重叠的区域内，所述压电片体与所述第一电极之间设有间隙，所述压电片体与所述第二电极之间直接接触；
隔离空腔，仅环绕于所述压电片体的外周，且所述隔离空腔并不贯穿所述第一电极和所述第二电极；
所述间隙与所述隔离空腔相连通；
所述第二电极的部分边缘在垂直于所述压电片体表面方向上位于所述隔离空腔围成的区域范围内；
第一介质层，所述第二电极嵌设于所述第一介质层，所述第一介质层完全包裹所述第二电极；
在所述隔离空腔与所述间隙围成的区域外的区域为无效区，所述第一电极和所述第二电极在所述部分边缘所在侧错开，在所述部分边缘的相对侧具有相对部分；
所述谐振器还包括：
第一导电插塞，在错开一侧连接所述第一电极，在所述第一电极相对基板的另一侧贯穿所述第一电极上方结构；
第二导电插塞，在具有相对部分侧连接所述第二电极，在所述第二电极相对基板的另一侧贯穿所述第一电极上方结构，所述第二导电插塞将非有效工作区的第一电极和第二电极电连接，其中与所述第二导电插塞电连接的第一电极与有效工作区的第一电极是分开的。
2.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，还包括声波温度补偿片体，所述声波温度补偿片体位于所述压电片体的上、下表面或者位于所述压电片体的内部。
3.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述压电片体为多边形，且所述多边形的任意两条边不平行，所述压电片体的至少部分边界由所述隔离空腔构成。
4.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述隔离空腔暴露出压电片体的全部外周。
5.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述压电片体与所述基板之间至少设有一个连接桥，所述压电片体未被所述隔离空腔切断的部分构成所述连接桥。
6.如权利要求4或5所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述隔离空腔暴露的所述压电片体边缘的形状包括一个或多个弧形和/或直边。
7.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述间隙的高度为0.1纳米至5微米。
8.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述压电片体的厚度为0.01微米到10微米。
9.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述反射结构为空腔或者布拉格反射器。
10.如权利要求9所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述反射结构为空腔时，所述隔离空腔与所述空腔相连通，或者所述隔离空腔与所述空腔不连通。
11.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，还包括至少一通孔，所述通孔设置于所述间隙的上方或所述隔离空腔的上方。
12.如权利要求11所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述第一电极的上表面还设有盖帽层，所述盖帽层填充所述通孔。
13.如权利要求12所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述盖帽层的材质包括二氧化硅、氮化硅和有机固化膜中的一种或者两种的组合。
14.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述间隙外侧的第一电极与所述压电片体之间具有介质层或者所述第一电极与压电片体接触。
15.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，还包括：第二介质层，所述第二介质层界定所述间隙的区域范围。
16.如权利要求1或15所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述第一介质层和第二介质层的材料包括二氧化硅或氮化硅。
17.如权利要求9所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述第一基板包括半导体衬底或，半导体衬底与位于所述半导体衬底上的介质层；所述空腔位于半导体衬底内，或者所述空腔位于所述介质层内。
18.如权利要求1所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述第一基板内部嵌入有第一主动和/或第一被动微器件，所述谐振器还包括：
位于无效区域的第三导电插塞，所述第三导电插塞一端连接于所述第一主动微器件和/或第一被动微器件，另一端贯穿所述微器件上方的结构；或者，另一端连接于所述第一电极或第二电极。
19.如权利要求18所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述第一主动微器件包含二极管、三极管、MOS晶体管或静电释放保护器件。
20.如权利要求18所述的薄膜压电声波谐振器，其特征在于，所述第一被动微器件包括电阻、电容或电感。
21.一种滤波器，其特征在于，包括多个权利要求1-20任一项所述的谐振器。
22.一种薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上形成第一电极；
在所述第一电极上形成叠层结构，所述叠层结构包括：压电片体，所述压电片体具有相对的第一表面和第二表面、位于所述压电片体第一表面的第一牺牲层、仅位于所述压电片体外周的第二牺牲层；所述第一牺牲层位于第一电极表面，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层连接在一起；
在所述压电片体的第二表面上形成第二电极；
形成第一介质层，覆盖所述第二电极，所述第一介质层完全包裹所述第二电极；
去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，以形成位于所述压电片体和所述第一电极之间的间隙，位于所述压电片体外周的隔离空腔，所述隔离空腔并不贯穿所述第一电极和所述第二电极；所述第二电极的部分边缘在垂直于所述压电片体表面方向上位于所述隔离空腔围成的区域范围内；
提供第一基板，所述第一基板内具有反射结构；
将所述第一介质层与所述第一基板键合；
或者，在所述第二电极上形成介质层，在所述介质层内形成反射结构；提供第一基板，将所述第一基板与所述介质层键合；
所述第一电极、所述压电片体、所述第二电极在垂直于所述第一衬底表面方向上设有重叠的区域，所述间隙和反射结构至少部分位于所述重叠的区域内，所述重叠的区域定义为有效工作区；
在所述隔离空腔与所述间隙围成的区域外周，所述第一电极和所述第二电极在所述部分边缘所在侧错开，在所述部分边缘的相对侧具有相对部分；所述方法还包括：
形成第一导电插塞，在错开一侧连接所述第一电极，在所述第一电极相对基板的另一侧贯穿所述第一电极上方结构；
形成第二导电插塞，在具有相对部分侧连接所述第二电极，在所述第二电极相对基板的另一侧贯穿所述第一电极上方结构，所述第二导电插塞将非有效工作区的第一电极和第二电极电连接，其中与所述第二导电插塞电连接的第一电极与有效工作区的第一电极是分开的。
23.如权利要求22所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述叠层结构包括：
在所述第一电极上形成第一牺牲层以及第二介质层，所述第二介质层界定所述第一牺牲层的范围；
在所述第一牺牲层、所述第二介质层上形成压电片体以及全部或者部分围绕重叠区域的所述压电片体的所述第二牺牲层，所述第一牺牲层和第二牺牲层相连。
24.如权利要求23所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述第一牺牲层以及所述第二介质层包括：
在所述第一电极的表面形成第二介质薄膜，图形化所述第二介质薄膜，形成贯穿所述第二介质薄膜的凹槽；
形成覆盖所述凹槽和所述第二介质薄膜的第一牺牲薄膜；
去除所述第二介质薄膜上方的所述第一牺牲薄膜，并使所述凹槽中的所述第一牺牲薄膜的第一表面与所述第二介质层的第一表面齐平；
所述凹槽中的所述第一牺牲薄膜构成第一牺牲层，所述第一牺牲层外部的所述第二介质薄膜为第二介质层。
25.如权利要求24所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成压电片体以及至少部分围绕所述压电片体的所述第二牺牲层，包括：在所述第一牺牲层上、所述第二介质层上形成压电感应薄膜；图形化所述压电感应薄膜，形成断开所述压电感应薄膜的沟槽和压电片体，所述沟槽环绕所述压电片体的全部或部分外周；
在所述沟槽内形成第二牺牲层，所述沟槽中的所述第二牺牲薄膜的上表面与所述压电片体的上表面齐平。
26.如权利要求25所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述使所述沟槽内的所述第二牺牲层的顶面与所述第二介质层的顶面齐平包括：
利用离子束修整工艺，对所述第一牺牲层的顶面进行平整度修整，使所述第一牺牲层顶面的微凸起或凹陷的高度与所述第一牺牲层的厚度的比值小于0.1％。
27.如权利要求25所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述压电感应薄膜之后还包括：
对所述压电感应薄膜的第一表面进行平整度修整，使所述压电感应薄膜第一表面的微凸起或凹陷的高度与所述压电感应薄膜的厚度的比值小于0.1％。
28.如权利要求22所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述在所述叠层结构上形成第二电极包括：
形成下导电薄膜，覆盖所述第二牺牲层和压电片体；
图形化所述下导电薄膜，形成所述第二电极，所述第二电极全部覆盖第二牺牲层或者，所述第二电极的端部与所述第二牺牲层具有重叠部分，暴露出部分第二牺牲层。
29.如权利要求22所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一牺牲层的厚度为0.1纳米-5微米。
30.如权利要求22所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一电极为对导电层图形化后的电极，各个相邻谐振器之间的第一电极相互断开，且第一电极的无效区和有效区相互断开；或者，
所述第一电极为整层导电层；
在所述第一介质层上键合第一基板，之后去除所述第一衬底；
对所述整层导电层进行图形化，形成所述第一电极，各个相邻谐振器之间的第一电极相互断开，且第一电极的无效区和有效区相互断开。
31.如权利要求30所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的方法包括：
形成贯穿第一电极的至少一通孔，所述通孔暴露出第一牺牲层，通过气相化学反应将所述第一牺牲层和所述第二牺牲层转化成为挥发性气体从所述通孔排出，或者通过液态化学反应将所述第一牺牲层或所述第二牺牲层溶解于溶液从所述通孔排出。
32.如权利要求31所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，去除所述第一牺牲层和所述第二牺牲层后还包括：
在形成了所述通孔的电极的表面形成盖帽层，所述盖帽层填充所述通孔。
33.如权利要求32所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述盖帽层的材质包括有机固化膜或者二氧化硅，盖帽层的厚度为0.2微米到30微米。
34.如权利要求22所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的材料包括：磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、锗、非晶碳、低温二氧化硅、聚酰亚胺中的任意一种。
35.如权利要求22所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一电极为对导电层图形化后的电极，各个相邻谐振器之间的第一电极相互断开，且第一电极的无效区和有效区相互断开；
形成所述第一电极的方法包括：
在所述第一衬底上形成上导电薄膜；
图形化所述上导电薄膜，形成所述第一电极，所述第一电极的端部与所述第二牺牲层具有重叠部分。
36.如权利要求29所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，保留的衬底内部嵌入有第一主动和/或第一被动微器件；
所述方法还包括：
形成第三导电插塞，所述第三导电插塞一端连接于所述第一主动微器件和/或第一被动微器件，另一端贯穿所述微器件上方的结构；或者，另一端连接于所述第一电极或第二电极。
37.如权利要求22所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述叠层结构包括：
在所述第一电极上形成第一牺牲层；
形成压电感应薄膜，覆盖所述第一电极、所述第一牺牲层以及所述第一衬底；
图形化所述压电感应薄膜，形成全部或部分断开所述压电感应薄膜的沟槽，
所述沟槽的底部暴露出部分所述第一牺牲层；
在所述沟槽中形成所述第二牺牲层，所述第二牺牲层的第一表面与所述压电片体的第一表面齐平。
38.如权利要求22所述的薄膜压电声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述反射结构为空腔或者布拉格反射器；所述第一基板包括半导体衬底或，半导体衬底与位于所述半导体衬底上的介质层；所述空腔位于半导体衬底内，或者所述空腔位于所述介质层内；所述布拉格反射结构位于半导体衬底，或者位于半导体衬底表面的介质层上。
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