CN113746446A

CN113746446A - 具有稳定频率功能的体声波谐振器

Info

Publication number: CN113746446A
Application number: CN202111043759.4A
Authority: CN
Inventors: 朱宇波; 李卫民; 母志强; 吴挺俊; 朱雷; 俞文杰
Original assignee: Shanghai Integrated Circuit Materials Research Institute Co ltd
Current assignee: Shanghai Integrated Circuit Materials Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2041-09-07
Also published as: CN113746446B

Abstract

本发明提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，通过形成温度补偿层以实现对温度频率系数的优化，且空腔谐振区域只有多层薄膜构成的谐振结构，而引出电极及通孔等结构均远离空腔，可以避免产生杂波。本发明在形成空腔结构时，无需引入牺牲层就可引入带温度补偿层的压电薄膜体声波谐振器结构，采用本发明的体声波谐振器结构无需复杂的背面工艺及精确对准过程，可以得到具有温度补偿特性的高频率、高耦合系数且高Q的谐振器。

Description

具有稳定频率功能的体声波谐振器

技术领域

本发明涉及薄膜体声波谐振器技术领域，特别是涉及一种具有稳定频率功能的体声波谐振器。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，移动设备要求具备更高的传输速率和更小的体积，其所包含的射频前端器件也正向着微型化、高频化以及集成化的趋势发展。薄膜体声波谐振器(BAW,bulk acoustic wave resonator)的工作原理基于压电材料的压电特性。当交变电压施加于压电薄膜两端的电极时，压电效应将使压电薄膜产生机械振动，进而产生体声波。通过体声波在设计空间内反射产生震荡，从而使谐振器正常工作。采用薄膜体声波谐振器作为主要组成单元的BAW滤波器具有体积小、频率高、性能好且可与CMOS工艺集成等特点，被认为是满足无线通信技术发展需求的首选器件。薄膜体声波谐振器主要由空腔、底电极、压电薄膜和顶电极构成。BAW谐振器的基本性能参数包括谐振频率(f)、有效机电耦合耦合系数(k²)、品质因子(Q)、频率温度系数(TCF)和功率容量(Power handling)等。

频率温度系数(TCF)是BAW谐振器的重要参数。当温度升高时，大多材料(如Mo、AlN、W等)的杨氏模量下降，使得声速下降，而BAW谐振器的谐振频率与声速成正比，这将导致谐振频率产生漂移，影响器件工作状态。在5G通讯中的sub-6G(3.3-4.2GHz)频段及以上的应用中，频率温度系数(TCF)对器件性能至关重要。一方面，器件所需承受的功率提高，积热导致器件温度升高，增加频率的变化程度；另一方面，频率越高，相同的TCF导致的频率变化也更大。

通过在器件中增加温度补偿结构，能够制备出高温度稳定性的薄膜体声波谐振器。然而，目前常规方法引入的温度补偿结构会对器件引入串联寄生电容，降低BAW谐振器的机电耦合系数(k²)。此外，在现有的FBAR工艺中，空腔谐振区域一般形成有突起的引出电极或通孔等辅助结构，这将产生杂波和额外的能量损耗，从而严重影响器件性能。作为器件性能重要指标的温度频率系数在现有的BAW中无法得到较好的优化。

因此，有必要提出一种新的具有稳定频率功能的体声波谐振器，解决上述问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，用于解决现有技术中温度补偿结构影响器件性能的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，包括：

衬底；

位于所述衬底上方的压电薄膜；

位于所述衬底与所述压电薄膜之间的支撑层，所述压电薄膜通过所述支撑层与所述衬底相连接；

位于所述压电薄膜上靠近所述衬底的表面的第一电极；

形成于所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面的空腔；

位于所述压电薄膜上远离所述衬底的表面的绝缘介质层；

形成于所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面的第二开孔，所述第二开孔与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域；

位于所述绝缘介质层上形成所述第二开孔的表面以及所述第二开孔中的第二电极；

平行于所述压电薄膜设置的至少一层温度补偿层，其与所述第一电极或所述第二电极贴合设置，或者埋设于所述压电薄膜、所述第一电极或所述第二电极中。

作为本发明的一种可选方案，当所述温度补偿层与所述第一电极贴合设置时，所述温度补偿层位于所述第一电极远离所述压电薄膜的表面；当所述温度补偿层与所述第二电极贴合设置时，所述温度补偿层位于所述第二电极靠近所述压电薄膜的表面。

作为本发明的一种可选方案，所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影重合，且第二开孔在压电薄膜上的投影被空腔在压电薄膜上的投影包含。作为本发明的一种可选方案，所述空腔与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域。

作为本发明的一种可选方案，所述第二电极与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域。

作为本发明的一种可选方案，所述体声波谐振器还包括贯通所述压电薄膜和所述绝缘介质层并连接所述第一电极的通孔导电结构、连接所述通孔导电结构的第一引出电极以及连接所述第二电极的第二引出电极；所述通孔导电结构在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠，位于所述空腔的外围。

作为本发明的一种可选方案，所述温度补偿层的厚度小于500nm。

作为本发明的一种可选方案，所述温度补偿层的温度系数与谐振区域的薄膜的温度系数相反，所述温度补偿层包括二氧化硅层。

作为本发明的一种可选方案，所述压电薄膜包括氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、钽酸锂或石英材料中的一种或几种的组合所构成的薄膜。

作为本发明的一种可选方案，所述支撑层包括二氧化硅、氮化硅、硅、氮化铝或碳化硅材料层；所述绝缘介质层包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝材料层。

如上所述，本发明提供一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，具有以下有益效果：

在形成空腔结构时，无需引入牺牲层就可引入带温度补偿层的压电薄膜体声波谐振器结构，采用本发明的体声波谐振器结构无需复杂的背面工艺及精确对准过程，可以得到具有温度补偿特性的高频率、高耦合系数且高Q的谐振器。

附图说明

图1为本发明实施例一中所提供的第一衬底的截面示意图。

图2为本发明实施例一中在第一衬底上形成压电薄膜的截面示意图。

图3为本发明实施例一中在压电薄膜上形成第一电极的截面示意图。

图4为本发明实施例一中形成支撑层的截面示意图。

图5为本发明实施例一中对支撑层进行平坦化工艺后的截面示意图。

图6为本发明实施例一中形成第一开孔后的截面示意图。

图7为本发明实施例一中将支撑层与衬底键合后的截面示意图。

图8为本发明实施例一中去除第一衬底后的截面示意图。

图9为本发明实施例一中形成绝缘介质层后的截面示意图。

图10为本发明实施例一中形成第二电极后的截面示意图。

图11为本发明实施例一中图形化第二电极并形成导电通孔后的截面示意图。

图12为本发明实施例一中形成通孔导电结构和引出电极后的截面示意图。

图13为本发明实施例二中提供的具有稳定频率功能的体声波谐振器的截面示意图。

图14为本发明实施例三中提供的具有稳定频率功能的体声波谐振器的截面示意图。

图15为本发明实施例四中提供的具有稳定频率功能的体声波谐振器的截面示意图。

图16为本发明实施例五中提供的具有稳定频率功能的体声波谐振器的截面示意图。

图17为本发明实施例六中提供的具有稳定频率功能的体声波谐振器的截面示意图。

元件标号说明

100 第一衬底

101 压电薄膜

102 第一电极

103 支撑层

103a 第一温度补偿层

104 第一开孔

104a 空腔

105 衬底

106 绝缘介质层

106a 第二温度补偿层

107 第二开孔

108 第二电极

109 导电通孔

109a 通孔导电结构

110 第一引出电极

111 第二引出电极

201 压电薄膜

202 第一电极

203 支撑层

203a 第一温度补偿层

204a 空腔

205 衬底

206 绝缘介质层

207 第二开孔

208 第二电极

209a 通孔导电结构

210 第一引出电极

211 第二引出电极

301 压电薄膜

302 第一电极

303 支撑层

304a 空腔

305 衬底

306 绝缘介质层

306a 第二温度补偿层

307 第二开孔

308 第二电极

309a 通孔导电结构

310 第一引出电极

311 第二引出电极

401 压电薄膜

401a 温度补偿层

402 第一电极

403 支撑层

404a 空腔

405 衬底

406 绝缘介质层

407 第二开孔

408 第二电极

409a 通孔导电结构

410 第一引出电极

411 第二引出电极

501 压电薄膜

502 第一电极

503 支撑层

503a 第一温度补偿层

504a 空腔

505 衬底

506 绝缘介质层

507 第二开孔

508 第二电极

509a 通孔导电结构

510 第一引出电极

511 第二引出电极

601 压电薄膜

602 第一电极

603 支撑层

604a 空腔

605 衬底

606 绝缘介质层

606a 第二温度补偿层

607 第二开孔

608 第二电极

609a 通孔导电结构

610 第一引出电极

611 第二引出电极

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图17。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图12，本实施例提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，包括：

衬底105；

位于所述衬底105上方的压电薄膜101；

位于所述衬底105与所述压电薄膜101之间的支撑层103，所述压电薄膜101通过所述支撑层103与所述衬底105相连接；

位于所述压电薄膜101上靠近所述衬底105的表面的第一电极102；

形成于所述支撑层103上远离所述压电薄膜101的表面的空腔104a；

位于所述压电薄膜101上远离所述衬底105的表面的绝缘介质层106；

形成于所述绝缘介质层106上远离所述压电薄膜101的表面的第二开孔107，所述第二开孔107与所述空腔104a在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域；

位于所述绝缘介质层106上形成所述第二开孔107的表面以及所述第二开孔107中的第二电极108。

平行于所述压电薄膜101设置的至少一层温度补偿层，其与所述第一电极102或所述第二电极108贴合设置。

作为示例，所述温度补偿层的温度系数与谐振区域的薄膜的温度系数相反。

具体地，本实施例中，所述温度补偿层包括第一温度补偿层103a和第二温度补偿层106a。所述温度补偿层的厚度小于500nm，包括二氧化硅层。

在示例一中，所形成的所述第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影与所述空腔104a在所述压电薄膜101表面的投影重合，比如第二开孔107的投影完全落在空腔104a的投影内，即第二开孔107在压电薄膜101上的投影被空腔在压电薄膜101上的投影包含，或相反，即空腔104a的投影落在第二开孔107的投影内。当然，在其他示例中，两者在纵向上的投影也可以不完全重合而部分包含，比如第二开孔107的投影仅部分落在空腔104a的投影内或反之。

作为示例，所述空腔104a与所述第一电极102在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极102在所述压电薄膜101表面的投影具有与所述空腔104a在所述压电薄膜101表面的投影不重叠的区域。

作为示例，所述第二电极108与所述第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极108在所述压电薄膜101表面的投影具有与所述第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影不重叠的区域。

作为示例，所述压电薄膜101包括氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、钽酸锂或石英材料中的一种或几种的组合所构成的薄膜。

作为示例，所述支撑层103包括二氧化硅、氮化硅、硅、氮化铝或碳化硅材料层；所述绝缘介质层106包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝材料层。

所述具有稳定频率功能的体声波谐振器还包括：贯通所述压电薄膜101和所述绝缘介质层106并连接所述第一电极102的通孔导电结构109a、连接所述通孔导电结构109a的第一引出电极110以及连接所述第二电极108的第二引出电极111。所述通孔导电结构109a在所述压电薄膜101表面的投影与所述空腔104a在所述压电薄膜101表面的投影不重叠，位于所述空腔104a的外围。

请参阅图1至图12，本实施例还提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供第一衬底，在所述第一衬底上生长压电薄膜；

2)在所述压电薄膜的上表面形成第一电极；

3)在所述压电薄膜和所述第一电极的上表面形成覆盖所述第一电极的支撑层；

4)在所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面形成第一开孔；所述第一开孔的底部停止于所述第一电极上，所述第一开孔与所述第一电极之间包含第一温度补偿层；

5)提供衬底，将所述支撑层远离所述压电薄膜的表面与所述衬底键合，并去除所述第一衬底；所述衬底覆盖所述第一开孔并形成空腔；

6)在所述压电薄膜上远离所述衬底的表面形成绝缘介质层；

7)在所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面形成第二开孔；所述第二开孔的底部停止于所述压电薄膜上，所述第二开孔与所述压电薄膜之间包含第二温度补偿层；

8)在所述绝缘介质层上形成所述第二开孔的表面以及所述第二开孔中形成第二电极。

在步骤1)中，请参阅图1和图2，提供第一衬底100，在所述第一衬底100上生长压电薄膜101。

可选地，构成所述第一衬底100的材料包括但不限于单晶硅、碳化硅、蓝宝石或氮化镓等材料。

可选地，构成所述压电薄膜101的材料包括但不限于氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、钽酸锂或石英等材料中的一种或几种的组合，在本实施例中，构成所述压电薄膜101的材料优选为掺杂氮化铝，所述掺杂氮化铝包括但不限于钪、镁、铪、钛、锌、钙、钡等元素的单一掺杂和多元掺杂。

可选地，形成所述压电薄膜101的生长方法包括CVD、MOCVD、MBE、ALD、PLD或PVT中的一种或几种，所述压电薄膜101的厚度小于20000nm，优选为1000nm，而当应用于高频及超高频应用时，所述压电薄膜101的厚度小于500nm。

在步骤2)中，请参阅图3，在所述压电薄膜101的上表面形成第一电极102。

可选地，形成所述第一电极102的过程包括薄膜沉积和图形化工艺。

可选地，所述第一电极102应至少满足如下限制：

a)其高熔点，高声阻抗，优选熔点高于1200℃，声阻抗大于3e⁷kg m^-2s^-1的材料；可使用的材料包括但不限于Mo、Pt、W、Ru或TiN等高熔点、高声阻抗金属或类金属中的一种或几种的组合；

b)其表面粗糙度(Ra)小，优选Ra小于5nm；

c)图形化后其形状包括但不限于圆、椭圆、鸭蛋型的规则或不规则形状；

d)其厚度小于300μm，优选200nm；其与压电薄膜接触的面积小于250000μm²，优选为20000μm²。

图形化所述第一电极102的工艺包括但不限于Lift-off、干法刻蚀或湿法刻蚀；通过刻蚀方法图形化所述第一电极102时，其与支撑层103、压电薄膜101之间的刻蚀选择比应大于50:1，优选为1000:1。

在步骤3)中，请参阅图4和图5，在所述压电薄膜101和所述第一电极102的上表面形成覆盖所述第一电极102的支撑层103。

可选地，形成所述支撑层103的材料包括但不限于SiO₂、SiN、Si、AlN或SiC等材料，在本实施例中，形成所述支撑层103的材料优选为SiO₂。

可选地，所述支撑层103的厚度小于20μm，优选为3μm，其可以通过CVD、ALD等化学方法沉积，在本实施例中，优选为通过低压LPCVD进行沉积。

可选地，在图4中通过CVD、ALD等化学方法沉积所述支撑层103，在图5中通过化学机械研磨或沉积键合层等方法对所述支撑层103进行平坦化。平坦化所述支撑层103的方法包括但不限于化学机械研磨、沉积键合层及其组合。

在步骤4)中，请参阅图6，在所述支撑层103上远离所述压电薄膜101的表面形成第一开孔104；所述第一开孔104的底部停止于所述第一电极102上，之后沉积温度补偿层，在所述第一开孔104与所述第一电极102之间形成第一温度补偿层103a。温度补偿层用于谐振频率调节和减小温度频率系数。频率温度系数(TCF)是BAW谐振器的重要参数。当温度升高时，大多材料(如Mo、AlN、W等)的杨氏模量下降，使得声速下降，而BAW谐振器的谐振频率与声速成正比，这将导致谐振频率产生漂移，影响器件工作状态。在5G通讯中的sub-6G(3.3-4.2GHz)频段及以上的应用中，频率温度系数(TCF)对器件性能至关重要。一方面，器件所需承受的功率提高，积热导致器件温度升高，增加频率的变化程度；另一方面，频率越高，相同的TCF导致的频率变化也更大。本实施例通过引入一定厚度的温度补偿层，补偿温度波动对于声速下降的影响，避免谐振频率漂移，能够有效抵消温度升高对于薄膜体声波谐振器的影响，防止器件性能出现波动。

可选地，所述第一开孔104至少满足以下条件：

a)其深度为小于20mm，优选3μm；

b)可以通过化学气相刻蚀或物理刻蚀形成所述第一开孔104；

可选地，如图6所示，所形成的所述第一开孔104在所述压电薄膜101表面的投影被所述第一电极102在所述压电薄膜101表面的投影所包含。

在步骤5)中，请参阅图6至图8，提供衬底105，将所述支撑层103远离所述压电薄膜101的表面与所述衬底105键合，并去除所述第一衬底100；所述衬底105覆盖所述第一开孔104并形成空腔104a。

可选地，所述衬底105由包括但不限于单晶硅、碳化硅、蓝宝石或氮化镓等材料构成；为减少射频损耗，选择电阻率高的材料，优选大于10000欧姆·厘米。为了提高键合成功率，可在其键合面沉积键合层，所述键合层由包括但不限于Si、SiN或PSG等材料构成，优选为PSG。所述键合层可通过包括但不限于CVD、ALD等方法沉积，优选LPCVD沉积。所述键合层的厚度小于500nm，优选50nm。所述键合层的表面粗糙度小于等于0.5nm。

可选地，键合工艺包括加压、高温加固及退火等步骤，其中高温加固的温度优选低于1800℃。

可选地，去除所述衬底105的方法包括但不限于离子注入剥离、湿法腐蚀、干法腐蚀以及其中任意几种方法的组合。当采用刻蚀方法时，与压电薄膜有一定的选择比，优选大于50:1，更优为1000:1。所选方法不能对所述压电薄膜101的晶格造成损耗，或在出现掺杂损伤后可以通过高温退火修复，优选高温退火温度低于1500℃。去除所述衬底105的时间应低于24小时/片。

在步骤6)中，请参阅图9，在所述压电薄膜101上远离所述衬底105的表面形成绝缘介质层106。

可选地，形成所述绝缘介质层106的可选材料包括但不限于二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝，优选为二氧化硅。

在步骤7)中，请参阅图9，在所述绝缘介质层106上远离所述压电薄膜101的表面形成第二开孔107；所述第二开孔107的底部停止于所述压电薄膜101上，之后沉积温度补偿层，在所述第二开孔107与所述压电薄膜101之间形成第二温度补偿层106a。所述第二温度补偿层106a的厚度小于500nm，用于谐振频率调节和减小温度频率系数。

可选地，形成所述第二开孔107的方法包括干法或湿法刻蚀。

可选地，所形成的所述第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影与所述第一开孔104在所述压电薄膜101表面的投影重叠。

在步骤8)中，请参阅图10，在所述绝缘介质层106上形成所述第二开孔107的表面以及所述第二开孔107中形成第二电极108。

可选地，构成所述第二电极108的材料应选择高声阻抗大的材料，优选声阻抗大于3e⁷kg m^-2s^-1。可使用包括但不限于Mo、Pt、W、Ru或TiN等高声阻抗金属或类金属中的一种或几种的组合。所述第二电极108的表面粗糙度(Ra)低，优选Ra小于5nm。图形化后的所述第二电极108的形状包括但不限于圆、椭圆、鸭蛋型及不规则多边形。所述第二电极108的厚度小于300μm，优选为200nm，与所述压电薄膜101接触的面积小于250000um²，优选为20000um²。

作为示例，在步骤8)后还可包括以下步骤：

步骤9)，请参阅图11至图12，形成贯通所述压电薄膜101和所述绝缘介质层106并连接所述第一电极102的通孔导电结构109a、连接所述通孔导电结构109a的第一引出电极110以及连接所述第二电极108的第二引出电极111。

可选地，所述第一引出电极110和所述第二引出电极111应选择高黏附性、高导电性、抗氧化的材料构成，可使用包括但不限于Ti、Al、Au、Cu或TiN等金属或类金属中的一种或几种的组合，优选Ti和Au的组合。所述第一引出电极110和所述第二引出电极111的形成工艺包括薄膜沉积和图形化工艺。

可选地，如图11和图12所示，所述通孔导电结构109a通过干法或湿法刻蚀形成通孔109，并在所述通孔109中填充金属导电材料形成。优选ICP干法刻蚀形成所述通孔109。

需要指出的是，本实施例仅示例性地给出制造本发明所述具有稳定频率功能的体声波谐振器的一种制备方法，本领域技术人员也可以通过其他已有工艺方法得到本发明所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器。

本实施例的制备方法无需多余的工序遍可引入温度补偿层，实现温度频率系数的优化，也简化了工艺流程。相比传统空腔型体声波谐振器工艺，该方法无需牺牲层，简化了工艺步骤，并避免了由牺牲层引入的工艺问题，从而得到具有温度补偿特性的高频、高Q值的谐振器，提高薄膜体声波谐振器的基本性能参数包括谐振频率(f)、有效机电耦合耦合系数(k²)、品质因子(Q)、频率温度系数(TCF)和功率容量(Power handling)等。采用本发明的体声波谐振器结构无需复杂的背面工艺及精确对准过程，可以得到具有温度补偿特性的高频率、高耦合系数且高Q的谐振器。

实施例二

请参阅图13，本实施例提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，与实施例一的区别在于，本实施例中，仅在支撑层203一侧形成第一温度补偿层203a，而在绝缘介质层206一侧不形成温度补偿层。

与实施例一相同，本实施例所提供的具有稳定频率功能的体声波谐振器包括：

衬底205；

位于所述衬底205上方的压电薄膜201；

位于所述衬底205与所述压电薄膜201之间的支撑层203，所述压电薄膜201通过所述支撑层203与所述衬底205相连接；

位于所述压电薄膜201上靠近所述衬底205的表面的第一电极202；

形成于所述支撑层203上远离所述压电薄膜201的表面的空腔204a；所述空腔204a与所述第一电极202之间包括所述第一温度补偿层203a；

位于所述压电薄膜201上远离所述衬底205的表面的绝缘介质层206；

形成于所述绝缘介质层206上远离所述压电薄膜201的表面的第二开孔207；所述第二开孔207的底部停止于所述压电薄膜201中；

位于所述绝缘介质层206上形成所述第二开孔207的表面以及所述第二开孔207中的第二电极208；

贯通所述压电薄膜201和所述绝缘介质层206并连接所述第一电极202的通孔导电结构209a、连接所述通孔导电结构209a的第一引出电极210以及连接所述第二电极208的第二引出电极211。

形成本实施例中具有稳定频率功能的体声波谐振器的制备方法与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例三

请参阅图14，本实施例提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，与实施例一的区别在于，本实施例中，仅在绝缘介质层306一侧形成第二温度补偿层306a，而在支撑层303一侧不形成温度补偿层。

衬底305；

位于所述衬底305上方的压电薄膜301；

位于所述衬底305与所述压电薄膜301之间的支撑层303，所述压电薄膜301通过所述支撑层303与所述衬底305相连接；

位于所述压电薄膜301上靠近所述衬底305的表面的第一电极302；

形成于所述支撑层303上远离所述压电薄膜301的表面的空腔304a；所述空腔304a与所述第一电极302之间包括所述支撑层303；

位于所述压电薄膜301上远离所述衬底305的表面的绝缘介质层306；

形成于所述绝缘介质层306上远离所述压电薄膜301的表面的第二开孔307；所述第二开孔307与所述压电薄膜301之间包括所述第二温度补偿层306a；

位于所述绝缘介质层306上形成所述第二开孔307的表面以及所述第二开孔307中的第二电极308；

贯通所述压电薄膜301和所述绝缘介质层306并连接所述第一电极302的通孔导电结构309a、连接所述通孔导电结构309a的第一引出电极310以及连接所述第二电极308的第二引出电极311。

实施例四

请参阅图15，本实施例提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述温度补偿层401a埋设于所述压电薄膜401中。

实施例一相同，本实施例所提供的具有稳定频率功能的体声波谐振器包括：

衬底405；

位于所述衬底405上方的压电薄膜401；

位于所述衬底405与所述压电薄膜401之间的支撑层403，所述压电薄膜401通过所述支撑层403与所述衬底405相连接；

位于所述压电薄膜401上靠近所述衬底405的表面的第一电极402；

形成于所述支撑层403上远离所述压电薄膜401的表面的空腔404a；

位于所述压电薄膜401上远离所述衬底405的表面的绝缘介质层406；

形成于所述绝缘介质层406上远离所述压电薄膜401的表面的第二开孔407；

位于所述绝缘介质层406上形成所述第二开孔407的表面以及所述第二开孔407中的第二电极408；

贯通所述压电薄膜401和所述绝缘介质层406并连接所述第一电极402的通孔导电结构409a、连接所述通孔导电结构409a的第一引出电极410以及连接所述第二电极408的第二引出电极411。

在本实施例的结构方案中，温度补偿层位于压电薄膜内，优选位于与上下表面等距的中间的位置，该位置在谐振时所受应力大，所需温度补偿层厚度很薄就能满足温度补偿的效果，在满足稳定频率的同时，引入的寄生电容较小，可以提高机电耦合系数(k²)。

形成本实施例中具有稳定频率功能的体声波谐振器的制备方法可采用逐层薄膜沉积等现有工艺制程将所述温度补偿层埋设于所述压电薄膜中，在此不再赘述。

实施例五

请参阅图16，本实施例提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，与实施例二的区别在于，本实施例中，所述第一温度补偿层503a埋设于所述第一电极502中。

衬底505；

位于所述衬底505上方的压电薄膜501；

位于所述衬底505与所述压电薄膜501之间的支撑层503，所述压电薄膜501通过所述支撑层503与所述衬底505相连接；

位于所述压电薄膜501上靠近所述衬底505的表面的第一电极502；

形成于所述支撑层503上远离所述压电薄膜501的表面的空腔504a；所述空腔504a与所述第一电极502之间包括所述支撑层503，所述空腔504a与所述第一电极502之间的所述支撑层503构成第一温度补偿层503a；

位于所述压电薄膜501上远离所述衬底505的表面的绝缘介质层506；

形成于所述绝缘介质层506上远离所述压电薄膜501的表面的第二开孔507；所述第二开孔507的底部停止于所述压电薄膜501中；

位于所述绝缘介质层506上形成所述第二开孔507的表面以及所述第二开孔507中的第二电极508；

贯通所述压电薄膜501和所述绝缘介质层506并连接所述第一电极502的通孔导电结构509a、连接所述通孔导电结构509a的第一引出电极510以及连接所述第二电极508的第二引出电极511。

本实施例的埋层结构在满足稳定频率的同时，可以屏蔽温度补偿层的电容。这是由于电容极板上没有电势差，因而不产生电容效应，即不会对BAW谐振器引入额外的寄生电容，可以进一步提高机电耦合系数(k²)。

形成本实施例中具有稳定频率功能的体声波谐振器的制备方法可采用逐层薄膜沉积等现有工艺制程将所述温度补偿层埋设于所述支撑层中，在此不再赘述。

实施例六

请参阅图17，本实施例提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，与实施例二的区别在于，本实施例中，所述第二温度补偿层606a埋设于所述第二电极608中。

衬底605；

位于所述衬底605上方的压电薄膜601；

位于所述衬底605与所述压电薄膜601之间的支撑层603，所述压电薄膜601通过所述支撑层603与所述衬底605相连接；

位于所述压电薄膜601上靠近所述衬底605的表面的第一电极602；

形成于所述支撑层603上远离所述压电薄膜601的表面的空腔604a；所述空腔604a与所述第一电极602之间包括所述支撑层603；

位于所述压电薄膜601上远离所述衬底605的表面的绝缘介质层606；

形成于所述绝缘介质层606上远离所述压电薄膜601的表面的第二开孔607；所述第二开孔607的底部停止于所述绝缘介质层606中，所述第二开孔607与所述压电薄膜601之间的所述绝缘介质层606构成第二温度补偿层606a；

位于所述绝缘介质层606上形成所述第二开孔607的表面以及所述第二开孔607中的第二电极608；

贯通所述压电薄膜601和所述绝缘介质层606并连接所述第一电极602的通孔导电结构609a、连接所述通孔导电结构609a的第一引出电极610以及连接所述第二电极608的第二引出电极611。

形成本实施例中具有稳定频率功能的体声波谐振器的制备方法可采用逐层薄膜沉积等现有工艺制程将所述温度补偿层埋设于所述绝缘介质层中，在此不再赘述。

综上所述，本发明提供了一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，包括：衬底；位于所述衬底上方的压电薄膜；位于所述衬底与所述压电薄膜之间的支撑层，所述压电薄膜通过所述支撑层与所述衬底相连接；位于所述压电薄膜上靠近所述衬底的表面的第一电极；形成于所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面的空腔；位于所述压电薄膜上远离所述衬底的表面的绝缘介质层；形成于所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面的第二开孔，所述第二开孔与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域；位于所述绝缘介质层上形成所述第二开孔的表面以及所述第二开孔中的第二电极；平行于所述压电薄膜设置的至少一层温度补偿层，其与所述第一电极或所述第二电极贴合设置，或者埋设于所述压电薄膜、所述第一电极或所述第二电极中。本发明在形成空腔结构时，无需引入牺牲层就可引入带温度补偿层的压电薄膜体声波谐振器结构，采用本发明的体声波谐振器结构无需复杂的背面工艺及精确对准过程，可以得到具有温度补偿特性的高频率、高耦合系数且高Q的谐振器。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，包括：

衬底；

位于所述衬底上方的压电薄膜；

位于所述压电薄膜上靠近所述衬底的表面的第一电极；

形成于所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面的空腔；

位于所述压电薄膜上远离所述衬底的表面的绝缘介质层；

形成于所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面的第二开孔，所述第二开孔与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域；

2.根据权利要求1所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，当所述温度补偿层与所述第一电极贴合设置时，所述温度补偿层位于所述第一电极远离所述压电薄膜的表面；当所述温度补偿层与所述第二电极贴合设置时，所述温度补偿层位于所述第二电极靠近所述压电薄膜的表面。

3.根据权利要求1所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影重合，且第二开孔在压电薄膜上的投影被空腔在压电薄膜上的投影包含。

4.根据权利要求1所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，所述空腔与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域。

5.根据权利要求1所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，所述第二电极与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域。

6.根据权利要求1所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，还包括贯通所述压电薄膜和所述绝缘介质层并连接所述第一电极的通孔导电结构、连接所述通孔导电结构的第一引出电极以及连接所述第二电极的第二引出电极；所述通孔导电结构在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠，位于所述空腔的外围。

7.根据权利要求1所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，所述温度补偿层的厚度小于500nm。

8.根据权利要求1所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，所述温度补偿层的温度系数与谐振区域的薄膜的温度系数相反，所述温度补偿层包括二氧化硅层。

9.根据权利要求1所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，所述压电薄膜包括氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、钽酸锂或石英材料中的一种或几种的组合所构成的薄膜。

10.根据权利要求1所述的具有稳定频率功能的体声波谐振器，其特征在于，所述支撑层包括二氧化硅、氮化硅、硅、氮化铝或碳化硅材料层；所述绝缘介质层包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝或氮化铝材料层。