CN114070255A - 叠置体声波谐振器组件及制造方法、滤波器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种体声波谐振器组件，包括：基底；和至少两个体声波谐振器，其在基底的上表面在基底的厚度方向上叠置设置，其中至少两个体声波谐振器包括第一和第二谐振器，第一谐振器设置在基底的上表面且包括第一顶电极、第一压电层、第一底电极和第一声学镜，第一声学镜为声学镜空腔且设置于基底中，第二谐振器在基底的厚度方向上叠置在第一谐振器的上方，第二谐振器具有第二顶电极、第二压电层、第二底电极和第二声学镜。第一谐振器包括频率调节层，其下侧的至少一部分暴露于声学镜空腔；且基底的下表面设置有与声学镜空腔相通的开口。本发明还涉及一种体声波谐振器组件的制造方法，一种滤波器以及一种电子设备。

Description

叠置体声波谐振器组件及制造方法、滤波器及电子设备

技术领域

本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种体声波谐振器组件及其制造方法和频率调整方法，一种具有该谐振器组件的滤波器，以及一种电子设备。

背景技术

随着当今无线通讯技术的飞速发展，小型化便携式终端设备的应用也日益广泛，因而对于高性能、小尺寸的射频前端模块和器件的需求也日益迫切。近年来，以例如为薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR)为基础的滤波器、双工器等滤波器件越来越为市场所青睐。一方面是因为其插入损耗低、过渡特性陡峭、选择性高、功率容量高、抗静电放电(ESD)能力强等优异的电学性能，另一方面也是因为其体积小、易于集成的特点所致。

不过，现实中对于滤波器件的尺寸存在进一步减小的需要。

另外，在现有设计中，体声波谐振器通过串并联组合形成滤波器，需要在一个基底上形成多个谐振器，各个谐振器分立在基底不同水平位置，通过水平金属引线相连，如图1所示，其中虚框内为谐振器R1的顶电极105通过导电通孔Vh连接到谐振器R2的底电极103，为了保证电信号传输和制作工艺限制，导电通孔Vh与谐振器R1的顶电极105的连接宽度，导电通孔Vh的宽度，谐振器R1的顶电极105的宽度以及谐振器R2的底电极103的宽度均有一定要求，一般总长度>5μm，这导致连接线会引入较大的电学损耗，尤其是对于高频谐振器，在电极厚度<1000A时，会使得插入损耗恶化0.1dB以上。

发明内容

为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器组件，包括：

基底；和

至少两个谐振器，所述至少两个谐振器为体声波谐振器，所述至少两个谐振器在基底的上表面在基底的厚度方向上叠置设置，

其中：

所述至少两个谐振器包括第一谐振器和第二谐振器；

所述第一谐振器设置在基底的上表面且包括第一顶电极、第一压电层、第一底电极和第一声学镜；

所述第二谐振器在基底的厚度方向上叠置在所述第一谐振器的上方，第二谐振器具有第二顶电极、第二压电层、第二底电极和第二声学镜，

其中：

所述基底中设置有频率调节腔；

所述第一谐振器包括频率调节层，所述频率调节层的下侧的至少一部分暴露于所述频率调节腔；且

所述基底的下表面设置有与所述频率调节腔相通的开口。

本发明的实施例还涉及上述谐振器组件的频率调整方法，包括步骤：经由所述开口调整暴露于频率调节腔的频率调节层的质量或厚度。

本发明的实施例也涉及一种体声波谐振器组件的制造方法，包括：

步骤1：提供基底，以及提供用于第一体声波谐振器的第一结构，所述第一体声波谐振器包括第一声学镜、第一底电极、第一压电层、第一顶电极，所述第一底电极、第一压电层、第一顶电极设置在基底的上表面，所述基底中设置有频率调节腔，所述第一结构包括设置于第一底电极下方的频率调节层，所述频率调节层的下侧的至少一部分适于暴露于所述频率调节腔；

步骤2：在所述第一结构上设置图形化的牺牲材料层；

步骤3：在步骤2的结构上形成用于第二体声波谐振器的第二结构，第二体声波谐振器包括第二声学镜、第二底电极、第二压电层以及第二顶电极，所述牺牲材料层在基底的厚度方向上位于第一顶电极与第二底电极之间；

步骤4：释放所述牺牲材料层以形成空腔，所述空腔构成第二体声波谐振器的第二声学镜；

步骤5：在所述基底的下表面形成与所述频率调节腔相通的开口；

步骤6：经由所述开口调整暴露于频率调节腔的频率调节层的质量或厚度。

本发明的实施例又涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器组件。

本发明的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的谐振器组件。

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为现有设计中的相邻两个体声波谐振器之间电连接的示意性截面图；

图2为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器组件的示意性俯视图；

图3A为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图；

图3B为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的B-B’线截得的体声波谐振器的示意性截面图；

图3C为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的C-C’线截得的体声波谐振器的示意性截面图；

图3D为示例性说明图3A的结构相对于图1的结构的插损曲线比较图；

图3E-3G分别为根据本发明的不同示例性实施例的沿图2中的A-A’线、A-A’线和C-C’线截得的体声波谐振器的示意性截面图；

图3H为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的D-D’线截得的体声波谐振器的示意性截面图；图4为根据本发明的一个示例性实施例的类似于沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，其中下谐振器中设置有频率调节层，且图4中示出了谐振器组件的封装结构；

图5A为制作图4中的体声波谐振器组件的示例性流程图；

图5B至5J示例性示出了制作图4中的体声波谐振器组件的过程的结构示意图；

图6为根据本发明的另一个示例性实施例的类似于沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，其中下谐振器中设置有频率调节层，且图6中示出了谐振器组件的封装结构；

图7A为制作图6中的体声波谐振器组件中的频率调节层的示例性流程图；

图7B至7F示例性示出了制作图6中的体声波谐振器组件中的频率调节层的过程的结构示意图；

图8为根据本发明的再一个示例性实施例的类似于沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，其中下谐振器中设置有频率调节层，且图8中示出了谐振器组件的封装结构；

图9-11为根据本发明的不同示例性实施例的类似于沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，其中下谐振器中设置有频率调节层，且图9-11中示出了谐振器组件的封装结构。

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。发明的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的附图标记说明如下：

10：第一键合层，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铂、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。

11：下谐振器的底电极的电极对外引线。

12：下谐振器的顶电极的电极对外引线。

13：上谐振器的底电极的电极对外引线。

14：上谐振器的顶电极的电极对外引线。以上的电极对外引线11-14与对应的电极相连接。

20：第二键合层，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铂、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。

100：基底或晶圆，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。

101,201：声学镜，可为空腔，也可采用布拉格反射层及其他等效形式。图3A所示的实施例中采用的是空腔。

102：频率调节层，一般为介质材料，如二氧化硅、氮化铝、氮化硅等。

103,203：底电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。

104,204：压电层，可以为单晶压电材料，可选的，如：单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅(PZT)、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料，也可以为多晶压电材料(与单晶相对应，非单晶材料)，可选的，如多晶氮化铝、氧化锌、PZT等，还可是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。

105,205：顶电极，其材料可与底电极相同，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。顶电极和底电极材料一般相同，但也可以不同。

106：工艺层，一般为介质材料，如二氧化硅、氮化铝、氮化硅等。

202：工艺层或功率调节层，一般为介质材料，如二氧化硅、氮化铝、氮化硅等。

200：封装基底或晶圆，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。

300：封装基底或晶圆，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。

400：封装树脂结构。

图2为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器组件的示意性俯视图，在图2中，A-A’线对应于通过上下谐振器的顶电极的非电极连接端以及底电极的非电极连接端的截面，B-B’线对应于通过下谐振器的底电极的电极连接端以及下谐振器的顶电极的电极连接端的截面，C-C’线对应于通过上谐振器的底电极的电极连接端以及上谐振器的顶电极的电极连接端的截面。

图3A为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图。

虽然没有示出，谐振器的顶电极上还可以设置有工艺层，工艺层可以覆盖顶电极，工艺层的作用可以是质量调节负载或钝化层。钝化层的材料可以为介质材料，如二氧化硅、氮化铝、氮化硅等。

此外，在图3A所示结构中，在基底100的同一水平位置形成两个谐振器，该两个谐振器在竖向方向或者在基底的厚度方向上的空间位置不同。

如本领域技术人员能够理解的，还可以叠置三个谐振器或者更多的谐振器。例如谐振器组件包括在厚度方向上叠置的第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器，第一谐振器的顶电极105与第二谐振器的底电极203之间具有声学解耦层201(本实施例中为空腔)，第二谐振器的顶电极205与第三谐振器的底电极之间具有另外的声学解耦层，该另外的声学解耦层构成第三谐振器的声学镜。

在图3A所示的结构中，示出了上下两个谐振器，其中上谐振器的有效区域为顶电极205、压电层204、底电极203以及空腔201在厚度方向上层重叠区域。下谐振器为空腔201、顶电极105、压电层104、底电极103、声学镜101在厚度方向上的重叠区域。

相应的，在叠置了第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器的情况下，最上的第三谐振器的有效区域为其顶电极、压电层、底电极以及所述另外的声学解耦层在厚度方向上的重叠区域，中间的第二谐振器的有效区域为所述另外的声学解耦层、顶电极205、压电层204、底电极203以及空腔201在厚度方向上的重叠区域，最下的第一谐振器的有效区域为空腔201、顶电极105、压电层104、底电极103以及空腔101在厚度方向上的重叠区域。

在图3A所示的结构中，上谐振器与下谐振器通过空腔201在声学上分开，即该空腔201构成了上下谐振器之间的声学解耦层，从而也避免了因为上下两个谐振器相邻叠置可能导致的声学耦合问题。

在图3A所示的结构中，因为在基底100的同一水平位置形成多个谐振器，多个谐振器在竖向方向或者在基底的厚度方向上的空间位置不同，因此，可以极大降低滤波器的面积，例如，在同样设置两个谐振器的情况下，可以从图1中所示的面积P1减小为图3A中所示的面积P2。

如图3A所示，上谐振器的底电极203与下谐振器的顶电极105在非电极连接端彼此电连接。在上谐振器的底电极直接与下谐振器的顶电极相连的情况下，上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极直接电学相连，连接部长度相较于图1中变短，即缩短了传输路径，降低传输损耗；另外，电学信号输出通过金属厚度为下谐振器的顶电极与上谐振器的底电极厚度之和，传输损耗也会进一步降低。通过降低电学损耗，最终滤波器的插入损耗得以优化。如图3A所示，上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极形成的传输路径的长度为d，其可以小于5μm。

图3D为示例性说明图3A的结构相对于图1的结构的插损曲线比较图。图3D为3.5G频段采用本发明图3A的结构后的插损曲线图(实线)与采用图1的传统结构的插损曲线(虚线)的比对，可以看到，采用本发明图3A的结构后，插损因电极损耗降低而提升大约0.1dB。

图3B为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的B-B’线截得的体声波谐振器的示意性截面图,图3C为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的C-C’线截得的体声波谐振器的示意性截面图。可以看到，在图3B和3C中，下谐振器的顶电极与上谐振器的底电极围绕整个空腔201在周向方向上电连接。

对于上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极彼此电连接的情况，在图3A-3C所示的结构中，上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极的非电极连接端以及电极连接端均彼此连接，即围绕空腔201的整个周向形成电连接。但是，除了如图3A-3C所示的连接方式之外，还可以有其他的连接方式。例如上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极可以仅在部分非电极连接端彼此电连接；或者，上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极可以仅在电极连接端彼此电连接；或者上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极可以仅在全部或部分的非电极连接端彼此电连接。这些均在本发明的保护范围之内。

对于谐振器有效区域最大宽度与空腔高度的比较大时可能发生上下谐振器在空腔内因弯曲等原因接触的情况，如空腔高度为

谐振器有效区域最大宽度大于100μm时，为了在上下谐振器有效区域内保证空腔201的完整形成，可以控制下谐振器应力使其往下空气腔方向弯曲，和/或控制上谐振器应力使其往上空气腔方向弯曲，最终形成的下谐振器的顶电极向下凹，和/或上谐振器的顶电极则向上凸。

前面提到可以控制应力以降低上下谐振器相互接触的几率，但当谐振器面积较大时，虽然没有示出，可增加支撑件，此支撑件可与下谐振器的顶部或顶电极接触，且支撑件的高度要小于等于空腔高度，等于意味着支撑件顶端与上谐振器的底部或底电极接触，支撑件的高度小于空腔高度意味着支撑件顶端与上谐振器不接触，当因谐振器弯曲导致空腔局部厚度减小时，支撑件顶端才上谐振器接触，起支撑作用。

与后面提及的采用布拉格反射层作为声学解耦层的方案相比，采用空腔201作为声学解耦层，能够做到上下谐振器的完全声学解耦，所以谐振器的性能更优。进一步的，在空腔201直接由下谐振器的顶电极105和上谐振器的底电极203包围而成(其他实施例中定义空腔位置的结构还包括上谐振器和/或下谐振器的压电层)，例如图3A-3C、4-6以及8-11所示的结构，的情况下，整体结构稳定可靠且加工工艺简单。

也可以使用布拉格反射层代替上述附图3A-3C、4-6以及8-11中所示的空腔201。使用布拉格反射层代替中间空腔，虽然造成了上下谐振器之间的声学耦合增强，增加了滤波器设计的复杂度，但也增加了滤波器设计的自由度，同时提高了整体结构的机械稳定性。

如本领域的技术人员能够理解的，空腔201在谐振器的厚度方向上设置在上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极之间，不仅包括了空腔的上下边界的至少一部分由上谐振器的底电极的下表面与下谐振器的顶电极的上表面限定的情形，也包括了下谐振器的顶电极的上表面设置了工艺层(例如钝化层)从而该工艺层限定空腔201的下边界的至少一部分的情形。这些均在本发明的保护范围之内。

在图3A-3C以及图4、6、8-11等附图中，上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极彼此电连接，但是本发明不限于此。在上下叠置的两个体声波谐振器中，上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极也可以彼此电学隔离。

图3E-3H分别示出了上谐振器的底电极与下谐振器的顶电极彼此电学隔离的实施例。

图3E为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，在图3E中，上谐振器的底电极203与下谐振器的顶电极105并未电连接，上谐振器的底电极203的非电极连接端的端部处于下谐振器的顶电极105的外侧且均设置于下谐振器的压电层104的上表面。

图3F为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，其中，上谐振器的底电极203的非电极连接端与下谐振器的顶电极105的非电极连接端并未电连接，上谐振器的底电极的非电极连接端的一部分的端部设置于下谐振器的压电层104的上表面(参见图3F中的左侧)而另一部分的端部则在横向方向上位于共用空腔的边界的内侧(参见图3F中的右侧)。

图3G为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的C-C’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，其中，上谐振器的底电极203的非电极连接端与下谐振器的顶电极105的非电极连接端并未电连接，上谐振器的底电极203的电极连接端与下谐振器的顶电极105的电极连接端并未电连接。图3H为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中的D-D’线截得的体声波谐振器的示意性截面图。图3H中，上下谐振器有效区域通过空腔声学隔离，上下谐振器的彼此电学隔离。

在图3H中，顶电极105处于第一电极层中，第一电极层包括顶电极105以及与顶电极105的非电极连接端经由断开结构108学隔离而处于顶电极105的非电极连接端的外侧的非顶电极层(即图3H中断开结构108左侧的部分)。在图3H中，底电极203处于第二电极层，如图3H所示，第二电极层包括底电极203以及与底电极203的非电极连接端经由断开结构208电学隔离而处于底电极203的非电极连接端的外侧的非底电极层(即图3H中断开结构208的右侧部分)。在图3H中，底电极203的电极连接端覆盖所述非顶电极层，所述非底电极层覆盖顶电极105的电极连接端。

谐振器的频率在沉积薄膜时很难保证厚度准确，因此在谐振器制作完成后，需要对其进行测试，之后用去除或部分去除频率调节层的方法将谐振器的谐振频率调整到目标频率。在图3A-3C所示的实施例中，即谐振器组件(叠层谐振器)中，因为下谐振器的上侧被上谐振器所覆盖，所以其频率调节是图3A-3C所示的叠层谐振器在需要调节谐振频率的情况下难以在谐振器的上侧进行质量或厚度调节。

以下的附图4-11中，本发明提出了在例如图3A-3C所示的叠置谐振器中对下谐振器的频率进行调节的方法。在本发明中，将下谐振器的频率调节层安排在下谐振器的下方，且可以从基底的下表面进入下谐振器的声学镜空腔，来调整频率调节层在声学镜空腔区域内的部分的厚度或质量。

图4为根据本发明的一个示例性实施例的类似于沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图。在图4中，下谐振器中设置有频率调节层102。

在图4中，下谐振器的声学镜空腔贯穿基底100，且频率调节层102设置在底电极103与基底100之间(这里位于底电极103与基底100之间表示在基底的厚度方向上，底电极处于较高的位置，而基底处于较低的位置，频率调节层102则处于在底电极103与基底100之间的位置，并不意味着频率调节层102的下方必然有基底100的部分存在，基底100的部分可以存在，例如后面提及的附图9-11中的结构，也可以不存在，例如附图4以及后面提及的附图6所示的结构)。

在图4中，频率调节层102处于声学镜空腔101内的部分被移除了一部分，从而其厚度小于频率调节层的其他部分的厚度。同样地，也可以采取其他工艺(如薄膜沉积、对频率调节层的氧化等)，使得频率调节层在空腔101内部分的厚度大于其他部分的厚度。频率调节层102的下部还可以设置刻蚀停止层(未在图中示出)，用于背面刻蚀基底100时将刻蚀面停止在停止层上。在某些设计中，频率调节层也可以直接作为刻蚀停止层。这些均在本发明的保护范围之内。

在图4中，通过设置频率调节层102来调节下谐振器的谐振频率。对于上谐振器，例如，可以通过设置例如工艺层202后调整工艺层202在有效区域内的质量或厚度来调整上谐振器的谐振频率。

在图4中还示出了封装结构。如图4所示，谐振器组件的下部，封装基板300经由键合层20连接到基底100的下表面，从而密封了谐振器组件的下部，在谐振器组件的下部形成封装空间。参见图4，在谐振器组件的上部，封装基板200经由键合层10连接到上谐振器的膜结构的上侧，从而在谐振器组件的上侧形成封装空间。

如本领域技术人员能够理解的，上述的封装结构仅仅是示例性的，本发明也可以采用其他的封装结构，均在本发明的保护范围之内。

下面结合附图5A-5J示例性说明图4所示结构的制作过程。图5A为制作图4中的体声波谐振器组件的示例性流程图，图5B至5J示例性示出了制作图4中的体声波谐振器组件的过程的结构示意图。制造图4所示结构包括如下步骤：

步骤S101：如图5B所示，在基底或晶圆100的上表面刻蚀空腔。

步骤S102：如图5C所示，在基底100的上表面设置牺牲材料层1001，该牺牲材料层填充了图5B中的空腔。

步骤S103：如图5D所示，利用CMP(化学机械抛光)工艺将牺牲材料层磨平，最终形成图5D的结构，即牺牲材料层仅仅设置在空腔内，且空腔内牺牲材料层的顶面与基底100的上表面齐平。

步骤S104：如图5E所示，在图5D所示结构的上表面沉积频率调节层102。

步骤S105：如图5F所示，在图5E的结构上制作整个叠层谐振器或谐振器组件，如图5F所示，其包括下谐振器和上谐振器，上谐振器的底电极203与上谐振器的顶电极105彼此在非电极连接端电连接，也在电极连接端彼此连接，上谐振器的底电极203与上谐振器的顶电极105之间形成空腔201。在图5F中，上谐振器包括工艺层202，其对应于上谐振器的频率调节层。在图5F中，也制作了键合层10。如本领域技术人员能够理解的，在执行将封装基板或晶圆200与键合层10键合连接之前，还可设置必要的电极引线。如图5F所示，制作了上谐振器的底电极203的电极对外引线13，以及上谐振器的顶电极205的电极对外引线14。

步骤S106：测试上下谐振器的谐振频率，并通过调整上谐振器的工艺层202调整上谐振器的谐振频率。如图5G所示，通过粒子束轰击的方式调整工艺层202的厚度。

步骤S107：如图5H所示，将封装基板或晶圆200与键合层10键合连接，从而也将封装基板200与基底100也连接到一起。封装基板200与键合层10将叠置谐振器的上部封装。此外，在步骤S107中，从基底100的下表面刻蚀基底100以露出频率调节层102。可选的，在刻蚀之前，可以将基底100通过磨片工艺减薄后(例如减薄到100μm以下)，再从基底100的下表面刻蚀出空腔直至暴露出频率调节层102。

步骤S108：通过调整下谐振器的频率调节层102，调整下谐振器的谐振频率。如图5I所示，通过粒子束轰击的方式调整频率调节层102的厚度。

步骤S109：如图5J所示，将封装基板或晶圆300经由键合层20连接到基底100的下表面。封装基板300与键合层20将叠置谐振器的下部封装。

在以上步骤S101-S103中，设置了填充在基底的上表面的空腔中的牺牲层，牺牲层可以作为背面(或下表面)刻蚀基底的阻挡层，防止例如底电极103被刻蚀。需要指出的是，在上述的步骤中，也可以省略步骤S101-S103。

图6为根据本发明的另一个示例性实施例的类似于沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，在图6中，下谐振器中设置有频率调节层。图6中也示出了谐振器组件的封装结构，该封装结构的描述参照针对图4-5J的描述。

图6与图4的区别在于，在图6中，位于声学镜空腔101内的频率调节层102的部分向下凸起。这可以利用声学镜空腔的空间，将频率调节层102的处于声学镜空腔之外的部分做的较薄，例如30nm。下谐振器有效区域内的频率调节层整体厚度可以在30nm-10μm之间。

下面结合附图7A-7F示例性说明图6所示结构中的频率调节层的制作过程。图7A为制作图6中的体声波谐振器组件中的频率调节层的示例性流程图；图7B至7F示例性示出了制作图6中的体声波谐振器组件中的频率调节层的过程的结构示意图。具体步骤如下：

步骤S201：如图7B所示，在基底或晶圆100的上表面刻蚀空腔，空腔的深度可以为d1。

步骤S202：如图7C所示，在基底100的上表面设置牺牲材料层1001，该牺牲材料层填充了图7B中的空腔。牺牲材料可以是多晶硅、非晶硅、二氧化硅、掺杂二氧化硅等材料。

步骤S203：如图7D所示，利用CMP(化学机械抛光)工艺将牺牲材料层磨平，最终形成图7D的结构，即牺牲材料层1001仅仅设置在空腔内，但是空腔内牺牲材料层的顶面低于基底100的上表面。空腔内的牺牲材料层的厚度为d2，则d2小于d1。

步骤S204：如图7E所示，在图7D所示结构的上表面沉积频率调节层102。

步骤S205：用CMP(化学机械抛光)工艺将频率调节层磨平，最终形成图7F的结构，即频率调节层102部分填充在空腔内，且频率调节层102的上表面高出基底100的上表面，频率调节层102在基底100上的厚度较薄，如30nm。

在一个可选的实施例中，在步骤S205中，也可以将位于基底上表面的频率调节层都移除，仅保留位于空腔内的部分。这也在本发明的保护范围之内。

图8为根据本发明的再一个示例性实施例的类似于沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，在图8中，下谐振器中设置有频率调节层。图8中也示出了谐振器组件的封装结构，该封装结构的描述参照针对图4-5J的描述。

图8中所示结构与图6中不同的是，频率调节层102仅仅位于声学镜空腔101内。这可以通过如上所述，在步骤S205中，将位于基底上表面的频率调节层都移除，仅保留位于空腔内的部分而实现，也可以通过在形成了声学镜空腔101之后，在底电极103的下表面沉积频率调节层102来实现。

图9-10为根据本发明的不同示例性实施例的类似于沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，其中下谐振器中设置有频率调节层102。图9-10中也示出了谐振器组件的封装结构，该封装结构的描述参照针对图4-5J的描述。

如图9所示，可以在基底100的下表面形成多个频率调节孔，该频率调节孔与声学镜空腔101相通。之后，可以通过该频率调节孔通入刻蚀剂或者粒子束，来调节频率调节层102位于声学镜空腔内的厚度或质量，从而调节下谐振器的谐振频率。在图9中，频率调节层102的位于声学镜空腔101内的部分具有凸出的形状。

图10的结构与图9相似，不同在于，在图10中，频率调节层102的位于声学镜空腔101内的部分具有减薄的形状。

对于图9-10的结构的形成，可以参照附图5B-5G的步骤，然后，在图5G的结构基础上，在基底100的下表面减薄基底100，然后形成从基底100的下表面延伸到声学镜的多个频率调节孔。如能够理解的，在本发明中，频率调节孔也可以起到释放空腔内的牺牲材料层1001的释放通道的作用。

图11为根据本发明的另外的示例性实施例的类似于沿图2中的A-A’线截得的体声波谐振器的示意性截面图，其中下谐振器中设置有频率调节层102。图11与图9的区别在于叠置谐振器的下部的封装方式不同。在图9中，采用封装基板300经由键合层20连接到基底100的下表面的方式，而在图11中，利用树脂结构层400代替封装基底300和键合层20，树脂结构层400直接粘附到基底100的下表面。此时，为了防止树脂在封装的过程中流入到声学镜空腔101内，可以选择树脂的粘度以及频率调节孔的孔径，例如可以为1-500μm，进一步的，5-100μm。

在上述的实施例中，下谐振器的声学镜设置在基底100中以声学镜空腔的形式出现，且该声学镜空腔还作为用于调整下谐振器的谐振频率的频率调节腔(即调整有效区域内的频率调节层的厚度或者质量需要经由该频率调节腔)。但是，本发明不限于此。例如，下谐振器的底电极可以是间隙电极，即该间隙电极包括第一底电极上部和第一底电极下部，第一底电极下部与第一底电极上部彼此电连接且两者之间设置有空隙，所述空隙构成下谐振器的声学镜，在此情况下，可以在基底100上设置空腔或者通道作为接近频率调节层102的频率调节腔。

需要指出的是，在本发明中，各个数值范围，除了明确指出不包含端点值之外，除了可以为端点值，还可以为各个数值范围的中值，这些均在本发明的保护范围之内。

在本发明中，上和下是相对于谐振器的基底的底面而言的，对于一个部件，其靠近该底面的一侧为下侧，远离该底面的一侧为上侧。

在本发明中，内和外是相对于谐振器的有效区域的中心(即有效区域中心)在横向方向或者径向方向上而言的，一个部件的靠近有效区域中心的一侧或一端为内侧或内端，而该部件的远离有效区域中心的一侧或一端为外侧或外端。对于一个参照位置而言，位于该位置的内侧表示在横向方向或径向方向上处于该位置与有效区域中心之间，位于该位置的外侧表示在横向方向或径向方向上比该位置更远离有效区域中心。

如本领域技术人员能够理解的，根据本发明的体声波谐振器可以用于形成滤波器或电子设备。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。

基于以上，本发明提出了如下技术方案：

1、一种体声波谐振器组件，包括：

基底；和

至少两个谐振器，所述至少两个谐振器为体声波谐振器，所述至少两个谐振器在基底的上表面在基底的厚度方向上叠置设置，

其中：

所述至少两个谐振器包括第一谐振器和第二谐振器；

所述第一谐振器设置在基底的上表面且包括第一顶电极、第一压电层、第一底电极和第一声学镜；

所述第二谐振器在基底的厚度方向上叠置在所述第一谐振器的上方，第二谐振器具有第二顶电极、第二压电层、第二底电极和第二声学镜，

其中：

所述基底中设置有频率调节腔；

所述第一谐振器包括频率调节层，所述频率调节层的下侧的至少一部分暴露于所述频率调节腔；且

所述基底的下表面设置有与所述频率调节腔相通的开口。

2、根据1所述的组件，其中：

所述频率调节层的至少一部分设置在所述第一底电极与基底之间，且所述频率调节层的下侧的一部分暴露于所述频率调节腔。

3、根据2所述的组件，其中：

在声学镜空腔内的频率调节层的厚度小于所述频率调节层在频率调节腔之外的部分的厚度；或者

在声学镜空腔内的频率调节层的厚度大于所述频率调节层在频率调节腔之外的部分的厚度；或者

在声学镜空腔内的频率调节层的厚度等于所述频率调节层在频率调节腔之外的部分的厚度。

4、根据1所述的组件，其中：

所述频率调节层全部设置在频率调节腔内。

5、根据1所述的组件，其中：

所述第一底电极构成所述频率调节层。

6、根据1-5中任一项所述的组件，其中：

所述频率调节腔贯穿所述基底，所述频率调节腔的下端口构成所述开口。

7、根据1-5中任一项所述的组件，其中：

所述基底包括开孔于基底的下表面的至少一个频率调节孔，所述频率调节孔与所述频率调节腔相通。

8、根据1-7中任一项所述的组件，其中：

第一底电极与第二顶电极之间设置有声学解耦层，所述声学解耦层作为所述第二声学镜。

9、根据8所述的组件，其中：

第一顶电极与第二底电极彼此电连接。

10、根据9所述的组件，其中：

第一顶电极的非电极连接端的端部与第二底电极的非电极连接端的端部彼此相接。

11、根据9所述的组件，其中：

第一顶电极的电极连接端与第二底电极的电极连接端彼此电连接。

12、根据9所述的组件，其中：

第一顶电极的电极连接端与第二底电极的电极连接端彼此电连接，且第一顶电极的非电极连接端与第二底电极的非电极连接端彼此电连接。

13、根据8所述的组件，其中：

第一顶电极与第二底电极彼此电学隔离。

14、根据13所述的组件，其中：

第二底电极的非电极连接端的在周向方向上的至少一部分的端部或者第二底电极的电极连接端的端部设置于第一压电层的上表面，且所述端部在水平方向上位于第一顶电极的非电极连接端的外侧。

15、根据14所述的组件，其中：

第二底电极的非电极连接端的在周向方向上的一部分的端部或者第二底电极的电极连接端的端部设置于第一压电层的上表面，第二底电极的非电极连接端的在周向方向上的另一部分的端部在水平方向上位于声学解耦层的边界的内侧。

16、根据15所述的组件，其中：

所述组件包括第一电极层和第二电极层；

第一电极层包括第一顶电极以及与第一顶电极的非电极连接端电学隔离而处于第一顶电极的非电极连接端的外侧的非顶电极层；

第二电极层包括第二底电极以及与第二底电极的非电极连接端电学隔离而处于第二底电极的非电极连接端的外侧的非底电极层；

第二底电极的电极连接端覆盖所述非顶电极层，所述非底电极层覆盖所述第一顶电极的电极连接端。

17、根据8所述的组件，其中：

所述声学解耦层包括空腔。

18、根据1所述的组件，其中：

所述频率调节腔构成所述第一声学镜；或者

所述第一底电极包括第一底电极上部和第一底电极下部，第一底电极下部与第一底电极上部彼此电连接且两者之间设置有空隙，所述空隙构成所述第一声学镜。

19、根据1或2所述的组件，还包括：

第一基板，所述第一基板连接到所述至少两个谐振器形成的结构的上侧面，以至少封装所述组件的上侧；和

第二基板，所述第二基板连接到基底的下表面，以至少封装所述组件的下侧。

20、一种根据1-19中任一项所述的体声波谐振器组件的频率调整方法，包括步骤：

经由所述开口调整暴露于声学镜空腔的频率调节层的质量或厚度。

21、根据20所述的方法，其中：

所述组件为根据6或7所述的组件，所述方法包括步骤：

利用从所述开口进入到频率调节腔内的粒子束或刻蚀剂减少位于所述频率调节腔内的频率调节层的质量或厚度。

22、一种体声波谐振器组件的制造方法，包括：

步骤1：提供基底，以及提供用于第一体声波谐振器的第一结构，所述第一体声波谐振器包括第一声学镜、第一底电极、第一压电层、第一顶电极，所述第一底电极、第一压电层、第一顶电极设置在基底的上表面，所述基底中设置有频率调节腔，所述第一结构包括设置于第一底电极下方的频率调节层，所述频率调节层的下侧的至少一部分适于暴露于所述频率调节腔；

步骤2：在所述第一结构上设置图形化的牺牲材料层；

步骤3：在步骤2的结构上形成用于第二体声波谐振器的第二结构，第二体声波谐振器包括第二声学镜、第二底电极、第二压电层以及第二顶电极，所述牺牲材料层在基底的厚度方向上位于第一顶电极与第二底电极之间；

步骤4：释放所述牺牲材料层以形成空腔，所述空腔构成第二体声波谐振器的第二声学镜；

步骤5：在所述基底的下表面形成与所述频率调节腔相通的开口；

步骤6：经由所述开口调整暴露于频率调节腔的频率调节层的质量或厚度。

23、根据22所述的方法，其中：

步骤1包括步骤1A：在第一底电极与基底之间设置频率调节层；或者

步骤5包括：从所述基底的下表面刻蚀基底以形成贯穿基底的通孔以露出第一底电极的下表面，所述通孔的下端口构成所述开口，所述通孔构成所述频率调节腔；且所述步骤1包括步骤1B：经由所述通孔在第一底电极的下表面沉积所述频率调节层。

24、根据23所述的方法，其中：

在形成频率调节层的步骤1A中，所述频率调节层具有同一厚度；或者

在形成频率调节层的步骤1A中，所述频率调节层的适于暴露于频率调节腔的部分的厚度大于频率调节层的其他部分的厚度。

25、根据24所述的方法，其中：

形成频率调节层的步骤1A包括步骤：在基底的上表面形成凹陷部；在所述凹陷部内填充凹陷部牺牲材料，所述凹陷部牺牲材料的表面低于所述基底的上表面；在所述基底的上表面以及所述凹陷部牺牲材料的上表面形成频率调节材料层；使得频率调节材料层的上表面齐平以形成频率调节层；形成第一底电极，所述第一底电极覆盖所述频率调节层。

26、根据25所述的方法，其中：

在“使得频率调节材料层的上表面齐平以形成频率调节层”步骤中，所述频率调节层包括位于凹陷部内的部分以及位于基底的上表面的部分，或者所述频率调节层仅包括位于凹陷部内的部分。

27、根据22所述的方法，其中：

所述频率调节腔构成所述第一声学镜。

28、一种滤波器，包括根据1-19中任一项所述的体声波谐振器组件。

29、一种电子设备，包括根据28所述的滤波器或根据1-19中任一项所述的体声波谐振器组件。

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 (29)

1.一种体声波谐振器组件，包括：

基底；和

至少两个谐振器，所述至少两个谐振器为体声波谐振器，所述至少两个谐振器在基底的上表面在基底的厚度方向上叠置设置，

其中：

所述至少两个谐振器包括第一谐振器和第二谐振器；

所述第一谐振器设置在基底的上表面且包括第一顶电极、第一压电层、第一底电极和第一声学镜；

所述第二谐振器在基底的厚度方向上叠置在所述第一谐振器的上方，第二谐振器具有第二顶电极、第二压电层、第二底电极和第二声学镜，

其中：

所述基底中设置有频率调节腔；

所述第一谐振器包括频率调节层，所述频率调节层的下侧的至少一部分暴露于所述频率调节腔；且

所述基底的下表面设置有与所述频率调节腔相通的开口。

2.根据权利要求1所述的组件，其中：

所述频率调节层的至少一部分设置在所述第一底电极与基底之间，且所述频率调节层的下侧的一部分暴露于所述频率调节腔。

3.根据权利要求2所述的组件，其中：

在声学镜空腔内的频率调节层的厚度小于所述频率调节层在频率调节腔之外的部分的厚度；或者

在声学镜空腔内的频率调节层的厚度大于所述频率调节层在频率调节腔之外的部分的厚度；或者

在声学镜空腔内的频率调节层的厚度等于所述频率调节层在频率调节腔之外的部分的厚度。

4.根据权利要求1所述的组件，其中：

所述频率调节层全部设置在频率调节腔内。

5.根据权利要求1所述的组件，其中：

所述第一底电极构成所述频率调节层。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的组件，其中：

所述频率调节腔贯穿所述基底，所述频率调节腔的下端口构成所述开口。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的组件，其中：

所述基底包括开孔于基底的下表面的至少一个频率调节孔，所述频率调节孔与所述频率调节腔相通。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的组件，其中：

第一底电极与第二顶电极之间设置有声学解耦层，所述声学解耦层作为所述第二声学镜。

9.根据权利要求8所述的组件，其中：

第一顶电极与第二底电极彼此电连接。

10.根据权利要求9所述的组件，其中：

第一顶电极的非电极连接端的端部与第二底电极的非电极连接端的端部彼此相接。

11.根据权利要求9所述的组件，其中：

第一顶电极的电极连接端与第二底电极的电极连接端彼此电连接。

12.根据权利要求9所述的组件，其中：

第一顶电极的电极连接端与第二底电极的电极连接端彼此电连接，且第一顶电极的非电极连接端与第二底电极的非电极连接端彼此电连接。

13.根据权利要求8所述的组件，其中：

第一顶电极与第二底电极彼此电学隔离。

14.根据权利要求13所述的组件，其中：

第二底电极的非电极连接端的在周向方向上的至少一部分的端部或者第二底电极的电极连接端的端部设置于第一压电层的上表面，且所述端部在水平方向上位于第一顶电极的非电极连接端的外侧。

15.根据权利要求14所述的组件，其中：

第二底电极的非电极连接端的在周向方向上的一部分的端部或者第二底电极的电极连接端的端部设置于第一压电层的上表面，第二底电极的非电极连接端的在周向方向上的另一部分的端部在水平方向上位于声学解耦层的边界的内侧。

16.根据权利要求15所述的组件，其中：

所述组件包括第一电极层和第二电极层；

第一电极层包括第一顶电极以及与第一顶电极的非电极连接端电学隔离而处于第一顶电极的非电极连接端的外侧的非顶电极层；

第二电极层包括第二底电极以及与第二底电极的非电极连接端电学隔离而处于第二底电极的非电极连接端的外侧的非底电极层；

第二底电极的电极连接端覆盖所述非顶电极层，所述非底电极层覆盖所述第一顶电极的电极连接端。

17.根据权利要求8所述的组件，其中：

所述声学解耦层包括空腔。

18.根据权利要求1所述的组件，其中：

所述频率调节腔构成所述第一声学镜；或者

所述第一底电极包括第一底电极上部和第一底电极下部，第一底电极下部与第一底电极上部彼此电连接且两者之间设置有空隙，所述空隙构成所述第一声学镜。

19.根据权利要求1或2所述的组件，还包括：

第一基板，所述第一基板连接到所述至少两个谐振器形成的结构的上侧面，以至少封装所述组件的上侧；和

第二基板，所述第二基板连接到基底的下表面，以至少封装所述组件的下侧。

20.一种根据权利要求1-19中任一项所述的体声波谐振器组件的频率调整方法，包括步骤：

经由所述开口调整暴露于声学镜空腔的频率调节层的质量或厚度。

21.根据权利要求20所述的方法，其中：

所述组件为根据权利要求6或7所述的组件，所述方法包括步骤：

利用从所述开口进入到频率调节腔内的粒子束或刻蚀剂减少位于所述频率调节腔内的频率调节层的质量或厚度。

22.一种体声波谐振器组件的制造方法，包括：

步骤1：提供基底，以及提供用于第一体声波谐振器的第一结构，所述第一体声波谐振器包括第一声学镜、第一底电极、第一压电层、第一顶电极，所述第一底电极、第一压电层、第一顶电极设置在基底的上表面，所述基底中设置有频率调节腔，所述第一结构包括设置于第一底电极下方的频率调节层，所述频率调节层的下侧的至少一部分适于暴露于所述频率调节腔；

步骤2：在所述第一结构上设置图形化的牺牲材料层；

步骤3：在步骤2的结构上形成用于第二体声波谐振器的第二结构，第二体声波谐振器包括第二声学镜、第二底电极、第二压电层以及第二顶电极，所述牺牲材料层在基底的厚度方向上位于第一顶电极与第二底电极之间；

步骤4：释放所述牺牲材料层以形成空腔，所述空腔构成第二体声波谐振器的第二声学镜；

步骤5：在所述基底的下表面形成与所述频率调节腔相通的开口；

步骤6：经由所述开口调整暴露于频率调节腔的频率调节层的质量或厚度。

23.根据权利要求22所述的方法，其中：

步骤1包括步骤1A：在第一底电极与基底之间设置频率调节层；或者

步骤5包括：从所述基底的下表面刻蚀基底以形成贯穿基底的通孔以露出第一底电极的下表面，所述通孔的下端口构成所述开口，所述通孔构成所述频率调节腔；且所述步骤1包括步骤1B：经由所述通孔在第一底电极的下表面沉积所述频率调节层。

24.根据权利要求23所述的方法，其中：

在形成频率调节层的步骤1A中，所述频率调节层具有同一厚度；或者

在形成频率调节层的步骤1A中，所述频率调节层的适于暴露于频率调节腔的部分的厚度大于频率调节层的其他部分的厚度。

25.根据权利要求24所述的方法，其中：

形成频率调节层的步骤1A包括步骤：在基底的上表面形成凹陷部；在所述凹陷部内填充凹陷部牺牲材料，所述凹陷部牺牲材料的表面低于所述基底的上表面；在所述基底的上表面以及所述凹陷部牺牲材料的上表面形成频率调节材料层；使得频率调节材料层的上表面齐平以形成频率调节层；形成第一底电极，所述第一底电极覆盖所述频率调节层。

26.根据权利要求25所述的方法，其中：

在“使得频率调节材料层的上表面齐平以形成频率调节层”步骤中，所述频率调节层包括位于凹陷部内的部分以及位于基底的上表面的部分，或者所述频率调节层仅包括位于凹陷部内的部分。

27.根据权利要求22所述的方法，其中：

所述频率调节腔构成所述第一声学镜。

28.一种滤波器，包括根据权利要求1-19中任一项所述的体声波谐振器组件。

29.一种电子设备，包括根据权利要求28所述的滤波器或根据权利要求1-19中任一项所述的体声波谐振器组件。

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