CN114079430A - 带叠层凸起结构的体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备 - Google Patents

带叠层凸起结构的体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种体声波谐振器及其制造方法。该谐振器包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；和压电层，其中：顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域；顶电极和/或底电极沿有效区域设置有凸起结构，所述凸起结构包括第一凸起层与第二凸起层，第一凸起层邻近压电层布置，第二凸起层的外端在谐振器的厚度方向上远离压电层且与第一凸起层叠置，第一凸起层和第二凸起层彼此叠置的部分以构成叠置部；所述凸起结构在所述叠置部的内侧设置有单层部，所述单层部设置在对应电极与压电层之间；且所述单层部的厚度与所述层叠部的厚度的比值不大于0.62。本发明还涉及一种滤波器以及一种电子设备。

Description

带叠层凸起结构的体声波谐振器及其制造方法、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及其制造方法、一种具有该谐振器的滤波器，以及一种电子设备。
背景技术
电子器件作为电子设备的基本元素，被广泛应用于我们生活中的方方面面。不但我们目前常用的移动电话、汽车、家电设备等地方充满了各式各样的电子器件，而且未来即将改变世界的人工智能、物联网、5G通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为基础。
电子器件根据不同工作原理可以发挥不同的特性与优势，在所有电子器件中，利用压电效应(或逆压电效应)工作的器件是其中很重要一类。其中薄膜体声波谐振器具有尺寸小(μm级)、谐振频率高(GHz)、品质因数高(1000)、功率容量大、滚降效应好等优良特性，其滤波器正在逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用，其高灵敏度的优势也能应用到生物、物理、医学等传感领域。FBAR主要利用压电材料的压电效应与逆压电效应产生体声波，从而在器件内形成谐振，因为FBAR具有品质因数高、功率容量大、频率高(可达2-10GHz甚至更高)以及与标准集成电路(IC)的兼容性好等一系列的固有优势，可广泛应用于频率较高的射频应用系统中。
FBAR的结构主体为由电极-压电薄膜-电极组成的“三明治”结构，即两层金属电极层之间夹一压电材料层。通过在两电极间输入正弦信号，FBAR利用逆压电效应将输入电信号转换为机械谐振，并且再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。FBAR主要利用压电薄膜的纵向压电系数(d33)产生压电效应，所以其主要工作模式为厚度方向上的纵波模式(Thickness Extensional Mode，简称TE模式)。
理想地，薄膜体声波谐振器仅激发厚度方向(TE)模，但是除了期望的TE模式之外，还会产生横向的寄生模式，如瑞利-拉姆模式与TE模式的方向相垂直的机械波。这些横向模式的波会在谐振器的边界处损失掉，从而使得谐振器所需的纵模的能量损失，最终导致谐振器Q值下降。
为了抑制谐振器在边缘处横向模式声波的泄露，可以沿谐振器的有效区域的边缘处设置凸起结构，从而将横向模式的声波限定在谐振器的有效区域内，提高Q值。
但是，现有设计中的一般凸起结构对谐振器Q值的提升已经无法满足器件端日益对谐振器高Q值得要求。因此，可以更进一步提升谐振器Q值的新型结构需求便显得越来越迫切。
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，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，
其中：
顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域；
顶电极和/或底电极沿有效区域设置有凸起结构，所述凸起结构包括第一凸起层与第二凸起层，第一凸起层邻近压电层布置，第二凸起层的外端在谐振器的厚度方向上远离压电层且与第一凸起层叠置，第一凸起层和第二凸起层彼此叠置的部分以构成叠置部；
所述凸起结构在所述叠置部的内侧设置有单层部，所述单层部设置在对应电极与压电层之间；且
所述单层部的厚度与所述层叠部的厚度的比值不大于0.62。
本发明的实施例也涉及一种体声波谐振器的制造方法，所述体声波谐振器包括基底、声学镜、底电极、顶电极和压电层，顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域，所述方法包括步骤：
在底电极和/或顶电极沿有效区域形成凸起结构，所述凸起结构包括第一凸起层和第二凸起层，第一凸起层邻近压电层布置，第二凸起层的外端在谐振器的厚度方向上远离压电层且与第一凸起层叠置，第一凸起层和第二凸起层彼此叠置的部分构成叠置部，所述凸起结构在所述叠置部的内侧设置有单层部，所述单层部设置在对应电极与压电层之间，
其中：
所述方法包括选择所述单层部的厚度与所述层叠部的厚度，使得两者的比值不大于0.62。
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。
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。
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为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图；
图2为示例性示出了在谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B25为例的情况下，谐振器的凸起结构的单层部的宽度(单位μm)在叠置部的宽度固定时与谐振器的并联谐振阻抗Rp(单位欧姆)之间的关系图；
图3示例性示出了在谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B25为例的情况下，在H1为
Figure BDA0002629534880000031
H2为
Figure BDA0002629534880000032
时谐振器的并联谐振阻抗Rp的最大值，以及在H1为
Figure BDA0002629534880000033
H2为
Figure BDA0002629534880000034
时谐振器的并联谐振阻抗Rp的最大值；
图4示出了两个史密斯图，左图示例性示出了图2中的点1情况下的史密斯图，右图示例性示出了图2中的点3情况下的史密斯图；
图5为示例性示出了在谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B3为例的情况下，谐振器的凸起结构的单层部的宽度(单位μm)在叠置部的宽度固定时与谐振器的并联谐振阻抗Rp(单位欧姆)之间的关系图；
图6示出了三个史密斯图，左图示例性示出了图5中的点1情况下的史密斯图，中图示例性示出了图5中的点2情况下的史密斯图，右图示例性示出了图5中的点3情况下的史密斯图；
图7为示例性示出了在谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B1为例的情况下，谐振器的凸起结构的单层部的宽度(单位μm)在叠置部的宽度固定时与谐振器的并联谐振阻抗Rp(单位欧姆)之间的关系图；
图8示出了三个史密斯图，左图示例性示出了图7中的点1情况下的史密斯图，中图示例性示出了图7中的点2情况下的史密斯图，右图示例性示出了图7中的点3情况下的史密斯图；
图9为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图；
图10A-10G为示例性示出图1中所示的体声波谐振器的制造过程的一系列结构示意图。
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。
图1为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图。
本发明中的附图标记说明如下：
10：基底，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。
20：声学镜，可为空腔，也可采用布拉格反射层及其他等效形式。本发明所示的实施例中采用的是空腔。
30：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。
40：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。
50：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。
52：第一凸起层。第一凸起层的材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等，其材料可以与对应电极的材料相同或不同。第一凸起层也可以为非金属材料，例如氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化铝或上述金属的氧化物等。
53：第二凸起层。第二凸起层的材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等，其材料可以与对应电极的材料相同或不同。第二凸起层也可以为非金属材料，例如氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化铝或上述金属的氧化物等。第一凸起层与第二凸起层的材料可以相同，也可以不同。在不同的情况下，第一凸起层与第二凸起层的材料的声学阻抗不同。
70：工艺层，其可以覆盖顶电极，其可以是质量调节负载层或钝化层。工艺层的材料可以为介质材料，如二氧化硅、氮化铝、氮化硅等。
以上对于附图标记的说明适用于本发明的各个实施例。
如图1所示，顶电极50沿谐振器的有效区域设置有凸起结构，该凸起结构包括第一凸起层52和第二凸起层53。第一凸起层52邻近压电层40布置，这里的邻近压电层40表示，在设置于顶电极50的情况下，邻近或者邻接压电层40，第一凸起层与压电层之间不存在第二凸起层。第二凸起层53在第二凸起层53的外端(在图1中，如图1的左侧所示，为在顶电极的非电极连接端的边缘部分或靠近边缘的部分)远离压电层40设置，如图1所示，这里的远离压电层表示，在设置在顶电极的情况下，与压电层之间还间隔着第一凸起层)。在图1中，第二凸起层53的外端与第一凸起层52在谐振器的厚度方向上叠置，叠置的部分形成叠置部(在图1中对应于L的区域)。
需要注意的是，“远离”与“邻近”仅用于表示对于叠置部，第二凸起层53和第一凸起层52在谐振器的厚度方向上相对于压电层40的位置关系。
如图1所示，第二凸起层53还包括处于叠置部的内侧的部分，即单层部(在图1中对应于I的区域)。
在图1所示的示例中，单层部为第二凸起层53的一部分。但是本发明不限于此，例如后面参照附图10所述的，单层部为第一凸起层52的一部分。此外，如本领域技术人员能够理解的，单层部也可以不是第一凸起层或第二凸起层的一部分，而是独立于第一凸起层52与第二凸起层53的第三部分，只不过该第三部分的外侧与叠置部的内侧相接且该第三部分与压电层邻接或设置在对应电极与压电层之间。这些均在本发明的保护范围之内。
如图1所示，第一凸起层52具有厚度H1，而第二凸起层53具有厚度H2。如本领域技术人员能够理解的，上述叠置部的厚度为H1与H2之和。在第二凸起层53构成上述的单层部的情况下，单层部的厚度为H2。
如图1所示，L对应于叠置部的宽度，而I则对应于单层部的宽度，即在图1中的第二凸起层53延伸到第一凸起层52的内端的内侧的延伸部的延伸长度。
需要特别指出的是，在本发明中，对于设置双层凸起的结构，需要H2/(H1+H2)不大于0.62，这有利于提高谐振器的并联谐振阻抗，从而提高谐振器的性能。
图2为示例性示出了在谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B25(其发射频率在1.850-1.915GHz，接收频率在1.930-1.995GHz)为例的情况下，谐振器的凸起结构的单层部的宽度(单位μm)在叠置部的宽度固定时与谐振器的并联谐振阻抗Rp(单位欧姆)之间的关系图。图2中，虚线为H2/(H1+H2)＝0.7的情况，而实线则对应于H2/(H1+H2)＝0.3的情况，实线示出了关于并联谐振阻抗Rp的两个高点点1和点2，虚线示出了关于并联谐振阻抗Rp的一个高点点3。虚线与实线对应的叠置部的厚度(H1+H2)值相同。
从图2可以看出，在实线则对应于H2/(H1+H2)＝0.3的情况的点1与点2，谐振器的并联谐振阻抗Rp大约在4600欧姆-4700欧姆之间，均大于虚线为H2/(H1+H2)＝0.7的情况对应的并联谐振阻抗Rp的高点点3处的并联谐振阻抗Rp的值(约4300欧姆)。因此，在B25频段中，在H2/(H1+H2)＝0.3时，并联谐振阻抗Rp在叠置部的宽度固定时随凸起结构的单层部的宽度的变化出现两个高点，这不仅可以提高谐振器的并联谐振阻抗Rp，还可以提升设计的自由度。
图3示例性示出了在谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B25为例的情况下，在图1中所示结构中H1为
Figure BDA0002629534880000071
H2为
Figure BDA0002629534880000072
时谐振器的并联谐振阻抗Rp的最大值，以及在H1为
Figure BDA0002629534880000073
H2为
Figure BDA0002629534880000074
时谐振器的并联谐振阻抗Rp的最大值。
如图3所示，在H1的厚度为
Figure BDA0002629534880000075
H2的厚度为
Figure BDA0002629534880000076
时谐振器的并联谐振阻抗的最大值为4600欧姆，而在H1的厚度为
Figure BDA0002629534880000077
H2的厚度为
Figure BDA0002629534880000078
时谐振器的并联谐振阻抗的最大值约为4400欧姆。采用如本发明的该实施例所提及的H2的值，有利于获得更高的并联谐振阻抗。
此外，在图2中，在点3，谐振器的并联谐振阻抗Rp为大约为4400欧姆；在点1，凸起结构的单层部的宽度大约为1.25μm，在点2和点3，凸起结构的单层部的宽度大约为3.4μm。因此，在1.5G-2.8G频段中，在H2/(H1+H2)＝0.3时，并联谐振阻抗Rp在凸起结构的宽度较小时即可达到较大的值，这可以减小次谐振，这也在图4中得到体现。
图4示出了两个史密斯图，左图示例性示出了图2中的点1情况下的史密斯图，右图示例性示出了图2中的点3情况下的史密斯图。如图4的左侧图所示，次谐振较小；而如图4的右侧图所示，在图4中右图A1所指示的位置，次谐振较大。
在以上的实施例中，本发明以谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B25为例，做了示例性说明。
需要指出的是，在谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B1(其发射频率在1.920-1.980GHz，接收频率在2.110-2.170GHz)为例的情况下，以及以频段B3(其发射频率在1.710-1.785GHz，接收频率在1.805-1.880GHz)为例的情况下，仍然存在与前面的实施例相似的情况。
图5为示例性示出了在谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B3为例的情况下，谐振器的凸起结构的单层部的宽度(单位μm)在叠置部的宽度固定时与谐振器的并联谐振阻抗Rp(单位欧姆)之间的关系图。在图5中，短间隔虚线为H2/(H1+H2)＝0.31的情况，实线为H2/(H1+H2)＝0.54的情况，而长间隔虚线则对应于H2/(H1+H2)＝0.69的情况，短间隔虚线示出了关于并联谐振阻抗的两个高点点1和点2，长间隔虚线则示出了关于并联谐振阻抗的一个高点点3，长间隔虚线、短间隔虚线与实线对应的叠置部的(H1+H2)值相同。
图5所对应的结构对应于图1，从图5可以看到，在B3频段下，随着单层部的H2厚度的增加其周期性越来越不明显，且并联谐振阻抗Rp也有一定幅度的降低，这再次体现了单层部的厚度H2与并联谐振阻抗Rp的大小有明显相关性。
在图5中，还是可以看到，H2/(H1+H2)＝0.31的情况以及H2/(H1+H2)＝0.54的情况下的并联谐振阻抗Rp的值基本都高于H2/(H1+H2)＝0.69的情况下的并联谐振阻抗Rp的值。此外，在B3频段中，在H2/(H1+H2)＝0.31时，相较于H2/(H1+H2)＝0.69的情况，并联谐振阻抗Rp随凸起结构的单层部的宽度的变化也出现两个高点，这不仅可以提高谐振器的并联谐振阻抗Rp，还可以提升设计的自由度。
图6示出了三个史密斯图，左图示例性示出了图5中的点1情况下的史密斯图，中图示例性示出了图5中的点2情况下的史密斯图，右图示例性示出了图5中的点3情况下的史密斯图。可以看到，左图的次谐振最小，而中图和右图在A1所指示的位置则出现了较大的次谐振器。因此，如果选择基本相同的并联谐振阻抗Rp值，随着单层部的厚度H2的增加，次谐振依次增加，所以应当选择小的厚度H2。
图7为示例性示出了在谐振器的谐振频率为1.5GHz-2.8GHz时，以频段B1为例的情况下，谐振器的凸起结构的单层部的宽度(单位μm)在叠置部的宽度固定时与谐振器的并联谐振阻抗Rp(单位欧姆)之间的关系图。图7中，实线为H2/(H1+H2)＝0.23的情况，长间隔虚线为H2/(H1+H2)＝0.62的情况，而短间隔虚线则对应于H2/(H1+H2)＝0.77的情况，实线示出了关于并联谐振阻抗的一个高点点1，长间隔虚线则示出了关于并联谐振阻抗的一个高点点2，短间隔虚线则示出了关于并联谐振阻抗的一个高点点3，长间隔虚线、短间隔虚线与实线对应的叠置部的厚度(H1+H2)值相同。
图7所对应的结构对应于图1，在图7中，可以看到在B1频段下，随着单层部的厚度H2的增加，并联谐振阻抗Rp表现为两个特点：1、并联谐振阻抗Rp值有逐渐下降的趋势；2、第一个周期越来越不明显，到H2/(H1+H2)＝0.77时，第一个周期已经消失，谐振器只会在第二个周期出现高点。所以为了使用并联谐振阻抗Rp的高点，三种厚度H2时，需要选择图7中的点1、点2和点3。
在图7中，还是可以看到，H2/(H1+H2)＝0.23的情况以及H2/(H1+H2)＝0.62的情况下的并联谐振阻抗Rp的值基本都高于H2/(H1+H2)＝0.77的情况下的并联谐振阻抗Rp的值。此外，在B1频段中，在H2/(H1+H2)＝0.23时，相较于H2/(H1+H2)＝0.77的情况，并联谐振阻抗Rp在叠置部的宽度固定时随凸起结构的单层部的宽度的变化也出现两个高点，这不仅可以提高谐振器的并联谐振阻抗Rp，还可以提升设计的自由度。
图8示出了三个史密斯图，左图示例性示出了图7中的点1情况下的史密斯图，中图示例性示出了图7中的点2情况下的史密斯图，右图示例性示出了图7中的点3情况下的史密斯图。从图8可以看到，如果选择每种单层部的厚度H2时的并联谐振阻抗Rp高位值，随着厚度H2的增加，次谐振依次增加，所以应当选择小的厚度H2。虽然点1和点2的次谐振基本相同，但是点2的并联谐振阻抗Rp值小于点1的并联谐振阻抗Rp值。
从图2、5、7可以看出，在单层部的厚度与叠置部的厚度的比值处于较低值，例如0.23,0.3,0.54,0.62的情况下，谐振器的并联谐振阻抗Rp会出现较高的高点，而在单层部的厚度与叠置部的厚度的比值处于较高值，例如0.69、0.7、0.77的情况下，谐振器的并联谐振阻抗Rp会出现较低的高点。此外，从图5-8可以看出，随着单层部厚度的增加，并联谐振阻抗Rp值在单层部宽度较小时高点不再明显。为了取得较高的并联谐振阻抗Rp值，则需要选择较宽的单层部，从而不得不面临较高的次谐振影响。
相应的，在本发明中，选择单层部的厚度与叠置部的厚度的比值为不大于0.62，在进一步的实施例中，处于0.2-0.55的范围内。
在本发明中，在一个实施例中，选择单层部的宽度在0.2μm-7μm的范围内。如本领域技术人员能够理解的，基于不同的叠置部的宽度，以及并联谐振阻抗Rp的不同高点的选择，单层部的宽度在0.2μm-7μm内可以选择。
在图1所示的实施例中，第一凸起层52完全被第二凸起层53所覆盖，第二凸起层53还包括该单层部。图9则与图1所示结构不同，在图9中，第一凸起层52的宽度大于第二凸起层53的宽度。从图9中可以看出，第二凸起层53仅仅覆盖了第一凸起层52的一部分。图9中的L对应区域为前面提到的叠置部，第一凸起层52的处于叠置部内侧的部分(即I对应于的区域)构成单层部。
在图9所示的结构中，单层部的厚度以H1表示，而叠置部的厚度仍然以(H1+H2)来表示。
图9所示的实施例也可以达到图1所示的实施例相似的技术效果，这里不再赘述。
下面参照图10A-10G为示例性说明图1中所示的体声波谐振器的制造过程。
步骤1：如图10A所示，在基底10上利用离子刻蚀工艺形成空腔(对应于声学镜空腔20)，以及在其中填充牺牲材料层(未示出)，该牺牲材料层的上表面与基底10的上表面齐平。
步骤2：如图10B所示，在基底10和牺牲材料层的表面以溅射或蒸镀工艺等沉积一层金属层，以及通过光刻及刻蚀工艺将金属层图形化而形成底电极30。
步骤3：如图10C所示，在基底10和底电极30的表面沉积一压电材料层形成压电层40。
步骤4：如图10D所示，在图10C的结构的压电层40的上表面以溅射或蒸镀工艺等沉积一层金属层，以及通过光刻及刻蚀工艺将金属层图形化而形成第一凸起层52。第一凸起层52具有厚度H1。如本领域技术人员能够理解的，第一凸起层52的材料也可以为非金属材料。
步骤5：如图10E所示，在图10D的结构的压电层40的上表面以及第一凸起层52的上表面以溅射或蒸镀工艺等沉积再一层金属层，以及通过光刻及刻蚀工艺将该金属层图形化而形成第二凸起层53。如本领域技术人员能够理解的，第二凸起层53的厚度也可以是非金属材料。如图10E所示，第二凸起层53一部分(处于L区域内的部分，即与叠置部对应的部分)覆盖第一凸起层52，另一部分(处于I区域内的部分，即与单层部对应的部分)覆盖压电层40。第二凸起层53的至少单层部具有厚度H2。在上述步骤5中，在第一凸起层52和压电层40上形成第二凸起层53，最终的第二凸起层53覆盖第一凸起层52且覆盖部分压电层40，第二凸起层53包括所述单层部。在步骤5中，使得H2/(H1+H2)不大于0.62。
步骤6：如图10F所示，在图10E所示结构的上表面沉积一层金属层并将该金属层图形化成顶电极50。
步骤7：如图10G所示，在图10F所示结构的上表面设置和图形化钝化层材料而形成钝化层70，接着释放声学镜空腔内的牺牲材料层，从而形成如图1所示的结构。
需要指出的是，也可以将顶电极50与钝化层70一次光刻形成。相应的，在步骤6中，在图10E所示结构的上表面沉积一层作为顶电极50的金属材料层，以及在该金属层上形成钝化材料层；在步骤7中，对钝化材料层和金属材料层执行一次光刻以图形化而形成钝化层和顶电极，接着释放声学镜空腔内的牺牲材料层，从而形成如图1所示的结构。
在制造图1所示的结构的上述步骤1-7中，形成第一凸起层与第二凸起层采用的是刻蚀工艺。
制造图9所示的结构与上述步骤相似，不同的是，在制造图9所示结构的第一凸起层与第二凸起层时，采用的是剥离(lift-off)工艺。此时，在上述步骤5中，在第一凸起层52上形成第二凸起层52，最终的第二凸起层53仅覆盖第一凸起层52的外端，第一凸起层52包括所述单层部。
在以上的实施例中，第一凸起层与第二凸起层均沿谐振器的有效区域设置在顶电极处，但是本发明不限于此。例如，第一凸起层与第二凸起层也可以沿有效区域设置在底电极处，或者可以同时设置在顶电极和底电极处。这些均在本发明的保护范围之内。
以上步骤说明的是在顶电极沿有效区域设置凸起结构，但是如本领域技术人员能够理解的，在底电极沿有效区域设置凸起结构的情况下，只是需要将图10D-10E对应的步骤放置在图10B的步骤之前，图10A的步骤之后。
基于以上，在制造基于本发明的体声波谐振器的过程中，包括如下步骤：
在底电极和/或顶电极沿有效区域形成凸起结构，所述凸起结构包括第一凸起层和第二凸起层，第一凸起层邻近压电层布置，第二凸起层的外端在谐振器的厚度方向上远离压电层且与第一凸起层叠置，第一凸起层和第二凸起层彼此叠置的部分构成叠置部，所述凸起结构在所述叠置部的内侧设置有单层部，所述单层部设置在对应电极与压电层之间，其中：所述方法包括选择所述单层部的厚度与所述层叠部的厚度，使得两者的比值不大于0.62。
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(压电层、顶电极、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成有效区域)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，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，
其中：
顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域；
顶电极和/或底电极沿有效区域设置有凸起结构，所述凸起结构包括第一凸起层与第二凸起层，第一凸起层邻近压电层布置，第二凸起层的外端在谐振器的厚度方向上远离压电层且与第一凸起层叠置，第一凸起层和第二凸起层彼此叠置的部分以构成叠置部；
所述凸起结构在所述叠置部的内侧设置有单层部，所述单层部设置在对应电极与压电层之间；且
所述单层部的厚度与所述层叠部的厚度的比值不大于0.62。
2、根据1所述的谐振器，其中：
所述单层部为第二凸起层的一部分。
3、根据1所述的谐振器，其中：
所述单层部为第一凸起层的一部分。
4、根据1所述的谐振器，其中：
所述单层部的宽度在0.2μm-7μm的范围内。
5、根据1所述的谐振器，其中：
第一凸起层与第二凸起层的材料相同。
6、根据5所述的谐振器，其中：
第一凸起层与第二凸起层的材料选自钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。
7、根据1所述的谐振器，其中：
第一凸起层与第二凸起层为不同材料制成，且第一凸起层的材料与第二凸起层的材料的声学阻抗不同。
8、根据1所述的谐振器，其中：
所述比值在0.1-0.6的范围内。
9、根据8所述的谐振器，其中：
所述比值在0.2-0.55的范围内。
10、根据1-9中任一项所述的谐振器，其中：
谐振器的频率在1.5GHz-2.8GHz的范围内。
11、根据10所述的谐振器，其中：
谐振器的工作频段为B25，且所述单层部的厚度在
Figure BDA0002629534880000133
的范围内；或者
谐振器的工作频段为B3，且所述单层部的厚度在
Figure BDA0002629534880000132
的范围内；或者
谐振器的工作频段为B1，且所述单层部的厚度在
Figure BDA0002629534880000131
的范围内。
12、根据1所述的谐振器，其中：
所述凸起结构设置在对应电极的非电极连接端；和/或
所述凸起结构设置在对应电极的电极连接端。
13、一种体声波谐振器的制造方法，所述体声波谐振器包括基底、声学镜、底电极、顶电极和压电层，顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域，所述方法包括步骤：
在底电极和/或顶电极沿有效区域形成凸起结构，所述凸起结构包括第一凸起层和第二凸起层，第一凸起层邻近压电层布置，第二凸起层的外端在谐振器的厚度方向上远离压电层且与第一凸起层叠置，第一凸起层和第二凸起层彼此叠置的部分构成叠置部，所述凸起结构在所述叠置部的内侧设置有单层部，所述单层部设置在对应电极与压电层之间，
其中：
所述方法包括选择所述单层部的厚度与所述层叠部的厚度，使得两者的比值不大于0.62。
14、根据13所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：在压电层上形成第一凸起层，和在第一凸起层和压电层上形成第二凸起层，所述第二凸起层覆盖所述第一凸起层且覆盖部分压电层，所述第二凸起层包括所述单层部。
15、根据13所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：在压电层上形成第一凸起层，和在第一凸起层和压电层上形成第二凸起层，所述第二凸起层仅覆盖所述第一凸起层的外端，所述第一凸起层包括所述单层部。
16、一种滤波器，包括根据1-12中任一项所述的体声波谐振器。
17、一种电子设备，包括根据16所述的滤波器，或者根据1-12中任一项所述的体声波谐振器。
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 (17)

1.一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，
其中：
顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域；
顶电极和/或底电极沿有效区域设置有凸起结构，所述凸起结构包括第一凸起层与第二凸起层，第一凸起层邻近压电层布置，第二凸起层的外端在谐振器的厚度方向上远离压电层且与第一凸起层叠置，第一凸起层和第二凸起层彼此叠置的部分以构成叠置部；
所述凸起结构在所述叠置部的内侧设置有单层部，所述单层部设置在对应电极与压电层之间；且
所述单层部的厚度与所述层叠部的厚度的比值不大于0.62。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述单层部为第二凸起层的一部分。
3.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述单层部为第一凸起层的一部分。
4.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述单层部的宽度在0.2μm-7μm的范围内。
5.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
第一凸起层与第二凸起层的材料相同。
6.根据权利要求5所述的谐振器，其中：
第一凸起层与第二凸起层的材料选自钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。
7.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
第一凸起层与第二凸起层为不同材料制成，且第一凸起层的材料与第二凸起层的材料的声学阻抗不同。
8.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述比值在0.1-0.6的范围内。
9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述比值在0.2-0.55的范围内。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的谐振器，其中：
谐振器的频率在1.5GHz-2.8GHz的范围内。
11.根据权利要求10所述的谐振器，其中：
谐振器的工作频段为B25，且所述单层部的厚度在
Figure FDA0002629534870000021
的范围内；或者
谐振器的工作频段为B3，且所述单层部的厚度在
Figure FDA0002629534870000022
的范围内；或者
谐振器的工作频段为B1，且所述单层部的厚度在
Figure FDA0002629534870000023
的范围内。
12.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述凸起结构设置在对应电极的非电极连接端；和/或
所述凸起结构设置在对应电极的电极连接端。
13.一种体声波谐振器的制造方法，所述体声波谐振器包括基底、声学镜、底电极、顶电极和压电层，顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域，所述方法包括步骤：
在底电极和/或顶电极沿有效区域形成凸起结构，所述凸起结构包括第一凸起层和第二凸起层，第一凸起层邻近压电层布置，第二凸起层的外端在谐振器的厚度方向上远离压电层且与第一凸起层叠置，第一凸起层和第二凸起层彼此叠置的部分构成叠置部，所述凸起结构在所述叠置部的内侧设置有单层部，所述单层部设置在对应电极与压电层之间，
其中：
所述方法包括选择所述单层部的厚度与所述层叠部的厚度，使得两者的比值不大于0.62。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：在压电层上形成第一凸起层，和在第一凸起层和压电层上形成第二凸起层，所述第二凸起层覆盖所述第一凸起层且覆盖部分压电层，所述第二凸起层包括所述单层部。
15.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：在压电层上形成第一凸起层，和在第一凸起层和压电层上形成第二凸起层，所述第二凸起层仅覆盖所述第一凸起层的外端，所述第一凸起层包括所述单层部。
16.一种滤波器，包括根据权利要求1-12中任一项所述的体声波谐振器。
17.一种电子设备，包括根据权利要求16所述的滤波器，或者根据权利要求1-12中任一项所述的体声波谐振器。
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