CN114257204A - 具有声阻层的体声波谐振器及其组件和制造方法、滤波器和电子设备 - Google Patents

具有声阻层的体声波谐振器及其组件和制造方法、滤波器和电子设备 Download PDF

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CN114257204A CN202011004189.3A CN202011004189A CN114257204A CN 114257204 A CN114257204 A CN 114257204A CN 202011004189 A CN202011004189 A CN 202011004189A CN 114257204 A CN114257204 A CN 114257204A
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班圣光
徐洋
杨清瑞
张孟伦
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Abstract

本发明涉及一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极；压电层；和顶电极，其中：顶电极、压电层、底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；所述压电层包括第一层和第二层，第一层与第二层之间设置有声阻层，第二层在第一层的上方，所述声阻层的内边缘在水平方向上处于声学镜边界的内侧，所述声阻层的声阻不同于所述压电层的声阻；所述谐振器还包括将所述声阻层与外部相通的通道或开口。本发明还涉及体声波谐振器组件，一种制造体声波谐振器的方法，一种滤波器和一种电子设备。

Description

具有声阻层的体声波谐振器及其组件和制造方法、滤波器和 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组件，一种制造体声波谐振器的方法，以及一种滤波器和一种电子设备。
背景技术
随着5G通信技术的日益发展，对数据传输速率的要求越来越高。与数据传输速率相对应的是频谱资源的高利用率和频谱的复杂化。通信协议的复杂化对于射频系统的各种性能提出了严格的要求，在射频前端模块，射频滤波器起着至关重要的作用，它可以将带外干扰和噪声滤除掉以满足射频系统和通信协议对于信噪比的要求。
传统的射频滤波器受结构和性能的限制，不能满足高频通信的要求。薄膜体声波谐振器(FBAR)作为一种新型的MEMS器件，具有体积小、质量轻、插入损耗低、频带宽以及品质因子高等优点，很好地适应了无线通信系统的更新换代，使FBAR技术成为通信领域的研究热点之一。
已有技术中的滤波器的串联谐振器和并联谐振器共同作用形成滤波器通带特性。通过设置串联谐振器的串联谐振频率彼此不同以及串联谐振器的机电耦合系数Kt2的变化，可以有效改善滤波器通带右侧的滚降特性。滤波器应用小Kt2谐振器容易实现良好的滚降特性，但是一旦设计指标(带宽、插损、带外抑制等)确定，谐振器的Kt2也就基本确定了，这样滤波器带宽和滤波器良好的滚降特性是相互矛盾的，常规架构下宽带宽滤波器设计很难实现良好的滚降特性，且对于普通滤波器中的谐振器叠层已确定的条件下，通过对谐振器结构的改变， 50Ohm谐振器的Kt2变化只有±0.5％左右，对滤波器滚降特性的改善有限。所以放开各个谐振器间的Kt2的自由度的限制,有利于提升整个滤波器的滚降性能。
此外，薄膜体声波谐振器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层压电材料。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。薄膜体声波谐振器主要利用压电薄膜的纵向压电系数产生压电效应，所以其主要工作模式为厚度方向上的纵波模式，即体声波谐振器的声波主要在谐振器的薄膜体内，而且主要的震动方向在纵向。但是由于存在边界，在边界处会存在不垂直于压电膜层的兰姆波，这时横向的兰姆波会从压电膜层的横向漏出，导致声学损失，从而使得谐振器的Q值减小。现有技术中还存在进一步降低横向的兰姆波泄露的需要。
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；
压电层；和
顶电极，
其中：
顶电极、压电层、底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
所述压电层包括第一层和第二层，第一层与第二层之间设置有声阻层，第二层在第一层的上方，所述声阻层的内边缘在水平方向上处于声学镜边界的内侧，所述声阻层的声阻不同于所述压电层的声阻；
所述谐振器还包括将所述声阻层与外部相通的通道或开口。
本发明的实施例还涉及一种体声波谐振器组件，包括至少两个体声波谐振器，其中至少一个体声波谐振器为上述的谐振器。
本发明的实施例也涉及一种制造体声波谐振器的方法，
所述谐振器包括基底、声学镜、底电极、压电层和顶电极，压电层包括第一层和第二层，第一层与第二层之间在顶电极的非电极连接端设置有空隙层，所述方法包括步骤：
在第一层上形成和图形化牺牲层；和
利用第二层覆盖第一层以及其上的牺牲层，
其中：
所述方法还包括步骤：在顶电极的非电极连接端，以刻蚀的方式移除第二层以露出牺牲层的外端；和释放牺牲层，以形成所述空隙层；或者
所述方法还包括步骤：在顶电极的非电极连接端的外侧，在第二层形成在第二层的厚度方向上贯穿第二层的释放通道；和经由所述释放通道释放牺牲层，以形成所述空隙层。
本发明的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的谐振器或组件。
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或上述的组件。
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为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图；
图2-4为根据本发明的不同示例性实施例的沿图1中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图；
图5示例性示出了AW结构的宽度与机电耦合系数之间的关系图；
图6示例性分别示出了在AW结构设置在压电层中的情况下与在AW设置在顶电极与压电层之间的情况下，AW结构的宽度与体声波谐振器的并联谐振阻抗之间的关系图；
图7示例性分别示出了在AW结构设置在压电层中且上压电层被移除的情况下与在AW设置在压电层中且上压电层没有被移除的情况下，AW结构的宽度与体声波谐振器的并联谐振阻抗之间的关系图；
图8-10为根据本发明的不同示例性实施例的沿图1中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图；
图11为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图；
图12为根据本发明的一个示例性实施例的沿图11中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图；
图13为根据本发明的再一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图；
图14为根据本发明的还一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图；
图15为根据本发明的一个示例性实施例的沿图14中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图；
图16A-16G示例性示出了图15中的体声波谐振器的制作过程的截面示意图；
图17为示例性示出声阻层设置在压电层的中间且上侧的压电层没有被移除的示意性截面图。
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。
首先，本发明的附图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。本发明的实施例中采用的是空腔的形式。
20A：释放通道，将释放孔90与声学镜空腔相通。
21：牺牲层，在声学镜为空腔形式的情况下，在制备谐振器的过程中设置在该空腔中，在之后的工艺中被释放以形成声学镜空腔，牺牲层21可选二氧化硅、掺杂二氧化硅、多晶硅、非晶硅等材料。
30：底电极(包括底电极引脚)，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。
41：第一压电层，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。
42：第二压电层，其材料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(包括顶电极引脚)，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。
70：钝化层或工艺层，其可以是氮化铝、氮化硅或二氧化硅等。
80：声阻层，其声阻不同于第一压电层41和第二压电层42的声阻，在本发明图示的实施例中，为空气隙(即AW)的形式，但是也可以为固态介质层的形式，例如二氧化硅或其掺杂物，或氮化硅或其掺杂物。如能够理解的，声阻层的声阻也可以大于第一压电层和第二压电层的声阻。
81：牺牲层，在制备谐振器的过程中设置在该空气隙对应的位置，在后续的工艺中被释放以形成该空气隙，牺牲层81可选二氧化硅、掺杂二氧化硅、多晶硅、非晶硅等材料。
90：释放孔，用于释放声学镜空腔内的牺牲层材料。
91：释放通道，用于释放空隙层内的牺牲层材料。
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俯视示意图，图2 为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图。
在图1-2中，体声波谐振器包括基底10，设置在基底10中的声学镜空腔 20，底电极30，顶电极50和压电层，压电层包括第一压电层41和第二压电层42。在第一压电层与第二压电层之间设置有声阻层80，其为空气隙的形式。图 1-2中还示出了钝化层70。
图7示例性分别示出了在AW结构设置在压电层中且上压电层被移除的情况下(在图7中，对应于实线，实施例则例如参见图2-4,8-10)与在AW设置在压电层中且上压电层没有被移除的情况下(在图7中，对应于虚线，实施例则例如参见图17)，AW结构的宽度与体声波谐振器的并联谐振阻抗之间的关系图。
由图7可知，在绝大多数情况下，将AW结构放置在两层压电层之间并且将第二压电层42沿顶电极的非电极连接端的边界进行刻蚀或移除的谐振器性能明显优于同等条件下第二压电层不刻蚀或移除时的器件性能。
在图2中，第一压电层41的处于AW结构80外侧的部分未被刻蚀，即在顶电极的非电极连接端，第一层的处于声阻层的外边缘的外侧的部分的厚度等于处于声阻层的外边缘的内侧的部分的厚度。对应于图2所示的结构，在进行顶电极的刻蚀时，将第二压电层42一并进行刻蚀，使得第二压电层42、顶电极和钝化层形成同一刻蚀面。AW结构80下方的第一压电层41在谐振器的非有效区并不进行刻蚀，而对第二压电层42进行刻蚀，因此在谐振器的顶电极的非电极连接端，谐振器的非有效区无第二压电层。此种情况下，在非电极连接端的AW结构80、第二压电层41、顶电极的非电极连接端和钝化层70形成同一刻蚀面。需要指出的是，并不要求钝化层70、顶电极的非电极连接端的端面齐平。
图3为根据本发明的一个示例性实施例的类似于沿图1中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图，图3与图2的区别在于，在图3中，第一压电层41在 AW结构80的外侧的部分被部分刻蚀，而在图2中，第一压电层41的对应部分未被刻蚀。即，在图3中，在顶电极的非电极连接端，第一层的处于声阻层的外边缘的外侧的部分的厚度小于处于声阻层的外边缘的内侧的部分的厚度。在实际的制备过程中，在刻蚀第二压电层42时因为需要一定的过刻量，并且因为第一压电层41和第二压电层42的材料刻蚀选择比较小或者因为相同材料而具有相同的刻蚀速率，在刻蚀第二压电层42的过程可能会对第一压电层41有一定的刻蚀，从而得到如图3所示的结构。在此种情况下，第一压电层41被部分刻蚀。
图4为根据本发明的一个示例性实施例的类似于沿图1中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图，图4与图2的区别在于，在图4中，第一压电层41处于AW结构80外侧的部分均被刻蚀掉，而在图2中，第一压电层的对应部分未被刻蚀。即在图4中，在顶电极的非电极连接端，第一层的处于声阻层的外边缘的外侧的部分被移除。即在刻蚀第二压电层42的过程中，可以将第一压电层 41一起刻蚀掉，从而得到图4的结构。
在图2-4中，被刻蚀或移除后，第二压电层42的端面为竖直端面，且与顶电极的非电极连接端的端面齐平，但是本发明不限于此。
图8-10为根据本发明的不同示例性实施例的沿图1中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图。在图8中，虽然第二压电层42的端面仍为竖直端面，但是顶电极的非电极连接端的端面在水平方向上处于第二压电层42的端面的外侧，且两个端面在水平方向上存在一个距离△d。在图9中，虽然第二压电层42的端面仍为竖直端面，但是顶电极的非电极连接端的端面在水平方向上处于第二压电层42的端面的内侧，且两个端面在水平方向上存在一个距离△d。在图10 中，第二压电层42的端面为倾斜向外的斜面，顶电极的非电极连接端的端面在水平方向上处于第二压电层42的端面的内侧，且两个端面在水平方向上存在一个距离△d，在图10中，第二压电层42的斜面的斜角为α。在本发明的实施例中，Δd在0.25-5μm之间。如本领域技术人员能够理解的，上述倾斜向外的斜面也可以为倾斜向内的斜面。在本发明的实施例中，斜面的斜角α在10-80度的范围内。
在图2-4和8-10的实施例中，第二压电层42在顶电极的非电极连接端被移除一部分(例如通过刻蚀切割)，从而直接露出AW结构或者声阻层或者空气隙。如此，切割后形成的空气反射面可以防止能量或横向的兰姆波经由在AW结构外侧的第二压电层泄露，如图7所示，从而提高谐振器的性能。更具体的，由于在第二压电层42对应的非电极连接端处形成有空气反射面(阻抗不匹配界面)，使得横向的兰姆波在该空气反射面处形成强反射，从而减少横向的兰姆波泄露，提高谐振器的Q值。如果只是设置AW结构而不对第二压电层42进行刻蚀，则第二压电层42是一个连续界面，横向的兰姆波可以通过第二压电层42 泄露到有效区以外，从而降低了谐振器的Q值。
此外，第二压电层42的刻蚀界面和顶电极的非电极连接端的端面不在同一界面时可以相对二者在同一界面时反射更多的横向的兰姆波。以图8为例，第二压电层42可以对横向波长的1/4波长为L1的横波进行有效反射，而顶电极可以对横向波长的1/4波长为L1+Δd的横波进行有效反射。然而当第二压电层42的刻蚀界面和顶电极的非电极连接端的端面平齐时，则此结构只会对横向波长的1/4波长为L1的横波进行有效反射。另外，如图10所示，当第二压电层42端面为斜面时，第二压电层存在两个距离，L2为AW结构内边缘到上表面外边缘的距离，L3为AW结构内边缘到下表面外边缘的距离。因此第二压电层 42可以对横向波长的1/4波长为L2到L3之间的横波进行有效反射，因此可以反射的波更多，因此Q值会更高。
在图2-4和8-10所示的实施例中，第二压电层42在顶电极的非电极连接端被移除，以露出AW结构或者声阻层或者空气隙，但是本发明不限于此。
图11为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图，图12为根据本发明的一个示例性实施例的沿图11中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图。在图11-12中，第二压电层42在顶电极的非电极连接端的外侧设置有通道91与AW结构或空隙层80相通。
如图11所示，空隙层80至少在顶电极的非电极连接端沿有效区域周向方向连续设置，相应的，通道91为沿有效区域周向设置的连续通道。
通过设置通道91，可以用于释放空隙层80内的牺牲层材料从而形成空隙层，此时通道91为释放通道，此外，还可以对第二压电层42在顶电极的非电极连接端进行切断或部分切断处理，这同样可以防止或减少谐振器工作过程中的能量泄露。防止或减少能量泄露的效果可以例如参见图7。
通道91也可以仅仅起到防止或减少谐振器工作过程中的能量泄露的作用。此时，声阻层80并非是空隙层的形式，而是固态介质层的形式。
在图2-4和8-12所示的图中，声阻层80为连续布置的形式，但是本发明不限于此。图13为根据本发明的再一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图，沿图13中的MOM’线截得的截面图类似于图12。在图13中，可以看到，声阻层80包括多个声阻部，所述多个声阻部沿谐振器的有效区域在周向方向上间隔开布置。相应的，通道91可以是包括分别与所述多个声阻部相通的多个孔 (此时对应于部分切断处理的情形)，也可以是沿有效区域的周向方向设置且与各个声阻部相通的连续通道(此时对应于切断的情形)。
图6示例性分别示出了在AW结构设置在压电层中的情况下与在AW设置在顶电极与压电层之间的情况下，AW结构的宽度与体声波谐振器的并联谐振阻抗之间的关系图。在图6中，横坐标为AW结构的宽度(单位为μm)，纵坐标为谐振器的并联谐振阻抗Rp(单位为欧姆)。在图6中，虚线表示AW结构设置在顶电极与压电层之间的情况，而实线表示AW结构设置在压电层中的情况。如图6 所示，AW结构在压电层中时并联谐振阻抗的值明显高于AW结构在压电层与顶电极之间时并联谐振阻抗的值。可见，通过在第一压电层41与第二压电层42之间设置声阻层80，相对于将声阻层设置在顶电极与压电层之间，可以有效提升谐振器的性能。
通过在第一压电层41与第二压电层42之间设置声阻层80，还可以调节谐振器的机电耦合系数的值。因为第一压电层41和第二压电层42分开制备，因此可以将这两压电层制备为不同的材料，进而可以自由调节谐振器的机电耦合系数。例如，第一压电层41为某种材料的压电层(例如氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、钽酸锂中的一种材料的压电层)，而第二压电层 42则为与第一压电层41的材料相同的材料层中掺杂如上提及的至少一种稀土元素的掺杂层，在一个具体的实施例中，第一压电层41和第二压电层42都是基于氮化铝的压电材料，但是其中一层压电材料是没有任何掺杂的压电材料，另外一层是掺杂元素钪的压电材料。再如，第一压电层与第二压电层均为同一材料的掺杂层，只是第一压电层的掺杂浓度不同于第二压电层的掺杂浓度，在一个具体的实施例中，第一压电层41和第二压电层42都是基于掺杂了稀土元素钪的氮化铝的压电材料，只是第一压电层与第二压电层掺杂浓度不同。又如，第一压电层41的材料为氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、钽酸锂中的一种材料，而第二压电层42为氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、钽酸锂中不同于第一压电层材料的材料，在一个具体的实施例中，第一压电层为氮化铝，第二压电层为氧化锌。
因此，在本发明中，通过在压电层中设置AW结构来提升谐振器性能的同时，还可以在AW结构上下两侧制备不同的压电层来实现对谐振器的机电耦合系数的自由设置。
上述设置不同掺杂的压电层41和42可以较大幅度的调节谐振器的机电耦合系数。比如在同一个Die内制作双工器，需要发射滤波器Tx中的谐振器的机电耦合系数和接收滤波器Rx中的谐振器的机电耦合系数有较大的差异(大于1％)，但是在发射滤波器Tx或者接收滤波器Rx内部，需要不同的谐振器之间的机电耦合系数有较小差异(小于1％)，此时，可以调整AW结构在谐振器的有效区域内的宽度，也就是通过调节图2中的AW结构的宽度L1来调节滤波器内部的谐振器的机电耦合系数。如图2所示，L1为在顶电极的非电极连接端的AW结构的宽度，其为顶电极的非电极连接端与AW结构的内边缘在水平方向上的距离。
声阻层也可以进一步设置在顶电极的电极连接端，图14-15示出了这样的实施例。图14为根据本发明的还一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图，图15为根据本发明的一个示例性实施例的沿图14中的MOM’线的体声波谐振器的截面示意图。此时，可以调整AW结构在谐振器的有效区域内的宽度，也就是通过调节图15中的AW结构的宽度L1和L2来调节滤波器内部的谐振器的机电耦合系数。如图15所示，L1为在顶电极的非电极连接端的AW结构的宽度，其为顶电极的非电极连接端与AW结构的内边缘在水平方向上的距离；如图15 所示，L2为在顶电极的电极连接端的AW结构的宽度，其为在顶电极的连接端，声学镜边界与AW结构的内边缘在水平方向上的距离。
图5示例性示出了AW结构或空气隙的宽度与机电耦合系数之间的关系图。在图5中，横坐标为AW结构的宽度(单位为μm)，纵坐标为机电耦合系数。图5表示当谐振器的有效区域的每个边的AW结构的宽度相同时，谐振器的AW结构的宽度对机电耦合系数的影响，如图5所示，机电耦合系数随AW宽度的增加而逐渐减小。可见，可以通过调节AW结构的宽度来调节谐振器的机电耦合系数。
对于有效区域为多边形的谐振器来说，每个边的AW结构的宽度可以是相同的，也可以是不同的。
AW结构或者声阻层或者空气隙可以仅设置在顶电极的非电极连接端，如图 2-4和8-13所示；也可以同时设置在顶电极的非电极连接端和电极连接端，如图14-15所示。
在本发明中，例如参见图2-4和8-13所示，AW结构或者声阻层或者空气隙设置在顶电极的非电极连接端，在谐振器的有效区域为多边形的情况下，可以包括仅在非电极连接端的一条边或多条边设置的情况，也可以包括在非电极连接端的所有边设置的情况。
在本发明中，例如参见图14-15，AW结构或者声阻层或者空气隙设置在顶电极的电极连接端，在谐振器的有效区域为多边形的情况下，表示在顶电极的电极连接端所在的边设置有AW结构或者声阻层或者空气隙。
AW结构或者声阻层或者空气隙也可以围绕谐振器的整个有效区域设置。
在压电层的厚度一定时，当采用在AW结构的上下两侧采用同一种压电材料时，则无论AW结构设置在压电层内的任一位置，在同等条件下，谐振器的机电耦合系数是一个确定的值。但是当AW结构的上下两侧采用不同的压电层材料时，可以增加谐振器的机电耦合系数的设计自由度。例如，第一压电层41采用不掺杂氮化铝材料，第二压电层42采用掺杂钪的氮化铝材料。当压电层厚度固定时，压电层只采用不掺杂氮化铝压电层时其机电耦合系数为6％，而压电层只采用掺杂氮化铝时其机电耦合系数为10％。因此，在压电层厚度不变时，通过控制第一压电层41和第二压电层42的掺杂浓度使得谐振器的机电耦合系数在6％-10％之间自由变化。当两层压电层的厚度分别确定后，接着可以通过控制AW结构的宽度的变化，对滤波器内不同的谐振器的机电耦合系数进行微调，所以该方案能够最大限度的提升滤波器内的谐振器的机电耦合系数的设计自由度。
在图2中，第一压电层41与第二压电层42的材料可不同，在第一压电层 41和第二压电层42的厚度固定时，对于谐振器的某一机电耦合系数，可以通过改变压电层的材料即可达到需要的机电耦合系数。在第一压电层41和第二压电层42的掺杂或者材料确定后，可以通过改变图2中的宽度L1对谐振器的机电耦合系数做进一步的调整。
在图15中，第一压电层41与第二压电层42的材料可不同，在第一压电层 41和第二压电层42的厚度固定时，对于谐振器的某一机电耦合系数，可以通过改变压电层的材料即可达到需要的机电耦合系数。在第一压电层41和第二压电层42的掺杂或者材料确定后，可以通过改变图15中的宽度L1和L2对谐振器的机电耦合系数做进一步的调整。
图2中还示出了第一压电层41和第二压电层42的厚度，其分别为H1和H2。可以通过调节H1和H2的比例来调整两种不同压电材料的占比，从而调节谐振器的机电耦合系数。当H2和H1确定后，类似的，可以通过改变图2中的宽度 L1和L2的宽度对谐振器的机电耦合系数做进一步的调整。
如图2所示，AW结构夹在第一压电层41和第二压电层42的位置不是固定的。在本发明的一个实施例中，AW结构的下表面距离第一压电层41下表面的距离要大于
Figure RE-GDA0002923399640000111
AW结构的上表面距离第二压电层42的距离也要大于
Figure RE-GDA0002923399640000112
AW 结构的厚度的范围是
Figure RE-GDA0002923399640000113
下面参照图16A-16G示例性说明图14-15中的体声波谐振器的制作过程。需要指出的是，该制作过程也可以用于仅仅在顶电极的非电极连接端设置有声阻层的情况，此时，与下面的步骤不同的是，不再设置与该声阻层对应的牺牲层以及对该牺牲层的释放。
第一，如图16A所示，在基底10上表面形成作为声学镜20的空腔，接着在基底10的上表面设置牺牲材料，该牺牲材料填充该空腔，然后，通过CMP(化学机械研磨)工艺移除基底10上表面的牺牲材料并且使得空腔内的牺牲材料的上表面与基底10的上表面齐平从而形成牺牲层21。
第二，如图16B所示，在图16A的结构上沉积和图形化电极材料层，以形成底电极30。
第三，如图16C所示，在图16B的结构上沉积第一压电层41，其例如可以为未掺杂压电层。
第四，如图16D所示，在图16C的第一压电层41的上表面沉积和图形化牺牲材料，以形成牺牲层81。该牺牲层81在后期将被释放以用于形成AW结构80。如图16D所示，设置了用于顶电极的电极连接端和非连接端的牺牲层81。
第五，如图16E所示，在图16D的结构的上表面沉积第二压电层42，其例如可以为掺杂压电层。
第六，如图16F所示，在图16E的结构的上表面制备顶电极50和保护层或钝化层70。
第七，在顶电极的非电极连接端，刻蚀钝化层70、顶电极50和第二压电层 42以露出在顶电极的非电极连接端的牺牲层81。
第八，释放牺牲层21和牺牲层81，以分别形成声学镜20和AW结构80，如图16G所示。
需要指出的是，以上的方法步骤仅仅是示例性的，本领域技术人员也可以对上述步骤进行调整和变更。例如，可以先制备和刻蚀第二压电层，在制备顶电极和钝化层。
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的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的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的中心之间，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该有效区域的中心。
如本领域技术人员能够理解的，体声波谐振器可以用于形成滤波器或其他半导体器件。
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；
压电层；和
顶电极，
其中：
顶电极、压电层、底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
所述压电层包括第一层和第二层，第一层与第二层之间设置有声阻层，第二层在第一层的上方，所述声阻层的内边缘在水平方向上处于声学镜边界的内侧，所述声阻层的声阻不同于所述压电层的声阻；
所述谐振器还包括将所述声阻层与外部相通的通道或开口。
2、根据1所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，所述声阻层的外边缘与第二层的端部齐平，所述声阻层的外边缘构成或处于所述开口；或者
基于所述声阻层，顶电极的非电极连接端形成悬翼结构。
3、根据2所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，所述第二层的端部的端面为竖直面或斜面。
4、根据2所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，第一层的处于声阻层的外边缘的外侧的部分的厚度等于处于声阻层的外边缘的内侧的部分的厚度；或者
在顶电极的非电极连接端，第一层的处于声阻层的外边缘的外侧的部分的厚度小于处于声阻层的外边缘的内侧的部分的厚度；或者
在顶电极的非电极连接端，第一层的处于声阻层的外边缘的外侧的部分被移除。
5、根据2所述的谐振器，其中：
顶电极的非电极连接端在水平方向上与所述第二层的端部错开。
6、根据1所述的谐振器，其中：
所述声阻层包括多个声阻部，所述多个声阻部沿谐振器的有效区域在周向方向上间隔开布置，所述多个声阻部的外边缘构成沿有效区域的周向方向间隔布置的多个所述开口；或者
所述声阻层沿谐振器的有效区域在周向方向上连续布置，所述声阻层的外边缘构成沿有效区域的周向方向连续布置的所述开口。
7、根据2-6中任一项所述的谐振器，其中：
所述声阻层为空隙层或者固态介质层。
8、根据1所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，所述通道在第二层的厚度方向上穿过第二层，所述通道在水平方向上处于所述顶电极的非电极连接端的外侧，所述通道与所述声阻层相通或相接。
9、根据8所述的谐振器，其中：
所述声阻层至少在所述顶电极的非电极连接端沿有效区域周向方向连续设置，且所述通道为沿有效区域周向设置且与所述声阻层相通或相接的连续通道，或者所述通道包括沿有效区域周向间隔开设置的多个孔；或者
所述声阻层包括多个声阻部，所述多个声阻部沿谐振器的有效区域在周向方向上间隔开布置，所述通道包括分别与所述多个声阻部相通或相接的多个孔，或者所述通道为沿有效区域周向设置且与所述多个声阻部相通或相接的连续通道。
10、根据8或9所述的谐振器，其中：
所述声阻层为空隙层，所述通道为与所述空隙层相通的释放通道。
11、根据1-10中任一项所述的谐振器，其中：
第一层的压电材料不同于第二层的压电材料。
12、根据11所述的谐振器，其中：
第一层与第二层中的一层为另一层的掺杂层；或者
第一层与第二层均为同一材料的掺杂层，第一层的掺杂浓度不同于第二层的掺杂浓度；或者
第一层的材料为氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、钽酸锂中的一种材料，而第二层为氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、钽酸锂中不同于第一层材料的材料。
13、根据1-12中任一项所述的谐振器，其中：
所述声阻层包括在顶电极的非电极连接端的非连接端声阻层，所述非连接端声阻层的内边缘在水平方向上处于顶电极的非电极连接端的内侧。
14、根据13所述的谐振器，其中：
顶电极的非电极连接端在水平方向上处于声学镜边界的内侧或与声学镜边界齐平；
在水平方向上，所述顶电极的非电极连接端与非连接端声阻层的内边缘之间存在第一距离，第一距离在0.25-10μm的范围内。
15、根据13所述的谐振器，其中：
所述声阻层还包括在顶电极的电极连接端的连接端声阻层。
16、根据15所述的谐振器，其中：
在水平方向上，所述声学镜的边界与连接端声阻层的内边缘存在第二距离，第二距离在0.25-10μm的范围内。
17、根据1所述的谐振器，其中：
第一层的厚度不同于第二层的厚度。
18、一种体声波谐振器组件，包括：
至少两个体声波谐振器，其中至少一个体声波谐振器为根据1-17中任一项所述的谐振器。
19、根据18所述的组件，其中：
所述至少两个体声波谐振器包括第一谐振器和第二谐振器；
第一谐振器和第二谐振器均为根据1-17中任一项所述的谐振器。
20、根据19所述的组件，其中：
第一谐振器和第二谐振器为根据12所述的谐振器。
21、根据20所述的组件，其中：
第一谐振器的机电耦合系数与第二谐振器的机电耦合系数的差值在0％-10％的范围内。
22、根据18-21中任一项所述的组件，其中：
所述第一谐振器和第二谐振器均为根据14或16的谐振器；
第一谐振器的声阻层与第二谐振器的对应声阻层的宽度彼此不同。
23、一种制造体声波谐振器的方法，所述谐振器包括基底、声学镜、底电极、压电层和顶电极，压电层包括第一层和第二层，第一层与第二层之间在顶电极的非电极连接端设置有空隙层，所述方法包括步骤：
在第一层上形成和图形化牺牲层；和
利用第二层覆盖第一层以及其上的牺牲层，
其中：
所述方法还包括步骤：在顶电极的非电极连接端，以刻蚀的方式移除第二层以露出牺牲层的外端；和释放牺牲层以形成所述空隙层；或者
所述方法还包括步骤：在顶电极的非电极连接端的外侧，在第二层形成在第二层的厚度方向上贯穿第二层的释放通道；和经由所述释放通道释放牺牲层以形成所述空隙层。
24、一种滤波器，包括根据1-17中任一项所述的体声波谐振器，或根据18-22 中任一项所述的体声波谐振器组件。
25、一种电子设备，包括根据24所述的滤波器，或根据1-17中任一项所述的体声波谐振器，或根据18-22中任一项所述的体声波谐振器组件。
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。
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 (25)

1.一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
压电层；和
顶电极，
其中：
顶电极、压电层、底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
所述压电层包括第一层和第二层，第一层与第二层之间设置有声阻层，第二层在第一层的上方，所述声阻层的内边缘在水平方向上处于声学镜边界的内侧，所述声阻层的声阻不同于所述压电层的声阻；
所述谐振器还包括将所述声阻层与外部相通的通道或开口。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，所述声阻层的外边缘与第二层的端部齐平，所述声阻层的外边缘构成或处于所述开口；或者
基于所述声阻层，顶电极的非电极连接端形成悬翼结构。
3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，所述第二层的端部的端面为竖直面或斜面。
4.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，第一层的处于声阻层的外边缘的外侧的部分的厚度等于处于声阻层的外边缘的内侧的部分的厚度；或者
在顶电极的非电极连接端，第一层的处于声阻层的外边缘的外侧的部分的厚度小于处于声阻层的外边缘的内侧的部分的厚度；或者
在顶电极的非电极连接端，第一层的处于声阻层的外边缘的外侧的部分被移除。
5.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
顶电极的非电极连接端在水平方向上与所述第二层的端部错开。
6.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述声阻层包括多个声阻部，所述多个声阻部沿谐振器的有效区域在周向方向上间隔开布置，所述多个声阻部的外边缘构成沿有效区域的周向方向间隔布置的多个所述开口；或者
所述声阻层沿谐振器的有效区域在周向方向上连续布置，所述声阻层的外边缘构成沿有效区域的周向方向连续布置的所述开口。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的谐振器，其中：
所述声阻层为空隙层或者固态介质层。
8.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，所述通道在第二层的厚度方向上穿过第二层，所述通道在水平方向上处于所述顶电极的非电极连接端的外侧，所述通道与所述声阻层相通或相接。
9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述声阻层至少在所述顶电极的非电极连接端沿有效区域周向方向连续设置，且所述通道为沿有效区域周向设置且与所述声阻层相通或相接的连续通道，或者所述通道包括沿有效区域周向间隔开设置的多个孔；或者
所述声阻层包括多个声阻部，所述多个声阻部沿谐振器的有效区域在周向方向上间隔开布置，所述通道包括分别与所述多个声阻部相通或相接的多个孔，或者所述通道为沿有效区域周向设置且与所述多个声阻部相通或相接的连续通道。
10.根据权利要求8或9所述的谐振器，其中：
所述声阻层为空隙层，所述通道为与所述空隙层相通的释放通道。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的谐振器，其中：
第一层的压电材料不同于第二层的压电材料。
12.根据权利要求11所述的谐振器，其中：
第一层与第二层中的一层为另一层的掺杂层；或者
第一层与第二层均为同一材料的掺杂层，第一层的掺杂浓度不同于第二层的掺杂浓度；或者
第一层的材料为氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、钽酸锂中的一种材料，而第二层为氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾、钽酸锂中不同于第一层材料的材料。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的谐振器，其中：
所述声阻层包括在顶电极的非电极连接端的非连接端声阻层，所述非连接端声阻层的内边缘在水平方向上处于顶电极的非电极连接端的内侧。
14.根据权利要求13所述的谐振器，其中：
顶电极的非电极连接端在水平方向上处于声学镜边界的内侧或与声学镜边界齐平；
在水平方向上，所述顶电极的非电极连接端与非连接端声阻层的内边缘之间存在第一距离，第一距离在0.25-10μm的范围内。
15.根据权利要求13所述的谐振器，其中：
所述声阻层还包括在顶电极的电极连接端的连接端声阻层。
16.根据权利要求15所述的谐振器，其中：
在水平方向上，所述声学镜的边界与连接端声阻层的内边缘存在第二距离，第二距离在0.25-10μm的范围内。
17.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
第一层的厚度不同于第二层的厚度。
18.一种体声波谐振器组件，包括：
至少两个体声波谐振器，其中至少一个体声波谐振器为根据权利要求1-17中任一项所述的谐振器。
19.根据权利要求18所述的组件，其中：
所述至少两个体声波谐振器包括第一谐振器和第二谐振器；
第一谐振器和第二谐振器均为根据权利要求1-17中任一项所述的谐振器。
20.根据权利要求19所述的组件，其中：
第一谐振器和第二谐振器为根据权利要求12所述的谐振器。
21.根据权利要求20所述的组件，其中：
第一谐振器的机电耦合系数与第二谐振器的机电耦合系数的差值在0％-10％的范围内。
22.根据权利要求18-21中任一项所述的组件，其中：
所述第一谐振器和第二谐振器均为根据权利要求14或16的谐振器；
第一谐振器的声阻层与第二谐振器的对应声阻层的宽度彼此不同。
23.一种体声波谐振器的制造方法，所述谐振器包括基底、声学镜、底电极、压电层和顶电极，压电层包括第一层和第二层，第一层与第二层之间在顶电极的非电极连接端设置有空隙层，所述方法包括步骤：
在第一层上形成和图形化牺牲层；和
利用第二层覆盖第一层以及其上的牺牲层，
其中：
所述方法还包括步骤：在顶电极的非电极连接端，以刻蚀的方式移除第二层以露出牺牲层的外端；和释放牺牲层以形成所述空隙层；或者
所述方法还包括步骤：在顶电极的非电极连接端的外侧，在第二层形成在第二层的厚度方向上贯穿第二层的释放通道；和经由所述释放通道释放牺牲层以形成所述空隙层。
24.一种滤波器，包括根据权利要求1-17中任一项所述的体声波谐振器，或根据权利要求18-22中任一项所述的体声波谐振器组件。
25.一种电子设备，包括根据权利要求24所述的滤波器，或根据权利要求1-17中任一项所述的体声波谐振器，或根据权利要求18-22中任一项所述的体声波谐振器组件。
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