CN114389565A - 一种体声波谐振器及其制造方法 - Google Patents

一种体声波谐振器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种体声波谐振器及其制造方法。该谐振器包括形成有声波反射结构的衬底、依次形成在所述声波反射结构上方的底电极层、压电层和顶电极层；从压电层投影到衬底的角度来看，压电层的至少部分区域具有断裂区域，断裂区域具有相对的第一边缘和第二边缘，第一边缘不超过顶电极层的边缘，第二边缘延伸至底电极层的边缘以外，断裂区域内含有不同于构成压电层的材料的轰击离子。本发明通过对声波反射结构的内部延伸至底电极边缘以外的区域的压电层，在一定深度上进行离子轰击，使该区域压电晶体的分子键断裂，来降低或者消除导通效应，可以大大减小谐振器在该区域产生的寄生振荡。

Description

一种体声波谐振器及其制造方法
技术领域
本申请涉及半导体器件领域，主要涉及一种体声波谐振器及其制造方法。
背景技术
薄膜体声波谐振器的简单结构是由两个相对的平板电极和夹在其间的压电晶体材料组成。工作条件下，在电极上施加电压，压电晶体材料利用逆压电效应将电信号转换为机械谐振，再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。压电晶体的原子排列是不对称的，压电晶体原子排列虽然不对称，但正电荷会和附近负电荷相互抵消，所以整体的晶体不带电。当晶体受到压力时外形发生改变，一些原子间距离会变得更近或更远，打乱了原本保持的平衡，晶体表面出现正电荷和负电荷，从而出现了压电现象。
现有技术中薄膜体声波谐振器与外界连接是通过顶电极直接向外引出的方式，但是如此连接会导致产生顶电极和底电极重合区域，且该重合区域是在非空腔所对应的区域，因此会产生额外的压电振荡，出现寄生杂散信号，进而导致谐振器性能恶化。
发明内容
为了解决现有技术中存在问题，本发明提出了一种新的体声波谐振器及其制造方法。
根据本发明的一方面，提出了一种体声波谐振器，包括
衬底；底电极层，底电极层和衬底之间具有声波反射结构；顶电极层，位于底电极层的上方；压电层，位于底电极层和顶电极层之间；从压电层投影到衬底的角度来看，压电层的至少部分区域具有断裂区域，断裂区域具有相对的第一边缘和第二边缘，第一边缘不超过顶电极层的边缘，第二边缘延伸至底电极层的边缘以外，断裂区域内含有不同于构成压电层的材料的轰击离子。本发明通过对声波反射结构的内部延伸至底电极边缘以外的区域的压电层，在一定深度上进行离子轰击，使该区域压电晶体的分子键断裂，来降低或者消除导通效应，可以大大减小谐振器在该区域产生的寄生振荡。
在优选实施例中，轰击离子采用气体原子形成的离子。进一步优选，轰击离子包括N3-、O2-、F-、He+和Ne+离子中的至少一种或几种的组合。
另一优选实施例中，离子轰击采用了原子质量大于等于氩原子的离子。进一步优选，轰击离子包括Ar+、Kr+、Xe+和Rn+离子中的至少一种或几种的组合。质量更大的离子容易使常规的压电层中的AlN的Al原子发生位移，从而达到破坏该断裂区域的压电性能的目的。
在优选实施例中，压电层的至少一侧具有断裂区域。
另一优选实施例中，断裂区域环形覆盖压电层。由于声波反射结构具有环形的边缘，因而断裂区域优选环形覆盖其整个边缘，这样可以达到更好的寄生振荡降低效果。
在优选实施例中，轰击离子占压电层材料的原子数比为0.1％～50％。轰击离子浓度(或原子数)高于50％则会造成资源浪费，轰击离子浓度低于0.1％则会使化学键断裂的不够充分，因此轰击离子浓度在0.1％-50％之间是较优选的方案。
在优选实施例中，断裂区域的第一边缘与顶电极层的边缘的距离范围为0～5μm。将此距离控制在5μm以内，避免影响有效区域的面积，避免器件尺寸偏大。
在优选实施例中，断裂区域的第二边缘与底电极层的边缘的距离范围是0～5μm。将此距离控制在5μm以内，可以避免增加谐振器之间的连接面积。
在优选实施例中，断裂区域的水平宽度范围为1μm～10μm。在此范围内，断裂区域可以有效抑制寄生振荡，同时避免影响谐振器的面积以及谐振器的性能。
在优选实施例中，断裂区域包括位于压电层中的单层断裂层。进一步优选，单层断裂层位于压电层靠近顶电极层一侧的表面，将断裂层形成在压电层的表面处可具有较小的实现难度和成本；可选地，单层断裂层位于所述压电层的一定深度内。另一可选方案中，断裂区域包括间隔设置在压电层的不同深度处的多层断裂层，并且至少一层位于压电层靠近顶电极一侧的表面。多个断裂层的组合可以实现更好的抑制寄生振荡的效果。
在优选实施例中，本方案的谐振器压电层采用掺杂稀土元素的压电材料制成。
本申请同时提出一种体声波谐振器，包括至少两个并列形成的体声波谐振器个体，其中每个体声波谐振器个体的顶电极层分别经由在断裂区域上方延伸的连接层与另一体声波谐振器个体的顶电极层或底电极层相连接。此方案中压电层可以使相邻谐振器的顶电极与底电极隔离开，减小了该区域的寄生振荡，极大的提高整个滤波器的性能，减小杂散信号。
在优选实施例中，声波反射结构包括空腔或布拉格反射结构。
在优选实施例中，底电极和声波反射结构之间还具有种子层。种子层的材料和压电层的材料相同或者不同。种子层可以提供平滑且具有良好晶格结构的底电极，在具有良好晶格结构的底电极上可以形成高质量的压电层，从而提高谐振器的性能。
在优选实施例中，所述断裂区域包括间隔形成在压电层的不同深度处的两个或两个以上断裂层。多个断裂层的形成通常采用多种不同的离子轰击形成，从而不同的离子轰击后形成的可替代地，多个断裂层的形成还可通过使用具有不同能量的离子轰击形成。在进一步优选实施例中，所述断裂层中的一层位于所述压电层的表面。
根据本发明的第二方面，提出了一种体声波谐振器的制造方法，包括以下步骤：
S1提供衬底；
S2在衬底上形成声波反射结构；
S3在声波反射结构上依次形成底电极层、压电层和顶电极层；
S4在压电层的至少部分区域形成断裂区域，每一断裂区域具有相对的第一边缘和第二边缘，第一边缘不超过顶电极层的边缘，第二边缘延伸至底电极层的边缘以外，断裂区域内含有不同于构成压电层的材料的轰击离子。
使用离子轰击在轰击充分的情况下，使得此区域的AlN的某一固定深度中此层的分子键全部打断，因此其失去了压电性，从而降低寄生表面的导通效应，故可以实现在顶电极和底电极之间有一层没有压电效应的断裂区域，由此达到减小寄生振荡以及抑制横波的效果。
在优选实施例中，采用了原子质量大于等于氩原子的离子执行所述离子轰击，优选地，该离子可以是Ar+、Kr+、Xe+和Rn+离子中的一种或几种的组合。优选地，轰击离子的轰击能量在30KeV以上。
在优选实施例中，采用两种以上不同的离子执行所述离子轰击，以在所述压电层中形成至少两层相互分离的断裂层。多层的断裂层可实现类似双保险或多保险的功效，确保更好的断裂效果，并且更好地确保抑制寄生振荡。
在优选实施例中，形成断裂区域的具体步骤包括，(1)在压电层上制作掩膜，掩膜具有开口区域，开口区域至少暴露压电层部分区域；(2)对开口区域的压电层和掩膜层进行离子轰击，在开口区域的压电层上形成断裂区域；以及(3)去除掩膜。
在优选实施例中，所述掩膜为采用二氧化硅制成的硬掩膜。硬掩膜可以更好地控制断裂区域形成的范围。
在优选实施例中，所述掩膜采用光刻胶制成。使用光刻胶具有更低的成本。
本发明提供的谐振器中的断裂区域，通过离子轰击将压电材料中的原子之间的化学键断裂形成，使得该区域失去压电性，从而实现顶电极和底电极之间的电信号隔离，最大幅度的降低或者消除了电极之间在此区域的压电震荡。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1示出了常用的氮化铝晶体的结构图；
图2示出了根据现有技术的体声波谐振器的结构示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的体声波谐振器的截面结构示意图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的体声波谐振器的俯视结构示意图；
图5示出了Ar+对AlN晶体轰击后的AlN晶体结构示意图；
图6示出了根据本发明的另一个实施例的顶电极边缘超过有效区域的谐振器截面结构示意图；
图7示出了根据本发明的另一个实施例的压电层被击穿的谐振器截面结构示意图；
图8示出了根据本发明的另一个实施例的断裂层位于压电层某一深度的谐振器截面结构示意图；
图9示出了根据本发明的另一个实施例的具有多层断裂层的谐振器截面结构示意图；
图10示出了掺杂稀土元素钪的AlN晶体结构示意图；
图11示出了根据本发明的另一个实施例的具有布拉格反射层的谐振器截面结构示意图；
图12示出了根据本发明的另一个实施例的串联连接的两个谐振器截面结构示意图；
图13示出了根据本发明的另一个实施例的并联连接的两个谐振器截面结构示意图；
图14示出了根据本发明的另一个实施例的谐振器制造工艺过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了便于理解，以目前体声波器件中最常用的AlN(氮化铝)压电层为例进行说明，如图1所示，AlN晶体具有纤锌矿结构，即Al及N的交替形成的六边形晶体结构。由于纤锌矿结构中的Al-N化学键的性质，在AlN晶体中存在电场极化，从而导致AlN薄膜的压电特性。
在体波谐振器结构中，主要激励的是沿AlN晶体C轴指向的纵波，使谐振器工作在纵向模式，也即活塞(piston)模式。优选的结构为底电极连续覆盖空腔边界并向外延伸一小部分起到支撑作用，这样加强空腔的机械稳定性，也可以保证压电层的应力一致性。采用这种结构体波谐振器中，顶电极直接向外引出，并与另一谐振器以任何方式电性连接，此为不同谐振器之间的最简单的连接方式，但发明人发现，如此连接会导致顶电极和底电极存在重合区域，且此重合区域在非空腔区域，因此会产生额外的压电振荡，出现额外的寄生杂散信号，从而导致谐振器性能恶化。
如图2所示，美国Avago公司在专利US8248185中设计了空气桥(air bridge)结构106’，其可以通过空气间隙隔离顶电极与底电极的寄生振荡，极大地提高了谐振器的性能。但在实际的生产过程中，发明人发现，空气桥结构106释放内部牺牲层的工艺制成，此工艺较为复杂且成本较高。并且在高频段时空气桥106’的厚度会逐渐变薄。例如在3.5GHz时，顶电极厚度一般仅为150nm，悬空的空气桥的机械强度和稳定性会大大变弱，空气桥的塌陷和变形会导致工艺风险和良率问题。而当在5GHz时，顶电极厚度仅为100nm左右，较薄的顶电极厚度导致空气桥的机械稳定性更差，工艺风险更高。另外空气桥的不稳定也会对器件工作的谐振区域形成额外的扭曲和拉伸作用力，导致工作区域的受力变化，影响整个器件的工作寿命和长期可靠性。
发明人针对如上问题，对声波谐振器及其制造方法进行了改进。
图3是根据本发明的一个实施例的体声波谐振器的截面结构示意图，图4为图3中体声波谐振器的俯视结构图。
如图3和4所示，该体声波谐振器包括衬底101、底电极102、压电层103、顶电极104、断裂层105、声波反射结构106、连接部110、第一边缘111、第二边缘112。
从压电层投影到衬底的角度来看，压电层的至少部分区域具有断裂区域，断裂区域具有相对第一边缘111和第二边缘112，第一边缘111不超过顶电极104的边缘，第二边缘112延伸至底电极102的边缘以外，即，断裂区域须跨越底电极102，在截面图上，断裂区域延伸至底电极102的边缘部分并且延伸至衬底101靠近底电极102一侧的边缘部分。断裂区域内含有不同于压电层的轰击离子。断裂区域中的轰击离子使得该断裂区域失去压电性。
进一步地，压电层的至少一个边缘具有断裂区域。在谐振器中，压电层的俯视图通常为多边形，在本实施例中，压电层的所有边缘全部具有断裂区域，断裂层的覆盖区域为环形覆盖谐振器的边缘区域。如图4所示，灰色区域表示断裂层105所在的区域。断裂区域的厚度或覆盖范围可以根据需要设计，并通过离子的轰击时间长短来调节。在其他的变形实施例中，压电层的部分边缘的部分区域具有断裂区域，例如在压电层的1边、2边、3边、4边或者多边具有断裂区域。本实施例优选压电层的所有边缘全部具有断裂区域，此时，断裂区域对抑制横波以及抑制寄生振荡的效果最好。
断裂层105是通过对部分压电层103在一定深度上进行离子轰击而产生。断裂区域内含有不同于压电层的轰击离子，该轰击离子包括原子质量大于或等于氩原子的原子质量的离子，例如Ar+、Kr+或Xe+离子中的至少一种或几种的组合。本实施例中，采用Ar+对压电层的边缘区域进行轰击形成断裂层，使得断裂层内含有Ar+，而压电层内不含有Ar+。
以下结合附图5具体阐述离子轰击的原理。以Ar+轰击AlN为例，离子轰击的过程如下，在真空条件下，将离子加速，高能离子轰击进入AlN晶体后与Al或者N靶原子发生一系列碰撞，使靶原子产生位移，如图5所示。被位移的原子还可能把能量依次传递给其他原子，产生链式效应，从而在AlN晶体结构中产生一系列的空位-间隙原子，被挤入的离子大多数都存在于晶格间隙位置，起到不到施主与受主的作用；而且被轰击的晶体结构受到了破坏，轰击后进入AlN晶体的离子很难替代原本的原子位置，造成了晶格化学键的破坏，导致载流子的迁移率下降，从而进一步降低寄生表面的导通效应。在轰击充分的情况下，效果相当于此区域某一固定深度中AlN层的分子键全部打断，因此该层AlN失去了压电效应，形成介质层，故可以实现在顶电极和底电极之间的电信号隔离作用，从而最大幅度地降低或者消除了电极之间在此区域的寄生振荡。
在优选示例中，被轰击离子占被轰击的具体压电层区域(即断裂区域)的材料的原子数比(或质量比)为0.1％～50％。轰击离子浓度(或原子数)高于50％则会造成资源浪费，轰击离子浓度低于0.1％则会使化学键断裂的不够充分，因此轰击离子浓度在0.1％-50％之间是较优选的方案。
上述轰击离子优选为Ar+或原子质量较Ar原子重的离子，如Kr+、或Xe+等离子。当然，符合以上原理并且能够实现同样效果的其他离子也是可行的。
本发明提供的谐振器中的断裂区域，通过离子轰击将压电材料中的原子之间的化学键断裂形成，使得该区域的压电性失去压电性，从而实现顶电极和底电极之间的电信号隔离，最大幅度的降低或者消除了电极之间在此区域的压电震荡。
在一些现有技术中，通过注入金属离子使部分压电层降低或消除材料的压电性，然而注入的金属离子是改变晶格的规律性，材料内部原子的化学键并未断裂。而本发明的方案的技术原理是通过注入原子质量较重的离子，采用该离子轰击压电层，使压电材料中的原子化学键断裂，达到更好地消除压电性的效果。
从压电层103至衬底101的投影上看，断裂层105所覆盖的区域S从声波反射结构106(此实施例中为空腔)的内部延伸至衬底101的表面上，跨越了底电极102的边缘。断裂层105的第一边缘111位于声波反射结构106的内侧，声波反射结构106的边缘到断裂层105的第一边缘111的投影所覆盖区域为H；第二边缘112位于声波反射结构的外侧，底电极102的边缘到断裂层105的第二边缘112的投影所覆盖区域为I。投影区域在两侧断裂层105的第一边缘111之间的区域W为谐振器器件的有效工作区域，即与声波反射结构106对应、在两侧压电层的断裂层包围中并且被顶电极和底电极覆盖的区域。由于断裂区域位于有效区域W的外围，因此可以抑制横波以及抑制寄生振荡。
具体地，断裂区域与顶电极边缘的距离范围为0～5μm。如果两者的距离大于5μm，则会影响有效区域的面积，进而造成器件的尺寸过大。断裂区域与底电极边缘的距离范围为0～5μm。如果两者的距离大于5μm，则会使两个谐振器之间的连接面积增加，造成器件模组的面积过大。整体来看，断裂区域的水平宽度范围为1～10μm，断裂区域可根据具体的谐振器的参数以及需要进行调整，其范围一般在1μm到10μm之间，尺寸过小起不到抑制寄生振荡的作用，尺寸过大，则会影响谐振器的面积以及谐振器的性能。
本实施例中，第一边缘111与顶电极104的边缘距离为0，断裂区域的第一边缘111与顶电极104的边缘刚好位于同一垂直线上，因此顶电极不覆盖断裂区域。
底电极形成在空腔上方，并且向外延伸从而覆盖在衬底的表面上。此时，由于底电极的边缘部分位于衬底表面上，受到衬底的支撑，可以具有较好的机械强度。底电极的侧壁为倾斜状、垂直状或阶梯状。本实施例中将底电极的侧壁形成倾斜状，并且底电极的侧壁与其地面成锐角。倾斜状的底电极可以使后续生长的压电层在底电极的侧部具有较好的延续性，改善此部位的压电层容易断裂的问题。底电极为金属电极，材料选自钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)、钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)或其它类似的材料。本实施例优选采用Mo。
压电层形成在底电极的上方，并在底电极倾斜侧壁的上方形成倾斜状。压电层可以选用包括氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、石英(Quartz)、铌酸锂(LiNbO3)、碳酸锂(KNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)LiB4O7、硅酸镧镓(Langasite)、掺钪氮化铝(AlScN)、中的任意一种或者几种的组合，但不局限于以上这些材料。AlN具有良好的C轴取向，本实施例优选AlN压电层。
顶电极形成在压电极的上方，材料选自钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)、钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)或其它类似的材料，较佳地，优选Mo电极。在本实施例中，由于顶电极104的面积最小，因此顶电极104的投影与有效区域W重合。其中在优选示例中，I≥0，表示断裂层所覆盖的区域包裹了底电极所在的区域，从而可以实现更好地抑制横波。在优选示例中，断裂层所占据的区域(即投影区域)需要延伸到所述声波反射结构所正对的区域，但是也无需延伸过多，即W>H≥0。
在底电极和声波反射结构之间还可以形成种子层，种子层的材料可以和压电层的材料相同或者不同，例如种子层和压电层均采用AlN。
断裂区域包括位于压电层中的单层断裂层或者间隔设置在压电层的不同深度处的多层断裂层。单层断裂层可以从上至下贯穿压电层，也可以位于压电层靠近顶电极层一侧的表面，或者位于所述压电层的一定深度内。
图6示出了另一实施例的体声波谐振器的示意图。如图6所示，断裂区域为单层断裂层105，且其位于压电层103靠近顶电极104一侧的上表面，断裂层105的深度小于压电层103的厚度。断裂区域插入顶电极104与压电层103之间的区域，其与顶电极104的边缘具有一定的距离，顶电极104的投影可以超出有效区域W。这样也保证有效区域W的大小。
图7示出了一个实施例的压电层被击穿的谐振器截面示意图。如图7所示，在另一实施例中，针对频率较高的谐振器，例如频率在5GHz-7GHz之间的谐振器其压电层103的厚度较小，如果设置的轰击离子的能量较高，离子可以击穿压电层103，使整个S区域的分子键全部断裂形成断裂区域，此时断裂区域为单层断裂层且贯穿整个压电层103。断裂区域的第二边缘延伸至衬底的表面上，并且与衬底直接接触，从而完成对底电极的包覆，以达到更佳的寄生振荡抑制效果。
图8示出了一个实施例的断裂层位于压电层某一深度的谐振器截面示意图。如图8所示，单层断裂层位于压电层内部一定深度处，其中，一定深度D的取值范围为0<D≤压电层厚度。
离子轰击压电层的深度D可以通过离子的能量大小进行调节，如果对轰击离子施加不同的能量，或者选择两种或两种以上的离子进行轰击，其达到的深度(即动能为0时其停止的深度位置)也不同，从而在压电层地不同深度形成断裂层。
图9示出了一个实施例的具有多层断裂层的谐振器截面示意图。如图9A和9B所示，在另一实施例中，压电层中可以存在多层断裂层，例如位于压电层中的断裂层均有双层。图9A的断裂层105a位于压电层的表面，断裂层105b位于压电层内，图9B的断裂层105a’与105b’全部位于压电层内。对于多层的断裂层，每一层可以先后以不同能量的离子或者分别选用不同元素的离子进行轰击来形成。以图9A为例，断裂层105a与105b可以分别选用Ar+、Kr+、Xe+等任意一种离子进行轰击。多层断裂层可以使干涉横波谐振最小化，以及纵向模式下的纵波最大化。并且，相比于在某一深度进行离子轰击的形成的断裂层的情况，双层的断裂层抑制寄生振荡的效果更好。并且，相比于图7所示，离子击穿压电层的情况，双层的断裂区域能够大大的节省离子轰击工艺的时间，使用少量的离子也可达到很好的抑制寄生振荡的效果，更加节约资源。相比于离子轰击某一深度的压电层形成单层断裂区域，双层的断裂区域起到类似双保险或多保险的功效，确保更好的断裂效果，并且更好地确保抑制寄生振荡。在具有双层断裂区域中，两层断裂区域分别位于压电层的顶部与压电层的底部，抑制寄生振荡的效果是最好的，这是因为只有断裂区域紧贴着上电极与下电极的时候，才能完全阻断上下电极之间的作用，减小该区域的压电振荡，从而减小寄生。
图10示出了掺杂稀土元素钪的AlN晶体结构示意图。断裂层结构可以应用于掺杂有稀土元素的压电层103。在压电材料中掺杂稀土元素，可以提高谐振器的有效机电耦合系数kt2。以AlN掺杂钪为例，如图10所示，钪原子代替一定比例的铝原子，由于Sc-N键长大于Al-N键长，键长的差异会在生成的AlScN材料中造成应力，使得电偶极子的数量改变，从而使压电层中的机械震荡效应变强，使得kt2增加。掺杂的稀土元素可选有：钪(Sc)、钇(Y)、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)及镥(Lu)。压电材料掺杂的稀土元素可以为上述的一种或多种。对于掺杂有稀土元素的压电层，同样可以使用本发明所述的方法进行离子轰击，例如，高能离子轰击进入AlN晶体后与Al、N或者Sc原子发生碰撞，最终导致掺杂Sc的AlN的化学键断裂，从而减小寄生振荡和削弱横波。
在之前的实施例中，声波反射结构可以是形成在衬底中的空腔。在另一实施例中，如图11，本发明的体声波谐振器中的声波反射结构还可以是其他结构，如布拉格反射层107。空腔可以是通过在衬底上表面凹陷形成，或者是在衬底的上表面与底电极之间形成。空腔内部填充的介质包括空气。空腔的侧壁设置为倾斜状或者垂直形状，且空腔的侧壁与衬底的上表面形成钝角。不论是何种声波反射结构，本发明提出的离子轰击形成的断裂区域都能够很好地实现寄生振荡的抑制效果。
根据本发明的实施例的体声波谐振器可以是多个谐振器串联和/或并联组成滤波器。在该情况下，本发明的技术方案的有益效果还体现在串联或并联组成滤波器的过程中。图12和13分别示出了在串联和并联情况下的谐振器的结构示意图。以串联为例，谐振器A的顶电极与谐振器B的底电极相连接，在普通连接结构的非有效区域中，谐振器A的顶电极与谐振器B的底电极距离较近，容易产生寄生振荡，使得谐振器的整体性能降低。使用本发明提供的谐振器可以通过断裂区域使顶电极与底电极隔离开，减小了该区域的寄生振荡，极大地提高整个滤波器的性能，减小杂散信号。同时因为不使用传统的桥式连接结构，减小了谐振器之间的距离，可以减小单个die的尺寸，提高单片晶圆的产出数量，整体上降低成本。在相邻两个谐振器相互并联的情况下，同串联结构，应用本发明谐振器也能够通过断裂区域隔离顶电极和底电极，进而减小寄生振荡。同时在并联情况下，相邻谐振器的相应断裂区域可以连成一体，从而具有更好的抑制效果。
图14示出了根据本申请的一个实施例的体声波谐振器的制造方法。如图14中的14a-14i所示，该方法的具体步骤如下：
如图14a所示，提供衬底，并对衬底101进行图形化处理，形成凹槽；其中，衬底的材料可以为Si/蓝宝石/尖晶石等。本实施例优选硅衬底。
如图14b所示，在空腔106中形成牺牲层108，随后进行化学机械抛光(CMP)，使牺牲层地表面与衬底地表面齐平，便于后续形成平坦的材料层；其中牺牲层材料可以选自二氧化硅、掺杂磷的二氧化硅(PSG)、多晶硅、金属(锗、美、铝)或者聚合物。本实施例优选为PSG。
如图14c所示，在空腔和衬底上制作底电极102，并对底电极的侧壁进行处理形成倾斜状；其中，底电极的材料优选为Mo。另外底电极102至少覆盖所述空腔106。
如图14d所示在底电极和衬底上制作压电层103，压电层在底电极倾斜侧壁的上方形成倾斜状；其中，压电层的材料优选为AlN。
如图14e所示，通过化学气相沉积法(CVD)在压电层上沉积掩膜(mask)109，将掩膜109进行图形化处理形成开口区域，掩膜的开口区域定义了压电层的失效区域，即S区域。底电极102的边缘距离开口区域边缘的距离为I。开口区域的纵向投影区域从有效区域向外侧包含了底电极末端区域并超过了底电极的末端，此区域的最外侧一部分在衬底上。其中掩膜采用硬掩膜或者软掩膜，硬掩膜可选用二氧化硅掩膜、氮化硅掩膜、氮化硅掩膜或者三氧化二铝掩膜，优选材料为SiO2；软掩膜优选材料为光刻胶(PR)。采用光刻胶作为掩膜109，可以实现更低的制造成本。但显影液易腐蚀压电层，制程不易控制，工艺兼容性不好。在高温工艺制程中，PR也容易失效，可能达不到较好的离子轰击效果。因此，本实施例优选采用SiO2作为掩膜。
如图14f所示，对压电层和掩膜进行离子轰击。首先对Ar原子进行离子化形成Ar+，使Ar+在强电场下进行加速获得高能量后，通过高能量的Ar+对开口区域的压电层进行轰击，改变压电层的物理性质，即打断压电层中原子之间的化学键。Ar+的能量在30KeV～600KeV之间可调节，对于有更高的能量，如800KeV甚至1000KeV或6000KeV也可以适用。
如图14g所示，去除掩膜，可以采用腐蚀溶液去除掩膜，例如氢氟酸(HF)。
如图14h所示，在压电层上制作顶电极104，顶电极104向一侧延伸到有效区域外，形成连接部110，连接部110覆盖部分断裂区域，谐振器通过连接部110与外部电性连接，顶电极的优选材料为Mo。
如图14i所示，去除牺牲层，形成空腔106，可以采用腐蚀溶液腐蚀牺牲层实现释放牺牲层的目的，腐蚀溶液例如氢氟酸。
值得注意的是，图14仅描述了在声波反射结构为空腔的情况下的制造方法，在声波反射结构为布拉格反射器时，其制造流程可以相应做出调整。
以上描述了本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词‘一’或‘一个’并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。

Claims (26)

1.一种体声波谐振器，至少包括：
衬底；
底电极层，所述底电极层和衬底之间具有声波反射结构；
顶电极层，所述顶电极层位于底电极层的上方；
压电层，所述压电层位于所述底电极层和顶电极层之间；
其特征在于，从所述压电层投影到所述衬底的角度来看，所述压电层的至少部分区域具有断裂区域，所述断裂区域具有相对的第一边缘和第二边缘，所述第一边缘不超过所述顶电极层的边缘，所述第二边缘延伸至所述底电极层的边缘以外，所述断裂区域内含有不同于构成压电层的材料的轰击离子。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子包括气体原子形成的离子。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子包括N3-、O2-、F-、He+和Ne+离子中的至少一种或几种的组合。
4.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子包括原子质量大于或等于氩原子的原子质量的离子。
5.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子包括Ar+、Kr+、Xe+和Rn+离子中的至少一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述压电层的至少一侧具有断裂区域。
7.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域环形覆盖压电层。
8.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述轰击离子占压电层材料的原子数比为0.1％～50％。
9.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域的第一边缘与顶电极层的边缘的距离范围为0～5μm。
10.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域的第二边缘与底电极层的边缘的距离范围是0～5μm。
11.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域的水平宽度范围为1～10μm。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域包括位于所述压电层中的单层断裂层。
13.根据权利要求12所述的体声波谐振器，其特征在于，所述单层断裂层位于所述压电层靠近顶电极层一侧的表面。
14.根据权利要求12所述的体声波谐振器，其特征在于，所述单层断裂层位于所述压电层的一定深度内。
15.根据权利要求1-11中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述断裂区域包括间隔设置在压电层的不同深度处的多层断裂层，并且所述多层断裂层中的至少一层位于所述压电层靠近顶电极一侧的表面。
16.根据权利要求1-11中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述压电层采用掺杂稀土元素的压电材料制成。
17.根据权利要求1-11中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述声波反射结构包括空腔或布拉格反射结构。
18.根据权利要求1-11中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极和声波反射结构之间还具有种子层。
19.根据权利要求19所述的体声波谐振器，其特征在于，所述种子层的材料和压电层的材料相同或者不同。
20.根据权利要求1-11中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于，包括至少两个并列形成的体声波谐振器个体，其中每个体声波谐振器个体的顶电极层分别经由在所述断裂区域上方延伸的连接层与所述另一体声波谐振器个体的顶电极层或底电极层相连接。
21.一种体声波谐振器的制造方法，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上形成声波反射结构；
在所述声波反射结构上依次形成底电极层、压电层和顶电极层；
在所述压电层的至少部分区域形成断裂区域，每一所述断裂区域具有相对的第一边缘和第二边缘，所述第一边缘不超过所述顶电极层的边缘，所述第二边缘延伸至所述底电极层的边缘以外，所述断裂区域内含有不同于构成压电层的材料的轰击离子。
22.根据权利要求21所述的制造方法，其特征在于，采用原子质量大于或等于氩原子原子质量的离子轰击所述压电层形成断裂区域。
23.根据权利要求22所述的制造方法，其特征在于，所述离子包括Ar+、Kr+、Xe+和Rn+离子中的一种或几种的组合。
24.根据权利要求21所述的制造方法，其特征在于，所述轰击离子的轰击能量在30KeV以上。
25.根据权利要求21所述的制造方法，其特征在于，采用两种以上不同的离子轰击所述压电层，形成至少两层相互分离的断裂层。
26.根据权利要求21所述的制造方法，其特征在于，形成所述断裂区域的具体步骤包括：(1)在所述压电层上制作掩膜，所述掩膜具有开口区域，所述开口区域至少暴露所述压电层部分区域；(2)对开口区域的压电层和掩膜层进行离子轰击，在开口区域的压电层上形成断裂区域；以及(3)去除所述掩膜。
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