CN114696773A - 体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备 - Google Patents

体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114696773A
CN114696773A CN202011633238.XA CN202011633238A CN114696773A CN 114696773 A CN114696773 A CN 114696773A CN 202011633238 A CN202011633238 A CN 202011633238A CN 114696773 A CN114696773 A CN 114696773A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
piezoelectric layer
thickness
mass loading
acoustic wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011633238.XA
Other languages
English (en)
Inventor
庞慰
班圣光
张孟伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ROFS Microsystem Tianjin Co Ltd
Original Assignee
ROFS Microsystem Tianjin Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ROFS Microsystem Tianjin Co Ltd filed Critical ROFS Microsystem Tianjin Co Ltd
Priority to CN202011633238.XA priority Critical patent/CN114696773A/zh
Publication of CN114696773A publication Critical patent/CN114696773A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

本发明涉及一种体声波谐振器及其制造方法。该体声波谐振器包括：基底；压电层；声学镜；底电极；和顶电极，其中：所述压电层为单晶压电层；在所述压电层的至少下侧设置有质量负载层。本发明还涉及一种滤波器以及一种电子设备。

Description

体声波谐振器及制造方法、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及其制造方法、一种包括该体声波谐振器的滤波器，以及一种包括该体声波谐振器或该滤波器的电子设备。
背景技术
随着5G通信技术的日益发展，对通信频段的要求越来越高。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。
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。
目前常规的多晶FBAR谐振器其工艺特点限定了其质量负载层只能制备在压电层的上方，其主要原因如下：1、目前的AlN基FBAR采用沉积的方法制备，其本身的应力较大；2、由于底电极刻蚀后存在段差，因此大应力的AlN在段差处容易断裂，此时如果在底电极和压电层之间增加一层质量负载层会进一步加重AlN的断裂风险，进而引起静电释放(ESD)风险。基于上述条件，目前采用沉积方式的FBAR是无法很好的在底电极制备质量负载层，所以存在较大问题。
目前的质量负载层一般仅设置在压电层的上方，这种结构会加大谐振器在厚度方向上的不均匀性，使得谐振器的二阶互调(IMD)非线性效应更为严重。
此外，只在压电层上方制备质量负载层也使得谐振器的频率调节范围较小。
目前的多晶AlN基FBAR因为上述原因无法消除厚度方向上的非线性，因此滤波器存在较大二阶互调，这通常可采用谐振器拆分的方法解决，但进而会增大滤波器的面积，所以不能够将质量负载层制备在上下两侧对滤波器性能有较大的影响。
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；
压电层，被支撑在所述基底上；
声学镜，设置在所述基底和所述压电层之间；
底电极，设置在所述压电层的下侧；和
顶电极，设置在所述压电层的上侧，
其中：
在所述压电层的至少下侧还设置有质量负载层。
根据本发明的另一个方面，还提供一种制造前述体声波谐振器的方法，包括：
步骤1：提供POI基板，所述POI基板包括辅助基底、设置在所述辅助基底上的绝缘层和设置在所述绝缘层上的单晶压电层，所述压电层背离所述绝缘层的一侧为压电层的第一侧；
步骤2：在所述单晶压电层的第一侧形成谐振器的底电极；
步骤3：形成支撑层和声学镜材料层，所述声学镜材料层用于形成谐振器的声学镜，所述支撑层限定所述声学镜材料层的边界，且所述支撑层的一侧与压电层的第一侧相接；
步骤4：设置功能基底，所述功能基底结合到所述支撑层的与所述一侧相对的另一侧；
步骤5：移除辅助基底以及至少一部分绝缘层，以至少露出对应于谐振器的有效区域的压电层的第二侧，第一侧与第二侧在压电层的厚度方向上相对；
步骤6：在压电层的第二侧形成谐振器的顶电极，
其中：
步骤2还包括在压电层的第一侧形成第一质量负载层。
根据本发明的另一个方面，还提供一种包括前述体声波谐振器的滤波器。
根据本发明的另一个方面，还提供一种包括前述体声波谐振器或滤波器的电子设备。
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为根据本发明的一个示例性实施例的、显示图1所示的体声波谐振器的局部放大的截面示意图，显示了压电层和位于压电层上下两侧的电极和质量负载层；
图3为根据本发明的另一个示例性实施例的、显示图1所示的体声波谐振器的一个变化实施例，显示了压电层和位于压电层上下两侧的电极和质量负载层；
图4为根据本发明的另一个示例性实施例的、显示图1所示的体声波谐振器的一个变化实施例，显示了压电层和位于压电层上下两侧的电极和质量负载层；
图5A-5I示例性示出了图1中的体声波谐振器的制造过程；
图6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，其中质量负载层的设置位置与图1所示的不同；
图7为根据本发明的还一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中仅在压电层的下侧设置有质量负载层。
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：
110：辅助基底，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。
111：功能基底，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。
112：封装基底，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。
120：绝缘层，可以是二氧化硅及其掺杂物、氮化硅、碳化硅、蓝宝石等。
130：单晶压电层，可选单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料，还可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。在进一步的实施例中，单晶压电层为单晶铌酸锂压电层或单晶钽酸锂压电层。
141：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。
142：顶电极，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。顶电极和底电极材料一般相同，但也可以不同。
152：牺牲材料层，其材料可以是SiO2、SiN等介质材料及其掺杂材料。
151：支撑层，材料可为铜，金或以上金属的复合或其合金等，也可以是SiN，SiO2等介质材料。如本领域技术人员能够理解的，在本发明中，如果牺牲材料层152用于形成声学镜空腔，则支撑层151的材料和牺牲材料层152的材料需要有一定的刻蚀选择比。
161：第一封装层，其可以是键合材料层，材料可为铜，金或以上金属的复合或其合金等，也可以是SiN，SiO2等介质材料。
162：第二封装层，其可以是键合材料层、材料可为铜，金或以上金属的复合或其合金等，也可以是SiN，SiO2等介质材料。在本发明的一个实施例中，第一封装层161与第二封装层162彼此键合，以将封装基底112与压电层130彼此结合。
170：声学镜，可以是空腔，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。
180：掩膜层，可以是光刻胶，也可以是SiO2等硬掩膜。
201：第一质量负载层，材料可以与底电极和相同，也可以与底电极不同。第一质量负载层的材料也可以为非金属材料，例如可以选用二氧化硅或金属氧化物等。第一质量负载层可以设置在压电层与底电极之间，或者设置在底电极中，或者设置在底电极的远离所述压电层的一侧。
202：第二质量负载层，材料可以与顶电极和相同，也可以与顶电极不同。第二质量负载层的材料也可以为非金属材料，例如可以选用二氧化硅或金属氧化物等。第二质量负载层可以设置在压电层与顶电极之间，或者设置在顶电极中，或者设置在顶电极的远离所述压电层的一侧。第一质量负载层201与第二质量负载层202的材料可以相同，也可以不同。
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。
如图1所示，体声波谐振器包括基底111、压电层130、声学镜170、底电极141和顶电极142。如图1所示，在图示的实施例中，在压电层130的下侧和上侧分别设置有第一质量负载层201和第二质量负载层202。
因此，在图1所示的实施例中，可以通过调节第一质量负载层201和第二质量负载层202的厚度来改善谐振器的性能。例如，本发明能够更大范围地调节谐振器的串联谐振频率Fs，并且能够更好地调节谐振器在厚度方向上的对称性，从而有利于最大限度地消除二阶互调。
如图1所示，在图示的实施例中，第一质量负载层201位于底电极141的下侧，即，底电极141被夹在第一质量负载层201和压电层130之间。第二质量负载层202位于顶电极142的上侧，即，顶电极142被夹在第二质量负载层202和压电层130之间。
如图1所示，在本发明的一个示例性实施例中，第一质量负载层201的材料可以与第二质量负载层202的材料相同。但是，本发明不局限于此，第一质量负载层201的材料也可以与第二质量负载层202的材料不同。
图2为根据本发明的一个示例性实施例的、显示图1所示的体声波谐振器的局部放大的截面示意图，显示了压电层和位于压电层上下两侧的电极和质量负载层。
在图1和图2所示的实施例中，可以通过调节第一质量负载层201的厚度和第二质量负载层202的厚度来调节体声波谐振器的厚度对称性，使得谐振器的压电层130的上下两侧的结构基本对称，这样有利于减少或消除二阶互调，有利于提高谐振器的性能。
在本发明的一个实施例中，如图1和2所示，第一质量负载层201和第二质量负载层202的材料与底电极141和顶电极142的材料相同，此外，体声波谐振器满足以下关系式：0.5≤(d1+d2)/(d3+d4)≤1.5(关系式1)，
其中，d1为顶电极142的厚度，d2为第二质量负载层202的厚度，d3为底电极141的厚度，d4为第一质量负载层201的厚度。(d1+d2)/(d3+d4)的上述取值有利于使得(d1+d2)的值与(d3+d4)的值两者之间相差不是太大，以有利于减少或消除二阶互调。
在进一步的实施例中，前述厚度比值(d1+d2)/(d3+d4)的范围还可以是：0.95≤(d1+d2)/(d3+d4)≤1.05(关系式2)。这样，可以进一步提高体声波谐振器的厚度对称性，进一步有利于减少或消除二阶互调和提高谐振器的性能。
还需要说明的是，当谐振器的频率较低或者需要不同谐振器的频率比较大时，如果只设置一层质量负载层，则需要质量负载层的厚度较大，而大厚度的质量负载层的厚度均一性较差。在图1和图2所示的实施例中，将质量负载层分成上下两层设置，这有利于提升质量负载层的厚度均一性。在本发明的示例性实施例中，第一质量负载层201和第二质量负载层202的厚度不大于
Figure BDA0002880579980000061
为了提升体声波谐振器的Q值等性能，通常在压电层130的一侧设置凹陷结构、凸起结构,桥翼结构等结构，但是这些结构会增加体声波谐振器在厚度方向上的不对称性。在谐振器的上下两侧均设置质量负载层，有利于平衡谐振器在厚度方向上的对称性或减小上述不对称性。
在本发明的一个示例性实施例中，第一质量负载层201和第二质量负载层202的材料与底电极141和顶电极142的材料均相同，此时，可以简单的通过上述的关系式1或关系式2，以厚度控制或改进来控制膜层的对称性。但是，当第一质量负载层201和第二质量负载层202的材料与底电极141和顶电极142的材料不同时，就可以控制在压电层130上下传播的声波周期数的方式来实现(例如通过下面提及的关系式3，例如在该关系式中t1/t2的值为1的情况下，认为上下传播的声波周期数相同，通过设置该关系式3，来控制压电层130上下传播的声波周期数的差距)，下面将参照图3具体说明如何控制声波在压电层130上下传播的声波周期数的差距的情况。
图3为根据本发明的另一个示例性实施例的、显示图1所示的体声波谐振器的一个变化实施例，显示了压电层和位于压电层上下两侧的电极和质量负载层。在图3所示的变化例中，第一质量负载层201和第二质量负载层202的材料与底电极141和顶电极142的材料不同。这会导致同一频率的声波在第一质量负载层201和第二质量负载层202中的传播速度不同于在底电极141和顶电极142中的传播速度。对于图3所示的实施例，为了控制声波在压电层130上下传播的声波周期数，体声波谐振器应当满足以下关系式：
0.5≤t1/t2≤1.5 (关系式3)
其中，t1＝d0/V0+d1/V1+d2/V2，t2＝d0/V0+d3/V3+d4/V4，d0为所述压电层的厚度的一半，d1为所述顶电极的厚度，d2为所述第二质量负载层的厚度，d3为所述底电极的厚度，d4为所述第一质量负载层201的厚度，V0为声波在所述压电层130内的声速，V1为声波在顶电极142内的声速，V2为声波在第二质量负载层202内的声速，V3为声波在底电极141内的声速，V4为声波在第一质量负载层201内的声速。
在进一步的实施例中，t1/t2的范围为：0.95≤t1/t2≤1.05(关系式4)。这样，有利于进一步减小声波在压电层130上下传播的声波周期数的差距。
在本发明的实施例中，第一质量负载层201的厚度与第二质量负载层202的厚度可以相同(例如参见图1、图2和图3)，也可以不同(例如参见后面提及的图4)。
如图1所示，在图示的实施例中，压电层130为所述压电层为单晶碳酸锂压电层或者单晶铌酸锂压电层。
在本发明的实施例中，单晶压电层130是纯平的膜层，即压电层130的顶面和底面是与压电层130的厚度方向垂直的平整表面。
如图1所示，在图示的实施例中，体声波谐振器还包括设置在基底111和压电层130之间的支撑层151，该支撑层151将压电层130支撑在基底111上。在图1所示的实施例中，声学镜为空腔形式，且该空腔在横向方向上的边界由支撑层151限定，如图1所示，底电极141和第一质量负载层201处于声学镜空腔内。在图1中，声学镜空腔的下侧由基底111的上侧限定，但是虽然没有示出，声学镜空腔的下侧也可以由支撑层151来限定，此时声学镜空腔为下凹到支撑层151内的凹陷部。
在可选的实施例中，如图1所示，压电层130为平直压电层，且压电层130与基底111大体平行。
如图1所示，在图示的实施例中，体声波谐振器还包括封装结构，该封装结构包括封装基底112和设置在所述封装基底112和所述压电层130之间的封装层(161和162)，所述封装基底112、所述压电层130和所述封装层限定容纳腔，顶电极142和第二质量负载层202处于所述容纳腔中。如图1所示，封装层包括第一封装层161和第二封装层162。
如图1所示，在图示的实施例中，在第一封装层与第二封装层彼此键合接合时，通过设置第一封装层161和第二封装层162，可以基于封装基底112的材料以及压电层130的材料选择适当的键合材料。
图5A-5I示例性示出了图1中的体声波谐振器的制造过程。下面参照附图5A-5I详细说明图1中的体声波谐振器的制造过程。
第一，如图5A所示，提供POI基板，该POI基板包括基底110、设置在基底110上的绝缘层120和设置在绝缘层120上的单晶压电层130。
如图5A所示，接着，在单晶压电层130的第一侧(即压电层130的下表面)上形成底电极141。例如，可以在单晶压电层130的第一侧沉积电极金属层并将金属层图形化而形成底电极141。
第二，如图5B所示，在底电极141上形成第一质量负载层201。第一质量负载层201可以以任何合适的方式形成在底电极141的外侧表面上，例如，可以通过沉积或溅射的方式。
在可选的实施例中，可以先在压电层130的第一侧依次沉积底电极的电极材料层以及第一质量负载的材料层，然后对质量负载材料层图形化而形成第一质量负载层，接着对电极材料层图形化而形成底电极141。在可选的实施例中，也可以先形成用于底电极的电极材料层以及用于第一质量负载层的材料层后，一次成型而形成底电极141和第一质量负载层201。
以上都可以形成图5B所示的结构。
第三，如图5C所示，在图5B所示结构上，在单晶压电层130的第一侧形成牺牲材料层152和支撑层151。例如，可以先在单晶压电层130的第一侧形成支撑层151，之后对支撑层151进行蚀刻以获得构成声学镜170的空腔，最后在该空腔中填充牺牲材料，以形成牺牲材料层152。如图5C所示，可以通过例如CMP(化学机械研磨)的方式使得支撑层151的表面与牺牲材料层152的表面齐平。也可以先形成牺牲材料层152，再形成支撑层151。
在图5C所示的实施例中，牺牲材料层152的表面与支撑层151的表面齐平，但是本发明不限于此。如前面已经提及的，可以先在图5B所示结构上沉积和图形化牺牲材料以形成牺牲材料层152，然后再沉积和图形化支撑材料，该支撑材料可以覆盖整个牺牲材料层152，再通过例如CMP(化学机械研磨)的方式将支撑层151的表面磨平，但是牺牲材料层152被支撑层151所覆盖。
第四，提供基底111，以及如图5D所示，将图5C所得到的结构体结合到基底111上，也就是将基底111结合到支撑层151上。这种结合可以是键合的方式，也可以其他任何能够将基底111与支撑层151结合的方式。
第五，将图5D的结构翻转，以及如图5E所示，去除POI基板的基底110和绝缘层120。虽然没有示出，绝缘层120可以保留一部分而留在谐振器的非有效区域的部分。基底110和绝缘层120在前述制造过程中可以实现对单晶压电层130的临时支撑和保护，以防压电层130受损。
第六，如图5F所示，在单晶压电层130的第二侧(即压电层130的上表面)上形成顶电极142。例如，可以在单晶压电层130的顶面沉积金属层并将金属层图形化成顶电极142。
第七，如图5G所示，在顶电极142上形成第二质量负载层202。第二质量负载层202可以以任何合适的方式形成在顶电极142的外侧表面上，例如，可以通过沉积或溅射的方式。
同样可以理解的，在可选的实施例中，可以先在压电层130的第二侧依次沉积顶电极的电极材料层以及第二质量负载的材料层，然后对质量负载材料层图形化而形成第二质量负载层，接着对电极材料层图形化而形成顶电极142。在可选的实施例中，也可以先形成用于顶电极的电极材料层以及用于第二质量负载层的材料层后，一次成型而形成顶电极142和第二质量负载层202。
第八，如图5H所示，利用刻蚀剂去除牺牲材料层152以得到声学镜170。
第九，如图5I所示，在单晶压电层130的第二侧形成封装结构，以将顶电极142和第二质量负载层202封装在封装结构限定的容纳腔中。
在图2和图3所示的实施例中，底电极141的厚度与顶电极142的厚度相同或大致相同。但是，当在一个基板上制备不同的产品时，根据谐振器的机电耦合系数和谐振频率的需求，底电极和顶电极的厚度可能有较大的差距，此时需要通过质量负载层去调节膜层之间的对称性，下面将参照图4来详细说明该情况。
图4为根据本发明的另一个示例性实施例的、显示图1所示的体声波谐振器的一个变化实施例，显示了压电层和位于压电层上下两侧的电极和质量负载层。在图4所示的实施例中，底电极141的厚度远大于顶电极142的厚度，这导致底电极141的厚度与顶电极142的厚度差距较大。因此，在图4所示的实施例中，需要通过调节第一质量负载层201和第二质量负载层202的厚度，对谐振器的平衡性进行调节，使得压电层130上下两侧的质量负载效应相同或相似。
图6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，其中质量负载层的设置位置与图1所示的不同。图6所示的实施例的体声波谐振器与图1所示的第一实施例的体声波谐振器的不同点在于第一质量负载层201和第二质量负载层202的设置位置不同。
如图6所示，在图示的实施例中，第一质量负载层201位于底电极141的上侧，即，第一质量负载层201被夹在底电极141和压电层130之间。第二质量负载层202位于顶电极142的下侧，即，第二质量负载层202被夹在顶电极142和压电层130之间。
图6所示的实施例的体声波谐振器的其他结构以及制造方法与图1所示的体声波谐振器的基本相同，为了简洁起见，本文不再赘述。
图7为根据本发明的还一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图。如图7所示，在图示的实施例中，体声波谐振器仅在压电层130的下侧设置有质量负载层201，在压电层130的上侧没有设置任何质量负载层。
如图7所示，在图示的实施例中，压电层130的下侧的质量负载层201位于底电极141的下侧，即，底电极141被夹在质量负载层201和压电层130之间。
但是，本发明不局限于图7所示的实施例，例如，质量负载层201也可以位于底电极141的上侧，即，质量负载层201被夹在底电极141和压电层130之间。
尽管未图示，在本发明的另一个示例性实施例中，质量负载层201也可以制作在底电极141中。
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其他半导体器件。
尽管已经参照附图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，例如，在图1和图6所示的实施例中，第一质量负载层201和第二质量负载层202可以分别形成在底电极141和顶电极142的内部。
在本发明的前述实例性的实施例中，由于在压电层的两侧中的至少一侧设置有质量负载层，因此，本发明能够通过调节质量负载层的厚度来调节谐振器的串联谐振频率Fs和谐振器在厚度方向上的对称性。
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，这里的基底为谐振器的器件基底。
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。
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；
压电层；
声学镜；
底电极；和
顶电极，
其中：
所述压电层为单晶压电层；
在所述压电层的至少下侧设置有质量负载层。
2、根据1所述的体声波谐振器，其中：
仅在所述压电层的下侧设置有质量负载层。
3.根据2所述的体声波谐振器，其中：
所述质量负载层设置在压电层与对应的电极之间，或者设置在对应的电极中，或者设置在对应电极的远离所述压电层的一侧。
4、根据1所述的体声波谐振器，其中：
在所述压电层的下侧和上侧分别设置有第一质量负载层和第二质量负载层。
5、根据4所述的体声波谐振器，其中：
所述体声波谐振器满足以下关系式：
0.5≤t1/t2≤1.5，
其中，t1＝d0/V0+d1/V1+d2/V2，t2＝d0/V0+d3/V3+d4/V4，d0为所述压电层的厚度的一半，d1为所述顶电极的厚度，d2为所述第二质量负载层的厚度，d3为所述底电极的厚度，d4为所述第一质量负载层的厚度，V0为声波在所述压电层内的声速，V1为声波在顶电极内的声速，V2为声波在第二质量负载层内的声速，V3为声波在底电极内的声速，V4为声波在第一质量负载层内的声速。
6、根据5所述的体声波谐振器，其中：
所述体声波谐振器满足以下关系式：0.95≤t1/t2≤1.05。
7、根据5所述的体声波谐振器，其中：
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的材料与所述底电极和所述顶电极的材料相同。
8、根据7所述的体声波谐振器，其中：
所述体声波谐振器满足以下关系式：
0.5≤(d1+d2)/(d3+d4)≤1.5，其中，d1为所述顶电极的厚度，d2为所述第二质量负载层的厚度，d3为所述底电极的厚度，d4为所述第一质量负载层的厚度。
9、根据8所述的体声波谐振器，其中：
所述体声波谐振器满足以下关系式：0.95≤(d1+d2)/(d3+d4)≤1.05。
10、根据5所述的体声波谐振器，其中：
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的材料与所述底电极和所述顶电极的材料不同。
11、根据4所述的体声波谐振器，其中：
所述第一质量负载层的厚度与所述第二质量负载层的厚度相同；或者
所述第一质量负载层的厚度与所述第二质量负载层的厚度不同。
12、根据4所述的体声波谐振器，其中：
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的厚度小于所述底电极和所述顶电极的厚度；或者
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的厚度不大于
Figure BDA0002880579980000131
或者
所述底电极的厚度与所述顶电极的厚度不同，所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的厚度彼此不同。
13、根据1所述的体声波谐振器，还包括：
支撑层，设置在所述基底和所述压电层之间。
14、根据13所述的体声波谐振器，其中：
所述压电层为平直压电层，且所述压电层与所述基底大体平行。
15、根据1-14中任一项所述的体声波谐振器，还包括：
封装结构，所述封装结构包括封装基底和设置在所述封装基底和所述压电层之间的封装层，所述封装基底、所述压电层和所述封装层限定容纳腔，所述顶电极处于所述容纳腔中。
16、一种体声波谐振器，包括：
第一基底和第二基底；
第一支撑层和第二支撑层；
压电层，第一支撑层设置在第一基底与压电层的第一侧之间以在压电层与第一基底之间形成第一空腔，第二支撑层设置在第二基底与压电层的与第一侧相对的第二侧之间以形成第二空腔；
第一电极和第二电极，分别设置在所述压电层的第一侧和第二侧，第一电极的至少一部分位于所述第一空腔内，第二电极的至少一部分位于所述第二空腔内，
其中：
所述压电层为单晶压电层；
在所述压电层的第一侧和第二侧中的至少一侧设置有质量负载层。
17、一种体声波谐振器的制造方法，包括：
步骤1：提供POI基板，所述POI基板包括辅助基底、设置在所述辅助基底上的绝缘层和设置在所述绝缘层上的单晶压电层，所述压电层背离所述绝缘层的一侧为压电层的第一侧；
步骤2：在所述单晶压电层的第一侧形成谐振器的底电极；
步骤3：形成支撑层和声学镜材料层，所述声学镜材料层用于形成谐振器的声学镜，所述支撑层限定所述声学镜材料层的边界，且所述支撑层的一侧与压电层的第一侧相接；
步骤4：设置功能基底，所述功能基底结合到所述支撑层的与所述一侧相对的另一侧；
步骤5：移除辅助基底以及至少一部分绝缘层，以至少露出对应于谐振器的有效区域的压电层的第二侧，第一侧与第二侧在压电层的厚度方向上相对；
步骤6：在压电层的第二侧形成谐振器的顶电极，
其中：
步骤2还包括在压电层的第一侧形成第一质量负载层。
18、根据17所述的方法，其中：
所述声学镜为声学镜空腔，所述声学镜材料层为牺牲材料层，所述方法还包括步骤：移除所述牺牲材料层以形成所述声学镜空腔。
19、根据17所述的方法，在所述步骤6之后，所述方法还包括：
步骤7：提供封装基底；
步骤8：在压电层的第二侧与封装基底的一侧之间设置封装层；
步骤9：使得封装基底与压电层的第二侧彼此接合以在封装基底、所述压电层的第二侧和所述封装层之间限定容纳腔，所述顶电极处于所述容纳腔中。
20、根据19所述的方法，其中：
所述支撑层和/或所述封装层为键合材料层。
21、根据17所述的方法，其中：
步骤2包括形成第一质量负载层的步骤，且步骤6包括形成第二质量负载层的步骤；
所述方法包括步骤：选择第一质量负载层、第二质量负载层、顶电极和底电极的厚度，以满足以下关系式：
0.5≤t1/t2≤1.5，
其中，t1＝d0/V0+d1/V1+d2/V2，t2＝d0/V0+d3/V3+d4/V4，d0为所述压电层的厚度的一半，d1为所述顶电极的厚度，d2为所述第二质量负载层的厚度，d3为所述底电极的厚度，d4为所述第一质量负载层的厚度，V0为声波在所述压电层内的声速，V1为声波在顶电极内的声速，V2为声波在第二质量负载层内的声速，V3为声波在底电极内的声速，V4为声波在第一质量负载层内的声速。
22、根据21所述的方法，其中：
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的材料与所述底电极和所述顶电极的材料相同；
所述方法还包括步骤：选择第一质量负载层、第二质量负载层、顶电极和底电极的厚度，以满足以下关系式：
0.5≤(d1+d2)/(d3+d4)≤1.5，其中，d1为所述顶电极的厚度，d2为所述第二质量负载层的厚度，d3为所述底电极的厚度，d4为所述第一质量负载层的厚度。
23、根据21或22所述的方法，其中：
第一质量负载层覆盖底电极，第二质量负载层覆盖顶电极。
24、一种滤波器，包括根据1-16中任一项所述的体声波谐振器。
25、一种电子设备，包括根据1-16中任一项所述的体声波谐振器，或者根据24所述的滤波器。
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；
压电层；
声学镜；
底电极；和
顶电极，
其中：
所述压电层为单晶压电层；
在所述压电层的至少下侧设置有质量负载层。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中：
仅在所述压电层的下侧设置有质量负载层。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其中：
所述质量负载层设置在压电层与对应的电极之间，或者设置在对应的电极中，或者设置在对应电极的远离所述压电层的一侧。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中：
在所述压电层的下侧和上侧分别设置有第一质量负载层和第二质量负载层。
5.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其中：
所述体声波谐振器满足以下关系式：
0.5≤t1/t2≤1.5，
其中，t1＝d0/V0+d1/V1+d2/V2，t2＝d0/V0+d3/V3+d4/V4，d0为所述压电层的厚度的一半，d1为所述顶电极的厚度，d2为所述第二质量负载层的厚度，d3为所述底电极的厚度，d4为所述第一质量负载层的厚度，V0为声波在所述压电层内的声速，V1为声波在顶电极内的声速，V2为声波在第二质量负载层内的声速，V3为声波在底电极内的声速，V4为声波在第一质量负载层内的声速。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中：
所述体声波谐振器满足以下关系式：0.95≤t1/t2≤1.05。
7.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中：
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的材料与所述底电极和所述顶电极的材料相同。
8.根据权利要求7所述的体声波谐振器，其中：
所述体声波谐振器满足以下关系式：
0.5≤(d1+d2)/(d3+d4)≤1.5，其中，d1为所述顶电极的厚度，d2为所述第二质量负载层的厚度，d3为所述底电极的厚度，d4为所述第一质量负载层的厚度。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其中：
所述体声波谐振器满足以下关系式：0.95≤(d1+d2)/(d3+d4)≤1.05。
10.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中：
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的材料与所述底电极和所述顶电极的材料不同。
11.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其中：
所述第一质量负载层的厚度与所述第二质量负载层的厚度相同；或者
所述第一质量负载层的厚度与所述第二质量负载层的厚度不同。
12.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其中：
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的厚度小于所述底电极和所述顶电极的厚度；或者
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的厚度不大于
Figure FDA0002880579970000021
或者
所述底电极的厚度与所述顶电极的厚度不同，所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的厚度彼此不同。
13.根据权利要求1所述的体声波谐振器，还包括：
支撑层，设置在所述基底和所述压电层之间。
14.根据权利要求13所述的体声波谐振器，其中：
所述压电层为平直压电层，且所述压电层与所述基底大体平行。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的体声波谐振器，还包括：
封装结构，所述封装结构包括封装基底和设置在所述封装基底和所述压电层之间的封装层，所述封装基底、所述压电层和所述封装层限定容纳腔，所述顶电极处于所述容纳腔中。
16.一种体声波谐振器，包括：
第一基底和第二基底；
第一支撑层和第二支撑层；
压电层，第一支撑层设置在第一基底与压电层的第一侧之间以在压电层与第一基底之间形成第一空腔，第二支撑层设置在第二基底与压电层的与第一侧相对的第二侧之间以形成第二空腔；
第一电极和第二电极，分别设置在所述压电层的第一侧和第二侧，第一电极的至少一部分位于所述第一空腔内，第二电极的至少一部分位于所述第二空腔内，
其中：
所述压电层为单晶压电层；
在所述压电层的第一侧和第二侧中的至少一侧设置有质量负载层。
17.一种体声波谐振器的制造方法，包括：
步骤1：提供POI基板，所述POI基板包括辅助基底、设置在所述辅助基底上的绝缘层和设置在所述绝缘层上的单晶压电层，所述压电层背离所述绝缘层的一侧为压电层的第一侧；
步骤2：在所述单晶压电层的第一侧形成谐振器的底电极；
步骤3：形成支撑层和声学镜材料层，所述声学镜材料层用于形成谐振器的声学镜，所述支撑层限定所述声学镜材料层的边界，且所述支撑层的一侧与压电层的第一侧相接；
步骤4：设置功能基底，所述功能基底结合到所述支撑层的与所述一侧相对的另一侧；
步骤5：移除辅助基底以及至少一部分绝缘层，以至少露出对应于谐振器的有效区域的压电层的第二侧，第一侧与第二侧在压电层的厚度方向上相对；
步骤6：在压电层的第二侧形成谐振器的顶电极，
其中：
步骤2还包括在压电层的第一侧形成第一质量负载层。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述声学镜为声学镜空腔，所述声学镜材料层为牺牲材料层，所述方法还包括步骤：移除所述牺牲材料层以形成所述声学镜空腔。
19.根据权利要求17所述的方法，在所述步骤6之后，所述方法还包括：
步骤7：提供封装基底；
步骤8：在压电层的第二侧与封装基底的一侧之间设置封装层；
步骤9：使得封装基底与压电层的第二侧彼此接合以在封装基底、所述压电层的第二侧和所述封装层之间限定容纳腔，所述顶电极处于所述容纳腔中。
20.根据权利要求19所述的方法，其中：
所述支撑层和/或所述封装层为键合材料层。
21.根据权利要求17所述的方法，其中：
步骤2包括形成第一质量负载层的步骤，且步骤6包括形成第二质量负载层的步骤；
所述方法包括步骤：选择第一质量负载层、第二质量负载层、顶电极和底电极的厚度，以满足以下关系式：
0.5≤t1/t2≤1.5，
其中，t1＝d0/V0+d1/V1+d2/V2，t2＝d0/V0+d3/V3+d4/V4，d0为所述压电层的厚度的一半，d1为所述顶电极的厚度，d2为所述第二质量负载层的厚度，d3为所述底电极的厚度，d4为所述第一质量负载层的厚度，V0为声波在所述压电层内的声速，V1为声波在顶电极内的声速，V2为声波在第二质量负载层内的声速，V3为声波在底电极内的声速，V4为声波在第一质量负载层内的声速。
22.根据权利要求21所述的方法，其中：
所述第一质量负载层和所述第二质量负载层的材料与所述底电极和所述顶电极的材料相同；
所述方法还包括步骤：选择第一质量负载层、第二质量负载层、顶电极和底电极的厚度，以满足以下关系式：
0.5≤(d1+d2)/(d3+d4)≤1.5，其中，d1为所述顶电极的厚度，d2为所述第二质量负载层的厚度，d3为所述底电极的厚度，d4为所述第一质量负载层的厚度。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中：
第一质量负载层覆盖底电极，第二质量负载层覆盖顶电极。
24.一种滤波器，包括根据权利要求1-16中任一项所述的体声波谐振器。
25.一种电子设备，包括根据权利要求1-16中任一项所述的体声波谐振器，或者根据权利要求24所述的滤波器。
CN202011633238.XA 2020-12-31 2020-12-31 体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备 Pending CN114696773A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011633238.XA CN114696773A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011633238.XA CN114696773A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114696773A true CN114696773A (zh) 2022-07-01

Family

ID=82133827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011633238.XA Pending CN114696773A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114696773A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024027737A1 (zh) * 2022-08-05 2024-02-08 天津大学 双基板和压电层形成三明治结构的石英谐振器及电子器件
TWI839228B (zh) * 2023-05-24 2024-04-11 世界先進積體電路股份有限公司 壓電結構及其形成方法
FR3143258A1 (fr) * 2022-12-13 2024-06-14 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Procédé de réalisation d’un filtre à ondes acoustiques de volume.

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024027737A1 (zh) * 2022-08-05 2024-02-08 天津大学 双基板和压电层形成三明治结构的石英谐振器及电子器件
FR3143258A1 (fr) * 2022-12-13 2024-06-14 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Procédé de réalisation d’un filtre à ondes acoustiques de volume.
EP4391374A1 (fr) * 2022-12-13 2024-06-26 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Procédé de réalisation d'un filtre à ondes acoustiques de volume
TWI839228B (zh) * 2023-05-24 2024-04-11 世界先進積體電路股份有限公司 壓電結構及其形成方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111865248B (zh) 谐振器组件及其制造方法、半导体器件、电子设备
CN114696773A (zh) 体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备
CN111756351B (zh) 体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备
CN111193489B (zh) 体声波谐振器、滤波器和电子设备
CN114389559A (zh) 体声波谐振器及组件、滤波器、电子设备
CN114070233A (zh) 降低寄生模式的体声波谐振器、滤波器及电子设备
CN112087216B (zh) 具有声学孔的体声波谐振器及组件、滤波器及电子设备
CN114696774A (zh) 单晶体声波谐振器、滤波器及电子设备
WO2022228384A1 (zh) 体声波谐振器、滤波器及电子设备
CN115622526A (zh) 一种体声波谐振器及其制备方法
EP4175171A1 (en) Bulk acoustic wave resonator and manufacturing method therefor, filter and electronic device
CN117013979B (zh) 一种体声波谐振器及其制备方法、滤波器和电子设备
CN117013978B (zh) 一种体声波谐振器及其制备方法、滤波器和电子设备
CN114257208A (zh) 体声波谐振器及组件、机电耦合系数差值调整方法、滤波器、电子设备
CN117559939B (zh) 体声波谐振器及其形成方法、滤波器
CN116707481A (zh) 体声波谐振器、形成方法、滤波器及通信设备
WO2022135252A1 (zh) 带温补层的体声波谐振器、滤波器及电子设备
WO2022037572A1 (zh) 顶电极具有上下空隙的体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备
CN115882812A (zh) 选择凸起结构的角度以提升性能的体声波谐振器
CN117176101A (zh) 一种体声波谐振器及其制备方法、滤波器和电子设备
CN115051680A (zh) 具有单晶和多晶体声波谐振器的滤波器及电子设备
CN115208347A (zh) 压电层下侧设置凸起和/或凹陷的体声波谐振器、滤波器及电子设备
CN115765675A (zh) 包括间隙电极的体声波谐振器、滤波器及电子设备
CN114844481A (zh) 体声波谐振器、滤波器及电子设备
CN115276598A (zh) 体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination