CN114793102A - 体声波谐振器组、制备方法及体声波滤波器、通信器件 - Google Patents
体声波谐振器组、制备方法及体声波滤波器、通信器件 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种体声波谐振器组、制备方法及体声波滤波器、通信器件。该体声波谐振器组包括：若干体声波谐振器，体声波谐振器包括底电极、压电层和顶电极的叠层结构；体声波谐振器位于衬底的表面，且体声波谐振器和衬底围成空腔结构；若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器。本发明实施例提供的技术方案，减小了体声波谐振器组的尺寸，增加了体声波谐振器组的品质因数。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种体声波谐振器组、制备方法及体声波滤波器、通信器件。
背景技术
体声波谐振器组包括若干体声波谐振器，可以构成体声波滤波器，由于其工作频率高、功耗低、品质因数高等特点，目前已成为通信器件领域重要的器件被广泛应用。
现有的体声波谐振器组的尺寸过大，不利于体声波谐振器组和体声波滤波器的小型化。且通信技术的快速发展要求体声波滤波器工作频率不断提高，高工作频率意味着体声波谐振器的厚度尤其是电极的薄膜厚度要进一步减小；然而电极厚度的减小带来的主要负面效应为电学损耗增加导致品质因数的降低。
发明内容
本发明提供了一种体声波谐振器组、制备方法及体声波滤波器、通信器件，以减小体声波谐振器组的尺寸，增加体声波谐振器组的品质因数。
根据本发明的一方面，提供了一种体声波谐振器组，包括：若干体声波谐振器，所述体声波谐振器包括底电极、压电层和顶电极的叠层结构；
所述体声波谐振器位于衬底的表面，且所述体声波谐振器和所述衬底围成空腔结构；
若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器。
可选地，当内层体声波谐振器有两个以上时，两个以上的内层体声波谐振器在竖直方向上堆叠设置和/或两个以上的内层体声波谐振器水平设置。
可选地，所述体声波谐振器包括相连的侧面围墙部和台面部，所述侧面围墙部位于衬底的表面用于支撑所述台面部，所述侧面围墙部、所述台面部以及所述衬底围成所述空腔结构。
可选地，所述空腔结构在竖直方向的截面图形包括梯形。
可选地，所述体声波谐振器包括在竖直方向上相邻设置的第一体声波谐振器和第二体声波谐振器，所述第一体声波谐振器位于所述衬底的表面，所述第一体声波谐振器和所述衬底围成空腔结构，所述第一体声波谐振器位于所述第二体声波谐振器和所述衬底之间的空腔结构内，且所述第二体声波谐振器和所述第一体声波谐振器之间间隔预设距离。
可选地，所述体声波谐振器包括第一体声波谐振器、第二体声波谐振器和第三体声波谐振器；
所述第一体声波谐振器和所述第二体声波谐振器在水平方向排布，所述第一体声波谐振器位于所述衬底的表面，所述第二体声波谐振器位于所述衬底的表面，所述第一体声波谐振器和所述第二体声波谐振器位于所述第三体声波谐振器和所述衬底形成的空腔结构中；所述第三体声波谐振器和所述第一体声波谐振器之间间隔预设距离，所述第三体声波谐振器和所述第二体声波谐振器之间间隔预设距离。
可选地，所述第一体声波谐振器的顶电极和所述第二体声波谐振器的顶电极通过第一电极连接；
所述第一体声波谐振器的底电极和所述第二体声波谐振器的底电极通过第二电极连接。
可选地，所述衬底的表面设置有内置凹槽，所述内置凹槽内填充有布拉格反射层，所述体声波谐振器和所述衬底表面接触的部分在所述衬底的正投影覆盖所述内置凹槽在所述衬底的正投影。
可选地，所述底电极内设置有第一空隙结构；
和/或，所述顶电极内设置有第二空隙结构。
可选地，所述第一空隙结构内填充有空气或者介质材料；
和/或，所述第二空隙结构内填充有空气或者介质材料。
可选地，所述体声波谐振器的底电极与第三电极连接；
所述体声波谐振器的顶电极与第四电极连接。
根据本发明的另一方面，提供了一种体声波滤波器，包括若干衬底，所述衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面，所述衬底的第一表面设置有如本发明任一实施例所述的体声波谐振器组。
可选地，所述衬底包括相邻设置的第一衬底和第二衬底；
所述第一衬底的第一表面设置有若干所述体声波谐振器组，所述第二衬底的第二表面设置有若干所述体声波谐振器组，所述第一衬底和所述第二衬底之间的体声波谐振器组呈叉指状分布。
可选地，还包括导电结构，所述导电结构位于衬底的表面，用于与所述体声波谐振器的底电极或者顶电极电连接。可选地，相邻所述衬底之间的距离小于相邻所述衬底之间的两个体声波谐振器组的厚度之和。
根据本发明的另一方面，提供了一种通信器件，包括本发明任一实施例所述的体声波滤波器；
所述通信器件包括滤波器、双工器以及多工器中的至少一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种体声波谐振器组的制备方法，包括：提供衬底；
在所述衬底的表面形成若干体声波谐振器，其中，所述体声波谐振器包括底电极、压电层和顶电极的叠层结构；所述体声波谐振器位于衬底的表面，且所述体声波谐振器和所述衬底围成空腔结构，若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器；
其中，所述体声波谐振器包括在竖直方向上相邻设置的第一体声波谐振器和第二体声波谐振器，在所述衬底的表面形成若干体声波谐振器包括：
在所述衬底的表面形成第一体声波谐振器，其中，所述第一体声波谐振器位于衬底的表面，且所述第一体声波谐振器和所述衬底围成空腔结构；
在所述第一体声波谐振器背离所述衬底的表面形成第一牺牲层；
在所述第一牺牲层背离所述第一体声波谐振器的表面形成第二体声波谐振器；
释放所述第一牺牲层，其中，所述第一体声波谐振器位于所述第二体声波谐振器和所述衬底之间的空腔结构内，且所述第二体声波谐振器和所述第一体声波谐振器之间间隔预设距离。
可选地，在所述衬底的表面形成第一体声波谐振器包括：
在所述衬底的表面形成第二牺牲层；
在所述第二牺牲层背离所述衬底的表面形成底电极；
在所述底电极背离所述第二牺牲层的表面形成压电层；
在所述压电层背离所述底电极的表面形成顶电极；
释放所述第二牺牲层，以形成所述第一体声波谐振器和所述衬底围成的空腔结构。
可选地，在所述第二牺牲层背离所述衬底的表面形成底电极包括：
在所述第二牺牲层背离所述衬底的表面形成第一子底电极；
在所述第一子底电极背离所述第二牺牲层的表面形成第三牺牲层；
在所述第三牺牲层背离所述第一子底电极的表面形成第二子底电极；
释放所述第三牺牲层，以形成第一空隙结构；
和/或，在所述压电层背离所述底电极的表面形成顶电极包括：
在所述压电层背离所述底电极的表面形成第一子顶电极；
在所述第一子顶电极背离所述压电层的表面形成第四牺牲层；
在所述第四牺牲层背离所述第一子顶电极的表面形成第二子顶电极；
释放所述第四牺牲层，以形成第二空隙结构。
本发明实施例提供的技术方案，体声波谐振器组中若干体声波谐振器位于衬底的表面，且体声波谐振器和衬底围成空腔结构，空腔结构可以将声波反射回体声波谐振器，从而减小声波的损耗，提高了体声波谐振器组的品质因数。且本实施例中以体声波谐振器和衬底围成的空腔结构作为声反射结构，无需通过在衬底挖槽、在衬底的表面设置单独的空腔密封结构或者在衬底表面制作布拉格反射层作为声反射结构，一方面降低了体声波谐振器组的水平尺寸和竖直方向的尺寸，另一方面简化了制备工艺，降低了制备成本。另外，若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器，进一步降低了体声波谐振器组竖直方向的尺寸，且内层体声波谐振器可有效利用外层体声波谐振器的空腔结构，从而节省了体声波谐振器组的占用面积。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例提供的一种体声波谐振器组的结构示意图；
图2是根据本发明实施例提供的另一种体声波谐振器组的结构示意图；
图3是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的结构示意图；
图4是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的结构示意图；
图5是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的结构示意图；
图6是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的结构示意图；
图7是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的结构示意图；
图8是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的结构示意图；
图9是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的结构示意图；
图10是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的结构示意图；
图11是根据本发明实施例提供的一种体声波滤波器的结构示意图；
图12是根据本发明实施例提供的另一种体声波滤波器的结构示意图；
图13是根据本发明实施例提供的又一种体声波滤波器的结构示意图；
图14是根据本发明实施例提供的一种体声波谐振器组的制备方法的流程图；
图15是图14中S120包括的制备方法的流程图；
图16-20是根据本发明实施例提供的一种体声波谐振器组的制备方法各步骤对应的结构示意图；
图21是根据本发明实施例提供的另一种体声波谐振器组的制备方法的流程图；
图22-图26是根据本发明实施例提供的一种体声波谐振器组的制备方法各步骤对应的结构示意图；
图27是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的制备方法的流程图；
图28-图35是根据本发明实施例提供的一种体声波谐振器组的制备方法各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或器的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或器，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或器。
本发明实施例提供了一种体声波谐振器组，该体声波谐振器组包括：若干体声波谐振器，体声波谐振器包括底电极、压电层和顶电极的叠层结构；体声波谐振器位于衬底的表面，且体声波谐振器和衬底围成空腔结构，若干体声波谐振器子在竖直方向堆叠放置，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器。
图1是本发明实施例提供的一种体声波谐振器组的结构示意图。示例性的，图1示出了衬底001表面的第一体声波谐振器10，第一体声波谐振器10包括底电极11、压电层12和顶电极13的叠层结构。第一体声波谐振器10和衬底001围成空腔结构10a。
可选地，当内层体声波谐振器有两个以上时，两个以上的内层体声波谐振器在竖直方向上堆叠设置和/或两个以上的内层体声波谐振器水平设置。
图2是本发明实施例提供的另一种体声波谐振器组的结构示意图。示例性的，图2在第一体声波谐振器10之上还设置了第二体声波谐振器20。第二体声波谐振器20包括底电极21、压电层22和顶电极23的叠层结构。第二体声波谐振器20和衬底001围成空腔结构20a。第一体声波谐振器10位于第二体声波谐振器20和衬底001之间的空腔结构20a内，且第二体声波谐振器20和第一体声波谐振器10之间间隔预设距离。第一体声波谐振器10作为内层体声波谐振器，第二体声波谐振器20作为外层体声波谐振器。需要说明的是，在其他实施例中，还可以在第二体声波谐振器20之上预设距离内继续设置体声波谐振器。
图3是本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的结构示意图。示例性的，图3中的体声波谐振器组包括第一体声波谐振器10、第二体声波谐振器20和第三体声波谐振器30，第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20作为内层体声波谐振器水平设置，第三体声波谐振器30作为外层体声波谐振器，在竖直方向堆叠在两个内层体声波谐振器之上。其中，第三体声波谐振器30包括底电极31、压电层32和顶电极33的叠层结构。第三体声波谐振器30和衬底001围成空腔结构30a。外层体声波谐振器和衬底001围成的空腔结构30a中设置有两个内层体声波谐振器，分别是第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20。
需要说明的是，在本实施例中，内层体声波谐振器和外层体声波谐振器是相对而言的。以图2为例，在竖直方向上的两个体声波谐振器，距离衬底001更近的第一体声波谐振器10作为内层体声波谐振器，距离衬底001较远的第二体声波谐振器20作为外层体声波谐振器。在其他实施例中，在第二体声波谐振器20之上还设置有其他体声波谐振器时，第二体声波谐振器20相对于其上的其他体声波谐振器，可以作为内层体声波谐振器。以图3为例，距离衬底001更近的第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20作为内层体声波谐振器，距离衬底001较远的第三体声波谐振器30作为外层体声波谐振器。
本发明实施例提供的技术方案，体声波谐振器组中若干体声波谐振器位于衬底的表面，且体声波谐振器和衬底围成空腔结构，空腔结构可以将声波反射回体声波谐振器，从而减小声波的损耗，提高了体声波谐振器组的品质因数。且本实施例中以体声波谐振器和衬底围成的空腔结构作为声反射结构，无需通过在衬底挖槽、在衬底的表面设置单独的空腔密封结构或者在衬底表面制作布拉格反射层作为声反射结构，一方面降低了体声波谐振器组的水平尺寸和竖直方向的尺寸，另一方面简化了制备工艺，降低了制备成本。另外，若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器，进一步降低了体声波谐振器组竖直方向的尺寸，且内层体声波谐振器可有效利用外层体声波谐振器的空腔结构，从而节省了体声波谐振器组的占用面积。
可选地，体声波谐振器包括相连的侧面围墙部和台面部，侧面围墙部位于衬底的表面用于支撑台面部，侧面围墙部、台面部以及衬底围成空腔结构。
示例性的，参见图1，衬底001表面的第一体声波谐振器10包括相连的侧面围墙部10b和台面部10c，侧面围墙部10b位于衬底001的表面用于支撑台面部10c，侧面围墙部10b、台面部10c以及衬底001围成空腔结构10a。
参见图2，衬底001的表面在第一体声波谐振器10之上还设置有第二体声波谐振器20，第二体声波谐振器20同样包括相连的侧面围墙部20b和台面部20c，侧面围墙部20b位于衬底001的表面用于支撑台面部20c，侧面围墙部20b、台面部20c以及衬底001围成空腔结构20a。第一体声波谐振器10位于第二体声波谐振器20和衬底001之间的空腔结构20a内，且第二体声波谐振器20和第一体声波谐振器10之间间隔预设距离。
参见图3，第三体声波谐振器30作为外层体声波谐振器，在竖直方向堆叠在两个内层体声波谐振器之上。第三体声波谐振器30同样包括相连的侧面围墙部30b和台面部30c，侧面围墙部30b位于衬底001的表面用于支撑台面部30c，侧面围墙部30b、台面部30c以及衬底001围成空腔结构30a。图3与图2不同的是，第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20在图2中是在竖直方向堆叠，第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20在图2中是在水平方向排布。
具体的，体声波谐振器的侧面围墙部位于衬底的表面用于支撑台面部，侧面围墙部、台面部以及衬底围成空腔结构，来将声波反射回体声波谐振器，无需通过在衬底挖槽、在衬底的表面设置单独的空腔密封结构或者在衬底表面制作布拉格反射层作为声反射结构，一方面降低了体声波谐振器组的水平尺寸和竖直方向的厚度，另一方面简化了制备工艺，降低了制备成本。在本实施例中，可以根据侧面围墙部和台面部的形状来确定空腔结构的形状。在图1-图3中，空腔结构在竖直方向的截面图形包括梯形。在其他实施中，空腔结构在竖直方向的截面图形包括梯形但不限于此。
可选地，衬底的表面设置有内置凹槽，内置凹槽内填充有布拉格反射层，体声波谐振器和衬底表面接触的部分在衬底的正投影覆盖内置凹槽在衬底的正投影。
示例性的，参见图4-图6，衬底001的表面设置有内置凹槽001a，内置凹槽001填充有布拉格反射层，体声波谐振器和衬底表面接触的部分在衬底001的正投影覆盖内置凹槽001a在衬底001的正投影。需要说明的是，在本发明实施例中的结构示意图中均示出了衬底表面的内置凹槽001a，以及内置凹槽001a内填充的布拉格反射层。
具体的，内置凹槽内填充的布拉格反射层，可以将声波反射回体声波谐振器，减小了衬底对于声波的损耗，进一步提高了体声波谐振器组的品质因数。且布拉格反射层位于内置凹槽内，相比布拉格反射层位于衬底表面的方案，降低了体声波谐振器组竖直方向的尺寸。
可选地，底电极内设置有第一空隙结构；和/或，顶电极内设置有第二空隙结构。
示例性的，图7的第一体声波谐振器10中，底电极11内设置有第一空隙结构11a，顶电极13内设置有第二空隙结构13a。
图8在第一体声波谐振器10之上还设置有第二体声波谐振器20,第二体声波谐振器20中，底电极21内设置有第一空隙结构21a，顶电极23内设置有第二空隙结构23a。需要说明的是，在其他实施例中，还可以在第二体声波谐振器20之上预设距离内继续设置体声波谐振器。
需要说明的是，图3示出的体声波谐振器组中的底电极和顶电极中也可以设置空隙结构来反射声波，降低体声波谐振器组中每一个体声波谐振器的声波损耗。
具体的，底电极内设置的第一空隙结构可以弥补底电极厚度变薄带来的品质因数低的缺陷，通过第一空隙结构来构成双层电极并联结构，可以将声波反射回该体声波谐振器，有效减小体声波谐振器的电学损耗，从而提高体声波谐振组的品质因数。顶电极内设置的第二空隙结构可以弥补底电极厚度变薄带来的品质因数低的缺陷，通过第二空隙结构来构成双层电极并联结构，可以将声波反射回该体声波谐振器，有效减小体声波谐振器的电学损耗，从而提高体声波谐振组的品质因数。综上，在本实施例中，在体声波谐振器的顶电极和/或底电极中设置空隙结构。位于电极中的空隙结构可有效的反射声波，大幅降低进入远离压电层一侧的附加电极的声波能量，从而有效抑制或消除所述附加电极由于参与声学振动所带来的负面效应。另外，围成空隙结构的上下电极层可以构成并联电路结构，这可有效降低谐振器的电学损耗，提高谐振器的Q值，尤其是串联谐振点及其附近频率处的Q值。
可选地，第一空隙结构内填充有空气或者介质材料；和/或，第二空隙结构内填充有或者介质材料。
示例性的，空气或者介质材料例如布拉格反射层，其可以将声波反射回该体声波谐振器，从而提高体声波谐振组的品质因数。
可选地，第一体声波谐振器的顶电极和第二体声波谐振器的顶电极通过第一电极连接；第一体声波谐振器的底电极和第二体声波谐振器的底电极通过第二电极连接。
示例性的，参见图9，第一体声波谐振器10的顶电极13和第二体声波谐振器20的顶电极23通过第一电极40连接。第一体声波谐振器10的底电极11和第二体声波谐振器20的底电极21通过第二电极41连接。需要说明的是，图9示出的体声波谐振器组中的底电极和顶电极中也可以设置空隙结构来反射声波，降低体声波谐振器组中每一个体声波谐振器的声波损耗。
具体的，对于相邻设置的两个体声波谐振器，例如是第一体声波谐振器和第二体声波谐振器，第一电极用于为两个体声波谐振器的顶电极提供电信号，第二电极用于为两个体声波谐振器的底电极提供电信号。示例性的，第一电极和第二电极可以采用低电阻率材料，例如铝，铜，金，银等或上述金属的合金。需要说明的是，在其他实施例中，还可以在第二体声波谐振器20之上预设距离内继续设置体声波谐振器。
可选地，体声波谐振器的底电极与第三电极连接；体声波谐振器的顶电极与第四电极连接。
示例性的，参见图10，第一体声波谐振器10的底电极11与第三电极43连接；第一体声波谐振器的顶电极13与第四电极42连接。
具体的，对于底电极和顶电极设置有空隙结构的体声波谐振器，第三电极为体声波谐振器的底电极提供电信号，第四电极为体声波谐振器的顶电极提供电信号。示例性的，第三电极和第四电极可以采用低电阻率材料，例如铝，铜，金，银等或上述金属的合金。
本发明实施例还提供了一种体声波滤波器。该体声波滤波器包括若干衬底，衬底包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面，衬底的第一表面设置有如上述实施例中任意所述的体声波谐振器组。
示例性的，参见图11，体声波滤波器中包括两个衬底，分别是第一衬底001和第二衬底002，每一个衬底都有第一表面1a和与第一表面相对设置的第二表面1b。第一衬底001的第一表面1a设置有第一体声波谐振器组S0。第二衬底002的第一表面1a设置有第二体声波谐振器组S1。图11中还设置有晶圆盖板100，用于保护第二衬底002表面的第二体声波谐振器组S1。
本发明实施例提供的体声波滤波器包括上述实施例中任意所述的体声波谐振器组，其中，体声波谐振器组中若干体声波谐振器位于衬底的表面，且体声波谐振器和衬底围成空腔结构，空腔结构可以将声波反射回体声波谐振器，从而减小声波的损耗，提高了体声波谐振器组的品质因数。且本实施例中以体声波谐振器和衬底围成的空腔结构作为声反射结构，无需通过在衬底挖槽、在衬底的表面设置单独的空腔密封结构或者在衬底表面制作布拉格反射层作为声反射结构，一方面降低了体声波谐振器组的水平尺寸和竖直方向的尺寸，另一方面简化了制备工艺，降低了制备成本。另外，若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，内层体声波谐振器占用外层体声波谐振器的空腔结构的部分空间，进一步降低了体声波谐振器组竖直方向的尺寸，且内层体声波谐振器可有效利用外层体声波谐振器的空腔结构，从而节省了体声波谐振器组的占用面积。
可选地，衬底包括相邻设置的第一衬底和第二衬底；第一衬底的第一表面设置有若干体声波谐振器组，第二衬底的第二表面设置有若干体声波谐振器组，第一衬底和第二衬底之间的体声波谐振器组呈叉指状分布。
示例性的，参见图12和图13，衬底包括相邻设置的第一衬底001和第二衬底002，第一衬底001的第一表面1a设置有第一体声波谐振器组S0，第二衬底002的第二表面1b设置有第二体声波谐振器组S1。第一体声波谐振器组S0和第二体声波谐振器组S1呈叉指状分布，第一衬底001和第二衬底002之间的距离小于第一体声波谐振器组S0和第二体声波谐振器组S1之间的厚度之和，降低了体声波滤波器竖直方向的尺寸。其中，图13和图12的区别是，图13中的体声波谐振器组在体声波谐振器的顶电极和/或底电极中设置空隙结构。位于电极中的空隙结构可有效的反射声波，大幅降低进入远离压电层一侧的附加电极的声波能量，从而有效抑制或消除所述附加电极由于参与声学振动所带来的负面效应。另外，围成空隙结构的上下电极层可以构成并联电路结构，这可有效降低谐振器的电学损耗，提高谐振器的Q值，尤其是串联谐振点及其附近频率处的Q值。
可选地，还包括导电结构，所述导电结构位于衬底的表面，用于与体声波谐振器的底电极或者顶电极电连接。
示例性的，参见图11-图13，还包括导电结构70，导电结构70位于衬底的表面，用于将不同衬底之上的体声波谐振器的底电极或者顶电极的电信号引出，导电结构70还可以通过导电通孔71和重布线层72将衬底表面的体声波谐振器组的电信号引出，便于将体声波滤波器的电信号和电容、电感、电阻以及功能芯片中的至少一种组成的电路实现电连接。且导电结构70还可以作为相邻衬底之间的键合结构。在图11中，导电结构70还可以作为第二衬底002和盖板100之间的键合结构。
本发明实施例还提供了一种通信器件，包括上述技术方案中任意所述的体声波滤波器；通信器件包括滤波器、双工器以及多工器中的至少一种。
具体的，双工器可以简单的理解为两个体声波滤波器的工作，一个是接收体声波滤波器来接收信号，一个是发射体声波滤波器来发射信号。多工器可以简单的理解为至少两个双工器构成的通信器件。
本发明实施例提供的通信器件包括如上述技术方案中任意所述的体声波滤波器，因此具有上述体声波滤波器所具有的有益效果，在此不再赘述。
本发明实施例还提出了一种体声波谐振器组的制备方法。图14是根据本发明实施例提供的一种体声波谐振器组的制备方法的流程图。图15是图14中S120包括的制备方法的流程图。参见图14，该体声波谐振器组的制备方法包括如下步骤：
S110、提供衬底。
参见图16，提供衬底001。衬底001可以选择单晶硅、砷化镓、蓝宝石以及石英等材料。为了降低衬底001对于声波的损耗，参见图5，可以在衬底001的表面通过蚀刻工艺形成内置凹槽001a，并在内置凹槽001a内填充布拉格反射层，以使第一体声波谐振器10和衬底001表面接触的部分在衬底001的正投影覆盖内置凹槽001a在衬底001的正投影。
S120、在衬底的表面形成若干体声波谐振器，其中，体声波谐振器包括底电极、压电层和顶电极的叠层衬底结构；体声波谐振器位于衬底的表面，且体声波谐振器和衬底围成空腔结构，若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器。
参见图2,体声波谐振器包括在竖直方向上相邻设置的第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20。第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20在竖直方向堆叠。第一体声波谐振器10包括底电极11、压电层12和顶电极13的叠层结构。第一体声波谐振器10和衬底001围成空腔结构10a。在第一体声波谐振器10之上还设置了第二体声波谐振器20。第二体声波谐振器20包括底电极21、压电层22和顶电极23的叠层结构。第二体声波谐振器20和衬底001围成空腔结构20a。第一体声波谐振器10位于第二体声波谐振器20和衬底001之间的空腔结构20a内，且第二体声波谐振器20和第一体声波谐振器10之间间隔预设距离。第一体声波谐振器10作为内层体声波谐振器，第二体声波谐振器20作为外层体声波谐振器，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有内层体声波谐振器。需要说明的是，在其他实施例中，还可以在第二体声波谐振器20之上预设距离内继续形成体声波谐振器。
图3中的体声波谐振器组包括第一体声波谐振器10、第二体声波谐振器20和第三体声波谐振器30，第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20作为内层体声波谐振器水平设置，第三体声波谐振器30作为外层体声波谐振器，在竖直方向堆叠在两个内层体声波谐振器之上。其中，第三体声波谐振器30包括底电极31、压电层32和顶电极33的叠层结构。第三体声波谐振器30和衬底001围成空腔结构30a。外层体声波谐振器和衬底001围成的空腔结构30a中设置有两个内层体声波谐振器，分别是第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20。
本发明实施例提供的技术方案，体声波谐振器组中若干体声波谐振器位于衬底的表面，且体声波谐振器和衬底围成空腔结构，空腔结构可以将声波反射回体声波谐振器，从而减小声波的损耗，提高了体声波谐振器组的品质因数。且本实施例中以体声波谐振器和衬底围成的空腔结构作为声反射结构，无需通过在衬底挖槽、在衬底的表面设置单独的空腔密封结构或者在衬底表面制作布拉格反射层作为声反射结构，一方面降低了体声波谐振器组的水平尺寸和竖直方向的尺寸，另一方面简化了制备工艺，降低了制备成本。另外，若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器，进一步降低了体声波谐振器组竖直方向的尺寸，且内层体声波谐振器可有效利用外层体声波谐振器的空腔结构，从而节省了体声波谐振器组的占用面积。
其中，体声波谐振器包括在竖直方向上相邻设置的第一体声波谐振器和第二体声波谐振器，距离衬底更近的第一体声波谐振器作为内层体声波谐振器，距离衬底较远的第二体声波谐振器作为外层体声波谐振器。参见图15，S120在衬底的表面形成若干体声波谐振器包括：
S1201、在衬底的表面形成第一体声波谐振器，其中，第一体声波谐振器位于衬底的表面，且第一体声波谐振器和衬底围成空腔结构。
参见图17，在衬底001的表面形成第一体声波谐振器10，其中，第一体声波谐振器10位于衬底001的表面，且第一体声波谐振器10和衬底001围成空腔结构10a。空腔结构10a内部填充包含不掺杂的二氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)以及光刻胶中的任意一种，在后续步骤中通过腐蚀液对牺牲层进行腐蚀，以去除空腔结构10a内的填充材料。需要说明的是，第一体声波谐振器10的空腔结构10a内的牺牲层可以跟随第一体声波谐振器10之上的体声波谐振器的空腔结构内的牺牲层同时释放。空腔结构10a可以将声波反射回第一体声波谐振器10，从而减小声波的损耗，提高了第一体声波谐振器10的品质因数。
S1202、在第一体声波谐振器背离衬底的表面形成第一牺牲层。
参见图18和图19，在第一体声波谐振器10背离衬底001的表面形成第一牺牲层W1，并对其进行图形化。示例性的，第一牺牲层W1包含不掺杂的二氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)以及光刻胶中的任意一种。
S1203、在第一牺牲层背离第一体声波谐振器的表面形成第二体声波谐振器；
参见图20，在第一牺牲层W1背离第一体声波谐振器的表面形成第二体声波谐振器20。第二体声波谐振器20包括底电极21、压电层22和顶电极23的叠层结构。
S1204、释放第一牺牲层，其中，第一体声波谐振器位于第二体声波谐振器和衬底之间的空腔结构内，且第二体声波谐振器和第一体声波谐振器之间间隔预设距离。
参见图2，通过湿法腐蚀释放第一牺牲层W1，其中，第一体声波谐振器10位于第二体声波谐振器20和衬底001之间的空腔结构20a内，且第二体声波谐振器20和第一体声波谐振器10之间间隔预设距离。第一体声波谐振器10作为内层体声波谐振器，第二体声波谐振器20作为外层体声波谐振器，第一体声波谐振器10位于第二体声波谐振器20的空腔结构20a内。需要说明的是，在其他实施例中，还可以在第二体声波谐振器20之上预设距离内继续设置体声波谐振器，以在衬底001的表面形成若干体声波谐振器。
需要说明的是，S1201-S1204给出了竖直方向上相邻两个体声波谐振器之间的空腔结构的制备方法。
需要指出的是，在形成图3示出的体声波谐振器组的过程中，距离衬底001更近的第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20作为内层体声波谐振器，距离衬底001较远的第三体声波谐振器30作为外层体声波谐振器。首先可以在衬底001的表面形成内层体声波谐振器例如是第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20。然后，在第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20背离衬底001的表面形成第一牺牲层，并对其进行图形化。第一牺牲层覆盖第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20。之后，在第一牺牲层背离第一体声波谐振器10和第二体声波谐振器20的表面形成第三体声波谐振器30。最后，释放第一牺牲层。
上述技术方案给出了在内层体声波谐振器之上形成外层体声波谐振器的制备方法以及内层体声波谐振器和外层体声波谐振器之间的空腔结构的制备方法。下面继续介绍在衬底表面形成由底电极、压电层和顶电极构成的体声波谐振器的制备方法，以及该体声波谐振器和衬底围成的空腔结构的制备方法。
图21是根据本发明实施例提供的另一种体声波谐振器组的制备方法的流程图。
参见图21，在衬底的表面形成第一体声波谐振器包括：
S210、在衬底的表面形成第二牺牲层。
参见图22和图23，在衬底001的表面形成第二牺牲层W2，并对其图形化。示例性的，第二牺牲层W2包含不掺杂的二氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)以及光刻胶中的任意一种。
S220、在第二牺牲层背离衬底的表面形成底电极。
参见图24，通过溅射或者蒸镀工艺在第二牺牲层W2背离衬底001的表面形成底电极11。底电极11可以选择导电性良好的钼、钌、金、铝、镁、钨、铜以及钛中的至少一种。
S230、在底电极背离第二牺牲层的表面形成压电层。
参见图25，可以通过淀积工艺在底电极背离第二牺牲层的表面形成压电层12。压电层12可以选择氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅压电陶瓷、铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾等单晶压电薄膜材料以及多晶压电薄膜材料中至少一种。还可以在压电层12中掺杂一定比例的稀土元素来提高压电材料层的性能。
S240、在压电层背离底电极的表面形成顶电极。
参见图26，通过溅射或者蒸镀工艺在压电层背离底电极11的表面形成顶电极13，顶电极13可以选择导电性良好的钼、钌、金、铝、镁、钨、铜以及钛中的至少一种。底电极11、压电层12和顶电极13构成的三明治结构作为体声波谐振器。
S250、释放第二牺牲层，以形成第一体声波谐振器和衬底围成的空腔结构。
参见图1，通过湿法腐蚀工艺释放第二牺牲层W2，以形成第一体声波谐振器10和衬底001围成的空腔结构10a。
需要说明的是S210-S250给出了体声波谐振器和衬底围成的空腔结构的制备方法。
图27是根据本发明实施例提供的又一种体声波谐振器组的制备方法的流程图。
参见图27，该体声波谐振器组的制备方法包括如下步骤：
S310、在衬底的表面形成第二牺牲层。
需要说明的是，S310的实施方式和有益效果可以参见S210的实施方式和有益效果执行。
S320、在第二牺牲层背离衬底的表面形成第一子底电极。
参见图28，通过溅射或者蒸镀工艺在在第二牺牲层W2背离衬底的表面形成整层第一子底电极110，然后通过图形化工艺形成图中所示的第一子底电极110。
S330、在第一子底电极背离第二牺牲层的表面形成第三牺牲层。
参见图29，在第一子底电极110背离第二牺牲层W2的表面形成第三牺牲层W3，第三牺牲层W3包含不掺杂的二氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)以及光刻胶中的任意一种。
S340、在第三牺牲层背离第一子底电极的表面形成第二子底电极。
参见图30，通过溅射或者蒸镀工艺在在第三牺牲层W3背离第一子底电极110的表面形成整层第二子底电极111，然后通过图形化工艺形成图中所示的第二子底电极111。第一子底电极110和第二子电极111构成底电极11。
S350、在底电极背离第二牺牲层的表面形成压电层。
参见图31，可以通过淀积工艺在底电极11背离第二牺牲层W2的表面形成压电层12。压电层12可以选择氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅压电陶瓷、铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾等单晶压电薄膜材料以及多晶压电薄膜材料中至少一种。还可以在压电层12中掺杂一定比例的稀土元素来提高压电材料层的性能。
S360、在压电层背离底电极的表面形成第一子顶电极。
参见图32，通过溅射或者蒸镀工艺在在压电层12背离底电极11的表面形成整层第一子顶电极130，然后通过图形化工艺形成图中所示的第一子顶电极130。
S370、在第一子顶电极背离压电层的表面形成第四牺牲层。
参见图33，在第一子顶电极130背离压电层12的表面形成第四牺牲层W4，第四牺牲层W4包含不掺杂的二氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)以及光刻胶中的任意一种。
S380、在第四牺牲层背离第一子顶电极的表面形成第二子顶电极。
参见图34，通过溅射或者蒸镀工艺在在第四牺牲层W4背离第一子顶电极130的表面形成整层第二子顶电极131，然后通过图形化工艺形成图中所示的第二子顶电极131。第一子顶电极130和第二子顶电极131构成顶电极13。
S390、释放第二牺牲层、第三牺牲层和第四牺牲层，以形成空腔结构、第一空隙结构和第二空隙结构。
参见图35，通过湿法腐蚀工艺释放第二牺牲层W2、第三牺牲层W3和第四牺牲层W4，以形成空腔结构10a、第一空隙结构11a和第二空隙结构13a。
具体的，底电极内设置的第一空隙结构可以弥补底电极厚度变薄带来的品质因数低的缺陷，通过第一空隙结构可以将声波反射回该体声波谐振器，从而提高体声波谐振组的品质因数。顶电极内设置的第二空隙结构可以弥补底电极厚度变薄带来的品质因数低的缺陷，通过第二空隙结构可以将声波反射回该体声波谐振器，从而提高体声波谐振组的品质因数。综上，在本实施例中，在体声波谐振器的顶电极和/或底电极中设置空隙结构。位于电极中的空隙结构可有效的反射声波，大幅降低进入远离压电层一侧的附加电极的声波能量，从而有效抑制或消除所述附加电极由于参与声学振动所带来的负面效应。另外，围成空隙结构的上下电极层可以构成并联电路结构，这可有效降低谐振器的电学损耗，提高谐振器的Q值，尤其是串联谐振点及其附近频率处的Q值。
需要说明的是S310-S390给出了在底电极和/或顶电极制备空隙结构的制备方法。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (19)
1.一种体声波谐振器组，其特征在于，包括：若干体声波谐振器，所述体声波谐振器包括底电极、压电层和顶电极的叠层结构；
所述体声波谐振器位于衬底的表面，且所述体声波谐振器和所述衬底围成空腔结构；
若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器组，其特征在于，当内层体声波谐振器有两个以上时，两个以上的内层体声波谐振器在竖直方向上堆叠设置和/或两个以上的内层体声波谐振器水平设置。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器组，其特征在于，所述体声波谐振器包括相连的侧面围墙部和台面部，所述侧面围墙部位于衬底的表面用于支撑所述台面部，所述侧面围墙部、所述台面部以及所述衬底围成所述空腔结构。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器组，其特征在于，所述空腔结构在竖直方向的截面图形包括梯形。
5.根据权利要求2所述的体声波谐振器组，其特征在于，所述体声波谐振器包括在竖直方向上相邻设置的第一体声波谐振器和第二体声波谐振器，所述第一体声波谐振器位于所述衬底的表面，所述第一体声波谐振器和所述衬底围成空腔结构，所述第一体声波谐振器位于所述第二体声波谐振器和所述衬底之间的空腔结构内，且所述第二体声波谐振器和所述第一体声波谐振器之间间隔预设距离。
6.根据权利要求2所述的体声波谐振器组，其特征在于，所述体声波谐振器包括第一体声波谐振器、第二体声波谐振器和第三体声波谐振器；
所述第一体声波谐振器和所述第二体声波谐振器在水平方向排布，所述第一体声波谐振器位于所述衬底的表面，所述第二体声波谐振器位于所述衬底的表面，所述第一体声波谐振器和所述第二体声波谐振器位于所述第三体声波谐振器和所述衬底形成的空腔结构中；所述第三体声波谐振器和所述第一体声波谐振器之间间隔预设距离，所述第三体声波谐振器和所述第二体声波谐振器之间间隔预设距离。
7.根据权利要求5所述的体声波谐振器组，其特征在于，所述第一体声波谐振器的顶电极和所述第二体声波谐振器的顶电极通过第一电极连接；
所述第一体声波谐振器的底电极和所述第二体声波谐振器的底电极通过第二电极连接。
8.根据权利要求1所述的体声波谐振器组，其特征在于，所述衬底的表面设置有内置凹槽，所述内置凹槽内填充有布拉格反射层，所述体声波谐振器和所述衬底表面接触的部分在所述衬底的正投影覆盖所述内置凹槽在所述衬底的正投影。
9.根据权利要求1-8任一所述的体声波谐振器组，其特征在于，所述底电极内设置有第一空隙结构；
和/或，所述顶电极内设置有第二空隙结构。
10.根据权利要求9所述的体声波谐振器组，其特征在于，所述第一空隙结构内填充有空气或者介质材料；
和/或，所述第二空隙结构内填充有空气或者介质材料。
11.根据权利要求9所述的体声波谐振器组，其特征在于，所述体声波谐振器的底电极与第三电极连接；
所述体声波谐振器的顶电极与第四电极连接。
12.一种体声波滤波器，包括若干衬底，所述衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面，其特征在于，所述衬底的第一表面设置有如权利要求1-11任一所述的体声波谐振器组。
13.根据权利要求12所述的体声波滤波器，其特征在于，所述衬底包括相邻设置的第一衬底和第二衬底；
所述第一衬底的第一表面设置有若干所述体声波谐振器组，所述第二衬底的第二表面设置有若干所述体声波谐振器组，所述第一衬底和所述第二衬底之间的体声波谐振器组呈叉指状分布。
14.根据权利要求13所述的体声波滤波器，其特征在于，相邻所述衬底之间的距离小于相邻所述衬底之间的两个体声波谐振器组的厚度之和。
15.根据权利要求12-14任一所述的体声波滤波器，其特征在于，还包括导电结构，所述导电结构位于衬底的表面，用于与所述体声波谐振器的底电极或者顶电极电连接。
16.一种通信器件，其特征在于，包括权利要求12-15任一所述的体声波滤波器；
所述通信器件包括滤波器、双工器以及多工器中的至少一种。
17.一种体声波谐振器组的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；
在所述衬底的表面形成若干体声波谐振器，其中，所述体声波谐振器包括底电极、压电层和顶电极的叠层结构；所述体声波谐振器位于衬底的表面，且所述体声波谐振器和所述衬底围成空腔结构，若干体声波谐振器在竖直方向堆叠，外层体声波谐振器和衬底围成的空腔结构中设置有至少一个内层体声波谐振器；
其中，所述体声波谐振器包括在竖直方向上相邻设置的第一体声波谐振器和第二体声波谐振器，在所述衬底的表面形成若干体声波谐振器包括：
在所述衬底的表面形成第一体声波谐振器，其中，所述第一体声波谐振器位于衬底的表面，且所述第一体声波谐振器和所述衬底围成空腔结构；
在所述第一体声波谐振器背离所述衬底的表面形成第一牺牲层；
在所述第一牺牲层背离所述第一体声波谐振器的表面形成第二体声波谐振器；
释放所述第一牺牲层，其中，所述第一体声波谐振器位于所述第二体声波谐振器和所述衬底之间的空腔结构内，且所述第二体声波谐振器和所述第一体声波谐振器之间间隔预设距离。
18.根据权利要求17所述的体声波谐振器组的制备方法，其特征在于，在所述衬底的表面形成第一体声波谐振器包括：
在所述衬底的表面形成第二牺牲层；
在所述第二牺牲层背离所述衬底的表面形成底电极；
在所述底电极背离所述第二牺牲层的表面形成压电层；
在所述压电层背离所述底电极的表面形成顶电极；
释放所述第二牺牲层，以形成所述第一体声波谐振器和所述衬底围成的空腔结构。
19.根据权利要求18所述的体声波谐振器组的制备方法，其特征在于，在所述第二牺牲层背离所述衬底的表面形成底电极包括：
在所述第二牺牲层背离所述衬底的表面形成第一子底电极；
在所述第一子底电极背离所述第二牺牲层的表面形成第三牺牲层；
在所述第三牺牲层背离所述第一子底电极的表面形成第二子底电极；
释放所述第三牺牲层，以形成第一空隙结构；
和/或，在所述压电层背离所述底电极的表面形成顶电极包括：
在所述压电层背离所述底电极的表面形成第一子顶电极；
在所述第一子顶电极背离所述压电层的表面形成第四牺牲层；
在所述第四牺牲层背离所述第一子顶电极的表面形成第二子顶电极；
释放所述第四牺牲层，以形成第二空隙结构。
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