CN115276598A - 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

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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；顶电极；和压电层，其中：声学镜、底电极、压电层和顶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；顶电极上侧的围绕有效区域的边缘还设置有导电层，导电层与顶电极在顶电极上侧的电连接区域内电连接；所述谐振器还包括空隙层或不导电介质层，在平行于谐振器的厚度方向的投影中，所述空隙层或不导电介质层的至少一部分处于所述电连接区域的下方，所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure DDA0003048744330000011
的范围内。本发明还涉及一种体声波谐振器的制造方法、一种滤波器及一种电子设备。

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，一种具有该谐振器的滤波器，以及一种电子设备。
背景技术
随着当今无线通讯技术的飞速发展，小型化便携式终端设备的应用也日益广泛，因而对于高性能、小尺寸的射频前端模块和器件的需求也日益迫切。近年来，以例如为薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR)为基础的滤波器、双工器等滤波器件越来越为市场所青睐。一方面是因为其插入损耗低、过渡特性陡峭、选择性高、功率容量高、抗静电放电(ESD)能力强等优异的电学性能，另一方面也是因为其体积小、易于集成的特点所致。
但是，随着谐振器的频率不断增大，谐振器的顶电极和底电极的厚度会逐渐变小，这会使得电极的连接损耗越来越大，即电极的电阻增大。而电极的电阻增大，会导致谐振器的Q值降低。此外，还希望在降低电极的电阻的同时，降低谐振器的寄生电容。
发明内容
为在谐振器的顶电极的厚度较薄的情况下，提高谐振器的Q值，降低谐振器的寄生电容，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：
所述声学镜、底电极、压电层和顶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；
所述顶电极上侧的围绕所述有效区域的边缘还设置有导电层，所述导电层与所述顶电极在顶电极上侧的电连接区域内电连接；
所述谐振器还包括空隙层或不导电介质层，在平行于谐振器的厚度方向的投影中，所述空隙层或不导电介质层的至少一部分处于所述电连接区域的下方；且
所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure BDA0003048744310000021
的范围内。
本发明的实施例还涉及一种体声波谐振器的制造方法，所述方法包括步骤：在基底上形成底电极、压电层以及顶电极材料层的叠置结构，
所述方法还包括：
步骤1：所述叠置结构上形成和图形化牺牲层；
步骤2：形成覆盖所述图形化的牺牲层和顶电极材料层的导电材料层，所述导电材料层与所述顶电极材料层电连接；
步骤3：在导电材料层上设置和图形化阻挡层，所述图形化的阻挡层的内端在谐振器的水平方向上处于所述牺牲层的对应外端的内侧；
步骤4：移除导电材料层的被图形化的阻挡层覆盖之外的导电材料层和顶电极材料层以形成导电层和顶电极，所述导电层与所述顶电极在顶电极上侧的电连接区域内电连接，
其中：
所述谐振器包括声学镜，所述谐振器的声学镜、顶电极、压电层、底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域形成谐振器的有效区域，且在步骤4中，所述导电层围绕所述有效区域的边缘设置；且
在基底上形成底电极、压电层以及顶电极材料层的叠置结构包括步骤5：设置空隙层或不导电介质层，在平行于谐振器的厚度方向的投影中，所述空隙层或不导电介质层的至少一部分处于所述电连接区域的下方，且所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure BDA0003048744310000022
的范围内。
本发明的实施例也涉及一种滤波器，包括上述体声波谐振器。
本发明的实施例还涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者谐振器。
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1A为现有技术中的体声波谐振器的俯视示意图；
图1B为沿图1A中的A-A’截得的示例性截面图；
图2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3A为类似于沿图2中的B-B’截得的示例性截面图，其中在叠层结构中并未设置空隙层或不导电介质层；
图3B为类似于沿图2中的B-B’截得的另一个示例性截面图，其中在叠层结构中并未设置空隙层或不导电介质层；
图3C为沿图2中的B-B’截得的示例性截面图，其中在叠层结构中设置空隙层或不导电介质层；
图4为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器类似于沿图2中的B-B’截得的截面示意图；
图5A和5B分别是图4中的顶电极的连接边和非连接边的放大示意图；
图6-11示例性示出了图4所示的体声波谐振器的制造过程；
图12-22分别示出了根据本发明的变型实施例的体声波谐振器的结构；
图23为类似于沿图2中的B-B’截得的体声波谐振器的示例性实施例的示例性截面图；
图24-27示例性示出了图23所示的谐振器的制作过程；
图28为特定条件下空隙层的厚度与谐振器的机电耦合系数的关系图，其中纵坐标的机电耦合系数体现为归一化后的数据；
图29为特定条件下空隙层的厚度与谐振器的串联谐振阻抗Rs的关系图，其中纵坐标的Rs值体现为归一化后的数据；
图30为作为参照的具有空隙层但没有设置导电层的体声波谐振器的结构示意图；
图31-图32为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的结构示意图，其中示出了空隙层在厚度方向上的不同布置位置；
图33为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的结构示意图，其中声学镜为布拉格反射层的形式。
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：
101: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，也可以是铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾等单晶压电衬底。
102：底电极(电极引脚或电极连接边)，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。
103：声学镜,可为空腔，也可采用布拉格反射层(例如参见图33)及其他等效形式。
104：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。
105：顶电极(电极引脚或电极连接边)，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。
106：导电层，材料可选钼，钌，金，铝，镁，钨，铜，钛，铱，锇，铬或以上金属的符合或其合金等。
107：顶电极的表面介质层，材料可以是AlN、SiN、SiO2、Al2O3。
108：空气隙或空隙层，其也可以为其他起到空气隙作用的不导电介质层。
109：压电层上方凸起层：材料可选钼，钌，金，铝，镁，钨，铜，钛，铱，锇，铬或以上金属的符合或其合金等。
110：牺牲层，材料可选SiO2，掺杂二氧化硅，多晶硅，非晶硅等材料。
111：导电层表面介质层，材料可以是AlN、SiN、SiO2、Al2O3。
112以及112A：导电层牺牲层，材料可选SiO2，掺杂二氧化硅，多晶硅，非晶硅等材料。
在本发明中，通过在顶电极增加厚度来降低其连接损耗即降低顶电极的连接电阻，同时，通过在预定位置设置预定厚度(
Figure BDA0003048744310000051
的范围内)的空隙层108来降低谐振器的寄生电容。在本发明中，还可以为导电层设置合适的边缘结构提升谐振器的Q值。更进一步的，在本发明中，通过选择空隙层108的位置，结合选择空隙层108的厚度，来降低谐振器的寄生电容。
图1A示出了为常规谐振器结构的俯视图，将图1A中的谐振器沿着AA’方向剖开，可以得到其剖面图，如图1B所示。图1B中示出了普通谐振器的三明治结构，其中包含基底101、底电极102、声学镜103、压电层104、顶电极105，顶电极表面介质层107。如本领域技术人员能够理解的，也可以不设置介质层107。
图2为本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视图。在图2中，在常规谐振器的顶电极增加了一层导电层106，该导电层106仅在顶电极连接边和非连接边的边缘部分区域设置。
图3A为类似于沿图2中的B-B’截得的示例性截面图，其中在叠层结构中并未设置空隙层或不导电介质层；图3B为类似于沿图2中的B-B’截得的另一个示例性截面图，其中在叠层结构中并未设置空隙层或不导电介质层；图3C为沿图2中的B-B’截得的示例性截面图，其中在叠层结构中设置空隙层或不导电介质层。
在图3A中，相对于图1B所示的普通谐振器多了导电层106和导电层表面介质层111。在图1B和图3A-图3C中，声学镜103与叠层结构(顶电极、底电极和压电层)在悬空结构的空隙的边界之间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(图3A中例如以a示出)。
在图3A中，a对应于谐振器的有效区域，b对应于导电层106在顶电极105的非连接边以及底电极102的连接边的重合区域，c表示在顶电极105的连接边以及底电极102的非连接边的重合区域(对应于导电层106与顶电极105在顶电极上侧的电连接区域内电连接中的“电连接区域”)。
在本发明的一个实施例中，导电层106引入了悬空结构，下面参照图3B示例性描述。图3B中所示的w1和w2的尺寸为导电层106的悬空部分的宽度尺寸，其中w1为顶电极的连接边处悬空部分的宽度尺寸，w2为顶电极的非连接边处的悬空部分的宽度尺寸。w1和w2的值会影响谐振器的Q值，并且与谐振器的具体叠层厚度有关，且均比普通谐振器Q值大。此时，在顶电极的非连接边，导电层106与顶电极105接触部分，即图3B中距离b对应区间，其层叠结构与谐振器内侧层叠不同，从而产生一个声阻抗不匹配界面，有利于横向声波在此界面反射回谐振器内部，从而提高Q值，同时该部分导电层增加了局部顶电极的厚度，从而有利于降低顶电极的整体电阻；另一方面，导电层106悬空部分，即图3B中距离w2对应区间，相当于一个悬臂梁结构，它会在图3B中的距离b对应区间的声波激励下产生谐振，从而将泄露到b区间的一部分声波能量束缚在悬空结构内，进一步减少从b区间继续向谐振器外侧传播的声波能量，从而进一步提高Q值。在顶电极的连接边，导电层106内侧为悬空结构，即图3B中距离w1对应区间，其作用与距离w2区间的作用相似。以上参照图3B对谐振器的描述也适用于本发明的其他实施例。
在图3A中的b区域和c区域，存在寄生电容。因为寄生电容，相比于普通谐振器，机电耦合系数Kt会降低。在本发明的一个实施例中，如图3C所示，为去除图3A的b区域和c区域的寄生电容，提高因寄生电容导致降低的机电耦合系数，设置了空隙层108，其中的d和f为在图3C中左侧(顶电极连接边)的空隙层超出区域c的距离或区域，e为图3C中的右侧(顶电极非连接边)的空隙层超出区域b的距离或区域。
如图3C所示，在水平方向上：
在顶电极105的连接边，空隙层或不导电介质层108的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧(d区域)，和/或所述空隙层或不导电介质层108的外端与所述底电极的非连接边齐平或者处于底电极的非连接边的外侧(f区域)；和/或
在顶电极的非连接边，空隙层或不导电介质层108的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧(e区域)，和/或所述空隙层或不导电介质层的外端与所述电连接区域的外端齐平(l区域)或者处于电连接区域的外端的外侧。
在本发明的一个有利的实施例中，d、e和f均不小于0，进一步的，均大于0，在更进一步的实施例中，均不小于1μm。
在图3C所示的结构中，在顶电极非连接边的空隙层108延伸过图3A中所示的整个重合区域b。在图3C所示的结构中，在顶电极连接边的空隙层108延伸过图3A中所示的整个重合区域c。
如能够理解的，只要在预定位置设置了空隙层108，该预定位置在平行于厚度方向的投影方向上与图3A中的区域b或c存在重叠，此时，以上的d、e和f中任一个可以为负值，也可以对降低谐振器的寄生电容起到作用，只不过效果没有图3C所示的结构明显。在本发明中，除了图3C所示的空隙层108的位置布置之外，还可以为例如图5-图33所示的位置布置，均在本发明的保护范围之内。在本发明中，在平行于谐振器的厚度方向的投影中，空隙层108的至少一部分处于所述电连接区域的下方即可。
空隙层108在厚度方向上的布置位置，除了如图3C所示之外，还可以如图31所示布置在压电层104与底电极102之间，或者如图32所示，布置在压电层104内。
此外，为了达到更好的技术效果，空隙层108的厚度也有特定的要求。下面示例性具体说明。
图28为特定条件下空隙层108的厚度与谐振器的机电耦合系数的关系图，其中纵坐标的机电耦合系数体现为归一化(相对于BL条件)后的数据，横坐标为三个不同的空隙层厚度(分别为
Figure BDA0003048744310000071
和
Figure BDA0003048744310000072
以及BL条件)。在本发明中，所谓的BL条件，即图30所示结构的具有空隙层但没有设置导电层的体声波谐振器，其中空隙层的厚度为
Figure BDA0003048744310000073
除此之外，图30所示的结构与例如图3C中没有设置导电层106的结构一致。
从图28可以看出，对于机电耦合系数，
Figure BDA0003048744310000074
和
Figure BDA0003048744310000075
条件分别是BL条件的95％和94％，而
Figure BDA0003048744310000076
条件与BL条件一致。
图29为特定条件下空隙层的厚度与谐振器的串联谐振阻抗Rs的关系图，其中纵坐标的Rs值体现为归一化(相对于BL条件)后的数据，横坐标为三个不同的空隙层厚度(分别为
Figure BDA0003048744310000077
和
Figure BDA0003048744310000078
以及BL条件)。
从图29可以看出，对于Rs值，带导电层106的Rs值仅为BL条件的75％左右，采用这样的谐振器结构，在做滤波器的时候可以提升其插损性能。
基于以上，在本发明中，选择空隙层108的厚度在在
Figure BDA0003048744310000081
的范围内，进一步的在
Figure BDA0003048744310000082
的范围内，更进一步的，在
Figure BDA0003048744310000083
的范围内。
在本发明中，即使仅设置导电层106而不设置悬空结构，设置厚度在在
Figure BDA0003048744310000084
的范围内的空隙层108，也有利于获得类似于图28和29所示的有利效果。
另外，如后面参照图6-11所述的，在导电层106和顶电极105是在同一步刻蚀的情况下，刻蚀导电层以及顶电极并未使用两步单独刻蚀工艺，因此，刻蚀不会停止在顶电极105，如果图3B中的w1或者w2的尺寸过小，在对顶电极执行刻蚀时，如果光刻对准存在的偏差会使得顶电极被刻断，导致信号没法传输，影响谐振器性能。例如，参见图11，在刻蚀的时候，在谐振器的上方没有光刻胶保护的地方刻蚀会停止在牺牲层112，其余的地方刻蚀会停止在压电层104，如果在光刻对位的时候，对位偏移会导致谐振器上方的位置开口跨在牺牲层112的边缘，从而在牺牲层112以外开口的地方会将顶电极刻开，这导致谐振器失效。图3B中的w1、w2值也不宜过大，过大会有可能导致导电层106的悬空部分塌陷，另外，图3B中的w1、w2值过大还可能影响后期的频率调节。综合考虑，在本发明的一个实施例中，图3B中的w1、w2值在0.2μm-20μm的范围内，进一步的，在0.2μm-10μm的范围内。对于该取值也适用于本发明的其他示例性实施例。
如图3A所示，b表示在顶电极的非连接边，导电层与顶电极的接触宽度。b值不宜过小，过小就相当于导电层106与顶电极105的在顶电极的非连接边处接触面积小，导电效果变差。b值不能太大，大了之后谐振器占的面积会增大。另外b值增大相当于顶电极与底电极间的并联电容增大，谐振器的机电耦合系数会变小。在本发明的一个可选实施例中，b值在0.2μm-10μm的范围内。
图3B中o值为在顶电极连接边，声学镜103的边缘到导电层106的悬空位置起始处的横向距离，在本发明的一个实施例中，o值在0.2μm-10μm的范围内。
图4为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器类似于沿图2中的B-B’截得的截面示意图，顶电极上设置有导电层106和导电层表面介质层111。
将图4左右两侧分为A区域(对应于连接边区域)和B区域(对应于非连接边区域)，对A区域和B区域局部放大以得到图5A和图5B。在图5A和5B中，k(对应于在电极连接边)和h(对应于在电极非连接边)的尺寸为顶电极与导电层的连接边缘(或者悬空结构的外侧边缘)与压电层上方空气隙的内边缘之间的横向距离，该距离大于或等于0。为避免悬空结构坍塌，k和h值也不能过大，在一个可选的实施例中，k和h的取值在0.2μm-10μm的范围内。如能理解的，k和h可以相同，也可以不同。
图5A中，j的尺寸为在顶电极的电连接边，导电层106的悬空部分的宽度尺寸，与图3B中w1、w2类似，其值可以在0.2μm-20μm的范围内。图5B中，i的尺寸为在顶电极的非电连接边，导电层106的悬空部分的横向尺寸，与前面参照图3B所提到的w1、w2类似，其取值可以在0.2μm-20μm的范围内。图5B中g值为在顶电极非连接边处，顶电极105与导电层106连接宽度，与前面提到的l值类似，其取值在0.2μm-10μm的范围内。如前面参照图3B中所述，在电极非连接边设置导电层106会产生一个阻抗不匹配界面从而提升Q值，但该提升效果与导电层106的厚度及其与顶电极接触部分的宽度l均有关，在l一定的条件下，一般Q值会随着导电层106的厚度增加先增加后减小，在厚度不变的情况下，一般Q值会随着宽度l值的变化而周期增大和减小，另一方面导电层越厚，电极的电阻就越小，因此，二者之间需要做一个权衡，才能选择一个较合适的导电层厚度，从而限制了电极损耗的进一步减小以及Q值的进一步增大。而桥结构和/或悬翼结构的设置，可以使导电层106落在有效区域外侧，减少了导电层厚度对谐振器Q值的影响，从而可以选择更优的厚度值来保证电极损耗进一步减小，另一方面，通过在有效区域边缘设置凸起结构109(参见图4)选择合适的凸起结构宽度和厚度可以实现Q值的优化提升，而桥结构和/或悬翼结构与导电层106的悬空部分可以进一步构成一个类似音叉的结构，从而进一步提高Q值。
下面参照图6-11示例性简要说明图4所示的体声波谐振器的制造过程。
首先，如图6所示，在基底上制作底电极102、压电层104后，制作压电层上方凸起层109、牺牲层110，然后，沉积顶电极105，沉积顶电极表面介质层107，沉积用于导电层悬空结构的牺牲层112。
其次，经过例如涂胶、曝光、显影以及刻蚀等工艺，对牺牲层112图形化，得到图7所示结构。对牺牲层112的刻蚀停在顶电极表面介质层107之上。如图7所示，图形化后的牺牲层至少一部分位于谐振器的有效区域内。
接着，用牺牲层112作为阻挡层，对顶电极表面介质层107进行刻蚀和图形化，得到如图8结构。
然后，依次沉积导电层106和导电层表面介质层111，得到如图9所示的结构。导电层106与顶电极105电连接。
再接着，经过例如涂胶、曝光、显影以及刻蚀，对导电层表面介质层111处理和图形化以得到图10所示结构，对导电层表面介质层111刻蚀，会停在导电层106上。在图10中，导电层表面介质层111具有预定的形状。如图10所示，图形化后的导电层表面介质层111的内端在谐振器的水平方向上处于图形化后的牺牲层112的对应外端的内侧。
之后，以导电层表面介质层111为阻挡层对导电层106刻蚀，得到如图11所示的结构。
最后，通过湿法刻蚀等去除牺牲层(包括牺牲层110、牺牲层112以及声学镜中的牺牲层)，得到如图4所示的最终的结构。
需要指出的是，以上的方法仅仅是示例性的。例如，谐振器也可以不设置悬翼和桥结构，可以不设置凸起结构。再如，可以不设置顶电极表面介质层107，也可以不设置导电层表面介质层111，而是以其他的图形化的材料层涂覆在导电层106上。
此外，如能够理解的，在上述方法中，在例如将导电层表面介质层111作为阻挡层的情况下，在刻蚀导电层106后，释放牺牲层112的过程中，对于牺牲层112的释放不影响导电层表面介质层111。
图11-图22分别示出了根据本发明的变型实施例的体声波谐振器的结构。下面具体说明。
图12所示的实施例与图4中相似，不同在于，在图12中，导电层106的下边缘与内侧面的夹角为锐角，而在图4中，导电层106的侧面为竖向或平行于谐振器的厚度方向。
图13所示的实施例与图4中相似，不同在于，在图13中，导电层106的内侧为圆弧形，而在图4中，导电层106的侧面为竖向或平行于谐振器的厚度方向。
图14所示的实施例与图4中相似，不同在于，在图14中，导电层106的上边缘与内侧面的夹角为锐角，而在图4中，导电层106的侧面为竖向或平行于谐振器的厚度方向。
图15所示的实施例与图4中相似，不同在于，在图15中，导电层106限定悬空结构的底面不包括台阶面，而在图4中，导电层106的限定悬空结构的底面包括台阶面。此时，如本领域技术人员能够理解的，需要在沉积完牺牲层112后，利用CMP(chemical mechanicalpolishing，化学机械抛光)工艺形成表面平坦的牺牲层，再继续对牺牲层图形化的工艺。
图16所示的实施例与图15中相似，不同在于，在图16中，导电层106的下边缘与内侧面的夹角为锐角，而在图15中，导电层106的侧面为竖向或平行于谐振器的厚度方向。
图17所示的实施例与图15中相似，不同在于，在图17中，导电层106的内侧为圆弧形，而在图15中，导电层106的侧面为竖向或平行于谐振器的厚度方向。
图18所示的实施例与图15中相似，不同在于，在图18中，导电层106的上边缘与内侧面的夹角为锐角，而在图15中，导电层106的侧面为竖向或平行于谐振器的厚度方向。
图12至图18所示导电层106悬空结构的侧面形貌可以通过调节刻蚀方案(例如：改变干法刻蚀的气体配比以及刻蚀时间等参数)来实现。
图19所示的实施例与图4中相似，不同在于，在图19中，介质层111的内侧延伸到导电层106的内侧面的内侧，而且，在顶电极的非连接边，介质层111还延伸到导电层106的外侧面的外侧，而在图4中，介质层111的内侧与导电层106的内侧面齐平，在顶电极的非连接边，介质层111的外侧与导电层106的外侧面齐平。
图20所示的实施例与图4中相似，不同在于，在图20中，介质层111的内侧延伸到导电层106的内侧面的内侧，而在图4中，介质层111的内侧与导电层106的内侧面齐平。
图21所示的实施例与图4中相似，不同在于，在图21中，在顶电极的非连接边，介质层111还延伸到导电层106的外侧面的外侧，而在图4中，在顶电极的非连接边，介质层111的外侧与导电层106的外侧面齐平。
图19至图21所示介质层111边缘与导电层106不平齐的情况，可以通过控制刻蚀导电层106的横向速率来控制形成。
在可选的实施例中，虽然没有示出，在顶电极的连接边，悬空结构的外侧边缘在水平方向上处于声学镜的外侧，两者之间的横向距离o例如可以在0.2μm-10μm的范围内，而在图3C中，在顶电极的连接边，悬空结构的外侧边缘在水平方向上处于声学镜的内侧。
在图22所示的实施例中，在顶电极的非连接边，导电部106可以局部断开，而非环形布置。在一个可选的实施例中，断开位置的长度之和不大于整个谐振器的有效区域的周长的90％。图22所示的方案也可以应用到以上参照图示说明的实施例中。
在本发明给出的图示的实施例中，悬空结构设置在导电层的内端(即内端悬空结构)，但是，如本领域技术人员能够理解的，悬空结构也可以设置在导电层的外端(即外端悬空结构)。下面参照附图23-27示例性描述具有外端悬空结构的体声波谐振器。
图23为类似于沿图2中的B-B’截得的体声波谐振器的示例性截面图。其中，101为基底，102为底电极，103为声学镜，104为压电层，105为顶电极，106为导电层，107为顶电极的表面介质层，111为导电层表面介质层。
在图23中，谐振器设置有悬翼、桥结构和凸起。如图23所示，在一个实施例中，导电层同时设置有内端悬空结构和外端悬空结构。
虽然没有示出，在一个可选的实施例中，在顶电极的非连接边，导电层的外端设置有悬空结构，悬空结构与顶电极表面形成空隙。
导电层外端悬空结构与前文中所述的内端悬空结构的作用类似，且同时具有内端和外端悬空结构时，两个悬臂梁也会进一步形成共振，从而协同工作提升谐振器Q值。
此外，导电层外端悬空结构的侧壁也可以像图12至图18中所示的内端悬空结构的侧壁形貌，外端悬空结构顶层的介质层111相对与导电层106的位置关系也可以像图19至图21中所示的出现端面不平齐情况。
下面参照图24-27示例性说明图23所示的谐振器的制作过程。
首先，形成图6所示的结构，然后，类似于图7，形成和图形化牺牲层112，对牺牲层112的刻蚀停在顶电极表面介质层107之上，与图7不同的是，与牺牲层112同层布置的还有外侧牺牲层112A，外侧牺牲层112A位于牺牲层112的外侧且与其间隔开。接着，类似于图9，设置导电材料层以及导电层表面介质材料层，从而形成图24所示的结构。
其次，类似于图10，对导电层表面介质材料层图形化以形成导电层表面介质层111，接着，移除(例如采用刻蚀的方式)导电材料层的被导电层表面介质层111(其此时作为刻蚀的第一阻挡层)覆盖之外的导电材料层以形成导电层106，在移除过程中，牺牲层112上方的导电材料层被移除，以及处于导电层外侧的外侧牺牲层112A上方的导电材料层被移除，换言之，在移除过程中，刻蚀过程停止于牺牲层112和外牺牲层112A。最终，形成如图25所示的结构。
再次，如图26所示，提供光刻胶113，其作为第二刻蚀阻挡层，光刻胶113覆盖了导电层表面介质层111及露出的牺牲层112，但是没有覆盖露出的外牺牲层112A。
接着，执行刻蚀，以移除处于导电层106外侧的外牺牲层112A，以及移除处于导电层106外侧的表面介质层107、顶电极材料层以形成所述顶电极105，从而形成如图27所示的结构。
最后，释放牺牲层112,外牺牲层112A，以及用于形成悬翼和桥结构的牺牲层110，以形成图23所示的谐振器结构。
需要指出的是，在上述对谐振器的制作过程的说明中，在设置包括顶电极、压电层和底电极的叠层结构时，还在顶电极下方的预定位置设置空隙层或不导电介质层，所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure BDA0003048744310000131
的范围内，进一步的，所述预定位置设置成适于降低谐振器的寄生电容。进一步的，在水平方向上，所述预定位置使得：空隙层或不导电介质层的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧，所述空隙层或不导电介质层的外端与所述底电极的非连接边齐平或者处于底电极的非连接边的外侧。
在以上参照附图的描述中，所示的实施例的谐振器均设置有悬空结构，但是本发明不限于此。具体的，可以设置如图中所示的导电层，但是导电层的内端或外端并没有设置悬空结构。更进一步的，不设置悬空结构的情形包括在附图所示的悬空结构的位置导电层直接与顶电极接触，或者包括形成悬空结构的空隙被固态的不导电介质层所填充。这些结构与本发明中的空隙层或不导电介质层108(厚度在
Figure BDA0003048744310000141
的范围内)相结合，均在本发明的保护范围之内。
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的中心在水平方向或者径向方向上而言的，一个部件的靠近该中心的一侧或一端为内侧或内端，而该部件的远离该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水平方向或径向方向上处于该位置与该中心之间，位于该位置的外侧表示在水平方向或径向方向上比该位置更远离该中心。
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：
所述声学镜、底电极、压电层和顶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；
所述顶电极上侧的围绕所述有效区域的边缘还设置有导电层，所述导电层与所述顶电极在顶电极上侧的电连接区域内电连接；
所述谐振器还包括空隙层或不导电介质层，在平行于谐振器的厚度方向的投影中，所述空隙层或不导电介质层的至少一部分处于所述电连接区域的下方；且
所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure BDA0003048744310000151
的范围内。
2、根据1所述的谐振器，其中：
所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure BDA0003048744310000152
的范围内。
3、根据2所述的谐振器，其中：
所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure BDA0003048744310000153
的范围内。
4、根据1所述的谐振器，其中：
在水平方向上，在顶电极的连接边，空隙层或不导电介质层的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧，和/或所述空隙层或不导电介质层的外端与所述底电极的非连接边齐平或者处于底电极的非连接边的外侧；和/或
在水平方向上，在顶电极的非连接边，空隙层或不导电介质层的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧，和/或所述空隙层或不导电介质层的外端与所述电连接区域的外端齐平或者处于电连接区域的外端的外侧。
5、根据4所述的谐振器，其中：
在顶电极的电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的外端处于底电极的非电连接边的外侧至少1μm；和/或
在顶电极的电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的内端处于所述电连接区域的内端的内侧至少1μm；和/或
在顶电极的非电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的内端处于所述电连接区域的内端的内侧至少1μm。
6、根据1-5中任一项所述的谐振器，其中：
所述导电层的内端和/或外端的至少一部分底面与所述顶电极的上表面之间存在空隙或不导电介质材料层。
7、根据权利要6所述的谐振器，其中：
所述导电层的内端和/或外端的至少一部分底面与所述顶电极的上表面之间存在空隙而形成悬空结构，在所述顶电极的连接边和/或顶电极的非连接边设置所述悬空结构。
8、根据7所述的谐振器，其中：
所述悬空结构为环形悬空结构；或
所述悬空结构设置在所述顶电极的连接边，以及顶电极的部分非连接边。
9、根据8所述的谐振器，其中：
所述悬空结构在所述顶电极的非连接边周向上断续设置，且断开位置的长度之和不大于整个谐振器的有效区域的周长的90％。
10、根据7所述的谐振器，其中：
所述悬空结构的宽度在0.2μm-20μm的范围内。
11、根据7所述的谐振器，其中：
所述顶电极的非连接边设置有所述悬空结构，且所述导电层与所述非连接边的接触部分的宽度在0.2μm-10μm的范围内。
12、根据7所述的谐振器，其中：
所述顶电极的连接边设置有形成在导电层的内端的内端悬空结构，且所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘与声学镜的边缘之间存在的横向距离在0.2μm-10μm的范围内。
13、根据12所述的谐振器，其中：
所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘在谐振器的水平方向上处于所述声学镜边缘的内侧；或者
所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘在谐振器的水平方向上处于所述声学镜边缘的外侧。
14、根据7所述的谐振器，其中：
所述顶电极在顶电极的连接边设置有桥结构，和/或所述顶电极在顶电极的非连接边设置有悬翼；
且
所述桥结构和/或悬翼结构的内侧边缘处于所述有效区域的内侧；和/或
所述顶电极还包括至少围绕所述桥结构和/或悬翼结构内侧边缘设置的凸起结构。
15、根据14所述的谐振器，其中：
所述顶电极设置有形成在导电层的内端的内端悬空结构；且
所述悬翼和/或桥结构的内侧边缘在水平方向上处于所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘的内侧或齐平。
16、根据15所述的谐振器，其中：
所述悬翼和/或桥结构的内侧边缘与所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘在水平方向上的距离在0.2μm-10μm的范围内。
17、根据7所述的谐振器，其中：
所述导电层的内端和/或外端悬空结构的侧面平行于谐振器的厚度方向或者与所述厚度方向成一角度，或者所述导电层的内端和/或外端悬空结构的侧面包括弧面。
18、根据7所述的谐振器，其中：
所述顶电极的上表面和/或所述导电层的上表面设置有不导电介质层。
19、根据18所述的谐振器，其中：
在顶电极的连接边和/或非连接边，所述导电层的不导电介质层的内端延伸到导电层的内侧；和/或
在顶电极的非连接边，所述导电层的不导电介质层的外端延伸到导电层的外侧。
20、根据18所述的谐振器，其中：
所述顶电极的连接边设置有形成在导电层的内端的内端悬空结构；且
所述顶电极的不导电介质层的内端在水平方向上处于所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘的内侧。
21、根据7所述的谐振器，其中：
所述导电层的限定悬空结构的底面包括台阶面和/或水平面。
22、一种滤波器，包括根据1-21中任一项所述的谐振器。
23、一种电子设备，包括根据22所述的滤波器或根据1-21中任一项所述的谐振器。
24、一种体声波谐振器的制造方法，其中：
所述方法包括步骤：在基底上形成底电极、压电层以及顶电极材料层的叠置结构；
所述方法还包括：
步骤1：所述叠置结构上形成和图形化牺牲层；
步骤2：形成覆盖所述图形化的牺牲层和顶电极材料层的导电材料层，所述导电材料层与所述顶电极材料层电连接；
步骤3：在导电材料层上设置和图形化阻挡层，所述图形化的阻挡层的内端在谐振器的水平方向上处于所述牺牲层的对应外端的内侧；
步骤4：移除导电材料层的被图形化的阻挡层覆盖之外的导电材料层和顶电极材料层以形成导电层和顶电极，所述导电层与所述顶电极在顶电极上侧的电连接区域内电连接，
其中：
所述谐振器包括声学镜，所述谐振器的声学镜、顶电极、压电层、底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域形成谐振器的有效区域，在步骤4中，所述导电层围绕所述有效区域的边缘设置；且
在基底上形成底电极、压电层以及顶电极材料层的叠置结构包括步骤5：设置空隙层或不导电介质层，在平行于谐振器的厚度方向的投影中，所述空隙层或不导电介质层的至少一部分处于所述电连接区域的下方，且所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure BDA0003048744310000183
的范围内。
25、根据24所述的方法，还包括：
步骤6：释放所述牺牲层，以在导电层的内端的底面与所述顶电极的上表面之间形成空隙而形成内端悬空结构。
26、根据24所述的方法，其中：
在步骤5中，使得所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure BDA0003048744310000181
的范围内。
27、根据26所述的方法，其中：
所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure BDA0003048744310000182
的范围内。
28、根据24所述的方法，其中：
在水平方向上，在顶电极的连接边，空隙层或不导电介质层的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧，和/或所述空隙层或不导电介质层的外端与所述底电极的非连接边齐平或者处于底电极的非连接边的外侧；和/或
在水平方向上，在顶电极的非连接边，空隙层或不导电介质层的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧，和/或所述空隙层或不导电介质层的外端与所述电连接区域的外端齐平或者处于电连接区域的外端的外侧。
29、根据28所述的方法，其中：
在顶电极的电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的外端处于底电极的非电连接边的外侧至少1μm；和/或
在顶电极的电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的内端处于所述电连接区域的内端的内侧至少1μm；和/或
在顶电极的非电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的内端处于所述电连接区域的内端的内侧至少1μm。
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 (29)

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：
所述声学镜、底电极、压电层和顶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；
所述顶电极上侧的围绕所述有效区域的边缘还设置有导电层，所述导电层与所述顶电极在顶电极上侧的电连接区域内电连接；
所述谐振器还包括空隙层或不导电介质层，在平行于谐振器的厚度方向的投影中，所述空隙层或不导电介质层的至少一部分处于所述电连接区域的下方；且
所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure FDA0003048744300000011
的范围内。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure FDA0003048744300000012
的范围内。
3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure FDA0003048744300000013
的范围内。
4.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
在水平方向上，在顶电极的连接边，空隙层或不导电介质层的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧，和/或所述空隙层或不导电介质层的外端与所述底电极的非连接边齐平或者处于底电极的非连接边的外侧；和/或
在水平方向上，在顶电极的非连接边，空隙层或不导电介质层的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧，和/或所述空隙层或不导电介质层的外端与所述电连接区域的外端齐平或者处于电连接区域的外端的外侧。
5.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
在顶电极的电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的外端处于底电极的非电连接边的外侧至少1μm；和/或
在顶电极的电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的内端处于所述电连接区域的内端的内侧至少1μm；和/或
在顶电极的非电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的内端处于所述电连接区域的内端的内侧至少1μm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的谐振器，其中：
所述导电层的内端和/或外端的至少一部分底面与所述顶电极的上表面之间存在空隙或不导电介质材料层。
7.根据权利要6所述的谐振器，其中：
所述导电层的内端和/或外端的至少一部分底面与所述顶电极的上表面之间存在空隙而形成悬空结构，在所述顶电极的连接边和/或顶电极的非连接边设置所述悬空结构。
8.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述悬空结构为环形悬空结构；或
所述悬空结构设置在所述顶电极的连接边，以及顶电极的部分非连接边。
9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述悬空结构在所述顶电极的非连接边周向上断续设置，且断开位置的长度之和不大于整个谐振器的有效区域的周长的90％。
10.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述悬空结构的宽度在0.2μm-20μm的范围内。
11.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述顶电极的非连接边设置有所述悬空结构，且所述导电层与所述非连接边的接触部分的宽度在0.2μm-10μm的范围内。
12.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述顶电极的连接边设置有形成在导电层的内端的内端悬空结构，且所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘与声学镜的边缘之间存在的横向距离在0.2μm-10μm的范围内。
13.根据权利要求12所述的谐振器，其中：
所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘在谐振器的水平方向上处于所述声学镜边缘的内侧；或者
所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘在谐振器的水平方向上处于所述声学镜边缘的外侧。
14.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述顶电极在顶电极的连接边设置有桥结构，和/或所述顶电极在顶电极的非连接边设置有悬翼；
且
所述桥结构和/或悬翼结构的内侧边缘处于所述有效区域的内侧；和/或
所述顶电极还包括至少围绕所述桥结构和/或悬翼结构内侧边缘设置的凸起结构。
15.根据权利要求14所述的谐振器，其中：
所述顶电极设置有形成在导电层的内端的内端悬空结构；且
所述悬翼和/或桥结构的内侧边缘在水平方向上处于所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘的内侧或齐平。
16.根据权利要求15所述的谐振器，其中：
所述悬翼和/或桥结构的内侧边缘与所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘在水平方向上的距离在0.2μm-10μm的范围内。
17.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述导电层的内端和/或外端悬空结构的侧面平行于谐振器的厚度方向或者与所述厚度方向成一角度，或者所述导电层的内端和/或外端悬空结构的侧面包括弧面。
18.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述f设置有不导电介质层。
19.根据权利要求18所述的谐振器，其中：
在顶电极的连接边和/或非连接边，所述导电层的不导电介质层的内端延伸到导电层的内侧；和/或
在顶电极的非连接边，所述导电层的不导电介质层的外端延伸到导电层的外侧。
20.根据权利要求18所述的谐振器，其中：
所述顶电极的连接边设置有形成在导电层的内端的内端悬空结构；且
所述顶电极的不导电介质层的内端在水平方向上处于所述内端悬空结构的空隙的外侧边缘的内侧。
21.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述导电层的限定悬空结构的底面包括台阶面和/或水平面。
22.一种滤波器，包括根据权利要求1-21中任一项所述的谐振器。
23.一种电子设备，包括根据权利要求22所述的滤波器或根据权利要求1-21中任一项所述的谐振器。
24.一种体声波谐振器的制造方法，其中：
所述方法包括步骤：在基底上形成底电极、压电层以及顶电极材料层的叠置结构；
所述方法还包括：
步骤1：所述叠置结构上形成和图形化牺牲层；
步骤2：形成覆盖所述图形化的牺牲层和顶电极材料层的导电材料层，所述导电材料层与所述顶电极材料层电连接；
步骤3：在导电材料层上设置和图形化阻挡层，所述图形化的阻挡层的内端在谐振器的水平方向上处于所述牺牲层的对应外端的内侧；
步骤4：移除导电材料层的被图形化的阻挡层覆盖之外的导电材料层和顶电极材料层以形成导电层和顶电极，所述导电层与所述顶电极在顶电极上侧的电连接区域内电连接，
其中：
所述谐振器包括声学镜，所述谐振器的声学镜、顶电极、压电层、底电极在谐振器的厚度方向上的重叠区域形成谐振器的有效区域，在步骤4中，所述导电层围绕所述有效区域的边缘设置；且
在基底上形成底电极、压电层以及顶电极材料层的叠置结构包括步骤5：设置空隙层或不导电介质层，在平行于谐振器的厚度方向的投影中，所述空隙层或不导电介质层的至少一部分处于所述电连接区域的下方，且所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure FDA0003048744300000051
的范围内。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：
步骤6：释放所述牺牲层，以在导电层的内端的底面与所述顶电极的上表面之间形成空隙而形成内端悬空结构。
26.根据权利要求24所述的方法，其中：
在步骤5中，使得所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure FDA0003048744300000052
的范围内。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述空隙层或不导电介质层的厚度在
Figure FDA0003048744300000053
的范围内。
28.根据权利要求24所述的方法，其中：
在水平方向上，在顶电极的连接边，空隙层或不导电介质层的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧，和/或所述空隙层或不导电介质层的外端与所述底电极的非连接边齐平或者处于底电极的非连接边的外侧；和/或
在水平方向上，在顶电极的非连接边，空隙层或不导电介质层的内端与所述电连接区域的内端齐平或处于所述电连接区域的内端的内侧，和/或所述空隙层或不导电介质层的外端与所述电连接区域的外端齐平或者处于电连接区域的外端的外侧。
29.根据权利要求28所述的方法，其中：
在顶电极的电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的外端处于底电极的非电连接边的外侧至少1μm；和/或
在顶电极的电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的内端处于所述电连接区域的内端的内侧至少1μm；和/或
在顶电极的非电连接边，在水平方向上，所述空隙层或不导电介质层的内端处于所述电连接区域的内端的内侧至少1μm。
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