CN115603697A - 一种声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种谐振器，包括衬底；形成在衬底上的底电极层、顶电极层和压电层；以及形成在底电极层与衬底之间的声学反射结构；其中，在声波谐振器的有效谐振区域的末端，顶电极层与压电层之间具有第一间隙和/或底电极层与压电层之间具有第二间隙，并且第一间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层的最下表面，第二间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层的最上表面。通过在谐振器的有效谐振区域的末端设置间隙，分离电极层和压电层，减少横波从工作区域向外界传递；具备该间隙结构的谐振器相对于现有技术具有更好的机械稳定性，同时，在生产过程中无需对压电层进行额外处理，从而结构稳定性和一致性较高。

Description

一种声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备
技术领域
本申请涉及半导体器件的技术领域，尤其是涉及一种声波谐振器及其制造方法，以及包括该谐振器的滤波器和电子设备。
背景技术
滤波器作为射频前端模块之一，具有改善发射和接收信号的功能，在射频前端模块中发挥着举足轻重的作用。Fbar(Film Bulk Acoustic Resonator)是一种体声波谐振器，由多个Fbar以拓扑网络结构连接组成的滤波器，因具有体积小、集成能力强、高频下仍具有高品质因子和功率承受能力强等特点而满足了射频前端模块的高标准。
Fbar的基本结构是上电极层、下电极层以及夹在上下电极层间的压电层。上电极层上表面与空气接触使得声波在上电极层与空气交界处发生全反射而抑制能量泄露，与此同时在下电极层下方设置声波反射结构使得能量不至于泄露到衬底并储存在谐振器内。
谐振器的品质(Q)因子是周期存储能量与周期损失能量的比值，是表征其性能的关键因子。谐振器在谐振时会产生纵向声波和横向声波，其中横向声波无法存储在谐振器内部，会泄露出去导致声能损失，从而降低Q值。同时，在声波反射结构边缘外，顶电极层、压电层和底电极层重叠位置存在较大的寄生振荡，寄生振荡对于Q因子也有较大的影响。因此如何减少横向声波损失、抑制寄生振荡是设计谐振器时需要关注的问题。
发明内容
为解决上述现有技术中的问题，本发明的第一方面提出一种声波谐振器，至少包括：
衬底；
形成在衬底上的底电极层、顶电极层和压电层；以及
形成在底电极层与衬底之间的声学反射结构；
其中，在声波谐振器的有效谐振区域的末端，顶电极层与压电层之间具有第一间隙和/或底电极层与压电层之间具有第二间隙，并且第一间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层的最下表面，第二间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层的最上表面。
上述方案中，通过在谐振器的有效谐振区域的末端设置第一间隙和/或第二间隙，可以分离在有效谐振区域边缘的电极层(包括顶电极层和底电极层)和压电层，减少横波从谐振有效工作区域向外界泄露；同时，由于间隙(包括第一间隙和第二间隙)的分离，使得由于电极层和压电层直接接触重叠而产生的寄生振荡减少；另外，更重要的是，第一间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层的最下表面和/或第二间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层的最上表面，使得顶电极对外连接时的机械稳定性增强。
优选地，间隙周围的压电层保持均匀的厚度，底电极层在非对外连接的部位具有倾斜端部。具有均匀厚度的压电层可以具备均匀的压电性能，在生产过程中未对压电层进行额外处理，即可形成间隙，提高压电层的压电一致性，提高Q因子，并且可大大提高良率。
优选地，从垂直于衬底表面的方向来看，倾斜端部跨越声学反射结构的边缘延伸。且第一间隙起始于倾斜端部的斜面起始位置和声学反射结构边缘之间，并且结束于倾斜端部的斜面终止位置的外侧。进一步优选地，第二间隙起始于倾斜端部的斜面起始位置，并且结束于倾斜端部的斜面终止位置的外侧。在该优选方案中，间隙从倾斜端部所对应的位置延伸到外侧，从而使得间隙的末端在垂直投影方向超出底电极层的末端，从而避免电极层和压电层在声学反射结构边缘以外的区域直接接触重叠而产生的寄生振荡，减少声能损失，进而提高Q因子。
优选地，间隙的顶表面包括与衬底相平行的水平顶表面以及与水平顶表面相接的倾斜顶表面。进一步地，倾斜顶表面包括平面、弧面或者曲折面。第一间隙的水平顶表面可以避免顶电极层上凸产生的可靠性和稳定性降低的问题。第二间隙的水平顶表面为压电层的生长提供平坦区域，减少压电层生长的缺陷，提高Q因子。
优选地，间隙包括位于底电极层的倾斜端部上的第一部分以及位于底电极层的倾斜端部之外的第二部分，并且第二部分相对于衬底的最高点不高一部分相对于衬底的于第最高点。此时间隙跨越底电极层的倾斜端部，能够尽可能地减少寄生振荡，减少声能损失。
优选地，间隙至少位于顶电极层的对外连接端的下方。
优选地，间隙环绕声波谐振器的有效谐振区域设置，此时，间隙可以更好地反射由有效区域内泄露的横波，进一步减少能量损耗。
优选地，压电层包括位于压电层的弯折部的缺陷区，间隙位于缺陷区所对应位置并至少覆盖部分缺陷区。从而使得缺陷区被排除在有效谐振区域之外，减少声能损失，进而提高有效谐振区域内的Q值。
优选地，声学反射结构包括空腔或布拉格反射器。
优选的，声学反射结构包括位于嵌于衬底内部、位于衬底表面之上或者前述两者的组合的声学反射结构。
第二方面，本发明提出一种滤波器，其包括上述任一种声波谐振器。
第三方面，本发明提出一种电子设备，其包括上述任一种声波谐振器。
第四方面，本发明提出一种声波谐振器的制造方法，包括以下步骤：
提供衬底；
在衬底上形成声学反射结构；
在声学反射结构和衬底上形成底电极层；
在衬底和底电极层上形成压电层；
在压电层上形成顶电极层；
在声波谐振器的有效谐振区域的末端，顶电极层与压电层之间具有第一间隙和/或底电极层与压电层之间具有第二间隙，并且第一间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层的最下表面，第二间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层的最上表面。
优选地，间隙周围的压电层保持均匀的厚度，底电极层在非对外连接的部位具有倾斜端部。
优选地，间隙的制作方法包括先在待形成间隙的区域填充牺牲材料，再去除牺牲材料以形成空气间隙。
优选地，间隙的制作方法包括在待形成间隙的区域填充低声阻抗介质，形成介质间隙。
本发明提出的谐振器，其在压电层和电极层之间形成间隙以分离电极层和压电层。该结构中，第一间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层的最下表面，第二间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层的最上表面。相对于现有技术中上凸的桥结构等类型的顶电极层连接部，该间隙结构上方的连接部具有较好的机械稳定性。底电极层侧面周围的间隙可以反射横波，提高Q因子。进一步地，该谐振器中的顶电极层和底电极层可以设置为面积大小接近，以提高谐振器的并联阻抗(Rp)，最终提高谐振器性能。在该谐振器的制作过程中，压电层形成后，无需对压电层进行任何处理，使其水平厚度相同，从而保证压电层的压电一致性，进而提高Q因子。
附图说明
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。附图的元素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为根据本发明一实施例中的谐振器的截面图；
图2为根据本发明另一实施例中的谐振器的截面图；
图3为根据本发明另一实施例中不同谐振器并联谐振阻抗Rp仿真数据对比图；
图4为根据本发明另一实施例中的谐振器的截面图；
图5为根据本发明另一实施例中的谐振器的截面图；
图6为根据本发明另一实施例中的谐振器的截面图；
图7为根据本发明另一实施例中的谐振器的截面图；
图8为根据本发明另一实施例中的谐振器的截面图；
图9为根据本发明另一实施例中的谐振器的截面图；
图10a-10h为根据本发明另一实施例中的谐振器制造过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，参考图的取向使用方向的术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等来描述一些实施例。可以理解，为了图示的目的使用方向术语绝非限制。在不背离本发明的创新范围的前提下，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变。
图1为本发明一实施例中谐振器的剖面图。如图1所示的声波谐振器100至少包括：衬底101；以及形成在衬底101上的底电极层102，底电极层102与衬底101之间具有声学反射结构105；顶电极层104，顶电极层104位于底电极层102的上方；和压电层103，压电层103位于底电极层102与顶电极层104之间。
本领域技术人员可以理解，可以将由声学反射结构105、底电极层102、压电层103和顶电极层104相互重叠的区域定义为有效谐振区域。相应地，非有效谐振区域包括在声学反射结构105之外的底电极层102、压电层103和顶电极层104的重叠区域。
本实施例所示的声波谐振器100中，顶电极层104与压电层103之间具有第一间隙106，第一间隙106形成在有效谐振区域的末端，且第一间隙106的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层104的最下表面。从而第一间隙106可以在有效谐振区域的外围末端形成不同于有效谐振区域的声阻抗，产生声阻抗不匹配的界面，从而减少横波能量泄露，提高Q因子；同时，第一间隙106下方的压电层具有弯折的区域，形貌发生较大的变化，因此可以进一步反射横波，减少能量损失；而在声学反射结构105之外，第一间隙106隔离压电层103和顶电极层104，避免顶电极层104、压电层103和底电极层102的直接重叠，从而避免产生寄生振荡，进一步提高谐振器Q因子；第一间隙106的顶面通过顶电极层104水平延伸形成，无弯折且基本无形貌变化，因此顶电极层连接部不易断裂，器件稳定性高。
在具体实施例中，第一间隙106内的介质包括空气或低声阻抗介质。其中，低声阻抗介质可包括掺杂碳的二氧化硅、苯并环丁烯、或者SiLK的电介质树脂。
进一步地，底电极层102包括与外部的焊盘、电容、电感等电子元件连接的连接端以及与连接端相对的非连接端，底电极层102的端部至少在非连接端通过刻蚀等处理形成倾斜状的倾斜端部1021。相对于具有垂直截面的底电极层端部而言，倾斜端部可以为其上生长的压电层提供较为缓和的生长基底，从而减少压电层在底电极端部发生较大的形貌变化，进一步减少压电层的应力突变，同时减少此处压电层的生长缺陷，提高压电层的生长质量，最终提高Q因子。
值得注意的是，在本文中所称的端部，均指代相应的功能层(包括底电极层、压电层、顶电极层等)在平行于衬底表面的方向上的端部。
可选地，第一间隙106周围的压电层103保持均匀的厚度。本领域技术人员容易认识到，该均匀的厚度的情形也包括在倾斜面上制备压电层103时压电层由于工艺自然形成的厚度稍微变薄的情况。本领域技术人员容易理解的是，具有均匀厚度的压电层103一般具备均匀的压电性能，基于该技术特征，进一步提高谐振器的器件的Q因子。在形成间隙时，未对压电层进行任何刻蚀等物理方式的处理，因此未破坏压电层的压电一致性，器件的性能得到进一步提高，产品的良率得到提高。
顶电极层104包括与外部的焊盘、电容、电感等电子元件连接的连接端1041以及与连接端相对的非连接端1042。本实施例中，第一间隙106形成于连接端1041下方，其他实施例中，第一间隙106也可以形成于顶电极层104的非连接端1042与压电层103之间，或者同时形成于连接端与非连接端下方，均可以达到减少横波能量泄露，提高品质(Q)因子的技术效果。
在具体实施例中，底电极层102包括与外部的焊盘、电容、电感等电子元件连接的连接端以及与连接端相对的非连接端，其中连接端延伸于衬底上，非连接端可以位于衬底上，也可以悬于空腔上方，本实施例中底电极层102的非连接端延伸至衬底，以使衬底支撑底电极层的非连接端，提高底电极层的可靠性。
从垂直于衬底101表面的方向来看，如图1中虚线所示，倾斜端部1021跨越声学反射结构105的边缘，压电层103直接沉积在底电极层102上，从而将倾斜端部的形貌传递至压电层上，使得压电层在倾斜端部的上方具有倾斜区域，顶电极层的连接端在压电层的倾斜区域上方先水平延伸再向衬底方向延伸，此时顶电极层的连接端在倾斜端部的倾斜起始位置和声学反射结构105的边缘之间与压电层分离，也即在垂直于衬底表面的方向上看，第一间隙106的起始点位于声学反射结构105的边缘以内，并且位于倾斜端部1021的倾斜起始点以外。值得注意的是，其中提到的“内”和“外”这一概念可以根据谐振器的纵向截面图来理解，相对来说靠近谐振器中央的为内，靠近谐振器两边的为外。
而第一间隙106由起始点延伸，并且结束于倾斜端部1021的斜面终止位置的外侧，此时，在声学反射结构105的边缘以外顶电极层的连接端1041、压电层103以及底电极层102、衬底101在垂直方向上由于第一间隙106的隔离，无法直接接触重叠，从而避免了接触重叠产生的寄生振荡，进一步减少声学损失，提高Q因子。
本实施例中，第一间隙106的顶表面包括与衬底101相平行的水平顶表面以及与水平顶表面相接的倾斜顶表面，其中倾斜顶表面包括弧面、倾斜面或者台阶面；或者第一间隙106的顶表面直接由弧面、倾斜面或者台阶面形成。
参见图1，第一间隙106的顶表面包括水平顶表面和倾斜状的倾斜顶表面。具体地，第一间隙106上方的顶电极层连接端1041首先水平延伸、再朝向衬底101方向延伸，形成第一间隙106的顶表面；在其他实施例中，连接端1041也可以先朝向衬底延伸再水平延伸，或以多段折线或曲线的形势向衬底方向延伸，从而改善顶电极层连接端容易出现断裂、塌陷等异常，使第一间隙106上方的顶电极层连接端1041的稳定性和机械可靠性均得到提高。
图2为本发明另一实施例中谐振器200的剖面图，本实施例中，底电极层202与压电层203之间具有第二间隙207，第二间隙207的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层202的最上表面，使第二间隙207上方的压电层具有较高的稳定性和机械可靠性。第二间隙207与前述实施例中第一间隙106的结构类似或基本相同，可以参考上述关于第一间隙106的描述理解第二间隙207的结构和功能。
在具体实施例中，第二间隙207可以形成于底电极层202的连接端和/或非连接端，均能够提高Q因子。本实施例中，第二间隙207位于顶电极层204的对外连接端这一侧，可以减少横波泄露，减少能量损失。在其他实施例中，第二间隙207可以环绕有效区域设置，横波在底电极中传播时遇到边界的第二间隙207时完全反射横波，因此可以阻止横波通过底电极向外传播，减少能量损耗，提高Q因子。
在具体实施例中，参见图2，与前述实施例类似，底电极层202的非连接端具有倾斜端部2021，且倾斜端部2021跨越声学反射结构205的边缘。第二间隙207起始于倾斜端部2021的倾斜起始位置，并结束于倾斜端部2021的倾斜终止位置以外。由于第二间隙207的隔离，压电层203在第二间隙207的起始位置即与底电极层202分离，因此在声学反射结构205边缘以外的区域，顶电极层204、压电层203和底电极层202由于第二间隙207的隔离在垂直方向上无法直接接触重叠，从而可以避免寄生振荡，减少声能损失，进一步提高Q因子。
此时，正由于上述的构造，顶电极层与底电极层202的倾斜端部2021重叠的区域并不构成有效谐振区域，使得底电极层202的实现有效谐振的面积接近于顶电极层204的实现有效谐振的面积，从而提升谐振器的并联谐振阻抗Rp。
图3为谐振器并联谐振阻抗Rp仿真数据对比图，其中虚线表示底电极层等于顶电极层的谐振器，实线表示底电极层大于顶电极层的谐振器，根据仿真数据可见，当底电极层的面积接近于顶电极层的面积时，并联谐振阻抗Rp提升约10.6％。
在具体实施例中，参见图2，与前述实施例中的第一间隙106类似，第二间隙207的顶表面也包括从压电层203延伸的水平顶表面，以及与水平顶表面连接的倾斜顶表面，其中倾斜顶表面包括弧面、倾斜面或者台阶面，本实施例中的倾斜顶表面为倾斜面。水平顶表面为压电层203的生长提供平坦区域，减少压电层生长的缺陷，提高Q因子。此时，第二间隙207包括位于底电极层202倾斜端部2021上的第一部分2071以及位于底电极层202的倾斜端部2021之外的第二部分2072，并且，第二部分2072相对于衬底的最高点不高于第一部分2071相对于衬底的最高点。其中，在垂直方向上，水平顶表面的终点在底电极层倾斜端部的终止位置内侧或者外侧均可，本实施例不作限制，可以根据间隙的尺寸大小进行调节。在其他实施例中，第二间隙的顶表面还可以直接由弧面(如图4所示)、倾斜面(如图5所示)或者台阶面(如图6所示)形成。
参见图4，第二间隙407的顶表面由弧面形成，在底电极层402的端部倾斜起始点，压电层403以一段曲线开始向衬底方向延伸，直至与衬底401表面相连接。底电极层402、压电层403和衬底401之间形成第二间隙407。此时，弧面为压电层的生长提供缓慢过渡的区域，可以减少生长缺陷，提高Q因子。类似地，也可以在顶电极层和压电层之间形成具有弧面的间隙。
参见图5，第二间隙507的顶表面由倾斜面形成，本实施例中，在底电极层502的倾斜端部的倾斜起始点，压电层503以较小的角度也随着底电极层502开始向衬底方向弯折，最终倾斜至衬底501表面。底电极层502、压电层503和衬底501之间形成第二间隙507。此时第二间隙507呈三角形，可以为压电层503的弯折倾斜部分提供较为缓和的形貌变化，减小应力，提高机械可靠性。类似地，也可以在顶电极层和压电层之间形成三角形间隙。
参见图6，第二间隙607的顶表面包括水平顶表面和台阶面，台阶面可以由多个折线形成。相对于底电极层的厚度，台阶可以设置较小的高度，例如小于底电极层厚度的一半，也可以设置较大的高度，例如大于底电极层厚度的一半。在具体实施例中，构成间隙的边还可以设计为多段的折线。本实施例中，在底电极层602的倾斜端部的倾斜起始点，压电层603继续水平延伸一段距离后，以台阶状向下弯折至衬底601表面。底电极层602、压电层603和衬底601之间形成第二间隙607。此时，第二间隙607通过台阶来减小该位置的压电层的应力，同时可以减小间隙起始端上方压电层的缺陷。类似地，也可以在顶电极层和压电层之间形成具有水平顶表面和台阶面的间隙。
在优选实施例中，间隙还可以环绕有效区域末端设置，例如间隙环绕底电极层末端设置。图7为本发明一实施例中谐振器700的截面图。本实施例中，第二间隙707形成于谐振器的底电极层702和压电层703之间，从俯视的角度看，此时第二间隙707完全围绕底电极层702延伸，从而谐振器中所产生的横波在传播遇到边界处的第二间隙707时，将被完全反射，进一步阻止横波通过底电极层这个功能层向外传播，减少能量损耗，提高Q因子。
在优选实施例中，间隙可以同时存在于顶电极与压电层、底电极与压电层之间。图8为根据本发明的又一实施例的谐振器800的截面图。如图8所示，本实施例中，顶电极层804与压电层803之间具有第一间隙806，同时底电极层802与压电层803之间具有第二间隙807。可以理解，此时两间隙的同时存在能够进一步减少横波能量泄露，提高品质(Q)因子。
由于发明人发现，压电层的形成过程中，其在弯折或倾斜部位处容易形成具有生长缺陷的缺陷区，因而在另一具体示例中，在上述的间隙位于压电层的缺陷区所对应位置。特别是，底电极层非连接端上方的压电层由于生长在非平坦的介质上，会产生较大的缺陷，其缺陷大于有效区域内的压电层的缺陷，形成更明显的缺陷区。而由于在本申请的技术方案中，第一间隙可至少覆盖部分的缺陷区的上表面，可以使位于有效谐振区域内的缺陷减少，从而提高有效区域的Q因子；第二间隙同样可以与缺陷区位置对应，使得缺陷区较少地位于有效区域内，尤其是一些实施例的第二间隙的可以为压电层提供部分的平坦区域，从而将压电层的缺陷区向声学反射结构的边缘方向转移，在有效区域内的压电层的缺陷减少，提高Q因子。
上述实施例的声反射结构均为空腔，在另一具体实施例中，声反射结构还包括布拉格反射镜。图9为本发明一实施例中谐振器900的截面图。本实施例中，谐振器900包括衬底901，底电极层902，压电层903，顶电极层904，以及第一间隙906。其中衬底900内嵌入布拉格反射器905，形成固态装配型谐振器(SMR)。SMR的优点在于可以提升对压电结构的支撑性，防止其变形。
在上述的实施例中，声反射结构均为嵌入衬底内部的结构，另一具体实施例中，声学反射结构还可以位于衬底的表面之上。
根据本发明的另一方面，为制造上述的谐振器器件，提出一种声波谐振器的制造方法，具体包括以下步骤：提供衬底；在衬底上形成声学反射结构；在声学反射结构和衬底上形成底电极层；在衬底和底电极层上形成压电层；在压电层上形成顶电极层；在声波谐振器的有效谐振区域的末端，顶电极层与压电层之间具有第一间隙和/或底电极层与压电层之间具有第二间隙，并且第一间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层的最下表面，第二间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层的最上表面。虽然上文以一定顺序列举了方法的各个步骤，本领域技术人员可以理解的是，其步骤可以以不同于上文的顺序来执行，即可以以相反或并列的方法来执行各个步骤。
其中各个结构层的详细描述见器件内容的描述，此处不再赘述。
图10a-10h为本发明一具体实施例中声波谐振器的制造方法过程示意图，本实施例所制造的谐振器具有第一间隙，并具有嵌于衬底内的空腔。空腔的形成方法包括先在待形成空腔的区域覆盖牺牲层材料，待其他器件结构形成后，再去除该区域的牺牲层，从而形成空腔。其步骤具体包括：
如图10a所示，提供衬底1001；衬底1001包括高阻抗的Si衬底，也可以是Ge、SiGe、SiO2，SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，石英、玻璃、单晶AlN、LiNbO3、TaNbO3、钛酸锆酸铅[PZT](Pb(Zr，Ti)O3)、蓝宝石、金刚石或氧化铝等的陶瓷材料，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，优选为高阻抗的Si；
如图10b所示，在衬底1001表面刻蚀形成凹槽；
如图10c所示，在凹槽内填充PSG(磷酸硅酸盐)牺牲层，使牺牲层与衬底1001表面齐平；
如图10d所示，在衬底1001和牺牲层上形成底电极层1002，并刻蚀底电极层1002的末端形成倾斜末端；
如图10e所示，在底电极层1002和衬底1001的表面通过CVD法形成压电层1003；压电层1003的材料可以是由氧化锌(ZnO)，硫化锌(ZnS)、氮化铝(AlN)、硫化镉(CdS)、钛酸铅[PT](PbTiO3)、钛酸锆酸铅[PZT](Pb(Zr，Ti)O3)、钽酸锂(LiTaO3)或锆钛酸铅镧系列的其他成员制成，压电层还可以掺杂其他元素改变压电性，例如掺杂钪、钇、镁、钛、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥等，优选钪，压电层的压电材料可以是单层压电材料，也可以是相同或不同压电材料的多个子层。本实施例优选氮化铝(AlN)压电层材料。压电层在水平方向上保持均匀的厚度，且未采用任何物理方式对压电层进行处理。
如图10f所示，在压电层1003上填充牺牲层，用于后续形成间隙；
如图10g所示，在压电层和牺牲层上通过形成顶电极层1004。在可选示例中，底电极层和顶电极层的材料可以是金(Au)、钼(Mo)、钌(Ru)、铝(Al)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)等；优选可以是钼(Mo)。并且顶电极层和底电极层均可以是单层金属或者多层金属，多层金属的材料可以相同或者不同；顶电极层与底电极层的材料、厚度等可以相同，也可以不同。本实施例优选通过化学气相沉积(CVD)法生长Mo金属顶电极层。
如图10h所示，刻蚀顶电极层1004，形成连接端和非连接端，并释放牺牲层，在连接端和压电层之间形成第一间隙1006，在底电极层1002和衬底1001之间形成空腔1005。
其中，间隙的制作方法包括先在待形成间隙的区域填充牺牲材料，再去除牺牲材料以形成空气间隙。在可替代的实施例中，可以采用在所述间隙的部位填充相对于压电材料而言的低阻抗介质，从而形成介质间隙并且再制作其上的压电层或电极层。
上述实施例提出通过在谐振器的有效谐振区域的末端设置间隙，分离有效谐振区域末端的电极层和压电层，减少横波从工作区域向外界泄露；同时，间隙包括第一部分和位于第一部分外侧的第二部分，第二部分不高于第一部分，使间隙以及其上的膜层相对于有效区域内的膜层不凸起，从而为膜层提供更好的机械稳定性；压电层在间隙周围具有均匀的厚度，且间隙的形成过程中无需对压电层进行额外处理，使压电层结构稳定、压电性均一；间隙跨越声反射结构边缘，减少横波从工作区域向外界传递，进一步提高谐振器性能。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (20)

1.一种声波谐振器，至少包括：
衬底；
形成在所述衬底上的底电极层、顶电极层和压电层；以及
形成在所述底电极层与所述衬底之间的声学反射结构；
其中，在所述声波谐振器的有效谐振区域的末端，所述顶电极层与所述压电层之间具有第一间隙和/或所述底电极层与所述压电层之间具有第二间隙，并且所述第一间隙的最顶面不高于位于所述有效谐振区域内的所述顶电极层的最下表面，所述第二间隙的最顶面不高于位于所述有效谐振区域内的所述底电极层的最上表面。
2.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述间隙周围的所述压电层保持均匀的厚度，所述底电极层在非对外连接的部位具有倾斜端部。
3.根据权利要求2所述的声波谐振器，其特征在于，从垂直于衬底表面的方向来看，所述倾斜端部跨越所述声学反射结构的边缘延伸。
4.根据权利要求3所述的声波谐振器，其特征在于，在垂直于衬底表面的方向上看，所述第一间隙起始于所述倾斜端部的斜面起始位置，并且结束于所述倾斜端部的斜面终止位置的外侧。
5.根据权利要求3所述的声波谐振器，其特征在于，在垂直于衬底表面的方向上看，所述第二间隙起始于所述倾斜端部的斜面起始位置，并且结束于所述倾斜端部的斜面终止位置的外侧。
6.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述间隙的顶表面包括与衬底相平行的水平顶表面以及与所述水平顶表面相接的倾斜顶表面。
7.根据权利要求6所述的声波谐振器，其特征在于，所述倾斜顶表面包括平面、弧面或者曲折面。
8.根据权利要求3所述的声波谐振器，其特征在于，所述间隙包括位于所述底电极层的倾斜端部上的第一部分以及位于所述底电极层的倾斜端部之外的第二部分，并且所述第二部分相对于衬底的最高点不高于所述第一部分相对于衬底的最高点。
9.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述间隙至少位于顶电极层的对外连接端的下方。
10.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述间隙环绕所述声波谐振器的有效谐振区域设置。
11.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述压电层包括位于压电层的弯折部的缺陷区，所述间隙位于所述缺陷区所对应位置并至少覆盖部分缺陷区。
12.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述声学反射结构包括空腔或布拉格反射器。
13.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述声学反射结构包括嵌于衬底内部、位于衬底表面之上或者前述两者的组合的声学反射结构。
14.根据权利要求1所述的声波谐振器，其特征在于，所述间隙内的介质包括空气或低声阻抗介质。
15.一种滤波器，其特征在于，包括权利要求1-14中任一项所述的声波谐振器。
16.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-14任一项所述的声波谐振器。
17.一种声波谐振器的制造方法，包括以下步骤：
提供衬底；
在衬底上形成声学反射结构；
在声学反射结构和衬底上形成底电极层；
在衬底和底电极层上形成压电层；
在压电层上形成顶电极层；
其特征在于，在所述声波谐振器的有效谐振区域的末端，所述顶电极层与所述压电层之间具有第一间隙和/或所述底电极层与所述压电层之间具有第二间隙，并且所述第一间隙的最顶面不高于位于所述有效谐振区域内的所述顶电极层的最下表面，所述第二间隙的最顶面不高于位于所述有效谐振区域内的所述底电极层的最上表面。
18.根据权利要求17所述的声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述间隙周围的所述压电层保持均匀的厚度，所述底电极层在非对外连接的部位具有倾斜端部。
19.根据权利要求17所述的一种声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述间隙的制作方法包括先在待形成间隙的区域填充牺牲材料，再去除所述牺牲材料以形成空气间隙。
20.根据权利要求17所述的一种声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述间隙的制作方法包括在待形成间隙的区域填充低声阻抗介质，形成介质间隙。
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