CN117526886A - 压电层下侧设置凸起或凹陷的体声波谐振器及制造方法 - Google Patents

压电层下侧设置凸起或凹陷的体声波谐振器及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种体声波谐振器及其制造方法。所述体声波谐振器包括基底、声学镜、底电极、顶电极和设置在底电极与顶电极之间的压电层，其中：压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/120，其中λ为在所述谐振器的串联谐振频率下声波在底电极材料中的波长，或者所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz，压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于本发明还涉及一种滤波器以及一种电子设备。

Description

压电层下侧设置凸起或凹陷的体声波谐振器及制造方法
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
电子器件作为电子设备的基本元素，已经被广泛应用，其应用范围包括移动电话、汽车、家电设备等。此外，未来即将改变世界的人工智能、物联网、5G通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为基础。
薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR，又称为体声波谐振器，也称BAW)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，FBAR具有尺寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，其滤波器正在逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用，其高灵敏度的优势也能应用到生物、物理、医学等传感领域。
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。
薄膜体声波谐振器主要利用压电薄膜的纵向压电系数产生压电效应，所以其主要工作模式为厚度方向上的纵波模式，即体声波谐振器的声波主要在谐振器的薄膜体内，而且主要的振动方向在纵向。但是由于存在边界，在边界处会存在不垂直于压电膜层的兰姆波，这时横向的兰姆波会从压电膜层的横向漏出，导致声学损失，从而使得谐振器的Q值减小。
为了防止或减少横向的兰姆波泄露，已有的技术在谐振器的有效区域的边缘设置凸起结构、凹陷结构以及桥翼结构中的至少一种，如图1所示。图1中的体声波谐振器包括基底10，声学镜20，底电极30，压电层40，顶电极50，声学不匹配结构60，包括桥结构和/或悬翼结构601、凸起结构602、凹陷结构605：以及保护层或工艺层70。
但是，在通过在谐振器的有效区域的边缘设置凸起结构或凹陷结构来提升谐振器的Q值时，由于制备工艺的限制，难以在压电层制备凹陷结构或凸起结构。
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；
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/120，其中λ为在所述谐振器的串联谐振频率下声波在底电极材料中的波长。
根据本发明的实施例的另一方面，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，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz；
压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种体声波谐振器的制造方法，所述体声波谐振器包括基底、声学镜、底电极、顶电极和设置在底电极与顶电极之间的压电层，所述方法包括：
步骤1：通过刻蚀、修整或者剥离工艺在底电极上表面形成底电极上凹陷和/或底电极上凸起；和
步骤2：
沉积压电层，使得压电层下表面设置有与所述底电极上凹陷对应的压电层下凸起以及使得压电层上表面设置有与所述压电层下凸起对应的压电层上凹陷，和/或使得压电层下表面设置有与所述底电极上凸起对应的压电层下凹陷以及使得压电层上表面设置有与所述压电层下凹陷对应的压电层上凸起；或
沉积压电层，使得压电层下表面设置有与所述底电极上凹陷对应的压电层下凸起和/或使得压电层下表面设置有与所述底电极上凸起对应的压电层下凹陷，且基于沉积，所述压电层的上表面在与压电层下凸起和/或压电层下凹陷对应的位置为平坦面，
其中：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/120，其中λ为在所述谐振器的串联谐振频率下声波在底电极材料中的波长，或者
所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
本发明的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器或者上述方法制造的谐振器。
本发明的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的谐振器或者上述方法制造的谐振器。
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1为已知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体声波谐振器的截面示意图；
图3A为图1所示结构的电性曲线图，图3B-3E分别为图2所示结构层的基于底电极上凹陷的不同深度的电性曲线图，图3B-3E中，凹陷深度分别为 和
图4A为图2所示结构的谐振器的串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值与凹陷的深度的归一化图，其中最左侧为作为参照值的图1所示结构的谐振器的串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值，凹陷深度分别为λ/700、λ/450、λ/200、λ/120，图4A对应于全频段，图4A中的横坐标中的λ为某一串联谐振频率下声波在底电极或顶电极中的波长，其值等于电极材料声速/声波频率；
图4B为图2所示结构的谐振器的串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值与凹陷的深度的归一化图，其中最左侧为作为参照值的图1所示结构的谐振器的串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值，凹陷深度分别为 和/>其对应于谐振器的串联谐振频率不大于3.5GHz；
图5A-5K为根据本发明的一个示例性实施例的示例性示出制备图2所示的体声波谐振器的工艺流程的一系列截面示意图；
图6-图9为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图；
图10-图11为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中压电层的上表面为平坦面；
图12-图13为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中示出了凹陷深度的在上面膜层的不同传导形式；
图14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，其中声学镜为布拉格反射层。
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。
本发明中的附图标记说明如下：
10：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。
20：声学镜，可为空腔，例如图2。在可选的实施例中，作为空腔型声学镜的等效形式，也可采用布拉格反射层形式的声学镜，如图14所示，布拉格反射层形式的声学镜包括交替布置的布拉格反射层201和202。
21：牺牲层，材料可以为二氧化硅、掺杂二氧化硅等。
30：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。
40：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。
50：顶电极，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。
60：声学不匹配结构，如后面提及的，也可以不设置声学不匹配结构。
601：桥结构和/或悬翼结构。
602：凸起结构，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。
605：顶电极上凹陷。
70：保护层或工艺层，其材料一般为介质材料，例如可以为氮化铝、二氧化硅、氮化硅等。如能够理解的，也可以不设置保护层或工艺层70。
100：底电极辅助凹陷。
101：压电层下凸起。
101A：底电极上凹陷。
101B：底电极上过渡凹陷。
603：压电层上凹陷。
102：压电层下凹陷。
102A：底电极上凸起。
604：压电层上凸起。
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截面示意图。如图2所示，体声波谐振器包括：
基底10；
声学镜20，其为空腔形式；
底电极30；
顶电极50；和
压电层40，设置在底电极30与顶电极50之间，
其中：
压电层的下表面设置有压电层下凸起101，压电层40的上表面在与压电层下凸起101对应的位置设置有压电层上凹陷603，至少底电极的非电极连接端的上表面在与压电层下凸起101对应的位置设置有底电极上凹陷101A，底电极上凹陷101A的外边缘与底电极的非电极连接端的外边缘齐平。虽然在图中没有示出，如能够理解的，底电极上凹陷101A的外边缘与底电极的非电极连接端的外边缘也可以不齐平。
在图2所示的实施例中，在顶电极的非电极连接端，压电层下凸起101的宽度一般小于20微米。经过沉积一定厚度的压电层后，压电层40的上表面形成有与之位置、宽度、厚度大致对应的压电层上凹陷603，在制备凸起结构602后，在压电层40上制备顶电极50，在顶电极50上制备保护层或工艺层70后得到如图2所示的结构。
在图2所示的实施例中，谐振器包括声学不匹配结构60，其包括桥结构或悬翼结构601、凸起结构602、压电层上凹陷603。明显的，在图2中，顶电极50的上侧也相应形成有凸起和凹陷，这也可以是声学不匹配结构60的组成部分。但是，声学不匹配结构60也可以仅仅设置上述声学不匹配结构中的一种或多种。在图2以及后续提及的图6-图14等所示的实施例中，示出了桥结构和/或悬翼结构601、凸起结构602等，但是也可以不设置这些声学不匹配结构。
在图2中，压电层40的下表面设置有压电层下凸起101，从而在压电层的上表面形成有压电层上凹陷603，但是本发明不限于此。在可选的实施例中，如图8所示，压电层40的下表面设置有压电层下凹陷102，压电层40的上表面在与所述压电层下凹陷102对应的位置设置有压电层上凸起604，至少底电极的非电极连接端的上表面在与压电层下凹陷102对应的位置设置有底电极上凸起102A，所述底电极上凸起102A的外边缘与底电极30的非电极连接端的外边缘齐平，虽然在图中没有示出，如能够理解的，底电极上凸起102A的外边缘与底电极的非电极连接端的外边缘也可以不齐平。如图8所示，在顶电极的非电极连接端，压电层上凸起604的外侧与顶电极的非电极连接端齐平。如能够理解的，虽然没有示出，压电层上凸起604或者压电层上凹陷603的外侧也可以设置在顶电极的非电极连接端的内侧或者外侧，这些均在本发明的保护范围之内。在图8中，因为存在凸起结构604，可以相对于图1所示的结构具有更大的并联阻抗。
可选的，在图8所示的实施例中，在压电层40的下侧设置压电层下凹陷102的情况下，底电极30的上表面设置有底电极上凸起102A，此时，底电极上凸起102A的高度与压电层下凹陷102的深度相同。
在图2和图8，以及后续提及的图6-图7以及图9所示的实施例中，底电极上表面的底电极上凹陷或底电极上凸起传导到谐振器中的其他膜层结构。如图2、图6-图9所示，压电层40的上表面存在压电层上凸起或压电层上凹陷，但是本发明不限于此。例如在图10和图11中，压电层40的上表面为平坦面，而不论压电层40的下表面是否设置有压电层下凸起或压电层下凹陷，这些均在本发明的保护范围之内。可选的，如图2所示，压电层40的下表面设置有压电层下凹陷、底电极30的上表面对应设置有底电极上凸起，所述底电极30的非电极连接端的外边缘到所述底电极上凸起之间的部分(对应于图2中的在A和B之间的D1区域)的上表面由彼此相接的边缘斜面和水平平面限定，这有利于提高谐振器的Q值。
虽然没有示出，可选的，压电层的下表面设置有压电层下凸起、底电极的上表面对应设置有底电极上凹陷，所述底电极的非电极连接端的外边缘到所述底电极上凹陷之间的部分的上表面由彼此相接的边缘斜面和水平平面限定。这同样有利于提升谐振器的Q值。
在可选的实施例中，如图2所示，压电层40的下表面设置有压电层下凹陷、底电极30的上表面对应设置有底电极上凸起，所述底电极的上表面在电极连接端的一侧设置有与底电极上凸起相接的底电极连接端凹陷(对应于在图2中的在C和D之间的D4区域)，如图2所示，所述底电极连接端凹陷的外缘(D点)处于顶电极的非电极连接端的外侧。这有利于提升谐振器的Q值。
虽然没有示出，可选的，压电层的下表面设置有压电层下凸起、底电极的上表面对应设置有底电极上凹陷，所述底电极的上表面在电极连接端的一侧设置有与底电极上凹陷相接的底电极连接端凸起，所述底电极连接端凸起的外缘处于顶电极的非电极连接端的外侧。这同样有利于提升谐振器的Q值。
可选的，在图10所示的实施例中，压电层下凸起101的高度与压电层40的厚度的比值不大于1/5，该比值范围有利于将压电层40的上表面在沉积过程中形成为平坦面。这里，压电层40的厚度为压电层的上表面与压电层的下表面的设置有压电层下凸起之外的部分的平坦面之间的距离。
图11与图10所示结构不同在于，在图11中，顶电极的上侧形成有顶电极上凹陷605，其也为声学不匹配结构的一种。图11中的其他结构与图10结构相同，这里不再赘述。
虽然没有示出，在可选的实施例中，图10和图11中的压电层下凸起101也可以被压电层下凹陷102所替代。此时，在一个实施例中，压电层下凹陷102的深度不大于该深度有利于将压电层40的上表面在沉积过程中形成为平坦面，或者压电层下凹陷102的深度与压电层的厚度的比值不大于1/5，该比值范围有利于将压电层40的上表面在沉积过程中形成为平坦面，这里，压电层的厚度为压电层的上表面与压电层的下表面的设置有压电层下凹陷之外的部分的平坦面之间的距离。
在图2以及后续提及的图6、图11、图12、图13、图14等所示的实施例中，压电层40的下侧设置有压电层下凸起，但是，本发明不限于此，例如在图8中，压电层40的下表面设置有压电层下凹陷102，这也在本发明的保护范围之内。对于压电层的下侧设置压电层下凹陷的情形，其与压电层的下侧设置压电层下凸起的情形相似，这里不再赘述。
虽然没有示出，在可选的实施例中，在压电层40的下表面可以同时设置压电层下凹陷102和压电层下凸起101，例如压电层下凹陷102和压电层下凸起101形成为台阶部。相较于单独设置凹陷结构或凸起结构，有利于提升谐振器的并联谐振阻抗以及削弱谐振器的串联谐振频率fs以下的寄生模式。
如图2所示，在压电层下凸起101对应的位置，底电极30的上表面设置有底电极上凹陷101A(参见后面提及的图5G)，底电极上凹陷101A的深度与压电层下凸起101的高度相同。
图3A为图1所示结构的电性曲线图，图3B-3E分别为图2所示结构的基于底电极上凹陷的不同深度的电性曲线图，图3B-3E中，凹陷深度分别为 和图4B为图2所示结构的谐振器的串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值与凹陷的深度的归一化图，其中最左侧为作为参照值的图1所示结构的谐振器的串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值，而其他的四个Q值平均值则为图2所示结构在凹陷深度分别为和/>的情况下在串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值与参照值的比值。从图3C-3E可以看出，对于图2所示结构，削弱了谐振器的串联谐振频率fs以下的寄生模式，从而谐振器的电特性得到有效提升。从图4B可以看出，图2所示结构相对于图1所示结构，在串联谐振频率fs附近的谐振器的Q值的平均值有明显的提升。
在本发明的实施例中，谐振器的谐振频率不大于3.5GHz，例如在1.5GHz-2.7GHz之间，所述压电层下凸起的高度或者所述压电层下凹陷的深度不大于进一步的，不大于/>
图4A为图2所示结构的谐振器的串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值与凹陷的深度的归一化图，其中最左侧为作为参照值的图1所示结构的谐振器的串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值，而其他的四个Q值平均值则为图2所示结构在凹陷深度分别为λ/700、λ/450、λ/200、λ/120的情况下在串联谐振频率fs附近的谐振器Q值的平均值与参照值的比值，图4A对应于全频段，图4A中的横坐标中的λ为某一串联谐振频率下声波在底电极或顶电极中的波长，其值等于电极材料声速/声波频率。在从图4A可以看出，图2所示结构相对于图1所示结构，在串联谐振频率fs附近的谐振器的Q值的平均值有明显的提升。
在本发明的实施例中，压电层下凹陷的深度或者压电层下凸起的高度不大于λ/120，进一步的，不大于λ/200，其中λ为在所述谐振器的串联谐振频率下声波在底电极材料中的波长。
在图6所示的体声波谐振器的示例性实施例中，其与图2中的谐振器的区别在于，压电层下凸起101和压电层上凹陷603在内侧的边缘为斜面，该在内侧的斜面为向内倾斜的锐角。此外，在底电极的电极连接端，该压电层下凸起101和压电层上凹陷603在外侧的边缘为斜面，该在外侧的斜面为向外倾斜的锐角。图6所示的结构与图2所示结构的其他方面相同或相似，这里不再赘述。
在图2、图6、图11、图12、图13、图14所示的实施例中，在顶电极50的非电极连接端，压电层上凹陷603(在图2中以D2区域和D3区域示出)的外边缘处于顶电极的非电极连接端的外侧，压电层上凹陷603的内边缘处于顶电极的非电极连接端的内侧。但是，本发明不限于此。如图7、图9等所示，在顶电极50的非电极连接端，压电层上凹陷603的外边缘与顶电极的非电极连接端齐平，这些均在本发明的保护范围之内。
在本发明中，在凸起或凹陷在膜层结构中基于沉积而向上传导的过程中，凸起的高度或凹陷的深度可以变大，也可以变小。在可选的实施例中，在凸起或凹陷在膜层结构中基于沉积而向上传导的过程中，凸起的高度或凹陷的深度变小。图12-图13为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，其中示出了凹陷深度的在上面膜层的不同传导形式。如图12所示，在传导过程中，凹陷深度逐渐降低，在可选的实施例中，各膜层的上表面的凹陷深度的比值在0.01-1的范围内。如图13所示，在传导过程中，凹陷深度逐渐增大，在可选的实施例中，各膜层的上表面的凹陷深度的比值在1-100的范围内。虽然在图12和图13中以凹陷的深度为例进行显示，但是如能够理解的，底电极上凸起的高度导致的凸起高度也可以在传导的过程中逐渐减小，比值在0.01-1的范围内，或者逐渐增大，比值在1-100的范围内。如能够理解的，相邻膜层之间的凹陷深度或者凸起高度可以不同，该不同可以是在减小时，比例在0.01-1的范围内，而增加时，比例在1-100的范围内。
如图2-图14所示的实施例中，在与压电层上凹陷对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凹陷，或者在与压电层上凸起对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凸起。也可以不设置顶电极上凸起。
如图2-图14所示的实施例中，所述谐振器还包括设置在顶电极上侧的工艺层或保护层70。在与顶电极上凹陷对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凹陷；或在与顶电极上凸起对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凸起。也可以不设置工艺层70，或者不设置工艺层上凸起。
在图2、图6、图11、图12、图13等所示的实施例中，谐振器的声学镜为空腔的形式，但是本发明不限于此，例如如图14所示，声学镜可以为布拉格反射层，在图14中，声学镜包括交替布置的布拉格反射层201和202。
图5A-5K为根据本发明的一个示例性实施例的示例性示出制备图2所示的体声波谐振器的工艺流程的一系列截面示意图。下面结合图5A-5K示例性说明图2所示的体声波谐振器的制造过程。
如图5A所示，提供基底10。
如图5B所示，在基底10的上表面形成空腔后，对空腔填充牺牲材料，利用CMP(化学机械研磨)法将牺牲材料磨平而形成填充该空腔的牺牲层21，后面参照图5K提及的，牺牲层21释放后，形成声学镜空腔20。
如图5C所示，在图5B所示结构的上表面沉积底电极材料层(在图示的制造方法中，其仅为底电极30的组成部分，在图中以30表示)。
如图5D所示，在底电极材料层30A的上表面沉积一层光刻胶或者刻蚀阻挡层M1。
如图5E所示，对图5D中的光刻胶或刻蚀阻挡层M1予以图形化，以形成图5E所示图案。
如图5F所示，对图5E所示结构执行刻蚀，从而形成中间过程的底电极上过渡凹陷101B，接着移除光刻胶或刻蚀阻挡层M1而形成图5F所示的结构。
如图5G所示，在图5F所示结构的基础上，沉积一层底电极材料层(其材料可以与图5F中的底电极材料层一致，也可以不同)，从而在下侧的底电极材料层中的底电极上凹陷101B上方形成底电极上凹陷101A。
如图5H所示，对图5G所示结构的底电极材料层执行刻蚀或图形化，以形成图5H所示结构的底电极30。
如图5I所示，在图5H所示结构的基础上沉积压电层40，基于底电极上凹陷101A，压电层40的下表面形成有压电层下凸起101，相应的，在压电层的上表面传导形成有压电层上凹陷603。
如图5J所示，在图5I所示结构的基础上制备桥结构或悬翼结构601，凸起结构602，以及沉积顶电极50，和在顶电极50上侧形成保护层70。
如图5K所示，释放图5J中所示结构中的牺牲层，例如桥结构和悬翼结构处的牺牲材料，以及声学镜20处的牺牲层21,以形成图2所示结构。
对于上述的基于图5D-5G而形成底电极上凹陷101A的过程，采用了先沉积一层底电极材料层，然后在其上设置图形化的刻蚀阻挡层，接着执行刻蚀以在预定位置形成辅助凹陷，再接着沉积另一层底电极材料层且基于辅助凹陷结构在沉积过程中的传导而在另一层底电极材料层上表面形成了底电极上凹陷，但是本发明不限于此。例如，可以省去图5G所示的再沉积另一层底电极材料层的步骤，在单层底电极材料层上直接形成底电极上凹陷。以上均在本发明的保护范围之内。
此外，对于形成在底电极材料层的上表面形成凹陷，除了采用上述提及的设置刻蚀阻挡层后执行刻蚀的方式，还可以采用修整工艺(trim)，其利用粒子束轰击的方式，移除被轰击膜层的一部分从而减小膜层的厚度，具体的，在本发明中，利用粒子束轰击的方式来移除预定位置的金属材料以形成底电极材料层上的凹陷；或者，可以采用剥离工艺(liftoff)，即在需要设置凹陷的底电极材料层的上表面设置阻挡层，接着沉积另一层底电极材料层以覆盖该阻挡层的上表面以及底电极材料层的其他上表面，然后移除阻挡层以及阻挡层上方的底电极材料层以形成凹陷。以上均在本发明的保护范围之内。
对于图6-图14所示的结构，也可以采用类似于图5A-图5K的步骤制造，这里不再赘述。
相应的，本发明提出了一种体声波谐振器的制造方法，所述体声波谐振器包括基底、声学镜、底电极、顶电极和设置在底电极与顶电极之间的压电层，所述方法包括：
步骤1：通过刻蚀、修整或者剥离工艺在底电极上表面形成底电极上凹陷和/或底电极上凸起；和
步骤2：
沉积压电层，使得压电层下表面设置有与所述底电极上凹陷对应的压电层下凸起以及使得压电层上表面设置有与所述压电层下凸起对应的压电层上凹陷，和/或使得压电层下表面设置有与所述底电极上凸起对应的压电层下凹陷以及使得压电层上表面设置有与所述压电层下凹陷对应的压电层上凸起；或
沉积压电层，使得压电层下表面设置有与所述底电极上凹陷对应的压电层下凸起和/或使得压电层下表面设置有与所述底电极上凸起对应的压电层下凹陷，且基于沉积，所述压电层的上表面在与压电层下凸起和/或压电层下凹陷对应的位置为平坦面。
在可选的实施例中，进一步的：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/120，其中λ为在所述谐振器的串联谐振频率下声波在底电极材料中的波长，或者所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
或者
在可选的实施例中，进一步的：
所述步骤1包括步骤：
沉积第一底电极材料层；以及
通过刻蚀或修整工艺在第一底电极材料层上表面形成第一凹陷或第一凸起，以及沉积第二底电极材料层，所述第二底电极材料层覆盖所述第一底电极层的上表面且在第二底电极材料层的上表面与第一凹陷或第一凸起对应的位置形成所述底电极上凹陷或所述底电极上凸起；或
在第一底电极材料层上表面的预定位置形成光刻胶层或掩膜层，沉积第二底电极材料层以覆盖第一底电极材料层和所述光刻胶层或掩膜层，移除所述光刻胶层或掩膜层及其上的第二底电极材料层以在第二底电极材料层的上表面形成所述底电极上凹陷或所述底电极上凸起；
或者
所述步骤1包括步骤：
沉积底电极材料层；以及
通过刻蚀或修整工艺在底电极材料层上表面形成底电极层上凹陷或底电极层上凸起。
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(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；
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/120，其中λ为在所述谐振器的串联谐振频率下声波在底电极材料中的波长。
2、根据1所述的谐振器，其中：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/200。
3、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，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz；
压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
4、根据3所述的谐振器，其中：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
5、根据1-4中任一项所述的谐振器，其中：
压电层的下表面设置有压电层下凹陷，压电层的上表面在与所述压电层下凹陷对应的位置设置有压电层上凸起，至少底电极的非电极连接端的上表面在与压电层下凹陷对应的位置设置有底电极上凸起；和/或压电层的下表面设置有压电层下凸起，压电层的上表面在与所述压电层下凸起对应的位置设置有压电层上凹陷，至少底电极的非电极连接端的上表面在与压电层下凸起对应的位置设置有底电极上凹陷；
或者
压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，压电层的上表面为平坦面，至少底电极的非电极连接端的上表面在与压电层下凸起或压电层下凹陷对应的位置设置有底电极上凹陷和/或底电极上凸起。
6、根据5所述的谐振器，其中：
所述有底电极上凹陷或底电极上凸起的外边缘与底电极的非电极连接端的外边缘齐平。
7、根据5所述的谐振器，其中：
所述压电层上凸起的高度不同于所述压电层下凹陷的深度；和/或所述压电层上凹陷的深度不同于所述压电层下凸起的高度。
8、根据7所述的谐振器，其中：
所述底电极的上表面设置有底电极上凸起，所述底电极上凸起的高度，底电极上凸起上侧的压电层上凸起的高度、顶电极的上表面的凸起的高度中的至少两个在相邻膜层之间不同；或者
所述底电极的上表面设置有底电极上凹陷，所述底电极上凹陷的深度，所述底电极上凹陷上侧的压电层上凹陷的深度、顶电极的上表面的凹陷的深度中的至少两个在相邻膜层之间不同。
9、根据8所述的谐振器，其中：
相邻膜层的凹陷的深度的变化中或相邻膜层的凸起的高度的变化中，减小的比例在0.01-1的范围内，或者增大的比例在1-100的范围内。
10、根据5所述的谐振器，其中：
在与压电层上凹陷对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凹陷；和/或
在与压电层上凸起对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凸起。
11、根据10所述的谐振器，其中：
所述谐振器还包括设置在顶电极上侧的工艺层；
在与顶电极上凹陷对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凹陷；或
在与顶电极上凸起对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凸起。
12、根据1-4中任一项所述的谐振器，其中：
压电层的下表面设置有所述压电层下凹陷，且所述底电极的上表面形成有底电极上凸起，所述底电极上凸起的高度与所述压电层下凹陷的深度相同；和/或
压电层的下表面设置有所述压电层下凸起，且所述底电极的上表面形成有底电极上凹陷，所述底电极上凹陷的深度与所述压电层下凸起的高度相同。
13、根据1-4中任一项所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，压电层下凹陷或压电层下凸起的宽度不大于20μm。
14、根据1-4中任一项所述的谐振器，其中：
所述谐振器设置有声学阻抗结构；或者
所述压电层下凸起或压电层下凹陷的至少内侧端面形成锐角。
15、根据1-4中任一项所述的谐振器，其中：
压电层的下表面设置有压电层下凹陷、底电极的上表面对应设置有底电极上凸起，所述底电极的非电极连接端的外边缘到所述底电极上凸起之间的部分的上表面由彼此相接的边缘斜面和水平平面限定；或者
压电层的下表面设置有压电层下凸起、底电极的上表面对应设置有底电极上凹陷，所述底电极的非电极连接端的外边缘到所述底电极上凹陷之间的部分的上表面由彼此相接的边缘斜面和水平平面限定。
16、根据1-4和15中任一项所述的谐振器，其中：
压电层的下表面设置有压电层下凹陷、底电极的上表面对应设置有底电极上凸起，所述底电极的上表面在电极连接端的一侧设置有与底电极上凸起相接的底电极连接端凹陷，所述底电极连接端凹陷的外缘处于顶电极的非电极连接端的外侧；或者
压电层的下表面设置有压电层下凸起、底电极的上表面对应设置有底电极上凹陷，所述底电极的上表面在电极连接端的一侧设置有与底电极上凹陷相接的底电极连接端凸起，所述底电极连接端凸起的外缘处于顶电极的非电极连接端的外侧。
17、根据1-4中任一项所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，所述压电层下凸起或压电层下凹陷的外侧与顶电极的非电极连接端齐平，或者处于顶电极的非电极连接端的内侧，或者处于顶电极的非电极连接端的外侧。
18、一种体声波谐振器的制造方法，所述体声波谐振器包括基底、声学镜、底电极、顶电极和设置在底电极与顶电极之间的压电层，所述方法包括：
步骤1：通过刻蚀、修整或者剥离工艺在底电极上表面形成底电极上凹陷和/或底电极上凸起；和
步骤2：
沉积压电层，使得压电层下表面设置有与所述底电极上凹陷对应的压电层下凸起以及使得压电层上表面设置有与所述压电层下凸起对应的压电层上凹陷，和/或使得压电层下表面设置有与所述底电极上凸起对应的压电层下凹陷以及使得压电层上表面设置有与所述压电层下凹陷对应的压电层上凸起；或
沉积压电层，使得压电层下表面设置有与所述底电极上凹陷对应的压电层下凸起和/或使得压电层下表面设置有与所述底电极上凸起对应的压电层下凹陷，且基于沉积，所述压电层的上表面在与压电层下凸起和/或压电层下凹陷对应的位置为平坦面，
其中：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/120，其中λ为在所述谐振器的串联谐振频率下声波在底电极材料中的波长，或者
所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
19、根据18所述的方法，其中：
所述步骤1包括步骤：
沉积第一底电极材料层；以及
通过刻蚀或修整或剥离工艺在第一底电极材料层上表面形成第一凹陷或第一凸起，以及沉积第二底电极材料层，所述第二底电极材料层覆盖所述第一底电极层的上表面且在第二底电极材料层的上表面与第一凹陷或第一凸起对应的位置形成所述底电极上凹陷或所述底电极上凸起；或
在第一底电极材料层上表面的预定位置形成光刻胶层或掩膜层，沉积第二底电极材料层以覆盖第一底电极材料层和所述光刻胶层或掩膜层，移除所述光刻胶层或掩膜层及其上的第二底电极材料层以在第二底电极材料层的上表面形成所述底电极上凹陷或所述底电极上凸起；
或者
所述步骤1包括步骤：
沉积底电极材料层；以及
通过刻蚀或修整工艺在底电极材料层上表面形成底电极层上凹陷或底电极层上凸起。
20、根据18所述的方法，其中：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/200，或者所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz且所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
21、根据18-20中任一项所述的方法，其中：
在步骤2中，基于所述沉积，所述压电层上凹陷的深度不同于所述压电层下凸起的高度；和/或
在步骤2中，基于所述沉积，所述压电层上凸起的高度不同于所述压电层下凹陷的深度。
22、根据18-20中任一项所述的方法，包括步骤3：
沉积顶电极，使得在与压电层上凹陷对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凹陷；和/或
沉积顶电极，使得在与压电层上凸起对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凸起。
23、根据/21所述的方法，包括步骤4：
所述谐振器还包括设置在顶电极上侧的工艺层，
且其中：
在与顶电极上凹陷对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凹陷；和/或
在与顶电极上凸起对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凸起。
24、根据18-20中任一项所述的方法，其中：
在步骤1中：
至少在底电极的非电极连接端的上表面形成底电极上凸起，所述底电极凸起的外边缘与底电极的非电极连接端的外边缘齐平；或
至少在底电极的非电极连接端的上表面形成底电极上凹陷，所述底电极凹陷的外边缘与底电极的非电极连接端的外边缘齐平。
25、一种滤波器，包括根据1-17中任一项所述的体声波谐振器或者根据18-24中任一项所述的方法制造的体声波谐振器。
26、一种电子设备，包括根据25所述的滤波器，或者根据1-17中任一项所述的体声波谐振器，或者根据18-24中任一项所述的方法制造的体声波谐振器。
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 (26)

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，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/120，其中λ为在所述谐振器的串联谐振频率下声波在底电极材料中的波长。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/200。
3.一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz；
压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
4.根据权利要求3所述的谐振器，其中：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
5.根据权利要求1-4中任一项所述的谐振器，其中：
压电层的下表面设置有压电层下凹陷，压电层的上表面在与所述压电层下凹陷对应的位置设置有压电层上凸起，至少底电极的非电极连接端的上表面在与压电层下凹陷对应的位置设置有底电极上凸起；和/或压电层的下表面设置有压电层下凸起，压电层的上表面在与所述压电层下凸起对应的位置设置有压电层上凹陷，至少底电极的非电极连接端的上表面在与压电层下凸起对应的位置设置有底电极上凹陷；
或者
压电层的下表面设置有压电层下凹陷和/或压电层下凸起，压电层的上表面为平坦面，至少底电极的非电极连接端的上表面在与压电层下凸起或压电层下凹陷对应的位置设置有底电极上凹陷和/或底电极上凸起。
6.根据权利要求5所述的谐振器，其中：
所述有底电极上凹陷或底电极上凸起的外边缘与底电极的非电极连接端的外边缘齐平。
7.根据权利要求5所述的谐振器，其中：
所述压电层上凸起的高度不同于所述压电层下凹陷的深度；和/或所述压电层上凹陷的深度不同于所述压电层下凸起的高度。
8.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述底电极的上表面设置有底电极上凸起，所述底电极上凸起的高度，底电极上凸起上侧的压电层上凸起的高度、顶电极的上表面的凸起的高度中的至少两个在相邻膜层之间不同；或者
所述底电极的上表面设置有底电极上凹陷，所述底电极上凹陷的深度，所述底电极上凹陷上侧的压电层上凹陷的深度、顶电极的上表面的凹陷的深度中的至少两个在相邻膜层之间不同。
9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
相邻膜层的凹陷的深度的变化中或相邻膜层的凸起的高度的变化中，减小的比例在0.01-1的范围内，或者增大的比例在1-100的范围内。
10.根据权利要求5所述的谐振器，其中：
在与压电层上凹陷对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凹陷；和/或
在与压电层上凸起对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凸起。
11.根据权利要求10所述的谐振器，其中：
所述谐振器还包括设置在顶电极上侧的工艺层；
在与顶电极上凹陷对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凹陷；或
在与顶电极上凸起对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凸起。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的谐振器，其中：
压电层的下表面设置有所述压电层下凹陷，且所述底电极的上表面形成有底电极上凸起，所述底电极上凸起的高度与所述压电层下凹陷的深度相同；和/或
压电层的下表面设置有所述压电层下凸起，且所述底电极的上表面形成有底电极上凹陷，所述底电极上凹陷的深度与所述压电层下凸起的高度相同。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，压电层下凹陷或压电层下凸起的宽度不大于20μm。
14.根据权利要求1-4中任一项所述的谐振器，其中：
所述谐振器设置有声学阻抗结构；或者
所述压电层下凸起或压电层下凹陷的至少内侧端面形成锐角。
15.根据权利要求1-4中任一项所述的谐振器，其中：
压电层的下表面设置有压电层下凹陷、底电极的上表面对应设置有底电极上凸起，所述底电极的非电极连接端的外边缘到所述底电极上凸起之间的部分的上表面由彼此相接的边缘斜面和水平平面限定；或者
压电层的下表面设置有压电层下凸起、底电极的上表面对应设置有底电极上凹陷，所述底电极的非电极连接端的外边缘到所述底电极上凹陷之间的部分的上表面由彼此相接的边缘斜面和水平平面限定。
16.根据权利要求1-4和15中任一项所述的谐振器，其中：
压电层的下表面设置有压电层下凹陷、底电极的上表面对应设置有底电极上凸起，所述底电极的上表面在电极连接端的一侧设置有与底电极上凸起相接的底电极连接端凹陷，所述底电极连接端凹陷的外缘处于顶电极的非电极连接端的外侧；或者
压电层的下表面设置有压电层下凸起、底电极的上表面对应设置有底电极上凹陷，所述底电极的上表面在电极连接端的一侧设置有与底电极上凹陷相接的底电极连接端凸起，所述底电极连接端凸起的外缘处于顶电极的非电极连接端的外侧。
17.根据权利要求1-4中任一项所述的谐振器，其中：
在顶电极的非电极连接端，所述压电层下凸起或压电层下凹陷的外侧与顶电极的非电极连接端齐平，或者处于顶电极的非电极连接端的内侧，或者处于顶电极的非电极连接端的外侧。
18.一种体声波谐振器的制造方法，所述体声波谐振器包括基底、声学镜、底电极、顶电极和设置在底电极与顶电极之间的压电层，所述方法包括：
步骤1：通过刻蚀、修整或者剥离工艺在底电极上表面形成底电极上凹陷和/或底电极上凸起；和
步骤2：
沉积压电层，使得压电层下表面设置有与所述底电极上凹陷对应的压电层下凸起以及使得压电层上表面设置有与所述压电层下凸起对应的压电层上凹陷，和/或使得压电层下表面设置有与所述底电极上凸起对应的压电层下凹陷以及使得压电层上表面设置有与所述压电层下凹陷对应的压电层上凸起；或
沉积压电层，使得压电层下表面设置有与所述底电极上凹陷对应的压电层下凸起和/或使得压电层下表面设置有与所述底电极上凸起对应的压电层下凹陷，且基于沉积，所述压电层的上表面在与压电层下凸起和/或压电层下凹陷对应的位置为平坦面，
其中：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/120，其中λ为在所述谐振器的串联谐振频率下声波在底电极材料中的波长，或者
所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz，所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述步骤1包括步骤：
沉积第一底电极材料层；以及
通过刻蚀或修整或剥离工艺在第一底电极材料层上表面形成第一凹陷或第一凸起，以及沉积第二底电极材料层，所述第二底电极材料层覆盖所述第一底电极层的上表面且在第二底电极材料层的上表面与第一凹陷或第一凸起对应的位置形成所述底电极上凹陷或所述底电极上凸起；或
在第一底电极材料层上表面的预定位置形成光刻胶层或掩膜层，沉积第二底电极材料层以覆盖第一底电极材料层和所述光刻胶层或掩膜层，移除所述光刻胶层或掩膜层及其上的第二底电极材料层以在第二底电极材料层的上表面形成所述底电极上凹陷或所述底电极上凸起；
或者
所述步骤1包括步骤：
沉积底电极材料层；以及
通过刻蚀或修整工艺在底电极材料层上表面形成底电极层上凹陷或底电极层上凸起。
20.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于λ/200，或者所述谐振器的谐振频率不大于3.5GHz且所述压电层下凹陷的深度或者所述压电层下凸起的高度不大于
21.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其中：
在步骤2中，基于所述沉积，所述压电层上凹陷的深度不同于所述压电层下凸起的高度；和/或
在步骤2中，基于所述沉积，所述压电层上凸起的高度不同于所述压电层下凹陷的深度。
22.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，包括步骤3：
沉积顶电极，使得在与压电层上凹陷对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凹陷；和/或
沉积顶电极，使得在与压电层上凸起对应的位置，顶电极的上表面设置有顶电极上凸起。
23.根据权利要求/21所述的方法，包括步骤4：
所述谐振器还包括设置在顶电极上侧的工艺层，
且其中：
在与顶电极上凹陷对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凹陷；和/或
在与顶电极上凸起对应的位置，工艺层的上表面设置有工艺层上凸起。
24.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其中：
在步骤1中：
至少在底电极的非电极连接端的上表面形成底电极上凸起，所述底电极凸起的外边缘与底电极的非电极连接端的外边缘齐平；或
至少在底电极的非电极连接端的上表面形成底电极上凹陷，所述底电极凹陷的外边缘与底电极的非电极连接端的外边缘齐平。
25.一种滤波器，包括根据权利要求1-17中任一项所述的体声波谐振器或者根据权利要求18-24中任一项所述的方法制造的体声波谐振器。
26.一种电子设备，包括根据权利要求25所述的滤波器，或者根据权利要求1-17中任一项所述的体声波谐振器，或者根据权利要求18-24中任一项所述的方法制造的体声波谐振器。
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