CN117639713A - 体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
本公开涉及体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备。体声波谐振器包括：压电材料层，所述压电材料层呈平坦状；第一电极层，所述第一电极层设置在所述压电材料层之下；第二电极层，所述第二电极层设置在所述压电材料层之上；以及电极补偿层，所述电极补偿层设置在所述第一电极层之下，其中，在所述电极补偿层和所述第一电极层之间限定空腔，所述空腔被配置作为所述体声波谐振器的声学反射镜，并且其中，在所述空腔的边界之外，所述电极补偿层与所述第一电极层彼此电连接。
Description
技术领域
本公开涉及电子器件技术领域，具体而言，涉及一种体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备。
背景技术
体声波谐振器或薄膜体声波谐振器(Film bulk acoustic resonator，FBAR)作为射频(Radio frequency，RF)前端的核心器件之一，正受到越来越多的关注。与例如表面声波(Surface acoustic wave，SAW)器件相比，体声波谐振器在高功率应用等方面有着很大的优势。在体声波谐振器中，采用了体声波的纵波传播方式，因此可以利用例如AlN等材料的优异的压电性能，实现对声波能量的更好转化。此外，体声波谐振器还具有高带宽和优异的滚降等性能，从而可以很好地满足当下对RF性能的需求。
然而，在体声波谐振器中，由于压电材料和电极材料并非完美的Z轴(即体声波谐振器的厚度方向)晶型取向的完美单晶等因素，通常会存在一定的缺陷，这将导致在纵波传播的过程中耦合出横波。如果不对此进行限制，声波能量将发生横向泄漏，使谐振器的品质因数(Q值)降低。
另外，目前常见的体声波谐振器通常是通过以下过程来制备的：在衬底中刻蚀空腔并向空腔填满牺牲材料、在衬底上沉积并刻蚀底电极、在刻蚀后的底电极上沉积压电材料层和顶电极等膜层、最后通过释放去除牺牲材料来得到空腔以用作声波能量的反射结构(在本文中，也称为声学反射镜)。但是，这会导致压电材料层的沉积需要跨越底电极的刻蚀界面，使得在这样的刻蚀界面处沿Z轴生长的压电材料层不连续并且晶格发生一定的变形。另外，尤其是在高频(例如，大于3GHz)应用场景中，这样的体声波谐振器不得不具有很小的电极厚度，并且随着频率越高，电极厚度需要越小。这导致体声波谐振器的串联谐振点电阻随着电极厚度减小而增大，从而造成谐振器性能的劣化。
因此，期望一种改进的体声波谐振器及其制造方法。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种体声波谐振器，包括：压电材料层，所述压电材料层呈平坦状；第一电极层，所述第一电极层设置在所述压电材料层之下；第二电极层，所述第二电极层设置在所述压电材料层之上；以及电极补偿层，所述电极补偿层设置在所述第一电极层之下，其中，在所述电极补偿层和所述第一电极层之间限定空腔，所述空腔被配置作为所述体声波谐振器的声学反射镜，并且其中，在所述空腔的边界之外，所述电极补偿层与所述第一电极层彼此电连接。
根据本公开的第二方面，提供了一种制造体声波谐振器的方法，包括：在临时衬底之上形成第二电极层；在所述第二电极层之上形成压电材料层；在所述压电材料层之上形成所述第一电极层；在所述第一电极层之上形成牺牲材料部；在所述第一电极层和所述牺牲材料部之上形成电极补偿层；释放去除所述牺牲材料部以在所述电极补偿层和所述第一电极层之间形成空腔，所述空腔被配置作为所述体声波谐振器的声学反射镜，其中，所述压电材料层呈平坦状，并且其中，在所述空腔的边界之外，所述电极补偿层与所述第一电极层彼此电连接。
根据本公开的第三方面，提供了一种滤波器，包括根据本公开的第一方面所述的体声波谐振器。
根据本公开的第四方面，提供了一种电子设备，包括根据本公开的第一方面所述的体声波谐振器或者包括根据本公开的第三方面所述的滤波器。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1A示出了一种具有非纯平压电材料层的体声波谐振器的部分结构示意图；
图1B示出了一种具有纯平压电材料层的体声波谐振器的部分结构示意图；
图1C示出了仿真所得的具有非纯平压电材料层的体声波谐振器中的应力最大值和具有纯平压电材料层的体声波谐振器中的应力最大值的比较结果；
图2示出了根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的平面示意图；
图3和图4示出了沿图2中的AA’截取的根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的截面示意图；
图5示出了根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的平面示意图；
图6和图7、图14至图16示出了沿图5中的AA’截取的根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的截面示意图；
图8和图9示出了根据本公开的另一些实施例的体声波谐振器的截面示意图；
图10示出了根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的平面示意图；
图11示出了沿图10中的BB’截取的根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的截面示意图；
图12示出了根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的平面示意图；
图13示出了沿图12中的CC’截取的根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的截面示意图；
图17示出了根据本公开的一些实施例的制造体声波谐振器的方法的流程图；
图18A至图18L示出了与图17所示的方法的部分步骤对应的体声波谐振器的截面示意图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的各种技术、方法和设备是以示例性的方式示出，来说明本公开中的不同实施例，而并非意图限制。本领域的技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施本发明的示例性方式，而不是穷尽的方式。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在本文中，“内”和“外”是相对于体声波谐振器或者说其有效区域的中心而言的，靠近所述中心的为“内”而远离所述中心的为“外”。在本文中，宽度等是相对于与体声波谐振器所在平面平行的横向维度描述的，而厚度、高度、深度等是相对于与体声波谐振器所在平面垂直的纵向维度描述的。在本文中，术语“连接边”是指体声波谐振器和其它谐振器或者测试电极等器件连接的边，例如一般可以通过顶电极(即，后文所称第二电极层)或者底电极(即，后文所称第一电极层)相连接，所以连接边的顶电极或者底电极通常并未被刻蚀；术语“非连接边”是指体声波谐振器在这个边的顶电极或者底电极被刻蚀掉，而没有和其它谐振器或者焊盘等器件相连接。
在一种体声波谐振器中，如图1A所示，可以按照由下至上的顺序，依次形成各个结构层。具体而言，可以首先对衬底110’进行刻蚀以形成空腔111’，在空腔111’中填充牺牲材料并进行平坦化，然后在用牺牲材料填平了空腔111’的衬底110’上依次制备图案化的第一电极层120’、压电材料层130’和第二电极层140’，最后释放去除牺牲材料以形成空腔111’。在这样的工艺中，需要在对位于下方的层进行图案化等处理之后，才可以继续制备位于上方的层。由此可见，需要在对用于形成第一电极层120’的第一电极材料进行刻蚀等处理以形成图案化的第一电极层120’之后，才能在已图案化的第一电极层120’上沉积压电材料层130’。这样，在沉积压电材料层130’的过程中，压电材料层130’将不得不跨越第一电极层120’的刻蚀界面121’，使得压电材料层130’不能呈平坦状或者说是非纯平压电材料层。这将导致在刻蚀界面121’处沿Z轴生长的压电材料层130’不连续，其晶格发生一定的变形，进而导致压电材料层130’的膜层生长质量下降，且谐振器的品质因数降低，此外还将导致在体声波谐振器的连接边处在第一电极层120’的刻蚀界面121’处，压电材料层130’中存在较大的段差并且层厚较大，使得这里容易发生膜层的应力集中。在一具体示例中，如图1C中所示，在这种具有非纯平压电材料层的体声波谐振器中，经由仿真模拟得到应力最大值可能高达6.99GPa，而这不利于器件可靠性的提升，尤其是在高功率应用的情况下，这样的结构很容易导致膜层的断裂。
为了解决上述问题，本公开提供了一种体声波谐振器，通过在其中设置呈平坦状的压电材料层或者说纯平压电材料层，在保证体声波谐振器的可靠性的同时提升其性能。换言之，在本公开的体声波谐振器中，压电材料层中不存在段差。为了形成这种纯平压电材料层，要求在沉积压电材料层的过程中，用于承载压电材料层的载体的上表面是平整的，其中不存在例如图1A中所示的刻蚀界面121’等在体声波谐振器的厚度方向上存在高度落差的结构。在一具体示例中，如果将图1A中所示的第一电极层120’、压电材料层130’和第二电极层140’均改成呈平坦状的纯平层，即如图1B中所示，那么经由仿真模拟得到应力最大值可以降低至3.39GPa(如图1C所示)，即谐振器的最大应力值可以降低约51.5％，从而有助于提升体声波谐振器的均一性，进而对谐振器的功率提升有很大的好处。
下面将结合附图详细描述根据本公开的各种实施例的体声波谐振器。应理解，实际的体声波谐振器可能还包括其它部件，但为了避免模糊本公开的要点，本文不去讨论并且附图也未示出这些其它部件。
图2是示出根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的平面示意图。体声波谐振器可以具有任何合适的形状。在一些实施例中，体声波谐振器的形状可以为凸多边形，例如凸三边形、凸四边形、凸五边形、凸六边形、凸七边形、凸八边形等。在一些实施例中，体声波谐振器的凸多边形的任意两个边可以均不平行，从而帮助抑制声波能量的横向泄漏。例如，在如图2所示的非限制性示例中，体声波谐振器的形状是凸五边形。
图3和图4示出了沿图2中的AA’截取的根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的截面示意图。如图3和图4所示，体声波谐振器可以包括第一电极层120、压电材料层130和第二电极层140。压电材料层130呈平坦状，即如前面关于图1B等描述的纯平压电材料层。第一电极层120和第二电极层140也可以呈平坦状。由此，各膜层可以具有改进的生长质量，并且体声波谐振器可以具有提升的可靠性。
第一电极层120设置在压电材料层130之下，而第二电极层140设置在压电材料层130之上。第一电极层120和第二电极层140的材料可以包括例如但不限于钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇、铬或者前述任意金属的复合或其合金。第一电极层120和第二电极层140的材料可以相同，也可以不同。在一些示例中，第一电极层120和第二电极层140的材料可以均为钼。压电材料层130的材料可以包括例如但不限于单晶压电材料、多晶压电材料等并且还可以包括与上述材料成一定原子比例的稀土元素掺杂材料，单晶压电材料例如包括但不限于单晶氮化铝、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、或单晶钽酸锂等，多晶压电材料例如包括但不限于多晶氮化铝、多晶氧化锌、多晶PZT等；稀土元素掺杂材料例如可以是包含至少一种稀土元素的掺杂氮化铝，所掺杂的稀土元素诸如但不限于钪、钇、镁、钛、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥等。当向第一电极层120和第二电极层140施加信号时，体声波谐振器根据压电材料层130的厚度以固有振荡频率进行谐振，同时输入到第一电极层120和第二电极层140并且在第一电极层120和第二电极层140之间传递的电能的一部分通过压电效应被转换为机械能，并且再次被转换为电能。
在高频(例如，大于3GHz)应用场景中，体声波谐振器的第一电极层120的厚度需要随着频率越高而被设置得越小。为了降低体声波谐振器的串联谐振点电阻，如图3和图4所示，本公开的体声波谐振器还包括电极补偿层110，该电极补偿层110设置在第一电极层120之下。与传统体声波谐振器采用在衬底中刻蚀形成的空腔作为声学反射镜不同，在本公开的体声波谐振器中，在电极补偿层110和第一电极层120之间限定空腔150，该空腔150被配置作为体声波谐振器的声学反射镜。在一些实施例中，空腔150可以是与外部隔绝的封闭腔，其中填充有空气等气体，该封闭腔通常具有更好的可靠性。可替代地，在另一些实施例中，空腔150也可以是开放腔。相应地，空腔150、第一电极层120、压电材料层130与第二电极层140的重叠区域可以形成体声波谐振器的有效区域。另外，在空腔150的边界之外，电极补偿层110与第一电极层120彼此电连接。在一些实施例中，电极补偿层110的材料可以包括金属。例如，电极补偿层110的材料可以是以下各项中的一种或多种的组合：钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇、铬或者前述任意金属的复合或其合金。电极补偿层110的材料可以与第一电极层120和第二电极层140的材料相同，也可以与第一电极层120和第二电极层140的材料不同。在一些实施例中，电极补偿层110的材料的导电性和导热性可以优于第一电极层120和第二电极层140的材料的导电性和导热性。例如，第一电极层120和第二电极层140的材料可以是钼，而电极补偿层110的材料可以是铜。电极补偿层110与第一电极层120在一些示例中可以如图3和图4所示通过直接接触来彼此电连接，并且在另一些示例中也可以经由介于其间的导电结构(未示出)来彼此电连接，这样的导电结构可以用于改善电极补偿层110与第一电极层120之间的电连接质量。电极补偿层110的厚度例如可以在0.1微米与10微米之间，或者可以在0.3微米与8微米之间，或者可以在0.5微米与5微米之间。通过这样的配置，电极补偿层110可以在空腔150的边界之外加厚体声波谐振器的底电极厚度(此处的底电极厚度等效于第一电极层120的厚度与电极补偿层110的厚度之和)，从而降低体声波谐振器的串联谐振点电阻，进而改善谐振器性能。电极补偿层110还不会影响体声波谐振器在空腔150的边界之内或者说有效区域内的底电极厚度(此处的底电极厚度等效于仅第一电极层120的厚度)，因而不会负面地影响谐振器的正常工作。另外，在一些情况下，当体声波谐振器被应用于频率很高的高频场景时，第一电极层120的厚度可能被设置得过小，甚至可能小于与该高频场景的频率对应的趋肤深度，使得谐振器的串联谐振点电阻变大。而本公开的发明人发现，通过设置电极补偿层110，可以有效地改善针对输入到第一电极层120的电能的趋肤效应。还值得一提的是，电极补偿层110还可以为体声波谐振器提供额外的散热通道，其能够有效传导体声波谐振器产生的热量，进而允许提升谐振器功率。
进一步如图4所示，在一些实施例中，体声波谐振器还可以包括设置在电极补偿层110之下的有机材料支撑层101。在一些示例中，有机材料支撑层101的材料可以包括热固化有机材料或光固化有机材料。例如，可以通过在电极补偿层110的背面涂覆(例如，旋涂)有机树脂材料来形成有机材料支撑层101。在一些实施例中，有机材料支撑层101的厚度可以在1微米与50微米之间，或者可以在10微米与40微米之间，或者可以在20微米与30微米之间。这样的有机材料支撑层101可以充当体声波谐振器的衬底。相比于传统体声波谐振器采用单晶硅、多晶硅、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、绝缘体上硅(Silicon on insulator，SOI)等材料形成衬底，这样的有机材料支撑层101可以具有如下优点：(1)降低器件整体厚度，这是因为当采用例如单晶硅晶圆作为衬底时，从工艺可行性和良率等方面考虑，单晶硅晶圆衬底的最低减薄厚度通常需要大于50微米，而当采用诸如有机树脂层之类的有机材料支撑层101作为衬底时，其厚度例如在10微米以上即可，甚至可能更低，这样低的衬底厚度有利于实现器件整体厚度的降低；(2)节省成本，当采用例如单晶硅晶圆作为衬底时，整片晶圆的成本是很高的，而当采用诸如有机树脂层之类的有机材料支撑层101作为衬底时，其制备工艺例如可以采用光刻配合刻蚀等方法，成本相对低廉。
图5示出了根据本公开的另一些实施例的体声波谐振器的平面示意图，而图6和图7示出了沿图5中的AA’截取的根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的截面示意图。如图所示，在一些实施例中，在由空腔150、第一电极层120、压电材料层130与第二电极层140的重叠区域形成的有效区域的边界之外，第一电极层120和电极补偿层110中可以开设有第一电极槽121，和/或第二电极层140中可以开设有第二电极槽141。在一些实施例中，第一电极槽121可以沿着有效区域的边界的一部分设置，并且第二电极槽141可以沿着有效区域的边界的剩余一部分设置。换句话说，第一电极槽121在平行于压电材料层130的平面上的投影与第二电极槽141在平行于压电材料层130的平面上的投影可以共同环绕有效区域。在另一些实施例中，第一电极槽121可以环绕有效区域的整个边界设置；或者第二电极槽141可以环绕有效区域的整个边界设置。第一电极槽121可以将第一电极层120和电极补偿层110刻断，第二电极槽141可以将第二电极层140刻断，以帮助界定体声波谐振器的有效区域，其中有效区域位于第一电极槽121和第二电极槽141的内边界的内侧。第一电极槽121和第二电极槽141可以通过使相应的第一电极层120和电极补偿层110、以及第二电极层140的端面与空气接触，使声阻抗失配，从而有助于抑制声波能量的横向泄漏。
进一步如图7所示，在一些实施例中，在第一电极槽121的远离有效区域的中心的一侧(即，第一电极槽121的外侧)上，可以设置有被配置为将第一电极层120与第二电极层140电连接的第一电极连接部161；和/或在第二电极槽141的远离有效区域的中心的一侧(即，第二电极槽141的外侧)上，可以设置有被配置为将第一电极层120与第二电极层140电连接的第二电极连接部162。如图7所示，第一电极连接部161和第二电极连接部162可以用于将位于体声波谐振器内部的第一电极层120重新布线至第二电极层140的上表面，还可以降低接触电阻和谐振器的串联谐振点电阻。在一些实施例中，第一电极连接部161和第二电极连接部162的材料可以是以下各项中的一种或多种的组合：钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇、铬或者前述任意金属的复合或其合金。在一些实施例中，第一电极连接部161和第二电极连接部162的材料可以与第一电极层120和第二电极层140的材料相同。在另一些实施例中，第一电极连接部161和第二电极连接部162的材料可以与第一电极层120和第二电极层140的材料不同。
在另一些实施例中，例如如图8所示，第一电极层120和电极补偿层110的位于有效区域的边界的第一部分之外的部分可以被去除；和/或第二电极层140的位于有效区域的边界的第二部分之外的部分可以被去除。有效区域的边界的第一部分和第二部分可以是完全相同、部分相同或完全不同的。在一些示例中，有效区域的边界的第一部分与有效区域的边界的第二部分可以共同形成有效区域的整个边界，例如但不限于可以是互补的。这样，在一些情况下，有效区域的边界的一部分(例如第一部分)可以由第一电极层120的外边界的对应一部分形成，而有效区域的边界的剩余一部分(例如第二部分)可以由第二电极层140的外边界的对应一部分形成。换言之，有效区域可以不是被限定在电极槽之间，或者说有效区域可以不被电极层中刻蚀所得的电极槽围绕，而是可以将电极层的位于有效区域的边界之外的电极材料全部刻蚀去除掉，使得电极层的刻蚀边界能够作为谐振器的有效区域的边界。如图8所示，在例如通过在电极补偿层110的背面涂覆(例如，旋涂)有机树脂材料来形成有机材料支撑层101时，由于不存在电极槽，因此涂覆将变得容易。
在一些实施例中，进一步如图9所示，相比于图8，还可以设置第三电极连接部163，以便将位于体声波谐振器内部的第一电极层120重新布线至压电材料层130的上表面，还可以降低接触电阻和谐振器的串联谐振点电阻。
图10示出了根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的平面示意图，而图11示出了沿图10中的BB’截取的根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的截面示意图。如图所示，在一些实施例中，体声波谐振器还可以包括被配置为释放用于形成空腔150的牺牲材料的一个或多个第一释放孔171，每个第一释放孔171位于空腔150的边界之外并且包括第一孔部分1711和第二孔部分1712。第一孔部分1711从第二电极层140的上表面穿过压电材料层130和第一电极层120纵向延伸到电极补偿层110的上表面，第二孔部分1712在第一电极层120和电极补偿层110之间从空腔150横向延伸到第一孔部分1711，从而将空腔150与第二电极层140的上表面外部连通。
图12示出了根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的平面示意图，而图13示出了沿图12中的CC’截取的根据本公开的一些实施例的体声波谐振器的截面示意图。如图所示，在一些实施例中，体声波谐振器还可以包括被配置为释放用于形成空腔150的牺牲材料的一个或多个第二释放孔172，每个第二释放孔172位于空腔150的边界之外并且包括第三孔部分1721和第四孔部分1722。第三孔部分1721从电极补偿层110的下表面穿过电极补偿层110纵向延伸到第一电极层120的下表面，第四孔部分1722在第一电极层120和电极补偿层110之间从空腔150横向延伸到第三孔部分1721，从而将空腔150与电极补偿层110的下表面外部连通。可以理解，在后续要制备有机材料支撑层101作为衬底的情形下，可以先经由第二释放孔172释放去除掉牺牲材料形成空腔150，再在电极补偿层110的下表面处制备有机材料支撑层101，有机材料支撑层101的有机材料可以充满第三孔部分1721。
虽然在图10至图13中仅描绘了一个第一释放孔171和一个第二释放孔172，但这仅仅是示例性的而非限制性的，可以根据需要(例如，根据空腔150的面积/容积)在体声波谐振器中设置任意数量的第一释放孔171和/或任意数量的第二释放孔172，以便促进释放去除牺牲材料而形成空腔150。在一些实施例中，第一释放孔171的第二孔部分1712横向延伸的距离d1可以大于3微米。在一些实施例中，第二释放孔172的第四孔部分1722横向延伸的距离d2可以大于3微米。通过设置第二孔部分1712和第四孔部分1722，可以使得第一孔部分1711和第三孔部分1721在横向上远离空腔150，以防在空腔150上直接制备释放孔时释放刻蚀液对空腔造成大损伤。
除了制备有机材料支撑层101作为衬底之外，参考图14，在一些实施例中，体声波谐振器还可以包括设置在电极补偿层110之下的第一支撑层181和设置在第一支撑层181之下并经由第一支撑层181结合到电极补偿层110的第一保护层191。第一保护层191可以用作体声波谐振器的衬底。第一支撑层181的材料例如可以包括但不限于是单晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮化铝、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、SOI、具有支撑作用的有机物(例如，树脂)等。第一保护层191的材料例如可以包括但不限于是单晶硅、多晶硅、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、SOI、具有支撑作用的有机物(例如，树脂)等。
另外，参考图15和图16，在一些实施例中，体声波谐振器还可以包括设置在第二电极层140之上的第二支撑层182和设置在第二支撑层182之上并经由第二支撑层182结合到第二电极层140的第二保护层192。第二保护层192可以用作体声波谐振器的上方的衬底。第二支撑层182的材料例如可以包括但不限于是单晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮化铝、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、SOI、具有支撑作用的有机物(例如，树脂)等。第二保护层192的材料例如可以包括但不限于是单晶硅、多晶硅、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、SOI、具有支撑作用的有机物(例如，树脂)等。在一些实施例中，可以在第二电极层140和第二保护层192之间限定第二空腔152，该第二空腔152可以被配置作为体声波谐振器的第二声学反射镜，前述空腔150可以被配置作为体声波谐振器的第一声学反射镜。
本公开在另一方面还提供了一种制造体声波谐振器的方法。图17示出了根据本公开的一些实施例的制造体声波谐振器的方法的流程图，该方法可用于制造根据本公开的前述方面所述的体声波谐振器。如图17所示，方法包括：在步骤S202处，在临时衬底之上形成第二电极层；在步骤S204处，在第二电极层之上形成压电材料层；在步骤S206处，在压电材料层之上形成第一电极层；在步骤S208处，在第一电极层之上形成牺牲材料部；在步骤S210处，在第一电极层和牺牲材料部之上形成电极补偿层；在步骤S212处，释放去除牺牲材料部以在电极补偿层和第一电极层之间形成空腔。所形成的压电材料层呈平坦状。所形成的空腔被配置作为体声波谐振器的声学反射镜。在该空腔的边界之外，电极补偿层与第一电极层彼此电连接。
在一些实施例中，电极补偿层的材料可以包括金属。例如，电极补偿层的材料可以是以下各项中的一种或多种的组合：钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铱、锇、铬或者前述任意金属的复合或其合金。电极补偿层的材料可以与第一电极层和第二电极层的材料相同，也可以与第一电极层和第二电极层的材料不同。在一些实施例中，电极补偿层的材料的导电性和导热性可以优于第一电极层和第二电极层的材料的导电性和导热性。电极补偿层的厚度例如可以在0.1微米与10微米之间，或者可以在0.3微米与8微米之间，或者可以在0.5微米与5微米之间。
在一些实施例中，方法还可以包括：在电极补偿层之上形成有机材料支撑层并对有机材料支撑层进行平坦化处理；去除临时衬底并将体声波谐振器翻转以将有机材料支撑层作为衬底。在一些示例中，有机材料支撑层的材料可以包括热固化有机材料或光固化有机材料。有机材料支撑层的厚度例如可以在1微米与50微米之间，或者可以在10微米与40微米之间，或者可以在20微米与30微米之间。
空腔、第一电极层、压电材料层与第二电极层的重叠区域形成体声波谐振器的有效区域。在一些实施例中，方法还可以包括：在形成电极补偿层之后，在有效区域的边界之外，在第一电极层和电极补偿层中形成第一电极槽；和/或在将体声波谐振器翻转之后，在有效区域的边界之外，在第二电极层中形成第二电极槽。在一些示例中，第一电极槽可以沿着有效区域的边界的一部分设置，并且第二电极槽可以沿着有效区域的边界的剩余一部分设置。可替代地，在一些示例中，第一电极槽可以环绕有效区域的边界设置，或者第二电极槽可以环绕有效区域的边界设置。在一些实施例中，方法还可以包括：在将体声波谐振器翻转之后：在第一电极槽的远离有效区域的中心的一侧上，形成被配置为将第一电极层与第二电极层电连接的第一电极连接部；和/或在第二电极槽的远离有效区域的中心的一侧上，形成被配置为将第一电极层与第二电极层电连接的第二电极连接部。另外，在一些实施例中，方法还可以包括：在形成电极补偿层之后，将第一电极层和电极补偿层的位于有效区域的边界的第一部分之外的部分去除；和/或在将体声波谐振器翻转之后，将第二电极层的位于有效区域的边界的第二部分之外的部分去除。有效区域的边界的第一部分和第二部分可以是完全相同、部分相同或完全不同的。在一些示例中，有效区域的边界的第一部分与有效区域的边界的第二部分可以共同形成有效区域的整个边界，例如但不限于可以是互补的。
牺牲材料部的牺牲材料例如可以是氧化硅或其掺杂物等，还可以是磷硅玻璃(PSG)等可释放去除的材料。在一些实施例中，步骤S210所形成的牺牲材料部可以包括第一牺牲材料部，该第一牺牲材料部的形状对应于要形成的空腔的形状。在一些实施例中，该牺牲材料部还可以包括：一个或多个第二牺牲材料部，每个第二牺牲材料部的形状对应于要形成的被配置为释放用于形成空腔的牺牲材料的一个或多个第一释放孔中的每个第一释放孔的形状，每个第一释放孔位于空腔的边界之外并且包括第一孔部分和第二孔部分，第一孔部分从第二电极层的上表面穿过压电材料层和第一电极层纵向延伸到电极补偿层的上表面，第二孔部分在第一电极层和电极补偿层之间从空腔横向延伸到第一孔部分；和/或一个或多个第三牺牲材料部，每个第三牺牲材料部的形状对应于要形成的被配置为释放用于形成空腔的牺牲材料的一个或多个第二释放孔中的每个第二释放孔的形状，每个第二释放孔位于空腔的边界之外并且包括第三孔部分和第四孔部分，第三孔部分从电极补偿层的下表面穿过电极补偿层纵向延伸到第一电极层的下表面，第四孔部分在第一电极层和电极补偿层之间从空腔横向延伸到第三孔部分，并且方法还可以包括：释放去除第一牺牲材料部以及一个或多个第二牺牲材料部和/或一个或多个第三牺牲材料部以形成在电极补偿层和第一电极层之间的空腔并形成一个或多个第一释放孔和/或一个或多个第二释放孔。第一释放孔的第二孔部分横向延伸的距离例如可以大于3微米，和/或第二释放孔的第四孔部分横向延伸的距离例如也可以大于3微米。
在一些实施例中，方法还可以包括：在电极补偿层之上形成第一支撑层；在第一支撑层之上形成第一保护层，该第一保护层经由第一支撑层结合到电极补偿层；去除临时衬底并将体声波谐振器翻转以将所述第一保护层作为衬底。在一些实施例中，方法还可以包括在将体声波谐振器翻转之后：在第二电极层之上形成第二支撑层；在第二支撑层之上形成第二保护层，该第二保护层经由第二支撑层结合到第二电极层。例如，在电极补偿层和第一电极层之间形成的那个空腔可以是第一空腔，该第一空腔可以被配置作为体声波谐振器的第一声学反射镜，另外可以在第二电极层和第二保护层之间形成第二空腔，该第二空腔可以被配置作为体声波谐振器的第二声学反射镜。
方法的实施例可以类似于前述体声波谐振器的各个实施例，在此不再赘述。
下面结合图18A至图18L描述用于制造根据本公开的实施例的体声波谐振器的示例过程。下面谈及衬底时，可以包括已形成在衬底上的结构。如图18A至图18C所示，在临时衬底102上依次形成第二电极层140、压电材料层130和第一电极层120。由于下方的支撑层都是平坦的，因而第二电极层140、压电材料层130和第一电极层120各个都是平坦的。如图18D所示，在第一电极层120之上沉积牺牲材料并图案化以形成牺牲材料部00，并且如图18E所示，在第一电极层120和牺牲材料部00之上沉积电极补偿材料并图案化以形成电极补偿层110。接下来，如图18F所示，可以刻蚀电极补偿层110和第一电极层120以形成第一电极槽121，从而定义谐振器的一个电极，然后如图18G所示，可以在电极补偿层110之上形成有机材料支撑层101，例如通过旋涂有机树脂材料并进行平坦化处理来形成。接下来，如图18H所示，将临时衬底102去除并将器件翻转，从而将有机材料支撑层101作为衬底。如图18I所示，在翻转之后，可以刻蚀第二电极层140以形成第二电极槽141，从而定义谐振器的另一个电极，进而定义谐振器的有效区域。如图18J所示，可以相应地制备电极连接部161、162以而将第一电极层120的相应部分与第二电极层140的相应部分电连接，从而实现重新布线，并作为后续电极连接之用。如图18K所示，可以释放去除牺牲材料部00，从而得到空腔150。如图18L所示，可以在第二电极层140之上形成第二支撑层182和第二保护层192。可以在第二电极层140和第二保护层192之间形成谐振器的另一个空腔。
在本公开的体声波谐振器中，通过设置平坦状的压电材料层，避免了在压电材料层中引入段差而导致应力的集中，从而有助于保障器件结构的完整性和可靠性。在此基础上，通过设置电极补偿层，有助于降低谐振器串联谐振点电阻、改善针对输入到谐振器底电极的电能的趋肤效应并提供附加的散热通道，从而改善了体声波谐振器的品质因数和工作功率等性能。
根据本公开的另一方面，还提供了一种滤波器，该滤波器可以包括如上所述的体声波谐振器。滤波器可以将目标频谱外的干扰和噪声等滤除，以提高信号选择性，满足射频系统等对于信噪比的要求。
根据本公开的又一方面，还提出了一种电子设备，该电子设备可以包括如上所述的体声波谐振器或滤波器。在一些实施例中，电子设备可以是各种无线通信终端，例如手机等通信设备。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (42)
1.一种体声波谐振器，包括：
压电材料层，所述压电材料层呈平坦状；
第一电极层，所述第一电极层设置在所述压电材料层之下；
第二电极层，所述第二电极层设置在所述压电材料层之上；以及
电极补偿层，所述电极补偿层设置在所述第一电极层之下，
其中，在所述电极补偿层和所述第一电极层之间限定空腔，所述空腔被配置作为所述体声波谐振器的声学反射镜，并且
其中，在所述空腔的边界之外，所述电极补偿层与所述第一电极层彼此电连接。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述电极补偿层的材料与所述第一电极层和所述第二电极层的材料相同。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述电极补偿层的材料与所述第一电极层和所述第二电极层的材料不同。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述电极补偿层的厚度在0.1微米与10微米之间。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，还包括：有机材料支撑层，所述有机材料支撑层设置在所述电极补偿层之下。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中，所述有机材料支撑层的材料包括热固化有机材料或光固化有机材料。
7.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中，所述有机材料支撑层的厚度在1微米与50微米之间。
8.根据权利要求1所述的体声波谐振器，
其中，所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域形成所述体声波谐振器的有效区域；并且
其中，在所述有效区域的边界之外：
所述第一电极层和所述电极补偿层中开设有第一电极槽，和/或
所述第二电极层中开设有第二电极槽。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其中，所述第一电极槽沿着所述有效区域的边界的一部分设置，并且所述第二电极槽沿着所述有效区域的边界的剩余一部分设置。
10.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其中，所述第一电极槽环绕所述有效区域的边界设置，或者所述第二电极槽环绕所述有效区域的边界设置。
11.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其中，
在所述第一电极槽的远离所述有效区域的中心的一侧上，设置有被配置为将所述第一电极层与所述第二电极层电连接的第一电极连接部；和/或
在所述第二电极槽的远离所述有效区域的中心的一侧上，设置有被配置为将所述第一电极层与所述第二电极层电连接的第二电极连接部。
12.根据权利要求1所述的体声波谐振器，
其中，所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域形成所述体声波谐振器的有效区域；并且
其中：
所述第一电极层和所述电极补偿层的位于所述有效区域的边界的第一部分之外的部分被去除；和/或
所述第二电极层的位于所述有效区域的边界的第二部分之外的部分被去除。
13.根据权利要求1所述的体声波谐振器，还包括：
被配置为释放用于形成所述空腔的牺牲材料的一个或多个第一释放孔，所述一个或多个第一释放孔中的每个第一释放孔位于所述空腔的边界之外并且包括第一孔部分和第二孔部分，所述第一孔部分从所述第二电极层的上表面穿过所述压电材料层和所述第一电极层纵向延伸到所述电极补偿层的上表面，所述第二孔部分在所述第一电极层和所述电极补偿层之间从所述空腔横向延伸到所述第一孔部分，从而将所述空腔与所述第二电极层的上表面外部连通。
14.根据权利要求13所述的体声波谐振器，其中，所述第一释放孔的所述第二孔部分横向延伸的距离大于3微米。
15.根据权利要求1所述的体声波谐振器，还包括：
被配置为释放用于形成所述空腔的牺牲材料的一个或多个第二释放孔，所述一个或多个第二释放孔中的每个第二释放孔位于所述空腔的边界之外并且包括第三孔部分和第四孔部分，所述第三孔部分从所述电极补偿层的下表面穿过所述电极补偿层纵向延伸到所述第一电极层的下表面，所述第四孔部分在所述第一电极层和所述电极补偿层之间从所述空腔横向延伸到所述第三孔部分，从而将所述空腔与所述电极补偿层的下表面外部连通。
16.根据权利要求15所述的体声波谐振器，其中，所述第二释放孔的所述第四孔部分横向延伸的距离大于3微米。
17.根据权利要求1所述的体声波谐振器，还包括：
第一支撑层，所述第一支撑层设置在所述电极补偿层之下；
第一保护层，所述第一保护层设置在所述第一支撑层之下并经由所述第一支撑层结合到所述电极补偿层。
18.根据权利要求1所述的体声波谐振器，还包括：
第二支撑层，所述第二支撑层设置在所述第二电极层之上；
第二保护层，所述第二保护层设置在所述第二支撑层之上并经由所述第二支撑层结合到所述第二电极层。
19.根据权利要求18所述的体声波谐振器，其中，在所述电极补偿层和所述第一电极层之间限定的所述空腔是第一空腔，所述第一空腔被配置作为所述体声波谐振器的第一声学反射镜，并且其中，在所述第二电极层和所述第二保护层之间限定第二空腔，所述第二空腔被配置作为所述体声波谐振器的第二声学反射镜。
20.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述电极补偿层的材料的导电性和导热性优于所述第一电极层和所述第二电极层的材料的导电性和导热性。
21.一种制造体声波谐振器的方法，包括：
在临时衬底之上形成第二电极层；
在所述第二电极层之上形成压电材料层；
在所述压电材料层之上形成所述第一电极层；
在所述第一电极层之上形成牺牲材料部；
在所述第一电极层和所述牺牲材料部之上形成电极补偿层；
释放去除所述牺牲材料部以在所述电极补偿层和所述第一电极层之间形成空腔，所述空腔被配置作为所述体声波谐振器的声学反射镜，
其中，所述压电材料层呈平坦状，并且
其中，在所述空腔的边界之外，所述电极补偿层与所述第一电极层彼此电连接。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电极补偿层的材料与所述第一电极层和所述第二电极层的材料相同。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电极补偿层的材料与所述第一电极层和所述第二电极层的材料不同。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电极补偿层的厚度在0.1微米与10微米之间。
25.根据权利要求21所述的方法，还包括：
在所述电极补偿层之上形成有机材料支撑层并对所述有机材料支撑层进行平坦化处理；
去除所述临时衬底并将所述体声波谐振器翻转以将所述有机材料支撑层作为衬底。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述有机材料支撑层的材料包括热固化有机材料或光固化有机材料。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述有机材料支撑层的厚度在1微米与50微米之间。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域形成所述体声波谐振器的有效区域，并且其中，所述方法还包括：
在形成所述电极补偿层之后，在所述有效区域的边界之外，在所述第一电极层和所述电极补偿层中形成第一电极槽；和/或
在将所述体声波谐振器翻转之后，在所述有效区域的边界之外，在所述第二电极层中形成第二电极槽。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述第一电极槽沿着所述有效区域的边界的一部分设置，并且所述第二电极槽沿着所述有效区域的边界的剩余一部分设置。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述第一电极槽环绕所述有效区域的边界设置，或者所述第二电极槽环绕所述有效区域的边界设置。
31.根据权利要求28所述的方法，还包括在将所述体声波谐振器翻转之后：
在所述第一电极槽的远离所述有效区域的中心的一侧上，形成被配置为将所述第一电极层与所述第二电极层电连接的第一电极连接部；和/或
在所述第二电极槽的远离所述有效区域的中心的一侧上，形成被配置为将所述第一电极层与所述第二电极层电连接的第二电极连接部。
32.根据权利要求25所述的方法，其中，所述空腔、所述第一电极层、所述压电材料层与所述第二电极层的重叠区域形成所述体声波谐振器的有效区域，并且其中，所述方法还包括：
在形成所述电极补偿层之后，将所述第一电极层和所述电极补偿层的位于所述有效区域的边界的第一部分之外的部分去除；和/或
在将所述体声波谐振器翻转之后，将所述第二电极层的位于所述有效区域的边界的第二部分之外的部分去除。
33.根据权利要求21所述的方法，其中，所述牺牲材料部包括第一牺牲材料部，所述第一牺牲材料部的形状对应于要形成的所述空腔的形状，所述牺牲材料部还包括：
一个或多个第二牺牲材料部，所述一个或多个第二牺牲材料部中的每个第二牺牲材料部的形状对应于要形成的被配置为释放用于形成所述空腔的牺牲材料的一个或多个第一释放孔中的每个第一释放孔的形状，所述一个或多个第一释放孔中的每个第一释放孔位于所述空腔的边界之外并且包括第一孔部分和第二孔部分，所述第一孔部分从所述第二电极层的上表面穿过所述压电材料层和所述第一电极层纵向延伸到所述电极补偿层的上表面，所述第二孔部分在所述第一电极层和所述电极补偿层之间从所述空腔横向延伸到所述第一孔部分，
并且其中，所述方法还包括：释放去除所述第一牺牲材料部和所述一个或多个第二牺牲材料部以形成在所述电极补偿层和所述第一电极层之间的所述空腔并形成所述一个或多个第一释放孔。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述第一释放孔的所述第二孔部分横向延伸的距离大于3微米。
35.根据权利要求21所述的方法，其中，所述牺牲材料部包括第一牺牲材料部，所述第一牺牲材料部的形状对应于要形成的所述空腔的形状，所述牺牲材料部还包括：
一个或多个第三牺牲材料部，所述一个或多个第三牺牲材料部中的每个第三牺牲材料部的形状对应于要形成的被配置为释放用于形成所述空腔的牺牲材料的一个或多个第二释放孔中的每个第二释放孔的形状，所述一个或多个第二释放孔中的每个第二释放孔位于所述空腔的边界之外并且包括第三孔部分和第四孔部分，所述第三孔部分从所述电极补偿层的下表面穿过所述电极补偿层纵向延伸到所述第一电极层的下表面，所述第四孔部分在所述第一电极层和所述电极补偿层之间从所述空腔横向延伸到所述第三孔部分，
并且其中，所述方法还包括：释放去除所述第一牺牲材料部和所述一个或多个第三牺牲材料部以形成在所述电极补偿层和所述第一电极层之间的所述空腔并形成所述一个或多个第二释放孔。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述第二释放孔的所述第四孔部分横向延伸的距离大于3微米。
37.根据权利要求21所述的方法，还包括：
在所述电极补偿层之上形成第一支撑层；
在所述第一支撑层之上形成第一保护层，所述第一保护层经由所述第一支撑层结合到所述电极补偿层；
去除所述临时衬底并将所述体声波谐振器翻转以将所述第一保护层作为衬底。
38.根据权利要求25或37所述的方法，还包括在将所述体声波谐振器翻转之后：
在所述第二电极层之上形成第二支撑层；
在所述第二支撑层之上形成第二保护层，所述第二保护层经由所述第二支撑层结合到所述第二电极层。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，在所述电极补偿层和所述第一电极层之间形成的所述空腔是第一空腔，所述第一空腔被配置作为所述体声波谐振器的第一声学反射镜，并且其中，在所述第二电极层和所述第二保护层之间形成第二空腔，所述第二空腔被配置作为所述体声波谐振器的第二声学反射镜。
40.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电极补偿层的材料的导电性和导热性优于所述第一电极层和所述第二电极层的材料的导电性和导热性。
41.一种滤波器，包括根据权利要求1至20中任一项所述的体声波谐振器。
42.一种电子设备，包括根据权利要求1至20中任一项所述的体声波谐振器或者包括根据权利要求41所述的滤波器。
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