技术领域
[0001] 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，一种具有该谐振器的滤波器，以及一种具有该滤波器的电子设备。
背景技术
[0002]
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)作为一种MEMS芯片在通信领域发挥着重要作用，FBAR滤波器具有尺寸小(μm级)、谐振
频率高(GHz)、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，正在逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器。
[0003] 传统的薄膜体声波谐振器其结构如图1所示。其中，10为谐振器的底
电极，连接着谐振器五边形的两条边b和c；11为谐振器的压电层，12为谐振器的顶电极，连接着谐振器五边形的一条边；13、14分别为位于谐振器底电极和顶电极上方的金属连接层。对于图1中传统的薄膜体声波谐振器而言，当对底电极施加一
电压时，
电流仅能从谐振器的底电极与五边形相连的两条边b和c流入(此时b和c两条边上的电势相同，但与a和d两条边上的电势不同)，并经过电极
电阻15，才能到达谐振器的顶电极与五边形相连接的另一边，因为电极为薄膜形式，电阻较大。这样
能量损耗较大，导致谐振器的Q值降低。
发明内容
[0004] 为解决或者缓解
现有技术中的问题，提出了本发明。在本发明中，通过改变谐振器的电极与有效区域的连接方式，来减小谐振器的
串联电阻Rs。
[0005] 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：
[0006] 基底；
[0007] 声学镜；
[0008] 底电极，设置在基底上方，具有底电极金属连接层；
[0009] 顶电极，与所述底电极对置，且具有顶电极金属连接层；和
[0010] 压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，
[0011] 其中：
[0012] 所述声学镜、底电极、压电层和顶电极在谐振器厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
[0013] 所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层总共围绕所述有效区域的周边长度的50％及以上设置。
[0014] 可选的，所述底电极金属连接层围绕对应于所述有效区域的压电层的至少一部分设置。
[0015] 可选的，底电极金属连接层具有设置于底电极上的第一部分以及
覆盖压电层的上表面的一部分的第二部分，所述第二部分与顶电极间隔开。可选的，所述第一部分设置有
散热结构。或者可选的，在谐振器的厚度方向上的投影中，所述第二部分与所述顶电极彼此间隔开第一距离。或者可选的，在谐振器的厚度方向上的投影中，所述第二部分处于声学镜边缘外侧且与所述声学镜边缘彼此间隔开第二距离。
[0016] 可选的，所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层总共围绕所述有效区域的周边长度的90％及以上设置。
[0017] 可选的，所述顶电极金属连接层或所述底电极金属连接层围绕所述有效区域的周边长度的50％及以上设置。
[0018] 可选的，所述顶电极金属连接层和/或所述底电极金属连接层围绕所述有效区域的部分的宽度在1-50μm的范围内，进一步可选的，在5-10μm的范围内。
[0019] 可选的，所述顶电极金属连接层围绕所述有效区域的至少一部分设置且与所述压电层相接。
[0020] 可选的，所述顶电极金属连接层围绕所述有效区域的至少一部分设置且与所述顶电极相接。或者可选的，所述顶电极具有围绕所述有效区域的至少一部分的桥部结构；且所述顶电极金属连接层围绕所述桥部结构的至少一部分而于所述桥部结构电连接。进一步可选的，所述顶电极金属连接层在桥部结构的外缘的上表面与桥部结构的外缘电连接。
[0021] 可选的，所述有效区域为多边形。进一步可选的，“所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层中的至少一个围绕所述有效区域的至少一部分”包括所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层中的一个围绕所述有效区域的边缘的至少一半。
[0022] 可选的，所述多边形为五边形；“所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层中的至少一个围绕所述有效区域的至少一部分”包括所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层中的一个大体围绕所述多边形的连续的至少三条边。进一步可选的，所述顶电极金属连接层围绕所述五边形的四条边设置，且所述底电极金属连接层围绕所述五边形的剩下的一条边设置；或者所述底电极金属连接层围绕所述五边形的四条边设置，且所述顶电极金属连接层围绕所述五边形的剩下的一条边设置；或者所述底电极金属连接层围绕所述五边形的大体二分之一边缘设置，且所述顶电极金属连接层围绕所述五边形的另外的二分之一边缘设置。
[0023] 可选的，所述顶电极的终端与所述底电极的终端在谐振器的厚度方向上的投影中，存在彼此重叠的部分。
[0024] 可选的，所述顶电极的终端与所述底电极的终端在谐振器的厚度方向上的投影中，彼此间隔开第三距离。可选的，所述第三距离大于5μm。
[0025] 根据本发明的实施例的再一方面，提出了一种体声波谐振器，包括：
[0026] 基底；
[0027] 声学镜；
[0028] 底电极，设置在基底上方，具有底电极金属连接层；
[0029] 顶电极，与所述底电极对置，且具有顶电极金属连接层；和
[0030] 压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，
[0031] 其中：
[0032] 所述声学镜、底电极、压电层和顶电极在谐振器厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
[0033] 所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层中的至少一个具有
基础连接部以及围绕部，所述围绕部从所述基础连接部的两侧或者一侧围绕所述有效区域的至少一部分延伸。
[0034] 可选的，所述围绕部总共围绕所述有效区域的周边长度的50％及以上。
[0035] 可选的，所述围绕部的宽度在1-50μm的范围内。进一步的，所述围绕部的宽度在5-10μm的范围内。
[0036] 根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
[0037] 根据本发明的实施例的还一方面，提出了一种电子设备，包括上述的滤波器或者体声波谐振器。
附图说明
[0038] 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：
[0039] 图1为现有技术中的体声波谐振器的俯视示意图；
[0040] 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；
[0041] 图3为根据本发明的一个示例性实施例的图2中A部分的示例性局部放大示意图；
[0042] 图4为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中B-B线截得的示意图；
[0043] 图5为根据本发明的另一个示例性实施例的沿图2中B-B线截得的示意图；
[0044] 图6为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图2中B-B线截得的示意图；
[0045] 图7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；
[0046] 图8为根据本发明的一个示例性实施例的图7中C部分的示例性局部放大示意图；
[0047] 图9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；
[0048] 图10为根据本发明的一个示例性实施例的图9中D部分的示例性局部放大示意图；
[0049] 图11为根据本发明的一个示例性实施例的沿图9中B-B线截得的示意图；
[0050] 图12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。
具体实施方式
[0051] 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。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。
[0052] 下面参照图描述根据本发明的体声波谐振器。需要指出的是，在本发明的实施例中，虽然以薄膜体声波谐振器为例进行说明，这些说明均可以适用于其他类型的体声波谐振器。
[0053] 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。
[0054] 图2所示的实施例中，10为谐振器的底电极，其连接五边形(有效区域)的四条边，11为谐振器的压电层；12为谐振器的顶电极；13为谐振器底电极上方的底电极金属连接层，且包围有效区域边缘部分的宽度为d1和d2，d1和d2的值可以相等也可以不相等，一般的在
1-50μm，典型的可以为5-10μm，除了上述端值之外，还可为20μm或者7μm；14为谐振器顶电极上方的顶电极金属连接层。底电极金属连接层和顶电极金属连接层的厚度一般的在100nm-
5μm，除了上述端值之外，还可以例如为1μm。
[0055] 在本实施例中，如图所示，谐振器五边形的四条边与底电极金属连接层连接，所以当对谐振器的底电极施加一电压时，由于底电极金属连接层的导电率极高，底电极与谐振器五边形相连接的四条边上a、b、c、d具有相同的电势，电流从底电极四条边流入，因此在谐振器工作时，其Rs(串联电阻)减小，即电极电学能量损耗减少，从而使得谐振器的Q值得到提高，同时由其组成的滤波器的IL值(插入损耗值)也可提高。同时，由于谐振器有效区域边缘具有相同电势，声学主谐振模式更优，抑制寄生模式的产生；反之，传统图1谐振器有效区域各边缘电势不同，导致谐振器各部分振动不一致，寄生模式增强。
[0056] 同时，由于在底电极上方的底电极金属连接层也均匀覆盖在五边形的四周，且金属的散热性性能较好，能够有效减小谐振器中的热阻，使得谐振器的功率容量得到提升。
[0057] 图3为根据本发明的一个示例性实施例的图2中A部分(顶电极的端部与底电极的端部相邻处)的示例性局部放大示意图，其中10为底电极，12为顶电极，13为底电极上的底电极金属连接层，14为顶电极上方的顶电极金属连接层，30为谐振器底部的空腔结构。其中金属连接层13与14之间有一距离为d3，避免顶电极金属连接层与底电极金属连接层相
接触造成
短路，其值可以为大于5μm。
[0058] 图4为根据本发明的一个示例性实施例的沿图2中B-B线截得的示意图。在图4中，在垂直方向上其结构依次为：声反射镜结构30，其可以为在基底中
刻蚀出的空腔结构或者为向上凸起的空腔结构，也可以为布拉格反射结构等声波反射形式，在图4中为在基底中刻蚀出的空腔结构；底电极10；压电层11；顶电极12；以及位于底电极上方的底电极金属连接层13，其包围有效区域边缘部分的宽度为d1和d2，d1和d2的值可以相等也可以不相等，一般的在1-50μm，典型的可以为5-10μm，其厚度一般的为100nm-5μm。
[0059] 图5为根据本发明的另一个示例性实施例的沿图2中B-B线截得的示意图。图5与图4结构相似，不同之处在于，图5中与五边形相连接的底电极金属连接层跨过台阶覆盖住压电层11的一部分，且在垂直方向上其与空腔边缘之间有一间距d6，其值大于零。这样能够使得金属连接层覆盖的区域变大，能够进一步增大其散热功能，有效减小谐振器中的热阻，使得谐振器的功率容量进一步得到提升。
[0060] 图6为根据本发明的再一个示例性实施例的沿图2中B-B线截得的示意图。图6与图5结构相似，不同之处在于，在其底电极金属连接层上有许多的小立柱结构，立柱结构能够进一步增加散热性，减小谐振器中的热阻，使得谐振器的功率容量进一步得到提升。散热结构不限于图6所示的小凸起结构，还可以为肋条结构或者其他有助于增加散热面积的结构。
[0061] 图7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7与图2结构相似，不同之处在于，底电极和顶电极金属连接层13和14只是部分覆盖10和12。同时，底电极10的部分终端与顶电极12在垂直方向上是重合的，这样能够增加谐振器在拐
角处的机械强度，使得谐振器的结构更为稳定。
[0062] 图8为根据本发明的一个示例性实施例的图7中C部分的示例性局部放大示意图，其中10为底电极，12为顶电极，30为空腔结构，13为底电极上方的底电极金属连接层，14为顶电极上方的金属连接层。在本实施例中，底电极与顶电极在边界连接处在垂直方向上是重合的，这样在该重合部位在拐角处的情况下，能够增加谐振器在拐角处的机械强度，使得谐振器的结构更为稳定。
[0063] 图9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9与图7结构相似，不同之处在于，谐振器的顶电极与五边形的四条边相连。且位于顶电极上方的顶电极金属连接层包围五边形的边缘部分的宽度为d1和d2，d1和d2的值可以相等也可以不相等，一般的在1-50μm，典型的可以为5-10μm，其厚度一般的为100nm-5μm。而且在顶电极的边缘与五边形之间有一桥部结构100，桥部结构跨越空腔结构的边界处，且桥部结构的宽度为d5典型的可以为5μm。在桥部结构处由于空气隙的存在使其声阻抗与谐振器的有效区域内声阻抗不匹配，会使得声波在边界处传输不连续，因此在边界处，一部分声能就会耦合且反射到有效激励区域中，并且转换成与压电层表面垂直的
活塞声波模式，从而使得谐振器的Q因子得到提高。
[0064] 图10为根据本发明的一个示例性实施例的图9中D部分的示例性局部放大示意图，其中10为底电极，12为顶电极，30为空腔结构，13为底电极上方的底电极金属连接层，14为顶电极上方的金属连接层，100为桥部结构。在本实施例中，由于在顶电极的边缘与五边形的边缘之间有一桥部结构，能够将谐振器中的声波能量限定在其有效区域内，因此可以提高谐振器的Q值。
[0065] 图11为根据本发明的一个示例性实施例的沿图9中B-B线截得的示意图。图11中，在垂直方向上其结构依次为：声反射镜结构30，其可以为在基底中刻蚀出的空腔结构或者为向上凸起的空腔结构，也可以为布拉格反射结构等声波反射形式，在图12中为在基底中刻蚀出的空腔结构；底电极10；压电层11；顶电极12；桥部结构100，和位于桥部结构与压电层之间的空气隙101；以及顶电极金属连接层14，其中顶电极金属连接层包围五边形的边缘部分的宽度为d1和d2，d1和d2的值可以相等也可以不相等，一般的在1-50μm，典型的可以为5-10μm，其厚度一般的为100nm-5μm。
[0066] 需要指出的是，虽然没有示出，顶电极也可以不设置桥部结构，而顶电极金属连接部则直接连接到顶电极边缘。
[0067] 图12为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示意图。图12与图9结构相似，不同之处在于，谐振器的底电极和顶电极都和五边形的边相连，且位于它们上方的顶电极金属连接层的边缘部分与五边形的边之间的间距分别为d1和d2，d1和d2的距离可以相等也可以不相等，一般的在1-50μm，典型的可以为5-10μm，其厚度一般的为100nm-5μm。
[0068] 在本发明中，所述顶电极金属连接层或所述底电极金属连接层围绕所述有效区域的周边长度的50％及以上设置，也可以是两个金属连接层总共围绕有效区域的周边长度的50％及以上设置。
[0069] 需要指出的是，在本发明的示例性实施例中，以有效区域为五边形进行说明，但是本发明不限于此，有效区域还可以为其他形状。
[0070] 在本发明中，可以看到，金属连接层可以包括基础连接部(例如参见图2中的底电极金属连接层13的基础连接部13a)以及从基础连接部的侧面而围绕有效区域延伸的围绕部(例如，参见图2中的底电极金属连接层的围绕部13b)。很明显，可以在基础连接部的一侧或者两侧设置围绕部。
[0071] 在本发明中，电极金属连接层的材料可以是金(Au)、
铝(Al)、
铜(Cu)、
银(Ag)、等
导电性良好的类似材料；顶电极和底电极的材料可以是钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)，钌(Ru)、铱(Ir)、
钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)等类似金属；压电层材料可以为氮化铝(AlN)、
氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、
石英(Quartz)、铌酸
钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等材料。
[0072] 基于以上，本发明提出了一种体声波谐振器，包括：
[0073] 基底；
[0074] 声学镜；
[0075] 底电极，设置在基底上方，具有底电极金属连接层；
[0076] 顶电极，与所述底电极对置，且具有顶电极金属连接层；和
[0077] 压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，
[0078] 其中：
[0079] 所述声学镜、底电极、压电层和顶电极在谐振器厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
[0080] 所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层总共围绕所述有效区域的周边长度的50％及以上设置。
[0081] 需要指出的是，在本发明中，“所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层总共围绕”包括了两个金属连接层均部分包围有效区域的情形(例如参见图12)；一个金属连接层仅仅是延伸到有效区域附近但不围绕有效区域、另一个金属连接层围绕有效区域的情形(例如参见图2，在图2中，顶电极金属连接层还可以显示为具有更小的宽度)；以及一个金属连接层没有延伸到有效区域附近(例如参见图1中的底电极金属连接层)、另一个金属连接层围绕有效区域的情形。
[0082] 进一步的，所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层中的一个围绕所述有效区域的周边长度90％及以上设置。
[0083] 进一步的，所述顶电极金属连接层或所述底电极金属连接层围绕所述有效区域的周边长度的50％及以上设置。
[0084] 进一步的，所述顶电极金属连接层和/或所述底电极金属连接层围绕所述有效区域的部分的宽度在1-50μm的范围内。
[0085] 以及以上，本发明还提出了一种体声波谐振器，包括：
[0086] 基底；
[0087] 声学镜；
[0088] 底电极，设置在基底上方，具有底电极金属连接层；
[0089] 顶电极，与所述底电极对置，且具有顶电极金属连接层；和
[0090] 压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，
[0091] 其中：
[0092] 所述声学镜、底电极、压电层和顶电极在谐振器厚度方向上的重叠区域构成谐振器的有效区域；
[0093] 所述顶电极金属连接层和所述底电极金属连接层中的至少一个具有基础连接部以及围绕部，所述围绕部从所述基础连接部的两侧或者一侧围绕所述有效区域的至少一部分延伸。可选的，所述围绕部总共围绕所述有效区域的周边长度的50％及以上。可选的，所述围绕部的宽度在1-50μm的范围内。进一步的，所述围绕部的宽度在5-10μm的范围内。
[0094] 基于以上，本发明还提出了一种滤波器，包括多个上述的体声波谐振器。本发明还提出了一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的体声波谐振器。
[0095] 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。
