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] 图5A中为
现有技术中的
体声波谐振器的俯视图，图5B为沿图5A中的A1-A2线截得的剖面结构示意图。在图5A和5B中，
附图标记对应的结构如下：
[0003] 10：基底
[0004] 20：声学镜，此示例中是空腔，也可采用布拉格反射层或其他等效声波反射结构[0005] 30：底
电极[0007] 50：顶电极
[0008] 60：顶电极引脚
[0009] AR：有效声学区域(声电耦合区)
[0010] 图5A和图5B中未示出的结构还包含部分辅助工艺层、保护层、底电极引脚等。
[0011] 实际工作状态下，图5A和图5B所示的谐振器的AR区域不仅产生有用的
活塞模式振动，还会产生不利的横向传播的声波，这些横向模式声波会向AR区域之外传播，造成谐振器
能量损失，性能下滑，进一步会使使用该类谐振器的电子器件性能下滑，如导致滤波器的插损、滚降、带宽等关键性能参数恶化。
[0012] 图5C为现有技术中的一种抑制声波
泄漏的谐振器结构。其相对于图5B中结构的改进之处在于：在顶电极50的边缘上增加了突起结构，该结构会在AR区域边缘形成声学阻抗不匹配区域，从而可将由AR区域横向向外传播的声波反射回AR区域，从而抑制能量损耗。该结构优点是对谐振器的Q值的提升效果较为显著，缺点是会使谐振器中的杂波增加，原因是突起结构仍在声电耦合区域AR内，突起结构在反射声波的同时电学性能也会受到影响。
[0013] 图5D为现有技术中的另一种抑制声波泄漏的谐振器结构。其相对于图5C改进之处在于：除了在顶电极50的边缘增加了突起结构之外，还将顶电极50进一步向
外延伸形成空气翼(悬翼)，同时引脚60也形成拱起结构(后文统称为悬翼结构)。由于加入的悬翼结构中仅存在声学振动，存在的声电耦合效应远小于突起结构，因此悬翼结构在反射声波时所生成的杂波要显著地少于突起结构。而图5D中的结构的缺点是，当声波从AR向外传播时，首先会与突起结构发生作用，形成反射并生成较为可观的杂波，另外被悬翼结构反射回来的声波也要与突起结构发生作用而再生成一部分杂波，因此图5D中的结构仍然会产生较多的杂波，从而使谐振器性能下降。
发明内容
[0014] 为在抑制谐振器的能量泄漏的同时减少谐振器中的杂波生成，提出本发明。
[0015] 根据本发明的实施例的一个方面，提出了体声波谐振器，包括：
[0016] 基底；
[0017] 声学镜；
[0018] 底电极，设置在基底上方；
[0019] 顶电极，与所述底电极对置，且具有电极连接部；和
[0020] 压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，
[0021] 其中：
[0022] 所述顶电极的边缘设置有突起结构以及位于突起结构内侧的形成空隙的空隙结构。
[0023] 可选的，所述谐振器包括形成所述空隙结构的悬翼。
[0024] 可选的，所述悬翼包括单悬翼结构。
[0025] 进一步可选的，所述单悬翼结构具有
基础层部和悬翼部，所述基础层部位于所述顶电极；悬翼部形成的至少一部分空隙位于所述基础层部与所述突起结构之间。可选的，所述突起结构与基础层部的横向距离在0.5-5μm(可选1-3μm)范围内，该尺度直接对由BO反射的声波和由悬翼反射的声
波形成相长
叠加有重要作用，需防止距离过近造成相互干扰和距离过远声波衰减导致干涉不显著；和/或所述突起结构的外缘与所述悬翼部的外缘之间的横向距离在0-±5μm(可选0-±3μm)范围内；和/或所述突起结构的顶部与所述悬翼部之间的纵向距离在0-5μm(可选0.5-3μm)范围内。或者可选的，所述悬翼部具有与所述基础层部相连的上升部，所述上升部为阶梯形状。或者可选的，所述悬翼部与所述突起结构在谐振器的厚度方向上至少部分重合。或者可选的，所述悬翼部具有与所述基础层部相连的上升部，所述上升部与顶电极的顶面之间形成的
角度范围为15°-90°(可选40°-70°)。或者可选的，所述顶电极的端部形成有另外的悬翼部。
[0026] 可选的，所述单悬翼结构具有基础层部和悬翼部，所述基础层部位于所述顶电极；所述基础层部位于悬翼部与所述突起结构之间。进一步可选的，所述突起结构与所述基础层部的横向距离在0-5μm(可选0.5-3μm)范围内；和/或所述悬翼部的横向宽度在0.5-5μm(可选1-3μm)范围内；和/或所述突起结构与所述悬翼部之间的横向距离在1-10μm(可选3-5μm)范围内。
[0027] 可选的，所述单悬翼结构具有基础层部和悬翼部，所述基础层部位于所述突起结构的顶部。进一步可选的，所述悬翼部与所述基础层部处于同一
水平面；或者所述悬翼部包括与所述基础层部连接的上升部。
[0028] 可选的，所述悬翼包括双悬翼结构，所述双悬翼结构包括基础层部以及分别连接于基础层部两侧的第一单悬翼结构和第二单悬翼结构。进一步可选的，第一单悬翼结构与第二单悬翼结构为非对称布置。或者可选的，所述基础层部位于所述突起结构的内侧且设置于所述顶电极上。或者可选的，所述基础层部设置于所述突起结构的顶部，进一步可选的，所述基础层部与所述突起结构的顶部在横向上错开设置。
[0029] 可选的，所述谐振器包括形成所述空隙结构的桥部。可选的，所述桥部整体位于所述突起结构的内侧。或者可选的，所述突起结构位于所述桥部形成的空间中。
[0030] 可选的，在所述突起结构的内侧位于所述空隙中的凹陷结构。
[0031] 可选的，所述谐振器还包括
覆盖所述顶电极的
覆盖层；且所述基础层部为所述覆盖层的组成部分。该覆盖层可以仅仅覆
盖顶电极的一部分。
[0032] 可选的，所述空隙中填充空气。
[0033] 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。
[0034] 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
[0035] 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：
[0036] 图1A为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0037] 图1B示例性示出突起结构与悬翼结构之间的
位置关系的示意图；
[0038] 图1C为示例性示出了一种悬翼结构的实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0039] 图1D为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0040] 图2A为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0041] 图2B为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0042] 图2C为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0043] 图2D为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0044] 图2E为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0045] 图3A为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0046] 图3B为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0047] 图3C为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0048] 图3D为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0049] 图4为根据本发明的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的示意性局部剖视图；
[0050] 图5A中为现有技术中的体声波谐振器的俯视图；
[0051] 图5B为沿图5A中的A1-A2线截得的剖面结构示意图；
[0052] 图5C为现有技术中的一种抑制声波泄漏的谐振器结构；
[0053] 图5D为现有技术中的另一种抑制声波泄漏的谐振器结构。
具体实施方式
[0054] 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。
[0055] 下面参照图描述根据本发明的一个实施例的体声波谐振器。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。
[0056] 图1A是本发明的一个实施例，图中显示了顶电极边缘部分的结构，其改进之处在于将悬翼结构移动至突起结构内侧，此时，悬翼结构的材料可以采用非金属材料。
[0057] 具体的，图1A中各个组成部分和材料描述如下：
[0058] 50：顶电极，由金属材料制成，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。
[0059] 51：突起结构，可选非金属材料，如：
二氧化
硅、氮化硅、
碳化硅、氮化铝、氧化镁、氧化铝，或其他金属氧化物或氮化物或多聚物等，也可选用与顶电极相同或不同的金属材料如钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。
[0060] 80和81：
钝化层：该层属于可选的保护层，可防止水汽、氧气或其他外界物质侵蚀谐振器(后续实施例中该层略去不再示出)。保护层可选非金属材料如
二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、氧化镁、氧化铝，或其他金属氧化物或氮化物或多聚物等。
[0061] 悬翼结构包含基础层70和结构层72，其中：
[0062] 70：悬翼基础层，位于
钝化层80或顶电极50之上，与钝化层80或顶电极50保持
接触。
[0063] 72：悬翼结构层，该部分分为一个倾斜的上升部和一个水平部，上升部和水平部下方留有空气间隙，也可用其它介电材料或多聚物等填充该间隙。
[0064] 70和72可选非金属材料，如：二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮化铝、氧化镁、氧化铝，或其他金属氧化物或氮化物或多聚物等等，也可采用金属材料如钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金。
[0065] 悬翼结构层的整体厚度范围可为 (可选 )
[0066] 此外，本发明中体波谐振器的压电层可采用氮化铝、氧化锌等材料并可以对所述材料进行稀土元素掺杂，且所述压电层和电极层均具有薄膜结构。
[0067] 图1A中的结构至少可以产生如下技术效果之一：
[0068] 1)悬翼和凸起结构的结合可显著提高声波反射性能，从而使谐振器的Q值得到提升。
[0069] 2)悬翼结构位于突起结构内侧，这样，当声波从AR向外传播时，首先会与悬翼结构作用发生反射，从而减少传递至突起结构处的声波能量，从而减少寄生模式杂波生成。
[0070] 3)传统结构中的悬翼结构通常为顶电极的延伸，一般来说材料也是金属，当悬翼结构距离压电层纵向距离较近时，仍会产生一定的声电耦合现象，这样就限制了对悬翼结构的尺寸设计。本实施例中的悬翼结构可采用非金属材料，因此可避免声电耦合现象，从而给尺寸设计更大的
自由度。
[0071] 4)本结构中，突起结构可位于悬翼结构与压电层的间隙中，从而改变了悬翼结构所形成的间隙的形状，突起结构与悬翼结构可形成一定的配合关系，调节悬翼结构的声波反射性能，这在传统结构中是不存在的。
[0072] 以上对于技术效果的描述在本发明的其他实施例中存在相似的结构时同样适用。
[0073] 对于图1A中的结构，悬翼结构的尺寸及其与突起结构之间的位置关系有图1B之间的约束关系(已略去钝化层80)。其中D1是悬翼结构边缘到突起结构外边缘的距离，其范围为+5--5μm，可选+3--3μm，如2μm其中正值表示悬翼结构边缘在突起结构外边缘的右侧，负值则表示在左侧；D2表示悬翼结构的上升部起点和突起结构的内边缘的距离，其范围,0.5-5μm，可选1-3μm；H1表示悬翼结构的水平部下表面与突起结构上表面的距离，其范围为0-5μm，可选0.5-3μm，如2μm；θ表示悬翼结构的上升部与水平方向所构成的锐角，其范围为15°-
90°，可选40°-70°，如50°。可以同时调节或者选择上述参数，也可以仅仅调节上述参数中的一种或两种或者三种。
[0074] 基于某些工艺条件，本发明提出的结构的悬翼部分的上升部的形状也可是图1C中所示的阶梯状。此外，悬翼结构的基础层部分70也可仅覆盖部分的顶电极。可选的，所述谐振器还包括覆盖所述顶电极的覆盖层；所述基础层部为所述覆盖层的组成部分。这里的覆盖层可以是钝化层，也可以是其他的金属材料层。覆盖层可以仅仅覆盖顶电极的一部分。
[0075] 另外，为了简化工艺并增强悬翼结构的结构
稳定性，还可省去图1A中悬翼结构与突起结构之间的空气间隙，形成图1D中的悬翼-突起的贴合结构。此时，对应于上面提及的H1为零。
[0076] 此外，悬翼结构的延伸方向还可由向突起结构侧延伸变为向内侧延伸，从而形成如图2A中的结构变化。悬翼结构的基础结构层边缘与突起结构内侧边缘具有间隙D5，其范围为0-5μm，可选0.5-3μm，如2μm；悬翼结构上升部起点与突起结构内边缘距离为D6，范围为1-10μm，可选3-5μm，如2μm；悬翼结构的结构层宽度D7范围为0.5-5μm，可选1-3μm，如2μm；悬翼结构的上升部与水平方向夹角以及悬翼结构的结构层的水平部分下表面与突起结构上表面的距离可参考图1B中的尺寸范围实例。
[0077] 在本发明中，两个部件之间的距离表示两者之间的最短直线(纵向或者横向)距离。
[0078] 还可在图2A中的悬翼结构的右侧添加一下降部，形成图2B中的悬翼-突起结构。其中，悬翼结构的上升部的起点和下降部终点距离为D8，范围为0.5-5μm，可选1-3μm。此外，悬翼结构的水平部下表面和突起结构之间的距离，上升部和下降部与水平方向所成的角度可参照图1B的H1和θ，上升部起点到突起结构内边缘距离以及悬翼结构的基础层边缘与突起结构的内边缘的距离可参照图2A的D6和D5。
[0079] 若将图2B中悬翼结构上升部起点和其左侧悬翼结构的基础层移动至突起结构外侧，则可形成图2C中的实施例结构。其中左侧的上升部起点与突起结构的外边缘的距离为D10，范围为0.5-5μm，可选1-3μm，如2μm；右侧下降部终点距离突起结构的内边缘距离D9，范围为0.5-5μm，可选1-3μm，如2μm。此外上升部和下降部与水平方向夹角可参考图1B的θ，悬翼结构的水平部下表面与突起结构的上表面的距离可参考图1B的H1。
[0080] 还可将图2A中的悬翼结构移动到突起结构上表面，形成图2D的实施例。其中悬翼结构的水平部下表面与突起结构的上表面的水平距离为H3，范围0-5μm，可选0.5-2μm；悬翼结构的宽度为D11，范围为0.5-5μm，可选1-3μm。
[0081] 基于特定工艺条件，也可略去图2D的悬翼结构的上升部，变为图2E中的平直样式。
[0082] 此外，还可将图1A与图2A的悬翼结构相结合，形成图3A中的双悬翼-突起结构。其中左侧悬翼结构72的相关尺寸可参考图1B，悬翼结构的基础层宽度为D3，范围1-10μm，可选3-5μm，如2μm，右侧悬翼结构73和左侧悬翼结构72保持对称。通过采用双悬翼结构，可进一步增强对声波反射能
力。
[0083] 由于在左侧悬翼结构72下方存在突起结构，而在右侧悬翼结构73下方无突起结构，则两个悬翼结构对声波反射的效果并不对称，为了对反射效果进行优化，可采用非对称的双悬翼结构，例如图3B所示的两侧悬翼结构的水平部不等长的结构。其中右侧悬翼结构的水平部长度为D4，该长度与左侧悬翼结构的水平部长度差异范围为+5--5μm，可选+3--3μm，如2μm，其中正值代表右侧长于左侧，负值代表短于左侧。
[0084] 此外除了采用双悬翼结构的水平部不等长的非对称策略外，还可采用图3C中水平部不等高的非对称布置。其中两个悬翼结构73和72之间(以下表面为基准)存在落差H2，范围为+5--5μm，可选+3--3μm，如2μm，正值代表右侧悬翼结构73高于左侧悬翼结构72，负值则相反。
[0085] 此外，双翼悬翼结构的基础层70也可移至突起结构51的上表面，从而形成图3D中的实施例结构。其中右侧悬翼结构73和左侧悬翼结构72可采用图3A的对称尺寸关系，也可采用图3B和3C中的非对称尺寸关系。此外，悬翼结构的基础层70的两个端点不一定与突起结构的两侧边缘对齐，可分别与之保持距离D12和D13，D12范围+0.5-+3μm或-0.5—3μm，可选+1-+2μm或可选-1--2μm，如1μm，其中正值表示基础层端点位于突起上表面以外，负值表示位于突起上表面之内，D13范围参考D12，且正负值含义同D12的说明。
[0086] 此外，还可将本发明中的悬翼结构的位置特征与传统悬翼-突起结合，得到图4所示的实施例。其中附图标记51和52对应的结构构成传统的悬翼-突起结构；附图标记53为可选的凹陷结构。
[0087] 基于以上，本发明提出了一种体声波谐振器，包括：
[0088] 基底；
[0089] 声学镜；
[0090] 底电极，设置在基底上方；
[0091] 顶电极，与所述底电极对置，且具有电极连接部；和
[0092] 压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，
[0093] 其中：
[0094] 所述顶电极的边缘设置有突起结构以及位于突起结构内侧的形成空隙的空隙结构。
[0095] 如前所述，空隙可以为空气间隙，也可以为填充有介电材料或者多聚物等材料的填充间隙。
[0096] 在本发明中，声波从AR向外横向传播时，部件的内侧先与声波发生反射，部件的外侧后与声波发生反射，换言之，以声波传播方向上的先后确定内侧和外侧。
[0097] 形成该空隙结构的，可以为悬翼(单悬翼或者双悬翼)，也可以为桥部结构。在采用双悬翼的情况下，两个悬翼可以采用非对称布置。
[0098] 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。
[0099] 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。
