[发明专利]体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备

说明书

本发明涉及一种体声波谐振器，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：所述底电极具有至少一个空隙层，在底电极的厚度方向上，所述空隙层与所述底电极的顶面与底面均存在距离；底电极还包括晶种层，所述晶种层限定所述空隙层的上侧与下侧中的至少一侧。本发明还涉及一种体声波谐振器的制造方法，一种具有上述谐振器的滤波器以及具有该滤波器或谐振器的电子设备。

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、一种具有该谐振器的滤波器，一种体声波谐振器的制造方法以及一种具有该谐振器或者该滤波器的电子设备。

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。

电子器件根据不同工作原理可以发挥不同的特性与优势，在所有电子器件中，利用压电效应(或逆压电效应)工作的器件是其中很重要一类，压电器件有着非常广泛的应用情景。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。

通信技术的快速发展要求滤波器工作频率不断提高，例如5G通信频段(sub-6G)的频率在3GHz-6GHz,频率高于4G等通信技术。对于体声波谐振器和滤波器，高工作频率意味着薄膜厚度尤其是电极的薄膜厚度，要进一步减小；然而电极薄膜厚度的减小带来的主要负面效应为电学损耗增加导致的谐振器Q值降低，尤其是串联谐振点及其频率附近处的Q值降低；相应地，高工作频率体声波滤波器的性能也随着体声波谐振器的Q值降低而大幅恶化。

为提高Q值，已经提出一种具有间隙电极的体声波谐振器，如图5与图6所示，图5为已经提出的体声波谐振器的俯视示意图，图6为沿图5中的A1OA2截得的截面示意图。在图5与6中，10是基底，20是声学镜空腔，30为第一底电极，31是第二底电极，40是压电层，50是顶电极，36是底电极连接部或者底电极引脚，56是顶电极连接部或顶电极引脚，61是空隙层或空气间隙。顶电极、压电层、底电极和声学镜空腔在谐振器的厚度方向上的重叠区域为谐振器的有效区域。

在图5和图6的体声波谐振器中，形成空隙层61的工艺流程可简要描述如下：首先，在第一下电极30上表面以化学气相沉积(CVD)或其它等效工艺先制作牺牲层，并进行图形化，其中牺牲层的常规材料为二氧化硅或掺磷二氧化硅(PSG)；其次，在牺牲层以及第一底电极30上陆续制作第二底电极31、压电层40、顶电极50以及其它附属结构；再次，通过液态或气态刻蚀剂去除牺牲层形成空气间隙61。

上述工艺结构存在的问题是：所使用的牺牲层材料(二氧化硅等)会对生长于其上的电极材料的晶格结构产生不利影响，而电极材料晶格的变化会进一步影响到压电层材料的晶格结构，最终使谐振器的性能下滑，表现为机电耦合系数下降，Q值降低等。

发明内容

为缓解或解决上述问题的至少一个方面，提出本发明。

在本发明中，本发明提出在牺牲层上覆盖晶种层的结构来防止或降低牺牲层对位于其上方的材料的晶格结构造成的不利影响影。

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；