[发明专利]一种声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备

说明书

本发明提出一种谐振器，包括衬底；形成在衬底上的底电极层、顶电极层和压电层；以及形成在底电极层与衬底之间的声学反射结构；其中，在声波谐振器的有效谐振区域的末端，顶电极层与压电层之间具有第一间隙和/或底电极层与压电层之间具有第二间隙，并且第一间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层的最下表面，第二间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层的最上表面。通过在谐振器的有效谐振区域的末端设置间隙，分离电极层和压电层，减少横波从工作区域向外界传递；具备该间隙结构的谐振器相对于现有技术具有更好的机械稳定性，同时，在生产过程中无需对压电层进行额外处理，从而结构稳定性和一致性较高。

技术领域

本申请涉及半导体器件的技术领域，尤其是涉及一种声波谐振器及其制造方法，以及包括该谐振器的滤波器和电子设备。

背景技术

滤波器作为射频前端模块之一，具有改善发射和接收信号的功能，在射频前端模块中发挥着举足轻重的作用。Fbar(Film Bulk Acoustic Resonator)是一种体声波谐振器，由多个Fbar以拓扑网络结构连接组成的滤波器，因具有体积小、集成能力强、高频下仍具有高品质因子和功率承受能力强等特点而满足了射频前端模块的高标准。

Fbar的基本结构是上电极层、下电极层以及夹在上下电极层间的压电层。上电极层上表面与空气接触使得声波在上电极层与空气交界处发生全反射而抑制能量泄露，与此同时在下电极层下方设置声波反射结构使得能量不至于泄露到衬底并储存在谐振器内。

谐振器的品质(Q)因子是周期存储能量与周期损失能量的比值，是表征其性能的关键因子。谐振器在谐振时会产生纵向声波和横向声波，其中横向声波无法存储在谐振器内部，会泄露出去导致声能损失，从而降低Q值。同时，在声波反射结构边缘外，顶电极层、压电层和底电极层重叠位置存在较大的寄生振荡，寄生振荡对于Q因子也有较大的影响。因此如何减少横向声波损失、抑制寄生振荡是设计谐振器时需要关注的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明的第一方面提出一种声波谐振器，至少包括：

衬底；

形成在衬底上的底电极层、顶电极层和压电层；以及

形成在底电极层与衬底之间的声学反射结构；

其中，在声波谐振器的有效谐振区域的末端，顶电极层与压电层之间具有第一间隙和/或底电极层与压电层之间具有第二间隙，并且第一间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层的最下表面，第二间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层的最上表面。

上述方案中，通过在谐振器的有效谐振区域的末端设置第一间隙和/或第二间隙，可以分离在有效谐振区域边缘的电极层(包括顶电极层和底电极层)和压电层，减少横波从谐振有效工作区域向外界泄露；同时，由于间隙(包括第一间隙和第二间隙)的分离，使得由于电极层和压电层直接接触重叠而产生的寄生振荡减少；另外，更重要的是，第一间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的顶电极层的最下表面和/或第二间隙的最顶面不高于位于有效谐振区域内的底电极层的最上表面，使得顶电极对外连接时的机械稳定性增强。

优选地，间隙周围的压电层保持均匀的厚度，底电极层在非对外连接的部位具有倾斜端部。具有均匀厚度的压电层可以具备均匀的压电性能，在生产过程中未对压电层进行额外处理，即可形成间隙，提高压电层的压电一致性，提高Q因子，并且可大大提高良率。

优选地，从垂直于衬底表面的方向来看，倾斜端部跨越声学反射结构的边缘延伸。且第一间隙起始于倾斜端部的斜面起始位置和声学反射结构边缘之间，并且结束于倾斜端部的斜面终止位置的外侧。进一步优选地，第二间隙起始于倾斜端部的斜面起始位置，并且结束于倾斜端部的斜面终止位置的外侧。在该优选方案中，间隙从倾斜端部所对应的位置延伸到外侧，从而使得间隙的末端在垂直投影方向超出底电极层的末端，从而避免电极层和压电层在声学反射结构边缘以外的区域直接接触重叠而产生的寄生振荡，减少声能损失，进而提高Q因子。