[發明專利]頂電極具有上下空隙的體聲波諧振器及制造方法、濾波器及電子設備

在審

• 申請號: 202010836228.X
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN114079433A
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 龐慰;班圣光;張孟倫
• 申請（專利權）人: 諾思（天津）微系統有限責任公司
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/19;H03H9/56
• 代理公司: 北京金誠同達律師事務所 11651
• 代理人: 湯雄軍

本發明涉及一種體聲波諧振器及其制造方法，所述諧振器包括：基底；聲學鏡；底電極；壓電層；頂電極；覆蓋層，至少覆蓋所述頂電極的非電極連接端，其中：頂電極、壓電層、底電極和聲學鏡在諧振器的厚度方向上的重合區域構成諧振器的有效區域；頂電極的非電極連接端的下側和上側沿所述有效區域分別設置有第一空隙和第二空隙，且所述第二空隙所在的位置為覆蓋層和/或頂電極的被移除的對應部分所在的位置，所述被移除的對應部分形成所述第二空隙。本發明還涉及一種濾波器以及一種電子設備。

技術領域

本發明的實施例涉及半導體領域，尤其涉及一種體聲波諧振器及其制造方法、一種具有該諧振器的濾波器，以及一種電子設備。

背景技術

電子器件作為電子設備的基本元素，被廣泛應用于我們生活中的方方面面。不但我們目前常用的移動電話、汽車、家電設備等地方充滿了各式各樣的電子器件，而且未來即將改變世界的人工智能、物聯網、5G通訊等技術仍然需要依靠電子器件作為基礎。

電子器件根據不同工作原理可以發揮不同的特性與優勢，在所有電子器件中，利用壓電效應(或逆壓電效應)工作的器件是其中很重要一類。其中薄膜體聲波諧振器具有尺寸小(μm級)、諧振頻率高(GHz)、品質因數高(1000)、功率容量大、滾降效應好等優良特性，其濾波器正在逐步取代傳統的聲表面波(SAW)濾波器和陶瓷濾波器，在無線通信射頻領域發揮巨大作用，其高靈敏度的優勢也能應用到生物、物理、醫學等傳感領域。FBAR主要利用壓電材料的壓電效應與逆壓電效應產生體聲波，從而在器件內形成諧振，因為FBAR具有品質因數高、功率容量大、頻率高(可達2-10GHz甚至更高)以及與標準集成電路(IC)的兼容性好等一系列的固有優勢，可廣泛應用于頻率較高的射頻應用系統中。

FBAR的結構主體為由電極-壓電薄膜-電極組成的“三明治”結構，即兩層金屬電極層之間夾一壓電材料層。通過在兩電極間輸入正弦信號，FBAR利用逆壓電效應將輸入電信號轉換為機械諧振，并且再利用壓電效應將機械諧振轉換為電信號輸出。FBAR主要利用壓電薄膜的縱向壓電系數(d33)產生壓電效應，所以其主要工作模式為厚度方向上的縱波模式(Thickness Extensional Mode，簡稱TE模式)。

理想地，薄膜體聲波諧振器僅激發厚度方向(TE)模，但是除了期望的TE模式之外，還會產生橫向的寄生模式，如瑞利-拉姆模式與TE模式的方向相垂直的機械波。這些橫向模式的波會在諧振器的邊界處損失掉，從而使得諧振器所需的縱模的能量損失，最終導致諧振器Q值下降。

為了抑制諧振器在邊緣處橫向模式聲波的泄露，可以沿諧振器的有效區域的邊緣處設置邊界條件或邊界結構，從而將橫向模式的聲波限定在諧振器的有效區域內，提高Q值。

但是，現有設計中的一般對諧振器Q值的提升已經無法滿足器件端日益對諧振器高Q值得要求。因此，可以更進一步提升諧振器Q值的新型結構需求便顯得越來越迫切。

發明內容

為緩解或解決現有技術中的上述問題的至少一個方面，提出本發明。

根據本發明的實施例的一個方面，提出了一種體聲波諧振器，包括：

基底；

聲學鏡；

底電極；

壓電層；

頂電極；

覆蓋層，至少覆蓋所述頂電極的非電極連接端，

其中：

頂電極、壓電層、底電極和聲學鏡在諧振器的厚度方向上的重合區域構成諧振器的有效區域；

頂電極的非電極連接端的下側和上側沿所述有效區域分別設置有第一空隙和第二空隙，且所述第二空隙所在的位置為覆蓋層和/或頂電極的被移除的對應部分所在的位置，所述被移除的對應部分形成所述第二空隙。