带环形结构的谐振器、滤波器及电子设备的制作方法

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：

体声波滤波器具有低插入损耗、高矩形系数、高功率容量等优点，因此，被广泛应用在当代无线通讯系统中，是决定射频信号进出通讯系统质量的重要元器件。体声波滤波器的性能由构成它的体声波谐振器决定，如：体声波谐振器的谐振频率决定了滤波器的工作频率，有效机电耦合系数决定了滤波器的带宽，品质因数决定滤波器插入损耗。当滤波器结构一定时，其品质因数，特别是在串联谐振频率和并联谐振频率处的品质因数(或串并联阻抗)，会显著影响通带插入损耗。因此，如何提高谐振器的品质因数是高性能滤波器设计的一个重要问题。

体声波谐振器串联谐振频率处的品质因数(qs)或阻抗(rs)通常由电极损耗及材料损耗决定，而体声波谐振器并联谐振频率处的品质因数(qp)或阻抗(rp)通常受边界声波泄露影响。因此，当谐振器材料、及层叠结构确定时，qs(或rs)的提升空间有限，但可以通过改变谐振器的边界结构来有效改善声波的边界泄露情况，从而显著提高谐振器的qp(或rp)。

技术实现要素：

为进一步提高体声波谐振器的并联谐振阻抗值，提出本发明。

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：

基底；

声学镜；

底电极，设置在基底上方；

顶电极，与所述底电极对置，且具有电极连接部；和

压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，

其中：

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；

在所述顶电极的边缘设置有环形结构，所述环形结构具有单个凹形环、多个凹形环、单个凸形环、多个凸形环中的至少一种环形结构。

可选的，所述环形结构包括由单个凸起环与单个凹形环组合而成的环形结构。

可选的，所述环形结构包括由至少两个凹形环组合而成或者至少两个凸形环组合而成的环形结构。

可选的，所述环形结构具有第一高度，所述凹形环具有凹入深度或者所述凸形环具有凸起高度，所述第一高度大于所述凹入深度和所述凸起高度。进一步可选的，所述凹入深度或所述凸起高度与所述第一高度的比值在0.15-0.85的范围内。

可选的，所述环形结构在谐振器的厚度方向上与所述顶电极的边缘重叠或者与所述有效区域重叠。

可选的，所述环形结构设置于所述顶电极的上表面。进一步地，所述谐振器还包括覆盖层；且所述覆盖层覆盖所述环形结构且所述覆盖层覆盖所述环形结构的部分具有与所述环形结构相同的形状。或者进一步地，所述谐振器还包括覆盖层；所述谐振器还包括材料不同于环形结构的填充层，所述填充层与所述环形结构的形状匹配而与所述环形结构一起形成环形平层；且所述覆盖层覆盖所述环形平层。进一步可选的，所述覆盖层包括钝化层。在进一步的实施例中，所述顶电极设置有悬翼结构，所述环形结构在谐振器的厚度方向上位于所述有效区域内。进一步可选的，所述环形结构还包括延伸到所述悬翼结构上方的延伸部分。

可选的，所述环形结构设置于所述顶电极的下表面且位于压电层与顶电极之间。进一步可选的，所述顶电极具有悬翼结构，所述环形结构位于所述悬翼结构的下方。可选的，所述顶电极覆盖所述环形结构的部分具有与所述环形结构相同的形状。或者可选的，所述谐振器还包括材料不同于环形结构的填充层，所述填充层与所述环形结构的形状匹配而与所述环形结构一起形成环形平层；且所述顶电极覆盖所述环形平层。

可选的，所述环形结构位于顶电极的边缘下方，设置于所述压电层的下表面且位于压电层与底电极之间。进一步地，所述压电层覆盖所述环形结构的部分具有与所述环形结构相同的形状。进一步地，所述压电层上方的顶电极的部分具有与所述环形结构相同的形状。进一步地，所述谐振器还包括材料不同于环形结构的填充层，所述填充层与所述环形结构的形状匹配而与所述环形结构一起形成环形平层；且所述压电层覆盖所述环形平层。

可选的，所述环形结构位于底电极的边缘下方，设置于所述底电极的下表面与声学镜之间；且所述底电极覆盖所述环形结构的部分具有与所述环形结构相同的形状。进一步地，所述底电极上方的压电层的部分、顶电极的部分具有与所述环形结构相同的形状。或者进一步地，所述谐振器还包括材料不同于环形结构的填充层，所述填充层与所述环形结构的形状匹配而与所述环形结构一起形成环形平层；且所述底电极覆盖所述环形平层。

可选的，所述谐振器还包括覆盖所述顶电极的至少边缘部分的覆盖层；所述环形结构设置于所述覆盖层上。

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。

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

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：

图1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1a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图1b为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图1c为根据本发明的再一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图1d为根据本发明的还一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图1e为根据本发明的又一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图1f为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图1g为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图1h为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图1i为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图2a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图2b为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图3a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图3b为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图4a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图4b为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图5a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；

图5b为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。

具体实施方式

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。

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。

图1所示的实施例为体声波谐振结构的俯视图。体声波谐振器包括底电极，压电层，顶电极和环形结构。

图1a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。体声波谐振器包括基底110和声学镜120，此声学镜位于基底的上表面或嵌于基底的内部，在图1a中声学镜为嵌入基底中的空腔所构成，但是任何其它的声学镜结构如布拉格反射器也同样适用。体声波谐振器还包括底电极130，压电层140、顶电极150、钝化层160、环形结构170，此环形结构含凹形部171，该凹形部的截面与凹字相似。底电极130沉积在声学镜的上表面，并覆盖声学镜。可将底电极130边缘刻蚀成斜面，并且该斜面位于声学镜的外边，此外还可以为阶梯状、垂直状或是其它相似的结构。

声学镜120、底电极130、压电层140、顶电极150重叠的区域为谐振器的有效区域。环形结构170位于顶电极150和钝化层160之间，且位于顶电极的末端，其高度为h2。环形结构含向内的凹形部171，其高度为h1，且h1小于h2。环形结构170可有效将声能限制在有效区域内，增加的凹形部171进一步增强了环形结构对声波的反射能力及转换能力，使得与压电层表面垂直的活塞声波模式得到提高，有效提高谐振器的并联谐振阻抗rp。

凹形部的深度h1和环形结构的高度h2需仔细确定，以使活塞声波模式最强。h1与h2的比值在0.15-0.85的范围内。例如比值为0.25,0.5,0.75。

如图1a所示，钝化层160覆盖并且填充了环形结构170，并且钝化层170的相应部分具有与环形结构170相同的形状。

在本发明中，凹形部(以及后续提及的凸形部，及凸形部与凹形部的组合等)所形成的高低间隔会形成相应的高低声阻抗变换，从而在边界处形成一个横向的布拉格反射层，相比传统的凸起型或者阶梯型(单调增高，声阻抗是单调变化的)可以限制更多的横向兰姆波能量，从而进一步提高谐振器的并联谐振阻抗rp。

图1b为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。与图1a不同的是，凹形部171中有填充材料。填充材料与环形结构170的材料不一致。如图1b所示，填充层与环形结构170的形状匹配而与环形结构170一起形成环形平层(顶面为平面的环形层)。需要指出的是，在本发明中，环形平层的情形，除了图1b等中所示的填充层填平凹形而使得凹形部的顶部为平面之外，还可以为图1i中的情形，在图1i中，填充层填平了凹形之后，还在凹形部的上方形成一个平坦层。此外，在本发明中，对于后面提及的凸形部，环形平层也包括了这两种情形。

在本发明中，环形结构可为金属，而填充层或填充材料可为介质；相应的，当环形结构为介质时，填充材料可为金属或者其他介质。

图1c为根据本发明的再一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。如图1c所示，环形结构170位于压电层140与顶电极150之间。如图1c所示，顶电极150的悬翼部分覆盖并且填充了环形结构170。顶电极的悬翼部分具有与环形结构170相同的形状，相应的，顶电极150的悬翼部分以及其上的钝化层160也具有与环形结构170的形状相同的形状。

图1d为根据本发明的还一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。如图1d所示，环形结构170上表面含填充材料。填充材料或者填充结构173的材料与环形结构170的材料不一致。如图1d所示，填充层与环形结构170的形状匹配而与环形结构170一起形成环形平层(顶面为平面的环形层)。

图1e为根据本发明的又一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。如图1e所示，环形结构170位于压电层140与底电极130之间。如图1e所示，压电层140覆盖并且填充了环形结构170。压电层具有与环形结构170相同的形状，相应的，顶电极150以及其上的钝化层160也具有与环形结构170的形状相同的形状。

虽然没有示出，图1e中的凹形部171也可以被填充材料填充而非被压电层140填充，该填充材料与环形结构170的材料不一致。

图1f为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。如图1f所示，环形结构170设置在底电极130与声学镜120之间。如图1f所示，底电极130覆盖并且填充了环形结构170。底电极具有与环形结构170相同的形状，相应的，压电层140、顶电极150以及其上的钝化层160也具有与环形结构170的形状相同的形状。

图1g为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。与图1f不同的是，图1f中的凹形部171在图1g中被填充材料172填充，该填充材料与环形结构170的材料不一致。如图1g所示，填充层与环形结构170的形状匹配而与环形结构170一起形成环形平层(顶面为平面的环形层)。

图1h为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。如图1h所示，所述环形结构170设置于所述钝化层160上。

图1i为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。图1i中示出了环形平层的另外一种形式。

图2a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。图2b为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。

图2a和图2b与图1a-1h中不同的是，环形结构270为凸起环，该凸起环的两侧为凹陷，该凸起环的截面与凸字相似。如图2a和2b所示，两侧凹陷的深度为h1，环形结构的高度为h2，且h1小于h2。

在图2a和2b中，附图标记210、220、230、240、250、260、270分别表示基底、声学镜、底电极、压电层、顶电极、钝化层、环形结构。在图2a中，271表示位于凸起两侧的填充材料，在图2a中为钝化层。在图2b中，272表示填充材料或者填充层。填充材料与环形将结构的材料不同。

在图2a中，钝化层260直接覆盖凸起环，并且具有与凸起环相似的形状。

在图2b中，填充材料272位于凸起的两侧而形成环形平层(顶面为平面的环形层)。

虽然没有示出，参照图1c-1h，凸起环还可以设置于钝化层之上，顶电极与压电层之间，压电层与底电极之间，或者底电极与声学镜之间。

凸形部的高度h1和环形结构的高度h2需仔细确定，以使活塞声波模式最强。h1与h2的比值在0.15-0.85的范围内。例如比值为0.25,0.5,0.75。

图3a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图，图3b为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。

图3a和图3b与图1a-1h中不同的是，环形结构为凸起环或者凹形环的组合结构。如图3a所示，环形结构包括两个或者多个凹形部，其凹形部的深度为h1，而环形结构的高度为h2，且h1小于h2。

在图3a和3b中，附图标记310、320、330、340、350、360、370分别表示基底、声学镜、底电极、压电层、顶电极、钝化层、环形结构。在图3a中，371和372表示位于凸起两侧的填充材料，在图3a中为钝化层。在图3b中，373和374表示填充材料或者填充层。填充材料与环形将结构的材料不同。

如图3a所示，环形结构370设置在顶电极350上，且钝化层360覆盖和填充该环形结构370。如图3a所示，钝化层360的对应部分具有与环形结构370相同的形状。

如图3b所示，填充材料373和374与环形结构370一起形成环形平层(顶面为平面的环形层)。

虽然没有示出，参照图1c-1h，图3a和3b中的环形结构还可以设置于钝化层之上，顶电极与压电层之间，压电层与底电极之间，或者底电极与声学镜之间。

图4a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；图4b为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。

图4a和图4b与图1a-1h中不同的是，环形结构为凸起环与凹形环的组合结构。如图4a所示，环形结构包括一个凹形部和一个凸形部，其凹形部的深度和凸形部的突起高度均为h1，而环形结构的高度为h2，且h1小于h2。

在图4a和4b中，附图标记410、420、430、440、450、460、470分别表示基底、声学镜、底电极、压电层、顶电极、钝化层、环形结构。在图4a中，471和472表示位于凸起两侧的填充材料，在图4a中为钝化层。在图4b中，471和472表示填充材料或者填充层。填充材料与环形将结构的材料不同。

如图4a所示，环形结构470设置在顶电极450上，且钝化层460覆盖和填充该环形结构470。如图4a所示，钝化层460的对应部分具有与环形结构470相同的形状。

如图4b所示，填充材料471和472与环形结构470一起形成环形平层(顶面为平面的环形层)。

虽然没有示出，参照图1c-1h，图4a和4b中的环形结构还可以设置于钝化层之上，顶电极与压电层之间，压电层与底电极之间，或者底电极与声学镜之间。

图5a为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图；图5b为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1中的1b-1b截得的示意性局部剖视图。

图5a和图5b与图1a-1h中不同的是，环形结构还具有延伸结构。

在图5a和5b中，附图标记510、520、530、540、550、560、570分别表示基底、声学镜、底电极、压电层、顶电极、钝化层、环形结构。在图5a中，571表示位于凸起两侧的填充材料，在图5a中为钝化层。在图5b中，572表示填充材料或者填充层。填充材料与环形将结构的材料不同。

在图5a和图5b中，l1为谐振器的有效区域，l2处于谐振器的边缘区域，为悬空结构(形成悬翼结构)。环形结构570位于l1的第一末端，且延伸至l2的第一末端。环形结构570在有效区域内具有凹形部，其凹陷深度为h1，环形结构的高度为h2，且h1小于h2。如图5a所示，钝化层560的相应部分具有与环形结构的形状相同的形状。

如图5b所示，填充材料572与环形结构570一起形成环形平层(顶面为平面的环形层)。

在本发明中，各个组成部分和材料描述如下：

顶电极和底电极，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。

环形结构，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。

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。

压电层：氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾或钽酸锂等材料，其中掺杂aln至少含一种稀土元素，如钪、钇、镧、铒、镱等。

基于以上，本发明提出了一种体声波谐振器，包括：

基底；

声学镜；

底电极，设置在基底上方；

顶电极，与所述底电极对置，且具有电极连接部；和

压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，

其中：

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；

在所述顶电极的边缘设置有环形结构，所述环形结构具有单个凹形环、多个凹形环、单个凸形环、多个凸形环中的至少一种环形结构。

可选的，所述环形结构包括由单个凸起环与单个凹形环组合而成的环形结构。

可选的，所述环形结构包括由至少两个凹形环组合而成或者至少两个凸形环组合而成的环形结构。

可选的，所述环形结构具有第一高度，所述凹形环具有凹入深度或者所述凸形环具有凸起高度，所述第一高度大于所述凹入深度和所述凸起高度。

环形结构可以位于覆盖层(例如钝化层)上方，位于顶电极与覆盖层之间，位于压电层与顶电极之间，位于压电层与底电极之间，或者位于底电极与声学镜之间。

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。

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。