本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备。
背景技术：
随着无线通信技术的发展，传统的单频带单制式设备已经不能满足通讯系统多样化的要求。目前，通讯系统越来越趋向多频段化，这就要求通讯终端能够接受各个频带以满足不同的通讯服务商和不同地区的要求。
rf(射频)滤波器通常被用于通过或阻挡rf信号中的特定频率或频带。为了满足无线通信技术的发展需求，要求通讯终端使用的rf滤波器可以实现多频带、多制式的通讯技术要求，同时要求通讯终端中的rf滤波器不断向微型化、集成化方向发展，且每个频带采用一个或多个rf滤波器。
rf滤波器最主要的指标包括品质因数q和插入损耗。随着不同频带间的频率差异越来越小，rf滤波器需要非常好的选择性，让频带内的信号通过并阻挡频带外的信号。q值越大，则rf滤波器可以实现越窄的通带带宽，从而实现较好的选择性。
技术实现要素：
本发明实施例解决的问题是提供一种体声波振器及其制造方法、滤波器、电子设备，提高体声波谐振器的品质因数。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种体声波谐振器的制造方法，包括：提供衬底，所述衬底中形成有凹槽；填充所述凹槽，形成位于所述凹槽中的牺牲层；形成位于所述牺牲层上的底部电极，所述底部电极的部分边界位于所述凹槽上方，部分延伸至所述凹槽外周的所述衬底上；形成位于所述底部电极露出的所述衬底上并与所述底部电极侧壁相接触的平坦层，所述平坦层的顶面和所述底部电极的顶面相齐平；形成覆盖所述底部电极和平坦层的压电层；在所述压电层上形成顶部电极，压电声学共振叠层包括底部电极、压电层和顶部电极；形成贯穿所述声学换能器的释放孔；通过所述释放孔去除所述牺牲层，形成空腔。
相应的，本发明实施例还提供一种体声波谐振器，包括：衬底，所述衬底中具有空腔；压电声学共振叠层，位于所述衬底上，所述压电声学共振叠层包括部分边界位于所述空腔上、部分延伸至所述空腔外的底部电极、位于所述底部电极上且具有在所述底部电极的端部平整延伸的压电层、以及位于所述压电层上表面的顶部电极；与所述底部电极位于同一层，所述平坦层顶面与所述底部电极顶面相齐平，且与所述底部电极之间具有间隙；释放孔，贯穿所述声学换能器且与所述空腔相连通。
相应的，本发明实施例还提供另一种体声波谐振器，包括：衬底，所述衬底中具有空腔；压电声学共振叠层，位于所述衬底上，所述压电声学共振叠层包括部分边界位于所述空腔上、部分延伸至所述空腔外的底部电极、位于所述底部电极上且具有在所述底部电极的端部平整延伸的压电层、以及位于所述压电层上表面的顶部电极；平坦层，与所述底部电极位于同一层，所述平坦层顶面与所述底部电极顶面相平，所述平坦层与所述底部电极接触，且覆盖所述底部电极露出的所述衬底；释放孔，贯穿所述压电声学共振叠层且与所述空腔相连通。
相应的，本发明实施例还提供一种滤波器，包括本发明第一实施例提供的体声波谐振器。
相应的，本发明实施例还提供另一种滤波器，包括本发明第二实施例提供的体声波谐振器。
相应的，本发明实施例还提供一种电子设备，包括本发明第一实施例提供的滤波器。
相应的，本发明实施例还提供另一种电子设备，包括本发明第二实施例提供的滤波器。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供的体声波谐振器的制造方法中，在衬底中的凹槽中填充牺牲层后，形成位于牺牲层上的底部电极，底部电极的部分边界位于凹槽上方，部分延伸至凹槽外周的衬底上，并形成位于底部电极露出的衬底上并与底部电极侧壁相接触的平坦层，平坦层顶面和底部电极顶面相齐平，这为压电层的形成提供平坦面，相应的，形成覆盖底部电极和平坦层的压电层后，压电层不会覆盖底部电极的侧壁，在压电层和底部电极的交界处，压电层能够保持平整，且可以具有较好的晶格取向，从而可以提高谐振器的性能，并且能够避免因压电层在底部电极的端部位置处发生弯曲而引起的边界结构突变问题，这相应能够避免声波的边界扰动问题，从而有利于消除边界驻波和杂波，进而提高谐振器的品质因数。
可选方案中，平坦层的形成方法包括：在凹槽外周的衬底上形成第一子平坦层，第一子平坦层与底部电极围成间隙，第一子平坦层的顶面和底部电极的顶面相齐平；通过在底部电极与第一子平坦层之间形成空隙，使得底部电极暴露在空隙中，从而可以进一步阻止横波损失，进而提高谐振器的品质因数。
可选方案中，第一子平坦层的材料为绝缘材料，这能够避免在有效谐振区外围存在上下相对的导电层，从而避免产生寄生谐振效应，进而能够更好地提高谐振器的性能。
附图说明
图1至图2是一种体声波谐振器的制造方法中各步骤对应的结构示意图；
图3至图12是本发明体声波谐振器的制造方法一实施例中各步骤对应的结构示意图；
图13至图15是本发明体声波谐振器的制造方法另一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
目前，体声波谐振器的品质因数仍有待提高。现结合一种体声波谐振器的制造方法分析体声波谐振器的品质因数仍有待提高的原因。图1至图2是一种谐振器的制造方法中各步骤对应的结构示意图。
参考图1，提供衬底10，所述衬底10中形成有牺牲层30，所述衬底10露出所述牺牲层30的顶面。参考图2，在牺牲层30上形成压电声学共振叠层(未标示)，压电声学共振叠层包括底部电极40、覆盖底部电极40的压电层50、以及覆盖压电层50的顶部电极60。
其中，底部电极40的部分边界位于牺牲层30上方，部分延伸至牺牲层30外周的衬底10上，因此，压电层50不仅覆盖底部电极40的顶部，还覆盖底部电极40的侧壁，这相应导致压电层50在底部电极40的端部位置处发生弯曲(如图2中虚线圈所示)，从而产生边界结构突变，边界结构突变则容易对声波产生边界扰动，进而产生边界驻波和杂波，相应导致谐振器的品质因数下降。
为了解决所述技术问题，本发明实施例形成位于牺牲层上的底部电极，底部电极的部分边界位于凹槽上方，部分延伸至凹槽外周的衬底上，并形成位于底部电极露出的衬底上并与底部电极侧壁相接触的平坦层，平坦层顶面和底部电极顶面相齐平，这为压电层的形成提供平坦面，相应的，形成覆盖底部电极和平坦层的压电层后，压电层不会覆盖底部电极的侧壁，在压电层和底部电极的交界处，压电层能够保持平整，且可以具有较好的晶格取向，从而可以提高谐振器的性能，并且能够避免因压电层在底部电极的端部位置处发生弯曲而引起的边界结构突变问题，这相应能够避免声波的边界扰动问题，从而有利于消除边界驻波和杂波，进而提高谐振器的品质因数。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图3至图12是本发明体声波谐振器的制造方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
参考图3，包括图3a和图3b，图3a是沿第一方向的剖视图，图3b是沿第二方向的剖视图，第一方向和第二方向相垂直，提供衬底100，所述衬底100中形成有凹槽110。
所述制造方法用于形成体声波谐振器(resonators)，体声波谐振器是指产生谐振频率的器件。具体地，体声波谐振器为薄膜体声波谐振器(filmbulkacousticresonator，fbar)，fbar主要由底部电极、顶部电极、以及位于两者之间的压电层构成。fbar具有尺寸小、谐振频率高、q值高、功率容量大、滚降效应好等优良特性。
衬底100用于为体声波谐振器的制造提供工艺平台。本实施例中，衬底100为晶圆级衬底100，衬底100基于cmos工艺形成。通过将体声波谐振器制作在晶圆上，可以降低工艺成本、实现批量生产，这有利于提高体声波谐振器的可靠性、提高制造效率。
衬底100上方用于形成压电声学共振叠层，压电声学共振叠层包括由下而上依次堆叠的底部电极、压电层和顶部电极，从而实现全薄膜加工工艺，进而降低工艺成本。本实施例中，衬底100包括有效谐振区和无效区。其中，位于凹槽110上且顶部电极与底部电极重叠的区域为有效谐振区，剩余的区域为无效区。
后续形成压电声学共振叠层后，凹槽110用于作为空腔。因此，凹槽110的形状、位置和尺寸决定后续空腔的形状、位置和尺寸，相应的，根据所需空腔的形状、位置和尺寸来形成凹槽110。作为一种示例，凹槽110的纵截面形状为倒梯形，即凹槽110包括四个侧壁，且凹槽110的顶部尺寸大于底部尺寸。凹槽110的顶部尺寸大于底部尺寸，以便于后续牺牲层的填充和去除，而且，易于使泄露的声波在底部电极和空气的交界处实现全反射。凹槽110的数量至少为一个。
本实施例中，衬底100包括多个谐振器单元区(未标示)，每一个谐振器单元区中形成有一个凹槽110，因此，凹槽110的数量为多个，以便于在衬底100上形成多个体声波谐振器，从而实现批量生产。其中，为了便于图示，图3中仅示意出了一个谐振器单元区。
继续参考图3，所述制造方法还包括：在衬底100上形成刻蚀停止层120，刻蚀停止层120还保形覆盖凹槽110的底部和侧壁。
后续在衬底100上形成底部电极，刻蚀停止层120用于实现衬底100和底部电极的电隔离。而且，形成底部电极的制程包括依次进行的沉积工艺和刻蚀工艺，刻蚀停止层120用于在形成底部电极的过程中定义刻蚀的停止位置，从而减小对衬底100的损伤。此外，后续在凹槽110中形成牺牲层，形成牺牲层的制程包括平坦化工艺，刻蚀停止层120还用于定义平坦化工艺的停止位置，从而有利于提高牺牲层的表面平坦度。
刻蚀停止层120的材料为绝缘材料，从而实现衬底100和底部电极的电隔离，刻蚀停止层120的材料包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种。本实施例中，刻蚀停止层120的材料为氧化硅，这使得刻蚀停止层120还能起到应力缓冲的作用。尤其是，当后续在衬底100上形成金属材料时，刻蚀停止层120能够起到应力缓冲，从而提高金属材料的成膜质量。
本实施例中，采用沉积工艺形成刻蚀停止层120，沉积工艺可以为化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺等。
刻蚀停止层120的厚度不宜过小，也不宜过大。如果其厚度过小，则刻蚀停止层120的上述性能难以得到保障；如果其厚度过大，其本身的平坦度难以保证，从而影响后续膜层的形成质量。为此，本实施例中，刻蚀停止层120的厚度为50纳米至1000纳米。例如，刻蚀停止层120的厚度为100纳米、300纳米、500纳米、700纳米或900纳米。
参考图4，包括图4a和图4b，图4a是基于图3a的剖视图，图4b是基于图3b的剖视图，填充凹槽110，形成位于凹槽110中的牺牲层130。
牺牲层130填充满凹槽110，从而为后续形成压电声学共振叠层提供工艺平台。而且，牺牲层130填充满凹槽110后，能够为后续各功能层的形成提供平坦面，进而有利于提高各功能层的形成质量。
后续还会去除牺牲层130，牺牲层130选取易于被去除的材料，且去除牺牲层130的工艺对压电声学共振叠层的影响小。牺牲层130的材料包括氧化硅、碳、含碳化合物和锗中的一种或多种，其中，含碳化合物中的碳原子百分比含量大于50％，以便于去除牺牲层130。例如，含碳化合物包括无定形碳。
本实施例中，牺牲层130的材料为无定形碳。无定形碳材料的成本低，且后续能够通过灰化工艺去除，灰化工艺对压电声学共振叠层的损伤小，灰化工艺采用的含氧气体能够将无定形碳氧化为二氧化碳，从而将反应副产物直接排除反应腔室，有利于减小产生牺牲层130残留的风险、降低在空腔中残留反应副产物的概率，相应有利于提高体声波谐振器的可靠性。
具体地，通过相应材料的沉积和平坦化处理(例如，化学机械研磨工艺)，形成顶面和刻蚀停止层120顶面相齐平的牺牲层130。其中，平坦化处理以刻蚀停止层120的顶面作为停止位置。
参考图5，包括图5a和图5b，图5a是基于图4a的剖视图，图5b是基于图4b的剖视图，形成位于牺牲层130上的底部电极(bottomelectrode)140，底部电极140的部分边界位于凹槽110(如图3所示)上方，部分延伸至凹槽110外周的衬底100上。
具体地，底部电极140覆盖部分牺牲层130并延伸至凹槽110外周的刻蚀停止层120上。本实施例中，衬底100包括多个谐振器单元区(未标示)，每一个谐振器单元区中形成有一个凹槽110，因此，底部电极140的数量相应也为多个，多个底部电极140分立设置，且底部电极140和谐振器单元区一一对应。
底部电极140的材料可以为金属、金属硅化物、金属氮化物、金属氧化物或导电碳等导电材料，例如，mo、al、cu、ag、au、ni、co、tial、tin或tan等材料。本实施例中，底部电极140的材料为mo。具体地，通过依次进行的沉积工艺和刻蚀工艺，形成底部电极140。
本实施例中，有效谐振区的形状可以为任意形状，例如，方形、圆形、五边形、六边形或不规则多边形。
压电声学共振叠层中，位于空腔上方且具有底部电极140、压电层和顶部电极的三层叠层结构的部分作为有效功能层，与有效功能层相对应的区域作为有效谐振区，剩余的区域为无效区。本实施例中，底部电极140的部分边界位于凹槽110上方，空腔介质与叠层结构的介质不同，声阻抗不同，声波在声阻抗不匹配的界面会发生反射，从而实现反射声波的作用，以维持震荡。其中，无效区的压电声学共振叠层容易产生寄生电容，通过使底部电极140露出部分的牺牲层130，以隔离有效谐振区和无效区，从而减小寄生电容对位于有效谐振区的压电声学共振叠层的影响。
结合参考图6至图8，形成位于底部电极140露出的衬底100上并与底部电极140侧壁相接触的平坦层500(如图8所示)，平坦层500顶面和底部电极140顶面相齐平。
后续形成覆盖底部电极140和平坦层500的压电层，平坦层500用于覆盖底部电极140露出的区域，且平坦层500顶面和底部电极140顶面相齐平，这为压电层的形成提供平坦面，压电层相应不会覆盖底部电极140的侧壁，在压电层和底部电极140的交界处，压电层能够保持平整，且可以具有较好的晶格取向，从而可以提高谐振器的性能，并且能够避免因压电层在底部电极140的端部位置处发生弯曲而引起的边界结构突变问题，相应避免声波的边界扰动问题，从而有利于消除边界驻波和杂波，进而提高体声波谐振器的品质因数。
本实施例中，平坦层500包括第一子平坦层150、以及位于底部电极140和第一子平坦层150之间的第二子平坦层160。
具体地，参考图6，包括图6a和图6b，图6a是基于图5a的剖视图，图6b是基于图5b的剖视图，在凹槽110(如图3所示)外周的衬底100上形成第一子平坦层150，第一子平坦层150与底部电极140围成间隙155，第一子平坦层150顶面和底部电极140顶面相齐平。
间隙155用于为第二子平坦层的形成提供空间位置。后续在间隙155中形成第二子平坦层时，形成第二子平坦层的制程包括平坦化工艺，本实施例先形成第一子平坦层150，以覆盖大部分区域，这有利于在形成第二子平坦层时，改善平坦化工艺的凹陷(dishing)的问题，从而有利于提高第二子平坦层的顶面平坦度，相应提高平坦层的顶面平坦度，进而提高后续压电层的平整度。
本实施例中，间隙155沿有效谐振区的边界延伸。后续形成贯穿压电声学共振叠层的释放孔后，还会通过释放孔去除第二子平坦层，从而在底部电极140和第一子平坦层150之间形成开口(未标示)，使得底部电极140暴露在开口中，开口中的空气介质与底部电极140的材料不同，也可形成不匹配声阻抗界面，从而反射横波，以进一步阻止横波损失，进而提高体声波谐振器的品质因数(q值)。因此，通过使间隙155沿有效谐振区的边界延伸，使得底部电极140的侧壁能够与空气介质接触。
作为一种示例，第一子平坦层150与顶部电极140的部分边界围成封闭的环形间隙155，即第一子平坦层150环绕顶部电极140，并与顶部电极140之间具有间隙155。在其他实施例中，第一子平坦层与顶部电极的部分边界围成具有间隙的环形。例如，当有效谐振区的形状为五边形，第一子平坦层与顶部电极的四个边围成具有间隙的环形。
间隙155的宽度不宜过小，也不宜过大。如果间隙155的宽度过小，则后续难以在间隙155中填充第二子平坦层的材料，从而容易导致第二子平坦层的顶面平坦度较低，相应难以提高压电层的平整度；如果间隙155的宽度过大，则后续形成第二子平坦层时，对凹陷问题的改善效果不佳，不利于提高第二子平坦层的顶面平坦度，从而难以提高压电层的平整度。本实施例中，间隙155的宽度是1纳米至100纳米。例如，间隙155宽度为10纳米、30纳米、50纳米、70纳米或90纳米。
本实施例中，第一子平坦层150为绝缘材料，这能够避免在有效谐振区外围存在上下相对的导电层，从而避免产生寄生谐振效应。具体地，第一子平坦层150的材料包括氧化硅、氮化硅、碳、含碳化合物和锗中的一种或多种，其中，所述含碳化合物中的碳原子百分含量大于50％。作为一种示例，第一子平坦层150的材料为氮化硅。氮化硅的介电常数较高，具有较好的绝缘作用，而且，氮化硅的致密度较高，当后续通过释放孔去除第二子平坦层时，第一子平坦层150受到损耗的概率较低。在另一些实施例中，第一平坦层的材料也可以为氧化硅。因此，本实施例中，形成第一子平坦层150的步骤包括：形成第一子平坦膜，所述第一子平坦膜保形覆盖底部电极140、以及底部电极140露出的衬底100和牺牲层130；图形化第一子平坦膜，形成第一子平坦层15。具体地，采用干法刻蚀工艺(例如各向异性的干法刻蚀工艺)，图形化第一子平坦膜。各向异性的干法刻蚀工艺具有各向异性的刻蚀特性，有利于提高第一子平坦层150的侧壁形貌质量和尺寸精度。
在其他实施例中，第一子平坦层的材料也可以为金属材料，相应的，形成底部电极后，也可以通过金属剥离(liftoff)工艺形成第一子平坦层。通过采用金属剥离工艺，无需对金属材料进行刻蚀，从而避免底部电极140受到刻蚀损伤的问题，进而使得底部电极140的质量得到保障。
本实施例先形成底部电极140，再形成第一子平坦层150。在另一些实施例中，也可以先形成第一子平坦层，再形成底部电极。相应的，为了提高底部电极的形成质量，并防止在不需要形成底部电极的区域中形成底部电极，采用金属剥离(liftoff)工艺形成底部电极，从而提高底部电极的质量。在其他实施例中，为了简化工艺步骤，底部电极的材料与第一子平坦层的材料相同，且在同一步骤中，形成底部电极和第一子平坦层。
结合参考图7至图8，在间隙155(如图6所示)中形成第二子平坦层160，第二子平坦层160顶面和底部电极140顶面相齐平，第二子平坦层160和第一子平坦层150用于构成平坦层500(如图8所示)。
本实施例中，第二子平坦层160覆盖底部电极140露出的牺牲层130。因此，后续形成释放孔时，可以使释放孔底部露出第二平坦层160，通过释放孔释放第二平坦层160后，即可继续释放牺牲层130，从而降低形成释放孔的工艺难度、减少形成释放孔的工艺时间。
第二子平坦层160为绝缘材料，当第二子平坦层160被保留时，有利于改善寄生谐振效应。具体地，第二子平坦层160的材料包括氧化硅、氮化硅、碳、含碳化合物和锗中的一种或多种，其中，含碳化合物中的碳原子百分比含量大于50％。通过选取上述材料，当后续去处第二子平坦层160时，对底部电极140的影响小。本实施例中，第二子平坦层160和牺牲层130的材料相同，从而能够在同一制程中去除第二子平坦层160和牺牲层130，进而简化工艺复杂度。相应的，第二子平坦层160的材料为无定形碳。在另一些实施例中，第二子平坦层和牺牲层的材料也可以不相同。
具体地，参考图7，包括图7a和图7b，图7a是基于图6a的剖视图，图7b是基于图6b的剖视图，在间隙155中填充第二子平坦膜165，第二子平坦膜165还覆盖第一子平坦层150和底部电极140。
后续保留间隙155中的第二子平坦膜165作为第二子平坦层。
本实施例中，采用沉积工艺形成第二子平坦膜165，因此，在形成第二子平坦膜165后，第二子平坦膜165覆盖第一平坦层150和底部电极140的整个顶面。本实施例中，在形成第二子平坦膜165后，刻蚀间隙155两侧的第二子平坦膜165，使剩余第二子平坦膜165覆盖间隙155两侧的部分第一子平坦层150和部分底部电极140。通过先去除第一子平坦层150和底部电极140的顶面上的大部分第二子平坦膜165，降低后续平坦化工艺的工艺难度，从而提高第二子平坦层的顶面平坦度。
具体地，采用干法刻蚀工艺(例如：各向异性的干法刻蚀工艺)，刻蚀间隙155两侧的第二子平坦膜165。各向异性的干法刻蚀工艺有利于降低间隙155中的第二子平坦膜165受损的概率。而且，第二子平坦层160为绝缘材料，刻蚀绝缘材料对底部电极140的影响小。
参考图8，包括图8a和图8b，图8a是基于图7a的剖视图，图8b是基于图7b的剖视图，对第二子平坦膜165(如图7所示)进行平坦化处理，去除位于第一平坦层150和底部电极140的顶面的第二子平坦膜165，并使间隙155中剩余第二子平坦膜165顶面和底部电极140顶面相齐平，剩余第二子平坦膜165作为第二子平坦层160。
本实施例中，采用化学机械研磨工艺，进行平坦化处理。在其他实施例中，根据实际情况，对第二子平坦膜进行平坦化处理之前，也可以不进行刻蚀。
参考图9，包括图9a和图9b，图9a是基于图8a的剖视图，图9b是基于图8b的剖视图，形成覆盖底部电极140和平坦层500的压电层170。
在体声波谐振器的工作过程中，通过施加射频电压在底部电极140和顶部电极上，在压电层170中激励体声波，从而完成谐振。
压电层170的材料可以为压电晶体、压电陶瓷或压电聚合物等。其中，所述压电晶体可以为氮化铝、锆钛酸铅、石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛、铌酸锂或钽酸锂等，所述压电聚合物可以为聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、尼龙-11或亚乙烯基二氰-醋酸乙烯交替共聚物等。本实施例中，压电层170的材料为氮化铝。氮化铝具有呈现大约6.5％的压电耦合系数并且呈现较低的声损耗和介电损耗的优点，从而使体声波谐振器呈现与大多数电信标准所要求的规格相匹配的通带。
参考图10，包括图10a和图10b，图10a是基于图9a的剖视图，图10b是基于图9b的剖视图，在压电层170上形成顶部电极(topelectrode)180，压电声学共振叠层550包括底部电极140、顶部电极180和压电层170。
底部电极140、顶部电极180和压电层170用于构成压电声学共振叠层550，压电声学共振叠层550用于实现电信号与声信号之间的相互转换，从而使体声波谐振器对信号进行滤波处理。
顶部电极180的材料可以为金属、金属硅化物、金属氮化物、金属氧化物或导电碳等导电材料，例如，mo、al、cu、ag、au、ni、co、tial、tin或tan等材料。本实施例中，顶部电极180的材料为mo。具体地，通过相应材料的沉积和刻蚀，形成顶部电极180。
本实施例中，通过相应材料的沉积和刻蚀，形成顶部电极180。本实施例中，顶部电极180的部分边界位于凹槽110(如图3所示)上，部分延伸至凹槽110外周的衬底100上，因此，顶部电极180露出牺牲层130上方的部分压电层170，相应的，后续形成贯穿压电声学共振叠层550的释放孔的过程中，释放孔可以不贯穿顶部电极180、压电层170和底部电极160这三层，从而有利于降低形成释放孔的工艺难度。本实施例中，无效区的顶部电极180与底部电极170相互错开，从而减小无效区中的压电声学共振叠层所产生的寄生电容，进而改善寄生谐振效应。
参考图11，包括图11a和图11b，图11a是基于图10a的剖视图，图11b是基于图10b的剖视图，形成贯穿压电声学共振叠层550的释放孔190。
释放孔190位于牺牲层130上，后续能够通过释放孔190去除牺牲层130。本实施例中，释放孔190的数量为多个，从而提高后续通过释放孔190去除牺牲层130的效率。
本实施例中，释放孔190贯穿顶部电极180或底部电极170，也就是说，释放孔190贯穿位于无效区的压电声学共振叠层550，但不贯穿有效谐振区的压电声学共振叠层550，因此，在形成释放孔190的过程中，不对有效谐振区的压电声学共振叠层550进行刻蚀，有利于减小对位于有效谐振区的压电声学共振叠层550的影响，从而有利于提高体声波谐振器的性能。
具体地，根据释放孔190的形成位置、以及该位置对应的压电声学共振叠层550的叠层结构，释放孔190可以贯穿顶部电极180和压电层170且露出所述平坦层500的部分顶部；或者，释放孔190贯穿压电层170和平坦层500且露出牺牲层130的部分顶部；或者，释放孔190贯穿顶部电极180、压电层170和平坦层500且露出牺牲层130的部分顶部。作为一种示例，释放孔190贯穿顶部电极180、压电层170和第二子平坦层160且露出牺牲层130的部分顶部。后续还会去除第二子平坦层160，因此，通过使释放孔190贯穿第二子平坦层160，以便于后续能够同时去除第二子平坦层160和牺牲层130，从而提高制造效率。在其他实施例中，部分释放孔贯穿第二子平坦层，剩余释放孔底部露出第二子平坦层。
形成释放孔190的步骤包括：在压电声学共振叠层550上形成掩膜层(图未示)，掩膜层中形成有位于牺牲层130上方的开孔(图未示)；以掩膜层为掩膜，刻蚀开孔下方的压电声学共振叠层550，形成释放孔190。掩膜层用于作为形成释放孔190的刻蚀掩膜。本实施例中，掩膜层的材料包括光刻胶，掩膜层能够通过涂布、曝光、显影等光刻工艺形成。本实施例中，采用干法刻蚀工艺，例如：各向异性的干法刻蚀工艺，刻蚀位于牺牲层130上的压电声学共振叠层550和第二平坦层160，形成释放孔190。
参考图12，包括图12a和图12b，图12a是基于图11a的剖视图，图12b是基于图11b的剖视图，，通过释放孔190去除牺牲层130(如图11所示)，形成空腔200。
空腔200为谐振器中的背腔。通过空腔200，使底部电极140能够与空气接触，从而使泄露的声波在底部电极140和空气的交界处实现全反射，进而提高谐振器的机电耦合系数和q值，相应提高体声波谐振器的性能。
本实施例中，牺牲层130的材料为无定形碳，因此，采用灰化工艺去除牺牲层130。灰化工艺能够在气相条件下实现对牺牲层130的释放，有利于减小牺牲层130的残留、易于将牺牲层130去除干净，且灰化工艺对牺牲层130和压电声学共振叠层550材料的刻蚀选择比较高，从而能够在减小对压电声学共振叠层550的影响的同时，将牺牲层130去除干净。且灰化工艺的成本较低。
与通过键合的方式形成空腔的方案相比，本实施例直接在衬底100中形成空腔200，不需额外消耗一片承载基底，有利于降低工艺成本、实现体声波谐振器的量产化；另外，通过直接在衬底100上形成压电声学共振叠层550，有利于实现信号处理电路与压电声学共振叠层550的集成，从而有利于减少体声波谐振器的可靠性。例如，衬底100中具有信号处理电路，且体声波谐振器中各膜层的形成均采用半导体薄膜覆盖工艺，各膜层之间的结合性较好，有利于提高谐振器的可靠性。
本实施例中，灰化工艺采用的气体包括氧气，氧气与无定形碳发生反应形成二氧化碳气体，灰化工艺的副作用小，有利于降低对压电声学共振叠层550的影响、以及减小空腔200中产生反应副产物残留或牺牲层130残留的概率。需要说明的是，通过采用灰化工艺去除牺牲层130，从而能够在去除牺牲层130的步骤中，一并去除掩膜层，这不仅有利于简化工艺步骤、提高工艺整合度和工艺兼容性，而且还避免再进行湿法去胶的工艺去除掩膜层，防止空腔200暴露在湿法刻蚀的环境中，进而有利于减小空腔200中产生刻蚀残留物的概率、以及减小对空腔200的影响，相应有利于提高谐振器的可靠性
本实施例中，制造方法还包括通过释放孔190去除第二子平坦层160，在底部电极140和第一子平坦层150之间形成开口(未标示)，开口中的空气介质与底部电极140的材料不同，也可形成不匹配声阻抗界面，从而反射横波，以进一步阻止横波损失，进而提高体声波谐振器的q值。
本实施例中，第二子平坦层160和牺牲层130的材料相同，因此在同一步骤中去除第二子平坦层160和牺牲层130，工艺简单。
需要说明的是，部分第二子平坦层160位于衬底100上，且被衬底100、底部电极140、第一子平坦层150和压电层170包围，因此，通过释放孔190去除第二子平坦层160的过程中，被衬底100、底部电极140、第一子平坦层150和压电层170包围的第二子平坦层160被保留。在另一些实施例中，当第二子平坦层和牺牲层的材料不同时，可以采用不同的工艺分别去除第二子平坦层和牺牲层。在其他实施例中，当第二子平坦层和牺牲层的材料不同时，也可以不去除第二平坦层。
图13至图15是本发明谐振器的制造方法另一实施例中各步骤对应的结构示意图。
本发明实施例与前述实施例的相同之处在此不再赘述，本发明实施例与前述实施例的不同之处在于：平坦层350在同一步骤中形成。平坦层350在同一步骤中形成，从而降低了形成平坦层350的工艺复杂度。
参考图13，包括图13a和图13b，图13a是沿第一方向的剖视图，图13b是沿第二方向的剖视图，第一方向和第二方向相垂直，形成位于凹槽(未标示)中的牺牲层330后，形成位于牺牲层330上的底部电极340，底部电极340的部分边界位于凹槽上方，部分延伸至凹槽外周的衬底100上，形成位于底部电极340露出的衬底100上并与底部电极340侧壁相接触的平坦层350，平坦层350顶面和底部电极340顶面相齐平。
作为一种示例，在形成位于牺牲层330上并延伸覆盖凹槽外周的部分衬底100的形成底部电极340后，在底部电极340露出的区域中形成平坦层350。本实施例中，通过相应材料的沉积和刻蚀，形成底部电极340。形成底部电极340后，可以通过金属剥离工艺形成平坦层350，或者，形成底部电极340后，可以通过相应材料的沉积和平坦化处理，形成平坦层350。其中，根据平坦层350的材料，选取合适的形成工艺。
本实施例中，平坦层350为绝缘材料，这能够避免在有效谐振区外围存在上下相对的导电层，从而避免产生寄生谐振效应，进而能够更好地提高谐振器的性能。平坦层350的材料包括氧化硅、氮化硅、碳、含碳化合物和锗中的一种或多种，其中，含碳化合物中的碳原子百分比含量大于50％。相应的，通过相应材料的沉积和平坦化处理形成平坦层350。
需要说明的是，沉积相应材料后，进行平坦化处理之前，还可以刻蚀底部电极340的部分顶部上的材料，以去除大部分材料，降低平坦化工处理的工艺难度，从而有利于改善凹陷问题，进而提高平坦层的顶面平坦度。在其他实施例中，也可以在形成平坦层之后，在平坦层露出的区域中形成底部电极。
本实施例中，平坦层350和牺牲层330的材料不同，从而减小后续去除牺牲层330的工艺对平坦层350的损耗，进而使平坦层350能够起到支撑压电声学共振叠层的作用。
对平坦层350顶面和底部电极340的具体描述，可参考前述实施例的相应描述，在此不再赘述。
参考图14，包括图14a和图14b，图14a是基于图13a的剖视图，图14b是基于图13b的剖视图，形成覆盖底部电极340和平坦层350的压电层370；在压电层370上形成顶部电极380，压电声学共振叠层(未标示)包括底部电极340、顶部电极380和压电层370。对压电层370和顶部电极380的具体描述，可参考前述实施例的相应描述，在此不再赘述。
参考图15，包括图15a和图15b，图15a是基于图14a的剖视图，图15b是基于图14b的剖视图，形成贯穿压电声学共振叠层(未标示)的释放孔390，并通过释放孔去除牺牲层330(如图14所示)，形成空腔400。
本实施例中，平坦层350和牺牲层330的材料不同，因此，释放孔390露出的平坦层350仍被保留。对释放孔390和空腔400的具体描述，可参考前述实施例的相应描述，在此不再赘述。
对本实施例所述制造方法的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，本实施例在此不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供一种体声波谐振器。继续参考图12，示出了本发明体声波谐振器一实施例的结构示意图。其中，图12包括图12a和图12b，图12a是沿第一方向的剖视图，图12b是沿第二方向的剖视图，第一方向和第二方向相垂直。
所述体声波谐振器包括：衬底100，衬底100中具有空腔200；压电声学共振叠层550，位于衬底100上，压电声学共振叠层550包括部分边界位于空腔200上、部分延伸至空腔200外的底部电极140、位于底部电极140上且具有在底部电极140的端部平整延伸的压电层170、以及位于压电层170上表面的顶部电极180；平坦层500(如图11所示)，与底部电极140位于同一层，平坦层500顶面与底部电极500顶面相齐平，且与底部电极500之间具有间隙155(如图6所示)；释放孔190，贯穿压电声学共振叠层550且与空腔200相连通。
压电层170在底部电极140的端部平整延伸，压电层170未覆盖底部电极140的侧壁，在压电层170和底部电极140的交界处，压电层170能够保持平整，且可以具有较好的晶格取向，从而可以提高谐振器的性能，并且能够避免因压电层170在底部电极140的端部位置处发生弯曲而引起的边界结构突变问题，这相应能够避免声波的边界扰动问题，从而有利于消除边界驻波和杂波，进而提高谐振器的品质因数。本实施例中，体声波谐振器为薄膜体声波谐振器。
本实施例中，衬底100为晶圆级衬底100，衬底100基于cmos工艺形成。衬底100包括有效谐振区和无效区。位于空腔200上且顶部电极180与底部电极140重叠的区域为有效谐振区，剩余的区域为无效区。其中，有效谐振区的形状可以为任意形状，例如，方形、圆形、五边形、六边形或不规则多边形。
通过空腔200，使底部电极140能够与空气接触，从而使泄露的声波在底部电极140和空气的交界处实现全反射，进而提高体声波谐振器的机电耦合系数和q值，相应提高体声波谐振器的性能。作为一种示例，空腔200的纵截面形状为倒梯形，即空腔200包括四个侧壁，且空腔200的顶部尺寸大于底部尺寸。空腔200的顶部尺寸大于底部尺寸，易于使泄露的声波在底部电极140和空气的交界处实现全反射。
空腔200的数量至少为一个。本实施例中，衬底100包括多个谐振器单元区(未标示)，每一个谐振器单元区中形成有一个空腔200，因此，空腔200的数量为多个，以便于在衬底100上形成体声波谐振器，从而实现批量生产。其中，为了便于图示，图中仅示意出了一个谐振器单元区。
底部电极140的部分边界位于空腔200上、部分延伸至空腔200外周的刻蚀停止层120上。本实施例中，衬底100包括多个谐振器单元区(未标示)，每一个谐振器单元区中形成有一个空腔200，因此，底部电极140的数量相应为多个，多个底部电极140分立设置，且底部电极140和谐振器单元区一一对应。
底部电极140的材料可以为金属、金属硅化物、金属氮化物、金属氧化物或导电碳等导电材料。本实施例中，底部电极140的材料为mo。
本实施例中，底部电极140的部分边界位于空腔200上方，空腔介质与叠层结构的介质不同，声阻抗不同，声波在声阻抗不匹配的界面会发生反射，从而实现反射声波的作用，以维持震荡。其中，无效区的压电声学共振叠层550容易产生寄生电容，通过使底部电极140的部分边界位于空腔200上方，以隔离有效谐振区和无效区，从而减小寄生电容对位于有效谐振区的压电声学共振叠层550的影响。
压电层170的材料可以为压电晶体、压电陶瓷或压电聚合物等。其中，所述压电晶体可以为氮化铝、锆钛酸铅、石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛、铌酸锂或钽酸锂等，所述压电聚合物可以为聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、尼龙-11或亚乙烯基二氰-醋酸乙烯交替共聚物等。本实施例中，压电层170的材料为氮化铝。
顶部电极180的材料可以为金属、金属硅化物、金属氮化物、金属氧化物或导电碳等导电材料。本实施例中，顶部电极180的材料为mo。
本实施例中，顶部电极180的部分边界位于空腔200上，部分延伸至空腔200外周的衬底100上。因此，在形成贯穿压电声学共振叠层550的释放孔190的过程中，释放孔190可以不贯穿顶部电极180、压电层170和底部电极160这三层，从而有利于降低形成释放孔190的工艺难度。本实施例中，无效区的顶部电极180与底部电极170相互错开，从而减小无效区中的压电声学共振叠层550所产生的寄生电容。
平坦层500与底部电极140位于同一层，平坦层500顶面与底部电极140顶面相齐平，在体声波谐振器的制造过程中，平坦层500用于为压电层170的形成提供平坦面，相应的，压电层不会覆盖底部电极140的侧壁，在压电层170和底部电极140的交界处，压电层170能够保持平整。
本实施例中，平坦层500为绝缘材料，这能够避免在有效谐振区外围存在上下相对的导电层，从而避免产生寄生谐振效应，进而能够更好地提高谐振器的性能。具体地，平坦层500的材料包括氧化硅、氮化硅、碳、含碳化合物和锗中的一种或多种，其中，含碳化合物中的碳原子百分比含量大于50％。作为一种示例，平坦层500的材料为氮化硅。氮化硅的介电常数较高，具有较好的绝缘作用。在另一些实施例中，平坦层的材料也可以为氧化硅。
平坦层500与底部电极140之间具有间隙155，间隙155中的空气介质与底部电极140的材料不同，也可形成不匹配声阻抗界面，从而反射横波，进而提高体声波谐振器的q值。
本实施例中，平坦层500包括：第一子平坦层150，位于空腔200外周的衬底100上，第一子平坦层150与底部电极140围成间隙155；第二子平坦层160，位于压电层170、底部电极140层、第一子平坦层150和衬底100所围成的区域中。也就是说，与释放孔190相连通的区域中未不具有第二子平坦层160。在体声波谐振器的制造过程中，间隙155中形成有第二子平坦层160，并在通过释放孔190去除空腔200中的牺牲层的过程中，通过释放孔190去除第二子平坦层160。其中，形成第二子平坦层160的制程包括平坦化工艺，因此，本实施例先形成第一子平坦层150，以覆盖大部分区域，有利于在形成第二子平坦层160时，改善平坦化工艺的凹陷的问题，以提高第二子平坦层160的顶面平坦度，相应提高平坦层500的顶面平坦度，从而提高压电层170的平整度。
本实施例中，第一子平坦层150为绝缘材料，这能够避免在有效谐振区外围存在上下相对的导电层，从而避免产生寄生谐振效应。具体地，第一子平坦层150的材料包括氧化硅、氮化硅、碳、含碳化合物和锗中的一种或多种，其中，含碳化合物中的碳原子百分比含量大于50％。作为一种示例，第一子平坦层150的材料为氮化硅。在另一些实施例中，第一平坦层的材料也可以为氧化硅。在其他实施例中，底部电极的材料与第一子平坦层的材料也可以相同，从而能够在同一步骤中形成底部电极和第一子平坦层，进而简化工艺步骤，。
本实施例中，第二子平坦层160为绝缘材料，这能够避免在有效谐振区外围存在上下相对的导电层，从而避免产生寄生谐振效应。具体地，第二子平坦层160的材料包括氧化硅、氮化硅、碳、含碳化合物和锗中的一种或多种，其中，含碳化合物中的碳原子百分比含量大于50％。通过选取上述材料，当通过释放孔190去除第二子平坦层160时，对底部电极140的影响小。本实施例中，第二子平坦层160与牺牲层130、第一子平坦层150的材料相同，从而能够在同一制程中去除第二子平坦层160和牺牲层130，进而简化工艺复杂度，而且能够减小对第一子平坦层150的损伤。相应的，第二子平坦层160的材料为无定形碳。在另一些实施例中，第二子平坦层和牺牲层的材料也可以不相同。
本实施例中，间隙155沿有效谐振区的边界延伸，从而使得底部电极140的侧壁能够与空气介质接触。作为一种示例，平坦层500与顶部电极140的部分边界围成封闭的环形间隙155，即平坦层500环绕顶部电极140，并与顶部电极140之间具有间隙155。在其他实施例中，平坦层与顶部电极的部分边界围成具有间隙的环形。例如，当有效谐振区的形状为五边形，平坦层与顶部电极的四个边围成具有间隙的环形。
间隙155的宽度不宜过小，也不宜过大。如果间隙155的宽度过小，则难以在间隙155中填充第二子平坦层160的材料，从而容易导致第二子平坦层160的顶面平坦度较低，相应难以提高压电层170的平整度；如果间隙155的宽度过大，则形成第二子平坦层160时，对凹陷问题的改善效果不佳，不利于提高第二子平坦层160的顶面平坦度，从而难以提高压电层170的平整度。为此，本实施例中，间隙155宽度是1纳米至100纳米。
在体声波谐振器的制造过程中，通过释放孔190去除空腔200中的牺牲层。本实施例中，释放孔190的数量为多个，从而提高去除牺牲层的效率。本实施例中，释放孔190贯穿顶部电极180或底部电极170，也就是说，释放孔190贯穿位于无效区的压电声学共振叠层550，但不贯穿有效谐振区的压电声学共振叠层550，因此，在形成释放孔190的过程中，不对有效谐振区的压电声学共振叠层550进行刻蚀，有利于减小对位于有效谐振区的压电声学共振叠层550的影响，从而有利于提高体声波谐振器的可靠性。
具体地，根据释放孔190的形成位置、以及该位置对应的压电声学共振叠层550的叠层结构，释放孔190可以贯穿顶部电极180和压电层170且与空腔200相连通；或者，释放孔190贯穿压电层170和平坦层500且与空腔200相连通；或者，释放孔190贯穿顶部电极180、压电层170和平坦层500且与空腔200相连通；或者，释放孔190贯穿压电层170且与空腔200相连通。
本实施例中，所述体声波谐振器还包括：刻蚀停止层120，位于平坦层500与衬底100之间，并延伸覆盖空腔200的侧壁和底部。刻蚀停止层120用于实现衬底100和底部电极140的电隔离；而且，形成底部电极140的制程包括依次进行的沉积工艺和刻蚀工艺，刻蚀停止层120用于在形成底部电极140的过程中定义刻蚀的停止位置，从而减小对衬底100的损伤，相应的，刻蚀停止层120还用于保护衬底100。此外，在体声波谐振器的制造过程中，空腔200的位置处填充有牺牲层，形成牺牲层的制程包括平坦化工艺，刻蚀停止层120还用于定义平坦化工艺的停止位置，从而有利于提高牺牲层的表面平坦度。
刻蚀停止层120的材料为绝缘材料，从而实现衬底100和底部电极的电隔离，刻蚀停止层120的材料包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种。本实施例中，刻蚀停止层120的材料为氧化硅，这使得刻蚀停止层120还能起到应力缓冲的作用。
需要说明的是，刻蚀停止层120的厚度不宜过小，也不宜过大。如果其厚度过小，则刻蚀停止层120的上述性能难以得到保障；如果其厚度过大，其本身的平坦度难以保证，从而影响后续膜层的形成质量。为此，本实施例中，刻蚀停止层120的厚度为50纳米至1000纳米。
本实施例所述谐振器可以采用前述实施例所述的制造方法所形成，也可以采用其他制造方法所形成。对本实施例所述谐振器的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，本实施例在此不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供另一种体声波谐振器。继续参考图15，示出了本发明体声波谐振器一实施例的结构示意图。其中，图15a是沿第一方向的剖视图，图15b是沿第二方向的剖视图，第一方向和第二方向相垂直。
本发明实施例与前述实施例的相同之处在此不再赘述，本发明实施例与前述实施例的不同之处在于：平坦层350与底部电极340之间不具有间隙。
具体地，体声波谐振器包括：衬底300，衬底300中具有空腔400；压电声学共振叠层(未标示)，位于衬底100上，压电声学共振叠层包括部分边界位于空腔400上、部分延伸至空腔400外的底部电极340、位于底部电极340上且具有在底部电极340的端部平整延伸的压电层370、以及位于压电层370上表面的顶部电极380；平坦层350，与底部电极340位于同一层，平坦层350顶面与底部电极340顶面相平，平坦层350与底部电极340接触，且覆盖底部电极340露出的衬底100；释放孔，贯穿压电声学共振叠层且与空腔400相连通。
本实施例中，平坦层350为一体结构，也就是说，在体声波谐振器的制造过程中，利用同一步骤形成平坦层。相应的，本实施例的平坦层350位于底部电极露出的压电层底面。平坦层350的材料为绝缘材料，从而避免在有效谐振区外围产生寄生谐振效应，进而能够更好地提高谐振器的性能。具体地，平坦层350的材料包括氧化硅、氮化硅、碳、含碳化合物和锗中的一种或多种。
对本实施例所述体声波谐振器的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，本实施例在此不再赘述。
相应的，本发明实施例还提供一种滤波器，包括前述实施例提供的体声波谐振器。前述实施例的体声波谐振器具有较高的品质因数，这相应提高了滤波器的性能。
相应的，本发明实施例还提供一种电子设备，包括前述实施例提供的滤波器。所述滤波器可以组装至各种电子设备中。由前述分析可知，滤波器的性能较高，这相应能够得到性能较高的电子设备。其中，电子设备可以为个人计算机、智能手机等移动终端、媒体播放器、导航设备、电子游戏设备、游戏用控制器、平板计算机、可穿戴设备、防门禁电子系统、pos终端、医疗设备、飞行模拟器等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。