体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其是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：

2.体声波谐振器的基本结构是底电极、压电层和顶电极层叠而成的“三明治”结构，当高频的电学信号施加在顶底电极之间时，由于压电层的逆压电效应，在压电层内激发起沿压电层厚度方向传播的体声波(bulk acoustic wave，baw)。体声波的传输路径长度为顶底电极和压电层的厚度和，当体声波波长与传播路径长度之间满足一定关系时，产生驻波振荡，此时信号在材料内部发生谐振，器件的等效阻抗出现极值。为优化体声波在高频段(1ghz以上)的表现，最优的解决方案是将“三明治”结构从块体结构微缩成薄膜结构。
3.目前体声波谐振器的结构可分为采用布拉格反射层结构的固态装配型(smr，solidly mounted resonator)声波谐振器和采用空气作为反射介质的背面刻蚀型(back-etching type)及空气隙型(air-gap type)声波谐振器。严格来说采用空气作为反射介质的背面刻蚀型和空气隙型声波谐振器被称为薄膜体声波谐振器(fbar)，而采用布拉格反射层的声波谐振器常被称为smr-baw。
4.作为射频器件，fbar需要一个施加在两个电极上的射频电压来充当功率源，在射频电压的作用下，压电层会产生交变电场，由于逆压电效应，压电层产生形变，微观上表现为声子的振动，宏观上形成声波，此声波为压电体内部的体声波，通过这样的过程，电能转化为机械能。体声波会在顶底电极之间来回反射，根据驻波形成的条件，当声波的传播距离是半波长或半波长的奇数倍时便会产生驻波振荡，由于正压电效应，来回振荡的体声波又会激励起射频电信号，又完成机械能到电能的转换，形成电信号的谐振。
5.根据体声波的极化方向与传播方向的关系，可将fbar的振动模式分为纵向模式和横向模式。纵向模式即主谐振，该模式下，纵波在电极之间呈周期性的反向运动，在电极的所有位置呈现相同相位，纵波沿着fbar压电层z轴方向传播，通过在衬底和底电极之间设置空腔结构，使纵波在底电极与空气的交界处反射回谐振区而避免声波能量的损失；横向模式为寄生模式，谐振器在产生纵波的同时，也会产生横波，横波的震荡，会导致能量在谐振器有效区域边界处泄露，造成能量损耗，从而对q值产生不利的影响。
6.为减少横向模式对q值的影响，可以在顶电极上有效谐振区域内的边缘位置设置框架结构，该框架结构通常采用与顶电极相同的材质形成，也就是说，框架结构实际上是顶电极的一部分；上述的框架结构对q值确实可以产生有益的效果；但同时，由于与顶电极电连接的金属框架结构本身处于有效谐振区域内，其抑制横波的同时会引入新的杂散信号，对纵向模式产生不利影响。
7.因此，如何在减少横向模式对q值的影响的同时避免噪音，成为滤波器设计工程师需要重点考虑的问题。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明实施例提供一种体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备，以实现在减少横向模式对q值影响的同时避免噪音的目的。
9.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
10.本发明实施例第一方面公开了一种体声波谐振器，包括：
11.衬底，以及在所述衬底上方层叠设置的底电极、压电层和顶电极，所述衬底与所述底电极之间设置有声反射结构，所述底电极、压电层、顶电极与声反射结构的重叠区域定义为体声波谐振器的有效谐振区域；
12.其中，还包括设置在有效谐振区域边缘的框架结构，所述框架结构包括在所述顶电极上方层叠设置的第二钝化层、第一材料层和第一钝化层，所述框架结构的一端位于有效谐振区域内，另一端至少延伸至与所述有效谐振区域的边缘平齐；所述框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构之外的有效谐振区域的声阻抗。
13.可选的，所述第一材料层为金属材质。
14.可选的，所述第一材料层为非金属材质。
15.可选的，所述第一材料层与第二钝化层一体成型。
16.可选的，所述框架结构还包括设置在所述第一材料层与所述第一钝化层之间的第二材料层。
17.可选的，所述第二材料层的材质与第一钝化层的材质不同，所述第二材料层的材质与第二钝化层的材质不同。
18.可选的，所述第二材料层的材质为金属。
19.可选的，所述第一钝化层和第二钝化层均覆盖有效谐振区域。
20.可选的，所述第一钝化层覆盖有效谐振区域，第二钝化层设置在有效谐振区域的边缘；或者第二钝化层覆盖有效谐振区域，第一钝化层设置在有效谐振区域的边缘。
21.可选的，第二钝化层的声阻抗大于第一钝化层的声阻抗。
22.本发明一实施例中，第二钝化层的声阻抗大于第一钝化层的声阻抗可以减少声损耗，有利于抑制寄生横波。
23.可选的，所述框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗不小于框架结构之外的区域的声阻抗。
24.可选的，所述声反射结构为布拉格反射层或者空腔。
25.可选的，所述空腔设置在衬底内部或者衬底上方。
26.可选的，还包括第一介电层和第二介电层，所述第一介电层设置在底电极和第二介电层之间，所述第一介电层和第二介电层之间设置有第三材料层；所述第三材料层设置在有效谐振区域边缘，所述第三材料层的一端位于有效谐振区域内部，所述第三材料层的另一端至少延伸至与所述有效谐振区域的边缘平齐；所述第三材料层对应的有效谐振区域的声阻抗大于第三材料层之外的有效谐振区域的声阻抗。
27.可选的，所述第三材料层与所述第一介电层一体成型。
28.可选的，所述第一材料层上表面设置为凹凸形表面。
29.可选的，所述第二材料层上表面设置为凹凸形表面。
30.可选的，所述第一钝化层与第一材料层对应的部分的上表面设置为凹凸形表面，
且其凹凸位置与第一材料层的凹凸形上表面的凹凸位置交错设置。
31.可选的，所述第一钝化层与第二材料层对应的部分的上表面设置为凹凸形表面，且其凹凸位置与第二材料层的凹凸形上表面的凹凸位置交错设置。
32.通过将第一钝化层、第一材料层和/或第二材料层上表面设置为凹凸形上表面，可以消除或改善fs附近的微小寄生横波。
33.本发明实施例第二方面公开了一种体声波谐振器的制造方法，包括如下步骤：
34.提供衬底，以及在所述衬底上方依次形成底电极、压电层、顶电极，在所述衬底与所述底电极之间形成声反射结构，所述底电极、压电层、顶电极与声反射结构的重叠区域定义为体声波谐振器的有效谐振区域；
35.其中，还包括形成在有效谐振区域边缘的框架结构，所述框架结构包括在所述顶电极上方依次形成第二钝化层、第一材料层和第一钝化层，所述框架结构的一端位于有效谐振区域内，另一端至少延伸至与所述有效谐振区域的边缘平齐；所述框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构之外的有效谐振区域的声阻抗。
36.本发明实施例第三方面公开了一种滤波器，包括本发明实施例第一方面公开的体声波谐振器。
37.本发明实施例第四方面公开了一种电子设备，包括本发明实施例第一方面公开的体声波谐振器。
38.在本发明实施例中，在该体声波谐振器定义的有效谐振区域边缘设置框架结构，框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构之外的有效谐振区域的声阻抗，可以有效抑制寄生横波。此外，该框架结构采用双层钝化层结构，在实现对横波的抑制的同时，减少额外的谐振引起的杂波。同时采用双层钝化层结构可以减小应力，提高结构稳定性和q值；该双层钝化层结构中的第一钝化层为调频层，可以避免调频过程中对该框架结构的劣化。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
40.图1为本发明实施例提供的一种体声波谐振器的截面示意图；
41.图2为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
42.图3为基于图2进行仿真得到的涉及杂波数量的一种频率阻抗曲线图；
43.图4为基于图2进行仿真得到的涉及杂波幅值的一种频率阻抗曲线图；
44.图5为基于图2进行仿真得到的涉及rs值的一种频率阻抗曲线图；
45.图6为基于图2进行仿真得到的涉及rp值的一种频率阻抗曲线图；
46.图7为基于图2进行仿真得到的涉及fp的一种频率阻抗曲线图；
47.图8为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
48.图9为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
49.图10为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
50.图11为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
51.图12为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
52.图13为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
53.图14为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
54.图15为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
55.图16为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
56.图17为基于图16进行仿真得到的涉及杂波数量的一种频率阻抗曲线图；
57.图18为基于图16进行仿真得到的涉及杂波幅值的一种频率阻抗曲线图；
58.图19为基于图16进行仿真得到的涉及rs值的一种频率阻抗曲线图；
59.图20为基于图16进行仿真得到的涉及rp值的一种频率阻抗曲线图；
60.图21为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
61.图22为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图；
62.图23为本发明实施例提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
具体实施方式
63.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
64.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
65.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中涉及到的多个技术方案进行清楚、完整地描述。
66.实施例1
67.如图1所示为本发明实施例1提供的一种体声波谐振器的截面示意图。该体声波谐振器包括：
68.衬底1，在衬底1上方层叠设置的底电极2、压电层3和顶电极4，衬底1与底电极2之间设置有声反射结构5。底电极2、压电层3、顶电极4与声反射结构5的重叠区域定义为体声波谐振器的有效谐振区域。
69.其中，还包括设置在有效谐振区域边缘的框架结构6，框架结构6包括在顶电极4上方层叠设置的第二钝化层7、第一材料层8和第一钝化层9，第二钝化层7设置在第一钝化层9和顶电极4之间。第一材料层8设置在第一钝化层9和第二钝化层7之间。
70.框架结构6的一端位于有效谐振区域内，另一端至少延伸至与有效谐振区域的边缘平齐；框架结构6对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构6之外的有效谐振区域的声阻抗，从而有效的反射或抑制寄生横波。
71.在本发明实施例1中，该框架结构6具体为，在有效谐振区域的边缘，顶电极4上方
层叠的第二钝化层7、第一材料层8和第一钝化层9。
72.具体的，可以是框架结构6的一端位于有效谐振区域内，框架结构6的另一端与顶电极4或底电极2端部边缘对齐；框架结构6的两端也可以分别位于顶电极4或底电极2端部边缘的两侧，从而形成与底电极2或顶电极4边界匹配的环状凸起结构的框架或者多边形凸起结构的框架，以使框架结构6对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构6之外的有效谐振区域的声阻抗。
73.本发明实施例1中的声反射结构5为空腔，该空腔设置在衬底1内部。第一钝化层9和第二钝化层7均向有效谐振区域延伸并覆盖有效谐振区域。
74.需要说明的是，在体声波谐振器中，rs表示器件自身的欧姆损耗和引线损耗之和，rp表征的是体声波谐振器器件的能量因子，rp越高，rs代表的声学损耗越少，体声波谐振器参与主谐振的能量越多，所以rp越高器件的q值更高，相应的器件声学结构更优。因此设计体声波谐振器器件时，相同频率下希望rs越小越好，rp越大越好。
75.本发明实施例1的框架结构6不同于现有技术中的金属材质的凸起结构，框架结构6与顶电极4电隔离、甚至完全由非金属材料构成，可以形成较好的横波抑制效果，其不同于现有技术中与顶电极电连接的金属材质的凸起结构，现有的凸起结构一般由蒸镀后再进行lift-off(剥离工艺)加工形成，和顶电极之间存在结合力可靠性的问题，有分层的风险。本发明中因为钝化层一般使用cvd工艺或者pvd工艺，故可以形成较好的结合力，同时本发明的框架结构6减少了在震荡堆中形成的额外的震荡，从而减少fs附近的杂波。
76.在本发明一实施例中，该第一材料层8与第二钝化层7材质相同，可一体成型。
77.本发明实施例1的第一钝化层9是调频层，能够避免在调频过程中对框架结构6产生劣化；其中，调频功能由第一钝化层9实现，减少横波损耗的功能由第二钝化层7和第一材料层8实现，该种设置可以避免调频过程对框架结构6的劣化，也就是说避免了工艺上为实现不同的功能而出现的矛盾。
78.第一材料层8的材质可以为与第一钝化层9或第二钝化层7不同的非金属。
79.第一钝化层9和第二钝化层7可以采用包括但不限于由以下介质材料组成，该介质材料如sio2、si3n4、aln、si、sic、ta2o5、al2o3、tio2、hfo2、zro2、mgo或dlc(dimond like carbon)等。
80.在具体选择组成第一钝化层9和第二钝化层7的介质材料的过程中，考虑到纵波方向的声阻抗(本技术文件中的声阻抗在没有额外说明的情形下均指代纵波方向的声阻抗)一般在10-100mrayls范围之间，因此，第一钝化层9和第二钝化层7可以根据器件模型优化选择，如可以选择声阻抗较高的si3n4、ta2o5或sic，其中，si3n4的声阻抗为36mrayls，ta2o5的声阻抗为39mrayls，sic的声阻抗为91mrayls，特别的，介质材料中sic的声阻抗远远高于一般的介质材料。
81.在本发明的一个实施例中，第二钝化层7也可以是由多层不同声阻抗的材料组成。
82.第一钝化层9和第二钝化层7可以采用高声速材料，如声速为11200m/s的aln、声速为13000m/s的sic、声速为10520m/s的al2o3或声速为11000m/s的si3n4(以上声速数据，不同文献中测量结果略有差异)。
83.采用高声速材料的第一钝化层9和第二钝化层7有利于降低各自的厚度，即降低整体钝化层的厚度，同时，减小第一钝化层9和第二钝化层7在整个器件结构纵向总厚度中所
占的厚度比例，保证有效机电耦合系数，提升器件性能。
84.在本发明实施例1以及下述其它实施例中，框架结构6的宽度和厚度可以根据器件性能进行优化设置。
85.在本发明一实施例中，框架结构6的宽度取值范围为1μm至5μm，厚度取值范围为10nm至200nm。对于高声阻抗的材料，其厚度会较薄，但是会在fs附近激发杂散模式，降低器件性能。最优的框架结构6的宽度和频率有关，同时也和厚度有关联性，进行协同优化后可以选择最优的设置。
86.在本发明中，因调频过程是一个修正频率的工艺，此工艺与刻蚀工艺基本相似，区别在于调频过程是以比如蛇形轨迹扫过整片晶圆(wafer)而不是整片晶圆一次性刻蚀，可能对整片晶圆的不同区域施加不同的刻蚀量或修整量。调频过程的原理就是靠粒子束进行物理轰击而减薄薄膜厚度，也可以同时靠物理轰击加化学反应来实现减薄薄膜厚度。因此在调频后，不同区域的第一钝化层9厚度都有不同的去除量以达到设计目标频率，但是框架结构6的其它部分的厚度和宽度保持不变，由此可以保证器件的声学物理模型没有变化，保证器件性能一致性，提升良率。
87.在本发明实施例1以及下述其它实施例中，在有效谐振区域内顶电极4上侧形成有声阻抗不同的第一钝化层9和第二钝化层7。
88.在本发明一实施例中，靠近顶电极4的第二钝化层7的声阻抗大于第一钝化层9的声阻抗。
89.基于此，第二钝化层7可以选择sic，第一钝化层9可以选择al2o3；或者设置第二钝化层7为正应力，第一钝化层9为负应力，相互抵消应力提升结构可靠性，在底电极2、顶电极4和压电层3生长时，为了达到应力平衡而设置应力会影响器件性能，此时无法同时兼顾应力和性能，因此，通过第一钝化层9和第二钝化层7的双钝化层的复合设置可以实现应力平衡，进而提高结构稳定性和q值。
90.也就是说，框架结构6采用双钝化层设置，即同时设置有第一钝化层9和第二钝化层7可以实现应力平衡，此情况下，底电极2、顶电极4和压电层3的应力设置只需要保证最佳性能即可。
91.在本发明实施例1公开的体声波谐振器中，在该体声波谐振器定义的有效谐振区域边缘设置框架结构6，该框架结构6的设置一方面有利于减小应力，同时使得体声波谐振器器件在空腔内的牺牲层释放后，底电极2、顶电极4和压电层3之间的残余应力接近为零，提高体声波谐振器器件工作寿命和稳定性。另一方面根据其声阻抗系数来优化厚度比例，有利于抑制横波，实现最佳性能。
92.进一步的，具有双层钝化层的框架结构6适用于smr结构的baw滤波器，即布拉格反射层作为声反射结构5设置在底电极2下方，布拉格反射层由高阻抗材料和低阻抗材料交替层叠组成。在smr-baw的谐振器中，把框架结构6设置在顶电极4上，可以起到以上所述提高rp性能的作用。
93.实施例2
94.如图2为本发明实施例2提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
95.本发明实施例2与本发明实施例1的区别在于：在本发明实施例2中，空腔设置在衬底1表面上方；框架结构6在有效谐振区域边缘终止。具体的，如图2所示，框架结构6的一端
位于有效谐振区域内，另一端与顶电极4边缘平齐。
96.为了对比第一材料层8为金属材质和非金属材质时对谐振器性能的影响，申请人以本发明实施例2的结构作为仿真器件结构进行了对比验证。其中对照组中第一材料层8为mo金属，且采用mo金属层替代实施例2中的第二钝化层7；实验组中第一材料层8和第二钝化层7材质相同，分别为碳化硅、氮化铝或氮化硅。
97.对照组和实验组中仿真器件的底电极2和顶电极4的材料均为钼，底电极2和顶电极4的厚度均为0.3μm，压电层3的材料为氮化铝，压电层3的厚度为0.8μm，第一钝化层9的材料为氮化铝、第一钝化层9的厚度为0.29μm，第一材料层8和第二钝化层7的厚度均为0.05μm，第一材料层8的宽度为2μm。
98.具体的，如图3至图7所示为对照组和实验组的性能参数的仿真结果。
99.如图3和图4所示，与对照组相比，实验组在频率阻抗曲线中，串联谐振频率附近的杂波的数量更少、幅值(本技术文件中幅值均表示杂波区域最大处和最小处的差值)更小。
100.具体的，在框架结构6中，第一材料层8采用钼时幅值为15，第一材料层8采用非金属材质的碳化硅、氮化铝或氮化硅时，幅值为10。
101.由于幅值越小器件的性能越优，因此，框架结构6的第一材料层8采用非金属材质的碳化硅、氮化铝或氮化硅时，对杂波的抑制效果明显优于与顶电极4电连接的钼材质的第一材料层8。
102.如表1所示为钼、氮化铝、碳化硅和氮化硅的材料属性。
103.其中，采用不同材料的第一钝化层9形成的框架结构6的声阻抗不同，具体的，声阻抗计算公式为z＝ρv，ρ代表材料密度，v代表纵波声速。
104.需要说明的是，钼、氮化铝、碳化硅和氮化硅的相关参数在现有的不同文献中略有差异。
105.表1钼、氮化铝、碳化硅和氮化硅的性能参数对比
[0106][0107][0108]
同时，如图5所示，在串联谐振频率fs附近，相比于对照组，实验组的rs和fs基本保持不变，也就是说，钼、碳化硅、氮化铝和氮化硅对应的rs值和串联谐振频率fs接近。即不同材质对应的rs值接近，都在1.1ω左右，fs也接近，都在2.231ghz左右，有利于维持串联谐振频率处的品质因数qs。
[0109]
如图6和图7所示，在并联谐振频率附近，相比于对照组，实验组的rp有明显提高。
[0110]
具体的，第一材料层8采用的材质不同，得到的rp值不同。第一材料层8采用碳化硅时得到的rp值为4010ω，第一材料层8采用氮化铝时得到的rp值为3991ω，第一材料层8采
用氮化硅时得到的rp值为3928ω，第一材料层8采用钼时得到的rp值为3512ω。
[0111]
由于rp值越大，器件性能越好，也就是说，采用碳化硅的框架结构6优于采用氮化铝的框架结构6，采用氮化铝的框架结构6优于采用氮化硅的框架结构6，采用氮化硅的框架结构6优于对照组的框架结构6。
[0112]
由此可知，在同等设置条件下，实验组可以实现高于对照组的rp性能，对于器件性能有显著的提高，如框架结构6中第一材料层8采用碳化硅材质相比对照组rp提高了14％。
[0113]
同时，与对照组相比，实验组品质因数qp得以提高，对于横波的抑制效果更好。
[0114]
进一步的，与对照组相比，实验组并联谐振频率(即峰值)均右移，且基本重合，频率为2.297ghz左右。
[0115]
事实上，与对照组(fp为2.295ghz)相比，实验组的并联谐振频率提高了约2mhz。
[0116]
根据仿真结果计算以后，其压电耦合系数如下：与对照组相比，实验组体声波谐振器器件的kt2提升了0.2％(占原来的kt2值6.69的2.99％)，即从6.69提升到6.89。
[0117]
因此体声波谐振器器件性能可以进一步提升，如插损保持不变的情况下可以提升带外抑制，如体声波谐振器器件的良率可以提升3％左右，可以直接降低体声波谐振器器件大批量生产的成本。
[0118]
在其它实施例中，框架结构6中的第一材料层8也可以采用与第二钝化层7和第一钝化层9均不同的材质。
[0119]
在本发明实施例2中，非金属材质的第一材料层不仅可以减小fs附近的杂波幅度，还可以保证较好的rp性能。另外，与对照组相比，第一材料层采用高声速材料时可以进一步可以提高kt2，进而提高体声波谐振器器件性能。
[0120]
实施例3
[0121]
如图8为本发明实施例3提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0122]
本发明实施例3与本发明实施例2的区别在于：本发明实施例3中框架结构6还包括第二材料层10，第二材料层10位于第一材料层8和第一钝化层9之间，第二材料层10的一端位于有效谐振区域内部，另一端与有效谐振区域边缘对齐。
[0123]
第二材料层10的材质为金属，或者与第一钝化层9和第二钝化层7均不同的非金属。
[0124]
在本发明实施例3中，通过在第一材料层和第一钝化层之间设置第二材料层，使框架结构为多层复合结构，进一步提高了体声波谐振器的整体性能。
[0125]
实施例4
[0126]
如图9为本发明实施例4提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0127]
本发明实施例4与本发明实施例1的区别在于：本发明实施例4中的框架结构6还包括第一介电层11和第二介电层12，第一介电层11设置在底电极2和第二介电层12之间，具体的，第一介电层11位于底电极2和压电层3下方。
[0128]
第二介电层12位于第一介电层11下方，第一介电层11和第二介电层12之间设置有第三材料层13；第三材料层13设置在有效谐振区域边缘，第三材料层13的一端位于有效谐振区域内部，第三材料层的另一端延伸超过有效谐振区域的边缘；第三材料层13对应的有效谐振区域的声阻抗大于第三材料层13之外的有效谐振区域的声阻抗。
[0129]
在本发明一实施例中，第三材料层13的一端与第一材料层8的端部平齐，第三材料
层13的另一端部超过有效谐振区域的边缘。
[0130]
事实上，由于第三材料层13位于声反射结构5边缘，所述第三材料层13的另一端沿底电极2和压电层3向外延伸。
[0131]
在本发明一实施例中，第三材料层13与第一介电层11材质相同，可一体成型。
[0132]
在本发明一实施例中，第一介电层11和第二介电层12由绝缘材料组成。
[0133]
实施例5
[0134]
如图10为本发明实施例5提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0135]
在本发明实施例5与本发明实施例1的区别在于，本发明实施例5的声反射结构为位于衬底表面之上，框架结构6设置有凹凸形表面14。
[0136]
具体的，凹凸形表面设置在第一材料层8上表面；或者将与第一材料层8对应的部分第一钝化层9上表面设置为凹凸形表面；或者将第一材料层8和与第一材料层8对应的部分的第一钝化层9上表面均设置为凹凸形表面且其凹凸位置与第一材料层8的凹凸形表面的凹凸位置交错设置。
[0137]
凹凸形表面14使得框架结构6中的第一材料层8上表面和/或与第一材料层8对应的第一钝化层9上表面形成高低起伏状结构。框架结构6中的第一材料层8和与其对应的第一钝化层9上的凹凸形表面相互交错设置有利于抑制框架结构6引入新的fs附近的寄生横波。
[0138]
在本发明实施例5中，通过设置凹凸形表面，可以改善或消除fs附近的微小寄生横波。
[0139]
实施例6
[0140]
如图11为本发明实施例6提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0141]
本发明实施例6与本发明实施例1的区别在于：本发明实施例6中，空腔设置在衬底1上形成地上型空腔；并且，所述第一材料层8的材质为金属，具体可以为钨、钼、铱、铂、钌或钽等高声阻抗金属，典型的，可以选择纵波方向声阻抗大于50mrayls的金属，如声阻抗为66mrayls的钼、声阻抗为99mrayls的钨或声阻抗为73mrayls的钌。
[0142]
在本发明一实施例中，第一材料层8还可以采用高声速的金属，可以选择的高声速材料如声速为12890m/s的铍，声速为7080m/s的锂。
[0143]
实施例7
[0144]
如图12为本发明实施例7提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0145]
本发明实施例7与本发明实施例1的区别在于：本发明实施例7中，空腔设置在衬底1上；本发明实施例7的框架结构6还包括设置在第一材料层8和第一钝化层9之间的第二材料层10，所述第二材料层10的材质为金属，第二材料层10一端设置在有效谐振区域内，另一端超出有效谐振区域边缘并沿第一材料层8外侧边缘延伸。第一材料层8外侧为第一材料层8远离有效谐振区域中心的一侧，第一材料层8的内侧为第一材料层8靠近有效谐振区域中心的一侧。
[0146]
框架结构6附近，第一材料层8、第一材料层8两侧的第一钝化层9、第一材料层8外侧的第二材料层10能够形成类似布拉格反射层的作用，有利于将横波限制在有效谐振区域内，另外该框架结构6也有利于抑制fs附近的杂波。
[0147]
在本发明实施例7中，第二材料层10采用金属材质，由于第二钝化层7的存在，金属
材质的第二材料层10与顶电极4之间可以实现电隔离。
[0148]
另外，第二材料层10的材质也可以采用与第二钝化层7材质不同的非金属材料，或者采用与第一钝化层9和第二钝化层7的材质均不同的非金属材料。
[0149]
进一步的，第二材料层10沿第一材料层8的外侧边缘延伸后，还可以继续沿第二钝化层7表面延伸，以进一步减少因横波造成的声能量损耗。其侧面结构可以是环绕电极的多层反射结构。
[0150]
在本发明一实施例中，声反射结构5可以为空腔，也可以是布拉格反射结构。
[0151]
实施例8
[0152]
如图13为本发明实施例8提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0153]
本发明实施例8与本发明实施例1的区别在于：本发明实施例8中，框架结构6的一端位于有效谐振区域内部，另一端超过有效谐振区域边缘，第一材料层8和第二钝化层7的上表面高度保持不变，上表面高度保持不变指的是高度没有明显变化，但是允许本领域合理的制造误差。
[0154]
实施例9
[0155]
如图14为本发明实施例9提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0156]
本发明实施例9与本发明实施例1的区别在于：本发明实施例9中，第一钝化层9覆盖有效谐振区域；即相对于本发明实施例1，形成第一钝化层9时，移除了框架结构6内端之间的第二钝化层，框架结构6内端为框架结构6靠近有效谐振区域中心的一端。
[0157]
实施例10
[0158]
如图15为本发明实施例10提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0159]
本发明实施例10与本发明实施例9的区别在于：框架结构6的一端位于有效谐振区域内，另一端与顶电极4边缘平齐。
[0160]
在本发明一实施例中，框架结构6的第一材料层8也可以采用与第二钝化层7不同的材质。
[0161]
实施例11
[0162]
如图16为本发明实施例11提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0163]
本发明实施例11与本发明实施例10的区别在于：本发明实施例11的空腔设置在衬底1上，且本发明实施例11的框架结构6还包括第二材料层10，第二材料层10设置在第一材料层8和第一钝化层9之间，第二材料层10的一端位于有效谐振区域内，另一端与有效谐振区域边缘对齐。
[0164]
为了对比第一材料层8为金属材质和非金属材质时对谐振器性能的影响，申请人以本发明实施例11的结构作为仿真器件结构进行了对比验证。其中对照组中第一材料层8为mo金属层，且采用mo金属层替代实施例11中的第二钝化层7；实验组中第一材料层8和第二钝化层7材质相同，分别为碳化硅、氮化铝或氮化硅。
[0165]
对照组和实验组中仿真器件的底电极2和顶电极4的材料均为钼，底电极2和顶电极4的厚度均为0.3μm，压电层3的材料为氮化铝，压电层3的厚度为0.8μm，第一钝化层9的材料为氮化铝，第一钝化层9的厚度为0.29μm，第二钝化层7和第一材料层8的厚度均为0.025μm，第二材料层10的材质为钼且厚度为0.05μm，第一材料层8和第二材料层10的宽度均为2μm。
[0166]
对照组对应的参数代表传统的与顶电极4电连接的金属凸起结构；实验组对应的参数代表本发明实施例的结构。
[0167]
如图17和图18所示，与对照组相比，实验组在频率-阻抗曲线中，串联谐振频率附近的杂波的数量更少、幅值更小。
[0168]
具体的，对照组幅值为15，实验组幅值为10。
[0169]
由于幅值越小器件的性能越优，因此，实验组对杂波的抑制效果明显优于对照组。
[0170]
同时，如图19所示，在串联谐振频率fs附近，相比对照组，实验组rs和fs基本保持不变，不同材质对应的rs值接近，rs值都在1.1ω左右，fs也接近，都在2.231ghz左右，有利于维持串联谐振频率处的品质因数qs。
[0171]
如图20所示，在并联谐振频率fp附近，相比于对照组，实验组rp有明显提高。第一材料层8采用氮化铝且第二材料层10采用金属材质的钼时，得到的rp值为4218ω；第一材料层8采用碳化硅且第二材料层10采用金属材质的钼时，得到的rp值为4210ω；第一材料层8采用氮化硅且第二材料层10采用金属材质的钼时，得到的rp值为4194ω；对照组得到的rp值为3512ω。
[0172]
由于rp值越大，器件性能越好，也就是说，采用氮化铝和钼的框架结构6优于采用碳化硅和钼的框架结构6，采用碳化硅和钼的框架结构6优于采用氮化硅和钼的框架结构6，采用氮化硅和钼的框架结构6优于只采用钼的框架结构6。
[0173]
由此可知，在同等设置条件下，实验组可以实现高于对照组的rp性能，对于器件性能有显著的提高。
[0174]
同时，与对照组相比，实验组品质因数qp得以提高，对于横波的抑制效果更好。
[0175]
进一步的，与对照组(fp为2.295ghz)，实验组并联谐振频率均右移，且基本重合，频率在2.296ghz左右，并联谐振频率提高了约1mhz。
[0176]
在本发明实施例11的实验组与本发明实施例2的实验组性能相比，rs无差异，均为1.1ω左右，fs附近的杂波幅值仍得到抑制。但是rp比实施例2的实验组更好。
[0177]
本发明实施例11的实验组rp为4200附近；但是实施例2的实验组中，最高的rp为采用sic材质的框架结构6，rp为4010，同比提高了5％左右，需要注意的是，此时杂波幅值基本没有变化。
[0178]
实施例12
[0179]
如图21为本发明实施例12提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0180]
本发明实施例12与本发明实施例7的区别在于：本发明实施例12中，第一钝化层9覆盖有效谐振区域；即，相对于本发明实施例7，形成第一钝化层9时，移除了框架结构6内端之间的第二钝化层，框架结构6的内端为框架结构6靠近有效谐振区域中心的一端。
[0181]
实施例13
[0182]
如图22为本发明实施例13提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0183]
本发明实施例13与本发明实施例6的区别在于：本发明实施例13中，第一钝化层9覆盖有效谐振区域；即相对于本发明实施例6，形成第一钝化层9时，移除了框架结构6内端之间的第二钝化层。框架结构6内端为框架结构6靠近有效谐振区域中心的一端。
[0184]
在其它实施例中，还可以使得第二钝化层7覆盖有效谐振区域，即相对于本发明实施例6，在形成第一钝化层9时，第一钝化层9包裹第二材料层10后，移除第一钝化层9继续向
有效谐振区域延伸的部分。
[0185]
实施例14
[0186]
如图23为本发明实施例14提供的另一种体声波谐振器的截面示意图。
[0187]
本发明实施例14与本发明实施例8的区别在于：本发明实施例14中，第一钝化层9覆盖有效谐振区域；即相对于本发明实施例8，形成第一钝化层9时，移除了框架结构6内端之间的第二钝化层。框架结构6内端为框架结构6靠近有效谐振区域中心的一端。
[0188]
基于上述本发明实施例提供的所有体声波谐振器，本发明实施例对应提供了一种体声波谐振器的制造方法，用于制造上述本发明实施例提供的任意一种体声波谐振器，包括：
[0189]
s11：提供衬底，在衬底上形成牺牲层。
[0190]
在s11中，衬底包括但不限于si衬底、蓝宝石衬底或玻璃衬底。
[0191]
牺牲层可以采用包括但不限于sio2、psg、si、si3n4或pi的介质材料形成。该牺牲层后续被释放得到声反射结构。
[0192]
s12：在具有牺牲层的衬底上方至少依次形成底电极、压电层和顶电极。
[0193]
在s12中，底电极的材料可以采用包括但不限于钨(w)、钼(mo)、铝(al)、铂(pt)、钌(ru)或铌(nb)。
[0194]
压电层的材料可以选择aln或alscn(掺杂sc的aln)。
[0195]
压电层的材料还可以选择掺杂钇(y)、镧(la)、铈(ce)、镨(pr)、钕(nd)、钷(pm)、钐(sm)、铕(eu)、钆(gd)、铽(tb)、镝(dy)、钬(ho)、铒(er)、铥(tm)、镱(yb)或镥(lu)的aln；或者掺杂mg、hf或zr的aln；或薄膜ln(铌酸锂linbo3或钽酸锂(litao3)。
[0196]
顶电极的材料可以采用包括但不限于钨(w)、钼(mo)、铝(al)、铂(pt)、钌(ru)或铌(nb)。
[0197]
在执行s12的过程中，在具有牺牲层的衬底上至少依次形成特定结构的底电极、压电层和顶电极。
[0198]
s13：在有效谐振区域边缘形成框架结构。
[0199]
在s13中，底电极、压电层和顶电极与声反射结构的重叠区域定义为体声波谐振器的有效谐振区域；框架结构包括在顶电极上方形成的第二钝化层、第一材料层和第一钝化层。
[0200]
框架结构的一端位于有效谐振区域内，另一端至少延伸至与有效谐振区域的边缘平齐；框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构之外的有效谐振区域的声阻抗。
[0201]
其中，第二钝化层可以选择的材料包括但不限于多晶硅、氮化铝、二氧化硅、掺杂二氧化硅、碳化硅或氧化铝。
[0202]
第一材料层可以选择金属材质或非金属材质。
[0203]
第一钝化层可以选择的材料包括但不限于多晶硅、氮化铝、二氧化硅、掺杂二氧化硅、碳化硅或氧化铝。
[0204]
在执行s13的过程中，在顶电极上方至少形成第二钝化层、第一材料层和第一钝化层。
[0205]
需要说明的是，形成第一钝化层之后，通过释放牺牲层得到声反射结构。
[0206]
s14：减薄第一钝化层，完成调频；可以通过物理方式和/或化学方式减薄第一钝化层，进而完成调频。
[0207]
在本发明实施例中，在该体声波谐振器定义的有效谐振区域边缘设置框架结构，框架结构对应的有效谐振区域的声阻抗大于框架结构之外的有效谐振区域的声阻抗，可以有效抑制寄生横波。此外，该框架结构采用双层钝化层结构，在实现对横波的抑制的同时，减少额外的谐振引起的杂波。同时采用双层钝化层结构可以减小应力，提高结构稳定性和q值。
[0208]
基于上述本发明实施例提供的体声波谐振器，本发明实施例还提供了一种滤波器，所述滤波器包括上述本发明实施例提供的任意一种体声波谐振器。
[0209]
基于上述本发明实施例提供的体声波谐振器，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述本发明实施例提供的任意一种体声波谐振器。
[0210]
需要说明的是，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
[0211]
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0212]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。