CN110868183B - 谐振器和滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体技术领域，公开了一种谐振器和滤波器。多层结构形成于衬底上，包括压电层、第一电极和第二电极；其中，第一电极和第二电极分别设置在压电层的两侧，所述第一电极包括第一导电层和第二导电层，所述第二电极包括第三导电层和第四导电层，第一电极和第二电极的声阻抗随距离压电层的距离增大而增大；同时，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体。上述谐振器通过设置具有下半腔体和上半腔体的腔体，且下半腔体整***于衬底上表面之下，上半腔体整***于衬底上表面之上，形成一种新型的谐振器结构，使谐振器具有较好的性能。

Description

谐振器和滤波器
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种谐振器和滤波器。
背景技术
谐振器可以用于各种电子应用中实施信号处理功能，例如，一些蜂窝式电话及其它通信装置使用谐振器来实施用于所发射和/或所接收信号的滤波器。可根据不同应用而使用数种不同类型的谐振器，例如薄膜体声谐振器(FBAR)、耦合式谐振器滤波器(SBAR)、堆叠式体声谐振器(SBAR)、双重体声谐振器(DBAR)及固态安装式谐振器(SMR)。
典型的声谐振器包括上电极、下电极、位于上下电极之间的压电材料、位于下电极下面的声反射结构以及位于声反射结构下面的衬底。通常将上电极、压电层、下电极三层材料在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域。当在电极之间施加一定频率的电压信号时，由于压电材料所具有的逆压电效应，有效区域内的上下电极之间会产生垂直方向传播的声波，声波在上电极与空气的交界面和下电极下的声反射结构之间来回反射并在一定频率下产生谐振。
一般来说，可通过谐振器的并联电阻Rp、串联电阻Rs、质量因子Q(称为“Q因子”)及机电耦合系数kt2的值来评估所述谐振器的性能。具有较高Rp、较低Rs及较高Q因子的谐振器被视为具有优越的性能，因此，希望通过改进谐振器，使其具有更优越的性能。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种包括声再分布层的谐振器和滤波器。
本发明实施例的第一方面提供一种谐振器，包括：
衬底；
压电层，具有第一表面和第二表面；
第一电极，邻近于所述第一表面设置，所述第一电极包括第一导电层和第二导电层；第一导电层邻近于所述压电层设置，具有第一声阻抗；第二导电层设置在所述第一导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于第一声阻抗的第二声阻抗；
第二电极，邻近于所述第二表面设置，所述第二电极包括第三导电层和第四导电层；第三导电层邻近于所述压电层设置，具有第三声阻抗；第四导电层设置在所述第三导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于所述第三声阻抗的第四声阻抗；
其中，所述第一导电层和所述第三导电层由第一材料形成，所述第二导电层和所述第四导电层由第二材料形成；
在所述衬底和多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体，所述多层结构包括所述压电层、所述第一电极和所述第二电极。
本发明实施例的第二方面提供一种谐振器，包括：
衬底；
压电层，具有第一表面和第二表面；
第一电极，邻近于所述第一表面设置，所述第一电极包括第一导电层和第二导电层；第一导电层邻近于所述压电层设置，具有第一声阻抗；第二导电层设置在所述第一导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于第一声阻抗的第二声阻抗；
第二电极，邻近于所述第二表面设置；
钝化层，其设置在所述第一电极和所述第二电极中的一者的与所述压电层相对的一侧上；
籽晶层，其设置在所述第一电极和所述第二电极中的另一者的与所述压电层相对的一侧上；
其中，在所述衬底和多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体，所述多层结构包括所述压电层、所述第一电极、所述第二电极、所述籽晶层和所述钝化层。
本发明实施例的第三方面提供一种滤波器，包括本发明实施例第一方面和第二方面中任一种谐振器。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明实施例，通过设置具有下半腔体和上半腔体的腔体，且下半腔体整***于衬底上表面之下，上半腔体整***于衬底上表面之上，同时包括声再分布层，即第一电极包括第一导电层和第二导电层，第二电极包括第三导电层和第四导电层，从而形成一种新型的谐振器结构，具有较好的性能。
附图说明
图1是本发明实施例谐振器俯视图；
图2(a)是本发明实施例谐振器的结构示意图；
图2(b)是本发明另一个实施例的谐振器的结构示意图；
图2(c)是图2(a)和图2(b)中A的放大示意图；
图3(a)是无再分布层的多层结构的示意图；
图3(b)是图3(a)谐振器的声阻抗分布曲线图；
图4(a)是图2(a)中多层结构示意图；
图4(b)是图4(a)谐振器的声阻抗分布曲线图；
图5(a)是本发明实施例谐振器的变化形式的多层结构的示意图；
图5(b)是图5(a)中谐振器的声阻抗分布曲线图；
图6(a)是本发明实施例谐振器的变化形式的多层结构的示意图；
图6(b)是图6(a)中谐振器的声阻抗分布曲线图；
图7(a)是本发明实施例谐振器的变化形式的多层结构的示意图；
图7(b)是图7(a)中谐振器的声阻抗分布曲线图；
图8(a)是本发明实施例谐振器的变化形式的多层结构的示意图；
图8(b)是图8(a)中谐振器的声阻抗分布曲线图；
图9(a)是本发明实施例谐振器的变化形式的多层结构的示意图；
图9(b)是图9(a)中谐振器的声阻抗分布曲线图；
图10(a)是本发明实施例谐振器的变化形式的多层结构的示意图；
图10(b)是图10(a)中谐振器的声阻抗分布曲线图；
图11是本发明实施例谐振器的一种制作方法流程图；
图12是本发明实施例谐振器的又一种制作方法流程图；
图13是本发明实施例谐振器的制作过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明一实施例提供了一种谐振器，包括衬底、压电层、第一电极和第二电极。
其中压电层具有第一表面和第二表面。
第一电极，邻近于所述第一表面设置，第一电极包括第一导电层和第二导电层；第一导电层邻近于所述压电层设置，具有第一声阻抗；第二导电层设置在所述第一导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于第一声阻抗的第二声阻抗。
第二电极，邻近于所述第二表面设置，所述第二电极包括第三导电层和第四导电层；第三导电层邻近于所述压电层设置，具有第三声阻抗；第四导电层设置在所述第三导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于所述第三声阻抗的第四声阻抗。
其中，所述第一导电层和所述第三导电层由第一材料形成，所述第二导电层和所述第四导电层由第二材料形成。
在所述衬底和多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体，所述多层结构包括所述压电层、所述第一电极和所述第二电极。
声再分布层(ARL)是添加到多层结构中以改变跨越多层结构的声能分布的材料层，多层结构的声能分布的改变会带来谐振器的机电特性的改变，提高声谐振器的Rp及Q因子，从而提升谐振器的性能。谐振器包括薄膜体声波谐振器 (FBAR)，也可包括双重体声谐振器(DBAR)或固态安装式谐振器(SMR)等。
参看图1，谐振器的多层结构200为变迹五边形结构(即不对称五边形)，以分布副振荡模在频率上的密度，同时避免在任一个频率下副振荡模中的任一者的强激发。一般来说，谐振器形状并不限于五个边，也可为四边形、五边形及其它形状。
该谐振器包括顶部电极210(下文称为第二电极)、连接侧401及互连件402。连接侧401经配置以提供到互连件402的电连接。互连件402将电信号提供给顶部电极201，以在谐振器的压电层(图1中未展示)中激发所需声波。
结合图1和图2(a)，第一电极230及第二电极210经由对应接触垫(未展示)电连接到外部电路，所述接触垫通常由导电材料(例如金或金-锡合金)形成。电极与接触垫之间的连接件(未展示)从多层结构200横向向外延伸，所述连接件一般由导电材料(例如钛/钨/金)形成。
参见图2(a)，该谐振器可简化表示为包括衬底100和多层结构200。
衬底100可以由硅、砷化镓、磷化铟等形成。多层结构200形成于衬底100 上方，一个实施例中，第一电极设置在压电层下方，第二电极设置在压电层上方，多层结构200由下至上依次包括第一电极230、压电层220和第二电极210。其中，在衬底100和多层结构200之间形成有腔体300，腔体300包括位于衬底100上表面之下的下半腔体301和超出衬底100上表面并向多层结构200突出的上半腔体302。
第一电极230包括底部导电层230b及顶部导电层230a。第二电极210包括底部导电层210b和顶部导电层210a。第一电极230和第二电极210邻近压电层220设置的导电层由一种阻抗较低的第一材料形成，设置于压电层220相对一侧的导电层由一种阻抗较高的第二材料形成，参见图4(a)，一个实施例中，底部导电层230b，及顶部导电层210a可由具有相对高声阻抗的材料，如钨(W，具有约100MR的声阻抗)或铱(Ir，具有约110MR的声阻抗)形成，而顶部导电层230a及底部导电层210b可由具有相对低声阻抗的材料如钼(Mo，具有约65MR的声阻抗)、铌(Nb，具有约42MR的声阻抗)或钼(Mo)和铌(Nb)构成的合金(根据合金中两种材料的特定配比而具有约42MR到65MR的声阻抗) 形成，可在第一电极230及第二电极210中使用的各种替代材料还可以包括铝 (Al)、铂(Pt)、钌(Ru)或铪(Hf)。
一般来说，声谐振器被设计成满足特定特性电阻抗Z0要求。特性电阻抗Z0 与声谐振器横截面积成正比，且与压电层的操作频率及厚度成反比。压电层的厚度主要由操作频率决定，同时与机电耦合系数kt2有关。在适用限度内，kt2与压电层的厚度成正比且与底部电极及顶部电极的厚度成反比。更具体来说，kt2与存储于压电层中的声能分数成正比，且与存储于电极中的声能分数成反比，因此，具有较大kt2的声谐振器通常具有厚压电层和薄电极层。然而，在厚压电层的情况下，需要相对大的横截面积来使所需谐振器阻抗匹配到特定Z0，从而导致装置成本的增加。因此，在其它因素均相等的情况下，通常期望横截面积最小化，从而减少成本。为了使横截面积最小化，压电层可由具有更高kt2的材料(例如具有1％到10％的钪浓度的氮化铝钪)形成，从而使压电层相对薄的情况下又能同时维持充足的kt2。
然而，此设计强制将声能大量局限到电极中，对于Rp及Q因子是非常不利的，而声再分布层的使用可有效的提升声谐振器的Rp及Q因子，使声谐振器具有更好的性能。
如图3(a)中所示谐振器的典型多层结构，第一电极230和第二电极210 由单一金属形成，例如W或Mo中的一种，压电层220由ALN形成。金属材料的选择基于声谐振器的特定性能及处理要求。例如，由于W的声阻抗大于 Mo的声阻抗，因此将使用W来增加kt2，如图3(b)所示，因为高声阻抗材料允许将较多声能局限在压电层220中。为了最小化谐振器，将减小声谐振器的面积，面积的减小将导致声谐振器的的重要性能特性(例如Rp及Q)降级。此时，在第一电极230与压电层220之间及在压电层220与第二电极210之间***Mo层，形成声再分布层，如图4(b)所示。声阻抗随着距压电层220的距离的增加而增大，这往往使声能跨越多层结构而分布，将能量的一部分从外 W层再分布到内Mo层，由此仍能保持相同量的声能局限在压电层220中，补偿kt2因面积减小导致的降级。
在实际应用中，声再分布层也可分别替换第一电极230和第二电极210的原始金属层的一部分，原始W电极的一部分替换为Mo，即230a和210b，原始W电极的剩余部分为230b和210a，同时需要通过调整压电层220的厚度以便与原始串联谐振频率Fs及并联谐振频率Fp匹配。
一个实施例中，压电层220设置在第一电极230的上部，通常由AL1-xScxN或具有1％到10％的钪浓度的氮化铝钪的薄膜压电材料形成，但其也可由其它压电材料(例如氮化铝或氧化锌)形成。
一个实施例中，多层结构进一步包括钝化层(未展示)和籽晶层(未展示)，钝化层设置在所述第一电极230和所述第二电极210中的一者的与所述压电层 220相对的一侧上；籽晶层设置在所述第一电极230和所述第二电极210中的另一者的与所述压电层220相对的一侧上。例如，钝化层可设置在第二电极210 的上部，籽晶层可设置在衬底100和第一电极230之间，同时，钝化层也可设置在衬底100和第一电极230之间，籽晶层设置在第二电极210的上部。
一个实施例中，所述籽晶层可由氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝及掺硼氧化硅中的一种形成，以促进AL1-xScxN的生长。所述钝化层可由各种类型的材料形成，包含氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化硅、掺硼氧化硅和多晶硅等中的一种。钝化层的厚度一般应足以保护多层结构200的各层以免与可通过封装中的漏缝进入的物质发生化学反应。
参见图2(a)，一个实施例中，下半腔体301由底壁101和第一侧壁102 围成，底壁101整体与衬底100的表面平行，第一侧壁102为由底壁101的边缘延伸至衬底100上表面的第一圆滑曲面。
其中，底壁101和第一侧壁102均为衬底100的表面壁。而第一侧壁102 为第一圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。
参见图2(c)，所述第一圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第一曲面1021 和第二曲面1022。其中，圆滑过渡连接的第一曲面1021和第二曲面1022是指第一曲面1021和第二曲面1022之间连接处无突变，且第一曲面1021和第二曲面1022两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，衬底 100是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
例如，第一曲面1021的竖截面可以呈倒抛物线状，且位于底壁101所在的平面之上；第二曲面1022的竖截面可以呈抛物线状，且位于衬底100上表面所在的平面之下。第一曲面1021和第二曲面1022圆滑连接。当然，第一曲面1021 和第二曲面1022还可以为其他形状的曲面，能够达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能即可。
一个实施例中，对于第一圆滑曲面整体是平滑的，可以为第一圆滑曲面 1021各点的曲率小于第一预设值。对于第一预设值可以根据实际情况设定，以达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能的目的。为了保证多层结构力学特性和电学特性，过渡区域圆滑曲面的曲率要尽可能小，在牺牲层厚度一定的情况下，尽可能小的曲率要求过渡区长度增加，会增加当个谐振器的面积，因此要优化过渡区的曲率和过渡区长度。优选的，腔体300的厚度可以为1μm，过渡区长度控制在3μm至5μm，在该过渡区生长的多层结构能够满足谐振器要求。过渡区长度为第一侧壁102在图1所示的虚线方向上的长度。
参见图2(a)，一个实施例中，上半腔体302可以由多层结构200的下侧面围成，所述多层结构200的下侧面与上半腔体302对应的部分包括顶壁201 和第二侧壁202，第二侧壁202为由顶壁201边缘延伸至衬底100上表面的第二圆滑曲面。
其中，顶壁201和第二侧壁202均为多层结构200的下侧面壁。而第二侧壁202为第二圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。
参见图2(c)，第二圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第三曲面2021和第四曲面2022。其中，圆滑过渡连接的第三曲面2021和第四曲面2022是指第三曲面2021和第四曲面2022之间连接处无突变，且第三曲面2021和第四曲面 2022两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，从晶体的角度讲，衬底100是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第二圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
例如，第三曲面2021的竖截面可以呈抛物线状，且位于顶壁201所在的平面之下；第四曲面2022的竖截面呈倒抛物线状，且位于衬底100上表面所在的平面之上。当然，第三曲面2021和第四曲面2022还可以为其他形状，能够达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能即可。
一个实施例中，第二圆滑曲面2021各点的曲率小于第二预设值。对于第二预设值可以根据实际情况设定，以达到第二圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能的目的。
进一步的，顶壁201也无突变部分。此处所述的突变与前述突变一致，从晶体的角度讲，多层结构200也是由很多个晶体组成的，无突变是指顶壁201 处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
以上实施例中，衬底100可以为硅衬底或其他材质的衬底，第一电极230 可设置在压电层上部，第二电极210设置在压电层下部，此处不再赘述。
上述谐振器，通过设置具有下半腔体301和上半腔体302的腔体300，且下半腔体301整***于衬底100上表面之下，上半腔体302整***于衬底100 上表面之上，同时设置声再分布层，从而形成一种新型的谐振器结构，具有较好的性能。
一个实施例中，一种声谐振器包括衬底、压电层、第一电极、第二电极、钝化层和籽晶层。
所述压电层具有第一表面和第二表面。
第一电极，邻近于所述第一表面设置，所述第一电极包括第一导电层和第二导电层；第一导电层邻近于所述压电层设置，具有第一声阻抗；第二导电层设置在所述第一导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于第一声阻抗的第二声阻抗。
第二电极，邻近于所述第二表面设置。
钝化层设置在所述第一电极和所述第二电极中的一者的与所述压电层相对的一侧上。
籽晶层设置在所述第一电极和所述第二电极中的另一者的与所述压电层相对的一侧上。
其中在所述衬底和多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体，所述多层结构包括所述压电层、所述第一电极、所述第二电极、所述籽晶层和所述钝化层。
参见图2(b)，一个实施例中，第一电极230设置在压电层220下方，第二电极210设置在压电层220上方，多层结构200由下至上依次包括籽晶层240、第一电极230、压电层220和第二电极210和钝化层250。其中，第二电极210 包括底部导电层210b和顶部导电层210a。第二电极210邻近压电层220设置的底部导电层210b由一种阻抗较低的材料形成，设置于压电层220相对一侧的顶部导电层210a由一种阻抗较高的材料形成。在衬底100和多层结构200之间形成有腔体300，腔体300包括位于衬底100上表面之下的下半腔体301和超出衬底100上表面并向多层结构200突出的上半腔体302。
一个实施例中，底部导电层210b可以由Mo、Nb或MoNb合金形成，底部导电层210b可由，W、Ir形成。可在第一电极230及第二电极210中使用的各种替代材料还可以包括铝(Al)、铂(Pt)、钌(Ru)或铪(Hf)。
一个实施例中，所述籽晶层240可由氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝及掺硼氧化硅中的一种形成，以促进AL1-xScxN的生长。所述钝化层250可由各种类型的材料形成，包含氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化硅、掺硼氧化硅和多晶硅等中的一种。钝化层250的厚度一般应足以保护多层结构200的各层以免与可通过封装中的漏缝进入的物质发生化学反应。
一个实施例中，第一电极230包括底部导电层230b和顶部导电层230a。第一电极230邻近压电层设置的顶部导电层230a由一种阻抗较低的材料形成，设置于压电层220相对一侧的底部导电层230b由一种阻抗较高的材料形成。
一个实施例中，压电层220的形成材料为具有1％到10％的钪浓度的氮化铝钪或AL1-xScxN。
参见图2(b)，一个实施例中，下半腔体301由底壁101和第一侧壁102 围成，底壁101整体与衬底100的表面平行，第一侧壁102为由底壁101的边缘延伸至衬底100上表面的第一圆滑曲面。
其中，底壁101和第一侧壁102均为衬底100的表面壁。而第一侧壁102 为第一圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。
参见图2(c)，所述第一圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第一曲面1021 和第二曲面1022。其中，圆滑过渡连接的第一曲面1021和第二曲面1022是指第一曲面1021和第二曲面1022之间连接处无突变，且第一曲面1021和第二曲面1022两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，衬底 100是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
例如，第一曲面1021的竖截面可以呈倒抛物线状，且位于底壁101所在的平面之上；第二曲面1022的竖截面可以呈抛物线状，且位于衬底100上表面所在的平面之下。第一曲面1021和第二曲面1022圆滑连接。当然，第一曲面1021 和第二曲面1022还可以为其他形状的曲面，能够达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能即可。
一个实施例中，对于第一圆滑曲面整体是平滑的，可以为第一圆滑曲面 1021各点的曲率小于第一预设值。对于第一预设值可以根据实际情况设定，以达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能的目的。为了保证多层结构力学特性和电学特性，过渡区域圆滑曲面的曲率要尽可能小，在牺牲层厚度一定的情况下，尽可能小的曲率要求过渡区长度增加，会增加当个谐振器的面积，因此要优化过渡区的曲率和过渡区长度。优选的，腔体300的厚度可以为1μm，过渡区长度控制在3μm至5μm，在该过渡区生长的多层结构能够满足谐振器要求。过渡区长度为第一侧壁102在图1所示的虚线方向上的长度。
参见图2(b)，一个实施例中，上半腔体302可以由多层结构200的下侧面围成，所述多层结构200的下侧面与上半腔体302对应的部分包括顶壁201 和第二侧壁202，第二侧壁202为由顶壁201边缘延伸至衬底100上表面的第二圆滑曲面。
其中，顶壁201和第二侧壁202均为多层结构200的下侧面壁。而第二侧壁202为第二圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。
参见图2(c)，第二圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第三曲面2021和第四曲面2022。其中，圆滑过渡连接的第三曲面2021和第四曲面2022是指第三曲面2021和第四曲面2022之间连接处无突变，且第三曲面2021和第四曲面2022两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，从晶体的角度讲，衬底100是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第二圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
例如，第三曲面2021的竖截面可以呈抛物线状，且位于顶壁201所在的平面之下；第四曲面2022的竖截面呈倒抛物线状，且位于衬底100上表面所在的平面之上。当然，第三曲面2021和第四曲面2022还可以为其他形状，能够达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能即可。
一个实施例中，第二圆滑曲面2021各点的曲率小于第二预设值。对于第二预设值可以根据实际情况设定，以达到第二圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能的目的。
进一步的，顶壁201也无突变部分。此处所述的突变与前述突变一致，从晶体的角度讲，多层结构200也是由很多个晶体组成的，无突变是指顶壁201 处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
以上实施例中，衬底100可以为硅衬底或其他材质的衬底，第一电极230 可设置在压电层上部，第二电极210设置在压电层下部，此处不再赘述。
上述谐振器，通过设置具有下半腔体301和上半腔体302的腔体300，且下半腔体301整***于衬底100上表面之下，上半腔体302整***于衬底100 上表面之上，同时设置声再分布层，从而形成一种新型的谐振器结构，具有较好的性能。
参见图5(a)及5(b)，在一个实施例中，第一电极230设置在压电层 220下方，具有两个声阻抗不同的金属层230a和230b，其中230b可由Ir或W 形成，230a可由Mo或Nb等形成，两个金属层的声阻抗随距压电层的距离的增加而增大，第二电极210设置在压电层220上方，具有单一金属层，由Ir、 W或Mo形成，压电层220由ALN形成。
图5(a)至图10(b)为用于声谐振器中的多层结构200的替代配置。
参见图6(a)，第一电极230设置在压电层220下方，具有单一金属层，由Ir、W或Mo形成。第二电极210设置在压电层上方，具有两个声阻抗不同的金属层210a和210b，其中210a可由Ir或W形成，210b可由Mo或Nb等形成，压电层220由ALN形成。
参见图7(a)第一电极230设置在压电层220下方，具有两个声阻抗不同的金属层230a和230b，其中230b可由Ir或W形成，230a可由Mo或Nb等形成，两个金属层的声阻抗随距压电层的距离的增加而增大。第二电极210设置在压电层220上方，具有两个声阻抗不同的金属层210a和210b，其中210a 可由Ir或W形成，210b可由Mo或Nb等形成，压电层220由ALN形成。在第一电极230和衬底100之间还设置有籽晶层240，由ALN形成。在第二电极 210上设置有钝化层250，由ALN形成。
参见图8(a)，第一电极230设置在压电层220下方，具有两个声阻抗不同的金属层230a和230b，其中230b可由Ir或W形成，230a可由Mo或Nb 等形成，两个金属层的声阻抗随距压电层的距离的增加而增大。第二电极210 设置在压电层220上方，具有单一金属层，由Ir、W或Mo形成，压电层220 由ALN形成。同时，在第一电极230和衬底100之间还设置有籽晶层240，由 Mo或Nb等形成。
参见图9(a)第一电极230设置在压电层220下方，具有两个声阻抗不同的金属层230a和230b，其中230b可由Ir或W形成，230a可由Mo或Nb等形成，两个金属层的声阻抗随距压电层的距离的增加而增大。第二电极210设置在压电层220上方，具有两个声阻抗不同的金属层210a和210b，其中210a 可由Ir或W形成，210b可由Mo或Nb等形成，压电层220由ALN形成。在第一电极230和衬底100之间还设置有籽晶层240，由Mo或Nb等形成。在第二电极210上设置有钝化层250，由Mo或Nb等形成。
参见图10(a)第一电极230设置在压电层220下方，具有两个声阻抗不同的金属层230a和230b，其中230b可由Mo形成，230a可由Nb或Mo与Nb 的合金形成，两个金属层的声阻抗随距压电层的距离的增加而增大。第二电极210设置在压电层220上方，具有两个声阻抗不同的金属层210a和210b，其中 210a可由Mo形成，210b可由Nb或Mo与Nb的合金形成，压电层220由ALN 形成。在第一电极230和衬底100之间还设置有籽晶层240，由W形成。在第二电极210上设置有钝化层250，由W形成。
其中图5(a)至图10(b)中的材料选择仅出于说明性目的，在替代实施例中可能存在各种其它组合，本实施例对此不做限制。
参见图11，本发明一实施例中公开一种谐振器的制作方法，包括以下步骤：
步骤301，对衬底进行预处理，改变衬底预设区域部分的预设反应速率，使得预设区域部分对应的预设反应速率大于非预设区域部分对应的预设反应速率。
本步骤中，通过对衬底预设区域部分进行预处理，使得衬底预设区域部分的预设反应速率，达到预设区域部分对应的预设反应速率大于非预设区域部分对应的预设反应速率的效果，从而在后续步骤302中对衬底进行预设反应时，能够使得预设区域部分的反应速率和非预设区域部分的反应速率不同，以生成预设形状的牺牲材料部分。
步骤302，对所述衬底进行所述预设反应，生成牺牲材料部分；所述牺牲材料部分包括位于所述衬底上表面之上的上半部分和位于所述衬底下表面之下的下半部分。
其中，所述下半部分由底面和第一侧面围成；所述底面整体与所述衬底表面平行，所述第一侧面为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面。所述上半部分由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半部分对应的部分包括顶面和第二侧面，所述第二侧面为由所述顶面边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面。
可选的，所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面；所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底面所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下。
可选的，所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶面所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。
一个实施例中，所述第一圆滑曲面的曲率小于第一预设值；所述第二圆滑曲面的曲率小于第二预设值。
可以理解的，由于预设区域部分对应的预设反应速率大于非预设区域部分对应的预设反应速率，因此在对衬底进行预设反应时，预设区域部分反应快和非预设区域部分的反应慢，从而能够生成预设形状的牺牲材料部分。
一个实施例中，步骤302具体实现过程可以包括：将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，得到牺牲材料部分。对应的，在步骤301中对衬底的预处理为能够提高衬底预设区域部分的氧化反应速率的手段。该手段可以为在预设区域进行离子注入以提高衬底预设区域部分的氧化反应速率，也可以为在衬底上形成一层预设图案的屏蔽层来提高衬底预设区域部分的氧化反应速率。
当然，在其他实施例中，步骤301中的预处理还可以为氧化处理之外的手段，同样该手段可以为在预设区域进行离子注入以提高衬底预设区域部分的氧化反应速率，也可以为在衬底上形成一层预设图案的屏蔽层来提高衬底预设区域部分的氧化反应速率。
步骤303，在所述牺牲材料层上形成多层结构；所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层和上电极层；
其中上电极层和下电极层中的至少一者包括声再分布层；
一种实施例中，所述多层结构还包括钝化层和籽晶层。
步骤304，去除所述牺牲材料部分，形成谐振器。
本实施例中，衬底可以为硅衬底或其他材质的衬底，对此不予限制。
上述谐振器制作方法，通过对衬底进行预处理来使得衬底预设区域部分的反应速率大于非预设区域部分对应的预设反应速率，从而能够在对衬底进行预设反应时，生成预设形状的牺牲材料部分，再在所述牺牲材料层上形成多层结构，最后去除牺牲材料部分形成具有特殊腔体结构的谐振器，相对于传统的制作方法对谐振器工作区域的表面粗糙度更为容易控制。
参见图12，本发明一实施例公开一种谐振器制作方法，包括以下步骤：
步骤401，在衬底上形成屏蔽层，所述屏蔽层覆盖所述衬底上除预设区域之外的区域，参见图13(a)。
本步骤中，在衬底上形成屏蔽层的过程可以包括：
在所述衬底上形成屏蔽介质，所述屏蔽层用于屏蔽所述衬底除预设区域之外的区域发生所述预设反应；
去除预设区域对应的屏蔽介质，形成所述屏蔽层。
其中，屏蔽介质的作用为使得衬底上覆盖屏蔽介质部分的反应速率低于未覆盖屏蔽介质部分的反应速率。进一步的，屏蔽层可以用于屏蔽所述衬底除预设区域之外的区域发生所述预设反应。
步骤402，对形成屏蔽层的衬底进行预处理，控制衬底上与所述预设区域对应的部分发生预设反应，得到牺牲材料部分；所述牺牲材料部分包括位于所述衬底上表面之上的上半部分和位于所述衬底下表面之下的下半部分。
其中，所述下半部分由底面和第一侧面围成；所述底面整体与所述衬底表面平行，所述第一侧面为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面。所述上半部分由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半部分对应的部分包括顶面和第二侧面，所述第二侧面为由所述顶面边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面。
可选的，所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面。例如，所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底面所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下。
可选的，所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶面所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。
一个实施例中，所述第一圆滑曲面的曲率小于第一预设值；所述第二圆滑曲面的曲率小于第二预设值。
作为一种可实施方式，步骤402的实现过程可以包括：将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，控制衬底上与所述预设区域对应的部分发生氧化反应，得到牺牲材料部分，参见图13(b)。
其中，所述将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，可以包括：
在预设范围的工艺温度环境中，向所述衬底通入高纯氧气，以使得所述衬底上与所述预设区域对应的部分生成氧化层；
经过第一预设时间后，停止向所述衬底通入高纯氧气，通过湿氧氧化、氢氧合成氧化和高压水汽氧化中的一种或多种方式，使得衬底上的氧化层厚度达到预设厚度；
停止向所述衬底通入湿氧并向所述衬底通入高纯氧气，经过第二预设时间后完成对所述衬底的氧化处理。
其中，所述预设范围可以为1000℃～1200℃；所述第一预设时间可以为20 分钟～140分钟；所述预设厚度可以为0.4μm～4μm；所述第二预设时间可以为 20分钟～140分钟；所述高纯氧气的流量可以为3L/分钟～15L/分钟。
需要说明的是，采用纯氧气、湿氧、氢氧合成和高压水汽氧化中的一种手段或几种手段的结合，过渡区形貌会有一定的差别；同时，屏蔽层的种类和结构的选择，对过渡区的形貌有一定的营销，根据多层结构的厚度和压电层对曲率变化的要求，合理选择氧化方式和屏蔽层种类和结构。
步骤403，去除预处理后的衬底屏蔽层，参见图13(c)。
步骤404，在去除屏蔽层后的衬底上形成多层结构，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层和上电极层，参见图13(d)。
其中，上电极层和下电极层中的至少一者包括声再分布层。
一种实施例中，所述多层结构还包括钝化层和籽晶层。
步骤405，移除所述牺牲材料部分，参见图13(e)。
本实施例中，所述屏蔽层可以为SiN材质层、SiO2材质层、多晶硅材质层，或为由上述两种或三种材质混合组成的多层结构，所述衬底可以为硅衬底或其他材质的衬底，对此不予限制。
一个实施例中，屏蔽层可以采用SiN，也可以采用多层膜结构，SiN作为氧化屏蔽层，其屏蔽效果较好，屏蔽区和非屏蔽区反应速率相差较大。可以通过刻蚀或腐蚀等手段，把需要制作谐振器区域的屏蔽介质去除，将硅片放在氧化气氛中进行氧化，有屏蔽介质部分的反应速率和没有屏蔽介质部分的反应速率相差较大：没有屏蔽介质部分的反应速率较快，衬底Si与氧气反应形成SiO2，生成的SiO2厚度不断增加，其上表面逐渐比有屏蔽介质部分的表面升高，没有屏蔽介质部分的Si表面逐渐下降，相对没有屏蔽介质部分的表面降低，由于屏蔽层的边缘部分氧气会从侧面进入屏蔽层下面，使得屏蔽层边缘的氧化速率较没有屏蔽介质部分的氧化速率慢，比有屏蔽介质部分的氧化速率快，越接近屏蔽介质的边缘，速率越趋于没有屏蔽介质部分的氧化速率。在屏蔽层边缘形成一个没有速率变化的过渡区域，该过渡区域通过优化氧化方式和屏蔽层种类和结构，可以形成圆滑曲面，在该圆滑曲面上生长含AlN等压电薄膜的多层结构，可以确保压电薄膜的晶体质量。
本发明实施例还公开一种半导体器件，包括上述任一种谐振器，具有上述谐振器所具有的有益效果。例如，该半导体器件可以为滤波器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种谐振器，其特征在于，包括：
衬底；
压电层，具有第一表面和第二表面；
第一电极，邻近于所述第一表面设置，所述第一电极包括第一导电层和第二导电层；第一导电层邻近于所述压电层设置，具有第一声阻抗；第二导电层设置在所述第一导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于第一声阻抗的第二声阻抗；
第二电极，邻近于所述第二表面设置，所述第二电极包括第三导电层和第四导电层；第三导电层邻近于所述压电层设置，具有第三声阻抗；第四导电层设置在所述第三导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于所述第三声阻抗的第四声阻抗；
其中，所述第一导电层和所述第三导电层由第一材料形成，所述第二导电层和所述第四导电层由第二材料形成；
在所述衬底和多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体，所述多层结构包括所述压电层、所述第一电极和所述第二电极；
所述下半腔体由底壁和第一侧壁围成，所述底壁整体与所述衬底表面平行，所述第一侧壁为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面；
所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面；
所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底壁所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下；
所述上半腔体由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半腔体对应的部分包括顶壁和第二侧壁围成，所述第二侧壁为由所述顶壁边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面；
所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；
所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶壁所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述第一材料包括铌、钼或铌与钼构成的合金中的一种，所述第二材料包括钨或铱。
3.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述压电层的材质为具有1％到10％的钪浓度的氮化铝钪或AL1-xScxN。
4.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，还包括：
钝化层，其设置在所述第一电极和所述第二电极中的一者的与所述压电层相对的一侧上；
籽晶层，其设置在所述第一电极和所述第二电极中的另一者的与所述压电层相对的一侧上。
5.根据权利要求4所述的谐振器，其特征在于，所述钝化层包括氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝及掺硼氧化硅中的一种；所述籽晶层包括氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝及掺硼氧化硅中的一种。
6.一种谐振器，其特征在于，包括：
衬底；
压电层，具有第一表面和第二表面；
第一电极，邻近于所述第一表面设置，所述第一电极包括第一导电层和第二导电层；第一导电层邻近于所述压电层设置，具有第一声阻抗；第二导电层设置在所述第一导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于第一声阻抗的第二声阻抗；
第二电极，邻近于所述第二表面设置；
钝化层，其设置在所述第一电极和所述第二电极中的一者的与所述压电层相对的一侧上；
籽晶层，其设置在所述第一电极和所述第二电极中的另一者的与所述压电层相对的一侧上；
其中，在所述衬底和多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体，所述多层结构包括所述压电层、所述第一电极、所述第二电极、所述籽晶层和所述钝化层；
所述下半腔体由底壁和第一侧壁围成，所述底壁整体与所述衬底表面平行，所述第一侧壁为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面；
所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面；
所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底壁所在的平面之上；
所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下；
所述上半腔体由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半腔体对应的部分包括顶壁和第二侧壁围成，所述第二侧壁为由所述顶壁边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面；
所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；
所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶壁所在的平面之下；
所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。
7.根据权利要求6所述的谐振器，其特征在于，所述钝化层包括氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝及掺硼氧化硅中的一种，所述籽晶层包括氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝及掺硼氧化硅中的一种。
8.根据权利要求6所述的谐振器，其特征在于，所述第一导电层包括铌、钼或铌与钼构成的合金中的一种，所述第二导电层包括钨或铱。
9.根据权利要求8所述的谐振器，其特征在于，所述第二电极包括第三导电层和第四导电层；第三导电层邻近于所述压电层设置，具有第三声阻抗；第四导电层设置在所述第三导电层的与所述压电层相对的一侧，具有大于所述第三声阻抗的第四声阻抗。
10.根据权利要求6所述的谐振器，其特征在于，所述压电层的材质为具有1％到10％的钪浓度的氮化铝钪或AL1-xScxN。
11.一种半导体器件，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的谐振器。
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