CN115567024B - 体声波谐振器及其制作方法、滤波器及电子设备 - Google Patents

体声波谐振器及其制作方法、滤波器及电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种体声波谐振器及其制作方法、滤波器及电子设备，该体声波谐振器包括基底和沿背离基底方向依次排布的声反射结构、底电极、压电层和顶电极，底电极背离基底的表面设置有第一凹陷，在底电极背离基底的一侧形成压电层时，第一凹陷的形貌传递到压电层背离基底的表面，在压电层背离基底的表面形成第二凹陷，压电层各处厚度相等，即没有对压电层进行刻蚀等任何物理破坏，从而不会破坏压电层在第二凹陷附近的局部应力分布，使得压电层中的应力分布可以更加均匀，进而提高体声波谐振器的性能和良率，且第一凹陷及第二凹陷位于有效谐振区域的边缘附近，还可以抑制横波谐振，减少横波泄露，提高体声波谐振器的品质因子。

Description

体声波谐振器及其制作方法、滤波器及电子设备
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种体声波谐振器及其制作方法、滤波器及电子设备。
背景技术
随着电磁频谱的日益拥挤、无线通讯设备频段与功能的不断增加、以及无线通讯电磁频谱从500MHz到5GHz以上的高速增长，人们对性能高、成本低、功耗低、体积小的射频前端模块的需求与日俱增。滤波器作为射频前端模块之一，具有改善发射和接收信号的功能，在射频前端模块中发挥着举足轻重的作用。由多个体声波谐振器(Thin film bulkacoustic resonator，Fbar)以拓扑网络结构连接组成的滤波器，因具有体积小、集成能力强、高频下仍具有高品质因子和强功率承受能力等特点而满足了射频前端模块的高标准要求。因而，高性能体声波谐振器的制备成为如今的研究热门之一。
体声波谐振器通常由上下电极和夹在上下电极之间的压电层组成，即“三明治”结构，当上下电极施加电场时，压电层将电能转换为机械能，机械能以声波的形式存在，且上电极的上表面与空气接触，使得声波在上电极与空气交界处发生全反射，从而抑制能量泄露，与此同时，下电极的下表面设置有声反射元件，使得能量不至于泄露到基底，从而储存在体声波谐振器内。由此可见，体声波谐振器中压电层的质量直接决定了体声波谐振器的性能和良率。
在体声波谐振器的制作过程中，在晶圆上形成压电层时，由于压电层材料与基底材料的热膨胀系数、晶格常数均不同，并且受外界环境温度变化的影响，导致压电层内应力分布不均匀，且压电层在晶圆上的整体应力分布呈现高低波动分布，这会严重影响体声波谐振器的性能和良率，进而影响滤波器的性能和良率。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种体声波谐振器及其制作方法、滤波器及电子设备，以提供一种压电层中应力分布较为均匀的体声波谐振器。
为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
根据本申请的第一方面，一种体声波谐振器，包括：
基底；
位于所述基底上或嵌入所述基底内的声反射结构；
位于所述声反射结构和所述基底一侧依次排布的底电极、压电层和顶电极，其中，所述底电极背离所述基底的表面设置有第一凹陷，所述压电层填充所述第一凹陷，所述压电层背离所述基底的表面设置有第二凹陷，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述压电层各处厚度相等，所述第一凹陷在所述基底所在平面的正投影覆盖所述第二凹陷在所述基底所在平面的正投影。
可选的，所述声反射结构和所述基底组成的整体朝向所述底电极的表面设置有第三凹陷，所述底电极填充所述第三凹陷，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述底电极各处厚度相等，所述第三凹陷在所述基底所在平面的正投影覆盖所述第一凹陷在所述基底所在平面的正投影。
可选的，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述声反射结构的边缘位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合；
所述第二凹陷具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二侧边位于所述第一侧边的外侧；
在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷的第一侧边位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合。
可选的，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述声反射结构的边缘位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合；
所述第二凹陷具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二侧边位于所述第一侧边的外侧；
在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷的第二侧边位于所述顶电极的边缘内侧，或与所述顶电极的边缘重合。
可选的，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述顶电极对应所述第二凹陷的部分的延伸方向与所述基底所在平面平行；
或，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述顶电极对应所述第二凹陷的部分向背离所述基底的一侧凸起。
可选的，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述声反射结构的边缘位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合；
所述第二凹陷具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二侧边位于所述第一侧边的外侧；
在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷的第一侧边位于所述顶电极的边缘内侧，所述第二凹陷的第二侧边位于所述顶电极的边缘外侧。
可选的，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述顶电极的边缘位于所述声反射结构的边缘外侧；
所述第二凹陷具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二侧边位于所述第一侧边的外侧；
在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷的第一侧边位于所述声反射结构的边缘内侧，或与所述声反射结构的边缘重合，所述第二凹陷的第二侧边位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合。
可选的，所述顶电极包括第一部分和第二部分，所述第一部分的延伸方向平行于所述基底所在平面，且所述第一部分与所述压电层背离所述基底的表面接触，所述第二部分悬空于所述第二凹陷上方；
所述第二部分的延伸方向平行于所述基底所在平面；
或，所述第二部分的延伸方向与所述第一部分的延伸方向之间的夹角大于0°，小于90°。
可选的，所述第二凹陷的第一侧边位于所述顶电极的边缘内侧，所述第二凹陷的第二侧边位于所述顶电极的边缘外侧；
所述第二部分的延伸方向平行于所述基底所在平面，所述第二部分背离所述第一部分的端面与所述基底所在平面垂直。
可选的，所述顶电极包括多个侧边，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷与所述顶电极的至少一个侧边对应设置。
可选的，所述第二凹陷包括对应所述顶电极的各个侧边的至少一个连续沟槽；
和/或，所述第二凹陷包括对应所述顶电极的至少一个侧边的多个点状沟槽。
可选的，所述声反射结构为空腔或布拉格反射镜结构。
可选的，所述第一凹陷和所述第二凹陷均为倒梯形、倒三角形、方形或不规则形。
可选的，所述第二凹陷内设置有填充介质，所述填充介质包括空气、磷掺杂的二氧化硅、碳掺杂的二氧化硅、介电树脂或苯并环丁烯。
可选的，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第一凹陷的深度小于或等于所述底电极的厚度。
可选的，所述底电极末端呈垂直状、倾斜状、阶梯状或弧形。
根据本申请的第二方面，一种体声波谐振器的制作方法，包括：
提供一基底；
在所述基底上形成底电极，并在所述底电极背离所述基底的表面形成第一凹陷，所述底电极和所述基底之间设置有声反射结构或牺牲层；
在所述底电极背离所述基底的一侧形成压电层，所述压电层填充所述第一凹陷，且在所述压电层的形成过程中，所述第一凹陷的形貌传递到所述压电层背离所述基底的表面，从而在所述压电层背离所述基底的表面形成第二凹陷，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述压电层各处厚度相等，所述第一凹陷在所述基底所在平面的正投影覆盖所述第二凹陷在所述基底所在平面的正投影；
在所述压电层背离所述基底的一侧形成顶电极。
可选的，该方法在形成所述底电极之前，还包括：
形成声反射结构或牺牲层，所述声反射结构或所述牺牲层位于所述基底上或嵌入所述基底内；
在所述声反射结构或所述牺牲层与所述基底组成的整体的一侧形成第三凹陷；
所述底电极的形成过程包括：
在所述声反射结构或所述牺牲层与所述基底组成的整体的一侧形成底电极，所述底电极填充所述第三凹陷，且在所述底电极的形成过程中，所述第三凹陷的形貌传递到所述底电极背离所述基底的表面，从而在所述底电极背离所述基底的表面形成所述第一凹陷，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述底电极各处厚度相等，所述第三凹陷在所述基底所在平面的正投影覆盖所述第一凹陷在所述基底所在平面的正投影。
根据本申请的第三方面，一种滤波器，包括上述任一项所述的体声波谐振器。
根据本申请的第四方面，一种电子设备，包括上述滤波器或上述任一项所述的体声波谐振器。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本申请实施例所提供的体声波谐振器，包括基底和沿背离基底方向依次排布的声反射结构、底电极、压电层和顶电极，其中，底电极背离基底的表面设置有第一凹陷，在底电极背离基底的一侧形成压电层时，第一凹陷的形貌传递到压电层背离基底的表面，在压电层背离基底的表面形成第二凹陷，那么，在垂直于基底所在平面的方向上，压电层各处厚度相等，即没有对压电层进行刻蚀等任何方式的物理破坏，从而不会破坏压电层在第一凹陷及第二凹陷附近的局部应力分布，对单个体声波谐振器来说，压电层的局部应力控制更加容易，使得压电层中的应力分布可以更加均匀，进而可以提高体声波谐振器的性能。
并且，对整个晶圆上各体声波谐振器的压电层来说，均可以在不对压电层造成任何物理破坏的情况下，通过第一凹陷的形貌传递使得各体声波谐振器的压电层形成第二凹陷，且在垂直于基底所在平面的方向上，晶圆各处对应的压电层厚度相等，使得压电层在晶圆上的整体应力分布不再呈高低波动分布，而是趋近于均匀分布，减小压电层中应力在整个晶圆上的波动，使得晶圆上不同位置处对应压电层的应力差异较小，从而提高整个晶圆上压电层应力分布的均匀性，进而提高晶圆上体声波谐振器的良率。
再者，本申请实施例所提供的体声波谐振器，没有对压电层进行刻蚀等任何方式的物理破坏，还保证了体声波谐振器的机械强度和器件可靠性。
另外，在体声波谐振器中，起主要作用的是沿压电层厚度方向传播的纵波，但不可避免地会激发沿平行于基底所在平面方向传播的横波，且横波容易从有效谐振区域的侧边边缘泄露，造成能量损失。而在本申请实施例所提供的体声波谐振器中，在垂直于基底所在平面的方向上，第一凹陷和第二凹陷可以位于有效谐振区域的边缘附近，此时，第二凹陷形成压电层与填充第二凹陷的空气或其他介质的边界，第一凹陷形成压电层和底电极的边界，因此，第一凹陷和第二凹陷组成的双层凹陷结构可以在有效谐振区域的边缘附近产生声阻抗变化，形成干涉结构，从而抑制横波谐振，减少横波的声能占比，提高体声波谐振器的品质因子；并且，第一凹陷还形成横波陷阱结构，使得横波从有效谐振区域横向传播至第一凹陷时，在第一凹陷形成的横波陷阱结构中被多次反射回有效谐振区域，这样一方面减少横波泄露，即减少声能损失，另一方面还可以进一步抑制横波谐振，减少横波的声能占比，提高体声波谐振器的品质因子；同时，第一凹陷周边的压电层发生了形貌变化，同样可以反射横波，以减少横波泄露，提高体声波谐振器的品质因子。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1(a)-图1(h)为本申请不同实施例所提供的体声波谐振器的剖面结构示意图；
图2(a)-图2(e)为本申请不同实施例所提供的体声波谐振器的剖面结构示意图；
图3(a)-图3(d)为本申请不同实施例所提供的体声波谐振器的剖面结构示意图；
图4(a)-图4(e)为本申请不同实施例所提供的体声波谐振器的剖面结构示意图；
图5-图8为本申请不同实施例所提供的体声波谐振器的剖面结构示意图；
图9为压电层和基底受到拉应力而弯曲的示意图；
图10为压电层和基底受到压应力而弯曲的示意图；
图11为现有一种体声波谐振器和本申请实施例所提供的体声波谐振器中压电层在晶圆上的整体应力分布对比示意图；
图12为现有一种体声波谐振器中压电层在晶圆上的整体应力分布俯视示意图；
图13为一种在压电层上进行刻蚀而形成凹陷的体声波谐振器中压电层在晶圆上的整体应力分布俯视示意图；
图14为本申请实施例所提供的体声波谐振器中压电层在晶圆上的整体应力分布俯视示意图；
图15为本申请实施例所提供的体声波谐振器和传统三明治结构的体声波谐振器的阻抗随频率变化的关系示意图；
图16为图15中实线圆圈标出部分的放大示意图；
图17为本申请实施例所提供的体声波谐振器和传统三明治结构的体声波谐振器的Smith圆图；
图18为本申请一个实施例所提供的体声波谐振器中，顶电极和第二凹陷的俯视示意图；
图19为本申请另一个实施例所提供的体声波谐振器中，顶电极和第二凹陷的俯视示意图；
图20为本申请再一个实施例所提供的体声波谐振器中，顶电极和第二凹陷的俯视示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
正如背景技术部分所述，现在亟需提供一种压电层中应力分布较为均匀的体声波谐振器。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种体声波谐振器，图1(a)-图1(h)、图2(a)-图2(e)、图3(a)-图3(d)、图4(a)-图4(e)和图5-图8给出了本申请各实施例所提供的体声波谐振器的剖面结构示意图，从图中可以看出，该体声波谐振器包括：
基底100；
位于基底100上或嵌入基底100内的声反射结构200；
位于声反射结构200和基底100一侧依次排布的底电极300、压电层400和顶电极500，其中，底电极300背离基底100的表面设置有第一凹陷10，压电层400填充第一凹陷10，压电层400背离基底100的表面设置有第二凹陷20，在垂直于基底100所在平面的方向上，压电层400各处厚度相等，第一凹陷10在基底100所在平面的正投影覆盖第二凹陷20在基底100所在平面的正投影；
在本申请实施例中，当底电极300和顶电极500施加电场时，位于底电极300和顶电极500之间的压电层400将电能转换为声波形式的机械能，且顶电极500背离基底100的表面与空气接触形成反射面，底电极300和基底100之间设置有声反射结构200，均可以对声波进行反射，从而使得声波存储在声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500沿垂直于基底100所在平面的方向上的重叠区域中，我们知道，在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500的重叠区域构成有效谐振区域，因此，声波存储在有效谐振区域内。
需要说明的是，由于压电层400材料(如AlN材料)与基底100材料的晶格常数不匹配，且热膨胀系数也不同，因此，在外界环境温度变化时，例如在压电层形成过程中或使用过程中的温度变化，就会导致压电层400和基底100受到拉应力向上弯曲(如图9所示)，或受到压应力(如图10所示)向下弯曲，其中，图9和图10为表现应力变化，只画出了压电层400和基底100。而压电层的应力对压电层的有效机电耦合系数Kt2具有较大的影响，例如，当AlN压电薄膜的应力由压应力-2200MPa变化到拉应力1000MPa时，AlN压电薄膜的有效机电耦合系数Kt2从4.86％增加到7.22％，AlN压电薄膜的有效机电耦合系数Kt2发生如此剧烈的变化，将严重影响体声波谐振器的性能，进而影响滤波器的通带波动、***损耗和带宽等性能。因此，为了提高体声波谐振器的性能，必须保证压电层400的有效机电耦合系数Kt2的一致性，即要求压电层400的应力分布较为均匀。尤其是针对大尺寸的晶圆，例如6英寸、8英寸和12英寸的晶圆等，由于随着晶圆尺寸的增大，压电层产生的应力也会相应增大，因此，控制压电层的应力均匀性显得更为重要。
基于此，在本申请实施例中，在垂直于基底100所在平面的方向上，压电层400各处厚度相等，并没有对压电层400进行刻蚀等任何方式的物理破坏，在压电层400背离基底100的表面形成的第二凹陷是通过先在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10，然后在底电极300背离基底100的一侧形成压电层400时，使得第一凹陷10的形貌直接传递到压电层400背离基底100的表面，从而在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20的，那么，压电层400在第一凹陷10及第二凹陷20的内部，且在第一凹陷10及第二凹陷20的两侧均具有相同的厚度，从而不会破坏压电层400在第一凹陷10及第二凹陷20附近的局部应力分布，对单个体声波谐振器来说，压电层400的局部应力更加容易控制，使得压电层400中的应力分布可以更加均匀，进而由于压电层400的应力分布更加均匀，因此，压电层400的有效机电耦合系数Kt2分布也更加均匀，使得体声波谐振器的性能得以提高。
并且，对整个晶圆上各体声波谐振器的压电层来说，在现有技术中，由于压电层400在形成过程中应力叠加的各种因素，导致各体声波谐振器的压电层应力分布不一致，图11给出了现有一种体声波谐振器中压电层在晶圆上的整体应力分布示意图，从图11中可以看出，在现有技术中，压电层的应力在沿晶圆边缘区域向晶圆中心区域的方向上呈现高低波动分布，图12给出了现有一种体声波谐振器中压电层在晶圆上的整体应力分布俯视示意图，从图12可以看出，在现有技术中，压电层在晶圆上呈现环状波动分布，且靠近晶圆的中心区域仍有应力变化，以上压电层在晶圆上整体应力分布的不均匀性，将导致晶圆上压电层应力差异较大的位置对应的体声波谐振器的性能差异较大，进而导致体声波谐振器的良率较差。
图13给出了一种在压电层上进行刻蚀而形成凹陷的体声波谐振器中压电层在晶圆上的整体应力分布俯视示意图，从图13中可以看出，压电层在晶圆上的整体应力分布变化较大，且靠近晶圆的中心区域仍有应力变化，这是因为对压电层进行刻蚀而形成凹陷，对压电层造成了物理破坏，从而导致压电层在凹陷附近的应力剧烈变化，且应力变化范围较大，应力变化也不规律所引起的。
基于此，在本申请实施例中，对整个晶圆上各体声波谐振器的压电层来说，均可以在不对压电层造成任何物理破坏的情况下，通过第一凹陷10的形貌传递使得各体声波谐振器的压电层400形成第二凹陷20，且在垂直于基底100所在平面的方向上，晶圆各处对应的压电层400厚度相等，从而使得压电层在晶圆上的整体应力分布不再呈现较大的高低波动分布，而是趋近于均匀分布。
图11和图14均给出了本申请实施例所提供的体声波谐振器中压电层在晶圆上的整体应力分布示意图，其中，图14为俯视示意图，从图11和图14可以看出，压电层在晶圆上的整体应力分布趋于均匀，虽然晶圆边缘区域对应的压电层应力也有变化，但变化较小，且晶圆中心区域对应的压电层应力分布均匀性较高，即晶圆上各体声波谐振器中压电层的应力在整个晶圆上波动较小，使得晶圆上不同位置处对应压电层的应力差异较小，从而提高整个晶圆上压电层应力分布的均匀性，进而提高晶圆上体声波谐振器的良率。
另外，本申请实施例所提供的体声波谐振器，没有对压电层进行刻蚀等任何方式的物理破坏，还可以保证体声波谐振器的机械强度和器件可靠性，进一步提高体声波谐振器的性能和良率。
还需要说明的是，体声波谐振器的理想工作模式是声波沿着压电层的厚度方向传播，即纵向模式，此时，声波能够存储在有效谐振区域内，然而，声波在体声波谐振器内的传播不仅有纵向模式，还有横向模式，即还存在沿平行于基底所在平面的方向传播的横波，横向模式是在纵向模式的情况下同时产生的。可以理解的是，横波在有效谐振区域内横向传播，使得纵波在总的声能中占比减小，从而造成体声波谐振器能量的损失和耗散，进而降低体声波谐振器的品质因子(即Q因子)，体声波谐振器的品质因子(即Q因子)通常定义为体声波谐振器在施加的一个射频(RF)信号周期内存储的最大声波能量除以该周期内耗散或损失的总能量，如果横波模式发生谐振，那么，横波将在总的声能中占比更高，导致纵波的声能占比更小，体声波谐振器的能量损耗进一步增大；由于横波沿平行于基底所在平面的方向传播，因此，横波还容易从有效谐振区域的侧边边缘泄露，同样会造成体声波谐振器的能量损失。
基于此，在本申请实施例所提供的体声波谐振器中，在垂直于基底100所在平面的方向上，第一凹陷10及第二凹陷20可以位于顶电极500的边缘附近，通常情况下，声反射结构200在基底100所在平面的正投影覆盖顶电极500在基底100所在平面的正投影，以避免顶电极500超出声反射结构200的部分与压电层400接触产生寄生振荡，因此，有效谐振区域通常情况下由顶电极500的末端所决定，在本实施例中，由于第二凹陷20是通过第一凹陷10的形貌传递所形成的，因此，第一凹陷10和第二凹陷20在垂直于基底100所在平面的方向上位置相对应，那么，可以将第一凹陷10及第二凹陷20设置在顶电极500的边缘附近，也就是可以将第一凹陷10及第二凹陷20设置在有效谐振区域的边缘附近。
此时，第二凹陷20形成压电层400与填充第二凹陷20的空气或其他介质的边界，第一凹陷10形成压电层400和底电极300的边界，由于声阻抗与介质的材料有关，填充第二凹陷20的空气或其他介质与压电层400的声阻抗不同，底电极300与压电层400的声阻抗也不同，因此，第一凹陷10和第二凹陷20可以在有效谐振区域的边缘附近产生声阻抗变化，形成干涉结构，从而抑制横波谐振，减少横波的声能占比，提高体声波谐振器的品质因子。同时，第一凹陷10和第二凹陷20形成双层凹陷结构，具有双重干涉效果，两者的结合可以进一步增强对横波的抑制效果。
并且，第一凹陷10内填充压电层材料，由于压电层400和底电极300材料不同，因此，压电层400和底电极300的声阻抗也不同，例如，压电层为AlN压电层，底电极为Mo金属层，AlN压电层的声阻抗为36Mrayls，而底电极Mo金属层的声阻抗为63Mrayls，这还会使得第一凹陷10处的底电极材料和压电层材料形成横波陷阱结构，使得横波从有效谐振区域横向传播至第一凹陷10时，在第一凹陷10形成的横波陷阱结构中被多次反射回有效谐振区域，这样一方面减少横波泄露，即减少声能损失，另一方面还可以进一步抑制横波谐振，减少横波的声能占比，提高体声波谐振器的品质因子。同时，第一凹陷10周边的压电层发生了形貌变化，同样可以反射横波，以减少横波泄露，提高体声波谐振器的品质因子。
图15给出了本申请实施例所提供的体声波谐振器和传统三明治结构的体声波谐振器的阻抗随频率变化的关系示意图，从图中可以看出，传统三明治结构的体声波谐振器的串联阻抗Rs为3.5Ω，本申请实施例所提供的体声波谐振器的串联阻抗Rs为1.5Ω，即本申请实施例所提供的体声波谐振器的串联阻抗Rs更低。
图16给出了图15中实线圆圈标出部分的放大示意图，从图中可以看出，传统三明治结构的体声波谐振器的并联阻抗Rp为2700Ω，本申请实施例所提供的体声波谐振器的并联阻抗Rp为3000Ω，即本申请实施例所提供的体声波谐振器的并联阻抗Rp更高。
由此可知，与传统三明治结构的体声波谐振器相比，本申请实施例所提供的体声波谐振器，通过在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10，并通过形貌传递在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20，使得体声波谐振器的串联阻抗Rs降低，且并联阻抗Rp升高。我们知道，谐振器的Q值(Qs和Qp表征)与阻抗值(Rs和Rp表征)关联性较大，当体声波谐振器面积一定时，Rs与Qs成负相关性，Rp与Qp成正相关性，因此，在本实施例中，降低体声波谐振器的串联阻抗Rs会提升Qs，或者提升体声波谐振器的并联阻抗Rp会提升Qp，Qs和Qp的提升均表示体声波谐振器的Q因子提升。一般情况下，各体声波谐振器的Q值(Qs和Qp表征)越大，体声波谐振器的声波损失就越小，体声波谐振器的性能就越好，其所级联构成的滤波器通带***损耗就越小，整体性能也就越好。
图17进一步给出了本申请实施例所提供的体声波谐振器和传统三明治结构的体声波谐振器的Smith圆图，从图中可以看出，与传统三明治结构的体声波谐振器相比，本申请实施例所提供的体声波谐振器的曲线更靠近Smith圆图的边缘，且更加平缓，说明本申请实施例所提供的体声波谐振器的寄生振荡较少，即本申请实施例所提供的体声波谐振器的寄生谐振强度改善也较多。
再需要说明的是，在本申请实施例所提供的体声波谐振器中，并不限定第一凹陷10及第二凹陷20必须设置在有效谐振区域的边缘附近，在垂直于基底100所在平面的方向上，第一凹陷10及第二凹陷20也可以位于整体有效谐振区域的内部，例如，如图2(b)所示，此时，第一凹陷10及第二凹陷20位于顶电极500的边缘内侧，当然，由于第一凹陷10及第二凹陷20所在位置对应的声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500并不重叠，因此，第一凹陷10及第二凹陷20所在位置为非有效谐振区域，而第一凹陷10及第二凹陷20的两侧可以均是有效谐振区域。
也就是说，本申请实施例所提供的体声波谐振器，通过在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10，并通过形貌传递使得压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20，从而在不对压电层400进行任何物理破坏的前提下，在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20，以此来解决现有技术中需要对压电层400进行刻蚀等物理破坏而在压电层400上形成凹陷从而造成压电层400应力分布不均匀的问题，改善压电层400应力分布的均匀性，提高体声波谐振器的性能和良率，并且，第一凹陷10及第二凹陷20可以位于有效谐振区域的边缘附近，从而还可以抑制横波谐振，并减少横波泄露，即在减少声能损失的基础上，减少横波的声能占比，提高体声波谐振器的品质因子。
在本实施例中，由于第一凹陷10的形貌在压电层400的沉积过程中进行传递，从而在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20，因此，理想情况下，第二凹陷10和第一凹陷20的形貌完全相同，即第一凹陷10在基底所在平面的正投影应与第二凹陷20在基底所在平面的正投影完全重合。但考虑到实际工艺，第一凹陷10在基底所在平面的正投影可能大于第二凹陷20在基底所在平面的正投影，即第一凹陷10在基底所在平面的正投影覆盖第二凹陷20在基底所在平面的正投影。
具体的，在垂直于基底所在平面的方向上，第二凹陷20的深度小于或等于第一凹陷10的深度，在平行于基底所在平面的方向上，第二凹陷20的宽度小于或等于第一凹陷10的宽度。
其中，对于第一凹陷10，在垂直于基底所在平面的方向上，第一凹陷10的深度可以小于或等于底电极300的厚度。可选的，第一凹陷10的深度可以为10nm-50nm，第一凹陷10的宽度可以设置为其深度的1.5倍-3倍，从而减小压电层400在填充第一凹陷10时的形貌突变，最大限度降低压电层400的应力变化，在有些情况下，需要将第一凹陷10的深度设计为50nm-100nm，甚至150nm以上(如300nm)，此时，第一凹陷10的宽度可以相应调宽，以减小压电层400在第一凹陷10处的形貌突变，实现性能和稳定性的平衡。对于第二凹陷20，其厚度和宽度均小于或等于第一凹陷的厚度和宽度。
在本实施例中，第一凹陷10和第二凹陷20均可以为倒梯形、倒三角形、方形或不规则形，具体视情况而定，当第一凹陷10和第二凹陷20的侧壁为倾斜状时，可以减小压电层400在第一凹陷10及第二凹陷20处的形貌突变，最大限度降低压电层400应力的变化，
在本实施例中，第二凹陷20内设置有填充介质，该填充介质可以包括低声阻抗、低介电常数或高绝缘性的介质材料，具体包括空气、磷掺杂的二氧化硅(PSG)、碳掺杂的二氧化硅(即SiOC、SiC、SiN的聚合物)、介电树脂(如商业上称为SiLK的介电树脂)或苯并环丁烯(BCB)等，具体视情况而定，但需注意的是，第二凹陷20内不能填充任何金属材料。
在本实施例中，在平行于基底所在平面的方向上，底电极300末端(即底电极300的边缘)需超过第一凹陷10的外侧边缘，即第一凹陷10需设置在底电极300的边缘内侧，且压电层400的末端需超过底电极300的末端。具体的，在平行于基底所在平面的方向上，第一凹陷10的外侧边缘与底电极300的末端之间的距离可以为2μm-5μm。
在本实施例中，对于底电极300的末端，可以垂直于基底所在平面，即呈垂直状，也可以与基底所在平面之间的夹角大于0，小于90度，即呈倾斜状，还可以呈阶梯状或弧形，当底电极300的末端呈倾斜状、阶梯状或弧形时，在后续沉积压电层400时，可以减弱压电层400在底电极300末端沉积时产生材料的不连续性，提高压电层400的压电一致性。
在本实施例中，可选的，如图1(a)-图1(h)、图2(a)-图2(e)、图3(a)-图3(d)、图4(a)-图4(e)、图6-图7所示，声反射结构200可以是空腔210，在此基础上，可选的，空腔210可以嵌入基底内，此时，基底100朝向底电极300的表面设置有凹槽，该凹槽后续将形成空腔；可选的，空腔210也可以位于基底100表面上方，此时，基底100朝向底电极300的表面呈水平状，底电极300向背离基底100的方向凸起，基底100表面和凸起的底电极300之间形成空腔。
可选的，如图5和图8所示，声反射结构200也可以是布拉格反射镜(DBR)结构220，从而形成固体装配型(SMR)谐振器，同样地，布拉格反射镜结构220可以位于基底100上，也可以嵌入基底100内。布拉格反射镜结构220是由低声阻材料和高声阻材料交替层叠形成，采用布拉格反射镜结构代替空腔作为声反射结构，可以改善空腔上方的有效谐振区域由于压力作用而发生塌陷造成的机械稳定性和可靠性差的问题，即还可以提高体声波谐振器中有效谐振区域的机械稳定性和可靠性。
在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，参考如图1(a)-图1(h)、图2(a)-图2(e)、图3(a)-图3(d)、图4(a)-图4(e)和图5所示，底电极300背离基底100的表面所设置的第一凹陷10，可以是对底电极300背离基底100的表面进行刻蚀而形成的第一凹陷10，刻蚀方法可以包括干法刻蚀、湿法刻蚀或干法及湿法刻蚀。
可选的，在本申请的另一个实施例中，参考图6-图8所示，底电极300背离基底100的表面所设置的第一凹陷10，也可以像在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20那样，通过形貌传递的方式在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10。
具体的，在本申请的一个实施例中，参考图6-图8所示，声反射结构200和基底100组成的整体朝向底电极300的表面设置有第三凹陷30，底电极300填充第三凹陷30，在垂直于基底100所在平面的方向上，底电极300各处厚度相等，第三凹陷30在基底100表面的正投影覆盖第一凹陷10在基底100表面的正投影。
在本实施例中，由于声反射结构200和基底100组成的整体朝向底电极300的表面设置有第三凹陷30，那么，在声反射结构200和基底100一侧形成底电极300时，第三凹陷30的形貌直接传递到底电极300背离基底100的表面，在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10，且底电极300填充第三凹陷30，进而在底电极300背离基底100的一侧形成压电层400时，第一凹陷10的形貌直接传递到压电层400背离基底00的表面，在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20，且压电层400填充第一凹陷10，也就是说，在底电极300和压电层400的沉积过程中，第三凹陷30的形貌依次传递给第一凹陷10和第二凹陷20，即第一凹陷10、第二凹陷20和第三凹陷30的形貌相同，位置在沿垂直于基底所在平面的方向上相对应。
此时，在垂直于基底所在平面的方向上，不仅压电层400各处厚度相等，底电极300各处厚度也相等，即不仅没有对压电层400进行刻蚀等任何方式的物理破坏而在压电层400背离基底的表面形成第二凹陷20，也没有对底电极300进行刻蚀等任何方式的物理破坏而在底电极300背离基底的表面形成第一凹陷10，因此，本实施例所提供的体声波谐振器中，压电层400的应力分布更加均匀，器件性能和良率更优。
在本实施例中，由于第三凹陷30的形貌在底电极300的沉积过程中进行传递，从而在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10，因此，理想情况下，第一凹陷10和第三凹陷30的形貌完全相同，即第三凹陷30在基底所在平面的正投影应与第一凹陷10在基底所在平面的正投影完全重合。但考虑到实际工艺，第三凹陷30在基底所在平面的正投影可能大于第一凹陷30在基底所在平面的正投影，即第三凹陷30在基底所在平面的正投影覆盖第一凹陷10在基底所在平面的正投影。
需要说明的是，由于声反射结构200可以是空腔210，也可以是布拉格反射镜结构220，因此，当声反射结构200为不同结构时，在声反射结构200和基底100组成的整体朝向底电极300的表面形成第三凹陷30的过程不太一样。
具体的，当声反射结构200为空腔210，且空腔210嵌入基底100内部时，参考图6和图7所示，在声反射结构200和基底100组成的整体朝向底电极300的表面形成第三凹陷30的过程包括：
首先，在基底100上刻蚀形成凹槽；
其次，在基底100的凹槽内填充牺牲材料，并研磨抛光牺牲材料，使得牺牲材料与基底100表面齐平，其中，牺牲材料可以包括磷硅酸盐玻璃(PSG)，例如包括8％的磷和92％的二氧化硅，该牺牲材料后续可以利用氢氟酸蚀刻去除；
然后，可以只在基底100上刻蚀形成第三凹陷30，具体如图6所示，当然，也可以在基底100的凹槽内所填充的牺牲材料上刻蚀形成第三凹陷30，具体如图7所示，还可以同时在基底100上和在基底100的凹槽内所填充的牺牲材料上刻蚀形成第三凹陷30，即第三凹陷30跨越空腔210的边缘；
之后，在基底100和牺牲材料一侧形成底电极300时，使得底电极300填充第三凹陷30，第三凹陷30的形貌传递到底电极300背离基底100的表面，在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10，并在底电极300背离基底100的一侧依次形成压电层400和顶电极500，且第一凹陷10的形貌传递到压电层400背离基底100的表面，在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20；
后续再利用腐蚀溶液将基底100的凹槽内的牺牲材料去除掉，具体在依次形成底电极300、压电层400和顶电极500后，再刻蚀压电层400至空腔210，形成释放孔，以将空腔内的牺牲材料去除，使得底电极300、压电层400和顶电极500悬于空腔210上方，提供底电极-空气的反射界面。
可以理解的是，当声反射结构200为空腔，且空腔210位于基底100上方时，可以先在基底100表面形成牺牲材料，然后，对基底100和牺牲材料组成的整体一侧进行刻蚀形成第三凹陷30，后续沉积底电极300时，将第三凹陷30的形貌传递到底电极300背离基底100的表面，形成第一凹陷10，并在沉积压电层400时，将第一凹陷10的形貌传递到压电层400背离基底100的表面，形成第二凹陷，最后形成顶电极500，后续在利用腐蚀容易将位于基底100上的牺牲材料去除掉，从而在底电极300和基底100之间形成空腔210。
当声反射结构200为布拉格反射镜结构220时，同样以布拉格反射镜结构嵌入基底100内部为例进行说明。参考图8所示，在声反射结构200和基底100组成的整体朝向底电极300的表面形成第三凹陷30的过程包括：
首先，在基底100上刻蚀形成凹槽；
然后，在基底100的凹槽内形成布拉格反射结构220；此时，可以在基底100和布拉格反射镜结构220的整体上刻蚀形成第三凹陷30，即在垂直于基底所在平面的方向上，第三凹陷30可以位于布拉格反射镜结构220的边缘外侧、边缘内侧，或跨越布拉格反射镜结构220的边缘，但为减少对布拉格反射镜结构的影响，优选为位于布拉格反射镜220的边缘外侧；
进而在基底100和布拉格反射镜结构220的一侧形成底电极300，使得底电极300填充第三凹陷30，第三凹陷30的形貌传递到底电极300背离基底100的表面，在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10，并在底电极300背离基底100的一侧依次形成压电层400和顶电极500，且第一凹陷10的形貌传递到压电层400背离基底100的表面，在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20，最终形成顶电极500。
可以理解的是，当声反射结构200为布拉格反射镜结构220，且布拉格反射镜结构220位于基底上方时与布拉格反射镜结构嵌入基底内的情况类似，此处不再赘述。
在本实施例中，声反射结构200和基底100组成的整体朝向底电极300的表面所设置的第三凹陷30，可以是对声反射结构200和基底100组成的整体朝向底电极300的表面进行刻蚀而形成的第三凹陷30，也可以像压电层400在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20那样，通过形貌传递的方式在声反射结构200和基底100组成的整体朝向底电极300的表面形成第三凹陷30，本申请对此并不做限定。
由于第一凹陷10是位于底电极300上的，第二凹陷20是位于压电层400上的，而有效谐振区域是声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500在垂直于基底100表面的方向上的重叠区域，因此，第一凹陷10及第二凹陷20与有效谐振区域的位置关系主要决定于第一凹陷10及第二凹陷20与顶电极500的位置关系以及与声反射结构200的位置关系。又由于第一凹陷10和第二凹陷20在垂直于基底所在平面的方向上位置对应，因此，第二凹陷20与顶电极500以及与声反射结构200的位置关系即代表了第一凹陷10及第二凹陷20与顶电极500以及与声反射结构200的位置关系。下面以声反射结构为空腔210，且空腔210嵌入基底100内为例进行具体说明。
由前述可知，在实际应用中，声反射结构200在基底100所在平面的正投影通常覆盖顶电极500在基底100所在平面的正投影，以避免顶电极500超出声反射结构200的部分与压电层400接触产生寄生振荡，因此，在上述任一实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图1(a)-图1(h)所示，在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200的边缘位于顶电极500的边缘外侧，或与顶电极500的边缘重合；
第二凹陷20具有相对的第一侧边和第二侧边，第二侧边位于第一侧边的外侧；
在垂直于基底100所在平面的方向上，第二凹陷20的第一侧边位于顶电极500的边缘外侧，或与顶电极500的边缘重合。
具体的，当在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200的边缘与顶电极500的边缘重合时，有效谐振区域即为声反射结构200对应区域或顶电极500对应区域，此时，第二凹陷20的第一侧边可以与顶电极500的边缘(或声反射结构200的边缘)重合，具体如图1(a)所示；第二凹陷20的第一侧边也可以位于顶电极500的边缘(或声反射结构200的边缘)外侧，即第二凹陷20的第一侧边与顶电极500的边缘具有一定距离，具体如图1(b)所示。
当在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200的边缘位于顶电极500的边缘外侧时，有效谐振区域即为顶电极500对应区域，此时，如果第二凹陷20的第一侧边与顶电极500的边缘重合，则第二凹陷20的第二侧边可以位于声反射结构200的边缘内侧，具体如图1(c)所示；第二凹陷20的第二侧边也可以与声反射结构200的边缘重合，具体如图1(d)所示；第二凹陷20的第二侧边还可以位于声反射结构200的边缘外侧，即第二凹陷20跨越声反射结构200的边缘，具体如图1(e)所示；
如果第二凹陷20的第一侧边位于顶电极500的边缘外侧，即第二凹陷20的第一侧边与顶电极500的边缘之间具有一定距离，则第二凹陷20可以位于声反射结构200的边缘内侧，或与声反射结构200的边缘重合，具体如图1(f)所示；第二凹陷20也可以跨越声反射结构200的边缘，此时，第二凹陷20的第一侧边位于声反射结构200的边缘内侧，且第二凹陷20的第二侧边位于声反射结构200的边缘外侧，具体如图1(g)所示；第二凹陷20还可以位于声反射结构200的边缘外侧，此时，第二凹陷20的第一侧边位于声反射结构200的边缘外侧，或与声反射结构200的边缘重合，具体如图1(h)所示。
需要说明的是，在上述各实施例中，声反射结构200在基底100所在平面的正投影大于或等于顶电极500在基底100所在平面的正投影，且第二凹陷20在基底所在平面的正投影与顶电极500在基底100所在平面的正投影不交叠，或只在边界相接触，因此，有效谐振区域由顶电极500的边缘所界定。
可选的，在本申请的另一个实施例中，如图2(a)-图2(e)所示，在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200的边缘位于顶电极500的边缘外侧，或与顶电极500的边缘重合；
第二凹陷20具有相对的第一侧边和第二侧边，第二侧边位于第一侧边的外侧；
在垂直于基底100所在平面的方向上，第二凹陷20的第二侧边位于顶电极500的边缘内侧，或与顶电极500的边缘重合。
具体的，当在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200的边缘位于顶电极500的边缘外侧时，第二凹陷20的第二侧边可以与顶电极500的边缘重合，具体如图2(a)所示，此时，位于第二凹陷20的第一侧边之间的声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500的重叠区域为有效谐振区域；第二凹陷20的第二侧边也可以位于顶电极500的边缘内侧，即第二凹陷20的第二侧边与顶电极500的边缘之间具有一定距离，具体如图2(b)所示，此时，位于第二凹陷20的第一侧边之间的，以及位于第二凹陷20的第二侧边与顶电极的边缘之间的声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500的重叠区域均为有效谐振区域。
当在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200的边缘与顶电极500的边缘重合时，第二凹陷20的第二侧边可以与顶电极500的边缘重合，具体如图2(c)所示，此时，位于第二凹陷20的第一侧边之间的声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500的重叠区域为有效谐振区域；第二凹陷20的第二侧边也可以位于顶电极500的边缘内侧，即第二凹陷20的第二侧边与顶电极500的边缘之间具有一定距离，具体如图2(d)所示，此时，位于第二凹陷20的第一侧边之间的，以及位于第二凹陷20的第二侧边与顶电极的边缘之间的声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500的重叠区域均为有效谐振区域。
在上述任一实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图2(a)-图2(d)所示，在垂直于基底100所在平面的方向上，顶电极500对应第二凹陷20的部分的延伸方向与基底100所在平面平行，即顶电极500对应第二凹陷20的部分呈水平状。
可选的，在本申请的另一个实施例中，如图2(e)所示，在垂直于基底100所在平面的方向上，顶电极500对应第二凹陷20的部分向背离基底100的一侧凸起，即顶电极500对应第二凹陷20的部分形成类似于拱桥的结构，此时第二凹陷20也为拱桥结构，拱桥结构的第二凹陷20可以进一步提高横波反射效果，提高体声波谐振器的品质因子。
可选的，在本申请的又一个实施例中，如图3(a)-图3(d)所示，在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200的边缘位于顶电极500的边缘外侧，或与顶电极500的边缘重合；
第二凹陷20具有相对的第一侧边和第二侧边，第二侧边位于第一侧边的外侧；
在垂直于基底100所在平面的方向上，第二凹陷20的第一侧边位于顶电极500的边缘内侧，第二凹陷20的第二侧边位于顶电极500的边缘外侧。
在本实施例中，第二凹陷20跨越顶电极500的边缘，当在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200的边缘与顶电极500的边缘重合时，第二凹陷20跨越顶电极500的边缘(或声反射结构200的边缘)的情况如图3(a)所示，此时，有效谐振区域为第二凹陷20的第一侧边之间对应的声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500的重叠区域。
当在垂直于基底100所在平面的方向上，声反射结构200的边缘位于顶电极500的边缘外侧时，第二凹陷20的第二侧边可以位于声反射结构200的边缘内侧，具体如图3(b)所示；第二凹陷20的第二侧边也可以与声反射结构200的边缘重合，具体如图3(c)所示；第二凹陷20的第二侧边还可以位于声反射结构200的边缘外侧，具体如图3(d)所示，以上三种情况下，有效谐振区域为第二凹陷20的第一侧边之间对应的声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500的重叠区域。
在前述各实施例中，在垂直于基底100所在平面的方向上，顶电极500均位于声反射结构200的边缘内侧，具体顶电极500的边缘可以与声反射结构200的边缘重合，或顶电极500的边缘位于声反射结构200的边缘内侧，发明人研究发现，当第二凹陷20跨越顶电极500的边缘时，顶电极500的边缘可以位于声反射结构200的边缘外侧，以使得顶电极500超过声反射结构200的边缘的部分可以悬空于第二凹陷20上，从而使得顶电极500超出声反射结构200的边缘的部分不会与压电层400接触而产生寄生振荡，因此，如图4(a)-图4(e)所示，可选的，在本申请的再一个实施例中，在垂直于基底100所在平面的方向上，顶电极500的边缘位于声反射结构200的边缘外侧；
第二凹陷20具有相对的第一侧边和第二侧边，第二侧边位于第一侧边的外侧；
在垂直于基底100所在平面的方向上，第二凹陷20的第一侧边位于声反射结构200的边缘内侧，或与声反射结构200的边缘重合，第二凹陷20的第二侧边位于顶电极500的边缘外侧，或与顶电极500的边缘重合。
具体的，当在垂直于基底100所在平面的方向上，第二凹陷20的第一侧边位于声反射结构200的边缘内侧时，第二凹陷20的第二侧边可以位于顶电极500的边缘外侧，具体如图4(a)所示；第二凹陷20的第二侧边也可以与顶电极500的边缘重合，具体如图4(b)所示，以上两种情况下，有效谐振区域为第二凹陷20的第一侧边之间对应的声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500的重叠区域。
当在垂直于基底100所在平面的方向上，第二凹陷20的第一侧边与声反射结构200的边缘内侧重合时，第二凹陷20的第二侧边可以位于顶电极500的边缘外侧，具体如图4(c)所示；第二凹陷20的第二侧边也可以与顶电极500的边缘重合，具体如图4(d)所示，以上两种情况下，有效谐振区域为第二凹陷20的第一侧边之间对应的声反射结构200、底电极300、压电层400和顶电极500的重叠区域。
需要说明的是，在上述各实施例中，虽然顶电极500的边缘超过声反射结构200的边缘，但在声反射结构200边缘的外侧，顶电极500与压电层400之间由第二凹陷20分离而不接触，因此不会产生寄生谐振。
在上述各实施例的基础上，顶电极500包括第一部分510和第二部分520，第一部分510的延伸方向平行于基底100所在平面，且第一部分100与压电层400背离基底100的表面接触，第二部分520悬空于第二凹陷20上方，即顶电极500的第二部分520形成“帽檐”结构；
可选的，在本申请的一个实施例中，如图3(a)-图3(d)、图4(a)-图4(d)所示，顶电极500的第二部分520的延伸方向平行于基底100所在平面，即在本实施例中，顶电极的第一部分510和第二部分520的延伸方向相同，均平行于基底所在平面，呈水平状。
可选的，在本申请的另一个实施例中，如图4(e)所示，顶电极500的第二部分520的延伸方向与顶电极500的第一部分510的延伸方向之间的夹角大于0°，小于90°，即在本实施例中，顶电极500的第二部分520在第二凹陷200的上方向背离基底100的方向上翘。此时，声反射结构200的边缘可以位于顶电极500的边缘内侧、外侧，或与顶电极500的边缘重合。
在上述各实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图3(a)-图3(d)、图4(a)和图4(c)所示，第二凹陷20的第一侧边位于顶电极500的边缘内侧，第二凹陷20的第二侧边位于顶电极500的边缘外侧，即第二凹陷20跨越顶电极500的边缘；
此时，顶电极500的第二部分520的延伸方向平行于基底100所在平面，且顶电极500的第二部分520背离其第一部分510的端面与基底100所在平面垂直，即顶电极500悬空于第二凹陷20上方部分的侧壁为垂直侧壁，该垂直侧壁可以通过干法刻蚀而形成，在干法刻蚀过程中，由于顶电极500侧边与压电层400背离基底的表面之间被填充空气或其他介质的第二凹陷20所隔离，因此，即使稍微刻蚀过度，也不会对压电层400有任何损伤，从而保护了压电层400的压电一致性。
在前述各实施例中，总结来说，第二凹陷20可以位于顶电极500的边缘的内侧、跨越顶电极500的边缘、或位于顶电极500的边缘外侧，由于顶电极500通常为多边形，例如五边形，因此，参考图18-图20所示，顶电极500包括多个侧边，那么，在垂直于基底所在平面的方向上，第二凹陷20与顶电极500的至少一个侧边对应设置。
可选的，在本申请的一个实施例中，在垂直于基底所在平面的方向上，第二凹陷20与顶电极500的一个侧边对应设置；
可选的，在本申请的另一个实施例中，在垂直于基底所在平面的方向上，第二凹陷20与顶电极500的多个侧边对应设置；
可选的，在本申请又一个实施例中，在垂直于基底所在平面的方向上，第二凹陷20与顶电极500的各个侧边对应设置，本申请对第二凹陷20位于顶电极500的一个还是多个侧边上并不做限定，具体视情况而定。
在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图18和图19所示，第二凹陷20可以包括对应顶电极500的各个侧边的至少一个连续沟槽，具体的，在本申请的一个实施例中，第二凹陷20可以是环绕顶电极500各个侧边的一个连续沟槽(如图18所示)，此时，顶电极500各个侧边对应的沟槽可以是规则形状，也可以是不规则形状，并且，顶电极每个侧边对应的沟槽的长度、宽度和深度均可以相同，也可以不相同，具体视情况而定；
具体的，在本申请的另一个实施例中，第二凹陷20也可以是环绕顶电极500各个侧边的多个连续沟槽(如图19所示)，此时，每个连续沟槽的形状、长度、宽度和深度可以均相同，也可以不相同，具体视情况而定。
可选的，在本申请的另一个实施例中，如图20所示，第二凹陷20也可以包括对应顶电极500的至少一个侧边的多个点状沟槽，此时，每个点状沟槽的形状、长度、宽度和深度可以均相同，也可以不相同，具体视情况而定。
可选的，在本申请的再一个实施例中，结合图18-图20所示，第二凹陷20还可以既包括对应顶电极500各个侧边的至少一个连续沟槽，并包括对应顶电极500的至少一个侧边的多个点状沟槽，具体视情况而定。
需要说明的是，在上述各实施例中，在垂直于基底100所在平面的方向上，第二凹陷20可以位于顶电极500边缘的外侧，也可以跨越顶电极500的边缘，还可以位于顶电极500的边缘内侧，即第二凹陷20与顶电极500的边缘的距离可以大于等于0，此时，第二凹陷20对应顶电极500各个侧边的距离可以均相等，也可以不相等，具体视情况而定。
例如，对应顶电极500的一个侧边，第二凹陷20与顶电极500该侧边的距离大于0，而对应顶电极500的另一个侧边，第二凹陷20与顶电极500该侧边的距离等于0。
可选的，第二凹陷20与顶电极500各侧边之间的距离可以为0μm-10μm，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，声反射结构200可以是矩形，此时，在垂直于基底所在平面的方向上，声反射结构200的边缘比较好区分，那么，第二凹陷20与声反射结构200的位置关系可以如上述各实施例那样，位于声反射结构200的边缘外侧，边缘内侧或跨越声反射结构200的边缘。
可选的，在本申请的另一个实施例中，声反射结构200也可以是倒梯形，此时，在垂直于基底所在平面的方向上，声反射结构200的边缘可以是倒梯形上底边缘。那么，第二凹陷20与声反射结构200的位置关系可以如上述各实施例那样，位于声反射结构200的边缘外侧，边缘内侧或跨越声反射结构200的边缘。
本申请实施例还提供了一种体声波谐振器的制作方法，参考图1(a)-图1(h)、图2(a)-图2(e)、图3(a)-图3(d)、图4(a)-图4(e)和图5-图8所示，该方法包括：
S100：提供一基底100。
其中，基底100优选为高阻抗的Si衬底，也可以是其他衬底，例如二氧化硅(SiO2)，砷化镓(GaAs)，氮化镓(GaN)、玻璃或陶瓷材料。
S200：在基底100上形成底电极300，并在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10，底电极300和基底100之间设置有声反射结构200或牺牲层。
其中，底电极10的一个侧边与外部连接，从而为底电极提供电信号。
可选的，声反射结构200可以是空腔210，也可以是布拉格反射镜结构220。
具体的，当声反射结构200为空腔210时，空腔210可以位于基底100上，此时，需要在基底100上沉积牺牲材料形成牺牲层，后续在牺牲材料和基底100上形成底电极300，则在底电极300和基底100之间填充有牺牲材料，最后在底电极300背离基底100的一侧依次形成压电层400和顶电极500之后，再刻蚀压电层400至牺牲材料处，形成释放孔，利用腐蚀溶液将牺牲材料去除，从而在底电极300和基底100之间形成空腔210，使得底电极300、压电层400和顶电极500悬于空腔210上方，从而提供底电极-空气的反射界面。
当声反射结构200为空腔210时，空腔210还可以嵌入基底内，此时，需要在基底100上刻蚀形成凹槽，然后，在基底100的凹槽内填充牺牲材料形成牺牲层，并研磨抛光牺牲材料，使得牺牲材料与基底100所在平面齐平，进而在基底100和牺牲材料一侧依次形成底电极300、压电层400和顶电极500，再刻蚀压电层400至牺牲材料，形成释放孔，以将牺牲材料去除，在底电极300和基底之间形成空腔210，使得底电极300、压电层400和顶电极500悬于空腔210上方，从而提供底电极-空气的反射界面。
当声反射结构200为布拉格反射镜结构220时，布拉格反射镜结构可以220位于基底上，此时，直接在基底100上形成布拉格反射镜结构220；布拉格反射镜结构220也可以嵌入基底100内，此时，需要在基底100上刻蚀形成凹槽，然后，在基底100的凹槽内形成布拉格反射镜结构220，这两种情况下，后续均可以在基底100和布拉格反射结构220上依次形成底电极300、压电层400和顶电极500。
S300：在底电极300背离基底100的一侧形成压电层400，压电层400填充第一凹陷10，且在压电层400的形成过程中，第一凹陷10的形貌传递到压电层400背离基底100的表面，从而在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20，在垂直于基底所在平面的方向上，压电层400各处厚度相等，第一凹陷10在基底所在平面的正投影覆盖第二凹陷20在基底所在平面的正投影。
S400：在压电层400背离基底的一侧形成顶电极500。
其中，顶电极500的一个侧边与外部连接，从而为顶电极提供电信号。
需要说明的是，顶电极500和底电极300的材料、厚度、形状均优选为相同，但也可以不同，底电极300可以比顶电极500具有更大的面积，顶电极500和底电极300的材料优选为钼(Mo)，也可以是其他材料，例如金(Au)、钌(Ru)、铝(Al)、铂(Pt)、钛(Ti)、钨(W)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)等。压电层400的材料优选为氮化铝(AlN)，也可以是氧化锌(ZnO)，硫化锌(ZnS)，硫化镉(CdS)，钛酸铅[PT](PbTiO3)，钛酸锆酸铅[PZT](Pb(Zr，Ti)O3)，钽酸锂(LiTaO3)或锆钛酸铅镧系列的其他成员制成。
还需要说明的是，底电极300可以是单层电极，也可以是2层及以上的复合电极；同样地，顶电极500可以是单层电极，也可以是2层及以上的复合电极，优选为单层电极。压电层400还可以掺杂其他元素改变压电性，例如掺杂钪、钇、镁、钛、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥等。
再需要说明的是，第二凹陷20可以被空气所填充，也可以填充其他低声阻抗、低介电常数或高绝缘性的介质材料。在第二凹陷20内填充低声阻抗材料的方法可以是去除第二凹陷内的牺牲材料之后，再填充其他介质材料，也可以是直接利用介质材料代替牺牲材料，但在后续步骤中不去除第二凹陷内的填充材料。
在本实施例中，通过在底电极300背离基底100的表面形成第一凹陷10，并通过形貌传递使得压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20，从而在不对压电层400进行任何物理破坏的前提下，在压电层400背离基底100的表面形成第二凹陷20，以此来解决现有技术中需要对压电层400进行刻蚀等物理破坏而在压电层400上形成凹陷从而造成压电层400应力分布不均匀的问题，改善压电层400应力分布的均匀性，提高体声波谐振器的性能和良率，并且，第一凹陷10及第二凹陷20可以位于有效谐振区域的边缘附近，从而还可以抑制横波谐振，并减少横波泄露，即在减少声能损失的基础上，减少横波的声能占比，提高体声波谐振器的品质因子。
在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，底电极300背离基底100的表面所设置的第一凹陷10，可以是对底电极300背离基底100的表面进行刻蚀而形成的第一凹陷10，刻蚀方法可以包括干法刻蚀、湿法刻蚀或干法及湿法刻蚀。
可选的，在本申请的另一个实施例中，该方法在形成底电极之前，还包括：
S210：形成声反射结构200或牺牲层210，声反射结构200或牺牲层210位于基底100上或嵌入基底100内；
S220：在声反射结构200或牺牲层210与基底100组成的整体的一侧形成第三凹陷30。
由前述已知，声反射结构200可以是空腔210，或布拉格反射镜结构220，当声反射结构200是空腔210时，首先利用牺牲材料代替空腔所在区域，然后在底电极300、压电层400和顶电极500形成后，再去除牺牲材料，因此，可以在基底100上、或在牺牲材料上、或同时在基底100上和牺牲材料上刻蚀形成第三凹陷30，后续在基底100、牺牲材料和第三凹陷30上依次沉积形成底电极300和压电层400，通过在底电极300和压电层400的沉积过程中，将第三凹陷30的形貌依次传递到底电极300背离基底的表面形成第一凹陷10，以及压电层400背离基底的表面形成第二凹陷20，即使后续将牺牲材料去除掉，也不会影响底电极300背离基底表面的第一凹陷10和压电层400背离基底表面的第二凹陷20。当声反射结构200是布拉格反射镜结构220时，就相当于不用最后再去除牺牲材料的过程。
在本实施例中，底电极300的形成过程包括：
在声反射结构200或牺牲层210与基底100组成的整体的一侧形成底电极300，底电极300填充第三凹陷，且在底电极300的形成过程中，第三凹陷30的形貌传递到底电极300背离基底的表面，从而在底电极300背离基底的表面形成第一凹陷10，在垂直于基底所在平面的方向上，底电极300各处厚度相等，第三凹陷30在基底所在平面的正投影覆盖第一凹陷10在基底所在平面的正投影。
在本实施例中，在垂直于基底所在平面的方向上，不仅压电层400各处厚度相等，底电极300各处厚度也相等，即不仅没有对压电层400进行刻蚀等任何方式的物理破坏而在压电层400背离基底的表面形成第二凹陷20，也没有对底电极300进行刻蚀等任何方式的物理破坏而在底电极300背离基底的表面形成第一凹陷10，因此，本实施例所提供的体声波谐振器中，压电层400的应力分布更加均匀，器件性能和良率更优。
本申请实施例还提供了一种滤波器，包括上述任一实施例所提供的体声波谐振器。由于上述体声波谐振器已在上述各实施例中进行了详细地阐述，此处不再赘述。
本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述滤波器或上述任一实施例所提供的体声波谐振器。由于上述体声波谐振器已在上述各实施例中进行了详细地阐述，此处不再赘述。
本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，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。

Claims (19)

1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：
基底；
位于所述基底上或嵌入所述基底内的声反射结构；
位于所述声反射结构和所述基底一侧依次排布的底电极、压电层和顶电极，其中，所述底电极背离所述基底的表面设置有第一凹陷，所述压电层填充所述第一凹陷，所述压电层背离所述基底的表面设置有第二凹陷，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述压电层各处厚度相等，所述第一凹陷在所述基底所在平面的正投影覆盖所述第二凹陷在所述基底所在平面的正投影；
所述顶电极包括多个侧边，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷与所述顶电极的至少一个侧边对应设置。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述声反射结构和所述基底组成的整体朝向所述底电极的表面设置有第三凹陷，所述底电极填充所述第三凹陷，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述底电极各处厚度相等，所述第三凹陷在所述基底所在平面的正投影覆盖所述第一凹陷在所述基底所在平面的正投影。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述声反射结构的边缘位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合；
所述第二凹陷具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二侧边位于所述第一侧边的外侧；
在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷的第一侧边位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述声反射结构的边缘位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合；
所述第二凹陷具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二侧边位于所述第一侧边的外侧；
在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷的第二侧边位于所述顶电极的边缘内侧，或与所述顶电极的边缘重合。
5.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其特征在于，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述顶电极对应所述第二凹陷的部分的延伸方向与所述基底所在平面平行；
或，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述顶电极对应所述第二凹陷的部分向背离所述基底的一侧凸起。
6.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述声反射结构的边缘位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合；
所述第二凹陷具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二侧边位于所述第一侧边的外侧；
在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷的第一侧边位于所述顶电极的边缘内侧，所述第二凹陷的第二侧边位于所述顶电极的边缘外侧。
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述顶电极的边缘位于所述声反射结构的边缘外侧；
所述第二凹陷具有相对的第一侧边和第二侧边，所述第二侧边位于所述第一侧边的外侧；
在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第二凹陷的第一侧边位于所述声反射结构的边缘内侧，或与所述声反射结构的边缘重合，所述第二凹陷的第二侧边位于所述顶电极的边缘外侧，或与所述顶电极的边缘重合。
8.根据权利要求6或7所述的体声波谐振器，其特征在于，所述顶电极包括第一部分和第二部分，所述第一部分的延伸方向平行于所述基底所在平面，且所述第一部分与所述压电层背离所述基底的表面接触，所述第二部分悬空于所述第二凹陷上方；
所述第二部分的延伸方向平行于所述基底所在平面；
或，所述第二部分的延伸方向与所述第一部分的延伸方向之间的夹角大于0°，小于90°。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第二凹陷的第一侧边位于所述顶电极的边缘内侧，所述第二凹陷的第二侧边位于所述顶电极的边缘外侧；
所述第二部分的延伸方向平行于所述基底所在平面，所述第二部分背离所述第一部分的端面与所述基底所在平面垂直。
10.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第二凹陷包括对应所述顶电极的各个侧边的至少一个连续沟槽；
和/或，所述第二凹陷包括对应所述顶电极的至少一个侧边的多个点状沟槽。
11.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述声反射结构为空腔或布拉格反射镜结构。
12.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一凹陷和所述第二凹陷均为倒梯形、倒三角形、方形或不规则形。
13.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第二凹陷内设置有填充介质，所述填充介质包括空气、磷掺杂的二氧化硅、碳掺杂的二氧化硅、介电树脂或苯并环丁烯。
14.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述第一凹陷的深度小于或等于所述底电极的厚度。
15.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述底电极末端呈垂直状、倾斜状、阶梯状或弧形。
16.一种体声波谐振器的制作方法，其特征在于，包括：
提供一基底；
在所述基底上形成底电极，并在所述底电极背离所述基底的表面形成第一凹陷，所述底电极和所述基底之间设置有声反射结构或牺牲层；
在所述底电极背离所述基底的一侧形成压电层，所述压电层填充所述第一凹陷，且在所述压电层的形成过程中，所述第一凹陷的形貌传递到所述压电层背离所述基底的表面，从而在所述压电层背离所述基底的表面形成第二凹陷，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述压电层各处厚度相等，所述第一凹陷在所述基底所在平面的正投影覆盖所述第二凹陷在所述基底所在平面的正投影；
在所述压电层背离所述基底的一侧形成顶电极。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，该方法在形成所述底电极之前，还包括：
形成声反射结构或牺牲层，所述声反射结构或所述牺牲层位于所述基底上或嵌入所述基底内；
在所述声反射结构或所述牺牲层与所述基底组成的整体的一侧形成第三凹陷；
所述底电极的形成过程包括：
在所述声反射结构或所述牺牲层与所述基底组成的整体的一侧形成底电极，所述底电极填充所述第三凹陷，且在所述底电极的形成过程中，所述第三凹陷的形貌传递到所述底电极背离所述基底的表面，从而在所述底电极背离所述基底的表面形成所述第一凹陷，在垂直于所述基底所在平面的方向上，所述底电极各处厚度相等，所述第三凹陷在所述基底所在平面的正投影覆盖所述第一凹陷在所述基底所在平面的正投影。
18.一种滤波器，其特征在于，包括权利要求1-15任一项所述的体声波谐振器。
19.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求18所述的滤波器或权利要求1-15任一项所述的体声波谐振器。
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