CN116111966B - 一种滤波器、体声波谐振器结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种滤波器、体声波谐振器结构及其制作方法,所述体声波谐振器结构包括:衬底及谐振器单元,其中,衬底中设有开口向上的凹槽;谐振器单元包括底电极、压电层、支撑层及顶电极,底电极位于衬底的上表面并与凹槽合围形成空腔,压电层位于凹槽上方的底电极上表面,支撑层位于底电极上表面且环绕压电层,顶电极覆盖支撑层与压电层的上表面。本发明通过面积较小的压电层定义体声波谐振器的有效工作区,将声波能量限制在体声波谐振器的压电层区域,提高了体声波谐振器的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量。另外,将体声波谐振器结构应用于滤波器中,提升了滤波器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,特别是涉及一种滤波器、体声波谐振器结构及其制作方法。
背景技术
目前,无线数据传输需要射频滤波器拥有5GHz或者更高的工作频率,应用于5G通信中的滤波器主要是体声波滤波器(Bulk Acoustic Wave,简称BAW)和声表面波滤波器(Surface Acoustic Wave,简称SAW)。BAW器件具有极高的品质因数Q值(4000以上),工作频段从100MHz-20 GHz,具有高工作频率、低***损耗、高频率选择特性、高功率容量和强抗静电能力等优点,是未来射频前端的最佳解决方案。
谐振器作为滤波器的重要组成部分,其核心结构由顶电极-压电层-底电极堆叠而成。由于AlN材料具有高声速、低损耗、低温度系数等优势,目前被广泛用于4G滤波器中谐振器的压电层,但是多晶AlN的压电系数和机电耦合系数较小,限制了其在5G高频宽带滤波器上的应用。
在谐振器的三层结构中,面积较小的区域定义了整个谐振器的谐振区域,如图1所示,为体声波谐振器的结构示意图,包括衬底01、凹槽02、谐振器单元03、底电极031、压电层032、顶电极033及空腔04。目前,谐振器单元是由面积较小的顶电极来定义谐振器的谐振区域,这种结构使压电层显露于顶电极外,导致压电层容易受到损伤,同时导致器件的有效机电耦合系数(取决于压电层的机电耦合系数)、品质因数Q值和功率容量相对较低,影响谐振器的性能。
因此,急需寻找一种具有高有效机电耦合系数、高品质因数Q值的体声波谐振器结构。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种滤波器、体声波谐振器结构及其制作方法,用于解决现有技术中体声波谐振器的有效机电耦合系数低及品质因数Q值小的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种体声波谐振器结构,包括:
衬底,设有开口向上的凹槽;
谐振器单元,包括底电极、压电层、支撑层及顶电极,所述底电极位于所述衬底的上表面并与所述凹槽合围形成空腔,所述压电层位于所述凹槽上方的所述底电极上表面,所述支撑层位于所述底电极上表面且环绕所述压电层,所述顶电极覆盖所述支撑层与所述压电层的上表面。
可选地,所述底电极的材质包括Au、Ag、Ru、W、Mo、Ir、Al、Pt、Nb、Hf中的至少一种;所述顶电极的材质包括Au、Ag、Ru、W、Mo、Ir、Al、Pt、Nb、Hf中的至少一种。
可选地,所述衬底的材质包括Si、SiC、Ge、蓝宝石;所述支撑层的材质包括SiO2、Si3N4、Al2O3中的至少一种。
可选地,所述压电层包括至少一层单晶材料层。
可选地,所述压电层的材质包括AlxGa(1-x)N、ScxAl(1-x)N、AlN、LiNbO3、LiTaO3中的至少一种。
可选地,所述压电层的形状包括对称圆形、对称四边形、对称五边形、不对称圆形、不对称四边形、不对称五边形。
可选地,所述压电层的侧壁与所述支撑层的侧壁间隔预设距离,所述压电层的侧壁与所述支撑层侧壁、所述底电极及所述顶电极合围成腔体。
可选地,所述凹槽的开口边缘与所述压电层侧壁之间的距离小于所述支撑层侧壁与所述压电层之间的距离。
本发明还提供一种体声波谐振器结构的制作方法,包括以下步骤:
提供一衬底,于所述衬底上形成开口向上的凹槽;
于所述衬底上表面形成谐振器单元,所述谐振器单元包括底电极、压电层、支撑层及顶电极,所述底电极位于所述衬底的上表面并与所述凹槽合围形成空腔,所述压电层位于所述凹槽上方的所述底电极上表面,所述支撑层位于所述底电极上表面且环绕所述压电层,所述顶电极覆盖所述支撑层与所述压电层的上表面。
本发明还提供一种滤波器,其特征在于,所述滤波器包括至少一个上述所述的体声波谐振器结构。
如上所述,本发明的滤波器、体声波谐振器结构及其制作方法利用所述单晶材料层代替多晶材料层作为所述压电层,提升了所述压电层的压电性能,提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数及品质因数;位于所述底电极上表面且环绕所述压电层的所述支撑层,可保护所述压电层在体声波谐振器的工作过程中不受损伤,避免外界环境对所述压电层产生干扰,减少体声波谐振器工作过程中声波能量的损耗,保证所述体声波谐振器结构的性能;所述压电层的面积小于所述底电极及所述顶电极,即通过面积较小的所述压电层定义所述体声波谐振器结构的有效工作区,将所述体声波谐振器结构在工作过程中产生的声波能量限制在所述压电层区域,进一步提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量;所述腔体的设置,使得所述体声波谐振器结构的有效工作区域中的所述压电层的侧壁暴露于所述腔体中,减少了所述体声波谐振器结构工作时的声波能量的耗散,提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量。另外,将所述体声波谐振器结构应用于所述滤波器中,提升了所述滤波器的性能。
附图说明
图1显示为体声波谐振器的结构示意图。
图2显示为本发明的体声波谐振器结构的一种结构示意图。
图3显示为本发明的体声波谐振器结构的另一种结构示意图。
元件标号说明
01 衬底
02 凹槽
03 谐振器单元
031 底电极
032 压电层
033 顶电极
04 空腔
1 衬底
2 凹槽
3 谐振器单元
31 底电极
32 压电层
33 顶电极
34 支撑层
4 空腔
5 腔体
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图3。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
本实施例提供一种体声波谐振器结构,如图2所示,为体声波谐振器结构的一种结构示意图,所述体声波谐振器结构包括:衬底1及谐振器单元3。其中,所述衬底1中开设有开口向上的凹槽2;所述谐振器单元3包括底电极31、压电层32、支撑层34及顶电极33,所述底电极31位于所述衬底1的上表面并与所述凹槽2合围形成空腔4,所述压电层32位于所述凹槽2上方的所述底电极31上表面,所述支撑层34位于所述底电极31上表面且环绕所述压电层32,所述顶电极33覆盖所述支撑层34与所述压电层32的上表面。
作为示例,所述衬底1的材质包括Si(硅)、SiC(碳化硅)、Ge(锗)、蓝宝石或者其他适合的材质。
具体的,在满足所述体声波谐振器结构的性能的情况下,所述衬底1的厚度可根据实际情况进行选择,这里不再限制。
具体的,在满足所述体声波谐振器结构的性能的情况下,所述衬底1的尺寸、形状可根据实际情况进行选择,这里不再限制。
具体的,所述体声波谐振器结构的谐振频率由所述空腔4的底面到所述顶电极33之间的距离决定,在满足体声波谐振器工作过程中所需谐振频率的情况下,所述凹槽2的深度及开口尺寸可根据实际情况进行选择,这里不再限制。其中,深度指的是所述凹槽2开口处到所述凹槽2的底面之间的垂直距离。
具体的,所述底电极31的材质包括Au(金)、Ag(银)、Ru(钌)、W(钨)、Mo(钼)、Ir(铱)、Al(铝)、Pt(铂)、Nb(铌)、Hf(铪)中的至少一种,也可以是其他适合的材料。
具体的,在满足所述体声波谐振器结构的性能的情况下,所述底电极31的尺寸、形状和厚度可根据实际情况进行选择,这里不再限制。在本实施例中,所述底电极31的尺寸与所述衬底1保持一致。
作为示例,所述压电层32包括至少一层单晶材料层。
作为示例,所述压电层32的材质包括AlxGa(1-x)N、ScxAl(1-x)N、AlN、LiNbO3、LiTaO3中的至少一种,也可以是其他适合的材料。
具体的,相较于传统的多晶材料层作为压电层来说,采用所述单晶材料层作为所述压电层32,使所述压电层32的压电性能得到了提升,继而相应的提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值。
具体的,所述压电层32中包括多种所述单晶材料层时,通过多种不同材质的所述单晶材料层的复合,可以进一步提升所述压电层32的压电性能,继而进一步提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值。
作为示例,所述压电层32的形状包括圆形、四边形、五边形或者其他适合的形状。
具体的,在满足所述体声波谐振器结构的性能的情况下,当所述压电层32为一层所述单晶材料层时,所述压电层32的厚度可根据实际情况进行选择,这里不再限制;当所述压电层32为多层所述单晶材料层时,所述压电层32中每层的所述单晶材料层的厚度可根据实际情况进行选择,这里不再限制。
具体的,所述压电层32可将通过所述底电极31或所述顶电极33输入的电信号转换为体声波。
具体的,在体声波谐振器的工作过程中,利用所述压电层32的逆压电效应可将电能转化成机械能,机械振动在所述压电层32中激励体声波进行传输,最终通过压电效应将体声波信号再转化成电信号输出。
具体的,所述压电层32也可以是多晶材料。
作为示例,所述支撑层34的材质包括SiO2、Si3N4、Al2O3中的至少一种,也可以是其他适合的材质。
具体的,在满足所述支撑层34能够环绕所述压电层32及所述体声波谐振器结构的性能的情况下,所述支撑层34的厚度、形状可根据实际情况进行选择,这里不再限制。
具体的,如图2所示,为所述体声波谐振器结构的一种结构示意图,所述谐振器单元3中还包括环绕所述压电层32的所述支撑层34,所述支撑层34可保护所述压电层32在所述体声波谐振器在工作过程中不受损伤,避免外界干扰,降低体声波谐振器工作过程中声波能量的损耗,保证了所述体声波谐振器结构的性能;所述体声波谐振器结构的有效工作区由面积最小的所述压电层32定义,将所述体声波谐振器工作过程中产生的声波能量限制在所述压电层32区域,提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量。
具体的,所述空腔4的存在,使得所述底电极31的下表面暴露于所述空腔4中,即由所述底电极31、所述压电层32及所述顶电极33所组成得所述体声波谐振器结构的有效工作区的下方区域暴露于所述空腔4,减少了所述体声波谐振器工作时的声波能量的耗散,提升了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值。
作为示例,如图3所示,为所述体声波谐振器结构的另一种结构示意图,所述压电层32的侧壁与所述支撑层34的侧壁间隔预设距离,所述压电层32的侧壁与所述支撑层34侧壁、所述底电极31及所述顶电极33合围成腔体5。
作为示例,所述凹槽2的开口边缘与所述压电层32侧壁之间的距离小于所述支撑层34侧壁与所述压电层32之间的距离,即所述腔体5背离所述压电层32的侧壁沿背离所述压电层32的方向超出所述凹槽2的侧壁预设距离。
具体的,在满足所述体声波谐振器结构的性能的情况下,所述凹槽2的开口边缘与所述压电层32侧壁之间的距离也可以大于或者等于所述支撑层34侧壁与所述压电层32之间的距离。
具体的,所述腔体5的设置使得所述体声波谐振器结构中的所述压电层32的侧壁暴露于所述腔体5中,减少了体声波谐振器工作时的声波能量的耗散,提高了所述体声波谐振器的有效机电耦合系数、品质因素Q值和功率容量。
具体的,所述顶电极33的材质包括Au、Ag、Ru、W、Mo、Ir、Al、Pt、Nb、Hf中的至少一种,也可以是其他适合的材料。
具体的,在满足能够覆盖所述支撑层34及所述压电层32的情况下,所述顶电极33的尺寸、形状和厚度可根据实际情况进行选择,这里不再限制。在本实施例中,所述顶电极33的尺寸与所述衬底1保持一致。
具体的,所述底电极31可作为接收电信号的输入电极或提供电信号的输出电极;所述顶电极33可作为接收电信号的输入电极或提供电信号的输出电极。
具体的,所述底电极31和所述顶电极33相对设置并与外电路电连接。
本实施例中采用所述单晶材料层作为所述压电层32,相较于多晶材料层作为所述压电层32,使所述压电层32的压电性能得到了提升,继而相应的提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值;所述压电层32的面积小于所述底电极31及所述顶电极33,由面积较小的所述压电层32定义所述体声波谐振器结构的有效工作区,将体声波谐振器工作过程中产生的声波能量限制在所述压电层32区域,提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量;所述支撑层34环绕所述压电层32,可保护所述压电层32在体声波谐振器在工作过程中不受损伤,避免外界干扰,降低所述体声波谐振器工作过程中声波能量的损耗,保证所述体声波谐振器的性能;所述腔体5的存在使得所述体声波谐振器结构的有效工作区域中的所述压电层32的侧壁暴露于所述腔体5中,减少了体声波谐振器工作时的声波能量的耗散,提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量。
实施例二
本实施例提供一种体声波谐振器结构的制作方法,包括以下步骤:
S1:提供一衬底,于所述衬底上形成开口向上的凹槽;
S2:于所述衬底上表面形成谐振器单元,所述谐振器单元包括底电极、压电层、支撑层及顶电极,所述底电极位于所述衬底的上表面并与所述凹槽合围形成空腔,所述压电层位于所述凹槽上方的所述底电极上表面,所述支撑层位于所述底电极上表面且环绕所述压电层,所述顶电极覆盖所述支撑层与所述压电层的上表面。
具体的,执行所述步骤S1,提供一衬底1,于所述衬底1上形成开口向上的凹槽2,所述凹槽2的形成方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀或其他适合的方法。
具体的,形成所述凹槽2之后,形成所述底电极31之前,还包括于所述凹槽2内形成第一牺牲层的步骤。
具体的,所述第一牺牲层的形成方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、旋涂或者其他适合的方法。
具体的,执行所述步骤S2,于所述衬底1上表面形成谐振器单元3,所述谐振器单元3包括底电极31、压电层32、支撑层34及顶电极33,所述底电极31位于所述衬底1的上表面并与所述凹槽2合围形成空腔4,所述压电层32位于所述凹槽2上方的所述底电极31上表面,所述支撑层34位于所述底电极31上表面且环绕所述压电层32,所述顶电极33覆盖所述支撑层34与所述压电层32的上表面。
具体的,所述底电极31的形成方法包括以下步骤:于所述衬底1上表面形成第一导电材料层,并于所述第一导电材料层的上表面形成图案化的第一遮蔽层,基于图案化的所述第一遮蔽层刻蚀所述第一导电材料层,以得到所述底电极31。
具体的,形成所述第一导电材料层的方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射或其他适合的方法。
具体的,所述第一遮蔽层具有显影特性,例如,可以是光刻胶层,也可以是干膜,图案化所述第一遮蔽层的方法为常用显影方法,这里不再赘述。
具体的,刻蚀所述第一导电材料层的方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀或者其他适合的方法。
具体的,形成所述底电极31之后还包括去除填充所述凹槽2中的所述第一牺牲层的步骤,以释放出所述空腔4。
具体的,去除所述第一牺牲层的方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀或者其他适合的方法。
具体的,也可以通过键合或者其他适合的方法形成所述底电极31。
具体的,形成的所述底电极31位于所述衬底1的上表面并与形成的所述凹槽2合围形成空腔4。
具体的,形成所述压电层32的方法包括以下步骤:于所述底电极31上表面形成压电材料层,所述压电材料层包括至少一层所述单晶材料层;于所述压电材料层的上表面形成图案化的第二遮蔽层,基于图案化的所述第二遮蔽层刻蚀所述压电材料层,以得到所述压电层32。
具体的,所述压电材料层的形成方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射、金属有机化合物化学气相沉淀或其他适合的方法。
具体的,所述第二遮蔽层具有显影特性,例如,可以是光刻胶层,也可以是干膜,图案化所述第二遮蔽层的方法为常用显影方法,这里不再赘述。
具体的,刻蚀所述压电材料层的方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀或者其他适合的方法。
具体的,所述支撑层34的形成方法包括以下步骤:于所述底电极31上表面形成支撑材料层,于所述支撑材料层的上表面形成图案化的第三遮蔽层,基于图案化的所述第三遮蔽层刻蚀所述支撑材料层以得到所述支撑层34。
具体的,所述支撑材料层的形成方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射或其他适合的方法。
具体的,所述第三遮蔽层具有显影特性,例如,可以是光刻胶层,也可以是干膜,图案化所述第三遮蔽层的方法为常用显影方法,这里不再赘述。
具体的,刻蚀所述支撑材料层的方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀或者其他适合的方法。
具体的,形成的所述支撑层34位于所述底电极31上表面且环绕所述压电层32。
具体的,形成的所述压电层32的侧壁与形成的所述支撑层34的侧壁间隔预设距离,所述压电层32的侧壁与所述支撑层34侧壁、所述底电极31及所述顶电极33合围成腔体5。
具体的,所述凹槽2的开口边缘与所述压电层32侧壁之间的距离小于所述支撑层34侧壁与所述压电层32之间的距离。
具体的,在满足所述体声波谐振器结构的性能的情况下,所述凹槽2的开口边缘与所述压电层32侧壁之间的距离也可以大于或者等于所述支撑层34侧壁与所述压电层32之间的距离。
具体的,所述顶电极33的形成方法包括以下步骤:于所述压电层32及所述支撑层34上表面形成第二导电材料层,并于所述第二导电材料层的上表面形成图案化的第四遮蔽层,基于图案化的所述第四遮蔽层刻蚀所述第二导电材料层,以得到所述顶电极33。
具体的,形成所述第二导电材料的方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、溅射或其他适合的方法。
具体的,当所述压电层32与所述支撑层34间隔预设距离时,形成所述第二导电材料层还包括形成填充所述压电层32与所述支撑层34之间间隙的第二牺牲层的步骤,由于所述第二牺牲层与所述第一牺牲层的形成方法及去除方法相同,这里不再赘述。
具体的,也可以通过键合或者其他适合的方法形成所述顶电极33。
具体的,采用上述方法形成的所述支撑层34位于所述底电极31上表面且环绕所述压电层32,可保护所述压电层32在体声波谐振器在工作过程中不受损伤,避免外界干扰,降低体声波谐振器工作过程中声波能量的损耗,保证所述体声波谐振器的性能;所述体声波谐振器结构的有效工作区由面积最小的所述压电层32定义,将体声波谐振器在工作过程中产生的声波能量限制在压电层32区域,提高了所述体声波谐振器的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量。
具体的,采用上述方法形成的所述腔体5,使得所述体声波谐振器中的所述压电层32的侧壁暴露于所述腔体5中,进一步减少了体声波谐振器工作时的声波能量的耗散,进一步提高了所述体声波谐振器的有效机电耦合系数、品质因素Q值和功率容量。
本实施例采用上述方法制作了实施例一中所述的体声波谐振器结构,提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因素Q值和功率容量,保证了所述体声波谐振器结构的性能。
实施例三
本实施例提供一种滤波器,所述滤波器包括至少一个实施例一中所述的体声波谐振器结构。
具体的,将如图2所示的所述体声波谐振器结构应用于所述滤波器中,由面积较小的所述压电层32定义所述体声波谐振器结构的有效工作区,将体声波谐振器工作过程中产生的声波能量限制在所述压电层32区域,进一步提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量,继而提升了所述滤波器的性能。
具体的,将如图3所示的所述体声波谐振器结构应用于所述滤波器中,不仅由面积较小的所述压电层32定义所述体声波谐振器结构的有效工作区,所述腔体5的设置使得所述体声波谐振器结构的有效工作区域中的所述压电层32的侧壁暴露于所述腔体5中,进一步减少了体声波谐振器工作时的声波能量的耗散,进一步提高了所述体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量,继而进一步提升了所述滤波器的性能。
具体的,所述滤波器中所述体声波谐振器的组合方式包括级联、桥接、耦合或其他适合的方式。
在本实施例中,通过采用实施例一中所述体声波谐振器结构作为所述滤波器的谐振结构,提升了所述滤波器的性能。
综上所述,本发明的滤波器、体声波谐振器结构及其制作方法利用单晶材料层作为压电层,相较于多晶材料层,单晶材料层提升了压电层的压电性能,提高了体声波谐振器结构的有效机电耦合系数及品质因数Q值;通过设置环绕压电层的支撑层,使体声波谐振器结构中的压电层在工作过程中减少损伤,避免外界干扰,减少体声波谐振器工作过程中声波能量的损耗,保证体声波谐振器结构的性能;压电层的面积小于底电极及顶电极,体声波谐振器结构的有效工作区域由面积较小的压电层定义,将体声波谐振器工作过程中产生的声波能量限制在压电层区域,进一步提高了体声波谐振器的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量;支撑层与压电层之间的腔体的设置使得体声波谐振器结构的有效工作区域中的压电层的侧壁暴露于腔体中,减少了体声波谐振器工作时的声波能量的耗散,提高了体声波谐振器结构的有效机电耦合系数、品质因数Q值和功率容量;另外,将体声波谐振器结构应用于滤波器中,提升了滤波器的性能。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种体声波谐振器结构,包括:
衬底,设有开口向上的凹槽;
谐振器单元,包括底电极、压电层、支撑层及顶电极,所述底电极位于所述衬底的上表面并与所述凹槽合围形成空腔,所述压电层位于所述凹槽上方的所述底电极上表面,所述支撑层位于所述底电极上表面且环绕所述压电层,所述顶电极覆盖所述支撑层与所述压电层的上表面,所述压电层的侧壁与所述支撑层的侧壁间隔预设距离,所述压电层的侧壁与所述支撑层侧壁、所述底电极及所述顶电极合围成腔体。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器结构,其特征在于:所述底电极的材质包括Au、Ag、Ru、W、Mo、Ir、Al、Pt、Nb、Hf中的至少一种;所述顶电极的材质包括Au、Ag、Ru、W、Mo、Ir、Al、Pt、Nb、Hf中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器结构,其特征在于:所述衬底的材质包括Si、SiC、Ge、蓝宝石;所述支撑层的材质包括SiO2、Si3N4、Al2O3中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器结构,其特征在于:所述压电层包括至少一层单晶材料层。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器结构,其特征在于:所述压电层的材质包括AlxGa(1-x)N、ScxAl(1-x)N、AlN、LiNbO3、LiTaO3中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的体声波谐振器结构,其特征在于:所述压电层的形状包括对称圆形、对称四边形、对称五边形、不对称圆形、不对称四边形、不对称五边形。
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器结构,其特征在于:所述凹槽的开口边缘与所述压电层侧壁之间的距离小于所述支撑层侧壁与所述压电层之间的距离。
8.一种体声波谐振器结构的制作方法,包括以下步骤:
提供一衬底,于所述衬底上形成开口向上的凹槽;
于所述衬底上表面形成谐振器单元,所述谐振器单元包括底电极、压电层、支撑层及顶电极,所述底电极位于所述衬底的上表面并与所述凹槽合围形成空腔,所述压电层位于所述凹槽上方的所述底电极上表面,所述支撑层位于所述底电极上表面且环绕所述压电层,所述顶电极覆盖所述支撑层与所述压电层的上表面,所述压电层的侧壁与所述支撑层的侧壁间隔预设距离,所述压电层的侧壁与所述支撑层侧壁、所述底电极及所述顶电极合围成腔体。
9.一种滤波器,其特征在于,所述滤波器包括至少一个如权利要求1~7中任意一项所述的体声波谐振器结构。
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Citations (5)
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WO2020199507A1 (zh) * | 2019-04-04 | 2020-10-08 | 中芯集成电路(宁波)有限公司上海分公司 | 体声波谐振器及其制造方法和滤波器、射频通信*** |
CN112202415A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-08 | 杭州星阖科技有限公司 | 一种体声波谐振器的制造工艺和体声波谐振器 |
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