薄膜体声波谐振器及滤波器的制作方法

1.本实用新型涉及谐振器技术领域，具体而言，涉及一种薄膜体声波谐振器及滤波器。


背景技术：

2.随着移动通讯技术的快速发展，高频段谐振器和滤波器的市场需求越来越大。而薄膜体声波谐振器(fbar)与传统的微波陶瓷谐振器和声表面波谐振器相比具有体积小、损耗低、品质因子高、功率容量大、谐振频率高等优点，因此在相关领域尤其是高频通讯方面有着广阔的应用前景，成为了产业界和学术界的研究热门。
3.目前，薄膜体声波谐振器通常在衬底上形成有用于填充牺牲材料的凹槽，在牺牲材料填充后再经过研磨和抛光处理后在其上制备底电极和压电层等。然而，现有的薄膜体声波谐振器在整个衬底表面抛光牺牲层时，由于非谐振区域的衬底较宽，因此，在抛光过程中工艺较为复杂；且由于凹槽内牺牲层较厚，容易在镀膜的过程中形成残余应力，因此，也会进一步加深衬底表面抛光工艺的复杂性，从而影响器件的良率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器由于设置了环形保护墙，因此能够避免绝缘层被过度腐蚀且能够便于对衬底表面进行抛光，进而提高器件的性能和良率。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：
6.本实用新型的一方面，提供一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括具有空腔的衬底、位于衬底上的底电极、位于底电极上的压电层、位于压电层上的顶电极，底电极通过贯穿设置于压电层内的引出金属引出至压电层靠近顶电极的一侧；衬底包括本体、位于本体上的环形保护墙以及围设于环形保护墙外周的绝缘层，其中，位于环形保护墙内部的区域形成空腔。该薄膜体声波谐振器由于设置了环形保护墙，因此能够避免绝缘层被过度腐蚀且能够便于对衬底表面进行抛光，进而提高器件的性能和良率。
7.可选地，薄膜体声波谐振器还包括位于顶电极上的封装薄膜层，封装薄膜层具有用于封装薄膜体声波谐振器的封装腔，封装腔位于薄膜体声波谐振器的谐振区域的上方；其中，空腔、底电极、压电层和顶电极的交叠区域形成谐振区域；薄膜体声波谐振器还包括贯穿封装薄膜层的第一引出电极和第二引出电极，第一引出电极和引出金属接触连接，第二引出电极与顶电极接触连接。
8.可选地，封装薄膜层包括依次设于顶电极上的第一子薄膜层、第二子薄膜层和第三子薄膜层。
9.可选地，第一子薄膜层和第二子薄膜层的材料不同。
10.可选地，薄膜体声波谐振器还包括位于顶电极和封装薄膜层之间的钝化层，第一引出电极依次贯穿封装薄膜层和钝化层以与引出金属接触连接，第二引出电极依次贯穿封
装薄膜层和钝化层以与顶电极接触连接。
11.可选地，钝化层的材料为氮化铝。
12.可选地，在薄膜体声波谐振器的谐振区域内，顶电极和底电极分别在衬底上的正投影的轮廓形状为m条弧线和n条直线段围合形成的封闭图形，m为大于或等于1的整数，n为大于或等于0的整数，空腔、底电极、压电层和顶电极的交叠区域形成谐振区域。
13.可选地，在薄膜体声波谐振器的谐振区域内，压电层在衬底上的正投影的轮廓形状也为m条弧线和n条直线段围合形成的封闭图形。
14.可选地，底电极和顶电极的材料分别为钼、铝、铂、银、钨和金中的任意一种。
15.本实用新型的另一方面，提供一种滤波器，该滤波器包括上述的薄膜体声波谐振器。
16.本实用新型的有益效果包括：
17.本技术提供的薄膜体声波谐振器包括具有空腔的衬底、位于衬底上的底电极、位于底电极上的压电层、位于压电层上的顶电极，底电极通过贯穿设置于压电层内的引出金属引出至压电层靠近顶电极的一侧；衬底包括本体、位于本体上的环形保护墙以及围设于环形保护墙外周的绝缘层，其中，位于环形保护墙内部的区域形成空腔。本技术的薄膜体声波谐振器由于设置了环形保护墙和绝缘层，因此，一方面，可以通过环形保护墙将声波限制在谐振区域内，从而避免声波横向泄漏，进而提高薄膜体声波谐振器的品质因数；另一方面，可以通过环形保护墙对衬底内的牺牲材料的释放起到定位作用，便于牺牲层释放，且可以避免绝缘层被过度腐蚀；又一方面，绝缘层和环形保护墙的设置，可以便于衬底表面进行抛光，减少残余应力对衬底抛光工艺中的影响，进而提高器件的成品率和品质。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
19.图1为本实用新型一些实施例提供的薄膜体声波谐振器的结构示意图之一；
20.图2为本实用新型一些实施例提供的薄膜体声波谐振器的结构示意图之二；
21.图3为本实用新型一些实施例提供的薄膜体声波谐振器的结构示意图之三；
22.图4为本实用新型一些实施例提供的滤波器的结构示意图。
23.图标：10-衬底；11-空腔；12-本体；13-环形保护墙；d-环形保护墙的厚度；14-绝缘层；15-牺牲材料；20-底电极；30-压电层；40-顶电极；50-引出金属；60-封装薄膜层；61-第一子薄膜层；62-第二子薄膜层；63-第三子薄膜层；64-封装腔；71-第一引出电极；72-第二引出电极；80-钝化层；91-第一信号端；92-第二信号端；93-接地端。
具体实施方式
24.下文陈述的实施方式表示使得本领域技术人员能够实践所述实施方式所必需的信息，并且示出了实践所述实施方式的最佳模式。在参照附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本实用新型的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应
理解，这些概念和应用属于本实用新型和随附权利要求的范围内。
25.应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区域分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本实用新型的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
26.应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
27.诸如“在
…
下方”或“在
…
上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。应当理解，这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所描绘的取向之外的不同取向。
28.本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而且并不意图限制本实用新型。如本文所使用，除非上下文明确地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”意图同样包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或上述各项的组。
29.除非另外界定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本实用新型所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样界定。
30.请参照图1和图2，本实施例提供一种薄膜体声波谐振器，该薄膜体声波谐振器包括具有空腔11的衬底10、位于衬底10上的底电极20、位于底电极20上的压电层30、位于压电层30上的顶电极40，底电极20通过贯穿设置于压电层30内的引出金属50引出至压电层30靠近顶电极40的一侧；衬底10包括本体12、位于本体12上的环形保护墙13以及围设于环形保护墙13外周的绝缘层14，其中，位于环形保护墙13内部的区域形成空腔11。该薄膜体声波谐振器由于设置了环形保护墙13，因此能够避免绝缘层14被过度腐蚀且能够简化衬底10表面的抛光工序，进而提高器件的性能和良率。
31.需要说明的是，衬底10上的空腔11是通过牺牲材料15的释放形成的，由于此为本领域技术人员所熟知，故本技术对此不做赘述。
32.底电极20、压电层30和顶电极40依次形成于衬底10上。其中，空腔11、底电极20、压电层30和顶电极40沿其层叠方向(即底电极20、压电层30和顶电极40的层叠方向)的交叠区
域形成谐振区域；谐振区域之外的区域为非谐振区域。
33.在本实施例中，底电极20通过引出金属50从压电层30中引出至顶电极40的一侧。其中，引出金属50位于薄膜体声波谐振器的非谐振区域内。引出金属50的材质本技术不做限制，本领域技术人员可以根据需要选择合适的金属材料。
34.请参照图1所示，在本实施例中，衬底10包括本体12、位于本体12上的环形保护墙13以及围设于环形保护墙13外周的绝缘层14。其中，环形保护墙13和本体12属于同一材质，环形保护墙13和本体12是通过对衬底10进行刻蚀得到的。环形保护墙13内部空间形成衬底10的空腔11，环形保护墙13外部的空间用于形成绝缘层14，以得到环设于环形保护墙13外周的绝缘层14。本技术通过设置环形保护墙13，一方面，可以将声波限制在谐振区域内，从而避免声波横向泄漏，进而提高薄膜体声波谐振器的品质因数；另一方面，环形保护墙13能够对衬底10内的牺牲材料15的释放起到定位作用，便于牺牲层释放，且可以起到避免绝缘层14被过度腐蚀的作用；又一方面，由于位于衬底10内的牺牲层较厚(衬底10内的空腔11是通过对预先形成在衬底10内的牺牲层释放得到的)，因此，现有技术的谐振器很容易在形成牺牲层的过程中产生残余应力，进而对后续牺牲层的抛光和释放造成影响。而本技术绝缘层14和环形保护墙13的设置，可以便于衬底10的牺牲材料15的抛光，减少残余应力对衬底10抛光工艺中的影响，进而提高器件的成品率和品质。
35.其中，环形保护墙的厚度d，如图1所示，本领域技术人员可以根据实际情况自行确定，本技术不做具体限制。示例性地，环形保护墙的厚度d应该小于空腔11的直径，且环形保护墙的厚度d应该小于绝缘层14的外径和绝缘层14的内径之差。
36.综上所述，本技术提供的薄膜体声波谐振器包括具有空腔11的衬底10、位于衬底10上的底电极20、位于底电极20上的压电层30、位于压电层30上的顶电极40，底电极20通过贯穿设置于压电层30内的引出金属50引出至压电层30靠近顶电极40的一侧；衬底10包括本体12、位于本体12上的环形保护墙13以及围设于环形保护墙13外周的绝缘层14，其中，位于环形保护墙13内部的区域形成空腔11。本技术的薄膜体声波谐振器由于设置了环形保护墙13和绝缘层14，因此，一方面，可以通过环形保护墙13将声波限制在谐振区域内，从而避免声波横向泄漏，进而提高薄膜体声波谐振器的品质因数；另一方面，可以通过环形保护墙13对衬底10内的牺牲材料15的释放起到定位作用，便于牺牲层释放，且可以避免绝缘层14被过度腐蚀；又一方面，绝缘层14和环形保护墙13的设置，可以便于衬底10表面进行抛光，减少残余应力对衬底10抛光工艺中的影响，进而提高器件的成品率和品质。
37.请参照图2所示，可选地，本实施例提供的薄膜体声波谐振器还包括位于顶电极40上的封装薄膜层60，封装薄膜层60具有用于封装薄膜体声波谐振器的封装腔64，封装腔64位于薄膜体声波谐振器的谐振区域的上方；其中，空腔11、底电极20、压电层30和顶电极40的交叠区域形成谐振区域；薄膜体声波谐振器还包括贯穿封装薄膜层60的第一引出电极71和第二引出电极72，第一引出电极71和引出金属50接触连接，第二引出电极72与顶电极40接触连接。
38.其中，封装薄膜层60位于薄膜体声波谐振器的上方，封装腔64位于薄膜体声波谐振器的谐振区域的上方，如图2所示。需要说明的是，本技术是对滤波器里的各个薄膜体声波谐振器进行独立封装的，这样，可以有效缩小滤波器的整体薄膜封装的封装面积，且变形小，能够提高器件的机械强度。
39.示例性地，该封装薄膜层60可以包括依次设于顶电极40上的第一子薄膜层61、第二子薄膜层62和第三子薄膜层63。本技术采用三层子薄膜层，这种封装方式密封性好，同时结合谐振器的独立封装，可以有效地对谐振区域进行密封。当然，在其他的实施例中，本领域技术人员也可以根据需要将封装薄膜层60设置为包括两层子薄膜层或者四层子薄膜层，具体地，本技术不做限制。
40.可选地，第一子薄膜层61和第二子薄膜层62的材料不同。在本实施例中，第一子薄膜层61的材料和衬底10的材料相同，第二子薄膜层62的材料和在形成空腔11之前在衬底10内填充的牺牲层的材料相同。
41.请参照图3所示，在一种可行的实施例中，薄膜体声波谐振器还包括位于顶电极40和封装薄膜层60之间的钝化层80，第一引出电极71依次贯穿封装薄膜层60和钝化层80以与引出金属50接触连接，第二引出电极72依次贯穿封装薄膜层60和钝化层80以与顶电极40接触连接。本技术通过钝化层80的设置可以对顶电极40的表面起到有效的保护。可选地，钝化层80的材料为氮化铝。当然，除了氮化铝之外，本领域技术人员还可以根据钝化层80的作用选择其他可行的材料，本技术对钝化层80的具体材料类型不做特别限制。
42.还有，请参照图4所示，可选地，在薄膜体声波谐振器的谐振区域内，顶电极40和底电极20分别在衬底10上的正投影的轮廓形状为m条弧线和n条直线段围合形成的封闭图形，m为大于或等于1的整数，n为大于或等于0的整数，空腔11、底电极20、压电层30和顶电极40的交叠区域形成谐振区域。其中，弧线的曲率以及弧线和直线的连接角度也可以根据需要而定。
43.其中，m和n的具体数量可以根据需求而定，本技术不做特别限制。示例性地，m为大于或等于1的整数，n等于0，这样，则顶电极40和底电极20分别在衬底10上的正投影的轮廓形状为全弧线组成的封闭图形；或者，m为大于或等于1的整数，n为大于0的整数，这样，则顶电极40和底电极20分别在衬底10上的正投影的轮廓形状为弧线和直线段组成的封闭图形，如图4所示。本技术通过设置顶电极40和底电极20分别在衬底10上的正投影的轮廓形状，并根据需求选择合适的与弧线交接的直线段的数量以及弧线与直线段的连接角度来改变制造过程中产生的应力大小。本技术通过将顶电极40和底电极20分别在衬底10上的正投影的轮廓形状设计为m条弧线和n条直线段围合形成的封闭图形，可以减少反射波，使不需要的声波振动模态相互抵消，减少杂波谐振峰、减少伪模态，从而获得纯净的大机电耦合系数的主模。
44.在本实施例中，在薄膜体声波谐振器的谐振区域内，压电层30在衬底10上的正投影的轮廓形状也为m条弧线和n条直线段围合形成的封闭图形。其中，压电层30在衬底10上的正投影的轮廓形状可以和顶电极40和底电极20分别在衬底10上的正投影的轮廓形状相同或者相似。
45.还有，可选地，本技术提供的薄膜体声波谐振器的底电极20和顶电极40的材料分别为钼、铝、铂、银、钨和金中的任意一种。
46.本实用新型的另一方面，还提供了一种滤波器，该滤波器包括上述的薄膜体声波谐振器。其中，该薄膜体声波谐振器的具体结构及其有益效果均已在前文做了详细阐述，故本技术对此不再赘述。
47.需要说明的是，该滤波器可以由两个或多个薄膜体声波谐振器搭建而成，由于薄
膜体声波谐振器与滤波器的搭建方式为本领域技术人员所熟知，故本技术对此不再赘述。
48.示例性地，请参照图4所示，该滤波器可以采用五个谐振器搭建而成，其中，三个谐振器串联连接于第一信号端91和第二信号端92之间，另外两个谐振器并联连接于串联连接的谐振器和接地端93之间。当然，应理解，图4所示的滤波器仅为本技术给出的一种示例，不应当看做是对本技术的滤波器的搭建形式的唯一限制。
49.以上所述仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
50.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。