[发明专利]体声波谐振器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种体声波谐振器及其制造方法，该体声波谐振器包括：位于有效压电区域外部的空气间隙，空气间隙位于上电极与压电层之间和/或位于压电层与基底之间，并且空气间隙覆盖下电极的靠近空气间隙的端部或者空气间隙与下电极的端部连接；其中，空气间隙具有靠近有效压电区域的第一端，空气间隙的由第一端起始的至少部分上表面为弧形上表面。本发明的体声波谐振器改善了器件的Q值、有效机电耦合系数K²_t,eff、和抗静电放电能力，同时减小了器件电极中的应力，进而提高谐振器的性能和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种体波谐振器，尤其涉及一种能够提高谐振器的品质因数(Q)、有效机电稠合系数(K²_t,eff)和抗静电放电(ESD)能力的体声波谐振器及其制造方法。

背景技术

利用压电薄膜在厚度方向的纵向谐振所制成的薄膜体波谐振器，在于机通讯和高速串行数据应用等方面己成为声表面波器件和石英晶体谐振器的一个可行的替代。射频前端体波滤波器/双工器提供优越的滤波特性，例如低插入损耗，陡峭的过渡带，较大的功率容量，较强的抗静电放电(ESD)能力。具有超低频率温度漂移的高频薄膜体波振荡器，其相位噪声低，功耗低且带宽调制范围大。除此之外，这些微型薄膜谐振器在硅衬底上使用CMOS兼容的加工工艺，这样可以降低单位成本，并有利于最终与CMOS电路集成。

体波谐振器包括一个声学镜和两个电极，以及位于这两电极之间的被称作压电激励的压电材料层。也称下部电极和上部电极为激励电极，其作用是引起谐振器各层的机械振荡。声学镜在体波谐振器和基底之间形成声学隔离。

图1是传统的体声波谐振器的俯视图。声学镜101是由基底上一个空气腔构成，它的作用是将基底的声阻抗近似转化为空气的声阻抗。大部分的下电极102要位于声学镜101边界的内侧。在连接的边缘107处，部分上电极104要跨越底电极102。

可以用有效机电搞合系数(K²_t,eff)和品质因数(Q)这两个参量来表征薄膜体波谐振器的性能。有效的K²_t,eff值越大，射频滤波器的频带就越宽，或者压控谐振器的可调范围就越大。对于谐振器来说很重要的一点就是它所采用的压电层本身就要具有较高的K²_t,eff值，并且其极化轴的方向要与膜的厚度方向一致，这样可以便有效K²_t,eff值达到最大。品质因数Q既影响射频滤波器的插入损耗，也影响压控振荡器振动模式的单一性。尽管振荡与多种能耗机制有关，如声学阻尼(材料损耗)、自谐振器边界条件决定的侧面逃逸的波等等，但压电薄膜良好的柱状晶体结构以及C轴的取向，是影响体波器件性能的首要条件。沉积于电极之上的压电薄膜的晶体结构很大程度上取决于其下面电极的粗糙度和晶体结构。表面光滑且纹理锐利的底层电极是最理想的。沉积压电层时，它会跟随着底层电极的结构纹理，并且在底层电极形貌较尖锐处容易发生断裂，例如在近乎垂直边缘的电极上会产生陡峭的边缘。压电层的断裂会大大降低谐振器的抗静电放电(ESD)能力。