[发明专利]谐振器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种谐振器，包括：第一电极，位于基板上；压电层，位于第一电极上；第二电极，位于压电层上；框架，位于第一电极下方或上方和/或第二电极上方或下方，框架的厚度沿垂直方向渐变。依照本发明的谐振器，利用倾斜缓变的框架，以简单的制作工艺高效地提升了FBAR器件的Q值，提高了工艺兼容性和谐振器结构的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种谐振器及其制造方法，特别是涉及一种具有厚度渐变倾斜侧壁框架的膜体声波谐振器(FBAR)及其制造方法。

背景技术

近来，根据移动通信装置以及化学和生物装置的飞速发展，对在这些装置中使用的小且轻的滤波器、振荡器、谐振元件以及声谐振质量传感器的需求也已经增加。

膜体声波谐振器(FBAR)是实现小且轻的滤波器、振荡器、谐振元件以及声谐振质量传感器的已知的构件。膜体声波谐振器可以以最小的成本大批量生产，并可实现为具有超小型尺寸。此外，FBAR可提供作为滤波器的主要特性的高品质因子(Q)值，甚至可被使用在微波频带中，并且还可实现个人通信系统(PCS)和数字无线系统(DCS)的特定频带。

如图1所示，通常，FBAR包括通过在包括空腔2的基板1上顺序地堆叠第一电极3、压电层4和第二电极5而实现的谐振部。在操作FBAR时，通过将电能施加到第一电极和第二电极而在压电层中诱发出电场，通过诱发的电场在压电层中产生压电现象，使得谐振部在预定方向上振动。结果，在与谐振部振动的方向相同的方向上产生体声波，导致谐振。

在上述FBAR设备中，可以通过多种方法来实现减少在边界处的声学损耗。特别地，沿着FBAR的一侧或多侧设置框架6。有框架区域FBAR与无框架区域FBAR产生声阻抗失配，声阻抗失配通过将声能反射回到谐振器的有源区来减少声能损耗，因此提升FBAR的品质因数。

虽然结合框架减少声能损耗和伴随着改进FBAR的品质(Q)因子，但是直接应用已知的框架元件没有在减少声能损耗和Q方面产生显著改进。

特别地，如图1中所示，现有的框架6侧壁通常是垂直的，也即整个框架厚度均匀。如此，只可反射特定频率下的部分声能，Q值提升程度受限。进一步，垂直侧壁的框架不利于在框架上面继续沉积薄膜，也容易剥离，结构可靠性和稳定性均较差。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种制作简单、工艺兼容性强且可靠性高、并能有效提高Q值的FBAR结构。

本发明提供了一种谐振器，包括：第一电极，位于基板上；压电层，位于第一电极上；第二电极，位于压电层上；框架，位于第一电极下方或上方和/或第二电极上方或下方，框架的厚度沿垂直方向渐变。

其中，基板中具有空腔；优选地，框架内边界沿水平方向向内延伸超过空腔边界。

其中，框架内边界与空腔边界水平距离为0.1～10微米；任选地，框架外边界与内边界之间的距离为0.5～3微米；框架外边界与内边界之间的宽度为0.2～20微米；任选地,框架外边界与内边界之间的宽度为3～8微米；任选地，框架厚度为10～500nm。

其中，空腔内填充保护性气体或惰性气体或真空；任选地，基板顶部具有凹凸结构并填充与空腔内相同的气体或真空。

其中，第一电极及第二电极材质为导电金属,可为同种金属或不同种金属；第一电极或第二电极可为单种金属也可为多层金属组合。

其中，框架的材质为导电材料或介电材料；任选地，框架具有倾斜侧壁、圆化侧壁或椭圆化侧壁；任选地，框架与第一或第二电极的夹角为15～60度。

本发明进一步提供了一种谐振器制造方法，包括步骤：在基板上或在形成第一电极之后在第一电极上形成第一电极；在第一电极上形成压电层；在压电层上形成第二电极；其中，在形成第一电极之前在基板上形成框架，和/或在形成第二电极之前在压电层上形成框架或在形成第二电极之后在第二电极上形成框架，框架的厚度沿垂直方向渐变。