[发明专利]压电谐振器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种压电谐振器，包括底电极；压电层，叠设于底电极之上；顶电极，叠设于压电层远离底电极的一侧；声波反射层结构，形成于底电极远离压电层的一侧；以及，顶电极引出结构，位于压电层远离底电极的一侧；底电极、压电层、顶电极以及声波反射层结构共同交叠重合形成的空间区域定义为谐振区；顶电极引出结构于谐振区内与顶电极相连，并由谐振区内延伸至谐振区外，且顶电极引出结构与顶电极向压电层的正投影部分交叠。本发明还提供一种压电谐振器的制作方法。与相关技术相比，本发明的压电谐振器制作方法可以降低压电层生长缺陷对器件性能的影响，使这种压电谐振器结构具有更高的品质因数Q以及更高的有效机电耦合系数。

【技术领域】

本发明涉及压电技术领域，尤其涉及一种压电谐振器及其制作方法。

【背景技术】

随着智能设备的日益增多，以及物联网和5G技术的不断普及，对高性能滤波器和多功器的需求越来越大。声学谐振器作为滤波器和多功器的重要组成部分，一直是近年来研究的重点对象。目前主流的声学谐振技术包括表面声波技术SAW(Surface AcousticWave)和体声波技术BAW(Bulk Acoustic Wave)。采用SAW技术的谐振器由于制造工艺简单，成本低，占据着中低频(2GHz以下)的主流市场。SAW谐振器的缺点是品质因子值低，材料的温漂差且与半导体工艺兼容性不佳。这种谐振器组成的滤波器矩形系数差，插入损耗高，中心频率随温度漂移大。更致命的是随着频率的升高，SAW谐振器插指电极之间的间距减小，对工艺提出更高要求的同时器件的可靠性变差，这些缺点正在阻碍SAW谐振器应用于更高的频段。BAW谐振器的出现改善了许多SAW谐振器的缺点，并且成熟的半导体工艺对其制造的兼容性良好，但是由于BAW谐振器本身的工艺复杂，制造难度高，导致成本居高不下，使其在中高频段很难完全取代SAW谐振器，在低频甚至毫无竞争力。除了在通信领域的发展，由于其优异的性能，BAW谐振器也广泛应用于压电麦克风，压力传感器或其他传感器领域。

BAW谐振器区别于SAW谐振器，是利用纵波在压电薄膜中产生谐振，纵波的传播方向即为压电材料的厚度方向。通过调节压电材料以及电极材料的厚度，可以方便的调节谐振器的谐振频率。为了产生谐振，除了压电材料和对立布置于其上下用来产生电激励的电极层外，通常还有使波能在界面产生反射的声学反射镜。空气或者布拉格(Bragg)反射镜是最常用的反射镜结构。布拉格反射镜采用多组低声阻抗材料和高声阻抗材料交替的叠层结构实现对波的反射。这种反射镜虽然反射率高，但是仍然无法避免能量沿着反射镜泄漏。相比于布拉格反射镜，空气对波的反射效果更好，且阻断了能量泄漏的途径，所以往往能制造出质量因子更高的谐振器。为了在谐振结构中引入空气作为反射镜，相关的技术是在沉积电极层和压电层之前先在衬底中或者衬底上制作出空腔结构，以在衬底中形成空腔为例，在空腔中填充牺牲材料使表面平整，接着在空腔和衬底上方沉积电极层和压电层，最后用能腐蚀牺牲材料的腐蚀液或者气氛通过预先留出的释放通道与牺牲材料接触，释放出空腔，形成空气反射镜结构。

BAW谐振器工作时高频电压分别施加于顶电极和底电极，在交变电场的作用下，压电材料发生形变，空腔或者声反射镜之上的悬空膜层发生震荡，产生平行于厚度方向的纵波和沿垂直于厚度方向(横向)传播的杂波。在特定频率交变电压下，悬空薄膜将会发生谐振，器件呈现特殊的的电学特性，从而实现特定频率信号的传输。

现有技术中，从原理上说，虽然谐振时的主模式为纵波模式，然而，仍会有部分寄生模态伴随着纵波激发而形成。这些寄生模态既可以是驻波，在器件电学特性曲线上形成杂峰，增加滤波器的带内纹波和插入损耗；又可以是横向传播的杂波，造成能量泄漏，增加滤波器插入损耗，降低器件的品质因数(Q值)。