本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种体声波谐振器及其制造方法，一种具有该谐振器的滤波器，以及一种具有该谐振器或者滤波器的电子设备。
背景技术：
电子器件作为电子设备的基本元素，已经被广泛应用，其应用范围包括移动电话、汽车、家电设备等。此外，未来即将改变世界的人工智能、物联网、5g通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为基础。
电子器件根据不同工作原理可以发挥不同的特性与优势，在所有电子器件中，利用压电效应(或逆压电效应)工作的器件是其中很重要一类，压电器件有着非常广泛的应用情景。薄膜体声波谐振器(filmbulkacousticresonator，简称fbar，又称为体声波谐振器，也称baw)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是fbar滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，fbar具有尺寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，其滤波器正在逐步取代传统的声表面波(saw)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用，其高灵敏度的优势也能应用到生物、物理、医学等传感领域。
薄膜体声波谐振器的结构主体为由电极-压电薄膜-电极组成的“三明治”结构，即两层金属电极层之间夹一层压电材料。通过在两电极间输入正弦信号，fbar利用逆压电效应将输入电信号转换为机械谐振，并且再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。
在体声波谐振器的微结构中集成空气间隙非常复杂，一方面需要考虑如何可靠地制造出空气间隙，另一方面要考虑形成空气间隙的方式/结构不影响谐振器性能。
技术实现要素：
为缓解或解决上述问题，提出本发明。
根据本发明的实施例的一个方面，提出一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
顶电极；
底电极；
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
顶电极、底电极、声学镜和压电层在所述谐振器的厚度方向上的重叠区域限定所述谐振器的有效区域；
底电极和/或顶电极为间隙电极，所述间隙电极具有第一电极与第二电极，第一电极贴附于所述压电层，第一电极与第二电极之间限定空隙层，空隙层在谐振器的高度方向上位于第一电极与第二电极之间；
所述间隙电极设置有用于形成所述空隙层的至少一个释放通道，所述释放通道与所述空隙层连通，所述释放通道包括电极通道部，所述电极通道部设置于电极的非有效区域中。
本发明还提出了一种制造上述体声波谐振器的方法，包括以下步骤：
在所述第一电极与第二电极之间形成牺牲层材料，所述牺牲层材料在谐振器的厚度方向上位于第一电极与第二电极之间；
提供所述释放通道；
经由所述释放通道，利用刻蚀剂刻蚀牺牲层材料从而产生所述间隙层。
本发明的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
本发明的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的谐振器。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
图1a为顶电极具有空气间隙的体声波谐振器的工艺俯视图；
图1b为顶电极具有空气间隙的体波谐振器工艺结构剖视图；
图1c为沿图1a中直线a1-a2剖开生成的剖视图，采用刻蚀工艺结构，其中箭头方向表示刻蚀剂经通道从外部进入空气间隙；
图2a为根据本发明的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器工艺结构剖视图；
图2b为根据本发明的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器工艺结构剖视图；
图3a为根据本发明的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器俯视图；
图3b为根据本发明的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器工艺结构剖视图；和
图4为根据本发明的一个示例性实施例的底电极具有空气间隙的体声波谐振器工艺结构剖视图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
在本发明的附图中，各附图标记如下：
10：基底，可选材料为硅(高阻硅)、砷化镓、蓝宝石、石英等。
20：声学镜，在图1b中为空腔20，也可采用布拉格反射层及其他等效形式，但是在底电极设置有刻蚀通道的情况下，声学镜为空腔结构。
30：第一底电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
36：电极引脚，材料与第一底电极相同。
31：第二底电极，材料选择范围同第一底电极30，但具体材料不一定与第一底电极30相同。
40：压电薄膜层，可选氮化铝(aln)、氧化锌(zno)、锆钛酸铅(pzt)、铌酸锂(linbo3)、石英(quartz)、铌酸钾(knbo3)或钽酸锂(litao3)等材料，也可包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料。
50：第一顶电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
56：电极引脚，材料与第一顶电极相同。
60：位于顶电极之中的空气间隙，处于第一顶电极50和第二顶电极70之间。
70：第二顶电极，材料选择范围同第一顶电极50，但具体材料不一定与第一顶电极50相同。
80：牺牲孔，贯穿第二顶电极70，牺牲孔80与空气间隙60连通。
81：牺牲孔，可以为第一顶电极与第二顶电极的非引脚端之间的间隙孔，牺牲孔81与空气间隙60连通。
需要说明的是，空气间隙构成空隙层，但是本发明中，空隙层除了可以为空气间隙层之外，还可以是真空间隙层，也可以是填充了其他气体介质的空隙层。
但是，在微结构中集成空气间隙并不简单，一方面需要考虑如何可靠地制造出空气间隙，另一方面要考虑形成空气间隙的方式/结构不影响谐振器性能。
就本专利发明来说，在电极内部制造空气间隙的方法为沉积牺牲薄膜后再将其清除掉，主要涉及到如何安排牺牲孔。
首先，牺牲孔在谐振器的横向方向上位于有效区域之外，这样不影响谐振器性能，但如果距离声学有效区域太远又无法有效刻蚀牺牲薄膜；举例来说，牺牲孔80位于附加电极(间隙电极中远离压电层的电极层)中，因为牺牲孔80位于顶电极、压电层和底电极等组成的声学有效区域之外，不影响声学谐振性能。
其次，牺牲孔的安排可能影响谐振器的电学性能和可靠性；举例来说，牺牲孔80和81的安排目的是保证在有效牺牲的前提下，尽量减小孔的数量和总面积，不合理的安排将导致附加电极(例如对应于第二顶电极)70导电率下降，无法有效提高串联谐振处的q值，或导致附加电极70可靠性下降。
本发明中位于电极内的空气间隙结构均可通过设置牺牲层材料结合刻蚀剂释放的工艺制成。其中牺牲层材料可选用掺磷二氧化硅(psg)，刻蚀剂可选用液态或气态的氢氟酸，可选的刻蚀剂中还可混入一定比例的缓冲物质，控制反应速率。
具体地，图1a所示的体声波谐振器顶电极(和/或底电极)具有复合结构，其中
(1)在第一顶电极50和第二顶电极70之间具有若干通孔81。
(2)在第二顶电极70上具有若干通孔80。
值得注意的是，上述结构(1)和(2)是各自独立的实施方式，可同时应用于谐振器，也可分别单独应用于谐振器。
加工时，刻蚀反应首先从通孔80和/或81开口处开始，随着反应进行，刻蚀剂经通孔81和/或80逐步进入空气间隙60，并清除掉空气间隙内的牺牲层材料。
可选地，在本发明的谐振器中：所述顶电极为间隙电极；且所述第一顶电极50与第二顶电极70在电极引脚端电连接，所述第一顶电极50与第二顶电极70在电极非引脚端之间限定至少一个所述释放通道81(参见图1a与1b)。
具体参见图1b，其为俯视图图1a沿直线a1-a2剖开生成剖视图。在图2b中，采用刻蚀工艺结构(1)，其中箭头方向表示刻蚀剂经通道80从外部进入空气间隙60，并清除空气间隙60中的牺牲材料。此处值得注意的是，图1b中通道81可以代表若干个局部开口。
另外可选地，图1c为沿图1a中直线a1-a2剖开生成的剖视图，采用刻蚀工艺结构(2)，其中箭头方向表示刻蚀剂经通道80从外部进入空气间隙60。即在本发明的谐振器中：所述顶电极为间隙电极；且所述第二电极70设置有至少一个贯穿通孔80，所述贯穿通孔构成释放通道。
还可选地，在图2a所示的谐振器工艺结构中，空气间隙位于底电极中，通孔41穿过压电层40和第二底电极31进入空气间隙60。其中通孔41在横向上位于声学镜20的范围之外。进行加工时，刻蚀剂沿图2a中箭头方向经通孔41逐渐进入空气间隙60，并清除60内的牺牲材料。在本发明的该实施例的谐振器中：所述底电极为间隙电极；且所述释放通道在谐振器的横向方向上位于有效区域之外且贯穿第二底电极31。
可选地，释放通道80贯穿所述压电层40与第二底电极31，如图2b所示。
可选地，也可如图3b所示，采用仅在第二底电极31上保留通孔的工艺结构。由于压电层40具有疏松微观结构，且刻蚀剂主要成分氢氟酸为小分子/离子，在加工时，刻蚀剂可透过压电层40然后经第二底电极31上的通孔进入空气间隙60，并清除空气间隙60内的牺牲材料。此外反应生成物同样也可经通孔透过压电层40被释放到谐振器之外的溶液或气体环境中。
在图3a和3b所示的谐振器工艺结构中，其中图3b底电极具有空气间隙的体波谐振器工艺结构剖视图。
具体地，空气间隙位于底电极中，通孔41穿过压电层40并进入空腔声学镜的释放通道21。其中通孔41在横向上位于底电极范围之外。此外，第一底电极30和第二底电极31在侧部形成通道83，该通道连通空气间隙60和空腔20的释放通道21。进行加工时，刻蚀剂沿图3a中箭头方向经路径41-21和41-83分别逐渐进入空气间隙20以及空腔60，并清除两者内的牺牲材料。
在图4所示的谐振器工艺结构中，空气间隙位于底电极中。第一底电极30具有若干通孔84，所述通孔84连通空气间隙60和空腔20。进行加工时，刻蚀剂沿图4中的箭头经路径41-21首先进入空腔20，并逐渐清除20中的牺牲材料，随着反应进行，通孔84开始暴露，刻蚀剂会继续经84进入空气间隙60，并逐渐清除60内的牺牲材料。
因此，基于以上可知，在本发明的一个实施例中，底电极为间隙电极；声学镜20包括声学镜空腔；且所述释放通道包括在谐振器的横向方向上位于有效区域之外的第一通道(对应于通孔41)，所述释放通道还包括用于连通第一通道与所述空隙层的第二通道。
具体地，在本发明的谐振器中：所述第一通道为贯穿压电层的第一贯穿通孔(对应于通孔41)；且所述第二通道包括贯穿第二电极设置的第二贯穿通孔(对应于通孔84)，所述第一贯穿通孔与声学镜空腔相通，所述第二贯穿通道与所述声学镜空腔相通。
另外，在本发明的谐振器中：所述第一通道为贯穿压电层的第一贯穿通孔；在底电极的靠近第一贯穿通孔的一侧，第一电极的端部位于第二电极的端部的上方且在两个端部之间形成所述第二通道(对应于附图标记83)。
基于以上的刻蚀步骤的说明，本发明的实施例也公开了一种制造体声波谐振器的方法，包括以下步骤：
在间隙电极的第一电极与第二电极之间形成牺牲层材料，所述牺牲层材料在谐振器的厚度方向上位于第一电极与第二电极之间；
提供释放通道；
经由所述释放通道，利用刻蚀剂刻蚀牺牲层材料从而产生所述间隙层。
如本领域技术人员能够理解的，根据本发明的体声波谐振器可以用于形成滤波器。
基于以上，本发明还提出了如下技术方案：
1、一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
顶电极；
底电极；
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
顶电极、底电极、声学镜和压电层在所述谐振器的厚度方向上的重叠区域限定所述谐振器的有效区域；
底电极和/或顶电极为间隙电极，所述间隙电极具有第一电极与第二电极，第一电极贴附于所述压电层，第一电极与第二电极之间限定空隙层，空隙层在谐振器的高度方向上位于第一电极与第二电极之间；
所述间隙电极设置有用于形成所述空隙层的至少一个释放通道，所述释放通道与所述空隙层连通，所述释放通道包括电极通道部，所述电极通道部设置于电极的非有效区域中。
2、根据1所述的谐振器，其中：
所述顶电极为间隙电极；且
所述第一电极与第二电极在电极引脚端电连接，所述第一电极与第二电极在电极非引脚端之间限定至少一个所述电极通道部。
3、根据1所述的谐振器，其中：
所述顶电极为间隙电极；且
所述第二电极设置有至少一个贯穿通孔，所述贯穿通孔构成所述电极通道部。
4、根据1所述的谐振器，其中：
所述底电极为间隙电极；且
所述电极通道部在谐振器的横向方向上位于有效区域之外且贯穿所述第一电极。
5、根据4所述的谐振器，其中：
所述释放通道还包括贯穿所述压电层的压电层通道，所述压电层通道与所述电极通道相通。
6、根据1所述的谐振器，其中：
所述底电极为间隙电极；
所述声学镜包括声学镜空腔；且
所述释放通道包括在谐振器的横向方向上位于有效区域之外的第一通道，所述释放通道还包括用于连通第一通道与所述空隙层的第二通道。
7、根据6所述的谐振器，其中：
所述第一通道为贯穿压电层的第一贯穿通孔；且
所述第二通道包括贯穿第二电极设置的至少一个第二贯穿通孔，所述第一贯穿通孔与声学镜空腔相通，所述第二贯穿通孔与所述声学镜空腔相通，所述电极通道部包括所述第二贯穿通孔。
8、根据6所述的谐振器，其中：
所述第一通道为贯穿压电层的第一贯穿通孔；且
在底电极的靠近第一贯穿通孔的一侧，第一电极的端部位于第二电极的端部的上方且在两个端部之间形成所述第二通道。
9、根据8所述的谐振器，其中：
所述第二通道与所述声学镜空腔相通。
10、一种包括1-9中任一项所述的体声波谐振器的滤波器。
11、一种包括1-9中任一项所述的体声波谐振器或10所述的滤波器的电子设备。
需要指出的是，在本发明中，电极通道部设置于电极的非有效区域中，这里的电极的非有效区域表示电极中不参与形成有效区域的部分。例如，对于图1c中，附加电极(第二顶电极)中设置通孔80的部位虽然在谐振器的厚度方向上的投影中位于有效区域的范围内但是其并非是用于形成有效区域的组成部分。因此，电极非有效区域包括位于非有效区域的第一电极部分，和/或第二电极，即基本上不参与谐振器有效区域主谐振的电极部分。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
1.一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
顶电极；
底电极；
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
顶电极、底电极、声学镜和压电层在所述谐振器的厚度方向上的重叠区域限定所述谐振器的有效区域；
底电极和/或顶电极为间隙电极，所述间隙电极具有第一电极与第二电极，第一电极贴附于所述压电层，第一电极与第二电极之间限定空隙层，空隙层在谐振器的高度方向上位于第一电极与第二电极之间；
所述间隙电极设置有用于形成所述空隙层的至少一个释放通道，所述释放通道与所述空隙层连通，所述释放通道包括电极通道部，所述电极通道部设置于电极的非有效区域中。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述顶电极为间隙电极；且
所述第一电极与第二电极在电极引脚端电连接，所述第一电极与第二电极在电极非引脚端之间限定至少一个所述电极通道部。
3.根据权利要求1或2所述的谐振器，其中：
所述顶电极为间隙电极；且
所述第二电极设置有至少一个贯穿通孔，所述贯穿通孔构成所述电极通道部。
4.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述底电极为间隙电极；且
所述电极通道部在谐振器的横向方向上位于有效区域之外且贯穿所述第一电极。
5.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
所述释放通道还包括贯穿所述压电层的压电层通道，所述压电层通道与所述电极通道相通。
6.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述底电极为间隙电极；
所述声学镜包括声学镜空腔；且
所述释放通道包括在谐振器的横向方向上位于有效区域之外的第一通道，所述释放通道还包括用于连通第一通道与所述空隙层的第二通道。
7.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
所述第一通道为贯穿压电层的第一贯穿通孔；且
所述第二通道包括贯穿第二电极设置的至少一个第二贯穿通孔，所述第一贯穿通孔与声学镜空腔相通，所述第二贯穿通孔与所述声学镜空腔相通，所述电极通道部包括所述第二贯穿通孔。
8.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
所述第一通道为贯穿压电层的第一贯穿通孔；且
在底电极的靠近第一贯穿通孔的一侧，第一电极的端部位于第二电极的端部的上方而间隔开且在两个端部之间形成孔道，所述第二通道包括所述孔道，所述电极通道部包括所述孔道。
9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述第二通道与所述声学镜空腔相通。
10.一种包括权利要求1-9中任一项所述的体声波谐振器的滤波器。
11.一种包括根据权利要求1-9中任一项所述的体声波谐振器或权利要求10所述的滤波器的电子设备。
12.一种制造根据权利要求1-9任一项所述的体声波谐振器的方法，包括以下步骤：
在所述第一电极与第二电极之间形成牺牲层材料，所述牺牲层材料在谐振器的厚度方向上位于第一电极与第二电极之间；
提供所述释放通道；
经由所述释放通道，利用刻蚀剂刻蚀牺牲层材料从而产生所述间隙层。
技术总结