[发明专利]附加结构与顶电极分离的体声波谐振器、滤波器及电子设备

说明书

本发明涉及一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极，设置在基底上方；顶电极，具有电极连接部；和压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，其中：所述谐振器还包括附加结构，所述附加结构设置在顶电极的边缘且顶电极与附加结构之间具有间隙；所述谐振器还包括不导电材料层，所述不导电材料层填充所述间隙且覆盖所述附加结构的至少一部分和/或所述顶电极的至少一部分。本发明还涉及一种具有上述半导体器件的电子设备。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种附加结构与顶电极分离的体声波谐振器、一种具有该谐振器的滤波器，以及一种具有该谐振器或者该滤波器的电子设备。

背景技术

薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR，又称为体声波谐振器，也称BAW)作为一种MEMS芯片在通信领域发挥着重要作用，FBAR滤波器具有尺寸小(μm级)、谐振频率高(GHz)、品质因数高(1000)、功率容量大、滚降效应好等优良特性，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薄膜材料。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。薄膜体声波谐振器主要利用压电薄膜的纵向压电系数(d33)产生压电效应，所以其主要工作模式为厚度方向上的纵波模式(Thickness Extensional Mode，简称TE模式)。

理想地，薄膜体声波谐振器仅激发厚度方向(TE)模，但是除了期望的TE模式之外，还会产生横向的寄生模式，如瑞利-拉姆模声波。这些横向模式的波会在谐振器的边界处损失掉，从而使得谐振器所需的纵模的能量损失，最终导致谐振器Q值的下降。为了抑制谐振器在边缘处横向模式声波的泄露，一般会在谐振器顶电极的边缘处增加一框架结构(包括凸起结构和凹陷结构)，从而将横向模式的声波限定在谐振器的有效区域内，避免其泄露。但是当谐振器工作时，由于框架结构与顶电极相连，因此当对谐振器的顶电极和底电极施加一电压时，除了谐振器的主体部分会在压电材料的压电效应下产生主谐振之外，也会在框架结构中产生次谐振，因为次谐振的谐振频率与主谐振不同，所以会影响滤波器的性能，如图1(A)所示。在图中，Rm代表次谐振，SW1代表寄生模式，它们的峰高越大，对谐振器和滤波器性能的负面影响越大。

为了解决这一问题，现有技术中将框架结构与顶电极分离开来即有一空气隙结构如图1(B)所示中15所示。图1中，10为谐振器底部的空腔结构，11为底电极，12为压电层，13为顶电极，14为凸起结构，15为凸起结构与顶电极之间的空气隙结构。空气隙结构15的存在能够消除凸起结构中的次谐振。但是这种结构的存在，会导致谐振器的Rp值降低。同时在加工的过程中也不不容易实现，空隙形成的时候会很容易产生对准偏移。

发明内容

为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器，包括：

基底；

声学镜；

底电极，设置在基底上方；

顶电极，具有电极连接部；和

压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间，

其中：

所述谐振器还包括附加结构，所述附加结构设置在顶电极的边缘且顶电极与附加结构之间具有间隙；

所述谐振器还包括不导电材料层，所述不导电材料层填充所述间隙且覆盖所述附加结构的至少一部分和/或所述顶电极的至少一部分。