CN1365186A - 带有构图声学反射镜的稳固安装的多谐振器体声波滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种制造多谐振器体声波(BAW)滤波器的方法和用该方法制造的滤波器,具有用做用于多个谐振器部分的声学反射镜的多个材料层,每个谐振器至少包括夹住压电层的顶部电极和底部电极,该方法包括以下步骤:选择用于用做声学反射镜的某些材料层的绝缘材料和用于其它层的金属材料;通过制造工序提供至少一个金属层,利用刻蚀工艺将金属层构图成不同部分,刻蚀工艺充分去除在要放置不同谐振器的位置之间的金属层,以便在不同谐振器底部的层的不同部分之间提供电绝缘;与除了构图相同类型的声学反射镜的任何金属层的刻蚀步骤以外而用相同方式制造的多谐振器BAW滤波器中存在的电容耦合相比,提供带有在谐振器之间的减少的电容耦合的多谐振器BAW滤波器。
Description
发明的领域
本发明涉及体声波谐振器。特别是，本发明涉及带有声学反射镜的多谐振器体声波滤波器。
发明的背景
薄膜体声波谐振器基于一层压电材料，如ZnO或AlN，并且在某些情况下包括声学反射镜。这种器件将声波转换成电信号，反之依然，并且因其频率与电抗有关而能用做电子电路中的滤波器。通常，声学反射镜是由不同声抗的材料层组合而成。声学反射镜通过淀积不同材料的各个层以便在衬底上形成不同材料的堆叠层而建立在例如玻璃衬底上。接着，在声学反射镜上淀积底部电极，然后在底部电极上淀积压电材料，形成所谓的压电层。最后，在压电层上淀积顶部电极。顶部和底部电极以及压电层的组合形成器件的所谓谐振器部分。声学反射镜用于根据施加于电极的电压反射由压电层产生的声波，由此使衬底与压电层隔离。
包括声学反射镜的谐振器的例子公开于下列文章中：“Developmentof Miniature Filters for Wireless Applications”IEEE Transactionson Microwave Theory and Techniques，Vol.43，No.12，December 1995。这种谐振器中的声学反射镜可包括具有低声抗和约四分之一波长的厚度的下层和具有高声抗的上层。在这种器件中，一层对用做“阻抗变换器”，这是因为它能将衬底的声抗变换成非常低的值。在每层具有约四分之一波长的厚度的器件中，层对的转换因素等于它们各自阻抗的比的平方。
除了包括声学反射镜的BAW谐振器之外，现有技术中公知的是提供构成在膜片上的BAW谐振器，并带有将谐振器部分与衬底隔开的空隙。膜片型方案的缺点是很难在膜片顶部形成层，因而它们具有充分小的机械应力，这将会使膜片破裂或弯曲。此外，膜片结构不是非常机械坚固的，这使准备的晶片(玻璃或硅晶片，直径为“4”-“8”，被完全处理，含有成千个谐振器基滤波器)的控制和切割复杂。根据膜片类型，对使用的衬底材料有限制。
因为整个结构被牢固地安装在衬底上，BAW谐振器的声学反射镜类型非常坚固。反射镜基本上作为λ/4变换器工作，即它由高和低声抗材料的多对交替层构成，每层的厚度为约声学地四分之一波长。这样，整个叠层结构将衬底的声抗在反射镜/底部电极界面处转换成非常低的阻抗，产生与膜片型结构中的空气界面类似的声学反射界面。反射镜的最佳操作要求高和低阻抗的差尽可能的大。一般可得到的绝缘膜的声抗的差不大，因而必须使用大量的层用于所有绝缘声学反射镜。使用大量层会减少反射镜的带宽并使其制造复杂化。
通过使用金属和绝缘层形成声学反射镜，可以大大增加阻抗差，但是这么做将引入由底部电极和反射镜的顶部金属层产生的大电容。如图1所示，这种电容将降低由在单个衬底上的两个或多个谐振器构成的滤波器的性能；反射镜的顶部金属层产生从每个底部电极到滤波器中的所有其它底部电极的电容，并在谐振器之间提供寄生电容耦合。
因此需要一种谐振器的声学反射镜类型，其中声学反射镜由交替金属化层和绝缘层构成，以便以相对少量的层提供好的反射率，但是不会对形成在相同衬底上并利用相同声学反射镜的其它谐振器引入电容耦合。
发明的概述
相应地，本发明提供制造多谐振器体声波(BAW)滤波器的方法和由这种方法制造的滤波器，该滤波器具有用做用于多个谐振器部分的声学反射镜的多个材料层，每个谐振器部分至少包括夹住压电层的顶部电极和底部电极，该方法包括以下步骤：选择用于用做声学反射镜的某些材料层的绝缘材料和用于其它层的金属材料；和通过利用刻蚀工艺将金属层构图成不同部分的制造工序提供至少金属层之一，其中刻蚀工艺充分去除要放置不同谐振器部分的位置之间的金属层，以便在不同谐振器部分下面的层的部分之间提供电绝缘；由此，与用除了不包括构图相同类型声学反射镜的任何金属层的刻蚀步骤以外的相同方式形成的多谐振器BAW滤波器中存在的电容耦合相比，提供在谐振器之间带有减少电容耦合的多谐振器BAW滤波器。
在本发明的另一方案中，所有金属层被构图成不同部分，以便在不同谐振器部分下面的所有层的部分之间提供电绝缘。
附图的简要说明
通过下面结合附图的详细介绍，将使本发明的上述和其它目的、特点和优点更明显，其中：
图1是根据现有技术的由几个声学反射镜类型BAW谐振器构成的多谐振器滤波器的示意图，表示当声学反射镜中使用金属层时的电容耦合；
图2是根据本发明的由几个声学反射镜类型BAW谐振器构成的多谐振器滤波器的示意图；
图3是图2中所示的谐振器之一的正视图；
图4表示根据本发明制造由几个声学反射镜BAW谐振器构成的多谐振器滤波器的一个工艺，在该工艺中，声学反射镜的多层当中，只有金属层被构图(即从滤波器的表面的某些选择区域去掉)，而绝缘层不被构图(虽然构成滤波器的其它层也可以被构图，包括底部和顶部电极)；
图5是表示根据本发明用于制造由几个声学反射镜BAW谐振器构成的多谐振器滤波器的另一工艺，该工艺实现了消除寄生电容源的相同最终效果，但是构图将作为每个谐振器部分下面的声学反射镜的部件的金属层和绝缘层；和
图6是表示图5中所示的工艺的稍有改变的工艺。
实施本发明的最佳方式
参见图2和3，根据本发明，声学反射镜型多谐振器BAW滤波器由位于声学反射镜层14顶部的谐振器部分11、12构成，声学反射镜层14包括淀积在衬底15上的金属层和绝缘层，以便没有金属反射镜层延伸到一个以上谐振器部分下面。如下所述，要制造这种声学反射镜型多谐振器BAW滤波器，至少从谐振器部分之间去除声学反射镜的金属层，这里将淀积材料的这种选择去除称为构图淀积材料。
基本上有两种方法用于制造包括声学反射镜的多谐振器BAW滤波器，该声学反射镜包括金属层和绝缘层，其中至少金属层被构图。现在参照图4，一种方法是按顺序淀积构成声学反射镜的连续层，并且在淀积每个金属层之后，在淀积下一绝缘层之前，从将要形成谐振器部分的每个区域之间选择去除金属层。金属的淀积通常是利用溅射进行的。可以通过例如化学汽相淀积(CVD)或等离子体增强CVD法生长绝缘层。金属层的选择去除(这里称为构图)可利用湿或干刻蚀进行。利用每种刻蚀方法，都可以获得金属层的倾斜边缘，这有助于避免阶梯覆盖问题。得到的用于一个谐振器的层叠结构示意地示于图3中。对于绝缘(低声抗)层，优选的材料是SiO2或Si3N4，金属(高声抗)层的优选材料是W或Mo，但也可使用其它材料。当淀积压电层时，它延伸穿过整个衬底表面(在已经淀积的层顶部)。压电层可以是不构图的(不选择去除)，例如当制造两级平衡滤波器时(除了在通过构图该层形成的绝缘层中提供通路即通孔，以便随后在绝缘层上淀积金属以填充通孔时，提供通过绝缘层的连接之外)，或者可以在除了每个反射镜叠层顶部以外任何地方去除压电层。
参照图5，制造带有具有构图金属层的声学反射镜的多谐振器BAW滤波器的第二种方法是首先淀积所有反射镜层，然后通过所有层刻蚀到衬底表面，由此不仅构图(选择去除)每个谐振器部分之间的金属层，而且构图绝缘层。然后谐振器之间的衬底裸露，并且从衬底表面到反射镜顶部有很大的台阶。由于该大的台阶，位于裸露衬底顶部的单独的声学反射镜的整个结构应该被平面化，即应该在该结构上淀积某种绝缘材料如SiO2或Si3N4的厚层，然后利用例如化学机械抛光(CMP)法向下抛光到反射镜叠层的顶部。平面化该结构之后，根据每个埋入声学反射镜的位置，在被抛光的结构上淀积电极和压电层。
对于本领域技术人员来说对上述两种方法的各种修改是很明显的。例如，现在参照图6，可通过在淀积最后绝缘反射镜层之前刻蚀和平面化反射镜叠层来修改第二种方法。当停止抛光时(当达到最顶部金属反射镜层的表面时将进行该修改程序)很容易确定这种修改。还可以淀积附加的牺牲层以避免反射镜层形成凹陷，这经常发生在CMP工艺中。
从上面的描述清楚可见，本发明还包括了利用这种方式制造的多谐振器BAW滤波器，以便包括在每个谐振器部分底部的完全分离和不同的声学反射镜(有利地被平面化，如上所述)，与图4中所示的结构相反，其中一个谐振器部分下面的声学反射镜材料中的每个绝缘层被淀积在衬底的整个表面上，以便在每个其它谐振器部分下面延伸。
不管怎样构图声学反射镜的很多层，理解到只需要将一层充分构图成几个部分是很重要的，即从要放置谐振器部分的位置之间去除该层，以便在不同谐振器部分下面的层的各个部分之间提供电绝缘。
本发明人已经发现，通过制造根据本发明的多谐振器BAW滤波器，不仅在远离中心频率的滤波器的频率响应上有改进(减少的响应)，而且还在中心频率或附近的响应有改进。根据现有技术的滤波器有时将呈现在中心频率或附近的高度不规则的(即具有深凹陷)的响应，这是上述寄生电容的结果，根据本发明的滤波器的响应是具有在根据现有技术的滤波器的响应以下6dB的原离中心频率的相对好性能的带通滤波器的响应。虽然可通过采用不包括如本发明那样构图声学反射镜的金属层的步骤来避免在声学反射镜型多谐振器滤波器的中心频率附近出现凹陷，但这些步骤经常导致滤波器的减少的带宽。在制造根据本发明的滤波器的情况下没有发生这种带宽的减少。
应该理解，上述设置只是实施本发明原理的例子而已。在不脱离本发明的精神和范围情况下，由本领域技术人员可设计出很多改型和替换设置，并且所附权利要求书趋于覆盖这些改型和设置。
Claims (8)
1、一种制造多谐振器体声波(BAW)滤波器的方法，该滤波器具有用做用于多个谐振器部分的声学反射镜的多个材料层，每个谐振器部分至少包括夹住压电层的顶部电极和底部电极，该方法包括以下步骤：
a)选择用于用做声学反射镜的某些材料层的绝缘材料和用于其它层的金属材料；和
b)经过利用刻蚀工艺将金属层构图成不同部分的制造工序提供制造一个金属层，该刻蚀工艺充分去除在要放置不同谐振器部分的位置之间的金属层，以便在不同谐振器部分下面的层的部分之间提供电绝缘；
由此，与用除了构图相同类型的声学反射镜的任何金属层的刻蚀步骤以外的相同方式制造的多谐振器BAW滤波器中存在的电容耦合相比，提供带有在谐振器之间的减少电容耦合的多谐振器BAW滤波器。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于利用刻蚀工艺将声学反射镜的所有金属层构图成不同部分，其中该刻蚀工艺充分去除在要放置不同谐振器部分的位置之间的金属层，以便在不同谐振器部分下面的层的所有部分之间提供电绝缘。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于步骤(b)包括连续淀积声学反射镜的不同层的步骤，绝缘层与金属层交替设置并且最接近谐振器的层是绝缘的，其特征在于在淀积下一绝缘层之前，如在步骤(b)中那样构图每个金属层。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于步骤(b)包括以下步骤：
a)以金属层开始，连续淀积声学反射镜的所有不同层，以便绝缘层与金属层交替设置；
b)通过声学反射镜的所有层向下刻蚀到衬底表面，以便在衬底上留下声学反射镜的不同层的丸药盒型结构，由此提供被构图的金属层和绝缘层；和
c)在衬底上淀积作为填充剂的绝缘材料，以便代替从声学反射镜层去除的材料，该淀积足够深以便容许向下抛光填充剂到声学反射镜的顶层。
5、根据权利要求1的方法，其特征在于步骤(b)包括以下步骤：
a)以金属层开始，连续淀积声学反射镜的不同层并继续进行，但不包括最接近谐振器的层，以便绝缘层与金属层交替设置；
b)通过声学反射镜的所有淀积层向下刻蚀到衬底表面，以便在衬底上留下声学反射镜的不同淀积层的丸药盒型结构，由此提供被构图的金属层和被构图的绝缘层；
c)在衬底上淀积作为填充剂的绝缘材料，以便代替从声学反射镜层去除的材料，该淀积足够深以便容许向下抛光填充剂到声学反射镜的顶层；和
d)淀积声学反射镜的顶层，以便不仅覆盖已经淀积的、构图的声学材料层，而且覆盖填充剂。
6、根据权利要求1的方法，其特征在于至少谐振器部分之一是包括顶部电极、有时接地的中间电极和底部电极并且还包括夹在三个电极之间的两个压电层的层叠晶体结构。
7、一种多谐振器体声波(BAW)滤波器，具有用做用于多个谐振器部分的声学反射镜的多个材料层，每个谐振器部分至少包括夹住压电层的顶部电极和底部电极，其中声学反射镜的某些层是用绝缘材料制成的，其它层是用金属材料制成，并且利用刻蚀工艺将至少一个金属层构图成不同部分，其中该刻蚀工艺充分去除在要放置不同谐振器部分的位置之间的金属层，以便在不同谐振器部分下面的层的部分之间提供电绝缘。
8、根据权利要求7的BAW滤波器，其特征在于利用刻蚀工艺将所有金属层构图成不同部分，其中该刻蚀工艺充分去除在要放置不同谐振器部分的位置之间的金属层，以便在不同谐振器部分下面的层的所有部分之间提供电绝缘。
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