專(zhuān)利名稱：帶有構(gòu)圖聲學(xué)反射鏡的穩(wěn)固安裝的多諧振器體聲波濾波器的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及體聲波諧振器。特別是，本發(fā)明涉及帶有聲學(xué)反射鏡的多諧振器體聲波濾波器。
發(fā)明的背景薄膜體聲波諧振器基于一層壓電材料，如ZnO或AlN，并且在某些情況下包括聲學(xué)反射鏡。這種器件將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，反之依然，并且因其頻率與電抗有關(guān)而能用做電子電路中的濾波器。通常，聲學(xué)反射鏡是由不同聲抗的材料層組合而成。聲學(xué)反射鏡通過(guò)淀積不同材料的各個(gè)層以便在襯底上形成不同材料的堆疊層而建立在例如玻璃襯底上。接著，在聲學(xué)反射鏡上淀積底部電極，然后在底部電極上淀積壓電材料，形成所謂的壓電層。最后，在壓電層上淀積頂部電極。頂部和底部電極以及壓電層的組合形成器件的所謂諧振器部分。聲學(xué)反射鏡用于根據(jù)施加于電極的電壓反射由壓電層產(chǎn)生的聲波，由此使襯底與壓電層隔離。
包括聲學(xué)反射鏡的諧振器的例子公開(kāi)于下列文章中“Developmentof Miniature Filters for Wireless Applications”IEEE Transactionson Microwave Theory and Techniques，Vol.43，No.12，December 1995。這種諧振器中的聲學(xué)反射鏡可包括具有低聲抗和約四分之一波長(zhǎng)的厚度的下層和具有高聲抗的上層。在這種器件中，一層對(duì)用做“阻抗變換器”，這是因?yàn)樗軐⒁r底的聲抗變換成非常低的值。在每層具有約四分之一波長(zhǎng)的厚度的器件中，層對(duì)的轉(zhuǎn)換因素等于它們各自阻抗的比的平方。
除了包括聲學(xué)反射鏡的BAW諧振器之外，現(xiàn)有技術(shù)中公知的是提供構(gòu)成在膜片上的BAW諧振器，并帶有將諧振器部分與襯底隔開(kāi)的空隙。膜片型方案的缺點(diǎn)是很難在膜片頂部形成層，因而它們具有充分小的機(jī)械應(yīng)力，這將會(huì)使膜片破裂或彎曲。此外，膜片結(jié)構(gòu)不是非常機(jī)械堅(jiān)固的，這使準(zhǔn)備的晶片(玻璃或硅晶片，直徑為“4”-“8”，被完全處理，含有成千個(gè)諧振器基濾波器)的控制和切割復(fù)雜。根據(jù)膜片類(lèi)型，對(duì)使用的襯底材料有限制。
因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)被牢固地安裝在襯底上，BAW諧振器的聲學(xué)反射鏡類(lèi)型非常堅(jiān)固。反射鏡基本上作為λ/4變換器工作，即它由高和低聲抗材料的多對(duì)交替層構(gòu)成，每層的厚度為約聲學(xué)地四分之一波長(zhǎng)。這樣，整個(gè)疊層結(jié)構(gòu)將襯底的聲抗在反射鏡/底部電極界面處轉(zhuǎn)換成非常低的阻抗，產(chǎn)生與膜片型結(jié)構(gòu)中的空氣界面類(lèi)似的聲學(xué)反射界面。反射鏡的最佳操作要求高和低阻抗的差盡可能的大。一般可得到的絕緣膜的聲抗的差不大，因而必須使用大量的層用于所有絕緣聲學(xué)反射鏡。使用大量層會(huì)減少反射鏡的帶寬并使其制造復(fù)雜化。
通過(guò)使用金屬和絕緣層形成聲學(xué)反射鏡，可以大大增加阻抗差，但是這么做將引入由底部電極和反射鏡的頂部金屬層產(chǎn)生的大電容。如

圖1所示，這種電容將降低由在單個(gè)襯底上的兩個(gè)或多個(gè)諧振器構(gòu)成的濾波器的性能；反射鏡的頂部金屬層產(chǎn)生從每個(gè)底部電極到濾波器中的所有其它底部電極的電容，并在諧振器之間提供寄生電容耦合。
因此需要一種諧振器的聲學(xué)反射鏡類(lèi)型，其中聲學(xué)反射鏡由交替金屬化層和絕緣層構(gòu)成，以便以相對(duì)少量的層提供好的反射率，但是不會(huì)對(duì)形成在相同襯底上并利用相同聲學(xué)反射鏡的其它諧振器引入電容耦合。
發(fā)明的概述相應(yīng)地，本發(fā)明提供制造多諧振器體聲波(BAW)濾波器的方法和由這種方法制造的濾波器，該濾波器具有用做用于多個(gè)諧振器部分的聲學(xué)反射鏡的多個(gè)材料層，每個(gè)諧振器部分至少包括夾住壓電層的頂部電極和底部電極，該方法包括以下步驟選擇用于用做聲學(xué)反射鏡的某些材料層的絕緣材料和用于其它層的金屬材料；和通過(guò)利用刻蝕工藝將金屬層構(gòu)圖成不同部分的制造工序提供至少金屬層之一，其中刻蝕工藝充分去除要放置不同諧振器部分的位置之間的金屬層，以便在不同諧振器部分下面的層的部分之間提供電絕緣；由此，與用除了不包括構(gòu)圖相同類(lèi)型聲學(xué)反射鏡的任何金屬層的刻蝕步驟以外的相同方式形成的多諧振器BAW濾波器中存在的電容耦合相比，提供在諧振器之間帶有減少電容耦合的多諧振器BAW濾波器。
在本發(fā)明的另一方案中，所有金屬層被構(gòu)圖成不同部分，以便在不同諧振器部分下面的所有層的部分之間提供電絕緣。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明通過(guò)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)介紹，將使本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)更明顯，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的由幾個(gè)聲學(xué)反射鏡類(lèi)型BAW諧振器構(gòu)成的多諧振器濾波器的示意圖，表示當(dāng)聲學(xué)反射鏡中使用金屬層時(shí)的電容耦合；圖2是根據(jù)本發(fā)明的由幾個(gè)聲學(xué)反射鏡類(lèi)型BAW諧振器構(gòu)成的多諧振器濾波器的示意圖；圖3是圖2中所示的諧振器之一的正視圖；圖4表示根據(jù)本發(fā)明制造由幾個(gè)聲學(xué)反射鏡BAW諧振器構(gòu)成的多諧振器濾波器的一個(gè)工藝，在該工藝中，聲學(xué)反射鏡的多層當(dāng)中，只有金屬層被構(gòu)圖(即從濾波器的表面的某些選擇區(qū)域去掉)，而絕緣層不被構(gòu)圖(雖然構(gòu)成濾波器的其它層也可以被構(gòu)圖，包括底部和頂部電極)；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明用于制造由幾個(gè)聲學(xué)反射鏡BAW諧振器構(gòu)成的多諧振器濾波器的另一工藝，該工藝實(shí)現(xiàn)了消除寄生電容源的相同最終效果，但是構(gòu)圖將作為每個(gè)諧振器部分下面的聲學(xué)反射鏡的部件的金屬層和絕緣層；和圖6是表示圖5中所示的工藝的稍有改變的工藝。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式參見(jiàn)圖2和3，根據(jù)本發(fā)明，聲學(xué)反射鏡型多諧振器BAW濾波器由位于聲學(xué)反射鏡層14頂部的諧振器部分11、12構(gòu)成，聲學(xué)反射鏡層14包括淀積在襯底15上的金屬層和絕緣層，以便沒(méi)有金屬反射鏡層延伸到一個(gè)以上諧振器部分下面。如下所述，要制造這種聲學(xué)反射鏡型多諧振器BAW濾波器，至少?gòu)闹C振器部分之間去除聲學(xué)反射鏡的金屬層，這里將淀積材料的這種選擇去除稱為構(gòu)圖淀積材料。
基本上有兩種方法用于制造包括聲學(xué)反射鏡的多諧振器BAW濾波器，該聲學(xué)反射鏡包括金屬層和絕緣層，其中至少金屬層被構(gòu)圖?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4，一種方法是按順序淀積構(gòu)成聲學(xué)反射鏡的連續(xù)層，并且在淀積每個(gè)金屬層之后，在淀積下一絕緣層之前，從將要形成諧振器部分的每個(gè)區(qū)域之間選擇去除金屬層。金屬的淀積通常是利用濺射進(jìn)行的。可以通過(guò)例如化學(xué)汽相淀積(CVD)或等離子體增強(qiáng)CVD法生長(zhǎng)絕緣層。金屬層的選擇去除(這里稱為構(gòu)圖)可利用濕或干刻蝕進(jìn)行。利用每種刻蝕方法，都可以獲得金屬層的傾斜邊緣，這有助于避免階梯覆蓋問(wèn)題。得到的用于一個(gè)諧振器的層疊結(jié)構(gòu)示意地示于圖3中。對(duì)于絕緣(低聲抗)層，優(yōu)選的材料是SiO2或Si3N4，金屬(高聲抗)層的優(yōu)選材料是W或Mo，但也可使用其它材料。當(dāng)?shù)矸e壓電層時(shí)，它延伸穿過(guò)整個(gè)襯底表面(在已經(jīng)淀積的層頂部)。壓電層可以是不構(gòu)圖的(不選擇去除)，例如當(dāng)制造兩級(jí)平衡濾波器時(shí)(除了在通過(guò)構(gòu)圖該層形成的絕緣層中提供通路即通孔，以便隨后在絕緣層上淀積金屬以填充通孔時(shí)，提供通過(guò)絕緣層的連接之外)，或者可以在除了每個(gè)反射鏡疊層頂部以外任何地方去除壓電層。
參照?qǐng)D5，制造帶有具有構(gòu)圖金屬層的聲學(xué)反射鏡的多諧振器BAW濾波器的第二種方法是首先淀積所有反射鏡層，然后通過(guò)所有層刻蝕到襯底表面，由此不僅構(gòu)圖(選擇去除)每個(gè)諧振器部分之間的金屬層，而且構(gòu)圖絕緣層。然后諧振器之間的襯底裸露，并且從襯底表面到反射鏡頂部有很大的臺(tái)階。由于該大的臺(tái)階，位于裸露襯底頂部的單獨(dú)的聲學(xué)反射鏡的整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)該被平面化，即應(yīng)該在該結(jié)構(gòu)上淀積某種絕緣材料如SiO2或Si3N4的厚層，然后利用例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)法向下拋光到反射鏡疊層的頂部。平面化該結(jié)構(gòu)之后，根據(jù)每個(gè)埋入聲學(xué)反射鏡的位置，在被拋光的結(jié)構(gòu)上淀積電極和壓電層。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)對(duì)上述兩種方法的各種修改是很明顯的。例如，現(xiàn)在參照?qǐng)D6，可通過(guò)在淀積最后絕緣反射鏡層之前刻蝕和平面化反射鏡疊層來(lái)修改第二種方法。當(dāng)停止拋光時(shí)(當(dāng)達(dá)到最頂部金屬反射鏡層的表面時(shí)將進(jìn)行該修改程序)很容易確定這種修改。還可以淀積附加的犧牲層以避免反射鏡層形成凹陷，這經(jīng)常發(fā)生在CMP工藝中。
從上面的描述清楚可見(jiàn)，本發(fā)明還包括了利用這種方式制造的多諧振器BAW濾波器，以便包括在每個(gè)諧振器部分底部的完全分離和不同的聲學(xué)反射鏡(有利地被平面化，如上所述)，與圖4中所示的結(jié)構(gòu)相反，其中一個(gè)諧振器部分下面的聲學(xué)反射鏡材料中的每個(gè)絕緣層被淀積在襯底的整個(gè)表面上，以便在每個(gè)其它諧振器部分下面延伸。
不管怎樣構(gòu)圖聲學(xué)反射鏡的很多層，理解到只需要將一層充分構(gòu)圖成幾個(gè)部分是很重要的，即從要放置諧振器部分的位置之間去除該層，以便在不同諧振器部分下面的層的各個(gè)部分之間提供電絕緣。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)制造根據(jù)本發(fā)明的多諧振器BAW濾波器，不僅在遠(yuǎn)離中心頻率的濾波器的頻率響應(yīng)上有改進(jìn)(減少的響應(yīng))，而且還在中心頻率或附近的響應(yīng)有改進(jìn)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的濾波器有時(shí)將呈現(xiàn)在中心頻率或附近的高度不規(guī)則的(即具有深凹陷)的響應(yīng)，這是上述寄生電容的結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的濾波器的響應(yīng)是具有在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的濾波器的響應(yīng)以下6dB的原離中心頻率的相對(duì)好性能的帶通濾波器的響應(yīng)。雖然可通過(guò)采用不包括如本發(fā)明那樣構(gòu)圖聲學(xué)反射鏡的金屬層的步驟來(lái)避免在聲學(xué)反射鏡型多諧振器濾波器的中心頻率附近出現(xiàn)凹陷，但這些步驟經(jīng)常導(dǎo)致濾波器的減少的帶寬。在制造根據(jù)本發(fā)明的濾波器的情況下沒(méi)有發(fā)生這種帶寬的減少。
應(yīng)該理解，上述設(shè)置只是實(shí)施本發(fā)明原理的例子而已。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下，由本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計(jì)出很多改型和替換設(shè)置，并且所附權(quán)利要求書(shū)趨于覆蓋這些改型和設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種制造多諧振器體聲波(BAW)濾波器的方法，該濾波器具有用做用于多個(gè)諧振器部分的聲學(xué)反射鏡的多個(gè)材料層，每個(gè)諧振器部分至少包括夾住壓電層的頂部電極和底部電極，該方法包括以下步驟a)選擇用于用做聲學(xué)反射鏡的某些材料層的絕緣材料和用于其它層的金屬材料；和b)經(jīng)過(guò)利用刻蝕工藝將金屬層構(gòu)圖成不同部分的制造工序提供制造一個(gè)金屬層，該刻蝕工藝充分去除在要放置不同諧振器部分的位置之間的金屬層，以便在不同諧振器部分下面的層的部分之間提供電絕緣；由此，與用除了構(gòu)圖相同類(lèi)型的聲學(xué)反射鏡的任何金屬層的刻蝕步驟以外的相同方式制造的多諧振器BAW濾波器中存在的電容耦合相比，提供帶有在諧振器之間的減少電容耦合的多諧振器BAW濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于利用刻蝕工藝將聲學(xué)反射鏡的所有金屬層構(gòu)圖成不同部分，其中該刻蝕工藝充分去除在要放置不同諧振器部分的位置之間的金屬層，以便在不同諧振器部分下面的層的所有部分之間提供電絕緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(b)包括連續(xù)淀積聲學(xué)反射鏡的不同層的步驟，絕緣層與金屬層交替設(shè)置并且最接近諧振器的層是絕緣的，其特征在于在淀積下一絕緣層之前，如在步驟(b)中那樣構(gòu)圖每個(gè)金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(b)包括以下步驟a)以金屬層開(kāi)始，連續(xù)淀積聲學(xué)反射鏡的所有不同層，以便絕緣層與金屬層交替設(shè)置；b)通過(guò)聲學(xué)反射鏡的所有層向下刻蝕到襯底表面，以便在襯底上留下聲學(xué)反射鏡的不同層的丸藥盒型結(jié)構(gòu)，由此提供被構(gòu)圖的金屬層和絕緣層；和c)在襯底上淀積作為填充劑的絕緣材料，以便代替從聲學(xué)反射鏡層去除的材料，該淀積足夠深以便容許向下拋光填充劑到聲學(xué)反射鏡的頂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(b)包括以下步驟a)以金屬層開(kāi)始，連續(xù)淀積聲學(xué)反射鏡的不同層并繼續(xù)進(jìn)行，但不包括最接近諧振器的層，以便絕緣層與金屬層交替設(shè)置；b)通過(guò)聲學(xué)反射鏡的所有淀積層向下刻蝕到襯底表面，以便在襯底上留下聲學(xué)反射鏡的不同淀積層的丸藥盒型結(jié)構(gòu)，由此提供被構(gòu)圖的金屬層和被構(gòu)圖的絕緣層；c)在襯底上淀積作為填充劑的絕緣材料，以便代替從聲學(xué)反射鏡層去除的材料，該淀積足夠深以便容許向下拋光填充劑到聲學(xué)反射鏡的頂層；和d)淀積聲學(xué)反射鏡的頂層，以便不僅覆蓋已經(jīng)淀積的、構(gòu)圖的聲學(xué)材料層，而且覆蓋填充劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于至少諧振器部分之一是包括頂部電極、有時(shí)接地的中間電極和底部電極并且還包括夾在三個(gè)電極之間的兩個(gè)壓電層的層疊晶體結(jié)構(gòu)。
7.一種多諧振器體聲波(BAW)濾波器，具有用做用于多個(gè)諧振器部分的聲學(xué)反射鏡的多個(gè)材料層，每個(gè)諧振器部分至少包括夾住壓電層的頂部電極和底部電極，其中聲學(xué)反射鏡的某些層是用絕緣材料制成的，其它層是用金屬材料制成，并且利用刻蝕工藝將至少一個(gè)金屬層構(gòu)圖成不同部分，其中該刻蝕工藝充分去除在要放置不同諧振器部分的位置之間的金屬層，以便在不同諧振器部分下面的層的部分之間提供電絕緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的BAW濾波器，其特征在于利用刻蝕工藝將所有金屬層構(gòu)圖成不同部分，其中該刻蝕工藝充分去除在要放置不同諧振器部分的位置之間的金屬層，以便在不同諧振器部分下面的層的所有部分之間提供電絕緣。
全文摘要
一種制造多諧振器體聲波(BAW)濾波器的方法和用該方法制造的濾波器,具有用做用于多個(gè)諧振器部分的聲學(xué)反射鏡的多個(gè)材料層,每個(gè)諧振器至少包括夾住壓電層的頂部電極和底部電極,該方法包括以下步驟:選擇用于用做聲學(xué)反射鏡的某些材料層的絕緣材料和用于其它層的金屬材料;通過(guò)制造工序提供至少一個(gè)金屬層,利用刻蝕工藝將金屬層構(gòu)圖成不同部分,刻蝕工藝充分去除在要放置不同諧振器的位置之間的金屬層,以便在不同諧振器底部的層的不同部分之間提供電絕緣;與除了構(gòu)圖相同類(lèi)型的聲學(xué)反射鏡的任何金屬層的刻蝕步驟以外而用相同方式制造的多諧振器BAW濾波器中存在的電容耦合相比,提供帶有在諧振器之間的減少的電容耦合的多諧振器BAW濾波器。
文檔編號(hào)H03H3/04GK1365186SQ01139599
公開(kāi)日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2001年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月2日
發(fā)明者J·埃萊, J·凱蒂拉, M·T·帕塔寧 申請(qǐng)人:諾基亞有限公司