專利名稱：包括橋部的聲學(xué)諧振器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括橋部的聲學(xué)諧振器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電諧振器使用在許多電子應(yīng)用中。例如，在許多無線通信器件中，將射頻(RF)和 微波頻率諧振器用作濾波器，來改善信號的接收和發(fā)送。濾波器通常包括電感器和電容器， 并且近來包括諧振器。如將會被認(rèn)識到的，期望減小電子裝置的組件的尺寸。許多公知的濾波器技術(shù)對 于整體系統(tǒng)的小型化造成了障礙。由于減小組件尺寸的需要，已經(jīng)出現(xiàn)了基于壓電效應(yīng)的 一類諧振器。在基于壓電效應(yīng)的諧振器中，在壓電材料中產(chǎn)生聲學(xué)諧振模式。這些聲波被 轉(zhuǎn)換為用于電子應(yīng)用的電波。一種類型的壓電諧振器是薄膜體聲波諧振器(FBAR)。FBAR具有小尺寸的優(yōu)點，并 且適于集成電路(IC)制造工具和技術(shù)。FBAR包括聲學(xué)堆，該聲學(xué)堆具有設(shè)置在兩個電極之 間的壓電材料層以及其他部件。聲波通過聲學(xué)堆實現(xiàn)諧振，波的諧振頻率由聲學(xué)堆內(nèi)的材 料確定。FBAR與諸如石英的體聲學(xué)諧振器的原理非常類似，但是尺寸減小以在GHz頻率處 進(jìn)行諧振。因為FBAR具有微米數(shù)量級的厚度以及毫米數(shù)量級的長度和寬度，所以FBAR相 對于公知的諧振器有利地提供了相對緊湊的替代品。理想地，體聲學(xué)諧振器僅激發(fā)厚度方向(TE)模，這些模是具有沿著傳播方向的傳 播矢量(k)的縱向機械波。TE模理想地沿著壓電層的厚度方向(例如，ζ方向)傳播。不幸的是，除了期望的TE模之外，還存在產(chǎn)生在聲學(xué)堆中的橫向模(公知為瑞 利_拉姆(Rayleigh-Lamb)模)。瑞利-拉姆模是具有與TE模(期望工作模式)的方向垂 直的k向量的機械波。這些橫向模沿著壓電材料的面積維度(本示例的X、y方向)傳播。 除了其他不利效果外，橫向模還不利地影響FBAR器件的質(zhì)量因子(Q)。特別地，瑞利-拉 姆模的能量在FBAR器件的界面處損失。如將會被認(rèn)識到的，這種損失到偽模式(spurious mode)的能量損失損失了所需的縱模的能量，并且最終導(dǎo)致Q因子的降低。FBAR包括活性區(qū)域，并且與所述活性區(qū)域相連的連接部可能增加損失，并且由此 使得Q因子降低。例如，在活性區(qū)域與連接部之間的過渡區(qū)域中，在制作過程中可能在壓電 層中形成缺陷。這些缺陷可能導(dǎo)致聲學(xué)損失，并且導(dǎo)致Q因子減小。因此，所需要的是至少克服上述缺點的聲學(xué)諧振結(jié)構(gòu)電濾波器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的代表實施例，聲學(xué)諧振器包括第一電極、第二電極和設(shè)置在所述第 一電極與所述第二電極之間的壓電層。該聲學(xué)諧振器還包括設(shè)置在所述第一電極、所述第 二電極和所述壓電層下方的反射性元件。所述反射性元件、所述第一電極、所述第二電極和 所述壓電層的重疊部分構(gòu)成所述聲學(xué)諧振器的活性區(qū)域。該聲學(xué)諧振器也包括與所述聲學(xué)
4諧振器的所述活性區(qū)域的末端相鄰的橋部。根據(jù)本發(fā)明的另一個代表實施例，薄膜體聲學(xué)諧振器(FBAR)包括第一電極、第二 電極和設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間的壓電層。該FBAR還包括設(shè)置在所述第 一電極、所述第二電極和所述壓電層下方的、包括腔或布拉格反射器的反射性元件。所述反 射性元件、所述第一電極、所述第二電極和所述壓電層的重疊部分構(gòu)成聲學(xué)諧振器的活性 區(qū)域。該FBAR也包括與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū)域的末端相鄰的橋部。根據(jù)本發(fā)明的另一個代表實施例，電濾波器包括聲學(xué)諧振器。該聲學(xué)諧振器包括 第一電極、第二電極和設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間的壓電層。該聲學(xué)諧振器 還包括設(shè)置在所述第一電極、所述第二電極和所述壓電層下方的反射性元件。所述反射性 元件、所述第一電極、所述第二電極和所述壓電層的重疊部分構(gòu)成所述聲學(xué)諧振器的活性 區(qū)域。該聲學(xué)諧振器也包括與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū)域的末端相鄰的橋部。


在與附圖一同閱讀時，可以從以下的詳細(xì)描述中最好地理解說明性的實施例。強 調(diào)一下，各種特征沒有必要按照比例繪制。實際上，為了討論的清楚，可以任意地增加或減 小尺寸。在可適用并且可實現(xiàn)的情況下，相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。圖1示出了根據(jù)典型實施例的聲學(xué)諧振器的截面圖。圖2示出了根據(jù)典型實施例的聲學(xué)諧振器的俯視圖。圖3示出了根據(jù)典型實施例的Q因子與空氣橋部和FBAR的下電極之間的間隔的 關(guān)系圖。圖4示出了根據(jù)典型實施例的有效耦合系數(shù)(kt2)與空氣橋部和聲學(xué)諧振器的下 電極之間的間隔的關(guān)系圖。圖5示出了根據(jù)典型實施例的FBAR的截面圖。圖6示出了包括典型實施例的特定FBAR的FBAR的并聯(lián)阻抗(Rp)的圖。圖7示出了包括典型實施例的特定FBAR的FBAR的有效耦合系數(shù)(kt2)的圖。
具體實施例方式術(shù)語定義注意，這里使用的術(shù)語僅是為了描述特定實施例，并且不是為了進(jìn)行限制。所定義 的術(shù)語是對在本教導(dǎo)的技術(shù)領(lǐng)域中一般理解并接受的限定術(shù)語的技術(shù)和科學(xué)含義的補充。如在說明書和權(quán)利要求書中使用的，除非上下文中清楚地表明其他情況之外，未 指明數(shù)目的對象包括單數(shù)和復(fù)數(shù)的對象。例如，因此“裝置”包括一個裝置以及多個裝置。如在說明書和權(quán)利要求書中使用的，除了一般的含義之外，術(shù)語“基本”和“基本 上”表示具有可接受的限度或程度。例如，“基本上抵消”意味著本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)為 該抵消是可以接受的。如在說明書和權(quán)利要求書中使用的，除了其一般的意義之外，術(shù)語“大致”意味著 在本領(lǐng)域技術(shù)人員可以接受的限度或量之內(nèi)。例如，“大致相同”意味著本領(lǐng)域技術(shù)人員將 會認(rèn)為這些項目比較來說相同。詳細(xì)描述
在特定描述中，為了解釋的目的而不是限制的目的而給出了特定的細(xì)節(jié)，以提供 根據(jù)本教導(dǎo)的圖示實施例的透徹理解。然而，對于已經(jīng)受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員來 說，離開這里公開的特定細(xì)節(jié)仍然在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。此外，可以省略對于公知的設(shè)備和 方法的描述，使其不使得示例性實施例的描述變得模糊。這種方法和設(shè)備明顯在本教導(dǎo)的 范圍內(nèi)。圖1是根據(jù)說明性實施例的聲學(xué)諧振器100的截面圖。示意性地，結(jié)構(gòu)100是FBAR 結(jié)構(gòu)。聲學(xué)諧振器100包括襯底101。設(shè)有第一電極102和壓電層103，該壓電層103具有 與第一電極102相接觸的第一表面以及與第二電極104相接觸的第二表面。電極102、104 包括導(dǎo)電材料并且沿著y方向提供振蕩電場，其中y方向是層101的厚度方向。在圖示的 示例性實施例中，y軸是諧振器的(一個或多個)TE(縱向)模的軸線。壓電層103和電極102、104懸掛在通過對襯底101進(jìn)行選擇性蝕刻而形成的 腔105上方。腔可以由許多公知方法來形成，例如共同轉(zhuǎn)讓的授予Ruby等人的美國專利 6，384，697中描述的方法。電極102、104、壓電層103以及腔105的重疊區(qū)域被稱作聲學(xué)諧 振器100的活性區(qū)域。因此，諧振器100是可以經(jīng)由壓電層103電耦合的機械諧振器。可 以想到通過FBAR來促進(jìn)機械諧振的其他的懸掛方案。例如，諧振器100可以定位在形成在 襯底101中或其上的失配的聲學(xué)布拉格反射器(未示出)上方。這種類型的FBAR有時也 稱作實心安裝型諧振器(SMR)，并且例如可以如授權(quán)給Lakin的美國專利No. 6，107，712所 述，通過引用將其公開的內(nèi)容特別全部結(jié)合在這里。對比之下，聲學(xué)諧振器的非活性區(qū)域包括電極102、電極104或這二者與沒有設(shè)置 在腔105上方的壓電層103的重疊區(qū)域，或其他懸掛結(jié)構(gòu)。如下文中更完全地描述的，在可 行的程度內(nèi)減小聲學(xué)諧振器100的非活性區(qū)域的面積有利于諧振器的性能。在以所選擇的形貌進(jìn)行連接時，多個聲學(xué)諧振器100可以作為電濾波器。例如，聲 學(xué)諧振器100可以設(shè)置為梯形濾波器布置，諸如授權(quán)給Ella的美國專利5，910，756和授權(quán) 給Bradley等人的美國專利6，262，637等。電濾波器可以用在許多應(yīng)用(諸如，雙工器) 中。可以根據(jù)公知的半導(dǎo)體制作方法并使用公知的材料來制造聲學(xué)諧振器100。例如， 可以根據(jù)授權(quán)給Ruby等人的美國專利5，587，620 ；5, 873，153 ；6, 384，697 ；6, 507，983和 7，272，292以及授權(quán)給Bradley等人的美國專利6，828，713的教導(dǎo)來制造結(jié)構(gòu)100。通過 引用將這些專利的公開詳細(xì)地結(jié)合在這里。強調(diào)一下，這些專利中描述的方法和材料是代 表性的，并且可以預(yù)料到本領(lǐng)域技術(shù)人員的視野內(nèi)的其他制作方法和材料。聲學(xué)諧振器100也包括設(shè)置在聲學(xué)諧振器的邊上的橋部106，該橋部106連接到接 觸部107。接觸部107連接到信號線(未示出)以及為了聲學(xué)諧振器100的特定應(yīng)用而選 擇的電子組件(未示出)。聲學(xué)諧振器100的這個部分通常被稱作聲學(xué)諧振器100的互連 側(cè)。相比之下，第二電極104在腔105上方的位置108處終止，以使得聲學(xué)諧振器的非活性 面積如下所述地最小化。位置108與聲學(xué)諧振器100的互連側(cè)相反。橋部106包括形成在部分第二電極104下方的間隙109。示意性地并且如下所述， 在移除在形成間隙109的過程中設(shè)置的犧牲層(未示出)之后，間隙109包括空氣。然而， 間隙109可以由包括低聲學(xué)阻抗材料的其他材料構(gòu)成，諸如也被稱作黑鉆石的摻雜碳(C) 的SiO2 ；或者商業(yè)上公知為SiLK的電介質(zhì)樹脂；或者苯并環(huán)丁烯(BCB)。可以通過公知的方法將這種低聲學(xué)阻抗材料設(shè)置在間隙109中。低聲學(xué)阻抗材料可以在移除用于形成間隙 的犧牲層之后設(shè)置(如下所述)，或者可以被用于代替間隙109中的犧牲層材料并且不被移除。在代表性實施例中，通過將犧牲材料(未示出)設(shè)置在互連側(cè)上的第一電極102 和壓電層的一部分上方并且在犧牲層上方形成第二電極104，來形成橋106。示意性地，犧 牲材料包括磷硅酸鹽玻璃(PSG)，其示意性地包括8%的磷和92%的二氧化硅。諸如壓電層 103和第二電極104的隨后的層順序地沉積在PSG上，直到形成最終結(jié)構(gòu)。特別地，可以在 沉積壓電層103之前將種子層(未示出)設(shè)置在第一電極102上，并且可以將鈍化層(未示 出)沉積在第二電極104上。在形成包括橋部106的結(jié)構(gòu)之后，通過示意性地使用氫氟酸 來蝕刻掉PSG犧牲層，而留下獨立的橋部106。在代表性的實施例中，在同一處理步驟中移 除設(shè)置腔105中的犧牲層以及橋106下方的犧牲層，使得后者留下由空氣構(gòu)成的間隙109。壓電層103包括在將壓電層103形成在第一電極102和襯底101上方的過程中形 成的過渡部110。在過渡部110處的壓電層103通常包括材料缺陷和空隙(void)，特別地 包括諸如晶格缺陷和空隙的結(jié)構(gòu)缺陷。這些缺陷和空隙可以導(dǎo)致在壓電材料中傳播的機械 波的聲學(xué)能量的損失。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，聲學(xué)能量的損失導(dǎo)致諧振結(jié)構(gòu)100的Q因子減小。然 而，如下所述，通過在間隙109的、出現(xiàn)過渡部110的位置處的區(qū)域111中將第二電極104 與壓電層103分開，聲學(xué)諧振器100的該部分活性區(qū)域中必定不包括缺陷和空隙。因此，減 小了由于在過渡部110處的壓電層103中的缺陷和空隙而引起的聲學(xué)損失，并且相比于公 知的諧振器(諸如公知的FBAR)改善了 Q因子。此外并且有利地，橋部106在聲學(xué)諧振器100的互連側(cè)上的活性區(qū)域的邊界處提 供聲學(xué)阻抗失配。這種聲學(xué)阻抗失配導(dǎo)致在邊界處的聲波反射，否則該聲波將會傳播到活 性區(qū)域之外并且損失掉而導(dǎo)致能量損失。通過防止這種損失，橋部106導(dǎo)致Q因子增加。此 外，在位置108處的第二電極104的終止部使得諧振器100的活性區(qū)域終止，并且通過產(chǎn)生 聲學(xué)阻抗失配來減小損失。這也提供了 Q因子的改善。除了在過渡部110之前終止聲學(xué)諧振器100的活性區(qū)域之外，橋部106也減小聲 學(xué)諧振器100的非活性區(qū)域的面積。FBAR 100的非活性區(qū)域產(chǎn)生在等效電路中與FBAR的 活性區(qū)域的固有電容并聯(lián)的寄生電容。該寄生電容降低有效耦合系數(shù)(kt2)，并且因此有 利于減小寄生電容。減小非活性區(qū)域的面積減小了寄生電容并且由此改善了有效耦合系數(shù) (kt2)。圖1也示出了由距離‘d’分離的第一線112和第二線113。距離‘d’表示在第一 線112處的第一電極102的邊緣(對于該討論將其任意地選擇為χ = 0)到在第二線113 處的橋部106的起點之間的距離。隨著第二線113的位置變得更大(更負(fù))，Q因子增加。 有效耦合系數(shù)(kt2)也隨著線112和113的分離而增加一定程度。因此，特定距離‘d’的 選擇由于減小了聲學(xué)損失而導(dǎo)致Q的改善并且通過減小寄生電容而改善了 kt2，其中由于減 小了非活性FBAR面積而減小了聲學(xué)損失。圖2示出了圖1的聲學(xué)諧振器的俯視圖。特別地，圖1中示出的聲學(xué)諧振器100 的截面圖是沿著線1-1取的。本實施例的第二電極104是切趾的(apodized)，以減小聲學(xué) 損失。此外，可以在以下文獻(xiàn)中找到在聲學(xué)諧振器中使用切趾的其他細(xì)節(jié)授權(quán)給Larson III等人的共有美國專利6，215，375 ；或者2006年5月31日遞交的、Richard C Ruby的題為"Piezoelectric Resonator Structure and Electrical Filters，，的美國專利申請公 開20070279153。通過引用將這些專利和專利申請公報的公開全部特別結(jié)合在這里。聲學(xué)諧振器100的基本模式是縱向伸展模式或“活塞”模式。通過以諧振器100的 諧振頻率向兩個電極施加時變電壓來激發(fā)該模式。壓電材料將電能形式的能量轉(zhuǎn)換為機械 能形式的能量。在具有無窮薄電極的理想FBAR中，所施加的頻率等于壓電介質(zhì)的聲速除以 壓電介質(zhì)厚度的兩倍f = va。/(2*T)，其中T是壓電介質(zhì)的厚度并且Va。為聲學(xué)相速度。對 于具有有限厚度電極的諧振器來說，通過經(jīng)加權(quán)的聲速和電極厚度來調(diào)整該公式。對于在諧振頻率處阻抗等于系統(tǒng)阻抗的FBAR諧振器來說，對于一個電極連接到 接地并且另一個電極連接到信號的情況，可以通過將隨著頻率變化的、經(jīng)反射的能量與施 加的能量的比率畫在史密斯圖上而獲得諧振器的Q的定量和定性理解。隨著所施加的能 量的頻率增加，F(xiàn)BAR諧振器的大小/相位在史密斯圖上掃描出圓形。這被稱作是Q圓。其 中Q圓首先穿過實軸(水平軸)，這對應(yīng)于串聯(lián)諧振頻率fs。實阻抗(以歐姆來計)為Rs。 隨著Q圓圍繞史密斯圖的周長延伸，其再次穿過實軸。Q圓穿過實軸的第二個點被標(biāo)記為 fp——FBAR的并聯(lián)或反諧振頻率。在fp處的實阻抗為Rp。通常期望在使得Rp盡可能大的同時，使得Rs盡可能小。定性地，Q圓越近地“靠 近(hug) ”史密斯圖的外緣，器件的Q因子就越高。理想的無損諧振器的Q環(huán)的半徑為1并 且將會處于史密斯圖的邊緣。然而，如上所述，存在影響器件的Q的能量損失。例如，并且 除了上述聲學(xué)損失的來源之外，瑞利-拉姆(橫向或偽)模式在壓電層101的x、y維度中。 這些橫向模是由于沿著ζ方向傳播的縱向模的界面模轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的；并且是由于TE模和各 種橫向模的非零傳播向量kx和ky (例如，SO模和第零級和第一級彎曲模，AO和Al)而產(chǎn)生 的，其中非零傳播向量1^和1^是由于設(shè)置電極的區(qū)域與沒有電極的諧振器周圍區(qū)域之間的 有效速率差而產(chǎn)生的。橫向模寄生在許多諧振器應(yīng)用中，無論其來源于哪里。例如，寄生橫向模在諧振器 的界面處耦合并且移除可以用于縱模的能量，并且由此減小諧振器器件的Q因子。特別地， 由于寄生橫向模和其他聲學(xué)損失，可以在Sll參數(shù)的斯密斯圖的Q環(huán)上觀察到Q的急劇減 小。這些Q因子的急劇減小被公知為在本申請中示出并描述的“振動(rattle)”或者“環(huán) 減小(loop-de-loop)，，。如在所結(jié)合的‘375專利和專利公報中更全面地描述的，經(jīng)過切趾的第一和第二 電極102、104在諧振器的界面處以相消關(guān)系引起橫向模的反射，因此減小了橫向模的大 小，否則橫向模會導(dǎo)致更多粘滯能量損耗。有益地，因為這些橫向模不耦合到諧振器之外 并發(fā)展到更高的數(shù)量，所以可以通過將經(jīng)反射的橫向模的一部分經(jīng)過模轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)換為縱向 模，而減輕能量損失。最終，這導(dǎo)致Q因子的整體改善。圖3示出了根據(jù)代表性實施例的聲學(xué)諧振器100的Q因子關(guān)于橋部106與第一 電極103之間的間隔(圖1中的‘d’ )的關(guān)系的圖。當(dāng)間隔‘d’被選擇為零時，線113與 線112對準(zhǔn)，并且消除了區(qū)域111。在將間隔‘d’選擇為正時，線113現(xiàn)在具有正的χ坐標(biāo) (即，圖1中線113位于線112的右側(cè))。在這兩種情況下，由于過渡部110中的缺陷而引起 的聲學(xué)損失與諧振器100的非活性區(qū)域的面積的相對增加相結(jié)合，而產(chǎn)生相對低的Q因子。 對比來說，在將間隔‘d’選擇為負(fù)時(S卩，圖1中線113位于線112的左側(cè))，非活性面積減 小，而橋部106和區(qū)域111包括相對增加的尺寸。如圖3的區(qū)域302所示，Q因子在303處
8增加到最大值。應(yīng)當(dāng)理解，諧振器100的互連側(cè)上的聲學(xué)諧振器的非活性區(qū)域越減小，就越 形成區(qū)域111。如上所述，這使得由于缺陷而引起的損失減小，以及在聲學(xué)諧振器100的互 連側(cè)處的聲學(xué)諧振器100的活性區(qū)域的邊界處的聲學(xué)阻抗失配。圖4示出了根據(jù)代表性實施例的聲學(xué)諧振器100的有效耦合系數(shù)(kt2)關(guān)于空氣 橋部與下電極之間的間隔(圖1中的‘d’ )的關(guān)系的圖。在將間隔選擇為零時，線113與 線112對準(zhǔn)，并且消除了區(qū)域111。在將間隔‘d’選擇為正時，線113現(xiàn)在具有正的χ坐標(biāo) (即，圖1中線113位于的線112的右側(cè))。在這兩種情況下，非活性區(qū)域的面積導(dǎo)致寄生電 容的增加。如圖4的區(qū)域401所示，增加的寄生電容提供相對減小的有效耦合系數(shù)(kt2)。 對比來說，在將間隔d選擇為‘負(fù)’時(S卩，圖1中線113位于的線112的左側(cè))，非活性面 積減小，而橋部106和區(qū)域111尺寸增加。如圖4的區(qū)域402所示，這導(dǎo)致了寄生電容的減 小以及有效耦合系數(shù)(kt2)相對的增加。有效耦合系數(shù)(kt2)在403處到達(dá)最大值。在圖 4的區(qū)域404中，有效耦合系數(shù)(kt2)開始降低。這很可能是由于以下事實區(qū)域111進(jìn)一 步增加到區(qū)域105中，導(dǎo)致由橋部106和間隙109所形成的寄生電容的面積增加，因此增加 與聲學(xué)諧振器100的固有電容相并聯(lián)的寄生電容。此外，隨著區(qū)域111在區(qū)域105內(nèi)增加， 活性諧振器區(qū)域也減小，導(dǎo)致kt2降低。因此，在區(qū)域404中，有效耦合系數(shù)(kt2)隨著區(qū)域 111的增加而減小。通過圖3和圖4的討論可以認(rèn)識到，圖1中的間距‘d’的選擇允許選擇 Q因子和有效耦合系數(shù)(kt2) 二者的可接受的增加。圖5是根據(jù)示意性實施例的聲學(xué)諧振器500的截面圖。聲學(xué)諧振器500(其示意 性地為FBAR)與前述聲學(xué)諧振器100共享許多公共特征。為了避免使得現(xiàn)在描述的實施例 變得模糊，不重復(fù)許多這些公共細(xì)節(jié)。聲學(xué)諧振器包括選擇性的凹陷部(通常被稱作‘irmie’)和框架元件502 (也被稱 作‘outie’)。凹陷部501和框架元件502在第二電極104的周邊提供聲學(xué)失配，改善信號反 射并且減小聲學(xué)損失。最終，減小的損失轉(zhuǎn)換為器件的改善的Q值。雖然凹陷部501和框架 元件502示出為在第二電極104上，但是這些特征可以改為設(shè)置在第一電極102上，或者選 擇性地既在第一電極102上也在第二電極104上。其他的使用細(xì)節(jié)、凹陷部501和框架元件 502的形成和優(yōu)點例如可以在以下文件中找到授權(quán)給Feng等人的題為“Thin Film Bulk Acoustic Resonator with a Mass LoadedPerimeterIWJIjfWW^H7, 280, 007 ； 以及授權(quán)給Jamneala等人的題為"Piezoelectric Resonator Structure and Electronic Filters having FrameElement”的共同擁有的美國專利申請公報20070205850。將這些專 利和專利申請的內(nèi)容通過引用特別結(jié)合在這里。圖6示出了包括代表性實施例的某些聲學(xué)諧振器的FBAR的并聯(lián)諧振時阻抗Rp的 曲線圖。特別地，公知諧振器的Rp在601處示出；具有橋部106的聲學(xué)諧振器(例如，圖1 的聲學(xué)諧振器100)的Rp在602處示出；具有凹陷部和框架元件(不具有橋部)的聲學(xué)諧 振器的Rp在603處示出；具有橋部106以及凹陷部501和框架元件502的聲學(xué)諧振器的Rp 在604處示出(例如，圖5的聲學(xué)諧振器500)。公知的諧振器通常具有約2000歐姆的Rp(在圖601處示出)。如602所示，將凹 陷部和框架元件增加到公知的FBAR中將Rp增加了約IkQ。類似地，如603所示，增加橋 部106而不增加凹陷部501和框架元件502將Rp增加了約IkQ。然而，如604所示，在將 橋部106以及凹陷部和框架元件502這些特征相結(jié)合地增加時，整體并聯(lián)諧振Rp改善 約3k Ω (比公知諧振器)。因此，通過比較圖6中的601和604可以證明，橋部106以及凹陷部 501和框架元件502提供了并聯(lián)諧振Rp的互相促進(jìn)的增加。在FBAR中具有相對高的Rp以 提供相對低的插入損耗以及包括這種FBAR的相對‘快’的滾降濾波器(roll off filter) 是有利的。如所公知的，雖然使用諸如凹陷部501的凹陷部導(dǎo)致有效耦合系數(shù)(kt2)相對小 的增加，但是可能存在由于框架元件和凹陷部而引起的有效耦合系數(shù)(kt2)的劣化。在一 些應(yīng)用中，即使Q因子的改善可能不那么大，減輕這種劣化也是有用的。例如，已知FBAR的 帶寬與kt2相關(guān)。因此，kt2的劣化可以減小FBAR濾波器的帶寬?，F(xiàn)在描述的某些代表性 實施例提供了可接受的Q因子和可接受的kt2劣化的某種折衷。圖7示出了包括代表性實施例的某些聲學(xué)諧振器的FBAR的有效耦合系數(shù)(kt2)的 圖。在701示出了公知的諧振器的有效耦合系數(shù)(kt2)；在702處示出了包括橋部的聲學(xué)諧 振器(例如，圖1的聲學(xué)諧振器100)的有效耦合系數(shù)(kt2)；在703處示出了包括凹陷部和 框架元件(但是不具有橋部)的公知聲學(xué)諧振器的有效耦合系數(shù)(kt2)；在704處示出了包 括橋部106以及凹陷部501和框架元件502(例如，圖5的聲學(xué)諧振器500)的公知聲學(xué)諧 振器的有效耦合系數(shù)(kt2)。公知的諧振器的有效耦合系數(shù)(kt2)如701所示約為5. 3。如702所示，增加橋部 106將有效耦合系數(shù)(kt2)改善到5. 4。然而，如703所示，增加凹陷部和框架元件而不增加 空氣橋部將會產(chǎn)生約5. 15的有效耦合系數(shù)(kt2)。最終，橋部106以及凹陷部501和框架 元件502的結(jié)合產(chǎn)生基本與公知的FBAR相同的有效耦合系數(shù)(kt2)(在704示出)。因此， 必須使橋部106對于有效耦合系數(shù)(kt2)的積極影響與凹陷部和框架元件對于有效耦合系 數(shù)(kt2)的負(fù)面影響形成對比。根據(jù)示意性實施例，將用于各種應(yīng)用(諸如應(yīng)用到電濾波器)的聲學(xué)諧振器描述 為具有橋部。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到可能有各種結(jié)合到本教導(dǎo)中的變化并且仍然在權(quán)利要 求的范圍內(nèi)。在參看說明書、附圖以及權(quán)利要求書之后，這些和其他變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人 員將會變得清楚。因此，除了限制在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)之外，本發(fā)明不受到限制。
權(quán)利要求
一種聲學(xué)諧振器，包括第一電極；第二電極；設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間的壓電層；反射性元件，其設(shè)置在所述第一電極、所述第二電極和所述壓電層下方，其中，所述反射性元件、所述第一電極、所述第二電極和所述壓電層的重疊部分構(gòu)成所述聲學(xué)諧振器的活性區(qū)域；以及橋部，其與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū)域的末端相鄰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)諧振器，還包括與所述第二電極的多個邊中的一個邊電 連接的連接部，其中，所述橋部設(shè)置在所述連接部與所述第二電極的所述一個邊之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)諧振器，其中，在與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū)域的 末端相鄰的位置處，所述壓電層包括具有缺陷的過渡部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲學(xué)諧振器，其中，所述第二電極不與所述過渡部相接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)諧振器，其中，所述橋部包括間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲學(xué)諧振器，其中，所述間隙包括所述第二電極與所述壓電 層之間的區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲學(xué)諧振器，其中，在與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū)域的 末端相鄰的位置處，所述壓電層包括具有缺陷的過渡部，并且所述過渡部設(shè)置在所述間隙 的區(qū)域下方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)諧振器，其中，所述第二電極包括具有邊的上表面，并且 凹陷部沿著所述邊設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)諧振器，其中，所述第二電極包括具有邊的上表面，并且 框架元件沿著所述邊設(shè)置。
10.一種薄膜體聲學(xué)諧振器(FBAR)，包括第一電極；第二電極；設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間的壓電層；包括腔或布拉格反射器的反射性元件，其設(shè)置在所述第一電極、所述第二電極和所述 壓電層下方，其中，所述反射性元件、所述第一電極、所述第二電極和所述壓電層的重疊部 分構(gòu)成所述聲學(xué)諧振器的活性區(qū)域；以及橋部，其與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū)域的末端相鄰。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的FBAR，還包括與所述第二電極的多個邊中的一個邊電連接 的連接部，其中，所述橋部設(shè)置在所述連接部與所述第二電極的所述一個邊之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的FBAR，其中，在與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū)域的末端 相鄰的位置處，所述壓電層包括具有缺陷的過渡部。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的FBAR，其中，所述第二電極不與所述過渡部相接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的FBAR，其中，所述橋部包括間隙。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的FBAR，其中，所述間隙包括所述第二電極與所述壓電層之 間的區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的FBAR，其中，在與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū)域的末端 相鄰的位置處，所述壓電層包括具有缺陷的過渡部，并且所述過渡部設(shè)置在所述間隙的區(qū) 域下方。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的FBAR，其中，所述第二電極包括具有邊的上表面，并且凹陷 部沿著所述邊設(shè)置。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的FBAR，其中，所述第二電極包括具有邊的上表面，并且框架 元件沿著所述邊設(shè)置。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的FBAR，還包括所述橋部下方的低聲學(xué)阻抗材料。
20.一種包括聲學(xué)諧振器的濾波器元件，所述聲學(xué)諧振器包括第一電極；第二電極； 設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間的壓電層；設(shè)置在所述第一電極、所述第二電極 和所述壓電層下方的反射性元件，其中，所述反射性元件、所述第一電極、所述第二電極和 所述壓電層的重疊部分構(gòu)成所述聲學(xué)諧振器的活性區(qū)域；與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū) 域的末端相鄰的橋部。
全文摘要
本發(fā)明提供了包括橋部的聲學(xué)諧振器結(jié)構(gòu)。該聲學(xué)諧振器包括第一電極、第二電極和設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間的壓電層。該聲學(xué)諧振器還包括設(shè)置在所述第一電極、所述第二電極和所述壓電層下方的反射性元件。所述反射性元件、所述第一電極、所述第二電極和所述壓電層的重疊部分構(gòu)成所述聲學(xué)諧振器的活性區(qū)域。該聲學(xué)諧振器也包括與所述聲學(xué)諧振器的所述活性區(qū)域的末端相鄰的橋部。
文檔編號H03H9/25GK101931380SQ20101021540
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者克里斯·馮, 約翰·克伊, 菲爾·尼克爾 申請人:安華高科技無線Ip(新加坡)私人有限公司