CN103001602A - 具有多个横向特征的声谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有多个横向特征的声谐振器，公开了一种薄膜体声谐振器(FBAR)，其包括在腔体上方堆叠在衬底上的第一电极、堆叠在第一电极上的压电层以及堆叠在压电层上的第二电极。多个横向特征形成在第二电极的表面上，横向结构包括多个台阶结构。

Description

具有多个横向特征的声谐振器
技术领域
本技术涉及具有多个横向特征的声谐振器。
背景技术
换能器通常将电信号转换为机械信号或振动，和/或将机械信号或振动转换为电信号。特别地，声学换能器将电信号转换为声信号(声波)并且经由逆向和直接的压电效应将接收到的声波转换为电信号。声学换能器通常包括诸如薄膜体声波谐振器(FBAR)、表面声波(SAW)谐振器、体声波(BAW)谐振器等声谐振器，并且可用在诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、电子游戏设备、笔记本电脑和其他便携式通信设备等多种电子应用中。例如，FFBAR可用于电子滤波器和电压互感器。通常，声谐振器具有在两个导电板(电极)之间的压电材料层。特别地，FBAR设备在受到施加的随时间变化的电场以及高阶谐波的混合产品的激励时，产生纵向声波和横向(横向)声波。横向模式和高阶谐波的混合产品对功能可具有有害影响。
在特定配置中，可以沿着FBAR的一个或多个侧边设置架构，以通过改善对在FBAR的活性区域(顶部电极、压电层和底部电极重叠的区域)中电激发的模式的约束来减轻声损耗。通常，架构产生声阻抗失配，该声阻抗失配通过抑制激发且从而使得在电极(主要是顶部电极)的边缘处的FBAR模式的散射最小化来减少损耗。此外，架构将电激发的传播模式反射回到谐振器的活性区域，并且因此改善在FBAR的活性区域内这些模式的约束。沿着FBAR的侧边布置的架构通常增加并联电阻(Rp)。典型的架构提供两个界面(阻抗失配平面)，其增加沿横向方向的传播本征模式的反射。当架构的宽度针对给定本征模式适当地设计时，其产生该特定本征模式的谐振增强的反射和抑制，从而在并联谐振频率(Fp)处产生更好的能量约束和更高的Q因数。
然而，为了增加FBAR的效率，需要更好的声能约束以及由于更好的声能约束而产生的FBAR Q因数的进一步改善。
发明内容
在代表性实施例中，薄膜体声谐振器(FBAR)包括在衬底上且在腔体上方的第一电极、在第一电极上的压电层、在压电层上的第二电极、以及在第二电极上的多个横向特征。横向特征包括多个台阶结构。
在另一个代表性实施例中，薄膜体声谐振器(FBAR)包括堆叠在衬底上的第一电极、在第一电极上的压电层、在压电层上的第二电极。此外，外部多界面架构样式形成在第二电极的外部区域处、第二电极的表面上，外部多界面架构样式包括多个第一台阶结构，并且内部多界面架构样式形成在第二电极的中心区域处、第二电极的表面上，内部多界面架构样式包括多个第二台阶结构。
在另一个代表性实施例中，体声波(BAW)谐振器包括：堆叠在BAW谐振器的压电层上的电极；以及在第二电极的外部区域处的外部多界面架构样式和在第二电极的中心区域处的内部多界面架构样式中的至少一者。外部多界面架构样式包括多个第一台阶结构，并且内部多界面架构样式包括多个第二台阶结构，其中，外部多界面架构样式和内部多界面架构样式中一者的至少一个台阶结构由介电材料形成。
附图说明
当利用附图阅读时，可以从下面的详细描述中最好地理解示例实施例。需要强调的是，各种特征不一定按比例绘制。事实上，为了讨论的清晰，可以任意增加或减小尺寸。在适用和实际的任何地方，相似的附图标记指示相似的元件。
图1A是图示了根据代表性实施例、包括具有台阶结构的外部多界面架构样式的薄膜体声谐振器(FBAR)的俯视图；
图1B-1C是根据代表性实施例、图1A的FBAR的截面图；
图2A是图示了根据代表性实施例、包括具有台阶结构的内部多界面架构样式的FBAR的俯视图；
图2B-2C是根据代表性实施例、图2A的FBAR的截面图；
图3是图示了根据代表性实施例、包括具有对应台阶结构的外部和内部多界面架构样式的FBAR的俯视图；
图4是图示了根据代表性实施例、并联电阻相对于外部多界面架构样式的关系的曲线图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，为了说明且不进行限制的目的，描述了公开具体细节的代表性实施例，以提供本教导的总体理解。然而，已经受益于本公开的本领域的技术人员将明白，脱离了这里所公开的具体细节的、根据本教导的其他实施例仍在所附权利要求的范围内。而且，可以省略已知装置和方法的描述，以不模糊代表性实施例的说明。这样的方法和装置明显地在本教导的范围内。
通常，可以理解，这里所描绘的附图和各种元件没有按比例绘制。此外，使用诸如“上方”、“下方”、“顶”、“底”、“上部”、“下部”、“左”、“右”、“竖直的”和“水平的”等相对术语来描述各个元件相对于彼此的关系(如在附图中所图示的)。可以理解，这些相对术语意在包括除了在图中所示的方向以外的、设备和/或元件的不同方向。例如，如果设备相对于图中所示的视图倒转，被描述为在另一个元件“上方”的元件例如现在将在另一个元件的“下方”。类似地，如果设备相对于图中所示的视图旋转90°，则被描述为“竖直的”的元件例如现在将是“水平的”。
此外，如在说明书和所附权利要求中使用的，除了上下文明确地指示以外，术语“一”(“a”)、“一”(“an”)和“那个”(“the”)包括单个和复数个所指对象。因此，例如“设备”包括一个设备和复数个设备。
如在本说明书和所附权利要求中所使用的并且除了其原意以外，术语“基本上”或“基本上地”意味着在可接受的限制或程度以内。例如，“基本上消除”意味着本领域的技术人员会认为该消除是可接受的。
如在本说明书和所附权利要求中所使用的并且除了其原意以外，术语“近似”意味着对本领域的技术人员来说在可接受的限制或程度以内。例如，“近似相同”意味着本领域的技术人员会认为所比较的项目是相同的。
本教导指向具有沿着谐振器的顶部电极形成的多个横向界面的结构或构架。多个横向界面提供了改善的选定模式约束和/或抑制，从而使能性能参数的最大化，该性能参数包括针对串联谐振频率(Fs)以下频率的质量因数(QSW)，以及在并联谐振频率(Fp)处的并联电阻(Rp)或在Fs处串联电阻(Rs)中的一者。如下所述，多界面架构的两个示例通常包括外部和内部凸起区域的多台阶配置，其配置来用于Rp(比主要膜区域厚)和/或Rs(比主要膜区域薄)的最优化。多台阶配置包括具有可变(例如，减小的)宽度的层堆叠结构，该层堆叠结构或者优选地调谐的(tuned)(意味着它们的宽度基本上等于在感兴趣的频率下主要传播模式的四分之一波长)，或者是啁啾的(chirped)(意味着它们的宽度不满足四分之一波长条件)。
本教导的特定方面建立在FBAR的组件、FBRA基滤波器、它们的材料和制作方法。FBRA的很多细节、FBRA的材料和它们的制作方法可以在后面的美国专利和专利申请中的一个或多个中2：属于Lakin的美国专利No.6,107,721(2000年8月2日)；属于Ruby等的美国专利No.5,587,620(1996年12月24日)、No.5,583,153(1999年2月23日)、No.6,507,983(2003年1月21日)和No.7,388,454(2008年6月17日)；属于Ruby的美国专利No.7,629,865(2009年12月8日)；属于Ruby等的美国专利No.7,714,684(2010年5月11日)；属于Feng等的美国专利No.7,280,007(2007年10月9日)；属于Jamneaala等的题为“Piezoelectric Resonator Structure and Electrical Filters Having FrameElements”的美国专利申请公开No.2007/0205850；属于Choy等的题为“Acoustic Resonator Structure Comprising a Bridge”的美国专利申请公开No.2010/0327697；属于Choy等的题为“Acoustic Resonator Structurehaving an Electrode with a Cantilevered Portion”的美国专利申请公开No.2010/0327994；以及于2011年2月28日提交的、属于Burak的题为“Coupled Resonator Filter Comprising a Bridge”的美国专利申请No.13/036,489。这些专利和专利申请的公开内容通过引用结合于此。需要强调的是，在这些专利和专利申请中描述的部件、材料和制作方法是代表性的，并且可以设想在本领域的技术人员的认识范围内的其他制作方法和材料。
图1A示出了根据代表实施例的FBAR100的俯视图。FBAR100包括具有五个(5)侧面的顶部电极140，其中连接侧142配置为提供到连线143的电连接。连线143向顶部电极140提供电信号，以在FBAR100的压电层(在图1A中未示出)中激发期望的声波。FBAR100还包括横向特征，其配置成反射和抑制由电场激发的厚度延伸(TE)传播横向声模式的至少一部分，并且配置成促进同样由时间谐波电场激发的TE消散模式的指数衰减。根据代表性实施例，横向特征包括被指示为外部多界面架构样式150的架构，该架构包括由代表性层或台阶结构151-153(下面参考图1B和图1C讨论)所指示的多个界面。台阶结构通常指彼此具有不同宽度、形成相应的竖直界面的相邻的层(例如，台阶结构151和152和/或台阶结构152和153)。
图1B示出了根据代表性实施例、沿图1A的线1B-1B所取的FBAR100的截面图。图1C是在图1B的外部多界面架构样式150的一部分上放大的截面图。FBAR100包括在衬底110上堆叠的多个层，其中衬底110具有用于声波的反射的腔115。FBAR100中包含腔115仅仅是说明性的。在各种替换配置中，在不脱离本教导的范围的情况下，可以在衬底110中设置包括高声阻抗和低声阻抗的交替层的已知声反射器(例如，布拉格反射镜(未示出))，以提供声隔离。衬底110可以由与半导体工艺兼容的材料形成，例如，诸如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、玻璃、蓝宝石、氧化铝等。
第一或底部电极120布置在衬底110上并且部分在腔115上。平面化层127也设置在衬底110上，如图所示。在代表性实施例中，例如，平面化层127包括非蚀刻的高硼硅玻璃(NEBSG)。通常，平面化层127不需要存在于结构中(因为其增加了总处理成本)，但当平面化层127存在时，它可以提高后面的层的生长质量并且简化它们的处理。压电层130布置在底部电极120上，并且第二或顶部电极140(在图1A中示出)布置在压电层130上。
如本领域的技术人员应该理解的，由底部电极120、压电层130和顶部电极140所提供的结构时体声波(BAW)谐振器。当BAW谐振器布置在腔(例如，腔115)上时，是所谓的FBAR(例如，FBAR100)；并且当BAW谐振器布置在声反射器(例如，布拉格反射镜)上时，是稳固安装谐振器(SMR)。本教导设想在包括滤波器(例如包括多个BAW谐振器的梯式滤波器)在内的多种领域中使用FBAR或SMR。然而，如本领域的技术人员将理解的，关于多界面架构样式150的TE消散模式的约束对FBAR100的Rp和Rs的影响(下面讨论)，通常与对SMR的Rp和Rs的效果相反。另一方面，关于外部多界面架构样式150的TE传播模式的约束对FBAR100的Rp和Rs的影响(下面讨论)，通常与对SMR的Rp和Rs的影响相似。
底部电极120和顶部电极140由诸如钨(W)、钼(Mo)或铜(Cu)等导电材料形成，并且压电层130由诸如氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)或锆钛酸铅(PZT)等压电材料的薄膜形成，但在不脱离本教导的范围的情况下可以结合其他材料。在各种实施例中，底部电极120和顶部电极140可以由彼此相同或不同的材料形成。而且，在各种实施例中，底部电极120和顶部电极140可以具有彼此相同或不同的厚度。底部电极120、顶部电极140和压电层130的各自的厚度可以变化以针对特定的情形提供独特的益处或者满足各种实施方式的应用具体设计需求。
FBAR100也可以包括外部多界面架构样式150，其形成在顶部电极140的顶表面上或者另外从顶部电极140的顶表面延伸。外部多界面架构样式150形成在顶部电极140的外部区域，并且包括多个台阶结构151-153。顶部电极140的外部区域通常包括顶部电极的处于和/或靠近顶部电极140的外周边的区域。外部区域可根据各种实施方式的应用具体设计需求，以各种量朝向(但不包括)各种FBAR100的中心区域延伸。中心区域通常包括顶部电极140的结合FBAR100的活性区域的中心的部分。在所描述的代表性实施例中，第一台阶结构151堆叠在顶部电极140的顶表面上，第二台阶结构152堆叠在第一台阶结构151的顶表面上，并且第三台阶结构153堆叠在第二台阶结构152的顶表面上，形成从外部多界面架构样式150的内边缘向外边缘延伸的阶梯样式。在各种替换配置中，在不脱离本教导的条件下，外部多界面架构样式150可以包括从2到N阶的任何数目的台阶结构。
参考图1C，顶部电极140沿y轴方向具有高度H0(台阶厚度)，并且第一到第三台阶结构151-153分别具有对应的第一到第三高度H1至H3的高度。在所描述的代表性实施例中，第一高度H1＝第二高度H2＝第三高度H3，但高度可以不同，以针对任何特定的情形提供独特的益处或者满足各种实施方式的应用具体设计需求。例如，在替换配置中，第一到第三台阶结构151-153的各个可以具有不同的高度，使得例如第一高度H1＞第二高度H2＞第三高度H3，或者第一高度H1＜第二高度H2＜第三高度H3。例如，第一到第三高度H1至H3的各个可以在约
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到约的范围内。类似地，第一到第三台阶结构151-153分别具有沿x轴方向的第一到第三宽度W1至W3。外部多界面架构样式150的总宽度与底部台阶结构151的第一宽度W1相同。为了维持阶梯样式，如在示例中所示，第一宽度W1＞第二宽度W2＞第三宽度W3。
在其他替换实施例中，在多界面架构样式150中的台阶结构151-153的相对尺寸可以不同，使得多界面架构样式150不一定形成上升的阶梯样式。例如，参考图1C，在替换的代表性实施例中，第二和第三台阶结构152和153的左边缘可以放置在第一台阶结构的左边缘处，从而在远离FBAR100的活性区域的中心时形成下降的阶梯样式。在另一个代表性实施例中，第二台阶结构152可以放置在第一台阶结构151的中间，并且第三台阶结构153可以放置在第二台阶结构152的中间，从而在远离FBAR100的活性区域的中心时形成上升/下降的台阶样式。当然，在不脱离本教导的范围的条件下，可以设置台阶结构的其他对准和布置。
在各种实施例中，第一到第三宽度W1至W3各个的是在与具体应用最相关的频率下(例如，在Fp下)被激发的主要TE传播模式的四分之一波长(QWL)的奇数倍。值得注意的是，由于主要TE传播模式的色散特性(即，频率随波长而变化的特性)的陡度，对于便于电激发的TE传播模式的有利约束和抑制的、在Fs与Fp之间的整个频率范围，存在明确定义的QWL宽度。同时，沿着朝向设备的边缘的方向逐步增加多界面架构样式150的厚度，允许电激发的TE消散模式的更平滑且更快的衰减。该更快的衰减通过抑制在多界面架构样式150和电极140的边缘处的TE消散模式的散射，促进更高的Rp。注意，顶部电极140的边缘对于电激发的活塞模式的传播和消散组分存在较大的声阻抗不连续型。有利地是，该不连续性对声波的影响可以通过抑制传播组分和通过多台阶构架(例如，第一到第三台阶结构151-153)使活塞模式的消散组分指数地衰减，来最小化。
通常，在FBAR100的串联谐振频率Fs下，电能转换为声能，并且反之亦然。虽然电场(并且因此电能密度)被约束到顶部电极140下的活性区域，但声场(并且因此声能密度)可以被约束到顶部电极140下的区域(以连续模式的形式)或者可以传播出去(以传播本征模式的形式)。由于通常底部电极120延伸超过(在所描述的坐标系统中的x-z平面中)顶部电极140，因此电场分布由顶部电极140的横向形状确定。在数学上，电场在活性区域中的横向形状可以表示为，相对于FBAR100中的压电层130的顶部界面或底部界面以不同角度传播的平面波的傅里叶叠加。应该强调的是，由于没有物理电场波(除了与经由压电效应的声波相关联的)在结构中传播，因此这纯粹是数学概念。换句话说，电场的空间频谱由电场分布的傅里叶变换给出。电场的各个空间频谱组分激发相对于压电层130的顶部界面或底部界面以相同角度传播的声平面。与由于顶部电极140和底部电极120的存在而被限制为竖直方向的电场不同，被激发的生成可以通过FBAR100的全部层竖直地传播。然而，通常，由于根据来自由结构的层和结构本身(即，叠层的上下边界)限定的界面的反射的声平面波的破坏性干扰，被电激发的声平面波不能自由地传播到FBAR100的活性区域之外。这些非传播波形成一组所谓的连续模式。连续模式沿着远离激发区域的方向呈指数衰减。在这种情况下，激发区域通过顶部电极140和底部电极120的重叠来限定，增强了压电层130中的电场。然而，对于电场的某些空间频谱组分，被激发的声波在构造上干扰来自包括FBAR100层堆叠的界面的反射。这些声平面波可以沿远离活性区域的横向方向(x-z平面)自由地传播，并且因此被叫做FBAR100的传播本征模式。这样，如果这些传播模式没有被约束到活性区域或者没有被抑制，则会导致有害的能量损耗。该能量损耗例如随着FBAR100中减小的Q因数而明显。
在顶部电极140下被激发的平面波的傅里叶叠加可以在数学上表示为来自与给定层堆叠的传播和消散本征模式对应的复极(complex pole)的贡献的叠加。消散本征模式通常不能在层堆叠中传播，并且从激发点开始呈指数衰减。可以对任何力系进行这样的分解，其中强迫作用(forcing)或者通过电激发(类似于在顶部电极140下)或者通过机械激发而发生。机械激发例如发生在两个区域之间的界面处(例如，在由FBAR100的顶部电极140的外边缘限定的竖直界面处)，其中一个区域呈现已知的强迫运动(forcing motion)，而另一个区域是被动的，并且两个区域在它们之间的界面处通过应力和粒子速度的连续性而耦合。在多界面架构样式150存在的情况下，传播和消散本征模式的电激发被最小化，这是因为通常这样的激发与给定区域中(例如，在多界面架构样式150区域中)的激励频率和串联共振频率(或者，在仅考虑机械激励的情况下，是截止频率)之间的平方差成反比。由于与FBAR100的中心区域相比，多界面架构样式150呈现出明显的质量负荷。在该区域中的串联谐振频率下移，导致对两种模式的电激发的明显抑制。
在FBAR100中，活性区域的运动被电激发，而多界面架构样式150中的运动主要是机械激发，并且源于在FBAR100的中心区域与外部多界面架构样式150之间的竖直界面处的边界条件。在与第一台阶结构151的界面处，电激发的传播本征模式被反射并且还部分地散射到其他不需要的模式(例如，剪切和弯曲模式)中。然而，该模式中的能量的一部分将转换为由第一台阶结构151支撑的相似厚度延伸传播模式和消散模式。同时，电激发的消散模式将在第一台阶结构151的界面处散射，但它也将转换为由第一台阶结构151支撑的相似(analogous)厚度延伸消散和传播模式。该过程将在由第二台阶结构152的边缘限定的竖直界面处重复，且然后在由第三台阶结构153的边缘限定的竖直界面处重复。值得注意的是，在连续的竖直界面处的散射过程可以通过考虑消散模式的指数衰减量和传播模式的幅度的抑制来单独地最优化第一到第三高度H1到H3而减小到最少。
传播和消散本征模式之间沿横向方向(图1C所示的坐标系中的x方向)的模式分布存在显著差别。模式分布定义为质点位移的复振幅，以横向(x方向)和竖直方向(y方向)的函数给出。传播模式在FBAR100的中心区域和多界面架构样式150内部两者中均具有空间周期性函数的形式。与之相比，消散模式在FBAR100的中心区域中具有恒定的分布(即，位移幅度不依赖于x方向)，并且沿着远离FBAR100的中心区域和第一台阶结构151的界面的方向呈指数衰减。
而且，对于典型的电激发，与约束在其他较高阶消散本征模式和传播本征模式中的能量相比，最低阶的消散本征模式包含弹性能量的基本部分(例如，～50％)。然而，该各种本征模式之间的能量分割依赖于激发频率以及在FBAR100的层中使用的厚度和材料。根据特定的说明性实施例，多界面架构样式150的总宽度被选定为等于或大于在FBAR100的中心区域中最低阶厚度延伸消散本征模式的衰减常数(1/k)的倒数(其与在包括外部多界面架构样式150的台阶结构中的相似模式的衰减常数的倒数几乎相同)。这样，在顶部电极140的界面处的声阻抗中断处，最低阶消散模式将充分衰减以防止由于在该界面处的散射而造成的能量损耗。
台阶结构的多界面架构样式150的传播本征模式在FBAR100的中心区域与第一台阶结构151的竖直界面处，主要是机械激发。第一到第三台阶结构151-153有效地提供三个(堆叠的)界面，该三个界面反射来自FBAR100中活性区域的中心的入射本征模式传播的一部分。这些入射的传播本征模式被在顶部电极140下的所有点处的电场激发。在来自第一至第三台阶结构151-153的各个界面的反射之后，经过反射的本征模式沿着与入射本征模式相反的方向传播，并且与该本征模式相长(当两个本征模式的振幅相加时)或相消(当两个本征模式的振幅相减时)地干涉。通常，当第一至第三台阶结构151-153的界面以与入射本征模式的四分之一波长的奇数倍(1，3，5...)相等的距离分隔时，入射波和反射波在各个界面处相消地干涉。该相消干涉导致当传播本征模式沿着远离FBAR100的中心的方向行进时其总振幅呈指数衰减。换句话说，本征模式不能有效地传播通过这样的结构，并且因此被反射回到FBAR100的主要部分。
例如，第一至第三台阶结构151-153可以反射具有振幅Ein的入射本征模式，产生具有振幅Ereflect的经过反射的本征模式，如图1C的箭头所示。入射本征模式振幅Ein与传播本征模式的总振幅(是入射和经过反射的振幅的和Etotal＝Ein+Ereflect)之间的关系，表明本征模式的抑制(当Etotal＜Ein时)或增强(当Etotal＞Ein时)水平。在理想配置中，本征模式将被完全抑制(Ereflect＝-Ein，因此Etotal≈0)。因此，当针对最大本征模式抑制适当地设计时，第一至第三台阶结构151-153改善FBAR100内部的能量约束，这通过增加FBAR100的Rp和Q因数来显现。同样，如上所述，逐渐增加第一至第三台阶结构151-153中的膜的厚度，允许TE消散模式更快地衰减，其中TE消散模式在FBAR100中也是电激发的。在外部多界面架构样式150外边缘处的TE消散模式的最小化振幅，使得在该边缘处TE消散模式最小化，产生Rp和Q因数的额外增加。值得注意的是，第一至第三台阶结构151-153可用于针对大于Fs的激发频率增大Q因数。
注意，上面的描述是近似于传播本征模式激发问题的完整情况的单个激发点(例如，在FBAR100的中心区域和第一台阶结构151的竖直界面处)，并且上述描述仅用于帮助理解在这里所考虑的情况下、波的性质所产生的效果。如上面所注意的，传播本征模式在整个活性区域中被连续地激发，并且因此在多界面架构样式150中形成衍射图案。而且，该衍射图案由于顶部电极140的边缘处的较大声阻抗不连续的存在而进一步复杂化。需要数值分析来计算和分析在包括多界面架构样式150的FBAR100中形成的衍射图案。可以对第一到第三宽度W1到W3和/或第一到第三高度H1到H3进行实验优化，以确保FBAR100在操作频率范围内的期望性能。
在各种实施例中，顶部电极140的高度与第一至第三台阶结构151-153各个的高度之间的比可以在约30：1到约3：1之间，但也可以是应用其他比例。此外，第一台阶结构151的第一宽度W1可以在顶部电极140的长度L的约百分之一到约百分之十之间，而第二和第三宽度W2和W3分别是小于第一宽度W1的QWL的某奇数倍(如上所讨论的)。例如，当顶部电极140具有约
Figure BSA00000779823100121
的高度H0和约100μm的长度时，第一至第三台阶结构151-153的第一到第三高度H1到H3各个可以在约
Figure BSA00000779823100122
到约
Figure BSA00000779823100123
的范围内，并且第一台阶结构151的第一宽度W1可以在约1μm到约10μm的范围内。
通常，第一至第三台阶结构151-153相对于顶部电极140越厚，FBAR100的Rp由于TE传播模式的约束和抑制的改善而增加得越大。然而，值得注意的是，结构150将增强在Fs以下激发的TE传播模式，导致不期望的Rs的增加和QSW的减小。此外，随着第一至第三台阶结构151-153做得越厚，第一至第三台阶结构151-153的第一到第三厚度W1至W3变得对制作过程中的对准误差变得越敏感，使得生产更加困难。因此，第一至第三台阶结构151-153的第一到第三高度H1到H3通常选择为，相对于不期望的Rs增加和QSW减小平衡期望的Rp增加，且相对于制作工艺平衡不期望的第一到第三厚度W1至W3的敏感度增加。此外，第一到第三高度H1到H3对于较高的谐振频率通常更薄，这通常是因为顶部电极140对于较高的谐振频率也更薄。
例如，FBAR100可以是变迹或不规则形状，并且外部多界面架构样式150可以基本上遵循顶部电极140的外周形状，如图1A所示。当然，在不脱离本教导的范围的条件下，FBAR100可以形成为替换的形状，诸如圆形、正方形、矩形、梯形等。此外，在各种实施例中，外部多界面架构样式150可以成形为与顶部电极140的形状不同的形状，和/或多界面架构样式150也可以不沿着顶部电极140的所有边缘布置。类似地，图1A-1C通常示出了其中多界面架构样式150具有与沿顶部电极140的所有边缘布置的台阶结构(第一至第三台阶结构151-153)相同的数目。然而，在各种替换实施例中，台阶结构的数目可以随着顶部电极140边缘的一个或多个而不同。例如，沿顶部电极140的最右边缘的多界面架构样式150可以具有三个台阶结构，而沿顶部电极140的最左边缘的多界面架构样式150可以仅具有两个台阶结构。此外，虽然如图1A-1C所示，第一至第三台阶结构151-153各自的边缘相互平行，但可以理解，在替换实施例中，第一至第三台阶结构151-153的一个或多个可以相对于相同台阶结构的其他边缘和/或相对于其他台阶结构中的一个或多个具有不平行的边缘。
外部多界面架构样式150的第一至第三台阶结构151-153例如可以由诸如W、Mo或Cu等导电材料形成，并且可以与顶部电极140具有相同的材料。或者，第一至第三台阶结构151-153中的一个或多个可以由与顶部电极140不同的材料和/或由彼此不同的材料形成。此外，第一至第三台阶结构151-153中的一个或两个例如可以由诸如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、A1N、ZnO或PZT等介电材料形成。
图2A示出了根据代表性实施例的FBAR200的俯视图。FBAR200包括具有五个(5)侧面的顶部电极140，其中连接侧142配置为提供到连线143的电连接。连线143向顶部电极140提供电信号，以在FBAR200的压电层(在图2A中未示出)中激发期望的声波。FBAR200还包括横向特征，其配置成抑制在Fs以下频率下电激发的横向声波的至少一部分(例如，横向声波的本征模式)。如上所述，如果电场的驱动频率大于Fs，则两种本征模式被激发：消散本征模式和传播本征模式。对于Fs以下的电场频率，消散本征模式变为传播本征模式，而且，其包含声能的主要部分。图2A-2C所示的横向特征旨在约束和抑制该传播本征模式(同样是对于Fs以下的电场频率)。根据代表性实施例，横向特征包括内部多界面架构样式250，其包括台阶结构251-253(如下面参考图2B和图2C所讨论的)。
图2B示出了根据代表性实施例、沿图2A的线2B-2B所取的FBAR200的截面图。图2C是在图2B的内部多界面架构样式250上放大的截面图。FBAR200包括在具有腔115的衬底110上堆叠的多个层，其中腔115用于声波的反射或者声反射器(例如，布拉格反射镜(未示出))，如上所讨论的。底部电极120与平面化层127一起布置在衬底110上并且部分地布置在腔115上。压电层130布置在底部电极120上，并且顶部电极140布置在压电层130上。衬底110、底部电极120和顶部电极140、平面化层127以及压电层130与上面所讨论的基本相同，并且因此将不再重复更详细的描述。
FBAR200也包括形成在顶部电极140的顶部表面上的内部多界面架构样式250。多界面架构样式250形成在顶部电极140的中心区域，并且包括多个台阶结构251-253。中心区域指的是顶部电极140结合FBAR200的活性区域的中心的部分。如上所讨论的，例如，中心区域可以根据各种实施方式的应用具体设计需求，朝向(但不包括)FBAR200的所谓外部区域向外延伸各种量。在所述代表性实施例中，第一台阶结构251堆叠在顶部电极140的顶表面上，第二台阶结构252堆叠在第一台阶结构251的顶表面上，并且第三台阶结构253堆叠在第二台阶结构252的顶表面上，形成堆叠在顶部电极140的中心区域中的外周阶梯样式，其中阶梯样式沿着内部多界面架构样式250的全部外边缘(或外周)设置。在各种替换配置中，在不脱离本教导的范围的条件下，内部多界面架构样式250可以包括从2到N阶的任意数目的台阶结构。
参考图2C，顶部电极140具有沿y轴方向的高度H0(台阶厚度)，并且第一到第三台阶结构251-253分别具有对应的第一到第三高度H1至H3。在所描述的代表性实施例中，第一高度H1＝第二高度H2＝第三高度H3，但高度可以不同，以针对任何特定的情形提供独特的益处或者满足各种实施方式的应用具体设计需求。例如，在替换配置中，第一到第三台阶结构251-253的各个可以具有不同的高度，使得例如第一高度H1＞第二高度H2＞第三高度H3，或者第一高度H1＜第二高度H2＜第三高度H3。例如，第一到第三高度H1至H3的各个可以在约
Figure BSA00000779823100141
到约
Figure BSA00000779823100142
的范围内。类似地，第一到第三台阶结构251-253分别具有沿x轴方向的第一到第三宽度W1至W3。为了维持外周阶梯样式，第一宽度W1＞第二宽度W2＞第三宽度W3。在各种实施例中，第一到第三宽度W1至W3的各个是本征模式QWL的奇数倍，其中期望本征模式可以在给定频率处(或者针对频率范围)被抑制。内部多界面架构样式250的总宽度与底部台阶结构251的第一宽度W1相同。
此外，在各种实施例中，顶部电极140的高度与第一到第三台阶结构251-253各个的高度的比可以在约100∶1到约10∶1之间，但可以应用其他比例。此外，第一台阶结构251的第一宽度W1可以在顶部电极140的长度的约99％到约80％之间，而第二和第三宽度W2和W3各个是小于第一宽度W1的QWL的某奇数倍(如上面所讨论的)。例如，当顶部电极140具有约
Figure BSA00000779823100151
的高度H0和约100μm的长度时，第一至第三台阶结构251-253的第一到第三高度H1到H3各个可以在约
Figure BSA00000779823100152
到约
Figure BSA00000779823100153
的范围内，并且第一台阶结构251的第一宽度W1可以在约99μm到约80μm的范围内。
通常，第一至第三台阶结构251-253相对于顶部电极140越厚，FBAR200的Rs的有益减小越多。然而，虽然多台阶结构250可以抑制Fs以下激发的主要传播模式，产生较低的Rs但其也可以增强在Fs以上激发的传播模式，从而在电频谱的该部分中产生较低的Rp和Q因数。然而，随着第一至第三台阶结构251-253做得越厚，第一至第三台阶结构251-253的第一到第三厚度W1至W3变得对制作过程中的对准误差变得越敏感，使得生产更加困难。除了过程问题以外，台阶结构251-253中层的厚度增加，也可能由于在多台阶内部样式250和FBAR200的膜的主要部分中激发的活塞模式的电耦合、在稍高于Fs的频率处造成FBAR200的通频带的劣化。因此，第一至第三台阶结构251-253的第一到第三高度H1到H3通常选择为，针对制作过程相对于不期望的第一到第三宽度W1至W3的敏感度增加、平衡期望的Rs减小，以及平衡不利的Rp减小和Fs以上可能的通频带劣化。此外，第一到第三高度H1到H3对于较高的谐振频率通常更薄，这通常是因为顶部电极140对于较高的谐振频率也更薄。
第一到第三台阶结构251-253有效地提供了三个(堆叠的)界面，其一直从FBAR200中的活性区域的中心传播的横向(横向)声波的一部分。来自多台阶内部多界面架构样式250的多次反射可以有利地抑制针对低于Fs的激发频率范围的主要电激发的TE本征模式。因此，第一到第三台阶结构251-253减小FBAR200的Rs，并且针对FBAR200的Fs以下的频率使FBAR200的电响应中的杂散声音的存在减小到最少。
例如，如图2A所示，FBAR200可以是变迹或不规则形状，内部多界面架构样式250的外周可以基本上对应于顶部电极140的外周形状。当然，在不脱离本教导的范围的条件下，FBAR100可以形成为替换的形状，诸如圆形、正方形、矩形、梯形等。此外，在各种实施例中，内部多界面架构样式250可以成形为与顶部电极140的形状不同的形状。此外，虽然如图2A-2C所示，第一至第三台阶结构251-253各自的边缘相互平行，但可以理解，在替换实施例中，第一至第三台阶结构251-253的一个或多个可以相对于相同台阶结构的其他边缘和/或相对于其他台阶结构中的一个或多个具有不平行的边缘。
内部多界面架构样式250的第一至第三台阶结构251-253例如可以由诸如W、Mo或Cu等导电材料形成，并且可以与顶部电极140具有相同的材料。或者，第一至第三台阶结构251-253中的一个或多个可以由与顶部电极140不同的材料和/或由相互不同的材料形成。此外，第一至第三台阶结构251-253中的一个或两个例如可以由诸如SiO2、SiN、SiC、AlN、ZnO或PZT等介电材料形成。
在各种实施例中，外部和内部多界面架构样式可以以各种形状和层数目组合在单个FBAR中。例如，图3示出了根据代表性实施例、包括内部和外部多界面架构样式150和250的FBAR300的截面图，其中外部多界面架构样式150包括台阶结构151-153并且多界面架构样式250包括台阶结构251-253(如上面所讨论的)。可以理解，FBAR300的顶部电极140将具有基本上组合了图1A和2A所示的顶部电极140的俯视平面图的俯视平面图，并且因此这里将不再单独描绘。
FBAR300包括堆叠在具有腔115的衬底110上的多个层，其中腔115用于声波的反射或者声反射器(例如，布拉格反射镜(未示出))，如上所讨论的。底部电极120与平面化层127一起布置在衬底110上并且部分地布置在腔115上。压电层130布置在底部电极120上，并且顶部电极140布置在压电层130上。衬底110、底部电极120和顶部电极140、平面化层127以及压电层130与上面所讨论的基本相同，并且因此将不再重复更详细的描述。
FBAR300还包括形成在顶部电极140的顶表面上的外部多界面架构样式150和内部多界面架构样式250，其中外部多界面架构样式150围绕内部多界面架构样式250。外部多界面架构样式150形成在顶部电极140的外部区域，并且包括多个台阶结构151-153。内部外部多界面架构样式150形成在顶部电极140的中心区域中，并且包括多个台阶结构251-253(如参考FBAR100和200所讨论的)。
虽然外部多界面架构样式150和内部多界面架构样式250的各个被描绘为各个具有三个台阶结构，但在各种替换实施例中，在不脱离本教导的条件下，外部多界面架构样式150和内部多界面架构样式250的各个可以包括从2到N阶任意数目的台阶结构。此外，外部多界面架构样式150和内部多界面架构样式250可以具有相同或不同数目的台阶结构。台阶结构151-153和251-253的高度和宽度、以及对并联电阻Rp和串联电阻Rs以及Q因数的影响基本上相同(如上所讨论的)。
外部多界面架构样式150和内部多界面架构样式250可以根据各种已知技术分别在顶部电极140上制作。例如，外部多界面架构样式150和内部多界面架构样式250可以根据如下方法来制作，即，在属于Shirakawa等的美国专利申请No.13/074,094(2011年3月20日)中描述的用于形成内部和外部多界面架构的方法，其中该申请通过引用结合于此。然而，可以理解，将各种步骤将各自需要重复，以形成多个台阶结构(例如，第一至第三台阶结构151-153和253)。此外，属于Grannen等的美国专利No.7,345,410(2008年3月18日)描述了衬底中的腔的各种形成技术，属于Larson III等的美国专利No.7,358,831(FBAR200年8月15日)描述了声反射镜的各种制作技术，这些专利通过引用结合于此。
例如，为了形成外部多界面架构样式150，可以使用例如旋涂、溅射、蒸镀或化学气相沉积(CVD)技术等分别将对应于台阶结构151-153的多个薄膜涂覆在压电层130上，以达到期望的厚度。每次涂覆可以跟着对应光刻胶图案(例如，经由光刻)的涂覆以及利用光刻胶图案作为蚀刻掩膜的蚀刻工艺(例如，六氟化硫(SF6)基等离子体蚀刻)。这提供了嵌入在随后涂覆的顶部电极140中的突出结构，其中外部多界面架构样式150在顶部电极140上成形。
此外，例如，为了形成内部多界面架构样式250，将与顶部电极140对应的导电层涂覆到压电层130和突出结构(如上所述)的顶表面上。光刻胶图案连续地涂覆(例如，经由光刻)到顶部电极导电层，每次涂覆都跟着对应于台阶结构251-253的薄层的涂覆(使用例如旋涂、溅射、蒸镀或CVD技术涂覆到期望厚度)。光刻胶图案紧跟在各个薄层的涂覆之后或者与第三薄层的涂覆同时地去除(例如，经由使用诸如NMP等溶剂的湿法蚀刻)，使得对应薄层沉积在光刻胶图案表面上的部分被剥离。因此，薄层的剩余中心部分成为内部多界面架构样式250的台阶结构251-253。可以在结构上形成其他光刻胶样式，以使能外周边缘的蚀刻以形成FBAR300。
值得注意的是，在各种实施例中，与外部多界面架构样式150的台阶结构151-153对应的多个薄层，可以如上面所讨论的关于台阶结构251-253的形成类似地利用连续涂覆的光刻图案和期望厚度的薄层来形成。这样的过程在FBAR仅包括外部多界面架构样式150时或者在外部和内部多界面架构样式150和250包括具有相同的各自厚度的相同数目的薄层(以及相应的台阶结构)是尤其可行。
图4是图示了根据代表性实施例、对于各种台阶厚度、并联电阻相对于外部多界面架构样式的总厚度的曲线图。
参考图4，轨迹421和422分别示出了具有总厚度为
Figure BSA00000779823100181
和
Figure BSA00000779823100182
(即，对应于第一或底部台阶结构的厚度)的两个台阶结构的外部多界面架构样式；轨迹431和432分别示出了具有总厚度为
Figure BSA00000779823100183
和
Figure BSA00000779823100184
的三个台阶结构(例如，如图1B所示)的外部多界面架构样式；以及轨迹441和442分别示出了具有总厚度为
Figure BSA00000779823100185
和
Figure BSA00000779823100186
的四个台阶结构的外部多界面架构样式。轨迹421、422、431、432、441和442表明，对于依赖于外部多界面架构样式的总厚度的并联电阻存在两个组分。一个组分与电激发的TE消散模式的改善的指数衰减以及Rp随着外部多界面架构样式的厚度增加而连续增加的结果相关。第二组分与电激发的TE消散模式周期性抑制和抹消(依赖于来自多界面架构样式150的界面的该模式的多次反射)相关，并且对应于Rp值的周期性峰值和谷值。因此，除了单调增加以外，Rp还是在所绘示例中以约2.5μm为周期的外部多界面架构样式的总厚度的周期性函数。此外，通过比较具有相同台阶结构数目的每组外部多界面架构样式的台阶厚度，显然，Rp一般响应于较厚的台阶结构(例如
Figure BSA00000779823100191
)比响应于较薄的台阶结构(例如，)增加得更多。
在所述示例中，最高Rp(因此是最期望的)利用具有四个台阶结构的外部多界面架构样式得到，其中外部多界面架构样式的总厚度为约8.7μm并且台阶厚度为
Figure BSA00000779823100193
具有三个台阶结构的外部多界面架构样式紧随其后，其中外部多界面架构样式的总厚度为约9.0μm并且台阶厚度是
Figure BSA00000779823100194
然而，得到最高Rp所需要的台阶结构的数目随着外部多界面架构样式的厚度而变化。例如，根据图4，具有仅两个或三个台阶结构的外部多界面架构样式通常提供比具有四个台阶结构的外部多界面架构样式更高的Rp，直到外部多界面架构样式的总厚度超过约5.5μm为止，并且仅具有三个台阶结构的外部多界面架构样式继续提供比具有四个台阶结构的外部多界面架构样式更高的Rp，直到外部多界面架构样式的总厚度超过约7.5μm为止。
可以理解，如上所述的FBAR100、200和300的具体结构时说明性的，并且这里所述的各种参数和特性可以变化以针对任何特定情形提供独特的益处或者满足应用的具体设计需求。此外，内部和外部多界面架构样式的各种组合在不脱离本教导的范围内可以结合。例如，代替或者除了形成在顶部电极140上以外，内部和外部多界面架构样式150和250可以形成在底部电极120上。其他示例包括形成在电极上的内部多界面架构样式和外部多界面架构样式的任意组合。例如，顶部电极140可以仅包括外部多界面架构样式150，而底部电极120可以仅包括内部多界面架构样式250。
值得注意的是，所结合的专利和专利申请的教导意在说明对本教导有用的方法、材料和结构，但绝不限于本教导。各种部件、材料、结构和参数以仅说明和示例但没有任何限制意义的方式包括。鉴于本公开，本领域的技术人员能够在确定了他们自己的应用和实施这些应用所需的部件、材料、结构和设备时实施本教导，而仍在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种薄膜体声谐振器(FBAR)，其包括：
在衬底上且在腔体上方的第一电极；
在所述第一电极上的压电层；
在所述压电层上的第二电极；
在所述第二电极上的多个横向特征，所述多个横向特征包括多个台阶结构。
2.根据权利要求1所述的FBAR，其中，所述多个横向特征包括位于所述第二电极的外部区域的外部多界面架构样式，所述外部多界面架构样式包括所述多个台阶结构。
3.根据权利要求2所述的FBAR，其中，所述外部多界面架构样式被配置为反射在FBAR中激发的厚度延伸(TE)传播模式的至少一部分，增加所述FBAR的并联电阻。
4.根据权利要求2所述的FBAR，其中，所述多个台阶结构的至少一个台阶结构由介电材料形成。
5.根据权利要求2所述的FBAR，其中，所述多个台阶结构的至少一个台阶结构具有与所述多个台阶结构中的至少一个其他台阶结构的边缘不平行的边缘。
6.根据权利要求2所述的FBAR，其中，所述外部多界面架构样式沿着所述电极的一个边缘、包括与沿着所述电极的不同边缘相比不同数目的台阶结构。
7.根据权利要求2所述的FBAR，其中，所述台阶结构的各个的高度在约
Figure FSA00000779823000011
到约
Figure FSA00000779823000012
的范围内。
8.根据权利要求7所述的FBAR，其中，所述台阶结构的各个的宽度是在所述FBAR的谐振频率处激发的传播本征模式的四分之一波长的奇整数倍。
9.根据权利要求1所述的FBAR，其中，所述多个横向特征包括位于所述第二电极的中心区域的内部多界面架构样式，所述内部多界面架构样式包括多个台阶结构。
10.根据权利要求9所述的FBAR，其中，所述多个台阶结构的至少一个台阶结构由介电材料形成。
11.根据权利要求9所述的FBAR，其中，所述多个台阶结构的至少一个台阶结构具有与所述多个台阶结构中的至少一个其他台阶结构的边缘不平行的边缘。
12.根据权利要求9所述的FBAR，其中，所述台阶结构的各个的高度在约
Figure FSA00000779823000021
到约的范围内。
13.根据权利要求12所述的FBAR，其中，所述内部多界面架构样式被配置成抑制厚度延伸(TE)传播横向声模式的至少一部分，减小所述FBAR的串联电阻。
14.一种薄膜体声谐振器(FBAR)，其包括：
在衬底上的第一电极；
在所述第一电极上的压电层；
在所述压电层上的第二电极；
在所述第二电极的外部区域处、所述第二电极的表面上的外部多界面架构样式，所述外部多界面架构样式包括多个第一台阶结构；
在所述第二电极的中心区域处、所述第二电极的所述表面上的内部多界面架构样式，所述内部多界面架构样式包括多个第二台阶结构。
15.根据权利要求14所述的FBAR，其中，第一台阶结构的数目与第二台阶结构的数目相同。
16.根据权利要求15所述的FBAR，其中，所述第一台阶结构各自的厚度大于对应的第二台阶结构的各自的厚度。
17.根据权利要求14所述的FBAR，其中，所述第一台阶结构的数目与所述第二台阶结构的数目不同。
18.根据权利要求14所述的FBAR，其中，所述第一电极堆叠在形成于所述衬底中的腔体上方，并且
其中，所述FBAR的并联电阻随着所述第一台阶电极的厚度的增加而增加，并且所述FBAR的串联电阻随着所述第二台阶电极的厚度的增加而减小。
19.根据权利要求14所述的FBAR，其中，所述第一电极堆叠在形成于所述衬底中的声反射器上方，并且
其中，所述FBAR的并联电阻随着所述第二台阶电极的厚度的增加而增加，并且所述FBAR的串联电阻随着所述第一台阶电极的厚度的增加而减小。
20.一种体声波(BAW)谐振器，其包括：
堆叠在BAW谐振器的压电层上的电极；以及
在第二电极的外部区域处的外部多界面架构样式和在所述第二电极的中心区域处的内部多界面架构样式中的至少一者，
其中，所述外部多界面架构样式包括多个第一台阶结构，并且所述内部多界面架构样式包括多个第二台阶结构，并且
其中，所述外部多界面架构样式和所述内部多界面架构样式中一者的至少一个台阶结构由介电材料形成。
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104953976A (zh) * 2014-03-31 2015-09-30 安华高科技通用Ip(新加坡)公司 包括声再分布层的声谐振器
CN107181472A (zh) * 2016-03-10 2017-09-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法
CN107181470A (zh) * 2016-03-10 2017-09-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法
US9853626B2 (en) 2014-03-31 2017-12-26 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising acoustic redistribution layers and lateral features
CN108023569A (zh) * 2016-11-02 2018-05-11 阿库斯蒂斯有限公司 用于使用改进的制作条件和周界结构修改的声谐振器或滤波器设备的结构和制造方法
CN110868173A (zh) * 2019-04-23 2020-03-06 中国电子科技集团公司第十三研究所 谐振器及滤波器
CN110868172A (zh) * 2019-04-23 2020-03-06 中国电子科技集团公司第十三研究所 薄膜体声谐振器和半导体器件
CN110880923A (zh) * 2019-12-10 2020-03-13 武汉大学 一种螺旋状的声波谐振器
CN111010133A (zh) * 2019-09-03 2020-04-14 天津大学 体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备
CN111010103A (zh) * 2019-05-31 2020-04-14 天津大学 带多层突起结构的谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备
CN111697937A (zh) * 2020-05-06 2020-09-22 河源市众拓光电科技有限公司 一种薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN111740204A (zh) * 2020-08-17 2020-10-02 杭州臻镭微波技术有限公司 一种腔体谐振抑制结构及应用
CN111953314A (zh) * 2020-07-28 2020-11-17 诺思(天津)微系统有限责任公司 滤波器设计方法和滤波器、多工器、通信设备
WO2021027319A1 (zh) * 2019-08-15 2021-02-18 天津大学 带复合环形结构的谐振器、滤波器及电子设备

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9136818B2 (en) 2011-02-28 2015-09-15 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Stacked acoustic resonator comprising a bridge
US9571064B2 (en) 2011-02-28 2017-02-14 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator device with at least one air-ring and frame
US10284173B2 (en) 2011-02-28 2019-05-07 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Acoustic resonator device with at least one air-ring and frame
US9203374B2 (en) 2011-02-28 2015-12-01 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Film bulk acoustic resonator comprising a bridge
US9425764B2 (en) 2012-10-25 2016-08-23 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Accoustic resonator having composite electrodes with integrated lateral features
US9148117B2 (en) 2011-02-28 2015-09-29 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Coupled resonator filter comprising a bridge and frame elements
US9444426B2 (en) 2012-10-25 2016-09-13 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Accoustic resonator having integrated lateral feature and temperature compensation feature
US9484882B2 (en) 2013-02-14 2016-11-01 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator having temperature compensation
US9401692B2 (en) 2012-10-29 2016-07-26 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator having collar structure
US9490771B2 (en) 2012-10-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar and frame
US9490418B2 (en) 2011-03-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar and acoustic reflector with temperature compensating layer
US9577603B2 (en) * 2011-09-14 2017-02-21 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Solidly mounted acoustic resonator having multiple lateral features
KR101945723B1 (ko) * 2011-10-25 2019-02-11 삼성전자주식회사 박막 벌크 음향 공진기 및 박막 벌크 음향 공진기의 제조방법
JP5918522B2 (ja) * 2011-12-12 2016-05-18 太陽誘電株式会社 フィルタおよびデュプレクサ
WO2013175985A1 (ja) * 2012-05-22 2013-11-28 株式会社村田製作所 バルク波共振子
DE102014101805B4 (de) 2013-02-14 2020-07-02 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Akustischer Resonator mit integriertem seitlichen Merkmal und Temperaturkompensationsmerkmal
US9419583B2 (en) 2013-04-22 2016-08-16 Northeastern University Nano- and micro-electromechanical resonators
US10404231B2 (en) 2014-02-27 2019-09-03 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Acoustic resonator device with an electrically-isolated layer of high-acoustic-impedance material interposed therein
US9401691B2 (en) 2014-04-30 2016-07-26 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator device with air-ring and temperature compensating layer
US10352904B2 (en) 2015-10-26 2019-07-16 Qorvo Us, Inc. Acoustic resonator devices and methods providing patterned functionalization areas
US10302595B2 (en) * 2015-11-06 2019-05-28 Qorvo Us, Inc. Acoustic resonator devices and fabrication methods providing hermeticity and surface functionalization
KR102642910B1 (ko) 2016-05-18 2024-03-04 삼성전기주식회사 음향 공진기 및 그 제조 방법
US10267770B2 (en) 2016-07-27 2019-04-23 Qorvo Us, Inc. Acoustic resonator devices and methods with noble metal layer for functionalization
US11444595B2 (en) 2016-08-11 2022-09-13 Qorvo Biotechnologies, Llc Acoustic resonator device with controlled placement of functionalization material
US11736088B2 (en) 2016-11-15 2023-08-22 Global Communication Semiconductors, Llc Film bulk acoustic resonator with spurious resonance suppression
JP6855227B2 (ja) * 2016-12-12 2021-04-07 日本電波工業株式会社 圧電振動片及び圧電デバイス
US10686425B2 (en) 2017-06-30 2020-06-16 Texas Instruments Incorporated Bulk acoustic wave resonators having convex surfaces, and methods of forming the same
US10615772B2 (en) * 2017-06-30 2020-04-07 Texas Instruments Incorporated Acoustic wave resonators having Fresnel surfaces
JP7245849B2 (ja) * 2018-01-19 2023-03-24 武漢衍熙微器件有限公司 薄膜圧電共振器
US11764750B2 (en) * 2018-07-20 2023-09-19 Global Communication Semiconductors, Llc Support structure for bulk acoustic wave resonator
US10790801B2 (en) * 2018-09-07 2020-09-29 Vtt Technical Research Centre Of Finland Ltd Loaded resonators for adjusting frequency response of acoustic wave resonators
KR20200030478A (ko) 2018-09-12 2020-03-20 스카이워크스 글로벌 피티이. 엘티디. 벌크 음향파 공진기를 위한 리세스 프레임 구조체
US11405013B2 (en) * 2019-02-27 2022-08-02 Skyworks Global Pte. Ltd. Bulk acoustic wave resonator structure for second harmonic suppression
US11817839B2 (en) 2019-03-28 2023-11-14 Global Communication Semiconductors, Llc Single-crystal bulk acoustic wave resonator and method of making thereof
SG10202004451PA (en) * 2019-05-23 2020-12-30 Skyworks Global Pte Ltd Film bulk acoustic resonator including recessed frame with scattering sides
EP4003905A4 (en) 2019-07-31 2024-01-10 Qxonix Inc. DOPPED BULK ACOUSTIC WAVE (BAW) RESONATOR STRUCTURES, DEVICES AND SYSTEMS
CN111010117A (zh) * 2019-08-15 2020-04-14 天津大学 具有中心缺陷结构的体声波谐振器、滤波器和电子设备
US20210111701A1 (en) 2019-10-15 2021-04-15 Global Communication Semiconductors, Llc Bulk Resonator with Symmetrically Positioned Temperature Compensation Layers
US11990889B2 (en) * 2020-12-28 2024-05-21 Win Semiconductors Corp. Bulk acoustic wave resonator and formation method thereof
CN113965182B (zh) * 2021-12-23 2022-04-01 深圳新声半导体有限公司 一种提高体声波滤波器制备良率的方法和结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040017130A1 (en) * 2002-07-24 2004-01-29 Li-Peng Wang Adjusting the frequency of film bulk acoustic resonators
US7369013B2 (en) * 2005-04-06 2008-05-06 Avago Technologies Wireless Ip Pte Ltd Acoustic resonator performance enhancement using filled recessed region
US7388454B2 (en) * 2004-10-01 2008-06-17 Avago Technologies Wireless Ip Pte Ltd Acoustic resonator performance enhancement using alternating frame structure
CN100521527C (zh) * 2002-12-13 2009-07-29 Nxp股份有限公司 电声谐振器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5587620A (en) 1993-12-21 1996-12-24 Hewlett-Packard Company Tunable thin film acoustic resonators and method for making the same
US6107721A (en) 1999-07-27 2000-08-22 Tfr Technologies, Inc. Piezoelectric resonators on a differentially offset reflector
JP2005236337A (ja) 2001-05-11 2005-09-02 Ube Ind Ltd 薄膜音響共振器及びその製造方法
US7275292B2 (en) 2003-03-07 2007-10-02 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Method for fabricating an acoustical resonator on a substrate
US7332985B2 (en) 2003-10-30 2008-02-19 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte Ltd. Cavity-less film bulk acoustic resonator (FBAR) devices
US7280007B2 (en) 2004-11-15 2007-10-09 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Thin film bulk acoustic resonator with a mass loaded perimeter
US8981876B2 (en) 2004-11-15 2015-03-17 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Piezoelectric resonator structures and electrical filters having frame elements
US7345410B2 (en) 2006-03-22 2008-03-18 Agilent Technologies, Inc. Temperature compensation of film bulk acoustic resonator devices
US7629865B2 (en) 2006-05-31 2009-12-08 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Piezoelectric resonator structures and electrical filters
US8902023B2 (en) 2009-06-24 2014-12-02 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator structure having an electrode with a cantilevered portion
US8248185B2 (en) 2009-06-24 2012-08-21 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator structure comprising a bridge

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040017130A1 (en) * 2002-07-24 2004-01-29 Li-Peng Wang Adjusting the frequency of film bulk acoustic resonators
CN100521527C (zh) * 2002-12-13 2009-07-29 Nxp股份有限公司 电声谐振器
US7388454B2 (en) * 2004-10-01 2008-06-17 Avago Technologies Wireless Ip Pte Ltd Acoustic resonator performance enhancement using alternating frame structure
US7369013B2 (en) * 2005-04-06 2008-05-06 Avago Technologies Wireless Ip Pte Ltd Acoustic resonator performance enhancement using filled recessed region

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9853626B2 (en) 2014-03-31 2017-12-26 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising acoustic redistribution layers and lateral features
CN104953976B (zh) * 2014-03-31 2018-06-15 安华高科技通用Ip(新加坡)公司 包括声再分布层的声谐振器
CN104953976A (zh) * 2014-03-31 2015-09-30 安华高科技通用Ip(新加坡)公司 包括声再分布层的声谐振器
US11575358B2 (en) 2016-03-10 2023-02-07 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Thin-film bulk acoustic resonator and semiconductor apparatus comprising the same
CN107181472A (zh) * 2016-03-10 2017-09-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法
CN107181470A (zh) * 2016-03-10 2017-09-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法
CN107181470B (zh) * 2016-03-10 2020-10-02 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法
CN107181472B (zh) * 2016-03-10 2020-11-03 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法
US10693431B2 (en) 2016-03-10 2020-06-23 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Manufacturing of thin-film bulk acoustic resonator and semiconductor apparatus comprising the same
CN108023569A (zh) * 2016-11-02 2018-05-11 阿库斯蒂斯有限公司 用于使用改进的制作条件和周界结构修改的声谐振器或滤波器设备的结构和制造方法
CN110868173A (zh) * 2019-04-23 2020-03-06 中国电子科技集团公司第十三研究所 谐振器及滤波器
CN110868173B (zh) * 2019-04-23 2023-08-15 中国电子科技集团公司第十三研究所 谐振器及滤波器
CN110868172B (zh) * 2019-04-23 2023-09-26 中国电子科技集团公司第十三研究所 薄膜体声谐振器和半导体器件
CN110868172A (zh) * 2019-04-23 2020-03-06 中国电子科技集团公司第十三研究所 薄膜体声谐振器和半导体器件
WO2020238509A1 (zh) * 2019-05-31 2020-12-03 天津大学 带多层突起结构的谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备
CN111010103A (zh) * 2019-05-31 2020-04-14 天津大学 带多层突起结构的谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备
WO2021027319A1 (zh) * 2019-08-15 2021-02-18 天津大学 带复合环形结构的谐振器、滤波器及电子设备
CN111010133A (zh) * 2019-09-03 2020-04-14 天津大学 体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备
CN110880923A (zh) * 2019-12-10 2020-03-13 武汉大学 一种螺旋状的声波谐振器
CN111697937A (zh) * 2020-05-06 2020-09-22 河源市众拓光电科技有限公司 一种薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN111953314A (zh) * 2020-07-28 2020-11-17 诺思(天津)微系统有限责任公司 滤波器设计方法和滤波器、多工器、通信设备
CN111953314B (zh) * 2020-07-28 2021-06-01 诺思(天津)微系统有限责任公司 滤波器设计方法和滤波器、多工器、通信设备
CN111740204A (zh) * 2020-08-17 2020-10-02 杭州臻镭微波技术有限公司 一种腔体谐振抑制结构及应用
CN111740204B (zh) * 2020-08-17 2020-11-24 浙江臻镭科技股份有限公司 一种腔体谐振抑制结构及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN103001602B (zh) 2016-01-20
US20130063227A1 (en) 2013-03-14
US8896395B2 (en) 2014-11-25

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