CN108023565A - 包括体声波谐振器的滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包括体声波谐振器的滤波器。所述滤波器包括：多层结构，包括膜，并形成体声波谐振器；盖，容纳所述体声波谐振器，并且结合到所述多层结构；结合剂，设置在所述多层结构和所述盖之间的结合区域中，并包括结合层；以及屏蔽层，设置在所述盖的内表面上，并包括与所述结合层的至少一部分的材料相同的材料。

Description

包括体声波谐振器的滤波器
本申请要求于2016年10月31日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0143715号以及于2017年3月27日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0038522号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。
技术领域
以下描述涉及一种包括体声波谐振器的滤波器。
背景技术
根据包括移动通信装置和化学/生物装置的许多高功能技术的飞速发展，对在上述装置中使用的紧凑且轻量化的滤波器、振荡器、谐振元件、声谐振质量传感器等的需求近来也已经增加。
为了实现这样紧凑且轻量化的滤波器、振荡器、谐振元件、声谐振质量传感器等，使用膜体声波谐振器(FBAR)是典型的。膜体声波谐振器可以以最小的成本大批量生产，并且可以是用于使实现的总尺寸最小化的非常小的尺寸。此外，膜体声波谐振器可实现高品质因子Q值(滤波器的主要特性)，甚至可被使用在微波频带中，并且尤其可被用在高达个人通信系统(PCS)和数字无线系统(DCS)的频带的频带中。
通常，膜体声波谐振器包括通过在基板上顺序地堆叠第一电极、压电层和第二电极而实现的谐振部。膜体声波谐振器如下进行操作。首先，通过将电能施加到第一电极和第二电极而在压电层中诱发电场，通过诱发的电场在压电层中产生压电现象。结果，谐振部在预定方向上振动。结果，在与谐振部的振动方向相同的方向上产生体声波，从而谐振发生。
发明内容
提供本发明内容以按照简化形式介绍选择的构思，以下在具体实施方式中进一步描述所述构思。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种滤波器包括：多层结构，包括膜，并形成体声波谐振器；盖，容纳所述体声波谐振器，并且结合到所述多层结构；结合剂，设置在所述多层结构和所述盖之间的结合区域中，并包括结合层；以及屏蔽层，设置在所述盖的内表面上，并包括与所述结合层的至少一部分的材料相同的材料。
所述屏蔽层可包括金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)和钯(Pd)中的一种。
所述结合剂可促进所述多层结构和所述盖的共晶结合。
所述结合剂可包括依次堆叠在所述多层结构和所述盖之间的至少三个结合层。所述至少三个结合层中的设置在最外面的两个结合层可包括与所述屏蔽层的材料相同的材料。
所述两个结合层可包括金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)和钯(Pd)中的一种。
设置在所述两个结合层之间的结合层可包括锡(Sn)。
所述盖的所述屏蔽层和所述多层结构之间的距离可在15μm至45μm的范围内。
所述屏蔽层可被构造为减小引入到所述体声波谐振器中的电磁干扰。
所述体声波谐振器可形成梯式滤波器。
所述体声波谐振器可形成晶格式滤波器。
在一个总体方面，一种滤波器包括：多层结构，包括膜，并形成体声波谐振器；盖，容纳所述体声波谐振器，包括具有敞开的底表面的六面体形状，并结合到所述多层结构；以及屏蔽层，设置在所述盖的内表面上。所述屏蔽层和所述多层结构之间的距离在15μm至45μm的范围内。
所述屏蔽层和所述多层结构之间的距离可在30μm至45μm的范围内。
所述屏蔽层和所述多层结构之间可具有容纳所述体声波谐振器的空间。
所述屏蔽层可具有0.5μm至1μm的厚度。
所述屏蔽层可包括金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)和钯(Pd)中的一种。
结合剂可设置在所述多层结构和所述盖之间的结合区域中，并可包括结合层。
所述结合层的至少一部分可包括与所述屏蔽层的材料相同的材料。
所述结合剂可包括依次堆叠在所述多层结构和所述盖之间的至少三个结合层。所述至少三个结合层中的设置在最外面的两个结合层可由与所述屏蔽层的材料相同的材料形成。
通过以下具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将显而易见。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征和其他优点将被更清楚地理解，在附图中：
图1是示出滤波器的示例的截面图。
图2A和图2B是描述图1的滤波器的示例性特性的模拟曲线图。
图3和图4是示出滤波器的示例的示意性电路图。
在整个附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明以及方便起见，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下具体实施方式，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解了本申请的公开内容后，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作顺序仅仅是示例，且不限于在此所阐述的示例，而是除了必须按照特定顺序发生的操作外，可在理解了本申请的公开内容后做出显而易见的改变。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略本领域中公知的特征的描述。
在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，仅仅为了示出在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或系统的多种可行方式中的一些可行方式。
在整个说明书中，当元件(诸如层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。
如在此使用的术语“和/或”包括相关所列项中的任何一个和任何两个或更多个的任何组合。
虽然诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语可在此用于描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中涉及到的第一构件、组件、区域、层或部分还可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了方便描述，在此可使用诸如“在……之上”、“上方”、“在……之下”以及“下方”的空间相关术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件之间的关系。这样的空间相关术语意在包含除了附图中描绘的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上方”的元件将随后被描述为相对于另一元件位于“之下”或“下方”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。装置还可以以另外的方式被定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并对在此使用的空间相关术语做出相应的解释。
在此使用的术语仅是为了描述各种示例，而不被用来限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数冠词也意在包含复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示出的形状的变化。因此，在此描述的示例并不限于附图中示出的特定的形状，而是包括制造期间发生的形状上的变化。
在此描述的示例的特征可以以在理解了本申请的公开内容后将显而易见的各种方式进行组合。此外，虽然在此描述的示例具有多种构造，但是在理解了本申请的公开内容后将显而易见的其他构造是可行的。
图1是示出滤波器的示例的截面图。
参照图1，滤波器10包括体声波谐振器100和盖200。体声波谐振器100可以是膜体声波谐振器(FBAR)。
体声波谐振器100是包括多个膜的多层结构。体声波谐振器100包括基板110、绝缘层120、气腔112和谐振部135。
基板110可由硅形成。使谐振部135与基板110电绝缘的绝缘层120可设置在基板110的顶表面上。绝缘层120可通过对二氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)之一执行化学气相沉积、RF磁控溅射、蒸镀等形成在基板110上。
气腔112设置在绝缘层120上。气腔112设置在谐振部135的下方，以使谐振部135可在预定方向上振动。气腔112可通过在绝缘层120上形成气腔牺牲层图案、在气腔牺牲层图案上形成膜130然后蚀刻并去除气腔牺牲层图案而形成。膜130可用作氧化物保护膜或用作保护基板110的保护层。
蚀刻停止层125形成在绝缘层120和气腔112之间。蚀刻停止层125可保护基板110和绝缘层120免受蚀刻操作的影响，并且用作在蚀刻停止层125上沉积各种其他层的基底。
谐振部135包括依次堆叠在膜130上的第一电极140、压电层150和第二电极160。第一电极140、压电层150和第二电极160的公共区域(在竖直方向上重叠的区域)设置在气腔112之上。第一电极140和第二电极160可由金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)、铱(Ir)和镍(Ni)中的一种或它们的合金形成。
压电层150(具有将电能转换成具有弹性波的形式的机械能的压电效应的部分)可由氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和铅锆钛氧化物(PZT；PbZrTiO)中的一种形成。此外，压电层150还可包括稀土金属。作为示例，稀土金属包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。压电层150可包括1at％至20at％的稀土金属。
可在第一电极140的下方另外设置用于改善压电层150的晶体取向的种子层。种子层可由具有与压电层150的结晶度相同的结晶度的氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和铅锆钛氧化物(PZT；PbZrTiO)中的一种形成。
谐振部135可分为有效区域和无效区域。谐振部135的有效区域可指的是经由当诸如射频信号的电能施加到第一电极140和第二电极160时在压电层150中产生的压电现象而在预定方向上振动和谐振的区域，并且可与第一电极140、压电层150和第二电极160在气腔133之上沿着竖直方向重叠的区域对应。谐振部135的无效区域可指的是即使当电能施加到第一电极140和第二电极160时也不因压电现象而谐振的区域，并且可与有效区域的外部的区域对应。
谐振部135可利用压电现象输出具有特定频率的射频信号。具体地，谐振部135可输出具有与根据压电层150的压电现象的振动对应的谐振频率的射频信号。
保护层170设置在谐振部135的第二电极160上以防止第二电极160向外暴露。保护层170可由氧化硅基绝缘材料、氮化硅基绝缘材料、氮化铝基绝缘材料中的一种绝缘材料形成。
沿着基板110的竖直方向穿过基板110的至少一个导电过孔113形成在基板110的下表面中。导电过孔113还沿着竖直方向穿过绝缘层120、蚀刻停止层125和膜130中的一些。连接图案114形成在导电过孔113中，并且形成在整个内表面上(即，导电过孔113的内壁)。
连接图案114可通过在导电过孔113的内表面上形成导电层来制造。例如，连接图案114可通过沿着导电过孔113的内壁沉积、涂覆或者填充金(Au)、铜(Cu)、钛(Ti)-铜(Cu)的合金中的至少一种导电金属而形成。
连接图案114连接到第一电极140和第二电极160中的至少一个。连接图案114穿过基板110、膜130、第一电极140和压电层150的至少一部分，并且电连接到第一电极140和第二电极160中的至少一个。形成在导电过孔113的内表面上的连接图案114延伸到基板110的下表面，并且连接到设置在基板110的下表面上的基板连接垫115。从而，连接图案114将第一电极140和第二电极160电连接到基板连接垫115。
基板连接垫115可利用凸块电连接到设置在体声波谐振器100下方的外部基板(未示出)。体声波谐振器100可对通过基板连接垫115施加到第一电极140和第二电极160的信号执行射频信号的滤波。
盖200结合到形成体声波谐振器100的多层结构，以保护多个体声波谐振器100免受外部环境的影响。盖200具有包括容纳有体声波谐振器100的内部空间的盖形式。盖200可形成为六面体形状，该六面体形状的底表面是敞开的，并可因此包括顶表面和侧表面。
具体地，盖200可具有形成在中央处的容纳部以便容纳多个体声波谐振器100的谐振部135，并且与容纳部相比可具有梯式边缘，以便在多层结构的结合区域中被结合。多层结构的结合区域可与多层结构的边缘对应。
参照图1，虽然盖200被示出为结合到堆叠在基板110上的保护层170，但是除了保护层170之外或者可选地，盖200还可结合到膜130、蚀刻停止层125、绝缘层120和基板110中的至少一个。
盖200可通过共晶结合而结合到多层结构。盖200可通过在沉积可共晶结合在多层结构上的结合剂250之后向多层结构和盖200加压或加热而结合到多层结构。
结合剂250可由至少一个结合层形成，以对多层结构和盖200执行共晶结合。结合剂250可设置在多层结构和盖200之间的结合区域上。
结合剂250包括依次堆叠在多层结构和盖200之间的至少三个结合层。作为示例，结合剂250包括第一结合层251、第二结合层252和第三结合层253。第一结合层251可包括金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)和钯(Pd)中的一种，第二结合层252可包括锡(Sn)，第三结合层253可包括金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)和钯(Pd)中的一种。第一结合层251和第三结合层253可由彼此相同的材料形成，以能够与第二结合层252共晶结合在一起。
屏蔽层230可沿着盖200的至少一个表面形成。作为示例，屏蔽层230沿着盖200的内表面形成，并且屏蔽层230的厚度可以是0.5μm至1μm。
屏蔽层230可包括能够与锡(Sn)一起执行共晶结合的材料。作为示例，屏蔽层230可包括金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)和钯(Pd)中的至少一种，屏蔽层230可由与第一结合层251和第三结合层253的材料相同的材料形成。
由与第一结合层251和第三结合层253的材料相同的材料形成的屏蔽层230可以以与第一结合层251和第三结合层253的操作相同的操作来制造，从而简化了整个制造工艺。
屏蔽层230与多层结构分开参考距离。参考距离基于设置在盖200的顶表面下方的屏蔽层230和多层结构的底表面来确定。因此，参考距离指的是屏蔽层230和多层结构之间的分开距离。作为示例，屏蔽层230和多层结构彼此分开的参考距离可以是15μm至45μm。
下面的表1是示出根据屏蔽层230的厚度和屏蔽层230与多层结构彼此分开的参考距离的插入损耗的表。
[表1]
参照上面的表1，在参考距离为15μm至45μm时，与对比示例相比，发明示例1至发明示例4可将插入损耗改善0.016dB至0.069dB，从而改善了射频特性。此外，在参考距离为30μm至45μm时，与对比示例相比，发明示例2至发明示例4可将插入损耗改善0.049dB至0.069dB，从而显著地改善了射频特性。
图2A和图2B是根据图1中所示且上面描述的装置的示例性模拟曲线图。图2A是射频信号的曲线图，图2B是带内射频信号的放大曲线图。在图2A和图2B中，对比示例可与未在盖上形成屏蔽层的滤波器对应，发明示例可与在盖上形成屏蔽层的滤波器对应。
参照图2A，当对比示例和发明示例彼此进行比较时，从对比示例可看出，传输系数的滚降(roll-off)在1.83GHz左右劣化。滚降劣化的现象可能是因对体声波谐振器的电磁干扰而导致的。在例如图1中提供的示例的情况下，屏蔽层可形成在盖上以排除电磁干扰，从而防止滚降的劣化。
参照图2B，当对比示例和发明示例彼此进行比较时，可看出，在对比示例中的带内射频信号的曲线图比在发明示例中的带内射频信号的曲线图振荡更大。在示例(例如，图1中所示的一个示例)的情况下，屏蔽层可形成在盖上以抑制带内中的振荡，从而改善插入损耗。
图3和图4是示例性滤波器的示意性电路图。图3和图4的滤波器中采用的多个体声波谐振器中的每个可通过将根据例如参照图1的上述各种示例的体声波谐振器电连接而形成。
参照图3，滤波器1000形成为梯式的滤波器结构。具体地，滤波器1000可包括多个体声波谐振器1100和1200。
第一体声波谐振器1100可串联连接在输入信号RFin输入到其的信号输入端子和从其输出输出信号RFout的信号输出端子之间，第二体声波谐振器1200可连接在信号输出端子和地之间。
参照图4，滤波器2000可形成为晶格式的滤波器结构。具体地，滤波器2000可包括多个体声波谐振器2100、2200、2300和2400以对平衡的输入信号RFin+和RFin-进行滤波，以输出平衡的输出信号RFout+进而RFout-。
如上所述，包括体声波谐振器的滤波器防止电磁干扰，从而可防止滚降的劣化，并可改善插入损耗。
虽然本公开包括特定的示例，但是在理解了本申请的公开内容后将显而易见的是，在不脱离权利要求及它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种变化。在此所描述的示例将仅被认为描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或者电路中的组件和/或用其他组件或者它们的等同物进行替换或者补充描述的系统、架构、装置或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及它们的等同物限定，并且在权利要求及它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包含于本公开中。

Claims (18)

1.一种滤波器，包括：
多层结构，包括膜，并形成体声波谐振器；
盖，容纳所述体声波谐振器，并且结合到所述多层结构；
结合剂，设置在所述多层结构和所述盖之间的结合区域中，并包括结合层；以及
屏蔽层，设置在所述盖的内表面上，并包括与所述结合层的至少一部分的材料相同的材料。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述屏蔽层包括金、铜、银、铂、镍和钯中的一种。
3.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述结合剂促进所述多层结构和所述盖的共晶结合。
4.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述结合剂包括依次堆叠在所述多层结构和所述盖之间的至少三个结合层，并且
所述至少三个结合层中的设置在最外面的两个结合层包括与所述屏蔽层的材料相同的材料。
5.根据权利要求4所述的滤波器，其中，所述两个结合层包括金、铜、银、铂、镍和钯中的一种。
6.根据权利要求4所述的滤波器，其中，设置在所述两个结合层之间的结合层包括锡。
7.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述盖的所述屏蔽层和所述多层结构之间的距离在15μm至45μm的范围内。
8.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述屏蔽层被构造为减小引入到所述体声波谐振器中的电磁干扰。
9.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述体声波谐振器形成梯式滤波器。
10.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述体声波谐振器形成晶格式滤波器。
11.一种滤波器，包括：
多层结构，包括膜，并形成体声波谐振器；
盖，容纳所述体声波谐振器，包括具有敞开的底表面的六面体形状，并结合到所述多层结构；以及
屏蔽层，设置在所述盖的内表面上，
其中，所述屏蔽层和所述多层结构之间的距离在15μm至45μm的范围内。
12.根据权利要求11所述的滤波器，其中，所述屏蔽层和所述多层结构之间的距离在30μm至45μm的范围内。
13.根据权利要求11所述的滤波器，其中，所述屏蔽层和所述多层结构之间具有容纳所述体声波谐振器的空间。
14.根据权利要求11所述的滤波器，其中，所述屏蔽层具有0.5μm至1μm的厚度。
15.根据权利要求11所述的滤波器，其中，所述屏蔽层包括金、铜、银、铂、镍和钯中的一种。
16.根据权利要求15所述的滤波器，所述滤波器还包括设置在所述多层结构和所述盖之间的结合区域中并包括结合层的结合剂。
17.根据权利要求16所述的滤波器，其中，所述结合层的至少一部分包括与所述屏蔽层的材料相同的材料。
18.根据权利要求17所述的滤波器，其中，所述结合剂包括依次堆叠在所述多层结构和所述盖之间的至少三个结合层，并且
所述至少三个结合层中的设置在最外面的两个结合层包括与所述屏蔽层的材料相同的材料。
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