CN108512520B - 体声波谐振器与电容器的单片集成结构及其制造方法、滤波器、双工器以及射频通信模块 - Google Patents

体声波谐振器与电容器的单片集成结构及其制造方法、滤波器、双工器以及射频通信模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构，包括：衬底；下电极，该下电极设置在所述衬底上且与所述衬底之间形成空腔；压电层，该压电层设置在所述下电极上；上电极，该上电极设置在所述压电层上；第一电极，该第一电极设置在所述衬底内位于所述空腔的下方、且与所述下电极之间存在第一交叠区域。相应地，本发明还提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制造方法、体声波滤波器、双工器以及射频通信模块。实施本发明可以实现体声波谐振器和电容器的单片集成，利用该单片集成结构形成体声波滤波器不但可以有效地保证体声波滤波器的滚降特征还可以有效地减小体声波滤波器的体积，进而有效地减小双工器以及射频通信模块的体积。

Description

体声波谐振器与电容器的单片集成结构及其制造方法、滤波 器、双工器以及射频通信模块
技术领域
本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构及其制造方法、体声波滤波器、双工器以及射频通信模块。
背景技术
随着4G/LTE时代的到来，手机需要工作在更多的频段及更高的频率上，这使得手机内的射频前端模块需要嵌入更多的滤波器及双工器。与此同时，人们对手机的便携性和低功耗也提出了更高的要求。由体声波(BAW，Bulk Acoustic Wave)谐振器构成的体声波滤波器及双工器，以较小的体积、较低的插损以及优越的滚降特性能很好地满足了4G/LTE手机射频前端滤波的需求。
针对于特定频段的应用，例如Band 25，其发射频段是1850-1915MHz、接收频段是1930-1995MHz，发射频段与接收频段的间隔只有15MH，这就对体声波滤波器件提出了更为严苛的滚降特性要求。为此早期主要通过减小体声波谐振器单元中压电层与电极层的厚度比例的方式来减小体声波谐振器的有效耦合系数
Figure BDA0001583198670000011
从而达到增强由其构成的体声波滤波器的滚降特性的目的。但是这种方式存在一定的缺陷，即在体声波谐振器有效耦合系数
Figure BDA0001583198670000012
减小的同时体声波谐振器的品质因数(Q值)也会随之降低，而体声波谐振器品质因数的降低会导致体声波滤波器通带特性变差。为了保证体声波滤波器带宽不因此而减小，需要使用较大电感，这样会使体声波滤波器远端带外抑制变差，难以满足LTE对谐波等其它频段的抑制要求。
为了克服上述缺陷，目前主要是通过在体声波滤波器中的体声波谐振器单元上串联或并联电容器的方式来减小体声波谐振器的有效耦合系数
Figure BDA0001583198670000013
从而增强体声波滤波器的滚降特性。针对于体声波谐振器与电容器串联的方式来说，这种方式使体声波谐振器的串联谐振频率fs向高处偏移而并联谐振频率fp保持不变，从而使体声波谐振器的有效耦合系数
Figure BDA0001583198670000021
减小，进而使由该体声波谐振器构成的体声波滤波器的滚降特性得到增强；针对于体声波谐振器与电容器并联的方式来说，这种方式使体声波谐振器的并联谐振频率fp向低处偏移而串联谐振频率fs保持不变，从而使体声波谐振器的有效耦合系数
Figure BDA0001583198670000022
减小，进而使由该体声波谐振器构成的体声波滤波器的滚降特性得到增强。这种在体声波谐振器单元上串联或并联电容器的方式并不会改变体声波谐振器的品质因数，因此不会导致体声波滤波器通带性能的恶化。
目前，在体声波滤波器中的体声波谐振器单元上串联或并联电容器的具体实现方式如下：提供一基板，将载有体声波谐振器单元的裸芯片(die)和电容器设置在该基板上，并利用键合线或者基板上的PCB走线将体声波谐振器进行串联或并联。这种方式虽然可以增强体声波滤波器的滚降特性且不会导致体声波滤波器通带性能的恶化，但是由于电容器设置在裸芯片之外，因此需要额外提供用于承载体声波谐振器单元和电容器的基板，如此一来，不但会导致整个体声波滤波器的体积过大，还会造成裸芯片和电容器之间连接损耗的产生，另外键合线以及PCB走线还会带来额外的寄生耦合效应。除此之外，电容器的焊接、装配等制造工艺还会导致体声波滤波器可靠性的降低。
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构包括：
衬底；
下电极，该下电极设置在所述衬底上且与所述衬底之间形成空腔；
压电层，该压电层设置在所述下电极上；
上电极，该上电极设置在所述压电层上；
第一电极，该第一电极设置在所述衬底内位于所述空腔的下方、且与所述下电极之间存在第一交叠区域。
根据本发明的一个方面，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构中，所述空腔的下表面由所述第一电极的上表面构成。
根据本发明的另一个方面，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构还包括第二电极，该第二电极设置在所述衬底上，该第二电极与所述第一电极之间存在第二交叠区域。
根据本发明的又一个方面，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构中，所述上电极从所述压电层延伸至所述衬底的上表面，所述上电极中位于所述衬底上表面的部分与所述第一电极之间存在第三交叠区域。
本发明提供还了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制造方法，该制造方法包括：
在衬底内形成第一电极；
刻蚀所述衬底在所述第一电极的上方形成凹槽；
使用牺牲材料填充所述凹槽并对所述衬底的上表面进行平坦化；
在所述衬底的上表面形成覆盖所述凹槽的下电极，该下电极与所述第一电极之间存在第一交叠区域；
在所述下电极上形成压电层以及在所述压电层上形成上电极；
去除所述牺牲材料在所述下电极和所述衬底之间形成空腔。
根据本发明的一个方面，该制造方法中，在衬底内形成第一电极的步骤包括：提供基底并在该基底的上表面形成第一电极；采用外延工艺在所述基底上形成覆盖所述第一电极的外延层，该外延层与所述基底共同构成用于制造体声波谐振器的衬底。
根据本发明的另一个方面，该制造方法中，刻蚀所述衬底在所述第一电极的上方形成凹槽的步骤包括：在所述衬底上形成掩膜暴露出要形成凹槽的区域，其中，所述要形成凹槽的区域位于所述第一电极的上方；对所述衬底进行刻蚀，形成暴露出所述第一电极上表面的凹槽；去除所述掩膜。
根据本发明的又一个方面，该制造方法中，该制造方法还包括：在所述衬底的上表面形成覆盖所述凹槽的下电极的同时，在所述衬底的上表面形成与所述第一电极之间存在第二交叠区域的第二电极；或在所述压电层上形成上电极的同时，在所述衬底的上表面形成与所述第一电极之间存在第二交叠区域的第二电极。
根据本发明的又一个方面，该制造方法中，所述上电极从所述压电层延伸至所述衬底的上表面，所述上电极中位于所述衬底上表面的部分与所述第一电极之间存在第三交叠区域。
本发明还提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构包括：
衬底；
第一电极，该第一电极设置在所述衬底上且与所述衬底之间形成空腔；
介电层，该介电层设置在所述衬底上并对所述第一电极形成覆盖；
下电极，该下电极设置在所述介电层上位于所述空腔的上方、且与所述第一电极之间存在第一交叠区域；
压电层，该压电层设置在所述下电极上；
上电极，该上电极设置在所述压电层上。
根据本发明的另一个方面，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构还包括第二电极，该第二电极设置在所述介电层上，该第二电极与所述第一电极之间存在第二交叠区域。
根据本发明的一个方面，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构中，所述上电极从所述压电层延伸至所述介电层的上表面，所述上电极中位于所述介电层上表面的部分与所述第一电极之间存在第三交叠区域。
本发明还提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制造方法，该制造方法包括：
提供衬底并在该衬底上刻蚀形成凹槽；
使用牺牲材料填充所述凹槽并对所述衬底的上表面进行平坦化；
在所述衬底的上表面形成覆盖所述凹槽的第一电极；
在所述第一电极上形成介电层，该介电层覆盖所述第一电极；
在所述介电层上形成下电极，该下电极位于所述凹槽的上方且与所述第一电极之间存在第一交叠区域；
在所述下电极上形成压电层以及在所述压电层上形成上电极；
去除所述牺牲材料在所述第一电极和所述衬底之间形成空腔。
根据本发明的另一个方面，该制造方法中，在所述介电层上形成下电极的同时，在所述介电层的上表面形成与所述第一电极之间存在第二交叠区域的第二电极；或在所述压电层上形成上电极的同时，在所述介电层的上表面形成与所述第一电极之间存在第二交叠区域的第二电极。
根据本发明的一个方面，该制造方法中，所述上电极从所述压电层延伸至所述介电层的上表面，所述上电极中位于所述介电层上表面的部分与所述第一电极之间存在第三交叠区域。
本发明还提供了一种体声波滤波器，该体声波滤波器包括至少一个上述体声波谐振器与电容器的单片集成结构。
本发明还提供了一种双工器，该双工器包括发射滤波器和接收滤波器，其中，所述发射滤波器和/或所述接收滤波器采用上述体声波滤波器。
本发明还提供了一种射频通信模块，该射频通信模块包括天线、射频开关、双工器组以及功率放大器，其中，所述双工器组包括多个上述双工器。
本发明所提供的体声波谐振器与电容器的单片集成结构及其制造方法通过在体声波谐振器内部位于空腔下方或上方的位置形成与下电极存在交叠区域的电极层，使得在该电极层与下电极之间形成与体声波谐振器串联的电容器，从而实现了体声波谐振器与电容器的单片集成。利用本发明所提供的体声波谐振器与电容器的单片集成结构形成体声波滤波器，一方面可以有效地增强体声波滤波器滚降特性，另一方面由于无需额外使用基板来承载该体声波谐振器和电容器、进而无需利用键合线以及PCB走线对其二者进行连接，因此可以有效地减小体声波滤波器的体积、避免体声波谐振器所在裸芯片与电容器之间连接损耗的产生、以及避免键合线以及PCB走线所带来的寄生耦合效应。此外，由于无需对电容器执行焊接、装配等制造工艺，因此不会影响到体声波滤波器的可靠性。也就是说，本发明所提供的体声波滤波器具有滚降特性好、体积小、可靠性高的特点。利用本发明所提供的体声波滤波器所形成的双工器以及射频通信模块也相应具有性能佳、体积小的特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1(a)是根据本发明的第一实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构的剖面示意图；
图1(b)是图1(a)所示的体声波谐振器与电容器的单片集成结构中第一电极与下电极的俯视示意图；
图1(c)是图1(a)所示的体声波谐振器与电容器的单片集成结构的电路示意图；
图2(a)是根据发明的第二实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构的剖面示意图；
图2(b)是图2(a)所示的体声波谐振器与电容器的单片集成结构中第一电极、下电极以及第二电极的俯视示意图；
图2(c)是图2(a)所示的体声波谐振器与电容器的单片集成结构的电路示意图；
图3(a)是根据发明的第三实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构的剖面示意图；
图3(b)是图3(a)所示的体声波谐振器与电容器的单片集成结构中第一电极、下电极以及上电极中位于衬底上表面部分的俯视示意图；
图3(c)是图3(a)所示的体声波谐振器与电容器的单片集成结构的电路示意图；
图4是根据本发明的第四实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构的剖面示意图；
图5是根据发明的第五实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构的剖面示意图；
图6是根据发明的第六实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构的剖面示意图；
图7(a)至图7(g)是第一实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构在制造过程中各个阶段的剖面示意图；
图8(a)至图8(g)是第二实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构在制造过程中各个阶段的剖面示意图；
图9(a)至图9(g)是第三实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构在制造过程中各个阶段的剖面示意图；
图10(a)至图10(g)是第四实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构在制造过程中各个阶段的剖面示意图；
图11(a)至图11(g)是第五实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构在制造过程中各个阶段的剖面示意图；
图12(a)至图12(g)是第六实施例的体声波谐振器与电容器的单片集成结构在制造过程中各个阶段的剖面示意图；
图13(a)是根据本发明的第十三实施例的体声波滤波器的电路结构示意图；
图13(b)是图13(a)所示体声波滤波器的S21参数的特性仿真图；
图14是根据本发明的第十四实施例的双工器的电路结构示意图；
图15是根据本发明的第十五实施例的射频通信模块的电路结构示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
为了更好地理解和阐释本发明，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
第一实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构包括：
衬底；
下电极，该下电极设置在所述衬底上且与所述衬底之间形成空腔；
压电层，该压电层设置在所述下电极上；
上电极，该上电极设置在所述压电层上；
第一电极，该第一电极设置在所述衬底内位于所述空腔的下方、且与所述下电极之间存在第一交叠区域。
下面，将结合图1(a)对本实施例所提供的上述体声波谐振器与电容器的单片集成结构的各个部分进行详细说明。
具体地，如图1(a)所示，体声波谐振器与电容器的单片集成结构包括衬底100。在本实施例中，衬底100的材料是高阻硅。衬底100的上表面设置有下电极104，在下电极104和衬底100之间存在用于反射声波能量的空腔102。在本实施例中，下电极104优选采用高声阻抗材料，例如钼。压电层105设置在下电极104上。在本实施例中，压电层105的材料是氮化铝。上电极106设置在压电层105上。在本实施例中，上电极106的材料是钼。优选地，在图1(a)中，上电极106从压电层105上延伸至衬底100的上表面，其中，上电极106中位于衬底100上表面的部分(即图中以椭圆形虚线框圈起的部分)用于体声波谐振器与其他器件之间的连接，下文中将上电极106中位于衬底上表面的部分称为上电极引线106a。此处需要说明的是，衬底、下电极、压电层以及上电极的上述材料均为示意性举例，其他凡是可以用于形成衬底、下电极、压电层以及上电极的材料均包括在本发明所保护的范围内，为了简明起见，在此不再一一赘述。
体声波谐振器与电容器的单片集成结构还包括第一电极101，该第一电极101的材料包括钼、钨、铝等。第一电极101设置在衬底100内且位于空腔102下方的位置。图1(a)中第一电极101的上表面恰好构成空腔102的下表面，当然第一电极101的上表面也可以位于空腔102下表面的下方。第一电极101和下电极104分别位于空腔102的下方和上方，其二者之间存在交叠区域(即图1(a)中以矩形虚线框圈起的区域。针对于两块电极来说，以该两块电极中的任一块电极的厚度方向为Z轴方向，该两块电极在Z轴方向上的投影存在重合区域，将该重合区域定义为该两块电极之间的交叠区域。下文中凡涉及到电极间交叠区域均遵循上述定义。下文中以第一交叠区域表示第一电极101和下电极104之间的交叠区域)。第一交叠区域从结构上看是由上下两块彼此绝缘的金属板构成，因此可以被看作是一个电容器(下文中将以第一电容器表示第一交叠区域所构成的电容器)。为了更为直观形象，图1(a)中在下电极104和第一电极101之间以电路符号的方式表示该第一电容器并编号为107。图1(a)中第一电极101平行于下电极104，因此第一电容器107为平板电容器，该平板电容器的电容值取决于第一交叠区域的面积、下电极104和第一电极101之间的距离、以及下电极104和第一电极101之间介质的介电常数。当然第一电极101也可以不平行于下电极104。图1(b)是图1(a)所示的单片集成结构中下电极104与第一电极101的俯视示意图。在图1(b)中，第一电极101、空腔102以及下电极104均采用正五边形的设计方式，下电极104覆盖整个空腔102，下电极104的全部区域与第一电极101发生交叠，因此，第一电极101和下电极104之间的第一交叠区域的形状即为下电极104的形状，第一交叠区域的面积即为下电极104的面积。当然，下电极104、空腔102以及第一电极101还可以设计为正五边形之外的其他形状，下电极104也可以是部分区域与第一电极101发生交叠。
在图1(a)所示的结构中，衬底100、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，下电极104和第一电极101通过形成第一交叠区域构成第一电容器107，由于第一电容器107集成在体声波谐振器内，因此形成体声波谐振器和第一电容器107的单片集成结构。在该单片集成结构中，体声波谐振器与第一电容器107之间是串联的电连接关系。图1(a)所示结构的等效电路图可参考图1(c)，在图1(c)中体声波谐振器10与第一电容器107串联连接。
下面给出图1(a)所示单片集成结构的一个示例性尺寸说明。具体地，衬底100的材料为高阻硅，厚度为200μm，其介电常数等于11.9；下电极104的材料为钼，厚度为234nm；压电层105的材料为氮化铝，厚度为1036nm；上电极106的材料为钼，厚度为168nm；空腔102的面积为1×10-8m2，深度为2μm；第一电极101的材料为钼，厚度为500nm；第一电极101与下电极104之间的第一交叠区域的面积为3×10-8m2。根据平板电容器电容值的计算公式可知，第一电容器107的电容值等于1pF，也就是说，体声波谐振器串联了一个电容值为1pF的电容器。
第二实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构。本实施例与第一实施例基本相同，其二者不同之处主要在于：本实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构还包括设置在衬底上表面上的第二电极，其中，第一电极除了与下电极之间形成交叠区域之外，还与第二电极之间形成交叠区域。
下面，将结合图2(a)对本实施例所提供的上述体声波谐振器与电容器的单片集成结构进行说明。为了简明起见，下文中仅对本实施例区别于第一实施例的地方进行详细说明，而本实施例与第一实施例相同的地方请参考第一实施例中相应部分的内容描述。
请参考图2(a)，第二电极108设置在衬底100的上表面上，其中，第二电极108与下电极104以及上电极106之间均不存在接触。第二电极108的材料包括钼、钨、铝等。在本实施例中，第一电极101除了与下电极104之间形成第一交叠区域之外，还与第二电极108之间形成交叠区域(下文中以第二交叠区域表示第一电极101和第二电极108之间的交叠区域)。第二交叠区域从结构上看也是由上下两块彼此绝缘的金属板构成，因此可以被看作是一个电容器(下文中将以第二电容器表示第二交叠区域所构成的电容)。为了更为直观形象，图2(a)中在第二电极108和第一电极101之间以电路符号的方式表示该第二电容器并编号为109。图2(a)中第一电极101平行于第二电极108，因此第二电容器109为平板电容器，该平板电容器的电容值取决于第二交叠区域的面积、第二电极108和第一电极101之间的距离、以及第二电极108和第一电极101之间介质的介电常数。当然第一电极101也可以不平行于第二电极108。图2(b)是图2(a)所示的体声波谐振器与电容器的单片集成结构中第一电极、下电极以及第二电极的俯视示意图。在图2(b)中，第二电极108采用正四边形的设计方式，第二电极108的全部区域与第一电极101发生交叠，因此，第一电极101和第二电极108之间的第二交叠区域的形状即为第二电极108的形状，第二交叠区域的面积即为第二电极108的面积。当然，第二电极108可以设计为正四边形之外的其他形状，第二电极108也可以是部分区域与第一电极101发生交叠。此处需要说明的是，本实施例中的第二电极108的数量并不仅仅限于图2(a)中的一个，还可以根据需求在衬底100上表面设置多个第二电极108，每一第二电极108与第一电极101之间均形成交叠区域，从而形成多个第二电容器109。
在图2(a)所示的结构中，衬底100、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，下电极104和第一电极101通过形成第一交叠区域构成第一电容器107，第二电极108和第一电极101通过形成第二交叠区域构成第二电容器109，由于第一电容器107和第二电容器109均集成在体声波谐振器内，因此形成体声波谐振器与第一电容器107以及第二电容器109的单片集成结构。在该单片集成结构中，体声波谐振器与第一电容器107和第二电容器109之间是串联的电连接关系。图2(a)所示结构的等效电路图可参考图2(c)，在图2(c)中体声波谐振器10与第一电容器107和第二电容器109串联连接。若将第一电容器107和第二电容器109的串联结构以等效电容器20表示的话，图2(c)所示的电路图还可以简化为体声波谐振器10与等效电容器20的串联结构。
下面给出图2(a)所示单片集成结构的一个示例性尺寸说明。具体地，衬底100的材料为高阻硅，厚度为200μm，其介电常数等于11.9；下电极104的材料为钼，厚度为234nm；压电层105的材料为氮化铝，厚度为1036nm；上电极106的材料为钼，厚度为168nm；空腔102的面积为1×10-8m2，深度为2μm；第一电极101的材料为钼，厚度为500nm；第二电极108的材料为钼，厚度为234nm；第一电极101与下电极104之间的第一交叠区域的面积为3×10-8m2，第一电极101与第二电极108之间的第二交叠区域的面积为2×10-8m2。根据平板电容器电容值的计算公式可知，第一电容器107的电容值等于1pF，第二电容器109的电容值等于1pF，图2(c)中等效电容器20的电容值等于0.5pF，也就是说，体声波谐振器串联了一个电容值为0.5pF的电容器。
第三实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构。本实施例与第一实施例基本相同，其二者不同之处主要在于：第一电极除了与下电极之间形成交叠区域之外，还与上电极延伸至衬底上表面的部分之间形成交叠区域。
下面，将结合图3(a)对本实施例所提供的上述体声波谐振器与电容器的单片集成结构进行说明。为了简明起见，下文中仅对本实施例区别于第一实施例的地方进行详细说明，而本实施例与第一实施例相同的地方请参考第一实施例中相应部分的内容描述。
请参考图3(a)，上电极106从压电层105上延伸至衬底100的上表面，形成上电极引线106a，其中，上电极引线106a下电极104之间不存在接触。在本实施例中，第一电极101除了与下电极104之间形成第一交叠区域之外，还与上电极引线106a之间形成交叠区域(下文中以第三交叠区域表示第一电极101和上电极引线106a之间的交叠区域)。第三交叠区域从结构上看也是由上下两块彼此绝缘的金属板构成，因此可以被看作是一个电容器(下文中将以第三电容器表示第三交叠区域所构成的电容器)。为了更为直观形象，图3(a)中在上电极引线106a和第一电极101之间以电路符号的方式表示该第三电容器并编号为110。图3(a)中第一电极101平行于上电极引线106a，因此第三电容器110为平板电容器，该平板电容器的电容值取决于第三交叠区域的面积、上电极引线106a和第一电极101之间的距离、以及上电极引线106a和第一电极101之间介质的介电常数。当然第一电极101也可以不平行于上电极引线106a。图3(b)是图3(a)所示的体声波谐振器与电容器的单片集成结构中第一电极、下电极以及上电极中位于衬底上表面部分的俯视示意图。在图3(b)中，上电极引线106a采用正四边形的设计方式，上电极引线106a的全部区域与第一电极101发生交叠，因此，第一电极101和上电极引线106a之间的第三交叠区域的形状即为上电极引线106a的形状，第三交叠区域的面积即为上电极引线106a的面积。当然，上电极引线106a还可以设计为正四边形之外的其他形状，上电极引线106a也可以是部分区域与第一电极101发生交叠。
在图3(a)所示的结构中，衬底100、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，下电极104和第一电极101通过形成第一交叠区域构成第一电容器107，上电极引线106a和第一电极101通过形成第三交叠区域构成第三电容器110，由于第一电容器107和第三电容器110均集成在体声波谐振器内，因此形成体声波谐振器与第一电容器107以及第三电容器110的单片集成结构。在该单片集成结构中，第一电容器107和第三电容器110之间是串联的电连接关系，而第一电容器107和第三电容器110与体声波谐振器之间是并联的电连接关系。图3(a)所示结构的等效电路图可参考图3(c)，在图3(c)中体声波谐振器10与第一电容器107和第三电容器110并联连接。若将第一电容器107和第三电容器110的串联结构以等效电容器30表示的话，图3(c)所示的电路图还可以简化为体声波谐振器10与等效电容器30的并联结构。
下面给出图3(a)所示单片集成结构的一个示例性尺寸说明。具体地，衬底100的材料为高阻硅，厚度为200μm，其介电常数等于11.9；下电极104的材料为钼，厚度为234nm；压电层105的材料为氮化铝，厚度为1036nm；上电极106的材料为钼，厚度为168nm；空腔102的面积为1×10-8m2，深度为2μm；第一电极101的材料为钼，厚度为500nm；第一电极101与下电极104之间的第一交叠区域的面积为3×10-8m2，第一电极101与上电极引线106a之间的第三交叠区域的面积为2×10-8m2。根据平板电容器电容值的计算公式可知，第一电容器107的电容值等于1pF，第三电容器110的电容值等于1pF，图1(c)中等效电容器30的电容值等于0.5pF。也就是说，体声波谐振器并联了一个电容值为0.5pF的电容器。
第四实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构包括：
衬底；
第一电极，该第一电极设置在所述衬底上且与所述衬底之间形成空腔；
介电层，该介电层设置在所述衬底上并对所述第一电极形成覆盖；
下电极，该下电极设置在所述介电层上位于所述空腔的上方、且与所述第一电极之间存在第一交叠区域；
压电层，该压电层设置在所述下电极上；
上电极，该上电极设置在所述压电层上。
下面，将结合图4对本实施例所提供的上述体声波谐振器与电容器的单片集成结构的各个部分进行说明。
具体地，如图4所示，体声波谐振器与电容器的单片集成结构包括衬底100。第一电极101设置在衬底100的上表面，第一电极101与衬底100之间形成空腔102，也就是说第一电极101位于空腔102的上方。介电层111设置在衬底100上，对衬底100的整个表面形成覆盖(与此同时也对第一电极101形成覆盖)。下电极104设置在介电层111上位于空腔102上方的位置，在下电极102上依次设置有压电层105和上电极106。上电极106从压电层上延伸至介电层111的上表面，上电极106中位于介电层111上表面的部分是上电极引线106a。衬底100、第一电极101、下电极104、压电层105以及上电极106的形状以及材料均可参考第一实施例中相应部分的内容描述，为了简明起见，在此不再重复说明。需要说明的是，在本实施例中，介电层111的材料是聚酰亚胺，下电极104的材料是钼，其中，聚酰亚胺是一种低声阻抗材料、而钼是一种高声阻抗材料，这种情况下，下电极104与介电层111之间的界面可以反射部分声能，有利于减小介电层111带来的体声波谐振器的声能泄露。第一电极101和下电极104均位于空腔102的上方，其二者之间存在第一交叠区域，该第一交叠区域构成第一电容器107。在图4所示的结构中，衬底100、介电层111、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，该体声波谐振器与第一电容器107之间是串联的电连接关系。
下面给出图4所示单片集成结构的一个示例性尺寸说明。具体地，衬底100的材料为高阻硅，厚度为200μm；介电层111的材料为聚酰亚胺，厚度为1μm，介电常数等于4；下电极104的材料为钼，厚度为234nm；压电层105的材料为氮化铝，厚度为1036nm；上电极106的材料为钼，厚度为168nm；空腔102的面积为1×10-8m2，深度为2μm；第一电极101的材料为钼，厚度为500nm；第一电极101与下电极104之间的第一交叠区域的面积为2×10-8m2。根据平板电容器电容值的计算公式可知，第一电容器107的电容值等于0.7pF，也就是说，体声波谐振器并联了一个电容值为0.7pF的电容器。
第五实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构。本实施例与第四实施例基本相同，其二者不同之处主要在于：本实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构还包括设置在介电层上表面上的第二电极，其中，第一电极除了与下电极之间形成交叠区域之外，还与第二电极之间形成交叠区域。
下面，将结合图5对本实施例所提供的上述体声波谐振器与电容器的单片集成结构进行说明。为了简明起见，下文中仅对本实施例区别于第四实施例的地方进行详细说明，而本实施例与第四实施例相同的地方请参考第四实施例中相应部分的内容描述。
请参考图5，第二电极108设置在介电层111的上表面上，其中，第二电极108与下电极104以及上电极106之间均不存在接触。在本实施例中，第一电极104除了与下电极104之间形成第一交叠区域之外，还与第二电极108之间形成第二交叠区域，该第二交叠区域构成第二电容器109。第二电极108的形状与材料均可参考第二实施例中相应部分的内容描述，为了简明起见，在此不再重复说明。在图5所示的结构中，衬底100、介电层111、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，该体声波谐振器与第一电容器107和第二电容器109之间是串联的电连接关系。
下面给出图5所示单片集成结构的一个示例性尺寸说明。具体地，衬底100的材料为高阻硅，厚度为200μm；介电层111的材料为聚酰亚胺，厚度为1μm，介电常数等于4；下电极104的材料为钼，厚度为234nm；压电层105的材料为氮化铝，厚度为1036nm；上电极106的材料为钼，厚度为168nm；空腔102的面积为1×10-8m2，深度为2μm；第一电极101的材料为钼，厚度为500nm；第二电极108的材料为钼，厚度为234nm；第一电极101与下电极104之间的第一交叠区域的面积为2×10-8m2，第一电极101与第二电极108之间的第二交叠区域的面积为2×10-8m2。根据平板电容器电容值的计算公式可知，第一电容器107的电容值等于0.7pF，第二电容器109的电容值等于0.7pF，第一电容器107和第二电容器109的串联结构可以等效为一个电容值等于0.35pF电容器，也就是说，体声波谐振器串联了一个电容值为0.35pF的电容器。
第六实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构。本实施例与第四实施例基本相同，其二者不同之处主要在于：第一电极除了与下电极之间形成交叠区域之外，还与上电极延伸至介电层上表面的部分(即上电极引线)之间形成交叠区域。
下面，将结合图6对本实施例所提供的上述体声波谐振器与电容器的单片集成结构进行说明。为了简明起见，下文中仅对本实施例区别于第四实施例的地方进行详细说明，而本实施例与第三实施例相同的地方请参考第四实施例中相应部分的内容描述。
请参考图6，上电极106从压电层105上延伸至衬底100的上表面，形成上电极引线106a，其中，上电极引线106a与下电极104之间不存在接触。在本实施例中，第一电极104除了与下电极104之间形成第一交叠区域之外，还与上电极引线106a之间形成第三交叠区域，该第三交叠区域构成第三电容器110。在图6所示的结构中，衬底100、介电层111、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，第一电容器107和第三电容器110之间串联连接，体声波谐振器与第一电容器107和第三电容器110是并联的电连接关系。
下面给出图6所示单片集成结构的一个示例性尺寸说明。具体地，衬底100的材料为高阻硅，厚度为200μm；介电层111的材料为聚酰亚胺，厚度为1μm，介电常数等于4；下电极104的材料为钼，厚度为234nm；压电层105的材料为氮化铝，厚度为1036nm；上电极106的材料为钼，厚度为168nm；空腔102的面积为1×10-8m2，深度为2μm；第一电极101的材料为钼，厚度为500nm；第一电极101与下电极104之间的第一交叠区域的面积为2×10-8m2，第一电极101与上电极引线106a之间的第三交叠区域的面积为2×10-8m2。根据平板电容器电容值的计算公式可知，第一电容器107的电容值等于0.7pF，第三电容器110的电容值等于0.7pF，第一电容器107和第三电容器110的串联结构可以等效为一个电容值等于0.35pF电容器，也就是说，体声波谐振器并联了一个电容值为0.35pF的电容器。
本发明所提供的体声波谐振器与电容器的单片集成结构通过在体声波谐振器内设置第一电极作为电容器的一个极板，并利用体声波谐振器的下电极、或利用在体声波谐振器衬底上形成的第二电极、或利用上电极引线作为电容器的另一个极板，在体声波谐振器内形成了与其串联或并联的电容器，从而使得体声波谐振器和电容器之间形成单片集成。当需要通过在体声波谐振器上串联或并联电容器以改善体声波滤波器的滚降性能时，可以直接使用本发明所提供的体声波谐振器与电容器的单片集成结构来实现体声波滤波器。如此一来，一方面可以有效地增强体声波滤波器滚降特性，另一方面由于无需额外使用基板来承载该体声波谐振器和电容器、进而无需利用键合线以及PCB走线对其二者进行连接，因此可以有效地减小体声波滤波器的体积、避免体声波谐振器所在裸芯片与电容器之间连接损耗的产生、以及避免键合线以及PCB走线所带来的寄生耦合效应。此外，由于无需对电容器执行焊接、装配等制造工艺，因此不会影响到体声波滤波器的可靠性。其中，若需要在体声波谐振器上串联电容器，则可以选择第一实施例、第二实施例、第四实施例或第五实施例中的单片集成结构，若需要在体声波谐振器上并联电容器，则可以选择第三实施例和第六实施例中的单片集成结构。通过对第一交叠区域、第二交叠区域以及第三交叠区域地合理设计，可以使其所形成的电容器的电容值满足实际的设计需求。
第七实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制作方法，该制造方法用于形成第一实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构。下面，请参考图7(a)至图7(g)，将以制造图1(a)所示结构为例对本实施例所提供的制造方法进行详细说明。
具体地，首先如图7(a)所示，提供基底100a并在该基底100a的上表面沉积第一导电材料层，对该第一导电材料层进行图形化以形成第一电极101；接着如图7(b)所示，采用外延工艺在基底100a上形成覆盖第一电极101的外延层，该外延层与基底101a共同构成用于制造体声波谐振器的衬底100。如此一来，在衬底100内形成第一电极101。在本实施例中，基底100a的材料是高阻硅，第一电极101的材料是钼。
接着如图7(c)所示，刻蚀衬底100在第一电极101的上方形成凹槽102a。其中，刻蚀衬底100在第一电极101上方形成凹槽102a的步骤包括：首先在衬底100上形成掩膜暴露出要形成凹槽的区域，其中，要形成凹槽的区域位于第一电极101的上方。然后对衬底100进行刻蚀，在第一电极101的上方形成凹槽102a。其中，在图7(a)中，刻蚀衬底100直至暴露出第一电极101的上表面，也就是说，第一电极101的上表面恰好构成凹槽102a的下表面。当然刻蚀衬底100也可以不暴露出第一电极101的上表面，这种情况下，凹槽102a的下表面位于第一电极101上表面的上方。最后去除掩膜。
接着如图7(d)所示，使用牺牲材料103填充凹槽102a并对衬底100的上表面进行平坦化。具体地，可以通过沉积例如掺磷二氧化硅(PSG)等牺牲材料103将凹槽102a填满，并采用化学机械抛光(CMP)的方式平坦化衬底100的上表面。其中，平坦化后的衬底100上表面与第一电极101上表面之间的距离等于后续待形成空腔的深度。
接着如图7(e)所示，在衬底100的上表面沉积第二导电材料层，对该第二导电材料层图形化以形成下电极104。其中，下电极104对填充了牺牲材料103的凹槽102a形成覆盖，并与位于凹槽102a下方的第一电极101之间形成第一交叠区域。在本实施例中，下电极104的材料是钼。
接着如图7(f)所示，在下电极103上沉积压电材料层，对该压电材料层进行图形化以形成压电层105。在本实施例中，压电层105的材料是氮化铝。
接着如图7(g)所示，在压电层105上沉积第三导电材料层，对该第三导电材料层进行图形化以形成上电极106。在图7(g)中，上电极106从压电层105上延伸至衬底100的上表面上，上电极106中位于衬底100上表面的部分是上电极引线106a。在本实施例中，上电极106的材料是钼。
最后采用例如氢氟酸溶液溶解等方式去除牺牲材料103在下电极104和衬底100之间形成空腔102，如此一来，即可得到图1(a)所示的结构。在图1(a)所示结构中，衬底100、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，第一交叠区域构成第一电容器107，体声波谐振器与第一电容器107之间是并联的电连接关系。
第八实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制造方法，该制造方法用于形成第二实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构。第二实施例与第一实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构基本相同，相应地，用于形成第二实施例的制造方法与用于形成第一实施例的制造方法(即第七实施例)也基本相同。本实施例与第七实施例的不同之处主要在于：在本实施例中，还需在衬底上表面上设置第二电极，除了下电极与第一电极之间形成交叠区域之外，该第二电极与第一电极之间也形成交叠区域。
下面，请参考图8(a)至图8(g)，将以制造图2(a)所示结构为例对本实施例所提供的制造方法进行说明。为了简明起见，下文中仅对本实施例区别于第七实施例的地方进行详细说明，而本实施例与第七实施例相同的地方请参考第七实施例中相应部分的内容描述。
具体地，首先如图8(a)所示，提供基底100a并在该基底100a的上表面沉积第一导电材料层，对该第一导电材料层进行图形化以形成第一电极101。接着如图8(b)所示，接着采用外延工艺在基底100a上形成覆盖第一电极101的外延层，该外延层与基底101a共同构成用于制造体声波谐振器的衬底100。接着如图8(c)所示，刻蚀衬底100在第一电极101的上方形成凹槽102a。接着如图8(d)所示，使用牺牲材料103填充凹槽102a并对衬底100的上表面进行平坦化。接着如图8(e)所示，在衬底100的上表面沉积第二导电材料层，对该第二导电材料层图形化以形成下电极104和第二电极108，也就是说，下电极104和第二电极108同时形成。此外，下电极104和第二电极108之间不存在任何接触。通过合理化设计，下电极104与第一电极101之间形成第一交叠区域，第二电极108和第一电极101之间形成第二交叠区域。接着如图8(f)和图8(g)所示，在下电极104上形成压电层105以及在压电层105上形成上电极106。最后，去除牺牲材料103在下电极104和衬底100之间形成空腔102，如此一来，即可得到图2(a)所示的结构。在图2(a)所示结构中，衬底100、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，第一交叠区域构成第一电容器107，第二交叠区域构成第二电容器109，体声波谐振器与第一电容器107和第二电容器109之间是串联的电连接关系。需要说明的是，第二电极108可以与下电极104同时生成，也可以与上电极106同时生成，即形成压电层105后在衬底100的上表面沉积第三导电材料层，对该第三导电材料层图形化以形成上电极106和第二电极108。
第九实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制造方法，该制造方法用于形成第三实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构。第三实施例与第一实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构基本相同，相应地，用于形成第三实施例的制造方法与用于形成第一实施例的制造方法(即第七实施例)也基本相同。本实施例与第七实施例的不同之处主要在于：在本实施例中，除了形成与第一电极存在交叠区域的下电极之外，在形成上电极时令上电极中延伸至衬底上表面的部分与第一电极之间也存在交叠区域。
下面，请参考图9(a)至图9(g)，将以制造图3(a)所示结构为例对本实施例所提供的制造方法进行说明。为了简明起见，下文中仅对本实施例区别于第七实施例的地方进行详细说明，而本实施例与第七实施例相同的地方请参考第七实施例中相应部分的内容描述。
具体地，首先如图9(a)所示，提供基底100a并在该基底100a的上表面沉积第一导电材料层，对该第一导电材料层进行图形化以形成第一电极101。接着如图9(b)所示，接着采用外延工艺在基底100a上形成覆盖第一电极101的外延层，该外延层与基底101a共同构成用于制造体声波谐振器的衬底100。接着如图9(c)所示，刻蚀衬底100在第一电极101的上方形成凹槽102a。接着如图9(d)所示，使用牺牲材料103填充凹槽102a并对衬底100的上表面进行平坦化。接着如图9(e)所示，在衬底100的上表面沉积第二导电材料层，对该第二导电材料层图形化以形成下电极104，该下电极104与第一电极101之间形成第一交叠区域。接着如图9(f)所示，在下电极104上形成压电层105。接着如图9(g)所示，在压电层105上形成上电极106，其中，上电极106从压电层105上延伸至衬底100的上表面，在衬底100的上表面形成上电极引线106a。通过合理化设计，可以使得第一电极101和上电极引线106a之间形成第三交叠区域。最后，去除牺牲材料103在下电极104和衬底100之间形成空腔102，如此一来，即可得到图3(a)所示的结构。在图3(a)所示结构中，衬底100、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，第一交叠区域构成第一电容器107，第三交叠区域构成第三电容器110，第一电容器107和第三电容器110之间是串联的电连接关系，体声波谐振器与第一电容器107和第三电容器110之间是并联的电连接关系。
第十实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制作方法，该制造方法用于形成第四实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构。下面，请参考图10(a)至图10(g)，将以制造图4所示结构为例对本实施例所提供的制造方法进行详细说明。
具体地，首先如图10(a)所示，提供衬底100并对该衬底100进行刻蚀以形成凹槽102a。
接着如图10(b)所示，使用牺牲材料103填充凹槽102a并对衬底100的上表面进行平坦化。平坦化后的衬底100上表面与凹槽102a下表面之间的距离等于后续待形成空腔的深度。
接着如图10(c)所示，在衬底100上沉积第一导电材料层，对该第一导电材料层进行图形化以形成第一电极101，其中，该第一电极101对填充有牺牲材料103的凹槽102形成覆盖。
接着如图10(d)所示，在衬底100上形成介电层111，该介电层111覆盖衬底100的整个上表面(与此同时也对第一电极101形成覆盖)。在本实施例中，介电层111的材料优选是高声阻抗材料，例如聚酰亚胺。
接着如图10(e)所示，在介电层111的上表面沉积第二导电材料层，对该第二导电材料层图形化以在凹槽102a的上方形成下电极104。其中，下电极104与第一电极101之间形成第一交叠区域。
接着如图11(f)所示，在下电极103上沉积压电材料层，对该压电材料层进行图形化以形成压电层105。
接着如图11(g)所示，在压电层105上沉积第三导电材料层，对该第三导电材料层进行图形化以形成上电极106。在图11(g)中，上电极106从压电层105上延伸至介电层111的上表面上，上电极106中位于介电层111上表面的部分是上电极引线106a。
最后采用例如氢氟酸溶液溶解等方式去除牺牲材料103在第一电极101和衬底100之间形成空腔102，如此一来，即可得到图4所示的结构。需要说明的是，衬底100、第一电极101、下电极104、压电层105以及上电极106的形状以及材料均可参考第四实施例中相应部分的内容描述，为了简明起见，在此不再重复说明。在图4所示结构中，衬底100、介电层111、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，第一交叠区域构成第一电容器107，体声波谐振器与第一电容器107之间是并联的电连接关系。
第十一实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制造方法，该制造方法用于形成第五实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构。第五实施例与第四实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构基本相同，相应地，用于形成第五实施例的制造方法与用于形成第四实施例的制造方法(即第十实施例)也基本相同。本实施例与第十实施例的不同之处主要在于：在本实施例中，还需在介电层上表面上设置第二电极，除了下电极与第一电极之间形成交叠区域之外，该第二电极与第一电极之间也形成交叠区域。
下面，请参考图11(a)至图11(g)，将以制造图5所示结构为例对本实施例所提供的制造方法进行说明。为了简明起见，下文中仅对本实施例区别于第十实施例的地方进行详细说明，而本实施例与第十实施例相同的地方请参考第十实施例中相应部分的内容描述。
具体地，首先如图11(a)所示，提供衬底100并对该衬底100进行刻蚀以形成凹槽102a。接着如图11(b)所示，使用牺牲材料103填充凹槽102a并对衬底100的上表面进行平坦化。平坦化后的衬底100上表面与凹槽102a下表面之间的距离等于后续待形成空腔的深度。接着如图11(c)所示，在衬底100上沉积第一导电材料层，对该第一导电材料层进行图形化以形成第一电极101，其中，该第一电极101对填充有牺牲材料103的凹槽102形成覆盖。接着如图11(d)所示，在衬底100上形成介电层111，该介电层111覆盖衬底100的整个上表面(与此同时也对第一电极101形成覆盖)。接着如图11(e)所示，在介电层111的上表面沉积第二导电材料层，对该第二导电材料层图形化以形成下电极104和第二电极108，也就是说，下电极104和第二电极108同时形成。此外，下电极104和第二电极108之间不存在任何接触。通过合理化设计，下电极104与第一电极101之间形成第一交叠区域，第二电极108和第一电极101之间形成第二交叠区域。接着如图11(f)所示，在下电极103上沉积压电材料层，对该压电材料层进行图形化以形成压电层105。接着如图11(g)所示，在压电层105上沉积第三导电材料层，对该第三导电材料层进行图形化以形成上电极106。最后采用例如氢氟酸溶液溶解等方式去除牺牲材料103在第一电极101和衬底100之间形成空腔102，如此一来，即可得到图5所示的结构。在图5所示结构中，衬底100、介电层111、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，第一交叠区域构成第一电容器107，第二交叠区域构成第二电容器109，体声波谐振器与第一电容器107和第二电容器109之间是串联的电连接关系。需要说明的是，第二电极108可以与下电极104同时生成，也可以与上电极106同时生成，即形成压电层105后在介电层111的上表面沉积第三导电材料层，对该第三导电材料层图形化以同时形成上电极106和第二电极108。
第十二实施例：
本实施例提供了一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制造方法，该制造方法用于形成第六实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构。第六实施例与第四实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构基本相同，相应地，用于形成第六实施例的制造方法与用于形成第四实施例的制造方法(即第十实施例)也基本相同。本实施例与第十实施例的不同之处主要在于：在本实施例中，除了形成与第一电极存在交叠区域的下电极之外，在形成上电极时令上电极中延伸至介电层上表面的部分与第一电极之间也存在交叠区域。
下面，请参考图12(a)至图12(g)，将以制造图6所示结构为例对本实施例所提供的制造方法进行说明。为了简明起见，下文中仅对本实施例区别于第十实施例的地方进行详细说明，而本实施例与第十实施例相同的地方请参考第十实施例中相应部分的内容描述。
首先如图12(a)所示，提供衬底100并对该衬底100进行刻蚀以形成凹槽102a。接着如图12(b)所示，使用牺牲材料103填充凹槽102a并对衬底100的上表面进行平坦化。平坦化后的衬底100上表面与凹槽102a下表面之间的距离等于后续待形成空腔的深度。接着如图12(c)所示，在衬底100上沉积第一导电材料层，对该第一导电材料层进行图形化以形成第一电极101，其中，该第一电极101对填充有牺牲材料103的凹槽102a形成覆盖。接着如图12(d)所示，在衬底100上形成介电层111，该介电层111覆盖衬底100的整个上表面(与此同时也对第一电极101形成覆盖)。接着如图12(e)所示，在介电层111的上表面沉积第二导电材料层，对该第二导电材料层图形化以形成下电极104，该下电极104与第一电极101之间形成第一交叠区域。接着如图12(f)所示，在下电极103上沉积压电材料层，对该压电材料层进行图形化以形成压电层105。接着如图12(g)所示，在压电层105上沉积第三导电材料层，对该第三导电材料层进行图形化以形成上电极106，其中，上电极106从压电层105上延伸至介电层111的上表面，在介电层111的上表面形成上电极引线106a。通过合理化设计，可以使得第一电极101和上电极引线106a之间形成第三交叠区域。最后采用例如氢氟酸溶液溶解等方式去除牺牲材料103在第一电极101和衬底100之间形成空腔102，如此一来，即可得到图6所示的结构。在图6所示结构中，衬底100、介电层111、下电极104、压电层105、上电极106以及空腔102构成体声波谐振器，第一交叠区域构成第一电容器107，第三交叠区域构成第三电容器110，第一电容器107和第三电容器110之间是串联的电连接关系，体声波谐振器与第一电容器107和第三电容器110之间是并联的电连接关系。
本发明所提供的体声波谐振器与电容器的单片集成的制造方法通过在体声波谐振器内设置第一电极作为电容器的一个极板，并利用体声波谐振器的下电极、或利用在体声波谐振器衬底上形成的第二电极、或利用上电极引线作为电容器的另一个极板，在体声波谐振器内形成了与其串联或并联的电容器，从而使得体声波谐振器和电容器之间形成单片集成。当需要通过在体声波谐振器上串联或并联电容器以改善体声波滤波器的滚降性能时，可以直接使用本发明所提供的体声波谐振器与电容器的单片集成结构来实现体声波滤波器。如此一来，一方面可以有效地增强体声波滤波器滚降特性，另一方面由于无需额外使用基板来承载该体声波谐振器和电容器、进而无需利用键合线以及PCB走线对其二者进行连接，因此可以有效地减小体声波滤波器的体积、避免体声波谐振器所在裸芯片与电容器之间连接损耗的产生、以及避免键合线以及PCB走线所带来的寄生耦合效应。此外，由于无需对电容器执行焊接、装配等制造工艺，因此不会影响到体声波滤波器的可靠性。
第十三实施例：
本实施例提供了一种体声波滤波器，该体声波滤波器包括至少一个如第一实施例、第二实施例、第三实施例、第四实施例、第五实施例或第六实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构。也就是说，本实施例中的体声波滤波器中至少有一个体声波谐振器与电容器串联或并联连接。利用该单片集成结构形成的体声波滤波器，一方面可以有效地增强体声波滤波器滚降特性，另一方面由于无需额外使用基板来承载该体声波谐振器和电容器、进而无需利用键合线以及PCB走线对其二者进行连接，因此可以有效地减小体声波滤波器的体积、避免体声波谐振器所在裸芯片与电容器之间连接损耗的产生、以及避免键合线以及PCB走线所带来的寄生耦合效应。此外，由于无需对电容器执行焊接、装配等制造工艺，因此不会影响到体声波滤波器的可靠性。本领域技术人员可以理解的是，体声波谐振器数量的不同、体声波谐振器与电容器的单片集成结构设置位置的不同都会引起体声波滤波器结构的不同，也就是说，本实施例中的体声波滤波器的结构具有众多可能性，为了简明起见，在此不再对本实施例中体声波滤波器所有可能的结构进行一一列举。
下面对本实施例中的体声波滤波器进行示例性说明。请参考图13(a)，图13(a)示例性地给出了本实施例体声波滤波器的电路结构。具体地，图13(a)示出的是Band40体声波滤波器裸芯片上的电路结构示意图。该Band40体声波滤波器裸芯片上有8个体声波谐振器，其中4个是串联体声波谐振器(编号分别是1301至1304)，4个是并联体声波谐振器(编号分别是1305至1308)。其中，该4个串联体声波谐振器串联在输入端口1310和输出端口1311之间，该4个并联体声波谐振器分别位于串联体声波谐振器与输入端口之间以及相邻两个串联体声波谐振器之间。串联体声波谐振器1302上并联了一个电容器1309，其中，串联体声波谐振器1302和电容器1309的并联可以利用第三实施例或第六实施例中的体声波谐振器与电容器的单片集成结构实现。8个体声波谐振器的压电层厚度均为1036nm、材料均为氮化铝。8个体声波谐振器的下电极厚度也相同，材料均为钼。4个并联体声波谐振器的上电极厚度均为208nm、材料均为钼。4个串联体声波谐振器的上电极厚度均为168nm，材料均为钼。体声波谐振器的有效面积是指上电极、空腔以及下电极交叠区域的面积。串联体声波谐振器1301至串联体声波谐振器1304的有效面积分别是8.4×10-9m2、1.7×10-8m2、1.2×10-8m2和1.5×10-8m2；并联体声波谐振器1305至串联体声波谐振器1308的有效面积分别是1.0×10- 8m2、1.4×10-8m2、1.2×10-8m2和1.3×10-8m2。电容器1309的电容值等于0.5pF。
对图13(a)中的体声波滤波器进行性能仿真，仿真结果请参考图13(b)中的实线曲线。如图13(b)中实线曲线所示，图13(a)中的体声波滤波器在2300MHz至2400MHz频段内的插入损耗为-1.8dB，在无线局域网频段内的2422MHz附近带外抑制为-30dB。为了比较，对体声波谐振器上未并联电容器的体声波滤波器也进行了性能仿真。需要说明的是，体声波谐振器上未并联电容器的体声波滤波器与图13(a)中体声波滤波器的区别仅仅在于串联体声波谐振器1302上并未并联电容器1309，而其他器件参数均相同。仿真结果请参考图13(b)中的虚线曲线。如图13(b)中虚线曲线所示，体声波谐振器上未并联电容器的体声波滤波器在2300MHz至2400MHz频段内的插入损耗是-1.8dB，与图13(a)中的体声波滤波在该频段内的插入损耗相同；但是在无线局域网频段内的2422MHz附近，体声波谐振器上未并联电容器的体声波滤波器的带外抑制却仅为-10dB。也就是说，使用体声波谐振器与电容器的单片集成结构形成的体声波滤波器，具有更优的性能。
第十四实施例：
本发明还提供了一种双工器。请参考图14，图14是本实施例的双工器的电路结构示意图。如图所示，该双工器包括发射滤波器1401、接收滤波器1402以及匹配网络1403，发射滤波器1041的一端与发射端1405连接、另一端与天线端1404连接，接收滤波器1042的一端与接收端1406连接、另一端通过匹配网络1403与天线端1404连接。其中，发射滤波器1401和/或接收滤波器1402采用第十三实施例中的体声波滤波器实现。图14中示例性地给出了发射滤波器1401和接收滤波器1402的电路结构。在图14中，发射滤波器1401和接收滤波器1402均采用四串四并的电路结构，其中，为了适用于发射频率和接收频率之间保护频带很小的情况，在发射滤波器中的一个串联体声波谐振器上并联了一个电容器以增加发射滤波器在其通带右侧的滚降系数，在接收滤波器中的一个并联体声波谐振器上并联了一个电容器以增加接收滤波器在其通带左侧的滚降系数。本领域技术人员可以理解的是，发射滤波器和接收滤波器并不仅仅限于图14中示例性的电路结构，凡是利用第十三实施例中的体声波滤波器作为发射滤波器和/或接收滤波器所形成的双工器均落入本发明所保护的范围内。由于第十三实施例中的体声波滤波器的结构具有众多可能性，为了简明起见，在此不再对双工器所有可能的结构进行一一列举。由于本发明所提供的体声波滤波器在具有良好滚将性能同时还具有较小的体积以及良好的可靠性，从而使得基于该体声波谐振器形成的双工器也具有良好的性能和较小的体积。
第十五实施例：
本实施例提供了一种射频通信模块。请参考图15，图15是本实施例的射频通信模块的电路结构示意图。如图所示，该射频通信模块包括天线、射频开关、双工器组以及功率放大器，其中，双工器组包括多个第十四实施例中的双工器。本领域技术人员可以理解的是，图15所示的射频通信模块仅为示意性举例，凡是利用本发明第十四实施例中的双工器形成的射频通信模块均落入本发明所保护的范围内。由于本发明所提供的双工器具有良好的性能和较小的体积，因此基于该双工器形成的射频通信模块在性能和体积上也得到了相应的改善。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他部件、单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个部件、单元或装置也可以由一个部件、单元或装置通过软件或者硬件来实现。
本发明所提供的体声波谐振器与电容器的单片集成结构及其制造方法通过在体声波谐振器内部位于空腔下方或上方的位置形成与下电极存在交叠区域的电极层，使得在该电极层与下电极之间形成与体声波谐振器串联的电容器，从而实现了体声波谐振器与电容器的单片集成。利用本发明所提供的体声波谐振器与电容器的单片集成结构形成体声波滤波器，一方面可以有效地增强体声波滤波器滚降特性，另一方面由于无需额外使用基板来承载该体声波谐振器和电容器、进而无需利用键合线以及PCB走线对其二者进行连接，因此可以有效地减小体声波滤波器的体积、避免体声波谐振器所在裸芯片与电容器之间连接损耗的产生、以及避免键合线以及PCB走线所带来的寄生耦合效应。此外，由于无需对电容器执行焊接、装配等制造工艺，因此不会影响到体声波滤波器的可靠性。也就是说，本发明所提供的体声波滤波器具有滚降特性好、体积小、可靠性高的特点。利用本发明所提供的体声波滤波器所形成的双工器以及射频通信模块也相应具有性能佳、体积小的特点。
以上所揭露的仅为本发明的一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (17)

1.一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构包括：
衬底和第一电极，该衬底的上表面形成有凹槽，该第一电极形成在该衬底内且位于该凹槽的下方，其中，所述衬底是通过提供基底、在该基底的上表面形成所述第一电极之后再在所述基底上形成覆盖所述第一电极的外延层、以及刻蚀所述外延层以形成所述凹槽后由所述基底和所述外延层构成；
下电极，该下电极设置在所述衬底上并覆盖整个所述凹槽以在其与所述衬底之间形成空腔，且所述下电极与所述第一电极之间存在第一交叠区域，该第一交叠区域构成第一电容器；
压电层，该压电层设置在所述下电极上；
上电极，该上电极设置在所述压电层上。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器与电容器的单片集成结构，其中，所述空腔的下表面由所述第一电极的上表面构成。
3.根据权利要求1或2所述的体声波谐振器与电容器的单片集成结构，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构还包括：
第二电极，该第二电极设置在所述衬底上，该第二电极与所述第一电极之间存在第二交叠区域。
4.根据权利要求1或2所述的体声波谐振器与电容器的单片集成结构，其中：
所述上电极从所述压电层延伸至所述衬底的上表面，所述上电极中位于所述衬底上表面的部分与所述第一电极之间存在第三交叠区域。
5.一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制造方法，该制造方法包括：
提供基底并在该基底的上表面形成第一电极；
在所述基底上形成覆盖所述第一电极的外延层，该外延层与所述基底共同构成用于制造体声波谐振器的衬底；
刻蚀所述衬底在所述第一电极的上方形成凹槽；
使用牺牲材料填充所述凹槽并对所述衬底的上表面进行平坦化；
在所述衬底的上表面形成覆盖整个所述凹槽的下电极，该下电极与所述第一电极之间存在第一交叠区域；
在所述下电极上形成压电层以及在所述压电层上形成上电极；
去除所述牺牲材料在所述下电极和所述衬底之间形成空腔；
其中，所述第一交叠区域构成第一电容器。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，刻蚀所述衬底在所述第一电极的上方形成凹槽的步骤包括：
在所述衬底上形成掩膜暴露出要形成凹槽的区域，其中，所述要形成凹槽的区域位于所述第一电极的上方；
对所述衬底进行刻蚀，形成暴露出所述第一电极上表面的凹槽；
去除所述掩膜。
7.根据权利要求5或6所述的制造方法，该制造方法还包括：
在所述衬底的上表面形成覆盖所述凹槽的下电极的同时，在所述衬底的上表面形成与所述第一电极之间存在第二交叠区域的第二电极；或
在所述压电层上形成上电极的同时，在所述衬底的上表面形成与所述第一电极之间存在第二交叠区域的第二电极。
8.根据权利要求5或6所述的制造方法，其中：
所述上电极从所述压电层延伸至所述衬底的上表面，所述上电极中位于所述衬底上表面的部分与所述第一电极之间存在第三交叠区域。
9.一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构包括：
衬底；
第一电极，该第一电极设置在所述衬底上且与所述衬底之间形成空腔；
介电层，该介电层设置在所述衬底上并对所述第一电极形成覆盖；
下电极，该下电极设置在所述介电层上位于所述空腔的上方、且与所述第一电极之间存在第一交叠区域，该第一交叠区域构成第一电容器；
压电层，该压电层设置在所述下电极上；
上电极，该上电极设置在所述压电层上。
10.根据权利要求9所述的体声波谐振器与电容器的单片集成结构，该体声波谐振器与电容器的单片集成结构还包括：
第二电极，该第二电极设置在所述介电层上，该第二电极与所述第一电极之间存在第二交叠区域。
11.根据权利要求9所述的体声波谐振器与电容器的单片集成结构，其中：
所述上电极从所述压电层延伸至所述介电层的上表面，所述上电极中位于所述介电层上表面的部分与所述第一电极之间存在第三交叠区域。
12.一种体声波谐振器与电容器的单片集成结构的制造方法，该制造方法包括：
提供衬底并在该衬底上刻蚀形成凹槽；
使用牺牲材料填充所述凹槽并对所述衬底的上表面进行平坦化；
在所述衬底的上表面形成覆盖所述凹槽的第一电极；
在所述衬底上形成介电层，该介电层覆盖所述第一电极；
在所述介电层上形成下电极，该下电极位于所述凹槽的上方且与所述第一电极之间存在第一交叠区域，该第一交叠区域构成第一电容器；
在所述下电极上形成压电层以及在所述压电层上形成上电极；
去除所述牺牲材料在所述第一电极和所述衬底之间形成空腔。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其中：
在所述介电层上形成下电极的同时，在所述介电层的上表面形成与所述第一电极之间存在第二交叠区域的第二电极；或
在所述压电层上形成上电极的同时，在所述介电层的上表面形成与所述第一电极之间存在第二交叠区域的第二电极。
14.根据权利要求12所述的制造方法，其中：
所述上电极从所述压电层延伸至所述介电层的上表面，所述上电极中位于所述介电层上表面的部分与所述第一电极之间存在第三交叠区域。
15.一种体声波滤波器，该体声波滤波器包括至少一个如权利要求1、2、3、4、9、10或11所述的体声波谐振器与电容器的单片集成结构。
16.一种双工器，该双工器包括发射滤波器和接收滤波器，其中，所述发射滤波器和/或所述接收滤波器采用权利要求15所述的体声波滤波器。
17.一种射频通信模块，该射频通信模块包括天线、射频开关、双工器组以及功率放大器，其中，所述双工器组包括多个如权利要求16所述的双工器。
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