CN109327200A - 一种声表面波谐振结构滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种声表面波谐振结构滤波器，在钽酸锂晶体或铌酸锂晶体的压电晶片表面进行隔离还原处理，在还原区上形成谐振器单元电极。利用还原的压电晶片表面消除压电晶体热释电效应对谐振器单元周期电极线条的破坏，同时，防止了晶片全表面还原处理造成的谐振器单元间电隔离的减弱。
Description
技术领域
本发明涉及一种声表面波谐振结构滤波器。
背景技术
现今在射频通信的基站和移动终端中，用于射频接收/发射单元的滤波器较多使用了声表面波滤波器，而谐振结构滤波器是其主要结构形式。声表面波谐振结构滤波器是由在具有压电效应的压电晶片上制作的多个声表面波谐振器单元电连接而成，谐振器单元由周期性电极（叉指换能器IDT和反射栅）和汇流电极构成。压电晶片材料主要是钽酸锂或铌酸锂，因为他们具有较大的机电耦合系数，可实现宽频带低衰减的滤波器特性。
在声表面波滤波器的制造过程中，必须有烘烤、冷却等热应力过程，压电晶片在温度急剧变化的情况下，晶片会发生极化，形成电荷的分离，即热释电效应。普通钽酸锂或铌酸锂晶体的压电晶片表面电导率很低，无法对分离的电荷有效释放，造成静电大量积累。当电荷分离形成的静电足够使靠得很近的叉指电极线条间的气氛击穿时，叉指电极线条被烧毁，导致器件失效。随着应用频率的提升，声表面波器件中的周期电极线条宽度越来越细，叉指电极由于压电晶片热释电效应导致的静电烧毁十分严重。
为此，目前国内外大都采用晶片表面还原法（也称压电晶片黑化法）：通过降低钽酸锂或铌酸锂晶体压电晶片表面的氧含量，使晶片表面的电导率得以提高，在电荷分离的过程中形成了电荷释放的通路，不再有静电的积累，从而极大减少了叉指电极线条破坏。
还原法处理后，压电晶片表面颜色变深，从透明变成灰色或黑色。晶片表面还原处理，除了带来消除热释电的好处外，晶片颜色的变深也可以降低光刻过程的光波的反射，有利于光刻分辨率的提高。
通常，还原法处理过程是对压电晶片全表面实施，但由于晶片表面电导率升高，导致谐振器单元之间的电隔离减弱，造成了声表面波滤波器的电性能下降，如插入损耗加大、带外抑制减弱等。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种插入损耗低、带外抑制好的声表面波谐振结构滤波器。
本发明中的一种声表面波谐振结构滤波器，包括压电晶片、压电晶片上设有的多个谐振器单元和电连接金属电极，其特征是：
所述压电晶片是采用提拉法生长的铌酸锂、钽酸锂单晶加工制作的晶圆；
所述压电晶片表面上至少有一个还原表面区；
至少有一个谐振器单元制作在还原表面区上；
谐振器单元所在的还原表面区是不相连接的。
根据IEC标准，铌酸锂晶片体电导率为：（1.0 * 10-12 ~ 1.0* 10 -8）S/cm，钽酸锂晶片体电导率为：（1.0*10-13~ 1.0*10-10）S/cm。
作为优选，所有谐振器单元均制作在还原表面区上。直接电连接的谐振器单元的电连接金属电极结构，也可以制作在还原表面区上。
还原表面区，可采用二氧化硅作为制作还原表面区工艺的隔离层。
声表面波谐振结构滤波器谐振器单元，其金属电极是单种金属或多层金属构成的。一般采用的金属是Al，Cu，或Al/Cu。
为提升声表面波谐振结构滤波器的温度性能和可靠性，还在压电晶片上多个谐振器单元和电连接金属电极结构上方制作有多层介质膜。
多层介质膜最底层为二氧化硅，作为温度补偿；为降低滤波器带外干扰，二氧化硅膜表面是平化的。
多层介质膜最顶层为氮化硅，除作为滤波器频率微调外，还可增加器件可靠性。
本发明的有益效果：在保持压电晶片表面还原处理技术优点同时，增加了滤波器各谐振器单元间的电隔离，优化了射频滤波器的性能：降低插入损耗，提升带外抑制。
附图说明
图1为一种声表面波谐振结构滤波器剖面结构示意图。
图2为一种声表面波谐振结构滤波器结构示意图。
图3为一种声表面波谐振结构滤波器剖面结构示意图。
图4为一种声表面波谐振结构滤波器制造流程示意图。
图5为本发明实施例1中的一种声表面波谐振结构滤波器结构示意图。
图6为本发明实施例2中的一种声表面波谐振结构滤波器结构示意图。
图中标记：1、压电晶片，2、还原区，3、谐振器单元电极，4、二氧化硅，5、氮化硅，S1、压电晶片，S2、淀积阻挡层并图形化，S3、隔离还原，S4、谐振器电极制造，S5、二氧化硅电极并平坦化，S6、氮化硅淀积。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的上述主题的范围仅限于上述实施例。
如图1-4所示，一种声表面波谐振结构滤波器的隔离还原与谐振器单元电极的剖面示意图，在压电晶片1表面的谐振器单元电极3下面加工出具有较高电导率的还原区2，并且谐振器之间是隔离的。在压电晶片表面淀积二氧化硅作还原阻挡层，用光刻和刻蚀方法制作图形，使需要还原部分的表面露出，再通过还原方法进行还原，形成隔离还原区。
然后，本发明所涉及的构成声表面谐振结构滤波器中的谐振器它是在压电晶片1上制造谐振器单元电极2形成的，谐振器单元电极由中间交叉组成的IDT和两边的反射栅以及汇流电极组成。谐振器单元电极采用Al、Cu或其合金等金属制作，其微细线条用光刻法加工，再用刻蚀法或剥离法制造出电极图形。
并且，除了还原区和谐振器单元外，这种滤波器还会有提供温度补偿效应的介质层组成，介质层分为两个部分：一个是二氧化硅，采用溅射法沉积，并且其表面需要平坦化；另一个是氮化硅，用于改善下层介质可靠性，并用于滤波器频率的微调，可以用溅射法沉积。
实施例1：
图5是用本发明实施例1中的一种声表面波谐振结构滤波器，该平面结构图形中的谐振器单元制造在还原区上，各还原区是隔离的。制作方法如下：
使用提拉法形成钽酸锂（LiTaO3）晶体晶片经过切割、研磨、抛光等工序制造出钽酸锂（LiTaO3）晶片，
然后对晶片进行清洁，
接着用溅射法形成二氧化硅阻挡层，其厚度设为2微米，
再使用光刻和刻蚀方法，形成制造还原区域的露空图形，
再接着，使用还原法对晶片进行还原，还原时采用片对片方式进行，其中，晶片正对含有还原料涂层陪护片，两者间隔1mm，还原温度500℃，保温4小时，
还原完成后，对晶片进行清洗，去除碎渣、颗粒等污染，
然后使用光刻法将多个谐振器单元电极图形制造在还原区对应区域上，其结构如图5所示，
最后在晶片表面淀积用于温度补偿的二氧化硅以及用于微调的氮化硅，并通过光刻和蚀刻方法漏出部分电极与外部形成电信号的通道，
通过以上方法制造的声表面波谐振结构滤波器既有消除压电材料热释电效应的能力，同时增强了谐振器间的电隔离，可以减小滤波器损耗，提升带外抑制。
实施例2：
图6是用本发明实施例2中的一种声表面波谐振结构滤波器，该平面结构图形中上部3个串联谐振器及其电连接金属电极均制作在还原区上，且与下部2个谐振器单元所在还原区是隔离的。制作过程如下：
使用提拉法形成铌酸锂（LiNbO3）晶体晶片经过切割、研磨、抛光等工序制造出铌酸锂（LiNbO3）晶片，
然后对晶片进行清洁，
接着用溅射法形成二氧化硅阻挡层，其厚度设为2微米，
再使用光刻和刻蚀方法，形成制造还原区域的露空图形，
再接着，使用还原法对晶片进行还原，还原时采用片对片方式进行，其中，晶片正对含有还原料涂层陪护片，两者间隔1mm，还原温度580℃，保温12小时，
还原完成后，对晶片进行清洗，去除碎渣、颗粒等污染，
然后使用光刻法将多个谐振器单元电极图形制造在还原区对应区域上，其结构如图6所示，
最后在晶片表面淀积用于温度补偿的二氧化硅以及用于微调的氮化硅，并通过光刻和蚀刻方法漏出部分电极与外部形成电信号的通道，
通过以上方法制造的声表面波谐振结构滤波器既有消除压电材料热释电效应的能力，同时增强了谐振器间的电隔离，可以减小器件损耗，提升带外抑制。
Claims (10)
1.一种声表面波谐振结构滤波器，包括：压电晶片、设置在压电晶片表面的多个谐振器单元和电连接金属电极，其特征是：
所述压电晶片是采用提拉法生长的铌酸锂、钽酸锂单晶加工制作的晶圆；
所述压电晶片表面上制作了至少一个还原表面区；
至少有一个谐振器单元制作在还原表面区上；
非直接电连接的谐振器单元所在的还原表面区是不相连接的。
2.根据权利要求1所述的声表面波谐振结构滤波器，其特征是：所有的谐振器单元均制作在还原表面区上。
3.根据权利要求1所述的声表面波谐振结构滤波器，其特征是：直接电连接的谐振器单元的电连接金属电极，制作在还原表面区上。
4.根据权利要求1所述的声表面波谐振结构滤波器，其特征是：压电晶片表面的还原表面区，采用二氧化硅作为制作还原表面区工艺的隔离层。
5.根据权利要求1所述的声表面波谐振结构滤波器，其特征是：谐振器单元的金属电极是单种金属或多层金属构成的。
6.根据权利要求5所述的声表面波谐振结构滤波器，其特征是：谐振器单元的金属电极是Al，Cu，或Al/Cu构成的。
7.根据权利要求1所述的声表面波谐振结构滤波器，其特征是：还包括：制作在压电晶片上多个谐振器单元和电连接金属电极结构上方的多层介质膜。
8.根据权利要求7所述的多层介质膜，其特征是：最底层为一定厚度的二氧化硅。
9.根据权利要求8所述的二氧化硅层，其特征是：二氧化硅膜表面是平化的。
10.根据权利要求7所述的多层介质膜，其特征是：最顶层为一定厚度的氮化硅。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190212 |