CN110073597A - Baw谐振器和谐振器布置 - Google Patents

Baw谐振器和谐振器布置 Download PDF

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Abstract

一种BAW谐振器(1),其包括定位在顶部电极(4)与底部电极(3)之间的压电层(2)且包括定位在所述底部电极(3)与额外电极(11)之间的介电层(9),其中所述介电层(9)、所述底部电极(3)和所述额外电极(11)经配置以在所述谐振器(1)中提供额外电容。所述BAW谐振器(1)可以是梯型谐振器布置(100)的部分。

Description

BAW谐振器和谐振器布置
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月29日申请的第102016125877.6号德国专利申请的优先权,所述德国专利申请以全文引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种体声波(BAW)谐振器,具体地说涉及一种牢固安装的谐振器(SMR)-BAW谐振器。例如,这种谐振器可以用在移动电话的RF滤波器中。
背景技术
文献US 2015/333248 A1公开了BAW-SMR谐振器。文献EP 1 221 770 A1公开了包括并联谐振器和串联谐振器的梯型滤波器。
为了在例如谐振器、带通滤波器和陷波滤波器的微声学组件中产生或移动电磁极和/或声学极,提供电容和电感。出于空间、成本和质量的原因,直接在组件中实现这些功能优于提供单独的组件。然而,“芯片上”电容通常需要额外的空间,这导致组件尺寸的整体增加。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改良型BAW谐振器。
在一个方面中,本发明涉及一种BAW谐振器,其包括定位在顶部电极与底部电极之间的压电层。另外,所述BAW谐振器包括定位在所述底部电极与额外电极之间的介电层。所述介电层、所述底部电极和所述额外电极经配置以在所述谐振器中提供额外电容。
具体地说,所述介电层定位在所述压电层下方且在所述底部电极下方。所述介电层可提供晶种层的功能,用于改善由所述底部电极传递的所述压电层的所述生长条件。具体地说,所述底部电极可正位于晶种层上。所述压电层可正位于所述底部电极上。
所述介电层包括介电材料。所述介电材料可以是非压电材料。在非压电材料的状况下,所述谐振器功能性不受所述介电材料影响。
在替代实施例中,所述介电层包括压电材料。作为实例,合适的介电压电材料可以是AlN。用于所述介电层的材料可以是如压电材料所使用的相同材料。替代地,不同材料可用于介电层和压电层。
所述介电材料可具有高相对介电常数。作为实例,介电常数可在10的范围内。由此,可以小的额外空间实现所需电容值,例如在数个pF的范围内。
所述介电层可具有比所述压电层明显更小的厚度。作为实例,所述介电层的厚度至少比所述压电层的厚度小一个数量级。所述介电层的厚度可小于100nm。由于较小厚度,所述额外电极所需的空间也较小。可通过溅镀施加所述介电层。在用于所述介电层的压电材料的状况下,介电层的较小厚度导致介电层的高谐振频率,这不会干扰谐振器的操作谐振。
在实施例中,相比于所述底部电极,所述额外电极覆盖的所述谐振器的横截面积较小。在此状况下,所述谐振器可具有第一区和第二区,在所述第一区中所述底部电极与所述额外电极重叠,且在所述第二区中所述底部电极不与所述额外电极重叠。在此状况下,可实现电容从谐振器功能性分离。然而,所述第一区还可有助于所述谐振器功能性。
在替代实施例中,所述额外电极与所述底部电极覆盖的所述谐振器的横截面积相同。在此状况下,所述额外电极可与所述底部电极完全重叠。可以在与谐振器功能性相同的垂直区中提供额外电容。
在实施例中,所述顶部电极不或不完全覆盖所述额外电极。在此状况下,所述额外电极上方的所述区不或更少地有助于所述谐振器功能性。由此,可实现所述电容与所述谐振器功能性之间的分离。
在实施例中,所述额外电容可定位在所述芯片的未使用的区中或下方,具体地说,在不会有助于所述谐振器功能性的区中。此种未使用的区可以是通孔、凸块或其它电极引线下方的区。
所述BAW谐振器还可包括用于提供布拉格(Bragg)反射器的一系列层。所述额外电极可正位于所述布拉格反射器的最上层上。在实施例中,另一晶种层可定位在所述最上层与所述额外电极之间。
根据本发明的另一个方面,公开一种包括先前所描述的BAW谐振器和另一BAW谐振器的谐振器布置。所述谐振器可以梯型方式电连接。所述BAW谐振器可以是串联谐振器。所述另一谐振器可以是并联谐振器。
所述BAW谐振器和所述另一BAW谐振器可位于单个衬底上。所述另一BAW谐振器的所述层可以与所述BAW谐振器的所述对应层相同的处理步骤形成。
所述BAW谐振器的所述介电层可包括压电材料。所述另一BAW谐振器可包括第一压电层和第二压电层。所述第一压电层可具有与所述BAW谐振器的所述压电层相同的材料和厚度。所述第二压电层可具有与所述BAW谐振器的所述介电层相同的材料和厚度。所述另一BAW谐振器的所述第一压电层和所述第二压电层可彼此紧邻。因此,所述BAW谐振器可包括压电层,其由所述第一压电层和所述第二压电层构成,其中所述压电层对应于所述BAW谐振器中的所述压电层和所述介电层的总和。
所述第二压电层可以在所述BAW谐振器和所述另一BAW谐振器之间提供谐振频率的偏移。所述第二压电层的厚度可限定谐振频率的偏移。
在实施例中,除所述额外电极外,所述BAW谐振器和所述另一BAW谐振器具有相同设计。具体地说,除了仅存在于BAW谐振器中而不存在于所述另一BAW谐振器中的额外电极之外,两个BAW谐振器中的层的序列、层的材料和层的厚度可相同。
所述谐振器和/或谐振器布置可用于BAW滤波器中,例如RF滤波器中。所述谐振器、谐振器布置和/或可包括若干上文所描述的电容,例如级联电容。
根据本发明的另一个方面,公开一种用于制造上文所描述滤波器布置的方法。所述方法包括为所述BAW谐振器和所述另一BAW谐振器提供一或多个衬底的步骤。具体地说,可提供单个衬底。可在所述衬底上形成布拉格反射器。所述方法还可包括在所述衬底上方形成用于为所述另一BAW谐振器提供底部电极和为所述BAW谐振器提供额外电极的电极层的步骤。
此外,在所述BAW谐振器的区中和所述另一BAW谐振器的区中形成介电层。接着,仅在所述BAW谐振器的区中的所述介电层上形成底部电极。通过所述介电层,在所述BAW谐振器中形成额外电容。此外,可在所述另一BAW谐振器中实现频率偏移。此外,为所述BAW谐振器和所述另一BAW谐振器形成压电层和顶部电极。
本公开包括本发明的若干方面。即使在特定方面的上下文中没有明确提及相应的特征,也在本文中相对于其它方面公开BAW谐振器所描述的每一特征、所述谐振器布置和/或方法。
附图说明
通过结合示意图的示范性实施例的以下描述,另外特征、改进和方便性变得显而易见。
图1以示意性截面视图展示BAW谐振器的实施例,
图2以示意性截面视图展示BAW谐振器的另一实施例,
图3以示意性截面视图展示BAW谐振器的另一实施例,
图4以示意性截面视图展示谐振器布置的实施例。
类似元件、相同类型的元件和相同作用的元件可以在图中可具有相同的附图标号。
具体实施方式
图1以示意性截面视图展示谐振器1。谐振器1是BAW-SMR谐振器。
谐振器1包括定位在底部电极3与顶部电极4之间的压电层2。通过电信号,在所述压电层中产生静止声波。
压电层2和电极3、4定位于衬底5上方。以交替次序提供一系列低声阻抗层6和高声阻抗层7。所述一系列层6、7提供布拉格反射器8。层6、7中的每一个具有约λ/4的厚度,以在整个谐振器1的谐振下实现波长λ的声波的最佳反射率。作为实例,低声阻抗层6可包括介电材料,例如SiO2。高声阻抗层可包括金属,例如钨(W)。
谐振器1进一步包括介电层9。介电层9定位在底部电极3与布拉格反射器8的最上层10之间。底部电极3可直接施加在介电层9上。介电层9是晶种层并且因此能够制造具有改善的质量的压电层2。具体地说,介电层9改善底部电极3的均匀性,并且由此改善压电层2的生长条件。
介电层9可以是薄层,具体地说厚度低于100nm的层。可通过例如溅镀施加介电层9。介电层9可包括介电材料和/或压电材料。作为实例,介电层8可包括氮化铝(AlN)。
除改善生长条件之外,介电层9还提供额外电容。为此目的,谐振器1包括额外电极11,其定位在所述一系列层6、7的最上层10与介电层9之间。在此状况下,额外电容由额外电极11、介电层9和底部电极3形成。额外电容在图中由电容符号指示。
相比于底部电极3,额外电极11覆盖的谐振器1的截面面积更小。额外电极仅覆盖布拉格反射器8的最上层10的部分区。介电层9可直接施加于未被额外电极11覆盖的区中的布拉格反射器8的最上层10上。
由于额外电极11的部分覆盖范围,因此谐振器1包括第一区12和第二区13,在所述第一区中额外电极11与底部电极3重叠,且在所述第二区中额外电极11未呈现且因此不与底部电极3重叠。
额外电极11与底部电极3的重叠面积的大小以及介电层9的厚度和材料决定额外电容的容量。当指定介电层9的厚度和材料时,选择额外电极11的大小且由此选择重叠面积,使得实现所需的容量值。
顶部电极4覆盖谐振器1的完整截面面积且与底部电极3完全重叠。换句话说,顶部电极4与底部电极3覆盖相同的截面面积。在此状况下,第一区12还提供谐振器功能。
由于额外电极11的质量负载的增加,第一区12中的谐振频率可以低于第二区13中的谐振频率。压电层2在第一区12中的厚度与在第二区13中大致相同。压电层2中的图中所描绘的步骤不指示不同区中的压电层2的厚度的差异,而仅说明压电层2定位在额外电极11上。
在另一实施例中,相比于底部电极3,顶部电极4覆盖更小的截面面积。具体地说,顶部电极4可能不在第一区12中的范围内,或可能不完全覆盖额外电极11。在此状况下,第一区12不被电场激励或者仅第一区12的部分被电场激励。因此,第一区12不会有助于谐振器功能或较少地有助于谐振器功能。
在此状况下,谐振器的谐振频率和操作模式可从额外电容的实现和尺寸标定分离。
电极3、4、11的电连接取决于特定滤波器设计。作为实例,由额外电极11、介电层9和底部电极3提供的额外电容可与由顶部电极14、压电层2和底部电极3提供的谐振器并行电连接。
额外电容可经设计成使得不增大谐振器1的表面积。举例来说,额外电容可定位在芯片的未使用区中。此未使用区可以是通孔、凸块或其它电极引线下方的区。
图2展示谐振器1的另一实施例,其中额外电容定位在通孔14的下方。
通孔14穿过压电层2,使得此区不会有助于谐振器功能性。额外电极11定位在通孔14的下方。额外电极11可与通孔14覆盖大致相同的区域。在此状况下,用于通孔14的空间最佳地用于提供额外电极11,而不会使额外电极11干扰正常的谐振器功能。
通孔14可电接触底部电极3且可与顶部电极4电气地分离。可通过例如光刻实现分离(在图中未展示)。
图3展示谐振器1的另一实施例。额外电极11与底部电极3覆盖相同截面面积并且因此与底部电极3完全重叠。
介电层9可包括压电材料。介电层9可包括与提供谐振器功能的压电层2相同的压电材料。替代地,介电层9可包括与提供谐振器功能性的压电层2不同的压电材料。因此,在此实施例中,额外电容提供在谐振器功能性下方并从谐振器功能性分离。
所述介电层9可具有比所述压电层2明显更小的厚度。具体地说,厚度可至少比压电层2的厚度小一个数量级。在此状况下,由额外电容提供的谐振频率远超出谐振器1的操作范围的谐振。因此,额外电容的谐振不干扰谐振器1的操作谐振。应力在谐振器1中的分布由虚线指示。
除此之外,谐振器1可包括在布拉格反射器8的顶部上的另一晶种层15。另一晶种层15改善压电层2和介电层9的生长条件。
图4展示包括具有额外电容的谐振器1的谐振器布置100的实施例。谐振器1可具有图3中所展示的谐振器1的结构。
谐振器布置100包括另一谐振器101。谐振器1和另一谐振器101可以梯型方式连接。谐振器1可以是串联谐振器。另一谐振器101可以是并联谐振器。谐振器布置100可用于梯型带通滤波器中。
另一谐振器101具有与谐振器1类似的结构,另一谐振器101中不存在的额外电容除外。另一谐振器101包括衬底105,低声阻抗层106和高声阻抗层107以交替方式布置在所述衬底上以提供布拉格反射器108。
另一谐振器101包括底部电极103和顶部电极104,以用于产生电场并激励静止声波。两个压电层102、109定位在电极103、104之间。压电层102、109可包括相同材料或不同材料。压电层102、109彼此紧邻。谐振器101的第一压电层102与谐振器1的压电层2具有相同厚度和相同材料。此外,另一谐振器的第二压电层109与谐振器1的介电层9具有相同厚度和相同材料。
由于由电极103、104之间的层102、109提供的压电材料的厚度增加,所以另一谐振器101的谐振频率比仅具有单个压电层2的谐振器1的谐振频率更深。因此,第二压电层109提供滤波器布置中的两个类型的谐振器1和101之间的谐振频率的偏移。第二压电层109的厚度限定谐振频率的偏移。因此,压电层109充当调谐层,以用于相比于谐振器1降低另一谐振器101的频率。
除此之外,对应于另一谐振器101的第二压电层109的谐振器1的介电层9建立位于谐振器1的谐振器功能性下方的额外电容。此外,第二压电层109和介电层9充当用于主要压电层2、102的定向生长的晶种层。在谐振器1中,定向生长由底部电极3传递。
另一谐振器101和谐振器1可以相同过程制造。一或多个衬底可提供用于形成谐振器1和另一谐振器101的衬底5、105。另一谐振器101和谐振器1可位于相同衬底上。换句话说,衬底5、105可以是相同衬底或可以是单个衬底的不同区。
接着,低声阻抗布拉格反射器层6、106和高声阻抗布拉格反射器层7、107以交替次序沉积。谐振器1的层6、7和另一谐振器101的层106、107在单个过程中施加。用于使谐振器1从另一谐振器101分离的间隙可通过施加掩模提供。可具体地说在单个过程中将晶种层沉积在最上层10、110上。
在晶种层上或最上层10、110正上面形成用于提供额外电极11和底部电极103的电极层。在电极11、103上沉积用于提供另一谐振器101的第二压电层109和谐振器1的额外电容的介电层9的压电层。用于提供谐振器1的底部电极3的电极层仅在谐振器1的区中提供且不在另一谐振器101的区中提供。作为实例,在第一步骤中,电极层可沉积在谐振器1的区中并且沉积在另一谐振器101的区中。在后续步骤中,例如通过光刻在另一谐振器101的区中选择性地移除电极层,使得仅保留谐振器1的底部电极3。
之后,生长用于提供另一谐振器101的第一压电层102并用于提供谐振器1的压电层2的压电层。在这些压电层2、102上形成用于提供顶部电极4、104的电极层。
附图标号
1 谐振器
2 压电层
3 底部电极
4 顶部电极
5 衬底
6 低声阻抗层
7 高声阻抗层
8 布拉格反射器
9 介电层
10 最上层
11 额外电极
12 第一区
13 第二区
14 通孔
15 另一晶种层
100 谐振器布置
101 另一谐振器
102 第一压电层
103 底部电极
104 顶部电极
105 衬底
106 低声阻抗层
107 高声阻抗层
108 布拉格反射器
109 第二压电层
110 最上层

Claims (14)

1.一种BAW谐振器,
其包括压电层(2),所述压电层定位在顶部电极(4)与底部电极(3)之间,且
包括介电层(9),所述介电层定位在所述底部电极(3)与额外电极(11)之间,其中所述介电层(9)、所述底部电极(3)和所述额外电极(11)经配置以在所述谐振器(1)中提供额外电容。
2.根据权利要求1所述的BAW谐振器,
其中所述介电层(9)是用于改善所述压电层(2)的生长条件的晶种层。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的BAW谐振器,
其中所述介电层(9)的厚度至少比所述压电层(2)的厚度小一个数量级。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的BAW谐振器,
其中所述介电层(9)包括非压电材料。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的BAW谐振器,
其中所述介电层(9)包括压电材料。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的BAW谐振器,
其中相比于所述底部电极(3),所述额外电极(11)覆盖的所述谐振器(1)的截面面积更小。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的BAW谐振器,
其中所述额外电极(11)与所述底部电极(3)覆盖的所述谐振器(1)的截面面积相同。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的BAW谐振器,
其中所述顶部电极(2)不覆盖或不完全覆盖所述额外电极(11)。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的BAW谐振器,
其包括通孔(14),其中所述额外电极(11)定位在所述通孔(14)下方。
10.一种谐振器布置,其包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的BAW谐振器(1)和另一BAW谐振器(101)。
11.根据权利要求10所述的谐振器布置,
其中所述介电层(9)包括压电材料且其中所述另一BAW谐振器(101)包括第一压电层(102)和第二压电层(109),其中所述第二压电层(109)具有与所述介电层(9)相同的厚度和材料,且其中所述第一压电层(102)与所述第二压电层(109)彼此紧邻。
12.根据权利要求10或11中任一权利要求所述的谐振器布置,
其中除所述额外电极(11)外,所述BAW谐振器(1)与所述另一BAW谐振器(101)具有相同设计。
13.根据权利要求10至12中任一权利要求所述的谐振器布置,
其中所述BAW谐振器(1)和所述另一BAW谐振器(101)定位于单个衬底上且其中所述另一BAW谐振器(101)的所述层以与所述BAW谐振器(1)的所述对应层相同的处理步骤形成。
14.一种制造根据权利要求10至13中任一权利要求所述的谐振器布置的方法,所述方法包括以下步骤:为所述BAW谐振器(1)和所述另一BAW谐振器(101)提供一或多个衬底(5、105),在所述BAW谐振器(1)和所述另一BAW谐振器(101)的区中形成介电层(9、109),以及仅在所述BAW谐振器(1)的所述区中的所述介电层(9)上形成底部电极(3)。
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