CN110943709B - 一种温度补偿声表滤波器的改善结构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度补偿声表滤波器的改善结构及其方法，是在滤波器器件的功能区外围设置补偿环，补偿环不与功能区内的器件结构相连，然后再沉积温度补偿层以及对温度补偿层进行CMP磨平处理。本发明通过绕设于功能区外围的补偿环的设置，将原出现于功能区上方的CMP后温度补偿层的斜坡转移至补偿环上方，确保了功能区内温度补偿层厚度的均匀性，避免了滤波器工作频率偏移的问题，进而改善了温度补偿滤波器特性；且在确保产品性能的前提下降低了CMP工艺对抛光垫及机台能力的需求，减少了设备成本的投入，提高生产效益。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波滤波器的技术领域，尤其涉及一种温度补偿声表滤波器的改善结构及其方法。
背景技术
声表面波(SAW)滤波器集低插入损耗和良好的抑制性能于一身，广泛应用于信号接收机前端以及双工器和接收滤波器等领域，可实现宽带宽和小体积。其中，温度补偿型滤波器(TC-SAW)不易受温度变化影响，性能更为稳定，应用更为广泛。习知的SAW滤波器结构包括形成于压电基板上的叉指换能器和反射器，反射器位于叉指换能器两侧，电输入信号通过间插的金属叉指换能器转换为声波。为改善滤波器的温漂问题，实现TC-SAW的性能，通过在器件表面覆盖一层热膨胀系数小的膜层以降低温度改变带来的器件膨胀或收缩，从而实现温度补偿。
具体制作方法上，首先在滤波器结构上沉积温度补偿层材料，然后采用化学机械抛光(CMP)的方法将其磨平减薄至所需厚度。然而，由于CMP设备的局限性，参考图1，叉指换能器和反射器(图中总称为IDT)与基板具有高度差，采用CMP方法后会在高度落差处形成明显的斜坡P，该斜坡P往往延伸至反射器以及叉指换能器之上，导致整个滤波器结构边缘的温度补偿层厚度低于中心区域，厚度不均匀，这会产生滤波器工作的频率的偏移问题，影响TC-SAW的特性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种温度补偿声表滤波器的改善结构及其方法。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种温度补偿声表滤波器的结构改善方法，包括以下步骤：
1)于压电基板上制作由叉指换能器和反射器形成的功能区以及补偿环，并使反射器位于叉指换能器两侧，补偿环环绕于功能区外围；
2)沉积温度补偿层；
3)对温度补偿层实施CMP处理。
可选的，步骤1)中，于所述压电基板上沉积金属层，图形化所述金属层同步形成所述叉指换能器、反射器和补偿环。
可选的，步骤1)中，于所述压电基板上沉积金属层，图形化所述金属层形成所述叉指换能器和反射器，然后沉积补偿环层，图形化所述补偿环层形成所述补偿环。
可选的，所述金属层的材料包括钛、铝、铜含量0.5～2％的铝铜合金、金及其组合。
可选的，所述补偿环层的材料包括SiO2、Si3N4。
可选的，所述补偿环包括若干间隔排列的补偿块，该些补偿块的间隔为3～20μm。
可选的，所述补偿环与功能区边缘的距离为3～20μm，宽度为≥5μm，厚度是叉指换能器和反射器厚度的0.95～1.05。
可选的，步骤1)中，所述叉指换能器和反射器的厚度为100～300nm，步骤2)中，沉积所述温度补偿层的厚度为>1μm，步骤3)中，通过CMP处理将所述温度补偿层厚度减少至1μm±0.05μm。
可选的，所述温度补偿层是SiO2或其掺杂薄膜，通过磁控溅射镀膜或化学气相沉积的方法形成。
一种温度补偿声表滤波器的改善结构，包括压电基板、叉指换能器、反射器、补偿环和温度补偿层；叉指换能器、反射器和补偿环设于压电基板上，其中反射器位于叉指换能器两侧且两者形成功能区，补偿环绕设于功能区外侧；温度补偿层覆盖功能区、补偿环和裸露的压电基板，且于对应补偿环的表面形成斜坡。
可选的，所述叉指换能器包括间插设置的两个叉指电极，各叉指电极分别设有反向于间插方向的引出线，所述补偿环让位于所述引出线。
本发明的有益效果为：
(1)通过绕设于功能区外围的补偿环的设置，将原出现于功能区上方的CMP后温度补偿层的斜坡转移至补偿环上方，确保了功能区内温度补偿层厚度的均匀性，避免了滤波器工作频率偏移的问题，进而改善了温度补偿滤波器特性。
(2)在确保产品性能的前提下降低了CMP工艺对抛光垫及机台能力的需求，减少了设备成本的投入，提高生产效益。
(3)补偿环可选用材料广泛，工艺常规，成本低，对产品不产生其他负面影响；补偿环也可与功能区器件同步制作，不增加工序，简单高效。
附图说明
图1为现有技术中CMP后斜坡位置示意图；
图2是实施例1的工艺流程图；
图3是实施例1的滤波器改善结构的俯视图；
图4是实施例1的滤波器改善结构的截面图(正视)；
图5是实施例2的工艺流程图；
图6是实施例2的滤波器改善结构的俯视图.。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。
实施例1
参考图2，本实施例中一种温度补偿声表滤波器改善结构通过以下工艺步骤制作：
提供压电基板1，压电基板1可以是例如铌酸锂或硅上钽酸锂晶元等。于压电基板1上沉积金属层2，金属层2的厚度为100～300nm，例如可以是180nm，沉积方式可采用E-GUN/PVD/电镀等方式进行，金属层2材料为钛、铝、铝铜合金(铜含量0.5～2.0％)、金，例如钛加铝铜合金(0.5～2.0％)的复合膜层。采用光刻或剥离等工艺图形化金属层2，得到叉指换能器3、反射器4和补偿环5，三者厚度相同。
结合图2和图3，反射器4位于叉指换能器3两侧，两者共同形成功能区A。补偿环5环绕于功能区A外围并确保不与功能区内的器件结构相连。补偿环5与功能区边缘的距离为3～20μm，例如是10μm；补偿环5的宽度为≥5μm，例如是10μm。具体，叉指换能器3包括间插设置的两个叉指电极31，各叉指电极31分别设有反向于间插方向(垂直于叉指电极的电极条排列方向并与电极条延伸方向相反)的引出线311，补偿环5让位于引出线311，即于引出线311位置断开。此外，引出线也可是其他结构设置，补偿环同样让位于引出线。补偿环5可以由若干间隔排列的补偿块51组成，该些补偿块的间隔为3～20μm，例如可以是10μm。补偿块51可以是等距离间隔设置，也可以是不等距离，其形状也可相同或不同，根据实际图形需求进行调整。
采用磁控溅射镀膜或者化学气相沉积的方法沉积SiO2薄膜6’，沉积厚度为1～1.5μm，例如可以是1.4μm。对SiO2薄膜6’实施CMP处理，将其表面磨平并减薄至1±0.05μm，例如可以是1μm，得到温度补偿层6。由于补偿环5的存在，与压电基板1的高度差出现于补偿环5和压电基板1之间，CMP后斜坡P出现于补偿环5上方，功能区内温度补偿层6的厚度均匀，从而有效避免了滤波器工作频率偏移的问题。本实施例中，补偿环5和叉指换能器3、反射器4采用相同的金属层同步制作，相对于现有技术只需改变光罩图形，无需额外增加步骤。通过补偿块51间隔排列的设置，在使用贵金属时可以得到部分回收，降低生产成本。
参考图3和图4，通过上述工艺制作得到的温度补偿声表滤波器的结构，包括压电基板1、叉指换能器3、反射器4、补偿环5和温度补偿层6；叉指换能器3、反射器4和补偿环5设于压电基板1上，其中反射器4位于叉指换能器3两侧且两者形成功能区A，补偿环5绕设于功能区A外侧；温度补偿层6覆盖功能区A、补偿环5和裸露的压电基板1，且于对应补偿环5的表面形成斜坡P，且于对应功能区A的表面平坦。
实施例2
参考图5，提供压电基板1，于压电基板1上沉积金属层2，采用光刻或剥离等工艺图形化金属层2，得到叉指换能器3和反射器4。接着，沉积补偿环层5’，补偿环层5’的材料除了金属材料，还可以是其他无机非金属材料或高分子材料。例如，补偿环层5’的材料为SiO2、Si3N4，通过化学气相沉积等方法得到。采用光刻或剥离等工艺图形化补偿环层5’得到补偿环5。补偿环5的厚度在叉指换能器3和反射器4厚度的0.95～1.05的范围之内。参考图6，本实施例中，不同于实施例1的间隔补偿块设置，补偿环5除让位于引出线311外是连续设置。沉积SiO2薄膜6’，对SiO2薄膜6’实施CMP处理得到温度补偿层6，斜坡P出现于补偿环5上方。本实施例中，将补偿环材料的范围拓宽到与叉指换能器和反射器不同的材料领域，优选为半导体器件制作中常见的材料，便于实际生产的取材，更为灵活。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种温度补偿声表滤波器的改善结构及其方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种温度补偿声表滤波器的结构改善方法，其特征在于包括以下步骤：
1）于压电基板上沉积金属层，图形化所述金属层形成叉指换能器和反射器，反射器位于叉指换能器两侧，叉指换能器和反射器形成功能区；所述叉指换能器包括间插设置的两个叉指电极，各叉指电极分别设有反向于间插方向的引出线；然后沉积补偿环层，图形化所述补偿环层形成补偿环，补偿环环绕于功能区外围并让位于所述引出线；补偿环层的材料为SiO2或Si3N4；
2）沉积温度补偿层；所述温度补偿层是SiO2或其掺杂薄膜；温度补偿层覆盖功能区、补偿环和裸露的压电基板；
3）对温度补偿层实施CMP处理，于对应补偿环的表面形成斜坡。
2.根据权利要求1所述的温度补偿声表滤波器的结构改善方法，其特征在于：所述金属层的材料包括钛、铝、铜含量0.5~2%的铝铜合金、金及其组合。
3.根据权利要求1所述的温度补偿声表滤波器的结构改善方法，其特征在于：所述补偿环包括若干间隔排列的补偿块，该些补偿块的间隔为3~20µm。
4.根据权利要求1所述的温度补偿声表滤波器的结构改善方法，其特征在于：所述补偿环与功能区边缘的距离为3~20µm，宽度为≥5µm，厚度是叉指换能器和反射器厚度的0.95～1.05。
5.根据权利要求1所述的温度补偿声表滤波器的结构改善方法，其特征在于：步骤1）中，所述叉指换能器和反射器的厚度为100~300nm，步骤2）中，沉积所述温度补偿层的厚度为>1µm，步骤3）中，通过CMP处理将所述温度补偿层厚度减少至1µm±0.05µm。
6.根据权利要求1所述的温度补偿声表滤波器的结构改善方法，其特征在于：所述温度补偿层通过磁控溅射镀膜或化学气相沉积的方法形成。
7.一种权利要求1~6任一项所述的方法制备的温度补偿声表滤波器的改善结构，其特征在于：包括压电基板、叉指换能器、反射器、补偿环和温度补偿层；叉指换能器、反射器和补偿环设于压电基板上，其中反射器位于叉指换能器两侧且两者形成功能区，所述叉指换能器包括间插设置的两个叉指电极，各叉指电极分别设有反向于间插方向的引出线；补偿环绕设于功能区外侧并让位于所述引出线；温度补偿层覆盖功能区、补偿环和裸露的压电基板，且于对应补偿环的表面形成斜坡；补偿环层的材料为SiO2或Si3N4；温度补偿层是SiO2或其掺杂薄膜。
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