CN112352382A - 一种横向激励的薄膜体声波谐振器 - Google Patents

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苏米亚·扬德拉帕利
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布莱恩特·加西亚
帕特里克·特纳
杰森·约翰
温切斯拉夫·扬捷切夫
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Abstract

公开了一种声学谐振器装置和滤波器。一滤波器，包括一衬底，以及具有平行的正面和背面的压电板，背面附接到衬底上。在所述正面上形成导体图案，导体图案包括相应的多个谐振器的多个叉指式换能器(IDT)，其中多个IDT中的每一个IDT的交错的指状物设置在所述压电板的相应部分上，所述压电板悬挂在与所述衬底中形成的一个或多个空腔上。所述多个谐振器包括并联谐振器和串联谐振器。设置在所述并联谐振器的IDT的指状物之间的第一介电层的第一厚度大于设置在所述串联谐振器的IDT的指状物之间的第二介电层的第二厚度。

Description

一种横向激励的薄膜体声波谐振器
技术领域
本公开涉及使用声波谐振器的射频滤波器，尤其涉及用于通信设备的滤波器。
背景技术
射频(RF)滤波器是双端器件，其被配置为通过一些频率，阻止其它频率，其中“通过”意味着以相对低的信号损耗进行传输，而“阻止”意味着阻塞或基本上衰减。滤波器通过的频率范围被称为滤波器的“通带”。由这种滤波器阻止的频率范围被称为滤波器的“阻带”。典型的RF滤波器具有至少一个通带和至少一个阻带。通带或阻带的具体要求取决于具体应用。例如，“通带”可以定义为一个频率范围，其中滤波器的插入损耗优于诸如1dB、2dB或3dB的定义值。“阻带”可以定义为一个频率范围，其中滤波器的抑制大于定义值，例如20dB、30dB、40dB或更大的值，这取决于具体的应用。
RF滤波器用于通过无线链路传输信息的通信系统中。例如，RF滤波器可见于蜂窝基站、移动电话和计算设备、卫星收发器和地面站、物联网(IoT)设备、膝上型计算机和平板电脑、定点无线电链路和其它通信系统的RF前端中。RF滤波器也用于雷达和电子和信息战系统。
RF滤波器通常需要许多设计方面的权衡，以针对每个特定应用实现诸如插入损耗、拒绝、隔离、功率处理、线性、尺寸和成本之类的性能参数之间的最佳折中。具体的设计和制造方法和增强可以同时使这些要求中的一个或几个受益。
无线系统中RF滤波器的性能的增强可对系统性能产生广泛影响。可以通过改进RF滤波器来改进系统性能，例如更大的单元尺寸、更长的电池寿命、更高的数据速率、更大的网络容量、更低的成本、增强的安全性、更高的可靠性等。
可以在无线系统的各个层面上单独或组合地实现这些改进，例如在RF模块、RF收发器、移动或固定子系统或网络层面实现这些改进。
要想获得更宽的通信信道带宽，就势必要用到更高频率的通信频带。当前的LTETM(长期演进)规范定义频段在3.3GHz到5.9GHz之间。这些频段目前未使用。无线通信的未来建议包括频率高达28GHz的毫米波通信频段。
用于当前通信系统的高性能RF滤波器通常结合声波谐振器，声波谐振器包括表面声波(SAW)谐振器、体声波BAW)谐振器、薄膜体声波谐振器(FBAR)和其他类型声波谐振器。但是，这些现有技术不适合在更高的频率下使用，未来的通信网络需要用到更高的频率。
附图说明
图1包括横向激励薄膜体声波谐振器(XBAR)的示意性平面图和两个示意性横截面图。
图2是图1的XBAR的局部放大示意性横截面图。
图3A是图1的XBAR的替代性示意性横截面图。
图3B是图1的XBAR的另一替代性示意性横截面图。
图3C是XBAR的替代性示意性平面图。
图4是示出XBAR中的剪切水平声学模式的图。
图5是模拟XBAR的导纳的图表。
图6是比较具有不同介电层的三种模拟XBAR的导纳的图表。
图7是比较具有不同介电层厚度的四个模拟XBAR的导纳的图表。
图8是示出压电板厚度对XBAR的谐振频率的影响的图。
图9是示出前介电层厚度对XBAR的谐振频率的影响的图。
图10是示出IDT指状物间距对XBAR的谐振频率的影响的图。
图11是比较XBAR在LiNbO3和LiTaO3板上的导纳的图。
图12是测量的XBAR的导纳的图表。
图13是测量的XBAR的导纳的另一图表。
图14是使用XBAR的滤波器的示意性电路图和布局。
图15是图12的滤波器的一个实施例的传递曲线(S21)的图。
图16是图12的滤波器的另一实施例的传递曲线(S21)的图。
图17是制造XBAR的方法的流程图。
在整个说明书中，附图中出现的元件分配有三位数或四位数的附图标记，其中两个最低有效位是该元件特有的，而一个或两个最高有效位是首先示出元件的图号。可以假定未结合附图描述的元件具有与具有相同附图标记的先前描述的元件相同的特性和功能。
具体实施方式
装置的描述
图1示出了横向激励薄膜体声波谐振器(XBAR)100的简化的示意性俯视图和正交横截面图。诸如谐振器100的XBAR谐振器可用于各种RF滤波器，RF滤波器包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器。XBAR特别适合用于频率高于3GHz的通信频段的滤波器中。
XBAR 100由在压电板110的表面上形成的薄膜导体图案组成，所述压电板分别具有平行的正面和背面112、114。压电板是压电材料的薄单晶层，所述压电材料例如有铌酸锂、钽酸锂、硅酸镧镓、氮化镓或氮化铝。切割压电板，以使X，Y和Z晶轴相对于正面和背面的方向已知且一致。在该专利提出的示例中，压电板是Z形切割的，也就是说Z轴垂直于表面。然而，可以在具有其他晶体学取向的压电板上制造XBAR。
压电板110的背面114附接到衬底120，衬底120为压电板110提供机械支撑。衬底120可以是例如硅、蓝宝石、石英或某种其他材料。可以使用晶圆键合工艺将压电板110结合到衬底120，或者压电板110在衬底120上生长，或者以某种其他方式将压电板110附着到衬底。压电板可以直接附接到衬底，或者可以经由一个或多个中间材料层附接到衬底。
XBAR 100的导体图案包括叉指式换能器(IDT)130。IDT130包括第一多个平行指状物，例如指状物136，和第二多个指状物，其中第一多个平行指状物从第一母线132延伸，第二多个指状物从第二母线134延伸。第一和第二多个平行指状物交错。交错的指状物重叠一段距离AP，通常称为IDT的“孔径”。IDT 130的最外处的指状物之间的中心到中心距离L是IDT的“长度”。
第一和第二母线132、134用作XBAR 100的端子。在IDT 130的两个母线132、134之间施加的射频或微波信号激发压电板110内的声波。如接下来将详细讨论的，激发声波是体剪切波，其在垂直于压电板110表面的方向上传播，该方向也与IDT指所产生的电场方向垂直或横向。因此，XBAR被认为是横向激励薄膜体波谐振器。
在衬底120中形成空腔125，使得压电板110的包含IDT 130的部分悬浮在空腔125上而不接触衬底120。“空腔”的常规含义是“固体的空白空间”。空腔125可以是完全穿过衬底120的孔(如AA和BB截面所示)，也可以是衬底120中的凹槽。可以在压电板110和衬底120附接在一起之前或之后，例如通过选择性地蚀刻衬底120来形成空腔125。如图1所示，空腔125呈矩形，其程度大于孔径AP和IDT 130的长度L。XBAR的空腔可以具有不同的形状，例如规则或不规则的多边形。XBAR的空腔可以多于或少于四个侧面，侧面可以是直的或弯曲的。
为了便于在图1中示出，相对于XBAR的长度(尺寸L)和孔径(尺寸AP)，IDT指状物的几何间距和宽度被大大放大。典型的XBAR在IDT 110中具有十个以上的平行指状物。XBAR在IDT 110中可能具有数百个(可能是数千个)平行指状物。类似地，横截面图中的指状物厚度被大大放大了。
图2示出了XBAR 100的详细示意性横截面图。压电板110是厚度为ts的压电材料的单晶层。ts可以是例如100nm至1500nm。当用于从3.4GHZ到6GHz的LTETM频段(例如，频段42、43、46)的滤波器中时，厚度ts可以是例如200nm至1000nm。
可选地，可以在压电板110的正面上形成正面介电层214。根据定义，XBAR的“正面”是指背离衬底的表面。正面介电层214具有厚度tfd。正面介电层214在IDT指状物238之间形成。虽然图2中未示出，但是正面介电层214也可以沉积在IDT指状物238上。背面介电层216可以可选地在压电板110的背面上形成。背面介电层216具有厚度tbd。正面介电层214和背面介电层216可以是非压电介电材料，例如二氧化硅或氮化硅。tfd和tbd可以是例如0至500nm。tfd和tbd通常小于压电板的厚度ts。tfd和tbd不必相等，并且正面和背面介电层214、216不必是相同的材料。正面介电层214和/或背面介电层216可以由多层两种或更多种材料形成。
IDT指状物238可以是铝或基本铝合金，铜或基本铜合金，铍，金或某种其他导电材料。可以在指状物的下方和/或上方形成其他金属(例如铬或钛)的薄(相对于导体的总厚度)层，以改善指状物与压电板110之间的粘附力和/或钝化或封装指状物。IDT的母线(图1中的132、134)可以由与指状物相同或不同的材料制成。
尺寸p是IDT指状物的中心间距或“间距”，可以称为IDT的间距和/或XBAR的间距。尺寸w是IDT指状物的宽度或“标记”。XBAR的IDT与表面声波(SAW)谐振器中使用的IDT明显不同。在SAW谐振器中，IDT的节距是谐振频率处声波波长的一半。另外，SAW谐振器IDT的标记间距比通常接近0.5(即，标记或指状物的宽度约为谐振时声波波长的四分之一)。在XBAR中，IDT的间距p通常为指状物宽度w的2至20倍。另外，IDT的节距p通常是压电板212的厚度ts的2至20倍。XBAR中的IDT指状物的宽度不被限制为谐振时的声波波长的四分之一。
例如，XBAR IDT指状物的宽度可以为500nm或更大，从而可以使用光刻技术制造IDT。IDT指状物的厚度tm可以从100nm到大约等于宽度w。IDT的母线(图1中的132、134)的厚度可以等于或大于IDT指状物的厚度tm。
参照图3A和图3B，示出了沿着图1A中限定的截面A-A的两个替代横截面图。在图3A中，压电板310附接到衬底320。在压电板310的包含XBAR的IDT的部分下方的衬底中形成没有完全穿透衬底320的空腔325。空腔325可以例如通过在附接压电板310之前蚀刻衬底320来形成。或者，空腔325可以通过利用选择性蚀刻剂蚀刻衬底320来形成，该选择性蚀刻剂通过设置在压电板310中的一个或多个开口到达衬底。
在图3B中，衬底320包括基底322和设置在压电板310和基底322之间的中间层324。例如，基底322可以是硅，并且中间层324可以是二氧化硅或氮化硅或某种其他材料。在压电板310的包含XBAR的部分下方的中间层324中形成空腔325。可以例如通过在附接压电板310之前蚀刻中间层324来形成空腔325。或者，空腔325可以通过利用选择性蚀刻剂蚀刻中间层324来形成，该选择性蚀刻剂通过设置在压电板310中的一个或多个开口到达衬底。
图3C是另一XBAR 350的示意性平面图。XBAR350包括形成在压电板310上的IDT。压电板310设置在衬底中的空腔380上方。在该示例中，空腔380具有不规则的多边形形状，使得空腔的边缘均不平行，也不与IDT的导体平行。空腔可以具有带有笔直或弯曲边缘的不同形状。
图4是XBAR中感兴趣的主要声学模式的图示。图4示出了XBAR 400的一小部分，其包括压电板410和三个交错的IDT指状物430。RF电压施加到交错的指状物430。该电压在指状物之间产生时变电场。如标记为“电场”的箭头所示，电场的方向是横向的或平行于压电板410的表面。由于压电板的高介电常数，相对于空气，电场高度集中在板中。横向电场在压电板410中引入剪切变形，从而强烈激发剪切模式声波。在本文中，“剪切变形”定义为材料中平行平面保持平行并在相对于彼此平移时保持恒定距离的变形。“剪切声波”被定义为导致介质的剪切变形的介质中的声波。XBAR 400中的剪切变形由曲线460表示，相邻的小箭头指示了原子运动方向和大小。为了易于观察，原子运动的程度以及压电板410的厚度被大大地夸大了。尽管原子运动主要是横向运动(即，如图4所示是水平的)，但激发的剪切声波的声能流方向主要是垂直于压电板表面的垂直方向，如箭头465所示。
如图4所示，IDT指状物430正下方基本上没有电场，因此在指状物下面的区域470中仅最小地激发了声模。在这些区域中可能会出现短暂的声运动。由于在IDT指状物430下没有激发声振动，因此耦合到IDT指状物430的声能很低(例如，与SAW谐振器中的IDT指状物相比)，这使IDT指状物中的粘性损失最小。
基于剪切声波谐振的声波谐振器与当前最新的薄膜体声波谐振器(FBAR)和固体安装的谐振器体声波(SMR BAW)装置(其中电场沿厚度方向施加)相比，它的性能更佳。在这样的设备中，声模在原子运动和声能沿厚度方向流动的方向上是压缩的。此外，与其他声波谐振器相比，用于剪切波XBAR谐振的压电耦合可以更高(>20％)。因此，高压电耦合可以设计和实现带宽可观的微波和毫米波滤波器。
图5是具有使用有限元方法(FEM)模拟技术模拟的XBAR的频率的函数的导纳的归一化幅度(在对数标度上)的图510的图表500。在模拟的XBAR中，压电板是Z形切割(即Z轴垂直于板)的铌酸锂。IDT指状物是铝。IDT的方向应使压电板的y轴垂直于IDT指状物。支撑压电板的衬底是硅，具有完全穿过硅的空腔(如图1所示)。使用标准材料参数模拟了压电板和IDT指状物的损耗。模拟的物理尺寸如下：ts＝400nm；tfd＝0；tbd＝0；tm＝100nm；p＝5um；w＝500nm。对于单对IDT指状物和1米的孔径，导纳被归一化。具有N个IDT指状物和一个孔径A(以米为单位)的XBAR的导纳可以通过使图5中提供的归一化导纳乘以(N-1)·A来进行估算。
模拟的XBAR在4693MHz的频率FR处表现出谐振，在5306MHz的FAR频率处表现出反谐振。谐振QR的Q为2645，反谐振QAR的Q为4455。FAR和FR之间的绝对差约为600MHz，分数差约为0.12。声耦合可以粗略估计为24％。在低于FR和高于FAR的频率的导纳曲线中，可以明显看到二次谐振。
声学RF滤波器通常包含多个声学谐振器。通常，这些谐振器具有至少两个不同的谐振频率。例如，使用众所周知的“阶梯”滤波器架构的RF滤波器包括并联谐振器和串联谐振器。并联谐振器通常在滤波器的通带下方具有谐振频率和在通带内具有反谐振频率。串联谐振器通常在通带内具有谐振频率，而在通带之上具有反谐振频率。在许多滤波器中，每个谐振器都有一个独特的谐振频率。对于在同一压电板上制作的XBAR，获得不同谐振频率的能力极大地简化了使用XBAR的RF滤波器的设计和制造。
图6是曲线图600，比较了具有不同介电层的三个XBAR的归一化导纳随频率的变化。导纳数据来自XBAR结构的二维模拟，该模拟使用与先前示例相同的材料和尺寸(介电层除外)。对于单对IDT指状物和1m的孔径，导纳被归一化。实线610是对于具有tfd＝tbd＝0的XBAR(即，没有介电层的XBAR)的每单位孔径的归一化导纳的图。该XBAR的归一化导纳与图5中的归一化导纳图相当，但是略有不同，这种不同的产生主要是由于采用了不同的模拟方法。虚线620是在IDT指状物之间的压电厚板的正面上具有100nm的SiO2的XBAR的归一化导纳的图(tfd＝100nm，tbd＝0)。与没有介电层的XBAR相比，在压电板的正面上添加SiO2层可使谐振频率降低约500MHz，即约11％。点线630是XBAR的归一化导纳图，其在IDT指状物之间的压电厚板的正面上具有100nm SiO2，而在压电厚板的背面具有100nm SiO2(tfd＝tbd＝100nm)与没有介电层的XBAR相比，在压电板的两个表面上添加SiO2层可使谐振频率降低约900MHz，即20％。
图7是曲线图700，比较了具有不同正面介电层厚度的四个XBAR的导纳对频率而出现的变化。导纳数据来自具有以下参数的XBAR的三维模拟：ts＝400nm；tfd＝0、30、60、90nm；tbd＝0；tm＝100nm；p＝4.2um；w＝500nm；AP＝20um；N(IDT指状物的总数)＝51。衬底是Z切铌酸锂，IDT导体是铝，介电层是SiO2。
实线710是tfd＝0的XBAR(即，没有介电层的XBAR)的导纳的图。虚线720是tfd＝30nm的XBAR的导纳的图。与没有介电层的XBAR相比，添加30nm介电层可将谐振频率降低约145MHz。点划线730是tfd＝60nm的XBAR的导纳的图。与没有介电层的XBAR相比，添加60nm介电层可使谐振频率降低约305MHz。点划线740是tfd＝90nm的XBAR的导纳的图。与没有介电层的XBAR相比，添加90nm介电层可将谐振频率降低约475MHz。次级谐振的频率和幅度受到的影响与初级剪切模式谐振不同。
重要的是，各种厚度的介电层的存在对压电耦合几乎没有影响，甚至没有影响，每个XBAR的谐振和反谐振之间几乎恒定的频率偏移就证明了这一点。
图8，图9和图10是示出通过仿真确定的谐振频率对XBAR物理特性的依赖性的图。具体而言，图8是在IDT指状物间距P＝3微米，且没有正面或反面介电层(tfd＝tbd＝0)的情况下，谐振频率随压电板厚度变化的曲线图。图9是在压电板厚度ts＝400nm，IDT指状物间距P＝3微米的情况下，谐振频率随正面介电层厚度tfd变化的图。图10是在压电板厚度ts＝400nm且tfd＝tbd＝0的情况下，谐振频率随IDT指状物间距p变化的曲线图。在所有情况下，压电衬底均为Z切铌酸锂，而IDT指状物为铝，宽度w＝500nm，厚度tm＝100nm。当存在正面介电层时，正面介电层为SiO2。
图11是将具有不同压电板材料的两个XBAR的导纳对频率变化进行比较的曲线图1100。导纳数据来自具有以下参数的XBAR的三维模拟：ts＝415nm；tfd＝120nm；tbd＝0；tm＝460nm；p＝4.5μm；w＝700nm；AP＝71um；且N(IDT指状物的总数)＝221。衬底为Z切铌酸锂或Z切钽酸锂，IDT电极为铜，介电层为SiO2。
实线1110是XBAR在铌酸锂板上的导纳的图。虚线1120是XBAR在钽酸锂板上的导纳的图。值得注意的是，钽酸锂XBAR的谐振和反谐振频率之间的差约为5％，或者是铌酸锂XBAR的频率差的一半。钽酸锂XBAR的较低频率差是由于材料的压电耦合较弱所致。测得的铌酸锂XBAR的谐振频率的温度系数约为每摄氏度每百万-71份。钽酸锂XBAR的频率温度系数(TCF)约为铌酸锂XBAR的一半。钽酸锂XBAR可以用于铌酸锂XBAR不需要大的滤波器带宽的应用中，且在这些应用中，减小的TCF是有利的。
图12是示出在厚度为400nm的Z形切割的铌酸锂板上制造的实验XBAR的测量的导纳的图。IDT的间距为5um，孔径为40um，并具有101个IDT指状物。IDT指状物是铝，厚度为100nm。该设备不包括介电层。实线1210是导纳的大小随频率的变化。谐振频率为4617MHz，反谐振频率为5138MHz。频率差为521MHz或大于谐振频率的11％。尚未针对测量系统的影响对测量数据进行校正。通常，对测量系统进行校正会增加反谐振频率以及反谐振和谐振频率之间的差异。
图13是示出在厚度为400nm的Z切铌酸锂板上制造的另一实验性XBAR的测量的导纳的图。IDT的间距为5um，孔径为20um，指状物数为51个。IDT指状物是铝，厚度为100nm。该设备不包括介电层。实线1310是导纳的大小随频率的变化。XBAR初级谐振的三次谐波和五次谐波分别在大约13.5GHz和22.5GHz处可见。在其它XBAR中测得的谐振高达60GHz。
图14是使用XBAR的高频带通滤波器1200的示意性电路图和布局。滤波器1400具有常规的梯形滤波器架构，其包括三个串联谐振器1410A、14110B，1410C和两个并联谐振器1420A、1420B。三个串联谐振器1410A、1410B和1410C串联连接在第一端口和第二端口之间。在图14中，第一和第二端口分别被标记为“In”和“Out”。但是，滤波器1400是对称的，并且任一端口都用作滤波器的输入或输出。两个并联谐振器1420A、1420B从串联谐振器之间的节点接地。所有并联谐振器和串联谐振器都是XBAR。
滤波器1400的三个串联谐振器1410A、B、C和两个并联谐振器1420A、142B形成在结合到硅衬底(不可见)的压电材料的单个板1430上。每个谐振器包括各自的IDT(未示出)，至少IDT的指状物设置在衬底中的空腔上方。在此以及类似的上下文中，术语“分别”是指“将事物彼此关联”，也就是说具有一对一的对应关系。在图14中，空腔被示意性地示出为虚线矩形(诸如矩形1435)。在该示例中，每个IDT设置在相应的空腔上方。在其他滤波器中，两个或多个谐振器的IDT可以设置在单个空腔上。
图15是示出模拟结合了五个XBAR的第一带通滤波器的结果的图。第一滤波器的示意图与图14的滤波器1400相同。1XBAR在厚度为0.4微米的Z形切割铌酸锂板上形成。衬底是硅，IDT导体是铝，并且没有介电层。下表提供了谐振器的其他物理参数(所有尺寸均以微米为单位)：
Figure BDA0002835662020000091
使用3D有限元建模工具模拟了第一滤波器的性能。曲线1510是第一滤波器的S21(输入-输出传递函数)的大小随频率变化的图。滤波器带宽约为800MHz，以5.15GHz为中心。模拟的滤波器性能包括电阻损耗和粘性损耗。各个谐振器的谐振频率的调谐是通过仅改变IDT指的间距和宽度来实现的。
图16是示出了使用五个XBAR模拟第二滤波器的结果的图。第二滤波器的示意图与图14的滤波器1400相同。XBAR在Z形切割铌酸锂(0.4um厚)压电板上形成。衬底是硅，IDT电极是铜。调节谐振器的谐振频率是通过改变IDT指的间距和宽度以及在并联谐振器上提供一个正面介电层以降低其频率来实现的。下表提供了谐振器的其他物理参数(所有尺寸均以微米为单位)：
Figure BDA0002835662020000101
使用3D有限元建模工具模拟了滤波器的性能。曲线1610是模拟滤波器1400的S21(输入-输出传递函数)随频率变化的曲线图。滤波器带宽约为800MHz，以4.75GHz为中心。模拟性能不包括电阻性或粘性损失。
第一和第二滤波器(其S21传输功能在图15和图16中示出)是使用XBAR的滤波器的示例。滤波器可以使用多于或少于两个并联谐振器，多于或少于三个串联谐振器，以及多于或少于总共五个谐振器。除XBAR外，滤波器还可以使用电抗组件，例如电容器、电感器和延迟线。这些滤波器的各个谐振器的进一步微调可以改善滤波器性能。
方法说明
图17是用于制造XBAR或结合了XBAR的过滤器的方法1700的简化流程图。方法1700开始于1705，具有衬底和压电材料板，并且结束于1795，具有完整的XBAR或滤波器。图17的流程图仅包括主要处理步骤。可以在图17所示的步骤之前，之间，之后以及过程中执行各种常规的工艺步骤(例如，表面准备、清洁、检查、烘烤、退火、监测、测试等)。
压电板可以是例如在前述实施例中使用的Z切铌酸锂或钽酸锂。压电板可以是其他材料和/或其他切口。衬底可以优选地是硅。衬底可以是允许通过蚀刻或其他处理形成深的空腔的其他材料。
在1710，将压电板结合到衬底。可以通过晶片结合工艺来结合压电板和衬底。通常，衬底和压电板的配合表面被高度抛光。一层或多层中间材料，例如氧化物或金属，可以形成或沉积在压电板和/或衬底配合表面上。可以使用例如等离子体工艺来激活一个或两个配合表面。然后可以用相当大的力将配合表面压在一起，以在压电板与衬底或中间材料层之间建立分子键。
方法1700的变型是在衬底上原位生长压电板。在该方法变型中，不需要键合，并且在1710处的动作将重新定义为“在衬底上生长压电板”。
在1720处，在衬底中形成一个或多个空腔。可以为滤波器装置中的每个谐振器形成单独的空腔。可以使用各向异性或取向相关的干法或湿法蚀刻来形成一个或多个空腔，以从衬底的背面到压电板开孔。或者，可以通过使用经由压电板中的开口引入的蚀刻剂蚀刻衬底来形成衬底中的凹陷形式的空腔。
方法1700的一种变型是在将压电板附接到衬底之前在衬底中形成一个或多个空腔。在该方法变型中，在1720和1730处的动作发生在1710处的动作之前。
在1730处，可以形成背面介电层。在1720处形成的空腔是穿过衬底的孔的情况下，可以使用常规的沉积技术，例如溅射、蒸发或化学气相沉积，通过该空腔来沉积背面介电层。当在1720处形成的空腔是未完全穿透衬底的凹部时，在将压电板结合至衬底之前，必须在压电板或衬底上形成背面介电层。在那种情况下，在1730的动作在1710的动作之前发生。
在1740处，通过在压电板的正面上沉积和构图一个或多个导体层来形成包括每个XBAR的IDT的导体图案。导体层可以是例如铝、铝合金、铜、铜合金或一些其他导电金属。可选地，一层或多层其他材料可以设置在导体层的下方(即，在导体层和压电板之间)和/或在导体层的顶部。例如，可以使用钛、铬或其他金属的薄膜来改善导体层与压电板之间的粘附性。可以在导体图案的部分上方(例如，IDT母线和IDT之间的互连)形成金、铝、铜或其他更高电导率的金属的导电增强层。
可在1740处通过在压电板的表面上依次沉积导体层以及可选的一个或多个其他金属层来形成导体图案。然后可以通过蚀刻穿过图案化的光致抗蚀剂来去除多余的金属。可以例如通过等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、湿化学蚀刻和其他蚀刻技术来蚀刻导体层。
或者，可以在1740处使用剥离工艺形成导体图案。光致抗蚀剂可以沉积在压电板上。并进行图案化以定义导体图案。可以在压电板的表面上依次沉积导体层以及可选的一个或多个其他层。然后可以去除光致抗蚀剂，这去除了多余的材料，留下了导体图案。
在1750处，可以通过在压电板的正面上沉积一层或多层介电材料来形成正面介电层。可以使用溅射、蒸发或化学气相沉积之类的常规沉积技术来沉积一个或多个介电层。一个或多个介电层可以沉积在压电板的整个表面上，包括在导体图案的顶部上。或者，可以使用一种或多种光刻工艺(使用光掩模)来将介电层的沉积限制到压电板的选定区域，例如限制在仅在IDT的交错指状物之间。掩模也可以用于允许将不同厚度的介电材料沉积在压电板的不同部分上。
在1750处和1730处形成正面和背面介电层之后，可以在1760处完成滤波器器件。在1760处可能发生的动作包括：沉积和图案化其他金属层以形成IDT导体图案以外的导体；在整个或部分器件上沉积诸如SiO2或Si3O4的封装/钝化层；形成焊盘或焊料凸块或其他用于在装置和外部电路之间建立连接的装置；从包含多个器件的晶片中切出单个器件；其他包装步骤；和测试。在1760处可能发生的另一动作是通过从器件的正面添加或去除金属或介电材料来调谐器件内的谐振器的谐振频率。滤波器器件完成后，在1795处结束该工艺。
结束语
在整个说明书中，所示的实施例和示例应被认为是示例，而不是对所公开或要求的设备和过程的限制。尽管本文提供的许多示例涉及方法动作或系统元素的特定组合，但应当理解，可以以其他方式组合那些动作和那些元素以实现相同的目标。关于流程图，可以采取额外的步骤和更少的步骤，并且可以组合或进一步细化所示的步骤以实现本文所述的方法。仅结合一个实施例讨论的动作、要素和特征不旨在排除其在其他实施例中的相似作用。
如本文所用，“多个”是指两个或更多个。如本文所用，“一组”项目可以包括一个或多个这样的项目。如本文所用，无论在书面具体实施方式中还是在权利要求中，术语“包括”，“包含”，“携带”，“具有”，“含有”，“涉及”等应被理解为开放式的，即，指的是包括但不限于。相对于权利要求，仅过渡短语“由…组成”和“基本上由…组成”是封闭式或半封闭式的过渡短语。权利要求中用到的序数词，例如“第一”、“第二”、“第三”等是用来修饰权利要求元素，这本身不表示一个权利要求元素相较于另一个权利要求元素的优先权，或顺序，或执行方法动作的先后顺序，而只是用于区分具有相同名称的一个权利要求元素与另一个具有相同名称的元素(但是有用到序数词)，从而区分权利要求元素。如本文所用，“和/或”是指所列项目是替代方案，但是替代方案也包括所列项目的任何组合。

Claims (26)

1.一种滤波器装置，包括：
一衬底；
一压电板，具有平行的正面和背面，所述背面附接到所述衬底上，和
导体图案，在所述正面上形成，所述导体图案包括相应的多个谐振器的多个叉指式换能器(IDT)，其中
所述多个IDT中的每一个IDT的交错的指状物设置在所述压电板的相应部分上，所述压电板悬挂在与所述衬底中形成的一个或多个空腔上；
所述多个谐振器包括并联谐振器和串联谐振器，且
设置在所述并联谐振器的IDT的指状物之间的第一介电层的第一厚度大于设置在所述串联谐振器的IDT的指状物之间的第二介电层的第二厚度。
2.根据权利要求1所述的滤波器装置，其特征在于，所述多个IDT中的全部IDT被配置为响应于施加到每个IDT的相应的射频信号来激励所述压电板中的剪切声波。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电板的正面和背面之间的厚度大于或等于200nm且小于或等于1000nm。
4.根据权利要求1所述的滤波器装置，其特征在于，在所述衬底中形成的所述一个或多个空腔是所述多个IDT中的每一个IDT的相应空腔。
5.根据权利要求1所述的滤波器装置，其特征在于，所述多个IDT中的每个IDT的各自间距大于或等于所述压电板的厚度的2倍且小于或等于所述压电板的厚度的25倍。
6.根据权利要求14所述的滤波器装置，其特征在于，
所述第二厚度大于或等于0，并且
所述第一厚度小于或等于500nm。
7.根据权利要求1所述的滤波器装置，其特征在于，
所述多个谐振器包括两个或更多个并联谐振器，并且
所述第一介电层设置在两个或更多个并联谐振器的所有谐振器的指状物之间的正面上。
8.根据权利要求1所述的滤波器装置，其特征在于
所述多个谐振器包括两个或更多个串联谐振器，并且
所述第二介电层设置在两个或更多个所述串联谐振器的所有谐振器的指状物之间的正面上。
9.根据权利要求1所述的滤波器装置，其特征在于，
所述并联谐振器的谐振频率至少部分地由所述第一厚度设定，并且
所述串联谐振器的谐振频率至少部分地由所述第二厚度设定。
10.根据权利要求9所述的滤波器装置，其特征在于，
所述第一厚度和所述第二厚度之间的差足以将所述并联谐振器的谐振频率设置为比所述串联谐振器的谐振频率低至少140MHz。
11.根据权利要求1所述的滤波器装置，其特征在于
所述第一介电层和所述第二介电层是SiO2，并且
所述第一厚度与所述第二厚度之差大于或等于30nm。
12.根据权利要求1所述的滤波器装置，其特征在于，
所述压电板的z轴与所述正面和所述背面垂直。
13.根据权利要求12所述的滤波器装置，其特征在于，
所述多个IDT中的所有IDT都被定向为使得IDT的指状物平行于所述压电板的x轴。
14.一种在具有平行的正面和背面的压电板上制造滤波器装置的方法，所述背面附接到所述衬底，其特征在于，所述方法包括：
在所述衬底中形成一个或多个空腔，使得所述压电板的各个部分悬挂在所述空腔上；
在所述正面上形成导体图案，所述导体图案包括相应的多个谐振器的多个叉指式换能器(IDT)，所述多个叉指式换能器包括并联谐振器和串联谐振器，其中所述多个IDT的每个IDT的交错的指状物设置在所述压电板的多个部分的一个部分上，其中所述压电板悬挂在所述一个或多个空腔上；
在所述并联谐振器的IDT的指状物之间形成具有第一厚度的第一介电层；和
在所述串联谐振器的IDT的指状物之间形成具有第二厚度的第二介电层，
其中所述第一厚度大于所述第二厚度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述多个IDT中的全部IDT被配置为响应于施加到每个IDT的相应的射频信号来激励所述压电板中的剪切声波。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述压电板的正面和背面之间的厚度大于或等于200nm且小于或等于1000nm。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述衬底中形成的所述一个或多个空腔是所述多个IDT中的每一个IDT的相应空腔。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述多个IDT中的每个IDT的各自间距大于或等于所述压电板的厚度的2倍且小于或等于所述压电板的厚度的25倍。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
所述第二厚度大于或等于0，并且
所述第一厚度小于或等于500nm。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
所述多个谐振器包括两个或更多个并联谐振器，并且
形成所述第一介电层，其包括设置在两个或更多个并联谐振器的所有谐振器的指状物之间的第一介电层。
21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于
所述多个谐振器包括两个或更多个串联谐振器，并且
形成所述第二介电层，其包括设置在两个或更多个所述串联谐振器的所有谐振器的指状物之间的第二介电层。
22.根据权利要求14所述的方法，其特征在于
所述并联谐振器的谐振频率至少部分地由所述第一厚度设定，并且所述串联谐振器的谐振频率至少部分地由所述第二厚度设定。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，
所述第一厚度和所述第二厚度之间的差足以将所述并联谐振器的谐振频率设置为比所述串联谐振器的谐振频率低至少140MHz。
24.根据权利要求14所述的方法，其特征在于
所述第一介电层和所述第二介电层是SiO2，并且
所述第一厚度与所述第二厚度之差大于或等于30nm。
25.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
所述压电板的z轴与所述正面和所述背面垂直。
26.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
所述多个IDT中的所有IDT都被定向为使得IDT的指状物平行于所述压电板的x轴。
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