CN116260418A - 具有用于机械和工艺补偿的反啁啾叉指换能器（idt）的横向激发薄膜体声波谐振器 - Google Patents

Abstract

声波谐振器具有压电板，该压电板具有第一表面和第二表面，第二表面面对基板，并且压电板的振膜跨越空腔。导体图案形成在第一表面和第二表面中的至少一个表面上并且具有叉指换能器(IDT)，该叉指换能器在压电板的振膜部分上具有交错指。交错IDT指的间距或交错IDT指的标记中的至少一个在IDT的区域上变化，以补偿压电板的振膜部分由于工艺引起的变形。

Description

具有用于机械和工艺补偿的反啁啾叉指换能器(IDT)的横向 激发薄膜体声波谐振器

相关申请的交叉引用

本专利要求于2021年12月9日递交的题为“COUNTER CHIRPED XBAR RESONATORSFOR MECHANICAL AND PROCESS COMPENSATION(用于机械和工艺补偿的反啁啾XBAR谐振器)”的共同未决的美国临时专利申请号63/287,927的优先权。

技术领域

本公开涉及使用声波谐振器的射频滤波器，具体涉及用于通信设备的滤波器。

背景技术

射频(RF)滤波器是双端口设备，该双端口设备被配置为通过某些频率并阻止其他频率，其中“通过”意味着以相对较低的信号损失进行传输，并且“停止”意味着阻止或基本衰减。滤波器所通过的频率范围被称为滤波器的“通带”。这种滤波器所停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。对通带或阻带的具体要求取决于具体应用。例如，“通带”可以被定义为滤波器的插入损耗优于诸如1dB、2dB或3dB的定义值的频率范围。“阻带”可以被定义为滤波器的抑制大于诸如20dB、30dB、40dB或更大的定义值的频率范围，具体取决于应用。

RF滤波器用于通过无线链接来传输信息的通信系统。例如，RF滤波器可以在蜂窝基站、移动电话和计算设备、卫星收发器和地面站、IoT(物联网)设备、膝上型计算机和平板电脑、定点无线电链接和其他通讯系统的RF前端中找到。RF滤波器也用于雷达、电子和信息战系统。

RF滤波器通常需要许多设计权衡，以针对每个特定应用实现诸如插入损耗、抑制、隔离、功率处理、线性度、尺寸之类的性能参数与成本之间的最佳折衷。特定设计和制造方法以及增强可以同时受益于这些要求中的一项或多项。

无线系统中对RF滤波器的性能增强可以对系统性能产生广泛影响。RF滤波器的改进可以用于提供系统性能改进，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。这些改进可以在无线系统的多个级别(例如，在RF模块、RF收发器、移动或固定子系统、或网络级别)单独和组合地实现。

用于当前通信系统的高性能RF滤波器通常包含声波谐振器，该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)和其他类型的声波谐振器。然而，这些现有技术并不非常适合于在针对未来通信网络所提出的更高频率和带宽下使用。

对更宽通信信道带宽的期望将不可避免地导致使用更高频率的通信频带。移动电话网络的无线电接入技术已经由3GPP(第三代合作伙伴计划)进行了标准化。用于第5代移动网络的无线电接入技术在5G NR(新无线电)标准中进行了定义。5G NR标准定义了若干个新的通信频带。这些新的通信频带中的两个是：n77，其使用从3300MHz至4200MHz的频率范围；以及n79，其使用从4400MHz至5000MHz的频率范围。频带n77和频带n79都使用时分双工(TDD)，使得在频带n77和/或频带n79中操作的通信设备使用相同的频率进行上行链路和下行链路传输。频带n77和n79的带通滤波器必须能够处理通信设备的传输功率。5GHz和6GHz的WiFi频带也需要高频率和宽带宽。5G NR标准还定义了频率在24.25GHz与40GHz之间的毫米波通信频带。

横向激发的薄膜体声波谐振器(XBAR)是用于微波滤波器的声波谐振器结构。XBAR在题为“TRANSVERSELY EXCITED FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR(横向激发的薄膜体声波谐振器)”的专利US10,491,291中进行了描述。XBAR谐振器包括叉指换能器(IDT)，该IDT形成在单晶压电材料的薄浮层或振膜上，或者形成在具有单晶压电材料的薄浮层或振膜上。IDT包括从第一母线延伸的第一集合的平行指和从第二母线延伸的第二集合的平行指。第一集合的平行指和第二集合的平行指是交错的。施加到IDT的微波信号在压电振膜中激发剪切主声波。XBAR谐振器提供非常高的机电耦合和高频能力。XBAR谐振器可以用于包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器在内的各种RF滤波器。XBAR非常适合用于频率高于3GHz的通信频带的滤波器。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供一种声波谐振器，包括：压电板，具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述第二表面面对基板，所述压电板的振膜跨越空腔；以及导体图案，设置在所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面上，所述导体图案包括叉指换能器IDT，所述叉指换能器在所述压电板的振膜上具有交错指，其中，交错IDT指的间距或所述交错IDT指的标记中的至少一个在所述IDT的区域上变化，以补偿所述压电板的振膜由于工艺引起的变形。

根据本申请的第二方面，提供一种滤波器设备，包括：具有彼此相对的第一表面和第二表面的压电板，所述第二表面面对基板，所述压电板的部分形成跨越所述基板的中间层中的相应空腔的多个振膜；在所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面上的导体图案，所述导体图案包括多个叉指换能器IDT，每个IDT的交错指在所述多个振膜的相应振膜上，其中，每个IDT的交错指的间距或标记中的至少一个在相应振膜上变化以补偿所述相应振膜由于工艺引起的变形。

根据本申请的第三方面，提供一种制造声波谐振器设备的方法，包括：将基板的中间层附接到压电板；以及在压电板的至少一个表面上形成叉指换能器IDT，所述IDT包括交错指，所述交错指的重叠距离限定所述声波谐振器设备的孔径；形成在所述孔径上变化的所述交错IDT指的间距或所述交错IDT指的标记中的至少一个，以补偿所述振膜的由于工艺引起的变形；以及在所述孔径下方形成空腔，其中，形成所述空腔产生所述振膜的由于工艺引起的变形并导致所述IDT指的间距和标记是恒定的。

附图说明

图1包括横向激发的薄膜体声波谐振器(XBAR)的示意性平面图和两个示意性截面图。

图2是图1的XBAR的一部分的放大示意性截面图。

图3A是XBAR的备选示意性截面图。

图3B是XBAR中的感兴趣的主声波模式的图示。

图4A示出了没有用于机械和工艺补偿的反啁啾的叉指换能器(IDT)的XBAR的简化示意性截面侧视图。

图4B示出了图4A的XBAR在形成空腔之后或在使用期间的简化示意性截面侧视图。

图4C示出了具有用于机械和工艺补偿的反啁啾的IDT的XBAR的简化示意性截面侧视图。

图4D示出了图4C的XBAR在形成空腔之后或在使用期间的简化示意性截面侧视图。

图4E和图4F示出了图4A和图4B的XBAR的简化示意性平面图。

图4G和图4H示出了图4C和图4D的XBAR的简化示意性平面图。

图5是使用XBAR的滤波器的示意性框图。

图6是用于制作XBAR的常规工艺的流程图。

图7是示出了直线或曲线形状的曲率的定义的图形。

贯穿本说明书，图中出现的元件被分配了三位数字或四位数字附图标记，其中，两个最低有效数字特定于该元件，而一个或两个最高有效数字是该元件被第一次引入的图号。可以假定未结合附图描述的元件的特性和功能与先前描述的具有相同附图标记的元件的特性和功能相同。

具体实施方式

装置的描述

横向激发的薄膜体声波谐振器(XBAR)是用于微波滤波器的新谐振器结构。XBAR在题为“TRANSVERSELY EXCITED FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR(横向激发的薄膜体声波谐振器)”的美国专利No.10,491,291中进行了描述，该专利的全部内容通过引用并入本文。XBAR谐振器包括导体图案，该导体图案具有形成在压电材料的薄浮层或振膜上的叉指换能器(IDT)。IDT具有两个母线，每个母线各自附接到指集合，并且两个指集合在振膜上交错在空腔上方，该空腔形成在安装有谐振器的基板中。振膜跨越空腔，并且可以包括前侧和/或后侧介电层。施加到IDT的微波信号在压电振膜中激发剪切主声波，使得声能基本上垂直于层的表面流动，该表面正交或横向于由IDT产生的电场的方向。XBAR谐振器提供非常高的机电耦合和高频能力。

在该上下文中，耦合可以是谐振器的谐振和反谐振之间的频率分离。频率分离可以与“机电耦合”成正比，“机电耦合”是机械能(例如，对于A1模式谐振器为输入谐振器A1模式的能量)与电输入能量之比。从这个意义上说，“机电耦合”是输入电能“耦合”到试图被激发的机械A1 XBAR模式的程度。

压电隔膜可以是跨越基板中的空腔的单晶压电材料板的一部分。压电振膜可以是隔膜，并且可以包括前侧和/或后侧介电层。XBAR谐振器可以是具有形成在振膜或隔膜上的IDT的振膜或隔膜。

XBAR的振膜可以由于在制造谐振器的工艺期间累积的应力以及在操作或使用期间由于温度变化引起的应力而变形或弯曲。在任何一种情况下，振膜的变形将导致IDT的对应变形，该对应变形包括交错IDT指的间距和宽度的变化。由于工艺应力引起的变形在某种程度上是可预测的，IDT的变形可以通过对IDT进行预变形来补偿，例如，通过对IDT进行反啁啾以对由于工艺应力引起的变形进行机械和工艺补偿。

下面描述了改进的XBAR谐振器、滤波器、以及XBAR谐振器的制造技术，该谐振器具有用于对由于工艺应力引起的振膜变形或弯曲进行机械和工艺补偿的反啁啾的IDT。交错IDT指沿XBAR的长度(尺寸L)方向的间距和/或交错IDT指沿XBAR的孔径(尺寸AP)方向的标记(例如，线宽)可以在IDT的区域(例如，孔径或振膜)上变化，以补偿振膜由于工艺引起的变形。

对IDT进行反啁啾可以包括：对相邻指的指间距和/或标记进行反啁啾或预啁啾，以在一个处理步骤处在板上具有不同的间距和/或标记，使得相邻指将具有恒定的间距和/或标记，在后期处理步骤之后，导致由于工艺应力引起的沿XBAR的长度(尺寸L)方向和/或孔径(尺寸AP)方向的变形。对IDT进行反啁啾提供了对由于后期工艺应力引起的(例如，由于形成空腔、蚀刻空腔和/或释放振膜引起的)变形的机械和工艺补偿。

图1示出了横向激发的薄膜体声波谐振器(XBAR)100的简化示意性俯视图和正交截面图。诸如谐振器100的XBAR谐振器可以用于包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器在内的各种RF滤波器。XBAR特别适合用于频率高于3GHz的通信频带的滤波器。

XBAR 100由分别形成在具有平行的前表面112和后表面114的压电板110的表面上的薄膜导体图案构成。前表面112和后表面114也可以更一般地被认为是第一表面和第二表面。此外，压电板是诸如铌酸锂、钽酸锂、硅酸镧镓、氮化镓或氮化铝之类的压电材料的薄单晶层。切割压电板使得X、Y和Z晶轴相对于前表面和后表面的取向是已知的且是一致的。压电板可以是Z-切割的(即，Z轴垂直于前表面112和后表面114)、旋转Z-切割的或旋转YX切割的。压电板可以是Y-切割的(即，Y轴垂直于前表面112和后表面114)、旋转Y-切割的。XBAR可以在具有其他晶体取向的压电板上制造。

压电板110的后表面114附接到向压电板110提供机械支撑的基板120。基板120可以是例如硅、蓝宝石、石英或一些其他材料。基板可以具有硅热氧化物(TOX)和结晶硅的层。压电板110的后表面114可以使用晶片接合工艺接合到基板120，或者生长在基板120上，或者以一些其他方式附接到基板。压电板直接附接在基板上，或者可以经由接合氧化物(BOX)层或中间层122(例如，SiO2或诸如Al2O3的另一氧化物的层)附接到基板上。

如图1所示，振膜115与压电板110的围绕空腔1的所有周边145的其余部分邻接。在该上下文中，“邻接”是指“连续地连接而没有任何中间物”。然而，接合氧化物层(BOX)可以将板110接合到基板120。BOX层可以围绕周边145存在于板和基板之间并且可以延伸远离空腔而不是仅在周边本身内。在没有去除BOX层的工艺(即，本发明)的情况下，BOX在压电板与基板之间无处不在。作为形成空腔的一部分，BOX通常从振膜115的后侧去除。

XBAR 100的导体图案包括叉指换能器(IDT)130。IDT 130包括从第一母线132延伸第一多个平行指(例如，指136)和从第二母线134延伸的第二多个指。第一多个平行指和第二多个平行指是交错的。交错指136重叠距离AP，距离AP通常被称为IDT的“孔径”。IDT 130的最外侧指之间的中心到中心距离L是IDT的“长度”。如图1所示，IDT 130可以形成在背对空腔140的上表面112(即，板110的第一表面)上，如下所述。然而，在一个备选方面，IDT 130可以设置在直接面对空腔110的底表面114(即，板110的第二表面)上。因此，根据示例性方面，IDT 130的示例性配置可以应用于压电板110的任一表面(或两个表面)。

从IDT指端部的尖端到相对母线的最近表面存在间隙距离gd。距离gd可以在1与10um之间的范围内。间隙距离gd可以在与指端部的尖端相切的方向上。间隙距离gd可以在1与5um之间。间隙距离gd可以在2um与4um之间。间隙距离gd可以是3um。间隙距离gd可以是间距p减去指的标记m或宽度。

第一母线132和第二母线134用作XBAR 100的端子或电极。施加在IDT 130的两个母线132、134之间的射频或微波信号在压电板110内激发主声波模式。如将进一步详细讨论的，激发的主声波模式是体剪切模式，其中声能沿与压电板110的表面基本正交的方向传播，该方向也垂直于或横向于由IDT指产生的电场的方向。因此，XBAR被视为横向激发的薄膜体波谐振器。

空腔140形成在基板120中，使得压电板110的包含IDT 130的部分115悬置在空腔140上方而不接触基板120或空腔的底部。“空腔”的常规含义是“实体内的空的空间”。空腔可以包含气体、空气或真空。在一些情况下，在板110上方还存在具有空腔(未示出)的第二基板、封装或其他材料，其可以是基板120和空腔140的镜像。板110上方的空腔可以具有大于空腔140的空的空间深度。指(并且母线的部分可以可选地)在空腔上(或空腔之间)延伸。空腔140可以是完全穿过基板120的孔(如图1的A-A截面和B-B截面所示)或者基板120中的凹槽(如随后图3A所示)。空腔140可以例如通过在压电板110和基板120附接之前或之后选择性蚀刻基板120来形成。如图1所示，空腔140具有矩形形状，其范围大于IDT 130的孔径AP和长度L。XBAR的空腔可以具有不同的形状，例如规则或不规则多边形。XBAR的空腔可以具有多于或少于四个侧表面，这些侧表面可以是直的或弯曲的。

由于压电板的悬置在空腔140上方的部分115在物理上类似于麦克风的振膜，因此它在本文中将被称为“振膜”(因为缺少更好的术语)。振膜可以连续且无缝地连接到压电板110的围绕空腔140的全部或几乎全部周边的其余部分。在该上下文中，“邻接”是指“连续地连接而没有任何中间物”。在一些情况下，BOX层可以围绕周边将板110接合到基板120。

为了便于在图1中呈现，IDT指的几何间距和宽度相对于XBAR的长度(尺寸L)和孔径(尺寸AP)被大大夸大了。典型的XBAR在IDT 110中具有多于十个平行指。XBAR在IDT 110中可以具有数百甚至数千个平行指。类似地，截面图中指的厚度被大大夸大了。

图2示出了图1的XBAR 100的详细示意性截面图。截面图可以是XBAR 100的包括IDT指的部分。压电板110是具有厚度ts的单晶压电材料层。ts可以是例如100nm至1500nm。当用于从3.4GHZ至6GHz的LTETM频段(例如，频段42、43、46)的滤波器时，厚度ts可以是例如200nm至1000nm。

板110可以是Z-切割LN、82-Y切割LN、120-Y切割LN或128-Y切割LN。在一些情况下，板110可以在以下范围内被切割：在82-Y切割与Z-切割之间；或在110-Y切割与157-Y切割之间。板110可以具有在70nm与500nm之间的厚度ts。板110可以具有在350nm与450nm之间的厚度ts。

前侧介电层214可以可选地形成在压电板110的前侧上。根据定义，XBAR的“前侧”是背对基板的表面。前侧介电层214具有厚度tfd。前侧介电层214形成在IDT指236之间。尽管未在图2中示出，前侧介电层214也可以沉积在IDT指236上方。后侧介电层216可以可选地形成在压电板110的后侧上。后侧介电层216具有厚度tbd。前侧介电层214和后侧介电层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不一定相等，并且前侧介电层214和后侧介电层216不一定是相同的材料。前侧介电层214和后侧介电层216中的任一个或两者可以由两种或更多种材料的多层形成。

前侧介电层214可以形成在滤波器中的一些(例如，选定的)XBAR设备的IDT上方。前侧介电层214可以形成在一些XBAR设备的IDT指之间并覆盖该IDT指，但不形成在其他XBAR设备上。例如，前侧频率设置介电层可以形成在并联谐振器的IDT上方，以相对于具有较薄前侧介电层或没有前侧介电层的串联谐振器的谐振频率降低并联谐振器的谐振频率。一些滤波器可以在各种谐振器上方包括两种或更多种不同厚度的前侧介电层。可以设置谐振器的谐振频率，从而至少部分地通过选择前侧介电层的厚度来“调谐”谐振器。

此外，可以在XBAR设备100的除了接触焊盘之外的整个表面上方形成钝化层，在该接触焊盘处电连接到XBAR设备外部的电路。钝化层是薄介电层，该薄介电层旨在在XBAR设备并入到封装中时密封并保护XBAR设备的表面。前侧介电层和/或钝化层可以是SiO₂、Si₃N4、Al₂O3、一些其他介电材料、或这些材料的组合。

可以选择钝化层的厚度以保护压电板和金属电极免受水和化学腐蚀，特别是为了电力耐久性目的。钝化层的厚度可以在10nm至100nm的范围内。钝化材料可以由多重氧化物和/或氮化物涂层(例如，SiO₂和Si₃N₄材料)组成。

IDT指236可以是一层或多层的铝或基本铝合金、铜或基本铜合金、铍、钨、钼、金或一些其他导电材料。诸如铬或钛的其他金属的薄(相对于导体的总厚度)层可以形成在指的下方和/或上方，以提高指与压电板110之间的粘合性，和/或钝化或封装这些指。IDT的母线(图1中的132、134)可以由与这些指相同或不同的材料制成。

尺寸p是IDT指的中心到中心间隔或“间距”，其可以被称为IDT的间距和/或XBAR的间距。当IDT指的中心到中心间距沿IDT的长度变化时，“间距”是所有相邻指对的中心到中心间距的平均值。尺寸w是IDT指的宽度或“标记”。XBAR的IDT与表面声波(SAW)谐振器中所使用的IDT大大不同。在SAW谐振器中，IDT的间距是谐振频率下的声波波长的二分之一。此外，SAW谐振器IDT的标记间距比通常接近0.5(即，标记或指宽约为在谐振时声波波长的四分之一)。在XBAR中，IDT的间距p通常是这些指的宽度w的2倍至20倍。此外，IDT的间距p通常是压电板212的厚度ts的2倍至20倍。间距p可以在3um与8um之间。间距p可以在4um与5um之间。板厚度ts可以在300nm与500nm之间。板厚度ts可以是400nm。指宽度w可以在0.5um与7.5um之间。指宽度w可以是1um。XBAR中IDT指的宽度不限于在谐振时声波波长的四分之一。例如，XBAR IDT指的宽度可以是500nm或更大，使得IDT可以使用光学光刻来制造。IDT指的厚度tm可以从100nm至约等于宽度w。IDT的母线(图1中的132、134)的厚度可以等于或大于IDT指的厚度tm。

图3A是XBAR设备300沿图1中定义的截面A-A的备选截面图。在图3A中，压电板310附接到基板320的中间层322。压电板310的一部分形成跨越基板中的空腔340的振膜315。空腔340未完全贯穿中间层322，而是形成在压电板310的包含XBAR的导体图案(例如，第一金属或M1层)的IDT 330的部分下方的层322中。IDT指(例如，指336)设置在振膜315上。IDT(例如，母线)330到信号和接地路径的互连可以穿过第二导体图案(例如M2金属层，未在图1至图3A中示出)到其他导体图案和/或到封装上的电接触部。

板310、振膜315和指336可以是板110、振膜115和指136(或236)。空腔340可以例如通过在附接压电板310之前对层322进行蚀刻来形成。备选地，空腔340可以通过用选择性蚀刻剂来蚀刻层322而形成，该选择性蚀刻剂通过在压电板310中提供的一个或多个孔或开口342到达层322。振膜315可以与压电板310的围绕空腔340的周边345的大部分的其余部分邻接。例如，振膜315可以与压电板310的围绕空腔340的周边的至少50％的其余部分邻接。

中间层322可以是附接在板310与基板320之间的一个或多个中间材料层。中间层可以是或包括接合层、BOX层、蚀刻停止层、密封层、粘合层、或附接或接合到板310和基板320的其他材料层。层322的层可以是电介质、氧化物、氧化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化硅或氮化硅。层322可以是任何这些层中的一个或多个层或这些层的组合。

虽然空腔340以截面示出，但应当理解，空腔的横向范围是层322的连续闭合带区域，该连续闭合带区域在垂直于附图的平面的方向上围绕并限定空腔340的尺寸。空腔340的横向(即，图中所示的左右)范围由横向边缘层322限定。空腔340的竖直(即，如图所示从板310向下)范围或深度进入层322。在这种情况下，空腔340具有矩形或近似矩形的侧截面。

图3A所示的XBAR 300在本文中将被称为“前侧蚀刻”构造，因为空腔340是(在附接压电板310之前或之后)从层322的前侧进行蚀刻的。图1的XBAR 100在本文中将被称为“后侧蚀刻”构造，因为空腔140是在附接压电板110之后从基板120的后侧进行蚀刻的。XBAR300示出了在空腔340的左侧和右侧处、压电板310中的一个或多个开口342。然而，在一些情况下，压电板310中的开口342仅在空腔340的左侧或右侧处。

在一些情况下，层322不存在，并且板直接接合到基板320；以及该空腔形成在基板320中并蚀刻到基板320中。

在一些情况下，尽管图中未显示，但层322是比空腔深度更薄的层，使得板直接接合到层322；以及该空腔形成在层322和基板320中并蚀刻到层322和基板320中。这里，空腔完全延伸穿过层322并且在基板320中具有空腔底部。

图3B是XBAR中的感兴趣的主声波模式的图示。图3B示出了XBAR350的一小部分，包括压电板310和三个交错的IDT指336。XBAR 350可以是本文中任何XBAR的一部分。RF电压被施加到交错指336。该电压在这些指之间产生随时间变化的电场。电场的方向主要是横向的，或平行于压电板310的表面，如标记为“电场”的箭头所指示的。由于压电板的高介电常数，相对于空气，电场高度地集中在板中。横向电场在压电板310中产生剪切变形，并因此强烈激发主剪切模式声波模式。在该上下文中，“剪切变形”被定义为材料中的平行平面保持平行并在相对于彼此平移的同时保持恒定距离的变形。“剪切声学模式”被定义为介质中导致介质剪切变形的声学振动模式。XBAR 350中的剪切变形由曲线360表示，其中，相邻小箭头提供原子运动的方向和幅度的示意性指示。为了便于可视化，原子运动的程度以及压电板310的厚度已经被大大夸大了。虽然原子运动主要是横向的(即，如图3B所示的水平方向的)，但所激发的主剪切声波模式的声能流的方向基本上正交于压电板的前表面和后表面，如箭头365所指示的。

基于剪切声波谐振的声波谐振器可以实现比当前最先进的其中电场施加在厚度方向的薄膜体声波谐振器(FBAR)和固态安装谐振器体声波(SMR BAW)设备更好的性能。与其他声波谐振器相比，剪切波XBAR谐振的压电耦合可以较高(>20％)。高的压电耦合使微波和毫米波滤波器的设计和实现具有可观的带宽。

图4A示出了没有用于机械和工艺补偿的反啁啾的叉指换能器(IDT)的XBAR 400的简化示意性截面侧视图。图4A至图4D示出了关于图1或图3的截面A-A的视图。设备400可以表示没有反啁啾的IDT 433的设备100、300和/或350的版本。设备400被示出为具有交错IDT指437在XBAR的长度(尺寸L)方向上的恒定间距p和交错IDT指437在XBAR的孔径(尺寸AP)方向上的恒定标记w，该恒定间距p和恒定标记w不在IDT的区域上变化以补偿压电板417的振膜部分的由于工艺引起的变形。图4A例如通过仅示出部分或全部振膜315来示出全部或部分振膜部分。

XBAR 400可以是由沿与指的长度相切的方向或沿宽度w和间距p的方向变化的机械位移和/或应力引起的板417的振膜部分由于工艺引起变形之前XBAR的版本。XBAR 400可以是在板417由于形成空腔340而引起机械或工艺驱动的空间变化之前、或者在形成空腔340之后(例如，在滤波器中使用XBAR期间)补偿板中的温度变化之前XBAR的版本。

图4B示出了XBAR 425的简化示意性截面侧视图，XBAR 425是在形成空腔340之后或在使用期间并且没有机械和工艺补偿的XBAR400。设备425被示出为具有交错IDT指438的变化间距p_i和/或交错IDT指438的变化标记wi，该变化间距p_i和变化标记wi在IDT 435的区域上变化，因为图4A的恒定间距p和恒定标记w不补偿压电板418的振膜部分由于工艺引起的变形。

与板417的振膜的变形相比，由于板418的振膜的变形，在XBAR425中间距p_i和标记wi变化，如通过在振膜部分由于工艺引起变形之前增加板418的高度dd(与板417的高度相比)所示。在一些情况下，与XBAR 400相比，在XBAR 425中仅间距或标记之一变化。

XBAR 425可以是由沿与指的长度相切的方向或沿宽度wi和间距p_i的方向变化的机械位移和/或应力引起的板418的振膜部分由于工艺引起变形之后XBAR 400的版本。XBAR425可以是在板418由于形成空腔340而引起的机械或工艺驱动的空间变化dd之后或者在形成空腔340之后(例如，在滤波器中使用XBAR 425期间)补偿板418中的温度变化之后XBAR400的版本。

如图4B的等式405所示，XBAR 425的IDT的间距(和标记)可以根据p_i＝(p²+h_i ²)^1/2沿间距和标记的方向(例如，垂直于指长度)变化，其中i是表示相邻指之间的间距或指的标记的整数，p_i是指的间距或标记变化，p是沿间距或指的由于工艺引起的变形的方向的长度，以及h是间距或指的由于工艺引起的变形的高度。振膜上所有h_i之和可以等于变化dd的距离。

XBAR 425可以是机械地引起IDT啁啾的示例。例如，XBAR 400可以是平坦基板(例如，其下方不具有空腔340的未释放的压电板或压电小板)上的同步谐振器，其将具有均匀间距。然而，XBAR 425的释放的隔膜(例如，在形成空腔340之后)将具有偏转曲率，该偏转曲率轻微地扰乱每个电极的间距，从而引起声波矢量的梯度，或者仅仅是间距和可能地标记中的啁啾。扰乱隔膜刚度的残余应力在引起声速的梯度或声速的啁啾方面具有类似的效应。释放隔膜和/或残余应力所引起的梯度可以是变化dd或h_i之和。

因此，已知XBAR隔膜具有随着在谐振器或隔膜的长度上的位置而变化的机械位移和应力。此外，处理也可以引入具有系统尺寸梯度的变化。这些伪音引起“工艺偏差”，“工艺偏差”模拟在释放的隔膜中或在使用期间的IDT啁啾效应。图4A和图4B示出了该变化作为变化dd或h_i之和以及该啁啾作为间距p_i和标记wi的示例。

然而，如果IDT啁啾的这种模拟效应是不期望的，则可以使用IDT间距“反啁啾”来补偿这些机械和工艺驱动的空间变化和啁啾。当物理机制(例如，隔膜偏转)引起具有空间分布的IDT啁啾时，谐振器可以在其计算机辅助设计(CAD)布局中被绘制和/或被设计为具有相等幅度和相反极性的啁啾，或被预啁啾以进行补偿。在给定已知的变化dd或hi之和的情况下，反啁啾可以补偿啁啾的间距p_i和标记wi。这有效地将“工艺偏差”从空间均匀校正扩展到具有空间梯度的偏差校正。工艺偏差是CAD布局上用于绘制图案的微小尺寸变化，该图案在制造的微结构或纳米结构的竣工尺寸中产生最佳或预期尺寸。光学光刻和蚀刻例如都可以在掩模分划板上产生与CAD尺寸不同的微结构或纳米结构。对于具有均匀压电属性的平坦表面上的IDT，针对所有间距和标记尺寸，CAD布局中的绘制尺寸的由于工艺引起的偏移或工艺偏差将需要恒定的工艺偏差。根据示例性方面，由于振膜具有可从IDT在振膜上的位置预测的某曲率或其他不均匀性，因此使用取决于IDT在振膜上的位置的工艺偏差。

图4C示出了具有用于机械和工艺补偿的反啁啾的叉指换能器(IDT)的XBAR 450的简化示意性截面侧视图。设备450可以表示具有反啁啾的IDT的设备100、300和/或350的版本。设备450被示出为具有交错IDT指467在XBAR的长度(尺寸L)方向上的变化间距p'_i–p'_i+6和/或交错IDT指467在XBAR的孔径(尺寸AP)方向上的变化标记wi'，其在IDT 463的区域上变化以补偿压电板457的振膜部分由于工艺引起的变形。交错IDT指467的变化间距p'_i–p'_i+6和/或标记wi可以是IDT 463的反啁啾或预啁啾。指467和间距p'_i–p'_i+6可以表示IDT指和间距的一部分。可以存在少于或多于所示的8个指。在一些情况下，可以存在几十个或数百个指。图4C例如通过仅示出部分或全部振膜315来示出全部或部分振膜部分。

XBAR 450可以是由沿与指的长度相切的方向或沿标记wi和间距p'_i–p'_i+6的方向变化的机械位移和/或应力引起的板457的振膜部分由于工艺引起变形之前XBAR的版本。XBAR 450可以是在板458的由于形成空腔340而引起的机械或工艺驱动的空间变化dd之前或者在形成空腔340之后(例如，在滤波器中使用XBAR期间)补偿板458中的温度变化之前XBAR的版本。

图4D示出了XBAR 475的简化示意性截面侧视图，XBAR 475是在形成空腔340之后或在使用期间并且具有机械和工艺补偿的XBAR450。设备475被示出为具有交错IDT指468的恒定间距p'和交错IDT指468的恒定标记w'，恒定间距p'和恒定标记w'不在IDT 465的区域上变化，因为图4C的变化反间距p'_i–p'_i+6和/或标记wi'补偿压电板458的振膜部分的由于工艺引起的变形。

与板457的振膜的变形相比，由于板458的振膜的变形，在振膜部分的由于工艺引起的变形之前XBAR 475的变化反间距和/或标记使间距p'和标记w'在XBAR 475中是恒定的，如通过增加板418的高度dd(与板457的高度相比)所示。在一些情况下，与XBAR 450相比，仅间距或标记之一在XBAR 475中变化。在其他情况下，间距和标记都变化。例如，图4A和图4C可以示出具有未释放的(平坦的)小板或板的XBAR；而图4B和图4D可以示出具有释放的(弯曲的)小板或板的XBAR。

XBAR 475可以是由沿与指的长度相切的方向或沿宽度wi和间距p'的方向变化的机械位移和/或应力引起的板458的振膜部分的由于工艺引起的变形dd之后XBAR 450的版本。XBAR 475可以是在板458由于形成空腔340而引起的机械或工艺驱动的空间变化dd之后或者在形成空腔340之后(例如，在滤波器中使用XBAR 475期间)补偿板458中的温度变化之后XBAR 450的版本。

如图4C的等式455所示，XBAR 475的IDT的间距p'(和/或标记w')可以被反啁啾以根据p'_i＝(p'²–h_i ²)^1/2沿间距和标记的方向变化，其中i是表示相邻指之间的间距或指的标记的整数，p'_i是指的反间距或标记变化，p'是沿间距或指的由于工艺引起的变形的方向的长度，以及h是间距或指的由于工艺引起的变形的高度。振膜上所有h_i之和可以等于变化dd的距离。

因此，一旦可以定义隔膜偏转或变化dd的物理效应(可能包括应力梯度)，例如针对XBAR 425所提到的，则可以设计“反啁啾”，例如针对XBAR 450所提到的。谐振器CAD布局以及因此XBAR 450的未释放隔膜上的IDT将具有反啁啾，该反啁啾在给定已知的变化dd或hi之和的情况下补偿XBAR 425的啁啾间距p_i和标记wi。然后，在通过形成XBAR 475的空腔340进行振膜释放时，来自XBAR 450的设计的反啁啾信号和针对XBAR 425所引起的啁啾信号将彼此抵消或取消，使得在XBAR 475的振膜上存在恒定的间距p和恒定的标记w。

图4C和图4D示出了具有平行前表面和后表面的压电板457和458的谐振器450和475。除了压电板458的一部分形成跨越中间层中的空腔340的振膜部分之外，板的后表面面对基板(未示出)并且可以接合到基板的中间层。振膜部分可以是振膜315的一部分，并且空腔可以是如图1或图3A所示的空腔。交错IDT指467的间距p'_i或交错IDT指467的标记wi'中的至少一个在IDT 463的区域上变化，以补偿压电板的振膜部分的由于工艺引起的变形。交错IDT指467的变化间距和标记可以在IDT 463的振膜315上反啁啾，以补偿在形成空腔340期间或之后压电板458的振膜部分的由于工艺引起的变形。

间距和标记可以在振膜部分上变化，以补偿由于在XBAR 475的制造期间的工艺应力和/或在XBAR 475的使用期间的温度变化引起的振膜部分的弯曲。在一些情况下，当板温度增加导致板具有板475的凹曲率(例如从空腔340或基板的角度看像碗的内部的中空和弯曲的曲线)时，发生由于在使用期间的工艺应力或温度变化而引起的弯曲。凹形也可以是板475的底表面，其一部分是中心部分通过在其内角大于5°处具有“凹痕”或向上凹痕而凹入的直线。

间距和标记通过如下方式在振膜部分上变化：在形成空腔340之前，通过预啁啾IDT 463的相邻指对467的间距p'i和标记wi'以在板457上具有不同的间距和标记，使得在形成空腔340之后相邻指对468具有恒定的间距p'和标记w'。交错IDT指467的间距p'i在IDT463的区域上变化，以补偿当压电板457变成板458时压电板457的振膜部分的由工艺引起的变形。

交错指467和468的重叠距离限定设备450和475的孔径AP。在沿IDT 463的长度的任何点处，该IDT的间距或标记中的至少一个在IDT的孔径AP上变化。IDT 463的间距和标记都可以沿孔径AP变化，并且标记沿振膜变化，因为即使间距不在一个指集合与相对母线的末端之间的间隙中，标记也存在。

IDT 463的间距p'i或标记wi'中的至少一个沿某个方向(例如，沿振膜315所示的方向)在多个指中的全部上变化。交错IDT 463的间距p'i和标记wi'(例如，指的线宽)中的至少一个沿可以与指的长度相切的方向和/或沿间距和标记的方向变化。

振膜部分的由于工艺引起的变形可以是沿所述方向变化的机械位移和/或应力。已知XBAR具有随着谐振器的所述方向上的位置而变化的机械位移和应力。因此，在一些情况下，振膜部分的由于工艺引起的变形沿所述方向被划分为两个或更多个部分，其中，每个部分具有与每个其他部分不同的变形。

例如，相邻间距p'_1-p'_i+6中的任意两个或更多个可以表示3个指和10个指之间的部分，每个部分具有与每个相邻部分不同的变形。因此，每个部分具有与每个相邻部分不同的反啁啾间距p'i和标记wi'。对于该两个或更多个部分，振膜部分的由于工艺引起的变形可以是p'_i＝(p'²–h_i ²)^1/2。

压电板在压电板前表面和后表面之间具有板厚ts(未示出但延伸到页面中，也参见图2)。对于图4A和图4C，厚度ts可以是恒定厚度。对于图4B和图4D，如图所示，厚度ts可以不是恒定的厚度。

在XBAR 475的使用期间，压电板458和IDT被配置为使得施加到IDT 465的射频信号在空腔上方的压电板中激发主剪切声学模式。可以选择压电板或振膜的厚度以在压电板中调谐主剪切声学模式。如图5所示，XBAR 475可以用作并联谐振器或串联谐振器。此外，本文的反啁啾的IDT构思可以应用于多个XBAR，例如图5中所示的滤波器的串联和/或并联XBAR。这些XBAR中的每一个可以具有压电板，该压电板具有前表面和后表面，后表面面对基板，压电板的部分形成跨越基板的中间层中的相应空腔的多个振膜。

在一个示例性方面，反啁啾可以被“数字化”为具有最好地模拟被补偿的寄生啁啾的近似的、离散分布。通常这将是必需的，因为IDT不会连续地对振膜进行采样，即它们在离散位置处。在仍然期望间距啁啾的情况下，可以增加啁啾的幅度以补偿“内置”啁啾：这形成了“啁啾工艺偏差”。根据一个示例性方面，可能期望啁啾来控制声学杂散，因此可以使用反啁啾来应用“啁啾工艺偏差”以实现期望的啁啾分布。此外，反啁啾可以具有纯维度特性，但可用于解决维度和物理属性梯度两者。由机械应力梯度引起的声速空间变化例如可以使用反啁啾来补偿。该条件下的最佳反啁啾可以通过经验测量或DOE导出，并且可以采用与图4C中的定义不同的函数形式。

如前所述，板的隔膜偏转可以沿宽度方向或孔径AP方向(例如，沿图1的截面B-B)拉伸IDT。在一些情况下，由机械位移和/或应力引起的板418或458的振膜部分的由于工艺引起的变形沿指的长度方向(例如，沿与宽度w'和间距p'相切的方向)变化。到一定程度，这会导致指厚度沿指长度的连续变化，标记wi'也可以被反啁啾，以减轻极端弯曲将使IDT指变窄的情况。

图4E和图4F示出了图4A和图4B的XBAR 400和425的简化示意性平面图或顶部透视图。图4G和图4H示出了图4C和图4D的XBAR450和475的简化示意性平面图。图4E至图4D示出了关于图1振膜的在压电板上或上方具有IDT但不是IDT的整个宽度或距离L的部分的平面图。

图4E示出了XBAR 400的IDT 433的指437具有交错IDT指437的标记w，该标记w在IDT 433的区域、孔径AP方向或振膜315上没有变化，以补偿压电板417的振膜部分315的由于工艺引起的相对于图1的截面B-B的方向的变形。图4F示出了由于压电板418的振膜部分315的由于工艺引起的相对于图1的截面B-B方向的变形而导致XBAR 425的IDT 435的指438的标记wi沿IDT 435的区域、孔径AP方向或振膜315被拉伸。如果这是不期望的，则可以使用反啁啾来避免指的拉伸形状。

例如，图4G示出了XBAR 450的IDT 463的指467沿IDT 463的区域、孔径AP方向或振膜315被反啁啾并且沿板457变厚。指467具有在IDT 463的区域、孔径AP方向或振膜315上变化的标记wi'，以补偿压电板457的振膜部分315的由于工艺引起的相对于图1的截面B-B方向的变形。图4H示出了XBAR 475的IDT 465的指468具有标记w'，由于压电板458的IDT 465的振膜部分315的由于工艺引起的相对于图1的截面B-B的方向的变形，该标记w'在IDT 465的区域、孔径AP方向或振膜315上没有变化。这里，可以使用例如针对图4A至图4D所提到的反啁啾来避免图4F的指的伸展形状。交错IDT指467的标记wi'在IDT 463的区域上变化，以补偿当压电板457变成板458时其振膜部分的由工艺引起的变形。

图5是使用XBAR的高频带通滤波器500的示意性电路图和布局，其中，所示的到XBAR的两个连接是到XBAR的两个母线的连接。滤波器500具有常规梯形滤波器架构，包括三个串联谐振器510A、510B、510C和两个并联谐振器520A、520B。三个串联谐振器510A、510B和510C串联连接在第一端口与第二端口之间(因此被称为“串联谐振器”)。滤波器500的任意数量的谐振器可以是XBAR 425、XBAR 475、或该XBAR的示例。在图5中，第一端口和第二端口分别被标记为“入(In)”和“出(Out)”。然而，滤波器500是双向的并且任一端口都可以用作滤波器的输入端或输出端。两个并联谐振器520A、520B从串联谐振器之间的节点连接到地。滤波器可以包含在图5中未示出的附加电抗组件，例如电感器。所有并联谐振器和串联谐振器都是XBAR。包括三个串联谐振器和两个并联谐振器是示例性的。滤波器可以具有多于或少于五个总谐振器、多于或少于三个串联谐振器、以及多于或少于两个并联谐振器。通常，所有串联谐振器串联连接在滤波器的输入端与输出端之间。所有并联谐振器通常连接在地与输入端、输出端或位于两个串联谐振器之间的节点之间。

在示例性滤波器500中，滤波器500的三个串联谐振器510A、510B、510C和两个并联谐振器520A、520B形成在接合到硅基板(不可见)的压电材料的单个板530上。每个谐振器包括相应的IDT(未示出)，其中，至少IDT的指设置在基板中的空腔上方。在该上下文和类似上下文中，术语“相应的”意味着“将事物彼此相关”，即，具有一对一的对应关系。在图5中，空腔被示意性地示出为虚线矩形(例如，矩形535)。在该示例中，每个IDT设置在相应的空腔上。在其他滤波器中，两个或更多个谐振器的IDT可以设置在单个空腔上方。

滤波器500中的谐振器510A、510B、510C、520A、520B中的每一个具有谐振器的导纳非常高的谐振和谐振器的导纳非常低的反谐振。谐振和反谐振分别发生在谐振频率和反谐振频率下，对于滤波器500中的各种谐振器，谐振频率和反谐振频率可以相同或不同。简而言之，每个谐振器在其谐振频率下可以被视为短路，而在其反谐振频率下可以被视为开路。在并联谐振器的谐振频率和串联谐振器的反谐振频率下，输入-输出传输功能将接近于零。在典型滤波器中，并联谐振器的谐振频率位于滤波器通带的下边缘之下，而串联谐振器的反谐振频率位于通带的上边缘之上。

方法的描述

图6是示出了用于制造XBAR或包含XBAR的滤波器的工艺600的简化流程图。工艺600可以形成XBAR 400、425、450、457、或该XBAR的示例。工艺600以基板和压电材料板开始于605，并且以完成的XBAR或滤波器结束于695。如随后将描述的，压电板可以安装在牺牲基板上或者可以是压电材料的晶片的一部分。图6的流程图仅包括主要工艺步骤。可以在图6所示的步骤之前、之间、之后和期间执行各种常规工艺步骤(例如，表面准备、化学机械加工(CMP)、清洁、检查、沉积、光刻、烘烤、退火、监控、测试等)。

图6的流程图捕捉了用于制造XBAR的工艺600的三种变体，该三种变体在何时以及如何在基板中形成空腔方面不同。可以在步骤610A、610B或610C处形成空腔。在工艺600的三种变体中的每种变体中仅执行这些步骤之一。

压电板可以是例如Z-切割的、旋转Z-切割的或旋转Y-切割的铌酸锂或钽酸锂。在一些情况下，它是Y-切割的或旋转Y-切割的铌酸锂。压电板可以是一些其他材料和/或一些其他切割。基板可以是硅。基板或基板的中间层可以是允许通过蚀刻或其他加工形成深腔的某种材料。硅基板可以具有硅TOX层和多晶硅层。

在工艺600的一种变体中，在压电板在620处接合到基板之前，在610A处，在基板120或320或者基板的中间层中形成一个或多个空腔。可以针对滤波器设备中的每个谐振器形成单独的空腔。可以使用常规光刻和蚀刻技术来形成一个或多个空腔。这些技术可以是各向同性的或各向异性的；以及可以使用深反应离子蚀刻(DRIE)。通常，在610A处形成的空腔将不贯穿基板或层322，并且所得谐振器设备将具有如图3A中所示的截面。

在620处，压电板接合到基板。压电板和基板可以通过晶片接合工艺接合。通常，基板和压电板的配合表面被高度抛光。中间材料(例如，氧化物或金属)的一层或多层可以形成或沉积在压电板和基板之一或两者的配合表面上。一个或两个配合表面可以使用例如等离子体工艺来激活。然后可以用相当大的力将配合表面压在一起，以在压电板和基板或中间材料层之间建立分子键。

在620的第一变体中，压电板最初安装在牺牲基板上。在压电板和基板被接合之后，牺牲基板和任何中间层被去除以暴露压电板的表面(先前面对牺牲基板的表面)。可以例如通过材料相关的湿法或干法蚀刻或某个其他工艺来去除牺牲基板。

在620的第二个变体中，从单晶压电晶片开始。离子被注入到压电晶片表面下方的受控深度(图6中未示出)。晶片从表面到离子注入深度的部分是(或将成为)薄压电板，晶片的其余部分实际上是牺牲基板。在压电晶片的注入表面和设备基板被接合之后，压电晶片可以在注入离子的平面处(例如，使用热冲击)被拆分，留下暴露于基板并接合到基板的压电材料的薄板。薄板压电材料的厚度由注入离子的能量(以及深度)决定。离子注入和随后分离薄板的工艺通常被称为“离子切片”。可以在拆分压电晶片之后抛光或平面化薄压电板的暴露表面。

在630处，在压电板的表面上形成限定一个或多个XBAR设备的导体图案和介电层。通常，滤波器设备将具有顺序地进行沉积和图案化的两个或更多个导体层。导体层可以包括接合焊盘、金或焊料凸块、或用于在设备和外部电路之间建立连接的其他装置。导体层可以是例如铝、铝合金、铜、铜合金、钼、钨、铍、金或一些其他导电金属。可选地，其他材料的一层或多层可以设置在导体层下方(即，在导体层与压电板之间)和/或在导体层的顶部上。例如，钛、铬或其他金属的薄膜可以用于提高导体层与压电板之间的粘合性。导体层可以包括接合焊盘、金或焊料凸块、或用于在设备和外部电路之间建立连接的其他装置。

在630处，通过在压电板的表面上沉积导体层并通过图案化的光刻胶进行蚀刻来去除多余的金属，可以形成导体图案。备选地，在630处，可以使用剥离工艺来形成导体图案。光刻胶可以沉积在压电板上并被图案化以限定导体图案。导体层可以顺序地沉积在压电板的表面上。然后可以去除光刻胶，从而去除多余的材料，留下导体图案。在一些情况下，630处的形成发生在620处的接合之前，例如在将板接合到基板之前形成IDT。

在630处形成导体图案可以包括形成IDT 130，IDT 130具有：交错IDT指的间距pi或交错IDT指的标记wi中的至少一个在孔径上变化以补偿振膜由于工艺引起的变形。在630处的形成包括如本文所述的设备450的反啁啾。例如，在630处，间距pi和标记wi通过如下方式在振膜部分上变化：在形成空腔之前，预啁啾IDT的相邻指对的间距和标记以在压电板上具有不同的间距和标记，使得在610B或610C处形成空腔之后相邻指对具有恒定的间距和标记。

例如在630处的反啁啾可以包括选择交错IDT指的间距pi和/或交错IDT指的标记wi来补偿振膜由于工艺引起的变形。这种选择可以基于补偿由于形成空腔引起的机械和/或工艺驱动的空间变化，或者补偿在形成空腔之后(例如，在谐振器的使用期间)板的温度变化。这种选择可以基于经验测量、实验设计(DOE)或计算机辅助设计(CAD)。该测量可以是没有用于机械和工艺补偿的反啁啾的叉指换能器(IDT)的实际或模拟的板或XBAR的变化dd或hi'的测量，例如XBAR 425的变化dd或hi'的测量。

实验设计(DOE)是一种通过分析输入和结果之间的关系来改进操作工艺的系统方法。实验设计(DOE)是一种用于确定影响工艺的因素与该工艺的输出之间关系的系统方法。换言之，实验设计(DOE)用于寻找因果关系。需要该信息来管理工艺输入以优化输出。设计实验是受控测试的集合，这些测试被设计为对因素与一个或多个响应之间的关系进行建模和探索。

在640处，可以通过在压电板的前侧沉积一层或多层介电材料来在IDT或XBAR设备的一个或多个期望的导体图案上形成一个或多个前侧介电层。可以使用诸如溅射、蒸发或化学气相沉积等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包括导体图案的顶部在内的整个表面上。备选地，一种或多种光刻工艺(使用光掩模)可以用于将介电层的沉积限制到压电板的选定区域，例如仅在IDT的交错指之间。掩模也可以用于允许在压电板的不同部分上沉积不同厚度的介电材料。在一些情况下，在640处的沉积包括：在所选择的IDT的前侧表面上方沉积第一厚度的至少一个介电层，但在其他IDT上方不沉积介电层或沉积小于第一厚度的第二厚度的至少一个介电层。另一备选方案是这些介电层仅在IDT的交错指之间。

一个或多个介电层可以包括：例如选择性地形成在并联谐振器的IDT上方以相对于串联谐振器的谐振频率偏移并联谐振器的谐振频率的介电层，如美国专利No.10,491,192中所述。一个或多个介电层可以包括沉积在设备的全部或大部分上的封装/钝化层。

与其他XBAR相比，这些不同厚度的介电层导致所选择的XBAR被调谐到不同的频率。例如，滤波器中XBAR的谐振频率可以使用某些XBAR上不同的前侧介电层厚度进行调谐。

与tfd＝0的XBAR(即，没有介电层的XBAR)的导纳相比，具有tfd＝30nm的介电层的XBAR的导纳与没有介电层的XBAR相比降低了谐振频率约145MHz。与没有介电层的XBAR相比，具有tfd＝60nm的介电层的XBAR的导纳降低了谐振频率约305MHz。与没有介电层的XBAR相比，具有tfd＝90nm的介电层的XBAR的导纳降低了谐振频率约475MHz。重要的是，不同厚度的介电层的存在对压电耦合影响很小或没有影响。

在工艺600的第二个变体中，在630处形成所有导体图案和介电层之后，在610B处，在基板的后侧中形成一个或多个空腔。可以针对滤波器设备中的每个谐振器形成单独的空腔。可以使用各向异性或依赖于取向的干法或湿法蚀刻以开孔通过基板的后侧直到压电板来形成一个或多个空腔。在这种情况下，所得谐振器设备将具有如图1所示的截面。

在工艺600的第三变体中，在610C处，通过使用通过压电板中的开口引入的蚀刻剂蚀刻形成在基板的前侧中的牺牲层，可以在基板或顶层322中形成呈凹槽形式的一个或多个空腔。可以针对滤波器设备中的每个谐振器形成单独的空腔。可以使用各向同性或与取向无关的干法蚀刻来形成一个或多个空腔，该干法蚀刻穿过压电板中的孔并蚀刻在基板的前侧中的凹槽中形成的牺牲层。在610C处形成的一个或多个空腔将不完全贯穿基板顶层322，并且所得谐振器设备将具有如图3A中所示的截面。

在变体610B或610C中，形成空腔会产生振膜的由于工艺引起的变形，并且由于设备450的反啁啾而导致IDT指的间距和标记对于XBAR 475是恒定的。因此，通过在630处在形成空腔之前预啁啾IDT的相邻指对的间距和标记以在板上具有不同的间距和标记，在610B或610C处的蚀刻导致在610B或610C形成空腔之后相邻指对具有恒定的间距p和标记w。

在工艺600的所有变体中，在660处完成滤波器或XBAR设备。在660处可以发生的动作包括：在设备的全部或部分上沉积封装/钝化层，例如SiO₂或Si₃O₄；形成接合焊盘、或焊料凸块、或用于在设备和外部电路之间建立连接的其他装置；从包含多个设备的晶片上切除各设备；其他封装步骤；以及测试。在660处可以发生的另一动作是：通过从设备的前侧添加或去除金属或介电材料来调谐滤波器设备内的谐振器的谐振频率。在滤波器设备完成之后，该工艺在695处结束。图1至图4可以示出在660处完成之后所选择的IDT的指的示例。

在610A处形成空腔可能需要最少的总工艺步骤，但具有XBAR振膜将在所有后续工艺步骤中得不到支撑的缺点。这可以导致在后续加工期间振膜的损坏或不可接受的变形。

在610B处使用后侧蚀刻形成空腔需要双侧晶片加工中固有的附加处理。从后侧形成空腔也大大使XBAR设备的封装复杂化，因为设备的前侧和后侧两者必须通过封装进行密封。

通过在610C处从前侧进行蚀刻形成空腔不需要双侧晶片加工，并且具有XBAR振膜在所有先前工艺步骤期间得到支撑的优点。然而，能够通过压电板中的开口形成空腔的蚀刻工艺需要是各向同性的。然而，如图3A所示，使用牺牲材料的这种蚀刻工艺允许横向(即，平行于基板表面)以及垂直于基板表面对空腔进行受控蚀刻。

图7是示出了直线或曲线形状的曲率的定义的图形。线710是具有任意形状的二维闭合曲线。圆720是所谓的“密切圆”，“密切圆”是在点P处最接近曲线710的圆。更准确地说，给定曲线710上的点P，曲线710的每个其他点X(未显示)定义穿过X并在P处与曲线相切的圆(或有时是线)。密切圆是当X密接P时该圆的极限(如果存在)。径向线730将点P连接到密切圆720的中心725。径向线730的长度Rc是曲线710在点P处的“曲率半径”。P点处的曲率C_P是Rc的倒数。如果连接该点和对应密切圆的中心的径向线在空腔内或穿过空腔，则空腔的周边上的点处的曲率是正的。相反，如果连接该点和对应密切圆的中心的径向线在空腔之外，则空腔的周边上的点处的曲率是负的。例如，线710在点Q处的曲率是负的。

由于直线的曲率半径是无穷大，因此直线的曲率是零。相反，由于尖角(例如，通过两条直线相交形成的角)的半径为零，因此这种角的曲率是无穷大。

在本专利中，如果周边上至少一个点的曲率是非零且有限的，则空腔的周边是“弯曲的”。图1中的空腔140的周边145不是弯曲的。周边145的曲率沿空腔的直顶部、底部、左侧和右侧(如图所示)为零，而在侧面相交的角处为无穷大。在周边145上没有点是既非零又有限的曲率。对于仅具有直边的任何周边都是如此。

如果沿周边的每个点处的曲率是非零且有限的，则空腔的周边是“连续弯曲的”。如果沿周边的所有点处的曲率都是有限的，则空腔的周边是“无角”的。

周边具有正曲率的部分是“凸的”，而周边具有负曲率的部分是“凹的”。如果周边上每个点处的曲率都是有限的且大于零，则空腔的周边是连续凸的。如果周边上每个点处的曲率都是有限的并且大于或等于零，则空腔的周边是“非凹的”。

“椭圆”形状是弯曲的、无角的、连续弯曲的和非凹的，这些术语之前被定义过。

结束评论

贯穿本发明书，所示实施例和示例应被视为示例，而不是对所公开或要求保护的装置和过程的限制。尽管本文呈现的许多示例涉及方法动作或系统元素的具体组合，但是应当理解，这些动作和这些元素可以以其他方式组合以实现相同的目标。关于流程图，可以采取附加和更少的步骤，并且所示的步骤可以组合或进一步细化以实现本文所述的方法。仅结合一个实施例讨论的动作、元素和特征不旨在被排除在其他实施例中的类似作用之外。

如本文所使用的，“多个”意味着两个或更多个。如本文所使用的，项目的“集合”可以包括一个或多个这种项目。如本文所使用的，无论是在书面描述或权利要求书中，术语“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”等应当理解为开放式的，即意味着包括但不仅限于。只有过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”分别是关于权利要求的封闭或半封闭过渡短语。在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等顺序术语来修改权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素相对于另一权利要求元素的任何优先权、优先级或顺序或者执行方法的动作的时间顺序，而仅用作标签，以将具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称(但使用序数术语)的另一元素区分开来以区分这些权利要求元素。如本文所使用的，“和/或”意味着所列项目是备选方案，但备选方案还包括所列项目的任何组合。

Claims (20)

1.一种声波谐振器，包括：

压电板，具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述第二表面面对基板，所述压电板的振膜跨越空腔；以及

导体图案，设置在所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面上，所述导体图案包括叉指换能器IDT，所述叉指换能器在所述压电板的振膜上具有交错指，

其中，交错IDT指的间距或所述交错IDT指的标记中的至少一个在所述IDT的区域上变化，以补偿所述压电板的振膜由于工艺引起的变形。

2.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中

所述压电板和所述IDT被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述振膜中激发主剪切声学模式，并且

所述交错IDT指的间距和标记在所述振膜上变化，以补偿振膜由于使用期间的工艺应力或温度变化引起的弯曲。

3.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述交错IDT指的间距和标记通过如下方式在所述振膜上变化：在形成空腔之前，预啁啾所述IDT的相邻指对的间距和标记以在所述压电板上具有不同的间距和标记，使得在形成所述空腔之后所述相邻指对具有恒定的间距和标记。

4.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，

所述交错指的重叠距离限定声波谐振器设备的孔径，并且

在沿所述IDT的长度的任何点处，所述IDT的间距或标记中的所述至少一个在所述IDT的孔径上变化。

5.根据权利要求3所述的声波谐振器，其中，所述间距或所述标记中的所述至少一个在多个交错IDT指的全部上变化。

6.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述交错IDT指的间距和所述交错IDT指的标记中的所述至少一个沿与所述指的长度相切的方向变化。

7.根据权利要求6所述的声波谐振器，其中，所述IDT的间距或标记中的所述至少一个根据p_i＝(p²–h_i ²)^1/2沿所述方向变化，其中，i是表示沿所述方向的间距或指的整数，p_i是所述指的间距或标记变化，p是所述指沿所述方向由于工艺引起的变形的长度，以及h是所述指由于工艺引起的变形的高度。

8.根据权利要求6所述的声波谐振器，其中，所述振膜由于工艺引起的变形是沿所述方向变化的机械位移或应力之一。

9.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述振膜由于工艺引起的变形沿其长度被划分为两个或更多个部分，其中，每个部分的变形与每个其他部分的变形不同。

10.根据权利要求9所述的声波谐振器，其中，对于所述两个或更多个部分，所述振膜由于工艺引起的变形是p_i＝(p²–h_i ²)^1/2，其中，i是表示沿所述方向的指的整数，p_i是所述指的间距或标记变化，p是所述指的由于工艺引起的变形的长度，以及h是所述指的由于工艺引起的变形的高度。

11.一种滤波器设备，包括：

具有彼此相对的第一表面和第二表面的压电板，所述第二表面面对基板，所述压电板的部分形成跨越所述基板的中间层中的相应空腔的多个振膜；

在所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面上的导体图案，所述导体图案包括多个叉指换能器IDT，每个IDT的交错指在所述多个振膜的相应振膜上，

其中，每个IDT的交错指的间距或标记中的至少一个在相应振膜上变化以补偿所述相应振膜由于工艺引起的变形。

12.根据权利要求11所述的滤波器设备，其中，所述压电板和所述多个IDT被配置为使得施加到每个IDT的相应射频信号在所述相应振膜中激发主剪切声学模式。

13.根据权利要求11所述的滤波器设备，其中

所述压电板和所述IDT被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述振膜中激发主剪切声学模式，并且

所述间距和所述标记在所述振膜上变化，以补偿振膜由于使用期间的工艺应力或温度变化引起的弯曲。

14.根据权利要求11所述的滤波器设备，其中，所述间距和所述标记在所述振膜上通过如下方式变化：在形成空腔之前，预啁啾所述IDT的相邻指对的间距和标记以在所述压电板上具有不同的间距和标记，使得在形成所述空腔之后所述相邻指对具有恒定的间距和标记。

15.根据权利要求11所述的滤波器设备，其中，

所述交错指的重叠距离限定声波谐振器设备的孔径，并且

在沿所述IDT的长度的任何点处，所述IDT的间距或标记中的至少一个在所述IDT的孔径上变化。

16.一种制造声波谐振器设备的方法，包括：

将基板的中间层附接到压电板；以及

在压电板的至少一个表面上形成叉指换能器IDT，所述IDT包括交错指，所述交错指的重叠距离限定所述声波谐振器设备的孔径；

形成在所述孔径上变化的所述交错IDT指的间距或所述交错IDT指的标记中的至少一个，以补偿所述振膜的由于工艺引起的变形；以及

在所述孔径下方形成空腔，其中，形成所述空腔产生所述振膜的由于工艺引起的变形并导致所述IDT指的间距和标记是恒定的。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述间距和所述标记通过如下方式在所述振膜上变化：在形成空腔之前，预啁啾所述IDT的相邻指对的间距和标记以在所述压电板上具有不同的间距和标记，使得在形成所述空腔之后所述相邻指对具有恒定的间距和标记。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：

选择所述交错IDT指的间距或所述交错IDT指的标记中的所述至少一个来补偿所述振膜由于工艺引起的变形。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，选择所述交错IDT指的间距或所述交错IDT指的标记中的所述至少一个是基于以下之一：补偿由于形成所述空腔引起的机械或工艺驱动的空间变化，或补偿在形成所述空腔之后板中的温度变化。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述压电板和所述IDT被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述压电板中激发主剪切声学模式。

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