CN116325496A - 声反射器中具有通过质量载荷调谐频率的固态安装体声波谐振器及其制造方法 - Google Patents

声反射器中具有通过质量载荷调谐频率的固态安装体声波谐振器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种基板(102)上的体声波(bulk acoustic wave，BAW)谐振器(100)，包括压电元件(104)、所述压电元件第一面上(104A)的底部电极(106)和所述压电元件的背对着所述第一面的第二面(104B)上的顶部电极(108)。所述BAW谐振器还包括所述底部电极和所述衬底之间的反射元件(112)。所述反射元件至少包括具有第一声阻抗的第一材料的第一层(114A)和具有第二声阻抗的第二材料的第二层(114B)，其中，所述第二声阻抗与所述第一声阻抗不同。所述第一层或所述第二层包括具有第三声阻抗的第三材料的一个或多个结构(116A、116B、116C)，所述第三声阻抗与所述第一声阻抗和所述第二声阻抗不同。所述结构形成嵌入所述第一层和/或所述第二层中的声阻抗调制层，可以通过质量载荷对谐振器进行频率调谐。通过在同一裸片上以不同方式对第三结构的谐振器进行图案化可以针对梯形结构滤波器或晶格结构滤波器精确地调谐到不同的频率，而不依靠特定层的厚度控制。通过对称地布置频率调谐结构(116A、116B、116C)，另外的横向模式可以被抑制。

Description

声反射器中具有通过质量载荷调谐频率的固态安装体声波谐 振器及其制造方法
技术领域
本发明大体上涉及半导体技术领域；更具体地说，涉及谐振器，例如体声波(BulkAcoustic Wave，BAW)谐振器。此外，本发明涉及包括多个BAW谐振器的集成电路封装。此外，本发明涉及一种制造BAW谐振器的方法。
背景技术
声波器件，如微机械(MEMS)谐振器，是现代电子电路中用作前端模块(front-endmodule，FEM)构建块的关键组件，因为它们具有良好的机械和声学质量，并且相对于纯电对应器件(例如电容器、电感器等)，能量损失要低得多。例如，声波设备被用作滤波器，以改善手机和Wi-Fi接收器中信号的接收和传输。目前，行业用于生产微机械谐振器(滤波器)的声波器件主要有两类。第一类声波器件基于表面行进波或表面声波(Surface AcousticWave，SAW)谐振器。这些器件传统上是在低损耗压电材料上制造的，并通过将外部电场耦合到声场来操作，从而产生电声模式到压电材料中的传播。第二类声波器件包括体声波(BulkAcoustic Wave，BAW)谐振器，其使用外部电场触发压电材料中的体波。而SAW谐振器倾向于将声能定位到压电材料的表面，而BAW谐振器倾向于在整个压电材料的大部分中产生波。
BAW谐振器已广泛适用于高频、通信应用，因为它们通常与最先进的微制造技术相当兼容，使其能够用于无线芯片组产品的高产量、高容量和集成方案。BAW谐振器包括薄膜体声谐振器(film bulk acoustic resonator，FBAR)，其包括形成在衬底腔上的谐振器堆叠，以及固态安装谐振器(solidly mounted resonator，SMR)，其包括形成在声学反射器(例如布拉格反射镜)上的谐振器堆叠。传统上，BAW谐振器包括压电层，压电层的厚度通常决定BAW谐振器的工作频率。例如，在SMR-BAW谐振器以纵向模式工作的情况下，工作频率主要由压电材料的芯谐振器厚度定义。如果在同一裸片上需要更多的频率，则有必要使用不同的质量加载元件，这些元件是电极厚度和/或给定谐振器的额外沉积材料(例如，电介质)的局部变化。通常，质量加载元件沉积在布拉格层结构中的顶部电极上方或底部电极下方。
需要说明的是，在同一裸片上需要多个频率的情况下，由于非完美的制造工艺而导致的不同层的实际厚度变化在一些情况下可以明显大于调谐不同微谐振器的工作频率所需的精细厚度差。换句话说，在整个晶片上复制的同一裸片上实现大量频率元件是具有挑战性的，因此，在实际处理方面，实现许多不同的工作频率变得更加困难。为了缓解这种情况，额外的高度控制的沉积步骤是强制性的(即，在厚度沉积中需要极高的精度)，但也增加了制造复杂性，在性能增益/工艺成本之间进行权衡。此外，应当考虑，当质量加载元件沉积在布拉格层结构中的底部电极下面时，需要确保薄膜随后沉积的正确平面化。
因此，根据上述讨论，需要克服与传统声波器件，特别是BAW谐振器相关的上述缺点，以利于在同一裸片中使用多个频率。
发明内容
本发明寻求提供一种体声波(bulk acoustic wave，BAW)谐振器、包括多个BAW谐振器的集成电路封装和一种制造BAW谐振器的方法。本发明的目的是提供一种至少部分克服现有技术中遇到的问题的技术方案，并提供能够高效和可靠地产生谐振频率的改进设备和方法。本发明寻求提供一种为所述BAW谐振器定义多个工作频率的现有问题的技术方案。本发明提供了一种新的方法，用于平版地定义表面安装谐振器/体声波谐振器(surface-mounted resonator/bulk acoustic wave resonator，SMR-BAW)的工作频率。
本发明的目标是通过所附独立权利要求中提供的技术方案来实现的。本发明的有利实施方式在从属权利要求中进一步定义。
一方面，本发明提供了一种在衬底上的体声波(bulk acoustic wave，BAW)谐振器。一种基板上的体声波谐振器，包括压电元件、所述压电元件第一面上的底部电极和所述压电元件的背对着所述第一面的第二面上的顶部电极。所述BAW谐振器还包括所述底部电极和所述衬底之间的反射元件。所述反射元件至少包括具有第一声阻抗的第一材料的第一层和具有第二声阻抗的第二材料的第二层，其中，所述第二声阻抗与所述第一声阻抗不同。所述第一层或所述第二层包括具有第三声阻抗的第三材料的一个或多个结构，所述第三声阻抗与所述第一声阻抗和所述第二声阻抗不同，所述结构形成嵌入到所述第一层和/或所述第二层中的声阻抗调制层。
本发明的BAW谐振器提供频率偏移，而不需要在其中精确地沉积不同层的厚度。在此，所述声阻抗调制层(acoustic impedance modulation layer，AIML)能够调制特定层的有效阻抗，从而调谐所述BAW谐振器的工作频率。此外，所述AIML提高了所述BAW谐振器的所述压电元件中的声约束效率。所述AIML还用于电屏蔽进入所述BAW谐振器衬底的任何辐射和感应电流。
在一种实现方式中，所述反射元件是包括多个交织的第一层和第二层的布拉格层。
在此，由交替的低阻抗和高阻抗声学材料组成的反射元件在所述BAW谐振器的工作频率下产生声学反射器，所述反射器使得能够通过建设性干扰现象反射几乎全部入射能量。此外，所述第一层和所述第二层的交错，其中一层具有低机械阻抗，另一层具有相对较高的机械阻抗，限制了能量泄漏到所述衬底。
在一种实现方式中，所述反射元件由所述第一材料和所述第二材料的交替层组成，使得所述反射元件布置成在所述BAW谐振器的工作频率下工作。
通过允许所述反射元件中相应的交替所述第一层和所述第二层的所述第一材料和所述第二材料的变化，其中，所述第一材料和所述第二材料中的一个具有低机械阻抗，另一个具有相对较高的机械阻抗，可以调谐所述BAW谐振器的工作频率。
在一种实现方式中，所述声阻抗调制层嵌入在所述反射元件的邻近所述底部电极的层中。
嵌入到所述底部电极(即所述反射元件的上核心部分)附近的AIML允许减少信号(即不需要的信号)中的噪声，从而减少所述信号的干扰和劣化，以作为杂散模式减少区域操作。
在一种实现方式中，所述一个或多个结构的厚度在所述BAW谐振器的基本工作频率下的声波波长或声波波长的分数的数量级。
在此，所述一个或多个结构的厚度能够修改所述反射元件的有效密度，其影响声学传播常数，并进而修改在该特定区域中传播的体波的相位速度，以定义所述BAW谐振器的工作频率。因此，所述一个或多个结构的厚度在所述BAW谐振器的基本工作频率下根据声波波长或声波波长的分数的数量级而确定。
在一种实现方式中，所述一个或多个结构包括具有足够大的掺杂剂浓度以能够改变质量密度和/或声相速度的半导体材料。
由于所述声阻抗调制层由半导体材料制成，改变其中的掺杂剂浓度，改变所述声阻抗调制层的质量密度，从而改变所述信号的声相位速度。质量密度和/或声相速度的变化改变了与其相关的声阻抗，从而允许调谐所述BAW谐振器的工作频率。
在一种实现方式中，所述声阻抗调制层布置成使得其延伸到所述反射元件的两层中。
所述AIML延伸到所述反射元件的所述第一层和所述第二层中，以便提供所述反射元件的结构几何形状，以提供所需的频率偏移。
在一种实现方式中，所述结构不对称分布以形成所述声阻抗调制层。
在此，结构不对称分布，有助于在横向杂散模式建立的情况下，通过创建不对称边界条件。此外，所述AIML中的不对称可以改变声阻抗和质量密度，这可用于将所述BAW谐振器调谐到所需的工作频率。
在一种实现方式中，BAW谐振器还包括所述顶部电极上的至少一个质量载荷层。
所述质量载荷层允许在同一BAW谐振器上产生多个频率。所述多个频率是通过改变所述质量载荷层的厚度而产生的。
在一种实现方式中，所述质量载荷层嵌入或部分嵌入所述顶部电极中。
所述质量载荷层嵌入或至少部分嵌入在所述顶部电极中，更方便制造。
一方面，提供了一种集成电路封装。所述集成电路封装至少包括第一BAW谐振器和第二BAW谐振器。所述第一BAW谐振器和所述第二BAW谐振器具有不同的声阻抗调制层。
本发明的具有所述BAW谐振器的所述集成电路封装在同一裸片上提供不同的频率，而通常或基本上不增加其总尺寸。本发明的集成电路封装不需要所述第一BAW谐振器和所述第二BAW谐振器的不同层的精确厚度来实现该目的，从而降低了制造复杂性和总成本。此外，所述集成电路封装提供了相邻的第一BAW谐振器和第二BAW谐振器可实现的最小频率间隔分辨率。
在一种实现方式中，所述集成电路封装包括以梯形结构或晶格结构配置的多个BAW谐振器。
所述梯形结构和所述晶格结构能够完全优化由所述多个BAW谐振器制成的滤波器的传输特性。在此，所述梯形结构呈现接近滤波器通带的高抑制，但带外抑制较差。另一方面，所述晶格结构表现出较高的带外抑制，但靠近所述滤波器通带的抑制较差。所述集成电路封装可以组合这两种结构配置，以获得混合梯形-晶格滤波器，以实现所需的特性。
一方面，提供了一种制造BAW谐振器的方法。所述方法包括在衬底上沉积反射元件的步骤，所述反射元件至少包括由分别具有第一声阻抗和第二声阻抗的第一材料和第二材料制成的第一层和第二层。所述方法还包括将具有第三声阻抗的第三材料的一个或多个结构放置在所述第一层和/或所述第二层中，所述第三声阻抗与所述第一声阻抗和所述第二声阻抗不同，所述结构在反射元件内形成声阻抗调制层。
本方法能够制造提供频率偏移的BAW谐振器，而不需要所述体声波谐振器的不同层的精确厚度沉积。所述AIML使得能够调制所述反射元件的有效声阻抗，所述有效阻抗的调制调谐所述谐振器的工作频率。此外，所述AIML提高了所述压电元件中的声约束效率。
在一种实现方式中，放置所述一个或多个结构的步骤包括在所述第一层或所述第二层上沉积所述第三材料的第三层，并蚀刻所述第三层以形成所述结构。所述方法还包括用所述第一材料或所述第二材料的覆盖层覆盖所述第三层，并使所述覆盖层平面化。
所述第三材料的沉积改变所述第三层的密度，以能够调制所述反射元件的所述有效阻抗，从而调谐所述BAW谐振器的工作频率。蚀刻所述第三层以形成结构的图案从其中去除材料。所述覆盖层的平面化提供了所述覆盖层的光滑表面，确保随后的薄膜在所述BAW谐振器中的适当沉积。
在一种实现方式中，放置所述一个或多个结构的步骤包括蚀刻第一层或第二层以为所述结构创造空间，沉积所述第三材料的第三层并使所述第三层平面化。
蚀刻过程以一种图案从所述第一层或所述第二层去除材料，使得所述第三材料填充在所述第一层或所述第二层中创建的空间中，以形成所述结构。这些结构共同形成所述第三层(即所述声阻抗调制层)。所述第三层被平面化，确保随后的薄膜在所述BAW谐振器中的适当沉积。
在一种实现方式中，所述声调制层是使用用于整个衬底的一个光刻掩模来光刻限定和形成的。
在本方法中，所述声调制层在所述集成电路封装中的不同BAW谐振器单元的整个晶片中一次性形成，并且不需要单独的工艺步骤来形成不同的谐振器单元，从而降低了制造复杂性、时间和成本。
需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、电路、单元和模块都可以在软件元件或硬件元件或其任何类型的组合中实现。本申请中描述的各种实体所执行的步骤以及所描述的各种实体要执行的功能均意在指各个实体用于执行各个步骤和功能。即使在以下具体实施例的描述中，外部实体要执行的特定功能或步骤未反映在执行该特定步骤或功能的实体的特定详细元件的描述中，技术人员应清楚，这些方法和功能可以在相应的软件或硬件元件中实现，或以此类元件的任何种组合实现。可以理解的是，本发明的特征易于以各种组合进行组合，而不脱离由所附权利要求书所定义的本发明的范围。
附图以及结合所附权利要求解释的说明性实施方式的详细描述将清楚地描述本发明的其它方面、优点、特征和目的。
附图说明
结合所附附图阅读时，可以更好地理解上述发明内容以及说明性实施例的下列详细描述。为了说明本发明，本发明的示例性结构在附图中示出。然而，本发明并不限于本文公开的特定方法和手段。此外，本领域的技术人员将理解，这些附图并非按比例绘制。在可能的情况下，相同的元件使用相同的数字表示。
下面仅通过举例，结合以下附图对本发明实施例进行描述。
图1是本发明的实施例提供的体声波(bulk acoustic wave，BAW)谐振器的示例性横截面图；
图2是本发明的实施例提供的BAW谐振器的单位单元的示例性横截面图；
图3A至图3C是本发明的实施例提供的体声波(bulk acoustic wave，BAW)谐振器的示例性横截面图；
图4A是本发明的实施例提供的集成电路封装的示例性俯视图，封装中具有两个不同的声阻抗调制层；
图4B是本发明的实施例提供的图4A的集成电路封装沿着其轴线AA'的示例性截面图；
图5是本发明实施例提供的涉及制造BAW谐振器的方法的流程图的列表步骤；
图6A和图6B为本发明实施例提供的BAW谐振器的频率偏移的示例性图形表示。
在附图中，带下划线的数字用于表示带下划线的数字所在的项目或与带下划线的数字相邻的项目。不带下划线的数字与将该不带下划线的数字链接到项目的线条所标识的项目相关。当数字不带下划线但带有关联箭头时，不带下划线的数字用于标识箭头所指的一般项目。
具体实施方式
以下详细描述说明了本发明的实施例及其实施方式。虽然已公开本发明的一些实施方式，但本领域的技术人员将认识到，也可以实现用于实施或实践本发明的其它实施例。
在说明书中引用“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的不同地方的出现不一定都是指同一实施例，也不一定是单独的或替代的实施例与其他实施例相互排斥。此外，这里的术语“一(a和an)”并不表示数量的限制，而是表示引用项目中的至少一个的存在。此外，描述了可以由一些实施例而不是由其他实施例展示的各种特征。类似地，描述了各种要求，这些要求可以是一些实施例的要求，但不是其他实施例的要求。
应当理解，当层、区域或衬底的元件被称为“在”或“延伸到”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”或“直接耦合到”另一个元件上时，不存在中间元件。同样，可以理解，当层、区域或衬底等元件被称为“在”或“延伸到”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”或“直接延伸到”另一个元件上时，不存在中间元件。还应理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。
这里可以使用“下面”或“上面”或“上面”或“下面”或“水平”或“垂直”的相对术语来描述一个元素、层或区域与另一个元素、层或区域的关系，如图中所示。应当理解，这些术语和上面讨论的术语除了附图中描述的定向之外，还旨在包括器件的不同定向。
本发明一般涉及声波器件，其是现代电子电路中使用的关键部件。声波器件通常用于需要平坦通带的滤波器网络。在声波器件中，由于这种声波器件需要高频选择性，同时保持低电子插入损耗，因此需要在滤波器拓扑中耦合高质量因子机械谐振器。体声波(BulkAcoustic Wave，BAW)器件是机械谐振器，它将电时变信号耦合到在压电材料体中传播的机械波。BAW器件机电耦合到的基本振动模式是厚度-拉伸(thickness-extensional，TE)模式，该模式是在薄压电膜材料厚度中传播的纵向波。在一些情况下，可以使用其他类别的压电材料，在这种情况下，振动的基本模式也可以是厚度剪切(thickness-shear，TS)模式。即，TE和TS的作用取决于所选压电材料的核心振动模式而互换。
为了实现高质量的电信号，在谐振器内产生的机械谐振需要尽可能高效，并产生最小的机械损耗。BAW器件中的机械损耗主要是由机械能通过反射元件进入衬底的声辐射引起的。机械损耗的其他途径是谐振器边缘的辐射和能量散射，布拉格层/反射元件不位于的位置。此外，随着电子设备中滤波器数量和器件数量的增加，需要对滤波器的总体实施尺寸提出严格要求，因此需要减少谐振器的平面图面积和减少谐振器之间的距离。此外，需要保持这些高度集成的过滤器技术方案的性能，同时提高产率和工艺成本。
因此，为了提高滤波器的终端性能，需要一个集成电路封装中的多个频率元件。传统的BAW器件是使用设置在反射元件上的薄压电层制造的。在薄膜体声谐振器(thin-filmbulk acoustic resonator，FBAR)的情况下，反射元件是空腔；而在固态安装谐振器(solidly mounted resonator，SMR)的情况下，反射元件是包括高低声阻材料交替层的声镜或布拉格反射器。在SMR-BAW的情况下，频率调谐是通过使用具有不同沉积厚度的质量加载元件来实现的。然而，当频率计数增加时，改变沉积厚度(需要非常精细的控制)会增加制造复杂性。
图1为本发明实施例提供的体声波(bulk acoustic wave，BAW)谐振器100的示例性说明。体声波谐振器100是产生特定频率的高精度和超低抖动信号的微谐振器。BAW谐振器100还能够在有线和无线电路中产生具有可变频率的信号。例如，BAW谐振器100可以产生100兆赫至20兆赫范围内的可变频率。BAW谐振器100可用于全球定位系统、数据传输(例如WLAN和蓝牙)、蜂窝移动系统(例如CDMA、UMTS、GSM)、卫星通信和军事应用。
BAW谐振器100构建在衬底102上(有时，也称为体)。具体地，BAW谐振器100沉积在衬底102上。衬底102用作支撑BAW谐振器100的各种元件或层的基部。衬底102可以由各种类型的材料形成，包括与半导体工艺兼容的半导体材料，其用于集成连接和电子器件，从而降低尺寸和成本。衬底102可以使用硅、玻璃、陶瓷及其组合制造。在一个示例中，衬底102可以包括但不限于硅、绝缘体上硅(silicon on insulator，SOI)技术衬底、砷化镓、磷化镓、氮化镓和磷化铟。在另一个示例中，衬底102可以包括合金半导体，例如GaAsP、AlInAs、GaInAs、GaInP、GaInAsP或其组合。在一些示例中，BAW谐振器100可以包括设置在衬底102上的电磁屏蔽，该电磁屏蔽阻挡来自相邻谐振器的射频(radio frequency，RF)和电磁辐射，以减少耦合损耗，例如衬底102中的涡流损耗。
BAW谐振器100包括压电元件104。压电元件104是当电场(例如电压)施加到压电元件104时产生所需谐振频率的信号的压电材料层。在BAW谐振器100中，电时变信号耦合到在压电元件104的主体中行进的机械波。通常，压电元件104的厚度决定了BAW谐振器100产生的信号的频率，因此可以通过改变压电元件104的厚度来改变产生的信号的频率。通常，压电元件104是平面结构；然而，压电元件104可以形成为具有其他形状，这些形状可以包括但不限于圆柱形、圆锥形等，而没有任何限制。
压电元件104通常是未掺杂压电材料和掺杂压电材料的组合，其中掺杂压电材料可以掺杂至少一种稀土元素。结合未掺杂和掺杂的压电材料改善了压电元件104的压电特性，例如增加耦合系数超过完全未掺杂的压电材料(例如，Sc、Er)的耦合系数。同时，未掺杂和掺杂的压电材料减少并更均匀地分布压电元件104中的应力，从而减少总压应力，并将压应力更均匀地分布在衬底102上。在本实施例中，用于制造压电元件104的材料可以包括但不限于铌酸锂、钽酸锂、氮化铝、氧化锌等。
BAW谐振器100还包括压电元件104的第一面104A上的底部电极106和压电元件104的背对着第一面104A的第二面104B上的顶部电极108。顶部电极108放置在第二表面104B上，与压电元件104直接接触。换句话说，压电元件104夹在第一面104A处的底部电极106和第二面104B处的顶部电极108之间。通常，底部电极106是平面结构；然而，底部电极106可以形成为具有其他形状，这些形状可以包括但不限于圆柱形、圆锥形等，而没有任何限制。选择底部电极106的厚度以给予BAW谐振器100最佳的声学特性。例如，选择底部电极106的厚度以获得最大有效耦合和最小频率温度系数(Temperature Coefficient of Frequency，TCF)。
BAW谐振器100分为有源区域和外部区域。有源区域通常对应于BAW谐振器100的底部电极106和顶部电极108重叠的部分，并且还包括重叠的顶部电极106和底部电极108下面的层。外部区域对应于BAW谐振器100的包围有源区域的部分，并且它不是电驱动的。虽然在图1中示出每个电极包括单层，但底部电极106和/或顶部电极108可以包括相同材料的多层、其中至少两层是不同材料的多层或其中每一层是不同材料的多层。在本实施例中，用于制造底部电极106的材料可以包括但不限于钨、钛、钽、钼、铂、铱、钌或其组合，用于制造顶部电极108的材料可以包括但不限于钼、铂、钨和铱。
根据一个实施例，BAW谐振器100还包括顶部电极108上的至少一个质量载荷层110。质量载荷层110可以使BAW谐振器100的顶部电极108的厚度发生变化。质量载荷层110通过改变BAW谐振器100中的厚度，能够在BAW谐振器100中产生多个谐振频率。在一个示例中，增加质量载荷层110的厚度增加了BAW谐振器100的声路径长度，这导致其谐振频率降低。在另一个示例中，减小质量载荷层110的厚度减小了BAW谐振器100的声路径长度，这导致其谐振频率增加。在另一个示例中，BAW谐振器100可以包括底部电极106上的质量载荷层110，而不脱离本发明的范围。在一些示例中，BAW谐振器100可以包括顶部电极108上的多个质量载荷层110，以进一步改变其谐振频率。
质量载荷层110可以对应于顶部电极108的增厚部分或在顶部电极108上施加适当材料的附加层。质量载荷层110围绕顶部电极108中的有源区域的周边延伸。因此，BAW谐振器100的包括并驻留在质量载荷层110下面的部分被称为有源区域。在一个示例中，质量载荷层110可以由导电衬底制成，例如但不限于钨、钨合金、钼、铝、铱和铂。在另一个示例中，质量载荷层110可以由介电材料制成，例如但不限于二氧化硅、氮化硅、金刚石和非晶态氮化铝。通常，质量载荷层110可以是单个金属层，如钨，或可以是合金，如AlCu，或可以是多层金属，如钨和AlCu。
根据一个实施例，质量载荷层110嵌入或部分嵌入顶部电极中108。通过基本上沿着顶部电极108的边缘沉积质量载荷材料，质量载荷层110嵌入顶部电极108中，以限定边界区域。限定的边界区域可以具有某些区域，特别是在耗尽金属的角落处，允许底部电极106延伸到引线连接而不经历直接电场。通过各种示例，质量载荷层110可以被提供为由比顶部电极108的金属重的金属和由靠近顶部电极108的框架状结构的各种形成物形成的框架状结构，包括层状电极的外部、上方、下方和之间。可以理解的是，这与传统的BAW谐振器相反，在传统的BAW谐振器中，质量载荷层被放置在顶部电极上，以通常产生机械载荷和工作频率的向下偏移。
BAW谐振器100还包括底部电极106和衬底102之间的反射元件112。反射元件112也被称为声镜或布拉格反射器。反射元件112包括高声阻抗材料和低声阻抗材料的交替层，以产生所需频率的谐振信号。反射元件112可以使用介电材料制造，所述介电材料可以包括但不限于SiCOH、磷硅酸盐玻璃、铝、硅、锗、镓、铟、锡、锑、碲、铋、钛、钒、铬、锰、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、钯、镉、氦、钽、钨或其组合。可选地，反射元件112可以使用光纤光栅或半导体材料，例如氧化硅制造。
所述反射元件110至少包括具有第一声阻抗的第一材料的第一层114A和具有第二声阻抗的第二材料的第二层114B，其中，所述第二声阻抗与所述第一声阻抗不同。即，第一层114A和第二层114B具有不同的声阻抗。声阻抗是信号传播的介质密度和信号波速度的乘积。在此，第一层114A和第二层114B由不同的材料制成，具有不同的声阻抗。声阻抗低的材料通常是低密度材料。在本实施例中，用于低声阻抗层(例如，第一层114A)的材料可以包括但不限于二氧化硅、铝和SiOC。此外，具有高声阻抗的材料通常是高密度材料。在本实施例中，用于高声阻抗层(例如，第二层114B)的材料可以包括但不限于铱、钼和钨。
根据一个实施例，反射元件112由第一材料和第二材料的交替层组成，使得反射元件112布置成在BAW谐振器的工作频率下工作。即，反射元件112包括交替布置的低声阻抗材料层和高声阻抗材料层。例如，反射元件112包括第一层114A，之后是第二层114B，第二层114B之后是另一个第一层114A和另一个第二层114B，以此类推，以形成第一层114A和第二层114B的交替层。这样做是为了在反射元件112中的相邻层的接合处产生显著的反射系数。第一层114A和第二层114B之间的厚度和距离是根据BAW谐振器100的预期谐振频率确定的，以在该频率下产生建设性干扰。在一个示例中，第一层114A和第二层114B的厚度对应于设计频率波长的四分之一，并且第一层114A和第二层114B之间的距离是设计频率波长的一半。
根据一个实施例，反射元件112是包括多个交织的第一层114A和第二层114B的布拉格层。在此，布拉格层是一系列具有不同声阻抗的平面表面。它使我们有可能通过建设性干扰现象反映入射信号的几乎全部。只要入射信号波接近正常入射，这是有可能的。如所讨论的，反射元件112包括多个层，包括间隔开的第一层114A和第二层114B。包括第一层114A和第二层114B在内的多个层交替地布置在反射元件112的布拉格层配置中。每个层边界都会导致信号波的部分反射。对于真空波长接近层厚度四倍的波，许多反射与建设性干涉结合在一起，因此布拉格层总体上充当高质量的滤波器。
所述第一层114A或所述第二层114B包括具有第三声阻抗的第三材料的一个或多个结构，所述第三声阻抗与所述第一声阻抗和所述第二声阻抗不同，所述结构形成嵌入到所述第一层114A和/或所述第二层114B中的声阻抗调制层116。在一个示例中，声阻抗调制层116可以嵌入在第一层114A或第二层114B中。在另一个示例中，声阻抗调制层116可以嵌入在第一层114A和第二层114B中。在图1的示例性说明中，第一层114A被示出包括共同形成声阻抗调制层116的四个结构116A、116B、116C和116D。结构116A、116B、116C和116D是第一层114A上用于调谐BAW谐振器100的工作频率的不同贴片。在一个示例中，声阻抗调制层116由介电材料形成，该介电材料可以包括但不限于SiN、SiO2、AlN或其组合。在另一个示例中，声阻抗调制层116由导体材料形成，该导体材料可以包括但不限于铝、钨、铂及其组合。具体地，结构116A、116B、116C和116D由与第一层114A的第一材料和第二层114B的第二材料不同的第三材料制成，第三材料具有第三声阻抗，所述第三声阻抗与第一层114A的第一声阻抗和第二层114B的第二声阻抗不同。
第一层114A、第二层114B和声阻抗调制层116的不同声阻抗(以及由于不同相应材料而导致的不同密度)能够修改反射元件112的有效阻抗(以及有效密度)。有效阻抗中的调制直接影响声传播常数，声传播常数反过来改变该特定区域中信号的速度，从而影响BAW谐振器100的总体工作频率。这样，声阻抗调制层116调谐BAW谐振器100的工作频率。此外，声阻抗调制层116提高了压电元件104中的声约束效率。在一些示例中，声阻抗调制层116还可以被图案化以改变一个或多个结构116A、116B、116C和116D的密度，以增强反射元件112的有效阻抗的调制，并因此调谐BAW谐振器100的工作频率。
图2是本发明实施例提供的BAW谐振器(例如，图1的BAW谐振器100)的单位单元200的示例性说明。已经结合图1的元件描述了图2。参照图2，示出了BAW谐振器100的不同部件或层的相对位置和沉积厚度。如图所示，BAW谐振器100包括作为底层的衬底102和作为顶层的压电元件104。反射元件112放置在衬底102和压电元件104之间。底部电极106放置在压电元件104和反射元件112之间的压电元件104的第一面104A上。反射元件112包括布置有第一层114A或第二层114B的声阻抗调制层116。如图所示，声阻抗调制层116嵌入在底部电极106附近，距离底部电极106为L1。此外，声阻抗调制层116的沉积厚度为L2。
根据一个实施例，一个或多个结构116A、116B、116C和116D包括具有足够大的掺杂剂浓度以能够改变质量密度和/或声相速度的半导体材料。在此，声阻抗调制层116包括具有改变掺杂剂浓度以改变其质量密度和由BAW谐振器100产生的谐振信号的声相速度的半导体材料。可以设想，质量密度和/或声相速度的这种变化总体上改变了反射元件112中的第三声阻抗。因此，声阻抗调制层116中的半导体材料可以调谐体声波谐振器100的工作频率。在本实施例中，半导体材料可以是n型或p型材料。在一个示例中，用于一个或多个结构的半导体材料可以包括但不限于硅、锗、碳化硅、硅锗、硼、砷、磷及其组合。
根据一个实施例，一个或多个结构116A、116B、116C和116D的厚度在BAW谐振器100的基本工作频率下的声波波长或声波波长的分数的数量级。如前所述，可以理解，结构116A、116B、116C和116D的厚度是根据BAW谐振器100的预期谐振频率确定的。在本公开的BAW谐振器100中，一个或多个结构116A、116B、116C和116D的厚度对应于预期频率波长的四分之一。此外，BAW谐振器100的基本工作频率通常随着一个或多个结构116A、116B、116C和116D的厚度的增加而降低。
根据一个实施例，结构116A、116B、116C和116D不对称分布以形成声阻抗调制层116。在此，声阻抗调制层116的声阻抗和密度通过其中结构116A、116B、116C和116D的实现的变化而变化。这样，声阻抗调制层116中的不对称允许改变声阻抗和其质量密度，其可用于将BAW谐振器100调谐到所需的工作频率。具体地，结构116A、116B、116C和116D分布的不对称有助于在横向杂散模式积累的情况下，通过产生不对称边界条件。在此，为了形成声阻抗调制层116，反射元件112中的结构116A、116B、116C和116D的位置是根据调谐BAW谐振器100所需的频率偏移确定的。此外，为了形成声阻抗调制层116，结构116A、116B、116C和116D的结构几何形状也是根据调谐BAW谐振器100所需的频率偏移来确定的。
图3A是本发明的另一个实施例提供的BAW谐振器300A的图示。图3结合图1中的BAW谐振器100的元件描述，这些元件在构造上通常相似。BAW谐振器300A包括衬底102和压电元件104。BAW谐振器300A还包括衬底102和压电元件104之间的反射元件112。BAW谐振器300A还包括压电元件104的第一面104A和反射元件112之间的底部电极106。反射元件112包括形成于第一层114A或第二层114B中的声阻抗调制层302。
声阻抗调制层302包括多个结构302A、302B、302C 302D、302E和302F。结构302A、302B、302C、302D、302E和302F不对称分布以形成声阻抗调制层302。结构302A、302B、302C、302D、302E和302F的布置的不对称提供了声阻抗调制层302的信号的质量密度和声相速度的变化，这使得声阻抗调制层302中的声阻抗可变。因此，结构302A、302B、302C、302D、302E和302F的布置的不对称使得BAW谐振器300A的调谐能够定义其工作频率。此外，结构302A、302B、302C、302D、302E和302F的布置的不对称消除了信号中的不需要的信号和噪声，从而减少了信号的干扰和劣化。因此，不对称通过创建不对称边界条件来帮助建立横向杂散模式。在本实施例中，为了形成声阻抗调制层302，结构302A、302B、302C 302D、302E和302F的位置是根据调谐BAW谐振器300A所需的频率偏移确定的。此外，为了形成声阻抗调制层302，结构302A、302B、302C、302D、302E和302F的结构几何形状和厚度也是根据调谐BAW谐振器300A所需的频率偏移来确定的。
在一个实施例中，声阻抗调制层116嵌入在反射元件112的邻近底部电极106的层中。声阻抗调制层116嵌入到底部电极106(即反射元件112的上核心部分)附近有助于减少信号(即不需要的信号)中的噪声，从而减少所述信号的干扰和劣化。这样，由于横向行进波的积累，声阻抗调制层116被操作为杂散模式减少区域。根据这些横向传播模式的色散特性，声阻抗调制层可以在核心谐振器区域的边缘提供必要的边界条件，以减少杂散模式的积累。这对BAW谐振器100的性能有很强的影响。或者，声阻抗调制层116可以嵌入在邻近衬底102的反射元件112中，而不脱离本发明的范围和精神。
图3B是本发明的又一个实施例提供的BAW谐振器300B的图示。图3B结合图1和图3A中的BAW谐振器的元件描述，这些元件在构造上通常相似。BAW谐振器300B包括衬底102和压电元件104。BAW谐振器300B还包括衬底102和压电元件104之间的反射元件112。BAW谐振器300B还包括压电元件104的第一面104A和反射元件112之间的底部电极106。反射元件112包括形成于第一层114A或第二层114B中的声阻抗调制层302。声阻抗调制层302包括多个结构302A、302B、302C 302D、302E和302F。结构302A、302B、302C、302D、302E和302F嵌入在反射元件112的第一层114A中，邻近底部电极106。
在此，声阻抗调制层302嵌入在第一层114A中。在一种实现方式中，首先在第一层114A上沉积第三材料，然后通过形成结构302A、302B、302C、302D、302E和302F来蚀刻声阻抗调制层302，然后用第一层114A的第一材料的覆盖层(未示出)覆盖声阻抗调制层302。在另一种实现方式中，首先蚀刻第一层114A以产生空间以形成结构302A、302B、302C、302D、302E和302F，然后在形成的结构302A、302B、302C、302D、302E和302F中沉积第三材料以形成声阻抗调制层302，然后，声阻抗调制层302被第一层114A的第一材料的覆盖层(未示出)覆盖。在一些示例中，声阻抗调制层302在嵌入(即在施加覆盖层之前)到第一114A中之前被平面化，这显著提高了声阻抗调制层302表面的平滑度。声阻抗调制层302表面的平面化可以使用化学机械抛光(CMP)技术执行。
在一个实施例中，声阻抗调制层116布置成使得其延伸到反射元件112的两层中。在此，声阻抗调制层116可以嵌入在第一层114A和第二层114B中。如所讨论的，在另一个示例中，声阻抗调制层116可以同时嵌入在第一层114A和第二层114B中。根据一个实施例，第三材料的第三层沉积在第一层114A或第二层114B上，然后蚀刻第三层以形成结构116A、116B、116C和116D，然后第三层被第一材料或第二材料的覆盖层(未示出)覆盖。根据另一个实施例，蚀刻第一层114A或第二114B以产生空间以形成结构116A、116B、116C和116D，然后在其上沉积第三材料的第三层。在一些示例中，声阻抗调制层116在嵌入第一层114A和/或第二层114B之前被平面化，这显著提高了声阻抗调制层116的表面的光滑度。声阻抗调制层116表面的平面化可以使用化学机械抛光(CMP)技术执行。
图3C是本发明的又一个实施例提供的BAW谐振器300C的图示。图3C结合图1、图3A和图3B中的BAW谐振器的元件描述，这些元件在构造上通常相似。BAW谐振器300C包括衬底102和压电元件104。BAW谐振器300C还包括衬底102和压电元件104之间的反射元件112。BAW谐振器300C还包括压电元件104的第一面104A和反射元件112之间的底部电极106。反射元件112包括形成于第一层114A或第二层114B中的声阻抗调制层302。声阻抗调制层302包括多个结构302A、302B、302C 302D、302E和302F。结构302A、302B、302C、302D、302E和302F嵌入在反射元件112的第一层114A和第二层114B中。
在此，声阻抗调制层302延伸到第一层114A和第二层114B中并嵌入其中。在一种实现方式中，第三材料沉积在第一层114A和第二层114B之间，然后在其中蚀刻结构302A、302B、302C、302D、302E和302F以形成声阻抗调制层302。在另一种实现方式中，蚀刻第一层114A和第二层114B之间的间隙以产生空间，然后用第三材料沉积(即锉平)形成结构302A、302B、302C、302D、302E和302F，在这些结构中具有声阻抗调制层302。
图4A至图4B是根据一个实施例提供的集成电路封装400的图示。集成电路封装400的示例包括但不限于数字逻辑电路、模拟电路、处理器内核、数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)内核等。集成电路封装400可以由任何合适的材料制成，并且可以具有任何合适的形状、尺寸等，而不受任何限制。集成电路封装400可以是晶片级封装，或裸片级封装。例如，集成电路封装400可以包括多个相同的、整体连接的晶片部分，每个晶片部分包括相同的结构和电路。如果需要，这些相同的部分稍后可以在裸片成形工艺中分离。本发明的集成电路封装400可以包括形成在晶片顶部的微机电(Microelectromechanical，MEMS)结构，例如体声波(bulk acoustic wave，BAW)结构。多个MEMS结构，例如BAW结构或其他结构，可以设置在每个晶片部分上，或者这样的多个MEMS结构可以包括在晶片部分的一个或多个腔中。
集成电路封装400至少包括第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B。在本实施例中，集成电路封装400是具有彼此连接的第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B的半导体基器件(或芯片)。虽然，在图4A至图4B的图示中，集成电路封装400显示为包括两个BAW谐振器，即第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B；然而，可以理解的是，集成电路封装400可以包括超过两个BAW谐振器，没有任何限制。
以下，图4A至图4B已经结合图1和图3中描述的元件描述。在一些示例中，第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B可以彼此相似。然而，在优选示例中，第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B在构造上彼此不同，以在集成电路封装400中产生不同的谐振频率。在一个实施例中，第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B可以类似于BAW谐振器300A，如前面段落中讨论的。这里，第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B具有不同的声阻抗调制层。即，第一BAW谐振器402A具有类似于声阻抗调制层116的声阻抗调制层404A，第二BAW谐振器402B具有类似于声阻抗调制层302的声阻抗调制层404B。不同的声阻抗调制层404A和404B允许在同一集成电路封装400上的多个频率，而不需要第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402A的不同层的精确厚度沉积(如传统需要)。
如所讨论的，第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B可以各自包括对应的声阻抗调制层404A和404B。如图4A至图4B中所示，第一BAW谐振器402A的声阻抗调制层404A包括一个或多个结构406A，第二BAW谐振器402B的声阻抗调制层404B包括一个或多个结构406B。可以理解，不同的声阻抗调制层404A和404B可以通过使用其中的一个或多个结构406A和406B的不同图案、几何形状、相对位置、掺杂浓度等来形成。
如图所示，集成电路封装400具有大致平坦的顶面和大致平坦的底面。集成电路封装400包括与第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B共用的衬底408(类似于衬底102)，第一BAW谐振器402A和第二BAW谐振器402B沉积在该衬底408上。集成电路封装400还包括压电层410(类似于压电层104)和反射元件412(类似于反射元件112)。第一BAW谐振器402A包括底部电极414A，第二BAW谐振器402B包括底部电极414B(两者都类似于底部电极106)。
此外，反射元件412包括高声阻抗材料和低声阻抗材料的交替层，以产生所需频率的信号。具体地，反射元件412包括用于第一BAW谐振器402A的第一层416A和第二层418A，以及用于第二BAW谐振器402B的第一层416B和第二层418B。第一层416A、416B和相应的第二层418A、418B是具有不同声阻抗的层。第一层416A、416B具有第一声阻抗，第二层418A、418B具有第二声阻抗，例如，第一声阻抗低于第二声阻抗。
在本实施例中，结构406A和406B通过打开电流环路形成来减少对衬底408的射频和涡流损耗。结构406A和406B包括在整个过程中变化的间距和贴片尺寸，以形成对应的声阻抗调制层404A和404B。变化的间距和贴片大小使得声阻抗调制层404A和404B中的不对称，这通过创建不对称边界条件来帮助横向杂散模式建立的情况。
根据一个实施例，集成电路封装400包括以梯形结构或晶格结构配置的多个BAW谐振器402A和402B。由于集成电路封装400用于构建具有可能的带内纹波精细优化的微机械滤波器，在此，微机械滤波器是通过在类似于以梯形结构或晶格结构配置的BAW谐振器402A和402B的多个单独BAW谐振器的电互连获得的。在梯形结构中，多个BAW谐振器402A和402B以串联并联配置布置。例如，第一BAW谐振器402A串联布置，之后是并联布置的第二BAW谐振器402B，并且再次紧随其后的是串联布置的第一BAW谐振器402A，依此类推。在晶格结构中，多个BAW谐振器402A和402B布置为晶格。梯形结构和晶格结构能够完全优化由多个BAW谐振器402A和402B制成的集成电路封装400提供的滤波器的传输特性。在此，所述梯形结构呈现接近滤波器通带的高抑制，但带外抑制较差。另一方面，所述晶格结构表现出较高的带外抑制，但靠近所述滤波器通带的抑制较差。集成电路封装400可以组合这两种结构配置，以获得混合梯形-晶格滤波器，以实现所需的特性。
图5为本发明实施例提供的用制造BAW谐振器的方法500的流程图。上面公开的各种实施例和变型经比照适用于制造BAW谐振器的方法。应当理解，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，该方法可以根据具体步骤和顺序而变化。
在步骤502中，提供衬底(例如，图1的衬底102)。衬底用作支撑BAW谐振器的各种元件或层的基部。在步骤504中，反射元件(例如，图1的反射元件112)沉积在衬底(例如图1的反射元件102)上。反射元件也被称为声镜或布拉格反射器。反射元件包括高声阻抗材料和低声阻抗材料的交替层，以产生所需频率的谐振信号。此外，压电元件(例如图1的压电元件104)沉积在反射元件上。
在步骤506中，第一层和第二层(例如，图1的第一层114A和第二层114B)沉积在反射元件上。第一层和第二层分别由具有第一声阻抗和第二声阻抗的第一材料和第二材料制成。即，第一层和第二层是不同声阻抗的层。第一层具有第一声阻抗，第二层具有第二声阻抗。用于低声阻抗层(例如，第一层)的材料可以包括但不限于二氧化硅、铝和SiOC。用于高声阻抗层(例如，第二层)的材料可以包括但不限于铱、钼和钨。反射元件由第一层和第二层的交替层组成，使得反射元件布置成在BAW谐振器的工作频率下工作。例如，反射元件包括第一层，之后是第二层，第二层之后是另一个第一层，以此类推，以形成第一层和第二层的交替层。
在步骤508中，具有第三声阻抗的第三材料的一个或多个结构被放置在第一层和/或第二层中，其中，第三声阻抗与第一声阻抗不同。所述结构在反射元件内形成声阻抗调制层(类似于图1的声阻抗调制层116)。声阻抗调制层嵌入在第一层或/和第二层中。第一层、第二层和声阻抗调制层的不同声阻抗能够修改反射元件的有效阻抗(以及有效密度)。有效阻抗中的调制直接影响声传播常数，声传播常数反过来改变该特定区域中信号的速度，从而影响谐振器的总体工作频率。因此，声阻抗调制层调谐BAW谐振器的工作频率。此外，声阻抗调制层从同一BAW谐振器产生多个谐振频率，而不需要控制谐振器不同层的精确厚度。此外，声阻抗调制层提高了BAW谐振器的压电元件中的声约束效率。
根据一个实施例，放置一个或多个结构的步骤包括在第一层或第二层上沉积第三材料的第三层，并蚀刻第三层以形成所述结构，方法还包括用第一材料或第二材料的覆盖层覆盖第三层，并使覆盖层平面化。蚀刻工艺用于以一种图案从声阻抗调制层(即第三层)中去除材料，以形成结构。可以通过用光刻胶或硬掩模(通常是氧化物或氮化物)涂覆声阻抗调制层，并在光刻期间将声阻抗调制层暴露于图案中以去除材料。这些结构改变第三层的密度，以能够调制反射元件的有效阻抗，从而调谐BAW谐振器的工作频率。此外，这些结构能够从同一BAW谐振器产生多个谐振频率。因此，声阻抗调制层的结构决定频率偏移，并能够精细控制BAW谐振器中的频率间隔。此外，沉积由第一材料或第二材料组成的覆盖层(取决于第一层或第二层中的哪一层被蚀刻)。覆盖层被平面化，确保随后的薄膜在BAW谐振器中的适当沉积。覆盖层可以使用化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)技术平面化，该技术使用包括磨料和腐蚀性化学浆料(通常是胶体)的化学和机械组合方法，以实现覆盖层表面的超精密抛光，从而实现反射元件中的第三层。
根据一个实施例，放置一个或多个结构的步骤包括蚀刻第一层或第二层以为结构创造空间，沉积第三材料的第三层并使第三层平面化。蚀刻过程可以用于以一种图案从所述第一层或所述第二层去除材料，使得所述第三材料填充在所述第一层或所述第二层中创建的空间中，以形成所述结构。这些结构共同形成用于BAW谐振器的声阻抗调制层。在本文中，第三层被平面化，确保随后的薄膜在BAW谐振器中的适当沉积。第三层可以使用化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)技术平面化，该技术使用包括磨料和腐蚀性化学浆料(通常是胶体)的化学和机械组合方法，以实现第三层的表面的超精密抛光。
根据一个实施例，声调制层是使用用于整个衬底的一个光刻掩模来光刻限定和形成的。光刻定义的声阻抗调制层允许在一个衬底上设计多个频率。因此，如果我们需要N个单独的频率，我们不需要N个不同的工艺步骤来形成不同的N个谐振器中的每一个。应当理解，光刻定义的声阻抗调制层提供相邻谐振器之间的最小频率间隔分辨率。使用用于整个衬底的一个光刻掩模，声调制层在集成电路封装中的不同BAW谐振器单元的整个晶片中一次性形成，并且不需要单独的工艺步骤来形成不同的谐振器单元，从而降低了制造复杂性、时间和成本。
图6A和图6B为本发明实施例提供的BAW谐振器100的频率偏移的示例性图形啊表示。参考图6A，图形表示600A表示a/p比为2的BAW谐振器100的频率偏移。在此，a/p比是BAW谐振器100的表面和周长之间的比。a/p比取决于谐振器的形状。对于给定的“a”值，正方形的a/p大于三角形的a/p，圆形的a/p最大。与形状无关，a/p比总是随着“a”值的增加而增加。因此，大谐振器的a/p比值大，小谐振器的a/p比值相对较小。在图形表示600A中，线602表示BAW谐振器100的频率偏移。频率偏移是通过BAW谐振器100的声阻抗调制层实现的。参考图6B，还示出了表示当BAW谐振器100的a/p比为4时BAW谐振器100的频率偏移的图形表示600B。在图形表示600B中，线604表示BAW谐振器100的频率偏移。频率偏移是通过BAW谐振器100的相同声阻抗调制层实现的。因此，可以理解，通过使用声阻抗调制层配置，根据单个BAW谐振器100的设计，获得频移范围内的调制。需要说明的是，在本文中，保持质量因子(Q)和机电耦合系数(kt2)因子。该配置提供了精细的频率调谐wit＝h纹波增强(类似于SAW振器)。此外，可以理解，BAW谐振器的色散类型可以偏移(通过光刻)以提供杂散模式抑制选项。
本发明的BAW谐振器100依赖于在反射元件112的上核心部分中声阻抗调制层116的沉积和图案化。在反射元件112的这个上部核心部分中包括不同的材料贴片能够改变第一层114A(或第二层114B)的有效密度，直接影响声学传播常数，这反过来改变在该特定区域中传播的体波的相位速度。声学参数的这种修改影响BAW谐振器100的总体工作频率。需要说明的是，有效阻抗和有效密度的这种调谐仅通过声阻抗调制层116的图案化形状的实现方式的变化来完成。声阻抗调制层116在整个晶片表面上一次性图案化，并能够对第一层114A(或第二层114B)的有效密度进行光刻定义的调制。因此，相邻的BAW谐振器可以具有不同的频率，即使它们位于同一裸片上。
本BAW谐振器100通过声阻抗调制层116的光刻实现频移设置，而不需要精确的厚度沉积(如传统所需)。通过这样的设计，可以在同一晶片上实现许多频率，并且可以对带内纹波进行精细优化。在此，声阻抗调制层116可以设置在靠近底部电极106(即靠近BAW谐振器100的边缘)的地方，因此可以作为杂散模式降低/帧区域工作。声阻抗调制层116还用于电屏蔽进入衬底102的任何辐射和感应电流。此外，声阻抗调制层116增加额外的优化参数来提高压电元件104中的声约束效率。此外，具有添加的虚拟元件的声阻抗调制层116可以显著改善在沉积芯压电元件104之前表面的平面化。
本发明的体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)谐振器可用于许多高频通信应用。具体地，目前的BAW谐振器可用于在1.5GHz以上的频率下工作并需要平坦通带的滤波器网络；在通带的上端和下端具有异常陡峭的滤波器裙部和方形肩部；并在通带之外提供显著的抑制效果。本发明的BAW谐振器具有相对较低的插入损耗，随着工作频率的增加，尺寸往往减小，并且在宽温度范围内相对稳定。因此，本BAW谐振器可用于许多第三代(3rdGeneration，3G)和第四代(4th Generation，4G)无线设备，并进一步用于第五代(5thGeneration，5G)无线设备的滤波器应用。可以理解，这些无线设备支持同一无线设备上的蜂窝、无线保真度(Wi-Fi)、蓝牙和/或近场通信，因此，提出了可以由本发明的BAW谐振器处理的极其具有挑战性的滤波要求。
在不脱离所附权利要求书界定的本发明的范围的情况下，可以对上述本发明的实施例进行修改。用于描述和主张本发明的“包括”、“包含”、“结合”、“具有”、“是”等表达应视为以非唯一的方式解释，即允许没有明确描述的项目、部分或要素也可出现。对单数的引用也应解释为与复数有关。本文使用的词语“示例性”表示“作为一个示例、实例或说明”。任何“示例性的”实施例并不一定理解为优先于或优越于其它实施例，和/或并不排除其它实施例特点的结合。本文使用的词语“可选地”表示“在一些实施例中提供且在其它实施例中没有提供”。应当理解，为了清楚起见而在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征还可以通过组合提供在单个实施例中。相反地，为了描述的简洁性，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各个特征也可以单独地或以任何合适的组合或作为本发明的任何合适的其它实施例提供。

Claims (16)

1.一种衬底上的体声波(bulk acoustic wave，BAW)谐振器，其特征在于，包括压电元件、所述压电元件的第一面上的底部电极和所述压电元件的背对着所述第一面的第二面上的顶部电极，所述BAW谐振器还包括在所述底电极和所述衬底之间的反射元件，所述反射元件至少包括具有第一声阻抗的第一材料的第一层和具有第二声阻抗的第二材料的第二层，所述第二声阻抗与所述第一声阻抗不同，所述第一层或所述第二层包括具有第三声阻抗的第三材料的一个或多个结构，所述第三声阻抗与所述第一声阻抗和所述第二声阻抗不同，所述结构形成嵌入在所述第一层和/或所述第二层中的声阻抗调制层。
2.根据权利要求1所述的BAW谐振器，其特征在于，所述反射元件是包括多个交织的第一层和第二层的布拉格层。
3.根据权利要求1或2所述的BAW谐振器，其特征在于，所述反射元件由所述第一材料和所述第二材料的交替层组成，使得所述反射元件布置成在所述BAW谐振器的工作频率下工作。
4.根据上述权利要求中任一项所述的BAW谐振器，其特征在于，所述声阻抗调制层嵌入在所述反射元件的邻近所述底部电极的层中。
5.根据上述权利要求中任一项所述的BAW谐振器，其特征在于，所述一个或多个结构的厚度在所述BAW谐振器的基本工作频率下的声波波长或声波波长的分数的数量级。
6.根据上述权利要求中任一项所述的BAW谐振器，其特征在于，所述一个或多个结构包括具有足够大的掺杂剂浓度以能够改变质量密度和/或声相速度的半导体材料。
7.根据上述权利要求中任一项所述的BAW谐振器，其特征在于，所述声阻抗调制层布置成使得其延伸到所述反射元件的两层中。
8.根据上述权利要求中任一项所述的BAW谐振器，其特征在于，所述结构不对称分布以形成所述声阻抗调制层。
9.根据上述权利要求中任一项所述的BAW谐振器，其特征在于，还包括在所述顶部电极上的至少一个质量载荷层。
10.根据权利要求9所述的BAW谐振器，其特征在于，所述质量载荷层嵌入或部分嵌入所述顶部电极中。
11.一种集成电路封装，其特征在于，至少包括根据上述权利要求中任一项所述的第一BAW谐振器和第二BAW谐振器，所述第一BAW谐振器和所述第二BAW谐振器具有不同的声阻抗调制层。
12.根据权利要求11所述的集成电路封装，其特征在于，包括根据权利要求1至10中任一项所述的以梯形结构或晶格结构配置的多个BAW谐振器。
13.一种根据权利要求1至10中任一项所述的制造BAW谐振器的方法，其特征在于，包括在衬底上沉积反射元件的步骤，所述反射元件至少包括由分别具有第一声阻抗和第二声阻抗的第一材料和第二材料制成的第一层和第二层，将具有第三声阻抗的第三材料的一个或多个结构放置在所述第一层和/或所述第二层中，所述第三声阻抗与所述第一声阻抗和所述第二声阻抗不同，所述结构在所述反射元件内形成声阻抗调制层。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，放置所述一个或多个结构的步骤包括在第一层或第二层上沉积所述第三材料的第三层，并蚀刻所述第三层，以形成所述结构，所述方法还包括用所述第一材料或所述第二材料的覆盖层覆盖所述第三层，并使所述覆盖层平面化。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，放置所述一个或多个结构的步骤包括蚀刻第一层或第二层以为所述结构创造空间，沉积所述第三材料的第三层并使所述第三层平面化。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述声调制层是使用用于整个衬底的一个光刻掩模来光刻限定和形成的。
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