CN1808898A - 薄膜体声波滤波装置及制造薄膜体声波滤波装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及薄膜BAW滤波装置及用于制造薄膜BAW滤波装置的方法。所述薄膜BAW滤波装置含有至少一个CRF部和至少一个梯形或栅形滤波部，其中所述CRF部含有至少两个耦合的谐振器，所述CRF部和所述梯形或栅形滤波部集成在同一衬底上，从而制成所述薄膜BAW滤波装置。本发明还涉及用于制造薄膜BAW滤波装置的方法，其中包括至少一个CRF部和至少一个梯形或栅形滤波部，所述CRF部含有至少两个耦合的谐振器，所述CRF部和所述梯形或栅形滤波部集成在同一衬底上。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜BAW滤波装置(BAW＝Bulk Acoustic Wave：体声波)，并涉及一种用于制造这种滤波装置的方法。
背景技术
薄膜BAW滤波装置用在例如第三代(3G)移动无线电技术中，以在实现低介入损耗的同时得到宽的频带宽度。
由例如CRF部件(CRF＝Coupled Resonator Filter：耦合谐振器滤波装置)形成了此类滤波装置。通常，CRF部件具有两个压电谐振器，其中一个堆叠在另一个上面，以及多个中间耦合层以将声耦合调整到期望的滤波装置特性。
CRF技术使所有的移动无线电频带所需要的带通特性(即频带宽度以及介入损耗)得以实现。远离通过区的截止区具有很高的介入损耗，该介入损耗在很大程度上受制于寄生效应和衬底的有限传导性以及任何相对于衬底的不对称电容。然而，截止频带值接近于通过区(所谓过渡区)也并非最佳。通常，移动无线电发射频率与接收频带由宽度仅为10到20MHz的过渡频带彼此分开，其中包括一般优于4dB的介入损耗的滤波装置特性须变为优于30dB的截止频带。
在-5dB到-30dB之间的过渡带的缺点是CRF部件自身的基本特性，且几乎不可能无损于通过频带特性地通过部件设计地加以改善。
为了取得具有较好特性的过渡带，一种可行的方法是将CRF部件连接到传统的级联(cascade)形式的梯形滤波装置装置，如图8所例示。图3示出了梯形滤波部件的传递函数，该部件具有与该梯形滤波部件中的并联谐振器的串联共振和串联谐振器的并联共振相关的两个显著的最小值。此图示例为单T形节。其中使用的层堆与图1所示的布置类同，只是作了这样的修改：去除了下谐振器的上电极而由二氧化硅所代替。对左手侧过渡带而言过渡带宽度约为10MHz，对右手侧过渡带而言约为5MHz，在-5dB到-30dB之间。用于谐振器的Q值(品质因数)为1000。
图4表示用作梯形滤波装置的传统谐振器的典型的层堆。若单梯形滤波装置以级联方式连接到CRF的不平衡的端口，其将产生如图5所示的传递函数。在这种情况下，该端口可用作为输入端或者输出端。通过在CRF的平衡输出端使用两个梯形滤波装置可取得相似的作用。这种组合的CRF梯形滤波装置具有比一个CRF自身更好的过渡带特性。这些术语的定义可以在如下的公开以及其中引用的参考文献中找到。
-G.G.法蒂格，R.艾格纳，W.内斯勒，“耦合体声波谐振器滤波装置”；用于单到平衡的RF滤波装置的主要技术。”论文集IEEE 2004微波理论和技术协会座谈会摘要(G.G.Fattinger，R.Aigner，W.Nessler，“Coupled Bulk Acoustic Wave Resonator Filter：KeyTechnology for single-to-balanced RF Filters.”Proceedings IEEE2004 MTTS symposium Digest.)；
-G.G.法蒂格，R.艾格纳，W.内斯勒，“用于使用耦合谐振器BAW技术的移动电话的单到平衡的RF滤波装置。”IEEE超声、铁电和频率控制学会(UFFC)座谈会2004论文集(G.G.Fattinger，J.Kaitila，W.Nessler，and R.Aigner，“Single-to-Balanced Filtersfor Mobile Phones using Coupled Resnator BAW Technology”，IEEEUFFC Symposium 2004 Proceedings.)；
-K.M.莱金“薄膜技术的回顾”IEEE微波杂志，2003年12月，P.61(K.M.Lakin，“A Review of Thin-Film Technology”，IEEEMicrowave Magazine，Dec.2003，p.61)；
-K.M.莱金“薄膜谐振器技术”IEEE超声、铁电和频率控制学会(UFFC)第50年周年版(K.M.Lakin，“Thin Film ResonatorTechnology”，IEEE UFFC 50th Anniversary Issue.)；
-K.M.莱金“耦合谐振器滤波装置”IEEE 2002年超声座谈会论文(K.M.Lakin，“Coupled Resonator Filters”，IEEE 2002Ultrasonics Symposium Proceedings.)。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种滤波装置，它占据较少空间但具有移动无线电所需要的传输特性，并提供一种制造该滤波装置的简单方法。
该目的通过具有本发明第一方面的特征的薄膜BAW滤波装置和具有本发明第二方面的特征的方法实现。在上述两个方面的从属形态中对一些有利的改善作了规定。
因此，本发明提供设有至少一个CRF部和至少一个梯形或栅形滤波部的薄膜BAW滤波装置，其中CRF部具有至少两个耦合的谐振器，并且CRF部和梯形或栅形滤波部集成在共同的衬底上。
依据本发明的制造薄膜BAW滤波装置的方法包括：以对应的方式，CRF部和梯形或栅形滤波部集成在共同的衬底上。将CRF部和梯形或栅形滤波部集成在共同的衬底上，即作为单片配置，具有尺寸、价格以及性能上的优势。
总体结构中的至少一个部分最好是梯形或栅形滤波部的形式。
梯形或栅形滤波部的下谐振器的至少一个电极被平面化层所代替。这样的部件容易制造。此类设计能够特别经济地投入生产。且稳妥地避免在随后的金属化和以及钝化步骤中可能发生的困难。
在这种情况下，下谐振器的上电极能够被平面化层所代替，或者下谐振器的下电极能够被平面化层所代替。而且，下谐振器的两个电极均可由平面化层替代。
本例设计中的一个特别优势在于不需要附加的掩模和/或工序。
上述平面化层最好是半导体氧化物或半导体氮化物，例如硅基半导体。另外，也可采用任何其它所期望的电介质。
在本发明的一个优选实施例中，在梯形或栅形滤波部中提供失谐层以减低并联谐振器的频率。
在又一实施例中，设有频率微调步骤。
优势特别在于：这种单片CRF梯形滤波装置可用单个附加的淀积步骤以及仅仅两、三个附加的掩模制成。EP-A-1219028中描述的过程可用作基本的制造工序。
在梯形滤波装置中可采用更多的层，例如，为了更好地细调个别谐振器的特性，下耦合氧化物层在梯形部谐振器上可用钨代替。
依据本发明所基于的构思，“正常的”个别谐振器能够在现有CRF工艺中产生，并且能够用于梯形或栅形部的集成。
删除下谐振器的一个电极，意味着该电极就完全不在光刻掩模图案中画出。与通常的CRF工艺相比，在该点的处理上不需作任何改变。平面化介质可应用在任何场合。
前述的集成单个谐振器的方法总是包括这样的假定，即假定两个谐振器中的一个将必须被完全去除(通过随后的蚀刻或类似手段)。这在本例中是不必要的。
附图说明
以下，将参考附图给出的示范性实施例对本发明进行更详细地描述，其中：
图1表示CRF的传递函数；
图2表示CRF谐振器堆的设计；
图3表示梯形滤波装置的T形节的传递函数；
图4表示传统的BAW谐振器的设计；
图5表示包含梯形滤波装置的T形节以及两级CRF的级联电路的传递函数；
图6表示CRF层堆中谐振器的阻抗，以及图7所示的带或不带附加失谐层的堆的阻抗；
图7表示在去除和平面化下谐振器上电极期间的层堆；
图8表示T单元的电路图，该单元以级联方式连接到CRF部件上。
附图标记：
1 CRF谐振器堆
2 上谐振器
3 耦合层
4 下谐振器
5 反射镜
6 连接点
7 衬底
8 谐振器
9 组合的CRF梯形谐振器
10 新反射镜
11 第一电极
12 第二电极
13 串联谐振器
14 串联谐振器
15 分路谐振器(或并联谐振器)
具体实施方式
图1表示现有技术中公知的、具有中心在1842.5MHz的两个GSM频带部分的CRF部件的计算的传递函数。其中例示的截止过渡频带是约在-5dB到-30dB之间的30MHz。
图2表示典型的CRF谐振器堆1的设计，同样是现有技术中公知的。谐振器堆的活性区由虚线分界，一般具有约50μm到约300μm的宽度。该层堆包含具有压电层的上谐振器2，例如由氮化铝(AlN)或ZnO组成。而且，上谐振器2包含两个电极11、12，例如可由多个金属或者电介质层形成。在一示范性实施例(图中未示出)中，只对每一个电极提供了单层，而不是提供两层。
耦合层3(该层还可特别例如设有具高声阻抗的层)位于上谐振器2和下谐振器4之间，其中谐振器4以与本示范性实施例中的谐振器2相同的方式设计。声反射镜(acoustic mirror)5布置在下谐振器4的下面。而且，附图标记6表示在谐振器和类似部分或部件之间的连接点。上述层堆(layer stack)设在衬底7上。在一示范性实施例中，两个谐振器的结构不同(未作图示)。
图3表示梯形滤波装置的单个T形节的传递函数。使用的层堆与图1中所使用的相同，但是作了这样的修改：去除下谐振器的上电极而用平面化二氧化硅作为替代。如本说明书的描述中已提及的，截止对左手侧过渡带而言约为10MHz，对右手侧过渡带而言是5MHz。
图4表示BAW谐振器的进一步设计，该谐振器的活性区是100到300μm(由虚线所标示)。谐振器堆1仅有一个带一个电极的谐振器8。声反射镜5的一个层堆设置在其下面，并依次淀积在衬底7上。
组合滤波装置的传递函数如图5所示，该滤波装置的梯形滤波装置以级联的方式连接到CRF的不平衡输出端。其截止对于两个过渡带均约为10MHz。
另外，图6特别表示在CRF层堆的下谐振器的上电极已经被去除并且已经被平面化氧化物取代的情况下的上谐振器的经计算得到的特性。而且，该示图表示所述的具有附加的失谐层情况。而且，该图表示在测量上谐振器以及下谐振器的开路电极期间的未改变的CRF层堆的谐振器阻抗特性。依据本发明的此类的层堆例示在图7中。
图7表示在下谐振器4的上电极被去除以及平面化之后，依据本发明组合单片CRF梯形谐振器9的层堆。附图标记11表示已被去除的下谐振器4原先的电极层。该层堆包含上谐振器2、原耦合层3、原下谐振器4以及在衬底7上的原反射镜5。附图标记10表示形成新反射镜的层，该反射镜由现有的层形成。
已描述的依据本发明的薄膜BAW滤波部件能够通过用一个基于Infineon Technologies AG(EP-A-1219028)的BAW工艺的制造工序作为基本工序而制造。
Infineon BAW工艺是基于在压电淀积过程之前的下电极堆以及反射镜的平面化的工艺。因此，特别以这种工艺方法进行，以得到具有高质量AlN膜的可靠的压电层结果。这反过来也直接影响到压电耦合系数(keff)，即指滤波装置带宽和Q值。因为相同的原因，下谐振器的上电极，在两个谐振器之间的耦合层以及上谐振器的下电极依据本发明以CRF方法进行平面化。依据本发明所使用的方法而制造的谐振器具有约6.6％的耦合系数。
最后，为了制造梯形部，并联谐振器的频率也必须相对于串联谐振器降低。因此，如在传统的梯形滤波装置制造方法中所通常使用的方法那样，另外需要一个失谐层。而且，需要频率调整步骤(例如在EP-A-1390559中所描述的)。总之，这意味着依据本发明能够制造单片CRF梯形滤波装置。
去除下谐振器的两个电极中的一个或者两个可改变与该谐振器相关的共振频率，使之远离该上谐振器的共振。这样便形成了很多个主共振，同时显著削弱了其它共振。如上所述的相同的方法也能够用于制造一种组合CRF栅形滤波装置。
而且，本方法能够通过在梯形滤波装置中设置更多的层而进一步精细化。
图8表示梯形滤波装置以及CRF滤波装置的T单元串联连接的一种选择，这很容易通过本发明的方法由单个衬底制造。
在本例中，输入/输出端P1为“单端(single-ended)”形式，即具有接地基准的单个信号线。端口P2用所谓的“平衡”配置设计，即包括两个信号线，它们彼此反相180°。输出端P2的基准接地不需要与输入端1(电位隔离)的基准接地相关。
另外，也可改变CRF部中的基准阻抗，例如CRF输入端可形成50欧姆的终端负载，而相比而言CRF输出端是200欧姆。两个特性，即阻抗和模式转换特性，不能通过基于栅形和梯形滤波装置它们自身而得到。因此也不可能取得这种高级的远离通过带的阻带抑制。
相比而言，CRF自身在接近通过带的区域不允许这样陡的滤波装置侧面(filter flanks)或阻带抑制。
本例的装置于是充当了平衡单元，其中不平衡端口P1被转换为平衡端口P2，反之亦然。
本例的特征是：谐振器13、14或者15中的一个或者全部依据本发明进行设计，例如如图7所示。
例如，CRF部按图2所示设计。通过将两个图彼此靠拢地放置而得到了单个衬底上的这些部件的基本配置。从图8中的电路图中可看出其电连接。
Claims (15)
1.一种薄膜BAW滤波装置，包括：
至少一个CRF部，以及
至少一个梯形或栅形滤波部，所述CRF部含有至少两个耦合的谐振器(2，4)；其中
所述CRF部和所述梯形或栅形滤波部集成在共同的衬底(7)上。
2.权利要求1所述的滤波装置，其中：
所述滤波装置的至少一部分是梯形或栅形滤波部的形式，另一部分滤波装置是CRF部的形式。
3.权利要求1或2所述的滤波装置，其中：
所述下谐振器(4)的至少一个电极由平面化层代替。
4.权利要求3所述的滤波装置，其中：
所述下谐振器(4)的上电极由平面化层代替。
5.权利要求3或4所述的滤波装置，其中：
所述下谐振器(4)的下电极由平面化层代替。
6.权利要求3至5中任一项所述的滤波装置，其中：
所述平面化层包含半导体氧化物、半导体氮化物或电介质。
7.以上权利要求中任一项所述的滤波装置，其中：
一个或多个失谐层设在所述梯形或栅形滤波部中。
8.一种制造薄膜BAW滤波装置的方法，包括：
至少一个CRF部；以及
至少一个梯形或栅形滤波部，所述CRF部有至少两个耦合的谐振器(2，4)，其中
所述CRF部和所述梯形或栅形滤波部集成在共同的衬底(7)上。
9.权利要求8所述的方法，其中：
整个滤波装置的至少一部分是梯形或栅形滤波部的形式。
10.权利要求8或9所述的方法，其中：
所述下谐振器(4)的一个电极由平面化层代替。
11.权利要求10所述的方法，其中：
所述下谐振器(4)的上电极由平面化层代替。
12.权利要求10所述的方法，其中：
所述下谐振器(4)的下电极由平面化层代替。
13.权利要求10至12中任一项所述的方法，其中：
半导体氧化物、半导体氮化物或电介质作为平面化层施加。
14.权利要求8至13中任一项所述的方法，其中：
所述失谐层加在所述梯形或栅形滤波部中。
15.权利要求8至14中任一项所述的方法，其中：
设有一些频率微调步骤。
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