CN1868119A - 稳固安装的层叠体声谐振器 - Google Patents

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Abstract

一种薄膜体声谐振器FBAR器件(100)包括基底(102)、该基底上方的声布拉格反射器(180)、在该声布拉格反射器上方的压电元件(116)和该压电元件上方的远侧电极(114)。声布拉格反射器包括与塑料布拉格层(184)邻接的金属布拉格层(182)。塑料布拉格层的塑料材料与金属布拉格层的金属的声阻抗之间的大比值提供了FBAR与基底之间的充分的声隔离，使FBAR器件的频率响应即便存在由于FBAR与基底之间不希望的声耦合而引起乱真的假象，也很少。

Description

稳固安装的层叠体声谐振器
背景技术
含有一个或更多个薄膜体声谐振器(FBAR)的FBAR器件形成种类越来越多的电子产品尤其是无线产品的一部分。例如，现代移动电话包括双工器，在双工器中每个带通滤波器包括梯形电路，在梯形电路中梯形电路的每个元件是一个FBAR。包括FBAR的双工器由Bradley等人在名称为Duplexer Incorporating Thin-film Bulk AcousticResonators(FBARs)的美国专利No.6262637中公开了，该专利被转让给本公开的受让人并且以引用的方式包含在本公开中。这种双工器由在发射器的输出端与天线之间串联连接的发射器带通滤波器和在天线与接收器的输入端之间与90°移相器串联连接的接收器带通滤波器构成。发射器带通滤波器和接收器带通滤波器的通带的中心频率彼此之间具有偏移。基于FBAR的梯形滤波器也应用在其它的应用中。
图1示出了适合于充当双工器的发射器带通滤波器的FBAR基带通滤波器10的代表性实施方式。发射器带通滤波器由连接在梯形电路中的串联FBAR 12和并联FBAR 14构成。串联FBAR 12具有比并联FBAR14高的谐振频率。
图2示出了FBAR的代表性实施方式30。FBAR 30由一对电极32和34以及位于电极之间的压电元件36构成。压电元件和电极悬浮于在基底42中形成的空腔44的上方。悬浮FBAR的这种方式使得FBAR能够响应于在电极之间施加的电信号而机械谐振。
美国专利申请序列No.10/699289公开了一种带通滤波器，这种带通滤波器包括由下FBAR、层叠在下FBAR上的上FBAR以及在FBAR之间的声解耦器所构成的解耦层叠体声谐振器(DSBAR)。每个FBAR由一对电极和位于电极之间的压电元件构成。在下FBAR的电极之间施加电输入信号，上FBAR在它的电极之间提供带通滤波的电输出信号。也可以备选地在上FBAR的电极之间施加电输入信号，在这种情况下，从下FBAR的电极之间提取电输出信号。
美国专利申请序列No.10/699481公开了一种由两个解耦层叠体声谐振器(DSBAR)构成的薄膜声耦转换器(FACT)。第一电路使DSBAR的下FBAR串联或并联连接。第二电路使DSBAR的上FBAR串联或并联连接。取决于电路的配置，能够获得具有1∶1或1∶4的阻抗转换比的平衡或不平衡FACT实施方式。这种FACT还提供第一电路与第二电路之间的电绝缘。
在上述的DSBAR和FACT中，每个下FBAR悬浮于类似于上面参考图2所描述的空腔44的基底中的空腔的上方。空腔使得作为构成部分的FBAR能够响应于在一个或更多个FBAR的电极之间所施加的电信号而机械谐振。
在本公开中，一般把上面参考图2所描述的FBAR和包括一个或更多个FBAR的例如梯形滤波器、DSBAR和FACT的器件称为FBAR器件。
例如如美国专利申请序列No.10/699,298中所述，FBAR器件的实际实施方式是通过以下步骤制造的：在例如硅基底的刚性基底中形成空腔、用牺牲材料填充该空腔、对基底的表面进行平面化然后在牺牲材料的表面上沉积并图形化FBAR器件的各个层，但是牺牲材料表面的一部分保持暴露。提供压电元件116的至少该压电材料层的一部分此外还与空腔之外的基底重叠。在沉积和图形化所有的层之后，进行释放蚀刻将牺牲材料从空腔中除去。这使FBAR器件如图2所示悬浮于空腔的上方。
在制备工艺的最后进行释放蚀刻的需要把可以用来形成FBAR器件的基底、电极和压电元件的材料选择限制为与释放蚀刻相兼容的材料。有时希望不受这种限制。而且，甚至当使用与蚀刻兼容的材料时，释放蚀刻也会引起FBAR器件的层之间的层离和随后产生的性能受损。因此，想得到不涉及进行释放蚀刻制造FBAR器件的可选择的方法。
Lakin的美国专利No.6107721公开了一种FBAR器件，其具有设置在FBAR器件与基底之间的声反射器。在这种器件的制备中不需要进行释放蚀刻。该声反射器基于布拉格反射器并且由二氧化硅和非压电氮化铝的交替层构成。在Lakin所公开的实施例中，声反射器具有九层。Lakin还指出可以使用更多或更少的层。
需要沉积九层或更多附加层材料来形成声反射器尽管没有进行释放蚀刻，但使制备FBAR器件的工艺显著复杂化了。而且，通过减少层的数量来简化工艺的尝试导致FBAR器件的频率响应表现出不希望的乱真假象。这种假象来自于层数量的减少所产生的隔离的降低，使得FBAR器件与基底发生机械相互作用。
一些商业上可得到的FBAR器件包括由二氧化硅和金属的交替层构成的声反射器。然而，这种FBAR器件的频率响应表现出不希望的乱真假象，例如在抑制频带中的附加发射峰值。
因此需要一种不需要释放蚀刻、不过度地使制备工艺复杂化并且提供FBAR器件与基底之间充分隔离地以将FBAR器件与基底隔离的方法，其中FBAR器件的频率响应没有不希望的乱真假象。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种包括基底、基底上方的声布拉格反射器、声布拉格反射器上方的压电元件和压电元件上方的远侧电极的薄膜体声谐振器(FBAR)。声布拉格反射器包括金属布拉格层和与金属布拉格层邻接的塑料布拉格层。
FBAR器件的实施例包括：FBAR，例如提供梯形滤波器元件的FBAR、层叠体声谐振器(SBAR)、解耦层叠体声谐振器(DSBAR)、带通滤波器和薄膜声耦转换器(FACT)。
在一个实施方式中，对金属布拉格层进行图形化来形成基底侧电极。在另一个实施方式中，金属布拉格层是第一金属布拉格层，声布拉格反射器还包括与塑料布拉格层邻接的第二金属布拉格层，并且FBAR器件还包括在声布拉格反射器与压电元件之间的基底侧电极。
金属布拉格层的金属与塑料布拉格层的塑料材料的声阻抗之间大比值提供了FBAR与基底之间充分的声隔离，使得如果由于FBAR器件与基底之间不希望的声耦合而使FBAR器件的频率响应表现出乱真假象的化，也很少。这对于具有第三布拉格层和基底层电极的实施方式来说尤其正确。
金属布拉格层的金属与塑料布拉格层的塑料材料的声阻抗之间的大比值意味着FBAR器件除构成FBAR自身的层之外可以典型地在一个和四个布拉格层之间构成。这意味着根据本发明的FBAR的制备工艺如果确实比同样类型常规FBAR的制备工艺复杂的化，也是最低限度地。尤其是，该制备工艺缺少上面提到的释放蚀刻操作。
附图说明
图1是根据现有技术包括FBAR的梯形滤波器的示意图。
图2是根据现有技术的FBAR的横截面图。
图3A是根据本发明FBAR器件的第一实施方式的平面图。
图3B是FBAR器件的第一实施方式沿图3A中示出的截线3B-3B的横截面图。
图3C-3F是图3A中示出的FBAR器件的声布拉格反射器的可选择的结构的横截面图。
图4是根据本发明FBAR器件的第二实施方式的横截面图。
图5A是根据本发明FBAR器件的第三实施方式的平面图。
图5B是FBAR器件的第三实施方式沿图5A中示出的截线5B-5B的横截面图。
图6A是根据本发明FBAR器件的第四实施方式的平面图。
图6B是图6A中示出的FBAR器件的第四实施方式沿截线6B-6B的横截面图。
图6C是FBAR器件的第四实施方式沿图6A中示出的截线6C-6C的横截面图。
图6D是根据本发明FBAR器件的第四实施方式的电路的示意图。
图7A-7K是示出制作根据本发明的FBAR器件的工艺的平面图。
图7L-7V分别是沿图7A-7K中截线7L-7L、7M-7M、7N-7N、70-70、7P-7P、7Q-7Q、7R-7R、7S-7S、7T-7T、7U-7U和7V-7V的横截面图。
图8A和8B分别是示出在1.7GHz左右到2.1GHz左右的频率范围内实施本发明时第一测试结构和第二测试结构的反射系数矢量的史密斯圆图。
具体实施方式
图3A和3B分别是根据本发明FBAR器件的第一代表性实施方式100的平面图和横截面图。FBAR器件100包括单个的FBAR 110。单个的FBAR 110典型地是如图1中示出的FBAR梯形滤波器或双工器的元件，但是省去了梯形滤波器或双工器的其余元件以简化附图。
参照图3B，FBAR器件100由基底102、在该基底上方的声布拉格反射器180、在该声布拉格反射器上方的压电元件116和在该压电元件116上方的远侧电极114构成。声布拉格反射器180包括与第一塑料布拉格层184邻接的第一金属布拉格层182。在示出的实施例中，第一金属布拉格层182与基底邻接并且声布拉格反射器180还由与第一塑料布拉格层184邻接的第二金属布拉格层186以及与第二金属布拉格层186邻接的第二塑料布拉格层188构成。还在示出的实施例中，FBAR器件100还由位于声布拉格反射器180与压电元件116之间的基底侧电极112构成。基底侧电极112、压电元件116和远侧电极114共同构成薄膜声谐振器(FBAR)110。声布拉格反射器180使FBAR 110与基底102声隔离。
在本公开中描述为邻接的布拉格层如图3B中所示典型地相互物理接触。然而，邻接的布拉格层可以由插入层所分隔，只要插入层对邻接的布拉格层的声性能具有可忽略的影响。
FBAR器件100具有有中心频率的带通频率响应特性。如在本公开中所使用的，术语布拉格层(Bragg layer)指的是具有标称厚度t的层，所述厚度是频率与该中心频率相等的声信号在该布拉格层的材料中的波长λn的四分之一的奇数倍，也就是t＝(2m+1)λn/4，其中m是大于或等于零的整数。整数m是零的布拉格层典型地降低了FBAR器件的频率响应表现出乱真假象的可能性。在这样的布拉格层中，布拉格层的标称厚度是上面提到的声信号在该层的材料中的波长的四分之一，也就是t＝λn/4。而且，如下面将详细描述的，其中至少金属布拉格层为λn/16那么薄的实施方式将提供充分的声隔离，以在许多应用中使用。
本发明者发现，由声布拉格反射器提供的声隔离取决于构成声布拉格反射器的布拉格层的材料的声阻抗的比值。与另一个层邻接的具有λn/4厚度的第一布拉格层所显示的有效声阻抗Zeff1是在远离其它层的第一布拉格层的表面处检测到的声阻抗。第一布拉格层显示的声阻抗取决于第一布拉格层的声阻抗和由其它层赋予该第一布拉格层的有效声阻抗。第一布拉格层显示的有效声阻抗由下面给出：
Zeff1＝Zp 2/Zm                                (1)
其中Zp是第一布拉格层的材料的声阻抗，Zm是其它层的声阻抗。
例如，在远离基底102的第一金属布拉格层182表面处的有效声阻抗取决于第一金属布拉格层182的材料的声阻抗和基底102的材料的声阻抗。在这个实施例中，Zeff1是在远离基底102的第一金属布拉格层182表面处显示的有效声阻抗，Zp是第一金属布拉格层182的材料的声阻抗，Zm是基底102的材料的声阻抗。
由公式(1)所定义的关系存在于每一个布拉格层和前一布拉格层之间。在公式(1)中，Zm是由前一布拉格层赋予该布拉格层的有效声阻抗。
例如，第一金属布拉格层182将有效声阻抗Zeff1赋予第一塑料布拉格层184。第一塑料布拉格层184将有效声阻抗Zeff1转化为另一个有效声阻抗Zeff2，并将有效声阻抗Zeff2赋予第二金属布拉格层186。第二金属布拉格层186将有效声阻抗Zeff2转化为另一个有效声阻抗Zeff3，并将有效声阻抗Zeff3赋予第二塑料布拉格层188。第二塑料布拉格层184将有效声阻抗Zeff3转化为另一个有效声阻抗Zeff4，并将有效声阻抗Zeff4赋予FBAR 110。有效声阻抗Zeff4也是声布拉格反射器180的有效声阻抗。
FBAR 110与在第二塑料布拉格层188处由声布拉格反射器180所显示的有效声阻抗之间的声阻抗不匹配提供了FBAR 110与基底102之间的声隔离。分别由布拉格层182、184、186和188所显示的有效声阻抗交替为高和低，从第一金属布拉格层182到第二塑料布拉格层188高阻抗增加而低阻抗降低。
为了使声布拉格反射器180提供有效声隔离，它赋予FBAR 110的有效声阻抗可以比FBAR的声阻抗大或者小。由声布拉格反射器180提供的声隔离可以由声布拉格反射器180的有效声阻抗与FBAR 110的声阻抗之间的用分贝表示的比值(比值的对数的20倍)来量化。增加声隔离降低了由于FBAR与基底之间不希望的耦合而使FBAR的频率响应表现出不希望的乱真假象的可能性。
根据本发明，声布拉格反射器180由与塑料材料的塑料布拉格层184和188交替的金属布拉格层182和186构成。在一个实施方式中，该金属分别是如钨或钼的难熔金属。金属布拉格层的金属的声阻抗是高的，而塑料布拉格层的塑料材料的声阻抗是低的。金属与塑料材料的声阻抗之间的大比值使得声布拉格反射器180能够用相对少的布拉格层提供几十分贝的声隔离。几种难熔金属是可获得的，他们具有大于50Mrayl的声阻抗并且与典型的FBAR制备工艺中使用的蚀刻剂相容。例如钼具有63Mrayl左右的声阻抗。几种塑料材料是可获得的，其具有小于5Mrayl的声阻抗并且与典型的FBAR制备工艺中使用的高温和蚀刻剂相容。一些这种塑料材料的声阻抗低到2Mrayl左右。因此，可获得几种具有大于10的声阻抗比值的金属和塑料的组合。将在下面描述的一种钼和交联的聚亚苯基聚合物的组合具有约30的声阻抗比值。
与第一塑料布拉格层184和第二塑料布拉格层188在随后的FBAR110的制备中所经受的高温(＞400℃)和蚀刻剂相容的塑料材料是可获得的，具有在2Mrayl左右到4Mrayl左右范围内的声阻抗。由于公式(1)中的平方关系，具有4Mrayl左右声阻抗的塑料材料的第一塑料布拉格层184和难熔金属的第一金属布拉格层182共同提供由金属布拉格层和SiO2的布拉格层所构成的结构的1/14的有效声阻抗。对于具有2Mrayl声阻抗的塑料材料，有效声阻抗是上述相似的金属/SiO2结构的有效声阻抗的1/56左右。
用具有大于50Mrayl左右声阻抗的金属例如难熔金属作为第一金属布拉格层182和第二金属布拉格层186的材料，并用具有小于5Mrayl左右声阻抗的塑料材料作为第一塑料布拉格层184和第二塑料布拉格层188的材料使得声布拉格反射器180对于FBAR 110具有0.1krayl左右的有效声阻抗。假设FBAR 110具有50Mrayl左右的有效声阻抗，那么由这样的材料构成的声布拉格反射器180的实施方式将提供超过100dB的声隔离。为了比较，图2中示出的FBAR器件30的空腔44中的空气具有1krayl左右的声阻抗并提供小于90dB左右的计算声隔离。因此，声布拉格反射器180提供FBAR 110和基底102之间充分的声隔离，使FBAR 110的频率响应具有基本上没有乱真假象的频率响应。其中塑料材料具有2Mrayl左右声阻抗的实施方式提供了超过120dB的计算声隔离。
需要FBAR 110和基底102之间甚至更大的声隔离的实施方式可以具有插在第一布拉格层182与基底102之间的塑料和金属的布拉格层的附加对。然而，由布拉格反射器180提供的声隔离对于大多数应用来说足够了。
基底侧电极112、远侧电极114和压电层116形成了具有机械谐振的机械结构，该机械谐振限定了FBAR 110的通带的中心频率。基底侧电极112、远侧电极114和压电层116在厚度上类似于常规FBAR的相应元件，常规FBAR的带通频率响应具有相同的标称中心频率。结果是，FBAR 100具有与相似的常规FBAR器件的电气特性类似的电气特性。
FBAR器件100还具有端子垫片132、端子垫片134、电连接端子垫片132和基底侧电极112的电迹线133，以及电连接端子垫片134和远侧电极114的电迹线135。用端子垫片132和134来进行从FBAR器件100到外部电路(未示出)的电连接。
FBAR器件100的制备在复杂度上可以与图2中示出的常规空气隔离的FBAR器件30相比：除去了形成并填充空腔44以及进行释放蚀刻的操作，增加了分别沉积金属、塑料、金属和塑料的四个布拉格层的操作。FBAR器件100的制备基本上没有具有常规声布拉格反射器的常规FBAR器件复杂，常规FBAR器件用声阻抗具有更小差别的材料的更多层来提供所需要的声隔离。例如，具有SiO2作为它的低声阻抗材料的声布拉格反射器需要八个布拉格层来提供100dB的声隔离。而且，SiO2布拉格层的厚度是塑料布拉格层厚度的三倍左右。这进一步降低了声布拉格反射器的总厚度并改进了台阶覆盖(step-coverage)问题。
在本公开中描述的FBAR器件的实施方式中，用聚酰亚胺作为塑料布拉格层的材料。聚酰亚胺由E.I.Du Pont de Nemours and Company以Kapton为商标出售。在这样的实施方式中，塑料布拉格层184和188分别由通过旋涂涂覆的聚酰亚胺构成。聚酰亚胺具有4Mrayl左右的声阻抗。
在其它实施方式中，用聚(对-二甲基苯)作为塑料布拉格层的材料。在这样的实施方式中，塑料布拉格层184和188每个由通过真空沉积涂覆的聚(对-二甲基苯)构成。聚对-二甲基苯在现有技术中也被称为聚对二甲苯。用来制造聚对二甲苯的二聚物前驱体联对二甲苯和用来进行真空沉积聚对二甲苯层的设备可以从许多供应商得到。聚对二甲苯具有2.8Mrayl左右的声阻抗。
在另一个实施方式中，用交联的聚亚苯基聚合物作为塑料布拉格层的材料。在这样的实施方式中，塑料布拉格层184和188分别由通过旋涂涂覆的交联聚亚苯基聚合物构成。交联的聚亚苯基聚合物已经作为低介电常数介电材料被开发用于集成电路中，并因此在FBAR 110随后的制备过程中交联聚亚苯基聚合物所经受的高温下保持稳定。本发明者已经发现，交联的聚亚苯基聚合物此外还具有2Mrayl左右的计算声阻抗。这个声阻抗提供了尤其高的声隔离。
含有通过聚合来形成相应交联聚亚苯基聚合物的各种低聚物的前驱体溶液由The Dow Chemical Company，Midland，MI以SiLK为商标出售。通过旋涂来涂覆前驱体溶液。从名称为SiLKTMJ(其还含有助粘剂)的这些前驱体溶液中的一种获得的交联聚亚苯基聚合物具有2.1Mrayl、也就是2Mrayl左右的计算声阻抗。
通过聚合来形成交联的聚亚苯基聚合物的低聚物由含有双环戊二烯酮(biscyclopentadienones)和芳香乙炔的单体来制备。用这样的单体来形成可溶的低聚物不需要不适当的置换。前驱体溶液含有溶解在γ-丁内酯和环己酮溶剂中的特定的低聚物。前驱体溶液中低聚物的百分比确定了当涂覆前驱体溶液时层的厚度。在涂覆后，用热将溶剂蒸发，然后使低聚物固化以形成交联的聚合物。双环戊二烯酮与乙炔进行4+2的环加成反应形成新的芳香环。进一步的固化产生交联的聚亚苯基聚合物。上述的交联聚亚苯基聚合物在美国专利No.5965679中由Godschalx等人公开了，该专利以引用的方式被结合在此。其它实际的细节由Martin等人在Development of Low-Dielectric ConstantPolymer for the Fabrication of Integrated Circuit Interconnect，12ADVANCED MATERIALS，1769(2000)中公开了，其也以引用的方式被结合在此。与聚酰亚胺相比，交联的聚亚苯基聚合物具有低的声阻抗、低的声衰减和低的介电常数。而且，前驱体溶液的涂覆层能够产生具有200nm量级厚度的交联聚亚苯基聚合物的高质量薄膜，200nm量级的厚度是塑料布拉格层184和188的典型厚度。
每个布拉格层182、184、186和188具有的标称厚度是频率等于FBAR 110的通带中心频率的声信号在布拉格层的材料中的波长的四分之一。利用四分之一波长厚的布拉格层，声布拉格反射器180与聚酰亚胺塑料布拉格层显示出310rayl左右的计算声阻抗，与交联的聚亚苯基聚合物塑料布拉格层显示出19rayl左右的计算声阻抗。这些声阻抗分别与104dB和128dB左右的声隔离相对应。
在将声布拉格反射器180构造为在2GHz左右下运行的实施方式中，其中塑料布拉格层184和188的塑料材料是交联的聚亚苯基聚合物，并且金属布拉格层182和186的金属是钼，塑料布拉格层的厚度是190nm左右，金属布拉格层的厚度是800nm左右。通过配方能够涂覆为具有190nm左右厚度的交联聚亚苯基聚合物的前驱体溶液在商业上可得到。也可以将聚酰亚胺涂覆成这个厚度的层。因此，将塑料布拉格层184和188形成为标称的四分之一波长的层很简单。另一方面，用目前的生产技术很难具有高材料质量地溅射沉积钼到800nm的厚度并对这样的层进行图形化。然而，通过使塑料布拉格层与难熔金属布拉格层相邻接所获得的大的声阻抗转换比意味着可以用比标称的四分之一波长的厚度显著更薄的金属布拉格层来获得足够大的声隔离。使用薄为220nm(刚刚厚于十六分之一波长)的金属布拉格层的测试结构产生了可接受的效果。在构造为在2GHz左右下运行的实施方式中，用与FBAR 110的电极112和114厚度相等的300nm左右的金属布拉格层产生了优良的效果。
使用比四分之一波长的层更薄的金属布拉格层产生了随布拉格层数量的减少而更大的成比例的声隔离降低。用目前的制造技术，用其中金属布拉格层比四分之一波长的层更薄的更多的布拉格层能够典型地比其中金属布拉格层是四分之一波长的层的更少的布拉格层获得更好的效果和更低的成本。
从基底102的侧面侧向插入声布拉格反射器180的侧面以减少不希望的声音模式。
图3C-3F是根据本发明FBAR器件100的简化实施例的横截面图，在该简化实施例中声布拉格反射器由比图3B中示出的声布拉格反射器180更少的布拉格层构成。在图3C-3F中示出的FBAR器件的平面图类似于在图3A中示出的FBAR器件100。
在图3C示出的FBAR器件中，省去了第二塑料布拉格层188(图3B)，并且声布拉格反射器181由与第一塑料布拉格层184邻接的第一金属布拉格层182和与第一塑料布拉格层184邻接的第二金属布拉格层186构成。FBAR 110位于第二金属布拉格层186的表面上。基底侧电极112可以通过显著比四分之一波长的层更薄的绝缘层来与第二金属布拉格层186电绝缘。利用四分之一波长厚的布拉格层，声布拉格反射器181具有聚酰亚胺塑料布拉格层时显示出51Grayl左右的计算有效声阻抗，具有交联的聚亚苯基聚合物塑料布拉格层时显示出207Grayl左右的计算声阻抗。这些声阻抗分别与60dB和72dB左右的声隔离相对应。下面将参照图8B描述与图3C中示出的FBAR器件的实施方式相类似的测试结构的电性能。
在图3D中示出的FBAR器件中，省去了第二塑料布拉格层188和第二金属布拉格层186(图3B)，并且声布拉格反射器183由与第一塑料布拉格层184邻接的第一金属布拉格层182构成。FBAR 110位于第一塑料布拉格层184的表面上。利用四分之一波长厚的布拉格层，声布拉格反射器183具有聚酰亚胺塑料布拉格层时显示出77krayl左右的计算有效声阻抗，具有交联的聚亚苯基聚合物塑料布拉格层时显示出19krayl左右的计算声阻抗。这些声阻抗分别与56dB和68dB左右的声隔离相对应。下面将参照图8A描述与图3D中示出的FBAR器件的实施方式相类似的测试结构的电性能。
基底102的材料硅的声阻抗是19Mrayl左右，这个值位于金属和塑料的声阻抗之间。因此，其中第一塑料布拉格层184与基底102邻接的声布拉格反射器180的实施方式也将提供优良的声隔离。在图3E和3F中示出这样的实施方式的实施例，其中第一金属布拉格层182与第一塑料布拉格层184的顺序相反，也就是第一塑料布拉格层184与基底102邻接，第一金属布拉格层182与第一塑料布拉格层184邻接。在基底102是低声阻抗材料例如塑料材料的FBAR器件100的实施方式中，图3B-3D中示出的其中第一金属布拉格层182与基底102邻接的实施方式提供比图3E和3F中示出的实施方式更大的声隔离。在基底102是高声阻抗材料的FBAR器件100的实施方式中，在图3E和3F中示出的其中第一塑料布拉格层184与基底102邻接的实施方式提供比图3B-3D中示出的实施方式更大的声隔离。
在图3E中示出的FBAR器件100的实施方式中，省去了第二金属布拉格层186(图3B)，并且声布拉格反射器185由与第一塑料布拉格层184邻接的第一金属布拉格层182和与第一金属布拉格层182邻接的第二塑料布拉格层188构成。利用四分之一波长厚的布拉格层，声布拉格反射器185在具有聚酰亚胺塑料布拉格层时显示出3.4krayl左右的计算有效声阻抗，在具有交联的聚亚苯基聚合物塑料布拉格层时显示出0.2krayl左右的计算声阻抗。这些声阻抗分别与83dB和107dB左右的声隔离相对应。
在图3F中示出的FBAR器件100的实施方式中，省去了第二塑料布拉格层188和第二金属布拉格层186(图3B)，并且声布拉格反射器187由与第一塑料布拉格层184邻接的第一金属布拉格层182构成。FBAR 110位于第一金属布拉格层182的表面上。基底侧电极112可以通过基本上比四分之一波长的层更薄的绝缘层与第一金属布拉格层182电绝缘。利用四分之一波长厚的布拉格层，声布拉格反射器187在具有聚酰亚胺塑料布拉格层时显示出4.7Grayl左右的计算有效声阻抗，具有交联的聚亚苯基聚合物塑料布拉格层时显示出18Grayl左右的计算声阻抗。这些声阻抗分别与40dB和51dB左右的声隔离相对应。
图4是根据本发明FBAR器件的第二实施方式200的横截面图。FBAR器件200在平面图上类似于在图3A中示出的FBAR器件100。FBAR器件200包括单个的FBAR 210。单个的FBAR 210典型地是例如图1中示出的FBAR梯形滤波器或者双工器的元件，但是省去了梯形滤波器或者双工器的其余元件以简化附图。
FBAR器件200在结构上比上面参照图3A和3B所描述的FBAR器件100简单，但是提供了FBAR与该结构的更小的声隔离。因此，FBAR器件200的频率响应典型地表现出比FBAR器件100的频率响应更多的乱真假象。然而，该乱真假象的水平在许多应用中是可接受的。
FBAR器件200由基底102、基底102上方的声布拉格反射器280、声布拉格反射器280上方的压电元件216和压电元件216上方的远侧电极214构成。声布拉格反射器280由与塑料布拉格层184邻接的金属布拉格层282构成。塑料布拉格层184与基底102邻接，对金属布拉格层282进行图形化以形成FBAR 210的基底侧电极212。布拉格层282和184每个具有的标称厚度是频率与FBAR器件200的中心频率相等的声波在该层的材料中的波长的四分之一。远侧电极214在标称厚度上与基底侧电极212相等。
在金属布拉格层282中形成的基底侧电极212、压电元件216和远侧电极214共同构成FBAR 210。声布拉格反射器280将FBAR 210与基底102声隔离。
FBAR器件200还具有端子垫片232、端子垫片234、电连接端子垫片232和基底侧电极212的电迹线233以及电连接端子垫片234和远侧电极214的电迹线235。用端子垫片232和234进行从FBAR器件200到外部电路(未示出)的电连接。
由塑料布拉格层184和金属布拉格层282所构成的声布拉格反射器280提供的声隔离典型地不足以从FBAR 210的频率响应中去除所有的乱真假象，甚至当塑料布拉格层184由具有低至2Mrayl的声阻抗的塑料材料构成时也不可以。不过，如上所述，FBAR器件200可以用在其中可接受一些乱真假象的应用中。
FBAR器件200具有最容易制备的优势，除了构成FBAR 210的金属和压电材料层外只需要沉积单个的塑料布拉格层184。因此，制备FBAR器件200不涉及进行上述的释放蚀刻。
FBAR 210的电子性能或多或少地与在其它方面相似的常规FBAR的电子性能不同。基底侧电极212和远侧电极214均是四分之一波长厚的金属层，并且因此比常规FBAR的电极厚超过两倍。基底侧电极212、远侧电极214和压电层216形成具有机械谐振的机械结构，该机械谐振限定了FBAR 210通带的中心频率。为了用更厚的电极212和214获得与常规FBAR相同的中心频率，压电层216被制造为比常规FBAR的厚，使得穿过压电元件的相移是π弧度。与穿过常规FBAR的π弧度的总相移相比，这产生了穿过FBAR 210的3π弧度的总相移。因此，FBAR 210具有基本上与常规FBAR不同的电声和电气性能。例如，FBAR 210将具有比FBAR 110高的Q(更窄的带宽)和更低的有效耦合常数。这样的特性在一些应用中是有用的。
图5A和5B分别是根据本发明FBAR器件第三代表性实施方式300的平面图和横截面图。FBAR器件300是包括单个的解耦层叠体声谐振器(DSBAR)的带通滤波器。下面描述的FBAR器件300的实施例具有结构与上面参照图3B描述的声布拉格反射器180类似的声布拉格反射器。将声布拉格反射器可选择地构造为如上面参照图3C-3F所述。FBAR器件300可选择地包括与上面参照图4所述的声布拉格反射器类似的声布拉格反射器。
在FBAR器件300中，DSBAR 106由下FBAR 110、层叠在下FBAR110上的上FBAR 120和在FBAR之间的声解耦器130构成。FBAR 110由相对的平面电极112和114以及在电极之间的压电元件116所构成。FBAR 120由相对的平面电极122和124以及在电极之间的压电元件126所构成。
声解耦器130位于FBAR 110和120之间，具体地是位于FBAR 110的电极114与FBAR 120的电极122之间。声解耦器控制FBAR 110与120之间的声能耦合。声解耦器在FBAR之间耦合比在FBAR之间的直接接触耦合的更少的声能。在图5B中示出的实施例中，如在美国专利申请序列No.10/699298中所述，声解耦器130由声解耦材料的声解耦层131构成。可选择地，如John D.LarsonIII等人的、名称为Pass BandwidthControl in Decoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator Devices(申请人档案号No.10040955-1)的美国专利申请序列No.10/XXX,XXX中所述，声解耦器130可以由具有不同声阻抗的声解耦材料的层(未示出)构成，该申请被转让给了本公开的受让人。
在示出的实施例中，声布拉格反射器180位于DSBAR 106和基底102之间并且将DSBAR与基底声隔离。声布拉格反射器180的结构在上面参照图3B进行了描述。金属布拉格层182与186的金属与塑料布拉格层184和188的塑料材料之间的大声阻抗比值使声布拉格反射器180能够赋予DSBAR 106很高的有效声阻抗。声布拉格反射器185和DSBAR 106之间的大声阻抗比值使声布拉格反射器180能够在DSBAR106与基底102之间提供足够的声隔离以使FBAR 110和120能够响应于在它们中一个的电极之间施加的输入电信号而机械谐振。在接收输入电信号的FBAR中产生的声能通过声解耦器130传送到其它的FBAR。接收声能的FBAR将声能的一部分转化成在它的电极之间提供的电输出信号。接收声能的FBAR的电极之间的电信号输出具有的带通频率响应特性基本上没有不希望的乱真假象。
在示出的实施例中，FBAR 110的电极112和114分别通过电迹线133和135与端子垫片132和134电连接。此外，FBAR 120的电极122和124分别通过电迹线137和139与端子垫片134和138电连接。在提供输入端与输出端之间的电绝缘的实施方式中，电迹线137与另外的端子垫片(未示出)连接而不是与端子垫片134连接。用端子垫片132、134和138进行从FBAR器件300到外部电路(未示出)之间的电连接。
在示出的实施例中，第一声解耦层131提供声解耦器130。声解耦层131也是四分之一波长的塑料材料层。可以在声解耦层131和塑料布拉格层184和188中使用相同的塑料材料。声解耦层131的材料的声阻抗决定了FBAR器件300的通带宽。需要提供特定的通带宽使得声解耦层131要由与塑料布拉格层184和188不同的塑料材料构成。
可选择的实施方式(未示出)具有结构上与上面参照图4所述的声布拉格反射器280而不是声布拉格反射器180相似的声布拉格反射器。在这样的实施方式中，省去了第二金属布拉格层186和第二塑料布拉格层188，第一金属布拉格层182和第一塑料布拉格层184的顺序相反，对第一金属布拉格层182进行图形化以形成基底侧电极112，在四分之一波长厚的金属层中形成远侧电极114，并且将压电元件116的厚度形成为提供穿过FBAR 110的3π弧度的总相移。将FBAR 120构造为具有与FBAR 110相同的谐振频率。
图6A是根据本发明FBAR器件的第四代表性实施方式400的平面图。FBAR器件400是包括两个解耦层叠体声谐振器(DSBAR)的薄膜声耦转换器(FACT)。图6B和6C分别是沿图6A中的截线6B-6B和6C-6C的横截面图。图6D是图6A中示出的FACT 400的实施例的电路的示意图。下面描述的FBAR器件400的实施例具有结构与上面参照图3B所述的声布拉格反射器180相似的声布拉格反射器。可选择地如上面参照图3C-3F所述来构造声布拉格反射器。FBAR器件400可选择地包括与上面参照图4所述的声布拉格反射器相似的声布拉格反射器。
FACT 400具有基底102、解耦层叠体声谐振器(DSBAR)106和108以及位于DSBAR与基底之间的声布拉格反射器180。每个DSBAR由下薄膜体声谐振器(FBAR)、上FBAR以及位于FBAR之间的声解耦器构成。FACT 400还包括分别将DSBAR 106和108的下FBAR 110和150互连的电路以及分别将DSBAR 106和108的上FBAR 120和160互连的电路。图6D示出了其中电路141反平行连接DSBAR 106的下FBAR110和DSBAR 108的下FBAR 150，并且电路142串联连接DSBAR 106的上FBAR 120和DSBAR 108的上FBAR 160的实施例。
在DSBAR 106中，下FBAR由相对的平面电极112和114以及位于电极之间的压电元件116构成，并且上FBAR 120由相对的平面电极122和124以及位于电极之间的压电元件126构成。在DSBAR 108中，下FBAR 150由相对的平面电极152和154以及位于电极之间的压电元件156构成，并且上FBAR 160由相对的平面电极162和164以及位于电极之间的压电元件166构成。
在FACT 400中，DSBAR 106的声解耦器130位于下FBAR 110与上FBAR 120之间，具体地说位于下FBAR 110的电极114与上FBAR 120的电极122之间。声解耦器130控制FBAR 110和120之间的声能耦合。与FBAR如在常规的层叠体声谐振器(SBAR)中那样彼此直接接触耦合相比，声解耦器130在FBAR 110与120之间耦合的声能更少。另外，DSBAR 108的声解耦器170位于FBAR 150与160之间，具体地说位于下FBAR 150的电极154与上FBAR 160的电极162之间。声解耦器170控制FBAR 150与160之间的声能耦合。与FBAR彼此直接接触耦合相比，声解耦器170在FBAR 150与160之间耦合的声能更少。由声解耦器130和170形成的声能耦合决定了FACT 400的通带宽。
在图6A-6C中示出的实施例中，声解耦器130和170是声解耦层131的相应部分。在其它实施方式中，如John D.LarsonIII等人的、名称为Pass Bandwidth Control in Decoupled Stacked Bulk AcousticResonator Devices(申请人档案号No.10040955-1)的美国专利申请序列No.XX/XXX,XXX中所述，声解耦器130和170分别由具有不同声阻抗的声解耦材料的声解耦层构成。在其它实施方式中，声解耦器130和170在结构上是独立的。
位于DSBAR 106和108与基底102之间的声布拉格反射器180将DSBAR与基底声隔离。上面参照图3B描述了声布拉格反射器180的结构。金属布拉格层182和186的金属与塑料布拉格层184和188的塑料材料之间的大声阻抗比值使声布拉格反射器180能够赋予DSBAR 106和DSBAR 108很高的有效声阻抗。声布拉格反射器180与DSBAR 106和108之间的大声阻抗比值使声布拉格反射器180能够提供DSBAR 106和108与基底102之间足够的声隔离以使FBAR 110和120响应于在它们中一个的电极之间施加的输入电信号而机械谐振并使FBAR 150和160响应于在它们中一个的电极之间施加的输入电信号而机械谐振。在每个DSBAR中，在接收输入电信号的FBAR中产生的声能通过各自的声解耦器130或170传送到其它的FBAR。接收声能的FBAR将声能的一部分转化成在它的电极之间提供的电输出信号。接收声能的FBAR的电极之间的电信号输出的带通频率响应特性基本上没有不希望的乱真假象。
图6D示意性地示出了将DSBAR 106和108相互连接并将DSBAR 106和108与外电路(未示出)连接的电路的实施例。电路141将下FBAR110和150反平行连接并连接到信号端子143和接地端子144。在图6A-6C中示出的实施方式中，端子垫片138提供信号端子143，端子垫片132和172提供接地端子144。在该实施方式中，由从端子垫片132向FBAR 110的电极112延伸的电迹线133、从FBAR 110的电极114向与互连垫片176电接触的互连垫片136延伸的电迹线137、从互连垫片176向信号垫片138延伸的电迹线139、从互连垫片176向FBAR150的电极152延伸的电迹线177、从FBAR 150的电极154向端子垫片172延伸的电迹线173和将端子垫片132和172互连的电迹线167形成电路141(图6D)。
在图6D中示出的代表性电路示意图中，电路142将上FBAR 120和160串联连接并连接到信号端子145和146以及可选的中心抽头端子147。在图6A-6C中示出的实施方式中，端子垫片134和174提供信号垫片145和146，端子垫片178提供中心抽头端子147。在该实施方式中，由从端子垫片134向FBAR 120的电极124延伸的电迹线135、从FBAR 120的电极122向FBAR 160的电极162延伸的电迹线171、从迹线171向中心抽头137延伸的电迹线179以及从FBAR 160的电极164向端子垫片174延伸的电迹线175形成电路142。还示出了端子垫片163和168通过为端子垫片134和174提供局部接地的电迹线169而被互连。在示出的实施例中，电迹线169还延伸到端子垫片178。在其它实施例中，端子垫片178保持浮动。
在图6D中示出的电连接提供了具有平衡的初级和4∶1阻抗转换比的FACT或者具有平衡的次级和1∶4阻抗转换比的FACT。下FBAR可选择地平行、串联和反串联互连，并且上FBAR可选择地平行、反平行和反串联互连以获得如下面的表1所示的其它阻抗转换比。
  平行   串联   反平行   反串联
  平行   U1∶1低   X   X   U1∶4
  串联   X   B1∶1高   B4∶1   X
  反平行   X   B1∶4   B1∶1低   X
  反串联   U4∶1   X   X   U1∶1高
表1
在表1中，行的注释表示电路141的配置，列的注释表示电路142的配置，B表示FACT是电平衡的，U表示FACT是不平衡的，并且X表示非功能性的FACT。示出的阻抗转换比是从行注释表示的电路141的配置到列注释表示的电路142的配置的阻抗转换。对于具有1∶1转换比的配置来说，低表示FACT具有与并联的两个FBAR的阻抗相等的低阻抗，并且高表示FACT具有与串联的两个FBAR的阻抗相等的高阻抗。
可选择的实施方式(未示出)具有结构上与上面参照图4所述的声布拉格反射器280而不是声布拉格反射器180相似的声布拉格反射器。在这样的实施方式中，省去了第二金属布拉格层186和第二塑料布拉格层188，第一金属布拉格层182与第一塑料布拉格层184的顺序相反，对第一金属布拉格层182进行图形化以形成基底侧电极112和152，在四分之一波长厚的金属层中形成远侧电极114和154，并且限定压电元件116和156的厚度以提供穿过FBAR 110和150的3π弧度的总相移。构造FBAR 120和160以具有与FBAR 110和150相同的谐振频率。
用晶片规模制备方法来同时制备几千个与上面描述的FBAR器件100、200、300或400相似的FBAR器件。这种晶片规模制备方法使FBAR器件的制造很低廉。下面将参照图7A-7K的平面图和图7L-7V的横截面图来描述用来制备上面参照图5A和5B所述的FBAR器件300的实施方式的制备方法的实施例。使用不同的掩模，也可以用该工艺来制备FBAR器件100、200和400的实施方式。省去的、制备FBAR器件100和200的实施方式的操作将在下面的描述中指出。将要描述其制备工艺的FBAR器件300的实施方式的通带具有大约1.9GHz的标称中心频率。在其它频率运行的实施方式在结构和制备方法方面相似，但是具有与下面所示例的不同的厚度和侧向尺寸。将要描述其制备工艺的FBAR器件300的实施例具有结构上与上面参照图3B所述的声布拉格反射器180相似的声布拉格反射器。可以对所述的工艺进行修改以沉积更少的布拉格层来制备在结构上如上面参照图3C-3F所述的声布拉格反射器。
提供单晶硅的晶片。对于每个被制备的FBAR器件，晶片的一部分构成相应于FBAR器件300的基底102的基底。图7A-7K和图7L-7V图示出了并且下面的描述说明了在晶片的一部分上制备FBAR器件300。晶片上其余的FBAR器件与制备FBAR器件300相类似地进行制备。
如图7A和7L所示，在基底102的表面上沉积第一金属层并图形化以形成第一金属布拉格层182。
在一个实施方式中，第一金属层和第二金属层分别是通过溅射沉积到大约800nm厚度的相应的钼层，第二金属层的沉积将在下面描述。在另一个具有三个或更多个布拉格层的实施方式中，第一金属层和第二金属层的厚度是300nm。通过干蚀刻对第一和第二金属层进行图形化。对每个金属布拉格层进行图形化以从基底102的侧面插入它的侧面。
如图7B和7M所示，在第一金属层的主表面上沉积第一层塑料材料并图形化以形成第一塑料布拉格层184。
在一个实施方式中，第一层塑料材料和第二层塑料材料分别是具有约200nm(也就是聚酰亚胺中中心频率波长的四分之一)厚度的层，第二层塑料材料的沉积将在下面描述。第一层塑料和第二层塑料分别沉积到第一金属布拉格层182和第二金属布拉格层186上，并进行固化以形成一层。在每次沉积后，在进行后面的工艺之前，最初在空气中在250℃左右的温度下然后最后在例如氮气的惰性气体中在415℃左右的温度下烘焙晶片。烘焙使聚酰亚胺的可挥发性组成物挥发，并防止在随后的工艺过程中这样的可挥发性组成物的挥发引起随后沉积的层的层离。然后对每层塑料进行图形化以形成相应的塑料布拉格层。通过光刻(photolithograph)来进行图形化。聚酰亚胺是光阻性的，从而不需要光阻剂。对每个塑料布拉格层进行图形化以从基底102的侧面插入它的侧面。
在另一个实施方式中，通过沉积来形成第一塑料层和第二塑料层中每一个的塑料材料是通过真空沉积沉积的、由二聚物前驱体联对二甲苯制得的聚对二甲苯。第一塑料层和第二塑料层分别图形化为各自的塑料布拉格层，下面将参照对交联的聚亚苯基聚合物层进行图形化以形成声解耦器130来进行描述。
在另一个实施方式中，旋涂交联聚亚苯基聚合物的前驱体溶液来形成具有约187nm(也就是交联聚亚苯基聚合物中中心频率波长的四分之一)厚度的第一塑料层和第二塑料层中的每一个。在一个实施例中，交联的聚亚苯基聚合物的前驱体溶液是由The Dow Chemical Company出售的并且名称为SiLKTM J。可选择地，前驱体溶液可以是由The DowChemical Company以SiLK为商标出售的前驱体溶液中任何适合的一种。在某些实施方式中，在旋涂前驱体溶液之前沉积助粘剂的层。含有低聚物的、当固化时形成具有2Mrayl左右声阻抗的交联聚亚苯基聚合物的前驱体溶液现在或将来可以从其它供应商得到，并且也可以使用。然后在进行后面的工艺之前，在例如真空或氮气的惰性气氛中在385℃左右到450℃左右的温度下烘焙晶片。烘焙首先从前驱体溶液中驱除有机溶剂，然后使低聚物如上所述发生交联以形成交联的聚亚苯基聚合物。如下所述分别对第一塑料层和第二塑料层进行图形化以形成各自的塑料布拉格层。
如上所述和如在图7C和7N中所示，在第一塑料布拉格层184的表面上沉积第二金属层并进行图形化以形成第二金属布拉格层186。
如上所述和在图7D和70中所示，在第二金属布拉格层186的表面上沉积上述的第二层塑料材料并进行图形化以形成第二塑料布拉格层188。第二层塑料材料的沉积和对第二层塑料进行图形化以形成第二塑料布拉格层188完成了声布拉格反射器180的制备。
当制备环境中其设计规则要求端子垫片132、134和138(图5A)位于基底102的表面上而不是位于沉积在基底上的层的表面上时，上述每个布拉格层的图形化还在端子垫片132、134和138的位置处形成了窗口，布拉格层的沉积在上面描述过了。该窗口提供进入基底102的表面的入口。
如图7E和7P中所示，在第二塑料布拉格层188的表面上沉积第三金属层并进行图形化以形成电极112、端子垫片132和在电极112与端子垫片132之间延伸的电迹线133。
电极112在平行于晶片主表面的平面内典型地具有不对称的形状。如在授予LarsonIII等人的美国专利No.6215375中所述，不对称的电极形状使它作为部分构成的FBAR的侧面振荡最小化，该专利的公开内容包括在本公开中作为参考。
另外参考图5B，在第四金属层中形成电极114，在第五金属层中形成电极122并在第六金属层中形成电极124，这将在下面详细描述。对在其中形成电极的金属层进行图形化，使得在平行于晶片主表面的各自的平面内，FBAR 110的电极112和114具有相同的形状、尺寸、方向和位置，并且FBAR 120的电极122和124具有相同的形状、尺寸、方向和位置。典型地，电极114和122也具有相同的形状、尺寸、方向和位置。
在一个实施方式中，每个金属层的材料是通过溅射沉积的钼。金属层分别通过干蚀刻进行图形化。在第三到第六金属层中的每一个中形成的电极是五边形的，每一个具有约12000平方μm的面积和约300nm的厚度。其它的电极面积赋予其它的特性阻抗。
可选择地用其它难熔金属例如钨、铌和钛作为第一到第六金属层的材料。金属层可选择地包括多于一种材料的层。在选择FBAR器件300的电极和金属布拉格层的材料时需要考虑的一个因素是电极和金属布拉格层的材料的声学性能：FBAR器件300的其余金属部件的材料的声学性能没有例如电导率的其它性能重要。因此，FBAR器件300的其余金属部件的材料可以与电极和金属布拉格层的材料不同。
如图7F和7Q中所示，沉积压电材料的第一压电层117并图形化以形成压电元件116。对第一压电层117进行图形化以暴露与电极112连接的端子垫片132。
在一个实施方式中，通过沉积来形成第一压电层117和下面所述的第二压电层127的压电材料是氮化铝，并且通过溅射沉积具有约1.4μm厚度。通过氢氧化钾中的湿蚀刻或氯基干蚀刻对压电材料进行图形化。压电层117和127可选择的材料包括氧化锌、硫化镉和极化的铁电材料，如包括钛酸铅锆、偏铌酸铅和钛酸钡的钙钛矿铁电材料。
如图7G和7R中所示，沉积第四金属层并图形化以形成电极114、端子垫片134和在电极114与端子垫片134之间延伸的电迹线135。
然后如图7H和7S中所示，沉积一层声解耦材料并进行图形化以形成声解耦器130。对声解耦器130进行图形化以至少覆盖电极114，并且还进行图形化以暴露端子垫片132和134。声解耦层131典型地是塑料材料的四分之三波长的层。在FBAR器件100的制备中省去了这个操作。
在一个实施方式中，声解耦层131的声解耦材料是具有约200nm(也就是聚酰亚胺中中心频率波长的四分之一)厚度的层。通过旋涂沉积聚酰亚胺并通过光刻来进行图形化。聚酰亚胺是光阻性的，从而不需要光阻剂。如上所述，可以用其它塑料材料作为声解耦材料。可以通过除旋涂之外的其它方法沉积声解耦材料。
在其中声解耦材料是聚酰亚胺的实施方式中，在沉积和图形化聚酰亚胺后，如上所述烘焙晶片以使聚酰亚胺的可挥发性组成物挥发，并防止在随后的工艺过程中这样的可挥发性组成物的挥发引起随后沉积的层的层离。
如图7I和7T中所示，沉积第五金属层并图形化以形成电极122和从电极122向端子垫片134延伸的电迹线137。端子垫片134还通过迹线135与电极114电连接。在FBAR器件100的制备中省去了这个操作。
沉积并图形化压电材料的第二层127以形成压电元件126。如图7J和7U中所示，对压电层127进行图形化以暴露端子垫片132和134。在FBAR器件100的制备中省去了这个操作。
如图7K和7V中所示，沉积第六金属层并图形化以形成电极124、端子垫片138和从电极124向端子垫片138延伸的电迹线139。在FBAR器件100的制备中省去了这个操作。
在端子垫片132、134和138暴露的表面上沉积一个金保护层。
然后将晶片分成单个的FBAR器件，包括FBAR器件300。将每个FBAR器件安装在包装中并在FBAR器件的端子垫片132、134和138与包装的一部分的垫片之间进行电连接。
如上所述，声解耦层131的声解耦材料的可选择的声解耦层是交联的聚亚苯基聚合物。如上面参照图7G和7R所述，在已对第四金属层进行图形化以形成电极114之后，按照与上面参照图7H和7T所述的方式相类似的方式，涂覆交联聚亚苯基聚合物的前驱体溶液，但是不进行图形化。选择前驱体溶液的配方和涂覆速度，使得交联的聚亚苯基聚合物形成具有约187nm厚度的层。这与具有与FBAR器件300通带中心频率相等的频率的声信号在交联的聚亚苯基聚合物中的波长λn的四分之一相一致。然后在进行进一步的工艺之前，在例如真空或氮气的惰性气氛中在385℃左右到450℃左右范围内的温度下烘焙晶片。烘焙首先将有机溶剂从前驱体溶液中驱除，然后如上所述发生交联以形成交联的聚亚苯基聚合物。
然后按照与上面参照图7I和7T所述的方式相类似的方式在交联的聚亚苯基聚合物的层上沉积第五金属层，但是最初类似于在图7H中示出的声解耦层131的图形化来进行图形化以形成硬掩模，后面将用该硬掩模使交联的聚亚苯基聚合物的层图形化以形成声解耦层。最初图形化的第五金属层具有与声解耦层131相同的区域并且暴露端子垫片132和134。
然后用最初图形化的第五金属层作为硬蚀刻掩模如图7H所示对交联聚亚苯基聚合物层进行图形化。对交联聚亚苯基聚合物的层进行图形化形成声解耦层的区域，其暴露端子垫片132和134。用氧等离子蚀刻进行图形化。
然后如图7I和7T中所示对第五金属层进行再图形化以形成电极122和在电极122与端子垫片134之间延伸的电迹线137。
通过进行上面参照图7J、7K、7U和所述的工艺来完成具有交联的聚亚苯基聚合物层作为其声解耦器的FBAR器件300的实施方式的制备。
在其中的第一塑料布拉格层184和第二布拉格层188是交联聚亚苯基聚合物或聚对二甲苯的层的实施方式中，可以用类似的工艺对塑料布拉格层进行图形化。对在其中形成第二金属布拉格层186的第二金属层最初进行图形化以在第一层塑料中形成第一塑料布拉格层184，并且对在其中形成电极112的第三金属层最初进行图形化以在第二层塑料中形成第二塑料布拉格层188。
在其中的声布拉格反射器具有不超过一个塑料布拉格层的FBAR器件200和其它FBAR器件的制备工艺中，第一层塑料和第一金属层的沉积顺序相反。在第一层塑料上沉积第一金属层之前，在基底102的主表面上沉积第一层塑料材料。然后如上面参照图7E和7P所述，对第一金属层进行图形化以形成电极112、端子垫片132和在电极112与端子垫片132之间延伸的电迹线133。而且，省去了第二金属层和第三金属层的沉积。将金属层沉积到800nm的厚度，这个厚度与四分之一波长厚度相对应。将压电材料沉积到提供所需要的谐振频率的厚度。
图8A是示出在从1.7GHz到2.1GHz左右的频率范围内第一测试结构的反射系数矢量的史密斯圆图。第一测试结构类似于在图3D中示出的FBAR器件100的实施方式，其中FBAR 110由两个440nm厚的钼电极和在电极之间的760nm厚的氮化铝压电元件构成，并且声阻抗反射器183由作为第一金属布拉格层182的440nm厚(约λn/8)的钼层和作为第一塑料布拉格层184的800nm厚(约3λn/4)的聚酰亚胺层构成。这个图显示出由于FBAR与基底之间的声耦合产生的多个乱真假象。
图8B是示出在上面的频率范围内第二测试结构的反射系数矢量的史密斯圆图。第二测试结构类似于在图3E中示出的FBAR器件100的实施方式，其中FBAR 110由两个220nm厚的钼电极和在电极之间的1.5μm厚的氮化铝压电元件构成，并且声布拉格反射器185由作为第一塑料布拉格层184的220nm厚(约λn/4)的聚酰亚胺层、作为第一金属布拉格层182的225nm厚(约λn/16)的钼层和作为第二塑料布拉格层188的220nm厚的聚酰亚胺层构成。这个图几乎没有乱真假象，这表示尽管第一金属布拉格层182具有远小于四分之一波长的厚度，但是声布拉格反射器185提供充分的声隔离。
本公开用图解的实施方式详细描述了本发明。然而，由附加权利要求所限定的本发明不受所描述的精确实施方式的限制。

Claims (20)

1.一种薄膜体声谐振器(FBAR)器件，包括：
基底；
在基底上方的声布拉格反射器，该声布拉格反射器包括金属布拉格层和与该金属布拉格层邻接的塑料布拉格层；
在声布拉格反射器上方的压电元件；和
在压电元件上方的远侧电极。
2.权利要求1的FBAR器件，其中对金属布拉格层进行图形化来形成基底侧电极。
3.权利要求2的FBAR器件，其中：
基底侧电极、压电元件和远侧电极共同构成下FBAR；以及
该FBAR器件还包括：
层叠在下FBAR上的上FBAR，该上FBAR包括相对的平面电极和在电极之间的压电元件，和
在FBAR之间的声解耦器。
4.权利要求3的FBAR器件，其中：
下FBAR、上FBAR和声解耦器构成第一解耦层叠体声谐振器(DSBAR)；以及
该FBAR器件还包括：
在塑料布拉格层上方的第二DSBAR，该第二DSBAR包括下FBAR、上FBAR和在FBAR之间的声解耦器，和
使下FBAR互连的第一电路，以及
使上FBAR互连的第二电路。
5.权利要求1的FBAR器件，还包括在声布拉格反射器与压电元件之间的基底侧电极。
6.权利要求5的FBAR器件，其中：
基底侧电极、压电元件和远侧电极共同构成下FBAR；以及
该FBAR器件还包括：
层叠在下FBAR上的上FBAR，该上FBAR包括相对的平面电极和在电极之间的压电元件，和
在FBAR之间的声解耦器。
7.权利要求6的FBAR器件，其中：
下FBAR、上FBAR和声解耦器构成第一解耦层叠体声谐振器(DSBAR)；以及
FBAR器件还包括：
在声布拉格反射器上方的第二DSBAR，该第二DSBAR包括下FBAR、上FBAR和在FBAR之间的声解耦器，和
使下FBAR互连的第一电路，以及
使上FBAR互连的第二电路。
8.权利要求1-7中任何一项的FBAR器件，其中：
该塑料布拉格层是第一塑料布拉格层；
该声布拉格反射器还包括与该金属布拉格层邻接的第二塑料布拉格层。
9.权利要求1-7中任何一项的FBAR器件，其中：
该金属布拉格层是第一金属布拉格层；
该声布拉格反射器还包括与该塑料布拉格层邻接的第二金属布拉格层。
10.权利要求9的FBAR器件，其中：
该塑料布拉格层是第一塑料布拉格层；
该声布拉格反射器还包括与该第一金属布拉格层邻接的第二塑料布拉格层。
11.权利要求1-10中任何一项的FBAR器件，其中该声布拉格反射器具有从基底的侧面插入的侧面。
12.权利要求1-11中任何一项的FBAR器件，其中：
该FBAR器件有具有中心频率的带通特性；以及
布拉格层中的至少一层具有的标称厚度等于频率与该中心频率相等的声信号在相应布拉格层的材料中的波长的四分之一。
13.权利要求12的FBAR器件，其中金属布拉格层比标称厚度薄。
14.权利要求1-12中任何一项的FBAR器件，其中该塑料布拉格层包括聚酰亚胺。
15.权利要求1-12中任何一项的FBAR器件，其中该塑料布拉格层包括聚对二甲苯。
16.权利要求1-12中任何一项的FBAR器件，其中该塑料布拉格层包括交联的聚亚苯基聚合物。
17.权利要求16的FBAR器件，其中该交联的聚亚苯基聚合物由The Dow Chemical Company以商标SiLK出售的前驱体溶液所形成。
18.权利要求1-17中任何一项的FBAR器件，其中该金属布拉格层包括难熔金属。
19.前面权利要求中任何一项的FBAR器件，其中该塑料布拉格层包括具有小于五的声阻抗的塑料材料，并且该金属布拉格层具有大于50的声阻抗的金属。
20.前面权利要求中任何一项的FBAR器件，其中该塑料布拉格层包括具有第一声阻抗的塑料材料，该金属布拉格层包括具有第二声阻抗的金属，该第二声阻抗和第一声阻抗具有大于十的比值。
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