CN1951005B - 形成集成的多频带薄膜体声谐振器 - Google Patents

形成集成的多频带薄膜体声谐振器 Download PDF

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Abstract

可以使用光刻技术在同一集成电路上形成多带薄膜体声谐振器。结果，可以实现可再生产部件的大量生产，其中如此加工的谐振器被设计为具有不同频率。

Description

形成集成的多频带薄膜体声谐振器
背景
本发明一般涉及包括薄膜体声谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator)(FBAR)的前端射频滤波器。
与诸如声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)器件和陶瓷滤波器的其他技术相比，薄膜体声谐振器具有许多优势，尤其在高频。例如，SAW滤波器高于2.4千兆赫开始具有过大的插入损耗，而陶瓷滤波器在尺寸上大得多并且在较高的频率上制造变得日益困难。
常规FBAR滤波器可以包括两组FBAR，以获得期望的滤波器响应。串联FBAR可以具有一种频率，并且分流FBAR可以具有另一种频率。因此，由于多种原因，人们期望在同一集成电路上具有两个或更多个频带的滤波器(在此被称为多频FBAR)。典型的单带射频(RF)滤波器包括具有两个不同频率的两组谐振器(串联和分流)。在典型的手机(cellphone)中，使用了几个用于不同带(band)的滤波器。人们非常期望将几个滤波器集成在同一硅晶片上。例如，同一硅上的两个滤波器将需要具有四个不同频率的四组谐振器。
但是，使用已有的制造技术实现集成的频率FBAR是有挑战性的。对于实现可再生产地加工具有多于一个带的集成电路所需的多厚度目标来说，这些技术不是充分地可控制的。
因此，需要制作具有多于一个频带的集成电路FBAR的更好的方式。
附图简要说明
图1是在加工过程的早期阶段，本发明的一个实施方案的放大剖面视图；
图2是在加工过程的后续阶段，在图1中示出的实施方案的放大剖面视图；
图3是在加工过程的后续阶段，在图2中示出的实施方案的放大剖面视图；
图4是根据本发明的一个实施方案的、在图3中示出的实施方案的放大顶部俯视图；
图5是在根据本发明的一个实施方案完成之前的本发明的一个实施方案的放大的剖面视图；
图6是在根据本发明的一个实施方案完成之后的、在图5中示出的实施方案的放大剖面视图。
详细描述
参照图1，薄膜体声谐振器(FBAR)10可以包括上部电极(upper electrode)20和底部电极(bottom electrode)16，所述上部电极20和底部电极16将压电层14夹在中间。该结构可以被形成在电介质层14之上，所述电介质层14被形成在衬底(substrate)12上。根据本发明的一个实施方案，电介质层14可以由二氧化硅来形成。例如，底部电极16可以由诸如铝、钼、铂或钨的材料来形成。
给出一些实施例，压电层18可以由氮化铝、钛酸铅锆(lead zirconium titanate，PZT)或氧化锌来形成。上部电极20可以由与底部电极16相同的材料来形成。
尽管以下阐述了体微机械(micromachined)制造技术，但是本发明也可同样地应用到表面微机械FBAR工艺。
用调制材料层22覆盖在图1中示出的结构。所述调制材料是诸如氧化铝、多晶硅、钼或钨的具有高声品质因数的材料。
沉积的层22随后被图形化，以形成在图2中示出的结构。所述图形化操作可以形成包括具有一种宽度(水平的)的条纹(strip)22a和具有另一种宽度的条纹22b的一系列条纹。可以选择条纹22的图形，以确定生成的FBAR的频率。
最终，参照图3，可以利用背面硅蚀刻来形成沟槽24和在沟槽24之上生成的膜(membrane)。
如在图4中示出的，第一FBAR 10可以包括底部电极16，所述底部电极16形成用于电连接到FBAR 10的接触表面。条纹22b可以完全地延伸横贯FBAR，如条纹22a可以的那样。但是，在一个实施方案中，条纹22a之间的间距以及它们的宽度可以不同。
可以使用包括图形化和蚀刻的常规光刻技术来形成条纹22。因此，可以对调制材料22的准确性质具有极其严密的控制。
第二FBAR 10a可以被形成在同一衬底12上。它可以工作在不同的频率之上，因为它的条纹20c和20d与FBAR10的条纹20a和20b在尺寸上不同。
FBAR膜顶部上的以光刻方式图形化的特征(诸如在图3中示出的那些)创建谐振模式，其中频率由这些特征的尺寸和形状决定。因此，可以使用同一厚度的膜生产不同频率的谐振器。换言之，在本发明的一些实施方案中，可以在同一集成电路上使用高度可再生产的常规集成电路制造技术生产具有不同频率的FBAR(被称为多频FBAR)。
参照图5，根据本发明的另一实施方案，先前实施方案的上部电极20可以被免去，并且可以被形成为一系列调制材料条纹20a和20b。换言之，调制材料不仅设置FBAR的频率，而且提供它的上部电极20。在一个实施方案中，材料层20可以使它的(垂直)厚度被调整以提供期望的频率，所述材料层20可以由在形成FBAR中的电极中有用的材料中的任何一种来制成。因此，条纹20a和20b的图形和形状可以变化，以获得期望的频率性能。在一些实施方案中，条纹20在垂直方向上的间距、大小和/或厚度可以变化，以获得期望的性能。
参照图6，腔(cavity)24可以被限定为通过衬底12，以产生FBAR膜结构。尽管条纹已经被描述为用于产生期望的频率性能，但是在其他实施方案中，可以利用其他几何形状。因此，本发明不受限于用于使能FBAR频率选择的特征的任何具体几何形状。同样，任何数量的不同频率的FBAR可以被形成在同一集成电路上。
尽管已经关于有限数量的实施方案描述了本发明，但是本领域中的那些技术人员将认识到来自其的许多修改和变体。所附的权利要求书打算覆盖所有落入本发明的真实精神和范围内的这样的修改和变体。

Claims (12)

1.一种用于制作集成电路的方法，包括：
在所述集成电路上形成第一薄膜体声谐振器，所述第一薄膜体声谐振器具有第一频率；
使用光刻和图形化在所述集成电路上形成在第二频率的第二薄膜体声谐振器，所述第二频率与所述第一频率不同，以区别所述谐振器；
分别在所述第一和第二谐振器上形成上部电极；以及
在所述上部电极之上形成具有不同宽度和不同间距的调制材料平行细长条纹，以设置所述第一和第二薄膜体声谐振器中的每一个的频带，其中所述条纹在垂直于其厚度并垂直于其宽度的方向上是细长的。
2.如权利要求1所述的方法，包括，对于每个谐振器，在衬底之上形成底部电极，在所述底部电极之上形成压电材料，以及在所述压电材料之上形成所述上部电极。
3.如权利要求2所述的方法，还包括设置所述两个谐振器中的每一个的频率。
4.如权利要求2所述的方法，包括以设置所述两个谐振器中的每一个的频率的方式形成所述上部电极。
5.如权利要求4所述的方法，包括变化所述谐振器的所述上部电极的垂直高度，以产生不同频率的两个谐振器。
6.如权利要求1所述的方法，包括变化每个所述谐振器的所述上部电极的特性，以形成两个不同频率的所述谐振器。
7.一种集成电路，包括：
工作在第一频率的第一薄膜体声谐振器；
工作在第二频率的第二薄膜体声谐振器；其中
所述第一和第二谐振器具有分别的上部电极，具有不同宽度和不同间距的调制材料平行细长条纹形成在所述上部电极之上以为所述第一和第二薄膜体声谐振器中的每个设置频带，并且所述条纹在垂直于其厚度并垂直于其宽度的方向上是细长的。
8.如权利要求7所述的电路，其中所述上部电极被不同地图形化，以在所述谐振器之间变化频率。
9.如权利要求7所述的电路，其中所述调制材料在第一谐振器上以第一图形并且在所述第二谐振器上以第二图形被形成，以形成频率不同的谐振器。
10.如权利要求7所述的电路，其中所述第一和第二谐振器具有不同厚度的电极。
11.如权利要求7所述的电路，其中所述谐振器包括被形成为一系列平行的条纹的上部电极。
12.如权利要求11所述的电路，其中所述条纹具有变化的厚度，以为所述谐振器设置频率。
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