TWI743258B - Baw諧振器和諧振器裝置 - Google Patents

Abstract

BAW諧振器（1）包括位於頂部電極（4）和底部電極（3）之間的壓電層（2），並且包括位於底部電極（3）和附加電極（11）之間的介電層（9），其中介電層（9）、底部電極（3）和附加電極（11）被配置為在諧振器（1）中提供附加電容。BAW諧振器（1）可以是梯型諧振器裝置（100）的一部分。

Description

BAW諧振器和諧振器裝置

本專利申請案請求於2016年12月29日提出申請的德國申請號102016125877.6的優先權，其全部內容藉由引用明確併入本案。

本發明涉及BAW（體聲波）諧振器，具體而言涉及SMR（固態安裝型諧振器）-BAW諧振器。例如，此種諧振器可以用在用於行動電話的RF濾波器中。

文件US2015/333248 A1揭示BAW-SMR諧振器。文件EP 1 221 770 A1揭示包括並聯諧振器和串聯諧振器的梯型濾波器。

為了在諸如諧振器、帶通濾波器和陷波濾波器的微聲部件中產生電磁極及/或聲極或使電磁極及/或聲極移位，提供電容和電感。由於空間、成本和品質的原因，直接在部件中實現該等功能優於提供單獨的部件。然而，「晶片上」電容通常需要附加的空間，此種導致部件尺寸的整體增大。

本發明的一個目的是提供改進的BAW諧振器。

在一個態樣，本發明涉及BAW諧振器，BAW諧振器包括位於頂部電極和底部電極之間的壓電層。額外地，BAW諧振器包括位於底部電極和附加電極之間的介電層。介電層、底部電極和附加電極被配置為在諧振器中提供附加電容。

特定而言，介電層位於壓電層下方且在底部電極下方。介電層可以提供種晶層的功能，用於改進由底部電極傳遞的壓電層的生長條件。特定而言，底部電極可以直接位於種晶層上。壓電層可以直接位於底部電極上。

介電層包括介電材料。介電材料可以是非壓電材料。在非壓電材料的情況下，諧振器功能不受介電材料的影響。

在一個備選實施例中，介電層包括壓電材料。作為一個實例，合適的介電壓電材料可以是AlN。用於介電層的材料可以是與用於壓電材料的相同的材料。備選地，不同的材料可以用於介電層和壓電層。

介電材料可以具有高的相對介電常數。作為一個實例，該介電常數可以在10的範圍內。從而可以利用小的附加空間實現所需要的電容值（例如，在數個pF的範圍內）。

介電層可以具有比壓電層明顯更小的厚度。作為一個實例，介電層的厚度可以比壓電層的厚度小至少一個數量級。介電層可以具有小於100nm的厚度。由於厚度小，附加電極所需的空間小。可以藉由濺射來施加介電層。在用於介電層的壓電材料的情況下，厚度小的介電層導致介電層的高諧振頻率，高諧振頻率不會妨礙諧振器的操作諧振。

在一個實施例中，附加電極覆蓋諧振器的比底部電極小的橫截面積。在此種情況下，諧振器可以具有其中底部電極與附加電極重疊的第一區域、以及其中底部電極不與附加電極重疊的第二區域。在此種情況下，可以實現電容與諧振器功能的解耦合。然而，第一區域亦可以對諧振器功能做出貢獻。

在一個備選實施例中，附加電極覆蓋諧振器的與底部電極相同的橫截面積。在此種情況下，附加電極可以與底部電極完全重疊。可以在與諧振器功能相同的垂直區域中提供附加電容。

在一個實施例中，頂部電極未覆蓋或未完全覆蓋附加電極。在此種情況下，附加電極上方的區域對諧振器功能沒有貢獻或者對諧振器功能具有較少量的貢獻。由此，可以實現電容和諧振器功能之間的解耦合。

在一個實施例中，可以將附加電容定位在晶片的未使用區域中或晶片的未使用區域下方，特定而言在對諧振器功能沒有貢獻的區域中。此種未使用區域可以是通孔、凸塊或其他電極引線下方的區域。

BAW諧振器可以進一步包括用於提供布拉格反射器的層序列。附加電極可以直接位於布拉格反射器的最上層上。在一個實施例中，另外的種晶層可以位於該最上層和附加電極之間。

根據本發明的另一態樣，揭示包括前述BAW諧振器和另一BAW諧振器的諧振器裝置。諧振器可以以梯型方式電連接。BAW諧振器可以是串聯諧振器。另一諧振器可以是並聯諧振器。

BAW諧振器和另一BAW諧振器可以位於單個基板上。另一BAW諧振器的層可以與BAW諧振器的對應層在相同的處理步驟中形成。

BAW諧振器的介電層可以包括壓電材料。另一BAW諧振器可以包括第一壓電層和第二壓電層。第一壓電層可以具有與BAW諧振器的壓電層相同的材料和厚度。第二壓電層可以具有與BAW諧振器的介電層相同的材料和厚度。另一BAW諧振器的第一和第二壓電層可以彼此直接相鄰。因此，BAW諧振器可以包括由第一和第二壓電層組成的壓電層，其中壓電層對應於BAW諧振器中的壓電層和介電層之和。

第二壓電層可以提供BAW諧振器和另一BAW諧振器之間的諧振頻率的移位。第二壓電層的厚度可以限定諧振頻率的移位。

在一個實施例中，除了附加電極之外，BAW諧振器和另一BAW諧振器可以具有相同的設計。特定而言，除了僅存在於BAW諧振器中而不存在於另一BAW諧振器中的附加電極之外，在兩個BAW諧振器中，層的序列、層的材料以及層的厚度可以相同。

諧振器及/或諧振器裝置可以用在諸如RF濾波器的BAW濾波器中。諧振器及/或諧振器裝置可以包括上述電容中的數個電容（例如，級聯電容）。

根據本發明的另一態樣，揭示用於製造上述濾波器裝置的方法。該方法包括為BAW諧振器和另一BAW諧振器提供一或多個基板的步驟。特定而言，可以提供單個基板。布拉格反射器可以形成在基板上。該方法可以進一步包括在基板上方形成電極層的步驟，以用於為另一BAW諧振器提供底部電極、以及為BAW諧振器提供附加電極。

此外，在用於BAW諧振器的區域中以及在用於另一BAW諧振器的區域中形成介電層。隨後，僅在用於BAW諧振器的區域中的介電層上形成底部電極。藉由介電層，在BAW諧振器中形成附加電容。此外，可以在另一BAW諧振器中實現頻率移位。此外，形成壓電層和頂部電極，以用於BAW諧振器和另一BAW諧振器。

本案包括發明的數個態樣。即使在特定態樣的上下文中沒有明確地提到相應的特徵，但是關於BAW諧振器、諧振器裝置及/或方法所描述的每個特徵在本文中還關於另一態樣被公開。

圖1以示意性截面圖圖示諧振器1。諧振器1是BAW-SMR諧振器。

諧振器1包括位於底部電極3和頂部電極4之間的壓電層2。通過電信號，在壓電層中產生駐聲波。

壓電層2和電極3、4位於基板5上方。以交替順序提供低聲阻抗的層6和高聲阻抗的層7的序列。層6、7的序列提供布拉格反射器8。層6、7中的每一個層具有約λ/4的厚度，以用於針對整個諧振器1的諧振處波長λ的聲波實現最佳反射率。作為一個實例，低聲阻抗的層6可以包括諸如SiO₂ 的介電材料。高聲阻抗的層可以包括諸如鎢（W）的金屬。

諧振器1進一步包括介電層9。介電層9位於底部電極3和布拉格反射器8的最上層10之間。底部電極3可以直接施加在介電層9上。介電層9是種晶層，因此賦能製造具有改進品質的壓電層2。特定而言，介電層9改進底部電極3的均一性，並且從而改進壓電層2的生長條件。

介電層9可以是薄層，特別是具有低於100nm的厚度的層。例如，可以藉由濺射來施加介電層9。介電層9可以包括介電材料及/或壓電材料。作為一個實例，介電層8可以包括氮化鋁（AlN）。

除了改進生長條件之外，介電層9還提供附加電容。為此目的，諧振器1包括附加電極11，附加電極11位於層6、7的序列的最上層10與介電層9之間。在此種情況下，由附加電極11、介電層9和底部電極3形成附加電容。在附圖中，附加電容由電容符號表示。

附加電極11覆蓋諧振器1的比底部電極3更小的橫截面積。附加電極僅覆蓋布拉格反射器8的最上層10的部分區域。介電層9可以被直接施加在布拉格反射器8的最上層10上未被附加電極11覆蓋的區域中。

由於附加電極11的部分覆蓋，諧振器1包括：其中附加電極11與底部電極3重疊的第一區域12；及其中附加電極11不存在並且因此不與底部電極3重疊的第二區域13。

附加電極11和底部電極3的重疊區域的尺寸、連同介電層9的厚度和材料一起決定了附加電容的容量。當指定介電層9的厚度和材料時，選擇附加電極11的尺寸並由此選擇重疊面積，使得實現期望的容量值。

頂部電極4覆蓋諧振器1的完整橫截面積，並與底部電極3完全重疊。換言之，頂部電極4覆蓋與底部電極3相同的橫截面積。在此種情況下，第一區域12亦提供諧振器功能。

由於附加電極11增加了質量負載，第一區域12中的諧振頻率可以低於第二區域13中的諧振頻率。第一區域12中的壓電層2的厚度與第二區域13中的壓電層2的厚度大致相同。在附圖中圖示的壓電層2中的臺階並不表示壓電層2在不同區域中的厚度差異，而是僅圖示壓電層2位於附加電極11之上。

在另一實施例中，頂部電極4覆蓋比底部電極3更小的橫截面積。特定而言，頂部電極4可以不在第一區域12中延伸，或者可以不完全覆蓋附加電極11。在此種情況下，第一區域12不被電場激勵，或僅第一區域12的部分被電場激勵。因此，第一區域12對諧振器功能沒有貢獻或對諧振器功能的貢獻量小。

在此種情況下，諧振器的諧振頻率和操作模式可以與附加電容的實現方式和尺寸設置解耦合。

電極3、4、11的電連接取決於特定的濾波器設計。作為一個實例，由附加電極11、介電層9和底部電極3提供的附加電容可以與諧振器並聯電連接，諧振器由頂部電極14、壓電層2和底部電極3提供。

附加電容可以被設計為使得諧振器1的表面積不增加。作為實例，附加電容可以位於晶片的未使用區域中。此種未使用區域可以是通孔、凸塊或其他電極引線下方的區域。

圖2圖示諧振器1的另一實施例，其中附加電容位於通孔14的下方。

通孔14通過壓電層2，使得該區域對諧振器功能沒有貢獻。附加電極11位於通孔14下方。附加電極11可以覆蓋與通孔14大致相同的面積。在此種情況下，通孔14所使用的空間被最佳地用於提供附加電極11，而附加電極11不會干擾正規的諧振器功能。

通孔14可以電接觸底部電極3，並且可以與頂部電極4電分離。該分離可以藉由例如光刻（圖中未示出）來完成。

圖3圖示諧振器1的另一實施例。附加電極11覆蓋與底部電極3相同的橫截面積，並因此與底部電極3完全重疊。

介電層9可以包括壓電材料。介電層9可以包括與提供諧振器功能的壓電層2相同的壓電材料。或者，介電層9可以包括與提供諧振器功能的壓電層2不同的壓電材料。相應地，在該實施例中，在諧振器功能下方提供附加電容，並且附加電容與諧振器功能解耦合。

介電層9可以具有比壓電層2明顯更小的厚度。特定而言，該厚度可以比壓電層2的厚度小至少一個數量級。在此種情況下，由附加電容提供的諧振頻率遠遠超出諧振器1的操作範圍的諧振。因此，附加電容的諧振不會干擾諧振器1的操作諧振。諧振器1中的應力分佈由虛線表示。

除此之外，諧振器1可以在布拉格反射器8的頂部上包括另外的種晶層15。另外的種晶層15改進壓電層2和介電層9的生長條件。

圖4圖示包括具有附加電容的諧振器1的諧振器裝置100的一個實施例。諧振器1可以具有圖3所示的諧振器1的結構。

諧振器裝置100包括另一諧振器101。諧振器1和另一諧振器101可以以梯型方式被連接。諧振器1可以是串聯諧振器。另一諧振器101可以是並聯諧振器。諧振器裝置100可以被用於梯型帶通濾波器中。

除了另一諧振器101中不存在的附加電容之外，另一諧振器101具有與諧振器1類似的結構。另一諧振器101包括基板105，在基板105上，低聲阻抗的層106和高聲阻抗的層107以交替方式佈置，以提供布拉格反射器108。

另一諧振器101包括用於產生電場並且激勵駐聲波的底部電極103和頂部電極104。兩個壓電層102、109位於電極103、104之間。壓電層102、109可以包括相同的材料或不同的材料。壓電層102、109直接彼此鄰接。諧振器101的第一壓電層102具有與諧振器1的壓電層2相同的厚度和相同的材料。此外，另一諧振器的第二壓電層109具有與諧振器1的介電層9相同的厚度和相同的材料。

由於由電極103、104之間的層102、109提供的壓電材料的厚度增加，另一諧振器101的諧振頻率比僅具有單個壓電層2的諧振器1的諧振頻率更深。因此，在濾波器裝置中，第二壓電層109提供在兩個類型的諧振器1和101之間的諧振頻率的移位。第二壓電層109的厚度限定了諧振頻率的移位。因此，與諧振器1相比，壓電層109用作用於降低另一諧振器101的頻率的調諧層。

除此之外，與另一諧振器101的第二壓電層109對應的諧振器1的介電層9產生了位於諧振器1的諧振器功能下方的附加電容。此外，第二壓電層109和介電層9用作種晶層，以用於主壓電層2、102的定向生長。在諧振器1中，定向生長通過底部電極3傳遞。

另一諧振器101和諧振器1可以用相同的製程來製造。可以提供一或多個基板來形成諧振器1和另一諧振器101的基板5、105。另一諧振器101和諧振器1可以位於相同的基板上。換言之，基板5、105可以是相同的基板，或者可以是單個基板的不同區域。

隨後，以交替順序沉積低聲阻抗的布拉格反射器層6、106以及高聲阻抗的布拉格反射器層7、107。諧振器1的層6、7和另一諧振器101的層106、107可以以單個製程施加。可以通過施加遮罩來提供用於將諧振器1與另一諧振器101解耦合的間隙。在最上層10、110上，可以特別地以單個製程來沉積種晶層。

在種晶層上或直接在最上層10、110上，形成用於提供附加電極11和底部電極103的電極層。在電極11、103上，沉積壓電層，該壓電層用於提供另一諧振器101的第二壓電層109以及具有諧振器1的附加電容的介電層9。僅在諧振器1的區域中、而不在另一諧振器101的區域中設置用於提供諧振器1的底部電極3的電極層。作為一個實例，在第一步驟中，電極層可以被沉積在諧振器1的區域中以及另一諧振器101的區域中。在隨後的步驟中，例如通過光刻在另一諧振器101的區域中選擇性地移除電極層，使得僅保留諧振器1的底部電極3。

之後，生長壓電層，用於提供另一諧振器101的第一壓電層102，並用於提供諧振器1的壓電層2。在該等壓電層2、102上，形成用於提供頂部電極4、104的電極層。

1‧‧‧諧振器2‧‧‧壓電層3‧‧‧底部電極4‧‧‧頂部電極5‧‧‧基板6‧‧‧低聲阻抗的層7‧‧‧高聲阻抗的層8‧‧‧布拉格反射器9‧‧‧介電層10‧‧‧最上層11‧‧‧附加電極12‧‧‧第一區域13‧‧‧第二區域14‧‧‧通孔15‧‧‧另一種晶層100‧‧‧諧振器裝置101‧‧‧另一諧振器102‧‧‧第一壓電層103‧‧‧底部電極104‧‧‧頂部電極105‧‧‧基板106‧‧‧低聲阻抗的層107‧‧‧高聲阻抗的層108‧‧‧布拉格反射器109‧‧‧第二壓電層110‧‧‧最上層

結合示意圖從以下對示例性實施例的描述中，進一步的特徵、細化和便利性變得顯而易見。

圖1以示意性截面圖圖示BAW諧振器的一個實施例，

圖2以示意性截面圖圖示BAW諧振器的另一實施例，

圖3以示意性截面圖圖示BAW諧振器的另一實施例，

圖4以示意性截面圖圖示諧振器裝置的一個實施例。

在附圖中，可以向類似的元件、相同種類的元件以及相同作用的元件提供相同的元件符號。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

1‧‧‧諧振器

2‧‧‧壓電層

3‧‧‧底部電極

4‧‧‧頂部電極

5‧‧‧基板

6‧‧‧低聲阻抗的層

7‧‧‧高聲阻抗的層

8‧‧‧布拉格反射器

9‧‧‧介電層

10‧‧‧最上層

11‧‧‧附加電極

12‧‧‧第一區域

13‧‧‧第二區域

Claims (11)

1. 一種濾波器，包括：一第一BAW諧振器，所述第一BAW諧振器具有位於一頂部電極和一底部電極之間的一壓電層以及位於所述底部電極和一附加電極之間的一介電層，其中所述介電層、所述底部電極和所述附加電極被配置為在所述第一BAW諧振器中提供電容；及一第二BAW諧振器，所述第二BAW諧振器比所述第一BAW諧振器至少少一個電極。
2. 根據請求項1所述之濾波器，其中所述介電層是用於改進所述壓電層的該等生長條件的一種晶層。
3. 根據請求項1所述之濾波器，其中所述介電層的厚度比所述壓電層的厚度小至少一個數量級。
4. 根據請求項1所述之濾波器，其中所述介電層包括一非壓電材料。
5. 根據請求項1所述之濾波器，其中所述介電層包括一壓電材料。
6. 根據請求項1所述之濾波器，其中相比於所述底部電極，所述附加電極覆蓋所述第一BAW諧振器的更小的一橫截面積。
7. 根據請求項1所述之濾波器，其中所述附加電極與所述底部電極覆蓋所述第一BAW諧振器的相同的一橫截面積。
8. 根據請求項1所述之濾波器，其中所述頂部電極未覆蓋或未完全覆蓋所述附加電極。
9. 根據請求項1所述之濾波器，進一步包括通孔，其中所述附加電極位於所述通孔下方。
10. 根據請求項1所述之濾波器，其中所述介電層包括一壓電材料，並且其中所述第二BAW諧振器包括一第二壓電層和相鄰於所述第二壓電層的一第三壓電層，其中所述第三壓電層具有與所述介電層相同的厚度和材料。
11. 根據請求項1所述之濾波器，其中所述第一BAW諧振器和所述第二BAW諧振器位於一單個基板上。

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