作者:
日期:2022-10-03
本公开专利申请文件涉及使用声波谐振器的射频滤波器,特别是用于通信设备中的射频滤波器;
射频(RF)滤波器是一种双端口器件,配置为通过某些频率并阻止其他频率,其中“通过”表示以相对较低的信号损耗发射,“阻止”表示阻塞或基本上衰减。滤波器通过的频率范围称为滤波器的“通带”。这种滤波器阻止的频率范围被称为滤波器的“阻带”。典型的RF滤波器至少有一个通带和至少一个阻带。对通带或阻带的特定要求取决于应用。
对于每个特定的应用,RF滤波器通常需要许多设计权衡,以便在插入损耗、抑制、隔离、功率处理、线性度、尺寸和成本等性能参数之间实现最佳折衷。特定的设计和制造方法以及增强功能可以同时受益于这些要求中的一个或多个。
用于当前通信系统的高性能RF滤波器通常包含声波谐振器,包括表面声波(SAW)谐振器,体声波(BAW)谐振器,薄膜体声波谐振器(FBAR)和其他类型的声学谐振器。然而,这些现有技术并不适合在为未来通信网络提议的更高频率和带宽下使用。
横向励磁薄膜散装声学谐振器 (XBAR) 是一种用于微波滤波器的声学谐振器结构。XBAR在美国专利第10,491,291号中描述了XBAR,标题为‘横向激发薄膜散装声学谐振器’。XBAR谐振器包括在单晶压电材料的薄浮层或膜片上形成的交指换能器(IDT)。IDT 包括从第一母线延伸的第一组平行叉指和从第二条母线延伸的第二组平行叉指。第一组和第二组平行叉指交错。施加到 IDT 上的微波信号激发压电振膜中的剪切初级声波。XBAR 谐振器提供非常高的机电耦合和高频能力。XBAR 谐振器可用于各种射频滤波器,包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器。XBAR非常适合用于频率高于3 GHz的通信频段的滤波器。
图2是使用XBAR的高频带通滤波器200的电路示意图和布局。滤波器 200 采用传统的梯形滤波器架构,包括三个串联谐振器 210A、210B、210C 和两个分流谐振器 220A、220B。三个串联谐振器 210A、210B 和 210C 在第一个端口和第二个端口之间串联(因此称为“串联谐振器”)。在图2中,第一和第二端口分别标记为“输入”和“输出”。然而,滤波器200是双向的,并且任一端口可以用作滤波器的输入或输出。两个并联谐振器 220A、220B 从串联谐振器之间的节点连接到地。滤波器可以包含附加的无功元件,例如电容器和/或电感器,如图2所示。所有并联谐振器和串联谐振器均为 XBAR。包含三个串联和两个并联谐振器就是一个示例。一个滤波器可能具有多个或少于五个总谐振器,多个或少于三个串联谐振器,以及多个或少于两个并联谐振器。通常,所有串联谐振器都串联在滤波器的输入和输出之间。所有并联谐振器通常都连接在地和一个输入、输出或两个串联谐振器之间的节点之间。
图6是简化的流程图,总结了用于制造包含XBAR的滤波装置600的过程。具体地,工艺600用于制造包括多个XBAR的滤波器件,其中一些可以包括频率设置电介质或涂层。该过程600从器件基板605开始,将压电材料的薄板和压电材料设置在基板上。该过程600在695处结束,并带有完整的过滤装置。图6的流程图仅包括主要工艺步骤。各种常规工艺步骤(例如表面制备、清洁、检查、烘烤、退火、监测、测试等)可以在图6所示的步骤之前、之间、之后和期间执行。
在工艺600的一种变体中,在器件基板610A处形成一个或多个空腔,然后压电板在615处粘合到基板上。可以为滤波装置中的每个谐振器形成单独的腔体。此外,腔体可以成形和形成,使得两个或多个谐振器可以位于一个腔体的一个隔膜上。这些谐振器共享一个振膜,在声学轨道上进行声学耦合。可以使用常规的光刻和蚀刻技术形成一个或多个空腔。通常,在610A下形成的空腔不会穿透器件基板。 在615处,压电板被粘合到器件基板上。压电板和器件基板可以通过晶圆键合工艺进行键合。通常,器件基板和压电板的配合表面经过高度抛光。一层或多层中间材料,例如氧化物或金属,可以形成或沉积在压电板和器件基板的一个或两个的配合表面上。一个或两个配合表面可以使用例如等离子体工艺来激活。然后可以用相当大的力将配合表面压在一起,以在压电板和器件基板或中间材料层之间建立分子键。 在620处,牺牲基板可以被除去。例如,压电板和牺牲基板可能是压电材料的晶圆,该片已被离子注入以沿着平面在晶体结构中产生缺陷,该平面定义了将成为压电板和牺牲基板之间的边界。在620处,晶圆可以沿着缺陷平面分裂,例如通过热冲击,分离牺牲基板并使压电板粘合到器件基板上。压电板的暴露表面可以在牺牲基板分离后以某种方式进行抛光或加工。 第一导体图案,包括每个XBAR的IDT和反射器元件,通过在压电板的正面沉积和图案化一个或多个导体层在645处形成。全部或部分第一导体图案可以在涂覆层625上形成。导体层可以是,例如,铝、铝合金、铜、铜合金或一些其它导电金属。任选地,一层或多层其它材料可以设置在导体层的下面(即导体层和压电板之间)和/或导体层的顶部。例如,可以使用钛、铬或其他金属的薄膜来提高导体层与压电板之间的附着力。金、铝、铜或其他更高导电性金属的第二导体图案可以在第一导体图案的部分上形成(例如IDT母线和IDT之间的互连)。 每个导体图案可以在645处通过在压电板的表面上依次沉积导体层和任选的一个或多个其它金属层来形成。然后可以通过图案化光刻胶蚀刻来去除多余的金属。例如,可以通过等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、湿化学蚀刻或其他蚀刻技术对导体层进行蚀刻。 或者,每个导体图案可以在645处使用升空工艺形成。光刻胶可以沉积在压电板上。和图案化以定义导体图案。导体层和任选地,一个或多个其它层可以按顺序沉积在压电板的表面上。然后可以去除光刻胶,从而去除多余的材料,留下导体图案。 在650处,一个或多个频率设置电介质层可以通过在压电板的正面沉积一层或多层介电材料来形成。例如,可以在分流谐振器上形成一个介电层,以降低分流谐振器相对于串联谐振器频率的频率。所述一个或多个介电层可以使用常规沉积技术沉积,例如物理气相沉积、原子层沉积、化学气相沉积或某些其它方法。一种或多种光刻工艺(使用光掩模)可用于将电介质层的沉积限制在压电板的选定区域。例如,掩模可用于限制电介质层仅覆盖分流谐振器。 在655处,钝化/调谐电介质层沉积在压电板和导体图案上。钝化/调谐电介质层可以覆盖滤波器的整个表面,但用于与滤波器外部电路进行电气连接的焊盘除外。在过程600的一些实例化中,钝化/调谐电介质层可以在器件基板中的空腔在610 B或610C处蚀刻后形成。