单片集成的体声波双工器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种单片集成的体声波双工器，由发射带通滤波器、接收带通滤波器和移相器构成，其中，发射带通滤波器由彼此互连的至少两个FBAR构成，接收带通滤波器由彼此互连的至少两个FBAR构成，移相器由一个电感器和两个电容器构成，FBAR由底电极、压电层和顶电极构成，电容器由底电极、介电层和顶电极构成，接收带通滤波器、发射带通滤波器和移相器均在同一衬底上制造而成。由于本实用新型专利技术的制造方法可以将发射带通滤波器、接收带通滤波器及移相器集成到一个芯片上，因此能提供满足移动通信设备小型化需求的双工器。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及由薄膜体声波谐振器（Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR）构成的体声波（Bulk Acoustic Wave，BAW）双工器及其制造方法，更具体地涉及通过微电子机械系统（MEMS）技术，单片集成的体声波双工器。
技术介绍
在许多不同的通信应用中，例如手机或者任何其他收发信机，公共信号路径既耦合到接收机的输入端，又耦合到发射机的输出端上。在这样的收发信机中，天线可以耦合到接收机的输入端上和发射机的输出端上。因而，双工器通常把公共信号路径耦合到接收机的输入端上和发射机的输出端上。双工器提供必要的耦合，但是阻止由发射机生成的已调制发射信号从天线耦合反馈到接收机的输入端上，是接收机过载。从而，双工器通常包括三个端口。在天线处有输入和输出这两种信号的共存。为了避免这些信号的冲突，通常将不同的频带分配给Tx和Rx路径。双工器的主要用途在于指引输入信号至Rx端口和保护发射信号从Tx端口至天线。最终，双工器通常含有两个高选择性射频滤波器，用于各自的Tx和Rx频带。由于当前手机都朝着多模多频的方向发展，手机射频前端模块需要嵌入更多高性能的双工器和滤波器。然而消费者又期望手机有轻型化及超薄化的发展趋势，这就对手机中的双工器性能及体积提出了更为严苛的要求。通常在移动通信设备中使用声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）双工器，如在专利技术人Hidekazu Nakanishi等人的公开号为US7498898 B2的美国专利文献中，双工器中的发射带通滤波器和接收带通滤波器均由声表面波谐振器构成。然而，SAW带通滤波器需要使用陶瓷外壳进行封装，这必然会加大双工器的尺寸，从而很难在单个芯片上安装所有组件。此外，在采用SAW滤波器的双工器中，芯片尺寸的增大及封装用的陶瓷价格昂贵导致SAW双工器的制造成本上升。更为致命的是，随着4G/LTE 时代的到来，手机工作频率都在2GHz左右甚至更高，此时SAW双工器中的滤波器选择性变差，难以满足4G手机的通信要求。与SAW双工器相比，BAW双工器可进行低成本的商业生产，并且BAW双工器的尺寸还能进一步减小。此外，BAW双工器中的滤波器工作在高于2GHz的频带时，依然具有良好的选择性。在专利技术人Bernhard Gebauer等人的公开号为US20130043961 A1的美国专利文献中提出了一种包括BAW滤波器的双工器，即BAW双工器。然而，根据该文献中的BAW双工器，由于通过单个器件的形成来制造BAW发射带通滤波器、BAW接收带通滤波器和移相器中的电感器及电容器，并将这些结构封装在基板上，以此制造双工器模块，因此在缩小双工器模块尺寸方面存在很大的障碍。此外，由于还需要分离地制造双工器中的各部件（发射带通滤波器、接收带通滤波器、电感器和电容器）并将它们安装在同一基板上，这需要更多的时间和更高的成本来制造双工器。在专利技术人Yun-Kwon Park等人的公开号为US8720023 B2的美国专利文献中虽然提出了一种单片集成的体声波双工器制造方法，但该双工器中的移相器是制造在双工器芯片的封装盖帽上，通过封装盖帽上的金属通孔实现与接收带通滤波器与发送带通滤波器的互连，这样的方法增加了双工器的制造难度。
技术实现思路
本技术为了解决上述技术缺陷，提供了一种具有单片集成的体声波双工器，该体声波双工器的发射带通滤波器和接收带通滤波器由多种电极厚度的FBAR构成，移相器中的电容器采用与FBAR工艺兼容的结构，移相器中的电感器通过电镀工艺在衬底的沟槽中形成，FBAR、电感器和电容器之间的电连接通过FBAR电极引线实现，电极引线在形成FBAR电极时也被同时形成，通过这样的方法可以在同一衬底上容易地制造移相器、发射带通滤波器和接收带通滤波器，从而缩小体声波双工器的体积并实现其低的制造成本。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：单片集成的体声波双工器，其特征在于：包括发射带通滤波器、接收带通滤波器和移相器，其中，发射带通滤波器包括至少两个互连的FBAR，接收带通滤波器包括至少两个互连的FBAR，移相器包括一个电感器和分别连接于电感器两端的第一电容器、第二电容器；所述FBAR均至少包括底电极和顶电极，所述电容器包括底电极、介电层和顶电极；所述接收带通滤波器、发射带通滤波器和移相器均在同一衬底上制造而成。所述发射带通滤波器可以包括至少两个串联的FBAR和至少一个并联的FBAR，或者可以包括至少一个串联的FBAR和至少一个并联的FBAR。进一步的，所述发射带通滤波器中的串联的FBAR从下而上依次形成有第一底电极层、压电层、第一顶电极层和第三顶电极层；所述发射带通滤波器中的并联的FBAR从下而上依次形成有第一底电极层、压电层、第一顶电极层、第二顶电极层和第三顶电极层。或者，进一步的，所述发射带通滤波器中的串联的FBAR均从下而上依次形成有第一底电极层、第二底电极层和第一顶电极层，所述发射带通滤波器中的并联的FBAR均从下而上依次形成有第一底电极、第二底电极层、第一顶电极层和第二顶电极层。所述接收带通滤波器可以包括至少两个串联的FBAR和至少一个并联的FBAR，或者可以包括至少一个串联的FBAR和至少一个并联的FBAR。进一步的，所述接收带通滤波器中的串联的FBAR均从下而上依次形成有第一底电极层、压电层和第一顶电极层；所述接收带通滤波器中的并联的FBAR均从下而上依次形成有第一底电极层、压电层、第一顶电极层和第二顶电极层。或者，进一步的，所述接收带通滤波器中的串联的FBAR的串联的FBAR均从下而上依次形成有第一底电极层和第一顶电极层，所述接收带通滤波器中的并联的FBAR从下而上依次形成有第一底电极层、第一顶电极层和第二顶电极层。所述单片集成的体声波双工器中，所述第一底电极层厚度均相同，所述压电层的厚度均相同，所述顶电极层的厚度均相同，所述第二顶电极层的厚度均相同，第三顶电极层的厚度均相同。进一步的，所述第一电容器和第二电容器结构相同，均从下而上依次形成有第一底电极层、介电层、第一顶电极层、第二顶电极层、第三顶电极层和第四顶电极层。所述电容器的顶电极的厚度大于所述体声波双工器中任一FBAR的顶电极厚度。所述电容器的介电层与所述体声波双工器中任一FBAR的压电层厚度和材料均相同。所述发射带通滤波器和接收带通滤波器中的FBAR之间通过顶电极引线或底电极引线连通；所述发射带通滤波器、接收带通滤波器与移相器之间，是发射带通滤波器、接收带通滤波器中的FBAR通过顶电极引线与移相器中的电容器、电感器连通实现，并且所述顶电极引线与第一顶电极层通过溅射工艺同时形成，底电极引线与第一底电极层通过溅射工艺同时形成。形成上述单片集成的体声波双工器的制造方法，包括以下几个步骤：a）在衬底上面刻蚀形成沟槽，并在沟槽中电镀形成电感器；b）在衬底上同时形成发射带通滤波器、接收带通滤波器、移相器中的电容器及相应的电极引线；c）在衬底背面刻蚀形成第一空腔、第二空腔和第三空腔。所述第一空腔的上面对应形成有发射带通滤波器；所述第二空腔的上面对应形成有接收带通滤波器；所述第三空腔的上面对应形成有移相器。所述第一空腔和第二空腔的深度相同，第一空腔、第二空腔的深度大于第三空腔的深本文档来自技高网...

【技术保护点】
单片集成的体声波双工器，其特征在于：包括发射带通滤波器、接收带通滤波器和移相器，其中，发射带通滤波器包括至少两个互连的FBAR，接收带通滤波器包括至少两个互连的FBAR，移相器包括一个电感器和分别连接于电感器两端的第一电容器、第二电容器；所述FBAR均至少包括底电极和顶电极，所述电容器包括底电极、介电层和顶电极；所述接收带通滤波器、发射带通滤波器和移相器均在同一衬底上制造而成。

【技术特征摘要】
1.单片集成的体声波双工器，其特征在于：包括发射带通滤波器、接收带通滤波器和移相器，其中，发射带通滤波器包括至少两个互连的FBAR，接收带通滤波器包括至少两个互连的FBAR，移相器包括一个电感器和分别连接于电感器两端的第一电容器、第二电容器；所述FBAR均至少包括底电极和顶电极，所述电容器包括底电极、介电层和顶电极；所述接收带通滤波器、发射带通滤波器和移相器均在同一衬底上制造而成。2.根据权利要求1所述的单片集成的体声波双工器，其特征在于：所述发射带通滤波器可以包括至少两个串联的FBAR和至少一个并联的FBAR，或者可以包括至少一个串联的FBAR和至少一个并联的FBAR。3.根据权利要求2所述的单片集成的体声波双工器，其特征在于：所述发射带通滤波器中的串联的FBAR从下而上有第一底电极层、压电层、第一顶电极层和第三顶电极层；所述发射带通滤波器中的并联的FBAR从下而上依次有第一底电极层、压电层、第一顶电极层、第二顶电极层和第三顶电极层。4.根据权利要求2所述的单片集成的体声波双工器，其特征在于：所述发射带通滤波器中的串联的FBAR均从下而上依次有第一底电极层、第二底电极层和第一顶电极层，所述发射带通滤波器中的并联的FBAR均从下而上依次有第一底电极、第二底电极层、第一顶电极层和第二顶电极层。5.根据权利要求1所述的单片集成的体声波双工器，其特征在于：所述接收带通滤波器包括至少两个串联的FBAR和至少一个并联的FBAR，或者包括至少一个串联的FBAR和至少一个并联的FBAR。6.根据权利要求5所述的单片集成的体声波双工器，其特征在于：所述接收带通滤波器中的串联的FBAR均从下而上依次有第一底电极层、压电层和第一顶电极层；所述接收带通滤波器中的并联的FBAR均从下而上依次有第一底电极层、压电层、第一顶电极层和第二顶电极层。7.根据权利要求5所述的单片集成的体声波双工器，其特征在于：所述接收带通滤波器中的串联的FBAR的串联的FB...

【专利技术属性】
技术研发人员：高杨，蔡洵，赵坤丽，黄振华，尹汐漾，赵俊武，韩宾，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51