谐振器和滤波器制造技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，公开了一种谐振器和滤波器。该谐振器包括衬底；多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层和上电极层；空气翼及空气桥，形成于所述压电层和上电极层之间，所述空气翼具有界定所述谐振器的作用区域的外边界的内边缘；及温度补偿特征，具有正温度系数以用于抵消所述压电层的负温度系数的至少一部分；其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体；所述温度补偿特征在所述作用区域外侧延伸达预定长度。上述谐振器具有较好的性能。

Resonators and filters

【技术实现步骤摘要】
谐振器和滤波器
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及谐振器和滤波器。
技术介绍
谐振器可以用于各种电子应用中实施信号处理功能，例如，一些蜂窝式电话及其它通信装置使用谐振器来实施用于所发射和/或所接收信号的滤波器。可根据不同应用而使用数种不同类型的谐振器，例如薄膜体声谐振器(FBAR)、耦合式谐振器滤波器(SBAR)、堆叠式体声谐振器(SBAR)、双重体声谐振器(DBAR)及固态安装式谐振器(SMR)。一般来说，声谐振器包括可经受不同类型的谐振或谐振模式的不同横向区域。可将这些横向区域非常广泛地表征为主隔膜区域及外围区域，其中作用区域或主隔膜区域大致由两个板状电极与压电材料之间的重叠部界定，且外围区域被界定为在主隔膜区域外侧的区，主隔膜区域可与声谐振器的作用区域相同或可含纳作用区域。特定来说，两个外围区域被界定为位于主隔膜区域的边缘与空气腔的边缘之间的区域及至少一个板状电极及压电材料与衬底的重叠的区域。主隔膜区域经受由两个板状电极之间的电场产生的电激发模式，且主隔膜及外围区域两者均经受通过在电激发模式中能量的散射产生的活塞模式。例如，所述衍生模式包括由在主隔膜区域及外围区域的边缘处激发的横向声波形成的横向模式。所述横向模式促进电驱动主隔膜区域与本质上非驱动外围区域之间的适当机械质点速度及应力的连续性。其可从激发点自由传播(所谓的传播模式)或以指数方式衰减(所谓的消散及复合模式)。其可由横向结构不连续性(例如，主隔膜区域中不同厚度的区域之间的界面或者顶部或底部电极的边缘)或由电场不连续性(例如，电场突然终止于其处的顶部电极边缘)两者激发。所述横向模式通常对声谐振器的性能具有有害影响。因此，一些声谐振器包含被设计成抑制、禁止或减轻横向模式的辅助结构特征。举例来说，可在顶部电极下方于顶部电极上形成连接声谐振器的边缘的空气桥以便消除衬底上方的换能器效应。举例来说，常规FBAR依赖于对电激发活塞模式的强局限。强局限是通过顶部及底部电极的边缘以及例如空气环(例如，包含空气桥及/或空气翼)及常规外侧框架等辅助结构特征而提供的。尽管强局限的明显有点在于其强制对顶部电极的边缘处的机械运动的准钳位，但其也提供显著的声不连续性，从而导致能量从所要活塞模式到整个结构的非所要外延、剪切、挠曲及膨胀模式中散射。另外，特定来说，FBAR滤波器需要保证跨域温度范围以及频率范围的充分低的插入损耗(IL)。通常，随着周围温度增加，大多数材料的声速降低，且形成滤波器的FBAR中的每一者的截止频率降低。因此，随着温度增加，滤波器的通带通常朝向较低频率移动。因此，在不存在温度补偿的情况下，通带必须被设计成足够宽以允许周围温度的改变，从而需要每一FBAR的高耦合系数Kt2，这可能难以实现。此外，在一些情况中(例如，带13)，可能不予许通带移动以防止对其他(例如，安全)带的入侵。可需要对滤波器(及因此每一FBAR)的温度补偿。举例来说，可将掺硼二氧化硅SiOx(其可称为“温度补偿氧化物”)作为温度补偿层添加到FBAR。温度补偿氧化物的声速随着温度而增加，这产生声谐振器及滤波器响应随着周围温度的改变的所要稳定性。可将温度补偿层嵌入到顶部或底部电极中，这导致所有相关联的过程复杂化。接着，可使用其他结构来改进并联电阻Rp及质量因子Q(称为“Q因子”)，例如顶部电极空气桥(用以消除非作用FBAR)及顶部电极上的附加框架(用以最小化顶部电极边缘处的散射)。通常，温度补偿层会降低用于Q因子改进的附加框架的有效性。原因在于，温度补偿层的低声阻抗会局限来自活塞模式及堆叠本征模式两者的显著量的能量，所述堆叠本征模式被局限于其中放置温度补偿层的谐振器堆叠的部分。典型的附加框架被放置于堆叠的顶部上以便促进高质量平面压电层的生长。可将温度补偿层放置于压电层下方或上方，这会限制顶部附加框架对抑制局限于谐振器堆叠的底部的本征模式的有效性。典型的声谐振器包括上电极、下电极、位于上下电极之间的压电材料、位于下电极下面的声反射结构以及位于声反射结构下面的衬底。通常将上电极、压电层、下电极三层材料在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域。当在电极之间施加一定频率的电压信号时，由于压电材料所具有的逆压电效应，有效区域内的上下电极之间会产生垂直方向传播的声波，声波在上电极与空气的交界面和下电极下的声反射结构之间来回反射并在一定频率下产生谐振。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提供一种新型结构的谐振器和滤波器。本专利技术实施例的第一方面提供一种谐振器，包括：衬底；多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层和上电极层；空气翼及空气桥，形成于所述压电层和上电极层之间，所述空气翼具有界定所述谐振器的作用区域的外边界的内边缘；及温度补偿特征，具有正温度系数以用于抵消所述压电层的负温度系数的至少一部分；其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体；所述温度补偿特征在所述作用区域外侧延伸达预定长度。可选的，所述下半腔体由底壁和第一侧壁围成，所述底壁整体与所述衬底表面平行，所述第一侧壁为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面。可选的，所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面。可选的，所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底壁所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下。可选的，所述第一圆滑曲面各点的曲率小于第一预设值。可选的，所述上半腔体由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半腔体对应的部分包括顶壁和第二侧壁围成，所述第二侧壁为由所述顶壁边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面。可选的，所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面。可选的，所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶壁所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。可选的，所述第二圆滑曲面各点的曲率小于第二预设值。可选的，所述顶壁无突变部分。可选的，所述温度补偿特征包括囊封于所述上电极层中的温度补偿层，且其中所述温度补偿层的外边缘被定位成超出所述空气翼的所述内边缘达所述预定长度。可选的，所述囊封于所述上电极层中的所述温度补偿层的所述外边缘位于所述腔体的外边缘内。可选的，所述温度补偿特征包括囊封于所述压电层中的温度补偿层，且其中所述温度补偿层的外边缘被定位成超出所述空气翼的所述内边缘达所述预定长度。可选的，所述囊封于所述压电层中的所述温度补偿层的所述外边缘位于所述腔体的外边缘内。可选的，所述温度补偿特征包括囊封于所述下电极层中的温度补偿层，且其中所述温度补偿层的外边缘被定位成超出所述空气翼的所述内边缘达所述预定长度。可选的，所述温度补偿特征包括位于所述下电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振器，其特征在于，包括：/n衬底；/n多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层和上电极层；/n空气翼及空气桥，形成于所述压电层和上电极层之间，所述空气翼具有界定所述谐振器的作用区域的外边界的内边缘；及/n温度补偿特征，具有正温度系数以用于抵消所述压电层的负温度系数的至少一部分；/n其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体；/n所述温度补偿特征在所述作用区域外侧延伸达预定长度。/n

【技术特征摘要】
1.一种谐振器，其特征在于，包括：
衬底；
多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层和上电极层；
空气翼及空气桥，形成于所述压电层和上电极层之间，所述空气翼具有界定所述谐振器的作用区域的外边界的内边缘；及
温度补偿特征，具有正温度系数以用于抵消所述压电层的负温度系数的至少一部分；
其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体；
所述温度补偿特征在所述作用区域外侧延伸达预定长度。


2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述下半腔体由底壁和第一侧壁围成，所述底壁整体与所述衬底表面平行，所述第一侧壁为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面。


3.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述上半腔体由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半腔体对应的部分包括顶壁和第二侧壁围成，所述第二侧壁为由所述顶壁边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面。


4.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述温度补偿特征包括囊封于所述上电极层中的温度补偿层，且
其中所述温度补偿层的外边缘被定位成超出所述空气翼的所述内边缘达所述预定长度。


5.根据权利要求4所述的谐振器，其特征在于，所述囊封于所述上电极层中的所述温度补偿层的所述外边缘位于所述腔体的外边缘内。


6.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述温度补偿特征包括囊封于所述压电层中的温度补偿层，且
其中所述温度补偿层的外边缘被定位成超出所述空气翼的所述内边缘达所述预定长度。


7.根据权利要求6所述的谐振器，其特征在于，所述囊封于所述压电层中的所述温度补偿层的所述外边缘位于所述腔体的外边缘内。


8.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述温度补偿特征包括囊封于所述下电极层中的温度补偿层，且
其中所述温度补偿层的外边缘被定位成超出所述空气翼的所述内边缘达所述预定长度。


9.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述温度补偿特征包括位于所述下电极层与所述压电层之间的温度补偿层，且
其中所述温度补偿层的外边缘被定位成超出所述空气翼的所述内边缘达所述预定长度。


10.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述下电极层及所述上电极层中的至少一者包括集成横向特征的合成电极。


11.根据权利要求10所述的谐振器，其特征在于，所述温度补偿特征包括温度补偿层，所述温度补偿层设置在具有所述集成横向特征的合成电极的下电极层及上电极层中的至少一者中。


12.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述温度补偿特征的在所述作用区域外侧延...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，吕鑫，梁东升，刘青林，马杰，高渊，丁现朋，冯利东，商庆杰，钱丽勋，李丽，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13