具有介电翼片的高Q体声谐振器制造技术

给出了具有高耦合和改进的杂散模式抑制的高Q声学BAW谐振器。BAW谐振器包括由底部电极(BE)、压电层(PL)和顶部电极层(TE)这三层的重叠部形成的有源谐振器区域(AR)。内部翼片(IF)由介电3D结构形成，该介电3D结构位于有源谐振器区域(AR)的边缘区域(MR)上或与其相邻，向内朝向其中心延伸，并且具有节段，该节段与谐振器的顶表面平行地且远隔地伸展，而保持到其的内部间隙(IG)或角度Θ。

High Q bulk resonators with dielectric fins

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有介电翼片的高Q体声谐振器
技术介绍
实践中的BAW谐振器沿着它们的横向尺寸在大小上是有限的，并且具有由以下三种类型之一组成的端接区域：(i)没有电极互连；(ii)顶部电极互连，或者(iii)底部电极互连。顶部互连和底部互连用于将谐振器的端子电连接到电路中的其他元件，例如，电连接到以梯型配置布置的其他谐振器而形成频率滤波器。对于情况(i)，端接区域通常通过首先端接顶部电极，随后是底部电极的端接来形成，或者通过在大致相同的位置处端接顶部电极和底部电极两者来形成。对于情况(ii)和(iii)，端接区域通过以下来形成：分别端接底部电极和顶部电极，同时允许另一电极延伸到另外的电路元件，诸如过孔或另外的谐振器。谐振器端接区域通常是杂散模式激发的主要来源。在这些位置处，在压缩或拉伸下往回作用在材料上的局部的内部横向作用力未被抵消，因为它们在谐振器的中心附近。这导致横向模式和其他不期望的体模式的激发，这些模式往回朝向谐振器内部传播或向外远离有源谐振器区传播。在任一情况下，能量通常被认为损失，并且导致针对感兴趣模式的总体较低品质因数(Q)—在这种情况下为厚度延伸的。另外，杂散信号可能在如下的频率处出现在器件的电响应中，在这些频率处，横向模式在有源区中来回传播，并且当横向腔体尺寸与横向模式特性波长具有特定关系时谐振。端接几何结构的优化可以减少杂散模式激发，并且允许更多能量被包含在谐振器内，因此改进器件Q并且减小感兴趣的器件频谱上的杂散信号的电平。进而，恰当地优化后的端接几何结构在带内和带外改进了总体的滤波器性能，而带外性能在复用应用中是至关重要的。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种BAW谐振器，该BAW谐振器包含新颖的横向端接几何结构，这些横向端接几何结构提供高Q、低杂散信号扰乱、以及接近最大的机电耦合(对于给定的层堆叠和谐振器大小)。这些和其他目的通过根据权利要求1的BAW谐振器来解决。进一步的实施例和有利变化可以从附属权利要求中得到。本专利技术公开了改进总体谐振器性能的新颖的谐振器端接几何结构。给出了一种用于模式抑制和Q增强的方法。利用本专利技术，在2GHz附近的从～1800到3000的改进的Q基于已证实的仿真工具而被预期。另外，对于相同的层堆叠和谐振器大小，机电耦合系数kt2从～6.0％改进到6.3％。一种BAW谐振器至少包括基底、底部电极、压电层和顶部电极，它们可以从底部到顶部按照给定次序布置在彼此正上方。在底部电极下方和顶部电极上方分别是用于将能量包含在堆叠内的声反射器，这些声反射器一般是(例如，与薄膜体声谐振器—FBAR的)空气界面、或包含高声阻抗材料和低声阻抗材料的交替层的声布拉格结构(例如，具有固态装配型谐振器—SMR)、或者组合或两者(例如，顶部的空气反射器和底部的布拉格—为最常见的SMR类型)。有源谐振器区域由底部电极层、压电层、顶部电极层以及顶部和底部声反射器的重叠部来限定，并且不包括横向端接结构。在该有源区域中，优选的是仅激发在竖直方向上传播的模式(例如，厚度延伸模式)。为了防止杂散横向模式的激发和传播，本专利技术提出使用内部翼片(flap)，其布置在有源谐振器区域的边缘区域上或与其相邻。内部翼片是介电3D结构，该介电3D结构横向地且向内地朝向谐振器区域的中心区延伸，并且与谐振器的顶表面是远隔的并通过间隙分开。在有源谐振器区之外，或在过程允许时尽量靠近有源区域的边沿，翼片的介电锚附接到谐振器器件表面，并且延伸有限的长度而形成标记为外部搭接部(lap)的特征。此外，使用与用于形成内部翼片和外部搭接部相同的介电层，另一翼片(标记为外部翼片)可以被并入到器件中，其远离有源谐振器区域的中心区横向地且向外延伸，并且与谐振器的顶表面是远隔的并通过另一间隙分开。所公开的新颖的介电内部翼片被设计为自谐振的，就像在一端固定并且在另一端自由而在与有源谐振器区域为谐振的或反谐振(在厚度延伸模式中)的相同频率附近的悬臂模式。在该条件下，沿着谐振器的后续尺寸的厚度延伸模式轮廓贯穿器件有源区变得非常均匀，比现有技术在谐振器边缘区域附近所观察到的更为均匀，这趋于使器件机电耦合系数kt2最大化。无源介电外部搭接部区域允许在有源区外部的厚度延伸模式轮廓的平滑渐缩，并且减少杂散横向模式激发。外部搭接部宽度可以被优化，以使得横向地泄漏的能量在其端接处被反射回来，并且以建设性方式被集中回到有源谐振器区域，这进一步改进器件Q。由于外部搭接部结构是介电的、无源的、并且在有源区外部，所以并入它不会像其他已知杂散模式抑制技术那样减小kt2，这些其他已知杂散模式抑制技术使用与有源顶部电极电接触的导电重叠部和外部翼片。在具有顶部电极连接部的谐振器边缘区域中，横向模式的另外的问题可能出现。顶部电极连接部金属通常需要经由以介电层(在这里，它还兼作频率微调层)封装整个器件而被保护以免受腐蚀。如果钝化层与内部翼片/外部搭接部/外部翼片材料太相似(在蚀刻选择性方面)，则在连接部区域中创建外部搭接部变得有问题，因为它的图案化可能将金属的一部分暴露于环境并且导致顶部电极腐蚀。为了规避这一点，外部搭接部可以被允许“无限地”延伸—也即，在顶部电极连接部的区域上不被蚀刻。作为替代，在该区域中，当还与外部翼片组合时，仍然可以并入外部搭接部。优选地，内部翼片和外部搭接部沿着有源谐振器区域的整个周界布置。外部翼片是可选的，并且主要布置在顶部电极连接部的区域中。根据一种实施例，在内部翼片、外部搭接部、以及可选地外部翼片存在的那些区域处，这些对象可以由共同的介电3D结构形成。最终器件例如通过修改修整后并且钝化的谐振器/滤波器来获得，这通过首先利用牺牲材料涂覆晶片，然后对牺牲材料进行图案化(例如，在外部搭接部区域中去除)，然后利用3D介电材料涂覆晶片，然后在电介质中对内部翼片/外部翼片进行图案化，并且然后最后是牺牲材料的去除。内部翼片、外部搭接部和可选的外部翼片的长度被期望为在端接区域i、ii和iii中的每个端接区域中是一致的，但是在区域类型与区域类型之间不要求相同。给定如上文所描述的单个牺牲层工艺和单个介电层工艺，所有内部翼片/外部翼片的间隙高度相同(但不要求相同)。如果在下面的钝化层厚度被包括，则有效的外部搭接部总厚度可以认为大于内部/外部翼片厚度。在替代工艺中，在下面的钝化层和/或电极层可以与牺牲层开口一起被去除以：i)减小外部搭接部有效厚度；以及ii)改进向顶部电极的3D介电结构对准的控制。当并入标记为下部搭接部的可选特征时，在谐振器的边缘区域附近，顶部电极的有效厚度更薄。当恰当地确定尺寸时，该特征对减少在低于器件的基本谐振的频率处的杂散模式耦合是有用的(对于类型II堆叠—对于类型I堆叠无用)。通常，下部搭接部结构通过使电极厚度凹陷来形成，但是在本专利技术中，它通过在谐振器边缘区域周围的选定位置处修整钝化层而以新颖的方式被形成。标记为沟槽的特征可以在介电3D结构图案化期间被形成，沟槽意指在钝化层和内部搭接部层、外部搭接部层、以及可选的外部搭接部层中向下至压电部的沟槽。横向尺寸可以被调节以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BAW谐振器，从底部到顶部按次序包括：/n-基板(SU)，/n-底部电极(BE)，/n-压电层(PL)，/n-顶部电极(TE)，/n其中：/n-有源谐振器区域(AR)由所述底部电极、压电层和顶部电极层这三层的重叠部形成，/n-由介电3D结构形成的内部翼片(IF)位于所述有源谐振器区域(AR)的边缘区域(MR)上或与其相邻，所述内部翼片(IF)朝向所述有源谐振器区域(AR)的中心向内延伸，并且所述内部翼片(IF)具有以到所述谐振器的顶表面的一定距离伸展的节段。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170817 DE 102017118804.51.一种BAW谐振器，从底部到顶部按次序包括：
-基板(SU)，
-底部电极(BE)，
-压电层(PL)，
-顶部电极(TE)，
其中：
-有源谐振器区域(AR)由所述底部电极、压电层和顶部电极层这三层的重叠部形成，
-由介电3D结构形成的内部翼片(IF)位于所述有源谐振器区域(AR)的边缘区域(MR)上或与其相邻，所述内部翼片(IF)朝向所述有源谐振器区域(AR)的中心向内延伸，并且所述内部翼片(IF)具有以到所述谐振器的顶表面的一定距离伸展的节段。


2.根据权利要求1所述的BAW谐振器，其中：
-所述顶部电极(TE)在一侧边沿通过顶部电极连接部(TC)被电端接，
-在所述顶部电极连接部上方，外部翼片(OF)位于所述顶部电极连接部(TC)上，所述外部翼片(OF)远离所述有源谐振器区域(AR)延伸，并且所述外部翼片(OF)具有突出节段，所述突出节段与所述顶部电极连接部的顶表面平行地且远隔地伸展，而保持外部间隙(OG)。


3.根据前述权利要求所述的BAW谐振器，
其中所述外部翼片(OF)和所述内部翼片(IF)形成共同的3D结构。


4.根据前述权利要求之一所述的BAW谐振器，
其中所述外部翼片沿着所述有源谐振器区域(AR)的整个周界延伸，而在下面的层的所有周边位置处保持与所述下面的层的外部延伸间隙(OG)。


5.根据前述权利要求所述的BAW谐振器，
其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·波拉德，A·A·希拉卡瓦，
申请(专利权)人：RF三六零欧洲有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE