片上集成型体波谐振器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种片上集成型体波谐振器及其制造方法，其中，该体波谐振器包括：体波谐振器；至少一储能元件，其中，至少一储能元件的至少部分位于体波谐振器在垂直方向的投影区域范围内。本发明专利技术通过将储能元件集成到体波谐振器在垂直方向的投影区域范围内，从而有效缩小储能元件和体波谐振器的集成空间，利于进一步缩减体波滤波器芯片的尺寸。

【技术实现步骤摘要】
片上集成型体波谐振器及其制造方法
本专利技术涉及半导体领域，并且特别地，涉及一种片上集成型体波谐振器及其制造方法。
技术介绍
在手机通讯和高速串行数据应用等方面，利用压电薄膜在厚度方向上的纵向谐振所制成的薄膜压电体波谐振器已经成为声表面波器件和石英晶体谐振器的一个可行的替代。射频前端体波压电滤波器/双工器提供了优越的滤波特性，包括：低插入损耗，陡峭的过渡带，较大的功率容量，较强的抗静电放电（ESD）能力等。高频薄膜压电体波振荡器具有超低频率温度漂移，并且其相位噪声低，功耗低且带宽调制范围大。除此之外，这些微型薄膜压电谐振器在硅衬底上还使用互补式金属氧化物半导体（CMOS）兼容的加工工艺，这样可以降低单位成本，并且有利于谐振器与CMOS电路集成。典型的薄膜压电体波谐振器包括：两金属电极（包括顶部电极和底部电极）、压电材料、声反射结构，其中，压电材料位于金属电极之间，压电材料和两个金属电极组成的三明治结构，声反射结构位于底部金属电极下方。通常将顶部电极、压电层、底部电极组成的三层结构在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域。当两金属电极之间施加有一定频率的电压信号时，由于两金属电极之间的压电材料所具有的逆压电效应，有效区域内的顶部电极与底部电极之间会产生在垂直方向上传播的声波，声波在顶部电极与空气的交界面和底部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。如图1所示，为现有技术中已有的薄膜压电体波谐振器结构，如图1所示的谐振器包括：顶部电极T、压电层P、底部电极B、声反射结构X和衬底S。形成图1中谐振器的声反射结构X的步骤可以包括：步骤1、在衬底S上刻蚀出空腔结构；步骤2、以牺牲层材料填充空腔结构；步骤3、在经过表面平坦化的衬底S上依次制作底部电极B、压电层P和顶部电极T。步骤4、除去牺牲层材料形成悬浮结构。这样可以在谐振器的底部电极的下方形成空腔，由于底部电极与空气之间的声学阻抗比很大，声波在底部电极与空气的交界面上可以得到良好的反射，因此，可以在谐振器的工作过程中减少声波能量由谐振器内部往衬底的泄漏，从而提高谐振器的Q值，由此提高由多个谐振器组成的滤波器的性能。通过将不同频率的薄膜压电谐振器按照一定的拓扑结构连接在一起，可以构成薄膜压电体波滤波器，在滤波器的设计中，通常需要在并联谐振器上串联一段电感，如图2所示，为现有技术中连接有电感的滤波器结构的示意图。通过串联电感可以改变滤波器通带左侧传输零点的位置来获得较好的带外抑制，同时也能增加谐振器的有效机电耦合因数，达到拓宽带宽的作用。在双工器设计中，通常需要在接收滤波器和发送滤波器之间加入阻抗匹配网络，这部分电路可以是由电感和电容组成的π型网络、或者是一段四分之一波长传输线组成。阻抗匹配网络的作用是使接收滤波器在发送滤波器通带频段内呈现高阻抗，从而有利于传输发射通道信号。通常，将电感/电容等储能元件制造在芯片的封装基板上，是以贴片电感/电容或者印制螺旋线的形式实现，或者，还存在一种现有方法，在晶圆的制造过程中通过构图金属线的方式直接将电感/电容与滤波器集成在片上，其中电感/电容与滤波器平行布置。但是，以上方法共有的缺点是，无论是形成在封装基板上的电感电容还是集成在片上的电感电容，都占用了额外的面积，不利于滤波器芯片尺寸的缩小，因此，不能适应芯片进一步小型化的要求。针对相关技术中体波滤波器芯片中储能元件要占用额外的芯片面积，不利于芯片尺寸进一步小型化的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中体波滤波器芯片中储能元件要占用额外的芯片面积，不利于芯片尺寸进一步小型化的问题，本专利技术提出一种片上集成型体波谐振器及其制造方法，能够将储能元件集成到体波谐振器中，从而利于进一步缩减体波滤波器芯片的尺寸。本专利技术的技术方案是这样实现的：根据本专利技术的一个方面，提供了一种片上集成型体波谐振器。该体波谐振器包括：体波谐振器；至少一储能元件，其中，至少一储能元件的至少部分位于体波谐振器在垂直方向的投影区域范围内。其中，上述储能元件包括储能部和电极部。并且，上述体波谐振器包括空腔，至少一储能元件的储能部位于空腔内。此外，上述体波谐振器进一步包括：第一电极；第二电极，位于第一电极下方，并且与第一电极电隔离；基底，位于第二电极下方，空腔由基底的下凹表面形成。此外，上述体波谐振器进一步包括：电极；基底，位于电极下方，至少一储能元件的储能部位于基底和电极之间。另外，上述体波谐振器进一步包括：电极；基底，位于电极下方；至少一储能元件的储能部位于电极的上方。其中，在至少一储能元件的下方至少部分填充有绝缘材料或者存在间隙。可选地，体波谐振器的导电部与至少一储能元件之间存在间隙和/或绝缘材料。优选地，储能元件包括电容和/或电感。根据本专利技术的一个方面，提供了一种片上集成型体波谐振器的制造方法。该制造方法包括：提供体波谐振器；将至少一储能元件的至少部分设置于体波谐振器在垂直方向的投影区域范围内。其中，储能元件包括储能部和电极部。可选地，在体波谐振器中形成空腔，并且将至少一储能元件的储能部设置于空腔内；在空腔上方形成压电结构，压电结构包括上电极、压电层和下电极。此外，在提供体波谐振器时，上述制造方法进一步包括：提供基底；将至少一储能元件的储能部设置于基底上方；在至少一储能元件的上方形成隔膜层；在隔膜层上方形成压电结构，压电结构包括上电极、压电层和下电极。优选地，上述储能元件包括电容和/或电感。本专利技术通过将储能元件集成到体波谐振器在垂直方向的投影区域范围内，从而有效缩小储能元件和体波谐振器的集成空间，利于进一步缩减体波滤波器芯片的尺寸。附图说明图1是现有技术中体波谐振器的示意图；图2是现有技术中具有电感的滤波器结构的示意图；图3a是根据本专利技术实施例的体波谐振器的俯视图；图3b是图3a所示的体波谐振器的空腔内结构的俯视图；图3c是沿图3a所示的体波谐振器中A-A方向的截面图；图4a至图4j是根据本专利技术的一实施例的片上集成型体波谐振器的制造方法的示意图；图5是根据本专利技术的又一实施例的体波谐振器的示意图；图6a是根据本专利技术的一实施例的集成了蛇形电感结构的体波谐振器空腔内结构的俯视图；图6b是图6a所示体波谐振器的截面图；图7是本专利技术的又一实施例集成了电容的示意图；图8a是根据本专利技术的又一实施例的集成了电感的体波谐振器的示意图；图8b是图8a所示体波谐振器中A-A方向的截面图；图9是根据本专利技术的再一实施例的体波谐振器的截面图；图10a至图10e是根据本专利技术的一实施例的片上集成型体波谐振器的制造方法的示意图；图11是根据本专利技术的又一实施例集成了电感的体波谐振器的示意图；图12是根据本专利技术的又一实施例的集成了电容的体波谐振器的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的实施例，提供了一种片上集成型体波谐振器。根据本专利技术实施例的体波谐振器可以包括：体波谐振器；至少一储能元件，其中，储能元件可以包括电容和/或电感或者其它用于体波谐振器的储能元件，至少一储能元件的至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片上集成型体波谐振器，其特征在于，包括：所述体波谐振器；至少一储能元件，其中，所述至少一储能元件的至少部分位于所述体波谐振器在垂直方向的投影区域范围内。

【技术特征摘要】
1.一种片上集成型体波谐振器，其特征在于，包括：体波谐振器；至少一储能元件，其中，所述至少一储能元件的至少部分位于所述体波谐振器在垂直方向的投影区域范围内；其中，所述至少一储能元件和所述体波谐振器在基底厚度方向上垂直布置；储能元件包括储能部和电极部；所述体波谐振器包括空腔，所述至少一储能元件的储能部位于所述空腔内。2.根据权利要求1所述的体波谐振器，其特征在于，所述体波谐振器进一步包括：第一电极；第二电极，位于所述第一电极下方，并且与所述第一电极电隔离；基底，位于所述第二电极下方，所述空腔由所述基底的下凹表面形成。3.根据权利要求1所述的体波谐振器，其特征在于，所述体波谐振器进一步包括：电极；基底，位于所述电极下方，所述至少一储能元件的储能部位于所述基底和所述电极之间。4.根据权利要求1所述的体波谐振器，其特征在于，所述体波谐振器进一步包括：电极；基底，位于所述电极下方；所述至少一储能元件的储能部位于所述电极的上方。5.根据权利要求1-4中任一所述的体波谐振器，其特征在于，在所述至少一储能元件的下方至少部分填充有绝缘材料或者存在间隙。6.根据权利要求1-4中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，江源，张代化，张浩，
申请(专利权)人：诺思天津微系统有限公司，
类型：发明
国别省市：