專利名稱：薄膜體聲波濾波裝置及制造薄膜體聲波濾波裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜BAW濾波裝置(BAW＝Bulk Acoustic Wave體聲波)，并涉及一種用于制造這種濾波裝置的方法。
背景技術(shù)：
薄膜BAW濾波裝置用在例如第三代(3G)移動無線電技術(shù)中，以在實現(xiàn)低介入損耗的同時得到寬的頻帶寬度。
由例如CRF部件(CRF＝Coupled Resonator Filter耦合諧振器濾波裝置)形成了此類濾波裝置。通常，CRF部件具有兩個壓電諧振器，其中一個堆疊在另一個上面，以及多個中間耦合層以將聲耦合調(diào)整到期望的濾波裝置特性。
CRF技術(shù)使所有的移動無線電頻帶所需要的帶通特性(即頻帶寬度以及介入損耗)得以實現(xiàn)。遠離通過區(qū)的截止區(qū)具有很高的介入損耗，該介入損耗在很大程度上受制于寄生效應(yīng)和襯底的有限傳導(dǎo)性以及任何相對于襯底的不對稱電容。然而，截止頻帶值接近于通過區(qū)(所謂過渡區(qū))也并非最佳。通常，移動無線電發(fā)射頻率與接收頻帶由寬度僅為10到20MHz的過渡頻帶彼此分開，其中包括一般優(yōu)于4dB的介入損耗的濾波裝置特性須變?yōu)閮?yōu)于30dB的截止頻帶。
在-5dB到-30dB之間的過渡帶的缺點是CRF部件自身的基本特性，且?guī)缀醪豢赡軣o損于通過頻帶特性地通過部件設(shè)計地加以改善。
為了取得具有較好特性的過渡帶，一種可行的方法是將CRF部件連接到傳統(tǒng)的級聯(lián)(cascade)形式的梯形濾波裝置裝置，如圖8所例示。圖3示出了梯形濾波部件的傳遞函數(shù)，該部件具有與該梯形濾波部件中的并聯(lián)諧振器的串聯(lián)共振和串聯(lián)諧振器的并聯(lián)共振相關(guān)的兩個顯著的最小值。此圖示例為單T形節(jié)。其中使用的層堆與圖1所示的布置類同，只是作了這樣的修改去除了下諧振器的上電極而由二氧化硅所代替。對左手側(cè)過渡帶而言過渡帶寬度約為10MHz，對右手側(cè)過渡帶而言約為5MHz，在-5dB到-30dB之間。用于諧振器的Q值(品質(zhì)因數(shù))為1000。
圖4表示用作梯形濾波裝置的傳統(tǒng)諧振器的典型的層堆。若單梯形濾波裝置以級聯(lián)方式連接到CRF的不平衡的端口，其將產(chǎn)生如圖5所示的傳遞函數(shù)。在這種情況下，該端口可用作為輸入端或者輸出端。通過在CRF的平衡輸出端使用兩個梯形濾波裝置可取得相似的作用。這種組合的CRF梯形濾波裝置具有比一個CRF自身更好的過渡帶特性。這些術(shù)語的定義可以在如下的公開以及其中引用的參考文獻中找到。
-G.G.法蒂格，R.艾格納，W.內(nèi)斯勒，“耦合體聲波諧振器濾波裝置”；用于單到平衡的RF濾波裝置的主要技術(shù)。”論文集IEEE 2004微波理論和技術(shù)協(xié)會座談會摘要(G.G.Fattinger，R.Aigner，W.Nessler，“Coupled Bulk Acoustic Wave Resonator FilterKeyTechnology for single-to-balanced RF Filters.”Proceedings IEEE2004 MTTS symposium Digest.)；-G.G.法蒂格，R.艾格納，W.內(nèi)斯勒，“用于使用耦合諧振器BAW技術(shù)的移動電話的單到平衡的RF濾波裝置。”IEEE超聲、鐵電和頻率控制學(xué)會(UFFC)座談會2004論文集(G.G.Fattinger，J.Kaitila，W.Nessler，and R.Aigner，“Single-to-Balanced Filtersfor Mobile Phones using Coupled Resnator BAW Technology”，IEEEUFFC Symposium 2004 Proceedings.)；-K.M.萊金“薄膜技術(shù)的回顧”IEEE微波雜志，2003年12月，P.61(K.M.Lakin，“A Review of Thin-Film Technology”，IEEEMicrowave Magazine，Dec.2003，p.61)；
-K.M.萊金“薄膜諧振器技術(shù)”IEEE超聲、鐵電和頻率控制學(xué)會(UFFC)第50年周年版(K.M.Lakin，“Thin Film ResonatorTechnology”，IEEE UFFC 50thAnniversary Issue.)；-K.M.萊金“耦合諧振器濾波裝置”IEEE 2002年超聲座談會論文(K.M.Lakin，“Coupled Resonator Filters”，IEEE 2002Ultrasonics Symposium Proceedings.)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種濾波裝置，它占據(jù)較少空間但具有移動無線電所需要的傳輸特性，并提供一種制造該濾波裝置的簡單方法。
該目的通過具有本發(fā)明第一方面的特征的薄膜BAW濾波裝置和具有本發(fā)明第二方面的特征的方法實現(xiàn)。在上述兩個方面的從屬形態(tài)中對一些有利的改善作了規(guī)定。
因此，本發(fā)明提供設(shè)有至少一個CRF部和至少一個梯形或柵形濾波部的薄膜BAW濾波裝置，其中CRF部具有至少兩個耦合的諧振器，并且CRF部和梯形或柵形濾波部集成在共同的襯底上。
依據(jù)本發(fā)明的制造薄膜BAW濾波裝置的方法包括以對應(yīng)的方式，CRF部和梯形或柵形濾波部集成在共同的襯底上。將CRF部和梯形或柵形濾波部集成在共同的襯底上，即作為單片配置，具有尺寸、價格以及性能上的優(yōu)勢。
總體結(jié)構(gòu)中的至少一個部分最好是梯形或柵形濾波部的形式。
梯形或柵形濾波部的下諧振器的至少一個電極被平面化層所代替。這樣的部件容易制造。此類設(shè)計能夠特別經(jīng)濟地投入生產(chǎn)。且穩(wěn)妥地避免在隨后的金屬化和以及鈍化步驟中可能發(fā)生的困難。
在這種情況下，下諧振器的上電極能夠被平面化層所代替，或者下諧振器的下電極能夠被平面化層所代替。而且，下諧振器的兩個電極均可由平面化層替代。
本例設(shè)計中的一個特別優(yōu)勢在于不需要附加的掩模和/或工序。
上述平面化層最好是半導(dǎo)體氧化物或半導(dǎo)體氮化物，例如硅基半導(dǎo)體。另外，也可采用任何其它所期望的電介質(zhì)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在梯形或柵形濾波部中提供失諧層以減低并聯(lián)諧振器的頻率。
在又一實施例中，設(shè)有頻率微調(diào)步驟。
優(yōu)勢特別在于這種單片CRF梯形濾波裝置可用單個附加的淀積步驟以及僅僅兩、三個附加的掩模制成。EP-A-1219028中描述的過程可用作基本的制造工序。
在梯形濾波裝置中可采用更多的層，例如，為了更好地細(xì)調(diào)個別諧振器的特性，下耦合氧化物層在梯形部諧振器上可用鎢代替。
依據(jù)本發(fā)明所基于的構(gòu)思，“正常的”個別諧振器能夠在現(xiàn)有CRF工藝中產(chǎn)生，并且能夠用于梯形或柵形部的集成。
刪除下諧振器的一個電極，意味著該電極就完全不在光刻掩模圖案中畫出。與通常的CRF工藝相比，在該點的處理上不需作任何改變。平面化介質(zhì)可應(yīng)用在任何場合。
前述的集成單個諧振器的方法總是包括這樣的假定，即假定兩個諧振器中的一個將必須被完全去除(通過隨后的蝕刻或類似手段)。這在本例中是不必要的。


以下，將參考附圖給出的示范性實施例對本發(fā)明進行更詳細(xì)地描述，其中圖1表示CRF的傳遞函數(shù)；圖2表示CRF諧振器堆的設(shè)計；圖3表示梯形濾波裝置的T形節(jié)的傳遞函數(shù)；圖4表示傳統(tǒng)的BAW諧振器的設(shè)計；圖5表示包含梯形濾波裝置的T形節(jié)以及兩級CRF的級聯(lián)電路的傳遞函數(shù)；圖6表示CRF層堆中諧振器的阻抗，以及圖7所示的帶或不帶附加失諧層的堆的阻抗；圖7表示在去除和平面化下諧振器上電極期間的層堆；圖8表示T單元的電路圖，該單元以級聯(lián)方式連接到CRF部件上。
附圖標(biāo)記1 CRF諧振器堆2 上諧振器3 耦合層4 下諧振器5 反射鏡6 連接點7 襯底8 諧振器9 組合的CRF梯形諧振器10 新反射鏡11 第一電極12 第二電極13 串聯(lián)諧振器14 串聯(lián)諧振器15 分路諧振器(或并聯(lián)諧振器)具體實施方式
圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中公知的、具有中心在1842.5MHz的兩個GSM頻帶部分的CRF部件的計算的傳遞函數(shù)。其中例示的截止過渡頻帶是約在-5dB到-30dB之間的30MHz。
圖2表示典型的CRF諧振器堆1的設(shè)計，同樣是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。諧振器堆的活性區(qū)由虛線分界，一般具有約50μm到約300μm的寬度。該層堆包含具有壓電層的上諧振器2，例如由氮化鋁(AlN)或ZnO組成。而且，上諧振器2包含兩個電極11、12，例如可由多個金屬或者電介質(zhì)層形成。在一示范性實施例(圖中未示出)中，只對每一個電極提供了單層，而不是提供兩層。
耦合層3(該層還可特別例如設(shè)有具高聲阻抗的層)位于上諧振器2和下諧振器4之間，其中諧振器4以與本示范性實施例中的諧振器2相同的方式設(shè)計。聲反射鏡(acoustic mirror)5布置在下諧振器4的下面。而且，附圖標(biāo)記6表示在諧振器和類似部分或部件之間的連接點。上述層堆(layer stack)設(shè)在襯底7上。在一示范性實施例中，兩個諧振器的結(jié)構(gòu)不同(未作圖示)。
圖3表示梯形濾波裝置的單個T形節(jié)的傳遞函數(shù)。使用的層堆與圖1中所使用的相同，但是作了這樣的修改去除下諧振器的上電極而用平面化二氧化硅作為替代。如本說明書的描述中已提及的，截止對左手側(cè)過渡帶而言約為10MHz，對右手側(cè)過渡帶而言是5MHz。
圖4表示BAW諧振器的進一步設(shè)計，該諧振器的活性區(qū)是100到300μm(由虛線所標(biāo)示)。諧振器堆1僅有一個帶一個電極的諧振器8。聲反射鏡5的一個層堆設(shè)置在其下面，并依次淀積在襯底7上。
組合濾波裝置的傳遞函數(shù)如圖5所示，該濾波裝置的梯形濾波裝置以級聯(lián)的方式連接到CRF的不平衡輸出端。其截止對于兩個過渡帶均約為10MHz。
另外，圖6特別表示在CRF層堆的下諧振器的上電極已經(jīng)被去除并且已經(jīng)被平面化氧化物取代的情況下的上諧振器的經(jīng)計算得到的特性。而且，該示圖表示所述的具有附加的失諧層情況。而且，該圖表示在測量上諧振器以及下諧振器的開路電極期間的未改變的CRF層堆的諧振器阻抗特性。依據(jù)本發(fā)明的此類的層堆例示在圖7中。
圖7表示在下諧振器4的上電極被去除以及平面化之后，依據(jù)本發(fā)明組合單片CRF梯形諧振器9的層堆。附圖標(biāo)記11表示已被去除的下諧振器4原先的電極層。該層堆包含上諧振器2、原耦合層3、原下諧振器4以及在襯底7上的原反射鏡5。附圖標(biāo)記10表示形成新反射鏡的層，該反射鏡由現(xiàn)有的層形成。
已描述的依據(jù)本發(fā)明的薄膜BAW濾波部件能夠通過用一個基于Infineon Technologies AG(EP-A-1219028)的BAW工藝的制造工序作為基本工序而制造。
Infineon BAW工藝是基于在壓電淀積過程之前的下電極堆以及反射鏡的平面化的工藝。因此，特別以這種工藝方法進行，以得到具有高質(zhì)量AlN膜的可靠的壓電層結(jié)果。這反過來也直接影響到壓電耦合系數(shù)(keff)，即指濾波裝置帶寬和Q值。因為相同的原因，下諧振器的上電極，在兩個諧振器之間的耦合層以及上諧振器的下電極依據(jù)本發(fā)明以CRF方法進行平面化。依據(jù)本發(fā)明所使用的方法而制造的諧振器具有約6.6％的耦合系數(shù)。
最后，為了制造梯形部，并聯(lián)諧振器的頻率也必須相對于串聯(lián)諧振器降低。因此，如在傳統(tǒng)的梯形濾波裝置制造方法中所通常使用的方法那樣，另外需要一個失諧層。而且，需要頻率調(diào)整步驟(例如在EP-A-1390559中所描述的)?？傊?，這意味著依據(jù)本發(fā)明能夠制造單片CRF梯形濾波裝置。
去除下諧振器的兩個電極中的一個或者兩個可改變與該諧振器相關(guān)的共振頻率，使之遠離該上諧振器的共振。這樣便形成了很多個主共振，同時顯著削弱了其它共振。如上所述的相同的方法也能夠用于制造一種組合CRF柵形濾波裝置。
而且，本方法能夠通過在梯形濾波裝置中設(shè)置更多的層而進一步精細(xì)化。
圖8表示梯形濾波裝置以及CRF濾波裝置的T單元串聯(lián)連接的一種選擇，這很容易通過本發(fā)明的方法由單個襯底制造。
在本例中，輸入/輸出端P1為“單端(single-ended)”形式，即具有接地基準(zhǔn)的單個信號線。端口P2用所謂的“平衡”配置設(shè)計，即包括兩個信號線，它們彼此反相180°。輸出端P2的基準(zhǔn)接地不需要與輸入端1(電位隔離)的基準(zhǔn)接地相關(guān)。
另外，也可改變CRF部中的基準(zhǔn)阻抗，例如CRF輸入端可形成50歐姆的終端負(fù)載，而相比而言CRF輸出端是200歐姆。兩個特性，即阻抗和模式轉(zhuǎn)換特性，不能通過基于柵形和梯形濾波裝置它們自身而得到。因此也不可能取得這種高級的遠離通過帶的阻帶抑制。
相比而言，CRF自身在接近通過帶的區(qū)域不允許這樣陡的濾波裝置側(cè)面(filter flanks)或阻帶抑制。
本例的裝置于是充當(dāng)了平衡單元，其中不平衡端口P1被轉(zhuǎn)換為平衡端口P2，反之亦然。
本例的特征是諧振器13、14或者15中的一個或者全部依據(jù)本發(fā)明進行設(shè)計，例如如圖7所示。
例如，CRF部按圖2所示設(shè)計。通過將兩個圖彼此靠攏地放置而得到了單個襯底上的這些部件的基本配置。從圖8中的電路圖中可看出其電連接。
權(quán)利要求
1.一種薄膜BAW濾波裝置，包括至少一個CRF部，以及至少一個梯形或柵形濾波部，所述CRF部含有至少兩個耦合的諧振器(2，4)；其中所述CRF部和所述梯形或柵形濾波部集成在共同的襯底(7)上。
2.權(quán)利要求1所述的濾波裝置，其中所述濾波裝置的至少一部分是梯形或柵形濾波部的形式，另一部分濾波裝置是CRF部的形式。
3.權(quán)利要求1或2所述的濾波裝置，其中所述下諧振器(4)的至少一個電極由平面化層代替。
4.權(quán)利要求3所述的濾波裝置，其中所述下諧振器(4)的上電極由平面化層代替。
5.權(quán)利要求3或4所述的濾波裝置，其中所述下諧振器(4)的下電極由平面化層代替。
6.權(quán)利要求3至5中任一項所述的濾波裝置，其中所述平面化層包含半導(dǎo)體氧化物、半導(dǎo)體氮化物或電介質(zhì)。
7.以上權(quán)利要求中任一項所述的濾波裝置，其中一個或多個失諧層設(shè)在所述梯形或柵形濾波部中。
8.一種制造薄膜BAW濾波裝置的方法，包括至少一個CRF部；以及至少一個梯形或柵形濾波部，所述CRF部有至少兩個耦合的諧振器(2，4)，其中所述CRF部和所述梯形或柵形濾波部集成在共同的襯底(7)上。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中整個濾波裝置的至少一部分是梯形或柵形濾波部的形式。
10.權(quán)利要求8或9所述的方法，其中所述下諧振器(4)的一個電極由平面化層代替。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述下諧振器(4)的上電極由平面化層代替。
12.權(quán)利要求10所述的方法，其中所述下諧振器(4)的下電極由平面化層代替。
13.權(quán)利要求10至12中任一項所述的方法，其中半導(dǎo)體氧化物、半導(dǎo)體氮化物或電介質(zhì)作為平面化層施加。
14.權(quán)利要求8至13中任一項所述的方法，其中所述失諧層加在所述梯形或柵形濾波部中。
15.權(quán)利要求8至14中任一項所述的方法，其中設(shè)有一些頻率微調(diào)步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及薄膜BAW濾波裝置及用于制造薄膜BAW濾波裝置的方法。所述薄膜BAW濾波裝置含有至少一個CRF部和至少一個梯形或柵形濾波部，其中所述CRF部含有至少兩個耦合的諧振器，所述CRF部和所述梯形或柵形濾波部集成在同一襯底上，從而制成所述薄膜BAW濾波裝置。本發(fā)明還涉及用于制造薄膜BAW濾波裝置的方法，其中包括至少一個CRF部和至少一個梯形或柵形濾波部，所述CRF部含有至少兩個耦合的諧振器，所述CRF部和所述梯形或柵形濾波部集成在同一襯底上。
文檔編號H03H9/56GK1808898SQ200510124709
公開日2006年7月26日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者G·費廷格爾, J·凱蒂拉 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司