專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有耦合體聲波諧振器且具有阻抗匹配適應(yīng)的濾波電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于包括體聲波諧振器(BAW)的集成電子電路和微系統(tǒng)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)使用聲諧振器的關(guān)注正隨著電信發(fā)展而增長(zhǎng)，且尤其是隨著需要小型化有效濾波電路的移動(dòng)電話而增長(zhǎng)。聲諧振器的使用使得能夠?qū)崿F(xiàn)濾波電路中的高質(zhì)量因子。幾年來(lái)，由于其內(nèi)在質(zhì)量和SAW (表面聲波)型諧振器無(wú)法提供的其集成簡(jiǎn)易性， BAff (體聲波諧振器)型聲諧振器已產(chǎn)生用于制造RF濾波電路的特定關(guān)注。除了其集成在半導(dǎo)體電路內(nèi)以外，由于其針對(duì)制造復(fù)雜濾波電路所提供的多個(gè)組合可能性，BAW型集成電路尤其引起關(guān)注。聲諧振器的第一組合件是基于“梯子”型或“格子”型架構(gòu)。這些拓?fù)涫沟媚軌驅(qū)崿F(xiàn)高度濾波功能，然而所述高度濾波功能具有在硅上展現(xiàn)不可忽視的占據(jù)表面面積的缺點(diǎn)。為了減少在襯底上所需要的空間，且根據(jù)以英語(yǔ)“SMR Coupled Filters (SCF) (SMR耦合濾波器(SCF))”命名且例如在由K · M ·拉金(K.M. Lakin)在2002 IEEE國(guó)際頻率控制討論會(huì)中所作的稱(chēng)為“體聲波耦合諧振濾波器(Bulk Acoustic ffave Coupled Resonators Filters)”的文獻(xiàn)(8A-1)中描述的已知技術(shù)，其中所堆疊的諧振器共享共用電極。圖IA說(shuō)明包括兩個(gè)區(qū)段(分別為左和右)的此類(lèi)結(jié)構(gòu)，每一區(qū)段包括兩個(gè)諧振器 1-2和3-4的堆疊。每一對(duì)諧振器1-2 (分別為3-4)具有共用電極，因而確保每一諧振器在彼此反向的定相上進(jìn)行操作。因此，所述區(qū)段中的每一者構(gòu)成一個(gè)極，且因而借助于左和右兩個(gè)區(qū)段來(lái)實(shí)現(xiàn)兩極濾波器。然而，由這種類(lèi)型的濾波器獲得的通帶帶寬不足夠用于例如WCDMA等移動(dòng)電話的現(xiàn)代應(yīng)用。后來(lái)，已通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上具體耦合層來(lái)研究圖IB中所展示的在諧振器的區(qū)段中的每一者內(nèi)引入耦合，且這已導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)如在此圖中展示的命名為耦合諧振濾波器 (CRF)的結(jié)構(gòu)。在所展示的例子中，濾波器的聲隔離由布拉格反射體來(lái)實(shí)施。如在圖中所展示，電路包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)(分別為左和右)，其關(guān)于穿過(guò)圖中部的垂直軸線完全對(duì)稱(chēng)。第一區(qū)段(或左區(qū)段)分解成上部諧振器，所述上部諧振器包括將由壓電材料制成的層7夾在中間的兩個(gè)電極(分別為下部電極11和上部電極12)。組合件定位在實(shí)施聲耦合的層6上方，所述層6放置在下部諧振器上，所述下部諧振器包括將壓電材料層4夾在中間的兩個(gè)電極，分別為下部電極3和上部電極5。在垂直軸線的另一側(cè)上，且與第一區(qū)段完全對(duì)稱(chēng)，電路包括第二級(jí)(或右區(qū)段)，其分解成由聲耦合層6分離的上部諧振器和下部諧振器。上部諧振器分成將層7夾在中間的兩個(gè)電極下部電極21 (可能連接到電極11)和上部電極22。下部諧振器分解成將層4夾在中間的兩個(gè)電極3和5。
由兩個(gè)區(qū)段制成的組合件放置在聲鏡2 (或膜)上，所述聲鏡放置在可能包括MOS 或CMOS技術(shù)中的邏輯或模擬電路的硅或SiGe襯底1上。命名為CFR的此結(jié)構(gòu)為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知，且不需要進(jìn)一步描述此結(jié)構(gòu)，尤其是其制造工藝。將僅提醒的是，上部諧振器(電極11和12以及層7)接收待濾波的電信號(hào)，且將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成作為體波的聲波。此體波由聲耦合通過(guò)層6發(fā)射到第一級(jí)的下部諧振器，其中體波被轉(zhuǎn)換成發(fā)射到第二區(qū)段的下部諧振器的電信號(hào)，這是由于此諧振器共享第一區(qū)段的下部諧振器的相同電極。體波接著由聲耦合通過(guò)層6發(fā)射到位于圖IB的右側(cè)的第二區(qū)段的上部諧振器。借助于此CRF結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了展現(xiàn)四個(gè)諧振極和比針對(duì)SCF濾波器所展現(xiàn)的帶寬大的帶寬的濾波響應(yīng)?？蓛?yōu)化聲耦合以實(shí)現(xiàn)稱(chēng)為“臨界”的耦合，其為濾波器的波紋比與插入損耗之間的最佳折衷。其密切取決于構(gòu)成CRF的不同層(尤其是中間耦合鏡)的特征和厚度。對(duì)于講一步細(xì)節(jié)將尤其參看以下參考“耦合諧振濾波器(化卯/^/ Resonators Filters )”, K ·M ·拉金(K. Μ· LAKIN)，文件 3D-5，IEEE 2002 超聲波討論會(huì)，10 月 8 日到 11曰。此類(lèi)已知CRF結(jié)構(gòu)尤其關(guān)于在硅襯底上獲得的空間節(jié)約展現(xiàn)巨大優(yōu)點(diǎn)。此外，已嘗試實(shí)施天線與定位在濾波電路下游的電子電路之間的阻抗變換和模式轉(zhuǎn)換的功能。具有有限的操作功率和頻率帶寬的非集成的SAW型濾波器實(shí)現(xiàn)這些功能，但其有時(shí)需要麻煩的外部電感。對(duì)于CRF，第一已知解決方案由優(yōu)化所述結(jié)構(gòu)的區(qū)段中的每一者中的電極的表面面積構(gòu)成，以便改變等效電容且因此增加在輸出處展現(xiàn)的阻抗值。在圖2A中，展示右區(qū)段的尺寸減小兩倍，這使得能夠?qū)崿F(xiàn)50 Ω到100 Ω型的阻抗匹配。然而，在圖2Β中，展示由于在濾波電路自身內(nèi)的匹配的缺點(diǎn)，表面面積的改變導(dǎo)致引入補(bǔ)充插入損耗，尤其是在如圖2C中所說(shuō)明的兩個(gè)區(qū)段之間的電互連的層級(jí)處。對(duì)于等于4 (或等于的變換比，可移除與此失配相關(guān)的插入損耗。已知技術(shù)由使用包括兩個(gè)區(qū)段(因此四個(gè)諧振器)的兩個(gè)相同濾波路徑構(gòu)成，且以令人滿意的方式(串聯(lián)或并聯(lián))電互連用于所述區(qū)段中的每一者的兩個(gè)上部諧振器。圖3Α展示電互連這些諧振器的方式。濾波器包括兩個(gè)區(qū)段(分別為左區(qū)段和右區(qū)段)，每一區(qū)段具有兩對(duì)基本諧振器。 左區(qū)段包括下部對(duì)41-42和上部對(duì)43-44，而右區(qū)段包括下部對(duì)45-46和上部對(duì)47-48。還在兩個(gè)諧振器41和45的下部和上部電極中的每一者之間建置電連接，且以相同方式針對(duì)兩個(gè)諧振器42和46建置電連接。左區(qū)段的兩個(gè)諧振器的下部電極也被連接，且此外右部分的兩個(gè)上部諧振器以反并聯(lián)方式連接。圖IBB展示在作為濾波器的部分的兩個(gè)路徑中的每一者中，在兩個(gè)區(qū)段之間在下部諧振器41-45和42-46的層級(jí)處實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。以此方式，建置了保證有效阻抗匹配(駐波比(SWR) < 2)和變換比等于四的濾波器結(jié)構(gòu)。對(duì)于進(jìn)一步細(xì)節(jié)將更明確地參看以下參考“用于使用耦合諧振器BAW技術(shù)的移動(dòng)電話的單端到平衡濾波器(Single-to-balanced Filters for Mobile Phones Using Coupled Resonator BAff technology)”，G·范汀格(G. Fattinger)等人，IEEE 超聲波討論會(huì) IEEE, 2004?；谙嗤?，專(zhuān)利申請(qǐng)案WO 2005/046052 Al “薄膜聲耦合變換器中的阻抗變換比控制(Impedance Transformation Ratio Control in Film Acoustically-Coupled Transformers)”提出通過(guò)在濾波器CRF中添加由兩個(gè)區(qū)段制成的兩個(gè)以上路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)若干其它變換比。這導(dǎo)致使用具有大大減少的表面面積的諧振器，此舉致使電性能優(yōu)化變復(fù)雜。這還促使增加上部諧振器之間的電互連的數(shù)目，且因此增加濾波器的表面面積及其插入損耗。CFR結(jié)構(gòu)具有使得能夠進(jìn)行阻抗變換和模式轉(zhuǎn)換的重要優(yōu)點(diǎn)。然而，取決于待實(shí)現(xiàn)的變換比，所述結(jié)構(gòu)就插入損耗和SWR來(lái)說(shuō)或多或少是有效的。因此，無(wú)法設(shè)想實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的全部可能組合。此外，而且這是更無(wú)法接受的缺點(diǎn)已知的CFR結(jié)構(gòu)需要完全控制構(gòu)成組件的各種層的制造工藝來(lái)完成。在實(shí)驗(yàn)室中已觀察到，在電極層、壓電層的層級(jí)處以及在耦合層的層級(jí)處的低分散導(dǎo)致同一區(qū)段的上部和下部諧振器的諧振頻率的無(wú)法接受的偏移，從而不可逆地致使濾波器響應(yīng)不順從所要電信標(biāo)準(zhǔn)(GSM帶、UMTS帶等等)，且因此致使濾波器不可用。此處，存在對(duì)這些結(jié)構(gòu)的制造工藝的主要限制制造昂貴且其可能會(huì)阻礙此類(lèi)結(jié)構(gòu)的工業(yè)發(fā)展。本發(fā)明旨在補(bǔ)救此些缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種濾波電路，其基于耦合體聲波諧振器，易于集成在半導(dǎo)體襯底中，且最小化由電路的各種層的制造工藝所展現(xiàn)的變化的效應(yīng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有耦合聲波諧振器的濾波電路，其提供阻抗匹配和變換的多個(gè)可能性，同時(shí)最小化插入損耗。本發(fā)明的第三目的是提供一種濾波電路，其易于集成在半導(dǎo)體產(chǎn)品中，且不需要 BALUN型變換器。本發(fā)明的另一目的是提供一種濾波電路，其適合于建置用于移動(dòng)電信的接收和發(fā)射電路。本發(fā)明借助于基于耦合BAW諧振器的濾波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，所述濾波電路包括
-襯底；
-膜或聲鏡，其既定作為諧振器的機(jī)械支撐件來(lái)操作，且既定隔離襯底的聲波；
-第一結(jié)構(gòu)(左)，其包括借助于至少一個(gè)聲耦合層彼此耦合的上部諧振器和下部諧振器，所述上部和下部諧振器具有第一區(qū)段(Al)；
-第二結(jié)構(gòu)(右)，其包括借助于至少一個(gè)聲耦合層彼此耦合的上部諧振器和下部諧振器，所述第二結(jié)構(gòu)的所述上部和下部諧振器具有第二區(qū)段(A2)；
所述兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的電互連的特征在于，其包括在所述結(jié)構(gòu)中的一者的下部諧振器與另一結(jié)構(gòu)的上部諧振器之間的至少一個(gè)金屬級(jí)間連接。此連接將被命名為穿級(jí)間連接或通路。所述兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的此連接允許對(duì)由濾波電路的制造工藝所展現(xiàn)的分散進(jìn)行顯著補(bǔ)償，所述連接基本上不同于下部諧振器之間的常規(guī)連接。其導(dǎo)致對(duì)施加在制造工藝上的限制的顯著釋放，這是主要優(yōu)點(diǎn)。在特定實(shí)施例中，左和右結(jié)構(gòu)的上部和下部諧振器展現(xiàn)具有選定厚度的壓電層， 所述厚度經(jīng)選擇以尤其使得實(shí)現(xiàn)由穿級(jí)間連接所連接的兩個(gè)諧振器之間的阻抗匹配。因此，其導(dǎo)致阻抗匹配的多個(gè)可能性，這是由于右結(jié)構(gòu)的諧振器的區(qū)段面積可任意地變化以使結(jié)構(gòu)匹配于放置在下游的電子電路的阻抗，而與同時(shí)修改上部和/或下部壓電層以便確保在CRF濾波器的兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的連接的層級(jí)處的阻抗匹配無(wú)關(guān)。在特定實(shí)施例中，所述諧振器為可通過(guò)例如薄膜沉積、濺射、真空下汽化或化學(xué)氣相沉積(CVD)等技術(shù)建置的體聲波(B. A. W)型諧振器。本發(fā)明還提供一種用于具有耦合諧振器的濾波電路的制造方法，其包括以下步驟
-提供襯底；
-將聲鏡放置在襯底或膜上方；
-放置第一(左)和第二 (右)結(jié)構(gòu)，每一結(jié)構(gòu)包括具有電極(由一種或一種以上金屬材料制成)和壓電層的下部諧振器； -安置至少一個(gè)聲耦合層；
-安置具有電極(由一種或一種以上金屬材料制成)和第二壓電層的上部諧振器； - 安置金屬通路，其放置于諧振器之間且確保一個(gè)結(jié)構(gòu)的下部諧振器與另一結(jié)構(gòu)的上部諧振器之間的穿級(jí)間電連接。


通過(guò)閱讀在下文僅作為非限制性實(shí)例給出的描述和附圖將明白本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中
圖IA和圖IB展示CRF型的已知濾波器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。圖2A和圖2B分別說(shuō)明實(shí)施50 Ω到100 Ω型的阻抗匹配的已知濾波電路的俯視圖及其等效電方案。圖2C展示由于右區(qū)段的表面面積改變引起的失配所造成的損耗。圖3Α和圖:3Β分別說(shuō)明確保具有變換比四而不具有補(bǔ)充損耗的阻抗匹配的已知 CFR結(jié)構(gòu)及其等效電方案。圖4Α展示根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。圖4Β說(shuō)明此類(lèi)結(jié)構(gòu)的等效方案，其展示以比率二實(shí)現(xiàn)的阻抗變換。圖4C展示實(shí)施變換比等于二而不具有補(bǔ)充電損耗的電路的層的堆疊的特定實(shí)施例。圖4D說(shuō)明實(shí)施變換比等于二而不具有補(bǔ)充電損耗的電路布局的特定實(shí)施例。圖4Ε為如在圖4Β和圖4C中所展示的具有阻抗變換比2的CRF濾波器的實(shí)施例的性能曲線與用圖2Α中所展示的已知實(shí)施例獲得的性能曲線之間的比較。此實(shí)例展示本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在其中實(shí)現(xiàn)阻抗變換的情況下未降低濾波器的電性能。圖5展示濾波電路的特定實(shí)施例，其中所要阻抗變換比已由Δ指定且濾波器CRF 的輸入阻抗已由A指定。圖6說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的濾波電路的架構(gòu)的另一實(shí)例，其在與已知解決方案組合時(shí)使得能夠放大變換比。舉例來(lái)說(shuō)，圖7Α展示組成耦合鏡的層中的一者的厚度的高于1%的分散對(duì)由兩個(gè)區(qū)段制成的CRF濾波器的發(fā)射響應(yīng)的效應(yīng)。觀察到，相對(duì)于對(duì)應(yīng)于特定標(biāo)準(zhǔn)的所要參考通帶帶寬發(fā)生波紋比的重大增加和實(shí)際通帶帶寬的減少。圖7Β展示此相同技術(shù)分散對(duì)由CRF濾波器的區(qū)段所展現(xiàn)的阻抗變換比的效應(yīng)。圖7C說(shuō)明此技術(shù)分散對(duì)用圖4Α的方法建置的濾波器的發(fā)射響應(yīng)的效應(yīng)。本發(fā)明使得能夠非常顯著地減少分散的負(fù)面效應(yīng)。圖7D說(shuō)明與已知實(shí)施例相比此技術(shù)分散對(duì)用圖4Α的方法建置的濾波器的反射響應(yīng)的效應(yīng)。本發(fā)明使得能夠減少濾波器的通帶帶寬中的阻抗失配。圖8說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的制造方法的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式將描述的濾波電路尤其適合于既定用以例如GSM (全球移動(dòng)通信系統(tǒng))或WCDMA (寬帶碼分多址)等移動(dòng)電話的RF濾波電路的制造。根據(jù)本發(fā)明的電路具有CRF型架構(gòu)，所述架構(gòu)包括安置在布拉格鏡或膜上的聲諧振器堆疊。要提醒的是，聲鏡包括具有不同聲阻抗的層的堆疊，所述層的厚度經(jīng)優(yōu)化。兩個(gè)相異層的交替實(shí)施聲波的反射功能，其中一者展現(xiàn)高聲阻抗且另一者展現(xiàn)低聲阻抗。參看圖4Α，描述根據(jù)本發(fā)明的具有耦合諧振器的濾波電路的制造。濾波電路由硅型襯底100制成，所述襯底以硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、玻璃或陶瓷建置。此襯底100可包括常規(guī)MOS結(jié)構(gòu)，所述常規(guī)MOS結(jié)構(gòu)使得能夠?qū)嵤┎蛔鳛楸景l(fā)明的部分且將不再進(jìn)一步描述的邏輯和/或模擬電路。濾波電路進(jìn)一步包括定位在襯底100上方的由具有不同聲特性的層的堆疊制成的反射鏡101 (或布拉格鏡)，所述堆疊安置在襯底100上。布拉格反射體確保在襯底100 內(nèi)的聲波的最小衰減?；蛘撸瑢⑻峁┠ひ詫V波電路與襯底隔離。濾波電路此外包括位于聲鏡上方的一組四個(gè)BAW型諧振器，所述諧振器相對(duì)于圖 4A上的由200指定的垂直軸線均分成分別為左和右的兩個(gè)不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。左區(qū)段包括由至少一個(gè)耦合聲層130分離的兩個(gè)諧振器的堆疊，兩個(gè)諧振器分別為下部諧振器Iio和上部諧振器120，所述耦合聲層可能分成若干耦合子層。如在圖4A中所展示，左結(jié)構(gòu)(分別為右結(jié)構(gòu))包括下部諧振器110(分別為210)，所述下部諧振器包括將壓電材料層112 (分別為212)夾在中間的下部電極111 (分別為211) 和上部電極113 (分別為213)。左結(jié)構(gòu)(分別為右結(jié)構(gòu))進(jìn)一步包括上部諧振器120 (分別為220)，所述上部諧振器包括將壓電材料層122 (分別為222)夾在中間的下部電極121 (分別為221)和上部電極 123 (分別為223)。所述諧振器為借助于例如薄膜沉積技術(shù)、濺射技術(shù)、真空下汽化技術(shù)或化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)等眾所周知的技術(shù)建置的體聲波(B. A. W)型聲諧振器。每一諧振器分解成壓電材料和將此層夾在中間的兩個(gè)電極，分別為下部電極和上部電極。壓電材料可為&ι0、 A1N、ZnS或所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何其它壓電材料。電極可用適合于所嘗試的應(yīng)用的任何金屬來(lái)建置，例如，鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、銀(Ag)、金 (Au)或鉭(Ta)。應(yīng)注意，用于制造圖4A中所展示的元件的步驟類(lèi)似于用于常規(guī)濾波器CRF的方法，且因此將不再進(jìn)一步詳細(xì)描述。為了實(shí)施阻抗匹配功能，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，左結(jié)構(gòu)的兩個(gè)諧振器110和120展現(xiàn)共用區(qū)段Al，以及具有相應(yīng)值Wb和Wt的壓電材料的兩個(gè)相異厚度。右結(jié)構(gòu)的兩個(gè)諧振器210和220展現(xiàn)相異于Al的共用區(qū)段A2，以及具有相應(yīng)值 Wb和Wt的壓電材料的兩個(gè)相異厚度。與已知的CFR結(jié)構(gòu)相反，兩個(gè)左和右結(jié)構(gòu)的下部諧振器彼此不連接。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，左結(jié)構(gòu)的下部諧振器110借助于金屬通路300和400連接到右結(jié)構(gòu)的上部諧振器220。因此，金屬通路300使得能夠?qū)⒅C振器110的下部電極111連接到諧振器222的下部電極221，而金屬通路400確保諧振器110的上部電極113到諧振器 222的上部電極223的連接。對(duì)于此拓?fù)?，諧振器120和210分別充當(dāng)濾波電路的輸入諧振器和輸出諧振器。因此，濾波電路的左結(jié)構(gòu)分別通過(guò)兩個(gè)諧振器110和220連接到其對(duì)應(yīng)的右結(jié)構(gòu)， 所述諧振器同時(shí)展現(xiàn)相異區(qū)段(分別為Al、A2)和壓電材料的相異厚度(ffb、Wt)。因此，可以適合地選擇區(qū)段Al和A2的活動(dòng)表面面積的值以及厚度Wb和Wt的值以保證諧振器Iio與220之間的電方面的完全匹配。為了以二的比率實(shí)施阻抗匹配，在50 Ω 到100 Ω型的電路的情況下，可選擇以下厚度Wb與Wt以及區(qū)段Al與Α2的參考面積之間的比率
Wb = Wt χ V 2 Al = Α2 χ V 2
因此觀察到，如果諧振器110具有比諧振器220的區(qū)段面積重大的區(qū)段面積，那么其介電材料的厚度然而以相同比率減少，因此確保電阻抗恒等。每一區(qū)段中的上部與下部諧振器之間的頻率對(duì)準(zhǔn)通過(guò)調(diào)整(例如)與每一壓電層相關(guān)聯(lián)的電極的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4Β說(shuō)明此類(lèi)結(jié)構(gòu)的等效方案，其展示用于具有輸入阻抗50 Ω和輸出阻抗100 Ω 的CRF濾波器的區(qū)段之間的阻抗匹配。圖4C和圖4D說(shuō)明使得能夠建置具有阻抗變換比等于二的濾波電路的層堆疊和布局的特定實(shí)施例。以用于電極的Mo和用于壓電層的AlN來(lái)建置諧振器。耦合層由鎢(W)以及由二氧化硅(SiO2)制成。圖4Ε將根據(jù)已知實(shí)施例的具有阻抗變換的CRF濾波器(圖2Α)的電響應(yīng)與根據(jù)本發(fā)明的具有阻抗變換的CRF濾波器(圖4D)的電響應(yīng)進(jìn)行比較。圖5說(shuō)明濾波電路的特定實(shí)施例，其中已說(shuō)明所要阻抗變換比Δ。在此特定實(shí)施例中，觀察到阻抗變換是通過(guò)以比率V Δ增加下部壓電層的厚度而右部分的區(qū)段的面積已以相同比率V Δ減少來(lái)實(shí)施。圖6的結(jié)構(gòu)是基于與已知實(shí)施例組合地使用本發(fā)明的實(shí)施例以增加阻抗變換比。所說(shuō)明的實(shí)例為具有由兩個(gè)區(qū)段制成的兩個(gè)路徑的CRF濾波器，所述CRF濾波器具有輸入阻抗50 Ω和輸出阻抗4 Δ χ 50 Ω。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)變換比Δ。為了突出本發(fā)明的利益和優(yōu)點(diǎn)，回到兩個(gè)重要的技術(shù)效應(yīng)是有用的。1.對(duì)施加在制造工藝上的限制的釋放
如上文所描述，CFR濾波電路包括兩個(gè)左和右區(qū)段，每一區(qū)段包括兩個(gè)壓電諧振器的堆疊，以及在一個(gè)區(qū)段的下部諧振器與另一區(qū)段的上部諧振器之間的至少一個(gè)直接連接。濾波電路的此實(shí)施特性提供制造工藝的重要優(yōu)點(diǎn)。因此，已觀察到，由導(dǎo)致不同層尤其是壓電層、電極或耦合層之間的變化的制造工藝造成的分散對(duì)引入所述結(jié)構(gòu)中的每一者的上部與下部諧振器之間的頻率偏移有影響。這是由于每一區(qū)段中的兩個(gè)諧振模式之間的聲耦合的修改以及電響應(yīng)的更改。此問(wèn)題為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知，且將不再詳述。因此，重要的限制以必須能夠?qū)嵤┰诤穸确矫嬲宫F(xiàn)非常高的準(zhǔn)確性的層的制造工藝為條件。在圖7Α中說(shuō)明這些限制，其中光分散可致使濾波電路完全不順從由標(biāo)準(zhǔn)所界定的濾波輪廓。圖7Β展示由濾波器區(qū)段展現(xiàn)的變換比(最初接近1)的演變，所述濾波器區(qū)段在耦合層上具有(例如)達(dá)到5%的技術(shù)分散。所提出的新結(jié)構(gòu)允許對(duì)這些限制的顯著釋放。實(shí)際上，圖7C展示在耦合層上具有高達(dá)5%的技術(shù)分散的濾波器的電響應(yīng)的演變。與圖7Α相比，清楚地觀察到，分散效應(yīng)減到最小。事實(shí)證明，盡管存在分散，電路仍保持在所要的濾波輪廓內(nèi)。圖7D展示在耦合層上具有高達(dá)5%的技術(shù)分散的濾波器的反射響應(yīng)的演變。在左邊，展示針對(duì)圖4Α的電路所獲得的響應(yīng)。在右邊，展示針對(duì)常規(guī)濾波器所獲得的響應(yīng)。如所證明，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的使用導(dǎo)致顯著釋放對(duì)制造工藝的限制，因此提供低成本制造的前景。2.阻抗匹配
根據(jù)本發(fā)明的CRF濾波電路包括兩個(gè)區(qū)段，左區(qū)段和右區(qū)段，每一區(qū)段包括兩個(gè)聲諧振器的堆疊以及在一個(gè)區(qū)段的下部諧振器與可展現(xiàn)不同活動(dòng)表面面積以及壓電層的不同厚度的上部諧振器之間的至少一個(gè)直接連接。如上文所描述，在修改右區(qū)段的諧振器的表面面積(如所已知)以實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的阻抗變換(例如50到100歐姆或50到200歐姆)時(shí)，已看到在左區(qū)段和右區(qū)段的下部諧振器的電連接的層級(jí)處形成失配。實(shí)際上，左區(qū)段和右區(qū)段的下部諧振器具有不同面積，這導(dǎo)致其不同的等效電容， 且因此形成阻抗失配。圖5中所展示的新結(jié)構(gòu)通過(guò)實(shí)施下部左諧振器與上部諧振器之間的連接來(lái)解決此問(wèn)題，其壓電電學(xué)不是由與針對(duì)下部左諧振器的層實(shí)行的相同制造工藝產(chǎn)生的，且因此能夠展現(xiàn)壓電材料的不同厚度。這由此導(dǎo)致，將可以僅修改這兩個(gè)諧振器的壓電層的厚度和每一區(qū)段的活動(dòng)表面面積，以便重建這兩個(gè)諧振器之間的阻抗匹配。每一區(qū)段中的上部與下部諧振器之間的頻率對(duì)準(zhǔn)是通過(guò)調(diào)整(例如)與每一壓電層相關(guān)聯(lián)的電極的厚度來(lái)獲得。所提供的此自由度現(xiàn)在允許設(shè)想不具有補(bǔ)充電損耗的全部阻抗匹配組合，因此以顯著增加所提議的新CFR結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。由于可能抑制先前觀察到的由區(qū)段之間的失配造成的損耗，所以此處理允許極好地改進(jìn)濾波電路性能。上文已描述的結(jié)構(gòu)具有重要的優(yōu)點(diǎn)，這是由于其一方面允許顯著釋放對(duì)制造工藝的限制，且另一方面允許提供濾波器的輸入與輸出之間的阻抗變換比的較大區(qū)間。現(xiàn)在將相對(duì)于圖8描述根據(jù)本發(fā)明的濾波電路的制造工藝。本發(fā)明借助于大部分基于用于制造已知CRF濾波器的現(xiàn)有工藝的方法來(lái)允許實(shí)施具有耦合諧振器的有效濾波器。出于此目的，所述方法包括以下步驟
在步驟701中，準(zhǔn)備既定接納諧振器的結(jié)構(gòu)的襯底100。有可能的是，將準(zhǔn)備所述襯底以接納所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的MOS型的其它結(jié)構(gòu)。在步驟702中，根據(jù)已知的方法將聲鏡101安置在襯底上方。替代方式是實(shí)施膜以將裝置與襯底在聲學(xué)上隔離。在步驟703中，安置經(jīng)蝕刻以分別實(shí)施圖6的下部電極111和211的第一金屬層。在步驟704中，安置既定實(shí)施層112和212的壓電材料，例如A1N。在步驟705中，安置接著經(jīng)蝕刻以實(shí)施電極213和223的第二金屬層。在步驟706中，安置一個(gè)或一個(gè)以上聲耦合材料層130。在步驟707中，安置既定形成上部諧振器120和220的下部電極(121、221)的第
三金屬層。在步驟708中，安置既定實(shí)施層122和222的第二壓電層。在步驟709中，安置既定實(shí)施經(jīng)蝕刻以定界兩個(gè)左和右結(jié)構(gòu)的上部電極123和223 的第四金屬層。所述操作由鈍化步驟來(lái)補(bǔ)充，接著在步驟710中實(shí)施既定在左結(jié)構(gòu)與右結(jié)構(gòu)之間建置“穿”級(jí)間連接300和400的兩個(gè)通路。應(yīng)注意，沉積步驟階段為通過(guò)沉積薄膜、通過(guò)濺射、通過(guò)真空下汽化或通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)進(jìn)行的現(xiàn)有技術(shù)的已知步驟。而且，蝕刻步驟借助于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的干式蝕刻或濕式蝕刻的蝕刻技術(shù)來(lái)實(shí)行，其不需要進(jìn)一步描述。本發(fā)明有利地適用于移動(dòng)電話，尤其是既定準(zhǔn)確地識(shí)別尤其彼此靠近的兩個(gè)頻帶的通帶濾波器的實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種具有耦合諧振器的濾波電路，其包括襯底(100)；聲鏡(101)或膜，其既定充當(dāng)壓電諧振器的支撐件且將所述壓電諧振器與所述襯底隔離 ；第一結(jié)構(gòu)(左)，其包括借助于至少一個(gè)聲耦合層(130)彼此耦合的上部諧振器(120)和下部諧振器(110)，所述上部和下部諧振器具有第一區(qū)段(Al)；第二結(jié)構(gòu)(右)，其包括借助于至少一個(gè)聲耦合層(130)彼此耦合的上部諧振器(220)和下部諧振器(210)，所述第二結(jié)構(gòu)的所述上部和下部諧振器具有第二區(qū)段(A2)；所述濾波電路的特征在于，其包括實(shí)施一個(gè)區(qū)段的所述下部諧振器與另一區(qū)段的所述上部諧振器之間的級(jí)間連接的金屬通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有耦合諧振器的濾波電路，其特征在于所述上部諧振器具有壓電層，所述壓電層具有與所述下部諧振器的厚度不同的選定厚度，且所述濾波電路的特征在于所述區(qū)段Al具有與所述區(qū)段A2不同的表面面積，以便實(shí)施所述第一與區(qū)段之間的阻抗匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的濾波電路，其特征在于所述諧振器為體聲波(B.A. W)型諧振器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波電路，其特征在于所述BAW型諧振器通過(guò)薄膜沉積、濺射、真空下汽化或化學(xué)氣相沉積(CVD)的技術(shù)來(lái)建置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的濾波電路，其特征在于所述BAW型諧振器包括可為aiO、A1N、ZnS的壓電材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的濾波電路，其特征在于所述諧振器包括由例如鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、銀(Ag)、金(Au)或鉭(Ta)制成的電極。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的濾波電路，其特征在于所述濾波電路用以實(shí)施用于移動(dòng)電話的接收或發(fā)射電路。
8.一種用于制造具有耦合諧振器的濾波電路的方法，其包括以下步驟提供襯底(100);將聲鏡(101)安置在所述襯底上方或膜上方；安置第一(左)區(qū)段和第二 (右)區(qū)段，每一區(qū)段包括具有電極和壓電層的下部諧振器 (110,210)以及上部諧振器(120、220)，所述下部和上部諧振器由至少一個(gè)聲耦合層(130) 分離，所述第一和第二區(qū)段由確保一個(gè)結(jié)構(gòu)的下部諧振器與另一結(jié)構(gòu)的上部諧振器之間的級(jí)間連接的金屬通路連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造的方法，其特征在于所述方法包括將聲鏡(101)或膜布置在所述襯底上方；布置第一金屬層，所述第一金屬層既定實(shí)施所述第一和第二區(qū)段的所述下部諧振器的下部電極(211、221)；布置第一壓電層(111);布置第二金屬層，所述第二金屬層既定實(shí)施所述第一和第二區(qū)段的所述下部諧振器的上部電極(213)；布置一個(gè)或一個(gè)以上聲耦合材料層(130)，所述層確保所述所疊加的諧振器之間的臨界華禹合；布置第三金屬層，所述第三金屬層既定實(shí)施所述第一和第二區(qū)段的所述上部諧振器的下部電極(121、221)；布置第二壓電層(122、222)；布置第四金屬層，所述第四金屬層既定實(shí)施所述第一和第二區(qū)段的所述上部諧振器的上部電極(123、223)；布置所述濾波電路的兩個(gè)左和右結(jié)構(gòu)；布置在一個(gè)結(jié)構(gòu)的所述下部諧振器的電極與另一結(jié)構(gòu)的所述上部諧振器的電極之間的金屬連接的至少一個(gè)通路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于BAW型諧振器包括可為&ι0、A1N、ZnS的壓電材料。
全文摘要
本發(fā)明提供具有耦合諧振器的濾波電路，其包括襯底(100)；聲鏡(101)或膜，其既定充當(dāng)聲諧振器的機(jī)械支撐件且將這些諧振器與所述襯底隔離；第一區(qū)段(左)，其包括借助于至少一個(gè)聲耦合層(130)彼此耦合的上部諧振器(120)和下部諧振器(110)，所述上部和下部諧振器構(gòu)成第一區(qū)段(A1)；第二區(qū)段(右)，其包括借助于至少一個(gè)聲耦合層(130)彼此耦合的上部諧振器(220)和下部諧振器(210)，所述第二區(qū)段的所述上部和下部諧振器構(gòu)成第二區(qū)段(A2)；以及金屬通路，其實(shí)施一個(gè)區(qū)段的所述下部諧振器與另一區(qū)段的所述上部諧振器之間的級(jí)間連接。
文檔編號(hào)H03H9/58GK102282764SQ200980153622
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者亞歷山大·沃拉捷, 瓊-弗蘭斯瓦·卡朋蒂埃, 皮埃爾·巴爾 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體公司