針對諸多應用而言，需要具有頻響特性相異的兩個諧振器的濾波電路。例如，可能涉及雙工器的諧振器或者階梯型結構的諧振器。需通過十分繁復的方法才能實現(xiàn)具有頻響特性相異的諧振器的濾波器芯片。舉例而言，改變這兩個諧振器的壓電層中的至少一個的厚度，因為通過壓電層的厚度可以調節(jié)體波諧振器的諧振頻率。還可以在諧振器中的至少一個上涂覆修整層。然而，這種方法十分繁復并且需要對兩個諧振器進行不同的處理，而通常須在分開的工序中實現(xiàn)這兩種不同的處理。

本發(fā)明的目的在于，提出一種改善的濾波器芯片，其例如實現(xiàn)更加簡單的制造方法，以及提出一種相應的制造方法。

本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案為權利要求1所述的主題。本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案還有第二個獨立權利要求所述的方法。本發(fā)明的其他實施方案及優(yōu)選實施方式參閱其他權利要求的主題。

本發(fā)明提出一種濾波器芯片，其包括至少一個通過體聲波工作的第一和第二諧振器的電路系統(tǒng)，其中，所述通過體聲波工作的第一諧振器包括第一壓電層，其如此被結構化，使得所述第一諧振器具有低于所述第二諧振器的諧振頻率。

所述通過體聲波工作的第二諧振器還包括第二壓電層。所述第二壓電層可以是非結構化的或者也可以是結構化的。

通過體聲波工作的諧振器是所謂的BAW諧振器(BAW＝Bulk Acoustic Wave Resonator，體聲波諧振器)。在BAW諧振器中，借助壓電效應，使電子信號轉換成在襯底(塊體)中傳播的聲波。所述兩個諧振器中的每一個都包括下電極和上電極，其中，各壓電層被布置于所述下電極與所述上電極之間，以及其中，所述下電極被布置于相應壓電層面向芯片襯底的一側上，并且所述上電極被布置于所述壓電層的相反側上。自此，可以在所述下電極與所述上電極之間施加交流電壓，由此，如果交流電壓的頻率處于相應壓電層的固有諧振的范圍內，便能夠在相應壓電層中激勵聲波。

所述第一諧振器及所述第二諧振器可以是膜型體聲波諧振器(FBAR)或者固態(tài)裝配型體聲波諧振器(SMR)。膜型體聲波諧振器以懸臂方式布置，其中空腔位于諧振器之下。固態(tài)裝配型諧振器被布置于聲反射鏡上。

所述第一和第二壓電層可以分別包括氮化鋁或者由氮化鋁組成。也可以將其他壓電材料用于壓電層。

所述第一壓電層以及也可能所述第二壓電層可以被結構化。這就能夠有針對性地調節(jié)所述第一和第二諧振器各自的諧振頻率。在此，結構化是指有針對性地移除相應壓電層的一部分。在結構化之前，相應壓電層可能由不具有開口或空腔的非結構化塊體組成。此后，在結構化過程中，從這種塊體中移除材料，具體方式例如是，由塊體構成凹穴，其中，移除該凹穴中的壓電材料。

特別是，所述第一諧振器以及也可能所述第二諧振器如此被結構化，使得它們具有相互不同的諧振頻率。這是通過使所述第一壓電層及也可能所述第二壓電層結構化得以實現(xiàn)，這樣就能利用顯著簡化的制備過程制成濾波器芯片。特別是，首先，可以在同一工序中將所述第一和第二壓電層以非結構化的方式施加于芯片上。隨后，可以通過光刻法將所述第一壓電層結構化，以便更大幅地降低所述第一諧振器的諧振頻率。視需要，還可以在同一工序中通過光刻法將所述第二壓電層結構化，其中，對所述第一壓電層的結構化強于所述第二壓電層，以便更大幅地降低所述第一諧振器的諧振頻率。相應地，能夠省略諸如施加修正層或者改變壓電層之一的厚度的繁復工序。

此外，這種對第一壓電層以及也可能第二壓電層進行結構化的優(yōu)勢還在于，易于實現(xiàn)并且能夠在高精度下實施。特別是，與借助改變層厚相比，借助對壓電層進行結構化能夠更加精確地調節(jié)諧振頻率。

所述第一壓電層以及也可能第二壓電層可以如此被結構化，即在結構化過程中移除相應壓電層材料的5％至90％，其中，從所述第一壓電層移除多于所述第二壓電層上的材料。

除有針對性地調節(jié)諧振頻率之外，對相應壓電層進行結構化的優(yōu)勢還在于，提高了相應諧振器的耦合因數(shù)。高耦合因數(shù)能夠實現(xiàn)濾波器的大帶寬。

所述通過體聲波工作的第一諧振器可以具有厚度方向上的主模式，以及其中，所述通過體聲波工作的第二諧振器也可能具有厚度方向上的主模式。

在本文中，厚度方向可以指從布置于壓電層的一側上的上電極到布置于該壓電層的相反側上的下電極的方向。

所述第一壓電層可以被結構化成具有貫穿該第一壓電層的凹穴。替選地或補充地，所述第二壓電層可以被結構化成具有貫穿該第二壓電層的凹穴。在本文中，凹穴是指延伸穿過相應壓電層的凹口。此外，所述凹穴還可以延伸穿過相應上電極以及也可能延伸穿過相應下電極。

所述凹穴能夠易于在光刻工序中制成。通過選擇所述凹穴的直徑和/或通過選擇所述凹穴的數(shù)目，能夠有針對性地調節(jié)對相應壓電層進行結構化的所需程度。將壓電層結構化的程度越強，則諧振頻率下降的幅度越大。

在此，所述凹穴可以具有任意形狀。例如，它們可以是圓柱體形狀或者長方體形狀。然而，也可以考慮其他形狀的凹穴。

在光刻工序中，首先，可以將漆層施加于所述第一和第二諧振器上。然后，可以借助掩模使所述漆層部分曝光并且隨后使其顯影。此后，可以進行蝕刻過程，例如干法蝕刻、等離子蝕刻、離子銑削、反應離子蝕刻或者化學液蝕刻。在此情形下，能夠獲得所需的結構化。結構化可以產生xy平面中的圖案，該圖案因其構造于xy平面中而也可稱作橫向結構化。蝕刻可以確保這種凹穴形式的圖案沿豎向穿過相應諧振器。

在替選的實施方式中，所述凹穴并未完全穿過所述第一或可能第二壓電層，而是逐漸變窄，這樣它們就能在相應壓電層中形成開口，但并非完全穿透壓電層。

在某些實施方式中，首先，可以在光刻工序中產生硬掩模，然后可以再將其用于蝕刻。這種多步程序在侵蝕性的蝕刻過程中會十分有利。

有利地，所述凹穴是未填充的。替選地，所述凹穴可以填充有填充層，其中，所述填充層例如可以具有異常熱機械行為。相應地，所述填充層可以補償相應壓電層的熱機械行為。在替選的實施方案中，所述凹穴的內側可以覆有覆蓋層。所述覆蓋層可以具有異常熱機械行為和/或用于防護所述凹穴不受環(huán)境影響。

所述第一和/或第二壓電層能夠如此被結構化，使得所述凹穴在豎向上延伸穿過所述第一和/或第二壓電層。平行于電極曲面法線的方向是豎向。此外，可以將橫向定義成垂直于電極曲面法線的方向。

所述第一和第二壓電層可以具有相同的厚度。通過對所述第一和第二壓電層進行不同的結構化而能對所述第一和第二諧振器的諧振頻率進行不同的調節(jié)，因此不再需要將兩層的厚度配置成相互不同。確切而言，可以在同一工序中將所述第一和第二壓電層以相同的厚度制成，并且無需后續(xù)再更改它們的厚度。然而，所述第一和第二壓電層也可以在其厚度上有所區(qū)別。針對某些應用而言，所述第一和第二壓電層具有相互不同的厚度可能有利于更加有力地區(qū)分兩個諧振頻率。

此外，所述第一和/或第二諧振器可以包括修整層。如上所述，由于所述第一和第二壓電層受到彼此不同的結構化，因此原則上不再需要為實現(xiàn)不同的諧振頻率而施加修整層。盡管如此，針對某些應用而言，額外設置修整層可能有利于更加有力地區(qū)分兩個諧振頻率。據(jù)此，在所述兩個諧振器中的至少一個上施加額外的修整層提高了設計靈活性。

在本文中，修整層是指不同于壓電層的層。所述修整層能夠通過選擇其厚度而調節(jié)諧振器的頻率。所述修整層通常位于所述壓電層之上。所述修整層可以直接施加于相應諧振器的上電極上。所述修整層可以是Si0₂層。通過施加修整層或通過選擇其厚度，可以調節(jié)相應諧振器的諧振頻率。所述上電極本身或者電極的一些部分也可以充當修整層。

所述第一壓電層和/或所述第二壓電層可以被布置于聲反射鏡上。在此情形下，特別是相應諧振器的下電極可以被構造于壓電層與聲反射鏡之間。所述聲反射鏡確保射入反射鏡的體聲波反射并射回諧振器中，從而可令損耗降至最低限度。相應地，所述諧振器可以是所謂的固態(tài)裝配型諧振器。

此外，所述第一諧振器和/或所述第二諧振器能夠以懸臂方式布置。在此情形下，在相應諧振器的下電極之下布置空腔。這相應涉及膜型體聲波諧振器或者薄膜型體聲波諧振器。

所述第一壓電層和/或所述第二壓電層可以被構造成光子帶隙結構。在光子帶隙結構中，在阻帶頻率范圍內，在兩個或三個空間方向上沒有行聲波傳播。由此，能夠將因橫向輻射所致的損耗減小到最低限度。

所述第一和第二諧振器可以互聯(lián)成具有串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器的階梯型結構中，其中，所述第一諧振器構成串聯(lián)諧振器或并聯(lián)諧振器，以及其中，所述第二諧振器構成選自串聯(lián)諧振器或并聯(lián)諧振器的另一個。在帶通濾波器的情況下，所述第一和第二諧振器優(yōu)選被如此結構化，使得串聯(lián)諧振器的通帶頻率與并聯(lián)諧振器的阻帶頻率幾乎一致。

階梯型濾波器結構可以包括信號路徑，具有信號輸入路徑及信號輸出路徑。串聯(lián)諧振器串聯(lián)于信號路徑中。并聯(lián)諧振器如此連接，使得該并聯(lián)諧振器的一個電極與信號路徑連接并且該并聯(lián)諧振器的另一個電極通過電抗元件接地。

具有階梯型結構的濾波電路可以由多個串聯(lián)的基本構件構建，其中，基本構件大體上由串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器組成。串聯(lián)諧振器的表征性通帶頻率大概與并聯(lián)諧振器的阻帶頻率一致。與此同時，這種基本構件本身構成帶通濾波器。通帶的衰減特性的右緣由串聯(lián)諧振器的具體配置來判定，而左緣則由并聯(lián)諧振器的配置來判定。所述濾波器芯片可以是這種基本構件。

特別是，所述第一和第二諧振器可以均為FBAR諧振器。替選地，它們可以是SMR諧振器。

所述濾波器芯片也可以具有兩個以上諧振器。特別地，所述濾波器芯片還可以包括其他諧振器，所述其他諧振器在其諧振頻率上不同于所述第一和第二諧振器。

舉例而言，所述濾波器芯片可以被配置成雙工器，其中，至少一個第一諧振器與至少一個第二諧振器互聯(lián)成發(fā)射濾波器，其中，所述濾波器芯片還包括至少一個第三諧振器和至少一個第四諧振器，它們互練成接收濾波器，其中，所述第一諧振器、所述第二諧振器、所述第三諧振器以及所述第四諧振器各自具有彼此不同的諧振頻率。

在此情形下，所述濾波器芯片例如包括具有第一至第四壓電層的第一至第四諧振器。在此情形下，例如，所述第一諧振器與所述第二諧振器可以構成發(fā)射濾波器，并且所述第三諧振器與所述第四諧振器可以構成接收濾波器。相應地，這四個諧振器中的每一個可以如此被配置，使其具有與另外三個諧振器的諧振頻率不同的諧振頻率。例如，所述第一諧振器受結構化的強度可以最高，使其具有最低的諧振頻率。此外，所述第二諧振器受結構化的強度可以弱于所述第一諧振器，使其具有第二低的諧振頻率。此外，所述第三諧振器受結構化的強度可以弱于所述第二諧振器，使其具有第三低的諧振頻率。此外，所述第四諧振器受結構化的強度可以弱于所述第三諧振器，使其具有最高的諧振頻率。此外還可行的是，所述第四諧振器未經(jīng)結構化。此外，所述第四諧振器的諧振頻率還可能另外受到相應厚度和/或施加修整層的影響。

在本文中針對具有兩個諧振器的濾波器芯片所述的特征同樣也會適用于具有兩個以上諧振器的濾波器芯片。

能夠通過濾波器芯片實現(xiàn)的其他聲學組件的示例有L型構件、陷波濾波器、橋接電路、T型構件、P型構件、雙工器、三工器或四工器。

根據(jù)另一方面，提出一種用于制造濾波器芯片的方法。所述方法包括以下步驟：

-在芯片襯底上制作具有第一壓電層的通過體聲波工作的第一諧振器，

-在所述芯片襯底上制作具有第二壓電層的通過體聲波工作的第二諧振器，以及

-以光刻法對所述第一及也可能第二壓電層進行結構化。

特別是，首先，可以在同一工序中將所述第一和第二壓電層以非結構化的方式施加于芯片上。隨后，可以在同一工序中對所述第一及也可能第二壓電層進行結構化。

在此，可以使用掩模，其導致對第一光刻層進行更強的結構化，以便更大幅地降低所述第一諧振器的諧振頻率。

特別是，在本方法中能夠制成上述濾波器芯片。相應地，結合所述濾波器芯片公開的任何結構性或功能性特征同樣也可以適用于所述方法。

借此，所述用于制造濾波器芯片的方法還可以包括以下步驟：以光刻法對所述第二壓電層進行結構化。在此情形下，對所述第二壓電層進行結構化的程度要低于所述第一壓電層，以致所述第一諧振器具有小于所述第一諧振器的諧振頻率?？梢栽谕还ば蛑羞M行所述第一和第二壓電層的結構化過程。

可以首先在同一工序中將所述第一和第二壓電層以非結構化的方式施加于芯片襯底上。

下面將參照附圖對本發(fā)明予以詳述。

圖1示出SMR型BAW諧振器的濾波器芯片的剖視圖。

圖2示出另一SMR型BAW諧振器的濾波器芯片的剖視圖。

圖3示出針對不同的諧振器以對數(shù)尺度標繪導納幅值的線圖。

圖4示出結構化壓電層的第一實施例在xy平面上的俯視圖。

圖5a至圖5f、圖6、圖7a、圖7b、圖8和圖9示出結構化壓電層的其他實施例分別在xy平面上的俯視圖。

圖1示出濾波器芯片1。濾波器芯片1包括通過體聲波工作的第一諧振器2以及通過體聲波工作的第二諧振器3。

通過體聲波工作的第一諧振器2包括第一壓電層4，其被布置于上電極5與下電極6之間。此外，通過體聲波工作的第二諧振器3也包括第二壓電層7，其被布置于上電極8與下電極9之間。下電極6、9分別被布置于相應壓電層4、7面向芯片襯底10的一側上。上電極5、8分別被布置于相應壓電層4、7背向芯片襯底10的一側上。

第一和第二諧振器2、3具有相同的厚度。特別是，第一壓電層4與第二壓電層7等厚。第一和第二壓電層4、7可以分別包括氮化鋁或者由氮化鋁組成。

第一和第二諧振器2、3被布置于共同的芯片襯底10上。芯片襯底具有硅。在兩個諧振器2、3之下構造聲反射鏡11。聲反射鏡11包括交替布置的第一層12和第二層13，其中，第二層13在其聲阻抗方面有別于第一層12。聲反射鏡11例如由交替布置的SiO₂層和鎢層組成。

第一壓電層4是結構化的。將在光刻法工序中對壓電層4進行結構化。結構化部分包括貫穿壓電層4的凹穴14。在此，凹穴14在豎向上延伸。

在圖1中，z方向表示通過電極5、6、8、9的曲面法線確定的方向。將其稱作豎向。凹穴14在z方向上延伸。y方向垂直于豎向。x方向垂直于y方向并且垂直于z方向。無論y方向還是x方向都被稱作橫向。有鑒于此，圖1示出濾波器芯片1在xz平面的剖視圖。

對壓電層4進行結構化導致第一諧振器2的諧振頻率下降。特別是，對第一壓電層4的結構化越強，第一諧振器2的諧振頻率就降得越低。在此情形下，更強的結構化意味著移除更多第一壓電層4的材料。通過對第一諧振器2的第一壓電層4進行結構化，該第一諧振器具有低于第二諧振器4的諧振頻率。

圖2示出另一種濾波器芯片1，其與圖1中所示濾波器芯片1的區(qū)別僅在于，在圖2中所示的濾波器芯片1中，第二壓電層7也被結構化。在此，將在光刻法工序中對第二壓電層7進行結構化。特別是，將在同一工序中以光刻法對第一及第二壓電層進行結構化。此外，第二壓電層7具有在豎向上延伸穿過第二壓電層7的凹穴14。

第二壓電層7被結構化的強度低于第一壓電層4，也就是說，在結構化過程中，從第一壓電層4中移除的材料多于從第二壓電層7中移除的材料。因此，第一諧振器2具有低于第二諧振器3的諧振頻率。

無論在圖1中所示的實施例還是圖2中所述的實施例中，凹穴14都是未填充的。在替選的實施例中，可以將凹穴完全填充有填充層。替選地，可以僅將其內側覆有覆蓋層。填充層和/或覆蓋層可以包括具有異常熱機械行為的材料。這種材料補償相應壓電層4、7的正常熱機械行為。特別是，所述材料會因異常熱機械行為而在受熱過程中不易變形。

此外，填充層和/或覆蓋層可以防護相應壓電層4、7不受環(huán)境影響。例如，填充層和/或覆蓋層可以確保鈍化作用。

在第一種實施例中，第一諧振器2和第二諧振器3互聯(lián)成階梯型濾波器，其中這兩個諧振器2、3中的一個諧振器構成并聯(lián)諧振器，而另一個諧振器構成串聯(lián)諧振器。

此外，兩個這類濾波器芯片1可以聯(lián)成雙工器，其中通過相應的結構化調配諧振器各自的諧振頻率。此外還可行的是，在單個濾波器芯片上布置四個諧振器。在此情形下，這四個諧振器可以分別如此被結構化，使其具有相互不同的諧振頻率。例如，四個諧振器可以聯(lián)成兩個階梯型濾波器，它們構成雙工器的發(fā)射濾波器和接收濾波器。

在另一種實施例中，濾波器芯片1上的第一和第二諧振器2、3互聯(lián)成陷波結構，其中諧振器2、3中的一個諧振器構成并聯(lián)諧振器，而另一個諧振器構成串聯(lián)諧振器。

圖3在線圖中示出結構化對諧振器2的頻響特性的影響。在橫坐標軸上繪出以MHz為單位的頻率。在縱坐標軸上繪出以對數(shù)尺度表示的導納幅值。

圖3首先示出基準曲線K_ref，其表示具有非結構化壓電層的諧振器的頻響特性。此外，在圖2中還繪出曲線K₁、K₂、K₃和K₄，它們分別表示具有結構化壓電層的諧振器的頻響特性，其中各壓電層被結構化成具有孔眼并且孔眼的直徑從曲線K₁到曲線K₄增大。

從圖3可以看出，通過對各壓電層4進行結構化，諧振器2的諧振頻率和反諧振頻率下降。在此，對壓電層4的結構化越強，也就是說，從壓電層4中移除的材料越多，這種下降就越甚。

此外，圖3還示出，對壓電層4的結構化越強，諧振器2的零極點間距則越大。諧振器2的零極點間距被定義成諧振頻率與反諧振頻率的距離。

圖4示出壓電層4在xy平面上的俯視圖，其中凹穴構成隨機布置的孔眼15和狹縫16?？籽?5和狹縫16在豎向上延伸穿過壓電層4。該壓電層可以是第一壓電層4。如上所述，第二壓電層7可以保持非結構化，或者以與第一壓電層4相似的方式受到結構化，但比其程度更輕。

某些孔眼15被具有異常熱機械行為的覆蓋層17覆蓋。該覆蓋層17抵消壓電層4的正常熱機械行為。由此，有可能是部分補償、完全補償或過度補償。此外，狹縫16的側壁也可以被覆蓋層17覆蓋。

此外，孔眼15中的一些和狹縫16中的一些被填充有由介電材料制成的填充層18，其具有異常熱機械行為。對此，可以使用任何具有異常熱機械行為的材料。

此外，孔眼15和狹縫16中的一些包括不具有覆蓋層17或填充層18。

圖5a至圖5f示出結構化壓電層4的其他實施例。在此，圖a至f示出壓電層4在xy平面上的俯視圖。此外，正如后續(xù)附圖，壓電層是第一或第二壓電層4、7。

在此，凹穴14在豎向上延伸穿過所示的壓電層4。通過這些凹穴14，將相應壓電層4結構化成塊。如圖5a和圖5b所示，倘若將凹穴14配置成具有足夠小的直徑，則塊角重疊。如圖5c至圖5f所示，倘若將凹穴14的直徑選成較大，則將壓電層4結構化成通過橋片彼此相連的塊。在某些實施例中，如圖5d和圖5e所示，橋片在塊角連接兩個塊。在其他實施例中，如圖5c和圖5f所示，橋片在塊的側面使其彼此相連。

圖6示出結構化壓電層4的另一些實施例，在此也在xy平面上示出其俯視圖。圖6中所示的壓電層4是通過具有圓形截面的凹穴14來結構化。在圖6的各圖中包括不同直徑的凹穴14。凹穴14的直徑越大，則諧振頻率降低的程度越強且諧振器2的零極點間距越大。

例如，凹穴14的直徑可以介于0.2至6μm之間。

圖7a和圖7b示出結構化壓電層4的另外兩種實施例。在圖7a和圖7b中，同樣在xy平面上示出壓電層4的俯視圖。壓電層4分別是通過具有圓形橫截面的凹穴14來結構化。壓電層4分別被如此結構化，即構成光子帶隙結構。光子帶隙結構尤其確保橫向上的輻射損耗會被降至最低限度。

在豎向上(z方向)，就SMR諧振器而言，聲反射鏡導致聲波反射，就FBAR諧振器而言，自由邊界條件導致聲波反射，由此確保損耗最小化。此外，倘若構成二維光子帶隙結構，則這種橫向上的輻射損耗最小化。

凹穴14以行和列的方式布置，其中在，在y方向上成行。兩個相鄰行的凹穴14彼此錯列。凹穴被如此規(guī)律性布置成行，使得凹穴14布置成相同的兩行，在二者之間布置另一行。

如圖7a所示，用d₂表示兩個凹穴14的中心點19、20的距離，其中，第一凹穴14被布置于第一行中，另一凹穴14被布置于緊鄰的行中并且最接近第一凹穴14。此外，用2d₁表示兩個凹穴14的中心點21、22的距離，其中，第一凹穴14被布置于第一行中，另一凹穴14位于具有相同凹穴排列的最近一行中并且在該行中最接近第一凹穴。當d₁和d₂滿足下列條件時，構成光子帶隙結構：

d₂/d₁＝√2

借助于其他設計規(guī)則，也能夠獲得更簡單或更佳的光子帶隙結構。對此，在圖7b中示出一個示例。如圖7b所示，定義2_d1和2_d2。當d₁和d₂滿足下列條件時，產生光子帶隙結構：

d₂/d₁＝0.5×√3

就此而言，也將其稱作六邊形排列。

圖8示出結構化壓電層4的另一些實施例，其中壓電層4分別被結構化成具有六邊形或十二邊形基本面的塊。在所示的一些實施例中，這些塊彼此過渡，而在其他一些實施例中，這些塊通過橋片彼此相連。

圖9示出結構化壓電層4的另一實施例。壓電層被結構化成具有正方形基本面的塊。這些塊的側面通過橋片而彼此相連，其中，橋片的寬度對應于塊的邊長。

附圖標記列表

1 濾波器芯片

2 第一諧振器

3 第二諧振器

4 第一壓電層

5 上電極

6 下電極

7 第二壓電層

8 上電極

9 下電極

10 芯片襯底

11 聲反射鏡

12 聲反射鏡的第一層

13 聲反射鏡的第二層

14 凹穴

15 孔眼

16 狹縫

17 覆蓋層

18 填充層

19 中心點

20 中心點

21 中心點

22 中心點