[發明專利]片上集成型體波諧振器及其制造方法

有效

• 申請號: 201310555021.5
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103560763B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 龐慰;江源;張代化;張浩
• 申請（專利權）人: 諾思（天津）微系統有限公司
• 主分類號: H03H9/15
• 分類號: H03H9/15;H03H9/02;H03H3/02
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

技術領域

本發明涉及半導體領域，并且特別地，涉及一種片上集成型體波諧振器及其制造方法。

背景技術

在手機通訊和高速串行數據應用等方面，利用壓電薄膜在厚度方向上的縱向諧振所制成的薄膜壓電體波諧振器已經成為聲表面波器件和石英晶體諧振器的一個可行的替代。射頻前端體波壓電濾波器/雙工器提供了優越的濾波特性，包括：低插入損耗，陡峭的過渡帶，較大的功率容量，較強的抗靜電放電（ESD）能力等。高頻薄膜壓電體波振蕩器具有超低頻率溫度漂移，并且其相位噪聲低，功耗低且帶寬調制范圍大。除此之外，這些微型薄膜壓電諧振器在硅襯底上還使用互補式金屬氧化物半導體（CMOS）兼容的加工工藝，這樣可以降低單位成本，并且有利于諧振器與CMOS電路集成。

典型的薄膜壓電體波諧振器包括：兩金屬電極（包括頂部電極和底部電極）、壓電材料、聲反射結構，其中，壓電材料位于金屬電極之間，壓電材料和兩個金屬電極組成的三明治結構，聲反射結構位于底部金屬電極下方。通常將頂部電極、壓電層、底部電極組成的三層結構在厚度方向上重疊的區域定義為諧振器的有效區域。當兩金屬電極之間施加有一定頻率的電壓信號時，由于兩金屬電極之間的壓電材料所具有的逆壓電效應，有效區域內的頂部電極與底部電極之間會產生在垂直方向上傳播的聲波，聲波在頂部電極與空氣的交界面和底部電極下的聲反射結構之間來回反射并在一定頻率下產生諧振。如圖1所示，為現有技術中已有的薄膜壓電體波諧振器結構，如圖1所示的諧振器包括：頂部電極T、壓電層P、底部電極B、聲反射結構X和襯底S。形成圖1中諧振器的聲反射結構X的步驟可以包括：

步驟1、在襯底S上刻蝕出空腔結構；

步驟2、以犧牲層材料填充空腔結構；

步驟3、在經過表面平坦化的襯底S上依次制作底部電極B、壓電層P和頂部電極T。

步驟4、除去犧牲層材料形成懸浮結構。

這樣可以在諧振器的底部電極的下方形成空腔，由于底部電極與空氣之間的聲學阻抗比很大，聲波在底部電極與空氣的交界面上可以得到良好的反射，因此，可以在諧振器的工作過程中減少聲波能量由諧振器內部往襯底的泄漏，從而提高諧振器的Q值，由此提高由多個諧振器組成的濾波器的性能。

通過將不同頻率的薄膜壓電諧振器按照一定的拓撲結構連接在一起，可以構成薄膜壓電體波濾波器，在濾波器的設計中，通常需要在并聯諧振器上串聯一段電感，如圖2所示，為現有技術中連接有電感的濾波器結構的示意圖。通過串聯電感可以改變濾波器通帶左側傳輸零點的位置來獲得較好的帶外抑制，同時也能增加諧振器的有效機電耦合因數，達到拓寬帶寬的作用。

在雙工器設計中，通常需要在接收濾波器和發送濾波器之間加入阻抗匹配網絡，這部分電路可以是由電感和電容組成的π型網絡、或者是一段四分之一波長傳輸線組成。阻抗匹配網絡的作用是使接收濾波器在發送濾波器通帶頻段內呈現高阻抗，從而有利于傳輸發射通道信號。通常，將電感/電容等儲能元件制造在芯片的封裝基板上，是以貼片電感/電容或者印制螺旋線的形式實現，或者，還存在一種現有方法，在晶圓的制造過程中通過構圖金屬線的方式直接將電感/電容與濾波器集成在片上，其中電感/電容與濾波器平行布置。但是，以上方法共有的缺點是，無論是形成在封裝基板上的電感電容還是集成在片上的電感電容，都占用了額外的面積，不利于濾波器芯片尺寸的縮小，因此，不能適應芯片進一步小型化的要求。

針對相關技術中體波濾波器芯片中儲能元件要占用額外的芯片面積，不利于芯片尺寸進一步小型化的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對相關技術中體波濾波器芯片中儲能元件要占用額外的芯片面積，不利于芯片尺寸進一步小型化的問題，本發明提出一種片上集成型體波諧振器及其制造方法，能夠將儲能元件集成到體波諧振器中，從而利于進一步縮減體波濾波器芯片的尺寸。

本發明的技術方案是這樣實現的：

根據本發明的一個方面，提供了一種片上集成型體波諧振器。

該體波諧振器包括：

體波諧振器；

至少一儲能元件，其中，至少一儲能元件的至少部分位于體波諧振器在垂直方向的投影區域范圍內。

其中，上述儲能元件包括儲能部和電極部。

并且，上述體波諧振器包括空腔，至少一儲能元件的儲能部位于空腔內。

此外，上述體波諧振器進一步包括：

第一電極；

第二電極，位于第一電極下方，并且與第一電極電隔離；

基底，位于第二電極下方，空腔由基底的下凹表面形成。

此外，上述體波諧振器進一步包括：