BAW部件、BAW部件的叠层和用于制造BAW部件的方法,所述BAW部件包括两个不同的堆叠压电材料.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201280077848.3

申请日:

2012.12.21

公开号:

CN104854793A

公开日:

2015.08.19

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

专利申请权的转移IPC(主分类):H03H 9/02登记生效日:20170912变更事项:申请人变更前权利人:埃普科斯股份有限公司变更后权利人:快速追踪有限公司变更事项:地址变更前权利人:德国慕尼黑变更后权利人:美国加利福尼亚州|||实质审查的生效IPC(主分类):H03H 9/02申请日:20121221|||公开

IPC分类号:

H03H9/02; H03H3/04; H03H9/70; H01H1/00; H01H57/00; H01L41/09; H03H9/17

主分类号:

H03H9/02

申请人:

埃普科斯股份有限公司

发明人:

G.穆拉尔

地址:

德国慕尼黑

优先权:

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司72001

代理人:

张金金; 付曼

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内容摘要

提供改进的BAW部件、BAW部件的叠层和用于制造BAW部件的方法。BAW部件的叠层(L)包括具有第一压电材料的第一层(PM1)和具有第二压电材料的第二层(PM2),该第二压电材料与该第一压电材料不同。第一和第二压电材料可以分别是Sc掺杂AlN和AlN。公开用于制造具有不同谐振频率或开关闭合电压的多个BAW部件的方法。部件包括具有不同蚀刻选择性的两个压电层的堆叠并且方法牵涉在选择的部件中去除其中一个层。

权利要求书

1.   一种BAW部件(BAWC),其包括:
-第一BAW谐振器(BAWR1),其具有底部电极(BE)、顶部电极(TE)和所述底部电极(BE)与所述顶部电极(TE)之间的叠层(L),其中
-所述叠层(L)包括具有第一压电材料(PM1)的第一层和具有第二压电材料(PM2)的第二层,
-所述第一压电材料(PM1)与所述第二压电材料(PM2)不同。

2.
   如权利要求1所述的BAW部件(BAWC),
-其进一步包括承载芯片(CS)和第二BAW谐振器(BAWR2),其中
-所述第一BAW谐振器(BAWR1)和所述第二BAW谐振器(BAWR2)设置在所述承载芯片(CS)上。

3.
   如权利要求2所述的BAW部件(BAWC),其中
-所述第一BAW谐振器(BAWR1)的叠层(L)具有第一厚度,
-所述第二BAW谐振器(BAWR2)具有压电层,其具有与所述第一厚度不同的第二厚度。

4.
   如权利要求1-3中任一项所述的BAW部件(BAWC),其中
所述第一压电材料(PM1)和所述第二压电材料(PM2)关于蚀刻剂具有不同的蚀刻选择性。

5.
   如权利要求4所述的BAW部件(BAWC),其中所述蚀刻剂是湿蚀刻剂。

6.
   如权利要求5所述的BAW部件(BAWC),其中所述蚀刻剂包括2.36%的四甲基羟铵结合润湿剂。

7.
   如权利要求1-5中任一项所述的BAW部件(BAWC),其中所述蚀刻剂是干蚀刻剂。

8.
   如权利要求1-7中任一项所述的BAW部件(BAWC),其中
-所述第一压电材料(PM1)是Sc掺杂AlN,并且所述第二压电材料(PM2)是AlN。

9.
   如权利要求1-8中任一项所述的BAW部件(BAWC),其中所述部件(BAWC)是双工器并且所述第一谐振器(BAWR1)是所述双工器的TX滤波器的谐振器。

10.
   一种用于BAW部件(BAWC)的叠层(L),其具有
-第一层,其包括Sc掺杂AlN,以及
-第二层,其包括AlN。

11.
   用于制造BAW部件(BAWC)的方法,其包括以下步骤:
-提供底部电极(BE),
-在所述底部电极(BE)上或上方设置第一压电材料(PM1),
-在所述第一压电材料(PM1)上或上方设置与所述第一压电材料(PM1)不同的第二压电材料(PM2),
-在所述第二压电材料(PM2)上或上方设置顶部电极(TE)。

12.
   如权利要求11所述的方法,其进一步包括以下步骤:
-在之前规定的区域选择性地去除所述第二压电材料(PM2),之后,在规定区域中的所述第一压电材料(PM1)上或上方以及在位于所述规定区域附近的另外的区域中的所述第二压电材料(PM2)上或上方设置所述顶部电极(TE)的材料。

说明书

BAW部件、BAW部件的叠层和用于制造BAW部件的方法,所述BAW部件包括两个不同的堆叠压电材料
技术领域
本发明涉及BAW部件,例如以供在移动通信设备的RF滤波器中使用,涉及BAW部件的叠层和用于制造BAW部件的方法。
背景技术
目前移动通信设备小型化的趋势要求更小的电气和电声部件。BAW(BAW=体声波)部件可以在RF滤波器中使用,例如在移动通信设备的前端模块中的双工器中使用。双工器通常包括TX(传送)和RX(接收)滤波器。TX滤波器和RX滤波器是具有相邻但不同通带的带通滤波器。确定BAW带通滤波器的通带的重要因子是设置在滤波器的谐振器的两个电极层之间的压电材料的厚度和谐振器的质量加载。
一个类型的常规BAW双工器对于TX滤波器和RX滤波器具有不同的压电材料厚度。因此,这两个滤波器用不同的工艺并且在不同的承载芯片上制造。
另一个类型的常规BAW双工器具有额外质量(例如上电极上的额外层),其沉积在选择的谐振器上来使它们的相应谐振频率减少。
对于两个类型的制造方法是相当复杂、昂贵且易于出错的。特别地,常规双工器在不同承载芯片上具有TX和RX滤波器,这与小型化努力相反。
所需要的是BAW部件,其中两个BAW层堆叠可以容易设置在相同芯片上来获得小型化BAW滤波器并且其中部件的组成允许有改进的制造方法来增加良好部件的增益。进一步需要的是BAW部件的叠层和用于制造这样的BAW部件的方法。
发明内容
从而本发明的目标是提供改进的BAW部件、BAW部件的叠层和用于制造BAW部件的方法。
独立权利要求对于上文提到的问题提供解决方案。从属权利要求提供优选实施例。
BAW部件包括第一BAW谐振器,其具有底部电极、顶部电极和该底部电极与顶部电极之间的叠层。该叠层包括具有第一压电材料的第一层和具有第二压电材料的第二层。该第一压电材料与该第二压电材料不同。
叠层的两个不同材料可以具有不同的物理和/或化学性质。第一BAW谐振器可以接近第二BAW谐振器设置在承载芯片上,该第二BAW谐振器包括底部电极与顶部电极之间的第一压电材料或第二压电材料。第二BAW谐振器的压电材料的厚度可以等于具有相同压电材料的第一BAW谐振器的层的厚度。则,第一BAW谐振器具有不同的谐振频率并且可以由于第二BAW谐振器中未包括的叠层的相应其他压电材料的存在而提供不同的通带。
这样的BAW部件可以用如下文描述的高质量的材料原子结构制造。
在一个实施例中,第一BAW谐振器接近第二BAW谐振器设置在承载芯片上,该第二BAW谐振器包括底部电极与顶部电极之间的第一压电材料。在两个谐振器中具有第一材料的层的厚度相等。
在一个实施例中,从而,BAW部件进一步包括承载芯片和第二BAW谐振器。第一BAW谐振器和第二BAW谐振器设置在相同承载芯片上。
在其一个实施例中,第一BAW谐振器的叠层具有第一厚度并且第二BAW具有这样的压电层,其具有与第一厚度不同的第二厚度。
具有较厚压电层的BAW谐振器可以在具有较低通带的滤波器中使用并且反之亦然。从而,在TX滤波器中使用第一BAW谐振器并且在RX滤波器中使用第二BAW谐振器,这是可能的。
在一个实施例中,第一压电材料和第二压电材料关于蚀刻剂具有不同的蚀刻选择性。
这允许将两个谐振器所包括的压电材料在相同制造步骤中并且以相同层厚度地沉积。第一BAW谐振器的相应另一压电材料可以在两个BAW谐振器的区域处沉积。则,第一BAW谐振器的区域可以用抗蚀剂层覆盖并且蚀刻剂可以将另一压电材料蚀刻离开第二谐振器区域。第一压电材料充当蚀刻剂的蚀刻停止层。在蚀刻过程后,相应的顶部电极可以设置在两个谐振器的压电材料上。
在一个实施例中,蚀刻剂是湿蚀刻剂。
在一个实施例中,蚀刻剂是无铁金属显影剂,其也可以用于光刻过程。蚀刻剂包括2.36%的四甲基羟铵(Tetramethyl amonium hydroxyl)结合润湿剂,这是可能的。
在一个实施例中,蚀刻剂是干蚀刻剂。
在一个实施例中,第一压电材料是Sc(钪)掺杂AlN(氮化铝),并且第二压电材料是AlN。
从而,BAW部件的叠层可以具有包括Sc掺杂AlN的第一层和包括AlN的第二层。
对于第一压电材料或对于第二压电材料的其他可能材料是GaAs(砷化镓)、ZnO(氧化锌)、PZT(锆钛酸铅)、KNN((K(1-x)Nax)NbO3)(其中K:钾,Na:钠,Nb:铌,O:氧)。
ScxAl(1-y)N的掺杂水平可以是近似1% ≤ x ≤ 25%,其中y主要等于x。尤其近似5% ≤ x ≤ 7%的水平是可能的。
在一个实施例中,部件是双工器并且第一谐振器是双工器的TX滤波器的谐振器。
BAW部件可以是基于Bragg镜的部件或在叠层下具有腔用于约束声能的FBAR部件。
另外的变化形式(例如,包括杆结构的MEMS部件)也是可能的。例如,部件可以包括压电MEMS开关。具有超过一个开关的部件也是可能的。在包括两个开关的实施例中,两个开关可以在单个承载芯片上制成。第一悬臂可以具有一个压电层,而第二悬臂具有两个压电层。因此,在相同芯片上加工具有两个不同闭合电压的两个开关,这是可能的。
用于制造BAW部件的方法包括以下步骤:
-提供底部电极,
-在底部电极上或上方设置第一压电材料,
-在第一压电材料上或上方设置与第一压电材料不同的第二压电材料,
-在第二压电材料上或上方设置顶部电极。
这些步骤建立第一BAW谐振器,这是可能的。第二BAW谐振器可以接近第一BAW谐振器建立,其中具有两个步骤:
-提供底部电极;
-在底部电极上或上方设置第一压电材料;
用于建立第一BAW谐振器,这两个步骤也用于建立第二BAW谐振器。
为了在第一BAW谐振器上仅设置第二压电材料,可以应用另外的光刻步骤(例如,经由使用抗蚀剂层)。
在一个实施例中,方法进一步包括以下步骤:
-在之前规定的区域选择性地去除第二压电材料,之后在规定区域中的第一压电材料上或上方以及在位于该规定区域附近的另外的区域中的第二压电材料上或上方设置顶部电极的材料。
该之前规定的区域是第二谐振器的区域并且该另外的区域是第一谐振器的区域。
与用于制造BAW部件和/或BAW双工器的其他方法相比,本方法产生具有更高层质量的层系统,从而导致作为参数的改进电声性质(例如电声耦合系数k2)提高。
这样的BAW部件可以用于获得BAW谐振器,其具有与其他谐振器不同的谐振频率。对于双工器中的TX和RX滤波器可以需要不同的谐振频率。然而,在梯型滤波器结构中也需要这样的谐振频率的差异,其中与并联支路谐振器相比,串联谐振器需要具有不同的频率。当并联谐振器的反谐振频率主要与梯型结构中的串联支路谐振器的谐振频率匹配时,则获得带通滤波器。当并联支路谐振器的谐振频率与串联支路谐振器的反谐振频率匹配时,则可以获得陷波滤波器的带阻滤波器。
涉及第一压电材料和第二压电材料的两个沉积步骤可以在原地或用真空破除器进行。即使利用真空破除器,在不同的沉积步骤期间也获得良好的层质量。
BAW部件、叠层和用于制造的方法的示例和相应的工作原理在示意图中示出。
附图说明
图1示出具有叠层L的基本BAW谐振器堆叠,
图2示出具有两个BAW谐振器堆叠的BAW部件,
图3示出BAW部件的元件,其包括声镜,
图4示出制造过程的阶段,
图5示出制造过程的阶段,
图6示出制造过程的阶段,
图7示出制造过程的最后阶段,
图8示出具有不同闭合电压的压电开关的部件。
具体实施方式
图1示出BAW部件BAWC,其包括在底部电极BE与顶部电极TE之间的叠层L。该叠层包括具有第一压电材料PM1的第一层和具有第二压电材料PM2的第二层。第二压电材料PM2设置在第一压电材料PM1与顶部电极TE之间。第一压电材料PM1与第二压电材料PM2不同。这允许有在共同承载芯片上具有超过一个BAW谐振器的高质量BAW部件,其中不同的谐振器具有不同的谐振频率。
图2示出BAW部件BAWC,其中第一BAW谐振器BAWR1接近第二BAW谐振器BAWR2设置。两个谐振器可以设置在承载衬底CS上或上方。两个谐振器包括底部电极BE和顶部电极TE以及第一压电材料PM1。仅第一BAW谐振器BAWR1包括第二压电材料PM2。第一BAW谐振器BAWR1的压电材料比第二谐振器BAWR2的压电材料更厚。从而,尽管两个谐振器可以被制造以易于在共同承载衬底CS上或上方一个接一个地执行制造步骤,它们具有不同的谐振频率。
图3示出BAW部件BAWC的主要部件,其中主要省略顶部电极。两个谐振器堆叠设置在相应的声镜AM上。声镜AM包括具有交替高和低声阻抗的层系统。声镜AM约束声能并且允许建立相应谐振器的谐振模式。
图4示出在若干可能制造过程中的一个期间的阶段,其中两个谐振器堆叠接近另一个地设置在共同承载衬底CS上。在沉积并且构造底部电极BE之后,第一压电材料PM1沉积和构造在两个谐振器堆叠的底部电极BE上。
构造一个或多个层可不是必要的。
图5示出制造过程的另外的阶段,其中第二压电材料PM2设置在第一压电材料上。然而,第二压电材料PM2仅在谐振器堆叠中的一个中需要并且在相应的另一谐振器堆叠中需要去除。
因此,图6示出这样的阶段,其中抗蚀剂膜RES设置在第一谐振器的叠层上。抗蚀剂膜RES保护后面的第一谐振器BAWR1的叠层但压电材料PM2从第二谐振器堆叠(后面的第二谐振器BAWR2,在左侧示出)去除。不同压电材料的不同性质确保蚀刻剂蚀刻第二压电材料的方式是蚀刻过程在完全去除第二压电材料PM2时停止。左谐振器堆叠的第一压电材料的上表面对过程建立蚀刻停止带。
图7示出最后的制造阶段,其中顶部电极TE已经在两个谐振器堆叠上沉积和构造。
图8示出BAW部件,其中包括第一压电材料PM1和第二压电材料PM2的叠层设置在底部电极BE与顶部电极TE之间来建立悬臂型开关SW1。该开关在没有第二压电材料PM2的情况下接近开关SW2设置。两个开关的不同构造允许有不同的闭合电压。
BAW部件和BAW部件的叠层和用于制造BAW部件的方法都不限于在说明书中描述或在图中示出的实施例。本发明还包括部件、叠层和方法,其包括另外的材料或层或部件,包括另外的谐振器或方法,包括另外的沉积步骤或蚀刻步骤或其组合。
标号列表

AM声镜BAWCBAW部件BAWR1第一BAW谐振器BAWR2第二BAW谐振器BE底部电极CS承载衬底L叠层PM1第一压电材料PM2第二压电材料RES抗蚀剂膜SW1,SW2开关TE顶部电极

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提供改进的BAW部件、BAW部件的叠层和用于制造BAW部件的方法。BAW部件的叠层(L)包括具有第一压电材料的第一层(PM1)和具有第二压电材料的第二层(PM2),该第二压电材料与该第一压电材料不同。第一和第二压电材料可以分别是Sc掺杂AlN和AlN。公开用于制造具有不同谐振频率或开关闭合电压的多个BAW部件的方法。部件包括具有不同蚀刻选择性的两个压电层的堆叠并且方法牵涉在选择的部件中去除其中一个。

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