專利名稱：具有改善反射特性的聲反射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于體積聲波諧振器(BAW諧振器)和棧式晶體濾波器(SCF-Filter)的聲反射器，具有至少一個由λ/4層或3λ/4層形成的一個層對，其中每個層對包含具有較低聲阻抗的第一種材料的第一層和具有相對較高聲阻抗的第二種材料的第二層。
以聲波工作的體積振蕩器，所謂的FBAR(Thin-Film-Bulk-Acoustic-Resonator薄膜體聲諧振器)或也稱為BAW諧振器，基于壓電基體，該壓電基體在兩個主表面上具有各一個電極。如此的諧振器具有一個諧振頻率fr，按照公式fr＝v/2L0該諧振頻率近似依賴于振動基體的總厚度L0。對此以v表示在壓電基體中縱向波的速度。如此的諧振器例如可以用于構(gòu)造HF濾波器。為此在分支電路中多個如此的諧振器布線接成為一個濾波網(wǎng)絡(luò)一種所謂的電抗濾波器。
對于在HF范圍內(nèi)諧振的BAW諧振器所需要的基體層厚L0處于μm范圍和處在亞μm范圍。為了制造基體的層因此需要薄膜方法。
為了在諧振器內(nèi)部保持聲波的能量并且保證尖的諧振器的諧振頻率，已知兩個基本的設(shè)計原理，其使聲波在交界面上有足夠高的反射，以便為此保證具有較低的聲或者電損耗的足夠的濾波作用。
在諧振基體內(nèi)獲得聲波能量的可能性在于，基體布置在一個空腔內(nèi)，其中在下面的電極和基片之間還可以布置一個膜片作為薄的襯底。該裝置也稱為橋型諧振器。
另外的反射鏡型BAW諧振器應(yīng)用所謂的聲反射器。該聲反射器包括多個層對，該層對具有交替的、由具有較高和較低聲阻抗的材料形成的層。每個層的層厚為λ/4，如此在每個交界面上的反射波分量有益地疊加。原則上在選擇層厚時這個值是可能的，即該值滿足λ/4的奇數(shù)倍，也就是λ/4、3λ/4、...、(2n-1)λ/4，其中n為自然數(shù)。由于優(yōu)化諧振器特性的原因在反射器層厚中細(xì)微偏離λ/4、3λ/4、...、(2n-1)λ/4規(guī)則。特別是SiO2用作具有較低聲阻抗的材料，與此相反重金屬、比如鎢或鉬、或氮化鋁用作較高聲阻抗的材料。二種材料間的阻抗差越高，對于聲反射器需要越少的層對。常規(guī)的聲反射器對于較好的反射來說在下面的電極和基片之間需要至少兩個λ/4層對?？墒请S著每個附加的層降低了諧振器的有效耦合并因此降低帶寬。與橋型諧振器相比在這種情況下諧振器的帶寬降低30％以下。為此以如此的諧振器非常昂貴地實現(xiàn)具有足夠帶寬的帶通濾波器。
反射鏡型的BAW諧振器的另外缺點在于用于淀積并構(gòu)造為此所需的多層結(jié)構(gòu)方法的復(fù)雜性。每個λ/4層都提高復(fù)雜性并因此提高生成過程的費用。隨著所需層的數(shù)目增多缺陷也增加，如此從整個晶片看來要容忍諧振器諧振頻率的顯著分散并且因此容忍濾波器中頻的分散。
因為隨著聲反射器的層對數(shù)目的增加聲反射器的帶寬降低，比如在一個雙工器中，其具有兩個不同濾波通帶范圍(通帶)的濾波器，兩個濾波器中的每一個濾波器分別都需要一個獨立的聲反射器。因此增加了生產(chǎn)復(fù)雜性。
使用具有較高介電常數(shù)的層，特別是金屬，比如鎢和鉬導(dǎo)致電信號耦合到基片，這例如導(dǎo)致不希望的串?dāng)_并導(dǎo)致增加插入損耗。
因此本發(fā)明的任務(wù)是，給出一種用于這樣的BAW諧振器的聲反射器，該反射器比已知的聲反射器生產(chǎn)簡單并且避免上述缺點。
根據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1的特征的聲反射器解決該任務(wù)。從另外的權(quán)利要求中得出本發(fā)明的有益擴(kuò)展以及包含該聲反射器的BAW諧振器、由BAW諧振器構(gòu)造的濾波器以及包含這種濾波器的雙工器。
本發(fā)明建議，由至少一個具有不同聲阻抗材料的層對制造聲反射器，其中以根據(jù)本發(fā)明的方式選擇一個低k介質(zhì)材料作為具有較低聲阻抗的材料。如果如此的介質(zhì)材料與另外的具有較高聲阻抗的材料層組合，則獲得高反射的聲反射器。根據(jù)本發(fā)明找到了用于反射器層對的如此材料組合，即，已使具有僅一個層對的高反射的反射器成為可能。
根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用的低k介質(zhì)材料對于微電子學(xué)的應(yīng)用作為絕緣層、涂覆膜和中間層是已知的。硬化泡沫、疏松的氧化物和氣凝膠以及結(jié)網(wǎng)硬化的聚合物和另外的有機材料，這些可以用CVD技術(shù)(Chemical Vapour Deposition化學(xué)氣相淀積)或SOD技術(shù)((Spin-OnDeposition旋轉(zhuǎn)涂覆淀積)作為薄層淀積的有機材料屬于這種低k介質(zhì)材料的材料種類。這類材料具有比SiO2更低的介電常數(shù)并且具有低于3的ε。其附加地還具有低的密度ρ和小的彈性常數(shù)c。因為根據(jù)公式z=ρ*c]]>計算聲阻抗Z，以這兩個低值c和ρ得出極其低的聲阻抗，其在與較高聲阻抗Z的材料的組合中得出根據(jù)本發(fā)明的高反射的聲反射器。結(jié)合作為高阻抗材料的鎢，一個唯一的λ/4層對的反射率足以生產(chǎn)用于BAW諧振器的高質(zhì)量聲反射器。在本發(fā)明的意義上λ/4層對以及與該值細(xì)微偏差的層也理解為具有λ/4奇數(shù)倍層厚的層對。如果選擇Au作為下面電極的材料，則在下面的電極和低k介質(zhì)材料之間的交界面上的聲反射率超過90％。在應(yīng)用常規(guī)材料SiO2的情況下在Au/低k交界面上的聲反射僅為40％。對此按照公式R=|Z1-Z2Z1+Z2|2]]>計算在層1和2之間的交界面上的聲反射率R，Z1相當(dāng)于Au的聲阻抗(ZAu＝63*10^6kg/s/m^2)，Z2相當(dāng)于應(yīng)用的低k介質(zhì)材料的聲阻抗(低k介質(zhì)材料的實例是SiLK和BCBZfow-k＜2*10^6kg/s/m^2)或SiO2的聲阻抗(ZSiO2＝14*10^6kg/s/m^2)。
因為材料的聲阻抗隨著其密度上升或下降，根據(jù)本發(fā)明的措施可以預(yù)先規(guī)定進(jìn)一步降低在較低聲阻抗層中的密度。例如有益地在具有較低聲阻抗的反射層中預(yù)先規(guī)定納米孔。如此的納米孔由結(jié)構(gòu)決定可以存在于相應(yīng)的聚合物或具有3D結(jié)構(gòu)的材料中?？墒且部梢允潞?、特別通過使具有釋放氣體的介質(zhì)、特別具有膨脹多孔劑的材料起泡產(chǎn)生納米孔。由Silsesquioxanen衍生的硅氧烷由結(jié)構(gòu)決定具有空腔，該空腔降低密度并因此降低聲阻抗。象氣凝膠或疏松的硅酸鹽一類的材料同樣具有氣孔并因此具有低的密度。
對于本發(fā)明優(yōu)選的低k介質(zhì)材料是例如通過以環(huán)戊二烯酮(Cyclopentadienon)和乙炔置換的聚亞苯基(Polyphenylene)的單基物或二苯環(huán)丁烯單基物(Bisbenzocyclobuten-Monomeren)的聚合作用衍生的聚合芳香族聚合物。通過聚合作用例如獲得網(wǎng)狀的聚亞苯基(Polyphenylene)(商業(yè)名稱為SiLK)或網(wǎng)狀的二苯環(huán)丁烯(Bisbenzocyclobuten)(商業(yè)名稱為BCB)，用于該實例的BCB具有大于350℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(最高溫度穩(wěn)定性)、大約2GPa的彈性常數(shù)、1.0g/cm^3的平均密度并因此具有僅1.4×10^6kg/s/m^2的聲阻抗。低k介質(zhì)材料SiLK具有大于490℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(最高溫度穩(wěn)定性)、大約2.45GPa的彈性常數(shù)、1.2g/cm^3的平均密度并因此具有僅1.7×10^6kg/s/m^2的聲阻抗。
在該基礎(chǔ)上的商業(yè)聚合物例如公開于S.J.Martin及其他人發(fā)表于Adv.Mater 2000，12，No.23、December 1、1769-1778頁的文章“Development of a low-dielectric-constant polymer for thefabrication of integrated circuit interconnect”，而且還可以買到。這種材料的彈性常數(shù)處于GPa范圍內(nèi)并因此比目前用作低阻抗層的SiO2的彈性常數(shù)低一個數(shù)量級還多。因為這種材料的密度低于SiO2的密度，因此得出上述非常低的聲阻抗。
這種材料的高熱穩(wěn)定性是最適宜的，以便使后面在對此要求的高溫情況下另外的功能層，比如另外的高阻抗層、壓電層、電極、擴(kuò)散勢壘或鈍化的層淀積成為可能。這種材料以旋轉(zhuǎn)涂覆(Spin-On)技術(shù)能夠涂覆成為非常均勻的層結(jié)構(gòu)，其中可以高度準(zhǔn)確地調(diào)整所希望的層厚。以一個包含此種聚合芳香族的層的反射器層將放大在BAW諧振器中的耦合。因此與傳統(tǒng)的聲反射器相比BAW濾波器的帶寬平均提高了14％。通過這種方式具有聲反射器的BAW諧振器成為具有橋型結(jié)構(gòu)的BAW諧振器的等價選擇。
通過降低必需的反射層的數(shù)目明顯降低在生產(chǎn)BAW諧振器時或者在生產(chǎn)BAW諧振器的聲反射器時的工藝費用。對于鎢/聚合芳香族的低k介質(zhì)材料的層對僅需要一個唯一的層對。
通過降低必需的反射層的數(shù)目也降低所有在一個單一的晶片上生產(chǎn)的諧振器的中頻分散。通過降低反射器的層數(shù)并通過降低k介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)減弱了特別當(dāng)在聲反射器中應(yīng)用金屬的高阻層時引起的、到基片的干擾的電耦合。
一種具有較低介電常數(shù)、較低密度和較低彈性常數(shù)c的、除了SiLK之外的材料是苯環(huán)丁烯(benzocyclobuten)。這種材料在縮寫為BCB的情況下在微電子學(xué)上已知作為介質(zhì)材料、絕緣層和覆蓋層。對于根據(jù)本發(fā)明的、具有較低聲阻抗的聲反射層也是非常適宜的，因為此外保證在涂覆時高度的層厚均勻性并且例如借助于旋轉(zhuǎn)涂覆技術(shù)有針對性地并且可重復(fù)地以所希望的厚度涂覆在一個基片上。
根據(jù)本發(fā)明的聲反射器有益地應(yīng)用在BAW諧振器中，在該諧振器中直接在作為載體的材料上首先是較高聲阻抗的層，例如鎢，在這上面是較低聲阻抗的層，例如上述的聚合芳香族化合物SiLK和BCB或另外的低k介質(zhì)材料，并且在這上面是一個包括第一電極、壓電層和上面第二電極的諧振器。例如玻璃、陶瓷或半導(dǎo)體適合作為基片材料。也能夠使用多層基片，其中各層或整個基片也可以包括有機材料。
聲反射器的層對的層厚匹配于諧振器所希望的諧振頻率，并因此匹配于由此產(chǎn)生的濾波器中頻?；诟叩膸捰搔?4或3λ/4層形成的適當(dāng)層對不僅可以用于適當(dāng)?shù)闹C振頻率，而且可以用在另外的、處于反射器帶寬之內(nèi)的諧振頻率中或者用于具有如此諧振頻率的諧振器中。
金屬鋁、鎢、鉬或金適用于下面電極的材料。具有較高聲阻抗的材料有益地用于下面的電極層，由此在處于下面的電極和低K介質(zhì)材料之間的交界面上已經(jīng)達(dá)到盡可能高的反射。
對于壓電層主要選擇具有較高耦合常數(shù)的材料，這種材料能夠以所希望的并且依賴于中頻的層厚均勻地淀積。例如氧化鋅或氮化鋁特別適用于BAW諧振器?？墒窃瓌t上另外的壓電材料也適用，只要這種材料滿足上述的邊界條件。
原則上與下面電極層一樣的選擇也適用于上面的電極層。BAW諧振器層結(jié)構(gòu)的每一個“下面”的層用作在其上面覆蓋的層的“基片”并且與此相應(yīng)處于上面的層的淀積條件至少必需不受損害以及具有低的表面粗糙度，因此在交界面上不出現(xiàn)聲散射、損耗和生長缺陷，其降低諧振器的動態(tài)范圍并因此提高了產(chǎn)生的濾波器的插入衰減。
在傳統(tǒng)的、以SiO2作為具有較低聲阻抗的反射層的聲反射器中在淀積下面的電極之前SiO2的表面粗糙度必須進(jìn)行拋光工藝(比如濕法腐蝕工藝的化學(xué)機械拋光CMP、比如干法腐蝕工藝的離子束腐蝕)。增加傳統(tǒng)聲反射器的最上面SiO2層的粗糙度的主要原因之一在于，SiO2層作為低阻抗層在向上逐層淀積中逐漸形成高阻抗層(W、Mo、AlN)的較大粗糙度。沒有這個拋光步驟在這個處于下面的電極和低阻抗層之間的交界面上出現(xiàn)的粗糙度可能提高在諧振器中的聲損耗并因此增加濾波器的插入衰減。低k介質(zhì)材料、比如以旋轉(zhuǎn)涂覆技術(shù)涂覆在例如鎢的高阻抗層上的SiLK或BCB，由于其流動特性使其下面層的粗糙度平滑。在層的硬化過程之后比如SiLK或BCB的低k介質(zhì)材料的表面粗糙度本身是非常低的。典型的RMS粗糙度低于1nm。因此比如保證均勻交界面的復(fù)雜并且昂貴的拋光工藝的另外措施是多余的。
BAW諧振器、或在部分改變的實施形式中棧式晶體濾波器、可以用作用于構(gòu)造電抗濾波器的阻抗元件，這例如公開于US 5 910 756中。一個如此的濾波器在分路電路中包含并行和串行布線連接的諧振器，其中可以是例如梯形或點陣布線連接。在注意另外的、對于電抗濾波器已知的設(shè)計規(guī)則的情況下通過這種方式可以建立一個帶通濾波器，其具有對于HF應(yīng)用并且特別是在常見的通信系統(tǒng)中要求的帶寬。
在根據(jù)本發(fā)明的、具有根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的BAW諧振器中對于各個諧振器得到了與具有傳統(tǒng)聲反射器的已知諧振器相比提高的帶寬。這能夠直接從諧振器的導(dǎo)納曲線中看出，其中在諧振器的諧振頻率和反諧振頻率之間的間隔表示帶寬的數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的、具有根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的BAW諧振濾波器有益地應(yīng)用在雙工器中。一個如此的雙工器包含兩個帶通濾波器，二者中頻緊密相鄰并且涂覆通信系統(tǒng)的發(fā)射和接收頻帶。必需如此相互調(diào)諧雙工器的兩個帶通濾波器，即每個濾波器在各另外的濾波器的中頻內(nèi)具有盡可能高的衰減。各按在兩個中頻之間要求的間隔為此可能要求特別陡地調(diào)整兩個濾波器的通帶范圍的兩個互鄰邊緣。對于如此要求需要高質(zhì)量濾波器，其在電抗濾波器的情況下要求高質(zhì)量濾波器。包括BAW諧振器組成的電抗濾波器為此目前需要這樣的諧振器，其對于每個諧振頻率要求一個自己的匹配于諧振頻率的聲反射器。借助于根據(jù)本發(fā)明的聲反射器成功地把一個唯一的、包括僅一個層對的聲反射器用于雙工器的兩個濾波器，并且在這種情況下仍然滿足對邊緣陡度、帶寬和鄰近選擇的較高要求。借助于本發(fā)明也成功地在僅一個基片上以僅一個整個表面覆蓋的、根據(jù)本發(fā)明的聲反射器實現(xiàn)用于兩個工作在緊密相鄰的頻率范圍內(nèi)的濾波器的諧振器。這簡化了生產(chǎn)并此外降低了費用。基于在聲反射層上降低的耦合以根據(jù)本發(fā)明的聲反射器也能夠整個表面地涂覆用于聲反射器的層對并且在各個諧振器或各個濾波器之間沒有另外結(jié)構(gòu)化即可構(gòu)造諧振器。
下面根據(jù)實施例和附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。


圖1a以圖示的橫截面指出了具有根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的BAW諧振器。
圖1b以圖示的橫截面指出了具有根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的棧式晶體濾波器(SCF)。
圖2示范指出了低k介質(zhì)材料BCB的表面拓?fù)?，借助于電子光柵顯微鏡照相完成該表面拓?fù)洹?br> 圖3與傳統(tǒng)諧振器的導(dǎo)納曲線相比較，指出了根據(jù)本發(fā)明的BAW諧振器的導(dǎo)納曲線。
圖4a以梯形結(jié)構(gòu)示范指出了電抗濾波器的可能結(jié)構(gòu)。
圖4b以梯形結(jié)構(gòu)示范指出了的電抗諧振器的另外可能結(jié)構(gòu)。
圖4c以點陣結(jié)構(gòu)示范指出了電抗濾波器的可能結(jié)構(gòu)。
圖5與由傳統(tǒng)的BAW諧振器構(gòu)造的電抗濾波器的通帶曲線相比較，示范指出了由根據(jù)本發(fā)明的BAW諧振器構(gòu)造的電抗濾波器的通帶曲線。
圖6與由傳統(tǒng)的BAW諧振器構(gòu)造的雙工器的通帶曲線(曲線1)相比較，示范指出了由根據(jù)本發(fā)明的BAW諧振器構(gòu)造的雙工器的通帶曲線(曲線2)。
圖7作為低k介質(zhì)材料的層厚偏差的函數(shù)指出了由根據(jù)本發(fā)明的BAW諧振器構(gòu)造的雙工器的通帶曲線。
圖8作為根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的高阻抗層層厚的函數(shù)指出了由根據(jù)本發(fā)明的BAW諧振器構(gòu)造的雙工器的通帶曲線。
圖1以圖示的橫截面指出了具有根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的BAW諧振器，該聲反射器的反射層可以彼此獨立地實施為λ/4層或3λ/4層。與該條件的較低偏差有助于優(yōu)化諧振器特性。在圖示橫截面的下面給出了BAW諧振器的一個電等效電路圖。該諧振器安置在一個基片S上，其僅用作機械固定的載體。與此相應(yīng)已經(jīng)選擇了適用于該基片的材料。直接在基片上涂覆具有較高聲阻抗的第一層HZ、例如鎢層。其具有大約105×106kg/sm2的阻抗。如此選擇該層HZ的厚度，即在BAW諧振器的所希望的諧振頻率和聲波在材料(鎢)中給定的傳播速度的情況下該層的厚度為λ/4。例如在2.1GHz的諧振頻率下厚度為611nm。在該層HZ上布置這種材料的低k介質(zhì)材料作為另外的、厚度為λ/4或厚度為3λ/4的層，該材料稱為Dow化學(xué)公司的SiLK作為介質(zhì)材料大量銷售。該材料系SiLK包括通過以Cyclopentadienon和乙炔置換的單體聚合作用獲得的網(wǎng)狀聚亞苯基(Polyphenylene)。聲學(xué)上非常類似的材料，BCB包括網(wǎng)狀的二苯環(huán)丁烯(Bisbenzocyclobuten)。在應(yīng)用SiLK或BCB的情況下對于反射器層厚示范得出如下值在2.1GHz諧振頻率下λ/4層的反射器層厚選擇為大約165nm，3λ/4層的反射器層厚選擇為大約500nm。
以給出的材料組合W/SiLK可以實現(xiàn)寬帶的聲反射器A，其對于上述中頻的波的聲能量具有大于95％的反射率?？墒锹暦瓷淦鰽還可以包含另外的層對，也就是具有較高聲阻抗的層HZ和具有較低聲阻抗的另外層LK。有選擇地以所希望的數(shù)目相互重疊地布置這些層。在由低k材料形成的層LK之上例如通過CVD淀積或濺射大約195nm層厚的鉬層形成BAW諧振器的下面電極或粘合劑、擴(kuò)散勢壘或生長層。
在下面電極E1之上涂覆壓電層P，例如氧化鋅層。例如濺射方法適合作為涂覆方法?？墒菈弘妼覲也可以包括另外的材料，例如包括氮化鋁或另外適合的壓電材料。
在壓電層P之上布置一個第二電極層E2作為BAW諧振器的上面電極，不必由與第一電極層E1相同的材料形成。在四種情況中上面的電極E1附加具備調(diào)整層、裝飾層或鈍化層。
近似地按照公式f＝v/2L0確定BAW諧振器的諧振頻率，其中L0是BAW諧振器的層厚度并且包括壓電層P和兩個電極層E1和E2的層厚。對于BAW諧振器的主振蕩模式厚度調(diào)整到λ/2?？墒且材軌虬押穸萪調(diào)整到λ/2的整數(shù)倍并且與此相應(yīng)激發(fā)較高的振蕩模式。除了圖示的橫截面之外圖1a還指出了BAW諧振器的電等效電路圖。
圖1b以圖示橫截面指出了具有根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的棧式晶體濾波器(SCF)，該聲反射器的反射層可以彼此獨立地實施為λ/4層或3λ/4層。與該條件的較低偏差有助于優(yōu)化SCF特性。SCF在原理結(jié)構(gòu)上與BAW諧振器一致，該BAW諧振器與第二諧振器電耦合和聲耦合。在圖示橫截面的下面給出了SCF的一個電等效電路圖。SCF的不同實施例和變形在K.M.Lakin及其他人發(fā)表于IEEE 2001 UltrasonicsSymposium Paper 3E-6，October 9，2001中的文章“HighPerformance Stacked Crystal Filters for GPS and Wide BandwidthApplication”。
正如在前面圖1a的章節(jié)中描述的，首先與BAW諧振器一樣構(gòu)造SCF。對此應(yīng)用的材料、生產(chǎn)技術(shù)和工藝流程順序是類似的。在電極層E2之上、該電極層淀積在壓電層P1之上、例如借助于濺射技術(shù)涂覆第二壓電層P2。該壓電層P2再度由最上面的電極E3涂覆。
在SCF的可能變形中，在電極E2a和另外在其上面淀積的電極E2b之間嵌入一個或多個聲反射層，其改變在諧振器E1-P1-E2a和諧振器E2b-P2-E3之間的電耦合與聲耦合。在這個可以實施為λ/4層或3λ/4層的反射層中，低k介質(zhì)材料、比如S iLK或BCB可以用作低阻抗層。在圖示橫截面的下面給出了SCF的簡單實施形式的電等效電路圖。
圖2示范指出了低k介質(zhì)材料BCB的表面拓?fù)?，借助于電子光柵顯微鏡照相在2μm×2μm的區(qū)域內(nèi)完成該表面拓?fù)?。照片表明，在以RMS＝0.28nm的硬化之后低k介質(zhì)材料具有非常低的表面粗糙度。這個低值保證，下面的層、比如電極、可以無干擾地生長并且在處于低k介質(zhì)材料和電極之間的交界面上不出現(xiàn)聲損耗和散射，其降低諧振器的動態(tài)范圍并因此提高濾波器的插入衰減。低k介質(zhì)材料、比如以旋轉(zhuǎn)涂覆技術(shù)涂覆在表面上的BCB或SiLK、由于其流動特性使其下面層的粗糙度平滑。在傳統(tǒng)的反射器中向上累積延伸的交界面粗糙度在該低k介質(zhì)材料中不再向上形成。這類措施、比如在傳統(tǒng)的、以SiO2作為最上面低阻抗層的反射器中必需的表面拋光、在根據(jù)本發(fā)明的聲反射器中是多余的。
圖3指出了具備根據(jù)本發(fā)明的聲反射器A的BAW諧振器的導(dǎo)納曲線。該曲線2與曲線1比較，根據(jù)具有傳統(tǒng)聲反射器的傳統(tǒng)BAW諧振器確定曲線1。已知的聲反射器由兩個λ/4層對SiO2/W構(gòu)成。從圖中表明，以根據(jù)本發(fā)明的諧振器獲得的帶寬高于以具有傳統(tǒng)反射器的諧振器獲得的帶寬。從在諧振頻率fr和反諧振頻率fa之間的間隔中得出帶寬。要生產(chǎn)具有增高帶寬的帶通濾波器寬帶特性是最好的前提條件。從圖3中得出增加9.4MHz的帶寬。與57.5MHz、具有傳統(tǒng)反射器的BAW諧振器的帶寬相比這表明帶寬增加16％。示出的導(dǎo)納曲線相當(dāng)于以金和鋁作為電極材料的BAW諧振器。硅用作基片。根據(jù)本發(fā)明的諧振器的改善特性特別歸因于低k介質(zhì)材料層LK的良好特性，其與目前用于此的二氧化硅相比參數(shù)顯著改善。下面的表給出了已知材料(SiO2)和根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用的聚合芳香族的SiLK的主要特性的一覽表
圖4指出了三種示范的、由多個BAW諧振器構(gòu)造的電抗濾波器的可能性。在圖4a和圖4b的梯形結(jié)構(gòu)中至少一個諧振器Rs串聯(lián)在濾波器輸入端和濾波器輸出端之間。至少一個另外的諧振器Rp與其并聯(lián)接地。對此如此選擇布置在串聯(lián)支路中布置的諧振器的諧振頻率，即其大約處于濾波器并聯(lián)支路中的諧振器的Rp的反諧振頻率fap＝frs。
電抗濾波器主要包括一個梯形結(jié)構(gòu)，在該梯形結(jié)構(gòu)中多個串聯(lián)的BAW諧振器Rs1、Rs2和Rs3與多個與其并聯(lián)的諧振器Rp1、Rp2如示出一樣彼此布線連接。在輸入端和輸出端上以并聯(lián)諧振Rp的字母p或者串連諧振器Rs的s簡化說明該結(jié)構(gòu)。在圖4a中例如示出了具有五個諧振器的結(jié)構(gòu)s-p-s-p-s，而在圖4b中指出了具有六個諧振器的結(jié)構(gòu)p-s-p-s-p-s。
梯形結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展任意個另外串聯(lián)與并聯(lián)的諧振器，其中每個并聯(lián)的諧振器Rp可以包括兩個并聯(lián)的并聯(lián)諧振器，每個串聯(lián)的諧振器Rs可以包括兩個串聯(lián)的諧振器。已知的設(shè)計規(guī)則可以用于梯形濾波器。
圖4c指出了由BAW諧振濾波器構(gòu)成的電抗濾波器的點陣結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要用于所謂的濾波器的平衡-平衡模式。
圖5指出了由根據(jù)本發(fā)明的BAW諧振器構(gòu)成的、梯形結(jié)構(gòu)的帶通濾波器的通帶特性曲線。對此根據(jù)本發(fā)明的BAW諧振器的通帶曲線2與以具有傳統(tǒng)BAW諧振器的濾波器確定的通帶曲線1對比。作為比較為此再度考慮具有由兩個λ/4層對SiO2/W形成的聲反射器的BAW諧振器。事實表明，新型濾波器與傳統(tǒng)濾波器相比在至少同樣良好地插入衰減和同樣良好地阻帶抑制的情況下具有增高的帶寬。帶寬例如增加14％。實際上插入衰減沒有改變。通過這種方式能夠代替氧化鋅應(yīng)用氮化鋁，其由于較低的耦合此外具有較低帶寬。通過在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的反射器的情況下相對的帶寬增加可以補償在此外相同技術(shù)條件下的影響。同樣以根據(jù)本發(fā)明的聲反射器能夠補償由于壓電層P的較差質(zhì)量引起的帶寬降低。
通過提高交界面反射和根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的帶寬，也產(chǎn)生λ/4層和3λ/4層的厚度的一定厚度公差。如此能夠把一個并且同樣的層厚用于兩個不同的、其諧振頻率相鄰的濾波器的聲反射器層，比如用于3G標(biāo)準(zhǔn)UMTS的具有RX濾波器和TX濾波器的雙工器。
圖6指出了UMTS雙工器的RX和TX濾波器的通帶曲線，其中在圖中具有根據(jù)本發(fā)明的BAW諧振器的雙工器的曲線與具有上述傳統(tǒng)聲反射器的傳統(tǒng)BAW諧振器的濾波器特性曲線對比。而對于具有傳統(tǒng)聲反射器的曲線1來說，分別對于RX和TX濾波器優(yōu)化λ/4層并且調(diào)整到不同的層高，對于包括根據(jù)本發(fā)明的BAW諧振器的雙工器來說根據(jù)通帶曲線2使用具有λ/4層平均厚度的相同聲反射器，例如處在優(yōu)化到RX濾波器中頻的層厚?？梢郧宄吹剑M管這樣簡化不僅TX濾波器而且RX濾波器也滿足預(yù)先確定的技術(shù)條件。在圖中以水平線條的形式畫出了遵循的極限值，其處在曲線之下的通帶范圍、處在曲線之上的阻帶范圍。能夠簡化生產(chǎn)具有相同聲反射器的根據(jù)本發(fā)明的UMTS雙工器，因為根據(jù)本發(fā)明、具有僅一個λ/4層對的反射器在比傳統(tǒng)反射器更大的頻率范圍上具有恒定的反射特性。這最終有助于根據(jù)本發(fā)明的反射器的寬帶特性，這能夠以同一反射器或者以相同的反射器在一個唯一的基片上生產(chǎn)雙工器的RX濾波器和TX濾波器。因此顯著降低工藝復(fù)雜性和生產(chǎn)費用。盡管RX濾波器和TX濾波器的相同或者同一反射器層厚，在此也對于TX濾波器帶寬增加13％并且也對于RX濾波器增加14％。而TX濾波器具有在圖4a中示出的梯形結(jié)構(gòu)，RX濾波器在輸入端上具有一個另外的并聯(lián)諧振器Rp。
在另外的試驗中確定濾波器特性對在聲反射器內(nèi)層厚波動的依賴性。為此根據(jù)具有根據(jù)本發(fā)明的聲反射器的UMTS雙工器的、已經(jīng)描述的RX/TX濾波器對，改變低k介質(zhì)材料(在此為SiLK)的層厚與最佳值(在此165nm)偏差+/-13nm。圖7指出了具有各非最佳厚度的兩個曲線，其中與目標(biāo)值165nm偏差至少+/-7.8％。表明，上述反射層的兩個非最佳層厚仍然導(dǎo)致剛好還滿足預(yù)先確定的技術(shù)條件的帶通濾波器。這表明，以根據(jù)本發(fā)明的聲反射器允許各個反射層相對大約+/-7％的層厚變化。因此允許的層厚變化顯著高于以SiLK材料最大容許的層厚變化(根據(jù)生產(chǎn)規(guī)范在以SOD技術(shù)的淀積中層厚精度小于+/-0.5％)。
在圖8中改變第一高阻抗反射層的層厚(在此為鎢)與最佳值(在此為611nm)偏差+/-300nm。正如在圖8中看出的，盡管鎢λ/4層的層厚偏差幾乎為+/-50％、但幾乎不能區(qū)分具有各非最佳層厚的兩個曲線。盡管在上述反射層中較高的層厚偏差，通帶曲線還導(dǎo)致滿足預(yù)先確定的技術(shù)條件的帶通濾波器。通帶曲線對于在應(yīng)用比如SiLK或BCB的低k介質(zhì)材料下高阻抗層的層厚偏差比對于低阻抗層容許更高公差歸因于，聲波的絕大部分已經(jīng)在處于下面的電極和低k介質(zhì)材料之間的交界面上反射(例如反射超過90％)。因此顯著降低了下面層的材料變化與幾何變化對諧振器導(dǎo)納曲線和濾波器通帶曲線的位置和外形的影響。由于對層厚變化允許較高的公差使簡單的涂覆方法成為可能，這也進(jìn)一步降低了聲反射器的費用。
雖然僅根據(jù)少量的最佳材料組合描述了本發(fā)明，可是在本發(fā)明的范圍內(nèi)還存在關(guān)于應(yīng)用材料的另外變體。如果不是上述的有機低k介質(zhì)材料，其對于聲反射器帶來最佳的前提條件，則對于根據(jù)本發(fā)明的聲反射器可能需要多于一個的、λ/4層和3λ/4層的層對。這也適用于這樣的情況，即，不是鎢作為具有較高聲阻抗的層的材料，例如轉(zhuǎn)而使用鉬或氮化鋁?？墒窃谌魏吻闆r下以根據(jù)本發(fā)明的聲反射器都降低了必需的反射層的數(shù)目。這同樣在任何情況下都降低了到基片的干擾的電耦合并簡化了不再要求具有組織結(jié)構(gòu)的反射器生產(chǎn)。在任何情況下以根據(jù)本發(fā)明的聲反射器在選擇所希望的材料時都保持較高的自由度，該材料使BAW諧振器和由此生產(chǎn)的濾波器進(jìn)一步優(yōu)化。對此至少達(dá)到傳統(tǒng)BAW諧振器的性能，可是正如示出的，對于優(yōu)化的層組合顯著超過傳統(tǒng)BAW諧振器的性能。
權(quán)利要求
1.用于BAW諧振器或棧式晶體濾波器的聲反射器，具有至少一個由λ/4層或3λ/4層形成的層對(LK、HZ)，其中每個層對包含具有較低聲阻抗的第一種材料的第一層(LK)和具有與此相對較高聲阻抗的第二種材料的第二層(HZ)，其特征在于，較低聲阻抗的第一種材料是低k介質(zhì)材料。
2.按照權(quán)利要求1的聲反射器，其中，布置在BAW諧振器或棧式晶體濾波器的最上層上，并且以較低聲阻抗的第一種材料的層開始，在該層上淀積具有與此相對較高聲阻抗的第二種材料的第二層(HZ)。
3.按照權(quán)利要求1的聲反射器，其中，相對較高聲阻抗的第二種材料(HZ)是從鎢W、鉬Mo或氮化鋁中選擇的。
4.按照權(quán)利要求1-3之一的聲反射器，其中，在該反射器中低k介質(zhì)材料(LK)具有小于2.4g/cm3的密度，小于10GPa的彈性常數(shù)值和小于3的相對介電常數(shù)。
5.按照權(quán)利要求1-4之一的聲反射器，其中，在該聲反射器中選擇氣凝膠、疏松的硅酸鹽、有機硅酸鹽、由凝結(jié)的Silsesquioxanen衍生的硅氧烷、聚合芳香族化合物、網(wǎng)狀的聚亞苯基(Polyphenylene)或聚合的苯環(huán)丁烯(Benzocyclobuten)作為低k介質(zhì)材料(LK)。
6.按照權(quán)利求5的聲反射器，其中，在該反射器中選擇從芳化的、未被取代的或攜帶非極性組的聚亞芳基(Polyarylenen)中衍生的聚合芳香族化合物作為低k介質(zhì)材料。
7.按照權(quán)利要求1-4之一的聲反射器，其中，在該反射器中從苯環(huán)丁烯(Benzocyclobuten)中衍生的、較低聲阻抗的介質(zhì)材料用作低k介質(zhì)材料(LK)。
8.按照權(quán)利要求1-4之一的聲反射器，其中，在該反射器中從被取代的聚亞苯基(Polyphenylene)中衍生的、較低聲阻抗的介質(zhì)材料用作低k介質(zhì)材料(LK)。
9.按照權(quán)利要求1-8之一的聲反射器，其中，在該反射器中低k介質(zhì)材料(LK)具備納米孔。
10.按照權(quán)利要求1-9之一的聲反射器，其中，具有唯一的一個λ/4層對(LK、HZ)，其中低k介質(zhì)材料是從芳香化的聚亞苯基(Polyphenylene)衍生的聚合芳香族化合物或是聚合的苯環(huán)丁烯(Benzocyclobuten)，并且在該反射器中較高聲阻抗的第二種材料是鎢、鉬、氮化鋁、氮化鎵或氧化鋅。
11.具有按照權(quán)利要求10的聲反射器的BAW諧振器，其中，在該反射器中在一個用作載體的基片(S)上布置具有相對較高聲阻抗的材料的層(HZ)并且在其上面布置具有較低聲阻抗的材料的層(LK)，二者形成聲反射器(A)，在該諧振器中在聲反射器上面布置第一電極(E1)、壓電層(P)和第二電極(E2)，其中從Al、W、Mo、Cu或Au中選出電極材料，并且從氧化鋅、氮化鋁、氮化鎵或另外的適宜耦合的壓電材料中選出壓電層(P)的材料。
12.具有按照權(quán)利要求10的聲反射器的棧式晶體濾波器，其中，在該反射器中在一個用作載體的基片(S)上布置具有相對較高聲阻抗的材料的層(HZ)并且在其上面布置具有較低聲阻抗的材料的層(LK)，二者共同形成聲反射器(A)，在該濾波器中在聲反射器上面布置第一電極(E1)、第一壓電層(P1)、第二電極(E2)、第二壓電層(P2)和第三電極(E3)，其中從Al、W、Cu或Au中選出第一和第二電極的材料并且從氧化鋅、氮化鋁、氮化鎵或另外的適宜耦合的壓電材料中選出壓電層(P1)和(P2)的材料。
13.按照權(quán)利要求12的棧式晶體濾波器，其中，在該濾波器中第二電極分成兩個分電極，在兩個分電極之間布置一個聲反射層，該層包含至少一個由低k介質(zhì)材料形成的λ/4層。
14.BAW諧振濾波器或棧式晶體濾波器，其中，在該濾波器中多個按照權(quán)利要求11-13之一的BAW諧振器或棧式晶體濾波器在分路電路中布置在串聯(lián)支路和與其并聯(lián)的支路中，并且布線連接成為一個電抗濾波器。
15.按照權(quán)利要求14的BAW諧振濾波器或棧式晶體濾波器，其中，在該濾波器中BAW諧振器或棧式晶體濾波器以點陣結(jié)構(gòu)布線連接成為一個電抗濾波器。
16.具有第一和第二電抗濾波器的雙工器，電抗濾波器分別形成為按照權(quán)利要求11的BAW諧振濾波器。
17.按照權(quán)利要求16的雙工器，其中，在該雙工器中兩個BAW諧振濾波器的所有BAW諧振器布置一個公共的聲反射器(A)上面。
18.按照權(quán)利要求17的雙工器，其中，在該雙工器中在BAW諧振器下面的一個基片(S)上整個平面并且沒有結(jié)構(gòu)化地形成公共的聲反射器(A)。
全文摘要
對于BAW諧振器或棧式晶體濾波器建議一種聲反射器，其具有至少一個由 λ/4層或3λ/4層形成的層對，其中每個層對包含具有較低聲阻抗的第一層和具有與此相對較高聲阻抗的第二層，其中選擇低k介質(zhì)材料作為較低聲阻抗的材料。
文檔編號H03H9/58GK1602586SQ02824737
公開日2005年3月30日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月11日
發(fā)明者R·施特默 申請人:埃普科斯股份有限公司