[发明专利]薄膜压电谐振器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜压电谐振器及其制造方法，更具体而言，涉及一种利用沿薄压电膜的厚度方向的轴向振动的薄膜压电谐振器，以及制造这种薄膜压电谐振器的方法。

背景技术

随着在无线通信领域取得的显著突破，已经进行多种改进以加速信息传输。利用无线通信，广泛采用大约2GHz的频带来应对PHS系统、第三代便携式电话、无线LAN等等的引入。而且，用户和无线终端的数量在大范围增长。信息传输速度越快，则载波频率越高。现在商用领域采用的是在5GHz频带运行的无线LAN系统。

对于在高频带运行的通信装置，人们迫切希望能够减小其尺寸。特别是，对于个人电脑(PC)，通过PC卡来实现通信装置，这种PC卡可以薄至大约数毫米。

通常，采用PC卡形状的无线通信装置包括处理射频的RF前端以及处理数字信号的基带(BB)单元。该基带单元优选为由硅(Si)基底制成的LSI芯片，并且其可以薄至1毫米以下。

该RF前端放大和变换高频为模拟信号，并且包括多个无源元件，例如振荡器和滤波器。从技术角度讲，难以仅通过LSI芯片来构建该RF前端，这是因为该RF前端具有非常复杂的结构。该滤波器可以是介质或者LC滤波器。该滤波器能够利用腔谐振器或者LC电路的带通特性来滤去高频信号，并且基本上也难以将其微型化以及薄型化至数毫米以下。换言之，对那些在高频带运行的通信装置进行微型化时会受到诸多限制。

为了克服前述问题，例如日本专利申请早期公开No.2000-069,594提出一种引人注意的膜体声波谐振器(FBAR)。在该FBAR中，由氮化铝(AlN)或者氧化锌制成的压电膜夹在上下电极之间。该薄压电膜置于基底中的腔的上面。该谐振器使得频率沿接触到空气层的上下电极以及该压电膜的厚度方向谐振。能够由制膜工艺实现的前述0.5微米至数微米的厚度适于数GHz的频率。因此，易于制造和GHz频带的高频相适应的谐振器。

例如，两个薄膜压电谐振器串联连接，其中一个薄膜压电谐振器并联连接到两个薄膜压电谐振器，从而制得梯形滤波器。利用带通滤波器，串联连接的该薄膜压电谐振器的中心频率和并联连接的薄膜压电谐振器的中心频率略有不同。因此，例如，将并联连接的薄膜压电谐振器的谐振频率调节为和串联连接的薄膜压电谐振器的谐振频率相同。

可以利用用于在基底上形成薄膜的制膜工艺来制造前述薄膜压电谐振器，并且可以将其微型化。特别是，可以容易地将通用的滤波器制造成薄至1毫米以下，而这通常是非常困难的。而且，基底可以由Si制成，从而可以通过半导体制造工艺来制造该薄膜压电谐振器。进而，该薄膜压电谐振器可以可靠地和晶体管、IC、LSI等等相适应，并且可以将这些部件安装到其上。

然而，当利用其上安装有晶体管、IC、LSI等等部件的薄膜压电谐振器来制造高频模块时，出现了下列新问题。

该薄膜压电谐振器在体驻波上运行并且产生谐振，该体驻波沿压电膜厚度方向产生。然而，侧向模式驻波产生在电极的边缘以及压电膜的边缘。这些侧向模式驻波具有特定值。从而，产生侧向模式驻波。侧向模式驻波的波长不同于体波波长。当与体波结合时，侧向模式驻波导致产生多种寄生振动模式(寄生振动)。如果产生寄生振动，则产生波纹，其使高频信号特征起伏(史密斯图)。该现象大大恶化了薄膜压电谐振器的谐振性能，或者会使得谐振性能不稳定。

为了克服前述问题，已经提出，通过将薄膜压电谐振器的上电极轮廓形成为不规则的多边形，如附图14所示，从而抑制该侧向模式驻波。然而，由于这种上电极104变得更大，从而不可能微型化包括薄膜压电谐振器的滤波器。

参考图15和图16，薄膜压电谐振器100包括上电极104、具有腔101H的基底101、在腔101H上面延伸的下电极102以及位于下电极102上的压电膜103。该上电极104设置在压电膜103的上面，并且在其一端具有阻尼层105。该阻尼层105阻尼该侧向模式驻波。然而，需要在薄膜压电谐振器100的制造工艺中新增加阻尼层105的制造工艺。这不仅增加了制造工艺数，而且还减小了薄膜压电谐振器100的产量。而且，该阻尼层105应当和上电极104的边缘对准。然而，不能保证足够的处理裕度。

发明内容

本发明旨在提供一种薄膜压电谐振器，该薄膜压电谐振器能够克服现有技术中的前述问题，改进其谐振性能，并且可以得以微型化。

进而，本发明旨在提供一种制造薄膜压电谐振器的方法，该方法能够减少制造步骤数，改进产量，以及保证足够的处理裕度。