[发明专利]制造具改进腔体的单晶压电射频谐振器和滤波器的方法

说明书

一种制造FBAR滤波器装置的方法，FBAR滤波器装置包括一个谐振器阵列，每个谐振器包括夹在第一和第二电极之间的单晶压电薄膜，其中第一电极由空气腔体上的支撑薄膜支撑，所述空气腔体被嵌入硅柄上的二氧化硅层中，具有穿过所述硅柄并进入空气腔体中的硅通孔，在二氧化硅层中的所述空气腔体的侧壁被能抵抗二氧化硅蚀刻剂的边界沟槽所限定。

背景技术

射频(RF)通信，如在移动电话中使用的通信，需要射频滤波器，每一个滤波器都能传递所需的频率，并限制所有其他频率。射频滤波器的核心是声谐振器。

越来越大的数据流量导致每部手机的频率越来越高，滤波器也越来越多。为了防止这种手机变得越来越大，要求射频滤波器变得更小。为了防止电池出水和对产生的热量进行散热，需要低功耗的滤波器。

每个射频滤波器包括一组声谐振器。每个谐振器的质量由它的Q因子给出，Q因子是一个无量纲参数，用来描述欠阻尼振荡器或谐振器是怎样的，并且表示了谐振器相对于其中心频率的带宽，即存储的能量与功耗的比率。下一代的移动电话需要具有高的Q因子的高质量谐振器和滤波器，高的Q因子表明在运行期间能量损耗较低。这意味着插入损耗较低，拥有更加陡峭的裙边曲线，与临近波频有更加显著的隔离区分。

一种谐振器是体声波(BAW)谐振器。BAW谐振器的电阻具有两个特征频率：谐振频率f_R和反谐振频率f_A。在f_R处电阻非常小，而在f_A时电阻则非常大。滤波器是通过组合几个谐振器而制成。一种典型的布置是包括一个“半阶梯”结构，包括串联谐振器和并联谐振器。并联谐振器的频率会依据串联谐振器的频率做相应的偏移。当串联谐振器的谐振频率等于并联谐振器的反谐振频率时，最大信号从设备的输入端传输到输出端。在串联谐振器的反谐振频率下，输入端和输出端之间的阻抗非常高，滤波器的传输被阻挡。在并联谐振器的谐振频率下，任何通过滤波器的电流都会由于并联谐振器的低阻抗而接地短路，因而BAW滤波器也具有阻止该频率信号传输的功能。f_R和f_A之间的频率间隔决定了滤波器带宽。

置于谐振频率和反谐振频率之外的频率时，BAW谐振器则像金属-绝缘体-金属(MIM)电容器般工作。因此，置于远低于或远高于这些谐振频率的频率时，BAW谐振器电阻抗的大小与1/f成正比，其中f是频率。f_R和f_A间的频率间隔是谐振器压电强度的量度，称为有效耦合系数，由K²eff表示。描述有效耦合系数的另一种方法是测量谐振器(或滤波器)的电能与机械能之间转换的效率。应当注意，机电耦合系数是一种与材料性质有关的属性，可定义压电薄膜的K²eff。

滤波器的性能等级是由其质量因数(FOM)决定，其中FOM＝Q*K²eff。

实际应用中，高的K²eff和Q因子都是满足需要的。而这些参数之间却存在一些权衡取舍。K²eff与频率间并不存在函数关系，而Q因子却依赖于频率变动，因而FOM与频率间也存在函数关系。因此，相较于谐振器的设计，FOM在滤波器的设计过程中被更为普遍的应用。

在许多应用中，可以接受降低设备的K²eff以实现高的Q因子，因为在K²eff中的小牺牲可以极大地提高Q值。相反，通过降低Q因子以获取K²eff提升的设计是无法实现的。

可以通过选择高声阻抗电极，也可以通过调整其他参数，如增加电极厚度、钝化层厚度来提升谐振器的K²eff。

具有最高性能(即最高的FOM)的体声波谐振器或滤波器类型是独立的体声波谐振器或FBAR。FBAR谐振器中使用了一种独立体声薄膜，该薄膜只有在其被使用的边缘周围被支撑。底电极与载体晶圆之间有一个空气腔体。需要一种改进的FBAR谐振器，而本发明解决了这一需求。

发明内容