表面声波谐振器装置的制作方法

1.本公开涉及一种表面声波谐振器装置。具体地，本公开涉及一种包括压电衬底和至少一个表面声波谐振器的表面声波谐振器装置，上述表面声波谐振器包括被设置在该压电衬底上的叉指式换能器。


背景技术：

2.诸如表面声波(saw)谐振器的电声谐振器被广泛用于在电子设备中以在rf滤波器、振荡器等中执行频率选择功能。saw谐振器包括压电衬底，所述压电衬底可以是包括其上设置有纤薄压电层的载体衬底的薄膜压电衬底。在该纤薄压电层和载体衬底之间可以设置以其它层。其它类型的saw谐振器可以包括体压电层。
3.叉指式换能器(idt)被设置在该压电层的顶表面上。该idt包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极包括叉指式装置的多个指，从而第一电极的一个指位于第二电极的两个其它相邻指之间。通过将电rf信号应用于电极，在该压电衬底内生成对该电rf信号具有频率选择效应的声谐振波。
4.若干个saw谐振器可以以串联和分流路径的形式互相连接从而形成诸如梯型滤波器的rf滤波器。该rf滤波器具有通带以从所接收频谱过滤想要的信号或者对信号整形以便传输。滤波器特性的通带部分应当具有尽可能低的插入损耗，并且该滤波器的阻带区则应当具有尽可能高的衰减从而抑制频谱中不想要的部分。
5.谐振器使用压电晶片制造，使得形成rf滤波器的若干saw谐振器的装置在大多数情况下被设置在相同的压电芯片或裸片上。在saw谐振器的工作期间，该压电衬底内的小部分声波以及idt处的小部分电磁波可以传播超出该saw谐振器的区域并且耦合到相互靠近设置的相邻谐振器中。此外，个体芯片在切割过程中互相分离，从而从一个saw谐振器泄漏的声波可以在切割线处被反射并且返回到该谐振器，这会导致与谐振波的相长干涉，从而该saw谐振器的工作会受到影响。
6.期望减少或避免从谐振器泄漏的电声能量的影响。
7.本公开的一个目标是提供一种表面声波谐振器装置，其减少或避免两个或更多谐振器之间寄生的电磁和声音相互作用。
8.本公开的另一个目标是提供一种表面声波谐振器装置，其减少或避免在切割线处反射的声波的影响。
9.本公开的又另一个目标是增加rf滤波器的选择性和插入损耗。


技术实现要素：

10.以上所提到目标中的一个或多个通过根据当前权利要求1的特征的一种表面声波谐振装置来实现。
11.根据本公开的原理的一种表面声波谐振器装置包括由压电材料制成的压电衬底，所述压电材料诸如石英、钽酸锂或铌酸锂。其它压电材料也是有用的。一种表面声波谐振器
包括设置在该压电衬底上的叉指式换能器。该叉指式换能器可以包括由金属或金属层的堆叠所制成的第一电极和第二电极。该叉指式换能器的金属材料可以包括从铝、铜、铬、钛和钨中选择的金属。其它金属也是有用的。该谐振器可以被包括在rf滤波器中。该谐振器可以被包括在诸如双模式结构(dms)的纵向耦合谐振器的装置中或者是其一部分。
12.沟槽被设置在该压电衬底内。该沟槽面向该表面声波谐振器。特别地，该沟槽面向该谐振器的叉指式换能器。该压电衬底内的沟槽用来将从该谐振器的一端逃逸的声波通过该压电材料而反射回其源自的谐振器。该沟槽避免了从该谐振器泄漏的声波进一步通过该压电衬底传播超过该沟槽，并且避免了该声波到达可能使得其工作失真的另一个谐振器。此外，该沟槽避免了从该谐振器泄漏的声波进一步通过该压电衬底传播超过沟槽并且到达芯片上的另一个特征，诸如以非受控方式在其处被反射的切割线。该沟槽以受控方式将泄漏的声波反射回该谐振器，而使得该声泄漏所来自的谐振器中的声波性能的失真有所减少或者基本上被避免。
13.根据实施例，该压电衬底内的沟槽与该表面声波谐振器的边缘相对地延伸或者与该谐振器的叉指式换能器的边缘相对地延伸。该表面声波谐振器或者其叉指式换能器可以具有线性、笔直的边缘，并且沟槽以与该边缘相对的方向延伸。该表面声波谐振器的边缘可以是该谐振器的声轨(acoustic track)的端部。该边缘可以以与该谐振器的声轨的延伸方向垂直的方向延伸。该谐振器的声轨包括具有叉指的叉指式换能器，并且可以进一步包括与该叉指式换能器相邻的声反射器。该叉指式换能器的边缘可以由该叉指式换能器的电极之一的最外侧指所形成。
14.根据实施例，该沟槽可以被配置为使得从该谐振器泄漏的声波的反射以受控方式被执行。该沟槽可以被配置为：以到达该表面声波谐振器的边缘的反射波的相位在它们于该沟槽处反射之后使得该表面声波谐振器的边缘处的累加相位为零或基本上为零的方式，将从该表面声波谐振器的边缘离开的声波向它反射回去。在这种情况下，该表面声波谐振器的边缘处的反射波并不与在该谐振器内工作的声波发生相长干涉。
15.该沟槽可以被配置为使得其作为直线沟槽延伸或者其以弯曲的非线性形状延伸，以满足该表面声波谐振器的边缘处的反射波的累加相位为零或基本上为零的要求。
16.根据实施例，该沟槽可以被设置距该表面声波谐振器一定距离处。该距离可以沿着该沟槽的延伸长度有所变化。该沟槽可以具有沿直线的线性直线延伸，该直线具有从该表面声波谐振器的边缘所取得的最大距离和最小距离。该最大距离和最小距离之间的差值为至少1/2λ，其中λ是该表面声波谐振器的工作频率的波长，诸如该谐振器的谐振频率或者接近于该谐振器的谐振频率的频率。
17.根据实施例，项λ是该表面声波谐振器的叉指式换能器的叉指的间距的两倍。该间距从该谐振器的一个指到下一个相邻指来取得。该间距可以从指之一的一个特征到相邻指的相对应特征来取得。该间距表示相邻指之间的重复距离，其中一个指可以属于该叉指式换能器的电极之一，并且另一指则属于该叉指式换能器的另一电极。
18.根据实施例，该沟槽可以包括一个或多个部分，其中每个沟槽部分沿着与该表面声波谐振器的边缘形成角度的方向延伸。该沟槽部分中的一个沟槽部分与该表面声波谐振器的边缘之间的角度可以从接近于0
°
直至20
°
。特别地，级联的沟槽部分可以具有相互不同的方向，从而沟槽部分中的一个沟槽部分与该表面声波谐振器的边缘之间的角度随着部分
的不同而变化。级联的沟槽部分的角度相互不同。
19.根据实施例，该沟槽被设置在所提到的表面声波谐振器和另一个表面声波谐振器之间。因此，该沟槽将至少两个表面声波谐振器之间的区域隔开，使得从一个谐振器泄漏的声波在该沟槽处被反射回该谐振器，从而它并不会到达另一个谐振器并且使其工作失真。
20.根据实施例，该压电层可以被设置在载体衬底上。该载体衬底可以是蓝宝石晶片或硅晶片，诸如轻度掺杂的结晶硅晶片。适于承载压电层的其它材料也可以是有用的。该载体衬底可以是在该表面声波谐振器装置的制造期间所使用的更大晶片的一部分，该更大晶片在制造过程期间被切割为个体芯片。根据实施例，产生该载体衬底的边缘的切割线可以被设置在该沟槽内，从而该载体衬底的边缘可以被设置在该沟槽之下沟槽底部表面处。在这种情况下，该沟槽的侧壁将从该表面声波谐振器泄漏的声波在该沟槽侧壁处进行反射，其中该沟槽在该表面声波谐振器处生成反射声波的相位关系，这减少了失真。
21.根据实施例，该沟槽可以被设置在该表面声波谐振器的边缘和通过切割所获得的载体衬底的边缘之间，从而该沟槽可以被适当设计为在该表面声波谐振器的边缘处实现反射波的相位的定义分布。
22.根据实施例，分层或层叠的衬底可以包括载体衬底以及设置在该载体衬底上的电介质温度补偿层。该压电层被设置在该温度补偿层上，使得该温度补偿层被设置在该载体衬底和该压电层之间。该温度补偿层具有不同于该压电层的温度系数。例如，该温度补偿层可以是诸如二氧化硅层或掺杂二氧化硅层的电介质层，其具有与压电层的频率的温度系数不同且相反的频率的温度系数，由此提供温度补偿。该压电层的材料在沟槽内被去除到使得该温度补偿层在该沟槽内被暴露的程度。也可能将沟槽内的温度补偿层的部分或全部去除。
23.其它压电衬底也是有用的，诸如体压电衬底。在这种情况下，该沟槽应当在该体压电层内具有充分深度，以至于其根据上文所讨论的原理而反射从相邻的表面声波谐振器泄漏的声波。
24.根据实施例，该表面声波谐振器装置可以包括多个第一表面声波谐振器和多个第二表面声波谐振器，其中该多个第一表面声波谐振器和第二表面声波谐振器均形成各自的rf滤波器。该沟槽被设置在不同rf滤波器的谐振器之间，由此实现声隔离并且避免第一rf滤波器和第二rf滤波器的谐振器之间的声串扰。
25.所要理解的是，以上的一般性描述以及以下的详细描述都仅是示例性的，并且意在提供概述或框架以理解权利要求的实质和特性。附图被包括以提供进一步的理解，并且被结合于该描述中并且构成其一部分。附图图示了一个或多个实施例，并且连同描述一起用于解释各个实施例的原理和操作。附图的不同示图中的相同要素由相同的附图标记所表示。
附图说明
26.在附图中：
27.图1示出了具有两个谐振器以及设置于其间的沟槽的微声芯片的俯视图；
28.图2示出了沿直线a
‑
a所取的图1的芯片的截面图；
29.图3示出了根据一个实施例的具有表面声波谐振器和沟槽的微声芯片的俯视图；
30.图4示出了根据另一个实施的具有表面声波谐振器和沟槽的微声芯片的俯视图；
31.图5示出了微声芯片的俯视图，所述微声芯片具有设置在表面声波谐振器和该微声芯片的边缘之间的沟槽；
32.图6示出了具有旨在包括切割线的沟槽的微声芯片的一部分；
33.图7示出了包括具有不同rf滤波器的表面声波谐振器的微声芯片的一部分；
34.图8示出了具有包括沟槽的体衬底的微声芯片的截面图；以及
35.图9示出了包括rf前端单元的通信设备的框图，所述rf前端单元包括微声芯片。
具体实施方式
36.现在将在下文参考示出本公开实施例的附图更加全面地描述本公开。然而，本公开可以以许多不同形式来体现而并不应当被理解为局限于本文所给出的实施例。相反，这些实施例被提供而使得本公开将向本领域技术人员完全传达本公开的范围。附图并不一定依比例绘制，而是被配置为清晰地阐述本公开。
37.图1描绘了压电芯片100的一部分的俯视图。压电衬底层100包括第一表面声波谐振器110和第二表面声波谐振器120。谐振器110包括被部分描绘的叉指式换能器(idt)111、112。谐振器110和叉指式换能器111、112在方向x具有纵向延伸，出于简明的原因仅示出了了所述纵向延伸的一部分。通过向idt 111、112应用rf信号，在声轨内生成声音谐振波。该声轨在方向x延伸。声波在设置于idt111、112之下的压电材料内建立。idt 111、112包括第一电极111和第二电极112，它们均具有以叉指的方式设置的例如数百个的多个指1111、1121。反射器113被设置在声轨的端部并且与idt 111、112相邻，从而将声能限制在谐振器区域之内。谐振器110包括右手侧的边缘或端部115，其以与声轨的方向x垂直的方向y延伸。然而，诸如声波141、142的少量声能传播到端部115之外以及反射器113之外，并且经压电衬底100从谐振器110的声轨泄漏。谐振器120具有相对应的结构以及相对应的泄漏效应。谐振器110或谐振器120可以被包括在相对应的rf滤波器中。谐振器110或谐振器120可以被包括在诸如双模结构(dms)的纵向耦合谐振器的相对应装置中或者可以构成其一部分。在该双模结构中，两个或更多的谐振器沿声轨布置而使得它们纵向耦合。
38.沟槽130设置在压电衬底芯片100内，其沿着谐振器110的边缘115的长度进行朝向并且与谐振器边缘115相对地进行延伸。沟槽130的侧壁131将从谐振器110泄漏的声波141、142作为波143、144进行反射，由此传播返回至边缘115。沟槽130防止了波141、142到达相邻的谐振器120，从而避免了相邻谐振器110、120之间的声音串扰。沟槽130相对于方向y稍有倾斜。沟槽130和边缘115之间的角为α。角α可以处于0度(
°
)和20度(
°
)之间的范围。特别地，角α可以被选择为使得反射波的恒定相位平面形成于145处。平面145并不平行于边缘115而是与边缘115形成另一个角，从而返回到达谐振器110的边缘115的波143、144避免了与在谐振器110内发生谐振的波进行相长干涉。角α可以在沟槽侧壁131和谐振器的边缘115之间取得。角α也可以在沿方向y延伸的idt的最外侧指所给出的idt 111、112的边缘与沟槽侧壁131之间取得。
39.配置沟槽130使得反射的声波143、144在边缘115处实现相位，而使得在边缘115处所接收的所有反射波的累加相位为零或基本上为零是有用的，由此避免了反射波与在谐振器内发生谐振的波的相长干涉。
40.沟槽130可以是线性沟槽，其具有边缘115和沟槽130的侧壁131之间的最大距离132以及边缘115和侧壁131之间的最小距离134。最大距离132和最小距离134之间的差值应当至少是表面声波谐振器110的工作频率的波长λ的一半。波长λ取决于idt 111、112叉指的间距144。该间距例如在idt指1111、1121的右手侧边缘之间给出。特别地，波长λ是该间距的两倍。在这种情况下，反射波143、144在边缘115处的累加相位基本上为零。
41.类似的情形适用于谐振器120，其中从谐振器120的声轨离开的波151、152在沟槽130的侧壁139处反射，而产生反射波153、154。沟槽130的延伸与谐振器120的边缘115之间的倾角α导致谐振器120处的反射波153、154的累加相位基本上为零，这避免了与谐振器120内工作的波的相长干涉。谐振器110可以是第一滤波器的一部分，并且谐振器120可以是另一个滤波器的一部分。两个滤波器都可以被包括在双工器中，从而它们分别执行诸如接收和发射功能的不同滤波器功能。
42.图1中所示的沟槽沿着其长度方向延伸具有相同的宽度，其中侧壁131、139相互平行地延伸。也可能使用宽度在沟槽长度上有所变化的沟槽。例如，宽度可以沿着沟槽长度不断增大，而使得沟槽侧壁可以互相围出不同于零的角。在这种情况下，面向谐振器110的侧壁的角不同于面向谐振器120的侧壁的角，使得利用相邻的谐振器边缘所围出的沟槽侧壁的定向或角可以适用于这些谐振器的不同工作频率。
43.图2示出了沿直线a
‑
a经图1的芯片100的横截面。衬底110的结构被更详细地示出。最底部的载体衬底240由结晶掺杂硅或蓝宝石或者另一种载体衬底材料所制成。诸如多晶硅层的电荷捕捉层230被设置在载体衬底层240上。温度补偿层220被设置在电荷捕捉层230上。温度补偿层220可以由二氧化硅或掺杂二氧化硅或者另一种适于温度补偿的材料所制成。设置在其上的是压电层210，其可以由石英、钽酸锂、铌酸锂或者另一种适用的压电材料所制成。沟槽215被插入到压电层210内，其中该沟槽包括延伸到压电层之中的侧壁215a、215b。沟槽215的底部表面215c暴露出诸如二氧化硅的温度补偿层220。沟槽215可以利用本领域技术人员已知的干法或湿法蚀刻工艺被蚀刻到压电层之中，从而相对于掩模(未示出)从压电层去除材料210。该蚀刻过程可以在到达温度补偿层220时停止，由此形成沟槽的底部表面215c。也可能在沟槽215内部分或完全地去除温度补偿层220。侧壁215a、215b可以垂直于压电层210的顶部和/或底部表面，或者可以是倾斜的并且可以与压电层220的顶部表面围出不同于90
°
的角。图2中所示的衬底部分的左侧和右侧端或边缘251、252可以通过切割过程而获得，所述切割过程在谐振器装置的制造期间将所示芯片从所使用的较大晶片分开。
44.图3示出了沟槽330的另一个实施例。沟槽330包括相对于谐振器310的边缘315具有不同定向的两个部分331、332。上方部分331与作为图3中所描绘的垂直方向的边缘315围出角α1。部分332与边缘方向315围出另一个角α2。角α1、α2互不相同。虚线345描绘了在沟槽部分331、332的侧壁处被反射的波的恒定相位平面。
45.图4示出了设置在谐振器410附近的沟槽430的又另一个实施例。边缘430具有弯曲的侧壁431。沟槽430具有椭圆形形状。沟槽430的侧壁431所反射的波表现出反射波的恒定相位平面435。
46.图5示出了又另一个实施例的俯视图。图5中所描绘的压电芯片包括两个谐振器510、511。包括数量为四个的不同沟槽分段的沟槽530被设置在谐振器510、511与该压电芯
片的切割边缘552之间。特别地，沟槽530包括相互级联的第一部分531、第二部分532、第三部分534和第四部分535。诸如531和532等的每两个级联部分具有不同的定向并且与谐振器510、511的边缘515、516围出不同的角度。利用设置在谐振器510、511和切割边缘552之间的沟槽，防止了从谐振器510、511泄漏的波到达切割边缘552，这是由于它们在沟槽530的侧壁处被反射回谐振器510、511。因此，谐振器510、511与切割边缘552脱离耦合。虚线545表示从沟槽530反射的波的恒定相位平面。
47.以类似的方式，包括具有相对于谐振器510的水平边缘517的不同定向和不同角度的两个部分561、562的沟槽560被设置在谐振器510和水平切割边缘553之间。沟槽560将从谐振器510的水平边缘517离开的波反射回谐振器510，由此避免了与在谐振器510中工作的波的相长干涉。
48.图6描绘了又另一个实施例，其示出了要沿着投影切割虚线652被分开的两个裸片部分641、642。切割线652被包括在沟槽630内，所述沟槽630面向裸片641上的谐振器610、611的边缘并且面向设置在裸片642上的谐振器620的边缘。沟槽630具有充分的宽度，从而可以在沟槽630的底部应用直的切割线652。当切割线被应用时，芯片的部分641、642在切割期间被相互分开，并且在切割线652处获得了该芯片的边缘。与谐振器610、611的相对设置的沟槽630的侧壁631由若干个直线部分所组成，每个直线部分相对于谐振器610、611边缘具有不同定向。侧壁631用来以受控方式将从谐振器610、611泄漏的声波反射回该谐振器，从而反射波不会与在谐振器610、611中工作的波形成相长干涉。特别地，沟槽630的边缘631具有与谐振器610、611的边缘并不平行的不同定向的多个分段。相应的情形适用于沟槽630的面向谐振器630的其它边缘632。
49.图7描绘了包括两个rf滤波器701、702的又另一个实施例，每个rf滤波器包括多个表面声波谐振器，诸如形成rf滤波器701的谐振器710、711、712以及形成rf滤波器702的谐振器720、721、722、723。滤波器701、702表现出不同的滤波器特性并且执行不同的滤波器功能。例如，滤波器701可以是接收滤波器而滤波器702可以是发射滤波器，二者都包括在双工器之中，所述双工器可以被包括在通信设备的rf前端中。虽然针对滤波器701描绘了三个谐振器并且针对滤波器702描绘了四个谐振器，但是根据所要实现的滤波器规格，在滤波器中分别可以包括比三个和四个更多或更少的谐振器。谐振器以实现关于电信号执行频率选择操作的滤波器功能的方式而被互相连接。例如，谐振器可以以梯型结构连接，所述梯型结构包括布置在至少两个输入/输出端口之间的谐振器串联路径以及连接在串联谐振器的端子和接地电位之间的一个或多个分流路径。
50.沟槽730被设置在两个rf滤波器701、702的谐振器之间，将滤波器701的谐振器与滤波器702的谐振器分开。沟槽730用来将来自rf滤波器701、702的谐振器之间的声串扰脱离耦合。特别地，从谐振器710、711、712中任一个所泄漏的以方向x向滤波器702传播的声波在沟槽730处被反射回相应的谐振器。沟槽730由多个直线沟槽分段组成，其中级联的分段相对于谐振器边缘具有不同角度，从而在沟槽730处被反射回谐振器710、711、712的波具有避免在谐振器内进行相长干涉的相位关系。相同的情形适用于谐振器720,...,723，从而从谐振器720,...,723中任一个所泄漏的以方向
‑
x向滤波器701传播的声波在沟槽730处被反射回相应的谐振器。
51.图8描绘了又另一个实施例，其图示了经过体压电衬底800的截面图，其中两个表
面声波谐振器810、820被设置于体压电衬底800上。沟槽830被设置在体压电衬底800内。沟槽830被设置在谐振器或相对应的idt 810、820之间以避免从谐振器810、820之一离开的波分别传播到另一谐振器820、810。沟槽830在体衬底800内应当具有充分的深度，从而从谐振器810泄漏的波841作为波842被反射回谐振器810。以相同的方式，沟槽830用来将从谐振器820泄漏的波851作为波852反射回谐振器820。由于向体压电衬底800中引入沟槽830，表面声波谐振器810、820之间的声交互可以基本上被避免。
52.图9示出了通信设备的框图，所述通信设备诸如蜂窝电话、移动电话、智能电话，或者在iot(物联网)环境中支持互联网的物理设备中的通信单元。该通信设备可以被配置为根据4g或5g通信标准来执行通信。图9的通信设备900包括信号处理单元920，其执行对通过天线940经空中接口发送至另一设备或从另一设备接收的数据的数字信号处理。rf前端单元930被耦合在数字信号处理单元920和天线940之间，并且执行对包括作为待发射数据的rf信号的整形或对从所接收的信号频谱的rf信号的选择。rf前端单元930包括一个或多个rf滤波器931，例如双工器滤波器装置。(多个)rf滤波器包括如上文所讨论的谐振器装置932，如上文所解释的，其包括至少一个谐振器以及相对于对方而言在附近的沟槽，以避免从谐振器所泄漏的声波的失真效应。
53.本领域技术人员而言将会显而易见的是，可以进行各种修改和变化而并不背离如所附权利要求中所给出的本公开的精神或范围。由于本领域技术人员可以想到并入了本公开的精神和实质的所公开实施例的修改、组合、子组合和变化，所以本公开应当被理解为包括所附权利要求范围之内的一切内容。