TC-SAW器件及其制造方法与流程

tc-saw器件及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及具有piston结构的tc-saw器件及其制造方法。


背景技术：

2.声表面波(saw：surface acoustic wave)器件是基于压电材料的压电效应，利用压电材料表面的声表面波来工作的电子器件，其利用形成于压电材料表面的叉指换能器(idt：interdigital transducer)(一种金属电极结构，其形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案)将电输入信号转换为声表面波。
3.随着信息技术的高速发展，声表面波滤波器广泛应用于各类通讯设备、数据传输设备、视听设备和定位导航设备等。特别地，半导体技术的日渐成熟满足了高性能、小型化saw滤波器的制造需求，此外射频前端模块的需求量与日俱增，这些都为saw滤波器的发展带来良好的市场前景和机遇。然而，面对机遇的同时同样也需要面临挑战，当前的挑战主要来源于人们对性能的要求，如品质因素q、有效机电耦合系数、插入损耗、带宽等。


技术实现要素：

4.发明所要解决的技术问题
5.声表面波滤波器(以下有时也称为“saw滤波器”)所需要激励的是单个模式的声波，通常为瑞利波。然而，由于叉指电极末端电场梯度的变化，使得滤波器的汇流条和/或电极末端区域会激励出sh mode、transverse mode以及love mode等杂波，这些模态的声波都会使声表面波滤波器性能恶化。
6.在tc-saw(temperature compensated saw：温度补偿型声表面波)滤波器中，通常通过变迹加权(例如，改变声空隙的长度)来优化性能，不设置假指或没有在假指上设置piston(即、“活塞部”)。
7.现有技术中，减少声孔隙大小会增加导模数量进而导致增大导模的频率差异，甚至会出现电阻增大的现象。变迹加权可以激励或耦合更多的主模态而减少其它横向模态，但由于主要横向模态易向声孔隙区域外部传播增加了变迹设计难度，另外，该设计中包含大量重叠长度极短且叉指长度差异较大的指条，难以控制工艺精度，易造成器件实际测试结果与设计需求偏差较大。
8.此外，tc-saw没有设置假指或是没有在假指上设置piston，因叉指电极末端的电场梯度变化以及末端声速突变导致电极末端产生除瑞利波以外的其它模态的声波(如sh模态、love模态、transverse模态等模态的声波)，它们都会带走能量进而引起器件的q值偏低或插入损耗偏高，最终导致器件性能恶化。
9.本发明的目的在于提供一种包含假指和piston结构的tc-saw器件及其制造方法，能抑制或消除杂波，以使得滤波器呈活塞模式(即、声孔隙区域的声学模型的振幅几乎为恒定)运行，从而抑制杂波，并提高tc-saw滤波器的性能。
10.解决技术问题所采用的技术方案
11.本发明的一个实施方式所涉及的tc-saw器件的特征在于，包括：衬底层；形成在所述衬底层上的叉指电极；形成在所述叉指电极上的活塞部；连接所述叉指电极的汇流条；以及覆盖所述叉指电极、所述活塞部和所述汇流条的温度补偿层，其中，所述叉指电极包含作为真指的第1电极和作为假指的第2电极，所述第1电极和所述第2电极在垂直于所述汇流条的方向上隔开间隙相向地配置，在平行于所述汇流条的方向上隔开间隔交错地配置，由所述第1电极构成的第1电极组以及由所述第2电极构成的第2电极组在所述衬底层上分别构成叉指结构，所述活塞部形成在所述第1电极的末端，并且形成在所述汇流条的与所述第1电极相连接的部位处，位于同一所述汇流条上的所述第1电极的末端的所述活塞部彼此是平齐的，位于同一所述汇流条上的所述活塞部彼此也是平齐的。
12.此外，本发明的另一个实施方式所涉及的tc-saw器件的特征在于，包括：衬底层；形成在所述衬底层上的叉指电极；形成在所述叉指电极上的活塞部；连接所述叉指电极的汇流条；以及覆盖所述叉指电极、所述活塞部和所述汇流条的温度补偿层，其中，所述叉指电极包含作为真指的第1电极和作为假指的第2电极，所述第1电极和所述第2电极在垂直于所述汇流条的方向上隔开间隙相向地配置，在平行于所述汇流条的方向上隔开间隔交错地配置，由所述第1电极构成的第1电极组以及由所述第2电极构成的第2电极组在所述衬底层上分别构成叉指结构，所述活塞部形成在所述第1电极的末端，并且形成在所述汇流条的与所述第2电极相连接的部位处，位于同一所述汇流条上的所述第1电极的末端的所述活塞部彼此是平齐的，位于同一所述汇流条上的所述活塞部彼此也是平齐的。
13.此外，本发明的一个实施方式所涉及的tc-saw器件的制造方法的特征在于，包括以下步骤：形成单层结构或多层结构的衬底层；通过光刻胶图形化、蒸发镀膜、剥离的工艺，在所述衬底层上形成叉指电极图案；通过光刻胶图形化、蒸发镀膜、剥离的工艺，在所述叉指电极上形成活塞部图案；通过溅射镀膜或化学气相沉积，在所述衬底层上的所述叉指电极和所述活塞部上形成温度补偿层；采用化学机械抛光工艺将所述温度补偿层的表面研磨成平坦的表面；以及通过光刻、干法刻蚀、蒸发镀膜与剥离的工艺来制造用于连接的引线。
14.发明效果
15.根据本发明所涉及的tc-saw器件及其制造方法，其设置有假指和piston，设置有piston的部分都会使得该区域的声速下降，相当于调节了中心区域外部的声速。凭借该设置可以缓和叉指电极与声孔隙区域和边界的声速突变的状况，从而削弱或抑制了瑞利波以外的其它模态(特别是sh模态)的声模，进而使器件以活塞模式运行以提高器件性能。该情况下，能抑制杂波，并提高tc-saw滤波器的性能。此外，由于在设计上所有piston的尺寸大小都是一致的，因而在工艺上容易控制精度，从而不易造成设计需求与实测结果偏差过大的情况。
附图说明
16.图1是本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的俯视图。
17.图2是本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的沿图1的x-x方向的剖视图。
18.图3是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的piston的配置的俯视图。
19.图4是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的效果的图。
20.图5是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的衬底层和叉指电极的沿图1的
x-x方向的剖视图。
21.图6是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的衬底层、叉指电极和piston的沿图1的x-x方向的剖视图。
22.图7是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的piston的排列的俯视图。
23.图8是示出本发明所涉及的tc-saw器件的温度补偿层的沿图1的x-x方向的剖视图。
24.图9是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的研磨后的温度补偿层在图1的x-x方向上的剖视图。
25.图10是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的引线的俯视图。
26.图11是本发明实施方式2所涉及的tc-saw器件的俯视图。
27.图12是本发明实施方式3所涉及的tc-saw器件的俯视图。
28.图13是本发明实施方式4所涉及的tc-saw器件的俯视图。
29.图14是本发明实施方式5所涉及的tc-saw器件的俯视图。
具体实施方式
30.以下，参照附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
31.【实施方式1】
32.图1是示出本发明实施方式1所涉及的具有piston结构的tc-saw器件100的俯视图。
33.图1中，俯视图示出主要应用于tc-saw的saw滤波器和/或谐振器结构的一部分，谐振器是滤波器的一部分，多个谐振器可以通过电路连接形成滤波器。
34.图2是本发明实施方式1所涉及的具有piston结构的tc-saw器件100的x-x方向剖视图。图3是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的piston的配置的俯视图。
35.结合图1-图3可知，tc-saw器件100包括衬底层101、叉指电极102、piston(即、“活塞部”)103、温度补偿层104、汇流条105和间隙107。
36.具体而言，衬底层101设置在最下方，在其上方设置有叉指电极102。其中，衬底层可选取lt(钽酸锂)、ln(铌酸锂)、aln(氮化铝)、pzt、zno等压电材料，衬底层可以是单层结构，也可以是通过多层堆叠而得到的多层结构。
37.图1中所示的真指(即、第1电极)108和假指(即、第2电极)106为叉指电极，它们均为金属电极。以下，有时也将它们统称为“叉指电极102”。另外，将由真指(第1电极)108构成的电极组称为“第1电极组”，将由假指(第2电极)106构成的电极组称为“第2电极组”。以下，有时也将它们统称为“叉指电极组”。
38.真指(第1电极)108和假指(第2电极)106在垂直于汇流条105的方向上隔开间隙107相向地配置，在平行于汇流条105的方向上隔开间隔交错地配置。由真指(第1电极)108构成的电极组(第1电极组)和由假指(第2电极)106构成的电极组(第2电极组)在衬底层101上分别构成叉指结构(即、形成像两只手的手指相互交叉的形状)。
39.叉指电极可以是ti、al、cu、cr、au、pt、ag、pd、ni等金属或合金、或是由上述金属和/或合金组合而成的层叠体。电极结构优选为层叠体，自下而上第一层为ti或ni，第二层为al或pt，目的在于增强电极与压电晶体的结合力从而提高器件耐功率性，并获得导电性
良好的电极层叠体。层叠体总厚度优选为0.1-0.6μm。
40.汇流条105连接各叉指电极102，形成完整的叉指结构。
41.在真指(第1电极)108上设置有piston(即、“活塞部”)103，并且在汇流条105的与真指(第1电极)108和假指(第2电极)106相连接的部位处设置有piston(活塞部)103。piston(活塞部)103作为质量负载层发挥作用。piston 103可以是金属，例如可以是ti、al、cu、cr、au、pt、ag、pd、ni等金属或合金、或是由上述金属和/或合金组合而成的层叠体，也可以是高分子化合物，其中，优选为是质量密度较大的金属或合金。
42.如图1所示，俯视时，piston 103分布在真指108(即、真指的前端)的末端部位处，并且分布在汇流条105的与真指108和106相连接的部位处。
43.如图3的左侧所示所示，piston 103可以完全投影在叉指电极内，或者如图3的右侧所示，piston 103也可以是至少一边(图3中为三边)与叉指电极的边界相重合。同一汇流条105上的真指108末端(即、真指的前端)的piston 103是平齐的，并且，同一汇流条105上的piston 103也是平齐的。另外，图1-图3中各个piston 103的尺寸大小都是一致的，他们在叉指电极102上的设置位置也相同，但它们的大小也可以不同。
44.此外，如图2和图3所示，各个piston 103的厚度(层叠厚度、高度)也相同。另外，虽然附图中所示出的piston的形状均为方形，但其形状可以为任意形状(例如圆形、菱形、矩形等)。
45.另外，图中示出了汇流条105的边缘区域(即、与真指108和假指106相连接的区域)的piston为单排，但并不限于此，也可以是多排的阵列分布。
46.间隙107表示真指108与假指106之间的距离，通常情况下，各个真指108与假指106之间的间隙107均为相同。
47.通过对tc-saw器件100设置假指106，并在真指108的末端、以及汇流条105的与真指108和假指106相连接的区域(边缘区域)处设置piston 103，从而可以改变中心区域外部的声速，使得器件所激励的机械波在中心区域的振幅几乎恒定不变，中心区域外部的机械波呈指数形式衰减，器件最终以活塞模式运行。凭借该设置可以缓和叉指电极与声孔隙区域和边界的声速突变的状况，从而削弱或抑制了其它模态的声模，进而使器件以活塞模式运行以提高器件性能。此外，在设计上优选所有piston 103的尺寸大小都是一致的，在工艺上容易控制精度，从而不易造成设计需求与实测结果偏差过大的情况。
48.图4是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件100的效果的图。
49.图4是借助comsol仿真软件完成的导纳曲线图，示出现有技术(没有假指，没有piston)与本发明之间的对比的曲线图。
50.根据仿真得到的曲线可以清晰地发现未设有假指和piston的现有技术的曲线存在非常明显的杂波(如圆圈所示)，与此相对，本发明中，仅存在一处非常细微的杂波，其对杂波的抑制效果非常好。
51.接下来，参照图5-图7来说明本发明所涉及的tc-saw器件100的制造方法。
52.(1)图5是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的衬底层101和叉指电极102的沿图1的x-x方向的剖视图。
53.图5中，制造衬底层101。衬底层101设置在最下方，可选取lt(钽酸锂)、ln(铌酸锂)、aln(氮化铝)、pzt、zno等压电材料来制造，衬底层可以构成为单层结构，也可以构成为
通过多层堆叠而得到的多层结构。
54.(2)如图5所示，在衬底层101上，通过光刻胶图形化
→
蒸发镀膜
→
剥离的工艺来制造图形化的叉指电极102(即、形成叉指电极图案)。叉指电极可以是ti、al、cu、cr、au、pt、ag、pd、ni等金属或合金、或是由上述金属和/或合金组合而成的层叠体。电极结构优选为层叠体，自下而上第一层为ti或ni，第二层为al或pt，层叠体总厚度优选为0.1-0.6μm。此外，通过汇流条105将各叉指电极102(即、真指108和假指106)连接起来，由此来构成叉指电极组。
55.(3)图6是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件的衬底层101、叉指电极102和piston 103的沿图1的x-x方向的剖视图。
56.图6中，在叉指电极102上制造图形化的piston 103(即、形成piston图案)。piston 103可以是金属，例如可以是ti、al、cu、cr、au、pt、ag、pd、ni等金属或合金、或是由上述金属和/或合金组合而成的层叠体，也可以是高分子化合物。与叉指电极102的制造方法同样地，通过光刻胶图形化
→
蒸发镀膜
→
剥离的工艺来制造piston图案103。
57.图7是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件100的piston 103的排列的俯视图。
58.如图7所示，俯视时，将各个piston图案103形成为尺寸相同，使它们完全投影在叉指电极102内(也可以至少一边与叉指电极102的边界相重合)。此外，如图7所示，俯视时，同一汇流条105上的真指108末端(即、真指的前端)的piston 103是平齐的，并且，同一汇流条105(汇流条105与真指108和假指106相连接的部位)上的piston 103也是平齐的。此外，如图6所示，各个piston 103的厚度(层叠厚度、高度)也相同。
59.(4)图8是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件100的温度补偿层104的沿图1的x-x方向的剖视图。
60.在衬底层101上的叉指电极组和piston 103上设置温度补偿层104，其中，温度补偿层优选使用sio2,可以通过溅射镀膜或化学气相沉积来生长，其生长厚度为1-3μm。
61.(5)图9是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件100的研磨后的温度补偿层104在图1的x-x方向上的剖视图。
62.如图9所示，采用cmp(化学机械抛光)工艺将sio2表面研磨成平坦的表面。
63.(6)图10是示出本发明实施方式1所涉及的tc-saw器件100的引线109的俯视图。
64.引线(连接线)可以通过光刻、干法刻蚀、蒸发镀膜与剥离工艺来制造。通过引线(连接线)可以使谐振器电连接而形成滤波器，优选采用高电导率的金属，如au/ag/cu/ag等。其厚度优选为0.5-2.5μm。
65.通过上述(1)至(6)的步骤，最终形成本发明所涉及的tc-saw器件100。
66.如图7所示，如果将本发明所涉及的tc-saw器件的波长设为λ，则汇流条105上的piston 103的中心间距(即、图7中的区域i i中的piston 103的中心间距)为0.5λ，具体而言，可以视为真指108与假指106之间的中心间距。
67.【实施方式2】
68.图11是本发明实施方式2所涉及的tc-saw器件200的俯视图。
69.如图11所示，与实施方式1所涉及的tc-saw器件100的不同点在于，汇流条105的与假指106相连接的部位处并未设有piston 103，其它结构与实施方式1相同。
70.通过对tc-saw器件200设置假指106，并在真指108的末端、以及汇流条105的与真指108相连接的部位处设置piston 103，从而可以改变中心区域外部的声速，使得器件所激励的机械波在中心区域的振幅几乎恒定不变，中心区域外部的机械波呈指数形式衰减，器件最终以活塞模式运行。凭借该设置可以缓和叉指电极与声孔隙区域和边界的声速突变的状况，从而削弱或抑制了其它模态的声模，进而使器件以活塞模式运行以提高器件性能。此外，在设计上优选所有piston 103的尺寸大小都是一致的，在工艺上容易控制精度，从而不易造成设计需求与实测结果偏差过大的情况。
71.如果将本发明所涉及的tc-saw器件的波长设为λ，则汇流条105上的piston 103的中心间距(即、图7中的区域ii中的piston 103的中心间距)为λ。
72.【实施方式3】
73.图12是本发明实施方式3所涉及的tc-saw器件300的俯视图。
74.如图12所示，与实施方式2所涉及的tc-saw器件200的不同点在于，在假指106的末端还设有piston 103，其它结构与实施方式2相同。
75.通过对tc-saw器件300设置假指106，并在真指108和假指106的末端、以及汇流条105的与真指108相连接的部位处设置piston 103，从而可以改变中心区域外部的声速，使得器件所激励的机械波在中心区域的振幅几乎恒定不变，中心区域外部的机械波呈指数形式衰减，器件最终以活塞模式运行。凭借该设置可以缓和叉指电极与声孔隙区域和边界的声速突变的状况，从而削弱或抑制了其它模态的声模，进而使器件以活塞模式运行以提高器件性能。此外，在设计上优选所有piston 103的尺寸大小都是一致的，在工艺上容易控制精度，从而不易造成设计需求与实测结果偏差过大的情况。
76.如果将本发明所涉及的tc-saw器件的波长设为λ，则汇流条105上的piston 103的中心间距(即、图7中的区域ii中的piston 103的中心间距)为λ。
77.【实施方式4】
78.图13是本发明实施方式4所涉及的tc-saw器件400的俯视图。
79.如图13所示，与实施方式1所涉及的tc-saw器件100的不同点在于，汇流条105的与真指108相连接的部位处并未设有piston 103，其它结构与实施方式1相同。
80.通过对tc-saw器件400设置假指106，并在真指108的末端、以及汇流条105的与假指106相连接的部位处设置piston 103，从而可以改变中心区域外部的声速，使得器件所激励的机械波在中心区域的振幅几乎恒定不变，中心区域外部的机械波呈指数形式衰减，器件最终以活塞模式运行。凭借该设置可以缓和叉指电极与声孔隙区域和边界的声速突变的状况，从而削弱或抑制了其它模态的声模，进而使器件以活塞模式运行以提高器件性能。此外，在设计上优选所有piston 103的尺寸大小都是一致的，在工艺上容易控制精度，从而不易造成设计需求与实测结果偏差过大的情况。
81.如果将本发明所涉及的tc-saw器件的波长设为λ，则汇流条105上的piston 103的中心间距(即、图7中的区域ii中的piston 103的中心间距)为λ。
82.【实施方式5】
83.图14是本发明实施方式5所涉及的tc-saw器件500的俯视图。
84.如图14所示，与实施方式4所涉及的tc-saw器件400的不同点在于，在真指108的靠近汇流条105的部位处还设有piston 103，其它结构与实施方式4相同。
85.通过对tc-saw器件500设置假指106，并在真指108的末端、真指108的靠近汇流条105的部位处、以及汇流条105的与假指106相连接的部位处设置piston 103，从而可以改变中心区域外部的声速，使得器件所激励的机械波在中心区域的振幅几乎恒定不变，中心区域外部的机械波呈指数形式衰减，器件最终以活塞模式运行。凭借该设置可以缓和叉指电极与声孔隙区域和边界的声速突变的状况，从而削弱或抑制了其它模态的声模，进而使器件以活塞模式运行以提高器件性能。此外，在设计上优选所有piston 103的尺寸大小都是一致的，在工艺上容易控制精度，从而不易造成设计需求与实测结果偏差过大的情况。
86.如果将本发明所涉及的tc-saw器件的波长设为λ，则汇流条105上的piston 103的中心间距(即、图7中的区域ii中的piston 103的中心间距)为λ。
87.本技术虽然记载了各种示例性的实施方式，但在实施方式中所记载的各种特征、形态、和功能并不限于应用于特定的实施方式，也能够单独地或进行各种组合来应用于实施方式。其中，所有附图仅为示意图，不代表器件实际尺寸或尺寸，但所有附图同种颜色代表同一膜层或材料。
88.未例示的无数变形例设想为也在本技术所公开的技术范围内。例如，设为也包含对至少1个结构要素进行变形的情况、进行追加的情况或者进行省略的情况。
89.工业上的实用性
90.本发明适用于各类通讯设备、数据传输设备、视听设备、无线局域网、wifi和定位导航设备等产品中所使用的tc-saw滤波器。
91.标号说明
92.100、200、300、400、500 tc-saw器件
93.101 衬底层
94.102 叉指电极
95.103 piston(活塞部)
96.104 温度补偿层
97.105 汇流条
98.106 真指
99.107 间隙
100.108 假指
101.109 引线。