专利名称：Fbar带通滤波器和具有该滤波器的双工器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜体声波谐振器(Film Bulk AcousticResonator)(以下称为“FBAR”)带通滤波器和具有该滤波器的双工器及其制造方法，更具体地，涉及一种通过采用微机电系统(MEMS)技术，能够容易地在单个芯片上实现的FBAR带通滤波器和具有FBAR带通滤波器的双工器及其制造方法。
背景技术：
通常，双工器(duplexer)是指一种执行以下功能的设备分离并传输来自移动通信设备的多个射频的发送频率和接收频率，并从混有杂音的多个频率中只选择所需的频率。双工器被连接到移动通信设备的天线下侧，以便分离发送频率和接收频率，在发送信号和接收信号期间只通过必要的频率并消除不必要的频率。最近，移动通信设备的高性能化及小型化是总的趋势，此外，还很快开发了能够执行双波段型移动通信设备或三波段型移动通信设备的多模移动通信设备。目前，根据移动通信设备的轻型化及超薄化发展趋势，通常使用SAW双工器。
上述SAW双工器已在Andreas Bergmann等的美国专利第6,313,715号中予以说明。
图1示出了在上述美国专利中公开的SAW双工器的示意方框图。
参考图1，SAW双工器10包括发送SAW滤波器15、接收SAW滤波器20、发送电容器25和电感器35组成。尽管电容器25与发送SAW滤波器15串联，电容器25还可连接到接收SAW滤波器20，而电感器35通常与从天线30分出的信号线相连。
上述SAW双工器10根据接收信号的频率，通过发送SAW滤波器15，将来自系统的信号发送给天线30，或执行以下功能通过接收SAW滤波器20，将从天线30接收的信号发送给系统。
如在Ryouichi Takayama等的美国专利第6,297,580中所公开的，发送SAW和接收SAW滤波器15和20具有由基板上的单个或多个电极形成的结构，所述基板由压电材料构成，由于其尺寸较小且较轻，这些SAW滤波器15和20最近得到广泛使用。
目前，码分多址(以下称作CDMA)终端、数据卡等实质上均具有双工器，用于分离来自单个天线的发送和接收信号。如上述CDMA型终端相似，在频分双工器(FDD)型的移动通信设备中使用的双工器包括利用高价陶瓷外壳封装的SAW带通滤波器。
然而，如果使用SAW带通滤波器，必然会加大双工器的尺寸，从而很难在单个芯片上安装所有配件，而这些问题在今后移动通信设备的高性能化及小型化发展趋势中将成为一大障碍。例如，在目前使用的个人通信服务(PCS)终端采用具有大约1850～1880MHz和大约1880～1910MHz频率波段的两个SAW滤波器的双工器。为此，由于至少需要大约5×12mm以上面积的基板，这一问题也是移动通信设备小型化中的障碍。
此外，在采用SAW滤波器的双工器中，由于增大芯片的尺寸且封装用的陶瓷价格非常昂贵，从而导致SAW双工器的制造成本上升。此外，由于对没有必要用陶瓷外壳进行封装的阻抗匹配网络(IMN)也与SAW滤波器一起进行封装，导致难以制造SAW双工器，并使制造成本上升。
与其相比，FBAR滤波器可进行低成本的商业生产，并能将其上形成了包括FBAR滤波器的双工器的基板的尺寸减小到大约3×3mm以下。此外，由于在微频率波段中也能使用FBAR滤波器并且具有在PCS波段和数字蜂窝系统(DSC)频率也能使用的优点，目前研究并开发了包括FBAR滤波器的双工器。FBAR是使用以下原理的一种器件如果压电材料将电能施加到位于其之间的电极，保持压电层内根据时间变化的电场，并根据上述电场，发生体声波(bulk acoustic wave)。
图2示出了常规FBAR滤波器的示意截面图。
参考图2，常规FBAR滤波器具有在半导体基板55上依次层压下部电极层60、压电层65和上部电极层70的结构。
在上述FBAR滤波器50中，通过溅射法例如氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等压电材料来层压形成压电层65，然后，将具有根据压电层65的压电特性引起谐振的薄膜结构的器件用作滤波器。
在Pasi Tikka等的美国专利第6,407,649号中提出了一种包括FBAR带通滤波器的双工器。
图3示出了在上述美国专利中公开的包括FBAR带通滤波器的双工器的截面图。
如图3所示，常规FBAR双工器100由设在基板105上的接收滤波器130和发送滤波器135组成。发送和接收滤波器130和135中分别具有串行谐振器110和115以及分流谐振器120和125。上述串行谐振器110和115以及分流谐振器120和125分别包括下部电极145、压电层150和上部电极155，而这些结构分别形成在具有电感器和电容器的下部结构140上，在各个分裂谐振器120和125的上部电极155上，还可附加地形成分流调谐器160，而在发送滤波器135的串行谐振器115的上部电极155和分流谐振器125的分流调谐器160上，附加地形成了发送调谐层165。
然而，根据上述美国专利的双工器，由于通过以单个器件的形成来制造发送FBAR滤波器、接收FBAR滤波器和芯片型电感器并将这些结构封装在基板上，以此制造双工器模块，因此在缩小双工器模块尺寸方面具有很大的限度。此外，由于还需要分离地制造并集成发送FBAR滤波器和接收FBAR滤波器、电感器和电容器等，需要更多的时间和更高的成本来制造双工器。
发明内容
因此，本发明旨在解决常规双工器中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种具有低成本制造的FBAR带通滤波器的双工器，同时通过在单个基板上容易地设置移位器、电感器和FBAR滤波器等，能够缩小其模块尺寸。
本发明的另一目的是提供一种制造双工器的方法，尤其适于一种具有低成本制造的FBAR带通滤波器的双工器，同时通过在单个基板上容易地设置移位器、电感器和FBAR滤波器等，能够缩小其模块尺寸。
本发明的另一个目的是提供一种可与电感器集成在一个基板上或与其分离设置的发送FBAR带通滤波器或接收FBAR带通滤波器。
本发明的另一目的是，提供制造FBAR带通滤波器的方法，尤其适于可与电感器集成在一个基板上或与其分离设置的发送FBAR带通滤波器或接收FBAR带通滤波器。
为了实现本发明的目的，提供了一种移动通信设备的双工器，包括形成在基板的上部的发送带通滤波器，具有彼此电连接的至少两个FBAR；形成在基板的另一侧上的接收带通滤波器，具有彼此电连接的至少两个FBAR；与发送带通滤波器和接收带通滤波器电连接的页移位器(page shifter)。每一个FBAR包括下部电极、压电层和上部电极，下部电极和上部电极包括从铝、金、铂、钨、钼、钽、铂-钽、钛和铂-钛的组选择的之一，而压电层包括从PZT、PLZT、PMN、PMN-PT、PZN、PZN-PT、氮化铝和氧化锌的组中选择的之一。页移位器包括电感器和电容器。
为了实现本发明的另一目的，本发明提供了一种用于移动通信设备的双工器的制造方法，包括步骤a)在基板上形成多个凹槽(reccess)；b)在上述基板上形成绝缘层；c)形成用于填充上述凹槽的多个填充层；d)在上述填充层和基板上形成隔膜；e)在上述隔膜的上部，形成具有彼此电连接的至少两个FBAR和至少一个电感器的发送信通滤波器；f)在上述隔膜的另一个上部，形成具有彼此电连接的至少两个FBAR和至少一个电感器的接收带通滤波器；g)在隔膜上的发送和接收带通滤波器之间，形成包括电连接到发送和接收带通滤波器的至少一个电感器和电容器的页移位器；以及h)去除上述填充层。
此外，为了实现本发明的另一目的，本发明提供了一种FBAR带通滤波器，包括基板、形成在上述基板一侧上部的至少两个FBAR、形成在基板的一侧上部并与FBAR电连接的至少一个电感器。分别在FBAR和上述基板的一侧之间至少设有一个空腔，每一个FBAR包括下部电极、形成在该下部电极上部的压电层和形成在该压电层上部的上部电极，第一空腔形成在下部电极的一侧和上述基板之间，而第二空腔形成在下部电极的另一侧和上述基板之间。
此外，为了实现本发明的另一目的，本发明提供了一种FBAR带通滤波器的制造方法，包括步骤a)在基板的一侧上部形成至少两个凹槽；b)在上述基板上形成绝缘层；c)形成用于填充上述凹槽的填充层；d)在上述填充层和绝缘层上形成隔膜；e)在上述隔膜的一侧上部形成至少两个FBAR；f)在隔膜上形成与上述FBAR相邻并与上述FBAR电连接的至少一个电感器。上述基板包括从硅、高电阻硅、镓-砷、玻璃和陶瓷的组中选择的之一，而上述绝缘层包括从硅氧化物、氮化硅、氧化锌和氮化铝的组中选择的之一。上述填充层包括从多晶硅、磷-硅酸盐玻璃(PSG)、氧化锌和聚合物的组中选择的之一，而上述隔膜包括低温氧化物、氮化硅、氧化锌和氮化铝。
步骤e)包括步骤1)在上述隔膜的一侧上部形成第一下部电极；2)在上述下部电极上形成压电层；3)在上述压电层上形成第一上部电极；以及4)去除上述填充层。
根据本发明，FBAR带通滤波器是在大约1～15GHz高频率的接收期间，执行提取特定频率、去除特定噪音并以提高音质的重要组件，并且通过半导体工艺制造，与传统表面声波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器相比，能够形成尺寸小于十分之一到百分之一并且更轻的FBAR带通滤波器。即，由于可以容易地将发送和接收带通滤波器和电感器集成在一个芯片上，能提供具有最小尺寸的双工器，以符合对于移动通信设备的各种小型化和轻型化的需求。此外，与常规SAW带通滤波器相比，能够以明显减小的尺寸形成发送和接收带通滤波器，并具有低插入损耗和低功率消耗等优点。据此，能够容易地实现接口设计和终端操作程序，并能将在移动通信设备内安装双工器的电路板的区域减少到大约80％。此外，由于通过MEMS工艺，能够容易地在单个基板上制造根据本发明的包括发送带通滤波器和接收带通滤波器的双工器，因此显著地减小了双工器的制造成本和制造时间。
图1是示出了常规双工器的示意方框图；图2是示出了常规FBAR滤波器的示意截面图；图3是示出了常规FBAR双工器的截面图；图4是示出了根据本发明的实施例，包括FBAR的带通滤波器的结构的截面图；图5A到图5I是示出了图4中的带通滤波器的制造工艺的截面图；图6是示出了根据本发明的另一实施例，具有多个FBAR和电感器的发送带通滤波器的平面图；图7是示出了根据本发明的另一实施例，具有多个FBAR和电感器的接收带通滤波器的平面图；图8是示出了根据本发明的另一实施例，由图6和图7中的发送带通滤波器和接收带通滤波器组成的双工器的平面图；图9和图10分别是示出了根据本发明的发送带通滤波器和接收带通滤波器的结构的示意图；以及图11是在示出了根据本发明的另一实施例的双工器的结构的示意图。
具体实施例方式
下面将参照附图，对本发明优选实施例的FBAR带通滤波器、包括FBAR带通滤波器的双工器及其制造工艺进行详细说明，但本领域的技术人员能够理解的是，本发明并不局限于这些实施例。
图4是示出了根据本发明的优选实施例的包括FBAR的带通滤波器的结构的截面图。
参考图4，根据本实施例的发送或接收FBAR带通滤波器150包括基板205、形成在基板205上的绝缘层210、通过插入第一和第二空腔形成在绝缘层上的隔膜210、形成在隔膜210一侧上部的FBAR 220以及形成在隔膜210的另一侧上部的电感器250组成。即，根据本实施例，在基板205上，将FBAR 220、电感器250和电容器270集成为一体。
上述基板210由硅(Si)、高电阻硅(HRS)、镓-砷(Ge-As)、玻璃或陶瓷等材料制成，其中绝缘层210由氧化锌(ZnO)、氮化硅(SiXNY)或氮化铝(AlN)等材料制成。
在设置在上述基板210上端的FBAR 220的下部，形成了具有预定尺寸的第一和第二空腔240和245，并且通过插入第一和第二空腔240和245，在上述绝缘层210的上端形成了包括氧化硅、氧化锌或例如氮化硅和氮化铝的氮化物的隔膜215。
FBAR 220被设置其上设置了第一和第二空腔240和245的隔膜215的一侧上部。FBAR 220包括形成在在隔膜215上的第一下部电极225、形成在第一下部电极225上的压电层230和形成在压电层230的第一上部的上部电极235。
将由例如铝(Au)、金(Au)、铂(Pt)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、铂-钽(Pt-Ta)、钛(Ti)或铂-钛(Pt-Ti)的具有较高导电率的金属制成的第一下部电极225分为围绕第一和第二空腔240和245两部分，其一端位于第一和第二空腔240和245的上部，而另一端与隔膜215相连。
由氮化铝(AlN)或氧化锌(ZnO)制成的压电层230形成在下部电极225上，其面积小于下部电极225的面积。通过向下部电极225施加信号，当在第一下部电极225和第一上部电极235之间的电场根据时间变化时，上述压电层230生成体声波。
第一上部电极235形成在压电层230的上部侧，其面积小于压电层230的面积，并与第一下部电极235一样，由例如铝(Au)、金(Au)、铂(Pt)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、铂-钽(Pt-Ta)、钛(Ti)或铂-钛(Pt-Ti)的具有较高导电率的金属制成。
设置在隔膜215的另一侧端部以便与电感器250相邻的电容器270包括第二下部电极275、介电层280和第二上部电极285。由例如铝、铂、钽、铂-钽、钛或铂-钛的具有较高导电率的金属制成的金属电线260从电容器270延伸，并通过电感器250电连接到FBAR 220的第一下部电极225。此时，电线260以插入空气间隙(air gap)290的形式被连接到电感器250的金属电线255，还可以按照嵌入在基板210上的形式将其与电感器250相连。
发送或接收FBAR带通滤波器200包括至少两个FBAR 220或至少两个的FBAR 220以及至少一个电感器250。FBAR带通滤波器200可以只包括FBAR 220，通过添加电感器250，还可以在发送终端或接收终端的波段中得到适当的衰减(damping)。然而，由于当充分减少时无需附加的电感器250，可以仅利用FBAR 220来构成带通滤波器200。
下面将参照附图，对根据本发明实施例中的发送或接收带通滤波器200的制造方法进行详细说明。
图5A到图5I是示出了图4所示带通滤波器的制造工艺的截面图。在图5A到图5G中，对与图4相同的组件采用了相同的参考数字。
参考图5A，设置了包括例如硅、高电阻硅(HRS)晶片、镓-砷(Ge-As)等化合物半导体、玻璃或陶瓷的基板200，通过利用光刻(photolithography)，以预定深度蚀刻基板200的端部，以便彼此相邻地形成第一和第二凹槽300和305，从而形成第一和第二空腔240和245。
如图5B所示，在形成第一和第二凹槽300和305的基板200上，通过利用化学气相沉积(CVD)技术，以大约1000～10μm的厚度沉积氧化硅，以形成绝缘层210。此外，还可以利用化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced CVD；PECVD)技术或溅射技术，通过沉积氮化硅、氧化锌或氮化铝来形成绝缘层210。此时，由于将绝缘层210形成在包括第一和第二凹槽300和305的基板200上，形成了具有第一和第二凹槽300、和305相对应的开口的绝缘层210。
之后，为了在绝缘层210上形成第一和第二空腔240和245，将层积1000～10μm厚度的牺牲层(sacrifice layer)310。可利用化学气相沉积(CVD)技术、溅射技术或旋转涂层(spin coating)技术，通过沉积多晶硅(poly-silicon)、磷-硅酸盐玻璃(phosphor-silicate glass；PSG)、氧化锌或聚合物来形成牺牲层310。如果由磷-硅酸盐玻璃或多晶硅形成牺牲层310，可通过化学气相沉积技术形成牺牲层310。此外。如果使用氧化锌，则利用溅射技术形成牺牲层310，而如果牺牲层310包括聚合物，利用旋转涂层技术形成牺牲层310。
参考图5C，利用光刻技术，通过形成牺牲层310的图案以使只在第一和第二凹槽300、305的上部保留牺牲层310，在第一和第二凹槽300和305周围的绝缘层210上形成牺牲图案315。此时，牺牲层图案315填充与基板200的第一和第二凹槽300和305相对应的开口。
参考图5D，通过利用化学机械磨制(Chemical Mechanical Polishing)的研磨牺牲图案或利用深腐蚀(etch back)技术蚀刻牺牲图案315，形成用于填充绝缘层210的开口的第一和第二填充层320和325。据此，利用绝缘层210和第一填充层320填充第一凹槽300，并利用绝缘层210和第二填充层325填充第二凹槽305。当去除第一和第二填充层320、325之后，形成第一和第二空腔240和245。
参考图5E，在第一和第二填充层320和325和绝缘层210上依次形成隔膜215和第一金属层(未图示)。
利用低压化学气相沉积技术、等离子体增强化学气相沉积技术、等离子体化学相沉积技术或溅射技术，通过沉积氧化硅、氮化硅、氧化锌或氮化铝，以1000～10μm的厚度形成隔膜215。如果隔膜215包括氧化硅或氮化硅，利用低压化学气相沉积技术或等离子体增强化学相沉积技术形成隔膜215，如果隔膜215包括氧化锌或氮化铝，则通过溅射形成形成隔膜215。
利用溅射法或真空气相沉积技术，通过沉积铝、金、铂、钨、钼、钽、铂-钽、钛或铂-钛的高导电率的金属，以1000～10μm的厚度形成第一金属层。
接下来，通过利用光刻工艺形成第一金属层的图案，在隔膜215的一端形成第一下部电极225，同时在隔膜215的另一端形成第二下部电极275。将第一下部电极225分离为第一和第二填充层320和325两部分。即，将第一下部电极225的一部分形成于设置有第一填充层320的隔膜215上，而将第一下部电极225的其余部分形成于设置有第二填充层325的隔膜215上。以预定间隙分隔第一下部电极225的一部分和其余部分。
同时，在隔膜215的另一端形成第二下部电极275。在这种情况下，由于随后在第一和第二下部电极225和275之间形成电感器250的金属线255，考虑到金属线255宽度，以预定间隙分隔第一和第二下部电极225和275。第一下部电极225用作FBAR 220的下部电极，而第二下部电极275用作电容器的下部电极。
参考图5F，在形成了第一和第二下部电极225和275的隔膜215上，利用化学气相沉积法、溶凝胶(sol-gel)法、溅射法或旋转涂层法，以1000～10μm的厚度沉积例如PZT、PLZT、PMN、PMN-PT、PZN、PZN-PT、氮化铝或氧化锌的压电材料。
接下来，通过利用光刻工艺形成压电材料的图案，以在第一下部电极225上形成FBAR220的压电层230，同时还在第二下部电极275上形成电容器270的介电层280。在这种情况下，压电材料的相变形成压电层230，可利用快速热处理(Rapid Thermal Annealing；RTA)对压电层230进行热处理。
随后，利用溅射技术或真空气相沉积法，通过沉积例如铝、金、铂、钨、钼、钽、铂-钽、钛或铂-钛的相同金属，形成1000～10μm厚度的第二金属层(未图示)，然后通过形成第二金属层的图案，形成FBAR 220的第一上部电极235。据此，完成了包括第一下部电极225、压电层230和第一上部电极235的FBAR 220。
参考图5G，利用电镀技术，在FBAR 220和第二下部电极275之间的隔膜215上形成金属线255，同时在介电层280上形成第二上部电极285。金属线255和第二上部电极285由例如铝、金、铂、钨、钼、钽、铂-钽、钛或铂-钛的金属构成，并分别具有1000～10μm的厚度。在这种情况下，形成电容器270的第二上部电极285，其厚度大于FBAR220的第一上部电极235厚度。据此，同时形成具有金属线255的电感器250和具有第二下部电极275、介电层280和第二上部电极285的电容器270。根据本实施例，与电感器250的金属线255同时形成电容器270的第二上部电极285，并且独立于FBAR220的第一上部电极235。在本实施例中，由于形成电容器270的第二上部电极285，使其厚度大于FBAR220的第一上部电极235的厚度，通过截断压电层230的谐振，第二上部电极285用作普通电容器270。
参考图5H，在形成了电感器250的隔膜215上涂敷光阻层，然后通过形成涂敷的光阻层的图案，形成部分地暴露了电容器270的第二上部电极285、电感器250的金属线255和第一下部电极225的光阻图案(未图示)。
接下来，利用溅射技术或真空气相沉积技术，在暴露的电容器270的第二上部电极285、电感器250的金属线255、FBAR220的第一下部电极225和光阻图案上，以1000～10μm的厚度形成由例如铝、金、铂、钨、钼、钽、铂-钽、钛或铂-钛的金属构成成的第三金属层(未图示)。
然后，通过利用光刻工艺形成沉积的第三金属层的图案，去除用于彼此连接暴露电容器270的第二上部电极285、电感器250的金属线255和FBAR220的第一下部电极225的连接线260和光阻图案，然后，以空气桥(air bridge)或嵌入型的形式，在电感器250的上部形成的连接线260。此时，去除光阻图案，在光阻图案的位置上形成空气狭缝290。据此，页移位器的电容器270、电感器250和FBAR220将通过连接线260电连接。
参考图5I，通过去除隔膜215下部的第一和第二填充层320和325以及在FBAR220的下方形成第一和第二空腔240和245，完成了包括FBAR 220、电感器250和电容器270的发送或接收带通滤波器200。在这种情况下，如果第一和第二填充层320和325由多晶硅构成，可以利用氟化氙(XeF2)或氟化溴(BrF2)将其去除，如果第一和第二填充层320和325由磷-硅酸盐玻璃或氧化锌构成，可利用缓冲氧化蚀刻剂(BOE)或氟化氢(HF)将其去除。此外，如果上述第一和第二填充层320和325由聚合物组构成，可通过灰化(ashing)工艺或包括丙酮的有机溶剂将其去除。
图6示出了根据本发明的另一实施例，包括多个FBAR和电感器的发送带通滤波器的平面图。
参考图6，根据本发明该实施例的双工器的发送带通滤波器包括形成在基板355上并彼此电连接的第一到第6FBAR 361、362、363、364、365、366以及第一和第二电感器371和372。即，根据本实施例，通过彼此连接多个FBAR，构成一个发送带通滤波器350。按照其下部电极彼此接触，或通过在第一到第6FBAR 361、362、363、364、365、366之间分别形成的独立金属线，彼此电连接第一到第6FBAR 361、362、363、364、365、366。
根据本发明，双工器的发送或接收带通滤波器基本上由两个FBAR构成。例如，一个串行FBAR和一个分流FBAR的一个连接，便可形成带通滤波器。在这种情况下，串行FBAR和分流FBAR应具有彼此不同的谐振频率。这些FBAR之间谐振频率的差值表现为带通滤波器的频率波段。换句话说，上述带通滤波器基本上由两个FBAR组合而成，根据安装有上述带通滤波器的双工器的移动通信设备的条件，还可以通过组合各种组合的更多FBAR来构成带通滤波器。
再次参考图6，第一FBAR 361通过第一金属线381与第一电感器371电连接，而第二金属线382则电连接第6FBAR 366和第二电感器372。由于发送带通滤波器350在双工器的接收频率波段中的衰减非常小，第一和第二电感器371和372起到在根据移动通信设备所需的频率波段中增大衰减的作用。
根据本实施例，由于用于制造包括第一到第6FBAR 361、362、363、364、365、366和第一和第二电感器371和372的发送带通滤波器350的方法与图5A到图5I中带通滤波器的制造工艺完全相同，除了光刻工艺中形成图案之外，生率对于制造方法的说明。
图7示出了根据本发明的另一实施例，包括多个FBAR和电感器的接收带通滤波器的平面图。
参考图7，根据本实施例的双工器的接收带通滤波器400包括形成在基板405上并彼此电连接的第一到第五FBAR 411、412、413、414、415和第一到第五电感器421、422、423、424、425组成。第一到第五FBAR 411、412、413、414、415通过第一到第五金属线431、432、433、434、435彼此电连接。
图8是有图6和图7所示的发送和接收带通滤波器组成的双工器的平面图。如图8所示，对与图6和图7相同的组件采用了相同的参考数字。
根据本发明，双工器450由两个以上的FBAR带通滤波器350构成。将这些发送和接收FBAR带通滤波器350与天线相连，以构成双工器。为了将发送和接收带通滤波器与天线相连，需要包括电感器和电容器的页移位器595。此时，页移位器595用于去除发送端的带通滤波器和接收端的带通滤波器之间的干扰。通常，采用λ/4传输线或LC电路来构造页移位器595。然而，在采用λ/4传输线的情况下，由于传输线的长度过长，为了实现设备的小型化，利用由电感器591和电容器593构成的LC电路来构成本发明的页移位器595。
参考图8，双工器450由形成在基板460上部的发送带通滤波器350和形成在基板460的另一侧上部的接收带通滤波器400组成。发送带通滤波器350包括形成在基板460上并彼此电连接的第一到第6FBAR361、362、363、364、365、366和第一和第二电感器371和372，而接收带通滤波器400包括形成在基板405上并彼此电连接的第一到第五FBAR 411、412、413、414、415和第一到第五电感器421、422、423、424、425。
根据本发明，为了构成双工器450，需要至少4个具有不同谐振频率的FBAR。本发明采用负载效应(loading effect)，以使构成双工器450的每个FBAR具有不同的谐振频率。通过改变R-L-C的等价电路的电感来得到这种负载效应，以及单个FBAR谐振器的谐振频率。此时，由于电感根据FBAR的量而变化，利用脱膜(light-of)技术或电镀技术，通过电感，能够在基板460上形成具有良好导电率的金属。
图9和图10是示出了根据本发明的另一实施例，发送和接收带通滤波器的结构的示意图。
参考图9和图10，发送带通滤波器500包括彼此并联设置在基板上的第一到第四FBAR 511、512、513、514；设置在第一和第二FBAR511、512之间并与第一和第二FBAR 511、512正交的第五FBAR515；沿正交方向设置第三和第四FBAR513和514之间的第6FBAR516；与第五FBAR515相邻形成的第一电感器521；以及与第6FBAR 516相邻设置的第二电感器522。此时，第一到第6FBAR 511、512、513、514、515彼此电连接，第一和第二电感器521和522分别通过金属线彼此电连接。
同时，接收带通滤波器550包括彼此并联设置在基板上的第一到第三FBAR 561、562、563；沿正交方向设置在第一和第二FBAR 561、562之间的第四FBAR 564；沿正交方向设置在第二和第三FBAR 562和562之间的第五FBAR565；以及与第三FBAR563相邻设置的第一和第二电感器571和572。第一到第五FBAR 561、562、563、564、565彼此电连接，第一和第二电感器571和572以及第三FBAR 563通过金属线彼此电连接。
图11是示出了根据本发明的另一实施例的双工器的结构的示意图。
如图11所示，根据本实施例的双工器600包括以预定间隙分隔的发送和接收FBAR带通滤波器605和610；形成在发送和接收FBAR带通滤波器605和610之间的第一和第二电感器615和620；连接在第一和第二电感器615和620之间的电容器630；以及与发送或接收FBAR带通滤波器605和610中之一相邻的天线640。在图11所示的双工器制造方法中，由于除了将凹槽、各种金属层和压电层的图案形成为多个部分的工艺之外，根据本实施例的双工器的制造方法基本上与图5A到图5I所示的带通滤波器的制造方法相同，故省略其说明。
根据本发明，由于可以将发送和接收带通滤波器以及电感器集成到一个芯片上，响应对于各种移动通信设备的小型化和轻型化的需要，能够提供具有最小化尺寸的双工器。
此外，由于与常规SAW带通滤波器相比，能够以明显较小的尺寸来实现根据本发明的发送或接收带通滤波器，并具有低插入损耗和低功率消耗等优点。据此，能够容易地实现接口设计和终端操作程序，并且能够将在移动通信设备内安装双工器的电路板区域减少至大约80％。
此外，由于通过MEMS工艺，能够在单个基板上容易地制造根据本发明的、包括发送带通滤波器和接收带通滤波器的双工器，能够显著减小双工器的制造成本和制造时间。
尽管已经示出并说明了本发明的优选实施例，本领域的技术人员能够理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的原理和精神的前提下，可以对这些实施例进行多种改变。
权利要求
1.一种FBAR带通滤波器，包括基板；形成在基板一个上部的至少两个FBAR；以及形成在基板的所述上部并与FBAR电连接的至少一个电感器。
2.根据权利要求1所述的FBAR带通滤波器，其特征在于，在FBAR和基板的一侧之间分别设置空腔。
3.根据权利要求2所述的FBAR带通滤波器，其特征在于，所述FBAR的每一个包括分离的下部电极、形成在下部电极上的压电层以及形成在压电层上的上部电极，在下部电极的一侧和基板之间形成第一空腔，而在下部电极的另一侧和基板之间形成第二空腔。
4.根据权利要求1所述的FBAR带通滤波器，还包括用于将FBAR和电感器相连的连接线。
5.根据权利要求4所述的FBAR带通滤波器，其特征在于，按照在基板的另一侧的空气桥的形式或基板上嵌入的形式，形成所述连接线。
6.一种移动通信设备的双工器，包括形成在基板的上部并具有彼此电连接的至少两个FBAR的发送带通滤波器；形成在基板的另一侧并具有彼此电连接的至少两个FBAR的接收带通滤波器；以及与所述发送带通滤波器和接收带通滤波器相连的页移位器。
7.根据权利要求6所述的双工器，其特征在于，发送和接收带通滤波器中的每一个还包括与所述FBAR电连接的至少一个电感器。
8.根据权利要求6所述的双工器，其特征在于，页移位器还包括与发送和接收带通滤波器的FBAR电连接的电感器以及与电感器相邻设置的电容器。
9.根据权利要求7或8所述的双工器，其特征在于，电感器包括金属线，所述金属线由从铝、金、铂、钨、钼、钽、铂-钽、钛和铂-钛的组中选择的之一构成。
10.根据权利要求8所述的双工器，其特征在于，FBAR中的每一个包括下部电极、压电层和上部电极，下部电极和上部电极包括从铝、金、铂、钨、钼、钽、铂-钽、钛和铂-钛的组中选择的之一，压电层包括从PZT、PLZT、PMN、PMN-PT、PZN、PZN-PT、氮化铝和氧化锌的组中选择的之一。
11.根据权利要求10所述的双工器，其特征在于，电容器还包括下部电极、介电层和上部电极，以及还包括用于连接上述电容器、电感器和FBAR的连接线。
12.根据权利要求11所述的双工器，其特征在于，电容器的上部电极具有大于FBAR的上部电极的厚度。
13.一种制造FBAR带通滤波器的方法，包括步骤a)在基板的上部形成至少两个凹槽；b)在基板上形成绝缘层；c)形成用于填充凹槽的填充层；d)在填充层和绝缘层上形成隔膜；e)在上述隔膜的一个上部形成至少两个FBAR；以及f)在隔膜上，形成与FBAR相邻并且与FBAR电连接的至少一个电感器。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，基板包括从硅、高电阻硅、镓-砷、玻璃和陶瓷的组中选择的之一，绝缘层包括从氧化硅、氮化硅、氧化锌和氮化铝的组中选择的之一。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，填充层包括从多晶硅、磷-硅酸盐玻璃(PSG)、氧化锌和聚合物的组中选择的之一，隔膜包括低温氧化物、氮化硅、氧化锌和氮化铝。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤e)包括1)在隔膜的所述上部形成第一下部电极；2)在下部电极上形成压电层；3)在压电层上形成第一上部电极；以及4)去除填充层。
17.一种制造移动通信设备的双工器的方法，包括步骤a)在基板上形成多个凹槽；b)在基板上形成绝缘层；c)形成用于填充上述凹槽的多个填充层；d)在填充层和基板上形成隔膜；e)在隔膜的一个上部，形成包括彼此电连接的至少两个FBAR和至少一个电感器的发送带通滤波器；f)在隔膜的另一个上部，形成包括彼此电连接的至少两个FBAR和至少一个电感器的接收带通滤波器；g)在隔膜上的发送和接收带通滤波器之间，形成包括与发送和接收带通滤波器电连接的至少一个电感器和电容器的页移位器；以及h)去除填充层。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤e)和f)中的每一个分别包括1)在隔膜的一个上部形成第一下部电极；2)在下部电极上形成压电层；以及3)在压电层上形成第一上部电极。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤g)包括1)在隔膜上形成第二下部电极；2)在第二下部电极上形成介电层；以及3)在上述介电层上形成第二上部电极。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，同时形成第一及第二下部电极，同时形成压电层和介电层。
21.根据权利要求所述的方法，其特征在于，通过溅射或电镀技术来形成上述第二上部电极和电感器。
全文摘要
公开了一种包括能够容易地实现在单个芯片上的FBAR带通滤波器的双工器及其制造方法。移动通信设备的双工器包括形成在基板的上部并具有彼此电连接的至少两个FBAR的发送带通滤波器；形成在基板的另一侧并具有彼此电连接的至少两个FBAR的接收带通滤波器；以及与所述发送带通滤波器和接收带通滤波器相连的页移位器。由于可以将发送和接收带通滤波器以及电感器集成到一个芯片上，响应对于各种移动通信设备的小型化和轻型化的需要，能够提供具有最小化尺寸的双工器。此外，与常规SAW带通滤波器相比，能够以明显较小的尺寸来实现根据本发明的发送或接收带通滤波器，并具有低插入损耗和低功率消耗等优点。据此，能够容易地实现接口设计和终端操作程序，并且能够显著地减小在移动通信设备内安装双工器的电路板区域。
文档编号H03H3/007GK1751435SQ200480004666
公开日2006年3月22日 申请日期2004年2月21日 优先权日2003年2月22日
发明者郑在明 申请人:麦姆斯解决方案有限公司