包括体声波谐振器的滤波器及其制造方法与流程

本申请要求于2016年10月31日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0143690号以及于2017年3月27日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0038523号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。

以下描述涉及一种包括体声波谐振器的滤波器及其制造方法。

背景技术：

近来，由于移动通信装置、化学和生物装置等的飞速发展，对在这样的装置中使用的小且轻的滤波器、振荡器、谐振元件、声谐振质量传感器等的需求也已经增加。

作为实现这样小且轻的滤波器、振荡器、谐振元件以及声谐振质量传感器的装置，使用膜体声波谐振器(在下文中，称为“fbar”)。fbar可以以最小的成本大批量生产，并可实现为具有超小型尺寸。此外，fbar可实现作为滤波器的主要特性的高品质因子(q)值，甚至可被使用在微波频带以及个人通信系统(pcs)和数字无线系统(dcs)的其他频带中。

通常，fbar包括通过在基板上依次堆叠第一电极、压电层和第二电极而实现的谐振部。

将在下文中描述fbar的操作原理。首先，当将电能施加到第一电极和第二电极以在压电层中诱发电场时，电场在压电层中产生压电现象，以使谐振部在预定方向上振动。结果，在与谐振部振动的方向相同的方向上产生体声波，从而导致谐振。

技术实现要素：

提供本发明内容以按照简化形式介绍选择的构思，以下在具体实施方式中进一步描述所述构思。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

在一个总体方面，一种滤波器包括：多层结构，具有被构造为体声波谐振器的膜；布线，连接到所述体声波谐振器；以及盖，在结合线上结合到所述多层结构，并且通过所述布线和所述结合线之间的互感来构造所述滤波器的滤波特性。

所述体声波谐振器可包括串联谐振器和分路谐振器。

所述滤波特性可通过连接到所述分路谐振器的布线的电感与所述结合线的电感之间的所述互感来确定。

所述互感可提供连接到所述分路谐振器的电感器。

所述布线的电感可基于所述布线的长度和面积来确定。

所述结合线的电感可基于位于离所述布线预定距离处的所述结合线的长度和面积来确定。

所述互感可基于所述布线的电感、所述结合线的电感以及所述布线的所述电感和所述结合线的所述电感之间的耦合系数来确定。

所述耦合系数可基于所述布线和所述结合线之间的距离来确定。

确定频带的极点的位置可基于所述布线和所述结合线之间的所述距离而改变。

确定所述频带的左极点的增益和频率可随着所述布线和所述结合线之间的所述距离减小而减小。

在另一总体方面，一种滤波器包括：串联谐振器，设置在信号输入端子和信号输出端子之间；分路谐振器，设置在所述串联谐振器中的每个和地之间；以及电感器，设置在所述分路谐振器中的一个和所述地之间。所述电感器基于由盖形成的结合线与连接到所述分路谐振器中的一个的布线之间的互感来构造，所述盖中容纳有所述串联谐振器和所述分路谐振器。

所述互感可基于所述布线的电感、所述结合线的电感以及所述布线的所述电感和所述结合线的所述电感之间的耦合系数来确定。

所述耦合系数可基于所述布线和所述结合线之间的距离来确定。

确定频带的极点的位置可根据所述布线和所述结合线之间的所述距离而改变。

确定所述频带的左极点的增益和频率可随着所述布线和所述结合线之间的所述距离减小而减小。

在另一总体方面，一种用于制造滤波器的方法包括：形成包括被构造为体声波谐振器的膜的多层结构；形成连接到所述体声波谐振器的布线；在结合线上形成结合到所述多层结构的盖；以及基于所述布线和所述结合线之间的互感确定并形成所述滤波器的滤波特性。

通过以下具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将显而易见。

附图说明

图1是示出滤波器的示例的截面图。

图2和图3是示出滤波器的示例的示意性电路图。

图4a是示出根据本公开的示例的滤波器的俯视图，图4b是根据示例的电路图。

图5至图9是根据本公开的各种示例的模拟曲线图。

在整个附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明以及方便起见，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供以下具体实施方式，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解了本申请的公开内容后，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作顺序仅仅是示例，且不限于在此所阐述的示例，而是除了必须按照特定顺序发生的操作外，可在理解了本申请的公开内容后做出显而易见的改变。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。

在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，仅仅为了示出在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或系统的多种可行方式中的一些可行方式。

在整个说明书中，当元件(诸如层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。

如在此使用的术语“和/或”包括相关所列项中的任何一个和任何两个或更多个的任何组合。

虽然诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语可在此用于描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中涉及到的第一构件、组件、区域、层或部分还可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。

为了方便描述，在此可使用诸如“在……之上”、“上方”、“在……之下”以及“下方”的空间相关术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相关术语意在包含除了附图中描绘的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上方”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下方”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。装置还可以以其他的方式被定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并对在此使用的空间相关术语做出相应的解释。

在此使用的术语仅是为了描述各种示例，而不被用来限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数冠词也意在包含复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示出的形状的变化。因此，在此描述的示例并不限于附图中示出的特定的形状，而是包括制造期间发生的形状上的变化。

在此描述的示例的特征可以以在理解了本申请的公开内容后将显而易见的各种方式进行组合。此外，虽然在此描述的示例具有多种构造，但是在理解了本申请的公开内容后将显而易见的其他构造是可行的。

图1是示出滤波器的示例的截面图。

参照图1，滤波器10包括体声波谐振器100和盖200。体声波谐振器100是膜体声波谐振器(fbar)。

体声波谐振器100通过包括多个膜的多层结构来实现。体声波谐振器100包括基板110、绝缘层120、气腔112和谐振部135。

基板110可以是通常的硅基板，使谐振部135与基板110电隔离的绝缘层120设置在基板110的上表面上。绝缘层120通过使用二氧化硅(sio2)或氧化铝(al2o3)执行化学气相沉积、射频(rf)磁控溅射或蒸镀而形成在基板110上。

气腔112设置在绝缘层120上。气腔112位于谐振部135的下方，以使谐振部135可在预定方向上振动。气腔112通过如下工艺形成：在绝缘层120上形成气腔牺牲层图案，在气腔牺牲层图案上形成膜130，然后蚀刻并去除气腔牺牲层图案。膜130可用作氧化保护膜，或者可用作保护基板110的保护层。

在绝缘层120和气腔112之间另外形成有蚀刻停止层125。蚀刻停止层125可用于保护基板110和绝缘层120免受蚀刻工艺的影响，并且可用作在蚀刻停止层125上沉积多个不同的层所需的基底。

谐振部135可包括依次堆叠在膜130上的第一电极140、压电层150和第二电极160。第一电极140、压电层150和第二电极160的在竖直方向上彼此重叠的公共区域位于气腔112之上。第一电极140和第二电极160可由金(au)、钛(ti)、钽(ta)、钼(mo)、钌(ru)、铂(pt)、钨(w)、铝(al)、铱(ir)和镍(ni)中的一种或它们的合金形成。

产生将电能转换为具有弹性波形式的机械能的压电效应的压电层150可由氮化铝(aln)、氧化锌(zno)和铅锆钛氧化物(pzt；pbzrtio)中的一种形成。此外，压电层150还可包括稀土金属。作为示例，稀土金属可包括钪(sc)、铒(er)、钇(y)和镧(la)中的任意一种或任意组合。压电层150可包括1at％至20at％的稀土金属。

在第一电极140的下方另外地设置用于改善压电层150的晶体取向的种子层。种子层可由具有与压电层150的结晶度相同的结晶度的氮化铝(aln)、氧化锌(zno)和铅锆钛氧化物(pzt；pbzrtio)中的一种形成。

谐振部135分为有效区域和无效区域。谐振部135的有效区域(通过当诸如射频信号的电能施加到第一电极140和第二电极160时在压电层150中产生的压电现象而在预定方向上振动和谐振的区域)可与第一电极140、压电层150和第二电极160在气腔112之上沿着竖直方向彼此重叠的区域对应。谐振部135的无效区域(即使当电能施加到第一电极140和第二电极160时也不因压电现象而谐振的区域)可与有效区域的外部的区域对应。

谐振部135可利用压电现象输出具有特定频率的射频信号。具体地，谐振部135可输出具有与根据压电层150的压电现象的振动对应的谐振频率的射频信号。

保护层170设置在谐振部135的第二电极160上，以防止第二电极160向外暴露。保护层170可由氧化硅基绝缘材料、氮化硅基绝缘材料和氮化铝基绝缘材料中的任意一种或任意组合形成。虽然图1中示出了一个盖200中容纳有一个多层结构的情况，但是多个多层结构可容纳在一个盖200中，并且可根据设计而彼此连接。这里，多个多层结构可包括设置在向外暴露的第一电极140和第二电极160上的布线电极，从而彼此连接。

盖200结合到多层结构，并可保护谐振部135免受外部环境的影响。盖200可具有包括容纳有谐振部135的内部空间的盖形式。详细地，盖200可具有形成在盖200的中央以便将谐振部135容纳在其中的容纳部，并且与容纳部相比，盖200的边缘是台阶状的，以使盖200在边缘处结合到多层结构。盖200的边缘在特定的区域通过粘合剂250直接或间接结合到基板110。虽然图1中示出了盖200结合到堆叠在基板110上的保护层170的情况，但是盖200可穿过保护层170，然后可结合到膜130、蚀刻停止层125、绝缘层120和基板110中的至少一个。

盖200通过晶圆级的晶圆结合进行结合。基板晶圆(多个单元基板110在它们彼此结合的状态下设置在基板晶圆中)和盖晶圆(多个盖200在它们彼此结合的状态下设置在盖晶圆中)可彼此结合，并可通过切割工艺依次进行切割，以被分成图1中所示的多个单独的体声波谐振器。

盖200通过共晶结合而结合到基板110。在这种情况下，盖200通过如下方式结合到基板110：在多层结构上沉积共晶地结合到基板110的粘合剂250，然后压制并加热基板晶圆和盖晶圆。粘合剂250可包括金(au)-锡(sn)的共晶材料，并可包括焊球。

沿着厚度方向穿过基板110的至少一个导电过孔113形成在基板110的下表面中。除了基板110之外，导电过孔113还可沿着厚度方向穿过绝缘层120、蚀刻停止层125和膜130中的至少部分。连接图案114形成在导电过孔113中，并且形成在导电过孔113的整个内表面(即，内壁)之上。

连接图案114可通过在导电过孔113的内表面上形成导电层来制造。例如，连接图案114通过沿着导电过孔113的内壁沉积、涂敷或者填充诸如金或铜的导电材料而形成。作为示例，连接图案114由钛(ti)-铜(cu)合金形成。

连接图案114连接到第一电极140和第二电极160中的至少一个。作为示例，连接图案114可穿过基板110、膜130、第一电极140和压电层150的至少部分，然后电连接到第一电极140和第二电极160中的至少一个。形成在导电过孔113的内表面上的连接图案114延伸到基板110的下表面，从而连接到设置在基板110的下表面上的基板连接垫115。因此，连接图案114可将第一电极140和第二电极160电连接到基板连接垫115。

基板连接垫115通过凸块电连接到设置在体声波谐振器100的下方的外部基板。体声波谐振器100可对通过基板连接垫115施加到第一电极140和第二电极160的射频信号执行滤波操作。

图2和图3是示出根据本公开的示例性实施例的滤波器的示意性电路图。图2和图3的滤波器中使用的多个体声波谐振器通过将根据本公开的各种示例的体声波谐振器彼此电连接而形成。

参照图2，滤波器1000形成为梯式滤波器结构。详细地，滤波器1000可包括多个体声波谐振器1100和1200。

第一体声波谐振器1100串联连接在输入信号rfin输入到其的信号输入端子和从其输出输出信号rfout的信号输出端子之间，第二体声波谐振器1200连接在信号输出端子和地之间。参照图3，根据本公开的另一示例的滤波器2000形成为晶格式滤波器结构。详细地，滤波器2000可包括多个体声波谐振器2100、2200、2300和2400，并可对平衡的输入信号rfin+和rfin-进行滤波且输出平衡的输出信号rfout+和rfout-。

除了体声波谐振器1100和1200以及体声波谐振器2100、2200、2300和2400之外，图2和图3中所示的滤波器1000和2000还通过将设置在上述外部基板上的电感器彼此连接而进行构造。作为示例，为了对设计的频带进行滤波的目的，体声波谐振器中的一些通过设置在外部基板上的电感器连接到地。

根据对滤波器的小型化和纤薄的需求，滤波器的相应的组件的设计倾向于微小和集成。在这样的趋势下，在被设计和设置为与体声波谐振器相邻的布线和结合线之间产生不期望的互感组件，并且设置在外部基板上的电感器的电感因产生的互感而劣化。

这里，布线可与参照图1描述的诸如连接图案、布线电极等的信号线对应，结合线可与体声波谐振器100的多层结构和盖200之间的结合区域对应。

在根据本公开的示例的滤波器中，体声波谐振器100的布线与体声波谐振器100的多层结构和盖200之间的结合线之间产生的互感被反映在电路设计中，以减小或消除设置在外部基板上的电感器的电感，从而减小了制造体声波谐振器所需的成本并减小了滤波器的体积。

图4a是示出根据本公开的示例的滤波器的俯视图，图4b是根据本公开的示例的电路图。

参照图4a和图4b，本公开的示例中的滤波器可包括一个或更多个串联谐振器s1、s2、s3、s4、s5_1、s5_2以及一个或更多个分路谐振器sh1、sh2、sh3、sh4_1、sh_2。一个或更多个串联谐振器s1、s2、s3、s4、s5_1、s5_2和一个或更多个分路谐振器sh1、sh2、sh3、sh4_1、sh_2通过上述多层结构来构造。多层结构被盖200容纳，多层结构和盖200通过结合线彼此结合。

一个或更多个串联谐振器s1、s2、s3、s4、s5_1、s5_2和一个或更多个分路谐振器sh1、sh2、sh3、sh4_1、sh_2通过诸如连接图案、布线电极等的布线电连接到位于滤波器的下方的外部基板。

参照图4a，连接到一个或更多个分路谐振器sh1至sh4的布线a1、a2、a3和a4与结合线b相邻地设置，使得互感产生在布线a1、a2、a3和a4与结合线b之间。当电流i1、i2、i3和i4通过连接到一个或更多个分路谐振器sh1至sh4的布线a1、a2、a3和a4与结合线b之间的互感流向布线a1、a2、a3和a4时，电流i’1、i’2、i’3和i’4流向结合线。

在根据本公开的示例的滤波器中，连接到一个或更多个分路谐振器sh1至sh4的布线a1、a2、a3和a4和结合线b之间的互感被反映在电路设计中。这里，连接到一个或更多个分路谐振器sh1至sh4的布线a1、a2、a3和a4与结合线b之间的互感等效于图4a的互感器lt1、lt2、lt3和lt4，并且由图4a的互感器lt1、lt2、lt3和lt4来表示。

互感器lt1、lt2、lt3和lt4的电感根据布线a1、a2、a3和a4的电感、结合线b的电感以及布线a1、a2、a3和a4的电感与结合线b的电感之间的耦合系数来确定。

这里，布线的电感通过布线a1、a2、a3和a4的长度和面积来确定，结合线b的电感通过结合线的长度和面积来确定。作为示例，结合线b的电感通过位于离布线a1、a2、a3和a4预定距离的结合线的长度和面积来确定。此外，耦合系数根据布线a1、a2、a3和a4与结合线b之间的距离来确定。

在根据本公开的示例的滤波器中，互感器lt1、lt2、lt3和lt4的电感通过调整布线a1、a2、a3和a4与结合线b的长度和面积以及布线a1、a2、a3和a4与结合线b之间的距离中的至少一个来改变。此外，在根据示例的滤波器中，改变互感器lt1、lt2、lt3和lt4的电感以调整滤波特性。作为示例，调整确定滤波器的频带的极点的位置。

图5至图9是根据本公开的各种示例的模拟曲线图。

在图5至图9中，由虚线表示的射频信号的曲线对应于对比示例，由实线表示的射频信号的曲线对应于发明示例。在对比示例中，假定结合线和布线彼此充分地分开，使得结合线的电感和布线的电感彼此不耦合。

表1是表示根据图5至图9中示出的发明示例的互感器lt1、lt2、lt3和lt4的耦合系数k1、k2、k3和k4的表。在图5至图9中，布线的电感l1、l2、l3和l4测量为0.3nh，结合线的电感l1’、l2’、l3’和l4’测量为0.5nh，表1的相应的互感器lt1、lt2、lt3和lt4的耦合系数k1、k2、k3和k4通过调整布线和结合线之间的距离而改变。

当布线和结合线之间的距离短时，耦合系数k1、k2、k3和k4增大，当布线和结合线之间的距离长时，耦合系数k1、k2、k3和k4减小。因此，理解的是，布线和结合线之间的间隔从图5朝向图9减小。

[表1]

如图5至图9中所描绘的，对比示例的左极点对应于1.815ghz处的-160db，发明示例的图5的左极点对应于1.781ghz处的-85.6db，发明示例的图6的左极点对应于1.776ghz处的-84db，发明示例的图7的左极点对应于1.769ghz处的-82.5db，发明示例的图8的左极点对应于1.753ghz处的-80.4db，发明示例的图9的左极点对应于1.723ghz处的-78.8db。

当将发明示例与对比示例进行对比时，与结合线和布线彼此充分地分开的对比示例相比，发明示例中的左极点的增益和频率减小。此外，确认的是，在图5至图9的发明示例中，结合线和布线之间的间隔从图5朝向图9减小，使得左极点的增益和频率逐渐减小。

也就是说，在根据本公开的示例的滤波器中，确定频带的极点的位置通过根据布线和结合线之间的距离确定的耦合系数来调整。

如上所述，在根据本公开的示例的滤波器中，可在结合线和布线之间产生的互感可反映在电路设计中，从而减小了制造滤波器所需的成本并且减小了滤波器的体积。

虽然本公开包括特定的示例，但是在理解了本申请的公开内容后将显而易见的是，在不脱离权利要求及它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种变化。在此所描述的示例将仅被认为描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或者电路中的组件和/或用其他组件或者它们的等同物进行替换或者补充描述的系统、架构、装置或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及它们的等同物限定，并且在权利要求及它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开中。