采用畴反转区的声表面波谐振结构滤波器的制作方法

本发明属于通信领域，具体涉及一种谐振结构滤波器。

背景技术：

在现代通信中需要对空间存在的各种波段的电磁波进行选择与筛选，滤波器所起到的作用就是获取特定波段的电磁波。目前每台移动电话中所需要的滤波器的数量约为几十只，频段更多所需的滤波器的数量也会增加。声表面波滤波器作为滤波器重要的分支，工艺简单，成本低廉。声表面波滤波器的频率特性和温度特性是滤波器的重要参数指标，极大的影响了滤波的性能。因此，研究和获得声表滤波器优良的频率特性和温度特性极为重要。

电畴是铁电单晶材料对外展现宏观铁电性的微观实质机理。在铁电材料内部存在多个电畴，电畴中正负电荷中心不重合，正负电荷中心位于电畴的两侧，所以单个电畴对外会显示出带电性，电畴中成180°角度的电荷极性相反。由于电畴的方向和角度随机排列，因此整个铁电材料对外不显示出带电性，内部不积累电荷。

铌酸锂、钽酸锂是单畴铁电单晶，其畴取向仅有两个方向，正极性畴表示畴极化方向为+z。制作器件一般采用单畴晶片，即整个晶片内部所有电畴极化方向一致，此时畴取向与晶片表面不一定垂直，与晶片切型相关；单畴晶片内部不存在畴壁，没有电荷积累。

畴反转是指：在晶片表面特定区域，采用专门工艺使该区域内的电畴极性反转180度。由此会形成畴界面，在此界面两侧，电畴取向相反，导致界面积累同极性电荷，构成畴界面电荷区。畴界面电荷区，电导高，等效于铁电单晶加入了一层金属层，对声表面波传播产生限制与反射。铁电单晶电畴反转形成带电畴壁示意如图2所示，畴壁如⑥所示。

由此，本专利所指的畴反转区，是指：在铌酸锂、钽酸锂等单畴铁电单晶的单畴化晶片表面，采用微电子工艺技术制作出与单畴晶片的电畴极性相反的薄层区。该畴反转区薄层与晶片形成的畴界面，具有高导电性，限制了在此畴反转区内传播的声表面波，即构成声表面波的波导结构。

目前，已有文献研究了畴反转区对声表面波器件频率和温度特性的影响。kiyoshinakamura等【1】理论分析和试验研究证明，畴反转区提高了声表面波器件的温度特性。钽酸锂晶片上，畴反转区的存在将温度延迟系数减小到12.6ppm/°c，相对于没有畴反转区时的2/3。michiomiura等【2】在铁电晶片衬底上形成畴反转区，通过改变谐振器的结构和畴反转区之间对应关系，证明了畴反转区对频率特性的优化和对温度稳定性的提高。但同时，michiomiura等也发现，如果将谐振滤波器整个制作在铁电晶片衬底表面畴极化反转区上，则将会导致声表滤波器的插入损耗大并且频率特性差，因而，在其专利权利要求中，明确提出，谐振滤波器的组成谐振器单元，只能一部分而非全部，可制作在表面畴反转区上。

【1】kiyoshinakamura,ailietourlog,”effectofaferroelectricinversionlayeronthetemperaturecharacteristicsofsh-typesurfaceacousticwaveson36y-xlitao3substrates”,ieeetransactionsonultrasonics,ferroelectrics,andfrequencycontrol,1994,41(6):872-875.

【2】uspatentno:us6903630(b2),dateofpatent:jun7,2005。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种滤波性能好的声表面波谐振结构滤波器。

本发明中的一种声表面波谐振结构滤波器，包括：铁电晶片，晶片表面制作的多个谐振器单元和电连接金属电极结构等，谐振器单元由周期金属电极和汇流导电金属电极构成，其特征是：

所述铁电晶片是采用铁电单晶体加工制作的晶圆；所述铁电晶片表面，其上制作了至少一个畴反转区；至少有一个谐振器单元制作在畴反转区上；制作非接地谐振器单元的畴反转区与其他畴反转区是隔离的；电连接金属电极结构不制作在畴反转区上。

优选地，全部谐振器单元均制作在畴反转区上。

优选地，制作谐振器单元的畴反转区，其形状正好包含谐振器单元的周期金属电极部分。

畴反转区薄层的厚度为滤波器所有谐振器单元的周期金属电极周期的平均值的（0.5~10）倍。

声表面波谐振结构滤波器还包括滤波器匹配用电容，且该电容是由制作在畴反转区上的金属电极对构成的。

优选地，铁电单晶采用铌酸锂、钽酸锂。

两个或多个接地谐振器单元所在的畴反转区是可以相连接的。

谐振器单元的周期金属电极是由单种金属或多层金属构成的，例如常用的为al，cu，或al/cu。

为提升滤波器性能，还包括覆盖在铁电晶片上多个谐振器单元和电连接金属电极结构上方的多层介质膜。

多层介质膜，最底层为一定厚度的二氧化硅，二氧化硅膜表面是平化的。最顶层为一定厚度的氮化硅。

通过上述发明方案，可以减少声表面波在晶片衬底表面传播时的能量损耗，降低器件插损和温度系数。

特别是，本技术方以平面电容取代目前广泛采用的叉指电容，极大降低了工艺实现难度。

本发明的有益效果：该方案减少了声表面波传播时向晶片衬底散射的能量损耗，并且降低了滤波器匹配电容制造的工艺难度。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为铁电单晶电畴反转示意图。

图3为谐振型声表面波器件第1实施例示意图。

图4为谐振型声表面波器件第2实施例示意图。

图5为畴反转区与平面电容取代叉指电容。

图6为谐振型声表面波器件第3实施例示意图。

图7为谐振型声表面波器件第3实施例工艺示意图。其实施的工艺具体包括以下步骤：s1.准备铁电晶片衬底；s2.制作畴反转区；s3.制作金属电极；s4.沉积sio2层；s5.沉积sin层。

图中标记：1、铁电晶片衬底，2、畴反转区，3、和谐振器单元，4、金属连接电极，5、平面电容，6、电畴畴壁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的上述主题的范围仅限于上述实施例。

如图1所示，一种谐振型声表面波器件包括从上到下依次设有的谐振器单元3、畴反转区2和铁电晶片衬底1。如图2所示，铁电单晶电畴在在电畴反转的畴壁处产生电荷积累。

实施例的基础工艺过程如下：

使用提拉法生长钽酸锂（litao3）晶棒，经过切割、研磨、抛光等工序制造出钽酸锂（litao3）晶片衬底，并且对对晶片衬底进行清洗；

钽酸锂（litao3）铁电晶片衬底的表面淀积300nm钽膜，制作掩膜，保护不需反转的区域；

将litao3铁电晶片衬底在260℃高温下浸入浓度为90%的焦磷酸，时间为20分钟；然后，将铁电晶片衬底在正好低于litao3的居里温度的适当温度下退火1-3小时，温度约605℃；当浸入焦磷酸的时间为20分钟时，畴反转区的厚度约为1μm；当浸入时间为30分钟时，厚度约为1.5μm；

然后使用光刻、真空镀膜等工艺将多个谐振器电极结构单元和金属连接电极图形制造在对应区域上。

实施例1：

如图3所示，谐振型声表面波器件为3个串联谐振器和2个并联谐振器构成的谐振型滤波器，包含周期金属电极和汇流导电金属电极以及反射栅。金属连接电极4和铁电晶片衬底1表面不制作畴反转区。

谐振器制作在铌酸锂、钽酸锂晶片衬底表面1，3个串联谐振器和2个并联谐振器通过表面金属电极连接。

畴反转区形成在3个串联谐振器和2个并联谐振器的下方。

畴反转区的形状正好覆盖谐振器。

畴反转区厚度为谐振器金属电极周期的平均值的（0.5~10）倍。

谐振器周期金属电极材料为al，cu，或al/cu。

实施例2：

如图4所示，谐振型声表面波器件为为由3个串联谐振器、2个并联谐振器和1个并联电容组成。

铁电晶片衬底1为铌酸锂、钽酸锂铁电单晶，谐振器制作在铁电晶片衬底表面，3个串联谐振器和2个并联谐振器以及平面电容通过表面金属电极4连接。

畴反转区2制作在串联谐振器，并联谐振器以及平面电容的下方。

如图5所示，电容结构，此发明设计方案并联电容设计为畴反转区和平面电容，取代现行的叉指电容，降低了声表面波器件电容结构实现的工艺难度。

畴反转区的范围正好包含谐振器单元，其厚度为滤波器所有谐振器单元的周期金属电极周期的平均值的（0.5~10）倍。

周期金属电极材料为al、cu或al/cu。

非接地谐振器畴反转区未连通，是相互隔离的，接地谐振器的畴反转区是相互连通的。

实施例3：

如图6所示声表面波谐振结构滤波器包含铁电晶片衬底1、畴反转区2、谐振器单元3和金属连接电极4，其为具有温度补偿效应的谐振型声表面波器件，其谐振器下方均制作有畴反转区。

通常的声表面波器件在温度改变的情况下会发生频率漂移，而且都是负温度系数，为了保证频率的稳定，必须增加一层具有正温度系数的介质进行补偿，常用的为sio2介质。其工艺实现的过程增加了在晶片表面淀积用于温度补偿的sio2介质层以及沉积氮化硅层，并通过光刻工艺漏出部分电极与外部形成电信号的通道。工艺过程如图7所示。

铁电晶片衬底的材料为铌酸锂、钽酸锂，接地和非接地谐振器均位于畴反转区之上。

畴反转区的范围正好包含谐振器的周期金属电极部分，畴反转区的厚度为金属电极周期的平均值的（0.5~10）倍。

谐振器周期金属电极材料为al，cu，或al/cu构成的。

谐振器表面覆盖了多层介质膜，最底层为一定厚度的二氧化硅，最顶层为一定厚度的氮化硅，二氧化硅层表面是平化的。