一种双面集成的单片体声波双工器制造技术

本发明专利技术公开了一种双面集成的单片体声波双工器，包括相互连接的发射带通滤波器、接收带通滤波器和阻抗匹配电路；其中：该单片体声波双工器中间设置有一个衬底，衬底上下两面均刻蚀有凹槽状的空腔；发射带通滤波器和接收带通滤波器分别沉积在衬底的上下两面。本发明专利技术专利提出的结构工艺可以将发射带通滤波器和接收滤波器集成在同一衬底的上下两个面上，从而将体声波双工器集成在同一片衬底上，因此可以有效地减小双工器的面积和体积，从而减少双工器制作的成本。

A Monolithic Acoustic Wave Diplexer with Two-sided Integration

【技术实现步骤摘要】
一种双面集成的单片体声波双工器
本专利技术涉及双工器
，尤其涉及一种双面集成的单片体声波双工器。
技术介绍
近年来，随着移动通信系统的发展，移动电话手持机和移动信息终端得以迅速普及，并且针对具有更高性能的更小终端，制造商之间仍然在相互竞争。作为移动通讯装置组件之一的双工器受到越来越多的关注与研究。双工器是一种集成滤波器的代表性部件。双工器是一个双向三端网络，其中一个端口接天线，一个端口接发射电路，一个端口接接收电路。双工器的作用是既要将微弱的接收信号耦合进来，又要将较大的发射功率馈送到天线上去，且要求两者各自完成其功能而不相互影响。因此，双工器的基本要求是：低插入损耗，高收发隔离度。双工器包含两个中心频率不同的带通滤波器，带通滤波器是指能通过某一频段的频率分量，但将其他频段的频率分量衰减到极低的水平的滤波器。在双工器中，发射通道滤波器(TX)具有较低的中心频率，其接收通道滤波器(RX)的中心频率较高。RX滤波器从天线接收信号，并且对特定频带的信号进行滤波。TX滤波器仅对在通信装置中产生的信号中的特定频带的信号进行滤波，并将滤波后的信号提供给天线。双工器利用发射信号与接收信号的频率不同对两种信号进行滤波，从而实现发射信号与接收信号的分离。双工器除了发射通道滤波器和接收通道滤波器之外，还包含用于阻抗匹配的匹配电路网络。匹配网络通常与天线相接，可以是连接在RX滤波器与天线端之间，其作用是进行阻抗的匹配。在传统的双工器中，一般利用电介质滤波器或者具有至少一种电介质的表面声波滤波器的复合双工器，或者仅利用表面声波设备来形成高性能终端的各天线双工器。但是传统的双工器虽然其能达到较高的隔离度，但其面积和体积一般较大，成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中双工器的面积和体积大的缺陷，提供一种双面集成的单片体声波双工器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种双面集成的单片体声波双工器，包括相互连接的发射带通滤波器、接收带通滤波器和阻抗匹配电路；其中：该单片体声波双工器中间设置有一个衬底，衬底上下两面均刻蚀有凹槽状的空腔；发射带通滤波器和接收带通滤波器均包括多层电路元件，各层的电路元件依次进行沉积，使得发射带通滤波器和接收带通滤波器分别沉积在衬底的上下两面。进一步地，本专利技术的衬底上下两面的凸起位置沉积有支撑层，空腔中沉积有牺牲层；发射带通滤波器包括发射带通滤波器底电极、发射带通滤波器压电薄膜、发射带通滤波器顶电极、发射带通滤波器负载层和发射带通滤波器释放孔；发射带通滤波器底电极沉积在支撑层和牺牲层的上方，且分别在两侧分为两个不接触的部分；两部分的发射带通滤波器底电极上均沉积有发射带通滤波器压电薄膜和发射带通滤波器顶电极，其中一部分的发射带通滤波器底电极上的发射带通滤波器顶电极上还沉积有发射带通滤波器负载层；发射带通滤波器释放孔设置在垂直方向上，且穿过发射带通滤波器底电极、发射带通滤波器压电薄膜、发射带通滤波器顶电极、发射带通滤波器负载层。进一步地，本专利技术的发射带通滤波器一端连接发射端，另一端连接天线端和阻抗匹配电路；发射带通滤波器包括多个串联的FBAR和多个并联的FBAR；其中：串联的FBAR包括：衬底、空腔及衬底上表面一侧的发射带通滤波器底电极、发射带通滤波器压电薄膜、发射带通滤波器顶电极；并联的FBAR包括：衬底、空腔及另衬底上表面一侧的发射带通滤波器底电极、发射带通滤波器压电薄膜、发射带通滤波器顶电极、发射带通滤波器负载层。进一步地，本专利技术的接收带通滤波器包括接收带通滤波器底电极、接收带通滤波器压电薄膜、接收带通滤波器顶电极、接收带通滤波器负载层和接收带通滤波器释放孔；在设置接收带通滤波器的一个面上，支撑层和牺牲层上沉积有接收带通滤波器底电极，接收带通滤波器底电极为一个整体；接收带通滤波器底电极两侧不接触的位置均分别沉积有接收带通滤波器压电薄膜和接收带通滤波器顶电极，其中一侧的接收带通滤波器顶电极上还沉积有接收带通滤波器负载层；接收带通滤波器释放孔设置在垂直方向上，且穿过接收带通滤波器底电极、接收带通滤波器压电薄膜、接收带通滤波器顶电极、接收带通滤波器负载层。进一步地，本专利技术的接收带通滤波器一端连接接收端，另一端连接阻抗匹配电路；接收带通滤波器包括多个串联的FBAR和多个并联的FBAR；其中：串联的FBAR包括：衬底、空腔、接收带通滤波器底电极及衬底下表面一侧的接收带通滤波器压电薄膜、接收带通滤波器顶电极；并联的FBAR包括：衬底、空腔、接收带通滤波器底电极及衬底下表面另一侧的接收带通滤波器压电薄膜、接收带通滤波器顶电极、接收带通滤波器负载层。进一步地，本专利技术的发射带通滤波器中的衬底、空腔、发射带通滤波器底电极、发射带通滤波器压电薄膜、发射带通滤波器顶电极的厚度均相等。进一步地，本专利技术的接收带通滤波器中的衬底、空腔、接收带通滤波器底电极、接收带通滤波器压电薄膜、接收带通滤波器顶电极、接收带通滤波器负载层的厚度均相等。进一步地，本专利技术的衬底为硅材料，发射带通滤波器、接收带通滤波器同时在同一块硅衬底的上下两个面上分别制作完成。本专利技术提供一种双面集成的单片体声波双工器的制作方法，该方法包括以下步骤：a、同时在衬底的上下两个面上分别沉积支撑层；b、在两个支撑层上同一步刻蚀出预设的贯穿口；c、在衬底的上下两个面上刻蚀出预设的凹槽，各凹槽的尺寸分别与贯穿口相对应，形成空腔；d、在两支撑层上同时沉积牺牲层，该牺牲层材料的化学性质应与衬底不同，保证后续腐蚀时对衬底无影响；e、利用化学机械抛光技术将多余的牺牲层材料除去，使得牺牲层材料刚好填满凹槽和贯穿口；f、在同时在上下两个牺牲层上依次沉积底电极、压电薄膜和顶电极，形成压电震荡堆部结构；g、在并联FBAR的顶电极上沉积一层质量负载层；h、将衬底双面的底电极、压电层、顶电极同时进行不同的图形化；i、分别在压电震荡堆部结构上刻蚀释放孔；j、通过释放孔导入腐蚀剂，仅将牺牲层腐蚀掉，在衬底、支撑层和压电震荡堆部形成空腔。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的双面集成的单片体声波双工器，通过将发射带通滤波器和接收滤波器分别集成在同一衬底的上下两个面上，容易地将体声波双工器集成在同一片衬底上，有效的减小了双工器的面积和体积，从而减少了双工器制作的成本。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为双面集成的单片体声波双工器的电路原理图。图2为本专利技术专利中双面集成的体声波双工器截面图。图3为单片衬底双面同时加工滤波器的制造示意图。图4为本专利技术实施例中涉及的硅衬底的剖面图。图5为本专利技术实施例中双面生长支撑层后的剖面图。图6为本专利技术实施例中两支撑层上分别刻蚀贯穿口后的剖面图。图7为本专利技术实施例中在硅衬底双面上分别刻蚀出凹槽后的剖面图。图8为本专利技术实施例中沉积牺牲层后的剖面图。图9为本专利技术实施例中利用CMP技术将牺牲层磨平抛光后的剖面图。图10为本专利技术实施例中沉积底电极并按不同图案图形化后的剖面图。图11为本专利技术实施例中沉积压电薄膜后的剖面图。图12为本专利技术实施例中沉积顶电极并按不同图案图形化后的剖面图。图13为本专利技术实施例中在并联FBAR顶电极上沉积质量负载层后的剖面图。图14为本专利技术实施例中刻蚀释放孔后的剖面图。其中，附图标记为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双面集成的单片体声波双工器，其特征在于，包括相互连接的发射带通滤波器(TX)、接收带通滤波器(RX)和阻抗匹配电路；其中：该单片体声波双工器中间设置有一个衬底(201)，衬底(201)上下两面均刻蚀有凹槽状的空腔；发射带通滤波器(TX)和接收带通滤波器(RX)均包括多层电路元件，各层的电路元件依次进行沉积，使得发射带通滤波器(TX)和接收带通滤波器(RX)分别沉积在衬底(201)的上下两面。

【技术特征摘要】
1.一种双面集成的单片体声波双工器，其特征在于，包括相互连接的发射带通滤波器(TX)、接收带通滤波器(RX)和阻抗匹配电路；其中：该单片体声波双工器中间设置有一个衬底(201)，衬底(201)上下两面均刻蚀有凹槽状的空腔；发射带通滤波器(TX)和接收带通滤波器(RX)均包括多层电路元件，各层的电路元件依次进行沉积，使得发射带通滤波器(TX)和接收带通滤波器(RX)分别沉积在衬底(201)的上下两面。2.根据权利要求1所述的双面集成的单片体声波双工器，其特征在于，衬底(201)上下两面的凸起位置沉积有支撑层(202)，空腔中沉积有牺牲层(A)；发射带通滤波器(TX)包括发射带通滤波器底电极(207)、发射带通滤波器压电薄膜(209)、发射带通滤波器顶电极(211)、发射带通滤波器负载层(213)和发射带通滤波器释放孔(215)；发射带通滤波器底电极(207)沉积在支撑层(202)和牺牲层(203)的上方，且分别在两侧分为两个不接触的部分；两部分的发射带通滤波器底电极(207)上均沉积有发射带通滤波器压电薄膜(209)和发射带通滤波器顶电极(211)，其中一部分的发射带通滤波器底电极(207)上的发射带通滤波器顶电极(211)上还沉积有发射带通滤波器负载层(213)；发射带通滤波器释放孔(215)设置在垂直方向上，且穿过发射带通滤波器底电极(207)、发射带通滤波器压电薄膜(209)、发射带通滤波器顶电极(211)、发射带通滤波器负载层(213)。3.根据权利要求2所述的双面集成的单片体声波双工器，其特征在于，发射带通滤波器(TX)包括多个串联的FBAR和多个并联的FBAR；其中：串联的FBAR包括：衬底(201)、空腔及衬底(201)上表面一侧的发射带通滤波器底电极(207)、发射带通滤波器压电薄膜(209)、发射带通滤波器顶电极(211)；并联的FBAR包括：衬底(201)、空腔及衬底(201)上表面另一侧的发射带通滤波器底电极(207)、发射带通滤波器压电薄膜(209)、发射带通滤波器顶电极(211)、发射带通滤波器负载层(213)。4.根据权利要求2所述的双面集成的单片体声波双工器，其特征在于，接收带通滤波器(RX)包括接收带通滤波器底电极(208)、接收带通滤波器压电薄膜(210)、接收带通滤波器顶电极(212)、接收带通滤波器负载层(214)和接收带通滤波器释放孔(216)；在设置接收带通滤波器(RX)的一个面上，支撑层(202)和牺牲层(A)上沉积有接收带通滤波器底电极(208)，接收带通滤波器底电极(208)为一个整体；接收带通滤波器底电极(208)两侧不接触的位置均分别沉积有接收带通滤波器压电薄膜(210)和接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢英，孙成亮，徐沁文，蔡耀，邹杨，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42