使用瑞利模式的薄膜表面声波器件制造技术

提供了一种表面声波器件(5)，其使用具有特殊材料和特殊切割的压电薄膜(4)的分层衬底系统。材料的适当选择和压电薄膜的切割导致经激发波模式的低速度，这允许使用更小的器件而不损害根据规范的其它性能参数。不损害根据规范的其它性能参数。不损害根据规范的其它性能参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用瑞利模式的薄膜表面声波器件

技术介绍

[0001]下一代移动通信系统的发展需要滤波器装置，该滤波器装置具有诸如高机电耦合系数k2和低频率温度系数TCF的突出性能和属性。
[0002]在夹层衬底系统或层堆叠上实施的SAW(surface acoustic wave)滤波器装置由于径向波引导效应(sagittal wave guiding effect)而提供高耦合系数。普通多层衬底系统的层之一是提供TCF的降低的SiO2层。这种SiO2层用作TCF补偿层，并且可以调节该TCF补偿层的厚度以实现期望的TCF降低。然而，由于夹层系统中的层的不同阻抗，出现了寄生模式(spurious mode)，例如体声模式(bulk acoustic mode)，这是不希望的，因为它们在较高频率处的相邻频带中产生干扰谐振。
[0003]一个层堆叠包括：载体衬底，例如硅(Si)或蓝宝石(Al2O3)；介电功能层，例如AlN和SiO2；以及压电材料，例如钽酸锂(LiTaO3)，在其上施加电极。
[0004]夹层衬底系统中的表面声波滤波器(SAW滤波器)由于其适当选择的层序列而产生径向波导，因此表现出固有的高机电耦合。此外，功能层被施加到电极上或压电材料下，以便特别地改善组件的特性，例如其频率温度系数(TCF)。
[0005]一些夹层系统使用钽酸锂LT的压电薄膜。选择主要激发和传播泄漏表面波的切割角度。该波具有相对高的声速，因此与具有较低声速的波相比，需要具有相对高节距的电极指(electrode finger)的IDT(叉指换能器，interdigital transducer)来激励期望频率的波。
[0006]作为这种限制特征的结果，各个SAW器件的尺寸需要最小尺寸来设置具有相对高间距的IDT。然而，由于对更小器件的持续需求，需要能够进一步减小器件尺寸而不降低其性能。
[0007]当前使用的分层衬底系统的另一个缺点是具有不同阻抗的层的堆叠。结果，在载波聚合应用中，不利的较高模式(higher mode)和容量模式(volume mode)可能传播。
[0008]此外，具有当前使用的分层衬底系统的器件在左带边缘的TCF和右带边缘的TCF之间表现出典型地大于20ppm/K的显著差异。这是不利的，因为组件的带宽由于温度升高而显著改变，并且组件与温度差的匹配不再是最佳的。

技术实现思路

[0009]因此，本专利技术的目的是提供一种避免上述缺点中的至少一个的表面声波器件。
[0010]提供了一种表面声波器件，其使用具有特殊材料和特殊切割的压电薄膜的分层衬底系统。材料的适当选择和压电薄膜的切割导致经激发波模式的低速度，这允许使用更小的器件而不损害根据规范的其它性能参数。
[0011]SAW器件由层堆叠(layer stack)实现，该层堆叠从底部到顶部包括如下项的序列：
[0012]‑
衬底，
[0013]‑
TCF补偿层，
[0014]‑
压电薄膜，和
[0015]‑
电极结构，
[0016]其中，压电薄膜具有有利于作为主模式的瑞利波的激励和传播的厚度和切割角度。
[0017]根据一个实施例，瑞利波被用作主模式。在使用泄漏表面波(LSAW)的系统中，瑞利波的特征是出现在泄漏表面波之下的寄生模式。通过这种新的方法，低于主模式的寄生模式已经完全消失，因为当使用瑞利模式作为主模式时，没有更多的模式可以在谐振频率以下传播，因为这具有系统的最慢速度。其它寄生模式(如较高模式和体模式(bulk mode))被移动到更高频率，该更高频率能够到达主模式以上的这些更高频率不再干扰的程度。
[0018]另一个优点来自于较低的声速，与泄漏表面声波的声速相比，该声速降低了大约20％。这使得能够以与之前的LSAW器件相同的频率形成具有较小间距的IDT和其它电极结构。这允许减小器件面积。
[0019]除了减小波的传播速度之外，还选择压电层的材料和切口，使得SAW器件的其它性能参数，诸如主模式的机电耦合(k2)质量和TCF不会显著降低。
[0020]令人惊讶的效果可以认为是左右带边缘之间的TCF差已经显著降低到约5ppm/K。由此，带宽保持更恒定，并且可以显著减小整个通带的温度偏移。
[0021]通过由具有(0
°
/125
°±
15
°
/0
°
)的欧拉角的晶体切割的铌酸锂构成的压电薄膜，可以实现有利于作为主模式的瑞利模式的层堆叠。利用该切割角度，可以实现高耦合因子k2，因此SAW器件具有足够宽的带宽。泄漏表面波不再被激励(或被可忽略的量激励)或不能在传输曲线中找到。
[0022]压电薄膜可以具有0.1λ<x<0.6λ的厚度x，其中λ是相应层叠的压电层内的声主模式的波长。
[0023]相应的TCF补偿层可以是厚度y为0.05λ<y<0.5λ的SiO2层。替代地，TCF补偿层包括掺杂的SiO2、GeO2。
[0024]在这种堆叠中，衬底包括高电阻晶体材料。高电阻率是至少1000Ωcm的电阻率。
[0025]根据一个实施例，该衬底材料是具有(－45
°±
10
°
、－54
°±
10
°
、60
°±
20
°
)或(0
°±
10
°
、0
°±
10
°
、45
°±
20
°
)的欧拉角的高电阻硅。替代地，衬底包括石英、蓝宝石、玻璃、尖晶石和碳化硅中的一种。
[0026]在衬底和TCF补偿层之间可以布置具有厚度z的多晶硅，其中0.05λ<z<1.0λ。该层是具有相对高的声速的层，并且通过在其中定位电荷载体来改善SAW的波导并降低电损耗。替代地，高声速层包括AlN、Si3N4、金刚石、SiC。
[0027]由于分层系统的良好波导，可以防止主模式的泄波损耗。该泄波是具有相对高传播速度的剪切波。
[0028]在可选实施例中，在衬底和TCF补偿层之间没有附加层。相反，硅衬底在顶表面区域中具有离子注入，或者是非晶层或介电层。
[0029]电极结构可以具有以Al作为层状电极结构的主要组分的层状结构。在该实施例中，电极结构具有0.05λ<z<0.25λ的优选厚度z。
[0030]在可选实施例中，电极结构可以是“重电极”，以进一步减小SAW的速度。有用的例子是钨、钼、铜基电极系统、钛和铂。
[0031]通过在电极结构的顶部施加一个或多个介电钝化层，可以进一步完成SAW器件。钝化层可以具有0.0025λ<w<0.2λ的厚度w。电介质可以选自Si3N4、SiO2、SiON和Al2O3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在层堆叠上实现的SAW器件，包括：
‑
衬底(SU)，
‑
TCF补偿层(CL)，
‑
压电薄膜(PL)，以及
‑
电极结构(ES)其中所述压电薄膜具有有利于作为主模式的瑞利波的激励和传播的厚度和切割角度。2.根据前述权利要求所述的SAW器件，其中所述压电薄膜是铌酸锂膜。3.根据前述权利要求所述的SAW器件，其中所述压电薄膜是具有(0
°
/125
°±
15
°
/0
°
)的欧拉角的晶体切割的铌酸锂膜。4.根据前述权利要求中任一项所述的SAW器件，其中所述压电薄膜具有厚度x，其中0.1λ<x<0.6λ。5.根据前述权利要求中任一项所述的SAW器件，其中所述TCF补偿层是具有0.05λ<y<0.5λ的厚度y的SiO2层，其中所述TCF补偿层包括掺杂的SiO2和GeO2中的一种。6.根据前述权利要求中任一项所述的SAW器件，其中所述衬底包括高电阻结晶材料。7.根据前述权利要求所述的SAW器件，其中所述衬底包括(
‑
45
°±
10
°
、
‑
54
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：RF三六零欧洲有限责任公司，
类型：发明
国别省市：