CN118282348A

CN118282348A - 具有用于改进耦合的对称涂层材料的声学谐振器

Info

Publication number: CN118282348A
Application number: CN202311834312.8A
Authority: CN
Inventors: 约翰·P·库拉基斯; 德鲁·莫罗辛
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2023-12-27
Publication date: 2024-07-02

Abstract

提供了一种声学谐振器，该声学谐振器包括：衬底；压电层，具有彼此相对的第一表面和第二表面，其中，第二表面直接或经由一个或多个中间层耦接到衬底。压电层包括空腔上方的隔膜，该空腔在衬底和一个或多个中间层中的至少一个中延伸。叉指换能器(IDT)设置在压电层处，并且在隔膜上具有交错指状物。此外，第一介电层和第二介电层设置在隔膜的相对表面上，其中，第一介电层和第二介电层具有第一厚度，并且压电层具有比第一厚度大的第二厚度。第一介电层和第二介电层均包括ZnS、HfN、HfO₂、ZnO和Ta₂O₅之一，以改进声学谐振器的机电耦合。

Description

具有用于改进耦合的对称涂层材料的声学谐振器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年12月30日提交的美国专利临时申请No.63/477,987和于2023年12月22日提交的美国专利非临时申请No.18/394,448的优先权，这两个美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及使用声波谐振器的射频滤波器，并且具体地，涉及用于通信设备的滤波器。

背景技术

射频(RF)滤波器是双端口器件，该双端口器件被配置为使某些频率通过并阻止其他频率，其中，“通过”意味着以相对较低的信号损失进行传输，并且“阻止”意味着阻挡或大幅衰减。滤波器所通过的频率的范围被称为滤波器的“通带”。这种滤波器所阻止的频率的范围被称为滤波器的“阻带”。典型的RF滤波器具有至少一个通带和至少一个阻带。对通带或阻带的具体要求可以取决于具体应用。例如，在一些情况下，“通带”可以被定义为滤波器的***损耗优于诸如1dB、2dB或3dB之类的定义值的频率范围，而“阻带”可以被定义为滤波器的抑制大于诸如20dB、30dB、40dB或更大值之类的定义值的频率范围，这取决于应用。

RF滤波器用于通过无线链路来传输信息的通信***。例如，RF滤波器可以出现在蜂窝基站、移动电话和计算设备、卫星收发器和地面站、IoT(物联网)设备、膝上型计算机和平板计算机、固定点无线电链路和其他通信***的RF前端中。RF滤波器也用于雷达、电子和信息战***。

无线***中RF滤波器的性能增强可以对***性能产生广泛影响。RF滤波器的改进可以用于提供***性能改进，例如更大的单元尺寸、更长的电池寿命、更高的数据速率、更大的网络容量、更低的成本、增强的安全性、更高的可靠性等。这些改进可以在无线***的多个级别(例如，在RF模块、RF收发器、移动或固定子***、或网络级别)处单独和组合地实现。随着对在更高频率下操作的RF滤波器的需求不断增加，需要能够在不同频段下操作的改进的滤波器，同时还需要改进制作这种滤波器的制造工艺。

发明内容

因此，如本文所述，提供了一种具有对称涂层配置以提供改进的耦合的声学谐振器和包含该声学谐振器的滤波器件。

在示例性方面，提供了一种声学谐振器，包括：衬底；压电层，具有彼此相对的第一表面和第二表面，其中，第二表面直接或经由一个或多个中间层耦接到衬底，压电层包括空腔上方的隔膜，该空腔在衬底和一个或多个中间层中的至少一个中延伸；叉指换能器(IDT)，在压电层处，并且在隔膜上具有交错指状物；以及第一介电层和第二介电层，在隔膜的相对表面上。在这方面，第一介电层和第二介电层中的每一个具有第一厚度，并且压电层具有比第一厚度大的第二厚度，并且第一介电层和第二介电层均包括ZnS、HfN、HfO₂、ZnO和Ta₂O₅之一。此外，根据示例性方面，当第一介电层和第二介电层为ZnS时，第一厚度在第二厚度的0.25％和22％之间，当第一介电层和第二介电层为HfN时，第一厚度在第二厚度的0.25％和12％之间，当第一介电层和第二介电层为HfO₂时，第一厚度在第二厚度的0.25％和21％之间，当第一介电层和第二介电层为ZnO时，第一厚度在第二厚度的0.25％和24％之间，并且当第一介电层和第二介电层为Ta₂O₅时，第一厚度在第二厚度的0.25％和21％之间。

在另一示例性方面，IDT在压电层的第一表面上，并且第一介电层在IDT的交错指状物上和交错指状物之间。备选地，IDT在压电层的第二表面上，并且第二介电层在IDT的交错指状物上和交错指状物之间。

在另一示例性方面，第一介电层和第二介电层在隔膜的相对表面上具有对称涂层厚度。

在另一示例性方面，一个或多个中间层包括二氧化硅。

在另一示例性方面，声学谐振器被配置用于在一阶反对称(A1)模式下操作，并且第一介电层和第二介电层被配置用于在A1模式下操作的声学谐振器的预定耦合。此外，压电层可以包括具有欧拉角[0°，30°，0°]的铌酸锂。

在另一示例性方面，压电层和IDT被配置为使得施加到IDT的射频信号在隔膜中激发主剪切声学模式，该主剪切声学模式是体剪切模式，其中，声能沿着以下方向传播：该方向基本上正交于压电层的第一表面和第二表面，并且横向于由IDT产生的电场的方向。

在另一示例性方面，第一介电层和第二介电层的第一厚度和压电层的第二厚度均沿着与隔膜的相对表面基本正交的方向测量。

在又另一示例性方面，提供了一种声学谐振器，该声学谐振器包括：压电层，具有彼此相对的第一表面和第二表面；叉指换能器(IDT)，在所述压电层的第一表面处；第一介电层，在压电层的第一表面上，并且在IDT的交错指状物上和交错指状物之间；以及第二介电层，在压电层的与第一介电层相对的第二表面上。在这方面，第一介电层和第二介电层中的每一个包括相同的材料，该材料包括ZnS、HfN、HfO₂、ZnO和Ta₂O₅之一，其中，第一介电层和第二介电层均具有相同的第一厚度，以在压电层上形成对称涂层配置，此外，压电层具有比第一厚度大的第二厚度，根据示例性方面，当第一介电层和第二介电层为ZnS时，第一厚度在第二厚度的0.25％和22％之间，当第一介电层和第二介电层为HfN时，第一厚度在第二厚度的0.25％和12％之间，当第一介电层和第二介电层为HfO₂时，第一厚度在第二厚度的0.25％和21％之间，当第一介电层和第二介电层为ZnO时，第一厚度在第二厚度的0.25％和24％之间，并且当第一介电层和第二介电层为Ta₂O₅时，第一厚度在第二厚度的0.25％和21％之间。

在又另一示例性方面，提供了一种制造声学谐振器件的方法，该声学谐振器件具有被配置为优化机电耦合的介电层。在这方面，该方法包括：经由一个或多个中间层将压电层附接到衬底，以在一个或多个中间层中的空腔的上方形成隔膜；在压电层处形成叉指换能器(IDT)；在隔膜的相对表面上沉积第一介电层和第二介电层，使得第一介电层和第二介电层中的至少一个在IDT的交错指状物上和交错指状物之间，其中，第一介电层和第二介电层由相同的材料形成，该材料包括ZnS、HfN、HfO₂、ZnO和Ta₂O₅之一；以及修整第一介电层和第二介电层以在隔膜上形成对称涂层，使得第一介电层和第二介电层具有比压电层的第二厚度小的第一厚度。在该方面，当第一介电层和第二介电层为ZnS时，第一介电层和第二介电层的修整使得第一厚度在第二厚度的0.25％和22％之间，当第一介电层和第二介电层为HfN时，第一介电层和第二介电层的修整使得第一厚度在第二厚度的0.25％和12％之间，当第一介电层和第二介电层为HfO₂时，第一介电层和第二介电层的修整使得第一厚度在第二厚度的0.25％和21％之间，当第一介电层和第二介电层为ZnO时，第一介电层和第二介电层的修整使得第一厚度在第二厚度的0.25％和24％之间，并且当第一介电层和第二介电层为Ta₂O₅时，第一介电层和第二介电层的修整使得第一厚度在第二厚度的0.25％和21％之间。

以上示例方面的简化概述用于提供对本公开的基本理解。该概述不是对所有设想的方面的广泛概述，并且既不旨在确定所有方面的关键或决定性要素，也不旨在划定本公开的任何或所有方面的范围。其唯一目的是以简化形式呈现一个或多个方面，作为随后对本公开的更详细描述的前言。为了实现前述目的，本公开的一个或多个方面包括权利要求中描述且示例性指出的特征。

附图说明

并入本说明书并形成其一部分的附图示出了本公开的一个或多个示例方面，并且与具体实施方式一起用于解释本公开的一个或多个示例方面的原理和实施方式。

图1A包括横向激发的薄膜体声学谐振器(XBAR)的示意性平面图和两个示意性截面图。

图1B示出了XBAR的备选配置的示意性截面图。

图2A是图1A的XBAR的一部分的放大示意性截面图。

图2B是图1A的XBAR的备选配置的放大示意性截面图。

图2C是图1A的XBAR的另一备选配置的放大示意性截面图。

图2D是图1A的XBAR的另一备选配置的放大示意性截面图。

图2E是牢固安装(solidly-mounted)的XBAR(SM XBAR)的一部分的放大示意性截面图。

图3A是根据示例性方面的XBAR的示意性截面图。

图3B是根据示例性方面的XBAR的备选示意性截面图。

图4是示出了XBAR中的剪切水平声学模式的图形。

图5A是使用图1A和/或图1B的XBAR的滤波器的示意性框图。

图5B是根据示例性方面的包括声波滤波器件在内的射频模块的示意图。

图6示出了作为前侧介电层厚度/板厚度的函数的声学谐振器的耦合的曲线图，其中介电层为二氧化硅。

图7示出了作为其前侧介电层厚度/板厚度中的每一个的函数的两个声学谐振器的耦合的曲线图，其中介电层为二氧化硅和氮化硅。

图8示出了根据示例性方面的实现特定介电材料和设置厚度的多个声学谐振器的耦合的曲线图。

图9示出了根据示例性方面的制造如本文所述的声学谐振器件的方法的流程图。

贯穿本说明书，图中出现的元件被分配了三位数字或四位数字附图标记，其中，两个最低有效数字特定于该元件，而一个或两个最高有效数字是该元件被第一次引入的图号。可以假定未结合附图描述的元件具有与先前所描述的具有相同附图标记的元件相同的特性和功能。

具体实施方式

现在参考附图描述所公开的声学谐振器、滤波器件和制造该声学谐振器、滤波器件的方法的各个方面，其中，相同的附图标记用于始终表示相同的元件。在下面的描述中，出于说明的目的，阐述了许多具体细节以促进对本公开的一个或多个方面的透彻理解。然而，在一些或所有实例中显而易见的是，下面描述的任何方面可以在不采用下面描述的具体设计细节的情况下实践。在其他实例中，以框图形式示出了公知的结构和设备以便于描述一个或多个方面。下面给出了本发明的一个或多个方面的简化概述，以提供对本发明的基本理解。

图1A示出了声学谐振器件(即，横向激发的薄膜体声学谐振器(XBAR)100)的简化示意性顶视图和正交截面图。诸如谐振器100的XBAR谐振器可以用于包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器在内的各种RF滤波器。XBAR特别适合用于频率高于3GHz的通信频段的滤波器。

一般而言，XBAR 100由分别形成在压电层110(本文中，压电板或压电层可以互换使用)的一个或两个表面处的薄膜导体图案构成，该压电层110具有平行的前侧112和后侧114(通常也分别被称为第一表面和第二表面)。应当理解，术语“平行”通常是指前侧112和后侧114彼此相对，并且这些表面不一定是平坦的并且彼此平行。例如，对于由沉积工艺导致的制造差异，前侧112和后侧114可以具有如本领域技术人员将理解的表面起伏。

根据示例性方面，压电层是诸如铌酸锂、钽酸锂、硅酸镧镓、氮化镓或氮化铝之类的压电材料的薄单晶层。应当理解，术语“单晶”不一定意味着完全均匀的晶体结构，并且可以包括由于制造差异而产生的杂质，只要晶体结构在可接受公差内即可。切割压电层使得X、Y和Z晶轴相对于前侧和后侧的取向是已知的且是一致的。在本文所述的示例中，压电层为Z-切割的，也就是说，Z轴垂直于前侧112和后侧114。然而，XBAR可以在具有其他晶体取向(包括旋转Z-切割、Z-切割和旋转YX切割)的压电层上制造。

Y-切割系列(例如，120Y和128Y)通常被称为120YX或128YX，其中“切割角”是y轴与该层的法线之间的角度。“切割角”等于β+90°。例如，具有欧拉角[0°，30°，0°]的层通常被称为“120°旋转Y-切割”或“120Y”。因此，120YX和128YX的欧拉角分别为(0，120至90，0)和(0，128至90，0)。“Z-切割”通常被称为ZY切割，并且被理解为意味着层表面垂直于Z轴，但波沿Y轴传播。ZY切割的欧拉角为(0，0，90)。

除了压电层110的在压电层110之下的一个或多个层(例如，衬底之上或之中的一个或多个中间层)中形成位于空腔140上方(例如，跨越空腔140或在空腔140上方延伸)的隔膜(diaphragm)115的部分之外，压电层110的后侧114可以至少部分地由衬底120的表面支撑。换言之，压电层110的后侧114可以经由一个或多个中间层(例如，介电层)直接或间接地耦接或连接到衬底120的表面。此外，如本文可互换使用的，短语“由......支撑”或“附接”可以意味着直接附接、间接附接、机械上支撑、结构上支撑或其任何组合。压电层的位于空腔上方(例如，跨越空腔或在空腔上方延伸)的部分在本文中可以被称为“隔膜”115，因为它与麦克风的隔膜物理上相似。如图1A所示，隔膜115与压电层110的在空腔140的周边145的全部周围的其余部分邻接。在该上下文中，“邻接”是指“连续地连接而没有任何中间物”。然而，在示例性方面，隔膜115可以被配置为使得隔膜115的边缘表面的至少50％耦接到压电层110的边缘。

根据示例性方面，衬底120被配置为向压电层110提供机械支撑。衬底120例如可以是硅、蓝宝石、石英或一些其他材料或材料的组合。压电层110的后侧114可以使用晶片接合工艺接合到衬底120。备选地，压电层110可以在衬底120上生长，或者以某种其他方式由衬底支撑或附接到衬底。

出于本公开的目的，“空腔”具有“实体内的空的空间”的常规含义。空腔140可以是完全穿过衬底120的孔(如截面A-A所示)、介电层内的孔(如图1B所示)或衬底120中的凹槽。例如，可以通过在直接或间接地附接压电层110和衬底120之前或之后对衬底120进行选择性蚀刻来形成空腔140。

如图所示，XBAR 100的导体图案包括叉指换能器(IDT)130。IDT 130包括从第一母线132延伸的第一多个平行指状物(例如，指状物136)以及从第二母线134延伸的第二多个指状物。第一多个平行指状物和第二多个平行指状物彼此交错。交错指状物的至少一部分重叠距离AP，该距离AP通常被称为IDT的“孔径(aperture)”。IDT 130的最外侧指状物之间的中心到中心距离L是IDT的“长度(length)”。

在图1A的示例中，IDT 130在压电层110的前侧112的表面(例如，第一表面)处。然而，如下所述，在其他配置中，IDT 130可以在压电层110的后侧114的表面(例如，第二表面)处，或者分别在压电层110的前侧112和后侧114的表面两者处。

第一母线132和第二母线134被配置为XBAR 100的端子。在操作中，施加在IDT 130的两个母线132、134之间的射频或微波信号在压电层110内主要激发声学模式。如将进一步详细讨论的，主要激发的声学模式是体剪切模式或体声波，其中，体剪切声波的声能在压电层110中被IDT 130激发并且沿与压电层110的表面基本/主要正交的方向传播，该方向也主要垂直于或横向于由IDT指状物产生的电场的方向。即，当在两个母线132、134之间施加射频或微波信号时，施加到各组IDT指状物的RF电压产生相对于压电层110的表面横向激发的时变电场。因此，在一些情况下，主要激发的声学模式通常可以被称为横向激发的体声波，因为与传播相反，位移主要发生在压电层的体的方向上，如下面参考图4更详细讨论的。

出于本公开的目的，“主要声学模式”通常可以指在主要厚度剪切方向(例如，X方向)上引起振动位移的操作模式，因此波基本上/主要在连接压电层的相对的前表面和后表面的方向上(即，Z方向上)传播。换言之，波的X方向分量显著小于Z方向分量。“主要激发的声学模式”中的术语“主要”的使用不一定指低阶或高阶模式。因此，XBAR被视为横向激发的薄膜体波谐振器。

在任何一种情况下，IDT 130位于压电层110处或位于压电层110上，使得至少IDT的指状物在压电层110的位于空腔140上方的部分(例如，隔膜115)处延伸或在该部分上延伸，如本文所述。如图1A所示，空腔140具有矩形截面，其范围大于IDT 130的孔径AP和长度L。根据其他示例性方面，XBAR的空腔可以具有不同的截面形状，例如规则或不规则的多边形。XBAR的空腔可以具有多于或少于四个侧表面，这些侧表面可以是直的或弯曲的。

根据示例性方面，XBAR 100的面积被确定为IDT 130的面积。例如，可以基于长度L的测量值乘以IDT 130的交错指状物的孔径AP的测量值的乘积来确定IDT 130的面积。如本公开在这里使用的，例如，面积以μm²为单位，并且被认为是IDT在XY平面中的面积。因此，如下所述，可以基于设计选择来调整XBAR 100的面积，从而调整特定XBAR 100的总电容。

为了便于在图1A中呈现，IDT指状物的几何间距和宽度相对于XBAR的长度(尺寸L)和孔径(尺寸AP)被极大地放大了。典型的XBAR在IDT中具有多于十个平行指状物。例如，根据示例性方面，XBAR在IDT中可以具有数百个甚至数千个平行指状物。类似地，截面图中的指状物的厚度被极大地放大了。

图1B示出了备选XBAR配置100′的示意性截面图。在图1B中，谐振器100′的空腔140(其通常可以对应于图1A的空腔140)完全形成在介电层124(例如SiO₂，如图1B所示)内，该介电层124位于衬底120(在图1B中被指示为Si)和压电层110(在图1B中被指示为LN)之间。尽管单个介电层124被示出为具有(例如，通过蚀刻)形成在其中的空腔140，但应当理解，介电层124可以由形成在彼此之上的多个单独介电层形成。

此外，在图1B的示例中，空腔140的所有侧面均由介电层124限定。然而，在其他示例性实施例中，空腔140的一侧或多侧可以由衬底120或压电层110限定。在图1B的示例中，空腔140具有梯形形状。然而，如上所述，空腔形状不受限制，并且可以是矩形、椭圆形或其他形状。

图2A示出了图1A或图1B的XBAR 100的详细示意性截面图。压电层110是具有厚度ts的压电材料的单晶层。ts例如可以是100nm至1500nm。厚度ts当用于从3.4GHZ至7GHz的5GNR和Wi-Fi^TM频段的滤波器时，例如可以是150nm至500nm。

在该方面，可以在压电层110的前侧112上形成前侧介电层212(例如，第一介电涂层或材料)。根据定义，XBAR的“前侧”是背对衬底的表面。前侧介电层212具有厚度tfd。如图2A所示，前侧介电层212覆盖IDT指状物238a、238b，其可以对应于如上面关于图1A描述的指状物136。尽管未在图2A中示出，但前侧介电层212也可以仅沉积在IDT指状物238a、238b之间。在这种情况下，可以在IDT指状物上沉积附加薄介电层(未示出)以对指状物进行密封和钝化。此外，尽管图2A中也未示出，但前侧介电层212例如也可以仅沉积在选择的IDT指状物238a上。

后侧介电层214(例如，第二介电涂层或材料)也可以形成在压电层110的后侧114的后侧上。通常，出于本公开的目的，术语“后侧”是指在与IDT结构的导体图案相对的一侧和/或与前侧介电层212相对的一侧上。此外，后侧介电层214具有厚度tbd。前侧介电层212和后侧介电层214可以是非压电介电材料，例如二氧化硅或氮化硅。Tfd和tbd例如可以是0至500nm。Tfd和tbd可以小于压电层的厚度ts。Tfd和tbd不一定相等，并且前侧介电层212和后侧介电层214不一定是相同的材料。根据各个示例性方面，前侧介电层212和后侧介电层214中的任一个或两者可以由两种或更多种材料的多个层形成。如下面详细描述的，第一介电层和第二介电层(介电涂层或材料)可以形成在相对表面上以提供声学谐振器的对称涂层。此外，可以设置这些介电层的特定材料和厚度以在最小化器件的厚度的同时改进声学谐振器的机电耦合。

IDT指状物238a、238b可以是铝、基本铝合金、铜、基本铜合金、铍、金或一些其他导电材料。诸如铬或钛的其他金属的薄(相对于导体的总厚度)层可以形成在这些指状物的下方和/或上方，以提高指状物与压电层110之间的粘合性，和/或钝化或封装这些指状物。IDT的母线(图1A中的132、134)可以由与这些指状物相同或不同的材料制成。在各个示例性方面，IDT指状物的截面形状可以是梯形(指状物238a)、矩形(指状物238b)或一些其他形状。

尺寸p是相邻IDT指状物(例如，图2A至图2C中的IDT指状物238a、238b)之间的中心到中心间距(spacing)。如图2A所示，可以在指状物的宽度“w”的中心处测量中心到中心间距的中心点。在一些情况下，如果给定指状物的宽度沿指状物的长度而改变、如果宽度和延伸方向改变、或其任何变化，则中心到中心间距可以改变。在这种情况下，对于沿着AP的给定位置，中心到中心间距可以被测量为平均中心到中心间距、最大中心到中心间距、最小中心到中心间距、或其任何变化。相邻指状物可以各自从不同的母线延伸，并且中心到中心间距可以是从自第一母线延伸的第一指状物的中心到与第一指状物相邻、从第二母线延伸的第二指状物的中心测量的。中心到中心间距在IDT的长度上可以是恒定的，在这种情况下，尺寸p可以被称为IDT的节距(pitch)和/或XBAR的节距。然而，根据下面将更详细讨论的示例性方面，中心到中心间距沿IDT的长度变化，在这种情况下，IDT的节距可以是IDT的长度上的尺寸p的平均值。当与其他相邻指状物相比时，从一个指状物到相邻指状物的中心到中心间距可以在多个相邻对的离散部分或其任何组合中连续变化。每个IDT指状物(例如，图2A、图2B和图2C中的IDT指状物238a、238b)具有垂直于每个指状物的长方向测量的宽度w。宽度w在本文中也可以被称为“标记(mark)”。一般而言，IDT指状物的宽度在IDT的长度上可以是恒定的，在这种情况下，尺寸w可以是每个IDT指状物的宽度。然而，在如下面将讨论的示例性方面，各个IDT指状物的宽度沿IDT 130的长度变化，在这种情况下，尺寸w可以是IDT指状物在IDT的长度上的宽度的平均值。注意，IDT指状物的节距p和宽度w是在平行于IDT的长度L的方向上测量的，如图1A中所定义的。

一般而言，XBAR的IDT与表面声波(SAW)谐振器中使用的IDT显著不同，主要在于XBAR的IDT激发如下面关于图4更详细地描述的剪切厚度模式，其中SAW谐振器在操作中激发表面波。此外，在SAW谐振器中，IDT的节距是谐振频率下的声波波长的二分之一。此外，SAW谐振器IDT的标记节距比率通常接近0.5(即，标记或指状物宽度约为在谐振时的声波波长的四分之一)。在XBAR中，IDT的节距p通常是这些指状物的宽度w的2倍至20倍。此外，IDT的节距p通常是压电层110的厚度ts的2倍至20倍。此外，XBAR中IDT指状物的宽度不限于在谐振时声波波长的四分之一。例如，XBAR IDT指状物的宽度可以是500nm或更大，使得IDT可以使用光学光刻来制造。IDT指状物的厚度tm可以从100nm至约等于宽度w，因为光刻工艺通常不能支持厚度大于宽度的配置。IDT的母线(图1A中的132、134)的厚度可以等于IDT指状物的厚度tm、小于IDT指状物的厚度tm、大于IDT指状物的厚度tm或其任何组合。注意，本文描述的XBAR器件不限于本文描述的尺寸范围。

此外，与SAW滤波器不同，XBAR的谐振频率取决于其隔膜的总厚度(即，在竖直或厚度方向上)，包括压电层110以及设置在其上的前侧介电层212和后侧介电层214。在示例性方面，可以改变一个或两个介电层的厚度以改变滤波器中的各种XBAR的谐振频率。例如，梯形滤波器电路中的并联谐振器可以包含较厚的介电层，以相对于具有较薄介电层的串联谐振器降低并联谐振器的谐振频率，从而降低总厚度。

返回参考图2A，IDT指状物238a、238b上方的前侧介电层212的厚度tfd可以大于或等于处理并钝化压电层110的前侧112上的IDT指状物和其他导体所需的最小厚度。根据示例性方面，取决于前侧介电层的材料和沉积的方法，最小厚度例如可以是10nm至50nm。后侧介电层214的厚度可以被配置为特定厚度以调节谐振器的谐振频率，如下面将更详细描述的。

尽管图2A公开了IDT指状物238a和238b在压电层110的前侧112处的配置，但可以提供备选配置。例如，图2B示出了备选配置，其中，IDT指状物238a、238b在压电层110的后侧114处(即，面对空腔)并且被后侧介电层214覆盖。前侧介电层212可以覆盖压电层110的前侧112。在示例性方面，可以修整或蚀刻设置在每个谐振器的隔膜上的介电层以调整谐振频率。然而，如果介电层在隔膜的面对空腔的一侧上，则存在(例如，由指状物上的涂层产生的)杂散模式的变化。此外，通过IDT的顶部上涂覆的钝化层，标记会改变，这也可以导致杂散。因此，如图2B所示，通过将IDT指状物238a、238b设置在压电层110的后侧114处，与IDT指状物238a和238b在压电层110的前侧112上时相比，可以消除解决频率的变化以及其对杂散的影响的需要。

图2C示出了备选配置，其中，IDT指状物238a、238b在压电层110的前侧112上并且被前侧介电层212覆盖。IDT指状物238c、238d也在压电层110的后侧114上并且也被后侧介电层214覆盖。如先前所描述的，前侧介电层212和后侧介电层214不一定是相同的厚度或相同的材料。

图2D示出了另一备选配置，其中，IDT指状物238a、238b在压电层110的前侧112上并且被前侧介电层212覆盖。对前侧介电层的表面进行平坦化。可以例如通过抛光或一些其他方法对前侧介电层进行平坦化。具有厚度tp的介电材料薄层可以覆盖IDT指状物238a、238b以对指状物进行密封和钝化。尺寸TP例如可以是10nm至50nm。

上面关于图2A至图2D描述的XBAR配置中的每个XBAR配置包括跨越空腔的隔膜。然而，在备选方面，声学谐振器可以被牢固地安装，其中具有IDT指状物的隔膜被安装在布拉格镜上或之上，该布拉格镜进而可以被安装在衬底上。

具体地，图2E示出了牢固安装的XBAR(SM XBAR)的详细示意性截面图。SM XBAR包括压电层110和IDT(包括一对IDT指状物238)，其中，介电层212设置在压电层110和IDT指状物238上。与上述配置类似，压电层110具有平行的前表面和后表面。尺寸ts是压电层110的厚度。IDT指状物238的宽度是尺寸w，IDT指状物的厚度是尺寸tm，并且IDT节距是尺寸p。注意，IDT指状物238通常可以对应于如上所述的指状物238a和238b。

与图1A所示的XBAR器件相反，图2E中的SM XBAR的IDT未形成在跨越衬底中的空腔的隔膜上。相反，声学布拉格反射器240被夹在衬底220的表面222与压电层110的后表面之间。术语“夹在……之间”意味着声学布拉格反射器240设置在衬底220的表面222与压电层110的后表面之间并且机械地附接到衬底220的表面222和压电层110的后表面两者。在一些情况下，附加材料的层可以设置在声学布拉格反射器240与衬底220的表面222之间和/或布拉格反射器240与压电层110的后表面之间。可以存在这种附加材料层，例如以便于接合压电层110、声学布拉格反射器240和衬底220。

声学布拉格反射器240可以是被配置为反射在压电体中激发的主声学模式的至少一部分的声学反射镜，并且包括在具有高声学阻抗的材料与具有低声学阻抗的材料之间交替的多个介电层。材料的声学阻抗是材料的剪切波速度和密度的乘积。“高”和“低”是相对术语。对于每个层，用于比较的标准是相邻层。每个“高”声学阻抗层的声学阻抗高于两个相邻低声学阻抗层的声学阻抗。每个“低”声学阻抗层的声学阻抗低于两个相邻高声学阻抗层的声学阻抗。如上面所讨论的，XBAR压电层中的主声学模式是剪切体波。在示例性方面，声学布拉格反射器240的每个层的厚度等于或约为在或接近SM XBAR的谐振频率下具有与主声学模式相同的偏振的剪切体波的层中的波长的四分之一。具有相对较低声学阻抗的介电材料包括二氧化硅、含碳氧化硅和诸如交叉链接的聚苯聚合物的某种塑料。具有相对较高声学阻抗的材料包括氧化铪、氮化硅、氮化铝、碳化硅。声学布拉格反射器240的所有高声学阻抗层不必是相同的材料，并且所有低声学阻抗层不必是相同的材料。在图2E的示例中，声学布拉格反射器240具有总共六个层，但声学布拉格反射器在备选配置中可以具有多于或少于六个层。

IDT指状物(例如，IDT指状物238a和238b)可以设置在压电层110的前侧112的表面上。备选地，IDT指状物(例如，IDT指状物238a和238b)可以设置在凹槽中，该凹槽形成在前侧112的表面中。凹槽可以部分地延伸穿过压电层。备选地，凹槽可以完全延伸穿过压电层。

图3A和图3B示出了XBAR 100的沿图1A中定义的截面A-A的两个示例性截面图。在图3A中，与压电层110相对应的压电层310直接附接到衬底320，该衬底320可以对应于图1A的衬底120。此外，在压电层310的包含XBAR的IDT的部分(即，隔膜315)下方的衬底中形成未完全贯穿衬底320的空腔340。在示例性方面，空腔340可以对应于图1A和/或图1B的空腔140。在示例性方面，空腔340可以例如通过在附接压电层310之前蚀刻衬底320来形成。备选地，空腔340可以通过用选择性蚀刻剂蚀刻衬底320而形成，该选择性蚀刻剂通过在压电层310中设置的一个或多个开口到达该衬底。

图3B示出了备选方面，其中，衬底320包括基底322、以及设置在压电层310和基底322之间的中间层324。例如，基底322可以是硅(例如，硅支撑衬底)，并且中间层324可以是二氧化硅或氮化硅或一些其他材料，例如中间介电层。即，在该方面，基底322与中间层324被统称为衬底320。如进一步所示，在压电层310的包含XBAR的IDT指状物的部分(即，隔膜315)下方的中间层324中形成空腔340。例如可以通过在附接压电层310之前蚀刻中间层324来形成空腔340。备选地，可以通过蚀刻中间层324来形成空腔340。在其他示例实施例中，可以通过其他方式在中间层324中限定空腔340，该其他方式与是否蚀刻中间层324来限定空腔340不同。在一些情况下，可以使用通过在压电层310中设置的一个或多个开口(未示出)到达衬底的选择性蚀刻剂来执行蚀刻。

在这种情况下，隔膜315(其在示例性方面可以对应于例如图1A的隔膜115)可以与压电层310的在空腔340的大部分周边周围的其余部分邻接。例如，隔膜315可以与压电层310的在空腔340的周边的至少50％周围的其余部分邻接。如图3B所示，空腔340完全延伸穿过中间层324。即，隔膜315可以具有面对压电层310的外边缘，其中隔膜315的边缘表面的至少50％耦接到压电层310的面对隔膜315的边缘。该配置提供了谐振器的增加的机械稳定性。

在其他配置中，空腔340可以部分地延伸到中间层324内，但不是完全穿过中间层324(即，中间层324可以在基底322的顶部上在空腔的底部上方延伸)，或者可以延伸穿过中间层324并(部分地或全部)进入基底322内。如上所述，应当理解，根据各个示例性方面，IDT的交错指状物可以设置在图3A和图3B中的隔膜315的任一表面或两个表面上。

图4是XBAR中的感兴趣的主要激发的声学模式的图形说明。图4示出了XBAR 400的一小部分，包括压电层410和三个交错IDT指状物430。通常，根据示例性方面，XBAR 400的示例性配置可以对应于上面描述并且在图2A至图2D中示出的任一配置。因此，应当理解，压电层410可以对应于压电层110，并且IDT指状物430可以根据例如指状物238a和238b的任一配置来实现。

在操作中，将RF电压施加到交错指状物430。该电压在这些指状物之间产生随时间变化的电场。电场的方向横向于(即，横向激发的)或主要平行于压电层410的表面，如标记为“电场”的箭头所指示的，以激发声学谐振器的隔膜的主剪切声学模式I。由于压电层410的高介电常数，电场相对于空气高度集中在压电层中。横向电场在压电层410中引入剪切变形，因此在压电层410中强烈激发剪切声学模式。在该上下文中，“剪切变形”被定义为材料中的平行平面在相对于彼此平移的同时保持平行并保持恒定距离的变形。换言之，材料的平行平面相对于彼此横向移位。“剪切声学模式”被定义为介质中导致介质剪切变形的声学振动模式。XBAR 400中的剪切变形由曲线460表示，其中，相邻的小箭头提供原子运动的方向和幅度的示意性指示。注意，为了便于在图4中的可视化，原子运动的程度以及压电层410的厚度已经被放大。虽然原子运动主要是横向的(即，如图4所示的水平方向的)，但主要激发的剪切声学模式的声能流的方向基本上和/或主要正交于压电层的表面，如箭头465所指示的。实际上，主剪切声学模式是体剪切模式，其中声能沿着如下方向传播：该方向基本上正交于压电层的第一表面和第二表面并且横向于由IDT产生的电场的方向。

基于剪切声波谐振的声学谐振器可以实现比当前最先进的在厚度方向上施加电场的薄膜体声学谐振器(FBAR)和牢固安装谐振器体声波(SMR BAW)器件更好的性能。在这种器件中，声学模式是压缩的，其中，原子运动和声能流方向在厚度方向上。另外，与其他声学谐振器相比，剪切波XBAR谐振的压电耦合可以较高(>20％)。因此，高压电耦合能够设计和实现具有可观带宽的微波和毫米波滤波器。

图5A是使用XBAR(例如，上述通用XBAR配置100)的高频带通滤波器500的示意性电路图和布局。滤波器500具有常规分割梯形滤波器架构，包括四个谐振器510A、510B、510C和510D以及三个并联谐振器520A、520B和520C。串联谐振器510A、510B、510C和510D串联连接在第一端口和第二端口之间(因此被称为术语“串联谐振器”)。在图5A中，第一端口和第二端口分别被标记为“入(In)”和“出(Out)”。然而，滤波器500是双向的并且任一端口可以用作滤波器的输入或输出。至少三个并联谐振器(例如，并联谐振器520A、50B和502C)从串联谐振器之间的节点连接到接地连接。滤波器可以包含图5A中未示出的附加电抗组件，例如电感器。在示例性方面，所有并联谐振器和串联谐振器都是XBAR(例如，如上所述的XBAR配置100和/或100’中的任一个)。包括三个串联谐振器和两个并联谐振器是示例。注意，对于分割梯形，滤波器可以具有多于或少于七个总谐振器、多于或少于四个串联谐振器、以及多于或少于三个并联谐振器。通常，所有串联谐振器串联连接在滤波器的输入与输出之间。所有并联谐振器通常连接在地与输入、输出或两个串联谐振器之间的节点之间。

在示例性滤波器500中，滤波器500的串联谐振器510A、510B、510C和510D以及并联谐振器520A、520B和520C形成在接合到硅衬底(不可见)的至少一个压电材料层530(并且在一些情况下形成在单个压电材料层530)上。然而，在备选方面，例如，单独的谐振器可以各自形成在接合到单独衬底的单独压电层上。此外，每个谐振器包括相应的IDT(未示出)，其中，至少IDT的指状物设置在衬底中的空腔或声学反射镜上方。在该上下文和类似上下文中，术语“相应的(respective)”意味着“将事物彼此相关”，即，具有一对一的对应关系。在图5A中，空腔被示意性地示出为虚线矩形(例如，矩形535)。在该示例中，每个IDT设置在相应的空腔上方。在其他滤波器中，两个或更多个谐振器的IDT可以设置在单个空腔上方。

滤波器500中的谐振器510A、510B、510C、510D、520A、520B和520C中的每一个具有谐振器的导纳非常高的谐振和谐振器的导纳非常低的反谐振。谐振和反谐振分别发生在谐振频率和反谐振频率处，对于滤波器500中的各种谐振器，谐振频率和反谐振频率可以相同或不同。简而言之，每个谐振器在其谐振频率下可以被视为短路，而在其反谐振频率下可以被视为开路。在并联谐振器的谐振频率和串联谐振器的反谐振频率处，输入-输出传输函数将接近于零。在典型滤波器中，并联谐振器的谐振频率位于滤波器通带的下边缘之下，并且串联谐振器的反谐振频率位于通带的上边缘之上。

谐振器的谐振频率和反谐振频率之间的频率范围对应于谐振器的耦合(coupling)。取决于滤波器500的设计参数，谐振器510A、510B、510C、510D、520A、520B和520C中的每个谐振器可以具有相应谐振器被调谐到的特定耦合参数，以便实现滤波器500所需的频率响应。具体地，并且如下面详细描述的，特定谐振器可以在由预定材料形成的压电层上具有对称涂层，以实现特定耦合参数要求(即，耦合系数k²)。

根据示例性方面，串联谐振器510A、510B、510C和510D以及并联谐振器520A、520B和520C中的每一个可以具有如上面关于图1A至图2D所描述的XBAR配置，其中具有IDT指状物的隔膜跨越空腔上方。备选地，串联谐振器510A、510B、510C、510D以及并联谐振器520A、520B和520C中的每一个可以具有以下XBAR配置：串联谐振器510A、510B、510C、510D和/或并联谐振器520A、520B和520C可以牢固地安装在布拉格反射镜上或安装在布拉格反射镜上方(例如，如图2E所示)，该布拉格反射镜进而可以安装在衬底上。

图5B是根据示例性方面的包括声波滤波器件在内的射频模块的示意图。具体地，图5B示出了根据示例性方面的包括一个或多个声波滤波器544在内的射频模块540。所示的射频模块540还包括射频(RF)电路(circuitry或circuit)543。在示例性方面，如上面关于图5A所描述的，声波滤波器544可以包括滤波器500中的一个或多个，该滤波器500包括XBAR。

图5B所示的声波滤波器544包括端子545A和545B(例如，第一端子和第二端子)。端子545A和545B可以用作例如声波滤波器544的输入接触部和输出接触部。尽管示出了两个端子，但对于特定应用，可以实现任何合适数量的端子。声波滤波器544和RF电路543在图5B中的封装衬底546(例如，公共衬底)上。封装衬底546可以是层压衬底。端子545A和545B可以分别通过电连接器548A和548B分别电连接到封装衬底546上的接触部547A和547B。电连接器548A和548B例如可以是凸块或布线接合。在示例性方面，通过使用或不使用封装衬底546，声波滤波器544和RF电路543可以一起封装在公共封装内。

RF电路543可以包括任何合适的RF电路。例如，RF电路可以包括一个或多个射频放大器(例如，一个或多个功率放大器和/或一个或多个低噪声放大器)、一个或多个射频开关、一个或多个附加RF滤波器、一个或多个RF耦接器、一个或多个延迟线、一个或多个移相器或其任何合适的组合。RF电路543可以电连接到一个或多个声波滤波器544。射频模块540可以包括一个或多个封装结构，以例如提供保护和/或有助于更容易地处理射频模块540。这种封装结构可以包括形成在封装衬底546上方的包覆成型结构。包覆成型结构可以封装射频模块540的一些或全部组件。

因此，根据该示例性方面，射频模块可以包含射频(RF)滤波器，该射频滤波器进而包含被连接为梯形滤波器电路的多个XBAR器件。此外，确定XBAR的谐振频率的主导参数是谐振器的压电层或振膜(例如，隔膜)的厚度。谐振频率在较小程度上还取决于IDT指状物的节距和宽度或标记。许多滤波器应用需要谐振器的谐振频率和/或反谐振频率的范围超出通过改变IDT的节距可以实现的范围。在示例中，美国专利No.10,491,291(其内容通过引用并入本文)描述了以下内容：使用沉积在并联谐振器的IDT的指状物之间和/或之上的介电频率设置层，来相对于串联谐振器的谐振频率降低并联谐振器的谐振频率。

如上所述，在示例性方面，声学谐振器(例如，图2A所示的谐振器100)包括位于IDT130的IDT指状物238a和238b之上和之间的(被平坦化或共形的)介电层214。此外，在附加示例性方面，诸如图2B至图2D中所描述的示例性方面，一对介电层(例如，介电层212和214)可以设置在隔膜的相对表面上。在这种情况下，在示例性方面，这些介电层可以被认为是用于IDT的涂层材料或涂层。如上面进一步描述的，介电层212和/或214(例如，涂层)可以是二氧化硅，并且可以实现这些谐振器以形成如图5A所示也如上所述的梯形滤波器500。

一般而言，具有高带宽(例如“全频带”)的滤波器件(例如，梯形滤波器)需要具有高耦合(其通常被认为是谐振与反谐振之间的距离)的谐振器，以便最大化性能。另一方面，如果在滤波器件中实现的谐振器不提供足够的耦合，则滤波器件的性能将受到影响。可以使用具有较低耦合的谐振器，只要它们的耦合高于所需的最小值即可，但在尺寸、抑制、陡度、损耗或其组合方面存在性能成本。

出于描述图6和图7的目的，谐振器耦合被示出为其中k²＝是给定声学谐振器的耦合，f_a是反谐振频率，并且f_r是谐振频率。具体地，图6示出了谐振器耦合610的曲线图示600，其中谐振器耦合610作为前侧介电层厚度与压电板厚度之比620(例如，如图2A至图2D所示的tfd/ts)的函数。曲线图示600可以作为针对如下声学谐振器执行的有限元方法(FEM)模拟的结果来提供：该声学谐振器具有Z切割的LiNbO₃的400nm的压电层厚度ts、SiO₂的前侧介电层厚度tfd；IDT指状物是具有20nm标记的10nm厚的金属电极；IDT的交错指状物具有节距p＝4μm/缩放因子，其中，缩放因子＝400nm(ts)/总厚度(tfd+ts)。

如图6所示，当厚度tfd从零增加到约20％的厚度比tfd/ts时，耦合存在非常明显的最大值。具体地，最大耦合635在约20％的氧化物厚度tfd/ts处，并且提供约10％的耦合增加。随着该比率进一步增加，耦合急剧下降。例如，在630和640处示出了约5％的耦合变化，630和640处是约5％和30％的氧化物厚度tfd/ts。

图7示出了作为其前侧氧化物厚度/板厚度720(例如，如图2A至图2D中所示的tfd/ts)中的每一个的函数的两个声学谐振器的耦合710的曲线图示700。具体地，提供了用于如上述图1A至图3B的示例性方面所示的声学谐振器的两次迭代的曲线图示700。曲线图示700中的数据图是针对图6(上面所示)中实线所示的曲线图示600的声学谐振器执行以及针对具有与图6所示的物理尺寸相同的物理尺寸(除了前侧介电层的材料是Si₃N₄之外)的声学谐振器执行的FEM模拟的结果，Si₃N₄具有较高(比二氧化硅高)的介电常数∈＝7.0∈0。

如图7所示，对于Si₃N₄的厚度tfd，当厚度tfd从零增加到约20％的厚度tfd/ts时，耦合存在非常明显的最大值。最大耦合735在约20％或22％的氧化物厚度tfd/ts处，并且提供约10％的耦合增加。高于该值时，耦合(如虚线所示)比实线所示的二氧化硅(SiO₂)介电层下降得更慢。在730和740处示出了约5％的耦合变化，730和740处是约5％和35％的氧化物厚度tfd/ts。从约1％到约45％的tfd/ts耦合有所增加。

在图示600和图示700的数据图中，耦合系数k²在氧化物的非零tfd处具有最大值，这至少部分地由于如下事实：声学谐振器的总耦合取决于前侧介电层的介电系数以及压电层或板的压电系数。耦合系数k²与前侧介电层的介电系数成反比。在一些情况下，压电层或板(例如，铌酸锂)具有比SiO₂的前侧介电层的介电常数(约4或为4)大得多的介电常数(约45或为45)，并且当添加SiO₂时，有效介电常数下降。添加SiO₂导致介电常数的这种下降允许耦合系数k²在适当的SiO₂厚度(例如，在压电层或板的厚度的1％到40％之间)时上升。然而，随着SiO₂涂层的厚度进一步增加，压电部分占主导地位，并且耦合系数k²迅速下降。

对于某些声学谐振器，需要增加耦合系数(或以耦合系数为目标)，同时还减小声学谐振器的整体厚度。因此，根据示例性方面，声学谐振器在压电层/隔膜的相对表面上设置有具有相同厚度的对称涂层，即介电层。此外，选择介电层的材料以增加耦合，同时还减小声学谐振器的总厚度，即，通过减小第一介电层和第二介电层(例如，顶部介电层和底部介电层)各自的厚度来减小声学谐振器的总厚度。具体地，介电层(例如，如上所述的第一介电层212和第二介电层214)中的每一个由相同的材料形成，该材料可以是氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、五氧化二钽(Ta₂O₅)、氮化铪(HfN)和二氧化铪(HfO₂)之一。

图8示出了根据示例性方面的实现特定介电材料和设置厚度的多个声学谐振器的耦合的曲线图示800。图8所示的数据图是针对如本文所述的声学谐振器执行的FEM模拟的结果，该声学谐振器包括由用于介电层的示例性材料形成的对称涂层。如上所述，谐振器的耦合是谐振频率f_r与反谐振频率f_a之间的距离，并且对于图8，由参数指示。注意，f_r的位置通常接近于短路(压电)板谐振频率，并且f_a的位置通常接近于开路(压电)板谐振频率。

具体地，图8示出了与作为介电材料的二氧化硅相比，每种介电材料(即，ZnO、ZnS、Ta₂O₅、HfN和HfO₂)的数据图。如图所示，具有二氧化硅的对称涂层的声学谐振器在厚度比(即，tfd/ts)为约0.18时具有0.346的最高耦合。与此相比，使用不同材料的示例性配置中的每一个在显著更低的介电层(涂层)厚度下提供更高的耦合。具体地，具有使用ZnS作为介电层的对称涂层的声学谐振器在厚度比(即，tfd/ts)约为0.125时具有0.35的峰值耦合k²。此外，具有使用HfN作为介电层的对称涂层的声学谐振器在厚度比(即，tfd/ts)约为0.05时具有0.354的峰值耦合k²。此外，具有使用Ta₂O₅作为介电层的对称涂层的声学谐振器在厚度比(即，tfd/ts)约为0.01时具有0.354的峰值耦合k²。类似地，具有使用HfO₂作为介电层的对称涂层的声学谐振器在厚度比(即，tfd/ts)约为0.01时具有0.354的峰值耦合k²。最后，具有使用ZnO作为介电层的对称涂层的声学谐振器在厚度比(即，tfd/ts)约为0.125时具有0.357的峰值耦合k²。因此，如图8所示，在ZnO、ZnS、Ta₂O₅、HfN和HfO₂中的每一个上提供声学谐振器的对称涂层提供了更高的耦合系数k²，同时显著减小了介电层的总厚度，从而减小整个声学谐振器的厚度。

根据示例性方面并且如图8所示，存在对称涂层，因此介电层厚度(例如，如上所述的介电层212和214)大于零。例如，厚度比(即，tfd/ts)的起点(即，正好在曲线图的Y轴处)为0.0025(即，0.25％)。此外，如本文所述并且如图8所示，对称涂层通常将具有如下涂层：该涂层使得耦合系数可以是最大值或稍微超过最大值，但随着耦合系数k²急剧减小不会显著变厚。因此，根据示例性方面，厚度比(即，tfd/ts)可以在从0.25％至耦合系数k²在0.32和最大或最高耦合之间的百分比的范围内。作为示例，具有HfN对称涂层的声学谐振器具有0.354的最大耦合。因此，峰值的一半是0.337(即0.354+0.32/2)的耦合系数k²，因此厚度比(即，tfd/ts)为0.12或12％。与具有由二氧化硅形成的介电层的声学谐振器相比，具有HfN对称涂层的声学谐振器显著更薄(并且具有高耦合系数k²)。

因此，根据示例性方面，提供了一种具有压电层110的声学谐振器(例如图2A、图2B和图2C中任一个所示的声学谐振器)，该压电层110具有彼此相对的第一表面和第二表面。此外，第二表面(例如，底表面)直接或经由一个或多个中间层耦接到衬底。压电层110包括空腔上方的隔膜，该空腔在衬底(例如，图3A)和一个或多个中间层(例如，图1B和/或图3B)中的至少一个中延伸。在示例性方面，压电层110包括具有欧拉角[0°，30°，0°]的铌酸锂。

叉指换能器(IDT)形成在压电层110处，并在隔膜上具有交错指状物(例如，指状物238a和238b)。此外，第一介电层212和第二介电层214形成在隔膜的相对表面上。第一介电层212具有厚度tfd，并且第二介电层214具有第二厚度tbd，尽管厚度tfd和tbd在示例性方面中是相同的(也被称为“第一厚度”)以形成隔膜的对称涂层。此外，介电层212和214的第一厚度(显著地)小于压电层110的隔膜的厚度ts。在示例性方面，声学谐振器被配置用于在一阶反对称(A1)模式下操作。此外，第一介电层和第二介电层优选地被配置用于在A1模式下操作的声学谐振器的预定耦合。换言之，例如可以由芯片设计者定义预定耦合，然后可以优化介电层以实现该期望的耦合。此外，较薄的涂层(与较厚的二氧化硅涂层相比)有利地为S2提供更好的杂散抑制，同时仍然针对A1模式获得更大的耦合。

如上所述，第一介电层和第二介电层均由ZnS、HfN、HfO₂、ZnO和Ta₂O₅之一形成。此外，选择对称介电层的厚度以实现特定声学谐振器的期望耦合系数k²，其通常是最大耦合。如下面将更详细描述的，预先确定或预先选择给定声学谐振器的期望耦合系数k²，以便调整并优化对称涂层。在制造期间，将选择介电材料，然后将其沉积至所调整的厚度以获得介电层的第一厚度与压电层的第二厚度之间的厚度比(即，tfd/ts)，从而获得预定耦合系数k²。

注意，根据该示例性方面，第一介电层和第二介电层的第一厚度和压电层的第二厚度均沿着与隔膜的相对的表面基本正交的方向测量。例如，返回参考图2A，压电层110(和隔膜)在水平方向上延伸(例如，跨越空腔)，并且介电层的厚度tfd和tbd以及介电层的厚度ts在与其正交的方向(例如，竖直方向)上延伸。应当理解，厚度方向被认为是“基本上”正交的，这意味着在相对于压电层110(和隔膜)的各个表面的+5°或-5°(即，85°至95°)的小公差内。

在示例性方面，当第一介电层和第二介电层为ZnS时，第一厚度在第二厚度的0.25％和22％之间。此外，当第一介电层和第二介电层为HfN时，第一厚度在第二厚度的0.25％和12％之间。此外，当第一介电层和第二介电层为HfO₂或Ta₂O₅时，第一厚度在第二厚度的0.25％和21％之间。最后，当第一介电层和第二介电层为ZnO时，第一厚度在第二厚度的0.25％和24％之间。如本文所述，设置这些厚度范围以获得期望的耦合系数k²，其比使用二氧化硅作为介电层薄得多，但具有更高的耦合系数k²。

图9示出了根据示例性方面的制造如本文所述的滤波器的方法的流程图。具体地，方法900概括了根据示例性方面的用于制造滤波器件的示例性制造工艺，该滤波器件包含具有对称涂层的XBAR。具体地，提供了用于制造如本文所述的滤波器件的工艺900，该滤波器件包括具有对称涂层的多个XBAR。工艺900开始于905，其中在牺牲衬底上设置有器件衬底和压电材料的薄层(例如，压电层110)。工艺900结束于995，其中滤波器件制造完成。图9的流程图仅包括主要工艺步骤。可以在图9所示的步骤之前、之间、之后和期间执行各种常规工艺步骤(例如，表面准备、清洁、检查、烘烤、退火、监控、测试等)。注意，在905处，在将压电材料耦接到牺牲衬底之前，可以将材料层沉积在压电材料上。

此外，注意，虽然图9总体上描述了用于制造单个滤波器件的工艺，但多个滤波器件可以同时在共同晶片(包括接合到衬底的压电层)上制造。在这种情况下，可以对晶片上的所有滤波器件并行执行工艺900的每个步骤。

图9的流程图捕捉了用于制造XBAR的工艺900的三种变体，该三种变体在何时以及如何在器件衬底中形成空腔方面不同。可以在步骤910A、910B或910C处形成空腔，或者根本不形成空腔。应当理解，在工艺900的三种变体中的每种变体中仅执行这些步骤之一或者不执行这些步骤中的任一步骤。应当理解，例如，如果滤波器件仅包括SM XBAR配置，则可以省略这些步骤。为了生产具有根据本公开确定的布拉格堆叠层厚度的SM XBAR，可以制造牢固安装的XBAR而不在器件衬底中形成任何空腔。上面参考图2E描述了牢固安装的XBAR的示例。

在工艺900的一种变体中，在915处将压电层接合到衬底之前，在910A处将一个或多个空腔形成在器件衬底中。可以针对滤波器件中的每个谐振器形成单独的空腔。此外，空腔可以被成形和形成为使得两个或更多个谐振器可以在一个空腔上方的一个隔膜上。共用隔膜的这些谐振器在声轨上声学耦接。可以使用常规光刻和蚀刻技术来形成一个或多个空腔。通常，在910A处形成的空腔将不贯穿器件衬底。

在915处，将压电层接合到器件衬底或间接接合到介电层，如上所述。压电层和器件衬底可以通过晶片接合工艺来接合。通常，器件衬底和压电层的配合表面被高度抛光。中间材料(例如，氧化物或金属)的一个或多个层可以形成或沉积在压电层和器件衬底之一或两者的配合表面上。一个或两个配合表面可以使用例如等离子工艺来激活。然后可以用相当大的力将配合表面压在一起，以在压电层和器件衬底或中间材料层之间建立分子键。

在920处，可以去除牺牲衬底。例如，压电层和牺牲衬底可以是压电材料的晶片，该晶片已被离子注入以在晶体结构中沿一平面产生缺陷，该平面限定将成为压电层的部分与牺牲衬底之间的边界。在920处，例如通过热冲击、分离牺牲衬底并且留下接合到器件衬底的压电层，可以沿着缺陷平面分割晶片。在牺牲衬底被分离之后，可以以某种方式对压电层的暴露表面进行抛光或处理。

在930处，通过在压电层(例如，压电层110)的前侧上沉积并图案化一个或多个导体层，来形成包括电容器电极和每个XBAR的IDT在内的第一导体图案。该导体层例如可以是铝、铝合金、铜、铜合金或一些其他导电金属。在一些方面，其他材料的一层或多层可以设置在导体层下方(即，在导体层与压电层之间)和/或在导体层的顶部上。例如，钛、铬或其他金属的薄膜可以用于提高导体层与压电层之间的粘合性。金、铝、铜或其他更高导电率金属的第二导体图案可以形成在第一导体图案的部分(例如，IDT母线以及IDT之间的互连)上方。

在930处，可以通过在压电层的表面上顺序地沉积导体层以及一些方面下的一个或多个其他金属层来形成每个导体图案。然后可以通过利用图案化的光刻胶进行蚀刻来去除多余的金属。例如，可以通过等离子体蚀刻、反应离子蚀刻、湿法化学蚀刻或其他蚀刻技术来蚀刻导体层。

备选地，在930处，可以使用剥离工艺来形成每个导体图案。光刻胶可以沉积在压电层上方并被图案化以限定导体图案。应当理解，可以限定用于导体图案的光刻胶以实现如上所述的所期望的啁啾配置。此外，导体层以及一些方面下的一个或多个其他层可以顺序地沉积在压电层的表面上。然后，光刻胶可以被去除，这去除了多余的材料，留下导体图案。

在940处，在压电层110和导体图案的两个相对表面上形成更多介电层，以形成声学谐振器的对称涂层配置。根据示例性方面，可以沉积并修整这些层以配置谐振频率。如上所述，可以选择介电层的材料和厚度来针对特定耦合系数k²调谐声学谐振器。例如，也如上所述，如果声学谐振器需要约0.337的耦合系数k²，则介电层可以被选择为HfN，然后可以在沉积之后进行修整，使得厚度比(即，tfd/ts)为约0.12或12％。可以选择不同的材料和不同的厚度来向声学谐振器提供预定的且期望的耦合系数k²。

在950处，可以在压电层和导体图案上方沉积钝化/调谐介电层。在示例性方面，只要保持上述厚度比，该层就可以被认为是对称涂层。钝化/调谐介电层可以覆盖滤波器的除了用于电连接到位于滤波器外部的电路的焊盘之外的整个表面。在工艺900的一些实例中，在910B或910C处对器件衬底和/或中间层中的空腔进行蚀刻之后，可以形成钝化/调谐介电层。

更具体地，在工艺900的第二变体中，在910B处，在器件衬底和/或中间层的后表面中形成一个或多个空腔。可以针对滤波器件中的每个谐振器形成单独的空腔。此外，空腔可以被成形和形成为使得多个谐振器可以在一个空腔上方的一个隔膜上。共用隔膜的这些谐振器在声轨上声学耦接。可以使用各向异性或依赖于取向的干法或湿法蚀刻以开孔穿过器件衬底的后侧直到压电层，来形成一个或多个空腔。在这种情况下，所得的谐振器件将具有如图1A或图1B所示的截面。

在工艺900的第三变体中，在910C处，可以通过使用通过压电层中的开口引入的蚀刻剂蚀刻衬底来在器件衬底中形成呈凹槽形式的一个或多个空腔。可以针对滤波器件中的每个谐振器形成单独的空腔。此外，空腔可以被成形和形成为使得两个或更多个谐振器可以在一个空腔上方的一个隔膜上。共用隔膜的这些谐振器在声轨上声学耦接。在910C处形成的一个或多个空腔将不贯穿器件衬底。

理想情况下，在910B或910C处形成空腔之后，晶片上的大部分或所有滤波器件将满足性能要求集合。然而，正常的工艺容差将导致参数(例如，在940和950处形成的介电层的厚度)的变化、在930处形成的导体和IDT指状物的厚度和线宽的变化、以及压电层的厚度的变化。这些变化导致滤波器件性能偏离性能要求集合。

为了提高满足性能要求(包括获得所期望的耦合系数k²)的滤波器件的产量，可以通过选择性地调整在950处沉积在谐振器上方的钝化/调谐层的厚度来执行频率调谐。可以通过将材料添加到钝化/调谐层来降低滤波器件通带的频率，并且可以通过从钝化/调谐层中去除材料来增加滤波器件通带的频率。通常，对工艺900进行偏置，以产生具有最初低于所需频率范围但可以通过从钝化/调谐层的表面去除材料而被调谐到期望频率范围的通带的滤波器件。

在960处，可以使用探针卡或其他装置与滤波器进行电连接，以允许射频(RF)测试和对滤波器特性(例如，输入-输出传输函数)的测量。通常，对在共同压电层和衬底上同时制造的所有或大部分滤波器件进行RF测量。

在965处，可以通过使用选择性材料去除工具(例如，如前所述的扫描离子磨)从钝化/调谐层的表面去除材料来执行全局频率调谐。以等于或大于单个滤波器件的空间分辨率执行“全局”调谐。全局调谐的目的在于将每个滤波器件的通带移向所期望的频率范围。可以对来自960的测试结果进行处理以生成全局等值线图，该等值线图将要去除的材料的量指示为晶片上二维位置的函数。然后使用选择性材料去除工具根据等值线图来去除该材料。

在970处，除了在965处执行的全局频率调谐之外或代替在965处执行的全局频率调谐，可以执行局部频率调谐。以小于单个滤波器件的空间分辨率执行“局部”频率调谐。可以对来自960的测试结果进行处理以生成指示要在每个滤波器件处去除的材料的量的图。局部频率调谐可能需要使用掩模来限制被去除材料的区域的尺寸。例如，第一掩模可以用于将调谐限制为仅针对并联谐振器，第二掩模可以随后用于将调谐限制为仅针对串联谐振器，并且第三掩模可以随后用于将调谐限制为仅针对所提取的极谐振器。这将允许对滤波器件的下频段边缘和上频段边缘进行独立调谐。

在965和/或970处进行频率调谐之后，在975处完成滤波器件。在975处可以发生的动作包括：形成接合焊盘、金属迹线和/或焊料凸块或用于在器件和外部电路之间建立连接的其他装置(如果在930处未形成这种焊盘的话)；从包含多个滤波器件的晶片上切除单个滤波器件；其他封装步骤；以及附加测试。在每个滤波器件完成之后，该工艺在995处结束。

通常，应当注意，贯穿本说明书，所示实施例和示例应被视为示例，而不是对所公开或要求保护的器件和过程的限制。尽管本文呈现的许多示例涉及方法动作或***元素的具体组合，但应当理解，这些动作和这些元素可以以其他方式组合以实现相同的目标。关于流程图，可以采取附加和更少的步骤，并且所示的步骤可以组合或进一步细化以实现本文所描述的方法。仅结合一个实施例讨论的动作、元素和特征不旨在排除在其他实施例中的类似作用。

如本文所使用的，“多个”意指两个或更多个。如本文所使用的，项目的“集合”可以包括一个或多个这种项目。如本文所使用的，无论是在书面说明书还是在权利要求书中，术语“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”等应理解为开放式的，即意味着包括但不仅限于。只有过渡短语“由……组成”和“基本由……组成”分别是针对权利要求书的封闭或半封闭过渡短语。在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等顺序术语来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素相对于另一权利要求元素的任何优先性、优先级或顺序或者执行方法的动作的时间顺序，而是仅用作标签，以将具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称(但使用顺序术语)的另一元素区分开从而区分这些权利要求元素。如本文所使用的，“和/或”意味着所列项目是备选方案，但备选方案也包括所列项目的任何组合。

Claims

1.一种声学谐振器，包括：

衬底；

压电层，具有彼此相对的第一表面和第二表面，其中，所述第二表面直接或经由一个或多个中间层耦接到所述衬底，所述压电层包括空腔上方的隔膜，所述空腔在所述衬底和所述一个或多个中间层中的至少一个中延伸；

叉指换能器IDT，在所述压电层处，并且在所述隔膜上具有交错指状物；以及

第一介电层和第二介电层，在所述隔膜的相对表面上；

其中，所述第一介电层和所述第二介电层中的每一个具有第一厚度，并且所述压电层具有比所述第一厚度大的第二厚度，

其中，所述第一介电层和所述第二介电层均包括ZnS、HfN、HfO₂、ZnO和Ta₂O₅之一，

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为ZnS时，所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和22％之间，

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为HfN时，所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和12％之间，

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为HfO₂时，所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和21％之间，

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为ZnO时，所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和24％之间，并且

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为Ta₂O₅时，所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和21％之间。

2.根据权利要求1所述的声学谐振器，其中，所述IDT在所述压电层的所述第一表面上，并且所述第一介电层在所述IDT的所述交错指状物上和所述交错指状物之间。

3.根据权利要求1所述的声学谐振器，其中，所述IDT在所述压电层的所述第二表面上，并且所述第二介电层在所述IDT的所述交错指状物上和所述交错指状物之间。

4.根据权利要求1所述的声学谐振器，其中，所述第一介电层和所述第二介电层在所述隔膜的所述相对表面上具有对称涂层厚度。

5.根据权利要求1所述的声学谐振器，其中，所述一个或多个中间层包括二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的声学谐振器，其中，所述声学谐振器被配置用于在一阶反对称A1模式下操作，并且所述第一介电层和所述第二介电层被配置用于在所述A1模式下操作的所述声学谐振器的预定耦合。

7.根据权利要求1所述的声学谐振器，其中，所述压电层包括具有欧拉角[0°，30°，0°]的铌酸锂。

8.根据权利要求1所述的声学谐振器，其中，所述压电层和所述IDT被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述隔膜中激发主剪切声学模式，所述主剪切声学模式是体剪切模式，其中，声能沿着以下方向传播：该方向基本上正交于所述压电层的所述第一表面和所述第二表面，并且横向于由所述IDT产生的电场的方向。

9.根据权利要求1所述的声学谐振器，其中，所述第一介电层和所述第二介电层的所述第一厚度和所述压电层的所述第二厚度均沿着与所述隔膜的所述相对表面基本正交的方向测量。

10.一种声学谐振器，包括：

压电层，具有彼此相对的第一表面和第二表面；

叉指换能器IDT，在所述压电层的所述第一表面处；

第一介电层，在所述压电层的第一表面上，并且在所述IDT的交错指状物上和所述交错指状物之间；以及

第二介电层，在所述压电层的与所述第一介电层相对的所述第二表面上，

其中，所述第一介电层和所述第二介电层中的每一个包括相同的材料，所述材料包括ZnS、HfN、HfO₂、ZnO和Ta₂O₅之一，所述第一介电层和所述第二介电层均具有相同的第一厚度，以在所述压电层上形成对称涂层配置，

其中，所述压电层具有比所述第一厚度大的第二厚度，

11.根据权利要求10所述的声学谐振器，还包括衬底和一个或多个中间层，所述一个或多个中间层将所述压电层耦接到所述衬底。

12.根据权利要求11所述的声学谐振器，其中，所述压电层包括空腔上方的隔膜，所述空腔在所述衬底和所述一个或多个中间层中的至少一个中延伸。

13.根据权利要求12所述的声学谐振器，其中，所述压电层的所述第一表面背对所述空腔。

14.根据权利要求11所述的声学谐振器，其中，所述一个或多个中间层包括二氧化硅。

15.根据权利要求10所述的声学谐振器，其中，所述声学谐振器被配置用于在一阶反对称A1模式下操作，并且所述第一介电层和所述第二介电层被配置用于在所述A1模式下操作的所述声学谐振器的预定耦合。

16.根据权利要求10所述的声学谐振器，其中，所述压电层包括具有欧拉角[0°，30°，0°]的铌酸锂。

17.根据权利要求10所述的声学谐振器，其中，所述压电层和所述IDT被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述压电层的隔膜中激发主剪切声学模式，所述主剪切声学模式是体剪切模式，其中，声能沿着以下方向传播：该方向基本上正交于所述压电层的所述第一表面和所述第二表面，并且横向于由所述IDT产生的电场的方向。

18.根据权利要求10所述的声学谐振器，其中，所述第一介电层和所述第二介电层的所述第一厚度和所述压电层的所述第二厚度均沿着与所述压电层的所述第一表面和所述第二表面基本正交的方向测量。

19.一种制造声学谐振器件的方法，所述声学谐振器件具有被配置为优化机电耦合的介电层，所述方法包括：

经由一个或多个中间层将压电层附接到衬底，以在所述一个或多个中间层中的空腔的上方形成隔膜；

在所述压电层处形成叉指换能器IDT；

在所述隔膜的相对表面上沉积第一介电层和第二介电层，使得所述第一介电层和所述第二介电层中的至少一个在所述IDT的交错指状物上和所述交错指状物之间，其中，所述第一介电层和所述第二介电层由相同的材料形成，所述材料包括ZnS、HfN、HfO₂、ZnO和Ta₂O₅之一；以及

修整所述第一介电层和所述第二介电层以在所述隔膜上形成对称涂层，使得所述第一介电层和所述第二介电层具有比所述压电层的第二厚度小的第一厚度，

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为ZnS时，所述第一介电层和所述第二介电层的修整使得所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和22％之间，

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为HfN时，所述第一介电层和所述第二介电层的修整使得所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和12％之间，

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为HfO₂时，所述第一介电层和所述第二介电层的修整使得所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和21％之间，

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为ZnO时，所述第一介电层和所述第二介电层的修整使得所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和24％之间，并且

其中，当所述第一介电层和所述第二介电层为Ta₂O₅时，所述第一介电层和所述第二介电层的修整使得所述第一厚度在所述第二厚度的0.25％和21％之间。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述压电层和所述IDT被配置为使得施加到所述IDT的射频信号在所述隔膜中激发主剪切声学模式，所述主剪切声学模式是体剪切模式，其中，声能沿着以下方向传播：该方向基本上正交于所述隔膜的所述相对表面，并且横向于由所述IDT产生的电场的方向。