一種薄膜體聲波器件的制作方法

專利名稱：一種薄膜體聲波器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用聲波的諸如諧振器和濾波器的體聲波器件以及采用此種體聲波器件的電子器件。
體聲波器件采用壓電材料起諧振器和濾波器的作用，它可在電信號和聲波之間執行轉換。
圖54示出了文獻中所述的一種常規型體聲波器件，例如文獻“1983 IEEE超聲研討會PP.299-310”(以下稱為文獻1)，日本未經審查的專利公開sho 63-187713號(以下稱為文獻2)，以及文獻“IEEE 41屆頻率控制年會PP371-381，1987”(以下稱為文獻3)。半導體襯底1例如是硅(Si)或砷化鎵(GaAs)。壓電材料薄膜2是氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(ALN)之類。并提供有半導體電路3。
至于采用壓電薄膜2的器件，可以有二種情況。一種情況是使用文獻1所示的表面聲波器件，而另一種情況是采用文獻2和3所示的薄膜體聲波器件。表面聲波器件在壓電薄膜2的表面上組成一個叉指式換能器。表面聲波器件可實現諧振器、濾波器、延遲線、相關器等。另一方面，體聲波器件可實現體超聲諧振器和由體聲波諧振器組成的體聲波濾波器。表面聲波諧振器和體超聲波諧振器彼此的結構不同，但其電字功能幾乎相同。以下示出了體聲波器件的情況。
圖55和56出了文獻2和3以及文獻“1985 IEEE超聲研討會PP311-318”(以下稱為文獻4)、“1990 IEEE超聲研討會PP529-536”(以下稱為文獻5)、“日本未經審查的專利公開hei6-350154號”(以下稱為文獻6)等所示的常規型體聲波諧振器。圖55示出了此常規型體超聲波諧振器的上側圖。圖56示出了圖55所示體超聲波諧振器的A-A剖面圖。在圖56中提供了氧化硅(SiO2)4。接地導體5由高摻雜半導體組成。接地導體5可以是一種金屬。頂側電極6由一種金屬組成并提供了一個過孔7。
以下描述其運行。在圖56中，當在接地導體5和頂側電極6之間加電壓時，在壓電薄膜2中就產生電場。壓電薄膜2的特點是當電場產生時就發生變形，即應變。當外加電壓振蕩時，在壓電薄膜2中就激發一個相應于外加電壓的聲波。受激聲波的傳播方向、彈性振動的位移方向以及外加電壓的聲波激發效率，決定于所用壓電薄膜2的材料、接地導體5和頂側電極6的形狀等。在下面的討論中，假設聲波的傳播方向沿壓電薄膜2的厚度方向，此方向相應于從接地導體5到頂側電極6的方向。而且，假設彈性振動的位移方向為壓電薄膜2的厚度方向。
聲波被激發于其中存在電場的頂側電極6與接地導體5之間的區域。因此，聲波大致被激發于頂側電極6與接地導體5之間的區域。由于受激聲波沿壓電薄膜的厚度方向傳播，故在接觸空氣的各表面上，亦即頂側電極6的表面6a和氧化硅4的底側6a上被反射。這是由于像頂側電極6、壓電薄膜2、接地導體5和氧化硅4這樣的固態媒質的聲阻抗遠不同于空氣的聲阻抗。面對空氣的表面6a和底側4a基本上可認為是全反射器。在“固體振蕩理論基礎(1982年9月Ohmu-sha出版)第五章無限平面上的波PP77-116”(以下稱為文獻7)之類的文獻中描述了這種表面上的邊界條件。因而，在具有圖56所示結構的體超聲波諧振器中，半導體襯底1的材料不直接影響聲波的激發特性。
聲波被夾在頂側電極6的表面6a和氧化硅4的底側4a之間。共振發生于頂側電極6的表面6a同氧化硅4的底側4a之間的長度為聲波半波長的整數倍這樣的頻率附近。亦即，圖56所示的體聲波器件用作體超聲波諧振器。與頂側電極6、接地導體5和壓電薄膜2相比，氧化硅4通常較薄且密度較低。因而氧化硅4對彈性諧振條件的貢獻可認為很小。圖57示出了體超聲波諧振器的一種簡化結構。此簡化結構為一個由頂側電極6、壓電薄膜2和接地導體5組成的三層結構。當三層結構基本上決定諧振條件時，此簡化結構可用來代表體聲波諧振器。圖中，諧振器件8用作諧振器。
在圖57中，假設頂側電極6和接地導體5的厚度均為d而壓電薄膜2的厚度為h。當忽略頂側電極6和接地導體5的負載效應時，諧振頻率fr可用式1計算2fr＝n(h/vp+d/vm)-1(1)其中n為整數，vp為聲波在壓電薄膜2中的傳播速度，vm為頂側電極6和接地導體5的聲波傳播速度。傳播速度vp和vm決定于用作壓電薄膜2、頂側電極6和接地導體5的材料以及傳播方向和振動方向。由于頂側電極6和接地導體5的負載效應在式1中被忽略了，故圖57所示諧振器件的實際諧振頻率低于式1所算出的諧振頻率fr。在文獻“固體振蕩理論基礎(1982年9月Ohmu-sha出版)第9章壓電片的波PP189-195”(以下稱為文獻8)中描述了諧振頻率同負載效應之間的關系。
如文獻5所示，壓電材料的聲速對氧化鋅約為6000m/sec而對氮化鋁約為10000m/sec。圖57所示薄膜壓電諧振器用這種壓電材料組成。例如，在基波(n＝1)諧振頻率為2GH2時，即使忽略頂側電極6和接地導體5的厚度d，壓電薄膜2的厚度h也算得為1.5μm-2.5μm。亦即要求極薄的薄膜厚度。此外，當考慮頂側電極6和接地導體5的厚度d時，所要求的壓電薄膜2的厚度h更薄。用在中頻(以下稱為IF)波段的常規熟知壓電諧振器和常規熟知壓電濾波器中的壓電薄膜，由安排平板材料的方法來生產。此法不能用來生產厚度為數μm數μm的壓電薄膜。
圖57所示薄膜壓電諧振器的特性基本上同使用平板材料的中頻波段常規熟知晶體振蕩器和常規熟知陶瓷振蕩器的特性相同。在例如文獻“聲波器件工藝手冊(第150屆日本科學聲波器件工藝促進屬會委員會編，1991年11月30出版)第II卷體聲波器件第3章壓電體波器件PP90-143”(以下稱為文獻9)中，詳細描述了晶體振蕩器和陶瓷振蕩器。
如文獻9所述，圖58示出了圖57所示體超聲波諧振器的等效電路。圖中，電容Co9連接在頂側電極6和接地導體5之間。等效電感L110、等效電容C111和等效電阻R112串聯。圖59示出了圖58所示等效電路的代表性特征阻抗。
圖58的等效電路以頻率Fr諧振。頻率Fr是等效電感L110和等效電容C111的串聯諧振頻率。當等效電阻R1為零時，阻抗變為零。等效電路以頻率Fa反諧振。頻率Fa是電容Co9同等效電感L110和等效電容C111的串聯電路并聯諧振的頻率。當等效電阻R1為零時，阻抗變為無限大。圖59的特征阻抗示出了等效電阻R1不為零因而頻率Fa時的阻抗為一有限值的情況。
在電容Co9、等效電感L110、等效電容C111、共振頻率Fr和反諧振頻率Fa之間存在一個唯一的關系。在文獻9中描述了下列表式2和3Fr=12πL1C1]]>Fa=12π1L1(1C0+1C1)=Fr1+C1C0]]>
此外，諧振器的質量因子Qm與圖58所示等效電路的電路常數有關，且在文獻9中公布了Qm的表式4Qm=12πFrC1R1]]>式1所示頻率Fr是諧振頻率Fr和反諧振頻率Fa的近似值。嚴格地說，此值決定于頂側電極6和接地導體5的材料和物理形狀以及壓電薄膜2的材料、結晶方向和物理形狀。此外，Qm以及諧振頻率Fr和反諧振頻率Fa之差主要決定于壓電薄膜2的材料和結晶方向。當振蕩電路用體超聲波諧振器構成時，諧振頻率Fr和反諧振頻率Fa之差，強烈地影響最大頻率調整范圍，而當用體超聲波諧振器組成濾波器時，強烈地影響最大通帶帶寬。
有效電機械耦合因子K2eff用諧振頻率Fr和反諧振頻率Fa按式5計算keff2=Fa2-Fr2Fr2]]>有效電機械耦合常數K2eff決定于壓電薄膜2的材料和結晶方向以及聲波的傳播方向和振動方向。文獻“超聲波工藝手冊(技術日報出版公司1991年6月25日出版)第8版PP363-371”(以下稱為文獻10)描述了這種情況。當假設電機械耦合常數K2為電機械耦合常數K2eff的最大值時，諧振頻率Fr同反諧振頻率Fa之頻率差ΔF可用式6計算ΔF=Fa-Fr=Fr(1+k2-1)]]>圖60示出了體超聲波諧振器的一例特征阻抗。在體超聲波諧振器中，當頻率上升時阻抗從容抗區變到感抗區，且電抗分量變為零時的頻率設定為Fr.阻抗從感抗區變到容抗區且電抗分量變為零時頻率設定為Fa.如式2-5所示，頻率Fr為諧振頻率，而頻率Fa為反諧振頻率。
圖61是熟知的Colpitts型振蕩電路的基本部分。圖中提供有晶體管13、電容器Cc、CB14和體超聲波揩振器15。
當假設晶體管13的作用小時，圖61所示振蕩電路發生振蕩的條件之一近似地示于式7。此振蕩電路在文獻“高頻、振蕩、調制和解調(東京電氣學院出版公司1986年5月10日出版第一版)PP49-91”(以下稱為文獻11)中已詳細描述。
1/jωCC+1/jωCB+1/Y＝0在式7中，ω為角頻率，Y為體超聲波諧振器15的導納。導納Y根據圖58等效電路用式8計算Y=jωC0+1jωL1+1/jωC1+R1]]>
為滿足式7，體超聲波諧振器15具有感抗特性是必要的。因此，振蕩的可能頻率范圍被限定在Fr和Fa的范圍中。亦即，利用具有圖60所示特性的體超聲波諧振器15，可振蕩的頻率范圍小于諧振頻率Fr與反諧振頻率Fa之間的頻率差ΔF。
在要求特定頻率下的穩定振蕩的情況下，其諧振頻率Fr同反諧振頻率Fa之間的頻率差ΔF很小的帶有窄的帶寬的諧振器是合適的。通常，如文獻9所示，當要求特定頻率的穩定振蕩時，廣泛地采用石英諧振器。由于石英具有極小的電機械耦合常數K2，故諧振頻率Fr與反諧振頻率Fa之間的頻率差ΔF極小且溫度特性穩定。結果，當用石英組成振蕩電路時，振蕩頻率的穩定性就特別好。然而，由于壓電薄膜2不是用石英組成的，就不可能用圖56所示的壓電薄膜2來組成體超聲波諧振器。此外，由于諧振頻率Fr同反諧振頻率Fa之間的頻率差ΔF在石英情況下特別小，故當用石英組成電壓控制振蕩器(VCO)時，其頻率可變范圍就特別窄。
當不要求石英所提供的高穩定性時，例如文獻2和3所示，可采用氧化鋅(ZnO)和氮化鋁(ALN)的體超聲波諧振器。使用氧化鋅(ZnO)和氮化鋁(ALN)的體超聲波諧振器本身不能提供石英振蕩器那樣高穩定的振蕩。因此，要用變容二極管等來取代電容器CB14或Cc14。變容二級管的電容隨加于其上的電壓而變化。因而，體超聲波諧振器可用作具有可變振蕩頻率的VCO。此時，可振蕩的頻率范圍的限制依賴于電機械耦合常數K2。亦即，根據壓電薄膜2的材料，可確定可能的振蕩頻率范圍。
圖62示出了體超聲波濾波器的一例電路區，它是通常熟知的借助于將體超聲波諧振器15a和15b連接在梯形電路而形成的。圖中提供了輸入端16、輸出端17和接地端18。圖63示出了組成圖62所示體超聲波濾波器的各體超聲波諧振器15a和15b的特征阻抗。圖中，特征阻抗19是圖62中并聯元件體超聲波諧振器15a的阻抗，而特征阻抗20是圖62中串聯元件體超聲波諧振器的特征阻抗。圖64示出了圖62所示體超聲波濾波器的頻率響應。
當濾波器用圖62所示的梯形連接而組成時，如文獻9所公布的，并聯元件體超聲波諧振器15a的反諧振頻率Fap和串聯元件體超聲波諧振器15b的諧振頻率Frs被設定為幾乎相同的頻率。在這些頻率Fap和Frs附近，體超聲波諧振器15a(并聯元件)具有幾乎無窮大的阻抗。體超聲波諧振器15b(串聯元件)具有可視為幾乎短路的阻抗。輸入端16和輸出端17之間的電特性則可視為幾乎短路，而圖62所示的電路可視為傳輸線。亦即體超聲波濾波器如同具有頻率Fap和Frs附近的通帶的濾波器那樣工作。另一方面，在諧振頻率Frp附近，體超聲波諧振器15a(并聯元件)的阻抗可視為幾乎短路。在反諧振頻率Fas附近，體超聲波諧振器15b(串聯元件)具有幾乎無窮大的阻抗。因此，在輸入端16和輸出端17之間的電學特性可確定為開路。圖62所示的電路提供了一個頻率Frp和Fas附近的衰減棒。因此，如圖62所示，由連接具有圖63所示的特征阻抗的體超聲波諧振器15a和15b而構成的體超聲波濾波器表現出圖64所示的通帶特性。
當并聯元件體超聲波諧振器15a的諧振頻率Frp和反諧振頻率Fap之差以及體超聲波諧振器15b的諧振頻率Frs和反諧振頻率Fas之差幾乎是同一頻率差ΔF時，基于圖64所示頻率響應的通帶寬度不會超過2ΔF。式6所示的頻率差ΔF強烈地依賴于壓電薄膜2的電機械耦合常K2，因而體超聲波濾波器通帶寬度的限制值強烈地依賴于壓電薄膜2的材料。
借助于用圖58所示的等效電路來取代體超聲波諧振器15a和15b，插入損耗或體超聲波濾波器衰減棒處的衰減量依賴于各體超聲波諧振器15a和15b的等效電阻。因此，諸如插入損耗、通帶寬度和衰減棒處的衰減之類的體超聲波濾波器的頻率響應依賴于電機械耦合常數K2和Qm。
圖65和66示出了一例采用通常所知多模諧振的體超聲波濾波器。圖65示出了上側視圖而圖66示出了B-B剖面圖。圖65和66示出了一個文獻“Appl.Phys.Lett.，37，No.11，PP993-955(1980)”(以下稱為文獻12)所述的雙模濾波器。圖中，半導體襯底1由硅構成。在半導體襯底1上外延一個硅層21。接地導體5在鈦(Ti)層之間有金(Au)。壓電薄膜2由氧化鋅(ZnO)組成。頂側電極6由鋁(Al)組成。提供了一個輸入側22上的引線電級、一個輸出側23上的引線電極和一個過孔7。
圖67示出了圖66所示體超聲波濾波器的一例等效電路。圖中，對稱模諧振中示以下標S的等效電路元件Cs、Ls、Rs且反對稱模諧振中示以下標a的等效電路元件Ca、La、Ra用變壓器T耦合。耦合量即變壓器T的耦合電容Cl3決定于壓電薄膜2、頂側電極6和接地導體5的材料和厚度以及頂側電極6的形狀和布局。至于圖66的體超聲波濾波器，文獻9公布了圖67所示的等效電路。文獻9還公布了圖65和66所示體超聲波濾波器具有對應于圖62所示梯形連接體超聲波濾波器區段的特性。亦即，在圖65和66所示體超聲波濾波器的情況下，諸如插入損耗、通帶寬度、衰減棒處的衰減之類的體超聲波濾波器的頻率響應依賴于壓電薄膜2的電機耦合常數K2和Qm。
如所述，體聲波揩振器和體超聲波濾波器的特性受電機械耦合常數K2和Qm的強烈影響，K2和Qm又是壓電薄膜2的材料特性。下面表1是文獻9所示主要壓電材料的材料常數的代表性數值。通常，單晶具有特別大的Qm和大的電機械耦合常數K2。但它是用作片子而未見報導具有等價于片子的特性的薄膜。陶瓷的特點是具有大的電機械耦合常數K2和大的介電常數。另一方面，Qm很小。在陶瓷中，借助于改變組成成分的比例和加入少量的添加劑，可得到多種電機械耦合常數K2、Qm和介電常數。通常，其中埋有陶瓷的平板材料被用于IF頻段工作的諧振器和濾波器。文獻6示出了一例采用鈦酸鉛—鋯酸鹽(PZT)的薄膜。雖然表1中只示出了氧化鋅，但氧化鋅(ZnO)和氮化鋁(ALN)都被廣泛地用作薄膜。比起單晶和陶瓷來，這些材料的電機械耦合常數K2都較小。此外，Qm值介于單晶和陶瓷之間。
表1
如上所述，在用于IF波段體超聲波濾波器的體超聲波諧振器中，如文獻9所述采用了各種平板材料。但在由半導體襯底1上的壓電薄膜2所組成的體超聲波諧振器和體超聲波濾波器中，能使用的材料受到了限制。亦即，作為實際例子只限于文獻1、2、3和5所述的氧化鋅(ZnO)和氮化鋁(ALN)或文獻6所述的鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)。根據表1和文獻3和5，氧化鋅的電機械耦合常數K2的范圍為0.02-0.1。氮化鋁(ALN)的電機械耦合常數K2為0.03。當諧振頻率Fr和反諧振頻率Fa之頻率差對諧振頻率的比值(ΔF/Fr)用式6從這些數值被計算時，對于氧化鋅(ZnO)，ΔF/Fr是1％-5％，而對氮化鋁(ALN)約為1％。假設鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)的電機械耦合常數K2為0.5，則鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)的比值ΔF/Fr約為22％。
當這些材料在半導體襯底1上組成壓電薄膜2時，薄膜不是用片子之類的平板材料來制造的，而是用真空蒸發、濺射之類的制造工藝來制造。因此，有可能制造數μm厚的薄膜。而且，有可能使薄膜在高于常規IF波段運行的體超聲波諧振器和體超聲波濾波器的頻率下運行。由于體超聲波諧振器和體超聲波濾波器可以用半導體電路形成在同一襯底上，故有可能使整個電路的尺寸做小且重量做輕。但在實際制造體超聲波諧振器和體超聲波濾波器時，肯定要出現制造誤差。特別是難以精確控制壓電薄膜2、頂側電極6和接地導體的厚度。
至于這種常規型的體超聲波諧振器，在文獻“壓電材料的制造和應用(CMC出版，1985年8月5日第二版)”(以下稱為文獻13)中描述了調整諧振頻率和反諧振頻率的方法。常規方法包括蒸發和向頂側電極6加入金屬，并且在組成體超聲波諧振器之后，用例如激光對頂側電極6進行修整。圖68示出了調整常規型體超聲波諧振器的頻率的方法。圖中，部位24是用激光對頂側電極6進行了修整的地方。
如所述，在體超聲波諧振器中，由式1大致標志的，聲波在頂側電極6和壓電薄膜2及接地導體5的總厚度為一個半波長的頻率下諧振。但頂側電極6和接地導體5的質量負載使諧振頻率從式1所確定的值下降。如圖68所示，當對部分頂側電極6執行修整時，根據頂側電極6稍許減小了質量負載。因此提高了諧振頻率。另一方面，當利用真空蒸發之類的方法向頂側電極6添加金屬時，諧振頻率變低。而且，當諧振頻率變化時，由于反諧振頻率同諧振頻率有關，反諧振頻率也變化。
這種頻率調整方法可獨立地用來調整各個體超聲波諧振器。因此必須精確地知道要添加或修整掉的質量的多少。結果使調整成本提高。在只制造由體超聲波諧振器構成的體超聲波諧振器和體超聲波濾波器的時候，有可能在制造薄膜體聲波器件的工序中制造體超聲波諧振器和體超聲波濾波器，因此可采用上述調整方法。另一方面，當體超聲波諧振器和體超聲波濾波器制作在其上帶有半導體電路的半導體襯底上時，體超聲波諧振器和體超聲波濾波器在半導體電路制造過程中制造。由于半導體電路制造工序將片子視作一個制造單元(其中的片子包括多個器件)，故為了調整多個器件，需要不同于半導體電路制造工序的步驟。這一額外的工序增加了制造成本。
當添加或修整得到的調整量不足時，要執行額外的調整。另一方面，當調整量超過所需時，用同樣的調整方法就不可能執行再調整。例如，在蒸發或添加金屬的調整方法中，當添加的金屬多于所需的質量數時，不可能用蒸發和添加金屬來修正過量調整。同樣，在修整的調整方法中，當修整量多于所需的質量時，也不可能用修整來修正過量調整。
圖69和70示出了薄膜體聲波器件頻率調整的一例另一種常規方法。圖69示出了將可變電容器Cv25串聯到體超聲波諧振器的一個例子。圖70示出了將可變電容器Cv25并聯到體超聲波諧振器15的一個例子。圖71示出了圖69所示電路的等效電路。圖72示出了圖70所示電路的等效電路。
在圖71中，當等效電阻RI12為零時，由于可變電容器Cv25的作用，端點A和B之間的阻抗為零時的頻率不同于體超聲波諧振器15的諧振頻率Fr。這意味著借助于改變可變電容器Cv25，可以改變體超聲波諧振器15的諧振頻率。此處，由于諧振頻率同反諧振頻率之最大頻率差受到壓電薄膜2的電機械耦合常數K2的限制，所以可由可變電容器Cv25調整的頻率范圍也受到限制。亦即不可能執行諧振頻率超過諧振頻率同反諧振頻率之頻率差ΔF之外的調整。此外，當可變電容器Cv25中存在損耗時，體超聲波諧振器15的Qm被降低。
因此，例如，當氧化鋅(ZnO)被用于常規型體超聲波諧振器15中時，最大可調整頻率范圍約為1-5％。當采用氮化鋁(ALN)時，最大可調頻率范圍約為1％。體超聲波諧振器15的反諧振頻率或諧振頻率的起伏主要由引起壓電薄膜2厚度和組分，頂側電極6和厚度、接地導體5的厚度等的變化的制造誤差所引起。即便壓電薄膜2的厚度得到精確控制時，制造誤差也在約百分之幾的范圍內。當壓電薄膜2的厚度未被精確控制時，制造誤差變為約10％。根據電學調整的頻率調整范圍為1-5％，因而實際上不可能用常規材料來修正10％的頻率誤差。至于鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)，文獻6中未示出薄膜的電機械耦合常數K2。當認為鈦酸鉛—鋯酸鉛的電機械耦合常數K2等于表1中體材料陶瓷的K2時，最大可調頻率范圍約為22％。這一可調頻率范圍在制造誤差引起的諧振頻率或反諧振頻率的起伏范圍之內。
引起諧振頻率和反諧振頻率起伏的其它因素是頂側電極6和接地導體5的圖形精度或相對位置以及頂側電極和接地導體的尺寸公差。圖73和74將用來顯示圖形精度對諧振頻率和反諧振頻率起伏的影響。圖73為上側圖，而圖74為C-C剖面圖。在圖中，引線電極26電連接于頂側電極6。由于氧化硅(SiO2)之類的介電物質對諧振頻率和反諧振頻率的影響相對地小，故在圖73和74中略去了介電物質。
體超聲波諧振器電極之間的電容Co可根據導體間置有一般介電物質的公式9來計算Co＝εrεoA/h其中Er是壓電薄膜2的相對介電常數，Eo是真空中的介電常數。A是頂側電極6同接地導體5重疊處交點的區域，h是壓電薄膜2的厚度。如圖65所示，當頂側電極6位于接地導體5的內部時，面積A是頂側電極6的面積。面積A可按要求而改變。面積A可選成使各電極之間的電容Co的阻抗為在用電路的特征阻抗。通常，運行頻率約為2GHz的電路具有50Ω的特征阻抗。對應于2GHz下50Ω阻抗Co電容約為1.6pF。至于文獻6所示的常規型體超聲波諧振器，當計算電極間電容為1.6pF的頂側電極6的尺寸時，在壓電薄膜2的厚度為2μm，而壓電薄膜2的相對介電常數為1000的情況下，根據公式9，其尺寸約為19×19μm2。當壓電薄膜2的相對介電常數變大時，頂側電極6的尺寸變小。例如，當相對介電常數為2000時，尺寸變為大約13×13μm2。
另一方面，頂側電極6的尺度具有幾乎相應于頂側電極6的厚度的公差限制。在文獻6所示的常規型超聲波揩振器中，頂側電極6的厚度為0.2m。當頂側電極6各邊的尺度分差設為±0.2μm時，電極間電容Co的公差等于頂側電極面積的公差。因此，當采用19×19μm2的電極時，電容的公差為(19.4/19)2·4％。倘若電極為13×13μm2，則電容公差為(13.4/13)2·6％。亦即，頂側電極6的精度所決定的電極間電容Co含有大于4-6％的誤差。借助于增大頂側電極的尺寸，可降低此數值。但隨頂側電極6的尺寸增加，電極間的電容Co也增大。考慮到同連接于體超聲波諧振器的周圍電路的關系，電極間電容Co的實際可用數值是受到限制的。因而不可能無限制地增大頂側電極6的尺寸。
另外，電極間電容Co還受引線電極26的影響。當壓電薄膜2為氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(ALN)時，晶軸C的方向是沿壓電薄膜2的厚度方向。因此，壓電薄膜2借助于只形成一個薄膜而呈現壓電性。文獻6所公開的鈦酸鉛一鋯酸鉛(PZT)是一種以大于70％的取向率而形成的壓電薄膜。它也借助于只形成一個薄膜而呈現壓電性。亦即，常規型壓電薄膜2是一種剛形成薄膜之后即呈現壓電性的自發極化薄膜。因此，形成的壓電薄膜2在任一點都呈現壓電性。
如圖73和74所示，引線電極26同接地導體5重疊處的重疊部位26a，同頂側電極6和接地導體5的重疊區域完全相同地進行電學運行。亦即，引線電極26同接地導體5重疊的重疊部位26a是一個以壓電薄膜2作為介電物質的電容器。此外，聲波從重疊部位被激發。引線電極26的部位26b不同接地導體5重疊。比起半導體襯底1來，壓電薄膜2的介電常數是特別大的。電場集中出現在部位26b和接地導體5之間。因此，雖然部位26b不同接地導體5相重疊，引線電極26的部位26b仍具有電容。出現在部位26b中的電場激發一個彈性波。由于引線電極26將頂側電極6連接到周圍電路，故存在需要將引線電極26移到除過孔7之外的其它位置的情況。在這種地方激發的聲波在半導體襯底1之中傳播。因此會引起不希望有的諧振點和損耗。由引線電極26引起的這種不希望有的諧振點和損耗依賴于頂側電極6的面積對引線電極26的面積的比率。引線電極26的線寬受所需導體電阻和線路阻抗的限制。因而，當頂側電極6的面積不大時，由引線電極26引起的無用諧振點和損耗的影響相當大。
由半導體電路形成薄膜體聲波器件。此薄膜體聲波器件包括一個體超聲波諧振器和一個體超聲波濾波器。薄膜體聲波器件同電氣設備所要求的各種電路一起制造。當制造成本高而且諸如由制造誤差引起的頻率起伏、無用的諧振和損耗增大之類的問題無法解決時，同各種其它電路一起制造體超聲波諧振器和體超聲波濾波器就沒有什么優越性。結果難以提供在同一半導體襯底上形成有許多其它電路的小而輕的體聲波器件。
如上所述，采用氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(ALN)的常規體聲波器件無法用電學調整方法來調整由制造公差造成的諧振頻率和反諧振頻率的起伏。因而需要或者用在各器件處濺射頂側電極6的方法，要不就用修整頂側電極的方法來進行物理調整。這就引起制造成本變高。由于采用鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)的常規型體聲波器件具有極大的介電常數，頂側電極的尺寸因為電極間電容的限制而不能加大。因此，頂側電極的尺度公差可能引起諧振和反諧振頻率的起伏。
而且，由于常規型體聲波器件是一種自發極化薄膜，聲波在引線電極中被激發并在過孔外的半導體襯底上傳播。于是引起無用的諧振和損耗增大。由于常規型薄膜體聲波器件不能解決這些問題，故它不能夠在同一半導體襯底上同其它電路一起制造。
本發明的各個實施例解決了上述的一個或幾個問題。本發明的一個目的是提供一個能夠以低成本來調整薄膜體聲波器件特性的薄膜體聲波器件。
本發明的另一目的是提供一種減少無用諧振點和損耗的特性良好的體聲波器件。
本發明的又一目的是提供一種同其它電路一起制造在同一半導體襯底上的小而輕且無需調整的電氣設備。
根據本發明的一種情況，薄膜體聲波器件可包括一個半導體襯底；一個具有一定厚度、固定在半導體襯底上的接地導體層；一個具有一定厚度、固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；以及一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；其中壓電陶瓷薄膜的厚度為接地導體層厚度的10倍以上。
根據本發明的另一種情況，薄膜體聲波器件可包括一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個具有一定厚度、固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；以及一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；其中壓電陶瓷薄膜產生一個沿平行于壓電陶瓷薄膜表面方向傳播的聲波，且聲波的波數小于2除以壓電陶瓷薄膜的厚度。
根據本發明的又一種情況，薄膜體聲波器件可包括一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；以及一個固定在半導體襯底上的半導體電路；其中的半導體電路用部分壓電陶瓷薄膜構成。
根據本發明的另一種情況，薄膜體聲波器件可包括一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；以及一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；其中的壓電陶瓷薄膜有一個由極化工序加工的壓電區和一個未被極化工序加工過的介電區。
根據本發明的另一種情況，薄膜體聲波器件可包括一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；一個固定在半導體襯底上的半導體電路；一個用于壓電陶瓷薄膜極化工序的極化電路；以及一個用來保護半導體電路免受利用極化電路進行的極化工序影響的保護電路。
根據本發明的另一種情況，薄膜體聲波器件可包括一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；
一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；多個固定在半導體襯底上的電抗器件；以及一個用來改變各多個電抗器件的電連接的裝置。
根據本發明的另一種情況，薄膜體聲波器件可包括一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；以及一個固定在半導體襯底上，提供有一個可變容抗的有源器件電路。
根據本發明的另一種情況，一種制造薄膜體聲波器件的方法可包括下列步驟(a)在半導體襯底上制作一個接地導體層；(b)在接地導體層上制作一個鈦酸鉛的或鈦酸鉛-鋯酸鉛(PZT)的壓電陶瓷薄膜；以及(c)在壓電陶瓷薄膜上制作一個導電電極圖形。


圖1示出了本發明實施例1的體超聲波諧振器的上側圖；圖2示出了本發明實施例1的體超聲波諧振器的橫剖面圖；圖3示出了體超聲波揩振器的等效電路；圖4示出了反諧振頻率及反諧振頻率同諧振頻率之差的計算結果；圖5示出了一例實施例1的彌散特性的計算結果；圖6示出了另一例實施例1的彌散特性的計算結果；
圖7示出了極化之前實施例1的體超聲波諧振器阻抗的測量結果；圖8示出了極化之后，實施例1的體超聲波諧振器阻抗的測量結果；圖9示出了本發明實施例2的薄膜體聲波器件的上側圖；圖10示出了本發明實施例2的薄膜體聲波器件的橫剖面圖；圖11示出了本發明實施例3的壓電薄膜振蕩器；圖12示出了本發明實施例4的壓電薄膜放大器；圖13示出了本發明實施例4的壓電薄膜放大器；圖14示出了本發明實施例5的壓電薄膜濾波器；圖15示出了本發明實施例6的薄膜體聲波器件；圖16示出了本發明實施例7的壓電薄膜振蕩器；圖17示出了本發明實施例7的壓電薄膜振蕩器的電容器的上側圖；圖18示出了本發明實施例7的壓電薄膜振蕩器的電容器的橫剖面圖；圖19示出了本發明實施例7的壓電薄膜振蕩器的另一個電容器的上側圖；圖20示出了本發明實施例7的壓電薄膜振蕩器的橫剖面圖；圖21示出了本發明實施例8的壓電薄膜振蕩器；圖22示出了本發明實施例9的壓電薄膜振蕩器；圖23示出了本發明實施例10的壓電薄膜振蕩器；圖24示出了本發明實施例11的薄膜體聲波器件；圖25示出了本發明實施例12的薄膜體聲波器件；圖26示出了本發明實施例13的薄膜體聲波器件；圖27示出了本發明實施例14的薄膜體聲波器件；
圖28示出了本發明實施例15的薄膜體聲波器件；圖29示出了本發明實施例16的薄膜體聲波器件；圖30示出了本發明實施例17的薄膜體聲波器件；圖31示出了本發明實施例18的薄膜體聲波器件；圖32示出了本發明實施例19的薄膜體聲波器件；圖33示出了本發明實施例20的薄膜體聲波器件；圖34示出了本發明實施例21的薄膜體聲波器件；圖35示出了本發明實施例22的薄膜體聲波器件；圖36示出了本發明實施例23的薄膜體聲波器件；圖37示出了本發明實施例24的薄膜體聲波器件；圖38示出了本發明實施例25的薄膜體聲波器件；圖39示出了本發明實施例26的薄膜體聲波器件；圖40示出了本發明實施例27的薄膜體聲波器件；圖41示出了本發明實施例28的薄膜體聲波器件；圖42示出了本發明實施例29的薄膜體聲波器件；圖43示出了本發明實施例30的薄膜體聲波器件；圖44示出了本發明實施例31的薄膜體聲波器件；圖45示出了本發明實施例32的薄膜體聲波器件；圖46示出了本發明另一例體超聲波諧振器；圖47示出了本發明另一例體超聲波諧振器；圖48示出了本發明另一例體超聲波諧振器；圖49示出了本發明另一例體超聲波諧振器；圖50示出了本發明另一例體超聲波諧振器；圖51示出了本發明另一例體超聲波諧振器；圖52示出了本發明另一例體超聲波諧振器；圖53示出了本發明另一例體超聲波諧振器；圖54示出了常規型薄膜體聲波器件；圖55示出了常規型體超聲波諧振器的上側圖；圖56示出了體超聲波諧振器的剖面圖57示出了體超聲波諧振器的簡化結構圖；圖58示出了體超聲波諧振器的等效電路；圖59示出了體超聲波諧振器的阻抗特性；圖60示出了體超聲波諧振器的阻抗特性；圖61示出了振蕩器電路；圖62示出了連接在梯形電路中的體超聲波濾波器的電路圖；圖63示出了體超聲波濾波器的各個體超聲波諧振器的阻抗特性；圖64示出了體超聲波濾波器的通帶特性；圖65示出了采用多模諧振的體超聲波濾波器的上側圖；圖66示出了采用多模諧振的體超聲波濾波器的橫剖面圖；圖67示出了采用多模諧振的體超聲波濾波器的等效電路；圖68示出了調整常規型體超聲波諧振器頻率的方法；圖69示出了調整常規型體超聲波諧振器頻率的方法；圖70示出了調整常規型體超聲波諧器頻率的方法；圖71示出了圖69電路的等效電路；圖72示出了圖70電路的等效電路；圖73上側圖解釋了圖形精度的影響；以及圖74橫剖面圖解釋了圖形精度的影響。
實施例1圖1和2示出了根據本發明實施例1的體超聲波諧振器。圖1示出了上側圖而圖2示出了D-D剖面圖。圖中，半導體襯底1主要由硅(Si)，砷化鎵(GaAs)或氧化鉭鈦酸鉛—鋯酸鉛組成。介電物質4主要由氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或氧化鉭(Ta2O5)組成。接地導體5是鉑(pt)或金(Au)之類。頂側電極6是一種鉑(pt)或金(Au)、銅(Cu)、鋁(AL)、鈦(Ti)、鎢(W)之類的金屬。頂側電極6也可以是一個雜質濃度高的高導電率的半導體層。頂側電極6可以是一種像多晶硅那樣的高導電率材料。提供了一個過孔7。壓電陶瓷薄膜或壓電薄膜27主要由鈦酸鉛(pbTiO3)組成。以下，體超聲波諧振器意指用聲波產生諧振的一種器件。體超聲波濾波器意指由多個體超聲波諧振器構成的用作濾波器的一種器件。體聲波器件意指體超聲波諧振器或體超聲波濾波器，并且還包括在同一個半導體襯底1上的其它電路元件。
在常規體超聲波諧振器中，半導體襯底1上有一介電物質4，介電物質4上有接地導體5，接地導體5上有壓電薄膜27，壓電薄膜27上有頂側電極6，而且在半導體襯底1中對應于頂側電極6所在的位置處制作了一個過孔7。過孔7的面積大于頂側電極6的面積。
在根據本發明實施例的體超聲波諧振器中，主要由鈦酸鉛(pbTiO3)組成的壓電材料用作壓電薄膜27。當設定接地導體5的厚度為d、壓電薄膜的厚度為h、而沿平行于壓電薄膜27表面的方向傳播的聲波的波數為K時，則K×h≤2或d/h≤0.1。頂側電極6的厚度可為d或其它值。
根據本發明的體超聲波諧振器采用鈦酸鉛(pbTiO3)作為壓電薄膜27。鈦酸鉛(pbTiO3)的電機械耦合常數K2為先前用于此類體超聲波諧振器的氧化鋅(ZnO)和氮化鋁(ALN)K2的二倍以上。比之鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)，鈦酸鉛(pbTiO3)的相對介電常數相當小，為數百，而PZT超過1000。
由于鈦酸鉛的組分元素的數目比鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)的少，故由薄膜制作引起的特性變化也小。
在鈦酸鉛(pbTiO3)的薄膜制作中，需要用數百攝氏度以上的高溫來加熱半導體襯底1以便得到質量良好的薄膜。因此，在半導體襯底1中的特定元素就會沉積。有時就引起薄膜變壞或制作出劣質薄膜。特別是當采用砷化鎵(GaAs)作為半導體襯底1時，有沉積砷(As)的危險。為防止這一點，用氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或氧化鉭(Ta2O5)構成的介電物質4將半導體襯底1的表面覆蓋起來是很重要的。
特別是氮化硅(SiN)可防止砷(As)之類的沉積。由于直接位于氮化硅(SiN)上的鈦酸鉛(pbTiO3)不呈現壓電性，采用氮化硅(SiN)將諧振區僅僅限制在制作了接地導體5的區域中是非常有效的。
另一方面，當鈦酸鉛(pbTiO3)直接位于氧化硅上時，在氧化硅(SiO2)的邊界處鈦酸鉛(pbTiO3)的薄膜質量不變。因此，氧化硅(SiO2)特別適合于像濾波器那樣有多個體超聲波諧振器緊密排列的情況。
氧化鉭(Ta2O5)的機械強度高于氮化硅(SiN)和氧化硅(SiO2)。因而適合于當過孔這樣的空氣隙在介電物質4的底面上構成，而介電物質4支持著壓電薄膜24時氮化硅(SiN)和氧化硅(SiO2)的機械強度不夠的情況。
介電物質4提供優良的電絕緣。即使當半導體襯底1的表面具有相當高的導電率時，由于介電物質4的存在，也可能分隔接地導體5的電位。
由于壓電薄膜27含有氧，故必須在高溫和高化學反應性的氧氣氛中制作。因此，當接地導體5的材料的熔點低或在高溫下有高的擴散率或在高溫氧氣氛下易于氧化的時候，在制作壓電薄膜27的過程中接地導體5就會變壞。有辦法在接地導體5和介電物質4的局部上制作一個保護膜。但一般的保護膜在制作壓電薄膜27的條件下也要變壞。用于常規型體超聲波諧振器中的氧化鋅(ZnO)和氮化鋁(ALN)在這種引起接地導體5變壞的高溫下不需要制作薄膜，因此不出現上述問題。但根據本發明的體超聲波諧振器的壓電薄膜27有加工溫度高的問題。為解決此問題，需采用具有高的化學穩定性的鉑(pt)或金(Au)作為接地導體5。特別是鉑(pt)在高溫擅長于阻止氧化。位于介電物質4的平滑表面上的鉑層的取向為<111>。鈦酸鉛(pbTiO3)為四方晶體和多晶。由于剛制作薄膜之后各晶體的極化方向是無序的，故壓電性很低。借助于在上述所需的溫度下對鈦酸鉛(pbTiO3)加以適當的直流電壓，可調整極化的無序方向而使整壓電性變高。
像鉑(pt)和金(Au)這樣的比重大的金屬，由于質量負載而強烈影響壓電薄膜27的諧振頻率。圖3示出了由接地導體5、壓電薄膜27和頂側電極6所組成的三層結構的等效電路圖。為了簡化解釋，假設接地導體5和頂側電極6都是鉑(pt)而且它們的厚度相同。圖中，等效電路28對應于頂側電極6。等效電路29對應于壓電薄膜27。等效電路30對應于接地導體5。電端點31a對應于頂側電極6。電端點31b對應于接地導體5。在各等效電路中，電長度θm對應于頂側電極6或接地導體5的厚度，而電長度θp對應于壓電薄膜27的厚度。頂側電極6表面的邊界條件ZS1和接地導體5底側的邊界條件ZS2都以短路處理。在文獻“固體振蕩理論基礎，1982年9月出版，Ohmu-sha，第6章，壓電方程及應用PP115-157”(以下稱為文獻14)中詳細公布了圖3所示的等效電路。
圖4示出了一個例子，其中計算了端點31a和31b處估算的導納為零時的頻率Fa以及端點31a和31b處估算的阻抗為零時的頻率Fr。頻率Fa對應于反諧振頻率。頻率Fr對應于諧振頻率。圖中，水平軸為歸一化薄膜厚度，它是接地導體5的厚度d對壓電薄膜27的厚度h之比。左邊的垂直軸為歸一化反諧振頻率，它是頻率Fa對壓電薄膜27的厚度h等于聲波半波長時的頻率fo之比。右邊的垂直軸為歸一化諧振頻率差，它是頻率Fa和Fr之差對壓電薄膜27的厚度h等于聲波半波長時的頻率fo之比。用于計算的材料常數如下對于鈦酸鉛(pbTiO3)，密度ρ為7700kg/m3，彈性常數C33為13.2×1010N/M2，壓電常數e33為6.52c/m2，相對介電常數E33為190。對于鉑(pt)，密度ρ為21300kg/m3，彈性常數C33為30.9×1010N/M2。上述材料常數是體材料中檢驗過的數值，未在薄膜中檢驗過。因此，當制作薄膜時，材料常數可能不同于上述數值。這些數值根據制作鈦酸鉛(pbTiO3)和鉑(pt)薄膜的方法和條件而改變。根據添加到鈦酸鉛(pbTiO3)中的雜質的種類和添加比，這些數值也改變。
當歸一化薄膜厚度增大時，歸一化反諧振頻率和歸一化諧振頻率差都變小。這是由于當歸一化薄膜厚度大時，頂側電極6和接地導體5的質量負載增大了。比起其它金屬來，鉑(pt)或金(Au)的密度是相當大的。因此，比之歸一化薄膜厚度，歸一化反諧振頻率和歸一化諧振頻率差的變壞程度更大。歸一化諧振頻率差是一個決定采用體超聲波諧振器的振蕩器的振蕩頻率最大可調范圍的數值。歸一化諧振頻率差也是一個決定由制造誤差引起的體超聲波諧振器諧振頻率和反諧振頻率起伏的最大調整范圍的數值。當歸一化薄膜厚度為零而且忽略頂側電極6和接地導體5的質量負載影響時，歸一化諧振頻率差約為8％。另一方面，當歸一化薄膜厚度為0.2時，歸一化諧振頻率差約為4％。這一數值相似于用在常規體聲波器件中的氧化鋅(ZnO)的數值。因此，鈦酸鉛(pbTiO3)的大的電機械耦合常數無法被適當地利用。亦即，借助于設定歸一化薄膜厚度(d/h)為小于0.1，電機械耦合常數值可大于5％并有可能得到比常規型體聲波器件更大的電機械耦合常數值。
圖5和6示出了一例在根據本發明實施例1的鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜中傳播的聲波的彌散特性計算結果。圖5和6示出了平行于鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜表面傳播且含有垂直于鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜表面的幅度分量和平行于厚度方向的幅度分量的聲波的計算結果。此聲波的波數為k，鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜的厚度為h，鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜的厚度h等于一個半波長時的頻率為fo。水平軸是鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜的歸一化薄膜厚度(kb/2)，垂直軸是歸一化頻率(f/fo)。垂直軸的右側是，其中歸一化薄膜厚度的值是實數的區域。垂直軸的左側是，其中歸一化薄膜厚度的值是虛數的區域。當歸一化薄膜厚度的值為實數時，聲波可以傳播。另一方面，當歸一化薄膜厚度的值為虛數時，聲波不能傳播。圖5中，實線示出了只有一層鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜情況下的彌散特性，而虛線示出了歸一化厚度(d/h)為0.08的鉑(pt)層位于鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜二側的三層結構情況下的彌散特性。圖6中，實線示出了同圖5中虛線所相同的歸一化厚度(d/h)為0.08的鉑(pt)層位于鈦酸鉛(pbTiO3)二側的三層結構情況下的彌散特性。虛線示出了歸一化厚度(d/h)為0.02的鉑(pt)層位于鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜二側的三層結構的彌散特性。計算是根據文獻8中所述的方法進行的。
在圖5和6中，當聲波垂直軸上的數值正比于聲波水平軸上的數值時，聲波的傳播速度為常數。上述比例直線的斜度決定于聲波的傳播速度和鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜的厚度h。圖5和6中各個彌散特性的計算值不呈現直線。這意味著聲波的傳播速度隨鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜的厚度h和頻率f而變化。
例如，在圖2所示的體超聲波揩振器中，假設介電物質4的彈性振動基本上可忽略。在由頂側電極6、壓電薄膜27和接地導體5所組成的三層結構情況下，圖5中虛線所示的彌散特性成為可存在于三層結構中的聲波模式。在聲波只沿厚度方向傳播的厚度諧振情況下，各聲波模同垂直軸的交點對應于厚度諧振。當頂側電極6和接地導體5的厚度d變大時，圖5中實線與虛線同垂直軸的交點處，以及圖6中實踐與虛線同垂直軸的交點處的數值變小。這表明諧振頻率隨頂側電極6和接地導體5厚度的增加而減小。圖5中，實線示出了在壓電薄膜27表面上沒有其它分量的情況下的特性。當實線所示各模式位于虛線同垂直軸相交的垂直軸左側靠近歸一化頻率(f/fo)處時(虛線在這穿過垂直軸)，聲波可沿平行于不存在頂側電極6和接地導體5的壓電薄膜27的方向傳播。對于圖2所示的體超聲波諧振器，這相當于激發了一個不必要的聲波，因而諧振器的質量因子Q變壞。至于虛線所示的模式，當聲波各模式沿平行于存在于靠近虛線與垂直軸相交的歸一化頻率(f/fo)的壓電薄膜27表面的方向傳播時，平行于壓電薄膜27表面傳播的聲波可存在于有頂側電極6和接地導體5的地方。結果引起諧振器的無用寄生諧振。
在構成體超聲波濾波器時，可預期相似的情況。由連接各個體超聲波諧振器的體超聲波濾波器受體超聲波諧振器的寄生的影響。緊密布置體超聲波諧振器且在多個頂側電極6之間采用對稱模和非對稱模的陷能諧振的體超聲波諧振器，當靠近歸一化頻率處存在不同傳播模式的聲波時，會引起寄生。結果，體超聲波濾波器的特性變壞。在圖5和6中，當歸一化薄膜厚度(kh)大于2時，在同一歸一化頻率(f/fo)下存在各種模式，這將引起寄生。因此，為了實現特性良好的體超聲波諧振器和濾波器，歸一化薄膜厚度(kh)須小于2。
圖7和8示出了根據圖1和2構成的實驗性體超聲波諧振器的阻抗測量結果。圖7為極化之前的測量結果，圖8是極化之后的測量結果。壓電薄膜27采用鈦酸鉛(pbTiO3)且厚度h約為1μm。頂側電極6和接地導體5采用約0.07μm厚的鉑(pt)，它帶有厚約0.03μm的鈦基底并采用空氣橋作為頂側電極6的引線和焊盤。在頂側電極6和接地導體5的焊盤中，包括一個厚約3μm的金(Au)層。介電物質4是厚約0.1μm的氧化硅(SiO2)。在極化過程中，在體超聲波諧振器被加熱到200℃的條件下加以15V的直流電壓約1小時。
圖7示出了極化之前的壓電特性。當平板厚度值比之壓電陶瓷的顆粒尺寸相當大時，在極化之前各顆粒的極化方向是無序的且壓電性很小。在圖7所示體超聲波諧振器的情況下，壓電陶瓷是薄膜。因此，即使在極化之前，各顆粒的極化方向也可排列。圖8所示極化之后的特性同圖7所示極化之前的特性進行比較顯示，極化之后的諧振圈變大而且由于極化而使壓電性也增高。諧振發生在二個頻帶，記號1(示作Δ1)所示的頻率約為1.4GHz，標號2(示作Δ2)所示的頻率約為700GHz。
實驗性體超聲波諧振器的鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜的厚度約為1μm，而厚度等于聲波一個半波長時的頻率fo約為2GHz。標號1的歸一化頻率約為0.7(＝1.4GHz/2GHz)，而標號2的歸一化頻率約為0.4(＝700GHz/2GHz)。另一方面，根據圖5所示的計算結果，同垂直軸在歸一化頻率稍小于0.8的P1點處相交的虛線所示的彌散曲線，是一個沿鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜厚度方向傳播的垂直波。這相當于圖7和8中標號1所示約0.7的歸一化頻率附近的諧振。計算結果同實測歸一化頻率之間的差別是因為用來計算的材料常數和薄膜厚度同實驗體超聲波諧振器的情況有稍許不同。在歸一化頻率約為0.5的圖5點P2處同垂直軸相交的虛線所示的彌散曲線相當于標號2所示約0.4的歸一化頻率附近的諧振。這表明一個沿平行于鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜表面的方向傳播的聲波。在鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜表面上沒有金屬情況下示于實線的帶有相同模式的聲波的頻率是相同歸一化薄膜厚度(kh/2)中的截止頻率。因此，它相當于陷能諧振，在頂側電極6的二端之間諧振。實驗體超聲波諧振器的頂側電極6為100×100μm2而波長為200μm。因而，當假設鈦酸鉛(pbTiO3)薄膜的厚度為1μm時，歸一化薄膜厚度(kh/2)如下kh/2=2πλh2=πhλ≈0.016]]>此式表明諧振發生在圖5所示垂直軸稍右處的歸一化薄膜厚度(kh/2)處。根據實驗體超聲波諧振器的測量，在歸一化薄膜厚度的頻率附近不存在不必要的寄生，而且表明了質量良好的諧振特性。此外，根據對實驗體超聲波諧振器的測量，相對介電常數約為200。
用于本發明的體聲波器件的鈦酸鉛(pbTiO3)除非執行極化工藝，否則呈現弱的壓電性。在常規型體超聲波諧振器中，引線電極26和接地導體不重疊處的那部分壓電薄膜27，同頂側電極6和接地導體5相重疊處的那部分壓電薄膜2，具有幾乎相同的壓電性。結果引起不必要的寄生。在根據本發明的體聲波器件中，在極化工藝過程中，當未加以高于所需數值的直流電場時，引線電極26和接地導體5不重疊部位沒有頂側電極6和接地導體5相重疊的部分那樣強的壓電性。因此，引線電極26和接地導體5不重疊處那部分壓電薄膜27具有弱的壓電性和大的寄生，而在常規型超聲波諧振器中不會引起這樣的情況。
用在本發明體聲波器件中的鈦酸鉛(pbTiO3)的相對介電常數為幾百。當相對介電常數為200時，在2GHz頻率附近電容Co為50Ω的頂側電極6的尺寸約為30×30μm2。根據頂側電極6的尺寸誤差而得到的電極電容誤差可以比常規體聲波器件中所用的約為13×13μm2-19×19μm2的鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)的等效誤差大30％。
如上所述，借助于設定歸一化薄膜厚度(kh)等于或小于2，即歸一化薄膜厚度(dh)等于或小于0.1，根據本發明實施例1的體聲波器體具有5％以上的電機械耦合常數K2而且無寄生。由于對壓電薄膜27使用了極化工藝，故有可能限制具有壓電性的壓電薄膜27部位。因此，有可能減小發生在同彈性諧振無關的部位例如對應于引線電極26的部位的寄生。這是由于借助于設定各薄膜具有一個薄膜制造引起的約為百分之幾的特性變化(這是在可以處理的范圍之內的)，在帶有薄膜的器件制造之后可以執行電機械耦合常數K2在5％以上的電學調整。這意味著在半導體制造工序中不需要分別調整各個器件。
因此有可能大批量制造體聲波器件。由于可避免不適于半導體制造工藝的步驟，還有可能同大規模集成半導體電路一起制造器件。而且，還可能將通常分立制造的半導體器件集成在一塊半導體芯片上，并減小整個電子設備的尺寸。實施例2圖9和10示出了根據本發明實施例2的體聲波器件。圖9示出了上側圖而圖10示出E-E剖面圖。圖中提供了鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32、過孔33、接地導體5的引線電極34和體超聲波諧振器35。
圖9和10所示的體超聲波諧振器35的結構不同于根據圖2所示的實施例1的體超聲波諧振器。過孔33用對半導體襯底1上的鈦酸鉛—鋯酸鉛的側面進行多向異性腐蝕的方法來形成。但作為體超聲波諧振器35的引起彈性諧振的結構基本上與圖2的結構相同。接地導體5在介質物質4上。壓電物質即鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32在接地導體5上。頂側電極6在鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32上。接地導體5通過引線電極26電連接于半導體電路3。在圖10所示的結構中，介電物質4支持著體超聲波諧振器35。若介電物質機械強度不夠，則鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32變彎而且體超聲波諧振器的諧振特性變壞。此時，主要由氧化鉭(Ta2O5)組成的介電物質最合適。
鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32像實施例1中體超聲波諧振器的鈦酸鉛(pbTiO3)那樣，是一種多晶物質。在薄膜制作之后，多晶體的極化方向是無序的而且不呈現強的壓電性。在提高的溫度下對鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32加適當的直流電壓可調理無序的方向。結果可得到更強的壓電性。鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32的電機械耦合常數K2、介電常數和Q隨鋯酸鉛(pbZrO3)和鈦酸鉛(pbTiO3)的組分比而變化。這在下列文獻中已公布“聲波器件工藝手冊，日本科學促進學會聲波器件工藝第150屆委員會編，Ohmu-sha1991年11月30日第一版，第IV卷，聲波材料第2章制造材料的方法和材料常數，PP280-329”(以下稱為文獻15)。為文獻15中所述，通常的體材料鈦酸鉛—鋯酸鉛當鋯酸鉛(pbZrO3)對鈦酸鉛(pbTiO3)之組分比約為52∶48時要出現相變。當鈦酸鉛(pbTiO3)的組分比較小時，鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)變成三方系。當鈦酸鉛(pbTiO3)的組分比較大時，它變成四方系，而且在相變出現的組分比附近呈現大的電機械耦合常數K2。
對于鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32，制作薄膜時所用的工藝溫度高且薄膜在氧化氣氛中制作。接地電極5需用化學穩定的鉑(pt)或金(Au)。鉑(pt)具有優良的高溫下化學穩定。另一方面，鉑(pt)和金(Au)的密度高。如圖4的計算例子所示，當接地導體5的厚度加大時，反諧振頻率Fa同諧振頻率Fr之差變小。于是鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32的大的電機械耦合常數K2無法得到有效的利用。如圖5和6所示，當鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)的厚度h乘以聲波的波數k的乘積kh加大時，會引起不必要的寄生。亦即，為了用鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32得到具有所需特性的體超聲波諧振器35，歸一化薄膜厚度(kh)應等于或小于2，即歸一化薄膜厚度(d/h)應等于或小于0.1。實施例3圖11示出了根據本發明實施例3的薄膜壓電振蕩器。采用鈦酸鉛(pbTiO3)的體超聲波諧振器35用圖9所示的體超聲波諧振器35的簡化形式示出。晶體管13是一個有源器件。雖然在圖11中示出的晶體管13是雙極晶體管的形式，但晶體管13也可以是場效應晶體管。電阻36和電容器14制作在半導體電路3中。提供了輸出端37、電源端38和接地端39。
圖11所示的振蕩電路的振蕩頻率為ω，其中體超聲波諧振器35的導納Y、電容CB14和電容Cc14滿足公式7。因此，體超聲波諧振器35可在顯示感抗的頻率范圍內振蕩。振蕩范圍中的最大值在反諧振頻率和諧振頻率之間。采用鈦酸鉛(pbTiO3)并設定歸一化厚度(d/h)≤0.1，有可能使反諧振頻率同諧振頻率之差為fo的5％以上，fo對鈦酸鉛(pbTiO3)的薄膜厚度h為一個半波長。還可能構成沒有寄生的特性良好的振蕩器電路。而且，由于鈦酸鉛(pbTiO3)是化學穩定的，振蕩電路在半導體電路3的制造過程中也不會變壞，而且振蕩電路同半導體電路3一起制造而不會降低成品率。
實施例4圖12和13示出了根據本發明實施例4的薄膜壓電放大器。圖12和13示出了相同的薄膜壓電放大器。圖12示出了結構。圖13示出了電路構造。圖中提供了一個頂側電極40和一個體超聲波濾波器41。半導體放大器42構成在半導體電路3中，且由晶體管之類的有源電路器件和電容器、電阻、電感、傳輸線或導體棒之類的無源電路器件組成。還提供了輸入端。
頂側電極6用引線電極26連接于半導體放大器42。在頂側電極40和同外部電路沒有直接通路的頂側電極6之間發生彈性諧振。借助于恰當地設定對稱模和反對稱模的多個諧振頻率，體超聲波濾波器41以帶通濾波器的形式運行。可用帶寬的最大值在反諧振頻率和諧振頻率之間。因此，比之先前討論的常規濾波器，采用鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32的體超聲波濾波器41能夠擴大相對頻帶{(Fa-Fr)/fo}的最大值20％以上。根據本發明的體超聲波濾波器41采用鉑(pt)或金(Au)作為接地導體。當制作鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)薄膜32時，接地導體是化學穩定的。此外，由于歸一化薄膜厚度(kh)≤2即歸一化薄膜厚度(d/h)≤0.1，故有可能得到沒有寄生的特性良好的薄膜壓電放大器。由于鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32是化學穩定的，體超聲波濾波器41就不會被半導體電路3的制造工序搞壞，而且體超聲波濾波器41同半導體電路3一起制造而不會降低成品率。實施例5圖14示出了根據本發明實施例5的薄膜壓電濾波器。圖中構成了一個電容器14和一個電感44作為半導體襯底1上半導體電路3的部件。在鈦酸鉛(pbTiO3)上為圖12所示構成了一個體超聲波濾波器41。
顯然，體超聲波濾波器41要做成與所連接的外部電路的特征阻抗一致。然而，考慮到制造過程中頂側電極6的尺寸誤差，同特征阻抗的一致性總是達不到的。而且由于設計限制，在鈦酸鉛(pbTiO3)上構成的體超聲波濾波器41也不呈現同特征阻抗足夠的相關性。此時，為了提供同外部電路特征阻抗的一致性，在體超聲波濾波器41的前后二側需要連接電感44、電容器14和采用傳輸線或導體棒之類的無源電路器件的相關電路。借助于同體超聲波濾波器41一起在同一半導體襯底1上構成相關電路，有可能組成適合于大批量生產的小而輕的濾波器。體超聲波濾波器41采用鈦酸鉛(pbTiO3)。由于歸一化薄膜厚度(hk)≤2，即歸一化薄膜厚度(d/h)≤0.1，故有可能得到具有寬的帶寬特性的無寄生的濾波器。實施例6圖15示出了根據本發明實施例6的薄膜壓電器件。圖15示出了一例采用晶體管13的且帶有輸出端37的放大器電路。在圖中略去了輸入端43側的偏壓電路和相關電路。
在放大器中，晶體管13的輸入和輸出阻抗一般是不同于外部電路的特征阻抗的。因此，晶體管13的各個輸入和輸出端都需要一個相關電路，即匹配電路。由于很多情況下晶體管都具有容性導納，故可使用帶感性導納的匹配電路。電感、傳輸線或導體棒可用于匹配電路中。用在匹配電路中的傳輸線和導體棒的尺寸依賴于電磁波的波長，此電磁波具有一個激發于構成有半導體電路的半導體襯底之中的預計頻率。當頻率相當低時，傳輸線和導體棒所要求的區域變大而且配置放大器所需的半導體芯片的面積也變大。結果就出現半導體芯片制造成本上升和無法在實際芯片面積內配置半導體的問題。在很多情況下，在頻率小于約1-2GHz的頻帶中，電感被用作提供感性導納的器件。但比起晶體管13和電容器14來，電感器在半導體電路中需占更大的面積。而且，當為使電感器的面積變小而使線寬度做窄并提高線密度時，電感器的電阻分量就變大因而電感器的損耗增加。因而難以減小電感器的尺寸，于是半導體芯片的面積變大而制造半導體芯片的成本提高。
另一方面，采用諸如鈦酸鉛(pbTiO3)和鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)之類壓電陶瓷的體超聲波諧振器35可同諸如晶體管13、電容器14和電阻器36之類的半導體電路元件配置在同一半導體襯底上。此外，所占據的面積小于數同μm2，這比起電感器的面積來是相當小的。而且，由于鈦酸鉛和鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)具有比氧化鋅(ZnO)和氮化鋁(ALN)更大的電機械耦合常數，故有可能在很寬的頻帶內呈現感抗。于是可在通帶半導體電路所要求的全部頻帶內采用鈦酸鉛(pbTiO3)和鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)作為電感。結果就有可能使包括體超聲波諧振器35在內的整個半導體電路的面積做小并使制造成本降低。實施例7圖16示出了根據本發明實施例7的薄膜壓電振蕩器。圖16所示電路相似于圖11所示的電路。在圖11所示的電路器件中，要求大電容量的電容器CO和CE采用體超聲波諧振器35中所用的鈦酸鉛(pbTiO3)作為介電物質。圖17和18示出了一例采用體超聲波諧振器35中所用的鈦酸鉛(pbTiO3)作為介電物質的圖16中電容器45的結構。圖17示出了上側圖，圖18示出了F-F剖面圖。圖19和20示出了另一例采用體超聲波諧振器35中所用鈦酸鉛(pbTiO3)作為介電物質的電容器45的結構。圖19示出了上側圖，圖20示出了G-G剖面圖。在圖中提供了空氣橋46和引線端47。
電容器的電容量決定于所用介電物質的介電常數、厚度和電極面積。在用于半導體電路的電容器中，有一種電容器用來截斷直流電，還有一種電容器在一定的頻段中可視為短路。電容器45的電容量要大。依據所用的介電物質材料，實用的介電物質厚度和實用的介電物質面積都有一定限制。而且，考慮到半導體電路的制造成本，最好使芯片面積做得越盡可能小。因此，要求介電物質具有大的介電常數。鈦酸鉛(pbTiO3)在GHz波段具有約為200的相對介電常數。這為氧化硅(SiO2)介電常數的10倍以上。這意味著為實現相同的電容量所需的面積可以是氧化硅所需面積的十分之一。采用像鈦酸鉛(pbTiO3)這樣的介電物質可降低半導體電路的芯片面積并降低制造成本。而且，由于不需要額外的介電物質材料以及有可能在制作體超聲波諧振器35時同時制作電容器45，故有防止由于制作具有不同的介電物質材料的電容器45而引起的增加制造步驟的優點。
至于電容器45的結構，一種情況是為圖17和18所示，電容器沿鈦酸鉛(pbTiO3)的厚度方向位于接地導體5和頂側電極6之間。另一種情況是如圖19和20所示，借助于將二個頂側電極6和各電極彼此插入而在鈦酸鉛(pbTiO3)表面形成叉指結構。同體超聲波諧振器35相反，在二種情況下都不執行極化工序而且電容器也不需要底側上的過孔。實施例8圖21示出了根據本發明實施例8的體超聲波諧振器。圖中，端點48a和48b用來加極化用的直流電壓。提供了一個電容器49和一個直流電源50。
在采用鈦酸鉛(pbTiO3)這樣的壓電陶瓷的情況下，當未在所需的溫度下對鈦酸鉛(pbTiO3)加規定時間的適當直流電壓時，得不到大的壓電性。對于具有自發極化性質的氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(ALN)和其它的常規壓電陶瓷，不需要極化工序。在極化工序中，直流電壓加在體超聲波諧振器35的頂側電極6和接地導體5之間。當體超聲波諧振器35同半導體電路3一起制造時，直流電壓加到連接于體超聲波諧振器35的半導體電路3上，這就出現極化用的直流電壓損傷半導體電路3，特別是像晶體管13這樣的有源器件的問題。為防止這種情況，電容器49被串插在半導體電路3和加有體超聲波諧振器35的直流電壓的端點48a之間。借助于插入電容器49，有可能在極化時將直流電壓阻擋在半導體電路3的邊緣。在體超聲波諧振器35的工作頻率下，插入電容器49的電容量應足夠大，使電容器49的阻抗有可能基本上忽略不計。要不然，則插入電容器49的電容量應取可能用作體超聲波諧振器35的外部附加電容量的數值。為安全起見，在極化工序中將加有直流電壓的端點48a以外的所有其它端點37、38和39都接地是可取的。用這種方法，有可能防止在極化工序中損傷半導體電路3。
實施例9圖22示出了根據本發明實施例9的體超聲波振蕩器。圖中提供了一個體超聲波諧振器35的接線端51a和一個半導體電路3的接線端51b。
在極化工序中，端51a同51b被電隔開。端48a電連接于半導體電路3中的晶體管13。當極化時加以直流電壓時，端48a被接地。采用這種方法，有可能防止在極化工序中將直流電壓加到半導體電路3上。當極化工序結束并開始以體超聲波諧振器形式工作時，應根據電路圖形連接端點51a和51b。圖22中的端點48b和51a可結合成一個端點。實施例10圖23示出了根據本發明實施例10的體超聲波振蕩器。圖中，沿加有直流電源50的端點48a到地電位的直流路徑，電阻52的阻值大于半導體電路3中的電阻36。
在極化工序過程中，直流電壓加于體超聲波諧振器，但體超聲波諧振器35中沒有明顯的直流電流流過。因此，當電阻52串接在體超聲波諧振器35和直流電源50之間時，極化工序將不起作用。因此，借助于安置阻值大于從直流電源50到地電位的直流路徑中半導體電路3中的電阻36的電阻52，有可能防止電路中晶體管13或半導體電路3這樣的有源器件由于不適當的直流施加方法而造成的損壞。盡管直流施加方法恰當，由于連接直流電源50時的瞬時響應，也有瞬時電流流通。此時，電阻52可以防止有源器件遭到損壞。而且，當半導體電路3或電路實際運行時，由于有比電阻36更大的阻值，電阻52基本上可以忽略。于是，在電路運行的頻段內，就可以防止電路的工作遭受損傷。此處，當電阻36在從端48a到地電位的路徑上同電阻52串聯時，加于體超聲波諧振器35的直流電位決定于電阻52和位于電阻52和地電位之間的電阻36的分壓比。因而存在不能恰當地執行極化的情況。根據實施例10的極化工序限制了可適用的半導體電路3和電路的類型。實施例11圖24示出了根據本發明實施例11的體聲波器件。圖22的體超聲波諧振器35不以電路圖而以相似于圖1的結構圖形式示于圖24。圖中提供了一個體超聲波振蕩器芯片53。半導體電路54形成一個用來在極化時施加電壓的圖形并設置在體超聲波振蕩器芯片53的同一個半導體1上。圖形55用來在極化時加電壓。當圖形之一相交時，要采用多層布線。
通常在同一個半導體片子上同時制作多個體超聲波振蕩器芯片53。為降低極化成本，最好在分割成各個體超聲波振蕩器芯片53之前執行極化工序。如圖24所示，片子上大量體超聲波振蕩器芯片53中的體超聲波揩振器35被一起分組并由極化用圖形55連接起來。極化之后，從體超聲波振蕩器芯片53清除形成極化用圖形55的半導體襯底。用此法，振蕩器不希望有的圖形55不再保留在多體超聲波振蕩器芯片53中。因此，當體超聲波振蕩器芯片53安裝到印刷電路板、封裝件或其它芯片上時，可使芯片的安裝面積更小。
在極化工序中，當同一半導體片上的所有體超聲波諧振器35被用于極化的圖形連接起來時，在頂側電極6和接地導體5之間具有大的直流漏電的半導體片子上，即使只有一個劣質的體超聲波諧振器35，半導體片子上的其它的正常體超聲波諧振器35的極化工序也不能恰當地執行。因此，當半導體片子上的體超聲波諧振器35被分成多個組并借助于用極化圖形55連接每個組來執行極化工序時，可減輕具有過大漏電流的體超聲波諧振器35的影響。實施例12圖25示出了根據本發明實施例12的體聲波器件。圖中，圖形56直接連接多個頂側電極6。
圖25示出了一例采用多個彼此緊密靠近的體超聲波諧振器而組成的體超聲波濾波器。在這種體超聲波濾波器中，單個濾波器中包括了多個體超聲波諧振器。必須在相同的條件下對多個體超聲波諧振器執行極化工序以便多個體超聲波諧振器的每個都具有相同的壓電性。如圖25所示。當多個體超聲波諧振器被圖形56連接而且用相同的方法將直流電壓加至每一個時，可以在完全相同的條件下對多個體超聲波諧振器執行極化工序。因此，可降低極化的加工成本并獲得相同的體超聲波諧振器壓電性。從而可用低的代價加工特性良好的體超聲波濾波器。
此外，借助于組成具有大于50Ω特征阻抗的圖形56，在體超聲波濾波器工作頻率的鄰近頻率中，圖形56的阻抗被視為幾乎開路。因此，在極化工序之后即使保留圖形56，它也不影響體超聲波濾波器的運行。因此，可略去極化工序之后的除去圖形56的步驟。
當圖形56的電阻大于50Ω時，極化工序不受影響。在體超聲波濾波器工作頻率的鄰近頻率率中，圖形56具有實際上開路的阻抗。因此，在極化工序之后即使保留圖形56，也可以不影響體超聲波濾波器的工作。因此，可略去極化工序之后除去圖形56的步驟。
當圖形56由特征阻抗大于50Ω的電阻線組成，而且電阻大于50Ω時，極化工序不受影響。在體超聲波濾波器工作頻率的鄰近頻率中，圖形56具有實際上開路的阻抗。因此，極化工序之后即使保留圖形56，也不影響體超聲波濾波器的工作。因此，可略去極化工序之后除去圖形56的步驟。實施例13圖26示出了根據本發明實施例13的體聲波器件。圖中，圖形56直接連接多個接地導體5。
圖26示出了用緊密地布置多個體超聲波諧振器的方法來組成體超聲波濾波器的例子。在這種體超聲波濾波器中，在單個濾波器中有多個體超聲波諧振器。因此必須在相同的條件下執行極化工序以便多個體超聲波諧振器中的每一個都有相同的壓電性。如圖26所示，當多個體超聲波諧振器被圖形56連接且加上直流電壓時，可在完全相同的條件下對多個體超聲波諧振器執行極化工序。因此可降低極化加工成本并使多個超聲波諧振器中的每一個都具有相同的壓電性。因而可用低的代價加工特性良好的體超聲波濾波器。
此外，用特征阻抗大于50Ω的線路作為圖形56，在體超聲波濾波器工作頻率的鄰域頻率中，圖形56以可視為幾乎開路的阻抗而工作。因此，當極化工序之后保留圖形56時，它不影響體超聲波濾波器的工作。因此可略去極化工序之后除去圖形56的步驟。
當圖形56由特征阻抗大于50Ω的電阻線組成且電阻大于50Ω時，極化工序不受影響。在體超聲波濾波器工作頻率的鄰域頻率中，圖形56以可視為幾乎開路的阻抗而工作。因此，在極化工序之后，即使保留圖形56，它也不影響體超聲波濾波器的工作。因此可略去極化工序之后除去圖形56的步驟。實施例14圖27示出了根據本發明實施例14的體聲波器件。圖中提供了一個介電物質57、一個接地電極58和一個頂側電極59和一個引線60。
接地電極58和頂側電極59之間的介電物質57用作電容器。介電物質材料可以是設置在同一半導體襯底1上的像鈦酸鉛(pbTiO3)那樣的未極化的介電物質。介電物質材料可以是像氧化硅(SiO2)那樣的一般絕緣材料。多個電容器同體超聲波諧振器的頂側電極6串聯。多個電容器中的有一些用引線60連接到引線電極47。由于容抗被直接連接于體超聲波揩振器，故可以用改變總容抗的方法來調整體超聲波諧振器的諧振頻率。每個電容器的頂側電極59的面積設定為彼此不同。根據同體超聲波諧振器的預期諧振頻率的差，待要用引線60連接的電容器被恰當地選擇并連接。此時，由于各電容器根據引線60而并聯，故當電容器被連接時，串聯插入在體超聲波諧振器中的容抗分量變大。當用引線60來連接電容器時，由于老化，會有一些變壞。當基于老化變壞而為了電容器的電容量選用適當的材料時，根據上述連接而調整諧振頻率的體超聲波諧振器表現出穩定的諧振特性。上述連接方法也適用于諧振器的阻抗調整。實施例15
圖28示出了根據本發明實施例15的體聲波器件。體超聲波諧振器的接地導體5用作各電容器的接地電極。各電容器并聯于體超聲波諧振器，且可借助于改變這些電容器的總電容量而調整體超聲波諧振器的諧振頻率。各電容器的頂側電極59的面積被設定為彼此不同。根據同體超聲波諧振器的預期諧振頻率的差，待要用引線60連接的電容器被恰當地選擇并連接。此時，由于在電容器被連接時各電容器被用引線60并聯，故并聯插入到體超聲波諧振器的容抗分量變大。實施例16圖29示出了根據本發明實施例16的體聲波器件。圖中提供了一個焊盤61。各電容器彼此串聯而串聯在一起的電容器再串聯到體超聲波諧振器。借助于改變這些電容器的總電容量，可調整體超聲波諧振器的諧振頻率。此時，各電容器的頂側電極59的面積設定為彼此不同。根據同體超聲波諧振器的預期諧振頻率之差，恰當地選擇電容器。根據選出的電容器，用引線60連接各個焊盤61，形成短路。此時，各電容器用引線60連接。當各個焊盤61借助于形成短路而被選擇性地連接時，串聯插入到體超聲波諧振器的容抗分量變大。實施例17圖30示出了根據本發明實施例17的體聲波器件。各電容器彼此串聯，而且各個串聯在一起的電容器再并聯到體超聲波諧振器。借助于改變這些電容器的總電容量，可以調整體超聲波諧振器的諧振頻率。各電容器的頂側電極59的面積被設定為彼此不同。根據同體超聲波諧振器的預期諧振頻率之差，待要用引線60連接的電容器被恰當地選擇且各焊盤61可被連接以形成短路。此時，當各電容器借助于形成短路而被選擇性地連接時，并聯插入到體超聲波諧振器的容抗分量變大。實施例18圖31示出了根據本發明實施例18的體聲波器件。接地電極58和頂側電極59之間的介電物質57用作電容器。介電物質材料可以是形成在同一半導體襯底1上像鈦酸鉛(pbTiO3)那樣的未極化的壓電物質，或者是像氧化硅(SiO2)那樣的一般絕緣材料。多個電容器串聯到體超聲波諧振器的頂側電極6。多個電容器經由線狀圖形62連接到引線電極47。由于容抗被串聯到體超聲波諧振器，故可借助于改變總的容抗來調整體超聲波諧振器的諧振頻率。此處，各頂側電極59的面積被設定為彼此不同。根據同體超聲波諧振器的預期諧振頻率之差，待要用線狀圖形62連接的電容器被恰當地選擇并連接。由于各電容器經由線狀圖形62被并聯，當電容器被連接時，串聯插入到體超聲波諧振器的容抗分量就變大。當電容器經由線狀圖形62被連接時，由于老化而造成一些變壞。當基于老化而選擇適當的材料用于電容器時，用上述連接方法來調整諧振頻率的體超聲波諧振器可呈現穩定的諧振特性。上述采用線狀圖形62的連接方法不適合于獨立地調整各個體超聲波諧振器。但當各組的頻率變化在一個確定的范圍之內時，一組一組地執行調整是可以接受的。上述連接方法具有一起調整制作在一個片子上的體超聲波諧振器的優點。實施例19圖32示出了根據本發明實施例19的體聲波器件。體超聲波諧振器的接地導體5用作各電容器的接地電極。各電容器并聯到體超聲波諧振器。借助于改變這些電容器的總電容量可以調整體超聲波諧振器的諧振頻率。此時，各電容器的頂側電極59的面積被設定為彼此不同。根據同體超聲波諧振器的預期諧振頻率之差，待要用線狀圖形62連接的電容器被恰當地選擇并連接。由于各電容器用線狀圖形62并聯，故當電容器被連接時，并聯插入到體超聲波諧振器的容抗分量就變大。
實施例20圖33示出了根據本發明實施例20的體聲波器件。各電容器彼此串聯。串聯在一起的電容器再串聯到體超聲波諧振器。借助于改變這些電容器的總電容量，可以調整體超聲波諧振器的諧振頻率。各電容器的頂側電極59的面積被設定為彼此不同。根據同體超聲波諧振器的預期諧振頻率之差，待要用線狀圖形62連接的電容器被恰當地選擇而且各焊盤62被連接形成短路。由于各電容器借助于用線狀圖形62形成短路而被連接，故串聯插入到體超聲波諧振器的容抗分量變大。實施例21圖34示出了根據本發明實施例21的體聲波器件。各電容器彼此串聯。串聯在一起的電容器再并聯到體超聲波諧振器。借助于改變電容器的總電容量，可以調整體超聲波諧振器的諧振頻率。各電容器的頂側電極59的面積被設定為彼此不同。根據同體超聲波器諧振器的預期諧振頻率之差，待要用線狀圖形62連接的電容器被恰當地選擇并且各焊盤61可連接形成短路。由于各電容器借助于用線狀圖形62形成短路而被連接，故并聯插入到體超聲波諧振器中的容抗分量變大。實施例22圖35示出了根據本發明實施例22的體聲波器件。部位63是線狀圖形62中用例如激光切去了線狀圖形的切去部位。接地電極58和頂側電極59之間的介電物質57用作電容器。介電物質材料可以是形成在同一半導體襯底1上的像鈦酸鉛(pbTiO3)那樣的未極化的介電物質或者像氧化硅(SiO2)那樣的一般絕緣材料。多個電容器被串聯到體超聲波諧振器的頂側電極6，而多個電容器用線狀圖形62連接到引線電極47。由于容抗被串聯到體超聲波諧振器，故借助于改變總的容抗，可以調整體超聲波諧振器的諧振頻率。各電容器的頂側電極59的面積被設定為彼此不同。借助于根據同體超聲波諧振器的預期諧振頻率之差用激光切割線狀圖形62，電容器被恰當地選擇或電學上分離。由于各電容器被切除而同并聯分離，故串聯插入到體超聲波諧振器的容抗分量變小。當電容器經由線狀圖形62連接時，老化造成的變壞很小。當根據老化變壞而選擇的恰當的材料用于電容器時，用上述連接方法調整諧振頻率的體超聲波諧振器呈現穩定的諧振特性。此連接方法可確定各組中待要切去的部位63。此連接方法可根據各體超聲波諧振器獨立地改變待要切去的部位。因此，此連接方法具有可用于諸如調整范圍相當寬和各體超聲波諧振器被嚴格地逐個調整之類的許多情況的優點。實施例23圖36示出了根據本發明實施例23的體聲波器件。體超聲波諧振器的接地導體5用作各電容器的接地電極。各電容器并聯到體超聲波諧振器。借助于改變這些電容器的總電容量，可以調節體超聲波諧振器的諧振頻率。頂側電極59的面積被設定為彼此不同。根據同體超聲波諧振器的預期諧振頻率之差，決定待要切去的線狀圖形62并且恰當地選擇或分離電容器。此時，由于待要同并聯連接分離的電容器被切去，故并聯插入到體超聲波諧振器的容抗變小。實施例24圖37示出了根據本發明實施例24的體超聲波器件。各電容器彼此串聯。串聯在一起的電容器再串聯到體超聲波諧振器。此外，各電容器預先用線狀圖形62短路。借助于改變這些電容器的總電容量，可以調整體超聲波諧振器的諧振頻率。各電容器的頂側電極59的面積被設定為彼此不同。借助于根據同體超聲波諧振器的預期頻率之差而切去線狀圖形62來選擇電容器。此時，由于各電容器借助于切割而被串聯，故串聯插入到體超聲波諧振器的容抗分量變小。實施例25圖38示出了根據本發明實施例25的體聲波器件。各電容器彼此串聯。串聯在一起的電容器再并聯到體超聲波諧振器。各電容器預先用線狀圖形62短路。借助于改變這些電容器的總電容量，可以調整體超聲波諧振器的諧振頻率。各電容器的頂側電極59的面積被設定為彼此不同。借助于根據同體超聲波諧振器的預期頻率之差而切割線狀圖形62來選擇電容器。此時，由于各電容器借助于切割而被串聯，故并聯插入到體超聲波諧振器的容抗變大。實施例26圖39示出了根據本發明實施例26的體聲波器件。圖中提供了一個電源64和一個具有可變電容的二極管65。
變容二極管65可根據加自電源64的電壓而改變電容量。當變容二極管65同體超聲波諧振器35如圖39所示并聯或串聯時，加自電源64的電壓被控制來改變并聯或串聯于體超聲波諧振器35的容抗的數值。用此法來調整體超聲波諧振器35的諧振頻率。由于根據本發明的體超聲波諧振器35可以同半導體電路一起制造，故利用晶體管之類可以容易地將電源64同體超聲波諧振器制作在同一個半導體襯底1上。實施例27圖40示出了根據本發明實施例27的體聲波器件。圖中提供了電阻66和端點67。
在圖40所示的薄膜體聲波器件中，加于變容二極管65的電壓根據電阻66的電壓比來選擇。帶有端點67的各電阻66具有不同于其它電阻66的電阻值。可提供適當調整量的端點67采用例如引線來選擇。從而確定加于變容二極管65的電壓。結果就可容易地調整體超聲波諧振器的諧振頻率。實施例28圖41示出了根據本發明實施例28的體聲波器件。示于圖41的體聲波器件根據電阻66的電壓比來確定加于變容二極管65的電壓。帶有端點67的各電阻66具有同其它電阻66不同的電阻值。例如，在和另一個電源64連接即和帶有體聲波器件的同一半導體襯底1上的電源64連接時，電阻66之一的端點67和引線電極47被連接起來提供適當的調整量。這種方法擅長于逐批調整。實施例29圖42示出了根據本發明實施例29的體聲波器件。圖42所示的體聲波器件根據電阻66的電壓比來確定加于變容二極管的電壓。分別具有不同電阻值的各個電阻66的端點67預先用線狀圖形62連接到引線電極47。為了提供適當的調整量，用例如激光器來切去端點67同引線電極47之間的連接。此法具有可用于各組調整或分別調整各個體聲波器件的情況的優點。實施例30圖43示出了根據本發明實施例30的體聲波器件。圖43所示體聲波器件根據電阻66的電壓比來確定加于變容二極管65的電壓。帶有端點67的各個電阻66具有不同于其它電阻66的電阻值。借助于用引線60之類來選擇可提供適當調整量的端點67并使電阻66短路，從而確定加于變容二極管65的電壓。結果就可以容易地調整體超聲波諧振器35的諧振頻率。實施例31圖44示出了根據本發明實施例31的體聲波器件。圖44所示的體聲波器件根據電阻66的電壓比來確定加于變容二極管65的電壓。帶有端點67的各個電阻66具有不同于其它電阻66的電阻值。借助于選擇提供適當調整量的端點67來確定加于變容二極管65的電壓。結果就可以容易地調整體超聲波諧振器35的諧振頻率。此法擅長于逐組調整。實施例32圖45示出了根據本發明實施例32的體聲波器件。圖45所示的體聲波器件根據電阻66的電壓比來確定加于變容二極管65的電壓。各個電阻66具有不同于其它電阻66的電阻值。各電阻66預先用線狀圖形62短路。用例如激光器切去端點67之間線狀圖形62的連接以提供適當的調整量。此法具有可用于逐組調整和分別調整多個體聲波器件的情況的優點。
如上所述，圖1和2示出了一個用鈦酸鉛(pbTiO3)作為壓電物質的例子。在本發明中，可使用鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)32來代替鈦酸鉛(pbTiO3)作為壓電物質。同樣，在圖9和10中，鈦酸鉛(pbTiO3)可用作壓電物質。此外，圖1、2、9和10只示出了體超聲波諧振器。但圖中在同一半導體襯底1上可以有體超聲波濾波器和其它半導體電路3。圖1、2.9和10所示的接地導體5底側的過孔7和33的結構可以是圖46-53所示結構的一種，其中的過孔7、33或氣隙88提供在接地導體5或介電物質4的底側。
如上所述，圖11、16、21、22、23和24示出了采用體超聲波諧振器的體超聲波振蕩器的例子。在本發明中，在同一半導體襯底1上同諸如體超聲波濾波器、半導體放大器、半導體混頻器、模擬數字轉換器、數字模擬轉換器、中央處理器(CPU)、數字信號處理器(DSP)、存儲器等等的其它通用半導體電路一起來組成也是有用的。如所指出，由于能夠同多種半導體電路一起將體超聲波諧振器制作在同一半導體襯底1上，故可以將它用于所有的電路即所有使用體聲波器件而不限于特定器件的電路。
如上所述，圖15示出了體超聲波諧振器35作為電感插入到晶體管13和輸出端37之間的例子。在本發明中，可以將體超聲波諧振器插入到半導體電路中任一位置。
如上所述，圖16示出了電容器Co45和電容器CE45的介電物質采用體超聲波諧振器35中所用壓電物質的例子。但本發明可用于半導體電路3中任何電容器45。
如上所述，圖17、18、19和20只示出了壓電物質采用鈦酸鉛(pbTiO3)的電容器。在本發明中，除了電容器外，還可采用體超聲波諧振器、體超聲波濾波器和任何半導體電路3。在同引線電極47連接的情況下，空氣橋46之外的其它連接方法也是有效的。
如上所述，圖21、22和23示出了極化方法。這些方法的組合更為有效。在圖24中，體超聲波振蕩器示作加工多個芯片53的例子。它也可用于像體超聲波濾波器和半導體電路那樣的其它電路。而且，極化圖形的形狀和形成極化圖形的半導體的形狀也不必同圖24所示的相同，而可采用任一種形狀。圖24中各芯片53的結構示出了采用圖22所示的極化工藝的情況。圖21和23所示的結構也可用于圖24。
如上所述，圖25和26示出了由二個電極組成的體超聲波濾波器的例子。本發明也可用于具有二個以上的電極的體超聲波濾波器的連接。本發明也可用于形成在多個芯片上的體超聲波諧振器和體超聲波濾波器的連接。
如上所述，圖27-38示出了體超聲波諧振器的情況。在本發明中，也可采用體超聲波濾波器。而且，電容器不必要總是具有圖27-38所述的結構。
如上所述，圖39-45示出了一個采用變容二極管的例子。晶體管也可同變容二極管一樣使用。而且示出了變容二極管65并聯到體超聲波諧振器35的情況。而二極管65可被串聯。
如上所述，根據本發明，壓電物質采用主要由鈦酸鉛(pbTiO3)或鈦酸鉛—鋯酸鉛(PZT)組成的壓電陶瓷。當壓電陶瓷的厚度為h，作為接地導體的鉑(pt)或金(Au)的厚度為d，且沿平行于壓電陶瓷表面的方向傳播的聲波的波數為k時，kh小于2即d/h小于0.1.因而，不引出寄生并可實現大的電機械耦合常數。結果就可以獲得特性良好的薄膜體聲波器件。
由于壓電陶瓷具有大的電機械耦合常數，就可以用電學調整方法來調整諧振頻率。即使當壓電陶瓷同半導體電路一起制造時，也可以選擇一種可用于半導體電路制造工序的調整方法。從而可降低制造成本。
而且，根據本發明，由于壓電陶瓷可在很寬的頻段中呈現感抗特性，故可用作半導體電路中的電感器。從而可使半導體電路做小并降低半導體電路的制造成本。
而且，根據本發明，采用了其壓電性用極化工序增強了的壓電陶瓷。利用一部分壓電陶瓷作為高介電物質，電容器的面積可做小。其它部分借助于極化工序可用作體聲波器件。因此，借助于控制體聲波器件的制造工序，可以減小電容器的尺寸并降低制造成本。
而且，根據本發明，可以防止極化工藝引起的半導體電路中器件的損傷。可以同時執行很多個體超聲波諧振器和濾波器的極化工序。因此，可降低極化工序的成本并可實現有效的極化工序。
而且，根據本發明，由于電學上可以調整壓電薄膜厚度制造誤差所引起的諧振頻率的變化，故能獲得質量良好的薄膜體聲波器件。
既已描述了本發明的幾個特定的實施例，對本技術領域的熟練人員就很容易做出各種變通、修改和改進。這種變通、修改和改進是本公開的一部分，而且是在本發明的構思與范圍之內。因此，上述的描述僅僅是用舉例的方法而不限于此。本發明只受下列權利要求的限制。
權利要求
1.一種薄膜體聲波器件，它包含-一個半導體襯底；一個具有一定厚度、固定在半導體襯底上的接地導體層；一個具有一定厚度、固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；以及一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；其特征在于壓電陶瓷薄膜的厚度為接地導電層厚度的10倍以上。
2.一種薄膜體聲波器件，它包含一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個具有一定厚度，固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；以及一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；其特征在于，壓電陶瓷薄膜產生一個沿平行于壓電陶瓷薄膜表面的方向傳播且聲波的波數小于2除以壓電陶瓷薄膜厚度的聲波。
3.一種薄膜體聲波器件，它包含一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；以及一個固定在半導體襯底上的半導體電路；其特征在于，半導體電路用一部分壓電陶瓷薄膜構成。
4.權利要求3的薄膜體聲波器件，其特征在于，半導體電路是一個感抗器件。
5.權利要求4的薄膜體聲波器件，其特征在于，感抗器件的特性根據壓電陶瓷薄膜和導電電極圖形的形狀而確定。
6.權利要求5的薄膜體聲波器件，其特征在于，感抗器件的特性根據接地導體層的形狀而確定。
7.一種薄膜體聲波器件，它包含一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；以及一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；其特征在于，壓電陶瓷薄膜具有一個被極化工序加工過的壓電區和一個未被極化工序加工過的介電區。
8.權利要求7的薄膜體聲波器件，其特征在于，介電物質被用作容抗器件的一部分。
9.一種薄膜體聲波器件，它包含一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；一個固定在半導體襯底上的半導體電路；一個用于壓電陶瓷薄膜極化工序的極化電路；以及一個用來保護半導體電路免遭利用極化電路的極化工序損傷的保護電路。
10.權利要求9的薄膜體聲波器件，其特征在于，保護電路具有串聯在半導體電路和至少一個接地導體層和導電電極圖形之間的容抗。
11.權利要求9的薄膜體聲波器件，其特征在于，半導體電路具有一個地電位電極，而且其中的保護電路在極化工序過程中使一個導電電極圖形和接地導體層處于同半導體電路的地電位電極相同的電位，使其它的導電電極圖形和接地導體層同半導體電路的地電位電極斷開，并將極化用的直流電壓加至其它電極圖形和接地導體層。
12.權利要求9的薄膜體聲波器件，其特征在于半導體電路帶有一個地電位電極，而且其中的保護電路在極化工序過程中使一個導電電極圖形和接地導體處于同半導體電路地電位電極相同的電位，并經由電阻將極化用的直流電壓加到其它的導電電極圖形和接地導體層，而且其中的電阻具有大于存在于半導體電路中從極化用的直流電壓施加點到地電位電極的電路經中的電阻器件的電阻值。
13.權利要求9的薄膜體聲波器件，其特征在于，極化電路為多個薄膜體聲波器件提供。
14.權利要求13的薄膜體聲波器件，其特征在于，極化電路具有一個電連接多個接地導體層的第一線和一個電連接多個導電電極圖形的第二線。
15.權利要求14的薄膜體聲波器件，其特征在于，第一和第二線的特征阻抗大于50Ω。
16.權利要求14的薄膜體聲波器件，其特征在于，第一和第二線的電阻大于50Ω。
17.一種薄膜體聲波器件，它包含一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；多個固定在半導體襯底上的電抗器件；以及一個用來改變多個電抗器件的每一個的電連接的裝置。
18.權利要求17的薄膜體聲波器件，其特征在于，多個電抗器件中至少一個包括一部分壓電陶瓷薄膜。
19.一種薄膜體聲波器件，它包含一個半導體襯底；一個固定在半導體襯底上的接地導體層；一個固定在接地導體層上的壓電陶瓷薄膜；一個固定在壓電陶瓷薄膜上的導電電極圖形；以及一個固定在半導體襯底上、提供可變容抗的有源器件電路。
20.權利要求19的薄膜體聲波器件，其特征在于，有源器件電路具有一個有源器件、多個電阻器件以及一個用來改變多個電阻器件中的每一個的電連接的裝置。
21.權利要求17和20的薄膜體聲波器件，其特征在于，改變電連接的裝置將選取的器件串聯。
22.權利要求17和20的薄膜體聲波器件，其特征在于，改變電連接的裝置將選取的器件并聯。
23.權利要求17和20的薄膜體聲波器件，其特征在于，改變電連接的裝置用引線連接方法來改變電連接。
24.權利要求17和20的薄膜體聲波器件，其特征在于，改變電連接的裝置用產生電極的掩模來改變電連接。
25.權利要求17和20的薄膜體聲波器件，其特征在于，改變電連接的裝置用切割電極圖形的方法來改變電連接。
26.權利要求1、2、3、7、8.17和19的薄膜體聲波器件，其特征在于，壓電陶瓷薄膜由鈦酸鉛或鈦酸鉛—鋯酸鉛組成。
27.權利要求26的薄膜體聲波器件，其特征在于，半導體襯底由硅或砷化鎵組成。
28.權利要求27的薄膜體聲波器件，其特征在于，接地導體層采用鉑和金中的至少一種。
29.權利要求28的薄膜體聲波器件，其特征在于，接地導體層采用鈦或鎢。
30.權利要求29的薄膜體聲波器件，其特征在于，導電電極圖形采用金屬、導電半導體層和導電材料中的一種。
31.權利要求26的薄膜體聲波器件，還包含半導體襯底和接地導體層之間的介電物質層。
32.權利要求31的壓電薄膜，其特征在于，壓電陶瓷薄膜固定在一部分介電物質層上。
33.權利要求31的薄膜體聲波器件，其特征在于，介電物質層主要由氧化硅、氮化硅和氧化鉭中的一種所組成。
34.權利要求26的薄膜體聲波器件，在半導體襯底上還包含至少一個半導體電路、一個有源電路器件和一個無源電路器件以構成一個電子系統。
35.權利要求2、3、7、8、17和19的薄膜體聲波器件，其特征在于，接地導體層有一定的厚度，壓電陶瓷薄膜也有一定厚度，且壓電陶瓷薄膜的厚度為接地導體層厚度的10倍以上。
36.權利要求1、3、7、8、17和19的薄膜體聲波器件，其特征在于，在壓電陶瓷薄膜具有一定的厚度，且其中的壓電陶瓷薄膜產生一個沿平行于壓電陶瓷薄膜表面的方向傳播的、聲波的波數小于2除以壓電薄膜厚度的聲波。
37.一種制造薄膜體聲波器件的方法，它包含下列步驟(a)在半導體襯底上制作一個接地導體層；(b)在接地導體層上制作一個由鈦酸鉛或鈦酸鉛—鋯酸鉛組成的壓電陶瓷薄膜；以及(c)在壓電陶瓷薄膜上制作一個導電電極圖形。
38.權利要求37的制造壓電薄膜的方法，還包含借助于在半導體襯底同接地導體層之間設置一層氧化硅或氮化硅或氧化鉭而制作一個介電物質層的步驟。
39.權利要求37的制造薄膜體聲波器件的方法，其特征在于，制作接地導體層的步驟包括設定接地導體層厚度的步驟，而制作壓電陶瓷薄膜的步驟包括將壓電陶瓷薄膜的厚度設定為接地導體層厚度10倍以上的步驟。
40.權利要求37的制造薄膜體聲波器件的方法，其特征在于，制作壓電陶瓷薄膜的步驟包括制作壓電陶瓷薄膜的厚度和沿壓電陶瓷薄膜表面的方向傳播的聲波的波數之乘積小于2的壓電陶瓷薄膜的步驟。
41.權利要求37的制造薄膜體聲波器件的方法，還包含利用部分壓電陶瓷薄膜制作半導體電路的步驟。
42.權利要求37的制造薄膜體聲波器件的方法，還包含只極化部分壓電陶瓷薄膜的步驟。
43.權利要求37的制造薄膜體聲波器件的方法，還包含在半導體襯底上制作半導體電路的步驟、極化壓電陶瓷薄膜的步驟以及在極化過程中保持半導體電路的步驟。
44.權利要求37的制造薄膜體聲波器件的方法，還包含制作多個器件以調整薄膜體聲波器件的特性的步驟以及借助于選擇性地連接多個器件中的器件而調整薄膜體聲波器件的特性的步驟。
全文摘要
借助于同半導體電路一起制作一個具有寬的帶寬的濾波器或一個具有寬的振蕩頻率范圍的諧振器，本發明的實施例提供了一種小而特性良好的體聲波器件。在本發明的實施例中，體聲波器件包含一個其上帶有介電物質層的半導體襯底，介電物質層上有一個接地導體層，接地導體層上有一個壓電陶瓷薄膜，而壓電陶瓷薄膜上有一個導電電極圖形。壓電陶瓷薄膜的厚度為接地導體層厚度的10倍以上，且沿平行于壓電陶瓷薄膜表面的方向傳播的聲波的波數同壓電陶瓷薄膜厚度的乘積小于2。
文檔編號H03H9/19GK1131844SQ9511978
公開日1996年9月25日 申請日期1995年11月24日 優先權日1994年11月24日
發明者和高修三, 三須幸一郎, 永塚勉, 木村友則, 龜山俊平, 前田智佐子, 山田朗, 本多俊久 申請人:三菱電機株式會社