Dispositivo de filtrado de ondas acústicas de volumen BAW, que comprende una pluralidad de filtros,

con una pluralidad de resonadores, con frecuencias de resonancia diferentes integrados en un sustrato común, cuyo método de fabricación comprende:

- depositar una estructura de aislamiento acústico y eléctrico (2, 3) sobre la superficie superior de un sustrato,

- depositar una capa de un metal como electrodo inferior (4) y semilla para el crecimiento de la capa subsiguiente,

- depositar secuencialmente una pluralidad de capas delgadas de material piezoeléctrico (5,6) sobre el electrodo inferior (4), situadas en las posiciones donde un resonador, con la frecuencia correspondiente al espesor de dichas capas, se quiera situar, y su posterior grabado,

- eliminar todo el material usado como máscara en el grabado realizado,

- depositar, sobre todos los resonadores, una capa metálica de espesor constante, que constituye el electrodo superior (7) de cada resonador de cada filtro

Dispositivo de filtrado de ondas acústicas de volumen.

Sector técnico

La invención se encuadra en el sector técnico de los dispositivos electroacústicos usados en dispositivos electrónicos y susceptibles de ser integrados con otros circuitos electrónicos, como por ejemplo filtros de señales eléctricas de alta frecuencia en equipos de comunicaciones digitales inalámbricas, como los sistemas de telefonía móvil.

Antecedentes de la invención

Los resonadores de ondas acústicas de volumen BAW (Bulk Acoustic Wave) son dispositivos que contienen una película delgada de un material piezoeléctrico interpuesta entre dos películas delgadas metálicas que constituyen los electrodos del dispositivo. Esta estructura tiene una frecuencia de resonancia cuyo valor depende principalmente del espesor de la película del material piezoeléctrico, y es utilizada habitualmente como un componente de un filtro de radiofrecuencia en, por ejemplo, equipos de telefonía móvil. Un ejemplo típico de dichos filtros es el llamado filtro en escalera que contiene dos tipos de resonadores con frecuencias ligeramente distintas: el resonador serie y el resonador paralelo, colocados respectivamente en serie y paralelo con la señal a filtrar. Se suelen usar varias etapas de esta asociación de resonadores para constituir un filtro completo. Además del espesor de la película del material piezoeléctrico, también afectan a la frecuencia de resonancia del resonador BAW los espesores del resto de la capas que conforman el resonador, entre los que se incluyen los electrodos, las capas de aislamiento acústico del sustrato, las capas de pasivado y las capas de carga.

En el caso de los filtros en escalera, los dos tipos de resonadores (serie y paralelo) suelen tener la misma estructura de capas, excepto una película adicional de espesor muy bajo (carga) que se sitúa sobre el resonador paralelo con el fin de disminuir ligeramente su frecuencia de resonancia, de tal manera que la frecuencia central del filtro, entendiendo por tal la frecuencia intermedia entre los bordes de la banda de transmisión del filtro, coincide con la frecuencia de la resonancia serie del resonador serie y con la resonancia paralelo del resonador paralelo.

Para que los resonadores tengan un alto factor de calidad, éstos se aíslan acústicamente del sustrato. El aislamiento acústico puede conseguirse suspendiendo el resonador por encima del sustrato mediante técnicas de micromecanizado, o usando los llamados espejos acústicos que consisten en apilamientos de capas de materiales con diferente impedancia acústica cuyos espesores son aproximadamente iguales a una cuarta parte de la longitud de la onda de frecuencia característica que se propaga en su interior. En el caso del aislamiento mediante espejos acústicos, la reflectancia acústica del espejo para cada frecuencia depende, además, del espesor de cada capa, del número de capas alternadas de alta y baja impedancia acústica, de la diferencia entre las impedancias acústicas de los dos tipos de material, de la rugosidad de las capas, o de las inhomogeneidades. Es posible diseñar espejos acústicos con frecuencia central, anchos de banda y coeficiente de reflexión de valores muy diversos.

En los sistemas de telecomunicación inalámbrica multibanda, como por ejemplo los teléfonos móviles multibanda, existe la necesidad de usar filtros de frecuencias centrales sustancialmente diferentes unas de otras. Existe un gran interés en conseguir la integración de estos filtros en sustratos únicos para disminuir el tamaño de los componentes y por tanto de los sistemas, reducir el consumo y mejorar las prestaciones. Sin embargo, aunque es bien conocido el método de implementar un filtro mediante la carga de uno de sus resonadores con una película delgada para el ajuste de su frecuencia, no es tan inmediato el método que permita la integración en un sólo sustrato de varios filtros de frecuencia central sustancialmente distinta y que difiera en pocos pasos tecnológicos del método convencional de fabricación de un filtro de una sola frecuencia.

Se han propuesto diversos métodos para conseguir esto. Uno de ellos consiste en el depósito de una capa única de material piezoeléctrico con el espesor característico de la frecuencia de resonancia menor del filtro que se desea integrar, y el posterior ataque parcial de la capa para ajustar los resonadores de mayor frecuencia [patente EP1221770A1]. En otra propuesta, similar a la anterior, el espesor de la capa única de material piezoeléctrico se ajusta al espesor característico de la frecuencia de resonancia mayor del filtro que se desea integrar, y a continuación se realiza un recrecimiento parcial de esta capa para ajustar los resonadores de frecuencia menor. También se ha propuesto el uso de electrodos de distintos materiales y espesores [patente US7180224 B2].

Por tanto, es necesario un método de fabricación de varios filtros basados en resonadores BAW con frecuencias centrales sustancialmente diferentes sobre un único sustrato, que además, no implique la adición de un número sustancial de pasos adicionales a los procesos de fabricación existentes para la fabricación de un filtro con una única frecuencia central sobre dicho sustrato.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un método de fabricación de un dispositivo de filtrado de ondas acústicas de volumen BAW (Bulk Aucustic Wave) que comprende una pluralidad filtros, compuestos por resonadores de ondas acústicas de volumen BAW, con frecuencias de resonancia sustancialmente diferentes, integrados sobre un único sustrato, que comprende:

Esta tercera etapa comprende:

Se repetirán estas subetapas de manera secuencial e iterativa hasta que se hayan depositado y definido tantas capas de material piezoeléctrico como sean necesarias para obtener los resonadores de distintas frecuencias de resonancia.

Tras la quinta etapa se continúa el procesado como si un sólo tipo de resonador fuera a ser fabricado.

Este procedimiento de obtener capas del material piezoeléctrico con diferentes espesores en zonas diferentes de un mismo sustrato tiene como principal ventaja el utilizar siempre para el crecimiento del material piezoeléctrico el mismo sustrato, el electrodo inferior. Se evitan los procesos, siempre dificultosos, de realizar ataques parciales de películas delgadas para obtener espesores menores, así como los procesos de recrecimiento de materiales piezoeléctricos que son también de una gran dificultad debido a la degradación de las propiedades del material recrecido. El...

1. Dispositivo de filtrado de ondas acústicas de volumen caracterizado por comprender una pluralidad de filtros, que comprenden una pluralidad de resonadores, con frecuencias de resonancia diferentes integrados en un sustrato común.

2. Método de fabricación del dispositivo de filtrado de ondas acústicas de volumen descrito en la reivindicación 1, caracterizado por comprender:

3. Método de fabricación según reivindicación 2, caracterizado porque la tercera etapa comprende la ejecución secuencia) e iterativa de las siguientes subetapas hasta que se hayan depositado y definido tantas capas de material piezoeléctrico como sean necesarias para obtener los resonadores de distintas frecuencias de resonancia deseados:

4. Método de fabricación según reivindicación 3, caracterizado porque tras la tercera etapa comprende una cuarta etapa de eliminación de todo el material usado como máscara para los diferentes ataques químicos de grabado realizados.

5. Método de fabricación según reivindicación 4, caracterizado porque tras la cuarta etapa comprende una quinta etapa de depósito, sobre todos los resonadores, de una capa metálica de espesor constante y su grabado, que constituye el electrodo superior (7) de cada resonador de cada filtro.

6. Método de fabricación según reivindicación 5, caracterizado porque tras la quinta etapa se continúa el procedimiento como si de un solo resonador se tratara, comprendiendo las etapas de: