基于CMOS工艺的高性能射频滤波器：体声波滤波器BAW

准IC生产设备上完成，而不需要任何改变。光刻也不是问题，0.8微米的特征尺寸就足够了。一个BAW器件所需的光刻步骤在5个到10个之间。BAW中的缺陷密度也是次要问题，相当大的颗粒也不会导致谐振器失效。

最关键的工序是足够高品质的压电层淀积。尽管压电层是多晶的，但要求所有晶粒的C轴方向完全一致。方向不一致的晶粒会严重降低压电耦合因子和品质因子。BAW器件所用材料最流行的有氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）和锆钛酸铅（PZT）。从BAW器件的性能出发，所用的材料有几个参数必须考虑：

压电耦合系数kt2。它决定了电域与机械域间能量交换的程度。耦合系数太低的压电层将不能用来制作满足移动电话应用的带宽要求的滤波器。从这个指标来看，PZT最优（kt2=8-15%），其次是ZnO（kt2=7.5%）和AlN（kt2=6.5%）。
介电常数r。谐振器的阻抗水平由谐振器的尺寸、压电层厚度、介电常数共同决定。有较高的介电常数r，则可减少谐振器的尺寸。在这个指标上AlN和ZnO很接近，r都大约是10。PZT在这个指标上优势明显，它的r可高达400。从声学性能考虑，介电常数为100时就可以理想地工作在1GHz的频率上。
声速vL（纵向）。低声速材料可以使用较薄的压电层，从而实现更小的器件。从这个指标看，ZnO和PZT优于AlN。
固有材料损耗。ZnO和AlN都是在BAW滤波器中经过验证的材料。目前PZT在呈现足够低的固有衰减方面还不成功。
温度系数。由于压电层决定了谐振频率，因而它的温度系数对器件的温漂有巨大的影响。于ZnO相比，AlN的温度系数是相当低的。

制备压电薄膜的最实用的淀积方式是磁控溅镀法。这种方法对AlN和ZnO很有效，这两种材料都可以被纯金属靶材溅镀。AlN可以通过等离子体轰击超纯铝靶材而被溅镀，这些等离子体是由低压注入的氩、氮混合气产生的。

BAW谐振器的性能还会受材料的其他几种参数的间接影响。如果压电材料有较高的热传导率，这将有助于提高滤波器处理大功率信号的能力。AlN是一种良好的热导体。考虑到湿润环境下器件的可靠性，材料的化学稳定性也是一个问题。ZnO的化学性质不稳定，而AlN则非常稳定，甚至在最烈性的酸中也难以被腐蚀。还有一个需要优化的参数就是压电层的击穿电压。这与介质材料的能带隙有关，此外还与淀积材料的缺陷密度有关。

在工业应用中决定用何种压电材料时，还有其他几个问题要考虑。淀积设备应该是成熟而且可靠的。BAW很可能将在半导体厂内制作，这时会有一些严重的污染问题。在一个CMOS制造厂内，锌、铅、锆都是极度危险的材料，因为在半导体器件中，它们会严重降低载流子寿命。与ZnO和PZT相比，使用A1N则没有污染问题。应用于A1N的淀积设备已经有多家著名的半导体设备供应商可以提供，而用于ZnO的设备还做不到，用于PZT的就更没有。尽管从理论上看AlN不是制作BAW的理想材料，但目前从性能和制造两方面看，它却是最好的折衷。要做到较大的耦合系数，或者至少在某些应用中有足够的耦合，这可能还需要几年的改进。良好而且可靠的耦合系数是进一步研究BAW器件其他各种效应的先决条件。糟糕的耦合通常伴随很糟的品质因数。如果Q值低于100~200，那么有很多严重的问题将不能被研究清楚。最可能的情况是，一个原型BAW谐振器会出现一些附加的谐振，这些附加的谐振不能用一维理论来解释。这些"寄生模态"会严重破坏通带的平坦。更糟的情况中，这些寄生模态可能太强，以致没办法通过电测量来提取材料参数。有一些寄生模态与器件的侧向效应有关，可以通过适当的设计来改善。还有一些寄生模态与层堆本身有关，这需要对相关频率下在层堆中传播的各种模态进行透彻的研究。

就算原型BAW谐振器呈现了期望的性能，还有一些更困难的问题需要解决。BAW的谐振频率是由压电层以及邻近各层的厚度决定的。典型的移动电话中的滤波器要求谐振频率的误差在0.1%附近，这要求压电层和各电极层的厚度误差也在这个范围内。半导体工艺中使用的标准工具一般只能提供5%的精度，不能满足这么高的容差要求。就算通过改进，各次流片间的变动可以符合更高的要求，但如何保证晶片厚度的一致还是一个要解决的大问题。

单片集成还是混合集成

过去五年，一直在讨论移动电话中的构成模块应该向单片集成的"片上系统"（SOC）发展，还是应该向混合集成单封装系统"（SIP）发展。这个讨论至今没有定论，是否会有一个清晰的趋势也不确定。要做出有价值的判断，需要考虑到很多技术和商业因素。对于BAW，情况也是这样。BAW可以单片集成到BiCMOS工艺上。相对没有BAW而言，在RF-CMOS工艺的顶部采用BAW做射