CN112039472A - 一种薄膜声波滤波器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种薄膜声波滤波器及其制造方法,其中,薄膜声波滤波器包括:第一基板,第一基板包括相对的第一表面和第二表面;第一表面设有第一空腔;声波谐振器单元,设置于第一基板上,并遮盖第一空腔,声波谐振器单元包括第一电极、压电层和第二电极;其中第一电极和第二电极分别设置于压电层的两个相对表面;或者,第一电极和第二电极均设置于压电层朝向第一空腔的一侧,且相对设置;第一通孔,贯穿第一基板,延伸至第一电极;第二通孔,贯穿第一基板,延伸至第二电极;导电层,覆盖第一通孔和第二通孔的内壁以及第一基板的第二表面;电感和/或电容,位于第一基板的第二表面侧。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域,尤其涉及一种薄膜声波滤波器及其制造方法。
背景技术
随着无线通讯技术的不断发展,为了满足各种无线通讯终端的多功能化需求,终端设备需要能够利用不同的载波频谱传输数据,同时,为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率,对于射频***也提出了严格的性能要求。射频滤波器是射频***的重要组成部分,可以将通信频谱外的干扰和噪声滤出以满足射频***和通信协议对于信噪比的需求。以手机为例,由于每一个频带需要有对应的滤波器,一台手机中可能需要设置数十个滤波器。
通常,薄膜体声波谐振器包括两个薄膜电极,并且两个薄膜电极之间设有压电薄膜层,其工作原理为利用压电薄膜层在交变电场下产生振动,该振动激励出沿压电薄膜层厚度方向传播的体声波,此声波传至上下电极与空气交界面被反射回来,进而在薄膜内部来回反射,形成震荡。当声波在压电薄膜层中传播正好是半波长的奇数倍时,形成驻波震荡。
但是,传统制作出的薄膜声波滤波器,在制造完基本结构后,需要再和PCB板焊接在一起才能供给客户使用,因为滤波器需要用PCB板内部设计的电容和电感进行匹配。根据金属层数的不同,PCB板的厚度从200um~700um,非常占用空间。因此如何降低器件的整体体积,减少封装成本,是目前面临的问题。
发明内容
本发明揭示了一种薄膜声波滤波器及其制造方法,能够解决薄膜声波滤波器体积大的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种薄膜声波滤波器,包括:
第一基板,所述第一基板包括相对的第一表面和第二表面;
所述第一表面设有第一空腔;
声波谐振器单元,设置于所述第一基板上,并遮盖所述第一空腔,所述声波谐振器单元包括第一电极、压电层和第二电极;其中所述第一电极和所述第二电极分别设置于所述压电层的两个相对表面;或者,所述第一电极和所述第二电极均设置于所述压电层朝向所述第一空腔的一侧,且相对设置;
第一通孔,贯穿所述第一基板,延伸至所述第一电极;
第二通孔,贯穿所述第一基板,延伸至所述第二电极;
导电层,覆盖所述第一通孔和所述第二通孔的内壁以及所述第一基板的第二表面;
电感和/或电容,位于所述第一基板的所述第二表面侧。
本发明还提供了一种薄膜声波滤波器的制造方法,包括:
形成声波谐振器单元,所述声波谐振器单元包括压电层,及所述压电层表面的谐振电极;
在所述压电层表面形成带有第一空腔的第一基板,所述第一空腔单侧开口,所述开口朝向所述谐振电极;
在预设温度和压强下:在所述第一空腔的***形成贯穿所述第一基板的通孔,所述通孔延伸至所述谐振电极;
形成金属镀层,覆盖所述通孔的内壁及所述第一基板的表面;
图形化所述金属镀层,形成导电层及电感和/或电容。
本发明的有益效果在于:在预设温度下通过电镀工艺,完成在带有空腔,且空腔上有功能单元的器件上制作匹配用电容电感,电容电感的制作兼容了薄膜声波滤波器的制作工艺,并利用TSV通孔连接本身就需要的导电层工艺形成全部或部分电容/电感,这样电容电感与薄膜声波滤波器的互连距离短,性能更优;不需要额外的工艺实现功能的集成,简化了单独制作电容/电感的程序,省去了封装工艺的高昂成本;并实现器件厚度的降低。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,在本发明示例性实施例中,相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明实施例1的一种薄膜声波滤波器的结构示意图。
图2示出了根据本发明另一实施例的一种薄膜声波滤波器的结构示意图。
图3示出了根据本发明另一实施例的一种薄膜声波滤波器的结构示意图。
图4至图10示出了实施例2的一种薄膜声波滤波器的制造方法的不同步骤对应的结构示意图。
图11示出了实施例3的一种薄膜声波滤波器的制造方法的不同步骤对应的结构示意图。
图12示出了实施例4的一种薄膜声波滤波器的制造方法的不同步骤对应的结构示意图
附图标记说明:
10-第一基板;20-第二基底;100-第一衬底;200-封盖层;200A-第一半导体层;200B-第一器件层;300-第二基板;101-键合层;102-支撑层;103-第一电极;103A-第一叉指换能器;105A-第二叉指换能器;104-压电层;105-第二电极;106-粘合层;107-电感;108-电容;1081-绝缘层;109-导电层;110a-第一空腔;110b-第二空腔;120-导电互连结构;160-绝缘层;140-通孔;160-钝化层;130a-第一沟槽;130b-第二沟槽。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面的说明和附图,本发明的优点和特征将更清楚,然而,需说明的是,本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施,并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
应当明白,当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时,其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层,或者可以存在居间的元件或层。相反,当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时,则不存在居间的元件或层。应当明白,尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分,这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此,在不脱离本发明教导之下,下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等,在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白,除了图中所示的取向以外,空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如,如果附图中的器件翻转,然后,描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此,示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时,单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式,除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”,当在该说明书中使用时,确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时,术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
如果本文的方法包括一系列步骤,且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序,且一些的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同,虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件,但为了使附图的说明更为清楚,本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
实施例1
本发明实施例1提供了一种薄膜声波滤波器,图1示出了根据实施例1的一种薄膜声波滤波器的结构示意图,请参考图1,所述薄膜声波滤波器包括:
第一基板10,所述第一基板10包括相对的第一表面和第二表面;
所述第一表面设有第一空腔110a;
声波谐振器单元,设置于所述第一基板上,并遮盖所述第一空腔110a,所述声波谐振器单元包括第一电极103、压电层104和第二电极105;
其中所述第一电极103和所述第二电极105分别设置于所述压电层104的两个相对表面;
第一通孔140,设置于所述第一空腔110a外部,贯穿所述第一基板10,延伸至所述第一电极103;
第一通孔150,设置于所述第一空腔110a外部,贯穿所述第一基板10,延伸至所述第二电极105;
导电层109,覆盖所述第一通孔140和所述第二通孔150的内壁以及所述第一基板的第二表面;
电感107和/或电容108,位于所述第一基板10的所述第二表面侧。
具体地,本实施例以空气隙型薄膜压电声波滤波器为例进行说明,所述第一基板10为滤波器的下基板,作为形成滤波器的承载(位于整个滤波器的下部)。第一基板10可以是单层结构,也可以双层结构,本实施例的第一基板10为双层结构,包括第一衬底100和设置于所述第一衬底上的支撑层102。
支撑层102设置于第一基板10的第一表面,支撑层102围成第一空腔110a。第一空腔110a可以是通过刻蚀工艺刻蚀支撑层102而形成。第一衬底100和支撑层102可以通过键合层键合在一起,键合层的材料包括氧化硅或氮化硅。支撑层102也可以通过沉积的方式形成在第一衬底100上。本实施例中,第一空腔110a为封闭的空腔,底面的形状为矩形,但在本发明的其他实施例中,第一空腔110a在第一电极103底面的形状还可以是圆形、椭圆形或是矩形以外的多边形,例如五边形、六边形等。
第一衬底100的材料包括硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体等。支撑层102的材料包括:二氧化硅、氮化硅、氧化铝和氮化铝中的一种或多种组合。当第一基板10为单层结构时,第一基板10的参照可以参照第一衬底100的材料。
第一基板10的上方设有声波谐振器单元,声波谐振器单元遮盖第一空腔110a,声波谐振器单元从下至上依次包括第一电极103、压电层104和第二电极105。第一电极103位于支撑层102上,压电层104位于第一电极103上,第二电极105位于压电层104上。本实施例中,还包括第一沟槽130a和第二沟槽130b,第一沟槽130a位于压电叠层结构的下表面、所述第一空腔110a所在侧,贯穿所述第一电极103。第二沟槽130b位于压电叠层结构的上表面,贯穿所述第二电极105。第一沟槽130a的两个端部与第二沟槽130b的两个端部相对设置,使所述第一沟槽130a与所述第二沟槽130b在所述第一基板10的投影的两个交界处相接或设有间隙。本实施例中,第一沟槽130a与第二沟槽130b在所述第一基板10的投影为封闭的图形,构成谐振器的有效谐振区。有效谐振区中的第一电极103、压电层104和第二电极105在垂直于第一基板10的方向上相互叠置,所述有效谐振区的边界位于所述第一空腔110a包围的区域内。有效谐振区的形状为不规则多边形,如不存在平行对边的五边形、六边形等。
在所述第一空腔110a的外部设有第一通孔140和第二通孔150,第一通孔140贯穿第一基板10延伸至所述第一电极103,第二通孔150贯穿第一基板10延伸至所述第二电极105。
导电层109,覆盖第一通孔140和第二通孔150的内壁及第一基板10的第二表面。导电层109覆盖第一通孔140和第二通孔150的内壁包括两种情况,一种情况为导电层109仅覆盖通孔140和第二通孔150的内壁,另一种情况为第一通孔140和第二通孔150被导电层填满。第一基板10的第二表面侧设有电容108和/或电感107。本实施例中,所述电感107和/或电容108的两端分别通过导电层109电连接于第一电极103和第二电极105。在另一实施例中,电感和/或电容以及导电层是通过同一层导电材料形成的。电感可以是通过同一层导电材料形成的在导电材料平面的螺旋状电感,在其他实施例中,电感可以包括在导电材料平面的螺旋状子电感,也包括在平行于导电材料平面的面上的其他螺旋状子电感,即电感包括多层螺旋状子电感。或者导电材料其中一层上,如金属种子层上设一螺旋状第一子电感,电镀材料层上设置螺旋状第二子电感,该电感位置处的子电感之间设有绝缘材料。
电容108包括第一极板和第二极板,所述第一极板与所述第二极板垂直于所述第一基板10的表面或平行于所述第一基板10的表面,所述第一极板和所述第二极板之间设有绝缘层。本实施例中,电容108的第一极板和第二极板均平行于第一衬底100设置。导电层109的材料为金属材料,如铜、钨等。本实施例中,导电层109的表面还设有钝化层160,钝化层160用于保护导电层109免受外界空气的污染,如水分灰尘等污染。
本实施例中,电感107和/或电容108设置于所述第一空腔110a的***区域。以减少电容或电感通电后形成的磁场对声波谐振器单元造成的影响。当第一基板上形成有多个第一空腔时,电感和/或电容可以设置于相邻两个第一空腔之间,尽量远离声波谐振器单元。
本实施例中,支撑层102与第一电极103之间还设置有刻蚀停止层(图中未示出),其材质包括但不限于氮化硅(Si3N4)和氮氧化硅(SiON)。刻蚀停止层一方面可以用于增加最终制造的薄膜体声波谐振器的结构稳定性,另一方面,刻蚀停止层与支撑层102相比具有较低的刻蚀速率,可以在刻蚀支撑层102形成第一空腔110a的过程中防止过刻蚀,保护位于其下的第一电极103的表面不受到损伤,从而提高器件性能与可靠性。
本实施例中,还包括封盖层200,设置于所述声波谐振器单元与所述第一空腔110a相对的一侧,封盖层200与声波谐振器单元通过粘合层106连接,粘合层106围成第二空腔110b,封盖层200密封第二空腔110b。所述第二空腔110b暴露出所述声波谐振器单元的表面,所述第二空腔110b位于所述第一空腔110a围成的区域上方。
本实施例中,所述封盖层200中还设有第一微器件2000。具体地,所述封盖层200包括第一半导体层200A和第一器件层200B,所述第一器件层200B靠近所述第二空腔110b所在侧,所述第一微器件2000至少部分形成于所述第一器件层200B中。所述第一微器件2000包括:二极管、三极管、MOS晶体管、静电释放保护器件、电阻、电容或电感。当所述第一微器件2000为电阻、电容或电感时,第一微器件2000可以全部位于所述器件层200B中,当第一微器件2000为三极管、MOS晶体管时,其源级和漏级可以位于第一半导体层200A中。还包括电连接结构,连接所述第一微器件2000,将所述第一微器件2000的电性引出。本实施例中,电连接结构为导电插塞2001,从第一基板10的底面延伸至所述第一微器件2000。
第一半导体层200A的材料包括硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体等。第一器件层200B的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅。第一器件层200B和粘合层106通过键合的方式进行结合。粘合层106的材料可以是任意适合的介电材料,包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或硅酸乙酯。当第一器件层200B和粘合层106的材料相同时,可以采用原子键键合直接进行键合。当第一器件层200B和粘合层106的材料不同时,可以在两者的键合面形成键合层,所述键合层的材料包括:氧化硅、氮化硅、多晶硅、硅酸乙酯或有机固化膜。本实施例,第一器件层200B和粘合层106均为氧化硅,采用原子键进行键合,键合结构强且工艺流程简单。当通过键合层进行键合时,在所述粘合层106与所述第一器件层200B之间形成有一层键合层结构。通过粘合层与键合层的材料可知,两者的材料可以相同也可以不同。
需要说明的是,本实施例中,第一通孔140和第二通孔150从滤波器的下方向上延伸,贯穿第一基板10。在另一个实施例中,第一通孔140和第二通孔150也可以从滤波器的上方向下延伸,贯穿封盖层和粘合层。当通孔从滤波器的上方向下延伸时,导电层位于封盖层的表面,此时“封盖层”相当于“第一基板”,“粘合层”相当于“支撑层”。
参考图2,在另一个实施例中,声波滤波器为牢固安置型体声波滤波器,第一基板10为滤波器的上盖。第一电极103靠近第一基板10,第二电极105远离第一基板10。第二电极105的下方包括第二基板300,所述第二基板300中设有布拉格反射层(虚线框中为布拉格反射层,由高声波阻抗层和低声波阻抗层交替设置而成)。
参考图3,在另一个实施例中,声波滤波器为表面声波滤波器,所述第一电极103和所述第二电极105均设于所述压电层104朝向所述第一空腔110a的一侧,且相对设置。第一电极103和所述第二电极105为第一叉指换能器和第二叉指换能器。第一基板10为滤波器的上封盖。
实施例2
本发明实施例2提供了一种薄膜声波滤波器的制造方法,包括以下步骤:
S01:形成声波谐振器单元,所述声波谐振器单元包括压电层,及所述压电层表面的谐振电极;
S02:在所述压电层表面形成带有第一空腔的第一基板,所述第一空腔单侧开口,所述开口朝向所述谐振电极;
S03:在预设温度和压强下:在所述第一空腔的***形成贯穿所述第一基板的通孔,所述通孔延伸至所述谐振电极;
S04:形成金属镀层,覆盖所述通孔的内壁及所述第一基板的表面;图形化所述金属镀层,形成导电层及电感和/或电容。
需要说明的是,S0N并不用于限定步骤的先后顺序。图4至图9示出了根据本发明实施例2的一种薄膜声波滤波器的制造方法不同阶段的结构示意图,请参考图4至图10,详细说明各步骤。
本实施例中,谐振电极包括位于所述压电层不同侧的第一电极和第二电极,形成声波谐振器单元包括:
参考图4,提供承载基底400,在所述承载基底400上依次形成所述第二电极层105’、压电层104、第一电极层103’。
承载基底400可以是以下所提到的材料中的至少一种:硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体,也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。
第二电极层105’和第一电极层103’的材料可以使用本领域技术人员熟知的任意合适的导电材料或半导体材料,其中,导电材料可以为具有导电性能的金属材料,例如,由钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)、金(Au)、锇(Os)、铼(Re)、钯(Pd)等金属中一种制成或由上述金属形成的叠层制成,半导体材料例如是Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。可以通过磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积或者化学气相沉积方法形成第二电极层105’和第一电极层103’。压电层104的材料可以使用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料及它们的组合。当压电层104包括氮化铝(AlN)时,压电层104还可包括稀土金属,例如钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。此外,当压电层104包括氮化铝(AlN)时,压电层104还可包括过渡金属,例如锆(Zr)、钛(Ti)、锰(Mn)和铪(Hf)中的至少一种。可以使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积等本领域技术人员熟知的任何适合的方法沉积形成压电层104。可选的,本实施例中,第二电极105和第一电极103由金属钼(Mo)制成,压电层104由氮化铝(AlN)制成。
在压电层表面形成带有第一空腔的第一基板,第一空腔单侧开口,开口朝向谐振电极。本实施例中带有第一空腔的第一基板,包括带第一空腔的支撑层,及支撑层上的第一衬底。第一空腔开口朝向谐振电极中的第一电极。第一电极在形成第一基板期间形成,第二电极在第一电极之后形成。
参考图5,在所述第一电极层103’上形成支撑层102,在所述支撑层102中形成贯穿所述支撑层102的第一空腔110a。通过物理气相沉积或化学气相沉积形成支撑层102。支撑层102的材料可以是任意适合的介电材料,包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅等材料中的至少一种。
参考图6,通过刻蚀工艺刻蚀支撑层102形成第一空腔110a,并暴露出底部的第一电极层103’。该刻蚀工艺可以是湿法刻蚀或者干法刻蚀工艺,干法刻蚀包括但不限于反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀。第一空腔110a的深度和形状均取决于待制造的体声波谐振器所需空腔的深度和形状,即可以通过形成支撑层102的厚度来确定第一空腔110a的深度。第一空腔110a底面的形状可以为矩形或是矩形以外的多边形,例如五边形、六边形、八边形等,也可以为圆形或椭圆形。
在另一个实施例中,形成带有第一空腔的第一基板的方法为:形成第一牺牲层,覆盖所述第一电极层;形成第一介质层,覆盖所述第一牺牲层、所述第一电极层;去除所述第一牺牲层,形成第一空腔;所述第一基板包括所述第一介质层。
参考图7,图形化所述第一电极层103’形成第一电极103,在所述支撑层102上键合第一衬底100。本实施例中,第一衬底100与支撑层102通过键合层键合在一起,键合层的材料包括:氧化硅、氮化硅、多晶硅、硅酸乙酯或有机固化膜。本实施例中图形化所述第一电极层103’为在第一电极层103’中刻蚀形成第一沟槽130a,第一沟槽130a贯穿所述第一电极层103’,为半环形。
参考图8,去除承载衬底,图形化所述第二电极层105’,形成第二电极105。可以通过机械研磨的方式去除承载基底400。本实施例中图形化所述第二电极层105’为在第二电极层105’中刻蚀形成第二沟槽130b,第二沟槽130b贯穿所述第二电极层105’,为半环形。第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层方向上的投影为封闭的环形。环形内部为谐振器的有效谐振区。
参考图9,本实施例中还包括:在第二电极105的上方形成封盖层200,所述封盖层200与第二电极105之间形成第二空腔110b。封盖层200通过粘合层106粘合在第二电极105上。第二空腔110b为密封的空腔。封盖层作为后续制程的有效支撑,保证带有空腔结构的滤波器的机械强度,能够匹配研磨、刻蚀等工艺的工艺条件,并保持第一空腔、第二空腔的压力平衡。
参考图10,在预设温度和压强下:在所述第一空腔110a的***形成贯穿所述第一基板(本实施例中第一衬底100和支撑层102共同构成第一基板)的通孔,本实施例通孔包括第一通孔140和第二通孔150,所述第一通孔140延伸至所述第一电极103,所述第二通孔150延伸至所述第二电极105。
本实施例中,预设温度≤500℃,预设压强≤2个标准大气压,如0℃,100℃,200℃,300℃,400℃。形成贯穿所述第一衬底100和支撑层103的第一通孔140和第二通孔150的方法包括:以所述封盖层200为承载,形成贯穿所述第一衬底100和所述支撑层102的第一通孔140和第二通孔150。在后期工艺中,在第一通孔140和第二通孔150中形成导电材料,将第一电极和第二电极与外部信号电连接。
本实施例中,形成第一通孔140和第二通孔150之前还包括对第一衬底100的第二表面进行减薄工艺。将第一衬底减薄至60至100微米。
继续参考图10,形成金属镀层,覆盖第一通孔140和第二通孔150的内壁及所述第一衬底100第二表面(远离第一空腔的一面);图形化所述金属镀层,形成导电层109,及电感107和/或至少部分电容108。本实施例中,所述电感107和/或电容108的两端分别通过所述导电层109电连接于所述第一电极103和所述第二电极105。
本实施例中,形成金属镀层的方法包括:在所述第一通孔140和第二通孔150内壁及所述第一衬底100的第二表面形成金属种子层。具体为,利用物理气相沉积在第一通孔140和第二通孔150的内壁和第二表面上形成厚度为1000-3000埃的钛薄膜,利用物理气相沉积在所述钛薄膜的表面形成3000-5000埃的铜金属薄膜。钛薄膜和铜薄膜共同构成种子层。之后通过电镀工艺在种子层的表面形成电镀材料层。其中,第一通孔140和第二通孔150中的电镀材料层可以仅覆盖在种子层的表面(保留通孔的形貌),电镀材料层也可以将第一通孔140和第二通孔150填满。种子层和电镀材料层共同构成所述金属镀层。
在另一个实施例中,形成金属镀层的方法包括,利用低温气相沉积工艺在第一通孔140和第二通孔150中及第二表面形成金属镀层。可以通过图形化所述金属镀层形成电感107。
电容包括平行设置的第一极板和第二极板,在一个实施例中,所述第一极板垂直于所述第一基板,形成所述电容包括:图形化所述金属镀层,形成贯穿所述金属镀层的绝缘沟槽,在所述绝缘沟槽中填充绝缘介质材料,以形成由所述金属镀层构成的、相互绝缘的所述第一极板和所述第二极板。
在另一个实施例中,电容的第一极板与第二极板平行于所述第一基板的表面,形成导电层及电感和/或电容的方法包括:形成第一金属镀层,填充所述第一通孔和所述第二通孔并覆盖第一基板的表面,图形化所述第一金属镀层,在所述第一通孔和所述第二通孔中形成导电插塞,及所述电容的第一极板;在所述第一金属镀层上形成暴露所述导电插塞的介电层;在所述介电层上形成第二金属镀层,图案化所述第二金属镀层,形成连接所述导电插塞的所述导电层,及所述电容的第二极板,图形化所述第二金属镀层形成所述电感。
在另一个实施例中,第一金属镀层和第二金属镀层中都形成有电感,第一金属镀层和第二金属镀层中的电感可以是相互独立的电感,也可以是一个整体的电感。
在另一个实施例中,金属镀层包括金属种子层和电镀材料层,在制作金属种子层时,形成电容的第一极板,和/或电感的螺旋状第一子电感,在制作电镀材料层是,形成电容的第二极板,和/或电感的螺旋状第二子电感,在电容和电感位置处的金属种子层和电镀材料层之间设有绝缘材料,及第一极板与第二极板之间有绝缘材料,第一子电感和第二子电感中间有绝缘材料。
本实施例中,电感或电容形成在第一空腔的外部区域,以防止电感或电容形成的磁场对谐振器产生影响。当第一空腔为多个时,电感和电容可以位于两个第一空腔之间的区域,远离谐振器的有效谐振区。
本实施例通过预设的低温下,以封盖层为支撑,经低温研磨、沉积、电镀、光刻、或刻蚀等,保护功能单元器件不受损伤,在第一基板上形成导电层的同时,形成电感和/或电容,不需要额外的工艺实现功能的集成,省去了PCB板,也省去了封装工艺的高昂成本,并实现器件厚度的降低。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于第一通孔和第二通孔形成于封盖层所在侧。
参考图11,本实施例中,形成封盖层200之前的步骤与实施例2相同,参照图9,形成封盖层之后,参照图11,以第一基板为承载,形成贯穿封盖层200和粘合层106的第一通孔140和第二通孔150,第一通孔140延伸至第一电极103,第二通孔150延伸至第二电极105,后续工艺与实施例2类似,此处不再赘述。
在另一个实施例中,在所述支撑层102上形成第一衬底100后,去除所述承载基底400之前(参考图7的结构),以承载基底400为承载,形成贯穿第一衬底100和支撑层102的第一通孔和第二通孔,第一通孔140延伸至第一电极103,第二通孔150延伸至第二电极105。其它步骤参照实施例2。
实施例4
本实施例形成的薄膜声波滤波器为表面声波滤波器,所述谐振电极包括位于所述压电层同侧的第一叉指换能器和第二叉指换能器,形成声波谐振器单元和通孔的步骤包括:
参考图12,提供第二基底20,在所述第二基底20上依次形成压电层104和导电材料层,图形化所述导电材料层,形成第一叉指换能器103A和第二叉指换能器105A。在第一叉指换能器103A和第二叉指换能器105A的上方形成带有第一空腔110a的第一基板10,以第二基底20为承载形成贯穿第一基板10的通孔,通孔包括第一通孔140和第二通孔150,第一通孔140延伸至第一叉指换能器103A,第二通孔150延伸至第二叉指换能器105A,后续工艺与实施例2类似,此处不再赘述。
本发明实施例克服了在带有空腔,且空腔上有功能单元(声波谐振器单元)的器件上制作匹配用电容、电感的困难,电容、电感的制作兼容了薄膜声波滤波器的制作工艺,并利用TSV通孔连接本身就需要的导电层工艺形成全部或部分电容/电感,不需要额外的工艺实现功能的集成,省去了PCB板,也省去了封装工艺的高昂成本,并实现器件厚度的降低。
需要说明的是,本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于方法实施例3而言,由于其基本相似于实施例2,所以描述的比较简单,相关之处参见实施例2的部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。
Claims (20)
1.一种薄膜声波滤波器,其特征在于,包括:
第一基板,所述第一基板包括相对的第一表面和第二表面;
所述第一表面设有第一空腔;
声波谐振器单元,设置于所述第一基板上,并遮盖所述第一空腔,所述声波谐振器单元包括第一电极、压电层和第二电极;其中所述第一电极和所述第二电极分别设置于所述压电层的两个相对表面;或者,所述第一电极和所述第二电极均设置于所述压电层朝向所述第一空腔的一侧,且相对设置;
第一通孔,设置于所述第一空腔外部,贯穿所述第一基板,延伸至所述第一电极;
第二通孔,设置于所述第一空腔外部,贯穿所述第一基板,延伸至所述第二电极;
导电层,覆盖所述第一通孔和所述第二通孔的内壁以及所述第一基板的第二表面;
电感和/或电容,位于所述第一基板的所述第二表面侧。
2.如权利要求1所述的薄膜声波滤波器,其特征在于,所述电感和/或电容包含部分所述导电层。
3.如权利要求1所述的薄膜声波滤波器,其特征在于,所述第一基板包括第一衬底和支撑层,所述第一衬底和所述支撑层通过键合层进行键合,所述第一空腔设置在所述支撑层中。
4.如权利要求1所述的薄膜声波滤波器,其特征在于,所述电容包括相对设置的第一极板和第二极板,所述第一极板与所述第二极板垂直于所述第一基板的表面或平行于所述第一基板的表面,所述第一极板和所述第二极板之间设有绝缘层。
5.如权利要求1所述的薄膜声波滤波器,其特征在于,所述电感和/或电容设置于所述第一空腔的***区域。
6.如权利要求1所述的薄膜声波滤波器,其特征在于,所述电感包括单层电感或多层电感。
7.如权利要求1所述的薄膜声波滤波器,其特征在于,所述薄膜声波滤波器还包括封盖层,设置于所述声波谐振器单元与所述第一空腔相对的一侧,所述封盖层与所述声波谐振器单元之间形成有第二空腔。
8.如权利7所述的薄膜声波滤波器,其特征在于,还包括:第一微器件,所述第一微器件位于所述封盖层上;
电连接结构,连接所述第一微器件,将所述第一微器件电性引出。
9.如权利要求1所述的薄膜声波滤波器,其特征在于,所述薄膜声波滤波器还包括第二基板,所述声波谐振器单元与所述第一空腔相背的一侧设置在所述第二基板上,所述第二基板中设有布拉格反射层。
10.如权利要求1所述的薄膜声波滤波器,其特征在于,所述薄膜声波滤波器为表面声波滤波器,所述第一电极和所述第二电极为第一叉指换能器和第二叉指换能器。
11.一种薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,包括:
形成声波谐振器单元,所述声波谐振器单元包括压电层,及所述压电层表面的谐振电极;
在所述压电层表面形成带有第一空腔的第一基板,所述第一空腔单侧开口,所述开口朝向所述谐振电极;
在预设温度和压强下:在所述第一空腔的***形成贯穿所述第一基板的通孔,所述通孔延伸至所述谐振电极;
形成金属镀层,覆盖所述通孔的内壁及所述第一基板的表面;
图形化所述金属镀层,形成导电层及电感和/或电容。
12.如权利要求11所述的薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,所述电感和/或电容的两端分别通过所述导电层电连接于所述第一电极和所述第二电极。
13.如权利要求11所述的薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,所述电容包括平行设置的第一极板和第二极板,所述第一极板垂直于所述第一基板,形成所述电容包括:
图形化所述金属镀层,形成贯穿所述金属镀层的绝缘沟槽,在所述绝缘沟槽中填充绝缘介质材料,以形成由所述金属镀层构成的、相互绝缘的所述第一极板和所述第二极板。
14.如权利要求11所述的薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,所述预设温度≤500℃,和/或所述压强≤两个标准大气压。
15.如权利要求11所述的薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,所述形成导电层及电感和/或电容的步骤包括:
形成第一金属镀层,填充所述第一通孔和所述第二通孔并覆盖所述第一基板的表面,图形化所述第一金属镀层,在所述第一通孔和第二通孔中形成导电插塞,及所述电容的第一极板;
在所述第一金属镀层上形成暴露所述导电插塞的介电层;
在所述介电层上形成第二金属镀层,图案化所述第二金属镀层,形成连接所述导电插塞的所述导电层,及所述电容的第二极板。
16.如权利要求15所述的薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,形成所述电感包括:图形化所述第二金属镀层形成所述电感。
17.如权利要求11所述的薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,形成所述金属镀层包括:在预设温度和压强的环境下,在所述第一通孔和所述第二通孔内壁及所述第一基板的表面形成金属种子层,通过电镀工艺在所述种子层的表面形成电镀材料层,所述金属镀层包括所述种子层和所述电镀材料层;或,
通过物理气相沉积工艺,在所述第一通孔和所述第二通孔的内壁及所述第一基板的表面形成所述金属镀层。
18.如权利要求11所述的薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,谐振电极包括位于所述压电层不同侧的第一电极和第二电极,形成声波谐振器单元的步骤包括:
提供承载基底,在所述承载基底上依次形成所述第二电极层、压电层、第一电极层;
在所述第一电极层上形成支撑层,在所述支撑层中形成贯穿所述支撑层的第一空腔;
图形化所述第一电极层形成第一电极;
在所述支撑层上键合第一衬底,所述第一基板包括所述第一衬底和所述支撑层;
去除所述承载基底,图形化所述第二电极层,形成第二电极。
19.如权利要求18所述的薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,形成所述第二电极之后,形成所述通孔之前,还包括:
在所述第二电极侧设置封盖层,所述封盖层与所述第二电极之间形成有第二空腔。
20.如权利要求11所述的薄膜声波滤波器的制造方法,其特征在于,所述谐振电极包括位于所述压电层同侧的第一叉指换能器和第二叉指换能器,形成所述声波谐振器单元的步骤包括:
提供第二基底,在所述第二基底上依次形成压电层和导电材料层,图形化所述导电材料层,形成所述第一叉指换能器和第二叉指换能器。
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