CN106067780B - 体声波谐振器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种体声波谐振器及其制造方法。在示例中，提供了一种体声波谐振器，所述体声波谐振器包括：基板；谐振部，包括层压在基板的上表面上的第一电极、压电层和第二电极；盖子，通过粘结剂结合到基板上；密封层，形成在粘结剂的暴露在外的表面上。这一结构提供了一种具有提高的可靠性的体声波谐振器。

Description

体声波谐振器及其制造方法

本申请要求于2015年4月23日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0057503号韩国专利申请和于2015年6月10日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0082073号韩国专利申请的优先权权益，其全部公开内容通过引用被包含于此。

技术领域

下面的描述涉及一种体声波谐振器。下面的描述还涉及一种制造这样的体声波谐振器的方法。

背景技术

随着移动通信装置及其它相关的便携式电子装置最近的快速发展，对于被用于为这样的通信装置的提供功能的紧凑且轻量的滤波器、振荡器、谐振元件、声波谐振质量传感器及其它组件的需求也增加了。

作为用于实现紧凑且轻量的滤波器、振荡器、谐振元件、声波谐振质量传感器等的装置，薄膜体声波谐振器(FBAR)已经被使用。这样的FBAR具有的优势在于：其可以以小成本进行大量生产，并且可以实现超小型化。此外，这样的FBAR具有的优势还在于：其可允许实现高值品质因数Q(滤波器的主要性能性质)。这样的FBAR可在与个人通信系统(PCS，personal communications system)和数字无绳系统(DCS，digital cordless system)的频段水平相当的水平上操作。

通常，FBAR具有包括通过在基板上按顺序层压第一电极、压电层和第二电极而形成的谐振部的结构。

进一步描述这样的FBAR的工作原理。首先，当通过向第一电极和第二电极施加电能而在压电层中产生电场时，电场使压电层中产生压电现象。这样的压电现象使谐振部沿着预定的方向振动。因此，在与振动部的振动方向相同的方向上产生体声波，从而产生谐振现象。

发明内容

提供本发明内容以通过简化形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的发明构思的选择。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用作帮助确定所要求保护主题的范围。

本公开的方面可提供一种能够防止水分渗透进入体声波谐振器中的体声波谐振器。

在一总的方面中，一种体声波谐振器包括：基板；谐振部，包括层压在基板的上表面上的第一电极、压电层和第二电极；盖子，通过粘结剂结合到基板上；密封层，形成在粘结剂的暴露在外的表面上。

所述体声波谐振器还可包括：通孔，沿着基板的厚度方向穿透基板；连接导体，形成在通孔的内表面并延伸至基板的下表面。

所述密封层和连接导体可由钛(Ti)-铜(Cu)合金形成。

所述体声波谐振器还可包括：外电极，形成在位于基板的下表面上的连接导体上。

所述密封层和外电极可由双层的金(Au)-镍(Ni)金属形成。

镍(Ni)和金(Au)可在双层的金(Au)-镍(Ni)金属中顺序地层压。

在所述双层的金(Au)-镍(Ni)金属中，镍(Ni)的金属层的厚度可以是大于金(Au)的金属层的厚度的。

所述粘结剂包含铜(Cu)-锡(Sn)合金的共晶材料。

在另一总的方面中，一种制造体声波谐振器的方法包括：通过使用粘结剂将基板晶圆与盖子晶圆彼此结合来形成封装体声波谐振器，其中，在所述基板晶圆上形成有单元基板，在所述盖子晶圆上形成有单元盖子；通过对所述封装体声波谐振器的边缘进行切割来产生单独的体声波谐振器；在所述单独的体声波谐振器中的每一个的暴露在外的粘结剂的表面上形成密封层。

在所述体声波谐振器的产生期间，封装体声波谐振器的边缘可以是半切割的，并且，在密封层的形成期间，密封层可形成在单独的体声波谐振器中的每一个的暴露在外的粘结剂的表面上。

在密封层的形成期间，密封层可被形成以对应于单独的体声波谐振器中的每一个的暴露在外的粘结剂的表面。

在密封层的形成期间，密封层可形成在通过所述切割进行切割的整个表面上。

所述方法还可包括：在每个单元基板中形成通孔；形成从通孔的内表面延伸至单元基板的下表面的连接导体，其中，连接导体的形成和密封层的形成是同时进行的。

密封层和连接导体可通过对钛(Ti)-铜(Cu)合金进行沉积来形成。

所述方法还可包括：在位于基板的下表面上的连接导体上形成外电极，其中，外电极的形成和密封层的形成是同时进行的。

外电极和密封层可通过对金(Au)和镍(Ni)金属层进行顺序地沉积来形成。

在金(Au)和镍(Ni)金属层中，镍(Ni)的金属层的厚度可以是大于金的金属层(Au)的厚度的。

粘结剂可包含铜(Cu)-锡(Sn)合金的共晶材料。

根据下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将变得清楚。

附图说明

图1是根据示例的体声波谐振器的剖视图。

图2是根据图1所示的示例的实际体声波谐振器的局部放大视图。

图3A至图3C是根据示例示出制造体声波谐振器的过程的示图。

图4A至图4F是更详细地示出在暴露在体声波谐振器的外面的粘结剂的表面上形成的密封层的示图。

在整个附图和具体实施方式中，相同的附图标号指示相同的元件。附图可不按比例绘制，并且为了清楚、说明及方便起见，可放大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式，以帮助读者获得关于这里所描述的方法、装置和/或系统的全面的理解。然而，这里所描述的方法、装置和/或系统的各种改变、修改及等同物将对本领域的技术人员而言显而易见。这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，并不限于这里所阐述的，而是除了必须按照特定顺序发生的操作之外，可作出将对本领域技术人员而言显而易见的改变。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略对于本领域普通技术人员而言公知的功能和结构的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，且不应被理解为限于这里所描述的示例。更确切的说，已经提供了这里所描述的示例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把本公开的全部范围传达给本领域的技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本公开的实施例。

图1是根据示例的体声波谐振器的剖视图。

参照图1的示例，根据示例的体声波谐振器10为薄膜体声波谐振器(FBAR)，并且包括基板110、绝缘层120、气腔112和谐振部135。

例如，基板110可由典型的硅基板制成。使谐振部135与基板110电绝缘的绝缘层120可形成在基板110的上表面上。例如，绝缘层120通过利用化学气相沉积方法、RF磁控溅射方法或者蒸发法将二氧化硅(SiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)沉积在基板110上而形成。然而，这些方法只是示例，并且其它方法和工艺可能在其它示例中使用。

在这样的示例中，沿基板110的厚度方向穿透基板110的至少一个通孔(via hole)113形成在基板110的下表面。相应地，连接导体114形成在通孔113中。在这样的示例中，连接导体114形成在通孔113的内表面(即，通孔113的整个内壁)上。然而，示例不限定于这一特殊示例，并且其它示例提供连接导体114的布置的特定的适当变化。

在示例中，连接导体114通过在通孔113的内表面上形成导电层而制成。例如，连接导体114通过沿着通孔113的内部进行沉积、涂覆或填充导电金属(诸如，金(Au)或铜(Cu))而制成。这些只是导电金属的示例，并且其它适合的金属或合金在其它示例中被使用。

作为示例，连接导体114由钛(Ti)-铜(Cu)合金制成。

连接导体114的一端向基板110的下表面延伸，外电极115布置在基板110的下表面上的连接导体114上。

这里，外电极115通过对金属进行沉积而形成。在示例中，沉积金属为双层的金(Au)-镍(Ni)材料，而在其它示例中使用其它适合的金属和合金。例如，所述金属通过使用无电镀工艺(electroless plating process)来进行沉积。无电镀(也被称为化学镀(chemical plating)或自催化镀(auto-catalytic plating))是包含在不使用外部电源的情况下发生的水溶液中的多个同时反应的一种非电镀方法。这里，在示例中，在双层的金(Au)-镍(Ni)材料之中镍(Ni)的厚度大于金(Au)的厚度。例如，镍(Ni)的厚度为4μm，而金(Au)的厚度为0.05μm。这里，在将镍(Ni)的金属层形成在连接导体114上后，再将金(Au)的金属层形成在镍(Ni)的金属层上。

在该示例中，连接导体114的另一端连接到第一电极140。这里，连接导体114电连接到第一电极140，并穿透基板110和膜130。因此，连接导体114将第一电极140和外电极115彼此电连接。

图1仅仅示出了一个通孔113、一个连接导体114和一个外电极115。然而，通孔113、连接导体114和外电极115的数量不限于一个，并且这些元件的其它情况在其它示例中呈现。例如，在适于给定示例的情况下，设置大量的通孔113、连接导体114和外电极115。例如，通孔113、连接导体114和外电极115也形成在第二电极160中。

在该示例中，气腔112位于绝缘层120之上。此外，气腔112位于谐振部之下，使得谐振部135能够沿着预定方向振动。气腔112通过以下工艺来形成：在绝缘层120上形成气腔牺牲层图案，然后在气腔牺牲层图案上形成膜130，随后蚀刻气腔牺牲层图案并将其移除。在这些步骤之后，留下气腔112。

在这一示例中，蚀刻停止层(etch stop layer)125进一步形成在绝缘层120和气腔112之间。这里，蚀刻停止层125用于保护基板110和绝缘层120免受蚀刻工艺的影响，也用作用于在蚀刻停止层125上沉积各种其它层的基底。

这里，气腔112通过以下工艺来形成：在绝缘层120上形成气腔牺牲层图案，然后在气腔牺牲层图案上形成膜130，随后蚀刻气腔牺牲层图案并将其移除。膜130用作氧化保护层和/或用作保护基板110的保护层。

在该示例中，谐振部135包括按顺序层压并位于气腔112上方的第一电极140、压电层150和第二电极160。

第一电极140形成在膜130的上表面上，并覆盖膜130的一部分。在示例中，第一电极140由典型导电材料(诸如，金属)形成。具体地，第一电极140可由金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)或镍(Ni)形成。然而，这些仅仅是示例，并且可由其它适合的金属材料形成第一电极140。

压电层150形成在膜130和第一电极140的上表面上，并覆盖膜130的一部分和第一电极140的一部分。压电层150用作通过将电能转换成声波形式的机械能来产生压电效应的部件。例如，压电层150由氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铅锆钛氧化物(PZT，PbZrTiO)或具有适合的压电特性的其它类似的适合的材料形成。

此外，第二电极160形成在压电层150上。以类似于第一电极140的方式，第二电极160可由诸如金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)或镍(Ni)的导电材料形成。然而，这些仅仅是示例，并且可由其它适合的金属材料形成第二电极160。

谐振部135被分为有源区(active region)和非有源区(non-active region)。谐振部135的有源区是当电能施加到第一电极140和第二电极160以引起压电层150中的电场时通过压电现象沿着预定方向振动从而产生谐振的区域。在示例中，谐振部135的有源区对应于在气腔112上方的第一电极140、压电层150和第二电极160在竖直方向上相互重叠的区域。谐振部135的非有源区可能对应于有源区外部的区域，谐振部135的非有源区是即使在示例中电能被施加到第一电极140和第二电极160也不会通过压电效应而发生谐振的区域。

如上所述，具有上述配置的谐振部135利用压电层150的压电效应过滤掉特定频率的RF信号。也就是说，施加到第二电极160的RF信号通过谐振部135向第一电极140输出。在该示例中，由于根据在压电层150中发生的振动，谐振部135具有恒定的谐振频率，所以在所施加的RF信号中，谐振部135仅输出与谐振部135的谐振频率相匹配的信号。

保护层170位于谐振部135的第二电极160上，以防止第二电极160暴露在外面。例如，保护层170由绝缘材料形成。这里，绝缘材料的示例包括二氧化硅基材料、氮化硅基材料和氮化铝基材料。然而，这些仅仅是示例，并且其它适合的绝缘材料在其它示例中被使用。

在该示例中，连接电极180形成在非有源区的第一电极140和第二电极160的上方，并穿透保护层170，以结合到第一电极140和第二电极160。设置连接电极180，以确认谐振器的滤波特性并完成需要的频率微调。然而，连接电极180的功能不限于此，并且连接电极180可选地在其它示例中具有其它作用。

在一个示例中，盖子200结合到基板110，以保护谐振部135免受外部环境影响。

在该示例中，盖子200形成为具有包括容纳谐振部135的内部空间的盖形。具体地，盖子200具有形成在其中央以将谐振部135容纳在内的槽部，并且盖子200的框架形成为相比于槽部是台阶式的，以在谐振器的边缘处连接到谐振器。在示例中，框架通过粘结剂250在特定区域直接或间接结合到基板110。尽管图1示出了框架结合到层叠在基板110上的保护层170的示例，但是框架也可穿透保护层170结合到膜130、蚀刻停止层125、绝缘层120和基板110中的至少一个。

在示例中，盖子200在晶圆级通过晶圆键合来形成。也就是说，将其上形成有多个单元基板110的基板晶圆与其上形成有多个单元盖子200的盖子晶圆彼此结合以整体形成为粘合的晶圆。然后，以切割工艺切割被彼此粘合的基板晶圆和盖子晶圆，以分割成多个图1所示的单独的体声波谐振器。

根据示例的盖子200通过共晶焊结合到基板110。共晶焊是使用可产生共晶系统的中间金属层的晶圆结合技术。那些共晶金属是不通过两相平衡(即，液态和固态)在特定组成和温度下直接从固态转变为液态或反过来直接从液态转变为固态的合金。在这种情况下，在粘结剂250(共晶焊到基板110上)沉积到基板110上之后，对基板晶圆和盖子晶圆进行加压和加热以使彼此结合。

在这一示例中，粘结剂250可包括共晶材料(诸如，铜(Cu)-锡(Sn)合金)，并且也可能包括焊料球。

图2是根据图1所示的示例的实际体声波谐振器的局部放大视图，具体地说，是图1的区域A的放大视图。

具体地，图2示出了基板110和盖子200的结合区域的局部放大视图。参照图2，可观察到在存在于结合区域中的粘结剂250中存在微孔。在结合区域中存在上述微孔的示例中，水分或类似的环境影响可能渗透进入结合区域，这会导致不能确保体声波谐振器的稳定性的问题。

图3A至图3C是示出制造根据示例的体声波谐振器的工艺的示图。参照图3A至图3C的示例，可观察到在其上形成有多个单独的图1的基板110的基板晶圆111(即，在其上设置有多个谐振部135的基板晶圆)和在其上设置有多个盖子的盖子晶圆201被设置为彼此结合。这些示例示意性地示出了在其被分割成单独的体声波谐振器之前在晶圆级同时制造的多个体声波谐振器。

参照图3A的示例，所述多个体声波谐振器在由单独的基板材料形成的具有大面积的基板晶圆111上被制造。具有大面积的基板晶圆111和盖子晶圆201使用粘结剂250彼此结合。彼此结合的基板晶圆111和盖子晶圆201被称为封装体声波谐振器。

参照图3B，图3A示出的晶圆级的体声波谐振器(即，封装体声波谐振器)的一部分或全部通过半切割方法或全切割方法被切割。这里，粘结剂250通过半切割而暴露在外面。在示例中，半切割将晶圆级的体声波谐振器切割成100μm或更小。

如上所述，微孔形成在粘结剂250中。相应地，上述微孔使体声波谐振器的可靠性降低。

参照图3C的示例，密封层116形成在暴露在所述多个单独的体声波谐振器10中的每一个的外面的粘结剂250的表面上。在这一示例中，密封层116同时地形成在所述多个单独的体声波谐振器上。

根据示例，制造体声波谐振器的工艺通过在所述多个单独的体声波谐振器10上同时地形成密封层116来简化。

图4A至图4F是详细示出在暴露在体声波谐振器的外面的粘结剂的表面上形成密封层的示图。在下文中，参照图4A至图4F的示例更详细地描述密封层116的结构以及制造密封层116的方法。

首先，参照图4A和图4B的示例，如图4A所示，密封层116对应于暴露在体声波谐振器的外面的粘结剂250的表面区域，并且如图4B所示，密封层116形成在单独的体声波谐振器之间的整个切割表面上。

在该示例中，外电极115和密封层116通过相同的工艺来形成，使得形成密封层116的材料是与形成外电极115的材料相同的材料。因此，类似于形成外电极115的金属材料，形成密封层116的金属材料也是双层的金(Au)-镍(Ni)金属层。这里，在形成镍(Ni)金属层之后，将金(Au)金属层形成在镍(Ni)金属层上。

例如，双层的金(Au)-镍(Ni)通过使用如上所述的无电镀工艺来进行沉积，从而形成外电极115和密封层116。这里，在这一示例中，双层的金(Au)-镍(Ni)之中镍(Ni)的厚度为4μm，而金(Au)的厚度为0.05μm。

然后，参照图4C和图4D的示例，如图4C所示，密封层116对应于暴露在体声波谐振器的外面的粘结剂250的表面区域，并且如图4D所示，密封层116形成在单独的体声波谐振器之间的整个切割表面上。

因此，连接导体114和密封层116通过相同的工艺来形成，使得形成密封层116的材料是与形成连接导体114的材料相同的材料。因此，类似于形成连接导体114的金属材料，形成密封层116的金属材料也是钛(Ti)-铜(Cu)合金。

在该示例中，钛(Ti)-铜(Cu)合金通过使用无电镀工艺来进行沉积，并且相应地形成了连接导体114和密封层116。

最后，参照图4E和图4F的示例，如图4E所示，密封层116对应于暴露在体声波谐振器的外面的粘结剂250的表面区域，并且如图4F所示，密封层116形成在单独的体声波谐振器之间的整个切割表面上。

形成密封层116的材料是与形成连接导体114和外电极115的材料相同的材料。此外，密封层116通过与形成连接导体114和外电极115的工艺相同的工艺来形成。相应地，形成密封层116的金属材料具有对形成连接导体114的钛(Ti)-铜(Cu)合金和形成外电极115的双层的金(Au)-镍(Ni)进行顺序层压的形式。

此外，在该示例中，在通过使用无电镀工艺沉积钛(Ti)-铜(Cu)合金以后，再通过使用无电镀工艺沉积双层的金(Au)-镍(Ni)。

根据示例，在不采用另外的工艺的情况下，通过使用形成连接导体114和/或外电极115的工艺，通过在暴露在体声波谐振器外面的粘结剂250的表面上或体声波谐振器的整个切割内表面上对金属材料进行沉积来形成密封层116。因此，体声波谐振器的可靠性得到提高。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，防止水分渗透进入体声波谐振器，从而可确保可靠性。

除非另有说明，第一层“位于”第二层或基板“上”这样的陈述应被解释为既包括第一层直接与第二层或基板接触的情形，也包括在第一层和第二层之间或第一层与基板之间布置有一层或更多层其他层的情形。

描述相对空间关系的词，诸如“在…下面”、“在…之下”、“下面”、“下部”、“底部”、“上方”、“上面”、“上部”、“顶部”、“左”和“右”，可用来方便地描述一个装置或元件与其它装置或元件的空间关系。这样的词语应该被解释为包含：如附图所示的方位布置的装置，以及在使用中或者运行中处于其它方位下的装置。例如，基于附图所示的装置方位包括布置在第一层上方的第二层的装置的示例也包括在使用或者运行中被上下颠倒的装置。

如此处所使用的诸如“第一导电类型”和“第二导电类型”的表述可指示相反的导电类型(诸如，N和P导电类型)，并且在此使用这样的表述所描述的示例也包含互补示例。例如，其中第一导电类型为N且第二导电类型为P的示例包含其中第一导电类型为P且第二导电类型为N的示例。

虽然本公开包括特定示例，但对于本领域普通技术人员来说将明显的是，在不脱离由权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可对这些实施例进行形式和细节上的各种改变。在此所描述的示例仅被视为描述性意义，而不是出于限制的目的。各个示例中的特征或方面的描述将被视为可适用于其它示例中的类似的特征或方面。如果以所述技术以不同的顺序执行，且/或如果所述的系统、结构、设备或电路的部件以不同的方式组合，且/或由其他组件或其等同物替代或补充，则也可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是由具体实施方式限定的，而是由权利要求及其等同物限定的，并且权利要求及其等同物的范围内的全部变型将被解释为包括在本公开中。

Claims (15)

1.一种体声波谐振器，包括：

基板；

谐振部，包括层压在基板的上表面上的第一电极、压电层和第二电极；

盖子，通过粘结剂结合到基板上；

密封层，形成在粘结剂的暴露在外的表面上；

通孔，沿着基板的厚度方向穿透基板；以及

连接导体，形成在通孔的内表面并延伸至基板的下表面，

其中，所述密封层和所述连接导体由相同的金属材料形成，

其中，密封层和连接导体由钛-铜合金形成，

其中，所述粘结剂包括铜-锡合金的共晶材料。

2.如权利要求1所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括：

外电极，形成在位于基板的下表面上的连接导体上。

3.如权利要求2所述的体声波谐振器，其中，密封层和外电极由双层的金-镍金属形成。

4.如权利要求3所述的体声波谐振器，其中，镍和金在双层的金-镍金属中顺序地层压。

5.如权利要求3所述的体声波谐振器，其中，在双层的金-镍金属中，镍的金属层的厚度大于金的金属层的厚度。

6.如权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述粘结剂的暴露在外的表面沿着与所述基板的厚度方向对应的第一方向延伸，

其中，所述密封层沿着与所述第一方向垂直的第二方向层压在所述粘结剂的暴露在外的表面上。

7.一种制造体声波谐振器的方法，所述方法包括：

通过使用粘结剂将基板晶圆与盖子晶圆彼此结合来形成封装体声波谐振器，其中，在所述基板晶圆上形成有单元基板，在所述盖子晶圆上形成有单元盖子；

通过对所述封装体声波谐振器的边缘进行切割来产生单独的体声波谐振器；

在所述单独的体声波谐振器中的每一个的粘结剂的暴露在外的表面上形成密封层；

在每个单元基板中形成通孔；以及

形成从通孔的内表面延伸至单元基板的下表面的连接导体，

其中，所述密封层和所述连接导体由相同的金属材料形成，

其中，连接导体的形成和密封层的形成是同时进行的，

其中，所述粘结剂包括铜-锡合金的共晶材料。

8.如权利要求7所述的方法，其中，在体声波谐振器的产生期间，封装体声波谐振器的边缘是半切割的，并且，在密封层的形成期间，密封层形成在单独的体声波谐振器中的每一个的暴露在外的粘结剂的表面上。

9.如权利要求7所述的方法，其中，在密封层的形成期间，密封层被形成以对应于单独的体声波谐振器中的每一个的暴露在外的粘结剂的表面。

10.如权利要求7所述的方法，其中，在密封层的形成期间，密封层形成在通过所述切割进行切割的整个表面上。

11.如权利要求7所述的方法，其中，密封层和连接导体通过对钛-铜合金进行沉积来形成。

12.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括：在位于基板的下表面上的连接导体上形成外电极，其中，外电极的形成和密封层的形成是同时进行的。

13.如权利要求12所述的方法，其中，外电极和密封层通过对金和镍金属层进行顺序地沉积来形成。

14.如权利要求13所述的方法，其中，在金和镍金属层中，镍的金属层的厚度大于金的金属层的厚度。

15.如权利要求7所述的方法，其中，所述粘结剂的暴露在外的表面沿着与所述单元基板的厚度方向对应的第一方向延伸，

其中，所述密封层沿着与所述第一方向垂直的第二方向层压在所述粘结剂的暴露在外的表面上。

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