CN111342792B - 一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器及制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器及制作工艺，包括衬底、形成在衬底上的声波反射层以及形成在声波反射层上的谐振功能层，谐振器还包括形成在衬底上的金属屏蔽墙，金属屏蔽墙在声波反射层和谐振功能层的有效区域的外围形成包围圈。并且通过在声波反射层和谐振功能层的有效区域的外围形成闭合的电磁屏蔽层，因此在制作谐振器的同时制作电磁屏蔽层，无需增加电磁屏蔽装置，保证小体积、高性能的前提下避免了谐振器受外界和内部电磁干扰源的影响，尤其对于邻近频段和信号发射端，大大增强了射频终端产品的信号隔离度，减少了噪声信号。

Description

一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器及制作工艺
技术领域
本申请涉及通信器件领域，主要涉及一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器及制作工艺。
背景技术
随着电磁频谱的日益拥挤、无线通讯设备的频段与功能增多，无线通讯使用的电磁频谱从500MHz到5GHz以上高速增长，对性能高、成本低、功耗低、体积小的射频前端模块需求日益增长。外界电磁波的日益拥挤，会严重干扰器件的正常工作。射频终端产品内部空间小、各模块高度集中的特点，易造成器件间相互电磁干扰。为保障射频产品正常有效工作，需屏蔽外界EM(电磁)源与内部其他模块EM源干扰。
滤波器是射频前端模块之一，可改善发射和接收信号，主要由多个谐振器通过拓扑网络结构连接而成。BAW(Bulk Acoustic Wave)是一种体声波谐振器，由BAW组成的滤波器具有体积小、集成能力强、高频工作时保证高品质因素Q、功率承受能力强等优势而作为射频前端的核心器件。
SMR(Solidly Mounted Resonator)属BAW器件类型之一，现有技术中的SMR器件本身没有电磁屏蔽层，在使用过程中需要额外增加电磁屏蔽设备，使得滤波器的器件尺寸增大、性能受到影响。另外，现有的SMR器件结构中的上电极、压电层与下电极不具有良好的C轴择优取向，因此影响SMR器件的性能和品质因素。
本发明旨在设计一种新型的SMR结构及制作工艺，使器件既具有BAW的优良特性，又具有屏蔽外界与内部电磁干扰的特性。
发明内容
针对上述提到的固态装配谐振器不具有电磁屏蔽功能，且上电极层、压电层与下电极层不具有良好的C轴择优取向影响器件的性能和品质因素等问题。本申请提出了一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器及制作工艺来解决上述存在的问题。
在第一方面，本申请提出了一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，包括衬底、形成在衬底上的声波反射层以及形成在声波反射层上的谐振功能层，谐振器还包括形成在衬底上的金属屏蔽墙，金属屏蔽墙在声波反射层和谐振功能层的有效区域的外围形成包围圈。该具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器设置有在制作过程中形成的金属屏蔽墙，该屏蔽结构紧凑、体积小，并且能够同时屏蔽外界以及内部电磁干扰，而且还增强了滤波器在工作状态下的散热效果。
在一些实施例中，声波反射层包括交替层叠的至少两组介质反射层和金属反射层的组合，并且谐振功能层包括依次层叠的下电极层、压电层和上电极层。谐振功能层通过压电层实现电能与机械能的转化，机械能以声波的形式存在，声波反射层具有高声阻抗和低声阻抗交替的特点，能够有效反射声波，避免声波能量的损失，使声波在有效谐振区中达到谐振的目的。
在一些实施例中，金属屏蔽墙由与声波反射层和谐振功能层同层形成的多个金属圈层叠而成。金属屏蔽墙中的每个金属圈与声波反射层和谐振功能层在同一层使得金属屏蔽墙能够在各个功能层的形成过程中逐渐形成，在工艺上容易实现和制作。
在一些实施例中，多个金属圈中的一个分别与介质反射层、金属反射层、下电极层和压电层同层形成。金属圈与介质反射层、金属反射层、下电极层和压电层在同一层上制作更加方便、工艺成熟。
在一些实施例中，金属屏蔽墙的各个金属圈电气连通。各个金属圈之间形成电气连通使金属屏蔽墙接地后具有电磁屏蔽的功能。
在一些实施例中，金属屏蔽墙为在声波反射层和下电极层的有效区域的外围一次形成的闭合金属墙。因此金属屏蔽墙的制作方式更加简便，闭合金属墙的性能更加稳定。
在一些实施例中，衬底与声波反射层之间形成有一层金属屏蔽层，金属屏蔽墙与金属屏蔽层相连接并且电气导通。金属屏蔽层与金属屏蔽墙相连用于接地，使声波反射层和谐振功能层完全被电磁屏蔽掉。
在一些实施例中，金属屏蔽墙接地。金属屏蔽墙可以从压电层中引出进行接地，工艺简单易实现。
在一些实施例中，上电极层具有连接到外部的电极引线，并且在电极引线所在的位置处，金属屏蔽墙的高度不超出压电层。电极引线与上电极层连接使器件具有谐振功能，电极引线与金属屏蔽墙不连接，避免短路，影响器件的性能。
在一些实施例中，谐振器的顶部具有覆盖上电极层的封装结构。封装结构在保护谐振功能区的同时，也能起到一定的电磁屏蔽效果。
在第二方面，本申请提出了一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺，包括以下步骤：
S1，在第一衬底上制作压电层；
S2，在压电层上依次制作下电极层以及声波反射层，并且在下电极层和声波反射层周围制作第一金属屏蔽墙以包围下电极层和声波反射层的有效区域；
S3，在声波反射层所在的层上键合第二衬底；
S4，移除第一衬底以暴露压电层的背对下电极层的背面；
S5，对压电层的对应于第一金属屏蔽墙的部位进行蚀刻以暴露出第一金属屏蔽墙的至少部分；
S6，制作第二金属屏蔽墙以填充压电层的被蚀刻部位并且使得第二金属屏蔽墙与第一金属屏蔽墙电气连通；以及
S7，在压电层的背面上制作上电极层。
在一些实施例中，步骤S2具体包括以下子步骤：
S21，在压电层上制作下电极层，同时在下电极层的周围形成与下电极层同层并且包围下电极层的第一金属屏蔽圈；
S22，在下电极层所在的层上制作声波反射层，同时在第一金属屏蔽圈上形成与声波反射层同层并且包围声波反射层的第二金属屏蔽圈，第一金属屏蔽圈和第二金属屏蔽圈整体形成第一金属屏蔽墙。
第一金属屏蔽圈和第二金属屏蔽圈分别与下电极层和声波反射层同层，因此分别与下电极层和声波反射层在同一水平面上进行制作，工艺成熟简单，容易实现。
在一些实施例中，步骤S21具体包括在压电层上制作第一金属层，然后通过光刻和蚀刻工艺形成下电极层以及围绕下电极层但不与下电极层连接的第一金属屏蔽圈。第一金属屏蔽圈围绕在下电极层周围对下电极层起到良好的电磁屏蔽作用。
在一些实施例中，步骤S22具体包括以下子步骤：
S221，在之前步骤所形成的层上生长介质反射层，并且磨平介质反射层；
S222，蚀刻介质反射层以暴露下面的第一金属屏蔽圈，然后在介质反射层上制作第二金属层，并且然后磨平第二金属层以在下面的金属屏蔽圈上形成与介质反射层平齐的另一金属屏蔽圈；
S223，在介质反射层上再制作第三金属层，以形成位于介质反射层上的金属反射层和包围金属反射层的又一金属屏蔽圈以形成双功能层；
S224，重复以上步骤S221-S223以形成交错叠加的至少两组的介质反射层和金属反射层的组合来构成声波反射层，并且形成包围声波反射层的第二金属屏蔽圈。
声波反射层由交替叠加的介质反射层和金属反射层构成，同时通过抛光、蚀刻等成熟的工艺分别在同一层中制作出金属屏蔽圈，最后形成包围声波反射层且具有良好屏蔽效果的第二金属屏蔽圈。而且制作出来的压电层具有平坦的表面，保证应力一致性，保证机电耦合系数一致性，可以获得更好的器件性能和器件产品良率。
在一些实施例中，步骤S2具体包括以下子步骤：
S21’，在压电层上依次制作下电极层以及声波反射层，同时在下电极层和声波反射层周围形成介质层；
S22’，对介质层上蚀刻出包围下电极层和声波反射层的凹槽，然后在凹槽中填充金属材料以形成第一金属屏蔽墙。
通过在介质层上刻蚀填充金属材料以形成在下电极层和声波反射层周围的第一金属屏蔽墙，工艺流程简单，一次成型的第一金属屏蔽墙具有更好的屏蔽效果。
在一些实施例中，步骤S21’具体包括以下子步骤：
S211’，在压电层上制作下电极层，并且将下电极层的外围部分去除掉；
S212’，在前一步骤所形成的层上制作介质反射层，并且对介质反射层进行磨平；
S213’，在介质反射层上制作金属反射层，并且将金属反射层的外围部分去除掉；
S214’，重复以上步骤S212’-S213’，以形成交错叠加的至少两组的介质反射层和金属反射层的组合来构成声波反射层，同时在声波反射层的外围形成介质层。
介质层由磨平后的介质反射层所形成，因此该工艺在形成声波反射层的同时也形成介质层，工艺流程上非常简便，而且制作出来的压电层具有平坦的表面，保证应力一致性，保证机电耦合系数一致性，可以获得更好的器件性能和器件产品良率。
在一些实施例中，步骤S22’具体包括以下子步骤：
S221’，在前一步骤所形成的层上制作介质保护层；
S222’，在介质保护层的外围部位进行刻蚀以形成从介质保护层的表面延伸到压电层并且包围下电极层和声波反射层的凹槽，
S223’，利用金属材料填充凹槽，并且使得金属材料的表面与介质保护层平齐。
介质保护层的外围部位下方是介质层，通过在介质保护层的外围部分通过简单的刻蚀和填充金属材料等工艺形成包围下电极层和声波反射层的第一金属屏蔽墙。
在一些实施例中，制作工艺还包括位于步骤S1之前的以下步骤：在第一衬底上制作种子层；并且
步骤S4具体包括：通过研磨、化学机械抛光和trimming工艺去除第一衬底，移除种子层，并将压电层进行减薄。在绝对平坦的种子层上生长压电层，使压电层具有非常平整的表面，去除第一衬底和种子层，并将压电层trimming后获得具有平坦表面的压电层以保证应力一致性。
在一些实施例中，压电层的材料为AlN，压电层trimming时将压电层中初始无定型态的AlN去掉。此步骤将无定形态压电层AlN去除，使整体的压电层具有更好的C轴取向、更好的压电性，提高谐振器工作性能。
在一些实施例中，种子层包括通过溅镀或沉积形成的两层或多层材料组成。不同材料制备形成的种子层能够获得具有良好C轴择优取向的压电层，且能够提高电极材料的选择性，可降低生产成本。
在一些实施例中，种子层包括靠近第一衬底的AlN层和位于AlN层上的Mo层。Mo层可以增强压电层的择优取向程度。
在一些实施例中，种子层包括靠近第一衬底的Cr或Ir，Pt层以及位于Cr或Ir，Pt层上的Mo层。Mo为(1,1,0)晶面，可以增强后续膜层的C轴择优取向。
在一些实施例中，种子层包括靠近第一衬底的SiC层以及位于SiC层上的AlN层。同样AlN层可以增强后续膜层的C轴择优取向。
在一些实施例中，AlN层具有C轴取向的(0,0,0,2)晶面。可获得(1,1,0)晶面的Mo层。
在一些实施例中，Mo层具有(1,1,0)晶面的体心立方结构。(1,1,0)晶面的Mo可以增强压电层AlN的(0,0,0,2)晶面的择优取向程度，可降低声损耗，促使谐振器在工作频率下维持需要的振动模式。
在一些实施例中，步骤S3具体包括在声波反射层上制作金属联结层，并且在第二衬底的表面上蒸镀金属层，并且将第二衬底的表面键合到金属联结层上。金属联结层能够在平行于声波反射层方向上对器件起到良好的电磁屏蔽效果，并且便于与第二衬底连接。
本申请提出了一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器及制作工艺，包括衬底、形成在衬底上的声波反射层以及形成在声波反射层上的谐振功能层，谐振器还包括形成在衬底上的金属屏蔽墙，金属屏蔽墙在声波反射层和谐振功能层的有效区域的外围形成包围圈。并且通过在声波反射层和谐振功能层的有效区域的外围形成闭合的电磁屏蔽层，因此在制作谐振器的同时制作电磁屏蔽层，无需增加电磁屏蔽装置，保证小体积、高性能的前提下避免了谐振器受外界和内部电磁干扰源的影响，尤其对于邻近频段和信号发射端，大大增强了射频终端产品的信号隔离度，减少了噪声信号。另外电磁屏蔽层在一定程度上可以增强滤波器工作状态下的散热效果。该工艺制作出来的压电层具有平坦的表面，保证应力一致性，保证机电耦合系数一致性，可以获得更好的器件性能和器件产品良率。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1示出了根据本发明的实施例的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的结构示意图；
图2示出了根据本发明的另一实施例的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的结构示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的金属屏蔽墙的俯视图；
图4示出了根据本发明的实施例的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺的流程图；
图5a-5s示出了根据本发明的实施例一的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺制作的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的结构示意图；
图6示出了根据本发明的实施例一的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺的步骤S2的流程图；
图7示出了根据本发明的实施例一的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺的步骤S22的流程图；
图8a-8h示出了根据本发明的实施例二的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺制作的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的结构示意图；
图9示出了根据本发明的实施例二的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺的步骤S2的流程图；
图10示出了根据本发明的实施例二的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺的步骤S21’的流程图；
图11示出了根据本发明的实施例二的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺的步骤S22’的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。应当注意到，附图中的部件的尺寸以及大小并不是按照比例的，可能会为了明显示出的原因突出显示了某些部件的大小。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明提出了一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，如图1所示，包括衬底101、形成在衬底101上的声波反射层201以及形成在声波反射层201上的谐振功能层301。声波反射层201是由声阻抗不匹配的金属与介质膜层交替堆积而成，因此具有高声阻抗和低声阻抗交替的特点，能够有效反射声波，避免声波能量的损失，使声波在有效谐振区中达到谐振的目的。谐振功能层301用于实现电能与机械能的转化，产生谐振效应。谐振器还包括形成在衬底101上的金属屏蔽墙401，金属屏蔽墙401在声波反射层201和谐振功能层301的有效区域的外围形成包围圈。因此在制作谐振器的同时制作金属屏蔽墙401作为电磁屏蔽层，在保证小体积、高性能的前提下避免了谐振器受外界和内部电磁干扰源的影响，尤其对于邻近频段和信号发射端，大大增强了射频终端产品的信号隔离度，减少了噪声信号。
在具体的实施例中，如图1所示，声波反射层201包括交替层叠的至少两组介质反射层202和金属反射层203的组合。谐振功能层301包括依次层叠的下电极层302、压电层303和上电极层304。因此图1中所标示的Ⅰ-1区为谐振器的有效区域。Ⅱ-1和Ⅱ-2区为金属屏蔽墙401区域，Ⅱ-3区为金属屏蔽层402区域，Ⅲ-1区为声波反射层201区域，这三个区域都是由平面结构层叠而成，因此结构简单，方便制作。而且此时获得的压电层303具有平坦的表面，保证应力一致性，保证机电耦合系数一致性，可以获得更好的器件性能和器件产品良率。
在具体的实施例中，金属屏蔽墙401由与声波反射层201和谐振功能层301同层形成的多个金属圈层叠而成。由此可以看出金属屏蔽墙401可以由多个金属圈层叠而成。在优选的实施例中，每个金属圈分别与其相对应的介质反射层202、金属反射层203、下电极层302和压电层303同层形成。也就是说，介质反射层202、金属反射层203、下电极层302和压电层303在制作的时候保留外部周围的金属层或双功能层，再随着每一个膜层的制作叠加形成金属屏蔽墙401。每个金属圈与介质反射层202、金属反射层203、下电极层302和压电层303在同一层在制作工艺上更加方便、工艺成熟。在与压电层303同一层上有一部分形成如Ⅱ-1区的金属圈，也有部分如图Ⅱ-2区未超出压电层303的区域，没有形成与压电层303同一层的金属圈，即使得在该区域的金属屏蔽墙的高度不超过压电层303。在优选的实施例中，金属屏蔽墙401的各个金属圈电气连通。各个金属圈之间形成电气连通使金属屏蔽墙401接地后具有更强的电磁屏蔽的功能。
在具体的实施例中，如图2所示，金属屏蔽墙421为在声波反射层201和下电极层302的有效区域的外围一次形成的闭合金属墙。此时一次形成的闭合金属墙在声波反射层201和下电极层302的外围形成电磁屏蔽墙，因此金属屏蔽墙421的制作方式更加简便，闭合金属墙的性能更加稳定，闭合金属墙的金属屏蔽墙421与多个金属圈形成的金属屏蔽墙401在位置和形状上相同，只是材料和制作工艺上有所差异，同样具有良好的电磁屏蔽效果。
在具体的实施例中，衬底101与声波反射层201之间形成有一层金属屏蔽层402，金属屏蔽墙401与金属屏蔽层402相连接并且电气导通。如图1所示，Ⅱ-1区、Ⅱ-2区以及Ⅱ-3区的金属屏蔽层402组成一个电路导通的结构，整体上可看作金属屏蔽墙401区域Ⅱ区的金属屏蔽墙401和金属屏蔽层402将谐振器的有效区域Ⅰ-1区和声波反射层201区域Ⅲ-1区包围，其包围俯视图不限于图3所示的圆环结构，可为方形环等其他任意闭合式形状。至少有一处Ⅱ-1区接地，Ⅱ-2区不超出压电层303，保证谐振器正常工作。Ⅱ-3区的金属屏蔽层402则与衬底101整面接触。而且在一定程度上可以增强滤波器工作状态下的散热效果。
在具体的实施例中，金属屏蔽墙401接地。金属屏蔽墙401的接地方式可以从压电层303中引出进行接地，简单而且容易实现。具体的是从至少有一处Ⅱ-1区接地，也可以全部都是，接地后使Ⅱ-1区、Ⅱ-2区以及Ⅱ-3区的金属屏蔽层402组成一个电路导通的结构，保护被包围的声波反射层201和谐振功能层301不受外界和内部电磁干扰源的影响，尤其对于邻近频段和信号发射端，大大增强了射频终端产品的信号隔离度，减少了噪声信号。
在具体的实施例中，上电极层304具有连接到外部的电极引线501，并且在电极引线501所在的位置处，金属屏蔽墙401的高度不超出压电层303。此时如图Ⅱ-2区下的金属屏蔽墙401不超出压电层303。电极引线501与上电极层304连接使器件具有谐振功能，电极引线501与金属屏蔽墙401不连接，避免短路，影响器件的性能。
在具体的实施例中，谐振器的顶部具有覆盖上电极层304的封装结构601。一方面封装结构601可以保护有效谐振功能区Ⅰ-1区，另一方面也能起到一定的电磁屏蔽效果。封装结构601以及Ⅱ区的金属屏蔽墙401和金属屏蔽层402组成完整的电磁屏蔽层，将声波反射层201和谐振功能层301完全包围起来，隔离邻近频段和信号发射端的电磁干扰，有效提高射频终端产品的信号隔离度。
本申请的实施例提出了一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺，如图4所示，包括以下步骤：
S1，在第一衬底上制作压电层；
S2，在压电层上依次制作下电极层以及声波反射层，并且在下电极层和声波反射层周围制作第一金属屏蔽墙以包围下电极层和声波反射层的有效区域；
S3，在声波反射层所在的层上键合第二衬底；
S4，移除第一衬底以暴露压电层的背对下电极层的背面；
S5，对压电层的对应于第一金属屏蔽墙的部位进行蚀刻以暴露出第一金属屏蔽墙的至少部分；
S6，制作第二金属屏蔽墙以填充压电层的被蚀刻部位并且使得第二金属屏蔽墙与第一金属屏蔽墙电气连通；以及
S7，在压电层的背面上制作上电极层。
实施例一
图5a-5i为其中一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制造工艺制作的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的结构示意图。制作工艺还包括位于步骤S1之前的以下步骤：在第一衬底111上制作种子层701。如图5a所示，在优选的实施例中，种子层701包括通过溅镀或沉积形成的两层或多层材料组成。第一衬底111的材料为Si，在第一衬底111上通过不同材料制备形成的种子层701能够获得具有良好C轴择优取向的压电层303，且能够提高电极材料的选择性，可降低生产成本。在其中一种的实施例中，种子层701包括靠近第一衬底111的AlN层和位于AlN层上的Mo层。AlN层的厚度约50nm，AlN为C轴取向的(0,0,0,2)晶面。Mo层的厚度约50nm，Mo为(1,1,0)晶面的体心立方结构，第一衬底111的材料为Si，AlN种子层的(0,0,0,2)晶面增强了(1,1,0)晶面的Mo的择优取向程度。
在另一种实施例中，种子层701包括靠近第一衬底111的Cr或Ir，Pt层以及位于Cr或Ir，Pt层上的Mo层。用MOCVD工艺，先在第一衬底111上生长Cr/Ir，Pt层，然后控制温度、压力、气体流量以及气密性等因素获得单晶或多晶Mo层，其中，Mo为(1,1,0)晶面，以此增强后续膜层的C轴择优取向。
在另外一种实施例中，种子层701包括靠近第一衬底111的SiC层以及位于SiC层上的AlN层。采用MOCVD工艺，现在第一衬底111生长SiC层，通过控制温度、压力、气体流量以及气密性等因素获得单晶或多晶AlN层，增强后续膜层的C轴择优取向，其中，AlN为(0,0,0,2)晶面。
如图5b所示，在种子层701上溅镀压电层303，其中压电层303选择AlN，呈(0,0,0,2)晶面择优取向。在现有技术中一般选择Mo作为下电极层302，来获取C向的AlN，因此对于下电极层302的选择有很大的限制。但是在本申请的实施例中，通过复合种子层701上生长AlN的方法直接实现高度C向的AlN，因此对于电极材料的选择限制性比较小。
如图6所示，步骤S2具体包括以下子步骤：
S21，在压电层上制作下电极层，同时在下电极层的周围形成与下电极层同层并且包围下电极层的第一金属屏蔽圈；
S22，在下电极层所在的层上制作声波反射层，同时在第一金属屏蔽圈上形成与声波反射层同层并且包围声波反射层的第二金属屏蔽圈，第一金属屏蔽圈和第二金属屏蔽圈整体形成第一金属屏蔽墙。
在具体的实施例中，如图5c所示，步骤S21具体包括在压电层303上通过溅镀等工艺制作第一金属层，然后通过光刻和蚀刻工艺将第一金属层刻蚀成下电极层302以及围绕下电极层302但不与下电极层302连接的第一金属屏蔽圈411。第一金属屏蔽圈411围绕在下电极层302周围对下电极层302起到良好的电磁屏蔽作用。
在具体的实施例中，如图7所示，步骤S22具体包括以下子步骤：
S221，在之前步骤所形成的层上生长介质反射层，并且磨平介质反射层；
S222，蚀刻介质反射层以暴露下面的第一金属屏蔽圈，然后在介质反射层上制作第二金属层，并且然后磨平第二金属层以在下面的金属屏蔽圈上形成与介质反射层平齐的另一金属屏蔽圈；
S223，在介质反射层上再制作第三金属层，以形成位于介质反射层上的金属反射层和包围金属反射层的又一金属屏蔽圈以形成双功能层；
S224，重复以上步骤S221-S223以形成交错叠加的至少两组的介质反射层和金属反射层的组合来构成声波反射层，并且形成包围声波反射层的第二金属屏蔽圈。
如图5d所示，在步骤S221中通过CVD工艺生长介质反射层212，其中，介质反射层212的材料为SiO2，或为SiO2的掺杂材料及其他介质材料，例如SiOF等。如图5e所示，通过CMP(化学机械抛光)工艺磨平介质反射层212的上表面，其中，下电极层302上剩余的介质反射层212的厚度为谐振器纵波波长λ的1/4倍。厚度也可以根据介质反射层212和金属反射层213的材料带来的不同效果进行调整。
如图5f和5g所示，蚀刻介质反射层212以暴露下面的第一金属屏蔽圈411。再通过光刻、蚀刻和溅镀(或电镀、蒸镀等)工艺制作第二金属层4111。其中，第二金属层的材料为Cu或W。再通过CMP工艺磨平第二金属层的上表面，如图5h所示，磨平后第二金属层4111形成上表面与介质反射层212的上表面平齐的另一金属屏蔽圈。
如图5i所示，通过光刻、溅镀和蚀刻工艺在介质反射层212上制作第三金属层4112，以形成位于介质反射层212上的金属反射层213和包围金属反射层213的又一金属屏蔽圈以形成双功能层，其中，金属反射层213的厚度为谐振器纵波波长λ的1/4倍，第三金属层的材料可以包括钨，铝，钼，铂，钌等。
如图5j-5m所示，通过CVD、CMP、蚀刻等工艺在金属反射层213上再重复制作至少一组相同厚度的介质反射层212和金属反射层213。最后如图5n所示，在最顶层的介质反射层212上通过光刻、蚀刻、溅镀(或电镀、蒸镀等)和CMP工艺制作金属圈以形成包围声波反射层211的第二金属屏蔽圈412。声波反射层211由交替叠加的介质反射层212和金属反射层213构成，同时通过抛光、蚀刻等成熟的工艺分别在同一层中制作出第二金属屏蔽圈412，最后形成包围声波反射层211且具有良好屏蔽效果的第二金属屏蔽圈412，第一金属屏蔽圈411和第二金属屏蔽圈412整体形成第一金属屏蔽墙413。而且制作出来的压电层303具有平坦的表面，保证应力一致性，保证机电耦合系数一致性，可以获得更好的器件性能和器件产品良率。
在具体的实施例中，如图5o所示，步骤S3具体包括在声波反射层211上制作金属联结层801，并且在第二衬底112的表面上蒸镀金属层，并且将第二衬底112的表面键合到金属联结层801上。金属联结层801能够在平行于声波反射层方向上对器件起到良好的电磁屏蔽效果，并且便于与第二衬底112连接。在优选的实施例中，通过wafer bonding工艺在金属联结层801上方键合已蒸金处理的第二衬底112，其中，第二衬底112的材料为Si，wafer蒸金是为了保证键合后的结合力。
如图5p所示，步骤S4具体包括：通过研磨、化学机械抛光和trimming工艺去除第一衬底111，移除种子层701，并且通过trimming工艺将压电层303进行减薄，在优选的实施例中，压电层的材料为AlN，压电层trimming时将压电层303中初始无定型态的AlN去掉。优选的，压电层303可以减薄30-50nm的厚度。种子层701的存在有利于在种子层701上形成具有良好C轴择优取向的压电层303、上电极层304和下电极层302，减小电极材料的选择限制性，并且将压电层303上的30-50nm的无定形态AlN去除，使器件具有更好的压电性，提高谐振器工作性能。在生长AlN压电层303时(比如1000nm厚)，最初始的30-50nm是无定形态的AlN，这种无定形态的AlN会影响压电层的性能，因此可以通过trimming工艺将最初始的30-50nm无定形态的AlN移除，最终获得优异的C轴取向的AlN压电层，使具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器具有更好的压电性能。
如图5q所示，通过光刻、蚀刻、溅镀(或电镀、蒸镀等)和CMP工艺制作第二金属屏蔽墙414。其中，第二金属屏蔽墙414的材料为Cu或W，磨平后第二金属屏蔽墙414应该与压电层303平齐。不限制此步骤的第二金属屏蔽墙414的数量，但至少有一处第二金属屏蔽墙414从压电层303中引出，并与压电层303下部的第一金属屏蔽墙413电气相连用于接地。
如图5r所示，在压电层303的背面光刻、溅镀和蚀刻工艺制作上电极层304，其中，上电极层304的材料为Mo，也可以是钨，铝，钼，铂，钌等单一或复合的电极。
如图5s所示，在压电层303上制作围绕上电极层304的封装结构601，第二金属屏蔽墙414接地，上电极层304具有连接到外部的电极引线501，并且在电极引线501所在的位置处，第一金属屏蔽墙413的高度不超出压电层303。电极引线501与上电极层304连接使器件具有谐振功能，电极引线501与第一金属屏蔽墙413不连接，避免短路，影响器件的性能。封闭的金属屏蔽结构形成电磁屏蔽效果，电极引线501接信号源使谐振器正常工作。
实施例二
实施例二的步骤S2与实施例一的步骤S2不相同，其他步骤相同，图8a-8g为实施例二的步骤S2的制造工艺制作的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的结构示意图。如图9所示，步骤S2具体包括以下子步骤：
S21’，在压电层上依次制作下电极层以及声波反射层，同时在下电极层和声波反射层周围形成介质层；
S22’，对介质层上蚀刻出包围下电极层和声波反射层的凹槽，然后在凹槽中填充金属材料以形成第一金属屏蔽墙。
在具体的实施例中，如图10所示，步骤S21’具体包括以下子步骤：
S211’，在压电层上制作下电极层，并且将下电极层的外围部分去除掉；
S212’，在前一步骤所形成的层上制作介质反射层，并且对介质反射层进行磨平；
S213’，在介质反射层上制作金属反射层，并且将金属反射层的外围部分去除掉；
S214’，重复以上步骤S212’-S213’，以形成交错叠加的至少两组的介质反射层和金属反射层的组合来构成声波反射层，同时在声波反射层的外围形成介质层。
在具体的实施例中，如图8a所示，通过光刻、溅镀和蚀刻工艺在压电层303上制作下电极层302，其中，下电极层302的材料优选为Mo。如图8b所示，CVD与CMP工艺制作介质反射层222，其中，介质反射层222的材料优选为SiO2，经过CMP处理后下电极层302上剩余的介质反射层222的厚度为谐振器纵波波长λ的1/4倍。如图8c所示，通过光刻、溅镀和蚀刻工艺在介质反射层222上制作金属反射层223，其中，金属反射层223的厚度为谐振器纵波波长λ的1/4倍。重复步骤S212’-S213’获得如图8d和8e所示的结构示意图，形成交错叠加的多组介质反射层222和金属反射层223组成的声波反射层221。每一层金属反射层223制作过程中金属反射层223的外围部分全部都已去除，声波反射层221的外围部分形成介质层901。介质层901由磨平后的介质反射层222所形成，因此该工艺在形成声波反射层221的同时也形成介质层901，工艺流程上非常简便，而且制作出来的压电层303具有平坦的表面，保证应力一致性，保证机电耦合系数一致性，可以获得更好的器件性能和器件产品良率。
在具体的实施例中，如图11所示，步骤S22’具体包括以下子步骤：
S221’，在前一步骤所形成的层上制作介质保护层；
S222’，在介质保护层的外围部位进行刻蚀以形成从介质保护层的表面延伸到压电层并且包围下电极层和声波反射层的凹槽；
S223’，利用金属材料填充凹槽，并且使得金属材料的表面与介质保护层平齐。
在具体的实施例中，如图8f所示，通过CVD和CMP工艺在声波反射层221上制作介质保护层902。如图8g所示，通过光刻、蚀刻、溅镀(或电镀、蒸镀等)和CMP工艺在介质保护层902的外围部分和介质层901上制作凹槽并填充金属材料以形成第一金属屏蔽墙423。介质保护层902的外围部位下方是介质层901，在介质保护层902的外围部分通过简单的刻蚀和填充金属材料等工艺形成包围下电极层302和声波反射层221的第一金属屏蔽墙423。第一金属屏蔽墙423可以有效保护下电极层302和声波反射层221，避免被内部或外界电磁信号源干扰。后续的制作工艺与实施例一中一致，故在此不在赘述。最后获得如图8h所示的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器。
本申请提出了一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器及制作工艺，包括衬底、形成在衬底上的声波反射层以及形成在声波反射层上的谐振功能层，谐振器还包括形成在衬底上的金属屏蔽墙，金属屏蔽墙在声波反射层和谐振功能层的有效区域的外围形成包围圈。并且通过在声波反射层和谐振功能层的有效区域的外围形成闭合的电磁屏蔽层，因此在制作谐振器的同时制作电磁屏蔽层，无需增加电磁屏蔽装置，保证小体积、高性能的前提下避免了谐振器受外界和内部电磁干扰源的影响，尤其对于邻近频段和信号发射端，大大增强了射频终端产品的信号隔离度，减少了噪声信号。另外电磁屏蔽层在一定程度上可以增强滤波器工作状态下的散热效果。该工艺制作出来的压电层具有平坦的表面，保证应力一致性，保证机电耦合系数一致性，可以获得更好的器件性能和器件产品良率。
以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词‘一’或‘一个’并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。

Claims (26)

1.一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，包括衬底、形成在所述衬底上的声波反射层以及形成在所述声波反射层上的谐振功能层，所述谐振功能层包括依次层叠的下电极层、压电层和上电极层，其特征在于，所述谐振器还包括形成在所述衬底上的金属屏蔽墙，所述金属屏蔽墙在所述声波反射层和所述谐振功能层的有效区域的外围形成包围圈，所述金属屏蔽墙包括第一金属屏蔽墙和第二金属屏蔽墙，所述第一金属屏蔽墙包围所述下电极层和所述声波反射层，所述第二金属屏蔽墙填充于所述压电层的被蚀刻部位，并且所述第二金属屏蔽墙与所述第一金属屏蔽墙电气连接。
2.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，其特征在于，所述声波反射层包括交替层叠的至少两组介质反射层和金属反射层的组合。
3.根据权利要求2所述的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，其特征在于，所述金属屏蔽墙由与所述声波反射层和所述谐振功能层同层形成的多个金属圈层叠而成。
4.根据权利要求3所述的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，其特征在于，所述多个金属圈中的一个分别与所述介质反射层、金属反射层、下电极层和压电层同层形成。
5.根据权利要求4所述的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，其特征在于，所述金属屏蔽墙的各个金属圈电气连通。
6.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，其特征在于，所述金属屏蔽墙为在所述声波反射层和所述下电极层的有效区域的外围一次形成的闭合金属墙。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，其特征在于，所述衬底与所述声波反射层之间形成有一层金属屏蔽层，所述金属屏蔽墙与所述金属屏蔽层相连接并且电气导通。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，其特征在于，所述金属屏蔽墙接地。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，其特征在于，所述上电极层具有连接到外部的电极引线，并且在所述电极引线所在的位置处，所述金属屏蔽墙的高度不超出所述压电层。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器，其特征在于，所述谐振器的顶部具有覆盖所述上电极层的封装结构。
11.一种具有电磁屏蔽结构的固态装配谐振器的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在第一衬底上制作压电层；
S2，在所述压电层上依次制作下电极层以及声波反射层，并且在所述下电极层和所述声波反射层周围制作第一金属屏蔽墙以包围所述下电极层和所述声波反射层的有效区域；
S3，在所述声波反射层所在的层上键合第二衬底；
S4，移除所述第一衬底以暴露所述压电层的背对所述下电极层的背面；
S5，对所述压电层的对应于所述第一金属屏蔽墙的部位进行蚀刻以暴露出所述第一金属屏蔽墙的至少部分；
S6，制作第二金属屏蔽墙以填充所述压电层的被蚀刻部位并且使得所述第二金属屏蔽墙与所述第一金属屏蔽墙电气连通；以及
S7，在所述压电层的所述背面上制作上电极层。
12.根据权利要求11所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下子步骤：
S21，在所述压电层上制作所述下电极层，同时在所述下电极层的周围形成与所述下电极层同层并且包围所述下电极层的第一金属屏蔽圈；
S22，在所述下电极层所在的层上制作声波反射层，同时在所述第一金属屏蔽圈上形成与所述声波反射层同层并且包围所述声波反射层的第二金属屏蔽圈，所述第一金属屏蔽圈和所述第二金属屏蔽圈整体形成所述第一金属屏蔽墙。
13.根据权利要求12所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤S21具体包括在所述压电层上制作第一金属层，然后通过光刻和蚀刻工艺形成所述下电极层以及围绕所述下电极层但不与所述下电极层连接的所述第一金属屏蔽圈。
14.根据权利要求12所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤S22具体包括以下子步骤：
S221，在之前步骤所形成的层上生长介质反射层，并且磨平所述介质反射层；
S222，蚀刻所述介质反射层以暴露下面的第一金属屏蔽圈，然后在所述介质反射层上制作第二金属层，并且然后磨平所述第二金属层以在下面的金属屏蔽圈上形成与所述介质反射层平齐的另一金属屏蔽圈；
S223，在所述介质反射层上再制作第三金属层，以形成位于介质反射层上的金属反射层和包围所述金属反射层的又一金属屏蔽圈以形成双功能层；
S224，重复以上步骤S221-S223以形成交错叠加的至少两组的介质反射层和金属反射层的组合来构成所述声波反射层，并且形成包围所述声波反射层的所述第二金属屏蔽圈。
15.根据权利要求11所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下子步骤：
S21’，在所述压电层上依次制作下电极层以及声波反射层，同时在所述下电极层和所述声波反射层周围形成介质层；
S22’，对所述介质层上蚀刻出包围所述下电极层和所述声波反射层的凹槽，然后在所述凹槽中填充金属材料以形成所述第一金属屏蔽墙。
16.根据权利要求15所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤S21’具体包括以下子步骤：
S211’，在所述压电层上制作下电极层，并且将下电极层的外围部分去除掉；
S212’，在前一步骤所形成的层上制作介质反射层，并且对所述介质反射层进行磨平；
S213’，在所述介质反射层上制作金属反射层，并且将所述金属反射层的外围部分去除掉；
S214’，重复以上步骤S212’-S213’，以形成交错叠加的至少两组的介质反射层和金属反射层的组合来构成所述声波反射层，同时在声波反射层的外围形成所述介质层。
17.根据权利要求15所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤S22’具体包括以下子步骤：
S221’，在前一步骤所形成的层上制作介质保护层；
S222’，在所述介质保护层的外围部位进行刻蚀以形成从所述介质保护层的表面延伸到所述压电层并且包围下电极层和所述声波反射层的凹槽，
S223’，利用金属材料填充所述凹槽，并且使得所述金属材料的表面与所述介质保护层平齐。
18.根据权利要求11所述的制作工艺，其特征在于，所述制作工艺还包括位于步骤S1之前的以下步骤：在所述第一衬底上制作种子层；并且
所述步骤S4具体包括：通过研磨、化学机械抛光和trimming工艺去除所述第一衬底，移除所述种子层，并将所述压电层进行减薄。
19.根据权利要求18所述的制作工艺，其特征在于，所述压电层的材料为AlN，所述压电层trimming时将所述压电层中初始无定型态的AlN去掉。
20.根据权利要求18所述的制作工艺，其特征在于，
所述种子层包括通过溅镀或沉积形成的两层或多层材料组成。
21.根据权利要求20所述的制作工艺，其特征在于，所述种子层包括靠近所述第一衬底的AlN层和位于所述AlN层上的Mo层。
22.根据权利要求20所述的制作工艺，其特征在于，所述种子层包括靠近所述第一衬底的Cr或Ir，Pt层以及位于所述Cr或Ir，Pt层上的Mo层。
23.根据权利要求20所述的制作工艺，其特征在于，所述种子层包括靠近所述第一衬底的SiC层以及位于所述SiC层上的AlN层。
24.根据权利要求21或23所述的制作工艺，其特征在于，所述AlN层具有C轴取向的(0,0,0,2)晶面。
25.根据权利要求21或22所述的制作工艺，其特征在于，所述Mo层具有(1,1,0)晶面的体心立方结构。
26.根据权利要求11所述的制作工艺，其特征在于，所述步骤S3具体包括在所述声波反射层上制作金属联结层，并且在所述第二衬底的表面上蒸镀金属层，并且将所述第二衬底的所述表面键合到所述金属联结层上。
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CB02 Change of applicant information
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Applicant after: Jianwenlu (Zhejiang) Semiconductor Co.,Ltd.

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Denomination of invention: A solid-state assembly resonator with electromagnetic shielding structure and its manufacturing process

Effective date of registration: 20220613

Granted publication date: 20210525

Pledgee: Shanghai Pudong Development Bank Co.,Ltd. Hangzhou Yuhang sub branch

Pledgor: Jianwenlu (Zhejiang) Semiconductor Co.,Ltd.

Registration number: Y2022330000928