CN111756346A - 一种固态装配谐振器的联接结构及制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态装配谐振器的联接结构及制作工艺，该固态装配谐振器包括由依次层叠的下电极层、压电层和上电极层形成的谐振功能层，联接结构包括设置在相邻两个固态装配谐振器之间的联接桥，并且联接桥与压电层之间形成空腔，空腔在压电层上的投影区域至少覆盖下电极层的一个边缘。该固态装配谐振器具有BAW的优良特性，可以有效抑制器件互联时产生的寄生所带来的不良效果，也具有屏蔽外界与内部电磁干扰、散热的特性，使滤波器具有良好的谐振性能和电磁屏蔽性能。
Description
技术领域
本申请涉及通信器件领域，主要涉及一种固态装配谐振器的联接 结构及制作工艺。
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，SMR又称为固态装配谐振器，其包含高、低声阻抗层的声 波反射层，通过声波反射层极高或极低的声阻抗将声波的能量控制在 谐振器的有效区域内。有效区域的顶电极、压电层与底电极需具有良 好的C轴择优取向，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。
在现有技术中，固态装配谐振器的下电极层经过溅镀、光刻与蚀 刻工艺制成，下电极层的边缘会因蚀刻工艺产生缺陷，这些缺陷会被 遗传到其垂直方向上的压电层，而此带有缺陷的压电层紧邻谐振器谐 振工作区域，进而影响谐振器性能。另外，下电极层直接生长在声反 射层上，无法保证下电极层晶向的C轴取向性，因此难以制备高C向 的压电层，且谐振器联接之间的位置容易产生寄生电容，因此影响谐 振器的性能。而且现有技术中的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。
有鉴于此，设计一种新型的SMR结构及制作工艺是非常有意义 的。
发明内容
针对上述提到固态装配谐振器在串联或并联时易产生寄生电容， 谐振性能易受到影响，不具有电磁屏蔽功能等问题。本申请提出了一 种固态装配谐振器的联接结构及制作工艺来解决上述存在的问题。
在第一方面，本申请提出了一种固态装配谐振器的联接结构，固 态装配谐振器包括由依次层叠的下电极层、压电层和上电极层形成的 谐振功能层，联接结构包括设置在相邻两个固态装配谐振器之间的联 接桥，并且联接桥与压电层之间形成空腔，空腔在压电层上的投影区 域至少覆盖下电极层的一个边缘。该空腔可以有效反射横波，防止能 量在谐振功能层侧边发生耦合而削弱器件Q值，并且可以有效抑制寄 生。
在一些实施例中，联接桥设置用于连接相邻两个固态装配谐振器 的上电极层和/或下电极层。该联接桥根据串联或者并联的不同需要而 将相邻两个固态装配谐振器的不同电极层进行相连。
在一些实施例中，空腔中填充有低声阻抗材料。空腔通过填充有 低声阻抗材料也可以反射横波，减少能量损失，有效避免寄生产生。
在一些实施例中，空腔在垂直于下电极层的方向上具有2μm以 内的厚度。
在一些实施例中，联接桥为与上电极层同一层形成的拱形联接桥。 在此情况下联接桥和上电极层在同一层，制作工艺简单。
在一些实施例中，联接桥为在上电极层上单独形成的并且与上电 极层连接的拱形联接桥。拱形联接桥一方面可以使相邻两个固态装配 谐振器以并联或串联的模式连接起来，另一方面联接桥本身可以将横 波进行反射，提高器件性能。
在一些实施例中，在拱形联接桥与压电层之间的区域完整形成空 腔。这样形成的空腔能够仅被形成在谐振器的互联处，从而完整的空 腔对于反射横波和抑制寄生电容具有更好的效果。
在一些实施例中，在相邻两个固态装配谐振器之间，在压电层上 以及联接桥下设置有垫高层，空腔形成在垫高层旁边。垫高层有利于 联接桥和空腔的形成，并且保持空腔的稳固性。
在一些实施例中，垫高层为第一衬底，压电层形成于第一衬底上。 使用第一衬底便于加工以及形成符合要求的联接桥和空腔。
在一些实施例中，联接桥从垫高层延伸至上电极层，并在上电极 层上形成有桥接部和延伸部。桥接部和延伸部可以形成声阻抗突变， 抑制横波传出谐振器，抑制Q值的衰减。
在一些实施例中，延伸部相对于上电极层形成台阶。延伸部在上 电极层上呈台阶状可以形成声阻抗突变，抑制横波。
在一些实施例中，还包括第二衬底以及形成在第二衬底上的声波 反射层，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，下电极层设置在声波反射层上。
在一些实施例中，下电极层的周围形成有介质层，并且下电极层 与介质层在声波反射层上形成平坦表面，压电层被设置在平坦表面上。 该固态装配谐振器上的压电层具有非常平整的表面，可以保证应力一 致性和机电耦合系数一致性。
在一些实施例中，谐振器还包括形成在第二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。金属屏蔽墙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，第二衬底与声波反射层之间形成有金属屏蔽层， 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，下电极层具有连接到外部的下电极引线。下电 极层通过下电极引线进行电连接，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，本申请的实施例还提出了一种固态装配谐振器的联 接结构的制造工艺，包括以下步骤：
S1，在第一衬底上制作有至少包括下电极层和压电层的谐振薄膜 层；
S2，在谐振薄膜层上制作声波反射层；
S3，在声波反射层所在的层上键合第二衬底；
S4，移除第一衬底的至少一部分以暴露谐振薄膜层；
S5，在相邻两个谐振薄膜层之间的压电层上方制作牺牲材料层； 以及
S6，在牺牲材料层上制作用于连接相邻两个固态装配谐振器的上 电极层和/或下电极层的联接桥。
在一些实施例中，空腔在压电层上的投影区域至少覆盖下电极层 的一个边缘。空腔在该位置上形成可以避免寄生的产生，并且能够减 少横波的损失。
在一些实施例中，在第一衬底和谐振薄膜层之间制作缓冲层。缓 冲层有利于谐振薄膜层上的膜层的生长，可以提高压电层的C轴取向 性，提高器件性能。
在一些实施例中，步骤S2具体包括以下子步骤：
S21，在谐振薄膜层上制作声波反射层，同时在下电极层和声波反 射层周围形成介质层；以及
S22，对介质层上蚀刻出包围下电极层和声波反射层的第一凹槽， 然后在第一凹槽中填充金属材料以形成金属屏蔽墙。
金属屏蔽墙对器件起到电磁屏蔽作用，使用金属材料在一定程度 上可以增加滤波器的散热效果。
在一些实施例中，步骤S4具体包括：
S41，移除部分第一衬底，同时保留至少两个谐振薄膜层之间的第 一衬底；以及
S42，刻蚀金属屏蔽墙上方的压电层和第一衬底以形成第二凹槽， 在第二凹槽中填充金属材料，并形成屏蔽柱和下电极引线。
第一衬底方便加工，保留下来的第一衬底便于与联接桥形成空腔， 第一衬底可以支撑空腔，增加空腔的稳固性。
在一些实施例中，步骤S5具体包括以下子步骤：
S51，在至少一侧的第一衬底的侧面制作牺牲材料层；
S52，在压电层、牺牲材料层以及第一衬底上制作上电极层并同时 形成架设在第一衬底上的联接桥。
此时上电极层和联接桥属于一次形成，因此工艺简单，方便实施。
在一些实施例中，步骤S5具体包括以下子步骤：
S51’，在第一衬底的侧面制作牺牲材料层；以及
S52’，在第一衬底、牺牲材料层以及上电极层上制作联接桥，并 在上电极层上延伸形成桥接部和延伸部。
桥接部和延伸部可以形成声阻抗突变，抑制横波传出谐振器，抑 制Q值的衰减。
在一些实施例中，延伸部相对于上电极层形成台阶。延伸部在上 电极层上呈台阶状可以形成声阻抗突变，抑制横波。
在一些实施例中，步骤S2具体包括以下子步骤：
S21’，在谐振薄膜层上制作声波反射层，同时在下电极层和声波 反射层周围形成介质层；以及
S22’，对介质层上蚀刻出包围压电层、下电极层和声波反射层的 第一凹槽，然后在第一凹槽中填充金属材料以形成金属屏蔽墙。
该金属屏蔽墙结构紧凑、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，步骤S4具体包括以下子步骤：
S41’，移除全部第一衬底以暴露谐振薄膜层的上电极层；以及
S42’，蚀刻上电极层以暴露至少两个谐振薄膜层之间的压电层。
此时压电层形成在具有平整表面的上电极层上，因此可以保证谐 振器具有应力一致性和机电耦合系数一致性。
在一些实施例中，步骤S5具体包括以下子步骤：
S51”，在压电层上制作牺牲材料层；以及
S52”，在牺牲材料层上制作联接桥。
在压电层制作与上电极层连接的联接桥，联接桥与上电极层或下 电极层连接便于实现相邻两个固态装配谐振器的串联和并联。
在一些实施例中，将所述牺牲材料层替换为低阻抗材料。此时低 阻抗材料也可以反射横波，提高器件的性能。
在一些实施例中，在制作牺牲材料层的情况下，制造工艺还包括 释放牺牲材料层以在联接桥与压电层之间形成空腔的步骤。在存在牺 牲材料层的基础上设置有该步骤以形成空腔。
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。
本发明提出了一种固态装配谐振器的联接结构及制作工艺，该固 态装配谐振器包括由依次层叠的下电极层、压电层和上电极层形成的 谐振功能层，联接结构包括设置在相邻两个固态装配谐振器之间的联 接桥，并且联接桥与压电层之间形成空腔，空腔在压电层上的投影区 域至少覆盖下电极层的一个边缘。该固态装配谐振器具有BAW的优 良特性，可以有效抑制器件互联时产生的寄生所带来的不良效果，也 有屏蔽外界与内部电磁干扰、提高散热的特性，使滤波器具有良好的 谐振性能和电磁屏蔽性能。
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固态装配谐振器的联接结构的 制作工艺的流程图；
图2示出了根据本发明的实施例一的固态装配谐振器的联接结构 的结构示意图；
图3a-3i示出了根据本发明的实施例一的固态装配谐振器的联接 结构的工艺流程图；
图4示出了根据本发明的实施例一的固态装配谐振器的联接结构 的制作工艺的步骤S2的流程图；
图5示出了根据本发明的实施例一的固态装配谐振器的联接结构 的制造工艺的步骤S4的流程图；
图6示出了根据本发明的实施例一的固态装配谐振器的联接结构 的制作工艺的步骤S5的流程图；
图7a和7b示出了根据本发明的实施例二的固态装配谐振器的联 接结构的结构示意图；
图8a-8j示出了根据本发明的实施例二的固态装配谐振器的联接 结构的工艺流程图；
图9示出了根据本发明的实施例二的固态装配谐振器的联接结构 的制作工艺的步骤S2的流程图；
图10示出了根据本发明的实施例二的固态装配谐振器的联接结 构的制作工艺的步骤S4的流程图；
图11示出了根据本发明的实施例二的固态装配谐振器的联接结 构的制作工艺的步骤S5的流程图；
图12示出了根据本发明的实施例三的固态装配谐振器的联接结 构的结构示意图；
图13a-13h示出了根据本发明的实施例三的固态装配谐振器的联 接结构的工艺流程图；
图14示出了根据本发明的实施例三的固态装配谐振器的联接结 构的制作工艺的步骤S5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。
本发明提出了本申请提出了一种固态装配谐振器的联接结构，固 态装配谐振器包括谐振功能层和声波反射层，谐振功能层由依次层叠 的下电极层、压电层和上电极层组成，联接结构包括设置在相邻两个 固态装配谐振器之间的联接桥，并且联接桥与压电层之间形成空腔， 空腔在压电层上的投影区域至少覆盖下电极层的一个边缘。在固态装 配谐振器的上电极层和其他固态装配谐振器互联的一端有联接桥、空 腔和上电极层形成的结构，在此情况下，空腔可以反射横波，防止能 量在谐振功能层侧边发生耦合，从而削弱器件Q值，并且可以有效抑 制寄生的产生。
在具体的实施例中，联接桥设置用于连接相邻两个固态装配谐振 器的上电极层和/或下电极层。联接桥用于将相邻两个固态装配谐振器 进行串联或并联。联接桥连接两个固态装配谐振器的上电极层，此时 相邻两个固态装配谐振器处于并联状态；联接桥连接其中一个固态装 配谐振器的上电极层和相邻另一个固态装配谐振器的下电极层，此时 相邻两个固态装配谐振器处于串联状态。在优选的实施例中，空腔中 填充有低声阻抗材料。低声阻抗材料也可以反射横波，减少横波的能 量损失，还可以有效避免寄生的产生。在优选的实施例中，空腔在垂 直于下电极层的方向上具有2μm以内的厚度。空腔高度太大稳定性 不好，容易被后续制程影响而空腔塌陷，空腔高度太小达不到预期反 射效果。在该厚度下具有良好的反射横波的效果，并且能够减少寄生 的产生。
与之相对应的，本申请的实施例还提出了一种固态装配谐振器的 联接结构的制造工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1，在第一衬底上制作有至少包括下电极层和压电层的谐振薄膜 层；
S2，在谐振薄膜层上制作声波反射层；
S3，在声波反射层所在的层上键合第二衬底；
S4，移除第一衬底的至少一部分以暴露谐振薄膜层；
S5，在相邻两个谐振薄膜层之间的压电层上方制作牺牲材料层； 以及
S6，在牺牲材料层上制作用于连接相邻两个固态装配谐振器的上 电极层和/或下电极层的联接桥。
在具体的实施例中，空腔在压电层上的投影区域至少覆盖下电极 层的至少一个边缘。空腔在该位置上形成可以避免寄生的产生，并且 能够减少横波的损失。
在此基础上，根据具体的联接桥结构以及空腔形成的方式可以存 在以下几个实施例，下面根据具体的实施例进行说明。
实施例一
如图2所示，联接桥311为与上电极层114同一层形成的拱形联 接桥。拱形联接桥与压电层113之间的区域完整形成空腔411。在相 邻两个固态装配谐振器之间，在压电层113上以及联接桥311下设置 有垫高层，空腔411形成在垫高层旁边。空腔411在压电层113上的 投影区域至少覆盖下电极层112的至少一个边缘。在压电层113上形 成垫高层，联接桥311和上电极层114在同一层一次形成，在垫高层 的旁边和压电层113、上电极层114和联接桥311包围形成空腔411。 垫高层为第一衬底511，压电层113形成于第一衬底511上。使用第 一衬底511进行加工，便于谐振功能层111在第一衬底511上形成。
在具体的实施例中，第一衬底511的材料可以选择硅、碳化硅、 蓝宝石等，压电层113的材料可以选择AlN。在第一衬底511和压电 层113之间形成有缓冲层611，缓冲层611可选GaN或GaAlN，缓冲 层611可以起到晶格匹配的作用，引导压电层113的C轴取向，大大 提升了压电层113的C轴取向层，提升器件性能。一般情况下，下电 极层112的材料选择Mo以获取高C向的AlN压电层113，此种方法 获得的AlN压电层113衍射峰半峰全宽在1°-2°，但是在本实施例 中，可以采用生长单晶AlN的方法直接实现高度C向的AlN压电层 113，单晶AlN的衍射峰半峰全宽可以达到0.03°。因此对电极材料 的选择限制性相对较小。
在具体的实施例中，固态装配谐振器还包括第二衬底811以及形 成在第二衬底811上的声波反射层211，声波反射层211包括交替层 叠的至少两组介质反射层212和金属反射层213的组合，下电极层112 设置在声波反射层211上。下电极层112的周围形成有介质层911， 并且下电极层112与介质层911在声波反射层211上形成平坦表面， 压电层113被设置在平坦表面上。该固态装配谐振器上的压电层113 具有非常平整的表面，可以保证应力一致性和机电耦合系数一致性。
在具体的实施例中，谐振器还包括形成在第二衬底811上的金属 屏蔽墙912，金属屏蔽墙912在声波反射层211和谐振功能层111的 有效区域的外围形成包围圈。金属屏蔽墙912形成在声波反射层211 和谐振功能层111的有效区域的外围中将声波反射层211和谐振功能 层111包围起来。金属屏蔽墙912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。在金属屏蔽墙912 上方存在联接桥311的位置上，金属屏蔽墙912不设置在联接桥311 下面的压电层113上，避免金属屏蔽墙912和上电极层114以及联接 桥311导通而造成短路。
在具体的实施例中，第二衬底811与声波反射层211之间形成有 金属屏蔽层913，金属屏蔽墙912与金属屏蔽层913相连接并且电气 导通。金属屏蔽层913与金属屏蔽墙912相连用于接地，使声波反射 层211和谐振功能层111完全被电磁屏蔽掉。另外，金属屏蔽层913 则与第二衬底811整面接触，在一定程度上可以增强滤波器工作状态 下的散热效果。
在此基础上，对应于以上的固态装配谐振器的联接结构，本申请 的实施例还提出一种固态装配谐振器的联接结构的制作工艺，具体如 图3a-3i所示，首先，如图3a所示，采用MOCVD工艺在第一衬底511 上依次生长缓冲层611与外延的压电层113。缓冲层611有利于谐振 薄膜层上的膜层的生长，可以提高压电层113的C轴取向性，提高器 件性能。如图3b所示，再通过PVD、光刻和蚀刻工艺制作下电极层 112，其中，下电极层112的材料首选Mo，也可以选择钨、铝、钼、 铂、钌等单一或复合的材料来作为下电极层112。
在具体的实施例中，如图4所示，步骤S2具体包括以下子步骤：
S21，在谐振薄膜层上制作声波反射层，同时在下电极层和声波反 射层周围形成介质层；以及
S22，对介质层上蚀刻出包围下电极层和声波反射层的第一凹槽， 然后在第一凹槽中填充金属材料以形成金属屏蔽墙。
如图3c所示，在压电层113和下电极层112上制作声波反射层 211，先通过CVD工艺生长介质反射层212，其中，介质反射层212 的材料可以选择SiO2、SiO2的掺杂材料或SiOF等其他介质材料。再 通过CMP(化学机械抛光)工艺磨平上表面，其中，下电极层112上 部剩余的介质反射层212的厚度理论上为谐振器纵波波长λ的1/4倍， 但实际厚度可根据谐振器性能需求而改变。再通过PVD、光刻和蚀刻 工艺制作金属反射层213，其中，介质反射层212上部剩余的金属反 射层213的厚度理论上为谐振器纵波波长λ的1/4倍，但实际厚度可根 据谐振器性能需求而改变，金属反射层213的材料可以包括钨、铝、 钼、铂、钌等。根据上述步骤依次形成多个介质反射层212和金属反 射层213以形成声波反射层211。如图3d所示，通过光刻、蚀刻、电 镀(或PVD)和CMP工艺制作金属屏蔽墙912。先在介质层911上蚀 刻出包围下电极层112和声波反射层211的第一凹槽914，再在第一 凹槽914中填充金属材料制作出金属屏蔽墙912。如图3e所示，通过 wafer bonding工艺在声波反射层211上方键合已蒸镀金处理的第二衬 底811，其中，第二衬底811的材料可以选择Si，蒸镀的Au一方面可 作为金属屏蔽层913，另一方面可以提升晶圆键合后的结合力与可靠 性。
以上完成步骤S1-S3中的工艺流程，接下来完成步骤S4的工艺流 程，如图5所示，步骤S4具体包括：
S41，移除部分第一衬底，同时保留至少两个谐振薄膜层之间的第 一衬底；以及
S42，刻蚀金属屏蔽墙上方的压电层和第一衬底以形成第二凹槽， 在第二凹槽中填充金属材料，并形成屏蔽柱和下电极引线。
如图3f所示，通过Grinding工艺减薄并移除部分第一衬底511， 再通过CMP工艺将减薄后的第一衬底511平坦化以及去除缓冲层 611，并降低第一衬底511的表面粗糙度。再结合光刻与蚀刻工艺在第 一衬底511、缓冲层611和压电层113上选择性形成第二凹槽915，第 二凹槽915设置在金属屏蔽墙912和下电极层112的上方，通过电镀 (或PVD、蒸镀等)填充金属材料以将金属屏蔽墙912在第二凹槽915 中延伸制作屏蔽柱916。另外，如图3g所示，还在下电极层112的上 方的第二凹槽915中填充金属材料以形成下电极引线917。在金属屏蔽墙912上方存在联接桥311的位置上，第二凹槽915不设置在联接 桥311下面的压电层113上以避免金属屏蔽墙912和上电极层114以 及联接桥311导通而造成短路。
在具体的实施例中，如图6所示，步骤S5具体包括以下子步骤：
S51，在至少一侧的第一衬底的侧面制作牺牲材料层；以及
S52，在压电层、牺牲材料层以及第一衬底上制作上电极层并同时 形成架设在第一衬底上的联接桥。
如图3h所示，通过PVD、光刻与蚀刻工艺制作牺牲材料层312， 牺牲材料层312的材料可以选择SiO2、PSG、Si3N4、PI等材料。如图 3i所示，通过光刻、溅镀和蚀刻工艺制作上电极层114并同时形成联 接桥311，上电极层114的材料优选为Mo，也可以选择钨、铝、钼、 铂、钌等单一或复合的材料。将空腔411中的牺牲材料层312释放过 后形成如图2所示的固态装配谐振器的联接结构。若将牺牲材料层312 替换为低阻抗材料，则不需要释放牺牲材料层312的过程。
实施例二
如图7a所示，联接桥321为在上电极层124上单独形成的并且与 上电极层124连接的拱形联接桥。在此情况下，联接桥321可以形成 在相邻两个固态谐振器之间的压电层123上，并且通过联接桥321可 以连接相邻两个固态谐振器的上电极层124，此时压电层123、上电极 层124和联接桥321包围形成空腔421。也就是说，在拱形联接桥与 压电层123之间的区域完整形成空腔421。空腔421设置在拱形联接 桥与压电层123之间可以反射横波，提升器件的Q值。拱形联接桥一 方面可以使相邻两个固态装配谐振器以并联连接起来，另一方面可以 将横波进行反射，提高器件性能。如图7b所示，在相邻两个固态谐振 器串联的情况下，相邻两个固态谐振器之间可以不形成拱形联接桥， 而是直接采用下电极引线927将一个固态谐振器的上电极层124和相 邻的另一个固态谐振器的下电极层122连接起来。
在此基础上，对应于以上的固态装配谐振器的联接结构，本申请 的实施例还提出另外一种固态装配谐振器的联接结构的制作工艺，具 体如图8a-8n所示。如图8a所示，在第一衬底521上依次生长缓冲层 621、上电极层124、压电层123和下电极层122，其中在缓冲层621 上使用MBE的方式生长上电极层124。第一衬底521可选择硅、碳化 硅、蓝宝石等材料。下电极层122的材料为Mo，压电层123通过采 用MOCVD生长20-50nm的(0002)晶面的AlN材料制成。外延的缓 冲层621有利于(110)晶面的Mo的生长，并有助于后续(0002)晶 面的AlN压电层123的生长，大大提升了压电层123的C轴取向性， 提升器件性能。
在具体的实施例中，如图9所示，步骤S2具体包括以下子步骤：
S21’，在谐振薄膜层上制作声波反射层，同时在下电极层和声波 反射层周围形成介质层；以及
S22’，对介质层上蚀刻出包围压电层、下电极层和声波反射层的 第一凹槽，然后在第一凹槽中填充金属材料以形成金属屏蔽墙。
如图8b所示，在压电层123和下电极层122上制作声波反射层 221，先通过CVD工艺生长介质反射层222，其中，介质反射层222 的材料可以选择SiO2、SiO2的掺杂材料或SiOF等其他介质材料。再 通过CMP(化学机械抛光)工艺磨平上表面，其中，下电极层122上 部剩余的介质反射层222的厚度理论上为谐振器纵波波长λ的1/4倍， 但实际厚度可根据谐振器性能需求而改变。再通过PVD、光刻和蚀刻 工艺制作金属反射层223，其中，介质反射层222上部剩余的金属反 射层223的厚度理论上为谐振器纵波波长λ的1/4倍，但实际厚度可根 据谐振器性能需求而改变，金属反射层223的材料可以包括钨、铝、 钼、铂、钌等。根据上述步骤依次形成多个介质反射层222和金属反 射层223以形成声波反射层221。下电极层122和声波反射层221的 外围形成有介质层921，并且下电极层122与介质层921在声波反射 层221上形成平坦表面，压电层123被设置在平坦表面上。该固态装 配谐振器上的压电层123具有非常平整的表面，可以保证应力一致性 和机电耦合系数一致性。如图8c所示，通过光刻、蚀刻、电镀(或 PVD)和CMP工艺制作金属屏蔽墙922。金属屏蔽墙922依次穿过介 质层921、压电层123、上电极层124和缓冲层621。先在介质层921 上蚀刻出包围下电极层122和声波反射层221的第一凹槽924，再在 第一凹槽924上填充金属材料制作出金属屏蔽墙922。如图8d所示， 通过wafer bonding工艺在声波反射层221上方键合已蒸镀金处理的第 二衬底821，其中，第二衬底821的材料可以选择Si，蒸镀的Au一方 面可作为金属屏蔽层923，另一方面可以提升晶圆键合后的结合力与 可靠性。
以上完成步骤S1-S3的工艺流程，接下来完成步骤S4的工艺流程， 如图10所示，步骤S4具体包括以下子步骤：
S41’，移除全部第一衬底以暴露谐振薄膜层的上电极层；以及
S42’，蚀刻上电极层以暴露至少两个谐振薄膜层之间的压电层。
如图8e所示，通过Grinding工艺减薄第一衬底521，再通过CMP 工艺去除缓冲层621，并可以选择通过trimming工艺降低裸露的上电 极层124的表面粗糙度。如图8f所示，对上电极层124进行蚀刻，根 据连接需求来刻蚀图形，暴露出两个固态装配谐振器之间的压电层 123，本申请的实施例重点以两个固态装配谐振器并联的情况来说明。 如图8g所示，结合光刻与蚀刻工艺在压电层123上选择性形成第二凹 槽925，通过电镀(或PVD、蒸镀等)在第二凹槽925上填充金属材 料以形成下电极引线927。
在两个固态装配谐振器并联的情况下，如图11所示，步骤S5具 体包括以下子步骤：
S51”，在压电层上制作牺牲材料层；以及
S52”，在牺牲材料层上制作联接桥。
如图8h所示，上电极层124经过刻蚀后暴露出压电层123。在暴 露出的压电层123的位置上制作牺牲材料层322。如图8i所示，在牺 牲材料层322上方制作联接桥321，联接桥321覆盖在牺牲材料层322 上方并且与上电极层124连接，使相邻两个固态装配谐振器形成串联。 对牺牲材料层322进行释放以形成空腔421，最终得到如图7a所示的 固态装配谐振器的联接结构。若将牺牲材料层322替换为低阻抗材料， 则不需要释放牺牲材料层322的过程。
在优选的实施例中，如图8j所示，谐振器的顶部具有覆盖上电极 层124的封装结构928。封装结构928在保护谐振功能区的同时，也 能起到一定的电磁屏蔽效果。
实施例三
如图12所示，联接桥331为在上电极层134上单独形成的并且与 上电极层134连接的拱形联接桥。此时的拱形联接桥可以设置在垫高 层上，在相邻两个固态装配谐振器之间，在压电层133上以及联接桥 331下设置有垫高层，空腔431形成在垫高层旁边，空腔431设置在 垫高层旁边可以反射横波，提升器件的Q值。垫高层有利于联接桥331 和空腔431的形成。在具体的实施例中，垫高层为第一衬底531，压 电层133形成于第一衬底531上。使用第一衬底531便于加工以及形 成联接桥331和空腔431。在优选的实施例中，联接桥331从垫高层 延伸至上电极层134，并在上电极层134上形成有桥接部333和延伸 部334。桥接部333和延伸部334可以形成声阻抗突变，抑制横波传 出谐振器，抑制Q值的衰减。在具体的实施例中，延伸部334相对于 上电极层134形成台阶。延伸部334在上电极层134上呈台阶状可以形成声阻抗突变，抑制横波。谐振器还包括第二衬底831以及形成在 第二衬底831上的声波反射层231，声波反射层231包括交替层叠的 至少两组介质反射层232和金属反射层233的组合，下电极层132设 置在声波反射层231上。
在此基础上，对应于以上的固态装配谐振器的联接结构，本申请 的实施例还提出另外一种固态装配谐振器的联接结构的制作工艺，具 体如图13a-13h所示。如图13a所示，在第一衬底531上生长缓冲层 631和上电极层134，然后对缓冲层631和上电极层134进行蚀刻，在 上电极层134和第一衬底531上制作压电层133，在压电层133上制 作具有一定图案的下电极层132，由此制作完成谐振功能层131。
在具体的实施例中，步骤S2的流程与实施例一相同，具体参考图 4。如图13b-13c所示，在谐振功能层131上再制作形成声波反射层231， 制作声波反射层231的步骤与实施例一和实施例二中一致，谐振器还 包括形成在第二衬底831上的金属屏蔽墙932，金属屏蔽墙932在声 波反射层231和谐振功能层131的有效区域的外围形成包围圈。金属 屏蔽墙932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。在具体的实施例中，第二衬底831与声 波反射层231之间形成有金属屏蔽层933，金属屏蔽墙932与金属屏 蔽层933相连接并且电气导通。金属屏蔽层933与金属屏蔽墙932相 连用于接地，使声波反射层231和谐振功能层131完全被电磁屏蔽掉。 通过wafer bonding工艺在声波反射层231上方键合已蒸镀金处理的第 二衬底831，其中，第二衬底831的材料可以选择Si，蒸镀的Au一方 面可作为金属屏蔽层933，另一方面可以提升晶圆键合后的结合力与 可靠性。如图13d所示，将通过Grinding工艺减薄并移除部分第一衬 底531。如图13e所示，再通过光刻、电镀(或PVD、蒸镀等)制作 屏蔽柱936和下电极引线937。在优选的实施例中，金属屏蔽墙932 接地。下电极层132通过下电极引线937进行电连接，避免短路，影 响器件的性能。在金属屏蔽墙932上方存在联接桥331连接电路的位 置上不设置屏蔽柱936和下电极引线937以避免金属屏蔽墙932和上 电极层134以及联接桥331导通而造成短路。如图13f所示，蚀刻掉 缓冲层631使上电极层134裸露出来。
在具体的实施例中，如图14所示，步骤S5具体包括以下子步骤：
S51’，在第一衬底的侧面制作牺牲材料层；以及
S52’，在第一衬底、牺牲材料层以及上电极层上制作联接桥，并 在上电极层上延伸形成桥接部和延伸部。
如图13g所示，在第一衬底531的两个侧面旁边均可以制作牺牲 材料层332，牺牲材料层332制作在压电层133和上电极层134的上 方并沿着第一衬底531的侧面，如图13h所示，联接桥331制作在牺 牲材料层332的上方，并且延伸到上电极层上形成桥接部333和延伸 部334。桥接部333和延伸部334可以形成声阻抗突变，抑制横波传 出谐振器，抑制Q值的衰减。在具体的实施例中，延伸部334相对于 上电极层134形成台阶。延伸部334在上电极层134上呈台阶状可以 形成声阻抗突变，抑制横波。将空腔431中的牺牲材料层332释放过 后形成如图12所示的固态装配谐振器的联接结构。若将牺牲材料层 332替换为低阻抗材料，则不需要释放牺牲材料层332的过程。
本发明提出了一种固态装配谐振器的联接结构及制作工艺，该固 态装配谐振器包括由依次层叠的下电极层、压电层和上电极层形成的 谐振功能层，联接结构包括设置在相邻两个固态装配谐振器之间的联 接桥，并且联接桥与压电层之间形成空腔，空腔在压电层上的投影区 域至少覆盖下电极层的至少一个边缘。该固态装配谐振器具有BAW 的优良特性，可以有效抑制器件互联时产生的寄生所带来的不良效果， 也有屏蔽外界与内部电磁干扰、散热的特性，使滤波器具有良好的谐 振性能和电磁屏蔽性能。
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 (32)
1.一种固态装配谐振器的联接结构，所述固态装配谐振器包括由依次层叠的下电极层、压电层和上电极层形成的谐振功能层，其特征在于，所述联接结构包括设置在相邻两个固态装配谐振器之间的联接桥，并且所述联接桥与所述压电层之间形成空腔，所述空腔在所述压电层上的投影区域至少覆盖所述下电极层的一个边缘。
2.根据权利要求1所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述联接桥设置用于连接相邻两个固态装配谐振器的所述上电极层和/或所述下电极层。
3.根据权利要求1所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述空腔中填充有低声阻抗材料。
4.根据权利要求1所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述空腔在垂直于所述下电极层的方向上具有2μm以内的厚度。
5.根据权利要求1所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述联接桥为与所述上电极层同一层形成的拱形联接桥。
6.根据权利要求1所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述联接桥为在所述上电极层上单独形成的并且与所述上电极层连接的拱形联接桥。
7.根据权利要求5或6所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，在所述拱形联接桥与所述压电层之间的区域完整形成所述空腔。
8.根据权利要求1所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，在所述相邻两个固态装配谐振器之间，在所述压电层上以及所述联接桥下设置有垫高层，所述空腔形成在所述垫高层旁边。
9.根据权利要求8所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述垫高层为第一衬底，所述压电层形成于所述第一衬底上。
10.根据权利要求8所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述联接桥从所述垫高层延伸至所述上电极层，并在所述上电极层上形成有桥接部和延伸部。
11.根据权利要求10所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述延伸部相对于所述上电极层形成台阶。
12.根据权利要求1-6中任一项所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，还包括第二衬底以及形成在所述第二衬底上的声波反射层，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，所述下电极层设置在所述声波反射层上。
13.根据权利要求12所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述下电极层的周围形成有介质层，并且所述下电极层与所述介质层在所述声波反射层上形成平坦表面，所述压电层被设置在所述平坦表面上。
14.根据权利要求12所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述谐振器还包括形成在所述第二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。
15.根据权利要求14所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述第二衬底与所述声波反射层之间形成有金属屏蔽层，所述金属屏蔽墙与所述金属屏蔽层相连接并且电气导通。
16.根据权利要求14所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述金属屏蔽墙接地。
17.根据权利要求1-6中任一项所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述下电极层具有连接到外部的下电极引线。
18.根据权利要求1-6中任一项所述的固态装配谐振器的联接结构，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。
19.一种固态装配谐振器的联接结构的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在第一衬底上制作有至少包括下电极层和压电层的谐振薄膜层；
S2，在所述谐振薄膜层上制作声波反射层；
S3，在所述声波反射层所在的层上键合第二衬底；
S4，移除所述第一衬底的至少一部分以暴露所述谐振薄膜层；
S5，在相邻两个所述谐振薄膜层之间的所述压电层上方制作牺牲材料层；以及
S6，在所述牺牲材料层上制作用于连接相邻两个固态装配谐振器的所述上电极层和/或所述下电极层的联接桥。
20.根据权利要求19所述的制造工艺，其特征在于，所述空腔在所述压电层上的投影区域至少覆盖所述下电极层的一个边缘。
21.根据权利要求19所述的制造工艺，其特征在于，在所述第一衬底和所述谐振薄膜层之间制作缓冲层。
22.根据权利要求19所述的制造工艺，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下子步骤：
S21，在所述谐振薄膜层上制作声波反射层，同时在所述下电极层和所述声波反射层周围形成介质层；以及
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第一凹槽，然后在所述第一凹槽中填充金属材料以形成金属屏蔽墙。
23.根据权利要求22所述的制造工艺，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S41，移除部分所述第一衬底，同时保留至少两个所述谐振薄膜层之间的所述第一衬底；以及
S42，刻蚀所述金属屏蔽墙上方的所述压电层和所述第一衬底以形成第二凹槽，在所述第二凹槽中填充所述金属材料，并形成屏蔽柱和下电极引线。
24.根据权利要求23所述的制造工艺，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下子步骤：
S51，在至少一侧的所述第一衬底的侧面制作所述牺牲材料层；
S52，在所述压电层、所述牺牲材料层以及所述第一衬底上制作上电极层并同时形成架设在所述第一衬底上的所述联接桥。
25.根据权利要求23所述的制造工艺，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下子步骤：
S51’，在所述第一衬底的侧面制作所述牺牲材料层；以及
S52’，在所述第一衬底、所述牺牲材料层以及所述上电极层上制作所述联接桥，并在所述上电极层上延伸形成桥接部和延伸部。
26.根据权利要求25所述的固态装配谐振器的联接结构，其特征在于，所述延伸部相对于所述上电极层形成台阶。
27.根据权利要求19所述的制造工艺，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下子步骤：
S21’，在所述谐振薄膜层上制作声波反射层，同时在所述下电极层和所述声波反射层周围形成介质层；以及
S22’，对所述介质层上蚀刻出包围所述压电层、下电极层和所述声波反射层的第一凹槽，然后在所述第一凹槽中填充金属材料以形成金属屏蔽墙。
28.根据权利要求27所述的制造工艺，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下子步骤：
S41’，移除全部所述第一衬底以暴露所述谐振薄膜层的上电极层；以及
S42’，蚀刻所述上电极层以暴露至少两个所述谐振薄膜层之间的压电层。
29.根据权利要求28所述的制造工艺，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下子步骤：
S51”，在所述压电层上制作所述牺牲材料层；以及
S52”，在所述牺牲材料层上制作所述联接桥。
30.根据权利要求19-29中任一项所述的制造工艺，其特征在于，将所述牺牲材料层替换为低阻抗材料。
31.根据权利要求19-29中任一项所述的制造工艺，其特征在于，在制作牺牲材料层的情况下，所述制造工艺还包括释放所述牺牲材料层以在所述联接桥与所述压电层之间形成空腔的步骤。
32.根据权利要求19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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Denomination of invention: A connection structure and manufacturing process of solid-state assembly resonator Effective date of registration: 20220309 Granted publication date: 20210824 Pledgee: Huzhou Wuxing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Jianwenlu (Zhejiang) Semiconductor Co.,Ltd. Registration number: Y2022330000319 |