CN113328725A - 声波谐振结构、滤波器及声波谐振结构的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种声波谐振结构、滤波器及声波谐振结构的制造方法，其中，所述声波谐振结构包括：衬底；依次层叠于衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；位于所述第二电极层上的保护层；其中，所述保护层与所述第二电极层之间形成有第一空腔；位于所述保护层上的第一强化层和第二强化层；其中，所述第一强化层与所述第一电极层电性连接，所述第二强化层与所述第二电极层电性连接，且所述第一强化层和所述第二强化层彼此不电性连接；所述第一强化层用于作为第一电极层的焊接层，所述第二强化层用于作为第二电极层的焊接层。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体领域，特别涉及一种声波谐振结构、滤波器及声波谐振结构的制造方法。
背景技术
在广泛使用的诸如移动电话的通信设备中，通常包括使用声波的声波器件作为通讯设备的滤波器。作为声波器件的示例，存在使用表面声波(SAW，Surface Acoustic Wave)的器件、或者使用体声波(BAW，Bulk Acoustic Wave)的器件等。声波器件的性能会影响通信设备的通信效果。
随着通讯技术的发展，如何在顺应通信设备集成化和小型化发展趋势的同时，提高声波器件的性能成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种声波谐振结构、滤波器及声波谐振结构的制造方法。
本发明实施例提供了一种声波谐振结构，包括：
衬底；
依次层叠于衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；
位于第二电极层上的保护层；其中，保护层与第二电极层之间形成有第一空腔；
位于保护层上的第一强化层和第二强化层；其中，第一强化层与第一电极层电性连接，第二强化层与第二电极层电性连接，且第一强化层和第二强化层彼此不电性连接；第一强化层用于作为第一电极层的焊接层，第二强化层用于作为第二电极层的焊接层。
上述方案中，第一强化层与第二强化层之间形成有空隙；或者，第一强化层与第二强化层之间形成有绝缘层。
上述方案中，第一强化层的材料和第二强化层的材料包括导电材料，且第一强化层的材料和第二强化层的材料的压缩强度均大于保护层的材料的压缩强度。
上述方案中，第一强化层的材料和第二强化层的材料包括金属。
上述方案中，谐振结构还包括：位于保护层与第一电极层之间的第一支撑层，及位于保护层与第二电极层之间的第二支撑层；其中，第一支撑层和第二支撑层的材料均包括导电材料或不导电材料。
上述方案中，
当第一支撑层和第二支撑层的材料为导电材料时，第一强化层通过第一支撑层与第一电极层电性连接，第二强化层通过第二支撑层与第二电极层电性连接；
当第一支撑层和第二支撑层的材料为不导电材料时，谐振结构还包括：在第一强化层与第一电极层之间的第一导电层，在第二强化层与第二电极层之间的第二导电层；第一强化层通过第一导电层与第一电极层电性连接，第二强化层通过第二导电层与第二电极层电性连接。
上述方案中，谐振结构还包括：
位于第一强化层和第二强化层上的凸点底部金属层(UBM，Under Bump Metal)；
位于凸点底部金属层上的焊料凸点。
上述方案中，第一强化层和第二强化层的厚度相同。
上述方案中，第一强化层和第二强化层的面积相同或不同。
上述方案中，第一强化层的材料和第二强化层的材料相同或不同。
本发明实施例又提供了一种滤波器，包括：
多个上述方案中任一项的谐振结构；
封装基板；
其中，多个谐振结构中的每个谐振结构通过相应的第一强化层和第二强化层分别与封装基板电性连接。
上述方案中，封装基板中包括布线层；多个谐振结构通过布线层实现谐振结构之间的串联或并联连接。
本发明实施例还提供了一种声波谐振结构的制造方法，包括：
在衬底上形成反射结构；
在反射结构上形成第一电极层；
在第一电极层上形成压电层；
在压电层上形成第二电极层；
在第二电极层上形成保护层；其中，保护层与第二电极层之间形成有第一空腔；
在保护层上形成第一强化层和第二强化层；其中，第一强化层与第一电极层电性连接，第二强化层与第二电极层电性连接，且第一强化层和第二强化层彼此不电性连接；第一强化层用于作为第一电极层的焊接层，第二强化层用于作为第二电极层的焊接层。
上述方案中，在保护层上形成第一强化层和第二强化层，包括：
通过薄膜生长工艺，在保护层上形成第一强化层和第二强化层。
上述方案中，方法还包括：
在第二电极层上形成保护层之前，在第一电极层上形成第一支撑层，并在第二电极层上形成第二支撑层；其中，第一支撑层和第二支撑层的高度大于第二电极层的高度；
在第二电极层上形成保护层，包括：
在第一支撑层和第二支撑层上形成保护层。
上述方案中，方法还包括：
在压电层上形成第二电极层之后，在第二电极层上形成调整层；
在第二电极层上形成保护层之前，对调整层的厚度进行修整，以调整谐振结构的频率。
上述方案中，方法还包括：
在第一强化层和第二强化层上均形成凸点底部金属层；
在凸点底部金属层上形成焊料凸点。
本发明实施例提供了一种声波谐振结构、滤波器及声波谐振结构的制造方法。其中，声波谐振结构包括：衬底；依次层叠于衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；位于第二电极层上的保护层；其中，保护层与第二电极层之间形成有第一空腔；位于保护层上的第一强化层和第二强化层；其中，第一强化层与第一电极层电性连接，第二强化层与第二电极层电性连接，且第一强化层和第二强化层彼此不电性连接；第一强化层用于作为第一电极层的焊接层，第二强化层用于作为第二电极层的焊接层。本发明实施例中，通过在保护层上形成第一强化层和第二强化层，且第一强化层直接作为第一电极层的焊接层，第二强化层直接作为第二电极层的焊接层，一方面，由于形成的焊接层可具有较大的面积和体积，这样能使得焊接层的电阻降低，便于电流的通过，提高滤波器的功率容量，同时增加了散热面积和体积，从而提高滤波器的性能；另一方面，形成在保护层上的强化层直接作为第一电极层和第二电极层的焊接层，使得不需要在谐振结构外的衬底上再额外占据一定的空间形成焊接层，这样有利于满足滤波器的小型化需求。
附图说明
图1a-图1b为本发明实施例提供的一种声波谐振结构的示意图一；
图2a-图2b为本发明实施例提供的一种声波谐振结构的示意图二；
图3为本发明实施例提供的一种声波谐振结构的示意图三；
图4为本发明实施例提供的一种声波谐振结构的示意图四；
图5a为本发明实施例提供的一种声波谐振结构的示意图五；
图5b为本发明实施例提供的一种声波谐振结构的示意图六；
图6为本发明实施例提供的一种滤波器的示意图；
图7为相关技术中的一种多个声波谐振结构布设在衬底的表面上平面布局的示意图；
图8a-图8c为本发明实施例提供的一种多个声波谐振结构布设在衬底的表面上平面布局的示意图；
图9为相关技术中的滤波器的带外抑制的曲线示意图；
图10为本发明实施例提供的滤波器的带外抑制的曲线示意图；
图11为本发明实施例提供的一种谐振结构的制造方法的实现流程示意图；
图12a-图12k为本发明实施例提供的一种谐振结构的制造方法的实现过程的示意图；
图13为相关技术中强化层和保护层受压应力及拉应力的示意图；
图14为本发明实施例中提供的强化层和保护层受压应力及拉应力的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，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。
在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
需要说明的是，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
如今，第四代(Fourth Generation，4G)移动通信技术是目前主要的协定标准。随着通讯技术的逐步发展，第五代通讯技术逐渐投入应用。在未来用于进行通讯的频段数量将会增加，且各个频段之间的距离会越来越小。为了减少各频段之间的相互干扰，许多通信设备都有严格的规范标准。移动通信技术发展的主要目的是为了追求更大的传输速率，以应付大量的信息传输。
由于全球各地有多种无线通信标准的存在，使得通讯设备需要支持多种模式、多种频段的通信，以方便实现跨地区之间的漫游。因此，如何制备高性能、小体积和低成本的声波器件(例如，声波滤波器)是目前亟待解决的问题。
相关技术中，在SAW及BAW的设计中，可通过在谐振结构外的衬底上形成连接上电极和下电极的引线和焊接层，从而实现多个谐振结构的串联或并联连接，但是为了顺应通信设备集成化和小型化发展趋势，焊接层会尽可能设计的小，这样会使得焊接层的阻值较大，不利于电流的通过，功率损耗较大，特别是将谐振结构应用于小基站或较大功率的设备上时，谐振结构的功率耐受性也需要提高。
基于此，在本发明的各实施例中，通过在保护层上形成第一强化层和第二强化层，且第一强化层直接作为第一电极层的焊接层，第二强化层直接作为第二电极层的焊接层，一方面，由于形成的焊接层可具有较大的面积和体积，这样能使得焊接层的电阻降低，便于电流的通过，提高滤波器的功率容量，从而提高滤波器的性能；另一方面，形成在保护层上的强化层直接作为第一电极层和第二电极层的焊接层，使得不需要在谐振结构外的衬底上再额外占据一定的空间形成焊接层，这样有利于满足滤波器的小型化需求。
图1a-图1b是根据一示例性实施例示出的一种声波谐振结构的示意图。如图1a-图1b所示，声波谐振结构包括：
衬底；
依次层叠于衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；
位于第二电极层上的保护层；其中，保护层与第二电极层之间形成有第一空腔；
位于保护层上的第一强化层和第二强化层；其中，第一强化层与第一电极层电性连接，第二强化层与第二电极层电性连接，且第一强化层和第二强化层彼此不电性连接；第一强化层用于作为第一电极层的焊接层，第二强化层用于作为第二电极层的焊接层。
需要说明的是，图1a为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，为了能更清楚的展示出第一电极层的俯视图形，图1a中的压电层被透视，实际应用中第一电极层被压电层全部覆盖；图1b示出了在图1a的AA’位置的剖面示意图。
实际应用中，衬底的组成材料可以包含硅(Si)、锗(Ge)或者绝缘衬底上的硅(SOI，Silicon-On-Insulator)。
第一电极层可以称为下电极，相应地，第二电极层可以称为上电极，电能可以通过该上电极和下电极施加到声波谐振器上。第一电极层和第二电极层的组成材料可以相同，具体可以包括：铝(Al)、钼(Mo)、钌(Ru)、铬(Cr)、铱(Ir)或者铂(Pt)等导电金属、或者上述导电金属的合金组成的导电材料；优选地，第一电极层和第二电极层的组成材料可以包括钼。
压电层可以用于根据逆压电特性产生振动，将加载在第一电极层和第二电极层上的电信号转换为声波信号，实现电能到机械能的转化。实际应用中，压电层的组成材料可以包括：具有压电特性的材料。例如，氮化铝、氧化锌、钽酸锂、锆钛酸铅或者钛酸钡等。压电层的组成材料还可包括通过掺杂具有压电特性的材料。掺杂的可以是过渡金属或稀有金属，例如，掺钪的氮化铝等。
反射结构用于反射声波信号。当压电层产生的声波信号向反射结构传播时，声波信号可在第一电极层和反射结构接触的界面处发生全反射，使得声波信号反射回压电层中。如此，压电层产生的声波信号的能量能够被局限在压电层中，可减少声波信号的能量损失，提高谐振结构传输的声波信号质量。
保护层可对第一电极层、压电层和第二电极层组成的共振区域进行遮挡和保护，减少声波器件制作过程中后续工艺对谐振结构的影响，有利于提高声波器件的性能。
实际应用中，保护层的组成材料包括玻璃纤维、环氧树脂等复合材料，这些复合材料具有比压缩强度更高的拉伸强度，因此适合作为保护层。
可以理解的是，本发明实施例通过在保护层上形成第一强化层和第二强化层，且第一强化层与第一电极层电性连接，第二强化层与第二电极层电性连接，并且第一强化层和第二强化层彼此不电性连接，一方面，这样使得第一强化层和第二强化层可以直接作为第一电极层和第二电极层的焊接层使用，也就是说，可以直接在保护层上形成焊接层，而不用在谐振结构外的衬底上再占据额外的空间形成焊接层，因此可以节省滤波器的空间，利于器件的小型化；另一方面，第一强化层和第二强化层直接覆盖在保护层上，也就是说第一强化层和第二强化层的面积加起来可以与保护层的面积差不多，而不用受限于为了满足器件小型化的需求需要使得焊接层尽可能做的小一些，并且强化层的厚度可以根据需要进行调整，这样使得可以形成面积和体积较大的焊接层，使得焊接层的电阻降低，便于电流的通过，提高滤波器的功率容量，从而提高滤波器的性能。
这里，第一强化层和第二强化层彼此不电性连接的方式包括多种方案，以下对于第一强化层和第二强化层彼此不电性连接的方式进行详细介绍。
在一些实施例中，第一强化层与第二强化层之间形成有空隙；或者，第一强化层与第二强化层之间形成有绝缘层。
这里，如图1a-图1b所示，可以在第一强化层和第二强化层之间形成空隙，从而使得第一强化层和第二强化层不电性连接。如图2a-图2b所示，也可以在第一强化层和第二强化层之间形成绝缘层，从而使得第一强化层和第二强化层不电性连接。
可以理解的是，第一强化层和第二强化层之间形成空隙，这样使得第一强化层和第二强化层不接触，从而使得第一强化层和第二强化层彼此不电性连接；第一强化层和第二强化层之间形成绝缘层，也就是说，第一强化层和第二强化层之间用绝缘层阻挡，避免第一强化层和第二强化层直接接触，也可以使得第一强化层和第二强化层彼此不电性连接。
需要说明的是，图2a为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，为了能更清楚的展示出第一电极层的俯视图形，图2a中的压电层被透视，实际应用中第一电极层被压电层全部覆盖；图2b示出了在图2a的AA’位置的剖面示意图。
在一些实施例中，谐振结构还包括：位于保护层与第一电极层之间的第一支撑层，及位于保护层与第二电极层之间的第二支撑层；其中，第一支撑层和第二支撑层的材料均包括导电材料或不导电材料。
实际应用中，第一支撑层和第二支撑层向衬底表面的投影形状可以为环形，该环形环绕第二电极层的形状形成。第一支撑层和第二支撑层的高度大于第二电极层的高度，通过在第一支撑层和第二支撑层上设置保护层，使得保护层和第二电极层之间存在第一空腔，即保护层和第二电极层没有直接接触，第一空腔用于反射声波，这样可减少保护层对谐振结构的谐振频率的影响，有利于保证谐振结构谐振频率的准确性，进而保证声波器件的性能。
实际应用中，当第一支撑层和第二支撑层的材料为导电材料时，第一支撑层和第二支撑层向衬底表面的投影形状可以均为半环形，在第一支撑层和第二支撑层之间形成有空隙，使得第一支撑层和第二支撑层不接触，从而使得第一支撑层和第二支撑层不电性连接；或者，在第一支撑层和第二支撑层之间形成有第三支撑层，第三支撑层的组成材料为不导电材料，以使得第一支撑层和第二支撑层不电性连接，同时使得第一支撑层、第二支撑层、第三支撑层共同形成密封结构，防止湿气、水气或封胶渗入谐振区，对器件性能产生影响。
实际应用中，当第一支撑层和第二支撑层的材料为不导电材料时，第一支撑层和第二支撑层可以共同形成密封的环形结构，防止湿气、水气或封胶渗入谐振区，对器件性能产生影响。
在一些实施例中，当第一支撑层和第二支撑层的材料为导电材料时，第一强化层通过第一支撑层与第一电极层电性连接，第二强化层通过第二支撑层与第二电极层电性连接；
当第一支撑层和第二支撑层的材料为不导电材料时，谐振结构还包括：在第一强化层与第一电极层之间的第一导电层，在第二强化层与第二电极层之间的第二导电层；第一强化层通过第一导电层与第一电极层电性连接，第二强化层通过第二导电层与第二电极层电性连接。
可以理解的是，由于组成保护层的材料为不导电的材料，因此，第一强化层和第一电极层必须通过导电材料连接才能实现第一强化层和第一电极层的电性连接，第二强化层和第二电极层也必须通过导电材料连接才能实现第二强化层和第二电极层的电性连接。
实际应用中，保护层形成在第一支撑层与第二支撑层上，当第一支撑层和第二支撑层的材料为导电材料时，保护层可以覆盖第一支撑层和第二支撑层的部分上表面。第一强化层和第二强化层形成在保护层之上，同时，在第一支撑层和第二支撑层未被保护层覆盖的部分上表面也形成有强化层。可以理解的是，当第一支撑层和第二支撑层的材料为导电材料时，由于第一支撑层和第一强化层接触，且第一支撑层和第一电极层接触，从而使得第一强化层与第一电极层电性连接；由于第二支撑层和第二强化层接触，且第二支撑层和第二电极层接触，从而使得第二强化层与第二电极层电性连接。
实际应用中，当第一支撑层和第二支撑层的材料为不导电材料时，第一支撑层的底部可以只与压电层接触而不与第一电极层接触，第一导电层可以覆盖在第一支撑层和保护层的侧壁，第一导电层的底部与第一电极层接触，第一导电层的顶部与第一强化层接触，通过第一导电层实现第一电极层和第一强化层的电性连接，第二导电层可以覆盖在第二支撑层和保护层的侧壁，第二导电层与第二电极层以及第二强化层接触，通过第二导电层实现第二电极层和第二强化层的电性连接。
实际应用中，第一导电层和第二导电层的组成材料可以与第一强化层和第二强化层的组成材料相同或不同，但第一导电层和第二导电层的材料需要是导电材料。
在一些实施例中，第一强化层的材料和第二强化层的材料包括导电材料，且第一强化层的材料和第二强化层的材料的压缩强度均大于保护层的材料的压缩强度。
可以理解的是，第一强化层需要实现与第一电极层的电性连接，第二强化层需要实现与第二电极层的电性连接，并且第一强化层和第二强化层直接作为焊接层，需要通过第一强化层和第二强化层实现与其它器件的电性连接，因此，第一强化层的材料和第二强化层的材料需要包括导电材料。
实际应用中，由于保护层不与第二电极层直接接触，在保护层与第二电极层之间形成有第一空腔，因此，保护层会随着谐振结构不同的面积以及材料应力等问题，出现塌陷等现象，从而造成器件性能失效。
基于上述问题，本发明实施例为了改善由于保护层塌陷造成的器件性能失效的现象，在保护层上形成第一强化层和第二强化层，且第一强化层的材料和第二强化层的材料的压缩强度均大于保护层的材料的压缩强度。可以理解的是，实际应用中，保护层的组成材料包括玻璃纤维、环氧树脂等复合材料，由于保护层具有较高的拉伸强度，而第一强化层和第二强化层具有较高的压缩强度，因此，在保护层和强化层的共同作用下，可增加保护层的强度/改变应力，使得形成的保护层和强化层的整体结构更加稳固，消除保护层塌陷现象，改善器件性能失效问题。
在一些实施例中，第一强化层的材料和第二强化层的材料包括金属。
实际应用中，第一强化层的材料和第二强化层的材料均可以包括金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)、镊(Ni)或其任意组合，且不限于此。
实际应用中，谐振结构还包括：
位于第一强化层和保护层之间的第三强化层，位于第二强化层和保护层之间的第四强化层。
第三强化层和第四强化层的材料均为金属或金属合金等导电材料。示例性的，第三强化层和第四强化层的材料可以与前述第一强化层和第二强化层的材料相同，通过第三强化层增加第一强化层和保护层之间的接合性和附着性，通过第四强化层增加第二强化层和保护层之间的接合性和附着性。
在一些实施例中，如图3所示，谐振结构还包括：
位于第一强化层和第二强化层上的凸点底部金属层；
位于凸点底部金属层上的焊料凸点。
实际应用中，焊料凸点可以位于第一强化层和第二强化层两端，且与凸点底部金属层电连接，用于将谐振结构与其他器件电连接，有利于将包括谐振结构的声波器件与其他器件进行集成。焊料凸点的组成材料可包括：铜、锡等导电材料。
在一些实施例中，第一强化层和第二强化层的厚度相同。
实际应用中，优选第一强化层和第二强化层的厚度相同，但第一强化层和第二强化层的厚度也可以不同。可以理解的是，当第一强化层和第二强化层的厚度相同时，形成的谐振结构的整体平面更平整，这样使得在后续工艺中形成凸点底部金属层和焊料凸点后，两个焊料凸点的高度保持一致，从而使得整个谐振结构更为规整。当第一强化层和第二强化层的厚度不同时，也可以通过调整第一强化层和第二强化层上的凸点底部金属层和焊料凸点厚度，使得第一强化层和第二强化层上的焊料凸点的高度保持一致，从而使整个谐振结构更为规整。
在一些实施例中，第一强化层和第二强化层的面积相同或不同。
可以理解的是，第一强化层和第二强化层覆盖在保护层之上，第一强化层和第二强化层的面积是否相同是由第一强化层和第二强化层的形状特性决定的。当第一强化层和第二强化层的形状如图1a所示时，第一强化层和第二强化层的面积可以相同，而当第一强化层和第二强化层的形状如图4所示时，第一强化层和第二强化层的面积可以不同。
需要说明的是，图4为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，为了能更清楚的展示出第一电极层的俯视图形，图4中的压电层被透视，实际应用中第一电极层被压电层全部覆盖。
在一些实施例中，第一强化层的材料和第二强化层的材料相同或不同。
实际应用中，第一强化层和第二强化层的材料可以根据器件性能的不同需求进行选择。
在一些实施例中，如图1b所示，反射结构包括形成在衬底表面和第一电极层之间的第二空腔。
或者，实际应用中，如图5a所示，反射结构包括形成在衬底中的第二空腔；或者，实际应用中，如图5b所示，反射结构包括由声阻抗不同的第一介质层和第二介质层层叠设置在衬底和第一电极层之间形成的布拉格层。
本发明实施例提供了一种声波谐振结构，包括：衬底；依次层叠于衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；位于第二电极层上的保护层；其中，保护层与第二电极层之间形成有第一空腔；位于保护层上的第一强化层和第二强化层；其中，第一强化层与第一电极层电性连接，第二强化层与第二电极层电性连接，且第一强化层和第二强化层彼此不电性连接；第一强化层用于作为第一电极层的焊接层，第二强化层用于作为第二电极层的焊接层。本发明实施例中，通过在保护层上形成第一强化层和第二强化层，且第一强化层直接作为第一电极层的焊接层，第二强化层直接作为第二电极层的焊接层，一方面，由于形成的焊接层可具有较大的面积和体积，这样能使得焊接层的电阻降低，便于电流的通过，提高滤波器的功率容量，同时增加了散热面积和体积，从而提高滤波器的性能；另一方面，形成在保护层上的强化层直接作为第一电极层和第二电极层的焊接层，使得不需要在谐振结构外的衬底上再额外占据一定的空间形成焊接层，这样有利于满足滤波器的小型化需求。
基于上述谐振结构，本发明实施例还提供了一种滤波器，包括：
多个上述方案中任一项的谐振结构；
封装基板；
其中，多个谐振结构中的每个谐振结构通过相应的第一强化层和第二强化层分别与封装基板电性连接。
实际应用中，如图6所示，滤波器包括封装基板，封装基板通过焊料凸点实现与谐振结构中的第一电极层和第二电极层的电性连接。需要说明的是，图6中只示例性的示出了包含一个谐振结构的滤波器，实际应用中，滤波器中包含多个谐振结构。
在一些实施例中，如图6所示，封装基板中包括布线层；多个谐振结构通过布线层实现谐振结构之间的串联或并联连接。
实际应用中，封装基板中包括至少一层布线层，通过封装基板中的至少一层布线层实现多个谐振结构的串联或并联连接。
相关技术中，多个谐振结构的布图方式如图7所示，滤波器中包括多个谐振结构，在谐振结构外的衬底上形成有第一电极层和第二电极层的引线以及焊接层，多个谐振结构通过在谐振结构外的衬底上形成的引线和焊接层实现多个谐振结构之间的串联连接或并联连接，从图7中可以看到，第一电极层和第二电极层的引线以及焊接层占据了除谐振结构外的衬底的额外的空间，这样使得能在衬底上形成的谐振结构的数量较少，不利于滤波器的小型化需求。
而本发明实施例中提供的多个谐振结构的布图方式如图8a-图8c所示。本发明实施例中，一方面，提出的滤波器直接用强化层作为焊接层，这样不用占用额外的空间再形成第一电极层和第二电极层的引线以及焊接层，而是使作为焊接层的强化层直接接触封装基板，这样大大节省了滤波器的空间，有利于器件的小型化。另一方面，串联、并联电路在衬底外的封装基板上形成，可以形成可调滤波器。
图8b为在图8a的基础上，在相对于相关技术节省出来的空间的空旷区域增设谐振结构后的布图方式的示意图；图8c为优化谐振结构的排列方式后多个谐振结构的布图方式的示意图，从图8c中可以看到，优化排列方式后，相同晶粒(Die)面积下，可容纳的谐振结构的数量可以达到最大化，可增加设计弹性。另外，相同Die面积上，谐振结构的数量增加，可以提高滤波器功率，优化带外抑制。
图9为相关技术中，滤波器的带外抑制的曲线示意图，从图9中可以看到，相关技术中，高频m1(频率约为2.65GHz)的位置处的带外抑制约为-30dB；图10为本发明实施例提供的一种滤波器的带外抑制的曲线示意图，从图10中可以看到，高频m2(频率约为2.65GHz)的位置处的带外抑制约为-35.8dB；也就是说，相比于相关技术，在相同频率下，本发明实施例提供的一种滤波器的带外抑制改善了约5.8dB。在其他应用中，由于去掉了与第一电极层和第二电极层连接的引线，可以将多个谐振器排列的更加紧凑，在滤波器的阶数不变的情况下，可以选择面积更小的Die，使得相同尺寸的晶圆上可以制作更多的Die，从而提高晶圆的利用率，利于器件的小型化，并降低成本。
基于上述谐振结构，如图11所示，本发明实施例提供了一种谐振结构的制造方法，包括：
步骤1101：在衬底上形成反射结构；
步骤1102：在反射结构上形成第一电极层；
步骤1103：在第一电极层上形成压电层；
步骤1104：在压电层上形成第二电极层；
步骤1105：在第二电极层上形成保护层；其中，保护层与第二电极层之间形成有第一空腔；
步骤1106：在保护层上形成第一强化层和第二强化层；其中，第一强化层与第一电极层电性连接，第二强化层与第二电极层电性连接，且第一强化层和第二强化层彼此不电性连接；第一强化层用于作为第一电极层的焊接层，第二强化层用于作为第二电极层的焊接层。
图12a-图12k是本发明实施例的谐振结构制造方法的实现过程的示意图。下面结合图12a-图12k介绍本发明实施例提供的谐振结构的具体实现过程。
如图12a-图12b所示，在衬底上依序形成第一电极层、压电层、第二电极层。
需要说明的是，图12a为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，为了能更清楚的展示出第一电极层的俯视图形，图12a中的压电层被透视，实际应用中第一电极层被压电层全部覆盖；图12b示出了在图12a的AA’位置的剖面示意图。
在一些实施例中，方法还包括：
在第二电极层上形成保护层之前，如图12c-图12d所示，在第一电极层上形成第一支撑层，并在第二电极层上形成第二支撑层；其中，第一支撑层和第二支撑层的高度大于第二电极层的高度；
在第二电极层上形成保护层，如图12g-图12h所示，包括：
在第一支撑层和第二支撑层上形成保护层。
需要说明的是，图12c为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，图12d示出了在图12c的AA’位置的剖面示意图。图12g为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，图12h示出了在图12g的AA’位置的剖面示意图。为了能更清楚的展示出第一电极层的俯视图形，图12c和图12g中的压电层被透视，实际应用中第一电极层被压电层全部覆盖。
实际应用中，如图12b所示，方法还包括：
在反射结构上形成第一电极层之前，在衬底上形成牺牲层；
在衬底上形成反射结构，如图12e所示，包括：
去除衬底和第一电极层之间的牺牲层，使得衬底和第一电极层之间形成第二空腔，从而在衬底上形成反射结构。
实际应用中，可通过通孔刻蚀去除牺牲层；其中，图12b以及图12d中仅示出了牺牲层的部分区域，实际应用中，牺牲层也存在于压电层与衬底之间的部分区域，使得通孔可以位于谐振区及第一电极层、第二电极层外而只贯穿压电层。
实际应用中，牺牲层的组成材料可以包括：磷硅酸玻璃(PSG)或者二氧化硅等。以牺牲层的组成材料是二氧化硅为例，可利用硅烷(SiH4)与氧气(O2)作为反应气体，通过化学气相沉积工艺在衬底的表面形成牺牲层。
实际应用中，可以利用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺去除牺牲层。示例性的，干法刻蚀具体可以为气相刻蚀(Vapor Etching)，刻蚀气体包括可用于刻蚀牺牲层的材料的刻蚀气体，更具体的，当牺牲层的材料包括二氧化硅时，刻蚀气体可以是HF等。
实际应用中，方法还包括：
在衬底上形成第一电极层之前，在衬底中形成凹槽，在凹槽中形成牺牲层；
在衬底和第一电极层之间形成反射结构，包括：
去除凹槽中的牺牲层，使得衬底中形成第二空腔，从而在衬底和第一电极层之间形成反射结构。
实际应用中，在衬底和第一电极层之间形成反射结构，包括：
在衬底上形成第一电极层之前，在衬底上形成层叠设置的声阻抗不同的第一介质层和第二介质层，从而在衬底和第一电极层之间形成反射结构。
在一些实施例中，如图12f所示，方法还包括：
在压电层上形成第二电极层之后，在第二电极层上形成调整层；
在第二电极层上形成保护层之前，对调整层的厚度进行修整，以调整谐振结构的频率。
实际应用中，对调整层进行修整的方法包括刻蚀工艺，更具体的，可以为电感耦合等离子体刻蚀(ICP，Inductive Coupled Plasma Emission)，且对调整层进行修整的方法不局限于此。
实际应用中，调整层的材料可以包括导电材料，也可以包括不导电材料。需要说明的是，图12f仅示例性的示出了当调整层的材料为不导电材料，且第二支撑层的材料为导电材料时，第二支撑层与第二电极层的电连接方式，从图12f中可以看出，第二支撑层与第二电极层直接接触，从而使得第二支撑层和第二电极层电连接。实际应用中，当调整层的材料为导电材料，且第二支撑层的材料为导电材料时，第二支撑层可以设置在调整层上，通过调整层实现第二支撑层和第二电极层的电连接。
在一些实施例中，在保护层上形成第一强化层和第二强化层，包括：
通过薄膜生长工艺，在保护层上形成第一强化层和第二强化层。
这里，薄膜生长工艺可以包括蒸镀、溅镀，且不局限于此。
可以理解的是，如图13所示，当保护层和强化层只是堆叠在一起，也就是说保护层和强化层贴合不好时，当受到压力或拉力时，保护层和强化层之间会滑动或位移，保护层和强化层需要同时承受压应力及拉应力，这样使得整个结构强度增强的效果不好，无法改善保护层坍塌造成的器件性能失效问题。而本发明实施例中，一方面，通过薄膜生长的方式形成的第一强化层和第二强化层能与保护层完全贴合；另一方面，通过在第一强化层和保护层之间设置第三强化层，在第二强化层和保护层之间设置第四强化层，通过第三强化层增加第一强化层和保护层之间的接合性和附着性，通过第四强化层增加第二强化层和保护层之间的接合性和附着性，从而使得保护层和强化层贴合的更好。在保护层和强化层贴合的较好的情况下，如图14所示，当受到压力或拉力时，保护层和强化层分别承受压应力和拉应力，因此，可以增强整个结构的强度，改善保护层坍塌造成的器件性能失效问题。
图12i-图12j示出了在保护层上形成第一强化层和第二强化层。需要说明的是，图12i为本发明实施例提供的谐振结构的俯视示意图，为了能更清楚的展示出第一电极层的俯视图形，图12i中的压电层被透视，实际应用中第一电极层被压电层全部覆盖；图12j示出了在图12i的AA’位置的剖面示意图。
在一些实施例中，如图12k所示，方法还包括：
在第一强化层和第二强化层上均形成凸点底部金属层；
在凸点底部金属层上形成焊料凸点。
基于上述谐振结构的制造方法，本发明实施例还提供了一种滤波器的制造方法，包括：
根据上述任一谐振结构的制造方法形成多个谐振结构；
形成封装基板；
将多个谐振结构倒装在封装基板上；其中，多个谐振结构中的每个谐振结构通过相应的第一强化层和第二强化层分别与封装基板电性连接。
在一些实施例中，方法还包括：
在封装基板中形成布线层；多个谐振结构通过布线层实现谐振结构之间的串联或并联连接。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置、系统与方法，可以通过其他的方式实现。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (17)
1.一种声波谐振结构，其特征在于，包括：
衬底；
依次层叠于衬底上的反射结构、第一电极层、压电层和第二电极层；
位于所述第二电极层上的保护层；其中，所述保护层与所述第二电极层之间形成有第一空腔；
位于所述保护层上的第一强化层和第二强化层；其中，所述第一强化层与所述第一电极层电性连接，所述第二强化层与所述第二电极层电性连接，且所述第一强化层和所述第二强化层彼此不电性连接；所述第一强化层用于作为第一电极层的焊接层，所述第二强化层用于作为第二电极层的焊接层。
2.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述第一强化层与所述第二强化层之间形成有空隙；或者，所述第一强化层与所述第二强化层之间形成有绝缘层。
3.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述第一强化层的材料和所述第二强化层的材料包括导电材料，且所述第一强化层的材料和所述第二强化层的材料的压缩强度均大于所述保护层的材料的压缩强度。
4.根据权利要求3所述的谐振结构，其特征在于，所述第一强化层的材料和所述第二强化层的材料包括金属。
5.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述谐振结构还包括：位于所述保护层与所述第一电极层之间的第一支撑层，及位于所述保护层与所述第二电极层之间的第二支撑层；其中，所述第一支撑层和所述第二支撑层的材料均包括导电材料或不导电材料。
6.根据权利要求5所述的谐振结构，其特征在于，
当所述第一支撑层和所述第二支撑层的材料为导电材料时，所述第一强化层通过所述第一支撑层与所述第一电极层电性连接，所述第二强化层通过所述第二支撑层与所述第二电极层电性连接；
当所述第一支撑层和所述第二支撑层的材料为不导电材料时，所述谐振结构还包括：在第一强化层与第一电极层之间的第一导电层，在第二强化层与第二电极层之间的第二导电层；所述第一强化层通过所述第一导电层与所述第一电极层电性连接，所述第二强化层通过所述第二导电层与所述第二电极层电性连接。
7.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述谐振结构还包括：
位于所述第一强化层和第二强化层上的凸点底部金属层；
位于所述凸点底部金属层上的焊料凸点。
8.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述第一强化层和所述第二强化层的厚度相同。
9.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述第一强化层和所述第二强化层的面积相同或不同。
10.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述第一强化层的材料和所述第二强化层的材料相同或不同。
11.一种滤波器，其特征在于，所述滤波器包括：
多个权利要求1至权利要求10任一项所述的谐振结构；
封装基板；
其中，所述多个谐振结构中的每个谐振结构通过相应的第一强化层和第二强化层分别与所述封装基板电性连接。
12.根据权利要求11所述的滤波器，其特征在于，所述封装基板中包括布线层；所述多个谐振结构通过所述布线层实现所述谐振结构之间的串联或并联连接。
13.一种声波谐振结构的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成反射结构；
在所述反射结构上形成第一电极层；
在所述第一电极层上形成压电层；
在所述压电层上形成第二电极层；
在所述第二电极层上形成保护层；其中，所述保护层与所述第二电极层之间形成有第一空腔；
在所述保护层上形成第一强化层和第二强化层；其中，所述第一强化层与所述第一电极层电性连接，所述第二强化层与所述第二电极层电性连接，且所述第一强化层和所述第二强化层彼此不电性连接；所述第一强化层用于作为第一电极层的焊接层，所述第二强化层用于作为第二电极层的焊接层。
14.根据权利要求13所述的谐振结构的制造方法，其特征在于，所述在所述保护层上形成第一强化层和第二强化层，包括：
通过薄膜生长工艺，在所述保护层上形成所述第一强化层和第二强化层。
15.根据权利要求13所述的谐振结构的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第二电极层上形成保护层之前，在所述第一电极层上形成第一支撑层，并在所述第二电极层上形成第二支撑层；其中，所述第一支撑层和所述第二支撑层的高度大于所述第二电极层的高度；
所述在所述第二电极层上形成保护层，包括：
在所述第一支撑层和所述第二支撑层上形成所述保护层。
16.根据权利要求13所述的谐振结构的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述压电层上形成第二电极层之后，在所述第二电极层上形成调整层；
在所述第二电极层上形成保护层之前，对所述调整层的厚度进行修整，以调整所述谐振结构的频率。
17.根据权利要求13所述的谐振结构的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第一强化层和第二强化层上均形成凸点底部金属层；
在所述凸点底部金属层上形成焊料凸点。
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