CN114884483B - 一种saw和baw的混合层叠滤波器芯片及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于MEMS芯片制造工艺领域，提供了一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片及其制造工艺。SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片包括衬底、BAW模块和SAW模块；所述衬底、所述BAW模块和所述SAW模块依次层叠设置；所述BAW模块包括第一电极层、第二电极层和介质层，所述第一电极层、所述介质层和所述第二电极层依次层叠设置，形成“三明治”结构膜层；所述SAW模块包括电声转换器，所述电声转换器通过第一导线分别与所述第一电极层和所述第二电极层连接；所述第一电极层和所述衬底之间设置有第一空腔，所述第二电极层和所述SAW模块之间设置有第二空腔。本发明可满足不同频段声波滤波需求，拥有相对较高的Q值设计，且与终端产品的高集成小尺寸的要求有更高适配度。

Description

一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片及其制造工艺
技术领域
本发明属于MEMS芯片制造工艺领域，尤其涉及一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片及其制造工艺。
背景技术
随着当今集成电路的迅速发展，大规模集成电路已逐渐的出现在人们的视野当中，同时随着科技时代的进步，手机和自动汽车等电子技术设备也逐一亮相，5G信号也相应的被设计出来。其5G信号相对原有的4G信号的优势在于它的频段会更大更宽且信号传输运行的速度更快，带宽外频段的抑制能力更强。
目前滤波器芯片的分类可分为SAW类型和BAW类型。SAW，即表面声谐振器(SurfaceAcoustic Wave)，利用声表面波来处理和传播信号的无源器件；BAW，即薄膜体声谐振器(Bulk Acoustic Wave)，以纵波或横波在固体内部传递的形式来处理声波信号。
SAW和BAW两种滤波器芯片分别适配不同低中高频段，只在相应的频段中有优势。现有的SAW滤波器芯片和BAW滤波器芯片只能分别适配相应的低中高频段，无法同时处理不同频段的声波。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片及其制造工艺，旨在解决现有滤波器芯片无法处理不同频段的声波的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片，所述SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片包括衬底、BAW模块和SAW模块；所述衬底、所述BAW模块和所述SAW模块依次层叠设置；
所述BAW模块包括第一电极层、第二电极层和介质层，所述第一电极层、所述介质层和所述第二电极层依次层叠设置，形成“三明治”结构膜层；
所述SAW模块包括电声转换器，所述电声转换器通过第一导线分别与所述第一电极层和所述第二电极层连接；
所述衬底和所述SAW模块之间设置有支撑柱，所述第一电极层和所述衬底之间设置有第一空腔，所述第二电极层和所述SAW模块之间设置有第二空腔。
本发明实施例的另一目的在于一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺，所述SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺包括：
在衬底与第一电极层之间设置第一空腔，在第二电极层与SAW模块的高阻片之间设置第二空腔；
在所述高阻片上设置电声转换器；
通过第一导线将所述电声转换器的两端分别与所述第一电极层和所述第二电极层连接；
在所述电声转换器上做钝化层，并在所述钝化层开设通孔；
利用PVD工艺和高温回流工艺在所述钝化层上形成锡银球体和铜柱；
对所述衬底进行减薄抛光，得到成型芯片；
对所述成型芯片进行晶圆分片切割，得到SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片。
本发明实施例提供的一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片，将BAW模块与SAW模块纵向叠放，构成混合结构滤波器叠层模块结构，满足不同频段声波滤波需求的同时，还拥有相对较高的Q值设计；此外，由于该混合结构滤波器叠层模块结构，滤波器芯片整体的结构更加紧凑，在满足终端产品的性能需求的同时，也可以与终端产品的高集成小尺寸的要求有更高适配度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片的结构图；
图2为本发明实施例提供的SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺的流程图；
图3为本发明实施例提供的第一空腔和“三明治”结构膜层的结构图；
图4为本发明实施例提供的SAW模块的结构图；
图5为本发明实施例提供的设置电声转换器的结构图；
图6为本发明实施例提供的导通电声转换器和电极层的结构图；
图7为本发明实施例提供的设置钝化层的结构图。
附图标号：
1、衬底；2、第一电极层；3、第二电极层；4、第一空腔；5、第二空腔；6、电声转换器；7、第一导线；8、介质层；9、支撑柱；10、高阻片；11、钝化层；12、锡银球体；13、铜柱；14、第二导线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。
如图1所示，在一个实施例中，提供了一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片，包括衬底1、BAW模块和SAW模块；所述衬底1、所述BAW模块和所述SAW模块依次层叠设置；
所述BAW模块包括第一电极层2、第二电极层3和介质层8，所述第一电极层2、所述介质层8和所述第二电极层3依次层叠设置，形成“三明治”结构膜层；
所述SAW模块包括电声转换器6，所述电声转换器6通过第一导线7分别与所述第一电极层2和所述第二电极层3连接；
所述衬底1和所述SAW模块之间设置有支撑柱9，所述第一电极层2和所述衬底1之间设置有第一空腔4，所述第二电极层3和所述SAW模块之间设置有第二空腔5。
在本实施例中，衬底1一般为硅基板或者玻璃板，作为滤波器芯片的基底。衬底1上方设置BAW模块，BAW模块上方设置有SAW模块。BAW模块为适配高频段范围的模块结构，其中BAW的工作区主要是依靠“三明治”结构膜层(金属-介质-金属)及其构成的空腔结构，也就是由第一电极层2、第二电极层3、第一空腔4、第二空腔5和介质层8组成的结构。第一电极层2和第二电极层3所用的材料为Mo(钼)，介质层8为氮化铝(AlN)或掺钪氮化铝(ScAlN)，所形成的“三明治”结构膜层为Mo-AlN-Mo或Mo-ScAlN-Mo。
SAW模块适配低频段范围的模块结构，其IDT核心工作区是由金属交叉排列组成，也就是电声转换器6。第一导线7穿过BAW模块，将“三明治”结构膜层和电声转换器6连接起来。
在本实施例中，所述电声转换器6呈音叉形状。
在本实施例中，所述SAW模块还包括高阻片10和钝化层11，所述钝化层11、所述电声转换器6和所述高阻片10依次层叠设置；所述第二空腔5设置在所述第二电极层3和所述高阻片10之间。
高阻片为一个高阻值的膜层，通常由硅或玻璃制成。高阻片10上开设有通孔，高阻片10上方设置有电声转换器6，第一导线7穿过通孔连接电声转换器6的一端与第一电极层2，以及电声转化器6的另一端与第二电极层3。钝化层11设置在电声转换器6上方，用于保护下方的电声转换器6，延缓金属材料的氧化，其材料为聚酰亚胺PI。支撑柱9是一种绝缘材料，设置在衬底1的边缘，与SAW模块的高阻片10连接，用于上方的支撑SAW模块。在支撑柱9撑起的腔体内，高阻片10和第二电极层3之间形成所述第二空腔5。
在本实施例中，所述SAW模块上设置有锡银球体12和铜柱13；所述锡银球体12与所述铜柱13连接，所述铜柱13通过第二导线14与所述第一导线7连接。
铜柱13设置在SAW模块的钝化层11上，钝化层11上设置有通孔，第二导线14通过通孔连接铜柱13和第一导线7。铜柱13上的锡银球体12由高温回流工艺制成，用以更好的和封装PCB板熔接。
本实施例将BAW模块与SAW模块纵向叠放，构成一种Hybrid filter(混合结构滤波器)叠层模块结构。SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片具备SAW(表面声谐振器)、BAW(薄膜体声谐振器)的频段需求的同时，还拥有相对较高的Q值设计。由于本实施例将BAW模块与SAW模块叠放设置，将BAW和SAW的核心工作区域混合叠放，使得芯片整体的结构更加紧凑，在满足终端产品的性能需求的同时，也可以与终端产品的高集成小尺寸的要求有更高适配度。
如图2所示，在一个实施例中，提供了一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺，所述SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺包括步骤S202～S214：
步骤S202，在衬底1与第一电极层2之间设置第一空腔4，在第二电极层3与SAW模块的高阻片10之间设置第二空腔5。
在本实施例中，所述步骤S202具体包括步骤S302～S310：
步骤S302，用牺牲层工艺在所述衬底1上开设凹槽。
步骤S304，在所述凹槽上依次叠放所述第一电极层2、介质层8和所述第二电极层3，所述第一电极层2、所述介质层8和所述第二电极层3构成“三明治”结构膜层，所述凹槽构成所述第一空腔4；
步骤S306，对所述“三明治”结构膜层进行镀铜引线，导通所述“三明治”结构膜层内部的走线。
步骤S308，在所述衬底1的边缘设置绝缘的支撑柱9，以键合的方式将所述高阻片10设置在所述支撑柱9上，使所述高阻片10与所述第二电极层3之间的空间构成所述第二空腔5。
步骤S310，削减所述高阻片10的厚度，并对所述高阻片10进行抛光。
步骤S302～S310所做的中间成品如图3和4所示，第一空腔4为衬底1上的一个凹槽，通过表面牺牲层工艺制得，第一电极板2贴合在衬底1上方，盖住衬底1上的凹槽，使得第一空腔4为一个完整的腔体；“三明治”结构膜层为Mo-AlN-Mo或Mo-ScAlN-Mo，为金属层-介质层-金属层；第二空腔5为支撑柱9撑起的间隔层，设置在高阻片10与第二电极层3之间。本实施例通过这种层叠的方式，在“三明治”结构膜层的上下两面各设置一个空腔，构成BAW模块的主要工作区域，所形成的BAW模块更紧凑、小巧。
步骤S204，在所述高阻片10上设置电声转换器6。
在本实施例中，所述步骤S204具体包括步骤S402～S404：
步骤S402，利用PVD工艺和电镀铜工艺，在所述高阻片10上形成金属膜层。
步骤S404，利用金属刻蚀工艺，在所述金属膜层上形成音叉形状的所述电声转换器6。
步骤S402～S404所做的中间成品如图5所示，电声转换器6设置在高阻片10上方，使其叠放在BAW模块上方。
步骤S206，通过第一导线7将所述电声转换器6的两端分别与所述第一电极层2和所述第二电极层3连接。
在本实施例中，所述步骤S206具体包括步骤S502～S506：
步骤S502，利用光刻刻蚀工艺，在所述高阻片10上形成通孔。
步骤S504，利用PVD工艺，在所述高阻片10上形成铜的种籽层。
步骤S506，利用电镀铜工艺，在所述高阻片10的通孔上形成所述第一导线7，使得所述电声转换器6的一端连接所述第一电极层2，所述电声转换器6的另一端连接所述第二电极层3。
步骤S502～S506所做的中间成品如图6所示，通过光刻刻蚀对Via(通孔)部分进行打孔工艺，使高阻片10下方需要导通的部分显露出来，用于导通第一导线7。关于第一导线7的连接，则是将SAW模块中的铜Pad(铜板，由铜组成的金属面)与BAW模块中的铜Pad相互连接起来，使得电声转换器6通过第一导线7分别与第一电极层2和第二电极层3连接。
步骤S208，在所述电声转换器6上做钝化层11，并在所述钝化层11开设通孔。
在本实施例中，所述步骤S208具体包括步骤S602～S606：
步骤S602，在所述电声转换器6上设置所述钝化层11。
步骤S604，利用光刻工艺的旋涂、曝光和显影，在钝化层11中形成导通第二导线14的通孔。
步骤S606，利用热退火工艺，蒸发钝化层11中的水分并固化所述钝化层11。
步骤S602～S606所做的中间成品如图7所示，形成第二导线14的通孔，其目的是将芯片内部的铜走线引出到芯片外部的通道。
步骤S210，利用PVD工艺和高温回流工艺在所述钝化层11上形成锡银球体12和铜柱13。
在本实施例中，所述步骤S210具体包括步骤S702～S708：
步骤S702，利用PVD工艺，在所述钝化层11上形成铜的种籽层。
步骤S704，利用电镀铜工艺，在所述钝化层11上形成所述铜柱13，并通过第二导线14导通所述铜柱13与所述第一导线7。
步骤S706，在所述铜柱13上形成薄层的锡银合金。
步骤S708，通过高温回流工艺，将所述锡银合金回流成球体，得到所述锡银球体12。
步骤S212，对所述衬底进行减薄抛光，得到成型芯片。
步骤S214，对所述成型芯片进行晶圆分片切割，得到SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片。
以上为关于BAW和SAW的Hybrid工艺结构的专利设计，该结构可以使BAW和SAW互相导通，可以实现不同分段的信号过滤。如图1所示，本实施例将BAW模块与SAW模块纵向叠放，在实现不同分段的信号过滤的同时，还拥有相对较高的Q值设计。此外，由于本实施例将BAW模块与SAW模块叠放设置，将BAW和SAW的核心工作区域混合叠放，使得芯片整体的结构更加紧凑，在满足终端产品的性能需求的同时，也可以与终端产品的高集成小尺寸的要求有更高适配度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片，其特征在于，所述SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片包括衬底、BAW模块和SAW模块；所述衬底、所述BAW模块和所述SAW模块依次层叠设置；所述BAW模块包括第一电极层、第二电极层和介质层，所述第一电极层、所述介质层和所述第二电极层依次层叠设置，形成“三明治”结构膜层；所述SAW模块包括电声转换器，所述电声转换器通过第一导线分别与所述第一电极层和所述第二电极层连接；所述衬底和所述SAW模块之间设置有支撑柱，所述第一电极层和所述衬底之间设置有第一空腔，所述第二电极层和所述SAW模块之间设置有第二空腔；所述SAW模块还包括高阻片和钝化层，所述钝化层、所述电声转换器和所述高阻片依次层叠设置；所述第二空腔设置在所述第二电极层和所述高阻片之间，所述SAW模块上设置有锡银球体和铜柱；所述锡银球体与所述铜柱连接，所述铜柱通过第二导线与所述第一导线连接。
2.根据权利要求1所述的SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片，其特征在于，所述电声转换器呈音叉形状。
3.一种SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺，其特征在于，所述SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺包括：在衬底与第一电极层之间设置第一空腔，在第二电极层与SAW模块的高阻片之间设置第二空腔；在所述高阻片上设置电声转换器；通过第一导线将所述电声转换器的两端分别与所述第一电极层和所述第二电极层连接；在所述电声转换器上做钝化层，并在所述钝化层开设通孔；利用PVD工艺和高温回流工艺在所述钝化层上形成锡银球体和铜柱；对所述衬底进行减薄抛光，得到成型芯片；对所述成型芯片进行晶圆分片切割，得到SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片；
所述在所述电声转换器上做钝化层，并在所述钝化层开设通孔，包括以下步骤：
在所述电声转换器上设置所述钝化层；
利用光刻工艺的旋涂、曝光和显影，在钝化层中形成导通第二导线的通孔；
利用热退火工艺，蒸发钝化层中的水分并固化所述钝化层；
所述利用PVD工艺和高温回流工艺在所述钝化层上形成锡银球体和铜柱，包括以下步骤：
利用PVD工艺，在所述钝化层上形成铜的种籽层；利用电镀铜工艺，在所述钝化层上形成所述铜柱，并通过第二导线导通所述铜柱与所述第一导线；
在所述铜柱上形成薄层的锡银合金；通过高温回流工艺，将所述锡银合金回流成球体，得到所述锡银球体。
4.根据权利要求3所述的SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺，其特征在于，所述在衬底与第一电极层之间设置第一空腔，在第二电极层与SAW模块的高阻片之间设置第二空腔，包括如下步骤：用牺牲层工艺在所述衬底上开设凹槽；在所述凹槽上依次叠放所述第一电极层、介质层和所述第二电极层，所述第一电极层、所述介质层和所述第二电极层构成“三明治”结构膜层，所述凹槽构成所述第一空腔；对所述“三明治”结构膜层进行镀铜引线，导通所述“三明治”结构膜层内部的走线；在所述衬底的边缘设置绝缘的支撑柱，以键合的方式将所述高阻片设置在所述支撑柱上，使所述高阻片与所述第二电极层之间的空间构成所述第二空腔；削减所述高阻片的厚度，并对所述高阻片进行抛光。
5.根据权利要求3所述的SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺，其特征在于，所述在所述高阻片上设置电声转换器，包括以下步骤：
利用PVD工艺和电镀铜工艺，在所述高阻片上形成金属膜层；
利用金属刻蚀工艺，在所述金属膜层上形成音叉形状的所述电声转换器。
6.根据权利要求3所述的SAW和BAW的混合层叠滤波器芯片制造工艺，其特征在于，所述通过第一导线将所述电声转换器的两端分别与所述第一电极层和所述第二电极层连接，包括以下步骤：
利用光刻刻蚀工艺，在所述高阻片上形成通孔；
利用PVD工艺，在所述高阻片上形成铜的种籽层；
利用电镀铜工艺，在所述高阻片的通孔上形成所述第一导线，使得所述电声转换器的一端连接所述第一电极层，所述电声转换器的另一端连接所述第二电极层。
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