CN116155224A - 一种体声波滤波器及其制造方法和电子装置 - Google Patents
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Abstract
一种体声波滤波器及其制造方法和电子装置，所述方法包括：提供第一衬底；在所述第一衬底上形成缓冲层，以及在所述缓冲层上形成压电层；在所述压电层的第一表面形成第一电极；提供第二衬底，在所述第二衬底的第一表面沉积覆盖有金属层；将所述第二衬底沉积覆盖有所述金属层的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合，以在所述金属层与所述第一电极之间形成第一空腔；依次去除所述第一衬底和所述缓冲层，以露出所述压电层的第二表面；在所述压电层的第二表面形成第二电极。本发明能够通过键合方式获得空腔结构，并对用于形成空腔结构的第二衬底进行整面性金属沉积，实现底部静电屏蔽。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种体声波滤波器及其制造方法和电子装置。
背景技术
射频滤波器是无线通信领域的重要器件之一。随着大数据和物联网时代的到来，装配于射频前端中的滤波器必然朝着高频率、低损耗、微型化、集成化等方向发展。基于压电材料的体声波(Bulk Acoustic Wave，BAW)滤波器是一种优选的射频滤波器解决方案，通过将多个BAW谐振器按照一定的拓扑结构级联，就可以实现中心频率高达数GHz的射频滤波器技术指标。相比于传统的陶瓷滤波器和同样基于压电材料的声表面波滤波器而言，BAW滤波器具有工作频率高、功率容量大、损耗低、体积小、温度稳定性好等优点。
相关技术中，体声波滤波器多在器件底部通过释放形成空腔，顶部通过与硅盖晶圆键合形成顶部空腔并密封，进而通过通孔及晶圆级封装工艺进行封装，不具备静电屏蔽效果。鉴于上述技术问题的存在，需要提供一种新的体声波滤波器及其制造方法。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对目前存在的问题，本发明实施例一方面提供一种体声波滤波器的制造方法，包括：提供第一衬底；在所述第一衬底上形成缓冲层，以及在所述缓冲层上形成压电层；在所述压电层的第一表面形成第一电极；提供第二衬底，在所述第二衬底的第一表面沉积覆盖有金属层；将所述第二衬底沉积覆盖有所述金属层的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合，以在所述金属层与所述第一电极之间形成第一空腔；依次去除所述第一衬底和所述缓冲层，以露出所述压电层的第二表面；在所述压电层的第二表面形成第二电极。
在一些实施例中，在形成所述第二电极之后，所述制造方法还包括：在所述压电层中形成通孔，所述通孔底部露出所述第一电极；形成填充所述通孔的导电插塞，所述导电插塞与所述第一电极电连接；在所述压电层的第二表面上形成第一键合金属部和第二键合金属部，所述第一键合金属部通过所述导电插塞电连接所述第一电极，所述第二键合金属部电连接所述第二电极。
在一些实施例中，在形成所述第二电极之后，所述制造方法还包括：提供第三衬底，将所述第三衬底的第一表面与所述压电层的第二表面相接合，以在所述第三衬底的第一表面与所述第二电极之间形成第二空腔；形成贯穿所述第三衬底的硅通孔，所述硅通孔用于引出所述第一电极或所述第二电极。
在一些实施例中，在形成所述第二电极之后，所述制造方法还包括：在所述第二电极上形成调频层，所述调频层露出所述第二电极的部分表面。
在一些实施例中，所述第二衬底的第一表面形成有第一凹槽，所述压电层的第一表面覆盖所述第一凹槽，以形成所述第一空腔。
在一些实施例中，所述第三衬底的第一表面形成有第二凹槽，所述压电层的第二表面覆盖所述第二凹槽，以形成所述第二空腔。
本发明实施例另一方面提供一种体声波滤波器，所述体声波滤波器包括：压电层，所述压电层的第一表面形成有第一电极，所述压电层的第二表面形成有第二电极；第二衬底，所述第二衬底的第一表面沉积覆盖有金属层，所述金属层与所述压电层相接合，所述金属层与所述第一电极之间形成有第一空腔。
在一些实施例中，所述体声波滤波器还包括：贯穿所述压电层的导电插塞，所述导电插塞与所述第一电极电连接；位于所述压电层的所述第二表面的第一键合金属部和第二键合金属部，所述第一键合金属部通过所述导电插塞电连接所述第一电极，所述第二键合金属部电连接所述第二电极。
在一些实施例中，所述体声波滤波器还包括：第三衬底，所述第三衬底的第一表面与所述压电层的第二表面相接合，所述第三衬底的第一表面与所述第二电极之间形成有第二空腔；贯穿所述第三衬底的硅通孔，所述硅通孔用于引出所述第一电极或所述第二电极。
本发明实施例又一方面提供一种电子装置，所述电子装置包括如上所述的体声波滤波器。
本发明的体声波滤波器的制造方法，通过在第二衬底上沉积覆盖金属层，将第二衬底与第一衬底形成有第一电极的一侧相接合，从而达到对底部空腔进行静电屏蔽的效果；此外，相比使用湿法刻蚀工艺通过去除牺牲层而形成空腔的技术，本发明通过键合的方式来获得空腔，不需要形成牺牲层，因此避免了湿法刻蚀工艺去除牺牲层对结构的损伤。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1A至图1J示出了本发明一个具体实施方式的体声波滤波器的制造方法依次实施所获得结构的剖面示意图；
图2示出了本发明一个具体实施方式的体声波滤波器的制造方法的流程图；
图3示出了本发明一个具体实施方式的电子装置的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细步骤和结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
相关技术中，体声波滤波器的制备工艺通常是在器件底部通过释放形成空腔，顶部通过与硅盖晶圆键合形成顶部空腔并密封，进而通过通孔及晶圆级封装工艺进行封装，不具备静电屏蔽效果。此外，上述方案中需要采取湿法工艺去除牺牲层，而长时间的浸泡容易损伤功能层。
因此，鉴于前述技术问题的存在，本发明提出一种体声波滤波器的制造方法，如图2所示，包括：
步骤S1，提供第一衬底；
步骤S2，在所述第一衬底上形成缓冲层，以及在所述缓冲层上形成压电层；
步骤S3，在所述压电层的第一表面形成第一电极；
步骤S4，提供第二衬底，在所述第二衬底的第一表面沉积覆盖有金属层；
步骤S5，将所述第二衬底沉积覆盖有所述金属层的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合，以在所述金属层与所述第一电极之间形成第一空腔；
步骤S6，依次去除所述第一衬底和所述缓冲层，以露出所述压电层的第二表面；
步骤S7，在所述压电层的第二表面形成第二电极。
本发明实施例的体声波滤波器的制造方法，通过在第二衬底上沉积覆盖金属层，将第二衬底与第一衬底形成有第一电极的一侧相接合，从而在金属层与第一电极之间形成第一空腔，金属层能够屏蔽外部电场，达到对底部空腔进行静电屏蔽的效果，保护底部空腔上方的微结构。此外，相比使用湿法刻蚀工艺通过去除牺牲层而形成空腔的技术，本发明实施例中通过将第二衬底和第一衬底形成有第一电极的一侧相接合的方式来获得空腔，不需要形成牺牲层，因此避免了湿法刻蚀工艺去除牺牲层对结构的损伤。
下面，参考图1A至图1J对本发明的体声波滤波器的制造方法做详细描述，其中，图1A至图1J示出了本发明一个具体实施方式的制造方法依次实施所获得的体声波滤波器的剖面示意图。
示例性地，本发明的体声波滤波器的制造方法包括以下步骤：
首先，提供第一衬底。具体地，第一衬底101可以为任意合适的半导体衬底，例如体硅衬底，其还可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side PolishedWafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷衬底、石英或玻璃衬底等。
接着，在所述第一衬底上形成缓冲层，以及在所述缓冲层上形成压电层。其中，可以通过任意适合的沉积方法，例如化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积等方法，沉积缓冲层102于第一衬底101上。
在一个示例中，缓冲层包括至少一层第一缓冲层和至少一层第二缓冲层。例如，如图1A所示，缓冲层102包括第一缓冲层1021和第二缓冲层1022，在第一衬底101的表面形成第二缓冲层1022后，在第二缓冲层1022的表面形成第一缓冲层1021。为描述方便，下文中以缓冲层102包括一层第一缓冲层1021和一层第二缓冲层1022的情况为例进行阐述。第一缓冲层1021和第二缓冲层1022的厚度可以根据实际器件工艺需要进行合理设定，在此不做具体限定。
在一个示例中，第一缓冲层1021与压电层104的晶格结构相匹配。当压电层104沉积到缓冲层102上时，第一缓冲层1021与压电层104的晶格结构相匹配(晶格结构一致或相似)，在缓冲层102的引导下使得压电层104底部的晶格可以规则而有序地排列，从而有效地降低压电层104的晶格缺陷，改善沉积的压电层104的结构，减少后续掺杂在压电材料中的金属元素的析出，例如减少氮化硅中的Sc的析出，从而提高压电层的压电系数，器件的机电耦合系数。
例如，第二缓冲层1022的材料包括氮化铝，第一缓冲层1021的材料包括钼或钯，压电层104的材料包括氮化铝。由于钼或钯与氮化铝的c轴方向有很好的结晶兼容性，因此，这样可以获得结晶质量和晶粒尺寸更好的压电层，并且，在第二缓冲层1022上沉积形成第一缓冲层1021，而第一缓冲层1021和第二缓冲层1022的晶格结构相匹配(相近或者大体一致)，因此，第二缓冲层1022还可以使沉积的第一缓冲层1021获得更好的结晶质量和晶粒尺寸，改善第一缓冲层1021的晶格结构，进而有助于改善后续沉积的压电层104的晶格结构。
进一步，如图1A所示，形成缓冲层102后，在缓冲层102上形成压电层104。在一个示例中，当缓冲层102包括至少一层第一缓冲层1021和至少一层第二缓冲层1022时，由于第一缓冲层1021的上表面具有良好的均一性和晶格结构，从而也可以引导压电层104底部的晶格规则而有序地排列，降低压电层104的晶格缺陷，提高压电层104的均一性、压电系数，进而提高器件的机电耦合系数。
在一些示例中，在缓冲层上形成压电层104，更具体地包括：在缓冲层102上沉积形成压电材料，例如可以使用化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积等沉积方法来形成压电材料；向压电材料中掺杂金属元素，以形成压电层104，该掺杂的金属元素包括钪、锆、钙、钛、镁等元素中的一种或几种。通过向压电材料中掺杂金属元素，可以提高压电层104的有效耦合系数，而压电层104的有效耦合系数和滤波器的带宽成正比，从而可以提高滤波器的带宽。
例如，压电层104可以材料可以选取为ScAlN(也即掺钪的氮化铝)。氮化铝薄膜具有声速高、热导率高、热稳定性好、与CMOS工艺兼容等优势，是弯曲度(BOW)器件的理想压电材料。但氮化铝薄膜的压电系数和机电耦合系数偏低，不利于实现器件的大带宽和低损耗，在很大程度上限制了氮化铝压电层的进一步应用。因此，在氮化铝薄膜中掺入例如钪的金属元素可以显著提升其压电响应。
接着，在压电层104的第一表面形成第一电极105。具体地，如图1A所示，第一电极105部分覆盖压电层104，露出压电层104的部分第一表面。
在一个示例中，形成第一电极105的方法包括：沉积第一电极材料层，覆盖压电层104，之后，在第一电极材料层上形成图案化的掩膜层，该掩膜层定义有第一电极105的图案，再以该图案化的掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一电极材料层，以形成第一电极105，最后，去除图案化的掩膜层。在另一个示例中，也可以采用剥离(lift off)工艺形成第一电极105，即首先在压电层104的第一表面形成图案化的掩膜层，再形成覆盖图案化的掩膜层的第一电极材料层，最后剥离图案化的掩膜层，同时去除其上方的第一电极材料层，得到第一电极105。
其中，所述第一电极105的材料可以使用导电材料或半导体材料，其中，导电材料可以为具有导电性能的金属材料，金属材料可使用铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、铂金(Pt)等金属或与金属与铜等的合金。半导体材料可使用Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。第一电极105的厚度可根据目标谐振频率来设定，例如可以设定为波长的1/10左右。
第一电极105可通过低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体缓冲化学气相沉积(PECVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)及原子层沉积(ALD)或其它先进的沉积技术形成。
在一个示例中，在压电层104上形成第一电极105之后，还可以制作金属桥、加载层等相应的微结构，例如可以对第一电极105的部分边缘进行蚀刻，以形成金属桥等相应的微结构。
接着，提供第二衬底107，在第二衬底107的第一表面沉积覆盖金属层103。
具体地，第二衬底107可以为任意合适的半导体衬底，例如体硅衬底，其还可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷衬底、石英或玻璃衬底等。
金属层103的材料可以包括任意适合的金属材料，包括但不限于Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、Sn、W和Al中的至少一种金属，较佳地，金属层103的材料包括Al或者金。金属层103用于对底部空腔进行静电屏蔽。
接着，将第二衬底107沉积覆盖有金属层103的一侧与第一衬底101形成有第一电极105的一侧相接合，以在金属层103与第一电极105之间形成第一空腔。
在一个示例中，如图1B所示，在将第二衬底107沉积覆盖有金属层103的一侧与第一衬底101形成有第一电极105的一侧相接合之前，在压电层104上形成图案化的第三键合金属部106。
第三键合金属部106的材料可以包括任意适合的金属材料，包括但不限于Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、Sn、W和Al中的至少一种金属，较佳地，第三键合金属部106的材料包括Al或者金。
可以使用任何适合的方法形成所述第三键合金属部106。例如，可以首先形成键合材料层以覆盖压电层104的上表面，再利用光刻工艺和刻蚀工艺图案化该键合材料层，以形成第三键合金属部106。或者，也可以通过包括但不限于物理气相沉积方法、化学气相沉积方法或磁控溅射的沉积方法形成第三键合金属部106。
在一个示例中，如图1B所示，将第二衬底107沉积覆盖有金属层103的一侧与第一衬底101形成有第一电极105的一侧相接合，包括：将第三键合金属部106和金属层103相键合。示例性地，第二衬底107的第一表面形成有第一凹槽，可以通过刻蚀第二衬底107形成第一凹槽，或者在第二衬底107表面形成凸起结构，从而在凸起结构之间形成第一凹槽。形成接合后，压电层104的第一表面覆盖第一凹槽，以形成第一空腔108。具体地，第一空腔108被包围在第三键合金属部106、金属层103、压电层104和第一电极105之间。本发明实施例中通过将形成有凹槽的第二衬底107与第一衬底101形成有第一电极105的一侧相接合的方式来获得第一空腔，不需要形成牺牲层，因此避免了湿法刻蚀工艺去除牺牲层对结构的损伤。
接着，依次去除第一衬底101和缓冲层102，以露出压电层104的第二表面。
在一个示例中，如图1C所示，首先去除第一衬底101。可以采取化学机械抛光(Chemical&Mechanical Polishing，简称CMP)法、刻蚀法等任何合适的方法去除所述第一衬底101。以采取化学机械抛光法去除第一衬底101为例，在一定压力下及抛光液的存在下，使第一衬底101对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合，使第一衬底101被研磨去除。在去除第一衬底101时，第二缓冲层1022也可以用作研磨停止层或刻蚀停止层，通过刻蚀方式去除第一衬底101时起到刻蚀停止作用，刻蚀工艺在第二缓冲层1022停止，而通过化学机械抛光法去除第一衬底101时起到研磨停止的作用。
在一个示例中，如图1D所示，在去除所述第一衬底101后，继续去除所述缓冲层102，以使压电层104的第二表面露出。可以采取刻蚀工艺等任何合适的方法去除所述缓冲层102。以采取刻蚀工艺去除所述缓冲层102为例，通过刻蚀工艺依次刻蚀掉第二缓冲层1022和第一缓冲层1021，从而露出压电层104的第二表面，其中，在通过刻蚀工艺刻蚀第二缓冲层1022时，第一缓冲层1021可以作为蚀刻停止层，刻蚀工艺包括但不限于湿法刻蚀或者干法刻蚀工艺等。
接着，在压电层104的第二表面形成第二电极109。在一个示例中，形成第二电极109的方法包括：沉积第二电极材料层，覆盖压电层104，之后，在第二电极材料层上形成图案化的掩膜层，该掩膜层定义有第二电极的图案，再以该图案化的掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二电极材料层，以形成第二电极109，最后，去除图案化的掩膜层。在另一个示例中，也可以采用剥离(lift off)工艺形成第二电极109，即首先在压电层104的第二表面形成图案化的掩膜层，再形成覆盖图案化的掩膜层的第二电极材料层，最后剥离图案化的掩膜层，同时去除其上方的第二电极材料层，得到第二电极109。
其中，第二电极109的材料可以使用导电材料或半导体材料，其中，导电材料可以为具有导电性能的金属材料，金属材料可使用铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、铂金(Pt)等金属或与金属与铜等的合金。半导体材料可使用Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。第二电极109的厚度可根据目标谐振频率来设定，例如可以设定为波长的1/10左右。
第二电极109可通过低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体缓冲化学气相沉积(PECVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)及原子层沉积(ALD)或其它先进的沉积技术形成。
其中，第一电极105、压电层104和第二电极109构成了声波滤波器的声波谐振复合薄膜，该声波谐振复合薄膜还可以包括上述几种膜层之外的其他膜层，可根据实际的器件进行合理设置，在此并不做具体限制。
在一个示例中，第一电极105和/或第二电极109在竖直方向的正投影均为不规则图形。根据本实施例提供的BAW，在第一电极105和第二电极109的交叠区域的下方形成一声腔，即第一空腔108，从而在第一电极105的下表面形成空气交界面。而由于空气的声阻抗近似为零，可以作为良好的声波限制边界，这样第一电极105的下表面的空气交界面和第二电极109的上表面的空气交界面相互配合，将BAW产生的声波限制在由第一电极105、压电层104和第二电极109组成的压电震荡堆之内。
在一个示例中，通过对压电层104的第一表面和第二表面进行修剪，修剪后的第一表面和第二表面分别形成第一电极105和第二电极109。与之相比，相关技术中将压电层沉积在下电极上，而其为了尽可能的减少压电层的晶向缺陷通常下电极边界角度较小。由于本发明实施例的压电层104是形成在缓冲层102上，这可以使得压电层晶向不受限于下电极的图案及边界条件的影响，从而可以增大第一电极105和第二电极109的角度，改善器件的边界条件。
在一个示例中，在形成第二电极109之后，也可以制作金属桥、加载层等相应的微结构，例如对第二电极109的部分边界进行刻蚀，以形成金属桥等。结合上文中的描述，在本发明实施例中，既可以在压电层的单边加工微结构，也可在压电层的双边(也即双侧)加工微结构，提高了微结构加工的选择性，且微结构的加工不会影响压电层104的晶向结构。
在一个示例中，如图1E～图1H所示，在形成第二电极109之后，所述制造方法还包括：在压电层104中形成通孔，通孔底部露出第一电极105；形成填充通孔的导电插塞114，导电插塞114与第一电极105电连接；在压电层104的第二表面上形成第一键合金属部115和第二键合金属部116，第一键合金属部115通过导电插塞114电连接第一电极105，以将第一电极105引出，第二键合金属部116电连接第二电极109，以将第二电极109引出。其中，在压电层104的第二表面上形成第一键合金属部115和第二键合金属部116不一定是指第一键合金属部115与第二键合金属部116与压电层104的第二表面直接接触，例如，第二键合金属部116与压电层104之间还可以形成有第二电极109。
示例性地，在形成第二电极109之后、在压电层104中形成通孔之前，还可以在第二电极109上形成调频层110，调频层110露出第二电极109的部分表面。其中，可以在沉积第二电极材料层之后，沉积覆盖第二电极材料层的调频层，之后图案化调频层110和第二电极材料层。对于BAW器件，频率由声学层(压电层、电极层和调频层)的厚度控制，通过形成不同厚度的调频层110，可以调节BAW器件的频率变化量。调频层110的材料可以使用任何适合的材料，例如调频层110使用诸如氮化铝、氧化锌、钽酸锂等，可通过物理气相沉积方法、化学气相沉积方法或磁控溅射等沉积方法在第二电极109上沉积形成所述调频层110。
如图1E所示，首先在压电层104的第二表面依次沉积第二电极109和调频层110。接着，在调频层110的表面形成图案化的掩膜层，图案化的掩膜层定义有第二电极109和调频层110的图案。可以通过光刻工艺在调频层110的表面上形成图案化的光刻胶层。
接着，如图1G所示，以所述图案化的掩膜层为掩膜，依次刻蚀所述调频层110和部分所述第二电极109，以形成第一键合金属部区域112和第二键合金属部区域113，刻蚀可以是干法刻蚀或者湿法刻蚀，较佳地，使用干法刻蚀。干法刻蚀包括但不限于：反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割，随后，将图案化的掩膜层去除，例如使用灰化的方法去除光刻胶掩膜材料的掩膜层。
随后，采取类似上述的方式在形成的第一键合金属部区域112的基础上进一步对露出的压电层104进行刻蚀，刻蚀的深度至露出第一电极105，以形成贯穿压电层104的通孔111。最后，如图1H所示，在刻蚀出的通孔111内形成导电插塞114、并在第一键合金属部区域112和第二键合金属部区域113分别形成第一键合金属部115和第二键合金属部116，第一电极105通过导电插塞114电连接第一键合金属部115。第一键合金属部115的至少部分上表面可以大体与第二键合金属部116的上表面平齐。第一键合金属部115、第二键合金属部116和导电插塞114的材料可以包括任意适合的金属材料，包括但不限于Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、Sn、W和Al中的至少一种金属，较佳地，第一键合金属部115、第二键合金属部116的材料包括Al，导电插塞114的材料包括W。
可以使用任何适合的方法形成导电插塞114、第一键合金属部115和第二键合金属部116，例如，可以通过包括但不限于物理气相沉积方法、化学气相沉积方法或磁控溅射的沉积方法使上述金属材料形成于所述通孔111、第一键合金属部区域112和第二键合金属部区域113中，其中，位于通孔111中的金属材料作为导电插塞114，位于所述第一键合金属部区域112中的金属材料作为第一键合金属部115，位于所述第二键合金属部区域113中的金属材料作为所述第二键合金属部116。
值得一提的是，还可以通过其他适合的工艺形成所述第一键合金属部115和第二键合金属部116，例如，可以首先形成金属材料层以分别覆盖压电层104和第二电极109的正面，再利用光刻工艺和刻蚀工艺图案化该金属材料层，以形成所述第一键合金属部115和第二键合金属部116。
接着，如图1I所示，提供第三衬底117，将第三衬底117的第一表面与压电层104的第二表面相结合，以在第三衬底117的第一表面与第二电极109之间形成第二空腔(也可以称为声腔)。其中，将第三衬底117的第一表面与压电层104的第二表面相结合不一定是指将第三衬底117的第一表面与压电层104的第二表面直接接合，例如，也可以通过键合金属部将第三衬底117与压电层104相接合。具体地，可以在第三衬底117的键合区域形成第四键合金属部118，并将第四键合金属部118分别与第一键合金属部115和第二键合金属部116相结合。第四键合金属部118的形成方法可以参见上文的相关描述，此处不过多阐述。
示例性地，第三衬底117的第一表面形成有第二凹槽，可以通过刻蚀第三衬底117形成第二凹槽，或者在第三衬底117表面形成凸起结构，从而在凸起结构之间形成第二凹槽。形成接合后，压电层104的第二表面覆盖第二凹槽，以形成第二空腔。本发明实施例中通过将形成有凹槽的第三衬底与压电层104相接合的方式来获得第二空腔，不需要形成牺牲层，因此避免了湿法刻蚀工艺去除牺牲层对结构的损伤。
之后，在第三衬底117中形成贯穿第三衬底117的硅通孔(Through Silicon Via，TSV)，硅通孔119用于引出第一电极或第二电极。具体地，硅通孔119的底部露出第四键合金属部118，从而通过第四键合金属部118与第一键合金属部115或第二键合金属部116电连接，从而分别引出第一电极和第二电极。
示例性地，如图1J所示，在形成硅通孔之前，还可以从第三衬底117的第二表面去除第三衬底117的部分厚度。例如，可以采取化学机械抛光法、刻蚀法等任何合适的方法去除第三衬底117的部分厚度。
值得一提的是，上述步骤的顺序仅作为示例，在不冲突的前提下，上述步骤的顺序还可以进行调换或者交替进行等。
至此完成了对本发明的体声波滤波器的关键制造方法的介绍，对于完整的器件的制作还需其他前序步骤、中间步骤或者后续步骤，在此不做赘述。
综上所述，本发明实施例的体声波滤波器的制造方法，通过在第二衬底上沉积覆盖金属层，将第二衬底与第一电极相接合，并在金属层与第一电极之间形成第一空腔，从而达到对底部空腔进行静电屏蔽的效果。此外，本发明实施例中不需要形成牺牲层来形成空腔，而是通过在第二衬底和第三衬底中形成凹槽，并通过键合使压电层覆盖凹槽以构成空腔，避免了形成有功能层(例如压电层、第一电极层和第二电极层)的器件在湿法工艺去除牺牲层时长时间浸泡在刻蚀液中而损伤功能层的问题。
本发明实施例还提供一种体声波滤波器，该体声波滤波器可以由前述实施例中的方法制备获得，但不限于此。下面，参考图1J对本发明实施例的体声波滤波器做详细介绍和说明，值得一提的是，为了避免重复，对于与前述实施例一中相同的部件和结构仅做简单说明，其具体的解释和说明可参考实施例一中的描述。
具体地，如图1J所示，本发明实施例的体声波滤波器包括压电层104，压电层104的第一表面形成有第一电极105，压电层104的第二表面形成有第二电极109；第二衬底107，第二衬底107的第一表面沉积覆盖有金属层103，金属层103与所述第一电极105相接合，金属层103与第一电极105之间形成有第一空腔108。
示例性地，在压电层104上形成有第三键合金属部106，第三键合金属部106和金属层103相键合，且第二衬底107形成有第一凹槽，从而在金属层103与第一电极105之间形成有第一空腔108。示例性地，第三键合金属部106和金属层103的材料可以包括任意适合的金属材料，包括但不限于Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、Sn、W和Al中的至少一种金属。第二电极109和第一电极105的材料可以使用导电材料或半导体材料，其中，导电材料可以为具有导电性能的金属材料，金属材料可使用铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、铂金(Pt)等金属或与金属与铜等的合金。第二电极109和第一电极105的厚度可根据目标谐振频率来设定，示例性地，第二电极109和第一电极105的厚度可均设定为波长的1/10左右。
示例性地，压电层104的材料可以使用ZnO、AlN、GaN、锆钛酸铅、钛酸铅等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料，掺杂的金属元素包括钪、锆、钙、钛、镁等元素中的一种或几种。
在一个示例中，在第二电极109的表面上设置有调频层110，调频层110覆盖部分第二电极109。调频层110的材料可以使用任何适合的材料，例如调频层110使用诸如氮化铝、氧化锌、钽酸锂等。
进一步地，压电层104中还形成有贯穿压电层104的导电插塞114。压电层104的第一表面形成有第一键合金属部115和第二键合金属部116，导电插塞114的一端电连接第一电极105，另一端电连接第一键合金属部115，以将第一电极105引出；第二键合金属部116电连接第二电极109，以将第二电极109引出。
进一步地，体声波滤波器还包括第三衬底117，第三衬底117的第一表面与压电层104的第二表面相接合，第三衬底117的第一表面与压电层104之间形成有第二空腔。示例性地，第三衬底117形成有第二凹槽，第二凹槽外侧形成有第四键合金属部118，第四键合金属部118分别与第一键合金属部115和第二键合金属部116相接合，从而在第三衬底117与压电层104之间形成第二空腔。
第三衬底117中还形成有贯穿第三衬底117的硅通孔119，用于引出第一电极105或第二电极109。硅通孔119位于所述第一键合金属部或第二键合金属部上方，其底部露出第四键合金属部118，后续在硅通孔119中填充导电材料，即可通过硅通孔119与第一键合金属部115或第二键合金属部116电连接，进而引出第一电极105或第二电极109。
根据本发明实施例的体声波滤波器，在第二衬底的第一表面沉积覆盖有金属层，能够达到对底部空腔进行静电屏蔽的效果，有效保护底部空腔上方的微结构。
本发明另一实施例中还提供了一种电子装置，包括前述的体声波滤波器，所述体声波滤波器可以根据前述的方法制备得到。
本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、数码相框、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括电路的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的体声波滤波器，因而具有更好的性能。
其中，图3示出移动电话手机的示例。移动电话手机300被设置有包括在外壳301中的显示部分302、操作按钮303、外部连接端口304、扬声器305、话筒306等。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (10)
1.一种体声波滤波器的制造方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底；
在所述第一衬底上形成缓冲层，以及在所述缓冲层上形成压电层；
在所述压电层的第一表面形成第一电极；
提供第二衬底，在所述第二衬底的第一表面沉积覆盖有金属层；
将所述第二衬底沉积覆盖有所述金属层的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合，以在所述金属层与所述第一电极之间形成第一空腔；
依次去除所述第一衬底和所述缓冲层，以露出所述压电层的第二表面；
在所述压电层的第二表面形成第二电极。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在形成所述第二电极之后，所述制造方法还包括：
在所述压电层中形成通孔，所述通孔底部露出所述第一电极；
形成填充所述通孔的导电插塞，所述导电插塞与所述第一电极电连接；
在所述压电层的第二表面上形成第一键合金属部和第二键合金属部，所述第一键合金属部通过所述导电插塞电连接所述第一电极，所述第二键合金属部电连接所述第二电极。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，在形成所述第二电极之后，所述制造方法还包括：提供第三衬底，将所述第三衬底的第一表面与所述压电层的第二表面相接合，以在所述第三衬底的第一表面与所述第二电极之间形成第二空腔；
形成贯穿所述第三衬底的硅通孔，所述硅通孔用于引出所述第一电极或所述第二电极。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在形成所述第二电极之后，所述制造方法还包括：
在所述第二电极上形成调频层，所述调频层露出所述第二电极的部分表面。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第二衬底的第一表面形成有第一凹槽，所述压电层的第一表面覆盖所述第一凹槽，以形成所述第一空腔。
6.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述第三衬底的第一表面形成有第二凹槽，所述压电层的第二表面覆盖所述第二凹槽，以形成所述第二空腔。
7.一种体声波滤波器，其特征在于，所述体声波滤波器包括：
压电层，所述压电层的第一表面形成有第一电极，所述压电层的第二表面形成有第二电极；
第二衬底，所述第二衬底的第一表面沉积覆盖有金属层，所述金属层与所述压电层相接合，所述金属层与所述第一电极之间形成有第一空腔。
8.如权利要求7所述的体声波滤波器，其特征在于，还包括：
贯穿所述压电层的导电插塞，所述导电插塞与所述第一电极电连接；
位于所述压电层的所述第二表面的第一键合金属部和第二键合金属部，所述第一键合金属部通过所述导电插塞电连接所述第一电极，所述第二键合金属部电连接所述第二电极。
9.如权利要求7或8所述的体声波滤波器，其特征在于，还包括：
第三衬底，所述第三衬底的第一表面与所述压电层的第二表面相接合，所述第三衬底的第一表面与所述第二电极之间形成有第二空腔；
贯穿所述第三衬底的硅通孔，所述硅通孔用于引出所述第一电极或所述第二电极。
10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括如权利要求9所述的体声波滤波器。
Priority Applications (1)
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| CN202310166287.4A CN116155224A (zh) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 一种体声波滤波器及其制造方法和电子装置 |
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| CN202310166287.4A CN116155224A (zh) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | 一种体声波滤波器及其制造方法和电子装置 |
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