CN118157613A - 薄膜体声波器件的封装结构及电气产品 - Google Patents
薄膜体声波器件的封装结构及电气产品 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118157613A CN118157613A CN202211565542.4A CN202211565542A CN118157613A CN 118157613 A CN118157613 A CN 118157613A CN 202211565542 A CN202211565542 A CN 202211565542A CN 118157613 A CN118157613 A CN 118157613A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- wafer
- pin
- package structure
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 73
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 112
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 112
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 101
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 72
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 238000009966 trimming Methods 0.000 claims description 5
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract description 106
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 293
- 238000000034 method Methods 0.000 description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 description 24
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 14
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 7
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 235000019687 Lamb Nutrition 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 238000009623 Bosch process Methods 0.000 description 1
- 201000005947 Carney Complex Diseases 0.000 description 1
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
本申请实施例提供了一种薄膜体声波器件的封装结构及电气产品,涉及半导体技术领域。该薄膜体声波器件的封装结构通过在压电薄膜的正面形成用于在两个晶圆键合之前进行信号测试的电极,即测试端,在衬底的背面形成用于引出信号的引脚,即信号端,因此,测试端和信号端形成于衬底的两侧,这样,测试端与信号端在厚度方向上可以重叠的设置,有利于缩小芯片的平面尺寸,从而能够得到性能良好、结构紧凑的晶圆级封装器件。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域,具体涉及一种薄膜体声波器件的封装结构及电气产品。
背景技术
在第五代移动通信(5G)技术标准下,以n77、n78、n79为代表的新频段,其频率范围在3-5GHz,相对带宽在12%-24%之间,而传统射频前端滤波器大多数采用基于块体铌酸锂或钽酸锂衬底的表面声波(SAW)、基于AlN或Sc掺杂AlN薄膜的体声波(BAW)谐振器技术实现,其相对带宽大多数在10%以下,甚至不超过5%,这使得面向5G应用的射频前端滤波器面临着频率提升和带宽拓展的双重困难。
近年来,随着离子切片技术的成熟,使得在硅衬底或其他复合衬底上能够实现百纳米到几微米厚度的铌酸锂(LiNbO3,简称LN)或钽酸锂(LiTaO3,简称LT)单晶压电薄膜,从而可以利用这类单晶压电薄膜的优良压电特性制作出高频、大带宽滤波器,从而有希望解决上述问题。
在一些现有技术中,通过对LN或者LT单晶压电薄膜衬底进行加工,在其表面形成叉指状的电极条(简称为叉指电极条),可以激励出多种横向激励的振动模式,例如A1模式、S0和SH0模式。这三种模式均可以实现高频大带宽滤波器。
应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅因为这些方案在本的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
发明人发现,现有的A1或者S0模式或者SH0模式的谐振器或滤波器中,其叉指电极条均位于压电薄膜的上表面,而作为声反射层的空腔位于压电薄膜的下表面,即空腔与叉指电极条分别位于压电薄膜的两侧。在此基础上形成的晶圆级封装,通常是利用位于盖帽侧晶圆中的金属孔结构来引出信号。对于滤波器等器件而言,在晶圆级封装前,需要进行多次探针测试,而探针测试会对测试引脚表面的金属层产生划痕损伤,因此,探针测试所用引脚与键合所用引脚(也是信号引出管脚)形成在压电薄膜的同一侧且不能使用相同的引脚,因此,增加了引脚所占的面积,这样,不利于形成紧凑的晶圆级封装结构。
为了解决现有技术中存在的上述问题中的至少一个,本申请实施例提供一种薄膜体声波器件的封装结构及电气产品。
根据本申请实施例的第一方面,提供一种薄膜体声波器件的封装结构,所述封装结构包括相互键合的第一晶圆和第二晶圆,所述第一晶圆包括衬底以及至少一个薄膜体声波谐振器,所述衬底包括孔结构,所述薄膜体声波谐振器包括:压电薄膜,其形成于所述衬底的一侧;声反射层,其形成于所述衬底和所述压电薄膜之间;第一电极,其包括第一组叉指电极条,所述第一组叉指电极条形成于所述压电薄膜的与所述声反射层相同的一侧,并且,所述第一电极通过所述孔结构与形成于所述衬底的与所述压电薄膜相反的一侧的引脚连接;以及第二电极,其形成于所述压电薄膜的与所述声反射层相反的一侧,并与所述第一电极连接。
根据本申请实施例的第二方面,其中,在将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合之前,所述第二电极作为信号测试端而使用,以根据测试结果进行修频处理。
根据本申请实施例的第三方面,其中,所述衬底包括基底层和介质层,所述介质层形成于所述基底层和所述压电薄膜之间,所述薄膜体声波谐振器还包括:第一引脚,其形成于所述压电薄膜的与所述声反射层相同的一侧,并与所述第一电极连接;第二引脚,其形成于所述衬底的与所述压电薄膜相反的一侧,并与所述第一引脚连接。
根据本申请实施例的第四方面,其中,所述薄膜体声波谐振器还包括:第一孔,其穿过所述基底层和所述介质层;第一金属层,其覆盖所述第一孔的内壁、所述第一引脚的背面以及所述基底层的背面的一部分,形成所述第二引脚以及所述第二引脚与所述第一引脚的连接部分。
根据本申请实施例的第五方面,其中,所述薄膜体声波谐振器还包括:第二孔,其穿过所述介质层;第二金属层,其覆盖所述第二孔的内壁、所述第一引脚的背面以及所述介质层的背面的一部分,形成第三引脚以及所述第三引脚与所述第一引脚的连接部分;第三孔,其穿过所述基底层;第三金属层,其覆盖所述第三孔的内壁、所述第三引脚的背面以及所述基底层的背面的一部分,形成所述第二引脚以及所述第二引脚与所述第三引脚的连接部分。
根据本申请实施例的第六方面,其中,所述薄膜体声波谐振器还包括:第四金属层,其形成于所述介质层与所述基底层之间,并包括作为第四引脚的部分,所述第一孔穿过所述基底层、所述第四金属层的所述第四引脚的部分和所述介质层,所述第一金属层连接所述第四引脚与所述第一引脚。
根据本申请实施例的第七方面,其中,所述薄膜体声波谐振器还包括:第四金属层,其形成于所述介质层与所述基底层之间,所述第一孔穿过所述基底层、所述第四金属层和所述介质层;绝缘层,其至少形成于所述第一金属层与所述衬底之间以及所述第一金属层与所述第一孔的内壁之间,所述绝缘层将所述第四金属层与所述第一金属层隔离开。
根据本申请实施例的第八方面,其中,所述第二引脚与所述第三引脚形成在水平方向上的不同位置。
根据本申请实施例的第九方面,其中,在水平方向上,所述第二引脚与所述声反射层的至少一部分交叠。
根据本申请实施例的第十方面,其中,所述第二晶圆通过键合层与所述第一晶圆的所述压电薄膜键合,或者,所述第二晶圆通过键合层与所述第一晶圆的所述介质层键合。
根据本申请实施例的第十一方面,其中,所述第一晶圆还包括:牺牲层释放孔,其贯通所述压电薄膜,用于将所述声反射层与外部空气相连通。
根据本申请实施例的第十二方面,其中,所述第一电极还包括第二组叉指电极条,所述第二组叉指电极条形成于所述压电薄膜的与所述声反射层相反的一侧。
根据本申请实施例的第十三方面,其中,所述第一晶圆包括相互键合的第三晶圆和第四晶圆,所述第三晶圆包括所述压电薄膜、所述第一电极和所述第二电极,所述第四晶圆包括所述衬底和所述声反射层。
根据本申请实施例的第十四方面,其中,所述薄膜体声波谐振器还包括:第四孔,其穿过所述压电薄膜并用于连接所述第一电极和所述第二电极,并且,在厚度方向上,所述第四孔与所述声反射层不重叠。
根据本申请实施例的第十五方面,其中,所述薄膜体声波谐振器还包括:第五孔,其穿过所述压电薄膜并用于连接所述第一电极和所述第二电极,并且,在厚度方向上,所述第五孔与所述声反射层重叠;以及第六孔,其穿过所述压电薄膜并用于连接所述第二电极和形成于所述衬底的与所述压电薄膜相反的一侧的引脚,并且,在厚度方向上,所述第六孔与所述声反射层不重叠。
根据本申请实施例的第十六方面,其中,所述声反射层为空腔或布拉格反射层。
根据本申请实施例的第十七方面,其中,所述压电薄膜由单晶压电材料形成。
根据本申请实施例的第十八方面,其中,所述单晶压电材料为铌酸锂或者钽酸锂。
根据本申请实施例的第十九方面,提供一种电气产品,所述电气产品包括根据本申请实施例的第一方面至第十六方面中的任一方面所述的薄膜体声波器件的封装结构。
根据本申请实施例的第二十方面,其中,所述电气产品为滤波器。
本申请实施例的有益效果之一在于:通过在压电薄膜的正面形成用于在两个晶圆键合之前进行信号测试的电极,即测试端,在衬底的背面形成用于引出信号的引脚,即信号端,因此,测试端和信号端形成于衬底的两侧,这样,测试端与信号端在厚度方向上可以重叠的设置,有利于缩小芯片的平面尺寸(die size),从而能够得到性能良好、结构紧凑的晶圆级封装器件。
进一步的,在将两个晶圆键合之前,将其中的第二电极作为信号测试端而使用,以根据测试结果进行修频处理,例如,减薄压电薄膜或介质层,从而能够在封装之前及时处理,保证封装后器件的性能。
进一步的,在衬底的与压电薄膜相反的一侧形成第二引脚,即外引脚,能够方便封装后的器件的使用。
进一步的,通过形成穿过基底层和介质层的第一孔、以及覆盖第一孔的内壁、第一引脚的背面以及衬底的背面的一部分的第一金属层,能够以简单的工序和结构来来形成作为外引脚的第二引脚。
进一步的,通过第二孔、第二金属层形成作为中间引脚的第三引脚,能够灵活的配置作为外引脚的第二引脚的位置,例如,第二引脚与第三引脚形成在水平方向上的不同位置;能够通过中间引脚(第三引脚)调整外部引脚(第二引脚)的位置;
例如,使第二引脚与声反射层的至少一部分交叠,即,使得外部引脚可以位于谐振器下方,从而节省了平面空间,可以显著缩小芯片尺寸,同时也可以通过中间引脚的金属走线部分,引入电感量,调整滤波器整体性能,或通过中间引脚间以及与其他金属层图形间相互位置关系,灵活调整滤波器整体电磁耦合分布,从而改良滤波器性能。
进一步的,第一晶圆包括相互键合的第三晶圆和第四晶圆,例如,具有压电薄膜的晶圆(第三晶圆)能够直接与另一片带有空腔的晶圆(第四晶圆)键合。
进一步的,声反射层为空腔或布拉格反射层,这样,能够根据不同的需求设计不同类型的声反射层。
进一步的,形成压电薄膜的单晶压电材料为铌酸锂或者钽酸锂,这样,能够利用这类单晶压电薄膜的优良压电特性制作出高频、大带宽滤波器。
附图说明
参照以下的附图可以更好地理解本申请的很多方面。附图中的部件不是成比例绘制的,而只是为了示出本申请的原理。为了便于示出和描述本申请的一些部分,附图中对应部分可能被放大或缩小。在本申请的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征信息可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征信息相结合。此外,在附图中,类似的标号表示几个附图中对应的部件,并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。
在附图中:
图1是本申请实施例1的薄膜体声波器件的封装结构的一种实施方式的截面图;
图2是本申请实施例1的形成第一电极的晶圆的俯视图;
图3是图2中沿A-A’的一种实施方式的截面图;
图4是图2中沿A-A’的另一种实施方式的截面图;
图5是图2中沿A-A’的又一种实施方式的截面图;
图6至图13是图1所示的封装结构的制作工序中的各个截面图;
图14是本申请实施例1的薄膜体声波器件的封装结构的另一种实施方式的截面图;
图15是本申请实施例2的薄膜体声波器件的封装结构的一种实施方式的截面图;
图16至图22是图15所示的封装结构的制作工序中的各个截面图;
图23是本申请实施例2的薄膜体声波器件的封装结构的另一种实施方式的截面图;
图24至图26是图23所示的封装结构的制作工序中的各个截面图;
图27是本申请实施例2的薄膜体声波器件的封装结构的又一种实施方式的截面图;
图28至图30是图27所示的封装结构的制作工序中的各个截面图;
图31是本申请实施例3的薄膜体声波器件的封装结构的一种实施方式的截面图;
图32是图31所示的封装结构的一个制作工序的截面图;
图33是本申请实施例3的薄膜体声波器件的封装结构的另一种实施方式的截面图;
图34是本申请实施例3的薄膜体声波器件的封装结构的另一种实施方式的截面图;
图35是本申请实施例3的薄膜体声波器件的封装结构的又一种实施方式的截面图;
图36是本申请实施例4的薄膜体声波器件的封装结构的一种实施方式的截面图;
图37至图39是图36所示的封装结构的制作工序中的各个截面图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合附图对本申请实施例做进一步详细说明。在此,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,但并不作为对本申请的限定。
在本申请实施例中,术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等用于对不同元素从称谓上进行区分,但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等,这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在,但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。
在本申请实施例中,单数形式“一”、“该”等包括复数形式,应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义;此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式,除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”,术语“基于”应理解为“至少部分基于……”,除非上下文另外明确指出。
下面参照附图对本申请的优选实施方式进行说明。
实施例1
本申请实施例1提供一种薄膜体声波器件的封装结构。图1是本申请实施例1的薄膜体声波器件的封装结构的一种实施方式的截面图。
如图1所示,该封装结构包括相互键合的第一晶圆10和第二晶圆120,第一晶圆10包括衬底以及至少一个薄膜体声波谐振器,该衬底包括孔结构,
在一些实施例中,第一晶圆10包括一个或多个薄膜体声波谐振器,其中,谐振器的数量和分布可以根据实际需要而设计。
例如,第一晶圆10包括互相连接的多个薄膜体声波谐振器,该衬底的孔结构用于从衬底背面引出信号端。
如图1所示,该衬底例如包括基底层110和介质层109,
该薄膜体声波谐振器包括:
压电薄膜101,其形成于基底层110的一侧,即图1中基底层110的上侧;
声反射层117,其形成于基底层110和压电薄膜101之间;
第一电极104、105,其包括第一组叉指电极条,该第一组叉指电极条形成于压电薄膜101的与声反射层117相同的一侧,并且,第一电极104、105通过孔结构与形成于衬底的与压电薄膜101相反的一侧(图1中的下侧)的引脚121连接;以及
第二电极112、113,其形成于压电薄膜101的与声反射层117相反的一侧,并与第一电极104、105连接。
这样,通过在压电薄膜101的正面形成用于在两个晶圆键合之前进行信号测试的电极112、113,即测试端,在衬底的背面形成用于引出信号的引脚,即信号端,因此,测试端和信号端形成于衬底的两侧,这样,测试端与信号端在厚度方向上可以重叠的设置,有利于缩小芯片的平面尺寸(die size),从而能够得到性能良好、结构紧凑的晶圆级封装器件。
在本申请实施例中,将各层的层叠方向(即,各层的厚度方向)称为垂直方向或上下方向或竖向,将沿各层的长度方向延伸的方向称为水平方向或左右方向或横向。
在一些实施例中,基底层110可以仅包括基底,基底可以单晶硅、碳化硅(SiC)、蓝宝石(sapphire)、石英(Quartz)、铌酸锂或钽酸锂、砷化镓、氮化镓等材料形成。或者,基底层110可以包括基底和辅助键合层,辅助键合层形成于基底的表面,辅助键合层例如可由二氧化硅、氮化硅、多晶硅、不定型硅等半导体材料形成或者二氧化硅、氮化硅、多晶硅、不定型硅等构成的复合材料形成。另外,基底层110也可以为多层材料复合形成的衬底,而不局限于本申请实施例中所述的单一材料。本申请实施例不对基底层110的结构和材料进行限制。
在一些实施例中,压电薄膜101由单晶压电材料形成。
例如,选择具有较大横向电场激励对应压电耦合系数的材料,例如,选择铌酸锂(LN)或钽酸锂(LT)等单晶压电材料。本申请实施例可以通过选择合适切型、以及面内叉指电极与晶轴夹角,使铌酸锂或钽酸锂具有较大的d11、d15、d16压电耦合系数,由此,分别可以使得声波谐振器激发出零阶对称兰姆波(Symmetric Lamb Wave)模式,简称S0模式,一阶反对称兰姆波(First antisymmetric Lamb Wave)模式,简称A1模式,零阶水平剪切(shearhorizontal)模式,简称SH0模式,及上述模式的高阶或低阶模式。这样,能够利用这类单晶压电薄膜的优良压电特性制作出高频、大带宽滤波器。
在一些实施例中,声反射层117为空腔或布拉格反射层,这样,能够根据不同的需求设计不同类型的声反射层。还可以是其他的等效声阻抗特性与空腔的声阻抗特性或者布拉格反射层的声阻抗特性接近或相似的声反射结构。具体的,可以根据实际需要进行设计,例如,在对谐振器的Q值要求较高的情况下,可以选择空腔作为声反射层;在对谐振器的散热性能或功率要求较高的情况下,可以选择布拉格反射层作为声反射层。
在本申请实施例中,以空腔作为声反射层117为例进行说明,但是这不应解释为对本申请实施例的限制。
第一电极104、105,其包括第一组叉指电极条,该第一组叉指电极条形成于压电薄膜101的与声反射层117相同的一侧,即,第一组叉指电极条以及声反射层117形成于压电薄膜101的下侧,即反面。
第二电极112、113,其形成于压电薄膜101的与声反射层117相反的一侧,并与第一电极104,105连接,即,第二电极112、113形成于压电薄膜101的上侧,即正面。
在一些实施例中,如图1所示,
介质层109形成于基底层110和压电薄膜101之间;
该薄膜体声波谐振器还包括:
第一引脚106、107,其形成于压电薄膜101的与声反射层117相同的一侧,并与第一电极104、105连接,即,第一引脚106、107形成于压电薄膜101的下侧;
第二引脚121,其形成于基底层110的与压电薄膜101相反的一侧,并与第一引脚106、107连接,即,第二引脚121形成于基底层110的背面,作为外引脚。这样,在衬底的与压电薄膜相反的一侧形成第二引脚,即外引脚,能够方便封装后的器件的使用。
在一些实施例中,如图1所示,该薄膜体声波谐振器还包括:第一孔111,其穿过基底层110和介质层109;第一金属层覆盖第一孔111的内壁、第一引脚106、107的背面以及基底层110的背面的一部分,形成第二引脚121以及第二引脚121与第一引脚106、107的连接部分122。这样,能够以简单的工序和结构来来形成作为外引脚的第二引脚。
上述这些部分的形成方法和具体结构将在后面详细说明。
在一些实施例中,在将该第一晶圆10与该第二晶圆20键合之前,该第二电极112,113作为信号测试端而使用,以根据测试结果进行修频处理。例如,减薄压电薄膜101或介质层109,从而能够在封装之前及时处理,保证封装后器件的性能。
在一些实施例中,第一晶圆10为器件所在晶圆,即谐振器所在晶圆,而第二晶圆120为封闭该第一晶圆10的晶圆,例如,盖帽晶圆。如图1所示,第二晶圆120形成为中空的帽状结构,其水平方向的两端与第一晶圆10上部的压电薄膜101键合。
在一些实施例中,如图1所示,第二晶圆120通过键合层119与第一晶圆的压电薄膜101键合。或者,也可以是,第二晶圆120通过键合层119与第一晶圆的介质层109键合。具体的键合方法将在后面详细说明。
在一些实施例中,该薄膜体声波谐振器还包括:牺牲层释放孔115,其贯通压电薄膜101,用于将声反射层117与外部空气相连通。具体的形成方法将在后面详细说明。
下面,结合具体的示例来对图1所示的封装结构的制作方法和具体结构进行说明。但是,下述的制作方法是为了更好的对封装结构进行说明,而不是对本申请实施例的封装结构的限制,即,本申请实施例的封装结构不限于下述的制作方法和过程。
图2是本申请实施例1的形成第一电极的晶圆的俯视图;图3是图2中沿A-A’的一种实施方式的截面图;图4是图2中沿A-A’的另一种实施方式的截面图;图5是图2中沿A-A’的又一种实施方式的截面图。
如图2和图3所示,首先在LN/LT晶圆100表层一定厚度处注入一定剂量氢离子(H+)或者氦离子(He+)形成缺陷层103,通过缺陷层将100划分为压电薄膜(压电层)101和衬底102两部分;
或者,也可以省略掉该离子注入的步骤,如图4所示;
或者,也可以采用现有POI晶圆,如图5所示,POI晶圆的层叠可以为单晶压电薄膜-二氧化硅(埋氧层)-硅(如图5中所示)或单晶压电薄膜-硅。
然后,在晶圆100表面形成金属电极104、105(第一电极)及电极引脚106、107(第一引脚),例如,金属电极1104、105及电极引脚106、107的材料可以是铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、钌(Ru)、金(Au)等或其合金,另外,还可以包含位于压电薄膜101和上述金属之间的Cr、Ti等粘附层。
如图2所示,金属电极04和105包括叉指电极条以及与电极条相连的电极总线。金属电极104和105的电极总线分别与电极引脚106和107相连,另外,其连接方式不限于图中所示,可以从电极总线的任意位置延伸出,电极引脚的位置也不限于图中所示,可以放置在谐振器周围任意位置。同时,图中所示的叉指电极的电极条数目仅为示意,可以根据实际需要设置,例如,在30到100之间。
随后,在晶圆100表面沉积一层作为牺牲层的介质材料108,并刻蚀成目标空腔的形状,此时,介质材料108刻蚀形成的图形在y方向的边缘不限于图中所示位置(位于电极总线与对侧电极条之间),也可以位于叉指电极重叠区间上方,还可以位于电极总线上方,以及位于电极总线外侧。但电极引脚在预设空腔区域之外。
图6至图13是图1所示的封装结构的制作工序中的各个截面图。
如图6所示,进一步沉积介质层109,并进行化学机械研磨(CMP)使其表面平整,便于与另一片晶圆(衬底)110直接键合。
在一些实施例中,基底层110可以为单晶硅、蓝宝石、石英、铌酸锂或钽酸锂、砷化镓、氮化镓等。
如图7所示,在基底层110一侧刻蚀形成孔111(第一孔),也可以先将基底层110进行减薄,再刻蚀形成孔111。孔111穿过基底层110和介质层109到达第一引脚106和107表面。
在一些实施例中,孔111可以是一次刻蚀成形,即通过一次刻蚀,穿过110和109两种材料;也可以是分两次刻蚀成形,例如,介质层109可以作为刻蚀基底层110时的止刻层,使得孔111先刻蚀到基底层110和介质层109的分界面,再通过另一种刻蚀工艺(干法或者湿法)刻蚀到第一引脚106和107表面。例如,可以采用Bosch工艺进行深硅刻蚀形成孔111。
将键合后晶圆翻转,对于初始时采用离子注入的情况(如图3所示),则通过加热使缺陷层断裂,从而去掉102衬底,进而通过CMP的方法将LN/LT薄膜101(压电薄膜)表面缺陷去除,使薄膜表面粗糙度降低。对于初始时采用整块LN/LT晶圆的情况(如图4所示),则通过机械减薄以及CMP的方法形成LN/LT薄膜101。对于初始时采用POI晶圆的情况(如图5所示),则通过机械减薄、干法刻蚀、湿法刻蚀的方式去掉硅衬底及埋氧层,留下LN/LT薄膜。上述三种情况最终形成如图8所示的结构。
在一些实施例中,薄膜体声波谐振器还包括:
第四孔114,其穿过压电薄膜101并用于连接第一电极104、105和第二电极112、113,
并且,在厚度方向上,第四孔114与声反射层117不重叠。例如,在水平方向上,第四孔114形成在声反射层117的外侧。
如图9所示,在压电薄膜的上表面进一步形成另一对电极112和113(第二电极),并刻蚀压电薄膜形成上下电极连接孔114,以及牺牲层释放孔115,其中上下电极连接孔114(第四孔)下表面与电极引脚106和107相接,牺牲层释放孔115下表面与牺牲层108相接。
如图10所示,进一步沉积刻蚀形成金属连接层116,用于将电极112、113与压电薄膜101另一侧的电极引脚106、107对应连接。此时,金属连接层116填充上下电极连接孔114,或至少覆盖上下电极连接孔114的底部和侧壁。
如图11所示,通过牺牲层释放孔115将牺牲层108刻蚀掉,从而形成空腔117,此时可以通过正面的电极112和113(第二电极)对器件进行测试。另外,根据测试结果进行修频处理。例如,减薄压电薄膜101或介质层109,从而能够在封装之前及时处理,保证封装后器件的性能。
如图12所示,将制造好的硅帽晶圆120(第二晶圆)通过键合层119(键合层)与上述晶圆10(第一晶圆)表面的压电薄膜101相键合。
在一些实施例中,键合方法可以为共晶键合,热压键合,直接键合等。
在一些实施例中,键合层119可以为金属层或金属复合层(例如,金-金键合层,铝-锗键合层,金-硅键合层,铜-锡键合层等),也可以为非金属层(例如,二氧化硅层),键合层119所包含的金属层可以预先制作在压电薄膜的表面和盖帽晶圆的一侧,在键合过程中融合形成键合层119。硅帽晶圆120可以为高阻硅或者低阻硅。
如图13所示,或者,也可以将制造好的硅帽晶圆120通过键合层119与上述晶圆表面的介质层109相键合。即,可以选择在如图9所示的刻蚀压电薄膜的步骤中,将键合区域的压电薄膜也刻蚀掉,露出介质层109。
如图1所示,在基底层110一侧沉积金属层121(第一金属层),覆盖孔111内壁及底部金属106和107,或填充整个孔111内部,并进行图形化,从而形成整个芯片的外接引脚(第二引脚)。
在一些实施例中,金属层121可以为金、铜等金属或这些金属的复合层。例如,可以在孔111中先沉积一薄层金,然后再通过电镀形成较厚的铜层,进而可以再沉积金作为引脚电极材料。
在一些实施例中,第一电极104、105还包括第二组叉指电极条,第二组叉指电极条形成于压电薄膜101的与声反射层117相反的一侧,即压电薄膜101的上侧。
图14是本申请实施例1的薄膜体声波器件的封装结构的另一种实施方式的截面图。如图14所示,在图8所示的加工另一对电极引脚112和113的过程中,可以同时加工出另一组叉指电极条(第二组叉指电极条),并进一步通过通孔114以及金属连接层116与另一侧的叉指电极条(第一组叉指电极条)相连接。
由上述实施例可知,通过在压电薄膜101的正面形成用于在两个晶圆键合之前进行信号测试的电极112、113,即测试端,在衬底的背面形成用于引出信号的引脚,即信号端,因此,测试端和信号端形成于衬底的两侧,这样,测试端与信号端在厚度方向上可以重叠的设置,有利于缩小芯片的平面尺寸(die size),从而能够得到性能良好、结构紧凑的晶圆级封装器件。
实施例2
本申请实施例2还提供一种薄膜体声波器件的封装结构。与实施例1不同的是,在介质层和衬底之间形成金属层,对于与实施例1相同的结构,可参见实施例1中的记载,此处不再重复说明。
图15是本申请实施例2的薄膜体声波器件的封装结构的一种实施方式的截面图。如图15所示,除了与实施例1的图1中类似的结构之外,第一晶圆还包括:
第二孔211A,其穿过介质层209;第二金属层覆盖第二孔211A的内壁、第一引脚206、207的背面以及介质层209的背面的一部分,形成第三引脚206A、207A以及第三引脚206A、207A与第一引脚206、207的连接部分;
第三孔211B,其穿过基底层210;第三金属层覆盖第三孔211B的内壁、第三引脚206A、207A的背面以及基底层210的背面的一部分,形成第二引脚221以及第二引脚221与第三引脚206A、207A的连接部分222。
这样,通过第二孔211A、第二金属层形成作为中间引脚的第三引脚206A、207A,能够灵活的配置作为外引脚的第二引脚221的位置,例如,第二引脚221与第三引脚206A、207A形成在水平方向上的不同位置;能够通过中间引脚(第三引脚)206A、207A调整外部引脚(第二引脚)221的位置;
例如,使第二引脚221与声反射层117的至少一部分交叠,即,使得外部引脚可以位于谐振器下方,从而节省了平面空间,可以显著缩小芯片尺寸,同时也可以通过中间引脚206A、207A的金属走线部分,引入电感量,调整滤波器整体性能,或通过中间引脚206A、207A间以及与其他金属层图形间相互位置关系,灵活调整滤波器整体电磁耦合分布,从而改良滤波器性能。
下面,结合具体的示例来对图15所示的封装结构的制作方法和具体结构进行说明。但是,下述的制作方法是为了更好的对封装结构进行说明,而不是对本申请实施例的封装结构的限制,即,本申请实施例的封装结构不限于下述的制作方法和过程。
图16至图22是图15所示的封装结构的制作工序中的各个截面图。
在经过实施例1中的图3至图5所示的工序之后,如图16所示,在介质层209中刻蚀孔211A(第二孔),孔211A的底部分别与电极引脚206和207(第一引脚)相接。
然后,如图17所示,在介质层209表面沉积金属层209A,使金属层209A(第二金属层)覆盖孔211A的底部和侧壁,或完全填充孔211A。
如图18所示,对金属层209A进行图形化,使得与电极引脚206、207相接的金属层206A、207A(也称为中间引脚,即第三引脚)与其余部分的金属层四周均不相连,形成电学隔离。其余部分的金属层也可以图形化为其他图形以有利于下一步的键合。
如图19所示,通过金属层209A与晶圆(衬底)210进行键合,或者如图20所示,在晶圆210表面沉积金属层209B,并做图形化,使得金属层209A可以与对应位置的金属层209B进行键合。此时209A和209B的图形可以相同(如图所示,209A和209B的边缘平齐),也可以不同,但保证金属层209B中与209A层中间引脚206A、207A相连接的部分与其余部分四周均不相连,即形成电学隔离。
在图19的基础上继续描述本实施例所述的加工流程,如图21所示,在基底层210一侧刻蚀形成孔211B,也可以先将基底层210进行减薄,再刻蚀形成孔211B(第三孔)。孔211B穿过基底层210到达中间引脚206A和207A表面,此时孔211A与孔211B的中轴线在横向位置上有一个错位距离,即,孔211A与孔211B在水平方向上的不同位置。
将图21所示的晶圆翻转,对于初始时采用离子注入的情况(与图3所示类似),则通过加热使缺陷层断裂,从而去掉衬底202,进而通过CMP的方法将LN/LT薄膜(压电薄膜)201表面缺陷去除,使薄膜表面粗糙度降低。对于初始时采用整块LN/LT晶圆的情况(与图4所示类似),则通过机械减薄以及CMP的方法形成LN/LT薄膜201。对于初始时采用POI晶圆的情况(与图5所示类似),则通过机械减薄、干法刻蚀、湿法刻蚀的方式去掉硅衬底及埋氧层,留下LN/LT薄膜。上述三种情况最终形成如图22所示的结构。
后续步骤与实施例1中的图9至图14所示步骤相同,最终形成如图15所示的结构。同样,在本实施例中,在图15所示结构的基础上,也可以形成如实施例1中的图14所示的双面叉指电极结构。
在本实施例所示的结构中,可以通过中间引脚206A、207A(第三引脚)调整外部引脚221(第二引脚)的位置,使得外部引脚可以位于谐振器下方,从而节省了平面空间,可以显著缩小芯片尺寸,同时也可以通过中间引脚的金属走线部分,引入电感量,调整滤波器整体性能,或通过中间引脚间以及与其他金属层图形间相互位置关系,灵活调整滤波器整体电磁耦合分布,从而改良滤波器性能。
图23是本申请实施例2的薄膜体声波器件的封装结构的另一种实施方式的截面图。如图23所示,除了与实施例1的图1中类似的结构之外,薄膜体声波谐振器还包括:
第四金属层,其形成于介质层309与基底层310之间,并包括作为第四引脚306A、307A的部分,第一孔311穿过基底层310、第四金属层的第四引脚306A、307A的部分和介质层310,第一金属层321连接第四引脚306A、307A与第一引脚306、307。
下面,结合具体的示例来对图23所示的封装结构的制作方法和具体结构进行说明。但是,下述的制作方法是为了更好的对封装结构进行说明,而不是对本申请实施例的封装结构的限制,即,本申请实施例的封装结构不限于下述的制作方法和过程。
图24至图26是图23所示的封装结构的制作工序中的各个截面图。
在进行实施例1中的如图3至图5所示的步骤之后,以下以图3为例描述本实施例的后续步骤。如图24所示,在介质层309表面沉积金属层309A(第四金属层),并将其图形化,使得与电极引脚306、307(第一引脚)相对应的金属层306A、307A(也称为中间引脚,即第四引脚)与其余部分的金属层四周均不相连,形成电学隔离;其余部分的金属层也可以图形化为其他图形以有利于下一步的键合。通过金属层309A与晶圆(衬底)310进行键合。
如图25所示,也可以在晶圆310表面沉积金属层309B,并做图形化,使得金属层309A可以与对应位置的金属层309B进行键合。此时309A和309B的图形可以相同,也可以不同(如图所示,309B的边缘在209A边缘的内部,不限于此),但保证金属层309B中与309A层中间引脚306A、307A相连接的部分与其余部分四周均不相连,即形成电学隔离。
在图25所示结构的基础上继续描述本实施例所述的加工流程,如图26所示,在基底层310一侧刻蚀形成孔311(第一孔);或者,也可以先将基底层310进行减薄,再刻蚀形成孔311。孔311依次穿过基底层310、金属层309A(具体为中间引脚306A和307A,即第四引脚)、介质层309,最终到达金属引脚306和307(第一引脚)表面。刻蚀孔的步骤中可以包括多种刻蚀工艺步骤,分别刻蚀对应层。中间引脚306A(或307A)和引脚306(或307)至少有部分重叠区域,并且孔311位于重叠区域内。
后续步骤与实施例1中图8至图14所示步骤相同,最终形成如图23所示的结构,此时,金属层321在覆盖孔311内壁和底部时,同时将电极引脚306、307和中间引脚306A、307A连通,最终在基底层310的背面形成外部引脚。
另外,在本实施例中,在图23所示结构的基础上,也可以形成如实施例1中的图14所示的双面叉指电极结构。
图27是本申请实施例2的薄膜体声波器件的封装结构的又一种实施方式的截面图。如图27所示,除了与实施例1的图1中类似的结构之外,薄膜体声波谐振器还包括:
第四金属层409A,其形成于介质层409与基底层410之间,第一孔411穿过基底层410、第四金属层409A和介质层409;
绝缘层422,其形成于第一金属层421与基底层410之间以及第一金属层421与第一孔411的内壁之间,绝缘层422将第四金属层409A与第一金属层421隔离开。
图28至图30是图27所示的封装结构的制作工序中的各个截面图。
在进行实施例1中的如图3至图5所示的步骤之后,以下以图3为例描述本实施例后续步骤。如图28所示,在介质层409表面沉积金属层409A,通过金属层409A与晶圆(衬底)410进行键合。或者,如图29所示,也可以在晶圆410表面沉积金属层409B,通过金属层409A与金属层409B进行键合。
在图28的基础上继续描述本实施例所述的加工流程,如图30所示,在基底层410一侧刻蚀形成孔411(第一孔),也可以先将基底层410进行减薄,再刻蚀形成孔411。孔411依次穿过基底层410、金属层409A、介质层409,最终到达金属引脚406和407(第一引脚)表面。
在一些实施例中,刻蚀孔的步骤中可以包括多种刻蚀工艺步骤,分别刻蚀对应层。此时金属层409A会暴露在孔411内壁上。
如图27所示,在后续工艺步骤中沉积金属层421前需要在孔内先沉积一层绝缘层422(例如,二氧化硅,氮化硅,或氧化铝等)覆盖孔411的侧壁和底部,以及基底层410的背面,并将底部绝缘层刻蚀掉,露出至少部分金属引脚406和407,再沉积金属层421,并图形化形成外部引脚(第二引脚)。
另外,需要说明的是,对于图15至图30中与实施例1相同的结构,其附图标记是对应的,例如,基底层210、310、410对应于实施例1中的基底层110,压电薄膜201、301、401对应于实施例1中的压电薄膜101,以此类推,在此不再逐一说明。
实施例3
本申请实施例3还提供一种薄膜体声波器件的封装结构。与实施例1以及实施例2不同的是,不形成牺牲层以及牺牲层释放孔,对于与实施例1以及实施例2相同的结构,可参见实施例1以及实施例2中的记载,此处不再重复说明。
图31是本申请实施例3的薄膜体声波器件的封装结构的一种实施方式的截面图。如图31所示,与实施例1的图1中的封装结构以及制作方法不同的是,不形成牺牲层以及牺牲层释放孔,其他结构与图1的结构类似,不再重复说明。
图32是图31所示的封装结构的一个制作工序的截面图。
如图32所示,首先,在LN/LT晶圆500表层一定厚度处注入一定剂量氢离子(H+)或者氦离子(He+)形成缺陷层503,通过缺陷层将500划分为压电薄膜501和衬底502两部分。也可以省略掉该离子注入的步骤,或采用现有POI晶圆(参考实施例1中的相关记载)。然后,在晶圆500表面形成金属电极504、505及电极引脚506、507(与实施例1中图2所示的结构类似),随后,在晶圆500表面沉积一层介质材料509,并通过CMP将其表面平坦化,同时降低表面粗糙度,进而在介质层中刻蚀出目标空腔517,其空腔边缘与图2中牺牲层108的边缘定义相同。随后与晶圆510进行键合,通过与实施例1相同的步骤,最终可以得到如图31所示的结构。与实施例1所不同的在于,空腔517上方的压电薄膜501上没有牺牲层释放孔,即空腔517完全密闭,不与外部空气相连通。
图33是本申请实施例3的薄膜体声波器件的封装结构的另一种实施方式的截面图。如图33所示,与实施例2的图15中的封装结构以及制作方法不同的是,不形成牺牲层以及牺牲层释放孔,其他结构与图15的结构类似,不再重复说明。
在一些实施例中,与图32所示工序不同的是,在加工图32的空腔517(对应图33中的617)时,可以同时加工出孔611A,然后通过剥离工艺(lift-off)在611A孔中及介质层609部分表面沉积金属层609A,形成相应图形。或者,在加工图32的空腔517(对应图33中的617)前,先刻蚀形成孔611A,并沉积金属层609A,进行图形化,然后再刻蚀形成空腔617。后续的工艺步骤与实施例2中形成图15所示结构的工序相似。最终形成如图33所示的结构。
图34是本申请实施例3的薄膜体声波器件的封装结构的另一种实施方式的截面图。如图34所示,与实施例2的图23中的封装结构以及制作方法不同的是,不形成牺牲层以及牺牲层释放孔,其他结构与图23的结构类似,不再重复说明。
在一些实施例中,与图32所示工序不同的是,在加工图32的空腔517(对应图34中的717)前,先沉积金属层709A,并进行图形化,形成中间引脚706A和707A以及与其不相连接的其他金属层图形,后续的工艺步骤与实施例2中形成图23所示结构的工序相似。最终形成如图34所示的结构。
图35是本申请实施例3的薄膜体声波器件的封装结构的又一种实施方式的截面图。如图35所示,与实施例2的图27中的封装结构以及制作方法不同的是,不形成牺牲层以及牺牲层释放孔,其他结构与图27的结构类似,不再重复说明。
在一些实施例中,与图32所示工序不同的是,在加工图32的空腔517(对应图35中的817)前,先沉积金属层809A,并进行图形化,露出空腔817的图形位置,然后再刻蚀形成空腔817,其中,刻蚀金属层809A和刻蚀空腔817可以是通过一次光刻完成的(图形一样),也可以是分别进行光刻完成(图形不一样,且空腔图形小于金属层刻蚀图形)。后续的工艺步骤与实施例2中形成图27所示结构的工序相似。。最终形成如图35所示的结构。
实施例4
本申请实施例4还提供一种薄膜体声波器件的封装结构。与实施例1至实施例3不同的是,具有压电薄膜的晶圆直接与另一片带有空腔的晶圆键合,对于与实施例1至实施例3相同的结构,可参见实施例1至实施例3中的记载,此处不再重复说明。
图36是本申请实施例4的薄膜体声波器件的封装结构的一种实施方式的截面图。如图34所示,与实施例1的图1中的封装结构不同的是,第一晶圆包括相互键合的第三晶圆和第四晶圆,第三晶圆包括压电薄膜901、第一电极904、905和第二电极916,第四晶圆包括衬底910和声反射层(空腔)917。这样,具有压电薄膜901的晶圆(第三晶圆)能够直接与另一片带有空腔917的晶圆(第四晶圆)键合。
图37至图39是图36所示的封装结构的制作工序中的各个截面图。
与实施例1中类似的,在LN/LT晶圆900表层一定厚度处注入一定剂量氢离子(H+)或者氦离子(He+)形成缺陷层903,通过缺陷层903将晶圆900划分为压电薄膜901和衬底902两部分。或者,也可以省略掉该离子注入的步骤。
然后,如图37所示,在衬底902上进一步加工出叉指型金属电极904、905(第一电极)。同时准备另一片带有空腔的衬底910,其上已经刻蚀出空腔917,并通过衬底910表面的键合层910A与上述加工好电极的LN衬底相键合。键合层910A可以只覆盖衬底910的表面,也可以连同空腔907内壁和底面一起覆盖。此时,电极904和905完全包围在空腔内,如图38中的俯视图所示。
在一些实施例中,该薄膜体声波谐振器还包括:
第五孔914A,其穿过压电薄膜901并用于连接第一电极904、905和第二电极916,并且,在厚度方向上,第五孔914A与声反射层917重叠,例如,在水平方向上,第五孔914A设置在声反射层917的内侧;以及
第六孔914B,其穿过压电薄膜901并用于连接第二电极916和形成于衬底910的与压电薄膜901相反的一侧的引脚921,并且,在厚度方向上,第六孔914B与声反射层117不重叠,例如,在水平方向上,第六孔914B设置在声反射层917的外侧。
将键合后晶圆翻转,如图38所示,对于初始时采用离子注入的情况(如图37所示),则通过加热使缺陷层断裂,从而去掉衬底902,进而通过CMP的方法将LN/LT薄膜901表面缺陷去除,使薄膜表面粗糙度降低。对于初始时采用整块LN/LT晶圆的情况,则通过机械减薄以及CMP的方法形成LN/LT薄膜(压电薄膜)901。然后在压电薄膜901的表面沉积金属引脚906和907,并刻蚀孔914,其中孔914A(第五孔)下方为叉指电极904和905的电极总线部分,孔914B(第六孔)下方为键合层910A。
如图39所示,进一步沉积刻蚀形成金属连接层916(第二电极),用于将电极905、906的电极总线部分通过孔914A与914B相连通。此时,金属连接层916填充电极连接孔914A和914B,或至少覆盖连接孔914A和914B的底部和侧壁。
进一步的,将制造好的硅帽晶圆920(第二晶圆)通过键合层919与上述晶圆表面的压电薄膜901相键合。将其倒置后,在衬底910中刻蚀孔911,并采用键合层910A作为止刻层,在一些实施例中,可以先将衬底910进行磨片减薄。
然后,将孔911下方的止刻层910A刻蚀掉露出孔914B底部的金属层916,即孔911与914B至少有部分重叠区域。最终在衬底910背面沉积金属层921覆盖孔911,并进行图形化形成外部引脚,形成如图36所示的结构。
需要注意的是,孔911也可以在如图37和38所示步骤之间形成,例如在减薄压电薄膜901之前,或者在形成压电薄膜901之后。
实施例5
本申请实施例5还提供一种电气产品,该电气产品包括实施例1至实施例4所述的薄膜体声波器件的封装结构。
在一些实施例中,该电气产品可以是如下产品中的至少一种:
射频滤波器、双工器、多工器,例如应用于5G通信频段的宽带射频滤波器,例如,应用于3GHz~5GHz频段的N77、N78、N79、Wi-Fi滤波器;
包含上述滤波器、双工器、多工器的射频前端模组、通信模块、通信设备;
振荡器,时钟信号发生器;
采用该谐振器作为敏感元件的生物、化学、物理传感器;以及
包含上述谐振器,或滤波器,或振荡器,或传感器的物联网传感节点。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种薄膜体声波器件的封装结构,其特征在于,所述封装结构包括相互键合的第一晶圆和第二晶圆,所述第一晶圆包括衬底以及至少一个薄膜体声波谐振器,
所述衬底包括孔结构,
所述薄膜体声波谐振器包括:
压电薄膜,其形成于所述衬底的一侧;
声反射层,其形成于所述衬底和所述压电薄膜之间;
第一电极,其包括第一组叉指电极条,所述第一组叉指电极条形成于所述压电薄膜的与所述声反射层相同的一侧,并且,所述第一电极通过所述孔结构与形成于所述衬底的与所述压电薄膜相反的一侧的引脚连接;以及
第二电极,其形成于所述压电薄膜的与所述声反射层相反的一侧,并与所述第一电极连接。
2.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,
在将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合之前,所述第二电极作为信号测试端而使用,以根据测试结果进行修频处理。
3.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,
所述衬底包括基底层和介质层,所述介质层形成于所述基底层和所述压电薄膜之间,
所述薄膜体声波谐振器还包括:
第一引脚,其形成于所述压电薄膜的与所述声反射层相同的一侧,并与所述第一电极连接;
第二引脚,其形成于所述衬底的与所述压电薄膜相反的一侧,并与所述第一引脚连接。
4.根据权利要求3所述的封装结构,其特征在于,
所述薄膜体声波谐振器还包括:
第一孔,其穿过所述基底层和所述介质层;
第一金属层,其覆盖所述第一孔的内壁、所述第一引脚的背面以及所述基底层的背面的一部分,形成所述第二引脚以及所述第二引脚与所述第一引脚的连接部分。
5.根据权利要求3所述的封装结构,其特征在于,
所述薄膜体声波谐振器还包括:
第二孔,其穿过所述介质层;
第二金属层,其覆盖所述第二孔的内壁、所述第一引脚的背面以及所述介质层的背面的一部分,形成第三引脚以及所述第三引脚与所述第一引脚的连接部分;
第三孔,其穿过所述基底层;
第三金属层,其覆盖所述第三孔的内壁、所述第三引脚的背面以及所述基底层的背面的一部分,形成所述第二引脚以及所述第二引脚与所述第三引脚的连接部分。
6.根据权利要求4所述的封装结构,其特征在于,
所述薄膜体声波谐振器还包括:
第四金属层,其形成于所述介质层与所述基底层之间,并包括作为第四引脚的部分,
所述第一孔穿过所述基底层、所述第四金属层的所述第四引脚的部分和所述介质层,所述第一金属层连接所述第四引脚与所述第一引脚。
7.根据权利要求4所述的封装结构,其特征在于,
所述薄膜体声波谐振器还包括:
第四金属层,其形成于所述介质层与所述基底层之间,所述第一孔穿过所述基底层、所述第四金属层和所述介质层;
绝缘层,其至少形成于所述第一金属层与所述衬底之间以及所述第一金属层与所述第一孔的内壁之间,所述绝缘层将所述第四金属层与所述第一金属层隔离开。
8.根据权利要求5所述的封装结构,其特征在于,
所述第二引脚与所述第三引脚形成在水平方向上的不同位置。
9.根据权利要求8所述的封装结构,其特征在于,
在水平方向上,所述第二引脚与所述声反射层的至少一部分交叠。
10.根据权利要求3所述的封装结构,其特征在于,
所述第二晶圆通过键合层与所述第一晶圆的所述压电薄膜键合,或者,所述第二晶圆通过键合层与所述第一晶圆的所述介质层键合。
11.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,
所述第一晶圆还包括:
牺牲层释放孔,其贯通所述压电薄膜,用于将所述声反射层与外部空气相连通。
12.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,
所述第一电极还包括第二组叉指电极条,所述第二组叉指电极条形成于所述压电薄膜的与所述声反射层相反的一侧。
13.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,
所述第一晶圆包括相互键合的第三晶圆和第四晶圆,
所述第三晶圆包括所述压电薄膜、所述第一电极和所述第二电极,
所述第四晶圆包括所述衬底和所述声反射层。
14.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,
所述薄膜体声波谐振器还包括:
第四孔,其穿过所述压电薄膜并用于连接所述第一电极和所述第二电极,
并且,在厚度方向上,所述第四孔与所述声反射层不重叠。
15.根据权利要求13所述的封装结构,其特征在于,
所述薄膜体声波谐振器还包括:
第五孔,其穿过所述压电薄膜并用于连接所述第一电极和所述第二电极,并且,在厚度方向上,所述第五孔与所述声反射层重叠;以及
第六孔,其穿过所述压电薄膜并用于连接所述第二电极和形成于所述衬底的与所述压电薄膜相反的一侧的引脚,并且,在厚度方向上,所述第六孔与所述声反射层不重叠。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的封装结构,其特征在于,
所述声反射层为空腔或布拉格反射层。
17.根据权利要求1至15中的任一项所述的封装结构,其特征在于,
所述压电薄膜由单晶压电材料形成。
18.根据权利要求17所述的封装结构,其特征在于,
所述单晶压电材料为铌酸锂或钽酸锂。
19.一种电气产品,其特征在于,所述电气产品包括权利要求1至16中的任一项所述的薄膜体声波器件的封装结构。
20.根据权利要求19所述的电气产品,其特征在于,所述电气产品为滤波器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211565542.4A CN118157613A (zh) | 2022-12-07 | 2022-12-07 | 薄膜体声波器件的封装结构及电气产品 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211565542.4A CN118157613A (zh) | 2022-12-07 | 2022-12-07 | 薄膜体声波器件的封装结构及电气产品 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN118157613A true CN118157613A (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=91284004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211565542.4A Pending CN118157613A (zh) | 2022-12-07 | 2022-12-07 | 薄膜体声波器件的封装结构及电气产品 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN118157613A (zh) |
-
2022
- 2022-12-07 CN CN202211565542.4A patent/CN118157613A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9929716B2 (en) | Acoustic resonator and method of manufacturing the same | |
EP3217546B1 (en) | Thin-film bulk acoustic resonator, semiconductor apparatus comprising of such an acoustic resonator, and manufacture thereof | |
US11942917B2 (en) | Film bulk acoustic resonator and fabrication method thereof | |
US20230353118A1 (en) | Film bulk acoustic resonator and fabrication method thereof | |
CN105811914A (zh) | 一种体声波器件、集成结构及制造方法 | |
US20230336157A1 (en) | Mems device and fabrication method thereof | |
CN105703736A (zh) | 一种体声波器件及集成结构 | |
US20230037168A1 (en) | Metal cavity for transversely-excited film bulk acoustic resonator (xbar) | |
CN112787614A (zh) | 一种薄膜拉姆波谐振器、滤波器及其制造方法 | |
US10651817B2 (en) | Bulk acoustic wave resonator on a stress isolated platform | |
US20230134889A1 (en) | Stacked die transversely-excited film bulk acoustic resonator (xbar) filters | |
US20230041856A1 (en) | Transversely-excited film bulk acoustic resonator (xbar) | |
CN118157613A (zh) | 薄膜体声波器件的封装结构及电气产品 | |
US20230096387A1 (en) | Transversely-excited film bulk acoustic resonators wafer-level packaging using a dielectric cover | |
CN116846358A (zh) | 一种滤波装置及其制作方法 | |
US20220407495A1 (en) | Xbar devices with excess piezoelectric material removed | |
JP7251837B2 (ja) | 薄膜バルク音響波共振器およびその製造方法 | |
JP7459934B2 (ja) | 複数のダイアフラム厚さ有する横方向励起フィルムバルク音響共振器及び製造方法 | |
CN114978093A (zh) | 声波谐振器、滤波器、通信设备及其制造方法 | |
CN115001434A (zh) | 具有分叉电极的膜体声学谐振器 | |
US20240235525A9 (en) | Acoustic resonator lid for thermal transport | |
US20240137004A1 (en) | Acoustic resonator lid for thermal transport | |
US20240195384A1 (en) | Multiple membrane thickness wafers using layer transfer acoustic resonators and method of manufacturing same | |
US20220337210A1 (en) | Transversely-excited film bulk acoustic resonator fabrication using wafer-to-wafer bonding | |
US12028039B2 (en) | Forming XBAR devices with excess piezoelectric material removed |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |