CN1883115A - 具有简单封装的薄膜体声波谐振器(fbar)器件 - Google Patents

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Abstract

密封的薄膜体声波谐振器(FBAR)器件(100)包括衬底(102)、该衬底上的FBAR叠层(111)、将该FBAR叠层与衬底声学隔离的元件(104)、覆盖该FBAR叠层的密封剂(121)以及该FBAR叠层的顶面(113)和密封剂之间的声波布拉格反射器(190)。该FBAR叠层包括FBAR(110)并具有远离衬底的顶面(113)。该FBAR包括相对的平面电极(112，114)以及电极之间的压电元件(116)。该声波布拉格反射器包括金属布拉格层(192)和与该金属布拉格层并置的塑料布拉格层(194)。该金属布拉格层和塑料布拉格层之间的声阻抗的大比率使得，该声波布拉格反射器能够为FBAR器件的频率响应提供FBAR和密封剂之间的足够的声隔离，从而呈现微小的不真实的假象(如存在)，该不真实的假象源自于该FBAR和密封剂之间的有害声耦合。

Description

具有简单封装的薄膜体声波谐振器(FBAR)器件
                      背景技术
包括一个或多个薄膜体声波谐振器(FBAR)的FBAR器件形成了各种电子产品、尤其是无线产品的一部分。例如，现代移动电话包括一种双工器，其中每个带通滤波器都包括梯形电路，其中该梯形电路的每个元件都是FBAR。包括FBAR的双工器由Bradley等在美国专利no.6,262,637中公开，该专利名为Duplexer Incorporating Thin-filmBulk Acoustic Resnators (FBARs)。这种双工器包括在发射器的输出和天线之间串联连接的发射器带通滤波器，以及与天线和接收器的输入之间的90°移相器串联连接的接收器带通滤波器。该发射器带通滤波器和接收器带通滤波器的通带的中心频率彼此偏离。基于FBAR的梯形滤波器也用在其它应用中。
图1示出了适于用作双工器的发射器带通滤波器的FBAR基带通滤波器10的示例性实施例。该发射器带通滤波器包括连接在梯形电路中的串联FBAR 12和分路FBAR 14。串联FBAR 12的谐振频率比分路FBAR 14的高。
图2示出了一种FBAR的示例性实施例30。FBAR 30由一对电极32和34以及所述电极之间的压电元件36组成。该压电元件和电极悬置在衬底42中定义的腔44之上。这种悬置FBAR的方式允许FBAR响应电极之间施加的电压机械谐振。
序列号为no.10/699,289的美国专利申请公开了一种包括去耦叠层体声波谐振器(Stacked Bulk Acoustic Resonator，DSBAR)的带通滤波器，该DSBAR包括下FBAR、在下FBAR上堆叠的上FBAR以及所述FBAR之间的声波去耦器。每个FBAR由一对电极以及电极之间的压电元件组成。在下FBAR的电极之间施加电学输入信号，上FBAR在其电极之间提供带通滤波的电学输出信号。可选地，该电学输入信号可以施加于上FBAR的电极间，这种情况下，电学输出信号从下FBAR的电极输出。
序列号为no.10/699,481的美国专利申请公开了一种由两个去耦叠层体声波谐振器(DSBAR)组成的薄膜声波耦合变换器(FilmAcoustically-coupled Transformer，FACT)。第一电路使DSBAR的下FBAR以串联或并联方式互连。第二电路使DSBAR的上FBAR以串联或并联方式互连。取决于电路的配置，可以获得阻抗变换比为1∶1或1∶4的平衡或非平衡FACT实施例。这种FACT还提供第一电路和第二电路之间的流电隔离。
上述参考图2的FBAR以及包括一个或多个FBAR的器件，例如梯形滤波器、DSBAR和FACT，在本公开说明中总称为FBAR器件。
当前，在硅或其它合适材料的晶片上一次制备成千上万个FBAR器件的FBAR叠层。每个FBAR器件还包括晶片的一部分作为它的衬底。FBAR叠层包括其中至少定义一个FBAR的各种材料层。FBAR器件一般封装在封装体中，如Merchant等在美国专利no.6,090,687中所描述的，该专利已经转让给本公开说明的受让人。其上制造FBAR叠层的晶片将称为FBAR晶片。FBAR晶片上制备的每个FBAR叠层被位于该FBAR晶片表面的环形垫片(gasket)环绕。然后盖帽晶片与该FBAR晶片相邻放置并与该垫片键合。FBAR晶片、盖帽晶片和垫片以及晶片之间的FBAR组成了晶片叠层。然后该晶片叠层被分割成独立封装的FBAR器件，其中的一个示例性器件在图3中以剖面图示出。
图3示出了封装的FBAR器件50，由FBAR器件52和封装体54组成。FBAR器件由FBAR叠层56和衬底58组成。衬底还组成了封装体54的一部分。FBAR叠层56由至少定义一个FBAR的多种材料层组成。FBAR叠层56悬置在衬底58中定义的腔60之上。衬底58是分割之前上述FBAR晶片的一部分。FBAR叠层56被键合到衬底58的主表面的环形垫片62环绕。盖帽64，它在分割之前是上述盖帽晶片的一部分，被相对于衬底58键合到垫片62。衬底58、垫片62以及盖帽64一起定义了密封的腔66，其中放置有FBAR叠层56。
如上所述，FBAR叠层56悬置在衬底58中定义的腔60之上。FBAR叠层56的材料(一般是几十兆瑞利(Mrayl))和腔60中的空气或其它气体(大约为1千瑞利(Krayl))的声阻抗之间大的失配将FBAR叠层56与衬底58声学隔离。类似地，FBAR叠层56远离衬底58的顶面68与盖帽64分离间隙70。间隙70一般填充有空气或其它气体。FBAR叠层56的材料和间隙70中的空气或其它气体的声阻抗的大的失配将FBAR叠层56与盖帽64声学隔离。因此，FBAR叠层56与衬底58和盖帽64二者声学去耦，并因此响应于其电极之间施加的电学信号而自由地机械共振。
尽管图3中示出的封装的FBAR器件的封装体54相对简单和便宜，但可以获得更简单和便宜的封装。这种封装的一个实例涉及在覆盖该FBAR叠层和部分衬底的密封剂(未示出)中密封该FBAR叠层。然而，因为FBAR叠层不再自由地机械谐振，密封剂和远离衬底的该FBAR叠层的顶面68之间的机械接触使密封的FBAR器件的电学特性退化。
因此，所需要的是一种密封的FBAR器件，其中FBAR叠层与密封剂有效地声学隔离。
                    发明内容
第一方面，本发明提供一种密封的薄膜体声波谐振器(FBAR)器件，包括衬底、该衬底上的FBAR叠层、将该FBAR叠层与该衬底声学隔离的元件、覆盖该FBAR叠层的密封剂以及该FBAR叠层的顶面和密封剂之间的声波布拉格反射器。该FBAR叠层包括FBAR并具有远离衬底的顶面。该FBAR包括相对的平面电极以及电极之间的压电元件。该声波布拉格反射器包括金属布拉格层和与该金属布拉格层并置的塑料布拉格层。
FBAR器件的实例包括FBAR，例如提供梯形滤波器、叠层体声波谐振器(SBAR)、去耦叠层体声波谐振器(DSBAR)、带通滤波器、耦合的谐振器滤波器以及薄膜声波耦合变换器(FACT)的元件的FBAR。
金属布拉格层的金属和塑料布拉格层的塑料材料之间的声阻抗的大比率使得声波布拉格反射器能够为FBAR器件的频率响应提供FBAR和密封剂之间的足够的声隔离，从而呈现微小的不真实的假象(spurious artifact)(如存在)，该不真实的假象源自于FBAR和密封剂之间的有害声耦合。
金属布拉格层的金属和塑料布拉格层的塑料材料之间的声阻抗的大比率意味着，除了组成FBAR本身的层，FBAR器件一般可以包括一到四个布拉格层。这意味着根据本发明的FBAR器件的制备工艺仅比相同类型的常规FBAR器件的制备工艺略微复杂。该声波布拉格反射器允许使用较简单和较低成本的工艺来密封FBAR器件。
塑料材料中声音的低速率意味着塑料布拉格层相对薄。因此，声波布拉格反射器声学总高度小。
第二方面，本发明提供密封的薄膜体声波谐振器(FBAR)器件，包括衬底、该衬底上的FBAR叠层、将该FBAR叠层与该衬底声学隔离的元件、覆盖该FBAR叠层的密封剂以及该FBAR叠层顶面和密封剂之间的声波布拉格反射器。该FBAR叠层包括FBAR并具有远离衬底的顶面。该FBAR包括相对的平面电极以及电极之间的压电元件。该声波布拉格反射器包括第一布拉格层和与第一布拉格层并置的第二布拉格层。第一布拉格层包括第一材料，其声阻抗小于5。第二布拉格层包括第二材料，其声阻抗大于50。一个实施例中，第一材料具有小于3的声阻抗，第二材料具有大于60的声阻抗。
最后一方面，本发明提供一种密封的薄膜体声波谐振器(FBAR)器件，包括衬底、该衬底上的FBAR叠层、将该FBAR叠层与该衬底声学隔离的元件、覆盖该FBAR叠层的密封剂以及该FBAR叠层上表面和密封剂之间的声波布拉格反射器。该FBAR叠层包括FBAR并具有远离衬底的顶面。该FBAR包括相对的平面电极以及电极之间的压电元件。该声波布拉格反射器包括第一布拉格层和与第一布拉格层并置的第二布拉格层。第一布拉格层包括具有第一声阻抗的第一材料，第二布拉格层包括具有第二声阻抗的第二材料。第二声阻抗和第一声阻抗的比大于10。一个实施例中，第二声阻抗和第一声阻抗的比大于16。
                              附图说明
图1是包括根据现有技术的FBAR的梯形滤波器的示意图。
图2是根据现有技术的FBAR的剖面图。
图3是根据现有技术的密封的FBAR器件的剖面图。
图4A是根据本发明的密封的FBAR的第一实施例的平面图。
图4B是沿着剖面线4B-4B的图4A中示出的本发明的密封的FBAR器件的第一实施例的剖面图。
图4C和4D是图4A中示出的密封的FBAR器件的声波布拉格反射器的备选结构的剖面图。
图5是根据本发明的密封的FBAR器件的第二实施例的剖面图。
图6A是根据本发明的密封的FBAR器件的第三实施例的平面图。
图6B是沿着剖面线6B-6B的图6A中示出的本发明的密封的FBAR器件的第三实施例的剖面图。
图7A是根据本发明的密封的FBAR器件的第四实施例的平面图。
图7B是沿着剖面线7B-7B的图7A中示出的本发明的密封的FBAR器件的第四实施例的剖面图。
图7C是沿着剖面线7C-7C的图7A中示出的本发明的密封的FBAR器件的第四实施例的剖面图。
图7D是图7A中示出的密封的FBAR器件的第四实施例的电路示意图。
图8A-8M的平面图示出了制备根据本发明的密封的FBAR器件的实施例的工艺。
图8N-8Z是分别沿着图8A-8M中的剖面线8N-8N到8Z-8Z的剖面图。
                     具体实施方式
图4A和4B分别示出了根据本发明的密封的FBAR器件的第一示例性实施例100的平面图和剖面图。密封的FABR器件100包括FBAR叠层111，该叠层111包括FBAR 110。FABR 110是例如图1所示的FBAR梯形滤波器的示例性FBAR，或是双工器的示例性FBAR。这种梯形滤波器或双工器的剩余FBAR也构成FBAR叠层111的一部分。然而，为简化图示，图4A和图4B省略了剩余FBAR。
参考图4B，密封的FBAR器件100包括衬底102、该衬底上的FBAR叠层111、将该FBAR叠层与该衬底隔离的元件、覆盖FBAR叠层111的密封剂121以及FBAR叠层111的顶面113和密封剂121之间的声波布拉格反射器190。声波布拉格反射器190包括与第一塑料布拉格层194并置的第一金属布拉格层192。在示出的实例中，第一金属布拉格层192与密封剂121并置，且声波布拉格反射器190还包括与第一塑料布拉格层194并置的第二金属布拉格层196和与第二金属布拉格层196并置的第二塑料布拉格层198。第二塑料布拉格层198与FBAR叠层111的顶面113并置。该实例中还示出，FBAR叠层111包括单个FBAR器件110，该器件110具有相对的平面电极112和114以及电极之间的压电元件116。
实例中还示出，衬底102中定义的腔104执行将FBAR叠层111与衬底102声学隔离的功能。此外，声波布拉格反射器190将该FBAR叠层与密封剂121声学隔离。这样，FBAR叠层111与衬底102和密封剂121两者声学隔离，因此，它响应于FBAR 110的电极112和114之间施加的电学信号而自由地机械振动。
本公开说明中描述的并置的布拉格层一般如图4B所示彼此物理接触。然而，并置的布拉格层可以被插入层分开，假设这种插入层对并置的布拉格层的声学属性具有可忽略的影响。
这里描述的在另一元件之上的元件一般与另一元件物理接触，如远端的电极114和压电元件116就是如此。然而，可选地，描述为在另一元件之上的元件可以通过一个或多个其它元件与该另一元件分开。例如，图4B所示的实施例中，压电元件116可以描述成在衬底102之上，但通过电极112与衬底分开。
本公开说明中使用的术语FBAR叠层指包括一个或多个FBAR的各种材料层的堆叠。在FBAR叠层包括多于一个FBAR的实施例中，所述FBAR可以处于FBAR叠层中相同的层或处于FBAR叠层中不同的层，或者一些FBAR可以处于FBAR叠层中相同的层且一些FBAR处于FBAR叠层中的不同的层。例如，FBAR梯形滤波器中的FBAR一般在FBAR叠层中处于相同的层，去耦叠层体声波谐振器(DSBAR)中的FBAR在FBAR叠层中处于不同的层，薄膜声波去耦变换器(FACT)的一些FBAR处于FBAR叠层中相同的层且该FACT的一些FBAR处于FBAR叠层中的不同的层。
密封的FBAR器件100具有带通频率响应特性，该响应特性具有中心频率。如本公开说明中使用的，术语布拉格层指标称厚度t是波长λn的四分之一的奇数整数倍的层，即t＝(2m+1)λn/4，其中m是大于或等于零的整数，λn为频率等于中心频率的声学信号在布拉格层的材料中的波长。整数m为零的布拉格层一般减小密封FBAR器件的频率响应呈现不真实假像的可能性。这种布拉格层中，布拉格层的标称厚度是上述声学信号的层的材料中的波长的四分之一，即t＝λn/4。这种厚度的层被称为四分之一波长层。而且，如下面详细描述的，对于很多应用下面的实施例将给出足够的声学隔离，该实施例中至少金属布拉格层比四分之一波长层薄，某些只有λn/16这样薄。
发明人已经发现声波布拉格反射器提供的声学隔离取决于组成该声波布拉格反射器的布拉格层的材料的声阻抗的比。与另一层并置的第一布拉格层呈现的有效声阻抗Zeff1是在远离该另一层的第一布拉格层表面处看到的声阻抗。第一布拉格层呈现的有效声阻抗取决于第一布拉格层的声阻抗和该另一层呈现给第一布拉格层的有效声阻抗。第一布拉格层呈现的有效声阻抗由下式给出：
Zoff1＝Zp 2/Zm              (1)
其中Zp是第一布拉格层的材料的声阻抗，Zm是该另一层的声阻抗。
例如，远离密封剂121的第一金属布拉格层192的表面处的有效声阻抗取决于第一金属布拉格层192的材料的声阻抗和密封剂的材料的声阻抗。该实例中，Zeff1是远离密封剂121的第一金属布拉格层192的表面处呈现的有效声阻抗，Zp是第一金属布拉格层192的材料的声阻抗，Zm是密封剂121的材料的声阻抗。
公式(1)定义的关系存在于每个布拉格层和先前的布拉格层之间。公式(1)中，Zm是先前布拉格层呈现给该布拉格层的有效声阻抗。
例如，第一金属布拉格层192呈现给第一塑料布拉格层194的有效声阻抗为Zeff1。第一塑料布拉格层194将该有效声阻抗Zeff1变换成另一个有效声阻抗Zeff2，并呈现有效声阻抗Zeff2给第二金属布拉格层196。第二金属布拉格层196将该有效声阻抗Zeff2变换成另一个有效声阻抗Zeff3，并呈现有效声阻抗Zeff3给第二塑料布拉格层198。第二塑料布拉格层198将该有效声阻抗Zeff3变换成另一个有效声阻抗Zeff4，并呈现有效声阻抗Zeff4给FBAR 110。有效声阻抗Zeff4也是声波布拉格反射器190的有效声阻抗。
FBAR叠层111和在第二塑料布拉格层198处由声波布拉格反射器190呈现的有效声阻抗之间的声阻抗失配提供了FBAR叠层111和密封剂121之间的声隔离。从第一金属布拉格层192到第二塑料布拉格层198，布拉格层192、194、196和198呈现的有效声阻抗分别在高和低之间交替，高阻抗逐渐增加且低阻抗逐渐降低。
由于声波布拉格反射器190提供有效声隔离，呈现给FBAR叠层111的有效声阻抗可以比FBAR叠层的声阻抗大或小。声波布拉格反射器190提供的声隔离可以通过以分贝(20乘以该比率的对数)表示的声波布拉格反射器190的有效声阻抗和FBAR叠层111的声阻抗的比率的绝对值而定量。增加声隔离减小了FBAR器件100的频率响应因为FBAR叠层111和密封剂121之间的有害声耦合而呈现不想要的不真实假象的可能性。
根据本发明，声波布拉格反射器190的布拉格层的交替层的材料分别是塑料材料和金属，特别是诸如钨或钼这样的难熔金属。金属和塑料材料的声阻抗之间的大比率使得能够使用相对少的布拉格层实现几十分贝的声隔离。可以获得几种声阻抗大于50Mrayl且与典型FBAR制造工艺中使用的蚀刻剂相兼容的难熔金属。例如，钼的声阻抗大约为63Mrayl。可以获得几种声阻抗小于5Mrayl且与典型FBAR制造工艺中使用的高温和蚀刻剂相兼容的塑料材料。一些这种塑料材料的声阻抗只有约2Mrayl。这样，可以获得声阻抗比率大于10的金属和塑料的几种组合。钼和下面将要描述的交联聚苯撑聚合物(crosslinked polyphenylene polymer)的声阻抗比大约为30。
可获得与在第一金属布拉格层192和第二金属布拉格层196淀积过程中第一塑料布拉格层194和第二塑料布拉格层198经历的蚀刻剂和高温(＞400℃)相兼容的塑料材料，该塑料材料的声阻抗为约2Mrayl～约4Mrayl。
使用声阻抗大于约50Mrayl的金属(例如难熔金属)作为第一金属布拉格层192和第二金属布拉格层196的材料，并使用声阻抗小于约5Mrayl的塑料材料作为第一塑料布拉格层194和第二塑料布拉格层198的材料，得出声波布拉格反射器190的一个实施例，它呈现给FBAR叠层111的有效声阻抗大约为400瑞利(rayl)。假设FBAR叠层111的有效声阻抗大约为50Mrayl，这导致超过100dB的声隔离。为使FBAR 110的频率响应具有基本没有不真实假象的频率响应，声波布拉格反射器190提供FBAR叠层111和密封剂121之间的充分声隔离。其中塑料材料具有大约2Mrayl的声阻抗的实施例提供了超过120dB的计算声隔离。作为比较，由图3中示出的间隙70提供的计算声隔离小于约90dB。该间隙中的气体的声阻抗大约为1krayl。
在FBAR叠层111和密封剂121之间需要更大声隔离的实施例可以在第一金属布拉格层192和密封剂121之间具有额外的塑料和金属布拉格层对。然而，所述声波布拉格反射器190的实施例提供的声隔离对于大多数应用是足够的。
电极112、电极114和压电层116形成了机械结构，其具有定义FBAR 110的通带的中心频率的机械谐振。电极112、电极114和压电元件116在厚度上类似于带通频率响应具有相同标称中心频率的常规FBAR的相应元件。因此，密封的FBAR器件100的电学特性和类似的常规FABR器件的电学特性相似，例如和图3中示出的器件相似，图3中FBAR叠层的顶部通过间隙与封装体隔离。
密封的FBAR器件100还具有焊盘132、焊盘134、电学连接焊盘132到电极112的电迹线133，以及电学连接焊盘134到电极114的电迹线135。焊盘132和134用于形成从密封的FBAR器件100到外部电路(未示出)的电学连接。
如下面将要描述的，因为需要通过淀积和图形化FBAR叠层111的顶面113上的额外的材料层以形成声学布拉格反射器190，密封FBAR器件100的FBAR叠层111和声波布拉格反射器190的制造比图3所示的常规间隙隔离的密封FBAR器件的FBAR叠层56的制造更复杂。另一方面，FBAR器件100简单地通过使用密封材料覆盖FBAR叠层111和声波布拉格反射器190并固化该密封材料形成密封剂121而密封。一个实施例中，密封材料是聚酰亚胺，这在下面有更详细的描述。另一个实施例中，密封材料是室温硬化的橡胶(RTV)、载玻环氧物(glass-loaded epoxy)或其它合适的密封材料。在需要气密性封装的应用中，密封剂121还可以包括作为涂层涂敷到固化的密封材料的外表面的薄的金属密封层(未示出)。合适的金属包括铝和金。该附加金属密封层显著减少了密封剂121的孔隙率。
FBAR叠层111可以被不同于密封剂121的密封剂覆盖。例如，图3中示出的封装体54的不引人注意的实施例可以提供覆盖FBAR叠层111的密封剂，其中盖帽64接触声波布拉格反射器190。
在本公开说明中描述的密封的FBAR器件的实施例中，塑料布拉格层的塑料材料是聚酰亚胺。E.I.du Pont de Nemours and Company出售商标为Kapton的聚酰亚胺。这些实施例中，塑料布拉格层194和198都包括通过旋涂涂敷的聚酰亚胺。聚酰亚胺具有大约4Mrayl的声阻抗。
另一些实施例中，塑料布拉格层的塑料材料是聚对二甲苯。这些实施例中，塑料布拉格层194和198都包括通过真空淀积涂敷的聚对二甲苯。现有技术中聚对二甲苯也称为聚对苯二甲撑(parylene)。制备聚对苯二甲撑的二聚物前体对二甲苯的二聚物(di-para-xylylene)和执行聚对苯二甲撑层的真空淀积的设备从很多供应商那里可以获得。聚对苯二甲撑具有大约2.8Mrayl的声阻抗。
另一些实施例中，塑料布拉格层的塑料材料是交联聚苯撑聚合物。这些实施例中，塑料布拉格层194和198都包括由旋涂涂敷的交联聚苯撑聚合物。已经开发交联聚苯撑聚合物用作在集成电路中使用的低介电常数的介电材料，由此在后续淀积和图形化声波布拉格反射器190的金属布拉格层过程中交联聚苯撑聚合物经历的高温下保持稳定。发明者已经发现交联聚苯撑聚合物还具有大约2Mrayl的计算声阻抗。交联聚苯撑聚合物的低的声阻抗使得塑料布拉格层的塑料材料是交联聚苯撑聚合物的声波布拉格反射器190的实施例能够提供特别高的声隔离。
The Dow Chemical Company，Midland，Ml出售商标为SiLK的前体溶液，所述前体溶液包含各种低聚物，所述低聚物聚合以形成相应的交联聚苯撑聚合物。该前体溶液通过旋涂涂敷。从指定为SilKTMJ的这些前体溶液之一(还包含助粘剂)获得的交联聚苯撑聚合物具有2.1Mrayl、即大约为2Mrayl的计算声阻抗。
使用双环戊烯酮-和芳香乙炔-含单体的(biscyclopentaienone-and aromatic acetylene-containing monomers)，制备聚合以形成交联聚苯撑聚合物的低聚物。采用这种单体形成可溶的低聚物，而无需不适当的取代。该前体溶液包含溶解于伽马-丁内酯和环己酮溶剂的特殊低聚物。前体溶液中该低聚体的百分比决定了前体溶液被涂敷时的层厚度。涂敷之后，加热以蒸发溶剂，随后固化该低聚物以形成交联聚合物。双环戊烯酮按照4+2的环化加成反应与乙炔反应，该反应形成新的芳香环。进一步的固化导致形成交联聚苯撑聚合物。在Godschalx等的美国专利No.5965679中公开了前述的交联聚苯撑聚合物。Martin等人在Development of Low-Dielectric Constant Polymer for theFabrication of Integrated Circuit Interconnect，12 ADVANCEDMATERIALS，1769(2000)中描述了另外的实践细节。和聚酰亚胺相比，交联聚苯撑聚合物具有更低的声阻抗、更小的声学衰减、以及更小的介电常数。此外，前体溶液的涂敷层能够产生高质量的交联聚苯撑聚合物薄膜，其厚度范围为约200nm，该厚度为塑料布拉格层194和198的典型厚度。
布拉格层192、194、196和198中的每一个都具有在频率上等于FBAR 110的通带的中心频率的声波信号在布拉格层的材料中波长的四分之一的标称厚度。采用四分之一波长厚度的布拉格层，当使用聚酰亚胺塑料布拉格层时声波布拉格反射器190呈现大约65rayl的计算有效声阻抗，当使用交联聚苯撑聚合物塑料布拉格层时声波布拉格反射器190呈现大约4rayl的计算有效声阻抗。这些声阻抗分别对应于约118dB和142dB的声隔离。
在声波布拉格反射器190构造成工作在约2GHz的实施例中，其中塑料布拉格层194和198的塑料材料是交联聚苯撑聚合物、金属布拉格层192和196是钼时，塑料布拉格层的厚度大约为190nm，金属布拉格层的厚度大约是800nm。商业上可以获得组成旋涂厚度为约190nm的交联聚苯撑聚合物的前体溶液。聚酰亚胺也可以旋涂成该厚度的层。因此，直接形成塑料布拉格层194和198作为标称四分之一波长层。另一方面，使用当前的生产工艺，溅射淀积高材料质量的800nm厚度的钼并图形化这样的层是困难的。然而，通过将塑料布拉格层和难熔金属布拉格层并置获得的大的有效声阻抗变换意味着采用比四分之一波长层薄得多的金属布拉格层可以获得足够大的声隔离。使用薄至220nm(仅比十六分之一波长层稍厚)金属布拉格层的测试结构产生了可以接受的结果。使用等于FBAR 110的电极112和114厚度的大约300nm的金属布拉格层，可以获得良好结果。
在声波布拉格反射器190中使用比四分之一层薄的金属布拉格层，随着布拉格层的数目减少，声隔离更大比例地减少。使用当前制造技术，使用较多的其中金属布拉格层比四分之一波长层薄的布拉格层可以比使用较少的其中金属布拉格层是四分之一波长层的布拉格层获得更好的结果和更低的成本。
图4C和4D是根据本发明的密封的FBAR器件100的简化实例的剖面图，其中声波布拉格反射器所包括布拉格层比图4B中所示的声波布拉格反射器190的少。图4C-4D中示出的密封的FBAR器件在平面视图中类似于图4A中示出的密封的FBAR器件100。
在图4C中示出的密封的FBAR器件中，省略了第二塑料布拉格层198(图4B)，且声波布拉格反射器191包括与第一塑料布拉格层194并置的第一金属布拉格层192以及与第一塑料布拉格层194并置的第二金属布拉格层196。第二金属布拉格层196与FBAR叠层111的顶面113并置，即和电极114并置。电极114可以比四分之一波长层薄得多的绝缘层与第二金属布拉格层196电学隔离。采用四分之一厚的布拉格层，使用聚酰亚胺塑料布拉格层时声波布拉格反射器191呈现的计算有效声阻抗为25约Grayl，使用交联聚苯撑聚合物塑料布拉格层时声波布拉格反射器191呈现的计算有效声阻抗为约99Grayl。这些声阻抗分别对应于约74dB和86dB的声隔离。
在图4D中示出的密封FBAR器件中，省略了第二塑料布拉格层198和第二金属布拉格层196(图4B)，声波布拉格反射器193包括与第一塑料布拉格层194并置的第一金属布拉格层192。第一塑料布拉格层194与FBAR叠层111的顶面113并置。采用四分之一厚的布拉格层，使用聚酰亚胺塑料布拉格层时声波布拉格反射器193的计算有效声阻抗为约16krayl，使用交联聚苯撑聚合物塑料布拉格层时声波布拉格反射器193的计算有效声阻抗为约4krayl。这些声阻抗分别对应于70dB和82dB的声隔离。
图5示出了根据本发明的密封的FBAR器件的第二示例性实施例200的剖面图。密封的FBAR器件200在平面图中类似于图4A中示出的密封的FBAR器件100。密封的FBAR器件200包括FBAR叠层111，该叠层包括FBAR 110。FBAR 110是例如图1中示出的FBAR梯形滤波器的示例性FBAR，或双工器的示例性FBAR。这种梯形滤波器或双工器的剩余FBAR也组成了FBAR叠层111的一部分。然而，为简化图示，剩余FBAR从图5中省略。对应于上述参考图4A和4B的密封的FBAR器件100的元件的密封的FBAR器件200的元件使用相同的参考数字表示，这里不再作描述。
密封的FBAR器件200包括衬底102、该衬底上的FBAR叠层111、将FBAR叠层与衬底隔离的元件、覆盖FBAR叠层111的密封剂121以及FBAR叠层111的顶面113和密封剂121之间的声波布拉格反射器190。声波布拉格反射器190包括与第一塑料布拉格层194并置的第一金属布拉格层192。所示实例中，与密封剂121并置的第一金属布拉格层192和声波布拉格反射器190还包括与第一塑料布拉格层194并置的第二金属布拉格层196以及与第二金属布拉格层196并置的第二塑料布拉格层198。第二塑料布拉格层198与FBAR叠层111的顶面113并置。同样，在所示的实例中，FBAR叠层111包括单个FABR器件110，该FBAR器件具有相对的平面电极112和114以及电极之间的压电元件116。
如序列号为no.xx/xxx,xxx，名为Cavity-less Film Bulk AcousticResonator(FBAR)Device的美国专利申请中描述的，在FBAR器件中，FBAR叠层111和衬底102之间的声波布拉格反射器180执行将FBAR叠层111与衬底102声隔离的功能。此外，如上所述声波布拉格反射器190将FBAR叠层与密封剂121声隔离。这样，FBAR叠层111与衬底102和密封剂121两者声隔离并因此响应于FBAR 110的电极112和114之间施加的电学信号而自由振动。
声波布拉格反射器180包括与第一塑料布拉格层184并置的第一金属布拉格层182。所示实例中，第一金属布拉格层182与衬底并置，且声学布拉格反射器180还包括与第一塑料布拉格层184并置的第二金属布拉格层186和与第二金属布拉格层186并置的第二塑料布拉格层188。
金属布拉格层182和186的材料一般和上述金属布拉格层192和196的材料相同，当然可以使用不同的材料。塑料布拉格层184和188的材料一般与上述金属布拉格层194和198的材料相同，当然可以使用不同的材料。布拉格层182、184、186和188是标称的四分之一波长层。然而，类似于金属布拉格层192和196，为便于制造，金属布拉格层182和186一般比四分之一波长层薄。
类似于声波布拉格反射器190，声波布拉格反射器180可以包括比图5示例的数目更多或更少的布拉格层。类似于上述参考图4C和4D中所描述的，可以省略第二金属布拉格层186和第二塑料布拉格层186其中之一或它们两者。而且，衬底102的典型材料具有比密封剂121高的声阻抗，所以通过颠倒第一金属布拉格层182和第一塑料布拉格层184的顺序以将第一塑料布拉格层184与衬底102并置，获得与衬底102的有效声隔离。这样，声波布拉格反射器180的另一个实施例只包括第一金属布拉格层182和第一塑料布拉格层184，第一塑料布拉格184层与衬底102并置，且第一金属布拉格层182与FBAR叠层111并置。另一个实施例中，第二塑料布拉格层186插入在第一金属布拉格层182和FBAR叠层111之间。另一个实施例中，第二塑料布拉格层186和第二金属布拉格层188依次夹在第一金属布拉格层182和FBAR叠层111之间。
不像密封的FBAR器件100，密封的FBAR器件200不需要在制造工艺末尾执行释放蚀刻(release etch)以从FBAR器件100的衬底102中的腔104中去除牺牲材料。不必执行释放蚀刻增加了可以用于制备FBAR器件200的材料的范围，因为这些材料不必与释放蚀刻相匹配。
FBAR器件200还具有焊盘132、焊盘134、电学连接焊盘132到电极112的电迹线133以及电学连接焊盘134到电极114的电迹线135。焊盘132和134用于形成从FBAR器件200到外部电路(未示出)的电学连接。
图6A和6B分别示出了根据本发明的密封的FBAR器件的第三示例性实施例300的平面图和剖面图。FBAR器件300是带通滤波器，其中FBAR叠层包括两个FBAR和这些FABR之间的声波去耦器。FBAR和声波去耦器组成单个去耦叠层体声波谐振器(DSBAR)。图6A和6B示出的和下面描述的FBAR器件300的实例具有声波布拉格反射器，它在结构上具有类似于上述参考图4A和4B的位于FBAR叠层和密封剂之间的声波布拉格反射器190，以将FBAR叠层与密封剂声隔离。或者，该声波布拉格反射器可以依照图4C和4D的描述来构造。图6A和6B示出和下面描述的FBAR器件300的实例中，该FBAR叠层悬置在衬底中定义的腔之上以将该FBAR叠层与衬底声学隔离。或者，FBAR器件300还可以在衬底和FBAR叠层之间具有额外的声波布拉格反射器，其类似于上述参考图5描述的声波布拉格反射器180的实施例中的任何一个，以将该FBAR叠层与衬底声学隔离。
FBAR器件300具有衬底102、该衬底上的FBAR叠层311、将该FBAR叠层与该衬底声学隔离的元件、覆盖该FBAR叠层的密封剂121以及位于FBAR叠层顶面313和密封剂之间的声波布拉格反射器190。
FBAR器件300中，FBAR叠层311包括下FBAR110、叠在下FBAR110上的上FBAR 120以及FBAR之间的声波去耦器130。FBAR 110包括相对的平面电极112和114以及电极之间的压电元件116。FBAR120包括相对的平面电极122和124以及电极之间的压电元件126。
声波去耦器130位于FBAR 110和120之间，具体而言，位于FBAR110的电极114和FBAR 120的电极122之间。该声波去耦器控制FBAR110和120之间的声能耦合。和FBAR之间直接接触相比，声波去耦器在FBAR之间耦合了较少的声能。图6B中示出的实例中，声波去耦器130包括声波去耦材料的声波去耦层。
所示实例中，FBAR叠层311悬置在衬底102中定义的腔104之上。腔104执行将FBAR叠层311与衬底102声隔离的功能。此外，声波布拉格反射器190位于密封剂121和FBAR叠层311的顶面313之间以将该FBAR叠层与该密封剂声隔离。上面参考图4A和4B描述了声波布拉格反射器190的结构。金属布拉格层192和196的金属与塑料布拉格层194和198的塑料材料之间的大的声阻抗比使得声波布拉格反射器190能够向FBAR叠层311呈现极低的有效声阻抗。声波布拉格反射器190和FBAR叠层311之间的大的声阻抗比使得声波布拉格反射器190能够提供FBAR叠层311和密封剂121之间足够的声隔离，以允许组成DSBAR 106的FBAR 110和120响应它们其中之一的电极之间施加的输入电学信号而机械谐振。接收该输入电学信号的FBAR中产生的声能经过声波去耦器130传输到另一FBAR。接收该声能的FBAR将部分声能转换成它的电极之间提供的电学输出信号。接收该声能的FBAR的电极之间的电学信号输出具有带通频率响应特性，该响应特性基本没有有害不真实的假象，所述不真实的假象源自于FBAR叠层311和密封剂121之间有害声耦合。
所示的实例中，FBAR 110的电极112和114分别通过电迹线133和135分别电学连接到焊盘132和134。此外，FBAR 120的电极122和124分别通过电迹线137和139分别电连接到焊盘134和138。在输入和输出之间提供电学隔离的实施例中，电迹线137连接到另外的焊盘(未示出)而不是连接到焊盘134。焊盘132、134和138用于形成从FBAR器件300到外部电路(未示出)的电学连接。
所示实例中，声波去耦层提供声波去耦器130。该声波去耦层也是塑料材料的四分之一波长层。在声波去耦层和塑料布拉格层194和198中可以使用相同的塑料材料。声波去耦层的塑料材料的声阻抗决定了FBAR器件300的带宽。提供特定带宽的需求导致声波去耦层包括不同于塑料布拉格层194和198的塑料材料。
图7A是根据本发明的密封的FBAR器件的第四实施例400的平面图。FBAR器件400是薄膜声波耦合变换器(FACT)，其中FBAR叠层包括4个FBAR，它们排列成两个去耦叠层体声波谐振器(DSBAR)。图7B和7C是分别沿图7A的7B-7B和7C-7C的剖面图。图7D是图7A中示出的和下面描述的FACT 400的实例的电路的示意图。图7A和7B中示出的和下面描述的FBAR器件400的实例具有声波布拉格反射器，它在结构上类似于上述参考图4A和4B的位于FBAR叠层的顶面和密封剂之间的声波布拉格反射器190，以将FBAR叠层与密封剂声学隔离。或者，该声波布拉格反射器可以参考图4C和4D如上所述构造。图7A和7B中示出和下面描述的FBAR器件400的实例中，FBAR叠层悬置在衬底中定义的腔之上以将该FBAR叠层与衬底声学隔离。或者，FBAR器件400可以具有额外的声波布拉格反射器，其类似于上述参考图5的位于衬底和FBAR叠层之间的声波布拉格反射器180的实施例的任何一个，以将FBAR叠层与衬底声学隔离。
FACT 400具有衬底102、该衬底上的FBAR叠层411、将该FBAR叠层与该衬底声学隔离的元件、覆盖该FBAR叠层的密封剂121以及FBAR叠层的顶面413和密封剂之间的声波布拉格反射器190。FBAR叠层411包括叠层体声波谐振器(DSBAR)106和DSBAR 108。DSBAR106包括下FBAR 110、在下FBAR 110上堆叠的上FBAR 120以及FBAR之间的声波去耦器130。DSBAR 108包括下FBAR 150、堆叠在下FBAR 150之上的上FBAR 160以及FBAR之间的声波去耦器170。FACT 400还包括分别互连DSBAR 106和DSBAR 108的下FBAR 110和150的电路，以及分别互连DSBAR 106和DSBAR 108的上FBAR 120和160的电路。图7D示出了一个实例，其中电路141反并联连接DSBAR106的下FBAR 110和DSBAR 108的下FBAR 150，电路142串联连接DSBAR 106的上FBAR 120和DSBAR 108的上FABR 160。
在DSBAR 106中，下FBAR 110包括相对的平面电极112和114以及电极之间的压电元件116，且上FBAR 120包括相对的平面电极122和124以及电极之间的压电元件126。在DSBAR 108中，下FBAR 150包括相对的平面电极152和154以及电极之间的压电元件156，且上FBAR 160包括相对的平面电极162和164以及电极之间的压电元件166。
在FACT 400中，DSBAR 106的声波去耦器130位于下FBAR 110和上FBAR 120之间；具体而言，位于下FBAR 110的电极114和上FBAR 120的电极122之间。声波去耦器130控制FBAR110和120之间的声能耦合。和常规叠层体声波谐振器(SBAR)中FBAR直接彼此接触相比，声波去耦器130在FBAR 110和120之间耦合的声能较少。此外，DSBAR 108的声波去耦器170位于FBAR 150和160之间；更具体而言，位于下FBAR 150的电极154和上FBAR 160的电极162之间。声波去耦器170控制FBAR150和160之间的声能耦合。和FBAR彼此直接接触相比，声波去耦器170在FBAR 150和160之间耦合的声能较少。由声波去耦器130和170限定的声能耦合决定了FACT 400的通带宽度。
图7A-7C所示的实例中，声波去耦器130和170是声波去耦层131的相应部分。另一些实施例中，声波去耦器130和170均包括由具有不同声阻抗的声波去耦材料制成的声波去耦层，如序列号为no.xx/xxx,xxx，由John D.Larson等的名为Pass Bandwidth Controlled inDecoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator Devices(Agilent Docketno.10040955-1)美国专利申请中所描述的。另一些实施例中，声波去耦器130和170在结构上是独立的。
位于FBAR叠层411的顶面413和密封剂121之间的声波布拉格反射器190提供DSBAR 106和108和密封剂之间的声隔离。上面参考图4A和4B描述了声波布拉格反射器190的结构。金属布拉格层192和196的金属和塑料布拉格层194和198的塑料材料之间的大的声阻抗比使得声波布拉格反射器190能够向DSBAR 106和DSBAR 108呈现极高的有效声阻抗。声波布拉格反射器190与DSBAR 106和108之间的大的声阻抗比使得声波布拉格反射器190能够提供DSBAR 106和108与密封剂121之间足够的声隔离，以允许FBAR 110和120响应于在它们其中之一的电极之间施加的输入电学而机械谐振，并允许FBAR150和160响应于它们其中之一的电极之间施加的输入电学信号而机械谐振。每个DSBAR中，在接收该输入电学信号的FBAR中产生的声能经过相应的声波去耦器130或170传输到另一FBAR。接收该声能的FBAR将部分声能转换成其电极之间提供的电学输出信号。接收该声能的FBAR的电极之间的电学信号输出的带通频率响应特性基本没有有害不真实的假象。
图7D示意性地示出了互连DSBAR 106和108以及将DSBAR 106和108连接到外部电路(未示出)的电路的实例。电路141反并联地连接下FBAR 110和150到信号端子143和接地端子144。图7A-7C中示出的实施例中，焊盘138提供信号端子143，且焊盘132和172提供接地端子144。该实施例中，电路141由下面部件提供：从焊盘132延伸到FBAR 110的电极112的电迹线133、从FBAR 110的电极114延伸到与互连垫片176电接触的互连焊盘136的电迹线137、从互连焊盘176延伸到信号焊盘138的电迹线139、从互连焊盘176延伸到FBAR150的电极152的电迹线177、从FBAR 150的电极154延伸到焊盘172的电迹线173以及互连焊盘132和172的电迹线167。
在图7D所示的示例性电学示意图中，电路142串联连接上FBAR120和160到信号端子145和146以及到可选的中间抽头端子147。图7A-7C所示的实施例中，焊盘134和174提供信号焊盘145和146，且焊盘178提供中间抽头端子147。该实施例中，电路142由下面的部件提供：从焊盘134延伸到FBAR 120的电极124的电迹线135、从FBAR 120的电极122延伸到FBAR 160的电极162的电迹线171、从迹线171延伸到中间抽头137的电迹线179、从FBAR 160的电极164延伸到焊盘174的电迹线175。还示出了通过电迹线169互连的焊盘163和168，其为焊盘134和174提供局部接地。所示实例中，电迹线169还延伸到焊盘178。另一些实例中，焊盘178是浮置的。
图7D中例举的电学连接提供了具有平衡初级和4∶1阻抗变换比的FACT或具有平衡次级和1∶4的阻抗变换比的FACT。或者，下FBAR可以并联、串联和反串联地互连，并且可选地，上FBAR可以以并联、反并联和反串联的形式互连，以获得下面表1所示的其它阻抗变换比。
  并联   串联   反并联   反串联
  并联   U1∶1LOW   X   X   U1∶4
  串联   X   B1∶1HIGH   B4∶1   X
  反并联   X   B1∶4   B1∶1LOW   X
  反串联   U4∶1   X   X   U1∶1HIGH
表1
表1中，行标题表示电路141的结构，列标题表示电路142的结构，B表示FACT是电学平衡的，U表示FACT是不平衡的，且X表示没有起作用的FACT。示出的阻抗变换比是从行标题示出的电路141的结构到列标题示出的电路142的结构的阻抗变换。对于具有1∶1阻抗变换比的结构，LOW表示FACT具有低阻抗，等于两个FBAR并联的阻抗，HIGH表示FACT具有高阻抗，等于两个FBART串联的阻抗。
晶片规模制造用于同时制造成千上万个类似于上述FABT器件100、200、300或400的FBAR器件。这种晶片规模制造能够便宜地制造FBAT器件。下面将参考图8A-8M的平面图和图8K-8Z的剖面图描述用于制造上述参考图6A和6B的FBAR器件300的实施例的制造方法的一个实例。采用不同的掩模，该工艺还可以用于制造FBAR器件100、200和400的实施例。将要描述其制造的FBAR 300的实施例的通带具有大约1.9GHz的标称中心频率。工作在其它频率的实施例在结构和制造上类似，但具有和下面举例描述的不同的厚度和横向尺寸。下面将要描述的FBAR 300的实例具有声波布拉格反射器，其在结构上类似于参考图4A和4B描述的声波布拉格反射器190。所述工艺可以调整，从而淀积较少的布拉格层以制造如上参考图4C和4D所示构造的声波布拉格反射器。
提供单晶硅晶片。对于每个被制造的FBAR器件，晶片的一部分组成了对应于FBAR器件300的衬底102的衬底。图8A-8M和图8N-8Z示出且下面的描述阐述了在构成衬底102的晶片部分之中和之上的FBAR器件300的制造。当制造FBAR器件300时，类似地制造晶片上的剩余FBAR器件。
如图8A和8N所示，晶片被选择性地湿法腐蚀以形成位于每个FBAR器件的位置中的腔104。在晶片表面沉积填充材料层(未示出)，其厚度足够填充每个腔。然后平面化该晶片的表面，使每个腔充满填充材料。图8A和8N还示出了衬底102中填充有填充材料105的腔104。
一个实施例中，填充材料是磷硅酸盐玻璃(PSG)，并使用常规低压化学气相淀积工艺(LPCVD)淀积。可选地，填充材料可以通过溅射或通过旋涂淀积。
作为形成和用填充材料105填充腔104的备选方案，金属和塑料交替的布拉格层淀积在晶片102的表面并被图形化以定义类似于图5中示出的声波布拉格反射器180的声波布拉格反射器。如上所述，声波布拉格反射器180或腔104执行声学隔离衬底102和FBAR叠层311(图6B)的功能。
在衬底102的主表面和填充材料105上淀积第一金属层。第一金属层如图8A和8N所示被图形化以定义电极112、焊盘132以及在电极112和焊盘132之间延伸的电迹线133。
电极112在平行于晶片主表面的平面一般具有不对称形状。不对称形状使FBAR 110(图6B)的横向模式最小化，其中电极112形成FBAR 110的一部分。这在Larson lIl等的美国专利no.6,215,375中有所描述。电极112使填充材料105的部分表面暴露，从而以后可以通过蚀刻去除填充材料，如下所述。
此外参考图6B，在第二金属层中定义电极114，在第三金属层中定义电极122以及在第四金属层中定义电极124，如下详述。其中定义了电极的金属层被图形化，使得在平行于晶片主平面的相应平面内，FBAR 110的电极112和114具有相同的形状、大小、取向和位置，FBAR120的电极122和124具有相同的形状、大小、取向和位置。一般地，电极114和122还具有相同的形状、大小、取向和位置。
一个实施例中，每个金属层的材料是通过溅射淀积的厚度约为300nm的钼。通过干法蚀刻图形化每个金属层。每个金属层中定义的电极是每个都具有约12000平方微米(μm)面积的五边形。其它电极面积给出其它特征阻抗。可选地，其它难熔金属，例如钨、铌和钛，可以用作金属层的材料。可选地，金属层可以每个都包括多于一种材料层。
在选择FBAR器件300的电极材料时考虑的一个因素是电极材料的声学特性：FBAR器件剩余金属部分的(多种)材料的声学特性和其它特性(例如电导率)相比较不重要。这样，FBAR器件300的剩余金属部分的(多种)材料可以不同于电极的材料。
如图8B和8O所示，淀积压电材料层并将其图形化以定义压电元件116。图形化该压电层以覆盖电极112，但暴露焊盘132和填充材料105的部分表面。压电元件116的其它部分在腔104外的衬底102上延伸。
一个实施例中，形成压电元件116和下述压电元件126而淀积的压电材料是氮化铝，并通过溅射淀积约1.4μm的厚度。压电材料通过在氢氧化钾中的湿法腐蚀或氯基干法蚀刻图形化。压电元件116和126的备选材料包括氧化锌、硫化镉和极化铁电材料，例如钙钛矿铁电材料，包括钛锆酸铅(lead zirconium titanate)、偏铌酸铅(lead metaniobate)和钛酸钡。
淀积并图形化第二金属层以定义电极114、焊盘134和在电极114和焊盘134之间延伸的电迹线135，如图8C和8P所示。这完成了FBAR110的制造。
然后淀积并图形化声波去耦材料层以定义声波去耦器130，如图8D和8Q所示。声波去耦器130被图形化以至少覆盖电极114，并且另外被图形化以暴露焊盘132和134和部分填充材料105。声波去耦器一般是塑料材料的第三布拉格层。
一个实施例中，声波去耦器130的声波去耦材料是聚酰亚胺，厚度约为200nm，即，聚酰亚胺中的中心频率波长的四分之一。聚酰亚胺通过旋涂淀积，并通过光刻图形化。聚酰亚胺是光敏的所以不需要光致抗蚀剂。如上所述，其它塑料材料可以用作声波去耦材料。声波去耦材料可以通过不同于旋涂的方法淀积。
在声波去耦材料是聚酰亚胺的实施例中，在淀积和图形化聚酰亚胺之后，在执行进一步处理之前，晶片最初在空气中在约250℃的温度下烘烤，最后在诸如氮气氛围的惰性气体中在约415℃的温度下烘烤。
如图8E和8R所示，淀积并图形化第三金属层以定义电极122和从电极122到焊盘134的电迹线137。焊盘134还通过迹线135电学连接到电极114。
如图8F和8S所示，淀积并图形化第二压电材料层以定义压电元件126。图形化第二压电层以暴露焊盘132和134以及部分填充材料105。
淀积并图形化第四金属层以定义电极124、焊盘138和从电极124延伸到焊盘138的电迹线139，如图8G和8T所示。这完成了FBAR 120和FBAR叠层311的制造。
在焊盘132、134和138的暴露表面上淀积金保护层(未示出)。此外，在如下所述的密封剂被金属化的实施例中，在电迹线133、137和139中每一个上淀积绝缘层(未示出)。
如图8H和8U所示，在FBAR叠层311的顶面313上淀积并图形化塑料材料层以成第二塑料布拉格层198。
一个实施例中，为形成第二塑料布拉格层198和第一塑料布拉格层194(其淀积下面描述)而淀积的塑料材料是聚酰亚胺。旋涂、固化和图形化聚酰亚胺以定义第二塑料布拉格层198和第一塑料布拉格层194，它们每个的厚度都约为200nm，即聚酰亚胺中的中心频率波长的四分之一。上面描述了图形化聚酰亚胺。在淀积每层聚酰亚胺之后，在执行进一步处理之前，晶片最初在空气中在约250℃的温度下烘烤，最后在例如氮气氛围的惰性气体中在约415℃的温度下烘烤。烘烤蒸发了聚酰亚胺的挥发成分，防止了这种挥发成分在后续工艺中的蒸发导致后续淀积层的分离。
另一个实施例中，为形成第二塑料布拉格层198和第一塑料布拉格层194淀积的塑料材料是聚对苯二甲撑，它由二聚物前体对二甲苯的二聚物通过真空淀积方法淀积。
另一个实施例中，为形成第二塑料布拉格层198和第一塑料布拉格层194淀积的塑料材料是交联聚苯撑聚合物的前体溶液。该前体溶液被旋涂、固化和图形化以定义第二布拉格层198和第一布拉格层194，它们每个的厚度都是约187nm，即，交联聚苯撑聚合物中的中心频率波长的四分之一。图形化交联聚苯撑聚合物将在下面描述。一个实例中，交联聚苯撑聚合物的前体溶液是The Dow Chemical Company销售的指定为为SiLKTMJ的一种溶液。可选地，前体溶液可以是任意一种合适的The Dow Chemical Company现在和未来出售的商标为SiLK的前体溶液。某些实施例中，在旋涂前体溶液之前淀积一层助粘剂。现在或未来可以从其它的供应商获得和使用包含低聚物的前体溶液，该低聚物在固化时形成声阻抗大约为2Mrayl的交联聚苯撑聚合物。在淀积每层前体溶液之后，在执行进一步处理之前，晶片在惰性环境中在约385℃～约450℃的温度范围烘烤，例如在真空或氮气氛围中烘烤。烘烤首先从前体溶液中馏出了有机溶剂，然后导致低聚物如上所述的交联以形成交联聚苯撑聚合物。
在第二塑料布拉格层184的表面上淀积和图形化第五金属层以定义第二金属布拉格层196，如图8I和8V所示。
在一个实施例中，第五金属层和第六金属层(其淀积将在下面描述)是相应的钼层，都通过溅射淀积，厚度为约800nm。另一个具有三个或更多布拉格层的实施例中，如上所述，第五金属层和第六金属层的厚度是300nm。通过干法蚀刻图形化这些金属层。可选地，其它难熔金属，例如钨、铌和钛，可以用作第五和第六金属层的材料。
如上所述在第二金属布拉格层196上淀积并图形化塑料材料层以定义第一塑料布拉格层194，如图8J和8W所示。
在第一塑料布拉格层194的表面上淀积并图形化第六金属层以定义第一金属布拉格层192，如图8K和8X所示。为形成第一布拉格层192的第六金属层的淀积完成了声波布拉格反射器190的制造。
然后FBAR叠层311和声波布拉格反射器190被密封剂121覆盖，如图8M和8Z所示。
一个实施例中，密封材料的滴涂敷到声波布拉格反射器190的暴露表面。密封材料从声波布拉格反射器流掉以覆盖声波布拉格反射器190和FBAR叠层311的顶面和侧面。该密封材料被固化以形成密封剂121。一个实施例中，密封材料是聚酰亚胺。聚酰亚胺密封材料被如上所述固化以形成密封剂121。
另一些实施例中，密封材料通过喷射模塑法涂敷。可选的密封材料是室温硬化橡胶(RTV)、载玻环氧物或其它合适的密封材料。可以采用其它涂敷技术。
在需要气密性封装的实施例中，执行额外的工艺，其中，固化的密封材料被金属密封层(未示出)覆盖以形成密封剂121。金属密封层的合适的材料包括铝和金。金属密封层大大减少了密封剂的孔隙率。金属密封层被图形化以暴露焊盘132、134和138。上述先于密封剂涂敷到电迹线133、137和139的绝缘层防止了金属密封层与电迹线电学互连。或者，密封剂121可以覆盖焊盘。这种实施例中，通孔延伸穿过衬底102，以将焊盘132、134和138连接到与位于衬底102表面103上的焊盘132、134和138相对的焊盘。
然后晶片被分割成独立的FBAR器件，包括FBAR器件300。
FBAR器件300安装在主机电气装置(例如无线电话)中，在FBAR器件的焊盘132、134和138与作为主机装置的一部分的焊盘之间形成电学连接。
如上所述，声波去耦器130的备选声波去耦材料是交联聚苯撑聚合物。如上参考图8C和8P所述，在第三金属层已经被图形化以定义电极114之后，交联聚苯撑聚合物的前体溶液以类似于参考图8D和8O所述的方式旋涂，但不被图形化。选择前体溶液的剂型(formulation)和旋涂速度，使得交联聚苯撑聚合物形成厚度约为187nm的层。这对应于频率等于FBAR器件300的通带中心频率的声学信号在交联聚苯撑聚合物中的波长的四分之一。然后如上所述，晶片被烘烤以使形成前体溶液一部分的低聚物交联以形成交联聚苯撑聚合物。
然后在交联聚苯撑聚合物层上以类似于上述参考图8E和8R的方式淀积第三金属层，但是开始以类似于图8D所示的图形化声波去耦器130的方式图形化，以定义后来将用于图形化交联聚苯撑聚合物层的硬膜，从而定义声波去耦器130。初始图形化的第三金属层具有和声波去耦器130相同的范围，并暴露焊盘132、134和部分填充材料105。
然后如图8D所示，使用初始图形化的第三金属层作为硬蚀刻掩模，图形化交联聚苯撑聚合物层。图形化交联聚苯撑聚合物层定义了声波去耦器130的范围，该去耦器130暴露了焊盘132和134以及部分填充材料105。采用氧等离子体蚀刻执行所述图形化。
然后如图8E和8R所示，第三金属层被再次图形化以定义电极122和在电极122和焊盘134之间延伸的电迹线137。
通过执行上述参考图8F-8M以及8S-8M的处理完成了采用交联聚苯撑聚合物层作为其声波去耦器的FABR器件300的实施例的制造。
类似地，在第二塑料布拉格层198是一层交联聚苯撑聚合物层的实施例中，为形成第二塑料布拉格层198淀积交联聚苯撑聚合物层，并淀积第五金属层。然后初始图形化第五金属层以定义第二塑料布拉格层198，使用初始图形化的第五金属层作为硬蚀刻掩模，图形化该交联聚苯撑聚合物层，然后再次图形化第五金属层以定义第二金属布拉格层196。在第二塑料布拉格层和第二金属布拉格层具有相同范围的实施例中，例如图8H和8I中示出的实施例，第五金属层的初始图形化定义了第二金属布拉格层196，省略了第五金属层的上述再次图形化。可以使用类似的技术来定义聚对苯二甲撑层中的第二塑料布拉格层198。
类似地，在第一塑料布拉格层194是交联聚苯撑聚合物层的实施例中，为形成第一塑料布拉格层194淀积交联聚苯撑聚合物层，并淀积第六金属层。然后初始图形化第六金属层以定义第一塑料布拉格层194，使用初始图形化的第六金属层作为硬蚀刻掩模，图形化该交联聚苯撑聚合物层，然后再次图形化第六金属层以定义第一金属布拉格层192。在第一塑料布拉格层和第一金属布拉格层具有相同范围的实施例中，例如图8J和8K中示出的实施例，第六金属层的初始图形化定义了第一金属布拉格层192，省略了上述第六金属层的再次图形化。可以使用类似的技术来定义聚对苯二甲撑层中的第一塑料布拉格层196。
本公开说明使用示例性实施例详细描述了本发明。然而，由所附权利要求限定的本发明不限于所述特定实施例。

Claims (18)

1.一种密封的薄膜体声波谐振器(FBAR)器件，包括：
衬底；
该衬底上的FBAR叠层，该FBAR叠层包括FBAR并具有远离该衬底的顶面，该FBAR包括相对的平面电极和电极之间的压电元件；
将该FBAR叠层与该衬底声学隔离的装置；
覆盖该FBAR叠层的密封剂；以及
位于该FBAR叠层的顶面和密封剂之间的声波布拉格反射器，该声波布拉格反射器包括金属布拉格层和与该金属布拉格层并置的塑料布拉格层。
2.权利要求1的密封的FBAR器件，其中：
该FBAR是下FBAR；且
该FBAR器件还包括：
在该下FBAR上堆叠的上FBAR，该上FBAR包括相对的平面电极和电极之间的压电元件，以及
所述FBAR之间的声波去耦器。
3.权利要求2的密封的FBAR器件，其中：
下FBAR、上FBAR和声波去耦器组成了第一去耦叠层体声波谐振器(DSBAR)；
该FBAR叠层还包括第二DSBAR，该第二DSBAR包括下FBAR、上FBAR和FBAR之间的声波去耦器；且
该FBAR器件还包括：
互连下FBAR的第一电路，以及
互连上FBAR的第二电路。
4.权利要求1的密封的FBAR器件，其中：
该FBAR是第一FBAR；
该FBAR叠层还包括一个或多个另外的FBAR；且
这些FBAR互连成梯形滤波器。
5.权利要求1-4中任意一个的密封的FBAR器件，其中：
该FBAR器件具有带通特性，该带通特性具有中心频率；且
所述布拉格层中至少一个的标称厚度等于频率等于该中心频率的声学信号在相应布拉格层的材料中的波长的四分之一。
6.权利要求5的密封的FBAR器件，其中金属布拉格层比所述标称厚度薄。
7.权利要求1-6中任意一个的密封的FBAR器件，其中塑料布拉格层包括聚酰亚胺。
8.权利要求1-6中任意一个的密封的FBAR器件，其中塑料布拉格层包括聚对苯二甲撑。
9.权利要求1-6中任意一个的密封的FBAR器件，其中塑料布拉格层包括交联聚苯撑聚合物。
10.权利要求9的密封的FBAR器件，其中交联聚苯撑聚合物由TheDow Chemical Company出售的商标为SiLK的前体溶液形成。
11.权利要求1-10中任意一个的密封的FBAR器件，其中金属布拉格层包括难熔金属。
12.权利要求1-11中任意一个的密封的FBAR器件，其中金属布拉格层与密封剂并置。
13.权利要求12的密封的FBAR器件，其中：
该金属布拉格层是第一金属布拉格层；
声波布拉格反射器还包括与第一金属布拉格层相对地与塑料布拉格层并置的第二金属布拉格层。
14.权利要求13的密封的FBAR器件，其中：
该塑料布拉格层是第一塑料布拉格层；
声波布拉格反射器还包括与第一塑料布拉格层相对地与第二金属布拉格层并置的第二塑料布拉格层。
15.权利要求1-14中任意一个的密封的FBAR器件，其中将FBAR叠层与衬底声学隔离的装置包括FABR叠层悬置在其上的衬底中定义的腔。
16.权利要求1-14中任意一个的密封的FBAR器件，其中：
声波布拉格反射器是第一声波布拉格反射器；且
将FBAR叠层与衬底声学隔离的装置包括第二声波布拉格反射器，该第二声波布拉格反射器包括与塑料布拉格层并置的金属布拉格层。
17.权利要求1-16中任意一个的密封的FBAR器件，其中：
塑料布拉格层包括具有小于5Mrayl的声阻抗的塑料材料；且
金属布拉格层包括具有大于50Mrayl的声阻抗的金属。
18.权利要求1-16中任意一个的密封的FBAR器件，其中：
塑料布拉格层包括具有第一声阻抗的塑料材料；且
金属布拉格层包括具有第二声阻抗的金属；
第二声阻抗和第一声阻抗的比大于10。
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