CN219812139U - 混合滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种混合滤波器。该混合滤波器包括第一谐振器和第二谐振器；第一谐振器和第二谐振器形成在相互键合的第一衬底和第二衬底之间；第一衬底的顶面形成有第一谐振结构以及与第一谐振结构连接的导电柱，第一谐振器包括第一谐振结构；第二衬底的顶面朝向第一衬底的顶面，第二衬底的顶面形成有第二谐振结构以及与第二谐振结构连接的导电柱，第二谐振器包括第二谐振结构；第一衬底顶面的导电柱与第二衬底顶面的导电柱位置对应，且位置对应的导电柱相互键合以键合第一衬底和第二衬底并支撑起第一谐振结构与第二谐振结构之间的第一空腔。本申请提供的混合滤波器可以满足移动通信对不同频段使用需求，且可靠性高，工艺难度较低。

Description

混合滤波器

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种混合滤波器。

背景技术

随着无线通信的快速发展，信道变得越来越拥挤，对射频前端声学滤波器件提出了更高的要求，目前常用的是分立的声表面波(Surface AcousticWave，SAW)谐振器或者薄膜体声波(BulkAcousticWave，BAW)谐振器，分别在移动通信高中低频段有着广泛应用。

目前，还有一种堆叠结构的混合滤波器，该堆叠结构的混合滤波器中，BAW谐振器堆叠在SAW谐振器的上方，且BAW谐振器的谐振结构(或称为谐振层)直接形成在SAW谐振器的空腔上方，BAW谐振器和SAW谐振器的谐振层侧边由多个堆叠的支撑层支撑，支撑层中需刻蚀形成空腔以在SAW谐振器的谐振层上方以及BAW谐振器的谐振层两侧形成空腔，BAW谐振器和SAW谐振器的谐振层通过支撑层内堆叠的多层硅穿孔(TSV)引出。该堆叠结构的混合滤波器的结合力难以保证，可靠性较差，而且通过多次TSV工艺实现两层滤波器的电连接使得混合滤波器的制作工艺较为复杂且工艺难度较大。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种混合滤波器，可以满足移动通信对不同频段使用需求，且芯片集成度高，可靠性高，工艺难度较低。

为实现上述目的，本实用新型提供一种混合滤波器。所述混合滤波器包括第一谐振器和第二谐振器；所述第一谐振器和所述第二谐振器形成在相互键合的第一衬底和第二衬底之间；所述第一衬底的顶面形成有第一谐振结构以及与所述第一谐振结构连接的导电柱，所述第一谐振器包括所述第一谐振结构；所述第二衬底的顶面朝向所述第一衬底的顶面，所述第二衬底的顶面形成有第二谐振结构以及与所述第二谐振结构连接的导电柱，所述第二谐振器包括所述第二谐振结构；所述第一谐振结构与所述第二谐振结构位置对应，所述第一衬底顶面的导电柱与所述第二衬底顶面的导电柱位置对应，且位置对应的导电柱相互键合以键合所述第一衬底和所述第二衬底并支撑起所述第一谐振结构与所述第二谐振结构之间的第一空腔。

可选的，所述第一谐振结构包括沿所述第一衬底顶面指向所述第二衬底的方向依次层叠的下电极、压电层、上电极以及钝化层；所述第一衬底顶面的导电柱包括位于所述第一谐振结构两端的第一导电柱和第二导电柱，所述第一导电柱与所述下电极的端部连接，所述第二导电柱与所述上电极的端部连接。

可选的，所述第二谐振结构为IDT电极；所述第二衬底顶面的导电柱包括位于所述第二谐振结构两端且与所述第二谐振结构连接的第三导电柱和第四导电柱；所述第三导电柱与所述第一导电柱位置对应且相互键合，所述第四导电柱和第二导电柱位置对应且相互键合。

可选的，所述第一谐振器为薄膜体声波谐振器；所述第二谐振器为声表面波谐振器。

可选的，所述第一衬底的顶面一侧形成有凹槽，所述第一谐振结构至少覆盖所述凹槽的部分开口并与所述凹槽围设出第二空腔。

可选的，所述第二衬底中形成有贯穿所述第二衬底的导通孔，所述导通孔与所述第二衬底顶面的导电柱位置对应；所述第二衬底的底面形成有第一导电层且所述第一导电层覆盖所述导通孔的内表面，所述第一导电层与所述第二衬底顶面的导电柱电连接以引出所述第一谐振结构和所述第二谐振结构。

可选的，所述第一衬底中形成有贯穿所述第一衬底的导通孔，所述导通孔与所述第一衬底顶面的导电柱位置对应；所述第一衬底的底面形成有第一导电层且所述第一导电层覆盖所述导通孔的内表面，所述第一导电层与所述第一衬底顶面的导电柱电连接以引出所述第一谐振结构和所述第二谐振结构。

可选的，所述第一导电层背向衬底的表面形成有凸点。

可选的，所述第一导电层背向衬底的表面设置有无源滤波器。

可选的，所述无源滤波器包括电容，所述电容包括第一电极、第二电极以及位于第一电极和所述第二电极之间的介电层；所述第一导电层作为所述电容的第一电极。

本实用新型的混合滤波器的第二谐振器堆叠在第一谐振器上方，与内部谐振器分立设置的传统混合滤波器相比，满足了移动通信对不同频段使用需求，可实现频率急剧滚降，带外抑制好，大大提高了芯片的集成度。本实用新型的混合滤波器中，第一衬底顶面与第二衬底顶面的位置对应的导电柱键合以实现第一衬底和第二衬底的键合，且这些导电柱支撑起第一谐振结构与第二谐振结构之间的空腔并与第一谐振结构和第二谐振结构电连接，与现有的堆叠结构混合滤波器相比，减少了刻蚀支撑层形成空腔的步骤，避免了刻蚀支撑层对下层滤波器产生的破坏，且不需要在多层支撑层内多次执行TSV深孔工艺以导通引出谐振结构，还避免了在空腔上方直接沉积谐振结构的不稳定性，降低了混合滤波器的工艺难度，保证了混合滤波器的结构完整性，提高了混合滤波器的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的混合滤波器的示意图。

图2至图4为制作本实用新型的混合滤波器的过程示意图。

图5为本实用新型另一实施例提供的混合滤波器的示意图。

图6为本实用新型另一实施例提供的混合滤波器的示意图。

附图标记说明：

10-第一衬底；11-凹槽；12-第二空腔；20-第一谐振结构；201-下电极；202-压电层；203-上电极；204-钝化层；31-第一导电柱；311-金属柱；312-缓冲层；32-第二导电柱；33-第三导电柱；34-第四导电柱；40-第二衬底；50-第二谐振结构；60-第一空腔；71-导通孔；72-第一导电层；73-第二导电层；74-焊垫；81-凸点；82-焊球；911-第一电极；912-介电层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的混合滤波器作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

为了满足移动通信对不同频段使用需求，提高芯片的集成度和可靠性，降低混合滤波器的工艺难度，本实用新型提供一种混合滤波器。

图1为本实用新型一实施例提供的混合滤波器的示意图。如图1所示，本申请提供的混合滤波器包括第一谐振器和第二谐振器；第一谐振器和第二谐振器形成在相互键合的第一衬底10和第二衬底40之间；第一衬底10的顶面形成有第一谐振结构20以及与第一谐振结构20连接的导电柱，第一谐振器包括第一谐振结构20；第二衬底40的顶面朝向第一衬底10的顶面，第二衬底40的顶面形成有第二谐振结构50以及与第二谐振结构50连接的导电柱，第二谐振器包括第二谐振结构50；第一谐振结构20与第二谐振结构50位置对应，第一衬底10顶面的导电柱与第二衬底40顶面的导电柱位置对应，且位置对应的导电柱相互键合以键合第一衬底10和第二衬底40并支撑起第一谐振结构20与第二谐振结构50之间的第一空腔60。

示例性的，第一衬底10和第二衬底40可以为硅衬底，但不限于此。

本实施例中，第一谐振器为薄膜体声波(BAW)谐振器，第二谐振器为声表面波(SAW)谐振器，但不限于此。

参考图1所示，第一谐振结构20可以包括沿第一衬底10顶面指向第二衬底40的方向依次层叠的下电极201、压电层202、上电极203以及钝化层204，但不限于此。示例性的，下电极201和上电极203所用的材料可以为Mo(钼)，压电层202可以为氮化铝(AlN)或掺钪氮化铝(ScAlN)，但不限于此。

第一衬底10顶面的导电柱可以包括位于第一谐振结构20两端的第一导电柱31和第二导电柱32，第一导电柱31与下电极201的端部连接，第二导电柱32与上电极203的端部连接。

第二谐振结构50可以为音叉状的IDT电极。第二衬底40顶面的导电柱可以包括位于第二谐振结构50两端且与第二谐振结构50连接的第三导电柱33和第四导电柱34。

如图1所示，第三导电柱33与第一导电柱31位置对应且相互键合，第四导电柱34和第二导电柱32位置对应且相互键合，本实施例通过位置对应的导电柱相互键合以实现第一衬底10和第二衬底40的键合，且相互键合的多组导电柱支撑起第一谐振结构20与第二谐振结构50之间的第一空腔60。

需要说明的是，第一衬底10顶面上的第一导电柱31和第二导电柱32的数量均可以为单个或多个。第二衬底40顶面上的第三导电柱33和第四导电柱34的数量均可以为单个或多个。其中，第一导电柱31的数量可以与第三导电柱33的数量相同，第二导电柱32的数量可以与第四导电柱34的数量相同。

本实施例中，第一导电柱31、第二导电柱32、第三导电柱33和第四导电柱34的结构可以相同，例如均包括靠近衬底的缓冲层以及位于缓冲层上的金属柱，设置缓冲层有助于增加导电柱与电极和/或导电柱与衬底的结合力。参考图1所示，以第一导电柱31为例，第一导电柱31包括贴覆下电极201的缓冲层312以及位于缓冲层312上的金属柱311。缓冲层312的材料可以包括镍，金属柱311的材料可以包括金，但不限于此。

参考图1所示，第一衬底10的顶面一侧形成有凹槽11，第一谐振结构20至少覆盖凹槽11的部分开口并与凹槽11围设出第二空腔12。具体的，第一谐振结构20的下电极201覆盖在凹槽11的开口上。

本实施例中，第一空腔60作为第二谐振结构50的下空腔且作为第一谐振结构20的上空腔，第二空腔12作为第一谐振结构20的下空腔，这样第二谐振器的下空腔以及第一谐振器的上下空腔都能很好地保证声波的传播，提升混合滤波器的Q值。

图2至图4为制作本实用新型的混合滤波器的过程示意图。参考图2至图4所示，制作本申请的混合滤波器的过程可以包括：如图2所示，在第一衬底10的顶面一侧形成凹槽11，并在凹槽11内填充牺牲层(图中未示出)，然后在第一衬底10顶面形成第一谐振结构20，接着在第一谐振结构20的两端分别形成第一导电柱31和第二导电柱32，再通过牺牲层释放工艺去除牺牲层以形成第二空腔12；如图3所示，在第二衬底40的顶面形成第二谐振结构50，并在第二谐振结构50的两端分别形成第三导电柱33和第四导电柱34；如图4所示，将第二衬底40的顶面朝向第一衬底10的顶面并对位，在一定压力温度条件下将第一衬底10顶面的导电柱与第二衬底40顶面的导电柱进行键合，实现第一衬底10和第二衬底40的键合。

继续参考图1所示，本实施例中，第二衬底40中形成有贯穿第二衬底40的导通孔71，导通孔71与第二衬底40顶面的导电柱位置对应；第二衬底40的底面形成有第一导电层72且第一导电层72覆盖导通孔71的内表面，第一导电层72与第二衬底40顶面的导电柱电连接以引出第一谐振结构20和第二谐振结构50。

示例性的，参考图1所示，第二衬底40中可以形成有多个导通孔71；一部分导通孔71与第三导电柱33位置对应，该部分导通孔71内的第一导电层72与第二谐振结构50的一端连接，并通过第二谐振结构50的一端与第三导电柱33以及第一导电柱31连接；另一部分导通孔71与第四导电柱34位置对应，该另一部分导通孔71内的第一导电层72与第二谐振结构50的另一端连接，并通过第二谐振结构50的另一端与第四导电柱34以及第二导电柱32连接，如此第一导电层72能够引出第二谐振结构50，以及通过第三导电柱33、第四导电柱34、第一导电柱31和第二导电柱32引出第一谐振结构20。

图5为本实用新型另一实施例提供的混合滤波器的示意图。如图5所示，本申请的另一实施例中，第一衬底10中形成有贯穿第一衬底10的导通孔71，导通孔71与第一衬底10顶面的导电柱位置对应；第一衬底10的底面形成有第一导电层72且第一导电层72覆盖导通孔71的内表面，第一导电层72与第一衬底10顶面的导电柱电连接以引出第一谐振结构20和第二谐振结构50。

具体的，参考图5所示，第一衬底10中可以形成有多个导通孔71；一部分导通孔71与第一导电柱31位置对应，该部分导通孔71内的第一导电层72与第一谐振结构20的下电极连接，并通过第一谐振结构20的下电极与第一导电柱31以及第三导电柱33连接；另一部分导通孔71与第二导电柱32连接，并通过第二导电柱32与第四导电柱34连接，如此第一导电层72能够引出第一谐振结构20的下电极、以及通过第一导电柱31、第三导电柱33、第二导电柱32和第四导电柱34引出第一谐振结构20的上电极和第二谐振结构50。

参考图1和图5所示，本申请一些实施例中，第一导电层72背向衬底的表面可以形成有凸点81。所述凸点81可以为金属柱(pillar)或焊球(Soldier)，其中图1和图5示出的凸点81是金属柱。

为了使得混合滤波器具有多频段的滤波功能，可以在混合滤波器内集成无源滤波器。图6为本实用新型另一实施例提供的混合滤波器的示意图。如图6所示，可以在第一导电层72背向衬底的表面设置有无源滤波器，无源滤波器例如为IPD滤波器。

示例性的，无源滤波器可以包括电容，但不限于此。参考图6所示，电容可以包括第一电极911、第二电极以及位于第一电极911和第二电极之间的介电层912；一些实施例中，第一导电层72可以作为电容的第二电极。在其它实施例中，无源滤波器还可以包括电感。

参考图6所示，还可以在第一导电层72和电容上方形成第二导电层73，第二导电层73与第一导电层72以及电容的第一电极911电连接。第二导电层73上还可以形成有焊盘74，且焊盘74上可以设置有焊球82。

本实用新型的混合滤波器的第二谐振器堆叠在第一谐振器上方，与内部谐振器分立设置的传统混合滤波器相比，满足了移动通信对不同频段使用需求，可实现频率急剧滚降，带外抑制好，大大提高了芯片的集成度。本实用新型的混合滤波器中，第一衬底10顶面与第二衬底40顶面的位置对应的导电柱键合以实现第一衬底10和第二衬底40的键合，且这些导电柱支撑起第一谐振结构20与第二谐振结构50之间的第一空腔60并与第一谐振结构20和第二谐振结构50电连接，与现有的堆叠结构混合滤波器相比，减少了刻蚀支撑层形成空腔的步骤，避免了刻蚀支撑层对下层滤波器产生的破坏，且不需要在多层支撑层内多次执行TSV深孔工艺以导通引出谐振结构，还避免了在空腔上方直接沉积谐振结构的不稳定性，降低了混合滤波器的工艺难度，保证了混合滤波器的结构完整性，提高了混合滤波器的可靠性。

需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

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。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合滤波器，其特征在于，包括第一谐振器和第二谐振器；所述第一谐振器和所述第二谐振器形成在相互键合的第一衬底和第二衬底之间；

所述第一衬底的顶面形成有第一谐振结构以及与所述第一谐振结构连接的导电柱，所述第一谐振器包括所述第一谐振结构；

所述第二衬底的顶面朝向所述第一衬底的顶面，所述第二衬底的顶面形成有第二谐振结构以及与所述第二谐振结构连接的导电柱，所述第二谐振器包括所述第二谐振结构；

所述第一谐振结构与所述第二谐振结构位置对应，所述第一衬底顶面的导电柱与所述第二衬底顶面的导电柱位置对应，且位置对应的导电柱相互键合以键合所述第一衬底和所述第二衬底并支撑起所述第一谐振结构与所述第二谐振结构之间的第一空腔。

2.如权利要求1所述的混合滤波器，其特征在于，所述第一谐振结构包括沿所述第一衬底顶面指向所述第二衬底的方向依次层叠的下电极、压电层、上电极以及钝化层；所述第一衬底顶面的导电柱包括位于所述第一谐振结构两端的第一导电柱和第二导电柱，所述第一导电柱与所述下电极的端部连接，所述第二导电柱与所述上电极的端部连接。

3.如权利要求2所述的混合滤波器，其特征在于，所述第二谐振结构为IDT电极；所述第二衬底顶面的导电柱包括位于所述第二谐振结构两端且与所述第二谐振结构连接的第三导电柱和第四导电柱；

所述第三导电柱与所述第一导电柱位置对应且相互键合，所述第四导电柱和第二导电柱位置对应且相互键合。

4.如权利要求1所述的混合滤波器，其特征在于，所述第一谐振器为薄膜体声波谐振器；所述第二谐振器为声表面波谐振器。

5.如权利要求1所述的混合滤波器，其特征在于，所述第一衬底的顶面一侧形成有凹槽，所述第一谐振结构至少覆盖所述凹槽的部分开口并与所述凹槽围设出第二空腔。

6.如权利要求1所述的混合滤波器，其特征在于，所述第二衬底中形成有贯穿所述第二衬底的导通孔，所述导通孔与所述第二衬底顶面的导电柱位置对应；所述第二衬底的底面形成有第一导电层且所述第一导电层覆盖所述导通孔的内表面，所述第一导电层与所述第二衬底顶面的导电柱电连接以引出所述第一谐振结构和所述第二谐振结构。

7.如权利要求1所述的混合滤波器，其特征在于，所述第一衬底中形成有贯穿所述第一衬底的导通孔，所述导通孔与所述第一衬底顶面的导电柱位置对应；所述第一衬底的底面形成有第一导电层且所述第一导电层覆盖所述导通孔的内表面，所述第一导电层与所述第一衬底顶面的导电柱电连接以引出所述第一谐振结构和所述第二谐振结构。

8.如权利要求6或7所述的混合滤波器，其特征在于，所述第一导电层背向衬底的表面形成有凸点。

9.如权利要求6或7所述的混合滤波器，其特征在于，所述第一导电层背向衬底的表面设置有无源滤波器。

10.如权利要求9所述的混合滤波器，其特征在于，所述无源滤波器包括电容，所述电容包括第一电极、第二电极以及位于第一电极和所述第二电极之间的介电层；所述第一导电层作为所述电容的第一电极。