体声波谐振器及包括该体声波谐振器的滤波器的制作方法

技术领域

下面的描述涉及一种体声波谐振器及包括该体声波谐振器的滤波器。

背景技术：

随着移动通信装置、化学装置以及生物装置的快速发展，对于紧凑型和轻型滤波器、振荡器、谐振元件、声波谐振质量传感器以及其他元件的需求也随之增加。薄膜体声波谐振器(以下简称“FBAR”)已被用作实现紧凑型和轻型滤波器、振荡器、谐振元件和声波谐振质量传感器的一种装置。FBAR的优势是该装置的量产成本极小，并可实现超小型化。FBAR的优势还在于，该装置具有高品质因数Q(滤波器的主要性质)。更进一步讲，FBAR可用在微频段，并可在个人通信系统(PCS，personal communications system)和数字无线系统(DCS，digital cordless system)的频段运行。一般而言，FBAR具有包括谐振部的结构，该谐振部通过在基板上依次按顺序层叠第一电极、压电层和第二电极而形成。

下面将对FBAR的工作原理进行描述。首先，当向第一电极和第二电极施加电能以在压电层诱发电场后，电场会使压电层产生压电现象，从而使谐振部沿着预定的方向振动。因此，在与谐振部的振动方向相同的方向上产生体声波，从而产生谐振。

技术实现要素：

提供该发明内容以简化的形式对挑选出来的构思进行描述，并在具体实施方式中对所述构思进行进一步描述。本发明内容既不意在限定所要求保护的主题的主要特征或必要特征，也不意在帮助确定所要求保护的主题的范围。

一个总的方面，提供一种体声波谐振器及包括该体声波谐振器的滤波器，所述体声波谐振器可通过防止粘合剂渗透入体声波谐振器的内部来确保可靠性。所述体声波谐振器包括谐振部和盖子，其中，所述谐振部包括按顺序层叠的第一电极、压电层和第二电极组成，所述谐振部布置在基板上，所述盖子包括：槽部，被构造为用于容纳该谐振部；框架，通过粘结剂粘结到基板上；防渗透部件，被构造为用于防止粘结剂从框架渗透进入槽部内部。

另一总的方面，一种滤波器包括体声波谐振器，其中，各个体声波谐振器包括谐振部和盖子，其中，所述谐振部由按顺序层叠的第一电极、压电层和第二电极组成，各个谐振部均布置在基板上，所述盖子包括：槽部，被构造为用于容纳所述谐振部；框架，通过粘结剂粘结到基板上；防渗透部件，被构造为用于防止粘结剂从框架渗透进入槽部内部。

其他特征和方面将通过下述具体实施方式、附图和权利要求而变得明显。

附图说明

图1是示出体声波谐振器的示例的剖面图；

图2A是在晶圆级的体声波谐振器的俯视图；

图2B是图2A中虚线所标示的部分的局部放大图；

图2C是示出了其中渗透有粘结剂的图2B所示的实际体声波谐振器的示例的视图；

图3A是在粘结前沿图2B、2C中的Ⅰ-Ⅰ’线截取的剖视图；

图3B是在粘结后沿图2B、2C中的Ⅰ-Ⅰ’线截取的剖视图；

图4A是盖子的示例的局部俯视图；

图4B是沿图4A中的Ⅱ-Ⅱ’线截取的剖面图；

图5是盖子的另一个示例的局部俯视图；以及

图6和图7是滤波器的电路原理图的示例图。

在整个说明书附图和具体实施方式中，相同的标号始终表示相同的元件。说明书附图可能未按比例绘制，并且为清晰、说明和方便之目的，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供下述具体实施方式，以辅助读者获得对在此所描述的方法、设备和/或系统的综合理解。然而，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种变化、修改及其等同物对于本领域普通技术人员来说将是明显的。在此所描述的操作顺序仅为示例，且其不限于在此所述的操作顺序，而是除了必须按照特定顺序进行的操作外，可作出对于本领域普通技术人员将是明显的更改。同时，为更加清楚和简明，可省去本领域普通技术人员熟知的功能和构造的描述。

在此所描述的特征可按照不同形式实施，且不应被解释为仅局限于在此所述的示例。更准确的说，提供在此所描述的示例的目的在于使本公开将是彻底的和完整的，并可向本领域普通技术人员传达本公开的全部范围。

除另有说明外，第一层“位于”第二层或基板“上”这样的陈述应被解释为既包括第一层直接与第二层或基板接触的情形，也包括在第一层和第二层之间或第一层与基板之间布置有一层或更多其他层的情形。

描述空间相对关系的术语，比如“在…下面”、“在…之下”、“下面”、“下部”、“底部”、“上方”、“上面”、“上部”、“顶部”、“左”和“右”等，可用来方便地描述一个装置或部件与另一装置或部件的空间位置关系。上述术语应该被解释为：包含按照附图所示方位布置的装置，以及在使用中或者运行中处于其他方位的装置。例如，按照附图所示方位布置在第一层之上的第二层的装置的示例也包括在使用或者工作中装置被上下颠倒的情形。

参照图1，体声波谐振器100为薄膜体声波谐振器(以下简称“FBAR”)，并包括：基板110、绝缘层120、气腔112和谐振部135。

基板110可由典型的硅基板制成，绝缘层120(用于将谐振部与基板110电绝缘)布置在基板110的上表面。绝缘层120是通过利用化学气相沉积方法、RF磁控溅射方法或蒸发法在基板110上沉积二氧化硅(SiO₂)或者氧化铝(Al₂O₃)而制成的。

在基板110的下表面中形成贯穿基板110的至少一个通路孔(via hole)113。在通路孔113周围布置连接导体114。连接导体114布置在通路孔113内表面(即，通路孔113的全部内表面)上，但不局限于此。连接导体114包括导电层，并布置在通路孔113的内表面上。例如，连接导体114可通过沿通路孔113的内壁沉积、涂覆或者填充导电金属(诸如金或铜)而制成。

连接导体114的一端向基板110的下表面延伸，外电极115布置在基板110的下表面上的连接导体114上。连接导体114的另一端连接到第一电极140。这里，连接导体114贯穿基板110和膜层(membrane layer)130而电连接到第一电极140。因此，连接导体114将第一电极140电连接到外电极115。

图1仅描述了一个通路孔113、一个连接导体114和一个外电极115，但是通路孔113、连接导体114和外电极115的数量并不限定为一个。通路孔113、连接导体114和外电极115的数量可根据需要而改变。例如，通路孔113、连接导体114和外电极115也可形成在气腔112的另一侧的电极160上。

气腔112布置在绝缘层120之上。气腔112布置在谐振部135之下，使得谐振部135可按照预定的方向振动。气腔112可这样形成：通过在绝缘层120上布置一层气腔牺牲层图案，然后在气腔牺牲层图案上布置膜130，最后蚀刻气腔牺牲层图案并将其移除。蚀刻停止层(etching stop layer)125布置在绝缘层120和气腔112之间。蚀刻停止层125用于保护基板110和绝缘层120免受蚀刻工艺的影响，也可用作在蚀刻停止层125上沉积其它各种层所需的基底。

气腔112可通过在绝缘层120上形成气腔牺牲层图案制成，并在气腔牺牲层图案上布置膜130，最后蚀刻气腔牺牲层图案并将其移除。膜130可用作氧化保护层或者用作保护基板110的保护层，或者两者兼具。

谐振部135包括按顺序层叠地布置在气腔112上方的第一电极140、压电层150和第二电极160。第一电极140布置在膜130的上表面上，并覆盖膜130的一部分。第一电极140由典型导电材料(诸如金属)制作而成。具体地，第一电极140可由金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)或它们的任意组合制作而成。

压电层150布置在膜130和第一电极140的上表面上，并覆盖膜130的一部分和第一电极140的一部分。压电层150通过将电能转化为声波形式的机械能来产生压电效应。压电层150可由氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铅锆钛氧化物(PZT，PbZrTiO)或它们的任意组合制作而成。

第二电极160布置在压电层150上。与第一电极140类似，第二电极160可由诸如金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)的导电材料或它们的任意组合而制成。

谐振部135包括有源区(active region)和非有源区(non-active region)。当在第一电极140和第二电极160施加电能(例如射频(RF)信号)时，谐振部135的有源区通过压电效应而沿着预定的方向振动。电能在压电层150中产生电场。谐振部135的有源区对应的区域是在气腔112上方的第一电极140、压电层150和第二电极160在竖直方向上相互重叠的区域。谐振部135的非有源区是即使电能被施加到第一电极140和第二电极160，也不会通过压电效应而发生谐振的区域。非有源区对应的区域是第一电极140、压电层150和第二电极160不互相重叠的区域。

具有上述配置的谐振部135通过压电层150的压电效应过滤掉特定频率RF信号。也就是说，施加到第二电极160的RF信号通过谐振部135向第一电极140的方向输出。在这种情况下，根据在压电层150中发生的振动，谐振部135具有恒定的谐振频率，所以在所有施加的FR信号中，谐振部135仅输出与谐振单元135的谐振频率相匹配的信号。

保护层170布置在谐振部135的第二电极160上，防止第二电极160暴露在外面。保护层170由绝缘材料形成。这里，绝缘材料可包括二氧化硅基材料、氮化硅基材料或者氮化铝基材料，或者它们的任意组合。

连接电极180布置在非有源区的第一电极140和第二电极160的上方，并延伸穿过保护层170，以结合到第一电极140和第二电极160。连接电极180可确认谐振器的滤波特性，并可完成需要的频率微调。但是，连接电极180的功能并不仅限于此。

盖子200粘结到基板110，以保护谐振部135免受外界环境影响。盖子200形成容纳谐振部135的内部空间。具体地，盖子200具有形成在其中央部分并用以容纳谐振部135的槽部或者底部，盖子200的框架从槽部垂直延伸，并在与谐振器的边缘结合到谐振器。该框架可通过粘结剂250在特定区域直接或间接地粘结到基板110。尽管在图1描述的实施例中，框架粘结到层叠在基板110上的保护层170，但该框架可穿透保护层170粘结到膜130、蚀刻停止层125、绝缘层120、或者基板110，或者它们的任意组合。

盖子200可在晶圆级通过晶圆键合的方法制作而成。也就是说，将其上布置有多个单元基板110的基板晶圆与其上布置有多个盖子200的盖子晶圆粘结起来形成一个整体。可利用切割工艺将所述互相粘结的基板晶圆和盖子晶圆切割，以分割成多个如图1所述的单独的体声波谐振器。

盖子200通过共晶焊的方法与基板110粘结在一起。在这种情况下，在粘结剂250(可通过共晶焊的方法粘结到基板110上)沉积到基板110上之后，对基板晶圆和盖子晶圆加压、加热以完成共晶焊工艺。粘结剂250包括共晶材料(如铜(Cu)-锡(Sn))，也可能包括焊料球。但是，当基板晶圆和盖子晶圆互相粘结在一起时，由于存在粘结压力，粘结剂250可能会渗透进入谐振器内部，从而降低了可靠性。

图2A中处于晶圆级的体声波谐振器是通过将基板晶圆(其上布置有图1中的多个单元基板110)粘结到盖子晶圆(其上布置有多个盖子200)而形成一个整体的。图2A中由虚线所标出的部分对应的区域是图1中体声波谐振器100和盖子200通过粘结剂250互相粘结在一起的区域。如图2B中所示，粘结剂渗透进入体声波谐振器内部(如箭头所示)，从而降低了如图2C所示的处于晶圆级的传统的体声波谐振器的可靠性。

图3A和3B所示的剖视图为图1中体声波谐振器的部分的放大视图。图3A和3B中所示的部件对应图1中所示的部件。

图3A是描述基板110和盖子200在相互粘结之前的视图。图3B是描述基板110和盖子200在相互粘结之后的视图。

参照图3A，在体声波谐振器的基板110和盖子200粘结在一起之前，粘结剂250布置在基板110的框架220上。但是，参照图3B，当体声波谐振器的基板110和盖子200粘结在一起时，可能会出现粘结剂250渗透进入体声波谐振器内部的问题。具体来讲，由于存在粘结压力，粘结剂250会沿着保护层170渗透进入谐振部135的有源区。

参照图4A，盖子200包括防渗透部件230。防渗透部件230布置在框架220上(在距离框架220一定的参考距离)，且当基板110和盖子200粘结在一起时，不与层叠在基板110上的结构相接触。防渗透部件230包括至少两个止挡件231和232。防渗透部件230包括第一止挡件231和第二止挡件232。第一止挡件231和第二止挡件232从盖子200的槽部210沿着谐振器的粘结方向凸出。第一止挡件231和第二止挡件232的高度与框架220的高度相同。

与第二止挡件232相比较，第一止挡件231更接近框架220，并沿着在盖子200的框架220的内侧布置。

第二止挡件232沿着第一止挡件231的背对框架220的一侧布置在槽部210上。第二止挡件232可对应于基板110和盖子200的粘结区域而形成。第二止挡件232结合到第一止挡件231，以形成封闭部。为了使第二止挡件232结合到第一止挡件231，以形成封闭部，第二止挡件232呈如图4A所示的“C”形。另外，为提高对粘结剂250的表面张力强度，可在封闭部的内表面设有呈锯齿形、波浪形或者类似形状的粗糙面，从而增大粗糙度。此外，可在封闭部内布置一结构或者对封闭部内表面进行化学处理，以使内表面变粗糙。

第一止挡件231可防止粘结剂250渗透进入谐振部135的有源区，第二止挡件232可阻挡任何渗透到第一止挡件231之外的粘结剂250进入谐振部135的有源区。相应地，通过在基板110和盖子200的粘结区域的附近布置第一止挡件231和第二止挡件232，可避免粘结剂250渗透进入谐振部135的有源区的问题。

图5是图4A的改进的实施例。参照图5，盖子200包括防渗透部件230。防渗透部件230包括至少两个止挡件。具体来讲，防渗透部件230包括第一止挡件231和第二止挡件232。

第一止挡件231和第二止挡件232从盖子200的槽部210沿着粘结方向(即，框架的高度方向)突出。第一止挡件231和第二止挡件232的高度与框架220的高度相同。与第二止挡件232相比较，第一止挡件231更接近框架220，并在框架220的内侧呈四边形。这里，第一止挡件231在基板110和盖子200的粘结区域向框架220的对侧突出。第二止挡件232布置在第一止挡件231和框架220之间。第二止挡件232对应于基板110和盖子200的粘结区域。

第二止挡件232结合到第一止挡件231，以形成封闭部。为使第二止挡件232结合到第一止挡件231以形成封闭部，第二止挡件232具有弯曲部分。例如，如图5所示，第二止挡件232呈“C”形。

另外，为提高粘结剂250的表面抗拉强度，可在封闭部的内表面设有呈锯齿形、波浪形或者类似形状的粗糙面，从而提高表面粗糙度。此外，可在封闭部内布置一结构或者对封闭部内表面进行化学处理，以使内表面变粗糙。

第一止挡件231可初级阻挡粘结剂进入到谐振部135的有源区。第二止挡件232用作二级阻挡装置，防止任何渗透到第一止挡件231的粘结剂250进入谐振部135的有源区。

参照图6和图7，各个体声波谐振器1100、1200、2100、2200、2300和2400均包括如图1所示的体声波谐振器。

参照图6，滤波器1000为梯型滤波器。具体来讲，滤波器1000包括多个体声波谐振器1100和1200。第一体声波谐振器1100串联连接于信号输入端(输入信号RFin输入到信号输入端)和信号输出端(输出信号RFout从信号输出端输出)之间，第二体声波谐振器1200连接在信号输出端和地之间。

参照图7，滤波器2000为桥式滤波器。具体来讲，滤波器2000包括多个体声波谐振器2100、2200、2300和2400，目的是过滤平衡输入信号RFin+和RFin-并输出平衡输出信号RFout+和RFout-。

如上所述，粘结剂渗透进入谐振器的有源区的现象得以避免，从而提高了谐振器的可靠性。

仅作为非穷举性示例，在此所描述的终端、装置、单元可能是移动装置，诸如蜂窝电话、智能手机、可穿戴智能设备(诸如戒指、手表、眼镜、手链、脚链、腰带、项链、耳环、头巾、头盔或者嵌入衣服的装置)、便携式个人电脑(PC)(诸如手提电脑、笔记本、小型笔记本电脑、上网本或者超便携移动个人电脑(UMPC))、平板电脑)、平板手机、个人数字助理(PDA)、数码相机、便携式游戏机、MP3播放器、便携式/个人多媒体播放器(PMP)、掌上型电子书、全球定位系统(GPS)导航装置或传感器；或固定设备，诸如台式PC、高清电视(HDTV)、DVD播放器、蓝光播放器、机顶盒或家电；或能够进行无线或网络通信的任何其它移动或固定设备。在一个示例中，可穿戴装置是一种被设计为可直接穿戴在用户身体上的装置，如眼镜或手链。在另一示例中，可穿戴装置是一种通过附着装置安装在用户的身体上的装置，例如使用臂带绑定到使用者的手臂上或使用挂绳挂绕在用户颈部的智能电话或平板电脑。

虽然本公开包括特定示例，但对于本领域普通技术人员来说将明显的是，在不脱离由权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可对这些实施例进行形式和细节上的各种改变。在此所描述的示例仅被视为描述性意义，而不是出于限制的目的。各个示例中的特征或方面的描述将被视为可适用于其它示例中的类似的特征或方面。如果所述技术以不同的顺序执行，且/或如果所述的系统、结构、设备或电路的部件以不同的方式组合，且/或由其他组件或其等同物替代或补充，则也可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是由具体实施方式限定的，而是由权利要求及其等同物限定的，并且权利要求及其等同物的范围内的全部变型将被解释为包括在本公开中。