一种单片集成声表面波滤波组件的制作方法

本发明涉及一种集成声表面波器件，尤其涉及一种单片集成声表面波滤波组件，属于微电子技术领域。

背景技术：

声表面波滤波器由制作在压电基片上的输入叉指换能器将电信号转换成声信号，声信号沿基片表面传播，再由输出叉指换能器将声信号转换成电信号，在两次转换中实现对电信号的滤波功能，即允许某一频带的电信号通过而抑制其它频率的电信号。

声表面波滤波组件包含多个声表面波滤波单元及其选通电路，可以实现高频信号的一路或多路输入、多路或一路输出，输出信号按频率分路，广泛应用于频率合成、信号识别、跳频通讯等军民用无线通信领域。

声表面波器件中，声表面波能量主要集中在厚度约为一个声波波长的压电基片表面，可以采用成本低、加工性能好的非压电材料作为衬底，其上覆盖压电薄膜，制作各种声表面波器件。

现有技术和应用中的声表面波滤波组件，其滤波单元为分立式封装的独立器件，即每个声表面波滤波器芯片分置于一个独立的封装体内，多个分立的滤波单元与相应的开关选通电路组装于组件基板上，由此带来的不足之处是滤波组件的片内、片外选通互连结构比较复杂，组件基板上信道间高频耦合比较严重，影响信道的隔离特性，且组件整体因此而具有较大体积和重量，不符合电子器件及系统微小型化、便携化的要求。而片外配置的滤波单元选通电路中一般采用半导体开关元件如高频pin二极管作为选通开关，其固有的开态电阻、反向电流以及寄生参数降低了滤波单元选通电路的开关性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种在单一非压电衬底基片上集成声表面波滤波组件中具有压电功能的滤波器部分和非压电功能的选通开关部分的结构，实现一种单片集成的声表面波滤波组件。

本发明的目的是这样实现的，一种单片集成声表面波滤波组件，其特征在于：包括硅单晶基片、制作在硅单晶基片顶面自左向右排列的若干个压电薄膜区，每个压电薄膜区上均制作有声表面波滤波单元，声表面波滤波单元包括上下设置的输入叉指换能器和输出叉指换能器，所述输入叉指换能器包括输入信号端汇流电极、输入接地端汇流电极、一组其一端汇集至输入信号端汇流电极的第一金属指电极、一组其一端汇集至输入接地端汇流电极的第二金属指电极，其一端汇集至输入信号端汇流电极的第一金属指电极和其一端汇集至输入接地端汇流电极的第二金属指电极相向交错排列，所述输出叉指换能器包括输出信号端汇流电极、输出接地端汇流电极、一组其一端汇集至输出信号端汇流电极的第三金属指电极、一组其一端汇集至输出接地端汇流电极的第四金属指电极，其一端汇集至输出信号端汇流电极的第三金属指电极和一组其一端汇集至输出接地端汇流电极的第四金属指电极相向交错排列；

所述输入叉指换能器的上侧制作有滤波组件的输入信号总电极，输出叉指换能器的下侧制作有滤波组件的输出信号总电极，所述输入叉指换能器和输出叉指换能器之间制作有滤波组件的接地总电极；所述输入信号总电极与接地总电极组成滤波组件的高频信号输入端口；所述输出信号总电极与接地总电极组成滤波组件的高频信号输出端口；

所述各个输入叉指换能器的上侧还制作有对应的输入端金属梁内侧固定电极、输入端金属梁外侧固定电极，即由下向上依次为输入端金属梁内侧固定电极、输入信号总电极、输入端金属梁外侧固定电极，输入端金属梁内侧固定电极和输入端金属梁外侧固定电极上制作有输入端金属梁，所述输入端金属梁横跨作为其底电极的输入信号总电极，输入端金属梁内侧固定电极与输入叉指换能器的输入信号端汇流电极相连；

所述各个输出叉指换能器的下侧还制作有对应的输出端金属梁内侧固定电极、输出端金属梁外侧固定电极，即由上向下依次为输出端金属梁内侧固定电极、输出信号总电极、输出端金属梁外侧固定电极，输出端金属梁内侧固定电极和输出端金属梁外侧固定电极上制作有输出端金属梁，所述输出端金属梁横跨作为其底电极的输出信号总电极，输出端金属梁内侧固定电极与输出叉指换能器的输出信号端汇流电极相连；

各个输入叉指换能器的输入接地端汇流电极和各个输出叉指换能器的输出接地端汇流电极与接地总电极相连；

所述硅单晶基片顶面一端制作有金属梁下拉电平输入端口，所述金属梁下拉电平输入端口包括若干金属梁下拉电平输入电极，每个金属梁下拉电平输入电极上均制作有穿通硅单晶基片的金属通孔；

所述硅单晶基片底面上，正对硅单晶基片顶面声表面波滤波单元的输入端金属梁与作为其底电极的输入信号总电极交叠处的区域上制作有输入端金属梁下拉电极，正对硅单晶基片顶面声表面波滤波单元的输出端金属梁与作为其底电极的输出信号总电极交叠处的区域上制作有输出端金属梁下拉电极；

硅单晶基片底面上制作有若干根金属梁下拉电平输入线，各个金属梁下拉电平输入线的外端连接对应的金属通孔，其内端连接对应的一组输入端金属梁下拉电极和输出端金属梁下拉电极。

若从金属梁下拉电平输入端口的其中一个金属梁下拉电平输入电极输入金属梁下拉电平信号，则在与之相连的输入端金属梁下拉电极与对应的输入端金属梁之间以及与之相连的输出端金属梁下拉电极与对应的输出端金属梁之间同时施加金属梁下拉电压，下拉输入端金属梁与其下方作为其底电极的输入信号总电极相接触，使对应的输入叉指换能器的输入信号端汇流电极与输入信号总电极相连，并同时下拉输出端金属梁与其下方作为金属梁底电极的输出信号总电极相接触，使对应的输出叉指换能器的输出信号端汇流电极与输出信号总电极相连，即选通相应的声表面波滤波单元，此时若在滤波组件的高频信号输入端口输入高频信号，则从滤波组件高频信号输出端口输出经所选通的声表面波滤波单元滤波的高频信号。

所述单片集成声表面波滤波组件应用于外系统时，若与滤波组件输入信号总电极、输出信号总电极相连的外系统高频信号线设置为直流接地，则由金属梁下拉电平输入端口输入的金属梁下拉电平信号为高电平有效若与滤波组件输入信号总电极、输出信号总电极相连的外系统高频信号线设置为直流高电平偏置，则由金属梁下拉电平输入端口输入的金属梁下拉电平信号为低电平有效。

本发明结构合理、使用方便，通过本发明，一种单片集成声表面波滤波组件包括硅单晶基片，制作在硅单晶基片顶面自左向右排列的n个压电薄膜区，第n压电薄膜区上制作有第n声表面波滤波单元，所述第n声表面波滤波单元包括上下设置的第n输入叉指换能器和第n输出叉指换能器，所述输入叉指换能器由一组其一端汇集至输入信号端汇流电极的k个或者k+1个金属指电极和一组其一端汇集至输入接地端汇流电极的k+1个或者k个金属指电极相向交错排列组成，所述输出叉指换能器由一组其一端汇集至输出信号端汇流电极的i个或者i+1个金属指电极和一组其一端汇集至输出接地端汇流电极的i+1个或者i个金属指电极相向交错排列组成，所述n分别取1，2，…，n；

所述n个输入叉指换能器的上侧制作有滤波组件的输入信号总电极，所述n个输出叉指换能器的下侧制作有滤波组件的输出信号总电极，所述n个输入叉指换能器和n个输出叉指换能器之间制作有滤波组件的接地总电极；

所述第n输入叉指换能器的上侧还制作有第n输入端金属梁内侧固定电极、第n输入端金属梁外侧固定电极，即由下向上依次为第n输入端金属梁内侧固定电极、输入信号总电极、第n输入端金属梁外侧固定电极，第n输入端金属梁内侧固定电极和第n输入端金属梁外侧固定电极上制作有第n输入端金属梁，所述第n输入端金属梁横跨作为其底电极的输入信号总电极，第n输入端金属梁内侧固定电极与第n输入叉指换能器的输入信号端汇流电极相连，所述n分别取1，2，…，n；

所述第n输出叉指换能器的下侧还制作有第n输出端金属梁内侧固定电极、第n输出端金属梁外侧固定电极，即由上向下依次为第n输出端金属梁内侧固定电极、输出信号总电极、第n输出端金属梁外侧固定电极，第n输出端金属梁内侧固定电极和第n输出端金属梁外侧固定电极上制作有第n输出端金属梁，所述第n输出端金属梁横跨作为其底电极的输出信号总电极，第n输出端金属梁内侧固定电极与第n输出叉指换能器的输出信号端汇流电极相连，所述n分别取1，2，…，n；

各个输入叉指换能器的输入接地端汇流电极和各个输出叉指换能器的输出接地端汇流电极与接地总电极相连；

硅单晶基片顶面一端制作有金属梁下拉电平输入端口，所述金属梁下拉电平输入端口包括n个金属梁下拉电平输入电极，第n金属梁下拉电平输入电极上制作有穿通硅单晶基片的第n金属通孔，所述n分别取1，2，…，n；

硅单晶基片底面上，正对硅单晶基片顶面第n声表面波滤波单元的第n输入端金属梁与作为其底电极的输入信号总电极交叠处的区域上制作第n输入端金属梁下拉电极，正对硅单晶基片顶面第n声表面波滤波单元的第n输出端金属梁与作为其底电极的输出信号总电极交叠处的区域上制作第n输出端金属梁下拉电极，所述n分别取1，2，…，n；

硅单晶基片底面上制作有n根金属梁下拉电平输入线，第n金属梁下拉电平输入线的外端连接第n金属通孔，其内端连接第n输入端金属梁下拉电极以及第n输出端金属梁下拉电极，所述n分别取1，2，…，n。

所述输入信号总电极与接地总电极组成滤波组件的高频信号输入端口，所述输出信号总电极与接地总电极组成滤波组件的高频信号输出端口；

若从金属梁下拉电平输入端口的第n金属梁下拉电平输入电极输入下拉电平信号，则在第n输入端金属梁下拉电极和第n输入端金属梁之间以及第n输出端金属梁下拉电极和第n输出端金属梁之间同时施加下拉电压，下拉第n输入端金属梁与其下方作为其底电极的输入信号总电极相接触，使第n输入叉指换能器的输入信号端汇流电极与输入信号总电极相连，并同时下拉第n输出端金属梁与其下方作为金属梁底电极的输出信号总电极相接触，使第n输出叉指换能器的输出信号端汇流电极与输出信号总电极相连，即选通第n声表面波滤波单元，此时若在滤波组件的高频信号输入端口输入高频信号，则从滤波组件高频信号输出端口输出经第n声表面波滤波单元滤波的高频信号，所述n分别取1，2，…，n；

所述单片集成声表面波滤波组件应用于外系统时，若与滤波组件输入信号总电极、输出信号总电极相连的外系统高频信号线设置为直流高电平偏置，则由金属梁下拉电平输入端口输入的下拉电平信号为低电平有效，若与滤波组件输入信号总电极、输出信号总电极相连的外系统高频信号线设置为直流接地，则由金属梁下拉电平输入端口输入的下拉电平信号为高电平有效。

本发明的具体实施方法为：

⑴硅单晶基片上制作金属通孔，主要步骤包括制作二氧化硅掩膜层，刻蚀硅通孔、溅射覆盖孔壁金属膜、硅片表面抛光；

⑵硅单晶基片背面制作金属梁下拉电极、金属梁下拉电平输入线、金属梁下拉电平输入电极，主要步骤包括涂胶、光刻去除待制电极结构处的光刻胶胶膜、覆盖金属膜、去胶剥离无电极结构处的金属膜；

⑶硅单晶基片正面制作压电薄膜区，主要步骤包括基片清洗、覆盖压电薄膜、涂胶、光刻去除非压电薄膜区的光刻胶胶膜、湿法腐蚀去除非压电薄膜区的压电薄膜；

⑷压电薄膜区上制作输入叉指换能器指电极、输出叉指换能器指电极、信号端汇流电极、接地端汇流电极、接地总电极，同时压电薄膜区上、下两侧的硅单晶基片面上制作输入信号总电极、输出信号总电极、金属梁内侧固定电极种子层、金属梁外侧固定电极种子层，主要步骤包括涂胶、光刻去除待制电极结构和固定电极种子层所在处的光刻胶胶膜、覆盖金属膜、去胶剥离无电极结构和固定电极种子层处的金属膜；

⑸制作厚膜金属梁内侧固定电极、金属梁外侧固定电极，主要步骤包括；涂胶、光刻去除金属梁固定电极种子层上方的光刻胶胶膜、电镀厚金属膜、去胶；

⑹制作金属梁下介质牺牲层，具体步骤包括涂胶、光刻去除牺牲层结构所在处的光刻胶胶膜、覆盖介质层、去胶剥离无牺牲层结构处的介质层；

⑺制作金属梁种子层，具体步骤包括；涂胶、光刻去除金属梁内侧固定电极、金属梁下介质牺牲层和金属梁外侧固定电极上方的光刻胶胶膜、覆盖金属膜、去胶剥离无金属梁种子层处的金属膜；

⑻制作厚膜金属梁，包括；涂胶、光刻去除金属梁种子层上方的光刻胶胶膜、电镀厚金属膜、去胶；⑼去除介质牺牲层，释放金属梁。

本发明所述一种单片集成声表面波滤波组件的结构及其实现方法中：

所述压电薄膜的材料为氧化锌，或者氮化铝；所述介质牺牲层的材料为二氧化硅，或者氮化硅，或者光刻胶；所述叉指换能器金属指电极、信号端汇流电极、接地端汇流电极、输入信号总电极、输出信号总电极、接地总电极、金属梁下拉电极、金属梁下拉电平输入线、金属梁下拉电平输入电极、金属通孔内壁为金质或者铜质或者铝质薄膜结构；所述金属梁及其内侧固定电极、外侧固定电极为为铝铜合金质或者铝质或者金质薄膜结构；所述光刻胶为正性光刻胶，对应的光刻掩膜版为阳版，或者为负性光刻胶，对应的光刻掩膜版为阴版。所述用于制作二氧化硅掩膜层的二氧化硅膜的制作方法为淀积，或者热氧化；所述硅通孔的刻蚀方法为湿法腐蚀，或者反应离子刻蚀；所述压电薄膜的制作方法为磁控溅射，或者pecvd，或者lpcvd；所述金属膜的制作方法为磁控溅射，或者电子束蒸发；所述介质牺牲层的制作方法为磁控溅射，或者pecvd，或者lpcvd；所述介质牺牲层的去除方法为湿法刻蚀，或者反应离子刻蚀。

3、有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在非压电的硅单晶基片顶面制作局部的压电薄膜区，将声表面波滤波组件中包括输入叉指换能器和输出叉指换能器的压电功能部分制作在压电薄膜区上，而将包括滤波组件输入信号总电极、输出信号总电极、用于选通滤波单元的多组金属梁及其固定电极、控制金属梁的金属梁下拉电极及其下拉信号输入电极、下拉信号输入线等的非压电功能部分制作在压电薄膜区以外的硅单晶基片表面，一方面减小了组件中压电材料的成本，另一方面可以利用成熟的硅基平面工艺实现包含硅通孔的滤波组件选通互连结构；

采用片上集成的滤波单元选通互连结构，代替常规制作在片外组件基板上的选通互连电路，实现一种单片集成的声表面波滤波组件，结构紧凑、射频损耗小，抗干扰能力强。

单片集成的声表面波滤波组件结构中，叉指换能器、输入信号总电极、输出信号总电极、接地总电极、金属梁及其固定电极等高频部分制作在硅单晶基片正面，而金属梁下拉电极、下拉信号输入电极、下拉信号输入电极线等直流部分制作在硅单晶基片背面，减小了滤波组件交流通道与直流通道的信号耦合，提高了滤波信道的隔离性能；

在滤波单元选通结构中采用动态特性与静态特性俱优的微机械式开关作为开关元件，替代常规使用的半导体开关元件，提高了组件的开关特性和滤波信道隔离度。

本发明采用片上集成的滤波单元选通互连结构，代替常规制作在片外组件基板上的选通互连电路，实现一种单片集成声表面波滤波组件，结构紧凑、射频损耗小，抗干扰能力强，广泛应用于频率合成、信号识别、跳频通讯等军民用无线通信领域，具有良好的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明的总体结构布局示意图；

图2是本发明的基片正面结构总体布局示意图；

图3是本发明的基片背面结构布局示意图；

图4是本发明的图1中金属梁区结构局部a-a剖视图；

图中：1硅单晶基片、2压电薄膜区、3输入叉指换能器、4输出叉指换能器、5高频信号输入端口、6高频信号输出端口、7输入端金属梁、8输出端金属梁、9金属梁下拉电平输入端口、31输入信号端汇流电极、32输入接地端汇流电极、33第一金属指电极、34第二金属指电极、41输出信号端汇流电极、42输出接地端汇流电极、43第三金属指电极、44第四金属指电极、51输入信号总电极、61输出信号总电极、52接地总电极、71输入端金属梁内侧固定电极、72输入端金属梁外侧固定电极、73输入端金属梁下拉电极、81输出端金属梁内侧固定电极、82输出端金属梁外侧固定电极、83输出端金属梁下拉电极、91金属梁下拉电平输入电极、92金属梁下拉电平输入线、93金属通孔。

具体实施方式

下面结合附图以及附图说明对本发明做进一步的说明。

如图1、2、3和4所示的一种单片集成4单元声表面波滤波组件的结构，包括：

硅单晶基片1，制作在硅单晶基片1正面的4个氧化锌压电薄膜区2，分别制作在4个氧化锌压电薄膜区2上的4个声表面波滤波单元，1个声表面波滤波单元包括1个输入叉指换能器3和1个输出叉指换能器4；

4个输入叉指换能器3外侧制作的输入信号总电极51、4个输出叉指换能器4外侧制作的输出信号总电极61、输入叉指换能器3和输出叉指换能器4之间制作的连接4个输入接地端汇流电极32和4个输出接地端汇流电极42的接地总电极52，输入信号总电极51与接地总电极52构成高频信号输入端口5，输出信号总电极61与接地总电极52构成高频信号输出端口6；

4个输入叉指换能器3外侧制作的4个横跨作为其底电极的输入信号总电极51的输入端金属梁7及其内侧固定电极71和外侧固定电极72，4个输入端金属梁内侧固定电极71与4个输入信号端汇流电极31对应相连；

4个输出叉指换能器4外侧制作的4个横跨作为其底电极的输出信号总电极61的输出端金属梁8及其内侧固定电极81和外侧固定电极82，4个输出端金属梁8内侧固定电极81与4个输出信号端汇流电极41对应相连；

硅单晶基片1背面正对基片正面金属梁的位置制作的4组输入端金属梁下拉电极73和输出端金属梁8下拉电极83以及相应的输入端金属梁下拉电平输入线91和输出端金属梁下拉电平输入线92；

硅单晶基片1正面一端制作的包括4个金属梁下拉电平输入电极91的金属梁下拉电平输入端口9，4个金属梁下拉电平输入电极91分别通过4个穿通硅单晶基片1的金属通孔93与硅单晶基片1背面的4组输入端金属梁下拉电平输入线91和输入端金属梁下拉电平输入线92相连。

如图1、2、3和4所示单片集成4单元声表面波滤波组件的具体实施步骤，包括：

（1）硅单晶基片1双面淀积二氧化硅膜，光刻、刻蚀去除待制4个金属通孔所在处的光刻胶胶膜；

（2）湿法刻蚀，形成4个硅通孔；

（3）磁控溅射，4个硅通孔内壁覆盖铝铜合金膜；

（4）去胶；

（5）化学机械抛光，硅单晶基片1表面平坦化；

（6）硅单晶基片1底面旋涂正性光刻胶，光刻去除待制的4组金属梁下拉电极、金属梁下拉电平输入线所在处的光刻胶胶膜；

（7）磁控溅射覆盖铝铜合金膜；

（8）去胶，连同去除覆盖其上的铝铜合金膜，得到4组金属梁下拉电极、金属梁下拉电平输入线；

（9）基片清洗；

（10）硅单晶基片1顶面磁控溅射覆盖氧化锌压电薄膜；

（11）旋涂正性光刻胶，光刻去除非压电薄膜区2所在处的光刻胶胶膜；

（12）湿法刻蚀去除非压电薄膜区2的氧化锌压电薄膜；

（13）去胶

（14）上述硅单晶基片1顶面结构层上旋涂正性光刻胶，光刻去除待制的4组输入叉指换能器指电极和输出叉指换能器指电极及其信号端汇流电极和接地端汇流电极、输入信号总电极和输出信号总电极以及接地总电极、4个金属梁下拉电平输入电极所在处的光刻胶胶膜；

（15）磁控溅射覆盖铝铜合金膜；

（16）去胶，连同去除覆盖其上的铝铜合金膜，得到4组输入叉指换能器指电极和输出叉指换能器指电极及其信号端汇流电极和接地端汇流电极、输入信号总电极和输出信号总电极以及接地总电极、4个金属梁下拉电平输入电极；

（17）上述硅单晶基片1顶面结构层上旋涂正性光刻胶，光刻去除4组金属梁内侧固定电极和金属梁外侧固定电极所在位置的光刻胶胶膜

（18）磁控溅射覆盖金膜；

（19）去胶，连同去除覆盖其上的金膜，得到4组金属梁内侧固定电极的种子层和金属梁外侧固定电极的种子层；

（20）上述硅单晶基片1顶面结构层上旋涂正性光刻胶，光刻去除4组金属梁内侧固定电极种子层和金属梁外侧固定电极种子层上方的光刻胶胶膜；

（21）电镀厚金膜；

（22）去胶，得到4组金属梁内侧固定电极和金属梁外侧固定电极；

（23）上述硅单晶基片1顶面结构层上旋涂正性光刻胶，光刻去除待制的4组金属梁下牺牲层所在处的光刻胶胶膜；

（24）淀积覆盖二氧化硅厚膜；

（25）去除光胶，连同去除覆盖其上的二氧化硅膜，得到4组金属梁下二氧化硅牺牲层；

（26）上述硅单晶基片1顶面结构层上旋涂正性光刻胶，光刻去除4组金属梁内侧固定电极、金属梁下介质牺牲层以及金属梁外侧固定电极上方的光刻胶胶膜；

（27）磁控溅射覆盖金膜；

（28）去胶，连同去除覆盖其上的金膜，得到4组金属梁种子层；

（29）上述硅单晶基片1顶面结构层上旋涂正性光刻胶，光刻去除4组金属梁种子层上方的光刻胶胶膜；

（30）电镀厚金膜；

（31）去胶；

（32）反应离子刻蚀，去除金属梁下二氧化硅牺牲层，释放4组金梁。

熟知本领域的人士将理解，虽然这里为了便于解释已描述了具体实施例，但是可在不背离本发明精神和范围的情况下做出各种改变。因此，除了所附权利要求之外，不能用于限制本发明。