以下描述涉及一种声波谐振器及制造声波谐振器的方法。
背景技术：
带通滤波器是从各种频带中仅选择必要频带的信号以发送和接收所选择的信号的通信装置的关键组件。
这样的带通滤波器的代表性示例包括表面声波(saw)滤波器和体声波(baw)滤波器。
baw滤波器是实现为滤波器并且使用沉积在硅晶圆(半导体基板)上的压电介电材料的压电特性来诱发谐振的薄膜型元件。
baw滤波器用在移动通信装置、小型和质轻的滤波器中，诸如用在化学和生物装置、振荡器、谐振元件和声波谐振质量传感器中。
技术实现要素：
提供本发明内容以按照简化的形式对所选择的构思进行介绍，并在以下具体实施方式中进一步描述所述构思。本发明内容既不意在限定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用作帮助确定所要求保护的主题的范围的目的。
在一个总体方面中，一种声波谐振器包括：基板；谐振部，形成在所述基板的第一表面上；金属焊盘，通过形成在所述基板中的通路孔连接到所述谐振部；及保护层，设置在所述基板的第二表面上并且包括多个层，其中，所述多个层包括内保护层，所述内保护层直接接触所述基板的所述第二表面，并且由具有比所述多个层中的其他层的粘附力强的粘附力的绝缘材料形成。
所述内保护层可由包括二氧化硅、氧化铝和硅氮化物中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合的材料形成。
所述多个层还可包括外保护层，所述外保护层设置在所述内保护层的外表面上并且向外地暴露。所述外保护层可由具有比所述内保护层的弹性性能强的弹性性能的绝缘材料形成。
所述外保护层可由聚合物材料形成。
保护层的部分可形成在所述通路孔中，以与所述保护层的形成在所述基板的所述第二表面上的部分连续。
所述金属焊盘可设置在所述基板的所述第二表面上，并且与所述通路孔相邻。
所述金属焊盘可包括：内焊盘，连接到所述谐振部并且具有结合到所述基板的所述第二表面的内表面；及外焊盘，所述外焊盘包括：内表面，结合到所述内焊盘的外表面；及向外地暴露的外表面，具有被所述外保护层部分地覆盖的边缘部。
在另一总体方面中，一种制造声波谐振器的方法，所述方法包括：在基板的第一表面上形成谐振部；形成穿透所述基板的通路孔；在所述基板的第二表面上形成连接到所述谐振部的内焊盘；在所述基板的所述第二表面上形成内保护层；形成结合到所述内焊盘的外焊盘；及在所述内保护层的外表面上形成外保护层，其中，所述内保护层由具有比所述外保护层的粘附力强的粘附力的第一绝缘材料形成，并且其中，所述外保护层由具有比所述内保护层的弹性性能强的弹性性能的第二绝缘材料形成。
所述内保护层还可形成在所述通路孔中以与所述基板的所述第二表面连续。所述外保护层还可形成在所述内保护层的形成在所述通路孔中的部分的外表面上。
所述方法还可包括形成所述外保护层以部分地覆盖所述外焊盘的向外地暴露的表面。
所述第一绝缘材料可包括二氧化硅、氧化铝和硅氮化物中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。
所述第二绝缘材料可包括聚合物材料。
在所述基板的所述第二表面上形成所述内保护层的步骤可包括在所述基板的所述第二表面上直接形成所述内保护层。
通过以下具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是明显的。
附图说明
图1是示意性示出根据实施例的声波谐振器的截面图。
图2是图1的a部的放大截面图。
图3至图7是示出制造根据实施例的声波谐振器的方法的截面图。
在所有的附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明及便利起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物将是明显的。例如，这里所描述的操作顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，在理解本申请的公开内容后可做出将是明显的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域已知的特征的描述。
这里所描述的特征可按照不同的形式实现，并且将不被解释为被这里所描述的示例所限制。更确切的说，提供这里所描述的示例仅仅为示出在理解本申请的公开内容后将是明显的实现这里所描述的方法、设备和/或系统的很多可行的方式中的一些方式。
在整个说明书，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“位于”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“位于”另一元件“上方”或者“覆盖”另一元件时，该元件可以直接“位于”另一元件“上”、直接“连接到”另一元件、直接“结合到”另一元件、直接“位于”另一元件“上方”或者直接“覆盖”另一元件，或者可存在介于两者之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接位于”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接位于”另一元件“上方”或者“直接覆盖”另一元件时，可能不存在介于两者之间的元件。
如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项的任意一个或任意两个或更多个的任意组合。
尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因而，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分还可以被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了易于描述，这里可以使用诸如“在……上方”、“上”、“在……下方”以及“下”的空间相对术语，以描述如图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相对术语意图包含除了图中所描绘的方位以外装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置翻转，则描述为“位于”另一元件“上方”或“上”的元件于是将被定位为相对于另一元件位于“下方”或“下”。因而，术语“在……上方”根据装置的空间方向包括上方和下方两种方位。装置也可按照其他方式(例如，旋转90度或处于其他方位)定位，并且对这里使用的空间相对术语做出相应解释。
这里使用的术语仅用于描述各种示例并且不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，如图所示的形状可发生变型。因而，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间所发生的形状的改变。
这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容后将是明显的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种配置，但是在理解本申请的公开内容后将是明显的其他配置是可能的。
在下文中，将参照附图详细地描述实施例。
参照图1，根据示例，声波谐振器100为带通滤波器中的体声波(baw)滤波器，并且可通过金属焊盘160连接到外电路。
各个金属焊盘160可电连接或短路。为将金属焊盘160连接到外电路，金属焊盘160可通过焊料电结合到外电路的外电极。也就是说，金属焊盘160可通过回流焊操作连接到外电极。
另外，为防止待结合的焊料扩散并且防止相邻的金属焊盘160之间短路，保护层170被形成为绝缘层(钝化层)。在这种情况下，保护层170形成在基板110的其上形成有金属焊盘160的表面上。
传统地，在直接接触基板并结合到基板的保护层由聚合物形成的情况下，由于保护层的弱的粘附力发生了脱层的问题。因此，由于焊料在焊料的回流操作期间浸入到脱层的空间中，因此发生了金属焊盘之间的短路缺陷的问题。
然而，根据所公开的实施例，由于接触基板110并结合到基板110的保护层170由具有良好的粘附力的绝缘材料形成，因此可防止上述脱层和短路问题。例如，保护层170由多个层形成，并且多个层中的最内层的内保护层171包括具有良好的粘附力的绝缘材料。因此，可防止传统结构的上述问题。
作为示例，内保护层171由包括二氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)和硅氮化物(sinx)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合的材料形成。
传统地，为防止由于形成聚合物的保护层而引起的脱层缺陷，已经通过沉积无机膜来形成保护层。也就是说，与通过涂覆聚合物来沉积有机膜的方法相比，由于通过在真空状态下通过加速度能量来沉积无机膜的方法，无机膜的粘附状态可以形成为具有较强的粘附力，因此无机膜已经被应用于防止上述脱层问题。
然而，在现有技术中使用无机膜形成保护层的情况下，存在保护层无法承受强压力并且由于无机膜的大的杨氏模量而被损坏的情况。
然而，根据公开的实施例，由于保护层170的向外暴露(例如，暴露到外部环境)的层由具有良好的弹性性能的绝缘材料形成，因此可防止这样的问题。例如，保护层170包括外保护层172，外保护层172是多个层中的最外层并且形成在内保护层171的外表面上。外保护层172暴露到外部，并且由具有比内保护层171的弹性性能相对更大或更强的弹性性能的绝缘材料形成。因此，可防止保护层无法承受强压力并且被损坏的传统问题。作为示例，外保护层172由诸如聚酰亚胺的聚合物材料形成。
因此，如上所述，声波谐振器100包括作为电路的绝缘保护层的保护层170，保护层170包括多个层以：1)防止由于在聚合物单层保护层中发生脱层而引起在回流焊操作中短路的问题；2)解决由于在模制操作中作用在无机薄膜单层保护层上的压力而引起的损坏的问题，这个问题是由于无机薄膜单层保护层的大的杨氏模量引起的。
也就是说，本公开涉及具有包括无机薄膜层和聚合物层的双层保护层170的声波谐振器100的结构，并且：1)通过在谐振器100的内部部分中形成无机薄膜层的内保护层171而获得的优异的粘附力来防止短路的问题，其中，内保护层171与基板110直接接触；2)通过在外部压力作用在其上的谐振器100的外部部分形成具有小的杨氏模量和良好的弹性性能的聚合物层的外保护层172，来防止由于外部压力引起的损坏的问题。
图1是示意性示出根据实施例的声波谐振器100的截面图。图2是图1的a部的放大截面图。
如图1所示，声波谐振器100包括基板110、谐振部120、金属焊盘160和保护层170。
气隙130形成在基板110和谐振部120之间，并且谐振部120形成在膜层150上以通过气隙130与基板110分开。
基板110可以是硅基板或者高电阻率硅(hrs)型基板。然而，基板110不限于前述示例。
谐振部120包括第一电极121、压电层123和第二电极125。谐振部120通过从下往上堆叠第一电极121、压电层123和第二电极125形成。因此，压电层123设置在第一电极121和第二电极125之间。
由于谐振部120形成在膜层150上，因此膜层150、第一电极121、压电层123和第二电极125顺序地堆叠并且设置在基板110的第一表面上。
响应于施加到第一电极121或第二电极125上的信号，谐振部120使得压电层123谐振，以产生谐振频率和反谐振频率。
第一电极121和第二电极125可由诸如金、钼、钌、铝、铂、钛、钨、钯、铬或镍的金属形成。
谐振部120使用压电层123的声波。例如，当信号被施加到第一电极121或第二电极125时，在压电层123的厚度方向上发生机械振动以产生声波。
压电层123可包括氧化锌(zno)、氮化铝(aln)和石英中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。
当所施加的信号的波长的一半与压电层123的厚度一致时，发生压电层123的谐振现象。由于当谐振现象发生时电阻抗急剧地改变，因此声波谐振器100可被用作能够选择频率的滤波器。
谐振频率通过压电层123、围绕压电层123的第一电极121和第二电极125的厚度以及压电层123的固有弹性波速度而确定。作为示例，谐振频率随着压电层123的厚度变得更薄而增大。
谐振部120还包括顶表面覆盖层127。顶表面覆盖层127形成在第二电极125上以防止第二电极125暴露到外部环境。
第一电极121和第二电极125延伸到压电层123的外部，并且分别连接到第一连接电极180和第二连接电极190。
第一连接电极180和第二连接电极190被设置为确定谐振器和滤波器的特性并且执行所需的频率微调。然而，第一连接电极180和第二连接电极190不限于这样的目的。
谐振部120通过气隙130与基板110分开以改善品质因数。
例如，通过在谐振部120和基板110之间形成气隙130，以使从压电层123产生的声波不受基板110的影响。
此外，从谐振部120产生的声波的反射特性通过气隙130而得到改善。由于气隙(空的空间)130具有接近无穷大的阻抗，因此声波没有因气隙130而损失，而是保留在谐振部120中。
因此，谐振部120的品质因数值通过减小声波沿纵向方向由于气隙130引起的损失而得到改善。
穿透基板110的通路孔112形成在基板110中。另外，第一连接导体115a和第二连接导体115b中的每个形成在通路孔112的一个中。
第一连接导体115a和第二连接导体115b可形成在内表面(也即，相应的通路孔112的内壁的全部)上，但不限于这样的构造。
此外，第一连接导体115a和第二连接导体115b的一端连接到形成在基板110的下表面上的金属焊盘160，并且第一连接导体115a和第二连接导体115b的另一端连接到第一电极121或第二电极125。
例如，第一连接导体115a使第一电极121和金属焊盘160彼此电连接，第二连接导体115b使第二电极125和另一金属焊盘160彼此电连接。
因此，第一连接导体115a穿透基板110和膜层150并且电连接到第一电极121，第二连接导体115b穿透基板110、膜层150和压电层123并且电连接到第二电极125。
虽然所公开的实施例示出并且描述了仅两个通路孔112和两个连接导体115a和115b，但是通路孔和连接导体的数量不限于所示出和描述的数量。可根据需要设置更大数量的通路孔112以及连接导体115a和115b。
帽140被设置为保护谐振部120免受外部环境的影响。帽140按照具有谐振部120容纳在其中的内部空间的盖的形式形成。因此，帽140可按照帽140的侧壁围绕谐振部120的形式结合到基板110。另外，侧壁的下表面可被用作与基板110结合的结合表面。
金属焊盘160是使外电极和声波谐振器100彼此电连接的组件，并形成在基板110的与基板110上形成有谐振部120的第一表面相对的第二表面上。
具体地，金属焊盘160通过形成为穿过通路孔112的连接导体115a和115b连接到谐振部120。
因此，被形成为防止相邻的金属焊盘160之间短路的保护层170还形成在通路孔112中。另外，保护层170的形成在通路孔112中的部分和保护层170的形成在基板110的第二表面(基板110的下表面)上的部分被连续地形成以防止金属焊盘160之间的短路。
另外，金属焊盘160包括多个焊盘，从而保护层170形成为多个层。也就是说，金属焊盘160包括内焊盘161和外焊盘162。
内焊盘161通过连接导体115a和115b连接到谐振部120，内焊盘161的内表面结合到基板110的第二表面。
如图1和图2所示，外焊盘162的内表面结合到内焊盘161的外表面，外焊盘162的外表面暴露到外部环境。例如，外焊盘162的外表面的边缘部被外保护层172部分地包封或覆盖，并且外焊盘162可因此防止连接到外电极的焊料的分离，并且可增大外焊盘162和内焊盘161之间的结合稳定性。
保护层170被形成为防止相邻的金属焊盘160之间的短路。具体地，保护层170包括内保护层171以增大与基板110的结合力，并且包括外保护层172以防止由外部压力引起的损坏。
如上所述，内保护层171直接接触基板110的第二表面，并且由具有比保护层170的其他层的粘附力更好或者更强的粘附力的绝缘材料形成。
如上所述，外保护层172形成在内保护层171的外表面上并且暴露到外部环境，并且由具有比内保护层171的弹性性能更强的弹性性能的绝缘材料形成。
这里，由于保护层170包括多个层(包括内保护层171和外保护层172)，并且也形成在通路孔112中，因此可防止保护层170的脱层问题以及在通路孔中由外部压力引起的损坏问题。
具体地，在传统的保护层中，脱层的问题以及损坏的问题更容易在保护层的形状急剧变形(诸如通路孔112的附近)的部分发生。然而，传统地，由于缺乏对该问题的认识，因此没有提出对这种问题的解决方案。然而，为了积极地解决在通路孔112中和在通路孔112附近的脱层和损坏的问题，还在通路孔112中设置保护层170。
图3至图7是示出制造根据实施例的声波谐振器100的方法的示图。参照图3至图7，该方法包括：在基板110的第一表面上形成谐振部120的操作，形成穿透基板110的通路孔112并且在基板110的第二表面上形成连接到谐振部120的内焊盘161的操作，在基板110的第二表面上形成内保护层171的操作，形成结合到内焊盘161的外焊盘162的操作，以及在内保护层171的外表面上形成外保护层172的操作，其中，内保护层171由具有比外保护层172的粘附力强的粘附力的绝缘材料形成，外保护层172可由具有比内保护层171弹性性能强的弹性性能的绝缘材料形成。
首先，参照图3，在基板110上形成谐振部120。通过例如在基板110上顺序地层叠膜层150、第一电极121、压电层123、第二电极125和顶表面覆盖层127来形成谐振部120。此外，在形成膜层150之前形成牺牲层(未示出)，通过去除牺牲层形成气隙130。
通过形成导电层、在导电层上沉积光刻胶、使用光刻工艺对光刻胶执行图案化然后将图案化的光刻胶作为掩膜以去除导电层的不必要的部分来按照期望的图案形成第一电极121和第二电极125。
作为示例，第一电极121由钼(mo)材料形成，第二电极125由钌(ru)形成。然而，第一电极121和第二电极125的材料不限于所提供的示例，第一电极121和第二电极125可按照需要由诸如金、钌、铝、铂、钛、钨、钯、铬和镍的各种金属形成。
此外，压电层123可由氮化铝(aln)形成。然而，压电层123的材料不限于aln，压电层123可由诸如氧化锌(zno)和石英的各种压电材料形成。
顶表面覆盖层127由绝缘材料形成。顶表面覆盖层127的绝缘材料可包括氧化硅基材料、硅氮化物基材料和氮化铝基材料中的任意一种或任意两种或更多种的任意组合。
接下来，分别在第一电极121和第二电极125上形成用于频率微调的连接电极180和190。连接电极180和190穿透顶表面覆盖层127或者压电层123以结合到第一电极121和第二电极125。
通过蚀刻部分地去除顶表面覆盖层127和压电层123以向外地暴露第一电极121，然后在第一电极121上沉积例如金(au)或铜(cu)来形成第一连接电极180。
类似地，通过蚀刻部分地去除顶表面覆盖层127以向外地暴露第二电极125，然后在第二电极125上沉积例如金(au)或铜(cu)来形成第二连接电极190。
接下来，在确定谐振部120和滤波器的特性并且使用连接电极180和190执行必要的频率微调之后，通过去除牺牲层形成气隙130。
接下来，帽140被形成为保护谐振部120免受外部环境的影响。通过晶圆级晶圆键合来形成帽140。也就是说，其上设置有多个基板(例如，单元基板)110的基板晶圆和其上设置有多个帽140的帽晶圆彼此结合以一体地形成。
稍后通过切割工艺对彼此结合的基板晶圆和帽晶圆进行切割并且划分为单独的声波谐振器100。
接下来，参照图4，在其上形成有谐振部120的基板110中形成通路孔112并且在基板110的下表面上形成内焊盘161，使得内焊盘161通过连接导体115a和115b连接到谐振部120。
通过在通路孔112的内表面上形成导电层来制造连接导体。作为示例，通过沿着通路孔112的内壁沉积、镀覆或填充导电金属(例如，金或铜)来形成连接导体。内焊盘161可由与连接导体的材料相同的材料形成，并且与连接导体115a和115b连续。
图5示出了形成内保护层171的操作。内保护层171被形成为提供用于防止在形成内焊盘161之后内焊盘161之间的短路的电绝缘功能。另外，内保护层171由具有比保护层170的其他层的粘附力大的粘附力的绝缘材料形成，以防止脱层的问题。
作为示例，内保护层171由无机薄膜形成。无机薄膜可由二氧化硅(sio2)、硅氮化物(sinx)、氧化铝(al2o3)及它们的组合中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合形成。另外，可通过诸如pecvd、溅射和ald的设备来沉积无机薄膜。
在在基板110的整个第二表面上沉积无机薄膜之后，通过光刻操作使仅设置在内焊盘161的待连接到外电路的部分上的部分无机薄膜开口。
图6示出了形成外焊盘162的操作。外焊盘162通过焊料直接结合到外电路的外电极。
通过无电镀覆镍金(enig)操作来制造外焊盘162。另外，包括外焊盘162和内焊盘161的金属焊盘160可具有大约4.0至6.0μm的厚度。
图7示出了形成外保护层172的操作。外保护层172由具有比内保护层171的弹性性能强的弹性性能的绝缘材料形成。外保护层172可由具有比内保护层171的杨氏模量小的杨氏模量的绝缘材料形成。
作为示例，外保护层172由聚合物绝缘层形成，并且通常被形成为使用感光聚酰亚胺通过诸如镀覆、曝光、图案开口和固化的操作来包封或者覆盖基板110的第二表面上除了外焊盘162之外的所有部分。
这里，由于外保护层172包封外焊盘162的边缘部，在提供焊料以使外焊盘162结合到外电极的情况下，外保护层172被设置为防止焊料的分离。
如上所述，根据这里所公开的实施例，声波谐振器可防止结合到基板的、用于绝缘的保护层的脱层问题，从而减少由于短路引起的缺陷的发生。
另外，声波谐振器可防止保护层被施加到保护层的压力损坏。具体地，可减轻由于压力引起的围绕通路孔的保护层的脱层问题和保护层的损坏问题。
本公开的各种优点和效果不限于上述描述，并且可在本公开的实施例的描述中更容易地被理解。
虽然本公开包括具体示例，但在理解本申请的公开内容之后将明显的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可对这些示例做出形式和细节上的各种改变。这里所描述的示例将仅被理解为描述性意义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被理解为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果按照不同的顺序执行描述的技术，和/或如果按照不同的形式组合和/或通过其他组件或它们的等同物替换或增添描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围并不通过具体实施方式限定而是通过权利要求及其等同物限定，在权利要求及其等同物的范围之内的全部变型将被理解为包括在本公开中。