射频开关滤波器组件和半导体器件的制作方法

本发明属于射频技术领域，尤其涉及射频开关滤波器组件和半导体器件。

背景技术：

当前的主流射频开关滤波器方案中，传统开关滤波组件体积大成本高，mmic片上集成开关滤波器，虽然体积较小但是q值受限，以上滤波器均无法满足小型化、频率选择性的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了射频开关滤波器组件和半导体器件，以解决现有滤波器无法满足小型化、高频率的问题。

本发明实施例第一方面提供了一种射频开关滤波器组件，包括：

基板；

开关控制电路，集成在所述基板的第一表面上；

多个fbar滤波器，集成在所述基板的第一表面上，且均与所述开关控制电路连接；各个fbar滤波器的工作频率不全相同或各不相同；

其中，所述开关控制电路用于选择控制其中一个fbar滤波器位于工作状态。

可选的，每个所述fbar滤波器中均包括至少一个谐振器，所述谐振器包括：

衬底；

多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层和上电极层；

其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体。

可选的，所述下半腔体由底壁和第一侧壁围成，所述底壁整体与所述衬底表面平行，所述第一侧壁为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面。

可选的，所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面。

可选的，所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底壁所在的平面之上；

所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下。

可选的，所述上半腔体由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半腔体对应的部分包括顶壁和第二侧壁围成，所述第二侧壁为由所述顶壁边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面。

可选的，所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面。

可选的，所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶壁所在的平面之下；

所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。

可选的，所述基板为砷化镓基板，所述多个fbar滤波器通过片上植球工艺集成在所述基板上，所述开关控制电路通过mmic技术集成在所述基板上。

本发明实施例第二方面提供了半导体器件，包括本发明实施例第一方面中的任一种射频开关滤波器组件。

本发明实施例，在基板上集成开关控制电路和多个fbar滤波器，开关控制电路选择控制其中一个fbar滤波器位于工作状态，而其他fbar滤波器不工作，而且各个fbar滤波器的工作频率不全相同或各不相同，从而能够实现多种频率的选择，而且fbar滤波器是由压电材料产生体声波谐振，q值可超过1000，因此本发明实施例中的射频开关滤波器组件具有多频率选择性、较高q值和低损耗等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的射频开关滤波器组件的结构图

图2是图1的侧视图；

图3是本发明实施例提供的开关控制电路和滤波器的等效电路图；

图4是本发明实施例提供的开关单元的电路图；

图5是本发明实施例提供的体声波谐振器的结构图；

图6是图5中a的放大图；

图7是本发明实施例提供的体声波谐振器的制作方法流程图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明实施例提供的射频开关滤波器组件的结构图，参见图1，该射频开关滤波器组件可以包括基板100、开关控制电路200和多个fbar谐振器300。开关控制电路200集成在所述基板100的第一表面上；多个fbar滤波器300集成在所述基板100的第一表面上，且均与所述开关控制电路200连接；各个fbar滤波器300的工作频率不全相同或各不相同。其中，所述开关控制电路200用于选择控制其中一个fbar滤波器300位于工作状态。

上述射频开关滤波器组件，在基板100上集成开关控制电路200和多个fbar滤波器300，开关控制电路200选择控制其中一个fbar滤波器300位于工作状态，而其他fbar滤波器300不工作，而且各个fbar滤波器300的工作频率不全相同或各不相同，从而能够实现多种频率的选择，而且fbar滤波器是由压电材料产生体声波谐振，q值可超过1000，因此本发明实施例中的射频开关滤波器组件具有多频率选择性、较高q值和低损耗等优点。

示例性的，本申请中的基板100可以为砷化镓基板，所述多个fbar滤波器300通过片上植球工艺集成在所述基板100上，所述开关控制电路200通过mmic(monolithicmicrowaveintegratedcircuit，微波集成电路)技术集成在所述基板100上。其中，使用砷化镓基板，通过mmic技术片上集成开关控制电路200，在实现滤波器组件小型化的同事，还能够保证交底的插入损耗和良好的隔离度。

本实施例中，开关控制电路200可以为常规的mosfet开关电路，能够实现选择某一个fbar滤波器300工作，其他fbar滤波器300不工作即可。例如，开关控制电路200可以包括开关单元1、开关单元2、……、开关单元n，fbar滤波器包括滤波器1、滤波器2、……、滤波器n，每个fbar滤波器对应一个开关单元，n为大于或等于2的整数，等效电路如图3所示。

参见图4，一些实施例中，每个开关单元的结构可以包括两个mosfet管，分别为第一mosfet管m1和第二mosfet管m2，例如两个mosfet管可以均为n沟道耗尽型mosfet管。第一mosfet管m1的栅极接n，第一mosfet管m1的源极接fx，第一mosfet管m1的漏极接rx；第二mosfet管m2的栅极接n，第二mosfet管m2的源极接fx，第二mosfet管m2的漏极接地。在第一mosfet管m1管打开且第二mosfet管m2管关断时，该开关单元导通，对应的滤波器开始工作；在第一mosfet管m1管关断且第二mosfet管m2管打开时，该开关单元截止，对应的滤波器停止工作。

一些实施例中，每个所述fbar滤波器中均包括至少一个体声波谐振器。参见图5，体声波谐振器可以包括衬底310和多层结构320。多层结构320形成于衬底310上，多层结构320由下至上依次包括下电极层323、压电层322和上电极层321。其中，在衬底310和多层结构320之间形成有腔体330，腔体330包括位于衬底310上表面之下的下半腔体331和超出衬底310上表面并向多层结构320突出的上半腔体332。

参见图5，一些实施例中，下半腔体331由底壁311和第一侧壁312围成，底壁311整体与衬底310的表面平行，第一侧壁312为由底壁311的边缘延伸至衬底310上表面的第一圆滑曲面。

其中，底壁311和第一侧壁312均为衬底310的表面壁。而第一侧壁312为第一圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。

参见图6，一个实施例中，所述第一圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第一曲面3121和第二曲面3122。其中，圆滑过渡连接的第一曲面3121和第二曲面3122是指第一曲面3121和第二曲面3122之间连接处无突变，且第一曲面3121和第二曲面3122两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，衬底310是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。

例如，第一曲面3121的竖截面可以呈倒抛物线状，且位于底壁311所在的平面之上；第二曲面3122的竖截面可以呈抛物线状，且位于衬底310上表面所在的平面之下。第一曲面3121和第二曲面3122圆滑连接。当然，第一曲面3121和第二曲面3122还可以为其他形状的曲面，能够达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能即可。

一个实施例中，对于第一圆滑曲面整体是平滑的，可以为第一圆滑曲面各点的曲率小于第一预设值。对于第一预设值可以根据实际情况设定，以达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能的目的。为了保证多层结构力学特性和电学特性，过渡区域圆滑曲面的曲率要尽可能小，在牺牲层厚度一定的情况下，尽可能小的曲率要求过渡区长度增加，会增加当个谐振器的面积，因此要优化过渡区的曲率和过渡区长度。优选的，腔体330的厚度可以为1μm，过渡区长度控制在3μm至5μm，在该过渡区生长的多层结构能够满足谐振器要求。过渡区长度为第一侧壁312在图5所示的虚线方向上的长度。

参见图5，一个实施例中，上半腔体332可以由多层结构320的下侧面围成，所述多层结构320的下侧面与上半腔体332对应的部分包括顶壁313和第二侧壁314，第二侧壁314为由顶壁313边缘延伸至衬底310上表面的第二圆滑曲面。

其中，顶壁313和第二侧壁314均为多层结构320的下侧面壁。而第二侧壁314为第二圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。

参见图6，一个实施例中，第二圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第三曲面3141和第四曲面3142。其中，圆滑过渡连接的第三曲面3141和第四曲面3142是指第三曲面3141和第四曲面3142之间连接处无突变，且第三曲面3141和第四曲面3142两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，从晶体的角度讲，衬底310是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第二圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。

例如，第三曲面3141的竖截面可以呈抛物线状，且位于顶壁313所在的平面之下；第四曲面3142的竖截面呈倒抛物线状，且位于衬底310上表面所在的平面之上。当然，第三曲面3141和第四曲面3142还可以为其他形状，能够达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能即可。

一个实施例中，第二圆滑曲面各点的曲率小于第二预设值。对于第二预设值可以根据实际情况设定，以达到第二圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能的目的。

进一步的，顶壁313也无突变部分。此处所述的突变与前述突变一致，从晶体的角度讲，多层结构320也是由很多个晶体组成的，无突变是指顶壁313处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。

以上实施例中，衬底310可以为硅衬底或其他材质的衬底，对此不予限制。

参见图7，前述谐振器的制作方法可以包括以下步骤：

步骤401，在衬底上形成屏蔽层，所述屏蔽层覆盖所述衬底上除预设区域之外的区域。

本步骤中，在衬底上形成屏蔽层的过程可以包括：

在所述衬底上形成屏蔽介质，所述屏蔽层用于屏蔽所述衬底除预设区域之外的区域发生所述预设反应；

去除预设区域对应的屏蔽介质，形成所述屏蔽层。

其中，屏蔽介质的作用为使得衬底上覆盖屏蔽介质部分的反应速率低于未覆盖屏蔽介质部分的反应速率。进一步的，屏蔽层可以用于屏蔽所述衬底除预设区域之外的区域发生所述预设反应。

步骤402，对形成屏蔽层的衬底进行预处理，控制衬底上与所述预设区域对应的部分发生预设反应，得到牺牲材料部分；所述牺牲材料部分包括位于所述衬底上表面之上的上半部分和位于所述衬底下表面之下的下半部分。

其中，所述下半部分由底面和第一侧面围成；所述底面整体与所述衬底表面平行，所述第一侧面为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面。所述上半部分由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半部分对应的部分包括顶面和第二侧面，所述第二侧面为由所述顶面边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面。

可选的，所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面。例如，所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底面所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下。

可选的，所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶面所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。

一个实施例中，所述第一圆滑曲面的曲率小于第一预设值；所述第二圆滑曲面的曲率小于第二预设值。

作为一种可实施方式，步骤402的实现过程可以包括：将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，控制衬底上与所述预设区域对应的部分发生氧化反应，得到牺牲材料部分。

其中，所述将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，可以包括：

在预设范围的工艺温度环境中，向所述衬底通入高纯氧气，以使得所述衬底上与所述预设区域对应的部分生成氧化层；

经过第一预设时间后，停止向所述衬底通入高纯氧气，通过湿氧氧化、氢氧合成氧化和高压水汽氧化中的一种或多种方式，使得衬底上的氧化层厚度达到预设厚度；

停止向所述衬底通入湿氧并向所述衬底通入高纯氧气，经过第二预设时间后完成对所述衬底的氧化处理。

其中，所述预设范围可以为1000℃～1200℃；所述第一预设时间可以为20分钟～140分钟；所述预设厚度可以为0.4μm～4μm；所述第二预设时间可以为20分钟～140分钟；所述高纯氧气的流量可以为3l/分钟～15l/分钟。

需要说明的是，采用纯氧气、湿氧、氢氧合成和高压水汽氧化中的一种手段或几种手段的结合，过渡区形貌会有一定的差别；同时，屏蔽层的种类和结构的选择，对过渡区的形貌有一定的营销，根据多层结构的厚度和压电层对曲率变化的要求，合理选择氧化方式和屏蔽层种类和结构。

步骤403，去除预处理后的衬底屏蔽层。

步骤404，在去除屏蔽层后的衬底上形成多层结构，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层和上电极层。

步骤405，移除所述牺牲材料部分。

本实施例中，所述屏蔽层可以为sin材质层、sio2材质层、多晶硅材质层，或为由上述两种或三种材质混合组成的多层结构，所述衬底可以为硅衬底或其他材质的衬底，对此不予限制。

一个实施例中，屏蔽层可以采用sin，也可以采用多层膜结构，sin作为氧化屏蔽层，其屏蔽效果较好，屏蔽区和非屏蔽区反应速率相差较大。可以通过刻蚀或腐蚀等手段，把需要制作谐振器区域的屏蔽介质去除，将硅片放在氧化气氛中进行氧化，有屏蔽介质部分的反应速率和没有屏蔽介质部分的反应速率相差较大：没有屏蔽介质部分的反应速率较快，衬底si与氧气反应形成sio2，生成的sio2厚度不断增加，其上表面逐渐比有屏蔽介质部分的表面升高，没有屏蔽介质部分的si表面逐渐下降，相对没有屏蔽介质部分的表面降低，由于屏蔽层的边缘部分氧气会从侧面进入屏蔽层下面，使得屏蔽层边缘的氧化速率较没有屏蔽介质部分的氧化速率慢，比有屏蔽介质部分的氧化速率快，越接近屏蔽介质的边缘，速率越趋于没有屏蔽介质部分的氧化速率。在屏蔽层边缘形成一个没有速率变化的过渡区域，该过渡区域通过优化氧化方式和屏蔽层种类和结构，可以形成圆滑曲面，在该圆滑曲面上生长含aln等压电薄膜的多层结构，可以确保压电薄膜的晶体质量。

对应于上述任一种射频开关滤波器组件，本发明实施例还提供了半导体器件，该半导体器件包括上述任一种射频开关滤波器组件，且具有上述射频开关滤波器组件所具有的优点，在此不再赘述。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。