本发明涉及无线通信硬件设备技术领域，尤其涉及一种悬浮结构微波滤波器及其制备方法。
背景技术：
滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的信号或消除一个特定频率的信号。因此，滤波器被广泛应用于卫星通信以及航空航天等电子系统中。随着信息技术和半导体器件的发展，电子系统逐渐向高密度、高性能、小型化的方向发展，滤波器的小型化也逐渐成为了现代科技实现电子系统小型化的最大瓶颈。
传统的腔体滤波器性能较好，但体积较大，无法满足电子系统小型化的需求。现有技术中的微机械滤波器则是融合了微波滤波器设计和MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)工艺技术的一类新型器件，通过采用硅基片或石英基片，并使用晶圆键合工艺实现了芯片的自封装，具有带宽大、体积小、一致性好等优点。
在CN102361113A中公开了一种硅基多层腔体滤波器，具备上下介质层以及金属化通孔结构，但是该发明基于腔体滤波器实现，难以满足小型化的需求。在CN102820504A中公开了一种采用交指型带状线结构的全密封结构微机械滤波器，但是该发明只是部分去除了交指电极下方的下层介质，并未形成完整的空腔结构，影响了滤波器的性能。在文献“MEMS毫米波滤波器的设计与制作”中介绍了一种悬浮结构的平行耦合线结构，但是这种器件采用的是平行耦合线结构，体积大于交指线结构，不利于器件的小型化，此外该器件的通孔制备采用的是湿法腐蚀工艺，成品率较低。
因此，在现有技术的基础上，仍需要设计一种具有悬浮带状线结构的微波滤波器及其制备方法，解决现有技术中滤波器体积较大、介质损耗高的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供的悬浮结构微波滤波器及其制备，能够针对现有技术的不足，解决现有技术中滤波器体积大、滤波性能受打线长度影响、介质损耗高的问题。
第一方面，本发明提供的悬浮结构微波滤波器，包括：
上层硅片，所述上层硅片的下表面刻蚀有凹腔，用于形成封装帽结构；
下层硅片，所述下层硅片的上表面沉积有介质薄膜，所述介质薄膜上形成有交指电极图形；
其中，所述下层硅片上表面的介质薄膜下方的硅衬底被去除，形成所述介质薄膜的悬浮状态，所述上层硅片和所述下层硅片通过对准键合工艺堆叠组装。
可选地，上述上层硅片和所述下层硅片均具有上下贯通的通孔。
可选地，上述介质薄膜为双面介质薄膜，且所述介质薄膜的材料为氧化硅或氮化硅。
可选地，上述上层硅片小于所述下层硅片，在所述下层硅片未被所述上层硅片覆盖的表面设置有器件输入输出端口。
另一方面，本发明提供一种上述悬浮结构微波滤波器的制备方法，其中包括：
步骤一、提供上层硅片和下层硅片；
步骤二、刻蚀所述上层硅片的下表面形成凹腔，并在所述上层硅片中刻蚀第一通孔；
步骤三、在所述下层硅片的上表面沉积生长介质薄膜，并在所述下层硅片中刻蚀第二通孔；
步骤四、在所述下层硅片的上表面溅射种子层，在所述种子层表面光刻所述交指电极图形，并电镀所述交指电极图形和所述第二通孔；
步骤五、在所述下层硅片的背面刻蚀所述交指电极图形下方的硅衬底，使得所述介质薄膜以及所述介质薄膜上的交指电极图形形成悬浮状态；
步骤六、对所述上层硅片的上下表面以及所述第一通孔内壁进行电镀；
步骤七、将所述上层硅片和所述下层硅片通过对准键合工艺堆叠组装。
可选地，上述第一通孔和所述第二通孔的形状为方形或圆形，数量大于1个。
可选地，上述步骤三中的介质薄膜为双面介质薄膜，且所述介质薄膜的材料为氧化硅或氮化硅。
可选地，上述步骤三中以所述介质薄膜为掩蔽层，通过光刻并刻蚀所述第二通孔。
可选地，上述步骤四中的种子层的材料为铬金、钛金或钛钨金。
可选地，上述步骤五中包括：在所述下层硅片的背面干法刻蚀所述交指电极图形下方的硅衬底至所述下层硅片厚度的70-90％，再采用湿法腐蚀去除所述交指电极图形下方剩余的硅衬底。
本发明提供的悬浮结构微波滤波器制备方法，通过设计基于硅微机械工艺制备的硅基双层悬浮结构微波滤波器，能够实现体积小、损耗低、高性能的微波滤波器。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一个实施例的悬浮结构微波滤波器的俯视结构示意图；
图2为本发明一个实施例的悬浮结构微波滤波器的横向剖面结构示意图；
图3为本发明一个实施例的悬浮结构微波滤波器的纵向剖面结构示意图；
图4为本发明一个实施例的悬浮结构微波滤波器的制备工艺流程示意图。
附图标记：101为上层硅片，102为下层硅片，103为介质薄膜，104为器件输入输出端口，105为接地通孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一方面，本发明的一个实施例提供了具有通孔及悬浮结构的硅基双层微波滤波器，其基本结构为交指型悬浮带状线滤波器结构。滤波器由两层介质材料上下堆叠形成，两层介质层之间具有采用微机械工艺制作的交指型金属电极层。其中，上层介质的下表面采用刻蚀工艺制备凹腔，从而形成封装帽结构；下层介质的衬底被去除，从而使得交指线结构悬浮。上、下两层介质层上均设有内壁金属化通孔，能够起到良好的接地作用。器件的上层介质部分略短于下层介质，从而使得制备在下层介质上的输入输出导线外露，便于后续打线焊接。上层介质的上表面和下层介质的下表面均采用电镀工艺，并与各自介质层上的金属化通孔互连。
图1示出了本发明的一个实施例的悬浮结构微波滤波器的俯视结构示意图。本实施例提供的具有通孔及悬浮结构的硅基双层微波滤波器由上下两层矩形硅片堆叠而成，如图所示，沿上下两层矩形硅片的长边方向为AA方向，沿上下两层矩形硅片的短边方向为BB方向，在上层硅片和下层硅片的介质层上具有金属化的接地通孔105。可选的，金属化的接地通孔105位于上层硅片和下层硅片的边缘，并且沿上层硅片和下层硅片的矩形的每条边的接地通孔105的数量为多个。上层矩形硅片沿AA方向的长度小于下层矩形硅片沿AA方向的长度，在下层矩形硅片的AA方向的中轴线处设置有器件输入输出端口104。
图2示出了本发明一个实施例的悬浮结构微波滤波器的横向剖面结构示意图。如图所示，本实施例提供的具有通孔及悬浮结构的硅基双层微波滤波器由上下两层矩形硅片堆叠而成。
上层硅片101的下表面采用刻蚀工艺制备有凹腔，用于形成键合封装结构。可选的，刻蚀工艺可以是湿法刻蚀或干法刻蚀等。可选的，上述刻蚀得到的凹腔用于形成悬浮介质薄膜103及介质薄膜上的交指电极(未示出)的封装帽CAP结构。典型的，凹腔的刻蚀深度为上层硅片101厚度的20～40％。
下层硅片102的上表面制备有介质薄膜103，用于悬浮支撑交指电极，同时采用刻蚀工艺去除下层硅片102位于介质薄膜103下方的硅衬底。可选的，刻蚀工艺可以是湿法刻蚀或干法刻蚀等。典型的，介质薄膜包括但不限于是氮化硅或氧化硅。
特别的，上层硅片101和下层硅片102均具有金属化的通孔105。上层硅片101在长度上小于下层硅片102，由此，在下层硅片102上设置有器件输入输出端口104。
图3示出了本发明一个实施例的悬浮结构微波滤波器的纵向剖面结构示意图。如图所示，本实施例提供的具有通孔及悬浮结构的硅基双层微波滤波器由上下两层矩形硅片堆叠而成。上层硅片101堆叠在下层硅片102的上方，上层硅片101和下层硅片102中均具有金属化的通孔105。上层硅片101的下表面采用刻蚀工艺制备有凹腔，用于形成键合封装结构。下层硅片102的上表面制备有用于悬浮支撑交指电极的介质薄膜103，下层硅片102位于介质薄膜103下方的硅衬底由刻蚀工艺去除。典型的，介质薄膜包括但不限于是氮化硅或氧化硅。
本实施例提供的具有悬浮结构的微波滤波器，通过硅微机械加工工艺制备，体积小、损耗低、高性能、可批量制造，与无悬浮结构的带状线滤波器相比去除了下方的硅衬底，能够降低滤波器器件的介质损耗。另外，本实施例提供的具有悬浮结构的微波滤波器的信号输入输出端口位于下层介质上，能够减小打线长度，提高滤波器的稳定性。
另一方面，本发明提供了一种悬浮结构微波滤波器的制备方法。图4示出了本发明一个实施例的悬浮结构微波滤波器的制备工艺流程示意图。
首先提供上层硅片101和下层硅片102，上层硅片101的尺寸小于下层硅片102，并且能够在下层硅片102上实现堆叠。
在上层硅片101的下表面采用刻蚀工艺制备凹腔结构，用于形成键合封装的CAP结构。另外，在上层硅片101的表面旋涂光刻胶，例如光聚合型、光分解型、光交联型光刻胶，随后在硅片表面刻蚀通孔图案。典型的，通孔的形状为方形通孔，通孔的典型尺寸为120*240微米，可以采用湿法刻蚀或干法刻蚀工艺得到。
进一步的，下层硅片102的上表面采用沉积方法生长双面介质薄膜，典型的，沉积方法包括但不限于CVD、ALD等，介质薄膜的材料包括但不限于氮化硅或者氧化硅，介质薄膜的厚度为1微米。
进一步的，以氮化硅或氧化硅薄膜为掩蔽层，光刻并刻蚀通孔图案。典型的，通孔的形状为方形通孔，通孔的典型尺寸为120*240微米，可以采用湿法刻蚀或干法刻蚀工艺得到。
在下层硅片102的表面溅射金种子层，可选的，金种子层的材料为铬金，厚度为50-100埃。溅射后，在下层硅片102的上表面光刻交指电极图形，典型的，光刻胶的厚度为4微米。随后在下层硅片102的表面进行电镀，电镀完成后在下层硅片102的表面形成交指电极图形，同时完成对下层硅片102的通孔内部侧壁的金属化。
进一步的，以下层硅片102的背面刻蚀交指电极下方的硅衬底，刻蚀深度为下层硅片102的厚度的90％。随后，采用湿法腐蚀去除介质薄膜下方剩余的硅衬底，使得介质薄膜及其上的交指电极悬浮。
进一步的，对上层硅片101的通孔内壁以及上下表面进行金属电镀，完成通孔的金属化。并且将上层硅片101和下层硅片102通过对准键合工艺进行划片、组装。
如图所示，S41表示提供上层硅片101和下层硅片102；S42表示刻蚀上层硅片101的下表面并形成凹腔，并在上层硅片101的表面刻蚀通孔图案；S43表示下层硅片102的表面沉积生长双面介质薄膜，并以介质薄膜为掩蔽层光刻并刻蚀通孔图案；S44表示在下层硅片102的表面溅射种子层，溅射后在种子层表面光刻交指电极图形，随后电镀交指电极图形，同时金属化通孔内部侧壁；S45表示在下层硅片102背面刻蚀交指电极下方的硅衬底，使得介质薄膜及其上的交指电极悬浮；S46表示对上层硅片101的通孔内壁及上下表面进行金属电镀；S47表示将上层硅片101和下层硅片102对准键合并组装。
本实施例提供的具有悬浮结构的微波滤波器的制备方法，通过硅微机械加工工艺制备具有悬浮结构的带状线滤波器，能够降低滤波器器件的介质损耗，并且通过减少信号输入输出端口的打线长度，提高滤波器的稳定性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。