声波谐振器及包括该声波谐振器的滤波器的制作方法

技术领域

本申请涉及一种声波谐振器及包括该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、声波共谐振质量传感器的需求也随之增加。

作为实现紧凑型和轻型滤波器、振荡器、谐振元件和声波共振质量传感器的装置，薄膜体声波谐振器(以下简称“FBAR”)在现有技术中已经公知。FBAR的优势在于它可以以最小的成本进行量产并且可实现超小型化。进一步地，FBAR的优势还在于：它具有高品质因数Q(滤波器的主要性质)，甚至可以用于微波频段，并可在高达个人通信系统(PCS)和数字无线系统(DCS)的频段的频率运行。

通常，FBAR具有包括谐振部件的结构，该谐振部件通过在基板上顺序堆叠第一电极、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，当通过向第一电极和第二电极施加电能而使压电层包括电场时，电场会在压电层中产生压电现象，从而使谐振部件沿着预定的方向振动。因此，在与谐振部件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，声波谐振器包括：基板；谐振部件，设置在基板的第一表面并包括第一电极、压电层和第二电极；以及盖，设置在基板的第一表面上并且包括容纳谐振部件的容纳部分；其中，谐振部件被构造成通过下列信号中的任一个或者两个进行操作：从第一装置基板输出的信号以及从第二装置基板输出的信号，其中，第一装置基板被设置成在基板的与基板的第一表面的相对侧，面对基板的第二表面，第二装置基板设置在盖上。

声波谐振器还可包括：第一连接图案，设置在沿基板的厚度方向穿透基板的第一过孔的内表面上，第一连接图案连接到第一电极上；第二连接图案，设置在基板的厚度方向上穿透基板的第二过孔的内表面上，第二连接图案连接到第二电极；第一基板连接垫，设置在基板的第二表面上并连接到第一连接图案；以及第二基板连接垫，设置在基板的第二表面上并连接到第二连接图案。

第一装置基板可连接到第一基板连接垫和第二基板连接垫；并且谐振部件还可被构造成通过从第一装置基板输出到第一基板连接垫和第二基板连接垫中的任意一个或者两个的信号进行操作。

声波谐振器还可包括穿透容纳部分并连接到第一电极的第一连接电极；穿透容纳部分并连接到第二电极的第二连接电极；设置在盖的外表面上并连接到第一连接电极的第一盖连接垫；以及设置在盖的外表面上并连接到第二连接电极的第二盖连接垫。

第二装置基板可连接到第一盖连接垫和第二盖连接垫；并且谐振部件还可被构造成通过从第二装置基板输出到第一盖连接垫和第二盖连接垫中的任意一个或者两个的信号进行操作。

第一连接电极可直接连接到第一连接图案；并且第二连接电极可直接连接到第二连接图案。

第一盖连接垫、第一连接电极、第一连接图案和第一基板连接垫可在第一装置基板和第二装置基板之间形成第一信号连接通道；并且第二盖连接垫、第二连接电极、第二连接图案和第二基板连接垫可在第一装置基板和第二装置基板之间形成第二信号连接通道。

另一总的方面，声波谐振器组件包括接收声波谐振器和发送声波谐振器，所述接收声波谐振器和所述发送声波谐振器各自包括：基板；谐振部件，设置在基板的第一表面上并且包括第一电极、压电层和第二电极；盖，设置在基板的第一表面上并包括容纳谐振部件的容纳部分；以及基板连接垫，设置在所述基板的第二表面上，第二表面位于所述基板的与基板的第一表面的相对侧；其中，发送声波谐振器还包括：盖连接垫，设置在盖的外表面上；并且声波谐振器组件还包括：第一装置基板，具有连接到接收声波谐振器的基板连接垫的第一表面和连接到发送声波谐振器的盖连接垫的第二表面；以及第二装置基板，具有连接到发送声波谐振器的基板连接垫的表面。

接收声波谐振器被构造成通过从第一装置基板输出到接收声波谐振器的基板连接垫的信号进行操作。

发送声波谐振器被构造成通过从第一装置基板输出到发送声波谐振器的盖连接垫的信号以及从第二装置基板输出到发送声波谐振器的基板连接垫的信号中的任意一个或者两个进行操作。

发送声波谐振器被构造成作为第一装置基板和第二装置基板之间的信号连接通道。

另一总的方面，声波谐振器包括：基板；谐振部件，设置在基板的第一表面上；盖，设置在基板的第一表面上并且覆盖谐振部件；基板连接垫，设置在所述基板的第二表面上，第二表面位于所述基板的与基板的第一表面的相对侧；以及第一导电通路，将基板连接垫连接到谐振部件。

声波谐振器还可包括：盖连接垫，设置在盖的表面上，所述盖的表面与基板的第一表面平行；以及第二导电通路，将盖连接垫连接到谐振部件。

谐振部件可包括：第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极之间的压电元件；并且第一导电通路可连接到第一电极或者第二电极。

声波谐振器还可包括：盖连接垫，设置在盖的表面上，所述盖的表面与基板的第一表面平行；以及第二导电通路，将盖连接垫连接到第一电极和第二电极中与第一导电通路所连接的相同的一个。

谐振部件可被构造成响应于下列信号中的任意一个或两个进行谐振：从第一装置基板输出到基板连接垫的第一信号和从第二装置基板输出到盖连接垫的第二信号。

第一装置基板可通过基板连接垫和第一装置基板之间的第一凸起安装在基板上；并且第二装置基板可通过盖连接垫和第二装置基板之间的第二凸块安装在盖上。

下面通过具体实施方式、附图以及权利要求，其他特点和方面将是明显的。

附图说明

图1是示出声波谐振器的示例的截面图。

图2是示出声波谐振器的另一示例的截面图。

图3是示出声波谐振器组件的示例的示图。

图4和图5是示出包括声波谐振器的滤波器的示例的电路示意图。

在整个附图和具体实施方式中，相同的编号指示相同的元件。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/或系统的全面理解。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。

在整个说明书中，将理解的是，当诸如层、区域或晶圆(基板)等的元件称为“位于”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，该元件可以直接“位于”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于两者之间的其他元件。相比之下，当元件称为“直接位于”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可能不存在介于两者之间的元件或层。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的列出的术语的任意组合或所有组合。

尽管可在这里使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅仅用于将一个构件、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，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，以下论述的第一构件、组件、区域、层或部分可以被称为第二构件、组件、区域、层或部分。

为了容易描述如图所示的一个元件相对于一个或更多个其他元件的关系，这里可以使用诸如“在……上方”、“上”、“在……下方”以及“下”等的空间相关术语。将理解的是，空间相对术语意图包含除了图中所示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“在”其他元件或特征“上方”或“上”的元件于是将被定位为“在”其他元件或特征“下方”或“下”。因而，术语“在……上方”可根据图中的特定方向包括上方和下方两种方位。装置可被另外定位(旋转90度或处于其他方位)且可对这里使用的空间相关描述符做出相应解释。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例且不意图限制本公开。如这里所使用的，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。此外，在说明书中所使用的术语“包括”、“包含”和“具有”指定存在所陈述的特征、数字、操作、构件、元件和/或其组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数字、操作、构件、元件和/或其组合。

在下文中，将参照描述示例的示意图对各种示例进行描述。在附图中，例如，由于制造技术和/或公差，可估计所示的形状的变型。因而，在此描述的示例不应被解释为局限于这里所示的区域的特定形状，而是应当被解释为包括制造中所产生的形状的变化。如本领域普通技术人员所显而易见的，在此描述的示例的特征可以不同的方式组合。

尽管下文所描述的示例有多种构造，但本领域普通技术人员所显而易见的，也可能存在其他的构造。

图1是示出声波谐振器的示例的截面图。

参照图1，声波谐振器10为体声波谐振器或者表面声波谐振器。如图1所示的声波谐振器可以是设置在接收(Rx)侧的谐振器。

参照图1，声波谐振器10包括基板110、绝缘层120、气腔112和谐振部件135。

基板110可以是典型的硅基板，并且绝缘层120使谐振部件135与基板110电绝缘，并且设置在基板110的上表面上。绝缘层120可通过化学气相沉积法、RF磁控溅射法或蒸发法在基板110上沉积二氧化硅(SiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)形成。

在厚度方向上穿透基板110的两个过孔113形成在基板110的下表面上。连接图案114形成在过孔113中。在图1的示例中，连接图案114形成在过孔113的内表面上，也即，在过孔113的整个内壁上，但不限于此。

连接图案114通过在过孔113的内表面上形成导电层而制造。例如，连接图案114可通过在过孔113的内壁上沉积、涂敷或者设置诸如金或铜的导电金属来形成。

多个连接图案114中的每个的一端延伸到基板110的下表面上，并且基板连接垫115形成在延伸到基板110的下表面上的连接图案114的一部分上。多个连接图案114中的一个的另一端连接到第一电极140，并且多个连接图案114中的另一个的另一端连接到第二电极160。多个连接图案114中的一个穿透基板110、绝缘层120、蚀刻停止层125和膜130并且电连接到第一电极140，并且多个连接图案114中的另一个穿透基板110、绝缘层120、蚀刻停止层125、膜130和压电层150并且电连接到第二电极160。因此，连接图案114将第一电极140和第二电极160电连接到基板连接垫115。

基板连接垫115可通过凸块电连接到设置在基板110下的外基板。声波谐振器10过滤通过基板连接垫115施加到第一电极140和第二电极160的射频信号。

尽管图1示出了两个过孔113，两个连接图案114和两个基板连接垫115，但是过孔113、连接图案114以及基板连接垫115的数量不限于此。可按需设置任何数量的过孔113、连接图案114和基板连接垫115。

气腔112设置在绝缘层120上方。气腔112设置在谐振部件135下方以使得谐振部件135在预定方向上振动。可通过在绝缘层120上形成气腔牺牲层图案、在气腔牺牲层图案上形成膜130然后蚀刻并移除气腔牺牲层图案形成气腔112。

膜130可用作氧化保护层，或者可用作保护基板110的保护层。

蚀刻停止层125形成在绝缘层120和气腔112之间。蚀刻停止层125可在蚀刻过程中保护基板110和绝缘层120，并且用作用于在蚀刻停止层125上沉积各种其他层的基底。

谐振部件135包括按顺序堆叠在气腔112之上的第一电极140、压电层150和第二电极160。

第一电极140形成在膜130的上表面以覆盖膜130的一部分。第一电极140可由诸如金属的典型导电材料形成。例如，第一电极140可由金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)或镍(Ni)形成。

压电层150形成在膜130和第一电极140的上表面上以覆盖膜130的一部分和第一电极140的一部分。压电层150可由例如氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT或PbZrTiO)或者本领域普通技术人员知晓的其他任何压电材料形成，其中，压电层是通过将电能转换成声波形式的机械能而产生压电效应的元件。

第二电极160形成在压电层150上。如第一电极140，第二电极160由诸如金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)或镍(Ni)等导电材料形成。

谐振部件135具有有源区和非有源区。谐振部件135的有源区是第一电极140、压电层150和第二电极160在气腔112上方沿竖直方向彼此重叠的区域，其中，有源区是指当将诸如射频(RF)信号的电能施加到第一电极140和第二电极160以在压电层150诱发电场时，由于因压电现象而沿着预定方向振动而谐振的区域。谐振部件135的非有源区是谐振部件135的有源区域之外的外部区域，其中，非有源区是即使将诸如射频(RF)信号的电能施加到第一电极140和第二电极160也不因压电现象而谐振的区域。

具有如上所述构造的谐振部件135利用如上所述的压电层150的压电效应过滤具有特定频率的射频信号。也即，施加到第二电极160的RF信号通过谐振部件135在第一电极140的方向上输出。在这种情况下，由于谐振部件135根据在压电层150中发生的振动具有恒定的共振频率，所以在所施加的RF信号中，谐振部件135仅输出与谐振部件135的共振频率匹配的信号。

保护层170设置在谐振单元135的第二电极160上以防止第二电极160暴露在外。保护层170可由绝缘材料形成。例如，绝缘材料可以是氧化硅基材料、氮化硅基材料或氮化铝基材料。

盖200被粘结到基板110上以保护谐振部件135免受外部环境损伤。

盖200以包括其中容纳谐振部件135的内部空间的盖子的形状形成。特别地，盖200具有形成在其中心的容纳部分以容纳谐振部件135，并且与容纳部分相比，盖200的框架形成为阶梯状以在其边缘结合到谐振器。所述框架通过在特定区域的粘结剂250直接或者间接地结合到基板110。尽管图1示出了所述框架被粘结到设置在基板110上的保护层170上的情形，但所述框架可通过穿透保护层170粘结到膜130、蚀刻停止层125、绝缘层120和基板110中的任意两个或者更多个中的一个组合或者任意组合。

盖200可在晶圆级通过晶圆键合而形成。也就是说，将其上设置有多个单元基板110的基板晶圆与其上设置有多个盖200的盖晶圆粘结起来形成一个整体单元。可利用切割工艺将所述彼此粘结的基板晶圆和盖晶圆切割成多个如图1所示的多个单独的声波谐振器。

盖200通过共晶焊与基板110粘结。在这种情况下，在粘结剂250(可通过共晶焊粘结到基板110上)沉积到基板110上之后，可对基板晶圆和盖晶圆进行加压和加热以彼此粘结在一起。

粘结剂250可包括诸如铜(Cu)-锡(Sn)等的共晶材料，也可以是焊料球。

图2是示出声波谐振器的另一示例的截面图。

参照图2，声波谐振器20可以是体声波谐振器或者表面声波谐振器。如图2所示的声波谐振器可以是设置在发送(Tx)侧的谐振器。

由于图2中的声波谐振器20与图1中的声波谐振器10类似，所以省略关于它们的重复或者近似的描述，并且提供关于它们的不同之处的描述。

比较图2中示出的声波谐振器20与图1中示出的声波谐振器10，图2中示出的声波谐振器20的盖200包括在图1示出的声波谐振器10中未包括的两个连接电极210和两个盖连接垫220。

盖200包括两个连接电极210，并且连接电极210通过穿透盖200的容纳部分形成为近似竖直。连接电极210从盖200的容纳部分延伸并且连接到第一电极140和第二电极160。

连接电极210连接到盖连接垫220，所述盖连接垫设置在盖200的外表面上。盖连接垫220可通过凸块电连接到设置在盖200上的外基板。

声波谐振器20可由通过基板连接垫115和连接图案114施加的信号进行操作，也可以由通过盖连接垫220和连接电极210施加的信号进行操作。也即，声波谐振器20的谐振部件135可通过设置在基板110下的外基板和设置在盖200上的外基板操作。

在该示例中，由于声波谐振器20可通过设置在基板110下的外基板和设置在盖200上的外基板操作，这消除了对现有技术中所需的在同一平面上将设置成排的不同基板连接在一起的复杂电路图案的需求，并且可在给定的基板面积下增加组件的数量。

尽管图2示出了其中连接电极210连接到第一电极140和第二电极160的情况，但是连接电极210可通过穿透第一电极140和第二电极160直接连接到与第一电极140和第二电极160电连接的连接图案114。也即，声波谐振器20可用于互连设置在盖200上的外基板和设置在基板110下的外基板。

也即，声波谐振器20可传输通过盖连接垫220、连接电极210、连接图案114和基板连接垫115从上部外基板向下部外基板输出的信号。相反地，声波谐振器20可传输通过基板连接垫115、连接图案114、连接电极210和盖连接垫200从下部外基板向上部外基板输出的信号。

因此，声波谐振器20可用作设置在盖200上的外基板和设置在基板110下的外基板之间的信号连接通道，从而消除了对将上部基板和下部基板彼此连接的连接图案的需求。

图3是示出声波谐振器组件的示例的示图。

声波谐振器组件包括接收声波谐振器10、发送声波谐振器20、第一装置基板30、第二装置基板40和两个基板连接电极35。

接收声波谐振器10与图1中示出的声波谐振器相对应，并且发送声波谐振器20与图2中示出的声波谐振器相对应，因此，省略相似的或者重复的描述。

第一装置基板30和第二装置基板40包括印刷电路板(PCB)和陶瓷板(例如，低温共烧陶瓷(LTCC)板或高温共烧陶瓷(HTCC)板)。第一装置基板30和第二装置基板40设置有连接到凸块13、23和26的电路图案。基板连接电极35起到互连第一装置基板30和第二装置基板40的引脚的作用。

参照图3，接收声波谐振器10通过凸块13安装在第一装置基板30的一个表面上。接收声波谐振器10可通过从第一装置基板30输出的信号进行操作。

发送声波谐振器20通过凸块23安装在第二装置基板40的一个表面上，并且可通过从第二装置基板40输出的信号进行操作。进一步地，发送声波谐振器20通过凸块26连接到第一装置基板30的另一表面，并且可以通过从第一装置基板30输出的信号进行操作。

接收声波谐振器10和发送声波谐振器20需彼此隔开一定距离或者更大距离以减小RF信号干扰。在该示例中，由于使用了双侧基板，所以在谐振器之间可获得足够距离，并且可减小产品的尺寸。

图4和图5是示出包括声波谐振器的滤波器的示例的电路示意图。

图4和图5中的各个滤波器包括多个声波谐振器，所述多个声波谐振器可以是图1中所示的声波谐振器。

参照图4，滤波器1000具有梯型滤波器结构。特别地，滤波器1000包括两个声波谐振器1100和1200。

第一声波谐振器1100串联连接在输入输入信号RFin的信号输入端和输出输出信号RFout的信号输出端之间，并且第二声波谐振器1200连接在信号输出端和地之间。

参照图5，滤波器2000具有桥式滤波器结构。特别地，滤波器2000包括四个声波谐振器2100、2200、2300和2400，以过滤平衡输入信号RFin+和RFin-并且输出平衡输出信号RFout+和RFout-。

上述示例消除了对现有技术中所需的在同一平面将设置成排的不同基板连接在一起的复杂电路图案的需求，并且可在给定基板面积下增加组件的数量。

此外，由于上述示例中使用了双侧基板，因此在谐振器之间可获得足够的距离，并且可减小产品的尺寸。

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，可对这些示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、装置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。