阅读说明：本技术 一种滤波器及其制备方法 (filters and preparation method thereof ) 是由 樊永辉 张惠婷 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及微机电系统和半导体技术领域,本发明涉及滤波器结构及其制备方法。其中,滤波器的制备方法包括步骤：形成衬底；设置体声波谐振器于所述衬底上；于体声波谐振器的压电层上形成电连接层；于所述电连接层上形成密封层；于所述密封层上形成盖帽层；于所述盖帽层上形成防护层,并在所述密封层外侧的防护层上形成金属连线通孔。该滤波器的制备方法够在简化现有工艺流程、缩短制备时间的同时降低生产成本,使用该制备方法制得的滤波器厚度小、重量轻。(The invention relates to the technical field of micro-electromechanical systems and semiconductors, in particular to a filter structure and a preparation method thereof. The preparation method of the filter comprises the following steps: forming a substrate; arranging a bulk acoustic wave resonator on the substrate; forming an electrical connection layer on the piezoelectric layer of the bulk acoustic wave resonator; forming a sealing layer on the electric connection layer; forming a cap layer on the sealing layer; and forming a protective layer on the cap layer, and forming a metal connecting wire through hole on the protective layer on the outer side of the sealing layer. The preparation method of the filter can simplify the existing process flow, shorten the preparation time and reduce the production cost at the same time, and the filter prepared by the preparation method has small thickness and light weight.)

一种滤波器及其制备方法

技术领域

本发明涉及微机电系统和半导体技术领域，具体涉及一种滤波器及其制备方法。

背景技术

5G通信技术的不断发展对射频器件提出了微型化、高频率、高性能、低功耗、低成本等更高的技术要求。体声波滤波器作为射频前端的核心器件，具有工作频率高、插损小、耐受功率高、体积小等众多优点，可以满足通信、雷达等电子系统射频收发前端对高频、小型化射频滤波器的迫切需求，成为市场关注的热点。

体声波滤波器的制备方法主要分为三个步骤：第一步，制作器件晶圆,即在第一片晶圆上完成滤波器的主要结构；第二步，制作盖帽晶圆，即在第二片晶圆上制作用于与器件晶圆形成空腔和键合用的密封垫；第三步，将两片晶圆键合制成完整的体声波谐振器。

现有技术的制备方法工艺流程步骤多、生产过程长，导致生产成本较高，且该制备方法中，由于两片晶圆键合在一起，导致器件厚度大、重量大。

发明内容

本发明至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明实施例的一个目的是提供一种厚度小、重量轻的滤波器。

本发明实施例的第二个目的是提供一种滤波器的制备方法，该方法能够在简化现有工艺流程、缩短制备时间的同时降低生产成本。

本发明实施例的第三个目的是提供一种利用该制备方法制备的滤波器。

本发明实施例所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种滤波器，包括：衬底；体声波谐振器，体声波谐振器包括下电极、压电层与上电极；压电层位于下电极与上电极之间；体声波谐振器设置在衬底上；电连接层，电连接层形成于压电层上，分别与下电极与上电极连接；密封层，密封层形成于电连接层上；盖帽层，盖帽层覆盖于密封层上，与密封层、电连接层、体声波谐振器形成上空腔。

进一步地，还包括防护层，防护层覆盖于盖帽层上，并延伸覆盖电连接层与密封层。

进一步地，还包括以下的一项或多项：用于调节频率的质量载荷、用于滤波器温度补偿的薄膜层、用于保护谐振器的钝化层以及杂散波抑制结构。

进一步地，密封层由金属、感光干膜等材料制成。

进一步地，盖帽层可由感光干膜制成。

进一步地，防护层由苯并环丁烯材料制成。

第二方面，提供一种滤波器的制备方法，包括以下步骤：形成衬底；设置体声波谐振器于衬底上；于体声波谐振器的压电层上形成电连接层；于电连接层上形成密封层；于密封层上形成盖帽层；于盖帽层上形成防护层，并在密封层外侧的防护层上形成金属连线通孔。

进一步地，防护层可采用光刻加刻蚀的方法制成。

第三方面，提供一种滤波器，该滤波器由上述滤波器的制备方法的制得。

本发明实施例的有益效果：

本发明实施例通过使用感光干膜制备盖帽层，简化了滤波器制备的工艺流程，缩短了制备时间，同时降低了生产成本，克服了现有技术中滤波器器件厚度大、重量大的技术问题，实现了厚度小、重量轻的滤波器。

附图说明

图1是本发明实施例BAW滤波器的结构示意图；

图2是本发明另一实施例BAW滤波器的结构示意图；

图3是本发明实施例BAW-SMR滤波器的结构示意图；

图4(a)-(e)是本发明实施例密封层制备流程示意图；

图5(a)-(c)是本发明实施例盖帽层制备流程示意图；

图6(a)-(c)是本发明实施例防护层制备流程示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的实施例，本发明的实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，从而能够直观地、形象地理解本发明实施例的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接在另一个特征上。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

此外，除非另有定义，本发明实施例所使用的技术术语和科学术语均与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。

实施例1

实施例1提供了一种BAW滤波器，参照图1，图1示出了该BAW滤波器结构，包括：衬底100、体声波谐振器(210、220、230)、电连接层300、密封层400、盖帽层500与防护层600。

在本实施例中，衬底100可由材料Si或SiC制成，衬底具有下空腔110，下空腔110设置于衬底上表面，在该下空腔上设置有体声波谐振器(210、220、230)，体声波谐振器包括下电极210、压电层220与上电极230，压电层220位于下电极210与上电极230之间。

于压电层220上形成的电连接层300包括金属连线，金属连线的两端分别连接下电极210与上电极230以实现电连接。在本实施例中，于电连接层300上形成的密封层400。密封层可由金、铜、铝等金属材料制成，在本实施例中，密封层由金制成。由感光干膜制成的盖帽层500覆盖于密封层400上，并与密封层400、电连接层300、体声波谐振器共同形成上空腔510。感光干膜是一种高分子的化合物，它经过紫外线的照射后能够产生聚合反应，形成一种稳定的物质附着于表面，从而达到阻挡电镀和蚀刻的功能。感光干膜一般由三层组成，第一层是支持层，中间是感光层，第三层是保护层或聚乙烯隔膜。支持层和保护层在压膜前和显影前被去除，中间层因具有一定的粘性和良好的感光性而被用作盖帽层。干膜的厚度一般为0.8mil(20um)、1.2mil(30um)、1.5mil(38um)、2mil(50um),根据不同的需求选择不同厚度的干膜作业。防护层600覆盖于盖帽层500上，并延伸至覆盖电连接层300与密封层400，防护层600用于强化盖帽层并对滤波器内部结构提供更好的保护作用。

实施例2

实施例2提供了另一种BAW滤波器，参照图2，图2示出了另一种BAW滤波器结构，其不仅包括实施例1中的衬底100、体声波谐振器(210、220、230)、电连接层300、密封层400、盖帽层500与防护层600，还包括用于调节频率的质量载荷240、用于滤波器温度补偿的薄膜层250、用于保护谐振器的钝化层260以及杂散波抑制结构270。

其中，与实施例1区别之处在于，本实施例中的BAW滤波器的密封层400由感光干膜制成。

质量载荷240用于调节频率的质量载荷,即通过在上电极230上设置一个载荷，对体声波谐振器(210、220、230)的频率进行微调，以满足滤波器的设计要求。质量载荷一般为金属。

设置在上电极230表面的滤波器温度补偿的薄膜层250一般为氧化硅材料，使滤波器频率能够在较大的温度范围内保持稳定。

设置在体声波谐振器(210、220、230)、质量载荷240、薄膜层250上表面的用于保护谐振器的钝化层260一般为氮化硅材料，能够实现保护谐振器以提高器件可靠性的目的。

杂散波抑制结构270，即在体声波谐振器边缘设置一个结构，例如刻蚀一定大小的孔，以实现抑制杂散波、减少能量损耗的目的。

实施例3

实施例3提供了一种BAW-SMR滤波器，参照图3，图3示出了该BAW-SMR滤波器的结构示意图。本发明的BAW-SMR滤波器结构包括：衬底100、布拉格反射器800、体声波谐振器(210、220、230)、电连接层300、密封层400、盖帽层500与防护层600。

具体地，衬底100可由材料Si或SiC制成，在图3所述的实施例中，衬底不具有下空腔。衬底100上设置有由具有不同声波阻抗的两种材料交替组成的布拉格反射器800，该布拉格反射器800可有效减少传播到衬底的声波。布拉格反射器800上设置有体声波谐振器(210、220、230)，体声波谐振器(210、220、230)包括下电极210、压电层220与上电极230，压电层220位于下电极210与上电极230之间。于压电层上形成的电连接层300包括金属连线，金属连线的两端分别用于电连接下电极与上电极。在本实施例中，于电连接层300上形成的密封层400由感光干膜材料制成。由感光干膜制成的盖帽层500覆盖于密封层上，与密封层400、电连接层300、体声波谐振器形成上空腔510。防护层600覆盖于盖帽层上，并延伸覆盖电连接层300与密封层400，用于强化盖帽层并对体声波谐振器进行更好的保护。

实施例4

本发明还提供一种滤波器的制备方法，具体制备步骤为：形成衬底100；设置体声波谐振器(210、220、230)于衬底上；于体声波谐振器的压电层220上形成电连接层300；于电连接层300上形成密封层400；于密封层400上形成盖帽层500，盖帽层500与电连接层300、密封层400、体声波谐振器(210、220、230)形成上空腔510；于盖帽层500上形成防护层600，并在密封层外侧的防护层600上形成金属连线通孔310。

图4(a)-(e)是密封层制备过程示意图。在又一实施例中，金属铜被用来制作BAW滤波器的密封层，制备工艺流程包括涂胶、光罩校准、曝光、显影、金属沉积、去胶、清洗。

图4(a)示出了涂胶步骤，即在电连接层与体声波谐振器表面均匀涂胶。

图4(b)示出了光罩校准与曝光步骤，即在曝光前进行光罩校准，通过在预设的密封层位置遮挡光罩，实现密封层的制备，光罩校准后，进行曝光。

图4(c)示出了显影步骤。

图4(d)示出了金属沉积步骤，即在器件表面通过金属沉积形成金属层，其中电连接层表面光罩遮挡位置为密封层。

图4(e)示出了去胶步骤，即清洗去除密封层以外的材料。

图5(a)-(c)是盖帽层制备过程示意图。在一实施例中，感光干膜被用来制作BAW滤波器的盖帽层，制备工艺流程具体包括贴膜、光罩校准、曝光、去干膜、清洗。

图5(a)示出了贴膜步骤，即在密封层上平铺一层感光干膜。具体地，贴膜设备可采用手动贴膜机或自动贴膜机，贴膜过程中对以下工艺参数进行优化：预热温度与时间、压合温度、压辘温度、贴膜压力、贴膜速度、压合时间等。

图5(b)示出了光罩校准与曝光步骤。具体为，贴膜之后，进行光罩700校准，校准后，准备曝光。若曝光前干膜异于室温，则需要静置干膜，约15-30分钟，使其冷却至室温。具体的曝光工艺参数根据所选用的不同种类的干膜材料进行调整优化。

图5(c)示出了显影与清洗步骤，即进行干膜显影与清洗以除去未经曝光的干膜。显影之前需要静置一段时间，约15-30分钟。显影用的溶济以及显影参数，如温度、压力、浓度、时间等根据干膜的种类进行调整。经过清洗之后，留下的干膜形成盖帽层，与电连接层、密封层、体声波谐振器形成上空腔。

图6(a)-(c)是防护层制备过程的示意图。在一实施例中，使用苯并环丁烯(BCB)材料制备防护层600。BCB材料是一族新型的活性树脂单体，既可形成热塑性聚合物，也可形成热固性聚合物，具有优异的电绝缘性能,在电子高技术领域有广泛应用。BCB防护层的制备工艺流程具体包括BCB涂胶、校准、曝光、显影、清洗、固化。在制备防护层的同时，用于信号输入和输出的金属引线通孔也同时制备完成。

图6(a)示出了BCB涂胶步骤，即在盖帽层外表面上均匀涂覆BCB材料。

图6(b)示出了光罩校准与曝光步骤，即在BCB材料曝光前进行光罩700校准，通过在预设的金属引线通孔位置遮挡光罩，实现金属引线通孔的制备，光罩校准后，进行曝光。

图6(c)示出了显影与清洗步骤，即进行显影与清洗以除去未经曝光的BCB材料，形成金属连线通孔310。

在本发明的又一实施例中，BCB防护层采用光刻加刻蚀的方法进行制备，具体制备工艺流程包括BCB涂胶、光刻胶涂胶、校准、曝光、光刻胶显影、BCB刻蚀、去胶、BCB固化。其中BCB刻蚀用于刻蚀金属连线通孔。

实施例5

本实施例为利用上述滤波器制备方法制备的滤波器。

以上实施例通过使用感光干膜制备滤波器的盖帽层，减少了WLP晶圆级键合设备、晶圆减薄设备、金属电镀设备、刻蚀设备等生产设备的使用，在减少生产时间的同时，也降低了生产成本。由感光干膜制成的盖帽层厚度仅为20um-50um，而传统的盖帽晶圆厚度一般为100um-200um，因此器件的厚度更小，器件的重量也可减少约30-40％。同时，通过使用BCB材料制备滤波器的防护层，可以强化滤波器结构，实现对器件内部结构的更好保护。

以上对本发明的实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。