制造射频谐振器和滤波器的方法技术

一种制造由谐振器阵列组成的RF滤波器的方法，包括：获得可移除载体；生长压电薄膜；施加第一电极到薄膜；在硅盖上制备背膜；将背膜附接至第一电极；分离可移除载体；测量和修整压电薄膜；制造谐振器岛；向下蚀刻穿过涂层和背膜，至二氧化硅层以形成沟槽；将钝化层施加至沟槽和压电岛；沉积第二电极层；添加连接至转接线路板；移除第二电极材料以留出谐振器阵列；于阵列周界建造围绕垫圈；将硅盖削薄；在硅盖上钻孔，蚀刻掉二氧化硅，在背膜和硅盖之间制造上腔体；将晶圆分割成单元滤波器阵列；获取转接线路板；将大坝施加于转接线路板；通过回流焊接锡头将单元滤波器阵列耦合至转接线路板；使用聚合物进行底部封装；以及分离成滤波器模块。

A method of making radio frequency resonators and filters

A method of making a RF filter made up of a resonator array, including obtaining a removable carrier; growing a piezoelectric film; applying a first electrode to a film; preparing a film on a silicon cover; attaching a back to the first electrode; separating a removable carrier; measuring and trimming a piezoelectric thin film; making a resonator island; etched through down. Coating and film back to silica layer forming grooves; applying passivation layer to groove and piezo island; depositing second electrode layers; adding connection to connecting circuit board; removing second electrode materials to leave resonator arrays; building around gaskets around the array circumferential; thinning silicon cover; drilling holes on silicon cover and etching two oxidation. Silicon, making the upper cavity between the back film and the silicon cover; dividing the wafer into a cell filter array; obtaining the connecting circuit board; adding the dam to the connecting circuit board; coupling the cell filter array to the transfer circuit board through the reflow soldering tin head; using the polymer for the bottom sealing; and separating the filter module.

【技术实现步骤摘要】
制造射频谐振器和滤波器的方法
技术介绍
手机用户要求在更广阔的区域内拥有高质量的信号接收与传输，射频(RF)信号的质量取决于手机中的射频滤波器。每个射频滤波器都可以传导特定的频率并阻挡其他不需要的频率，这一特性使得频段选择成为可能，并且允许手机只处理指定的某些信号。据信到2020年，载波聚合、5G、4x4MIMO等技术将成为主流应用，届时手机内的滤波器将增至100个之多，全球滤波器市场年需求量将达2千亿只。声波谐振器是射频滤波器和传感器的基本组件，一般都含有将机械能转化为电能的压电机电转导层。这些谐振器必须物美价廉。表面声波(SAW)谐振器和体声波(BAW)谐振器是其最常见的两种类型。在表面声波谐振器中，声波信号是由表面波传导。在体声波(BAW)谐振器中，信号在谐振器薄膜的体内传导。这两种滤波器的谐振频率，是由其本身尺寸、构成材料的机械性能所决定的一种特质。谐振器的质量由其品质因子给出，它是谐振器所储存的能量与其消散的能量之比率。品质因子的值高说明滤波器在工作中损失的能量少，插入损耗较低，拥有更加陡峭的裙边曲线，与临近波频有更加显著的隔离区分。为了接收与传输日益增大的数据流，下一代手机需要在更高的频段下工作。在不增大手机体积的前提下处理如此高的频率，就必须有能处理高频率信号、小巧且耗能低的谐振器，将其置于手机中不至于大量消耗电池的电量。品质因子，或称Q因子，是一个无量纲参数，它描述振荡器或谐振器的振动衰减，表征谐振器相对其中心频率的带宽。下一代手机需要使用Q因子高的高质量谐振器。体声波(BAW)滤波器相较于表面声波(SAW)滤波器有更佳的表现。最好的SAW滤波器的Q因子可达1000至1500，而目前最先进的BAW滤波器Q因子已可达2500至5000。相较于SAW滤波器，BAW滤波器可在更高的频率下工作，消耗更少的能量，拥有更小巧的体积，更高的静电放电(ESD)能力，更好的辐射发散能力以及更少的带外波纹。然而，SAW滤波器的制造流程却更为简单，造价相对低廉。由于可以通过光掩模的布局来调整IDT间距，频率相差甚远的谐振器亦可被组装在同一晶片上，并使用同一厚度的压电薄膜。BAW谐振器的电阻具有两个特征频率：谐振频率fR和反谐振频率fA。在fR处，电阻非常小，而在fA处，电阻则非常大。滤波器是通过组合几个谐振器而制成。并联谐振器的频率会依据串联谐振器的频率做相应的偏移。当串联谐振器的谐振频率等于并联谐振器的反谐振频率时，最大信号从设备的输入端传输到输出端。在串联谐振器的反谐振频率处，输入端和输出端之间的阻抗非常高，滤波器的传输被阻挡。在并联谐振器的谐振频率处，任何通过滤波器的电流都会由于并联谐振器的超低阻抗而接地短路，因而BAW滤波器亦具有阻止该频率信号传输的功能。fR和fA之间的频率间隔决定了滤波器带宽。置于谐振频率和反谐振频率之外的频率时，BAW谐振器则像金属-绝缘体-金属(MIM)电容器般工作。置于远低于或远高于这些谐振频率的频率时，BAW谐振器电阻抗的大小与1/f成正比，其中f是频率。fR和fA间的频率间隔是谐振器压电强度的量度，称为有效耦合系数，由K2eff表示。描述有效耦合系数的另一种方法是测量谐振器(或滤波器)的电能与机械能之间转换的效率。应当注意，机电耦合系数是一种与材料性质有关的属性，可定义压电薄膜的K2eff。滤波器的性能等级是由其优质因数(factorofmerit,FOM)限定，定义为FOM＝Q×K2eff。实际应用中，人们偏好拥有较高K2eff和Q因子的滤波器。而这些参数之间却存在一些权衡取舍。K2eff与频率间并不存在函数关系，而Q因子却依赖于频率变动，因而FOM与频率间也存在函数关系。因此，相较于谐振器的设计，FOM在滤波器的设计过程中被更为普遍的应用。根据应用情况，设备设计人员通常可以容忍K2eff稍降，以换取更高的Q因子，其中K2eff较小的降幅即可以换取Q因子较大的升幅。相反，通过降低Q因子以获取K2eff提升的设计是无法实现的。可以通过选择高声阻抗电极，或调整其他参数，如电极厚度、钝化层增厚等方法提升K2eff。BAW谐振器(及滤波器)主要有两种类型：SMR(固态装配型谐振器)与FBAR(薄膜体声波谐振器)。在SMR谐振器中，把低阻抗薄膜与高阻抗薄膜交替层叠堆积在底部电极之下，可生成一种布拉格反射器。每个薄膜的厚度均为λ/4，其中λ为目标频率的波长。所生成的布拉格反射器可以像镜子一样把声波反射回谐振器内。与FBAR谐振器相比，SMR谐振器的制造工艺较为简单，价格较低。由于其压电薄膜直接附着在衬底上，散热效率更高。但因其只反射纵波，不反射横波，所以Q因子更低。FBAR谐振器中使用了一种只有边缘支撑的独立体声膜。下电极与载体晶圆之间有一个空气腔体。相较于SMR滤波器，FBAR滤波器的高Q因子是一个巨大的优势。目前，商用FBAR滤波器市场主要被博通公司(前身为AVAGO)垄断。该公司使用氮化铝(AlN)作为压电薄膜材料，极好的平衡了产品性能、生产能力与晶圆级封装(WLP)工艺间的取舍。该工艺利用硅通孔(TSV)技术在位于FBAR上方的硅晶片上蚀刻出腔体并进行微封装，从而实现倒装芯片。氮化铝是压电薄膜材料中声速最高的(11,300m/s)，因此在特定谐振频率下需要增加其厚度，这反而会缓解工艺公差。此外，高质量溅射出的氮化铝薄膜，其X射线衍射峰(XRD)半峰全宽(FWHM)少于1.8度，可以使K2eff达到或超过6.4％，这几乎是美国联邦通信委员会(FCC)所规定的美国数字蜂窝技术(PCS)传输带宽的两倍。当它的Q因子达到5000时，优质因数(FOM)就可达到250-300，这样的滤波器已是超一流产品。为了满足带宽要求，K2eff必须保持恒定。若想提高滤波器的FOM，通常的做法是提升Q因子。虽然FBAR滤波器有上述诸多优越的性能，目前仍存在一些问题导致它无法迈向下一代无线通讯技术。越来越多的用户在接收和发送日益庞大的数据流，这导致了越来越多的波段重叠冲撞。为解决这一问题，未来的滤波器应该更加灵活可变，以适应各种不同的波段组合。例如，5GHz无线局域网(Wi-Fi)波段下辖3个子波段，分别处于5.150-5.350GHz,5.475-5.725GHz,5.725-5.825GHz，其相对应的K2eff分别为7.6％、8.8％和3.4％。耦合系数K2eff主要由压电材料本身属性所决定，但亦受压电薄膜的晶化质量和晶位、外界电容器和电感器、电极以及其它层叠材料的厚度的影响。AlNFBAR的波段主要由预先集成在IC衬底中的电容器和电感器所调制。但这些元件会降低Q因子，增加衬底的层数，进而增加成品的体积。另一种设定K2eff的方法是采用电致伸缩材料打造可调波段的FBAR滤波器。钛酸锶钡(BST)是候选材料的一种，在加以直流电场的时候，其K2eff可被调节。BST的可调性体现在，当作为FBAR谐振器电路内置的可变电容器时，它可协助滤波器匹配并调节其带阻。此外，BSTFBAR只在施加特定的直流偏置电压时才谐振，表明其具有低泄露开关的特性，这意味着它有可能替代移动设备前端模组(FEM)开关，进而简化模组结构，降低其体积和成本。BSTFBAR在射频应用领域还具有其他有利的属性。铁电材料的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造一由谐振器阵列组成的RF滤波器的方法，包括以下步骤：(a)获得拥有释放层的可移除载体；(b)在可移除载体上生长压电薄膜；(c)将第一电极施加到所述压电薄膜；(d)在硅盖上制备背膜，在所述背膜和所述硅盖之间存在或不存在预制的腔体；(e)将所述背膜附接至所述第一电极；(f)分离所述可移除载体；(g)根据需要测量和修整所述压电薄膜；(h)选择性地蚀刻掉压电层以制造离散的谐振器岛；(i)向下蚀刻穿过涂层和背膜，至在所述背膜和所述硅盖之间的二氧化硅层以形成沟槽；(j)将绝缘层施加至所述沟槽和所述压电岛周围；(k)在压电薄膜岛和周围的绝缘层上沉积第二电极层；(l)添加连接用于后续电气耦合至转接线路板；(m)选择性地移除第二电极材料以留出耦合的谐振器阵列；(n)于谐振器阵列的周界建造围绕垫圈；(o)将硅盖削薄至期望的厚度；(p)可选地，通过在硅盖上钻孔，然后选择性地蚀刻掉二氧化硅，达成在所述背膜和所述硅盖之间制造上腔体；(q)将晶圆分割成倒装芯片封装的单元滤波器阵列；(r)获取转接线路板；(s)可选地，将大坝施加于所述转接线路板的表面以阻止溢出；(t)通过回流焊接锡头将所述倒装芯片封装的单元滤波器阵列耦合至所述转接线路板的垫板；(u)使用聚合物进行底部填充/过填充封装；以及(v)分离成独立的滤波器模块。...

【技术特征摘要】
2017.03.24 US 15/468,766;2017.04.24 US 15/494,9041.一种制造一由谐振器阵列组成的RF滤波器的方法，包括以下步骤：(a)获得拥有释放层的可移除载体；(b)在可移除载体上生长压电薄膜；(c)将第一电极施加到所述压电薄膜；(d)在硅盖上制备背膜，在所述背膜和所述硅盖之间存在或不存在预制的腔体；(e)将所述背膜附接至所述第一电极；(f)分离所述可移除载体；(g)根据需要测量和修整所述压电薄膜；(h)选择性地蚀刻掉压电层以制造离散的谐振器岛；(i)向下蚀刻穿过涂层和背膜，至在所述背膜和所述硅盖之间的二氧化硅层以形成沟槽；(j)将绝缘层施加至所述沟槽和所述压电岛周围；(k)在压电薄膜岛和周围的绝缘层上沉积第二电极层；(l)添加连接用于后续电气耦合至转接线路板；(m)选择性地移除第二电极材料以留出耦合的谐振器阵列；(n)于谐振器阵列的周界建造围绕垫圈；(o)将硅盖削薄至期望的厚度；(p)可选地，通过在硅盖上钻孔，然后选择性地蚀刻掉二氧化硅，达成在所述背膜和所述硅盖之间制造上腔体；(q)将晶圆分割成倒装芯片封装的单元滤波器阵列；(r)获取转接线路板；(s)可选地，将大坝施加于所述转接线路板的表面以阻止溢出；(t)通过回流焊接锡头将所述倒装芯片封装的单元滤波器阵列耦合至所述转接线路板的垫板；(u)使用聚合物进行底部填充/过填充封装；以及(v)分离成独立的滤波器模块。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)中所述拥有释放层的可移除载体包括拥有GaN释放层的单晶蓝宝石衬底。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述压电层包括单晶层，所述单晶层包括BaxSr(1-x)TiO3、AlN、AlxSc(1-x)N或AlxGa(1-x)N。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述压电层至少受以下条件之一限定：(i)所述压电层包括单晶层，所述单晶层包括晶向为<111>的BaxSr(1-x)TiO3；(ii)所述压电层包括单晶层，所述单晶层包括沿C轴方向的AlN、AlxSc(1-x)N或AlxGa(1-x)N；(iii)所述压电层厚度不超过2微米。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述压电层包括所述可移除载体，其特征在于，至少受以下条件之一限定：所述可移动载体包括蓝宝石；所述可移除载体包括GaN的释放涂层；所述可移动载体为C轴<0001>，最大公差为±1％；所述可移除载体为市售的蓝宝石C轴<0001>单晶晶圆，其具有C轴<0001>的无掺杂GaN，晶向最大公差为±1°。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述压电层包括BaxSr(1-x)TiO3，并且步骤(b)包括至少一个预备步骤，其选自步骤(bi)，将散热材料沉积到所述载体的背面，以助于所述压电层在沉积的过程中散热，以及/或是(bii)在沉积BaxSr(1-x)TiO3之前沉积由<100>TiO2(金红石)或<111>单晶SrTiO3构成的缓冲层。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述压电层包括AlxGa(1-x)N，并且步骤(b)包括至少一个预备步骤，其选自步骤(bi)，将散热材料沉积到所述载体的背面，以助于所述压电层在沉积的过程中散热，以及/或是(bii)沉积C轴晶向的AlN层并逐渐增加镓含量。8.根据权利要求1所述的方法，其中制造压电薄膜的步骤(b)包括通过分子束外延技术进行沉积。9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括将由铝所构成的第一铝电极沉积到所述压电薄膜上。10.根据权利要求8所述的方法，包括以下限定之一：(i)所述铝电极厚度为50nm±5nm至150nm±5nm；(ii)所述铝电极通过PVD技术进行沉积；(iii)步骤(c)还包括准备步骤(ci)将粘合层沉积到所述压电薄膜上，以助于铝的粘合，其特征在于，包括至少以下之一：·所述粘合层包括钛；·所述粘合层厚度为5-50nm±5％，以及·所述粘合层通过溅镀PVD技术进行沉积。11.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)硅盖上的所述背膜包括通过氧化硅层附接至硅盖的硅膜，可选地所述背膜还包括在所述硅膜和所述硅盖之间的预先形成的腔体。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅膜是晶向为<111>或<100>或<110>的单晶硅。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述上电极为复合电极，所述复合电极包括与所述压电薄膜邻近的钛粘合层，以及随后的以下组合中的至少一种：(i)铝层，随后是钨层、金键合层和硅膜；(ii)铝层，随后是钨层、金-铟键合层和硅膜；(iii)铝层，随后是钨层、AlN键合层和硅膜；(iv)铝层，随后是钽层、金键合层和硅膜；(v)铝层，随后是钽层、金-铟键合层和硅膜；(vi)铝层，随后是钽层、AlN键合层和硅膜；(vii)铝层，随后是钼层、金键合层和硅膜；(viii)铝层，随后是钼层、金-铟键合层和硅膜；(ix)铝层，随后是钼层、AlN键合层和硅膜；(x)钨层、金键合层和硅膜；(xi)钨层、金-铟键合层和硅膜；(xii)钨层、AlN键合层和硅膜；(xiii)钽层、金键合层和硅膜；(xiv)钽层、金-铟键合层和硅膜；(xv)钽层、AlN键合层和硅膜；(xvi)钼层、金键合层和硅膜；(xvii)钼层、金-铟键合层和硅膜；(xviii)钼层、AlN键合层和硅膜。14.根据权利要求13所述的方法，其中，在每对不同的材料层之间沉积额外的钛粘合层。15.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述背膜附接至所述硅盖上的步骤(e...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：珠海晶讯聚震科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44