技術(shù)領(lǐng)域

下面的描述涉及一種體聲波諧振器及包括該體聲波諧振器的濾波器。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通信裝置、化學(xué)裝置以及生物裝置的快速發(fā)展，對(duì)于緊湊型和輕型濾波器、振蕩器、諧振元件、聲波諧振質(zhì)量傳感器以及其他元件的需求也隨之增加。薄膜體聲波諧振器(以下簡(jiǎn)稱“FBAR”)已被用作實(shí)現(xiàn)緊湊型和輕型濾波器、振蕩器、諧振元件和聲波諧振質(zhì)量傳感器的一種裝置。FBAR的優(yōu)勢(shì)是該裝置的量產(chǎn)成本極小，并可實(shí)現(xiàn)超小型化。FBAR的優(yōu)勢(shì)還在于，該裝置具有高品質(zhì)因數(shù)Q(濾波器的主要性質(zhì))。更進(jìn)一步講，F(xiàn)BAR可用在微頻段，并可在個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS，personal communications system)和數(shù)字無(wú)線系統(tǒng)(DCS，digital cordless system)的頻段運(yùn)行。一般而言，F(xiàn)BAR具有包括諧振部的結(jié)構(gòu)，該諧振部通過(guò)在基板上依次按順序?qū)盈B第一電極、壓電層和第二電極而形成。

下面將對(duì)FBAR的工作原理進(jìn)行描述。首先，當(dāng)向第一電極和第二電極施加電能以在壓電層誘發(fā)電場(chǎng)后，電場(chǎng)會(huì)使壓電層產(chǎn)生壓電現(xiàn)象，從而使諧振部沿著預(yù)定的方向振動(dòng)。因此，在與諧振部的振動(dòng)方向相同的方向上產(chǎn)生體聲波，從而產(chǎn)生諧振。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供該發(fā)明內(nèi)容以簡(jiǎn)化的形式對(duì)挑選出來(lái)的構(gòu)思進(jìn)行描述，并在具體實(shí)施方式中對(duì)所述構(gòu)思進(jìn)行進(jìn)一步描述。本發(fā)明內(nèi)容既不意在限定所要求保護(hù)的主題的主要特征或必要特征，也不意在幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。

一個(gè)總的方面，提供一種體聲波諧振器及包括該體聲波諧振器的濾波器，所述體聲波諧振器可通過(guò)防止粘合劑滲透入體聲波諧振器的內(nèi)部來(lái)確?？煽啃?。所述體聲波諧振器包括諧振部和蓋子，其中，所述諧振部包括按順序?qū)盈B的第一電極、壓電層和第二電極組成，所述諧振部布置在基板上，所述蓋子包括：槽部，被構(gòu)造為用于容納該諧振部；框架，通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)到基板上；防滲透部件，被構(gòu)造為用于防止粘結(jié)劑從框架滲透進(jìn)入槽部?jī)?nèi)部。

另一總的方面，一種濾波器包括體聲波諧振器，其中，各個(gè)體聲波諧振器包括諧振部和蓋子，其中，所述諧振部由按順序?qū)盈B的第一電極、壓電層和第二電極組成，各個(gè)諧振部均布置在基板上，所述蓋子包括：槽部，被構(gòu)造為用于容納所述諧振部；框架，通過(guò)粘結(jié)劑粘結(jié)到基板上；防滲透部件，被構(gòu)造為用于防止粘結(jié)劑從框架滲透進(jìn)入槽部?jī)?nèi)部。

其他特征和方面將通過(guò)下述具體實(shí)施方式、附圖和權(quán)利要求而變得明顯。

附圖說(shuō)明

圖1是示出體聲波諧振器的示例的剖面圖；

圖2A是在晶圓級(jí)的體聲波諧振器的俯視圖；

圖2B是圖2A中虛線所標(biāo)示的部分的局部放大圖；

圖2C是示出了其中滲透有粘結(jié)劑的圖2B所示的實(shí)際體聲波諧振器的示例的視圖；

圖3A是在粘結(jié)前沿圖2B、2C中的Ⅰ-Ⅰ’線截取的剖視圖；

圖3B是在粘結(jié)后沿圖2B、2C中的Ⅰ-Ⅰ’線截取的剖視圖；

圖4A是蓋子的示例的局部俯視圖；

圖4B是沿圖4A中的Ⅱ-Ⅱ’線截取的剖面圖；

圖5是蓋子的另一個(gè)示例的局部俯視圖；以及

圖6和圖7是濾波器的電路原理圖的示例圖。

在整個(gè)說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施方式中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。說(shuō)明書附圖可能未按比例繪制，并且為清晰、說(shuō)明和方便之目的，可夸大附圖中元件的相對(duì)尺寸、比例和描繪。

具體實(shí)施方式

提供下述具體實(shí)施方式，以輔助讀者獲得對(duì)在此所描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的綜合理解。然而，在此所描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的各種變化、修改及其等同物對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是明顯的。在此所描述的操作順序僅為示例，且其不限于在此所述的操作順序，而是除了必須按照特定順序進(jìn)行的操作外，可作出對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是明顯的更改。同時(shí)，為更加清楚和簡(jiǎn)明，可省去本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的功能和構(gòu)造的描述。

在此所描述的特征可按照不同形式實(shí)施，且不應(yīng)被解釋為僅局限于在此所述的示例。更準(zhǔn)確的說(shuō)，提供在此所描述的示例的目的在于使本公開(kāi)將是徹底的和完整的，并可向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員傳達(dá)本公開(kāi)的全部范圍。

除另有說(shuō)明外，第一層“位于”第二層或基板“上”這樣的陳述應(yīng)被解釋為既包括第一層直接與第二層或基板接觸的情形，也包括在第一層和第二層之間或第一層與基板之間布置有一層或更多其他層的情形。

描述空間相對(duì)關(guān)系的術(shù)語(yǔ)，比如“在…下面”、“在…之下”、“下面”、“下部”、“底部”、“上方”、“上面”、“上部”、“頂部”、“左”和“右”等，可用來(lái)方便地描述一個(gè)裝置或部件與另一裝置或部件的空間位置關(guān)系。上述術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被解釋為：包含按照附圖所示方位布置的裝置，以及在使用中或者運(yùn)行中處于其他方位的裝置。例如，按照附圖所示方位布置在第一層之上的第二層的裝置的示例也包括在使用或者工作中裝置被上下顛倒的情形。

參照?qǐng)D1，體聲波諧振器100為薄膜體聲波諧振器(以下簡(jiǎn)稱“FBAR”)，并包括：基板110、絕緣層120、氣腔112和諧振部135。

基板110可由典型的硅基板制成，絕緣層120(用于將諧振部與基板110電絕緣)布置在基板110的上表面。絕緣層120是通過(guò)利用化學(xué)氣相沉積方法、RF磁控濺射方法或蒸發(fā)法在基板110上沉積二氧化硅(SiO₂)或者氧化鋁(Al₂O₃)而制成的。

在基板110的下表面中形成貫穿基板110的至少一個(gè)通路孔(via hole)113。在通路孔113周圍布置連接導(dǎo)體114。連接導(dǎo)體114布置在通路孔113內(nèi)表面(即，通路孔113的全部?jī)?nèi)表面)上，但不局限于此。連接導(dǎo)體114包括導(dǎo)電層，并布置在通路孔113的內(nèi)表面上。例如，連接導(dǎo)體114可通過(guò)沿通路孔113的內(nèi)壁沉積、涂覆或者填充導(dǎo)電金屬(諸如金或銅)而制成。

連接導(dǎo)體114的一端向基板110的下表面延伸，外電極115布置在基板110的下表面上的連接導(dǎo)體114上。連接導(dǎo)體114的另一端連接到第一電極140。這里，連接導(dǎo)體114貫穿基板110和膜層(membrane layer)130而電連接到第一電極140。因此，連接導(dǎo)體114將第一電極140電連接到外電極115。

圖1僅描述了一個(gè)通路孔113、一個(gè)連接導(dǎo)體114和一個(gè)外電極115，但是通路孔113、連接導(dǎo)體114和外電極115的數(shù)量并不限定為一個(gè)。通路孔113、連接導(dǎo)體114和外電極115的數(shù)量可根據(jù)需要而改變。例如，通路孔113、連接導(dǎo)體114和外電極115也可形成在氣腔112的另一側(cè)的電極160上。

氣腔112布置在絕緣層120之上。氣腔112布置在諧振部135之下，使得諧振部135可按照預(yù)定的方向振動(dòng)。氣腔112可這樣形成：通過(guò)在絕緣層120上布置一層氣腔犧牲層圖案，然后在氣腔犧牲層圖案上布置膜130，最后蝕刻氣腔犧牲層圖案并將其移除。蝕刻停止層(etching stop layer)125布置在絕緣層120和氣腔112之間。蝕刻停止層125用于保護(hù)基板110和絕緣層120免受蝕刻工藝的影響，也可用作在蝕刻停止層125上沉積其它各種層所需的基底。

氣腔112可通過(guò)在絕緣層120上形成氣腔犧牲層圖案制成，并在氣腔犧牲層圖案上布置膜130，最后蝕刻氣腔犧牲層圖案并將其移除。膜130可用作氧化保護(hù)層或者用作保護(hù)基板110的保護(hù)層，或者兩者兼具。

諧振部135包括按順序?qū)盈B地布置在氣腔112上方的第一電極140、壓電層150和第二電極160。第一電極140布置在膜130的上表面上，并覆蓋膜130的一部分。第一電極140由典型導(dǎo)電材料(諸如金屬)制作而成。具體地，第一電極140可由金(Au)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鉑(Pt)、鎢(W)、鋁(Al)、鎳(Ni)或它們的任意組合制作而成。

壓電層150布置在膜130和第一電極140的上表面上，并覆蓋膜130的一部分和第一電極140的一部分。壓電層150通過(guò)將電能轉(zhuǎn)化為聲波形式的機(jī)械能來(lái)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。壓電層150可由氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鉛鋯鈦氧化物(PZT，PbZrTiO)或它們的任意組合制作而成。

第二電極160布置在壓電層150上。與第一電極140類似，第二電極160可由諸如金(Au)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鉑(Pt)、鎢(W)、鋁(Al)、鎳(Ni)的導(dǎo)電材料或它們的任意組合而制成。

諧振部135包括有源區(qū)(active region)和非有源區(qū)(non-active region)。當(dāng)在第一電極140和第二電極160施加電能(例如射頻(RF)信號(hào))時(shí)，諧振部135的有源區(qū)通過(guò)壓電效應(yīng)而沿著預(yù)定的方向振動(dòng)。電能在壓電層150中產(chǎn)生電場(chǎng)。諧振部135的有源區(qū)對(duì)應(yīng)的區(qū)域是在氣腔112上方的第一電極140、壓電層150和第二電極160在豎直方向上相互重疊的區(qū)域。諧振部135的非有源區(qū)是即使電能被施加到第一電極140和第二電極160，也不會(huì)通過(guò)壓電效應(yīng)而發(fā)生諧振的區(qū)域。非有源區(qū)對(duì)應(yīng)的區(qū)域是第一電極140、壓電層150和第二電極160不互相重疊的區(qū)域。

具有上述配置的諧振部135通過(guò)壓電層150的壓電效應(yīng)過(guò)濾掉特定頻率RF信號(hào)。也就是說(shuō)，施加到第二電極160的RF信號(hào)通過(guò)諧振部135向第一電極140的方向輸出。在這種情況下，根據(jù)在壓電層150中發(fā)生的振動(dòng)，諧振部135具有恒定的諧振頻率，所以在所有施加的FR信號(hào)中，諧振部135僅輸出與諧振單元135的諧振頻率相匹配的信號(hào)。

保護(hù)層170布置在諧振部135的第二電極160上，防止第二電極160暴露在外面。保護(hù)層170由絕緣材料形成。這里，絕緣材料可包括二氧化硅基材料、氮化硅基材料或者氮化鋁基材料，或者它們的任意組合。

連接電極180布置在非有源區(qū)的第一電極140和第二電極160的上方，并延伸穿過(guò)保護(hù)層170，以結(jié)合到第一電極140和第二電極160。連接電極180可確認(rèn)諧振器的濾波特性，并可完成需要的頻率微調(diào)。但是，連接電極180的功能并不僅限于此。

蓋子200粘結(jié)到基板110，以保護(hù)諧振部135免受外界環(huán)境影響。蓋子200形成容納諧振部135的內(nèi)部空間。具體地，蓋子200具有形成在其中央部分并用以容納諧振部135的槽部或者底部，蓋子200的框架從槽部垂直延伸，并在與諧振器的邊緣結(jié)合到諧振器。該框架可通過(guò)粘結(jié)劑250在特定區(qū)域直接或間接地粘結(jié)到基板110。盡管在圖1描述的實(shí)施例中，框架粘結(jié)到層疊在基板110上的保護(hù)層170，但該框架可穿透保護(hù)層170粘結(jié)到膜130、蝕刻停止層125、絕緣層120、或者基板110，或者它們的任意組合。

蓋子200可在晶圓級(jí)通過(guò)晶圓鍵合的方法制作而成。也就是說(shuō)，將其上布置有多個(gè)單元基板110的基板晶圓與其上布置有多個(gè)蓋子200的蓋子晶圓粘結(jié)起來(lái)形成一個(gè)整體?？衫们懈罟に噷⑺龌ハ嗾辰Y(jié)的基板晶圓和蓋子晶圓切割，以分割成多個(gè)如圖1所述的單獨(dú)的體聲波諧振器。

蓋子200通過(guò)共晶焊的方法與基板110粘結(jié)在一起。在這種情況下，在粘結(jié)劑250(可通過(guò)共晶焊的方法粘結(jié)到基板110上)沉積到基板110上之后，對(duì)基板晶圓和蓋子晶圓加壓、加熱以完成共晶焊工藝。粘結(jié)劑250包括共晶材料(如銅(Cu)-錫(Sn))，也可能包括焊料球。但是，當(dāng)基板晶圓和蓋子晶圓互相粘結(jié)在一起時(shí)，由于存在粘結(jié)壓力，粘結(jié)劑250可能會(huì)滲透進(jìn)入諧振器內(nèi)部，從而降低了可靠性。

圖2A中處于晶圓級(jí)的體聲波諧振器是通過(guò)將基板晶圓(其上布置有圖1中的多個(gè)單元基板110)粘結(jié)到蓋子晶圓(其上布置有多個(gè)蓋子200)而形成一個(gè)整體的。圖2A中由虛線所標(biāo)出的部分對(duì)應(yīng)的區(qū)域是圖1中體聲波諧振器100和蓋子200通過(guò)粘結(jié)劑250互相粘結(jié)在一起的區(qū)域。如圖2B中所示，粘結(jié)劑滲透進(jìn)入體聲波諧振器內(nèi)部(如箭頭所示)，從而降低了如圖2C所示的處于晶圓級(jí)的傳統(tǒng)的體聲波諧振器的可靠性。

圖3A和3B所示的剖視圖為圖1中體聲波諧振器的部分的放大視圖。圖3A和3B中所示的部件對(duì)應(yīng)圖1中所示的部件。

圖3A是描述基板110和蓋子200在相互粘結(jié)之前的視圖。圖3B是描述基板110和蓋子200在相互粘結(jié)之后的視圖。

參照?qǐng)D3A，在體聲波諧振器的基板110和蓋子200粘結(jié)在一起之前，粘結(jié)劑250布置在基板110的框架220上。但是，參照?qǐng)D3B，當(dāng)體聲波諧振器的基板110和蓋子200粘結(jié)在一起時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)粘結(jié)劑250滲透進(jìn)入體聲波諧振器內(nèi)部的問(wèn)題。具體來(lái)講，由于存在粘結(jié)壓力，粘結(jié)劑250會(huì)沿著保護(hù)層170滲透進(jìn)入諧振部135的有源區(qū)。

參照?qǐng)D4A，蓋子200包括防滲透部件230。防滲透部件230布置在框架220上(在距離框架220一定的參考距離)，且當(dāng)基板110和蓋子200粘結(jié)在一起時(shí)，不與層疊在基板110上的結(jié)構(gòu)相接觸。防滲透部件230包括至少兩個(gè)止擋件231和232。防滲透部件230包括第一止擋件231和第二止擋件232。第一止擋件231和第二止擋件232從蓋子200的槽部210沿著諧振器的粘結(jié)方向凸出。第一止擋件231和第二止擋件232的高度與框架220的高度相同。

與第二止擋件232相比較，第一止擋件231更接近框架220，并沿著在蓋子200的框架220的內(nèi)側(cè)布置。

第二止擋件232沿著第一止擋件231的背對(duì)框架220的一側(cè)布置在槽部210上。第二止擋件232可對(duì)應(yīng)于基板110和蓋子200的粘結(jié)區(qū)域而形成。第二止擋件232結(jié)合到第一止擋件231，以形成封閉部。為了使第二止擋件232結(jié)合到第一止擋件231，以形成封閉部，第二止擋件232呈如圖4A所示的“C”形。另外，為提高對(duì)粘結(jié)劑250的表面張力強(qiáng)度，可在封閉部的內(nèi)表面設(shè)有呈鋸齒形、波浪形或者類似形狀的粗糙面，從而增大粗糙度。此外，可在封閉部?jī)?nèi)布置一結(jié)構(gòu)或者對(duì)封閉部?jī)?nèi)表面進(jìn)行化學(xué)處理，以使內(nèi)表面變粗糙。

第一止擋件231可防止粘結(jié)劑250滲透進(jìn)入諧振部135的有源區(qū)，第二止擋件232可阻擋任何滲透到第一止擋件231之外的粘結(jié)劑250進(jìn)入諧振部135的有源區(qū)。相應(yīng)地，通過(guò)在基板110和蓋子200的粘結(jié)區(qū)域的附近布置第一止擋件231和第二止擋件232，可避免粘結(jié)劑250滲透進(jìn)入諧振部135的有源區(qū)的問(wèn)題。

圖5是圖4A的改進(jìn)的實(shí)施例。參照?qǐng)D5，蓋子200包括防滲透部件230。防滲透部件230包括至少兩個(gè)止擋件。具體來(lái)講，防滲透部件230包括第一止擋件231和第二止擋件232。

第一止擋件231和第二止擋件232從蓋子200的槽部210沿著粘結(jié)方向(即，框架的高度方向)突出。第一止擋件231和第二止擋件232的高度與框架220的高度相同。與第二止擋件232相比較，第一止擋件231更接近框架220，并在框架220的內(nèi)側(cè)呈四邊形。這里，第一止擋件231在基板110和蓋子200的粘結(jié)區(qū)域向框架220的對(duì)側(cè)突出。第二止擋件232布置在第一止擋件231和框架220之間。第二止擋件232對(duì)應(yīng)于基板110和蓋子200的粘結(jié)區(qū)域。

第二止擋件232結(jié)合到第一止擋件231，以形成封閉部。為使第二止擋件232結(jié)合到第一止擋件231以形成封閉部，第二止擋件232具有彎曲部分。例如，如圖5所示，第二止擋件232呈“C”形。

另外，為提高粘結(jié)劑250的表面抗拉強(qiáng)度，可在封閉部的內(nèi)表面設(shè)有呈鋸齒形、波浪形或者類似形狀的粗糙面，從而提高表面粗糙度。此外，可在封閉部?jī)?nèi)布置一結(jié)構(gòu)或者對(duì)封閉部?jī)?nèi)表面進(jìn)行化學(xué)處理，以使內(nèi)表面變粗糙。

第一止擋件231可初級(jí)阻擋粘結(jié)劑進(jìn)入到諧振部135的有源區(qū)。第二止擋件232用作二級(jí)阻擋裝置，防止任何滲透到第一止擋件231的粘結(jié)劑250進(jìn)入諧振部135的有源區(qū)。

參照?qǐng)D6和圖7，各個(gè)體聲波諧振器1100、1200、2100、2200、2300和2400均包括如圖1所示的體聲波諧振器。

參照?qǐng)D6，濾波器1000為梯型濾波器。具體來(lái)講，濾波器1000包括多個(gè)體聲波諧振器1100和1200。第一體聲波諧振器1100串聯(lián)連接于信號(hào)輸入端(輸入信號(hào)RFin輸入到信號(hào)輸入端)和信號(hào)輸出端(輸出信號(hào)RFout從信號(hào)輸出端輸出)之間，第二體聲波諧振器1200連接在信號(hào)輸出端和地之間。

參照?qǐng)D7，濾波器2000為橋式濾波器。具體來(lái)講，濾波器2000包括多個(gè)體聲波諧振器2100、2200、2300和2400，目的是過(guò)濾平衡輸入信號(hào)RFin+和RFin-并輸出平衡輸出信號(hào)RFout+和RFout-。

如上所述，粘結(jié)劑滲透進(jìn)入諧振器的有源區(qū)的現(xiàn)象得以避免，從而提高了諧振器的可靠性。

僅作為非窮舉性示例，在此所描述的終端、裝置、單元可能是移動(dòng)裝置，諸如蜂窩電話、智能手機(jī)、可穿戴智能設(shè)備(諸如戒指、手表、眼鏡、手鏈、腳鏈、腰帶、項(xiàng)鏈、耳環(huán)、頭巾、頭盔或者嵌入衣服的裝置)、便攜式個(gè)人電腦(PC)(諸如手提電腦、筆記本、小型筆記本電腦、上網(wǎng)本或者超便攜移動(dòng)個(gè)人電腦(UMPC))、平板電腦)、平板手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)、便攜式游戲機(jī)、MP3播放器、便攜式/個(gè)人多媒體播放器(PMP)、掌上型電子書、全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航裝置或傳感器；或固定設(shè)備，諸如臺(tái)式PC、高清電視(HDTV)、DVD播放器、藍(lán)光播放器、機(jī)頂盒或家電；或能夠進(jìn)行無(wú)線或網(wǎng)絡(luò)通信的任何其它移動(dòng)或固定設(shè)備。在一個(gè)示例中，可穿戴裝置是一種被設(shè)計(jì)為可直接穿戴在用戶身體上的裝置，如眼鏡或手鏈。在另一示例中，可穿戴裝置是一種通過(guò)附著裝置安裝在用戶的身體上的裝置，例如使用臂帶綁定到使用者的手臂上或使用掛繩掛繞在用戶頸部的智能電話或平板電腦。

雖然本公開(kāi)包括特定示例，但對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將明顯的是，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物的精神和范圍的情況下，可對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。在此所描述的示例僅被視為描述性意義，而不是出于限制的目的。各個(gè)示例中的特征或方面的描述將被視為可適用于其它示例中的類似的特征或方面。如果所述技術(shù)以不同的順序執(zhí)行，且/或如果所述的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、設(shè)備或電路的部件以不同的方式組合，且/或由其他組件或其等同物替代或補(bǔ)充，則也可實(shí)現(xiàn)合適的結(jié)果。因此，本公開(kāi)的范圍不是由具體實(shí)施方式限定的，而是由權(quán)利要求及其等同物限定的，并且權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的全部變型將被解釋為包括在本公開(kāi)中。