[发明专利]薄膜体声波滤波器及其封装方法

说明书

本发明揭示了一种薄膜体声波滤波器及其封装方法，所述滤波器包括硅衬底、沉积于硅衬底正面上的多层绝缘层、沉积于最顶层的绝缘层上的FBAR器件、背腔和至少两个导电柱，FBAR器件包括自绝缘层的顶面从下往上依次沉积的下电极、压电材料层和上电极；背腔自硅衬底的背面刻蚀至下电极形成，且背腔对应的位置为压电振荡有效区域，导电柱从硅衬底的背面引出上、下电极。本发明具有增加FBAR器件机械牢固性、提高FBAR器件性能、节约电极引出空间，可靠性更高、可以保护FBAR器件的压电振荡有效区域等优点。

技术领域

本发明涉及一种薄膜体声波滤波器，尤其涉及一种用于晶圆级封装的薄膜体声波滤波器的结构及其封装方法。

背景技术

薄膜体声波谐振器(Film BulkAcoustic Resonator，FBAR)作为MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)器件的重要成员，正在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器，在射频滤波器领域市场占有份额越来越大。数据显示，近十年来成长最快的MEMS元件类型就是FBAR滤波器。FBAR滤波器由于具有尺寸小级，谐振频率高，品质因数高，功率容量大、滚降效应好等优良特性，正在逐步取代传统的表面声波滤波器(surface acoustic wave，SAW)和陶瓷滤波器。

FBAR主要由上下两层金属电极以及夹在中间的压电材料构成，通过施加射频电压在电极上，在压电材料中激励体声波从而完成谐振。在实际制作FBAR的过程中，需要考虑如何将体声波尽可能限制在压电振荡堆中，否则声波能量在电极外有较大泄露或损耗会导致机电耦合系数和品质因数下降，影响整个器件的谐振性能。拫据电磁场微波理论，当所接负载的阻抗为零或无限大时，传输状态将是纯驻波状态，也就是全反射状态，因此我们可以将压电振荡堆三明治结构的上下边界设计成声阻抗为零或无限大。

为实现上述声阻抗的要求，典型的FBAR器件结构分为三种：第一种为背刻蚀FBAR结构，通过背腔刻蚀使器件的下电极与空气接触实现零声阻抗边界；第二种为空气隙型FBAR结构，通过牺牲层的刻蚀使压电振荡堆区域下方形成空气隙实现零声阻抗边界；第三种为布拉格型，通过在压电振荡堆区域下方形成交替堆叠的布拉格反射层实现成声阻抗为零或无限大。

传统的背刻蚀FBAR结构从器件的背部开始刻蚀形成背腔，使器件悬空。在量产工艺时，硅晶圆背面大部分被去除，形成背腔阵列，在切割形成单个器件后，悬空的背面会造成器件很差的机械稳定性。一般为了增加机械牢固性，会在硅片表面生长一层薄的SiO2层作为支撑层，但是降低了器件的性能。传统的FBAR封装通常在正面键合盖帽晶圆片，形成盖帽腔室用以保护FBAR器件的压电振荡有效区域，再从盖帽片的通孔通过金属引线将FBAR器件的正负电极引出，采用金属引线的方式在封装时势必需要预留较大的引线区域，但是严重影响了FBAR器件的微型化，并且圆片键合工艺需要较高的温度，影响了材料选择的多样性，对FBAR器件的可靠性造成影响，且工艺复杂。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种薄膜体声波滤波器及其封装方法，进而克服现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种薄膜体声波滤波器，可以包括：

硅衬底，其包括相对的正面和背面，

多层绝缘层，沉积于所述硅衬底的正面上；

FBAR器件，沉积于最顶层的所述绝缘层上，所述FBAR器件包括自绝缘层的顶面从下往上依次沉积的下电极、压电材料层和上电极；

背腔，其自硅衬底的背面刻蚀至下电极形成，且所述背腔对应的位置为压电振荡有效区域；

至少两个导电柱，所述导电柱从硅衬底的背面引出所述上电极和下电极。

优选地，所述硅衬底的正面、除最顶层绝缘层外的其他每层绝缘层的上表面均形成凹凸不平的交齿面。