[发明专利]体声波谐振器及其制造方法

说明书

一种BAW谐振器，包括：压电膜阵列，包括在衬底与盖帽层之间的多个压电膜，垂直方向上相邻压电膜之间、压电膜与盖帽层之间以及压电膜与衬底之间具有多个第一空腔，水平的第一方向上相邻压电膜之间具有共用的第二空腔，水平的第二方向上相邻压电膜之间具有共用的第三空腔；多个电极层，至少覆盖每个压电膜的顶面和底面；多个电极互连层，沿第三空腔侧面连接压电膜底面的电极层；接触区，位于盖帽层中以电连接顶部压电膜的顶部电极层。依照本发明的BAW谐振器及其制造方法，采用CMOS兼容工艺制造了其中多个空腔包围压电膜的立体谐振器，并在盖帽层中通过离子深注入形成电连接压电膜顶部电极的接触区，减小了封装体积，降低了界面电阻。

技术领域

本发明涉及一种体声波(BAW)谐振器及其制造方法，特别是一种兼容CMOS工艺的BAW谐振器、封装结构及其制造方法。

背景技术

在无线通讯中，射频滤波器作为过滤特定频率信号的中介，用于减少不同频段的信号干扰，在无线收发器中实现镜像消除、寄生滤波和信道选择等功能。随着4GLTE网络的部署和市场的增长，射频前端的设计朝着小型化、低功耗和集成化的方向发展，市场对滤波性能的要求也越来越高。由于薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，简称“FBAR”，也称“体声波”，BulkAcousticWave，简称“BAW”，)具有尺寸小、工作频率高、功耗低、品质因数(Q值)高、直接输出频率信号、与CMOS工艺兼容等特点，目前已经成为射频通讯领域重要的器件被广泛应用。

FBAR是制作在衬底材料上的电极——压电膜——电极的三明治结构的薄膜器件。FBAR的结构有空腔型、布拉格反射型(SMR)和背面刻蚀型。其中空腔型FBAR相对SMR型Q值要高，损耗要小，机电耦合系数要高；相对于背面刻蚀型FBAR不需要去掉大面积的衬底，机械强度较高。因此，空腔型FBAR是集成于CMOS器件上的首选。

然而，由于制造复杂，现有的BAW滤波器和体声谐振器(BAR)被制造为独立的平面型或二维(2D)布局的装置。也就是说，BAW滤波器和体声谐振器(BAR)并未被提供为与其他的CMOS、BIiCMOS、SiGe HBT和/或无源器件集成的结构，从而，导致更高的制造成本和增加的制造工艺。

此外，作为独立器件的2D BAW谐振器体积、面积均较大，集成度较低，难以与其驱动电路采用CMOS工艺制造在相同芯片上，更难以与FinFET、NAND存储器等3D器件一起集成。而如果采用3D封装技术将多个2D BAW谐振器层叠在一起，虽然能有效提高集成度，但是每个芯片均需要采用接合(bonding)、背面研磨减薄(grinding)以及穿硅通孔(TSV)技术以减小封装高度，工艺复杂且需要极高的对准精度，制造成本高。此外，这种3D封装还存在布线复杂、寄生阻抗大的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种克服以上技术障碍的兼容CMOS工艺的BAW谐振器及其制备方法。

本发明提供了一种体声波(BAW)谐振器，包括：

压电膜阵列，包括在芯片的衬底与上方盖帽层之间的多个压电膜，垂直方向上相邻压电膜之间、压电膜与盖帽层之间以及压电膜与衬底之间具有多个第一空腔，水平的第一方向上相邻压电膜之间具有共用的第二空腔，水平的第二方向上相邻压电膜之间具有共用的第三空腔；

多个电极层，至少覆盖每个压电膜的顶面和底面；

多个电极互连层，沿第三空腔侧面连接压电膜底面的电极层；

离子注入形成的接触区，位于盖帽层中，电连接顶部压电膜的顶部电极层。