射频滤波器及其制备方法与流程

1.本发明涉及滤波器技术领域，特别涉及一种射频滤波器及其制备方法。


背景技术：

2.随着5g技术不断发展，射频滤波器的应用与需求不断升级，对于射频滤波器的性能指标要求不断提高。根据声波的传递方式不同，射频滤波器通常可分为：体声波滤波器和声表面波滤波器；其中，声表面波滤波器一般工作在2.5g频率以下，体声波滤波器一般工作在1.5g～10g频率。
3.无论是声表面波滤波器还是体声波滤波器，为了保持良好的射频性能指标，对其工作环境都有一定的要求，需要制备一个相对密闭的空腔，用以隔绝外部的水气，颗粒，玷污对器件的影响，常规做法一般有两种：1、首先制备一张保护性基体，该基体通常是硅，玻璃，陶瓷，金属外壳等，然后采用圆片级键合，焊接，粘黏等方式对滤波器进行隔离保护，再通过深孔刻蚀，物理气相沉积以及电镀等一系列复杂的流程加工而成；使得整个工艺加工流程较长，工艺实现难度较高，材料成本昂贵；2、采用空腔大面积覆膜的方式，这种方式成本较低，但是对膜类材料脱气物质比较敏感的器件会影响其器件性能，限制其应用范围。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.鉴于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种射频滤波器及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
6.(二)技术方案
7.根据本发明的一个方面，提供了一种射频滤波器，包括：基体、密封外墙、多个支撑电极、以及空腔外壳；
8.其中，所述多个支撑电极凸设于所述基体表面，所述密封外墙凸设于所述基体表面，且环绕所述多个支撑电极设置；
9.所述空腔外壳位于所述密封外墙和所述多个支撑电极上；
10.所述基体、所述密封外墙和所述空腔外壳形成空腔；
11.所述空腔外壳的材质为介质和/或金属。
12.进一步的，所述空腔外壳上开设有释放孔，且所述释放孔上设有释放孔密封层；
13.所述基体、所述密封外墙、所述空腔外壳和所述释放孔密封层形成封闭的所述空腔，所述多个支撑电极位于所述空腔内。
14.进一步的，所述空腔外壳上还设有支撑电极开口，所述支撑电极开口与所述支撑电极相对设置，所述空腔外壳通过所述支撑电极开口和所述释放孔分成不连续的多个部分。
15.进一步的，还包括空腔外壳钝化层，形成于所述空腔外壳上、所述支撑电极开口内以及所述释放孔密封层上，且暴露部分所述支撑电极。
16.进一步的，还包括再布线引线电极，位于所述支撑电极开口处、且在所述空腔外壳钝化层之上，并与所述支撑电极接触。
17.进一步的，所述空腔外壳的材质为金属，所述射频滤波器还包括空腔外壳绝缘层，所述空腔外壳绝缘层位于所述密封外墙、所述多个支撑电极与所述空腔外壳之间，且所述空腔外壳完全覆盖所述空腔外壳绝缘层。
18.进一步的，所述支撑电极与所述密封外墙的材料为金属；所述释放孔密封层的材料为胶、介质或金属；所述空腔外壳绝缘层的材料是氮化硅、碳化硅或氮化铝。
19.根据本发明的另一个方面，提供了一种射频滤波器的制备方法，包括：
20.在基体上形成密封外墙和支撑电极；
21.在形成有密封外墙和支撑电极的基体上沉积牺牲层，并曝露所述密封外墙和所述支撑电极；
22.利用介质材料或金属材料在所述牺牲层表面形成空腔外壳；
23.在所述空腔外壳上形成支撑电极开口和释放孔；
24.通过所述释放孔腐蚀牺牲层，形成空腔。
25.进一步的，还包括：在所述释放孔上形成释放孔密封层，以将所述释放孔封闭；
26.在所述空腔外壳上、所述支撑电极开口内以及所述释放孔密封层上形成空腔外壳钝化层，且暴露部分所述支撑电极；
27.在所述支撑电极开口处、且在所述空腔外壳钝化层上形成再布线引线电极，所述再布线引线电极与所述支撑电极接触。
28.进一步的，还包括：在所述再布线引线电极上形成再布线引线电极钝化层；
29.在所述再布线引线电极钝化层上形成再布线引线电极开口，以暴露所述再布线引线电极；
30.在所述再布线引线电极开口处形成倒装电极。
31.(三)有益效果
32.从上述技术方案可以看出，本发明一种射频滤波器及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一：
33.(1)本发明利用介质或者金属材料形成空腔外壳的封装结构，极大的减少了膜类材料的固化溢出的物质对敏感射频滤波器性能的影响。
34.(2)本发明可以避免贵金属材料的使用，流程简单，成本低。
35.(3)本发明使用金属作为空腔外壳，结构稳定，气密性更好，产品可靠性相比同类使用胶或者膜类作为封装空腔外壳有较大提高。
36.(4)本发明制备方法的工艺流程可以与半导体工艺兼容，无需专门的设备，行业内绝大部分封装代工厂都可以加工，操作方便。
附图说明
37.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
38.在附图中：
39.图1为本发明射频滤波器结构示意图。
40.图2-图11为本发明射频滤波器制备方法流程图。
41.<符号说明>
42.101-晶圆硅基体、104-电极、105-压电膜层结构、12-保护性牺牲层、51(51
′
)-金属密封外墙、52(52
′
)-支撑电极、203-空腔外壳绝缘层、53-空腔外壳、412-释放孔、413-支撑电极开口、415-释放孔密封层、204-空腔外壳钝化层、55-再布线引线电极、205-再布线引线电极钝化层、59-倒装电极锡、57-倒装电极铜
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
44.本发明提出了一种射频滤波器，包括：基体、密封外墙、支撑电极和空腔外壳；
45.其中，所述多个支撑电极凸设于所述基体表面，所述密封外墙凸设于所述基体表面，且环绕所述多个支撑电极设置(密封外墙可为环状，支撑电极可为柱状，多个柱状支撑电极位于环状的密封外墙内)；
46.所述空腔外壳位于所述密封外墙和所述多个支撑电极上；
47.所述基体、所述密封外墙和所述空腔外壳形成空腔；
48.所述空腔外壳的材质为介质和/或金属。
49.与传统射频滤波器封装相比，本发明采用金属或者介质作来射频滤波器的封装外壳起到密封作用，尽可能降低膜类材料作为对环境较为敏感的滤波器特别是体声波滤波器性能的影响。
50.所述支撑电极与所述密封外墙的材料为金属；所述释放孔密封层的材料为胶、介质或金属。由于金属的大面积使用，提高了器件的散热效率。
51.进一步的，所述空腔外壳上开设有释放孔和支撑电极开口，且所述释放孔上设有释放孔密封层；所述基体、所述密封外墙、所述空腔外壳和所述释放孔密封层形成封闭的所述空腔，所述多个支撑电极位于所述空腔内。所述支撑电极开口与所述支撑电极相对设置，所述空腔外壳通过所述支撑电极开口和所述释放孔分成不连续的多个部分。
52.更进一步的，所述的射频滤波器还包括空腔外壳钝化层，形成于所述空腔外壳上、所述支撑电极开口内以及所述释放孔密封层上，且暴露部分所述支撑电极。
53.此外，所述的射频滤波器还包括再布线引线电极，位于所述支撑电极开口处、且在所述空腔外壳钝化层之上，并与所述支撑电极接触。
54.在所述空腔外壳的材质为金属时，所述射频滤波器还包括空腔外壳绝缘层，所述空腔外壳绝缘层位于所述密封外墙、所述多个支撑电极与所述空腔外壳之间，且所述空腔外壳完全覆盖所述空腔外壳绝缘层。
55.本发明还提出了一种射频滤波器的制备方法，包括：
56.在基体上形成密封外墙和支撑电极；
57.在形成有密封外墙和支撑电极的基体上沉积牺牲层，并曝露所述密封外墙和所述支撑电极；
58.利用介质材料或金属材料在所述牺牲层表面形成空腔外壳；
59.在所述空腔外壳上形成支撑电极开口和释放孔；
60.通过所述释放孔腐蚀牺牲层，形成空腔。
61.本发明射频滤波器的制备方法，工艺流程简单，能够与半导体的工艺相兼容，极大的降低了成本。
62.进一步的，所述制备方法还包括：在所述释放孔上形成释放孔密封层，以将所述释放孔封闭；
63.在所述空腔外壳上、所述支撑电极开口内以及所述释放孔密封层上形成空腔外壳钝化层，且暴露部分所述支撑电极；
64.在所述支撑电极开口处、且在所述空腔外壳钝化层上形成再布线引线电极，所述再布线引线电极与所述支撑电极接触；
65.在所述再布线引线电极上形成再布线引线电极钝化层；
66.在所述再布线引线电极钝化层上形成再布线引线电极开口，以暴露所述再布线引线电极；
67.在所述再布线引线电极开口处形成倒装电极。
68.在一实施例中，本发明提出一种射频滤波器，包含晶圆硅基体和空腔外壳(空腔密封外壳或密封空腔外壳)封装结构。
69.其中，所述晶圆硅基体包含压电膜层结构和若干金属支撑电极和金属密封外墙，所述若干金属支撑电极在空腔密封外墙区域的内部。所述空腔外壳封装结构包含空腔外壳绝缘层、空腔外壳、释放孔、密封层以及金属引线。所述空腔外壳绝缘层分布在空腔外壳下方以隔离电极避免短路。所述释放孔分布在所述空腔外壳内部。所述密封层分布在所述释放孔上方，其包括两层，第一层直接用于封堵释放孔，第二层用于加强第一层的结构强度。所述金属引线包含再布线引线电极和倒装电极。
70.所述支撑电极与金属密封外墙的高度需保持一致，且突出于器件表面高度大于3um。所述支撑电极与金属密封外墙的材料可以是铜，但并不仅限于铜。所述支撑电极与金属密封外墙的粘附层和阻挡层可使用钛钨，铬等不被牺牲层腐蚀剂损伤材料。所述空腔外壳下方的空腔外壳绝缘层可以是氮化硅、碳化硅、氮化铝等介质绝缘层等材料。所述空腔外壳可以是金属材料也可以是介质材料。所述释放孔的位置和大小取决于腔体牺牲层的腐蚀效率。所述释放孔的密封层包括两层，第一层可以是胶类，介质类或金属等材料；如果第一层是胶类材料，第二层加强层需是具备密封性的介质类和/或金属材料，如：氮化硅、碳化硅、铜、铝、锡等材料。
71.在另一实施例中，本发明提出一种基于射频滤波器的制备方法，具体包括：
72.s1、将具有射频滤波器压电膜层结构的晶圆加工至电极制备工步。
73.s2、在射频滤波器表面沉积一层保护性牺牲层并将需要制备电极处的电极开口打开。
74.s3、通过物理气相沉积形成种子层，并通过光刻加电镀的方式制备金属密封外墙和支撑电极。其中，所述种子层的金属组合可以是钛钨和铜也可以是钛钨和金或者其它组合；所述金属密封外墙和支撑电极的材质为铜，但并不仅限于铜。
75.s4、若是制备薄膜体声波滤波器(fbar)，则需进行谐振腔空腔释放并完成调频和器件性能测试。
76.s5、在晶圆表面沉积牺牲层，并通过化学机械研磨(cmp)的方式将电极曝露出来并
获得较为平整的电极高度。除此之外，还可以通过光刻加刻蚀的方式将电极曝露出来。
77.s6、在所述牺牲层表面沉积一层绝缘层。
78.s7、在所述绝缘层表面沉积一层介质层或者金属层，形成空腔外壳。
79.s8、通过光刻加刻蚀的方式打开电极开口和释放孔。
80.s9、采用干法或者湿法的方式，通过所述释放孔腐蚀牺牲层，形成空腔。
81.s10、通过圆片级贴膜的方式将所述释放孔封闭，由此形成密封空腔；除此之外，也可以采用软体填充的方式将所述释放孔封闭。
82.s11、在所述空腔外壳表面通过涂胶的方式制备钝化层，其厚度介于5-20微米之间，材料可以是胶类聚合物，由此在高温固化后能够抵抗一定的酸碱腐蚀。
83.s12、通过再布线(rdl)工艺将电极引至所需设计区域并在所述释放孔密封层上覆盖金属，以增加释放孔密封层的强度。
84.s13、通过电镀凸块(bumping)工艺实现外引电极(倒装电极)制备。
85.下面结合附图1-11详细介绍本发明射频滤波器结构及其制备方法实例。
86.请结合图1-11所示，所述射频滤波器包括射频滤波器晶圆硅基体101和空腔外壳封装结构。所述射频滤波器晶圆硅基体101上分别设有电极结构104、压电膜层结构105。所述空腔外壳封装结构包括金属密封外墙51
′
和支撑电极52
′
，绝缘层203，介质或者金属外壳53，释放孔412，释放孔密封层415，空腔外壳钝化层204，再布线引线电极55，再布线引线电极钝化层205，以及倒装电极57/59。
87.具体的，所述金属密封外墙51
′
和支撑电极52
′
可通过电镀的方式制备，电镀高度介于3-10微米之间，优选的，金属密封外墙和支撑电极二者高度保持一致，在通过化学机械研磨后，其差值小于1微米为佳。所述绝缘层203可通过化学气相沉积制备，其材料可以是氮化硅，也可以是碳化硅或者氮化铝等介质层，厚度大于0.5微米。所述空腔外壳53通过化学气相沉积或者电镀制备，优选采用电镀的方式制备，厚度以大于5微米为佳，以增强空腔外壳强度。所述释放孔412可通过干法刻蚀或者湿法腐蚀的方式加工，其尺寸大小和位置取决于腐蚀牺牲层的效果。所述释放孔密封层415可通过贴膜的方式制备，厚度介于10到60微米之间。所述空腔外壳钝化层可采用涂胶或者化学气相沉积的方式制备，材料可以是胶或者介质层，如：胶类聚合物，氧化硅，氮化铝等，厚度介于1-10微米之间。所述再布线引线电极55通过电镀的方式制备，材料可以是铜，铝，金等材料；厚度介于5-20微米之间。所述再布线引线电极钝化层205可采用涂胶或者化学气相沉积的方式制备，材料可以是胶或者介质层，如：胶类聚合物，氧化硅，氮化铝等；厚度介于1-10微米之间。所述倒装电极铜57、倒装电极锡59通过电镀制备，回流后高度介于30微米～150微米之间，用于与基板和外部电互连。
88.图1所示射频滤波器的制备流程如图2-11所示。
89.步骤一、如图2所示，提供形成有金属密封外墙51和支撑电极52、压电膜层结构105的晶圆硅基体101；或者，在晶圆硅基体101上形成金属密封外墙51和支撑电极52、压电膜层结构105。其中，所述金属密封外墙51和支撑电极52可通过电镀的方式进行制备，其高度介于3-10微米之间；材料可以是铜，但并不仅限于铜。此外，如果是薄膜体声波滤波器(fbar)器件，此步骤还包括完成空腔释放，并进行频率调整和性能测试。
90.步骤二、如图3所示，通过化学气相沉积的方式在所述晶圆硅基体表面沉积含磷的氧化硅，形成保护性牺牲层12，其厚度介于3-10微米之间。
91.步骤三、如图4所示，通过化学机械研磨的方式将所述金属密封外墙51
′
和支撑电极52
′
暴露出来，并得到一平整度较好的含磷氧化硅的保护性牺牲层的平面，研磨后的金属密封外墙51
′
和支撑电极52
′
的高度介于2-5um之间。其中，化学机械研磨的方式可以采用光刻腐蚀替代来暴露支撑电极，从而与外部互连。
92.步骤四、如图5所示，通过化学气相沉积的方式在所述保护性牺牲层、所述金属密封外墙51
′
和支撑电极52
′
的表面沉积一层绝缘层203。所述绝缘层的材质可以是氮化铝，氮化硅和碳化硅等，厚度大于0.5微米。
93.步骤五、如图6所示，在所述绝缘层203表面制备空腔外壳53，其材质可以是介质层也可以是金属层；若是介质层，则可以采用化学气相沉积的方法制备，材料可以是氮化硅，碳化硅；若是金属层，则可以采用电镀的方式制备，材料可以是铜，锡，铝，金等；所述空腔外壳53的厚度介于5-20微米之间。
94.步骤六、如图7所示，通过干法刻蚀或者湿法腐蚀的方法在所述空腔外壳53和所述绝缘层203上加工释放孔412和支撑电极开口413，所述释放孔暴露所述牺牲层，所述支撑电极开口暴露所述支撑电极52
′
，所述释放孔用于后续腐蚀所述牺牲层，所述释放孔和所述支撑电极开口均沿所述空腔外壳的厚度方向贯穿整个所述空腔外壳53和贯穿整个所述绝缘层203。其中，所述释放孔412的位置和大小取决于后续空腔保护性牺牲层12的释放效果。
95.步骤七、如图8所示，使用氢氟酸体系化学试剂，通过所述释放孔412腐蚀所述牺牲层12；之后，使用贴干膜的方式将所述释放孔412封闭；并通过高温固化的方式形成具备一定强度和抗酸碱腐蚀的密封层415，干膜的厚度介于10-60微米之间。
96.步骤八、如图9所示，在所述空腔外壳表面通过涂胶的方式制备钝化层204，其厚度介于5-20微米之间，材料可以是胶类聚合物，由此在高温固化后能够抵抗一定的酸碱腐蚀。
97.步骤九、如图10所示，使用再布线技术制备引线电极55；所述引线电极的材料为铜，厚度介于5-20微米之间；此步骤需保持释放孔密封层415上方有铜覆盖，以增强密封层415的结构强度。若释放孔的覆盖层强度和密封性足够，则可以省去金属覆盖。
98.步骤十、如图11所示，在引线电极55表面采用涂胶的形式制备钝化层205，并在所述钝化层上形成再布线引线电极开口，以暴露所述引线电极。其中，所述钝化层的材料为胶类聚合物，厚度介于5-20微米之间；之后通过电镀的方式制备倒装电极(在所述再布线引线电极开口处形成倒装电极铜57，在所述倒装电极铜57上形成倒装电极锡59)，用以与外部互连。所述倒装电极经所述再布线引线电极开口与所述引线电极接触。
99.需要说明的是，若空腔外壳的材质为介质，则绝缘层可以取消，介质材质的空腔外壳本身就可以直接作为绝缘层。
100.至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。
101.需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
102.当然，根据实际需要，本发明还可以包含其他的部分，由于同本发明的创新之处无关，此处不再赘述。
103.类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
104.除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
105.再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。
106.此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
107.除非存在技术障碍或矛盾，本发明的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本发明的保护范围中。
108.虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本发明的限制。
109.虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
110.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。