專利名稱：具有簡單封裝的薄膜體聲波諧振器(fbar)器件的制作方法
背景技術：
包括一個或多個薄膜體聲波諧振器(FBAR)的FBAR器件形成了各種電子產(chǎn)品、尤其是無線產(chǎn)品的一部分。例如，現(xiàn)代移動電話包括一種雙工器，其中每個帶通濾波器都包括梯形電路，其中該梯形電路的每個元件都是FBAR。包括FBAR的雙工器由Bradley等在美國專利no.6,262,637中公開，該專利名為Duplexer Incorporating Thin-filmBulk Acoustic Resnators (FBARs)。這種雙工器包括在發(fā)射器的輸出和天線之間串聯(lián)連接的發(fā)射器帶通濾波器，以及與天線和接收器的輸入之間的90°移相器串聯(lián)連接的接收器帶通濾波器。該發(fā)射器帶通濾波器和接收器帶通濾波器的通帶的中心頻率彼此偏離?；贔BAR的梯形濾波器也用在其它應用中。
圖1示出了適于用作雙工器的發(fā)射器帶通濾波器的FBAR基帶通濾波器10的示例性實施例。該發(fā)射器帶通濾波器包括連接在梯形電路中的串聯(lián)FBAR 12和分路FBAR 14。串聯(lián)FBAR 12的諧振頻率比分路FBAR 14的高。
圖2示出了一種FBAR的示例性實施例30。FBAR 30由一對電極32和34以及所述電極之間的壓電元件36組成。該壓電元件和電極懸置在襯底42中定義的腔44之上。這種懸置FBAR的方式允許FBAR響應電極之間施加的電壓機械諧振。
序列號為no.10/699,289的美國專利申請公開了一種包括去耦疊層體聲波諧振器(Stacked Bulk Acoustic Resonator，DSBAR)的帶通濾波器，該DSBAR包括下FBAR、在下FBAR上堆疊的上FBAR以及所述FBAR之間的聲波去耦器。每個FBAR由一對電極以及電極之間的壓電元件組成。在下FBAR的電極之間施加電學輸入信號，上FBAR在其電極之間提供帶通濾波的電學輸出信號?？蛇x地，該電學輸入信號可以施加于上FBAR的電極間，這種情況下，電學輸出信號從下FBAR的電極輸出。
序列號為no.10/699,481的美國專利申請公開了一種由兩個去耦疊層體聲波諧振器(DSBAR)組成的薄膜聲波耦合變換器(FilmAcoustically-coupled Transformer，F(xiàn)ACT)。第一電路使DSBAR的下FBAR以串聯(lián)或并聯(lián)方式互連。第二電路使DSBAR的上FBAR以串聯(lián)或并聯(lián)方式互連。取決于電路的配置，可以獲得阻抗變換比為1∶1或1∶4的平衡或非平衡FACT實施例。這種FACT還提供第一電路和第二電路之間的流電隔離。
上述參考圖2的FBAR以及包括一個或多個FBAR的器件，例如梯形濾波器、DSBAR和FACT，在本公開說明中總稱為FBAR器件。
當前，在硅或其它合適材料的晶片上一次制備成千上萬個FBAR器件的FBAR疊層。每個FBAR器件還包括晶片的一部分作為它的襯底。FBAR疊層包括其中至少定義一個FBAR的各種材料層。FBAR器件一般封裝在封裝體中，如Merchant等在美國專利no.6,090,687中所描述的，該專利已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本公開說明的受讓人。其上制造FBAR疊層的晶片將稱為FBAR晶片。FBAR晶片上制備的每個FBAR疊層被位于該FBAR晶片表面的環(huán)形墊片(gasket)環(huán)繞。然后蓋帽晶片與該FBAR晶片相鄰放置并與該墊片鍵合。FBAR晶片、蓋帽晶片和墊片以及晶片之間的FBAR組成了晶片疊層。然后該晶片疊層被分割成獨立封裝的FBAR器件，其中的一個示例性器件在圖3中以剖面圖示出。
圖3示出了封裝的FBAR器件50，由FBAR器件52和封裝體54組成。FBAR器件由FBAR疊層56和襯底58組成。襯底還組成了封裝體54的一部分。FBAR疊層56由至少定義一個FBAR的多種材料層組成。FBAR疊層56懸置在襯底58中定義的腔60之上。襯底58是分割之前上述FBAR晶片的一部分。FBAR疊層56被鍵合到襯底58的主表面的環(huán)形墊片62環(huán)繞。蓋帽64，它在分割之前是上述蓋帽晶片的一部分，被相對于襯底58鍵合到墊片62。襯底58、墊片62以及蓋帽64一起定義了密封的腔66，其中放置有FBAR疊層56。
如上所述，F(xiàn)BAR疊層56懸置在襯底58中定義的腔60之上。FBAR疊層56的材料(一般是幾十兆瑞利(Mrayl))和腔60中的空氣或其它氣體(大約為1千瑞利(Krayl))的聲阻抗之間大的失配將FBAR疊層56與襯底58聲學隔離。類似地，F(xiàn)BAR疊層56遠離襯底58的頂面68與蓋帽64分離間隙70。間隙70一般填充有空氣或其它氣體。FBAR疊層56的材料和間隙70中的空氣或其它氣體的聲阻抗的大的失配將FBAR疊層56與蓋帽64聲學隔離。因此，F(xiàn)BAR疊層56與襯底58和蓋帽64二者聲學去耦，并因此響應于其電極之間施加的電學信號而自由地機械共振。
盡管圖3中示出的封裝的FBAR器件的封裝體54相對簡單和便宜，但可以獲得更簡單和便宜的封裝。這種封裝的一個實例涉及在覆蓋該FBAR疊層和部分襯底的密封劑(未示出)中密封該FBAR疊層。然而，因為FBAR疊層不再自由地機械諧振，密封劑和遠離襯底的該FBAR疊層的頂面68之間的機械接觸使密封的FBAR器件的電學特性退化。
因此，所需要的是一種密封的FBAR器件，其中FBAR疊層與密封劑有效地聲學隔離。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面，本發(fā)明提供一種密封的薄膜體聲波諧振器(FBAR)器件，包括襯底、該襯底上的FBAR疊層、將該FBAR疊層與該襯底聲學隔離的元件、覆蓋該FBAR疊層的密封劑以及該FBAR疊層的頂面和密封劑之間的聲波布拉格反射器。該FBAR疊層包括FBAR并具有遠離襯底的頂面。該FBAR包括相對的平面電極以及電極之間的壓電元件。該聲波布拉格反射器包括金屬布拉格層和與該金屬布拉格層并置的塑料布拉格層。
FBAR器件的實例包括FBAR，例如提供梯形濾波器、疊層體聲波諧振器(SBAR)、去耦疊層體聲波諧振器(DSBAR)、帶通濾波器、耦合的諧振器濾波器以及薄膜聲波耦合變換器(FACT)的元件的FBAR。
金屬布拉格層的金屬和塑料布拉格層的塑料材料之間的聲阻抗的大比率使得聲波布拉格反射器能夠為FBAR器件的頻率響應提供FBAR和密封劑之間的足夠的聲隔離，從而呈現(xiàn)微小的不真實的假象(spurious artifact)(如存在)，該不真實的假象源自于FBAR和密封劑之間的有害聲耦合。
金屬布拉格層的金屬和塑料布拉格層的塑料材料之間的聲阻抗的大比率意味著，除了組成FBAR本身的層，F(xiàn)BAR器件一般可以包括一到四個布拉格層。這意味著根據(jù)本發(fā)明的FBAR器件的制備工藝僅比相同類型的常規(guī)FBAR器件的制備工藝略微復雜。該聲波布拉格反射器允許使用較簡單和較低成本的工藝來密封FBAR器件。
塑料材料中聲音的低速率意味著塑料布拉格層相對薄。因此，聲波布拉格反射器聲學總高度小。
第二方面，本發(fā)明提供密封的薄膜體聲波諧振器(FBAR)器件，包括襯底、該襯底上的FBAR疊層、將該FBAR疊層與該襯底聲學隔離的元件、覆蓋該FBAR疊層的密封劑以及該FBAR疊層頂面和密封劑之間的聲波布拉格反射器。該FBAR疊層包括FBAR并具有遠離襯底的頂面。該FBAR包括相對的平面電極以及電極之間的壓電元件。該聲波布拉格反射器包括第一布拉格層和與第一布拉格層并置的第二布拉格層。第一布拉格層包括第一材料，其聲阻抗小于5。第二布拉格層包括第二材料，其聲阻抗大于50。一個實施例中，第一材料具有小于3的聲阻抗，第二材料具有大于60的聲阻抗。
最后一方面，本發(fā)明提供一種密封的薄膜體聲波諧振器(FBAR)器件，包括襯底、該襯底上的FBAR疊層、將該FBAR疊層與該襯底聲學隔離的元件、覆蓋該FBAR疊層的密封劑以及該FBAR疊層上表面和密封劑之間的聲波布拉格反射器。該FBAR疊層包括FBAR并具有遠離襯底的頂面。該FBAR包括相對的平面電極以及電極之間的壓電元件。該聲波布拉格反射器包括第一布拉格層和與第一布拉格層并置的第二布拉格層。第一布拉格層包括具有第一聲阻抗的第一材料，第二布拉格層包括具有第二聲阻抗的第二材料。第二聲阻抗和第一聲阻抗的比大于10。一個實施例中，第二聲阻抗和第一聲阻抗的比大于16。


圖1是包括根據(jù)現(xiàn)有技術的FBAR的梯形濾波器的示意圖。
圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術的FBAR的剖面圖。
圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術的密封的FBAR器件的剖面圖。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR的第一實施例的平面圖。
圖4B是沿著剖面線4B-4B的圖4A中示出的本發(fā)明的密封的FBAR器件的第一實施例的剖面圖。
圖4C和4D是圖4A中示出的密封的FBAR器件的聲波布拉格反射器的備選結構的剖面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR器件的第二實施例的剖面圖。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR器件的第三實施例的平面圖。
圖6B是沿著剖面線6B-6B的圖6A中示出的本發(fā)明的密封的FBAR器件的第三實施例的剖面圖。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR器件的第四實施例的平面圖。
圖7B是沿著剖面線7B-7B的圖7A中示出的本發(fā)明的密封的FBAR器件的第四實施例的剖面圖。
圖7C是沿著剖面線7C-7C的圖7A中示出的本發(fā)明的密封的FBAR器件的第四實施例的剖面圖。
圖7D是圖7A中示出的密封的FBAR器件的第四實施例的電路示意圖。
圖8A-8M的平面圖示出了制備根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR器件的實施例的工藝。
圖8N-8Z是分別沿著圖8A-8M中的剖面線8N-8N到8Z-8Z的剖面圖。
具體實施例方式
圖4A和4B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR器件的第一示例性實施例100的平面圖和剖面圖。密封的FABR器件100包括FBAR疊層111，該疊層111包括FBAR 110。FABR 110是例如圖1所示的FBAR梯形濾波器的示例性FBAR，或是雙工器的示例性FBAR。這種梯形濾波器或雙工器的剩余FBAR也構成FBAR疊層111的一部分。然而，為簡化圖示，圖4A和圖4B省略了剩余FBAR。
參考圖4B，密封的FBAR器件100包括襯底102、該襯底上的FBAR疊層111、將該FBAR疊層與該襯底隔離的元件、覆蓋FBAR疊層111的密封劑121以及FBAR疊層111的頂面113和密封劑121之間的聲波布拉格反射器190。聲波布拉格反射器190包括與第一塑料布拉格層194并置的第一金屬布拉格層192。在示出的實例中，第一金屬布拉格層192與密封劑121并置，且聲波布拉格反射器190還包括與第一塑料布拉格層194并置的第二金屬布拉格層196和與第二金屬布拉格層196并置的第二塑料布拉格層198。第二塑料布拉格層198與FBAR疊層111的頂面113并置。該實例中還示出，F(xiàn)BAR疊層111包括單個FBAR器件110，該器件110具有相對的平面電極112和114以及電極之間的壓電元件116。
實例中還示出，襯底102中定義的腔104執(zhí)行將FBAR疊層111與襯底102聲學隔離的功能。此外，聲波布拉格反射器190將該FBAR疊層與密封劑121聲學隔離。這樣，F(xiàn)BAR疊層111與襯底102和密封劑121兩者聲學隔離，因此，它響應于FBAR 110的電極112和114之間施加的電學信號而自由地機械振動。
本公開說明中描述的并置的布拉格層一般如圖4B所示彼此物理接觸。然而，并置的布拉格層可以被插入層分開，假設這種插入層對并置的布拉格層的聲學屬性具有可忽略的影響。
這里描述的在另一元件之上的元件一般與另一元件物理接觸，如遠端的電極114和壓電元件116就是如此。然而，可選地，描述為在另一元件之上的元件可以通過一個或多個其它元件與該另一元件分開。例如，圖4B所示的實施例中，壓電元件116可以描述成在襯底102之上，但通過電極112與襯底分開。
本公開說明中使用的術語FBAR疊層指包括一個或多個FBAR的各種材料層的堆疊。在FBAR疊層包括多于一個FBAR的實施例中，所述FBAR可以處于FBAR疊層中相同的層或處于FBAR疊層中不同的層，或者一些FBAR可以處于FBAR疊層中相同的層且一些FBAR處于FBAR疊層中的不同的層。例如，F(xiàn)BAR梯形濾波器中的FBAR一般在FBAR疊層中處于相同的層，去耦疊層體聲波諧振器(DSBAR)中的FBAR在FBAR疊層中處于不同的層，薄膜聲波去耦變換器(FACT)的一些FBAR處于FBAR疊層中相同的層且該FACT的一些FBAR處于FBAR疊層中的不同的層。
密封的FBAR器件100具有帶通頻率響應特性，該響應特性具有中心頻率。如本公開說明中使用的，術語布拉格層指標稱厚度t是波長λn的四分之一的奇數(shù)整數(shù)倍的層，即t＝(2m+1)λn/4，其中m是大于或等于零的整數(shù)，λn為頻率等于中心頻率的聲學信號在布拉格層的材料中的波長。整數(shù)m為零的布拉格層一般減小密封FBAR器件的頻率響應呈現(xiàn)不真實假像的可能性。這種布拉格層中，布拉格層的標稱厚度是上述聲學信號的層的材料中的波長的四分之一，即t＝λn/4。這種厚度的層被稱為四分之一波長層。而且，如下面詳細描述的，對于很多應用下面的實施例將給出足夠的聲學隔離，該實施例中至少金屬布拉格層比四分之一波長層薄，某些只有λn/16這樣薄。
發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)聲波布拉格反射器提供的聲學隔離取決于組成該聲波布拉格反射器的布拉格層的材料的聲阻抗的比。與另一層并置的第一布拉格層呈現(xiàn)的有效聲阻抗Zeff1是在遠離該另一層的第一布拉格層表面處看到的聲阻抗。第一布拉格層呈現(xiàn)的有效聲阻抗取決于第一布拉格層的聲阻抗和該另一層呈現(xiàn)給第一布拉格層的有效聲阻抗。第一布拉格層呈現(xiàn)的有效聲阻抗由下式給出Zoff1＝Zp2/Zm(1)其中Zp是第一布拉格層的材料的聲阻抗，Zm是該另一層的聲阻抗。
例如，遠離密封劑121的第一金屬布拉格層192的表面處的有效聲阻抗取決于第一金屬布拉格層192的材料的聲阻抗和密封劑的材料的聲阻抗。該實例中，Zeff1是遠離密封劑121的第一金屬布拉格層192的表面處呈現(xiàn)的有效聲阻抗，Zp是第一金屬布拉格層192的材料的聲阻抗，Zm是密封劑121的材料的聲阻抗。
公式(1)定義的關系存在于每個布拉格層和先前的布拉格層之間。公式(1)中，Zm是先前布拉格層呈現(xiàn)給該布拉格層的有效聲阻抗。
例如，第一金屬布拉格層192呈現(xiàn)給第一塑料布拉格層194的有效聲阻抗為Zeff1。第一塑料布拉格層194將該有效聲阻抗Zeff1變換成另一個有效聲阻抗Zeff2，并呈現(xiàn)有效聲阻抗Zeff2給第二金屬布拉格層196。第二金屬布拉格層196將該有效聲阻抗Zeff2變換成另一個有效聲阻抗Zeff3，并呈現(xiàn)有效聲阻抗Zeff3給第二塑料布拉格層198。第二塑料布拉格層198將該有效聲阻抗Zeff3變換成另一個有效聲阻抗Zeff4，并呈現(xiàn)有效聲阻抗Zeff4給FBAR 110。有效聲阻抗Zeff4也是聲波布拉格反射器190的有效聲阻抗。
FBAR疊層111和在第二塑料布拉格層198處由聲波布拉格反射器190呈現(xiàn)的有效聲阻抗之間的聲阻抗失配提供了FBAR疊層111和密封劑121之間的聲隔離。從第一金屬布拉格層192到第二塑料布拉格層198，布拉格層192、194、196和198呈現(xiàn)的有效聲阻抗分別在高和低之間交替，高阻抗逐漸增加且低阻抗逐漸降低。
由于聲波布拉格反射器190提供有效聲隔離，呈現(xiàn)給FBAR疊層111的有效聲阻抗可以比FBAR疊層的聲阻抗大或小。聲波布拉格反射器190提供的聲隔離可以通過以分貝(20乘以該比率的對數(shù))表示的聲波布拉格反射器190的有效聲阻抗和FBAR疊層111的聲阻抗的比率的絕對值而定量。增加聲隔離減小了FBAR器件100的頻率響應因為FBAR疊層111和密封劑121之間的有害聲耦合而呈現(xiàn)不想要的不真實假象的可能性。
根據(jù)本發(fā)明，聲波布拉格反射器190的布拉格層的交替層的材料分別是塑料材料和金屬，特別是諸如鎢或鉬這樣的難熔金屬。金屬和塑料材料的聲阻抗之間的大比率使得能夠使用相對少的布拉格層實現(xiàn)幾十分貝的聲隔離。可以獲得幾種聲阻抗大于50Mrayl且與典型FBAR制造工藝中使用的蝕刻劑相兼容的難熔金屬。例如，鉬的聲阻抗大約為63Mrayl?？梢垣@得幾種聲阻抗小于5Mrayl且與典型FBAR制造工藝中使用的高溫和蝕刻劑相兼容的塑料材料。一些這種塑料材料的聲阻抗只有約2Mrayl。這樣，可以獲得聲阻抗比率大于10的金屬和塑料的幾種組合。鉬和下面將要描述的交聯(lián)聚苯撐聚合物(crosslinked polyphenylene polymer)的聲阻抗比大約為30。
可獲得與在第一金屬布拉格層192和第二金屬布拉格層196淀積過程中第一塑料布拉格層194和第二塑料布拉格層198經(jīng)歷的蝕刻劑和高溫(＞400℃)相兼容的塑料材料，該塑料材料的聲阻抗為約2Mrayl～約4Mrayl。
使用聲阻抗大于約50Mrayl的金屬(例如難熔金屬)作為第一金屬布拉格層192和第二金屬布拉格層196的材料，并使用聲阻抗小于約5Mrayl的塑料材料作為第一塑料布拉格層194和第二塑料布拉格層198的材料，得出聲波布拉格反射器190的一個實施例，它呈現(xiàn)給FBAR疊層111的有效聲阻抗大約為400瑞利(rayl)。假設FBAR疊層111的有效聲阻抗大約為50Mrayl，這導致超過100dB的聲隔離。為使FBAR 110的頻率響應具有基本沒有不真實假象的頻率響應，聲波布拉格反射器190提供FBAR疊層111和密封劑121之間的充分聲隔離。其中塑料材料具有大約2Mrayl的聲阻抗的實施例提供了超過120dB的計算聲隔離。作為比較，由圖3中示出的間隙70提供的計算聲隔離小于約90dB。該間隙中的氣體的聲阻抗大約為1krayl。
在FBAR疊層111和密封劑121之間需要更大聲隔離的實施例可以在第一金屬布拉格層192和密封劑121之間具有額外的塑料和金屬布拉格層對。然而，所述聲波布拉格反射器190的實施例提供的聲隔離對于大多數(shù)應用是足夠的。
電極112、電極114和壓電層116形成了機械結構，其具有定義FBAR 110的通帶的中心頻率的機械諧振。電極112、電極114和壓電元件116在厚度上類似于帶通頻率響應具有相同標稱中心頻率的常規(guī)FBAR的相應元件。因此，密封的FBAR器件100的電學特性和類似的常規(guī)FABR器件的電學特性相似，例如和圖3中示出的器件相似，圖3中FBAR疊層的頂部通過間隙與封裝體隔離。
密封的FBAR器件100還具有焊盤132、焊盤134、電學連接焊盤132到電極112的電跡線133，以及電學連接焊盤134到電極114的電跡線135。焊盤132和134用于形成從密封的FBAR器件100到外部電路(未示出)的電學連接。
如下面將要描述的，因為需要通過淀積和圖形化FBAR疊層111的頂面113上的額外的材料層以形成聲學布拉格反射器190，密封FBAR器件100的FBAR疊層111和聲波布拉格反射器190的制造比圖3所示的常規(guī)間隙隔離的密封FBAR器件的FBAR疊層56的制造更復雜。另一方面，F(xiàn)BAR器件100簡單地通過使用密封材料覆蓋FBAR疊層111和聲波布拉格反射器190并固化該密封材料形成密封劑121而密封。一個實施例中，密封材料是聚酰亞胺，這在下面有更詳細的描述。另一個實施例中，密封材料是室溫硬化的橡膠(RTV)、載玻環(huán)氧物(glass-loaded epoxy)或其它合適的密封材料。在需要氣密性封裝的應用中，密封劑121還可以包括作為涂層涂敷到固化的密封材料的外表面的薄的金屬密封層(未示出)。合適的金屬包括鋁和金。該附加金屬密封層顯著減少了密封劑121的孔隙率。
FBAR疊層111可以被不同于密封劑121的密封劑覆蓋。例如，圖3中示出的封裝體54的不引人注意的實施例可以提供覆蓋FBAR疊層111的密封劑，其中蓋帽64接觸聲波布拉格反射器190。
在本公開說明中描述的密封的FBAR器件的實施例中，塑料布拉格層的塑料材料是聚酰亞胺。E.I.du Pont de Nemours and Company出售商標為Kapton的聚酰亞胺。這些實施例中，塑料布拉格層194和198都包括通過旋涂涂敷的聚酰亞胺。聚酰亞胺具有大約4Mrayl的聲阻抗。
另一些實施例中，塑料布拉格層的塑料材料是聚對二甲苯。這些實施例中，塑料布拉格層194和198都包括通過真空淀積涂敷的聚對二甲苯?，F(xiàn)有技術中聚對二甲苯也稱為聚對苯二甲撐(parylene)。制備聚對苯二甲撐的二聚物前體對二甲苯的二聚物(di-para-xylylene)和執(zhí)行聚對苯二甲撐層的真空淀積的設備從很多供應商那里可以獲得。聚對苯二甲撐具有大約2.8Mrayl的聲阻抗。
另一些實施例中，塑料布拉格層的塑料材料是交聯(lián)聚苯撐聚合物。這些實施例中，塑料布拉格層194和198都包括由旋涂涂敷的交聯(lián)聚苯撐聚合物。已經(jīng)開發(fā)交聯(lián)聚苯撐聚合物用作在集成電路中使用的低介電常數(shù)的介電材料，由此在后續(xù)淀積和圖形化聲波布拉格反射器190的金屬布拉格層過程中交聯(lián)聚苯撐聚合物經(jīng)歷的高溫下保持穩(wěn)定。發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)交聯(lián)聚苯撐聚合物還具有大約2Mrayl的計算聲阻抗。交聯(lián)聚苯撐聚合物的低的聲阻抗使得塑料布拉格層的塑料材料是交聯(lián)聚苯撐聚合物的聲波布拉格反射器190的實施例能夠提供特別高的聲隔離。
The Dow Chemical Company，Midland，Ml出售商標為SiLK的前體溶液，所述前體溶液包含各種低聚物，所述低聚物聚合以形成相應的交聯(lián)聚苯撐聚合物。該前體溶液通過旋涂涂敷。從指定為SilKTMJ的這些前體溶液之一(還包含助粘劑)獲得的交聯(lián)聚苯撐聚合物具有2.1Mrayl、即大約為2Mrayl的計算聲阻抗。
使用雙環(huán)戊烯酮-和芳香乙炔-含單體的(biscyclopentaienone-and aromatic acetylene-containing monomers)，制備聚合以形成交聯(lián)聚苯撐聚合物的低聚物。采用這種單體形成可溶的低聚物，而無需不適當?shù)娜〈?。該前體溶液包含溶解于伽馬-丁內(nèi)酯和環(huán)己酮溶劑的特殊低聚物。前體溶液中該低聚體的百分比決定了前體溶液被涂敷時的層厚度。涂敷之后，加熱以蒸發(fā)溶劑，隨后固化該低聚物以形成交聯(lián)聚合物。雙環(huán)戊烯酮按照4+2的環(huán)化加成反應與乙炔反應，該反應形成新的芳香環(huán)。進一步的固化導致形成交聯(lián)聚苯撐聚合物。在Godschalx等的美國專利No.5965679中公開了前述的交聯(lián)聚苯撐聚合物。Martin等人在Development of Low-Dielectric Constant Polymer for theFabrication of Integrated Circuit Interconnect，12 ADVANCEDMATERIALS，1769(2000)中描述了另外的實踐細節(jié)。和聚酰亞胺相比，交聯(lián)聚苯撐聚合物具有更低的聲阻抗、更小的聲學衰減、以及更小的介電常數(shù)。此外，前體溶液的涂敷層能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的交聯(lián)聚苯撐聚合物薄膜，其厚度范圍為約200nm，該厚度為塑料布拉格層194和198的典型厚度。
布拉格層192、194、196和198中的每一個都具有在頻率上等于FBAR 110的通帶的中心頻率的聲波信號在布拉格層的材料中波長的四分之一的標稱厚度。采用四分之一波長厚度的布拉格層，當使用聚酰亞胺塑料布拉格層時聲波布拉格反射器190呈現(xiàn)大約65rayl的計算有效聲阻抗，當使用交聯(lián)聚苯撐聚合物塑料布拉格層時聲波布拉格反射器190呈現(xiàn)大約4rayl的計算有效聲阻抗。這些聲阻抗分別對應于約118dB和142dB的聲隔離。
在聲波布拉格反射器190構造成工作在約2GHz的實施例中，其中塑料布拉格層194和198的塑料材料是交聯(lián)聚苯撐聚合物、金屬布拉格層192和196是鉬時，塑料布拉格層的厚度大約為190nm，金屬布拉格層的厚度大約是800nm。商業(yè)上可以獲得組成旋涂厚度為約190nm的交聯(lián)聚苯撐聚合物的前體溶液。聚酰亞胺也可以旋涂成該厚度的層。因此，直接形成塑料布拉格層194和198作為標稱四分之一波長層。另一方面，使用當前的生產(chǎn)工藝，濺射淀積高材料質(zhì)量的800nm厚度的鉬并圖形化這樣的層是困難的。然而，通過將塑料布拉格層和難熔金屬布拉格層并置獲得的大的有效聲阻抗變換意味著采用比四分之一波長層薄得多的金屬布拉格層可以獲得足夠大的聲隔離。使用薄至220nm(僅比十六分之一波長層稍厚)金屬布拉格層的測試結構產(chǎn)生了可以接受的結果。使用等于FBAR 110的電極112和114厚度的大約300nm的金屬布拉格層，可以獲得良好結果。
在聲波布拉格反射器190中使用比四分之一層薄的金屬布拉格層，隨著布拉格層的數(shù)目減少，聲隔離更大比例地減少。使用當前制造技術，使用較多的其中金屬布拉格層比四分之一波長層薄的布拉格層可以比使用較少的其中金屬布拉格層是四分之一波長層的布拉格層獲得更好的結果和更低的成本。
圖4C和4D是根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR器件100的簡化實例的剖面圖，其中聲波布拉格反射器所包括布拉格層比圖4B中所示的聲波布拉格反射器190的少。圖4C-4D中示出的密封的FBAR器件在平面視圖中類似于圖4A中示出的密封的FBAR器件100。
在圖4C中示出的密封的FBAR器件中，省略了第二塑料布拉格層198(圖4B)，且聲波布拉格反射器191包括與第一塑料布拉格層194并置的第一金屬布拉格層192以及與第一塑料布拉格層194并置的第二金屬布拉格層196。第二金屬布拉格層196與FBAR疊層111的頂面113并置，即和電極114并置。電極114可以比四分之一波長層薄得多的絕緣層與第二金屬布拉格層196電學隔離。采用四分之一厚的布拉格層，使用聚酰亞胺塑料布拉格層時聲波布拉格反射器191呈現(xiàn)的計算有效聲阻抗為25約Grayl，使用交聯(lián)聚苯撐聚合物塑料布拉格層時聲波布拉格反射器191呈現(xiàn)的計算有效聲阻抗為約99Grayl。這些聲阻抗分別對應于約74dB和86dB的聲隔離。
在圖4D中示出的密封FBAR器件中，省略了第二塑料布拉格層198和第二金屬布拉格層196(圖4B)，聲波布拉格反射器193包括與第一塑料布拉格層194并置的第一金屬布拉格層192。第一塑料布拉格層194與FBAR疊層111的頂面113并置。采用四分之一厚的布拉格層，使用聚酰亞胺塑料布拉格層時聲波布拉格反射器193的計算有效聲阻抗為約16krayl，使用交聯(lián)聚苯撐聚合物塑料布拉格層時聲波布拉格反射器193的計算有效聲阻抗為約4krayl。這些聲阻抗分別對應于70dB和82dB的聲隔離。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR器件的第二示例性實施例200的剖面圖。密封的FBAR器件200在平面圖中類似于圖4A中示出的密封的FBAR器件100。密封的FBAR器件200包括FBAR疊層111，該疊層包括FBAR 110。FBAR 110是例如圖1中示出的FBAR梯形濾波器的示例性FBAR，或雙工器的示例性FBAR。這種梯形濾波器或雙工器的剩余FBAR也組成了FBAR疊層111的一部分。然而，為簡化圖示，剩余FBAR從圖5中省略。對應于上述參考圖4A和4B的密封的FBAR器件100的元件的密封的FBAR器件200的元件使用相同的參考數(shù)字表示，這里不再作描述。
密封的FBAR器件200包括襯底102、該襯底上的FBAR疊層111、將FBAR疊層與襯底隔離的元件、覆蓋FBAR疊層111的密封劑121以及FBAR疊層111的頂面113和密封劑121之間的聲波布拉格反射器190。聲波布拉格反射器190包括與第一塑料布拉格層194并置的第一金屬布拉格層192。所示實例中，與密封劑121并置的第一金屬布拉格層192和聲波布拉格反射器190還包括與第一塑料布拉格層194并置的第二金屬布拉格層196以及與第二金屬布拉格層196并置的第二塑料布拉格層198。第二塑料布拉格層198與FBAR疊層111的頂面113并置。同樣，在所示的實例中，F(xiàn)BAR疊層111包括單個FABR器件110，該FBAR器件具有相對的平面電極112和114以及電極之間的壓電元件116。
如序列號為no.xx/xxx,xxx，名為Cavity-less Film Bulk AcousticResonator(FBAR)Device的美國專利申請中描述的，在FBAR器件中，F(xiàn)BAR疊層111和襯底102之間的聲波布拉格反射器180執(zhí)行將FBAR疊層111與襯底102聲隔離的功能。此外，如上所述聲波布拉格反射器190將FBAR疊層與密封劑121聲隔離。這樣，F(xiàn)BAR疊層111與襯底102和密封劑121兩者聲隔離并因此響應于FBAR 110的電極112和114之間施加的電學信號而自由振動。
聲波布拉格反射器180包括與第一塑料布拉格層184并置的第一金屬布拉格層182。所示實例中，第一金屬布拉格層182與襯底并置，且聲學布拉格反射器180還包括與第一塑料布拉格層184并置的第二金屬布拉格層186和與第二金屬布拉格層186并置的第二塑料布拉格層188。
金屬布拉格層182和186的材料一般和上述金屬布拉格層192和196的材料相同，當然可以使用不同的材料。塑料布拉格層184和188的材料一般與上述金屬布拉格層194和198的材料相同，當然可以使用不同的材料。布拉格層182、184、186和188是標稱的四分之一波長層。然而，類似于金屬布拉格層192和196，為便于制造，金屬布拉格層182和186一般比四分之一波長層薄。
類似于聲波布拉格反射器190，聲波布拉格反射器180可以包括比圖5示例的數(shù)目更多或更少的布拉格層。類似于上述參考圖4C和4D中所描述的，可以省略第二金屬布拉格層186和第二塑料布拉格層186其中之一或它們兩者。而且，襯底102的典型材料具有比密封劑121高的聲阻抗，所以通過顛倒第一金屬布拉格層182和第一塑料布拉格層184的順序以將第一塑料布拉格層184與襯底102并置，獲得與襯底102的有效聲隔離。這樣，聲波布拉格反射器180的另一個實施例只包括第一金屬布拉格層182和第一塑料布拉格層184，第一塑料布拉格184層與襯底102并置，且第一金屬布拉格層182與FBAR疊層111并置。另一個實施例中，第二塑料布拉格層186插入在第一金屬布拉格層182和FBAR疊層111之間。另一個實施例中，第二塑料布拉格層186和第二金屬布拉格層188依次夾在第一金屬布拉格層182和FBAR疊層111之間。
不像密封的FBAR器件100，密封的FBAR器件200不需要在制造工藝末尾執(zhí)行釋放蝕刻(release etch)以從FBAR器件100的襯底102中的腔104中去除犧牲材料。不必執(zhí)行釋放蝕刻增加了可以用于制備FBAR器件200的材料的范圍，因為這些材料不必與釋放蝕刻相匹配。
FBAR器件200還具有焊盤132、焊盤134、電學連接焊盤132到電極112的電跡線133以及電學連接焊盤134到電極114的電跡線135。焊盤132和134用于形成從FBAR器件200到外部電路(未示出)的電學連接。
圖6A和6B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR器件的第三示例性實施例300的平面圖和剖面圖。FBAR器件300是帶通濾波器，其中FBAR疊層包括兩個FBAR和這些FABR之間的聲波去耦器。FBAR和聲波去耦器組成單個去耦疊層體聲波諧振器(DSBAR)。圖6A和6B示出的和下面描述的FBAR器件300的實例具有聲波布拉格反射器，它在結構上具有類似于上述參考圖4A和4B的位于FBAR疊層和密封劑之間的聲波布拉格反射器190，以將FBAR疊層與密封劑聲隔離?；蛘?，該聲波布拉格反射器可以依照圖4C和4D的描述來構造。圖6A和6B示出和下面描述的FBAR器件300的實例中，該FBAR疊層懸置在襯底中定義的腔之上以將該FBAR疊層與襯底聲學隔離?；蛘?，F(xiàn)BAR器件300還可以在襯底和FBAR疊層之間具有額外的聲波布拉格反射器，其類似于上述參考圖5描述的聲波布拉格反射器180的實施例中的任何一個，以將該FBAR疊層與襯底聲學隔離。
FBAR器件300具有襯底102、該襯底上的FBAR疊層311、將該FBAR疊層與該襯底聲學隔離的元件、覆蓋該FBAR疊層的密封劑121以及位于FBAR疊層頂面313和密封劑之間的聲波布拉格反射器190。
FBAR器件300中，F(xiàn)BAR疊層311包括下FBAR110、疊在下FBAR110上的上FBAR 120以及FBAR之間的聲波去耦器130。FBAR 110包括相對的平面電極112和114以及電極之間的壓電元件116。FBAR120包括相對的平面電極122和124以及電極之間的壓電元件126。
聲波去耦器130位于FBAR 110和120之間，具體而言，位于FBAR110的電極114和FBAR 120的電極122之間。該聲波去耦器控制FBAR110和120之間的聲能耦合。和FBAR之間直接接觸相比，聲波去耦器在FBAR之間耦合了較少的聲能。圖6B中示出的實例中，聲波去耦器130包括聲波去耦材料的聲波去耦層。
所示實例中，F(xiàn)BAR疊層311懸置在襯底102中定義的腔104之上。腔104執(zhí)行將FBAR疊層311與襯底102聲隔離的功能。此外，聲波布拉格反射器190位于密封劑121和FBAR疊層311的頂面313之間以將該FBAR疊層與該密封劑聲隔離。上面參考圖4A和4B描述了聲波布拉格反射器190的結構。金屬布拉格層192和196的金屬與塑料布拉格層194和198的塑料材料之間的大的聲阻抗比使得聲波布拉格反射器190能夠向FBAR疊層311呈現(xiàn)極低的有效聲阻抗。聲波布拉格反射器190和FBAR疊層311之間的大的聲阻抗比使得聲波布拉格反射器190能夠提供FBAR疊層311和密封劑121之間足夠的聲隔離，以允許組成DSBAR 106的FBAR 110和120響應它們其中之一的電極之間施加的輸入電學信號而機械諧振。接收該輸入電學信號的FBAR中產(chǎn)生的聲能經(jīng)過聲波去耦器130傳輸?shù)搅硪籉BAR。接收該聲能的FBAR將部分聲能轉(zhuǎn)換成它的電極之間提供的電學輸出信號。接收該聲能的FBAR的電極之間的電學信號輸出具有帶通頻率響應特性，該響應特性基本沒有有害不真實的假象，所述不真實的假象源自于FBAR疊層311和密封劑121之間有害聲耦合。
所示的實例中，F(xiàn)BAR 110的電極112和114分別通過電跡線133和135分別電學連接到焊盤132和134。此外，F(xiàn)BAR 120的電極122和124分別通過電跡線137和139分別電連接到焊盤134和138。在輸入和輸出之間提供電學隔離的實施例中，電跡線137連接到另外的焊盤(未示出)而不是連接到焊盤134。焊盤132、134和138用于形成從FBAR器件300到外部電路(未示出)的電學連接。
所示實例中，聲波去耦層提供聲波去耦器130。該聲波去耦層也是塑料材料的四分之一波長層。在聲波去耦層和塑料布拉格層194和198中可以使用相同的塑料材料。聲波去耦層的塑料材料的聲阻抗決定了FBAR器件300的帶寬。提供特定帶寬的需求導致聲波去耦層包括不同于塑料布拉格層194和198的塑料材料。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明的密封的FBAR器件的第四實施例400的平面圖。FBAR器件400是薄膜聲波耦合變換器(FACT)，其中FBAR疊層包括4個FBAR，它們排列成兩個去耦疊層體聲波諧振器(DSBAR)。圖7B和7C是分別沿圖7A的7B-7B和7C-7C的剖面圖。圖7D是圖7A中示出的和下面描述的FACT 400的實例的電路的示意圖。圖7A和7B中示出的和下面描述的FBAR器件400的實例具有聲波布拉格反射器，它在結構上類似于上述參考圖4A和4B的位于FBAR疊層的頂面和密封劑之間的聲波布拉格反射器190，以將FBAR疊層與密封劑聲學隔離?；蛘?，該聲波布拉格反射器可以參考圖4C和4D如上所述構造。圖7A和7B中示出和下面描述的FBAR器件400的實例中，F(xiàn)BAR疊層懸置在襯底中定義的腔之上以將該FBAR疊層與襯底聲學隔離?；蛘?，F(xiàn)BAR器件400可以具有額外的聲波布拉格反射器，其類似于上述參考圖5的位于襯底和FBAR疊層之間的聲波布拉格反射器180的實施例的任何一個，以將FBAR疊層與襯底聲學隔離。
FACT 400具有襯底102、該襯底上的FBAR疊層411、將該FBAR疊層與該襯底聲學隔離的元件、覆蓋該FBAR疊層的密封劑121以及FBAR疊層的頂面413和密封劑之間的聲波布拉格反射器190。FBAR疊層411包括疊層體聲波諧振器(DSBAR)106和DSBAR 108。DSBAR106包括下FBAR 110、在下FBAR 110上堆疊的上FBAR 120以及FBAR之間的聲波去耦器130。DSBAR 108包括下FBAR 150、堆疊在下FBAR 150之上的上FBAR 160以及FBAR之間的聲波去耦器170。FACT 400還包括分別互連DSBAR 106和DSBAR 108的下FBAR 110和150的電路，以及分別互連DSBAR 106和DSBAR 108的上FBAR 120和160的電路。圖7D示出了一個實例，其中電路141反并聯(lián)連接DSBAR106的下FBAR 110和DSBAR 108的下FBAR 150，電路142串聯(lián)連接DSBAR 106的上FBAR 120和DSBAR 108的上FABR 160。
在DSBAR 106中，下FBAR 110包括相對的平面電極112和114以及電極之間的壓電元件116，且上FBAR 120包括相對的平面電極122和124以及電極之間的壓電元件126。在DSBAR 108中，下FBAR 150包括相對的平面電極152和154以及電極之間的壓電元件156，且上FBAR 160包括相對的平面電極162和164以及電極之間的壓電元件166。
在FACT 400中，DSBAR 106的聲波去耦器130位于下FBAR 110和上FBAR 120之間；具體而言，位于下FBAR 110的電極114和上FBAR 120的電極122之間。聲波去耦器130控制FBAR110和120之間的聲能耦合。和常規(guī)疊層體聲波諧振器(SBAR)中FBAR直接彼此接觸相比，聲波去耦器130在FBAR 110和120之間耦合的聲能較少。此外，DSBAR 108的聲波去耦器170位于FBAR 150和160之間；更具體而言，位于下FBAR 150的電極154和上FBAR 160的電極162之間。聲波去耦器170控制FBAR150和160之間的聲能耦合。和FBAR彼此直接接觸相比，聲波去耦器170在FBAR 150和160之間耦合的聲能較少。由聲波去耦器130和170限定的聲能耦合決定了FACT 400的通帶寬度。
圖7A-7C所示的實例中，聲波去耦器130和170是聲波去耦層131的相應部分。另一些實施例中，聲波去耦器130和170均包括由具有不同聲阻抗的聲波去耦材料制成的聲波去耦層，如序列號為no.xx/xxx,xxx，由John D.Larson等的名為Pass Bandwidth Controlled inDecoupled Stacked Bulk Acoustic Resonator Devices(Agilent Docketno.10040955-1)美國專利申請中所描述的。另一些實施例中，聲波去耦器130和170在結構上是獨立的。
位于FBAR疊層411的頂面413和密封劑121之間的聲波布拉格反射器190提供DSBAR 106和108和密封劑之間的聲隔離。上面參考圖4A和4B描述了聲波布拉格反射器190的結構。金屬布拉格層192和196的金屬和塑料布拉格層194和198的塑料材料之間的大的聲阻抗比使得聲波布拉格反射器190能夠向DSBAR 106和DSBAR 108呈現(xiàn)極高的有效聲阻抗。聲波布拉格反射器190與DSBAR 106和108之間的大的聲阻抗比使得聲波布拉格反射器190能夠提供DSBAR 106和108與密封劑121之間足夠的聲隔離，以允許FBAR 110和120響應于在它們其中之一的電極之間施加的輸入電學而機械諧振，并允許FBAR150和160響應于它們其中之一的電極之間施加的輸入電學信號而機械諧振。每個DSBAR中，在接收該輸入電學信號的FBAR中產(chǎn)生的聲能經(jīng)過相應的聲波去耦器130或170傳輸?shù)搅硪籉BAR。接收該聲能的FBAR將部分聲能轉(zhuǎn)換成其電極之間提供的電學輸出信號。接收該聲能的FBAR的電極之間的電學信號輸出的帶通頻率響應特性基本沒有有害不真實的假象。
圖7D示意性地示出了互連DSBAR 106和108以及將DSBAR 106和108連接到外部電路(未示出)的電路的實例。電路141反并聯(lián)地連接下FBAR 110和150到信號端子143和接地端子144。圖7A-7C中示出的實施例中，焊盤138提供信號端子143，且焊盤132和172提供接地端子144。該實施例中，電路141由下面部件提供從焊盤132延伸到FBAR 110的電極112的電跡線133、從FBAR 110的電極114延伸到與互連墊片176電接觸的互連焊盤136的電跡線137、從互連焊盤176延伸到信號焊盤138的電跡線139、從互連焊盤176延伸到FBAR150的電極152的電跡線177、從FBAR 150的電極154延伸到焊盤172的電跡線173以及互連焊盤132和172的電跡線167。
在圖7D所示的示例性電學示意圖中，電路142串聯(lián)連接上FBAR120和160到信號端子145和146以及到可選的中間抽頭端子147。圖7A-7C所示的實施例中，焊盤134和174提供信號焊盤145和146，且焊盤178提供中間抽頭端子147。該實施例中，電路142由下面的部件提供從焊盤134延伸到FBAR 120的電極124的電跡線135、從FBAR 120的電極122延伸到FBAR 160的電極162的電跡線171、從跡線171延伸到中間抽頭137的電跡線179、從FBAR 160的電極164延伸到焊盤174的電跡線175。還示出了通過電跡線169互連的焊盤163和168，其為焊盤134和174提供局部接地。所示實例中，電跡線169還延伸到焊盤178。另一些實例中，焊盤178是浮置的。
圖7D中例舉的電學連接提供了具有平衡初級和4∶1阻抗變換比的FACT或具有平衡次級和1∶4的阻抗變換比的FACT?；蛘?，下FBAR可以并聯(lián)、串聯(lián)和反串聯(lián)地互連，并且可選地，上FBAR可以以并聯(lián)、反并聯(lián)和反串聯(lián)的形式互連，以獲得下面表1所示的其它阻抗變換比。

表1表1中，行標題表示電路141的結構，列標題表示電路142的結構，B表示FACT是電學平衡的，U表示FACT是不平衡的，且X表示沒有起作用的FACT。示出的阻抗變換比是從行標題示出的電路141的結構到列標題示出的電路142的結構的阻抗變換。對于具有1∶1阻抗變換比的結構，LOW表示FACT具有低阻抗，等于兩個FBAR并聯(lián)的阻抗，HIGH表示FACT具有高阻抗，等于兩個FBART串聯(lián)的阻抗。
晶片規(guī)模制造用于同時制造成千上萬個類似于上述FABT器件100、200、300或400的FBAR器件。這種晶片規(guī)模制造能夠便宜地制造FBAT器件。下面將參考圖8A-8M的平面圖和圖8K-8Z的剖面圖描述用于制造上述參考圖6A和6B的FBAR器件300的實施例的制造方法的一個實例。采用不同的掩模，該工藝還可以用于制造FBAR器件100、200和400的實施例。將要描述其制造的FBAR 300的實施例的通帶具有大約1.9GHz的標稱中心頻率。工作在其它頻率的實施例在結構和制造上類似，但具有和下面舉例描述的不同的厚度和橫向尺寸。下面將要描述的FBAR 300的實例具有聲波布拉格反射器，其在結構上類似于參考圖4A和4B描述的聲波布拉格反射器190。所述工藝可以調(diào)整，從而淀積較少的布拉格層以制造如上參考圖4C和4D所示構造的聲波布拉格反射器。
提供單晶硅晶片。對于每個被制造的FBAR器件，晶片的一部分組成了對應于FBAR器件300的襯底102的襯底。圖8A-8M和圖8N-8Z示出且下面的描述闡述了在構成襯底102的晶片部分之中和之上的FBAR器件300的制造。當制造FBAR器件300時，類似地制造晶片上的剩余FBAR器件。
如圖8A和8N所示，晶片被選擇性地濕法腐蝕以形成位于每個FBAR器件的位置中的腔104。在晶片表面沉積填充材料層(未示出)，其厚度足夠填充每個腔。然后平面化該晶片的表面，使每個腔充滿填充材料。圖8A和8N還示出了襯底102中填充有填充材料105的腔104。
一個實施例中，填充材料是磷硅酸鹽玻璃(PSG)，并使用常規(guī)低壓化學氣相淀積工藝(LPCVD)淀積?？蛇x地，填充材料可以通過濺射或通過旋涂淀積。
作為形成和用填充材料105填充腔104的備選方案，金屬和塑料交替的布拉格層淀積在晶片102的表面并被圖形化以定義類似于圖5中示出的聲波布拉格反射器180的聲波布拉格反射器。如上所述，聲波布拉格反射器180或腔104執(zhí)行聲學隔離襯底102和FBAR疊層311(圖6B)的功能。
在襯底102的主表面和填充材料105上淀積第一金屬層。第一金屬層如圖8A和8N所示被圖形化以定義電極112、焊盤132以及在電極112和焊盤132之間延伸的電跡線133。
電極112在平行于晶片主表面的平面一般具有不對稱形狀。不對稱形狀使FBAR 110(圖6B)的橫向模式最小化，其中電極112形成FBAR 110的一部分。這在Larson lIl等的美國專利no.6,215,375中有所描述。電極112使填充材料105的部分表面暴露，從而以后可以通過蝕刻去除填充材料，如下所述。
此外參考圖6B，在第二金屬層中定義電極114，在第三金屬層中定義電極122以及在第四金屬層中定義電極124，如下詳述。其中定義了電極的金屬層被圖形化，使得在平行于晶片主平面的相應平面內(nèi)，F(xiàn)BAR 110的電極112和114具有相同的形狀、大小、取向和位置，F(xiàn)BAR120的電極122和124具有相同的形狀、大小、取向和位置。一般地，電極114和122還具有相同的形狀、大小、取向和位置。
一個實施例中，每個金屬層的材料是通過濺射淀積的厚度約為300nm的鉬。通過干法蝕刻圖形化每個金屬層。每個金屬層中定義的電極是每個都具有約12000平方微米(μm)面積的五邊形。其它電極面積給出其它特征阻抗。可選地，其它難熔金屬，例如鎢、鈮和鈦，可以用作金屬層的材料。可選地，金屬層可以每個都包括多于一種材料層。
在選擇FBAR器件300的電極材料時考慮的一個因素是電極材料的聲學特性FBAR器件剩余金屬部分的(多種)材料的聲學特性和其它特性(例如電導率)相比較不重要。這樣，F(xiàn)BAR器件300的剩余金屬部分的(多種)材料可以不同于電極的材料。
如圖8B和8O所示，淀積壓電材料層并將其圖形化以定義壓電元件116。圖形化該壓電層以覆蓋電極112，但暴露焊盤132和填充材料105的部分表面。壓電元件116的其它部分在腔104外的襯底102上延伸。
一個實施例中，形成壓電元件116和下述壓電元件126而淀積的壓電材料是氮化鋁，并通過濺射淀積約1.4μm的厚度。壓電材料通過在氫氧化鉀中的濕法腐蝕或氯基干法蝕刻圖形化。壓電元件116和126的備選材料包括氧化鋅、硫化鎘和極化鐵電材料，例如鈣鈦礦鐵電材料，包括鈦鋯酸鉛(lead zirconium titanate)、偏鈮酸鉛(lead metaniobate)和鈦酸鋇。
淀積并圖形化第二金屬層以定義電極114、焊盤134和在電極114和焊盤134之間延伸的電跡線135，如圖8C和8P所示。這完成了FBAR110的制造。
然后淀積并圖形化聲波去耦材料層以定義聲波去耦器130，如圖8D和8Q所示。聲波去耦器130被圖形化以至少覆蓋電極114，并且另外被圖形化以暴露焊盤132和134和部分填充材料105。聲波去耦器一般是塑料材料的第三布拉格層。
一個實施例中，聲波去耦器130的聲波去耦材料是聚酰亞胺，厚度約為200nm，即，聚酰亞胺中的中心頻率波長的四分之一。聚酰亞胺通過旋涂淀積，并通過光刻圖形化。聚酰亞胺是光敏的所以不需要光致抗蝕劑。如上所述，其它塑料材料可以用作聲波去耦材料。聲波去耦材料可以通過不同于旋涂的方法淀積。
在聲波去耦材料是聚酰亞胺的實施例中，在淀積和圖形化聚酰亞胺之后，在執(zhí)行進一步處理之前，晶片最初在空氣中在約250℃的溫度下烘烤，最后在諸如氮氣氛圍的惰性氣體中在約415℃的溫度下烘烤。
如圖8E和8R所示，淀積并圖形化第三金屬層以定義電極122和從電極122到焊盤134的電跡線137。焊盤134還通過跡線135電學連接到電極114。
如圖8F和8S所示，淀積并圖形化第二壓電材料層以定義壓電元件126。圖形化第二壓電層以暴露焊盤132和134以及部分填充材料105。
淀積并圖形化第四金屬層以定義電極124、焊盤138和從電極124延伸到焊盤138的電跡線139，如圖8G和8T所示。這完成了FBAR 120和FBAR疊層311的制造。
在焊盤132、134和138的暴露表面上淀積金保護層(未示出)。此外，在如下所述的密封劑被金屬化的實施例中，在電跡線133、137和139中每一個上淀積絕緣層(未示出)。
如圖8H和8U所示，在FBAR疊層311的頂面313上淀積并圖形化塑料材料層以成第二塑料布拉格層198。
一個實施例中，為形成第二塑料布拉格層198和第一塑料布拉格層194(其淀積下面描述)而淀積的塑料材料是聚酰亞胺。旋涂、固化和圖形化聚酰亞胺以定義第二塑料布拉格層198和第一塑料布拉格層194，它們每個的厚度都約為200nm，即聚酰亞胺中的中心頻率波長的四分之一。上面描述了圖形化聚酰亞胺。在淀積每層聚酰亞胺之后，在執(zhí)行進一步處理之前，晶片最初在空氣中在約250℃的溫度下烘烤，最后在例如氮氣氛圍的惰性氣體中在約415℃的溫度下烘烤。烘烤蒸發(fā)了聚酰亞胺的揮發(fā)成分，防止了這種揮發(fā)成分在后續(xù)工藝中的蒸發(fā)導致后續(xù)淀積層的分離。
另一個實施例中，為形成第二塑料布拉格層198和第一塑料布拉格層194淀積的塑料材料是聚對苯二甲撐，它由二聚物前體對二甲苯的二聚物通過真空淀積方法淀積。
另一個實施例中，為形成第二塑料布拉格層198和第一塑料布拉格層194淀積的塑料材料是交聯(lián)聚苯撐聚合物的前體溶液。該前體溶液被旋涂、固化和圖形化以定義第二布拉格層198和第一布拉格層194，它們每個的厚度都是約187nm，即，交聯(lián)聚苯撐聚合物中的中心頻率波長的四分之一。圖形化交聯(lián)聚苯撐聚合物將在下面描述。一個實例中，交聯(lián)聚苯撐聚合物的前體溶液是The Dow Chemical Company銷售的指定為為SiLKTMJ的一種溶液?？蛇x地，前體溶液可以是任意一種合適的The Dow Chemical Company現(xiàn)在和未來出售的商標為SiLK的前體溶液。某些實施例中，在旋涂前體溶液之前淀積一層助粘劑?，F(xiàn)在或未來可以從其它的供應商獲得和使用包含低聚物的前體溶液，該低聚物在固化時形成聲阻抗大約為2Mrayl的交聯(lián)聚苯撐聚合物。在淀積每層前體溶液之后，在執(zhí)行進一步處理之前，晶片在惰性環(huán)境中在約385℃～約450℃的溫度范圍烘烤，例如在真空或氮氣氛圍中烘烤。烘烤首先從前體溶液中餾出了有機溶劑，然后導致低聚物如上所述的交聯(lián)以形成交聯(lián)聚苯撐聚合物。
在第二塑料布拉格層184的表面上淀積和圖形化第五金屬層以定義第二金屬布拉格層196，如圖8I和8V所示。
在一個實施例中，第五金屬層和第六金屬層(其淀積將在下面描述)是相應的鉬層，都通過濺射淀積，厚度為約800nm。另一個具有三個或更多布拉格層的實施例中，如上所述，第五金屬層和第六金屬層的厚度是300nm。通過干法蝕刻圖形化這些金屬層?？蛇x地，其它難熔金屬，例如鎢、鈮和鈦，可以用作第五和第六金屬層的材料。
如上所述在第二金屬布拉格層196上淀積并圖形化塑料材料層以定義第一塑料布拉格層194，如圖8J和8W所示。
在第一塑料布拉格層194的表面上淀積并圖形化第六金屬層以定義第一金屬布拉格層192，如圖8K和8X所示。為形成第一布拉格層192的第六金屬層的淀積完成了聲波布拉格反射器190的制造。
然后FBAR疊層311和聲波布拉格反射器190被密封劑121覆蓋，如圖8M和8Z所示。
一個實施例中，密封材料的滴涂敷到聲波布拉格反射器190的暴露表面。密封材料從聲波布拉格反射器流掉以覆蓋聲波布拉格反射器190和FBAR疊層311的頂面和側(cè)面。該密封材料被固化以形成密封劑121。一個實施例中，密封材料是聚酰亞胺。聚酰亞胺密封材料被如上所述固化以形成密封劑121。
另一些實施例中，密封材料通過噴射模塑法涂敷。可選的密封材料是室溫硬化橡膠(RTV)、載玻環(huán)氧物或其它合適的密封材料。可以采用其它涂敷技術。
在需要氣密性封裝的實施例中，執(zhí)行額外的工藝，其中，固化的密封材料被金屬密封層(未示出)覆蓋以形成密封劑121。金屬密封層的合適的材料包括鋁和金。金屬密封層大大減少了密封劑的孔隙率。金屬密封層被圖形化以暴露焊盤132、134和138。上述先于密封劑涂敷到電跡線133、137和139的絕緣層防止了金屬密封層與電跡線電學互連?；蛘?，密封劑121可以覆蓋焊盤。這種實施例中，通孔延伸穿過襯底102，以將焊盤132、134和138連接到與位于襯底102表面103上的焊盤132、134和138相對的焊盤。
然后晶片被分割成獨立的FBAR器件，包括FBAR器件300。
FBAR器件300安裝在主機電氣裝置(例如無線電話)中，在FBAR器件的焊盤132、134和138與作為主機裝置的一部分的焊盤之間形成電學連接。
如上所述，聲波去耦器130的備選聲波去耦材料是交聯(lián)聚苯撐聚合物。如上參考圖8C和8P所述，在第三金屬層已經(jīng)被圖形化以定義電極114之后，交聯(lián)聚苯撐聚合物的前體溶液以類似于參考圖8D和8O所述的方式旋涂，但不被圖形化。選擇前體溶液的劑型(formulation)和旋涂速度，使得交聯(lián)聚苯撐聚合物形成厚度約為187nm的層。這對應于頻率等于FBAR器件300的通帶中心頻率的聲學信號在交聯(lián)聚苯撐聚合物中的波長的四分之一。然后如上所述，晶片被烘烤以使形成前體溶液一部分的低聚物交聯(lián)以形成交聯(lián)聚苯撐聚合物。
然后在交聯(lián)聚苯撐聚合物層上以類似于上述參考圖8E和8R的方式淀積第三金屬層，但是開始以類似于圖8D所示的圖形化聲波去耦器130的方式圖形化，以定義后來將用于圖形化交聯(lián)聚苯撐聚合物層的硬膜，從而定義聲波去耦器130。初始圖形化的第三金屬層具有和聲波去耦器130相同的范圍，并暴露焊盤132、134和部分填充材料105。
然后如圖8D所示，使用初始圖形化的第三金屬層作為硬蝕刻掩模，圖形化交聯(lián)聚苯撐聚合物層。圖形化交聯(lián)聚苯撐聚合物層定義了聲波去耦器130的范圍，該去耦器130暴露了焊盤132和134以及部分填充材料105。采用氧等離子體蝕刻執(zhí)行所述圖形化。
然后如圖8E和8R所示，第三金屬層被再次圖形化以定義電極122和在電極122和焊盤134之間延伸的電跡線137。
通過執(zhí)行上述參考圖8F-8M以及8S-8M的處理完成了采用交聯(lián)聚苯撐聚合物層作為其聲波去耦器的FABR器件300的實施例的制造。
類似地，在第二塑料布拉格層198是一層交聯(lián)聚苯撐聚合物層的實施例中，為形成第二塑料布拉格層198淀積交聯(lián)聚苯撐聚合物層，并淀積第五金屬層。然后初始圖形化第五金屬層以定義第二塑料布拉格層198，使用初始圖形化的第五金屬層作為硬蝕刻掩模，圖形化該交聯(lián)聚苯撐聚合物層，然后再次圖形化第五金屬層以定義第二金屬布拉格層196。在第二塑料布拉格層和第二金屬布拉格層具有相同范圍的實施例中，例如圖8H和8I中示出的實施例，第五金屬層的初始圖形化定義了第二金屬布拉格層196，省略了第五金屬層的上述再次圖形化?？梢允褂妙愃频募夹g來定義聚對苯二甲撐層中的第二塑料布拉格層198。
類似地，在第一塑料布拉格層194是交聯(lián)聚苯撐聚合物層的實施例中，為形成第一塑料布拉格層194淀積交聯(lián)聚苯撐聚合物層，并淀積第六金屬層。然后初始圖形化第六金屬層以定義第一塑料布拉格層194，使用初始圖形化的第六金屬層作為硬蝕刻掩模，圖形化該交聯(lián)聚苯撐聚合物層，然后再次圖形化第六金屬層以定義第一金屬布拉格層192。在第一塑料布拉格層和第一金屬布拉格層具有相同范圍的實施例中，例如圖8J和8K中示出的實施例，第六金屬層的初始圖形化定義了第一金屬布拉格層192，省略了上述第六金屬層的再次圖形化?？梢允褂妙愃频募夹g來定義聚對苯二甲撐層中的第一塑料布拉格層196。
本公開說明使用示例性實施例詳細描述了本發(fā)明。然而，由所附權利要求限定的本發(fā)明不限于所述特定實施例。
權利要求
1.一種密封的薄膜體聲波諧振器(FBAR)器件，包括襯底；該襯底上的FBAR疊層，該FBAR疊層包括FBAR并具有遠離該襯底的頂面，該FBAR包括相對的平面電極和電極之間的壓電元件；將該FBAR疊層與該襯底聲學隔離的裝置；覆蓋該FBAR疊層的密封劑；以及位于該FBAR疊層的頂面和密封劑之間的聲波布拉格反射器，該聲波布拉格反射器包括金屬布拉格層和與該金屬布拉格層并置的塑料布拉格層。
2.權利要求1的密封的FBAR器件，其中該FBAR是下FBAR；且該FBAR器件還包括在該下FBAR上堆疊的上FBAR，該上FBAR包括相對的平面電極和電極之間的壓電元件，以及所述FBAR之間的聲波去耦器。
3.權利要求2的密封的FBAR器件，其中下FBAR、上FBAR和聲波去耦器組成了第一去耦疊層體聲波諧振器(DSBAR)；該FBAR疊層還包括第二DSBAR，該第二DSBAR包括下FBAR、上FBAR和FBAR之間的聲波去耦器；且該FBAR器件還包括互連下FBAR的第一電路，以及互連上FBAR的第二電路。
4.權利要求1的密封的FBAR器件，其中該FBAR是第一FBAR；該FBAR疊層還包括一個或多個另外的FBAR；且這些FBAR互連成梯形濾波器。
5.權利要求1-4中任意一個的密封的FBAR器件，其中該FBAR器件具有帶通特性，該帶通特性具有中心頻率；且所述布拉格層中至少一個的標稱厚度等于頻率等于該中心頻率的聲學信號在相應布拉格層的材料中的波長的四分之一。
6.權利要求5的密封的FBAR器件，其中金屬布拉格層比所述標稱厚度薄。
7.權利要求1-6中任意一個的密封的FBAR器件，其中塑料布拉格層包括聚酰亞胺。
8.權利要求1-6中任意一個的密封的FBAR器件，其中塑料布拉格層包括聚對苯二甲撐。
9.權利要求1-6中任意一個的密封的FBAR器件，其中塑料布拉格層包括交聯(lián)聚苯撐聚合物。
10.權利要求9的密封的FBAR器件，其中交聯(lián)聚苯撐聚合物由TheDow Chemical Company出售的商標為SiLK的前體溶液形成。
11.權利要求1-10中任意一個的密封的FBAR器件，其中金屬布拉格層包括難熔金屬。
12.權利要求1-11中任意一個的密封的FBAR器件，其中金屬布拉格層與密封劑并置。
13.權利要求12的密封的FBAR器件，其中該金屬布拉格層是第一金屬布拉格層；聲波布拉格反射器還包括與第一金屬布拉格層相對地與塑料布拉格層并置的第二金屬布拉格層。
14.權利要求13的密封的FBAR器件，其中該塑料布拉格層是第一塑料布拉格層；聲波布拉格反射器還包括與第一塑料布拉格層相對地與第二金屬布拉格層并置的第二塑料布拉格層。
15.權利要求1-14中任意一個的密封的FBAR器件，其中將FBAR疊層與襯底聲學隔離的裝置包括FABR疊層懸置在其上的襯底中定義的腔。
16.權利要求1-14中任意一個的密封的FBAR器件，其中聲波布拉格反射器是第一聲波布拉格反射器；且將FBAR疊層與襯底聲學隔離的裝置包括第二聲波布拉格反射器，該第二聲波布拉格反射器包括與塑料布拉格層并置的金屬布拉格層。
17.權利要求1-16中任意一個的密封的FBAR器件，其中塑料布拉格層包括具有小于5Mrayl的聲阻抗的塑料材料；且金屬布拉格層包括具有大于50Mrayl的聲阻抗的金屬。
18.權利要求1-16中任意一個的密封的FBAR器件，其中塑料布拉格層包括具有第一聲阻抗的塑料材料；且金屬布拉格層包括具有第二聲阻抗的金屬；第二聲阻抗和第一聲阻抗的比大于10。
全文摘要
密封的薄膜體聲波諧振器(FBAR)器件(100)包括襯底(102)、該襯底上的FBAR疊層(111)、將該FBAR疊層與襯底聲學隔離的元件(104)、覆蓋該FBAR疊層的密封劑(121)以及該FBAR疊層的頂面(113)和密封劑之間的聲波布拉格反射器(190)。該FBAR疊層包括FBAR(110)并具有遠離襯底的頂面(113)。該FBAR包括相對的平面電極(112，114)以及電極之間的壓電元件(116)。該聲波布拉格反射器包括金屬布拉格層(192)和與該金屬布拉格層并置的塑料布拉格層(194)。該金屬布拉格層和塑料布拉格層之間的聲阻抗的大比率使得，該聲波布拉格反射器能夠為FBAR器件的頻率響應提供FBAR和密封劑之間的足夠的聲隔離，從而呈現(xiàn)微小的不真實的假象(如存在)，該不真實的假象源自于該FBAR和密封劑之間的有害聲耦合。
文檔編號H03H9/58GK1883115SQ200480032450
公開日2006年12月20日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權日2003年10月30日
發(fā)明者J·D·拉森三世, S·L·艾利斯, Y·奧什麥恩斯基 申請人:阿瓦戈科技無線Ip(新加坡)股份有限公司