一种射频器件、电子设备及其制备方法

技术领域

本公开涉及电子领域，具体而言，涉及一种射频器件、电子设备及其制备方法。

背景技术

随着第四代移动通信技术(4G)的普及和第五代移动通信技术(5G)操作的普及，对射频滤波器的性能要求变得更加严格。FBAR滤波器由于具有尺寸小、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，使其在射频前端领域，尤其是在射频滤波器市场占据的份额越来越大。现有技术中薄膜体声波谐振器是构成FBAR滤波器的基础组件。

请参考图1，图1为现有具有空腔的薄膜体声波谐振器的结构示意图。如图1中所示，薄膜体声波谐振器包括载体100、形成在载体100中的空腔101，空腔101构成薄膜体声波谐振器的声反射区域。

薄膜体声波谐振器还具有覆盖在载体100上表面的功能结构层，功能结构层包括下电极103、上电极105、质量负载层106以及夹在上下电极(即下电极与上电极)之间的压电层104等结构层。制作过程中，空腔101的形成通常是通过在载体100上形成凹槽，在凹槽中填充牺牲层，然后在功能结构层的表面形成释放孔，以及释放孔至牺牲层表面上形成释放通道，通过所述释放通道实现牺牲层的去除，形成空腔101。

进一步的，请参考图2，图2为现有滤波器的电路示意图。如图2所示，将薄膜体声波谐振器在输入输出端口(A、B)之间按照一定拓扑结构连接就可以构成频率滤波器件，最常见的一种薄膜体声波谐振器的拓扑结构为梯形拓扑结构。在图2所示的梯形拓扑结构中，梯形滤波器的每一级可由一串联谐振器(s1、s2、s3、s4)和一并联谐振器(p1、p2、p3)构成，并联谐振器与串联谐振器的谐振频率不同，一般并联谐振器(p1、p2、p3)的谐振频率会小于串联谐振器(s1、s2、s3、s4)的谐振频率。实际加工的任意一个串联谐振器与任意一个并联谐振器之间的谐振频率的差过大或者过小，将导致滤波器的带宽或者通带特性无法达到要求。

基于谐振频率不同的技术问题，现有技术中经常是通过在薄膜体声波谐振器的上电极上设置质量负载层以及调整质量负载层的厚度来调整谐振频率。然而由于工艺原因质量负载层的厚度的不均匀性，会导致最终产品的带宽一致性较差，从而影响产品良率，质量负载层厚度不均匀性越大，产品带宽的一致性越差。为提高质量负载层的均匀性，牺牲层释放后对质量负载层进行修调是有必要的，然而基于释放孔的存在，光刻过程中的光刻胶、显影液、去边剂、去离子水等都有可能从释放孔进到空腔里，且很难再清理干净，从而无法进行光刻工艺，进而无法对质量负载层进行修调，以及无法解决滤波器产品带宽一致性较差的技术问题，且可能最终导致产品失效。

因此提供一种滤波器结构及其制作方法以解决上述技术问题，进而提高滤波器产品带宽的一致性是业界期望的。

发明内容

本公开针对技术问题，设计出一种滤波器结构及其制造方法，其能有效提高滤波器带宽的一致性，提升产品良率。

在下文中将给出关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图确定本公开的关键或重要部分，也不是意图限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本公开的一方面提供一种谐振器的制备方法,包括：提供一衬底，衬底上包括第一区域和第二区域；在第一区域形成包括器件模块质量负载层和第一空腔的器件模块裸片，第一空腔中填充有第一牺牲层；在第二区域形成包括第二空腔的测试模块裸片，第二空腔中填充有第二牺牲层；去除第二牺牲层，释放第二空腔后，根据测试模块裸片的测试结果修调器件模块裸片中的器件模块质量负载层；器件模块裸片中的器件模块质量负载层修调完成后，去除第一牺牲层，释放第一空腔。

进一步地，测试模块的数量根据视频器件的带宽精度、器件模块裸片的面积和成品率确定。

进一步地，测试模块裸片均匀分布在器件模块裸片之间的第二区域上。

进一步地，第二区域包括衬底上的切割线区域。

进一步地，当衬底上共有N个测试模块裸片时，分步测试的次数根据需求设定为M次，其中N和M均为自然数且

进一步地，分步测试时，各次在衬底上挑选的

进一步地，在第一区域还包括在第一空腔上方形成的包括器件模块下电极、器件模块压电层、器件模块上电极与器件模块质量负载层的结构层，其中器件模块上电极与器件模块质量负载层一体形成或分立形成；在第二区域还包括在第一空腔上方形成的包括测试模块下电极、测试模块压电层、测试模块上电极和测试模块质量负载层的结构层，其中测试模块上电极与测试模块质量负载层一体形成或分立形成。

进一步地，第一空腔上方的结构层和第二空腔上方的结构层采用同一工艺同时形成。

进一步地，测试模块裸片上还包括测试模块上电极的引出部，测试模块上电极的引出部与测试模块上电极一体成型。

进一步地，器件模块裸片上还包括器件模块上电极的引出部、器件模块下电极的引出部，器件模块下电极、器件模块上电极的引出部和器件模块下电极的引出部的上平面齐平。

进一步地，器件模块裸片上进一步包括器件模块上电极的连接部和器件模块下电极的连接部，其中器件模块上电极的引出部通过器件模块上电极的连接部与器件模块上电极连接，器件模块下电极的连接部与器件模块下电极连接。

进一步地，在第一区域形成的器件模块裸片为体声波谐振器，器件模块下电极、器件模块压电层和器件模块上电极依次堆叠设置。根据本公开的另一方面提供一种射频器件，其根据上述制备方法制备。

根据本公开的又一方面提供一种电子设备，包括前述中的射频器件。

本公开的方案至少能有助于实现如下效果之一：能有效提高滤波器带宽的一致性，方便制作，提升产品良率。

附图说明

参照附图下面说明本公开的具体内容，这将有助于更加容易地理解本公开的以上和其他目的、特点和优点。附图只是为了示出本公开的原理。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。

图1示出现有具有空腔的薄膜体声波谐振器的结构示意图；

图2示出现有滤波器的电路示意图；

图3-图12示出本公开实施方式中提供的具有空腔的射频器件的制备方法。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开的示例性公开内容进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实现本公开的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实现本公开的过程中可以做出很多特定于本公开的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着本公开的不同而有所改变。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的结构特征，而省略了与本公开关系不大的其他细节。

应理解的是，本公开并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。本文中，在可行的情况下，不同实施方案之间的特征可替换或借用、以及在一个实施方案中可省略一个或多个特征。应理解的是，本公开的制造步骤在实施例中为示例性的，其顺序步骤可调。

请参考图3-图12，图3-图12示出本公开实施方式中提供的具有空腔的射频器件的制备方法，其中相同的附图标记表示相同的部件。下面以滤波器为例进行具体说明，但应当指出的是，本公开的内容同样适用于以具有空腔的薄膜体声波谐振器为基础元件构成的双工器、多工器等。

如图3-图12所示，本公开实施方式中提供的具有空腔的射频器件包括一衬底1000，衬底1000包括第一区域A和第二区域B，衬底1000的第一区域A用于形成器件模块裸片(die)，衬底1000的第二区域B用于形成测试模块裸片。示例性的，器件模块裸片可以是薄膜体声波滤波器，器件模块裸片中包括由第一空腔1100构成的第一声波反射区域、器件模块下电极2100、器件模块压电层3100、器件模块上电极4100以及器件模块质量负载层，其中器件模块下电极2100、器件模块压电层3100、器件模块上电极4100构成器件模块裸片的结构层。测试模块裸片包括由第二空腔1200构成的第二声波反射区域、测试模块下电极2200、测试模块压电层3200、测试模块上电极4200以及测试模块质量负载层，其中测试模块下电极2200、测试模块压电层3200、测试模块上电极4200构成测试模块裸片的结构层。

具体的，衬底1000可以是例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、玻璃、蓝宝石、氧化铝

如图3所示，在衬底1000上涂布光刻胶，曝光、刻蚀所述衬底1000，在衬底1000的第一区域A形成有第一空腔1100，在第二区域B中形成有第二空腔1200。第一空腔1100和第二空腔1200可以通过刻蚀形成。

如图4所示，在形成第一空腔1100和第二空腔1200的衬底1000上共形沉积一牺牲材料层。牺牲材料层可选自磷硅玻璃、二氧化硅、非晶硅等能兼容后续薄膜的沉积温度，不污染工艺系统，有良好刻蚀选择性和化学抛光性的薄膜材料即可。然后通过CMP等平坦化工艺去除空腔外的牺牲材料层，使得第一空腔1100中形成有第一牺牲层1110和第二空腔1200中形成有第二牺牲层1210。第一空腔1100和第二空腔1200在所述衬底1000上表面上的投影形状可以是不规则图形、或者三角形、矩形、五边形、六边形、八边形等规则多边形。优选第一空腔1100和第二空腔1200的结构参数一致。

如图5所示，在形成了第一牺牲层1110和第二牺牲层1210的衬底1000上表面沉积形成下电极材料层，下电极材料层可由一种或多种导电材料形成，例如与包括钨(W)、钼(Mo)、铱(Ir)、铝(Al)，铂(Pt)、钌(Ru)、铌(Nb)或铪(Hf)等半导体工艺兼容的各种金属。应当理解的是，下电极材料层不限于如前所述的电极材料，具有高声阻抗和高声速的电极材料即可。

然后涂布光刻胶，曝光、刻蚀所述下电极材料层，在衬底1000的第一区域A形成器件模块下电极2100、器件模块下电极的引出部2110和器件模块上电极的引出部4110。同时在衬底1000的第二区域B形成测试模块下电极2200和测试模块下电极的引出部2210。

器件模块下电极2100覆盖填充了第一牺牲层1110的第一空腔1100，测试模块下电极2200覆盖填充了第二牺牲层1210覆盖第二空腔1200。器件模块下电极2100和测试模块下电极2200的形状在所述衬底1000上表面上的投影形状可以是不规则图形、或者三角形、矩形、五边形、六边形、八边形等规则多边形。器件模块下电极2100和测试模块下电极2200的形状优选为相同的形状。

器件模块下电极的引出部2110用于传输电信号。例如器件模块下电极的引出部2110可用于与其他器件模块的下电极或上电极进行电性连接。测试模块下电极的引出部2210可用于后续的探针测试。器件模块下电极2100与器件模块下电极的引出部2110一体连接，二者的上表面齐平。测试模块下电极2200与测试模块下电极2200的引出部一体连接，二者的上表面齐平。此处提及的器件模块下电极2100的上表面齐平与器件模块下电极的引出部2110的上表面齐平，以及测试模块下电极2200的上表面与测试模块下电极2200的引出部的上表面齐平不意味着二者的上表面为绝对意义上的齐平，应当理解的是，其具体指代的是在测量仪器的误差允许范围内的齐平。

然后，如图6所示，沉积压电材料层，压电材料层可以由例如氮化铝(AlN)、掺杂氮化铝或锆酸钛酸盐(PZT)等与半导体工艺兼容的压电材料形成。压电材料层覆盖在衬底1000的第一区域A和第二区域B上。

在压电材料层上沉积上电极材料层，上电极材料层可由一种或多种导电材料形成，例如与包括钨(W)、钼(Mo)、铱(Ir)、铝(Al)，铂(Pt)、钌(Ru)、铌(Nb)或铪(Hf)等半导体工艺兼容的各种金属。应当理解的是，上电极材料层可以与下电极材料层的材料相同或者不相同。

上电极材料层在第一区域A可以用于一体形成后续的器件模块上电极4100、器件模块的质量负载层(图中未示出)，上电极材料层在第二区域B可以用于一体形成测试模块上电极4200、测试模块的质量负载层(图中未示出)。可以理解的是，也可以进一步在上电极材料层上形成分立的质量负载材料层，从而上电极材料层在第一区域A用于形成器件模块上电极4100，上电极材料层在第二区域B用于形成测试模块上电极4200。而质量负载材料层在第一区域A用于形成器件模块质量负载层，质量负载材料层在第二区域B用于形成测试模块质量负载层。

下面以上电极材料层可用于同时一体形成质量负载层和上电极层为例进行具体说明。如图7所示，对上电极材料层进行图案化，在衬底1000的第二区域B的测试模块裸片上形成包括测试模块质量负载层的测试模块上电极4200和测试模块上电极的引出部4210。包括测试模块质量负载层的测试模块上电极4200与测试模块上电极的引出部4210一体成型。此处提及的一体成型意味着由相同材料在同一光刻工艺步骤中形成。

然后对第二区域B的压电材料层进行图案化以在第二区域B形成测试模块压电层3200，该图案化包括如图8所示在第二区域B中未被测试模块上电极4200覆盖且未覆盖测试模块下电极2200的压电材料层中同时形成与牺牲层表面接触的第二释放通道R2，可以理解的是，仅在需要释放的测试模块压电层中刻蚀出释放孔，其他不需要释放的测试模块压电层中无需形成刻蚀释放孔。

经由第二释放通道R2向填充了第二牺牲层1210的第二空腔1200区域引入腐蚀液。该腐蚀液相对于牺牲层和衬底1000材料具有高蚀刻选择比，从而可如图9所示以将第二区域B中第二空腔1200内的第二牺牲层1210去除，释放第二空腔1200。

然后利用探针对第二区域B上的测试模块裸片进行测试，从而得到滤波器带宽的测试信息，根据测试信息通过光刻工艺将特定的的器件模块暴露出来，利用修调工艺(trim)对器件模块的质量负载材料进行修调，进而对带宽进行修正。

进一步地，对质量负载层的修调，本公开中可以根据滤波器设计的带宽精度需求、器件模块裸片的成品率要求、器件模块在芯片上的面积大小，设计测试模块裸片在芯片上的数量及其在芯片上的布局位置。示例性的，例如芯片上每150-300个器件模块裸片可以设置一个测试模块裸片。以及将确定好数量的测试模块裸片均匀分布在第一区域A的器件模块裸片之间的第二区域B上。由于器件模块裸片和测试模块裸片的大小一样，因此第二区域B可以包括衬底上的切割线区域，从而可以避免测试模块裸片在芯片衬底上的总面积影响成品率。

更进一步地，修调带宽可以通过分步测试模块裸片的方式进行。示例性的，假设芯片衬底上共有N个的测试裸片，分步测试的次数可根据需求设定为M次，其中N和M均为自然数且

各次测试时挑选的测试模块裸片组合的分布均匀性在芯片衬底上相当，避免选取同一位置的多个测试模块裸片。应当理解的是，此处的相当不意味着各次测试模块裸片组合在芯片衬底上分布的均匀性完全相同，而应当理解为尽可能相当。通过分步测试的方式可以提高对器件模块裸片的质量负载层的修调精度，进而提高带宽修正的精度。应当理解的是，分布测试的次数可根据测试结构进行动态设置，也即当进行一次测试且修调后，若修调结果不满足要求，可再次进行测试修调。

对器件模块裸片的质量负载层的修调完成后，如图10所示，图案化上电极材料层以在第一区域A形成包含修调后的质量负载层的器件模块上电极4100。

然后对第一区域A的压电材料层进行图案化以在第一区域A形成器件模块压电层3100，该图案化包括在第一区域A中未被器件模块上电极4100覆盖且未覆盖器件模块下电极2100的压电材料层中同时形成如图11所示的与第一牺牲层1110表面接触的第一释放通道R1，以及包括露出器件模块上电极的引出部4110和器件模块下电极2100的引出部。

然后如图12所示，沉积导通材料层，导通材料层的材料可以选择诸如Au、Au-In等导电金属。图案化导通材料层从而在器件模块上电极4100的引出部上形成器件模块上电极的连接部4120以连接包括修调后的质量负载层的器件模块上电极4100和器件模块上电极4100的引出部。以及在器件模块下电极的引出部2110上分别形成连接部2120用于对器件模块下电极2100施加电信号。

经由第一释放通道R1向填充了第一牺牲层1110的第一空腔1100区域引入腐蚀液。该腐蚀液相对于牺牲层和衬底1000材料具有高蚀刻选择比，从而可以将第一区域A中第一空腔1100内的第一牺牲层1110去除，释放第一空腔1100。然后可以进行器件模块后续的工艺流程诸如钝化层、电连接组件等结构层的制作。

本公开的制造工艺具有如下优点：

首先，设计工艺流程，使得在形成器件模块裸片的第一区域A中的第一空腔1100释放之前，借助先行释放第二区域B中的第二空腔1200，通过对第二区域B中测试模块裸片的测试，能对滤波器的带宽进行精确修调。

其次，在第二区域B中精心设计测试模块裸片结构，尤其是通过测试模块上电极4200的上表面与测试模块上电极4200的引出部的一体成型从而使得测试结构简单，对滤波器芯片版图的改动小。

本公开中公开的滤波器可以制备双工器和多工器等射频器件、进而可以将射频器件用于手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、个人穿戴设备、电子游戏设备等电子设备领域中。

以上结合具体的实施方案对本公开进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本公开的保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本公开的精神和原理对本公开做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本公开的范围内。