一种体声波滤波器单片集成电路及其制作方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体的说是一种体声波滤波器单片集成电路及其制作方法。

背景技术

在4G及以前的通信中，射频滤波器主要是SAW滤波器，即声表面波滤波器(SurfaceAcoustic Wave),和BAW滤波器，即体声波滤波器(Bulk Acoustic Wave)。体声波滤波器按结构的不同，又分为两种：固定安装式的体声波滤波器，BAW-SMR(Solidly MountedResonator)，和薄膜体声波滤波器，FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)。

目前的体声波滤波器，包括FBAR和BAW-SMR，都是单独制作完成的。谐振器是滤波器的基本单元。谐振器的基本结构是一种三明治结构，有上下两个金属电极将压电薄膜加在中间而成。声波在压电薄膜里震荡形成驻波(standing wave)。为了把声波留在压电薄膜里震荡，震荡结构和外部环境之间必须有足够的隔离才能得到最小的损耗和最大质量因子(Q值)。固定安装式的体声波滤波器(BAW-SMR)的谐振器结构是在下电极的下方形成布拉格反射器(Bragg reflector)，把声波反射到压电层里面，反射器由好多层高低交替阻抗层组成，比如第一层的声波阻抗较大，第二层的声波阻抗较小，第三层声波阻抗较大，第三层声波阻抗较少。而且每层的厚度是声波的λ/4，这样大部分波会反射回来和原来的波叠加。在薄膜体声波滤波器(FBAR)中，谐振器电极上下两侧都是空腔，形成悬浮的薄膜(thin film)和腔体(cavity)。由于空气的声波阻抗远低于压电层的声波阻抗，大部分声波都会反射回来。两种的不同在于下空腔的形成方法。在制作下电极压电层之前沉积一个辅助层(sacrificial support layer)，最后再把辅助层去掉，在震荡结构下方形成空腔。从衬底背面刻蚀到压电层，然后制作下电极，形成悬浮的薄膜结构和空腔。一般而言，衬底也可以是多种材料制作的，如硅(包括绝缘硅SOI)、碳化硅，蓝宝石，玻璃等。衬底尺寸2-6英寸。对于硅衬底(包括绝缘硅SOI)，衬底可以是4-12寸。

现有技术中的声滤波器所有的元件都是布局在一个平面。芯片的面积大致为各个元件的面积之和。在复杂的电路中，可能会有十几个甚至几十个元件，这样芯片的面积就变得很大，导致产品成本增加。同时，传统的衬底处理设备加工出来的器件晶圆成品率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种提升器件集成度、带宽，同时减少芯片面积、降低成本的体声波滤波器单片集成电路及其制作方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种体声波滤波器单片集成电路，包括盖帽晶圆和器件晶圆，

电感层，所述电感层设置于盖帽晶圆上，所述电感层内部设置有电感绕组；

电容层，所述电容层设置于电感层上，所述电容层内部设置有电容介质；

电阻层，所述电阻层设置于电感层上，所述电阻层上设置有薄膜电阻，所述薄膜电阻通过金属线连接在电感绕组上；

所述器件晶圆上制作谐振器，所述谐振器包括上空腔、上电极、下电极、压电层、金属导线和下空腔，其中，所述器件晶圆上设置有下电极，且所述下电极上通过压电层固定，所述压电层上设置有上电极，且所述压电层的一端连接有与下电极连接的金属导线，且所述压电层的另一端连接有与上电极连接的金属导线，且所述盖帽晶圆与上电极之间形成上空腔，所述下电极与器件晶圆之间形成下空腔。

优选的，还包括钝化层，所述电阻层上设置有钝化层。

优选的，所述引脚口设置有两个，两个引脚均穿过钝化层，一个与薄膜电阻连接，另一个与电感绕组连接。

优选的，所述盖帽晶圆的下方设置为插口型，且所述金属导线与盖帽晶圆的插口对应设置。

优选的，所述盖帽晶圆上开设有通孔，且通孔内通过金属线将电感绕组与金属导线连接。

优选的，所述盖帽晶圆和器件晶圆为硅、碳化硅、蓝宝石、玻璃中的其中一种。

优选的，所述盖帽晶圆和器件晶圆尺寸为2-6英寸。

优选的，硅材料制作的所述盖帽晶圆和器件晶圆尺寸为4-12寸。

优选的，所述盖帽晶圆上设置一层介质层，所述介质层为氧化硅或氮化硅，且所述介质层的厚度为10-1000nm。

优选的，所述电感绕组包括金属绕组和金属间介质层，金属间介质层为氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺树脂或苯并环丁烯中的其中一种。

优选的，所述金属间介质层的厚度为1-5um。

优选的，所述电容层的厚度为1-5um。

一种制作上述体声波滤波器单片集成电路的制作方法，该方法包括以下步骤：

S1、制作器件晶圆，在衬底处理设备上制作器件晶圆；

S2、在器件晶圆上制作谐振器，晶圆的第一表面上设有滤波器部件和第一键合物，所述第一键合物设置在所述滤波器部件的周围；

S3、制作盖帽晶圆；

S4、在盖帽晶圆上制作介质层；

S5、制作电感；

S6、制作用于电感、电容、电阻互联的通孔，包括涂胶、对准、曝光、显影、刻蚀、去胶、清洗；

S7、制作电容层；

S8、制作金属间介质层；

S9、制作用于电感、电容、电阻互联的通孔，包括涂胶、对准、曝光、显影、刻蚀、去胶、清洗；

S10、制作薄膜电阻；

S11、制作钝化层、钝化层通孔、金属连线。

本发明的有益效果：

本发明将面积最大的元件制作在两层或多层上，也可以将其中两个相对较小的元件制作在同一个层面上，使整体面积减小，能够优化元件布局、减少工艺步骤。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的实施例截面示意图；

图2为图1中H处放大示意图；

图3为本发明的衬底处理设备整体结构示意图；

图4为处理室内部连接结构示意图；

图5为加速反应组件和均匀反应组件连接结构示意图；

图6为加速反应组件和均匀反应组件在工作时周围气流的流动构示意图；

图7为置换组件在工作时周围气流的流动构示意图；

图8为气缸、风道和滑动堵塞块连接结构示意图；

图9为图4中A处放大示意图。

图中：

1、薄膜电阻；2、引脚口；3、电容介质；4、电感绕组；5、盖帽晶圆；6、金属导线；7、压电层；8、器件晶圆；9、上电极；10、上空腔；11、下电极；12、下空腔；a、电阻层；b、金属间介质层；c、电容层；d、电感层；e、介质层；f、钝化层；

100、衬底处理设备；1a、蒸汽供给组件；1a1、处理室；1a2、臭氧发生器；1a3、BDEAS蒸汽发生器；1a4、一号导气管；1a5、二号导气管；

2a、混合组件；21、混合室；22、夹板；23、一号滑槽；24、一号滑块；25、一号电机；26、丝杆；27、滑动板；28、螺纹孔；29、轴承；210、搅拌叶；211、二号滑槽；212、二号滑块；213、单向阀。

3a、升温组件；31、反应室；32、加热块；

4a、加速反应组件；41、隔板；42、载架；43、二号电机；44、涡轮；45、支撑柱；46、载盘；47、通风孔；

5a、均匀反应组件；51、扇叶；52、支撑杆；53、转动座；

6a、置换组件；61、鼓风机；62、风道；63、气缸；64、滑动堵塞块；65、储存净化室；66、铰接门。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一：

如图1-2所示，一种体声波滤波器单片集成电路，包括盖帽晶圆5和器件晶圆8，电感层d，所述电感层d设置于盖帽晶圆5上，所述电感层d内部设置有电感绕组4；

电容层c，所述电容层c设置于电感层d上，所述电容层c内部设置有电容介质3；

电阻层a，所述电阻层a设置于电感层d上，所述电阻层a上设置有薄膜电阻1，所述薄膜电阻1通过金属线连接在电感绕组4上；

所述器件晶圆8上制作BAW谐振器，所述BAW谐振器包括上空腔10、上电极9、下电极11、压电层7、金属导线6和下空腔12，其中，所述器件晶圆8上设置有下电极11，且所述下电极11上通过压电层7固定，所述压电层7上设置有上电极9，且所述压电层7的一端连接有与下电极11连接的金属导线6，且所述压电层7的另一端连接有与上电极9连接的金属导线6，且所述盖帽晶圆5与上电极9之间形成上空腔10，所述下电极11与器件晶圆8之间形成下空腔12。

还包括钝化层f，所述电阻层a上设置有钝化层f。所述引脚口2设置有两个，两个引脚均穿过钝化层f，一个与薄膜电阻1连接，另一个与电感绕组4连接，所述盖帽晶圆5的下方设置为插口型，且所述金属导线6与盖帽晶圆5的插口对应设置。

本实施例中，所述盖帽晶圆5上开设有通孔，且通孔内通过金属线将电感绕组4与金属导线6连接。

进一步的，所述盖帽晶圆5和器件晶圆8为硅、碳化硅、蓝宝石、玻璃中的其中一种。

需要说明的是，所述盖帽晶圆5和器件晶圆8尺寸为2-6英寸，硅材料制作的所述盖帽晶圆5和器件晶圆8尺寸为4-12寸。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于，所述盖帽晶圆5上设置一层介质层e，所述介质层e为氧化硅或氮化硅，且所述介质层e的厚度为10-1000nm。

需要说明的是，所述电感绕组4包括金属绕组和金属间介质层b，金属间介质层b为氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺树脂或苯并环丁烯中的其中一种，所述金属间介质层b的厚度为1-5um，所述电容层c的厚度为1-5um。

在另一些电路中，可能只有一种元件，可以按本发明提出的方案具体处理，将元件制作在一层或多层上。

第一层是电感层d，第二层是电容层c，第三层是电阻层a。这样，芯片的总面积为三者面积的最大值，而不是三者之和。

为了更进一步地减小芯片面积，可以进行更合理的布局，并将面积最大的元件制作在两层或多层上。也可以将其中两个相对较小的元件制作在同一个层面上，如电阻和电容，或者电阻加电感。在有些电路中，可能不需要其中的一种元件，如电阻。当其中某一元件的数目或面积较小时，也可以将这一元件与另一元件制作在同一层面，以优化元件布局、减少工艺步骤。在另一些电路中，可能只有一种元件，可以按本申请提出的方案具体处理，将元件制作在一层或多层上。

本实施例是以电感、电容、电阻的数量为三举例说明的。实际的电路中，电感、电容、电阻的数量可以是任意的，包括0、1、2、3等。

实施例三：

本实施例提供一种制作体声波滤波器单片集成电路的制作方法，该方法包括以下步骤：

S1、制作器件晶圆8，在衬底处理设备100上制作器件晶圆8；

S2、在器件晶圆8上制作BAW谐振器，晶圆的第一表面上设有滤波器部件和第一键合物，所述第一键合物设置在所述滤波器部件的周围；

S3、制作盖帽晶圆5；

S4、在盖帽晶圆5上制作介质层e；

S5、制作电感；

S6、制作用于电感、电容、电阻互联的通孔，包括涂胶、对准、曝光、显影、刻蚀、去胶、清洗；

S7、制作电容层c；

S8、制作金属间介质层b；

S9、制作用于电感、电容、电阻互联的通孔，包括涂胶、对准、曝光、显影、刻蚀、去胶、清洗；

S10、制作薄膜电阻1；

S11、制作钝化层f、钝化层通孔、金属连线。

如图3-图9所示，所述的衬底处理设备100包括加速反应组件4a，所述加速反应组件4a包括隔板41、载架42、二号电机43、涡轮44、支撑柱45、载盘46和通风孔47；所述隔板41固定连接在反应室31的内壁上，所述隔板41将所述反应室31分为上下两个区域，所述隔板41的下端面固定连接有所述二号电机43，所述二号电机43的下端固定连接在所述反应室31的底部，所述二号电机43的输出轴延伸到所述隔板41的上端面和所述涡轮44固定连接，所述涡轮44的上方有所述载盘46，所述载盘46上开设有多个所述通风孔47，所述载盘46通过所述支撑柱45固定连接在所述隔板41的上端面，所述载盘46的上方有所述载架42，所述载架42转动连接在所述载盘46上；

所述加速反应组件4a在所述升温组件3a中的所述反应室31内，所述升温组件3a包括反应室31和加热块32，所述加热块32固定连接在所述反应室31的内壁上。

在实施例中，首先使用者应该在载架42上安装好需要处理的器件晶圆8，随后关上取料门，将加热块32调节到加工温度，给反应室31营造加工环境，臭氧和BDEAS蒸汽混合气体进入到反应室31内后，混合气体和器件晶圆8接触后，开始发生反应，当启动二号电机43后，二号电机43带动涡轮44转动，涡轮44转动会对上方的载盘46有吸力，此时载架42上方和周围的气流被涡轮44吸引，气流快速在载架42和器件晶圆8表面流动，随后气流通过载盘46上的通风孔47到达涡轮44的下方，具体的气流方向如图四中所示，因为反应室31中的气流中含有臭氧和BDEAS蒸汽混合气体，所以当气流快速在器件晶圆8表面流动时，增大且加快了臭氧和BDEAS蒸汽混合气体和器件晶圆8的接触效率，所以提高了反应加工的速度。

所述蒸汽供给组件1a和所述混合室21连通，所述蒸汽供给组件1a包括处理室1a1、臭氧发生器1a2、BDEAS蒸汽发生器1a3、一号导气管1a4和二号导气管1a5；所述处理室1a1包括所述混合室21和所述反应室31，所述处理室1a1的两侧分别有所述臭氧发生器1a2和所述BDEAS蒸汽发生器1a3，所述臭氧发生器1a2和所述BDEAS蒸汽发生器1a3分别通过所述一号导气管1a4和所述二号导气管1a5与所述混合室21固定连接且连通；

具体的，所述臭氧发生器1a2和所述BDEAS蒸汽发生器1a3内部均安装有通风机，用于对臭氧和BDEAS蒸汽的输送；

所述混合组件2a固定连接在所述反应室31的上端，所述混合组件2a包括混合室21、夹板22、一号滑槽23、一号滑块24、一号电机25、丝杆26、滑动板27、螺纹孔28、轴承29、二号滑槽211和二号滑块212；所述混合室21内滑动连接有所述滑动板27，所述滑动板27的下端面固定连接有所述一号滑块24，所述一号滑块24滑动连接子所述一号滑槽23内，所述一号滑槽23开设在所述混合室21的底部，所述滑动板27通过所述轴承29和所述丝杆26固定连接，所述丝杆26的一端延伸出所述混合室21和所述一号电机25的输出轴固定连接，所述丝杆26和所述螺纹孔28转动连接，所述螺纹孔28开设在所述混合室21的内壁上，所述一号电机25和所述夹板22滑动连接，所述一号电机25的上下两个端面固定连接有所述二号滑块212，所述二号滑块212和所述二号滑槽211滑动连接，所述二号滑槽211开设在所述夹板22上；

所述丝杆26的一端通过所述轴承29和所述滑动板27固定连接，所述丝杆26的此端穿过所述滑动板27和搅拌叶210固定连接；

所述混合室21和所述反应室31之间有连通的导孔，导孔内固定连接有单向阀213。

在实施例中，臭氧发生器1a2和BDEAS蒸汽发生器1a3工作后产生刻蚀气体，然后由其内部的通风机通过一号导气管1a4和二号导气管1a5输送到混合室21内，每次通风机都会输送一部分的刻蚀气体进入到混合室21内后停止工作，一号导气管1a4和二号导气管1a5内均安装有单向气阀，刻蚀气体不会反向流动，臭氧和BDEAS蒸汽进入到混合室21内首先会自行进行混合，随后一号电机25启动带动丝杆26转动，因为一号电机25由一号滑块24滑动连接在夹板22上，所以丝杆26在螺纹孔28内转动时，丝杆26会带动一号电机25向靠近混合室21的方向移动，同时丝杆26通过轴承29带动滑动板27在混合室21底部向单向阀213方向滑动，丝杆26在转动时会带动搅拌叶210转动，搅拌叶210转动会带动混合室21内的气流运动，完成臭氧和BDEAS蒸汽的混合，同时搅拌叶210在转动时会被丝杆26带动在混合室21内向靠近单向阀213的方向移动，此时搅拌叶210一边转动一边在混合室21内移动，更加利于臭氧和BDEAS蒸汽的混合，滑动板27在混合室21内向单向阀213移动时，会将混合室21内混合完成的臭氧和BDEAS蒸汽混合形成的刻蚀气体通过单向阀213挤压到反应室31内。

所述均匀反应组件5a固定连接在所述加速反应组件4a的上端，所述均匀反应组件5a包括扇叶51、支撑杆52和转动座53；所述扇叶51通过所述转动座53转动连接在所述载盘46的上端面，所述扇叶51的轴上固定连接有所述支撑杆52，所述载架42通过所述支撑杆52和所述扇叶51的轴固定连接。

在实施例中，气流在载架42周围快速流动时会带动扇叶51转动，扇叶51转动时会通过支撑杆52带动载架42缓缓转动，载架42缓缓转动会带动器件晶圆8转动，器件晶圆8转动时会更加均匀地和气流中的臭氧和BDEAS蒸汽混合气体接触，因为不转动时，器件晶圆8安装的都是固定的角度，可能一些位置气流无法经过，所以造成部分位置没有被处理到，所以器件晶圆8在转动时会使自身的每个位置都能被处理到。

所述置换组件6a固定连接在所述处理室1a1的两侧，所述置换组件6a包括鼓风机61、风道62、气缸63、滑动堵塞块64、储存净化室65和铰接门66；所述鼓风机61固定连接在所述反应室31的一侧，所述鼓风机61的输出口延伸到所述反应室31内，所述鼓风机61的输出口和所述反应室31的连通处活动连接有所述铰接门66，所述反应室31的另一端固定连接有所述风道62，所述风道62的敞口处和所述反应室31连通，所述风道62的另一端和所述储存净化室65固定连接且连通，所述储存净化室65固定连接在所述反应室31的下端，所述风道62内滑动连接有所述滑动堵塞块64，所述滑动堵塞块64的上端面和所述气缸63的输出轴固定连接，所述气缸63固定连接在所述处理室1a1的外壁上，所述气缸63在所述风道62的上方。

在实施例中，器件晶圆8在加工结束后，使用者取器件晶圆8之前需要将反应室31内的废气排出，此时启动鼓风机61和气缸63，气缸63带动滑动堵塞块64向上移动，此时风道62被打开，同时鼓风机61开始将外部的空气输送到反应室31内，此时铰接门66被鼓风机61的风吹开，空气进入到反应室31内后，反应室31内的废气被挤到风道62中，随后进入到储存净化室65内，如图五中气流流动方向所示，完成反应室31内的废气清除，随后鼓风机61停止工作，气缸63带动滑动堵塞块64向下移动堵塞风道，此时使用者可以将载架42上的器件晶圆8取下，然后安装新的器件晶圆8进行加工。

在使用时，首先使用者应该在载架42上安装好需要处理的器件晶圆8，随后关上取料门，将加热块32调节到加工温度，给反应室31营造加工环境，臭氧发生器1a2和BDEAS蒸汽发生器1a3工作后产生刻蚀气体，然后由其内部的通风机通过一号导气管1a4和二号导气管1a5输送到混合室21内，每次通风机都会输送一部分的刻蚀气体进入到混合室21内后停止工作，一号导气管1a4和二号导气管1a5内均安装有单向气阀，刻蚀气体不会反向流动，臭氧和BDEAS蒸汽进入到混合室21内首先会自行进行混合，随后一号电机25启动带动丝杆26转动，因为一号电机25由一号滑块24滑动连接在夹板22上，所以丝杆26在螺纹孔28内转动时，丝杆26会带动一号电机25向靠近混合室21的方向移动，同时丝杆26通过轴承29带动滑动板27在混合室21底部向单向阀213方向滑动，丝杆26在转动时会带动搅拌叶210转动，搅拌叶210转动会带动混合室21内的气流运动，完成臭氧和BDEAS蒸汽的混合，同时搅拌叶210在转动时会被丝杆26带动在混合室21内向靠近单向阀213的方向移动，此时搅拌叶210一边转动一边在混合室21内移动，更加利于臭氧和BDEAS蒸汽的混合，滑动板27在混合室21内向单向阀213移动时，会将混合室21内混合完成的臭氧和BDEAS蒸汽混合形成的刻蚀气体通过单向阀213挤压到反应室31内，臭氧和BDEAS蒸汽混合气体进入到反应室31内后，混合气体和器件晶圆8接触后，开始发生反应，当启动二号电机43后，二号电机43带动涡轮44转动，涡轮44转动会对上方的载盘46有吸力，此时载架42上方和周围的气流被涡轮44吸引，气流快速在载架42和器件晶圆8表面流动，随后气流通过载盘46上的通风孔47到达涡轮44的下方，具体的气流方向如图四中所示，因为反应室31中的气流中含有臭氧和BDEAS蒸汽混合气体，所以当气流快速在器件晶圆8表面流动时，增大且加快了臭氧和BDEAS蒸汽混合气体和器件晶圆8的接触效率，所以提高了反应加工的速度，气流在载架42周围快速流动时会带动扇叶51转动，扇叶51转动时会通过支撑杆52带动载架42缓缓转动，载架42缓缓转动会带动器件晶圆8转动，器件晶圆8转动时会更加均匀地和气流中的臭氧和BDEAS蒸汽混合气体接触，因为不转动时，器件晶圆8安装的都是固定的角度，可能一些位置气流无法经过，所以造成部分位置没有被处理到，所以器件晶圆8在转动时会使自身的每个位置都能被处理到。器件晶圆8在加工结束后，使用者取器件晶圆8之前需要将反应室31内的废气排出，此时启动鼓风机61和气缸63，气缸63带动滑动堵塞块64向上移动，此时风道62被打开，同时鼓风机61开始将外部的空气输送到反应室31内，此时铰接门66被鼓风机61的风吹开，空气进入到反应室31内后，反应室31内的废气被挤到风道62中，随后进入到储存净化室65内，如图五中气流流动方向所示，完成反应室31内的废气清除，随后鼓风机61停止工作，气缸63带动滑动堵塞块64向下移动堵塞风道，此时使用者可以将载架42上的器件晶圆8取下，然后安装新的器件晶圆8进行加工。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。