[发明专利]互补金属氧化物半导体(CMOS)管芯上的集成声学滤波器

说明书

一种射频前端RFFE装置，包括管芯(302)，管芯具有在有源装置(310)上的前侧电介质层(304)。有源装置在第一衬底(320)上。RFFE装置还包括微机电系统MEMS装置(370、470)。MEMS装置在与有源装置不同的层处集成在管芯上。MEMS装置包括由管芯的前侧电介质层中的腔构成的帽层(380)。前侧电介质层中的腔在第一衬底和第二衬底(352)之间。帽耦合到前侧电介质层。MEMS装置的电极可以是后端制程BEOL互连(330)，该MEMS装置可以是声学滤波器。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月29日提交的题为“互补金属氧化物半导体(CMOS)管芯上的集成声学滤波器”的美国专利申请16/116,744的权益，其要求于2018年3月1日提交的题为“互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片上的集成声学滤波器”的美国临时专利申请62/637,284的权益，其公开内容通过引用全部明确地并入本文中。

技术领域

本公开的各方面一般涉及集成电路(IC)。更具体地说，本公开的各方面涉及将微机电系统(MEMS)装置(例如，声学滤波器)集成在互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片上。

背景技术

设计移动射频(RF)芯片(例如，移动RF收发器)由于添加了用于支持通信增强的电路功能(例如，第五代(5G)无线系统)而变得复杂。移动RF收发器的进一步设计挑战包括模拟/RF性能考虑，包括失配、噪声和其它性能考虑。设计这些移动RF收发器可以包括使用附加的无源装置，例如用于抑制谐振，和/或用于执行滤波、旁路和耦合。

可以使用RF滤波器来设计这些移动RF收发器。例如，无线通信系统中的移动RF收发器通常依赖于RF(例如，声学)滤波器来处理无线通信系统中承载的信号。许多无源装置可以被包括在这些RF滤波器中。实际上，这些无源装置中的每一个无源装置均可以包括许多电感器和电容器。

这些RF滤波器可以包括表面声波(SAW)以及体声波(BAW)滤波器。声学滤波器的成功操作通常涉及对压电效应的依赖。压电效应是材料的在机械域和电域之间交换能量的特殊性质。例如，在BAW谐振器中，利用逆压电性(例如，装置尺寸随施加的电场而变化)。在该示例中，当RF可变信号被施加到电极时，在材料中产生声学纵波。

当前的SAW滤波器以及BAW滤波器封装包括在封盖晶圆上的2D电感器。封盖晶圆能够控制滤波器的质量以及声学和电学特性。不幸的是，在互补金属氧化物半导体(CMOS)晶圆上集成高性能声学(例如SAW/BAW)滤波器是有问题的。尤其是极其复杂的工艺通常阻止了声学滤波器与CMOS晶圆的集成。将声学滤波器集成在CMOS管芯上将是期望的。

发明内容

描述了一种射频(RF)前端(RFFE)装置。RFFE装置包括具有在有源装置上的前侧电介质层的管芯。有源装置在第一衬底上。RFFE装置还包括微机电系统(MEMS)装置。MEMS装置在与有源装置不同的层处集成在管芯上。MEMS装置包括由管芯的前侧电介质层中的腔构成的帽层。前侧电介质层中的腔在第一衬底和第二衬底之间。帽耦合到前侧电介质层。

在互补金属氧化物半导体(CMOS)晶圆上集成声学滤波器的方法包括在CMOS晶圆的前侧电介质层中图案化和蚀刻腔。前侧电介质层中的腔可以远离CMOS晶圆的有源装置层。该方法还包括将CMOS晶圆的前侧电介质层接合到包括声学滤波器的部分的半导体处理晶圆的前侧。声学滤波器可以包括在前侧电介质层中具有腔的帽层。

描述了一种射频(RF)前端(RFFE)装置。RFFE装置包括RFFE管芯。RFFE管芯包括有源装置上的前侧电介质层。RFFE装置还包含集成在RFFE管芯上的声学滤波器。声学滤波器具有由管芯的前侧电介质层中的腔组成的在第一衬底与第二衬底之间的帽层。帽层耦合到前侧电介质层。RFFE装置还包含耦合到声学滤波器的输出上的天线。