CN112039466B - 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法 - Google Patents

一种薄膜体声波谐振器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种薄膜体声波谐振器及其制造方法，薄膜体声波谐振器包括：承载衬底；支撑层，键合于承载衬底上，支撑层围成第一空腔，第一空腔暴露出承载衬底；压电叠层结构，位于支撑层上方，覆盖第一空腔，压电叠层结构从下至上包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极，位于第一空腔上方的第一电极、压电层和第二电极在垂直于压电层表面方向上相互重叠的区域构成谐振器的有效谐振区；有效谐振区边界处设置有第一凸起和第二凸起，第一凸起位于第一电极所在侧，第二凸起位于第二电极所在侧，所述第一凸起和/或所述第二凸起在所述压电层所在平面上的投影包括环形，所述环形包括开环或闭环。

Description

一种薄膜体声波谐振器及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器及其制造方法。
背景技术
随着无线通讯技术的不断发展，为了满足各种无线通讯终端的多功能化需求，终端设备需要能够利用不同的载波频谱传输数据，同时，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，对于射频系统也提出了严格的性能要求。射频滤波器是射频系统的重要组成部分，可以将通信频谱外的干扰和噪声滤出以满足射频系统和通信协议对于信噪比的需求。以手机为例，由于每一个频带需要有对应的滤波器，一台手机中可能需要设置数十个滤波器。
通常，薄膜体声波谐振器包括两个薄膜电极，并且两个薄膜电极之间设有压电薄膜层，其工作原理为利用压电薄膜层在交变电场下产生振动，该振动激励出沿压电薄膜层厚度方向传播的体声波，此声波传至上下电极与空气交界面被反射回来，进而在薄膜内部来回反射，形成震荡。当声波在压电薄膜层中传播正好是半波长的奇数倍时，形成驻波震荡。
但是，目前制作出的空腔型薄膜体声波谐振器，存在横波损失，结构强度不够，使品质因子(Q)无法进一步提高、成品率低等问题，因此无法满足高性能的射频系统的需求。
发明内容
本发明揭示了一种薄膜体声波谐振器及其制造方法，能够解决薄膜体声波谐振器横波泄露造成品质因数不高，以及结构强度低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种薄膜体声波谐振器，包括：
承载衬底；
支撑层，键合于所述承载衬底上，所述支撑层围成第一空腔，所述第一空腔暴露出所述承载衬底；
压电叠层结构，位于所述支撑层上方，覆盖所述第一空腔，所述压电叠层结构从下至上包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极，其中位于所述第一空腔上方的所述第一电极、压电层和第二电极在垂直于所述压电层表面方向上相互重叠的区域构成谐振器的有效谐振区；
有效谐振区边界处设置有第一凸起和第二凸起，所述第一凸起位于所述第一电极所在侧，所述第二凸起位于所述第二电极所在侧，所述第一凸起和/或所述第二凸起在所述压电层所在平面上的投影包括环形，所述环形包括开环或闭环。
本发明还提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：
提供临时衬底；
在所述临时衬底上形成压电叠层结构及第一凸起，所述压电叠层结构包括依次形成在所述临时衬底上的第二电极、压电层、第一电极，所述第一凸起位于所述第一电极所在侧；
形成支撑层，覆盖所述压电叠层结构；
图形化所述支撑层，形成第一空腔，所述第一空腔贯穿所述支撑层，所述第一凸起位于所述第一空腔围成的区域内；
在所述支撑层上键合承载衬底，所述承载衬底覆盖所述第一空腔；
去除所述临时衬底；
在所述第二电极上形成第二凸起，所述第一凸起和/或所述第二凸起在所述压电层所在平面上的投影包括环形，所述环形包括开环或闭环。
本发明的有益效果在于：
在有效谐振区的边界，上下表面分别设置第一凸起和第二凸起，第一凸起或第二凸起所在的区域与有效谐振区内部的声阻抗失配，第一凸起或第二凸起至少之一在压电层所在平面的投影包括环形，在一面设有另一凸起，两凸起声阻抗失配效果叠加，且结构平衡性提高，有效防止声波的横向泄露，进一步提高了谐振器的品质因数。更优的，当第一凸起和第二凸起在垂直于压电层方向上的投影相互重叠时，增加了有效谐振区内部与凸起所在区域的声阻抗失配程度，当第一凸起与第二凸起在压电层方向上的投影沿有效谐振区中心到边缘的径向方向上设有重叠的部分(即其中一个凸起的投影位于另一个凸起投影的外侧)，相当于设置了两处声阻抗失配区。
进一步地，通过第一沟槽和第二沟槽定义出谐振器的有效谐振区，第一沟槽和第二沟槽分别贯穿第一电极和第二电极，压电层保持完整的膜层未经过刻蚀，保证了谐振器的结构强度，提高了制造谐振器的成品率。
本发明谐振器的制造方法，是双面制造工艺，可以在键合承载衬底之前在压电叠层结构的一面形成第一凸起；去除临时衬底后，可以在压电叠层结构的另一面形成第二凸起。而传统的制造工艺流程，是单面制造工艺，只能在压电叠层结构的一面形成凸起。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1与图2示出了实施例1的一种薄膜体声波谐振器的结构示意图。
图3至图10示出了实施例2的一种薄膜体声波谐振器的制造方法的不同步骤对应的结构示意图。
图11至图18示出了实施例3的一种薄膜体声波谐振器的制造方法的不同步骤对应的结构示意图。
附图标记说明：
100-承载衬底；101-键合层；102支撑层；103-第一电极；104-压电层；105-第二电极；106-接合层；110a-第一空腔；110b-第二空腔；120-导电互连结构；130a-第一沟槽；130b-第二沟槽；1010-频率调整层；140-第一通孔；141-第一导电互连层；142-第一导电凸起；151-第二导电互连层；150-第二通孔；152-第二导电凸起；160-绝缘层；200-封盖基板；40a-第一凸起；40b-第二凸起；300-临时衬底。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
如果本文的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
实施例1
本实施例提供了一种薄膜体声波谐振器，图1示出了实施例1的一种薄膜压电声波谐振器的结构示意图，请参考图1，所述薄膜体声波谐振器包括：
承载衬底100；
支撑层102，键合于所述承载衬底100上，所述支撑层102围成第一空腔110a，所述第一空腔110a暴露出所述承载衬底100；
压电叠层结构，位于所述支撑层102上方，覆盖所述第一空腔110a，所述压电叠层结构从下至上包括依次层叠的第一电极103、压电层104和第二电极105，其中位于所述第一空腔110a上方的所述第一电极103、压电层104和第二电极105在垂直于所述压电层表面方向上相互重叠的区域构成谐振器的有效谐振区；
有效谐振区边界处设置有第一凸起40a和第二凸起40b，所述第一凸起40a位于所述第一电极所在侧，所述第二凸起40b位于所述第二电极所在侧，所述第一凸起40a和/或所述第二凸起40b在所述压电层104所在平面上的投影包括环形，所述环形包括开环或闭环。环形的形状可以是圆形，椭圆形，多边形，或者由弧线和直边共同构成的不规则形状。环形可以是封闭的环形也可以是不封闭的环形，封闭的环形意味着第一凸起40a或第二凸起40b是连续的，不封闭的环形意味着第一凸起40a或第二凸起40b是不连续的。在有效谐振区的边界，上下表面分别设置第一凸起和第二凸起，第一凸起或第二凸起所在的区域与有效谐振区内部的声阻抗失配，第一凸起或第二凸起至少之一在压电层所在平面的投影包括环形，在一面设有另一凸起，两凸起声阻抗失配效果叠加，且结构平衡性提高，有效防止声波的横向泄露，进一步提高了谐振器的品质因数。
本实施例中，所述第一凸起40a位于压电叠层结构的第一电极103所在侧，靠近承载衬底100；所述第二凸起40b位于压电叠层结构的第二电极105所在侧，远离承载衬底100。所述第一凸起40a突出于所述压电叠层结构的下表面，即所述第一凸起40a的顶面低于所述第一电极103的下表面；所述第二凸起40b突出于所述压电叠层结构的上表面，即所述第二凸起40b的顶面高于所述第二电极105的上表面。所述第一凸起40a和所述第二凸起40b在承载衬底100上的投影各自围成封闭的环形，如封闭的不规则多边形、圆形或椭圆形。所述第一凸起40a和所述第二凸起40b包围的重叠区域为有效谐振区。所述有效谐振区内的所述第一电极103、压电层104和第二电极105在垂直于所述承载衬底100方向上相互重叠。
本实施例中，所述第一凸起40a和所述第二凸起40b在垂直于所述压电层104方向重叠。其中，重叠至少包括以下三种情况，1、第一凸起40a和第二凸起40b的投影形状一致，两者完全重叠。2、第一凸起40a和第二凸起40b其中之一的投影面积大于另一投影的面积，面积较大的投影覆盖面积较小的投影。3、两个投影部分重叠，如两个投影的形状趋势大致相同，两者的重叠部分是连续的，或者其中一个投影与另一投影只有一部分区域设有重叠的部分。这种设置方式相比于只在压电叠层结构的一个表面形成凸起，提高了阻抗失配程度，更能有效防止横波的泄露，提高谐振器的品质因数。在其他实施例中，所述第一凸起40a和所述第二凸起40b在垂直于所述压电层104方向可以部分重叠，或者，所述第一凸起40a和所述第二凸起40b在所述压电层方向上的投影沿所述有效谐振区中心到边缘的径向方向上设有重叠的部分(即，其中一个凸起的投影位于另一个投影的外部，如第一凸起的投影为一环形，第二凸起的投影包围第一凸起的投影)。这种情况下，当横向声波传输至第一凸起所在区域时，产生一次声波反射，当剩余的横向声波继续传输至第二凸起所在区域时，又产生一次声波反射，通过两次反射，有效阻止了横向声波的泄露，提高了谐振器的品质因数。
本实施例中，所述第一凸起40a和所述第二凸起40b使其包围的内部有效谐振区和第一凸起40a、第二凸起40b所在的区域声阻抗失配，可以有效防止声波的横向泄露，提高谐振器的品质因数。在其他实施例中，所述第一凸起40a和所述第二凸起40b各自在承载衬底100上的投影可以不是完全封闭的图形。应当理解，当第一凸起40a和第二凸起40b各自在承载衬底100上的投影为封闭图形时，更有利于防止声波的横向泄露。
所述第一凸起40a和所述第二凸起40b的材料可以为导电材料也可以为介质材料，当第一凸起40a的材料为导电材料时，可以和第一电极103的材料相同，优选的，第一电极103包括第一凸起40a，第一凸起40a和第一电极103一体成型。当第二凸起40b的材料为导电材料时，可以和第二电极105的材料相同，优选的，第二电极105包括第二凸起40b，第二凸起40b和第二电极105一体成型。当第一凸起40a和第二凸起40b的材料为介质材料时，可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳氮化硅中的任意一种，但不限于以上材料。
承载衬底100可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。
支撑层102键合于承载衬底100上，且支撑层102围成第一空腔110a，所述第一空腔110a暴露出所述承载衬底100。本实施例中，第一空腔110a为环形的封闭空腔，第一空腔110a可以通过刻蚀工艺刻蚀支撑层102形成。但本发明的技术不仅仅限定于此。需要说明的是，支撑层102是通过键合的方式与承载衬底100结合，键合的方式包括：共价键键合、粘结键合或熔融键合。在其他实施例中，支撑层102和承载衬底100通过键合层实现键合，键合层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或硅酸乙酯。
本实施例中，第一空腔110a的底面的形状为矩形，但在本发明的其他实施例中，第一空腔110a在第一电极103底面的形状还可以是圆形、椭圆形或是矩形以外的多边形，例如五边形、六边形等。支撑层102的材料可以是任意适合的介电材料，包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅等材料中的一种。在其他实施例中，所述支撑层102与所述键合层的材料可以相同。
第一空腔110a的上方设有压电叠层结构，压电叠层结构从下至上依次包括第一电极103、压电层104和第二电极105。第一电极103位于支撑层102上，压电层104位于第一电极103上，第二电极105位于压电层104上。第一空腔110a的上方的第一电极103、压电层104和第二电极105在垂直于承载衬底100的方向上设有重叠区域，所述第一凸起40a和所述第二凸起40b包围的区域的重叠区域为有效谐振区。
本实施例中，压电层104遮盖所述第一空腔110a，遮盖所述第一空腔110a应当理解为压电层104为完整的膜层，没有经过刻蚀。并不意味着压电层104将第一空腔110a全部遮盖，形成密封的空腔。当然，压电层104可以完全遮盖第一空腔110a，形成密封的空腔。压电层不经过刻蚀可以保证压电叠层结构具有一定的厚度，使谐振器具有一定的结构强度。提高制作谐振器的成品率。
在一个实施例中，支撑层102与第一电极103之间还设置有刻蚀停止层，其材质包括但不限于氮化硅(Si3N4)和氮氧化硅(SiON)。刻蚀停止层一方面可以用于增加最终制造的薄膜体声波谐振器的结构稳定性，另一方面，刻蚀停止层与支撑层102相比具有较低的刻蚀速率，可以在刻蚀支撑层102形成第一空腔110a的过程中防止过刻蚀，保护位于其下的第一电极103的表面不受到损伤，从而提高器件性能与可靠性。
本实施例中，压电叠层结构的表面还包括第一沟槽130a和第二沟槽130b，第一沟槽130a位于压电叠层结构的下表面、所述第一空腔110a所在侧，贯穿所述第一电极103，环绕于所述第一凸起40a所在区域的外周。第二沟槽130b位于压电叠层结构的上表面，贯穿所述第二电极105，环绕于所述第二凸起40b所在区域的外周。第一沟槽130a的两个端部与第二沟槽130b的两个端部相对设置，使所述第一沟槽130a与所述第二沟槽130b在所述承载衬底100的投影的两个交界处相接或设有间隙。本实施例中，所述第一凸起40a和所述第二凸起40b各自在压电层104的投影为封闭的多边形，第一沟槽130a和第二沟槽130b的内边缘分别沿着所述第一凸起40a和所述第二凸起40b的外边界设置，即所述第一凸起40a和第二凸起40b的外边界分别与第一沟槽130a和所述第二沟槽130b的内边缘重合。第一沟槽130a与第二沟槽130b在所述承载衬底100的投影为封闭的图形，分别与第一凸起40a和第二凸起40b在承载衬底100的投影的图形形状一致，分别位于第一凸起40a和第二凸起40b形成的投影的外周。
第一凸起40a和第二凸起40b使凸起内部区域的声阻抗和凸起所在区域的声阻抗失配，界定了谐振器有效谐振区的边界。第一沟槽130a和第二沟槽130b分别将第一电极103和第二电极105隔断，使谐振器不能满足工作条件(工作条件为第一电极103、压电层104和第二电极105在厚度方向上相互重叠)，进一步界定了谐振器的有效谐振区的边界。第一凸起40a和第二凸起40b通过质量块的添加使声阻抗失配，第一沟槽130a和第二沟槽130b通过使电极端面和空气接触，使声阻抗失配，两者均起到阻止横波泄露的问题，提高了谐振器的Q值。当然，在其他实施例中，也可以只单独设置第一沟槽130a或第二沟槽130b，由于第一电极103和第二电极105需要引入电信号，第一沟槽130a或第二沟槽130b不适宜形成封闭的环形，此时第一沟槽130a或第二沟槽130b不能完全包围第一凸起40a或第二凸起40b所在的区域。可以将第一沟槽130a或第二沟槽130b构成接近封闭的环形，非封闭的区域用于引入电信号。这种设置方式可以简化工艺流程，降低谐振器成本。
在一个实施例中，还包括频率调整层，设置于所述有效谐振区的所述第一电极103的表面。在另一个实施例中，还可以设置于所述有效谐振区的所述第二电极105的表面。频率调整层用于调整谐振器的频率，谐振器的频率和有效谐振区的厚度有关，在制作滤波器时，不同谐振器的第一电极103、第二电极105和压电层104的厚度相同，为了使不同谐振器的频率不同，可以设置不同厚度的频率调整层。在一个实施例中，频率调整层的材料可以为硅酸乙酯。频率调整层的材料还可以为：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳氮化硅。
本实施例中，还包括接合层106，设置于所述压电叠层结构上方、所述接合层106围成第二空腔110b，所述第二空腔110b暴露出所述压电叠层结构的上表面，所述第二空腔110b位于所述第一空腔110a上方，所述第一沟槽130a和所述第二沟槽130b位于所述第二空腔110b围成的区域内部。还包括封盖基板200，设置于所述接合层106上，并覆盖所述第二空腔110b。本实施例中，接合层106围成封闭的环形，第二空腔110b为封闭的空腔。接合层106的下表面一部分连接于有效谐振区外部的第二电极105，一部分连接于有效谐振区外部的第一电极103。接合层106可以采用常规的键合材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅酸乙酯等，也可以是光固化材料或热固化材料等黏结剂，例如粘片膜(Die Attach Film，DAF)或干膜(Dry Film)。接合层的材料和封盖基板200的材料可以相同，两者为一体结构，第二空腔110b通过在膜层(形成接合层106和封盖基板200)中形成空间而形成。
参考图2，在一个实施例中，还包括第一电连接部、第二电连接部和导电互连结构120，第一电连接部用于将电信号引入有效谐振区的第一电极103，第二电连接部用于将电信号引入有效谐振区的第二电极105。第一电极103和第二电极105通电后，压电层104上下表面产生压差，形成驻波振荡。导电互连结构120用于将有效谐振区外的第一电极和第二电极短接。由图可知，有效谐振区外也包含在垂直于压电层方向上压电层、第一电极、第二电极相互重叠的区域。当第一电极和第二电极通电，有效谐振区外部的压电层表面上下也能够产生压差，也产生了驻波振荡，然而有效谐振区外部的驻波振荡是不希望发生的，本实施例将有效谐振区外部的第一电极和第二电极短接，使有效谐振区外部的压电层上下电压一致，有效谐振区外部不能够产生驻波振荡，提高了谐振器的Q值。具体的第一电连接部、第二电连接部和导电互连结构120的结构如下：
第一电连接部包括：
第一通孔140，所述第一通孔140贯穿有效谐振区外部的所述第一电极103的下层结构，暴露出所述第一电极103；
第一导电互连层141，覆盖所述第一通孔140的内表面、及第一通孔140外周的所述承载衬底100的部分表面，与所述第一电极103连接；
绝缘层160，覆盖所述第一导电互连层141和所述承载衬底100的表面；
导电凸起142，设置于所述承载衬底100的表面、与所述第一导电互连层电141连接。
所述第二电连接部包括：
第二通孔150，所述第二通孔150贯穿有效谐振区外部的所述第一电极103的下层结构，暴露出所述第一电极103；
第二导电互连层151，覆盖所述第二通孔150的内表面、及第二通孔150外周的所述承载衬底100的部分表面，与所述第一电极103连接；
绝缘层160，覆盖所述第二导电互连层151和所述承载衬底100的表面；
第二导电凸起152，设置于所述承载衬底100的表面、与所述第二导电互连层电151连接。
在一个实施例中，导电互连结构120包括两部分，一部分设置于第二沟槽130b的外部区域，连接第一电极103和第二电极105，通过第一电极103与第一电连接部电连接。导电互连结构120的另一部分设置于第一沟槽130a的外部区域，连接第一电极103和第二电极105，通过第一电极103与第二电连接部电连接。两部分导电互连结构120均设有覆盖第二电极105部分表面的区域，此区域增大了与第二电极105的接触面积，减少了接触阻抗，能够防止电流过大引起的局部高温。
需要说明的是，第二电连接部并不直接与第二电极电连接，而是连接于有效谐振区外部的第一电极，通过导电互连结构120与有效谐振区的第二电极电连接。可以看出，第一电连接部和第二电连接部在结构上一致，只是设置的位置不同，第一电连接部与有效谐振区内部的第一电极电连接，给有效谐振区内部的第一电极供电，第一电连接部通过有效谐振区外部的第一电极和导电互连结构120与有效谐振区外部的第二电极电连接，并不连接于有效谐振区内部的第二电极。同理，第二电连接部连接于有效谐振区外部的第一电极和有效谐振区内部的第二电极，实现对有效谐振区内部的第二电极供电。
实施例2
实施例2提供了一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括以下步骤：
S01：提供临时衬底；
S02：在所述临时衬底上形成压电叠层结构及第一凸起，所述压电叠层结构包括依次形成在所述临时衬底上的第二电极、压电层、第一电极，所述第一凸起位于所述第一电极所在侧；
S03：形成支撑层，覆盖所述压电叠层结构；
S04：图形化所述支撑层，形成第一空腔，所述第一空腔贯穿所述支撑层，所述第一凸起位于所述第一空腔围成的区域内；
S05：在所述支撑层上键合承载衬底，所述承载衬底覆盖所述第一空腔；
S06：去除所述临时衬底；
S07：在所述第二电极上形成第二凸起，所述第一凸起和/或所述第二凸起在所述压电层所在平面上的投影包括环形，所述环形包括开环或闭环。
图3至图10示出了根据本发明实施例2的一种薄膜压电声波谐振器的制造方法不同阶段的结构示意图，请参考图3至图10，详细说明各步骤。需要说明的是步骤S0N不代表先后顺序。
参考图3，执行步骤S01：提供临时衬底300。
临时衬底300可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。
参考图4和图5，执行步骤S02：在所述临时衬底300上形成压电叠层结构及第一凸起40a，所述压电叠层结构包括依次形成在所述临时衬底上的第二电极105、压电层104、第一电极103，所述第一凸起40a位于所述第一电极所在侧。
第二电极105和第一电极103的材料可以使用本领域技术人员熟知的任意合适的导电材料或半导体材料，其中，导电材料可以为具有导电性能的金属材料，例如，由钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Cr)、钛(Ti)、金(Au)、锇(Os)、铼(Re)、钯(Pd)等金属中一种制成或由上述金属形成的叠层制成，半导体材料例如是Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。可以通过磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积或者化学气相沉积方法形成第二电极105和第一电极103。压电层104的材料可以使用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料及它们的组合。当压电层104包括氮化铝(AlN)时，压电层104还可包括稀土金属，例如钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。此外，当压电层104包括氮化铝(AlN)时，压电层104还可包括过渡金属，例如锆(Zr)、钛(Ti)、锰(Mn)和铪(Hf)中的至少一种。可以使用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积等本领域技术人员熟知的任何适合的方法沉积形成压电层104。可选的，本实施例中，第二电极105和第一电极103由金属钼(Mo)制成，压电层104由氮化铝(AlN)制成。第一凸起的形成方法有多种，将在后续描述中集中阐述。
参考图6，执行步骤S03：形成支撑层102，覆盖所述压电叠层结构。
通过物理气相沉积或化学气相沉积形成支撑层102。支撑层102的材料可以是任意适合的介电材料，包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅等材料中的至少一种。
参考图7，执行步骤S04：图形化所述支撑层102，形成第一空腔110a，所述第一空腔110a贯穿所述支撑层102，第一凸起40a位于所述第一空腔110a所围成的区域内。
通过刻蚀工艺刻蚀支撑层102形成第一空腔110a，并暴露出底部的第一电极层103、第一凸起40a。该刻蚀工艺可以是湿法刻蚀或者干法刻蚀工艺，干法刻蚀包括但不限于反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀。第一空腔110a的深度和形状均取决于待制造的体声波谐振器所需空腔的深度和形状，即可以通过形成支撑层102的厚度来确定第一空腔110a的深度。第一空腔110a底面的形状可以为矩形或是矩形以外的多边形，例如五边形、六边形、八边形等，也可以为圆形或椭圆形。
参考图8，执行步骤S05：在所述支撑层102上键合承载衬底100，所述承载衬底100覆盖所述第一空腔110a。承载衬底100的材料可以参照临时衬底300的材料。可以通过热压键合的方式实现承载衬底100与支撑层102的键合，也可以通过干膜粘合的方式实现承载衬底100与支撑层102的键合。
参考图9，执行步骤S06：去除所述临时衬底。去除临时衬底的方法可以采用机械研磨。
参考图10，执行步骤S07：在所述第二电极105上形成第二凸起40b，所述第一凸起40a和/或所述第二凸起40b在所述压电层104所在平面上的投影包括环形，所述环形包括开环或闭环。
第一凸起40a和第二凸起40b的结构、位置关系以及带来的有益效果参照实施例1，此处不在赘述。
本实施例中形成所述第一凸起40a和所述第二凸起40b的方法为：在所述临时衬底300上依次形成第二导电材料层、压电层104，所述第二导电材料层的厚度为第二电极105和第二凸起40b的厚度总和，之后，在压电层104上形成第一导电材料层，此时形成的第一导电材料层的厚度为第一电极103和第一凸起40a的厚度的总和，形成第一导电材料层后，刻蚀设定厚度的第一导电材料层，形成第一凸起40a和第一电极103，去除所述临时衬底300后，刻蚀设定厚度的第二导电材料层，形成第二凸起40b和第二电极105。本发明形成第一凸起40a和第二凸起40b的方法有多种，从形成凸起的材料划分包括以下两种形式：
第一种形式：在所述临时衬底或所述第二电极或所述压电层上形成结构材料层，对所述结构材料层进行刻蚀工艺形成所述第一凸起，在所述临时衬底上形成的所述结构材料层用于形成所述第二电极，在所述第二电极上形成的所述结构材料层用于形成所述压电层，在所述压电层上形成的所述结构材料层用于形成所述第一电极；本实施例中，形成第一凸起为此种形式。在所述临时衬底上形成结构材料层，去除所述临时衬底后，对所述结构材料层进行刻蚀工艺形成所述第二凸起，所述结构材料层用于形成所述第二电极。本实施例中，形成第一凸起和第二凸起的方法为此种形式。
第二种形式：在所述临时衬底或所述第二电极或所述压电层或所述第一电极上形成凸起材料层，对所述凸起材料层进行刻蚀工艺形成所述第一凸起；去除所述临时衬底后，在所述第二电极上形成凸起材料层，对所述凸起材料层进行刻蚀工艺形成所述第二凸起。
第一种形式中，凸起和结构材料层的材料相同，可以通过一次沉积工艺形成结构材料层和凸起材料层，减少工艺步骤。第二种形式中，凸起材料和结构材料层的材料不同，需要通过两次沉积工艺形成，但凸起材料的选择不限于和第一电极或第二电极或压电层材料相同，凸起材料的选择范围更广。
针对以上任何一种形式，形成所述压电叠层结构及所述第一凸起和所述第二凸起具体方法可以包括：
方法1：在所述临时衬底上依次形成所述第二电极、压电层、第一电极，在所述第一电极上形成所述第一凸起，去除所述临时衬底后，在所述第二电极上形成所述第二凸起。此时所述第一凸起的材料和所述第一电极的材料可以相同也可以不同，同理，所述第二凸起的材料和所述第二电极的材料可以相同也可以不同。本实施例中两者的材料均相同，通过沉积工艺形成导电材料层，通过刻蚀工艺形成第一电极和第一凸起，同理，形成第二电极和第二凸起。在其他实施例中，两者材料可以不相同，可以先形成第二电极和第一电极，之后通过沉积工艺形成第二凸起、第一凸起材料层，再通过刻蚀工艺形成第一凸起和第二凸起。
方法2，在所述临时衬底上依次形成所述第二电极、压电层，在所述压电层上形成所述第一凸起，在所述第一凸起、所述压电层上形成所述第一电极，去除所述临时衬底后，在所述第二电极上形成所述第二凸起。此方法与方法1的区别在于，方法1的第一凸起形成在第一电极上，此方法的第一凸起是在所述压电层上形成。此种方式形成第一凸起也包括两种情况，一种为第一凸起的材料和压电层的材料相同，并通过一次沉积工艺形成。此时，在第二电极上形成压电材料层，压电材料层的厚度为第一凸起和压电层高度的总和，之后通过刻蚀工艺形成压电层和第一凸起。另一种为第一凸起和压电层分别单独形成，首先在所述第二电极上形成压电层，之后在所述压电层上形成第一凸起材料层，通过刻蚀工艺形成第一凸起，再在第一凸起上、压电层上形成第一电极。
同理，形成第二凸起也包括两种情况，一种为第二凸起和第二电极的材料相同，并通过一次沉积工艺形成。此时，在临时衬底上形成导电材料层，导电材料层的厚度为第二凸起和第二电极高度的总和，去除所述临时衬底后，通过刻蚀工艺分别形成第二电极和第二凸起。另一种为第二凸起和第二电极分别单独形成，首先在所述临时衬底上形成第二电极，去除所述临时衬底后，在第二电极上形成第二凸起材料层，通过刻蚀工艺形成第二凸起。
方法3，在所述临时衬底上形成所述第二电极，在所述第二电极上形成所述第一凸起，在所述第一凸起、所述第二电极上依次形成所述压电层、第一电极，去除所述临时衬底后，在所述第二电极上形成所述第二凸起。此方法与方法2的区别在于，方法2的第一凸起形成在压电层上，此方法的第一凸起形成在第二电极上，第二凸起和第一凸起的材料与形成方法可以参照方法2，此处不再赘述。
方法4，在所述临时衬底上形成所述第一凸起，在所述第一凸起上，所述临时衬底上依次形成所述第二电极、压电层、第一电极，去除所述临时衬底后，在所述第二电极上形成所述第二凸起。此方法的第一凸起的材料可以和第一电极相同也可以不同，形成方法参考方法2，第二凸起的材料和形成方法参考方法2，此处不再赘述。
实施例3
本实施例提供了另一种薄膜压电声波谐振器的制造方法。图11至图18示出了不同步骤中对应的结构示意图。
参考图11至图18，本实施例中步骤S01至S04与实施例2相同。与实施例2的主要区别在于执行完步骤S04之后，执行步骤S05之前还包括：在所述第一空腔110a底部、所述第一凸起40a的外围形成环绕所述第一凸起40a的第一沟槽130a，所述第一沟槽130a贯穿所述第一电极103。执行步骤S07之后还包括：在所述第二电极105上、所述第一沟槽130a相对的一侧形成第二沟槽130b，所述第二沟槽130b环绕所述第二凸起40b，所述第二沟槽130b贯穿所述第二电极105；所述第一沟槽130a和所述第二沟槽130b在所述承载衬底100的投影的两个交界处相接或设有间隙。
具体地，参照图11，刻蚀第一电极层103以在第一空腔110a内、第一凸起40a的外周形成第一沟槽130a，第一沟槽130a的侧壁可以是倾斜或者竖直的。本实施例中，第一沟槽130a的侧壁与压电层104所在平面构成一钝角(第一沟槽130a的纵向截面(沿膜层厚度方向的截面)形状为梯形)。第一沟槽130a在压电层104所在平面的投影为一半环形或类似半环形的多边形。
参考图12，本实施例中，形成第一沟槽130a后，还包括：在所述支撑层102的表面形成键合层101，所述键合层101用于键合所述支撑层102与所述承载衬底100。通过沉积工艺在支撑层102、第一电极103、第一凸起40a以及第一沟槽130a的表面形成键合层101。键合层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或硅酸乙酯。由上文表述的支撑层102的材料可知，所述支撑层102与所述键合层102的材料可以相同。本实施例中，键合层101的材料为硅酸乙酯。
参考图13，本实施例中形成所述键合层101后还包括：在所述第一凸起40a包围的所述第一电极103的表面形成频率调整层1010。需要说明的是，形成所述频率调整层1010和键合层是两个独立的步骤。形成频率调整层1010之前可以不形成键合层102。频率调整层1010的材料可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或硅酸乙酯。本实施例中，频率调整层1010的材料与键合层101的材料相同为硅酸乙酯。形成键合层101和频率调整层1010的方法包括物理气相沉积或化学气相沉积。频率调整层1010的作用参见实施例1的描述，此处不在赘述。
参考图14，执行步骤S05：在所述键合层101上键合承载衬底100，所述承载衬底100覆盖所述第一空腔110a。承载衬底100的材料可以参照临时衬底300的材料。通过键合层101将承载衬底100与支撑层102进行键合。
参考图15，执行步骤S06：去除所述临时衬底。
参考图16，执行步骤S07：在所述第二电极上形成第二凸起40b，所述第一凸起40a和/或所述第二凸起40b在所述压电层104所在平面上的投影包括环形，所述环形包括开环或闭环。参考图17，执行步骤S07后，在所述第二电极105上、所述第一沟槽130a相对的一侧形成第二沟槽130b，所述第二沟槽130b环绕所述第二凸起40b，所述第二沟槽130b贯穿所述第二电极105。本实施例中，所述第一沟槽130a和所述第二沟槽130b在所述承载衬底100的投影的两个交界处相接。构成封闭的不规则多边形。第二沟槽130b的结构和形成方法参照第一沟槽130a的结构和形成方法。在其他实施例中，也可以只单独形成第一沟槽130a或第二沟槽130b。第一沟槽130a和第二沟槽130b的结构和作用参照实施例1，此处不再赘述。
参考图18，本实施例中，执行步骤S07后还包括：在所述压电叠层结构上形成接合层106，所述接合层106围成第二空腔110b，所述第二空腔110b位于所述第一空腔110a上方，所述第二凸起40b位于所述第二空腔110b内部；在所述接合层106上键合封盖基板200，所述封盖基板200覆盖所述第二空腔110b。还包括形成第一电连接部和第二电连接部，第一电连接部用于和有效谐振区的第一电极电连接，第二电连接部用于和有效谐振区的第二电极电连接。还包括形成导电互连结构120，连接于所述有效谐振区外部的第一电极103和第二电极105。
其中形成所述第一电连接部包括：
通过刻蚀工艺形成贯穿所述第一电极103下层结构的第一通孔140，所述第一通孔140暴露出所述第一电极103，在所述第一通孔103中通过电镀工艺或物理气相沉积工艺形成第一导电互连层141，所述第一导电互连层141覆盖所述第一通孔140内表面、及所述第一通孔140外周的所述承载衬底100的部分表面，与所述第一电极103连接；在所述第一导电互连层141表面通过沉积工艺形成绝缘层160；在所述承载衬底100的表面形成第一导电凸起142，所述第一导电凸起142与所述第一导电互连层141电连接。
形成所述第二电连接部包括：
通过刻蚀工艺形成贯穿所述第一电极103下层结构的第二通孔150，所述第二通孔150暴露出所述第一电极103，在所述第二通孔150中通过沉积工艺或电镀工艺形成第二导电互连层151，所述第二导电互连层151覆盖所述第二通孔150内表面、及所述第二通孔150外周的所述承载衬底100的部分表面，与所述第一电极103连接；在所述第二导电互连层151表面通过沉积工艺形成绝缘层160；在所述承载衬底100的表面形成第二导电凸起152，所述第二导电凸起152与所述第二导电互连层151电连接。
第一电连接部和第二电连接部的结构相同，只是位置不同，因此第一电连接部和第二电连接部可以同时形成，节省工艺步骤，缩短制造周期。
本实施例中，导电互连结构120包括两部分，两部分导电互连结构的位置参照实施例1，两部分导电互连结构120的形成方法相同。所述方法为：在有效谐振区的外部通过刻蚀工艺形成通孔，所述通孔贯穿第二电极105和压电层104，暴露出第一电极103。通过电镀工艺在通孔中形成导电互连结构120。本实施例中，导电互连结构120的材质与第一导电互连层141、第二导电互连层151的材质相同，均为铜。导电互连结构120的作用参照实施例1。
封盖基板200和接合层106的材料参照实施例1。
本发明谐振器的制造方法，是双面制造工艺，可以在键合承载衬底之前在压电叠层结构的一面形成第一凸起；去除临时衬底后，可以在压电叠层结构的另一面形成第二凸起。而传统的制造工艺流程，是单面制造工艺，只能在压电叠层结构的一面形成凸起。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于结构实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (18)

1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：
承载衬底；
支撑层，键合于所述承载衬底上，所述支撑层围成第一空腔，所述第一空腔暴露出所述承载衬底；
压电叠层结构，位于所述支撑层上方，覆盖所述第一空腔，所述压电叠层结构从下至上包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极，其中位于所述第一空腔上方的所述第一电极、压电层和第二电极在垂直于所述压电层表面方向上相互重叠的区域构成谐振器的有效谐振区；
有效谐振区边界处设置有第一凸起和第二凸起，所述第一凸起位于所述第一电极所在侧，所述第二凸起位于所述第二电极所在侧，所述第一凸起、所述第二凸起的至少其中之一在所述压电层所在平面上的投影包括环形，所述环形包括开环或闭环；
所述第一凸起突出于所述压电叠层结构的下表面，所述第二凸起突出于所述压电叠层结构的上表面，且所述压电叠层结构在所述第一凸起和所述第二凸起所在位置的厚度增加；
所述第一凸起和所述第二凸起在所述压电层所在平面上的投影至少部分重合，或者其中之一的投影环绕于另一投影的外周。
2.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一凸起或所述第二凸起的材料包括介质材料或导电材料。
3.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极包括所述第一凸起；和/或，所述第二电极包括所述第二凸起。
4.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括第一沟槽，位于所述第一空腔内部，贯穿所述第一电极，环绕于所述第一凸起所在区域的外周。
5.如权利要求4所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括第二沟槽，在横向方向上与所述第一沟槽相对设置，贯穿所述第二电极，环绕于所述第二凸起所在区域的外周；
所述第一沟槽与所述第二沟槽在所述承载衬底的投影的两个交界处相接或设有间隙。
6.如权利要求5所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一沟槽的内边缘与所述第一凸起的外边界重合；和/或，所述第二沟槽的内边缘与所述第二凸起的外边界重合。
7.如权利要求5所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括：
接合层，设置于所述压电叠层结构上方、所述接合层围成第二空腔，所述第二空腔暴露出所述压电叠层结构的表面，所述第二空腔位于所述第一空腔上方，所述第一沟槽和所述第二沟槽位于所述第二空腔围成的区域内部；
封盖基板，设置于所述接合层上，并覆盖所述第二空腔。
8.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述支撑层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或硅酸乙酯。
9.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括键合层，设置于所述支撑层与所述承载衬底之间。
10.一种薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括：
提供临时衬底；
在所述临时衬底上形成压电叠层结构及第一凸起，所述压电叠层结构包括依次形成在所述临时衬底上的第二电极、压电层、第一电极，所述第一凸起位于所述第一电极所在侧；
形成支撑层，覆盖所述压电叠层结构；
图形化所述支撑层，形成第一空腔，所述第一空腔贯穿所述支撑层，所述第一凸起位于所述第一空腔围成的区域内；
在所述支撑层上键合承载衬底，所述承载衬底覆盖所述第一空腔；
去除所述临时衬底；
在所述第二电极上形成第二凸起，所述第一凸起、所述第二凸起的至少其中之一在所述压电层所在平面上的投影包括环形，所述环形包括开环或闭环；所述第一凸起突出于所述压电叠层结构的下表面，所述第二凸起突出于所述压电叠层结构的上表面，且所述压电叠层结构在所述第一凸起和所述第二凸起所在位置的厚度增加；所述第一凸起和所述第二凸起在所述压电层所在平面上的投影至少部分重合，或者其中之一的投影环绕于另一投影的外周。
11.如权利要求10所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述第一凸起的方法包括：
在所述临时衬底或所述第二电极或所述压电层上形成结构材料层，对所述结构材料层进行刻蚀工艺形成所述第一凸起，在所述临时衬底上形成的所述结构材料层用于形成所述第二电极，在所述第二电极上形成的所述结构材料层用于形成所述压电层，在所述压电层上形成的所述结构材料层用于形成所述第一电极；或者，
在所述临时衬底或所述第二电极或所述压电层或所述第一电极上形成凸起材料层，对所述凸起材料层进行刻蚀工艺形成所述第一凸起。
12.如权利要求10所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述第二凸起的方法包括：
在所述临时衬底上形成结构材料层，去除所述临时衬底后，对所述结构材料层进行刻蚀工艺形成所述第二凸起，所述结构材料层用于形成所述第二电极；或者，
去除所述临时衬底后，在所述第二电极上形成凸起材料层，对所述凸起材料层进行刻蚀工艺形成所述第二凸起。
13.如权利要求10所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成压电叠层结构及第一凸起包括：
在所述临时衬底上依次形成所述第二电极、压电层、第一电极，之后，在所述第一电极上形成所述第一凸起；
或者，在所述临时衬底上依次形成所述第二电极、压电层，在所述压电层上形成所述第一凸起，在所述第一凸起、所述压电层上形成所述第一电极；
或者，在所述临时衬底上形成所述第二电极，在所述第二电极上形成所述第一凸起，在所述第一凸起、所述第二电极上依次形成所述压电层、第一电极；
或者，在所述临时衬底上形成所述第一凸起，在所述第一凸起上，所述临时衬底上依次形成所述第二电极、压电层、第一电极。
14.如权利要求10所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一凸起和/或所述第二凸起在所述压电层所在平面的投影为环形。
15.如权利要求10所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一凸起和所述第二凸起在所述压电层所在平面上的投影重合，或者其中之一的投影环绕于另一投影的外周。
16.如权利要求10所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，键合所述承载衬底前还包括：
在所述第一空腔底部、所述第一凸起的外围形成环绕所述第一凸起的第一沟槽，所述第一沟槽贯穿所述第一电极。
17.如权利要求16所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，在所述第二电极上形成第二凸起后还包括：
在所述第二电极上、所述第一沟槽相对的一侧形成第二沟槽，所述第二沟槽环绕所述第二凸起，所述第二沟槽贯穿所述第二电极；
所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述承载衬底的投影的两个交界处相接或设有间隙。
18.如权利要求10所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，在所述支撑层上键合所述承载衬底包括：
在所述支撑层的表面形成键合层，通过所述键合层键合所述支撑层与所述承载衬底，所述支撑层与所述键合层的材料相同。
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