CN112039470B - 薄膜体声波谐振器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括提供临时衬底；在临时衬底上依次形成第二电极层、压电层和第一电极，第一电极位于有效谐振区；形成第一电极引出结构，在有效谐振区的边缘与压电层和第一电极围成第一空隙；在压电层上形成包括第一空腔的第一衬底，第一电极位于第一空腔围成区域的边界以内；去除临时衬底；图形化第二电极层，形成第二电极，第一电极、压电层和第二电极构成压电叠层结构；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；形成第二电极引出结构，在有效谐振区的边缘与所述压电叠层结构形成第二空隙。能够达到消除有效谐振区边界杂波的效果，进而提升谐振器的Q值。
Description
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的其制造方法。
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
本发明的目的在于提供一种薄膜体声波谐振器的其制造方法，能够提高薄膜体声波谐振器的品质因子，进而提高器件性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种薄膜体声波谐振的制作方法，包括：
提供临时衬底；
在所述临时衬底上依次形成第二电极层、压电层和第一电极，所述第一电极位于有效谐振区；
形成第一电极引出结构，所述第一电极引出结构连接所述第一电极的边缘延伸至无效区作为第一信号连接端，在所述有效谐振区的边缘与压电层和第一电极围成第一空隙；
在所述压电层上形成包括第一空腔的第一衬底，所述第一衬底覆盖部分所述第一电极引出结构，所述第一电极位于所述第一空腔围成区域的边界以内；
去除所述临时衬底；
图形化所述第二电极层，形成第二电极；所述有效谐振区包括所述第一电极、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；
形成第二电极引出结构，所述第二电极引出结构连接所述第二电极的边缘延伸至无效区作为第二信号连接端，在所述有效谐振区的边缘与所述压电层和第二电极围成第二空隙。
本发明的有益效果在于：
通过在临时衬底表面上依次形成第二电极层和压电层，使得压电层能够形成在平整的第二电极层上，保证压电层具有较好的晶格取向，提高压电层的压电特性，进而提高谐振器的性能。同时，在所述压电层上形成包括第一空腔的第一衬底，避免了通过牺牲层形成第一空腔中去除牺牲层时对压电层的损伤，提供了牺牲层的性能。通过先在压电层的第一表面形成第一电极、第一电极引出结构，然后在第二表面形成第二电极和第二电极引出结构，这种压电层的双面进行电极图形化的工艺，避免了电极形成过程对压电层的刻蚀，保证压电层的完整性和平整性，减小对压电层的影响，从而提高谐振器的性能；并且此方法与谐振器主体工艺兼容，流程简单。
进一步地，采用键合工艺将第一衬底与压电层键合，工艺简单，保证了压电叠层的结构稳定性，提供了谐振器的器件性能。
进一步，当压电层为完整的膜层时，可以增加谐振器的结构强度；当压电层设有空气边隙，使压电层的边缘暴露在空气中，能够抑制横波损失。
进一步地，在第一电极表面设置第一凸起和/或在第二电极表面设置第二凸起，第一凸起和第二凸起所在的区域形成声阻抗失配区，能够在有效谐振区的边界与有效谐振区内部的声阻抗失配；第一凸起与第一架空部在压电层表面的投影为封闭或带有间隙的环形或第二凸起与第二架空部在压电层表面的投影为封闭或带有间隙的环形，能够共同起到抑制横向杂波泄露的效果，进一步提高了谐振器的品质因数。
进一步地，在压电层的上下表面分别形成第一介质层和第二介质层，在后续形成顶盖时能够改善键合的效果，同时第一介质层和第二介质层的设置还能够提高谐振器整体的机械强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一实施例中一种薄膜体声波谐振器制作方法的流程图；
图2-图11示出了本发明一实施例一种薄膜体声波谐振器制作方法的相应步骤对应的结构示意图；
图6A示出本发明一实施例一种薄膜体声波谐振器制作方法中形成第一架空部、第一搭接部和第二架空部和第二搭接部的俯视结构示意图；
图12示出了本发明一实施例一种薄膜体声波谐振器制作方法的相应步骤对应的结构示意图；
图13至图14示出了本发明另一实施例一种薄膜体声波谐振器制作方法的步骤对应的结构示意图；
图15至图16示出了本发明另一实施例一种薄膜体声波谐振器制作方法的步骤对应的结构示意图；
图17至图18示出了本发明另一实施例一种薄膜体声波谐振器制作方法的步骤对应的结构示意图；
图19至图21示出了本发明一实施例一种薄膜体声波谐振器制作方法中形成顶盖的方法步骤对应的结构示意图；
图22至图24示出了本发明另一实施例一种薄膜体声波谐振器制作方法中形成顶盖的方法步骤对应的结构示意图；
图25至图27分别示出了不同结构的薄膜体声波谐振器形成顶盖后对应的结构示意图。
附图标记说明：
100、第一衬底；101、支撑层；101’、基底；102、第一电极；102’、第一电极层；103、压电层；104、第二电极；104’、第二电极层；105、第一电极引出结构；1051、第一架空部；1052、第一搭接部；106、第二电极引出结构；1061、第二架空部；1062、第二搭接部；107a、第一凸起；107b、第二凸起；108a、第一牺牲凸起；108b、第二牺牲凸起；110a、第一空腔；110b、第二空腔；120a、第一空隙；120b、第二空隙；121a、第一介质层；121b、第二介质层；122、第一牺牲层；200、临时衬底；300、第二衬底；301、接合层；302、释放孔；303、空气边隙。
具体实施方式
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。
为解决上述问题，本发明提供一种薄膜体声波谐振器的制作方法，通过在第一电极侧和第二电极侧分别形成单独的第一电极引出结构和第二电极引出结构，第一电极引出结构和第二电极引出结构分别在有效谐振区边界区域形成第一空隙和第二空隙，第一空隙和第二空隙能够达到消除有效谐振区边界杂波的效果，进而提升谐振器的Q值。
以下结合附图和具体实施例对本发明的一种薄膜体声波谐振器及其制作方法作进一步详细说明。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。
在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述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，且一些所述的步骤可被省略和/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。
参考图1，本发明一实施例提供一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：
S01：提供临时衬底；
S02：在临时衬底上依次形成第二电极层、压电层和第一电极，第一电极位于有效谐振区；
S03：形成第一电极引出结构，第一电极引出结构连接第一电极的边缘延伸至无效区作为第一信号连接端，在有效谐振区的边缘与压电层和第一电极围成第一空隙；
S04：在压电层上形成包括第一空腔的第一衬底，第一衬底覆盖部分第一电极引出结构，第一电极位于第一空腔围成区域的边界以内；
S05：去除临时衬底；
S06：图形化第二电极层，形成第二电极；有效谐振区包括第一电极、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；
S07：形成第二电极引出结构，第二电极引出结构连接第二电极的边缘延伸至无效区作为第二信号连接端，在有效谐振区的边缘与压电层和第二电极围成第二空隙。
图2至图11为本实施例一种薄膜体声波谐振器的制作方法的相应步骤对应的结构示意图，以下将参考图2至图11详细说明本实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的的制作方法。
参考图2，执行步骤S01，提供临时衬底200。
临时衬底200可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材，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(Si)、碳锗硅(SiGe)、砷化铟(Ins)、砷化镓(Gs)、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，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(DouleSide Polished Wfers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。本实施例中临时衬底200为<100>晶向的P型高阻单晶硅片。
另外，为便于后续剥离临时衬底，还可以在临时衬底上形成隔离层，隔离层位于临时衬底和后续形成的第二电极层之间，在后续剥离工艺中，可以通过腐蚀隔离层的方式，使临时衬底与后续形成的第二电极层分离，有助于快速剥离临时衬底，提高工艺制作效率，若临时衬底与第二电极层之间未形成隔离层，则后续可通过机械研磨等方式去除临时衬底。隔离层的材质均包括但不限于二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)中的至少一种。隔离层可通过化学气相沉积、磁控溅射或蒸镀等方式形成。在本实施例中，隔离层的材质为二氧化硅(SiO2)。
参考图3和图4所示，执行步骤S02，在临时衬底上依次形成第二电极层104’、压电层103和第一电极102，第一电极102位于有效谐振区。
参考图3，首先在临时衬底200上沉积第二电极层104’，然后在第二电极层上沉积压电层，最后在压电层上沉积第一电极层102’。通过沉积工艺使压电层103形成在平整的第二电极层104’上，可以使压电层103具有较好的晶格取向，提高压电层103的压电特性，进而提高谐振器的整体性能。
压电层103的材料可以使用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNO3)、石英(Qurtz)、铌酸钾(KNO3)或钽酸锂(LiTO3)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103包括氮化铝(AlN)时，压电层103还可包括稀土金属，例如钪(S)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。此外，当压电层103包括氮化铝(AlN)时，压电层103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103。
第一电极层和第二电极层可以使用本领域技术任意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(Au)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铬(Ar)、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、Si、SiGe等其中，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一电极层102’或第二电极层104’。
参考图4，形成第一电极层102’之后，对第一电极层102’进行图形化，形成第一电极102，图形化第一电极层102’的方法可以利用刻蚀工艺刻蚀第一电极层102’，该刻蚀工艺可以是湿法刻蚀或者干法刻蚀工艺，其中较佳地使用干法刻蚀工艺，干法刻蚀包括但不限于反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割。本实施例中，第一电极102的边界仅存在于有效谐振区边界以内。
其他实施例中，也可以形成压电层103后，在压电层上形成掩膜层，掩膜层暴露出部分压电层103表面，在压电层103和掩膜层上沉积第一电极层；去除掩膜层，形成第一电极102。通过在压电层103上形成掩膜层，然后在压电层103和掩膜层上沉积第一电极层102’，在图形化第一电极层102’形成第一电极102时，能够保证压电层103不被刻蚀，保证压电层103的完整性，进一步提高谐振器的结构稳定性。
参考图5和图6，执行步骤S03和S04，形成第一电极引出结构105，第一电极引出结构105连接第一电极102的边缘延伸至无效区作为第一信号连接端，在有效谐振区的边缘与压电层103和第一电极102围成第一空隙120a。
具体的，形成第一电极引出结构105的方法包括：在第一电极的边缘形成第一牺牲凸起；形成第一导电层，覆盖压电层和第一牺牲凸起；图形化第一导电层，形成第一电极引出结构；去除第一牺牲凸起，形成第一空隙。
具体为：参考图5，首先在压电层103上形成第一牺牲凸起材料层，第一牺牲凸起材料层覆盖第一电极102和压电层103；图形化第一牺牲凸起材料层，在第一电极102的边缘外并紧靠第一电极的侧壁处形成第一牺牲凸起108a，或者，第一牺牲凸起也可以位于第一电极上并延伸至压电层上。
本实施例中，第一牺牲凸起108a的顶部高于第一电极102表面，应当理解，第一牺牲凸起108a的顶部也可以不高于第一电极102的表面，只是当第一牺牲凸起108a的顶部高于第一电极102的表面时，在后续去除第一牺牲凸起108a后形成第一空隙120a时能将第一电极102的边缘全部暴露在第一空隙120a中，能够更好的抑制横波的损失。第一牺牲凸起108a可以为台阶状凸起结构，也可以为柱状结构，第一牺牲凸起108a的形状并不限于此。在本实施例中，第一牺牲凸起材料层材料包括磷硅玻璃、低温二氧化硅、硼磷硅玻璃、锗、碳、聚酰亚胺或光阻剂。
参考图6，形成第一导电层，覆盖压电层103、第一电极102和第一牺牲凸起108a；图形化第一导电层，形成第一电极引出结构105。
在本实施例中，第一电极引出结构105包括覆盖第一牺牲凸起108a的第一架空部1051和位于压电层103表面的第一搭接部1052，第一搭接部1052延伸至第一空腔110a的外围，第一架空部和第一搭接部电连接。
第一电极引出结构105的材料为金属材料，金属材料包括金、银、钨、铂、铝、铜中的一种或多种。
形成第一电极引出结构105后，还包括：去除第一牺牲凸起108a，以形成第一间隙120a。
此时，第一电极引出结构105包括围成第一空隙120a的第一架空部1051和延伸至无效区的第一搭接部1052，第一搭接部1052作为第一信号连接端，第一架空部1051和第一搭接部1052电连接；第一搭接部1052环绕于第一电极102的外周，第一架空部1051环绕于第一电极102的外周。
在本实施例中，第一架空部1051环绕于第一电极102的外周构成封闭的环形。在另一实施例中，第一架空部1051连接于第一电极102的一个或多个边缘。
在本实施例中，第一搭接部1052环绕于第一电极102的外周构成封闭的环形。在另一实施例中，第一搭接部1052可以设置于第一电极102的部分外周。
参考图6A，第一架空部在压电层的投影为条状或面状，当呈面状时，其可以连续或间断地分布在第一电极一个或多个边缘；同样，第一搭接部在压电层的投影也可以为条状或面状；对应地，第一架空部和第一搭接部的组合也可以为多种，例如，第一架空部和第一搭接部均为条状或均为面状，或其中之一为条状结构，另一个为面状结构，优选地，第一架空部和第一搭接部均为面状，以增加第一电极与第一电极引出结构的接触面积，有利于减小阻抗，提升谐振器的Q值。
参考图7，在压电层103上形成包括第一空腔110a的第一衬底100，第一衬底100覆盖部分第一电极引出结构105，第一电极102位于第一空腔110a围成区域的边界以内。
在本实施例中，形成包括第一空腔110a的第一衬底100方法如下：
在压电层103上形成支撑层101，在支撑层101中形成第一空腔110a；
提供基底101’，将基底101’键合在支撑层101上；
支撑层101与基底101’构成第一衬底100。
具体的，在本实施例中，首先，通过化学气相沉积或物理气相沉积的方法形成支撑层101，支撑层覆盖压电层103、第一电极102和第一电极引出结构105，支撑层101的材质例如为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝的一种或几种组合。
然后在支撑层101中形成第一空腔110a，第一电极102位于第一空腔110a内；本实施例中，第一空腔110a可以通过刻蚀工艺刻蚀支撑层101形成，第一空腔110a贯穿支撑层101，将基底101’键合在支撑层101上，使基底101’遮盖第一空腔110a。
在本实施例中，可以通过热压键合的方式实现基底101’与支撑层101的键合，也可以通过干膜粘合的方式实现基底101’与支撑层101的键合，干膜粘合的过程为，将干膜(Dryfilm)涂于基底101’上，利用曝光显影或者激光，作出粘合图形，基底101’与支撑层101通过干膜(Dry film)键合在一起。基底101’的材料参考临时衬底200，此处不再赘述。通过键合工艺将包括第一空腔110a的第一衬底100键合在压电层103上，能够在形成第一空腔110a的过程中，保证压电叠层结构不会出现变形的情况，保证了压电叠层的结构稳定性。在另一实施例中，形成带有空腔的第一衬底的方法还可以为：
提供第一衬底；在第一衬底内刻蚀形成第一空腔，第一空腔的底部与第一衬底的顶部设有一定的距离(即第一空腔不贯穿第一衬底)，将第一衬底键合在压电层上，使第一电极的边缘位于第一空腔围城区域的边界以内。
其他实施例中，也可以先在基底上形成支撑层，刻蚀支撑层，形成第一空腔，将支撑层与压电层键合，基底与支撑层构成第一衬底。
在本实施例中，将第一衬底键合在压电层之前，还包括释放第一牺牲凸起108a，使得第一架空部1051与第一电极102的边缘、压电层103表面之间形成第一空隙120a。第一空隙暴露出第一电极的边缘，横波传输到第一电极边缘时在空气界面发生反射，抑制横波的损失，进而提升谐振器的Q值。
在本实施例中，采用的是键合工艺，因此第一衬底键合在压电层之前，可以先释放第一牺牲凸起108a，在压电层为完整膜层的实施例中，能够避免在压电层内打孔释放第一牺牲凸起108a，保证压电层的完整性，提高压电层的结构强度，提高谐振器的成品率。
参考图8，执行步骤S05：去除临时衬底200。
将键合后的上述薄膜体声波谐振器进行翻转，进行后续工艺；本实施例中采用刻蚀或机械研磨等方式将临时衬底200去除。
参考图9，执行步骤S06：图形化第二电极层104’，形成第二电极104；有效谐振区包括第一电极102、压电层103和第二电极104在垂直于压电层103表面方向上相互重叠的区域；
首先对第二电极层104’进行图形化，形成第二电极104，第二电极104仅保留有效谐振区区域；图形化第二电极层104’形成第二电极的方法参照第一电极层102’形成第一电极的方法，此处不再赘述。
第二电极104和第一电极102的形状可以相同也可以不相同，本实施例，第二电极104和第一电极102的形状相同，两者相对设置。
参考图10和图11，执行步骤S07：形成第二电极引出结构106，第二电极引出结构106连接第二电极104的边缘延伸至无效区作为第二信号连接端，在有效谐振区的边缘与压电层103和第二电极104围成第二空隙120b。
第一信号连接端和第二信号连接端其中之一为信号输入端时，另一为信号输出端。
具体的，形成第二电极引出结构的方法包括：在第二电极边缘形成第二牺牲凸起；形成第二导电层，覆盖压电层和第二牺牲凸起；图形化第二导电层，形成第二电极引出结构；去除第二牺牲凸起，形成第二空隙。参考图10，首先在压电层103上形成第二牺牲凸起材料层，第二牺牲凸起材料层覆盖第二电极104和压电层103，图形化第二牺牲凸起材料层，在第二电极104的边缘外并紧靠第二电极的侧壁处形成第二牺牲凸起108b，或者，第二牺牲凸起也可以位于第二电极上并延伸至压电层103上。本实施例中，第二牺牲凸起108b的顶部高于第二电极104表面，应当理解，第二牺牲凸起108b的顶部也可以不高于第二电极104的表面，只是当第二牺牲凸起108b的顶部高于第二电极104的表面时，在后续去除第二牺牲凸起108b后形成第二空隙108b时能将第二电极104的边缘全部暴露在第二空隙108b中，能够更好的抑制横波的损失。第二牺牲凸起108b的形状和材料参照第一牺牲凸起的形状和材料。
本实施例中，第二电极引出结构106包括覆盖第二牺牲凸起108a的第二架空部1061和位于压电层103表面的第二搭接部1062，第二搭接部1052延伸至第一空腔110a的外围，第二架空部和第二搭接部电连接。
第二电极引出结构106的材料为金属材料，金属材料包括金、银、钨、铂、铝、铜中的一种或多种。
第一电极引出结构105的材料可以与第二电极引出结构106的材料相同，也可以不同。
参考图11，形成第二电极引出结构106后，还包括：去除第二牺牲凸起108b，以形成第二间隙120b。
具体为，通过干法刻蚀工艺或者湿法刻蚀工艺释放第二牺牲凸起108b，使得第二架空部1061与第二电极104的边缘、压电层103表面之间形成第二空隙120b。形成第二电极引出结构之后，第二牺牲凸起的两侧边缘被暴露在空气中，可以直接释放第二牺牲凸起；其中第二牺牲凸起108b也可以在后续步骤中进行释放(可以与下文的第一牺牲层同时去除)，此处不再描述。第二空隙120b能够使第二电极104的整个边缘暴露在空气中，横波传输到第二电极104边缘时在空气界面发生反射，能够有效抑制横波的损失，进而提升谐振器的Q值。
第二电极引出结构106包括围成第二空隙120b的第二架空部1061和延伸至无效区的第二搭接部1062，第二搭接部1062与第二外部信号端电连接，第二架空部1061和第二搭接部1062电连接；第二搭接部1062环绕于第二电极104的外周；第二架空部1062环绕于第二电极104的外周。
在本实施例中，第二架空部1061环绕于第二电极104的外周构成封闭的环形。在另一实施例中，第二架空部1061连接于第二电极104的一个或多个边缘。
在本实施例中，第二搭接部1062环绕于第二电极104的外周构成封闭的环形。在另一实施例中，第二搭接部1062可以设置于第二电极104的部分外周。
本实施例中，第一电极引出结构105和第二电极引出结构106在压电层103表面的投影相互错开。
具体的，第一搭接部1051和第二搭接部1052在压电层103表面的投影相互错开，防止避免由于电位浮空产生耦合效应，防止寄生效应。
第一空隙120a、第二空隙120b在压电层103上的投影围成封闭的环形或具有间隙的环形。
本实施例通过先在压电层103的第一表面形成第一电极102、第一电极引出结构105，然后在压电层103的第二表面形成第二电极104和第二电极引出结构106，这种压电层的双面进行电极图形化的工艺，避免了电极形成过程对压电层的刻蚀，保证压电层103的完整性和平整性，减小对压电层的影响，从而提高谐振器的性能，并且此方法与谐振器主体工艺兼容，流程简单。
在一实施例中，参考图12，在形成第二电极引出结构106之后，还包括：
刻蚀有效谐振区边缘的压电层103，形成贯穿压电层103并连通于第一空腔110a的空气边隙303。
通过在有效谐振区的边缘区域设置贯穿压电层并连通第一空腔110a的空气边隙303，以使部分压电层103的边缘暴露于空气中，从而有效抑制横波。
本实施例中，空气边隙303、第一空隙120a和第二空隙120b在压电层103的投影相互错开，并围成封闭的环形或具有间隙的环形，能够更好的抑制横波。
在其他实施例中，压电层103也可以是完整的膜层，未经过刻蚀，这样的设置可以增加谐振器的结构强度。
在另一实施例中，还包括：在第一电极上形成第一凸起，第一凸起沿第一电极的边缘分布。
和/或，在第二电极上形成第二凸起，第二凸起沿第二电极的边缘分布。
参考图13和图14，在其它实施例中，基于图6的基础上，在形成第一电极引出结构105之后，在第一电极102上形成第一凸起107a，第一凸起107a沿第一电极的边缘分布，并与第一架空部1051在压电层103表面的投影围成封闭或带有间隙的环形。
第一凸起与第一空隙在压电层表面的投影围成封闭或带有间隙的环形。
形成第二电极引出结构106之后，在第二电极104上形成第二凸起107b，第二凸起107b沿第二电极的边缘分布，并与第二架空部1061在压电层103表面的投影围成封闭或带有间隙的环形。
第二凸起与第二空隙在压电层表面的投影围成封闭或带有间隙的环形。
需要说明的是第一凸起107a也可以形成在第一电极102之后且形成在第一电极引出结构105之前，或者在刻蚀形成第一电极引出结构105时，也刻蚀形成第一凸起107a，第一凸起与第一电极引出结构材料相同。需要说明的是第二凸起107b也可以形成在第二电极104之后且形成在第二电极引出结构106之前，或者，在刻蚀形成第二电极引出结构106时，也刻蚀形成第二凸起107b，第二凸起与第二电极引出结构材料相同。
本实施例中，形成第一凸起107a的方法如下：在形成第一电极引出结构之后，键合第一衬底之前：
在压电层103、第一电极102和第一电极引出结构105上形成掩膜层(未图示)，掩膜层暴露出边缘的部分第一电极102；
形成第一凸起材料层，第一凸起材料层覆盖掩膜层和暴露出的第一电极102；
去除掩膜层，形成第一凸起107a，第一凸起107a为连续的整体或包括间断设置的多个第一子凸起。
第二凸起107b的形成方法与第一凸起107a的形成方法类似，也是通过掩膜层的方式形成，通过在压电层103、第一电极102和第一电极引出结构105上形成掩膜层，掩膜层能够暴露出边缘的部分第一电极102，再通过图形化形成第一凸起107a，能够保证压电层103、第一电极102和第一电极引出结构105不被刻蚀，保证压电层103、第一电极102和第一电极引出结构105的完整性，进一步保证成型的谐振器整体结构稳定。
第一凸起107a和第二凸起107b所在的区域形成声阻抗失配区，能够在有效谐振区的边界与有效谐振区内部的声阻抗失配，第一凸起107a和第一电极引出结构105的第一架空部1051能够围成环形或第二凸起107b和第二电极引出结构106的第二架空部10611能够围成环形，共同起到抑制横向杂波泄露的效果，进一步提高了谐振器的品质因数。
在本实施例中，当第一凸起107a为连续的整体或当第二凸起107a为连续的整体时，第一凸起107a配合第一架空部1051围成封闭的环形时，或者，第二凸起107b和第二架空部1061配合在有效谐振区边界围成封闭的环形时，更有利于防止声波的横向泄露。其他实施例中，可以只包括第一凸起107a或第二凸起107b，第一凸起107a与第一架空部1051围成环形，或者，第二凸起107b与第二架空部1061围成环形。第一凸起107a和第一架空部1051，或者第二凸起107b和第二架空部1061围成的图形也可以不是封闭的环形。
第一凸起和第二凸起在压电层表面的投影可以围成封闭或者不封闭的环形。
具体的说，第一凸起107a和第二凸起可以为连续的整体或包括间断设置的多个子凸起，第一凸起和第二凸起可以围成封闭的环形或非封闭的环形，第一凸起和第二凸起在压电层表面的投影围成封闭的环形的情况可以为：当第一凸起和第二凸起为连续的整体时，第一凸起和第二凸起可以单独形成封闭的环形，也可以是第一凸起和第二凸起相对设置，互补形成封闭的环形；当第一凸起和第二凸起包括间断设置的多个子凸起时，第一凸起和第二凸起能够互补时，可以在压电层的投影上形成封闭的环形，需要说明的是，第一凸起和第二凸起在压电层表面的投影围成封闭的环形的情况并不仅限于此；第一凸起和第二凸起在压电层表面的投影围成不封闭的环形的情况可以为：当第一凸起和第二凸起均为连续的整体，第一凸起和第二凸起之间不重叠且不互补时，在压电层的投影可以围成不封闭的环形，当第一凸起和第二凸起为间断设置的多个子凸起且不互补时，第一凸起和第二凸起在压电层表面的投影围成不封闭的环形，同样的，第一凸起和第二凸起在压电层表面的投影围成不封闭的环形的情况并不仅限于此。
第一凸起107a和第二凸起107b的材料可以为导电材料也可以为介质材料，当第一凸起107a或第二凸起107b的材料为导电材料时，可以和第一电极102或第二电极104的材料相同，当第一凸起107a或第二凸起107b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。
参考图15，在本发明的其它实施例中，基于图6的基础上，还可以包括：形成第一电极102后，在无效区的压电层103上形成第一介质层121a与第一电极102相互隔开；第一介质层121a与第一搭接部1052连续相接。
具体为，在压电层103上形成第一介质层121a，第一介质层121a覆盖压电层103，第一介质层121a位于有效谐振区的外围并在有效谐振区边缘与第一电极102边缘之间形成间隙，第一介质层121a与第一搭接部1052包围第一电极102，第一介质层和第一搭接部在压电层表面相接且互补，在压电层表面围成环形，并铺满有效谐振区边缘以外的区域。
在又一实施例中，参考图16，还包括：形成第二电极104后，在无效区的压电层103上形成第二介质层121b，与第二电极104相互隔开，第二介质层121b与第二搭接部连续相接。
具体为，在压电层103上形成第二介质层121b，第二电极104覆盖压电层103，第二介质层121b位于有效谐振区的外围并在有效谐振区边缘与第二电极104边缘之间形成间隙，第二介质层121b与第二搭接部1062包围第二电极104，第二介质层和第二搭接部在压电层表面相接且互补，在压电层表面围成环形，并铺满有效谐振区边缘以外的区域。
在另一实施例中第一介质层也可以形成在第一电极引出结构形成之后，第二介质层也可以形成在第二电极引出结构形成之后。本实施例中，第一介质层121a和第二节介质层121b分别与第一电极和第二电极相互隔开形成间隙，通过将第一电极或第二电极暴露在空气中，有效的抑制横波的损失。
在压电层103的上下表面分别形成第一介质层121a和第二介质层121b，具有提高导热的作用，在后续形成顶盖时能够改善键合的效果，同时第一介质层121a和第二介质层121b的设置还能够提高谐振器整体的机械强度；进一步，第一介质层121a表面与第一搭接部1052表面齐平，第二介质层121b表面与第二搭接部1062表面齐平，提高机械强度以及改善顶盖键合的效果。
参考图17和图18，在另一实施例中，基于图6的基础上，在形成第一电极引出结构105之后，还可以形成第一凸起107a和第一介质层121a；以及在形成第二电极引出结构106之后，还可以形成第二凸起107b和第二介质层121a，具体地，第一凸起107a和第一介质层121a可以同时形成或不同时形成，当第一凸起107a和第一介质层121a的材料相同时，第一凸起107a和第一介质层121a可以同时形成，同样的，第二凸起107b和第二介质层121b可以同时形成或不同时形成，当第二凸起107b和第二介质层121b材料相同时，也可以同时形成。应当理解，当同时包括第一凸起107a、第二凸起107b、第一介质层121a和第二介质层121b时，能够更有利于抑制横波泄露、提高机械强度以及改善顶盖键合的效果。在其他实施例中，也可以只形成第一凸起107a、第二凸起107b的至少其中之一和第一介质层121a、第二介质层121b的至少其中之一，此处不再赘述。
在本发明的其它实施例中，基于图11的基础上，还包括在压电叠层上形成顶盖，顶盖包括第二空腔110b，第二电极104位于第二空腔110b内。
在一个实施例中，参考图19至21形成顶盖的方法包括：
提供第二衬底，在第二衬底300上形成接合层301；
图形化接合层301，形成第二空腔110b；
将接合层301与压电叠层结构键合；
参考图19，提供第二衬底300，在第二衬底300上形成接合层301；接合层301的材质与支撑层101的材质相同，第二衬底300与接合层301的连接方式与前面的基底101’与支撑层101的连接方法相同，此处不再赘述。
参考图20和图21，图形化接合层301，形成第二空腔110b；将接合层301与压电叠层结构键合；形成第二空腔110b的步骤和上述形成第一空腔110a的方法相同，此处不再赘述。
可以通过热压键合的方式也可以通过干膜粘合的方式实现键合，干膜粘合的过程为，将干膜(Dry film)涂于接合层301上，利用曝光显影或者激光，作出粘合图形，压电叠层和接合层301通过干膜(Dry film)键合在一起。通过键合工艺在压电层103上形成顶盖，避免暴露在上部空间的各层受外部环境的污染，同时能够避免第一空腔110a上的压电叠层结构受压变形，进一步保证谐振器的质量。因此本实施例中优选键合的方式形成顶盖。
在另一实施例中，参考图22至24，在压电叠层上形成顶盖的具体方法还可以为：
在第一空腔110a上方形成第一牺牲层122，覆盖第二电极；
形成接合层301，覆盖第一牺牲层122、第二架空部1061和压电层103；
在接合层301的顶部形成释放孔302；
释放第一牺牲层122，形成第二空腔110b；
在接合层301上键合第二衬底300。
参考图22，在第一空腔110a上方形成第一牺牲层122，覆盖有效谐振区；
在第一空腔110a上方形成第一牺牲层122之后，通过图形化第一牺牲层122，保留覆盖有效谐振区的区域，图形化牺牲层的方式与前面的图形化第一牺牲凸起材料层的方法相同，此处不再赘述。
参考图23，形成接合层301，覆盖第一牺牲层122、第二架空部1061和压电层103；在接合层301的顶部形成释放孔302；
在接合层301的顶部形成至少一个释放孔302，通过释放孔302将第一牺牲层122材料去除(若第二牺牲凸起在之前工艺中未被释放，可以在此步骤中一起通过释放孔去除)，释放孔302的数量、大小、形状并不做具体限定，可以将牺牲层材料去除干净即可，释放孔302的截面可以为梯形、矩形、圆形、椭圆形等，通过干法刻蚀的方式形成；也可以在本步骤中释放第二牺牲凸起。
参考图24，通过释放孔302释放第一牺牲层122，形成第二空腔110b；形成第二空腔110b后，在接合层301上键合第二衬底300。
在一实施例中，通过释放孔302释放第一牺牲层122和未释放的第二牺牲凸起108b，分别形成第二空腔110b和第二空隙120b。
根据选择的第一牺牲层122材料，采用相对应的去除方法，比如当第一牺牲层122材料为聚酰亚胺或光阻剂时，采用灰化的方法去除，灰化的方法具体为在250摄氏度的温度下，通过释放孔302的氧与第一牺牲层122材料发生化学反应，生成气体物质挥发掉，当第一牺牲层122材料为低温二氧化硅时，用氢氟酸溶剂和低温二氧化硅发生反应去除；接合层301与第二衬底300的键合方式与前面的相同，此处不再赘述。
键合第二衬底300后，如图24所示，形成一种薄膜体声波谐振器包括：第一衬底100，第一衬底100中设有第一空腔110a；压电叠层结构，从下至上包括依次层叠的第一电极102、压电层103和第二电极104，压电层103遮盖第一空腔110a，第一电极102和第二电极104的边缘均位于第一空腔110a围成区域的边界以内，有效谐振区包括第一电极102、压电层103和第二电极104在垂直于压电层103表面方向上相互重叠的区域，无效谐振区为有效谐振区以外的区域；第一电极引出结构105，连接第一电极102的边缘并延伸至无效谐振区作为第一信号连接端，在有效谐振区的边缘与压电叠层结构围成第一空隙120a；第二电极引出结构106，连接第二电极104的边缘并延伸至无效谐振区作为第二信号连接端，在有效谐振区的边缘与压电叠层结构围成第二空隙120b；以及位于压电叠层结构上的顶盖，顶盖包括第二空腔110b，第二电极104位于第二空腔110b内。
上述两种顶盖的形成方法同样适用于以上薄膜体声波谐振器包括第一介质层121a、第二介质层121b和/或第一凸起107a、第二凸起107b的实施例，形成的多个结构如图25至图27所示。
具体地，参考图25，在一实施例中，在具有上述任意一种方法形成顶盖的实施例中，可以形成第一介质层121a和第二介质层121b中的至少一个。当同时包括第一介质层121a和第二介质层121b时，能够更有利于抑制横波泄露、提高机械强度以及改善顶盖键合的效果。
参考图26，在另一实施例中，在具有上述任意一种方法形成顶盖的实施例中，形成第一凸起107a和第二凸起107b中的至少一个。在第一凸起107a和/或第二凸起107b所在区域会形成声阻抗失配区，以将有效谐振区内向外扩散的能量反射回有效谐振区内，从而抑制横波的泄露。
当同时包括第一凸起107a和第二凸起107b时，能够更有利于抑制横向杂波泄露，减小能量损耗。
参考图27，在又一实施例中，在具有上述任意一种方法形成的顶盖实施例中，同样也可以形成第一介质层121a和第二介质层中121b的至少一个，以及第一凸起107a和第二凸起107b中的至少一个。
当同时包括第一凸起107a、第二凸起107b、第一介质层121a和第二介质层121b时，能够更有利于抑制横向杂波泄露、减小能量损耗、提高机械强度以及改善顶盖键合的效果。
综上，通过在第一电极102侧和第二电极104侧分别采用单独的第一电极引出结构105和第二电极引出结构106，第一电极引出结构105和第二电极引出结构106分别在有效谐振区边界区域形成第一空隙120a和第二空隙120b，第一空隙120a和第二空隙120b能够达到消除有效谐振区边界杂波的效果，进而提升谐振器的Q值，同时采用第一电极引出结构105和第二电极引出结构106，能够减小阻抗并增强导热。
进一步地，在第一电极102表面设置第一凸起107a和/或在第二电极104表面设置第二凸起107b，第一凸起107a和第二凸起107b所在的区域形成声阻抗失配区，能够在有效谐振区的边界与有效谐振区内部的声阻抗失配；第一凸起107a与第一架空部1051在压电层103表面的投影为封闭或带有间隙的环形或第二凸起107b与第二架空部1061在压电层103表面的投影为封闭或带有间隙的环形，能够共同起到抑制横向杂波泄露的效果，进一步提高了谐振器的品质因数。
进一步地，在压电层103的上下表面分别形成第一介质层121a和第二介质层121b，在后续形成顶盖时能够改善键合的效果，同时第一介质层121a和第二介质层121b的设置还能够提高谐振器整体的机械强度。
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 (20)
1.一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；
在所述临时衬底上依次形成第二电极层、压电层和第一电极，所述第一电极位于有效谐振区；
形成第一电极引出结构，所述第一电极引出结构连接所述第一电极的边缘延伸至无效区作为第一信号连接端，在所述有效谐振区的边缘与压电层和第一电极围成第一空隙；
在所述压电层上形成包括第一空腔的第一衬底，所述第一衬底覆盖部分所述第一电极引出结构，所述第一电极位于所述第一空腔围成区域的边界以内；
去除所述临时衬底；
图形化所述第二电极层，形成第二电极；所述有效谐振区包括所述第一电极、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；
形成第二电极引出结构，所述第二电极引出结构连接所述第二电极的边缘延伸至无效区作为第二信号连接端，在所述有效谐振区的边缘与所述压电层和第二电极围成第二空隙。
2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一电极引出结构、所述第二电极引出结构在压电层表面的投影相互错开。
3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一空隙、所述第二空隙在所述压电层上的投影围成封闭的环形或具有间隙的环形。
4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，
所述第一电极引出结构包括围成所述第一空隙的第一架空部和延伸至无效区的第一搭接部，所述第一搭接部作为所述第一信号连接端，所述第一架空部和所述第一搭接部电连接；所述第一搭接部环绕于所述第一电极的外周，所述第一架空部环绕于所述第一电极的外周；
和/或，
所述第二电极引出结构包括围成所述第二空隙的第二架空部和延伸至无效区的第二搭接部，所述第二搭接部与第二外部信号端电连接，所述第二架空部和所述第二搭接部电连接；所述第二搭接部环绕于所述第二电极的外周；所述第二架空部环绕于所述第二电极的外周。
5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述压电层为完整膜层；或者，在形成所述第二电极引出结构之后，还包括：
刻蚀所述有效谐振区边缘的所述压电层，形成贯穿所述压电层并连通于所述第一空腔的空气边隙。
6.根据权利要求5所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述空气边隙、所述第一空隙和所述第二空隙在所述压电层的投影相互错开，并围成封闭的环形或具有间隙的环形。
7.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一电极引出结构或所述第二电极引出结构的材料为金属材料，所述金属材料包括金、银、钨、铂、铝、铜中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成第一电极引出结构的方法包括：
在所述第一电极的边缘形成第一牺牲凸起；
形成第一导电层，覆盖所述压电层和所述第一牺牲凸起；
图形化所述第一导电层，形成所述第一电极引出结构；
去除所述第一牺牲凸起，形成所述第一空隙。
9.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成第二电极引出结构的方法包括：
在所述第二电极的边缘形成第二牺牲凸起；
形成第二导电层，覆盖所述压电层和所述第二牺牲凸起；
图形化所述第二导电层，形成所述第二电极引出结构；
去除所述第二牺牲凸起，形成第二空隙。
10.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，还包括：
在所述第一电极上形成第一凸起，所述第一凸起沿所述第一电极的边缘分布；
在刻蚀形成所述第一电极引出结构时，也刻蚀形成所述第一凸起，所述第一凸起与所述第一电极引出结构材料相同；
或者，在形成所述第一电极引出结构后形成所述第一凸起；
或者，在形成第一电极后、第一电极引出结构之前形成所述第一凸起。
11.根据权利要求10所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一凸起与所述第一空隙在所述压电层表面的投影围成封闭或带有间隙的环形。
12.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，还包括：
在所述第二电极上形成第二凸起，所述第二凸起沿所述第二电极的边缘分布；
在刻蚀形成所述第二电极引出结构时，也刻蚀形成所述第二凸起，所述第二凸起与所述第二电极引出结构材料相同；
或者，在形成所述第二电极引出结构后形成所述第二凸起；
或者，在形成第二电极后、第二电极引出结构之前形成所述第二凸起。
13.根据权利要求12所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第二凸起与所述第二空隙在所述压电层表面的投影围成封闭或带有间隙的环形。
14.根据权利要求10或11任意一项所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一凸起包括介质材料；或者，
所述第一凸起的材料与所述第一电极的材料相同。
15.根据权利要求12或13任意一项所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第二凸起的材料包括介质材料；或者，所述第二凸起的材料与所述第二电极的材料相同。
16.根据权利要求4所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，还包括：
形成第一电极后，在无效区的压电层上形成第一介质层，与所述第一电极相互隔开；所述第一介质层与所述第一搭接部连续相接。
17.根据权利要求16所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，还包括：
形成第二电极后，在无效区的压电层上形成第二介质层，与所述第二电极相互隔开，所述第二介质层与所述第二搭接部连续相接。
18.根据权利要求4所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，在形成第二电极引出结构之后还包括：
在所述压电层上形成顶盖，所述顶盖包括第二空腔，所述第二电极位于所述第二空腔围成区域的边界以内。
19.根据权利要求18所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述顶盖的方法包括：
提供第二衬底；
在所述第二衬底上形成接合层；
图形化所述接合层，形成所述第二空腔；
将所述接合层与所述压电层和所述第二搭接部键合；
或者，
在所述第一空腔上方形成第一牺牲层，覆盖所述有效谐振区；
形成接合层，覆盖所述第一牺牲层、所述第二搭接部和所述压电层；
在所述接合层的顶部形成释放孔；
去除所述第一牺牲层，形成所述第二空腔；
在所述接合层上键合第二衬底；
所述接合层和所述第二衬底构成所述顶盖。
20.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，在所述压电层上形成包括第一空腔的第一衬底包括：
提供第一衬底；在所述第一衬底内形成所述第一空腔；将所述第一衬底键合在所述压电层上；
或
在所述压电层上形成支撑层，在所述支撑层中形成所述第一空腔；
提供基底，将所述基底键合在所述支撑层上；
所述支撑层与所述基底构成所述第一衬底。
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