CN112039479A - 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄膜体声波谐振器及其制造方法，其中薄膜体声波谐振器包括：第一衬底；键合于第一衬底上的支撑层；形成于支撑层的第一空腔；位于支撑层上的压电叠层结构；形成于压电叠层结构的第一沟槽和第二沟槽；压电叠层结构上的介质层；形成于介质层中的第二空腔；第一沟槽与第一空腔连通，第二沟槽与第二空腔连通，覆盖第二空腔的第二衬底。本发明中沟槽结构有效阻断了横波从有效工作区中传出，改善了声波损耗，使薄膜体声波谐振器的品质因子得到提高，同时，带有上部封装盖结构的薄膜体声波谐振器有效解决了暴露在上部空间的各层免受外部环境的污染问题，整体提高了器件的性能。

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
自模拟射频通讯技术在上世纪90代初被开发以来，射频前端模块已经逐渐成为通讯设备的核心组件。在所有射频前端模块中，滤波器已成为增长势头最猛、发展前景最大的部件。随着无线通讯技术的高速发展，5G通讯协议日渐成熟，市场对射频滤波器的各方面性能也提出了更为严格的标准。滤波器的性能由组成滤波器的谐振器单元决定。在现有的滤波器中，薄膜体声波谐振器(FBAR)因其体积小、插入损耗低、带外抑制大、品质因数高、工作频率高、功率容量大以及抗静电冲击能力良好等特点，成为最适合5G应用的滤波器之一。
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，使品质因子(Q)无法进一步提高，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及其制造方法，能够改善谐振器横波损耗，使薄膜体声波谐振器的品质因子得到提高，同时，保护了谐振器不受外部环境污染，整体提高器件的性能，为了实现上述目的，本发明提供一种薄膜体声波谐振器，包括：
第一衬底；
键合于所述第一衬底上的支撑层，所述支撑层中形成有贯穿所述支撑层的第一空腔；
压电叠层结构，覆盖所述第一空腔，所述压电叠层结构包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极；
介质层，生长于所述压电叠层结构上方，所述介质层中形成有贯穿所述介质层的第二空腔，所述第二空腔位于所述第一空腔上方；第二衬底，键合于所述介质层上，并覆盖所述第二空腔；
第一沟槽，形成于所述第一空腔和所述第二空腔之间的所述压电叠层结构上，并贯穿所述第一电极和所述压电层，所述第一沟槽与所述第一空腔连通，所述第一沟槽和所述第二沟槽围成的区域为所述谐振器的有效工作区，所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述第一衬底底面的投影的两个交界处相接或设有间隙；
第二沟槽，形成于所述第一空腔和所述第二空腔之间的所述压电叠层结构上，并贯穿所述第二电极和所述压电层，所述第二沟槽与所述第二空腔连通，所述第一沟槽和所述第二沟槽围成的区域在垂直平面的投影构成封闭或接近封闭的图形。
作为可选方案，所述有效工作区的横截面的形状为多边形，且所述多边形的任意两条边不平行。
作为可选方案，所述第一沟槽的侧壁与所述第二电极所在的平面的倾角大于90度；所述第二沟槽的侧壁与所述第一电极所在的平面的倾角大于90度。
本发明还提供一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：
提供第三衬底；
在所述第三衬底上形成压电叠层结构，所述压电叠层结构包括依次形成在所述第三衬底上的第二电极层、压电层及第一电极层；
在所述压电叠层结构上形成支撑层；
在所述支撑层中形成第一空腔，所述第一空腔贯穿所述支撑层；
在所述第一空腔底部形成第一沟槽，所述第一沟槽贯穿所述第一电极层和所述压电层；
在所述支撑层上键合所述第一衬底，所述第一衬底覆盖所述第一空腔；
去除所述第三衬底，在暴露出的表面上形成介质层；
在所述介质层上形成第二空腔，所述第二空腔贯穿所述介质层，所述第二空腔位于所述第一空腔上方；
在所述第二空腔底部形成第二沟槽，所述第二沟槽位于所述第一空腔上方并贯穿所述第二电极层和所述压电层，所述第一沟槽和所述第二沟槽围成的区域为所述谐振器的有效工作区，所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述第一衬底底面的投影的两个交界处相接或设有间隙；
在所述介质层上键合第二衬底，所述第二衬底覆盖所述第二空腔。
作为可选方案，所述谐振器的有效工作区的形状为多边形，且所述多边形的任意两条边不平行。
作为可选方案，所述第一沟槽的侧壁与所述第二电极所在的平面的倾角大于90度；所述第二沟槽的侧壁与所述第一电极所在的平面的倾角大于90度。
综上所述，本发明提供的薄膜体声波谐振器，包括上下两个空腔，位于上下空腔之间的压电叠层结构，位于空腔内的压电叠层结构上的第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽和第二沟槽围成的区域为薄膜体声波谐振器的有效工作区。本发明中所述第一沟槽使压电层和第二电极的边界暴露在空气中，压电层材料和电极材料与空气具有较大的阻抗失配，使压电叠层结构内的寄生横波在空气界面发生反射，阻止了横波的能量泄露，同理，第二沟槽也阻止了横波的能量泄露。因此，本发明改善了声波损耗，使薄膜体声波谐振器的品质因子得到提高，进而提高器件性能。同时，本发明还提供了上述薄膜体声波谐振器的制造方法，与谐振器主体工艺相容，流程简单，有效保护了谐振区。
进一步，由于有效工作区为不规则的多边形，从第一沟槽与空气界面反射回去的横波和第一沟槽与空气界面反射回去的横波均不会产生附加驻波震荡，，进一步改善了声波损耗，使薄膜体声波谐振器的品质因子得到提高，进而提高器件性能。
本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
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1A为本发明一实施例中薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图；
图2A为图1A的一个实施例的俯视图；
图2B为图1A的另一个实施例的俯视图；
图3为本发明提供的一种薄膜体声波谐振器的制作方法的流程图；
图4-14为本实施例提供的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。
附图标记说明：
100-第一衬底；200-第二衬底；300-第三衬底；120-压电叠层结构；130-沟槽结构；101-支撑层；110a′-第一开口；110b′-第二开口；110a-第一空腔；110b-第二空腔；130a-第一沟槽；130b-第二沟槽；103-第一电极/第一电极层(第一电极层经图形化后形成第一电极)；103a-第一电极边缘区域；1032-第一电极谐振区；104-压电层；1042-压电谐振区；105-第二电极/第二电极层(第二电极层经图形化后形成第二电极)；105a-第二电极边缘区域；1052-第二电极谐振区；106-介质层；107a-第一焊盘；107a-第二焊盘；150a-第一衔接处；150b-第二衔接处；150a′-第一衔接处开口；150b′-第二衔接处开口；001-有效工作区。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的可选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
以下结合附图和具体实施例对本发明的薄膜体声波谐振器、薄膜体声波谐振器的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，例如可使得本文的本发明实施例能够以不同于本文的或所示的其他顺序来操作。类似的，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。
本发明实施例提供一种薄膜体声波谐振器，请参考图1A，图1A为本发明的一实施例的薄膜体声波谐振器的剖面结构示意图，包括：第一衬底100；位于第一衬底100上的支撑层101，支撑层101键合于第一衬底100上；形成于支撑层101中的第一空腔110a；覆盖第一空腔110a的压电叠层结构120(包括第一电极130，压电层140，第二电极150)；形成于压电叠层结构120的第一沟槽130a和第二沟槽130b其中第一沟槽130a贯穿第一电极130和压电层140，第二沟槽130b贯穿第二电极150和压电层140；形成于压电叠层结构120上的介质层106；形成于介质层106中并贯穿介质层106的第二空腔110b，第二空腔110b位于第一空腔110a上方；其中第一沟槽130a与第一空腔110a连通，第二沟槽130b与第二空腔110b连通，第一沟槽130a和第二沟槽130b围成的区域在垂直平面的投影构成封闭或接近封闭的图形；覆盖第二空腔110b的第二衬底200。
由薄膜体声波谐振器的工作原理可知，薄膜体声波谐振器的工作区是由第一电极103、压电层104和第二电极105同时交叠的区域，本发明中的有效工作区为第一沟槽130a和第二沟槽130b围成的内部区域。
在一实施例中，第一沟槽130a和第二沟槽130b围成的区域为封闭的五边形，衔接处为第一衔接处150a和第二衔接处150b，请参考图2A,图2A为本发明一实施例中薄膜体声波谐振器俯视图。在另一实施例中，第一沟槽130a和第二沟槽130b围成的区域为接近封闭的五边形，衔接处开口为第一衔接处开口150a′和第二衔接处开口150b′，请参考图2B，图2B为本发明另一实施例中薄膜体声波谐振器俯视图。
本实施例中的第一沟槽与第一空腔相通，第二沟槽与第二空腔相通。第一沟槽和第二沟槽围成的区域为有效工作区，进一步，由于有效工作区为不规则的多边形，从第一沟槽与空气界面反射回去的横波和第二沟槽与空气界面反射回去的横波均不会产生附加驻波震荡，进一步改善了声波损耗，使薄膜体声波谐振器的品质因子得到提高，进而提高器件性能。同时，带有上部封装盖结构的薄膜体声波谐振器有效解决了暴露在上部空间的各层免受外部环境的污染问题，整体提高了器件的性能。
第一衬底100可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材，例如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，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(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。本实施例中第一衬底100为晶向的P型高阻单晶硅。支撑层101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。
支撑层101位于第一衬底100上，且支撑层101中设置有第一空腔110a，第一空腔110a可以通过刻蚀工艺刻蚀支撑层101形成。但本发明的技术不仅仅限定于此。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的底面形状还可以是圆形、椭圆形或是矩形以外的多边形，例如五边形、六边形等。第一空腔110a并不局限于形成在支撑层101中，在不设置支撑层101的情况下，也可以直接在第一衬底100中形成第一空腔110a，压电叠层结构120直接设置于第一衬底100之上。
压电叠层结构120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101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，第一电极103、压电层104和第二电极105在厚度方向上的重叠区域在第一空腔110a的正上方。第一支撑层101与第一电极103之间还设置有刻蚀停止层102，其材质包括但不限于氮化硅(Si3N4)和氮氧化硅(SiON)。刻蚀停止层102一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102与支撑层101相比具有较低的刻蚀速率，可以在刻蚀支撑层101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。需要说明的是，第一电极103包括未被压电层104和第二电极105覆盖的边缘区域103a，以便于后续电信号的输入/输出。
第二电极105上的介质层106及位于介质层106上的第二衬底200。介质层106中形成有第二空腔110b，第二空腔110b与第一空腔110a相对设置，第二空腔110b可以通过刻蚀介质层106形成。本实施例中，第二空腔110b的底面的形状为矩形，但在本发明的其他实施例中，第二空腔110b的底面形状也可以是圆形、椭圆形或是矩形以外的多边形，例如五边形、六边形等。本实施例中，第二空腔110b与第一空腔110a分别设置于压电叠层结构120的上下两侧，可选的，第二空腔110b与第一空腔110a相对压电叠层结构120对称设置。第二衬底200的材质可以与第一衬底100相同，也可以为本领域技术人员熟知的其他合适的底材。需要说明的是，第二电极105包括未被介质层106覆盖的边缘区域105a，以便于后续电信号的输入/输出。
沟槽(Air Trench)结构，也可称作气隙腔(Air Trench)，设置在压电叠层结构120中，包括第一沟槽130a和第二沟槽130b，第一沟槽130a贯穿第一电极103和压电层104，并与第一空腔110a连通，第二沟槽130b贯穿第二电极105和压电层104，并与第二空腔110b连通。请参考图2A，第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影为半环形或类似半环形的多边形，且第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影可以正好相接或者接近相接，即第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影可以组成一个完全封闭的环或者接近封闭的环，其中，第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影的衔接处包括：第一衔接处150a和第二衔接处150b。第一沟槽130a和第二沟槽130b配合，可以对压电谐振区1042的周边进行横波阻挡，即第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影围成的图形(圆形或多边形)所在的区域为薄膜体声波谐振器的有效工作区001。第一沟槽130a和第二沟槽130b位于有效工作区001的外围，第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影大小可以对两者组合而成的环均分(此时第一沟槽130a和第二沟槽130b分居有效工作区001两侧且所有部分均完全相对)，也可以不均分(此时第一沟槽130a和第二沟槽130b分居有效工作区001两侧且仅有部分相对)。
参考图13，在压电叠层结构120中，第一电极103包括第一电极谐振区1032，第一电极谐振区1032与有效工作区001重叠。第二电极105包括第二电极谐振区1052，第二电极谐振区1052与有效工作区001重叠。压电层104包括压电谐振区1042，压电谐振区1042位于第一电极谐振区1032与第二电极谐振区1052之间，即与有效工作区001重叠。第二空腔110b与第一空腔110a在厚度方向的重叠区域覆盖第一沟槽130a、第二沟槽130b及有效工作区001(即第一电极谐振区1032、第二电极谐振区1052及压电谐振区1042)。
在本发明其他实施例中，薄膜体声波谐振器还包括：信号输入/输出结构。参考图2B和图14，例如信号输入/输出结构为分别连接第一电极103和第二电极105的第一焊盘107a和第二焊盘107b，具体的，第一焊盘107a与未被压电层104和第二电极105覆盖的第一电极103的边缘区域103a连接，第二焊盘107b与未被介质层106覆盖的第二电极105的边缘区域105a连接。
本发明还提供一种薄膜体声波谐振器的制造方法，图3为本发明的一种薄膜体声波谐振器的制作方法的流程图，请参考图3，薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：
S01：提供第三衬底；在第三衬底上形成压电叠层结构，压电叠层结构包括依次形成在第三衬底上的第二电极层、压电层及第一电极层；
S02：在压电叠层结构上形成支撑层；在支撑层中形成第一空腔，第一空腔贯穿支撑层；在第一空腔底部形成第一沟槽，第一沟槽贯穿第一电极层和压电层；
S03：在支撑层上键合第一衬底，第一衬底覆盖第一空腔；
S04：去除第三衬底，暴露出第二电极层；
S05：在第二电极层上形成介质层；在介质层上形成第二空腔，第二空腔贯穿介质层，第二空腔位于第一空腔上方；在第二空腔底部形成第二沟槽，第二沟槽贯穿第二电极层和压电层；
S06：在介质层上键合第二衬底，第二衬底覆盖第二空腔。
图4至14为本实施例提供的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，以下将详细说明本实施例提供的薄膜体声波谐振器的制作方法。
参考图4和图5所示，执行步骤S01，提供第三衬底300，在第三衬底300上形成压电叠层结构120。压电叠层结构120包括第二电极层105、压电层104和第一电极层103，其中，压电层104位于第一电极层103和第二电极层105之间，且第一电极层103和第二电极层105相对设置。第一电极层103和第二电极层105经图形化后形成第一电极103和第二电极105，第一电极103可用作接收或提供诸如射频(RF)信号等的电信号的输入电极或输出电极。例如，当第二电极105用作输入电极时，第一电极103可用作输出电极，并且当第二电极105用作输出电极时，第一电极103可用作输入电极，压电层104将通过第一电极103或第二电极105上输入的电信号转换为体声波。例如，压电层104通过物理振动将电信号转换为体声波。
第三衬底300与第二电极105层之间还形成有隔离层(图5中未示出)。在后续剥离工艺中，可以通过腐蚀隔离层的方式，使第三衬底300与后续形成的压电叠层结构120分离，有助于快速剥离第三衬底300，提高工艺制作效率。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。本实施例中第三衬底300为单晶硅，隔离层的材质为二氧化硅(SiO2)。
第二电极层105和第一电极层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层和第一电极103层。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，第二电极层105和第一电极层103由金属钼(Mo)制成，压电层104由氮化铝(AlN)制成。
第二电极105、压电层104和第一电极103的形状可以相同也可以不相同，以及，第二电极105、压电层104和第一电极103的面积可以相同也可以不相同。在形成第二电极层105之前，可以在隔离层上形成种子层(图5中未示出)，种子层形成在隔离层和第二电极层105之间，种子层对后续形成的第二电极层105(压电层104和第一电极层103)的晶向具有导向性，便于后续形成的压电叠层结构120沿特定的晶向生长，保证压电层104的均匀性。种子层的材质可以为氮化铝(AlN)，除了AlN以外，种子层还可使用具有密排六方(HCP)结构的金属或介电材料形成。例如，种子层也可以由金属钛(Ti)形成。
参考图6至图9所示，执行步骤S02，在第一电极层103上形成支撑层101；刻蚀支撑层101，形成第一空腔110a；在第一空腔110a中刻蚀第一电极层103和压电层104以形成第一沟槽130a，第一沟槽130a与第一空腔110a连通。在支撑层101上键合第一衬底100。具体的，如图6所示，首先，可以通过化学沉积的方法在第一电极层103上形成支撑层101，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(AlN)的一种或几种组合。本实施例中支撑层101的材质为二氧化硅(SiO2)。然后，如图7所示，通过刻蚀工艺刻蚀支撑层101形成第一开口110a′以暴露部分第一电极层103,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。第一开口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101的厚度来确定第一开口110a′的深度。第一开口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。本发明的其他实施例中，第一开口110a′的纵截面形状还可以是上宽下窄的球冠，即其纵向截面为U形。
本实施例中，在形成支撑层101之前，在第一电极103上还形成刻蚀停止层102，其材质包括但不限于氮化硅(Si3N4)和氮氧化硅(SiON)。刻蚀停止层102与后续形成的支撑层101相比，具有较低的刻蚀速率，可以在后续刻蚀支撑层101形成第一开口110a′时防止过刻蚀，保护位于其下的第一电极103的表面不受到损伤。
接着，刻蚀第一电极层103和压电层104以在第一开口110a′内形成第一沟槽130a，如图8所示。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的侧壁与第二电极层105所在平面构成一钝角(第一沟槽130a的纵向截面(沿衬底厚度方向的截面)形状为倒梯形)。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。
执行步骤S03，将第一衬底100与支撑层101进行键合，第一衬底100与第一电极层103在支撑层101的第一开口110a′处形成第一空腔110a。第一衬底100可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材，例如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，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(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。可以通过热压键合的方式实现第一衬底100与支撑层101的键合，也可以通过干膜粘合的方式实现第一衬底100与支撑层101的键合。
在本发明其他实施例中，第一沟槽130a和第一开口110a′的形成方法还包括：
提供第一衬底100，在第一衬底100上形成支撑层101，刻蚀支撑层101暴露出部分第一衬底100，进而在支撑层101中形成第一开口110a′；
刻蚀第一电极层103和压电层104形成第一沟槽130a；
将形成有第一开口110a′的支撑层101与形成有第一沟槽130a的压电叠层结构120进行键合。
其中，制作第一沟槽130a和具有第一开口110a′的支撑层101工艺步骤并没有时间先后的限制，本领域技术人员可以根据实际制程条件具体实施。
完成键合工艺后，执行步骤S04，去除第三衬底200，将键合后的上述薄膜体声波谐振器进行翻转，得到如图10所示的结构。本实施例中通过腐蚀隔离层(图中未标出)的方式剥离第三衬底300。在本发明的其他实施例中可以采用其他方式将第三衬底300去除，例如刻蚀或机械研磨等方式。
参考图11至图13所示，执行步骤S05，刻蚀第二电极层105和压电层104以形成第二沟槽130b，第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影围成一个闭合或接近闭合的图形。
具体的，首先，可以通过化学沉积的方法在第二电极层105上形成介质层106，如图11所示，介质层106与支撑层101的材质相同，例如为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)的一种或几种组合。本实施例中介质层106的材质为二氧化硅(SiO2)。
然后，如图12所示，通过刻蚀工艺刻蚀介质层106，形成第二开口110b′以暴露部分第二电极层105，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。第二开口110b′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，即可以通过形成介质层106的厚度来确定第二开口110b′的深度。第二开口110b′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。本发明的其他实施例中，第二开口110b′的纵截面形状还可以是上宽下窄的球冠，即其纵向截面为U形。接着，如图13所示，刻蚀第二电极层105和压电层104以在第二开口110b′内形成第二沟槽130b。第二沟槽130b的侧壁可以是倾斜或者竖直的。本实施例中，第二沟槽130b的侧壁与第一电极层103所在平面构成一钝角(第二沟槽130b的纵向截面(沿衬底厚度方向的截面)形状为倒梯形)。第二沟槽130b在压电层104所在平面的投影为半环形或类似半环形的多边形。
如图2A和2B所示，第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影为半环形或类似半环形的多边形，且第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影可以正好相接或者接近相接，即第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影可以组成一个完全封闭的环或者接近封闭的环，其中，第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影的衔接处包括：第一衔接处150a和第二衔接处150b。第一沟槽130a和第二沟槽130b配合，可以对压电谐振区1042的周边进行横波阻挡，即第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影围成的图形(圆形或多边形)所在的区域为薄膜体声波谐振器的有效工作区001。第一沟槽130a和第二沟槽130b位于有效工作区001的外围，第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影大小可以对两者组合而成的环均分(此时第一沟槽130a和第二沟槽130b分居有效工作区001两侧且所有部分均完全相对)，也可以不均分(此时第一沟槽130a和第二沟槽130b分居有效工作区001两侧且仅有部分相对)。
本实施例中，第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影围成的图形(有效工作区001)为正好相接的五边形，且多边形的任意两条边不平行。在本发明其他实施例中，第一沟槽130a和第二沟槽130b在压电层104所在的平面上的投影组成的图形也可以是在两处衔接处具有开口(第一开口150a′和第二开口150b′)的接近闭合的五边形，如图2B所示。
本实施例中，在刻蚀介质层106形成第二开口110b′过程中，可以刻蚀部分介质层106暴露第二电极层105边缘部分105a，以便于第二电极层105的信号输入/输出，例如可以在边缘部分105a上形成第二焊盘107b。另外，刻蚀第二电极层105和压电层104形成第二沟槽130b的过程中，可以刻蚀部分第二电极105层(边缘部分105a)和压电层104暴露第一电极103层一侧的边缘部分103a，以便于第一电极层103的信号输入/输出，例如可以在边缘部分103a上形成第一焊盘107a。
最后，参考图14，执行步骤S06，提供第二衬底200，将介质层106与第二衬底200进行键合，以在介质层106的第二开口处110b′处形成第二空腔110b。第二衬底200可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材。本实施例中，第二衬底200的材质为P型高阻单晶硅。可以通过热压键合的方式实现第二衬底200与介质层106的键合，也可以通过干膜粘合的方式实现第二衬底200与介质层106的键合。
在本发明其他实施例中，第二沟槽130b和第二空腔的形成方法还包括：
刻蚀第二电极层105和压电层104以在第二开口110b′内形成第二沟槽130b；
提供第二衬底200，在第二衬底200上形成介质层106，刻蚀介质层106暴露出部分第二衬底200，进而在介质层106中形成第二开口110b′；
将形成有第二开口110b′的介质层106与形成有第二沟槽130b的压电叠层结构120进行键合。
其中，制作第二沟槽130b和具有第二开口110b′的介质层106工艺步骤并没有时间先后的限制，本领域技术人员可以根据实际制程条件具体实施。
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，对于结构实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，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。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (16)

1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：
第一衬底；
键合于所述第一衬底上的支撑层，所述支撑层中形成有贯穿所述支撑层的第一空腔；
压电叠层结构，覆盖所述第一空腔，所述压电叠层结构包括依次层叠的第一电极、压电层和第二电极；
介质层，生长于所述压电叠层结构上方，所述介质层中形成有贯穿所述介质层的第二空腔，所述第二空腔位于所述第一空腔上方；
第二衬底，键合于所述介质层上，并覆盖所述第二空腔；
第一沟槽，形成于所述第一空腔和所述第二空腔之间的所述压电叠层结构上，并贯穿所述第一电极和所述压电层，所述第一沟槽与所述第一空腔连通；
第二沟槽，形成于所述第一空腔和所述第二空腔之间的所述压电叠层结构上，并贯穿所述第二电极和所述压电层，所述第二沟槽与所述第二空腔连通，所述第一沟槽和所述第二沟槽围成的区域为所述谐振器的有效工作区，所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述第一衬底底面的投影的两个交界处相接或设有间隙。
2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述有效谐振区的横截面的形状为多边形，且所述多边形的任意两条边不平行。
3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一沟槽的侧壁与所述第二电极所在的平面的倾角大于90度；所述第二沟槽的侧壁与所述第一电极所在的平面的倾角大于90度。
4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括绝缘层，设置于所述第一电极和所述支撑层之间。
5.根据权利要求4所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述绝缘层材料包括氧化硅或氮化硅。
6.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电层的材料包括氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅或钛酸铅。
7.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述支撑层或所述介质层的材料包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝和氮化铝中的一种或几种组合。
8.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一电极或所述第二电极的材料包括钼、钨、铝、铜、钽、铂、钌、铑、铱、铬或钛中的任意一种或上述金属形成的叠层。
9.一种薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括：
提供第三衬底；
在所述第三衬底上形成压电叠层结构，所述压电叠层结构包括依次形成在所述第三衬底上的第二电极层、压电层及第一电极层；
在所述压电叠层结构上形成支撑层；
在所述支撑层中形成第一空腔，所述第一空腔贯穿所述支撑层；
在所述第一空腔底部形成第一沟槽，所述第一沟槽贯穿所述第一电极层和所述压电层；
在所述支撑层上键合所述第一衬底，所述第一衬底覆盖所述第一空腔；
去除所述第三衬底
在暴露出的表面上形成介质层；
在所述介质层上形成第二空腔，所述第二空腔贯穿所述介质层，所述第二空腔位于所述第一空腔上方；
在所述第二空腔底部形成第二沟槽，所述第二沟槽位于所述第一空腔上方并贯穿所述第二电极层和所述压电层，所述第一沟槽和所述第二沟槽围成的区域为所述谐振器的有效工作区，所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述第一衬底底面的投影的两个交界处相接或设有间隙；
在所述介质层上键合第二衬底，所述第二衬底覆盖所述第二空腔。
10.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述有效谐振区的横截面的形状为多边形，且所述多边形的任意两条边不平行。
11.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述第一沟槽的侧壁与所述第二电极所在的平面的倾角大于90度；所述第二沟槽的侧壁与所述第一电极所在的平面的倾角大于90度。
12.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，通过蚀刻或机械研磨的方法去除所述第三衬底。
13.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述第一沟槽和所述第二沟槽的方法包括干法蚀刻。
14.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，形成所述第一空腔或所述第二空腔的方法包括湿法腐蚀或干法蚀刻。
15.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，在形成所述第一电极之后，形成所述支撑层之前，还包括在所述第一电极上形成刻蚀停止层。
16.根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的材料包括氮化硅或氮氧化硅。
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