CN113381721A - 压电换能器制作方法及压电换能器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种压电换能器制作方法及压电换能器，首先在承载晶圆上制备底部声学反射层，再在压电晶圆上制备顶部声学反射层，然后将底部声学反射层远离承载晶圆的一侧与顶部声学反射层远离压电晶圆的一侧结合，最后减薄压电晶圆，形成压电换能器。承载晶圆起到承载作用，压电晶圆被减薄而形成的压电薄膜可以被激发声振动，顶部声学反射层和底部声学反射层可以限制声学振动，使得到的压电换能器能够在高频下工作，采用该方法制成的压电换能器具有特定的层叠组合和压电薄膜,可以激发和支持高性能的声学振动模式,具有较低的固有损耗，能够在保持单位面积的同时获得更高的单位面积电容,从而使制成的压电换能器工作性能佳。

Description

压电换能器制作方法及压电换能器

技术领域

本申请涉及换能器技术领域，特别是涉及一种压电换能器制作方法及压电换能器。

背景技术

换能器是指电能和声能相互转换的器件。压电式换能器是换能器的一种，是利用某些单晶材料的压电效应和某些多晶材料的电致伸缩效应来将电能与声能进行相互转换的器件。因其电声效率高、功率容量大以及结构和形状可以根据不同的应用分别进行设计，在功率超声领域应用广泛。

传统的压电式换能器是将压电晶片键合到其他承载晶圆上，在硅衬底上大多数单晶薄膜是基于直接或通过键合界面层将压电晶片键合到承载晶圆(主要是硅)上的，这种键合的承载晶圆可以作为压电换能器使用。但是这样制作而成的压电换能器最高工作频率低、电容密度低、功率阈值偏低，且可能具有无法消除的杂模，导致压电式换能器工作性能不佳。

发明内容

基于此，有必要针对传统的压电式换能器工作性能不佳的问题，提供一种压电换能器制作方法及压电换能器。

一种压电换能器制作方法，包括以下步骤：

提供承载晶圆，在所述承载晶圆上制备底部声学反射层；

提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层；所述顶部声学反射层和所述底部声学反射层均用于限制声学振动；

将所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧与所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧结合；

减薄所述压电晶圆，形成压电换能器。

一种压电换能器，根据上述的方法制成。

上述压电换能器制作方法及压电换能器，首先提供承载晶圆，在承载晶圆上制备底部声学反射层，再提供压电晶圆，在压电晶圆上制备顶部声学反射层，其中顶部声学反射层和底部声学反射层均用于限制声学振动，然后将底部声学反射层远离承载晶圆的一侧与顶部声学反射层远离压电晶圆的一侧结合，最后减薄压电晶圆，形成压电换能器。通过该压电换能器制作方法制作而成的压电换能器，压电晶圆、顶部声学反射层、底部声学反射层和承载晶圆层叠设置，承载晶圆起到承载作用，压电晶圆被减薄而形成的压电薄膜可以被激发声振动，顶部声学反射层和底部声学反射层可以限制声学振动，使得到的压电换能器能够在高频下工作，由于采用该方法制成的压电换能器具有特定的层叠组合和压电薄膜,可以激发和支持高性能的声学振动模式,具有较低的固有损耗，能够在保持单位面积的同时获得更高的单位面积电容,从而使制成的压电换能器工作性能佳。

在其中一个实施例中，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层包括：

提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备底部电极层；

在所述压电晶圆上制备覆盖所述底部电极层的顶部声学反射层。

在其中一个实施例中，所述底部声学反射层包括底部高声阻抗层和底部低声阻抗层，所述底部高声阻抗层的数量和所述底部低声阻抗层的数量之和为奇数；所述提供承载晶圆，在所述承载晶圆上制备底部声学反射层包括：

提供承载晶圆，在所述承载晶圆一侧制备交替设置的所述底部高声阻抗层和所述底部低声阻抗层。

在其中一个实施例中，所述顶部声学反射层包括顶部低声阻抗层，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层，包括：

提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备所述顶部低声阻抗层。

在其中一个实施例中，所述顶部声学反射层还包括顶部低声阻抗层和顶部高声阻抗层，所述顶部高声阻抗层的数量和所述顶部低声阻抗层的数量之和为奇数，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层，包括：

提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备交替设置的所述顶部低声阻抗层和所述顶部高声阻抗层。

在其中一个实施例中，所述底部声学反射层最远离所述承载晶圆的一层为所述底部低声阻抗层，且所述顶部声学反射层中最远离所述压电晶圆的一层为所述顶部低声阻抗层；或者所述底部声学反射层最远离所述承载晶圆的一层为所述底部高声阻抗层，且所述顶部声学反射层中最远离所述压电晶圆的一层为所述顶部高声阻抗层。

在其中一个实施例中，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层之后，所述将所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧与所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧结合之前，还包括：

对所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧，以及所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧进行平整化处理。

在其中一个实施例中，所述将所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧与所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧结合，包括：

提供键合界面层，将所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧与所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧通过所述键合界面层结合。

在其中一个实施例中，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层，包括：

提供压电晶圆，对所述压电晶圆进行离子注入，在经过所述离子注入之后的压电晶圆上制备顶部声学反射层。

附图说明

图1为一个实施例中压电换能器制作方法的流程图；

图2为另一个实施例中压电换能器制作方法的流程图；

图3为又一个实施例中压电换能器制作方法的流程图；

图4为再一个实施例中压电换能器制作方法的流程图；

图5为其他实施例中压电换能器制作方法的流程图；

图6为压电换能器的顶视图和横截面视图；

图7为交替的低声阻抗层和高声阻抗层在承载晶圆上的沉积和图案化示意图；

图8为在压电晶圆底部上沉积低声阻抗层示意图；

图9为在压电晶圆上沉积底部电极层，在压电晶圆上沉积低声阻抗层示意图；

图10为在压电晶圆上沉积交替的低声阻抗层和高声阻抗层，并对其进行图案化的示意图；

图11为对承载晶圆上最表面的层和压电晶圆上最表面的层进行平整化示意图；

图12为键合过程示意图；

图13为对压电晶圆的减薄和抛光示意图；

图14为对压电晶圆的离子注入和剥离示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，请参见图1,提供一种压电换能器制作方法，该方法包括以下步骤：

步骤S200：提供承载晶圆，在承载晶圆上制备底部声学反射层。

请参见图6-图7，承载晶圆100是压电换能器的承载器件，作为压电换能器中其他结构的载体，起到承载和固定作用。承载晶圆100的结构并不是唯一的，在本实施例中，承载晶圆100可以是由硅、玻璃、蓝宝石，碳化硅、石英或其他材料制成的晶圆。提供承载晶圆100后，在承载晶圆100上制备底部声学反射层200的方式并不是唯一的，例如可以采用物理气相沉积方法来沉积底部声学反射层200，镀膜速度快。或者也可以采用氧化镀膜方法或者外延镀膜方法在承载晶圆100上制备底部声学反射层200，使形成的底部声学反射层200致密性高，结构较稳定。

进一步地，在承载晶圆100上制备底部声学反射层200后，还可以根据压电换能器特性的需求，对底部声学反射层200进行图案化，使底部声学反射层200形成特定形状。对底部声学反射层200进行图案化的方式并不是唯一的，在本实施例中，可以采用光刻方式对底部声学反射层200进行图案化，按照需求设计底部声学反射层200的形状，以满足更多需求。底部声学反射层200的结构并不是唯一的，可以为一层或多层结构，只要可以限制声学振动，本领域技术人员认为可以实现即可。

步骤S400：提供压电晶圆，在压电晶圆上制备顶部声学反射层。

压电晶圆400的结构不是唯一的，可以是以下任何相同版本的掺杂：氮酸锂、钛酸锂、氮化铝和石英等。请参见图6-图8，提供压电晶圆400后，在压电晶圆400上制备顶部声学反射层300可以为在压电晶圆400上沉积或生长顶部声学反射层300。进一步地，在压电晶圆400上制备顶部声学反射层300后，还可以对顶部声学反射层300进行图案化，使顶部声学反射层300形成特定形状。对顶部声学反射层300进行图案化的方式并不是唯一的，在本实施例中，可以采用光刻方式对顶部声学反射层300进行图案化，按照需求设计顶部声学反射层300的形状，以满足更多需求。顶部声学反射层300的结构并不是唯一的，可以为一层或多层结构，只要可以限制声学振动，本领域技术人员认为可以实现即可。此外，在制备顶部声学反射层300之前，也可以先对压电晶圆400进行离子注入。如此，在后续减薄压电晶圆400的过程中，可以采用离子注入和剥离薄膜转移技术减薄压电晶圆400，可选择性更好。对压电晶圆400的离子注入的过程在顶部声学反射层300沉积和图案化之前进行，离子注入后，压电晶圆可经过一系列加热、切片和抛光步骤，以在承载晶圆100上留下一层薄薄的压电材料，形成压电薄膜。

步骤S600：将底部声学反射层远离承载晶圆的一侧与顶部声学反射层远离压电晶圆的一侧结合。

请参见图6或图12，制备好底部声学反射层200和顶部声学反射层300后，将底部声学反射层200远离承载晶圆100的一侧与顶部声学反射层300远离压电晶圆400的一侧结合，即将底部声学反射层200和顶部声学反射层300结合。结合的具体方式并不是唯一的，例如可以采用键合的方式，通过范德华力、分子力甚至原子力使底部声学反射层200和顶部声学反射层300合成为一体，保障了压电换能器的工作性能。

步骤S800：减薄压电晶圆，形成压电换能器。

在将底部声学反射层200远离承载晶圆100的一侧与顶部声学反射层300远离压电晶圆400的一侧结合后，再对压电晶圆400进行减薄，请参见图13，以使压电晶圆400的厚度达到所需厚度，形成压电薄膜。压电换能器承载晶圆100、底部声学反射层200、被减薄后的压电晶圆400和顶部声学反射层300。压电晶圆400、顶部声学反射层300、底部声学反射层200和承载晶圆100层叠设置，承载晶圆100起到承载作用，压电晶圆400被减薄而形成的压电薄膜可以被激发声振动，顶部声学反射层300和底部声学反射层200可以限制声学振动，使得到的压电换能器能够在高频下工作，由于采用该方法制成的压电换能器具有特定的层叠组合和压电薄膜,可以激发和支持高性能的声学振动模式,具有较低的固有损耗，能够在保持单位面积的同时获得更高的单位面积电容,从而使制成的压电换能器工作性能佳。

在一个实施例中，请参见图2,步骤S400包括步骤S420和步骤S440。

步骤S420：提供压电晶圆，在压电晶圆400上制备底部电极层。

具体地，底部电极层500可用于传输电信号，一般地，底部电极层500为层状结构，请参见图9，在压电晶圆400上沉积底部电极层500，形成压电换能器的底部电极。进一步地，在压电晶圆400上沉积底部电极层500后，还可以对底部电极层500进行图形化，对底部金属的形状、面积和厚度等进行调整，以满足特定需求。底部电极层500的形状并不是唯一的，可以是从正方形、矩形、梯形或具有n个边的任何多边形中提取的任何几何体。底部电极层500的结构并不是唯一的，可以为Al、Pt或Cu制成的金属层，也可以为这些金属的合金制成的金属层等，可根据实际需求确定，只要本领域技术人员认为可以实现即可。在压电晶圆400上制备底部电极层500可以改变电极导入压电材料内电场的方向,形成新的振动模式，提高压电换能器的性能。此外，在制备底部电极层500之前，也可以先对压电晶圆400进行离子注入。如此，在后续减薄压电晶圆400的过程中，可以采用离子注入和剥离薄膜转移技术减薄压电晶圆400，可选择性更好。

步骤S440：在压电晶圆上制备覆盖底部电极层的顶部声学反射层。

制备好底部电极层500后，请参见图9，在压电晶圆400上制备覆盖底部电极层500的顶部声学反射层300。可以理解，底部电极层500并未完全覆盖压电晶圆400，顶部声学反射层300一部分覆盖在底部电极层500远离压电晶圆400的一侧，顶部声学反射层300另一部分覆盖在压电晶圆400上，使顶部声学反射层300既与压电晶圆400接触又与底部电极层500接触。顶部声学反射层300一般为层状结构，设置在底部电极层500的另一侧，可以限制声学振动。顶部声学反射层300的类型并不是唯一的，可根据具体需求选择顶部声学反射层300的材料。在压电晶圆400靠近底部电极层500的一侧制备顶部声学反射层300后，还可以对顶部声学反射层300进行图形化，以使顶部声学反射层300的形状和尺寸等满足需求。

在一个实施例中，底部声学反射层200包括底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210，底部高声阻抗层220的数量和底部低声阻抗层210的数量之和为奇数，请参见图2,步骤S200包括步骤S220。

在本实施例中，请参见图7，底部声学反射层200包括底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210，其中，底部高声阻抗层220可以为由氮化铝，钨，铂，钼，钌或这些材料的氧化物制成的层状结构，底部低声阻抗层210可以为由二氧化硅，旋转玻璃，氧化碲和包含其他材料的其他氧化物族制成的层状结构。底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210形成堆栈，以一个底部声学反射层200包括一个底部高声阻抗层220和一个底部低声阻抗层210为例，形成堆栈的层数可以为一个底部声学反射层200，即一层，可制造性好。或者，一个底部声学反射层200也可以包括两层以上的底部声学反射层200，提高压电换能器的工作性能。进一步地，底部高声阻抗层220的数量和底部低声阻抗层210的数量之和为奇数，是指堆栈以一层结束，该层可以是底部高声阻抗层220，也可以是底部低声阻抗层210，结束的该层为底部声学反射层200中距离承载晶圆100最远的一层，该层提供一个易于与自身粘合的表面，即另一层相同的材料，便于后续与其他层的结合。

步骤S220：提供承载晶圆，在承载晶圆一侧制备交替设置的底部高声阻抗层和底部低声阻抗层。

当底部声学反射层200包括底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210时，在提供承载晶圆100后，将底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210一层一层沉积，交替设置在承载晶圆100的一侧，以更好地限制声学振动。在其他实施例中，也可以在制备好交替设置的底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210后，将这个交替设置的层状结构制备到承载晶圆100上，只要本领域技术人员认为可以实现即可。底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210的厚度并不是唯一的，底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210也可以具有不同的厚度，不同的厚度会使制成的压电换能器具有更优化的性能。底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210也可以具有相同的厚度，便于执行后续工艺，可根据实际需求调整。

进一步地，在承载晶圆100一侧制备交替设置的底部高声阻抗层220和底部低声阻抗层210后，还可以对底部高声阻抗层220进行图案化，或者对底部低声阻抗层210进行图案化，或者既对底部高声阻抗层220进行图案化又对底部低声阻抗层210进行图案化，以使底部高声阻抗层220和/或底部低声阻抗层210形成特定形状，更好地满足需求。底部高声阻抗层220和/或底部低声阻抗层210的形状并不是唯一的，可根据实际需求调整。

在一个实施例中，请参见图3,顶部声学反射层300包括顶部低声阻抗层310，步骤S400包括步骤S410。

步骤S410：提供压电晶圆，在压电晶圆上制备顶部低声阻抗层。

顶部声学反射层300的结构并不是唯一的，在本实施例中，请参见图6，顶部声学反射层300包括顶部低声阻抗层310，顶部低声阻抗层310可以为由二氧化硅，旋转玻璃，氧化碲和包含其他材料的其他氧化物族制成的层状结构。一般来说，当顶部声学反射层300包括顶部低声阻抗层310时，顶部低声阻抗层310的数量为1，顶部低声阻抗层310被制备在压电晶圆400上，可用于限制声学振动。进一步地，当压电晶圆400的一侧已经制备有底部电极层500时，可以理解，底部电极层500并未完全覆盖压电晶圆400，顶部低声阻抗层310一部分覆盖在底部电极层500远离压电晶圆400的一侧，顶部低声阻抗层310另一部分覆盖在压电晶圆400上，使顶部低声阻抗层310既与压电晶圆400接触又与底部电极层500接触，顶部低声阻抗层310可覆盖底部电极层500。进一步地，在压电晶圆400上制备顶部低声阻抗层310，还可以对顶部低声阻抗层310进行图形化，以使顶部低声阻抗层310具有满足需求的特定形状。

在一个实施例中，顶部声学反射层300包括顶部低声阻抗层310和顶部高声阻抗层320，顶部高声阻抗层320的数量和顶部低声阻抗层310的数量之和为奇数，请参见图4,步骤S400包括步骤S430。

步骤S430：提供压电晶圆，在压电晶圆上制备交替设置的顶部低声阻抗层和顶部高声阻抗层。

在本实施例中，请参见图11-图14，顶部声学反射层300除了包括顶部低声阻抗层310外，还包括顶部高声阻抗层320。顶部高声阻抗层320可以为由氮化铝，钨，铂，钼，钌或这些材料的氧化物制成的层状结构。顶部高声阻抗层320和顶部低声阻抗层310形成堆栈，以一个顶部声学反射层300包括一个顶部高声阻抗层320和一个顶部低声阻抗层310为例，形成堆栈的层数可以为一个顶部声学反射层300，即一层，可制造性好。或者，一个顶部声学反射层300也可以包括两层以上的顶部声学反射层300，提高压电换能器的工作性能。进一步地，顶部高声阻抗层320的数量和顶部低声阻抗层310的数量之和为奇数，是指堆栈以一层结束，该层可以是顶部高声阻抗层320，也可以是顶部低声阻抗层310，结束的该层为顶部声学反射层300中距离承载晶圆100最远的一层。

可扩展地，请参见图12a，底部声学反射层200与顶部声学反射层300的结合可能发生在某一声学反射层的中间某一界面，可以得到较高的结合强度,在后续工艺过程中,结合的薄膜不易脱落，结合的具体位置无论是高阻抗层还是低阻抗声层，只要本领域技术人员认为可以实现即可。此外，当压电晶圆400的一侧已经制备有底部电极层500时，覆盖底部电极层500的一般为顶部低声阻抗层310，后续在顶部低声阻抗层310远离底部电极层500的一侧继续制备顶部高声阻抗层320，以使顶部低声阻抗层310和顶部高声阻抗层320交替设置。

在压电晶圆400上制备交替设置的顶部低声阻抗层310和顶部高声阻抗层320，可以是在压电晶圆上一层一层沉积，形成交替设置的顶部低声阻抗层310和顶部高声阻抗层320。在其他实施例中，也可以在制备好交替设置的顶部低声阻抗层310和顶部高声阻抗层320后，将这个交替设置的层状结构制备到压电晶圆400上，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，底部声学反射层200最远离承载晶圆100的一层为底部低声阻抗层210，且顶部声学反射层300中最远离压电晶圆400的一层为顶部低声阻抗层310，或者底部声学反射层200最远离承载晶圆100的一层为底部高声阻抗层220，且顶部声学反射层300中最远离压电晶圆400的一层为顶部高声阻抗层320。

在本实施例中，底部声学反射层200最远离承载晶圆100的一层为底部低声阻抗层210，且顶部声学反射层300中最远离压电晶圆400的一层为顶部低声阻抗层310，即承载晶圆100上用于结合的层和压电晶圆400上用于结合的层都为低声阻抗层，或者底部声学反射层200最远离承载晶圆100的一层为底部高声阻抗层220，且顶部声学反射层300中最远离压电晶圆400的一层为顶部高声阻抗层320，即承载晶圆100上用于结合的层和压电晶圆400上用于结合的层都为高声阻抗层。压电晶圆400上的最后一层与承载晶圆100的层堆栈上最上层的材料相同，可以提供良好的键合界面，使底部声学反射层200与顶部声学反射层300结合更加稳固。

在一个实施例中，请参见图4,步骤S400之后，步骤S600之前，压电换能器制作方法还包括步骤S500。

步骤S500：对底部声学反射层远离承载晶圆的一侧，以及顶部声学反射层远离压电晶圆的一侧进行平整化处理。

平整化处理可以包括减薄和抛光等步骤。请参见图11，在将底部声学反射层200与顶部声学反射层300结合之前，先对底部声学反射层200远离承载晶圆100的一侧与顶部声学反射层300远离压电晶圆400的一侧进行平整化处理，以提供平坦、光滑的结合界面，使底部声学反射层200与顶部声学反射层300结合得更加牢固。进一步地，若承载晶圆100和底部声学反射层200的一层或多层有进行图案化，或者压电晶圆400和顶部声学反射层300的一层或多层有进行图案化，或承载晶圆100、底部声学反射层200、压电晶圆400和顶部声学反射层300的一层或多层兼有行图案化，在粘合之前，在每个图案化过的结构上做平整化步骤，以确保界面结合的有效性。

在一个实施例中，请参见图5,步骤S600包括步骤S620。

步骤S620：提供键合界面层，将底部声学反射层远离承载晶圆的一侧与顶部声学反射层远离压电晶圆的一侧通过键合界面层结合。

具体地，请参见图12b，在将底部声学反射层200与顶部声学反射层300结合时，提供键合界面层700，将底部声学反射层200远离承载晶圆100的一侧与顶部声学反射层300远离压电晶圆400的一侧通过键合界面层700结合。以底部声学反射层200与顶部声学反射层300的结合方式为键合为例，键合过程可以是基于热压键合、表面激活直接键合,或其他方法来粘合半导体晶圆的任何方法。键合可以发生在某一声学反射层的底部或上部等，当底部声学反射层200中用于结合的层和顶部声学反射层300中用于结合的层的类型不一致时，例如一个为高声阻抗层另一个为低声阻抗层时，通过键合界面层700可以将两个类型不同的层结合，确保键合顺利。键合界面层700的厚度一般较薄，不会对压电换能器的尺寸造成较大影响。键合界面层700的类型并不是唯一的，例如可以为二氧化硅层等，键合界面层700也可以看作是顶部声学反射层300或底部声学反射层200的一部分。

在一个实施例中，请参见图5,步骤S400包括步骤S450。

步骤S450：提供压电晶圆，对压电晶圆进行离子注入，在经过离子注入之后的压电晶圆上制备顶部声学反射层。

请参见图14，在制备顶部声学反射层300之前，先对压电晶圆400进行离子注入。如此，在后续减薄压电晶圆400的过程中，可以采用离子注入和剥离薄膜转移技术减薄压电晶圆400，可选择性更好。对压电晶圆400的离子注入的过程在顶部声学反射层300沉积和图案化之前进行，离子注入后，键合晶圆经过一系列加热、切片和抛光步骤，以在承载晶圆100上留下一层薄薄的压电材料，形成压电薄膜。

可扩展地，压电换能器还包括顶部电极层600，在对压电晶圆400进行减薄之后，在压电晶圆400远离顶部声学反射层300的一侧制备顶部电极层600，顶部电极层600可连接导线，作为顶部电极引出线，与其他器件一起共同实现压电换能器的功能。

为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，底部声学反射层200包括低声阻抗层和高声阻抗层，顶部声学反射层300包括低声阻抗层或同时包括低声阻抗层和高声阻抗层，底部电极层500为金属层。

压电换能器制作方法包括在承载晶圆100上进行的过程、在压电晶圆400上进行的过程以及键合晶圆中所有特定工艺的过程。具体地，在承载晶圆100上进行的流程包括以下步骤和总体顺序：请参见图7，在承载晶圆100上沉积低声阻抗层和高声阻抗层的交替层并对其进行最终图案化，可以通过不同的物理气相沉积方法来沉积这些层，或者可以通过氧化或外延方法来生长这些层。形成高声阻抗和低声阻抗的层可以具有不同的厚度，并且可以根据压电换能器特性的要求，以光刻方式图案化为特定形状。形成堆栈的层数可以是任意数，最小为2。堆栈必须以一层(可以是高声阻抗层或低声阻抗层)结束，该层提供一个易于与自身粘合的表面(即另一层相同的材料)。承载晶圆100可以是由硅，玻璃，蓝宝石，碳化硅，石英或其他材料制成的晶圆。低声阻抗层可以由以下任何材料形成：二氧化硅，旋转玻璃，氧化碲和包含其他材料的其他氧化物族。高声阻抗层可以由以下任何材料形成：氮化铝，钨，铂，钼，钌和这些材料的氧化物。

在压电晶圆400上执行的过程包括：请参见图8，压电晶圆400上沉积或生长着一层薄薄的低声阻抗层，此层为与载体基板上制造的声学镜面的粘接接口。在另一个实施例中，请参见图9，在压电晶圆400上沉积一层金属层并将其图案化，然后沉积一层薄的低声阻抗层。在其他实例中，请参见图10，也可以在压电晶圆400上沉积或生长一层以上的声学反射层。例如，一、二或三对高声阻抗层和低声阻抗层的交替层可以沉积或生长在压电晶圆400上。压电晶圆400上的最后一层与承载晶圆100的层堆栈上最上层的材料相同，以便提供良好的键合界面。其中，压电晶圆400的材料可以是以下任何相同版本的掺杂：氮酸锂、钛酸锂、氮化铝和石英。

为键合压电晶圆400和承载晶圆100来获取压电薄膜而进行的过程包括以下步骤：如果承载晶圆100的一层或多层有进行图案化，或者压电晶圆400的一层或多层有进行图案化，或压电晶圆400和承载晶圆100一层或多层兼有进行图案化，请参见图11，在粘合之前，需要在每个图案化过的晶圆上做平整化步骤，以确保晶圆键合的平坦、平滑的界面接口。承载和压电晶圆400之间的键合可能发生在：a.某一声学反射层的中间某一界面，无论是高声阻抗层还是低声阻抗声层(图12a)。b.某一声学反射器层的底部或上部，在这种情况下，承载晶圆100和压电晶圆400的键合接口界面的两边将具有不同声学阻抗层。在此实例中，在形成声学反射层后，可以在两个晶圆上沉积一层薄薄的材料，从而提供适当的键合界面层700(图12b)。这种用于键合目的的超薄材料层也可以被存在于声学反射器层的一部分中。请参见图12，压电晶圆400和承载晶圆100通过已建立的键合接口界面键合在一起。键合过程可以是基于热压键合、表面激活直接键合,或其他方法来粘合半导体晶圆的任何方法。请参见图13，然后将压电晶圆400减薄并抛光到所需的厚度。

如果获得压电薄膜方式是用离子注入和剥离薄膜转移技术，而不是机械抛光，则压电晶圆400上进行的过程需要稍作修改并添加以下步骤：请参见图14a，对压电晶圆400的离子注入的过程要求在金属电极和层叠沉积和图案之前进行，图14a中的箭头表示离子注入。请参见图14b，离子注入后，这个过程遵循之前描述的，键合晶圆经过一系列加热、切片和抛光步骤，以在承载晶圆100(图14c)上留下一层薄薄的压电材料。压电晶圆400的材料可以是以下任何相同版本的掺杂版本：氮酸锂、钛酸锂、氮化铝和石英。

图6a和图6b显示了通过本申请制成的压电换能器的两种结构。在图6a中，在由二氧化硅和钨层形成的图案化反射器的顶部上构建了铌酸锂压电换能器，有一个压电薄膜换能器建在图案化声学反射器层组之上。在图6b中，在未图案化的二氧化硅和氮化铝的反射器的顶部上形成了铌酸锂压电换能器，有一个压电薄膜换能器在图案化声学反射器层形成，具有与压电层的底表面直接接触的薄金属层。

对说明书附图的补充说明如下：图6为在图案化声学反射器层组之上压电换能器的顶视图和横截面视图，在b)和d)的情况下，还通过键合两个晶圆,将一压电层底部直接接触电极集成到器件结构中。所示示例在承载晶圆100中使用两对低阻抗层和高阻抗层(其中只有高阻抗层被图案化)，横截面BB'用于后续的所有图，用来显示压电换能器的制造流程。图中的虚线代表此实例中键合的的界面(此实施例中，压电晶圆400在键合前并没有被沉积低声阻抗层和高声阻抗层组)。图7为交替的低声阻抗层和高声阻抗层在承载晶圆100上的沉积和图案化示意图。图8为在压电晶圆400底部上沉积低声阻抗层示意图。图9为在压电晶圆400上沉积薄金属(底部电极层500),并对其图案化，然后在压电晶圆400上沉积一层低声阻抗层示意图。图10为在压电晶圆400上沉积交替的低声阻抗层和高声阻抗层，并对其进行图案化的示意图。图11为对承载晶圆100上最表面的层和压电晶圆400上最表面的层进行平坦化示意图，以便实现晶圆之间的键合。图12为键合过程示意图，其中，(a)为将两个晶圆在某一声学反射层的中间某一界面键合，(b)为在某一声学反射器层的底部或上部键合，(a)中虚线标识键合界面，(b)中包含用于键合目的的超薄材料层，即键合界面层700。图13为对压电晶圆400的减薄和抛光示意图，图14为对压电晶圆400的离子注入和剥离示意图。

上述压电换能器制作方法，首先提供承载晶圆100，在承载晶圆100上制备底部声学反射层200，再提供压电晶圆400，在压电晶圆400上制备顶部声学反射层300，其中顶部声学反射层300和底部声学反射层200均用于限制声学振动，然后将底部声学反射层200远离承载晶圆100的一侧与顶部声学反射层300远离压电晶圆400的一侧结合，最后减薄压电晶圆400，形成压电换能器。通过该压电换能器制作方法制作而成的压电换能器，压电晶圆400、顶部声学反射层300、底部声学反射层200和承载晶圆100层叠设置，承载晶圆100起到承载作用，压电晶圆400被减薄而形成的压电薄膜可以被激发声振动，顶部声学反射层300和底部声学反射层200可以限制声学振动，使得到的压电换能器能够在高频下工作，由于采用该方法制成的压电换能器具有特定的层叠组合和压电薄膜,可以激发和支持高性能的声学振动模式,具有较低的固有损耗，能够在保持单位面积的同时获得更高的单位面积电容,从而使制成的压电换能器工作性能佳。

在一个实施例中，提供一种压电换能器，根据上述的方法制成。

上述压电换能器，首先提供承载晶圆100，在承载晶圆100上制备底部声学反射层200，再提供压电晶圆400，在压电晶圆400上制备顶部声学反射层300，其中顶部声学反射层300和底部声学反射层200均用于限制声学振动，然后将底部声学反射层200远离承载晶圆100的一侧与顶部声学反射层300远离压电晶圆400的一侧结合，最后减薄压电晶圆400，形成压电换能器。通过该压电换能器制作方法制作而成的压电换能器，压电晶圆400、顶部声学反射层300、底部声学反射层200和承载晶圆100层叠设置，承载晶圆100起到承载作用，压电晶圆400被减薄而形成的压电薄膜可以被激发声振动，顶部声学反射层300和底部声学反射层200可以限制声学振动，使得到的压电换能器能够在高频下工作，由于采用该方法制成的压电换能器具有特定的层叠组合和压电薄膜,可以激发和支持高性能的声学振动模式,具有较低的固有损耗，能够在保持单位面积的同时获得更高的单位面积电容,从而使制成的压电换能器工作性能佳。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种压电换能器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供承载晶圆，在所述承载晶圆上制备底部声学反射层；

提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层；所述顶部声学反射层和所述底部声学反射层均用于限制声学振动；

将所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧与所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧结合；

减薄所述压电晶圆，形成压电换能器。

2.根据权利要求1所述的压电换能器制作方法，其特征在于，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层包括：

提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备底部电极层；

在所述压电晶圆上制备覆盖所述底部电极层的顶部声学反射层。

3.根据权利要求1所述的压电换能器制作方法，其特征在于，所述底部声学反射层包括底部高声阻抗层和底部低声阻抗层，所述底部高声阻抗层的数量和所述底部低声阻抗层的数量之和为奇数；所述提供承载晶圆，在所述承载晶圆上制备底部声学反射层包括：

提供承载晶圆，在所述承载晶圆一侧制备交替设置的所述底部高声阻抗层和所述底部低声阻抗层。

4.根据权利要求3所述的压电换能器制作方法，其特征在于，所述顶部声学反射层包括顶部低声阻抗层，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层，包括：

提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备所述顶部低声阻抗层。

5.根据权利要求3所述的压电换能器制作方法，其特征在于，所述顶部声学反射层还包括顶部低声阻抗层和顶部高声阻抗层，所述顶部高声阻抗层的数量和所述顶部低声阻抗层的数量之和为奇数，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层，包括：

提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备交替设置的所述顶部低声阻抗层和所述顶部高声阻抗层。

6.根据权利要求5所述的压电换能器制作方法，其特征在于，所述底部声学反射层最远离所述承载晶圆的一层为所述底部低声阻抗层，且所述顶部声学反射层中最远离所述压电晶圆的一层为所述顶部低声阻抗层；或者所述底部声学反射层最远离所述承载晶圆的一层为所述底部高声阻抗层，且所述顶部声学反射层中最远离所述压电晶圆的一层为所述顶部高声阻抗层。

7.根据权利要求1所述的压电换能器制作方法，其特征在于，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层之后，所述将所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧与所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧结合之前，还包括：

对所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧，以及所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧进行平整化处理。

8.根据权利要求1所述的压电换能器制作方法，其特征在于，所述将所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧与所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧结合，包括：

提供键合界面层，将所述底部声学反射层远离所述承载晶圆的一侧与所述顶部声学反射层远离所述压电晶圆的一侧通过所述键合界面层结合。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的压电换能器制作方法，其特征在于，所述提供压电晶圆，在所述压电晶圆上制备顶部声学反射层，包括：

提供压电晶圆，对所述压电晶圆进行离子注入，在经过所述离子注入之后的压电晶圆上制备顶部声学反射层。

10.一种压电换能器，其特征在于，根据权利要求1-9任意一项所述的方法制成。

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