CN113411064A - 一种薄膜体声波器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种薄膜体声波器件及其制备方法，所述薄膜体声波器件包括：带有空腔的薄膜体、顶电极层和底电极层；所述带有空腔的薄膜体包括第一衬底层和压电薄膜层，所述空腔贯穿所述第一衬底层；所述底电极层沉积于所述空腔内裸露的压电薄膜层下，所述顶电极层沉积于所述压电薄膜层上、与所述底电极层相对。由于体声波产生区域为底电极层与顶电极层所覆盖区域，因此，本申请实施例提供的薄膜体声波器件，相对有现有技术中，在整个压电膜层的两面完全覆盖底电极层和顶电极层的方案，可以降低驱动电压，减少声波滤波器的耗能。

Description

一种薄膜体声波器件及其制备方法

技术领域

本申请属于半导体元件制备领域，特别涉及一种薄膜体声波器件及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，全球系统之间的大数据传输速度日益加快，薄膜体声波器件在越来越多的范围内得到广泛的应用，例如计时时钟、移动电话射频模块等。薄膜体声波器件是一种射频滤波器，通常采用电极-压电薄膜-电极的三明治结构，压电薄膜具有压电性，当施加电压后会产生压力。压电薄膜的上下面上分别沉积上电极和下电极，当对这种压电薄膜晶体施以电压，晶体将发生机械形变，将电能转换为机械能。当这种晶体被机械压缩或展延时，机械能又转换为电能。在晶体结构的两面形成电荷，使电流流过端子和/或形成端子间的电压。由此可知，薄膜体声波器件中压电薄膜质量的好坏直接影响薄膜体声波器件的使用效果。

目前应用的体声波滤波器，当施加电压驱动压电薄膜振动时，需要施加较大的驱动电压才足以使压电薄膜达到谐振状态，所以导致体声波滤波器的耗能大。

发明内容

为解决现有技术中，当施加电压驱动压电薄膜振动时，需要施加较大的驱动电压才足以使压电薄膜达到谐振状态，导致体声波滤波器的耗能大的问题。

本申请的目的在于提供以下几个方面：

第一方面，本申请实施例提供一种薄膜体声波器件，包括带有空腔的薄膜体、顶电极层和底电极层；所述带有空腔的薄膜体包括第一衬底层和压电薄膜层，所述空腔贯穿所述第一衬底层；所述底电极层沉积于所述空腔内裸露的压电薄膜层下，所述顶电极层沉积于所述压电薄膜层上、与所述底电极层相对。

进一步地，所述第一衬底层包括支撑衬底层和缓冲层。

进一步地，还包括第二衬底层，所述第二衬底层叠加于所述空腔开口处、覆盖所述空腔开口，形成密封空腔。

进一步地，所述带有空腔的薄膜体包括多个间隔设置的子空腔，每个所述子空腔内裸露的压电薄膜层下沉积有底电极层，所述压电薄膜层上与所述底电极层相对的一侧沉积有与所述底电极层配对的顶电极层。

进一步地，至少两个所述子空腔对应的压电薄膜层厚度不同。

进一步地，所述底电极层为单层金属薄膜或复合金属薄膜，所述顶电极层为单层金属薄膜或复合金属薄膜。

进一步地，所述复合金属薄膜包括Mo层和Cr层，所述Cr层位于所述Mo层与所述薄膜层之间。

进一步地，所述Mo层的厚度大于所述Cr层的厚度。

进一步地，所述压电薄膜层为铌酸锂或钽酸锂材料。

第二方面，本申请实施例还提供一种薄膜体声波器件的制备方法，所述方法包括：

通过离子注入和键合技术得到薄膜体，所述薄膜体包括第一衬底和压电薄膜层；

按照预设尺寸，刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体；

在所述空腔内裸露的压电薄膜层下沉积底电极层，在所述压电薄膜层上、与所述底电极层相对的一侧沉积顶电极层，得到薄膜体声波器件。

进一步地，所述通过离子注入和键合技术得到薄膜体，所述薄膜体包括第一衬底和压电薄膜层，包括：

向薄膜材料中进行离子注入，将所述薄膜材料依次分为压电薄膜层、分离层和余质层；

将薄膜材料的离子注入面与第一衬底层键合，得到键合体；

对所述键合体进行热处理，将所述余质层与所述压电薄膜层分离，得到薄膜体。

进一步地，所述第一衬底层包括支撑衬底层和缓冲层，将薄膜材料的离子注入面与第一衬底层键合，得到键合体，包括：

在所述支撑衬底层上制备一层缓冲层；

将薄膜材料的离子注入面与所述缓冲层键合，得到键合体。

进一步地，所述按照预设尺寸，所述刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体，包括：

由所述支撑衬底层向所述缓冲层的方向刻蚀第一预设深度；

当所述第一预设深度小于所述支撑衬底层厚度时，得到带有第一空腔的第一制备体；

将所述第一制备体浸入第一溶液，得到带有第二空腔的第二制备体，所述第一溶液侵蚀所述第一空腔内顶部剩余的支撑衬底层，且，不侵蚀所述缓冲层；

将所述第二制备体浸入第二溶液，得到带有空腔的薄膜体，所述第二溶液侵蚀所述第二空腔内顶部的缓冲层，且，不侵蚀所述压电薄膜层。

进一步地，所述按照预设尺寸，所述刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体，包括：

由所述支撑衬底层向所述缓冲层的方向刻蚀第一预设深度；

当所述第一预设深度大于等于所述支撑衬底层厚度且小于所述支撑衬底层与所述缓冲层的厚度之和时，得到带有第三空腔的第三制备体；

将所述第三制备体浸入第二溶液，得到带有空腔的薄膜体，所述第二溶液侵蚀所述第三空腔内顶部的缓冲层，且，不侵蚀所述压电薄膜层。

进一步地，当所述支撑衬底层为硅衬底，所述缓冲层为二氧化硅或氮化硅时，所述第一溶液为四甲基氢氧化铵溶液，所述第二溶液为HF。

进一步地，所述按照预设尺寸，刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体，包括：

刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有多个子空腔的薄膜体，每个所述子空腔的尺寸相同或不同；

在每个所述子空腔内裸露的压电薄膜层下沉积底电极层，在所述压电薄膜层上与所述底电极层相对的一侧沉积与所述底电极层配合的顶电极层。

进一步地，在得到带有多个子空腔的薄膜体之后，还包括：

在每个所述子空腔内，由所述子空腔顶部继续向所述压电薄膜层内刻蚀第二预设深度，其中，至少两个所述子空腔对应的第二预设深度不同，所述第二预设深度小于所述压电薄膜层的厚度。

进一步地，在所述得到薄膜体声波器件之后，还包括：

在所空腔开口处，制备第二衬底层，所述第二衬底层覆盖所述空腔开口，形成密封空腔。

进一步地，所述按照预设尺寸，刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层的方法包括：等离子体刻蚀方法或机械刻蚀方法。

本申请实施例提供的薄膜体声波器件，底电极层沉积于在空腔内裸露的压电薄膜层下，所述顶电极沉积于所述薄膜层上、与所述底电极层相对。由于体声波产生区域为底电极层与顶电极层所覆盖区域，因此，本申请实施例提供的薄膜体声波器件，相对有现有技术中，在整个压电膜层的两面完全覆盖底电极层和顶电极层的方案，可以降低驱动电压，减少声波滤波器的耗能。另外，本申请实施例提供的薄膜体声波器件的制备方法，先采用离子注入和键合的方法制备得到高质量的薄膜体，再刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体；最后，在所述空腔内裸露的压电薄膜层下沉积底电极层，在所述压电薄膜层上、与所述底电极层相对的一侧沉积顶电极层，得到薄膜体声波器件。与现有技术相比，避免了将电极层与衬底层键合，能够得到具有高质量压电薄膜层的薄膜体声波器件，解决了薄膜层脱落、薄膜产生裂纹等问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种薄膜体声波器件的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的又一种薄膜体声波器件的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种薄膜体声波器件的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种薄膜体声波器件的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种薄膜体声波器件的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种薄膜体声波器件的制备方法的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的又一种薄膜体声波器件的制备方法的流程示意图；

图8为本申请实施例提供的第一制备体的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的第二制备体的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的第三制备体的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的又一种薄膜体声波器件的结构示意图。

附图标记说明

1-薄膜材料，11-压电薄膜层，12-分离层，13-余质层，2-第一衬底层，21-缓冲层，22-支撑衬底层，3-空腔，31-第一空腔，32-第二空腔，33-第三空腔，34-子空腔，4-底电极层，5-顶电极层，6-第二衬底层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

以下详述本发明。

本申请实施例提供一种薄膜体声波器件，包括带有空腔3的薄膜体、顶电极层5和底电极层4；所述带有空腔3的薄膜体包括第一衬底层2和压电薄膜层11，所述空腔3贯穿所述第一衬底层2；所述底电极层4沉积于所述空腔3内裸露的压电薄膜层11下，所述顶电极层5沉积于所述压电薄膜层11上、与所述底电极层4相对。

如图1所示，本申请实施例提供的薄膜体声波器件，只在空腔3内裸露的压电薄膜层11下沉积底电极层4，并且在压电薄膜层11上沉积与底电极层4对应的顶电极层5。而现有技术中的薄膜体声波器件，在整个压电膜层的两面完全覆盖底电极层和顶电极层。由于体声波产生区域为底电极层4与顶电极层5所覆盖区域，所以，本申请实施例提供的薄膜体声波器件，相对于现有技术，可以降低驱动电压，减少声波滤波器的耗能。

当对本申请实施例得到的薄膜体声波器件，施以电压，中间的压电薄膜层将发生机械形变，将电能转换为机械能。当压电薄膜层被机械压缩或展延时，机械能又转换为电能。在压电薄膜层的两面形成电荷，使电流流过端子和/或形成端子间的电压。因此，本申请实施例得到的薄膜体声波器件适用于高频器件，例如5G领域，甚至可以达到20GHZ的高频工作。

一般情况下，压电薄膜层11、底电极层4和顶电极层5的总厚度越小，薄膜体声波器件的频率越高。优选的，底电极层4的厚度为10nm-1000nm，顶电极层5的厚度为10nm-1000nm。更为优选的，底电极层4的厚度为100nm，顶电极层5的厚度为100nm。

其中，底电极层4和顶电极层5应该选用导电性良好的金属材料，例如：铜、金、钛、铂、钼、钌、铬、铝或锡等，本申请对此不进行限定。另外，底电极层4和顶电极层5可以采用单层金属薄膜或复合金属薄膜。

优选的，底电极层4选用Mo层和Cr层组成的复合金属薄膜，即采用金属钼和铬组成的复合金属薄膜，所述Cr层位于所述Mo层与所述薄膜层之间。其中，Mo的声速较大，而Cr的粘附性较好，将两者结合可以兼顾粘附性和声速的优势。

进一步地，所述Mo层的厚度大于所述Cr层的厚度。由于主要由Mo层起到声速大的功能性作用，而Cr层主要起粘结的作用，因此，Mo层的厚度大于所述Cr层的厚度，一方面，更能够充分发挥Mo层的作用，另一方面，可以缩短底电极层4制备的时间。

对应的顶电极层5可以与采用与上述底电极层4相同的结构，也可以采用与上述底电极层4不相同的结构，本申请对此不进行限定。

本申请实施例中，可以根据实际应用场景选择合适的第一衬底层2的材料，例如：可以为铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟等，本申请对此不进行限定。另外，第一衬底层2包括至少一层衬底，可以为单层衬底，也可以为复合衬底，例如：可以为单层硅衬底，也可以为具有热氧化层的硅衬底、具有沉积氧化硅层的硅衬底、具有氮化硅层的硅衬底，或者具有其它材质层的复合衬底。第一衬底层2的作用主要是用于支撑薄膜层11。

本申请实施例中，所述的压电薄膜层11可以为硅、铌酸锂、钽酸锂、石英、蓝宝石、氧化硅、SOI、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟、塑料或陶瓷等材料，本申请对此不进行限定。

在一优选实施例中，如图2所示，第一衬底层2包括支撑衬底层22和缓冲层21。

所述缓冲层21叠加于所述支撑衬底层22和压电薄膜层11之间，所述空腔3同时贯穿所述支撑衬底层22和缓冲层21。

缓冲层21一方面可以起到支撑压电薄膜层11的作用，另一方面主要是在制备空腔3的过程中，可以避免刻蚀过度，保证压电薄膜层11的完整性。

在一优选实施例中，还包括第二衬底层6，所述第二衬底层6叠加于所述空腔开口处、覆盖所述空腔开口，形成密封空腔。

如图3所示，在空腔3的开口处键合第二衬底层6，将所述空腔3封口，形成密封空腔。密封空腔可以形成共振，增强声波的强度，减小声波的衰减。

本申请实施例中，可以根据实际应用场景选择合适的第二衬底层6的材料，例如：可以为铌酸锂、钽酸锂、石英、硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅、砷化镓或磷化铟等，本申请对此不进行限定。另外，第二衬底层6包括至少一层衬底，可以为单层衬底，也可以为复合衬底，例如：可以为单层硅衬底，也可以为具有热氧化层的硅衬底、具有沉积氧化硅层的硅衬底、具有氮化硅层的硅衬底，或者具有其它材质层的复合衬底。

在一优选实施例中，所述带有空腔的薄膜体包括多个间隔设置的子空腔34，每个所述子空腔34内裸露的压电薄膜层11下沉积有底电极层4，所述压电薄膜层11上与所述底电极层4相对的一侧沉积有与所述底电极层4配对的顶电极层5。

如图4所示，每个子空腔34对应的压电薄膜层11部分，以及与该部分压电薄膜层11对应的底电极层4部分和顶电极层5，相当于构成了一个单独的具有薄膜体声波器件功能的结构，从而实现对压电薄膜材料的充分利用。例如：在直径4英寸的薄膜体上，可以制备出上百个宽度为1mm-10mm的子空腔34，也就相当于在同一薄膜体上，可以制备出上百个薄膜体声波器件。其中，所述宽度为1mm-10mm的子空腔34是指，在子空腔34的横截面图中，子空腔34顶部的长度。

在一优选实施例中，至少两个所述子空腔对应的压电薄膜层11厚度不同。

薄膜体声波器件利用压电效应，通过震动的微型声波谐振器的机械谐振产生稳定的电子信号。这种精确的高频信号可为电子系统提供时钟和计时参考。薄膜体声波器件的压电薄膜层11是压电材料，当为压电薄膜层11施加频率，会导致机械结构震动，此时，压电薄膜层11将捕获产生的能量。当声波在压电薄膜层11中的传播距离正好是半波长的奇数倍时就会产生谐振，其中谐振频率处的声波损耗最小，使得该频率的声信号能通过压电薄膜层11，而其他频率的信号被阻断，从而只在输出端输出具有特定频率的信号，以实现电信号的滤波功能。因此，压电薄膜层11的厚度在很大程度上决定了薄膜体声波器件的谐振频率，薄膜体声波器件的谐振频率满足如下关系式(1)。

f≈v/λ＝v/2d (1)

上述关系式(1)中，v表示薄膜层11中的纵向声速，d表示薄膜层11厚度，λ表示声波波长，f表示薄膜体声波器件的谐振频率。

因此，上述实施例中，虽然可以在同一个薄膜体上制备出多个薄膜体声波器件，但是每个薄膜体声波器件中的压电薄膜层厚度相同，也就是说，该同一个薄膜体上制备出的多个薄膜体声波器件的谐振频率都相同。

基于上述的分析，压电薄膜层11的厚度在很大程度上决定了薄膜体声波器件的谐振频率，因此，如图5所示，当至少两个所述子空腔对应的压电薄膜层11厚度不同时，在同一薄膜体上，能够获得具有不同的谐振频率的薄膜体声波器件。例如，同一个薄膜体上包括四个子空腔，四个子空腔对应的压电薄膜层11厚度分别为395nm、390nm、385nm以及380nm，则该四个子空腔对应的谐振频率均不同，其中心频率在4.55GHz左右，可以满足5G的使用需求。

本申请实施例还提供一种薄膜体声波器件的制备方法，如图6所示，所述方法包括以下步骤：

步骤1，通过离子注入和键合技术得到薄膜体，所述薄膜体包括第一衬底2和压电薄膜层11。

本申请实施例中，可结合任一种可行的离子注入法和任一种可行的键合法制备得到薄膜体，本申请对此不进行限定。

在一种可实现方式中，通过离子注入和键合技术得到薄膜体，包括以下步骤：

步骤101，向薄膜材料1中进行离子注入，将所述薄膜材料1依次分为压电薄膜层11、分离层12和余质层13。

本申请实施例中，所述的薄膜材料1是指具有一定厚度的，用于得到压电薄膜层11的基础材料。薄膜材料1可以为硅、铌酸锂、钽酸锂、石英、蓝宝石、氧化硅、SOI、碳化硅、氮化硅、砷化镓、磷化铟、塑料或陶瓷等，本申请对此不进行限定。

如图6所示，可以由所述薄膜材料1的一面向所述薄膜材料1内部进行离子注入，从而在薄膜材料1上形成压电薄膜层11、分离层12和余质层13。

本申请实施例对所述离子注入的方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种离子注入的方式，所注入的离子可以为通过热处理能够生成气体的离子，例如：氢离子或者氦离子。注入氢离子时，注入计量可以为3×10¹⁶ions/cm²～8×10¹⁶ions/cm²，注入能量可以为120KeV～400KeV；注入氦离子时，注入计量可以为1×10¹⁶ions/cm²～1×10¹⁷ions/cm²，注入能量可以为50KeV～1000KeV。例如，注入氢离子时，注入计量可以为4×10¹⁶ions/cm²，注入能量可以为180KeV；注入氦离子时，注入计量为4×10¹⁶ions/cm²，注入能量为200KeV。

本申请实施例中，可以通过调整离子注入深度来调整压电薄膜层11的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的压电薄膜层11的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的压电薄膜层11的厚度越小。

步骤102，将薄膜材料1的离子注入面与第一衬底层2键合，得到键合体。

本申请实施例中，所述键合体是指薄膜材料1与第一衬底层2键合后形成的键合体，其中，薄膜材料1未从第一衬底层2上剥离，所述的离子注入面是指向薄膜材料1注入离子的一面。

本申请对薄膜材料1与第一衬底层2键合的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种薄膜材料1与第一衬底层2键合的方式，例如，将薄膜材料1的键合面进行表面活化，将第一衬底层2的键合面也进行表面活化，再将两个活化后的表面进行键合，获得键合体。

本申请对薄膜材料1的键合面进行表面活化的方式不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种对薄膜材料1进行表面活化的方式，例如，等离子体活化以及化学溶液活化等；同样地，本申请对第一衬底层2的键合面表面活化的方式也不做特别限定，可以采用现有技术中任意一种可用于第一衬底层2的键合面进行表面活化的方式，例如，等离子体活化。

步骤103，对所述键合体进行热处理，将所述余质层13与所述压电薄膜层11分离，得到薄膜体。

在一种可实现的方式中，对键合体进行热处理，所述热处理的温度为100℃～600℃，在热处理过程中，所述分离层12内形成气泡，例如，H离子形成氢气，He离子形成氦气等，随着热处理进展，分离层12内的气泡连成一片，最后分离层12裂开，将余质层13与所述压电薄膜层11分离，从而使余质层13由键合体上剥离下来，在第一衬底层2表面形成一层压电薄膜层11。

在本申请实施例中，一种可实现的热处理方式为，将键合体放入加热设备中，先升温至预设温度，再在此温度下恒温保温。其中，优选的，保温条件包括：保温时间可以是1分钟～48小时，例如，保温时间为3小时，保温温度可以是100℃～600℃，例如保温时间为400℃，保温气氛可以是，在真空环境下或在氮气及惰性气体中的至少一种气体形成的保护气氛下进行。

上述步骤3得到的薄膜体，包括依次叠加的压电薄膜层11和第一衬底层2。

步骤2，按照预设尺寸，刻蚀贯穿所述第一衬底层2，露出所述压电薄膜层11，得到带有空腔3的薄膜体。

如图6所示，从第一衬底层2中远离所述压电薄膜层11的一面向靠近压电薄膜层11一面刻蚀，直至刻蚀至离子注入面为止，也就是相当于，按照预设尺寸，在第一衬底层2上挖一个空腔3，空腔3贯穿第一衬底层2，空腔3顶部裸露出压电薄膜层11。形成的空腔3，顶部为压电薄膜层11，侧部为第一衬底层2。

本申请实施例，对空腔3的空间构造不进行限定，空腔3的截面可以是梯形，长方形或者其他规则或不规则的多边形。在制备时，可以根据应用情况，预先设定空腔的尺寸，然后按照预设尺寸，刻蚀对应尺寸的空腔3。

本申请对刻蚀贯穿所述第一衬底层2，露出所述压电薄膜层11的方法不进行限定，例如：可以采用等离子体刻蚀方法或者机械刻蚀方法。

为了避免在刻蚀过程中，发生过渡刻蚀，而造成对压电薄膜层11的损坏。在一优选实施例中，如图7所示，所述第一衬底层2包括支撑衬底层22和缓冲层21，可以先在所述支撑衬底层22上制备一层缓冲层21；将薄膜材料1的离子注入面与所述缓冲层21键合，得到键合体。进一步的，对该键合体进行热处理，得到薄膜体，此时，薄膜体包括依次层叠的压电薄膜层11、缓冲层21和支撑衬底层22。

本申请实施例，在支撑衬底层22上制备一层缓冲层21的方法不进行限定，例如：可以采用热氧化法或沉积法。

当对上述包括缓冲层21的薄膜体进行刻蚀处理时，具体包括如下步骤：

步骤201，由所述支撑衬底层22向所述缓冲层21的方向刻蚀第一预设深度。

在支撑衬底层22和压电薄膜层11中间沉积一层缓冲层21，因此，为了避免由所述支撑衬底层22直接刻蚀到压电薄膜层11内，造成过度刻蚀，损坏压电薄膜层11，可以先由支撑衬底层22向所述缓冲层21的方向刻蚀，从而避免刻蚀工具直接与压电薄膜层11接触。

由支撑衬底层22向所述缓冲层21的方向刻蚀第一预设深度，其中，所述第一预设深度小于所述支撑衬底层22厚度，或者，所述第一预设深度大于等于所述支撑衬底层22厚度且小于所述支撑衬底层22与所述缓冲层21的厚度之和。

步骤202，当所述第一预设深度小于所述支撑衬底层22厚度时，得到带有第一空腔31的第一制备体。

如图8所示，当所述第一预设深度小于所述支撑衬底层22厚度时，得到带有第一空腔31的第一制备体。第一空腔31的顶部依次为：剩余的支撑衬底层22、缓冲层21和压电薄膜层11，因此，需要对第一空腔31做进一步处理。

步骤203，将所述第一制备体浸入第一溶液，得到带有第二空腔32的第二制备体，所述第一溶液侵蚀所述第一空腔31内顶部剩余的支撑衬底层22，且，不侵蚀所述缓冲层21。

为了防止等离子刻蚀方法或机械刻蚀方法，对压电薄膜层11造成损伤，完成上述步骤201中初步的刻蚀处理后，采用化学侵蚀的方法，侵蚀掉第一空腔31内顶部剩余的支撑衬底层22和缓冲层21。

首先侵蚀掉第一空腔31内顶部剩余的支撑衬底层22，露出缓冲层21。进一步，在步骤204中，侵蚀掉露出的缓冲层21。

其中，第一溶液用于侵蚀第一空腔31内顶部剩余的支撑衬底层22，第一溶液能够侵蚀掉支撑衬底层22的材料，并且，不能侵蚀掉所述缓冲层21的材料，这样便于在生产时，能够对第一溶液与第一空腔31内顶部剩余的支撑衬底层22的反应进行控制。

通过控制第一溶液与第一空腔31内顶部剩余的支撑衬底层22的反应条件，使第一溶液尽量侵蚀第一空腔31顶部，而不向第一空腔31的侧向扩散侵蚀。例如：支撑衬底层22的材料为硅，缓冲层21的材料为二氧化硅，第一溶液为四甲基氢氧化铵水溶液。将第一制备体浸入四甲基氢氧化铵水溶液中，侵蚀温度为50-90℃，优选侵蚀温度为70℃。如果支撑衬底层22和缓冲层21选用其他材料，则对应的选用与之相配合的第一溶液，本申请对此不进行限定。

如图9所示，步骤203得到的第二空腔32的顶部依次为缓冲层21和压电薄膜层11。

步骤204，将所述第二制备体浸入第二溶液，得到带有空腔3的薄膜体，所述第二溶液侵蚀所述第二空腔32内顶部的缓冲层21，且，不侵蚀所述压电薄膜层11。

第二溶液用于侵蚀第二空腔32内顶部的缓冲层21，以使第二空腔32内顶部的压电薄膜层11露出。第二溶液能够侵蚀掉第二空腔32内顶部的缓冲层21，并且，不能侵蚀掉所述压电薄膜层11。

通过控制第二溶液与第二空腔32内顶部的缓冲层21的反应条件，使第二溶液尽量侵蚀第二空腔32顶部，而不向第二空腔32的侧向扩散侵蚀。例如：缓冲层21的材料为二氧化硅，压电薄膜层11的材料为铌酸锂，第二溶液为HF。将第二制备体浸入HF溶液中，侵蚀温度为0-90℃，HF溶液的体积分数可以为1：(1-1000)，优选侵蚀温度为25℃，HF溶液的体积分数10％。如果缓冲层21和压电薄膜层11选用其他材料，则对应的选用与之相配合的第二溶液，本申请对比不进行限定。

当上述步骤201中，所述第一预设深度大于等于所述支撑衬底层22厚度且小于所述支撑衬底层22与所述缓冲层的厚度之和时，则执行如下步骤301-303。

步骤301，当所述第一预设深度大于等于所述支撑衬底层22的厚度且小于所述支撑衬底层22与所述缓冲层21的厚度之和时，得到带有第三空腔33的第三制备体。

如图10所示，所述第一预设深度大于等于所述支撑衬底层22的厚度且小于所述支撑衬底层22与所述缓冲层21的厚度之和，是指至少先在支撑衬底层22上刻蚀出第三空腔33，其中，第三空腔33内顶部依次为缓冲层21和压电薄膜层11。第三空腔33内顶部的缓冲层21可以是完整的缓冲层21，也可以是部分被刻蚀掉后，剩余的缓冲层21。

步骤302，将所述第三制备体浸入第二溶液，得到带有空腔3的薄膜体，所述第二溶液侵蚀所述第三空腔33内顶部的缓冲层21，且，不侵蚀所述压电薄膜层11。

该步骤的具体处理方式，可以参见上述步骤204的描述，此处不再赘述。

上述步骤201-步骤204以及步骤301-步骤302，先由所述支撑衬底层22向所述缓冲层21的方向刻蚀第一预设深度，再根据第一预设深度的大小，选择合适的溶液对剩余的缓冲层21或剩余的支撑衬底层22和缓冲层21进行溶液侵蚀处理，直至露出空腔内顶部的压电薄膜层11。以上通过采用等离子刻蚀或机械刻蚀与溶液侵蚀相结合的方法，避免了发生过渡刻蚀的情况，保证了空腔3内顶部裸露的压电薄膜层11的完整。

步骤3，在所述空腔3内裸露的压电薄膜层11下沉积底电极层4，在所述压电薄膜层11上、与所述底电极层4相对的一侧沉积顶电极层5，得到薄膜体声波器件。

当第一衬底层2不包括缓冲层21时，得到的薄膜体声波器件如图1所示；当第一衬底层2包括支撑衬底层22和缓冲层21时，得到的薄膜体声波器件如图2所示。

本申请实施例提供的一种薄膜体声波器件的制备方法，先采用离子注入和键合的方法制备得到高质量的薄膜体，再刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体；最后，在所述空腔内裸露的压电薄膜层下沉积底电极层，在所述压电薄膜层上、与所述底电极层相对的一侧沉积顶电极层，得到薄膜体声波器件。

现有技术中，在制备薄膜体声波器件时，先在压电薄膜层上制备电极，然后再将制备电极后的压电薄膜与目标衬底键合，这样很容易在键合面上产生缺陷，例如薄膜层脱落、薄膜产生裂纹等，进而影响所制备的薄膜体声波器件的稳定性。

由此可知，本申请实施例提供的薄膜体声波器件的制备方法，与现有技术相比，避免了将电极层与衬底层键合，能够得到具有高质量压电薄膜层的薄膜体声波器件，解决了薄膜层脱落、薄膜产生裂纹等问题。

另外，本申请实施例中，由于体声波产生区域为底电极层与顶电极层所覆盖区域，所以，只在空腔3内沉积底电极层4，并且在薄膜层11的相对一层沉积与底电极层4对应的顶电极层5，这相对于，在整个薄膜层的两面完全覆盖底电极层4和顶电极层5来说，可以降低驱动电压。

进一步地，上述步骤2得到带有空腔3的薄膜体，可以是如图1或图2中所示的带有一个空腔3的薄膜体，也可以是如图4所示的带有多个子空腔34的压电薄膜，其中，每个所述子空腔34的尺寸可以相同，也可以不同。

如图4所示，在得到带有多个子空腔34的薄膜体之后，在每个所述子空腔34内裸露的压电薄膜层11下沉积底电极层4，在所述压电薄膜层11上与所述底电极层相对的一侧沉积与所述底电极层配合的顶电极层5。

每个子空腔34对应的压电薄膜层11部分，以及与该部分薄膜层11对应的底电极层4部分和顶电极层5，相当于构成了一个单独的具有薄膜体声波器件功能的结构，从而实现对压电薄膜材料的充分利用。例如：在直径4英寸的压电薄膜上，可以制备出上百个宽度为1mm-10mm的子空腔34，也就相当于在同一压电薄膜上，可以制备出上百个薄膜体声波器件。其中，所述宽度为1mm-10mm的子空腔34是指，在子空腔34的横截面图中，子空腔34顶部的长度。

根据上述实施例中，对关系式(1)的分析可知，压电薄膜层的厚度决定薄膜体声波器件的谐振频率。因此，为了在同一压薄膜体上，获得具有不同的谐振频率的薄膜体声波器件，在一种可实现方式中，在得到带有多个子空腔34的压电薄膜之后，还包括以下步骤：在每个所述子空腔34内，由所述子空腔34顶部继续向所述压电薄膜层11内刻蚀第二预设深度，其中，至少两个所述子空腔对应的第二预设深度不同，所述第二预设深度小于所述压电薄膜层11的厚度。

首先，根据实际应用的谐振频率组合的需求，按照上述关系式(1)计算组合中每个谐振频率对应的压电薄膜层11厚度，例如实际应用场景中，需要用到四种谐振频率，其对应的压电薄膜层厚度分别为395nm、390nm、385nm以及380nm。然后，根据计算出所需的各压电薄膜层厚度，在不同的子空腔34内，由所述子空腔34顶部继续向所述压电薄膜层11内刻蚀第二预设深度，例如：在第一个子空腔内再向所述压电薄膜层11内刻蚀5nm，在第二个子空腔内再向所述压电薄膜层11内刻蚀10nm，在第三个子空腔内再向所述压电薄膜层11内刻蚀15nm，在第三个子空腔内再向所述压电薄膜层11内刻蚀20nm。

在各个子空腔内对压电薄膜层11完成刻蚀后，在每个所述子空腔内裸露的压电薄膜层11上沉积底电极层4，在所述压电薄膜层11上与所述底电极层4相对的一侧沉积与所述底电极层4配合的顶电极层5，得到如图7所示的薄膜体声波器件，该薄膜体声波器件相当于具有不同厚度薄膜层的体声波滤波器件，其中心频率在4.55GHz左右。

需要说明的是，可以对每个子空腔34内的压电薄膜层11都进行刻蚀，也可以对部分子空腔34内的压电薄膜层11进行刻蚀，但是，为了得到具有不同的谐振频率的薄膜体声波器件，至少两个所述子空腔34对压电薄膜层11刻蚀的深度不同。

因此，本申请实施例提供的薄膜体声波器件的制备方法，还可以根据每个子空腔对应的压电薄膜层11的厚度不同，实现在同一薄膜体上，制备出具有不同频率的薄膜体声波器，获得质量较好的带通滤波器。

进一步地，在所空腔开口处，制备第二衬底层6，所述第二衬底层6覆盖所述空腔开口，形成密封空腔。

在一种可实现方式中，可以采用第二衬底层6与所述第一衬底层2中远离所述压电薄膜层11的层面键合，所述第二衬底层6覆盖所述空腔3开口，形成密封空腔。

如图3所示，在空腔3的开口处键合第二衬底层6，将所述空腔3封口，形成密封空腔。密封空腔可以形成共振，增强声波的强度，减小声波的衰减。

应理解，如图11所示，当包括多个子空腔34时，第二衬底层6与所述第一衬底层2键合后，第二衬底层6能够覆盖所有的子空腔34的开口，所有的子空腔34都变为密封空腔。

本申请实施例中，结构部分实施例与方法部分实施例可以相互参见，此处不再赘述。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (19)

1.一种薄膜体声波器件，其特征在于，包括带有空腔的薄膜体、顶电极层和底电极层；

所述带有空腔的薄膜体包括第一衬底层和压电薄膜层，所述空腔贯穿所述第一衬底层；

所述底电极层沉积于所述空腔内裸露的压电薄膜层下，所述顶电极层沉积于所述压电薄膜层上、与所述底电极层相对。

2.根据权利要求1所述的薄膜体声波器件，其特征在于，所述第一衬底层包括支撑衬底层和缓冲层。

3.根据权利要求1所述的薄膜体声波器件，其特征在于，还包括第二衬底层，所述第二衬底层叠加于所述空腔开口处、覆盖所述空腔开口，形成密封空腔。

4.根据权利要求1所述的薄膜体声波器件，其特征在于，所述带有空腔的薄膜体包括多个间隔设置的子空腔，每个所述子空腔内裸露的压电薄膜层下沉积有底电极层，所述压电薄膜层上与所述底电极层相对的一侧沉积有与所述底电极层配对的顶电极层。

5.根据权利要求4所述的薄膜体声波器件，其特征在于，至少两个所述子空腔对应的压电薄膜层厚度不同。

6.根据权利要求1所述的薄膜体声波器件，其特征在于，所述底电极层为单层金属薄膜或复合金属薄膜，所述顶电极层为单层金属薄膜或复合金属薄膜。

7.根据权利要求6所述的薄膜体声波器件，其特征在于，所述复合金属薄膜包括Mo层和Cr层，所述Cr层位于所述Mo层与所述薄膜层之间。

8.根据权利要求7所述的薄膜体声波器件，其特征在于，所述Mo层的厚度大于所述Cr层的厚度。

9.根据权利要求1所述的薄膜体声波器件，其特征在于，所述压电薄膜层为铌酸锂或钽酸锂材料。

10.一种薄膜体声波器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

通过离子注入和键合技术得到薄膜体，所述薄膜体包括第一衬底和压电薄膜层；

按照预设尺寸，刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体；

在所述空腔内裸露的压电薄膜层下沉积底电极层，在所述压电薄膜层上、与所述底电极层相对的一侧沉积顶电极层，得到薄膜体声波器件。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过离子注入和键合技术得到薄膜体，所述薄膜体包括第一衬底和压电薄膜层，包括：

向薄膜材料中进行离子注入，将所述薄膜材料依次分为压电薄膜层、分离层和余质层；

将薄膜材料的离子注入面与第一衬底层键合，得到键合体；

对所述键合体进行热处理，将所述余质层与所述压电薄膜层分离，得到薄膜体。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一衬底层包括支撑衬底层和缓冲层，将薄膜材料的离子注入面与第一衬底层键合，得到键合体包括：

在所述支撑衬底层上制备一层缓冲层；

将薄膜材料的离子注入面与所述缓冲层键合，得到键合体。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述按照预设尺寸，所述刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体，包括：

由所述支撑衬底层向所述缓冲层的方向刻蚀第一预设深度；

当所述第一预设深度小于所述支撑衬底层厚度时，得到带有第一空腔的第一制备体；

将所述第一制备体浸入第一溶液，得到带有第二空腔的第二制备体，所述第一溶液侵蚀所述第一空腔内顶部剩余的支撑衬底层，且，不侵蚀所述缓冲层；

将所述第二制备体浸入第二溶液，得到带有空腔的薄膜体，所述第二溶液侵蚀所述第二空腔内顶部的缓冲层，且，不侵蚀所述压电薄膜层。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述按照预设尺寸，所述刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体，包括：

由所述支撑衬底层向所述缓冲层的方向刻蚀第一预设深度；

当所述第一预设深度大于等于所述支撑衬底层厚度且小于所述支撑衬底层与所述缓冲层的厚度之和时，得到带有第三空腔的第三制备体；

将所述第三制备体浸入第二溶液，得到带有空腔的薄膜体，所述第二溶液侵蚀所述第三空腔内顶部的缓冲层，且，不侵蚀所述压电薄膜层。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当所述支撑衬底层为硅衬底，所述缓冲层为二氧化硅或氮化硅时，所述第一溶液为四甲基氢氧化铵溶液，所述第二溶液为HF。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述按照预设尺寸，刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有空腔的薄膜体，包括：

刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层，得到带有多个子空腔的薄膜体，每个所述子空腔的尺寸相同或不同；

在每个所述子空腔内裸露的压电薄膜层下沉积底电极层，在所述压电薄膜层上与所述底电极层相对的一侧沉积与所述底电极层配合的顶电极层。

17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在得到带有多个子空腔的薄膜体之后，还包括：

在每个所述子空腔内，由所述子空腔顶部继续向所述压电薄膜层内刻蚀第二预设深度，其中，至少两个所述子空腔对应的第二预设深度不同，所述第二预设深度小于所述压电薄膜层的厚度。

18.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述得到薄膜体声波器件之后，还包括：

在所空腔开口处，制备第二衬底层，所述第二衬底层覆盖所述空腔开口，形成密封空腔。

19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述按照预设尺寸，刻蚀贯穿所述第一衬底层，露出所述压电薄膜层的方法包括：等离子体刻蚀方法或机械刻蚀方法。

Images