CN113708740A - 压电薄膜体声波谐振器及其制备方法 - Google Patents

压电薄膜体声波谐振器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法，制备方法通过层转移技术将高质量压电薄膜的生长与谐振器工艺分离，且空腔谐振区域只有多层薄膜构成的谐振结构，而引出电极及通孔等结构均远离空腔，可以避免产生杂波。本发明相比现有技术，形成空腔无需引入牺牲层，简化了工艺流程；第一电极与压电薄膜之间的界面为光滑平面，避免了产生应力问题和杂散振动；引出电极等结构远离谐振区域，避免产生杂波；采用本发明的制备方法无需复杂的背面工艺及精确对准过程，并且通过转移高质量压电薄膜，可以得到高频率、高耦合系数且高Q的谐振器。

Description

压电薄膜体声波谐振器及其制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜体声波谐振器技术领域，特别是涉及一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法。
背景技术
随着无线通信技术的不断发展，移动设备要求具备更高的传输速率和更小的体积，其所包含的射频前端器件也正向着微型化、高频化以及集成化的趋势发展。薄膜体声波谐振器(FBAR,film bulk acoustic resonator)的工作原理基于压电材料的压电特性。当交变电压施加于压电薄膜两端的电极时，压电效应将使压电薄膜产生机械振动，进而产生体声波。通过体声波在设计空间内反射产生震荡，从而使谐振器正常工作。采用薄膜体声波谐振器作为主要组成单元的FBAR滤波器具有体积小、频率高、性能好且可与CMOS工艺集成等特点，被认为是满足无线通信技术发展需求的首选器件。薄膜体声波谐振器主要由空腔、底电极、压电薄膜和顶电极构成。其中，压电材料的选择和器件工艺是影响其性能的两大重要因素。
目前，5G通讯中普遍采用sub-6G(3.3-4.2GHz)频段，多晶氮化铝是FBAR中常用的压电材料。但在更高的频率应用中，多晶材料将很难胜任。这是由于FBAR的工作频率是由压电薄膜的厚度决定的，更高的工作频率将要求采用更薄的压电薄膜，而当多晶氮化铝薄膜的厚度减小时，其性能将会迅速衰退。在相同厚度条件下，具有更高晶体质量的单晶及准单晶氮化铝薄膜将具有更好的性能，例如，具有更大的机电耦合系数和更高的FOM值。然而，高质量氮化铝薄膜一般需要通过MOCVD或MBE等成膜工艺在单晶衬底上生长得到，这将无法与现有的FBAR工艺相兼容。
此外，在现有的FBAR工艺中，空腔谐振区域一般形成有突起的引出电极或通孔等辅助结构，这将产生杂波和额外的能量损耗，从而严重影响器件性能。而为了形成空腔结构，在外延生长了压电薄膜的衬底上还要反复进行复杂的正面和背面制程工艺，这也使工艺的复杂度大增，且无法保证器件结构的机械强度。
因此，有必要提出一种新的压电薄膜体声波谐振器及其制备方法，解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法，用于解决现有技术中高质量压电薄膜难以集成于现有FBAR制程工艺的问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供第一衬底，在所述第一衬底上生长压电薄膜；
在所述压电薄膜的上表面形成第一电极；
在所述压电薄膜和所述第一电极的上表面形成覆盖所述第一电极的支撑层；
在所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面形成第一开孔，所述第一开孔与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域；所述第一开孔的底部停止于所述第一电极上；
提供第二衬底，将所述支撑层远离所述压电薄膜的表面与所述第二衬底键合，并去除所述第一衬底；所述第二衬底覆盖所述第一开孔并形成空腔；
在所述压电薄膜上远离所述第二衬底的表面形成绝缘介质层；
在所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面形成第二开孔，所述第二开孔与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域；所述第二开孔的底部停止于所述压电薄膜上；
在所述绝缘介质层上形成所述第二开孔的表面以及所述第二开孔中形成第二电极，所述第二电极与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域。
在形成所述第二电极后，还包括形成贯通所述压电薄膜和所述绝缘介质层并连接所述第一电极的通孔导电结构、连接所述通孔导电结构的第一引出电极以及连接所述第二电极的第二引出电极的步骤；所述通孔导电结构在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的的投影不重叠，位于空腔的外围。作为本发明的一种可选方案，所形成的所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影所包含。
作为本发明的一种可选方案，所形成的所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影所包含。
作为本发明的一种可选方案，所述空腔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影重叠。
作为本发明的一种可选方案，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影所包含；或者，所形成的所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影包含；或者，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且第二开孔在所述压电薄膜表面的投影面积大于所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影面积。
作为本发明的一种可选方案，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且第二开孔在所述压电薄膜表面的投影面积小于所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影面积；或者，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影重合。
本发明还提供了一种压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：
第二衬底；
位于所述第二衬底上方的压电薄膜；
位于所述第二衬底与所述压电薄膜之间的支撑层，所述压电薄膜通过所述支撑层与所述第二衬底相连接；
位于所述压电薄膜上靠近所述第二衬底的表面的第一电极；
形成于所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面的空腔，所述空腔与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域；所述空腔与所述第一电极之间不包括所述支撑层；
位于所述压电薄膜上远离所述第二衬底的表面的绝缘介质层；
形成于所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面的第二开孔，所述第二开孔与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域；所述第二开孔的底部停止于所述压电薄膜上；
位于所述绝缘介质层上形成所述第二开孔的表面以及所述第二开孔中的第二电极，所述第二电极与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域。
贯通所述压电薄膜和所述绝缘介质层并连接所述第一电极的通孔导电结构、连接所述通孔导电结构的第一引出电极以及连接所述第二电极的第二引出电极。所述通孔导电结构在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠，位于所述空腔的外围。作为本发明的一种可选方案，所述空腔在所述压电薄膜表面的投影被所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影所包含。
作为本发明的一种可选方案，所述空腔在所述压电薄膜表面的投影被所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影所包含。
作为本发明的一种可选方案，所述空腔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影重叠。
作为本发明的一种可选方案，所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述空腔在所述压电薄膜表面的投影所包含；或者，所述空腔在所述压电薄膜表面的投影被所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影所包含；或者，所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影面积大于所述空腔在所述压电薄膜表面的投影面积。
作为本发明的一种可选方案，所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影面积小于所述空腔在所述压电薄膜表面的投影面积；或者，所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影重合。
如上所述，本发明提供一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法，具有以下有益效果：
相比现有技术，形成空腔无需引入牺牲层，简化了工艺流程；第一电极与压电薄膜之间的界面为光滑平面，避免了产生应力问题和杂散振动；引出电极等结构远离谐振区域，避免产生杂波；采用本发明的制备方法无需复杂的背面工艺及精确对准过程，可以得到高频率、高耦合系数且高Q的谐振器。
附图说明
图1为本发明实施例一中所提供的第一衬底的截面示意图。
图2为本发明实施例一中在第一衬底上形成压电薄膜的截面示意图。
图3为本发明实施例一中在压电薄膜上形成第一电极的截面示意图。
图4为本发明实施例一中形成支撑层的截面示意图。
图5为本发明实施例一中对支撑层进行平坦化工艺后的截面示意图。
图6为本发明实施例一中形成第一开孔后的截面示意图。
图7为本发明实施例一中将支撑层与第二衬底键合后的截面示意图。
图8为本发明实施例一中去除第一衬底后的截面示意图。
图9为本发明实施例一中形成绝缘介质层后的截面示意图。
图10为本发明实施例一中形成第二电极后的截面示意图。
图11为本发明实施例一中图形化第二电极并形成导电通孔后的截面示意图。
图12为本发明实施例一中形成通孔导电结构和引出电极后的截面示意图。
图13为本发明实施例二中提供的压电薄膜体声波谐振器的截面示意图。
元件标号说明
100 第一衬底
101 压电薄膜
102 第一电极
103 支撑层
104 第一开孔
104a 空腔
105 第二衬底
106 绝缘介质层
107 第二开孔
108 第二电极
109 导电通孔
109a 通孔导电结构
110 第一引出电极
111 第二引出电极
201 压电薄膜
202 第一电极
203 支撑层
204a 空腔
205 第二衬底
206 绝缘介质层
207 第二开孔
208 第二电极
209a 通孔导电结构
210 第一引出电极
211 第二引出电极
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1至图12，本实施例提供了一种压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)提供第一衬底，在所述第一衬底上生长压电薄膜；
2)在所述压电薄膜的上表面形成第一电极；
3)在所述压电薄膜和所述第一电极的上表面形成覆盖所述第一电极的支撑层；
4)在所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面形成第一开孔，所述第一开孔与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域；所述第一开孔的底部停止于所述第一电极上；
5)提供第二衬底，将所述支撑层远离所述压电薄膜的表面与所述第二衬底键合，并去除所述第一衬底；所述第二衬底覆盖所述第一开孔并形成空腔；
6)在所述压电薄膜上远离所述第二衬底的表面形成绝缘介质层；
7)在所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面形成第二开孔，所述第二开孔与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域；所述第二开孔的底部停止于所述压电薄膜上；
8)在所述绝缘介质层上形成所述第二开孔的表面以及所述第二开孔中形成第二电极，所述第二电极与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域。
9)在形成所述第二电极后，还包括形成贯通所述压电薄膜和所述绝缘介质层并连接所述第一电极的通孔导电结构、连接所述通孔导电结构的第一引出电极以及连接所述第二电极的第二引出电极的步骤；所述通孔导电结构在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的的投影不重叠，位于空腔的外围。
在步骤1)中，请参阅图1和图2，提供第一衬底100，在所述第一衬底100上生长压电薄膜101。
可选地，构成所述第一衬底100的材料包括但不限于单晶硅、碳化硅、蓝宝石或氮化镓等材料。
可选地，构成所述压电薄膜101的材料包括但不限于氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、钽酸锂或石英等材料中的一种或几种的组合，在本实施例中，构成所述压电薄膜101的材料优选为掺杂氮化铝，所述掺杂氮化铝包括但不限于钪、镁、铪、钛、锌、钙、钡等元素的单一掺杂和多元掺杂。
可选地，形成所述压电薄膜101的生长方法包括CVD、MOCVD、MBE、ALD、PLD或PVT中的一种或几种，所述压电薄膜101的厚度小于20000nm，优选为1000nm，而当应用于高频及超高频应用时，所述压电薄膜101的厚度小于500nm。
在步骤2)中，请参阅图3，在所述压电薄膜101的上表面形成第一电极102。
可选地，形成所述第一电极102的过程包括薄膜沉积和图形化工艺。
可选地，所述第一电极102应至少满足如下限制：
a)其高熔点，高声阻抗，优选熔点高于1200℃，声阻抗大于3e7kg m-2s-1的材料；可使用的材料包括但不限于Mo、Pt、W、Ru或TiN等高熔点、高声阻抗金属或类金属中的一种或几种的组合；
b)其表面粗糙度(Ra)小，优选Ra小于5nm；
c)图形化后其形状包括但不限于圆、椭圆、鸭蛋型的规则或不规则形状；
d)其厚度小于300μm，优选200nm；其与压电薄膜接触的面积小于250000μm2，优选为20000μm2。
图形化所述第一电极102的工艺包括但不限于Lift-off、干法刻蚀或湿法刻蚀；通过刻蚀方法图形化所述第一电极102时，其与支撑层103、压电薄膜101之间的刻蚀选择比应大于100:1，优选为1000:1。
在步骤3)中，请参阅图4和图5，在所述压电薄膜101和所述第一电极102的上表面形成覆盖所述第一电极102的支撑层103。
可选地，形成所述支撑层103的材料包括但不限于SiO2、Si、AlN或SiC等材料，在本实施例中，形成所述支撑层103的材料优选为SiO2。
可选地，所述支撑层103的厚度小于20μm，优选为3μm，其可以通过CVD、ALD等化学方法沉积，在本实施例中，优选为通过低压LPCVD进行沉积。
可选地，在图4中通过CVD、ALD等化学方法沉积所述支撑层103，在图5中通过化学机械研磨或沉积键合层等方法对所述支撑层103进行平坦化。平坦化所述支撑层103的方法包括但不限于化学机械研磨、沉积键合层及其组合。
在步骤4)中，请参阅图6，在所述支撑层103上远离所述压电薄膜101的表面形成第一开孔104，所述第一开孔104与所述第一电极102在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极102在所述压电薄膜101表面的投影具有与所述第一开孔104在所述压电薄膜101表面的投影不重叠的区域；所述第一开孔104的底部停止于所述第一电极102上。
可选地，所述第一开孔104至少满足以下条件：
a)其深度为小于20mm，优选3μm；
b)可以通过化学气相刻蚀或物理刻蚀形成所述第一开孔104；
c)刻蚀后，所述第一开孔104的底部停止于所述第一电极102上。
可选地，如图6所示，所形成的所述第一开孔104在所述压电薄膜101表面的投影被所述第一电极102在所述压电薄膜101表面的投影所包含。
在步骤5)中，请参阅图6至图8，提供第二衬底105，将所述支撑层103远离所述压电薄膜101的表面与所述第二衬底105键合，并去除所述第一衬底100；所述第二衬底105覆盖所述第一开孔104并形成空腔104a。
可选地，所述第二衬底105由包括但不限于单晶硅、碳化硅、蓝宝石或氮化镓等材料构成；为减少射频损耗，选择电阻率高的材料，优选大于10000欧姆·厘米。为了提高键合成功率，可在其键合面沉积键合层，所述键合层由包括但不限于Si、SiN或PSG等材料构成，优选为PSG。所述键合层可通过包括但不限于CVD、ALD等方法沉积，优选LPCVD沉积。所述键合层的厚度小于500nm，优选50nm。所述键合层的表面粗糙度小于等于0.5nm。
可选地，键合工艺包括加压、高温加固及退火等步骤，其中高温加固的温度优选低于1800℃。
可选地，去除所述第二衬底105的方法包括但不限于离子注入剥离、湿法腐蚀、干法腐蚀以及其中任意几种方法的组合。当采用刻蚀方法时，与压电薄膜有一定的选择比，优选大于100:1，更优为1000:1。所选方法不能对所述压电薄膜101的晶格造成损耗，或在出现掺杂损伤后可以通过高温退火修复，优选高温退火温度低于1500℃。去除所述第二衬底105的时间应低于24小时/片。
在步骤6)中，请参阅图9，在所述压电薄膜101上远离所述第二衬底105的表面形成绝缘介质层106。
可选地，形成所述绝缘介质层106的可选材料包括但不限于二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝，优选为二氧化硅。
在步骤7)中，请参阅图9，在所述绝缘介质层106上远离所述压电薄膜101的表面形成第二开孔107，所述第二开孔107与所述第一开孔104在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域；所述第二开孔107的底部停止于所述压电薄膜101上。
可选地，形成所述第二开孔107的方法包括干法或湿法刻蚀。
可选地，所形成的所述第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影与所述第一开孔104在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域，且第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影面积大于所述第一开孔104在所述压电薄膜101表面的投影面积。在本发明的其他实施案例中，也可以是，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且第二开孔在所述压电薄膜表面的投影面积小于所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影面积。或者，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影重合。
在步骤8)中，请参阅图10，在所述绝缘介质层106上形成所述第二开孔107的表面以及所述第二开孔107中形成第二电极108，所述第二电极108与所述第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极108在所述压电薄膜101表面的投影具有与所述第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影不重叠的区域。
可选地，构成所述第二电极108的材料应选择高声阻抗大的材料，优选声阻抗大于3e7kg m-2s-1。可使用包括但不限于Mo、Pt、W、Ru或TiN等高声阻抗金属或类金属中的一种或几种的组合。所述第二电极108的表面粗糙度(Ra)低，优选Ra小于5nm。图形化后的所述第二电极108的形状包括但不限于圆、椭圆、鸭蛋型及不规则多边形。所述第二电极108的厚度小于300μm，优选为200nm，与所述压电薄膜101接触的面积小于250000um2，优选为20000um2。
在步骤9)中，请参阅图11至图12，形成贯通所述压电薄膜101和所述绝缘介质层106并连接所述第一电极102的通孔导电结构109a、连接所述通孔导电结构109a的第一引出电极110以及连接所述第二电极108的第二引出电极111。所述通孔导电结构109a在所述压电薄膜101表面的投影与所述空腔104a在所述压电薄膜101表面的投影不重叠，位于所述空腔104a的外围。
可选地，所述第一引出电极110和所述第二引出电极111应选择高黏附性、高导电性、抗氧化的材料构成，可使用包括但不限于Ti、Al、Au、Cu或TiN等金属或类金属中的一种或几种的组合，优选Ti和Au的组合。所述第一引出电极110和所述第二引出电极111的形成工艺包括薄膜沉积和图形化工艺。
可选地，如图11和图12所示，所述通孔导电结构109a通过干法或湿法刻蚀形成通孔109，并在所述通孔109中填充金属导电材料形成。优选ICP干法刻蚀形成所述通孔109。
可选地，所述通孔109在所述压电薄膜101上的投影范围应位于所述第一电极102的投影范围之内，可以选择在所述空腔104a上开设所述通孔109，或所述支撑层103上设置所述通孔109，为了提高机械强度及减少杂波，优选在所述支撑层103上方设置所述通孔109。
如图12所示，本实施例还提供了一种压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：
第二衬底105；
位于所述第二衬底105上方的压电薄膜101；
位于所述第二衬底105与所述压电薄膜101之间的支撑层103，所述压电薄膜101通过所述支撑层103与所述第二衬底105相连接；
位于所述压电薄膜101上靠近所述第二衬底105的表面的第一电极102；
形成于所述支撑层103上远离所述压电薄膜101的表面的空腔104a，所述空腔104a与所述第一电极102在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极102在所述压电薄膜101表面的投影具有与所述空腔104a在所述压电薄膜101表面的投影不重叠的区域；所述空腔104a与所述第一电极102之间不包括所述支撑层103；
位于所述压电薄膜101上远离所述第二衬底105的表面的绝缘介质层106；
形成于所述绝缘介质层106上远离所述压电薄膜101的表面的第二开孔107，所述第二开孔107与所述空腔104a在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域；所述第二开孔107的底部停止于所述压电薄膜101上；
位于所述绝缘介质层106上形成所述第二开孔107的表面以及所述第二开孔107中的第二电极108，所述第二电极108与所述第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极108在所述压电薄膜101表面的投影具有与所述第二开孔107在所述压电薄膜101表面的投影不重叠的区域。
所示压电薄膜体声波谐振器还包括：贯通所述压电薄膜101和所述绝缘介质层106并连接所述第一电极102的通孔导电结构109a、连接所述通孔导电结构109a的第一引出电极110以及连接所述第二电极108的第二引出电极111。所述通孔导电结构109a在所述压电薄膜101表面的投影与所述空腔104a在所述压电薄膜101表面的投影不重叠，位于所述空腔104a的外围。
本实施例提供的压电薄膜体声波谐振器的制备方法具有以下优势：
1)相比传统空腔型体声波谐振器工艺，该方法无需牺牲层，简化了工艺步骤，并避免了由牺牲层引入的工艺问题；且空腔上方只出现谐振结构，引出电极、通孔等辅助结构均远离谐振区域，可以避免在谐振区域引入声学阻碍物，防止出现杂波和能量损耗，避免谐振峰附近出现杂波，从而实现谐振器的高频、高Q值。
2)第一电极与压电薄膜之间为一光滑平面，一方面避免了传统工艺中由台阶导致的压电薄膜应力集中而断裂，另一方面避免了台阶处电极之间不平行而产生的杂散振动模式。
3)相比其他空腔型体声波谐振器，本实施例中，空腔上方的谐振区域只有多层薄膜谐振结构，引出电极及通孔等均远离空腔，可以避免产生杂波。
4)本实施例的制备方法适用于转移外延衬底上生长的压电薄膜，如单晶氮化铝，可以实现高频率、高耦合系数、高Q的谐振器。
5)在键合工艺中使用SiO2、Si等粘附层，可以降低键合温度，提高键合强度，避免高温工艺导致的金属熔化以及热应力问题。
6)在进行键合时，仅有一片衬底上有图案，因此无需精确对准，避免了对准偏差带来的良率风险。
7)本实施例的制备方法中可选用单晶硅作为衬底，与半导体工艺兼容性强，价格低廉，便于大规模生产。
8)本实施例的制备方法中只涉及正面工艺，相比其他方案中的正反双面工艺更为简便，能够降低成本并提高良率。
实施例二
请参阅图13，本实施例提供了一种压电薄膜体声波谐振器，与实施例一的区别在于，所形成的所述第二开孔207在所述压电薄膜201表面的投影被所述空腔204a在所述压电薄膜201表面的投影所包含。可选地，为避免高次谐波和信号毛刺，所述空腔204a在所述压电薄膜201上的投影范围应大于所述第二开孔207中所述第二电极208的投影范围，优选为所述空腔204a的投影的四周各多留出10μm的宽度。
与实施例一相同，本实施例所提供的压电薄膜体声波谐振器包括：
第二衬底205；
位于所述第二衬底205上方的压电薄膜201；
位于所述第二衬底205与所述压电薄膜201之间的支撑层203，所述压电薄膜201通过所述支撑层203与所述第二衬底205相连接；
位于所述压电薄膜201上靠近所述第二衬底205的表面的第一电极202；
形成于所述支撑层203上远离所述压电薄膜201的表面的空腔204a，所述空腔204a与所述第一电极202在所述压电薄膜201表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极202在所述压电薄膜201表面的投影具有与所述空腔204a在所述压电薄膜201表面的投影不重叠的区域；所述空腔204a与所述第一电极202之间不包括所述支撑层203；
位于所述压电薄膜201上远离所述第二衬底205的表面的绝缘介质层206；
形成于所述绝缘介质层206上远离所述压电薄膜201的表面的第二开孔207，所述第二开孔207与所述空腔204a在所述压电薄膜201表面的投影具有重叠区域；所述第二开孔207的底部停止于所述压电薄膜201上；
位于所述绝缘介质层206上形成所述第二开孔207的表面以及所述第二开孔207中的第二电极208，所述第二电极208与所述第二开孔207在所述压电薄膜201表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极208在所述压电薄膜201表面的投影具有与所述第二开孔207在所述压电薄膜201表面的投影不重叠的区域；
贯通所述压电薄膜201和所述绝缘介质层206并连接所述第一电极202的通孔导电结构209a、连接所述通孔导电结构209a的第一引出电极210以及连接所述第二电极208的第二引出电极211。
作为示例，所形成的所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影包含。即图13中所述空腔204a在所述压电薄膜201表面的投影被所述第二开孔207在所述压电薄膜201表面的投影包含。
形成本实施例中压电薄膜体声波谐振器的制备方法与实施例一相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明提供了一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法，所述压电薄膜体声波谐振器的制备方法包括如下步骤：提供第一衬底，在所述第一衬底上生长压电薄膜；在所述压电薄膜的上表面形成第一电极；在所述压电薄膜和所述第一电极的上表面形成覆盖所述第一电极的支撑层；在所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面形成第一开孔，所述第一开孔与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域；所述第一开孔的底部停止于所述第一电极上；提供第二衬底，将所述支撑层远离所述压电薄膜的表面与所述第二衬底键合，并去除所述第一衬底；所述第二衬底覆盖所述第一开孔并形成空腔；在所述压电薄膜上远离所述第二衬底的表面形成绝缘介质层；在所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面形成第二开孔，所述第二开孔与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域；所述第二开孔的底部停止于所述压电薄膜上；在所述绝缘介质层上形成所述第二开孔的表面以及所述第二开孔中形成第二电极，所述第二电极与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域；在形成所述第二电极后，还包括形成贯通所述压电薄膜和所述绝缘介质层并连接所述第一电极的通孔导电结构、连接所述通孔导电结构的第一引出电极以及连接所述第二电极的第二引出电极的步骤；所述通孔导电结构在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠，位于所述空腔的外围。本发明相比现有技术，形成空腔无需引入牺牲层，简化了工艺流程；第一电极与压电薄膜之间的界面为光滑平面，避免了产生应力问题和杂散振动；引出电极等结构远离谐振区域，避免产生杂波；采用本发明的制备方法无需复杂的背面工艺及精确对准过程，可以得到高频率、高耦合系数且高Q的谐振器。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供第一衬底，在所述第一衬底上生长压电薄膜；
在所述压电薄膜的上表面形成第一电极；
在所述压电薄膜和所述第一电极的上表面形成覆盖所述第一电极的支撑层；
在所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面形成第一开孔，所述第一开孔与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域；所述第一开孔的底部停止于所述第一电极上；
提供第二衬底，将所述支撑层远离所述压电薄膜的表面与所述第二衬底键合，并去除所述第一衬底；所述第二衬底覆盖所述第一开孔并形成空腔；
在所述压电薄膜上远离所述第二衬底的表面形成绝缘介质层；
在所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面形成第二开孔，所述第二开孔与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域；所述第二开孔的底部停止于所述压电薄膜上；
在所述绝缘介质层上形成所述第二开孔的表面以及所述第二开孔中形成第二电极，所述第二电极与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域；
在形成所述第二电极后，还包括形成贯通所述压电薄膜和所述绝缘介质层并连接所述第一电极的通孔导电结构、连接所述通孔导电结构的第一引出电极以及连接所述第二电极的第二引出电极的步骤；所述通孔导电结构在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠，位于所述空腔的外围。
2.根据权利要求1所述的压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所形成的所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影所包含。
3.根据权利要求1所述的压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述空腔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影重叠。
4.根据权利要求1所述的压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影所包含；或者，所形成的所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影包含；或者，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且第二开孔在所述压电薄膜表面的投影面积大于所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影面积。
5.根据权利要求1所述的压电薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且第二开孔在所述压电薄膜表面的投影面积小于所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影面积；或者，所形成的所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一开孔在所述压电薄膜表面的投影重合。
6.一种压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：
第二衬底；
位于所述第二衬底上方的压电薄膜；
位于所述第二衬底与所述压电薄膜之间的支撑层，所述压电薄膜通过所述支撑层与所述第二衬底相连接；
位于所述压电薄膜上靠近所述第二衬底的表面的第一电极；
形成于所述支撑层上远离所述压电薄膜的表面的空腔，所述空腔与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域；所述空腔与所述第一电极之间不包括所述支撑层；
位于所述压电薄膜上远离所述第二衬底的表面的绝缘介质层；
形成于所述绝缘介质层上远离所述压电薄膜的表面的第二开孔，所述第二开孔与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域；所述第二开孔的底部停止于所述压电薄膜上；
位于所述绝缘介质层上形成所述第二开孔的表面以及所述第二开孔中的第二电极，所述第二电极与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二电极在所述压电薄膜表面的投影具有与所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影不重叠的区域；
贯通所述压电薄膜和所述绝缘介质层并连接所述第一电极的通孔导电结构、连接所述通孔导电结构的第一引出电极以及连接所述第二电极的第二引出电极；所述通孔在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影不重叠，位于所述空腔的外围。
7.根据权利要求6所述的压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述空腔在所述压电薄膜表面的投影被所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影所包含。
8.根据权利要求6所述的压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述空腔在所述压电薄膜表面的投影与所述第一电极在所述压电薄膜表面的投影重叠。
9.根据权利要求6所述的压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影被所述空腔在所述压电薄膜表面的投影所包含；或者，所述空腔在所述压电薄膜表面的投影被所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影所包含；或者，所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影面积大于所述空腔在所述压电薄膜表面的投影面积。
10.根据权利要求6所述的压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影具有重叠区域，且所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影面积小于所述空腔在所述压电薄膜表面的投影面积；或者，所述第二开孔在所述压电薄膜表面的投影与所述空腔在所述压电薄膜表面的投影重合。
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