CN113922778A - 一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法 - Google Patents

一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113922778A
CN113922778A CN202010663857.7A CN202010663857A CN113922778A CN 113922778 A CN113922778 A CN 113922778A CN 202010663857 A CN202010663857 A CN 202010663857A CN 113922778 A CN113922778 A CN 113922778A
Authority
CN
China
Prior art keywords
low
acoustic
resistance layer
layer
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010663857.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113922778B (zh
Inventor
李洋洋
李真宇
杨超
张涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jinan Jingzheng Electronics Co Ltd
Original Assignee
Jinan Jingzheng Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jinan Jingzheng Electronics Co Ltd filed Critical Jinan Jingzheng Electronics Co Ltd
Priority to CN202010663857.7A priority Critical patent/CN113922778B/zh
Publication of CN113922778A publication Critical patent/CN113922778A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113922778B publication Critical patent/CN113922778B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6489—Compensation of undesirable effects
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/023—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the membrane type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

本申请实施例公开的一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法，包括依次层叠的压电基板、第一低声阻层、第二低声阻层和支撑基板，其中，第一低声阻层与第二低声阻层表面通过等离子体活化后键合。第一低声阻层与第二低声阻层之间的水分子可以扩散至第一低声阻层与第二低声阻层内，从而避免了水汽的产生使压电基板产生气泡缺陷；另外，第一低声阻层的存在能够有效地阻挡第一低声阻层与第二低声阻层之间的水分子中H与压电基板中Li的质子交换，从而保证了压电基板原有的压电性能；再有，因为在压电基板与第一低声阻层之间不存在水膜，所以，与现有技术相比，还能够提高第一低声阻层与第二低声阻层的声阻作用，降低声表面波滤波器的射频信号损耗。

Description

一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法
技术领域
本申请涉及半导体元件制备领域，特别涉及一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法。
背景技术
声表面波滤波器集低插入损耗和良好的抑制性能于一身，不仅可以实现宽带宽，其体积还比传统的滤波器小得多，可满足高集成度的需求。现有技术中，声表面波滤波器所用的压电衬底结构从上至下依次包括：压电薄膜层、低声阻层(一般为氧化硅层)、衬底层。其中，低声阻的作用是阻挡压电薄膜层中的信号向衬底层泄露，以减少声表面波滤波器的射频信号损耗。
现有技术中，以压电薄膜层为钽酸锂薄膜材料为例，制备压电衬底结构的方法一般包括以下步骤：首先，对钽酸锂基体进行离子注入，然后，对离子注入面和氧化硅层表面进行活化处理，使离子注入面和氧化硅层表面变为亲水性，后在大气环境下使用室温直接键合法，将离子注入面与表面带有氧化硅层的衬底直接键合，最后退火使钽酸锂的薄膜层从钽酸锂基体上剥离下来而形成钽酸锂薄膜。上述制备方法中，由于亲水性键合，所以钽酸锂和氧化硅层的键合面，在键合时会吸附较多的水分子，从而在键合面内形成一层水膜。
然而，在后续进行退火处理时，上述水膜在高温下会形成水汽，因水汽在钽酸锂薄膜层方向无法进行有效的扩散，易使钽酸锂薄膜层产生气泡缺陷，从而降低整体衬底结构的质量及下游器件成品率；其次，水汽中的H原子在高温作用下也会和钽酸锂中的Li发生质子交换，从而削弱钽酸锂的压电性，降低声表面波滤波器性能；此外，键合面内水膜的存在，就会大大的削弱低声阻层的声阻作用，从而会增大声表面波滤波器的射频信号损耗。
发明内容
为解决现有技术中，采用压电薄膜层与氧化硅层键合的方式制备压电衬底结构时，在键合面内形成一层水膜，进而影响压电衬底结构使用性能的问题。
本申请的目的在于提供以下几个方面：
第一方面，本申请提供一种滤波器用压电衬底结构，包括依次层叠的压电基板、第一低声阻层、第二低声阻层和支撑基板，其中，所述第一低声阻层与所述第二低声阻层表面通过等离子体活化后键合；
所述第一低声阻层和第二低声阻层的界面处包含Ar、O、H或N元素。
优选的，所述第一低声阻层的厚度大于100nm。
优选的，所述第一低声阻层与所述第二低声阻层的总厚度为400nm-5um。
优选的，所述压电基板包括至少一层压电薄膜层。
优选的，所述支撑基板包括至少一层衬底层。
优选的，所述压电薄膜层为铌酸锂单晶薄膜材料或者钽酸锂单晶薄膜材料。
优选的，所述衬底层为硅、蓝宝石、石英或碳化硅材料。
优选的，所述第二低声阻层和衬底层之间还包括富陷阱层，所述富陷阱层为非晶硅层或多晶硅层。
优选的，如果所述支撑基板的顶层衬底层为硅材料，则所述第二低声阻层由所述顶层衬底层的表面区域氧化得到。
优选的，所述第一低声阻层通过沉积方式得到。
优选的，所述第一低声阻层与所述第二低声阻层材料相同。
优选的，所述第一低声阻层为氧化硅或氮化硅材料，所述第二低声阻层为氧化硅或氮化硅材料。
第二方面，本申请提供一种滤波器用压电衬底结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：
向压电薄膜基体中进行离子注入，以及，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层，得到第一制备体，所述第一制备体包括第一低声阻层、第一压电薄膜层、分离层和余质层；
在支撑基板上制备第二低声阻层，得到第二制备体；
分别对第一制备体的第一低声阻层表面和第二制备体的第二低声阻层表面等离子体活化处理；
将两个活化后的表面进行键合，使所述第一制备体的第一压电薄膜层和第一低声阻层转移至所述第二制备体，得到滤波器用压电衬底结构，其中，所述第一低声阻层和第二低声阻层的界面处包含Ar、O、H或N元素。
优选的，所述方法还包括：在所述第一压电薄膜层上交替制备至少一组隔离层和第二压电薄膜层。
优选的，如果在向压电薄膜基体中进行离子注入之后，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层，则在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层的沉积温度小于250℃。
优选的，如果在向压电薄膜基体中进行离子注入之前，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层，且所述压电薄膜基体为钽酸锂材料，则在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层的沉积温度小于600℃。
优选的，如果在向压电薄膜基体中进行离子注入之前，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层，且所述压电薄膜基体为铌酸锂材料，则在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层的沉积温度小于1000℃。
优选的，所述第一低声阻层的厚度大于100nm。
与现有技术相比，本申请实施例提供的一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法，采用第一低声阻层与第二低声阻层键合的方式，因此，产生水汽的位置是第一低声阻层与第二低声阻层的键合面，也就是说，采用本申请的制备方法，不会在压电基板与第一低声阻层之间产生水汽。由于第一低声阻层与第二低声阻层均为非晶态氧化硅材料，对水分子具有较好的吸附性，因此，在高温下，第一低声阻层与第二低声阻层之间的水分子可以扩散至第一低声阻层与第二低声阻层内，从而避免了水汽的产生使压电基板产生气泡缺陷；另外，第一低声阻层的存在能够有效地阻挡第一低声阻层与第二低声阻层之间的水分子中H与压电基板中Li的质子交换，从而保证了压电基板原有的压电性能；再有，因为在压电基板与第一低声阻层之间不存在水膜，所以，与现有技术相比，还能够提高第一低声阻层与第二低声阻层的声阻作用，降低声表面波滤波器的射频信号损耗。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本申请实施例提供的一种滤波器用压电衬底结构的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种滤波器用压电衬底结构的微观结构图。
图3为本申请实施例提供一种滤波器用压电衬底结构的制备方法的流程图。
图4为本申请实施例中第一制备体的结构示意图。
图5为本申请实施例中第二制备体的结构示意图。
图6为本申请实施例中键合体的结构示意图。
图7为本申请实施例提供的又一种滤波器用压电衬底结构的结构示意图。
附图标记说明
1-压电基板，2-第一低声阻层，3-第二低声阻层，4-支撑基板，5-分界线，11-第一压电薄膜层，12-分离层，13-余质层，14-第二压电薄膜层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本申请实施例提供的一种滤波器用压电衬底结构的结构示意图。
如图1所示，一种滤波器用压电衬底结构，包括依次层叠的压电基板1、第一低声阻层2、第二低声阻层3和支撑基板4，其中，所述第一低声阻层2与所述第二低声阻层3表面通过等离子体活化后键合，所述第一低声阻层和第二低声阻层的界面处包含Ar、O、H或N元素。
首先，需要说明的是，本申请实施例中压电基板1用于实现信号传输，例如可以用于传输光信号或声波信号。压电基板1可以如图1示出的包括一层压电薄膜层，也可以如图7示出的包括多层压电薄膜层,其中，如果压电基板1包括多层压电薄膜层，则相邻压电薄膜层之间还可以设置隔离层，隔离层可以防止相邻压电薄膜层之间的信号串扰。其中，第一低声阻层2与压电基板1中最外层压电薄膜层接触。
本申请实施例中的压电薄膜层的材料可以是任何具有压电性能的材料，例如铌酸锂单晶薄膜材料或者钽酸锂单晶薄膜，本申请对此不进行限定。另外，压电基板1中的多个压电薄膜层可以为相同的材料，也可以是不同的材料，本申请对此不进行限定，例如压电基板1包括两层压电薄膜层，其中，与所述第一低声阻层2接触的第一压电薄膜层为铌酸锂单晶薄膜，远离第一低声阻层2的第二压电薄膜层为钽酸锂单晶薄膜；又例如，第一压电薄膜层和第二压电薄膜层均为铌酸锂单晶薄膜或钽酸锂单晶薄膜。
还需要说明的是，本申请实施例中支撑基板主要起到支撑的作用，支撑基板可以是单层衬底，也可以是复合衬底，即支撑基板包括至少一层衬底层。其中，每层衬底层的材料可以相同或不同，本申请对此不进行限定。例如：衬底层材料可以为铌酸锂、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。
本申请实施例中，第一低声阻层2的声阻低于压电基板1中任一压电薄膜层的声阻，第二低声阻层3的声阻低于压电基板1中任一压电薄膜层的声阻，例如，压电基板1包括两层压电薄膜层，分别为铌酸锂单晶薄膜材料和钽酸锂单晶薄膜材料，第一低声阻层2可以为氧化硅或氮化硅材料，第二低声阻层3可以为氧化硅或氮化硅材料，其中，第一低声阻层2和第二低声阻层3可以采用相同的材料，也可以采用不同的材料，但是，第一低声阻层2和第二低声阻层3所采用材料的声阻均低于压电基板1中任一压电薄膜层的声阻。还需要说明的是，本申请中所述的氧化硅是指非晶态氧化硅，氮化硅是指非晶态氮化硅。在一个例子中，所述第一低声阻层2与所述第二低声阻层3均为氧化硅材料，压电基板1包括一层压电薄膜层，压电薄膜层为铌酸锂单晶薄膜材料；在另一个例子中，第一低声阻层2为氧化硅材料，第二低声阻层3为氮化硅材料，氧化硅和氮化硅的表面通过等离子体活化键合，压电基板1包括一层压电薄膜层，压电薄膜层为钽酸锂单晶薄膜材料。
如果滤波器用压电衬底结构中，第一低声阻层2和第二低声阻层3采用相同的材料。例如，第一声阻层2和第二声阻层3均采用氧化硅材料，则在压电基板1与支撑基板4之间包括两层氧化硅层，而两层氧化硅层通过表面通过等离子体活化后键合形成。也就是说，虽然第一声阻层2和第二声阻层3的材料相同，但是通过等离子体表面活化后键合得到的两层结构，在制备得到的滤波器用压电衬底结构成品中也可以区分出第一声阻层2和第二声阻层3是两层结构。
区分第一低声阻层2与所述第二低声阻层3是两层结构的方式有多种，在一种可行方式中，可以通过对第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的微观形貌分析，在第一低声阻层2与所述第二低声阻层3区域内会发现一个明显的分界面，该分界面即为第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的分界面。参见图2，图2为包括压电基板1、两层氧化硅层和支撑基板4的滤波器用压电衬底结构的微观结构图，由图2可以看出，在压电基板1与支撑基板之间的区域内有一条分界线5，根据该分界线5便可以确定在压电基板1与撑基板4之间包括两层结构，即第一低声阻层2和第二低声组层。
在另一种可行方式中，基于滤波器用压电衬底结构的制备原理，即在第一低声阻层2与所述第二低声阻层3表面通过等离子体活化后键合，等离子体活化是指利用氩气、氧气、氢气或氮气等离子体活化第一低声阻层2与所述第二低声阻层3表面，经过等离子活化后，得到更具有亲水性的表面，使得键合更容易发生。由此可知，在第一低声阻层2与所述第二低声阻层3之间会形成水分子，并且会含有等离子体元素，因此，还可以通过对第一低声阻层2与所述第二低声阻层3所在区域进行氢元素或等离子体(Ar、O、H或N)元素含量检测分析，如果采用氩气等离子体活化第一低声阻层与所述第二低声阻层表面，则第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的分界面处会包含Ar元素；如果采用氧气等离子体活化第一低声阻层与所述第二低声阻层表面，则第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的分界面处会包含O元素；如果采用氢气等离子体活化第一低声阻层与所述第二低声阻层表面，则第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的分界面处会包含H元素；如果采用氮气等离子体活化第一低声阻层与所述第二低声阻层表面，则第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的分界面处会包含氮元素。例如，第一低声阻层与所述第二低声阻层表面通过氢气等离子体活化后键合，则通过分析可以发现，在第一低声阻层2与所述第二低声阻层3区域内存在一个界面，该界面上的氢元素含量均匀分布，且氢元素含量高于其他位置的氢元素含量，因此，可以确定该界面即为第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的分界面。
本申请实施例提供的滤波器用压电衬底结构，水分子形成于第一低声阻层2与第二低声阻层3之间，而不是如现有技术中形成于压电薄膜层与低声阻层之间，因此，第一低声阻层2与第二低声阻层3之间形成的水分子能够扩散至第一低声阻层2和第二低声阻层3内，从而避免了水汽的产生使压电基板1中压电薄膜层产生气泡缺陷；另外，第一低声阻层2的存在还能够有效阻挡第一低声阻层2和第二低声阻层3之间的H与压电薄膜层中Li的质子交换，从而保证了压电薄膜层原有的压电性能；同时，本申请的压电衬底结构，在第一低声阻层2与压电薄膜层之间不存在水膜，也就不会削弱第一低声阻层2和第二低声阻层3的声阻作用。
由于制作工艺的原因，在第二低声阻层3和衬底层4之间可能存在很多缺陷和电荷，导致第二低声阻层3和支撑基板4之间界面的载流子集中，产生寄生电导，从而在射频应用中产生额外的损耗。因此，为了避免寄生电导的形成，本申请实施例在第二低声阻层3和支撑基板4之间设置富陷阱层，所述富陷阱层可以为非晶硅层或多晶硅层，富陷阱层中存在一定密度的缺陷，可以捕获存在于第二低声阻层3和支撑基板4之间的载流子，避免这些载流子引起第二低声阻层3界面处的载流子聚集，降低支撑基板4的损耗。
如果支撑基板4中顶层衬底层为硅材料，顶层衬底层是指支撑基板4中与第二低声阻层接触的衬底层，则第二低声阻层3可以由顶层衬底层的表面区域氧化得到，即硅衬底的表面区域氧化形成氧化硅层。对于第一低声阻层2可以通过沉积的方式与压电基板1结合。
在一具体实施例中，所述第一低声阻层2的厚度大于100nm。
当第一低声阻层2的厚度大于100nm时，可以保证第一低声阻层2与第二低声阻层3之间的水分子不会扩散至压电基板1。
在另一具体实施例中，所述第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的总厚度为400nm-5um。
当所述第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的总厚度为400nm-5um，可以有效的阻挡压电基板1中的信号泄漏到支撑基板4。
如图3所示，本申请实施例还提供一种滤波器用压电衬底结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，向压电薄膜基体中进行离子注入，以及，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层2，得到第一制备体，其中，所述第一低声阻层2的声阻小于压电薄膜基体的声阻。
上述步骤1中得到的第一制备体，如图4所示，包括压电薄膜基体以及沉积于所述压电薄膜基体离子注入面的第一低声阻层2，其中，压电薄膜基体包括第一压电薄膜层11、分离层12和余质层13。
第一压电薄膜层11的材料可以是任何具有压电性能的材料，例如铌酸锂单晶薄膜材料或者钽酸锂单晶薄膜，本申请对此不进行限定。
具体的，上述步骤1中，可以先向压电薄膜基体中进行离子注入，然后在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层2，得到第一制备体；或者，可以先在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层2，然后，向压电薄膜基体中进行离子注入，得到第一制备体。
在上述第一种可实现方式中，即先向压电薄膜基体中进行离子注入，然后在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层2，得到第一制备体。
首先，本申请实施例对采用离子注入法，向压电薄膜基体中进行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，注入剂量可以为3×1016ions/cm2～8×1016ions/cm2，注入能量可以为120KeV～400KeV；注入氦离子时，注入剂量可以为1×1016ions/cm2～1×1017ions/cm2，注入能量可以为50KeV～400KeV。
可以通过调整离子注入深度来调整第一压电薄膜层11的厚度，具体地，离子注入的深度越大，所制备的第一压电薄膜层11的厚度越大；相反，离子注入的深度越小，所制备的第一压电薄膜层11的厚度越小。
在注入离子后的压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层2时，需要控制沉积温度小于250℃。其中，控制沉积温度在250℃以下，是为了保证已经完成离子注入的压电薄膜基体中，余质层13不会从第一制备体上剥离。
在上述第二种可实现方式中，即先在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层2，然后，向压电薄膜基体中进行离子注入，得到第一制备体。
首先，需要说明的是，采用上述第二种可实现方式在压电薄膜基体上沉积第一低声阻层2时，压电薄膜基体是指没有被离子注入的原始材料。另外，在应用压电薄膜基体时，一般会先预设压电薄膜基体的其中一面为离子注入面，在进行离子注入操作时，会向离子注入面注入离子。
如果先在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层2，则对应的沉积温度应该小于所述压电薄膜基体的居里温度。因为，当沉积温度高于压电薄膜基体的居里温度时，压电薄膜基体容易发生相变，从而会影响压电薄膜基体原有的压电性能。
在一具体实施例中，如果压电薄膜基体为铌酸锂薄膜材料，则在铌酸锂薄膜材料的离子注入面沉积第一低声阻层2时，沉积温度小于1000℃；在另一具体实施例中，如果压电薄膜基体为钽酸锂薄膜材料，则在钽酸锂薄膜材料的离子注入面沉积第一低声阻层2时，沉积温度小于600℃。
另外，上述第二种可实现方式，相当于向沉积有第一低声阻层2的压电薄膜基体内进行离子注入，并且是通过第一低声阻层2向压电薄膜基体内进行离子注入，也就是说，与第一种可实现方式相比，以第一压电薄膜层11目标厚度相同为例，采用第二种可实现方式进行离子注入时，需要增加注入能量，才能得到目标厚度的第一压电薄膜层11。而需要增加的注入能量与第一低声阻层2的厚度有关，第一低声阻层2的厚度越大，所需要的注入能量越大。
步骤1中，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层2的方法可以采用：等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)、物理气相沉积法(PVD)、磁控溅射、蒸发镀膜、离子束溅射、分子束外延、原子层沉积(ALD)等方法，本申请对此不进行限定。
还需要说明的是，步骤1制备得到的第一低声阻层2可以为为非晶态氧化硅或非晶态氮化硅，例如，得到的第一低声阻层2的材料为SixOy，其中，x、y的值不固定。
进一步地，第一低声阻层2大于100nm。当第一低声阻层2的厚度大于100nm时，可以保证第一低声阻层2与第二低声阻层3之间的水分子不会扩散至第一压电薄膜层11。
步骤2，在支撑基体4上制备第二低声阻层3，得到第二制备体，第二低声阻层3的声阻低于第一压电薄膜层11的声阻。
如图5所示，第二制备体包括支撑基体4，以及层叠于所述支撑基体4上的第二低声阻层3。
首先，本申请中的支撑基体4可以是单层衬底，也可以是复合衬底，即支撑基板4包括至少一层衬底层。其中，每层衬底层的材料可以相同或不同，本申请对此不进行限定。例如：衬底层材料可以为铌酸锂、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。
如果支撑基体4为单层衬底，则在单层衬底上制备第二低声阻层3；如果支撑基体4为复合衬底，则在支撑基体4的顶层衬底层上制备第二低声阻层3。
步骤2中，在支撑基体4上制备第二低声阻层3的方法，可以采用沉积法，例如离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)、物理气相沉积法(PVD)、磁控溅射、蒸发镀膜、离子束溅射、分子束外延、原子层沉积(ALD)等方法；另外，如果顶层衬底层为硅材料，还可以采用热氧化法，将硅衬底的表面区域氧化得到第二低声阻层3。
需要说明的是，步骤2制备得到的第二低声阻层3也可以为非晶态氧化硅或非晶态氮化硅，也就是说，第二低声阻层3可以采用与第一低声阻层2相同的材料，例如第一声阻层为氧化硅材料，第二声阻层也为氧化硅材料；第二低声阻层3可以采用与第一低声阻层2不同的材料，例如，第一声阻层为氧化硅材料，第二声阻层也为氮化硅材料，或者，第一声阻层为氮化硅材料，第二声阻层也为氧化硅材料。
所述第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的总厚度为400nm-5um。当所述第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的总厚度为400nm-5um，可以有效的阻挡第一压电薄膜层11中的信号泄漏到支撑基体4。
步骤3，分别对第一制备体的第一低声阻层2表面和第二制备体的第二低声阻层3表面等离子体活化处理。
等离子体活化处理是指利用氩气、氧气、氢气或氮气等离子体对第一低声阻层2与所述第二低声阻层3表面进行活化处理，经过等离子活化后，得到更具有亲水性的表面，使得键合更容易发生。
步骤4，将两个活化后的表面进行键合，使第一制备体的第一压电薄膜层和第一低声阻层转移至所述第二制备体，得到滤波器用压电衬底结构，其中，所述第一低声阻层和第二低声阻层的界面处包含Ar、O、H或N元素。
如图6所示，步骤4中将活化后的第一低声阻层2表面与活化后的第二氧化硅3表面键合在一起，得到键合体。键合时，可以在大气环境及室温条件下进行直接键合。
键合体包括第一压电薄膜层11、分离层12和余质层13，因此，需要进一步将第一压电薄膜层11与余质层13分离。
在一种可实现的方式中，对键合体进行热处理，可以在真空环境下或在氮气及惰性气体中至少一种气体形成的保护气氛下进行热处理，所述热处理的温度可以为100℃～600℃，热处理时间为1分钟～48小时，在热处理过程中，所述分离层12内形成气泡，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与所述第一压电薄膜层11分离，从而使余质层13由键合体上剥离下来，在第一低声阻层2上形成第一压电薄膜层11。
在另一种可实现方式中，向热处理中/后的键合体施加机械力，使余质层13从键合体上剥离。
在本申请实施例中，所述机械力为垂直于键合面的拉力，并且，所述机械力的作用方向为垂直向外，其中，所述“向外”是指由键合面向非键合面。
在剥离过程中，向压电薄膜基体以及支撑基板同时施加拉伸力进行拉伸，此时分离层12中各分子之间的结合力相比热处理之前减小，因此，通过外力拉伸很容易将压电薄膜基体沿分离层分开，电薄膜材料在沿分离层分开之后，第一压电薄膜层便停留在第一低声阻层上。
之后可以对第一压电薄膜层表面进行抛光减薄至目标厚度。
由于本申请实施例中，第一低声阻层2与所述第二低声阻层3表面通过等离子体活化后键合，其中，活化气体为氩气、氧气、氢气或氮气，因此，对应于选用的活化气体，在键合后的第一低声阻层2与所述第二低声阻层3的界面处包含有Ar、O、H或N元素。
进一步的，还可以在所述第一压电薄膜层11上交替制备至少一组隔离层和第二压电薄膜层14。
在一个具体例子中，可以在第一压电薄膜层11上沉积一层隔离层，然后利用离子注入法和键合法，在隔离层上制备第二压电薄膜层14；按照上述制备方法可以在第二压电薄膜层14上制备更多组的隔离层和第二压电薄膜层14。在该例子中，第一压电薄膜层11与层叠在第一压电薄膜层11上的隔离层和第二压电薄膜层14构成压电基板1。应理解，如果滤波器用压电衬底结构中只包括一层压电薄膜层，则该一层压电薄膜层为压电基板1。
本申请中，采用第一低声阻层与第二低声阻层通过等离子体活化后键合，因此，产生水汽的位置是第一低声阻层与第二低声阻层的键合面，也就是说，采用本申请的制备方法，不会在第一压电薄膜层与第一低声阻层之间产生水汽。由于第一低声阻层与第二低声阻层均为非晶态材料，对水分子具有较好的吸附性，因此，在高温下，第一低声阻层与第二低声阻层之间的水分子可以扩散至第一低声阻层与第二低声阻层内，从而避免了水汽的产生使第一压电薄膜层产生气泡缺陷；另外，第一低声阻层的存在能够有效地阻挡第一低声阻层与第二低声阻层之间的水分子中H与第一压电薄膜层中Li的质子交换，从而保证了第一压电薄膜层原有的压电性能；再有，因为在第一压电薄膜层与第一低声阻层之间不存在水膜，所以，与现有技术相比，还能够提高第一低声阻层与第二低声阻层的声阻作用，降低声表面波滤波器的射频信号损耗。
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 (17)

1.一种滤波器用压电衬底结构，其特征在于，包括依次层叠的压电基板、第一低声阻层、第二低声阻层和支撑基板，其中，所述第一低声阻层与所述第二低声阻层表面通过等离子体活化后键合；
所述第一低声阻层和第二低声阻层的界面处包含Ar、O、H或N元素。
2.根据权利要求1所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述第一低声阻层的厚度大于100nm。
3.根据权利要求1所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述第一低声阻层与所述第二低声阻层的总厚度为400nm-5um。
4.根据权利要求1所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述压电基板包括至少一层压电薄膜层。
5.根据权利要求1所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述支撑基板包括至少一层衬底层。
6.根据权利要求4所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述压电薄膜层为铌酸锂单晶薄膜材料或者钽酸锂单晶薄膜材料。
7.根据权利要求5所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述衬底层为硅、蓝宝石、石英或碳化硅材料。
8.根据权利要求1所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述第二低声阻层和衬底层之间还包括富陷阱层，所述富陷阱层为非晶硅层或多晶硅层。
9.根据权利要求5所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，如果所述支撑基板的顶层衬底层为硅材料，则所述第二低声阻层由所述顶层衬底层的表面区域氧化得到。
10.根据权利要求1所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述第一低声阻层通过沉积方式得到。
11.根据权利要求1所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述第一低声阻层与所述第二低声阻层材料相同。
12.根据权利要求1所述的滤波器用压电衬底结构，其特征在于，所述第一低声阻层为氧化硅或氮化硅材料，所述第二低声阻层为氧化硅或氮化硅材料。
13.一种滤波器用压电衬底结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
向压电薄膜基体中进行离子注入，以及，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层，得到第一制备体，所述第一制备体包括第一低声阻层、第一压电薄膜层、分离层和余质层；
在支撑基板上制备第二低声阻层，得到第二制备体；
分别对第一制备体的第一低声阻层表面和第二制备体的第二低声阻层表面等离子体活化处理；
将两个活化后的表面进行键合，使所述第一制备体的第一压电薄膜层和第一低声阻层转移至所述第二制备体，得到滤波器用压电衬底结构，其中，所述第一低声阻层和第二低声阻层的界面处包含Ar、O、H或N元素。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第一压电薄膜层上交替制备至少一组隔离层和第二压电薄膜层。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，如果在向压电薄膜基体中进行离子注入之后，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层，则在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层的沉积温度小于250℃。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，如果在向压电薄膜基体中进行离子注入之前，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层，且所述压电薄膜基体为钽酸锂材料，则在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层的沉积温度小于600℃。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，如果在向压电薄膜基体中进行离子注入之前，在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层，且所述压电薄膜基体为铌酸锂材料，则在所述压电薄膜基体的离子注入面沉积第一低声阻层的沉积温度小于1000℃。
CN202010663857.7A 2020-07-10 2020-07-10 一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法 Active CN113922778B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010663857.7A CN113922778B (zh) 2020-07-10 2020-07-10 一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010663857.7A CN113922778B (zh) 2020-07-10 2020-07-10 一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113922778A true CN113922778A (zh) 2022-01-11
CN113922778B CN113922778B (zh) 2022-06-21

Family

ID=79232337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010663857.7A Active CN113922778B (zh) 2020-07-10 2020-07-10 一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113922778B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070170813A1 (en) * 2005-03-03 2007-07-26 Ryouichi Takayama Surface acoustic wave device and method of manufacturing the same
US20160358828A1 (en) * 2014-02-18 2016-12-08 Ngk Insulators, Ltd. Handle Substrate of Composite Substrate for Semiconductor, and Composite Substrate for Semiconductor
CN107710431A (zh) * 2015-06-12 2018-02-16 索泰克公司 异质结构和制造方法
CN108707970A (zh) * 2018-08-07 2018-10-26 济南晶正电子科技有限公司 微米级单晶薄膜
WO2019130852A1 (ja) * 2017-12-28 2019-07-04 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体およびその製造方法
CN110085736A (zh) * 2019-04-28 2019-08-02 厦门市三安集成电路有限公司 一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用
CN110246757A (zh) * 2019-05-25 2019-09-17 上海浦睿信息科技有限公司 一种基于cmos电路衬底的单晶薄膜的制备方法
CN111049495A (zh) * 2019-12-30 2020-04-21 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070170813A1 (en) * 2005-03-03 2007-07-26 Ryouichi Takayama Surface acoustic wave device and method of manufacturing the same
US20160358828A1 (en) * 2014-02-18 2016-12-08 Ngk Insulators, Ltd. Handle Substrate of Composite Substrate for Semiconductor, and Composite Substrate for Semiconductor
CN107710431A (zh) * 2015-06-12 2018-02-16 索泰克公司 异质结构和制造方法
WO2019130852A1 (ja) * 2017-12-28 2019-07-04 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体およびその製造方法
CN108707970A (zh) * 2018-08-07 2018-10-26 济南晶正电子科技有限公司 微米级单晶薄膜
CN110085736A (zh) * 2019-04-28 2019-08-02 厦门市三安集成电路有限公司 一种薄膜单晶压电材料复合基板的制造方法和应用
CN110246757A (zh) * 2019-05-25 2019-09-17 上海浦睿信息科技有限公司 一种基于cmos电路衬底的单晶薄膜的制备方法
CN111049495A (zh) * 2019-12-30 2020-04-21 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GAVIN HORN等: ""Detection of Interfacial Gas Bubbles in Wafer Bonded Silicon with Different Surface Treatments"", 《JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY》, vol. 156, no. 1, 31 October 2008 (2008-10-31), pages 27 *
卢丹丹 等: ""声表面波器件晶圆键合工艺研究"", 《压电与声光》, vol. 42, no. 3, 30 June 2020 (2020-06-30), pages 361 - 364 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113922778B (zh) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10424716B2 (en) Method for producing piezoelectric device
TWI544550B (zh) 具有減少的電損失的絕緣體上半導體型結構的製造方法及相應的結構
CN112260660B (zh) 一种复合基底、复合薄膜及其制备方法
CN112420914B (zh) 一种复合薄膜、制备方法及电子元器件
WO2021201220A1 (ja) 複合基板およびその製造方法
CN111834518B (zh) 一种多层膜结构衬底上的压电单晶薄膜及其制备方法
CN113922778B (zh) 一种滤波器用压电衬底结构及其制备方法
CN113193109A (zh) 一种复合薄膜的制备方法及复合薄膜
CN116613058A (zh) 一种复合基底、复合薄膜及其制备方法
CN113541626A (zh) 一种复合单晶压电基板及制备方法
CN116669523A (zh) 一种热释电复合薄膜的制备方法
KR20200045540A (ko) 복합 단결정 필름
JP7262421B2 (ja) 圧電体複合基板およびその製造方法
US20240030883A1 (en) Process for manufacturing a piezoelectric structure for a radiofrequency device and which can be used to transfer a piezoelectric layer, and process for transferring such a piezoelectric layer
CN113540338B (zh) 一种压电复合薄膜及其制备方法
CN113629182A (zh) 一种tc-saw复合衬底及其制备方法
CN112671363A (zh) 复合衬底、复合薄膜及其制备方法，及射频声表面波器件
CN115207206B (zh) 一种近化学计量比复合薄膜及其制备方法
CN113540339B (zh) 一种制备压电复合薄膜的方法及压电复合薄膜
CN112904598B (zh) 一种电光晶体薄膜、制备方法及电子元器件
CN115101657A (zh) 一种单晶压电衬底结构、制备方法及声波器件
CN116682876A (zh) 复合薄膜及其制备方法
CN118322666A (zh) 一种复合薄膜及其制备方法
CN115398658A (zh) 制造用于射频器件的可用于转移压电层的压电结构的方法以及转移这种压电层的方法
CN116065127A (zh) 一种复合薄膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant