CN114070256A - 表声波谐振器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表声波谐振器及其制造方法，所述表声波谐振器包括：基板及设置于基板上的压电层；叉指换能器，设置于压电层的上表面；叉指换能器的间隙之间设有第一介质层，至少部分第一介质层的下表面与压电层的上表面之间设有第一空腔。本发明通过在第一介质层临近压电层一侧开设第一空腔，使得叉指换能器的间隙之间的第一介质层悬空，以便于将沿压电层表面传播至第一介质层悬空处的声波反射回去，从而减少声波的损耗；通过叉指换能器将第一空腔分割为多个子第一空腔，以便于将叉指换能器临近于压电层表面的部分暴露于空气中，从而便于消除叉指换能器边界的杂波，进而提升谐振器的整体性能。

Description

表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，尤其涉及一种表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。SAW器件(表面声波器件)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。SAW器件(表面声波器件)是将电信号转换为表面波并进行信号处理的电路元件，作为滤波器、谐振器等而被广泛使用。

通常，表面声波谐振器实在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个叉指换能器，分别作为发射换能器和接收换能器。发射换能器将RF信号转换为声表面波，在基片表面上传播，经过一定的延迟后，接收换能器将声信号转换为电信号输出，滤波过程是在电到声和声到电的压电转换中实现。

但是，目前制作出的表声波谐振器，两叉指换能器间的声波沿压电层表面传播时，易扩散出去，从而造成损耗，此外，在通过刻蚀工艺刻蚀形成叉指换能器时，易破坏压电层表面的平整性，使得品质因子(Q)无法进一步提高、成品率低，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表声波谐振器及其制造方法，解决声波损耗的问题，避免破坏压电层的平整性，增强谐振器的结构强度，提高品质因子(Q)，进而提高器件的整体性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种表声波谐振器的制造方法，包括：

基板及设置于基板上的压电层；

叉指换能器，设置于压电层的上表面；

叉指换能器的间隙之间设有第一介质层，至少部分第一介质层的下表面与压电层的上表面之间设有第一空腔。

本发明还提供一种薄膜体声波谐振器的制造方法，包括：

提供压电层；

形成牺牲层，覆盖压电层的第一区域；

形成介质层，覆盖压电层、牺牲层；

在牺牲层上方的介质层中形成多个纵向贯穿的容腔，至少部分容腔的底部延伸至牺牲层；

去除牺牲层，形成第一空腔；

在容腔中形成导电材料，以形成叉指换能器。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的薄膜体声波谐振器，通过在第一介质层临近压电层一侧开设第一空腔，使得叉指换能器的间隙之间的第一介质层悬空，以便于将沿压电层表面传播至第一介质层悬空处的声波反射回去，从而减少声波的损耗，进而提升谐振器的Q值。

进一步地，叉指换能器将第一空腔分割为多个子第一空腔，以便于将叉指换能器临近于压电层表面的部分暴露于空气中，从而便于消除叉指换能器边界的杂波，进而提升谐振器的整体性能。

进一步地，将第一空腔的高度限制在0.05um到1um范围内，太薄则不利于牺牲层有效释放，太厚又会造成插指电极宽度向外扩展太多，只能将厚度限制在某一范围内。

进一步地，通过第一导电凸块电连接第一组叉指换能器、第二导电凸块电连接第二组叉指换能器以将第一组叉指换能器和第二组换能器接电，使得两者分别作为发射换能器和接收换能器，进而实现声、电信号之间的转换。

进一步地，叉指换能器，采用电阻率更低且导热性较好的金属材料，能够减小阻抗并增强导热；介质层，采用高导热介电材料，以便于增强导热性。

进一步地，在叉指换能器的外周设置第二介质层，以对叉指换能器形成支撑。

本发明提供的薄膜体声波谐振器的制造方法，通过在压电层上形成牺牲层的方式形成第一空腔，以便于形成微薄的第一空腔，从而有效释放牺牲层，并避免后续形成的插指电极宽度过于向外扩展；形成的第一空腔可以使位于叉指换能器间隙间的介质层悬空，从而将沿压电层表面传播的声波反射回去，进而降低声波能耗，此外，可以使叉指换能器临近压电层的边界与第一空腔中的气体接触，以便于有效消除边界杂波；通过先在介质层上形成容腔，再在容腔内形成叉指换能器，以避免传统叉指换能器形成过程对压电层的刻蚀，保证了压电层的平整，且通过形成的容腔来限制叉指换能器之间的间距，以解决传统刻蚀工艺无法实现较小间距的问题。

进一步地，牺牲层采用α-C材质，便于后续形成高度较小的微薄第一空腔。

进一步地，当压电层厚度较薄时，通过在压电层下键合基板，以支撑压电层，避免后续形成牺牲层、介质层、叉指换能器时压电层受压变形，从而保证压电层的结构强度；当压电层厚度较厚时，可以在后续形成牺牲层、介质层、叉指换能器时，避免压电层受压变形，在形成叉指换能器后，再对压电层进行减薄，以保证压电层具备良好的压电特性，从而提高谐振器的整体特性。

附图说明

图1A为本发明一实例提供的一种薄膜体声波谐振器俯视图；

图1为图1A所示沿A-A的一种薄膜体声波谐振器剖面结构示意图；

图2为本发明一实施例的一种薄膜体声波谐振器的制造方法的步骤流程图；

图3-10本实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的制造方法在制造过程中不同步骤相对应的结构示意图。

附图标记说明：

1、基板；11、支撑层；12、基底；2、压电层；3、叉指换能器；31、第一组叉指换能器；311、第一导电叉指；312、第一导电体；32、第二组叉指换能器；321、第二导电叉指；322、第二导电体；4、介质层；41、第一介质层；42、第二介质层；5、第一空腔；5’、牺牲层；61、第一导电凸块；62、第二导电凸块；7、容腔；71、第一子容腔；72、第二子容腔；91、第一腔体；92、第二腔体。

具体实施方式

目前制作出的表声波谐振器，两叉指换能器间的声波沿压电层表面传播时，易扩散出去，从而造成损耗，此外，在通过刻蚀工艺刻蚀形成叉指换能器时，易破坏压电层表面的平整性，使得品质因子(Q)无法进一步提高、成品率低，因此无法满足高性能的射频系统的需求。

为解决上述问题，本发明提供一种表声波谐振器，通过在部分介质层的下表面与压电层的上表面之间设有第一空腔，使得叉指换能器之间的介质层悬空，以解决声波损耗的问题，且能够避免破坏压电层的平整性，增强谐振器的结构强度，提高品质因子(Q)，进而提高器件的整体性能。

以下结合附图和具体实施例对本发明的表声波谐振器及其制造方法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，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述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，且一些所述的步骤可被省略和/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。

图1A为本发明一实施例提供的一种表声波谐振器结构的俯视图，图1中，左图为图1A所示沿A-A的一种薄膜体声波谐振器剖面结构示意图，右图为图1A所示沿B-B的一种薄膜体声波谐振器剖面结构示意图，请参考图1A和图1，该表声波谐振器包括：

基板1及设置于基板1上的压电层2；

叉指换能器3，设置于压电层2的上表面；

叉指换能器3的间隙之间设有第一介质层41，至少部分第一介质层41的下表面与压电层2的上表面之间设有第一空腔5。

在本实施例中，基板1的材质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。

在本实施例中，基板1可以为双层结构，即基板1包括基底12和支撑层11。需要说明的是，支撑层11可以采用沉积或键合的方式与基底结合，键合的方式包括：共价键键合、粘结键合或熔融键合，沉积的方式可以为化学气相沉积或物理气相沉积。在其他实施例中，基底12与支撑层11还可以通过键合层实现键合，键合层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或硅酸乙酯。此外，键合层还可以采用光固化材料或热固化材料等黏结剂，例如粘片膜(Die Attach Film，DAF)或干膜(Dry Film)等。基底12的材料可以与基板1的材料相同，支撑层11的材料可以与基板1的材料相同，也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一种。在其他实施例中，基板1可以是单层结构。

在一种可能的实现方式中，基板1内可以设有第二空腔，叉指式换能器3位于第二空腔围成的区域上方，第二空腔设置于基板1临近压电层2一侧。当基板1为双层结构时，第二空腔设置于支撑层11临近压电层2一侧，且贯穿部分或全部支撑层11。

在另一种可能的实现方式中，基板1内可以设有布拉格声波反射层，叉指式换能器位于布拉格声波反射层围成的区域上方。具体地，布拉格反射层结构包括依次叠层的第一声阻抗层和第二声阻抗层，第一声阻抗层和第二声阻抗层的阻抗不同，第一声阻抗层和第二声阻抗层的厚度均为四分之一声波波长的奇数倍。

基板1上方设有压电层2，压电层2可以通过键合或沉积的方式与基板1结合。需要说明的是，键合的方式和沉积的方式可以参照上述支撑层11与基底12键合或沉积的方式，此外，压电层2和基板1还可以通过键合层来键合，键合层的材料参照上述键合层，此处不再赘述。

压电层2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2包括氮化铝(AlN)时，压电层2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2包括氮化铝(AlN)时，压电层2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。

压电层2上设有叉指换能器3，叉指换能器3包括：第一组叉指换能器31和第二组叉指换能器32。在本实施例中，第一组叉指换能器31可以作为发射换能器将射频信号转换为声表面波，并在压电层2表面传播，也可以作为接收换能器将声信号转变为电信号输出，同样的，第二组叉指换能器32也可以作为发射换能器或接收换能器，当第一组叉指换能器31作为发射换能器时，第二组叉指换能器32作为接收换能器，反之，亦然。当第一组叉指换能器31和第二组叉指换能器32接入交流电后，第一组叉指换能器31和第二组叉指换能器32分别作为发射换能器和接收换能器并处于动态变化的过程。

需要注意的是，第一组叉指换能器31和第二组叉指换能器32的下端可以与压电层2抵接或不抵接，当第一组叉指换能器31和第二组叉指换能器32的下端与压电层2抵接时，声电信号转换效果最佳；当第一组叉指换能器31和第二组叉指换能器32的下端与压电层2不抵接时，可以避免不同材料接触产生的应力。

具体地，第一组叉指换能器31至少包括一个第一导电叉指311，第二组叉指换能器32至少包括一个第二导电叉指321，第一导电叉指311和第二导电叉321指互相平行。第一组叉指换能器31还包括便于电连接的第一导电体312，第二组叉指换能器32还包括便于电连接的第二导电体322，第一导电体312与所有第一导电叉指311电连接，第二导电体322与所有第二导电叉指321电连接。需要注意的是，第一导电体312的下表面可以部分位于第一空腔5边界范围内、部分位于压电层2的上表面，或全部位于第一空腔5的边界范围内，也可以全部位于第一空腔5边界范围外；和/或，第二导电体322的下表面可以部分位于第一空腔5边界范围内、部分位于压电层2的上表面，或全部位于第一空腔5的边界范围内，也可以全部位于第一空腔5边界范围外。当第一导电体312的部分或全部下表面位于第一空腔5边界范围内时，第一导电体312与第二导电叉指321端部之间的第一介质层41悬空，从而避免其间的第一介质层41对声波造成损耗，还可以抑制压电层2上的纵向杂波，同理，当第二导电体322的部分或全部下表面位于第一空腔5边界范围内时，第二导电体322与第一导电叉指311之间的第一介质层41悬空，从而避免其间的第一介质层41对声波造成损耗，并压电层2上的纵向声波。当第一组叉指换能器31和第二组叉指换能器32接入交流电后，声波在相邻第一导电叉指311和第二导电叉指322之间来回反射，形成震荡。

一般的，第一导电叉指311和第二导电叉指321可以使用本领域技术人员任意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。需要说明的是，可以通过沉积、电镀或刻蚀的方法形成叉指换能器3，沉积的方式可以为磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积或者化学气相沉积。第一组叉指换能器31和第二组叉指换能器32的材料可以为阻抗小的导电材料，比如为金、银、钨、铂、铝、铜中的一种或多种。第一导电体312的材料与第一导电叉指311的材料相同；和/或，第二导电体322的材料与第二导电叉指321的材料相同。

在本实施例中，叉指换能器3的间隙之间设有第一介质层41。应当注意的是，叉指换能器3的间隙为相邻第一导电叉指311和第二导电叉指321之间的间隙，第一介质层41设置于相邻第一导电叉指311和第二导电叉指321之间，以间隔相邻第一导电叉指311和第二导线叉指321。第一介质层41的材料可以选用高导热材料，如可以包括氮化硅、碳化硅、蓝宝石、二氧化硅、氮化铝中的至少一种。当第一介质层41的材料碳化硅或氮化硅时，导热效果最佳。

第一介质层41包含多个子介质层，任一子介质层位于相邻第一导电叉指311和第二导电叉指322之间，相邻子介质层之间连接，第一导电体312与第二导电叉指321之间具有间隙，第二导电体322和第一导电叉指311之间具有间隙。子介质层的数量根据第一导电叉指311和第二导电叉指321的数量确定，比如，当第一导电叉指311和第二导电叉指321的数量均为一个时，子介质层的数量为一个，再比如，当第一导电叉指311的数量为两个、第二导电叉指321的数量为一个时，子介质层的数量为两个，再比如，当第一导电叉指311和第二导电叉指321的数量均为两个时，子介质层的数量为三个，以此类推。在其他实施例中，第一导电体第一导电体312与第二导电叉指321之间不具有间隙，312与第二导电叉指321之间不具有间隙，第二导电体322和第一导电叉指311之间不具有间隙，相邻子介质层之间隔离。

叉指换能器3外周具有第二介质层42，设置于基板1上且与第一介质层41连接。第二介质层42可以采用沉积或键合的方式形成于基板1上，第二介质层42材料参照上述第一介质层41的材料。在本实施例中，第二介质层42和第一介质层41可以为一体结构，构成介质层4，第二介质层42的材料和第一介质层41的材料相同。

在本实施例中，至少部分第一介质层41的下表面与压电层3的上表面之间设有第一空腔5。具体地，至少一个子介质层的下表面与压电层3的上表面之间设有第一空腔5；和/或，子介质层的部分或全部下表面与压电层3的上表面之间设有第一空腔5。以任一子介质层为例，子介质层的部分下表面与压电层2的上表面之间设有第一空腔5，以使该子介质层的部分下表面悬空、部分下表面与压电层2的上表面相接；或者，子介质层的全部下表面与压电层2的上表面之间设有第一空腔5，以使该子介质层的全部下表面悬空。需要说明的是，上述子介质层至少为一个，当子介质层为至少两个时，所述子介质层之间相邻。第一组叉指换能器31和第二组叉指换能器32之间的声波传播至悬空的子介质层时，可以避免声波受该处子介质层阻挡而产生能耗，还可以通过子介质层悬空部分抑制压电层2上的纵向杂波。当所有子介质层的全部下表面与压电层2上表面之间均具有第一空腔5时，减少声波损耗效果最佳。

叉指换能器3将第一空腔5分割为多个第一子空腔，相邻子第一空腔之间相互隔离或相互连通。具体地，第一导电叉指311和第二导电叉指321将第一空腔5分割为多个第一子空腔，当容腔7的边界超出第一空腔5的边界时，相邻第一子空腔之间相互隔离，当容腔7的边界位于第一空腔5的边界内时，相邻子第一空腔之间相互连通。

需要说明的是，以下以任一相邻第一导电叉指311和第二导电叉指321为例。当第一导电叉指311的至少一端和第二导电叉指321的至少一端位于第一空腔5边界范围内时，则与其相对应的相邻第一子空腔之间相互连通，相应第一介质层41的下表面悬空。需要说明的是，第一导电叉指311的至少一端和第二导电叉指321的至少一端位于第一空腔5边界范围内的情形可以为多种，比如第一导电叉指311临近于第二导电体322的一端位于第一空腔5边界范围内时，第二导叉指321的两端或任意一端均可以位于第一空腔5边界范围内；再比如第一导电叉指311临近于第一导电体312的一端位于第一空腔5边界范围内时，第二导电叉指321临近于第一导电体312的一端位于第一空腔5边界范围内，此时，第二导电叉指321临近于第二导电体322的一端可以位于或不位于第一空腔5边界范围内，若第二导电叉指321临近于第二导电体322的一端位于第一空腔5边界范围内，则第一导电叉指311临近于第二导电体322的一端也位于第一空腔5边界范围内。当第一导电叉指311临近于第二导电体322的端部和第二导电叉指321临近于第一导电体312的端部均不位于第一空腔5边界范围内时，与其相对应的相邻第一子空腔之间相互隔离，相应落入第一空腔5范围内的第一介质层41悬空，未落入第一空腔5范围内的第一介质层的下表面与压电层2的上表面相接。

第一空腔5可以为密封的第一空腔5或第一空腔5与外界相通，当第一空腔5的部分边界延伸至介质层4边界时，第一空腔5与外界连通，当第一空腔5的全部边界位于介质层4的边界内时，第一空腔5与外界隔离。第一空腔5中可以填充氮气、惰性气体或空气。第一空腔5的高度为0.05um～1um，或第一空腔5与叉指换能器3的高度比值介于1/5到1/2之间，从而达到空腔形成反射的效果，同时又能确保结构的稳定性。第一空腔5的截面形状可以是圆形、椭圆形或多边形，多边形可以为四边形、五边形、六边形等。在本实施例中，第一空腔5可以通过牺牲层工艺形成，也可以通过刻蚀工艺形成。

为便于电信号的输入或输出，该表声波谐振器还包括：第一导电凸块61和第二导电凸块62，第一导电凸块61与第一组叉指换能器31电连接，第二导电凸块62与第二组叉指换能器32电连接，第一导电凸块61和第二导电凸块62位于第一空腔5边界以外的区域。具体地，第一导电凸块61至少部分设置于第一导电体312上以与第一导电体312电连接，第二导电凸块62至少部分设置于第二导电体322上以与第二导电体322电连接，以便于通过第一导电凸块61、第二导电凸块62分别向第一组叉指换能器31、第二组叉指换能器32输入或输出电信号。需要说明的是，当部分第一导电凸块61设置于第一导电体312上时，剩余部分第一导电凸块61位于第二介质层42上，当部分第二导电凸块62设置于第二导电体322上时，剩余部分第二导电凸块62位于第二介质层42上。在本实施例中，第一导电凸块61的材料可以与第一组叉指换能器31的材料相同；和/或，第二导电凸块62的材料可以与第二组叉指换能器32的材料相同。

综上所述，本发明提供的薄膜体声波谐振器，通过在介质层临近压电层一侧开设第一空腔，使得叉指换能器的间隙之间的第一介质层悬空，以便于将沿压电层表面传播至第一介质层悬空处的声波反射回去，从而减少声波的损耗，进而提升谐振器的Q值。

进一步地，叉指换能器将第一空腔分割为多个子第一空腔，以便于将叉指换能器临近于压电层表面的部分暴露于空气中，从而便于消除叉指换能器边界的杂波，进而提升谐振器的整体性能。

进一步地，将第一空腔的高度限制在0.05um到1um范围内，太薄则不利于牺牲层有效释放，太厚又会造成插指电极宽度向外扩展太多，只能将厚度限制在某一范围内。

进一步地，通过第一导电凸块电连接第一组叉指换能器、第二导电凸块电连接第二组叉指换能器以将第一组叉指换能器和第二组换能器接电，使得两者分别作为发射换能器和接收换能器，进而实现声、电信号之间的转换。

进一步地，叉指换能器，采用电阻率更低且导热性较好的金属材料，能够减小阻抗并增强导热；介质层，采用高导热介电材料，以便于增强导热性。

进一步地，在叉指换能器的外周设置第二介质层，以对叉指换能器形成支撑。

本发明一实施例提供一种薄膜体声波谐振器的制造方法，图2为本发明一实施例提供的一种表声波谐振器的制作方法的流程图，请参考图2，该表声波谐振器的制造方法，包括：

S01：提供压电层。

S02：形成牺牲层，覆盖压电层的第一区域。

S03：形成介质层，覆盖压电层、牺牲层。

S04：在牺牲层上方的介质层中形成多个纵向贯穿的容腔，至少部分容腔的底部延伸至牺牲层。

S05：去除牺牲层，形成第一空腔。

S06：在容腔中形成导电材料，以形成叉指换能器。

图3-图10为本实施例的一种薄膜体声波谐振器的制造方法的相应步骤对应的结构示意图，以下将参考参考图3-图10详细说明本实施例提供的薄膜体声波谐振器的制造方法。

参考图3所示，执行步骤S01，提供压电层2。

在本实施例中，压电层2为厚的压电晶圆，厚度大于0.3微米，在后期工艺中还包括对压电晶圆减薄处理的步骤，使其厚度满足产生谐振的要求。在其他实施例中，压电层2的厚度小于20微米，此时，在提供压电层2之前，还需先提供基板，再在基板上沉积形成薄压电层2。压电层2的材料参照前文结构实施例中所述，此处不再赘述。

参考图4，执行步骤S02，形成牺牲层5’，覆盖压电层2的第一区域。在本实施例中，为便于后续形成叉指换能器，第一区域位于谐振器的中间位置。

在本实施例中，通过沉积的方式在压电层2上形成牺牲层5’，在200度到400度，常压或低压条件下，利用化学气相沉积工艺在压电层2上形成牺牲层5’。具体地，牺牲层5’的厚度为·0.05um～1um，以便于后续去除牺牲层5’后，形成微薄的第一空腔5，以便于有效释放牺牲层5’，并避免后续形成的插指电极宽度过于向外扩展。牺牲层5’的材料可以为α-C，以形成性能较好的微薄第一空腔5。

牺牲层5’的截面形状可以是圆形、椭圆形或多边形，多边形可以为四边形、五边形、六边形等。牺牲层5’可以为条状或面状。当牺牲层5’为条状时，牺牲层5’沿第一导电叉指向其临近的第二导电叉指方向分布，在后续去除牺牲层5’形成第一空腔后，位于第一空腔范围内的相邻容腔间的介质层的下表面与压电层2的上表面之间存在第一空腔，位于第一空腔范围外的相邻容腔间的介质层的下表面与压电层2的上表面相接。条状牺牲层5’的数量可以为多个，相互之间平行。当牺牲层5’为面状时，可以便于后续形成的容腔延伸至牺牲层5’，使得延伸至牺牲层5’的相邻容腔间的介质层的下表面与压电层2的上表面之间存在第一空腔，从而使所述介质层悬空。介质层的悬空，可以避免声波传播过程中受介质层阻挡，进而减少声波损耗，还可以抑制压电层2的纵向杂波。

在本实施例中，牺牲层5’的边界设有与介质层的边界重合或超出介质层的边界与外界相通的部分，去除牺牲层5’后，第一空腔5与外界相通；或，牺牲层5’的边界位于介质层的边界内部，去除牺牲层5’后，第一空腔5为密封的第一空腔5。需要注意的是，当第一空腔5与外界相通时，不需要向第一空腔5内填充气体；当第一空腔5为密封的第一空腔5时，在后续形成叉指换能器之前，还可以向第一空腔5中填充氮气、惰性气体或空气等。

参考图5，执行步骤S03，形成介质层4，覆盖压电层2、牺牲层5’。

介质层4的材料可以选用高导热材料，如可以包括氮化硅、碳化硅、蓝宝石、二氧化硅、氮化铝中的至少一种。当介质层4的材料碳化硅或氮化硅时，导热效果最佳。可以通过气相沉积的方法形成介质层4。

执行步骤S04，在牺牲层5’上方的介质层4中形成多个纵向贯穿的容腔7，至少部分容腔7的底部延伸至牺牲层5’，参考图6。其中，左图为沿图1A中A-A该步骤对应的剖面结构示意图，右图为沿图1A中B-B该步骤对应的剖面结构示意图。

至少部分容腔7的底部延伸至牺牲层5’包括：容腔7的部分底部延伸至牺牲层5’、部分底部延伸至压电层2的上表面；或者，容腔7的全部底部延伸至牺牲层5’。具体地，当容腔7的部分底部延伸至牺牲层5’、部分底部延伸至压电层2的上表面时，后续形成于该容腔7内的叉指换能器的下表面与压电层2的上表面相接，形成于部分底部延伸至牺牲层5’的容腔7内的叉指换能器间隙之间的介质层4的下表面与压电层2上表面之间存在第一空腔，形成于部分底部延伸至压电层2上表面的容腔7内的叉指换能器间隙之间的介质层4的下表面与压电层2的上表面相接。当容腔7的全部底部延伸至牺牲层5’时，形成于容腔7内的叉指换能器的下表面与压电层2的上表面相接，叉指换能器间隙之间的介质层4的下表面与压电层2的上表面之间存在第一空腔。

需要说明的是，上述情形中的容腔7数量至少为一个，当数量为至少两个时，所述容腔7之间彼此相邻。当至少部分容腔7的底部延伸至牺牲层5’时，相应容腔7与后续去除牺牲层5’后形成的第一空腔连通。相邻容腔7间的介质层4的悬空，可以减少介质层4对声波的阻挡，从而有效减少声波损失，当所有相邻容腔间的介质层4全部悬空时，减少声波损耗效果最佳。

容腔7底部延伸至牺牲层5’包括：容腔7的底部延伸至牺牲层5’的上表面或贯穿牺牲层5’以延伸至压电层2的上表面或贯穿部分牺牲层5’以延伸至牺牲层5’中。需要说明的是，当容腔7的底部延伸至牺牲层5’时，后续去除牺牲层5’形成第一空腔后，容腔7均可以与第一空腔连通，从而便于后续形成的叉指换能器的底部与压电层2上表面相接，以保证声电信号的转换效果。

在本实施例中，在形成容腔7的过程中，在介质层4表面涂光刻胶，形成光刻胶层；根据后续需要形成的叉指换能器定义光罩图形；进行曝光，以将光罩图形结构转移至光刻胶层上；再对光刻胶层进行显影，以显影后的光刻胶层为掩膜对介质层4进行刻蚀，形成容腔7；去除光刻胶层。需要说明的是，通过上述方式形成的容腔7，容腔7容腔7可以使相邻容腔7之间具备较小的间距，由此制成的谐振器的工作频率较高，性能较好。此外，可以选用等离子气体烧除的方式去除光刻胶层，以避免对介质层4表面造成损伤，从而避免影响后续形成的叉指换能器3的结构特性。

其他实施例中，为便于刻蚀形成容腔7时，确保压电层2不被刻蚀，在形成压电层2后，还在压电层2上形成掩膜层，掩膜层暴露出部分压电层2表面，在压电层2或掩膜层上沉积牺牲层5’，在掩膜层上沉积介质层4，介质层4覆盖牺牲层5’；在刻蚀形成容腔7后，去除位于压电层2上的牺牲层5’和掩膜层。通过在压电层2上形成掩膜层，避免刻蚀容腔7时对压电层2造成刻蚀，从而保证压电层2的完整性，进一步提高谐振器的结构稳定性。

为了便于后续形成叉指换能器，在形成容腔7过程中，还需要形成第一腔体91和第二腔体92，以便于后续形成叉指换能器过程中，在第一腔体91和第二腔体92内分别形成第一导电体312和第二导电体322，第一腔体91和第二腔体92平行，容腔7包括至少一个第一子容腔71和至少一个第二子容腔72，第一子容腔71和第二子容腔72平行，且任一第一子容腔71和第二子容腔72相邻，第一腔体91连通全部第一子容腔71，且与任意第一子容腔71垂直，第二腔体92连通全部第二子容腔72，且与任意第二子容腔72垂直。

第一腔体91的部分底部延伸至牺牲层5’、部分底部延伸至压电层2的上表面，或第一腔体91的全部底部延伸至牺牲层5’，或第一腔体91的全部底部延伸至压电层2的上表面，以便于后续形成的第一导电体312的下表面与压电层2的上表面相接；和/或，第二腔体92的部分底部延伸至牺牲层5’、部分底部延伸至压电层2的上表面，或第二腔体92的全部底部延伸至牺牲层5’，或第二腔体92的全部底部延伸至压电层2的上表面，以便于后续形成的第二导电体322的下表面与压电层2的上表面相接。在本实施例中，第一腔体91和第二腔体92在形成容腔7时形成。需要说明的是，第一腔体91和第二腔体92的形成步骤可参照上述容腔7的形成步骤，此处不再赘述。在其他实施例中，第一腔体91和第二腔体92可以在形成叉指换能器之前或之后形成。

执行步骤S05，去除牺牲层，形成第一空腔5。参考图7，其中，左图为沿图1A中A-A该步骤对应的剖面结构示意图，右图为沿图1A中B-B该步骤对应的剖面结构示意图。

在本实施例中，需要根据牺牲层的材料，采用相对应的去除方法，比如当牺牲层为α-C时，采用等离子气体烧除的方式去除牺牲层。再比如当牺牲层材料为聚酰亚胺或光阻剂时，采用灰化的方法去除。再比如当牺牲层材料为低温二氧化硅时，用氢氟酸溶剂和低温二氧化硅发生反应去除。需要注意的是，牺牲层去除后形成的第一空腔5的形状与牺牲层的形状相同。

执行步骤S06，在容腔7中形成导电材料，以形成叉指换能器。参考图8，其中，左图为沿图1A中A-A该步骤对应的剖面结构示意图，右图为沿图1A中B-B该步骤对应的剖面结构示意图。

当叉指换能器与介质层4、压电层2将第一空腔5围成密封的第一空腔5时，需要在形成叉指换能器之前，向第一空腔5中填充氮气、惰性气体或空气。

在本实施例中，叉指换能器包括：第一组叉指换能器和第二组叉指换能器。具体地，第一组叉指换能器至少包括一个第一导电叉指311，第二组叉指换能器至少包括一个第二导电叉指321，第一导电叉指311和第二导电叉指321互相平行。形成叉指换能器的方法包括：在容腔7中填充导电材料，形成导电材料层，再通过化学机械抛光工艺(CMP)对导电材料层的上表面进行平整，使得导电材料层的上表面与介质层4齐平，从而形成叉指换能器，其中第一子容腔71内形成为第一导电叉指311，第二子容腔72内形成第二导电叉指321。

需要说明的是，当第一腔体91和第二腔体92与容腔7同步形成时，或者，第一腔体91和第二腔体92在形成叉指换能器之前形成时，在形成叉指换能器过程中，在向容腔7中填充导电材料时，还向第一腔体91和第二腔体92中填充导电材料，从而在形成叉指换能器时，还形成第一导电体312和第二导电体322，第一导电体312形成于第一腔体91内，第二导电体322形成于第二腔体92内。由于第一腔体91与所有第一子容腔71连通，第二腔体92与所有第二子容腔72连通，因此第一导电体312与所有第一导电叉指311电连接，第二导电体322与所有第二导电叉指321电连接。

导电材料的选择可参照上文结构实施例中第一导电叉指311和第二导电叉指321的材料，此处不再赘述。填充导电材料的方式可以为磁控溅射、蒸镀等沉积或电镀，沉积的方式可以为化学气相沉积或物理气相沉积。在电镀过程中，需要在形成牺牲层之前或去除牺牲层后，在压电层2上与容腔相对的区域形成种子层，使得形成容腔7、去除牺牲层后，叉指换能器3形成于种子层上，种子层的材料可以由金属钛(Ti)形成。

形成叉指换能器后，叉指换能器将第一空腔5分割为多个第一子空腔，相邻第一子空腔之间相互隔离或相互连通，具体情形参照前文结构实施例中所述，此处不再赘述。

为了便于电信号的输入或输出，还包括形成第一导电凸块61和第二导电凸块62，参考图9，其中：左图为沿图1A中A-A该步骤对应的剖面结构示意图，右图为沿图1A中B-B该步骤对应的剖面结构示意图。。

在本实施例中，第一导电凸块61和第二导电凸块62可以与第一导电叉指311、第二导电叉指321、第一导电叉指311和第二导电叉指321同步形成，具体为：形成凸块材料层，填充于第一腔体91和第二腔体92内并覆盖部分或全部第二介质层42；通过化学机械抛光(CMP)使凸块材料层表面保持平整；对凸块材料层进行刻蚀，去除位于第一导电体312及其相邻部分第二介质层42以外区域的凸块材料层，以及去除位于第二导电体322及其相邻部分第二介质层42以外区域的凸块材料层，使得位于第一腔体91内的凸块材料层形成第一导电体312，位于第二腔体92内的凸块材料层形成第二导电体322，位于第一导电体312及其相邻部分第二介质层322上的凸块材料层形成第一导电凸块61，位于第二导电体322及其相邻部分第二介质层322上的凸块材料层形成第二导电凸块62，位于第一子容腔71内的凸块材料层形成第一导电叉指311，位于第二子容腔72内的凸块材料层形成第二导电叉指321。

第一导电凸块位于第一导电体312上，第二导电凸块62位于第二导电体322上，以使第一导电凸块61与第一组叉指换能器电连接，第二导电凸块62与第二组叉指换能器电连接，从而通过第一导电凸块61和第二导电凸块62分别向第一组叉指换能器、第二组叉指换能器输入或输出信号。

第一导电凸块61和第二导电凸块62位于第一空腔5以外的区域。具体地，第一导电凸块61位于第一导电体312上或第一导电凸块61部分位于第一导电体312上、部分位于与上述第一导电体312相接的第二介质层42上；和/或，第二导电凸块62位于第二导电体322上或第二导电凸块62部分位于第二导电体322上、部分位于与上述第二导电体322相接的第二介质层42上。第一导电凸块61相对于第一导电体312、第一介质层41、第二介质层42的位置关系以及第二导电凸块62相对于第二导电体322、第一介质层41、第二介质层42的位置关系可参照前文结构实施例中所述，第一导电凸块61、第二导电凸块62的材料可参照前文结构实施例中所述，此处不再赘述。

在其他实施例中，第一导电凸块61和第二导电凸块62可以不与第一导电叉指311、第二导电叉指321、第一导电叉指311和第二导电叉指321同步形成，具体为，在形成第一导电叉指311、第二导电叉指321、第一导电叉指311和第二导电叉指321之后，在介质层4和叉指换能器的上表面形成凸块材料层；通过化学机械抛光工艺(CMP)对凸块材料层进行平整；刻蚀凸块材料层，分别形成至少部分位于第一导电体312上的第一导电凸块61和至少部分位于第二导电体322上的第二导电凸块62，第一导电凸块61与第一组叉指换能器电连接，第二导电凸块62与第二组叉指换能器电连接，第一导电凸块61和第二导电凸块62位于第一空腔5以外的区域。

本实施例中，压电层2为厚的压电晶圆，在形成叉指换能器3之后，还需要对压电层2减薄，参考图10，其中，左图为沿图1A中A-A该步骤对应的剖面结构示意图，右图为沿图1A中B-B该步骤对应的剖面结构示意图。具体地，对压电层2远离第一空腔5的一侧进行减薄；提供基板1，键合于压电层2被减薄的一侧。以使压电层2较薄，从而保证压电层2具有较好的压电效应。在其他实施例中，压电层2减薄的步骤可以在形成牺牲层7之前执行，具体步骤参照前述，不再赘述。在其他实施例中，当基板1为双层结构时，即基板1包括支撑层11和基底12时，将支撑层11和基板12依次键合于压电层2减薄一侧。键合的方式可参照前文结构实施例中所述，此处不再赘述。

综上所述，本发明提供的薄膜体声波谐振器的制造方法，通过在压电层上形成牺牲层的方式形成第一空腔，以便于形成微薄的第一空腔，从而有效释放牺牲层，并避免后续形成的插指电极宽度过于向外扩展；形成的第一空腔可以使位于叉指换能器间隙间的介质层悬空，从而将沿压电层表面传播的声波反射回去，进而降低声波能耗，此外，可以使叉指换能器临近压电层的边界与第一空腔中的气体接触，以便于有效消除边界杂波；通过先在介质层上形成容腔，再在容腔内形成叉指换能器，以避免传统叉指换能器形成过程对压电层的刻蚀，保证了压电层的平整，且通过形成的容腔来限制叉指换能器之间的间距，以解决传统刻蚀工艺无法实现较小间距的问题。

进一步地，牺牲层采用α-C材质，便于后续形成高度较小的微薄第一空腔。

进一步地，当压电层厚度较薄时，通过在压电层下键合基板，以支撑压电层，避免后续形成牺牲层、介质层、叉指换能器时压电层受压变形，从而保证压电层的结构强度；当压电层厚度较厚时，可以在后续形成牺牲层、介质层、叉指换能器时，避免压电层受压变形，在形成叉指换能器后，再对压电层进行减薄，以保证压电层具备良好的压电特性，从而提高谐振器的整体特性。

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。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (26)

1.一种表声波谐振器，其特征在于，包括：

基板及设置于所述基板上的压电层；

叉指换能器，设置于所述压电层的上表面；

所述叉指换能器的间隙之间设有第一介质层，至少部分所述第一介质层的下表面与所述压电层的上表面之间设有第一空腔。

2.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器将所述第一空腔分割为多个子第一空腔，相邻所述子第一空腔之间相互隔离或相互连通。

3.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所有所述间隙之间的第一介质层均与所述压电层的上表面之间具有第一空腔。

4.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器外周具有第二介质层，沉积于所述基板上与所述第一介质层连接。

5.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述第一介质层、第二介质层为一体结构，材料相同。

6.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述第一空腔为密封的第一空腔或所述第一空腔与外界相通。

7.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述第一空腔为密封的第一空腔，所述第一空腔中填充有氮气、惰性气体或空气。

8.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述第一空腔的高度为0.05um～1um。

9.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器包括：第一组叉指换能器和第二组叉指换能器，所述第一组叉指换能器至少包括一个第一导电叉指，所述第二组叉指换能器至少包括一个第二导电叉指，所述第一导电叉指和所述第二导电叉指互相平行；

还包括：第一导电凸块和第二导电凸块，所述第一导电凸块与所述第一组叉指换能器电连接，所述第二导电凸块与所述第二组叉指换能器电连接，所述第一导电凸块和所述第二导电凸块位于所述第一空腔以外。

10.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述第一介质层的材料包括碳化硅、氮化硅、蓝宝石、二氧化硅、氮化铝中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器的材料包括金、银、钨、铂、铝、铜中的一种或多种。

12.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述基板内设有第二空腔，所述叉指式换能器位于所述第二空腔围成的区域上方。

13.根据权利要求1所述的表声波谐振器，其特征在于，所述基板内设有布拉格声波反射层，所述叉指式换能器位于所述布拉格声波反射层围成的区域上方。

14.一种表声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括：

提供压电层；

形成牺牲层，覆盖所述压电层的第一区域；

形成介质层，覆盖所述压电层、所述牺牲层；

在所述牺牲层上方的所述介质层中形成多个纵向贯穿的容腔，至少部分所述容腔的底部延伸至所述牺牲层；

去除所述牺牲层，形成第一空腔；

在所述容腔中形成导电材料，以形成叉指换能器。

15.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，通过在200度到400度，常压或低压条件下，利用化学气相沉积工艺在所述压电层上形成所述牺牲层。

16.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述牺牲层的材料包括α-C。

17.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述牺牲层的厚度为0.05um～1um。

18.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，采用等离子气体烧除的方法去除所述牺牲层。

19.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述牺牲层的边界设有与所述介质层的边界重合或超出所述介质层的边界与外界相通的部分，去除所述牺牲层后，所述第一空腔与外界相通；

或，所述牺牲层的边界位于所述介质层的边界内部，去除所述牺牲层后，所述第一空腔为密封的第一空腔。

20.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，形成所述叉指换能器后，所述叉指换能器将所述第一空腔分割为多个第一子空腔，当所述容腔的边界超出所述第一空腔的边界时，相邻所述第一子空腔之间相互隔离，当所述容腔的边界位于所述第一空腔的边界内时，相邻所述第一子空腔之间相互连通。

21.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述叉指换能器与所述介质层、所述压电层将所述第一空腔围成密封的第一空腔，在形成所述叉指换能器之前，还包括向所述第一空腔中填充氮气或惰性气体。

22.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述压电层的厚度小于20微米或所述压电层的厚度大于0.3微米，当所述压电层的厚度大于0.3微米时，所述制造方法还包括：

对所述压电层远离所述第一空腔的一侧进行减薄；

提供基板，键合于所述压电层被减薄的一侧。

23.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，至少部分所述容腔的底部延伸至所述牺牲层包括：所述容腔的部分底部延伸至所述牺牲层、部分底部延伸至所述压电层的上表面，或所述容腔的全部底部延伸至所述牺牲层；

所述容腔底部延伸至所述牺牲层包括：

所述容腔的底部延伸至所述牺牲层的上表面或贯穿所述牺牲层以延伸至所述压电层的上表面或贯穿部分所述牺牲层以延伸至所述牺牲层中。

24.根据权利要求14所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述叉指换能器包括：第一组叉指换能器和第二组叉指换能器，所述第一组叉指换能器至少包括一个第一导电叉指，所述第二组叉指换能器至少包括一个第二导电叉指，所述第一导电叉指和所述第二导电叉指互相平行；形成所述叉指换能器的方法包括：

在所述容腔中填充导电材料，以形成所述叉指换能器，其中相邻的所述容腔中分别形成为所述第一导电叉指和所述第二导电叉指。

25.根据权利要求24所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：

形成第一导电凸块和第二导电凸块，所述第一导电凸块与所述第一组叉指换能器电连接，所述第二导电凸块与所述第二组叉指换能器电连接，所述第一导电凸块和所述第二导电凸块位于所述第一空腔围成区域的边界以外。

26.根据权利要求13所述的表声波谐振器的制造方法，其特征在于，所述介质层的材料包括碳化硅或氮化硅。

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