CN116707474A - 一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法，该制备方法在形成压电材料层时并不是直接生长在电极层上，而是通过在临时衬底上先生长与其晶格结构和晶格常数非常接近的晶格匹配缓冲层，之后再在晶格匹配缓冲层上生长压电材料层，由于生长的晶格匹配缓冲层和压电材料层的晶格结构以及晶格常数都非常接近，因此在晶格匹配缓冲层上就会生长出很高质量的压电材料层，进而提高体声波谐振器和滤波器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，更具体地说，涉及一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法。
背景技术
近年来，随着移动通信装置、化学装置、生物技术装置等的快速发展，对用在这样的装置中的紧凑且轻量化的滤波器、振荡器、谐振元件、声波谐振质量传感器等的需求日益增长。
体声波谐振器目前是一种用于实现这样紧凑且轻量化的滤波器、振荡器、谐振元件、声波谐振质量传感器等的装置；目前传统的体声波谐振器的工艺是以硅为衬底，通过在硅衬底上生长电极层，并在电极层上生长压电材料层，配合刻蚀及晶圆键合等工艺形成空腔以及谐振器。
但是，目前由于衬底的硅材料、电极层的材料和压电材料层的材料的晶格结构并不是非常匹配，导致生长出来的压电材料层的质量不高，进而影响体声波谐振器的性能。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法，技术方案如下：
一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法，所述制备方法包括：
提供一临时衬底；
在所述临时衬底的一侧形成晶格匹配缓冲层；
在所述晶格匹配缓冲层背离所述临时衬底的一侧形成压电材料层；
在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极结构，所述第一电极结构包括键合层；
提供键合衬底，将所述键合衬底与所述键合层进行键合；
移除所述临时衬底，并去除所述晶格匹配缓冲层；
在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构。
优选的，在上述压电层改进型体声波谐振器的制备方法中，所述在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极结构，包括：
在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极层；
在所述第一电极层背离所述临时衬底的一侧形成第一钝化层；
对所述第一电极层和所述第一钝化层进行刻蚀处理，以暴露出所述压电材料层的一侧边缘区域。
优选的，在上述压电层改进型体声波谐振器的制备方法中，所述在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极结构，还包括：
在设置有所述第一钝化层的一侧整面形成介质层；
对所述介质层进行刻蚀处理，以暴露出部分所述压电材料层和部分所述第一钝化层。
优选的，在上述压电层改进型体声波谐振器的制备方法中，所述在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极结构，还包括：
形成键合层，所述键合层覆盖所述介质层的侧壁、所述介质层背离所述临时衬底一侧的表面、所述第一钝化层背离所述临时衬底一侧的表面、所述第一钝化层以及所述第一电极层的侧壁。
优选的，在上述压电层改进型体声波谐振器的制备方法中，在将所述键合衬底与所述键合层进行键合之前，所述制备方法还包括：
对所述键合层背离所述临时衬底的一侧表面进行键合活化处理。
优选的，在上述压电层改进型体声波谐振器的制备方法中，在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构之前，所述制备方法还包括：
对所述压电材料层背离所述键合衬底一侧的表面进行减薄处理。
优选的，在上述压电层改进型体声波谐振器的制备方法中，所述在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构，包括：
在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极层；
在所述第二电极层背离所述键合衬底的一侧形成第二钝化层；
对所述第二电极层和所述第二钝化层进行刻蚀处理，以暴露出所述压电材料层的另一侧边缘区域。
优选的，在上述压电层改进型体声波谐振器的制备方法中，所述在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构，还包括：
在暴露出的所述压电材料层上形成第一电极通孔，以及在所述第二钝化层上形成第二电极通孔，所述第一电极通孔暴露出部分所述第一电极层，所述第二电极通孔暴露出部分所述第二电极层。
优选的，在上述压电层改进型体声波谐振器的制备方法中，所述在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构，还包括：
形成第一金属焊盘和第二金属焊盘，所述第一金属焊盘通过所述第一电极通孔与所述第一电极层接触，所述第二金属焊盘通过所述第二电极通孔与所述第二电极层接触。
优选的，在上述压电层改进型体声波谐振器的制备方法中，所述晶格匹配缓冲层的材料为氮化物材料；
所述压电材料层的材料为氮化铝材料或掺钪氮化铝材料。
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
本发明提供的一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法包括：提供一临时衬底；在所述临时衬底的一侧形成晶格匹配缓冲层；在所述晶格匹配缓冲层背离所述临时衬底的一侧形成压电材料层；在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极结构，所述第一电极结构包括键合层；提供键合衬底，将所述键合衬底与所述键合层进行键合；移除所述临时衬底，并去除所述晶格匹配缓冲层；在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构。该制备方法在形成压电材料层时并不是直接生长在电极层上，而是通过在临时衬底上先生长与其晶格结构和晶格常数非常接近的晶格匹配缓冲层，之后再在晶格匹配缓冲层上生长压电材料层，由于生长的晶格匹配缓冲层和压电材料层的晶格结构以及晶格常数都非常接近，因此在晶格匹配缓冲层上就会生长出很高质量的压电材料层，进而提高体声波谐振器和滤波器的性能。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之一；
图2-图4为图1所示制备方法对应的部分结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之二；
图6-图11为图5所示制备方法对应的部分结构示意图；
图12为本发明实施例提供的又一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之三；
图13为图12所示制备方法对应的部分结构示意图；
图14-图16为图1所示制备方法对应的另一部分结构示意图；
图17为本发明实施例提供的又一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之四；
图18为图17所示制备方法对应的部分结构示意图；
图19为本发明实施例提供的又一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之五；
图20-图24为图19所示制备方法对应的部分结构示意图。
具体实施方式
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，本领域普通技术人员在没有做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。
基于背景技术记载的内容而言，在本发明的发明创造过程中发明人发现在目前传统的体声波谐振器的工艺中业界通常会选取Mo材料作为电极层材料，选取AlN等材料作为压电材料层的材料，其中Mo材料的晶格结构为体心立方结构，其晶格常数a＝3.147埃，而AlN材料的晶格结构为纤锌矿结构，其晶格常数a＝3.11埃，晶格常数c＝4.978埃；那么在电极层上直接生长压电材料层，由于电极层为多晶结构，显然生长出来的压电材料层也是多晶结构，导致生长的压电材料层的质量不高，XRD(X-Ray Diffraction，X射线衍射)半高宽普遍在大于1.3-1.6的水平。
基于此，在本发明实施例中提供了一种新型的压电层改进型体声波谐振器的制备方法，解决了现有技术中存在的技术问题，可以生长出高质量的压电材料层，从而提高体声波谐振器和滤波器的性能；并且在键合过程中对键合层的表面做键合活化处理，以有利于后续键合工艺顺利进行。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之一，该压电层改进型体声波谐振器的制备方法包括：
S101：如图2所示，提供一临时衬底11。
具体的，在该步骤中该临时衬底11的材料可以为硅材料或碳化硅材料等。
S102：如图3所示，在所述临时衬底11的一侧形成晶格匹配缓冲层12。
具体的，在该步骤中该晶格匹配缓冲层12的材料为氮化物材料，例如该晶格匹配缓冲层12的材料可以为氮化铝材料或氮化镓材料或在氮化铝上叠加氮化镓或在氧化硅上叠加氮化铝等，其材料选取的目的都是要使生长的晶格匹配缓冲层12与后续工艺在其表面生长的压电材料层二者之间具有较好的晶格匹配，进而才有利于生长更高压电性能的压电材料层，从而提高体声波谐振器和滤波器的性能。
S103：如图4所示，在所述晶格匹配缓冲层12背离所述临时衬底11的一侧形成压电材料层13。
具体的，在该步骤中该压电材料层13的材料可以为氮化铝(AlN)材料或掺钪氮化铝(AlScN)材料，到这个步骤可以得知该制备方法在形成压电材料层13时并不是跟现有技术一样直接生长在电极层上，而是通过在临时衬底11上先生长与其晶格结构和晶格常数非常接近的晶格匹配缓冲层12，之后再在晶格匹配缓冲层12上生长压电材料层13，由于生长的晶格匹配缓冲层12和压电材料层13的晶格结构以及晶格常数都非常接近，因此在晶格匹配缓冲层12上就会生长出很高质量的压电材料层13，XRD半高宽能做到小于0.5的水平，进而提高体声波谐振器和滤波器的性能。
S104：在所述压电材料层13背离所述临时衬底11的一侧形成第一电极结构，所述第一电极结构包括键合层。
具体的，在该步骤中参考图5，图5为本发明实施例提供的另一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之二，其中步骤S104中在所述压电材料层13背离所述临时衬底11的一侧形成第一电极结构的一种具体实现形式可以为：
S1041：如图6所示，在所述压电材料层13背离所述临时衬底11的一侧形成第一电极层14。
具体的，在该步骤中在压电材料层13背离所述临时衬底11的一侧整面沉积第一电极层14，该第一电极层14的材料可以是任意的导体材料，如具有导电性能的各类金属材料或者形成几个导电金属材料的叠层，如钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、钌(Ru)等，在本发明实施例中以第一电极层14的材料为钼材料为例进行说明。
S1042：如图7所示，在所述第一电极层14背离所述临时衬底11的一侧形成第一钝化层15。
具体的，在该步骤中在第一电极层14背离所述临时衬底11的一侧整面沉积第一钝化层15，该第一钝化层15的材料可以为氮化硅材料或氮化铝材料等其它非导电材料。
S1043：如图8所示，对所述第一电极层14和所述第一钝化层15进行刻蚀处理，以暴露出所述压电材料层13的一侧边缘区域。
S1044：如图9所示，在设置有所述第一钝化层15的一侧整面形成介质层16。
具体的，在该步骤中进行整面沉积介质层16，并对介质层16背离临时衬底11一侧的表面进行平坦化抛光处理，该介质层16的材料可以为氧化硅等，其沉积工艺可以为CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积法)或PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积法)或二者的结合，其平坦化抛光处理工艺可以使用CMP(Chemical MechanicalPolishing，化学机械抛光工艺)。
S1045：如图10所示，对所述介质层16进行刻蚀处理，以暴露出部分所述压电材料层13和部分所述第一钝化层15。
具体的，在该步骤中如图10所示介质层16暴露出的区域为谐振器工作区域，即后续工艺中形成的空腔区域。
S1046：如图11所示，形成键合层17，所述键合层17覆盖所述介质层16的侧壁、所述介质层16背离所述临时衬底11一侧的表面、所述第一钝化层15背离所述临时衬底11一侧的表面、所述第一钝化层15以及所述第一电极层14的侧壁。
具体的，在该步骤中进行整面沉积键合层17，如图11所示所述键合层17覆盖所述介质层16的侧壁、所述介质层16背离所述临时衬底11一侧的表面、所述第一钝化层15背离所述临时衬底11一侧的表面、所述第一钝化层15以及所述第一电极层14的侧壁，该键合层17的材料可以为氧化硅材料或氮化硅材料或非晶硅材料等其它材料。
需要说明的是，参考图12，图12为本发明实施例提供的又一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之三，在本发明实施例中在将所述键合衬底与所述键合层进行键合之前，所述制备方法还包括：
S108：如图13所示，对所述键合层17背离所述临时衬底11的一侧表面进行键合活化处理。
具体的，在本发明实施例中使用Ar Plasma Etching、或IBE(Ion Beam Etching，离子束刻蚀)、或FAB(Fast AtomEtching，快速原子刻蚀)等物理轰击刻蚀工艺移除键合层17的一部分，即图13中所示的键合层移除部分，使得键合层17表层至少一部分的材料分子键被打断，以有利于后续键合工艺顺利进行，也就是对所述键合层17背离所述临时衬底11的一侧表面进行键合活化处理。
S105：如图14所示，提供键合衬底18，将所述键合衬底18与所述键合层17进行键合。
具体的，在该步骤中将所述键合衬底18与所述键合层17进行键合，形成空腔区域100，该键合衬底18的材料可以为单晶硅材料或多晶硅材料或非晶硅材料或氧化硅材料或碳化硅材料或氮化铝材料或氮化镓材料或蓝宝石等其它材料，也可以是上述两种或多种材料的组合叠层。
S106：如图15和图16所示，移除所述临时衬底11，并去除所述晶格匹配缓冲层12。
需要说明的是，参考图17，图17为本发明实施例提供的又一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之四，在本发明实施例中在所述压电材料层13背离所述键合衬底18的一侧形成第二电极结构之前，所述制备方法还包括：
S109：如图18所示，对所述压电材料层13背离所述键合衬底18一侧的表面进行减薄处理。
具体的，在该步骤中使用干法刻蚀、离子束刻蚀工艺移除压电材料层13表面的一部分，即图18中所示的压电材料层移除部分，使得压电材料层13的厚度精确到谐振器所需的目标厚度，并且由于压电材料层13移除部分是压电材料层13沉积初期所形成的部分，其成晶质量相对较差，那么移除压电材料层13表面的一部分显然还可以提高压电材料层13的质量，最终提高谐振器的性能。
S107：在所述压电材料层13背离所述键合衬底18的一侧形成第二电极结构。
具体的，在该步骤中参考图19，图19为本发明实施例提供的又一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法的流程示意图之五，其中步骤S107中在所述压电材料层13背离所述键合衬底18的一侧形成第二电极结构的一种具体实现形式可以为：
S1071：如图20所示，在所述压电材料层13背离所述键合衬底18的一侧形成第二电极层19。
具体的，在该步骤中在压电材料层13背离所述键合衬底18的一侧整面沉积第二电极层19，该第二电极层19的材料可以是任意的导体材料，如具有导电性能的各类金属材料或者形成几个导电金属材料的叠层，如钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、钌(Ru)等，在本发明实施例中以第二电极层19的材料为钼材料为例进行说明。
S1072：如图21所示，在所述第二电极层19背离所述键合衬底18的一侧形成第二钝化层20。
具体的，在该步骤中在第二电极层19背离所述键合衬底18的一侧整面沉积第二钝化层20，该第二钝化层20的材料可以为氮化硅材料或氮化铝材料等其它非导电材料。
S1073：如图22所示，对所述第二电极层19和所述第二钝化层20进行刻蚀处理，以暴露出所述压电材料层13的另一侧边缘区域。
S1074：如图23所示，在暴露出的所述压电材料层13上形成第一电极通孔21，以及在所述第二钝化层20上形成第二电极通孔22，所述第一电极通孔21暴露出部分所述第一电极层14，所述第二电极通孔22暴露出部分所述第二电极层19。
S1075：如图24所示，形成第一金属焊盘23和第二金属焊盘24，所述第一金属焊盘23通过所述第一电极通孔21与所述第一电极层14接触，所述第二金属焊盘24通过所述第二电极通孔22与所述第二电极层19接触。
通过上述描述可知，本发明实施例提供的一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法，在形成压电材料层时并不是跟现有技术一样直接生长在电极层上，而是通过在临时衬底上先生长与其晶格结构和晶格常数非常接近的晶格匹配缓冲层，之后再在晶格匹配缓冲层上生长压电材料层，由于生长的晶格匹配缓冲层和压电材料层的晶格结构以及晶格常数都非常接近，因此在晶格匹配缓冲层上就会生长出很高质量的压电材料层，XRD半高宽能做到小于0.5的水平，进而提高体声波谐振器和滤波器的性能。
进一步的，该制备方法在将所述键合衬底与所述键合层进行键合之前还移除键合层的一部分，使得键合层表层至少一部分的材料分子键被打断，以有利于后续键合工艺顺利进行，以提高键合衬底与所述键合层之间的键合效果。
以上对本发明所提供的一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种压电层改进型体声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一临时衬底；
在所述临时衬底的一侧形成晶格匹配缓冲层；
在所述晶格匹配缓冲层背离所述临时衬底的一侧形成压电材料层；
在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极结构，所述第一电极结构包括键合层；
提供键合衬底，将所述键合衬底与所述键合层进行键合；
移除所述临时衬底，并去除所述晶格匹配缓冲层；
在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极结构，包括：
在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极层；
在所述第一电极层背离所述临时衬底的一侧形成第一钝化层；
对所述第一电极层和所述第一钝化层进行刻蚀处理，以暴露出所述压电材料层的一侧边缘区域。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极结构，还包括：
在设置有所述第一钝化层的一侧整面形成介质层；
对所述介质层进行刻蚀处理，以暴露出部分所述压电材料层和部分所述第一钝化层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述在所述压电材料层背离所述临时衬底的一侧形成第一电极结构，还包括：
形成键合层，所述键合层覆盖所述介质层的侧壁、所述介质层背离所述临时衬底一侧的表面、所述第一钝化层背离所述临时衬底一侧的表面、所述第一钝化层以及所述第一电极层的侧壁。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将所述键合衬底与所述键合层进行键合之前，所述制备方法还包括：
对所述键合层背离所述临时衬底的一侧表面进行键合活化处理。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构之前，所述制备方法还包括：
对所述压电材料层背离所述键合衬底一侧的表面进行减薄处理。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构，包括：
在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极层；
在所述第二电极层背离所述键合衬底的一侧形成第二钝化层；
对所述第二电极层和所述第二钝化层进行刻蚀处理，以暴露出所述压电材料层的另一侧边缘区域。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构，还包括：
在暴露出的所述压电材料层上形成第一电极通孔，以及在所述第二钝化层上形成第二电极通孔，所述第一电极通孔暴露出部分所述第一电极层，所述第二电极通孔暴露出部分所述第二电极层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述在所述压电材料层背离所述键合衬底的一侧形成第二电极结构，还包括：
形成第一金属焊盘和第二金属焊盘，所述第一金属焊盘通过所述第一电极通孔与所述第一电极层接触，所述第二金属焊盘通过所述第二电极通孔与所述第二电极层接触。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述晶格匹配缓冲层的材料为氮化物材料；
所述压电材料层的材料为氮化铝材料或掺钪氮化铝材料。
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