CN117118387A - 谐振器及其制备方法、外延膜转移方法和滤波器 - Google Patents

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CN117118387A CN202311044502.XA CN202311044502A CN117118387A CN 117118387 A CN117118387 A CN 117118387A CN 202311044502 A CN202311044502 A CN 202311044502A CN 117118387 A CN117118387 A CN 117118387A
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邹杨
高超
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Abstract

本申请公开了一种谐振器及其制备方法、外延膜转移方法和滤波器。其中，谐振器包括：支撑衬底、第一键合层、第二键合层，单晶压电薄膜、底电极和顶电极；支撑衬底具有一凹槽，凹槽开设在第一表面，并包括深度不同的多个子凹槽；第一键合层设置于凹槽内；第二键合层设置于第一键合层远离支撑衬底的一侧，与支撑衬底和第一键合层键合；单晶压电薄膜设置于第二键合层远离第一键合层的一侧；底电极设置在单晶压电薄膜靠近第二键合层的一侧；顶电极设置在单晶压电薄膜远离第二键合层的一侧。通过上述方式，第一键合层与支撑衬底的交界面可以给泄露的声波能量提供多重反射，改善声波能量自谐振区向非谐振区的泄漏情况，提高谐振器性能。

Description

谐振器及其制备方法、外延膜转移方法和滤波器
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种谐振器及其制备方法和滤波器。
背景技术
随着通信技术的发展，通信设备对谐振器及滤波器的性能的要求越来越高。其中，单晶压电薄膜是高性能的谐振器及滤波器的重要组成部分，如何将单晶压电薄膜应用到谐振器及滤波器上成为一个难题。
相关技术中，谐振器中腔体的下方一般为支撑衬底，腔体虽然能够很好地对大部分声波能量进行反射，但是腔体以外还存在着底电极，同样是会存在声波能量往下泄露的情况，如果是传统技术的，突破了底电极和支撑衬底的界面后，能量就会一直往下泄露，不利于谐振器性能的提高。
发明内容
本申请了提供一种谐振器及其制备方法和滤波器，能够提高抑制能量声波的泄露，且能够提高谐振器及滤波器的性能。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种谐振器，包括：支撑衬底、第一键合层、第二键合层，单晶压电薄膜、底电极和顶电极；所述支撑衬底具有一凹槽，所述凹槽开设在所述支撑衬底的第一表面，所述凹槽包括深度不同的多个子凹槽；所述第一键合层设置于所述凹槽内；所述第二键合层设置于所述第一键合层远离所述支撑衬底的一侧，并分别与所述支撑衬底和所述第一键合层的第一表面键合；所述第二键合层具有腔体；所述单晶压电薄膜设置于所述第二键合层远离所述第一键合层的一侧；所述底电极设置在所述单晶压电薄膜靠近所述第二键合层的一侧；所述顶电极设置在所述单晶压电薄膜远离所述第二键合层的一侧。
在其中一实施例中，所述支撑衬底具有第一表面，所述第一表面与所述第二键合层键合；在所述第一表面开设所述凹槽，所述凹槽沿着平行于所述第一表面的方向的横截面为圆形、矩形或方形。
在其中一实施例中，所述凹槽沿着平行于所述第一表面的方向的横截面为圆形、矩形或方形，所述凹槽的侧面为平面或曲面。
在其中一实施例中，所述凹槽沿着平行于所述第一表面的方向的横截面为圆形，且多个所述子凹槽分别为第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽，所述第一子凹槽、所述第二子凹槽、所述第三子凹槽和所述第四子凹槽的横截面均为四分之一扇形且深度逐渐变大。
在其中一实施例中，沿着从所述第一表面的外周到所述第一表面的中心的方向，所述凹槽的深度逐渐变小或变大。
在其中一实施例中，所述凹槽为轴对称结构。
在其中一实施例中，所述凹槽包括台阶槽、梯形槽或V型槽。
在其中一实施例中，所述支撑衬底的材质为硅；所述第一键合层的材质为二氧化硅；所述第二键合层的材质为二氧化硅。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种谐振器的制备方法，包括：提供一第一晶圆，所述第一晶圆包括支撑衬底和第一键合层，所述支撑衬底具有凹槽，所述第一键合层设置于所述凹槽内，所述凹槽开设在所述支撑衬底的第一表面，所述凹槽包括深度不同的多个子凹槽；提供一第二晶圆，所述第二晶圆包括依次层叠设置的外延用单晶衬底、过渡层、单晶压电薄膜、图案化的底电极、图案化的牺牲层和第二键合层，其中，所述第二键合层同时覆盖图案化的牺牲层、图案化的底电极和单晶压电薄膜；将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，其中所述第二键合层同时与所述第一键合层和所述支撑衬底键合；在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆以剥离所述外延用单晶衬底；去除残余的所述过渡层；在所述单晶压电薄膜远离所述底电极的一侧形成顶电极；释放所述牺牲层形成腔体。
在其中一实施例中，提供一第二晶圆，所述第二晶圆包括依次层叠设置的外延用单晶衬底、过渡层、单晶压电薄膜、图案化的底电极、图案化的牺牲层和第二键合层，其中，所述第二键合层同时覆盖图案化的牺牲层、图案化的底电极和单晶压电薄膜；将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，其中所述第二键合层同时与所述第一键合层和所述支撑衬底键合；在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆以剥离所述外延用单晶衬底；去除残余的所述过渡层；在所述单晶压电薄膜远离所述底电极的一侧形成顶电极；释放所述牺牲层形成腔体。
在其中一实施例中，所述提供一第一晶圆的步骤包括：在所述支撑衬底上形成所述凹槽；在所述凹槽内设置第一键合层；对所述第一键合层进行抛光，抛光至表面光滑平整且均匀性好，从而形成所述第一晶圆。
在其中一实施例中，所述支撑衬底具有第一表面，所述第一表面与所述第二键合层键合；在所述第一表面开设所述凹槽，所述凹槽沿着平行于所述第一表面的方向的横截面为圆形、矩形或方形，所述凹槽的侧面为平面或曲面。
在其中一实施例中，沿着从所述第一表面的外周到所述第一表面的中心的方向所述凹槽的深度逐渐变大；所述在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆以剥离所述外延用单晶衬底的步骤中，所述激光按照从外到内的方向逐个扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆；或沿着从所述第一表面的外周到所述第一表面的中心的方向所述凹槽的深度逐渐变小；所述在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆以剥离所述外延用单晶衬底的步骤中，所述激光按照从内到外的方向逐个扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆。
在其中一实施例中，所述凹槽沿着平行于所述第一表面的方向的横截面为圆形，且多个所述子凹槽分别为第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽，所述第一子凹槽、所述第二子凹槽、所述第三子凹槽和所述第四子凹槽的横截面均为四分之一扇形且深度逐渐变大；所述在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆以剥离所述外延用单晶衬底的步骤中，所述激光按照从所述第一子凹槽、所述第二子凹槽、所述第三子凹槽到所述第四子凹槽的顺序逐个扫描所述第一子凹槽、所述第二子凹槽、所述第三子凹槽和所述第四子凹槽对应的所述第二晶圆。
在其中一实施例中，所述凹槽包括台阶槽、梯形槽或V型槽。
在其中一实施例中，所述支撑衬底的材质为硅；所述第一键合层的材质为二氧化硅；所述第二键合层的材质为二氧化硅。
为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：在第一衬底开设凹槽，所述凹槽开设在所述第一衬底的第一表面，所述凹槽包括深度不同的多个子凹槽；在所述凹槽内设置第一键合层；在外延用单晶衬底依次外延生长过渡层和外延膜；在所述外延膜远离所述过渡层的一侧形成第二键合层；将所述第二键合层同时与所述第一键合层和所述支撑衬底键合；在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述外延用单晶衬底以剥离所述外延用单晶衬底；去除残余的所述过渡层。
在其中一实施例中，所述在外延用单晶衬底依次外延生长过渡层和外延膜的步骤之后，所述方法包括：在所述外延膜远离所述过渡层的一侧形成功能层。
为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种滤波器，包括上述谐振器。
本申请的有益效果是：本申请通过在支撑衬底设置凹槽，凹槽开设在支撑衬底的第一表面，凹槽包括深度不同的多个子凹槽，第一键合层位于凹槽内，第二键合层设置于第一键合层远离支撑衬底的一侧，并分别与支撑衬底和所述第一键合层的第一表面键合；一方面，支撑衬底和第一键合层在交界处可以形成声反射层，改善声波能量自谐振区向非谐振区的泄漏情况；另一方面，在键合区域可以形成应力不同的弹性区域，有利于保证单晶压电薄膜的完整性和均匀性；再一方面，单晶压电薄膜设置在第二键合层上，可以避免直接与衬底的连接形成拉应力或压应力影响器件性能的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是本申请一些实施例提供的谐振器的主视图；
图2是图1沿着线II-II的截面示意图；
图3是本申请另一些实施例提供的支撑衬底沿着平行于第一表面方向的截面示意图；
图4是本申请另一些实施例提供的支撑衬底沿着平行于第一表面方向的截面示意图；
图5是本申请另一些实施例提供的支撑衬底沿着平行于第一表面方向的截面示意图；
图6是本申请另一些实施例提供的支撑衬底的主视图；
图7是本申请另一些实施例提供的支撑衬底的主视图；
图8是本申请另一些实施例提供的支撑衬底的主视图；
图9是本申请另一些实施例提供的支撑衬底的主视图；
图10是本申请另一些实施例提供的支撑衬底的主视图；
图11是本申请一些实施例提供的一种谐振器的制备方法的流程示意图；
图12是图11中步骤S10的流程图；
图13是图11中步骤S20的流程图；
图14是本申请一些实施例提供的激光剥离外延用单晶衬底的示意图；
图15是本申请一些实施例提供的一种激光剥离方式的示意图；
图16是本申请一些实施例提供的另一种激光剥离方式的示意图；
图17是申请一些实施例提供的一种外延膜的转移方法。
其中，上述附图包括以下附图标记：1-谐振器；10-支撑衬底；11-凹槽；12-第一表面；20-第一键合层；30-第二键合层；31-腔体；40-底电极；50-单晶压电薄膜；60-顶电极；70-外延用单晶衬底；80-过渡层；90-牺牲层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的描述中，需要理解的是，属于“中心”、“中间”“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。
应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
诸如“在…下方”或“在…上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。应当理解，这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所描绘的取向之外的不同取向。
随着通信技术的发展，通信设备对谐振器及滤波器的性能的要求越来越高。其中，单晶压电薄膜是高性能的谐振器及滤波器的重要组成部分，如何将单晶压电薄膜应用到谐振器及滤波器上成为一个难题。
通过对相关技术中谐振器和滤波器的研究发现：(1)谐振器中腔体的下方(底电极相对于底电极的方向)为支撑衬底，腔体虽然能够很好地对大部分声波能量进行反射，但是腔体以外还存在着底电极，同样存在声波能量往下泄露的情况，声波能量突破了底电极和支撑衬底的界面后就会一直往下泄露，不利于谐振器性能的提高；(2)一般通过转移的方法将单晶压电薄膜转移到支撑衬底，再利用减薄、干法刻蚀、湿法刻蚀等方法将原有衬底去除，然而这些方法经历的工艺繁琐，花费的人力成本和时间成本均比较大，且谐振器及滤波器中的单晶压电薄膜均匀性及完整性较差，导致最后产品的良率低下，不利于提高谐振器及滤波器的性能；(3)即使剥离原有衬底后存在完整的单晶压电薄膜，然而对于这部分成品而言，由于单晶压电薄膜与衬底连接形成拉应力或压应力，拉应力或压应力也会直接影响器件性能的。
基于以上发现，本申请实施例提供一种谐振器1，请参阅图1，谐振器1包括支撑衬底10、第一键合层20、第二键合层30、单晶压电薄膜50、底电极40和顶电极60。其中，支撑衬底10具有凹槽11，凹槽11开设在支撑衬底10的第一表面12，凹槽11包括深度不同的多个子凹槽；第一键合层20设置于凹槽11内；第二键合层30设置于第一键合层20远离支撑衬底10的一侧，并分别与支撑衬底10和第一键合层20的第一表面12键合；第二键合层30具有腔体31；单晶压电薄膜50设置于第二键合层30远离第一键合层20的一侧；底电极40设置在单晶压电薄膜50靠近第二键合层30的一侧；顶电极60设置在所述单晶压电薄膜50远离所述第二键合层30的一侧。
具体地，支撑衬底10的材质为硅(Si)，支撑衬底10的形状可以为圆柱、长方体或立方体，可以根据需要进行选择，本申请实施例将以支撑衬底10的形状为圆柱体为例进行介绍。支撑衬底10具有第一表面12，第一表面12可与第二键合层30键合，凹槽11开设在第一表面12。凹槽11沿着平行于第一表面12的方向的横截面可以为圆形、矩形、方形或弧形，具体地，请一并参见图2-5。
进一步地，在一些实施方式中，请参见图3和5，凹槽11可以为两端开口的通槽；在另一些实施例中，请参见图2和4，凹槽11可以为四周均不开口的盲槽。进一步地，凹槽11的位置不限，例如，一些实施例中，请参见图1、图2、图4、图6、图7和图9所示，凹槽11可以开设在第一表面12的内部，即凹槽与第一表面的边侧均不接触；在另一些实施例中，请参见图3、图5和图10，凹槽11可以开设在第一表面12一侧，相当于在第一表面12的一个边侧或一个角开设凹槽11。凹槽11的数量也不限制，例如，可以为1、2、3、4、5或6等，具体可以根据需要进行设计，本申请实施例以凹槽11的数量为1个为例进行介绍。可以理解地，当支撑衬底10的形状为长方体或立方体时，凹槽11地开设情况与上述实施例类似。
进一步地，在一具体实施方式中，凹槽11沿着平行于第一表面12的方向的横截面为圆形，且多个子凹槽分别为第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽，第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽的横截面均为四分之一扇形且深度之间递增。
进一步地，在一些实施例中，沿着从第一表面12的外周到第一表面12的中心的方向，凹槽11的深度逐渐变小或变大。一些实施例中，凹槽11可以包括台阶槽(如图1和图10所示)、梯形槽(如图6所示)或V型槽(如图7)等，凹槽的侧面可以为平面或曲面。本申请实施例中，台阶槽、梯形槽和V型槽是指沿着垂直于第一表面12的方向凹槽11的横截面的形状为台阶状、梯形或V形。进一步地，一些实施例中，请参见图1-4、图6-7和图10，凹槽11可以为轴对称结构。
第一键合层20设置于凹槽11内。一些实施例中，第一键合层20正好将凹槽11填平，即第一键合层20的形状和大小与凹槽11的形状和大小相等。进一步地，第一键合层20的底部与第一表面12平行。在一具体实施方式中，当沿着从第一表面12的外周到第一表面12的中心的方向，凹槽11的深度逐渐变大时，第一键合层20的高度也逐渐变大，由于凹槽11位于谐振器1中腔体31的下方(腔体31远离单晶压电薄膜50的方向)，第一键合层20与支撑衬底10的交界面可以给泄露的声波能量提供多重反射，可以改善声波能量自谐振区向非谐振区的泄漏情况，进而尽可能多的声波能量限制在谐振区之内，提高谐振器1性能。
进一步地，第一键合层20的材质为二氧化硅(SiO2)，因此具有较好的弹性。支撑衬底10的材质为Si，因此，第一键合层20和第二键合层30之间的界面可以形成良好的声反射层，进一步改善声波能量自谐振区向非谐振区的泄漏情况。
第二键合层30具有腔体31，该腔体31即为谐振腔，第二键合层30覆盖第一键合层20和支撑衬底10，因此可以同时与第一键合层20和支撑衬底10键合。进一步地，一些实施例中，腔体31和凹槽11在垂直于第一表面12的方向上至少部分重叠。一些实施例中，第二键合层30的材质为SiO2，因此，在键合区域中出现不同的接触材料，对应出现了若不同的键合方式，如第一键合层20与第二键合层30接触的区域发生SiO2-SiO2键合，而支撑衬底10与第二键合层30接触的区域发生Si-SiO2键合，由于材料性质的差异，不同键合区域的弹性刚度不同，因此，晶圆内部出现了弹性刚度可变的区域，进而在制备谐振器1时，在剥离外延用单晶衬底的过程中，可以改善单晶压电薄膜50应力集中出现裂片的情况，有利于保持单晶压电薄膜50的完整性和均匀性。
单晶压电薄膜50可以通过在外延用单晶衬底上利用化学气相沉积法来制备，其具备准单晶的性质。本申请实施例中，单晶压电薄膜50设置在第二键合层30上，可以避免直接与支撑衬底10的连接形成拉应力或压应力影响器件性能的情况，而且上述渐变的凹槽11也能够明显改变单晶压电薄膜50应力大小。
底电极40和顶电极60均为电的良导体，其材质可以为金属、石墨、碳纳米管和石墨烯等任意一种或者多种的组合。本申请实施例中，底电极40和顶电极60均为金属电极，且底电极40和顶电极60的材料均可以为钼、铂、金、银、铝、钨、钛、钌、铜以及铬中的任意一种或者多种的组合。
本申请上述实施例中，通过在支撑衬底10设置凹槽11，第一键合层20位于凹槽11内，凹槽11开设在支撑衬底10的第一表面12，第二键合层30具有腔体31，第二键合层30同时与第一键合层20和支撑衬底10的第一表面12键合，一方面，支撑衬底10和第一键合层20在交界处可以形成声反射层，改善声波能量自谐振区向非谐振区的泄漏情况；另一方面，在键合区域可以形成应力不同的弹性区域，有利于保证单晶压电薄膜50的完整性和均匀性；再一方面，单晶压电薄膜50设置在第二键合层30上，可以避免直接与支撑衬底的连接形成拉应力或压应力影响器件性能的情况。
进一步地，请参见图11，本申请一些实施例提供了一种制备上述谐振器的方法，该方法包括以下步骤：
步骤S10：提供一第一晶圆，第一晶圆包括支撑衬底10和第一键合层20，支撑衬底10具有凹槽11，第一键合层20设置于所述凹槽11内，凹槽11开设在支撑衬底10的第一表面12，凹槽11包括深度不同的多个子凹槽。
其中，本申请提供的谐振器1的制备方法是用于制备前文中的谐振器1的，因此，前文中涉及的谐振器1的各层级的材料或者形状等，对于本制备方法而言同样适用。因此，在与前文中的谐振器1的各项表述不相矛盾的前提下，前文中所有的相关描述对于本制备方法而言全部适用，即本制备方法包括前文中的所有情况。为避免重复说明，故对于与前文的结构部分相同的部分本制备方法不再重复说明。
在一些实施例中，请参见图12，步骤S10进一步包括一些步骤：
步骤S11：提供一支撑衬底10。
步骤S12：在支撑衬底10上形成凹槽11。
形成凹槽11的方式不限，可以根据需要进行选择，本申请一些实施例中，通过刻蚀的方法形成凹槽11。在形成凹槽11时，凹槽11的形状不同，刻蚀的过程不同。本申请一些实施例中，沿着从第一表面12的外周到第一表面12的中心的方向，凹槽11的深度逐渐变化，例如逐渐变小或逐渐变大，凹槽11可以包括台阶槽、梯形槽或V型槽等，因此在制备凹槽11过程中可以对支撑衬底10进行分次分区域刻蚀，形成具有台阶状或不同深度的凹槽11。进一步地，一些实施例中，凹槽11为轴对称结构，因此在凹槽11的对称轴的两侧形成的键合区域的弹性刚度关于该对称轴对称。
步骤S13：在凹槽11内设置第一键合层20。
第一键合层20可以通过沉积的方式形成，第一键合层20正好填平凹槽11，因此衬底的第一表面12暴露出来。
进一步地，在一些实施例中，在形成第一键合层20后步骤S10还包括：对第一键合层20进行抛光，抛光至表面光滑平整且均匀性好，从而形成第一晶圆。
步骤S20：提供一第二晶圆，第二晶圆包括依次层叠设置的外延用单晶衬底70、过渡层80、单晶压电薄膜50、图案化的底电极40、图案化的牺牲层90和第二键合层30，其中，第二键合层30同时覆盖图案化的牺牲层90、图案化的底电极40和单晶压电薄膜50。
其中，外延用单晶衬底70可以为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、石英衬底、复合衬底如绝缘硅片(SOI)，智能剪切衬底如薄膜铌酸锂衬底(LNOI)中的任意一种，本领域技术人员可以根据需求进行选择。
过渡层80可用于实现后续外延用单晶衬底70的剥离，过渡层80可以为氮化镓(GaN)薄膜、氮化铝(AlN)薄膜、铌酸锂(LN)薄膜、氮化硅(Si3N4)薄膜和二氧化硅(SiO2)薄膜等中的一种或多种组合，具体可以根据需要进行选择。例如，本申请一些实施例中，外延用单晶衬底70可以是碳化硅衬底(SiC)与过渡层80可以为AlN薄膜。
单晶压电薄膜50、底电极40和第二键合层30的材质和结构与前述实施例相同，此处不再赘述。牺牲层90用于形成腔体31。
在一些实施例中，如图13所示，步骤S20进一步包括以下步骤：
步骤S21：提供一外延用单晶衬底70。
步骤S22：在外延用单晶衬底70上依次形成过渡层80和单晶压电薄膜50。
在外延用单晶衬底70表面依次外延生长过渡层80和单晶压电薄膜50。其中，在一实施方式中，单晶压电薄膜50、过渡层80和外延用单晶衬底70沿着垂直于第一表面12的方向的正投影正好重叠。
步骤S23：在单晶压电薄膜50远离过渡层80的一侧依次形成图案化的底电极40、图案化的牺牲层90和第二键合层30，其中，第二键合层30同时覆盖图案化的牺牲层90、图案化的底电极40和单晶压电薄膜50。
其中，在一实施方式中，沿着垂直于第一表面12的方向，底电极40的正投影的尺寸小于单晶压电薄膜50的正投影的尺寸，牺牲层90的正投影的尺寸小于底电极40的正投影的尺寸，第二键合层30的正投影与单晶压电薄膜50的正投影正好重叠，因此第二键合层30同时覆盖图案化的牺牲层90、图案化的底电极40和单晶压电薄膜50。
形成第二键合层30后，步骤S20进一步包括：对第二键合层30进行抛光，抛光至表面光滑平整且均匀性好，形成第二晶圆。
步骤S30：将第一晶圆和第二晶圆键合，其中，第二键合层30同时与第一键合层20和支撑衬底10键合。
其中，支撑衬底10与第一键合层20的材料不同，因此二者与第二键合层30发生不同方式的键合，例如，在一些实施例中，支撑衬底10的材质为Si，第一键合层20和第二键合层30的材质为SiO2，支撑衬底10与第二键合层30接触的区域发生Si-SiO2键合，第一键合层20与第二键合层30接触的区域发生SiO2-SiO2键合。由于材料性质的差异，不同键合区域的弹性刚度不同，因此晶圆内部出现了弹性刚度可变的区域，可以为后续激光剥离时避免因晶圆和薄膜应力过度集中而造成裂片打下了基础。
步骤S40：在外延用单晶衬底70远离过渡层80的一侧按照多个子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个子凹槽对应的第二晶圆以剥离外延用单晶衬底70。
利用激光扫描的方式使外延用单晶衬底70剥离，具体地，一些实施例中，请参见图14，利用激光从外延用单晶衬底70的非键合面(外延用单晶衬底70远离过渡层80的表面)入射，激光到达过渡层80使过渡层80逐渐分解。
由于激光扫描剥离的方式是逐渐进行的，因此先剥离的区域可以先完全释放了应力，第一晶圆和第二晶圆的连接完全依靠未剥离区域中的键合，内部的应力全部集中在未剥离区域中，应力的集中容易导致在剥离过程中单晶压电薄膜50容易出现裂纹而影响成品的性能，然而由于在键合区域形成了弹性刚度可变的区域，且由于SiO2弹性好，因此优先剥离支撑衬底10和第二键合层30的键合区域处的外延用单晶衬底70，能够避免晶圆在激光剥离过程中因应力变化过大而造成的应力集中裂片问题。
激光剥离的具体方式可以根据需要进行选择，激光扫描过程中扫描方式与凹槽11中子凹槽的深度相配合的，一些实施例中，从凹槽11中子凹槽深度小的区域逐渐扫描到子凹槽深度大的区域，这是由于子凹槽深度小的区域第一键合层20的高度小，该区域第一键合层20与第二键合层30键合时的弹性刚度大，容易导致在激光剥离过程中因应力变化过大而造成的应力集中裂片问题，因此先剥离该区域可以有效解决这一问题。
例如，一些实施例中，凹槽11沿着平行于第一表面12的方向的横截面为圆形，沿着从第一表面12的外周到第一表面12的中心的方向凹槽11的深度逐渐变大。在外延用单晶衬底70远离过渡层80的一侧按照多个子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个子凹槽对应的第二晶圆以剥离外延用单晶衬底70的步骤中，激光按照从外到内的方向逐个扫描多个子凹槽对应的第二晶圆。如图15所示，可以将晶圆划分为多个区域，本实施例以将第二晶圆划分为区域1、区域2、区域3以及区域4为例进行介绍，其中区域4为圆形，区域1、区域2和区域3均为环形，且区域1、区域2、区域3以及区域4均同心设置。在进行激光剥离时，首先发生剥离的区域是区域1，然后依次是区域2，区域3，和区域4。在本实施例中，根据该激光扫描方式在整片晶圆上进行区域性的刻蚀(形成凹槽11)和填充(形成第一键合层20)，形成匹配于激光扫描方式的渐变支撑衬底10。此外，图中的a、b、c高度分别对应凹槽11渐变位置的深度，三者可不同。
可选地，沿着从第一表面12的外周到第一表面12的中心的方向凹槽的深度逐渐变小。在外延用单晶衬底70远离过渡层80的一侧按照多个子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个子凹槽对应的第二晶圆以剥离外延用单晶衬底70的步骤中，激光按照从内到外的方向逐个扫描多个子凹槽对应的第二晶圆，具体激光扫描方式与上述实施例类似，此处不再赘述。
在另一些实施例中，凹槽11沿着平行于第一表面12的方向的横截面为圆形，且多个子凹槽分别为第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽，第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽的横截面均为四分之一扇形且深度逐渐变大，在外延用单晶衬底70远离过渡层80的一侧按照多个子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个子凹槽对应的第二晶圆以剥离外延用单晶衬底70的步骤中，激光按照从第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽到第四子凹槽的顺序逐个扫描第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽对应的第二晶圆。如图16所示，按照上述第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽的划分方式可以将晶圆对应划分为多个区域，分别为区域1、区域2、区域3以及区域4，四个区域均为相同大小的扇形，相当于将晶圆截面平均分成四个扇形，那么激光剥离的顺序依次是的区域1，区域2，区域3和区域4。在本实施例中，根据该激光扫描方式在整片晶圆上进行区域性的刻蚀(形成凹槽11)和填充(形成第一键合层20)，形成匹配于激光扫描方式的渐变支撑衬底10。
步骤S50：去除残余的过渡层80。
在激光剥离完成后，外延用单晶衬底70脱离，残余的过渡层80可以采用干法或者湿法刻蚀的方式去除，从而得到均匀性好且没有损伤的单晶压电薄膜50。
步骤S60：在单晶压电薄膜50远离底电极40的一侧形成顶电极60。
其中，顶电极60可以通过沉积的方式形成。
步骤S70：释放牺牲层90形成腔体31。
可以通过腐蚀的方式去除牺牲层90形成腔体31，从而得到具备可靠性的高性能谐振器1。
上述本实施方式中并不限定各步骤的顺序，在实际应用时，可根据产品结构等需求选择合适的顺序制作。
在上述实施例中，采用激光剥离的方式完整去除外延所用的单晶衬底，降低了工艺难度和减少了工艺时间，提高了效率。另外通过在之臣衬底设置凹槽11、凹槽11内设置第一键合层20，且第一键合层20和支撑衬底10同时与第二键合层30键合的方式形成弹性刚度区域，进而通过激光分区域扫描的方式解决了剥离过程中应力过度集中的问题，能够完整保留单晶压电薄膜50并保证其均匀性，进而可以提高谐振器1的性能。
进一步地，本申请上述方法不仅限于应用在谐振器的制备方法上，还可以扩展为对外延膜的转移，例如对外延生长的石墨烯或碳纳米管等的转移上，因此，请参见图17，本申请一些实施例提供了一种外延膜的转移方法，包括：
步骤S100：在第一衬底开设凹槽，凹槽开设在第一衬底的第一表面，凹槽包括深度不同的多个子凹槽。
第一衬底可以为前述实施例中的支撑衬底，例如半导体衬底，也可以为绝缘衬底或金属衬底，具体情况与应用领域有关。
步骤S200：在凹槽内设置第一键合层。
步骤S300：在外延用单晶衬底依次外延生长过渡层和单外延膜。
步骤S400：在外延膜远离过渡层的一侧形成第二键合层。
步骤S500：将第二键合层同时与第一键合层和支撑衬底键合。
步骤S600：在外延用单晶衬底远离过渡层的一侧按照多个子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个子凹槽对应的外延用单晶衬底以剥离外延用单晶衬底。
步骤S700：去除残余的过渡层。
需要说明的是，本实施例中各个步骤涉及的各层的结构、形状、尺寸、位置等与前述实施例类似，具体可参照上述实施例，此处不再赘述。
进一步地，在步骤S300之后，步骤S400之前，该方法可以包括在外延膜远离过渡层的一侧形成功能层。
功能层可以根据需要设置，例如可以为前述实施例中的电极或牺牲层等。
进一步地，在一些实施例中，本申请一些实施例提供一种滤波器，该滤波器包括上述实施例提供的谐振器。
以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种谐振器，包括：
支撑衬底，具有凹槽，所述凹槽开设在所述支撑衬底的第一表面，所述凹槽包括深度不同的多个子凹槽；
第一键合层，设置于所述凹槽内；
第二键合层，设置于所述第一键合层远离所述支撑衬底的一侧，并分别与所述支撑衬底和所述第一键合层的所述第一表面键合；所述第二键合层具有腔体；
单晶压电薄膜，设置于所述第二键合层远离所述第一键合层的一侧；
底电极，设置在所述单晶压电薄膜靠近所述第二键合层的一侧；和
顶电极，设置在所述单晶压电薄膜远离所述第二键合层的一侧。
2.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述凹槽沿着平行于所述第一表面的方向的横截面为圆形、矩形或方形，所述凹槽的侧面为平面或曲面。
3.如权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述凹槽沿着平行于所述第一表面的方向的横截面为圆形，且多个所述子凹槽分别为第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽，所述第一子凹槽、所述第二子凹槽、所述第三子凹槽和所述第四子凹槽的横截面均为四分之一扇形且深度逐渐变大。
4.如权利要求2所述的谐振器，其特征在于，沿着从所述第一表面的外周到所述第一表面的中心的方向，所述凹槽的深度逐渐变小或变大。
5.如权利要求4所述的谐振器，其特征在于，所述凹槽为轴对称结构。
6.如权利要求5所述的谐振器，其特征在于，所述凹槽包括台阶槽、梯形槽或V型槽。
7.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述支撑衬底的材质为硅；所述第一键合层的材质为二氧化硅；所述第二键合层的材质为二氧化硅。
8.一种谐振器的制备方法，包括：
提供一第一晶圆，所述第一晶圆包括支撑衬底和第一键合层，所述支撑衬底具有凹槽，所述第一键合层设置于所述凹槽内，所述凹槽开设在所述支撑衬底的第一表面，所述凹槽包括深度不同的多个子凹槽；
提供一第二晶圆，所述第二晶圆包括依次层叠设置的外延用单晶衬底、过渡层、单晶压电薄膜、图案化的底电极、图案化的牺牲层和第二键合层，其中，所述第二键合层同时覆盖图案化的牺牲层、图案化的底电极和单晶压电薄膜；
将所述第一晶圆与所述第二晶圆键合，其中所述第二键合层同时与所述第一键合层和所述支撑衬底键合；
在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆以剥离所述外延用单晶衬底；
去除残余的所述过渡层；
在所述单晶压电薄膜远离所述底电极的一侧形成顶电极；
释放所述牺牲层形成腔体。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述提供一第一晶圆的步骤包括：
在所述支撑衬底上形成所述凹槽；
在所述凹槽内设置第一键合层；
对所述第一键合层进行抛光，抛光至表面光滑平整且均匀性好，从而形成所述第一晶圆。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述支撑衬底具有第一表面，所述第一表面与所述第二键合层键合；
在所述第一表面开设所述凹槽，所述凹槽沿着平行于所述第一表面的方向的横截面为圆形、矩形或方形，所述凹槽的侧面为平面或曲面。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，沿着从所述第一表面的外周到所述第一表面的中心的方向所述凹槽的深度逐渐变大；
所述在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆以剥离所述外延用单晶衬底的步骤中，所述激光按照从外到内的方向逐个扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆；或
沿着从所述第一表面的外周到所述第一表面的中心的方向所述凹槽的深度逐渐变小；
所述在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆以剥离所述外延用单晶衬底的步骤中，所述激光按照从内到外的方向逐个扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述凹槽沿着平行于所述第一表面的方向的横截面为圆形，且多个所述子凹槽分别为第一子凹槽、第二子凹槽、第三子凹槽和第四子凹槽，所述第一子凹槽、所述第二子凹槽、所述第三子凹槽和所述第四子凹槽的横截面均为四分之一扇形且深度逐渐变大；
所述在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧按照多个所述子凹槽的深度由浅到深的顺序用激光扫描多个所述子凹槽对应的所述第二晶圆以剥离所述外延用单晶衬底的步骤中，所述激光按照从所述第一子凹槽、所述第二子凹槽、所述第三子凹槽到所述第四子凹槽的顺序逐个扫描所述第一子凹槽、所述第二子凹槽、所述第三子凹槽和所述第四子凹槽对应的所述第二晶圆。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述凹槽包括台阶槽、梯形槽或V型槽。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述支撑衬底的材质为硅；所述第一键合层的材质为二氧化硅；所述第二键合层的材质为二氧化硅。
15.一种外延膜的转移方法，包括：
在第一衬底开设凹槽，所述凹槽开设在所述第一衬底的第一表面，所述凹槽包括深度不同的多个子凹槽；
在所述凹槽内设置第一键合层；
在外延用单晶衬底依次外延生长过渡层和外延膜；
在所述外延膜远离所述过渡层的一侧形成第二键合层；
将所述第二键合层同时与所述第一键合层和所述支撑衬底键合；
在所述外延用单晶衬底远离所述过渡层的一侧激光扫描所述外延用单晶衬底以剥离所述外延用单晶衬底；
去除残余的所述过渡层。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述在外延用单晶衬底依次外延生长过渡层和外延膜的步骤之后，所述方法包括：
在所述外延膜远离所述过渡层的一侧形成功能层。
17.一种滤波器，其特征在于，包括权利要求1至7中任意一项所述的谐振器。
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