WO2021012923A1 - 薄膜体声波谐振器及其制作方法 - Google Patents

薄膜体声波谐振器及其制作方法 Download PDF

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Definitions

  • the core structure of the film bulk acoustic resonator is a stacked structure ("sandwich" structure) consisting of an upper electrode, a piezoelectric film layer and a lower electrode. Its working principle is to use the inverse piezoelectric effect of the piezoelectric film layer to convert electrical energy into mechanical energy. Mechanical vibration excites sound waves in the film for transmission, and finally converts the sound signals into electrical signals for output through the piezoelectric effect.
  • the most important part of the resonator is to ensure the piezoelectric performance of the piezoelectric film layer, but also to ensure that the energy of the sound wave is confined in the piezoelectric film layer. Therefore, the lower electrode of the film bulk acoustic wave resonator faces the upper electrode. A cavity is set below the area.
  • the present invention provides a thin film bulk acoustic wave resonator and a manufacturing method thereof, which effectively avoids the CMP process and incomplete dilution of the sacrificial layer in the process of manufacturing the sacrificial layer from affecting the performance of the thin film bulk acoustic wave resonator.
  • the method for removing the first substrate includes one of a thinning process, a heat release process, and a stripping process.
  • the present invention also provides a thin film bulk acoustic wave resonator, including:
  • the second electrode, the piezoelectric layer and the first electrode are sequentially arranged on the support layer.
  • the support layer is bonded to the second substrate by means of thermal compression bonding or dry film bonding.
  • the thin-film bulk acoustic resonator further includes a passivation layer covering the first electrode, the piezoelectric layer and the second electrode.
  • step S03 is performed, as shown in FIG. 3F, a second substrate 300 is provided, and the second substrate 300 is bonded to the support layer 206, and the second substrate 300 is The electrode 204 forms a cavity 210 at the opening 210 ′ of the support layer 206.
  • the etching method forms the shape of the second electrode 204, as shown in FIG. 3J.
  • the patterned first electrode 202, the piezoelectric layer 203, and the second electrode 204 have overlapping areas in the vertical direction, so that the first electrode 202 and the second electrode 204 are applied with voltage After that, an electric field can be formed between the two, and the electric field can cause the piezoelectric layer 203 to produce mechanical vibration.
  • the overlapping area is at least partially located above the cavity 210, and a portion of the second electrode 204 above the cavity 210 is exposed, that is, the first electrode located above the cavity 210 202.
  • the first electrode 202, the piezoelectric material layer 203, and the second electrode layer 204' are patterned to form the first electrode 202, After the piezoelectric layer 203 and the second electrode 204, it further includes: forming a passivation layer 207, the passivation layer 207 covering the first electrode 202, the piezoelectric layer 203, and the second electrode 204, the passivation The layer 207 can further cover the support layer 206; the passivation layer 207 above the support layer 206 and the passivation layer 207 above the second electrode 204 each form a passivation layer opening, part of which is passivated Layer opening exposes the second electrode 204, another part of the passivation layer opening exposes the second electrode 202; at the passivation layer openings are formed to be electrically connected to the first electrode 202 and the second electrode 204
  • the first pad 208a and the second pad 208b are as
  • the etching method includes, but is not limited to, wet etching technology, inductively coupled plasma (ICP) etching, reactive ion etching (RIE), and the like.
  • the deposition method includes, but is not limited to, chemical vapor deposition, magnetron sputtering, electrochemical deposition, atomic layer deposition (ALD), molecular beam epitaxy (MBE), and the like.

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Abstract

本发明提供一种薄膜体声波谐振器及其制作方法，在第一衬底上依次形成第一电极层、压电材料层及第二电极层，然后在第二电极层上形成支撑层，在所述支撑层中形成顶部开口的空腔，接着将支撑层与第二衬底键合，然后去除第一衬底，并图案化第一电极层、压电材料层及第二电极层形成第一电极、压电层及第二电极。本发明通过刻蚀支撑层和键合工艺实现薄膜体声波滤波器的空腔结构，避免了由于CMP工艺带来的不同介质之间的微小起伏对压电层均匀性的影响，同时避免了由于牺牲层稀释不彻底对薄膜体声波滤波器性能的影响。

Description

薄膜体声波谐振器及其制作方法 技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种薄膜体声波谐振器及其制作方法。
背景技术
射频(RF)通信，如在移动电话中使用的通信，需要运用射频滤波器，每一个射频滤波器都能传递所需的频率，并限制所有其他频率。随着移动通信技术的发展，移动数据传输量也迅速上升。因此，在频率资源有限以及应当使用尽可能少的移动通信设备的前提下，提高无线基站、微基站或直放站等无线功率发射设备的发射功率成了必须考虑的问题，同时也意味着对移动通信设备前端电路中滤波器功率的要求也越来越高。
目前，无线基站等设备中的大功率滤波器主要是以腔体滤波器为主，其功率可达上百瓦，但是这种滤波器的尺寸太大。也有的设备中使用介质滤波器，其平均功率可达5瓦以上，这种滤波器的尺寸也很大。由于尺寸大，所以这两种滤波器无法集成到射频前端芯片中。
随着MEMS技术越来越成熟，由体声波谐振器构成的滤波器，能够很好地克服了上述两种滤波器存在的缺陷。薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)具有工作频率高、插损小、Q值高、耐受功率高、体积小等众多优点，可以满足通信、雷达等电子系统射频收发前端对高频、小型化射频滤波器的迫切需求，成为市场关注的热点。
薄膜体声波谐振器的核心结构是上电极-压电薄膜层-下电极构成的堆叠结构(“三明治”结构)，其工作原理就是利用压电薄膜层的逆压电效应将电能转化成机械能，机械振动在薄膜中激励起声波进行传输，最终通过压电效应将声信号再转化成电信号输出。对于谐振器来说最重要的部分除了保证压电薄膜层的压电性能以外还要保证将声波的能量限制在压电薄膜层当中，故在薄膜体声波谐振器的下电极的面向上电极的区域的下方设置空腔。
薄膜体声波谐振器可以通过沉积工艺在衬底材料上制造，在由上电极-压电薄膜层-下电极构成的堆叠结构形成后，需要在该堆叠结构下方形成一个空腔，这使得薄膜体声波谐振器的制造难度较大。现有技术中提到了一种方案来解决 前述提到的问题，如图1A-图1E所示，首先，在衬底100上形成一个凹槽110′，如图1A所示；然后，在所述凹槽110′内填充牺牲层材料，并采用化学机械抛光(CMP)工艺对衬底100和牺牲层材料的表面进行平坦化工艺，形成牺牲层101，如图1B所示；之后，在平坦化后的衬底100和牺牲层101表面依次沉积第一电极102、压电薄膜层103及第二电极104，如图1C所示；接着，对压电薄膜层103及第二电极104进行图案化处理，仅保留牺牲层101的上方的压电薄膜层103及第二电极104，如图1D所示；接着，在牺牲层101上方且未被压电薄膜层103及第二电极104覆盖的第一电极102处设置若干通孔120，如图1D所示；最后，将形成的上述器件置于化学试剂中，化学试剂通过通孔120将牺牲层材料腐蚀掉进而释放牺牲层101，以形成空腔110，从而实现了将该薄膜体声波谐振器的悬空设置，如图1E所示。
但是上述方法仍然有多个缺点，例如：该方法对衬底100和牺牲材料进行化学机械抛光(CMP)工艺时，由于研磨速率的差异性可能在牺牲层101区域形成微小凹陷，这会导致后续压电层103的生长均匀性受到影响，最终影响薄膜体谐振器的性能。另外，该方法需要制作牺牲层101，而牺牲层101释放工艺过程中极易造成薄膜体声波谐振器的相关薄膜破裂。而且，如果牺牲层101释放不干净，有杂质残留的现象，这会大幅度降低薄膜体声波谐振器的Q值，影响薄膜体声波谐振器的品质。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种薄膜体声波谐振器及其制作方法，有效避免了制作牺牲层过程中的CMP工艺和牺牲层稀释不彻底对薄膜体声波谐振器性能的影响。
本发明提供一种薄膜体声波谐振器的制作方法，包括：
提供第一衬底，并在所述第一衬底上依次形成第一电极层、压电材料层及第二电极层；
在所述第二电极层上形成支撑层，在所述支撑层中形成顶部开口的空腔，所述空腔贯穿所述支撑层；
提供第二衬底，并将所述第二衬底与所述支撑层进行键合；
去除所述第一衬底；以及
图案化所述第一电极层、压电材料层及第二电极层以形成第一电极、压电层及第二电极。
可选的，在形成所述第一电极层之前，还包括：在所述第一衬底上形成释放层。
可选的，在形成所述支撑层之前，形成所述第二电极层之后，还包括：在所述第二电极层上形成刻蚀停止层。
可选的，图案化所述第一电极层、压电材料层及第二电极层形成第一电极、压电层及第二电极之后，还包括：
形成钝化层，所述钝化层覆盖所述第一电极、所述压电层及所述第二电极。
可选的，采用热压键合或干膜粘合的方式实现所述第二衬底与所述支撑层的键合。
可选的，去除所述第一衬底的方法包括：减薄工艺、热释放工艺、剥离工艺其中之一。
可选的，所述释放层的材料包括电介质材料、光固化胶、热熔胶或激光脱模材料。
可选的，当所述释放层的材料为电介质材料时，通过减薄工艺去除所述电介质材料和所述第一衬底；当所述释放层的材料为光固化胶时，通过化学试剂去除所述光固化胶，以去除所述第一衬底；当所述释放层的材料为热熔胶时，通过热释放工艺使得所述热熔胶失去粘性，以去除所述第一衬底；当所述释放层的材料为激光脱模材料时，通过激光烧蚀所述释放层，以将所述第一衬底剥离下来。
本发明还提供一种薄膜体声波谐振器，包括：
第二衬底；
键合在所述第二衬底上的支撑层，所述支撑层中设置有贯穿所述支撑层的空腔；
依次设置在所述支撑层上的第二电极、压电层及第一电极。
可选的，所述支撑层采用热压键合或干膜粘合的方式键合在所述第二衬底上。
可选的，所述支撑层与所述第二衬底热压键合的一面设置有键合层。
可选的，所述第二衬底与所述支撑层干膜粘合的一面设置有干膜层
可选的，所述第二电极与所述支撑层之间设置有刻蚀停止层。
可选的，所述薄膜体声波谐振器还包括：钝化层，所述钝化层覆盖所述第一电极、所述压电层和所述第二电极。
可选的，所述薄膜体声波谐振器还包括：至少两个焊盘，所述焊盘位于所述空腔的外部，分别与所述第一电极和所述第二电极电性连接。
可选的，所述支撑层的厚度为0.5-3微米。
综上所述，本发明提供一种薄膜体声波谐振器的制作方法，在第一衬底上依次形成第一电极层、压电材料层及第二电极层，然后在所述第二电极层上形成支撑层，在所述支撑层中形成顶部开口的空腔，接着将所述支撑层与第二衬底键合，然后去除第一衬底，并图案化所述第一电极层、所述压电材料层及所述第二电极层形成第一电极、压电层及第二电极。本发明通过键合工艺实现薄膜体声波滤波器的空腔结构，避免了由于CMP工艺带来的不同介质之间的微小起伏对压电层均匀性的影响，同时避免了由于牺牲层稀释不彻底对薄膜体声波滤波器性能的影响。
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1A-图1E为一薄膜体声波谐振器的制作方法对应的各步骤的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的薄膜体声波谐振器的制作方法的流程示意图；
图3A-图3K为本发明实施例提供的薄膜体声波谐振器的制作方法对应的各步骤的结构示意图。
附图标记说明：
100-衬底；110′-凹槽；110-空腔；101-牺牲层；102-第一电极；103-压电层；104-第二电极；120-通孔；
200-第一衬底；210′-开口；210-空腔；201-释放层；202-第一电极；203-压 电层；204-第二电极；205-刻蚀停止层；206-支撑层；207-钝化层；208a-第一焊盘；208b-第二焊盘。
300-第二衬底。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的薄膜体声波谐振器、薄膜体声波谐振器的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2本实施例提供的一种薄膜体声波谐振器的制作方法的流程图，如图2所示，本实施例提供的薄膜体声波谐振器的制作方法，包括以下步骤：
S01：提供第一衬底，并在所述第一衬底上依次形成第一电极层、压电材料层及第二电极层；
S02：在所述第二电极层上形成支撑层，在所述支撑层中形成顶部开口的空腔，所述空腔贯穿所述支撑层；
S03：提供第二衬底，并将所述第二衬底与所述支撑层进行键合；
S04：去除所述第一衬底；以及
S05：图案化所述第一电极层、所述压电材料层及所述第二电极层以形成第一电极、压电层及第二电极。
图3A～图3K为本实施例提供的一种滤波器封装结构的制作方法的相应步骤 对应的结构示意图，以下将参考图2并结合图3A～图3K详细说明本实施例提供的薄膜体声波谐振器的制作方法。
首先，如图3A所示，提供第一衬底200，所述第一衬底200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，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。
可选的，如图3B所示，在所述第一衬底200上形成释放层201，所述释放层201可以避免后续形成的薄膜体声波谐振器的压电叠层结构对第一衬底200的影响，同时，在后续第一衬底200的去除工艺中，可以通过腐蚀所述释放层201的方式，使所述第一衬底200与后续形成的压电叠层结构分离，有助于快速去除所述第一衬底200，提高工艺制作效率。所述释放层的材料包括电介质材料、光固化胶、热熔胶或激光脱模材料。例如所述释放层201的材料可以为二氧化硅(SiO 2)、氮化硅(Si 3N 4)、氧化铝(Al 2O 3)或氮化铝(AlN)，可通过化学气相沉积、磁控溅射或蒸镀等方式形成。本实施例中所述第一衬底200为硅晶圆，所述释放层201的材质为二氧化硅(SiO 2)。
然后，如图3C所示，在所述释放层201上形成压电叠层结构，所述压电堆叠结构包括所述第一电极层202′、压电材料层203′和第二电极层204′，其中，所述压电材料层203′位于所述第一电极层202′和所述第二电极层204′之间，且所述第一电极层202′和所述第二电极层204′相对设置。第一电极层202′可用作接收或提供诸如射频(RF)信号等的电信号的输入电极或输出电极。例如，当第二电极层204′用作输入电极时，第一电极层202′可用作输出电极，并且当第二电极层204′用作输出电极时，第一电极层202′可用作输入电极，压电材料层203′将通过第一电极层202′或第二电极层204′上输入的电信号转换为体声波。例如，压电材料层203′通过物理振动将电信号转换为体声波。
所述第一电极层202′和所述第二电极层204′可以使用本领域技术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，所述半导体材料例如是Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。可以通过磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积或者化学气相沉积方法形成第一电极层202′和第二电极层204′。所述压电材料层203′也可称为压电谐振层或压电谐振部。所述压电材料层203′的材料可以使用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO 3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO 3)或钽酸锂(LiTaO 3)等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料及它们的组合。当压电材料层203′包括氮化铝(AlN)时，压电材料层203′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，当压电材料层203′包括氮化铝(AlN)时，压电材料层203′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材料层203′。优选的，本实施例中，所述第一电极202和所述第二电极层204′由金属钼(Mo)制成，所述压电层203由氮化铝(AlN)制成。
所述第一电极层202′、压电材料层203′和第二电极204的形状可以相同也可以不相同，以及，所述第一电极层202′、压电材料层203′和第二电极层204′的面积可以相同也可以不相同。本实施例，所述第一电极层202′、压电材料层203′和第二电极层204′的形状和面积相同,所述第一电极层202′、压电材料层203′和第二电极层204′的形状均为多边形，例如方形。
在形成第一电极层202′之前，可以在所述释放层201上形成种子层(图3C中未示出)，所述种子层形成在所述释放层201和所述第一电极层202′之间，所述种子层对后续形成的第一电极层202′(压电材料层203′和第二电极层204′)的晶向具有导向性，便于后续形成的压电叠层结构沿特定的晶向生长，保证压电层的均匀性。所述种子层的材质可以为氮化铝(AlN)，除了AlN以外，种子层还可使用具有密排六方(HCP)结构的金属或介电材料形成。例如，所述种子层也可以由金属钛(Ti)形成。
接着，执行步骤S02，如图3D所示，在所述第二电极层204′上形成支撑层206，在所述支撑层206中形成顶部开口的空腔210，所述空腔210贯穿所述支撑层206。具体的，首先，可以通过化学沉积的方法形成支撑层206，所述支撑 层206的材质例如为二氧化硅(SiO 2)、氮化硅(Si 3N 4)、氧化铝(Al 2O 3)和氮化铝(AlN)的一种或几种组合。本实施例中所述支撑层206的材质为二氧化硅(SiO 2)。然后，通过刻蚀工艺刻蚀所述支撑层206形成开口210′以暴露部分所述第二电极层204′，该刻蚀工艺可以是湿法刻蚀或者干法刻蚀工艺，其中较佳地使用干法刻蚀工艺，干法刻蚀包括但不限于反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割。开口210′的深度和形状均取决于待制造的薄膜体体声波谐振器所需空腔的深度和形状,所述薄膜体声波谐振器中空腔的厚度与谐振频率有关，因此，可以根据薄膜体声波谐振器所需要的谐振频率来设定所述开口210′的深度，即所述支撑层206的厚度。示例性的，所述开口210′的深度可以为0.5μm～3μm，例如1μm或2μm或3μm。所述开口210′底面的形状可以为矩形或是矩形以外的多边形，例如五边形、六边形、八边形等，也可以为圆形或椭圆形。开口210′的侧壁可以是倾斜或者竖直的。本实施例中，开口210′的底面为矩形，且侧壁与底面构成一钝角(开口210′的纵向截面(沿衬底厚度方向的截面)形状为倒梯形)。本发明的其他实施例中，开口210′的纵截面形状还可以是上宽下窄的球冠，即其纵向截面为U形。
本实施例中，在形成所述支撑层206之前，在所述第二电极层204′上还形成刻蚀停止层205，所述刻蚀停止层205的材质包括但不限于氮化硅(Si 3N 4)和氮氧化硅(SiON)。所述刻蚀停止层205与后续形成的支撑层206相比，具有较低的刻蚀速率，可以在后续刻蚀所述支撑层206形成开口时防止过刻蚀，保护位于其下的第二电极层204′的表面不受到损伤。
接着，执行步骤S03，如图3F所示，提供第二衬底300，并将所述第二衬底300与所述支撑层206进行键合，所述第二衬底300与所述第二电极204在所述支撑层206的开口210′处形成空腔210。所述第二衬底300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，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。可以采用热压键合的方式实现所述第二衬底300与 所述支撑层206的键合，为增加所述支撑层206与所述第二衬底300的键合能力，可以在所述支撑层206进行热压键合的一面形成键合层，所述键合层例如可以为二氧化硅层。在本发明其他实施例中也可以通过其他键合方式进行键合，通过干膜粘合的方式使第二衬底300与所述支撑层206键合成为一体，例如在所述第二衬底300进行干膜粘合的一面形成干膜层，通过干膜将所述第二衬底300与所述支撑层206键合。完成键合工艺后，将键合后的上述薄膜体声波谐振器进行翻转，得到如图3G所示的结构。
接着，执行步骤S04，如图3H所示，去除所述第一衬底200。可以通过减薄工艺、热释放工艺、剥离工艺去除所述第一衬底200。例如所述释放层201的材料包括电介质材料，可以通过减薄工艺去除所述释放层201和所述第一衬底200，如机械研磨；所述释放层201为光固化胶，可以通过化学试剂去除所述光固化胶，以去除所述第一衬底200；所述释放层为热熔胶，可以通过热释放工艺使得所述热熔胶失去粘性，以去除所述第一衬底200。在本发明的其他实施例中也可以采用其他方式将所述第一衬底200去除，在此不再一一列举。
接着，执行步骤S05，如图3I所示，图案化所述第一电极层202′、所述压电材料层203′及所述第二电极层204′，形成第一电极202、压电层203及第二电极204，所述第一电极202、所述压电层203及所述第二电极204在竖直方向(即厚度方向)上的重叠区域至少部分位于所述空腔210的上方。
经过图案化后，所述第二电极204不仅覆盖空腔210的开口还延伸覆盖开口210周边的支撑层206的部分区域(具体的是直接覆盖支撑层206上方的刻蚀停止层205的表面)，即，所述第二电极204不仅完全封闭空腔210还搭接在所述支撑层206上。所述第二电极204搭接在支撑层206上的部分可以是环绕所述空腔210的开口一周而构成闭环结构。在本发明其他实施例中，所述第二电极204可以与所述支撑层206的边缘保持齐平。
图案化所述第一电极层202′、所述压电材料层203′及所述第二电极层204′后，形成的第一电极202与压电层203的形状可以与第二电极204的形状相同，也可以不同，其俯视形状可以是五边形，也可以是其他多边形，例如四边形、六边形、七边形或者八边形等。本实施例中，经过图案化后，所述第一电极202与压电层203的面积相等且完全重叠，第二电极204大于空腔210的开口的面积。
具体的，可以通过光刻、刻蚀工艺对所述第一电极层202′、所述压电材料层203′及所述第二电极层204′进行图案化。示例性的，通过光刻定义出第一电极202的电极图形，通过干法刻蚀或湿法刻蚀方法刻蚀形成第一电极202的形状，然后以第一电极202为掩模，利用干法或湿法刻蚀方法，刻蚀所述压电材料层203′，请参照图3I所示，接着，通过光刻定义出第二电极204的电极图形，通过干法刻蚀或湿法刻蚀方法刻蚀形成第二电极204的形状，如图3J所示。其中，图案化的所述第一电极202、所述压电层203及所述第二电极204在竖直方向上具有重叠区域，从而使得所述第一电极202和第二电极204被加载电压后，两者之间能够形成电场，所述电场能促使所述压电层203产生机械振动。另外，所述重叠区域至少部分位于所述空腔210的上方，所述空腔210上方的第二电极204的部分区域被暴露出来，即位于所述空腔210的上方的所述第一电极202、所述压电层203及所述第二电极204在厚度方向上的重叠区域即体声波谐振器工作的有源区(有效工作区)，这样的设置相对减少了声波能量的耗散，提升了体声波谐振器的品质因数。
另外，本发明提供的薄膜体声波谐振器的制作方法，在图案化所述第一电极层202′、所述压电材料层203′及所述第二电极层204′形成第一电极202、压电层203及第二电极204后，还包括：形成钝化层207，所述钝化层207覆盖所述第一电极202、所述压电层203及第二电极204，所述钝化层207还可进一步覆盖所述支撑层206；在所述支撑层206上方的钝化层207中以及所述第二电极204上方的钝化层207中各自形成钝化层开口，其中一部分钝化层开口暴露所述第二电极204，另一部分钝化层开口暴露第二电极202；在所述钝化层开口处形成分别与所述第一电极202和所述第二电极204电性连接的第一焊盘208a和第二焊盘208b，如图3K所示。具体的，可通过化学沉积或热氧化法形成钝化层207，所述钝化层207的材质可以为二氧化硅(SiO 2)、氮化硅(Si 3N 4)、氮氧化硅(SiON)、氮化铝(A1N)、氧化铝(A1 2O 3)等；然后，刻蚀所述钝化层207，在所述第一电极202和所述第二电极204上形成钝化层开口，作为电极引出窗口；最后在所述钝化层开口内填充导电材料例如金属，形成分别与所述第一电极202和所述第二电极204电性连接的第一焊盘208a和第二焊盘208b，进而实现薄膜体声波谐振器的电极与外部供电设备的连接。所述第一焊盘208a和所述第二焊盘208b的材质可以为铝(A1)、铜(Cu)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、 银(Ag)或钨(W)等中的一种或多种组合形成的复合结构，优选的，本实施例中，所述第一焊盘208a和所述第二焊盘208b为铝焊盘，所述第一焊盘208a和所述第二焊盘208b分别位于所述空腔210的两侧。
上述刻蚀步骤中，所述的刻蚀方法包括但不限于湿法刻蚀技术，感应耦合等离子体(ICP)刻蚀、反应离子刻蚀(RIE)等。所述沉积方法包括但不限于化学气相沉积、磁控溅射、电化学沉积、原子层沉积(ALD)、分子束外延技术(MBE)等。
本实施例还提供一种薄膜体声波谐振器，采用上述薄膜体声波谐振器的制作方法制作而成，如图3K所示，所述薄膜体声波谐振器包括：
第二衬底300；
设置在所述第二衬底300上的支撑层206；
键合在所述第二衬底300上的支撑层206，所述支撑层206中设置有贯穿所述支撑层206的空腔210；
依次设置在所述支撑层206上的第二电极204、压电层203及第一电极202。
所述第一电极202、所述压电层203及所述第二电极204在厚度方向上的重叠区域下方的所述支撑层206中设置有空腔210，所述第二电极204覆盖所述空腔210的开口以及所述开口周边的部分支撑层206。所述第二电极204搭接在支撑层206上的部分可以是环绕所述空腔210的开口一周而构成闭环结构。在本发明其他实施例中，所述第二电极204可以与所述支撑层206的边缘保持齐平。
所述第二衬底300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，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。本实施例中，所述第一电极202和所述第二电极层204′由金属钼(Mo)制成，所述压电层203由氮化铝(AlN)制成。所述支撑层206的材质例如为二氧化硅(SiO 2)、氮化硅(Si 3N 4)、氧化铝(Al 2O 3)和氮化铝(AlN)的一种或几种组合，作为优选，所述支撑层206的材质为二氧化硅(SiO 2)。
可选的，所述第一电极202与压电层203的面积相等且完全重叠，第二电极204大于空腔210的开口的面积。所述第一电极202、所述压电层203及所述第二电极204在厚度方向上的重叠区域即体声波谐振器工作的有源区(有效工作区)位于所述空腔210正上方，减少了声波能量的耗散，提升了体声波谐振器的品质因数。
所述支撑层206采用热压键合或干膜粘合的方式键合在所述第二衬底300上。采用热压键合的方式，所述支撑层与所述第二衬底热压键合的一面设置有键合层；采用干膜粘合的方式，所述第二衬底与所述支撑层干膜粘合的一面设置有干膜层。
可选的，所述第二电极204与所述支撑层206之间设置有刻蚀停止层205。进一步的，所述刻蚀停止层205与第二电极204的形状和面积相同且完全重叠。所述刻蚀停止层205的材质包括但不限于氮化硅(Si 3N 4)和氮氧化硅(SiON)。
可选的，所述薄膜体声波谐振器还包括钝化层207，所述钝化层207覆盖所述第一电极202、所述压电层203、所述第二电极204以及所述支撑层206。
可选的，所述支撑层206上方的钝化层207中以及第二电极204上方的钝化层207中各自形成异于所述空腔210的钝化层开口，所述薄膜体声波谐振器还包括至少两个焊盘，所述焊盘设置在所述钝化层207上且分别通过所述钝化层207开口与所述第一电极202和所述第二电极204电性连接。例如，第一焊盘208a与所述第一电极202电性连接，所述第二焊盘208b与所述第二电极204电性连接。优选的，所述第一焊盘208a和所述第二焊盘208b分别位于所述空腔210的两侧。
本发明提供一种薄膜体声波谐振器及其制作方法，在第一衬底上依次形成第一电极层、压电材料层及第二电极层，然后在所述第二电极层上形成支撑层，在所述支撑层中形成顶部开口的空腔，所述空腔贯穿所述支撑层，接着将所述支撑层与第二衬底键合，然后去除所述第一衬底，并图案化所述第一电极层、所述压电材料层及所述第二电极层形成第一电极、压电层及第二电极，使所述第一电极、所述压电层及所述第二电极在厚度方向上的重叠区域位于所述空腔的正上方。本发明通过刻蚀支撑层和键合工艺实现薄膜体声波滤波器的空腔结构，避免了由于CMP工艺带来的不同介质之间的微小起伏对压电层均匀性的影响，同时避免了由于牺牲层稀释不彻底对薄膜体声波滤波器性能的影响。
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 (15)

  1. 一种薄膜体声波谐振器的制作方法，其特征在于，包括：
    提供第一衬底，并在所述第一衬底上依次形成第一电极层、压电材料层及第二电极层；
    在所述第二电极层上形成支撑层，在所述支撑层中形成顶部开口的空腔，所述空腔贯穿所述支撑层；
    提供第二衬底，并将所述第二衬底与所述支撑层进行键合；
    去除所述第一衬底；以及
    图案化所述第一电极层、压电材料层及第二电极层以形成第一电极、压电层及第二电极。
  2. 根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法，其特征在于，在形成所述第一电极层之前，还包括：在所述第一衬底上形成释放层。
  3. 根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法，其特征在于，在形成所述支撑层之前，形成所述第二电极层之后，还包括：在所述第二电极层上形成刻蚀停止层。
  4. 根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法，其特征在于，图案化所述第一电极层、压电材料层及第二电极层形成第一电极、压电层及第二电极之后，还包括：
    形成钝化层，所述钝化层覆盖所述第一电极、所述压电层及所述第二电极。
  5. 根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器的制作方法，其特征在于，采用热压键合或干膜粘合的方式实现所述第二衬底与所述支撑层的键合。
  6. 根据权利要求2所述的薄膜体声波谐振器的制作方法，其特征在于，所述释放层的材料包括电介质材料、光固化胶、热熔胶或激光脱模材料。
  7. 根据权利要求6所述的薄膜体声波谐振器的制作方法，其特征在于，当所述释放层的材料为电介质材料时，通过减薄工艺去除所述电介质材料和所述第一衬底；当所述释放层的材料为光固化胶时，通过化学试剂去除所述光固化胶，以去除所述第一衬底；当所述释放层的材料为热熔胶时，通过热释放工艺使得所述热熔胶失去粘性，以去除所述第一衬底；当所述释放层的材料为激光脱模材料时，通过激光烧蚀所述释放层，以将所述第一衬底剥离下来。
  8. 一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：
    第二衬底；
    键合在所述第二衬底上的支撑层，所述支撑层中设置有贯穿所述支撑层的空腔；
    依次设置在所述支撑层上的第二电极、压电层及第一电极。
  9. 根据权利要求8所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述支撑层采用热压键合或干膜粘合的方式键合在所述第二衬底上。
  10. 根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述支撑层与所述第二衬底热压键合的一面设置有键合层。
  11. 根据权利要求9所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第二衬底与所述支撑层干膜粘合的一面设置有干膜层。
  12. 根据权利要求8所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第二电极与所述支撑层之间设置有刻蚀停止层。
  13. 根据权利要求8所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括：钝化层，所述钝化层覆盖所述第一电极、所述压电层和所述第二电极。
  14. 根据权利要求8所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，还包括：至少两个焊盘，所述焊盘位于所述空腔的外部，分别与所述第一电极和所述第二电极电性连接。
  15. 根据权利要求8所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述支撑层的厚度为0.5-3微米。
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