薄膜体声波谐振器及其加工方法与流程

本发明涉及一种薄膜体声波谐振器，特别是涉及一种采用键合工艺实现的薄膜体声波谐振器及其加工方法。

背景技术：

随着无线通讯应用的发展，人们对于数据传输速度的要求越来越高。在移动通信领域，第一代是模拟技术，第二代实现了数字化语音通信，第三代(3g)以多媒体通信为特征，第四代(4g)将通信速率提高到1gbps、时延减小到10ms，第五代(5g)是4g之后的新一代移动通信技术，虽然5g的技术规范与标准还没有完全明确，但与3g、4g相比，其网络传输速率和网络容量将大幅提升。如果说从1g到4g主要解决的是人与人之间的沟通，5g将解决人与人之外的人与物、物与物之间的沟通，即万物互联，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。

与数据率上升相对应的是频谱资源的高利用率以及通讯协议的复杂化。由于频谱有限，为了满足数据率的需求，必须充分利用频谱；同时为了满足数据率的需求，从4g开始还使用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时利用不同的载波频谱传输数据。另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各种性能也提出了严格的需求。

在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。随着通信协议越来越复杂，对频带内外的要求也越来越高，使得滤波器的设计越来越有挑战。另外，随着手机需要支持的频带数目不断上升，每一款手机中需要用到的滤波器数量也在不断上升。

目前射频滤波器最主流的实现方式是声表面波滤波器和基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。声表面波滤波器由于其自身的局限性，在1.5ghz以下使用比较合适。然而，目前的无线通讯协议已经早就使用大于2.5ghz的频段，这时必须使用基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器。

薄膜体声波谐振器的结构和制备方式已经有很多。在以往的结构和制备方式中，主要采用氮化铝、氧化锌、pzt等压电薄膜作为压电材料，而制备高质量的压电薄膜材料一直是该领域的重点与难点。传统制备压电薄膜的方法是首先沉积底电极材料，然后对其刻蚀形成所需的底电极形状，在此基础上再沉积压电层。由于压电层的沉积质量(比如晶向，表面平整度等)很大一部分依赖于底电极的品质，尤其是刻蚀所造成的底电极边缘残留、毛刺等缺陷将严重影响高质量的压电层生长，从而影响最终薄膜体声波谐振器的性能。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出了一种采用键合方式实现的薄膜体声波谐振器及其制备方法。通过将顶电极、压电材料、底电极依次沉积为压电薄膜堆叠结构，然后将底电极刻蚀后与带有空腔的基片键合，最后再对顶电极金属进行刻蚀形成所需的电极形状。具体地，本发明的方案如下：

一种薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衬底材料上制备压电三明治堆叠结构，所述压电三明治堆叠结构包括第一电极、压电材料、第二电极，所述第一电极位于所述压电材料上表面；

图形化所述第一电极；

在所述压电材料表面沉积第一金属薄膜，并图形化形成第一金属材料层；

制备带有空气隙的基片；

在所述基片上沉积第二金属薄膜，并图形化形成第二金属材料层；

将所述第一金属材料层和所述第二金属材料层进行键合，使得制备有压电三明治堆叠结构的衬底材料与带有空气隙的基片形成整体；

去除所述衬底材料。

进一步地，所述去除所述衬底材料包括剥离步骤。

进一步地，包括在所述衬底材料上沉积用于剥离的薄膜材料层的步骤。

进一步地，键合后，所述第一电极与所述基片完全接触。

进一步地，还包括图形化所述压电材料层、并引出所述第一电极的步骤。

进一步地，还包括在所述压电材料层表面形成互连的步骤。

进一步地，所述薄膜材料层为易与所述衬底材料剥离的材料，包括二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃。

进一步地，所述剥离步骤包括湿法腐蚀。

本发明还提出一种薄膜体声波谐振器，由本发明的制备方法所制备。

本发明还提出一种滤波器，包括薄膜体声波谐振器。

本发明所提出的技术方案具有以下几个优点：首先，通常压电薄膜的生长依赖于其下方的电极材料和形状，比如常用的c轴择优的氮化铝压电薄膜一般在钼电极、钨电极和铂金电极上生长比较好，比如在电极边缘生长的压电薄膜性能往往较差，因此薄膜体声波谐振器和滤波器的性能往往与压电薄膜下方的电极材料和形状有很大关系。采用本发明的方案，由于能避免底电极刻蚀工艺造成的电极边缘粗糙对压电材料生长的影响，从而能更有效的获得高质量的压电薄膜；其次，由于采用预先刻蚀好的空腔键合工艺，能有效的避免传统加工方法造成的牺牲层释放不彻底和粘连问题，或者是背部刻蚀所造成的器件应力问题。

附图说明

图1为本发明的一种薄膜体声波谐振器剖面结构图；

图2为本发明的一种薄膜体声波谐振器的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

图1为本发明实施例的一种薄膜体声波谐振器的剖面结构图，该薄膜体声波谐振器包括基片700、基片700例如为硅片；基片700上包括空气隙800；键合层600(900)、键合层例如为金等；在空气隙800上方包括压电三明治结构，其中500为压电三明治结构的第一电极，材料为钼等；400为压电三明治结构的压电层，材料为压电单晶，比如压电石英、钽酸锂、铌酸锂或四硼酸锂等；300为压电三明治结构的第二电极，材料为钼等；互连金属120将压电三明治结构的第一电极引出到400表面形成焊点或互连点，材料为金或钨等。

实施例2

图2为本发明实施例的一种薄膜体声波谐振器的制备工艺流程图，该制备流程包括：

(a)准备单面或双面抛光的硅片100，其中抛光面向上，进行标准清洗。

(b)沉积一层后续用于剥离的薄膜材料200，该材料可以是二氧化硅、氮化硅、磷硅酸玻璃等容易与硅衬底剥离的材料。

(c)在薄膜材料200上面依次沉积第二电极300，压电材料400和第一电极500。其中，第一电极500和第二电极300包括钼电极，压电材料400包括氮化铝(aln)、氧化锌(zno)、铌酸锂(linbo3)、钽酸锂(litao3)之一或者组合。

(d)对第一电极500进行图形化，形成如图2(c)所示图形。

(e)在压电材料400表面沉积一定厚度的铬金薄膜，经光刻图形化后形成共熔键合的第一金属材料层600，如图2(d)所示。本实施例中采用连续沉积电极、压电材料的方式形成压电三明治堆叠结构，能避免底电极刻蚀工艺造成的电极边缘粗糙对压电材料生长的影响，从而能更有效的获得高质量的压电薄膜。

(f)准备单面或双面抛光的硅片700，对其进行图形化并刻蚀成空腔结构800，如图2(e)所示；

(g)在前述硅片700表面沉积一定厚度的铬金薄膜，经光刻图形化后形成共熔键合的第二金属材料层900，如图2(f)所示。

(h)将前述沉积压电和电极材料晶圆片100和硅片700进行共熔键合，使得前述共熔键合的第一金属材料层600和第二金属材料层900融为一体，形成600(900)。这样键合后，沉积压电和电极材料晶圆片100和硅片700形成一个整体。需要注意的是，键合后的薄膜体声波谐振器第一电极500应保证与硅片700完全接触，中间没有间隙。如图2(g)、图2(h)所示。在整个芯片上，压电三明治结构占据的面积较小，而第一金属层600和第二金属层900占据了较大面积。

(i)对前述形成一体结构中的晶圆片100进行剥离。本实施例中的剥离步骤通过湿法腐蚀薄膜材料200，从而将晶圆片100从键合形成的一体结构中剥离。如图2(i)所示。

(j)将剥离后的基于硅片700的器件进行标准清洗，然后对第二电极300进行图形化，形成如图2(j)所示图形。

(k)对压电材料薄膜200进行图形化，在预先设定好的位置开口露出第一电极500，形成如图2(k)所示图形。

(l)最后在前述圆片的表面沉积金属，如金，经光刻图形化后形成互连金属120，其目的将薄膜体声波谐振器的第一电极引出至压电材料薄膜200的表面，形成焊点或互连点，方便薄膜体声波谐振器的信号引出或与别的器件互连，如图2(1)所示。

在本实施例中，制备压电三明治结构与制备带空腔的基片可以同时进行，并没有严格的先后步骤要求。

本发明提供的制备方法中，压电三明治结构逐层沉积之后再整体刻蚀，有效避免了沉积材料层的缺陷或者损害。其次，由于采用预先刻蚀好的空腔键合工艺，能有效的避免传统加工方法造成的牺牲层释放不彻底和粘连问题，或者是背部刻蚀所造成的器件应力问题。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。