声波器件的制作方法

本公开实施例涉及声波器件领域，特别涉及一种声波器件。

背景技术：

由于声波遇到空气或真空界面会发生全反射，将能量毫无损失的反射回来，因此，采用声波技术设计的滤波器等声波器件拥有极为优异的性能，并在诸如移动电话等通信设备中被广泛使用。

为得到所虚的空气或者真空界面，声波器件需要用到晶圆级封装技术。相关技术中，通常通过如下方法来制备声波器件晶圆级封装结构：提供一片载体晶圆和一片盖帽晶圆，将声波器件放置在载体晶圆上，并在盖帽晶圆对应声波器件的位置处进行挖空处理；然后，在载体晶圆和盖帽晶圆上放置用于键合的材料，并在高温和真空环境下键合载体晶圆和盖帽晶圆，以形成密闭的空腔；之后，采用穿硅通孔(throughsiliconvia，tsv)技术将管脚引出。但是，由于晶圆键合和tsv技术的实现工艺极其复杂，对设备和工艺的精度要求很高，制造成本昂贵，导致声波器件晶圆级封装结构的制备过程变得繁琐、复杂，且成本较高。

综上所述，如何在降低声波器件晶圆级封装结构的制备成本的同时，提高对于声波器件封装质量，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开实施例提供一种声波器件，包括：

衬底；

谐振结构，位于所述衬底表面；

围绕所述谐振结构的连线层，位于所述衬底表面；

导电的支撑结构，位于所述连线层表面，且围绕所述谐振结构；其中，所述支撑结构的高度大于所述谐振结构的高度；

封装层，位于所述支撑结构的顶部，且覆盖所述谐振结构；

其中，所述谐振结构，位于所述封装层、所述支撑结构、所述连线层和所述衬底形成的密封腔体内。

在一些实施例中，所述谐振结构包括：

依次层叠设置的反射结构、第一电极层、调整层、第二电极层和调整层；其中，所述反射结构位于所述第一电极层和所述衬底表面之间。

在一些实施例中，所述反射结构包括：

第一空腔，位于所述第一电极层和所述衬底表面之间；

所述第一空腔，是在形成所述支撑结构之后，且在形成所述封装层之前，通过去除位于所述衬底表面与所述第一电极层之间的第一牺牲层形成的；

或者，

所述第一空腔，是在形成所述支撑结构之前，通过去除位于所述衬底表面与所述第一电极层之间的牺牲层形成的。

在一些实施例中，所述反射结构包括：

所述衬底表面向下凹陷形成的第二空腔，位于所述第一电极层和所述衬底表面之间；

所述第二空腔，是在形成所述支撑结构之后，且在形成所述封装层之前，通过去除填充在所述衬底表面向下凹陷的凹槽中的第二牺牲层形成的；

或者，

所述第二空腔，是在形成所述支撑结构之前，通过去除填充在所述衬底表面向下凹陷的凹槽中的第二牺牲层形成的。

在一些实施例中，所述反射结构包括：

交替层叠设置的第一介质层和第二介质层；其中，所述第一介质层的声阻抗和所述第二介质层的声阻抗不同。

在一些实施例中，所述支撑结构的组成材料包括：金属或金属合金。

本公开实施例通过在衬底表面的连线层上形成导电的支撑结构，并在支撑结构顶部形成封装层，以形成该密封腔体，能够完成对声波器件的封装，且工艺简单，无需采用晶圆键合和tsv技术，简化了对于声波器件的封装工艺，降低了封装成本。

并且，当采用晶圆键合工艺对声波器件进行封装时，对于包括空腔的声波器件，键合过程中释放的应力会造成空腔塌陷。本公开实施例无需采用晶圆键合工艺，降低了声波器件中空腔塌陷的风险，减少了由于晶圆键合工艺对制作方法的限制，增加了制作方法的弹性。

此外，本公开通过在连线层上形成导电支撑结构，采用连线层和支撑结构形成的连体结构作为传输电信号的路径，相较于仅采用连线层作为传输电信号的路径，增大了传输电信号的路径的厚度，降低了该路径的电阻，进而降低了声波器件的电损耗，有利于提高声波器件的电性能。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种声波器件的制作方法的流程图；

图2a至图2d是根据一示例性实施例示出的一种声波器件的制作方法的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种声波器件的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本公开的技术方案进一步详细阐述。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方法，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻的理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本公开的优点和特征将更清楚。需说明的是，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、明晰地辅助说明本公开实施例的目的。

在本公开实施例中，术语“a与b相连”包含a、b两者相互接触地a与b相连的情形，或者a、b两者之间还间插有其他部件而a非接触地与b相连的情形。

在本公开实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

需要说明的是，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

图1是根据一示例性实施例示出的一种声波器件的制作方法的流程图，所述声波器件包括谐振结构。参照图1所示，所述方法包括以下步骤：

s100：在衬底表面形成围绕器件区的连线层；其中，器件区用于设置谐振结构；

s110：在连线层表面形成导电的支撑结构；其中，支撑结构的高度大于谐振结构的高度；

s120：在支撑结构的顶部形成覆盖器件区的封装层；其中，封装层、支撑结构、连线层和衬底形成围绕器件区的密封腔体。

谐振结构可包括：体声波(bulkacousticwave，baw)谐振元件。例如，薄膜体声波谐振器(thinfilmbulkacousticwaveresonator，fbar)和/或固态装配型谐振器(solidmountedresonator，smr)。

s110中，可通过电镀或者真空镀膜的方式，在连线层表面形成导电的支撑结构。

支撑结构的组成材料可包括金属或者合金，例如，铝、钨、铜、钼或者铝合金等。

封装层，用于对谐振结构的共振区域进行遮挡和保护。由于支撑结构的高度大于谐振结构的高度，因此，封装层和谐振结构的共振区域之间存在空隙，该空隙可用于反射声波。

封装层的组成材料可包括能够用于进行封装的层状结构，例如干膜等。

本公开实施例通过形成高度大于谐振结构的支撑结构，使得位于支撑结构顶部的封装层与谐振结构的共振区域之间存在空隙，即封装层和谐振结构的共振区域没有直接接触，可避免由于封装层与谐振结构的共振区域直接接触对于谐振结构谐振频率的影响，有利于保证形成的谐振结构的谐振频率设置准确性较好，进而保证声波器件的性能较好。

本公开实施例通过在衬底表面的连线层上形成导电的支撑结构，并在支撑结构顶部形成封装层，以形成该密封腔体，能够完成对声波器件的封装，且工艺简单，无需采用晶圆键合和tsv技术，简化了对于声波器件的封装工艺，降低了封装成本。

并且，当采用晶圆键合工艺对声波器件进行封装时，对于包括空腔的声波器件，键合过程中释放的应力会造成空腔塌陷。本公开实施例无需采用晶圆键合工艺，降低了声波器件中空腔塌陷的风险，减少了由于晶圆键合工艺对制作方法的限制，增加了制作方法的弹性。

此外，本公开通过在连线层上形成导电支撑结构，采用连线层和支撑结构一起形成的导电厚膜作为传输电信号的路径，相较于仅采用连线层作为传输电信号的路径，增大了传输电信号的路径的厚度，降低了该路径的电阻，进而降低了声波器件的电损耗，有利于提高声波器件的电性能。

在其他实施例中，支撑结构也可以同时设置在围绕谐振结构周围非连线层上，以增强对于封装层的支撑强度，保证所形成的声波器件的封装质量较好。

在一些实施例中，器件区中可包括多个谐振结构。此时，可仅在围绕该器件区的最外侧连线层上形成支撑结构。或者，可在相邻谐振结构之间的连线层上均形成支撑结构，以提高对于封装层的支撑作用，并提高对于声波器件的封装气密性。

需要指出的是，仅设置在连线层上的支撑结构为非封闭的，同时设置在连线层和非连线层上的支撑结构为可以形成封闭的，也可以是非封闭的。

在一些实施例中，谐振结构可包括薄膜体声波谐振器，在形成支撑结构之前，所述方法还包括：

如图2a所示，在器件区依次形成第一牺牲层、覆盖第一牺牲层的第一电极层；覆盖第一电极层的压电层、覆盖压电层的第二电极层，以及覆盖第二电极层的调整层；

在形成如图2b所示支撑结构之后，且在形成如图2d所示的封装层之前，所述方法还包括：

如图2c所示，去除第一牺牲层，基于第一牺牲层的形貌在第一电极层和衬底表面之间形成第一空腔，以形成谐振结构的反射结构；修整调整层。

谐振结构的共振区域包括：位于第一空腔上的第一电极层、压电层、第二电极层和调整层。

第一牺牲层的组成材料可以包括：磷硅酸玻璃(psg)或者二氧化硅等。以第一牺牲层的组成材料是二氧化硅层为例，可利用硅烷(sih4)与氧气(o2)作为反应气体，通过化学气相沉积工艺在衬底表面的形成第一牺牲层。

示例性地，可通过湿法刻蚀的方法，选择合适的刻蚀剂，向显露第一牺牲层的第一通孔内注入刻蚀剂，使得刻蚀剂与显露的第一牺牲层接触并发生化学反应，生成液态产物或气态产物的方式，以去除第一牺牲层。

具体地，当第一牺牲层的组成材料是二氧化硅时，可采用湿法刻蚀的工艺，选择氟化氢(hf)作为刻蚀剂去除牺牲层。氟化氢与通过第一通孔显露的牺牲层反应后，生成气态的氟化硅(sif4)和液态的水。

在一些实施例中，可在形成支撑结构之后，且在形成封装层之前，形成贯穿调整层、第二电极层、压电层和第一电极层的第一通孔，以显露第一牺牲层。

在一些实施例中，还可在形成支撑结构之前，形成贯穿调整层、第二电极层、压电层和第一电极层的第一通孔，以显露第一牺牲层。

在一些实施例中，在形成第二电极层和调整层时，第二电极层和调整层可显露压电层对应于第一通孔的位置，如此，第一通孔仅需贯穿压电层和第一电极层。

在形成支撑结构时会在衬底表面产生作用力，该作用力可能对形成了第一空腔的谐振结构产生影响，增大了位于第一空腔上方的第一电极层、压电层、第二电极层以及调整层发生坍塌的几率，即增大了包括第一空腔的谐振结构被破坏的几率，降低形成的声波器件的良率。

由于第一空腔会降低谐振结构的机械强度，因此，相较于通过先去除第一牺牲层形成第一空腔、然后形成支撑结构，本公开实施例通过先形成支撑结构，然后去除第一牺牲层，以基于第一牺牲层的形貌形成第一空腔，使得位于第一空腔上方的第一电极层、压电层、第二电极层以及调整层无需承受形成支撑结构过程中产生的作用力，有利于保证形成有第一空腔的谐振结构的质量，进而保证声波器件的良率较高。

可以理解的是，修整(trimming)调整层的过程为对于谐振结构的调频工艺过程。具体地址，可利用激光等轰击调整层，以减薄调整层，实现对于谐振结构的调频。其中，修整后的调整层的厚度大于或等于0.5nm。

在一些实施例中，连线层和第一电极层可以是同时形成的一体结构。在另一些实施例中，连线层和第二电极层可以使同时形成的一体结构。

在一些实施例中，在形成支撑结构之前，所述方法还包括：

在器件区内，刻蚀衬底表面，以在衬底表面形成凹槽；形成填充凹槽的第二牺牲层；依次形成覆盖第二牺牲层的第一电极层、覆盖第一电极层的压电层、覆盖压电层的第二电极层以及覆盖第二电极层的调整层；

在形成支撑结构之后，且在形成封装层之前，所述方法还包括：

去除第二牺牲层，基于第二牺牲层的形貌在第一电极层和衬底表面之间形成第二空腔，以形成谐振结构的反射结构；修整调整层。

示例性地，可通过干法刻蚀的方式刻蚀衬底表面的器件区，形成上述凹槽。

第二牺牲层的组成材料与第一牺牲层的组成材料可相同。例如，第二牺牲层的组成材料可包括：磷硅酸玻璃或者二氧化硅等。第二牺牲层的形成工艺与第一牺牲层的形成工艺也可相同。此处不再赘述。

示例性地，可通过湿法刻蚀工艺去除第二牺牲层。例如，可通过显露第二牺牲层的第二通孔注入刻蚀剂，使得刻蚀剂与显露的第二牺牲层接触并发生化学反应，生成液态产物或气态产物的方式，以去除第二牺牲层。

在一些实施例中，可在形成支撑结构之后，且在形成封装层之前，形成贯穿调整层、第二电极层、压电层和第一电极层的第二通孔，以显露第二牺牲层。

在一些实施例中，还可在形成支撑结构之前，形成贯穿调整层、第二电极层、压电层和第一电极层的第二通孔，以显露第二牺牲层。

在一些实施例中，在形成第一电极层、第二电极层和调整层时，第一电极层、第二电极层和调整层可显露压电层对应于第二通孔的位置，如此，第二通孔仅需贯穿压电层的边缘区域，即可显露第二牺牲层。

在形成支撑结构时会在衬底表面产生作用力，该作用力可能对形成了第二空腔的谐振结构产生影响，增大了位于第二空腔上方的第一电极层、压电层、第二电极层以及调整层发生坍塌的几率，即增大了包括第二空腔的谐振结构被破坏的几率，降低形成的声波器件的良率。

由于第二空腔会降低谐振结构的机械强度，因此，相较于通过先在衬底表面形成具有第二空腔的谐振结构、然后形成支撑结构的方式形成声波器件，本公开实施例通过先形成支撑结构，然后去除第二牺牲层，以基于第二牺牲层的形貌形成第二空腔，使得位于第二空腔上方的第一电极层、压电层、第二电极层以及调整层无需承受形成支撑结构过程中产生的作用力，有利于保证形成有第二空腔的谐振结构的质量，进而保证声波器件的良率较高。

在一些实施例中，在形成支撑结构之前，所述方法还包括：

在衬底表面的器件区依次形成谐振结构的反射结构、覆盖反射结构的第一电极层、覆盖第一电极层的压电层、覆盖压电层的第二电极层、以及覆盖第二电极层的调整层；修整调整层。

示例性地，谐振结构还可包括固态装配型谐振器。所述在衬底表面依次形成谐振结构的反射结构、覆盖反射结构的第一电极层、覆盖第一电极层的压电层、覆盖压电层的第二电极层、以及覆盖第二电极层的调整层，包括：

在衬底表面形成交替层叠设置的第一介质层和第二介质层，以形成反射结构；其中，第一介质层的声阻抗和第二介质层的声阻抗不同；

形成覆盖交替层叠设置的第一介质层和第二介质层的第一电极层；

形成覆盖第一电极层的压电层；

形成覆盖压电层的第二电极层；

形成覆盖第二电极层的调整层。

当谐振结构包括固态装配型谐振器，由于固态装配型谐振器的反射结构中不存在空腔，因此，形成支撑结构中产生的作用力不会对固态装配型谐振器的结构造成破坏，故可先形成固态装配型谐振器，然后形成支撑结构。

当谐振结构包括薄膜体声波谐振器时，也可先在衬底表面形成谐振结构，然后形成支撑结构。

需要指出的是，当先形成支撑结构，然后去除第一牺牲层或第二牺牲层，以形成谐振结构的反射结构时，可通过对刻蚀剂进行合理选择，以保证在去除第一牺牲层或第二牺牲层的过程中，刻蚀剂对支撑结构的质量影响较小甚至没有影响。

例如，在先形成支撑结构，然后去除第一牺牲层时，可选择对于第一牺牲层具有高选择比、且对于支撑结构具有低选择比的刻蚀剂，甚至可选择与支撑结构之间的化学反应为惰性的刻蚀剂，以减少用于去除第一牺牲层的刻蚀剂与支撑结构之间的化学反应，保证支撑结构的结构完整性，进而保证对于声波器件的封装气密性较好，提高封装质量。

本公开实施例提供的制作方法，既可在形成支撑结构之前完成声波器件的牺牲层去除工艺和调频工艺，又可在形成支撑结构之后完成声波器件的牺牲层去除工艺和调频工艺，整合了声波器件的前端制作工艺、调频工艺以及器件封装工艺，提供了灵活的声波器件制作方式，方法简单且成本低廉，与现有技术兼容性强。

图3是根据一示例性实施例示出的一种声波器件100的示意图，声波器件100可根据本公开实施例提供的制作方法制备而成。参照图3所示，声波器件100包括：

衬底110；

谐振结构120，位于衬底表面；

围绕谐振结构的连线层130，位于衬底表面；

导电的支撑结构140，位于连线层表面，且围绕谐振结构；其中，支撑结构的高度大于谐振结构的高度；

封装层150，位于支撑结构的顶部，且覆盖谐振结构；

其中，谐振结构，位于封装层、支撑结构、连线层和衬底形成的密封腔体内。

衬底的组成材料可包括半导体材料，例如，硅或者锗等。

谐振结构可包括：体声波谐振结构。例如，薄膜体声波谐振结构或者固态装配型谐振结构。

连线层的组成材料可包括：金属或者合金。例如，铝、钨、铜、钼或者铝合金等。可以理解的是，连线层与谐振结构电连接，连线层用于传输电信号。

支撑结构的组成材料可包括：金属或者合金。例如，铝、钨、铜、钼或者铝合金等

示例性地，在垂直于衬底所在平面的方向上，支撑结构的高度范围可包括：0.4微米至100微米。优选地，支撑结构的高度范围可以是2微米至20微米。

在一些实施例中，从衬底110往封装层150方向上，支撑结构的宽度逐渐增加。即支撑结构与封装层的第一接触面积，大于支撑结构与第一电极层的第二接触面积。

可以理解的是，第一接触面积越大，支撑结构对封装层的支撑效果更好，且有利于提高封装的气密性。需要指出的是，当第一接触面积增大时，始终需要保证封装层与谐振结构的共振区域之间存在空隙，且支撑结构与该共振区域之间存在空隙。

当第二接触面积增大时，支撑结构对于衬底的占用面积较大，可能会减小衬底上的可用面积。当第二接触面积减小时，可能会导致支撑结构容易发生倾斜。因此，第二接触面积可略小于第一电极层的表面积。

相较于支撑结构与封装层的第一接触面积等于或小于支撑结构与第二电极层的第二接触面积，本公开实施例中第一接触面积大于第二接触面积，一方面可减少支撑结构在衬底表面占用的面积，同时能够保证封装的气密性较好。

本公开实施例通过在衬底表面的连线层上形成导电的支撑结构，并在支撑结构顶部形成封装层，以形成该密封腔体，能够完成对声波器件的封装，且工艺简单，无需采用晶圆键合和tsv技术，简化了对于声波器件的封装工艺，降低了封装成本。

此外，本公开通过在连线层上形成导电支撑结构，采用连线层和支撑结构形成的连体结构作为传输电信号的路径，相较于仅采用连线层作为传输电信号的路径，增大了传输电信号的路径的厚度，降低了该路径的电阻，进而降低了声波器件的电损耗，有利于提高声波器件的电性能。

在一些实施例中，谐振结构包括：

依次层叠设置的反射结构、第一电极层、调整层、第二电极层和调整层；其中，反射结构位于第一电极层和衬底表面之间。

反射结构用于反射声波信号。当压电层和/或调整层产生的声波信号向反射结构传播时，声波信号可在第一电极层和反射结构接触的界面处发生全反射，使得声波信号反射回压电层和/或调整层中，使声波信号的能量被局限在压电层和/或调整层中，进而减少声波信号的能量损失，提高谐振结构传输的声波信号质量。

第一电极层和第二电极层的组成材料可包括：铝、钼、钌、铱、铂等或者它们的合金组成的导电材料。

压电层和调整层可用于根据加载在第一电极层和第二电极层上的电信号，根据逆压电特性产生振动，将电信号转换为声波信号，实现电能到机械能的转化。

压电层和调整层的组成材料可包括：具有压电特性的材料。例如，氮化铝、氧化锌、钽酸锂、锆钛酸铅、钛酸钡等。压电层和调整层的组成材料还可包括通过掺杂的具有压电特性的材料，例如，掺钪的氮化铝等。压电层和调整层的组成材料可相同。其中，调整层的厚度大于或等于0.5nm。

调整层的组成材料还可包括：二氧化硅或者电极材料(例如，铝、钼、钌、铱、铂等或者它们的合金组成的导电材料)。

在一些实施例中，反射结构包括：

第一空腔，位于第一电极层和衬底表面之间；

第一空腔，是在形成支撑结构之后，且在形成封装层之前，通过去除位于衬底表面与第一电极层之间的第一牺牲层形成的。

由于第一空腔会降低谐振结构的机械强度，因此，相较于通过先去除第一牺牲层形成第一空腔、然后形成支撑结构，本公开实施例的第一空腔是在形成支撑结构之后，通过去除第一牺牲层所形成的的，使得位于第一空腔上方的第一电极层、压电层、第二电极层以及调整层无需承受形成支撑结构过程中产生的作用力，有利于保证形成有第一空腔的谐振结构的质量，进而保证声波器件的良率较高。

在一些实施例中，第一空腔，是在形成支撑结构之前，通过去除位于衬底表面与第一电极层之间的第一牺牲层形成的。

在一些实施例中，反射结构包括：

衬底表面向下凹陷形成的第二空腔，位于第一电极层和衬底表面之间；

第二空腔，是在形成支撑结构之后，且在形成封装层之前，通过去除填充在衬底表面向下凹陷的凹槽中的第二牺牲层形成的。

由于第二空腔会降低谐振结构的机械强度，因此，相较于通过先在衬底表面形成具有第二空腔的谐振结构、然后形成支撑结构的方式形成声波器件，本公开实施例的第二空腔是在形成支撑结构之后，去除第二牺牲层以基于第二牺牲层的形貌形成的，使得位于第二空腔上方的第一电极层、压电层、第二电极层以及调整层无需承受形成支撑结构过程中产生的作用力，有利于保证形成有第二空腔的谐振结构的质量，进而保证声波器件的良率较高。

在一些实施例中，第二空腔，是在形成支撑结构之前，通过去除填充在衬底表面向下凹陷的凹槽中的第二牺牲层形成的。

在一些实施例中，反射结构包括：

交替层叠设置的第一介质层和第二介质层；其中，第一介质层的声阻抗和第二介质层的声阻抗不同。

声阻抗不同的第一介质层和第二介质层交替层叠设置，形成布拉格反射镜。

示例性地，第一介质层的声阻抗可大于第二介质层的声阻抗。此时，第一介质层的组成材料可包括：钼或钨；第二介质层的组成材料可以包括：二氧化硅或者铝。

示例性地，第一介质层的声阻抗可小于第二介质层的声阻抗。此时，第一介质层的组成材料可以包括：二氧化硅或者铝；第二介质层的组成材料可以包括：钼或钨。

在本公开所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置、系统与方法，可以通过其他的方式实现。以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。