柔性基底薄膜体声波谐振器及其形成方法与流程
本发明涉及半导体技术领域，特别地涉及一种柔性基底薄膜体声波谐振器及其形成方法。
背景技术：
随着微机械制造技术的发展，压电体声波(bulkacousticwave，简称baw)器件成为国内外研究的热点，由于其具有体积小、工作频率高、插入损耗低、带外抑制大、高q值、大功率容量、低温度系数以及良好的抗静电冲击能力和半导体工艺兼容性等优点，使其符合现代通讯器件ghz工作频率级的要求，利用压电薄膜在厚度方向的纵向谐振所制成的薄膜压电体声波滤波器、双工器产品已经成功应用于移动通信领域。同时，由于薄膜体声波谐振器的工作频率高、品质因数(q值)高等优点，使其在传感器领域中的应用也被广泛关注。
薄膜体声波谐振器(filmbulkacousticresonator，简称fabr)的基本结构是由两层电极夹着一层压电薄膜层的压电震荡堆。作为射频器件，fbar需要一个施加在两个电极上的射频电压来充当功率源，在射频电压的作用下，压电层会产生交变电场，由于逆压电效应，压电层产生形变，微观上表现为声子的震动，宏观上形成声波，此声波为压电体内部的体声波，通过这样一个过程，电能转化为机械能。体声波会在震荡堆的上下电极之间来回反射。根据驻波形成的条件，当声波在振荡堆中传播的距离是半波长或半波长的奇数倍时便会产生驻波振荡，由于正压电效应，来回振荡的体声波又会激励起射频电信号，又完成机械能到电能的转换，形成电信号的谐振。
与此同时，柔性材料正在半导体器件制造中扮演着越来越重要的作用，一般选择柔性的基底材料代替传统刚性材料。传统的硅基材料具有机械脆性，不足以维持较大的形变以及瞬时的冲击，并且也较难运用于诸如表面弯曲的触觉传感探测等领域，故而硅基的微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem，简称mems)器件有着自身的局限性，而柔性材料有着诸如可弯曲、耐冲击、成本低等优良的特性，将其运用于mems器件可在传感领域有广阔的应用前景。对于薄膜体声波谐振器来说，也可以制成柔性，同样会有着巨大的应用潜力，可以将fbar制备的滤波器实现柔性化，其对于实现高频电路的柔性化有着巨大的推动意义。同时以fbar为敏感原件的柔性薄膜体波传感器也可以应用于生物、化学、医疗诊断、环境检测等领域中。当前，对于柔性器件的国际主流制作方法为将一层很薄的硅基底和柔性基底通过转移的方法相结合。
如图1所示的传统的硅基薄膜体声波谐振器常采用键合的方式进行封装，其封装工艺具体为：首先，在谐振器013的周围采用电镀的方法形成铜柱作为键合柱003，然后通过键合的方法，在一定的压力与温度下，使盖片001如硅片与键合柱003相键合，基底011作为封装体的一部份，从而形成封装结构。谐振结构013由顶电极002、压电层007与底电极009组成，其位于衬底的空腔010上，与此同时，在谐振结构与盖片之间也存在空气隙002，由于谐振结构的材料与空气的声阻抗之间大的失配，从而将谐振结构与衬底和盖片声学隔离。
但对于柔性薄膜体声波谐振器来说，如果只是图1中的硅基薄膜体声波谐振器中的衬底替换成柔性衬底，然后采用现有技术的封装工艺可行性不高。因为在键合时需要高压力和高温度，和柔性衬底所能承受的温度及压力不兼容，同时当基底和封装层为柔性材料时，在键合的过程中，器件下方和上方的空腔容易发生塌陷，使器件部分与基底或封装层相接触，在接触部位会导致声波的泄露，从而降低了谐振器的q值。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种柔性基底薄膜体声波谐振器及其形成方法，有助于提高器件的q值，改善器件性能。
本发明一方面提出一种柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法，包括：提供牺牲层；在所述牺牲层之上形成谐振结构；在所述谐振结构之上形成顶部声反射结构；去除所述牺牲层，从而得到堆叠结构，然后将所述堆叠结构通过翻转工艺转移到柔性基底上，所述堆叠结构包括所述谐振结构和所述顶部声反射结构；在所述顶部声反射结构之上形成封装层。
可选地，还包括形成底部声反射结构，所述底部声反射结构位于所述柔性基底之上并且位于所述谐振结构之下。
可选地，所述顶部声反射结构包括：1层低声阻抗层；或者，1至2组布拉格反射结构，其中每组布拉格反射结构包括低声阻抗层和高声阻抗层。
可选地，所述底部声反射结构包括：1层低声阻抗层；或者，1至2组布拉格反射结构，其中每组布拉格反射结构包括低声阻抗层和高声阻抗层。
可选地，所述谐振结构包括自下而上依次排列的：第一电极、第一压电层和第二电极；或者，第一电极、第一压电层、第二电极、第二压电层、第三电极；或者，第一电极、第一压电层、第二电极、解耦层、第三电极、第二压电层、第四电极。
可选地，还包括形成空腔，所述空腔位于所述柔性基底之上并且位于所述谐振结构之下。
可选地，所述低声阻抗层包括：环氧基树脂、聚乙二烯、氧化硅、铝、碳掺杂氧化硅、纳米多孔甲基倍半硅氧烷、纳米多孔氢倍半硅氧烷、包含甲基倍半硅氧烷和氢硅倍半环氧乙烷的纳米多孔混合物、纳米玻璃、气凝胶、干凝胶、旋涂玻璃、聚对二甲苯或silk。
可选地，所述低声阻抗层的厚度小于1μm。
可选地，所述高声阻抗层包括：丁基合成橡胶、聚乙烯、氯丁橡胶、钨、钼、铂、钌、铱、钨钛、五氧化二钽、氧化哈、氧化铝、硅化络、碳化铌、氮化钽、碳化钛、氧化钛、碳化钒、氮化钨、氧化钨、碳化锆、类金刚石或硅掺杂的金刚石。
可选地，所述低声阻抗层的厚度小于1μm
可选地，所述封装层包括：聚酰亚胺或橡胶。
可选地，所述封装层的厚度小于1μm。
可选地，所述在所述顶部声反射结构之上形成封装层的步骤包括：在所述顶部声反射结构之上形成空气隙牺牲层；在所述空气隙牺牲层之上通过旋涂方式形成所述封装层；去除所述空气隙牺牲层从而形成空气隙。
本发明另二方面提出一种柔性基底薄膜体声波谐振器，包括柔性基底、谐振结构、顶部声反射结构、以及封装层，其中：所述谐振结构位于所述柔性基底之上；所述顶部声反射结构位于所述谐振结构之上；所述封装层位于所述顶部声反射结构之上。
可选地，还包括底部声反射结构，所述底部声反射结构位于所述柔性基底之上并且位于所述谐振结构之下。
可选地，所述顶部声反射结构包括：1层低声阻抗层；或者，1至2组布拉格反射结构，其中每组布拉格反射结构包括低声阻抗层和高声阻抗层。
可选地，所述底部声反射结构包括：1层低声阻抗层；或者，1至2组布拉格反射结构，其中每组布拉格反射结构包括低声阻抗层和高声阻抗层。
可选地，其特征在于，所述谐振结构包括自下而上依次排列的：第一电极、第一压电层和第二电极；或者，第一电极、第一压电层、第二电极、第二压电层、第三电极；或者，第一电极、第一压电层、第二电极、解耦层、第三电极、第二压电层、第四电极。
可选地，还包括：空腔，所述空腔位于所述柔性基底之上并且位于所述谐振结构之下。
可选地，所述低声阻抗层包括：环氧基树脂、聚乙二烯、氧化硅、铝、碳掺杂氧化硅、纳米多孔甲基倍半硅氧烷、纳米多孔氢倍半硅氧烷、包含甲基倍半硅氧烷和氢硅倍半环氧乙烷的纳米多孔混合物、纳米玻璃、气凝胶、干凝胶、旋涂玻璃、聚对二甲苯或silk。
可选地，所述低声阻抗层的厚度小于1μm。
可选地，所述高声阻抗层包括：丁基合成橡胶、聚乙烯、氯丁橡胶、钨、钼、铂、钌、铱、钨钛、五氧化二钽、氧化哈、氧化铝、硅化络、碳化铌、氮化钽、碳化钛、氧化钛、碳化钒、氮化钨、氧化钨、碳化锆、类金刚石或硅掺杂的金刚石。
可选地，所述高声阻抗层的厚度小于1μm。
可选地，所述封装层包括：聚酰亚胺或橡胶。
可选地，所述封装层的厚度小于1μm。
可选地，还包括空气隙，所述空气隙位于所述顶部声反射结构和所述封装层之间。
本发明再一方面提出一种柔性基底薄膜体声波谐振器，该柔性基底薄膜体声波谐振器是用本发明的任一项所述的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法加工得到的。
根据本发明的技术方案，第一方面，而且由于设置了顶部声反射结构，使得其上可以直接通过旋涂等类似的工艺条件在其表面形成封装层，避免采用键合封装工艺在器件顶部形成空腔，从而避免了现有技术问题，可有效保障器件的密封效果，提高了q值，改善了器件性能。第二方面，因为顶部声反射结构能够有效提高声波反射的能力，能够将声波限制在谐振结构内，避免谐振结构中的能量泄露到封装层中，从而减少了谐振结构能量的损失，使其q值整体提高。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是现有技术中的薄膜压电体声波谐振器的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图；
图3是本发明第二实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图；
图4是本发明第三实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图；
图5是本发明第四实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图；
图6是本发明第五实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图；
图7是本发明第六实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图；
图8是本发明第七实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图；
图9是本发明第八实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图；
图10是本发明第九实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图；
图11a至图11f是本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
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者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该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明第一方面提出了柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法。
根据本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法，包括：提供牺牲层；在牺牲层之上形成谐振结构；在谐振结构之上形成顶部声反射结构；去除牺牲层，从而得到堆叠结构，然后将堆叠结构通过翻转工艺转移到柔性基底上，堆叠结构包括谐振结构和顶部声反射结构；在顶部声反射结构之上形成封装层。
根据本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法，第一方面，而且由于设置了顶部声反射结构，其上可以直接通过旋涂等类似的工艺条件在其表面形成封装层，避免采用键合封装工艺在器件顶部形成空腔，从而避免了现有技术问题，可有效保障器件的密封效果，提高了q值，改善了器件性能。第二方面，因为顶部声反射结构能够有效提高声波反射的能力，能够将声波限制在谐振结构内，避免谐振结构中的能量泄露到封装层中，从而减少了谐振结构能量的损失，使其q值整体提高。
其中，牺牲层的材料以为二氧化硅(sio2)、磷硅玻璃(psg)等类似材料，对柔性、声阻抗无要求，因为其作用是在硅基底上加工完器件后，通过湿法刻蚀工艺即用hf溶液，将其刻蚀掉，然后将器件转移下来。
其中，去除牺牲层可以采用湿法刻蚀的方法或者类似的干法刻蚀，将器件放于一定配比的氢氟酸溶液中，一段时间之后牺牲层被蚀刻干净并形成空腔，此时器件通过锚点结构悬浮于空腔上方。然后用带有粘附性的柔性基底贴于器件的表面，将其粘下翻转过来即形成柔性的fbar器件。采用翻转的转移方法转移堆叠结构时无需使用印章、也无需对准，能够大大提高转移的效率、降低成本，并且可以实现器件大规模的转移。
其中，柔性基底可以是聚酰亚胺(pi)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、涤纶树脂(pet)聚碳酸酯(pc)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚醚砜(pes)、聚醚酰亚胺(pei)、聚乙烯醇(pva)、各种含氟聚合物(fep)等构成。
其中，封装层可以用聚酰亚胺、橡胶等类似材料，可以与基底材料相同或不同。封装层材料属性要求是具有柔性的，因为整个器件突出的就是柔性。封装层声阻抗最好为低声阻抗材料。封装层的厚度小于1μm，由于它是很薄的薄膜，增加了器件的柔性。
其中，形成封装层可以采用旋涂或喷涂等类似的工艺，旋涂的方式为：将加工好的器件放在机台腔体内的底座上，通过抽真空的方式将器件固定住，然后通过喷管将封装材料滴到到器件的表面，通过连接基座的马达，使其旋转，从而将封装材料均匀的平铺在器件的表面，通过控制旋转的速度，可调节旋涂的封装层的厚度、均匀性等。旋涂工艺可以节省封装的成本，同时能够避免键合的方式导致空腔的塌陷。
其中，谐振结构的具体形式是灵活多样的。谐振结构可以是最简单的三明治结构，包括自下而上依次排列的第一电极、第一压电层和第二电极。谐振结构也可以是“3+2”夹心结构，包括自下而上依次排列的第一电极、第一压电层、第二电极、第二压电层、第三电极。谐振结构还可以是两个垂直方向堆叠的三明治结构，包括自下而上依次排列的第一电极、第一压电层、第二电极、解耦层、第三电极、第二压电层、第四电极。需要说明的是，电极材料可以为金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)，钌(ru)、铱(ir)、铝(al)、钛(ti)等金属以及它们的合金。压电层材料可以为氮化铝(aln)、氧化锌(zno)、锆钛酸铅(pzt)、铌酸锂(linbo3)、石英(quartz)、铌酸钾(knbo3)或钽酸锂(litao3)等材料以及它们的组合。
其中，顶部声反射结构可以包括：1层低声阻抗层或者1至2组布拉格反射结构，其中每组布拉格反射结构包括低声阻抗层和高声阻抗层。其中低声阻抗层和高声阻抗层的厚度均为四分之一或四分之三声波波长。当顶部声反射结构仅仅包含单层低声阻抗层时，器件具有轻薄、柔韧性好的优点。当顶部声反射结构包含1至2组“低声阻抗层-高声阻抗层”结构时，声波反射效果更佳。
其中，低声阻抗层由低声阻抗材料组成，通常可以是氧化硅、铝、碳掺杂氧化硅、纳米多孔甲基倍半硅氧烷、纳米多孔氢倍半硅氧烷、包含甲基倍半硅氧烷(methylsilsesquioxane，简称msq)和氢硅倍半环氧乙烷(hydrogensilsesquioxane，简称hsq)的纳米多孔混合物、纳米玻璃、气凝胶、干凝胶、旋涂玻璃、聚对二甲苯、silk(silk是dowchemical公司开发的一种低介电常数材料，目前广泛用于集成电路生产。目前已知它是一种高分子材料，但是具体结构仍然是商业秘密)或苯并环丁烯。低声阻抗层的厚度小于1μm，由于它是很薄的薄膜，增加了器件的柔性。
其中，高声阻抗层由高声阻材料组成，通常可以是钨、钼、铂、钌、铱、钨钛、五氧化二钽、氧化哈、氧化铝、硅化络、碳化铌、氮化钽、碳化钛、氧化钛、碳化钒、氮化钨、氧化钨、碳化锆、类金刚石或硅掺杂的金刚石。高声阻抗层的厚度小于1μm，由于它是很薄的薄膜，增加了器件的柔性。
优选地，器件的各层结构全部都采用柔性材料，这样能够有效提高器件的柔韧性、弯曲性，使其能够适应更加复杂的环境。具体地，低声阻抗层可以包括环氧基树脂或聚乙二烯。高声阻抗层可以包括：丁基合成橡胶、聚乙烯或氯丁橡胶。封装层可以包括聚酰亚胺或橡胶。需要说明的是，低声阻抗层、高声阻抗层和封装层既可以为上述特定材料的纯的高分子柔性材料，也可以为包含这上述特定材料的复合柔性材料。
可选地，本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法还包括：形成底部声反射结构，该底部声反射结构位于柔性基底之上并且位于谐振结构之下。底部声反射结构也能够有效提高声波反射的能力，避免谐振器中的能量从底部泄露，将声波限制在谐振器内，从而减少了谐振器能量的损失，使其q值整体提高。
可选地，本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法中，底部声反射结构可以包括：1层低声阻抗层或者1至2组布拉格反射结构，其中每组布拉格反射结构包括低声阻抗层和高声阻抗层。当底部声反射结构仅仅包含单层低声阻抗层时，器件具有轻薄、柔韧性好的优点。当底部声反射结构包含1至2组“低声阻抗层-高声阻抗层”结构时，声波反射效果更佳。
可选地，本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法还包括：形成空腔，该空腔位于柔性基底之上并且位于谐振结构之下。该空腔中的空气的声阻抗为零，因此在谐振结构之下设置空腔也能够有效提高声波在空腔与谐振器底部二者之间界面处反射的能力，避免谐振结构中的能量泄露到柔性基底中，而是将声波限制在谐振结构内，从而减少了谐振结构能量的损失，使其q值整体提高。
可选地，本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法，还包括：在顶部声反射结构与封装层之间形成空气隙。具体做法可以是：在顶部声反射结构之上形成空气隙牺牲层；在空气隙牺牲层之上通过旋涂方式形成封装层；去除空气隙牺牲层从而形成空气隙。
本发明第二方面提出了柔性基底薄膜体声波谐振器。
根据本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器，包括：柔性基底、谐振结构、顶部声反射结构、以及封装层。其中：谐振结构位于柔性基底之上；顶部声反射结构位于谐振结构之上；封装层位于顶部声反射结构之上。
根据本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器，第一方面，而且由于设置了顶部声反射结构，其上可以直接通过旋涂等类似的工艺条件在其表面形成封装层，避免采用键合封装工艺在器件顶部形成空腔，从而避免了现有技术问题，可有效保障器件的密封效果，提高了q值，改善了器件性能。第二方面，因为顶部声反射结构能够有效提高声波反射的能力，能够将声波限制在谐振结构内，避免谐振结构中的能量泄露到封装层中，从而减少了谐振结构能量的损失，使其q值整体提高。
其中，柔性基底可以是聚酰亚胺(pi)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、涤纶树脂(pet)聚碳酸酯(pc)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚醚砜(pes)、聚醚酰亚胺(pei)、聚乙烯醇(pva)、各种含氟聚合物(fep)等构成。
其中，封装层可以用聚酰亚胺、橡胶等类似材料，可以与基底材料相同或不同。封装层材料属性要求是具有柔性的，因为整个器件突出的就是柔性。封装层声阻抗最好为低声阻抗材料。封装层的厚度小于1μm，由于它是很薄的薄膜，增加了器件的柔性。
其中，谐振结构的具体形式是灵活多样的。谐振结构可以是最简单的三明治结构，包括自下而上依次排列的第一电极、第一压电层和第二电极。谐振结构也可以是“3+2”夹心结构，包括自下而上依次排列的第一电极、第一压电层、第二电极、第二压电层、第三电极。谐振结构还可以是两个三明治结构垂直方向堆叠，包括自下而上依次排列的第一电极、第一压电层、第二电极、解耦层、第三电极、第二压电层、第四电极。需要说明的是，电极材料可以为金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)，钌(ru)、铱(ir)、铝(al)、钛(ti)等金属以及它们的合金。压电层材料可以为氮化铝(aln)、氧化锌(zno)、锆钛酸铅(pzt)、铌酸锂(linbo3)、石英(quartz)、铌酸钾(knbo3)或钽酸锂(litao3)等材料以及它们的组合。
其中，顶部声反射结构可以包括：1层低声阻抗层；或者，1至2组布拉格反射结构，其中每组布拉格反射结构包括低声阻抗层和高声阻抗层。当顶部声反射结构仅仅包含单层低声阻抗层时，器件具有轻薄、柔韧性好的优点。当顶部声反射结构包含1至2组“低声阻抗层-高声阻抗层”结构时，声波反射效果更佳。
需要说明的是，低声阻抗层由低声阻抗材料组成，可以是氧化硅、铝、碳掺杂氧化硅、纳米多孔甲基倍半硅氧烷、纳米多孔氢倍半硅氧烷、包含甲基倍半硅氧烷(methylsilsesquioxane，简称msq)和氢硅倍半环氧乙烷(hydrogensilsesquioxane，简称hsq)的纳米多孔混合物、纳米玻璃、气凝胶、干凝胶、旋涂玻璃、聚对二甲苯、silk或苯并环丁烯。低声阻抗层的厚度小于1μm，由于它是很薄的薄膜，增加了器件的柔性。
高声阻抗层由高声阻材料组成，可以是钨、钼、铂、钌、铱、钨钛、五氧化二钽、氧化哈、氧化铝、硅化络、碳化铌、氮化钽、碳化钛、氧化钛、碳化钒、氮化钨、氧化钨、碳化锆、类金刚石或硅掺杂的金刚石。高声阻抗层的厚度小于1μm，由于它是很薄的薄膜，增加了器件的柔性。
优选地，器件的各层结构全部都采用柔性材料，这样能够有效提高器件的柔韧性、弯曲性，使其能够适应更加复杂的环境。具体地，低声阻抗层可以包括环氧基树脂或聚乙二烯。高声阻抗层可以包括：丁基合成橡胶、聚乙烯或氯丁橡胶。封装层可以包括聚酰亚胺或橡胶。需要说明的是，低声阻抗层、高声阻抗层和封装层既可以为上述特定材料的纯的高分子柔性材料，也可以为包含这上述特定材料的复合柔性材料。
可选地，本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器还包括底部声反射结构，该底部声反射结构位于柔性基底之上并且位于谐振结构之下。底部声反射结构也能够有效提高声波反射的能力，避免谐振器中的能量泄露到柔性基底中，将声波限制在谐振器内，从而减少了谐振器能量的损失，使其q值整体提高。
可选地，本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器中，底部声反射结构可以包括：1层低声阻抗层或者1至2组布拉格反射结构，其中每组布拉格反射结构包括低声阻抗层和高声阻抗层。当底部声反射结构仅仅包含单层低声阻抗层时，器件具有轻薄、柔韧性好的优点。当底部声反射结构包含1至2组“低声阻抗层-高声阻抗层”结构时，声波反射效果更佳。
可选地，本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器还包括空腔。该空腔位于柔性基底之上并且位于谐振结构之下。该空腔中的空气的声阻抗为零，因此在谐振结构之下设置空腔也能够有效提高声波在空腔与谐振器底部二者之间界面处反射的能力，避免谐振结构中的能量泄露到柔性基底中，而是将声波限制在谐振结构内，从而减少了谐振结构能量的损失，使其q值整体提高。
可选地，本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器还包括空气隙，该空气隙位于顶部声反射结构和封装层之间。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面列举多个具体实施例进行说明。
图2是本发明第一实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图。在此典型实施例中，柔性薄膜体声波谐振器(fbar)200包括柔性基底219；空腔217；谐振结构214，其包含底部电极215、压电层213和顶部电极211；顶部声反射结构210，其包含两组布拉格反射结构，即低声阻抗层209和205以及高声阻抗层207和203；以及封装层201；其中，空腔217起到对谐振结构214声学隔离的目的。在谐振结构中，底部电极、压电层、顶部电极以及空腔在垂直方向上重叠的部分为谐振器的有效区域，当在谐振器的上下电极间施加一定频率的交变电压信号时，由于压电材料所具有的逆压电效应，有效区域内的上下电极之间会产生垂直方向传播的声波，声波将会在底部电极与空气的交界面以及顶部电极上的布拉格反射结构之间来回反射并在一定频率下产生谐振。
柔性fbar200的制作过程包括，首先在单晶硅基底上加工出顶部带有顶部声反射结构的fbar，其制造顺序依次为：在硅基底(约400μm厚)上刻蚀形成空腔并沉积一层牺牲材料，通过化学机械平坦化使其表面光滑平整，形成牺牲层(约3.4μm厚)；沉积谐振结构；沉积顶部声反射结构；然后将牺牲层去除；最后在显微操作下通过印章转移的方法，将在硅基底上制备好的带有顶部声反射结构的fbar器件堆叠提起，按照对准标记将其放置到柔性基底上，从而形成柔性的fbar器件，然后在顶部声反射结构的表面通过旋涂等类似的工艺方法形成封装层。
由上可知，图2所示的柔性基底薄膜体声波谐振器及其制作方法可以显著提高谐振器封装后的q值，因为顶部声反射结构能够有效提高声波反射的能力，避免谐振器中的能量泄露到封装层中，将声波限制在谐振器内，从而减少了谐振器能量的损失，使其q值整体提高。而且由于顶部声反射结构的存在，使得器件可以直接通过旋涂等类似的工艺条件在其表面形成封装层，可有效解决柔性器件封装的问题，同时使得器件的封装过程变得更为简便、降低了器件封装的成本，并且能够有效降低柔性封装中对气密性的要求。
图3本发明第二实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图。在此典型实施例中，柔性薄膜体声波谐振器(fbar)300包括柔性基底323；底部声反射结构320，其包含底部第一高声阻抗层321、底部第一低声阻抗层319、底部第二高声阻抗层317和底部第二低声阻抗层315；谐振结构314，其包含：底部电极313、压电层312和顶部电极311；顶部声反射结构304，其包含顶部第一高声阻抗层303、顶部第一低声阻抗层305、顶部第二高声阻抗层307和顶部第二低声阻抗层309；以及封装层301。由底部声反射结构和顶部声反射结构构成的声反射镜结构能够起到对声波的限制作用，当谐振结构中产生的声波向下传递到底部声反射结构中和向上传递到顶部声反射结构中，声反射镜结构能够在谐振结构与柔性基底和封装层之间起到声学隔离的作用，从而阻止声波能量泄露到柔性基底或封装层之中，避免声学损耗，进而提高器件的q值。
柔性fbar300的制作过程包括，首先在单晶硅基底上加工出带有布拉格反射结构的fbar，制造顺序依次为：在硅基底上形成空腔并沉积一层牺牲层；其次沉积底部声反射结构320；沉积谐振结构314；沉积顶部声反射结构304；然后将牺牲层去除；然后将堆叠结构转移到柔性基底323上，最后在器件顶部形成封装层301。
由上可知，图3所示的柔性基底薄膜体声波谐振器及其制作方法中，由于在谐振结构314的上下部分都有限制声波的布拉格反射结构，所以基底可以为任何的柔性材料，能够自由地选择成本更加低廉的柔性材料，使得器件制作的成本降低，并且能够扩大器件应用的范围，使其能够适应更加复杂的环境；由于在谐振结构314上下所形成的布拉格反射结构，使得器件抵抗外界环境变化的能力增强，如湿度、颗粒吸附等对器件频率的影响，而且还可以直接通过旋涂等类似的工艺在其表面上形成封装层，大大减少了器件封装的工艺步骤，使其在封装的过程中变得更加简单，进一步降低了器件封装的成本；布拉格反射结构的存在，可以降低器件对封装气密性的要求，并且基底上没有空腔的存在，器件的连接将更为牢固。
图4是本发明第三实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图。在此典型实施例中，柔性薄膜体声波谐振器(fbar)400包括柔性基底415；底部声反射结构412，其包含底部第一高声阻抗层413、底部第一低声阻抗层411；谐振结构410，其包含：底部电极407、压电层406和顶部电极405；顶部声反射结构404，其包含顶部第一高声阻抗层402、顶部第一低声阻抗层403；以及封装层401。
柔性fbar400的制作过程包括，首先在单晶硅基底上加工出带有布拉格反射结构的fbar，制造顺序依次为：在硅基底上形成空腔并沉积一层牺牲层；其次沉积底部声反射结构412；沉积谐振结构410；沉积顶部声反射结构404；然后将牺牲层去除；然后将堆叠结构转移到柔性基底415上，最后在器件顶部形成封装层401。
由上可知，图4所示的柔性基底薄膜体声波谐振器及其制作方法中，如果构成布拉格反射结构的层数过多，则器件在弯曲的过程中容易断裂，不利于其在柔性方面的应用，因此将底部声反射结构和顶部声反射结构的材料组数设置为一组，这样能够有效增加器件的柔韧性，能够使其应用在更加复杂的环境之中。
图5是本发明第四实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图。在此典型实施例中，柔性薄膜体声波谐振器(fbar)500包括柔性基底513；底部声反射结构511，其只包含单层低声阻抗层；谐振结构510，其包含：底部电极509、压电层507和顶部电极505；顶部声反射结构503，其只包含单层低声阻抗层；以及封装层501。
柔性fbar500的制作过程包括，首先在单晶硅基底上加工出带有布拉格反射结构的fbar，制造顺序依次为：在硅基底上形成空腔并沉积一层牺牲层；其次沉积底部声反射结构511；沉积谐振结构510；沉积顶部声反射结构503；然后将牺牲层去除；然后将堆叠结构转移到柔性基底513上，最后在器件顶部形成封装层501。
由上可知，图5所示的柔性基底薄膜体声波谐振器及其制作方法中，由于构成布拉格反射结构的层数过多，则器件在弯曲的过程中容易断裂，不利于其在柔性方面的应用，因此将底部和顶部的布拉格反射结构的数量都只设置为单层，这样能够有效增加器件的柔韧性，能够使其应用在更加复杂的环境之中。
图6是本发明第五实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图。在此典型实施例中，柔性薄膜体声波谐振器(fbar)600包括柔性基底617；谐振结构616，其包含：底部电极615、压电层613和顶部电极611；顶部声反射结构610，其包含顶部第一高声阻抗层603、顶部第一低声阻抗层605、顶部第二高声阻抗层607和顶部第二低声阻抗层609；以及封装层601。
柔性fbar600的制作过程包括，首先在单晶硅基底上加工出带有布拉格反射结构的fbar，制造顺序依次为：在硅基底上形成空腔并沉积一层牺牲层；沉积谐振结构616；沉积顶部声反射结构610；然后将牺牲层去除；最后，通过印章转移的方法，在显微操作下，将在硅基底上制备好的带有顶部声反射结构的fbar提起，直接将其放置到柔性基底617上，从而形成柔性的fbar，然后在器件的表面通过旋涂等类似的工艺方法形成封装层601。
在此实施例中，柔性基底的材料为聚酰亚胺(pi)或聚对二甲苯等声阻抗接近为零的类似材料，柔性基底的厚度范围在但不限于10μm至400μm之间。由声波理论可知，声波会在声阻抗不同的两种介质的界面上会发生反射，其反射系数r与透射系数t分别为：
由上可知，图6所示的柔性基底薄膜体声波谐振器及其制作方法中，由于在谐振结构的上下部分都没有空腔的存在，使得器件与柔性基底和封装层之间的连接更为牢固，同时不用在基底上加工空腔，可以简化工艺步骤；柔性基底上没有空腔，器件在转移的过程中不用进行对准，大大提高了器件转移的效率；布拉格反射结构的存在，使得器件可以直接通过旋涂等类似的工艺条件在其表面形成封装层，可有效解决柔性器件封装的问题，同时使得器件的封装过程变得更为简便、降低了器件封装的成本，并且能够有效降低柔性封装中对气密性的要求，使得器件封装的稳定性提高，增加了器件使用的可靠性。
图7是本发明第六实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图。在此典型实施例中，柔性堆叠式薄膜体声波谐振器(fbar)700包括：柔性基底723；底部声反射结构720，其包含底部第一高声阻抗层721和底部第一低声阻抗层718；第一电极715，第一压电层713，第二电极711，第二压电层709和第三电极707；顶部声反射结构702，其包含顶部第一高声阻抗层703和顶部第一低声阻抗层705。
柔性堆叠式fbar700的制作过程包括，首先在单晶硅基底上加工出带有布拉格反射结构的堆叠式fbar，制造顺序依次为：在硅基底上形成空腔并沉积一层牺牲层；沉积底部声反射结构；沉积第一电极、第一压电层、第二电极、第二压电层、第三电极；沉积顶部声反射结构；然后将牺牲层去除；然后将堆叠结构转移到柔性基底723上，最后在器件顶部形成封装层701。根据本发明的制作方法，可对柔性堆叠式薄膜体声波谐振器进行简单封装。
图8是本发明第七实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图。在此典型实施例中，柔性耦合谐振滤波器800包括：柔性基底823；底部声反射结构820，其包含底部第一高声阻抗层821和底部第一低声阻抗层819；第一谐振器812，其包含第一底部电极817、第一压电层815和第一顶部电极813；解耦层811；第二谐振器804，其包含第二底部电极809、第二压电层807和第二顶部电极805；顶部声反射结构802，其包含顶部第一高声阻抗层801和顶部第一低声阻抗层803；封装层801。
柔性堆叠式fbar800的制作过程包括，首先在单晶硅基底上加工出带有布拉格反射结构的耦合谐振滤波器，制造顺序依次为：在硅基底上形成空腔并沉积一层牺牲层；沉积底部声反射结构；沉积第一谐振器；沉积解耦层；沉积第二谐振器；沉积顶部声反射结构；然后将牺牲层去除；然后将堆叠结构转移到柔性基底823上，最后在器件顶部形成封装层801。根据本发明的制作方法，可对柔性堆叠式薄膜体声波谐振器进行简单封装。
图9是本发明的第八实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图。在此典型实施例中，柔性薄膜体声波谐振器(fbar)900包括柔性基底917；谐振结构916，其包含：底部电极915、压电层913和顶部电极911；以及封装层919。该封装层919优选采用柔性的低声阻抗材料，如pi、pet等。这样封装层919既起到机械封装作用，同时又能起到声波密封作用。
柔性fbar900的制作过程包括，首先在单晶硅基底上加工出fbar，制造顺序依次为：在硅基底上形成空腔并沉积一层牺牲层；沉积谐振结构916；然后将牺牲层去除；然后将堆叠结构转移到柔性基底917上，最后在器件顶部形成封装层919。
由前文提到的公式
由上可知，图9所示的柔性基底薄膜体声波谐振器及其制作方法中，选用声阻抗尽量接近为零的材料以旋涂的方式进行封装，可以实现器件在封装的同时能够将声波很好的限定在谐振结构之内，使得器件不仅能够很好的抵抗外界环境变化对其性能的影响，而且还能很好的保证器件的q值。
图10是本发明的第九实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的结构示意图。在此典型实施例中，柔性薄膜体声波谐振器(fbar)1000包括柔性基底1017；谐振结构1016，其包含：底部电极1015、压电层1013和顶部电极1011；封装层1019；以及位于顶部电极和封装层之间的空气隙1010。在此发明实施例中，位于顶部电极和封装层之间的空气隙，能够同时提高声波的反射率以及弯曲性能。由于空气的声阻抗为零，所以空气隙的存在能够有效提高声波反射回谐振器中的反射率；同时由于空气隙的存在使得器件在弯曲的过程中更加容易，能够提高器件的弯曲性能，使得器件可以适应更加复杂的环境。需要说明的是，在此实施例中所提出的空气隙也应用于本发明中的任一实施例中，但在其它实施例附图中并未标示出，该空气隙位于顶部声反射结构和封装层之间。
该空气隙结构的加工方法为：将谐振结构(即堆叠结构)转移到柔性基底上之后，通过pecvd、cvd或pvd等类似的薄膜沉积工艺，在顶部声反射层上沉积一层空气隙牺牲层，空气隙牺牲层的材料可以为二氧化硅(sio2)或磷硅玻璃(psg)等类似的材料，然后在空气隙牺牲层的上方通过旋涂的工艺方法形成封装层，最后通过湿法刻蚀(使用氢氟酸溶液)或干法刻蚀等类似的工艺条件，将空气隙牺牲层去除从而形成了空气隙结构。
图11a至11f为根据本发明的实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法的流程示意图。该典型实施例中，完整的柔性基底薄膜体声波谐振器加工方法具体步骤如下：
首先，在硅基底上通过干法刻蚀工艺形成空腔并填充牺牲材料1001如磷硅玻璃(phospho-silicate-glass，简称psg)等，并通过化学机械平坦化使薄膜的表面变得平坦光滑，如图11a所示。
然后，在牺牲层1101上通过等离子体增强化学的气相沉积法(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，简称pecvd)、物理气相沉积(physicalvapordeposition，简称pvd)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition，简称cvd)等类似的薄膜沉积工艺沉积底部声反射结构1106的底部高声阻抗层1105和底部低声阻抗层1107，如图11b所示。
通过薄膜沉积工艺在底部声反射结构1106的底部低声阻抗层1107上沉积底部电极1109，然后通过光刻、刻蚀、去胶的工艺形成底部电极图案，之后使用相同的工艺在底部电极上沉积压电层1111，最后在压电层上形成顶部电极1113，如图11c所示。
通过薄膜沉积工艺在谐振结构1110的顶部电极上沉积顶部声反射结构1116的顶部低声阻抗层1115和顶部高声阻抗层1117，如图11d所示。
将在硅基底上加工好的器件放入特定配比的氢氟酸(hf)中，进行psg的释放形成空腔1103，然后使用带有粘附性的柔性基底1100贴到器件的表面，通过翻转(flip)的工艺形成柔性薄膜体声波谐振器，如图11e、11f所示。
最后的封装步骤可采用声阻抗尽可能接近为零同时为柔性的材料如聚酰亚胺(pi)，通过旋涂等类似的工艺方法进行封装。
由上可知，通过本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的制作方法，可以使器件在转移的过程中无需印章、无需对准，因而使得转移的过程更加容易简便，能够进一步提高器件转移效率。密封效果好，器件q值高。
本发明还提出一种柔性基底薄膜体声波谐振器，该柔性基底薄膜体声波谐振器是用任意一种本发明实施例的柔性基底薄膜体声波谐振器的形成方法加工得到的。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
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