具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法及体声波谐振器与流程

本发明涉及声波谐振器制备
技术领域：
，尤其是涉及一种具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法及体声波谐振器。
背景技术：
：随着无线通信技术的快速发展，传统介质滤波器和声表面波滤波器难以满足高频化要求，新一代薄膜体声波谐振器很好地满足了这一要求，薄膜体声波谐振器的基本结构为简单的三层结构，从上到下依次为上电极、压电薄膜和金属隔离层。声波谐振器的关键在于薄膜质量的好坏。当前的压电薄膜主要采用沉积的方式，难以保证薄膜的晶格取向，加上在金属电极上的沉积，薄膜质量受到电极层的影响，电极与压电材料晶格失配、电极表面粗糙度过大都会导致压电单晶薄膜生长多晶，进而影响薄膜质量，降低薄膜体声波谐振器的器件性能。另可采用晶圆键合转移技术获得高质量的压电薄膜，选用单晶晶圆材料或者带有高质量外延压电层的晶圆材料，对其进行高能离子注入，然后结合晶圆键合的工艺，能够在目标衬底上转移制备高质量的压电薄膜。但是由于压电薄膜厚度通常在微米甚至亚微米量级，所以在键合过程中，键合层产生的气泡等缺陷，会使得薄膜翘起或凹陷甚至断裂。因此，针对上述问题本发明急需提供一种具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法及体声波谐振器。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法及体声波谐振器，通过在下电极与键合层间设置隔离层的设计以解决现有的在键合过程中，产生的气泡导致单晶薄膜产生气泡，使得薄膜翘起或凹陷甚至断裂，影响空腔型体声波谐振器性能的技术问题。本发明提供的一种具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法，包括如下步骤：从单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入单晶晶圆内部形成损伤层，将单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的单晶晶圆；在损伤的单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极、图形化的牺牲层、隔离层和键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，得到具有隔离层的单晶薄膜；在具有隔离层的单晶薄膜上表面制备上电极，得到具有隔离层的单晶薄膜体声波谐振器；在单晶薄膜体声波谐振器上表面开设与图形化的牺牲层连通的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有隔离层的单晶薄膜空腔型体声波谐振器。优选地，隔离层材质包括sio2、si3n4或金属中的至少一种。优选地，隔离层的厚度为0.1μm-2.0μm；优选地，隔离层的厚度为0.1μm-0.5μm。优选地，隔离层的制备方法包括等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)或磁控溅射法中任一；键合层制备方法包括旋涂法或等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)中任一。优选地，图形化的下电极制备步骤包括：在损伤的单晶晶圆的下表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层，采用图形化的掩膜对光刻胶进行曝光、显影，生长下电极，去除光刻胶，制备得到图形化的下电极。优选地，图形化的下电极制备步骤包括：在单晶薄膜层的下表面生长下电极，在下电极表面涂覆光刻胶，采用图形化的掩膜版对光刻胶进行曝光，显影，刻蚀无覆盖光刻胶的下电极，去除光刻胶，得到图形化的下电极。优选地，图形化的牺牲层制备步骤包括：在图形化的下电极上生长牺牲层，掩模刻蚀，得到图形化的牺牲层。优选地，键合层材质包括苯并环丁烯(bcb)、聚酰亚胺(pi)、硅倍半环氧乙烷(hsq)、旋转涂布玻璃(sog)、二氧化硅(sio2)、氮化硅(si3n4)中的至少一种；上电极和下电极的材质均包括铝(al)、钼(mo)、铂(pt)、金(au)、钨(w)中任一；牺牲层材质包括非晶硅、聚酰亚胺(pi)、氧化硅(sio2)、磷硅玻璃(psg)或硼磷硅玻璃(bpsg)中的至少一种；单晶薄膜层材质包括石英、铌酸锂(ln)、钽酸锂(lt)、氮化铝、氧化锌、钛酸钡、磷酸二氢钾、铌镁酸铅、氮化镓、砷化镓、磷化铟、碳化硅或金刚石中的一种；衬底的材质包括硅、绝缘层上硅、玻璃、石英、铌酸锂、钽酸锂、碳化硅、氮化镓、砷化镓、金刚石中的一种。优选地，键合层固化温度为200℃-600℃，键合时间为10min-30min；晶圆劈裂处理温度为200℃-300℃；晶圆劈裂处理时间为2h-5h。优选地，上电极和下电极的厚度均为50nm-300nm；图形化的牺牲层的厚度为50nm-6μm；优选地，50-300nm或者300-1000nm或者1μm-6μm；单晶薄膜层的厚度为0.1μm-8μm；优选地，0.3μm-1.0μm或者1.0μm-1.8μm或者1.8μm-2.2μm或者2.2μm-8μm。键合层的厚度为0.1μm-10μm；优选地，0.1μm-0.3μm或者0.3μm-6μm或者6μm-10μm。优选地，高能量离子包括氢离子(h+)、氦离子(he2+)、硼离子(b3+)或砷离子(as3+)中的至少一种；高能量离子的注入能量选用范围为150kev-1000kev；高能量离子的注入深度0.6μm-2.2μm。本发明还包括一种体声波谐振器，基于如上述中任一所述的具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法制得；优选地，空腔型体声波谐振器从上到下依次包括上电极、单晶薄膜层、下电极、隔离层，键合层及衬底；其中，所述隔离层上设有与所述上电极上、下对应设置的空腔。本发明提供的一种具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法及体声波谐振器与现有技术相比具有以下进步：1、本发明提供的具有隔离层的薄膜体声波谐振器的制备方法，通过在下电极和键合层间设置隔离层，可以防止键合层在键合过程中产生气泡，进而防止气泡进入单晶薄膜层，影响单晶薄膜层的质量，并且，隔离层还可以在器件制备过程中，对起到对上电极支撑的作用，保证制备得到的单晶薄膜空腔型体声波谐振器的器件性能。2、本发明提供的具有隔离层的薄膜体声波谐振器的制备方法，隔离层采用金属材料或非晶硅材料，具有阻隔气泡的作用，得到高质量的单晶薄膜空腔型体声波谐振器。3、本发明提供的具有隔离层的薄膜体声波谐振器的制备方法，隔离层采用金属材料或非晶硅材料具有一定的硬度，可以防止在键合层抛光过程中导致牺牲层的损坏，起到对下电极的保护，制备得到高质量的单晶薄膜空腔型体声波谐振器。附图说明为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法的步骤框图；图2为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法结构示意图；图3为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法结构示意图；图4为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法结构示意图；图5为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法结构示意图；图6为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法结构示意图；图7为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法结构示意图；图8为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法结构示意图；图9为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法结构示意图；图10为本发明中所述具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法结构示意图。附图标记说明：1-上电极；2-单晶薄膜层；3-下电极；4-隔离层；5-键合层；6-衬底；7-空腔；8-损伤层；9-上压电层；10-牺牲层；11-牺牲层释放孔。具体实施方式下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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。如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10，本发明提供的一种具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法，包括如下步骤：s1)从单晶晶圆下表面注入高能量离子a，高能量离子a进入单晶晶圆内部形成损伤层8，将单晶晶圆分隔成上压电层9和单晶薄膜层2，得到损伤的单晶晶圆；s2)在损伤的单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极3、图形化的牺牲层10、隔离层4和键合层5；将衬底6叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层9，得到具有隔离层的单晶薄膜；s3)在具有隔离层的单晶薄膜上表面制备上电极1，得到具有隔离层的单晶薄膜体声波谐振器；s4)在单晶薄膜体声波谐振器上表面开设与图形化的牺牲层连通的牺牲层释放孔11，释放牺牲层10，得到具有隔离层的单晶薄膜空腔型体声波谐振器。具体地，隔离层4材质包括sio2、si3o4或金属中的至少一种。具体地，隔离层4的厚度为0.1μm-2.0μm；优选地，隔离层的厚度为0.1μm-0.5μm。具体地，隔离层4的制备方法包括等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)或磁控溅射法中任一；键合层5制备方法包括旋涂法或等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)中任一。具体地，图形化的下电极3制备过程包括：采用图形化的掩膜版对光刻胶进行曝光、显影，生长下电极，去除光刻胶，制备得到图形化的下电极。具体地，图形化的下电极3制备过程包括：在单晶薄膜层的下表面生长下电极，在下电极表面涂覆光刻胶，采用图形化的掩膜版对光刻胶进行曝光，显影，刻蚀无覆盖光刻胶的下电极，去除光刻胶，得到图形化的下电极。具体地，图形化的牺牲层10制备过程包括：在图形化的下电极3上生长牺牲层，掩模刻蚀，得到图形化的牺牲层。具体地，键合层5材质包括苯并环丁烯(bcb)、聚酰亚胺(pi)、硅倍半环氧乙烷(hsq)、旋转涂布玻璃(sog)、二氧化硅(sio2)、氮化硅(si3n4)中的至少一种；上电极和下电极的材质均包括铝(al)、钼(mo)、铂(pt)、金(au)、钨(w)中任一；图形化的牺牲层10材质包括非晶硅、聚酰亚胺(pi)、氧化硅(sio2)、磷硅玻璃(psg)或硼磷硅玻璃(bpsg)中的至少一种；单晶薄膜层2材质包括石英、铌酸锂(ln)、钽酸锂(lt)、氮化铝、氧化锌、钛酸钡、磷酸二氢钾、铌镁酸铅、氮化镓、砷化镓、磷化铟、碳化硅或金刚石中的一种；衬底6的材质包括硅、绝缘层上硅、玻璃、石英、铌酸锂、钽酸锂、碳化硅、氮化镓、砷化镓、金刚石中的一种。具体地，键合层5固化温度为200℃-600℃，键合时间为10min-30min；晶圆劈裂处理温度为200℃-300℃；晶圆劈裂处理时间为2h-5h。具体地，上电极1和下电极3的厚度均为50nm-300nm；图形化的牺牲层的厚度为50nm-6μm；优选地，50-300nm或者300-1000nm或者1μm-6μm；单晶薄膜层的厚度为0.1μm-8μm；优选地，0.3μm-1.0μm或者1.0μm-1.8μm或者1.8μm-2.2μm或者2.2μm-8μm。键合层的厚度为0.1μm-10μm；优选地，0.1μm-0.3μm或者0.3μm-6μm或者6μm-10μm。优选地，高能量离子包括氢离子(h+)、氦离子(he2+)、硼离子(b3+)或砷离子(as3+)中的至少一种；高能量离子的注入能量选用范围为150kev-1000kev；高能量离子的注入深度0.6μm-2.2μm。本发明还提出了一种体声波谐振器，基于如上述中任一所述的具有隔离层的薄膜体声波谐振器制备方法制得；空腔型体声波谐振器从上到下依次包括上电极1、单晶薄膜层2、下电极3、隔离层4，键合层5及衬底6；其中，所述隔离层4上设有与所述上电极1上、下对应设置的空腔6；下电极3至于空腔6内。空腔型体声波谐振器设计原理：通过在下电极和键合层间设置隔离层，可以防止键合层在键合过程中产生气泡，进而防止气泡进入单晶薄膜层，影响单晶薄膜层的质量，并且，隔离层还可以在器件制备过程中，对起到对上电极支撑的作用，保证制备得到的单晶薄膜空腔型体声波谐振器的器件性能。实施例一1)选用铌酸锂单晶晶圆，在铌酸锂单晶晶圆的下表面注入高能量的氦离子(he2+)，使得铌酸锂单晶晶圆内部形成损伤层，损伤层将铌酸锂单晶晶圆分隔成铌酸锂上压电层和铌酸锂单晶薄膜层；he2+的注入能量为200kev,注入深度0.6μm；2)在铌酸锂单晶薄膜层的下表面制备下电极，可以采取两种方式制备下电极，第一种方法为在铌酸锂单晶薄膜层的下表面涂敷光刻胶(瑞红az6212)，形成光刻胶层，采用图形化的掩膜版(材质为铬)对光刻胶进行曝光、显影，生长下电极，采用丙酮清洗去除光刻胶，得到图形化的下电极；第二种方法为在铌酸锂单晶薄膜层的下表面生长下电极，在下电极掩膜，对掩膜区域进行刻蚀，得到图形化的下电极，本实施例优选第一种方法制备得到图形化的下电极；其中，下电极可采用pt；下电极的生长方式选用电子束沉积生长下电极；制备的下电极的厚度为100nm；3)在图形化的下电极表面上生长图形化的牺牲层；图形化的牺牲层的制备过程为在下电极表面制备牺牲层，图形化掩膜，对未掩膜区域进行刻蚀，得到图形化的牺牲层；制备牺牲层方法有采用气相沉积法(pecvd)生长一定厚度的pi，图形化的牺牲层的厚度为100nm；4)图形化的牺牲层上制备隔离层，通过气相沉积法(pecvd)生长一定厚度的si3n4；5)在隔离层上制备键合层，可选用苯并环丁烯(bcb),旋涂的厚度为0.3μm；将键合层与si衬底贴合，键合固化处理及晶圆劈裂处理，剥离铌酸锂单晶薄膜层上端的铌酸锂上压电层，在铌酸锂单晶薄膜层的上表面制备pt上电极；在加热炉中进行固化，键合固化温度为400℃；键合固化时间为2h；；晶圆劈裂温度为260℃，晶圆劈裂时间为3h；6)在铌酸锂单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，可以根据具体情况，采用氩离子干法刻蚀，在铌酸锂单晶薄膜层上设置多个牺牲层释放孔，从牺牲层释放孔注入氢氧化钾(koh)，去除牺牲层，得到具有隔离层的单晶薄膜空腔型体声波谐振器。见表1，制备得到的具有隔离层的铌酸锂单晶薄膜空腔型体声波谐振器无坍塌，电感的品质因数(q)值大于3000，等效机电耦合系数大于20％。实施例二1)选用铌酸锂单晶晶圆，在铌酸锂单晶晶圆的下表面注入高能量的氦离子(he2+)，使得铌酸锂单晶晶圆内部形成损伤层，损伤层将铌酸锂单晶晶圆分隔成铌酸锂上压电层和铌酸锂单晶薄膜层；he2+的注入能量为200kev,注入深度0.6μm；2)在铌酸锂单晶薄膜层的下表面制备下电极，可以采取两种方式制备下电极，第一种方法为在铌酸锂单晶薄膜层的下表面涂敷光刻胶(瑞红az6212)，形成光刻胶层，采用图形化的掩膜版(材质为铬)对光刻胶进行曝光、显影，生长下电极，采用丙酮清洗去除光刻胶，得到图形化的下电极；第二种方法为在铌酸锂单晶薄膜层的下表面生长下电极，在下电极掩膜，对掩膜区域进行刻蚀，得到图形化的下电极，本实施例优选第一种方法制备得到图形化的下电极；其中，下电极可采用pt；下电极的生长方式为电子束沉积生长下电极；制备的下电极的厚度为100nm；3)在图形化的下电极表面上生长图形化的牺牲层；图形化的牺牲层的制备过程为在下电极表面制备牺牲层，图形化掩膜，对未掩膜区域进行刻蚀，得到图形化的牺牲层；制备牺牲层方法有采用气相沉积法(pecvd)生长一定厚度的pi；图形化的牺牲层的厚度为50nm-6μm；牺牲层厚度为100nm；4)图形化的牺牲层上制备隔离层，通过气相沉积法(pecvd)生长一定厚度的金属。5)在隔离层上制备键合层，可选用si3n4作为键合层；在隔离层上生长si3n4，厚度为10μm；其中，si3n4的键合需要平坦化表面，而在隔离层上生长的si3n4表面不平整，存在高度差，在于衬底键合前，对si3n4进行研磨抛光处理；将键合层与衬底贴合，晶圆劈裂处理，剥离铌酸锂单晶薄膜层上端的铌酸锂上压电层，在铌酸锂单晶薄膜层的上表面制备pt上电极；键合固化温度为250℃；键合固化时间为2h；晶圆劈裂温度为260℃，晶圆劈裂时间为3h。6)在铌酸锂单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，可以根据具体情况，采用氩离子干法刻蚀，在铌酸锂单晶薄膜层上设置多个牺牲层释放孔，从牺牲层释放孔注入氢氧化钾(koh)，去除牺牲层，得到具有隔离层的单晶薄膜空腔型体声波谐振器。见表1，本实施例隔离层材质为金属，制备得到的具有隔离层的铌酸锂单晶薄膜体的空腔型体声波谐振器无坍塌，q值大于2500，等效机电耦合系数大于20％。实施例三选用的单晶晶圆为钽酸锂，采用制备方法同实施例一，见表1，制备得到钽酸锂单晶薄膜体的空腔型体声波谐振器无坍塌，q值大于2000，等效机电耦合系数大于10％。实施例四选用的单晶晶圆为钽酸锂，采用制备方法同实施例二，见表1，制备得到钽酸锂单晶薄膜体的空腔型体声波谐振器无坍塌，q值大于2000，等效机电耦合系数大于10％。表1单晶薄膜空腔型体声波谐振器物理性能q值等效机电耦合系数现有的声波谐振器200-300小于10％实施例一＞2000＞15％实施例二＞2500＞15％实施例三＞2000＞10％实施例四＞2000＞10％由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。当前第1页12