单晶体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备

文档序号:97599 发布日期:2021-10-12 浏览:205次 >En<

阅读说明:本技术 单晶体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备 (Single crystal bulk acoustic wave resonator, method for manufacturing the same, filter, and electronic device ) 是由 张孟伦 庞慰 牛鹏飞 于 2020-12-31 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种体声波谐振器及其制造方法。该谐振器包括:基底;声学镜;底电极;顶电极;和单晶压电层,设置在底电极与顶电极之间,其中:声学镜、底电极、压电层和顶电极在谐振器的厚度方向上的重合区域构成谐振器的有效区域;压电层的下表面与基底的上表面之间设置有支撑结构,压电层与基底大体平行布置;且在有效区域之外,所述压电层的上表面的至少一部分设置有绝缘层。本发明还涉及一种体声波谐振器组件、一种滤波器以及一种电子设备。(The present invention relates to a bulk acoustic wave resonator and a method of manufacturing the same. The resonator includes: a substrate; an acoustic mirror; a bottom electrode; a top electrode; and a single crystal piezoelectric layer disposed between the bottom electrode and the top electrode, wherein: the superposition area of the acoustic mirror, the bottom electrode, the piezoelectric layer and the top electrode in the thickness direction of the resonator forms the effective area of the resonator; a support structure is arranged between the lower surface of the piezoelectric layer and the upper surface of the substrate, and the piezoelectric layer and the substrate are arranged in a substantially parallel manner; and outside the active area, at least a portion of an upper surface of the piezoelectric layer is provided with an insulating layer. The invention also relates to a bulk acoustic wave resonator assembly, a filter and an electronic device.)

单晶体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备

技术领域

本发明的实施例涉及半导体领域,尤其涉及一种单晶体声波谐振器及其制 造方法,一种具有该谐振器的滤波器,以及一种电子设备。

背景技术

电子器件作为电子设备的基本元素,已经被广泛应用,其应用范围包括移 动电话、汽车、家电设备等。此外,未来即将改变世界的人工智能、物联网、 5G通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为基础。

薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,简称FBAR,又称为 体声波谐振器,也称BAW)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作 用,特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大,FBAR具有尺 寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性,其滤 波器正在逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器,在无线通信射 频领域发挥巨大作用,其高灵敏度的优势也能应用到生物、物理、医学等传感 领域。

薄膜体声波谐振器的结构主体为由底电极-压电薄膜或压电层-顶电极组成 的“三明治”结构,即两层金属电极层之间夹一层压电材料。通过在两电极间 输入正弦信号,FBAR利用逆压电效应将输入电信号转换为机械谐振,并且再利 用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。

基于制造工艺的限制,例如底电极的非电极连接端的存在,会使得体声波 谐振器的压电层并非平坦结构,这不利于提高谐振器的性能。

已有技术已经提出压电层为单晶压电层,单晶压电层具有平直的特性,从 而可以克服压电层存在台阶部而导致的问题。但是,在基于单晶压电层的体声 波谐振器的制造过程中,容易出现在移除辅助基底的过程中导致压电层受损的 情况。

发明内容

为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面,提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面,提出了一种体声波谐振器,包括:

基底;

声学镜;

底电极;

顶电极;和

单晶压电层,设置在底电极与顶电极之间,

其中:

声学镜、底电极、压电层和顶电极在谐振器的厚度方向上的重合区域构成 谐振器的有效区域;

压电层的下表面与基底的上表面之间设置有支撑结构,压电层与基底大体 平行布置。

进一步可选的,在有效区域之外,所述压电层的上表面的至少一部分设置 有绝缘层。

本发明还涉及一种体声波谐振器的制造方法,所述体声波谐振器包括基底; 声学镜;底电极;顶电极;和压电层,设置在底电极与顶电极之间,所述方法 包括:

步骤1:提供POI晶圆,所述POI晶圆包括衬底、单晶压电层以及设置在单 晶压电层的第一侧与衬底之间的绝缘层;

步骤2:在POI晶圆的压电层的与第一侧相对的第二侧形成底电极;

步骤3:提供由声学镜层和支撑层构成的中间层,所述中间层覆盖压电层的 第二侧与底电极,中间层的远离衬底的一侧为平坦面;

步骤4:将基底在中间层的所述平坦面与中间层键合;

步骤5:移除衬底以及绝缘层,至少一部分绝缘层被移除以露出所述压电层 的第一侧,且所述压电层的第一侧的与谐振器的有效区域对应的绝缘层被移除;

步骤6:在压电层的第一侧设置顶电极和电极连接结构。

本发明的实施例也涉一种体声波谐振器的制造方法,包括步骤:

提供POI晶圆,所述POI晶圆包括衬底、单晶压电层以及设置在单晶压电 层的第一侧与衬底之间的绝缘层;

移除衬底和至少一部分绝缘层,在移除衬底的过程中,所述绝缘层作为保 护压电层的阻挡层,所述至少一部分绝缘层被移除以露出所述压电层,且所述 压电层的与谐振器的有效区域对应的绝缘层被移除。

本发明的实施例还涉及一种滤波器,包括上述的体声波谐振器。

本发明的实施例也涉及一种电子设备,包括上述的滤波器或者上述的谐振 器。

附图说明

以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些 和其他特点、优点,图中相同的附图标记始终表示相同的部件,其中:

图1A-1C分别为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示 意图、沿图1A中的AA线的示意性截面图以及沿图1A中的BB线的示意性截面 图;

图2A-2C直至图18A-18C为示例性示出了图1A-1C中所示的体声波谐振器 的制作过程的系列图,其中A对应于俯视示意图,B对应于AA线的示意性截面 图,C对应于BB线的示意性截面图;

图19A-19C以及图20A-20C为示例性示出根据本发明的另一示例性实施例 的体声波谐振器的不同于图2A-2C直至图18A-18C所示的制作过程的系列图, 其中A对应于俯视示意图,B对应于AA线的示意性截面图,C对应于BB线的示 意性截面图;

图21A-21C以及图24A-24C为示例性示出根据本发明的再一示例性实施例 的体声波谐振器的不同于图2A-2C直至图18A-18C所示的制作过程的系列图, 其中A对应于俯视示意图,B对应于AA线的示意性截面图,C对应于BB线的示 意性截面图;

图25A-25C分别为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视 示意图、沿图25A中的AA线的示意性截面图以及沿图25A中的BB线的示意性 截面图,其中示出了保留的绝缘层处于顶电极的电极连接端与压电层之间;

图26A-26C示例性示出了图25A-25C中所示的体声波谐振器制作过程中绝 缘层部分移除示意图,其中A对应于俯视示意图,B对应于AA线的示意性截面 图,C对应于BB线的示意性截面图,绝缘层移除时,位于顶电极的电极连接端 与压电层之间的绝缘层保留;

图27A-27C分别为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视 示意图、沿图27A中的AA线的示意性截面图以及沿图27A中的BB线的示意性 截面图,其中示出了保留的绝缘层处于压电层上侧的电极沉积区域之外的压电 层的上表面;

图28A-28C示例性示出了图27A-27C中所示的体声波谐振器制作过程中绝 缘层部分移除示意图,其中图28A对应于俯视示意图,图28B对应于图28A中 的AA线的示意性截面图,图28C对应于图28A中的BB线的示意性截面图,绝 缘层移除时,压电层上侧的电极沉积区域之外的绝缘层保留。

具体实施方式

下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 在说明书中,相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对 本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释,而不应当理解 为对本发明的一种限制。发明的一部分实施例,而并不是全部的实施例。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。

在本发明中,基于POI(Piezoelectrics on Insulator,绝缘体上的单晶 压电层)衬底制作体声波谐振器。POI晶圆包括辅助衬底、单晶压电层以及设置 在单晶压电层与辅助衬底之间的绝缘层。

如后面提及的,在谐振器转移加工过程中,绝缘层能够更好的保护单晶压 电薄膜(即单晶压电层),从而可以减小甚至避免后续去除辅助衬底的过程中对 单晶压电薄膜的损伤,减小甚至避免对压电薄膜的表面损伤,以得到性能优异 的体声波谐振器。

另外,绝缘层的存在,也有利于辅助衬底去除方案的多样化,简化器件加 工工艺。

下面参照图1A-1C直至图18A-18C具体说明本发明的实施例。

本发明的附图中的附图标记示例性说明如下:

100:辅助衬底,具体材料可选为硅、碳化硅、蓝宝石、二氧化硅,或其他 硅基材料。

101:释放孔,贯穿衬底100。

110:绝缘层,起到电绝缘的作用,例如为二氧化硅、氮化硅、碳化硅、蓝 宝石等。

111:绝缘层,起到保护压电层或者隔开电极连接端与压电层的作用,例如 二氧化硅、氮化硅、碳化硅、蓝宝石等,其可以为绝缘层110的一部分。

120:单晶压电层,可选单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛 酸铅、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料,还可包含上述材 料的一定原子比的稀土元素掺杂材料,例如可以是掺杂氮化铝,掺杂氮化铝至 少含一种稀土元素,如钪(Sc)、钇(Y)、镁(Mg)、钛(Ti)、镧(La)、铈(Ce)、 镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、 钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)等。

121:释放孔,用于释放声学镜空腔中的牺牲层材料。

122:通孔或者电连接孔,在具体的实施例中,用于沉积导电材料,将底电 极131引出到与顶电极181共面。

130:底电极膜层,材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜,钛、铱、锇、 铬或以上金属的复合或其合金等。

131:底电极,例如由底电极膜层图案化而形成。

140:牺牲材料膜层,材料可以是多晶硅、无定形硅、二氧化硅、磷掺杂二 氧化硅(PSG)、氧化锌、氧化镁、聚合物高分子及类似材料等。

141:牺牲材料层,包括了对应于释放后形成声学镜空腔的空腔区域142以 及释放后形成牺牲材料释放通道的通道区域。

142:牺牲材料层141的释放后形成声学镜空腔的空腔区域。

143:声学镜,可为空腔,也可采用布拉格反射层及其他等效形式。本发明 所示的实施例中采用的是空腔。

150:支撑材料层,材料可以为氮化铝、氮化硅、多晶硅、二氧化硅、无定 形硅、硼掺杂二氧化硅及其他硅基材料等

151:支撑层,由支撑材料层平坦化后形成。

160:键合层,具体材料可选为二氧化硅或者其他硅基材料,用于将支撑层 和转移衬底进行键合,此层材料也可以没有。键合层也可以为胶带等。

170:基底,具体材料可选为硅、碳化硅、蓝宝石、二氧化硅、或者其他硅 基材料。

180:顶电极膜层,材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜,钛、铱、锇、 铬或以上金属的复合或其合金等。顶电极膜层的材料可以与底电极膜层的材料 相同或不同。

181:顶电极,例如由顶电极膜层图案化而形成。

182:底电极电连接部,材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜,钛、铱、 锇、铬或以上金属的复合或其合金等。底电极电连接部182的材料可以与顶电 极膜层相同,也可以不同。

图1A-1C分别为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视示 意图、沿图1A中的AA线的示意性截面图以及沿图1A中的BB线的示意性截面 图。

图2A-2C直至图18A-18C示例性说明图1A-1C中所示的体声波谐振器的制 作过程的系列图,所有图中,A对应于俯视示意图,B对应于AA线的示意性截 面图,C对应于BB线的示意性截面图。

图2A-2C示出了POI晶圆。如图2所示,POI晶圆包括辅助衬底100、绝缘 层110和单晶压电层120,如前已经提及的,单晶压电层可以是铌酸锂、钽酸锂、 石英等压电单晶薄膜。

POI晶圆中压电单晶薄膜的晶向是多样的,不受压电薄膜生长条件的限制, 因此可以根据需要选择特殊晶向的压电单晶薄膜,制作多种性能的谐振器和滤 波器。

图2A-2C对应于步骤1:提供POI晶圆,所述POI晶圆包括辅助衬底100、 单晶压电层120以及设置在单晶压电层的第一侧与衬底之间的绝缘层110。

图3A-3C以及图4A-4C示例性示出了在压电单晶薄膜表面沉积电极膜层及 形成底电极的图案的过程。图3A-3C分别为体声波谐振器的俯视示意图、沿图 3A中的AA线的示意性截面图以及沿图3A中的BB线的示意性截面图。图4A-4C 分别为体声波谐振器的俯视示意图、沿图4A中的AA线的示意性截面图,沿图 4A中的BB线的示意性截面图。

可以先在压电层120上沉积一均匀电极膜层130,如图3A-3C所示;然后通 过湿法或者干法刻蚀的方式形成图案化的底电极131,如图4A-4C所示)。

可选的,也可以通过剥离工艺(lift-off)或打印等工艺直接形成底电极 的图案。

图4A-4C中展示的底电极有效区域是椭圆形,但也可以是圆形、方形、五 边形、六边形等多边形等。

图3A-3C以及图4A-4C对应于步骤2:在POI晶圆的压电层120的与第一侧 相对的第二侧形成底电极131。

图5A-5C和图6A-6D示例性示出了底电极131和单晶压电层120上沉积牺 牲材料膜层140及形成牺牲材料层141的图案的过程。图5A-5C分别为体声波 谐振器的俯视示意图、沿图5A中的AA线的示意性截面图以及沿图5A中的BB 线的示意性截面图。图6A-6D分别为体声波谐振器的俯视示意图、沿图6A中的 AA线的示意性截面图,沿图6A中的BB线的示意性截面图以及沿图6A中的AA’ 线的示意性截面图。

形成图案化的牺牲材料层141可通过在底电极131及压电单晶薄膜上首先 沉积均匀牺牲材料膜层140,如图5A-5C所示,然后通过湿法或者干法刻蚀的方 式形成图案化的牺牲材料层141,如图6A-6D所示。

图6A-6D中,牺牲材料层141(对应于声学镜空腔)仅覆盖底电极131的一 部分(此时,如图18B所示,会导致底电极131的非电极连接端被后续提及的 支撑层151覆盖),但本发明不局限于此,牺牲材料层141也可以同时覆盖底电 极131的一部分以及在底电极131的非电极连接端的压电层的一部分(此时, 虽然没有示出,会导致底电极131的非电极连接端处于声学镜空腔之内且没有 被支撑层151覆盖)。

图6C和图6D中141的牺牲材料层包括了对应于释放后形成声学镜空腔的 空腔区域142以及释放后形成牺牲材料释放通道的通道区域。

图7A-7C和图8A-8C示出了在单晶压电层120、底电极131和牺牲材料层 141上沉积支撑材料层并平坦化的过程。支撑材料层150的厚度大于底电极131 的厚度。通过抛光过程(比如CMP(chemical mechanical polishing,化学机 械抛光))形成抛光后的支撑层151。

图5A-5C,图6A-6D,图7A-7C以及图8A-8C对应于步骤3:提供由声学镜 层(即用于形成声学镜的层)和支撑层151构成的中间层,所述中间层覆盖压 电层120的第二侧与底电极131,中间层的远离辅助衬底100的一侧为平坦面。 更具体的,在图5A-5C,图6A-6D,图7A-7C以及图8A-8C中,步骤3包括:步 骤3A:形成牺牲材料层141,所述牺牲材料层141仅覆盖底电极131的一部分 或者所述牺牲材料层覆盖底电极131的非电极连接端的一部分以及压电层120 的一部分;以及步骤3B:设置覆盖牺牲材料层141、底电极131和压电层120 的支撑材料层150,使得支撑材料层150平坦化以形成所述支撑层151。

更具体的,在上述的步骤3B中,使得支撑层151的远离衬底100的一侧构 成所述平坦面。但是,本发明不限于此,例如图19A-19C中所示的,还可以将 支撑材料层150研磨抛光,直至使得支撑层151的远离衬底100的一侧与牺牲 材料层141的远离衬底100的一侧齐平从而共同构成所述平坦面。

如本领域技术人员能够理解的,声学镜也可以采用布拉格反射层,此时, 上述的步骤3包括:步骤3C:形成不拉格反射层,所述不拉格反射层仅覆盖底 电极的一部分;以及步骤3D:设置覆盖布拉格反射层、底电极和压电层的支撑 材料层,使得支撑材料层平坦化以形成所述支撑层。

更具体的,在上述步骤3D中,使得支撑层151的远离衬底100的一侧构成 所述平坦面。但是,本发明不限于此,还可以将支撑材料层150研磨抛光,直 至使得支撑层151的远离衬底100的一侧与布拉格反射层的远离衬底100的一 侧齐平从而共同构成所述平坦面。

图9A-9C和图10A-10C示出了支撑层151与基底170键合的过程。图9A-9C 分别为体声波谐振器的俯视示意图、沿图9A中的AA线的示意性截面图以及沿 图9A中的BB线的示意性截面图。图10A-10C分别为体声波谐振器的俯视示意 图、沿图10A中的AA线的示意性截面图,沿图10A中的BB线的示意性截面图。

如图9A-9C所示,支撑层151的平坦面设置有键合层160,如图10A-10C所 示,基底170经由键合层160键合连接到支撑层151。

基底170与支撑层151可以通过物理或化学方式键合,键合层160的材料 可单独在基底170或支撑层151上,或二者表面皆有。

基底170和支撑层151也可以不经键合层直接键合,而是可以在基底170 和支撑层151之间形成化学键,也可以是表面抛光至表面粗糙度极低时通过分 子间作用力形成物理键合。

图9A-9C和图10A-10C对应于步骤4:将基底170在中间层(含有支撑层和 牺牲材料层)的平坦面与中间层键合。

图11A-11D至图13A-13C是器件反转、衬底100和绝缘层110移除的过程。 图11A-11C分别为体声波谐振器的俯视示意图、沿图11A中的AA线的示意性截 面图以及沿图11A中的BB线的示意性截面图,图11D为不同于图11B的移除方 式的示意图。图12A-12C分别为体声波谐振器的俯视示意图、沿图12A中的AA 线的示意性截面图,沿图12A中的BB线的示意性截面图。图13A-13C分别为体 声波谐振器的俯视示意图、沿图13A中的AA线的示意性截面图,沿图13A中的 BB线的示意性截面图。

辅助衬底100和绝缘层110(阻隔层)的刻蚀工艺迥异,比如辅助衬底100 是硅,绝缘层110是二氧化硅,绝缘层110可以在辅助衬底100移除过程中起 到终止层或阻挡层的作用,绝缘层110的去除工艺温和,减少甚至避免了压电 单晶薄膜的另一表面在移除辅助衬底100的过程受到的伤害。

压电单晶薄膜表面释放工艺可以采用全部去除衬底100、全部去除绝缘层 110的方式实现,例如参见图11B,12B和13B。

在可选的实施例中,如图11D所示,由于作为阻隔层的绝缘层110的存在, 压电单晶薄膜表面释放工艺可以采用在衬底100上先形成释放孔101,然后经由 该释放孔释放绝缘层110材料。如果在衬底100上形成释放孔101的工艺对绝 缘层110和单晶压电层120不造成任何损伤,释放孔可以排布在任何区域;如 果会对绝缘层110和单晶压电层120造成损伤,可以采用在谐振器或由谐振器 形成的滤波器的带外区域(比如划片道)形成释放孔,使器件加工工艺简单。

衬底100的整体去除或者形成释放孔的工艺可以采用磨削、研磨、抛光、 湿法或干法刻蚀、激光烧蚀等相关工艺或者这些工艺的集合。

绝缘层110的整体去除工艺可以采用磨削、研磨、抛光、湿法或干法刻蚀、 激光烧蚀等相关工艺或者这些工艺的集合。

绝缘层110去除以后,如果压电单晶薄膜的表面有部分损伤,尤其是谐振 器或由谐振器形成的滤波器的有效区域有损伤,可以通过抛光过程对压电薄膜 表面进行抛光处理。

图11A-11D至图13A-13C对应于步骤5:移除衬底以及绝缘层,至少一部分 绝缘层被移除以露出所述压电层的第一侧,且所述压电层的第一侧的与谐振器 的有效区域对应的绝缘层被移除。

图14A-14C和图15A-15C示出了在压电单晶薄膜或压电层120的释放表面 沉积顶电极薄膜及形成顶电极的图案的过程。图14A-14C分别为体声波谐振器 的俯视示意图、沿图14A中的AA线的示意性截面图以及沿图14A中的BB线的 示意性截面图。图15A-15C分别为体声波谐振器的俯视示意图、沿图15A中的 AA线的示意性截面图,沿图15A中的BB线的示意性截面图。

形成顶电极可通过首先沉积均匀电极膜层180(如图14A-14C所示),然后 通过湿法或干法刻蚀的方式形成图案化的顶电极181(如图15A-15C所示)。

也可以通过剥离工艺(lift-off)或打印等工艺直接形成顶电极的图案。

图15A示出的顶电极的有效区是椭圆形,但也可以是圆形、方形、五边形、 六边形等多边形,要求其与底电极形状一致。

图16A-16C和图17A-17C示出了在压电层上形成牺牲材料层的释放孔、底 电极连接部的连接孔,以及形成电连接图案的过程。图16A-16C分别为体声波 谐振器的俯视示意图、沿图16A中的AA线的示意性截面图以及沿图16A中的BB 线的示意性截面图。图17A-17C分别为体声波谐振器的俯视示意图、沿图17A 中的AA线的示意性截面图,沿图17A中的BB线的示意性截面图。

形成牺牲材料层的释放孔121(如图16A-16C所示)和电连接孔122(如图 16A-16C所示)可以通过湿法或干法刻蚀、激光烧蚀等相关工艺或者这些工艺的 集合实现。

形成电连接图案或底电极电连接部182可通过首先沉积均匀导电膜层然后 通过湿法或干法刻蚀的方式,或者通过剥离工艺或打印等工艺,形成图案化的 底电极电连接部(如图17A-17C所示)。

牺牲材料层的释放孔121、底电极的电连接孔122(图16A-16C和图17A-17C), 与底电极电连接部182以及顶电极(图14A-14C和图15A-15C)的形成过程可以 互换。

图18A-18C示出了释放牺牲材料层143而形成声学镜空腔143的过程。图 18A-18C分别为体声波谐振器的俯视示意图、沿图18A中的AA线的示意性截面 图以及沿图18A中的BB线的示意性截面图。

牺牲材料层141可通过湿法或者干法移除,以形成声学镜空腔143,从而获 得图1A-1C所示的谐振器结构。

在以上实施例中,在形成了底电极131后,先形成牺牲材料层141,然后形 成支撑层151,但是本发明不限于,也可以先形成支撑材料层后再形成牺牲材料 层141。图21A-21C至图24A-24C示出了根据本发明的这样的实施例。

在形成底电极131之后,可以先生长支撑材料层150(参见图21A-21C), 并平坦化而形成支撑层151(参见图22A-22C)。接着,对支撑层151刻蚀形成 空腔,生长牺牲材料填充空腔以形成牺牲材料层141,表面研磨、抛光至除空腔 之外的其他部位不含牺牲材料(如图23A-23C所示),随后进行将器件键合到基 底170、去除衬底100和绝缘层110、形成顶电极及释放牺牲材料层141而形成 声学镜空腔等与上述图2A-2C至图18A-18C过程中相同或相似的步骤,形成谐 振器。

另外,在支撑层151上形成空腔以后,也可以不填充牺牲材料,而是直接 将器件键合到基底、去除衬底和绝缘层、形成顶电极等与上述图2A-2C至图 18A-18C过程中相同或相似的步骤,形成谐振器。这个加工步骤可以在衬底100 去除之前,在压电层120上形成释放孔,使压电层两面连通,以免后续加工时, 因两侧压力不同导致单晶压电薄膜破裂。

基于以上,本发明提出了一种体声波谐振器的制造方法,包括步骤:

提供POI晶圆,所述POI晶圆包括衬底、单晶压电层以及设置在单晶压电 层的第一侧与衬底之间的绝缘层;

移除衬底和至少一部分绝缘层,在移除衬底的过程中,所述绝缘层作为保 护压电层的阻挡层,所述至少一部分绝缘层被移除以露出所述压电层,且所述 压电层的与谐振器的有效区域对应的绝缘层被移除。

在以上的实施例中,在释放出压电层120的第一侧以设置顶电极的过程中, 绝缘层110被完全移除。但是,本发明不限于此,换言之,在本发明中,可以 仅仅移除一部分的绝缘层以露出压电层的120的第一侧,且所述压电层的第一 侧的与谐振器的有效区域对应的绝缘层被移除。

图25A-25C分别为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视 示意图、沿图25A中的AA线的示意性截面图以及沿图25A中的BB线的示意性 截面图,其中示出了保留的绝缘层111(其为绝缘层110的一部分)处于顶电极 的电极连接端与压电层之间。如能够理解的,在谐振器的有效区域内的绝缘层 110被移除。由于绝缘层111可以设置在顶电极的电极连接端与压电层120之间, 这有利于减少谐振器的边缘寄生电场,从而提高谐振器的性能。

图26A-26C为根据本发明的一个示例性实施例图25A-25C中的体声波谐振 器制作过程中绝缘层110部分移除示意图,其中图26A对应于俯视示意图,图26B对应于图26A中的沿AA线的示意性截面图,图26C对应于图26A中的沿BB 线的示意性截面图,绝缘层110移除时,位于压电层120上侧的电极沉积区域 的部分绝缘层110保留而形成为绝缘层111。

图27A-27C分别为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的俯视 示意图、沿图27A中的AA线的示意性截面图以及沿图27A中的BB线的示意性 截面图,其中示出了保留的绝缘层111处于压电层120的上侧的电极沉积区域 之外的压电层的上表面(除去电连接孔或释放孔)。这里的绝缘层111可以起到 保护层的作用。

图28A-28C示例性示出了图27A-27C中所示的体声波谐振器制作过程中绝 缘层部分移除示意图,其中图28A对应于俯视示意图,图28B对应于沿图28A 中AA线的示意性截面图,图28C对应于沿图28A中的BB线的示意性截面图, 绝缘层移除时,压电层上侧的电极沉积区域之外的绝缘层保留而形成绝缘层111。

在本发明中,上和下是相对于谐振器的基底的底面而言的,对于一个部件, 其靠近该底面的一侧为下侧,远离该底面的一侧为上侧。

在本发明中,内和外是相对于谐振器的有效区域(压电层、顶电极、底电 极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重叠区域构成有效区域)的中心(即有效 区域中心)在横向方向或者径向方向上而言的,一个部件的靠近有效区域中心 的一侧或一端为内侧或内端,而该部件的远离有效区域中心的一侧或一端为外 侧或外端。对于一个参照位置而言,位于该位置的内侧表示在横向方向或径向 方向上处于该位置与有效区域中心之间,位于该位置的外侧表示在横向方向或 径向方向上比该位置更远离有效区域中心。

如本领域技术人员能够理解的,根据本发明的体声波谐振器可以用于形成 滤波器或电子设备。

基于以上,本发明提出了如下技术方案:

1、一种体声波谐振器,包括:

基底;

声学镜;

底电极;

顶电极;和

单晶压电层,设置在底电极与顶电极之间,

其中:

声学镜、底电极、压电层和顶电极在谐振器的厚度方向上的重合区域构成 谐振器的有效区域;

压电层的下表面与基底的上表面之间设置有支撑结构,压电层与基底大体 平行布置。

2、根据1所述的谐振器,其中:

在有效区域之外,所述压电层的上表面的至少一部分设置有绝缘层。

3、根据2所述的谐振器,其中:

在顶电极的处于有效区域之外的部分对应的区域,所述绝缘层至少设置在 顶电极的下表面与压电层的上表面之间。

4、根据3所述的谐振器,其中:

顶电极的电极连接端的下表面与压电层的上表面之间设置有所述绝缘层。

5、根据2所述的谐振器,其中:

所述压电层的上表面的未被顶电极覆盖的至少一部分表面设置有绝缘层。

6、根据5所述的谐振器,其中:

在所述压电层上未设置通孔的位置,所述压电层的上表面的未被顶电极覆 盖的部分设置有绝缘层。

7、根据6所述的谐振器,其中:

所述通孔包括第一通孔,电极连接结构经由所述第一通孔与底电极的电极 连接端电连接;和/或

所述声学镜为声学镜空腔,所述通孔包括与所述声学镜空腔相通的作为释 放孔的第二通孔。

8、根据1所述的谐振器,其中:

所述声学镜为声学镜空腔,所述声学镜空腔为凹入到支撑层内的形状,且 声学镜空腔的下边界由所述支撑层限定。

9、根据1-8中任一项所述的谐振器,其中:

所述压电层为铌酸锂压电层或钽酸锂压电层。

10、一种体声波谐振器的制造方法,所述体声波谐振器包括基底;声学镜; 底电极;顶电极;和压电层,设置在底电极与顶电极之间,所述方法包括:

步骤1:提供POI晶圆,所述POI晶圆包括衬底、单晶压电层以及设置在单 晶压电层的第一侧与衬底之间的绝缘层;

步骤2:在POI晶圆的压电层的与第一侧相对的第二侧形成底电极;

步骤3:提供由声学镜层和支撑层构成的中间层,所述中间层覆盖压电层的 第二侧与底电极,中间层的远离衬底的一侧为平坦面;

步骤4:将基底在中间层的所述平坦面与中间层键合;

步骤5:移除衬底以及绝缘层,至少一部分绝缘层被移除以露出所述压电层 的第一侧,且所述压电层的第一侧的与谐振器的有效区域对应的绝缘层被移除;

步骤6:在压电层的第一侧设置顶电极和电极连接结构。

11、根据10所述的方法,其中:

步骤5包括步骤5A:移除整个衬底;以及移除所述至少一部分绝缘层,在 移除整个衬底的过程中,所述绝缘层作为移除衬底的阻挡层。

12、根据10所述的方法,其中:

步骤5包括步骤5B:在衬底中形成多个释放孔;以及经由所述多个释放孔 释放所述绝缘层。

13、根据12所述的方法,其中:

至少部分释放孔设置在所述谐振器的区域外侧。

14、根据10所述的方法,其中:

在步骤5中,移除全部的绝缘层。

15、根据10所述的方法,其中:

在步骤5中,使得在谐振器的有效区域之外,所述压电层的上表面的至少 一部分保留有所述绝缘层。

16、根据15所述的方法,其中:

使得在顶电极的处于有效区域之外的部分对应的区域,在顶电极的下表面 与压电层的上表面之间保留有所述绝缘层。

17、根据16所述的方法,其中:

使得顶电极的电极连接端的下表面与压电层的上表面之间保留有所述绝缘 层。

18、根据10所述的方法,其中:

使得所述压电层的上表面的未被顶电极覆盖的至少一部分表面保留有所述 绝缘层。

19、根据18所述的方法,其中:

所述方法还包括步骤:在压电层上设置通孔;

使得在所述压电层上未设置通孔的位置且所述压电层的上表面的未被顶电 极覆盖的部分保留有所述绝缘层。

20、根据10所述的方法,其中:

所述声学镜为声学镜空腔,所述声学镜层为牺牲材料层,步骤3包括:步 骤3A:形成牺牲材料层,所述牺牲材料层仅覆盖底电极的一部分或者所述牺牲 材料层覆盖底电极的非电极连接端的一部分以及压电层的一部分;以及步骤3B: 设置覆盖牺牲材料层、底电极和压电层的支撑材料层,使得支撑材料层平坦化 以形成所述支撑层;或者

所述声学镜为不拉格反射层,所述声学镜层为布拉格反射层,步骤3包括: 步骤3C:形成不拉格反射层,所述不拉格反射层仅覆盖底电极的一部分;以及 步骤3D:设置覆盖布拉格反射层、底电极和压电层的支撑材料层,使得支撑材 料层平坦化以形成所述支撑层。

21、根据20所述的方法,其中:

在步骤3B或步骤3D中,使得支撑层的远离衬底的一侧构成所述平坦面, 或者使得所述支撑层的远离衬底的一侧与所述声学镜层的远离衬底的一侧齐平 从而共同构成所述平坦面。

22、根据10所述的方法,其中:

所述声学镜为声学镜空腔,所述声学镜层为牺牲材料层,步骤3包括:步 骤3E:设置覆盖底电极和压电层的支撑材料层,以及使得支撑材料层平坦化; 步骤3F:在支撑材料层的与声学镜对应的位置移除部分支撑材料以形成声学镜 空腔和支撑层;或者

所述声学镜为不拉格反射层,所述声学镜层为布拉格反射层,步骤3包括: 步骤3H:设置覆盖底电极和压电层的支撑材料层,以及使得支撑材料层平坦化; 步骤3I:在支撑材料层的与声学镜对应的位置移除部分支撑材料以形成空腔和 支撑层;步骤3J:在所述空腔内形成布拉格反射层。

23、根据22所述的方法,其中:

所述方法包括步骤3G:在步骤3F之后,在所述声学镜空腔内填充牺牲材料 且使得填充的牺牲材料层与所述支撑层共同限定所述平坦面;

所述方法还包括步骤:在压电层中设置释放用通孔,以及基于该释放用通 孔将所述牺牲材料层释放。

24、一种体声波谐振器的制造方法,包括步骤:

提供POI晶圆,所述POI晶圆包括衬底、单晶压电层以及设置在单晶压电 层的第一侧与衬底之间的绝缘层;

移除衬底和至少一部分绝缘层,在移除衬底的过程中,所述绝缘层作为保 护压电层的阻挡层,所述至少一部分绝缘层被移除以露出所述压电层,且所述 压电层的与谐振器的有效区域对应的绝缘层被移除。

25、根据24所述的方法,其中:

移除全部的绝缘层。

26、根据24所述的方法,其中:

使得在所述谐振器的顶电极的处于有效区域之外的部分对应的区域,在顶 电极与压电层之间保留有所述绝缘层。

27、根据10-26中任一项所述的方法,其中:

所述单晶压电层为铌酸锂压电层或钽酸锂压电层。

28、一种滤波器,包括根据1-9中任一项所述的体声波谐振器。

29、一种电子设备,包括根据28所述的滤波器,或者根据1-9中任一项所 述的体声波谐振器。

这里的电子设备,包括但不限于射频前端、滤波放大模块等中间产品,以 及手机、WIFI、无人机等终端产品。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言, 可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化, 本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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