CN115882804A - 一种体声波谐振器及其制造方法和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种体声波谐振器及其制造方法和电子装置，所述方法包括：提供第一衬底；在所述第一衬底上形成辅助层；在所述辅助层上形成压电层，其中，所述压电层的材料包括金属元素掺杂的压电材料；在所述压电层的第一表面形成第一电极；提供具有空腔的第二衬底，并将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合；依次去除所述第一衬底和所述辅助层，以露出所述压电层的第二表面；对所述压电层的第二表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层；在所述压电层的第二表面形成第二电极。本发明的方法能够提高压电层的均一性、压电系数和机电耦合系数，减少了压电层中掺杂金属的析出。

Description

一种体声波谐振器及其制造方法和电子装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种体声波谐振器及其制造方法和电子装置。

背景技术

体声波谐振器(Bulk Acoustic Wave Resonator，简称BAW)由于具有高Q值、尺寸小、与硅片工艺兼容性好以及可靠性好等优点而在世界范围内得到广泛应用，特别是在无线通信领域得到广泛应用。随着无线通信技术的发展，对射频设备的需求也越来越多，作为射频滤波器和双工器的主要元件之一的体声波谐振器的需要也会越来越大。

相关技术中，体声波谐振器的制备工艺通常是在具有空腔的衬底上依次形成下电极、压电层和上电极，之后再进一步加工其他结构。在形成压电层的过程中，在开始阶段压电层直接沉积在下电极上，使得压电层的底部往往会存在晶格缺陷，进而影响压电层的均一性、压电系数和机电耦合系数；而且当压电层的材料中存在掺杂金属时，所存在的晶格缺陷会导致掺杂金属析出，影响压电层的晶格结构以及压电系数。

鉴于上述技术问题的存在，本发明提供一种新的体声波谐振器及其制造方法。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对目前存在的问题，本发明一方面提供一种体声波谐振器的制造方法，包括：

提供第一衬底；

在所述第一衬底上形成辅助层，以及在所述辅助层上形成压电层，所述压电层的材料包括金属元素掺杂的压电材料；

在所述压电层的第一表面形成第一电极；

提供具有空腔的第二衬底，并将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合；

依次去除所述第一衬底和所述辅助层，以露出所述压电层的第二表面；

对所述压电层的第二表面进行修剪；

在所述压电层的第二表面形成第二电极。

示例性地，所述制造方法还包括：

在所述辅助层上形成压电层之后形成所述第一电极之前，对所述压电层的第一表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层。

示例性地，所述制造方法还包括：

在将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合之前，在所述第一电极上形成图案化的第一键合层。

示例性地，所述第二衬底包围所述空腔的侧墙的表面上形成有第二键合层，将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合，包括：

将所述第一键合层和所述第二键合层相键合，以使得所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合。

示例性地，所述辅助层包括至少一层绝缘辅助层和至少一层金属辅助层，

所述绝缘辅助层包括所述压电材料，所述金属辅助层与所述压电层的晶格结构相匹配。

示例性地，所述辅助层包括至少一层绝缘辅助层和至少一层金属辅助层，在所述第一衬底上形成辅助层，包括：

在所述第一衬底上依次形成绝缘辅助层和金属辅助层；

对所述金属辅助层进行修剪，以去除部分厚度的所述金属辅助层。

示例性地，所述制造方法还包括：在形成所述辅助层之后形成所述压电层之前，在所述辅助层的表面形成种子层。

示例性地，所述对所述压电层的第二表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层，包括：

对所述种子层进行修剪，以去除所述种子层；以及

对去除所述种子层后露出的所述压电层的第二表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层。

示例性地，在形成所述第二电极之后，所述制造方法还包括：

在所述第二电极上形成调频层；

图形化所述调频层，以露出所述第二电极的部分表面；

图形化所述调频层和第二电极，以露出所述压电层的部分所述第二表面；

在所述压电层中形成与所述第一电极电连接的第一导电插塞；在所述第一导电插塞上形成第一焊盘；

在露出的所述第二电极的部分表面上形成第二焊盘。

示例性地，所述压电材料包括以下材料中的至少一种：ZnO、AlN、GaN、锆钛酸铅、钛酸铅，所述金属元素包括钪、锆、钙、钛、镁中的至少一种。本发明再一方面提供一种体声波谐振器，由前述的任意一项体声波谐振器的制造方法所制造。

本发明再一方面还提供一种电子装置，所述电子装置包括前述的体声波谐振器。

本发明的体声波谐振器的制造方法，通过在第一衬底上形成辅助层，压电层在形成的过程中沉积在辅助层，从而可以减少压电层的晶格缺陷，改善金属元素掺杂的压电材料的结构，进而减少金属元素的析出，而且本申请的制造方法在去除第一衬底和辅助层后可以露出压电层的第二表面并对其进行修剪，从而可以去除压电层的第二表面存在的晶格缺陷，以提高压电层的均一性并减少了压电层的第二表面的晶格缺陷，进而提高了体声波谐振器的压电系数和机电耦合系数Kt2，而且通过上述措施减少了压电层的第二表面的晶格缺陷后，也可以进一步减少压电层中掺杂的金属元素的析出，提高压电系数和机电耦合系数Kt2。此外，相比使用湿法刻蚀工艺通过去除牺牲层而形成空腔的技术，本申请中通过将形成有空腔的第二衬底和第一衬底相接合的方式来获得空腔，不需要形成牺牲层，因此避免了湿法刻蚀工艺去除牺牲层对结构的损伤。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1A至图1K示出了本发明一个具体实施方式的体声波谐振器的制造方法依次实施所获得结构的剖面示意图；

图2示出了本发明一个具体实施方式的体声波谐振器的制造方法的流程图；

图3示出了本发明一个具体实施方式的电子装置的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细步骤和结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

相关技术中，体声波谐振器的制备工艺通常是对衬底进行刻蚀，在衬底上形成空腔，而后在空腔中形成牺牲材料层并对衬底进行平坦化，随后在牺牲材料层上沉积形成下电极并对下电极进行图形化，而后在下电极上沉积压电层并对压电层的上表面进行修剪，之后再进一步形成上电极以及加工其他结构。上述过程中，在形成压电层的过程中，在开始阶段压电层直接沉积在下电极上，使得压电层的底部往往会存在晶格缺陷，而且由于受到在衬底上依次形成下电极、压电层和上电极这一制备流程的限制，能对压电层的上表面进行修剪而无法去除压电层底部(也即压电层邻近下电极的部分)的晶格缺陷，使得压电层底部的晶格缺陷影响压电层的均一性、压电系数和机电耦合系数，而且当压电层的材料中存在掺杂金属时，所存在的晶格缺陷会导致掺杂金属元素例如Sc析出，影响压电层的晶格结构。此外，上述方案中需要采取湿法工艺去除牺牲层，而长时间的浸泡容易损伤功能层。

因此，鉴于前述技术问题的存在，本发明提出一种体声波谐振器的制造方法，如图2所示，包括：

步骤S1，提供第一衬底；

步骤S2，在所述第一衬底上形成辅助层，以及在所述辅助层上形成压电层，其中，所述压电层的材料包括金属元素掺杂的压电材料；

步骤S3，在所述压电层的第一表面形成第一电极；

步骤S4，提供具有空腔的第二衬底，并将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合；

步骤S5，依次去除所述第一衬底和所述辅助层，以露出所述压电层的第二表面；

步骤S6，对所述压电层的第二表面进行修剪；

步骤S7，在所述压电层的第二表面形成第二电极。

本发明的体声波谐振器的制造方法，通过在第一衬底上形成辅助层，压电层在形成的过程中沉积在辅助层，从而可以减少压电层的晶格缺陷，改善金属元素掺杂的压电材料的结构，进而减少金属元素的析出，而且本申请的制造方法在去除第一衬底和辅助层后可以露出压电层的第二表面并对其进行修剪，从而可以去除压电层的第二表面存在的晶格缺陷，以提高压电层的均一性并减少了压电层的第二表面的晶格缺陷，进而提高了体声波谐振器的压电系数和机电耦合系数Kt2，而且通过上述措施减少了压电层的第二表面的晶格缺陷后，也可以进一步减少压电层中掺杂的金属元素的析出，提高压电系数和机电耦合系数Kt2。此外，相比使用湿法刻蚀工艺通过去除牺牲层而形成空腔的技术，本申请中通过将形成有空腔的第二衬底和第一衬底相接合的方式来获得空腔，不需要形成牺牲层，因此避免了湿法刻蚀工艺去除牺牲层对结构的损伤。

实施例一

下面，参考图1A至图1K对本发明的体声波谐振器的制造方法做详细描述，其中，图1A至图1K示出了本发明一个具体实施方式的制造方法依次实施所获得的体声波谐振器的剖面示意图。

示例性地，本发明的体声波谐振器的制造方法包括以下步骤：

首先，执行步骤一，提供第一衬底。

具体地，第一衬底101可以为任意合适的半导体衬底，例如体硅衬底，其还可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷衬底、石英或玻璃衬底等。

接着，执行步骤二，在所述第一衬底上形成辅助层，以及在所述辅助层上形成压电层。

在一个示例中，辅助层包括至少一层绝缘辅助层和至少一层金属辅助层。例如，如图1A所示，辅助层102包括一层绝缘辅助层1021和一层金属辅助层1022，在第一衬底101的表面形成绝缘辅助层1021，在绝缘辅助层1021的表面形成金属辅助层1022。或者也可以是绝缘辅助层和金属辅助层依次交替层叠。

或者，在一些实施例中，辅助层102也可以包括两层绝缘辅助层1021和一层金属辅助层1022，金属辅助层1022夹在两层绝缘辅助层1021之间形成类似于三明治的结构。或者，也可以由多个三明治的结构组成，为描述方便，下文中以辅助层102包括一层绝缘辅助层1021和一层金属辅助层1022的情况为例进行阐述。

可以通过任意适合的沉积方法例如化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积等方法沉积辅助层102于第一衬底101上。

绝缘辅助层1021和金属辅助层1022的厚度可以根据实际器件工艺需要进行合理设定，在此不做具体限定。

其中，绝缘辅助层1021的材料可以包括压电材料，例如包括ZnO、AlN、GaN、锆钛酸铅、钛酸铅等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料，其可以具有和后续沉积的压电层包括的压电材料大体相同或者相匹配的晶格结构。

示例性地，所述金属辅助层1022与后续沉积的压电层104的晶格结构相匹配，例如金属辅助层1022的材料可以包括铝、钼、钯、钛等金属材料中的一种或几种，较佳地，金属辅助层1022包括Mo，其中，由于钼等金属材料与例如氮化铝的压电材料的晶格结构相匹配，因此，可以有助于改善后续沉积的压电层的晶格结构，减少晶格缺陷。

在一个示例中，金属辅助层1022与压电层104的晶格结构相匹配。当压电层104沉积到辅助层102上时，金属辅助层1022与压电层104的晶格结构相匹配(晶格结构一致或相似)，在辅助层102的引导下使得压电层104底部的晶格可以规则而有序地排列，从而有效地降低压电层104的晶格缺陷，改善沉积的压电层104的结构，减少后续掺杂在压电材料中的金属元素的析出，例如减少氮化硅中的Sc的析出，从而提高压电层的压电系数，器件的机电耦合系数。

例如，绝缘辅助层1021的材料包括氮化铝，金属辅助层1022的材料包括钼或钯，压电层104的材料包括氮化铝。由于钼或钯与氮化铝的c轴方向有很好的结晶兼容性，因此，这样可以获得结晶质量和晶粒尺寸更好的压电层，并且，在绝缘辅助层1021上沉积形成金属辅助层1022，而绝缘辅助层1021和金属辅助层1022的晶格结构相匹配(相近或者大体一致)，因此，绝缘辅助层1021还可以使沉积的金属辅助层1022获得更好的结晶质量和晶粒尺寸，改善金属辅助层1022的晶格结构，进而有助于改善后续沉积的压电层104的晶格结构。

在一个示例中，当辅助层102包括至少一层绝缘辅助层1021和至少一层金属辅助层1022时，在所述第一衬底101上形成辅助层102，包括：在所述第一衬底101上依次形成绝缘辅助层1021和金属辅助层1022；对所述金属辅助层1022进行修剪，以去除部分厚度的所述金属辅助层1022。金属辅助层1022可以通过离子束轰击等方式实现修剪，通过对金属辅助层1022进行修剪，可以去除金属辅助层1022上表面的存在晶格缺陷的部分，提高金属辅助层1022上表面的均一性，减少其晶格缺陷。在上述金属辅助层1022的上表面形成压电层104时，由于金属辅助层1022的上表面具有良好的均一性和晶格结构，从而也可以引导压电层104底部的晶格规则而有序地排列，降低压电层104的晶格缺陷，提高压电层104的均一性、压电系数，进而提高器件的机电耦合系数。

进一步，如图1B所示，步骤二还包括在所述辅助层102上形成压电层104的步骤，其中，压电层104的材料包括金属元素掺杂的压电材料。

例如，压电层104的材料可以包括ZnO、AlN、GaN、锆钛酸铅、钛酸铅等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料。压电层104的厚度与FBAR谐振器的频率呈负相关，因此可以根据实际需要的谐振频率合理确定压电层104的厚度。

在一些示例中，在所述辅助层上形成压电层104，更具体地包括：在所述辅助层102上沉积形成压电材料，例如可以使用化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积等沉积方法来形成压电材料；向所述压电材料中掺杂金属元素，以形成压电层104，该掺杂的金属元素包括钪、锆、钙、钛、镁等元素中的一种或几种。通过向压电材料中掺杂金属元素，可以提高压电层104的有效耦合系数，而压电层104的有效耦合系数和谐振器的带宽成正比，从而可以提高谐振器的带宽。

例如，压电层104可以材料可以选取为ScAlN(也即掺钪的氮化铝)。氮化铝薄膜具有声速高、热导率高、热稳定性好、与CMOS工艺兼容等优势，是弯曲度(BOW)器件的理想压电材料。但氮化铝薄膜的压电系数和机电耦合系数偏低(d33＝5.5pC/N，Kt2＝6.1％)，不利于实现器件的大带宽和低损耗，在很大程度上限制了氮化铝压电层的进一步应用。因此，在氮化铝薄膜中掺入例如钪的金属元素可以显著提升其压电响应，当钪元素含量为43％at时，掺钪氮化铝的压电系数可达到27.6pC/N。

值得注意的是，对于高掺钪氮化铝压电层，会产生钪析出的问题。在本申请中，通过形成绝缘辅助层1021和金属辅助层1022，绝缘辅助层1021的材料与压电层104的材料相同，金属辅助层1022与压电层104的晶格结构相匹配，从而可以减少压电层104在沉积过程中所产生的具有晶格缺陷的籽晶数目，降低压电层104的晶格缺陷，减少和改善压电层104例如高掺钪氮化铝中钪元素的析出。

在一个示例中，如图1B所示，在形成所述辅助层102之后形成所述压电层104之前，还可以进行以下步骤：在所述辅助层102的表面形成种子层103。可以先对辅助层102中的金属辅助层1022进行修剪，在修剪后的金属辅助层1022的表面形成种子层103，也可以不对金属辅助层1022进行修剪直接在其表面形成种子层103。形成种子层103后，压电层104形成在种子层103上。通过在种子层103上形成压电层104，能够减小层与层之间的晶格失配，提高压电层104中晶体生长质量以及减小压电层104的应力。

种子层103可通过低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)、及原子层沉积(ALD)或其它先进的沉积技术形成。

在一个示例中，在所述辅助层102上形成压电层104之后形成所述第一电极105之前，或者在种子层103上形成压电层104之后形成所述第一电极105之前，还可以进行以下步骤：对所述压电层104的第一表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层104。可以通过离子束轰击等方式对压电层104的第一表面实现修剪，通过对压电层104第一表面进行修剪，可以去除形成的压电层104第一表面存在晶格缺陷的籽晶，从而进一步减少压电层104表面的晶格缺陷，提高压电层104的均一性，提高压电系数和机电耦合系数，减少和改善压电层104中掺杂的金属元素的析出，例如减少高掺钪氮化铝中钪元素的析出。

接着，执行步骤三，在所述压电层的第一表面形成第一电极。

具体的，如图1C所示，在压电层104的第一表面形成第一电极105，第一电极105部分覆盖压电层104，露出压电层104的部分第一表面。或者，第一电极105也可以与压电层104上下重叠，完全覆盖压电层104的第一表面。

在一个示例中，形成所述第一电极105的方法包括：沉积第一电极材料层，覆盖所述压电层104，之后，在第一电极材料层上形成图案化的掩膜层，该掩膜层定义有第一电极105的图案，再以该图案化的掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一电极材料层，以形成第一电极105，最后，去除图案化的掩膜层。

其中，所述第一电极105的材料可以使用导电材料或半导体材料，其中，导电材料可以为具有导电性能的金属材料，金属材料可使用铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、铂金(Pt)等金属或与金属与铜等的合金。半导体材料可使用Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。所述第一电极105的厚度可根据目标谐振频率来设定，较佳地设定为波长的1/10左右。

第一电极105可通过低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)及原子层沉积(ALD)或其它先进的沉积技术形成。

在一个示例中，在压电层104上形成第一电极105之后，还可以制作金属桥、加载层等相应的微结构，例如可以对第一电极105的部分边缘进行蚀刻，以形成金属桥等相应的微结构。

接着，执行步骤四，提供具有空腔的第二衬底，并将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合。

在一个示例中，如图1D所示，在将所述第二衬底107形成有所述空腔108的一侧与所述第一衬底101形成有所述第一电极105的一侧相接合之前，在所述第一电极105上形成图案化的第一键合层106。

第一键合层106的材料可以包括任意适合的金属材料，包括但不限于Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、Sn、W和Al中的至少一种金属，较佳地，第一键合层106的材料包括Al或者金。

可以使用任何适合的方法形成所述第一键合层106。例如，可以首先形成键合材料层以覆盖所述第一电极105的上表面，再利用光刻工艺和刻蚀工艺图案化该键合材料层，以形成所述第一键合层106。或者，也可以通过包括但不限于物理气相沉积方法、化学气相沉积方法或磁控溅射的沉积方法形成所述第一键合层106。

在一些实施例中，第一键合层106还可以形成在第一电极105外侧的压电层104的表面。

在一个示例中，所述第二衬底107包围所述空腔108的侧墙的表面上形成有第二键合层(未示出)，如图1E所示，将所述第二衬底107形成有所述空腔108的一侧与所述第一衬底101形成有所述第一电极105的一侧相接合，包括：将所述第一键合层106和所述第二键合层相键合，以使得所述第二衬底107形成有所述空腔108的一侧与所述第一衬底101形成有所述第一电极105的一侧相接合。形成接合后，空腔108被包围在第二衬底107、第一键合层106、第二键合层和第一电极105之间，从而获得空气腔结构。

其中，第二衬底107可以为任意合适的半导体衬底，例如体硅衬底，其还可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷衬底、石英或玻璃衬底等。

第二键合层的材料可以包括任意适合的金属材料，包括但不限于Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、Sn、W和Al中的至少一种金属，较佳地，第二键合层的材料包括Al或者金。

可以使用任何适合的方法形成所述第二键合层。例如，可以首先形成键合材料层以覆盖所述第二衬底107的预定形成空腔108的表面，再利用光刻工艺和刻蚀工艺图案化该键合材料层和部分第二衬底107，以形成空腔108和所述第二键合层。或者，也可以通过包括但不限于物理气相沉积方法、化学气相沉积方法或磁控溅射的沉积方法形成所述第二键合层于所述第二衬底107包围所述空腔108的侧墙的表面。

接着，执行步骤五，依次去除所述第一衬底和所述辅助层，以露出所述压电层的第二表面。

在一个示例中，如图1F所示，首先去除第一衬底101。可以采取化学机械抛光(Chemical&Mechanical Polishing，简称CMP)法、刻蚀法等任何合适的方法去除所述第一衬底101。以采取化学机械抛光法去除第一衬底101为例，在一定压力下及抛光液的存在下，使第一衬底101对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合，使第一衬底101被研磨去除。在去除第一衬底101时，绝缘辅助层1021也可以用作研磨停止层或刻蚀停止层，通过刻蚀方式去除第一衬底101时起到刻蚀停止作用，刻蚀工艺在绝缘辅助层1021停止，而通过化学机械抛光法去除第一衬底101时起到研磨停止的作用。

在一个示例中，在去除所述第一衬底101后，继续去除所述辅助层102，以使压电层104的第二表面露出。可以采取刻蚀工艺等任何合适的方法去除所述辅助层102。以采取刻蚀工艺去除所述辅助层102为例，通过刻蚀工艺依次刻蚀掉绝缘辅助层1021和金属辅助层1022，从而露出压电层104的第二表面，其中，在通过刻蚀工艺刻蚀绝缘辅助层1021时，金属辅助层1022可以作为蚀刻停止层，刻蚀工艺包括但不限于湿法刻蚀或者干法刻蚀工艺等。

在一个示例中，当在步骤二中辅助层102的表面形成有种子层103时，如图1G所示，在去除辅助层102后，会先露出种子层103，这种情况下为使压电层104的第二表面露出，还可以采取化学机械抛光法、刻蚀法、离子束轰击等任何合适的方法去除所述种子层103。去除过程可以参见上文中去除其他层的描述，此处不过多阐述。

接着，执行步骤六，对所述压电层的第二表面进行修剪。

具体的，如图1H所示，对压电层104的第二表面进行修剪，一方面可以去除部分厚度的压电层104，以除去压电层104在形成初期其底部所存在的具有晶格缺陷的籽晶，使压电层104的第二表面均一化，提高压电层104的压电系数和机电耦合系数，减少压电层104中掺杂金属元素的析出；另一方面修剪工艺可以使压电表面形貌更平整，提高制备得到的体声波谐振器的频率的均匀性。

在一个示例中，当在步骤二中辅助层102的表面形成有种子层103时，如图1H所示，所述对所述压电层104的第二表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层104，包括：对所述种子层103进行修剪，以去除所述种子层103；以及对去除所述种子层103后露出的所述压电层104的第二表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层104。通过对压电层104的第二表面进行修剪，可以除去压电层104在形成初期其底部所存在的具有晶格缺陷的籽晶，使压电层的第二表面更加均一化，提高压电层的压电系数和机电耦合系数，减少压电层中掺杂金属元素的析出。

接着，执行步骤七，在所述压电层的第二表面形成第二电极。

在一个示例中，形成所述第二电极109的方法包括：沉积第二电极材料层，覆盖所述压电层104，之后，在第二电极材料层上形成图案化的掩膜层，该掩膜层定义有第二电极的图案，再以该图案化的掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二电极材料层，以形成第二电极109，最后，去除图案化的掩膜层。

其中，所述第二电极109的材料可以使用导电材料或半导体材料，其中，导电材料可以为具有导电性能的金属材料，金属材料可使用铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、铂金(Pt)等金属或与金属与铜等的合金。半导体材料可使用Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。所述第二电极109的厚度可根据目标谐振频率来设定，较佳地设定为波长的1/10左右。

第二电极109可通过低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)及原子层沉积(ALD)或其它先进的沉积技术形成。

其中，第一电极105、压电层104和第二电极109构成了声波谐振器的声波谐振复合薄膜，该声波谐振复合薄膜还可以包括上述几种膜层之外的其他膜层，可根据实际的器件进行合理设置，在此并不做具体限制。

在一个示例中，第一电极105和/或第二电极109在竖直方向的正投影均为不规则图形。根据本实施例提供的FBAR，在第一电极105和第二电极109的交叠区域的下方形成一声腔，即空腔108，从而在第一电极105的下表面形成空气交界面。而由于空气的声阻抗近似为零，可以作为良好的声波限制边界，这样第一电极105的下表面的空气交界面和第二电极109的上表面的空气交界面相互配合，将FBAR产生的声波限制在由第一电极105、压电层104和第二电极109组成的压电震荡堆之内。

在一个示例中，通过对压电层104的第一表面和第二表面进行修剪，修剪后的第一表面和第二表面分别形成第一电极105和第二电极109，相比相关技术中将压电层沉积在下电极上，而其为了尽可能的减少压电层的晶向缺陷通常下电极边界角度较小，由于本申请的压电层104是形成在辅助层102上，这可以使得压电层晶向不受限于下电极的图案及边界条件的影响，从而可以增大第一电极105和第二电极109的角度，改善器件的边界条件。

在一个示例中，在形成第二电极105之后，也可以制作金属桥、加载层等相应的微结构，例如对第二电极105的部分边界进行刻蚀，以形成金属桥等。结合步骤三中的描述，在本申请中，既可以在压电层的单边加工微结构，也可在压电层的双边(也即双侧)加工微结构，提高了微结构加工的选择性，且微结构的加工不会影响压电层104的晶向结构。

在一个示例中，如图1I～图1K所示，在形成所述第二电极109之后，所述制造方法还包括：在所述第二电极109上形成调频层110；图形化所述调频层110，以露出所述第二电极109的部分表面；图形化所述调频层110和第二电极109，以露出所述压电层104的部分所述第二表面；在所述压电层104中形成与所述第一电极105电连接的第一导电插塞114；在所述第一导电插塞114上形成第一焊盘115；在露出的所述第二电极109的部分表面上形成第二焊盘116。其中所述第一焊盘115和第一导电插塞114通过电连接第一电极105，以将第一电极105引出，而所述第二焊盘通过电连接第二电极109，以将第二电极109引出。

对于FBAR器件，频率由声学层(压电层、电极层和调频层)的厚度控制，通过形成不同厚度的调频层110，可以调节FBAR器件的频率变化量。

所述调频层110的材料可以使用任何适合的材料，例如所述调频层110使用诸如氮化铝、氧化锌、钽酸锂等，可通过物理气相沉积方法、化学气相沉积方法或磁控溅射等沉积方法在第二电极109上沉积形成所述调频层110。

接着，在所述调频层110的表面形成图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层定义有预定形成的第一焊盘115和第二焊盘116的图案，也即在所述图案化的掩膜层覆盖预定作为第一焊盘115和第二焊盘116的区域。

可以通过光刻工艺在所述调频层110的表面上形成图案化的光刻胶层。

接着，如图1J所示，以所述图案化的掩膜层为掩膜，依次刻蚀所述调频层110和部分所述第二电极109，以形成所述第一焊盘区域112和第二焊盘区域113，所述刻蚀可以是干法刻蚀或者湿法刻蚀，较佳地，使用干法刻蚀。干法刻蚀包括但不限于：反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割，随后，将图案化的掩膜层去除，例如使用灰化的方法去除光刻胶掩膜材料的掩膜层。

随后，采取类似上述的方式在形成的第一焊盘区域112的基础上进一步对露出的压电层104进行刻蚀，刻蚀的深度至露出第一电极105，以形成贯穿压电层104的通孔111。

需要说明的是，在图1I至图1J的过程中存在三次形成光刻胶并进行图案化刻蚀的过程。其中，一次是在调频层110上形成光刻胶并对光刻胶进行图案化，然后以图案化的光刻胶为掩膜刻蚀调频层110，以露出第二电极109的部分表面，形成第二焊盘区域113和部分第一焊盘区域112；另一次是在形成的部分第一焊盘区域112的基础上进一步形成图案化的光刻胶，对露出的第二电极109进行图案化刻蚀，以形成第一焊盘区域112，并露出部分压电层104；再一次是形成图案化的光刻胶，以图案化的光刻胶为掩膜对露出的压电层104进行刻蚀，形成贯穿压电层104的通孔111。

最后，如图1K所示，在刻蚀出的通孔111内形成第一导电插塞114、在第一焊盘区域112和第二焊盘区域113分别形成第一焊盘115和第二焊盘116，第一电极105通过第一导电插塞114电连接第一焊盘115。其中，部分第一焊盘115位于图案化后的第二电极109上，另一部分第一焊盘115位于调频层110及其下方的第二电极109中的开口内，并覆盖压电层的部分表面和所述第一导电插塞，并且部分所述第一焊盘115还进一步延伸覆盖所述第一导电插塞外侧的第二电极109的至少部分表面，位于第二电极109上的第一焊盘115与第二焊盘116的厚度可以是一致的，以使第一焊盘115的至少部分上表面可以大体与第二焊盘116的上表面平齐。

第一焊盘115、第二焊盘116和第一导电插塞114的材料可以包括任意适合的金属材料，包括但不限于Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、Sn、W和Al中的至少一种金属，较佳地，第一焊盘115、第二焊盘116的材料包括Al，第一导电插塞114的材料包括W。

可以使用任何适合的方法形成所述第一导电插塞114、第一焊盘115和第二焊盘116，例如，可以通过包括但不限于物理气相沉积方法、化学气相沉积方法或磁控溅射的沉积方法使上述金属材料形成于所述通孔111、第一焊盘区域112和第二焊盘区域113中，其中，位于所述通孔111中的金属材料作为第一导电插塞114，位于所述第一焊盘区域112中的金属材料作为第一焊盘115，位于所述第二焊盘区域113中的金属材料作为所述第二焊盘116。

值得一提的是，还可以通过其他适合的工艺形成所述第一焊盘115和第二焊盘116，例如，可以首先形成金属材料层以分别覆盖压电层104和第二电极109的正面，再利用光刻工艺和刻蚀工艺图案化该金属材料层，以形成所述第一焊盘115和第二焊盘116。

可选地，第一焊盘115和第二焊盘116可以是键合焊盘。可以提供形成有空腔的第三衬底，第三衬底包围其空腔的侧墙的表面形成有第三键合层，通过使键合焊盘与第三键合层进行键合，从而在第二电极109一侧形成另一空气腔结构(也可以称为声腔)。

值得一提的是，上述步骤的顺序仅作为示例，在不冲突的前提下，上述步骤的顺序还可以进行调换或者交替进行等。

至此完成了对本发明的体声波谐振器的关键制造方法的介绍，对于完整的器件的制作还需其他前序步骤、中间步骤或者后续步骤，在此不做赘述。

综上所述，本发明的体声波谐振器的制造方法，通过在第一衬底上形成辅助层，压电层在形成的过程中沉积在辅助层上，从而可以降低压电层的晶格缺陷，而且通过在去除第一衬底和辅助层后对露出的压电层的第二表面进行修剪，从而进一步去除压电层底部的晶格缺陷，进而提高压电层的均一性、压电系数和机电耦合系数，而且通过上述措施降低了压电层的晶格缺陷后，也可以进一步减少压电层中掺杂金属的析出。此外，本申请中不需要形成牺牲层来形成空腔，而是通过将形成有空腔的第二衬底和第一衬底进行键合，避免了形成有功能层(例如压电层、第一电极层和第二电极层)的器件在湿法工艺去除牺牲层时长时间浸泡在刻蚀液中而损伤功能层的问题。而且，相比相关技术中将压电层沉积在下电极上，而其为了尽可能的减少压电层的晶向缺陷通常下电极边界角度较小，由于本申请的压电层104是形成在辅助层102上，这可以使得压电层晶向不受限于下电极的图案及边界条件的影响，从而可以增大第一电极105和第二电极109的角度，改善器件的边界条件。

实施例二

本发明还提供一种体声波谐振器，该体声波谐振器可以由前述实施例一中的方法制备获得。

下面，参考图1K对本发明的体声波谐振器做详细介绍和说明，值得一提的是，为了避免重复，对于与前述实施例一中相同的部件和结构仅做简单说明，其具体的解释和说明可参考实施例一中的描述。

具体地，如图1K所示，本发明的体声波谐振器包括衬底107，其中该衬底107包括正面以及与正面相对的背面。

进一步地，还包括形成在衬底107中的空腔108，其中，所述空腔108自所述衬底107的正面向下凹陷至所述衬底107中。

示例性地，所述空腔108的横截面形状为任意两边平行的多边形。该横截面是指用与衬底的表面平行的面去截所述空腔所获得的截面。

在一个示例中，体声波谐振器还包括第一电极105，其形成在衬底107的正面并遮盖至少部分所述空腔108。

示例性地，在第一电极105上形成有第一键合层106，在第二衬底107包围所述空腔108的侧墙的表面上形成有第二键合层，将所述第一键合层106和所述第二键合层相键合，以使得所述第二衬底107形成有所述空腔108的一侧与所述第一衬底101形成有所述第一电极105的一侧相接合。

第一键合层106和第二键合层的材料可以包括任意适合的金属材料，包括但不限于Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、Sn、W和Al中的至少一种金属，较佳地，第一键合层106和第二键合层的材料包括Al或者金。

示例性地，在所述第一电极105上设置有压电层104，在所述压电层104上设置有第二电极109，其中，该压电层104覆盖所述第一电极105，并且将该第一电极105与第二电极109隔离，可选地，第二电极109覆盖部分所述压电层104。

其中，所述第二电极109和第一电极105的材料可以使用导电材料或半导体材料，其中，导电材料可以为具有导电性能的金属材料，金属材料可使用铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、铂金(Pt)等金属或与金属与铜等的合金。半导体材料可使用Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC等。所述第二电极109和第一电极105的厚度可根据目标谐振频率来设定，较佳地，第二电极109和第一电极105的厚度可均设定为波长的1/10左右。

进一步地，压电层104的材料可以使用ZnO、AlN、GaN、锆钛酸铅、钛酸铅等具有纤锌矿型结晶结构的压电材料，掺杂的金属元素包括钪、锆、钙、钛、镁等元素中的一种或几种。本实施中，较佳地，可以选取ScAlN作为压电层。

其中，对于压电层104的厚度，可以根据目标谐振频率来设定，较佳地设定为波长的1/2左右。

在一个示例中，在所述第二电极109的表面上设置有调频层110，调频层110覆盖部分第二电极109。所述调频层110的材料可以使用任何适合的材料，例如所述调频层110使用诸如氮化铝、氧化锌、钽酸锂等。

在一个示例中，本发明的体声波谐振器还包括：第一导电插塞114、第一焊盘115和第二焊盘116，所述第一导电插塞114位于贯穿压电层104的通孔111内，第一焊盘115和第二焊盘116分别位于露出的所述第二电极109的部分表面上和露出的所述压电层104的部分第二表面，第一导电插塞114的一端电连接第一电极105，另一端电连接第一焊盘115，以将第一电极105引出，第二焊盘通过电连接第二电极109，以将第二电极109引出。

第一焊盘115、第二焊盘116和第一导电插塞114的材料可以包括任意适合的金属材料，包括但不限于Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、Sn、W和Al中的至少一种金属，较佳地，第一焊盘115、第二焊盘116的材料包括Al，第一导电插塞114的材料包括W。

根据本发明的体声波谐振器，采取实施例一种的方法制备获得，能够减少压电层的晶格缺陷，改善金属元素掺杂的压电材料的结构，进而减少金属元素的析出，以及提高压电层的均一性并减少了压电层的第二表面的晶格缺陷，进而提高了体声波谐振器的压电系数和机电耦合系数Kt2，且体声波谐振器通过将形成有空腔的第二衬底和第一衬底相接合的方式来获得空腔，不需要形成牺牲层，因此避免了湿法刻蚀工艺去除牺牲层对结构的损伤，所得到的体声波谐振器中压电层晶向不受限于下电极的图案及边界条件的影响，可以增大第一电极和第二电极的角度，改善器件的边界条件。

实施例三

本发明另一实施例中还提供了一种电子装置，包括前述的体声波谐振器，所述体声波谐振器根据前述的方法制备得到。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、数码相框、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括电路的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的体声波谐振器，因而具有更好的性能。

其中，图3示出移动电话手机的示例。移动电话手机400被设置有包括在外壳401中的显示部分402、操作按钮403、外部连接端口404、扬声器405、话筒406等。

其中所述移动电话手机包括实施例二中所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器包括：

衬底；

空腔，形成在所述衬底中；

第二键合层，形成在所述第二衬底包围所述空腔的侧墙的上；

第一键合层，形成在第一电极上，与所述第二键合层相接合；

第一电极，设置在所述第一键合层上并遮盖至少部分所述空腔；

压电层，设置在所述第一电极上；

第二电极，设置在所述压电层上；

调频层，设置在所述第二电极上；

第一导电插塞，形成在贯穿所述的通孔内；

第一焊盘，设置在露出所述调频层和第二电极的压电层的第二表面；所述第一导电插塞的一端电连接第一电极，另一端电连接第一焊盘，以将第一电极引出；

第二焊盘，设置在露出所述调频层的第二电极上，以将第二电极引出。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (12)

1.一种体声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括：

提供第一衬底；

在所述第一衬底上形成辅助层，以及在所述辅助层上形成压电层，其中，所述压电层的材料包括金属元素掺杂的压电材料；

在所述压电层的第一表面形成第一电极；

提供具有空腔的第二衬底，并将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合；

依次去除所述第一衬底和所述辅助层，以露出所述压电层的第二表面；

对所述压电层的第二表面进行修剪；

在所述压电层的第二表面形成第二电极。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：

在所述辅助层上形成压电层之后形成所述第一电极之前，对所述压电层的第一表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层。

3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：

在将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合之前，在所述第一电极上形成图案化的第一键合层。

4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述第二衬底包围所述空腔的侧墙的表面上形成有第二键合层，将所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合，包括：

将所述第一键合层和所述第二键合层相键合，以使得所述第二衬底形成有所述空腔的一侧与所述第一衬底形成有所述第一电极的一侧相接合。

5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述辅助层包括至少一层绝缘辅助层和至少一层金属辅助层，所述绝缘辅助层包括所述压电材料，所述金属辅助层与所述压电层的晶格结构相匹配。

6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述辅助层包括至少一层绝缘辅助层和至少一层金属辅助层，在所述第一衬底上形成辅助层，包括：

在所述第一衬底上依次形成绝缘辅助层和金属辅助层；

对所述金属辅助层进行修剪，以去除部分厚度的所述金属辅助层。

7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：在形成所述辅助层之后形成所述压电层之前，在所述辅助层的表面形成种子层。

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述对所述压电层的第二表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层，包括：

对所述种子层进行修剪，以去除所述种子层；以及

对去除所述种子层后露出的所述压电层的第二表面进行修剪，以去除部分厚度的所述压电层。

9.如权利要求1～8中任一项所述的制造方法，其特征在于，在形成所述第二电极之后，所述制造方法还包括：

在所述第二电极上形成调频层；

图形化所述调频层，以露出所述第二电极的部分表面；

图形化所述调频层和第二电极，以露出所述压电层的部分所述第二表面；

在所述压电层中形成与所述第一电极电连接的第一导电插塞；

在所述第一导电插塞上形成第一焊盘；

在露出的所述第二电极的部分表面上形成第二焊盘。

10.如权利要求1～8中任一项所述的制造方法，其特征在于，

所述压电材料包括以下材料中的至少一种：ZnO、AlN、GaN、锆钛酸铅、钛酸铅，所述金属元素包括钪、锆、钙、钛、镁中的至少一种。

11.一种体声波谐振器，其特征在于，由权利要求1～10中任意一项所述的体声波谐振器的制造方法所制造。

12.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括如权利要求11所述的体声波谐振器。

Images