[发明专利]采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器及滤波器的方法

说明书

本发明公开了采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器及滤波器的方法。本发明在衬底的一侧表面淀积待键合层一；在基底的一侧表面沉积压电层；在压电层表面沉积第一电极；在压电层、牺牲层和第一电极表面上淀积待键合层二，或在压电层、布拉格反射层和第一电极表面淀积待键合层二，利用键合工艺将含待键合层一的衬底与含待键合层二的基底贴合，获得键合界面致密的器件，来减少后续薄膜体声波谐振器器件背面衬底减薄过程中因界面结合存在缝隙导致的器件塌陷、解键合等问题。

技术领域

本发明涉及薄膜体声波谐振器，具体涉及一种采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器及滤波器的方法。

背景技术

随着移动通讯技术的快速发展，高频段谐振器和滤波器的市场需求越来越大。而薄膜体声波谐振器(FBAR)与传统的微波陶瓷谐振器和声表面波谐振器相比具有体积小、损耗低、品质因子高、功率容量大、谐振频率高等优点，因此在相关领域尤其是高频通讯方面有着广阔的应用前景，成为了产业界和学术界的研究热门。

薄膜体声波谐振器是薄膜体声波滤波器的主要构成单元，其基本结构是由两层金属电极夹着压电薄膜层的三明治压电振荡器。

压电薄膜层的厚度决定着体声波谐振器的工作频率，膜层的质量决定谐振器的性能，如Q值、机电耦合系数、FOM值等。当今主流的压电薄膜如ZnO、AlN等，均采用磁控溅射的方式制备，为多晶压电薄膜，其厚度均要在500nm以上才能具有较好的薄膜质量，使得体声波谐振器的工作频率做不高。另一方面，多晶薄膜内缺陷较多，造成BAW谐振器的损耗较大，Q值提升困难。随着薄膜制备工艺技术、设备的进步，单晶压电薄膜的制备工艺也越来越成熟，单晶压电薄膜由于晶体质量好，缺陷少，可以制备更高频率和Q值的BAW谐振器，已引起科研及工业界的广泛兴趣。然而，单晶薄膜BAW器件，制备工艺相对困难，尤其是如何确保衬底减薄过程中正面的单晶压电层不被破坏，故需要开发合适的键合工艺来实现单晶薄膜体声波谐振器的制备。

发明内容

本发明的目的是利用键合工艺获得键合界面致密的器件，来减少后续薄膜体声波谐振器器件背面衬底减薄过程中因界面结合存在缝隙导致的器件塌陷、解键合等问题，且采用键合工艺能够避免在后续的器件制备过程中形成寄生电容。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明采用改进工艺制备单晶薄膜体声波谐振器的方法，具体步骤如下：

S1对衬底和基底均使用丙酮和异丙醇进行超声水洗；然后在衬底的一侧表面淀积待键合层一；

S2在基底的一侧表面沉积压电层；

S3在压电层表面沉积金属，并图形化，作为第一电极；

S4按以下三种方案中的一种操作：

第一种方案

S4.1.1在第一电极表面采用等离子体化学气相淀积工艺淀积多晶硅或非晶硅，并图形化，作为牺牲层；

S4.1.2在压电层、牺牲层和第一电极表面上采用低压化学气相淀积工艺淀积氧化硅薄膜作为待键合层二，并采用化学机械研磨的方式使待键合层二表面平整。

第二种方案

S4.2.1在第一电极表面采用等离子体化学气相淀积工艺淀积二氧化硅或掺杂二氧化碳，并图形化，作为牺牲层；

S4.2.2按以下两种方案中的一种操作：

①在压电层、牺牲层和第一电极表面用低压化学气相淀积工艺淀积耐氢氟酸或氟化氢气体腐蚀的薄膜(如AlN和Al₂O₃薄膜)，并图形化化，包裹住图形化的二氧化硅或掺杂二氧化碳；然后沉积氧化硅薄膜作为待键合层二，并采用化学机械研磨的方式对待键合层二进行抛光，使待键合层二表面平整。