一种谐振器及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种谐振器及其制备方法。


背景技术：

2.伴随着5g时代的到来，移动通讯系统向着更高频，更宽频段的目标发展着。通讯设备中的射频滤波器是对信号进行接收与传输的基础。射频前端中的滤波器作为核心器件，其性能的好坏直接决定了射频前端模组的优劣。而滤波器是由若干个谐振器组成的，因此，谐振器的性能好坏也直接决定了滤波器的质量，其中，薄膜体声波谐振器作为谐振器的一种被广泛应用。
3.薄膜体声波谐振器的谐振频率是由厚度所决定的，这就造成在一张晶圆上无法制造多个工作在不同频率的谐振器。现有的薄膜体声波谐振器的调频技术主要为电调谐，即通过外加元件来实现薄膜体声波谐振器的频率调节。但是通过外加元件进行调谐时，会带来较大的损耗，导致薄膜体声波谐振器的性能显著降低。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种谐振器及其制备方法，以解决现有薄膜体声波谐振器为实现调谐引入外加元件所导致性能降低的问题。
5.为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
6.本技术实施例的一方面，提供一种谐振器制备方法，方法包括：提供器件晶圆，器件晶圆包括第一衬底以及依次形成于第一衬底上的压电层、下电极和第一质量负载层；器件晶圆还包括在下电极上形成覆盖第一质量负载层的牺牲层；在器件晶圆具有牺牲层的一侧形成支撑层；通过键合工艺在支撑层上形成第二衬底；去除第一衬底以使压电层露出；在压电层上依次形成上电极和第二质量负载层；释放牺牲层以在第一质量负载层和支撑层之间形成空腔，第一质量负载层、第二质量负载层和空腔均位于谐振器的有效工作区域。
7.可选的，第一质量负载层和/或第二质量负载层包括多个同层分布的质量块。
8.可选的，通过键合工艺在支撑层上形成第二衬底包括：在支撑层上形成第一过渡层；在第二衬底上形成第二过渡层；将第一过渡层和第二过渡层键合以在支撑层上形成第二衬底。
9.可选的，第一过渡层包括在支撑层上形成的第一缓冲层和在第一缓冲层上形成的第一键合层；第二过渡层包括在第二衬底上形成的第二缓冲层和在第二缓冲层上形成的第二键合层。
10.可选的，第一过渡层包括在支撑层上形成的第一缓冲层；第二过渡层包括在第二衬底上形成的第二缓冲层。
11.可选的，在支撑层上形成第一缓冲层之后，方法还包括：对第一缓冲层进行平坦化处理。
12.可选的，释放牺牲层以在第一质量负载层和支撑层之间形成空腔包括：通过刻蚀
在上电极层背离下电极层的一侧表面形成贯穿至牺牲层的通孔；通过通孔释放牺牲层以在第一质量负载层和支撑层之间形成空腔。
13.本技术实施例的另一方面，提供一种谐振器，包括第二衬底以及设置于第二衬底上的支撑层，在支撑层上依次设置下电极、压电层和上电极，在下电极和支撑层之间具有空腔，在下电极靠近空腔的一侧表面形成第一质量负载层，在上电极背离空腔的一侧表面形成第二质量负载层，第一质量负载层、第二质量负载层和空腔均位于谐振器的有效工作区域。
14.可选的，第一质量负载层和/或第二质量负载层包括多个同层分布的质量块。
15.可选的，在第二衬底和支撑层之间还设置有相互键合的第一过渡层和第二过渡层。
16.本技术的有益效果包括：
17.本技术提供了一种谐振器及其制备方法，方法包括：提供器件晶圆，器件晶圆包括第一衬底以及依次形成于第一衬底上的压电层、下电极和第一质量负载层；器件晶圆还包括在下电极上形成覆盖第一质量负载层的牺牲层；在器件晶圆具有牺牲层的一侧形成支撑层；通过键合工艺在支撑层上形成第二衬底；去除第一衬底以使压电层露出；在压电层上依次形成上电极和第二质量负载层；释放牺牲层以在第一质量负载层和支撑层之间形成空腔，第一质量负载层、第二质量负载层和空腔均位于谐振器的有效工作区域。通过控制第一质量负载层和第二质量负载层所占谐振器的有效工作区域面积比例对应实现谐振器的调谐，由此，便可以实现在同一片晶圆上控制各个谐振器的质量负载层所占有效工作区域的面积比例不同，从而制造具有不同谐振频率的谐振器，有效避免了因为外加元件调谐所带来的损耗，保证了谐振器具有较好的性能。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
19.图1为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的流程示意图；
20.图2为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之一；
21.图3为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之二；
22.图4为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之三；
23.图5为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之四；
24.图6为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之五；
25.图7为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之六；
26.图8为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之七；
27.图9为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之八；
28.图10为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之九；
29.图11为本技术实施例提供的一种谐振器制备方法的状态示意图之十；
30.图12为本技术实施例提供的一种谐振器的结构示意图；
31.图13为本技术本技术实施例提供的一种谐振器的俯视图；
32.图14为本技术实施例提供的另一种谐振器制备方法的状态示意图之一；
33.图15为本技术实施例提供的另一种谐振器制备方法的状态示意图之二；
34.图16为本技术实施例提供的滤波器的结构示意图。
35.图标：10-第一衬底；20-压电层；30-下电极；40-第一质量负载层；50-牺牲层；60-支撑层；51-第一缓冲层；70-第一键合层；11-第二衬底；52-第二缓冲层；71-第二键合层；80-电极引出孔；90-上电极；91-引出电极；100-第二质量负载层；110-通孔；120-空腔。
具体实施方式
36.下文陈述的实施方式表示使得本领域技术人员能够实践所述实施方式所必需的信息，并且示出了实践所述实施方式的最佳模式。在参照附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本公开的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用属于本公开和随附权利要求的范围内。
37.应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
38.应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
39.诸如“在
…
下方”或“在
…
上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。应当理解，这些术语和上文所论述的那些术语意图涵盖装置的除图中所描绘的取向之外的不同取向。
40.本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而且并不意图限制本公开。如本文所使用，除非上下文明确地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”意图同样包括复数形式。还应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者增添一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或上述各项的组。
41.除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度
正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样定义。
42.本技术实施例的一方面，提供一种谐振器制备方法，如图1所示，方法包括：
43.s010：提供器件晶圆，器件晶圆包括第一衬底以及依次形成于第一衬底上的压电层、下电极和第一质量负载层。
44.s020：器件晶圆还包括在下电极上形成覆盖第一质量负载层的牺牲层。
45.s030：在器件晶圆具有牺牲层的一侧形成支撑层。
46.s040：通过键合工艺在支撑层上形成第二衬底。
47.s050：去除第一衬底以使压电层露出。
48.s060：在压电层上依次形成上电极和第二质量负载层。
49.s070：释放牺牲层以在第一质量负载层和支撑层之间形成空腔，第一质量负载层、第二质量负载层和空腔均位于谐振器的有效工作区域。
50.为了避免外加元件对谐振器进行调谐所带来的损耗，本技术在下电极背离压电层的表面制作第一质量负载层，在上电极背离压电层的表面制作第二质量负载层，通过控制第一质量负载层和第二质量负载层所占谐振器的有效工作区域面积比例对应实现谐振器的调谐，由此，一方面便可以实现在同一片晶圆上控制各个谐振器的质量负载层所占有效工作区域的面积比例不同，从而制造具有不同谐振频率的谐振器，有效避免了因为外加元件调谐所带来的损耗，保证了谐振器具有较好的性能；另一方面，通过将制作第一质量负载层和第二质量负载层的工艺与谐振器的制备工艺进行了整合，实现了带有质量负载层的谐振器的制备；再一方面，在上电极和下电极上均分布质量负载层以作调谐之用，能够进一步扩宽谐振器可调的频率范围；又一方面，通过键合工艺加衬底转移的方式，能够较为方便的在上电极和下电极上均进行质量负载层的制作。
51.为进一步的对本技术的谐振器制备方法进行描述，下面将结合附图以实施例的方式进行说明。
52.一种实施方式中：
53.参照图3，提供器件晶圆，器件晶圆包括第一衬底10、压电层20、下电极30和第一质量负载层40，其中，第一衬底10可以为si衬底、蓝宝石衬底、sic衬底等，本技术对其不做限定，可根据实际需求进行合理选择。
54.如图2所示，在第一衬底10上生长形成压电层20。压电层20可以是单晶压电层20，以此制得的谐振器能够具有较佳的性能。单晶压电层20的材质可以是aln、scaln、yaln、pzt、linbo3或litao3等。然后在压电层20上沉积金属，并对金属进行图案化处理从而形成下电极30，下电极30的材质可以是mo、al、pt、au等。
55.如图3所示，在下电极30上沉积质量负载层，并对其进行刻蚀，形成第一质量负载层40，通过控制第一质量负载层40所占谐振器的有效工作区域的面积比例，从而对应实现谐振器所需要的频率。由此，在同一晶圆上，便可以通过控制第一质量负载层40所占谐振器的有效工作区域的面积比例为多种，实现在同一晶圆上制备得到多种不同谐振频率的谐振器。第一质量负载层40的材质可以是al2o3、mo等。
56.如图4所示，器件晶圆还包括牺牲层50，通过在下电极30上沉积形成牺牲材料的层级，然后通过图案化形成牺牲层50，并且使得牺牲层50完全覆盖第一质量负载层40，由此得到如图4所示的器件晶圆。牺牲层50的材质可以是sio2、psg、bpsg等。
57.如图5所示，在器件晶圆具有牺牲层50的一侧沉积支撑层60。支撑层60可以为aln、si、al2o3、sic等。
58.如图5至图7或图14和图15所示，然后在支撑层60上继续沉积第一过渡层，以作键合之用，同理，在第二衬底11上沉积第二过渡层，同样作为键合之用。
59.如图7至图8或图14至图15所示，通过将第一过渡层和第二过渡层键合的方式，实现在支撑层60上形成第二衬底11。
60.具体的，根据需求，在一种实施方式中，如图5至图8所示，第一过渡层包括第一缓冲层51和第一键合层70，在支撑层60上沉积第一缓冲层51，然后对第一缓冲层51背离支撑层60的一侧表面进行平坦化处理(例如物理化学机械研磨，cmp)以获得较为平整的表面，便于后续键合；然后在第一缓冲层51上沉积第一键合层70，并对其进行刻蚀，从而保留一定比例的键合层面积。同理，如图7和图8，第二过渡层包括第二缓冲层52和第二键合层71，在第二衬底11表面沉积第二缓冲层52，继续沉积第二键合层71，通过将第一键合层70和第二键合层71键合实现将第二衬底11设置于器件晶圆。第一缓冲层51和第二缓冲层52的材质可以是sio2，第一键合层70和第二键合层71的材质可以是au。
61.具体的，根据需求，在另一种实施方式中，如图14至图15所示，第一过渡层包括第一缓冲层51，在支撑层60上沉积第一缓冲层51，然后对第一缓冲层51背离支撑层60的一侧表面进行平坦化处理(例如物理化学机械研磨，cmp)以获得较为平整的表面，便于后续键合。同理，如图14至图15所示，第二过渡层包括第二缓冲层52，在第二衬底11表面沉积第二缓冲层52，通过将第一缓冲层51和第二缓冲层52直接键合实现将第二衬底11设置于器件晶圆。第一缓冲层51和第二缓冲层52的材质可以是sio2。
62.如图9所示，翻转器件，通过减薄 干法刻蚀或减薄 湿法刻蚀的方式去除第一衬底10，从而露出压电层20背离下电极30的一侧表面。通过刻蚀压电层20，从而在压电层20上形成延伸至下电极30的电极引出孔80，下电极30的一部分在电极引出孔80内露出。
63.如图10所示，在具有电极引出孔80的压电层20表面沉积金属，通过图案化从而形成相互隔开的两部分，一部分作为上电极90，另一部分则位于电极引出孔80内以及电极引出孔80周缘作为引出电极91，引出电极91通过电极引出孔80与下电极30连接，实现将下电极30引出至压电层20的上表面，便于后续封装外接。需要说明的是，上电极90和下电极30各自在压电层20上的正投影具有交叠区域和非交叠区域，两者的交叠区域作为谐振器的有效工作区域。对于上电极90来讲，其包括两部分，一部分位于交叠区域，另一部分位于非交叠区域；对于下电极30来讲，同样也包括两部分，一部分位于交叠区域，另一部分位于非交叠区域。电极引出孔80的设置位置位于下电极30的非交叠区域，以此避免下电极30与上电极90接触。
64.如图11所示，在上电极90上沉积质量负载层，并对其进行刻蚀，形成第二质量负载层100，通过控制第二质量负载层100所占谐振器的有效工作区域的面积比例，从而对应实现谐振器所需要的频率。
65.如图12所示，通过刻蚀在上电极90层背离下电极30层的一侧表面形成贯穿至牺牲层50的通孔110，通过通孔110释放牺牲层50以在第一质量负载层40和支撑层60之间形成空腔120。应当理解的是，第一质量负载层40、第二质量负载层100和空腔120均位于谐振器的有效工作区域。
66.如图13所示，示出了经过刻蚀留下的第二质量负载层100，第二质量负载层100包括同层的多个间隔分布的质量块，质量块可以是规则(例如圆柱体、棱柱)或不规则块状结构，本技术对其不做限制。第二质量负载层100中的任意两个质量块可以相同，也可以不同，本技术同样对其不做限制，只要留下的第二质量负载层100所占谐振器有效工作区域满足预设的面积比例即可。第二质量负载层刻蚀后留下的区域，不需要呈规律性周期排布，可呈间隔排布，可无规律排布，满足所需的刻蚀面积即可。第一质量负载层和第二质量负载层刻蚀时(第一质量负载层和第二质量负载层通过图案化的方式形成)的面积比例或刻蚀后留下的区域不需要一致。第一质量负载层40同理，此处不再赘述。
67.本技术实施例的另一方面，提供一种谐振器，如图12所示，包括第二衬底11以及设置于第二衬底11上的支撑层60，在支撑层60上依次设置下电极30、压电层20和上电极90，在下电极30和支撑层60之间具有空腔120，在下电极30靠近空腔120的一侧表面形成第一质量负载层40，在上电极90背离空腔120的一侧表面形成第二质量负载层100，第一质量负载层40、第二质量负载层100和空腔120均位于谐振器的有效工作区域。
68.本技术通过控制第一质量负载层40和第二质量负载层100所占谐振器的有效工作区域面积比例对应实现谐振器的调谐，由此，便可以实现在同一片晶圆上控制各个谐振器的质量负载层所占有效工作区域的面积比例不同，从而制造具有不同谐振频率的谐振器，有效避免了因为外加元件调谐所带来的损耗，保证了谐振器具有较好的性能。
69.本技术实施例的再一方面，提供一种滤波器，包括上述任一种的谐振器。如图16所示，示出了滤波器的结构示意图，包括第一谐振器r1、第二谐振器r2、第三谐振器r3、第四谐振器r4、第五谐振器r5、第六谐振器r6和第七谐振器r7，其中，第一谐振器r1、第二谐振器r2、第三谐振器r3作为串联谐振器，第四谐振器r4、第五谐振器r5、第六谐振器r6和第七谐振器r7作为并联谐振器。上述的第一谐振器r1、第二谐振器r2、第三谐振器r3、第四谐振器r4、第五谐振器r5、第六谐振器r6和第七谐振器r7中的至少一个作为上述的谐振器。
70.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。