单晶体声波器件及制备方法技术

一种单晶体声波器件及制备方法，属于体声波滤波器领域。其中制备方法包括：步骤A：在第一衬底上制备压电薄膜；步骤B：去除所述第一衬底；以及步骤C：在压电薄膜下制备底部电极。本发明专利技术在硅衬底上制备了高质量单晶氮化物压电薄膜，进一步制备高性能单晶体声波器件，提高了体声波器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及体声波滤波器领域，尤其涉及一种单晶体声波器件及其制备方法。
技术介绍
无线移动通讯技术的高速发展，尤其是第四代移动通讯技术(4G)的应用，使体声波滤波器成为研究的热点课题。与传统的陶瓷滤波器相比，体声波滤波器具有体积小、插入损耗低、带外抑制能力强、功率特性好等诸多优点，引起学术界和产业界的高度关注。随着未来第五代移动通讯技术(5G)的到来，对滤波器的性能提出更高的要求，包括更低的插入损耗、更高的带外抑制能力和更大的带宽，这就需要研制更高性能的体声波器件。目前量产的体声波滤波器所用的压电材料均为采用磁控溅射技术制备的多晶氮化物薄膜，薄膜质量较差，缺陷密度较高。谐振器性能的大幅度提高会极大改善滤波器的性能。单晶氮化物体声波器件的制备工艺非常困难，最大的技术难点是难以在底部金属电极上基于MOCVD技术制备高质量的单晶压电薄膜，目前已报道的器件性能远小于预期。目前主要有以下两种器件制备技术路线：如图1A所示技术路线，即先生长底部电极，然后在底部电极上生长氮化物薄膜的方法制备单晶氮化物体声波器件，然而，由于MOCVD生长氮化物需要高达1000℃左右的高温，在高温下底部金属电极极易与氨气发生反应，此外，金属与氮化物材料晶格失配也较大，难以制备出高质量的氮化物单晶薄膜。如图1B所示技术路线，即先在硅衬底上MOCVD生长高质量的单晶氮化物薄膜，然后背面刻蚀硅衬底，再生长底部电极的技术方案，制备单晶体氮化物体声波器件，这种技术方案存在以下问题，第一，背面刻蚀厚的硅衬底会降低衬底的机械支撑能力，容易导致加工工艺失败；第二，在硅的背面通过刻蚀形成深孔之后，要在深孔的侧壁形成有效的金属连接非常困难，需要在刻蚀孔内沉积厚的金属材料(通常是金，弹性系数小，机械损耗大)，很厚的底部电极会导致器件性能的严重退化。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种单晶体声波器件及制备方法，以解决以上所述的至少一项技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种单晶体声波器件的制备方法，包括：步骤A：在第一衬底上制备压电薄膜；步骤B：去除所述第一衬底；步骤C：在压电薄膜下制备底部电极。优选地，步骤A之后步骤B之前还包括：步骤A1：在所述压电薄膜上制备顶部电极；步骤A2：在顶部电极上依次沉积介质牺牲层和支撑层。优选地，步骤C包括：步骤C1：刻蚀压电薄膜形成顶部电极引线通孔，并用填充金属填充；步骤C2：在压电薄膜下形成一层电极，并刻蚀一部分电极，形成分布在两侧的顶部电极接触和底部电极。优选地，所述顶部电极与顶部电极引线通孔相连，且底部电极不与顶部电极和顶部电极引线通孔相连。优选地，步骤C后还包括步骤：步骤D：在顶部电极接触和底部电极通过两者下方的金属倒装焊到第二衬底上；步骤E：腐蚀介质牺牲层去掉支撑层。优选地，步骤A中，所述第一衬底为硅衬底，所述制备采用MOCVD方法，所述压电薄膜为单晶氮化物薄膜。优选地，所述第二衬底也为硅衬底。优选地，所述压电薄膜为氮化物或者氧化锌，所述氮化物为AlxGa1-xN材料，其中0≤x≤1。优选地，所述顶部电极和底部电极采用金属材料，金属材料为铜、金、铁、铝、钛、铬、钼或钽，或者两者以上的组合。优选地，所述顶部电极与顶部电极引线通孔相连，且底部电极不与顶部电极和顶部电极引线通孔相连。根据本专利技术的另一方面，还提供一种单晶体声波器件，依次叠置包括：第二衬底；分布在第二衬底两侧的金属；分别与两侧的金属相连的顶部电极接触和底部电极；压电薄膜及顶部电极引线通孔；顶部电极。采用以上任意所述方法制备。(三)有益效果本专利技术在硅衬底上制备了高质量单晶氮化物压电薄膜，进一步制备高性能单晶体声波器件，提高了器件性能；本专利技术采用支撑层制备工艺、倒装焊工艺和硅衬底腐蚀工艺，解决常规的单晶体声波器件制备工艺中存在的难以在底部金属电极上制备高质量单晶氮化物的技术难题；本专利技术的制备方法克服单晶体声波器件制备过程中难以在底部金属电极上制备单晶压电薄膜这一技术问题。附图说明图1A为现有的一种体声波器件制备方法的流程图；图1B为现有的另一种体声波器件制备方法的流程图；图2为根据本专利技术实施例的单晶体声波器件制备方法的流程图；图3A为图2所示制备方法中在硅上生长单晶氮化物薄膜后的剖面示意图；图3A-1为图2所示制备方法中在单晶氮化物薄膜上表面生长完顶部电极后的剖面示意图；图3A-2为图2所示制备方法中在顶部电极上生长完介质牺牲层和支撑层后的剖面示意图；图3B为图2所示制备方法中采用湿法腐蚀或干法刻蚀工艺去除硅衬底后的剖面示意图；图3C-1为图2所示制备方法中刻蚀单晶氮化物薄膜形成顶部电极引线通孔后的剖面示意图；图3C-2为图2所示制备方法中形成顶部电极接触和底部电极后的剖面示意图；图3D为图2所示制备方法中将器件倒装焊到第二衬底后的剖面示意图；图3E为图2所示制备方法中通过腐蚀介质牺牲层去掉支撑层，形成悬空的器件后的剖面示意图。具体实施方式现有的两种单晶体声波器件的制备方法，一种是生长底部电极，然后在底部电极上生长氮化物薄膜的方法制备单晶体声波器件，该方法存在以下问题：在高温下底部金属电极易与氨气发生反应；金属与氮化物材料晶格失配也较大，难以制备出高质量的氮化物单晶薄膜；另一种是先在硅衬底上MOCVD生长高质量的压电薄膜，然后背面刻蚀硅衬底，再生长底部电极的技术方案，制备单晶体声波器件，该方法存在如下问题：背面刻蚀厚的衬底会降低衬底的机械支撑能力，容易导致加工工艺失败；在硅的背面通过刻蚀形成深孔之后，要在深孔的侧壁形成有效的金属连接非常困难，需要在刻蚀孔内沉积厚的金属材料很厚的底部电极会导致器件性能的严重退化。为了解决以上问题，本专利技术提供了一种单晶体声波器件的制备方法，包括：步骤A：在第一衬底上制备压电薄膜；步骤B：去除所述第一衬底；步骤C：在压电薄膜下制备底部电极。其中，对于步骤A，具体的可以是：在第一衬底上制备压电薄膜；所述压电薄膜为氮化物或者氧化锌，所述氮化物为AlxGa1-xN材料。对于第一衬底，可以选取硅或者其它可以外延生长单晶压电薄膜的衬底，优选的为硅衬底。所述压电薄膜可以为氮化物或者氧化锌，所述氮化物为AlxGa1-xN材料。制备方式可以是化学气相沉积，具体的可以为MOCVD衬底方式。步骤A之后，步骤B之前还可以包括：步骤A1：在所述压电薄膜上制备顶部电极；所述顶部电极采用金属材料，包括铜、金、铁、铝、钛、铬、钼和钽。步骤A2：在顶部电极上依次沉积介质牺牲层和支撑层；所述介质牺牲层可以为氧化硅或氮化硅；所述支撑层可以为采用电镀工艺制备的铜，或者为采用金属键合工艺与介质牺牲层绑定在一起的支撑层。对于步骤B，具体的可以为：去除所述第一衬底；所述去除方式可以为湿法腐蚀或干法刻蚀。对于步骤C，具体的可以为：在压电薄膜下制备底部电极；所述底部电极可以为金属材料，金属材料为铜、金、铁、铝、钛、铬、钼或钽，或者两种以上的组合。所述顶部电极和底部电极采用金属材料，包括铜、金、铁、铝、钛、铬、钼和钽。其中，步骤C还可以包括：步骤C1：刻蚀压电薄膜形成顶部电极引线通孔，并用填充金属填充。步骤C2：在压电薄膜下形成一层电极，并刻蚀一部分电极，形成分布在两侧的顶部电极接触和底部电极；所述顶部电极与顶部电极引线通孔相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶体声波器件的制备方法，其特征在于，包括：步骤A：在第一衬底上制备压电薄膜；步骤B：去除所述第一衬底；步骤C：在压电薄膜下制备底部电极。

【技术特征摘要】
1.一种单晶体声波器件的制备方法，其特征在于，包括：步骤A：在第一衬底上制备压电薄膜；步骤B：去除所述第一衬底；步骤C：在压电薄膜下制备底部电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A之后步骤B之前还包括：步骤A1：在所述压电薄膜上制备顶部电极。步骤A2：在顶部电极上依次沉积介质牺牲层和支撑层。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤C包括：步骤C1：刻蚀压电薄膜形成顶部电极引线通孔，并用填充金属填充；步骤C2：在压电薄膜下形成一层电极，并刻蚀一部分电极，形成分布在两侧的顶部电极接触和底部电极。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述顶部电极与顶部电极引线通孔相连，且底部电极不与顶部电极和顶部电极引线通孔相连。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤C后还包括步骤：步骤D：在顶部电极接触和...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙莉莉，张韵，杨帅，程哲，张连，吕宏瑞，王军喜，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11