一种单晶压电薄膜体声波谐振器以及制作方法技术

本发明专利技术提供一种单晶压电薄膜体声波谐振器以及制作方法。该制作方法包括：在供体基底之上形成压电结构和顶电极，其中顶电极在压电结构之上；在转移基底之上形成空腔和底电极，其中底电极覆盖空腔；采用干法转移印刷工艺将压电结构和顶电极从供体基底转移到底电极之上。本发明专利技术具有工艺简单易行、单晶压电薄膜质量好，生产良率高等优点。该方法简便易行，该谐振器性能良好。

A Single Crystal Piezoelectric Thin Film Bulk Acoustic Resonator and Its Fabrication Method

The invention provides a single crystal piezoelectric thin film bulk acoustic wave resonator and a manufacturing method thereof. The fabrication method includes: piezoelectric structure and top electrode are formed on the donor substrate, in which the top electrode is on the piezoelectric structure; cavity and bottom electrode are formed on the transfer substrate, in which the bottom electrode covers the cavity; and the piezoelectric structure and top electrode are transferred from the donor substrate to the bottom electrode by dry transfer printing process. The invention has the advantages of simple process, good quality of single crystal piezoelectric film and high yield. The method is simple and feasible, and the performance of the resonator is good.

【技术实现步骤摘要】
一种单晶压电薄膜体声波谐振器以及制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别地涉及一种单晶压电薄膜体声波谐振器以及制作方法。
技术介绍
近年来随着无线移动通讯技术的快速发展，体声波器件应用领域越来越广泛。与传统的体声波谐振器相比，具有体积小、质量轻、插入损耗低、频带宽以及品质因子高等优点的薄膜体声波谐振器逐渐占领市场。薄膜压电体声波谐振器，其特征是谐振器主体部分具有三明治结构，如图1所示，从上至下依次为顶电极TE、压电层PZ和底电极BE，利用压电薄膜材料所具有的逆压电效应，对外界电激励产生一定频率下的谐振。目前薄膜体声波谐振器使用的压电薄膜材料大多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，无法满足未来移动通讯技术更低的插入损耗、更高的带宽等要求；单晶压电薄膜材料的出现弥补了这一问题。单晶压电薄膜体声波谐振器不仅具有较高的频率，且部分性能优于传统压电薄膜材料的薄膜体声波谐振器，近年来得到学术界和产业界的高度关注。但单晶材料的制备工艺比较困难，很难采取传统的工艺流程制备性能较好的单晶压电薄膜体声波谐振器。目前主要三种方式，但都有缺点：(1)如图2A所示，在已经制备好的单晶压电薄膜上加工制造体声波谐振器的电极，因此，信号端和参考地电极只能在压电薄膜的同一表面，这种电极结构所占面积较大，且由于电场分布不是完全垂直于压电薄膜，谐振器的有效机电耦合系数较小。此外，在滤波器应用中，这种结构的谐振器不易于实现电极间的多样化互联。(2)如图2B所示，按照现有工艺制作，采取高温条件在底电极上直接生长单晶材料，工艺困难，难以实现；另外由于底电极斜坡的存在导致部分区域单晶材料的晶向改变，单晶薄膜均一性差。(3)如图2C所示，对已长有单晶材料的硅衬底进行背刻后，再从背面沉积底电极；这种方式的工艺复杂度高，导致器件良率较低，不适合大规模生产。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种单晶压电薄膜体声波谐振器以及制作方法，以克服现有技术的缺陷。本专利技术提出一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制作方法，包括：在供体基底之上形成压电结构和顶电极，其中所述顶电极在所述压电结构之上；在转移基底之上形成空腔和底电极，其中所述底电极覆盖所述空腔；采用干法转移印刷工艺将所述压电结构和所述顶电极从所述供体基底转移到所述底电极之上。可选地，所述在供体基底之上形成压电结构和顶电极的步骤包括：提供供体基底；在供体基底之上形成粘附层；在所述粘附层之上形成单晶压电薄膜层；在所述单晶压电薄膜层之上形成顶电极层；将所述单晶压电薄膜层和所述顶电极层图形化，以得到所述压电结构和所述顶电极。可选地，所述在转移基底之上形成空腔和底电极的步骤包括：在所述转移基底的顶表面形成所述空腔；在所述空腔中填充牺牲材料；在所述转移基底之上形成底电极层，其中所述底电极层覆盖所述牺牲材料；将所述底电极层图形化以得到所述底电极；去除所述牺牲材料以恢复所述空腔。可选地，所述采用干法转移印刷工艺将所述压电结构和所述顶电极从所述供体基底转移到所述底电极之上的步骤包括：刻蚀所述粘附层以形成锚结构；利用软印章粘住所述压电结构和所述顶电极，断开所述锚结构以使所述压电结构和所述顶电极与所述供体基底分离；利用软印章将所述压电结构和所述顶电极压印在所述底电极之上。可选地，所述压电结构的材料为：单晶氮化铝、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅、单晶铌酸钾、或者单晶钽酸锂。可选地，所述顶电极的材料为如下金属或者它们的合金：金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬、砷掺杂金。可选地，所述底电极的材料为如下金属或者它们的合金：金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬、砷掺杂金。可选地，所述供体基底的材料为硅或者铌酸锂，所述粘附层的材料为二氧化硅。可选地，所述转移基底的材料为硅、玻璃、陶瓷、金刚石、碳化硅、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇或者含氟聚合物。可选地，所述软印章的材料为二甲基硅氧烷。本专利技术还提出一种单晶压电薄膜体声波谐振器，该单晶压电薄膜体声波谐振器是通过本专利技术的单晶压电薄膜体声波谐振器的制作方法制作的。由上可知，本专利技术的技术方案通过薄膜转移工艺，将带有顶电极的单晶压电薄膜转移到图形化的底电极上，操作简单，能够大规模制造，从而克服传统工艺的缺点，同时实现了上下电极分布在单晶薄膜两侧的谐振器结构，能够极大的提高谐振器性能。附图说明附图用于更好地理解本专利技术，不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为薄膜压电体声波谐振器的原理示意图；图2A至图2C为现有技术加工薄膜压电体声波谐振器的示意图；图3为本专利技术实施例的单晶压电薄膜体声波谐振器的制作方法的流程图；图4至图12为本专利技术实施例的单晶压电薄膜体声波谐振器的制作方法的过程示意图；图13A和图13B为本专利技术实施例的两级半Ladder结构的滤波器的电路图和截面图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。根据本专利技术实施例的单晶压电薄膜体声波谐振器的制作方法，如图3所示，包括如下步骤：A：在供体基底之上形成压电结构和顶电极，其中顶电极在压电结构之上；B：在转移基底之上形成空腔和底电极，其中底电极覆盖空腔；C：采用干法转移印刷工艺将压电结构和顶电极从供体基底转移到底电极之上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制作方法，其特征在于，包括：在供体基底之上形成压电结构和顶电极，其中所述顶电极在所述压电结构之上；在转移基底之上形成空腔和底电极，其中所述底电极覆盖所述空腔；采用干法转移印刷工艺将所述压电结构和所述顶电极从所述供体基底转移到所述底电极之上。

【技术特征摘要】
1.一种单晶压电薄膜体声波谐振器的制作方法，其特征在于，包括：在供体基底之上形成压电结构和顶电极，其中所述顶电极在所述压电结构之上；在转移基底之上形成空腔和底电极，其中所述底电极覆盖所述空腔；采用干法转移印刷工艺将所述压电结构和所述顶电极从所述供体基底转移到所述底电极之上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在供体基底之上形成压电结构和顶电极的步骤包括：提供供体基底；在供体基底之上形成粘附层；在所述粘附层之上形成单晶压电薄膜层；在所述单晶压电薄膜层之上形成顶电极层；将所述单晶压电薄膜层和所述顶电极层图形化，以得到所述压电结构和所述顶电极。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在转移基底之上形成空腔和底电极的步骤包括：在所述转移基底的顶表面形成所述空腔；在所述空腔中填充牺牲材料；在所述转移基底之上形成底电极层，其中所述底电极层覆盖所述牺牲材料；将所述底电极层图形化以得到所述底电极；去除所述牺牲材料以恢复所述空腔。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用干法转移印刷工艺将所述压电结构和所述顶电极从所述供体基底转移到所述底电极之上的步骤包括：刻蚀所述粘附层以形成锚结构；利用软印章粘住所述压电结构和所述顶电极，断开...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，孙崇玲，杨清瑞，张孟伦，
申请(专利权)人：天津大学，诺思天津微系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津,12