具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及体声波谐振器制备技术领域，尤其是涉及一种具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器及其制备方法；步骤为：在具有损伤层的压电单晶晶圆上制备下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备应力缓冲层；在应力缓冲层上制备键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；通过在单晶薄膜层与键合层间设置应力缓冲层的设计以解决现有的在键合过程中，界面应力过大导致的单晶薄膜产生裂纹、翘起、凹陷、甚至脱落等问题，提高空腔型体声波谐振器的性能。

Cavity-type bulk acoustic resonator with stress buffer layer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器及其制备方法
本专利技术涉及体声波谐振器制备
，尤其是涉及一种具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器及其制备方法。
技术介绍
目前，薄膜体声波谐振器的结构主要有固体装配型(SMR)和空腔型，空腔型薄膜体声波谐振器相较固体装配型更简单。薄膜体声波谐振器的工作原理是利用声波在电极与空气的交界面阻抗不匹配，将声波限制在上下电极之间，实现谐振。这种结构的谐振器具有较高的品质因数(Q值)，往往大于1000，具有低的插入损耗，与互补金属氧化物半导体(CMOS)电路兼容等优点。现有的薄膜体声波谐振器的压电薄膜主要是通过沉积的方式沉积在电极层上，薄膜质量非常依赖于下电极的质量，但采用晶圆键合转移技术得到的压电薄膜，不仅能够获得高质量的压电薄膜，并且不依赖下电极质量。晶圆键合转移技术是选用压电单晶晶圆材料或者带有高质量的外压电层的晶圆材料，对其进行高能离子注入，然后结合晶圆键合的工艺，能够在目标衬底上转移制备高质量的压电薄膜。通常，薄膜体声波谐振器的主体结构是键合在硅衬底之上，由于硅衬底与键合层、压电薄膜层的热膨胀系数不统一，并且传统的硅衬底没有应力缓冲作用，通过晶圆键合转移工艺制备压电薄膜，就会造成压电薄膜层和衬底、压电薄膜层和键合层、键合层和衬底之间的热应力失配，造成压电薄膜产生翘曲和裂纹，严重影响器件的质量。因此，针对上述问题本专利技术急需提供一种具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器的制备方法，包括如下步骤：从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数小于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数大于压电单晶晶圆热膨胀系数的键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；或者从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数大于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数均大于应力缓冲层热膨胀系数的键合层。将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；或者从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数小于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数均小于应力缓冲层热膨胀系数的键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；或者从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数大于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数均小于压电单晶晶圆的热膨胀系数的键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔体声波谐振器。优选地，应力缓冲层的材质为SiO2、Si3N4、非晶硅、金属或聚合物中任一。优选地，应力缓冲层的厚度为0.05μm-6μm；优选地，缓冲层的厚度为0.05μm-0.3μm或者缓冲层的厚度为0.3μm-1.0μm或者缓冲层的厚度为1μm-6μm。优选地，图形化的下电极制备步骤包括：在损伤的压电单晶晶圆的下表面涂覆光刻胶，采用图形化的掩膜版对光刻胶进行曝光、采用显影液显影，得到图形化的光刻胶掩膜，生长下电极，去除光刻胶，制备得到图形化的下电极，或在单晶薄膜层的下表面生长下电极，在下电极表面涂覆光刻胶，采用图形化的掩膜版对光刻胶进行曝光，显影液显影，得到图形化的光刻胶掩膜，对具有图形化的光刻胶掩膜的下电极进行刻蚀，去除光刻胶，得到图形化的下电极。优选地，在图形化的下电极表面上生长牺牲层；在牺牲层表面涂覆光刻胶，采用图形化的掩膜版对光刻胶进行曝光，然后采用显影液显影，得到图形化的光刻胶掩膜，对图形化的光刻胶掩膜的牺牲层进行刻蚀，去除光刻胶，得到图形化的牺牲层。优选地，应力缓冲层的制备方法包括在图形化的牺牲层下表面，用离子体增强化学气相沉积(PECVC)低温生长一定厚度的非晶硅、氧化硅，或在图形化的牺牲层下表面，旋涂一定厚度的聚合物，再固化，或在图形化的牺牲层下表面，用磁控溅射、电阻式蒸发或电子束沉积中任一方法生长金属。优选地，键合层材质包括苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺(PI)、硅倍半环氧乙烷(HSQ)、旋转涂布玻璃(SOG)、二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)中的至少一种；上电极和下电极的材质均包括铝(Al)、钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)或钨(W)中任一；牺牲层材质包括非晶硅或聚酰亚胺(PI)中的至少一种；压电单晶晶圆材质包括石英、铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、钛酸钡(BaTiO3，BTO)、磷酸二氢钾(KH2PO4)或铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)中任一。衬底的材质为Si、绝缘层上硅(SOI)、玻璃、铌酸锂(LN)或钽酸锂(LT)中任一。优选地，键合层固化温度为150℃-500℃；固化时间为10min-600min；晶圆劈裂温度为180℃-400℃；晶圆劈裂时间为10min-600min。优选地，高能量离子包括氢离子、氦离子、硼离子或砷离子中的一种；高能量离子的注入能量选用范围为100keV-1000keV；高能量离子的注入深度0.3μm-8.0μm。本专利技术还包括一种空腔型体声波谐振器，基于如上述中任一所述的具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器的制备方法制得。优选地，从上到下依次包括上电极、单晶薄膜层、下电极、应力缓冲层、键合层和衬底，其中，所述应力缓冲层上设有与所述上电极上、下对应设置的空腔。本专利技术提供的一种具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器及其制备方法现有技术相比具有以下进步：1、本专利技术设计的应力缓冲层的热膨胀系数可以介于键合层材料与单晶薄膜层材料之间，也可以大于或小于键合层材料与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数小于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数大于压电单晶晶圆热膨胀系数的键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；或者从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数大于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数均大于应力缓冲层热膨胀系数的键合层。将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；或者从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数小于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数均小于应力缓冲层热膨胀系数的键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；或者从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数大于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数均小于压电单晶晶圆的热膨胀系数的键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔体声波谐振器。...

【技术特征摘要】
1.一种具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数小于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数大于压电单晶晶圆热膨胀系数的键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；或者从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数大于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数均大于应力缓冲层热膨胀系数的键合层。将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；或者从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数小于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数均小于应力缓冲层热膨胀系数的键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器；或者从压电单晶晶圆下表面注入高能量离子，高能量离子进入压电单晶晶圆内部形成损伤层，将压电单晶晶圆分隔成上压电层和单晶薄膜层，得到损伤的压电单晶晶圆；在损伤的压电单晶晶圆的下表面依次制备图形化的下电极和图形化的牺牲层；在图形化的牺牲层上制备热膨胀系数大于压电单晶晶圆热膨胀系数的应力缓冲层；在应力缓冲层上制备热膨胀系数均小于压电单晶晶圆的热膨胀系数的键合层；将衬底叠放于键合层上，进行键合处理和晶圆劈裂处理，移除上压电层，在单晶薄膜上制备上电极；在单晶薄膜层上表面开设图形化的牺牲层所需要的牺牲层释放孔，释放牺牲层，得到具有应力缓冲层的空腔体声波谐振器。2.根据权利要求1所述的具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器的制备方法，其特征在于：应力缓冲层的材质为SiO2、Si3N4、非晶硅、金属或聚合物中任一。3.根据权利要求2所述的具有应力缓冲层的空腔型体声波谐振器的制备方法，其特征在于：应力...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文博，帅垚，吴传贵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51