[发明专利]柔性单晶兰姆波谐振器及其形成方法

说明书

本发明提供一种柔性单晶兰姆波谐振器及其形成方法。该方法包括：提供硬质基底；在硬质基底之上形成牺牲层；在牺牲层之上形成单晶薄膜层；将单晶薄膜层划分为器件区、周围区、窗口区和锚结构，窗口区用于将器件区和周围区隔开，锚结构用于连接器件区和周围区，然后在器件区之上形成叉指电极；刻蚀去除窗口区，保留器件区、锚结构和周围区；释放去除窗口区、锚结构和器件区下方的牺牲层，以使器件区和叉指电极在锚结构的作用下悬于硬质基底上；利用印章粘附器件区和叉指电极，然后断开锚结构从而使器件区和叉指电极脱离硬质基底；提供具有顶部空腔的柔性基底；利用印章将器件区和叉指电极转移至柔性基底之上并且覆盖对准顶部空腔。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别地涉及一种柔性单晶兰姆波谐振器及其形成方法。

背景技术

包括物联网和5G领域新的应用对谐振器的功耗和带宽提出了更高的要求，以铌酸锂、钽酸锂等单晶材料为压电薄膜的兰姆波谐振器同时具备高Kt2和高Q值，可以满足下一代可重构和多频宽带滤波的要求。超低功耗唤醒接收机(Ultra-low powerWake-UpRecivers)也是单晶兰姆波谐振器的一大研究热点。传统的兰姆波谐振器都是基于硬质基底的，这使得柔性电子领域(例如柔性谐振器，滤波器，振荡器，传感器)的需求依旧无法满足，所以急需研制出一种柔性兰姆波谐振器。

现有的制备柔性器件的方法大致分两步：首先在硬质基底上制备器件，然后通过印章转移的方法把器件从硬质基底转移到柔性基底。以常规压电材料(AlN或者ZnO)的柔性薄膜腔声谐振滤波器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR)器件为例，具体制造工艺为：(1)提供硅基底，在硅基底顶表面沉积SiO2材料作为牺牲层，然后通过定义出器件区，仅仅保留器件区下面沉积的SiO₂，其余区域的SiO₂去除；(2)然后在牺牲层上依次形成底电极层、压电层(即AlN或者ZnO)和顶电极，此时如图1所示；(3)由于仅在器件区保留牺牲层、其他区域不保留牺牲层，通过释放工艺使得器件下方悬空，再在与基底相连接处设置锚点结构使得器件主体单独分离出来，器件周围的压电层都去除；(4)利用印章压上去把器件主体粘起来，再转移到其他柔性基底上。

然而，单晶铌酸锂压电层的器件却无法采用类似的工艺来制造。由于常规的溅射、化学气相沉积、外延生长适用于多晶薄膜，但不适用于高质量铌酸锂、钽酸锂单晶薄膜的生产。目前获取高质量单晶薄膜比较成熟的方法是通过晶体离子切片技术生产铌酸锂、钽酸锂单晶薄膜然后再键合到硅片上。若如图1所示先在硬质基底上形成了对应器件区的图形化的牺牲层，上面很难键合单晶铌酸锂薄膜。另外，晶体离子切片技术无法控制应力，使得制备的单晶薄膜存在残余应力，在释放空腔工艺后，残余应力会使得单晶薄膜会发生弯曲或产生裂纹降低器件性能，甚至直接发生断裂导致器件报废。最后，由于干法刻蚀硅基底顶部的过程中，由于干法刻蚀的各向同性，释放出的空腔底部会凹凸不平，容易导致后续转移时器件损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种柔性单晶兰姆波谐振器及其形成方法。

本发明第一方面提出的柔性单晶兰姆波谐振器的形成方法，包括：提供硬质基底；在所述硬质基底之上形成牺牲层；在所述牺牲层之上形成单晶薄膜层；将所述单晶薄膜层划分为器件区、周围区、窗口区和锚结构，所述窗口区用于将所述器件区和所述周围区隔开，所述锚结构用于连接所述器件区和所述周围区，然后在所述器件区之上形成叉指电极；刻蚀去除所述窗口区，保留所述器件区、锚结构和周围区；释放去除所述窗口区、锚结构和器件区下方的牺牲层，以使所述器件区和所述叉指电极在所述锚结构的作用下悬于所述硬质基底上；利用印章粘附所述器件区和所述叉指电极，然后断开所述锚结构从而使所述器件区和所述叉指电极脱离所述硬质基底；提供具有顶部空腔的柔性基底；利用所述印章将所述器件区和所述叉指电极转移至所述柔性基底之上并且覆盖对准所述顶部空腔。