[发明专利]一种空气隙型薄膜体声波谐振器及其制备方法

权利要求书

1.一种空气隙型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述谐振器从下到上依次分布转移衬底、键合层、底电极、压电薄膜与顶电极；所述键合层、底电极与转移衬底围成空气隙结构，所述压电薄膜的上表面与下表面分别连接有相对的顶电极与底电极，且所述底电极位于所述空气隙结构中，所述顶电极、压电薄膜与底电极构成三明治结构，且所述顶电极与底电极的正投影不完全重合；所述键合层与所述压电薄膜之间还设有填平层，所述填平层位于底电极的外侧，与所述底电极的厚度相同。

2.如权利要求1所述的一种空气隙型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述转移衬底的顶面具有一凹槽，所述键合层与部分转移衬底构成凹槽壁，所述填平层位于所述凹槽壁上表面，所述凹槽与所述键合层、底电极围成空气隙结构。

3.如权利要求2所述的一种空气隙型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述键合层包括第一键合层与第二键合层，所述第一键合层设于所述填平层的底面，所述第二键合层位于所述第一键合层的底面；所述第一键合层采用二氧化钛TiO₂，第二键合层采用三氧化二铝Al₂O₃。

4.如权利要求1所述的一种空气隙型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述转移衬底为单晶硅，所述压电薄膜为压电陶瓷、氮化铝AlN、氧化锌ZnO的一种或以上；所述底电极与所述顶电极为金属材料，所述金属材料包括铂Pt、钼Mo、钨W、钛Ti、铝Al、金Au、银Ag中的一种或以上。

5.如权利要求2所述的一种空气隙型薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述凹槽深度为500nm～3μm；所述键合层与底电极、凹槽围成的空气隙结构深度为900nm～8μm；键合层的厚度为400nm～5μm；压电薄膜的厚度为200nm～3μm；顶电极和底电极的厚度为50nm～500nm。

6.一种空气隙薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，制备权利要求1～5任一所述的一种空气隙型薄膜体声波谐振器，包括以下步骤：

S1、选用单晶硅基地作为外延衬底，对其表面进行清洗、热氧化；在所述外延衬底上表面依次生长压电薄膜、底电极，所述压电薄膜显露于所述底电极，通过光刻和湿法腐蚀获得底电极的图案；在所述底电极的上表面和所述压电薄膜显露于底电极的区域生长填平层，通过光刻和湿法去除底电极表面的填平层；在所述底电极的上表面和所述填平层上表面生长第一键合层，通过光刻和湿法去除底电极表面的第一键合层，并对第一键合层进行表面活化处理，得到第一晶圆；

S2、选用单晶硅为转移衬底，对其表面进行清洗；在所述转移衬底的顶面刻蚀一凹槽，在所述转移衬底上表面生长第二键合层，通过光刻和湿法去除所述凹槽内的第二键合层，并对所述第二键合层进行表面活化处理，得到第二晶圆；

S3、将所述第一晶圆和第二晶圆分别以第一键合层与第二键合层为接触面进行预键合，退火，所述第一晶圆和所述第二晶圆键合，压电薄膜转移，形成空气隙；

S4、将所述第一晶圆的外延衬底与压电薄膜分离；

S5、清洗压电薄膜的表面，在所述压电薄膜上表面沉积顶电极，并进行图像化处理，所述顶电极与所述底电极相对且正投影不完全重合。

7.如权利要求6所述的一种空气隙薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，对外延衬底、转移衬底表面进行清洗为将外延衬底或转移衬底通过浓H₂SO₄：H₂O₂：H₂O＝1.5:1.5:4的SPM溶液在60℃下清洗10min，再使用H₂O：HF＝20:1的BOE溶液清洗5min。

8.如权利要求6所述的一种空气隙薄膜体声波谐振器的制备方法，其特征在于，对所述第一键合层或第二键合层表面进行活化处理为使用H₂O：HF＝5：1的氢氟酸HF酸溶液处理第一键合层或第二键合层表面，进入ICP-RIE系统中第一键合层或第二键合层进行表面活化，在200W的功率、浓度为99.99％的氮气N₂气体氛围中保持2分钟。