[发明专利]一种采用金属键合工艺制备薄膜体声波谐振器的方法

说明书

本发明公开了一种采用金属键合工艺制备薄膜体声波谐振器的方法。单晶薄膜体声波谐振器的制备较为困难。本发明首先在压电薄膜上沉积电极，然后与制备有同样金属电极图案的晶圆通过金属原子键合工艺连接在一起；其中制备有同样金属电极图案的晶圆下方含有空腔；然后去掉压电薄膜的衬底晶圆，再沉积金属上电极形成谐振器。本发明工艺制备流程中不对压电薄膜直接操作，保证了压电薄膜的质量，进而提高器件的性能，从而能制备得到高频率、高Q值的薄膜体声波谐振器。

技术领域

本发明涉及薄膜体声波谐振器，具体涉及一种采用金属键合工艺制备薄膜体声波谐振器的方法。

背景技术

随着信息时代的快速发展，特别是手机端和各种收发传输信息的设备数量的快速增加，其所需的信息收发所占用的频段越来越多，利用高频段收发信息越来越普遍，其所需的高频段谐振器和滤波器越来越大。薄膜腔声谐振滤波器(film bulk acousticresonator)简称为FBAR滤波器，不同于以前的滤波器，是使用硅底板、借助mems技术以及薄膜技术而制造出来的，现阶段的fbar滤波器已经具备了高于传统的陶瓷和声表面波saw滤波器的特性，比如体积更小、谐振频率高、功率损耗低、品质因子(Q)高、功率容量大等。因此在此相关领域尤其是高频通讯滤波器收发功能方面有着广阔的应用和发展前景，成为工业界和学术界的研究热门。

薄膜体声波谐振器是薄膜体声波滤波器的主要构成单元，其基本结构是由两层金属电极夹着压电薄膜层的三明治压电振荡器。

压电薄膜层的厚度决定着体声波谐振器的工作频率，膜层的质量决定谐振器的性能，如Q值、机电耦合系数、FOM值等。当今主流的压电薄膜如ZnO、AlN等，均采用磁控溅射的方式制备，为多晶压电薄膜，其厚度均要在500nm以上才能具有较好的薄膜质量，使得体声波谐振器的工作频率做不高。另一方面，多晶薄膜内缺陷较多，造成BAW谐振器的损耗较大，Q值提升困难。随着薄膜制备工艺技术、设备的进步，单晶压电薄膜的制备工艺也越来越成熟。单晶压电薄膜由于晶体质量好，缺陷少，可以制备更高频率和Q值的BAW谐振器，已引起科研及工业界的广泛兴趣。然而，单晶薄膜BAW器件，制备工艺相对困难，如AlN单晶压电薄膜，需要在1000多度的温度下生长，使得制备薄膜体声波谐振器的下电极较为困难，同时制备的单晶压电薄膜平坦度低，易断裂，需要开发与多晶压电薄膜不同的单晶压电薄膜制备工艺及技术。

发明内容

本发明的目的是针对单晶压电薄膜体声波谐振器件制备困难的问题，提出一种采用金属键合工艺制备薄膜体声波谐振器的方法，利用金属原子的键合工艺，获得薄膜体声波谐振器的金属电极，且不用牺牲层的制备与释放，简化部分工艺流程。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明一种采用金属键合工艺制备薄膜体声波谐振器的方法，具体步骤如下：

步骤一、对衬底依次进行用丙酮超声清洗、用异丙醇超声清洗和水洗；

步骤二、采用刻蚀工艺在衬底上刻蚀出空腔一；

步骤三、在衬底位于空腔一外围的上表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并图形化，形成金属下电极待键合层一、金属层一和金属层二；金属层一和金属层二位于空腔一一侧，金属下电极待键合层一位于空腔一另一侧；

步骤四、取一侧表面带有压电层的碳化硅基底；

步骤五、采用等离子刻蚀或湿法腐蚀工艺在压电层表面形成通孔一；

步骤六、在通孔一中以及在压电层表面采用热蒸发或磁控溅射的方法沉积金属，并图形化，形成金属下电极待键合层二和位于金属下电极待键合层二一侧的金属层三；

步骤七、将金属下电极待键合层一与金属下电极待键合层二和金属层一贴合，金属层二与金属层三贴合，通过金属原子的键合工艺将金属下电极待键合层一与金属下电极待键合层二和金属层一连接在一起，将金属层二与金属层三连接在一起。