声波元件及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种声波元件及其制造方法，特别涉及一种具有声波反射层或具有空腔的声波元件及其制造方法。

背景技术：

2.无线频率通信装置(例如智能型手机)为了能够在各种无线电频率与频段正常运行，需要仰赖声波滤波器滤除其频率范围以外邻近频段的信号。为了满足日益复杂的通信装置的要求，有必要针对不同的通信沟道以及通信装置而使用具有不同型态与组成的声波元件的滤波器，以在不同频宽范围进行调谐。
3.随着通信装置不断朝轻、薄、短小及时尚化方向发展，且频率资源越来越拥挤，具有高性能(例如，高q值及/或高压电耦合率)声波元件的滤波器显得更为重要。尽管现有的声波元件及其形成方法已大致符合滤波器及各种通信装置的需求，但并非在各方面都令人满意。

技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种声波元件的制造方法。声波元件的形成方法包括：提供成长基板；在成长基板上形成解离层，解离层包含iii-v族化合物半导体材料；在解离层上外延成长压电层，其中压电层是由压电材料所形成，iii-v族化合物半导体材料的能隙小于压电材料的能隙；在压电层的第一表面上形成第一电极；提供支撑基板；将第一电极与支撑基板接合，其中第一电极与支撑基板之间具有接合界面；移除成长基板；以及于压电层的第二表面上形成第二电极，第二表面为第一表面的相反面。
5.本发明实施例也提供一种声波元件。声波元件包括：基板；位于基板之上的第一电极；位于第一电极上的压电层；以及位于压电层上的第二电极。基板与第一电极之间具有接合界面。压电层于《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽介于10arc-sec至3600arc-sec之间的范围。
6.本发明实施例也提供一种声波元件。声波元件包括基板、支撑层、压电层与第一电极。支撑层位于基板上且具有空腔。压电层位于支撑层上，且包括aln、scaln或前述的组合。压电层于《002》晶相的x光绕射图谱中包含介于10arc-sec至3600arc-sec之间范围的半高宽。第一电极位于压电层上。
7.本发明实施例也提供一种声波元件的制造方法。声波元件的形成方法包括在成长基板上形成解离层、在解离层上形成压电材料层、在压电材料层的第一表面上形成支撑层、提供支撑基板、以及接合支撑层与支撑基板。支撑层与支撑基板之间具有接合界面。声波元件的形成方法还包括移除成长基板与解离层以及在压电材料层的第二表面上形成第一电极。第二表面为第一表面的相反面。声波元件的形成方法还包括蚀刻压电材料层的一部分以形成压电层以及移除支撑层的一部分以形成位于压电层与支撑层之间的空腔。
8.本发明实施例也提供一种声波元件的制造方法。声波元件的形成方法包括在支撑
基板上外延成长第一压电材料层、在第一压电材料层上形成第一电极、蚀刻第一压电材料的一部分以形成压电层并露出支撑基板以及蚀刻支撑基板的一部分以于支撑基板中形成空腔。空腔位于支撑基板与第一压电材料层之间。
附图说明
9.以下将配合所附附图详述本发明实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本发明实施例的特征。
10.图1至图5是本发明的一些实施例，绘示出形成声波元件的过程中各个中间阶段的剖面图；
11.图6a至图6f是将第一电极与支撑基板接合的各种不同实施例的剖面图；
12.图7、图8是本发明的一些实施例，绘示出移除成长基板与解离层以及形成第二电极的后续制作工艺剖面图；
13.图9是本发明其他实施例的声波元件剖面图；
14.图10、图11是本发明的其他实施例，绘示出形成具有空腔的声波元件的过程中各个中间阶段的剖面图；
15.图12a至图12f是将第一电极与支撑基板接合的各种不同实施例的剖面图；
16.图13至图15是本发明的一些实施例，绘示出移除成长基板与解离层、形成第二电极以及移除牺牲层的后续制作工艺剖面图；
17.图16是本发明其他实施例的声波元件剖面图；
18.图17是以本发明实施例的声波元件测试回波损耗的频率响应图；
19.图18是本发明的其他实施例，绘示出形成具有交叉指状电极的声波元件的过程中各个中间阶段的剖面图；
20.图19a至图19e是将支撑层与支撑基板接合的各种不同实施例的剖面图；
21.图20至图22是本发明的一些实施例，绘示出形成声波元件的后续制作工艺的剖面图；
22.图23至图26是本发明的又一些实施例，绘示出声波元件具有以不同方法所形成的压电层的剖面图；
23.图27至图30是本发明的其他实施例，绘示出形成仅具有第二电极的声波元件的过程中各个中间阶段的剖面图；
24.图31至图33是本发明的其他实施例，绘示出以支撑基板作为成长基板来形成声波元件的过程中各个中间阶段的剖面图。
25.符号说明
26.100,200,300,400,500,600:声波元件
27.102:成长基板
28.104:解离层
29.104a:第一半导体层
30.104b:第二半导体层
31.106:压电层
32.106a:第一压电材料层
33.106b:第二压电材料层
34.106m:压电材料层
35.106s1:第一表面
36.106s2:第二表面
37.108:第一电极
38.108a:第一电性第一子电极
39.108b:第二电性第一子电极
40.108s:下表面
41.110:声波反射层
42.110a,110b:声波反射材料层
43.112:接合层
44.112a:第一接合层
45.112b:第二接合层
46.114:支撑基板
47.115:接合界面
48.116:激光掀离制作工艺
49.118:第二电极
50.118a:第一电性第二子电极
51.118b:第二电性第二子电极
52.120:调谐层
53.122:主动区
54.210:牺牲层
55.210s1:上表面
56.210s2:侧表面
57.211:支撑层
58.211a,211b:支撑材料层
59.218:空腔
60.218s:侧壁
61.302:绝缘层
62.304:开口
具体实施方式
63.以下说明本发明实施例的声波元件及其制造方法。然而，应能理解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所揭示的特定实施例仅用于说明以特定方法制作及使用本发明，而并非用以局限本发明的范围。再者，在本发明实施例的附图及说明内容中使用相同的元件符号来表示相同或相似的部件。可以预期的是，一实施例中的元件和特征，能够被有利地纳入于另一实施例中，无需进一步的阐述。
64.此外，在以下实施例中可以并入其他层/结构或步骤。例如，「在第一层/结构上形
成第二层/结构」的描述可以包含第一层/结构直接接触第二层/结构的实施例，或者包含第一层/结构间接接触第二层/结构的实施例，亦即有其他层/结构存在于第一个层/结构和第二个层/结构之间。此外，第一层/结构和第二层/结构间的空间相对关系可以根据装置的操作或使用而改变。第一层/结构本身不限于单一层或单一结构，第一层中可包含多个子层，或第一结构可包含多个子结构。
65.另外，针对本发明中所提及的空间相关的叙述词汇，例如：「在...之下」，「低」，「下」，「上方」，「之上」，「下」，「顶」，「底」和类似词汇时，为便于叙述，其用法均在于描述附图中一个元件或特征与另一个元件或特征的相对关系。除了附图中所显示的摆向外，这些空间相关词汇也用来描述声波元件在使用中以及操作时的可能摆向。随着声波元件的摆向的不同(旋转90度或其它方位)，用以描述其摆向的空间相关叙述也应通过类似的方式予以解释。
66.图1至图5是根据本发明的一些实施例，绘示出形成声波元件100的过程中各个中间阶段的剖面图。参照图1和图3，提供成长基板102，在成长基板102上形成解离层104，在解离层104上成长压电层106。在一些实施例中，成长基板102可为外延基板，其材料可包括硅、碳化硅、蓝宝石、氮化镓、氮化铝镓等或前述的组合。
67.参照图2，解离层104包含一厚层或多个子层，在一实施例中，多个子层包含超晶格结构(superlattice structure)。在一实施例中，解离层104可减少与后续形成的外延层之间的晶格不匹配(lattice mismatch)，例如压电层106，使制得的压电层106可具有较佳的晶相品质。解离层104的材料包含化合物半导体材料，例如iii-v族化合物半导体材料。在解离层104为厚层结构的实施例中，构成厚层结构的iii-v族化合物半导体材料中的一iii族元素会随着厚层结构的成长而组成渐变，在一实施例中，iii族元素会随着厚层结构的成长而组成渐减或渐增。在解离层104为超晶格结构的实施例中，超晶格结构包含由iii-v族化合物半导体材料层堆叠而成。形成厚层结构或超晶格结构的iii-v族化合物半导体材料的能隙小于后续形成压电层106的压电材料的能隙。在一些实施例中，如图2所示，解离层104可包括第一半导体层104a与第二半导体层104b堆叠而成的交替膜层，且最底层膜层为第一半导体层104a，而最顶层膜层为第二半导体层104b。图2中的黑点表示具有相同结构且重复交替堆叠的第一半导体层104a与第二半导体层104b。在一些实施例中，多个第一半导体层104a材料中的一iii族元素会随着超晶格结构的成长而组成渐变，及/或多个第二半导体层104b材料中的一iii族元素会随着超晶格结构的成长而组成渐变。在一些实施例中，第一半导体层104a与第二半导体层104b所形成的薄膜对数量可介于约2对至约100对之间。在一些特定的实施例中，第一半导体层104a与第二半导体层104b所形成的薄膜对数量可介于约2对至约15对之间。在一些实施例中，可利用金属有机化学气相沉积(metal organic cvd,mocvd)、分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)、液相外延(liquid phase epitaxy,lpe)、气相外延(vapor phase epitaxy,vpe)或前述的组合形成解离层104。
68.在解离层104为超晶格结构的实施例中，第一半导体层104a可包括al
x
ga
1-x
n且第二半导体层104b可包括alyga
1-y
n，其中y大于x，且x与y各自介于约0至约1.0之间。应注意的是，此述介于约0至约1.0之间的范围可包括x与y各自为0或1.0的情况。在一些特定的实施例中，第一半导体层104a中al
x
ga
1-x
n的x可介于约0至约0.5之间，且第二半导体层104b中alyga
1-y
n的y可介于约0.2至约1.0之间。应注意的是，x可介于约0至约0.5之间的范围可包
括x为0或0.5的情况，y可介于约0.2至约1.0之间的范围可包括y为0.2或1.0的情况。此外，在一些实施例中，第一半导体层104a的厚度可为约0.5nm至约10nm之间，例如约为2nm，且第二半导体层104b的厚度可为约1nm至约20nm之间，例如约为5nm。在解离层104为组成渐变厚层结构的实施例中，厚层结构在靠近成长基板102的半导体材料包括al
x
ga
1-x
n，且靠近压电层106的半导体材料包括alyga
1-y
n，其中y大于x，且0≤x《1与0《y≤1其中al组成随着厚层结构的成长厚度增加方向递增，亦即al组成由x逐渐增加至y。在一些实施例中，超晶格结构或厚层结构中的alyga
1-y
n材料的晶格常数相较于al
x
ga
1-x
n的晶格常数接近压电层106的晶格常数，通过晶格常数的匹配以提升压电层106的晶相品质。
69.根据本发明的一些实施例，可于成长基板102上额外形成缓冲层(未绘示)，再于缓冲层上形成解离层104。在一些实施例中，缓冲层的厚度可介于约0.1μm至约7μm之间。在一些实施例中，缓冲层的材料可包括氮化铝或氮化镓。于成长基板102上形成缓冲层可提升后续形成的解离层104的晶相品质，因而更进一步地提升后续形成的压电层106的晶相品质。
70.在一些实施例中，压电层106可利用金属有机化学气相沉积、分子束外延、液相外延、气相外延或前述的组合形成。在一些实施例中，压电层106可为单晶层(monocrystalline layer)。在其他实施例中，压电层106也可为多晶层(polycrystalline layer)。在一些实施例中，压电层106可为多晶层与单晶层的组合，例如压电层106由多晶层随着成长方向逐渐转为单晶层。在一些实施例中，形成压电层106的压电材料可包括半导体材料、陶瓷材料或薄膜材料，半导体材料可包括氮化铝、陶瓷材料可包括锆钛酸铅(pzt，也可称为压电陶瓷)、薄膜材料可包括氧化锌。在一些特定实施例中，压电层106的压电材料可掺杂或包括钪。在一些特定实施例中，压电层106的压电材料可包括氮化铝，其能隙约为6.2ev。在一些实施例中，压电层106的厚度可介于约0.05μm至约10μm之间。在一些特定的实施例中，压电层106的厚度可介于约0.1μm至约3.0μm之间。
71.如以上所述，形成解离层104的厚层结构或超晶格结构的iii-v族化合物半导体材料的能隙小于形成压电层106的压电材料的能隙。详细而言，在解离层104为厚层结构的实施例中，厚层结构中的组成渐变，一部分的能隙小于厚层结构中的另一部分的能隙，可使得能隙较小的部分在后续的激光掀离(laser lift-off,llo)制作工艺中较易于吸收激光，使能隙较小的部分厚层在吸收激光的能量后产生解离，并与其下的膜层分离﹐而能隙较小的部分于厚层结构中的位置可依实际需求设计。在解离层104为超晶格结构的实施例中，解离层104超晶格结构中的第二半导体层104b的能隙可介于压电层106的压电材料的能隙与第一半导体材料104a的能隙之间。在解离层104的超晶格结构中，最底层的膜层为第一半导体层104a。第一半导体层104a的能隙小于第二半导体层104b的能隙可使得第一半导体层104a在后续的激光掀离(laser lift-off,llo)制作工艺中较易于吸收激光，进而使第一半导体层104a在吸收激光的能量后产生解离，进而与其下的膜层分离。另一方面，在解离层104的超晶格结构中，最顶层的膜层为第二半导体层104b。第二半导体层104b具有与压电层106相近的晶格常数，可协调成长基板102与压电层106之间的晶格差异，因此可使其上形成的压电层106具有较佳的晶相品质及表面平坦度。
72.压电层106的晶相品质可由《002》晶相的x光绕射图谱所测量。x光绕射图谱中的半高宽越小表示所测量材料的晶相品质越好。本发明实施例所提供的压电层106于《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽可介于约10arc-sec至约1000arc-sec之间。在一些特定的实施
例中，压电层106于《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽可介于约10arc-sec至约500arc-sec之间。在另一些实施例中，压电层106于《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽可介于约10arc-sec至约3600arc-sec之间。与其他制作工艺方法所形成且具有相同厚度的压电层相比，本发明实施例的压电层由于具有较佳的晶相品质，因此在《002》晶相的x光绕射图谱中可具有较小的半高宽。高晶相品质的压电层具有较佳的压电耦合率，可有效率地将电能转换成机械能，或将机械能转换成电能。
73.接着，参照图4，在压电层106的第一表面106s1上形成第一电极108。第一电极108的材料可包括金属，例如钼(mo)、铝(al)、钨(w)、钛(ti)、钛钨合金(tiw)、铷(ru)、银(ag)、铜(cu)、金(au)、铂(pt)或前述的组合。可利用物理气相沉积(physical vapor deposition,pvd)、原子层沉积(atomic layer deposition,ald)、金属有机化学气相沉积、其他合适的沉积技术或前述的组合沉积第一电极108的材料。在一些实施例中，第一电极108的厚度可介于约0.01μm至约5μm之间。
74.接着，参照图5，根据本发明的一些实施例，可于第一电极108上形成声波反射结构。在本实施例中，声波反射结构包括声波反射层110，声波反射层110可具有分散式布拉格反射器(distributed bragg reflector,dbr)结构。应注意的是，虽然没有明确绘示，但本发明实施例的声波反射层110可包括低声阻抗的声波反射材料层及高声阻抗的声波反射材料层堆叠而成的交替膜层，其中高声阻抗的声波反射材料层比低声阻抗的声波反射材料层具有较高的声阻抗。此外，声波反射层110交替膜层的薄膜对数量并无特别限制，可依产品需求沉积任何合适数量的低声阻抗的声波反射材料层及高声阻抗的声波反射材料层。在一些实施例中，低声阻抗的声波反射材料层材料可包括金属或非金属。例如，金属可包括铝、钛或前述的组合；非金属可包括半导体材料，例如硅、或介电材料，例如氧化硅(sio2)、氮化硅(sin
x
)、氮氧化硅(sion)、氧化钛(tio2)、氮化镁(mgn)、或前述的组合。在一些实施例中，高声阻抗的声波反射材料层材料可包括金属，例如钼、钨、镍、铂、金、前述的合金、或前述的组合。此外，在一些实施例中，声波反射层110的厚度可介于约0.1μm至约50μm之间。
75.图6a至图6f及图12a至图12f分别绘示出形成声波元件100、200步骤中接合第一电极108与支撑基板114的各种不同实施例的剖面图。通过本发明实施例所提供的制作工艺方法，经由接合制作工艺113将第一电极108与支撑基板114接合，且第一电极108与支撑基板114之间具有接合界面115。在一些实施例中，第一电极108与支撑基板114之间的接合界面115可为金属键结的界面。在一些实施例中，第一电极108与支撑基板114之间的接合界面115可为共价键结的界面。此外，在一些实施例中，接合制作工艺113可于约100℃至约400℃之间的温度下进行。由于共价键结的接合制作工艺113所需的温度较低，可避免声波元件100彼此接合的两部分在接合后因热膨胀系数的不同而导致严重的翘曲。再者，共价键结的接合制作工艺113所形成的接合界面115也较为平坦，可增加声波元件100接合时的附着力。
76.参照图6a，在声波元件100具有声波反射层110的实施例中，可先于声波反射层110上形成第一接合层112a，再利用接合制作工艺113来接合声波反射层110与支撑基板114。如图6a所示，声波反射层110与支撑基板114通过第一接合层112a彼此接合，且第一接合层112a即为接合步骤后的接合层112。参照图6b，接合步骤后，支撑基板114与接合层112之间具有接合界面115。
77.在一些实施例中，第一接合层112a的材料可包括绝缘材料、半导体材料、金属氧化
物材料或其他合适的材料。例如，绝缘材料可包括氧化硅(sio2)、苯并环丁烯(benzocyclobutene,bcb)、氮化硅(sin
x
)、蜡(wax)、接合胶(如环氧树脂、uv固化胶等)、光致抗蚀剂(photoresist)等或前述的组合；半导体材料可包括多晶硅；金属氧化物材料可包括氧化铝、氧化铟锡或前述的组合；且其他合适的材料可包括氮化铝、锆钛酸铅或前述的组合。在一些实施例中，支撑基板114的材料可包括半导体材料或绝缘材料，半导体材料可包括硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓、氮化铝镓等或前述的组合，绝缘材料可包括蓝宝石、玻璃、聚酰亚胺(polyimide,pi)等或前述的组合。
78.与现有使用金属材料的接合制作工艺相比，使用上述材料进行声波元件的接合制作工艺，由于其接合界面为非金属键结，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面，不仅可于较低温的环境之下进行，可避免接合制作工艺的高温导致声波元件产生翘曲，其所形成的接合界面也较为平坦，可增加声波元件接合时的附着力。此外，声波元件的压电层在作用时会产生电信号，使用上述电阻值较高的材料进行接合也可防止电信号的损耗，进而提升声波元件的信号强度。
79.参照图6c，在声波元件100形成有声波反射层110的其他实施例中，也可先于支撑基板114上形成第一接合层112a，再利用接合制作工艺113来接合声波反射层110与支撑基板114。如图6c所示，声波反射层110与支撑基板114通过第一接合层112a彼此接合，且第一接合层112a即为接合层112。接合步骤后，声波反射层110与接合层112之间具有接合界面。声波反射层110所使用的材料可与接合层112相同或相似，于此不再重复说明。在其他实施例中，声波反射层110也可使用与接合层112不同的材料。在一些实施例中，声波反射层110与接合层112的材料为金属材料，使接合界面以金属键结形成。在一些实施例中，声波反射层110与接合层112的材料为非金属材料，使接合界面以非金属键结形成，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面。
80.参照图6d，在声波元件100形成有声波反射层110的其他实施例中，除了在声波反射层110上形成第一接合层112a，还可在支撑基板114上形成第二接合层112b。接着，利用接合制作工艺113来接合声波反射层110与支撑基板114，且声波反射层110与支撑基板114通过第一接合层112a与第二接合层112b彼此接合，因此第一接合层112a与第二接合层112b之间具有接合界面。然而，本发明并非以此为限。在其他实施例中，也可于支撑基板114上先形成第一接合层112a，再于声波反射层110上形成第二接合层112b。接着，利用接合制作工艺113来接合声波反射层110与支撑基板114。第二接合层112b所使用的材料可与第一接合层112a相同或相似，于此不再重复说明。在其他实施例中，第二接合层112b也可使用与第一接合层112a不同的接合材料。图6d中，完成接合的步骤之后，第一接合层112a与第二接合层112b可形成为接合层112，因而接合界面可位于接合层112之内。在一些实施例中，第一接合层112a与第二接合层112b的材料为金属材料，使接合界面以金属键结形成。在一些实施例中，第一接合层112a与第二接合层112b的材料为非金属材料，使接合界面以非金属键结形成，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面。
81.参照图6e，在一些实施例中，也可不额外形成接合层而直接利用接合制作工艺113来接合声波反射层110与支撑基板114。接合步骤后，声波反射层110与支撑基板114之间具有接合界面。声波反射层110所使用的材料可与支撑基板114相同或相似，于此不再重复说明。在其他实施例中，声波反射层110也可使用与支撑基板114不同的接合材料。在一些实施
例中，声波反射层110与支撑基板114的材料为金属材料，使两者接合界面以金属键结形成。在一些实施例中，声波反射层110与支撑基板114的材料为非金属材料，使两者的接合界面以非金属键结形成，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面。
82.参照图6f，根据本发明的其他实施例，可将声波反射层110中一部分的声波反射材料层110a形成于第一电极108上，且将声波反射层110中另一部分的声波反射材料层110b形成于支撑基板114上。具体而言，可将声波反射层110交替膜层中的其中一层低声阻抗声波反射材料层的一部分形成于第一电极108上，如图6f中的声波反射材料层110a，再将上述低声阻抗声波反射材料层的另一部分形成于支撑基板114上，如图6f中的声波反射材料层110b。应能理解的是，声波反射材料层110a与110b可还包括声波反射层110中高声阻抗的声波反射材料层，或是分别包括声波反射层110中高声阻抗及低声阻抗的声波反射材料层。在一些实施例中，形成于第一电极108上的声波反射材料层110a的厚度大于形成于支撑基板114上的声波反射材料层110b，使得声波元件100具有较佳的声波反射率。接着，利用接合制作工艺113来接合第一电极108与支撑基板114，且第一电极108与支撑基板114通过声波反射材料层110a与110b彼此接合。接合步骤后，声波反射材料层110a与110b可形成完整的声波反射层110，因而接合界面位于声波反射层110之内。声波反射材料层110a与110b可相同或相似，于此不再重复说明。在其他实施例中，声波反射材料层110a与110b也可是不同的材料。在一些实施例中，反射材料层110a与110b的材料为金属材料，通过反射材料层110a与110b互相接合，使接合界面以金属键结形成。在一些实施例中，声波反射材料层110a与110b的材料为非金属材料，使声波反射材料层110a与110b的接合界面以非金属键结形成，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面。
83.由于可将声波反射层110交替膜层中的任一层低声阻抗声波反射材料层拆分为两部分进行接合制作工艺，因而接合界面可位于声波反射层110交替膜层中的任一层低声阻抗声波反射材料层之内。在一些实施例中，分为两部分的低声阻抗声波反射材料层材料为金属材料，使接合界面以金属键结形成。在一些实施例中，分为两部分的低声学阻抗声波反射材料层材料为非金属材料，使接合界面以非金属键结形成，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面。通过图6f中所示的实施例进行接合制作工艺，不仅不需要形成额外的接合层，也可于较低温的环境下进行接合制作工艺，以防止声波元件100于接合制作工艺113后产生严重的翘曲。
84.图7、图8是根据本发明的一些实施例，绘示出接合第一电极108与支撑基板114后，移除成长基板102与解离层104，及形成第二电极118的后续制作工艺剖面图，在此以包含声波反射层110及接合层112的实施例作为示例，然而并不限于此实施例，上述任一实施例都适用于这些后续制作工艺。参照图7，在接合第一电极108与支撑基板114后，接着移除成长基板102与解离层104以露出压电层106。在一些实施例中，移除成长基板102的步骤可包括激光掀离制作工艺116。激光掀离制作工艺116所使用的激光光波长可介于约50nm至约400nm之间。在一些实施例中，激光掀离制作工艺116可选择能隙小于成长基板及压电层106能隙，且大于解离层104能隙的激光光源。在一实施例中。利用能隙介于第一半导体层104a与第二半导体层104b的激光照射解离层104。激光的能隙小于第二半导体层104b且大于第一半导体层104a时，可使激光大部分的能量被第一半导体层104a吸收，以使第一半导体层104a分解，进而与其下的膜层(例如，成长基板102)彼此分离。在一些实施例中，在移除成长
基板102后，会有部分的解离层104残留在压电层106上，可更进一步利用合适的移除制作工艺来移除残留部分的解离层104，合适的移除制作工艺如蚀刻制作工艺，可包括干式蚀刻、湿式蚀刻、以及/或其他合适制作工艺。例如，干式蚀刻制作工艺可包括等离子体蚀刻(plasma etching,pe)、反应离子蚀刻(reactive ion etching,rie)、感应耦合等离子体活性离子蚀刻(inductively coupled plasma reactive ion etching,icp-rie)等，可采用等离子体、气体或前述的组合来进行。上述气体可包括含氧气体、含氟气体(例如氟化氢、四氟化碳、六氟化硫、二氟甲烷、氟仿、及/或六氟乙烷)、含体(例如、氯仿、四氯化碳、及/或三氯化硼)、含溴气体(例如溴化氢及/或溴仿)、含碘气体、及/或上述的组合。例如，湿式蚀刻制作工艺可采用酸性溶液或碱性溶液、或其他合适的湿式蚀刻化学物质来进行。酸性溶液可包括、磷酸、盐酸、硝酸、醋酸等或前述的组合的溶液；碱性溶液可包括含有氢氧化钾、氨、过氧化氢等或前述的组合的溶液。
85.接着，参照图8，在压电层106的第二表面106s2上形成第二电极118，其中第二表面106s2为第一表面106s1的相反面。形成第二电极118的制作工艺与材料可与第一电极108的制作工艺与材料相同，于此不再重复说明。由于在形成声波元件的过程中形成了解离层，通过解离层减少成长基板与压电层之间晶格不匹配，进而可使得其上形成的压电层具有较佳的晶相品质及表面平坦度。此外，在激光照射解离层104移除成长基板过程中，解离层104解离后的材料元素会残留于压电层106上，可进一步利用合适的移除制作工艺来移除残留的材料元素。在一些实施例中，解离层104的第一半导体层104a可包含al
x
ga
1-x
n，通过调整材料组成，可使解离之后不易残留材料元素在压电层106上，或是可经由移除制作工艺轻易移除残留的材料元素而不伤害压电层106的表面，如此可维持压电层邻近解离层一侧的表面的平坦度。根据本发明的一些实施例，压电层106与第一电极108接触的第一表面106s1以及与第二电极118接触的第二表面106s2可为平坦的表面。在一些实施例中，压电层106的第一表面106s1与第二表面106s2的粗糙度(ra)可介于约0.01nm至约5nm之间的范围。在一些特定的实施例中，压电层106的第一表面106s1与第二表面106s2的粗糙度(ra)可介于约0.01nm至约1nm之间的范围。
86.继续参照图8，根据本发明实施例，制得的声波元件100可包括：支撑基板114、位于支撑基板114之上的第一电极108、位于第一电极108上的压电层106以及位于压电层106上的第二电极118。支撑基板114与第一电极108之间具有接合界面。接合界面可位于支撑基板114与接合层112之间(图6b所示实施例的接合界面115)、接合层112与声波反射层110之间(图6c所示的实施例)、接合层112之内(图6d所示的实施例)、声波反射层110与支撑基板114之间(图6e所示的实施例)或声波反射层110之内(图6f所示的实施例)。此外，压电层106于《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽可介于约10arc-sec至约1000arc-sec之间。因此，通过图1至图5、图6a至图6f及图7与图8中所示的实施例，使用解离层而制得的压电层可具有较佳的晶相品质及表面平坦度，进而使得压电层可具有较高的压电偶合率并提升声波元件整体的结构稳定性。另一方面，以上述接合材料进行非金属键结的接合制作工艺，例如为共价键结接合制作工艺或粘着接合制作工艺，可避免高温导致声波元件产生严重的翘曲，也可使得非金属键结的接合界面较为平整，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面，进一步改善声波元件的结构稳定性。
87.接着，参照图9，图9是根据本发明其他实施例的声波元件100剖面图。在图9所示的
实施例中，声波元件100还包括调谐层(tuning layer)120位于支撑基板114与第一电极108之间，且调谐层120直接接触第一电极108的一部分。具体而言，在将第一电极108与支撑基板114接合的步骤前，可于第一电极108的一部分上形成调谐层120。
88.在一些特定的实施例中，如图9所示，调谐层120可形成于第一电极108位于声波元件100主动区122边缘的部分之下。此述的用词「主动区」指的是声波元件运作时以活塞模式(piston mode)为主而产生共振的区域。于第一电极108位于声波元件100主动区122边缘的部分之下设置调谐层120，可抑制声波元件100运作时寄生模式(spurious mode)的影响，进而降低声波元件100的插入损耗以及改善寄生模式对声波元件100频宽范围所造成的干扰。
89.在一些实施例中，调谐层120的材料可包括钼(mo)、铝(al)、钛(ti)、钛钨合金(tiw)、铷(ru)、银(ag)、铜(cu)、金(au)、铂(pt)或前述的组合。在一些实施例中，调谐层120的厚度可介于约10nm至约500nm之间。
90.在一些实施例中，可在图4中所示的结构中，利用光学光刻制作工艺于第一电极108于声波元件100主动区122边缘上形成调谐层120，例如蚀刻或掀离制作工艺，再于第一电极108与调谐层120上形成声波反射层110。
91.图10、图11、图12a～图12f、图13～图15是根据本发明的其他实施例，绘示出声波元件200的过程中各个中间阶段的剖面图。形成声波元件200的过程中的成长基板102、解离层104、压电层106、第一电极108的结构及形成方式与声波元件100类似，可以参考上述内容在此不赘述。在本实施例中第一电极108上形成的声波反射结构包括空腔。参照图10，根据本发明的一些实施例，可于一部分的第一电极108上形成牺牲层210。牺牲层210将于后续制作工艺被移除以形成声波元件200中的空腔。牺牲层210可以是相对于后续形成的支撑层具有蚀刻选择性而可被移除的材料。在一些实施例中，牺牲层210的材料可包括无机材料、有机材料或前述的组合。例如，无机材料可包括四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane,teos)的氧化物、非晶硅(amorphous silicon,a-si)、磷硅酸盐玻璃(phosphosilicate glass,psg)、二氧化硅、多晶硅(polysilicon)等或前述的组合。例如，有机材料可包括光致抗蚀剂或其他合适材料。可利用适当的制作工艺如光学光刻制作工艺与蚀刻制作工艺或其他替代方式在第一电极108上预定的位置或区域形成牺牲层210。此外，可利用如化学气相沉积制作工艺、原子层沉积制作工艺、物理气相沉积制作工艺、旋转涂布制作工艺、其他适当的制作工艺或前述的组合沉积上述牺牲层210的材料。
92.接着，参照图11，在第一电极108上形成支撑层211，支撑层211包覆牺牲层210的上表面210s1与侧表面210s2。支撑层211的材料可选自与牺牲层210相比具有较高蚀刻抗性(etching resistance)的材料，例如单晶硅、多晶硅、非晶硅、二氧化硅等或前述的组合。在一些实施例中，牺牲层210的材料为二氧化硅或磷硅酸盐玻璃时，支撑层211的材料可选用单晶硅或多晶硅。在一些实施例中，牺牲层210的材料为非晶硅时，支撑层211的材料可选用二氧化硅。
93.接着，参照图12a至图12f，图12a至图12f绘示出将第一电极108与支撑基板114接合的各种不同实施例的剖面图。图12a至图12d所示的各种实施例中，声波元件200的接合层112、第一接合层112a与第二接合层112b可采用与前述实施例中声波元件100的接合层112、第一接合层112a与第二接合层112b相同或相似的材料，于此不再重复说明。参照图12a，在声波元件200形成有牺牲层210与支撑层211的实施例中，可先于支撑层211上形成第一接合
层112a，再利用接合制作工艺113来接合支撑层211与支撑基板114。如图12a所示，支撑层211与支撑基板114通过第一接合层112a彼此接合，且第一接合层112a即为接合层112。参照图12b，接合步骤后，支撑基板114与接合层112之间具有接合界面115。
94.与前述实施例的声波元件100相似，通过本发明实施例所提供的制作工艺方法，可将第一电极108与支撑基板114接合，且第一电极108与支撑基板114之间具有接合界面115。一些实施例中，第一接合层112a与支撑基板114的材料为金属材料，使接合界面以金属键结形成。在一些实施例中，第一接合层112a与支撑基板114的材料为非金属材料，使接合界面以非金属键结形成，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面。
95.参照图12c，在声波元件200形成有牺牲层210与支撑层211的其他实施例中，也可先于支撑基板114上形成第一接合层112a，再利用接合制作工艺113来接合将支撑层211与支撑基板114彼此接合。如图12c所示，支撑层211与支撑基板114通过第一接合层112a彼此接合，且第一接合层112a即为接合层112。接合步骤后，支撑层211与接合层112之间具有接合界面。
96.参照图12d，在声波元件200形成有牺牲层210与支撑层211的其他实施例中，除了于支撑层211上形成第一接合层112a，还可于支撑基板114上形成第二接合层112b。接着，利用接合制作工艺113来接合支撑层211与支撑基板114，且支撑层211与支撑基板114通过第一接合层112a与第二接合层112b彼此接合，因此第一接合层112a与第二接合层112b之间具有接合界面。然而，本发明并非以此为限。在其他实施例中，也可先于支撑基板114上形成第一接合层112a，再于支撑层211上形成第二接合层112b。接着，利用接合制作工艺113来接合支撑基板114与支撑层211。第二接合层112b所使用的材料可与第一接合层112a相同或相似。在其他实施例中，第二接合层112b也可使用与第一接合层112a不同的接合材料。图12d中，完成接合的步骤之后，第一接合层112a与第二接合层112b可共同形成为接合层112，因而接合界面位于接合层112之内。在一些实施例中，第一接合层112a与第二接合层112b的材料为金属材料，使接合界面以金属键结形成。在一些实施例中，第一接合层112a与第二接合层112b的材料为非金属材料，使接合界面以非金属键结形成，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面。
97.参照图12e，在一些实施例中，也可不额外形成接合层而直接利用接合制作工艺113来接合支撑层211与支撑基板114。接合步骤后，支撑层211与支撑基板114之间具有接合界面。在一些实施例中，支撑层211为非金属材料，使接合界面以非金属键结形成，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面。
98.参照图12f，根据本发明的其他实施例，可于第一电极108上形成支撑材料层211a，且于支撑基板114上形成另一支撑材料层211b。接着，利用接合制作工艺113来接合第一电极108与支撑基板114，且第一电极108与支撑基板114通过支撑材料层211a与211b彼此接合。接合步骤后，支撑材料层211a与211b可形成为完整的支撑层211，且接合界面位于支撑层211之内。在一些实施例中，支撑材料层211a与211b为非金属材料，使接合界面以非金属键结形成，例如为共价键结接合界面或粘着接合界面。
99.利用图12f中所示的实施例进行接合制作工艺，由于可将支撑层211拆分为两部分(支撑材料层211a与211b)进行接合制作工艺，因此不需要形成额外的接合层，也可于较低温的环境下进行接合制作工艺，以防止声波元件200于接合制作工艺113后产生严重的翘
曲。
100.图13至图15根据本发明的一些实施例，绘示出移除成长基板102与解离层104、形成第二电极118以及移除牺牲层210的后续制作工艺剖面图。参照图13，移除成长基板102与解离层104以露出压电层106。同前述针对声波元件100的实施例，可利用激光掀离制作工艺116来移除成长基板102与解离层104。
101.接着，参照图14，在压电层106的第二表面106s2上形成第二电极118，其中第二表面106s2为第一表面106s1的相反面。
102.接着，参照图15，形成第二电极118之后，可利用合适的选择性蚀刻制作工艺移除牺牲层210以产生位于支撑层211与第一电极108间的空腔218。蚀刻制作工艺可包括干式蚀刻、湿式蚀刻、以及/或其他合适制作工艺。例如，干式蚀刻制作工艺可包括等离子体蚀刻(plasma etching,pe)、反应离子蚀刻(reactive ion etching,rie)、感应耦合等离子体活性离子蚀刻(inductively coupled plasma reactive ion etching,icp-rie)等，可采用等离子体、气体或前述的组合来进行。上述气体可包括含氧气体、含氟气体(如氟化氢、四氟化碳、六氟化硫、二氟甲烷、氟仿、及/或六氟乙烷)、含体(如、氯仿、四氯化碳、及/或三氯化硼)、含溴气体(如溴化氢及/或溴仿)、含碘气体、其他合适气体、及/或上述的组合。例如，湿式蚀刻制作工艺可采用酸性溶液或碱性溶液、或其他合适的湿式蚀刻化学物质来进行。酸性溶液可包括、磷酸、硝酸、醋酸等或前述的组合的溶液；碱性溶液可包括含有氢氧化钾、氨、过氧化氢等或前述的组合的溶液。移除牺牲层210后，如图15所示，第一电极108的下表面108s露出于空腔218。
103.继续参照图15，根据本发明实施例，制得的声波元件200可包括：支撑基板114、位于支撑基板114之上的第一电极108、位于第一电极108上的压电层106以及位于压电层106上的第二电极118。支撑基板114与第一电极108之间具有接合界面。接合界面可位于支撑基板114与接合层112之间(如图12b所示实施例的接合界面115)、接合层112与支撑层211之间(图12c所示的实施例)、接合层112之内(图12d所示的实施例)、支撑层211与支撑基板114之间(图12e所示的实施例)或支撑层211之内(图12f所示的实施例)。此外，压电层106于《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽可介于约10arc-sec至约1000arc-sec之间。因此，通过图10、图11、图12a至图12f及图13至图15中所示的实施例，使用解离层而制得的压电层可具有较佳的晶相品质及表面平坦度，进而使得压电层可具有较高的压电偶合率并提升声波元件整体的结构稳定性。另一方面，以前述接合材料进行共价键结的接合制作工艺，可避免高温导致声波元件产生严重的翘曲，也可使得共价键结的接合界面较为平整，进一步改善声波元件的结构稳定性。
104.接着，参照图16，图16是根据本发明其他实施例的声波元件200剖面图。在图16所示的实施例中，声波元件200还包括调谐层120位于支撑基板114与第一电极108之间，且调谐层120直接接触第一电极108的一部分。具体而言，在将第一电极108与支撑基板114接合的步骤前，可于第一电极108的一部分上形成调谐层120。在一些特定的实施例中，如图16所示，调谐层120可形成于第一电极108位于声波元件200主动区122边缘的部分之下。于第一电极108位于声波元件200主动区122边缘的部分之下设置调谐层120，可抑制声波元件200运作时寄生模式的影响，进而降低声波元件200的插入损耗以及改善寄生模式对声波元件200频宽范围所造成的干扰。
105.本发明实施例提供的声波元件，使用非金属材料(例如，绝缘材料、金属氧化物材料或半导体材料等)于较低温的环境之下进行共价键结的接合制作工艺。如此一来，共价键结的接合制作工艺所形成的接合界面较为平坦，可增加声波元件接合时的附着力。再者，也可避免声波元件彼此接合的两部分在接合后因热膨胀系数的不同而导致严重的翘曲，进而降低声波元件因严重翘曲而损坏的可能。
106.表1是使用本发明实施例图8进行接合制作工艺所制得的声波元件晶片翘曲程度。表1中，实施例与比较例是分别以相同厚度的二氧化硅与金(au)作为接合材料而进行接合制作工艺。此外，实施例是在约200～300℃之下进行接合制作工艺，且比较例是在约400～500℃之下进行接合制作工艺。声波元件的晶片翘曲程度可通过测量以下三个指标中任一个来进行评估，包括总厚度偏差(total thickness variation,ttv)、翘曲度(warp)或弓形度(bow)。总厚度偏差是晶片中最大厚度与最小厚度的差值，且是采用astm f657标准试验方式所测量。翘曲度是晶片的中界面(median surface)与参考平面的距离范围，且是采用astm f1390标准试验方式所测量。弓形度是晶片的中界面中心点相对于参考平面的偏差值，且是采用astm f534 3.1.2标准试验方式所测量。
107.表1-声波元件的晶片翘曲程度
[0108][0109]
如表1所示，由于实施例是于低温的环境之下使用二氧化硅进行共价键结的接合制作工艺，所形成的声波元件不论在总厚度偏差、翘曲度或弓形度都呈现较小的翘曲程度。一般而言，非金属键结的接合制作工艺，例如为共价键结接合或粘着接合，可于约100℃至约300℃之间的温度下进行，且可将晶片翘曲(包括总厚度偏差、翘曲度与弓形度)控制在小于约50μm的程度。然而，使用金属作为接合材料的接合制作工艺一般是在约200℃至约500℃之下进行，晶片翘曲(包括总厚度偏差、翘曲度与弓形度)会大于约70μm。由此可知，采用本发明实施例的制作工艺可避免声波元件彼此接合的两部分在接合后因热膨胀系数的不同而导致严重的翘曲，进而减少形成声波元件的晶片损坏的可能。
[0110]
另一方面，非金属键结的接合制作工艺可选择电阻值较高的材料，以减少声波元件电信号的损耗，且增加声波元件并联共振频率(fp)与串联共振频率(fs)的差距，进而提升声波元件的机电耦合效率(electromechanical coupling efficiency,k
t2
)。因此，本发明实施例第8图的声波元件的串联、并联共振频率之间差值较大，故具有较高的机电耦合系数，表示其在电能与声学能之间的转换效率(即，机电耦合效率)优于使用金属材料进行接合的声波元件。
[0111]
此外，请参照图17，图17是以本发明实施例图8的声波元件测试回波损耗(return loss)的频率响应图。图17中的实施例与比较例所采用的条件与表1中的相同。如图17所示，本发明实施例的声波元件在主要频段内(例如，约2.5ghz至约2.6ghz)具有较大的回波损耗(即，较大的绝对值)，较大的回波损耗表示声波元件所产生的回波较小而较不会影响声波
元件传输端的信号。由此可知，采用本发明实施例的制作工艺方法可提升声波元件的性能。
[0112]
图18、图19a～图19e、图20～图22是根据本发明的其他实施例，绘示出形成具有交叉指状电极(interdigital electrodes)的声波元件300的过程中各个中间阶段的剖面图。首先，参照图18，图18所示的声波元件300与图11所示的声波元件200相似，但声波元件300于压电材料层106m的第一表面106s1是设置有作为一对交叉指状正负电极的第一电极108，第一电极108包含第一电性第一子电极108a及第二电性第一子电极108b。此外，声波元件300于压电材料层106m的第一表面106s1上未设置有牺牲层。详细而言，如图18所示，第一电极108的第一电性第一子电极108a及第二电性第一子电极108b在与基板102的主表面平行的方向上横向交错设置，以形成呈现交叉指状的电极结构。在一些实施例中，第一电性第一子电极108a可为正极性电极，第二电性第一子电极108b可为负极性电极。在一些实施例中，第一电性第一子电极108a可为负极性电极，第二电性第一子电极108b可为正极性电极。在一些实施例中，第一电极108中第一电性第一子电极108a及第二电性第一子电极108b之间的节距(pitch)可介于约200nm至约500nm之间，例如约为300nm。电极具有上述范围内的节距可使声波元件300产生较高频率的声波以适用于高频通信装置中，例如可接收及/或发送毫米波波段声波的高频通信装置(例如，约18ghz至约27ghz)。
[0113]
此外，支撑层211形成于压电材料层106m的第一表面106s上。详细而言，如图18所示，支撑层211可覆盖第一电极108并填充第一电极108之间的空隙。在这些实施例中，声波元件300中支撑层211的一部分可于后续制作工艺中被蚀刻掉以形成声波元件300用以反射声波的空腔。在一些实施例中，可先于压电材料层106m的第一表面106s上沉积支撑层211至比第一电极108的顶表面更高的水平。接着，对支撑层211与第一电极108进行如化学机械研磨的平坦化制作工艺，使得支撑层211的顶表面与第一电极108的顶表面实质上共平面。平坦化制作工艺之后，进一步沉积支撑层211的材料以达到足以容纳后续形成的空腔的空间。在其他实施例中，也可直接沉积支撑层211的材料至所欲的厚度，再对支撑层211进行如化学机械研磨的平坦化制作工艺以使支撑层211具有平坦的顶表面。根据一些实施例，声波元件300的支撑层211可具有介于约2μm至约10μm之间的厚度，例如约为3μm。形成支撑层211的材料与方法可与前文所述的材料与方法相似或相同，于此不再重复说明。
[0114]
接着，参照图19a与图19b，提供支撑基板114，并接合支撑层211与支撑基板114。在一些实施例中，如图19a与图19b所示，可于支撑层211上形成第一接合层112a，并通过第一接合层112a进行接合制作工艺113以接合支撑层211与支撑基板114。接合制作工艺113之后，声波元件300中的第一接合层112a也可称为「接合层112」。再者，完成接合制作工艺113后，支撑层211与支撑基板114之间具有接合界面115。详细而言，在图19b所示的实施例中，接合界面115可位于接合层112与支撑基板114之间。第一接合层112所使用的材料与适用于接合制作工艺113的方法与前文所述的相似或相同，于此不再重复说明。
[0115]
虽然图19a与图19b绘示出在支撑层211上形成的一接合层112a，但本发明不以此为限。同前文实施例中所述，在其他实施例中，也可先在支撑基板114上形成第一接合层112a，再进行接合制作工艺113以接合支撑层211与支撑基板114。如此一来，接合界面115可位于支撑层211与接合层112a之间。此外，在又一些实施例中，也可直接接合支撑层211与支撑基板114而不形成额外的接合层。再者，在又一些实施例中，可于支撑层211与支撑基板114上先分别形成第一接合层112a与第二接合层(例如，图12d中所示的第二接合层112b)，
再进行接合制作工艺113以接合支撑层211与支撑基板114。接合制作工艺113之后，第一接合层112a与第二接合层可共同称为「接合层112」。因此，接合界面115可位于第一接合层112a与第二接合层之间，亦即，接合层112之中。
[0116]
参照图19c至图19e，在一些实施例中，可于支撑层211上形成绝缘层302，且于绝缘层302与支撑基板114上分别形成第一接合层112a与第二接合层112b。接着，进行接合制作工艺113通过第一接合层112a与第二接合层112b接合绝缘层302与支撑基板114。如图19e所示，将绝缘层302与支撑基板114通过第一接合层112a与第二接合层112b彼此接合之后，第一接合层112a与第二接合层112b可具有接合界面115。此外，完成接合之后，第一接合层112a与第二接合层112b可共同称为「接合层112」。因此，接合界面115可位于接合层112之中。
[0117]
在一些实施例中，绝缘层302可包括具有高电阻特性的绝缘材料，例如硅或前文所述的任何介电材料。在一些实施例中，第一接合层112a与第二接合层112b可包括金属材料或金属合金材料，例如金、锡、铟、铅、锗等或前述的合金。在第一接合层112a与第二接合层112b包括金属材料或金属合金材料的实施例中，绝缘层302可防止声波元件300的压电材料层106运作时电信号的损耗，进而提升声波元件300的信号强度及/或维持声波元件300的性能。
[0118]
参照图20，移除成长基板102与解离层104以露出压电材料层106m。具体而言，在一些实施例中，可利用激光掀离制作工艺116来移除成长基板102与解离层104，且进一步使用合适的蚀刻制作工艺移除压电材料层106m上剩余的解离层104。例如，合适的蚀刻制作工艺可包括前文所述的任何干式蚀刻、湿式蚀刻、及/或其他合适制作工艺。根据一些实施例，移除剩余的解离层104所使用的蚀刻制作工艺可更移除一部分的压电材料层106m。以将一开始形成的晶相品质较差的部分压电材料层106m去除。如此一来，可确保所制得的声波元件300具有较佳晶相品质的压电层，进而提升声波元件300的性能(例如，具有较高的q值及/或较高的压电耦合率)。
[0119]
参照图21，蚀刻压电材料层106m的一部分以形成压电层106。蚀刻压电材料层106m的步骤包含于压电材料层106m中形成多个开口304，一部分的开口304可露出支撑层211以利于后续制作工艺中形成声波元件300的空腔，而另一部分的开口304可穿过压电层106，暴露出压电层106下方的第一电极108的其中一子电极，例如第一电性第一子电极108a。接着，在压电层106的第二表面106s2上形成有作为一对交叉指状正负电极的第二电极118，其中第二表面106s2为第一表面106s1的相反面。第二电极118包含第一电性第二子电极118a及第二电性第二子电极118b。后续形成的第二电极118中的同电性子电极，例如第一电性第二子电极118a，可经由前述的另一部分的开口304与暴露出的第一电性第一子电极108a电连接。详细而言，如图21所示，第二电极118的第一电性第二子电极118a及第二电性第二子电极118b在与压电层106的第二表面106s2平行的方向上横向交错设置，以形成呈现交叉指状的电极结构。在一些实施例中，第一电性第二子电极118a可为正极性电极，第二电性第二子电极118b可为负极性电极。在一些实施例中，第一电性第二子电极118a可为负极性电极，第二电性第二子电极118b可为正极性电极。在一些实施例中，第一电性第一子电极108a与第一电性第二子电极118a为同极性电极，第二电性第一子电极108b与第二电性第二子电极118b为同极性电极。在一些实施例中，如图21所示，同极性的第一电性第一子电极108a及第
二电性第二子电极118a在压电层106垂直方向互相对应排列，但本发明不以此为限。在一些其他的实施例中，不同极性的第一电性第一子电极108a及第二电性第二子电极118b在压电层106垂直方向互相对应排列。在一些实施例中，如图21所示，第二电极118除了形成于压电层106的第二表面106s2上，第二电极118的第一电性第二子电极118a还可延伸填入作为电连接导孔的开口304中以接触第一电性第一子电极108a。在一些实施例中，第二电极118除了形成于压电层106的第二表面106s2上，第二电极118的第二电性第一子电极118b可更延伸填入露出第二电性第一子电极108b的其他压电层开口(图未示)中以接触第二电性第一子电极108b。在声波元件300运作时，通过第一电极108与第二电极118之间同电性子电极的电连接，可汇整输入端或输出端的电压信号作用于第一、第二电极的同电性子电极。
[0120]
在一些实施例中，声波元件300的压电层106可利用金属有机化学气相沉积、分子束外延、液相外延、气相外延或前述的组合形成。在一些实施例中，压电层106可为单晶层(monocrystalline layer)。在其他实施例中，压电层106也可为多晶层(polycrystalline layer)。在一些实施例中，压电层106可为多晶层与单晶层的组合，例如压电层106由多晶层随着成长方向逐渐转为单晶层。在一些实施例中，形成压电层106的压电材料可包括单晶aln、多晶aln、单晶scaln、多晶scaln或前述的组合。于一些实施例中，声波元件300的压电层106可具有介于约50nm至约500nm之间的厚度。在一些实施例中，声波元件300的压电层106于《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽可介于约10arc-sec至约3600arc-sec之间。在一实施例中，声波元件300的压电层106于《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽可介于约10arc-sec至约2520arc-sec之间。在一实施例中，声波元件300的压电层106于《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽可介于约10arc-sec至约360arc-sec之间。压电层106具有介于上述范围的厚度及在《002》晶相的x光绕射图谱中的半高宽可使声波元件300具有较佳的压电耦合率，可有效率地将电能转换成机械能，或将机械能转换成电能。因此，这样的声波元件适用于传输毫米波波段声波的高频通信装置。
[0121]
参照图22，移除支撑层211的一部分以形成位于压电层106与接合层112之间的空腔218。具体而言，可根据支撑层211的材料来选择合适的蚀刻剂，以通过开口304移除支撑层211的一部分形成空腔218。合适的蚀刻制作工艺可包括等向性的蚀刻制作工艺，例如支撑层211的材料包含硅，可使用xef2作为蚀刻剂的气相蚀刻制作工艺。在一些实施例中，如图22所示，空腔218可具有弧形轮廓，弧形轮廓具有连续的曲率(curvature)。在一些实施例中，空腔218的侧壁218s可因例如蚀刻剂对支撑层211过蚀刻，使其具有底切(undercut)轮廓或内凹轮廓。具体而言，上述的弧形轮廓及内凹轮廓是朝远离空腔的方向弯曲的曲线。此外，根据一些实施例，形成空腔218之后，第一电极108可露出于空腔218中。
[0122]
在图22所示的声波元件300运作时，声波元件300经由电极接收输入电信号使压电层106可在水平方向上及铅直方向上振动而产生声波共振，或者声波共振带动压电层106水平方向上及铅直方向上振动再经由电极输出电信号。由于声波可在压电层106与空腔218的界面发生全反射，空腔218可减少声波传递时的损失，即减少压电层106的声波损失，进而减少声波元件300的插入损失。因此，当空腔218被设计为具有弧形轮廓时，在水平方向上及铅直方向上传递的声波更能够反射回压电层106，以确保声波元件300更有效率地进行电信号及声波信号的转换。
[0123]
图23至图26是根据本发明的又一些实施例，绘示出声波元件400具有以不同方法
所形成的压电材料层106m的剖面图。图23的声波元件400与图18的声波元件300相似，但声波元件400的压电材料层106m还包括第一压电材料层106a与第二压电材料层106b。详细而言，在一些实施例中，可利用合适的外延制作工艺于解离层104上外延成长第一压电材料层106a，且利用合适沉积制作工艺于第一压电材料层106a上沉积第二压电材料层106b。在图23所示的实施例中，第一压电材料层106a在沉积第二压电材料层106b时可作为种子层，使所沉积的第二压电材料层106b可具有较好的晶相品质。例如，以合适的外延制作工艺包括金属有机化学气相沉积、分子束外延、液相外延、气相外延或前述的组合形成第一压电材料层106a。例如，以合适的物理气相沉积制作工艺包括溅镀、蒸镀、离子电镀(ion plating)或前述的组合形成第一压电材料层106b。然而，在其他实施例中，也可利用上述合适的外延制作工艺来外延成长第二压电材料层106b，以进一步提升第二压电材料层106b的晶相品质。
[0124]
第一压电材料层106a与第二压电材料层106b可包括前文所述的任何压电材料。在一些实施例中，第一压电材料层106a与第二压电材料层106b可包括单晶aln、多晶aln、单晶scaln、多晶scaln或前述的组合。在一些实施例中，第一压电材料层106a包括aln。在一些实施例中，第一压电材料层106a包括单晶的压电材料，可使得后续形成于第一压电材料层106a上的第二压电材料层106b具有较好的晶相品质。在一些特定实施例中，第一压电材料层106a包括单晶的aln。在一些实施例中，第二压电材料层106b包括scaln。在一些实施例中，第二压电材料层106b包括单晶的压电材料、多晶的压电材料或前述的组合。在一些特定的实施例中，第二压电材料层106b包括单晶scaln、多晶scaln或前述的组合。根据一些实施例，第一压电材料层106a的厚度可介于约100nm至约200nm，例如约为150nm。根据一些实施例，第二压电材料层106b的厚度可介于约50nm至约500nm之间。
[0125]
接着，参照图24与图25，可利用参照图19a至图19e所讨论的接合步骤接合支撑层211与支撑基板114，并利用参照图20所讨论的移除步骤移除成长基板102与解离层104。之后，蚀刻压电材料层106m的一部分以形成压电层106。详细而言，参照图25与图26，在一些实施例中，蚀刻压电材料层106m的一部分的步骤包括利用合适的蚀刻方法移除第一压电材料层106a以露出第二压电材料层106b。在一些实施例中，移除第一压电材料层106a以露出第二压电材料层106b的步骤可仅移除一部分的第一压电材料层106a，将剩余的第一压电材料层106a及第二压电材料层106b作为后续的压电材料层106m。在一些实施例中，移除第一压电材料层106a以露出第二压电材料层106b的步骤可完全移除第一压电材料层106a后，更进一步移除一部分的第二压电材料层106b，将剩余的第二压电材料层106b作为后续的压电材料层106m。在一些实施例中，蚀刻压电材料层106m的一部分的步骤还包括在移除第一压电材料层106a以露出第二压电材料层106b的步骤后，蚀刻压电材料层106m形成出多个开口304以形成压电层106，且部分的开口304可露出压电层106下方的第一电性第一子电极108a。上述移除第一压电材料层106a以露出第二压电材料层106b及蚀刻压电材料层106m的方法可采用前文所述的任何蚀刻制作工艺，于此不再重复说明。同前述实施例，形成压电层106之后，可形成第二电极118且通过开口304蚀刻支撑层211以形成空腔218。
[0126]
图27至图30是根据本发明的其他实施例，绘示出形成仅具有第二电极118的声波元件500的过程中各个中间阶段的剖面图。参照图27，图27的声波元件500与图18的声波元件300相似，但压电材料层106m的第一表面106s1上未设置有第一电极。参照图28与图29，可利用参照图19a至图19e所讨论的接合步骤接合支撑层211与支撑基板114，并利用参照图20
所讨论的移除步骤移除成长基板102与解离层104。接着，在压电材料层106m的第二表面106s2上形成第二电极118，并移除压电材料层106m的一部分以形成压电层106。详细而言，蚀刻压电材料层106m的一部分以形成露出支撑层211的开口304。之后，参照图30，利用合适的蚀刻方法通过开口304蚀刻支撑层211的一部分，以形成位于接合层112与压电层106之间的空腔218。
[0127]
图31至图33是根据本发明的其他实施例，绘示出形成声波元件600的过程中各个中间阶段的剖面图。图31至图33所示的声波元件600与前述实施例中所讨论的声波元件不同在于，声波元件600是以支撑基板作为成长基板的方式制造。参照图31，在支撑基板114上形成压电材料层106。具体而言，利用外延制作工艺于支撑基板114上外延成长第一压电材料层106a。在一些实施例中，如图31所示，可外延成长第一压电材料层106a作为种子层，再利用合适的沉积制作工艺于第一压电材料层106a上形成第二压电材料层106b。在一些实施例中，图31中，第一压电材料层106a与第二压电材料层106b可共同称为「压电材料层106m」。例如，合适的制作工艺可包括任何前述的外延制作工艺、物理气相沉积制作工艺或前述的组合。在其他实施例中，可直接外延成长第一压电材料层106a至所欲的厚度而不需要额外形成第二压电材料层106b。因此，第一压电材料层106a在完成后续制作工艺后即为压电材料层106m。在这些实施例中，第一压电材料层106a的厚度可介于约50nm至约500nm之间。再者，第一压电材料层106a可包括单晶的压电材料。在这些实施例中，第一压电材料层106a的厚度可介于约50nm至约500nm。在一些实施例中，第一压电材料层106a作为种子层的厚度例如约为100-150nm。在一些实施例中，第二压电材料层106b的厚度可介于约50nm至约500nm之间。再者，第一压电材料层106a可包括单晶的压电材料，且第二压电材料层106b可包括单晶或多晶的压电材料。在一些实施例中，第一压电材料层106a及第二压电材料层106b的厚度总和可介于约50nm至约500nm之间。
[0128]
接着，参照图32与图33，移除压电材料层106m的一部分以形成压电层106。详细而言，蚀刻第一压电材料层106a的一部分及第二压电材料层106b的一部分以形成露出支撑基板114的开口304。蚀刻第一压电材料层106a与第二压电材料层106b的步骤之后形成压电层106。之后，利用合适的蚀刻方法通过开口304蚀刻支撑基板114的一部分，以形成位于支撑基板114与压电层106之间的空腔218。
[0129]
综上所述，本发明实施例所提供的声波元件，通过在形成压电层的步骤之前先设置具有超晶格结构的解离层，可使得后续形成的压电层不仅可具有较佳的表面平坦度，也可具有较佳的晶相品质。具有较佳表面平坦度及晶相品质的压电层可提升声波元件整体的结构稳定性，也可具有较高的压电耦合率。再者，在形成声波元件的制作工艺中，可于低温的环境下利用非金属材料作为接合材料进行非金属键结的接合制作工艺。如此一来，可避免声波元件彼此接合的两部分在接合后因热膨胀系数的不同而导致严重的翘曲。另一方面，以非金属材料进行接合也可避免接合材料影响声波元件作用时的信号，进而提升声波元件的性能。本发明实施例所提供的声波元件可具有高q值、高压电耦合率且可发送、接收高频波段的声波，适用于以高频波段进行信号传输的通信装置或需要以无线的方式传输信号的任何电子装置。
[0130]
以上概述数个实施例的部件，以便在本发明所属技术领域中普通技术人员可更易理解本发明实施例的观点。在本发明所属技术领域中普通技术人员应理解，他们能以本发
明实施例为基础，设计或修改其他制作工艺和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。在本发明所属技术领域中普通技术人员也应理解到，此类等效的制作工艺和结构并无悖离本发明的精神与范围，且他们能在不违背本发明的精神和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。

技术特征：

1.一种声波元件的制造方法，包括：提供成长基板；在该成长基板上形成解离层(lift-off layer)，该解离层包含iii-v族化合物半导体材料；在该解离层上外延成长压电层，其中该压电层是由压电材料所形成，该iii-v族化合物半导体材料的能隙小于该压电材料的能隙；在该压电层的第一表面上形成第一电极；提供支撑基板；接合该第一电极与该支撑基板，其中该第一电极与该支撑基板之间具有接合界面；移除该成长基板；以及在该压电层的第二表面上形成第二电极，该第二表面为该第一表面的相反面。2.如权利要求1所述的声波元件的制造方法，其中该压电材料包括aln。3.如权利要求1所述的声波元件的制造方法，其中该解离层具有超晶格(superlattice)结构。4.如权利要求3所述的声波元件的制造方法，其中该超晶格结构包括第一半导体层与第二半导体层堆叠而成的交替膜层，该第一半导体层包括al
x
ga
1-x
n且该第二半导体层包括al
y
ga
1-y
n，且其中y大于x，且x与y各自介于0至1.0之间的范围。5.如权利要求4所述的声波元件的制造方法，其中该第二半导体层的能隙介于该压电材料的能隙与该第一半导体层的能隙之间。6.如权利要求4所述的声波元件的制造方法，其中移除该成长基板的步骤包括以激光照射该解离层，其中该激光的能隙介于该第二半导体层的能隙与该第一半导体层的能隙之间。7.一种声波元件，包括：基板；第一电极，位于该基板之上，其中该基板与该第一电极之间具有接合界面；压电层，位于该第一电极上，其中该压电层于<002>晶相的x光绕射图谱中包含半高宽介于10arc-sec至3600arc-sec之间的范围；以及第二电极，位于该压电层上。8.如权利要求7所述的声波元件，其中该接合界面为非金属键键结的界面。9.如权利要求8所述的声波元件，其中该接合界面为共价键键结界面或粘着界面。10.如权利要求7所述的声波元件，其中该压电层与该第一电极接触的下表面以及该压电层与该第二电极接触的上表面为平坦表面，且其中该上表面与该下表面的粗糙度(ra)介于0.01nm至5nm之间的范围。

技术总结

本发明公开一种声波元件及其制造方法，其中该声波元件包括：基板；位于基板之上的第一电极；位于第一电极上的压电层；以及位于压电层上的第二电极。基板与第一电极之间具有接合界面。压电层于<002>晶相的X光绕射图谱中的半高宽介于10arc-sec至3600arc-sec之间的范围。sec之间的范围。sec之间的范围。