CN110868171B - 谐振器、晶片及谐振器制造方法 - Google Patents

谐振器、晶片及谐振器制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体技术领域，公开了一种谐振器、晶片及谐振器制造方法。该谐振器包括衬底；多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层、上电极层和声镜对；所述上电极层和下电极层中的至少一者包括：电极层和温度补偿层；其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体。上述谐振器通过设置具有下半腔体和上半腔体的腔体、声镜对及温度补偿层，从而形成一种新型的谐振器结构，且具有较好的性能。

Description

谐振器、晶片及谐振器制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种谐振器、晶片及谐振器制造方法。
背景技术
谐振器可以用于各种电子应用中实施信号处理功能，例如，一些蜂窝式电话及其它通信装置使用谐振器来实施用于所发射和/或所接收信号的滤波器。可根据不同应用而使用数种不同类型的谐振器，例如薄膜体声谐振器(FBAR)、耦合式谐振器滤波器(SBAR)、堆叠式体声谐振器(SBAR)、双重体声谐振器(DBAR)及固态安装式谐振器(SMR)。
典型的声谐振器包括上电极、下电极、位于上下电极之间的压电材料、位于下电极下面的声反射结构以及位于声反射结构下面的衬底。通常将上电极、压电层、下电极三层材料在厚度方向上重叠的区域定义为谐振器的有效区域。当在电极之间施加一定频率的电压信号时，由于压电材料所具有的逆压电效应，有效区域内的上下电极之间会产生垂直方向传播的声波，声波在上电极与空气的交界面和下电极下的声反射结构之间来回反射并在一定频率下产生谐振。
与石英晶体谐振器相比，声谐振器尺寸小、谐振频率高、品质因数Q高且可以在晶片级大量生产，优越性明显。然而，声谐振器频率精度低，温度-频率漂移系数高。在制造工艺上，将多个声谐振器制作成晶片，接着将晶片分割成单个声谐振器裸片。常规声谐振器的频率趋向于在晶片上变化。例如，常规声谐振器对频率微调(或晶片微调)非常敏感，所述频率微调(或晶片微调)是指在声谐振器仍为晶片的一部分时，通过从晶片的最顶层移除极少量的材料来降低厚度，从而细调声谐振器的谐振频率的工艺。高微调敏感度导致声谐振器在晶片上缺乏频率一致性，使得提供精确谐振频率的声谐振器变的十分困难。例如，晶片级的频率一致性通常超过一个西格玛(sigma)约300百万分率(PPM)，这对于声谐振器在许多实际应用中代替石英晶体振荡器是不足够的。
因此，需要一种具有非常低的频率微调敏感度(尤其在晶片级)以及良好的温度补偿特性的性能更优越的声谐振器，以使声谐振器能够可靠的用于各种应用中的振荡器中。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种具有低微调敏感度的温度补偿谐振器、晶片及谐振器制造方法。
本发明实施例的第一方面提供一种谐振器，包括：
衬底；
多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层、上电极层和声镜对；
所述上电极层和下电极层中的至少一者包括：电极层和温度补偿层；
其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体。
本发明实施例的第二方面提供一种具有多个谐振器的晶片，所述多个谐振器可通过切割所述晶片彼此分离，所述晶片包括：
衬底；
多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层、上电极层、低声阻抗层和高声阻抗层；
所述上电极层和下电极层中的至少一者包括温度补偿层，所述温度补偿层具有正温度系数；
其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体。
本发明实施例的第三方面提供一种谐振器制造方法，包括：
在衬底上生成牺牲材料，所述牺牲材料包括位于所述衬底上表面之上的上半部分和位于所述衬底下表面之下的下半部分；
在所述牺牲材料层上形成多层结构，所述多层结构自下而上依次包括下电极层、压电层、上电极层、声镜对、钝化层，其中所述下电极层包括温度补偿层，所述声镜对包括低声阻抗层及高声阻抗层；
移除所述牺牲材料部分；
对所述低声阻抗层、所述高声阻抗层及所述钝化层中的至少一者进行频率微调以调整所述多个谐振器的谐振频率。
本发明实施例的第四方面提供一种半导体器件，包括本方面实施例第一方面中任一种谐振器。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明实施例，通过设置具有下半腔体和上半腔体的腔体、声镜对和温度补偿层，从而形成一种新型的谐振器结构，具有较好的性能。
附图说明
图1是本发明实施例的谐振器的结构示意图；
图2是本发明另一个实施例的谐振器的结构示意图；
图3是图1、图2和图4中A的放大示意图；
图4是本发明实施例具有多个谐振器的晶片的结构示意图；
图5是本发明实施例的谐振器的一种制作方法流程图；
图6是本发明实施例的谐振器的第二种制作方法流程图；
图7是本发明实施例的谐振器的第三种制作方法流程图；
图8是本发明实施例的谐振器的制作过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，本发明一实施例提供了一种谐振器，包括衬底100和多层结构200。多层结构200形成于衬底100上，多层结构200由下至上依次包括下电极层230、压电层220、上电极层210和声镜对240。其中，下电极层230中包含温度补偿层230b，用于补偿压电层220的温度系数。同时，在衬底100和多层结构200之间形成有腔体300，腔体300包括位于衬底100上表面之下的下半腔体310和超出衬底100上表面并向多层结构200突出的上半腔体320。
一个实施例中，温度补偿层230b为位于下电极层内的埋入温度补偿层。可以理解的，温度补偿层230b也可位于上电极层内，或在上电极层和下电极层均设置温度补偿层。下电极层自下而上依次包括基电极层230a、温度补偿层230b和导电插入层230c。基电极层230a和导电插入层230c由不同导电材料形成，例如与半导体工艺兼容的各种金属，钨(W)、钼(Mo)、铝(Al)、铂(Pt)、钌(Ru)、铌(Nb)或铪(Hf)。基电极层230a由具有相对低的导电率及相对高的声阻抗的材料形成，导电插入物层230c由具有相对高的导电率及相对低的声阻抗的材料形成,例如基电极层230a由W形成且导电插入物层230c由Mo形成。本实施例中，在不脱离本发明教示的情况下，基电极层230a和导电插入物层230c也可使用其他材料或材料组合。需要说明的是，本发明实施例中的基电极层230a和导电插入物层230c也可由同一导电材料形成。
温度补偿层230b形成在基电极层230a和导电插入物层230c之间，一个实施例中，温度补偿层230b可囊封或密封在基电极层230a和导电插入物层230c之间，即温度补偿层230b在所有侧上被基电极层230a和导电插入物层230c包围。然而，在不脱离本发明的教示范围内，温度补偿层230b也可不密封或部分密封。参见图1，温度补偿层230b不延伸多层结构的整个宽度，导电插入物层230c接触基电极层230a的顶面，因此，导电插入物层230c与基电极层230a之间DC电连接，导电插入物层230c有效的使温度补偿层230b的电容性组件“短路”，从而提高谐振器的耦合系数kt2。
在一个实施例中，温度补偿层230b具有锥形边缘，增强了导电插入物层230c与基电极层230a之间DC电连接。此外，锥形边缘增强了导电插入物层230c与基电极层230a之间的机械连接，提高了密封质量，防止温度补偿层230b中的氧气扩散到压电层220中。在不脱离本发明的教示范围内，温度补偿层230b的边缘可以不是锥形，可实质上与温度补偿层230b的顶面或底面垂直。
温度补偿层230b可由具有正温度系数的与半导体工艺兼容的各种材料形成，例如硼硅玻璃(BSG)、二氧化硅(SiO2)、铬(Cr)或氧化碲(TeO(x))。温度补偿层230b的正温度系数可以抵消多层结构中的其它材料，例如压电层220、上电极层210及下电极层230的基电极层230a及导电插入物层230c的负温度系数。此外，导电插入物层230c提供势垒，所述势垒可以防止温度补偿层230b中的氧扩散到压电层220中，从而防止温度补偿层对压电层220的污染。
压电层220在下电极层230和第上电极层210之间。压电层220可由与半导体工艺兼容的压电薄膜形成，例如氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)或类似物。压电层220的厚度可从约0.1μm到约10μm变化，然而本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明教示的情况下，特定情形或满足各种实施方案的特定设计要求，该厚度可变化。在一实施例中，压电层220可形成在晶种层(未展示)上，所述晶种层设置在下电极层230的上表面上，可由Al形成，用以培养AlN压电层220的生长。所述晶种层厚度范围为约50埃到约5000埃。
上电极层210形成在压电层220上，由与半导体工艺兼容的导电材料形成，例如钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、铂(Pt)、钌(Ru)、铌(Nb)、铪(Hf)或类似物。在一实施例中，上电极层210由与下电极层230的基电极层230a相同的材料形成。在其他实施例中，上电极层210也可由与导电插入物层230c相同的材料形成；或上电极层210、导电插入物层230c及基电极层230a均可由同一材料形成；或上电极层210可由与导电插入物层230c及基电极层230a两者不同的材料形成，应当理解，这些实现方式均在本申请的保护范围内。上电极层210及下电极层230经由接触垫(未展示)电连接到外部电路，所述接触垫可由导电材料形成，例如，金、金锡合金或类似物。
声镜对240形成在上电极层210上部。一个实施例中，声镜对240包含低声阻抗层240a及高声阻抗层240b，低声阻抗层240a形成在上电极层210上，高声阻抗层240b形成在低声阻抗层240a上。
一个实施例中，低声阻抗层240a由具有相对低的声阻抗的材料形成，例如，二氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、硼硅玻璃(BSG)、氮化硅(SiN)、多晶硅及多晶硅类似物。高声阻抗层240b由具有相对高的声阻抗的材料形成，例如，钨(W)、氧化钨(WO(x))、钼(Mo)、铂(Pt)、钌(Ru)或其它高密度金属或金属化合物或非金属材料。本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明教示的情况下，其它合适材料也可用于声镜对240。并且，在本发明实施例中，谐振器仅包含作为声反射器的单个声镜对240。然而，在其它实施例中，在不脱离本发明教示的情况下，可添加一个或一个以上的额外声镜对，其中邻近层由交替的低声阻抗材料和高声阻抗材料形成。
参见图2，一个实施例中，所述多层结构200还包括钝化层250，钝化层250形成在声镜对240的上面。钝化层250可由各种相对低的声阻抗材料形成，例如氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、硼硅玻璃(BSG)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、多晶硅及类似物。一个实施例中，钝化层250和压电层220可由同一种材料形成。钝化层250的厚度应当能使多层结构200的所有层与环境隔绝，保护多层结构200免遭湿气、腐蚀物品、污染物、碎屑及类似物等的破坏。此外，在谐振器制造过程中应当以略微大于最终要求的厚度涂覆钝化层250，从而使得后续可通过钝化层250进行频率微调将谐振器的谐振频率调整到所需频率。频率微调在谐振器仍为晶片的一部分时进行，所述晶片含有多个谐振器。例如，可以以约±10埃的精度对钝化层250进行微调，直到达到谐振器(连同所述晶片的其它谐振器)的初始设定谐振频率为止。
在其他实施例中，当没有钝化层250添加到声镜对240上面，可在低声阻抗层240a及/或高声阻抗层240b上执行频率微调。并且，在其他各种实施例中，可在涂覆钝化层250(其也可或可不进行频率微调)之前更厚地涂覆高声阻抗层240b并对高声阻抗层240b进行频率微调；可在涂覆高声阻抗层240b及钝化层250(其中每一者也可或可不进行频率微调)之前更厚地涂覆低声阻抗层240a并对低声阻抗层240a进行频率微调。
在钝化层250上进行频率微调，相对于没有声镜对的谐振器，具有声镜对的谐振器微调敏感度改善了约60倍。因此，通过设置声镜对240，可为谐振器提供非常精确的谐振频率。此外，温度补偿层230b使得谐振器能够在较宽的温度变化范围内维持谐振频率的稳定。
参见图2，基电极层230a可以约3700埃的厚度形成，温度补偿层230b可以约1250埃的厚度形成，导电插入物层230c可以约350埃的厚度形成。上电极层210可以约4070埃的厚度形成。例如，基电极层230a、导电插入物层230c及上电极层210均由Mo形成，且温度补偿层230b由SiO2形成，SiO2具有较大的正温度系数。例如，基电极层230a可形成与晶种层(未示出)上，晶种层具有约300埃的厚度，压电层220可以约12167埃的厚度由AlN形成，低声阻抗层240a可以约9900埃的厚度由SiO2形成，高声阻抗层240b可以约8800埃的厚度由WO2形成，钝化层250可以2400埃的厚度由AlN形成。本领域的技术人员应当理解，以上厚度及材料是说明性的，在不脱离本教示的情况下可以有各种替代配置。
参见图1，一个实施例中，下半腔体310由底壁101和第一侧壁102围成，底壁101整体与衬底100的表面平行，第一侧壁102为由底壁101的边缘延伸至衬底100上表面的第一圆滑曲面。
其中，底壁101和第一侧壁102均为衬底100的表面壁。而第一侧壁102为第一圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。
参见图3，所述第一圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第一曲面1021和第二曲面1022。其中，圆滑过渡连接的第一曲面1021和第二曲面1022是指第一曲面1021和第二曲面1022之间连接处无突变，且第一曲面1021和第二曲面1022两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，衬底100是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
一个实施例中，第一曲面1021的竖截面可以呈倒抛物线状，且位于底壁101所在的平面之上；第二曲面1022的竖截面可以呈抛物线状，且位于衬底100上表面所在的平面之下。第一曲面1021和第二曲面1022圆滑连接。当然，第一曲面1021和第二曲面1022还可以为其他形状的曲面，能够达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能即可。
一个实施例中，对于第一圆滑曲面整体是平滑的，可以为第一圆滑曲面1021各点的曲率小于第一预设值。对于第一预设值可以根据实际情况设定，以达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能的目的。为了保证多层结构力学特性和电学特性，过渡区域圆滑曲面的曲率要尽可能小，在牺牲层厚度一定的情况下，尽可能小的曲率要求过渡区长度增加，会增加当个谐振器的面积，因此要优化过渡区的曲率和过渡区长度。优选的，腔体300的厚度可以为1μm，过渡区长度控制在3μm至5μm，在该过渡区生长的多层结构能够满足谐振器要求。过渡区长度为第一侧壁102在图1所示的虚线方向上的长度。
参见图1，一个实施例中，上半腔体302可以由多层结构200的下侧面围成，所述多层结构200的下侧面与上半腔体302对应的部分包括顶壁201和第二侧壁202，第二侧壁202为由顶壁201边缘延伸至衬底100上表面的第二圆滑曲面。
其中，顶壁201和第二侧壁202均为多层结构200的下侧面壁。而第二侧壁202为第二圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。
参见图3，第二圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第三曲面2021和第四曲面2022。其中，圆滑过渡连接的第三曲面2021和第四曲面2022是指第三曲面2021和第四曲面2022之间连接处无突变，且第三曲面2021和第四曲面2022两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，从晶体的角度讲，衬底100是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第二圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
例如，第三曲面2021的竖截面可以呈抛物线状，且位于顶壁201所在的平面之下；第四曲面2022的竖截面呈倒抛物线状，且位于衬底100上表面所在的平面之上。当然，第三曲面2021和第四曲面2022还可以为其他形状，能够达到第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能即可。
一个实施例中，第二圆滑曲面2021各点的曲率小于第二预设值。对于第二预设值可以根据实际情况设定，以达到第二圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不影响谐振器的性能的目的。
进一步的，顶壁201也无突变部分。此处所述的突变与前述突变一致，从晶体的角度讲，多层结构200也是由很多个晶体组成的，无突变是指顶壁201处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
以上实施例中，衬底100可以为硅衬底或其他材质的衬底，对此不予限制。
上述谐振器，通过设置具有下半腔体310和上半腔体320的腔体300，且下半腔体310整体位于衬底100上表面之下，上半腔体320整体位于衬底100上表面之上，从而形成一种新型的谐振器结构，且具有较好的性能。同时，在上电极层和下电极层中的至少一者中设置温度补偿层，使得谐振器具有低微调敏感度，从而具有更稳定的谐振频率。
参见图4，本发明一实施例中公开了一种具有多个谐振器的晶片，包括衬底100和多层结构200。多层结构200形成于衬底100上，多层结构200由下至上依次包括下电极层230、压电层220、上电极层210、低声阻抗层240a和高声阻抗层240b。低声阻抗层240a及高声阻抗层240b使得所述晶片能够对频率微调具有低敏感度，使得所述多个谐振器提供实质上一致的谐振频率。下电极层230中包含温度补偿层230b，温度补偿层230b具有正温度系数，使得所述多个谐振器能够提供实质上一致的温度补偿。可以理解的，所述温度补偿层230b也可设置在上电极201中，或在上电极201和下电极层230中均设置温度补偿层，具体参考图1所示实施例，在此不再赘述。本发明申请中，上电极层210和下电极层230中的至少一者包括温度补偿层。下电极层自下而上依次包括基电极层230a、温度补偿层230b和导电插入层230c，温度补偿层230b可囊封或密封在基电极层230a和导电插入物层230c之间。同时，在衬底100和多层结构200之间形成有腔体300，腔体300包括位于衬底100上表面之下的下半腔体310和超出衬底100上表面并向多层结构200突出的上半腔体320。
一个实施例中，所述晶片还包括钝化层250，钝化层250可由各种相对低的声阻抗材料形成，例如AlN、SiC、BSG、SiO2、SiN、多晶硅及类似物。
参见图4，一个实施例中，下半腔体310由底壁101和第一侧壁102围成，底壁101整体与衬底100的表面平行，第一侧壁102为由底壁101的边缘延伸至衬底100上表面的第一圆滑曲面。
其中，底壁101和第一侧壁102均为衬底100的表面壁。而第一侧壁102为第一圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。
参见图2，一个实施例中，所述第一圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第一曲面1021和第二曲面1022。其中，圆滑过渡连接的第一曲面1021和第二曲面1022是指第一曲面1021和第二曲面1022之间连接处无突变，且第一曲面1021和第二曲面1022两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，衬底100是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第一圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
参见图4，一个实施例中，上半腔体302可以由多层结构200的下侧面围成，所述多层结构200的下侧面与上半腔体302对应的部分包括顶壁201和第二侧壁202，第二侧壁202为由顶壁201边缘延伸至衬底100上表面的第二圆滑曲面。
其中，顶壁201和第二侧壁202均为多层结构200的下侧面壁。而第二侧壁202为第二圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。
参见图2，一个实施例中，第二圆滑曲面可以包括圆滑过渡连接的第三曲面2021和第四曲面2022。其中，圆滑过渡连接的第三曲面2021和第四曲面2022是指第三曲面2021和第四曲面2022之间连接处无突变，且第三曲面2021和第四曲面2022两者也为无突变的曲面，从而能够保证谐振器腔体的性能。其中，从晶体的角度讲，衬底100是由很多个晶体(例如硅晶体)组成的，无突变是指第二圆滑曲面处的各个晶体之间的间隙不应过大以影响谐振器的性能。
所述多个谐振器可以通过切割所述晶片彼此分离，
参见图5，本发明一实施例中公开一种谐振器的制作方法，包括以下步骤：
步骤501，在衬底上生成牺牲材料，所述牺牲材料包括位于所述衬底上表面之上的上半部分和位于所述衬底下表面之下的下半部分。
其中，所述下半部分由底面和第一侧面围成；所述底面整体与所述衬底表面平行，所述第一侧面为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面。所述上半部分由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半部分对应的部分包括顶面和第二侧面，所述第二侧面为由所述顶面边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面。
可选的，所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面；所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底面所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下。
可选的，所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶面所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。
一个实施例中，所述第一圆滑曲面的曲率小于第一预设值；所述第二圆滑曲面的曲率小于第二预设值。
步骤502，在所述牺牲材料层上形成多层结构，所述多层结构自下而上依次包括下电极层、压电层、上电极层、声镜对和钝化层；其中，所述下电极层包括温度补偿层，所述声镜对包括低声阻抗层及高声阻抗层。
可选的，形成所述下电极层包括：
首先在牺牲材料层上形成基电极层，然后在基电极层上形成温度补偿层，最后在温度补偿层上形成导电插入层。
步骤503，移除所述牺牲材料部分。
步骤504，对所述低声阻抗层、所述高声阻抗层及所述钝化层中的至少一者进行频率微调以调整所述多个谐振器的谐振频率。
一个实施例中，所述方法还包括：在对所述低声阻抗层、所述高声阻抗层及所述钝化层中的至少一者进行频率微调之后切割所述晶片将所述多个谐振器分割成单个化的裸片。
参见图6，本发明一实施例中公开一种谐振器的制作方法，包括以下步骤：
步骤601，对衬底进行预处理，改变衬底预设区域部分的预设反应速率，使得预设区域部分对应的预设反应速率大于非预设区域部分对应的预设反应速率。
本步骤中，通过对衬底预设区域部分进行预处理，使得衬底预设区域部分的预设反应速率，达到预设区域部分对应的预设反应速率大于非预设区域部分对应的预设反应速率的效果，从而在后续步骤602中对衬底进行预设反应时，能够使得预设区域部分的反应速率和非预设区域部分的反应速率不同，以生成预设形状的牺牲材料部分。
步骤602，对所述衬底进行所述预设反应，生成牺牲材料部分；所述牺牲材料部分包括位于所述衬底上表面之上的上半部分和位于所述衬底下表面之下的下半部分。
其中，所述下半部分由底面和第一侧面围成；所述底面整体与所述衬底表面平行，所述第一侧面为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面。所述上半部分由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半部分对应的部分包括顶面和第二侧面，所述第二侧面为由所述顶面边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面。
可选的，所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面；所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底面所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下。
可选的，所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶面所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。
一个实施例中，所述第一圆滑曲面的曲率小于第一预设值；所述第二圆滑曲面的曲率小于第二预设值。
可以理解的，由于预设区域部分对应的预设反应速率大于非预设区域部分对应的预设反应速率，因此在对衬底进行预设反应时，预设区域部分反应快和非预设区域部分的反应慢，从而能够生成预设形状的牺牲材料部分。
一个实施例中，步骤602具体实现过程可以包括：将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，得到牺牲材料部分。对应的，在步骤601中对衬底的预处理为能够提高衬底预设区域部分的氧化反应速率的手段。该手段可以为在预设区域进行离子注入以提高衬底预设区域部分的氧化反应速率，也可以为在衬底上形成一层预设图案的屏蔽层来提高衬底预设区域部分的氧化反应速率。
当然，在其他实施例中，步骤601中的预处理还可以为氧化处理之外的手段，同样该手段可以为在预设区域进行离子注入以提高衬底预设区域部分的氧化反应速率，也可以为在衬底上形成一层预设图案的屏蔽层来提高衬底预设区域部分的氧化反应速率。
步骤603，在所述牺牲材料层上形成多层结构，所述多层结构自下而上依次包括下电极层、压电层、上电极层、声镜对和钝化层；其中，所述下电极层包括温度补偿层，所述声镜对包括低声阻抗层及高声阻抗层。
可选的，形成所述下电极层包括：
首先在牺牲材料层上形成基电极层，然后在基电极层上形成温度补偿层，最后在温度补偿层上形成导电插入层。
步骤604，移除所述牺牲材料部分。
步骤605，对所述低声阻抗层、所述高声阻抗层及所述钝化层中的至少一者进行频率微调以调整所述多个谐振器的谐振频率。
一个实施例中，所述方法还包括：在对所述低声阻抗层、所述高声阻抗层及所述钝化层中的至少一者进行频率微调之后切割所述晶片将所述多个谐振器分割成单个化的裸片。
本实施例中，衬底可以为硅衬底或其他材质的衬底，对此不予限制。
上述谐振器制作方法，通过对衬底进行预处理来使得衬底预设区域部分的反应速率大于非预设区域部分对应的预设反应速率，从而能够在对衬底进行预设反应时，生成预设形状的牺牲材料部分，再在所述牺牲材料层上形成多层结构，最后去除牺牲材料部分形成具有特殊腔体结构的谐振器，相对于传统的制作方法对谐振器工作区域的表面粗糙度更为容易控制。最后，对谐振器进行频率微调，使谐振器达到预设的谐振频率。
参见图7，本发明一实施例公开一种谐振器制作方法，包括以下步骤：
步骤701，在衬底上形成屏蔽层，所述屏蔽层覆盖所述衬底上除预设区域之外的区域，参见图8(a)。
本步骤中，在衬底上形成屏蔽层的过程可以包括：
在所述衬底上形成屏蔽介质，所述屏蔽层用于屏蔽所述衬底除预设区域之外的区域发生所述预设反应；
去除预设区域对应的屏蔽介质，形成所述屏蔽层。
其中，屏蔽介质的作用为使得衬底上覆盖屏蔽介质部分的反应速率低于未覆盖屏蔽介质部分的反应速率。进一步的，屏蔽层可以用于屏蔽所述衬底除预设区域之外的区域发生所述预设反应。
步骤702，对形成屏蔽层的衬底进行预处理，控制衬底上与所述预设区域对应的部分发生预设反应，得到牺牲材料部分；其中，所述下半部分由底面和第一侧面围成；所述底面整体与所述衬底表面平行，所述第一侧面为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面。所述上半部分由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半部分对应的部分包括顶面和第二侧面，所述第二侧面为由所述顶面边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面。
可选的，所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面。例如，所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底面所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下。
可选的，所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶面所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上。
一个实施例中，所述第一圆滑曲面的曲率小于第一预设值；所述第二圆滑曲面的曲率小于第二预设值。
作为一种可实施方式，步骤702的实现过程可以包括：将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，控制衬底上与所述预设区域对应的部分发生氧化反应，得到牺牲材料部分，参见图8(b)。
其中，所述将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，可以包括：
在预设范围的工艺温度环境中，向所述衬底通入高纯氧气，以使得所述衬底上与所述预设区域对应的部分生成氧化层；
经过第一预设时间后，停止向所述衬底通入高纯氧气，通过湿氧氧化、氢氧合成氧化和高压水汽氧化中的一种或多种方式，使得衬底上的氧化层厚度达到预设厚度；
停止向所述衬底通入湿氧并向所述衬底通入高纯氧气，经过第二预设时间后完成对所述衬底的氧化处理。
其中，所述预设范围可以为1000℃～1200℃；所述第一预设时间可以为20分钟～140分钟；所述预设厚度可以为0.4μm～4μm；所述第二预设时间可以为20分钟～140分钟；所述高纯氧气的流量可以为3L/分钟～15L/分钟。
需要说明的是，采用纯氧气、湿氧、氢氧合成和高压水汽氧化中的一种手段或几种手段的结合，过渡区形貌会有一定的差别；同时，屏蔽层的种类和结构的选择，对过渡区的形貌有一定的营销，根据多层结构的厚度和压电层对曲率变化的要求，合理选择氧化方式和屏蔽层种类和结构。
步骤703，去除预处理后的衬底屏蔽层，参见图8(c)。
步骤704，在所述牺牲材料层上形成多层结构，所述多层结构自下而上依次包括下电极层、压电层、上电极层、声镜对和钝化层；其中，所述下电极层包括温度补偿层，所述声镜对包括低声阻抗层及高声阻抗层。
可选的，形成所述下电极层包括：
首先在牺牲材料层上形成基电极层，然后在基电极层上形成温度补偿层，最后在温度补偿层上形成导电插入层。
步骤705，移除所述牺牲材料部分，形成具有特殊腔体结构的谐振器，参见图8(e)。
步骤706，对所述低声阻抗层、所述高声阻抗层及所述钝化层中的至少一者进行频率微调以调整所述多个谐振器的谐振频率。
一个实施例中，所述方法还包括：在对所述低声阻抗层、所述高声阻抗层及所述钝化层中的至少一者进行频率微调之后切割所述晶片将所述多个谐振器分割成单个化的裸片。
本实施例中，所述屏蔽层可以为SiN材质层、SiO2材质层、多晶硅材质层，或为由上述两种或三种材质混合组成的多层结构，所述衬底可以为硅衬底或其他材质的衬底，对此不予限制。
一个实施例中，屏蔽层可以采用SiN，也可以采用多层膜结构，SiN作为氧化屏蔽层，其屏蔽效果较好，屏蔽区和非屏蔽区反应速率相差较大。可以通过刻蚀或腐蚀等手段，把需要制作谐振器区域的屏蔽介质去除，将硅片放在氧化气氛中进行氧化，有屏蔽介质部分的反应速率和没有屏蔽介质部分的反应速率相差较大：没有屏蔽介质部分的反应速率较快，衬底Si与氧气反应形成SiO2，生成的SiO2厚度不断增加，其上表面逐渐比有屏蔽介质部分的表面升高，没有屏蔽介质部分的Si表面逐渐下降，相对没有屏蔽介质部分的表面降低，由于屏蔽层的边缘部分氧气会从侧面进入屏蔽层下面，使得屏蔽层边缘的氧化速率较没有屏蔽介质部分的氧化速率慢，比有屏蔽介质部分的氧化速率快，越接近屏蔽介质的边缘，速率越趋于没有屏蔽介质部分的氧化速率。在屏蔽层边缘形成一个没有速率变化的过渡区域，该过渡区域通过优化氧化方式和屏蔽层种类和结构，可以形成圆滑曲面，在该圆滑曲面上生长含AlN等压电薄膜的多层结构，可以确保压电薄膜的晶体质量。
本发明实施例还公开一种半导体器件，包括上述任一种谐振器，具有上述谐振器所具有的有益效果。例如，该半导体器件可以为滤波器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种谐振器，其特征在于，包括：
衬底；
多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层、上电极层和声镜对；
所述上电极层和下电极层中的至少一者包括：电极层和温度补偿层；
其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体；
所述下半腔体由底壁和第一侧壁围成，所述底壁整体与所述衬底表面平行，所述第一侧壁为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面；所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面；
所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底壁所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下；
所述上半腔体由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半腔体对应的部分包括顶壁和第二侧壁围成，所述第二侧壁为由所述顶壁边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面；所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；
所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶壁所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上；
所述第一圆滑曲面的曲率小于第一预设值；所述第二圆滑曲面的曲率小于第二预设值。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述多层结构还包括：钝化层，其设置在声镜对上。
3.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述温度补偿层为位于所述上电极层或下电极层内的埋入温度补偿层。
4.根据权利要求3所述的谐振器，其特征在于，所述温度补偿层具有锥形边缘。
5.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述声镜对包括：
低声阻抗层，形成在所述上电极层上；
高声阻抗层，形成在所述低声阻抗层上。
6.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于，所述低声阻抗层形成材料包括二氧化硅、氮化铝、碳化硅、硼硅玻璃、氮化硅、多晶硅及多晶硅类似物中的一种。
7.一种具有多个谐振器的晶片，其特征在于，所述多个谐振器可通过切割所述晶片彼此分离，所述晶片包括：
衬底；
多层结构，形成于所述衬底上，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、压电层、上电极层、低声阻抗层和高声阻抗层；
所述上电极层和下电极层中的至少一者包括温度补偿层，所述温度补偿层具有正温度系数；
其中，在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体；
所述下半腔体由底壁和第一侧壁围成，所述底壁整体与所述衬底表面平行，所述第一侧壁为由所述底壁边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面；所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面；
所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底壁所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下；
所述上半腔体由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半腔体对应的部分包括顶壁和第二侧壁围成，所述第二侧壁为由所述顶壁边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面；所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；
所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶壁所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上；
所述第一圆滑曲面的曲率小于第一预设值；所述第二圆滑曲面的曲率小于第二预设值。
8.根据权利要求7所述的晶片，其特征在于，所述晶片还包括：
钝化层，设置在所述高声阻抗层上。
9.一种谐振器制造方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底上生成牺牲材料，所述牺牲材料包括位于所述衬底上表面之上的上半部分和位于所述衬底下表面之下的下半部分；
所述下半部分由底面和第一侧面围成；所述底面整体与所述衬底表面平行，所述第一侧面为由所述底面边缘延伸至所述衬底上表面的第一圆滑曲面；
所述第一圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第一曲面和第二曲面；所述第一曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述底面所在的平面之上；所述第二曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之下；
所述上半部分由顶面和第二侧面围成，所述第二侧面为由所述顶面边缘延伸至所述衬底上表面的第二圆滑曲面；
所述第二圆滑曲面包括圆滑过渡连接的第三曲面和第四曲面；所述第三曲面的竖截面呈抛物线状，且位于所述顶面所在的平面之下；所述第四曲面的竖截面呈倒抛物线状，且位于所述衬底上表面所在的平面之上；所述第一圆滑曲面的曲率小于第一预设值；所述第二圆滑曲面的曲率小于第二预设值；
在所述牺牲材料层上形成多层结构，所述多层结构自下而上依次包括下电极层、压电层、上电极层、声镜对、钝化层，其中所述下电极层包括温度补偿层，所述声镜对包括低声阻抗层及高声阻抗层；
移除所述牺牲材料部分；
对所述低声阻抗层、所述高声阻抗层及所述钝化层中的至少一者进行频率微调以调整所述谐振器的谐振频率。
10.根据权利要求9所述的谐振器制造方法，其特征在于，所述在衬底上生成牺牲材料，包括：
对衬底进行预处理，改变衬底预设区域部分的预设反应速率，使得预设区域部分对应的预设反应速率大于非预设区域部分对应的预设反应速率；
对所述衬底进行所述预设反应，生成牺牲材料部分。
11.根据权利要求10所述的谐振器制造方法，其特征在于，所述对所述衬底进行所述预设反应，生成牺牲材料部分，包括：
将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，得到牺牲材料部分。
12.根据权利要求9所述的谐振器制造方法，其特征在于，所述在衬底上生成牺牲材料，包括：
在衬底上形成屏蔽层，所述屏蔽层覆盖所述衬底上除预设区域之外的区域；
对形成屏蔽层的衬底进行预处理，控制衬底上与所述预设区域对应的部分发生预设反应，得到牺牲材料部分；
去除预处理后的衬底屏蔽层。
13.根据权利要求12所述的谐振器制造方法，其特征在于，所述在衬底上形成屏蔽层，包括：
在所述衬底上形成屏蔽介质，所述屏蔽层用于屏蔽所述衬底除预设区域之外的区域发生所述预设反应；
去除预设区域对应的屏蔽介质，形成所述屏蔽层。
14.根据权利要求12所述的谐振器制造方法，其特征在于，所述对形成屏蔽层的衬底进行预处理，控制衬底上与所述预设区域对应的部分发生预设反应，得到牺牲材料部分，包括：
将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，控制衬底上与所述预设区域对应的部分发生氧化反应，得到牺牲材料部分。
15.根据权利要求9所述的谐振器制造方法，其特征在于，所述方法还包括：
在对所述低声阻抗层、所述高声阻抗层及所述钝化层中的至少一者进行频率微调之后切割晶片，将所述多个谐振器分割成单个化的裸片。
16.根据权利要求9所述的谐振器制造方法，其特征在于，所述形成下电极层包括：
在所述牺牲材料层上形成基电极层；
在所述基电极层上形成温度补偿层；
在所述温度补偿层上形成导电插入层。
17.一种半导体器件，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的谐振器。
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