CN110868185B - 体声波谐振器和半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，公开了一种体声波谐振器和半导体器件。该体声波谐振器包括衬底；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、掺杂压电层和上电极层；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；所述掺杂压电层包括掺杂有至少一种稀土元素的压电材料。上述谐振器通过设置具有下半腔体和上半腔体的腔体，以及在压电层掺杂至少一种稀土元素，形成了一种新型的体声波谐振器结构，且具有较好的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及体声波谐振器和半导体器件。
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。谐振器的声堆叠包括下电极、压电层和上电极。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。
谐振器的串联谐振频率(Fs)是指压电层中的偶极振动与所施加的电场同相所处的频率。Fs值的大小是由声堆叠的总厚度决定的，随着串联谐振频率的增加，声堆叠的总厚度减小。对于特定压电材料来说，较大机电耦合系数(kt2)需要压电层具有较高的厚度值。而且，一旦谐振器的带宽确定了，则kt2也就确定了，谐振器的压电层的厚度也就固定了。因此，如果需要提高谐振器的谐振频率，则只能通过减小电极层的厚度来降低声堆叠的总厚度。但是，减小的电极厚度会导致谐振器的串联电阻(Rs)较高，降低串联谐振频率附近的Q值。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种新型结构的体声波谐振器和半导体器件。
本发明实施例的第一方面提供一种体声波谐振器，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、掺杂压电层和上电极层；
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；
所述掺杂压电层包括掺杂有至少一种稀土元素的压电材料，所述下电极层的厚度大于可比较谐振器的下电极层的厚度，所述上电极层的厚度大于可比较谐振器的上电极层的厚度，所述可比较谐振器除了压电层不掺杂稀土元素之外，其余均与所述体声波谐振器相同。
可选的，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。
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。
可选的，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。
可选的，所述第一圆滑曲面各点的曲率小于第一预设值。
可选的，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。
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。
可选的，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。
可选的，所述第二圆滑曲面各点的曲率小于第二预设值。
可选的，所述顶壁无突变部分。
可选的，所述掺杂压电层比所述可比较谐振器的未掺杂压电层的厚度薄。
可选的，所述下电极层的厚度和所述上电极层的厚度各自是所述可比较谐振器的下电极层厚度和上电极层厚度的两倍。
可选的，所述掺杂压电层的厚度为所述可比较谐振器的未掺杂压电层厚度的1/2。
可选的，所述体声波谐振器的机电耦合系数kt2为6.5-9.0％。
可选的，所述掺杂压电层的厚度为
可选的，所述下电极层的厚度为
可选的，所述上电极层的厚度为
可选的，所述体声波谐振器的机电耦合系数kt2为7.0％。
可选的，所述掺杂压电层的厚度为
可选的，所述下电极层的厚度为
可选的，所述上电极层的厚度为
可选的，所述压电材料包括氮化铝。
可选的，至少一种稀土元素掺杂到所述氮化铝的晶格中。
可选的，所述稀土元素包括钪。
可选的，所述压电材料中的钪的原子百分数为0.5-10.0％。
可选的，所述压电材料中的钪的原子百分数为0.5-44％。
可选的，所述压电材料中的钪的原子百分数为2.5-5.0％。
可选的，两种或两种以上的稀土元素掺杂到所述氮化铝的晶格中。
可选的，所述稀土元素包括钪和铒。
可选的，所述稀土元素进一步还包括钇。
本发明实施例的第二方面提供一种半导体器件，包括本发明实施例第一方面中任一种体声波谐振器。
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，且下半腔体整体位于衬底上表面之下，上半腔体整体位于衬底上表面之上，从而形成一种新型的体声波谐振器结构，本发明设置的独特的腔体结构可提高底部电极与空气之间的声学阻抗比，使得声波在底部电极与空气的交界面上得到良好的反射，从而在谐振器的工作过程中减少声波能量由谐振器内部往衬底的泄漏，从而提高谐振器的Q值；在压电材料中掺杂至少一种稀土元素，可提高谐振器的机电耦合系数(kt2)，因此，对于特定的带宽和谐振频率来说，可以减小压电层的厚度，因此进一步可以增大电极层的厚度，从而使得谐振器具有较低的串联电阻(Rs)和较高的并联电阻(Rp)；本发明独特的谐振器结构，极大提高了谐振器在并联谐振频率附近的Q值，同时不影响谐振器在串联谐振频率附近的Q值，也不会降低谐振器的机电耦合系数，采用本发明谐振器结构的滤波器具有更优越的电学特性。
附图说明
图1是本发明实施例体声波谐振器的结构示意图；
图2是图1中A的放大示意图；
图3是本发明实施例体声波谐振器的一种制作方法流程图；
图4是本发明实施例体声波谐振器的又一种制作方法流程图；
图5是本发明实施例体声波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体声波谐振器，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203、掺杂压电层202和上电极层201。其中，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301和超出衬底100上表面并向多层结构200突出的上半腔体302。
上述掺杂压电层202包括掺杂有至少一种稀土元素的压电材料。
通过将特定原子百分数的稀土元素并入到压电层中，使得压电材料的压电性质(包含压电常数d33和机电耦合系数kt2)与未掺杂稀土元素的相同压电材料相比，压电性能得到显著改善。因此，对于给定带宽和谐振频率的谐振器来说，本发明中谐振器的压电层可制成比在现有的未掺杂压稀土元素的情况下所能达到的最薄压电层更薄的压电层。因此，本发明谐振器中的电极厚度可大于未掺杂稀土元素的谐振器的电极厚度。
本发明中将除了压电层不掺杂稀土元素之外，其余均与上述体声波谐振器相同的谐振器简称为可比较谐振器。
参见图1，一个实施例中，下半腔体301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。
例如，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。
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。
对于特定的串联谐振频率和机电耦合系数来说，由于掺杂有稀土元素的掺杂压电层202(例如，掺杂钪的氮化铝)，可在比相对不掺杂稀土元素的压电层更小的厚度条件下提供所选的机电耦合系数，所以一个实施例中，下电极层203和上电极层201(在图1中所描绘的坐标系统中的y方向)与已知FBAR的厚度相比而变大。
进一步的，所述下电极层203的厚度和所述上电极层201的厚度各自是所已知未掺杂FBAR的下电极层厚度和上电极层厚度的两倍。
进一步的，所述掺杂压电层202的厚度为已知FBAR的未掺杂压电层厚度的1/2。
一个实施例中，体声波谐振器包括有掺杂5％(原子百分数)的Sc掺杂型AlN压电层及串联谐振频率为2200MHz，取决于合乎需要的带宽，其机电耦合系数的范围为6.5-9.0％。
在上述参数的条件下，Sc掺杂型压电层的厚度为下电极层的厚度为/>上电极层的厚度为/>
若要求体声波谐振器具有2200MHz的串联谐振频率，且滤波器具有75MHz的带宽，为在此串联谐振频率下满足此带宽要求，则谐振器的机电耦合系数应为7％。
在上述参数的条件下，为了满足机电耦合系数达到7％，则已知的FBAR的未掺杂AlN层的厚度应为声堆叠中的底部电极的厚度必须为/>顶部电极的厚度必须为/>
而对于7％的机电耦合系数要求，Sc掺杂型AlN压电层的厚度为声堆叠中的底部电极的厚度为/>且顶部电极的厚度必须为/>
本发明提供的体声波谐振器，可在显著低于已知FBAR谐振器的未掺杂AlN层的厚度条件下获得合乎需要的相同的机电耦合系数，因此，对本发明中体声波谐振器的电极的厚度约束得到显著缓和，可制备底部电极厚度为且顶部电极的厚度必须为/>的体声波谐振器。在比较大的电极厚度的情况下，本发明提供的体声波谐振器的声堆叠有利于提高并联电阻(Rp)，且并联谐振频率周围的品质因数Fp(Qp)也得到了显著的提高。
一个实施例中，掺杂压电层202中的压电材料包括氮化铝(AlN)。稀土元素仅替换AlN晶格中的Al原子，因此，压电材料中氮原子的原子百分数在掺杂稀土元素前后仍然相同，与稀土元素的掺杂量无关。
进一步的，AlN材料中掺杂有钪(Sc)。Sc掺杂到AlN晶格中，生成AlScN化合物，由于Sc的原子半径大于Al原子，从而产生大于Al-N键长的Sc-N键长/>键长的差异导致AlScN材料内产生应力，从而提高机电耦合系数(kt2)。
进一步的，AlN压电材料中钪的原子百分数为0.5-10.0％。在其他实施例中，AlN压电材料中钪的原子百分数为0.5-44％。在其他实施例中，AlN压电材料中钪的原子百分数还可以为2.5-5.0％。
本发明压电层中的稀土元素的原子百分数是指稀土原子(如Sc原子)在AlN压电材料的总原子(包含氮)中所占的比例。举例来说，如果实施例中掺杂压电层202中的Al的原子百分数为95.0％，且Sc具有5.0％的原子百分数，则掺杂压电层202的原子一致性可表示为Al0.95Sc0.05N。
为了减小掺杂压电层202的厚度及增加下电极层203和上电极层201的厚度，还可以将其他稀土元素以达到特定带宽、机电耦合系数(kt2)值和串联谐振频率(Fs)。其他稀土元素包括本领域的普通技术人员所已知的钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥。上述其他的稀土元素可以以一种或多种的形式掺杂到AlN压电材料中。
上述谐振器，通过设置具有下半腔体301和上半腔体302的腔体300，且下半腔体301整体位于衬底100上表面之下，上半腔体302整体位于衬底100上表面之上，以及在掺杂压电层202中掺杂至少一稀土元素，形成一种新型的谐振器结构，且具有较好的性能。
参见图3，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301，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302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302，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302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301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301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303，在所述牺牲材料层上形成多层结构；所述多层结构由下至上依次包括下电极层、掺杂压电层和上电极层。
步骤304，去除所述牺牲材料部分，形成谐振器。
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。
参见图4，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401，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5(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402，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；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。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402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5(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20-140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20-140分钟；所述高纯氧气的流量可以为3-15L/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影响，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403，去除预处理后的衬底屏蔽层，参见图5(c)。
步骤404，在去除屏蔽层后的衬底上形成多层结构，所述多层结构由下至上依次包括下电极层、掺杂压电层和上电极层，参见图5(d)。
步骤405，移除所述牺牲材料部分，参见图5(e)。
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，包括上述任一种体声波谐振器，具有上述体声波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 (12)
1.一种体声波谐振器，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为下电极层、掺杂压电层和上电极层；
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；
所述掺杂压电层包括掺杂有至少一种稀土元素的压电材料，所述下电极层的厚度大于可比较谐振器的下电极层的厚度，所述上电极层的厚度大于可比较谐振器的上电极层的厚度，所述可比较谐振器除了压电层不掺杂稀土元素之外，其余均与所述体声波谐振器相同；所述压电材料包括氮化铝；
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；所述第一圆滑曲面各点的曲率小于第一预设值；
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，所述顶壁无突变部分，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；所述第二圆滑曲面各点的曲率小于第二预设值。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述掺杂压电层比所述可比较谐振器的未掺杂压电层的厚度薄。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述下电极层的厚度和所述上电极层的厚度各自是所述可比较谐振器的下电极层厚度和上电极层厚度的两倍。
4.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其特征在于，所述掺杂压电层的厚度为所述可比较谐振器的未掺杂压电层厚度的1/2。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述掺杂压电层的厚度为所述下电极层的厚度为/>所述上电极层的厚度为/>
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其特征在于，所述掺杂压电层的厚度为所述下电极层的厚度为/>所述上电极层的厚度为/>
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，至少一种稀土元素掺杂到所述氮化铝的晶格中。
8.根据权利要求7所述的体声波谐振器，其特征在于，所述稀土元素包括钪。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述压电材料中的钪的原子百分数为0.5-10.0％，或所述压电材料中的钪的原子百分数为0.5-44％，或所述压电材料中的钪的原子百分数为2.5-5.0％。
10.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，两种或两种以上的稀土元素掺杂到所述氮化铝的晶格中。
11.根据权利要求10所述的体声波谐振器，其特征在于，所述稀土元素包括钪和铒，或所述稀土元素包括钪、铒和钇。
12.一种半导体器件，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的体声波谐振器。
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