CN110868186B - 体声波谐振器、其制作方法和半导体器件 - 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、其制作方法和半导体器件。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、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；所述下电极层或所述上电极层的内部设有凹槽，所述凹槽内部填充有与对应电极层的电极材料不同的填充材料。上述谐振器通过设置具有下半腔体和上半腔体的腔体，在所述下电极层或所述上电极层的内部设置凹槽，凹槽内部填充与对应电极层的电极材料不同的填充材料，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、其制作方法和半导体器件。
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。
用于评估声谐振器性能的一个重要指标是它的机电耦合系数（kt2）。机电耦合系数表明了压电材料中电能和声能间的转换效率。具有较高机电耦合系数的谐振器的性能具有优于较低机电耦合系数的谐振器。谐振器的机电耦合系数受若干因素的影响，例如压电材料与电极的尺寸和谐振器的结构。谐振器机电耦合系数的提高，往往会导致其他性能参数下降。因此，我们希望得到一种可以提高谐振器的机电耦合系数以及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值的新型的谐振器结构。
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、其制备方法和半导体器件。
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、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；
所述下电极层或所述上电极层的内部设有凹槽，所述凹槽内部填充有与对应电极层的电极材料不同的填充材料。
可选的，所述凹槽沿对应的电极层的侧边延伸方向延伸。
可选的，所述凹槽的深度为300-5000Å，宽度为0.1-50µm。
可选的，所述凹槽靠近对应电极层边缘的侧边为第一侧边，远离对应电极层边缘的侧边为第二侧边，所述第一侧边与其相邻的对应电极层侧边之间的距离为0-80µm。
可选的，所述填充材料包括聚酰亚胺、苯并环丁烯、SiO2、Si3N4、AlN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3、Al2O3、Mo、Pt、W、Cu、Al、Au或Ag中的一种或多种。
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。
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；在所述下电极层或所述上电极层的内部设置凹槽，凹槽内部填充与对应电极层的电极材料不同的填充材料，可以提高谐振器的并联电阻（Rp），降低通带插入损耗，还能很好地抑制横向杂散振动模式的产生，从而提高谐振器的Q值，采用本发明谐振器结构的滤波器具有更优越的电学特性。
本发明实施例的第三方便还提供一种述体声波谐振器的制作方法，包括以下步骤：
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；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；
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、压电层和上电极层，其中，所述上电极层或所述下电极层的内部设有凹槽；
去除所述牺牲材料部分。
可选的，设有凹槽的下电极层的制作过程包括如下步骤：
在所述牺牲材料层上沉积电极材料到第一厚度，沉积第一光掩膜后，继续沉积所述电极材料至所述下电极层的预设厚度，其中，所述第一厚度小于所述下电极层的预设厚度；
移除所述第一光掩膜，得到凹槽；
在所述下电极层上沉积第二光掩膜，然后将所述填充材料填充至所述凹槽中，移除所述第二光掩膜，得到设有凹槽的下电极层。
可选的，设有凹槽的上电极层的制作过程包括如下步骤：
在所述压电层上沉积电极材料到第一厚度，沉积第一光掩膜后，继续沉积所述电极材料至所述上电极层的预设厚度，其中，所述第一厚度小于所述上电极层的预设厚度；
移除所述第一光掩膜，得到凹槽；
在所述上电极层上沉积第二光掩膜，然后将所述填充材料填充至所述凹槽中，移除所述第二光掩膜，得到设有凹槽的上电极层。
可选的，设有凹槽的上电极层或下电极层的制作过程包括如下步骤：
沉积电极材料形成上电极层或下电极层，在所述上电极层或下电极层上沉积第一光掩膜，刻蚀所述上电极层或下电极层形成凹槽，将所述填充材料填充至所述凹槽中，移除所述第一光掩膜，得到设有凹槽的上电极层或下电极层。
可选的，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。
可选的，所述将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，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，通过湿氧氧化或氢氧合成氧化的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。
可选的，所述预设范围为1000~1200℃；所述第一预设时间为20~40分钟；所述预设厚度为1μm；所述第二预设时间为20~40分钟；所述高纯氧气的流量为3~5L/分钟。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：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。
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是本发明实施例体声波谐振器的结构示意图；
图3是图1-图2中A的放大示意图；
图4是本发明实施例体声波谐振器中上电极层的俯视平面图；
图5（a）-图5（j）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。
本发明实施例提供一种体声波谐振器，该体声波谐振器包括：衬底和多层结构。其中，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、压电层和上电极层。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。所述下电极层或所述上电极层的内部设有凹槽，所述凹槽内部填充有与对应电极层的电极材料不同的填充材料。
本发明实施例，通过设置具有下半腔体和上半腔体的独特的腔体结构，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；在所述下电极层或所述上电极层的内部设置凹槽，凹槽内部填充与对应电极层的电极材料不同的填充材料，可以提高谐振器的并联电阻（Rp），降低通带插入损耗，还能很好地抑制横向杂散振动模式的产生，从而提高谐振器的Q值，采用本发明谐振器结构的滤波器具有更优越的电学特性。
参见图1，一个实施例中，上述体声波谐振器可以包括衬底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、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。
所述上电极层201的上表面设有凹槽401，凹槽401的内部填充有与上电极层201的电极材料不同的填充材料。
所述凹槽401同样可以设置于上电极层201的底部或者其他部位。
凹槽401在竖直方向（Z轴方向，与衬底100垂直的方向），凹槽401的投影可与腔体300的投影有部分区域重叠，或在腔体300的投影区域内部，或在腔体300的投影区域外部。示例性的，在水平方向上，凹槽401可以构成与腔体300形状一致或类似的闭合区域，即在俯视方向上看去，凹槽401可以为与腔体300形状一致或类似的圆环。
参见图2，一个实施例中，上述体声波谐振器可以包括衬底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、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。
所述下电极层203的底表面设有凹槽401，凹槽401的内部填充有与下电极层203的电极材料不同的填充材料。
所述凹槽401同样可以设置于下电极层203的上表面或者其他部位。
凹槽401在竖直方向（Z轴方向，与衬底100垂直的方向），凹槽401的投影可与腔体300的投影有部分区域重叠，或在腔体300的投影区域内部，或在腔体300的投影区域外部。示例性的，在水平方向上，凹槽401可以构成与腔体300形状一致或类似的闭合区域，即在俯视方向上看去，凹槽401可以为与腔体300形状一致或类似的圆环。
参见图3，一个实施例中，上电极层201为五边形，在上电极层201中设有凹槽401，具有201a、201b、201c、201d、201e五条侧边，图1所示的横截面图中图示了201e和201b两条侧边，凹槽401沿上电极层201的五条侧边201a、201b、201c、201d、201e延伸的方向延伸，即凹槽401沿着上电极层201的侧边形成五边形环状。
凹槽401可以沿上电极层201的某些边或所有边连续延伸，例如，凹槽401还可以沿上电极层201的五条边中的四条侧边延伸。凹槽401可以是沿上电极层201侧边延伸的连续的凹槽，也可是沿上电极层201侧边延伸的不连续的凹槽，例如具有沿边不连续延伸的多个分段，并且凹槽401可设置为任意形状，如梯形、半圆形、弧形等，以便与第二电极层201的形状相匹配。
可选的，凹槽401可沿着上电极层201的边缘设置或与上电极层201的边缘相邻设置，凹槽401靠近上电极层201边缘的侧边与邻近的上电极层201侧边之间的距离可设置为0-80µm。
上电极层201的形状可以是图3所示的五边形的形状，也可是任何多边形、圆形，或者具有任何其他的平滑或不规则的形状。
可以通过调整凹槽401的位置、宽度和深度，达到改善谐振器的一个或多个性能参数的目的。例如，图3中所述凹槽401的宽度可设置为0.1-50µm，深度为300-5000Å。
可选的，凹槽401内部的填充材料可以是压电材料、介电材料、金属或金属合金形成，例如，凹槽401的填充材料由聚酰亚胺、苯并环丁烯、锆钛酸铅(PZT)、SiO2、Si3N4、AlN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3、Al2O3、Mo、Pt、W、Cu、Al、Au或Ag中的一种形成，或包括上述材料的复合材料形成。
一个实施例中，上电极层201和下电极层203的电极材料可以是 Pt、W、Cu、Al、Mo、Au 或Ag之类的金属，例如上电极层201和下电极层203的电极材料为Mo，设置于上电极层201内的凹槽401的填充材料为W。
参见图1，一个实施例中，谐振器的下半腔体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4，一个实施例中，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4，一个实施例中，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。
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，以及上电极层201或下电层203内部设有凹槽401，凹槽401内部填充有与对应电极层的电极材料不同的填充材料，形成一种新型的谐振器结构，且具有较好的性能。
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、压电层和上电极层，其中所述上电极层或所述下电极层的内部设有凹槽。
一个实施例中，下电极层中设有凹槽，步骤303具体实现过程可以包括：
在所述牺牲材料层上沉积电极材料到第一厚度，沉积第一光掩膜后，继续沉积所述电极材料至所述下电极层的预设厚度，其中，所述第一厚度小于所述下电极层的预设厚度；
移除所述第一光掩膜，得到凹槽；
在所述下电极层上沉积第二光掩膜，然后将所述填充材料填充至所述凹槽中，移除所述第二光掩膜，得到设有凹槽的下电极层；
在所述下电极层上依次形成压电层和上电极层。
上电极层中设有凹槽的多层结构的制作方法与上述相同，此处不再赘述。
一个实施例中，上电极层中设有凹槽，步骤303具体实现过程可以包括：
在所述牺牲材料上依次形成下电极层和压电层；
在所述压电层上沉积电极材料形成上电极层；
在所述上电极层上沉积第一光掩膜，刻蚀所述上电极层形成凹槽；
将所述填充材料填充至所述凹槽中，移除所述第一光掩膜。
下电极层设有凹槽时，也可通过上述刻蚀工艺制备，此处不再赘述。
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。
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100上形成屏蔽层111，所述屏蔽层111覆盖所述衬底100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111的衬底100进行预处理，控制衬底100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300’；所述牺牲材料部分300’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，参见图5（b）。
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。
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111’，参见图5（c）。
步骤404，在去除屏蔽层后的衬底100上形成下电极层203和压电层202，在所述压电层202上沉积电极材料至第一厚度，得到部分上电极层201’，移除所述牺牲材料部分300’，参见图5（d）。
其中，所述第一厚度小于上电极层201的预设厚度。
步骤405，在部分上电极层201’上沉积第一光掩膜600，参见图5（e）。
步骤406，在第一光掩膜600上继续沉积所述电极材料至上电极层201的预设厚度，参见图5（f）。
步骤406，通过剥离工艺（lift-off）移除所述第一光掩膜600，参见图5（g）。
剥离工艺移除了上电极层201上的光掩膜600和光掩膜600上的金属层700。
步骤407，在上电极层201上沉积第二光掩膜601，参见图5（h）。
步骤408，在光掩膜601上沉积凹槽401的填充材料，参见图5（i）。
步骤409，通过剥离工艺移除所述第二光掩膜601，参见图5（g）。
剥离工艺移除了上电极层201上的光掩膜601和光掩膜601上的金属层700，从而在上电极层201中形成了凹槽401，参见图5（j）。
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 (19)
1.一种体声波谐振器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
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；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；
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、压电层和上电极层，其中，所述上电极层或所述下电极层的内部设有凹槽；
去除所述牺牲材料部分。
2.如权利要求1所述的体声波谐振器的制作方法，其特征在于，设有凹槽的下电极层的制作过程包括如下步骤：
在所述牺牲材料层上沉积电极材料至第一厚度，沉积第一光掩膜后，继续沉积所述电极材料至所述下电极层的预设厚度，其中，所述第一厚度小于所述下电极层的预设厚度；
移除所述第一光掩膜，得到凹槽；
在所述下电极层上沉积第二光掩膜，然后将所述填充材料填充至所述凹槽中，移除所述第二光掩膜，得到设有凹槽的下电极层。
3.如权利要求1所述的体声波谐振器的制作方法，其特征在于，设有凹槽的上电极层的制作过程包括如下步骤：
在所述压电层上沉积电极材料到第一厚度，沉积第一光掩膜后，继续沉积所述电极材料至所述上电极层的预设厚度，其中，所述第一厚度小于所述上电极层的预设厚度；
移除所述第一光掩膜，得到凹槽；
在所述上电极层上沉积第二光掩膜，然后将所述填充材料填充至所述凹槽中，移除所述第二光掩膜，得到设有凹槽的上电极层。
4.如权利要求1所述的体声波谐振器的制作方法，其特征在于，设有凹槽的上电极层或下电极层的制作过程包括如下步骤：
沉积电极材料形成上电极层或下电极层，在所述上电极层或下电极层上沉积第一光掩膜，刻蚀所述上电极层或下电极层形成凹槽，将所述填充材料填充至所述凹槽中，移除所述第一光掩膜，得到设有凹槽的上电极层或下电极层。
5.根据权利要求1至4任一项所述的体声波谐振器制作方法，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。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器制作方法，其特征在于，所述将所述衬底置于氧化气氛中进行氧化处理，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，通过湿氧氧化或氢氧合成氧化的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。
7.根据权利要求6所述的体声波谐振器制作方法，其特征在于，所述预设范围为1000～1200℃；所述第一预设时间为20～40分钟；所述预设厚度为1μm；所述第二预设时间为20～40分钟；所述高纯氧气的流量为3～5L/分钟。
8.一种体声波谐振器，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的体声波谐振器制作方法制备得到，其包括：
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；
所述下电极层或所述上电极层的内部设有凹槽，所述凹槽内部填充有与对应电极层的电极材料不同的填充材料。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述凹槽沿对应的电极层的侧边延伸方向延伸。
10.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述凹槽的深度为
宽度为0.1-50μm。
11.根据权利要求9或10所述的体声波谐振器，其特征在于，所述凹槽靠近对应电极层边缘的侧边为第一侧边，远离对应电极层边缘的侧边为第二侧边，所述第一侧边与其相邻的对应电极层侧边之间的距离为0-80μm。
12.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，所述填充材料包括聚酰亚胺、苯并环丁烯、SiO2、Si3N4、AlN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3、Al2O3、Mo、Pt、W、Cu、Al、Au或Ag中的一种或多种。
13.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，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。
14.根据权利要求13所述的体声波谐振器，其特征在于，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。
15.根据权利要求14所述的体声波谐振器，其特征在于，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。
16.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其特征在于，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。
17.根据权利要求16所述的体声波谐振器，其特征在于，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。
18.根据权利要求17所述的体声波谐振器，其特征在于，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。
19.一种半导体器件，其特征在于，包括权利要求8至18任一项所述的体声波谐振器。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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