CN111769809B - 一种新的体声波谐振器及其制造方法 - Google Patents

一种新的体声波谐振器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111769809B
CN111769809B CN202010638601.0A CN202010638601A CN111769809B CN 111769809 B CN111769809 B CN 111769809B CN 202010638601 A CN202010638601 A CN 202010638601A CN 111769809 B CN111769809 B CN 111769809B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
epitaxial layer
electrode layer
upper electrode
release holes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010638601.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111769809A (zh
Inventor
吴明
唐兆云
赖志国
王家友
杨清华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Huntersun Electronics Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Huntersun Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Huntersun Electronics Co Ltd filed Critical Suzhou Huntersun Electronics Co Ltd
Priority to CN202010638601.0A priority Critical patent/CN111769809B/zh
Publication of CN111769809A publication Critical patent/CN111769809A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111769809B publication Critical patent/CN111769809B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02125—Means for compensation or elimination of undesirable effects of parasitic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
    • H03H9/131—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials consisting of a multilayered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/174—Membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/023—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the membrane type
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/028—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired values of other parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H2009/02165—Tuning
    • H03H2009/02173—Tuning of film bulk acoustic resonators [FBAR]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

提供了一种新的体声波谐振器及其制造方法，包括：在衬底上形成第一外延层和第二外延层；在第二外延层上形成下电极层、压电层和上电极层；刻蚀形成多个释放孔，暴露第一外延层；通过多个释放孔，至少部分地去除第一外延层，形成谐振腔。依照本发明的BAW谐振器及其制造方法，无需采用平坦化工艺而在衬底上的外延层中形成谐振空腔，改善了成膜质量，提高了谐振器品质。

Description

一种新的体声波谐振器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种体声波(BAW)谐振器及其制造方法，特别是一种降低制造成本并提高薄膜质量的BAW谐振器及其制造方法。
背景技术
在无线通讯中，射频滤波器作为过滤特定频率信号的中介，用于减少不同频段的信号干扰，在无线收发器中实现镜像消除、寄生滤波和信道选择等功能。随着4GLTE网络的部署和市场的增长，射频前端的设计朝着小型化、低功耗和集成化的方向发展，市场对滤波性能的要求也越来越高。由于薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，简称“FBAR”，也称“体声波”，BulkAcousticWave，简称“BAW”，)具有尺寸小、工作频率高、功耗低、品质因数(Q值)高、直接输出频率信号、与CMOS工艺兼容等特点，目前已经成为射频通讯领域重要的器件被广泛应用。
FBAR是制作在衬底材料上的电极——压电膜——电极的三明治结构的薄膜器件。FBAR的结构有空腔型、布拉格反射型(SMR)和背面刻蚀型。其中空腔型FBAR相对SMR型Q值要高，损耗要小，机电耦合系数要高；相对于背面刻蚀型FBAR不需要去掉大面积的衬底，机械强度较高。因此，空腔型FBAR是集成于CMOS器件上的首选。
现有的FBAR结构中，衬底与底部电极之间的空腔用于声波反射，压电层在底部电极与空腔重叠的有源区内发生谐振。共振空腔的制造工艺通常是刻蚀衬底形成临时空腔并填充牺牲层，在其上方依次形成下电极、压电薄膜和上电极之后，再腐蚀去除牺牲层而留下最终的共振空腔。在此过程中，由于牺牲层沉积会突出于衬底表面，为了使得下电极平整，需要采用CMP平坦化处理牺牲层表面，这不可避免地将增大所填充牺牲层表面以及衬底表面的缺陷，使得后续形成的下电极表面残留大量的悬挂键(Si-Si键)或掺杂缺陷(Si-O键)，从而影响谐振器下电极晶向，最终降低了器件可靠性。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种克服以上技术障碍的降低制造成本并提高成膜品质的BAW谐振器及其制备方法。
本发明提供了一种体声波(BAW)谐振器制造方法，包括：
在衬底上形成第一外延层和第二外延层；
在第二外延层上形成下电极层、压电层和上电极层；
刻蚀形成多个释放孔，暴露第一外延层；
通过多个释放孔，至少部分地去除第一外延层，形成谐振腔。
其中，下电极层和上电极层包括多个子电极图形；优选地，每个子电极图形为多边形，进一步优选地，多个释放孔位于多边形的侧边中心或者均匀分布；优选地，每个子电极图形为曲形，进一步优选地，多个释放孔在曲形边缘上均匀分布。
其中，多边形的中心与边缘的垂直距离定义为R，相邻两个多边形的相邻释放孔的距离定义为d，相邻两个多边形之中以释放孔为圆形且以R为半径的圆的外切线距离定义为d’，满足2R+d’＝d；优选地，d’大于等于2微米。
其中，第二外延层与第一外延层材质不同，并优选地，第二外延层与衬底材质相同；任选地，第一外延层材质为SiGe、SiC、SiGeC、GaN、GaAlN、GaInN的任一种；任选地，下电极层和/或上电极层的材质为金属、金属合金、金属的导电氧化物、或金属的导电氮化物，优选地所述金属为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg的任一种或其组合；任选地，压电层材质为ZnO、AlN、BST(钛酸锶钡)、BT(钛酸钡)、PZT(锆钛酸铅)、PBLN(铌酸铅钡锂)、PT(钛酸铅)，并优选地采用稀土元素掺杂。
其中，形成第二外延层之后、形成下电极层之前进一步包括，在第二外延层上形成种子层；优选地，种子层材质为AlN、HfN、HfAlN、TiN、TaN；优选地，种子层和压电层材质相同。
其中，形成上电极层之后、形成多个释放孔之前进一步包括，在上电极层上形成钝化保护层；优选地，钝化保护层材质为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氟氧化硅、氟碳化硅、金属氧化物(例如氧化铪、氧化锆、氧化铝)、金属氮化物(例如氮化铝、氮化钛、氮化钽)。
其中，采用湿法腐蚀至少部分地去除第一外延层；优选地，湿法腐蚀的刻蚀剂为强氧化剂、强无机酸和弱有机酸的组合；优选地，强氧化剂为硝酸、双氧水、臭氧、高氯酸，强无机酸为氢氟酸、盐酸、硫酸，弱有机酸为醋酸、草酸。
本发明还提供了一种体声波(BAW)谐振器，包括：
第一和第二外延层，依次堆叠在衬底上；
谐振腔，位于第一外延层中；
堆叠结构，包括下电极层、压电层和上电极层，位于谐振腔上方；
多个释放孔，联通谐振腔。
其中，下电极层和上电极层包括多个子电极图形；优选地，每个子电极图形为多边形，进一步优选地，多个释放孔位于多边形的侧边中心或者均匀分布；优选地，每个子电极图形为曲形，进一步优选地，多个释放孔在曲形边缘上均匀分布。
其中，第二外延层上具有种子层；任选地，在上电极层上具有钝化保护层；任选地，谐振腔中具有多个支撑柱。
其中，多边形的中心与边缘的垂直距离定义为R，相邻两个多边形的相邻释放孔的距离定义为d，相邻两个多边形之中以释放孔为圆形且以R为半径的圆的外切线距离定义为d’，满足2R+d’＝d；优选地，d’大于等于2微米。
其中，第二外延层与第一外延层材质不同，并优选地，第二外延层与衬底材质相同；任选地，第一外延层材质为SiGe、SiC、SiGeC、GaN、GaAlN、GaInN的任一种；任选地，下电极层和/或上电极层的材质为金属、金属合金、金属的导电氧化物、或金属的导电氮化物，优选地所述金属为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg的任一种或其组合；任选地，压电层材质为ZnO、AlN、BST(钛酸锶钡)、BT(钛酸钡)、PZT(锆钛酸铅)、PBLN(铌酸铅钡锂)、PT(钛酸铅)，并优选地采用稀土元素掺杂。
其中，优选地，种子层材质为AlN、HfN、HfAlN、TiN、TaN；优选地，种子层和压电层材质相同。
其中，钝化保护层材质为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氟氧化硅、氟碳化硅、金属氧化物(例如氧化铪、氧化锆、氧化铝)、金属氮化物(例如氮化铝、氮化钛、氮化钽)。
依照本发明的BAW谐振器及其制造方法，无需采用平坦化工艺而在衬底上的外延层中形成谐振空腔，改善了成膜质量，提高了谐振器品质。
本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。
附图说明
以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：
图1显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图2显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图3显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图4显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图5A和图5B分别显示了图4中掩模图形的一个示例的顶视图和局部放大图；
图6A和图6B分别显示了图4中掩模图形的另一示例的顶视图和局部放大图；
图7显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图8A和图8B分别显示了图7中下电极的不同示例的顶视图；
图9显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图10显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图11显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图12显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图13显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的剖视图；
图14A和图14B分别显示了图13中释放孔的不同示例的顶视图；以及
图15显示了根据本发明实施例的谐振器的剖视图。
具体实施方式
以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果，公开了改善了成膜质量并提高了谐振器品质的BAW谐振器及其制备方法。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种器件结构。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构的空间、次序或层级关系。
如图1所示，提供衬底10，材质可以是体Si或绝缘体上硅(SOI)或者体Ge、GeOI以与CMOS工艺兼容并与其他数字、模拟电路集成，也可以是用于MEMS、光电器件、功率器件的化合物半导体例如GaN、GaAs、SiC、InP、GaP等，进一步优选地，衬底10是单晶材料。
如图2所示，依次在衬底10上形成第一外延层11和第二外延层12。例如，采用PECVD、UHVCVD、HDPCVD、MOCVD、MBE、ALD、磁控溅射、热蒸发等工艺，在衬底10上依次外延生长材质不同的第一外延层11和第二外延层12。在本发明一个优选实施例中，第一外延层11材质与衬底10相同或相近(也即晶格常数相同或差异较小、较匹配)，诸如SiGe、SiC、SiGeC、GaN、GaAlN、GaInN等。在本发明一个优选实施例中，第二外延层12的材质与第一外延层11材质不同，优选地与衬底10材质相同，例如第二外延层12为单晶Si、单晶Ge等。第一外延层11后续将作为牺牲层而用于形成谐振腔，第二外延层12则作为机械支撑层。
如图3所示，在第二外延层12上形成底部电极层。采用PECVD、UHVCVD、HDPCVD、MOCVD、MBE、ALD、磁控溅射、热蒸发等工艺，在第二外延层12上形成下电极层14，并优选地在下电极层14之前进一步在第二外延层12上形成种子层13以改善电极层14与上方压电层的晶向。在本发明一个优选实施例中，种子层13为晶格常数介于第二外延层12与下电极层14之间的材料。例如，种子层13为AlN、HfN、HfAlN、TiN、TaN等，且优选地同时可以用作防止下电极金属材料向下迁移的阻挡层以避免影响谐振腔顶部以及与下方膜层例如外延层或衬底表面之间的界面状态；下电极层14材质为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg等金属单质或金属合金，或者这些金属的导电氧化物、导电氮化物，以及上述材料的任意组合。
如图4所示，在下电极层14上形成掩模图形15。在本发明一个优选实施例中，掩模图形15是光刻胶图形，例如通过喷涂、旋涂、丝网印刷等工艺形成光刻胶层，经过曝光、显影、烘烤硬化等工序，形成了软质的掩模图形。在本发明其他优选实施例中，掩模图形14是硬掩模，例如通过CVD、PVD工艺形成氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等单层或多层硬质绝缘材料并通过光刻/刻蚀工艺图形化。如图4所示，在本发明一个优选实施例中掩模图形15具有垂直侧壁，相邻的掩模图形15之间具有空隙15H以暴露下电极层14。而在本发明的另外实施例中，由于制备掩模的工艺限制，掩模图形15通常将具有上窄下宽的倾斜侧壁，例如侧壁与水平面之间夹角为80至90度(±1度)。优选地，空隙15H的尺寸与掩模图形15相近或更大，以在后续工艺中为下方的谐振腔提供更好的机械支撑力。
在本发明一个优选实施例中，掩模图形15为矩阵分布的多边形。如图5A所示为图4中掩模图形15的分布顶视图，图5B为其中相邻两个掩模图形的局部放大图。图6A为图4中掩模图形15的另一分布顶视图，而图6B为其中相邻两个掩模图形的局部放大图。如图所示，掩模图形15由矩阵分布的多个多边形构成，且优选地相邻行或列的子掩模多边形相互交错或错位、偏移。任选地，每个子掩模的多边形可以是图5A、5B中所示的五边形，也可以是图6A、图6B中所示的四边形，此外还可以是三角形、六边形、八边形、十二边形等等。优选地，每个子掩模为正多边形以提高后续工艺的空间对称性从而提高薄膜质量，但是也可以是非正多边形。此外，虽然图中示出掩模图形为外凸的多边形，但是在其他实施例中也可以是星形、花形等凹多边形，还可以是圆、椭圆等曲形。任选地，在子掩模的多边形的每个侧边上还具有至少一个突起15P，其优选地居中分布或均匀分布，该突起将对应于在后续工艺中作为施加腐蚀液以去除部分第一外延层的释放孔的位置。如图5B、图6B所示，子掩模图形中心(质心)与各边中心的垂直距离定义为R，相邻两个突起15P之间的距离定义为d，相邻掩模图形中以突起为中心且以R为半径的圆(虚线所示)的外切线距离定义为d’，也即2R+d’＝d，该距离d’将决定后续工艺中剩余的第一外延层11所形成的机械支撑结构的尺寸。在本发明一个优选实施例中，d’大于等于2微米，例如大于等于5微米，优选地大于等于10微米，以提供充分的机械支撑。
如图7所示，以掩模图形15为掩模，依次各向异性刻蚀下电极层14和种子层13，形成了下电极台阶结构，相邻的下电极台阶之间具有间隙14H以暴露第二外延层12。刻蚀工艺例如是等离子干法刻蚀、反应离子刻蚀(RIE)等，刻蚀气体例如Cl2、HCl、Br2、HBr、CF4、CHF3、CH2F2、CH3F等等。之后去除掩模图形15，例如通过氧等离子干法刻蚀也即灰化工艺，或者通过有机溶剂(丙酮等)湿法去除。由此形成的器件结构的顶视图如图8A、图8B所示，在多边形阵列的下电极台阶的侧壁也同样具有突起14P。
如图9所示，在下电极图形14上形成压电层16。例如采用PECVD、UHVCVD、HDPCVD、MOCVD、MBE、ALD、磁控溅射、热蒸发等工艺，形成压电层16并通过刻蚀而图形化，也即压电层图形16并未覆盖整个第二外延层12。压电层16材料例如ZnO、AlN、BST(钛酸锶钡)、BT(钛酸钡)、PZT(锆钛酸铅)、PBLN(铌酸铅钡锂)、PT(钛酸铅)等陶瓷材料，且优选地，压电层16中掺杂稀土元素，例如包含钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)及镥(Lu)的任一种及其组合，以提高压电系数。在本发明一个优选实施例中，压电层16采用Sc掺杂，或Sc与Yb混合掺杂，或Sc与Gd混合掺杂，或者Sc、Yb、Sm混合掺杂。在本发明一个优选实施例中，压电层16的材质与种子层13相同，例如均为AlN，由此进一步提高了薄膜质量。
如图10所示，在压电层16上形成上电极层17。与下电极14类似，用PECVD、UHVCVD、HDPCVD、MOCVD、MBE、ALD、磁控溅射、热蒸发等工艺形成上电极17，其材质为Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg等金属单质或金属合金，或者这些金属的导电氧化物、导电氮化物，以及上述材料的任意组合。优选地，上电极17并未覆盖整个第二外延层12，而是在边缘留下了暴露的第二外延层，用于后续工艺提供充分的机械支撑。
如图11所示，图形化上电极层17以形成上电极图形。例如在上电极层17上涂覆光刻胶并曝光、显影、烘烤而形成光刻胶图形，以光刻胶图形为掩模刻蚀层17而形成分立的上电极图形。光刻/刻蚀的掩模版图与前述掩模图形15相同，也即如图5A-8B所示，使得上电极图形17与下电极14均为具有突起的多边形。此后去除光刻胶图形，相邻的上电极图形17之间的间隙暴露了压电层16，而器件周边区的第二外延层12上并未形成上电极图形17。
如图12所示，在上电极图形17和压电层16上形成钝化保护层18。例如，采用PECVD、UHVCVD、HDPCVD、ALD、磁控溅射、热蒸发等工艺，形成绝缘材质的钝化保护层18，用于在后续刻蚀工艺期间保护上电极17免受刻蚀剂损伤,并防止电极图形17氧化。在本发明一个优选实施例中，根据部分去除第一外延层11的刻蚀剂种类而选择钝化保护层材质，例如其可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氟氧化硅、氟碳化硅、金属氧化物(例如氧化铪、氧化锆、氧化铝)、金属氮化物(例如氮化铝、氮化钛、氮化钽)。
如图13所示，依次刻蚀钝化保护层18、上电极图形17、压电层16、下电极图形14、种子层13、第二外延层12，形成释放孔12H，直至暴露第一外延层11。例如涂覆光刻胶之后，经过曝光、显影、烘烤工序形成光刻胶图形，以光刻胶图形为掩模，采用各向异性(例如等离子干法刻蚀或RIE)依次刻蚀各个层，直至暴露第一外延层11。如图14A和图14B所示，释放孔12H的位置与图5A-8B中突起的位置相对应，也即多个释放孔12H与位于每个子上电极图形17/下电极图形14各边中部的突起在平视图中重合。
如图15所示，通过释放孔12H施加腐蚀液，采用湿法腐蚀工艺去除第一外延层11的至少一部分，而在下电极14下方留下谐振空腔11A。如图15所示，谐振空腔11A中留下了多个机械支撑结构11S，其位于相邻电极图形之间的空隙下方，上方通过第二外延层12而支撑了压电层16、钝化保护层18，而横向方向上则通过第二外延层12的剩余部分支撑了上方的种子层13、下电极14、压电层16、上电极17。在本发明一个优选实施例中，衬底10、第二外延层12为Si，第一外延层11为SiGe，采用湿法腐蚀，腐蚀液为强氧化剂、强无机酸和弱有机酸的组合以提高SiGe与Si的刻蚀选择比。其中强氧化剂为硝酸、双氧水、臭氧、高氯酸，强无机酸为氢氟酸、盐酸、硫酸，弱有机酸为醋酸、草酸，例如强氧化剂为30～50份，强无机酸为0.5～2份，弱有机酸为1～4份，溶剂水为40～70份(均为体积比)。例如，对于单晶Si0.8Ge0.2和Si，可以采用40:1:2:57的HNO3(70％):HF(49％):CH3COOH(99.9％):H2O，从而实现300:1的选择比。
此后，形成金属接触以电连接上电极17和下电极14。最终形成的器件结构如图15所示，在衬底10上具有第一外延层11和第二外延层12，谐振腔11A形成在第一外延层11中，多个支撑柱11S位于谐振腔11A中，谐振腔11A上方具有种子层13、下电极图形14、压电层16、上电极图形17、钝化保护层18，多个释放孔12H贯穿种子层13、下电极图形14、压电层16、上电极图形17、钝化保护层18直至联通谐振腔11A，在平视图中释放孔12H位于上电极图形17/下电极图形14的多边形子电极图形的侧边中心。
由于上述工艺过程中，并未采用CMP工艺平坦化谐振腔内填充的牺牲层，而是直接刻蚀形成暴露外延层的释放孔，利用不同外延层的高刻蚀选择比采用湿法工艺形成空腔，减少了传统干法刻蚀工艺对谐振器表面的损伤，并利用外延层11、12提高了与上方种子层13、下电极14之间的界面质量，有效提高了器件性能和可靠性。
依照本发明的BAW谐振器及其制造方法，无需采用平坦化工艺而在衬底上的外延层中形成谐振空腔，改善了成膜质量，提高了谐振器品质。
尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对器件结构做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的器件结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。

Claims (24)

1.一种体声波(BAW)谐振器制造方法，包括：
在衬底上形成第一外延层和第二外延层；
在第二外延层上形成下电极层、压电层和上电极层；
刻蚀形成多个释放孔，暴露第一外延层；
通过多个释放孔，至少部分地去除第一外延层，形成谐振腔；其中，下电极层和上电极层包括多个子电极图形，每个子电极图形为多边形，多边形的中心与边缘的垂直距离定义为R，相邻两个多边形的相邻释放孔的距离定义为d，相邻两个多边形之中以释放孔为圆形且以R为半径的圆的外切线距离定义为d’，满足2R+d’＝d。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，多个释放孔位于多边形的侧边中心或者均匀分布。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，d’大于等于2微米。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，第二外延层与第一外延层材质不同。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，第二外延层与衬底材质相同。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，第一外延层材质为SiGe、SiC、SiGeC、GaN、GaAIN、或GaInN的任一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，下电极层和/或上电极层的材质为金属、金属合金、金属的导电氧化物、或金属的导电氮化物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述金属为Mo、W、Ru、AI、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、FE、或Mg的任一种或其组合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，压电层材质为ZnO、AIN、BST(钛酸锶钡)、BT(钛酸钡)、PZT(锆钛酸铅)、PBLN(铌酸铅钡锂)、或PT(钛酸铅)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述压电层采用稀土元素掺杂。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，形成第二外延层之后、形成下电极层之前进一步包括，在第二外延层上形成种子层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，种子层材质为AIN、HfN、HfAIN、TiN、或TaN。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，种子层和压电层材质相同。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，形成上电极层之后、形成多个释放孔之前进一步包括，在上电极层上形成钝化保护层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，钝化保护层材质为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氟氧化硅、氟碳化硅、金属氧化物、或金属氮化物。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述金属氧化物为氧化铪、氧化锆、氧化铝，所述金属氮化物为氮化铝、氮化钛、或氮化钽。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，采用湿法腐蚀至少部分地去除第一外延层。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，湿法腐蚀的刻蚀剂为强氧化剂、强无机酸和弱有机酸的组合。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，强氧化剂为硝酸、双氧水、臭氧、或高氯酸，强无机酸为氢氟酸、盐酸、硫酸，弱有机酸为醋酸、或草酸。
20.一种体声波(BAW)谐振器，包括：
第一和第二外延层，依次堆叠在衬底上；
谐振腔，位于第一外延层中；
堆叠结构，包括下电极层、压电层和上电极层，位于谐振腔上方；
多个释放孔，联通谐振腔；
其中，下电极层和上电极层包括多个子电极图形，每个子电极图形为多边形，多边形的中心与边缘的垂直距离定义为R，相邻两个多边形的相邻释放孔的距离定义为d，相邻两个多边形之中以释放孔为圆形且以R为半径的圆的外切线距离定义为d’，满足2R+d’＝d。
21.根据权利要求20所述的BAW谐振器，其中，多个释放孔位于多边形的侧边中心或者均匀分布。
22.根据权利要求20所述的BAW谐振器，其中，第二外延层上具有种子层。
23.根据权利要求20所述的BAW谐振器，其中，在上电极层上具有钝化保护层。
24.根据权利要求20所述的BAW谐振器，其中，谐振腔中具有多个支撑柱。
CN202010638601.0A 2020-07-06 2020-07-06 一种新的体声波谐振器及其制造方法 Active CN111769809B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010638601.0A CN111769809B (zh) 2020-07-06 2020-07-06 一种新的体声波谐振器及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010638601.0A CN111769809B (zh) 2020-07-06 2020-07-06 一种新的体声波谐振器及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111769809A CN111769809A (zh) 2020-10-13
CN111769809B true CN111769809B (zh) 2024-02-20

Family

ID=72723732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010638601.0A Active CN111769809B (zh) 2020-07-06 2020-07-06 一种新的体声波谐振器及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111769809B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112916058B (zh) * 2021-01-20 2022-04-29 天津大学 用于微纳米粒子分选的声学微流控装置
FR3130102B1 (fr) * 2021-12-06 2024-01-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif à onde acoustique de volume et procédé de réalisation d’un tel dispositif

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110289824A (zh) * 2019-05-22 2019-09-27 杭州左蓝微电子技术有限公司 薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN209787132U (zh) * 2019-04-08 2019-12-13 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 体声波谐振器
CN110995196A (zh) * 2019-12-05 2020-04-10 瑞声科技(新加坡)有限公司 谐振器的制备方法和谐振器
CN111245393A (zh) * 2019-12-04 2020-06-05 诺思(天津)微系统有限责任公司 体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11070184B2 (en) * 2016-03-11 2021-07-20 Akoustis, Inc. Piezoelectric acoustic resonator manufactured with piezoelectric thin film transfer process

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN209787132U (zh) * 2019-04-08 2019-12-13 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 体声波谐振器
CN110289824A (zh) * 2019-05-22 2019-09-27 杭州左蓝微电子技术有限公司 薄膜体声波谐振器及其制备方法
CN111245393A (zh) * 2019-12-04 2020-06-05 诺思(天津)微系统有限责任公司 体声波谐振器及其制造方法、滤波器及电子设备
CN110995196A (zh) * 2019-12-05 2020-04-10 瑞声科技(新加坡)有限公司 谐振器的制备方法和谐振器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111769809A (zh) 2020-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111162746B (zh) 一种体声波谐振器的平坦压电层结构及制作工艺
WO2022017486A1 (zh) 可调式谐振器及其制造方法
CN112087209B (zh) 谐振器制造方法
CN112117986B (zh) 谐振器制造方法
CN111769809B (zh) 一种新的体声波谐振器及其制造方法
CN112039469B (zh) 一种薄膜体声波谐振器的制造方法
CN111092604B (zh) 一种体声波谐振器的空腔结构及制造方法
US20150280679A1 (en) Acoustic resonator with planarization layer and method of fabricating the same
CN111510092B (zh) 体声波谐振器及其制造方法
CN112071975B (zh) 平坦化fbar谐振器制备方法
CN112087217B (zh) Q值提升的fbar谐振器制造方法
JP2024533898A (ja) バルク音響共振器及びその製造方法、フィルタ、電子機器
WO2022063053A1 (zh) 谐振器制造方法及谐振器
CN112332793A (zh) 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法和滤波器
TWI797693B (zh) 體聲波共振器及其形成方法
WO2022001860A1 (zh) 体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备
CN112117988B (zh) 体声波谐振器及其制造方法、滤波器、电子设备
JP7111406B2 (ja) 薄膜バルク音響波共振器の作製方法
CN110635776B (zh) 谐振器及其制造方法
WO2022063149A1 (zh) Fbar谐振器制造方法
WO2022228486A1 (zh) 体声波谐振器及制造方法、滤波器及电子设备
CN111769814B (zh) 封装结构及其制造方法
CN111446940B (zh) 堆栈式体声波谐振器及其制造方法
CN117176101A (zh) 一种体声波谐振器及其制备方法、滤波器和电子设备
CN111555728B (zh) 三维体声波谐振器及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant