CN112087209B - 谐振器制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种谐振器制造方法，包括：在衬底上形成牺牲层图形；在牺牲层图形上形成下电极；在下电极上形成第二牺牲层图形；在第二牺牲层图形和下电极上形成压电层和上电极；刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极形成暴露衬底的通孔；在通孔中形成第三牺牲层图形；去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下多个气隙。依照本发明的谐振器制造方法，利用图形化的多个牺牲层同时形成谐振腔和多个气隙以完全包围谐振腔，最大化抑制了声波能量损失，有效提高了Q值。
Description
技术领域
本发明涉及一种谐振器制造方法，特别是一种具有多个气隙的谐振器的制造方法。
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。
在传统的制造工艺中，为了改善谐振器的性能例如提高Q值，通常需要将谐振器单元结构在顶部和底部形成空气腔隔离，例如在顶部电极与压电层之间留下气隙、而在顶电极上方进一步形成环形突起(Outie，OT)结构，通过控制气隙或突起的形貌尺寸而调节器件的性能。为此，需要采用多重掩模而多次光刻-刻蚀处理，加工难度大，加工精度低，不利于器件性能的整体提高。
另一方面，传统的器件和工艺仅能在顶部电极上方形成气隙，而声波能量同样可以顺着压电层或下电极在水平面上从侧面泄漏，或者在谐振腔与衬底之间的边界处泄漏，因此无法最大化抑制声波能量损失，Q值提升有限。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服以上技术障碍而提供一种高效低成本制造具有多个气隙的谐振器的方法。
本发明提供了一种谐振器制造方法，包括：
在衬底上形成牺牲层图形；
在牺牲层图形上形成下电极；
在下电极上形成第二牺牲层图形；
在第二牺牲层图形和下电极上形成压电层和上电极；
刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极形成暴露衬底的通孔；
在通孔中形成第三牺牲层图形；
去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下多个气隙。
其中，形成牺牲层图形的步骤包括：
在衬底上形成牺牲层；
在牺牲层上形成光刻胶图形；
修饰光刻胶图形以缩减尺寸；
以光刻胶图形为掩模刻蚀形成牺牲层图形。
其中，牺牲层图形包括中心部分，在中心部分外侧的环形突起部分，以及在环形突起部分外侧的环形边缘部分；优选地，环形突起部分的厚度大于中心部分的厚度，中心部分的厚度大于环形边缘部分的厚度，任选地下电极的厚度大于环形边缘部分的厚度且小于环形突起部分的厚度。
其中，形成第二牺牲层图形的步骤进一步包括：
在下电极上形成第二牺牲层；
平坦化第二牺牲层直至暴露下电极的中心部分。
其中，形成第三牺牲层图形的步骤进一步包括：
在通孔和上电极上形成牺牲材料；
平坦化牺牲材料直至暴露上电极顶部。
其中，去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形的步骤进一步包括：
在上电极上形成第二上电极；
在第二上电极上形成介质层；
刻蚀介质层、第二上电极、上电极直至暴露压电层，留下第一气隙；
采用各向同性湿法腐蚀去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下第二气隙和第三气隙。
其中，第一气隙在牺牲层图形的边缘上方，任选地第二气隙在下电极和衬底之间，任选地第三气隙具有在压电层和下电极之间的第一部分、在第一部分外在压电层和下电极侧面垂直延伸的第二部分、以及在第二部分外在压电层和下电极之间水平延伸的第三部分。
其中，形成下电极之前进一步包括在衬底上形成种子层。
其中，形成暴露衬底的通孔的步骤进一步包括：
在上电极上形成硬掩模图形；
以硬掩模图形为掩模依次刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极直至暴露衬底。
其中，牺牲层图形、第二牺牲层图形或第三牺牲层图形的材质为氧化物，优选地为LPCVD、APCVD、PECVD等低温工艺(沉积温度低于700摄氏度，优选300至600摄氏度)或热氧化工艺制造的氧化硅基材料，诸如掺硼氧化硅(BSG)、掺磷氧化硅(PSG)、未掺杂氧化硅(USG)、多孔氧化硅；任选地，牺牲层图形为对绝缘体上半导体衬底刻蚀去除顶部半导体层之后剩余的埋氧层。
其中，上电极的尺寸大于牺牲层图形的尺寸。
其中，种子层材质为金属氮化物例如AlN、HfN、HfAlN、TiN、TaN。
其中，下电极、上电极、第二上电极的材料为选自Mo、W、Ru、Al、Cu、Ti、Ta、In、Zn、Zr、Fe、Mg的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。
其中，采用LPCVD、PECVD、UHVCVD、HDPCVD、MOCVD、MBE、ALD、磁控溅射、热蒸发的工艺形成压电层，材质为选自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)的压电陶瓷材料；且优选地，压电层中掺杂稀土元素，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。
依照本发明的谐振器制造方法，利用图形化的多个牺牲层同时形成谐振腔和多个气隙以完全包围谐振腔，最大化抑制了声波能量损失，有效提高了Q值。
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至图14显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺各个阶段的剖视图；以及
图15显示了根据本发明实施例的谐振器制造工艺的流程图。
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，公开了高效低成本制造具有多个气隙的谐振器的方法。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、图15所示，在衬底10上形成(第一)牺牲层11。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，且最佳地，衬底10具有低浓度掺杂或者不掺杂从而具有高电阻。与传统的谐振器制造工艺不同，本发明的制造工艺中不必在衬底10中刻蚀谐振腔，因而避免了刻蚀工艺增多衬底表面缺陷。牺牲层11的沉积工艺可以为LPCVD、APCVD、PECVD等低温工艺(沉积温度低于700摄氏度，优选300至600摄氏度)，材质为氧化硅基材料，诸如掺硼氧化硅(BSG)、掺磷氧化硅(PSG)、未掺杂氧化硅(USG)、多孔氧化硅等等。在本发明其他实施例中，牺牲11为热氧化工艺制造，或者是SOI、GeOI等绝缘体上半导体衬底剥离了顶部半导体薄层之后暴露的埋氧层。牺牲层11的初始(第一)厚度为a，例如50-5000nm，其决定了未来要形成的谐振腔的环形突起的高度。
如图2至图4、图15所示，刻蚀牺牲层11形成牺牲层图形。首先，如图2所示，在牺牲层11上涂覆光刻胶并曝光显影得到光刻胶图形12，以光刻胶图形12为掩模各向异性刻蚀牺牲层11而得到牺牲层图形，其包括被光刻胶图形12所覆盖的具有厚度a的(第一)中心部分11A，以及未被光刻胶图形12覆盖的具有(第二)厚度b的(第二)边缘部分11B。厚度b小于a，例如厚度b为10-2000nm，其决定了未来谐振腔环形周缘的高度。各向异性刻蚀工艺例如等离子体干法刻蚀或反应离子刻蚀，刻蚀气体例如碳氟基刻蚀气体，诸如CF4、CHF3、CH2F2、CH3F等等，也可以采用Cl2、HCl、Br2、HBr等其他卤素基气体，并可以进一步包括氧化性气体以调节刻蚀速度、去除残渣。
随后任选地，如图3所示，采用曝光显影或激光烧蚀等工艺，修饰光刻胶图形12例如缩减尺寸以获得第二光刻胶图形12’，并以第二光刻胶图形12’为掩模再次各向异性刻蚀牺牲层图形，得到的图形包括中心部分11A’和边缘部分11B’，两者厚度分别是a和b’，b’小于等于b例如为5-1000nm。图3所示工艺用于使得牺牲层图形向器件中心缩进，以在相邻器件单元之间留下足够的划片分割区域。
如图4所示，去除一部分光刻胶图形而留下第三光刻胶图形12”，以第三光刻胶图形12”为掩模刻蚀牺牲层图形的中心部分，最终得到的牺牲层图形包括中心部分11C、在中心部分外围的环形突起部分11A’、以及在最外侧的环形边缘部分11B’。中心部分11C对应于未来谐振腔的主体部分以控制器件谐振性能，其厚度为c，优选地a>c>b’,c例如为8-1500nm。环形突起部分11A’对应于未来谐振腔的拱起部分以降低声波边缘散射、会聚声波能量，其厚度保持牺牲层原始厚度a。环形边缘部分11B’对应于未来谐振腔的边缘以减小边缘电场、避免能量外溢，其厚度为b’。通过湿法腐蚀或干法灰化等工艺，去除光刻胶图形12”。如此将传统的位于上电极顶部的环形突起结构形成在下电极处，可以用较少的光刻版形成器件所需要的OT(outie)结构，OT结构对于提升器件的Q值有很大的帮助。
如图5、图15所示，在衬底10和牺牲层图形上形成下电极13。例如采用磁控溅射、热蒸发、MOCVD等，在衬底10和牺牲层图形之上形成下电极13，其材质例如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。下电极在中心的部分标记为13A。优选地，在形成下电极13之前可以进一步在牺牲层图形和衬底上形成衬垫层或种子层(未示出)，其材质与未来将要形成的下电极或压电层相同或相近，用于提高下电极边缘处的外延生长质量且提高与下电极之间的粘附力。沉积工艺例如磁控溅射、热蒸发、MOCVD等。在本发明一个优选实施例中，衬垫层或种子层材质为金属氮化物，例如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。如图5中所示，下电极具有厚度d，d大于b且小于a。
如图6、图7、图15所示，在下电极上形成第二牺牲层图形。如图6所示，在下电极13上形成第二牺牲层14，其材质和工艺与牺牲层11相同。接着如图7中所示，对第二牺牲层14进行平坦化，例如采用回刻蚀或CMP，直至暴露下电极的中心部分13A的顶部。第二牺牲层在下电极边缘部分上具有保留图形14’，其对应于未来谐振腔上电极下方的空气隙，因此牺牲层图形的突起部分11A’与外围部分11B’的高度差影响了气隙的厚度。
如图8、图15所示，在下电极13和第二牺牲层图形14’上形成压电层15和上电极16。例如采用LPCVD、PECVD、UHVCVD、HDPCVD、MOCVD、MBE、ALD、磁控溅射、热蒸发等工艺形成压电层15，材质例如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)等压电陶瓷材料；且优选地，压电层15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。在压电层15上形成上电极16，其材质和工艺与下电极13相同或相近。
如图9、图15所示，刻蚀上电极16、压电层15、第二牺牲层图形14’、下电极13，形成暴露衬底10的通孔。如图所示，优选地先在上电极16上沉积硬掩模17，其材质例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，沉积工艺例如PECVD、HDPCVD、MBE、ALD等等。旋涂、曝光、显影形成光刻胶图形(未示出)，以光刻胶图形为掩模刻蚀硬掩模17形成硬掩模图形，然后以该硬掩模图形为掩模，采用各向异性的刻蚀工艺例如等离子体干法刻蚀或反应离子刻蚀，依次向下刻蚀上电极16、压电层15、第二牺牲层图形14’、下电极13，直至暴露衬底10表面，形成的通孔17A位于第一牺牲层图形的环形边缘部分11B’的外侧。
如图10、图15所示，在通孔17A中形成第三牺牲层图形18。例如采用PECVD、HDPCVD、MBE、ALD等工艺在整个器件上沉积牺牲材料，诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等等，完全填充通孔17A并优选地进一步沉积在上电极16上。随后采用回刻蚀或CMP等平坦化工艺处理牺牲层材料，直至暴露上电极16顶部，使得第三牺牲层图形18顶部与上电极16顶部齐平。虽然图10中示出第三牺牲层图形18为实心结构，但是受限于沉积工艺在深宽比大的通孔17A中填充率较低，第三牺牲层图形18可能因为牺牲层材料过早闭合而内部留有气泡或间隙(未示出)。
如图11-14、图15所示，去除牺牲层图形11、第二牺牲层图形14’、第三牺牲层图形18，留下多个气隙完全包围了谐振器。
具体地，如图11所示，在上电极16和第三牺牲层图形18上进一步优选地形成第二上电极16B，其工艺和材质可以与上电极16相同或相近，由此导电材料在第三牺牲层图形18的顶部附近完全包围了其顶表面和一部分侧面也即三面包围，用作最终器件的电极引出区，且增厚的上电极堆叠可以有效降低接触电阻，提高谐振器性能。
如图12所示，在第二上电极16B上形成介质层15B，沉积工艺例如PECVD、HDPCVD、MBE、ALD等，材料例如氧化物、氮化物、氮氧化物等等，诸如氧化硅、氮化硅、氮化铝等等，用于钝化保护上电极堆叠。
如图13所示，在整个器件上旋涂光刻胶并曝光显影形成光刻胶图形19，以光刻胶图形19为掩模依次刻蚀介质层15B、第二上电极16B、上电极16直至暴露压电层15，形成在牺牲层图形边缘附近上方的第二通孔19A用作上电极结构周围的第一气隙，同时也将谐振器的主体结构与焊垫引出区域分隔开，有效避免了声波能量的泄漏。随后可以通过湿法腐蚀或干法灰化去除光刻胶图形19。
如图14所示，采用各向同性的湿法腐蚀工艺，诸如针对氧化硅基材料采用HF基腐蚀液例如dHF(稀释HF)、dBOE(缓释刻蚀剂，HF与NH4F的混合物)，同时去除牺牲层图形11、第二牺牲层图形14’和第三牺牲层图形18，留下第二气隙和第三气隙，用于调节器件边缘的声波反射性能，降低能耗、提高Q值。第二气隙位于下电极13与衬底10之间，用作器件的谐振腔，包括中心部分19B3、中部环形突起19B1、以及最外侧的环形边缘19B2，其高度分别为前述c、a、b’。第三气隙19C对应于第二牺牲层图形14’和第三牺牲层图形18占据的空间，如图14所示具有在压电层15与下电极13之间向内凹陷的第一部分用于减少声波在谐振腔边界处的泄漏，在第一部分外侧、压电层15和下电极13侧面垂直延伸的第二部分用于减少声波在压电层和下电极侧端面的泄漏，以及在第二部分外侧位于压电层15和下电极13之间向外延伸的第三部分用于减少相邻谐振器单元之间的串扰或者减小划片区域应力以避免损伤。
依照本发明的谐振器制造方法，利用图形化的多个牺牲层同时形成谐振腔和多个气隙以完全包围谐振腔，最大化抑制了声波能量损失，有效提高了Q值。
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 (9)
1.一种谐振器制造方法，包括：
在衬底上形成牺牲层图形，衬底中无刻蚀谐振腔，牺牲层图形具有边缘部分、中心部分、以及在中心部分外围的环形突起部分,其中，边缘部分的厚度为b,中心部分的厚度为c,环形突起部分的厚度为a,且a>c>b；
在牺牲层图形上形成下电极，下电极的厚度为d,且d大于b小于a；
在下电极上形成第二牺牲层图形；
在第二牺牲层图形和下电极上形成压电层和上电极；
刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极形成暴露衬底的通孔；
在通孔中形成第三牺牲层图形；
去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下多个气隙。
2.根据权利要求1的谐振器制造方法，形成牺牲层图形的步骤包括：
在衬底上形成牺牲层；
在牺牲层上形成光刻胶图形；
修饰光刻胶图形以缩减尺寸；
以光刻胶图形为掩模刻蚀形成牺牲层图形。
3.根据权利要求1的谐振器制造方法，形成第二牺牲层图形的步骤进一步包括：
在下电极上形成第二牺牲层；
平坦化第二牺牲层直至暴露下电极的中心部分。
4.根据权利要求1的谐振器制造方法，形成第三牺牲层图形的步骤进一步包括：
在通孔和上电极上形成牺牲材料；
平坦化牺牲材料直至暴露上电极顶部。
5.根据权利要求1的谐振器制造方法，去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形的步骤进一步包括：
在上电极上形成第二上电极；
在第二上电极上形成介质层；
刻蚀介质层、第二上电极、上电极直至暴露压电层，留下第一气隙；
采用各向同性湿法腐蚀去除牺牲层图形、第二牺牲层图形、第三牺牲层图形，留下第二气隙和第三气隙。
6.根据权利要求5的谐振器制造方法，其中，第一气隙在牺牲层图形的边缘上方，第二气隙在下电极和衬底之间，第三气隙具有在压电层和下电极之间的第一部分、在第一部分外在压电层和下电极侧面垂直延伸的第二部分、以及在第二部分外在压电层和下电极之间水平延伸的第三部分。
7.根据权利要求1的谐振器制造方法，形成下电极之前进一步包括在衬底上形成种子层。
8.根据权利要求1的谐振器制造方法，形成暴露衬底的通孔的步骤进一步包括：
在上电极上形成硬掩模图形；
以硬掩模图形为掩模依次刻蚀上电极、压电层、第二牺牲层图形、下电极直至暴露衬底。
9.根据权利要求1的谐振器制造方法，其中，牺牲层图形、第二牺牲层图形或第三牺牲层图形的材质为氧化物，为LPCVD、APCVD、PECVD低温工艺或热氧化工艺制造的氧化硅基材料，包括掺硼氧化硅(BSG)、掺磷氧化硅(PSG)、未掺杂氧化硅(USG)、及多孔氧化硅其中的一种；牺牲层图形为对绝缘体上半导体衬底刻蚀去除顶部半导体层之后剩余的埋氧层。
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| CN113472307B (zh) * | 2021-04-29 | 2022-11-22 | 广州乐仪投资有限公司 | 压电mems硅谐振器及其形成方法、电子设备 |
| CN113852357B (zh) * | 2021-11-26 | 2022-02-18 | 深圳新声半导体有限公司 | 一种薄膜体声波谐振器结构及其制造方法 |
Citations (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1450719A (zh) * | 2002-04-11 | 2003-10-22 | 三星电机株式会社 | 薄膜体声波谐振器及其制造方法 |
| KR20040084478A (ko) * | 2003-03-28 | 2004-10-06 | 김수길 | 고주파용 박막 체적 탄성파 공진기 소자 및 그 제조 방법 |
| JP2005342817A (ja) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Sony Corp | 中空構造素子およびその製造方法ならびに電子機器 |
| JP2007208728A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびその製造方法 |
| JP2008236671A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振器及びその製造方法 |
| CN102035495A (zh) * | 2010-11-03 | 2011-04-27 | 李斌 | 基座、石英晶体谐振器及加工工艺 |
| CN103873010A (zh) * | 2014-03-17 | 2014-06-18 | 电子科技大学 | 一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| CN105680813A (zh) * | 2016-02-25 | 2016-06-15 | 锐迪科微电子（上海）有限公司 | 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法 |
| CN108512523A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-09-07 | 贵州中科汉天下微电子有限公司 | 压电声波器件的封装方法及封装结构 |
| CN108667437A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-10-16 | 中芯集成电路（宁波）有限公司 | 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法和电子装置 |
| CN109672419A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-04-23 | 中国科学院半导体研究所 | 一种体声波谐振器的结构及其制备方法 |
| CN109818591A (zh) * | 2017-11-20 | 2019-05-28 | 三星电机株式会社 | 声波谐振器 |
| CN109995342A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-09 | 中国科学院物理研究所 | 空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法 |
| CN110266285A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-09-20 | 武汉大学 | 一种微机械谐振器、其制备及频率微调校正方法 |
| CN110289825A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-09-27 | 贵州中科汉天下微电子有限公司 | 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法、滤波器以及双工器 |
| CN110798788A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-14 | 安徽奥飞声学科技有限公司 | 一种mems结构及其形成方法 |
| CN110995188A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 北京汉天下微电子有限公司 | 滤波器封装结构及其制造方法 |
| CN110994099A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 北京汉天下微电子有限公司 | 滤波器封装结构及其制造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4924993B2 (ja) * | 2006-08-25 | 2012-04-25 | 宇部興産株式会社 | 薄膜圧電共振器とその製造方法 |
| US9444428B2 (en) * | 2014-08-28 | 2016-09-13 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Film bulk acoustic resonators comprising backside vias |
| US10355659B2 (en) * | 2016-03-11 | 2019-07-16 | Akoustis, Inc. | Piezoelectric acoustic resonator manufactured with piezoelectric thin film transfer process |
| US10284168B2 (en) * | 2016-10-27 | 2019-05-07 | Avago Technologies International Sales Pte. Limited | Bulk acoustic wave resonator |
| US10601391B2 (en) * | 2016-11-15 | 2020-03-24 | Global Communication Semiconductors, Llc. | Film bulk acoustic resonator with spurious resonance suppression |
| US11476826B2 (en) * | 2017-01-17 | 2022-10-18 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Bulk acoustic wave resonator |
-
2020
- 2020-09-27 CN CN202011028944.1A patent/CN112087209B/zh active Active
Patent Citations (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1450719A (zh) * | 2002-04-11 | 2003-10-22 | 三星电机株式会社 | 薄膜体声波谐振器及其制造方法 |
| KR20040084478A (ko) * | 2003-03-28 | 2004-10-06 | 김수길 | 고주파용 박막 체적 탄성파 공진기 소자 및 그 제조 방법 |
| JP2005342817A (ja) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Sony Corp | 中空構造素子およびその製造方法ならびに電子機器 |
| JP2007208728A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびその製造方法 |
| JP2008236671A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振器及びその製造方法 |
| CN102035495A (zh) * | 2010-11-03 | 2011-04-27 | 李斌 | 基座、石英晶体谐振器及加工工艺 |
| CN103873010A (zh) * | 2014-03-17 | 2014-06-18 | 电子科技大学 | 一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| CN105680813A (zh) * | 2016-02-25 | 2016-06-15 | 锐迪科微电子（上海）有限公司 | 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法 |
| CN108512523A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-09-07 | 贵州中科汉天下微电子有限公司 | 压电声波器件的封装方法及封装结构 |
| CN109818591A (zh) * | 2017-11-20 | 2019-05-28 | 三星电机株式会社 | 声波谐振器 |
| CN108667437A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-10-16 | 中芯集成电路（宁波）有限公司 | 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法和电子装置 |
| CN109672419A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-04-23 | 中国科学院半导体研究所 | 一种体声波谐振器的结构及其制备方法 |
| CN109995342A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-09 | 中国科学院物理研究所 | 空气隙型薄膜体声波谐振器的制备方法 |
| CN110266285A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-09-20 | 武汉大学 | 一种微机械谐振器、其制备及频率微调校正方法 |
| CN110289825A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-09-27 | 贵州中科汉天下微电子有限公司 | 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法、滤波器以及双工器 |
| CN110798788A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-14 | 安徽奥飞声学科技有限公司 | 一种mems结构及其形成方法 |
| CN110995188A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 北京汉天下微电子有限公司 | 滤波器封装结构及其制造方法 |
| CN110994099A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 北京汉天下微电子有限公司 | 滤波器封装结构及其制造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 用于MEMS封装的深硅刻蚀工艺研究;唐滨;《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》;I135-109 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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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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