CN115987244A - 体声波谐振器及其制造方法 - Google Patents
体声波谐振器及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115987244A CN115987244A CN202310089147.1A CN202310089147A CN115987244A CN 115987244 A CN115987244 A CN 115987244A CN 202310089147 A CN202310089147 A CN 202310089147A CN 115987244 A CN115987244 A CN 115987244A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- dielectric layer
- piezoelectric
- aln
- forming
- 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.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 87
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 392
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 51
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 21
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 14
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LUKDNTKUBVKBMZ-UHFFFAOYSA-N aluminum scandium Chemical compound [Al].[Sc] LUKDNTKUBVKBMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- -1 polysilicon Chemical compound 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H03H9/173—Air-gaps
-
- 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
-
- 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
- H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
-
- 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
- H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
- H03H9/02031—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles consisting of ceramic
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
本申请涉及半导体器件领域，公开一种体声波(bulk acoustic wave,BAW)谐振器及其制造方法。该谐振器包括：衬底、设置于衬底上方的压电层、设置于压电层下方的第一电极、设置于压电层上方的第二电极、设置于衬底和压电层之间的第一介质层、第二介质层和第三介质层、以及设置于第三介质层和衬底之间的键合层。第一介质层设置于压电层下方并包括空腔。第三介质层设置于第一介质层下方，并包括朝向压电层突出的突出结构。第二介质层覆盖第三介质层，该第三介质层包括突出结构，第二介质层和第三介质层的突出结构构成围绕空腔的双壁边界结构。
Description
技术领域
本申请涉及半导体器件领域，特别涉及体声波(bulk acoustic wave,BAW)谐振器及其制造方法。
背景技术
体声波(BAW)谐振器是由压电材料制成的并设置于两个电极之间的薄膜所组成的器件。BAW谐振器通常采用半导体微加工技术制造。
BAW滤波器可以包括两个或以上的BAW谐振器。制造具有优良质量和性能的BAW滤波器和/或BAW谐振器是被期望的。由于BAW谐振器的质量和性能取决于在BAW谐振器中的压电薄膜的质量，因此需要改善用于形成压电薄膜的压电材料的质量。
发明内容
根据本发明的一个方面，体声波(BAW)谐振器包括：衬底、设置于衬底上方的压电层、设置于压电层下方的第一电极、设置于压电层上方的第二电极、设置于衬底和压电层之间的第一介质层、第二介质层和第三介质层、以及设置于第三介质层和衬底之间的键合层。第一介质层设置于压电层下方并包括空腔。第三介质层设置于第一介质层下方，并包括朝向压电层突出的突出结构。第二介质层覆盖第三介质层，该第三介质层包括突出结构，第二介质层和第三介质层的突出结构构成围绕空腔的双壁边界结构。
根据本发明的另一方面，体声波(BAW)谐振器的制造方法，包括：获得临时衬底；形成缓冲层于临时衬底；形成压电层于缓冲层；形成第一电极于压电层；形成第一介质层于压电层并覆盖第一电极；形成沟槽于第一介质层，沟槽围绕第一介质层的一部分；形成第二介质层于第一介质层和第一介质层中的沟槽；形成第三介质层于第二介质层，第三介质层填充于第一介质层的沟槽；形成键合层于第三介质层；经由键合层键合谐振器衬底至第三介质层；去除临时衬底和缓冲层以暴露压电层的表层；去除压电层的表层以获得变薄的压电层；形成第二电极于变薄的压电层；以及去除第一介质层的被沟槽包围的部分以形成空腔。
附图说明
结合在本申请中并构成其一部分的附图示出了所公开的实施例，并且与以下描述一起用于解释所公开的实施例。
图1A是本公开实施例的用于BAW滤波器的BAW谐振器的选定部分的俯视图；
图1B是图1A的BAW谐振器沿着图1A所示的A-A'截面线的剖视图；
图2是本公开实施例的图1A和图1B中BAW谐振器的制造过程的流程图；
图3A至图3Q是本公开实施例的在图2的过程中所形成的结构的剖视图。
具体实施方式
下面的文本结合附图中所示的特定实施例提供对本公开的详细描述。然而，这些实施例并不限制范围。本公开的保护范围覆盖了本领域普通技术人员在这些实施例的基础上对结构、方法或功能所做的改变。
为了便于展示本公开中的附图，某些结构或部分的尺寸可以相对于其他结构或部分放大。因此，本公开中的附图仅用于说明本公开的发明主题的基本结构。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的部件。
此外，文本中指示相对空间位置的术语，例如“顶”、“底”、“上”、“下”、“之上”、“之下”等，用于说明在描述图中描绘的单元或特征与其中的另一单元或特征之间的关系。指示相对空间位置的术语还可以指的是，在器件正在使用或运行时，除了附图中所示的位置之外的位置。例如，如果在图中显示的器件被翻转，被描述为位于另一个单元或特征“上方”或“下方”的单元将位于另一个单元或特征上方。因此，说明性术语“下方”可以包括上面和下面的位置。器件可以以其他方式定向(例如，旋转90度或面向另一个方向)，并且在文本中出现的与空间相关的描述性术语应该相应地解释。当一个部件或层被称为于另一个部件或层“上方”或“连接至”另一个部件或层时，它可以直接在另一个部件或层之上或直接连接到另一个部件或层，或者也可以有一个中间部件或层。
在体声波(BAW)谐振器的制造过程中，首先形成氧化硅层(可称为“缓冲层”)于衬底，沉积氮化铝籽晶层(AlN seed layer)于氧化硅层，以及依次沉积下电极、压电层和上电极于AlN籽晶层。从而，通过沉积来形成压电层于电极层。由于压电层与电极层之间的晶格匹配，初始沉积的压电层晶体质量相对较差，压电层的压电性能也相对较差。
本公开的实施例提供了一种BAW谐振器的制造方法，即是获得临时衬底，沉积缓冲层于临时衬底，并且沉积压电层于缓冲层。然后，形成第一电极于压电层，并依次形成第一、第二和第三介质层。第一、第二和第三介质层用于形成腔体边界结构和腔体牺牲层，并用于键合BAW谐振器的衬底。接着，形成非晶硅键合层以键合至衬底。之后，去除临时衬底、缓冲层和压电层的表层。然后，形成第二电极于压电层，通过去除牺牲层形成空腔。
上述制造方法使用键合和双面处理技术，这在选择电极和压电层的沉积时机和选择压电层的沉积衬底材料方面提供了灵活性。从而，为了获得高质量的压电层，可以选择合适的衬底材料。此外，由于双面处理技术的特殊特性，在衬底键合和去除临时衬底后，可以去除该压电层的晶体质量相对较差的压电层的初始沉积部分，即暴露压电层的初始沉积部分。这样，改善了BAW谐振器的压电层的质量，从而可以改善BAW谐振器和包括BAW谐振器的滤波器的性能。
图1A是本公开实施例的用于BAW滤波器的BAW谐振器10的选定部分的俯视图。图1B是图1A的BAW谐振器10沿着图1A所示的A-A'截面线的剖视图。
如图1A和1B所示，BAW谐振器10包括：谐振器衬底100、设置于谐振器衬底100上方的压电层140、设置于压电层140下方的第一电极500、设置于压电层140上方的第二电极700、设置于谐振器衬底100和压电层140之间的第一介质层210、第二介质层220和第三介质层230、以及设置于第三介质层230和谐振器衬底100之间的键合层200。第一介质层210设置于压电层140之下，并包括空腔1000。第三介质层230设置于第一介质层210之下，并包括从键合层200向压电层140突出的突出结构232。第二介质层220覆盖包括突出结构232的第三介质层230。第二介质层220和第三介质层230的突出结构232一起构成围绕空腔1000的双壁边界结构300。
第一介质层210可以由氧化硅形成。第一介质层210覆盖第一电极500的下表面的一部分和压电层140的下表面的一部分。第一电极500和压电层140的未被第一介质层210覆盖的部分对应于BAW谐振器10的空腔1000，空腔1000通过去除被第二介质层220包围的第一介质层210的一部分(称为“牺牲岛”)而形成。
第二介质层220可以由不能被氢氟酸蚀刻的非导电材料形成，例如多晶硅、非晶硅、氮化硅、氮化铝、氮化镓、氮化钽或这些材料中的两种或以上的堆叠组合。第二介质层220设置于第三介质层230和第一介质层210之间，并包围空腔1000。第二介质层220在空腔1000的侧壁处的一部分构成双壁边界结构300的一部分，其定义空腔1000。构成双壁边界结构300的部分的第二介质层220的部分的顶部与压电层140的一部分和第一电极500的一部分接触。双壁边界结构300围绕BAW谐振器10的工作区域，其中第一电极500和第二电极700部分重叠。
第三介质层230设置于第二介质层220的远离面向压电层140的侧面。第三介质层230填充于双壁边界结构300的双侧壁之间。第三介质层230远离第二介质层220的表面被平坦化，以用作通过键合层200键合到谐振器衬底100的键合表面。第三介质层230可以由氧化硅、氮化硅、氮化铝以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。
键合层200可以由非晶硅形成，并且可以具有从大约3nm到大约50nm的厚度范围。非晶硅键合层200位于谐振器衬底100和第三介质层230之间。非晶硅键合层200沉积于第三介质层230的平坦表面，并键合到谐振器衬底100。当第三介质层230的表面层由氧化硅形成并且谐振器衬底100由单晶硅形成时，非晶硅键合层消除了在氧化硅-单晶硅界面处形成的意外导电通道，并提高了谐振器的品质因数Q和滤波器性能。
在一些实施例中，谐振器衬底100可以由硅形成。换句话说，谐振器衬底100可以是硅晶片。在另一些实施例中，谐振器衬底100可包括：面向键合层200并由硅形成的表面层，以及由氧化硅、蓝宝石(氧化铝Al2O3)、氮化镓、碳化硅、氮化铝、氮化硅或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成的主体。
压电层140可以由AlN或ScalN形成。压电层140包括：暴露空腔1000的一个或多个释放孔810和暴露第一电极500的一部分的接触孔440。Pad(焊接垫)金属层360，其设置于压电层140并位于接触孔440，并通过接触孔440电连接至第一电极500。
图2是本公开实施例的图1A和图1B中BAW谐振器10的制造过程的流程图。图3A至图3Q是本公开实施例的在图2的过程中所形成的结构的剖视图。
如图3A所示，在步骤S0中，获得临时衬底3000。临时衬底3000可以由硅形成。
如图3B所示，在步骤S1中，沉积缓冲层3100于临时衬底3000。缓冲层3100用作蚀刻停止层，用于在后续工艺中去除临时衬底3000。缓冲层3100还用作过渡层，这有利于随后在缓冲层3100上生长的压电层140的质量。缓冲层3100可以由氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)或碳化硅(SiC)或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。
在一个实施例中，沉积AlN层于由硅形成的临时衬底3000，并且沉积GaN层于AlN层。AlN层和GaN层的堆叠用作缓冲层3100。在随后的工艺中，沉积AlN或ScAlN压电层于GaN层的表面。由于GaN与AlN/ScAlN之间良好的晶格匹配，使得AlN或ScAlN压电层的晶体质量较好。
在另一实施例中，形成氧化硅层于硅临时衬底3000。氧化硅层作为缓冲层3100，也用作蚀刻停止层，用于随后去除临时衬底3000。接着，沉积AlN籽晶薄层(“第一AlN层”)于氧化硅缓冲层3100。AlN籽晶薄层用于在后续工艺中键合谐振器衬底100，并且可以在去除临时衬底3000之后去除。因此，AlN籽晶层可以形成得更厚，这有利于在其上沉积的压电晶体的质量。之后，沉积AlN层(“第二AlN层”)或ScAlN压电层于AlN籽晶层。可以在键合谐振器衬底100并且去除临时衬底3000之后去除AlN籽晶层。
在另一实施例中，AlN薄层(“第一AlN层”)直接沉积于硅临时衬底3000以用作缓冲层3100。直接沉积于硅临时衬底3000的AlN薄层的晶格质量优于沉积于氧化硅层的AlN薄层。此外，由于在后续工艺中可以去除AlN薄层，因此可以将AlN薄层形成得更厚。在沉积AlN薄层之后，沉积AlN层(“第二AlN层”)或ScAlN压电层于AlN薄层。在键合谐振器衬底100并且去除临时衬底3000之后，可以去除AlN籽晶层。
在另一实施例中，当压电层由未掺杂Sc的纯AlN形成时，可以在临时衬底3000沉积氧化硅层以用作缓冲层3100。AlN压电层可以一次性地直接连续地沉积于氧化硅层。在键合谐振器衬底100并去除临时衬底3000之后，可以去除AlN压电层的下部(初始沉积部分)，以留下具有良好晶体质量的AlN压电层的剩余部分(上部)作为压电层140。
在另一实施例中，当压电层由未掺杂Sc的纯AlN形成时，可以直接连续沉积AlN压电层于临时衬底3000。AlN压电层的初始沉积部分用作缓冲层3100，在键合谐振器衬底100和去除临时衬底3000之后，可以去除缓冲层3100。晶体质量好的AlN压电层的后沉积部分用作压电层140。
如图3C所示，在步骤S2中，沉积压电层140于缓冲层3100。压电层140可以由AlN或掺杂钪的氮化铝(ScAlN)形成。压电层140的沉积厚度大于BAW谐振器10中压电层140的目标厚度。
如图3D所示，在步骤S3中，形成第一电极500于压电层140。第一电极500可以由金属材料形成。
如图3E所示，在步骤S4中，沉积第一介质层210于图3D的结构。沉积的第一介质层210覆盖第一电极500和压电层140。第一介质层210可以由氧化硅形成。
如图3F所示，在步骤S5中，蚀刻第一介质层210以形成围绕BAW谐振器10的工作区域的沟槽212。第一介质层210的被沟槽212包围的部分用作牺牲层，该牺牲层将在随后的工艺中被去除以形成空腔1000。压电层140的一部分和第一电极层500的一部分暴露于沟槽212的底部。
如图3G所示，在步骤S6中，沉积第二介质层220于图3F的结构的表面。第二介质层220完全覆盖第一介质层210的顶面以及形成于第一介质层210中的沟槽212的侧面。第二介质层220还覆盖暴露在沟槽212底部的压电层140和第一电极层500的部分。第二介质层220可以由多晶硅、非晶硅、氮化硅、氮化铝、氮化镓、氮化钽或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。沉积于沟槽212的侧面的第二介质层220的部分构成围绕BAW谐振器10的工作区域并定义空腔1000的双壁边界结构300的一部分。也就是说，第二介质层220形成于压电层140暴露部分或第一电极500的暴露部分中的至少一个，并于第一介质层210的沟槽212的侧面。
如图3H所示，在步骤S7中，沉积第二介质层230于图3G的结构的表面。然后，通过使用例如化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)工艺使第三介质层230的顶面平坦化。第三介质层230填充于沟槽212，形成向压电层140突出的突出结构232。突出结构232构成双壁边界结构300的一部分。第三介质层230可以由氧化硅、氮化硅、氮化铝或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。
如图3I所示，在步骤S8-1中，在真空环境(例如，真空室)中溅射靶材，以沉积键合层200于第三介质层230的平坦化表面。溅射工艺可以包括物理气相沉积(physical vapordeposition,PVD)或电子束辐照。在一些实施例中，谐振器衬底100可用作溅射靶材。在另一些实施例中，另外的硅片可用作溅射靶材。键合层200可以由非晶硅(amorphous-Si)形成，并且可以具有从大约3nm到大约50nm的厚度范围。
如图3J所示，在步骤S8-2中，在沉积键合层200之后，并且不将键合层200暴露于空气中，在真空环境中通过键合层200将谐振器衬底100键合到第三介质层230。在一些实施例中，谐振器衬底100可以由硅形成。换句话说，谐振器衬底100可以是硅晶片。在另一些实施例中，谐振器衬底100可包括：面向第三介质层230并由硅形成的表面层，以及由氧化硅、蓝宝石(Al2O3)、氮化镓、碳化硅、氮化铝、氮化硅或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成的主体。
如图3K所示，在步骤S9中，翻转图3J的结构，去除临时衬底3000以暴露缓冲层3100。
如图3L所示，在步骤S10中，去除缓冲层3100以暴露压电层140的表层。
如图3M所示，在步骤S11中，采用干法蚀刻或离子束蚀刻(ion beam etching,IBE)工艺以去除压电层140的暴露的表层。这样，压电层140的厚度可被精确地控制为等于BAW谐振器10所需的目标厚度。压电层140的去除部分是压电层140的初始沉积部分，其质量相对较低且压电性能相对较差。因此，去除压电层140的初始沉积部分改善了BAW谐振器10的性能。
如图3N所示，在步骤S12中，形成第二电极700于压电层140。第二电极700与第一电极500部分重叠。第一电极500和第二电极700的重叠部分被双壁边界结构300包围。也就是说，第一电极500和第二电极700的重叠部分设置有将在后续工艺中形成的空腔1000。
如图3O所示，在步骤S13中，蚀刻压电层140以形成接触孔440和一个或多个释放孔810。接触孔440暴露第一电极500的一部分。释放孔810暴露第一介质层210的一部分。也就是说，形成一个或多个释放孔810于压电层140，其中，一个或多个释放孔810暴露第一介质层210围绕沟槽212的一部分。第一介质层210围绕沟槽212的一部分通过一个或多个释放孔810被去除。
如图3P所示，在步骤S14中，形成pad金属层360于压电层140和接触孔440。pad金属层360经由接触孔440电连接到第一电极500。pad金属层360用于BAW谐振器10的外部电连接。
如图3Q所示，在步骤S15中，蚀刻并去除被双壁边界结构300包围的第一介质层210的部分以形成空腔1000。通过一个或多个释放孔810释放在蚀刻过程中形成的蚀刻剂和蚀刻产物。因此，图1A和1B所示的BAW谐振器10被制造。
本发明的其他实施例对于本领域的技术人员来说，从本文公开的说明书和实践的考虑将是显而易见的。本说明书和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求书指示。
Claims (30)
1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：
衬底；
压电层，设置于所述衬底上方；
第一电极，设置于所述压电层下方；
第二电极，设置于所述压电层上方；
第一介质层、第二介质层和第三介质层，设置于所述衬底和所述压电层之间；以及
键合层，设置于所述第三介质层和所述衬底之间，
其中，所述第一介质层设置于所述压电层下方并包括空腔，
所述第三介质层设置于所述第一介质层下方，并包括朝向所述压电层突出的突出结构；以及
所述第二介质层覆盖所述第三介质层，所述第三介质层包括所述突出结构，所述第二介质层和所述第三介质层的所述突出结构构成围绕所述空腔的双壁边界结构。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第二介质层与所述压电层的一部分和所述第一电极的一部分接触。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述压电层由由AlN或ScalN形成。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第一介质层由氧化硅形成。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第二介质层由多晶硅、非晶硅、氮化硅、氮化铝、氮化镓、氮化钽或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。
6.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述第三介质层由氧化硅、氮化硅、氮化铝或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述键合层由硅形成，或者所述键合层的厚度范围从3nm到50nm。
8.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述衬底由硅形成。
9.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述衬底还包括：
表面层，面向所述键合层并由硅形成；以及
主体，由氧化硅、蓝宝石、氮化镓、碳化硅、氮化铝、氮化硅或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。
10.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，还包括：
一个或多个释放孔，形成于所述压电层，并暴露所述空腔。
11.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，还包括：
接触孔，于所述压电层，并暴露所述第一电极的一部分；以及
pad金属层，设置于所述压电层和所述接触孔，并通过所述接触孔电连接至所述第一电极。
12.一种体声波谐振器的制造方法，其特征在于，包括：
获得临时衬底；
形成缓冲层于所述临时衬底；
形成压电层于所述缓冲层；
形成第一电极于所述压电层；
形成第一介质层于所述压电层并覆盖所述第一电极；
形成沟槽于所述第一介质层，所述沟槽围绕所述第一介质层的一部分；
形成第二介质层于所述第一介质层和形成所述第一介质层中的沟槽；
形成第三介质层于所述第二介质层，所述第三介质层填充于所述第一介质层的所述沟槽；
形成键合层于所述第三介质层；
经由所述键合层键合谐振器衬底至所述第三介质层；
去除所述临时衬底和所述缓冲层，以暴露所述压电层的表层；
去除所述压电层的表层，以获得变薄的压电层；
形成第二电极于所述变薄的压电层；以及
去除所述第一介质层的被所述沟槽包围的部分，以形成空腔。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述临时衬底由硅形成。
14.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，
所述形成缓冲层于所述临时衬底，还包括：
沉积AlN层于所述临时衬底；以及
沉积GaN层于所述AlN层，所述AlN层和所述GaN层一起构成所述缓冲层；以及
所述形成压电层于所述缓冲层，还包括：
沉积AlN层或ScAlN层于所述GaN层，所述AlN层或所述ScAlN层构成所述压电层。
15.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，
所述形成缓冲层于所述临时衬底，还包括：
形成氧化硅层于所述临时衬底，所述氧化硅层构成所述缓冲层；
所述形成压电层于所述缓冲层，还包括：
沉积第一AlN层于所述氧化硅层；
沉积第二AlN层或ScAlN层于所述第一AlN层，所述第一AlN层和所述第二AlN层或ScAlN层一起构成了所述压电层；以及
所述去除所述压电层的表层，还包括：
去除所述第一AlN层。
16.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，
所述形成缓冲层于所述临时衬底，还包括：
沉积第一AlN层于所述临时衬底，其中，所述第一AlN层构成所述缓冲层；以及
所述形成压电层于所述缓冲层，还包括：
沉积第二AlN层或ScAlN层于所述第一AlN层，其中，所述第二AlN层或ScAlN层一起构成所述压电层。
17.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，
所述形成缓冲层于所述临时衬底，还包括：
沉积氧化硅层于所述临时衬底，其中，所述氧化硅层构成所述缓冲层；以及
所述形成压电层于所述缓冲层，还包括：
沉积AlN层于所述氧化硅层，其中，所述AlN层构成所述压电层。
18.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述形成缓冲层于所述临时衬底，以及所述形成压电层于所述缓冲层，还包括：
沉积AlN层于所述临时衬底，其中，与所述临时衬底接触的所述AlN层的下部构成所述缓冲层，所述AlN层的上部构成所述压电层。
19.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述第一介质层由硅形成。
20.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述第一介质层的所述沟槽暴露所述压电层的至少一部分或所述第一电极的一部分。
21.根据权利要求19所述的制造方法，其特征在于，所述第二介质层形成于所述压电层暴露部分或所述第一电极的暴露部分中的至少一个，并于所述第一介质层的所述沟槽的侧面。
22.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述第二介质层由多晶硅、非晶硅、氮化硅、氮化铝、氮化镓、氮化钽或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。
23.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述第三介质层由氧化硅、氮化硅、氮化铝或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。
24.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述键合谐振器衬底至所述第三介质层，还包括：
于真空环境中，溅射靶材，以沉积所述键合层于所述第三介质层；以及
于真空环境中，通过所述键合层键合所述谐振器衬底至所述第三介质层。
25.根据权利要求24所述的制造方法，其特征在于，所述谐振器衬底用作所述靶材。
26.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述键合层由硅形成，或者所述键合层的厚度范围从3nm到50nm。
27.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述谐振器衬底由硅形成。
28.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述谐振器衬底还包括：
表面层，面向键合层并由硅形成；以及
主体，由氧化硅、蓝宝石、氮化镓、碳化硅、氮化铝、氮化硅或以上材料中的两种或两种以上材料的堆叠组合形成。
29.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，还包括：
形成一个或多个释放孔于所述压电层，其中，所述一个或多个释放孔暴露所述第一介质层围绕所述沟槽的一部分，
其中，所述第一介质层围绕所述沟槽的一部分通过所述一个或多个释放孔被去除。
30.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，还包括：
形成接触孔于所述压电层，其中，所述接触孔暴露所述第一电极的一部分；以及
形成pad金属层于所述接触孔，其中，所述pad金属层电连接至所述第一电极。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US18/056,808 US11699987B2 (en) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | Bulk acoustic wave resonator and fabrication method thereof |
| US18/056,808 | 2022-11-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115987244A true CN115987244A (zh) | 2023-04-18 |
Family
ID=85479006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310089147.1A Pending CN115987244A (zh) | 2022-11-18 | 2023-01-17 | 体声波谐振器及其制造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11699987B2 (zh) |
| CN (1) | CN115987244A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116318029A (zh) * | 2023-05-16 | 2023-06-23 | 深圳新声半导体有限公司 | 体声波谐振器、用于制作体声波谐振器的方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1469599B1 (en) * | 2003-04-18 | 2010-11-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Air gap type FBAR, duplexer using the FBAR, and fabricating methods thereof |
| JP4379475B2 (ja) * | 2004-12-24 | 2009-12-09 | 株式会社村田製作所 | 圧電薄膜共振子およびその製造方法 |
| US10361677B2 (en) * | 2016-02-18 | 2019-07-23 | X-Celeprint Limited | Transverse bulk acoustic wave filter |
| CN107181472B (zh) * | 2016-03-10 | 2020-11-03 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法 |
| US11070184B2 (en) * | 2016-03-11 | 2021-07-20 | Akoustis, Inc. | Piezoelectric acoustic resonator manufactured with piezoelectric thin film transfer process |
| JP7057690B2 (ja) * | 2018-03-19 | 2022-04-20 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置 |
| US11349452B2 (en) * | 2018-06-15 | 2022-05-31 | Resonant Inc. | Transversely-excited film bulk acoustic filters with symmetric layout |
| US11399435B2 (en) * | 2020-04-30 | 2022-07-26 | Qualcomm Incorporated | Device comprising multi-directional antennas coupled through a flexible printed circuit board |
-
2022
- 2022-11-18 US US18/056,808 patent/US11699987B2/en active Active
-
2023
- 2023-01-17 CN CN202310089147.1A patent/CN115987244A/zh active Pending
- 2023-05-26 US US18/324,679 patent/US20230299737A1/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116318029A (zh) * | 2023-05-16 | 2023-06-23 | 深圳新声半导体有限公司 | 体声波谐振器、用于制作体声波谐振器的方法 |
| CN116318029B (zh) * | 2023-05-16 | 2023-07-21 | 深圳新声半导体有限公司 | 体声波谐振器、用于制作体声波谐振器的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11699987B2 (en) | 2023-07-11 |
| US20230299737A1 (en) | 2023-09-21 |
| US20230078519A1 (en) | 2023-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7447372B2 (ja) | バルク音響共振器及びその製造方法 | |
| CN114884482B (zh) | 体声波谐振器 | |
| CN108540103A (zh) | 声波谐振器及制造声波谐振器的方法 | |
| CN110719082B (zh) | 声波谐振器封装件 | |
| CN114900147B (zh) | 体声波谐振器及其制造方法 | |
| US20230011477A1 (en) | Structure and manufacturing method of surface acoustic wave filter with back electrode of piezoelectric layer | |
| JP4037366B2 (ja) | 薄膜技術における位相が最適化された共振器用電極の製造方法 | |
| US20230299737A1 (en) | Bulk acoustic wave resonator and fabrication method thereof | |
| US20230008078A1 (en) | Structure and manufacturing method of surface acoustic wave filter with back electrode of piezoelectric layer | |
| TW202112065A (zh) | 體聲波共振器以及濾波器裝置 | |
| TW202226627A (zh) | 體聲波共振器及其形成方法 | |
| CN115133902B (zh) | 体声波谐振器和体声波滤波器 | |
| CN114899303B (zh) | 半导体装置 | |
| US11689171B2 (en) | Bulk acoustic wave resonator and fabrication method thereof | |
| US11616489B2 (en) | Bulk acoustic wave filter having release hole and fabricating method of the same | |
| CN113098417B (zh) | 滤波器的制备方法、滤波器 | |
| WO2024105623A1 (en) | Bulk acoustic wave resonator and fabrication method thereof | |
| US20230091476A1 (en) | Bulk acoustic wave resonator with metal bonding layer | |
| KR102117460B1 (ko) | 체적 음향 공진기 및 이의 제조방법 | |
| US20230084598A1 (en) | Bulk acoustic wave resonator with metal bonding layer | |
| US20230008048A1 (en) | Structure and manufacturing method of surface acoustic wave filter with back electrode of piezoelectric layer | |
| US20230009638A1 (en) | Structure and manufacturing method of surface acoustic wave filter with interdigital transducer | |
| TWI833158B (zh) | 聲波共振器 | |
| US20230188117A1 (en) | Structure and manufacturing method of surface acoustic wave filter with interdigital transducer | |
| KR20200143027A (ko) | 체적 음향 공진기 |
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 |