CN116346067A - 空腔型体声波谐振器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空腔型体声波谐振器及其制作方法。所述制作方法包括：在具有图形化的低温结晶层或极性调节层的基底上外延生长具有双极性结构的外延层；在所述外延层上形成底电极，且使所述底电极覆盖所述外延层的氮极性部分和金属极性部分，以及，在形成所述底电极之后，使所述外延层与刻蚀溶液接触，所述氮极性部分和所述金属极性部分在所述刻蚀溶液中具有刻蚀速率差异，而使所述氮极性部分被所述刻蚀溶液腐蚀除去，所述金属极性部分被保留，从而在所述外延层内形成空气隙结构。本发明不仅简化了工艺步骤，避免了额外制备凹槽空腔或拱形空腔的过程，也降低了刻蚀溶液对器件造成的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及一种声波谐振器，特别涉及一种空腔型体声波谐振器及其制作方法，属于半导体器件技术领域。
背景技术
薄膜体声波谐振器(BAW)是声波滤波器及双工器的基本组成单元，是一种利用声学谐振实现特定频率信号传输的器件。其基本原理在于当电学信号加载到电极上时，电学信号通过逆压电效应转变为压电薄膜的振动产生声波，声波在压电材料内沿着厚度方向上传播，压电材料的厚度决定中心谐振频率的大小。从而实现频率调控的功能。目前声波滤波器的主要几个公司包括美国Avago公司、日本的Fujitsu、韩国三星，相关技术方案包括US6060818，US6377137等。
FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)是薄膜体声波谐振器一种重要结构。具有谐振频率高，Q值高，体积小易于集成等优点。其主要是通过建立悬浮的薄膜(thin film)和腔体(cavity)，使压电薄膜悬于空腔之上，将谐振信号与能量束缚在空腔范围内，实现声波的传递和选择。FBAR的构造形式主要有背刻蚀型和空腔型两种。背刻蚀型FBAR需要从衬底背面通过刻蚀直至到达压电薄膜，工艺时间长，且容易造成压电薄膜的损伤、产生较大应力。而空腔型FBAR则更加具有优势。它有两种主要制备方式路线，一种是形成上凸型拱形空腔，例如CN107592091A主要通过先沉积牺牲层再利用湿法刻蚀技术将牺牲层刻蚀成拱形结构。但拱形空腔对压电薄膜材料的应力控制技术要求极高。如果材料的刚性不足，空腔周围的电极和压电薄膜容易出现塌陷、变形，会造成应力集中现象并导致换能器的断裂；在牺牲层释放过程中，全部释放出需时较长，牺牲层释放刻蚀液对换能器会造成某种程度上的损伤。另一种结构是形成凹槽型空腔，例如CN109756201A，如图1所示主要通过将衬底1先刻蚀出凹槽再填充牺牲层2材料，再依次制作底电极3、压电层4、顶电极5和钝化层6，最后释放牺牲层来获得凹槽型结构。这种方法也有不足：须通过化学机械研磨，使得浅槽内牺牲层的高度与槽外一致，因此存在因研磨工艺所带来的精度难以管控的问题。
而传统凹槽型空腔体声波谐振器工艺步骤包括衬底刻蚀、填充牺牲层、化学机械研磨、沉积底电极和介电材料等步骤，工艺复杂，良率较低；牺牲层材料大多为SiO2、非晶硅、多晶硅等非晶/多晶材料。在其上沉积底电极和介质材料会导致较大的晶格失配合热失配，引起压电材料晶体质量恶化和界面粗糙度增加，从而影响谐振器的Q值和谐振频率稳定性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种空腔型体声波谐振器及其制作方法，解决了现有技术中无法精确控制牺牲层与凹槽高度一致的问题，并简化工艺步骤，从而克服了现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明一方面提供了一种空腔型体声波谐振器的制作方法，包括：
在具有图形化的低温结晶层的基底上外延生长具有双极性结构的外延层，或者，在具有金属极性层和图形化的极性调节层的基底上外延生长具有双极性结构的外延层，所述外延层包括氮极性部分和金属极性部分，所述金属极性部分设置在所述低温结晶层或金属极性层上，所述氮极性部分设置在所述基底或所述极性调节层上；
在所述外延层上形成底电极，且使所述底电极至少覆盖所述氮极性部分和所述金属极性部分的一部分，以及，在形成所述底电极之后，使所述外延层与刻蚀溶液接触，所述氮极性部分和所述金属极性部分在所述刻蚀溶液中具有刻蚀速率差异，而使所述氮极性部分被所述刻蚀溶液腐蚀除去，所述金属极性部分被保留，从而在所述外延层内形成空气隙结构。
本发明另一方面还提供了由所述的空腔型体声波谐振器的制作方法获得的空腔型体声波谐振器。
本发明另一方面还提供了一种空腔型体声波谐振器，其包括：
半导体基体，包括基底、低温结晶层以及具有双极性结构的外延层，所述基底的表面具有第一区域以及环绕所述第一区域的第二区域，所述低温结晶层设置在所述第二区域，所述外延层包括金属极性部分和槽状结构，所述金属极性部分设置在所述低温接结晶层上，其中，所述槽状结构是由分布在所述基底的表面的第一区域的所述外延层的氮极性部分被刻蚀液腐蚀除去后形成的；
以及，底电极、压电层和顶电极，所述底电极层叠设置在所述外延层上，且所述底电极层的部分对应覆盖所述槽状结构上，并与所述槽状结构围合形成空气隙结构，所述压电层层叠设置在所述底电极以及所述外延层上，所述顶电极层叠设置在所述压电层上。
本发明另一方面还提供了一种空腔型体声波谐振器，其包括：
半导体基体，包括基底、金属极性层、极性调节层以及具有双极性结构的外延层，所述金属极性层层叠设置在所述基底上，所述金属极性层的表面具有第三区域以及环绕所述第三区域的第四区域，所述极性调节层设置在所述第三区域，所述外延层包括金属极性部分和槽状结构，所述金属极性部分设置在所述第四区域，所述极性调节层设置在所述第三区域，所述槽状结构是由分布在所述极性调节层上的所述外延层的氮极性部分被刻蚀液腐蚀除去后形成的；
以及，底电极、压电层和顶电极，所述底电极层叠设置在所述外延层上，且所述底电极的部分对应覆盖所述槽状结构上，并与所述槽状结构围合形成空气隙结构，所述压电层层叠设置在所述底电极以及所述外延层上，所述顶电极层叠设置在所述压电层上。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1)本发明提供的一种空腔型体声波谐振器的制作方法，通过外延双极性结构的外延层，并采用湿法刻蚀的方式制备空气隙结构，同时，可以通过调节V/III比使得氮极性部分与金属极性部分的高度一致，避免了传统凹槽型空腔因研磨工艺所带来的浅槽内牺牲层的高度与槽外精度不一致以及凹槽边缘平整度难以管控的问题。
2)本发明提供的一种空腔型体声波谐振器的制作方法，不仅简化了工艺步骤，避免了额外制备凹槽空腔或拱形空腔的过程，也降低了刻蚀溶液对器件造成的损伤。
附图说明
图1是现有技术中的一种空腔型体声波谐振器的制作示意图；
图2是本发明实施例1中提供的一种空腔型体声波谐振器的制作流程示意图；
图3是本发明实施例2中提供的一种空腔型体声波谐振器的制作流程示意图；
图4是本发明提供的一种空腔型体声波谐振器的俯视图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明一方面提供了一种空腔型体声波谐振器的制作方法，包括：
在具有图形化的低温结晶层的基底上外延生长具有双极性结构的外延层，或者，在具有金属极性层和图形化的极性调节层的基底上外延生长具有双极性结构的外延层，所述外延层包括氮极性部分和金属极性部分，所述金属极性部分设置在所述低温结晶层或金属极性层上，所述氮极性部分设置在所述基底或所述极性调节层上；
在所述外延层上形成底电极，且使所述底电极至少覆盖所述氮极性部分和所述金属极性部分的一部分，以及，在形成所述底电极之后，使所述外延层与刻蚀溶液接触，所述氮极性部分和所述金属极性部分在所述刻蚀溶液中具有刻蚀速率差异，而使所述氮极性部分被所述刻蚀溶液腐蚀除去，所述金属极性部分被保留，从而在所述外延层内形成空气隙结构。
进一步的，所述的制作方法具体包括：在基底的表面的第二区域设置低温结晶层，使所述金属极性部分形成在所述低温结晶层上，使所述氮极性部分形成在所述基底的表面的第一区域，其中，所述第二区域与所述第一区域彼此邻接，且所述第二区域环绕所述第一区域。
进一步的，所述低温结晶层的材质包括具有纤锌矿结构的氮化物，所述低温结晶层的厚度为5-50nm，优选的，所述低温结晶层的材质为Al(x)Ga(1-x)N，其中0≤x≤1。
进一步的，所述的制作方法具体包括：在基底的表面设置金属极性层，在所述金属极性层的表面的第三区域设置极性调节层，使所述金属极性部分形成在所述金属极性层的表面的第四区域，使所述氮极性部分形成在所述极性调节层上，其中，所述第三区域与所述第四区域彼此邻接，且所述第四区域环绕所述第三区域。
进一步的，所述金属极性层的材质包括具有纤锌矿结构的氮化物，所述金属极性层的厚度为100nm-5μm，优选的，所述金属极性层的材质为Al(x)Ga(1-x)N，其中0≤x≤1。
进一步的，所述极性调节层的材质包括金属氧化物，所述极性调节层的厚度为5-50nm，优选的，所述极性调节层的材质为Al2O3。
进一步的，所述外延层的材质包括纤锌矿结构的氮化物，所述刻蚀溶液为碱溶液。
进一步的，所述碱溶液包括KOH、NaOH或TMAH溶液等。
进一步的，所述碱溶液的浓度为0.1-10mol/L。
需要说明的是，所述底电极覆盖了外延层的氮极性部分的大部分区域，并保留了使刻蚀溶液与氮极性部分接触的窗口。
进一步的，所述的制作方法还包括：在外延生长所述外延层时，通过调控外延生长条件，使形成的金属极性部分的表面和氮极性部分的顶部表面齐平，从而使形成的所述外延层具有连续且平整的表面。
进一步的，所述外延生长条件包括外延生长的V/III比、载气中N2的含量之中的至少一者。
进一步的，所述的制作方法还包括：先在所述外延层上形成支撑层，且使所述支撑层的表面连续且平整，之后再于所述支撑层上制作所述底电极。
进一步的，所述支撑层的材质包括氮化硅或氧化硅等。
进一步的，所述的制作方法还包括：在所述底电极上形成压电层，在所述压电层上形成顶电极，并且，在所述外延层内形成空气隙结构的步骤是在形成所述底电极之后而形成压电层之前或者形成压电层之后而形成顶电极之前或者形成顶电极之后进行的。
进一步的，所述基底的材质包括硅、蓝宝石或碳化硅等。
本发明另一方面还提供了由所述的空腔型体声波谐振器的制作方法获得的空腔型体声波谐振器。
本发明另一方面还提供了一种空腔型体声波谐振器，其包括：
半导体基体，包括基底、低温结晶层以及具有双极性结构的外延层，所述基底的表面具有第一区域以及环绕所述第一区域的第二区域，所述低温结晶层设置在所述第二区域，所述外延层包括金属极性部分和槽状结构，所述金属极性部分设置在所述低温接结晶层上，其中，所述槽状结构是由分布在所述基底的表面的第一区域的所述外延层的氮极性部分被刻蚀液腐蚀除去后形成的；
以及，底电极、压电层和顶电极，所述底电极层叠设置在所述外延层上，且所述底电极层的部分对应覆盖所述槽状结构上，并与所述槽状结构围合形成空气隙结构，所述压电层层叠设置在所述底电极以及所述外延层上，所述顶电极层叠设置在所述压电层上。
本发明另一方面还提供了一种空腔型体声波谐振器，其包括：
半导体基体，包括基底、金属极性层、极性调节层以及具有双极性结构的外延层，所述金属极性层层叠设置在所述基底上，所述金属极性层的表面具有第三区域以及环绕所述第三区域的第四区域，所述极性调节层设置在所述第三区域，所述外延层包括金属极性部分和槽状结构，所述金属极性部分设置在所述第四区域，所述极性调节层设置在所述第三区域，所述槽状结构是由分布在所述极性调节层上的所述外延层的氮极性部分被刻蚀液腐蚀除去后形成的；
以及，底电极、压电层和顶电极，所述底电极层叠设置在所述外延层上，且所述底电极的部分对应覆盖所述槽状结构上，并与所述槽状结构围合形成空气隙结构，所述压电层层叠设置在所述底电极以及所述外延层上，所述顶电极层叠设置在所述压电层上。
如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本发明实施例所采用的如金属有机气相外延(MOCVD)、分子束外延(MBE)或磁控溅射等外延生长设备及其工艺、湿法腐蚀设备等均是本领域本领域技术人员已知的。
实施例1
请参阅图2，一种空腔型体声波谐振器的制作方法，包括：
1)在基底11的表面的第二区域形成低温结晶层12。
具体的，可以先在基底11的表面的第一区域覆设掩膜等，然后在基底11的表面的第二区域生长形成低温结晶层12，或者，先在基底11的表面形成低温结晶层12，之后利用光刻、干法刻蚀或者湿法刻蚀等工艺除去覆盖在基底11的表面的第一区域的低温结晶层12，而使位于基底11的表面的第二区域的低温结晶层12被保留，其中，所述第二区域环绕第一区域设置。
具体的，所述基底11主要起到支撑载体的作用，通常选择硅、蓝宝石、碳化硅等材质。
具体的，所述低温结晶层12的材质包括具有纤锌矿结构的氮化物，更具体的，所述低温结晶层12的材质为Al(x)Ga(1-x)N，其中0≤x≤1，所述低温结晶层12的厚度为5-50nm；示例性的，所述低温结晶层12可以是AlN层。
2)在具有低温结晶层12的基底11上外延生长具有双极性结构(LPS)的外延层，设置在低温结晶层12上的外延层为金属极性部分(即金属极性畴)15a，设置在基底11的表面的第一区域的外延层为氮极性部分(即氮极性畴)15b。
具体的，可以采用属有机气相外延(MOCVD)、分子束外延(MBE)或磁控溅射等外延生长所述外延层，所述外延层的材质包括纤锌矿结构的氮化物，例如GaN等，所述外延层的形成温度为1000-1300℃。
具体的，在外延生长所述外延层时，通过调控外延生长条件，使形成的金属极性部分15a的表面和氮极性部分15b的表面齐平，从而使形成的所述外延层具有连续且平整的表面，或者，也可以先生长形成所述外延层，再采用机械抛光等方式使形成的所述外延层具有连续且平整的表面，或者，所述外延层上形成支撑层，且使所述支撑层的表面连续且平整，或使所述外延层与支撑层的表面齐平，从而形成连续且平整的表面，以保证底电极沉积时的连续性和支撑性。
具体的，所述外延生长条件包括外延生长的V/III比、载气中N2的含量之中的至少一者。
具体的，所述支撑层的材质包括氮化硅或氧化硅等。
3)在所述外延层上依次形成底电极21、压电层22和顶电极23，且使所述底电极21覆设在所述外延层的氮极性部分15b和金属极性部分15a上。
具体的，在形成底电极21之后对底电极21进行光刻和刻蚀，得到需用的底电极形状，留出双极性结构中氮极性部分的湿法刻蚀的窗口，使得刻蚀溶液能够接触氮极性部分。
具体的，所述顶电极23和底电极21均为高声阻抗材质的电极，例如，所述顶电极23和底电极21的材质可以是钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)或其合金的导电材料，所述顶电极和底电极厚度均为50nm-1μm，所述顶电极为椭圆形或者五边形等图形结构。
具体的，所述压电层22的材质为机电耦合系数较高的AlN、AlScN、ZnO、PZT等材料，优选材料为AlN或AlScN等晶型与氮化物双极性结构相同(六方)的材料体系，所述压电层22的厚度为100nm-3μm，且所述压电层22至少覆盖空腔(即空气隙)上方谐振部分，并沿着压电层厚度方向产生纵向声波，也可以理解为，所述压电层22至少对应设置在外延层的氮极性部分15b的上方。
4)使所述外延层与刻蚀溶液接触，所述氮极性部分15b和所述金属极性部分15a在所述刻蚀溶液中具有惰性差异以及刻蚀速率差异，而使所述氮极性部分15b被所述刻蚀溶液腐蚀除去，所述金属极性部分15a被保留，从而在所述外延层内形成空气隙结构16，从而获得空腔型体声波谐振器，空腔型体声波谐振器的俯视图如图4所示。
具体的，所述刻蚀溶液为碱溶液，所述碱溶液包括KOH、NaOH或TMAH溶液等，所述碱溶液的浓度为0.1mol/L-10mol/L。
具体的，可以将制作形成的器件或外延结构直接浸没在刻蚀溶液中，从而使外延层的氮极性部分与刻蚀溶液接触，需要说明的是，刻蚀除去氮极性部分而形成空气隙结构的步骤是在形成所述底电极之后进行的，例如，可以是在形成底电极之后而形成压电层之前，或者，形成压电层之后而形成顶电极之前，或者，在形成顶电极之后。
具体的，纤锌矿氮化物晶体具有自发极化特点，在c轴方向具有金属极性和氮极性两个极性面，两种极性面的根本区别在于原子的排列方向不同，其表面能存在明显差异，化学活性也不同，且金属极性和氮极性在碱性刻蚀液中具有刻蚀速率差异，利用金属极性部分的化学性质稳定，而氮极性部分易被碱溶液等刻蚀的特点，将氮极性部分原位刻蚀除去，而在氮极性部分的区域形成空气隙结构，即空腔结构。
具体的，在制作形成所述顶电极之后，还可以在器件靠近顶电极的表面覆设钝化层24，所述钝化层的材质以及厚度等可以根据具体需求进行调整。
实施例2
请参阅图3，实施例2中的一种空腔型体声波谐振器的制作方法与实施例1中的制作方法基本一致，如下仅介绍两者的不同之处：
1)在基底11的表面形成均匀的金属极性层13，之后在所述金属极性层13的表面的第三区域设置极性调节层14。
具体的，可以采用直接生长的方式在金属极性层13的表面的第三区域形成极性调节层14，也可以先在金属极性层13的表面形成极性调节层14，之后再对极性调节层14进行图形化处理，以除去覆盖在金属极性层13的表面的第四区域的极性调节层14，而仅保留金属极性层13的表面的第三区域的极性调节层14，其中，所述第三区域与所述第四区域彼此邻接，且所述第四区域环绕所述第三区域。
具体的，所述金属极性层13的材质包括具有纤锌矿结构的氮化物，更具体的，所述金属极性层13的材质为Al(x)Ga(1-x)N，其中0≤x≤1，金属极性层13的厚度为100nm-5μm，优选为100nm-1μm；示例性的，所述金属极性层13可以是AlN层。
具体的，所述极性调节层14的材质包括金属氧化物，所述极性调节层14的厚度为5-50nm，例如，所述极性调节层14的材质可以为Al2O3。
2)在具有金属极性层13和极性调节层14的基底11上外延生长具有双极性结构的外延层，生长在极性调节层14上的外延层的极性反转为氮极性，从而形成氮极性部分15b，生长在金属极性层13上的外延层的极性保持金属极性，从而形成金属极性部分15a。
实施例2获得的空腔型体声波谐振器的结构的优点在于空气隙结构并未延伸至基底，而是停留在最初的金属极性层13，从而可按照器件性能要求控制来空气隙结构的高度。
本发明提供的一种空腔型体声波谐振器的制作方法，通过外延双极性结构的外延层，并采用湿法刻蚀的方式制备空气隙结构，同时，可以通过调节V/III比使得氮极性部分与金属极性部分的高度一致，避免了传统凹槽型空腔因研磨工艺所带来的浅槽内牺牲层的高度与槽外精度不一致以及凹槽边缘平整度难以管控的问题。
传统技术中刻蚀牺牲层采用的溶液会对底电极和压电薄膜造成影响损伤，因此往往需要增加额外的保护层，进而增加了设备制备工艺，更为重要的是这些保护层、支撑层增加了压电损耗。由于氮极性氮化物很容易用氢氧化钾等碱性溶液去除，且氢氧化钾溶液也不会对以上电极、压电薄膜造成损伤，因此，本发明提供的一种空腔型体声波谐振器的制作方法，不仅简化了工艺步骤，避免了额外制备凹槽空腔或拱形空腔的过程，也降低了刻蚀溶液对器件造成的损伤。
双极性结构本身即为氮化物薄膜，在GaN外延层上沉积底电极和压电薄膜，以AlN压电层为例，本发明提供的一种空腔型体声波谐振器的制作方法，可以更好地促进压电层的c轴择优取向，压电系数得以提高。而在AlN外延层上沉积底电极，再沉积AlN压电层时，其晶体质量可以得到极大改善。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空腔型体声波谐振器的制作方法，其特征在于，包括：
在具有图形化的低温结晶层的基底上外延生长具有双极性结构的外延层，或者，在具有金属极性层和图形化的极性调节层的基底上外延生长具有双极性结构的外延层，所述外延层包括氮极性部分和金属极性部分，所述金属极性部分设置在所述低温结晶层或金属极性层上，所述氮极性部分设置在所述基底或所述极性调节层上；
在所述外延层上形成底电极，且使所述底电极至少覆盖所述氮极性部分和所述金属极性部分的一部分，以及，在形成所述底电极之后，使所述外延层与刻蚀溶液接触，所述氮极性部分和所述金属极性部分在所述刻蚀溶液中具有刻蚀速率差异，而使所述氮极性部分被所述刻蚀溶液腐蚀除去，所述金属极性部分被保留，从而在所述外延层内形成空气隙结构。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，具体包括：在基底的表面的第二区域设置低温结晶层，使所述金属极性部分形成在所述低温结晶层上，使所述氮极性部分形成在所述基底的表面的第一区域，其中，所述第二区域与所述第一区域彼此邻接，且所述第二区域环绕所述第一区域；
优选的，所述低温结晶层的材质包括具有纤锌矿结构的氮化物，优选的，所述低温结晶层的材质为Al(x)Ga(1-x)N，其中0≤x≤1，优选的，所述低温结晶层的厚度为5-50nm。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，具体包括：在基底的表面设置金属极性层，在所述金属极性层的表面的第三区域设置极性调节层，使所述金属极性部分形成在所述金属极性层的表面的第四区域，使所述氮极性部分形成在所述极性调节层上，其中，所述第三区域与所述第四区域彼此邻接，且所述第四区域环绕所述第三区域；
优选的，所述金属极性层的材质包括具有纤锌矿结构的氮化物，优选的，所述金属极性层的材质为Al(x)Ga(1-x)N，其中0≤x≤1，优选的，所述金属极性层的厚度为100nm-5μm；
优选的，所述极性调节层的材质包括金属氧化物，优选的，所述极性调节层的材质为Al2O3，优选的，所述极性调节层的厚度为5-50nm。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述外延层的材质包括纤锌矿结构的氮化物，所述刻蚀溶液为碱溶液；
优选的，所述碱溶液包括KOH、NaOH或TMAH溶液，优选的，所述碱溶液的浓度为0.1-10mol/L。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，还包括：在外延生长所述外延层时，通过调控外延生长条件，使形成的金属极性部分的表面和氮极性部分的顶部表面齐平；
优选的，所述外延生长条件包括外延生长的V/III比、载气中N2的含量之中的至少一者；
和/或，所述的制作方法还包括：先在所述外延层上形成支撑层，且使所述支撑层的表面连续且平整，之后再于所述支撑层上制作所述底电极；
优选的，所述支撑层的材质包括氮化硅或氧化硅。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，还包括：在所述底电极上形成压电层，在所述压电层上形成顶电极，并且，在所述外延层内形成空气隙结构的步骤是在形成所述底电极之后而形成压电层之前或者形成压电层之后而形成顶电极之前或者形成顶电极之后进行的。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述基底的材质包括硅、蓝宝石或碳化硅。
8.由权利要求1-7中任一项所述的空腔型体声波谐振器的制作方法获得的空腔型体声波谐振器。
9.一种空腔型体声波谐振器，其特征在于，包括：
半导体基体，包括基底、低温结晶层以及具有双极性结构的外延层，所述基底的表面具有第一区域以及环绕所述第一区域的第二区域，所述低温结晶层设置在所述第二区域，所述外延层包括金属极性部分和槽状结构，所述金属极性部分设置在所述低温接结晶层上，所述槽状结构是由分布在所述基底的表面的第一区域的所述外延层的氮极性部分被刻蚀液腐蚀除去后形成的；
以及，底电极、压电层和顶电极，所述底电极层叠设置在所述外延层上，且所述底电极层的部分对应覆盖所述槽状结构上，并与所述槽状结构围合形成空气隙结构，所述压电层层叠设置在所述底电极以及所述外延层上，所述顶电极层叠设置在所述压电层上。
10.一种空腔型体声波谐振器，其特征在于，包括：
半导体基体，包括基底、金属极性层、极性调节层以及具有双极性结构的外延层，所述金属极性层层叠设置在所述基底上，所述金属极性层的表面具有第三区域以及环绕所述第三区域的第四区域，所述极性调节层设置在所述第三区域，所述外延层包括金属极性部分和槽状结构，所述金属极性部分设置在所述第四区域，所述极性调节层设置在所述第三区域，所述槽状结构是由分布在所述极性调节层上的所述外延层的氮极性部分被刻蚀液腐蚀除去后形成的；
以及，底电极、压电层和顶电极，所述底电极层叠设置在所述外延层上，且所述底电极的部分对应覆盖所述槽状结构上，并与所述槽状结构围合形成空气隙结构，所述压电层层叠设置在所述底电极以及所述外延层上，所述顶电极层叠设置在所述压电层上。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210006220A1 (en) * | 2018-03-01 | 2021-01-07 | RF360 Europe GmbH | Method for forming an aluminum nitride layer |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120068189A1 (en) * | 2010-09-17 | 2012-03-22 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for Vertical and Lateral Control of III-N Polarity |
| CN108964631A (zh) * | 2017-05-18 | 2018-12-07 | 三星电机株式会社 | 体声波谐振器 |
| US20190173452A1 (en) * | 2016-09-30 | 2019-06-06 | Intel Corporation | Film bulk acoustic resonator (fbar) rf filter having epitaxial layers |
| CN111010137A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-14 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种空气隙型薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| WO2022000153A1 (zh) * | 2020-06-28 | 2022-01-06 | 杭州见闻录科技有限公司 | 一种体声波谐振器的空腔结构及制作工艺 |
| WO2022063149A1 (zh) * | 2020-09-27 | 2022-03-31 | 苏州汉天下电子有限公司 | Fbar谐振器制造方法 |
-
2023
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120068189A1 (en) * | 2010-09-17 | 2012-03-22 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for Vertical and Lateral Control of III-N Polarity |
| US20190173452A1 (en) * | 2016-09-30 | 2019-06-06 | Intel Corporation | Film bulk acoustic resonator (fbar) rf filter having epitaxial layers |
| CN108964631A (zh) * | 2017-05-18 | 2018-12-07 | 三星电机株式会社 | 体声波谐振器 |
| CN111010137A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-14 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种空气隙型薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| WO2022000153A1 (zh) * | 2020-06-28 | 2022-01-06 | 杭州见闻录科技有限公司 | 一种体声波谐振器的空腔结构及制作工艺 |
| WO2022063149A1 (zh) * | 2020-09-27 | 2022-03-31 | 苏州汉天下电子有限公司 | Fbar谐振器制造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210006220A1 (en) * | 2018-03-01 | 2021-01-07 | RF360 Europe GmbH | Method for forming an aluminum nitride layer |
| US12068734B2 (en) * | 2018-03-01 | 2024-08-20 | Rf360 Singapore Pte. Ltd. | Method for forming an aluminum nitride layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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