TWI797693B - 體聲波共振器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
提供體聲波共振器及其形成方法。前述體聲波共振器的形成方法包括形成犧牲結構在基板上。形成晶種層在犧牲結構上。形成底電極在晶種層上。形成壓電層在底電極上。形成頂電極在壓電層上。移除犧牲結構以形成空腔。經由空腔蝕刻晶種層。
Description
本揭露的一些實施例是關於體聲波共振器及其形成方法，特別是關於具有在晶種層中的開口的體聲波共振器及其形成方法。
有賜於無線通訊技術的最新發展，為了滿足使用者對高頻選擇性(high-frequency selectivity)、高帶寬(bandwidth)及低聲波損耗(acoustic loss)的需求，已經開發了能夠將訊號分離成各個頻帶(frequency bands)的濾波器。目前，現存的濾波器可以包括表面聲波共振器(surface acoustic wave resonators，SAWR)及體聲波共振器(bulk acoustic wave resonators，BAWR)。在體聲波共振器中，由於薄膜體聲波共振器(thin film bulk acoustic wave resonator，FBAR)的特性主要取決於薄膜厚度與整體結構，因此可以對與薄膜生長有關的技術細節進行薄膜體聲波共振器的調整，而使得薄膜體聲波共振器廣泛用於各種應用中。
雖然現存的共振器結構已經大致滿足它們預期用途的要求，但是這些現存的共振器結構仍不是在所有方面都令人完全滿意(例如，需要改善品質因數(quality factor))。因此，關於尋求具有更高性能的共振器結構及前述共振器結構的形成方法，仍有一些問題有待解決。
鑑於上述問題，本揭露的一些實施例包括具有開口的晶種層，以提高包括晶種層的體聲波共振器的品質因數及可靠性。
根據一些實施例，提供體聲波共振器的形成方法。前述體聲波共振器的形成方法包括形成犧牲結構在基板上。形成晶種層在犧牲結構上。形成底電極在晶種層上。形成壓電層在底電極上。形成頂電極在壓電層上。移除犧牲結構以形成空腔。經由空腔蝕刻晶種層。
根據一些實施例，提供體聲波共振器。前述體聲波共振器包括基板、晶種層、底電極、壓電層及頂電極。晶種層設置在基板上。底電極設置在晶種層上。壓電層設置在底電極上。頂電極設置在壓電層上。基板具有在基板上的空腔。晶種層具有開口。開口暴露底電極的底表面且與空腔連通。
根據一些實施例，體聲波共振器用於各種類型的電子裝置(例如，濾波器及雙工器(duplexers))中。在一些實施例中，體聲波共振器用於梯型濾波器(ladder-type filter)中。為了使本揭露的部件及優點更容易理解，以下結合附圖列出本揭露的一些實施例，並在下文中進行詳細描述。
以下揭露提供了很多不同的實施例或範例，用於實施本文所揭露的體聲波共振器的不同部件。各部件及其配置的具體範例描述如下，以簡化本揭露實施例。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本揭露。舉例而言，敘述中若提及第一部件形成在第二部件上，可能代表第一部件與第二部件直接接觸的實施例，也可能代表額外的部件形成在第一部件與第二部件之間，使得第一部件與第二部件不直接接觸的實施例。此外，本揭露實施例可能在不同的範例中重複元件符號及/或字符。如此重複是為了簡明與清楚，而不是用以表示介於本文所討論的不同實施例及/或態樣之間的關係。
以下描述實施例的一些變化。在不同的附圖以及經說明的實施例中，相似或相同的元件符號被用來標明相似或相同的部件。應理解的是，在本文所揭露的方法的之前、期間中、之後可以提供額外的操作及/或製程，且在一些實施例中，經揭露的操作中的一些操作可以以前述方法的其他實施例取代或刪除。
再者，為了便於說明本揭露的一個部件與其他部件的關係，使用空間相關用語，舉例而言：「上(on)」、「之上(over)」、「上部(upper)」、「下部(lower)」、「在…上方(above)」、「在…下方(below)」及其類似用詞。空間相關用語除了涵蓋在附圖中繪示的方位之外，也旨在涵蓋使用中或操作中的部件的不同方位。當部件被轉向至其他方位時(例如，旋轉90度或其他方位)，則在本文中所使用的空間相關用語可根據此方位來解讀。
在下文中，用語「大約(about)」、「近似(approximately)」、「實質上(substantially)」通常表示在給定數值或給定範圍的±20%之內，舉例而言，是±10%之內、±5%之內、±3%之內、±2%之內、±1%之內或±0.5%之內。應注意的是，說明書中所提供的數值為近似數值，亦即在沒有特定說明「大約」、「近似」、「實質上」的情況下，仍可隱含「大約」、「近似」、「實質上」的含義。
各個實施例通常關於體聲波共振器及其形成方法，且更具體而言關於具有在晶種層中的開口的體聲波共振器及其形成方法。體聲波共振器可包括具有空腔的基板及具有開口的晶種層，且前述開口暴露底電極的底表面並與空腔連通。因此，可提升體聲波共振器的性能。
第1圖至第9圖為根據本揭露的一些實施例的體聲波共振器在製造的各個階段的例示性剖面圖。
參照第1圖，在一些實施例中，提供基板100，且第一犧牲層210及第二犧牲層220形成在基板100上。在一些實施例中，第一犧牲層210設置在介於基板100及第二犧牲層220之間。然而，在一些其他實施例中，省略第一犧牲層210，且第二犧牲層220直接形成於基板100上。
基板100可為或包括塊材(bulk)半導體基板、絕緣層上覆半導體(semiconductor-on-insulator，SOI)基板或其他類似之基板。舉例而言，基板100可為使用p型摻質或n型摻質來摻雜的經摻雜基板，或者未經摻雜的基板。一般而言，絕緣層上覆半導體基板包括形成在絕緣層上的半導體材料的膜層。舉例而言，絕緣層可為氧化矽(silicon oxide)層、氮化矽(silicon nitride)層、多晶矽(poly-silicon)層、其組合或前述膜層的堆疊物。絕緣層設置在諸如矽(Si)基板的基板上。可以使用諸如多層基板或漸變(gradient)基板的其他基板。在一些實施例中，基板100的半導體材料包括具有不同晶面的矽。在一些實施例中，基板100為砷化鎵(gallium arsenide，GaAs)基板、氮化鎵(gallium nitride，GaN)基板、碳化矽(silicon carbide，SiC)基板、氮化鋁(aluminum nitride，AlN)基板或藍寶石(sapphire)基板。
在一些實施例中，第一犧牲層210及/或第二犧牲層220為(或包括)在後續製程中可移除的犧牲材料。舉例而言，犧牲材料可為二元化合物半導體，諸如砷化鎵；三元化合物半導體，諸如磷化銦鎵(indium gallium phosphide，InGaP)、砷化鎵銦(indium gallium arsenide，InGaAs)；四元化合物半導體，諸如磷化鎵銦鋁(aluminium gallium indium phosphide，AlInGaP)；其類似物；其他合適的犧牲材料或其組合，但本揭露不限於此。第一犧牲層210及第二犧牲層220可由不同材料製成。在一些實施例中，第一犧牲層210及第二犧牲層220具有不同的蝕刻速率。在一些實施例中，第一犧牲層210由磷化銦鎵製成，且第二犧牲層220由砷化鎵製成。
舉例而言，第一犧牲層210及/或第二犧牲層220可藉由沉積製程來形成。沉積製程可為金屬有機化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)、分子束磊晶(molecular beam epitaxy，MBE)、液相磊晶(liquid phase epitaxy，LPE)、其類似製程、其他合適的製程或其組合，但本揭露不限於此。
參照第2圖，在一些實施例中，圖案化第二犧牲層220，以形成犧牲結構221於基板100上。當以剖面圖觀察時，犧牲結構221可為平台形(platform-shape)、島形(island-shape)、檯面形(mesa-shape)或其他合適的形狀。在一些實施例中，藉由離子注入來轟擊由犧牲結構221暴露的第一犧牲層210，以調整由犧牲結構221暴露的第一犧牲層210的導電特徵。
在一些實施例中，藉由在光微影製程之後接續蝕刻製程來形成犧牲結構221。在一些實施例中，在用於形成犧牲結構221的蝕刻製程中，第一犧牲層210作為蝕刻停止層。在一些實施例中，藉由調整蝕刻製程的蝕刻參數，犧牲結構221具有漸縮(tapered)側壁222。
在一些實施例中，犧牲結構221具有在其的頂表面上的溝槽223。在一些實施例中，溝槽223位於犧牲結構221的頂表面上。可以藉由在光微影製程之後接續蝕刻製程來形成溝槽223。
在一些實施例中，當以俯視圖觀察時，在犧牲結構221上的溝槽223為環形(ring-shaped)。溝槽223所環繞的區域的形狀可為後續形成在晶種層中的開口的形狀。在一些實施例中，在犧牲結構221上的溝槽223具有一深度，且前述深度對應於後續形成在溝槽223中的材料的厚度。應注意的是，犧牲結構221的環形溝槽223可用於定義在體聲波共振器的主動區域中用來封困(trapping)能量的框架(frame)(或框架的至少一部分)。細節將在下文中討論。
參照第3圖，在一些實施例中，支撐層230形成在犧牲結構221及第一犧牲層210上。藉由沉積製程，支撐層230可順應性地(conformally)形成在第一犧牲層210及犧牲結構221上。在一些實施例中，支撐層230填充至溝槽223中。在一些實施例中，溝槽223以支撐層230的一部分來填充，且在後續製程中保留支撐層230的前述部分在溝槽223中。用於形成支撐層230的沉積製程可為化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、原子層沉積、其類似製程、其他合適的製程或其組合，但本揭露不限於此。在一些實施例中，支撐層230為(或包括)氮化物、氧化物、氮氧化物、聚合物、其類似物、其他合適的材料或其組合，但本揭露不限於此。在一些實施例中，支撐層230為氮化矽或氧化矽。
參照第4圖，在一些實施例中，平坦化支撐層230，以暴露犧牲結構221的頂表面。在一些實施例中，移除在犧牲結構221上的支撐層230的一部分，以暴露犧牲結構221的頂表面，且保留支撐層230的另一部分在溝槽223中。前述支撐層230的另一部分可稱為框架元件231。平坦化製程可為化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)製程。在一些實施例中，在執行平坦化製程之後，支撐層230的頂表面與犧牲結構221的頂表面實質上共平面。
在一些其他實施例中，省略第一犧牲層210，犧牲結構221直接在基板100上，且支撐層230直接在基板100上且與基板100整體化(integrated)。舉例而言，基板100及支撐層230可為一整體化之基底(base)，可在此基底中形成開口，接著形成犧牲結構221在此開口中。
參照第5圖，在一些實施例中，形成晶種層300在支撐層230及犧牲結構221上。晶種層300可提升形成在晶種層300上的膜層的品質，這是因為介於晶種層300及形成在晶種層300上的層之間的失配(mismatch)被降低。在一些實施例中，晶種層300為(或包括)氮化鋁(aluminum nitride，AlN)、氮氧化鋁(aluminum oxynitride，AlON)、二氧化矽(silicon dioxide，SiO
2)、氮化矽(silicon nitride，Si
3N
4)、碳化矽、氮化鋁鈧(aluminum scandium nitride，AlScN)、鈦(titanium，Ti)、其類似物、其他合適的材料或其組合。在一些實施例中，晶種層300的材料與後續形成的壓電(piezoelectric)層的材料相同。在一些實施例中，晶種層300及支撐層230由不同材料製成。在一些實施例中，藉由沉積製程形成晶種層300。沉積製程可為物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)(例如，濺鍍(sputtering))、原子層沉積、其類似製程、其他合適的製程或其組合，但本揭露不限於此。在一些實施例中，以過渡元素(例如，鈧(Sc))摻雜晶種層300。
持續參照第5圖，在一些實施例中，形成底電極400在晶種層300的頂表面上。在一些實施例中，底電極400為(或包括)諸如金屬的導電材料。在一些實施例中，金屬包括鈦(titanium，Ti)、鉬(molybdenum，Mo)、鉑(platinum，Pt)、鋁(aluminum，Al)、金(gold，Au)、鎢(tungsten，W)、釕(ruthenium，Ru)、其類似物或其組合。
在一些實施例中，藉由沉積製程形成底電極400。沉積製程可為PVD(例如，濺鍍)、電鍍(electroplating)、其類似製程、其他合適的製程或其組合，但本揭露不限於此。舉例而言，沉積底電極400的材料在晶種層300上，且圖案化底電極400的材料，以形成具有垂直側壁或漸縮側壁的底電極400。在一些實施例中，底電極400直接在犧牲結構221上方。在一些實施例中，犧牲結構221投影到基板100上的區域是在底電極400投影到基板100上的區域中。
參照第6圖，在一些實施例中，形成壓電層500在底電極400的頂表面上。在一些實施例中，壓電層500為(或包括)氮化鋁、氮化鋁鈧、其類似物、其他合適的材料或其組合。在一些實施例中，壓電層500順應性地形成在晶種層300的頂表面與底電極400的頂表面上。由於形成壓電層500在形成於晶種層300上的底電極400上，所以可提升壓電層500的品質。在一些實施例中，摻雜壓電層500以提升壓電層500的機電耦合係數(electromechanical coupling coefficient)。用於晶種層300中的摻質可與用於壓電層500中的摻質相同或不同。在一些實施例中，以鈧摻雜壓電層500。可藉由沉積製程(例如，濺鍍)形成壓電層500。
持續參照第6圖，在一些實施例中，形成頂電極600在壓電層500的頂表面上。頂電極600及底電極400可由相同或不同的材料製成。頂電極600的材料及形成方法可與底電極400的材料及形成方法相同或相似，且在本文中不重複此細節。
在一些實施例中，頂電極600直接在底電極400上方。在一些實施例中，底電極400的面積大於頂電極600的面積，以使底電極400與頂電極600容易對齊(align)。
在一些實施例中，由於頂電極600與底電極400用於與外部電路電性連接，壓電層500夾設(sandwiched)在頂電極600與底電極400之間。
參照第7圖，在一些實施例中，形成鈍化層700在頂電極600上。具體而言，形成鈍化層700在頂電極600及壓電層500上，以保護下層的部件。在一些實施例中，鈍化層700順應性地形成在頂電極600及壓電層500上，以提升保護效果。在一些實施例中，鈍化層700為(或包括)氮化物、氧化物、氮氧化物、聚合物、其類似物、其組合或具有高蝕刻抵抗性的其他合適的材料，但本揭露不限於此。
參照第8圖，在一些實施例中，經由導孔800移除犧牲結構221以形成空腔240。由於蝕刻劑可經由導孔800觸及並蝕刻犧牲結構221，所以導孔800亦可稱為蝕刻通道。可藉由蝕刻體聲波共振器的最頂部件至犧牲結構221來形成導孔800。因此，從基板100的頂側蝕刻體聲波共振器的最頂部件。在一些實施例中，從共振器的頂側執行蝕刻製程來形成導孔800，並稱為由上至下(top-down)的蝕刻製程。在一些實施例中，在移除犧牲結構221以形成空腔240的期間中，留下框架元件231。空腔240可在頂電極600及底電極400的正下方，且在基板100上。在一些實施例中，體聲波共振器的主動區域是空腔240、底電極400、壓電層500及頂電極600重疊的區域。在一些實施例中，為了移除犧牲結構221，導孔800與犧牲結構221連接。在下文中提供導孔800的詳細說明。
在一些實施例中，為了提升底電極400及頂電極600的導電性，導孔800繞過(bypasses)底電極400及頂電極600，且穿過鈍化層700及壓電層500而延伸至犧牲結構221。在一些實施例中，導孔800穿過鈍化層700、壓電層500、及/或底電極400及/或頂電極600而延伸至犧牲結構221。
在一些實施例中，藉由使用蝕刻劑的濕式蝕刻製程移除犧牲結構221。在一些實施例中，蝕刻劑為(或包括)酸性(acidic)蝕刻劑、鹼性(alkaline)蝕刻劑或其組合。舉例而言，酸性蝕刻劑包括酸性化合物(acidic compounds)的溶液，諸如氫氟酸(hydrofluoric acid)、鹽酸(hydrochloric acid)、氯類的酸(chloric-based acid)、溴類的酸(bromic-based acid)、碘類的酸(iodic-based acid)、硫酸(sulfuric acid)、亞硫酸(sulfurous acid)、次硫酸(hyposulfurous acid)、硝酸(nitric acid)、亞硝酸(nitrous acid)、磷酸(phosphoric acid)、亞磷酸(phosphorous acid)、次膦酸(phosphinic acid)、硼酸(boric acid)、四氟硼酸(tetrafluoroboric acid)、甲酸(formic acid)、乙酸(acetic acid)、丙酸(propionic acid)、丁酸(butanoic acid)、三氟乙酸(trifluoroacetic acid)、草酸(oxalic acid)、乳酸(lactic acid)、甲磺酸(methanesulfonic acid)、對甲苯磺酸(p-toluene sulfonic acid)、三氟甲磺酸(trifluoromethane sulfonic acid)、氟磺酸(fluorosulfonic acid)、其類似物或其組合。舉例而言，鹼性蝕刻劑包括有機鹼性溶液或鹼性化合物，諸如環己胺(cyclohexylamine)、乙二胺(ethylenediamine)、氨(ammonia)、四甲基氫氧化銨(tetramethylammonium hydroxide)、四乙基氫氧化銨(tetraethylammonium hydroxide)、氫氧化鈉(sodium hydroxide)、氫氧化鉀(potassium hydroxide)、氫氧化鎂(magnesium hydroxide)、氫氧化鈣(calcium hydroxide)、碳酸鈉(sodium carbonate)、碳酸鉀(potassium carbonate)、氨水(ammonia solution)、其類似物或其組合。在一些實施例中，移除犧牲結構221，同時移除在犧牲結構221下方的第一犧牲層210的一部分。然而，在一些其他的實施例中，第一犧牲層210具有高於犧牲結構221的蝕刻抵抗性，且因此在移除犧牲結構221的同時，不移除第一犧牲層210。
參照第9圖，在一些實施例中，經由空腔240蝕刻晶種層300。用於蝕刻晶種層300的蝕刻劑可經由導孔800進入空腔240，然後蝕刻晶種層300。在一些實施例中，在蝕刻晶種層300的期間中，底電極400用作蝕刻停止層。在一些實施例中，在經由空腔240蝕刻晶種層300的期間中，框架元件231用作蝕刻遮罩，來形成在晶種層300中的開口310及320。詳細而言，可轉移框架元件231的圖案至晶種層300，以形成其內包括開口310及320的經圖案化的晶種層300。在一些實施例中，移除晶種層300的一部分以形成開口310及320，且留下晶種層300的另一部分。在一些實施例中，保留在底電極400的底表面下方的晶種層300的前述部分稱為框架元件311。框架元件311可介於框架元件231及底電極400之間。在下文中提供開口310及320的排列與框架元件311的詳細描述。
在一些實施例中，用於蝕刻晶種層300的蝕刻製程與用於移除犧牲結構221的蝕刻製程為相同或不同。在一些實施例中，用於蝕刻晶種層300的蝕刻製程為非等向性蝕刻製程，以預防框架元件231及框架元件311從體聲波共振器10上剝離。在一些實施例中，藉由使用用於移除犧牲結構221的蝕刻劑的濕式蝕刻製程來移除晶種層300。在一些實施例中，經由空腔240蝕刻晶種層300以及經由導孔800蝕刻犧牲結構221以形成空腔240係在相同製程中執行來減少製造成本，或者在不同製程中連續地執行。在一些實施例中，在底電極400及/或頂電極600形成之後，經由空腔240蝕刻晶種層300。
在一些實施例中，開口310及320暴露底電極400的底表面。在一些實施例中，開口310的形狀對應於框架元件311，且具體而言，與由框架元件311圍繞的區域的形狀相同。舉例而言，當以俯視圖觀察時，開口310的形狀可為圓形、矩形、多邊形、不規則形狀或其類似形狀。在一些實施例中，開口310與空腔240連通，以形成具有大於空腔240的體積的空腔。
在一些實施例中，當以剖面圖觀察時，開口310位於底電極400的側壁之間及/或頂電極600的側壁之間。在一些實施例中，由框架元件311圍繞並投影到基板100上的區域是在底電極400投影到基板100的區域中。在一些實施例中，由框架元件311圍繞並投影到基板100上的區域是在底電極400、壓電層500及頂電極600重疊的區域中。在一些實施例中，由框架元件311圍繞並投影到基板100上的區域是在投影至基板100上的體聲波共振器10的主動區域中。
參照第9圖，在一些實施例中，框架元件311及框架元件231彼此連接。框架元件311及框架元件231可稱作框架330。在一些實施例中，框架330包括第一部分(例如，框架元件231)及設置在第一部分及底電極400之間的第二部分(例如，框架元件311)。在一些實施例中，因為框架元件311及框架元件231由不同材料製成，所以包括在框架330中的第一部分及第二部分由不同材料製成。在一些實施例中，框架330可以封困住在體聲波共振器10的主動區域之內的聲波，以提升體聲波共振器的品質因數。在一些實施例中，框架330在體聲波共振器10的主動區域的正下方。
如第9圖所示，在一些實施例中，框架元件231具有第一厚度T1，框架元件311具有第二厚度T2，且第一厚度T1與第二厚度T2的比值在介於0.2至15之間的範圍內。在一些實施例中，具有第一厚度T1的框架元件231由氮化矽製成，具有第二厚度T2的框架元件311由氮化鋁製成。可調整框架元件311及231的材料以及第一厚度T1與第二厚度T2的比值，以提升體聲波共振器的性能。
在一些實施例中，因為壓電層500形成在形成於晶種層300上的底電極400上，所以可提升壓電層500的品質。然而，晶種層300可能使體聲波共振器的品質因數及/或機電耦合係數劣化。本揭露的實施例在形成底電極400及壓電層500之後，選擇性地移除在體聲波共振器的主動區域內的晶種層300。因此，可提升體聲波共振器的品質因數及/或機電耦合係數。
在一些實施例中，具有在晶種層中的開口的體聲波共振器作為在濾波器(例如，傳送濾波器(Tx filter)或接收濾波器(Rx filter))中的共振器。在一些實施例中，具有在晶種層中的開口的體聲波共振器作為在梯型濾波器中的串聯共振器(series resonator)或分路共振器(shunt resonator)。藉由使用具有在晶種層中的開口的體聲波共振器作為在濾波器中的共振器，可提升濾波器的性能。
第10圖為根據本揭露的一些實施例的體聲波共振器的例示性俯視圖。
參照第10圖，其是如第9圖所示的體聲波共振器的俯視圖的一態樣，且為了便於說明，顯示犧牲結構221、底電極400、頂電極600及導孔800並省略其他部件。第9圖顯示第10圖所示的體聲波共振器沿著剖面線A-A’擷取的剖面圖。
在一些實施例中，如第10圖所示，犧牲結構221具有在底電極400及頂電極600的邊緣之外的延伸部，且導孔800設置於在底電極400及頂電極600之外的犧牲結構221的區域上。因此，經過導孔800的蝕刻劑不會損壞在主動區域中的底電極400及頂電極600。犧牲結構221的延伸部可為基於需求的各種形狀。在一些實施例中，基於移除犧牲結構221的所需移除速度或犧牲結構221的延伸部的形狀，可調整導孔800的數量。在一些實施例中，可基於需求調整導孔800、底電極400及頂電極600的排列。
參照第11圖至第14圖，其為根據本揭露的一些其他實施例的體聲波共振器的剖面圖。在第11圖中，用於蝕刻犧牲結構221及蝕刻晶種層300的導孔810以點狀線顯示。
第11圖根據一些實施例，顯示體聲波共振器10a的剖面圖。在一些實施例中，頂電極600及底電極400部分重疊。在一些實施例中，頂電極600投影到基板100上的區域不完全在底電極400投影到基板100的區域中。第11圖顯示從頂電極600延伸的導電部分，且導電部分可作為導線。在一些實施例中，第11圖顯示從底電極400延伸的另一導電部分，且另一導電部分亦可作為導線。
第12圖根據一些實施例，顯示體聲波共振器10b的剖面圖。在一些實施例中，蝕刻壓電層500，以形成在底電極400、壓電層500及頂電極600的重疊區域之外的凹部。可從壓電層500的頂表面或從壓電層500的底表面蝕刻壓電層500。在一些實施例中，鄰近體聲波共振器的主動區域設置凹部。
在一些實施例中，經由空腔240及開口320蝕刻壓電層500以形成凹部510。在一些實施例中，凹部510與空腔240連通。在一些實施例中，從共振器的底側執行蝕刻製程，以形成凹部510，且稱為由下至上(down-top)的蝕刻製程。用於蝕刻壓電層500以形成凹部510的製程可與用於蝕刻晶種層300的製程及/或用於蝕刻犧牲結構221的製程相同或不同。在一些實施例中，如第12圖所示，凹部510暴露頂電極600的底表面。在一些實施例中，凹部510與底電極400的邊緣實質上對齊，以維持底電極400的完整性。
在一些實施例中，從基板100的頂部蝕刻壓電層500，以形成在底電極400、壓電層500及頂電極600的重疊區域之外的凹部520。在一些實施例中，從壓電層500的頂表面蝕刻壓電層500。在一些實施例中，從共振器的頂側執行蝕刻製程以形成凹部520，且稱為由上至下的蝕刻製程。在一些實施例中，凹部520暴露底電極400的頂表面。在一些實施例中，凹部520與頂電極600的邊緣實質上對齊，以維持頂電極600的完整性。
據此，前述凹部510及520可圍繞體聲波共振器的主動區域，且可用作空氣邊緣(air-edge)，以進一步減少體聲波共振器10b的聲波損耗(acoustic loss)。因此，可進一步提升品質因數。
第13圖根據一些實施例，顯示體聲波共振器10c的剖面圖。在一些實施例中，蝕刻壓電層500，以形成不暴露頂電極600的底表面的凹部510。在一些實施例中，直接在凹部510上方的壓電層500的一部分留在頂電極600的底表面下方，且壓電層500的前述部分具有第三厚度T3。壓電層500的前述部分可提升下層的部件的支撐力。可基於支撐力的需求調整第三厚度T3。
第14圖根據一些實施例，顯示體聲波共振器10d的剖面圖。在一些實施例中，如第14圖所示，導孔800與空腔240及開口310連通。在一些實施例中，由於使用相同的導孔800作為蝕刻通道，來形成空腔240、開口310及/或凹部510，可減少製造成本。
綜上所述，本揭露的實施例在形成底電極與壓電層之後，選擇性地移除在體聲波共振器的主動區域中的晶種層300。因此，可以在不讓底電極與壓電層的品質劣化的情況下，改善體聲波共振器的品質因數及/或機電耦合係數。
前述內容概述本揭露的數個實施例的部件，使得所屬技術領域中具有通常知識者可以更好地理解本揭露的態樣。所屬技術領域中具有通常知識者應當理解的是，他們可以容易地將本揭露用作改變、取代、替代及/或修改其他製程及結構的基礎，以實現與本文介紹的實施例相同的目的及/或達到相同的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦應理解的是，這樣的等效構造未脫離本揭露的精神及範疇，且在不脫離本揭露的精神及範疇的情況下，他們可以在本文中進行各種改變、替換及變更。
10, 10a, 10b, 10c, 10d:體聲波共振器
100:基板
210:第一犧牲層
220:第二犧牲層
221:犧牲結構
222:側壁
223:溝槽
230:支撐層
231, 311:框架元件
240:空腔
300:晶種層
310, 320:開口
330:框架
400:底電極
500:壓電層
510, 520:凹部
600:頂電極
700:鈍化層
800, 810:導孔
T1:第一厚度
T2:第二厚度
T3:第三厚度
藉由以下詳細描述並配合所附圖式時，所屬技術領域中具有通常知識者將能更好地理解本揭露的一些實施例的觀點。應注意的是，根據本產業的標準作業，各種部件未按比例繪製且僅用於說明性的目的。事實上，為了清楚的說明，可能任意的放大或縮小各種部件的尺寸。
第1圖至第9圖為根據本揭露的一些實施例的體聲波共振器在製造的各個階段的例示性剖面圖。
第10圖為根據本揭露的一些實施例的體聲波共振器的例示性俯視圖。
第11圖至第14圖為根據本揭露的一些實施例的體聲波共振器的例示性剖面圖。
10:體聲波共振器
100:基板
210:第一犧牲層
230:支撐層
231,311:框架元件
240:空腔
300:晶種層
310,320:開口
330:框架
400:底電極
500:壓電層
600:頂電極
700:鈍化層
800:導孔
T1:第一厚度
T2:第二厚度
Claims (20)
- 一種體聲波共振器的形成方法，包括： 形成一犧牲結構在一基板上； 形成一晶種層在該犧牲結構上； 形成一底電極在該晶種層上； 形成一壓電層在該底電極上； 形成一頂電極在該壓電層上； 移除該犧牲結構以形成一空腔；以及 經由該空腔蝕刻該晶種層。
- 如請求項1之形成方法，其中在形成該底電極之後，經由該空腔蝕刻該晶種層。
- 如請求項1之形成方法，其中形成一開口在該晶種層中，且該開口暴露該底電極的一底表面。
- 如請求項1之形成方法，其中在蝕刻該晶種層的期間中，該底電極用作一蝕刻停止層。
- 如請求項1之形成方法，其中該犧牲結構具有一溝槽，該溝槽在該犧牲結構的一頂表面上。
- 如請求項5之形成方法，更包括： 形成一支撐層在該犧牲結構及該基板上，其中以該支撐層的一部分填充該溝槽；以及 平坦化該支撐層，其中暴露該犧牲結構且保留該支撐層的該部分在該溝槽中。
- 如請求項6之形成方法，其中在蝕刻該晶種層的期間中，該支撐層的該部分作為一蝕刻遮罩，使得介於該支撐層的該部分與該底電極之間的該晶種層的一部分保留在該底電極下方。
- 如請求項7之形成方法，其中該支撐層的該部分與該晶種層的該部分形成在該底電極下方的一框架(frame)。
- 如請求項6之形成方法，其中該晶種層及該支撐層由不同材料製成。
- 如請求項6之形成方法，其中該晶種層包括氮化鋁(AlN)、氮氧化鋁(AlON)、二氧化矽(SiO 2)、氮化矽(Si 3N 4)、碳化矽(SiC)、氮化鋁鈧(AlScN)、鈦(Ti)或其組合。
- 如請求項1之形成方法，更包括： 蝕刻該壓電層以形成一凹部，且該凹部在該底電極、該壓電層及該頂電極的一重疊區域之外。
- 如請求項11之形成方法，其中該凹部與該空腔連通。
- 如請求項11之形成方法，其中該凹部暴露該頂電極的一底表面或該底電極的一頂表面。
- 如請求項11之形成方法，其中該凹部實質上對齊該底電極的一邊緣或該頂電極的一邊緣。
- 一種體聲波共振器，包括： 一基板； 一晶種層，設置在該基板上； 一底電極，設置在該晶種層上； 一壓電層，設置在該底電極上；以及 一頂電極，設置在該壓電層上， 其中該基板具有在該基板上的一空腔，且該晶種層具有一開口，該開口暴露該底電極的一底表面且該開口與該空腔連通。
- 如請求項15之體聲波共振器，其中該開口介於該底電極的側壁之間。
- 如請求項15之體聲波共振器，更包括在該底電極的該底表面下方的一框架，且其中該框架包括該晶種層的一部分。
- 如請求項15之體聲波共振器，更包括： 一凹部，在該壓電層中，且在該底電極、該壓電層及該頂電極的一重疊區域之外。
- 如請求項18之體聲波共振器，其中該凹部與該空腔連通。
- 如請求項18之體聲波共振器，其中該凹部暴露該頂電極的一底表面或該底電極的一頂表面。
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