薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法，该薄膜体声波谐振器包括：下部介电层，第一空腔结构设置于下部介电层中，第一空腔结构横截面形状为多边形，且其至少有一对边互相平行；上部介电层，第二空腔结构设置于上部介电层中，其中，第二空腔结构和第一空腔结构相对；声波谐振复合薄膜，设置于第一空腔结构和第二空腔结构之间，连续地隔离第一空腔结构和第二空腔结构，第一空腔结构与第二空腔结构上下重叠部分形成一个共同内周，该共同内周在声波谐振复合薄膜所在的平面上的投影为多边形，该多边形不包含任何一对相对而平行的直线段。本发明专利技术的薄膜体声波谐振器包括连续的声波谐振复合薄膜，其不具有任何孔，具有更高的谐振性能。

Thin film bulk acoustic resonator, semiconductor device and method of manufacturing the same

The invention provides a thin film bulk acoustic resonator, semiconductor device and its manufacturing method, including the film bulk acoustic resonator: the lower dielectric layer, a first cavity structure is arranged on the lower part of the dielectric layer, a first cavity structure cross section is polygonal in shape, and at least one pair of edges parallel to each other; the upper dielectric layer, second the cavity structure is arranged in the Kobe Suke layer, among them, second cavity and the first cavity structure; acoustic resonance composite film is arranged between the first cavity and the second cavity structure, continuous separation of the first cavity structure and second cavity structure, the cavity structure and the first second cavity structure overlap to form a common this week, in the week in the common plane wave resonant composite film on the same projection polygon, the polygon does not contain any of the relatively A parallel line segment. The film bulk acoustic resonator of the present invention comprises a continuous acoustic wave resonant composite film without any aperture and having a higher resonant performance.

【技术实现步骤摘要】
薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，具体而言涉及一种薄膜体声波谐振器、半导体器件及其制造方法。
技术介绍
薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，简称FBAR)是一种新颖的基于压电效应的射频MEMS器件，因其具有谐振频率、功率和质量灵敏度高，尺寸小以及与CMOS工艺兼容等特点，在无线通信领域得到广泛应用。现有的薄膜体声波谐振器的制备工艺是典型的表面微机械加工工艺，如图1所示，在基底100中形成空腔101，并在空腔101中填充满牺牲材料层(未示出)，在牺牲材料层上依次形成的下电极层102、声波谐振复合薄膜103以及上电极层104，声波谐振复合薄膜103包括压电薄膜、粘结层和介电层；接着，形成贯穿上电极层104，声波谐振复合薄膜103以及下电极层102的释放孔105，以暴露牺牲材料层；之后采用湿法刻蚀去除牺牲材料层，以释放结构。而释放孔105的存在，使得上电极层104、声波谐振复合薄膜103以及下电极层102不连续，对声波谐振复合薄膜103的整体谐振性能不利。因此，有必要提出一种新的薄膜体声波谐振器结构，以改善薄膜体声波谐振器的性能。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了克服目前存在的问题，本专利技术一方面提供一种薄膜体声波谐振器，包括：下部介电层，第一空腔结构设置于所述下部介电层中；上部介电层，所述上部介电层位于所述下部介电层的上方，第二空腔结构设置于所述上部介电层中；声波谐振复合薄膜，设置于所述第一空腔结构和所述第二空腔结构之间，连续地隔离所述第一空腔结构和所述第二空腔结构，所述声波谐振复合薄膜包括底部电极层、压电薄膜以及顶部电极层，所述压电薄膜设置于所述底部电极层和所述顶部电极层之间，其中，所述第一空腔结构与所述第二空腔结构上下重叠部分形成一个共同内周，该共同内周在所述声波谐振复合薄膜所在的平面上的投影为多边形，该多边形不包含任何一对相对而平行的直线段。进一步，所述第一空腔结构的横截面形状为多边形，且该多边形至少有一对边互相平行。进一步，所述第二空腔结构的横截面形状为多边形，且该多边形至少有一对边互相平行。进一步，所述声波谐振复合薄膜还包括粘结层以及隔离层，所述粘结层设置于所述压电薄膜和所述底部电极层之间，所述隔离层设置在所述底部电极层与所述粘结层之间，和/或，在所述顶部电极层与所述压电薄膜之间。本专利技术另一方面提供一种半导体器件，包括：浅沟槽隔离结构，在所述浅沟槽隔离结构的正面形成有第一介电层；在所述第一介电层的部分表面上形成有底部电极层，且所述底部电极层对应位于所述浅沟槽隔离结构的上方；在所述第一介电层上形成有第二介电层，在所述第二介电层中形成有第一空腔结构，所述第一空腔结构暴露部分所述底部电极层，其中，所述第一空腔结构的横截面形状为多边形；第一键合层与所述第二介电层相键合，使所述第一空腔结构密封；在所述浅沟槽隔离结构的背面上形成有第三介电层；在所述浅沟槽隔离结构的背面，形成有依次贯穿所述第三介电层、所述浅沟槽隔离结构和所述第一介电层的开口，所述开口与所述第一空腔结构相对，所述开口的横截面形状为多边形；紧贴所述底部电极层，在所述开口的底部和侧壁上以及部分所述第三介电层的表面上设置有依次层叠的压电薄膜和顶部电极层；第四介电层设置为覆盖所述顶部电极层以及所述第三介电层的表面；在所述第四介电层中形成有第二空腔结构，所述第二空腔结构与所述第一空腔结构相对，所述第二空腔结构暴露至少部分位于所述开口底部的所述顶部电极层，且所述第二空腔结构被密封，所述第二空腔结构的横截面形状为多边形，其中，声波谐振复合薄膜包括所述底部电极层、所述压电薄膜以及所述顶部电极层，所述第一空腔结构与所述第二空腔结构上下重叠部分形成一个共同内周，该共同内周在所述声波谐振复合薄膜所在的平面上的投影为多边形，该多边形不包含任何一对相对而平行的直线段。进一步，在所述第一键合层和所述第二介电层之间设置有第一覆盖层，所述第一覆盖层密封所述第一空腔结构，且在与所述第一空腔结构对应的所述第一覆盖层中设置有至少一第一释放孔，通过第一密封材料密封所述第一释放孔，并覆盖所述第一覆盖层的表面。进一步，所述第一键合层设置于第一操作衬底的正面上。进一步，在所述第四介电层的表面上还设置有第五介电层。进一步，所述第二空腔结构贯穿所述第五介电层和所述第四介电层，在第二操作衬底的正面设置有第二键合层，所述第二键合层与所述第五介电层相键合，使所述第二空腔结构密封。进一步，在所述第四介电层和部分所述顶部电极层之间设置有第二覆盖层，所述第二覆盖层密封所述第二空腔结构，在所述第二覆盖层、所述第四介电层和第五介电层中形成有至少一第二释放孔，所述第二释放孔贯穿与所述第二空腔结构对应的部分所述第二覆盖层、所述第四介电层和所述第五介电层，通过第二密封材料密封所述第二释放孔，并覆盖所述第五介电层的表面。进一步，还包括粘结层以及隔离层，所述粘结层设置于所述压电薄膜和所述底部电极层之间，所述隔离层设置在所述底部电极层与所述粘结层之间，和/或，在所述顶部电极层与所述压电薄膜之间。进一步，在所述浅沟槽隔离结构的外侧形成有前端器件，所述第一介电层覆盖所述前端器件的正面，还形成有若干贯穿所述第一介电层的第一接触孔，所述第一接触孔电连接所述前端器件，在所述第一介电层的表面上还形成有图案化的第一互连金属层，部分所述第一互连金属层电连接所述第一接触孔，所述底部电极层为对应位于所述浅沟槽隔离结构上方的所述第一互连金属层的部分，该部分不与所述第一接触孔电连接。本专利技术再一方面提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供基底，在所述基底的正面形成有浅沟槽隔离结构，在所述基底的正面上形成有覆盖所述浅沟槽隔离结构的第一介电层，在所述第一介电层的部分表面上形成有底部电极层，且所述底部电极层对应位于所述浅沟槽隔离结构的上方；形成第二介电层覆盖所述底部电极层；在所述第二介电层中形成暴露部分所述底部电极层的第一空腔结构，所述第一空腔结构的横截面形状为多边形；提供第一操作衬底，在所述第一操作衬底的正面形成有第一键合层，将所述第一操作衬底的正面与所述基底的正面相接合；从所述基底的背面开始，去除部分所述基底，直到暴露所述浅沟槽隔离结构；在所述基底的背面上沉积形成第三介电层；从所述基底的背面开始，依次刻蚀所述第三介电层、所述浅沟隔离结构和所述第一介电层，直到暴露所述底部电极层，以形成开口，其中，所述开口的横截面形状为多边形；在所述第三介电层的表面上和所述开口的底部和侧壁上，依次共形沉积压电薄膜和顶部电极层；图案化所述压电薄膜和顶部电极层，至少保留位于所述开口内的部分；在所述顶部电极层上形成密封的第二空腔结构，所述第二空腔结构与所述第一空腔结构相对，所述第二空腔结构的横截面形状为多边形，其中，声波谐振复合薄膜包括所述底部电极层、所述压电薄膜以及所述顶部电极层，所述第一空腔结构与所述第二空腔结构上下重叠部分形成一个共同内周，该共同内周在所述声波谐振复合薄膜所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：下部介电层，第一空腔结构设置于所述下部介电层中；上部介电层，所述上部介电层位于所述下部介电层的上方，第二空腔结构设置于所述上部介电层中；声波谐振复合薄膜，设置于所述第一空腔结构和所述第二空腔结构之间，连续地隔离所述第一空腔结构和所述第二空腔结构，所述声波谐振复合薄膜包括底部电极层、压电薄膜以及顶部电极层，所述压电薄膜设置于所述底部电极层和所述顶部电极层之间，其中，所述第一空腔结构与所述第二空腔结构上下重叠部分形成一个共同内周，该共同内周在所述声波谐振复合薄膜所在的平面上的投影为多边形，该多边形不包含任何一对相对而平行的直线段。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振器，其特征在于，包括：下部介电层，第一空腔结构设置于所述下部介电层中；上部介电层，所述上部介电层位于所述下部介电层的上方，第二空腔结构设置于所述上部介电层中；声波谐振复合薄膜，设置于所述第一空腔结构和所述第二空腔结构之间，连续地隔离所述第一空腔结构和所述第二空腔结构，所述声波谐振复合薄膜包括底部电极层、压电薄膜以及顶部电极层，所述压电薄膜设置于所述底部电极层和所述顶部电极层之间，其中，所述第一空腔结构与所述第二空腔结构上下重叠部分形成一个共同内周，该共同内周在所述声波谐振复合薄膜所在的平面上的投影为多边形，该多边形不包含任何一对相对而平行的直线段。2.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第一空腔结构的横截面形状为多边形，且该多边形至少有一对边互相平行。3.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述第二空腔结构的横截面形状为多边形，且该多边形至少有一对边互相平行。4.如权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述声波谐振复合薄膜还包括粘结层以及隔离层，所述粘结层设置于所述压电薄膜和所述底部电极层之间，所述隔离层设置在所述底部电极层与所述粘结层之间，和/或，在所述顶部电极层与所述压电薄膜之间。5.一种半导体器件，其特征在于，包括：浅沟槽隔离结构，在所述浅沟槽隔离结构的正面形成有第一介电层；在所述第一介电层的部分表面上形成有底部电极层，且所述底部电极层对应位于所述浅沟槽隔离结构的上方；在所述第一介电层上形成有第二介电层，在所述第二介电层中形成有第一空腔结构，所述第一空腔结构暴露部分所述底部电极层，其中，所述第一空腔结构的横截面形状为多边形；第一键合层与所述第二介电层相键合，使所述第一空腔结构密封；在所述浅沟槽隔离结构的背面上形成有第三介电层；在所述浅沟槽隔离结构的背面，形成有依次贯穿所述第三介电层、所述浅沟槽隔离结构和所述第一介电层的开口，所述开口与所述第一空腔结构相对，所述开口的横截面形状为多边形；紧贴所述底部电极层，在所述开口的底部和侧壁上以及部分所述第三介电层的表面上设置有依次层叠的压电薄膜和顶部电极层；第四介电层设置为覆盖所述顶部电极层以及所述第三介电层的表面；在所述第四介电层中形成有第二空腔结构，所述第二空腔结构与所述第一空腔结构相对，所述第二空腔结构暴露至少部分位于所述开口底部的所述顶部电极层，且所述第二空腔结构被密封，所述第二空腔结构的横截面形状为多边形；其中，声波谐振复合薄膜包括所述底部电极层、所述压电薄膜以及所述顶部电极层，所述第一空腔结构与所述第二空腔结构上下重叠部分形成一个共同内周，该共同内周在所述声波谐振复合薄膜所在的平面上的投影为多边形，该多边形不包含任何一对相对而平行的直线段。6.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，在所述第一键合层和所述第二介电层之间设置有第一覆盖层，所述第一覆盖层密封所述第一空腔结构，且在与所述第一空腔结构对应的所述第一覆盖层中设置有至少一第一释放孔，通过第一密封材料密封所述第一释放孔，并覆盖所述第一覆盖层的表面。7.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述第一键合层设置于第一操作衬底的正面上。8.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，在所述第四介电层的表面上还设置有第五介电层。9.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述第二空腔结构贯穿所述第五介电层和所述第四介电层，在第二操作衬底的正面设置有第二键合层，所述第二键合层与所述第五介电层相键合，使所述第二空腔结构密封。10.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，在所述第四介电层和部分所述顶部电极层之间设置有第二覆盖层，所述第二覆盖层密封所述第二空腔结构，在所述第二覆盖层、所述第四介电层和第五介电层中形成有至少一第二释放孔，所述第二释放孔贯穿与所述第二空腔结构对应的部分所述第二覆盖层、所述第四介电层和所述第五介电层，通过第二密封材料密封所述第二释放孔，并覆盖所述第五介电层的表面。11.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，还包括粘结层以及隔离层，所述粘结层设置于所述压电薄膜和所述底部电极层之间，所述隔离层设置在所述底部电极层与所述粘结层之间，和/或，在所述顶部电极层与所述压电薄膜之间。12.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，在所述浅沟槽隔离结构的外侧形成有前端器件，所述第一介电层覆盖所述前端器件的正面，还形成有若干贯穿所述第一介电层的第一接触孔，所述第一接触孔电连接所述前端器件，在所述第一介电层的表面上还形成有图案化的第一互连金属层，部分所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄河，克里夫·德劳利，朱继光，李海艇，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31