空腔型体声波谐振器及其制作方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。造成的损伤。造成的损伤。

【技术实现步骤摘要】
空腔型体声波谐振器及其制作方法


[0001]本专利技术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


技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术一方面提供了一种空腔型体声波谐振器的制作方法，包括：
[0008]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；
[0009]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。
[0010]本专利技术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。
[0011]本专利技术另一方面还提供了一种空腔型体声波谐振器，其包括：
[0012]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；
[0013]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。
[0014]本专利技术另一方面还提供了一种空腔型体声波谐振器，其包括：
[0015]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；
[0016]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。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0018]1)本专利技术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。
[0019]2)本专利技术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
[0020]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；
[0021]图2是本专利技术实施例1中提供的一种空腔型体声波谐振器的制作流程示意图；
[0022]图3是本专利技术实施例2中提供的一种空腔型体声波谐振器的制作流程示意图；
[0023]图4是本专利技术提供的一种空腔型体声波谐振器的俯视图。
具体实施方式
[0024]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。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。
[0025]本专利技术一方面提供了一种空腔型体声波谐振器的制作方法，包括：
[0026]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓立琼，郭炜，叶继春，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：