体声波滤波器的制作方法

1.本技术涉及半导体器件领域，尤其涉及一种具有至少一个释放孔的体声波滤波器。


背景技术：

2.体声谐振器是一种包括薄膜的装置，该薄膜由压电材料制成并设置在两个电极之间。体声谐振器设备通常基于半导体微加工技术制造。
3.由于体声谐振器设备的厚度较小，可以用于需要高频率、小尺寸和轻重量的应用中。体声谐振器设备的一种示例性应用是在移动通信设备中使用的体声谐振器滤波器。
4.体声波滤波器可以包括多种体声波谐振器，亟需制成具有更小尺寸的体声波滤波器。


技术实现要素：

5.根据本公开的一个方面，提供了一种体声波滤波器。体声波滤波器包括：第一体声波谐振器，从下到上依次包括第一空腔、第一底部电极、压电层的第一段和第一顶部电极；第二体声波谐振器，与第一体声波谐振器相邻设置，从下到上依次包括第二空腔、第二底部电极、压电层的第二段和第二顶部电极；边界结构，围绕第一空腔和第二空腔，包括在第一空腔和第二空腔之间延伸并将第一空腔和第二空腔分开的边界部分，并且边界部分在断开区域断开；第一释放孔，在压电层中形成，并与断开区域重叠。
附图说明
6.包含在本技术中并构成本技术一部分的附图示出了所公开的实施例，并且与描述一起用于解释所公开的实施例。
7.图1a是根据本公开实施例提供的体声波滤波器的俯视图，示出了体声波滤波器上的截面线a-a'和b-b'；
8.图1b是图1a的体声波滤波器的沿截面线a-a'的截面图；
9.图1c是图1a的体声波滤波器的沿截面线b-b'的截面图；
10.图2a是根据本公开实施例提供的体声波滤波器的俯视图，示出了体声波滤波器上的截面线a-a'和b-b'；
11.图2b是图2a的体声波滤波器的沿截面线a-a'的截面图；
12.图2c是图2a的体声波滤波器的沿截面线b-b'的截面图；
13.图3a是根据本公开实施例的体声波滤波器的俯视图，示出了体声波滤波器上的截面线a-a'和b-b'；
14.图3b是图3a的体声波滤波器的沿截面线a-a'的截面图；
15.图3c是图3a的体声波滤波器的沿截面线b-b'的截面图；
16.图4、5、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b、10a、10b、11a、11b、12a、12b、13a、13b、14a和
14b示出了根据本公开的实施例提供的图3a的体声波滤波器的制造过程。
具体实施方式
17.下面的文字结合附图中所示的具体实施例详细描述了本公开。但是，这些实施例不限制本公开。本发明的保护范围包括本领域普通技术人员基于这些实施例对结构、方法或功能所做的改变。
18.为了便于本公开中的附图的呈现，某些结构或部分的尺寸可能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主题的基本结构的目的。除非另有说明，不同附图中的相同数字表示相同或相似的元件。
19.此外，本文中指示相对空间位置的术语，例如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”等，出于解释目的来描述图中描绘的单元或特征与其中的另一个单元或特征之间的关系。表示相对空间位置的术语可以指在使用或操作设备时除了附图中所描绘的位置之外的位置。例如，如果将图中所示的设备翻转过来，则被描述为位于另一个单元或特征“下方”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”可以包括上方和下方的位置。设备可能以其他方式定向(例如，旋转90度或面向另一个方向)，出现在文本中并与空间相关的描述性术语应进行相应解释。当一个组件或层被称为“在”另一个组件或层“之上”或“连接到”另一个组件或层时，它可以直接在另一个组件或层之上或直接连接到另一个组件或层，或者可能有中间组件或层。
20.图1a是根据本公开实施例提供的体声波滤波器的俯视图，示出了体声波滤波器上的截面线a-a'和b-b'；图1b是图1a的体声波滤波器的沿截面线a-a'的截面图；图1c是图1a的体声波滤波器的沿截面线b-b'的截面图。
21.如图1a、1b和1c所示，体声波滤波器50包括彼此相邻设置的第一体声波谐振器20和第二体声波谐振器30。第一体声波谐振器20沿与平行于体声波滤波器50的主表面的平面(图1a中的x-y平面)相交的方向(图1a中的z轴方向)从下到上依次包括：第一空腔1000、第一底部电极500、压电层600的第一段和第一顶部电极700。第一底部电极500与第一空腔1000部分重叠并且延伸穿过第一空腔1000的第一侧1001。即，第一底部电极500不完全穿过第一空腔1000的所有侧。第一顶部电极700与第一空腔1000部分重叠，并且延伸穿过第一空腔1000的第二侧1002。即，第一顶部电极700不完全穿过第一空腔1000的所有侧。第二体声波谐振器30沿z轴方向从下到上依次包括：第二空腔2000、第二底部电极550、压电层600的第二段和第二顶部电极750。第二底部电极550与第二空腔2000部分重叠并且延伸穿过第二空腔2000的第一侧2001。即，第二底部电极550不完全穿过第二空腔2000的所有侧。第二顶部电极750与第二空腔2000部分重叠，并且延伸穿过第二空腔2000的第二侧2002。即，第二顶部电极750不完全穿过第二空腔2000的所有侧。
22.第一空腔1000和第二空腔2000中的在x-y平面中具有多于三条边的多边形形状。例如，第一空腔1000和/或第二空腔2000可以是矩形、五边形、六边形等。如图1的实施例所示，第一空腔1000和第二空腔2000中的均为五边形。第一空腔1000的第三侧1003与第二空腔2000共享。
23.在体声波滤波器50中，第一体声波谐振器20和第二体声波谐振器30彼此独立。即，第一体声波谐振器20的第一底部电极500与第二体声波谐振器30的第二底部电极550隔开
第一间隙g1(如图1b和1c所示)，并且第一体声波谐振器20的第一顶部电极700与第二体声波谐振器30的第一顶部电极550隔开。第一体声波谐振器20与第二体声波谐振器30的第二顶部电极750隔开第二间隙g2(如图1b和1c所示)。
24.体声波滤波器50还包括围绕第一空腔1000和第二空腔2000的边界结构300。边界结构300包括在第一空腔1000和第二空腔2000之间延伸并分隔第一空腔1000和第二空腔2000的边界部分300a。也就是说，边界部分300a沿由第一空腔1000和第二空腔2000共享的第三侧1003延伸。边界部分300a在位于第一空腔1000和第二空腔2000之间的断开区域300a1处断开。
25.体声波滤波器50还包括形成在压电层600中的第一释放孔800、重叠断开区域300a1、位于第一底部电极500和第二底部电极550之间的第一间隙g1、以及位于第一顶部电极700与第二顶电极750之间的第二间隙g2。第一释放孔800用于释放刻蚀溶液和/或刻蚀产品，形成第一空腔1000和第二空腔2000。断开区域300a1沿其延伸方向(图1a中的d方向)的边界部分300a的长度l略大于第一释放孔800的直径。例如，断开区域300a1的长度l范围可以在从大约5μm到大约30μm，第一释放孔800的直径范围可以从大约5μm到大约10μm。如果长度l小于第一释放孔800的直径，则蚀刻溶液和蚀刻产物可能不容易通过第一释放孔850释放。如果长度l大于30μm，则第一体声波谐振器20和第二体声波谐振器30可能会互相干扰。此外，第一间隙g1沿x-y平面的横向宽度和第二间隙g2沿x-y平面的横向宽度均大于第一释放孔800的直径。
26.体声波滤波器50还可包括与第一空腔1000或第二空腔2000的一侧相邻的至少一个释放孔。例如，如图1a所示，体声波滤波器50包括与第一空腔1000的第四侧1004相邻的第二释放孔910，以及与第二空腔2000的第三侧2003相邻的第三释放孔920。其中，第一空腔1000的第四侧1004不同于第一侧1001、第二侧1002和第三侧1003；第二空腔2000的第三侧2003不同于第一侧2001、第二侧2002和与第一空腔1000的共享侧(即，第一空腔1000的第三侧1003)。
27.边界结构300包括在x-y平面中的从第一底部电极500和第二底部电极550以及第一顶部电极700和第二顶部电极750突出的第一突起350和第二突起360。第二释放孔910与第一突起350相邻，并被第一突起350部分围绕。第三释放孔920与第二突起360相邻，并被第二突起360部分围绕。
28.如图1b和1c所示，体声波滤波器50还包括基板100和设置在基板100上的支撑层400，支撑层400包括第一空腔1000和第二空腔2000。基板100由si、玻璃、sic、蓝宝石(al2o3)或氮化镓形成。支撑层400由sio2形成。压电层600设置在支撑层400上，覆盖第一空腔1000和第二空腔2000。第一底部电极500和第二底部电极550设置在压电层600下方。第一顶部电极700和第二顶部电极750设置在压电层600上方。第一释放孔800在压电层600中形成并穿透压电层600。
29.体声波滤波器50还包括设置在基板100和支撑层400之间的接合层200。接合层200包括沿z轴方向朝向压电层600突出的突出结构210。当从体声波滤波器50的顶部观察时，突出结构210形成为分别围绕第一空腔1000和第二空腔2000的两个环。图1b是图1a的体声波滤波器的沿截面线a-a'的截面图，如图1b所示，突出结构210包括设置在第一空腔1000和第二空腔2000之间的部分210a。
30.边界层360覆盖在接合层200上，覆盖接合层200的上表面和围绕第一空腔1000和第二空腔2000的突出结构210的侧表面。因此，边界层360限定了第一空腔1000和第二空腔2000的底部和侧壁。边界层360由sin、aln、多晶硅、非晶硅或这些材料中的两种或更多种的堆叠组合形成。接合层200由sio2形成，用于接合基板100和边界层360。
31.突出结构210和在突出结构210的侧表面上形成的边界层360的部分构成围绕第一空腔1000和第二空腔2000的边界结构300。边界结构300具有双壁结构，结合材料设置在两个侧壁之间，两个侧壁由形成在突出结构210的侧面上的边界层360的部分形成。具有双壁结构的边界结构300按照预定厚度形成。边界结构300的顶部与底部电极或压电层600连接。
32.边界结构300包括边界部分300a，边界部分300a在第一空腔1000和第二空腔2000之间延伸并将第一空腔1000和第二空腔2000分隔开。边界部分300a沿第一空腔1000和第二空腔2000之间的共用侧边1003设置。边界部分300a的顶部与压电层600连接。
33.在体声波滤波器50中，两个谐振器20和30彼此相邻，并且第一释放孔800设置在两个谐振器20和30之间的区域中。因此，减少了需要在体声波滤波器50的其他区域形成的释放孔，从而可以降低芯片面积和芯片制造成本。
34.图2a是根据本公开实施例提供的体声波滤波器的俯视图，示出了体声波滤波器上的截面线a-a'和b-b'；图2b是图2a的体声波滤波器的沿截面线a-a'的截面图；图2c是图2a的体声波滤波器的沿截面线b-b'的截面图。
35.体声波滤波器51与体声波滤波器50的不同之处在于第一体声波谐振器20和第二体声波谐振器30串联连接。即，第一体声波谐振器20和第二体声波谐振器30共用同一顶部电极700。换言之，第一体声波谐振器20的第一顶部电极与第二体声波谐振器30的第二顶部电极一体构成顶部电极700。顶部电极700与第一空腔1000和第二空腔2000以及第一空腔1000和第二空腔200之间的边界部分300a部分重叠。
36.如图2c所示，顶部开口710在顶部电极700中形成，并与第一释放孔800重叠。顶部开口710沿x-y平面的横向直径大于第一释放孔800沿x-y平面的横向直径。因此，释放蚀刻工艺的蚀刻溶液和蚀刻产物可以容易地通过第一释放孔800释放。
37.除了顶部电极700之外，体声波滤波器51的部件和结构与体声波滤波器50的相同，因此不再重复这些部件的详细描述。
38.图3a是根据本公开实施例的体声波滤波器52的俯视图；图3b是图3a的体声波滤波器52的沿截面线a-a'的截面图；图3c是图3a的体声波滤波器52的沿截面线b-b'的截面图。
39.体声波滤波器52与体声波滤波器50的不同之处在于第一体声波谐振器20和第二体声波谐振器30并联连接。即，第一体声波谐振器20和第二体声波谐振器30共用同一底部电极500。换言之，第一体声波谐振器20的第一底部电极与第二体声波谐振器30的第二底部电极一体构成底部电极500。底部电极500与第一空腔1000和第二空腔200两者以及第一空腔1000和第二空腔200之间的边界部分300a部分重叠。底部电极500延伸穿过第一空腔1000的第一侧1001。第一顶部电极700与第一空腔1000部分重叠，并且延伸穿过第一空腔1000的第二侧1002。第二顶部电极750与第二空腔2000部分重叠，并且延伸穿过第二空腔2000的第四侧2004。第二间隙g2存在于第一顶部电极700和第二顶部电极750之间。第一顶部电极700和第二顶部电极750在第一空腔1000和第二空腔2000外部的区域彼此连接。
40.如图3c所示，底部开口510在底部电极500中形成，并与第一释放孔800重叠。底部
开口510沿x-y平面的横向直径大于第一释放孔800沿x-y平面的横向直径。因此，释放蚀刻工艺的蚀刻溶液和蚀刻产物可以容易地通过第一释放孔800释放。
41.除了底部电极500之外，体声波滤波器52的部件和结构与体声波滤波器50的相同，因此不再重复这些部件的详细描述。
42.如图5所示，顶部电极层700a、压电层600和底部电极层500a依次设置在氧化硅层3100上。顶部电极层700a和底部电极层500a可以包括任何合适的导电材料，例如具有导电性的各种金属材料，或者几种导电金属材料的特性或堆叠，例如钼(mo)、铝(al)、铜(cu)、铂(pt)、钽(ta)、钨(w)、钯(pd)、钌(ru)。在本实施例中，顶部电极层700a和底部电极层500a包括钼(mo)。压电层600可以包括具有压电特性的材料或其堆叠组合，例如氮化铝(aln)、氧化锌(zno)、铌酸锂(linbo3)、钽酸锂(litao3)、锆钛酸铅(pzt)、钛酸锶钡。当压电层600的材料为氮化铝(aln)时，氮化铝本身也可以掺杂一定比例的稀土元素，如钪、铒、镧等。在实施例中，压电层600的材料包括氮化铝(aln)或掺钪氮化铝(scaln)。
43.如图6a和6b所示，将底部电极层500图案化以形成底部电极500。如图6b所示，在底部电极500的图案化期间，底部开口510在底部电极500中形成。底部开口510的位置对应于要形成的第一释放孔800的位置。图案化可以通过蚀刻来实现，例如等离子体蚀刻工艺、湿法化学蚀刻工艺或两者的组合。作为图案化的结果，可以实现底部电极500的精确图案。
44.如图7a和7b所示，支撑层400设置在图6a和图6b所示的结构上。支撑层400的材料可以是氧化硅。支撑层400的一部分将在随后的释放蚀刻工艺中被去除，从而形成第一空腔1000和第二空腔2000。
45.如图8a和8b所示，支撑层400通过蚀刻图案化以形成沟槽450，沟槽450暴露出底部电极500的一部分或压电层600的一部分。沟槽450包括两个环形并且用于限定第一空腔1000和第二空腔2000的范围。在图8a中，沟槽450的一部分450a暴露出底部电极500的一部分。部分450a用于限定第一空腔1000和第二空腔2000之间的分隔。
46.如图9a和9b所示，边界层360设置在支撑层400上，包括沟槽450的侧壁和底部。边界层360的材料可以是硅(si)、氮化硅(sin)、氮化铝(aln)或其他非导电材料，或两种或多种这些材料的堆叠组合。边界层360设置在沟槽450中，在支撑层400的后续释放蚀刻工艺期间限定停止边界，从而限定第一空腔1000和第二空腔2000。在本实施例中，由于第一底部电极500和第二底部电极550的图案化在形成第一空腔1000和第二空腔2000之前进行，可以精确控制第一底部电极500和第二底部电极550的图案化，从而将由于第一底部电极500和第二底部电极550图案化不准确而导致的寄生电容最小化。
47.如图10a和10b所示，接合层200设置在边界层360上，包括边界层360的设置在沟槽450的侧壁和底部上的部分。然后，在接合层200上进行表面平坦化和抛光。接合层200的部分设置在沟槽450上以形成突出结构210，因此沟槽450具有用于限定第一空腔1000和第二空腔2000的范围的两个环形。如图10a所示，突出结构210包括延伸于第一空腔1000与第二空腔2000之间的部分210a。接合层200用以接合基板100。底部接合层200的材料可为氧化硅、氮化硅或其他材料，或两种或多种这些材料的堆叠组合。在本实施例中，氧化硅用于接合层200。表面平坦化和抛光可以通过化学机械抛光(cmp)工艺进行。
48.如图11a和11b所示，基板100接合到接合层200。基板100可以包括诸如硅(si)、碳硅(sic)、氧化铝、石英、玻璃(sio2)或蓝宝石的材料的盖晶片(al2o3)。在本实施例中，基板
100包含硅(si)。
49.然后，图11a和11b所示的结构被翻转，并且如图12a和12b所示，去除临时基板3000和氧化硅层3100。可以通过研磨工艺、等离子干蚀刻工艺、湿化学蚀刻工艺或它们的组合来去除临时基板3000。在本实施例中，临时基板3000由硅材料制成，可以通过研磨和湿法化学蚀刻相结合，或者研磨和等离子干法蚀刻相结合的方式去除。氧化硅层3100可以通过等离子体干法蚀刻、湿法化学蚀刻或两者的组合来去除。
50.此外，通过蚀刻图案化顶部电极层700a，以形成其间具有间隙g2的第一顶部电极700和第二顶部电极750。蚀刻工艺可以是等离子体蚀刻工艺、湿法化学蚀刻工艺或两者的组合。该步骤可以实现第一顶部电极700和第二顶部电极750的精确图案化。结合底部电极500的精确图案化，可以将寄生电容最小化。
51.如图13a和13b所示，蚀刻设置在支撑层400上方的压电层600的一部分以形成第一释放孔800，用于去除支撑层400的一部分以形成第一空腔1000和第二空腔2000。
52.如图14a和14b所示，蚀刻支撑层400以形成第一空腔1000和第二空腔2000。在本实施例中，支撑层400由氧化硅制成，并且支撑层400的蚀刻和释放工艺可以使用氢氟酸、溶液湿法蚀刻、缓冲氧化物蚀刻剂(boe)溶液湿法蚀刻或氢氟酸蒸汽腐蚀，或这些工艺的组合。在蚀刻过程中，蚀刻溶液和蚀刻产物通过第一释放孔800释放。蚀刻工艺在边界层360处停止。在形成第一空腔1000和第二空腔2000之后，形成图3a、3b和3c中所示的体声波滤波器52。
53.图4-14b说明了用于制造体声波滤波器52的过程。体声波滤波器50和51可以使用与图4-14b所描述方法相类似的方法来制造。
54.本公开的实施例中的体声波滤波器50-52提供以下优点：
55.首先，第一空腔1000和第二空腔2000在基板100、接合层200和边界层360之上形成，并且被边界结构300包围。边界结构300为在第一空腔1000和第二空腔2000的侧面具有一定厚度的双壁结构，并且与压电层600或底部电极500或550连接。接合层200的接合材料(即sio2)填充在边界结构300的双壁之间，接合层200用于接合边界层360与基板100。
56.其次，底部电极500和550部分地位于第一空腔1000或第二空腔2000中。底部电极500或550不完全穿过第一空腔1000或第二空腔2000。底部电极500或550也不完全延伸出第一空腔1000或第二空腔2000。因此，可以避免由底部电极500或550、顶部电极700或750和压电层600在空腔1000或2000外部的重叠部分形成的谐振器的寄生电容，从而改善谐振器和包括谐振器的滤波器的性能。
57.第三，彼此相邻的第一体声波谐振器20和第二体声波谐振器30的边共享相同的边界部分300a。因此，不需要为第一空腔1000和第二空腔2000中的每一个形成完全独立的边界结构，从而节省了谐振腔间距并减小了芯片尺寸。
58.第四，由两个谐振器20和30共享的边界部分300a在至少一个断开区域300a1处断开，并且第一释放孔800布置在断开区域300a1处。因此，第一释放孔800占据的芯片面积可以减小，芯片尺寸可以减小。
59.第五，底部电极500或顶部电极700可以形成有与第一释放孔800重叠的底部开口510或顶部开口710。开口510或710沿x-y平面的横向尺寸大于第一释放孔800。
60.本领域技术人员通过考虑说明书和实践在此公开的本发明，将清楚本发明的其他
实施例。说明书和实施例仅视为示例性的，本发明的真实范围和精神由所附权利要求指示。