一種半導體器件的制作方法

本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種半導體器件。

背景技術：

1、微機電系統(micro-electro-mechanical?system，簡稱mems)是在半導體制造技術基礎上發展起來的，微機電系統的發展促進了無線通信技術和傳感器技術的發展，如今，mems諧振器逐漸取代傳統的石英晶體振蕩器，成為新一代的頻率基準核心器件。

2、目前，在一些諧振器的結構中，采用懸臂梁式諧振器，在khz頻段的頻率參考源中展現出了顯著優勢，然而，在實際運行中，存在著不能調頻的問題，阻礙著通信技術的發展。

3、所以如何解決諧振器不能調頻的缺陷，是行業內亟需解決的技術問題。

技術實現思路

1、本發明提供一種半導體器件，用以至少解決諧振器不能調頻的技術問題。

2、為了實現上述目的，本發明提供一種半導體器件，包括：沿第一方向層依次疊設置的基底層、絕緣層和功能層，所述絕緣層內部具有空腔，所述功能層包括彈性層和壓電組件，所述彈性層為硅材料，所述壓電組件包括沿所述第一方向依次層疊設置的底電極、壓電層和頂電極；

3、所述功能層形成梁結構，所述梁結構延伸到所述空腔的上方，所述彈性層包括位于所述梁結構的懸空部，所述底電極和所述頂電極中的至少一者包括位于所述梁結構的輔助結構；

4、所述輔助結構包括匯流段和連接于所述匯流段的至少兩個分支段，所述匯流段和所述分支段均設置于所述懸空部，且各所述分支段相互間隔排布，所述輔助結構被配置為在電信號的作用下提高所述壓電組件的靜電力，以使所述壓電組件驅動所述梁結構振動。

5、本發明提供的一種半導體器件中，彈性層為硅材料，硅材料自身的特性決定了彈性層振動的固有頻率損耗較低，因而本申請具有降低能量損耗的效果，諧振器更耐機械力，即使在沖擊和振動的情況下也能保持性能，從而減少了頻率跳躍，整體可靠性大幅度提高。此外，由于底電極和頂電極中的至少一者包括位于梁結構的輔助結構，輔助結構包括匯流段和連接于匯流段的至少兩個分支段，匯流段和分支段均設置于懸空部，使得底電極和頂電極的正對面積增大，存儲的電荷量變大，通過合理地設計梳齒狀結構的參數和電路連接方式，可以實現對系統諧振頻率和頻率響應特性的精確調節。

6、在一種可能實施的方式中，所述功能層形成主體部，所述主體部與所述絕緣層沿所述第一方向的投影重合，所述梁結構為懸臂梁，所述懸臂梁與所述主體部連接，所述懸臂梁具有遠離所述主體部的至少一個自由端。

7、在一種可能實施的方式中，所述輔助結構還包括位于所述主體部的底焊盤，所述匯流段的一端與所述底焊盤連接，所述匯流段的另一端延伸到所述自由端；

8、至少兩個所述分支段連接于所述匯流段的同一位置；和/或，各所述分支段分別連接于所述匯流段的不同位置。

9、在一種可能實施的方式中，所述彈性層還包括位于所述主體部的支撐部，所述懸空部的一端與所述支撐部相互連接，所述懸空部的另一端延伸到所述自由端。

10、在一種可能實施的方式中，所述底電極和所述頂電極中的一者包括位于所述梁結構的輔助結構，所述底電極和所述頂電極中的另一者包括配合結構；

11、所述配合結構包括第一頂電極，所述第一頂電極包括延伸段和第一頂焊盤，所述第一頂焊盤位于所述主體部，所述延伸段位于所述梁結構，所述延伸段的一端與所述第一頂焊盤連接，所述第一頂電極的另一端延伸到所述自由端。

12、在一種可能實施的方式中，所述壓電層包括相互連接的第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述梁結構，所述第二部分位于所述主體部。

13、在一種可能實施的方式中，所述頂電極還包括設置于所述第二部分的第二頂電極，所述第二頂電極包括加熱段和連接在所述加熱段兩端的第二頂焊盤；至少部分所述加熱段呈波浪線狀排布；和/或，

14、所述頂電極還包括設置于所述第二部分的第三頂電極，所述第三頂電極位于靠近所述自由端的位置，以使所述第三頂電極與所述延伸段電耦合感應。

15、在一種可能實施的方式中，所述壓電層的材料包括壓電材料，所述壓電材料包括氮化鋁、鈮酸鋰、氧化鋅；和/或，

16、所述基底層的材料包括多晶硅材料；和/或，

17、所述絕緣層的材料包括氧化硅材料；和/或，

18、所述彈性層的材料包括單晶硅材料；和/或，

19、所述底電極的材料包括鋁、金、銀、鉬、銅、鐵、鎢中的至少一種；和/或，

20、所述頂電極的材料包括鋁、金、銀、鉬、銅、鐵、鎢中的至少一種。

21、在一種可能實施的方式中，所述絕緣層阻隔在所述基底層和所述功能層之間，所述絕緣層的背向于所述基底層的一面通過蝕刻加工形成所述空腔。

22、在一種可能實施的方式中，所述懸臂梁呈矩形，所述懸臂梁的長度l與所述懸臂梁的寬度h，滿足l/h＞10；和/或，

23、所述懸臂梁的寬度h＞20μm；和/或，

24、所述壓電層的厚度t1滿足500nm≤t1≤2μm；和/或，

25、所述底電極的厚度t2滿足100nm≤t2≤500nm；和/或，

26、所述頂電極的厚度t3滿足100nm≤t3≤500nm。

27、本發明利用壓電層的逆壓電效應，在實際的應用過程中，需要在上底電極和頂電極上施加電信號，從而在底電極和頂電極之間產生交流電場，在該交流電場的作用下，壓電層內部被激發出電荷，壓電層發生形變，并與彈性層引起諧振，形成機械振動。

28、本發明提供的一種半導體器件，使用mems工藝的加工方法，減小傳統諧振器件的體積，提高半導體器件的穩定性。

29、本發明提供的一種半導體器件，由于頂電極包括第二頂電極和第三頂電極，第二頂電極作為加熱電極，第三頂電極作為溫度讀出電極，可實現對諧振器溫度的控制，防止諧振器頻率受溫度的影響而發生的改變。

30、除了上面所描述的本發明實施例解決的技術問題、構成技術方案的技術特征以及由這些技術方案的技術特征所帶來的有益效果外，本發明實施例提供的一種半導體器件所能解決的其他技術問題、技術方案中包含的其他技術特征以及這些技術特征帶來的有益效果，將在具體實施方式中作進一步詳細的說明。

技術特征：

1.一種半導體器件，其特征在于，包括：沿第一方向層依次疊設置的基底層(10)、絕緣層(20)和功能層，所述絕緣層(20)內部具有空腔(21)，所述功能層包括彈性層(30)和壓電組件，所述彈性層(30)為硅材料，所述壓電組件包括沿所述第一方向依次層疊設置的底電極(40)、壓電層(50)和頂電極(60)；

2.根據權利要求1所述的半導體器件，其特征在于，所述功能層形成主體部，所述主體部與所述絕緣層(20)沿所述第一方向的投影重合，所述梁結構(70)為懸臂梁，所述懸臂梁與所述主體部連接，所述懸臂梁具有遠離所述主體部的至少一個自由端(71)。

3.根據權利要求2所述的半導體器件，其特征在于，所述輔助結構還包括位于所述主體部的底焊盤(43)，所述匯流段(41)的一端與所述底焊盤(43)連接，所述匯流段(41)的另一端延伸到所述自由端(71)；

4.根據權利要求2所述的半導體器件，其特征在于，所述彈性層(30)還包括位于所述主體部的支撐部(32)，所述懸空部(31)的一端與所述支撐部(32)相互連接，所述懸空部(31)的另一端延伸到所述自由端(71)。

5.根據權利要求2-4任一所述的半導體器件，其特征在于，所述底電極(40)和所述頂電極(60)中的一者包括位于所述梁結構(70)的輔助結構，所述底電極(40)和所述頂電極(60)中的另一者包括配合結構；

6.根據權利要求5所述的半導體器件，其特征在于，所述壓電層(50)包括相互連接的第一部分(51)和第二部分(52)，所述第一部分(51)位于所述梁結構(70)，所述第二部分(52)位于所述主體部。

7.根據權利要求6所述的半導體器件，其特征在于，所述頂電極(60)還包括設置于所述第二部分(52)的第二頂電極(62)，所述第二頂電極(62)包括加熱段(621)和連接在所述加熱段(621)兩端的第二頂焊盤(622)；至少部分所述加熱段(621)呈波浪線狀排布；和/或，

8.根據權利要求5所述的半導體器件，其特征在于，所述壓電層(50)的材料包括壓電材料，所述壓電材料包括氮化鋁、鈮酸鋰、氧化鋅；和/或，

9.根據權利要求1-3任一所述的半導體器件，其特征在于，所述絕緣層(20)阻隔在所述基底層(10)和所述功能層之間，所述絕緣層(20)的背向于所述基底層(10)的一面通過蝕刻加工形成所述空腔(21)。

10.根據權利要求2所述的半導體器件，其特征在于，所述懸臂梁呈矩形，所述懸臂梁的長度l與所述懸臂梁的寬度h，滿足l/h＞10；和/或，

技術總結
本發明提供一種半導體器件，包括：沿第一方向層依次疊設置的基底層、絕緣層和功能層，所述絕緣層內部具有空腔，所述功能層包括彈性層和壓電組件，所述彈性層為硅材料，所述壓電組件包括沿所述第一方向依次層疊設置的底電極、壓電層和頂電極；所述功能層形成梁結構，所述梁結構延伸到所述空腔的上方，所述彈性層包括位于所述梁結構的懸空部，所述底電極和所述頂電極中的至少一者包括位于所述梁結構的輔助結構；所述輔助結構包括匯流段和連接于所述匯流段的至少兩個分支段，所述匯流段和所述分支段均設置于所述懸空部，且各所述分支段相互間隔排布。本發明用以至少解決諧振器不能調頻的技術問題。

技術研發人員：吳波
受保護的技術使用者：佛山齊諾芯科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13