具体实施方式

本发明的核心思路在于提供一种半导体器件及其形成方法，其具体通过对质量负载层的制备工艺进行调整，以使得质量负载层的量测过程更为稳定，提高对质量负载层的厚度量测精度。具体的，本发明提供的半导体器件的形成方法可参考图2所示，其包括如下步骤。

步骤S100，提供一衬底，所述衬底上具有至少一个谐振区域。

步骤S200，依次形成下电极层和压电层在所述衬底的各个谐振区域中。

步骤S300，在第一温度下执行溅射工艺，以形成第一金属材料层，所述第一金属材料层覆盖所述压电层。

步骤S400，在第二温度下执行溅射工艺和剥离工艺，以形成质量负载层在至少一个谐振区域的第一金属材料层上，所述第二温度和所述第一温度的温度差异至多10℃。

步骤S500，形成上电极层和金属环在各个谐振区域中，所述金属环位于所述谐振区域的边缘位置并位于所述上电极层的区域范围内，其中所述上电极层的形成方法包括在第三温度下执行溅射工艺和刻蚀工艺，所述第三温度高于所述第一温度或所述第二温度至少150℃，所述金属环的形成方法包括执行溅射工艺和剥离工艺。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的半导体器件及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应当认识到，附图中所示的诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”，“上方”和“下方”之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的元件的不同取向。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。

<实施例一>

在步骤S100中，具体参考图3所示，提供一衬底100，所述衬底100上具有至少一个谐振区域，所述谐振区域即为用于形成谐振结构的区域。本实施例中仅示意出两个谐振区域为例进行解释说明，如图3所示，所述衬底100具有第一谐振区域100A和第二谐振区域100B。

其中，可以根据所形成的半导体器件其具体的应用场合，对应调整所述衬底100。例如，半导体器件可以为体声波滤波器（bulk acoustic wave，BAW），此时衬底可以包括多层布拉格反射层以进一步构成固态装配型谐振器（SMR）；或者，所述衬底还可以包括腔体，以进一步构成薄膜体声谐振滤波器（film bulk acoustic resonator，FBAR）。

本实施例中，以形成薄膜体声谐振滤波器为例。基于此，即在所述衬底100的各个谐振区域中均形成有腔体110a，并进一步在所述腔体110a中填充有牺牲层110，所述牺牲层110即在后续制备完成谐振结构之后被去除，以释放出所述腔体。

在步骤S200中，具体参考图4所示，依次形成下电极层210和压电层220在所述衬底100的各个谐振区域中。本实施例中，所述下电极层210至少部分覆盖所述腔体110a，以及所述压电层220连续覆盖各个谐振区域并相应的覆盖所述下电极层210。

其中，所述下电极层210的材料可以包括金属材料，所述金属材料例如包括钼、金、钨、铂、钌、钛钨、铝和钛中的一种或其组合。以及，所述压电层220的材料例如包括氧化锌（ZnO）、氮化铝（AlN）和锆钛酸铅（PZT）中的至少一种。

在步骤S300中，具体参考图5所示，在第一温度T1下执行溅射工艺，以形成第一金属材料层260’，所述第一金属材料层260’覆盖所述压电层220。

具体的，在第一温度T1下执行溅射工艺，其可以是：通过调整衬底100表面的温度至大约第一温度T1，并执行溅射工艺，以控制第一温度T1下所溅射形成的第一金属材料层260’的膜层品质。

本实施例中，所述第一温度T1不高于100℃，并可更进一步小于等于50℃。例如，可以在常温或温室下执行溅射工艺，以形成所述第一金属材料层260’。如此，以实现在低温条件下溅射形成低温材料性质的第一金属材料层260’。

需要说明的是，后续工艺中将采用剥离工艺形成质量负载层和金属环，而为了避免剥离工艺中光阻层直接接触于所述压电层220上而对压电层220造成影响，本实施例中即在执行剥离工艺之前，优先披覆所述第一金属材料层260’，以用于间隔后续形成的光阻层。其中，所述第一金属材料层260’的厚度可控制在较小的范围内，例如可使第一金属材料层260’的厚度小于等于200 Å。

此外，本实施例中，在低温下溅射形成所述第一金属材料层260’，如此以使得所述第一金属材料层260’可以和后续同样在低温下溅射形成的质量负载层相匹配。

在步骤S400中，具体参考图6所示，在第二温度T2下执行溅射工艺和剥离工艺，以形成质量负载层250在至少一个谐振区域的第一金属材料层260’上。

具体的，所述衬底100上具有多个谐振区域，其部分谐振区域形成有所述质量负载层250，而另一部分谐振区域中则未形成有所述质量负载层250。例如参考图6所示，即在所述第一谐振区域100A中形成有所述质量负载层250，在所述第二谐振区域100B中未形成有所述质量负载层250。

其中，执行溅射工艺和剥离工艺形成质量负载层250的方法具体可包括如下步骤。

第一步骤，在所述第一金属材料层260’上形成图案化光阻层（图中未示出），其中，所述图案化光阻层具体可以为有机光刻胶层，其材料例如包括聚酰亚胺。

其中，所述图案化光阻层暴露出需要形成质量负载层的谐振区域，并覆盖不需要形成质量负载层的谐振区域。本实施例中，所述图案化光阻层（图中未示出）即暴露出所述第一谐振区域100A并覆盖所述第二谐振区域100B。

第二步骤，在第二温度T2下执行溅射工艺，以形成第二金属材料层，所述第二金属材料层即形成在从所述图案化光阻层暴露出的谐振区域上，以及还形成在所述图案化光阻层上。

其中，所述第二金属材料层和所述第一金属材料层260’可采用相同的金属材料，所述金属材料可进一步包括钼、金、钨、铂、钌、钛钨、铝和钛中的一种或其组合。

本实施例中，所述第二温度T2和所述第一温度T1的温度相同或相近，例如所述第二温度T2和所述第一温度T1的温度差异至多10℃。即，所述第二金属材料层和所述第一金属材料层260’均是在较低温度下溅射形成，具备相同或相近的膜层品质。例如，所述第二金属材料层和所述第一金属材料层260’均是在常温或者室温条件下溅射形成。

需要说明的是，所述第二金属材料层在低温条件下溅射形成，其一个原因在于：避免高温环境会对衬底上的图案化光阻层造成影响，例如针对有机光刻胶层而言其在高温环境下容易发生变形等问题，进而影响图形精度。基于此，本实施例中，针对利用剥离工艺形成的质量负载层而言，即在低温条件下溅射形成低温金属材料。

此外，本实施例中，所述第一金属材料层260’也是在低温下溅射形成，并可使所述第一金属材料层260’和所述第二金属材料层采用相同的金属材料。即，所述第一金属材料层260’和所述第二金属材料层均是基于相同金属材料并采用相同溅射工艺形成的低温金属材料，具备相同的膜层性质，避免了第一金属材料层260’和第二金属材料层之间存在不稳定界面。即相当于，避免了第一金属材料层260’和质量负载层250之间存在不稳定界面，从而在对质量负载层250进行厚度测量时，即有利于保证测量结果稳定、提高测量精度。

第三步骤，利用剥离液剥离所述图案化光阻层，以去除图案化光阻层上的金属材料，并利用保留下的金属材料形成所述质量负载层250。本实施例中，在剥离所述图案化光阻层后，即可在所述第一谐振区域100A中形成有所述质量负载层250，而第二谐振区域100B中未形成有质量负载层。

如上所述，在所述图案化光阻层和所述压电层220之间还设置有第一金属材料层260’，从而可有效阻挡剥离液，避免压电层220被侵蚀。可以认为，本实施例中通过设置所述第一金属材料层260’，以使得在压电层220上利用剥离工艺进行图形化过程能够得以实现。

进一步的方案中，所述质量负载层250的形成方法还包括：对所述质量负载层250进行厚度量测。具体的，对所述质量负载层250进行厚度量测的方法例如包括：以所述压电层220作为信号反射层，从而根据由所述压电层220反射回的反射信号得到其上方的金属材料层的厚度值。

如上所述，由于压电层220上方的第一金属材料层260’和质量负载层250采用相同的金属材料并且同样是在低温下溅射形成，从而使所述第一金属材料层260’和所述质量负载层250之间未存在不稳定界面（甚至不存在界面），因此在进行厚度测量时，可以稳定的获取从所述压电层220反射回的反射信号，进而稳定的得到质量负载层250和第一金属材料层260’的厚度总和。当然，在制备所述质量负载层250之前，还可以对所述第一金属材料层260’进行厚度测量，从而在得到所述质量负载层250和第一金属材料层260’的厚度总和后，通过进一步去除所述第一金属材料层260’的厚度，即可精确得到所述质量负载层250的准确厚度。

应当认识到，此时在量测所述质量负载层250时，由于其下方不存在干扰的上电极层，从而可提高对所述质量负载层250的量测稳定性。尤其是，当上电极层和质量负载层250基于相同的金属材料并在不同的温度下制备形成时，则常常会出现上电极层和质量负载层250之间存在界面不稳定的问题。例如，在低温下溅射形成的质量负载层（例如，在低温下溅射形成的低温钼层）和在高温下溅射形成的上电极层（例如，高温下溅射形成的高温钼层），两者之间即存在不稳定界面。此时，若将低温形成的质量负载层设置在高温形成的上电极层上，并对上方的质量负载层进行厚度测量，由于不稳定界面的存在即会相应的导致测量结果也不稳定。

在步骤S500中，具体参考图7和图8所示，形成上电极层230和金属环240在各个谐振区域中，所述金属环240位于所述谐振区域的边缘位置并位于所述上电极层230的区域范围内。

本实施例中，以优先形成金属环240之后再制备上电极层230为例进行解释说明。此时，则在形成有质量负载层250的谐振区域（例如，图7所示的第一谐振区域100A）中，所述金属环240即形成在所述质量负载层250上，并可进一步位于所述质量负载层250的边缘。

具体的，所述金属环240的形成方法包括执行溅射工艺和剥离工艺。如此，以避免在利用刻蚀工艺时对所述质量负载层250造成刻蚀损伤。其中，所述金属环240的溅射工艺的制程温度可低于100℃，例如与所述第一温度T1或所述第二温度T2的温度差异至多10℃，以在低温条件下溅射形成所述金属环240。以及，在所述金属环240的剥离工艺中，同样可以利用所述第一金属材料层260’对所述压电层220进行保护。即，本实施例中，为了保证金属环240和质量负载层250的品质，两者均采用剥离工艺形成，并且在执行剥离工艺时均基于所述第一金属材料层260’对压电层220进行保护，以使得剥离工艺得以实现。

其中，所述金属环240和所述质量负载层250可包括相同的金属材料，例如均包括钼、金、钨、铂、钌、钛钨、铝和钛中的一种或其组合。可以理解的是，通过在所述谐振区域的边缘形成金属环240，以使得谐振区域边缘的膜层厚度增大，有利于调整谐振结构其边缘位置的频率不同于谐振结构其主体部的频率，进而减少谐振结构其边缘位置的能量损失，有利于提高器件的质量因子（Q值）。

进一步的，所述上电极层230的形成方法包括在第三温度T3下执行溅射工艺和刻蚀工艺。所述第三温度T3高于所述第一温度T1或所述第二温度T2至少150℃，例如所述第三温度T3不低于200℃（更具体的，所述第三温度T3可进一步大于等于300℃）。具体的实施例中，可通过对衬底100进行加热，以调整所述衬底100的表面温度至大约第三温度T3，并执行溅射工艺，以形成具有高温材料性质的上电极层230。

同样的，在具有质量负载层250的谐振区域中，所述上电极层230即覆盖所述质量负载层250。以及，所述上电极层230的端部覆盖所述金属环240。其中，所述上电极层230和质量负载层250可均包括相同的金属材料，例如均包括钼、金、钨、铂、钌、钛钨、铝和钛中的一种或其组合。

具体的，执行溅射工艺和刻蚀工艺以形成所述上电极层230的方法可包括：首先，在第三温度T3下执行溅射工艺，以形成用于构成上电极层的第三金属材料层；接着，执行刻蚀工艺，以对第三金属材料层进行图形化而形成所述上电极层230。针对上电极层230而言，其对膜层品质的要求较高，因此通过在高温条件下溅射形成以保证所形成的用于构成上电极层230的高温金属材料的均匀性和膜层应力。本实施例中，在执行刻蚀工艺以图形化所述第三金属材料层后，还可进一步刻蚀暴露出的第一金属材料层，以同时对所述第一金属材料层进行图形化形成底层金属层260。

需要说明的是，本实施例中，将上电极层230的制备工艺调整至所述质量负载层250之后形成，以优先保证所述质量负载层250的厚度能够被稳定测量。而针对上电极层230的厚度测量，则可通过对未形成有质量负载层的区域进行测量以获取。此时，同样的可以以所述压电层220作为信号反射层，从而根据由所述压电层220反射回的反射信号得到其上方的膜层厚度值。

例如，对未形成有质量负载层的谐振区域进行测量以获得上电极层230的厚度。以图8为例，即可在图形化所述第三金属材料层之前或之后，对第二谐振区域100B进行厚度测量。或者，也可以在图形化所述第三金属材料层之前，对相邻谐振区域之间的第三金属材料层进行测量，例如对第一谐振区域100A和第二谐振区域100B之间的第三金属材料层进行测量。

此外应当认识到，虽然第二谐振区域100B中，上电极层230的下方还存在有第一金属材料层260’，然而所述第一金属材料层260’的厚度远小于所述上电极层230的厚度，因此并不会对测量结果造成较大影响。例如，所述上电极层230的厚度为1000Å ~4000Å，而所述第一金属材料层260’的厚度小于等于200 Å。

此外，在制备完成所述上电极层230之后，还进一步包括：去除腔体110a中的牺牲层，以释放出所述腔体110a的空间。

<实施例二>

与实施例一的区别在于，本实施例中，所述金属环240是在形成所述上电极层230上。具体参考图9所示，所述金属环240形成在所述上电极层230的端部。

本实施例中，所述上电极层230和所述金属环240的形成方法例如包括：首先，在第三温度T3下执行溅射工艺形成用于构成上电极层的第三金属材料层；接着，在所述第三金属材料层上形成所述金属环240，此时，所述金属环240可采用剥离工艺形成以避免刻蚀损伤所述第三金属材料层；之后，再执行刻蚀工艺，以图形化所述第三金属材料层而形成所述上电极层230。

同样的，在第三金属材料层的溅射工艺中，所述第三温度T3高于所述第一温度T1或所述第二温度T2至少150℃，例如所述第三温度T3不低于200℃。以及，可通过对衬底100进行加热，以调整所述衬底100的表面温度至大约第三温度T3，并执行溅射工艺，以形成具有高温材料性质的上电极层230。以及，在第三金属材料层的刻蚀工艺中，具体为：在一图案化掩模层的掩模下执行刻蚀工艺，所述图案化掩模层即覆盖各个谐振区域的电极区（此时，即相应的覆盖各个谐振区域中的金属环240），因此在执行刻蚀工艺的过程中并不会对金属环240造成损伤。

基于如上所述的形成方法，以下对所制备出的半导体器件的结构进行说明，具体可参考图8和图9所示，所述半导体器件包括：衬底100和形成在所述衬底100上的谐振结构。

具体的，所述衬底100上具有至少一个谐振区域，本实施例中示意出了第一谐振区域100A和第二谐振区域100B。以及，形成在各个谐振区域中的谐振结构包括下电极层210、压电层220和上电极层230。

继续参考图8和图9所述，在半导体器件的多个谐振区域中，可使部分谐振区域中设置有质量负载层250，以及还可使另一部分谐振区域中未设置有质量负载层。如此，以使得半导体器件中的多个谐振结构具备不同的谐振频率。其中，所述质量负载层250的厚度可根据需求对应调整，例如所述质量负载层250的厚度可小于等于1000 Å，或者大于1000 Å。

进一步的，在设置有所述质量负载层250的谐振区域中，所述质量负载层250设置于上电极层230的下方，即，所述上电极层230覆盖所述质量负载层250。基于如此设置的结构，那么其制备过程中即相应的是优先制备质量负载层250，之后再形成所述上电极层230。因此，在制备所述质量负载层250的过程中即可以屏除上电极层230的干扰，而实现对所述质量负载层250的稳定且精确的厚度测量。

需要说明的是，所述上电极层230后于所述质量负载层250形成，那么针对同时设置有质量负载层250和上电极层230的谐振区域（例如，第一谐振区域100A）而言，此时的上电极层230的厚度测量可能会由于其下方的质量负载层250的存在而导致测量结果不稳定。尤其是，当所述上电极层230和所述质量负载层250是基于相同的金属材料并分别是在不同的温度下制备形成（例如，上电极层230是在高温下溅射形成的高温钼层，而质量负载层250是采用在低温下溅射形成的低温钼层），此时所述上电极层230和所述质量负载层230之间即存在界面不稳定现象，进而导致厚度测量过程中出现检测结果不稳定的问题。

然而，应当认识到，所述衬底100上还具有未设置质量负载层250的区域，例如：相邻谐振区域之间的区域，或者未设置质量负载层250的谐振区域（即，第二谐振区域100B）。而通过未设置质量负载层250的区域即能够规避所述质量负载层，而稳定且精确的测量所述上电极层230的厚度。

继续参考图8和图9所示，所述半导体器件还包括：底层金属层260，接触覆盖所述压电层220，并至少位于所述质量负载层250和所述压电层260之间。其中，所述底层金属层260的厚度例如小于等于200 Å。可以认为，本实施例中通过在压电层220上设置所述底层金属层260，进而使得质量负载层250能够先于上电极层230制备的方案得以实现。

本实施例中，所述底层金属层260设置在各个谐振区域中，并均位于上电极层230的下方，即各个谐振区域中均设置有“底层金属层260和上电极层230”。因此，可以理解的是：所述底层金属层260构成了上电极结构的一部分，所述底层金属层260和所述上电极层230共同构成了上电极结构。此时即相当于，上电极结构的制备过程包括：在质量负载层250之前制备第一金属材料层，以及在质量负载层250之后制备第三金属材料层，并同时对第三金属材料层和第一金属材料层执行图形化工艺，以形成上电极层230和底层金属层260，用于构成所述上电极结构。

此外，所述半导体器件还包括：金属环240，所述金属环240设置在所述谐振区域的边缘位置，并位于所述质量负载层250的上方。其中，所述金属环240可设置在所述质量负载层250和所述上电极层230之间，并被所述上电极层230的端部所覆盖；或者，所述金属环240还可设置在所述上电极层230上，并位于所述上电极层230的端部。

综上所述，在本发明提供的半导体器件的形成方法中，通过优先制备质量负载层，以实现质量负载层能够在其制备过程中被稳定且准确的测量出，而不会受到上电极层的干扰。具体的方案中，通过在压电层上形成第一金属材料层，从而实现质量负载层可利用剥离工艺优先制备。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。以及，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第 二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或 多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。