CN106899275B - 声波谐振器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种声波谐振器及其制造方法。所述声波谐振器包括：谐振部，包括第一电极、第二电极以及设置在第一电极与第二电极之间的压电层；多个种子层，设置在谐振部的一侧上。

Description

声波谐振器及其制造方法
本申请要求于2015年12月18日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0181490号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。
技术领域
下面的描述涉及一种声波谐振器及其制造方法。
背景技术
随着使无线通信装置小型化的最近趋势，也已经努力使无线通信装置中所使用的射频组件减小。使用半导体薄膜晶圆技术而制成的薄膜体声波谐振器(FBAR)是上述中的示例。
薄膜体声波谐振器指的是一种使用能够发生谐振的薄膜元件而实现的谐振器。薄膜元件通常通过在半导体基板(例如，硅晶圆)上沉积压电介电材料而获得，以利用压电介电材料的压电特性。
薄膜体声波谐振器具有广阔的应用范围。例如，薄膜体声波谐振器用作诸如移动通信装置、化学和生物装置等的装置中的小且轻量化的滤波器，并用作振荡器、谐振元件、声波谐振质量传感器等。
发明内容
提供该发明内容以简化形式来介绍选择的构思，以下在具体实施方式中进一步描述该构思。本发明内容无意限定所要求保护的主题的主要特征或必要特征，也无意用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总的方面中，一种声波谐振器包括：谐振部，包括第一电极、第二电极以及设置在第一电极与第二电极之间的压电层；多个种子层，设置在谐振部的一侧上。
所述声波谐振器的总的方面还可包括设置在所述多个种子层的与谐振部背对的一侧上的基底。
气隙可设置在基底与所述多个种子层之间。
谐振部还可包括保护层。
膜可介于基底与所述多个种子层之间，气隙可设置在基底与膜之间。
所述膜可包括多个膜层，所述多个膜层中的至少一个膜层可以为蚀刻阻挡层。
所述多个种子层可包括第一种子层和第二种子层。第一种子层可包含具有与压电层的材料的晶系相同的晶系的材料。第二种子层可包含具有与第一种子层的材料的晶胞几何形状相同的晶胞几何形状的材料。
第一种子层或第二种子层的厚度可以在
Figure GDA0001351706640000021
至
Figure GDA0001351706640000022
的范围内。
压电层、第一种子层和第二种子层均可包含具有六方晶系的材料。
压电层可包含氮化铝或掺杂的氮化铝。第一电极可包含钼。第一种子层可包含氮化铝。第二种子层可包含钛。
第二种子层的上表面可对应于六方晶格的(002)面。
在另一总的方面中，一种制造声波谐振器的方法包括：在基底上形成牺牲层；在基底或牺牲层上形成多个种子层；在所述多个种子层上形成第一电极；在第一电极上形成压电层；在压电层上形成第二电极。
所述方法的总的方面还可包括：在形成所述多个种子层之前，在基底或牺牲层上形成膜。
在形成所述多个种子层时，所述多个种子层中的至少一个种子层可仅沿堆叠方向生长。
所述方法的总的方面还可包括：在第二电极和压电层上形成保护层。
所述方法的总的方面还可包括：通过去除牺牲层来形成气隙。
在另一总的方面中，一种制造声波谐振器的方法包括：在多个种子层上沉积第一电极；在第一电极上沉积压电层，其中，所述多个种子层包括第一种子层和第二种子层，第一种子层和第二种子层包含具有相同的晶胞几何形状的材料。
可通过在第二种子层上沉积第一种子层来获得所述多个种子层。
可在形成第二种子层的材料的六方晶格的(002)面上沉积第一种子层。
第一种子层或第二种子层可包含与形成压电层的材料属于相同的晶系的材料。
第一种子层可在没有多晶生长区域的情况下在第二种子层上生长。
第二种子层的上表面可对应于钛的(002)面或氮化铝的(002)面。
其它特征和方面将通过下面的具体实施方式、附图和权利要求而明显。
附图说明
图1是声波谐振器的示例的截面图。
图2是示出图1中所示的声波谐振器的谐振部的示例的放大截面图。
图3是声波谐振器的另一示例的截面图。
图4是示出图3中所示的声波谐振器的谐振部的示例的放大截面图。
图5是示出声波谐振器的另一示例的放大截面图。
图6是示出制造声波谐振器的方法的示例的流程图。
在整个附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明和便利起见，可能会夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下的具体实施方式，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改以及等同物对于本领域的普通技术人员来说将是明显的。在此描述的操作的顺序仅仅是示例，而且其并不局限于在此阐述的，而是除了必须以特定顺序进行的操作之外，可做出对于本领域的普通技术人员将是明显的改变。此外，为了更加清楚和简洁，可省略本领域的普通技术人员公知的功能和结构的描述。
在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且不应该被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，提供在此描述的示例，以使本公开将是彻底的和完整的，并将本公开的全部范围传达给本领域的普通技术人员。
如上所述，声波谐振器具有广阔的应用范围。然而，正在研发用于提高声波谐振器(例如，薄膜体声波谐振器(FBAR))的特性和性能的各种结构的形状和功能。例如，存在对结构、材料或生产薄膜体声波谐振器(可确保各种频率和频带)的制造方法进行改进的需求。
为了增大数据传输量和数据传输速率，会需要诸如薄膜体声波谐振器(FBAR)的声波谐振器例如具有宽的带宽。
为了确保如上所述的宽的带宽，会需要增大声波谐振器的机电耦合系数(electro-mechanical coupling coefficient)(kt2)值。
然而，由于声波谐振器的kt2值通常与品质因数(QF)存在消长关系(trade-offrelationship)，因此需要一种能够在不损失品质因数的情况下增大kt2值的技术。
已研究了一种增大压电层本身的结晶度的方法作为提高kt2值的方法。
根据本说明书的一方面，提出了一种能够通过增大压电材料的结晶度来提高整体性能的声波谐振器。根据另一方面，为了通过确保压电层的结晶度来增大kt2值，提出了一种将多个种子层添加到电极的底部的方法。
根据一方面，一种声波谐振器可包括：谐振部，包括第一电极、第二电极以及设置在第一电极与第二电极之间的压电层；多个种子层，设置在谐振部的一侧上，从而可确保压电层的结晶度，并且可提高声波谐振器的机电耦合系数(kt2)值。
根据另一方面，一种制造声波谐振器的方法可包括：在基底上形成牺牲层；在基底或牺牲层上形成多个种子层；在所述多个种子层上形成第一电极；在第一电极上形成压电层；在压电层上形成第二电极，从而可通过简单的工艺来提供具有高kt2值的声波谐振器。
图1示出了声波谐振器的示例的截面图，图2示出了图1中所示的声波谐振器的谐振部的示例的放大截面图。
参照图1和图2，声波谐振器100包括：谐振部120，包括第一电极121、第二电极122以及设置在第一电极与第二电极之间的压电层123；多个种子层140，设置在谐振部120的一侧上。
此外，声波谐振器100包括设置在多个种子层140的与谐振部120背对的一侧上的基底110。
基底110可形成硅基底或绝缘体上硅(SOI，silicon on insulator)型基底。
在该示例中，气隙130形成在基底110与多个种子层140之间，多个种子层的至少一部分通过气隙130被设置为与基底110分开。
通过在多个种子层140与基底110之间形成气隙130，从压电层123产生的声波不会受基底影响。
此外，从谐振部120产生的声波的反射特性可通过气隙130而改善。
由于气隙130(为空的空间)具有近似于无穷大的阻抗，因此声波可保留在谐振部120中，而不会由于气隙而损耗。
因此，可通过气隙130显著地减小声波在纵向方向上的损耗。结果，可提高谐振部120的品质因数(QF)。
如上所述，谐振部120包括第一电极121、第二电极122和压电层123。谐振部120可通过自下而上顺序地层压第一电极121、压电层123、第二电极122而形成。
当按着这种顺序形成层时，压电层123设置在第一电极121与第二电极122之间。
谐振部120可响应于施加到第一电极121和第二电极122的电信号使压电层123发生谐振，以产生谐振频率和反谐振频率。
第一电极121和第二电极122可由诸如金、钼、钌、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍、铱等形成。
谐振部120可使用压电层123的声波。例如，响应于施加到第一电极121和第二电极122的信号，压电层123的厚度方向上可产生机械振动，从而产生声波。
压电层123可由诸如氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、二氧化硅(SiO2)、掺杂的氧化锌(例如，W-ZnO)、掺杂的氮化铝(例如，Sc-AlN、MgZr-AlN、Cr-AlN、Er-AlN、Y-AlN)等的压电材料形成。
压电层123的谐振现象可响应于施加的信号的波长的一半与压电层的厚度匹配而发生。
由于电阻抗响应于发生的谐振现象而急剧地改变，因此根据该实施例的声波谐振器可用作能够选择频率的滤波器。
谐振频率可通过压电层123的厚度、压电层123的固有的声波速度以及围绕压电层123的第一电极121和第二电极122来确定。
通常，谐振频率响应于压电层123的厚度减小而增大。
此外，由于压电层123仅设置在谐振部120中，因此可显著减少由压电层产生的声波从谐振部泄漏到外部的现象。
在该示例中，谐振部120还包括保护层124。
保护层124覆盖第二电极122，以防止第二电极122暴露于外部环境。然而，本说明书不限于此。
在该示例中，第一电极121和第二电极122延伸到压电层123的外侧，第一连接部180和第二连接部190分别连接到延伸部分。
第一连接部180和第二连接部190可被设置为确认谐振器和滤波器的特性，并且执行需要的频率微调，但不限于此。
多个种子层140设置在谐振部120的一侧上(即，第一电极121之下)。
多个种子层140包括第一种子层141和第二种子层142，第一种子层和第二种子层可通过在平坦化的基底110或牺牲层(未示出)上溅射而获得。
第一种子层141可使用氮化铝(AlN)、掺杂的氮化铝(例如，Sc-AlN、MgZr-AlN、Cr-AlN、Er-AlN、Y-AlN)或其它相似的晶体材料(例如，氮氧化铝(AlON)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)等)而制成。
在示例中，第一种子层141由氮化铝(AlN)形成。第二种子层142由具有与形成第一种子层141的材料的晶系或布拉菲晶格体系(Bravais lattice system)相同的晶系或布拉菲晶格体系的材料形成。例如，氮化铝(AlN)具有六方晶系。因此，在第一种子层141由氮化铝(AlN)形成的情况下，第二种子层142可由具有相同的几何形状的晶胞的六方晶系的金属形成，例如，镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)等。
图1和图2示出了第一种子层141堆叠在第二种子层142上的示例，但是第一种子层和第二种子层的堆叠顺序不限于此。另一方面，第二种子层可堆叠在第一种子层上。
在该示例中，种子层中的至少一个由压电材料形成，以不用作电极而是用作压电层，从而影响压电层123的压电特性。
结果，在种子层的膜厚变得太厚的情况下，对压电层的压电特性的影响会增大。因此，根据一个示例，第一种子层141的厚度可设置在大约
Figure GDA0001351706640000061
至
Figure GDA0001351706640000062
的范围内，以使对压电特性的影响不会增大得超出所需要的。
此外，会需要由属于六方晶系或具有相同的晶格结构的金属(例如，钛等)形成的第二种子层142仅沿[001]方向(即，堆叠方向)生长。然而，如果第二种子层142的厚度生长至大于
Figure GDA0001351706640000063
则除了沿[001]方向生长之外，第二种子层142还可沿[010]方向生长，从而增大了与第一种子层141的晶格错配度。
最终，由于[010]方向上的生长导致在第二种子层142上生长的第一电极121和压电层123的结晶度劣化，根据一个示例，第二种子层142的厚度还设置为
Figure GDA0001351706640000071
或更小，其中，第二种子层142仅沿[001]方向(即，堆叠方向)生长。
为了增大压电层123的结晶度，会需要确保设置在压电层123之下的第一电极121的结晶度。为此，根据一个示例，在第一电极之下使用多个种子层140。
例如，在压电层123由氮化铝(AlN)形成且第一电极121由钼形成的情况下，由氮化铝形成的薄膜型的压电层会在最初表现出多晶生长特性，然后会沿生长速度最快的[001]方向对齐。
在由钼形成的第一电极121在不使用任何种子层时生长的情况下，由于包含钼的第一电极121的晶体结构的缺陷使得沉积在第一电极121上的由氮化铝形成的压电层123的结晶度也会劣化。
然而，在示例中，通过使用由氮化铝形成的第一种子层141，氮化铝种子开始沿[001]方向(即，堆叠方向)生长，从而确保由钼形成的第一电极121的较高的结晶度以及设置在第一电极121上的由氮化铝形成的压电层123的较高的结晶度。
这样，在该示例中，压电层123呈现出优良的结晶度，声波谐振器100的kt2值增大。
同时，由于氮化铝的(002)面和钼的(110)面具有12.45％的非常大的晶格错配度，因此可应用一种通过增大由氮化铝形成的压电层的厚度来提高压电特性的方法；然而，由于声波谐振器的尺寸受到限制，使得在通过使用增大压电层的厚度直到多晶生长逐渐转为单晶生长的方法来增大压电特性方面存在限制。
然而，由于钼的(110)面与钛的(002)面之间的晶格错配度仅为7.64％，因此可通过同时设置钛种子层来确保钼层的优良的结晶度。
在示例中，钼层可沿(110)晶面方向对齐。可通过在使(110)面暴露的钼层上形成氮化铝层来获得氮化铝层的优良的结晶度。
根据X射线衍射试验，可以看出，当钛仅沿[001]方向(即，堆叠方向)生长且钼和氮化铝沉积在钛上时，与当钼和氮化铝沉积在氮化铝种子上时相似，氮化铝仅沿[001]方向生长，并且钼仅沿[110]方向生长，从而与仅使用氮化铝种子的情况相比，确保压电层的结晶度得到提高。
此外，可以看出，氮化铝的(002)面与钛的(002)面之间的晶格错配度(为5.49％)比钼的(110)面与钛的(002)面之间晶格错配度(为7.64％)低。
此外，可以看出，由于氮化铝与钛具有相同的六方晶系，因此当两种材料彼此堆叠时，可确保优良的结晶度。
因此，根据示例，为了通过确保压电层123的结晶度来提高kt2值，由例如钛等(具有低的晶格错配度)形成的第二种子层142(即，多个种子层)可设置在由例如氮化铝等形成的第一种子层141之下。
根据一个示例，在由氮化铝形成的第一种子层141之下使用由钛(具有低的晶格错配度)形成的第二种子层142。由于钛沿[001]方向(即，堆叠方向)生长，并且钛的(002)面和氮化铝的(002)面具有低的晶格错配度，因此由氮化铝形成的第一种子层可沿[001]方向(即，堆叠方向)直接生长，而无需最初的多晶生长。
结果，可确保由氮化铝形成的第一种子层141的(002)面的高结晶度，并且可提高在第一种子层141上生长的由钼形成的第一电极121的(110)面以及由氮化铝形成的压电层123的(002)面的结晶度。结果，可获得高的kt2值，而不会增大声波的损耗。
图6示出了制造声波谐振器的方法的示例。
首先，在610处，在基底110上形成牺牲层。可使用二氧化硅、多晶硅、聚合物等作为用于牺牲层的材料。
随后可通过蚀刻工艺去除牺牲层，以形成气隙130。牺牲层的形状可与稍后要形成的气隙130的形状一致。
接下来，在620处，可在基底110和牺牲层上顺序地形成多个种子层140。可使用本领域中众所周知的制造种子层的技术和工艺(例如，溅射技术)来制造种子层。
例如，可通过适当地控制被执行的溅射的工艺条件(诸如，以温度、真空度、电力的强度、注射气体的量等为例)，使多个种子层140仅沿[001]方向(即，堆叠方向)生长。
这样，在多个种子层中的大多数被定向在期望的方向(即，[001]方向)上的示例中，当如下所述在多个种子层140上形成压电层123时，压电层可具有种子层140的晶体结构，以被调整成与种子层140的晶体结构相同的晶体结构。
根据一个示例，第一种子层141可由氮化铝(AlN)形成，但不限于此。例如，可使用诸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氮氧化铝(AlON)等的各种材料。
此外，第二种子层142可由钛(Ti)形成，但不限于此。例如，可使用诸如镁、锌等的金属。
在包括多个谐振器的滤波器的示例中，可能需要第二种子层142形成在仅要求高的kt2值的预定的谐振器中。因此，可在使用钛通过溅射来形成第二种子层之后，通过执行图案化使第二种子层142仅留在滤波器的预定部分上，并且可执行下面的工艺。
根据示例，在形成第一种子层141之前，第二种子层142可由具有密排六方结构的材料(例如，钛(Ti)、镁(Mg)、锌(Zn)等)形成。例如，可在Si基底上直接形成厚度为
Figure GDA0001351706640000091
至
Figure GDA0001351706640000092
的钛种子层。由通过溅射方法沉积的钛构成的第二种子层的晶体取向可被控制，以大体上暴露其六方晶格的(002)面。当钛种子层的厚度超过
Figure GDA0001351706640000093
时，沿着晶格的[010]方向的生长增大，从而增大位错。
第一种子层141可在与钛层的(002)面对应的上表面上生长。第一种子层141可以是氮化铝(AlN)层，但本说明书不限于此。例如，可使用诸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氮氧化铝(AlON)等的各种材料。
由于晶格错配度低，因此由氮化铝(AlN)构成的第一种子层141可在钛层的(002)面上生长为具有高结晶度。可通过溅射方法来沉积氮化铝(AlN)种子层，以暴露其六方晶格的(002)面。通过在形成第一种子层141的氮化铝的(002)面之前形成第二种子层142的钛的(002)面，可防止氮化铝在硅基底上的最初的多晶生长。因此，多个种子层140使得能够确保沉积在其上的之后的层的高结晶度。
然后，在多个种子层140上顺序地形成第一电极121和压电层123。
在630处，形成第一电极121。可通过在种子层140上沉积导电层来形成第一电极121。相似地，在640处，可通过在第一电极121上沉积压电材料来形成压电层123。
在示出的实施例中，第一电极121可由钼(Mo)材料形成，但不限于此。例如，可使用诸如金、钌、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍、铱等的各种金属。
根据一个示例，在由氮化铝(AlN)形成的第一种子层141的(002)面上沉积由钼(Mo)构成的第一电极121，其中，第一种子层141沉积在由钛(Ti)形成的第二种子层142的(002)面上，例如，第一电极121的钼的(110)面可在由氮化铝层形成的第一种子层141的调整的(002)面上生长。
此外，压电层123可由氮化铝(AlN)形成，但不限于此。例如，可使用诸如氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、掺杂的氧化锌(例如，W-ZnO)、掺杂的氮化铝(例如，Sc-AlN、MgZr-AlN、Cr-AlN、Er-AlN、Y-AlN)等的各种压电材料。
根据一个示例，可在第一电极121的Mo的(110)面上形成由氮化铝(AlN)形成的压电层123，其中，第一电极121的Mo的(110)面形成在第二种子层142的Ti的(002)面和第一种子层141的AlN的(002)面上。可通过控制第一种子层141与第二种子层142之间、第一种子层141与第二电极121之间以及第一电极121与压电层123之间的界面处的结晶取向来获得高结晶度的压电层123。
第一电极121和压电层123可按照预定图案通过如下步骤形成：在导电层或压电层上沉积光致抗蚀剂，使用光刻工艺执行图案化，然后使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模来去除不需要的部分。
从而，压电层123可仅留在第一电极121上。结果，第一电极可被保留为围绕压电层进一步突出。
接下来，在650处，形成第二电极122。
第二电极122可按照预定图案通过如下步骤形成：在压电层123和第一电极121上形成导电层，在导电层上沉积光致抗蚀剂，使用光刻工艺执行图案化，然后使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模来去除不需要的部分。
根据一个示例，第二电极122可由钌(Ru)形成，但不限于此。例如，可使用诸如金、钼、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍、铱等的各种金属。
接下来，在660处，在第二电极122和压电层123上形成保护层124。
保护层124可由绝缘材料形成。绝缘材料的示例包含氧化硅基材料、氮化硅基材料和氮化铝基材料。
然后，在670处，形成连接部180和190。连接部180和190可用于频率微调。
第一连接部180和第二连接部190可穿过保护层124，以分别结合到第一电极121和第二电极122。
第一连接部180可通过如下步骤形成：通过蚀刻来部分地去除保护层124以形成孔，使第一电极121暴露于外部，然后在第一电极上沉积金(Au)、铜(Cu)等。
相似地，第二连接部190也可通过如下步骤形成：通过蚀刻来部分地去除保护层124以形成孔，使第二电极122暴露于外部，然后在第二电极上沉积金(Au)、铜(Cu)等。
在确认谐振部120或滤波器的特性并且使用连接部180和190执行期望的频率微调之后，可形成气隙130。
气隙130可通过去除如上所述的牺牲层而形成。结果，可完成谐振部120。
这里，牺牲层可通过干蚀刻而去除，但不限于此。
例如，牺牲层可由多晶硅形成。这样的牺牲层可通过使用干蚀刻气体(例如，二氟化氙(XeF2))来去除。
同时，根据本公开的声波谐振器及其制造方法不限于上述实施例，并且可进行各种变型。
图3示出了声波谐振器的另一示例的截面图，图4示出了图3中所示的声波谐振器的主要部分的放大截面图。
参照图3和图4，声波谐振器200包括：谐振部120，包括第一电极121、第二电极122以及设置在第一电极与第二电极之间的压电层123；多个种子层140，设置在谐振部120的一侧上；膜150，设置在种子层140的与谐振部背对的一侧上。
除了膜150设置在多个种子层140之下之外，图3中示出的声波谐振器的其余组件与上面参照图1和图2描述的组件相同。
因此，在描述根据另一示例的声波谐振器200时，与声波谐振器100的组件相同的组件由相同的标号来指示。
参照图3和图4，声波谐振器200还包括设置在多个种子层140的与谐振部120背对的一侧上的基底110。此外，膜150介于多个种子层140与基底110之间。
基底110可形成为硅基底或绝缘体上硅(SOI)型基底。
气隙130形成在基底110与膜150之间，膜的至少一部分可通过气隙被设置为与基底分开。
此外，由于谐振部120形成在膜150之上，因此谐振部还可通过气隙130与基底110分开。
通过在基底110与膜150之间形成气隙130，从压电层123产生的声波不会受基底影响。
此外，从谐振部120产生的声波的反射特性可通过气隙130而改善。
由于气隙130(为空的空间)具有近似于无穷大的阻抗，因此声波可保留在谐振部120中，而不会由于气隙而损耗。
因此，可通过气隙130显著地减小声波在纵向方向上的损耗。结果，可提高谐振部120的品质因数(QF)。
在该示例中，膜150设置在气隙130上，以保持气隙130的形状，并且提供用于谐振部120的结构支撑。
膜150可由二氧化硅(SiO2)等形成。
如下所述，在通过对牺牲层进行蚀刻来形成气隙130的示例中，膜可由多个膜层形成，以使膜150可用作蚀刻阻挡层。
例如，参照图5，膜150包括：第一膜层151，由例如二氧化硅(SiO2)形成；第二膜层152，由例如硅氮化物(SiNx)形成，并且形成在第一膜层上。
当然，还可在基底上形成用作蚀刻阻挡层的阻挡层160，以保护基底110，阻挡层可包含硅氧化物(SiOx)、硅氮化物(SiNx)等。
如上所述，谐振部120包括第一电极121、压电层123和第二电极122，并且谐振部120可通过自下而上按顺序地层压第一电极、压电层和第二电极而获得。
谐振部120可响应于施加到第一电极121和第二电极122的信号使压电层123发生谐振，以产生谐振频率和反谐振频率。
第一电极121和第二电极122可由诸如金、钼、钌、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍、铱等形成。
谐振部120可使用压电层123的声波。例如，响应于施加到第一电极121和第二电极122的信号，压电层123的厚度方向上可产生机械振动，从而产生声波。
压电层123可由诸如氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、二氧化硅(SiO2)、掺杂的氧化锌(例如，ZnO)、掺杂的氮化铝(例如，Sc-AlN、MgZr-AlN、Cr-AlN、Er-AlN、Y-AlN)等的压电材料形成。
在示出的示例中，谐振部120还包括保护层124。
保护层124覆盖第二电极122，以防止第二电极暴露于外部环境。
第一电极121和第二电极122延伸到压电层123的外侧，第一连接部180和第二连接部190分别连接到延伸部分。
第一连接部180和第二连接部190可被设置为确认谐振器和滤波器的特性，以执行需要的频率微调，但不限于此。
多个种子层140设置在谐振部120与膜150之间(即，在第一电极121之下且在膜150上)。
多个种子层140包括第一种子层141和第二种子层142，可通过在平坦化的基底110或牺牲层(未示出)上溅射来沉积第一种子层和第二种子层。
第一种子层141可使用氮化铝(AlN)、掺杂的氮化铝(例如，Sc-AlN、MgZr-AlN、Cr-AlN、Er-AlN、Y-AlN)或其它相似的晶体材料(例如，氮氧化铝(AlON)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC))等制成。
在示例中，第一种子层由氮化铝(AlN)形成，第二种子层142由具有与形成第一种子层141的晶格结构相同的晶格结构的材料形成。例如，第二种子层142可由具有相同的晶胞几何形状的六方晶系的金属(例如，镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)等)形成。
图3至图5示出了其中的第一种子层141堆叠在第二种子层142上的声波谐振器的示例，但第一种子层和第二种子层的堆叠顺序不限于此。另一方面，第二种子层可堆叠在第一种子层上。
在这些示例中，种子层140中的至少一个由压电材料形成，以不用作电极而是用作压电层，从而影响压电层123的压电特性。
在种子层的膜厚变得太厚的情况下，对压电层123的压电特性的影响会增大。因此，根据这些示例，第一种子层141的厚度设置在大约
Figure GDA0001351706640000141
至
Figure GDA0001351706640000142
的范围内，以使对压电特性的影响不会增大得超过预期。
此外，会需要由六方晶系的金属(例如，钛(Ti)等)形成的第二种子层142仅沿[001]方向(即，堆叠方向)生长。然而，在第二种子层142的厚度生长至大于
Figure GDA0001351706640000143
的情况下，除了沿[001]方向之外，第二种子层142还可沿[010]方向生长，从而增大了与第一种子层141的晶格错配度。
由于生长厚的层最终导致在第二种子层142上生长的第一电极121和压电层123的结晶度劣化，因此根据一个示例，第二种子层142的厚度设置为
Figure GDA0001351706640000144
或更小，以使第二种子层142仅沿[001]方向(即，堆叠方向)生长。
为了增大压电层123的结晶度，会需要确保设置在压电层123之下的第一电极121的结晶度。为此，根据一个示例，在第一电极之下使用多个种子层140。
在该示例中，为了通过确保压电层123的结晶度来提高kt2值，由例如钛等(具有低晶格错配度)形成的第二种子层142(即，多个种子层)可设置在由例如氮化铝等形成的第一种子层之下。
根据一个示例，在由氮化铝形成的第一种子层141之下使用由钛形成的第二种子层142。由于钛沿[001]方向(即，堆叠方向)生长，并且钛和氮化铝具有低的晶格错配度，因此由氮化铝形成的第一种子层可沿[001]方向(即，堆叠方向)直接生长，而无需最初的多晶生长。
结果，确保了由氮化铝形成的第一种子层141的高结晶度，并且提高了在第一种子层141上生长的由钼形成的第一电极121以及由氮化铝形成的压电层123的结晶度。因此，可获得高的kt2值，而不会增大声波的损耗。
在下文中，将描述制造声波谐振器的方法的另一示例。
首先，如图6中的610处，可在基底110上形成牺牲层(未示出)。可使用二氧化硅、多晶硅、聚合物等作为用于牺牲层的材料。
随后可通过蚀刻工艺去除牺牲层，以形成气隙130。
接下来，可在基底110上形成膜150。膜150可沉积在基底110和牺牲层上。
可基于形成膜150的材料，在诸如化学气相沉积(CVD)、溅射方法等的沉积方法中选择合适的方法并用作形成膜150的方法。
此外，根据一个示例，可形成由例如二氧化硅(SiO2)形成的第一膜层151并在第一膜层上形成由例如硅氮化物(SiNx)形成的第二膜层152来作为膜。
此外，多个种子层140可顺序地形成在膜150上。可使用本领域中众所周知的形成种子层的技术或工艺(例如，溅射技术)来制造种子层。
根据一个示例，可通过适当地控制溅射的工艺条件(例如，温度、真空度、电力的强度、注射气体的量等)，使多个种子层140仅沿[001]方向(即，堆叠方向)生长。
这样，在多个种子层中的大多数被定向在期望的方向(即，[001]方向)上的示例中，当如下所述在多个种子层140上形成压电层123时，压电层可具有种子层140的晶体结构，以被调整成与种子层140的晶体结构相同的晶体结构。
根据一个示例，第一种子层141可由氮化铝(AlN)形成，但不限于此。例如，可使用诸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氮氧化铝(AlON)等的各种材料。
此外，根据另一示例，第二种子层142可由钛(Ti)形成，但不限于此。例如，可使用诸如镁(Mg)、锌(Zn)等的金属。
然后，可在多个种子层140上顺序地形成第一电极121和压电层123。
第一电极121可通过在种子层140上沉积导电层而形成。相似地，压电层123可通过在第一电极上沉积压电材料而形成。
根据另一示例，第一电极121可由钼(Mo)材料形成，但不限于此。例如，可使用诸如金、钌、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍、铱等的各种金属。
此外，根据一个示例，压电层123可由氮化铝(AlN)形成，但不限于此。例如，可使用诸如氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO2)、掺杂的氧化锌(例如，W-ZnO)、掺杂的氮化铝(例如，Sc-AlN、MgZr-AlN、Cr-AlN、Er-AlN、Y-AlN)等的各种压电材料。
在该示例中，第一电极121和压电层123可按照预定图案通过如下步骤形成：在导电层或压电层上沉积光致抗蚀剂，使用光刻工艺执行图案化，然后使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模去除不需要的部分。
从而，压电层123可仅留在第一电极121上。结果，第一电极可被保留为围绕压电层123进一步突出。
接下来，可形成第二电极122。
第二电极122可按照预定图案通过如下步骤形成：在压电层123和第一电极121上形成导电层，在导电层上沉积光致抗蚀剂，使用光刻工艺执行图案化，然后使用图案化的光致抗蚀剂作为掩模去除不需要的部分。
根据另一示例，第二电极122可由钌(Ru)形成，但不限于此。例如，可使用诸如金、钼、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍、铱等的各种金属。
还可在第二电极122和压电层123上形成保护层124。
此外，第一连接部180和第二连接部190可穿过保护层124，以分别结合到第一电极121和第二电极122。
在确认谐振部120或滤波器的特性并且使用连接部180和190执行需要的频率微调之后，可形成气隙130。
气隙130可通过去除如上所述的牺牲层而形成。结果，可完成根据另一实施例的谐振部120。
在该示例中，牺牲层可通过干蚀刻而去除，但本说明书不限于此。
根据一个示例，牺牲层由多晶硅形成。这样的牺牲层可通过使用干蚀刻气体(例如，二氟化氙(XeF2))而去除。
当通过对牺牲层进行蚀刻来形成气隙130时，在膜150由多个膜层形成的情况下，形成在第一膜层151上的第二膜层152可用作蚀刻阻挡层，以保护形成在第二膜层152上的多个种子层140免于被蚀刻。
第一膜层151可由例如二氧化硅(SiO2)等形成，第二膜层152可由例如硅氮化物(SiNx)等形成。然而，本说明书不限于此。
同时，根据本说明书的声波谐振器及其制造方法不限于上述实施例，可进行各种修改。
如上所述，根据声波谐振器的示例，由于可确保压电层的高结晶度，因此可显著地减小声波损耗，并且可提高声波谐振器的kt2值和性能。
虽然本公开包括具体示例，但是对本领域的普通技术人员将明显的是，在不脱离权利要求以及其等同物的精神和范围的情况下，可在形式和细节方面对这些示例做出各种改变。在此描述的示例仅被视为描述意义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述被视为适用于其它示例中的类似的特征或方面。如果按照不同的顺序执行描述的技术、和/或如果按照不同的方式来组合所描述的系统、结构、装置或电路、和/或由其它组件或其等同物来替换或增添所描述的系统、结构、装置或电路，则可实现合理的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且权利要求及其等同物的范围内的全部改变将被理解为包括在本公开中。

Claims (21)

1.一种声波谐振器，包括：
谐振部，包括第一电极、第二电极以及设置在所述第一电极与所述第二电极之间的压电层；
多个种子层，设置在所述谐振部的一侧上，
其中，所述多个种子层包括第一种子层和第二种子层，所述第一种子层包含具有与所述压电层的材料的晶系相同的晶系的材料，所述第二种子层包含具有与所述第一种子层的材料的晶胞几何形状相同的晶胞几何形状的材料，并且所述第二种子层的上表面对应于六方晶格的(002)面。
2.如权利要求1所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括设置在所述多个种子层的与所述谐振部背对的一侧上的基底。
3.如权利要求2所述的声波谐振器，其中，所述基底与所述多个种子层之间设置有气隙。
4.如权利要求2所述的声波谐振器，其中，所述谐振部还包括保护层。
5.如权利要求2所述的声波谐振器，其中，膜介于所述基底与所述多个种子层之间，并且气隙设置在所述基底与所述膜之间。
6.如权利要求5所述的声波谐振器，其中，所述膜包括多个膜层，所述多个膜层中的至少一个膜层为蚀刻阻挡层。
7.如权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述第一种子层或所述第二种子层的厚度在
Figure FDA0002380066130000011
至
Figure FDA0002380066130000012
的范围内。
8.如权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述压电层、所述第一种子层和所述第二种子层均包含具有六方晶系的材料。
9.如权利要求8所述的声波谐振器，其中，所述第二种子层包含具有密排六方结构的材料。
10.如权利要求8所述的声波谐振器，其中，所述压电层包含氮化铝或掺杂的氮化铝，所述第一电极包含钼，所述第一种子层包含氮化铝，所述第二种子层包含钛。
11.一种制造声波谐振器的方法，所述方法包括：
在基底上形成牺牲层；
在所述基底或所述牺牲层上形成多个种子层；
在所述多个种子层上形成第一电极；
在所述第一电极上形成压电层；
在所述压电层上形成第二电极，
其中，所述多个种子层包括第一种子层和第二种子层，所述第一种子层包含具有与所述压电层的材料的晶系相同的晶系的材料，所述第二种子层包含具有与所述第一种子层的材料的晶胞几何形状相同的晶胞几何形状的材料，并且所述第二种子层的上表面对应于六方晶格的(002)面。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：在形成所述多个种子层之前，在所述基底或所述牺牲层上形成膜。
13.如权利要求11所述的方法，其中，在形成所述多个种子层时，所述多个种子层中的至少一个种子层仅沿堆叠方向生长。
14.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：在所述第二电极和所述压电层上形成保护层。
15.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：通过去除所述牺牲层来形成气隙。
16.一种制造声波谐振器的方法，所述方法包括：
在多个种子层上沉积第一电极；
在所述第一电极上沉积压电层，
其中，所述多个种子层包括第一种子层和第二种子层，
所述第一种子层和所述第二种子层包含具有相同的晶胞几何形状的材料，所述第一种子层包含具有与所述压电层的材料的晶系相同的晶系的材料，并且所述第二种子层的上表面对应于六方晶格的(002)面。
17.如权利要求16所述的方法，其中，通过在所述第二种子层上沉积所述第一种子层来获得所述多个种子层。
18.如权利要求16所述的方法，其中，在形成所述第二种子层的材料的六方晶格的(002)面上沉积所述第一种子层。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一种子层或所述第二种子层包含与形成所述压电层的材料属于相同的晶系的材料。
20.如权利要求17所述的方法，其中，所述第一种子层在没有多晶生长区域的情况下在所述第二种子层上生长。
21.如权利要求17所述的方法，其中，所述第二种子层的上表面对应于钛的(002)面或氮化铝的(002)面。
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