CN107093993B - 声波谐振器模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声波谐振器模块及其制造方法。一种声波谐振器模块包括：谐振部，设置在基板上；电感器，电连接到谐振部，并且其至少一部分设置为与基板分开。

Description

声波谐振器模块及其制造方法

本申请要求于2016年2月18日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0018989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

本公开涉及一种声波谐振器模块及其制造方法。

背景技术

根据无线通信装置的小型化的趋势，已经积极地进行了射频组件小型化的技术。这样的射频组件小型化的技术的示例为使用半导体制造技术的具有体声波(BAW)谐振器的形式的滤波器。

体声波(BAW)谐振器指的是这样的谐振器：其中的致谐振元件包括沉积在诸如硅晶圆的半导体基板上的压电介电材料的薄膜，并利用压电介电材料的压电特性实现为滤波器。

体声波(BAW)谐振器的应用包括移动通信装置以及化学和生物装置的小且轻的滤波器、振荡器、谐振元件和声波谐振质量传感器，但不限于此。

BAW滤波器通常连接到电感器以改善通频带内的插入损耗IL和回波损耗RL。然而，由于声波谐振器和电感器被分别制造，然后需要被安装在基板上，因此制造这样的BAW滤波器的过程复杂。

发明内容

提供该发明内容以简化形式来介绍发明构思的选择，以下在具体实施方式中进一步描述该发明构思。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，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，一种声波谐振器模块包括：谐振部，设置在基板上；电感器，电连接到谐振部，并具有被设置为与基板分开的至少一部分。

谐振部可包括第一谐振部和设置为与第一谐振部分开的第二谐振部。

电感器可包括：螺旋部，呈螺旋状，并具有连接到第一谐振部的下电极的第一端；引线部，将螺旋部的第二端连接到第二谐振部的上电极。

螺旋部可包括第一材料，第一材料与下电极的材料相同，引线部可包括第二材料，第二材料与上电极的材料相同。电感器的螺旋部可包括钼(Mo)，电感器的引线部可包括钌(Ru)。

第一谐振部、电感器和第二谐振部可串联连接。

第一谐振部和第二谐振部可串联连接，且电感器可与第二谐振部并联连接。

基板可包括位于电感器和谐振部下方的气隙腔。设置在电感器下方的气隙腔具有比电感器的面积大的面积。

在另一总的方面，一种制造声波谐振器模块的方法包括：在基板上形成下牺牲层；通过在下牺牲层上顺序地堆叠第一导电层、压电层和第二导电层形成谐振部和电感器；去除下牺牲层以在谐振部和基板之间以及电感器和基板之间形成气隙腔。

下牺牲层的形成可包括：在基板的第一表面中形成腔；用下牺牲层的材料填充所述腔。

谐振部和电感器的形成可包括：形成第一导电层；通过使第一导电层图案化形成下电极和螺旋部；形成填埋螺旋部的上牺牲层；在下电极上堆叠压电层；在压电层和上牺牲层上形成第二导电层；通过使第二导电层图案化形成上电极和引线部。

上牺牲层的形成可包括在上牺牲层中形成通孔以使螺旋部的端部暴露，且在第二导电层的形成中，第二导电层通过通孔电连接到螺旋部。

上牺牲层和下牺牲层可由相同的材料形成，且在去除下牺牲层时将上牺牲层与下牺牲层一起去除。

制造声波谐振器模块的方法还可包括在上电极上形成由绝缘材料形成的保护层。

在另一总的方面，一种声波谐振器模块包括：第一谐振部，设置在基板上；第二谐振部，设置在基板上，第二谐振部与第一谐振部分开；电感器，连接到第一谐振部和第二谐振部，其中，电感器悬浮在设置于基板中的气腔之上。

第一谐振部和第二谐振部各自可包括：下电极、压电层和上电极，压电层堆叠在下电极和上电极之间。

电感器可包括螺旋部，螺旋部的第一端连接到第一谐振部的下电极，螺旋部的第二端连接到第二谐振部的上电极。

其它特征和方面将通过下面的具体实施方式、附图和权利要求而显而易见。

附图说明

图1是示意性地示出声波谐振器模块的示例的平面图。

图2是沿着图1的线I-I’截取的声波谐振器的截面图。

图3是示意性地示出声波谐振器模块的示例的平面图。

图4至图10是示出图1中示出的声波谐振器模块在根据制造声波谐振器模块的方法的示例的各个制造阶段中的截面图。

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、修改以及等同物在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的。例如，在此描述的操作的顺序仅仅是示例，而且不限于在此所阐述的示例，而是除了必须以特定顺序进行的操作之外，可做出在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的改变。此外，为了更加清楚和简洁，可省略对在本领域中公知的特征的描述。

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，已经提供在此描述的示例仅仅示出了在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可能的方式中的一些。

在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于他们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，不存在介于他们之间的其他元件。

如在此使用的，术语“和/或”包括任何两个或更多个相关联的所列项目中的任何一个以及任何组合。

虽然可在此使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中的称为第一构件、组件、区域、层或部分也可称作第二构件、组件、区域、层或部分。

为了方便描述，可在此使用与空间相关的诸如“在…之上”、“上方”、“在…之下”和“下方”等术语，以描述如图中示出的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相对术语意在包括除了附图中所描绘的方位之外装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为“在”另一元件“之上”或“上方”的元件将随后被定位为“在”另一元件“之下”或“下方”。因此，术语“在…之上”可根据装置的空间方位而包含“在…之上”和“在…之下”两种方位。装置还可被以其他的方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并可对在此使用的空间相对术语做出相应地解释。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则冠词的单数形式也意于包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所陈述的特征、数目、操作、构件、元件和/或他们的组合，而不排除存在或增加一个或更多个其它特征、数目、操作、构件、元件和/或他们的组合。

由于制造技术和/或公差，可发生如附图中所示的形状的变化。因此，在此描述的示例不局限于附图中所示出的特定形状，而是包括在制造期间发生的形状的改变。

在此描述的示例的特征可以以在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，虽然在此描述的示例具有各种构造，但是在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的其他构造也是可能的。

下面描述的本公开的内容可具有多种构造，并仅在此提出了所需的构造，但不限于此。

图1是示意性地示出声波谐振器模块的示例的平面图，图2是沿着图1的线I-I’截取的截面图。

参照图1和图2，根据实施例的声波谐振器模块10包括基板110、设置在基板110上的谐振部120和电感器150。

谐振部120还包括第一谐振部120a和第二谐振部120b。电感器150设置在第一谐振部120a和第二谐振部120b之间。

气隙(air gap)S1和气隙S2形成在基板110和谐振部120之间。因此，谐振部120通过气隙S1和S2形成为与基板110分开。

例如，基板110可为诸如硅基板、绝缘体上硅(SOI，silicon on insulator)型基板或适于半导体制造工艺的任何其他材料的基板的合适的半导体基板。

如在此使用的，术语“合适的”材料指的是具有部件或组件(所述材料将用于该部件或组件)所需的物理和化学性能的材料。此外，材料与将要制作或制造所述部件、组件或它们作为整体的装置中所使用的制造方法是兼容的。虽然为可应用的合适的材料提供了示例，但本申请的公开内容不限于示例材料，而是包含在理解了本申请的公开内容后将显而易见的其他合适的材料。

谐振部120包括下电极121、压电层123和上电极125。谐振部120可通过自下而上顺序地堆叠下电极121、压电层123和上电极125而形成。因此，压电层123可设置在下电极121和上电极125之间。

谐振部120可响应于施加到下电极121和上电极125的信号而使压电层123谐振以产生谐振频率和反谐振频率。

根据实施例，下电极121可由钼(Mo)形成，上电极125可由钌(Ru)形成。然而，下电极121和上电极125的材料不限于此。例如，下电极121和上电极125可由作为主要材料的诸如以金、钼、钌、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍或他们的任何组合为例的金属中的任何一种形成。

谐振部120可使用压电层123的声波。例如，当将信号施加到下电极121和上电极125时，可在压电层123的厚度方向上发生机械振动，从而产生声波。

压电层123可由包括氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、石英、锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BaTiO₃)或他们的任何组合或任何变型的任何合适的压电材料形成，但不限于此。

当施加的穿过上电极125和下电极121的电信号的波长为压电层123的厚度的两倍时，产生谐振。由于在产生谐振时电阻抗急剧地变化，因此声波谐振器可用作能够选择特定频率的滤波器。

在实施例中，谐振部120还可包括保护层127。保护层127可由合适的绝缘材料形成，并可形成在上电极125上以防止上电极125被暴露到外部环境。

谐振部120可通过气隙S1和S2被设置为与基板110分开以改善品质因数。在第一谐振部120a下方形成第一气隙S1，在第二谐振部120b下方形成第二气隙S2。

通过在谐振部120和基板110之间形成气隙S1和S2，从压电层123产生的声波可不受基板110的影响。

此外，可通过气隙S1和S2来改善从谐振部120产生的声波的反射特性。由于气隙S1和S2(其为空的空间)具有接近于无穷大的阻抗，因此声波可由于气隙S1和S2而不发生损耗并可保留在谐振部120中。

气隙S1和S2可在基板110中形成为腔110a(见图4)。然而，气隙S1和S2的形式不限于此。例如，只要谐振部120和基板110彼此分开，气隙S1和S2可形成为任何合适的形式。

参照图2，第一气隙S1形成在第一谐振部120a的下方，第二气隙S2形成在第二谐振部120b的下方。在实施例中，第三气隙S3可形成在电感器150的下方。

电感器150形成在基板110上，并可通过例如第三气隙S3设置为与基板110的表面分开。结果，电感器150可具有悬浮的线圈电感器的形式。

因此，在电感器150被设置为悬浮的情况下，由于电感器150设置在具有介电常数为1的空气中，因此电感器150的Q因数会显著地增大，这可使电感器用作有效的谐振元件。

在一些实施例中，电感器150可呈螺旋形。例如，螺旋可包括用来优化声波谐振器模块的电、声和几何(空间)效率的例如同心圆、正方形、椭圆、长方形、三角形、凸的规则的或不规则的多边形或任何其他合适的形状。然而，根据本公开的电感器的形状不限于螺旋形。例如，电感器150可根据需要形成为诸如曲折状或螺线管状的各种形状，以改善声波谐振器模块的电、声和几何效率。

电感器150的第一端连接到第一谐振部120a，电感器150的第二端连接到第二谐振部120b。在实施例中，电感器150呈螺旋状，电感器150具有构造为螺旋状的螺旋部152和从螺旋部152的中心延伸并连接到第二谐振部120b的引线部154。此外，这样的实施例中，螺旋部152可连接到第一谐振部120a的下电极121，并可由与下电极121的相同的材料形成。此外，引线部154可连接到第二谐振部120b的上电极125，并由与上电极125相同的材料形成。

因此，在实施例中，电感器150可具有由钼(Mo)形成的螺旋部152和由钌(Ru)形成的引线部154。

使得电感器150和基板110彼此分开的第三气隙S3可在基板110中形成为腔110a(见图4)。因此，第三气隙S3可形成为具有比整个电感器150跨越的区域宽的区域，并可形成为具有其中即使在电感器150振动时电感器也不接触底表面的深度。

根据实施例，电感器150可设置在第一谐振部120a和第二谐振部120b之间以与第一谐振部120a和第二谐振部120b串联连接。然而，本公开的构造不限于此。

具有以上所述的构造的声波谐振器模块10包括具有谐振部120a与谐振部120b之间提供的恒定电感的电感器150。因此可容易地调节谐振器的谐振频率。结果，可改变机电耦合常数(kt²)。此外，由于电感器150周围的介电常数为1，因此可显著地增大电感器150的Q因数。

此外，由于谐振部120和电感器150被制造为单个模块，因此可容易地制造包括谐振部120和电感器150的电子装置，并可增加其设计的自由度。

同时，根据本实施例的声波谐振器模块不限于上述实施例，并可进行各种修改。

图3是示意性地示出声波谐振器模块的另一示例的平面图。

参照图3，根据实施例的声波谐振器模块10a具有彼此并联连接的第二谐振部120b和电感器150。这样，电感器150可根据需要设置在不同的位置处，并可以以各种方式连接到谐振部120。

此外，虽然以上描述的实施例描述了声波谐振器模块仅包括两个谐振部120和一个电感器150的情况，但电感器150和谐振部120的数目还可根据需要增加。

接下来，将描述制造图1中示出的声波谐振器模块的方法。

图4至图10是示出制造图1中示出的声波谐振器模块的方法的截面图。

首先，参照图4，被用作气隙的腔110a可形成在基板110的上部。例如，腔110a可通过诸如干法蚀刻或湿法蚀刻、激光钻孔或离子研磨的任何合适的工艺来形成。

接着，在腔110a中形成第一牺牲层131。可稍后将第一牺牲层131去除以形成气隙S1、S2和S3(图1)。例如，第一牺牲层131可由诸如多晶硅、二氧化硅、氮化硅或光致抗蚀剂聚合物的材料形成。例如，可通过诸如CVD、氧化、喷雾热解或旋涂的任何合适的工艺来形成第一牺牲层131。在一些实施例中，形成第一牺牲层131的过程可包括多于一个步骤的步骤。例如，在实施例中，可将负性光致抗蚀剂旋涂在基板110上以便填充腔110a，光致抗蚀剂的位于腔110a内的部分通过暴露于UV光而被硬化，腔110a的外侧的部分通过在合适的显影剂中进行溶解而被去除。在这样的实施中，可稍后通过诸如暴露到氧等离子体的合适的工艺及时地去除第一牺牲层131。用于形成(以及最终的去除)第一牺牲层131的其他合适的工艺是预期的到的，并且这在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的。

参照图5，随后形成谐振部的下电极121和电感器的螺旋部152。

通过在基板110的整个顶表面上和第一牺牲层131上沉积第一导电层并随后去除(例如，图案化)不必要的部分来形成下电极121和螺旋部152。可使用光刻工艺执行下电极121和螺旋部152的形成，但不限于此。

在实施例中，第一导电层可由钼(Mo)形成。然而，第一导电层的材料不限于此，第一导电层可由诸如金、钌、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍等各种金属形成。可使用包括例如热沉积、物理气相沉积、脉冲激光沉积或RF溅射的任何合适的方法来形成第一导电层。工艺的选择将取决于工艺与在形成声波谐振器模块的其他组件、部件或层时使用的其他材料和工艺的兼容性，这在理解了本申请的公开内容后将显而易见的。

接下来，如图6中所示，在螺旋部152中和螺旋部152上形成第二牺牲层132。

第二牺牲层132可填埋在螺旋部152中并可形成在螺旋部152上。此外，可在第二牺牲层132中形成通孔133。如图6的放大部分中进一步所示，通孔133可将螺旋部152的设置在螺旋部152的中心处的一端暴露到外部。

第二牺牲层132可由与第一牺牲层131相同的材料形成。因此，在下面描述的去除牺牲层的操作中，第一牺牲层131和第二牺牲层132可被一起去除。虽然在一些实施例中，用于形成(以及去除)第一牺牲层131和第二牺牲层132的工艺可相同，但在另一些实施例中，工艺可根据工艺与用于声波谐振器模块的其他组件、层或部件的材料和方法的兼容性而不同。可用于形成第一牺牲层131和第二牺牲层132的各种工艺将在理解了本申请的公开内容后将显而易见。

接着，如图7中所示，可通过在下电极121上沉积压电材料并随后使压电材料图案化而形成压电层123。可根据所使用的材料选择用于沉积压电材料的任何合适的工艺。例如，可使用包括喷雾热解、热沉积、溶胶凝胶沉积、旋涂或RF溅射的工艺中的任何一种工艺沉积氧化锌压电层，但不限于此。

压电层123可由氮化铝(AlN)形成。然而，压电层123的材料不限于此，压电层123可由诸如氧化锌(ZnO)、石英、锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BaTiO₃)或他们的任何组合或任何变型的各种压电材料形成。

接下来，如图8中所示，用于形成上电极125(图2)和电感器的引线部154(图2)的第二导电层125a形成在压电层123上。导电层125a可沉积在压电层123和第二牺牲层132的整个顶表面上以及通孔133中。

在实施例中，第二导电层125a可由钌(Ru)形成。然而，第二导电层125a的材料不限于此，例如，第二导电层125a可由诸如金、钼、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍或他们的任何组合的各种金属形成。与第一导电层一样，可使用包括例如热沉积、物理气相沉积、脉冲激光沉积或RF溅射的任何合适的方法来形成第二导电层125a。

接着，通过使第二导电层125a图案化来形成如图9中所示的上电极125和电感器150的引线部154。可使用光刻工艺来执行形成上电极125和电感器150的引线部154的操作，但不限于此。

接下来，如图10中所示，可在上电极125上形成保护层127。

保护层127可由绝缘材料形成。这里，绝缘材料可包括氧化硅基材料、氮化硅基材料以及氮化铝基材料，但不限于此。

接着，可通过去除第一牺牲层131和第二牺牲层132来完成图1和图2中示出的根据本实施例的声波谐振器模块10。可通过蚀刻方法去除第一牺牲层131和第二牺牲层132。

在制造根据本实施例的具有如上所述的构造的声波谐振器模块的方法中，由于可在制造谐振器的过程中一起制造电感器，因此可非常容易地制造声波谐振器模块。

虽然已经在本公开中使用了特定的术语，例如谐振部，但在理解了本申请的公开内容后将显而易见的是，不同的术语可用来描述相同的特征，且这样不同的术语可出现在其他的申请中。

如上所述，根据本公开中的实施例，由于声波谐振器模块具有制造为单个模块的谐振器和电感器，因此可容易地制造包括谐振器和电感器的电子装置，并可增加其设计的自由度。

虽然本公开包括具体实施例，但在理解了本申请的公开内容后将明显的是，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他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、架构、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、架构、装置或电路，则可获得合理的结果。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变型将被理解为包括在本公开中。

Claims (14)

1.一种声波谐振器模块，所述声波谐振器模块包括：

谐振部，设置在基板上，并且包括第一谐振部和第二谐振部，第二谐振部与第一谐振部分开；

电感器，包括：螺旋部，呈螺旋状，螺旋部的第一端连接到第一谐振部的下电极；以及引线部，将螺旋部的第二端连接到第二谐振部的上电极，并且电感器的至少一部分被设置为与基板分开，使得电感器悬浮在设置于基板中并且位于电感器下方的气隙腔之上。

2.根据权利要求1所述的声波谐振器模块，其中，螺旋部包括第一材料，第一材料与第一谐振部和第二谐振部的下电极的材料相同，且

引线部包括第二材料，第二材料与第一谐振部和第二谐振部的上电极的材料相同。

3.根据权利要求1所述的声波谐振器模块，其中，电感器的螺旋部包括钼，且

电感器的引线部包括钌。

4.根据权利要求1所述的声波谐振器模块，其中，第一谐振部、电感器和第二谐振部串联连接。

5.根据权利要求1所述的声波谐振器模块，其中，第一谐振部和第二谐振部串联连接，且电感器与第二谐振部并联连接。

6.根据权利要求1所述的声波谐振器模块，其中，基板还包括位于谐振部下方的气隙腔。

7.根据权利要求6所述的声波谐振器模块，其中，设置在电感器下方的气隙腔的面积比电感器的面积大。

8.一种制造声波谐振器模块的方法，所述方法包括：

在基板上形成下牺牲层；

在下牺牲层上顺序地堆叠第一导电层、压电层和第二导电层，通过使第一导电层图案化形成谐振部的下电极和电感器的螺旋部，并且通过使第二导电层图案化形成谐振部的上电极和电感器的引线部；

去除下牺牲层以在谐振部和基板之间以及电感器和基板之间形成气隙凹槽。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，下牺牲层的形成包括：

在基板的第一表面中形成腔；

用下牺牲层的材料填充所述腔。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，谐振部和电感器的形成包括：

形成第一导电层；

通过使第一导电层图案化形成下电极和螺旋部；

形成填埋螺旋部的上牺牲层；

在下电极上堆叠压电层；

在压电层和上牺牲层上形成第二导电层；

通过使第二导电层图案化形成上电极和引线部。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，上牺牲层的形成包括在上牺牲层中形成通孔以使螺旋部的端部暴露，且

在第二导电层的形成中，第二导电层通过所述通孔电连接到螺旋部。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，上牺牲层和下牺牲层由相同的材料形成，且在去除下牺牲层时将上牺牲层与下牺牲层一起去除。

13.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括在上电极上形成由绝缘材料形成的保护层。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，谐振部包括第一谐振部和与第一谐振部分开的第二谐振部，并且螺旋部的第一端连接到第一谐振部的下电极，引线部将螺旋部的第二端连接到第二谐振部的上电极。

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