CN107623501A - 体声波滤波器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种体声波滤波器装置。所述体声波滤波器装置包括谐振部、电极连接部、第一层和第二层。所述谐振部设置在基板上，所述电极连接部连接所述谐振部的电极。所述第一层设置在所述基板上，所述第二层设置在所述第一层的除了设置所述电极连接部的区域之外的区域上。
Description
本申请要求于2016年7月14日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0089378号以及于2016年11月21日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0154674号韩国专利申请的优先权和权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
以下描述涉及一种体声波滤波器装置。
背景技术
近来，根据通信技术的飞速发展，存在对开发信号处理技术以及射频(RF)组件技术的需求。
具体地，根据无线通信装置小型化的趋势，存在对小型化的射频组件的积极需求。已经通过使用制造半导体薄膜晶圆的技术将滤波器制造为体声波(BAW)谐振器来实现射频组件中的滤波器的小型化。
体声波(BAW)谐振器将如下的薄膜型元件实现为滤波器：其中压电介电材料沉积在作为半导体基板的硅晶圆上，以通过利用压电介电材料的压电特性来产生谐振。体声波(BAW)谐振器的应用领域包括诸如移动通信装置、化学和生物装置以及其它类似装置中使用的那些小且重量轻的滤波器、振荡器、谐振元件以及声谐振质量传感器。
此外，已经研究了各种结构形状和功能来增强体声波谐振器的功能和结构特性，并且有必要开发减小体声波谐振器的特性变化的结构和技术。
发明内容
提供本发明内容以按照简化形式介绍选择的构思，以下在具体实施方式中进一步描述所述构思。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，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
根据实施例，提供一种体声波滤波器装置，所述体声波滤波器装置包括：谐振部，设置在基板上；电极连接部，连接所述谐振部的电极；第一层，设置在所述基板上；以及第二层，设置在所述第一层的除了设置所述电极连接部的区域之外的区域上。
所述第一层可由二氧化硅(SiO2)、包含二氧化硅(SiO2)的材料、氮化铝(AlN)或包含氮化铝(AlN)的材料形成，并且所述第二层可由氮化硅(SiN)或包含氮化硅(SiN)的材料形成。
气隙可设置在所述第一层的下面，所述第一层设置在所述谐振部的下部中。
所述谐振部可包括：下电极，设置在所述第二层上；压电层，设置为覆盖所述下电极的一部分；以及上电极，设置在所述压电层上。
所述体声波滤波器装置还可包括框架层，所述框架层设置在所述上电极上。
所述框架层和所述上电极可由相同的材料形成。
所述体声波滤波器装置还可包括第三层，所述第三层设置为覆盖所述框架层和所述下电极的除了设置金属焊盘的部分之外的部分。
所述体声波滤波器装置还可包括框架层，所述框架层设置在所述上电极和所述压电层之间。
根据实施例，提供一种体声波滤波器装置，所述体声波滤波器包括：谐振部，设置在基板上；电极连接部，连接所述谐振部的电极；第一层，设置在所述基板上，并由二氧化硅(SiO2)、包含二氧化硅(SiO2)的材料、氮化铝(AlN)或包含氮化铝(AlN)的材料形成；以及第二层，设置在所述第一层的除了设置所述电极连接部的部分之外的部分上，并由氮化硅(SiN)或包含氮化硅(SiN)的材料形成。
所述第二层可设置在所述第一层上，以便设置在所述第一层的除了设置所述电极连接部的所述部分之外的剩余部分上。所述第二层可设置在所述谐振部的下部中。
气隙可设置在设置于所述谐振部的下部中的所述第一层的下面。
所述谐振部可包括：下电极，设置在所述第二层上；压电层，设置为覆盖所述下电极的一部分；以及上电极，设置在所述压电层上。
所述体声波滤波器装置还可包括框架层，所述框架层设置在所述上电极上。
所述上电极和所述框架层可由相同的材料形成。
所述体声波滤波器装置还可包括第三层，所述第三层设置为覆盖所述框架层和所述下电极的除了设置金属焊盘的部分之外的部分。
所述体声波滤波器装置还可包括框架层，所述框架层设置在所述上电极和所述压电层之间。
根据实施例，提供一种体声波滤波器装置，所述体声波滤波器装置包括：第一层，设置在基板上，并包括设置在所述基板和所述第一层之间的气隙；第二层；第三层，设置在所述第一层的部分的上面；下电极，设置在所述第二层的一部分和所述第一层的一部分上；以及压电层，覆盖所述下电极的一部分和所述第二层的一部分，其中，所述第二层可设置在所述第一层的除了可设置所述第三层和所述下电极的区域之外的区域上，且位于所述气隙的上面。
所述第二层可设置在所述第一层的除了可设置所述压电层的区域之外的区域上。
所述下电极覆盖所述第二层的至少一部分，所述下电极从所述第二层的侧表面延伸到设置所述压电层和所述第三层且位于所述气隙上面的区域。
通过以下具体实施方式、附图以及权利要求，其它特征和方面将显而易见。
附图说明
图1是示意性地示出根据实施例的体声波滤波器装置的平面图；
图2是示出根据实施例的体声波滤波器装置的一部分的沿图1的I-I′线截取的示意性截面图；
图3至图11是示出根据实施例的制造体声波滤波器装置的方法的工艺图；以及
图12是示出根据实施例的体声波滤波器装置的示意性截面图。
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、说明以及方便起见，可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，在理解了本申请的公开内容后，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作顺序仅仅是示例，且不限于在此所阐述的示例，而是除了必须按照特定顺序发生的操作外，可在理解了本申请的公开内容后做出显而易见的改变。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略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，并且将不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，仅仅为了示出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/或系统的多种可行方式中的一些可行方式。
在整个说明书中，当元件(诸如层、区域或基板)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，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其它元件。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，可不存在介于它们之间的其它元件。
如在此使用的术语“和/或”包括相关所列项中的任何一个和任何两个或更多个的任何组合。
虽然诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语可在此用于描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语限制。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，在此描述的示例中涉及到的第一构件、组件、区域、层或部分还可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了方便描述，在此可使用诸如“在……之上”、“上方”、“在……之下”以及“下方”的空间相关术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件之间的关系。这样的空间相对术语意在包含除了附图中描绘的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上方”的元件将随后被描述为相对于另一元件位于“之下”或“下方”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方向包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。装置还可以以另外的方式被定位(例如，旋转90度或处于其它方位)，并可对在此使用的空间相关术语做出相应的解释。
在此使用的术语仅是为了描述各种示例，而不被用来限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式也意在包含复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示出的形状的变化。因此，在此描述的示例并不限于附图中示出的特定的形状，而是包括制造过程中发生的形状上的变化。
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多种构造，但是在理解了本申请的公开内容后将显而易见的其它构造也是可行的。
图1是示意性地示出根据实施例的体声波滤波器装置的平面图，图2是示出根据实施例的体声波滤波器装置的一部分的示意性截面图。
参照图1和图2，通过示例的方式，体声波滤波器装置100包括基板110、形成或设置在基板110上的多个谐振部120以及将谐振部120(例如，谐振部120的电极)彼此电连接的电极连接部130。为了描述的目的，将使用设置的术语来描述本说明书中所描述的各种层和元件的形成和设置。
也就是说，体声波滤波器装置100包括实现滤波器特性的谐振部120(通过电极连接部130彼此连接)。
在示例中，谐振部120是体声波滤波器装置100的一部分，谐振部120随着下面将要描述的压电层170变形而与压电层170一起变形。
此外，通过示例的方式，体声波滤波器装置100还包括第一层140。第一层140设置在基板110上，并位于气隙A的上面、覆盖气隙A或者包围气隙A，气隙A被限定在基板110和第一层140之间。也就是说，第一层140设置在基板110和牺牲层220(参照图3至图10被描述并示出)上，以便覆盖设置于基板110上的牺牲层220。此后，在去除牺牲层220的示例中，气隙A设置在第一层140的下面。
在一个实施例中，第一层140由二氧化硅(SiO2)、包含二氧化硅(SiO2)的材料、氮化铝(AlN)或包含氮化铝(AlN)的材料形成。此外，第一层140还可用于防止在执行去除牺牲层220的操作时蚀刻谐振部120的下端部。
此外，第二层150设置在第一层140的除了设置电极连接部130的之外的部分上，并可由氮化硅(SiN)或包含氮化硅(SiN)的材料形成。
作为示例，在第一层140的整个区域上设置第二层150之后，将第二层150从第一层140的其上将要设置电极连接部130的部分去除。在一个示例中，通过图案化操作去除第二层150。
在实施例中，体声波滤波器装置100的许多优点之一包括：第二层150和第一层140补偿由谐振部120引起的应力，并减小谐振部120的结构的变形(例如，第一层140和基板110在设置气隙A的区域中结合的现象)，或者减小谐振部120与谐振部120的相邻区域之间的扭曲变形(distortion)现象。
此外，如上所述，由于第二层150设置在第一层140的除了设置电极连接部130的区域之外的区域上，因此第二层150被构造为减小谐振部120的外部区域中的应力不平衡的发生，从而防止了谐振部120的扭曲变形现象。
基板110是其上堆叠有硅的基板。例如，使用硅晶圆作为基板。此外，可在基板110的顶表面上设置用于保护硅的保护层(未示出)。也就是说，保护层可设置在基板110的顶表面上，以防止在执行上述去除牺牲层220的操作时蚀刻基板110。
此外，如图2所示，谐振部120包括下电极160、压电层170、上电极180、框架层190、第三层200以及金属焊盘210。
下电极160设置在第一层140的一部分和第二层150上，并覆盖第二层150的一部分或覆盖整个第二层150。作为示例，下电极160可由导电材料，诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)等或它们的合金形成。
此外，下电极160可用作接收诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极，或者可用作输出电极。在下电极160是输入电极的示例中，上电极180是输出电极。在下电极160是输出电极的另一示例中，上电极180是输入电极并接收电信号。
在一种构造中，压电层170覆盖下电极160的至少一部分和第二层150的一部分。此外，压电层170将从下电极160或上电极180输入的电信号转换为声波。
作为示例，响应于在上电极180中诱发随时间变化的电场，压电层170将从上电极180输入的电信号转换为物理振动。此外，压电层170将转换的物理振动转换为声波。在这种情况下，可诱发随时间变化的电场。作为结果，压电层170使用诱发的电场在压电层170内沿着厚度方向产生体声波。
如此，压电层170产生将电信号转换为声波的体声波。
在该示例中，压电层170通过在下电极160上沉积氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅形成。当压电层170由氮化铝(AlN)形成时，压电层170还可包括稀土金属。例如，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。
通过示例的方式，上电极180形成在压电层170上，并由导电材料，诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)等或它们的合金形成。此外，如上所述，上电极180可用作输入电极或输出电极，输入电极接收诸如射频(RF)信号的电信号，输出电极输出RF信号。
框架层190设置在上电极180上。作为示例，框架层190设置在上电极180上，并设置在上电极180的除了谐振部120的中央部分之外的部分上。此外，框架层190可由与上电极180相同的材料形成。然而，框架层190的材料不限于此，并且框架层190可由与上电极180不同的材料形成。
框架层190将在谐振时产生的横向波反射到有效区(active region)中，以将谐振能量限制在有效区中。
根据实施例，框架层190设置在上电极180上。然而，在替代实施例中，框架层190可设置在压电层170上，同时上电极180也可设置为覆盖框架层190。
如图2所示，第三层200设置在第一层140的上面，并覆盖下电极160的至少一部分、压电层170的至少一部分、上电极180的至少一部分、框架层190的除了将设置金属焊盘210的部分之外的部分。第三层200防止框架层190和上电极180在操作期间被损坏。此外，第三层200的厚度可基于具体应用进行变化，并可通过蚀刻来调整第三层200的厚度以调整频率。
此外，虽然未在附图中详细地示出，但第三层200还可设置在基板110的所有其它区域上，例如，覆盖第二层150的除了其上设置有金属焊盘210的部分之外的部分。
金属焊盘210电连接到下电极160和上电极180。
如上所述，第二层150与第一层140一起补偿由谐振部120引起的应力，并减小谐振部120的在例如第一层140和基板110在设置气隙A的区域中结合的现象中的结构的变形，或者减小谐振部120的在谐振部120与谐振部120的相邻区域之间的扭曲变形现象中的结构的变形。
此外，如上所述，由于第二层150设置在第一层140的除了设置电极连接部130的区域之外的区域上，因此第二层150可防止谐振部120因谐振部120的外部区域中的应力不平衡而产生的扭曲变形现象。
换句话说，与第二层150仅设置在谐振部120的下部上的构造相比，根据本实施例的第二层150的构造可防止谐振部120因谐振部120的外部区域中的应力不平衡而产生的扭曲变形现象。
此外，可通过从设置电极连接部130的区域去除第二层150来减小插入损耗。
换句话说，改善电极连接部130的漏电(leakage)特性以有助于提高整个滤波器装置的特性(IL特性)，并且通过将包括第一层140和第二层150的复合薄膜施加到除了电极连接部130之外的所有区域来控制由应力变化引起的反常粘滞(abnormal stiction)的发生。
因此，漏电特性得到改善，并实现了谐振部120中的稳定结构。
在下文中，将参照附图描述根据实施例的制造体声波滤波器装置的方法。
图3至图11是示出根据实施例的制造体声波滤波器装置的方法的工艺图。
如图3中所示，依次在基板110上形成牺牲层220、第一层140和第二层150。第一层140可由二氧化硅(SiO2)、包含二氧化硅(SiO2)的材料、氮化铝(AlN)或包含氮化铝(AlN)的材料形成，并且第二层150可由氮化硅(SiN)或包含氮化硅(SiN)的材料形成。
接着，如图4所示，通过图案化操作去除第二层150的一部分。在图案化操作中，将第二层150从第一层140的其上将要设置电极连接部130的区域去除。
换句话说，利用图案化操作去除第二层150的一部分，使得第二层150还可存在于谐振部120的外部区域(除了其上设置有谐振部120(图1)和电极连接部130的区域之外的区域)中。
也就是说，将包括第一层140和第二层150的复合薄膜施加到基板110的和牺牲层220的除了电极连接部130之外的所有区域。
接着，如图5所示，设置下电极160。在第二层150上设置下电极160。下电极160由导电材料，诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)等或它们的合金形成。
接着，如图6所示，依次设置压电层170和上电极180。此外，通过沉积氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅形成压电层170，上电极180由导电材料，诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)等或它们的合金形成，该导电材料是与上述下电极160的材料相同的材料。
此外，如图7所示，在上电极180上设置框架层190。
如图8所示，可通过图案化操作部分地去除上电极180。
接着，如图9所示，在通过图案化操作去除压电层170的一部分之后，形成第三层200。然后，通过图案化操作去除第三层200的一部分。
如图10中所示，在下电极160和框架层190的通过去除第三层200而暴露的部分上设置金属焊盘210。
然后，如图11中所示，去除牺牲层220以形成气隙A。
如上所述，在设置第二层150之后，通过图案化操作去除设置于其上将要设置电极连接部130的区域上的第二层150。
如此，通过增加使第二层150图案化的操作，在不需要增加复杂的操作的情况下来制造改善了漏电特性并实现了谐振部120中的稳定结构的体声波滤波器装置100。
在下文中，将参照附图描述根据另一实施例的体声波滤波器装置。在这些附图中，将由上面使用的相同的标号表示与上述组件相同的组件，并将省略其详细描述。
图12是示出根据另一实施例的体声波滤波器装置的示意性截面图。
参照图1和图12，根据实施例的体声波滤波器装置300包括基板110、设置在基板110上的多个谐振部120以及将谐振部120(例如，谐振部120的电极)彼此电连接的电极连接部130。
也就是说，体声波滤波器装置300包括多个谐振部120，并且各个谐振部120通过电极连接部130彼此连接来实现改善的滤波器特性。
同时，体声波滤波器装置300也包括第一层140。第一层140设置在基板110上并覆盖气隙A。也就是说，第一层140设置在基板110和牺牲层220(稍后将被去除，在基板110和第一层140之间留下气隙A)上，以便覆盖设置于基板110上的牺牲层220(下面将对其进行描述)。此后，在去除牺牲层220的情况下，气隙A设置在基板110和第一层140之间。
作为示例，第一层140由二氧化硅(SiO2)、包含二氧化硅(SiO2)的材料、氮化铝(AlN)或包含氮化铝(AlN)的材料形成。此外，第一层140用于防止在执行去除牺牲层220的操作时蚀刻谐振部120的下端部。
此外，第二层350设置在第一层140上，并设置在谐振部120的下部区域中。第二层350不设置在谐振部120的外部区域中，即，不设置在基板110的除了其上设置有电极连接部130和谐振部120的部分之外的剩余部分中。第二层350可由氮化硅(SiN)或包含氮化硅(SiN)的材料形成。
作为示例，在第一层140的整个区域上设置第二层350之后，随后将第二层350从其中将要设置压电层170和第三层200的区域去除。在其上将要设置谐振部120的区域上保留第二层350。在这种情况下，可利用图案化操作去除第二层350。
如上所述，由于第二层350仅设置在谐振部120中，因此可防止因压力变化而产生反常形状，并且通过从设置电极连接部130的区域去除第二层350减小了插入损耗。
换句话说，改善电极连接部130的漏电特性以有助于提高整个滤波器装置的特性(IL特性)。此外，通过将包括第一层140和第二层350的复合薄膜施加到谐振部120的区域来控制由应力变化引起的反常粘滞(abnormal stiction)的发生。
因此，漏电特性得到改善，并可实现谐振部120中的稳定结构。
如上所述，根据实施例，可减小插入损耗。
虽然本公开包括特定的示例，但是在理解了本申请的公开内容后将显而易见的是，在不脱离权利要求及它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种变化。在此所描述的示例将仅被理解为描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其它示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或者电路中的组件和/或用其它组件或者它们的等同物进行替换或者补充描述的系统、架构、装置或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及它们的等同物限定，并且在权利要求及它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包含于本公开中。
Claims (18)
1.一种体声波滤波器装置，包括：
谐振部，设置在基板上；
电极连接部，连接所述谐振部的电极；
第一层，设置在所述基板上；以及
第二层，设置在所述第一层的除了设置所述电极连接部的区域之外的区域上。
2.根据权利要求1所述的体声波滤波器装置，其中，所述第一层由二氧化硅、包含二氧化硅的材料、氮化铝或包含氮化铝的材料形成，并且所述第二层由氮化硅或包含氮化硅的材料形成。
3.根据权利要求1所述的体声波滤波器装置，其中，气隙设置在所述第一层的下面，所述第一层设置在所述谐振部的下部中。
4.根据权利要求1所述的体声波滤波器装置，其中，所述谐振部包括：
下电极，设置在所述第二层上；
压电层，设置为覆盖所述下电极的一部分；以及
上电极，设置在所述压电层上。
5.根据权利要求4所述的体声波滤波器装置，所述体声波滤波器装置还包括：
框架层，设置在所述上电极上。
6.根据权利要求5所述的体声波滤波器装置，其中，所述框架层和所述上电极由相同的材料形成。
7.根据权利要求5所述的体声波滤波器装置，所述体声波滤波器装置还包括：
第三层，设置为覆盖所述框架层和所述下电极的除了设置金属焊盘的部分之外的部分。
8.根据权利要求4所述的体声波滤波器装置，所述体声波滤波器装置还包括：
框架层，设置在所述上电极和所述压电层之间。
9.根据权利要求2所述的体声波滤波器装置，其中，所述第二层设置在所述谐振部的下部中。
10.根据权利要求2所述的体声波滤波器装置，其中，气隙设置在设置于所述谐振部的下部中的所述第一层的下面。
11.根据权利要求10所述的体声波滤波器装置，其中，所述谐振部包括：
下电极，设置在所述第二层上；
压电层，设置为覆盖所述下电极的一部分；以及
上电极，设置在所述压电层上。
12.根据权利要求11所述的体声波滤波器装置，所述体声波滤波器装置还包括：
框架层，设置在所述上电极上。
13.根据权利要求12所述的体声波滤波器装置，其中，所述上电极和所述框架层由相同的材料形成。
14.根据权利要求12所述的体声波滤波器装置，所述体声波滤波器装置还包括：
第三层，设置为覆盖所述框架层和所述下电极的除了设置金属焊盘的部分之外的部分。
15.根据权利要求11所述的体声波滤波器装置，所述体声波滤波器装置还包括：
框架层，设置在所述上电极和所述压电层之间。
16.一种体声波滤波器装置，包括：
第一层，设置在基板上，并包括设置在所述基板和所述第一层之间的气隙；
第二层；
第三层，设置在所述第一层的部分的上面；
下电极，设置在所述第二层的一部分和所述第一层的一部分上；以及
压电层，覆盖所述下电极的一部分和所述第二层的一部分，
其中，所述第二层设置在所述第一层的除了设置所述第三层和所述下电极的区域之外的区域上，且位于所述气隙的上面。
17.根据权利要求16所述的体声波滤波器装置，其中，所述第二层设置在所述第一层的除了设置所述压电层的区域之外的区域上。
18.根据权利要求16所述的体声波滤波器装置，其中，所述下电极覆盖所述第二层的至少一部分，所述下电极从所述第二层的侧表面延伸到设置所述压电层和所述第三层且位于所述气隙上面的区域。
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