CN108023560A - 体声波谐振器及制造体声波谐振器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包括体声波谐振器及制造体声波谐振器的方法。所述体声波谐振器包括：基板，基板保护层设置在所述基板的顶表面上；膜层，与所述基板限定腔；以及谐振部，设置在所述膜层上。所述膜层包括第一层和第二层，所述第二层具有与所述第一层的材料相同的材料，并且所述第二层的密度大于所述第一层的密度。

Description

体声波谐振器及制造体声波谐振器的方法
本申请要求于2016年10月28日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0142331号韩国专利申请以及于2017年3月23日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0036662号韩国专利申请的优先权和权益，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
以下描述涉及一种体声波谐振器及制造体声波谐振器的方法。
背景技术
在体声波谐振器(BAWR)中，压电薄膜的晶体特性对体声波谐振性能的各个方面具有显著的影响。因此，目前正在研究能够改善压电薄膜的晶体特性的各种方法。
为了改善压电薄膜的晶体特性，通常的方法是优化用于压电层的氮化铝(AlN)的沉积操作。这样的方法因沉积操作的特点而在改善晶体特性方面具有限制。作为示例，典型的沉积方法可包括通过优化压电层的沉积操作或者改善位于下层的电极和种子层的类型或沉积操作来确保结晶度。
可使用一种用于提高电极薄膜的结晶度的方法，该方法使用用于改善压电层的晶体特性的氮化铝(AlN)的下层，但仅通过优化沉积操作，在提高电极薄膜的结晶度方面存在限制。
因此，开发一种能够使压电薄膜(能够改善体声波谐振性能)的晶体特性改善的结构以及用于制造该结构的方法是有用的。
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。
在一个总体方面，一种体声波谐振器包括：基板，基板保护层设置在所述基板的顶表面上；膜层，与所述基板限定腔；以及谐振部，设置在所述膜层上。所述膜层包括第一层和第二层，所述第二层具有与所述第一层的材料相同的材料，并且所述第二层的密度大于所述第一层的密度。
所述第二层可包括当RF-偏压施加到处于等离子状态的所述基板并提供有氩粒子时形成的材料。
所述膜层可包括具有氮化硅或氧化硅的材料。
所述谐振部可包括：下电极，形成在所述膜层上；压电层，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。
所述体声波谐振器还可包括：钝化层，设置在所述上电极和所述下电极的部分上；以及金属焊盘，形成在所述上电极和所述下电极的未形成钝化层的部分上。
所述上电极可包括设置在有效区域的边缘处的框架部。
所述膜层可设置为与所述腔平行，并可延伸为覆盖腔形成层。
在一个总体方面，提供一种制造体声波谐振器的方法，所述方法包括：在基板上设置牺牲层；使用膜层覆盖所述牺牲层；软蚀刻所述膜层，以形成第一层和第二层；以及在所述膜层上设置谐振部。
所述第二层的密度可大于所述第一层的密度。
所述软蚀刻的步骤可包括向处于等离子状态的所述基板施加RF-偏压以使氩粒子与所述膜层的表面碰撞。
设置所述谐振部的步骤可包括：在所述膜层上设置下电极；使用压电层覆盖所述下电极的至少一部分；以及在所述压电层上设置上电极。
所述膜层可包括包含氮化硅或氧化硅的材料。
所述方法还可包括：使所述上电极和所述下电极的部分暴露；以及在所述上电极和所述下电极的向外地暴露的部分上设置金属焊盘。
所述牺牲层可包括硅基材料。可通过使用卤化物基蚀刻气体去除所述牺牲层来形成腔。
设置所述上电极的步骤可包括在有效区域的边缘处设置框架部。
所述第二层的厚度可小于所述第一层的厚度。
所述第二层的表面粗糙度可低于所述第一层的表面粗糙度。
通过以下具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将显而易见。
附图说明
图1是示出体声波谐振器的示例的示意性截面图。
图2、图3和图4是示出图1的体声波谐振器的效果的示例的曲线图。
图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11是示出用于制造图1的体声波谐振器的方法的示例的工艺流程图。
图12是示出体声波谐振器的示例的示意性截面图。
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将是显而易见的改变。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。
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，可不存在介于它们之间的其他元件。
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/或系统的许多可行方式中的一些可行方式。
如在此使用的术语“和/或”包括相关所列项中的任意一个和任意两个或更多个的任意组合。
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，在此描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了方便描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系，在此可使用诸如“在……上方”、“上”、“在……下方”以及“下”的空间相对术语。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“上方”或“上”的元件将随后被描述为相对于另一元件位于“下方”或“下”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位包括“上方”和“下方”两种方位。装置还可以以其他方式被定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并对在此使用的空间相对术语做出相应的解释。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，而不被用来限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数冠词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他特征、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，会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，而是包括制造期间发生的形状上的变化。
图1是示出体声波谐振器的示例的示意性截面图。图2、图3和图4是示出图1的体声波谐振器的效果的示例的曲线图。
参照图1，体声波谐振器100包括基板110、膜层120、谐振部130、钝化层170和金属焊盘180。
基板110可以是其上堆叠有硅的基板。例如，硅晶圆形成基板。基板110包括设置为面对腔C的基板保护层112。
基板保护层112可防止当形成腔C时损坏基板110。
作为示例，基板保护层112由包含氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)的材料形成。
膜层120与基板110一起形成腔C。膜层120可形成在牺牲层190(下面参照图6进行描述)上，并可通过去除牺牲层190与基板保护层112一起形成腔C。作为示例，膜层120由与用于去除硅基牺牲层190的诸如氟(F)、氯(Cl)等的卤化物基蚀刻气体具有低反应性的材料形成。
作为示例，膜层120由包含氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)的材料形成。
膜层120包括第一层122和第二层124，第二层124由与第一层122的材料相同的材料形成，并具有比第一层122的密度高的密度。第一层122的厚度可大于第二层124的厚度。换句话说，第二层124可设置在第一层122上，并且第一层122可通过表面处理而变形成为第二层124。第二层124的表面粗糙度可低于第一层122的表面粗糙度。
作为示例，第二层124以软蚀刻操作形成。也就是说，第二层124可通过在形成谐振部130之前对膜层120执行软蚀刻操作而形成。
可通过向处于等离子状态的基板110施加RF(射频)-偏压以使氩粒子(Ar+)与膜层120的表面碰撞来执行软蚀刻操作。因此，第二层124形成在第一层122上以形成膜层120。
谐振部130形成在膜层120上。作为示例，谐振部130包括下电极140、压电层150和上电极160。
下电极140形成在膜层120上。更具体地，下电极140形成在膜层120上，以使其一部分设置在腔C上。
作为示例，下电极140由诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)等或它们的合金的导电材料形成。
下电极140可用作输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极和输出电极中的任意一种。例如，在下电极140是输入电极的情况下，上电极160可以是输出电极，在下电极140是输出电极的情况下，上电极160可以是输入电极。
压电层150覆盖下电极140的至少一部分。压电层150可将通过下电极140或上电极160输入的信号转换为弹性波。也就是说，压电层150可通过物理振动将电信号转换为弹性波。
作为示例，压电层150通过沉积氮化铝、掺杂的氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅而形成。
由氮化铝(AlN)形成的压电层150还可包括稀土金属。作为示例，稀土金属包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。由氮化铝(AlN)形成的压电层150还可包括过渡金属。作为示例，过渡金属可包括锆(Zr)、钛(Ti)、锰(Mn)和铪(Hf)中的至少一种。
上电极160覆盖压电层150，并可由诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)等或它们的合金的导电材料形成。
上电极160包括框架部162。框架部162可指的是上电极160的具有比上电极160的剩余部分的厚度大的厚度的部分。框架部162被包括在上电极160除了有效区域S的中央部分之外的部分中。
框架部162可将在谐振时产生的横向波反射到有效区域S中，以将谐振能量限定到有效区域S。换句话说，框架部162可形成为设置在有效区域S的边缘处，以防止振动从有效区域S逃逸到外部。
这里，可将有效区域S限定为其中堆叠下电极140、压电层150和上电极160的全部三层的区域。
钝化层170可形成在下电极140和上电极160的部分上。钝化层170可防止在操作期间对上电极160和下电极140的损坏。
此外，为了调整频率，可通过蚀刻来调整钝化层170的厚度。例如，可使用包含氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)、氮化铝(AlN)、锆钛酸铅(PZT)、砷化镓(GaAs)、氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)中的任意一种材料的介电层作为钝化层170。
金属焊盘180形成在下电极140和上电极160的其上未形成钝化层170的部分上。作为示例，金属焊盘180由诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)和/或铜-锡(Cu-Sn)等的材料形成。
如上所述，由于膜层120包括第一层122和第二层124，因此可提高设置在第二层124上的压电层150的结晶度。
因此，如图2至图4中所示，可看出与传统的体声波谐振器(w01、w02)相比，根据本发明的实施例的体声波谐振器100(w03)的性能(kt 2、IL(即，插入损耗)、衰减(Attn.))可改善。
在下文中，将参照附图描述制造图1的体声波谐振器的方法。
图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11是示出用于制造图1的体声波谐振器的示例性方法的工艺流程图。
首先，如图5中所示，在基板110上形成牺牲层190。牺牲层190可包括硅基材料。牺牲层190形成在基板110的一部分上，并具有形成在其边缘处的倾斜的表面。
然后，如图6中所示，形成膜层120以覆盖牺牲层190。膜层120可由包含氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)的材料形成。
如图7中所示，通过软蚀刻操作使膜层120形成为第一层122和第二层124。可通过向处于等离子状态的基板110施加RF-偏压以使氩粒子(Ar+)与膜层120的表面碰撞来执行软蚀刻操作。因此，第二层124形成在膜层120上。
然后，如图8中所示，在膜层120上形成下电极140。也就是说，下电极140形成在膜层120的第二层124上。下电极140形成在膜层120上，使得其一部分设置在牺牲层190上。
然后，如图9中所示，形成压电层150。压电层150可通过沉积氮化铝、掺杂的氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅而形成。
由氮化铝(AlN)形成的压电层150还可包括稀土金属。作为示例，稀土金属包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。由氮化铝(AlN)形成的压电层150还可包括过渡金属。作为示例，过渡金属包括锆(Zr)、钛(Ti)、锰(Mn)和铪(Hf)中的至少一种。
如图10中所示，在压电层150上形成上电极160。然后，形成钝化层170以使上电极160和下电极140的部分暴露以及在上电极160和下电极140的暴露到外部的部分上设置金属焊盘以形成金属焊盘180。
然后，如图11中所示，通过去除牺牲层190在膜层120的下面形成腔C。
如上所述，由于膜层120包括第一层122和第二层124，因此形成为设置在第二层124上的压电层150的结晶度可提高。
因此，可提高体声波谐振器100的性能。
图12是示出体声波谐振器的示例的示意性截面图。
参照图12，体声波谐振器200包括基板210、腔形成层220、膜层230、谐振部240、钝化层280和金属焊盘290。
基板210可以是其上堆叠有硅的基板。例如，硅晶圆形成基板。用于保护硅的基板保护层212可形成在基板210的上表面上。
基板保护层212可防止当形成腔C时损坏基板110。
作为示例，基板保护层212由包含氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)的材料形成。
腔形成层220形成在基板210上，腔C通过腔形成层220的腔形成槽222和膜层230而形成。也就是说，腔C通过在腔形成层220的腔形成槽222中形成牺牲层、然后去除牺牲层而形成。牺牲层可包括硅基材料。
如此，由于腔C形成在腔形成层220中，因此形成在腔形成层220上的谐振部240(例如，下电极250、压电层260等)形成为平坦的形状。
用于在去除牺牲层时防止蚀刻的蚀刻防止层224可设置在腔形成槽222的边缘处。
膜层230与基板210一起形成腔C。膜层230形成在牺牲层上，通过去除牺牲层，膜层230与基板保护层212一起形成腔C。膜层230由与用于去除硅基牺牲层的诸如氟(F)、氯(Cl)等的卤化物基蚀刻气体具有低反应性的材料形成。膜层230设置为与腔C平行，并延伸为覆盖腔形成层220。
作为示例，膜层230可由包含氮化硅(Si3N4)或氧化硅(SiO2)的材料形成。
膜层230包括第一层232和第二层234，第二层234由与第一层232的材料相同的材料形成，并具有比第一层232的密度大的密度。第一层232的厚度可大于第二层234的厚度。换句话说，第二层234设置在第一层232上，并且第一层232通过表面处理而变形为第二层234。第二层234的表面粗糙度可低于第一层232的表面粗糙度。
作为示例，第二层234可通过软蚀刻操作而形成。也就是说，第二层234可通过在形成谐振部240之前执行软蚀刻操作而形成。
可通过向处于等离子状态的基板210施加RF-偏压以使氩粒子(Ar+)与膜层230的表面碰撞来执行软蚀刻操作。因此，第二层234形成在第一层232上以形成膜层230。
谐振部240形成在膜层230上。谐振部240包括下电极250、压电层260和上电极270。
由于谐振部240的组件(即，下电极250、压电层260和上电极270)是与图1中所示的体声波谐振器100中描述的下电极140、压电层150和上电极160基本相同的组件，因此将省略其详细描述，并将使用上述描述替代其详细描述。
由于钝化层280和金属焊盘290是与图1中所示的体声波谐振器100中描述的钝化层170和金属焊盘180基本相同的组件，因此将省略其详细描述，并将使用上述描述替代其详细描述。
如上所述，由于膜层230包括第一层232和第二层234，因此可提高设置在第二层234上的压电层260的结晶度。
如上所述，根据以上陈述的示例，可改善体声波谐振器的谐振特性。
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认为描述性含义，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/或用其他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型将被解释为包含于本公开中。

Claims (17)

1.一种体声波谐振器，包括：
基板，基板保护层设置在所述基板的顶表面上；
膜层，与所述基板限定腔；以及
谐振部，设置在所述膜层上，
其中，所述膜层包括第一层和第二层，所述第二层包括与所述第一层的材料相同的材料，并且所述第二层的密度大于所述第一层的密度。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第二层包括当射频偏压施加到处于等离子状态的所述基板并提供有氩粒子时形成的材料。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述膜层包括具有氮化硅或氧化硅的材料。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述谐振部包括：
下电极，形成在所述膜层上；
压电层，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所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括：
钝化层，设置在所述上电极和所述下电极的部分上；以及
金属焊盘，形成在所述上电极和所述下电极的未形成钝化层的部分上。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中，所述上电极包括设置在有效区域的边缘处的框架部。
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述膜层设置为与所述腔平行，并延伸为覆盖腔形成层。
8.一种制造体声波谐振器的方法，所述方法包括：
在基板上设置牺牲层；
使用膜层覆盖所述牺牲层；
软蚀刻所述膜层，以形成第一层和第二层；以及
在所述膜层上设置谐振部。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二层的密度大于所述第一层的密度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述软蚀刻的步骤包括向处于等离子状态的所述基板施加RF-偏压以使氩粒子与所述膜层的表面碰撞。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，设置所述谐振部的步骤包括：
在所述膜层上设置下电极；
使用压电层覆盖所述下电极的至少一部分；以及
在所述压电层上设置上电极。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述膜层包括包含氮化硅或氧化硅的材料。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
形成钝化层以使所述上电极和所述下电极的部分暴露；以及
在所述上电极和所述下电极的向外地暴露的部分上设置金属焊盘。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括使用卤化物基蚀刻气体去除所述牺牲层以形成腔，
其中，所述牺牲层包括硅基材料。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，设置所述上电极的步骤包括在有效区域的边缘处设置框架部。
16.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二层的厚度小于所述第一层的厚度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二层的表面粗糙度低于所述第一层的表面粗糙度。
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