CN108233888A - 体声波谐振器及包括该体声波谐振器的滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种体声波谐振器及包括该体声波谐振器的滤波器。所述体声波谐振器包括：基板；及谐振部，包括顺序地设置在所述基板上的第一电极、压电层和第二电极。所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个包括钼(Mo)和钽(Ta)的合金。

Description

体声波谐振器及包括该体声波谐振器的滤波器
本申请要求于2016年12月22日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0177129号以及于2017年4月17日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0049063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通过引用被包含于此。
技术领域
本申请涉及一种体声波谐振器及包括该体声波谐振器的滤波器。
背景技术
近来，随着移动通信装置、化学装置和生物装置等的飞速发展，对在这些装置中使用紧凑轻量的滤波器、振荡器、谐振元件和声谐振质量传感器的需求已经增加。
薄膜体声波谐振器(FBAR)是已知的用于实现这样紧凑轻量的滤波器、振荡器、谐振元件以及声谐振质量传感器的装置。FBAR可以以最小的成本有利地进行大批量生产，并可实现为非常小的尺寸。此外，FBAR具有作为滤波器的主要特性的高品质因子(Q)值，并且可用在微波频带。具体地，存在如下优点：FBAR可甚至允许实现在个人通信系统(PCS)频带和数字无线系统(DCS)频带中操作的装置。
通常，FBAR具有包括通过在基板上顺序地堆叠第一电极、压电层和第二电极而形成的谐振器的结构。FBAR的操作原理如下。首先，通过将电能施加到第一电极和第二电极而在压电层中诱发电场，由于诱发的电场在压电层中产生压电现象，使得谐振器在预定方向上振动。结果，在与所述振动相同的方向上产生体声波，从而导致谐振。
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；及谐振部，包括顺序地设置在所述基板上的第一电极、压电层和第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个可包括钼(Mo)和钽(Ta)的合金。
所述合金的钽(Ta)含量可为0.1至30原子百分比。
所述钽(Ta)含量可为0.1至20原子百分比。
所述压电层可包括氮化铝(AlN)。
所述压电层可包括掺杂的氮化铝(AlN)。
所述掺杂的氮化铝(AlN)可掺杂有0.1至15原子百分比的量的钪(Sc)。
所述体声波谐振器还可包括设置在所述谐振部下方的气腔。
所述体声波谐振器还可包括设置在所述气腔外部的支撑构件；所述气腔的上边界和所述支撑构件的上表面位于相同的平面内。
所述体声波谐振器还可包括：绝缘层，设置在所述基板和所述气腔之间；及膜，设置在所述气腔和所述谐振部之间。
所述绝缘层和所述膜中的每个可包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)和氧化铝(Al2O3)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。
所述体声波谐振器还可包括形成在所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个中的释放孔。
所述体声波谐振器还可包括设置在所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个上的电极焊盘；所述电极焊盘可包括金(Au)、金(Au)合金、铜(Cu)和铜(Cu)合金中的一种。
在另一总体方面，提供一种包括多个体声波谐振器的滤波器，其中，所述多个体声波谐振器中的每个可包括包括顺序地设置在基板上的第一电极、压电层和第二电极的谐振部；并且所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个可包括钼(Mo)和钽(Ta)的合金。
所述合金的所述钽(Ta)含量可为0.1至20原子百分比。
所述压电层可包括掺杂的氮化铝(AlN)。
所述掺杂的氮化铝(AlN)可掺杂有0.1至15原子百分比的量的钪(Sc)。
在另一总体方面，一种体声波谐振器包括：基板；支撑构件，设置在所述基板上；及谐振部，由设置在所述支撑构件上的第一电极、设置在所述第一电极上的压电层以及设置在所述压电层上的第二电极构成，其中，所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个可包括钼(Mo)和钽(Ta)的合金。
所述支撑构件和所述谐振部可形成气腔，并且所述体声波谐振器还可包括设置在所述基板上的辅助支撑构件，所述辅助支撑构件位于所述支撑构件的与所述气腔的相对侧上。
所述辅助支撑构件可以是牺牲层的被蚀刻剂蚀刻以形成所述气腔的剩余的部分；并且所述支撑构件由比制成辅助支撑构件的材料更抵抗所述蚀刻剂的材料形成。
所述体声波谐振器还可包括设置在所述气腔和所述第一电极之间、所述支撑构件和所述基板之间以及所述辅助支撑构件和所述第一电极之间的连续的膜。
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1A是示出根据本申请的体声波谐振器的示例的截面图。
图1B是示出根据本申请的体声波谐振器的另一示例的截面图。
图2是钼(Mo)的普贝图(Pourbaix diagram)。
图3是钼(Mo)-钽(Ta)合金的相图。
图4示出了钼(Mo)合金的拉曼频移(Raman shifts)。
图5示出了在对根据对比示例的钼(Mo)以及根据本申请的示例的钼(Mo)-钽(Ta)合金的执行8585可靠性实验之后的表面电阻变化。
图6示出了根据对比示例的金(Au)和钼(Mo)之间的电偶腐蚀(galvaniccorrosion)实验结果，以及根据本申请的示例的金(Au)和钼(Mo)-钽(Ta)合金之间的电偶腐蚀实验结果。
图7是用于解释根据本申请的体声波谐振器的释放孔的示例的视图。
图8A和图8B是用于解释根据本申请的示例的钼(Mo)-钽(Ta)合金上的氮化铝(AlN)的晶体取向的示例的视图。
图9和图10是根据本申请的滤波器的示意电路图的示例。
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，在此描述的操作的顺序仅是示例，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。
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的关系。这样的空间相关术语意在包含除了附图中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”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下方”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。装置还可以以其他的方式被定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并对在此使用的空间相关术语做出相应的解释。
图1A是示出根据本申请的体声波谐振器100的示例的截面图。
参照图1A，体声波谐振器100是薄膜体声波谐振器(FBAR)。体声波谐振器100包括基板110、绝缘层120、气腔112和谐振部135。
在一个示例中，基板110由硅(Si)形成。绝缘层120形成在基板110的上表面上，以使谐振部135与基板110电隔离。绝缘层120可通过化学气相沉积、射频(RF)磁控溅射或蒸镀来沉积二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)和氧化铝(Al2O3)中的一种而形成在基板110上。
气腔112形成在绝缘层与谐振部135之间，以使谐振部135能够在预定方向上振动。气腔112可通过在绝缘层120上形成牺牲层、在牺牲层上形成膜130、然后蚀刻并去除牺牲层而形成。膜130用作保护氧化层或者用作保护基板110的保护层。膜130可包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)和氧化铝(Al2O3)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。
可在绝缘层120和气腔112之间另外形成蚀刻停止层(未示出)。蚀刻停止层用于保护基板110和绝缘层120免受蚀刻工艺的影响并且用作在蚀刻停止层上沉积其他层的基底。
谐振部135包括第一电极140、压电层150和第二电极160。第一电极140、压电层150和第二电极160顺序地堆叠。
第一电极140、压电层150和第二电极160的在竖直方向上重叠的公共区域位于气腔112之上。
压电层150展现出将电能转换为具有弹性波形式的机械能的压电效应，并且可由氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT，PbZrTiO)中的一种形成。此外，压电层150还可包括稀土金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。例如，压电层150可由掺杂有0.1至30原子百分比(atomic％)的量(在一个示例中)或0.1至15原子百分比的量(在另一示例中)的钪(Sc)的钪掺杂氮化铝(ScAlN)形成。此外，压电层150可包括过渡金属。作为示例，过渡金属可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)和锰(Mn)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。
用于改善压电层150的晶体取向的种子层(未示出)可另外形成在第一电极140的下方。种子层可由具有与压电层150相同的结晶度的氮化铝(AlN)、掺杂氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT，PbZrTiO)中的一种形成。种子层还可包括具有密排六方(HCP)结构的介电材料或者金属。具有密排六方结构的金属的示例包括钛(Ti)和钛合金(Tialloy)。
谐振部135分为有效区域和无效区域。谐振部135的有效区域是当诸如射频信号的电能施加到第一电极140和第二电极160时在压电层150中产生的压电效应导致在预定方向上振动和谐振的区域，并且是第一电极140、压电层150和第二电极160在气腔112的上方沿着竖直方向重叠的区域。谐振部135的无效区域是即使当电能施加到第一电极140和第二电极160也不因压电效应而谐振的区域，并且是有效区域的外部的区域。
谐振部135可利用压电现象输出具有特定频率的射频信号。更具体地，谐振部135可输出具有与根据压电层150所展现的压电现象产生的振动相对应的谐振频率的射频信号。
保护层170设置在谐振部135的第二电极160上，以防止第二电极160向外暴露并氧化。保护层170可由氧化硅基绝缘材料、氮化硅基绝缘材料、氧化铝基绝缘材料和氮化铝基绝缘材料中的一种形成。用于施加电信号的电极焊盘180形成在第一电极140和第二电极160的暴露部分上。电极焊盘180可由金(Au)、金(Au)合金、铜(Cu)和铜(Cu)合金中的一种形成。
图1B是示出根据本申请的体声波谐振器的另一示例的截面图。
参照图1B，图1B中的体声波谐振器与上面描述的图1A的示例中的体声波谐振器相似，因此将省略相同或多余的描述并将仅描述不同之处。
参照图1B，体声波谐振器100包括基板110、气腔112、绝缘层120、膜127、支撑构件133、辅助支撑构件134、谐振部135、保护层170以及电极焊盘180。
使谐振部135与基板110电隔离的绝缘层120形成在基板110的上表面上。气腔112形成在绝缘层120与谐振部135之间，支撑构件133和辅助支撑构件134形成在绝缘层120上。
现在将描述图1B的体声波谐振器100的制造过程的示例。在绝缘层120上形成牺牲层。在牺牲层中形成支撑构件133的图案。在图1B的示例中，形成在牺牲层中的图案的上表面的宽度宽于所述图案的下表面的宽度，图案的连接上表面和下表面的侧表面是倾斜的。在牺牲层中形成图案后，在牺牲层上以及当支撑构件133的图案形成在牺牲层中时暴露的绝缘层120的一部分上形成膜127。在形成膜127之后，将要形成支撑构件133的蚀刻停止材料形成为覆盖膜127。
在形成蚀刻停止材料后，蚀刻停止材料的上表面被平坦化，以暴露形成在牺牲层的上表面上的膜127。在使蚀刻停止材料的上表面平坦化的工艺中，去除除了蚀刻停止材料的填充支撑构件133的图案的部分之外的所有蚀刻停止材料，并且蚀刻停止材料的该剩余部分形成支撑构件133。作为在使蚀刻停止材料的平坦化工艺中的结果具有相同的高度的支撑构件133和由膜127覆盖的牺牲层中的每个的上表面近似平坦。就这一点而言，膜127用作蚀刻停止材料的平坦化工艺的停止层。
其后，在堆叠第一电极140、压电层150和第二电极160之后，通过蚀刻和去除支撑构件133内部的牺牲层而形成气腔112。作为示例，牺牲层是多晶硅(Poly-Si)层。气腔112位于谐振部135的下方，以使包括第一电极140、压电层150和第二电极160的谐振部135在预定的方向上振动。
支撑构件133设置在气腔112的外侧上。气腔112、支撑构件133和辅助支撑构件134的厚度相同。相应地，气腔112的上边界以及支撑构件133和辅助支撑构件134的上表面位于相同的平面内，使得谐振部135被设置在平坦的表面上而不具有任何台阶，从而改善了体声波谐振器的插入损耗和衰减。
在图1B的示例中，支撑构件133的截面具有近似梯形的形状。具体地，支撑构件133的上表面的宽度比支撑构件133的下表面的宽度宽，并且连接上表面和下表面的侧表面倾斜。支撑构件133可由耐去除牺牲层的蚀刻工艺的材料形成。作为示例，支撑构件133可由二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)中的一种形成。
辅助支撑构件134设置在支撑构件的相对于气腔112的外侧上，即，辅助支撑构件134设置在支撑构件的与气腔112的相对侧上。辅助支撑构件134可由与支撑构件133相同的材料形成，或者可由与支撑构件133不同的材料形成。例如，如果辅助支撑构件134是由与支撑构件133不同的材料形成，则辅助支撑构件134可以是形成在绝缘层120上的牺牲层的作为通过由蚀刻停止材料形成的支撑构件133保护而免受蚀刻工艺影响的结果在蚀刻工艺之后剩余的部分。
虽然图1B呈现为示出了两个支撑构件133和两个辅助支撑构件134，但这是因为支撑构件133和辅助支撑构件134是中空的，并且图1B示出了体声波谐振器100穿过支撑构件133和辅助支撑构件134的中空部分的截面。因此，图1B中清楚地示出的两个支撑构件133实际上是一个中空支撑构件133的部分，图1B中清楚地示出的两个辅助支撑构件134实际上是一个中空辅助支撑构件134的部分。
图2是钼(Mo)的普贝图。
第一电极140和第二电极160由金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)、铱(Ir)和镍(Ni)中的一种形成。为了改善形成在第一电极140上的压电层150的晶体取向，第一电极140和第二电极160可由钼(Mo)形成。
然而，参照图2，钼(Mo)可能在4或更高的pH值被阴离子化为MoOx形式，并且可能在4或更低的pH值被阳离子化为Mo3+。当钼(Mo)被离子化为阴离子或阳离子的形式时，钼(Mo)可在溶液中溶解。此外，即使钼(Mo)未被离子化，当钼(Mo)以MoO2或MoO3的形式存在于整个pH范围内时，也存在钼(Mo)可能被氧化的问题。为防止该问题，当第一电极140和第二电极160由钼(Mo)制造时，有必要完全密封和钝化由钼(Mo)形成的第一电极140和第二电极160。
然而，即使当第一电极140和第二电极160被如上所述地钝化，当形成第一电极140和第二电极160的钼(Mo)暴露于水分时，钼(Mo)可在湿制程(wet process)期间被氧化。氧化的钼(Mo)具有高溶解性，这可能导致可靠性问题。具体地，为了将第一电极140和第二电极160连接到外部电路，当特定区域以沟槽敞开然后连接到图1A和图1B的电极焊盘180时，发生上述问题，这可能导致连接和接触故障。
然而，当第一电极140和第二电极160由除了钼(Mo)之外的金属材料形成来解决上述问题时，可能发生的其他问题在于：导致高电阻率，并且当沉积压电层150时，降低晶体取向。
因此，第一电极140和第二电极160中的任意一个或两个由钼(Mo)合金形成。作为示例，第一电极140和第二电极160中的任意一个或两个由钼(Mo)-钽(Ta)合金形成。
第一电极140和第二电极160中的任意一个或两个由钼(Mo)-钽(Ta)合金形成，因此可实现第一电极140和第二电极160的低非电阻特性(low non-resistivecharacteristic)并且可容易地执行蚀刻工艺。此外，可实现压电层150的高晶体取向。
在一个示例中，钼(Mo)-钽(Ta)合金中钽(Ta)含量为0.1至30原子百分比。在另一示例中，钼(Mo)-钽(Ta)合金中的钽(Ta)含量为0.1至20原子百分比。
用于沉积钼(Mo)-钽(Ta)合金的溅射单靶材料可通过混合并烧结钼(Mo)和钽(Ta)的元素粉末(烧结方法)制备。另外，溅射单靶材料可从具有均匀成分的合金通过下述方法制备：将钼(Mo)和钽(Ta)的元素粉末以期望的成分混合，然后使元素粉末在高温下熔融为具有均匀成分的液相，并再次冷却元素粉末(熔融法)。
图3是钼(Mo)-钽(Ta)合金的相图。
参照图3的钼(Mo)-钽(Ta)合金的相图，可以确定钼(Mo)-钽(Ta)合金是完全固溶体(full-scale solid solution)，不具有随着钽(Ta)含量增加而晶体结构改变的混合晶体结构，而具有体心立方(BCC)结构(其为一种晶体结构)。当钼(Mo)-钽(Ta)合金中的钽(Ta)含量为20原子百分比或更少时，熔融温度近乎恒定，而当钽(Ta)含量超过20原子百分比时，由于熔融温度快速提高，可能难以通过熔融法产生单靶材料。
当钽(Ta)含量超过20原子百分比时，合金成分的不均匀性随着钽(Ta)含量的增加而变得更大，因此用于产生钼(Mo)-钽(Ta)合金的单靶材料具有弹性劣化的脆性性质。因此，当钽(Ta)含量超过20原子百分比时，存在难以通过烧结方法加工单靶材料的问题。
因此，在一个示例中的含有0.1至30原子百分比的钽(Ta)含量的钼(Mo)-钽(Ta)合金以及在另一示例中的含有0.1至20原子百分比的钽(Ta)含量的钼(Mo)-钽(Ta)合金可用于容易地制造第一电极140和第二电极160。
图4示出了钼(Mo)合金的拉曼频移。具体地，图4示出了在对钼(Mo)合金的样本执行8585可靠性实验(在85℃温度和85％湿度下的实验)后产生的拉曼频移。在图4中，钼(Mo)-钽(Ta)合金中的钽(Ta)含量是3.3至3.8原子百分比。
在图4中，钼的氧化物(MoO2，MoO3)的拉曼频移被称为参考峰值(峰值)。可以确定，在未对其执行8585可靠性实验的钼(Mo_1)的拉曼频移中，未检测到钼的氧化物(MoO2，MoO3)的曲线的峰值，而在对其执行了8585可靠性实验的钼(Mo_2)的拉曼频移中，检测到与钼的氧化物(MoO2，MoO3)的曲线相似的峰值，因此表明对其执行了8585可靠性实验的钼(Mo_2)被氧化。
然而，根据评估钼(Mo)-钽(Ta)合金的拉曼频移，保持了近乎平坦的值。结果，可确定钼(Mo)-钽(Ta)合金几乎没被氧化。
因此，第一电极140和第二电极160中的任意一个或两个由钼(Mo)-钽(Ta)合金形成，从而通过解决当电极使用纯钼(Mo)制造时可能发生的氧化问题而提高环境可靠性。
图5示出了在对根据对比示例的钼(Mo)以及根据本申请的示例的钼(Mo)-钽(Ta)合金的执行8585可靠性实验之后的表面电阻变化。
具体地，图5示出了纯钼(Mo)以及具有6原子％的钽(Ta)含量的钼(Mo)-钽(Ta)合金的薄膜在硅(Si)晶圆上沉积为的厚度并执行8585可靠性实验(在温度85℃和湿度85％的实验)之后的表面电阻变化。
可确定：在沉积纯钼(Mo)之后，如果经过2天的8585可靠性实验，表面电阻快速增大至大约300％，然后超出测量范围，而在钼(Mo)-钽(Ta)合金的情况下，即使经过3天的8585可靠性实验，表面电阻变化(％)仍小于50％，并且即使在高温和高湿度环境下，表面电阻也不会很大地变化。
在制造体声波谐振器的工艺中，当在不同的多相金属(heterogeneous metals)彼此相邻地暴露的状态下执行湿制程时，可通过化学湿法或去离子水(DIW)形成电解液。
当多相金属彼此相邻地设置时，或者当相邻的多相金属与电解液接触时，会发生由于两种金属之间的电势差导致电子移动并且多相金属中的至少一种金属的表面被腐蚀的电偶腐蚀现象。
这样的电偶腐蚀可能在与电极焊盘相邻的电极暴露时发生。具体地，电偶腐蚀可能发生在图1A的电极焊盘180与第二电极160彼此相邻的区域A中。
图6示出了根据对比示例的金(Au)和钼(Mo)之间的电偶腐蚀实验结果，以及根据本申请的示例的金(Au)和钼(Mo)-钽(Ta)合金之间的电偶腐蚀实验结果。
通过如下步骤来执行电偶腐蚀实验：在硅(Si)晶圆上沉积纯钼(Mo)以及具有6原子％的钽(Ta)含量的钼(Mo)-钽(Ta)合金的薄膜至的厚度、在沉积的薄膜上沉积作为电极焊盘的材料的金(Au)的层至2μm的厚度以制备样本，将制备的样本在去离子水中浸泡20小时，并比较样本在浸泡后的腐蚀状态。
参照图6，可确定，在金(Au)/钼(Mo)样本中的钼(Mo)的表面上发生过量的电偶腐蚀，而在金(Au)/钼(Mo)-钽(Ta)合金样本中未发生电偶腐蚀。
图7是用于解释根据本申请的体声波谐振器的释放孔的示例的视图。
如上所述，通过蚀刻牺牲层形成气腔112。在保护层170被蚀刻以暴露第一电极140和第二电极160的部分之后，蚀刻牺牲层以形成气腔112，并且电极焊盘180形成在第一电极140和第二电极160的暴露部分上。然后蚀刻保护层170、第一电极140和第二电极160而形成释放孔，以暴露牺牲层来进行刻蚀。诸如蚀刻溶液或蚀刻气体的释放材料被引入到释放孔中，以蚀刻牺牲层来形成气腔112。作为示例，释放材料可包括氟化氙(XeF2)。释放孔形成在体声波谐振器的第一电极140和第二电极160中的任意一个或两个中，以根据需要穿透第一电极140和第二电极160中的任意一个或两个，以暴露牺牲层来进行蚀刻。在图7的示例中，释放孔形成在第一电极140中，以穿透第一电极140，以及形成在第二电极160中，以穿透第二电极160。
当释放孔形成在第一电极140和第二电极160中时，被引入到释放孔中的蚀刻剂不期望地蚀刻或腐蚀电极，从而引起不能获得体声波谐振器的可靠的谐振特性的问题。
因此，在根据本申请的示例中，电极由钼(Mo)-钽(Ta)合金形成，钼(Mo)-钽(Ta)合金具有对蚀刻剂的强的耐蚀刻性。
下面的表1示出了纯钼(Mo)和钼(Mo)-钽(Ta)合金针对氟化氙(XeF2)的蚀刻性的表格。对于表1中的实验，沉积纯钼(Mo)和钼(Mo)-钽(Ta)合金来形成具有恒定的沉积厚度的沉积层，沉积层的一部分被去除以形成具有30μm的直径的圆，并且圆的内部用氟化氙(XeF2)蚀刻。
表1
沉积厚度 圆的直径 蚀刻量
钼(Mo) 224nm 68.99μm 38.99μm
钼(Mo)-钽(Ta)合金 136nm 51.13μm 21.13μm
从表1中可以看出，纯钼(Mo)的圆的尺寸从30μm增加到68.99μm，蚀刻了38.99μm，而钼(Mo)-钽(Ta)合金的尺寸从30μm增加到51.13μm，蚀刻了21.13μm。可以看出，相对于钼(Mo)，钼(Mo)-钽(Ta)合金小于约50％的蚀刻，并且考虑到沉积厚度，小于约25％的蚀刻。
也就是说，即使在钼(Mo)-钽(Ta)合金在腐蚀牺牲层的工艺中不可避免地暴露于诸如氟化氙(XeF2)的蚀刻剂，由于钼(Mo)-钽(Ta)合金对诸如氟化氙(XeF2)的蚀刻剂具有强的耐蚀刻性，因此可获得体声波谐振器的可靠性。
图8A和图8B是用于解释根据本申请的示例的钼(Mo)-钽(Ta)合金上的氮化铝(AlN)的晶体取向的视图。在图8A和图8B中，使用具有6原子百分比的钽(Ta)含量的钼(Mo)-钽(Ta)合金。
图8A示出了氮化铝(AlN)沉积在根据对比示例的钼(Mo)上以及根据本申请的示例的钼(Mo)-钽(Ta)合金上的情况的摇摆曲线(rocking curve)。图8B示出了氮化铝(AlN)沉积在根据对比示例的钼(Mo)上以及根据本申请的示例的钼(Mo)-钽(Ta)合金上的情况下的的半峰全宽(FWHM，full width at half maximum)。钼(Mo)和钼(Mo)-钽(Ta)合金以0.23μm的厚度沉积，氮化铝(AlN)以0.9μm的厚度沉积在钼(Mo)和钼(Mo)-钽(Ta)合金上。
参照图8A，可以看出，氮化铝(AlN)在钼(Mo)-钽(Ta)合金和纯钼(Mo)二者上沿c轴取向([0002]方向)生长。然而，参照图8B，可以看出，氮化铝(AlN)的FWHM在纯钼(Mo)上为1.6308°，而氮化铝(AlN)的FWHM在钼(Mo)-钽(Ta)合金上的为1.5986°，因此氮化铝(AlN)的FWHM在钼(Mo)-钽(Ta)合金上具有比在纯钼(Mo)上更小的值。也就是说，当在钼(Mo)-钽(Ta)合金上由氮化铝(AlN)形成压电层150时比在纯钼(Mo)上由氮化铝(AlN)形成压电层150时，实现更高的晶体取向。
下面的表2是用于说明其中根据本申请的示例的电极由钼(Mo)-钽(Ta)合金形成的体声波谐振器的谐振部以及其中根据对比示例的电极由钼(Mo)形成的体声波谐振器的谐振部的示例的表格。
表2
参照表2，在本申请示例中，具有280nm的厚度的第一电极140和具有260nm的厚度的第二电极160由具有6原子％的钽(Ta)含量的钼(Mo)-钽(Ta)合金形成，在对比示例中，具有275nm的厚度的第一电极140和具有264nm的厚度的第二电极160由钼(Mo)形成。在本申请示例和对比示例中，体声波谐振器的尺寸为100μm×100μm，体声波谐振器的压电层150的厚度为1.1μm(1100nm)并且通过沉积掺杂有6.25原子％的量的钪(Sc)的ScAlN形成。
下面的表3是示出本申请示例和对比示例的泄漏电流和泄漏密度的表格。
表3
泄漏电流(nA) 泄漏密度(μA/cm2)
本申请示例 9.1 0.813
对比示例 16.2 1.446
在上面的表3中，通过向体声波谐振器施加100V的电压来测量泄漏电流。在本申请示例中，检测到9.1nA的泄漏电流，并且在对比示例中，检测到16.2nA的泄漏电流。在本申请示例中，与体声波谐振器的每单位面积检测到的漏电流相对应的泄漏密度被计算为0.183μA/cm2，在对比示例中为1.446μA/cm2。在本申请示例中的泄漏密度较低，这是因为：在沉积ScAlN以形成压电层时，当将电极改变为钼(Mo)-钽(Ta)合金以实现高晶体取向时，在本申请示例中抑制MoOx的形成。
因此，在本申请的示例中，电极由钼(Mo)-钽(Ta)合金形成，以减小谐振器的泄漏电流。
下面的表4是示出本申请示例和对比示例的体声波谐振器的衰减、有效机电耦合系数的平方值(Kt2)和品质因数(Q)的表格。
表4
衰减(dB) Kt2(％) Q
本申请示例 26.48 7.80 2876.3
对比示例 26.11 7.63 2780.1
在本申请示例和对比示例中，压电层150由掺杂有6.25原子％的量的钪(Sc)的ScAlN以形成，并且有效机电耦合系数的平方值(Kt2)高于7％。
在申请示例中的有效机电耦合系数的平方值(Kt2)测量为7.8％，在对比示例中的有效机电耦合系数的平方值(Kt2)测量为7.63％，因此可以看出，本申请示例比对比示例具有更高的有效机电耦合系数的平方值(Kt2)。这是因为：在沉积由ScAlN形成的压电层时，当将电极改变为钼(Mo)-钽(Ta)合金以实现高晶体取向时，在本申请示例中抑制MoOx的形成。此外，与对比示例相比，体声波谐振器的衰减和品质因数Q通过本申请的有效机电耦合系数的平方值(Kt2)而提高。
下面的表5是示出本申请示例和对比示例的串联频率温度系数(TCF Fs)和并联频率温度系数(TCF Fp)的表格。
表5
TCF Fs(MHz) TCF Fp(MHz)
本申请示例 -25.1 -26.3
对比示例 -31.4 -30.4
频率温度系数(TCF，temperature coefficient of frequency)可以是通过将样品插入到温度室中或通过将样品以晶片状态插入到温度卡盘中然后设定感兴趣的温度范围测得的，例如，温度室为-20℃～85℃，温度卡盘为25℃～85℃。
频率温度系数(TCF)可以由下面的式(1)定义。在式(1)中，FT1表示在基准温度T1下的谐振频率，例如，在25℃的室温下的谐振频率，FT2表示在测量温度T2下的谐振频率。频率温度系数(TCF)可以通过根据温度的变化测量谐振频率的变化来计算。频率温度系数(TCF)通常具有非常小的值并以百万分之一每℃(ppm/℃)表示。
参照上面的表5比较本申请示例和对比示例，可以看出，本申请示例的串联频率温度系数TCF Fs和并联频率温度系数TCF Fp具有比对比示例的串联频率温度系数TCF Fs和并联频率温度系数TCF Fp小的值。因此，根据本申请的示例的体声波谐振器和包括该体声波谐振器的滤波器即使在温度改变时也具有稳定的性能。
图9和图10是根据本申请的滤波器1000和2000的示意电路图。图9和图10中的滤波器所采用的体声波谐振器1100、1200、2100、2200、2300和2400可以是图1A或图1B中所示的体声波谐振器。
参照图9，滤波器1000具有梯式滤波器结构。详细地，滤波器1000包括体声波谐振器1100和1200。
第一体声波谐振器1100串联连接在输入信号RFin输入到其的信号输入端子和从其输出输出信号RFout的信号输出端子之间。第二体声波谐振器1200连接在信号输出端子和地之间。
参照图10，滤波器2000具有格子型滤波器结构。详细地，滤波器2000可包括多个体声波谐振器2100、2200、2300和2400，以对平衡的输入信号RFin+和RFin-进行滤波且输出平衡的输出信号RFout+和RFout-。
如上所述，根据本申请中公开的示例的体声波谐振器以及包括该体声波谐振器的滤波器防止了电极的氧化，从而确保了可靠性并改善了形成在电极上的压电层的晶体取向。此外，能够获得具有抵抗在制造体声波谐振器的过程中使用的蚀刻剂的强的耐蚀刻性的电极。
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他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化将被解释为包括在本公开中。

Claims (20)

1.一种体声波谐振器，包括：
基板；及
谐振部，包括顺序地设置在所述基板上的第一电极、压电层和第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个包括钼和钽的合金。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述合金的钽含量为0.1至30原子百分比。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其中，所述钽含量为0.1至20原子百分比。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述压电层包括氮化铝。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述压电层包括掺杂的氮化铝。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中，所述掺杂的氮化铝掺杂有0.1至15原子百分比的量的钪。
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括设置在所述谐振部下方的气腔。
8.根据权利要求7所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括设置在所述气腔外部的支撑构件，
其中，所述气腔的上边界和所述支撑构件的上表面位于相同的平面内。
9.根据权利要求7所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括：
绝缘层，设置在所述基板和所述气腔之间；及
膜，设置在所述气腔和所述谐振部之间。
10.根据权利要求9所述的体声波谐振器，其中，所述绝缘层和所述膜中的每个包括二氧化硅、氮化硅、氮化铝和氧化铝中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。
11.根据权利要求7所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括形成在所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个中的释放孔。
12.根据权利要求1所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括设置在所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个上的电极焊盘，
其中，所述电极焊盘包括金、金合金、铜和铜合金中的一种。
13.一种包括多个体声波谐振器的滤波器，
其中，所述多个体声波谐振器中的每个包括包括顺序地设置在基板上的第一电极、压电层和第二电极的谐振部；并且
所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个包括钼和钽的合金。
14.根据权利要求13所述的滤波器，其中，所述合金的钽含量为0.1至20原子百分比。
15.根据权利要求13所述的滤波器，其中，所述压电层包括掺杂的氮化铝。
16.根据权利要求15所述的滤波器，其中，所述掺杂的氮化铝掺杂有0.1至15原子百分比的量的钪。
17.一种体声波谐振器，包括：
基板；
支撑构件，设置在所述基板上；及
谐振部，由设置在所述支撑构件上的第一电极、设置在所述第一电极上的压电层以及设置在所述压电层上的第二电极构成，
其中，所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或两个包括钼和钽的合金。
18.根据权利要求17所述的体声波谐振器，其中，所述支撑构件和所述谐振部形成气腔，并且
所述体声波谐振器还包括设置在所述基板上的辅助支撑构件，所述辅助支撑构件位于所述支撑构件的与所述气腔的相对侧上。
19.根据权利要求18所述的体声波谐振器，其中，所述辅助支撑构件是牺牲层的被蚀刻剂蚀刻以形成所述气腔的剩余的部分；并且
所述支撑构件由比制成所述辅助支撑构件的材料更抵抗所述蚀刻剂的材料形成。
20.根据权利要求18所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括设置在所述气腔和所述第一电极之间、所述支撑构件和所述基板之间以及所述辅助支撑构件和所述第一电极之间的连续的膜。
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