CN108631748A - 声波谐振器及包括该声波谐振器的滤波器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种声波谐振器及包括该声波谐振器的滤波器。所述声波谐振器包括：谐振部，设置在基板上并且通过腔与所述基板分开，所述谐振部包括顺序地堆叠的膜层、第一电极、压电层和第二电极。满足ΔCg为所述腔的最大间距和最小间距之差。

Description

声波谐振器及包括该声波谐振器的滤波器
本申请要求于2017年3月23日提交到韩国知识产权局的第10-2017-0036738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
本公开涉及一种声波谐振器及包括该声波谐振器的滤波器。
背景技术
近来，随着无线通信装置已经变得越来越小，已经积极地探索使射频组件小型化的方法技术。射频组件小型化技术的示例包括使用半导体薄膜晶圆生产的体声波(BAW)谐振器型滤波器。
体声波(BAW)谐振器指的是实现为滤波器的薄膜型元件，该薄膜型元件诱发谐振。在形成薄膜型元件时，压电介电材料沉积在硅晶圆上，并且包括半导体基板。薄膜型元件的谐振利用压电介电材料的压电特性。
体声波(BAW)谐振器的应用领域包括小型轻量滤波器、振荡器、谐振元件、声波谐振质量传感器等，并且可被包括在移动通信装置、化学和生物装置等中。
对于提高体声波谐振器的性能特性的结构形状以及其他方式的研究正在进行，因此，对于制造具有提高的性能特性的体声波谐振器的方法的研究也在进行。
发明内容
提供本发明内容以按照简化的形式对所选择的构思进行介绍，并在以下具体实施方式中进一步描述所述构思。本发明内容既不意在限定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种声波谐振器包括：谐振部，设置在基板上并且通过腔与所述基板分开，所述谐振部包括顺序地堆叠的膜层、第一电极、压电层和第二电极。满足ΔCg为所述腔的最大间距和最小间距之差。
可满足ΔMg为位于所述腔上方的所述膜层的最大厚度和最小厚度之差。
所述谐振部还可包括设置在所述腔上的谐振有效区，所述第一电极和所述第二电极可分别包括延伸到所述谐振有效区的外部的连接电极，并且所述腔可包括连接到外部的至少一个开口。可满足30μm≤Ra/Hw≤200μm，Ra为所述谐振有效区的面积(μm2)，Hw为所述至少一个开口的总长度(μm)。
所述连接电极中的每个的宽度可大于或等于60μm。
所述至少一个开口可形成在所述膜层和所述基板之间。
所述至少一个开口的所述总长度可大于或等于所述连接电极的总宽度。
所述基板可包括设置在所述基板的表面上的蚀刻停止层，并且所述腔可设置在所述蚀刻停止层和所述膜层之间。
所述蚀刻停止层可包括与所述膜层的材料相同的材料。
在一个总体方面，一种声波谐振器包括：谐振有效区，通过腔与基板分开，所述谐振有效区包括顺序地堆叠在所述腔上的膜层、第一电极、压电层和第二电极；及至少一个开口，形成在所述腔的外部中，并使所述腔与外部连接。满足30μm≤Ra/Hw≤200μm，Ra为所述谐振有效区的面积(μm2)，并且Hw为所述至少一个开口的总长度(μm)。
所述声波谐振器还可包括相应的连接电极，所述相应的连接电极从所述第一电极和所述第二电极延伸到所述谐振有效区的外部，所述连接电极中的每个的宽度大于或等于60μm。
所述至少一个开口的所述总长度可等于或大于所述连接电极的总宽度。
所述声波谐振器还可包括腔层，所述腔层介于所述基板和所述谐振有效区之间。所述腔可设置在所述腔层中。
所述声波谐振器还可包括蚀刻停止部，所述蚀刻停止部设置在所述腔层中并且沿着所述腔的边缘设置。
在一个总体方面，一种滤波器包括多个上述的声波谐振器，所述滤波器被布置为梯型滤波器结构。
在一个总体方面，一种滤波器，包括多个上述的声波谐振器，所述滤波器被布置为格型滤波器结构。
通过以下具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1是示出声波谐振器的示例的平面图。
图2是沿着图1的线I-I’截取的截面图。
图3是沿着图1的线II-II’截取的截面图。
图4、图5、图6、图7和图8是示出用于制造声波谐振器的方法的示例的示图。
图9是图2的A部分的放大图。
图10是示出图1中示出的声波谐振器的效果的曲线图。
图11是图10的纹波分量的示例的曲线图。
图12是示出纹波分量根据Ra/Hw的变化的变化的示图。
图13是示出声波谐振器的示例的示意性截面图。
图14是示出滤波器的示例的示意性电路图。
图15是示出滤波器的示例的示意性电路图。
在所有的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、说明及便利起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、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这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种变化、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，在理解本申请的公开内容后可做出将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域已知的特征的描述。
这里所描述的特征可按照不同的形式实现，并且将不被解释为局限于这里所描述的示例。更确切地说，提供这里所描述的示例仅仅为示出在理解本申请的公开内容后将是显而易见的实现这里所描述的方法、设备和/或系统的很多可行的方式中的一些可行方式。
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，该元件可以直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于两者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，可不存在介于两者之间的其他元件。
如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项的任意一个或任意两个或更多个的任意组合。
尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、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的限制。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。因而，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一构件、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。
为了易于描述，这里可以使用诸如“在……之上”、“上方”、“在……之下”以及“下方”的空间相对术语以描述如图所示的一个元件与另一元件的关系。这些空间相对术语意图包含除了图中所描绘的方位以外装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置翻转，则描述为相对于另一元件位于“之上”或“上方”的元件于是将相对于另一元件位于“之下”或“下方”。因而，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。装置也可以其他方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并且对这里使用的空间相对术语做出相应的解释。
这里使用的术语仅用于描述各种示例，且不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意图包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但是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，附图中示出的形状会发生变型。因而，这里所描述的示例不限于附图中示出的特定形状，而是包括制造期间发生的形状的变化。
这里所描述的示例的特征可按照在理解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，尽管这里所描述的示例具有各种构造，但是在理解本申请的公开内容后将是显而易见的其他构造是可能的。
图1是声波谐振器的示例的平面图，图2是沿着图1的线I-I’截取的截面图，图3是沿着图1的线II-II’截取的截面图。
参照图1和图2，声波谐振器100的示例包括基板110和谐振部120。
腔C形成在基板110和谐振部120之间。谐振部120形成在膜层150上并且通过腔C与基板110分开。
基板110为包括堆叠的硅的基板。例如，硅晶圆被用作基板110，或者绝缘体上硅(SOI)型基板被用作基板110。
基板110包括蚀刻停止层115。蚀刻停止层115设置在基板110的一个表面上，并且可在声波谐振器的制造期间防止在形成腔C时基板110被蚀刻气体蚀刻。
蚀刻停止层115可由氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO2)形成。此外或者可选地，蚀刻停止层可由与以下将描述的膜层150的材料相同的材料形成。
谐振部120包括第一电极121、压电层123和第二电极125。谐振部120通过顺序地堆叠第一电极121、压电层123和第二电极125形成。因此，压电层123设置在第一电极121和第二电极125之间。
由于谐振部120形成在膜层150上，因此膜层150、第一电极121、压电层123和第二电极125顺序地堆叠在基板110上。
膜层150与基板110一起形成腔C。膜层150沿着牺牲层131(以下描述)的表面的形成，并且可通过去除牺牲层131与基板110一起形成腔C。因此，膜层150可由在腔C的形成期间不容易被去除的材料形成。
例如，在使用诸如氟(F)、氯(Cl)等的卤化物基蚀刻气体去除腔层140的部分(例如，腔区域)的情况下，膜层150由与上述蚀刻气体具有低反应性的材料形成。在这种情况下，膜层150可由介电层形成，所述介电层包含氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氧化锰(MnO)、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，或者包含铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、镓(Ga)和铪(Hf)中的任意一种。然而，这些材料仅是示例性的，所述构造不限于此。
第一电极121和第二电极125可由诸如金、钼、钌、铱、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍等的金属或这些金属的合金形成，但不限于此。
压电层123部分地覆盖第一电极121。
可以选择性地使用氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、掺杂氮化铝、锆钛酸铅、石英等作为压电层123的材料。掺杂氮化铝还可包括稀土金属或过渡金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的一种或更多种。过渡金属可包括铪(Hf)、钛(Ti)、锆(Zr)和锰(Mn)中的一种或更多种。
如上所述的谐振部120包括谐振有效区S，谐振有效区S包括第一电极121、压电层123和第二电极125。谐振有效区S可以是通过压电层123的振动大体发生谐振的区域。因此，在图1至图3中，谐振有效区S被限定为位于腔C的上方并且设置在框架170的轮廓中的区域。
谐振部120通过腔C与基板110分开。这样的构造可改善品质因数(Q因数)。
腔C形成在谐振部120和基板110之间。这样的构造可防止压电层123中产生的声波受到基板110的影响。
另外，可通过腔C改善谐振部120中产生的声波的反射特性。由于腔C为空的空间并且具有接近无穷大的阻抗，因此声波可保留在谐振部120中而不通过腔C损失或劣化。
框架170设置在谐振部120的上部上。
框架170可沿着谐振部120的边缘按照环形状形成。然而，框架170的形状不限于此，而是还可形成为不连续的弧。
声波谐振器100可通过使用框架170以将朝向谐振部120的外部辐射的水平方向的弹性波反射到谐振部120的内部来防止弹性波的能量损失。在这样的构造中，由于水平方向的弹性波减小能量损失，因此声波谐振器100可具有高的Q因数，K_t^2。
高的Q因数可在实现滤波器或双工器时增大对其他频带的阻截，并且高的K_t^2可确保带宽以在发送和接收数据时增大数据传输量和数据传输速度。
框架170可由压电材料、介电材料或者金属形成。例如，框架170可由氮化铝(AlN)、锆钛酸铅(PZT)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、钼(Mo)、金(Au)、钛(Ti)、铜(Cu)、钨(W)和铝(Al)中的一种形成，或者可由具有上述材料中任意一种作为主要成分的合成材料形成。
第一电极121和第二电极125分别包括延伸到谐振部120的外部的连接电极121a和125a，并且第一连接电极180和第二连接电极190连接到相应的连接电极121a和125a。
第一连接电极180和第二连接电极190可以是用于确定谐振器和滤波器的特性的外部连接端子。然而，第一连接电极180和第二连接电极190不限于此。
另外，沿着第一电极121的外周形成的金属框架180a形成在第一电极121上。
金属框架180a结合到第一电极121，并且穿透保护层127以暴露到外部。
如图1至图3所示，金属框架180a从第一连接电极180延伸，并且可在形成第一连接电极180的操作中与第一连接电极180一起形成。然而，金属框架180a不限于此，还可与第一连接电极180分开，并且还可通过与第一连接电极180的操作不同的操作制造。
保护层127沿着声波谐振器100的表面设置，并且可保护声波谐振器100免受外部影响。在这种情况下，第一连接电极180和第二连接电极190暴露到保护层127的外部。因此，保护层127沿着通过除了第一连接电极180和第二连接电极190之外的剩余元件形成的表面设置。
保护层127可由氧化硅基绝缘材料、氮化硅基绝缘材料和氮化铝基绝缘材料中的一种绝缘材料形成，但不限于此。保护层127可设置为执行频率微调。
如上所述构造的声波谐振器包括腔C朝向外部敞开的至少一个开口P。如图1所示，开口P沿着腔C的轮廓沿所有方向设置，并且可在制造腔C的操作中被用作蚀刻气体通过其被引入到腔C的入口。
开口P可形成在膜层150和基板110(例如，蚀刻停止层115)之间。另外，开口P可形成为沿着腔C的表面方向使腔C扩大。
因此，开口P可形成在腔C的侧部或上部中并且可形成为具有与腔C的间距大约相同的间距。
在下文中将描述制造声波谐振器(诸如图1中示出的声波谐振器)的方法。
图4至图8是示出用于制造声波谐振器的方法的示例的示图。
首先，参照图4，可在基板110上形成蚀刻停止层115。
蚀刻停止层115可用于在去除牺牲层131来形成腔C(图1)时保护基板110。蚀刻停止层115可由氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)等形成，但不限于此。
然后，可在蚀刻停止层115上形成牺牲层131。
可通过随后的蚀刻操作去除牺牲层131，以形成腔C(图1)。因此，牺牲层131可由可被容易蚀刻的诸如多晶硅、聚合物等的材料形成。然而，牺牲层131的材料不限于此。
在这样的操作中，牺牲层131还形成在形成有开口P(图1)的区域中。参照图4，牺牲层131可具有朝向外部减小的厚度。形成在开口P中的牺牲层131可具有与中央部的厚度相同或类似的厚度。因此，虽然在随后的制造操作中在牺牲层131上堆叠各种元件，但是仍可保持形成在开口P中的牺牲层131的侧表面或顶表面暴露到外部的状态。
然后，在牺牲层131上形成膜层150。位于腔C上的膜层150用于保持腔C的形状并且支撑谐振有效区S(见图1)。
如上所述，膜层150可由介电层形成，所述介电层包含氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氧化锰(MnO)、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)中的一种或更多种，或者包含铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、镓(Ga)和铪(Hf)中的一种或更多种。然而，膜层150的材料不限于此。
接下来，如图5所示，可在膜层150上顺序地形成第一电极121和压电层123。
可通过在膜层150上沉积导电层然后去除(例如，图案化)不必要的部分形成第一电极121。可通过在第一电极121上沉积压电材料形成压电层123。
第一电极121可由钼(Mo)材料形成。然而，第一电极121的材料不限于此，而是可包括诸如金、钌、铱、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍等或它们的合金的各种金属。
另外，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，而是可由诸如掺杂氮化铝、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅、石英等的各种压电材料形成。掺杂氮化铝还可包括稀土金属或者过渡金属。作为示例，稀土金属包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的一种或更多种。过渡金属可包括铪(Hf)、钛(Ti)、锆(Zr)和锰(Mn)中的一种或更多种。
接下来，如图6所示，可在压电层123上形成第二电极125。根据本示例性实施例，第二电极125可由钼(Mo)形成。然而，第二电极125的材料不限于此，而是可由诸如金、钌、铱、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍等的各种金属形成。
另外，在这样的操作期间，可沿着第二电极125的外周形成框架170。框架170形成在第二电极的外部中并且具有比第二电极125的厚度厚的厚度。
框架170可由与第二电极125的材料相同的材料形成，但不限于此。
接下来，如图7所示，去除压电层123的不必要的部分，并且沿着谐振部120的表面形成保护层127。可通过光刻操作去除压电层123。压电层123可由氧化硅基绝缘材料、氮化硅基绝缘材料和氮化铝基绝缘材料中的一种绝缘材料形成，但不限于此。
接下来，通过部分地去除保护层127来暴露连接电极121a和125a(见图2)。然后在连接电极121a和125a上形成第一连接电极180和第二连接电极190以及金属框架180a。
可通过在第一电极121上沉积金(Au)、铜(Cu)等来形成第一连接电极180和金属框架180a。类似地，可通过在第二电极125上沉积金(Au)、铜(Cu)等来形成第二连接电极190。
接下来，如图8所示，可形成腔C。
可通过去除图7中所示的牺牲层131来形成腔，随后，可完成图1中所示的声波谐振器100。可通过蚀刻方法去除牺牲层131。
在牺牲层131由诸如多晶硅、聚合物等的材料形成的情况下，可通过使用诸如氟(F)、氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体(例如，XeF2)的干蚀刻法去除牺牲层131。因此，牺牲层131可与通过开口P供应的卤化物基蚀刻气体接触，并且可从位于开口P的部分被去除。
如上所述构造的声波谐振器的腔C可具有中央部和外周部之间的间距差。
图9是图2的A部的放大图。参照图9，声波谐振器的腔C的中央部可具有比腔C的外周部的间距g2窄的间距g1，因此，腔C可具有间距从中央部向外周部增大的形式。
可通过膜层150和/或基板110的厚度偏差(ΔMg，ΔSg)形成这样的间距差。
如上所述，可通过去除牺牲层131形成腔C。因此，由于在去除牺牲层131的操作中膜层150或基板110的部分(例如，蚀刻停止层)会与牺牲层131一起被去除，因此会发生上述厚度偏差(ΔMg，ΔSg)。
图10是示出图1中示出的声波谐振器的效果的曲线图并且图11是示出图10的纹波分量的曲线图。
首先，参照图11，纹波分量可指的是在示出声波谐振器的根据频带的特性的曲线图中的拐点处出现的纹波的大小(波峰到波峰)。
因此，声波谐振器的性能可随着纹波分量减小而改善，声波谐振器的性能可随着纹波分量增大而劣化。
图10是示出通过测量具有各种厚度偏差的声波谐振器的纹波分量获得的结果的表格和曲线图。在膜层150的厚度偏差在声波谐振器中增大的情况下，纹波分量也增大。
这里，膜层150的厚度偏差可指的是位于腔C上方的膜层150的最大厚度和最小厚度之间的差。
另外，从曲线图可以看出，当膜层150的厚度偏差超过时，纹波分量迅速增大。
如此，在以上参照图1至图3描述的声波谐振器的示例中，膜层的厚度偏差可以在或更小的范围内。因此，在根据本示例性实施例的声波谐振器中，膜层150的厚度偏差可表示为下式1：
(式1)
其中，ΔMg是位于腔上方的膜层的最大厚度和最小厚度之间的差。
这里，下限可指的是在去除牺牲层131的操作期间膜层150完全没有被去除的情况。
膜层150可形成在牺牲层131的表面上。在多晶硅(Si)被用作牺牲层131的情况下，牺牲层131的表面上会由于多晶硅(Si)的表面粗糙度而发生大约的厚度偏差。
从而，堆叠在牺牲层131上的膜层150会由于牺牲层131的表面粗糙度而具有达到大约的厚度偏差。在这样的情况下，膜层150的厚度偏差的下限可限定为然而，膜层150的厚度偏差的下限不限于此。
在牺牲层131的去除期间，基板110的蚀刻停止层115的部分也会与膜层150一起被去除，结果，如图9所示，基板110上也会发生厚度偏差ΔSg。
在蚀刻停止层115由与膜层150的材料相同的材料形成的情况下，可去除蚀刻停止层115的与膜层150被去除的量相同的量。因此，蚀刻停止层115的厚度偏差ΔSg可限制为与以上式1的范围相同的范围。
从而，根据本示例性实施例的声波谐振器的腔可满足与间距的偏差(ΔCg＝ΔSg+ΔMg)相关的式2。
(式2)
其中，ΔCg可指的是腔的最大间距g2和最小间距g1之间的差。
例如，图1至图3中示出的声波谐振器100可限制蚀刻气体被引入到其中的开口P的尺寸，以显著地减小膜层150的厚度偏差。
在开口P的尺寸增大的情况下，可增大可被引入到腔C中的蚀刻气体的速率。因此，与具有小的开口P的结构相比，可在更短的时间内去除牺牲层131，结果，可显著地减小膜层150或蚀刻停止层115的蚀刻。
参照图1，开口P可沿着腔C的轮廓设置。然而，开口P可形成为从谐振有效区S到腔C的轮廓的隧道形式，并且隧道的两端可具有大约相同的尺寸和形状。因此，可以理解的是，开口P沿着谐振有效区S的外部设置。
如图1所示，由于谐振有效区S具有连接到其两侧的连接电极121a和125a，因此开口P可仅形成在谐振有效区S的外部中除了其上设置有连接电极121a和125a的部分之外的剩余部分中。
连接电极121a和125a的宽度可具有被限定为大约60μm的下限。由于声波谐振器100具有两个连接电极121a和125a，因此可使用谐振有效区S的大约120μm的外周来设置连接电极121a和125a。
因此，谐振有效区S的整个外周可以是120μm或更大，以容纳连接电极121a和125a。
由于随着谐振有效区S的面积增大，谐振有效区S的整个外周增大，因此，开口P还可形成得更大。因此，参照图1，可基于谐振有效区的面积与开口P的长度的比在数值上限制开口P的尺寸。
声波谐振器100可满足与开口P的尺寸相关的下式3。
(式3)
30μm≤Ra/Hw≤200μm
这里，Ra可指的是谐振有效区S的面积(μm2)，Hw可指的是开口P的总长度(μm)。谐振有效区S的面积可指的是图1中示出的声波谐振器的平面上示出的谐振有效区S的总面积，开口P的总长度可指的是沿着腔C的轮廓形成的开口P的总长度。
因此，Ra/Hw减小表示开口P的总长度增大，开口P沿着谐振有效区S的除了连接电极121a和125a之外的整个外周形成。
参照图1，声波谐振器100中可包括四个开口P。因此，Hw可被限定为相应的开口P的长度(L1、L2、L3和L4)的总和。
例如，在谐振有效区S的整个外周为400μm(为便于计算，假设谐振有效区S形成为具有正方形形状，所述正方形的一边具有100μm的长度)并且连接电极的宽度为60μm的情况下，可形成开口P的最大长度可被限制为280μm。在这种情况下，由于谐振有效区S的面积为10000μm2，因此Ra/Hw可计算为35.7μm。因此，可以看出，Ra/Hw包括在式3的范围内。
在谐振有效区S的整个外周为240μm(为了便于计算，假设谐振有效区S形成为具有正方形形状，所述正方形的一边具有60μm的长度)并且连接电极的宽度为60μm的情况下，可形成开口P的最大长度可被限制为120μm。在这种情况下，由于谐振有效区S的面积为3600μm2，因此Ra/Hw可计算为30μm。因此，上述示例的Ra/Hw也可包括在式3的范围内，并且可以看出，本示例的Ra/Hw为式3的下限值。
在开口P的总长度(L1+L2+L3+L4)比连接电极121a和125a的总宽度长的情况下，Ra/Hw可以是30μm或更大。因此，当开口P的总长度(L1+L2+L3+L4)等于或大于连接电极121a和125a的总宽度时，Ra/Hw可包括在式3的范围内。
由于式3的下限值为通过将连接电极121a和125a的总宽度限制为120μm而推导出的值，因此在连接电极121a和125a的宽度变化时，下限值也可变化。
图12是示出纹波分量根据Ra/Hw的变化的变化的示图，并且在表格和曲线图中示出了在持续地保持谐振有效区S的面积的同时通过测量纹波分量的根据Ra/Hw的变化的变化而获得的结果。
参照图12，可以看出，随着Ra/Hw的值减小，纹波分量也减小。另外，参照曲线图，可以看出，当Ra/Hw的值增大至200μm或更大时，纹波分量急剧增大，如曲线图所示。
因此，上述声波谐振器可将200μm限定为Ra/Hw的上限值，其中，200μm为Ra/Hw相对地且线性地增大的极限点。
上述声波谐振器可能够显著地减小纹波分量以提高谐振性能。具体地，可限制膜层和蚀刻停止层的厚度偏差，为此，可限制开口的长度。
由于随着开口的长度增大可迅速地去除牺牲层，因此可显著地减小膜层和蚀刻停止层与牺牲层一起被去除的量，从而可减小腔的间距偏差。
图13是示出声波谐振器的另一示例的示意性截面图。
参照图13，声波谐振器200可以是体声波(BAW)谐振器，并且可包括基板110、腔层140和谐振部120。
基板110为包括堆叠的硅的基板。例如，硅晶圆可用作基板110，或者绝缘体上硅(SOI)型基板可用作基板110。
基板110包括蚀刻停止层115，蚀刻停止层115包括氮化硅(SiN)或者氧化硅(SiO2)。蚀刻停止层115设置在基板110的一个表面上，并且可在声波谐振器的制造期间防止在形成腔C时基板110被蚀刻气体蚀刻。
腔层140形成在基板110上，腔C和蚀刻停止部145设置在腔层140中。
腔C形成为空的空间，并且可通过去除腔层140的部分而形成。
由于腔C形成在腔层140中，因此形成在腔层140上的谐振部120大体上是平坦的。
蚀刻停止部145沿着腔C的边缘设置。蚀刻停止部145可防止在腔区域之外蚀刻腔C。因此，可通过蚀刻停止部145限定腔C的水平区域。
膜层150形成在腔层140上，以与基板110一起限定腔C的竖直区域。因此，膜层150还可由在形成腔C的操作中不容易被去除的材料形成。
例如，在使用诸如氟(F)、氯(Cl)等的卤化物基蚀刻气体去除腔层140的部分(例如，腔区域)的情况下，膜层150可由与上述蚀刻气体具有低反应性的材料形成。在这种情况下，膜层150可由介电层形成，所述介电层包含诸如氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氧化锰(MnO)、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)或氧化锌(ZnO)的材料，或者包含诸如铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、镓(Ga)或铪(Hf)的材料。然而，所述构造不限于此。
谐振部120包括第一电极121、压电层123和第二电极125。谐振部120通过顺序地堆叠第一电极121、压电层123和第二电极125形成。因此，压电层123设置在第一电极121和第二电极125之间。
由于谐振部120形成在膜层150上，因此膜层150、第一电极121、压电层123和第二电极125顺序地堆叠在基板110上。
谐振部120包括谐振有效区S，所述谐振有效区S由第一电极121、压电层123和第二电极125形成。谐振有效区S可以是通过压电层123的振动大体发生谐振的区域。谐振有效区S被限定为位于腔C的上方并且设置在框架170的轮廓中的区域。
第一电极121和第二电极125可由诸如金、钼、钌、铱、铝、铂、钛、钨、钯、铬、镍等的金属或它们的合金形成，但不限于此。
压电层123覆盖第一电极121。
可选择性地使用氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、掺杂氮化铝、锆钛酸铅、石英等作为压电层123的材料。掺杂氮化铝还可包括稀土金属或过渡金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的一种或更多种。过渡金属可包括铪(Hf)、钛(Ti)、锆(Zr)和锰(Mn)中的一种或更多种。
框架170设置在谐振部120的上部上。
框架170可沿着谐振部120的边缘按照环形状形成。然而，框架170的形式/形状不限于此，而是还可按照不连续的弧的形式形成。
框架170可由例如压电材料、介电材料或者金属材料形成。例如，框架170可由氮化铝(AlN)、锆钛酸铅(PZT)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、钼(Mo)、金(Au)、钛(Ti)、铜(Cu)、钨(W)和铝(Al)中的一种或更多种形成，或者可由具有上述材料中任意一种作为主要成分的合成材料形成。
保护层127沿着声波谐振器100的表面设置，并且可保护声波谐振器100。保护层127沿着由第二电极125和框架170形成的表面设置。
保护层127可由氧化硅基绝缘材料、氮化硅基绝缘材料和氮化铝基绝缘材料中的一种绝缘材料形成，但不限于此。
第一电极121和第二电极125形成为延伸到谐振部120的外部，并且分别连接到第一连接电极180和第二连接电极190。
第一连接电极180和第二连接电极190可由诸如金(Au)、金锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜锡(Cu-Sn)合金、它们的合金等金属材料形成。
第一连接电极180和第二连接电极190可用作用于确定谐振器和滤波器的特性的外部连接端子。然而，第一连接电极180和第二连接电极190不限于此。
根据图13中所示的实施例的声波谐振器以及上述声波谐振器可通过上述式1至式3限制膜层150的厚度偏差(ΔMg)的范围、腔C的间距偏差(ΔCg)的范围以及开口的尺寸。
在下文中，将参照图14和图15描述包括上述体声波谐振器的滤波器的示例。
图14是示出滤波器的示例的示意性电路图。图14中示出的滤波器中使用的多个体声波谐振器中的每个可以是图1或图13中示出的声波谐振器。
参照图14，滤波器1000形成为梯型滤波器结构。具体地，滤波器1000包括体声波谐振器1100和1200。第一体声波谐振器1100可串联连接于信号输入端和信号输出端之间，其中，输入信号RFin输入到信号输入端，输出信号RFout从信号输出端输出，第二体声波谐振器1200可连接于信号输出端和地之间。
图15是示出滤波器的示例的示意性电路图。图15中示出的滤波器中使用的体声波谐振器中的每个可以是图1或图13中示出的声波谐振器。
参照图15，滤波器2000形成为格型(lattice type)滤波器结构。具体地，滤波器2000包括体声波谐振器2100、2200、2300和2400，以对平衡的输入信号RFin+和RFin-进行滤波，从而输出平衡的输出信号RFout+和RFout-。
如以上所阐述的，根据上述示例性实施例，声波谐振器可限制腔的间距偏差以改善谐振性能，并且为此目的，可限制用于形成腔的开口的长度。
由于随着开口的长度增大可迅速地去除牺牲层，因此可显著地减小膜层和蚀刻停止层与牺牲层一起被去除的量，从而可减小腔的间距偏差。
虽然本公开包括具体示例，但在理解本申请的公开内容之后将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可对这些示例做出形式和细节上的各种变化。这里所描述的示例将仅被理解为描述性意义，而非出于限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被理解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/或如果按照不同的形式组合和/或通过其他组件或它们的等同物替换或增添描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围并不通过具体实施方式限定而是通过权利要求及其等同物限定，在权利要求及其等同物的范围之内的全部变型将被理解为包括在本公开中。

Claims (16)

1.一种声波谐振器，包括：
谐振部，设置在基板上并且通过腔与所述基板分开，所述谐振部包括顺序地堆叠的膜层、第一电极、压电层和第二电极，
其中，满足ΔCg为所述腔的最大间距和最小间距之差。
2.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，满足ΔMg为位于所述腔上方的所述膜层的最大厚度和最小厚度之差。
3.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中：
所述谐振部还包括设置在所述腔上的谐振有效区，
所述第一电极和所述第二电极分别包括延伸到所述谐振有效区的外部的连接电极，并且
所述腔包括连接到所述外部的至少一个开口。
4.根据权利要求3所述的声波谐振器，其中，满足30μm≤Ra/Hw≤200μm，Ra为所述谐振有效区的面积，单位为μm2，并且Hw为所述至少一个开口的总长度，单位为μm。
5.根据权利要求4所述的声波谐振器，其中，所述连接电极中的每个的宽度大于或等于60μm。
6.根据权利要求4所述的声波谐振器，其中，所述至少一个开口形成在所述膜层和所述基板之间。
7.根据权利要求3所述的声波谐振器，其中，所述至少一个开口的总长度大于或等于所述连接电极的总宽度。
8.根据权利要求1所述的声波谐振器，其中，所述基板包括设置在所述基板的表面上的蚀刻停止层，并且
所述腔设置在所述蚀刻停止层和所述膜层之间。
9.根据权利要求8所述的声波谐振器，其中，所述蚀刻停止层包括与所述膜层的材料相同的材料。
10.一种声波谐振器，包括：
谐振有效区，通过腔与基板分开，所述谐振有效区包括顺序地堆叠在所述腔上的膜层、第一电极、压电层和第二电极；及
至少一个开口，形成在所述腔的外部中，并使所述腔与所述外部连接；
其中，满足30μm≤Ra/Hw≤200μm，Ra为所述谐振有效区的面积，单位为μm2，并且Hw为所述至少一个开口的总长度，单位为μm。
11.根据权利要求10所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括相应的连接电极，所述相应的连接电极从所述第一电极和所述第二电极延伸到所述谐振有效区的所述外部，
其中，所述连接电极中的每个的宽度大于或等于60μm。
12.根据权利要求11所述的声波谐振器，其中，所述至少一个开口的所述总长度等于或大于所述连接电极的总宽度。
13.根据权利要求10所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括腔层，所述腔层介于所述基板和所述谐振有效区之间，
其中，所述腔设置在所述腔层中。
14.根据权利要求13所述的声波谐振器，所述声波谐振器还包括蚀刻停止部，所述蚀刻停止部设置在所述腔层中并且沿着所述腔的边缘设置。
15.一种滤波器，所述滤波器包括多个根据权利要求1至14中任一项所述的声波谐振器，所述滤波器被布置为梯型滤波器结构。
16.一种滤波器，所述滤波器包括多个根据权利要求1至14中任一项所述的声波谐振器，所述滤波器被布置为格型滤波器结构。
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