CN111510098A - 体声波谐振器 - Google Patents

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李泰京
李成俊
李华善
庆济弘
金成善
孙晋淑
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Abstract

本公开提供一种体声波谐振器，所述体声波谐振器包括：基板；种子层，设置在所述基板上；第一电极，设置在所述种子层上并包括包含钪(Sc)的铝合金层；压电层，设置在所述第一电极上并包括具有阳离子(Al)极性的层；以及第二电极，设置在所述压电层上。

Description

体声波谐振器
本申请要求于2019年1月31日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0012507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
以下描述涉及一种体声波谐振器。
背景技术
对5G通信技术的兴趣在不断增加，并且已经在候选频带中进行了技术开发。
在这方面，已经采用了通过体声波谐振器获得高频的各种方法。因此，有必要开发一种可在增加压电层和电极的厚度以确保足够的膜质量的同时实现高的频率的结构。
此外，需要开发一种能够在不使体声波谐振器的其他性能方面劣化的情况下控制Kt2(有效耦合系数)性能的结构。
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，并在下面的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，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
示例提供了一种体声波谐振器，其中，可在不使其他物理性能劣化的情况下通过基于极性(压电层的极性)调节厚度比来控制Kt2，并且可在具有足够的厚度以防止压电层和电极的物理性能的劣化的情况下实现高的频率。
在一个总的方面，一种体声波谐振器包括：基板；种子层，设置在所述基板上；第一电极，设置在所述种子层上并包括包含钪(Sc)的铝合金层；压电层，设置所述第一电极上并包括具有阳离子(Al)极性的层；以及第二电极，设置在所述压电层上。
所述压电层可仅包括所述具有所述阳离子(Al)极性的层。
包含在所述第一电极中的钪(Sc)的含量可以为0.1at％至5at％。
所述压电层的掺杂材料可包括钪、铒、钇、镧、钛、锆、铪、钽和铌中的一种或钪、铒、钇、镧、钛、锆、铪、钽和铌的任意组合。
所述压电层中的所述掺杂材料的含量可以为0.1at％至30at％。
所述第二电极可包括包含钪(Sc)的铝合金层。
所述第二电极可包括钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、镍(Ni)和铬(Cr)中的至少一种，或可包括含有钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、镍(Ni)和铬(Cr)中的任意一种的合金。
所述压电层可包括设置在所述第一电极上并具有阳离子(Al)极性的第一压电层，以及设置在所述第一压电层上并具有阴离子(N)极性的第二压电层。
所述第一压电层的厚度与所述第二压电层的厚度的比可以在1.63至5.25的范围内。
所述第一压电层的厚度与所述第二压电层的厚度的比可以在0.11至0.59的范围内。
所述第一压电层和所述第二压电层之间可具有界面，在所述界面处包含氧元素。
所述压电层可包括：第一压电层，设置在所述第一电极上并具有阳离子(Al)极性；氧化物层，设置在所述第一压电层上；以及第二压电层，设置在所述氧化物层上并具有阴离子(N)极性。
所述体声波谐振器可包括设置在所述第二电极上的钝化层。
所述体声波谐振器可包括蚀刻停止部，所述蚀刻停止部设置在所述基板和所述第一电极之间并设置为围绕腔。
所述体声波谐振器可包括设置在所述压电层的一部分的下方的插入层。
所述体声波谐振器可包括设置在所述基板中或所述基板的上方的腔。
所述基板可包括嵌入槽中或堆叠在所述基板上的反射层。
所述种子层可设置在膜层上，所述膜层可与所述基板一起形成腔，并且所述种子层可利用氮化铝(AlN)形成。
在另一总的方面，一种体声波谐振器包括：基板；第一电极，设置在所述基板上；压电层，设置在所述第一电极上，并且包括设置在第一电极上并具有阳离子(Al)极性的第一压电层、设置在所述第一压电层上的氧化物层和设置在所述氧化物层上并具有阴离子(N)极性的第二压电层；以及第二电极，设置在所述压电层上。
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明显的。
附图说明
图1是示出根据示例的体声波谐振器的示意性平面图。
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是沿着图1的线III-III′截取的截面图。
图5是示出纯铝和包含钪的铝合金的片电阻变化率的曲线图。
图6是示出纯铝的表面缺陷的图像。
图7是示出包含钪的铝合金(0.625at％)的表面缺陷的图像。
图8是示出包含钪的铝合金(6.25at％)的表面缺陷的图像。
图9是示出压电层的阳离子(Al)极性和阴离子(N)极性的说明性示图。
图10是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
图11是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
图12和图13是示出根据极性厚度比调节Kt2的结果的曲线图。
图14是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
图15是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
图16是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
图17是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
图18是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
图19是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
图20是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
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、说明及方便起见，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，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种变化、修改及等同物对于本领域普通技术人员将是明显的。这里所描述的操作顺序仅仅是示例，其并不局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，可做出对于本领域普通技术人员来说将是明显的改变。另外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域普通技术人员公知的功能和构造的描述。
这里所描述的特征可以以不同的形式实现，并且将不被解释为局限于这里所描述的示例。更确切的说，已经提供这里所描述的示例使得本公开将是彻底的和完整的，并且将本公开的全部范围传达给本领域普通技术人员。
这里，注意，关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，关于示例或实施例可包括或实现什么)意味着存在包括或实现这样的特征的至少一个示例或实施例，然而所有的示例和实施例不限于此。
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”包括相关所列项中的任意一个和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、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了易于描述，这里可使用诸如“在……上方”、“上”、“在……下方”以及“下”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除了意图包含附图中所描绘的方位以外还意图包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置翻转，则描述为相对于另一元件位于“上方”或“上”的元件于是将相对于另一元件位于“下方”或“下”。因而，术语“在……上方”根据装置的空间方位包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。装置也可按照其他方式(例如，旋转90度或处于其他方位)定位，且将对这里使用的空间相关术语做出相应解释。
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，可发生附图中所示的形状的变型。因而，这里所描述的示例不局限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间所发生的形状的变化。
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明显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明显的是其他构造也是可行的。
附图可不按比例绘制，并且为了清楚、说明和方便起见，可夸大附图中的元件的相关尺寸、比例和描绘。
随后，参照附图更详细地描述示例。
图1是示出根据示例的体声波谐振器的示意性平面图，图2是沿着图1的线I-I′截取的截面图，并且图3是沿着图1的线II-II′截取的截面图，以及图4是沿着图1的线III-III′截取的截面图。
参照图1至图4，体声波谐振器100可包括基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、压电层160、第二电极170、插入层180、钝化层190和金属垫195。
基板110可以是硅基板。例如，可使用硅晶圆作为基板110，或者可使用绝缘体上硅(SOI)型基板作为基板110。
绝缘层112可形成在基板110的上表面上，并且可将基板110与设置在基板110的上部的构造电隔离。绝缘层112防止基板110在制造工艺期间形成腔C的情况下被蚀刻气体蚀刻。
绝缘层112可利用二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)中的至少一种形成，并且可使用化学气相沉积、RF磁控溅射和蒸发中的一种形成。
牺牲层120形成在绝缘层112上，并且腔C和蚀刻停止部130可设置在牺牲层120的内部。腔C通过去除牺牲层120的一部分而形成。如此，由于腔C形成在牺牲层120的内部，因此设置在牺牲层120的上的第一电极150和其他层可形成为平坦的。
蚀刻停止部130沿着腔C的边界设置。蚀刻停止部130在形成腔C时防止蚀刻进行到腔区域之外。
膜层140与基板110一起形成腔C。膜层140可利用在去除牺牲层120时与蚀刻气体具有低反应性的材料形成。蚀刻停止部130插入到通过膜层140形成的槽141中。作为膜层140，可使用包括包含氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、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)中的任意一种的材料的介电层。
利用氮化铝(AlN)形成的种子层142可形成在膜层140上。例如，种子层142可设置在膜层140和第一电极150之间。除了氮化铝(AlN)之外，种子层142还可使用具有密排六方(HCP)晶体结构的电介质或金属形成。作为示例，当种子层142是金属层时，种子层142可利用钛(Ti)形成。
第一电极150形成在膜层140上，并且第一电极150的一部分设置在腔C的上部上。第一电极150可用作用于输入诸如射频(RF)信号等的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号等的电信号的输出电极。
作为示例，第一电极150可利用包含钪(Sc)的铝合金材料形成。由于第一电极150利用包含钪(Sc)的铝合金形成，因此可增加第一电极150的机械强度，并且可执行高功率反应溅射。在这样的沉积条件下，可防止第一电极150的表面粗糙度的增大，并且可诱导压电层160的高定向生长。
由于第一电极150中存在钪(Sc)，第一电极150的耐化学性增强，因此可弥补在第一电极利用纯铝形成的情况下出现的缺点。此外，在制造中可确保诸如干法蚀刻或湿法处理的工艺稳定性。此外，在第一电极利用纯铝形成的情况中，可能容易引起氧化。然而，由于第一电极150利用包含钪的铝合金形成，因此可改善针对氧化的耐化学性。
详细地，首先，电极利用钼(Mo)材料和包含钪的铝合金(AlSc)形成以具有
Figure BDA0002152622250000071
的厚度，并且可测量电极的片电阻(sheet resistance)。在这种情况下，当电极利用钼(Mo)材料形成时，片电阻为0.9685，而当电极利用包含0.625at％的钪的铝合金(AlSc)形成时，片电阻为0.316。如上所述，可理解的是，当电极利用铝合金(AlSc)形成时，与电极利用钼(Mo)材料形成的情况相比，片电阻降低。
另一方面，钪(Sc)的含量可以是0.1at％至5at％。例如，如果钪(Sc)的含量小于0.1at％，可能由铝(Al)引起机械性能劣化和小丘(hillock)。如果钪(Sc)的含量为5at％或更大，可能难以降低表示片电阻的电损耗。此外，如果钪(Sc)的含量增加，表面粗糙度可能增大，这会对晶体取向产生不利影响。
表1
材料 屈服强度 延伸率
纯铝 35Mpa 45％
AlSc(Sc 0.625at％) 300Mpa 15％
如表1中所示，与纯铝(Al)的情况相比，在包含钪的铝合金(AlSc，0.625at％)的情况下，屈服强度增加并且延伸率减小。此外，如图5中所示，沉积纯铝(Al)材料和包含钪的铝合金(AlSc，0.625at％)以具有
Figure BDA0002152622250000073
的厚度，从而在可靠的环境下测量片电阻变化。结果，可理解的是，与在纯铝(Al)的情况下的片电阻变化率相比，在包含钪的铝合金(AlSc，0.625at％)的情况下，96小时(Hr)之后的片电阻变化率为约50％，从而展现了优异的耐氧化性。
另外，由于第一电极150具有相对于金属垫195的优异的耐电化学腐蚀性，因此可在制造工艺中获得稳定性。例如，纯铝(Al)材料和包含钪的铝合金(AlSc，0.625at％)材料被沉积为具有
Figure BDA0002152622250000072
的厚度，并且然后与主要用作金属垫195的材料的金(Au)接触，然后浸入电解液中65小时以比较耐电化学腐蚀特性。作为比较结果，对于包含钪的铝合金(AlSc，0.625at％)，没有观察到表面中的变化，但是在纯铝材料中观察到与金(Au)的腐蚀。因此，当第一电极150利用包含钪的铝合金(AlSc)形成时，还可在制造中确保耐电化学腐蚀的性能。另一方面，第一电极150利用仅包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成。例如，除了钪(Sc)之外，没有另外的金属包含在第一电极150中。如果存在除了钪(Sc)之外的另外的金属时，这样的铝合金形成三元相图。在这种情况下，可能难以控制组分，并且引起复杂的相系，从而引起组分的不均匀和不期望的晶相的出现。
此外，当第一电极150利用具有三元系的铝合金形成时，由于不均匀的组分和不期望的晶相形成，导致表面粗糙度可能增大，这在形成压电层160时可能对晶体取向产生不利影响。
因此，由于第一电极150利用仅包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成，因此可改善设置在第一电极150上的压电层160的晶体取向。
此外，由于第一电极150利用仅包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成，因此设置在第一电极150上的压电层160的极性可具有阳离子(Al)极性。
由于第一电极150利用包含钪(Sc)的铝合金形成，因此可减少电损耗。此外，由于可改善机械强度，因此在溅射工艺中可确保稳定性，可执行具有阳离子(Al)极性的压电层160的沉积以改善晶体取向，并且可改善耐化学性以确保制造稳定性。
详细地，将纯铝(Al)和包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)沉积在具有厚度为
Figure BDA0002152622250000081
的氮化铝(AlN)的种子层上至
Figure BDA0002152622250000082
的厚度，并且然后，观察表面缺陷。作为观察结果，在纯铝(Al)的情况下，观察到由于小丘和晶界槽而导致的大量缺陷，而在包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)的情况下，由于小丘和晶界槽导致的缺陷显著地减少。
例如，如图6至图8中所示，在纯铝(Al)的情况下，观察到诸如槽的表面缺陷，并且在包含钪(Sc)的铝合金(AlSc，0.625at％)的情况下，没有观察到表面缺陷。此外，可理解的是，如果钪(Sc)的含量过多，则表面粗糙度可能显著地增加。
更详细地，使用原子力显微镜(AFM)测量通过沉积纯铝(Al)、包含0.625at％的钪(Sc)的铝合金(AlSc)和包含6.25at％的钪(Sc)的铝合金(AlSc)获得的样品的表面粗糙度。如图6至图8中所示，在纯铝(Al)的情况下，基于10μm×10μm的扫描尺寸的表面粗糙度Ra为3.74nm，并且在包含0.625at％的钪(Sc)的铝合金(AlSc)的情况下，基于10μm×10μm的扫描尺寸的表面粗糙度(Ra)为1.70nm。此外，在包含6.25at％的钪(Sc)的铝合金(AlSc)的情况下，基于10μm×10μm的扫描尺寸的表面粗糙度Ra增加到10.27nm。
另一方面，纯铝(Al)和包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)具有面心立方(FCC)晶体结构，并且在定向为(111)晶面的情况下，作为晶格失配减少的改善结果，与第一电极150利用钼(Mo)形成的14％的晶格失配的情况相比，与压电层160的氮化铝(AlN)HCP晶体结构的(0002)晶面的晶格失配为8％。
然而，在纯铝(Al)的情况下，在由于表面缺陷等导致表面粗糙度增加的情况下，压电层160的晶体取向劣化。
此外，将纯铝(Al)、包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)以及钼(Mo)沉积到利用氮化铝(AlN)形成并具有
Figure BDA0002152622250000091
的厚度的种子层上以具有
Figure BDA0002152622250000092
的厚度，并且然后，沉积氮化铝(AlN)层(压电层160)以具有
Figure BDA0002152622250000093
的厚度，如表2中所示，测量X射线衍射(XRD)摇摆曲线以比较薄膜的晶体取向。
表2
Figure BDA0002152622250000094
例如，在氮化铝(AlN)沉积在钼(Mo)上的情况下，氮化铝(AlN)的晶体取向是1.95°，并且在氮化铝(AlN)沉积在纯铝上的情况下，虽然纯铝(Al)存在表面缺陷，但晶体取向反而是1.73°。换句话说，与氮化铝(AlN)沉积在钼(Mo)上的情况相比，压电层的晶体取向得到改善，但是如图6中所示，即使在沉积氮化铝(AlN)的情况下，在纯铝(Al)的表面中观察到的诸如槽的表面缺陷被原样转移。此外，如图8中所示，在包含6.25at％的钪(Sc)的铝合金(AlSc)的情况下，与纯铝(Al)的情况相比，由于表面粗糙度增加，在沉积氮化铝(AlN)时晶体取向劣化为2.19度(参见表2)。然而，如图7中所示，在包含0.625at％的钪(Sc)的铝合金(AlSc)的情况下，当沉积氮化铝(AlN)时，晶体取向为理想的晶体取向的度数，0.78度(参见表2)。例如，压电层160可在溅射工艺期间更稳定地沉积，从而改善晶体取向和耐化学性以确保制造稳定性。压电层160形成为至少覆盖形成在腔C的上部的第一电极150。压电层160可设置为引起压电效应以将电能转换为声波形式的机械能的部分，并且可利用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT；PbZrTiO)中的一种形成。详细地，当压电层160利用氮化铝(AlN)形成时，压电层160还可包括诸如稀土金属和过渡金属的掺杂材料。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。另外，作为示例，过渡金属可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)和铌(Nb)中的至少一种。压电层160也可包括二价金属镁(Mg)。
如图9中所示，压电层160具有阳离子(Al)极性。例如，由于第一电极150利用包含钪(Sc)的铝合金形成，因此堆叠在第一电极150上的压电层160可具有阳离子(Al)极性。因此，压电层160可以以这样的方式形成：可在充分确保压电层160的晶体取向的同时，增加压电层160的厚度。此外，可通过进一步增加压电层160的厚度确保高的频率。
详细地，在使用诸如钼(Mo)或其合金的导电材料形成第一电极150的情况下，可能相对难以实现压电层160的阳离子(Al)极性。例如，阳离子(Al)极性应该通过用氢气(H2)处理钼(Mo)电极的表面或通过在钼(Mo)电极上另外沉积铝种子层来实现。
然而，根据这里讨论的示例，当第一电极150包括铝时，可在没有电极表面处理或沉积另外的种子层的情况下实现阳离子(Al)极性。此外，当第一电极150包括铝时，与第一电极150使用诸如钼(Mo)或其合金的导电材料形成的情况相比，谐振器的插入损耗(IL)性能可由于电阻率的减小而改善。另外，在第一电极150利用纯铝形成的情况下，压电层160的晶体取向可能由于颗粒的迁移而劣化。
当第一电极150利用包含钪的铝合金形成时，压电层160可形成为仅具有阳离子(Al)极性。如上所述，由于压电层160形成为仅具有阳离子(Al)极性，因此与压电层160形成为仅具有阴离子(N)极性的情况相比，可能降低压电层的膜质量损耗。
在这种情况下，将描述阳离子(Al)极性和阴离子(N)极性。
如图9中所示，阳离子(Al)极性指的是下面的情况：氮(N)离子首先沉积在第一电极150上并且铝(Al)离子位于利用Al-N组成的正四面体的中央部分，从而极性方向是向下的方向。阴离子(N)极性指的是下面的情况：铝(Al)离子首先沉积在第一电极150上并且氮(N)离子位于利用Al-N组成的正四面体的中央部分，从而极性方向是向上的方向。
包括在氮化铝(AlN)中以改善压电性能的元素的含量可以是0.1at％至30at％。如果所包括的用于改善压电性能的元素的含量小于0.1at％，则可能无法实现高于氮化铝(AlN)的压电性能的压电性能。如果所包括的用于改善压电性能的元素的含量超过30at％，则可能难以执行沉积和控制用于沉积的组分，因此，可能形成不均匀的相。此外，如果元素含量超过30at％，则异常晶粒生长的出现概率急剧增加，使得在压电层160上可能出现严重的表面缺陷。
压电层160包括设置在平坦部S上的压电部162和设置在延伸部E上的弯曲部164。
压电部162是直接堆叠在第一电极150的上表面上的部分。因此，压电部162介于第一电极150和第二电极170之间以与第一电极150和第二电极170一起形成为具有平坦的形状。
弯曲部164可被定义为从压电部162向外延伸并位于延伸部E中的区域。
弯曲部164设置在插入层180上，并且以突出的方式形成为符合插入层180的形状。因此，压电层160在压电部162和弯曲部164之间的边界处弯曲，并且弯曲部164突出以与插入层180的厚度和形状相对应。
弯曲部164可包括倾斜部164a和延伸部164b。
倾斜部164a是形成为沿着插入层180的倾斜表面L倾斜的部分。延伸部164b是从倾斜部164a向外延伸的部分。
倾斜部164a形成为与插入层180的倾斜表面L平行，并且倾斜部164a的倾斜角度形成为等于插入层180的倾斜表面L的倾斜角度(图3的θ)。
第二电极170形成为至少覆盖设置在腔C的上部的压电层160。第二电极170可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号的输出电极。例如，当第一电极150用作输入电极时，第二电极170可用作输出电极，并且当第一电极150用作输出电极时，第二电极170可用作输入电极。
如同第一电极150的情况，第二电极170可利用包含钪(Sc)的铝合金形成。
第二电极170可利用仅包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成。例如，除钪(Sc)之外，在第二电极170中不包含另外的金属。如果包含除钪(Sc)之外的另外的金属，则这样的铝合金形成三元相图。在这种情况下，可能难以控制组分，并且引起复杂的相系，从而引起组分的不均匀和不期望的晶相的出现。
此外，当第二电极170利用具有三元系的铝合金形成时，由于不均匀的组分和不期望的晶相形成，导致第二电极170的表面粗糙度可能增加，这可能在形成钝化层190时对晶体取向产生不利影响。
因此，第二电极170可利用仅包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成，并且因此，可改善设置在第二电极170上的钝化层190的晶体取向。
插入层180设置在第一电极150和压电层160之间。插入层180可利用诸如二氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)、锆钛酸铅(PZT)、砷化镓(GaAs)、氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等的电介质形成，并且利用与压电层160的材料不同的材料形成。此外，设置插入层180的区域也可设置为空气，这可通过在制造工艺期间去除插入层180来实现。
插入层180的厚度可与第一电极150的厚度相同或相似，并且还可与压电层160的厚度相似或小于压电层160的厚度。例如，插入层180可形成为具有
Figure BDA0002152622250000121
或更大的厚度并小于压电层160的厚度，但是插入层180的构造不限于此。
插入层180设置为沿着利用膜层140、第一电极150和蚀刻停止部130形成的表面。
插入层180设置为围绕平坦部S以支撑压电层160的弯曲部164。压电层160的弯曲部164可划分为倾斜部164a和符合插入层180的形状的延伸部164b。
插入层180设置在除平坦部S之外的区域中。例如，插入层180可设置在除平坦部S之外的全部区域上，或者可设置在除平坦部S之外的全部区域的一部分区域中。
插入层180的至少一部分设置在压电层160和第一电极150之间。
插入层180的设置为沿着平坦部S的边界的侧表面被形成为具有远离平坦部S而增加的厚度。因此，插入层180与平坦部S相邻的侧表面形成为倾斜面L，其中，倾斜表面L与平坦部S形成具有预定角度的角(θ)。
如果插入层180的侧表面的倾斜角度(θ)小于5度，则插入层180的厚度应该显著地减小，或者倾斜表面L的面积应该过大，这实际上很难实现。
如果插入层180的侧表面的倾斜角度(θ)形成为大于70度，则堆叠在插入层180上的压电层160的倾斜部164a的倾斜角度形成为大于70度。在这种情况下，由于压电层160过度弯曲，因此在压电层160的弯曲部164中可能出现裂纹。
因此，在示例中，倾斜表面L的倾斜角度(θ)形成在大于等于5度且小于等于70度的范围内。
钝化层190形成在除了第一电极150的部分和第二电极170的部分之外的区域中。钝化层190防止在工艺期间对第二电极170和第一电极150的损坏。
此外，可在最终的工艺中通过蚀刻部分地去除钝化层190以用于频率控制。例如，可调节钝化层190的厚度。在示例中，作为钝化层190，可使用包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、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)中的一种的介电层。
金属垫195形成在第一电极150的没有形成钝化层190的部分和第二电极170的没有形成钝化层190的部分上。作为示例，金属垫195可利用诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜-锡(Cu-Sn)合金、铝(Al)、铝合金等的材料形成。例如，铝合金可以是铝-锗(Al-Ge)合金。
由于压电层160形成在利用包含钪(Sc)的铝合金形成的第一电极150上，因此压电层160可具有阳离子(Al)极性。
因此，可在充分确保压电层160的晶体取向的同时，增加压电层160的厚度。此外，可通过增加压电层160的厚度实现高的频率。
详细地，在使用诸如钼(Mo)或其合金的导电材料形成第一电极150的情况下，可能相对难以实现压电层160的阳离子(Al)极性。例如，阳离子(Al)极性应该通过用氢气(H2)处理钼(Mo)电极的表面或通过在钼(Mo)电极上另外地沉积铝种子层来实现。
然而，根据这里讨论的示例，当第一电极150包括铝时，可在没有电极表面处理或沉积另外的种子层的情况下实现阳离子(Al)极性。此外，当第一电极150包括铝时，与第一电极150使用诸如钼(Mo)或其合金的导电材料形成的情况相比，谐振器的IL性能可由于电阻率的减小而改善。另外，在第一电极150利用纯铝形成的情况下，压电层160的晶体取向由于颗粒的迁移而劣化。
当第一电极150利用包含钪的铝合金形成时，压电层160可形成为仅具有阳离子(Al)极性。由于压电层160形成为仅具有阳离子(Al)极性，因此与压电层160形成为仅具有阴离子(N)极性的情况相比，可降低压电层的膜质量损耗。
图10是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图10，体声波谐振器200可包括基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、压电层160、第二电极270、插入层180、钝化层190和金属垫195。
基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、压电层160、插入层180、钝化层190和金属垫195与上述体声波谐振器100的基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、压电层160、插入层180、钝化层190和金属垫195的构造基本相同，因此通过用上面的描述代替而将省略它们的详细描述。
第二电极270可使用诸如钼(Mo)或其合金的导电材料形成，但是第二电极270的构造不限于此。例如，第二电极270可利用诸如钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、镍(Ni)、铬(Cr)等或者它们的合金的导电材料形成。
第二电极270可形成为至少覆盖设置在腔C的上部的压电层160。第二电极270可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号的输出电极。例如，当第一电极150用作输入电极时，第二电极270可用作输出电极，并且当第一电极150用作输出电极时，第二电极270可用作输入电极。
图11是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图11，体声波谐振器300包括基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、压电层360、第二电极170、插入层180、钝化层190和金属垫195。
基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、第二电极170、插入层180、钝化层190和金属垫195与上述体声波谐振器100的基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、第二电极170、插入层180、钝化层190和金属垫195的构造基本相同，因此，通过用上面的描述代替而将省略它们的详细描述。
压电层360形成为至少覆盖设置在腔C的上部的第一电极150。作为引起压电效应以将电能转换为声波形式的机械能的部分，压电层360利用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT；PbZrTiO)中的一种形成。当压电层360利用氮化铝(AlN)形成时，压电层360还可包括稀土金属和过渡金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。另外，作为示例，过渡金属可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)和铌(Nb)中的至少一种。此外，压电层360也可包括二价金属镁(Mg)。
压电层360包括形成在第一电极150上并具有阳离子(Al)极性(参见图9)的第一压电层360a，以及形成在第一压电层360a上并具有阴离子(N)极性(参见图9)的第二压电层360b。如此，第一压电层360a和第二压电层360b以第一压电层360a的极性和第二压电层360b的极性在彼此相反的方向上这样的方式堆叠，因此，可以以基础谐振的两倍产生谐振。因此，可在具有足够的压电层360的厚度以确保膜质量的同时实现高的频率。例如，可在不使膜质量劣化并且不使其他性能劣化的情况下控制Kt2性能。
第二压电层360b可通过在层压期间用包含氧气的混合气体沉积而具有阴离子(N)极性。例如，氧元素可包含在第一压电层360a和第二压电层360b之间的界面处。
当压电层360包括具有阳离子(Al)极性的第一压电层360a和具有阴离子(N)极性的第二压电层360b时，可通过调节第一压电层360a和第二压电层360b的厚度比来控制Kt2。Kt2可变化到较小值以实现窄的带宽。
例如，在压电层仅具有阴离子(N)极性的情况下，Kt2变化范围可实现为6％-7％，但是当对具有阳离子(A1)极性的第一压电层360a和具有阴离子(N)极性的第二压电层360b的厚度比进行不同地变化时，如下表3中所示，可以在一个频带(例如，在2.4Hz频带)实现不同的Kt2。
表3
Figure BDA0002152622250000151
Figure BDA0002152622250000161
图12和图13是示出在上面的表3的示例13和示例10中，在2.4GHz频带中根据极性厚度比调节Kt2的结果的曲线图。
另一方面，使用窄的带宽的B30(带30，国际标准)需要Kt2为2％至5％。如果Kt2为2％或更小，则可能难以实现带宽，并且即使实现Kt2，带宽也相当窄，因此插入损耗增加。如果Kt2为5％或更大，则由于带宽相对太宽，可能难以实现窄的带宽。因此，在需要Kt2为2％至5％的窄的频带的情况下，第一压电层360a/第二压电层360b的厚度比可以是1.63至5.25，或者可以是0.11至0.59。
图14是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图14，体声波谐振器400可包括基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、压电层460、第二电极470、插入层180、钝化层190和金属垫195。
基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、插入层180、钝化层190和金属垫195与上述体声波谐振器100的基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、插入层180、钝化层190和金属垫195的构造基本相同。因此，通过用以上描述代替而将省略它们的详细描述。
压电层460形成为至少覆盖设置在腔C的上部的第一电极150。作为引起压电效应以将电能转换为声波形式的机械能的部分，压电层460利用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT；PbZrTiO)中的一种形成。当压电层460利用氮化铝(AlN)形成时，压电层460还可包括稀土金属和过渡金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。另外，作为示例，过渡金属可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)和铌(Nb)中的至少一种。压电层460也可包括二价金属镁(Mg)。
压电层460包括形成在第一电极150上并具有阳离子(Al)极性(参见图9)的第一压电层460a，以及形成在第一压电层460a上并具有阴离子(N)极性(参见图9)的第二压电层460b。如此，第一压电层460a和第二压电层460b以第一压电层460a的极性和第二压电层460b的极性在彼此相反的方向上这样的方式堆叠，因此，可以以基础谐振的两倍产生谐振。因此，可在具有足够的压电层460的厚度以确保膜质量的同时实现高的频率。
例如，可在不使膜质量劣化并且不使其他性能劣化的情况下控制Kt2性能。
第二压电层460b可通过在层压期间用包含氧气的混合气体沉积而具有阴离子(N)极性。
当压电层460包括具有阳离子(Al)极性的第一压电层460a和具有阴离子(N)极性的第二压电层460b时，可通过调节第一压电层460a和第二压电层460b的厚度比来控制Kt2。Kt2可变化到较小值以实现窄的带宽。
例如，在压电层仅具有阴离子(N)极性的情况下，Kt2变化范围可实现为6％至7％，但是当对具有阳离子(Al)极性的第一压电层460a和具有阴离子(N)极性的第二压电层460b的厚度比进行不同地变化时，如表3中所示，可以在一个频带(例如，在2.4Hz频带)实现不同的Kt2。
另一方面，使用窄的带宽的B30(带30，国际标准)需要Kt2为2％至5％。如果Kt2为2％或更小，则可能难以实现带宽，并且即使实现Kt2，带宽也相当窄，因此插入损耗增加。此外，如果Kt2为5％或更大，则由于带宽相对太宽可能难以实现窄的带宽。因此，在需要Kt2为2％至5％的窄的频带的情况下，第一压电层460a/第二压电层460b的厚度比可以是1.63至5.25，或者可以是0.11至0.59。
第二电极470可使用诸如钼(Mo)或其合金的导电材料形成，但是第二电极470的构造不限于此。例如，第二电极470可利用诸如钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、镍(Ni)、铬(Cr)等的导电材料形成，或者可利用它们的合金形成。
第二电极470形成为至少覆盖设置在腔C的上部上的压电层460。第二电极470可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号的输出电极。例如，当第一电极150用作输入电极时，第二电极470可用作输出电极，并且当第一电极150用作输出电极时，第二电极470可用作输入电极。
图15是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图15，体声波谐振器500可包括基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、压电层560、第二电极170、插入层180、钝化层190和金属垫195。
基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、第二电极170、插入层180、钝化层190和金属垫195与上述体声波谐振器100的基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、第二电极170、插入层180、钝化层190和金属垫195的构造基本相同。因此，通过用以上描述代替而将省略其详细描述。
压电层560形成为至少覆盖设置在腔C的上部上的第一电极150。作为引起压电效应以将电能转换成声波形式的机械能的部分，压电层560利用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT；PbZrTiO)中的一种形成。当压电层560利用氮化铝(AlN)形成时，压电层560还可包括稀土金属和过渡金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。另外，作为示例，过渡金属可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)和铌(Nb)中的至少一种。压电层560也可包括二价金属镁(Mg)。
压电层560可包括：第一压电层560a，形成在第一电极150上并具有阳离子(Al)极性(参见图9)；氧化物层560b，形成在第一压电层560a上；以及第二压电层560c，形成在氧化物层560b上并具有阴离子(N)极性(参见图9)。如此，第一压电层560a和第二压电层560c以第一压电层560a的极性和第二压电层560c的极性在彼此相反的方向上这样的方式堆叠，因此，可以以基础谐振的两倍产生谐振。因此，可在具有足够的压电层560的厚度以确保膜质量的同时实现高的频率。例如，可在不使膜质量劣化并且不使其他性能劣化的情况下控制Kt2性能。
另一方面，第二压电层560c形成在氧化物层560b上，因此，可形成为具有阴离子(N)极性。
当压电层560包括具有阳离子(Al)极性的第一压电层560a和具有阴离子(N)极性的第二压电层560c时，可通过调节第一压电层560a和第二压电层560c的厚度比来控制Kt2。Kt2可变化到较小值以实现窄的带宽。
例如，在压电层仅具有阴离子(N)极性的情况下，Kt2变化范围可实现为6％至7％，但是当对具有阳离子(Al)极性的第一压电层560a和具有阴离子(N)极性的第二压电层560c的厚度比进行不同地变化时，可以在一个频带(例如，在2.4Hz频带)实现不同的Kt2。
图16是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图16，体声波谐振器600可包括基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、压电层660、第二电极670、插入层180、钝化层190和金属垫195。
基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、插入层180、钝化层190和金属垫195与上述体声波谐振器100的基板110、牺牲层120、蚀刻停止部130、膜层140、第一电极150、插入层180、钝化层190和金属垫195的构造基本相同。因此，通过用以上描述代替而将省略它们的详细描述。
压电层660形成为至少覆盖设置在腔C的上部上的第一电极150。作为引起压电效应以将电能转换成声波形式的机械能的部分，压电层660利用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT；PbZrTiO)中的一种形成。当压电层660利用氮化铝(AlN)形成时，压电层660还可包括稀土金属和过渡金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。另外，作为示例，过渡金属可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)和铌(Nb)中的至少一种。压电层660也可包括二价金属镁(Mg)。
压电层660包括：第一压电层660a，形成在第一电极150上并具有阳离子(Al)极性(参见图9)；氧化物层660b，形成在第一压电层660a上；以及第二压电层660c，形成在氧化物层660b上并具有阴离子(N)极性(参见图9)。如此，第一压电层660a和第二压电层660c以第一压电层660a的极性和第二压电层660c的极性在彼此相反的方向上这样的方式堆叠，因此，可以以基础谐振的两倍产生谐振。因此，可在具有足够的压电层660的厚度以确保膜质量的同时实现高的频率。例如，可在不使膜质量劣化并且不使其他性能劣化的情况下控制Kt2性能。
第二压电层660c形成在氧化物层660b上，因此，可形成为具有阴离子(N)极性。
当压电层660利用具有阳离子(Al)极性的第一压电层660a和具有阴离子(N)极性的第二压电层660c形成时，可通过调节第一压电层660a和第二压电层660c的厚度比来控制Kt2。如此，Kt2可变化到较小值以实现窄的带宽。
例如，在压电层仅具有阴离子(N)极性的情况下，Kt2变化范围可实现为6％至7％，但是当具有阳离子(Al)极性的第一压电层660a和具有阴离子(N)极性的第二压电层660c的厚度比为1：1时，Kt2的变化范围可实现为0％。此外，当具有阳离子(Al)极性的第一压电层660a和具有阴离子(N)极性的第二压电层660c的厚度比为1：2时，Kt2的变化可实现为2％。
第二电极670可使用诸如钼(Mo)或其合金的导电材料形成，但是第二电极670的构造不限于此。第二电极670可利用诸如钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、镍(Ni)、铬(Cr)等的导电材料形成，或者可利用它们的合金形成。
另一方面，第二电极670形成为至少覆盖设置在腔C的上部上的压电层660。第二电极670可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号输出电极。例如，当第一电极150用作输入电极时，第二电极670可用作输出电极，并且当第一电极150用作输出电极时，第二电极670可用作输入电极。
图17是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图17，作为示例，体声波谐振器700包括基板710、膜层720、第一电极730、压电层740、第二电极750、钝化层760和金属垫770。
基板710可以是其上堆叠有硅的基板。例如，硅晶圆可用作基板710。基板710可设置有设置为面向腔C的基板保护层712。
基板保护层712用于防止基板710在形成腔C时被损坏。
作为示例，基板保护层712可利用二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)中的至少一种形成，并且可使用化学气相沉积、RF磁控溅射和蒸发中的一种形成。
膜层720形成在最后将被去除的牺牲层(未示出)的上部上，并且通过去除牺牲层，膜层720与基板保护层712一起形成腔C。例如，牺牲层形成在基板710上以形成腔C，然后通过去除牺牲层形成腔C。作为膜层720，可使用包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、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)中的一种的介电层。
利用氮化铝(AlN)形成的种子层722可形成在膜层720上。例如，种子层722可设置在膜层720和第一电极730之间。除了氮化铝(AlN)之外，种子层722还可使用具有HCP晶体结构的电介质或金属形成。作为示例，当种子层722是金属层时，种子层722可利用钛(Ti)形成。
第一电极730形成在种子层722上。此外，第一电极730可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号的输出电极。
作为示例，第一电极730可利用包含钪(Sc)的铝合金形成。如上所述，由于第一电极730利用包含钪(Sc)的铝合金形成，因此可增加机械强度并且可执行高功率反应溅射。在这样的沉积条件下，可防止第一电极730的表面粗糙度增加，并且可诱导压电层740的高定向生长。
由于存在钪(Sc)，因此第一电极730的耐化学性增强，并且可补偿在第一电极利用纯铝形成的情况下发生的缺点。此外，可在制造中确保诸如干法蚀刻或湿法处理的工艺稳定性。此外，在第一电极利用纯铝形成的情况下，容易引起氧化。然而，由于第一电极730利用包含钪的铝合金形成，因此可改善针对氧化的耐化学性。
此外，由于第一电极730利用仅包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成，因此设置在第一电极730的上部上的压电层740的极性可具有阳离子(Al)极性(参见图9)。
压电层740形成为覆盖第一电极730的至少一部分。作为引起压电效应以将电能转换成声波形式的机械能的部分，压电层740可利用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT；PbZrTiO)中的一种形成。当压电层740利用氮化铝(AlN)形成时，压电层740还可包括稀土金属和过渡金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。另外，作为示例，过渡金属可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)和铌(Nb)中的至少一种。压电层740也可包括二价金属镁(Mg)。
另外，压电层740具有阳离子(Al)极性(参见图9)。例如，由于第一电极730利用包含钪(Sc)的铝合金形成，因此堆叠在第一电极730上的压电层740可具有阳离子(Al)极性。因此，压电层740可以以这样的方式形成：可在充分确保压电层740的晶体取向的同时，增加压电层740的厚度。此外，可通过进一步增加压电层740的厚度确保高的频率。
第二电极750形成为至少覆盖设置在腔C的上部上的压电层740。第二电极750可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号的输出电极。例如，当第一电极730用作输入电极时，第二电极750可用作输出电极，并且当第一电极730用作输出电极时，第二电极750可用作输入电极。
与第一电极730类似，第二电极750可利用包含钪(Sc)的铝合金形成。
第二电极750可设置有框架部752，框架部752设置在有效区域(例如，第一电极730、压电层740和第二电极750重叠的区域)的边缘处。框架部752的厚度大于第二电极750的其余部分的厚度。在示例中，框架部752将谐振期间产生的横向波反射到有效区域的内部以将谐振能量限制在有效区域中。
钝化层760形成在除了第一电极730的部分和第二电极750的部分之外的区域中。钝化层760防止第二电极750和第一电极730在工艺期间被损坏。
此外，钝化层760的厚度可通过在最终工艺中用于频率的调节而执行的蚀刻来调节。钝化层760可使用与膜层720的材料相同的材料形成。例如，作为钝化层760，可使用包括氧化镁(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)中的一种的介电层。
金属垫770形成在第一电极730和第二电极750的没有形成钝化层760的部分上。作为示例，金属垫770可利用诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜-锡(Cu-Sn)合金、铝(Al)、铝合金等材料形成。例如，铝合金可以是铝-锗(Al-Ge)合金。
图18是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图18，作为示例，体声波谐振器800可包括基板810、膜层820、第一电极830、压电层840、第二电极850、钝化层860和金属垫870。
基板810可以是其上堆叠有硅的基板。例如，硅晶圆可用作基板810。基板810可设置有用于形成腔C的槽821。
槽821可设置在基板810的中央部分中，并且可设置在有效区域的下方。在这种情况下，有效区域是第一电极830、压电层840和第二电极850彼此重叠的区域。
膜层820与基板810一起形成腔C。例如，膜层820可形成为覆盖基板810的槽821。作为膜层820，可使用包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氧化锰(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)中的一种的介电层。
利用氮化铝(AlN)形成的种子层822可形成在膜层820上。例如，种子层822可设置在膜层820和第一电极830之间。除了氮化铝(AlN)之外，种子层822也可使用具有HCP晶体结构的电介质或金属形成。作为示例，当种子层822是金属层时，种子层822可利用钛(Ti)形成。
第一电极830形成在膜层820上。第一电极830可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号的输出电极。
作为示例，第一电极830可利用包含钪(Sc)的铝合金形成。如上所述，由于第一电极830利用包含钪(Sc)的铝合金形成，因此可增加机械强度并且可执行高功率反应溅射。在这样的沉积条件下，可防止第一电极830的表面粗糙度的增加，并且可诱导压电层840的高定向生长。
由于存在钪(Sc)，因此第一电极830的耐化学性增强，并且可补偿在第一电极利用纯铝形成的情况下发生的缺点。可在制造中确保诸如干法蚀刻或湿法处理的工艺稳定性。此外，在第一电极利用纯铝形成的情况下，容易引起氧化。然而，由于第一电极830利用包含钪的铝合金形成，因此可改善针对氧化的耐化学性。
第一电极830利用仅包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成，因此，设置在第一电极830上的压电层840的极性可以是阳离子(Al)极性(参见图9)。
压电层840形成为覆盖第一电极830的至少一部分。压电层840利用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT；PbZrTiO)中的一种形成，并且压电层844是引起压电效应以将电能转换成声波形式的机械能的部分。当压电层840利用氮化铝(AlN)形成时，压电层840还可包括稀土金属和过渡金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。另外，作为示例，过渡金属可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)和铌(Nb)中的至少一种。压电层840也可包括二价金属镁(Mg)。
另外，压电层840具有阳离子(Al)极性(参见图9)。例如，由于第一电极830利用包含钪(Sc)的铝合金形成，因此堆叠在第一电极830上的压电层840可具有阳离子(Al)极性。因此，在充分确保压电层840的晶体取向的同时，压电层840可具有足够大的厚度。此外，可通过进一步增加压电层840的厚度来实现高的频率。
第二电极850形成为至少覆盖设置在腔C的上部上的压电层840。第二电极850可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号的输出电极。例如，当第一电极830用作输入电极时，第二电极850可用作输出电极，并且当第一电极830用作输出电极时，第二电极850可用作输入电极。
与第一电极830类似，第二电极850可利用包含钪(Sc)的铝合金形成。
第二电极850可设置有框架部852，框架部852设置在有效区域的边缘处。框架部852的厚度大于第二电极850的其余部分的厚度。作为示例，框架部852将谐振期间产生的横向波反射到有效区域的内部以将谐振能量限制在有效区域中。
钝化层860形成在除了第一电极830的部分和第二电极850的部分之外的区域中。钝化层860防止第二电极850和第一电极830在工艺期间被损坏。
此外，可在最终工艺中通过蚀刻调节钝化层860的厚度以控制频率。钝化层860可使用与用于膜层820的材料相同的材料形成。作为示例，作为钝化层860，可使用包括氧化镁(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)中的一种的介电层。
金属垫870形成在第一电极830和第二电极850的没有形成钝化层860的部分上。作为示例，金属垫870可利用诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜-锡(Cu-Sn)合金、铝(Al)、铝合金等的材料形成。例如，铝合金可以是铝-锗(Al-Ge)合金。
图19是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图19，体声波谐振器900可包括基板910、膜层920、第一电极930、压电层940、第二电极950、钝化层960和金属垫970。
基板910可以是其上堆叠有硅的基板。例如，硅晶圆可用作基板910。反射层911可设置在基板910上。
反射层911可设置在基板910的中央部分处，并且可设置在有效区域的下方。在这种情况下，有效区域是第一电极930、压电层940和第二电极950彼此重叠的区域。
反射层911可包括设置在槽中的第一反射构件912和第二反射构件914。第一反射构件912和第二反射构件914可利用不同的材料形成。
第一反射构件912可使用诸如钼(Mo)或其合金的导电材料形成，但是第一反射构件912的构造不限于此。例如，作为第一反射构件912的材料，可使用钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)、铂(Pt)、铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)、钽(Ta)、镍(Ni)、铬(Cr)等。作为第二反射构件914，可使用包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、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)中的一种的介电层。另外，第一反射构件912和第二反射构件914可仅形成为一对，或者第一反射构件912和第二反射构件914可成对地重复形成。
膜层920可形成为覆盖基板910的反射层911。作为膜层920，可使用包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、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)中的一种的介电层。
利用氮化铝(AlN)形成的种子层922可形成在膜层920上。例如，种子层922可设置在膜层920和第一电极930之间。除了氮化铝(AlN)之外，种子层922还可使用具有HCP晶体结构的电介质或金属形成。作为示例，当种子层922是金属层时，种子层922可利用钛(Ti)形成。
第一电极930形成在膜层920上。另外，第一电极930可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号的输出电极。
作为示例，第一电极930可利用包含钪(Sc)的铝合金形成。由于第一电极930利用包含钪(Sc)的铝合金形成，因此可增加机械强度并且可执行高功率反应溅射。在这样的沉积条件下，可防止第一电极930的表面粗糙度增加，并且可诱导压电层940的高定向生长。
由于存在钪(Sc)，第一电极930的耐化学性增强，并且可补偿在第一电极利用纯铝形成的情况下发生的缺点。此外，可在制造中确保诸如干法蚀刻或湿法处理的工艺稳定性。此外，在第一电极利用纯铝形成的情况下，容易引起氧化。然而，由于第一电极930利用包含钪的铝合金形成，因此可改善针对氧化的耐化学性。
此外，由于第一电极930利用仅包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成，因此设置在第一电极930的上部上的压电层940的极性可以是阳离子(Al)极性(见图9)。
压电层940形成为覆盖第一电极930的至少一部分。压电层940利用氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅(PZT；PbZrTiO)中的一种形成，并且可以是引起压电效应以将电能转换成声波形式的机械能的部分。当压电层940利用氮化铝(AlN)形成时，压电层940还可包括稀土金属和过渡金属。作为示例，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。另外，作为示例，过渡金属可包括钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钽(Ta)和铌(Nb)中的至少一种。压电层940也可包括二价金属镁(Mg)。
另外，压电层940具有阳离子(Al)极性(参见图9)。例如，由于第一电极930利用包含钪(Sc)的铝合金形成，因此堆叠在第一电极930上的压电层940可具有阳离子(Al)极性。结果，在充分确保压电层940的晶体取向的同时，压电层940可具有相对大的厚度。此外，可进一步增加压电层940的厚度以实现高的频率。
第二电极950形成为至少覆盖设置在腔C的上部上的压电层940。第二电极950可用作用于输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极或用于输出诸如射频(RF)信号的电信号的输出电极。例如，当第一电极930用作输入电极时，第二电极950可用作输出电极，并且当第一电极930用作输出电极时，第二电极950可用作输入电极。
与第一电极930类似，第二电极950可利用包含钪(Sc)的铝合金形成。
第二电极950可设置有框架部952，框架部952设置在有效区域的边缘处。框架部952的厚度大于第二电极950的其余部分的厚度。例如，框架部952将在谐振期间产生的横向波反射到有效区域的内部以将谐振能量限制在有效区域中。
钝化层960形成在除了第一电极930的部分和第二电极950的部分之外的区域中。钝化层960在工艺期间防止对第二电极950和第一电极930的损坏。
此外，可在最终工艺中通过蚀刻调节钝化层960的厚度以控制钝化层960的频率。钝化层960可使用与用于膜层920的材料相同的材料来形成。作为示例，作为钝化层960，可使用包括氧化镁(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)中的一种的介电层。
金属垫970形成在第一电极930和第二电极950的没有形成钝化层960的部分上。作为示例，金属垫970可利用诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜-锡(Cu-Sn)合金、铝(Al)、铝合金等材料形成。例如，铝合金可以是铝-锗(Al-Ge)合金。
图20是示出根据示例的体声波谐振器的示意性截面图。
参照图20，体声波谐振器1000可包括基板1010、膜层1020(其上形成有种子层1022)、第一电极1050、压电层1060、第二电极1070、插入层1080、钝化层1090和金属垫1095。
包括在体声波谐振器1000中的基板1010、设置在基板1010上的反射层1011(包括第一反射构件1012和第二反射构件1014)和膜层1020可具有与包括在体声波谐振器900中的基板910、设置在基板910上的反射层911(包括第一反射构件912和第二反射构件914)和膜层920的构造相同构造。因此，将省略其详细描述并且用以上描述代替。
此外，包括在体声波谐振器1000中的第一电极1050、压电层1060、第二电极1070、插入层1080、钝化层1090和金属垫1095与包括在体声波谐振器100中的第一电极150、压电层160、第二电极170、插入层180、钝化层190和金属垫195的构造相同。因此，将省略其详细描述并用以上描述代替。
插入层1080设置在第一电极1050和压电层1060之间。插入层1080可利用诸如二氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)、锆钛酸铅(PZT)、砷化镓(GaAs)、氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等的电介质形成，并且利用与压电层1060的材料不同的形成。此外，设置插入层1080的区域也可设置为空气，这可在制造工艺期间通过去除插入层1080来实现。
在该示例中，插入层1080的厚度可与第一电极1050的厚度相同或相似。此外，插入层1080可形成为具有与压电层1060的厚度相似的厚度或具有小于压电层1060的厚度的厚度。例如，插入层1080可形成为具有
Figure BDA0002152622250000281
或更大但小于压电层1060的厚度的厚度。然而，插入层1080的构造不限于此。
插入层1080的其余结构与设置在体声波谐振器100中的插入层180的结构相同。因此，通过用以上描述代替而将省略其详细描述。
如上所述，利用根据本公开中的示例的体声波谐振器，通过在通过混合阳离子(A1)极性和阴离子(N)极性来堆叠压电层的情况下调节厚度比，可在不劣化其他物理性能的情况下控制(例如减小)Kt2，从而在具有足够厚度以防止压电层和电极的物理性能的劣化的情况下实现高的频率。
虽然本公开包括具体示例，但是对于本领域普通技术人员将明显的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可对这些示例作出形式和细节上的各种变化。这里所描述的示例将被认为仅是描述性意义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被理解为可适用于其他示例中的相似的特征或方面。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组合和/或通过其他组件或它们的等同物替换或补充描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可实现合适的结果。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，权利要求及其等同物的范围之内的全部变型将被解释为包括在本公开中。

Claims (19)

1.一种体声波谐振器，包括：
基板；
种子层，设置在所述基板上；
第一电极，设置在所述种子层上并包括包含钪的铝合金层；
压电层，设置在所述第一电极上并包括具有阳离子(Al)极性的层；以及
第二电极，设置在所述压电层上。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述压电层仅包括所述具有阳离子(Al)极性的层。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，包含在所述第一电极中的钪的含量为0.1at％至5at％。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述压电层的掺杂材料包括钪、铒、钇、镧、钛、锆、铪、钽和铌中的一种或者钪、铒、钇、镧、钛、锆、铪、钽和铌的任意组合。
5.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其中，所述压电层中的所述掺杂材料的含量为0.1at％至30at％。
6.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极包括包含钪的铝合金层。
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极包括钼、钌、钨、铱、铂、铜、钛、钽、镍和铬中的至少一种，或包括含有钼、钌、钨、铱、铂、铜、钛、钽、镍和铬中的任意一种的合金。
8.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述压电层包括设置在所述第一电极上并具有阳离子(Al)极性的第一压电层，以及设置在所述第一压电层上并具有阴离子(N)极性的第二压电层。
9.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其中，所述第一压电层的厚度与所述第二压电层的厚度的比在1.63至5.25的范围内。
10.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其中，所述第一压电层的厚度与所述第二压电层的厚度的比在0.11至0.59的范围内。
11.根据权利要求8所述的体声波谐振器，其中，所述第一压电层和所述第二压电层之间具有界面，在所述界面处包含氧元素。
12.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：第一压电层，设置在所述第一电极上并具有阳离子(Al)极性；氧化物层，设置在所述第一压电层上；以及第二压电层，设置在所述氧化物层上并具有阴离子(N)极性。
13.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二电极上的钝化层。
14.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蚀刻停止部，所述蚀刻停止部设置在所述基板和所述第一电极之间并设置为围绕腔。
15.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压电层的一部分的下方的插入层。
16.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基板中或所述基板的上方的腔。
17.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述基板包括嵌入槽中或堆叠在所述基板上的反射层。
18.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述种子层设置在膜层上，所述膜层与所述基板一起形成腔，并且所述种子层利用氮化铝形成。
19.一种体声波谐振器，包括：
基板；
第一电极，设置在所述基板上；
压电层，设置在所述第一电极上，并且包括：第一压电层，设置在第一电极上并具有阳离子(Al)极性；氧化物层，设置在所述第一压电层上；和第二压电层，设置在所述氧化物层上并具有阴离子(N)极性；以及
第二电极，设置在所述压电层上。
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