CN111585538B

CN111585538B - 体声波谐振器

Info

Publication number: CN111585538B
Application number: CN201910981147.6A
Authority: CN
Inventors: 李泰京; 庆济弘; 金成善; 孙晋淑; 申兰姬; 李华善
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: US11695385B2; US20200266795A1; US20230318562A1; KR20200099715A; KR102276515B1; CN111585538A

Abstract

本发明提供一种体声波谐振器，所述体声波谐振器包括：基板；谐振部，包括顺序地堆叠在所述基板上的第一电极、压电层和第二电极，并且还包括中央部和沿所述中央部的周边设置的延伸部；以及插入层，设置在所述延伸部中并位于所述第一电极和所述压电层之间，并且所述插入层利用含钪(Sc)的铝合金形成。

Description

体声波谐振器

本申请要求于2019年2月15日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0017637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

随着无线通信装置变得更紧凑，对高频组件的小型化的需求增加。作为示例，提供了采用半导体薄膜晶圆制造技术的体声波(BAW)谐振器形式的滤波器。

体声波(BAW)谐振器是利用薄膜器件实现的滤波器，该薄膜器件利用通过沉积在作为半导体基板的硅晶圆上的压电介电材料获得的压电特性引起谐振。

近来，对5G通信的兴趣已增加，并且已积极开发了可应用于候选频带的技术。

典型的声波谐振器可在用于4G的2GHz至3GHz的频带操作，但是，与典型的声波谐振器相比，为了在小于6GHz(即，sub-6GHz，例如，4GHz至6GHz)的频带的5G通信下进行操作，可能需要传输高功率。

因此，为了实现用于5G通信的声波谐振器，需要能够承受高功率的结构。此外，随着功率增加，谐振器中产生的热增加，使得需要有效散热的体声波谐振器。

发明内容

提供本发明内容以按照简化的形式介绍下面在具体实施方式中进一步描述的所选择的构思。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。

在一个总的方面，一种体声波谐振器包括：基板；谐振部，包括顺序地堆叠在所述基板上的第一电极、压电层和第二电极，并且还包括中央部和沿所述中央部的周边设置的延伸部；以及插入层，设置在所述延伸部中并位于所述第一电极和所述压电层之间。

所述插入层可利用含钪(Sc)的铝合金形成。

种子层可利用金属材料形成，并可设置在所述第一电极和所述插入层之间。

所述种子层可利用具有密排六方(HCP)晶体结构的金属形成。

所述种子层可利用钛(Ti)元素或钌(Ru)元素形成。

所述压电层可利用氮化铝(AlN)或包含稀土金属的掺杂的氮化铝形成。

所述稀土金属可包含钪、铒、钇和镧中的至少一种。

所述钪(Sc)的含量可以为0.1at％至5at％。

所述插入层的厚度可以为或更大，并且所述插入层的厚度小于所述压电层的厚度。

所述插入层可具有倾斜表面，所述插入层的与所述倾斜表面对应的部分的厚度随着距所述中央部的距离的增加而增加，并且所述压电层可包括设置在所述倾斜表面上的倾斜部。

所述第二电极可设置为使所述第二电极的至少一部分设置在所述压电层的所述倾斜部的倾斜表面上。

保护层可堆叠在所述第二电极上。

所述压电层可包括：压电部，设置在所述中央部；以及弯曲部，设置在所述延伸部中，并从所述压电部沿着所述插入层的形状倾斜地延伸。

在一个总的方面，一种体声波谐振器包括：基板；谐振部，包括顺序地堆叠在所述基板上的第一电极、压电层和第二电极；插入层，设置在所述压电层和所述第一电极之间，并且构造为利用含钪的铝合金形成，钪的含量范围为0.1at％至5at％；以及种子层，设置在所述插入层和所述第一电极之间，并形成为包含钛元素和钌元素中的一种。

所述种子层的钛元素可具有密排六方(HCP)晶体结构。

所述插入层可利用具有面心立方(FCC)晶体结构的材料形成。

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是根据一个或更多个实施例的声波谐振器的平面图；

图2是沿着图1的线I-I′截取的截面图；

图3是示出根据根据一个或更多个实施例的声波谐振器的第二电极的结构的声波谐振器的谐振性能的曲线图；

图4是总结图3中所示的曲线图的值的表；

图5是示出根据一个或更多个实施例的声波谐振器的示意性截面图；

图6是示出根据一个或更多个实施例的声波谐振器的示意性截面图；

图7是将利用纯铝(纯Al)形成插入层的示例与利用含钪(Sc)的铝合金材料形成插入层的情况进行对比的示图；以及

图8是将插入层利用二氧化硅(SiO₂)(介电材料)形成的声波谐振器与插入层利用含钪(Sc)的铝合金材料形成的声波谐振器在操作期间的温度分布进行对比的示图。

在所有的附图和具体实施方式中，除非另有描述或提供，否则相同的附图标号将理解为指示相同的元件、特征或结构。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、修改及等同物在理解本申请的公开内容后将是明显的。例如，这里所描述的操作顺序仅仅是示例，并且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，可做出在理解本申请的公开内容后将是明显的改变。另外，为了提高清楚性和简洁性，可省略已知的特征的描述。

这里所描述的特征可以以许多不同的形式实现，并且不应该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仅是为了说明在理解本申请的公开内容之后将是明显的实现这里描述的方法、设备和/或系统的许多可能的方式中的一些。

在整个说明书中，将理解的是，当诸如层、区域或晶圆(基板)的元件被称为“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元件或层。同样的标号始终指示同样的元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任意和全部组合。

尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”等的术语来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/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，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

为了易于描述，这里可使用诸如“在……上方”、“上”、“在……下方”以及“下”等的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件或其他元件的关系。将理解的是，空间相对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，则描述为位于其他元件“上方”或“上”的元件于是将位于其他元件“下方”或“下”。因而，术语“在……上方”可根据附图的特定方向包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。装置也可另外地定位(旋转90度或处于其他方位)，且可对这里使用的空间相对描述语做出相应解释。

这里使用的术语仅描述特定实施例，且本公开不受其限制。除非上下文另外清楚地指出，否则如这里使用的，单数形式也意图包括复数形式。将进一步理解的是，当在说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，列举存在所陈述的特征、数量、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组。

在下文中，将参照示出本公开的实施例的示意图来描述本公开的实施例。在附图中，例如，由于制造技术和/或公差，可估量所示的形状的变型。因而，本公开的实施例不应被解释为限于这里所示的区域的特定形状，而是例如，包括在制造中导致的形状的变化。以下实施例也可通过一种或其组合进行组合。

除非另外定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属的领域普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确如此定义，否则术语(例如在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且不应被理解为理想化或过于形式化的含义。

以下描述的本公开的内容可具有各种构造，并且在此仅提出所需的构造，但不限于此。

图1是示出根据一个或更多个实施例的声波谐振器的平面图，并且图2是沿着图1的线I-I′截取的截面图。

参照图1和图2，根据一个或更多个实施例的声波谐振器100可以是体声波(BAW)谐振器，并且可包括基板110、牺牲层140、谐振部120和插入层170。

基板110可以是硅基板。在非限制性示例中，可使用硅晶圆或绝缘体上硅(SOI)基板作为基板110。

绝缘层115可设置在基板110的上表面上，并且可将基板110和谐振部120彼此电隔离。此外，当在制造声波谐振器期间形成腔C时，绝缘层115可防止基板110被蚀刻气体蚀刻。

在这样的示例中，绝缘层115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，并且可通过诸如化学气相沉积、RF磁控溅射和蒸镀的工艺中的一种形成。

牺牲层140可形成在绝缘层115上，并且腔C和蚀刻停止部145可设置在牺牲层140中。

腔C形成为空的空间，并且可通过去除牺牲层140的一部分来形成腔C。

当腔C形成在牺牲层140中时，形成在牺牲层140的上方的整个谐振部120可形成为平坦的。

蚀刻停止部145可设置为沿着腔C的边界。设置蚀刻停止部145用于在腔C的形成期间防止蚀刻继续进行而变为腔区域。

膜层150可形成在牺牲层140上，并且可形成腔C的上表面。因此，膜层150也可利用在形成腔C的工艺期间不容易去除的材料形成。

例如，当使用卤基(诸如氟(F)、氯(Cl)等)蚀刻气体来去除牺牲层140的一部分(例如，腔区域)时，膜层150可利用与上述蚀刻气体具有低反应性的材料形成。在这样的示例中，膜层150可包括二氧化硅(SiO₂)和氮化硅(Si₃N₄)中的至少一种。

此外，膜层150可包括包含氧化镁(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)中的至少一种的介电层，或者可包括包含铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、镓(Ga)和铪(Hf)中的至少一种的金属层。然而，各种示例的构造不限于此。

利用氮化铝(AlN)形成的下部种子层(未示出)可形成在膜层150上以用于第一电极121的沉积。详细地，下部种子层可设置在膜层150和第一电极121之间。除了AlN之外，下部种子层可使用具有密排六方(HCP)结构的电介质或金属形成。在金属的示例中，例如，下部种子层可利用钛(Ti)形成。

谐振部120可包括第一电极121、压电层123和第二电极125。在谐振部120中，第一电极121、压电层123和第二电极125可从下到上堆叠。因此，在谐振部120中，压电层123可设置在第一电极121和第二电极125之间。

在示例中，谐振部120形成在膜层150上，结果，膜层150、第一电极121、压电层123和第二电极125顺序地堆叠以形成谐振部120。

谐振部120可根据施加到第一电极121和第二电极125的信号使压电层123谐振，以产生谐振频率和反谐振频率。

谐振部120可被分成中央部S和延伸部E，在中央部S中，膜层150、第一电极121、压电层123和第二电极125堆叠成基本上是平坦的，延伸部E具有介于第一电极121和压电层123之间的插入层170。

中央部S是设置在谐振部120的中央的区域，并且延伸部E是设置为沿着中央部S的周边的区域。因此，延伸部E是从中央部S向外延伸的区域，并且表示形成为沿着中央部S的周边具有连续的环形形状的区域。然而，在示例中，延伸部可被构造为具有一些区域是断开的不连续的环形形状。

因此，如图2中所示，在切割谐振部120以与中央部S相交的截面中，延伸部E设置在中央部S的两端中的每个端部上。

插入层170可具有倾斜表面L，插入层170的与倾斜表面L对应的部分的厚度随着距中央部S的距离增加而变大。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。

在延伸部E中，压电层123和第二电极125可设置在插入层170上。因此，位于延伸部E中的压电层123和第二电极125可具有沿着插入层170的形状的倾斜表面。

另外，在本示例中，延伸部E可包括在谐振部120中，并且因此即使在延伸部E中也可发生谐振。然而，不限于此，并且根据延伸部E的结构，在谐振部E中可不发生谐振，而在中央部S中可发生谐振。

第一电极121和第二电极125可利用导体形成，例如，金、钼、钌、铱、铝、铂、钛、钨、钯、钽、铬、镍或者包含金、钼、钌、铱、铝、铂、钛、钨、钯、钽、铬、镍中的至少一种的合金，但不限于此。

在非限制性示例中，在谐振部120中，第一电极121可具有比第二电极125的面积宽的面积，并且第一金属层180可沿着第一电极121的外边缘或在第一电极121的外边缘的上方设置在第一电极121上。因此，第一金属层180可与第二电极125间隔开预定距离，并且可设置为围绕谐振部120。

在非限制性示例中，由于第一电极121设置在膜层150上，因此第一电极可以是完全平坦的。另一方面，由于第二电极125设置在压电层123上，所以第二电极可具有与压电层123的形状相对应的弯曲部。

第一电极121可用作输入诸如射频(RF)信号等的电信号的输入电极和输出诸如射频(RF)信号等的电信号的输出电极中的一个。

第二电极125可设置在整个中央部S中，并且可部分地设置在延伸部E中。因此，第二电极125可被分成设置在压电层123的压电部123a上的部分以及设置在压电层123的弯曲部123b上的部分(将在后面描述)。

更详细地，在示例中，第二电极125可设置为覆盖整个压电部123a和压电层123的倾斜部1231的一部分的形式。因此，设置在延伸部E中的第二电极125a可形成为具有小于倾斜部1231的倾斜表面的面积的面积，并且设置在谐振部120中的第二电极125可形成为具有小于压电层123的面积的面积。

因此，如图2中所示，在切割谐振部120以与中央部S相交的截面中，第二电极125的端部可设置在延伸部E中。此外，设置在延伸部E中的第二电极125的端部的至少一部分可设置为与插入层170重叠。这里，“重叠”表示当第二电极125投影在其上设置有插入层170的平面上时，投射在平面上的第二电极125的形状与插入层170重叠。

第二电极125可用作输入诸如RF信号等的电信号的输入电极和输出诸如RF信号等的电信号的输出电极中的一个。换句话说，当第一电极121用作输入电极时，第二电极125可用作输出电极。可选地，当第一电极121用作输出电极时，第二电极125可用作输入电极。

压电层123可形成在第一电极121和插入层170上(将在后面描述)。

氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、掺杂的氮化铝、锆钛酸铅和石英可选择性地用作压电层123的材料。在掺杂的氮化铝的情况下，还可包括稀土金属、过渡金属或碱土金属。例如，稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。过渡金属可包括铪(Hf)、钛(Ti)、锆(Zr)、钽(Ta)和铌(Nb)中的至少一种。此外，碱土金属可包括镁(Mg)。

根据本示例的压电层123包括设置在中央部S中的压电部123a，以及设置在延伸部E中的弯曲部123b。

压电部123a是直接堆叠在第一电极121的上表面上的部分。因此，压电部123a随着第一电极121和第二电极125平坦地插设在第一电极121和第二电极125之间。

弯曲部123b可被定义为从压电部123a向外延伸的区域，并且可位于延伸部E内。

弯曲部123b可设置在插入层170上(将在后面描述)，并且弯曲部的上表面可形成为具有沿着插入层170的形状上升的形状。因此，压电层123可在压电部123a和弯曲部123b之间的边界处弯曲，并且弯曲部123b可与插入层170的厚度和形状相对应地上升。

弯曲部123b可分成倾斜部1231和向外的延伸部1232。

倾斜部1231指的是形成为沿着插入层170的倾斜表面L倾斜的部分(将在后面描述)。此外，延伸部1232指的是从倾斜部1231向外延伸的部分。

倾斜部1231可形成为与插入层170的倾斜表面L平行，并且倾斜部1231的倾斜角可等于插入层170的倾斜表面L的倾斜角。

插入层170设置在利用膜层150和第一电极121以及蚀刻停止部145形成的表面上。

插入层170可设置在中央部S周围并且支撑压电层123的弯曲部123b。因此，压电层123的弯曲部123b可沿着插入层170的形状分成倾斜部1231和延伸部1232。

插入层170可设置在除中央部S之外的区域中。例如，插入层170可设置在基板110上的延伸部E的整个区域中或者一些区域中。此外，根据需要，插入层可从延伸部E向外延伸。

插入层170可形成为具有随着距中央部S的距离增加而增加的厚度。因此，插入层170具有与中央部S相邻设置的侧表面，作为具有恒定倾斜角θ的倾斜表面L。

如果插入层170的侧表面的倾斜角θ形成为小于5°，则为了制造插入层170，插入层170的厚度可非常小，或者倾斜表面L的面积可非常大。因此，其实质实施上会存在困难。

此外，如果插入层170的侧表面的倾斜角θ形成为大于70°，则堆叠在插入层170上的压电层123或第二电极125的倾斜角也可形成为大于70°。在这样的示例中，堆叠在倾斜表面L上的压电层123或第二电极125会过度弯曲，因此在弯曲部中会发生裂纹。

因此，在示例中，倾斜表面L的倾斜角θ形成为在大于等于5°并且小于等于70°的范围内。

另外，在本示例中，压电层123的倾斜部1231可形成为沿着插入层170的倾斜表面L，并且因此可形成为具有与插入层170的倾斜表面L的倾斜角相等的倾斜角。因此，倾斜部1231的倾斜角以与插入层170的倾斜表面L类似的方式形成为在大于等于5°并且小于等于70°的范围内。该构造也应用于堆叠在插入层170的倾斜表面L上的第二电极125。

插入层170可利用含钪(Sc)的铝合金材料形成。

通常，插入层170的材料是二氧化硅(SiO₂)。在这样的示例中，插入层170的热导率可以是低的。因此，当插入层用于5G通信中时，由谐振部120产生的热量难以流畅地释放。

在这方面，可考虑使用不含钪(Sc)的纯铝(Al)或者含铜(Cu)或硅(Si)的铝合金作为插入层170的材料。然而，在纯铝(Al)的示例中，熔点为660℃。此外，由于铝合金中包含铜(Cu)或硅(Si)，因此可能存在熔点变低的问题。例如，随着铜(Cu)的含量增加，确认了铝-铜(Al-Cu)合金的熔点降低直到540℃。

如上所述，当使用纯铝(Al)或者含铜(Cu)或硅(Si)的铝合金作为插入层170的材料时，与使用二氧化硅(SiO₂)的现有技术相比，可提高散热效果。然而，随着温度增加，可能存在熔点变低的问题。

另一方面，含钪(Sc)的铝合金材料可用于形成插入层170。在这样的示例中，随着钪(Sc)的含量增加，确认了熔点变得高于纯铝的熔点。

当钪(Sc)的含量为1wt％(基于含钪(Sc)的铝合金材料的总重量)时，确认了熔点增加至740℃。另外，当钪(Sc)的含量为2wt％时，确认了熔点增加至830℃。

如上所述，当钪(Sc)包含在铝合金中时，熔点进一步增加，因此热迁移显著地减少。此外，由于可改善插入层170的机械强度，因此可在溅射工艺中更稳定地执行压电层123的沉积，从而可改善晶体取向并且可改善耐化学性以确保制造稳定性。

图7是将插入层利用纯铝(纯Al)形成的示例与插入层利用含钪(Sc)的铝合金材料形成的示例进行对比的示图。

在图7的(A)中，在将纯铝(Al)以及含钪(Sc)的铝合金沉积以具有的厚度之后观察表面缺陷。在纯铝(Al)的示例中，观察到由小丘(hillock)和晶界沟槽引起的大量缺陷。然而，在含钪(Sc)的铝合金(AlSc)的示例中，确认了由小丘和晶界沟槽引起的缺陷显著地减少。这里，如果钪(Sc)的含量过多，则确认表面粗糙度反而增加。

图7的(B)示出了将通过沉积纯铝(Al)和含钪(Sc)的铝合金(AlSc)以具有的厚度，然后沉积氮化铝(AlN)(压电层123)以具有/>的厚度的薄膜的晶体取向进行对比的结果，在图7的(C)中，观察氮化铝(AlN)(压电层123)的表面缺陷。

参照图7的(B)和图7的(C)，在氮化铝(AlN)沉积在纯铝(Al)上的示例中，由于纯铝(Al)的表面缺陷，晶体取向为1.73°。

另一方面，在含0.625at％的钪(Sc)的铝合金(AlSc)的示例中，当沉积氮化铝(AlN)时，晶体取向为0.78°，这是非常优异的晶体取向。

另一方面，在含6.25at％的钪(Sc)的铝合金(AlSc)的示例中，由于表面粗糙度的增加，当沉积氮化铝(AlN)时，测量到晶体取向为2.19°。因此，如果过度地包含钪(Sc)，则确认晶体取向反而劣化。

在根据图2中所示的非限制性示例的声波谐振器的示例中，由于在延伸部E中堆叠在插入层170的上方的压电层123的晶体取向得到改善，可更有效地释放由中央部S产生的热量。

如果钪(Sc)的含量小于0.1at％，则由于铝(Al)，机械性能会降低并且会出现小丘。如果钪(Sc)的含量大于5at％，则可能难以改善指示片电阻(sheet resistance)的电损耗。此外，如果钪(Sc)的含量增加，则表面粗糙度增加，这会对晶体取向产生不利影响。

在这方面，在根据实施例的体声波谐振器中，插入层170可使用含钪(Sc)在0.1at％至5at％的范围的铝合金(AlSc)形成。因此，可在溅射工艺中更稳定地执行压电层123的沉积，从而可改善压电层123的晶体取向，并且可改善耐化学性以确保制造稳定性。

另一方面，在金属薄膜中，关于热导率，声子振动主导热传递。在这方面，在介电材料而不是金属的示例中，热导率可根据传输的声子振动的传输程度而变化。

抑制声子运动的因素中的一个是薄膜的膜层。如果膜层劣化，则声子的运动被空隙、缺陷等抑制，因此热导率降低。另一方面，随着晶体取向改善，薄膜的密度高。因此，减少了抑制声子的运动的因素。

在纯铝(Al)或者含铜(Cu)或硅(Si)的铝合金的示例中，熔点是低的。在这样的示例中，随着谐振部的温度增加，在薄膜中会容易发生缺陷。

另一方面，当使用含钪(Sc)的铝合金形成插入层170时，沉积在插入层170的上方的压电层123的晶体取向变得更好。因此，可更流畅地获得在谐振器的横向方向上的散热。因此，即使在5G通信中也可更稳定地操作。

图8是示出将使用二氧化硅(SiO₂)(介电材料)形成插入层的声波谐振器与利用含钪(Sc)的铝合金材料形成插入层的声波谐振器的操作期间的温度分布进行对比的示例。图中显示的温度由开尔文温度表示。

参照图8，基于通过使用二氧化硅(SiO₂)形成插入层的声波谐振器测量的温度T₀，测量了利用含钪(Sc)的铝合金材料形成插入层的声波谐振器的温度T为0.68T₀。

此外，测量了使用二氧化硅(SiO₂)形成插入层的声波谐振器的最高温度是827.8111K(约554℃)，同时测量了使用含钪(Sc)的铝合金材料形成插入层的声波谐振器的最高温度为714.620K(约441℃)。

如上所述，确认了与使用二氧化硅(SiO₂)形成插入层的典型的声波谐振器相比，根据实施例的当利用含钪(Sc)的铝合金材料形成插入层时的声波谐振器提供显著的散热效果。

在非限制性示例中，在根据实施例的声波谐振器中，种子层160(图2)可设置在插入层170的下部。

种子层160可设置在插入层170的下表面上，并且因此可设置在第一电极121或膜层150上，从而用作用于形成插入层170的种子。在非限制性示例中，种子层160可具有密排六方(HCP)晶体结构。在这样示例中，可减少插入层170的晶格失配，并且可改善插入层170的片电阻。作为具有上述效果的示例，种子层160可包括金属，例如，钛(Ti)元素，例如，钛(Ti)层。此外，种子层160可包括钌(Ru)元素，例如钌(Ru)层。

这里，种子层160可利用具有HCP晶体结构的材料形成，另外，插入层170可利用具有面心立方(FCC)晶体结构的材料形成。

当种子层160使用具有密排六方(HCP)晶体结构的钛(Ti)形成时，确认了与利用AlSc材料形成的插入层170的晶格失配从8.8％改善至3.01％。因此，改善了插入层170的晶体取向，并且还确认了使用氮化铝(AlN)最终形成的压电层123的晶体取向显著地改善。

此外，当使用钌(Ru)形成种子层160时，与钛(Ti)的情况相比，晶体取向的增加量小。然而，确认了AlSc插入层170的片电阻显著地降低。当种子层160使用钛(Ti)形成时，测量插入层170的片电阻为0.275ohm/sq。然而，当种子层160使用钌(Ru)形成时，测量片电阻为显著低的0.220ohm/sq。

如上所述，当制造在6GHz或更低的频带中操作的声波谐振器时，添加利用Ti或Ru材料形成的种子层160。在这样的示例中，可改善压电层123的晶体取向，同时还可改善插入层170的电阻。当种子层160利用Ti或Ru形成时，种子层160可利用具有HCP晶体结构和(0001)晶面的层组成。另外，利用AlSc材料形成的插入层170可具有FCC晶体结构和(111)晶面。

在实施例中，插入层170的厚度可小于压电层123的厚度。如果插入层比压电层123厚，则可能难以形成可沿着插入层170形成的弯曲部。此外，当插入层170具有或更大的厚度时，可容易地形成弯曲部123b。

谐振部120可通过设置为空的空间的腔C与基板110间隔开。

在用于制造声波谐振器的工艺期间，可通过将蚀刻气体(或蚀刻溶液)供应到入口孔(图1中的H)去除牺牲层140的一部分来形成腔C。

参照图2，保护层127设置为沿着声波谐振器100的表面以保护声波谐振器100免受外部元件的影响。保护层127可设置为沿着利用第二电极125和压电层123的弯曲部123b形成的表面。

保护层127可利用包含氮化硅(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)中的任意一种材料的介电层形成，但不限于此。

在非限制性示例中，保护层127可包括单层。可选地，如果需要，可堆叠利用不同材料形成的两层以形成保护层。此外，可部分地去除保护层127以便控制最终工艺中的频率。例如，可在后续工艺中调整保护层127的厚度。

另外，第一电极121和第二电极125可从谐振部120向外延伸。此外，如上所述，第一金属层180和第二金属层190可分别设置在延伸部E的上表面上。

第一金属层180和第二金属层190可利用诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜-锡(Cu-Sn)合金、铝(Al)、铝(Al)合金的材料形成，但不限于此。这里，铝合金可以是铝-锗(Al-Ge)合金或铝-钪(Al-Sc)合金。

第一金属层180和第二金属层190可用作连接布线，连接布线将根据本示例的声波谐振器的电极电连接到在基板110上与其相邻设置的另一个声波谐振器的电极，或可用作用于外部连接的端子。然而，这些示例不限于此。

第一金属层180穿过保护层127以结合到第一电极121。

此外，在谐振部120中，第一电极121具有比第二电极125的面积宽的面积，并且第一金属层180形成在第一电极121的外围部分中。

因此，第一金属层180可设置为沿着谐振部120的外围，并且被设置为围绕第二电极125。然而，示例不限于此。

在根据实施例的如上所述构造的声波谐振器中，如上所述，第二电极125可堆叠在压电层123的压电部123a和倾斜部1231上。此外，第二电极125的设置在压电层123的倾斜部1231上的部分可仅设置在倾斜部1231的倾斜表面的一部分上，而不是整个倾斜表面上。

图3是测量和示出根据根据示例的声波谐振器的第二电极的结构的声波谐振器的谐振性能的曲线图，图4是总结图3中所示的曲线图的值的表。

在测量中使用的声波谐振器是图1至图2中所示的声波谐振器，插入层170的厚度为插入层170的倾斜表面L的倾斜角θ为20°，倾斜表面L的长度(l_s或宽度)为0.87μm。

另一方面，在示例中，压电层123的倾斜表面可沿着插入层170的倾斜表面形成以具有相同的形状，因此压电层123的倾斜表面的长度可认为等于插入层的倾斜表面L的长度l_s。

参照图3，图3是当设置在上述声波谐振器中的延伸部E中的第二电极125a的宽度W_e改变时测量声波谐振器的衰减的曲线图。

在图3中，Y轴表示声波谐振器的衰减。在本示例中，声波谐振器的衰减大意味着当横向波从谐振部120向外流动时发生的损耗小。因此，这意味着声波谐振器的性能可得到改善。

此外，X轴表示设置在声波谐振器中的延伸部E中的第二电极125a的端部处的宽度W_e。因此，X轴上的由正数表示的部分表示第二电极125a和插入层在延伸部E内重叠的距离，另外，由负数表示的部分表示第二电极125a与插入层(或延伸部)间隔开的水平距离。此外，0μm是指第二电极125a的端部设置为沿中央部S和延伸部E之间的边界同时第二电极125a和插入层170不重叠的状态。

此外，图3示出了根据延伸部E中的第二电极的宽度W_e的声波谐振器的(机电耦合系数)(％)的值。这里，/>(％)表示谐振部的结构的压电特性。

参照图3和图4，基于第二电极125的端部设置为沿着与插入层170相同的边界(X轴：0μm)的构造，随着X轴的值增加，衰减特性增加。相反，当X轴的值减小时，第二电极125远离与插入层170的边界运动。在这样的示例中，衰减变小，因此声波谐振器的特性劣化。

这是延伸部E中的横向波的反射性能提高的结果。如图2中所示，当第二电极125位于插入层170的倾斜表面上时，谐振部120的声阻抗的局部结构可以是疏/密/疏/密结构。因此，增大了用于向谐振部120的内部反射横向波的反射界面。因此，大多数横向波不能从谐振部120向外流动，并且被反射然后流向谐振部120的内部，从而改善衰减特性。

此外，在延伸部E中的压电层123的倾斜表面的长度l_s为0.87μm的声波谐振器中，当堆叠在压电层123的倾斜表面上的第二电极125a的宽度W_e为0.4μm至0.8μm时，衰减最大，这意味着由谐振部120的向外流出的横向波引起的损耗显著地减小。此外，当延伸部E中的第二电极125a的宽度W_e大于或小于上述宽度时，测量到衰减减小，因此谐振性能会降低。

另一方面，考虑到延伸部E中的第二电极125的宽度W_e与倾斜表面的长度l_s的比率W_e/l_s，如图4中所示，在比率W_e/l_s在0.46和0.92之间的示例中，衰减保持在38dB或更大。

因此，为了确保谐振性能，在根据示例的声波谐振器100中，延伸部E内的第二电极125a的宽度W_e与倾斜表面的长度l_s的比率W_e/l_s可定义在0.46至0.92的范围内。然而，示例的整体构造不限于上述范围，并且可根据倾斜角θ的大小或插入层170的厚度的变化来改变范围。

这里，当第二电极在压电层的倾斜部1231上方设置在整个延伸部E中时，如图3和图4中所示，当延伸部E中的第二电极125a的宽度W_e为2.2μm、4.2μm或6μm时，测量到衰减的峰值。

此外，如图3中所示，随着第二电极125和插入层170重叠的面积变大，声波谐振器的(％)的值会减小。在这方面，因为由于插入层170引起的低效面积(inefficientarea)变大，所以声波谐振器的/>(％)的值会减小。

因此，为了获得用于每个声波谐振器的不同(％)值，插入层170和第二电极125重叠的面积可不同地应用于每个声波谐振器，因此在滤波器设计方面可增加设计自由度。

在根据上述示例的声波谐振器中，因为由于插入层170，谐振部120的延伸部E形成为具有大于中央部S的厚度的厚度，因此，可通过抑制由中央部S产生的振动向外逸出而增大声波谐振器的Q因数。

此外，第二电极125可部分地设置在延伸部E中，从而提供显著改善的谐振性能。

另外，当插入层170使用包含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成时，沉积在插入层170上方的压电层123的晶体取向变得更好。因此，可获得更流畅地在谐振器的横向方向上的散热。

另一方面，根据示例的声波谐振器不限于上述示例，并且可以以各种方式进行修改。

图5是示出根据一个或更多个实施例的声波谐振器的示意性截面图，并且图5是沿图1的线I-I'截取的截面图。

参照图5，留下根据示例的声波谐振器的插入层170的支撑压电层123的部分，并且从谐振部120去除所有剩余部分。如上所述，如果必要，插入层170可部分地设置。

当声波谐振器如上所述进行构造时，插入层170可设置为不与第一金属层180或蚀刻停止部145接触。此外，插入层170可不设置在谐振部120的外部，而是可设置在腔C的上部区域内。然而，设置插入层170的区域不限于此。

图6是示出根据一个或更多个实施例的声波谐振器的示意性截面图，并且图6是沿图1中的线I-I'截取的截面图。

参照图6，根据实施例的声波谐振器的插入层170可设置在第一电极121和第一金属层180之间，从而将第一电极121电连接到第一金属层180。

由于插入层170利用金属材料形成，所以第一电极121和第一金属层180之间的电路径可通过在延伸部E的一部分中的插入层170延伸。这种构造可降低在延伸部E中或延伸部E附近的第一电极121的布线电阻。因此，可减少声波谐振器的插入损耗。

如上所述，根据示例，在体声波谐振器中，由于插入层使用含钪(Sc)的铝合金(AlSc)形成，可改善沉积在插入层的上方的压电层的晶体取向。因此，在谐振器的横向方向上的散热被流畅地执行，因此可提高散热效率。

虽然本公开包括具体示例，但是在理解本申请的公开内容之后将明显的是，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

1.一种体声波谐振器，包括：

基板；

谐振部，包括顺序地堆叠在所述基板上的第一电极、压电层和第二电极，并且还包括中央部和沿所述中央部的周边设置的延伸部；以及

插入层，设置在所述延伸部中并位于所述第一电极和所述压电层之间，

其中，所述插入层利用含钪的铝合金形成。

2.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：

种子层，利用金属材料形成，并设置在所述第一电极和所述插入层之间。

3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其中，所述种子层利用具有密排六方晶体结构的金属形成。

4.根据权利要求3所述的体声波谐振器，其中，所述种子层利用钛元素和钌元素中的一种形成。

5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述压电层利用氮化铝和包含稀土金属的掺杂的氮化铝中的一种形成。

6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中，所述稀土金属包含钪、铒、钇和镧中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述钪的含量为0.1at％至5at％。

8.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述插入层的厚度为或更大，并且所述插入层的厚度小于所述压电层的厚度。

9.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述插入层具有倾斜表面，所述插入层的与所述倾斜表面对应的部分的厚度随着距所述中央部的距离的增加而增加，并且

所述压电层包括设置在所述倾斜表面上的倾斜部。

10.根据权利要求9所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极设置为使所述第二电极的至少一部分设置在所述压电层的所述倾斜部的倾斜表面上。

11.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：

保护层，堆叠在所述第二电极上。

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：压电部，设置在所述中央部中；以及弯曲部，设置在所述延伸部中，并从所述压电部沿着所述插入层的形状倾斜地延伸。

13.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述插入层电连接在所述第一电极和第一金属层之间，其中，所述第一金属层与所述第二电极间隔开预定距离并且设置为围绕所述谐振部。

14.一种体声波谐振器，包括：

基板；

谐振部，包括顺序地堆叠在所述基板上的第一电极、压电层和第二电极；

插入层，设置在所述压电层和所述第一电极之间，并且被构造为利用含钪的铝合金形成，钪的含量范围为0.1at％至5at％；以及

种子层，设置在所述插入层和所述第一电极之间，并形成为包含钛元素和钌元素中的一种。

15.根据权利要求14所述的体声波谐振器，其中，所述种子层的钛元素具有密排六方晶体结构。

16.根据权利要求14所述的体声波谐振器，其中，所述插入层利用具有面心立方晶体结构的材料形成。