CN112187206A - 体声波谐振器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种体声波谐振器，所述体声波谐振器可包括：基板；谐振部，包括第一电极、压电层和第二电极，所述第一电极设置在所述基板上；所述压电层设置在所述第一电极上，所述第二电极设置在所述压电层上；以及种子层，设置在所述第一电极的下部。所述种子层可利用具有密排六方(HCP)结构的钛(Ti)或具有所述HCP结构的Ti的合金形成。所述种子层可具有大于或等于
Figure DDA0002314656720000011
且小于或等于
Figure DDA0002314656720000012
的厚度，或者可比所述第一电极薄。

Description

体声波谐振器
本申请要求于2019年7月3日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0080123号韩国专利申请的优先权的权益，该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
根据无线通信装置的小型化趋势，需要使高频组件小型化的技术。例如，可提供使用半导体薄膜晶圆制造技术的体声波(BAW)型滤波器。
BAW谐振器是一种将压电介电材料沉积在硅晶圆(其为半导体基板)上的薄膜器件。BAW谐振器通过利用BAW谐振器的压电特性来引起谐振实现为滤波器。
近来，针对5G通信的技术关注日益增长，并且正在执行对能够在候选频带中实现的技术的开发。
然而，在使用Sub 6GHz(4GHz至6GHz)频带的5G通信的情况下，带宽增大，这缩短了通信距离。在这方面上，信号强度或功率可增大。此外，当频率增大时，在压电层或谐振部中发生的损耗可能增大。
因此，期望一种能够承受更高功率并且使在压电层中发生的损耗最小化的体声波谐振器。
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；谐振部，包括第一电极、压电层和第二电极，所述第一电极设置在所述基板上，所述压电层设置在所述第一电极上，所述第二电极设置在所述压电层上；以及种子层，设置在所述第一电极的下部。所述种子层利用具有密排六方(HCP)结构的钛(Ti)或具有所述HCP结构的Ti的合金形成。所述种子层具有大于或等于
Figure BDA0002314656700000022
且小于或等于
Figure BDA0002314656700000021
的厚度，或者所述种子层比所述第一电极薄。
所述压电层可包含氮化铝(AlN)或包含钪(Sc)的AlN。
所述压电层可利用包含20wt％至40wt％的Sc的氮化铝形成。
所述第一电极可利用钼(Mo)形成。
所述体声波谐振器还可包括插入层，所述插入层部分地设置在所述谐振部中并且设置在所述第一电极与所述压电层之间。所述压电层可由于所述插入层而部分地隆起。
所述插入层可具有倾斜表面。所述压电层可具有设置在所述倾斜表面上的倾斜部。
所述第二电极的端部可设置在所述倾斜部上。
所述压电层可包括设置在所述倾斜部的外侧上的延伸部。所述第二电极的至少一部分可设置在所述延伸部上。
在另一总体方面，一种体声波谐振器包括：基板；谐振部，包括第一电极、压电层和第二电极，所述第一电极设置在所述基板上，所述压电层设置在所述第一电极上，所述第二电极设置在所述压电层上；以及阻挡层，设置在所述压电层与所述第一电极之间。所述阻挡层利用具有密排六方(HCP)结构的钛(Ti)或具有所述HCP结构的Ti的合金形成。所述阻挡层具有
Figure BDA0002314656700000024
Figure BDA0002314656700000025
至
Figure BDA0002314656700000023
的厚度。
所述压电层可包括氮化铝(AlN)或包含钪(Sc)的AlN。
所述压电层可利用包括20wt％至40wt％的Sc的氮化铝形成。
所述第一电极可利用钼(Mo)形成。
所述体声波谐振器还可包括插入层，所述插入层部分地设置在所述谐振部中并且设置在所述第一电极与所述压电层之间。所述压电层可由于所述插入层而部分地隆起。
在另一总体方面，一种体声波谐振器包括：基板；谐振部，包括第一电极、压电层和第二电极，所述第一电极设置在所述基板上，所述压电层设置在所述第一电极上，所述第二电极设置在所述压电层上；种子层，设置在所述第一电极的下部；以及阻挡层，设置在所述压电层与所述第一电极之间。所述种子层和所述阻挡层利用具有密排六方(HCP)结构的钛(Ti)或具有所述HCP结构的Ti的合金形成。
所述种子层的厚度可为
Figure BDA0002314656700000031
至
Figure BDA0002314656700000032
所述阻挡层的厚度可为
Figure BDA0002314656700000034
至
Figure BDA0002314656700000033
所述体声波谐振器还可包括插入层，所述插入层部分地设置在所述谐振部中并且设置在所述第一电极与所述压电层之间。所述压电层可由于所述插入层而部分地隆起。
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是示出根据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是示出第一电极与种子层之间的晶格失配的测量的结果的示图。
图6是示出第一电极与压电层之间的晶格失配的测量的结果的示图。
图7是示出第一电极的晶体取向的测量的结果的示图。
图8是图7的曲线图。
图9是示出通过改变种子层的材料和阻挡层的存在而测量的压电层的晶体取向的曲线图。
图10是通过根据种子层的厚度分析X-射线衍射(XRD)而获得的第一电极的晶体表面的晶体取向的曲线图。
图11是通过根据阻挡层的厚度分析X-射线衍射(XRD)而获得的压电层的晶体表面的晶体取向的曲线图。
图12和图13是根据实施例的体声波谐振器的示意图。
图14是示出根据钪(Sc)的含量的AlScN薄膜的异常生长的测量的曲线图。
在所有的附图和具体实施方式中，相同的附图标记指示相同的元件。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在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种变换、修改及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作的顺序仅仅是示例，并不局限于在此阐述的顺序，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之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域已知的特征的描述。
在此描述的特征可以以不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切的说，已经提供在此描述的示例仅仅为了示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或系统的很多可行的方式中的一些方式。
在此，注意的是，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种特征的至少一个示例或实施例，而所有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“位于”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“位于”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“直接位于”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。
如在此使用的，术语“和/或”包括相关的所列项中的任意一个和任意两个或更多个的任意组合。
尽管可在此使用诸如“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。
为了便于描述，在此可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”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的关系。这样的空间相对术语意在除了包括附图中所描绘的方位之外还包括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“在……之上”或“上部”的元件随后将相对于其他元件位于“在……之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或位于其他方位)，并且将相应地解释在此使用的空间相对术语。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不用于限制本公开。除非上下文另有清楚地指出，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”列举存在所陈述特征、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，可能发生附图中所示的形状的变化。因此，在此所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造工艺期间发生的形状上的变化。
在此描述的示例的特征可以在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管在此描述的示例具有多种构造，但是在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的其他构造是可行的。
根据本公开的一方面，一种体声波谐振器能够通过使压电层的损耗最小化来提高操作可靠性。根据本公开的另一方面，一种体声波谐振器能够通过使由于电极的电阻率降低而引起的体声波谐振器的插入损耗最小化来提高操作可靠性。
图1是示出根据实施例的声波谐振器100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是沿着图1的线III-III'截取的截面图。
参照图1至图4，声波谐振器100可以是体声波(BAW)谐振器，并且声波谐振器100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。例如，基板110可以是硅晶圆或绝缘体上硅(SOI)型基板。
绝缘层115可设置在基板110的顶表面上并且可使基板110与谐振部120彼此电隔离。此外，当在制造体声波谐振器100期间形成腔C时，绝缘层115可防止基板110被蚀刻气体蚀刻。
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，并且绝缘层115可通过化学气相沉积工艺、射频(RF)磁控溅射工艺和蒸镀工艺中的任意一种工艺而形成。
牺牲层140可设置在绝缘层115上，并且腔C和蚀刻防止部145可设置在牺牲层140中。
腔C利用空的空间形成，并且可通过去除牺牲层140的一部分而形成。
由于腔C形成在牺牲层140中，所以谐振部120可形成为在牺牲层140的上部上是平坦的。
蚀刻防止部145沿着腔C的边界设置。在形成腔C期间，蚀刻防止部145被设置为防止蚀刻进行到超出腔区域。
膜层150形成在牺牲层140上并且形成腔C的上表面。因此，膜层150利用在形成腔C期间不易被去除的材料形成。
例如，当使用诸如氟化物(F)、氯化物(Cl)等的卤化物蚀刻气体来去除牺牲层140的一部分(例如，腔区域)时，膜层150可利用对蚀刻气体具有低反应性的材料形成。在这种情况下，膜层150可包括二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)中的至少一种。
此外，膜层150可利用包含氧化镁(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)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合的介电层形成，或者利用包含铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、镓(Ga)和铪(Hf)中的任何一种或者任意两种或更多种的任意组合的金属层形成。然而，膜层150不限于前述示例。
谐振部120包括第一电极121、压电层123和第二电极125。第一电极121、压电层123和第二电极125以在此所列出的顺序层叠在谐振部120上。因此，压电层123的设置在谐振部120中的部分设置在第一电极121与第二电极125之间。
由于谐振部120形成在膜层150上，所以膜层150、第一电极121、压电层123和第二电极125以上述顺序层叠在基板110上。
谐振部120可通过根据施加到第一电极121和第二电极125的信号使压电层123谐振来产生谐振频率和反谐振频率。
谐振部120可包括中心部S和延伸部E，在中心部S中，第一电极121、压电层123和第二电极125堆叠为基本平坦，在延伸部E中，插入层170插入在第一电极121与压电层123之间。
中心部S为设置在谐振部120的中心的区域，而延伸部E为沿着中心部S的外周设置的区域。因此，延伸部E为从中心部向外延伸的区域并且指的是沿着中心部S的外周以连续的环状物的形状形成的区域。然而，如果需要，延伸部E可为从其中去除了一部分的不连续的环状物的形状。
如图2中所示，在谐振部120的沿着通过中心部S的线I-I'(图1)截取的截面中的延伸部E设置在中心部S的两个端部上。此外，插入层170在中心部S的两个端部设置在延伸部E中。
插入层170具有倾斜表面L，倾斜表面L具有在远离中心部S的方向上增大的厚度。
在延伸部E中，压电层123和第二电极125设置在插入层170上。因此，压电层123的设置在延伸部E中的部分和第二电极125的设置在延伸部E中的部分具有与插入层170的倾斜表面L相对应的倾斜表面。
在实施例中，延伸部E包括在谐振部120中，因此，在延伸部E中可发生谐振，但是本公开不限于此。根据延伸部E的结构，可仅在中心部S中发生谐振，并且可不在延伸部E中发生谐振。
第一电极121和第二电极125可利用导电材料(例如，金、钼、钌、铱、铝、铂、钛、钨、钯、钽、铬、镍或包含它们中任意一种或者任意两种或更多种的任意组合)形成。然而，第一电极121和第二电极125不限于所列出的材料。
第一电极121和第二电极125形成为在谐振部120中具有比其在谐振部外部的表面积大的表面积。在第一电极121上沿着第一电极121的外边缘设置第一金属层180。因此，第一金属层180可与第二电极125间隔开特定距离并且可被设置为包围谐振部120。
设置在膜层150上的第一电极121形成为完全平坦。相比之下，第二电极125设置在压电层123上，因此可在第二电极125中形成与压电层123的形状相对应的弯曲部。
第一电极121可用作输入电极和输出电极中的任意一个，输入电极和输出电极分别输入和输出诸如射频(RF)信号等的电信号。
第二电极125设置在整个中心部S中，并且部分地设置在延伸部E中。第二电极125可包括设置在压电层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。
例如，在实施例中，第二电极125被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。因此，第二电极的设置在延伸部E中的一部分125a(图4)形成为具有比压电层123的倾斜部1231的表面积小的表面积，并且第二电极125在谐振部120中形成为具有比压电层123小的表面积。
因此，如图2中所示，在谐振部120的沿着通过中心部S的线I-I'(图1)截取的截面中，第二电极125的端部设置在延伸部E中。此外，第二电极125的设置在延伸部E中的端部部分地与插入层170叠置。如在此使用的，术语“叠置”意味着，当第二电极125投影在设置有插入层170的平坦表面上时，第二电极125的在平坦表面上投影的形状与插入层170的形状叠置。
第二电极125可用作输入电极和输出电极中的任意一个，输入电极和输出电极分别输入和输出诸如射频(RF)信号等的电信号。也就是说，当第一电极121用作输入电极时，第二电极125用作输出电极，而当第一电极121用作输出电极时，第二电极125用作输入电极。
如图4中所示，当第二电极125的端部设置在压电层123的倾斜部1231上时，谐振部120的声阻抗形成为具有从中心部S起的稀疏/密集/稀疏/密集的结构，从而增大了将横向波反射到谐振部120中的反射界面。因此，大部分横向波并未逸出到谐振部120的外部，而是被反射到谐振部120中，并且体声波谐振器100可具有改善的性能。
压电层123产生压电效应，该压电效应将电能转换成弹性波形式的机械能，并且压电层123形成在第一电极121和插入层170上。
可选择性地将氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、掺杂的氮化铝、锆钛酸铅、石英等用作压电层123的材料。掺杂的氮化铝还可包括稀土金属、过渡金属或碱土金属。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。过渡金属可包括铪(Hf)、钛(Ti)、锆(Zr)、钽(Ta)和铌(Nb)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。碱土金属可以包括镁(Mg)。
当为了改善压电特性而在AlN中掺杂的原子的量小于0.1at％时，可能无法实现与AlN的压电特性相比改善的压电性能。当在AlN中掺杂的原子的量大于30at％时，制造用于沉积和成分控制的溅射靶是困难的，从而导致不均匀的相。
因此，实施例中的在AlN中掺杂的原子的量在0.1at％至30at％的范围内。
在实施例中，压电层123通过在AlN中掺杂Sc来形成。在这种情况下，压电常数增大，从而增大了体声波谐振器的机电耦合系数(Kt2)。然而，本公开不限于这样的实施例。
根据实施例的压电层123包括设置在中心部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直接堆叠在第一电极121的上表面上。因此，压电部123a插入在第一电极121与第二电极125之间并且与第一电极121和第二电极125一起形成得平坦。
弯曲部123b被定义为从压电部123a向外延伸到延伸部E中的位置的部分。
弯曲部123b设置在插入层170上，并且形成为具有与插入层170一致的其中上表面隆起的形状。在这方面上，压电层123在压电部123a和弯曲部123b的边界处弯曲，并且弯曲部123b根据插入层的厚度和形状而隆起。
弯曲部123b可包括倾斜部1231和延伸部1232。
倾斜部1231为形成为沿着插入层170的倾斜表面L倾斜的部分。延伸部1232为从倾斜部1231向外延伸的部分。
倾斜部1231形成为与插入层170的倾斜表面L平行，并且倾斜部1231的倾斜角度可与插入层170的倾斜表面L的倾斜角度相同。
插入层170沿着由蚀刻防止部145以及膜层150和第一电极121形成的表面设置。因此，插入层170部分地设置在谐振部120中并且设置在第一电极121与压电层123之间。
插入层170围绕中心部S设置以支撑压电层123的弯曲部123b。因此，压电层123的弯曲部123b可包括根据插入层170构造的倾斜部1231和延伸部1232。
插入层170设置在除了中心部S之外的区域中。例如，插入层170可设置在除了基板110的中心部S之外的整个基板110上或者设置在基板110的除了中心部S之外的一部分上。
插入层170的厚度在远离中心部S的方向上增大。在这方面上，插入层170的与中心部S相邻的侧表面可以是具有预定倾斜角度θ的倾斜表面L。
如果插入层170的侧表面的倾斜角度θ小于5°，则为了制造插入层170，插入层170将需要非常薄或者需要具有非常大的倾斜表面L的表面积，从而使得插入层170基本上难以实现。
此外，如果插入层170的侧表面的倾斜角度θ大于70°，则压电层123的堆叠在插入层170上的部分的倾斜角度或第二电极125的堆叠在插入层170上的部分的倾斜角度可大于70°。在这样的情况下，压电层123的堆叠在倾斜表面L上的部分或第二电极125的堆叠在倾斜表面L上的部分可能会过度弯曲，从而在弯曲部中产生裂纹。
因此，在实施例中，倾斜表面L的倾斜角度θ可在5°至70°的范围内。
另外，在实施例中，压电层123的倾斜部1231沿着插入层170的倾斜表面L形成，因此，倾斜部1231形成为具有与插入层170的倾斜表面L的倾斜角度相同的倾斜角度。因此，倾斜部1231的倾斜角度与插入层170的倾斜表面L的倾斜角度在5°至70°的相同范围内。这样的构造基本上相同地应用于第二电极125的堆叠在插入层170的倾斜表面L上的部分。
插入层170可利用诸如二氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)、氧化锰(MnO)、氧化锆(ZrO2)、锆钛酸铅(PZT)、砷化镓(GaAs)、氧化铪(HfO2)、氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等的电介质形成，但是插入层170可利用与压电层123的材料不同的材料形成。
此外，插入层180的材料也可以是金属。由于当在5G通信中使用体声波谐振器100时在谐振部120中产生热，所以有必要使在谐振部120中产生的热顺利地释放。为此，插入层170可利用包含Sc的铝合金形成。
谐振部120通过腔C与基板110间隔开，腔C形成为空的空间。
腔C可通过在制造体声波谐振器100时通过流入孔(图1的H)供应蚀刻气体(或蚀刻溶液)并且去除牺牲层140的一部分来形成。
沿着体声波谐振器100的外表面设置的保护层127保护体声波谐振器100免受外部环境的影响。保护层127可沿着由第二电极125和压电层123的弯曲部123b形成的外表面设置。
可提供包含氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(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)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合的介电层作为保护层127，但是保护层127不限于上述示例。
保护层127可形成为单层。然而，如果需要，保护层127可通过堆叠利用不同材料形成的两层来形成。在最后的制造工艺中，保护层127可被部分地去除以调整频率。例如，可在将保护层127设置在体声波谐振器100中之后的工艺中调整保护层127的厚度。
第一电极121和第二电极125可延伸到体声波谐振器100的位于谐振部120外部的侧部。第一金属层180和第二金属层190可分别形成在通过第一电极121和第二电极125的延伸形成的区域的上表面上。
第一金属层180和第二金属层190可利用金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜-锡(Cu-Sn)合金、铝(Al)、铝合金等形成。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可用作分别将第一电极121和第二电极125电连接到与体声波谐振器100相邻设置的另一体声波谐振器的电极的连接线，或者可用作外部连接端子。然而，第一金属层180和第二金属层190不限于所描述的构造。
第一金属层180穿透保护层127以与第一电极121接触。
此外，第一电极121在谐振部120中形成为具有比第二电极125的面积大的面积，并且第一金属层180沿着第一电极121的外周形成。
因此，第一金属层180可沿着谐振部120的外周设置，因此，第一金属层180可围绕第二电极125。
压电层123可通过在AlN中掺杂诸如Sc的元素来形成，以扩宽谐振部120的带宽。如前所述，当压电层123通过在AlN中掺杂Sc来形成时，压电常数增大，从而增大了体声波谐振器100的Kt2。
为了在5G通信中使用体声波谐振器100，压电层123需要具有高的压电常数，以使压电层123能够在相应的频率下平稳地工作。作为测量的结果，示出了压电层123需要在AlN中包含至少20wt％的Sc。因此，根据实施例，压电层123利用包含至少20wt％的Sc的AlScN形成。
Sc含量基于铝和钪的重量限定。也就是说，当铝和钪的总重量为100g时，20wt％的Sc含量是指钪重量为20g。
压电层123通过溅射工艺来形成，并且在溅射工艺中使用的溅射靶是铝-钪(AlSc)靶，AlSc靶通过熔化(包括熔化铝和钪)并使铝和钪硬化来制造。
当AlSc靶具有40wt％或更高的Sc含量时，不仅形成Al3Sc相，而且形成Al2Sc相。这导致了AlSc靶在其处理工艺期间由于脆性的Al2Sc相而容易破裂的问题。
因此，在实施例中，压电层123利用包含20wt％至40wt％的Sc的AlScN材料形成。
当掺杂的Sc的量增加到多于20wt％时，在AlN的HCP晶体结构中沿着角晶体方向快速晶体生长的可能性增大，从而使异常生长的频率以指数方式增大。因此，当掺杂的元素的含量过度增加时，压电层123中的损耗可能由于异常生长而增加。
图14是示出根据Sc的含量的AlScN薄膜的异常生长的测量的曲线图。在图14中示出了：当Sc含量为20wt％或更多时，异常生长显著地增大。
因此，为了将Sc量配置成20wt％或更多，有必要提供改善的晶体取向来抑制异常生长。
此外，用于5G通信的谐振部120应随着其频率增大而变薄。然而，当压电层123的厚度减小时，从压电层123泄漏的泄漏电流的量趋于增大。
在这方面上，当压电层123中异常生长率增大时，压电层123中的损耗可进一步增加，并且在高功率条件下，压电层123可能会损坏。
为此，体声波谐振器100可具有设置在第一电极121的下部上的种子层162以及设置在第一电极121的上部上的阻挡层164(位于第一电极121与压电层123之间)。
种子层162设置在第一电极121的下部，因此种子层162设置在第一电极121与膜层150之间，从而用作用于形成第一电极121的种子。
实施例中的种子层162利用具有密排六方(HCP)结构的金属形成。在这种情况下，种子层162与第一电极121的晶格失配可减少，并且第一电极121的表面电阻可改善。作为这种效果的示例，种子层162可包含钛(Ti)材料。例如，种子层162可用Ti层实现。
图5是示出第一电极121与种子层162之间的晶格失配的测量的结果的示图。
参照此示图，当种子层162利用AlN形成时，Mo材料的第一电极121与种子层162之间的晶格失配被测量为14.11％，而当种子层162利用具有HCP结构的Ti形成时，Mo材料的第一电极与种子层162之间的晶格失配被改善为8.24％。
因此，当种子层162利用Ti形成时，可改善第一电极121的晶体取向，并且最终，显著地影响压电层123的晶体取向。
阻挡层164设置在第一电极121与压电层123之间。
阻挡层164设置在第一电极121的上表面上，因此阻挡层164设置在第一电极121与压电层123之间，从而改善了压电层的晶体取向。
阻挡层164可利用具有HCP结构的金属形成。在这种情况下，第一电极121与压电层123之间的晶格失配可减少。作为这种效果的示例，阻挡层164可包含Ti材料。例如，阻挡层164可利用Ti层实现。
图6是示出第一电极121和压电层123之间的晶格失配的测量的结果的图。
参照图6，当压电层123设置在没有阻挡层164的第一电极121上时，Mo材料的第一电极与AlScN材料的压电层123之间的晶格失配被测量为约14.11％。然而，根据在此公开的实施例，当利用Ti材料形成的阻挡层164设置在第一电极121上时，阻挡层164与压电层123之间的晶格失配被改善为5.42％。
在此公开的实施例中的阻挡层164设置在第一电极121的位于不具有插入层170的中心部S中的部分上，并且设置在第一电极121与延伸部E中的插入层170之间。
在不存在阻挡层164的情况下，插入层170直接设置在第一电极121上。在这种情况下，在制造体声波谐振器100期间将插入层170沉积并图案化在第一电极121上。
然而，第一电极121的一部分可被在插入层170的图案化中使用的蚀刻气体(例如，O2、Cl2)去除。在这方面上，第一电极121的布置在中心部S上的部分的表面粗糙度增大，这可能会对在压电层123的沉积/生长时的晶体取向有些不利。
因此，在实施例中，阻挡层164利用插入层170的材料以及具有高的干法蚀刻选择性的材料形成。在这种情况下，可改善由于第一电极121的损耗而引起的频率分布。
此外，当阻挡层164利用不仅有助于相对于第一电极121的晶体取向而且有助于压电层123的晶体取向的材料形成时，可通过改善的第一电极121的表面粗糙度来改善压电层123的晶体取向。
如前所述，阻挡层164利用Ti形成。
当阻挡层164利用Ti形成时，插入层170的干法蚀刻选择性是优异的，并且第一电极121与压电层123之间的晶格失配减少，从而有助于晶体取向的改善。
然而，本公开不限于前述示例，并且如果需要，可首先制造插入层170，然后将插入层170设置在第一电极121与压电层123之间。
图7是示出第一电极121的晶体取向的测量的结果的示图。图8是图7的曲线图，图8示出了种子层162利用AlN形成的情况与种子层利用Ti形成的情况的比较。
参照图7和图8，在其中种子层162利用AlN形成的结构(a)中，第一电极121的晶体表面的半峰全宽(FWHM)为2.462°，而在其中种子层162利用Ti形成的结构(b)中，第一电极121的晶体表面的FWHM为1.633°，这表明晶体取向显著地增大。此外，示出了：与当种子层162利用AlN形成时相比，当种子层162利用Ti形成时，电阻率降低。
在这方面上，具有AlN-种子层的体声波谐振器的插入损耗被测量为0.065dB，而具有Ti-种子层的体声波谐振器的插入损耗被测量为0.041dB，这表明插入损耗改善了0.024dB。
图9是示出通过改变种子层162的材料和阻挡层164的存在而测量的压电层123的晶体取向的曲线图。
图9中的结构(c)是其中种子层162利用AlN形成并且不包括阻挡层164的结构，并且结构(d)是其中种子层162利用Ti形成并且不包括阻挡层164的结构，而结构(e)是其中种子层162利用AlN形成并且阻挡层164利用Ti形成的结构，并且结构(f)是其中种子层162和阻挡层164利用Ti形成的结构。
在图9的曲线图中，AlScN压电层123的厚度为400nm，Mo材料第一电极121的厚度为200nm，并且种子层162的厚度为50nm。
参照图9，在其中种子层162利用AlN形成的结构(c)中，压电层123的晶体表面的FWHM为1.855°，而在其中种子层162和阻挡层164均利用Ti形成的结构(f)中，压电层123的晶体表面的FWHM为1.336°，这表明显著地改善了晶体取向。
还可理解的是，与仅包括Ti种子层162的结构(d)或者其中种子层162利用AlN形成并且阻挡层164利用Ti形成的结构(e)相比，结构(f)已改善了晶体取向。
当应用利用Ti材料形成的种子层162和利用Ti材料形成的阻挡层164时，显著地改善了AlScN材料的压电层123的晶体取向，因此，可抑制压电层123的异常生长。在这方面上，还减少了在压电层123中产生的损耗，从而有利于提供适用于5G通信的体声波谐振器。
图10是通过根据种子层的厚度分析X射线衍射(XRD)而获得的第一电极的晶体表面110的晶体取向的曲线图。
参照图10，示出了：当种子层162的厚度小于
Figure BDA0002314656700000155
时，利用Mo形成的第一电极121的晶体表面110的FWHM急剧增大，从而减小了第一电极121的晶体表面的晶体取向。因此，在在此公开的实施例中，种子层162的厚度形成为是至少
Figure BDA0002314656700000154
当种子层162比第一电极121厚时，声波损耗在体声波谐振器的竖直方向上的振动中增加。为了减少这种声波损耗，第一电极121和第二电极125利用具有高声阻抗的材料形成。然而，在在此公开的实施例中，种子层162利用具有比第一电极121低的声阻抗的材料形成。
因此，当种子层162比第一电极121厚时，在竖直方向上的声波损耗由于低声阻抗而增加，因此，体声波谐振器的压电特性降低。此外，由于种子层162是金属，所以当种子层162比第一电极121厚时，就自由电子流而言，种子层162中的损耗可能增加。
在这方面上，在此公开的实施例中的种子层162形成为比第一电极121薄。
在种子层162是Ti薄膜的情况下，当厚度为至少
Figure BDA0002314656700000153
时，除了Ti晶体表面0002之外，晶体表面(1-210)开始形成。这可能对第一电极121或压电层123的晶体取向具有不利影响。因此，实施例中的种子层162的厚度可在
Figure BDA0002314656700000151
至
Figure BDA0002314656700000152
的范围内。
图11是通过根据阻挡层164的厚度分析X射线衍射(XRD)而获得的压电层的晶体表面0002的晶体取向的曲线图。
参照图11，示出了：当阻挡层的厚度大于
Figure BDA0002314656700000162
时，压电层123的晶体表面0002的FWHM急剧地增大，从而减小了晶体取向。因此，实施例中的阻挡层164的厚度形成为是
Figure BDA0002314656700000163
或更小。
当阻挡层的厚度为
Figure BDA0002314656700000161
或更小时，阻挡层的HPC晶体结构不易形成，并且在构成阻挡层的薄膜上可能形成针孔等。这可能影响随后沉积的压电层123的晶体取向。此外，当阻挡层形成为具有
Figure BDA0002314656700000164
或更小的厚度时，制造工艺的困难可由于在阻挡层的图案化或后续工艺中缺乏厚度裕度而增加。
因此，实施例中的阻挡层164形成为具有至少
Figure BDA0002314656700000165
的厚度。
根据实施例的具有所述构造的体声波谐振器100可通过改善压电层123的晶体取向来抑制异常生长。在这方面上，可使在压电层123中产生的损耗最小化，从而提供适用于5G通信的体声波谐振器。
本公开不限于先前描述的实施例，并且可以以各种形式实施。
图12和图13分别是根据实施例的体声波谐振器100-1和100-2的示意图。
参照图12，体声波谐振器100-1包括设置在压电层123的整个上表面上的第二电极125-1。因此，除了压电层123的倾斜部1231之外，第二电极125-1还形成在延伸部1232上。
参照图13，在谐振部120的沿着通过中心部S的线截取的截面的示图中，在体声波谐振器100-2中，第二电极125-2的端部仅形成在压电层123的压电部123a的上表面上，而并未形成在压电层123的弯曲部123b上。在这方面上，第二电极125-2的端部沿着压电部123a和倾斜部1231之间的边界设置。
如上所述，如果需要，体声波谐振器可以以各种形式来实施。例如，在先前描述的实施例中，在体声波谐振器中设置了Ti-种子层162和Ti-阻挡层164两者。然而，即使在仅设置了Ti-种子层162和Ti-阻挡层164中的一个时，也可通过改善晶体取向来减少晶格失配。因此，如果需要，可包括Ti-种子层162和Ti-阻挡层164中的任意一个。
根据在此的公开内容的体声波谐振器通过种子层和阻挡层改善了压电层的晶体取向，因此可防止异常生长。因此，可使从压电层产生的损耗最小化。因此，可提供适用于5G通信的体声波谐振器。
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显而易见是的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神及范围的情况下，可在形式和细节上对这些示例做出各种改变。在此描述的示例将仅被理解为描述性含义，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可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果以不同的方式组合所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，和/或通过其他组件或其等同物替换或增添所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且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被包括在本公开中。

Claims (18)

1.一种体声波谐振器，包括：
基板；
谐振部，包括：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；以及第二电极，设置在所述压电层上；以及
种子层，设置在所述第一电极的下部；
其中，所述种子层利用具有密排六方结构的钛或具有所述密排六方结构的钛的合金形成，并且
其中，所述种子层具有大于或等于
Figure FDA0002314656690000011
且小于或等于
Figure FDA0002314656690000012
的厚度，或者所述种子层比所述第一电极薄。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述压电层包含氮化铝或包含钪的氮化铝。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其中，所述压电层利用包含20wt％至40wt％的钪的氮化铝形成。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第一电极利用钼形成。
5.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插入层，所述插入层部分地设置在所述谐振部中并且设置在所述第一电极与所述压电层之间，
其中，所述压电层由于所述插入层而部分地隆起。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中，所述插入层包括倾斜表面，并且所述压电层包括设置在所述倾斜表面上的倾斜部。
7.根据权利要求6所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极的端部设置在所述倾斜部上。
8.根据权利要求6所述的体声波谐振器，其中，所述压电层包括设置在所述倾斜部的外侧上的延伸部，并且所述第二电极的至少一部分设置在所述延伸部上。
9.一种体声波谐振器，包括：
基板；
谐振部，包括：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；以及第二电极设置在所述压电层上；以及
阻挡层，设置在所述压电层与所述第一电极之间，
其中，所述阻挡层利用具有密排六方结构的钛或具有所述密排六方结构的钛的合金形成，并且
其中，所述阻挡层具有
Figure FDA0002314656690000021
至
Figure FDA0002314656690000022
的厚度。
10.根据权利要求9所述的体声波谐振器，其中，所述压电层包含氮化铝或包含钪的氮化铝。
11.根据权利要求10所述的体声波谐振器，所述压电层利用包含20wt％至40wt％的钪的氮化铝形成。
12.根据权利要求9所述的体声波谐振器，其中，所述第一电极利用钼形成。
13.根据权利要求9所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括插入层，所述插入层部分地设置在所述谐振部中并且设置在所述第一电极与所述压电层之间，并且
其中，所述压电层由于所述插入层而部分地隆起。
14.一种体声波谐振器，包括：
基板；
谐振部，包括：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；以及第二电极，设置在所述压电层上；
种子层，设置在所述第一电极的下部；以及
阻挡层，设置在所述压电层与所述第一电极之间，
其中，所述种子层和所述阻挡层利用具有密排六方结构的钛或具有所述密排六方结构的钛的合金形成。
15.根据权利要求14所述的体声波谐振器，其中，所述种子层的厚度为
Figure FDA0002314656690000023
至
Figure FDA0002314656690000024
16.根据权利要求15所述的体声波谐振器，其中，所述阻挡层的厚度为
Figure FDA0002314656690000025
至
Figure FDA0002314656690000026
17.根据权利要求14所述的体声波谐振器，其中，所述阻挡层的厚度为
Figure FDA0002314656690000027
至
Figure FDA0002314656690000028
18.根据权利要求14所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括插入层，所述插入层部分地设置在所述谐振部中并且设置在所述第一电极与所述压电层之间，
其中，所述压电层由于所述插入层而部分地隆起。
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