CN112688659A - 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；谐振器单元，包括设置在所述基板上的第一电极、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；以及保护层，设置在所述谐振器单元的表面上。所述保护层利用金刚石膜形成，并且所述金刚石膜的晶粒尺寸为50nm或更大。
Description
本申请要求于2019年10月17日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0128802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
根据无线通信装置小型化的趋势，期望使高频组件小型化的技术。例如，可使用利用半导体薄膜晶圆制造技术的体声波(BAW)型滤波器。
体声波谐振器(BAW)是一种薄膜型元件，该薄膜型元件包括设置在作为半导体基板的硅晶圆上的压电介电材料。BAW使用压电介电材料的压电特性引起谐振。BAW可实现为滤波器。
近来，对5G通信的技术兴趣一直在增加，并且正在进行可在5G通信的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，由于带宽增加并且通信距离缩短，因此体声波谐振器的信号的强度或功率可能增加。
当体声波谐振器的功率增加时，谐振器的温度趋于线性增加。因此，能够有效地消散由谐振器产生的热的体声波谐振器是有益的。
发明内容
提供本发明内容以简化的形式介绍所选择的构思，并在以下具体实施方式中进一步描述这些构思。本发明内容既不意在明确所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用作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；谐振器单元，包括设置在所述基板上的第一电极、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；以及保护层，设置在所述谐振器单元的表面上。所述保护层利用金刚石膜形成，并且所述金刚石膜的晶粒尺寸为50nm或更大。
所述压电层可利用氮化铝(AlN)或包含钪(Sc)的氮化铝形成。
所述第二电极可利用钼(Mo)形成。
所述第一电极和所述第二电极可延伸到所述谐振器单元的外部。第一金属层可设置在所述第一电极的在所述谐振器单元外部的部分上，第二金属层可设置在所述第二电极的在所述谐振器单元外部的部分上。所述保护层的至少一部分可设置为接触所述第一金属层和所述第二金属层。
所述保护层的所述至少一部分可设置在所述第一金属层下方和所述第二金属层下方。
所述保护层的设置在所述第一金属层下方的区域或设置在所述第二金属层下方的区域可比所述保护层的设置在所述谐振器单元中的区域厚。
所述第一金属层和所述第二金属层可利用金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)、铜-锡(Cu-Sn)合金、铝(Al)和铝合金中的任意一种形成。
所述第二电极可具有至少一个开口。所述保护层的一部分可设置在所述至少一个开口中并且可直接接触所述压电层。
所述第二电极可具有至少一个开口。所述压电层的一部分可设置在所述至少一个开口中并且可直接接触所述保护层。
所述体声波谐振器还可包括支撑部，所述支撑部设置在所述压电层下方并且使所述压电层部分地隆起，使得所述压电层的隆起的部分设置在所述至少一个开口中。
所述压电层的热导率和所述第二电极的热导率可小于所述保护层的热导率。
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器单元中，并且设置在所述第一电极和所述压电层之间。所述压电层的至少一部分可通过所述插入层而隆起。
所述第二电极可具有至少一个开口。所述插入层还可包括设置在与所述开口的区域对应的区域中的支撑部。
所述插入层还可包括倾斜表面。所述压电层可包括设置在所述第一电极上的压电部和设置在所述倾斜表面上的倾斜部。
在所述谐振器单元的截面中，所述第二电极的端部可设置在所述倾斜部上，或者沿着所述压电部和所述倾斜部之间的边界设置。
所述压电层还可包括设置在所述倾斜部的外部的延伸部。所述第二电极的至少一部分可设置在所述延伸部上。
所述金刚石膜的晶粒尺寸可小于1μm。
所述体声波谐振器还可包括：第一金属层，设置在所述第一电极的在所述谐振器单元外部的部分上；以及第二金属层，设置在所述第二电极的在所述谐振器单元外部的部分上。所述保护层的第一端部可直接设置在所述第一金属层和所述压电层之间。所述保护层的第二端部可直接设置在所述第二金属层和所述第二电极之间。
通过以下具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1是根据实施例的体声波谐振器的平面图。
图2是沿图1的线I-I'截取的截面图。
图3是沿图1的线II-II'截取的截面图。
图4是沿图1中的线III-III'截取的截面图。
图5是示出根据示例的根据金刚石薄膜的晶粒尺寸的热导率的曲线图。
图6是示意性示出根据实施例的体声波谐振器的截面图。
图7是示意性示出根据实施例的体声波谐振器的截面图。
图8是示意性示出根据实施例的体声波谐振器的截面图。
图9是示意性示出根据实施例的体声波谐振器的截面图。
图10是示意性示出根据实施例的体声波谐振器的截面图。
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、特征和结构。附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、说明和便利起见，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，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、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，并且不限于在此阐述的顺序，而是除了必须按照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，可省略本领域中已知的特征的描述。
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。更确切地说，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/或系统的许多可行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，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。
如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一项和任意两项或更多项的任意组合。
尽管在此可使用诸如“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、层或部分将不受这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用来将一个构件、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、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，在此可使用诸如“上方”、“上面”、“下方”和“下面”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含附图中描绘的方位之外还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件在“上方”或“上面”的元件于是将相对于所述另一元件在“下方”或“下面”。因此，术语“上方”根据装置的空间方位包括上方和下方两种方位。装置还可以以其他方式(例如，旋转90度或者处于其他方位)定位，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，并且将不用于限制本公开。除非上下文另外清楚指出，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，附图中所示出的形状可能发生变化。因此，在此描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括制造期间发生的形状的改变。
在此描述的示例的特征可以以在理解本申请的公开内容之后将显而易见的各种方式进行组合。此外，虽然在此描述的示例具有多种构造，但在理解本申请的公开内容之后将显而易见的其他构造是可行的。
图1是根据实施例的声波谐振器100的平面图。图2是沿图1的线I-I'截取的截面图。图3是沿图1的线II-II'截取的截面图。图4是沿图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，并且可包括基板110、牺牲层140、谐振器单元120和插入层170。
基板110可以是硅基板。例如，硅晶圆或绝缘体上硅(SOI)型基板可用作基板110。
绝缘层115可设置在基板110的上表面上以使基板110和谐振器单元120电隔离。另外，当在声波谐振器100的制造工艺中形成腔C时，绝缘层115防止基板110被蚀刻气体蚀刻。
在示例中，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)中的任意一种或任意两种或更多种的任意组合形成，并且可通过化学气相沉积、RF磁控溅射和蒸镀中的任意一种形成。
例如，牺牲层140形成在绝缘层115上，腔C和蚀刻停止部145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。
随着腔C形成在牺牲层140中，谐振器单元120的形成在牺牲层140上方的部分可完全平坦地形成。
蚀刻停止部145沿着腔C的边界设置。在形成腔C的工艺中，蚀刻停止部145被设置为防止蚀刻执行到超过腔区域。
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也可利用在形成腔C的工艺中不容易被去除的材料形成。
例如，在诸如氟(F)、氯(Cl)等的卤化物基蚀刻气体用于去除牺牲层140的一部分(例如，腔区域)的示例中，膜层150可利用与蚀刻气体具有低反应性的材料制成。在这种情况下，膜层150可包括二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)中的任意一种或两种。
另外，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制成，或者利用包含铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、镓(Ga)和铪(Hf)中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合的金属层制成。然而，膜层不限于前述示例。
谐振器单元120包括例如第一电极121、压电层123和第二电极125。谐振器单元120可被构造为使得第一电极121、压电层123和第二电极125从谐振器单元120的底部按顺序堆叠。因此，压电层123可设置在第一电极121和第二电极125之间。
由于谐振器单元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，以形成谐振器单元120。
谐振器单元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。
谐振器单元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和压电层123之间。
中心部S是设置在谐振器单元120的中心的区域，延伸部E是沿着中心部S的周边设置的区域。因此，延伸部E是从中心部S向外延伸的区域，并且是沿着中心部S的周边形成为具有连续的环形形状的区域。然而，如果需要，延伸部E可被构造为具有其中一些区域彼此断开的不连续的环形形状。
因此，如图2所示，在以穿过中心部S的方式截取的谐振器单元120的截面中，延伸部E分别设置在中心部S的两端上。插入层170设置在延伸部E的设置在中心部S的两端上的部分上。
插入层170具有倾斜表面L，倾斜表面L的厚度随着与中心部S的距离的增加而增大。
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的位于延伸部E中的部分和第二电极125的位于延伸部E中的部分沿着插入层170的形状而具有倾斜表面。
在图1至图4的实施例中，延伸部E包括在谐振器单元120中，因此，谐振也可发生在延伸部E中。然而，本公开不限于这种构造。根据延伸部E的结构，谐振可不发生在延伸部E中并且可仅发生在中心部S中。
第一电极121和第二电极125可利用导体(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、铬和镍中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合的金属)形成。然而，第一电极121和第二电极125不限于前述示例。
在谐振器单元120中，第一电极121可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可沿着第一电极121的外周设置在第一电极121上。因此，第一金属层180可设置为与第二电极125间隔开预定距离，并且可以以围绕谐振器单元120的形式设置。
由于第一电极121设置在膜层150上，因此第一电极121形成为完全平坦的。另一方面，由于第二电极125设置在压电层123上，因此可形成第二电极125，使其与压电层123的形状对应地弯曲。
第一电极121可被配置为用于输入电信号(诸如射频(RF)信号)的输入电极或用于输出电信号(诸如射频(RF)信号)的输出电极。
第二电极125可贯穿整个中心部S设置，并且设置在延伸部E的一部分中。因此，第二电极125包括设置在压电层123(稍后将描述)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，在图1至图4的实施例中，第二电极125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125的设置在延伸部E中的一部分125a(图4)形成为具有比倾斜部1231的倾斜表面的面积小的面积，并且第二电极125形成为在谐振器单元120中具有的面积比在谐振器单元120中的压电层123的面积小。
因此，如图2所示，在以穿过中心部S的方式截取的谐振器单元120的截面中，第二电极125的端部设置在延伸部E中。另外，第二电极125的设置在延伸部E中的端部的至少一部分设置为与插入层170重叠。这里，“重叠”是指当第二电极125投影在设置有插入层170的平面上时，第二电极125的投影在该平面上的形状与插入层170重叠。
第二电极125可被配置为用于输入电信号(诸如射频(RF)信号)的输入电极或用于输出电信号(诸如射频(RF)信号)的输出电极。也就是说，当第一电极121被配置为输入电极时，第二电极125可被配置为输出电极，并且当第一电极121被配置为输出电极时，第二电极125可被配置为输入电极。
如图4所示，当第二电极125的端部位于压电层123的倾斜部1231上(稍后将描述)时，由于谐振器单元120的声阻抗的局部结构形成为从中心部S的稀疏/密集/稀疏/密集的结构，因此增大了将横向波反射到谐振器单元120的内部的反射界面。因此，由于大部分横向波不能从谐振器单元120向外传播，而是被反射然后传播到谐振器单元120的内部，因此可改善声波谐振器100的性能。
压电层123是被构造为通过压电效应将电能转换为弹性波形式的机械能的部分，并且形成在第一电极121和稍后将描述的插入层170上。
可选择性地使用氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、掺杂的氮化铝、锆钛酸铅、石英等作为压电层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。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。另外，碱土金属可包括镁(Mg)。
为了改善压电性能，当掺杂在氮化铝(AlN)中的掺杂元素的含量小于0.1at％时，不能实现高于氮化铝(AlN)的压电性能的压电性能。当元素含量超过30at％时，难以制造和控制用于沉积的组合物，从而可能形成不均匀的结晶相。
因此，在根据本公开的实施例中，掺杂在氮化铝(AlN)中的掺杂元素的含量可在0.1at％至30at％的范围内。
在实施例中，压电层123在氮化铝(AlN)中掺杂有钪(Sc)。在这种情况下，可增大压电常数以增加声波谐振器的机电耦合系数(Kt 2)。
如上所述，压电层123包括设置在中心部S中的压电部123a和设置在延伸部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介于第一电极121和第二电极125之间，以与第一电极121和第二电极125一起形成为平坦形状。弯曲部123b可以是从压电部123a向外延伸且位于延伸部E中的区域。
弯曲部123b设置在插入层170(稍后将描述)上，并且形成为其上表面沿着插入层170的形状隆起的形状。因此，压电层123在压电部123a和弯曲部123b之间的边界处是弯折的或弯曲的，并且弯曲部123b对应于插入层170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是形成为沿着插入层170的倾斜表面L倾斜的部分。延伸部1232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沿着由膜层150、第一电极121和蚀刻停止部145形成的表面设置。因此，插入层170部分地设置在谐振器单元120中，并且设置在第一电极121和压电层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可包括沿着插入层170的形状的倾斜部1231和延伸部1232。
在图1至图4的实施例中，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可设置在除了中心部S之外的整个区域中或者在除了中心部S之外的一些区域中。
插入层170形成为具有随着距中心部S的距离增大而增大的厚度。因此，插入层170形成为具有与中心部S相邻设置的侧表面，所述侧表面包括具有恒定倾斜角度θ的倾斜表面L。
如果插入层170的倾斜表面L的倾斜角度θ形成为小于5°，那么将难以实现插入层170，因为插入层170的厚度将形成得非常薄或者倾斜表面L的面积将形成得非常大。
另外，如果插入层170的倾斜表面L的倾斜角度θ形成为大于70°，那么堆叠在插入层170上的压电层123或第二电极125的倾斜角度也将形成为大于70°。在这种情况下，由于堆叠在倾斜表面L上的压电层123或第二电极125将过度弯曲或弯折，因此可能在弯曲部123b中产生裂纹。
因此，根据实施例，倾斜表面L的倾斜角度θ形成为大于等于5°且小于等于70°。
压电层123的倾斜部1231可沿着插入层170的倾斜表面L形成，因此可以以与插入层170的倾斜表面L的倾斜角度相同的倾斜角度形成。因此，倾斜部1231的倾斜角度也可与插入层170的倾斜表面L类似地形成为大于等于5°且小于等于70°。这样的构造也可等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)、氧化镁(MgO)、氧化锆(ZrO2)、锆钛酸铅(PZT)、砷化镓(GaAs)、氧化铪(HfO2)、氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)的介电材料形成，但插入层170可利用与压电层123的材料不同的材料形成。
另外，插入层170可用金属材料实现。当声波谐振器100用于5G通信时，谐振器单元120产生大量的热，因此需要顺利地释放由谐振器单元120产生的热。为此，插入层170可利用包含钪(Sc)的铝合金材料制成。
谐振器单元120设置为通过形成为空的空间的腔C与基板110间隔开。
腔C可通过在制造声波谐振器100的工艺中通过将蚀刻气体(或蚀刻溶液)供应到流入孔(图1中的H)来去除牺牲层140的一部分而形成。
保护层160沿着声波谐振器100的上表面设置以保护声波谐振器100免受外部影响。保护层160可沿着由第二电极125和压电层123的弯曲部123b形成的表面设置。
例如，在图1至图4的实施例中，保护层160利用具有优异热导率的金刚石材料形成。金刚石是通过在高温和高压下使碳元素结晶化而制成的材料，并且已知是与各种其它材料相比具有优异热导率的材料。金刚石晶体具有约2000W/m·K的优异的热导率，并且由于金刚石晶体在已知材料中具有最大的声速而适合于声学装置的材料。
然而，当金刚石材料被实施为薄膜而不是晶体时，存在金刚石材料的热导率变低的问题。
图5是示出根据金刚石薄膜的晶粒尺寸的热导率的曲线图。参照图5，金刚石的热导率随着其晶粒尺寸的增大而增大。金刚石晶粒尺寸可通过保护层160的表面分析来测量。例如，可使用高放大率(大于50000倍的放大率)扫描电子显微镜通过保护层160上的点来确定晶粒的尺寸，并且可通过多个晶粒的平均尺寸值来获取金刚石晶粒尺寸。
可通过化学气相沉积(CVD)使金刚石变薄以形成金刚石薄膜(或称为金刚石膜)，并且金刚石在沉积工艺中的结晶程度决定金刚石薄膜的晶粒尺寸。
如果金刚石薄膜的晶粒尺寸为50nm或更大，那么金刚石薄膜的热导率可比利用氮化铝(AlN)的材料制成的压电层123的热导率或利用钼(Mo)的材料制成的第二电极125的热导率高。
然而，当金刚石薄膜的晶粒尺寸为1μm或更大时，声波的散射随着表面粗糙度增大而增加，因此具有1μm或更大的晶粒尺寸的金刚石薄膜可能不适合于薄膜体声波谐振器(FBAR)。在这种情况下，可附加地执行用于减小表面粗糙度的工艺，但是难以实现期望的表面粗糙度。
因此，根据实施例，金刚石薄膜的晶粒尺寸形成为大于等于50nm且小于1μm。
如上所述，当金刚石薄膜的热导率比压电层123的热导率和第二电极125的热导率高时，由于在谐振器单元120的有效区中产生的热可通过利用金刚石薄膜形成的保护层160快速地释放，因此可使谐振器单元120的最高温度降低。
基于图1所示的平面图，根据图1至图4的实施例的声波谐振器100呈现中心区域中的温度最高并且温度从谐振器单元120的中心区域朝向外侧降低的温度分布。
在传统的声波谐振器中，主要使用SiO2和Si3N4作为保护层的材料。这些材料具有非常低的热导率，结果，不能顺利地执行谐振器单元的散热。例如，在保护层的材料利用Si3N4形成的情况下，谐振器单元的中心区域中的最高温度被测量为179℃。
另一方面，在保护层160的材料利用金刚石薄膜形成，并且将施加到传统的声波谐振器的相同功率施加到声波谐振器100的示例中，谐振器单元120的中心区域中的最高温度被测量为74°，这与传统的声波谐振器的谐振器单元相比显著降低。因此，可理解的是，热量通过保护层160快速释放。
如上所述构造的保护层160可形成为单层，但可根据需要通过堆叠具有不同材料的两个层来形成。另外，可部分地移除保护层160以在制造声波谐振器100的最终工艺中调节频率。例如，可在制造工艺中调节保护层160的厚度。
第一电极121和第二电极125可包括延伸到谐振器单元120外部的延伸部。另外，第一金属层180和第二金属层190可分别设置在第一电极121的延伸部和第二电极125的延伸部的上表面上。
例如，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)合金以及铝(Al)、铝合金中的任意材料制成。铝合金可以是例如铝-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可用作将声波谐振器100的电极121和125电连接到在基板110上彼此相邻设置的其它声波谐振器的电极的连接布线。
第一金属层180穿透保护层160并结合到第一电极121。
另外，在谐振器单元120中，第一电极121可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可形成在第一电极121的外周上。
因此，第一金属层180可沿着谐振器单元120的外周设置，因此第一金属层180设置为围绕第二电极125的形式。然而，声波谐振器100不限于这种构造。
另外，保护层160设置为使得保护层160的至少一部分接触第一金属层180和第二金属层190。第一金属层180和第二金属层190可利用具有高热导率的金属材料形成并且具有大的体积，使得第一金属层180和第二金属层190具有更好的散热效果。
因此，保护层160连接到第一金属层180和第二金属层190，使得在压电层123中产生的热可经由保护层160快速地传递到第一金属层180和第二金属层190。
在示例中，保护层160的至少一部分设置在第一金属层180和第二金属层190下方。例如，保护层160插入并设置在第一金属层180与压电层123之间，以及第二金属层190与第二电极125的设置在压电层123上的部分之间。
如上所述，声波谐振器100包括利用大于50nm的晶粒尺寸的金刚石薄膜形成的保护层160。另外，金刚石薄膜的至少一部分被构造为直接接触第一金属层180和第二金属层190。
因此，从压电层123产生的热通过具有相对高的热导率的保护层160传递到第一金属层180和第二金属层190，因此将热释放，从而增加了散热效果。因此，即使将高功率施加到谐振器单元120，也可确保操作可靠性。因此，声波谐振器100可用作适合于5G通信的体声波谐振器。
然而，本公开并不限于上述实施例，并且各种修改是可行的。
图6是示意性示出根据实施例的声波谐振器100-1的截面图。
参照图6，在声波谐振器100-1中，保护层160-1被划分为第一区域A1和第二区域A2。
第一区域A1是设置在第一金属层180下方和第二金属层190下方的区域，并且具有大于第二区域A2的厚度的厚度。第二区域A2是不包括第一区域A1的区域，第二区域A2设置在谐振器单元120中，并且具有小于第一区域A1的厚度的厚度。
这样的构造可通过将整个保护层160-1形成为第一区域A1的厚度，然后部分地去除第二区域A2来实现。
利用金刚石薄膜形成的保护层160-1变得越厚，晶粒生长出现的越多。因此，可获得增大晶粒尺寸的效果。因此，形成更大的厚度有利于提高保护层160-1的热导率。
即使第二区域A2与第一区域A1相比具有减小的厚度，保护层160-1也可在整个保护层160-1中具有与第一区域A1相同的晶粒尺寸。因此，保护层160-1可在其整个结构中具有高热导率。
图7是示意性示出根据实施例的声波谐振器100-2的截面图。
参照图7，声波谐振器100-2的谐振器单元120-1的第二电极125-1具有至少一个开口125P。开口125P设置在第二电极125-1的中心部中，并且设置在第二电极125-1上的保护层160-2设置在开口125P内以直接接触压电层123。
在操作期间，声波谐振器100-2在谐振器单元120-1的中心部中具有最高温度。因此，如果在谐振器单元120-1的中心部中产生的热可被快速地释放，那么可降低谐振器单元120-1的整体温度。
因此，声波谐振器100-2被构造为使得作为发热元件的压电层123直接接触谐振器单元120-1的中心部中的保护层160-2。在这种情况下，从压电层123产生的热被直接传递到具有高热导率的保护层160-2，从而可更有效地将热释放到谐振器单元120-1的外部，因此可完全改善谐振器单元120-1的散热效果。
当开口125P的面积占据谐振器单元120的面积的10％以上时，谐振器单元120-1的驱动区域减小，导致Kt 2减小和插入损耗特性的劣化。因此，在实施例中，开口125P形成为具有谐振器单元120-1的面积的10％或更小的面积。
图8是示意性示出根据实施例的包括谐振器单元120-2的声波谐振器100-3的截面图。
参照图8，开口125P形成在第二电极125-1的中心部中。另外，压电层123-1设置在开口125P中以直接接触保护层160-3。
为此，支撑部175可设置在压电层123-1的与开口125P的区域对应的区域下方。压电层123-1的与开口125P的区域对应的区域是在将开口125P投影到其上设置有插入层170的平面上时与投影的开口125P的区域重叠的区域。
支撑部175设置在压电层123-1的下方，以使压电层123-1部分地隆起，并使压电层123-1设置在开口125P的内部。更具体地，压电层123-1包括沿着支撑部175的形状隆起并且设置在开口125P中的隆起部123P。
隆起部123P的侧表面可形成为倾斜表面，并且第二电极125-1的开口125P沿着隆起部123P的倾斜表面设置。在这种情况下，如图8所示，第二电极125-1的形成开口125P的端部可设置在隆起部123P的倾斜表面上。因此，隆起部123P的整个上表面可被构造为接触保护层160-3。另外，作为隆起部123P的侧表面的倾斜表面的一部分可被构造为接触保护层160-3。然而，声波谐振器100-3不限于这种构造。
支撑部175可形成为上述插入层170的一部分。例如，在形成插入层170的工艺中，支撑部175可利用与插入层170的材料相同的材料形成。然而，本公开不限于这种形成工艺，并且还可与插入层170分开地形成支撑部175。在这种情况下，支撑部175可利用与插入层170的材料不同的材料形成，但不限于利用不同的材料形成。
另外，在图8的实施例中，示出了支撑部175设置在第一电极121与压电层123-1之间，但根据需要，支撑部175也可设置在膜层150与第一电极121之间。
图9是示意性示出根据实施例的声波谐振器100-4的截面图。
在声波谐振器100-4中，第二电极125-2设置在谐振器单元120-3中的压电层123的整个上表面上，因此，第二电极125-2不仅形成在压电层123的倾斜部1231上，而且还形成在延伸部1232上。保护层160-4可设置在第二电极125-2上，并且可包括插入在第一金属层与第二电极125-2的侧表面之间以及第一金属层与压电层123的侧表面之间的边缘部。
图10是示意性示出根据实施例的声波谐振器100-5的截面图。
参照图10，在穿过谐振器单元120-4的中心部S截取的声波谐振器100-5的截面中，第二电极125-3的端部仅形成在压电层123的压电部123a的上表面上，而不形成在压电层123的弯曲部123b上。因此，第二电极125-3的端部沿着压电部123a与倾斜部1231之间的边界设置。保护层160-5设置在第二电极125-3上，并且设置在第二电极125-3的端部和压电层123的弯曲部123b之间的区域中。
如上所述，根据在此公开的实施例的体声波谐振器可根据需要修改为各种形式。
如上所述，在在此公开的体声波谐振器中，由于在压电层中产生的热通过具有相对高的热导率的保护层传递到第一金属层和第二金属层并由此释放，因此可增强散热效果。因此，即使当将高功率施加到体声波谐振器时，也可确保操作可靠性。因此，体声波谐振器适用于5G通信。
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认为是描述性含义，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所描述的系统、架构、装置或电路中的组件，和/或由其他组件或其等同物来替换或者添加所描述的系统、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内的全部变型将被解释为被包含在本公开中。
Claims (18)
1.一种体声波谐振器，包括：
基板；
谐振器单元，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
保护层，设置在所述谐振器单元的表面上，
其中，所述保护层利用金刚石膜形成，并且所述金刚石膜的晶粒尺寸为50nm或更大。
2.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或包含钪的氮化铝形成。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极利用钼形成。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第一电极和所述第二电极延伸到所述谐振器单元的外部，
其中，第一金属层设置在所述第一电极的在所述谐振器单元外部的部分上，第二金属层设置在所述第二电极的在所述谐振器单元外部的部分上，并且
其中，所述保护层的至少一部分设置为接触所述第一金属层和所述第二金属层。
5.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其中，所述保护层的所述至少一部分设置在所述第一金属层下方和所述第二金属层下方。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中，所述保护层的设置在所述第一金属层下方的区域或设置在所述第二金属层下方的区域比所述保护层的设置在所述谐振器单元中的区域厚。
7.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其中，所述第一金属层和所述第二金属层利用金、金-锡合金、铜、铜-锡合金、铝和铝合金中的任意一种形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极具有至少一个开口，并且
所述保护层的一部分设置在所述至少一个开口中并且直接接触所述压电层。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极具有至少一个开口，并且
其中，所述压电层的一部分设置在所述至少一个开口中并且直接接触所述保护层。
10.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支撑部，所述支撑部设置在所述压电层下方并且使所述压电层部分地隆起，使得所述压电层的隆起的部分设置在所述至少一个开口中。
11.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述压电层的热导率和所述第二电极的热导率小于所述保护层的热导率。
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插入层，所述插入层部分地设置在所述谐振器单元中，并且设置在所述第一电极和所述压电层之间，
其中，所述压电层的至少一部分通过所述插入层而隆起。
13.根据权利要求12所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极具有至少一个开口，并且
其中，所述插入层还包括设置在与所述开口的区域对应的区域中的支撑部。
14.根据权利要求12所述的体声波谐振器，其中，所述插入层还包括倾斜表面，并且
所述压电层包括设置在所述第一电极上的压电部和设置在所述倾斜表面上的倾斜部。
15.根据权利要求14所述的体声波谐振器，其中，在所述谐振器单元的截面中，所述第二电极的端部设置在所述倾斜部上，或者沿着所述压电部和所述倾斜部之间的边界设置。
16.根据权利要求14所述的体声波谐振器，其中，所述压电层还包括设置在所述倾斜部的外部的延伸部，并且
其中，所述第二电极的至少一部分设置在所述延伸部上。
17.根据权利要求1-7中任一项所述的体声波谐振器，其中，所述金刚石膜的晶粒尺寸小于1μm。
18.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：
第一金属层，设置在所述第一电极的在所述谐振器单元外部的部分上；以及
第二金属层，设置在所述第二电极的在所述谐振器单元外部的部分上，
其中，所述保护层的第一端部直接设置在所述第一金属层和所述压电层之间，并且
其中，所述保护层的第二端部直接设置在所述第二金属层和所述第二电极之间。
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