CN114465597A - 体声波谐振器 - Google Patents

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CN114465597A CN202110811548.4A CN202110811548A CN114465597A CN 114465597 A CN114465597 A CN 114465597A CN 202110811548 A CN202110811548 A CN 202110811548A CN 114465597 A CN114465597 A CN 114465597A
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韩相宪
朴成埈
尹湘基
李尙泫
严在君
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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；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；以及保护层，设置在所述谐振部的上表面上。所述保护层包括：第一保护层，利用金刚石薄膜形成；以及第二保护层，堆叠在所述第一保护层上，并且利用介电材料形成。

Description

体声波谐振器
本申请要求于2020年11月9日向韩国知识产权局提交的第10-2020-0148324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
根据无线通信装置小型化的趋势，需要使高频组件小型化的技术。作为示例，已经在无线通信装置中实现了使用半导体薄膜晶圆制造技术的体声波(BAW)谐振器型滤波器。
体声波(BAW)谐振器是被构造为使用沉积在半导体基板(诸如，硅晶圆)上的压电介电材料的压电特性来产生谐振的薄膜型元件，并且可实现为滤波器。
近来，对5G通信技术的兴趣已经增加，并且已经进行了对可在候选频带中实现的BAW谐振器的技术开发。然而，在使用sub-6GHz(例如，4GHz至6GHz)频带的5G通信的情况下，带宽增大并且通信距离缩短，使得体声波谐振器的信号强度或功率可增大。
当BAW谐振器的功率增大时，BAW谐振器的谐振部的温度趋于线性地升高。因此，期望提供一种可有效地散发谐振部中产生的热的BAW谐振器。
发明内容
提供本发明内容以按照简化的形式对选择的构思进行介绍，下面在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；以及保护层，设置在所述谐振部的上表面上。所述保护层包括：第一保护层，利用金刚石薄膜形成；以及第二保护层，堆叠在所述第一保护层上，并且利用介电材料形成。
所述第二保护层的一部分的厚度可大于所述第一保护层的厚度。
所述第一保护层的厚度可为
Figure BDA0003168459540000021
或更大，并且所述第二保护层的厚度可为
Figure BDA0003168459540000022
或更小。
所述第一电极和所述第二电极可从所述谐振部向外延伸。所述第一电极的位于所述谐振部外部的部分上可设置有第一金属层，并且所述第二电极的位于所述谐振部外部的部分上可设置有第二金属层。所述第一保护层的一部分可与所述第一金属层接触，并且所述第一保护层的一部分可与所述第二金属层接触。
所述第一保护层的一部分可设置在所述第一金属层下方，并且所述第一保护层的一部分可设置在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和所述第二金属层下方的区域的厚度可大于所述保护层的设置在所述谐振部上的区域的厚度。
所述第二保护层可包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、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)、氧化锌(ZnO)、非晶硅(a-Si)和多晶硅(p-Si)中的任意一种。
所述第二电极可包括至少一个开口。所述第一保护层的至少一部分可设置在所述至少一个开口中，以与所述压电层直接接触。
所述第二电极可包括至少一个开口。所述压电层的至少一部分可设置在所述至少一个开口中，以与所述第一保护层直接接触。
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，使得所述压电层的一部分设置在所述至少一个开口中。
所述第一保护层可利用具有比所述压电层的热导率和所述第二电极的热导率高的热导率的材料形成。
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。所述插入层可使所述压电层的至少一部分隆起。
所述第二电极可包括至少一个开口。所述插入层可包括支撑部，所述支撑部设置在与所述至少一个开口的区域相对应的区域中。
所述插入层可具有倾斜表面。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。
在所述谐振部的截面中，所述第二电极的末端设置在所述倾斜部上，或者沿着所述压电部与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外侧的延伸部。所述第二电极的至少一部分可设置在所述延伸部上。
所述体声波谐振器还可包括布拉格反射层，所述布拉格反射层设置在所述基板中。在所述布拉格反射层中可交替地堆叠有第一反射层和第二反射层。所述第二反射层的声阻抗可低于所述第一反射层的声阻抗。
在所述基板的上表面中可形成具有凹槽形状的腔。所述谐振部可通过所述腔与所述基板间隔开预定距离。
所述金刚石薄膜的平均粒度可为50nm至1μm。
通过以下具体实施方式和附图，其他特征和方面将是易于理解的。
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是沿着图1中的线I-I'截取的截面图。
图3是沿着图1中的线II-II'截取的截面图。
图4是沿着图1中的线III-III'截取的截面图。
图5是示出金刚石薄膜的根据粒度的热导率的曲线图。
图6是示出根据另一实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
图7是示出根据另一实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
图8是示出根据另一实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
图9是示出根据另一实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
图10是示出根据另一实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
图11是示出根据另一实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
图12是示出根据另一实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
在整个附图和具体实施方式中，相同的附图标记指示相同的要素。附图可不按比例绘制，并且为了清楚、说明和方便起见，可夸大附图中的要素的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供下面的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，在理解本公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同方案将是易于理解的。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，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本公开之后将易于理解的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对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，仅是为了示出在理解本公开之后将易于理解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。在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例，注意的是，示例不限于所述实施例。
在整个说明书中，当要素(诸如，层、区域或基板)被描述为“在”另一要素“上”、“连接到”另一要素或“结合到”另一要素时，该要素可直接“在”所述另一要素“上”、直接“连接到”所述另一要素或直接“结合到”所述另一要素，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他要素。相比之下，当要素被描述为“直接在”另一要素“上”、“直接连接到”另一要素或“直接结合到”另一要素时，不存在介于它们之间的其他要素。如在此使用的，要素的“部分”可包括整个要素或少于整个要素。
如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一项或者任意两项或更多项的任意组合；同样地，“……中的至少一个”包括相关所列项中的任意一项或者任意两项或更多项的任意组合。
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，但这些构件、组件、区域、层或部分将不受这些术语的限制。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提及的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称作第二构件、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”、“下面”等的空间相对术语来描述如附图中示出的一个要素与另一要素的关系。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，则描述为相对于另一要素位于“上方”或“上面”的要素将相对于另一要素位于“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被定位(旋转90度或者处于其他方位)，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，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、要素和/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、要素和/或它们的组合。
在此，关于示例的术语“可”的使用(例如，关于示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，并不限于所有示例包括或实现这样的特征。
在此描述的示例的特征可按照在理解本公开之后将易于理解的各种方式进行组合。此外，尽管在此描述的示例具有各种构造，但在理解本公开之后将易于理解的其他构造是可行的。
图1是根据实施例的体声波谐振器100的平面图。图2是沿着图1中的线I-I'截取的截面图。图3是沿着图1中的线II-II'截取的截面图。图4是沿着图1中的线III-III'截取的截面图。
参照图1至图4，体声波谐振器(或声波谐振器)100可包括例如基板110、支撑层140、谐振部120和插入层170。
基板110可以是硅基板。例如，可使用硅晶圆或绝缘体上硅(SOI)型基板作为基板110。
绝缘层115可设置在基板110的上表面上，以使基板110和谐振部120彼此电隔离。此外，绝缘层115可防止基板110在制造声波谐振器的工艺中形成腔C时被蚀刻气体蚀刻。
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)中的任意一种或者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工艺、射频(RF)磁控溅射工艺和蒸镀工艺中的任意一种形成。
支撑层140可形成在绝缘层115上，并且可设置在腔C和蚀刻防止部145周围，以在支撑层140内侧围绕腔C和蚀刻防止部145。
腔C可形成为空的空间，并且可通过去除在制备支撑层140的工艺中形成的牺牲层的一部分来形成。支撑层140可形成为牺牲层的剩余部分。
支撑层140可利用可容易被蚀刻的材料(诸如，多晶硅或聚合物)形成。然而，支撑层140的材料不限于前述示例。
蚀刻防止部145可沿着腔C的边界设置。可设置蚀刻防止部145，以防止在形成腔C的工艺中蚀刻进行到腔区域之外。
膜层150可形成在支撑层140上，并且可形成腔C的上表面。因此，膜层150也可利用不容易在形成腔C的工艺中被去除的材料形成。
例如，当使用卤化物(诸如，氟(F)或氯(Cl))基的蚀刻气体来去除支撑层140的一部分(例如，腔区域)时，膜层150可利用对上面提到的蚀刻气体的反应性低的材料形成。膜层150可包括二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)中的任一种或两种。
此外，膜层150可以是包含氧化镁(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，或者可以是包含铝(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。然而，膜层150不限于前述示例。
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可从谐振部120的下部顺序地堆叠。因此，在谐振部120中，压电层123可设置在第一电极121与第二电极125之间。
由于谐振部120形成在膜层150上，因此膜层150、第一电极121、压电层123和第二电极125可顺序地堆叠在基板110上，以形成谐振部120。
谐振部120可使压电层123根据施加到第一电极121和第二电极125的信号谐振，以产生谐振频率和反谐振频率。
谐振部120可包括中央部S和延伸部E，在中央部S中，第一电极121、压电层123和第二电极125大致平坦地堆叠，在延伸部E中，插入层170介于第一电极121与压电层123之间。
中央部S可以是设置在谐振部120的中部的区域，并且延伸部E可以是沿着中央部S的外周设置的区域。因此，延伸部E(从中央部S向外延伸的区域)可以是沿着中央部S的外周形成为连续环形的区域。可选地，如果需要，延伸部E可形成为其中一些区域断开的不连续环形。
因此，如图2中所示，在谐振部120的横跨中央部S切开的截面中，延伸部E可设置在中央部S的两端处。此外，插入层170可在中央部S的两端处插入到延伸部E中。
插入层170可具有倾斜表面L，并且插入层170的具有倾斜表面L的部分具有随着距中央部S的距离增大而变大的厚度。
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，压电层123和第二电极125的位于延伸部E中的部分可具有根据插入层170的形状的倾斜表面。
在图1至图4的实施例中，延伸部E可包括在谐振部120中，因此也可在延伸部E中产生谐振。然而，产生谐振的位置不限于该示例。也就是说，根据延伸部E的结构，可不在延伸部E中产生谐振，并且可仅在中央部S中产生谐振。
第一电极121和第二电极125均可利用导体(例如，金、钼、钌、铱、铝、铂、钛、钨、钯、钽、铬或镍，或者包括金、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。
在谐振部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的外侧设置在第一电极121上。因此，第一金属层180可被设置为与第二电极125间隔开预定距离，并且可被设置为围绕谐振部120。
第一电极121可设置在膜层150上，因此可以是完全平坦的。第二电极125可设置在压电层123上，因此可具有形成为与压电层123的形状相对应的弯曲部。
第一电极121可被构造为输入电信号(诸如，射频(RF)信号)的输入电极和输出电信号的输出电极中的任一个。
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可包括设置在压电层123的压电部123a上的部分(稍后将更详细地描述)以及设置在压电层123的弯曲部123b上的部分。
例如，第二电极125可被设置为覆盖压电层123的整个压电部123a以及倾斜部1231(稍后将更详细地描述)的一部分。因此，第二电极125的设置在延伸部E中的部分125a(见图4)的面积可小于倾斜部1231的倾斜表面的面积，并且第二电极125的面积可小于谐振部120中的压电层123的面积。
因此，如图2中所示，在谐振部120的横跨中央部S切开的截面中，第二电极125的末端可设置在延伸部E中。此外，第二电极125的设置在延伸部E中的末端的至少一部分可被设置为与插入层170叠置。这里，术语“叠置”意味着：当第二电极125投影在其上设置有插入层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可被构造为输入电信号(诸如，射频(RF)信号)的输入电极和输出电信号的输出电极中的任一个。也就是说，当第一电极121被构造为输入电极时，第二电极125可被构造为输出电极，并且当第一电极121被构造为输出电极时，第二电极125可被构造为输入电极。
如图4中所示，当第二电极125的末端位于压电层123的倾斜部1231(稍后将更详细地描述)上时，谐振部120的声阻抗可具有从中央部S以稀疏/密集/稀疏/密集结构形成的局部结构，因此可增大向谐振部120内部反射横向波的反射界面。因此，大多数横向波不会逸出到谐振部120外部，并且可被反射到谐振部120的内部，因此体声波谐振器100的性能可得到改善。
压电层123可以是被构造为产生将电能转换成具有弹性波形式的机械能的压电效应的部分，并且如稍后将更详细地描述的，压电层123可形成在第一电极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。此外，碱土金属可包括镁(Mg)。
在下文中，掺杂在氮化铝(AlN)中的元素的含量的原子百分比(at％)是以掺杂的氮化铝(AlN)的总含量为基准的。当在压电层123中为了改善压电特性而在氮化铝(AlN)中掺杂的元素的含量小于0.1at％时，可能无法实现比氮化铝(AlN)的压电特性高的压电特性，并且当在压电层123中掺杂在氮化铝(AlN)中的元素的含量超过30at％时，难以执行用于沉积的制造和成分控制，使得可能形成不均匀的相。
因此，压电层123中的掺杂在氮化铝(AlN)中的元素的含量可在0.1at％至30at％的范围内。
掺杂有钪(Sc)的氮化铝(AlN)可用作压电层123的材料。在这种情况下，可增大压电常数，以增大体声波谐振器100的机电耦合系数Kt 2。
压电层123可包括设置在中央部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可以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可介于第一电极121与第二电极125之间，并且可与第一电极121和第二电极125一起平坦地形成。
弯曲部123b可以是从压电部123a向外延伸并且位于延伸部E中的区域。
弯曲部123b可设置在插入层170上，并且可具有根据插入层170的形状隆起的上表面。因此，在压电部123a与弯曲部123b之间的边界处压电层123可以是弯曲的，并且弯曲部123b可根据插入层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可指沿着插入层170的倾斜表面L(稍后将更详细地描述)倾斜的部分。此外，延伸部1232可以是从倾斜部1231向外延伸的部分。
倾斜部1231可与插入层170的倾斜表面L平行地形成，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可沿着由膜层150、第一电极121和蚀刻防止部145形成的表面设置。因此，插入层170可部分地设置在谐振部120中，并且可部分地设置在第一电极121与压电层123之间。
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可根据插入层170的形状分成倾斜部1231和延伸部1232。
插入层170可设置在除了中央部S之外的区域中。例如，插入层170可设置在基板110上的除了中央部S之外的整个区域之上，或者设置在基板110上的除了中央部S之外的区域的一部分中。
插入层170的一部分可具有随着距中央部S的距离增大而变大的厚度。因此，插入层170的与中央部S相邻设置的侧表面可形成为具有预定倾斜角度θ的倾斜表面L。
当插入层170的倾斜表面L的倾斜角度θ小于5°时，为了制造插入层170，插入层170的厚度需要非常小，或者倾斜表面L的面积需要极度大。因此，基本上难以将倾斜表面L实现为具有小于5°的倾斜角度θ。
此外，当插入层170的倾斜表面L的倾斜角度θ大于70°时，压电层123或第二电极125的堆叠在插入层170上的部分的倾斜角度会大于70°。在这种情况下，压电层123或第二电极125的堆叠在倾斜表面L上的部分会过度弯曲，因此在弯曲部中可能出现裂纹。
因此，在示例中，倾斜表面L的倾斜角度θ可在5°至70°的范围内。
压电层123的倾斜部1231可沿着插入层170的倾斜表面L形成，因此可以以与倾斜表面L相同的倾斜角度形成。因此，与倾斜表面L类似，倾斜部1231的倾斜角度也可在5°至70°的范围内。这样的构造也可类似地应用于第二电极125的堆叠在倾斜表面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，但可利用与压电层123的材料不同的材料形成。
可选地，插入层170可利用金属形成。当体声波谐振器100被用于5G通信时，在谐振部中可能产生大量的热，因此需要平顺地散发谐振部120中产生的热。为此，插入层170可利用包含钪(Sc)的铝合金材料形成。
谐振部120可被设置为通过腔C与基板110间隔开，腔C可形成为空的空间。
腔C可通过在制造体声波谐振器100的工艺中向引入孔H(参见图1和图3)供应蚀刻气体(或蚀刻剂)以去除支撑层140的一部分来形成。
因此，腔C可形成为上表面(顶表面)和侧表面(壁表面)由膜层150形成并且底表面由基板110或绝缘层115形成的空间。根据制造方法的顺序，膜层150可仅形成在腔C的上表面(顶表面)上。
保护层127可沿着体声波谐振器100的表面设置，以防止体声波谐振器100受到外部冲击。保护层127可沿着由第二电极125和压电层123的弯曲部123b形成的表面设置。
保护层127可包括利用金刚石薄膜形成的第一保护层127a和利用介电材料形成的第二保护层127b。
第一保护层127a利用具有优异的热导率的金刚石形成。已知金刚石(通过在高温和高压下使碳元素结晶而形成的材料)是各种材料之中具有最高热导率的材料。金刚石晶体可具有约2000W/m·K的优异热导率，并且因其在已知材料之中具有较高的声速而可适合作为声波器件的材料。
然而，当金刚石实现为薄膜而非实现为晶体时，存在热导率降低的问题。此外，金刚石的热导率的趋势是随着金刚石的粒度增大而增大。
图5是示出金刚石薄膜的根据粒度的热导率的曲线图。参照图5，金刚石的热导率的趋势是随着金刚石的粒度增大而增大。
金刚石可通过化学气相沉积(CVD)而纤薄化，并且金刚石在沉积工艺中的结晶度可决定粒度。
确认了当金刚石薄膜的平均粒度为50nm或更大时，金刚石薄膜的热导率高于利用氮化铝(AlN)形成的压电层123的热导率或利用钼(Mo)形成的第二电极125的热导率。具体地，当金刚石薄膜的平均粒度为50nm或更大时，金刚石薄膜的热导率被测量为300W/m·K或更大。在这种情况下，确认了金刚石薄膜的热传导比压电层123或第二电极125的热传导更平顺。
另一方面，当金刚石薄膜的粒度大于1μm时，由于金刚石薄膜的表面粗糙度增大，因此声波的散射可能增加，使得金刚石薄膜可能不适合用于体声波谐振器。
因此，体声波谐振器100中的金刚石薄膜的平均粒度可以是50nm至1μm。
当金刚石薄膜如上所述地通过化学气相沉积(CVD)形成时，已经确认为了使金刚石薄膜具有50nm或更大的平均粒度，金刚石薄膜的厚度需要为
Figure BDA0003168459540000111
或更大。
因此，在体声波谐振器100中，第一保护层127a可形成为具有
Figure BDA0003168459540000112
或更大的厚度。
如此，当金刚石薄膜的热导率高于压电层123的热导率和第二电极125的热导率时，在谐振部120的有效区中产生的热可通过利用金刚石薄膜形成的第一保护层127a快速散发，因此可降低谐振部120的最高温度。
由于金刚石薄膜具有低的蚀刻速率，因此当整个保护层127利用金刚石薄膜形成时，可能难以通过保护层127执行频率微调。因此，保护层127可包括第二保护层127b，第二保护层127b堆叠在利用金刚石薄膜形成的第一保护层127a上。
第二保护层127b可设置在第一保护层127a的整个上表面上。然而，第二保护层127b不限于这种构造。
第二保护层127b可用于频率微调，因此可利用适合于频率微调的材料形成。例如，第二保护层127b可包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、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)、氧化锌(ZnO)、非晶硅(a-Si)和多晶硅(p-Si)中的任意一种，但不限于前述示例。
第二保护层127b的至少一部分可在频率微调工艺中被去除。例如，第二保护层127b的厚度可通过制造工艺中的频率微调来控制。
第二保护层127b的至少一部分可形成为具有比第一保护层127a的厚度大的厚度。
随着保护层127的厚度增大，谐振部120的体积或重量可增大，并且体声波谐振器100的Kt 2可因此而减小。在这种情况下，可通过改变压电层123的厚度或第一电极121的厚度和第二电极125的厚度来使Kt 2增大，这可使谐振部120的尺寸增大。
因此，需要限制保护层127的厚度，以在确保所需水平的Kt 2的同时保持谐振部120的尺寸。
根据实验，当第二保护层127b的厚度超过
Figure BDA0003168459540000121
时，保护层127的总厚度超过
Figure BDA0003168459540000122
在这种情况下，确认了体声波谐振器100的Kt 2显著下降。因此，第二保护层127b可形成为具有
Figure BDA0003168459540000123
或更小的厚度。
因此，第一保护层127a可形成为厚度在大于等于
Figure BDA0003168459540000124
且小于第二保护层127b的厚度的范围内，并且第二保护层127b可形成为厚度在小于等于
Figure BDA0003168459540000125
Figure BDA0003168459540000126
的范围内。
第一电极121和第二电极125可从谐振部120向外延伸。此外，第一金属层180可设置在第一电极121的从谐振部120向外延伸的部分的上表面上，第二金属层190可设置在第二电极125的从谐振部120向外延伸的部分的上表面上。
第一金属层180和第二金属层190均可利用金(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。例如，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可用作将体声波谐振器100的第一电极121和第二电极125电连接到在基板110上与体声波谐振器100相邻设置的另一体声波谐振器的电极的连接布线。
第一金属层180的至少一部分可与保护层127接触，并且可结合到第一电极121。
此外，在谐振部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的外周部分处。
因此，第一金属层180可沿着谐振部120的外周设置，因此可被设置为围绕第二电极125。然而，第一金属层180不限于前述构造。
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形成，并且可具有大体积以具有优异的散热效果。因此，第一保护层127a可连接到第一金属层180和第二金属层190，使得在压电层123中产生的热可经由第一保护层127a快速传递到第一金属层180和第二金属层190。
第一保护层127a的至少一部分可设置在第一金属层180下方和第二金属层190下方。具体地，第一保护层127a可插入在第一金属层180与压电层123之间以及第二金属层190与第二电极125之间。尽管未示出，但第一保护层127a可插入在第二金属层190与压电层123之间。
如上所述，第一保护层127a可利用金刚石薄膜形成。金刚石薄膜的至少一部分可与第一金属层180和第二金属层190直接接触。
体声波谐振器100可示出如下温度分布：在图1所示的平面图中，温度在谐振部120的中央区域中最高，并且从谐振部120的中央区域朝向外侧降低。
在现有技术中，保护层仅利用一种材料形成，并且主要将SiO2和Si3N4用作保护层的材料。SiO2和Si3N4具有非常低的热导率，因此不能平顺地执行从谐振部120的散热。例如，当现有技术的保护层利用Si3N4形成时，测量到的谐振部120的中央区域中的最高温度为179℃。
另一方面，在保护层127包括金刚石薄膜的情况下，当向谐振部120施加相同的电力时，测量到的谐振部120的中央区域中的最高温度为74℃，该温度显著低于上述最高温度。因此，确认了热通过保护层127快速散发。
如上所述，在体声波谐振器100中，在压电层123中产生的热可通过具有相对高热导率的第一保护层127a传递并散发到第一金属层180和第二金属层190，从而可改善散热效果，并且即使将高电力施加到谐振部120，也可确保体声波谐振器100的操作可靠性。因此，体声波谐振器100可用作适合于5G通信的体声波谐振器。
此外，由于利用介电材料形成的第二保护层127b设置在第一保护层127a上，因此可通过保护层127改善散热效果并且可通过保护层127执行频率微调。
本公开不限于上面提到的示例，并且上面提到的示例可以以各种方式变型。
图6是示出根据另一实施例的具有谐振部120-1的体声波谐振器100-1的示意性截面图。
参照图6，在体声波谐振器100-1中，包括第一保护层127a-1和第二保护层127b-1的保护层127-1可具有第一区A1和第二区A2。
第一区A1可以是设置在第一金属层180下方或第二金属层190下方并且具有比第二区A2的厚度大的厚度的区域。第二区A2(除第一区A1之外的部分)可设置在谐振部120中，并且可具有比第一区A1的厚度小的厚度。
这种构造可通过以下方式来实现：将整个保护层127-1形成为具有第一区A1的厚度，然后部分地去除第二保护层127b-1的设置在第二区A2中的部分。第二保护层127b-1的至少一部分可形成为具有比第一保护层127a-1的厚度大的厚度。例如，第二保护层127b-1可形成为在第一区A1中比第一保护层127a-1厚。第二保护层127b-1的至少一部分可形成为比第一保护层127a-1的位于第二区A2中的部分薄。然而，第二保护层127b-1不限于这种构造，并且如果需要，第二保护层127b-1的一部分或全部可形成为比第一保护层127a-1的位于第二区A2中的部分厚(如图6中所示)。另外，在体声波谐振器100-1中，第一保护层127a-1在第二区A2中的厚度可小于第一保护层127a-1在第一区A1中的厚度。
随着利用金刚石薄膜形成的第一保护层127a-1的厚度增大，可能发生更多的晶粒生长，因此可获得增大粒度的效果。因此，在改善第一保护层127a-1的热导率以保持第一保护层127a-1的厚度较大的方面会是有利的。
尽管上面将第一保护层127a-1描述为被构造为在第二区A2中具有比在第一区A1中的厚度小的厚度，但第一保护层127a-1可形成为在第一区A1和第二区A2两者中具有相同的厚度，因此整体上可具有高热导率。
图7是示出根据另一实施例的具有谐振部120-2的体声波谐振器100-2的示意性截面图。
参照图7，第二电极125-2可包括至少一个开口125P。开口125P可设置在第二电极125-2的中央部处，保护层127-2的设置在第二电极125-2上的第一保护层127a-2可设置在开口125P中以与压电层123直接接触，并且保护层127-2的第二保护层127b-2可设置在开口125P中的第一保护层127a-2上。
体声波谐振器100-2在被操作时可在谐振部120-2的中央部处具有最高温度。因此，如果在谐振部120-2的中央部处产生的热可快速散发，则谐振部120-2的整体温度可降低。
因此，体声波谐振器100-2可被构造为使得压电层123(产热元件)在谐振部120-2的中央部处与第一保护层127a-2直接接触。在这种情况下，在压电层123中产生的热可直接传递到具有高热导率的第一保护层127a-2，因此可更有效地散发到谐振部120-2的外部。因此，可改善整个谐振部120-2中的散热效果。
当开口125P的面积大于谐振部120-2的面积的10％时，谐振部120-2的驱动区域会减小，这可能导致Kt 2减小和插入损耗特性劣化。因此，开口125P的面积可以是谐振部120-2的面积的10％或更小。
图8是示出根据另一实施例的包括谐振部120-3的体声波谐振器100-3的示意性截面图。
参照图8，第二电极125-3可包括开口125P，开口125P形成在第二电极125-3的中央部处。此外，压电层123-3可设置在开口125P中以与保护层127-3的第一保护层127a-3直接接触，并且保护层127-3的第二保护层127b-3可设置在第一保护层127a-3上。
为此，可在压电层123-3下方的与开口125P的区域相对应的区域中设置支撑部175。这里，“与开口125P的区域相对应的区域”指的是当开口125P投影在平面(其上设置有插入层170)上时与开口125P在该平面上的投影区域重叠的区域。
支撑部175可设置在压电层123-3的下部，以使压电层123-3部分地隆起并且使压电层123-3设置在开口125P中。
压电层123-3可包括隆起部123P，隆起部123P根据支撑部175的形状隆起并且设置在开口125P中。
隆起部123P的侧表面可形成为倾斜表面，并且第二电极125-3的开口125P可沿着隆起部123P的倾斜表面设置。在这种情况下，如图8中所示，第二电极125-3的端部(在端部之间形成有开口125P)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与第一保护层127a-3接触。此外，倾斜表面(隆起部123P的侧表面)的一部分可被构造为与第一保护层127a-3接触。然而，倾斜表面不限于前述构造。
支撑部175可被构造为上述插入层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，支撑部175不限于该示例，并且也可与插入层170分开形成。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，但不限于此。
此外，已经通过示例的方式描述了支撑部175设置在第一电极121与压电层123-3之间的情况，但如果需要，支撑部175也可设置在膜层150与第一电极121之间。
图9是示出根据另一实施例的包括谐振部120-4的体声波谐振器100-4的示意性截面图。
在体声波谐振器100-4中，第二电极125-4可设置在压电层123的位于谐振部120-4内的整个上表面上。因此，第二电极125-4可形成在压电层123的延伸部1232上以及压电层123的倾斜部1231上。
包括第一保护层127a-4和第二保护层127b-4的保护层127-4可设置在第二电极125-4上。
图10是示出根据另一实施例的包括谐振部120-5的体声波谐振器100-5的示意性截面图。
参照图10，在体声波谐振器100-5中，在谐振部120-5的横跨中央部S切开的截面中，第二电极125-5的末端可仅形成在压电层123的压电部123a的上表面上，并且可不形成在压电层123的弯曲部123b上。因此，第二电极125-5的末端可沿着压电部123a与倾斜部1231之间的边界设置。
包括第一保护层127a-5和第二保护层127b-5的保护层127-5可设置在第二电极125-5上。
图11是示出根据另一实施例的体声波谐振器100-6的示意性截面图。
参照图11，体声波谐振器100-6可与图2和图3中所示的声波谐振器100类似地形成，但可不包括腔C(见图2)，并且可包括布拉格(Bragg)反射层117。
布拉格反射层117可设置在基板110-6中，并且可通过在谐振部120下方交替地堆叠第一反射层B1和第二反射层B2来形成，第一反射层B1具有相对高的声阻抗，第二反射层B2具有比第一反射层B1的声阻抗低的声阻抗。
在这种情况下，第一反射层B1和第二反射层B2可具有根据特定波长限定的厚度，以在竖直方向上朝向谐振部120反射声波，从而阻挡声波从基板110-6向下流出。
为此，第一反射层B1可利用密度比第二反射层B2的材料的密度高的材料形成。例如，可选择性地将W、Mo、Ru、Ir、Ta、Pt和Cu中的任意一种用作第一反射层B1的材料。此外，第二反射层B2可利用密度比第一反射层B1的材料的密度低的材料形成。例如，可选择性地将SiO2、Si3N4和AlN中的任意一种用作第二反射层B2的材料。然而，第一反射层和第二反射层的材料不限于前述示例。
图12是示出根据另一实施例的体声波谐振器100-7的示意性截面图。
参照图12，体声波谐振器100-7可类似于图2和图3所示的声波谐振器100形成，但腔C不形成在基板110-7上方而是可通过去除基板110-7的一部分来形成。如图12中所示，腔C可形成为具有凹槽形状，并且谐振部120可通过腔C与基板110-7间隔开预定距离。
腔C可通过部分地蚀刻基板110-7的上表面来形成。可使用干法蚀刻和湿法蚀刻中的任一种来蚀刻基板110-7。
阻挡层113可形成在腔C的内表面上。阻挡层113可保护基板110-7免受在形成谐振部120的工艺中使用的蚀刻剂的影响。
阻挡层113可利用介电材料(诸如，AlN或SiO2)形成，但不限于此。也就是说，可使用各种材料作为阻挡层113的材料，只要它们可保护基板110-7免受蚀刻剂的影响即可。
如上所述，根据在此公开的内容的体声波谐振器可以以各种形式变型。
如以上所阐述的，在根据本公开的体声波谐振器中，在压电层中产生的热可通过具有相对高的热导率的第一保护层传递并散发到第一金属层和第二金属层，从而可改善散热效果。
尽管本公开包括具体示例，但在理解本申请的公开内容之后将易于理解的是，在不脱离权利要求及其等同方案的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种改变。在此描述的示例将仅被认为是描述性的意义，而不是出于限制的目的。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的特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或电路中的组件和/或用其他组件或它们的等同组件替换或补充描述的系统、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方案来限定，并且在权利要求及其等同方案的范围内的所有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；
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；以及
保护层，设置在所述谐振部的上表面上，
其中，所述保护层包括：
第一保护层，利用金刚石薄膜形成；以及
第二保护层，堆叠在所述第一保护层上，并且利用介电材料形成。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第二保护层的一部分的厚度大于所述第一保护层的厚度。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第一保护层的厚度为
Figure FDA0003168459530000011
或更大，并且所述第二保护层的厚度为
Figure FDA0003168459530000012
或更小。
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从所述谐振部向外延伸，
其中，所述第一电极的位于所述谐振部外部的部分上设置有第一金属层，并且所述第二电极的位于所述谐振部外部的部分上设置有第二金属层，并且
其中，所述第一保护层的一部分与所述第一金属层接触，并且所述第一保护层的一部分与所述第二金属层接触。
5.根据权利要求4所述的体声波谐振器，其中，所述第一保护层的一部分设置在所述第一金属层下方，并且所述第一保护层的一部分设置在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和所述第二金属层下方的区域的厚度大于所述保护层的设置在所述谐振部上的区域的厚度。
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第二保护层包括二氧化硅、氮化硅、氧化镁、氧化锆、氮化铝、锆钛酸铅、砷化镓、氧化铪、氧化铝、氧化钛、氧化锌、非晶硅和多晶硅中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极包括至少一个开口，并且
其中，所述第一保护层的至少一部分设置在所述至少一个开口中，以与所述压电层直接接触。
9.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极包括至少一个开口，并且
其中，所述压电层的至少一部分设置在所述至少一个开口中，以与所述第一保护层直接接触。
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，使得所述压电层的一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，所述第一保护层利用具有比所述压电层的热导率和所述第二电极的热导率高的热导率的材料形成。
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，所述插入层使所述压电层的至少一部分隆起。
13.根据权利要求12所述的体声波谐振器，其中，所述第二电极包括至少一个开口，并且
其中，所述插入层包括支撑部，所述支撑部设置在与所述至少一个开口的区域相对应的区域中。
14.根据权利要求12所述的体声波谐振器，其中，所述插入层具有倾斜表面，并且
其中，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，在所述谐振部的截面中，所述第二电极的末端设置在所述倾斜部上，或者沿着所述压电部与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外侧的延伸部，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所述的体声波谐振器，所述体声波谐振器还包括布拉格反射层，所述布拉格反射层设置在所述基板中，
其中，在所述布拉格反射层中交替地堆叠有第一反射层和第二反射层，并且所述第二反射层的声阻抗低于所述第一反射层的声阻抗。
18.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，在所述基板的上表面中形成具有凹槽形状的腔，并且
其中，所述谐振部通过所述腔与所述基板间隔开预定距离。
19.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述金刚石薄膜的平均粒度为50nm至1μm。
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