CN116762276A - 体声波装置 - Google Patents

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CN116762276A CN202280011217.5A CN202280011217A CN116762276A CN 116762276 A CN116762276 A CN 116762276A CN 202280011217 A CN202280011217 A CN 202280011217A CN 116762276 A CN116762276 A CN 116762276A
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中村健太郎
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Abstract

本发明提供一种不易产生特性的劣化且使用了含钪氮化铝膜的体声波装置。一种体声波装置(1)，其中，在基板(2)上设置有含钪氮化铝膜(3)，含钪氮化铝膜(3)设置在第1电极(4)上，在含钪氮化铝膜(3)上设置有第2电极(5)，第1电极(4)和第2电极(5)隔着含钪氮化铝膜(3)相互重叠，在含钪氮化铝膜(3)中，在沿着厚度方向位于第1电极(4)侧的第1区域(11)、位于第2电极(5)侧的第3区域(13)、作为第1区域(11)与第3区域(13)之间的厚度方向中央区域的第2区域(12)中，第1区域(11)中的定向比低于第2区域(12)中的定向比，或者第3区域(13)中的定向比高于第2区域(12)中的定向比。

Description

体声波装置
技术领域
本发明涉及使用了含有钪的氮化铝膜的体声波装置。
背景技术
以往，已知有如下的体声波装置，即，作为压电膜，使用了含有钪(Sc)的氮化铝(AlN)膜，即，ScAlN膜。例如，在下述的专利文献1中，公开了一种BAW装置，其使用了添加了钪的氮化铝膜。此外，在下述的专利文献2也公开了具有同样的构造的体声波装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-010926号公报
专利文献2：US2015/0084719A1
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1、专利文献2记载的体声波装置中，若Sc浓度变高，则可提高压电性。
然而，在专利文献1、专利文献2记载的体声波装置中，有时体声波装置的特性劣化。
本发明的目的在于，提供一种不易产生特性的劣化且使用了ScAlN膜的体声波装置。
用于解决问题的技术方案
本发明涉及的体声波装置是如下的体声波装置，即，具备：第1电极；含有钪的氮化铝膜，设置在所述第1电极上；第2电极，设置在所述含有钪的氮化铝膜上，隔着所述含有钪的氮化铝膜与所述第1电极相互重叠；以及基板，对所述含有钪的氮化铝膜进行支承，在所述含有钪的氮化铝膜中，沿着厚度方向，将位于所述第1电极侧的区域设为第1区域，将位于所述第2电极侧的区域设为第3区域，将所述第1区域与所述第3区域之间的厚度方向中央区域设为第2区域，此时，所述第1区域中的定向比低于所述第2区域中的定向比。
此外，在本发明中，还提供如下的体声波装置，即，具备：第1电极；含有钪的氮化铝膜，设置在所述第1电极上；第2电极，设置在所述含有钪的氮化铝膜上，隔着所述含有钪的氮化铝膜与所述第1电极相互重叠；以及基板，对所述含有钪的氮化铝膜进行支承，在所述含有钪的氮化铝膜中，沿着厚度方向，将位于所述第1电极侧的区域设为第1区域，将位于所述第2电极侧的区域设为第3区域，将所述第1区域与所述第3区域之间的厚度方向中央区域设为第2区域，此时，所述第3区域中的定向比高于所述第2区域中的定向比。
发明效果
根据本发明，能够提供一种不易产生特性的劣化且使用了含有钪的氮化铝膜的体声波装置。
附图说明
图1的(a)以及图1的(b)是本发明的一个实施方式涉及的体声波装置的主视剖视图以及俯视图。
图2是用于说明本实施方式的体声波装置的ScAlN膜中的第1区域～第3区域的示意性剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，由此明确本发明。
另外，需要指出，在本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。
图1的(a)是本发明的一个实施方式涉及的体声波装置的主视剖视图，图1的(b)是其俯视图。
体声波装置1具有基板2。在基板2的上表面设置有凹部。层叠有含有钪的氮化铝(ScAlN)膜3，使得覆盖基板2的上表面的凹部。ScAlN膜3具有第1主面3a和与第1主面3a相反侧的第2主面3b。第1主面3a层叠在基板2的上表面。由此，设置有空洞部6。
在第1主面3a上设置有第1电极4。在第2主面3b上设置有第2电极5。第1电极4是下部电极，第2电极5被设为上部电极。第1电极4和第2电极5隔着ScAlN膜3相互重叠。该相互重叠的区域为激励区域。通过在第1电极4与第2电极5之间施加交流电场，从而激励作为弹性波的BAW(Bulk Acoustic Wave，体声波)。体声波装置1是如下的体声波装置，即，在ScAlN膜3传播的弹性波以BAW为主体。
空洞部6是为了不妨碍ScAlN膜3中的BAW的激励而设置的。因此，空洞部6位于第1电极4、第2电极5的下方。
基板2包含适当的绝缘体或半导体。作为这样的材料，能够列举硅、玻璃、GaAs、陶瓷、石英等。在本实施方式中，基板2是高电阻的硅基板。
另外，第1电极4以及第2电极5包含适当的金属或合金。作为这样的材料，可列举Ti、Mo、Ru、W、Al、Pt、Ir、Cu、Cr或Sc等金属、使用了这些金属的合金。此外，第1电极4、第2电极5也可以是多个金属膜的层叠体。
ScAlN膜3能够通过溅射、CVD等适当的方法来形成。在本实施方式中，ScAlN膜3使用RF磁控溅射装置进行了成膜。
在进行上述溅射时，使用包含Al的第1靶和包含Sc的第2靶在氮气气氛中进行溅射。即，通过二元溅射法形成ScAlN膜。在该情况下，关于ScAlN膜的定向比，能够通过调整溅射条件而进行控制。作为溅射条件，可列举RF功率的大小、气压、气体的流路、靶的材料的组成或纯度。
另外，关于成膜后的ScAlN膜的定向比，能够使用ASTAR(注册商标)进行确认。该ASTAR利用了ACOM-TEM法(Automated Crystal Orientation Mapping-TEM法，自动晶体取向成像-TEM法)。
参照图2对体声波装置1的特征进行说明。
图2是用于说明本实施方式的体声波装置的ScAlN膜中的第1区域～第3区域的示意性剖视图。
如图2所示，ScAlN膜3在厚度方向上具有第1区域11～第3区域13。第2区域12是在ScAlN膜3的厚度方向上位于中央的区域。第1区域11是位于第1电极4侧的区域。第3区域13是位于第2电极5侧的区域。
在体声波装置1中，使第1区域11的定向比低于第2区域12的定向比。此外，使第3区域13中的定向比高于第2区域12的定向比。由此，能够抑制特性的劣化。
在第1区域11中的定向比低于第2区域12中的定向比的情况下，能够减小ScAlN膜3的膜应力。因此，ScAlN膜3不易从第1电极4剥离，此外，不易产生翘曲。因而，不易产生特性的劣化。
另一方面，在第3区域13中的定向比高于第2区域12中的定向比的情况下，可提高形成在第3区域13上的第2电极5的定向性。因此，能够形成晶体缺陷少的第2电极5。因此，能够提高压电特性。
更优选地，第1区域11的定向比低于第2区域12的定向比，且第3区域13的定向比高于第2区域12的定向比。在该情况下，能够更有效地抑制特性的劣化。
另外，上述定向比是通过自动晶体取向成像-TEM法(Automated CrystalOrientation Mapping-TEM法)计测的值。在该情况下，允许误差为±2.5。
在此，关于在本申请中所说的“定向比”，定义如下。首先，通过上述ACOM-TEM法获得倒极点图。根据得到的倒极点图，确认了相对于基准的晶轴存在晶体的偏移的区域。此时，将“(晶轴的偏移范围在5度以内的区域)/(对象区域整体)”设为“定向比”。此外，关于“晶轴的偏移”，例如，在作为支承基板而使用了Si(100)时，认为ScAlN进行法线方向相对于Si(100)面成为<0001>的c轴取向，将从该c轴取向的偏移定义为“晶轴的偏移”。
在此，虽然作为中央区域的第2区域12的厚度还根据ScAlN膜3的膜厚而不同，但是优选在膜厚的58％以上且86％以下的范围。在该情况下，能够得到良好的谐振特性。第1区域11的厚度优选为ScAlN膜3的整体的膜厚的7％以上且21％以下，此外，按绝对值优选为50nm以上且80nm以下。在该情况下，不易产生ScAlN膜3的翘曲、剥落，因此更加不易产生特性的劣化。
第3区域13的厚度优选为ScAlN膜3的整体的膜厚的7％以上且21％以下，此外，按绝对值优选为50nm以上且80nm以下。如果第3区域13的厚度为ScAlN膜3的膜厚的7％以上，则能够更有效地提高第2电极5的结晶性。如果第3区域13的厚度为ScAlN膜3的膜厚的21％以下，则更加不易产生ScAlN膜3的压电特性的劣化。
接着，基于更具体的实验例进行说明。如上所述，通过RF磁控溅射装置在第1电极4上成膜了厚度为540nm的ScAlN膜3。通过控制该情况下的溅射的条件，从而准备了钪浓度为整体的6.8原子％的试样1和钪浓度为整体的11.7原子％的试样2。
另外，在试样1中，第1区域11的定向比为99.5％，第2区域12的定向比为99.7％，第3区域13的定向比为99.9％。
另一方面，在试样2中，第1区域11的定向比为98.2％，第2区域12的定向比为99.5％，第3区域13的定向比为100％。
使用上述试样1以及试样2的ScAlN膜3制作了体声波装置1。另外，第1电极4、第2电极5的材料设为Mo。
其结果是，在使用了试样1以及试样2的ScAlN膜3的任一体声波装置1中，均能够抑制ScAlN膜3的翘曲、剥落。此外，还有效地提高了第2电极5的结晶性。因此，可知在任一情况下，均不易产生特性的劣化。
附图标记说明
1：体声波装置；
2：基板；
3：ScAlN膜；
3a：第1主面；
3b：第2主面；
4：第1电极；
5：第2电极；
6：空洞部；
11：第1区域；
12：第2区域；
13：第3区域。

Claims (4)

1.一种体声波装置，具备：
第1电极；
含有钪的氮化铝膜，设置在所述第1电极上；
第2电极，设置在所述含有钪的氮化铝膜上，隔着所述含有钪的氮化铝膜与所述第1电极相互重叠；以及
基板，对所述含有钪的氮化铝膜进行支承，
在所述含有钪的氮化铝膜中，沿着厚度方向，将位于所述第1电极侧的区域设为第1区域，将位于所述第2电极侧的区域设为第3区域，将所述第1区域与所述第3区域之间的厚度方向中央区域设为第2区域，此时，所述第1区域中的定向比低于所述第2区域中的定向比。
2.根据权利要求1所述的体声波装置，其中，
所述第1电极是下部电极。
3.一种体声波装置，具备：
第1电极；
含有钪的氮化铝膜，设置在所述第1电极上；
第2电极，设置在所述含有钪的氮化铝膜上，隔着所述含有钪的氮化铝膜与所述第1电极相互重叠；以及
基板，对所述含有钪的氮化铝膜进行支承，
在所述含有钪的氮化铝膜中，沿着厚度方向，将位于所述第1电极侧的区域设为第1区域，将位于所述第2电极侧的区域设为第3区域，将所述第1区域与所述第3区域之间的厚度方向中央区域设为第2区域，此时，所述第3区域中的定向比高于所述第2区域中的定向比。
4.根据权利要求3所述的体声波装置，其中，
所述第1区域的定向比低于所述第2区域的定向比。
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