TW202201899A - 用於體聲波濾波器之氮化鋁摻雜方案 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種聲波諧振器，其包含由摻雜有鈹(Be)、鍶(Sr)及鈉(Na)中之一或多者的氮化鋁(AlN)形成之基板材料以增強聲波諧振器的效能。

Description

用於體聲波濾波器之氮化鋁摻雜方案
本發明之實施例係關於可用作聲波器件中之基板的壓電材料，且係關於包括此類聲波器件之聲波濾波器。
聲波濾波器可以過濾射頻信號。聲波濾波器可以包括經配置以過濾射頻信號的複數個諧振器。諧振器可以經配置為階梯電路。實例聲波濾波器包括表面聲波(SAW)濾波器、體聲波(BAW)濾波器及藍姆波諧振器(Lamb wave resonator)濾波器。薄膜體聲波諧振器(FBAR)濾波器為BAW濾波器之實例。固態堆疊式諧振器(SMR)濾波器為BAW濾波器之另一實例。
聲波濾波器可以實施於射頻電子系統中。舉例而言，行動電話之射頻前端中的濾波器可以包括聲波濾波器。兩種聲波濾波器可以經配置為雙工器。
根據一態樣，提供一種聲波諧振器，其包含由摻雜有鈹(Be)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋰(Li)及鈉(Na)中之一或多者的氮化鋁(AlN)形成之壓電材料以增強聲波諧振器的效能。
在一些實施例中，Be、Mg、Zn、Ca、Sr、Li及Na中之一或多者與Si及Ge中之至少一者電荷平衡，且材料的化學式為以下中之一者：Al1 - 2x Cax Six N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Cax Gex N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Srx Six N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Srx Gex N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Bex Six N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Bex Gex N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Mgx Six N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Mgx Gex N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Znx Six N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Znx Gex N (0＜x＜1)、Al1 - 3x Lix Si2x N (0＜x＜1)、Al1 - 3x Lix Ge2x N (0＜x＜1)、Al1 - 3x Nax Si2x N (0＜x＜1)或Al1 - 3x Nax Ge2x N (0＜x＜1)。
在一些實施例中，Si及Ge中之至少一者佔據經摻雜AlN之晶體結構內的Al位點。
在一些實施例中，AlN摻雜有呈現纖維鋅礦或變形纖維鋅礦晶體結構的化合物。
在一些實施例中，AlN摻雜有CaAlSiN3 。
在一些實施例中，經摻雜AlN之化學式為Al1 - 2x Cax Six N。
根據另一態樣，提供一種聲波濾波器，其包括包含由摻雜有鈹(Be)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋰(Li)及鈉(Na)中之一或多者的氮化鋁(AlN)形成之壓電材料之聲波諧振器以增強聲波諧振器的效能。
在一些實施例中，聲波濾波器包含包括經摻雜AlN之體聲波(BAW)諧振器。
在一些實施例中，BAW諧振器為薄膜體聲波諧振器、藍姆波諧振器或表面安裝諧振器中之一者。
在一些實施例中，聲波濾波器包含射頻濾波器。
在一些實施例中，電子模組包括聲波濾波器。
在一些實施例中，電子器件包括電子模組。
根據另一態樣，提供一種聲波諧振器，其包含由摻雜有鈹(Be)、鍶(Sr)及鈉(Na)中之一或多者的氮化鋁(AlN)形成之壓電材料以增強聲波諧振器的效能。
在一些實施例中，聲波諧振器包括於聲波濾波器中。
在一些實施例中，聲波濾波器包含包括經摻雜AlN之體聲波(BAW)諧振器。
在一些實施例中，BAW諧振器為薄膜體聲波諧振器、藍姆波諧振器或表面安裝諧振器中之一者。
在一些實施例中，聲波濾波器包含射頻濾波器。
在一些實施例中，聲波濾波器包括於電子模組中。
在一些實施例中，電子模組包括於電子器件中。
在一些實施例中，Be、Sr及Na中之一或多者與Si及Ge中之至少一者電荷平衡，且基板材料的化學式為以下中之一者：Al1 - 2x Srx Six N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Srx Gex N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Bex Six N (0＜x＜1)、Al1 - 2x Bex Gex N (0＜x＜1)、Al1 - 3x Nax Si2x N (0＜x＜1)或Al1 - 3x Nax Ge2x N (0＜x＜1)。
在一些實施例中，壓電材料具有纖維鋅礦晶體結構。
根據另一態樣，提供一種形成聲波諧振器之方法。該方法包含將電極沈積於由摻雜有鈹(Be)、鍶(Sr)及鈉(Na)中之一或多者的氮化鋁(AlN)形成之壓電薄膜上。
在一些實施例中，將電極沈積於壓電薄膜上包括將第一電極沈積於壓電薄膜之頂面上及將第二電極沈積於壓電薄膜之底面上。
在一些實施例中，聲波諧振器為薄膜體聲波諧振器，且該方法進一步包含界定在壓電薄膜之下表面下方的空腔。
在一些實施例中，聲波諧振器為藍姆波諧振器，且使第一電極沈積於壓電薄膜之頂面上包含使數位間轉換器電極沈積於壓電薄膜之頂面上。
在一些實施例中，聲波諧振器為固態堆疊式諧振器，且該方法進一步包含在布拉格反射器(Bragg reflector)之頂面上形成壓電薄膜。
根據另一態樣，提供一種壓電材料，其包含摻雜有鈹(Be)、鍶(Sr)及鈉(Na)中之一或多者的氮化鋁(AlN)。
在一些實施例中，Be、Sr及Na中之一或多者與Si及Ge中之至少一者電荷平衡，且壓電材料的化學式為以下中之一者： Al1 - 2x Srx Six N (0＜x＜1)； Al1 - 2x Srx Gex N (0＜x＜1)； Al1 - 2x Bex Six N (0＜x＜1)； Al1 - 2x Bex Gex N (0＜x＜1)； Al1 - 3x Nax Si2x N (0＜x＜1)；或 Al1 - 3x Nax Ge2x N (0＜x＜1)。
在一些實施例中，壓電材料具有纖維鋅礦晶體結構。
某些實施例之以下描述提出具體實施例之各種描述。然而，本文中所描述之創新可(例如)以如申請專利範圍所定義及涵蓋的大量不同方式體現。在本說明書中，參考圖式，圖式中的相同參考數字可以指示相同或功能上類似的元件。應理解，圖中所說明之元件未必按比例繪製。此外，應理解，某些實施例可以包括比圖式中所說明之元件及/或圖式中所說明之元件之子集更多的元件。此外，一些實施例可併有來自兩個或多於兩個圖式之特徵的任何合適組合。
薄膜體聲波諧振器(FBAR)為體聲波諧振器之一種形式，其通常包括包夾在頂部與底部電極之間且懸浮於允許壓電材料薄膜振動之空腔上方的壓電材料薄膜。跨越頂部及底部電極施加之信號使得在壓電材料薄膜中產生聲波且使聲波行進穿過壓電材料薄膜。FBAR展現對具有藉由壓電材料薄膜之厚度決定之諧振峰值的所施加信號之頻率回應。理想地，將在FBAR中產生的唯一聲波為將在垂直於形成頂部及底部電極之導電材料層的方向上行進通過壓電材料薄膜的主要聲波。然而，FBAR之壓電材料典型地具有非零之帕松比(Poisson's ratio)。與主要聲波之通過相關的壓電材料之壓縮及鬆弛可因此引起壓電材料在垂直於主要聲波之傳播方向的方向上之壓縮及鬆弛。壓電材料在垂直於主要聲波之傳播方向的方向上之壓縮及鬆弛可產生橫向聲波，該等橫向聲波垂直於主要聲波(平行於電極薄膜表面)行進通過壓電材料。橫向聲波可反射回到主要聲波傳播的區域中且可誘發在與主要聲波相同的方向上行進的雜散聲波。此等雜散聲波可使FBAR之頻率回應自預期之頻率回應或自期望之頻率回應降低且通常被視為不合需要的。
圖1為大體上由100所指示的FBAR之實例之橫截面視圖。FBAR 100被安置於基板110 (例如，可包括(例如)二氧化矽之介電表面層110A的矽基板)上。FBAR 100包括壓電材料層或薄膜115，例如氮化鋁(AlN)。頂部電極120被安置於壓電材料層或薄膜115之一部分之頂部上，且底部電極125被安置於壓電材料層或薄膜115之一部分之底部上。頂部電極120可由例如釕(Ru)形成。底部電極125可包括被安置成與壓電材料層或薄膜115之該部分之底部接觸的Ru層125A及被安置於Ru層125A之下側上的鈦(Ti)層125B，該Ru層之下側與和壓電材料層或薄膜115該部分之底部接觸的Ru層125A的一側相對。頂部電極120及底部電極125中之每一者可覆蓋有介電材料層130，例如二氧化矽。空腔135界定於覆蓋底部電極125及基板110之表面層110A的介電材料層130下方。由例如銅形成之底部電觸點140可與底部電極125電連接，且由例如銅形成之頂部電觸點145可與頂部電極120電連接。
FBAR 100可包括中心區150，該中心區包括在壓電材料層或薄膜115中之主要有源域，在操作期間在該主要有源域中激發主要聲波。中心區可具有例如在約20 µm與約100 µm之間的寬度。一或多個凹入框架區155可約束及界定中心區150之橫向範圍。凹入框架區可具有例如約1 µm之寬度。一或多個凹入框架區155可由在頂部電極120之頂部上具有比在中心區150中更薄的介電材料層130之區域界定。一或多個凹入框架區155中之介電材料層130可比中心區150中之介電材料層130薄約10 nm至約100 nm。一或多個凹入框架區155中與中心區150中之介電材料之厚度的差值可使得一或多個凹入框架區155中之器件的諧振頻率比中心區150中之器件的諧振頻率高約5 MHz至約50 MHz。在一些實施例中，中心區150中之介電材料層130的厚度可為約200 nm至約300 nm，且一或多個凹入框架區155中之介電材料層130的厚度可為約100 nm。一或多個凹入框架區155中之介電薄膜300典型地在製造期間經蝕刻以實現中心區150與一或多個凹入框架區155之間的聲速之所需差異。因此，首先沈積於中心區150及一或多個凹入框架區155兩者中之介電薄膜300以允許蝕刻一或多個凹入框架區155中之足夠介電薄膜300的足夠厚度沈積，以實現中心區域150及一或多個凹入框架區155中之介電薄膜300之厚度的所需差異，從而實現此等區域之間的所需聲速差異。
可自中心區150在一或多個凹入框架區155之相對側上界定一或多個凸起框架區160且一或多個凸起框架區160可直接鄰接於一或多個凹入框架區155之一或多個外部邊緣。凸起框架區可具有(例如)約1 µm之寬度。一或多個凸起框架區160可由頂部電極120比中心區150及一或多個凹入框架區155中更厚的區域界定。頂部電極120可在中心區域150中及在一或多個凹入框架區155中具有相同厚度但在一或多個凸起框架區160中具有更大厚度。頂部電極120在一或多個凸起框架區160中可比在中心區150中及/或在一或多個凹入框架區155中厚約50 nm至約500 nm之間。在一些實施例中，中心區中頂部電極的厚度可介於50 nm與500 nm之間。
一或多個凹入框架區155及凸起框架區160可有助於操作期間在FBAR 100中產生的橫向聲波之耗散或散射及/或可反射在一或多個凹入框架區155及凸起框架區160外部傳播之橫向波，且防止此等橫向聲波進入中心區域且在FBAR之主要有源域區域中誘發雜散信號。不受特定理論之束縛，咸信歸因於一或多個凹入框架區155中頂部電極120之頂部上的較薄介電材料層130，一或多個凹入框架區155可比中心區150展現更高的聲波傳播速度。相反地，歸因於一或多個凸起框架區160中頂部電極120之增大的厚度及質量，一或多個凸起框架區160可展現比中心區150更低的聲波傳播速度，和比一或多個凹入框架區155更低的聲波傳播速度。一或多個凹入框架區155與一或多個凸起框架區160之間的聲波速度之不連續性會產生散射、抑制及/或反射橫向聲波之障壁。
另一形式之BAW諧振器為藍姆波聲波諧振器。藍姆波諧振器可以組合表面聲波(SAW)諧振器及BAW諧振器之特徵。藍姆波諧振器典型地包括類似於SAW諧振器之數位間轉換器(IDT)電極。因此，可以光刻法確定藍姆波諧振器之頻率。藍姆波諧振器可以實現相對較高品質因數(Q)及相對較高相位速度，如BAW諧振器(例如，歸因於懸浮結構)。例如，因為AlN程序技術可以與互補金屬氧化物半導體(CMOS)程序技術相容，包括AlN壓電層之藍姆波諧振器可以相對容易地與其他電路整合。AlN藍姆波諧振器可以克服相對較低諧振頻率侷限性及與SAW諧振器相關的整合挑戰，且亦克服與BAW諧振器相關的多個頻率能力挑戰。一些藍姆波諧振器拓樸結構係基於來自週期性反射光柵之聲反射。一些其他藍姆波諧振器拓樸結構係基於來自壓電層之懸浮自由邊緣的聲反射。
藍姆波聲波諧振器之實例在圖2中大體上由200指示。藍姆波諧振器200包括SAW諧振器及FBAR之特徵。如所說明，藍姆波諧振器200包括壓電層205、壓電層205上之數位間轉換器電極(IDT) 210及安置於壓電層205之下表面上的下部電極215。壓電層205可以為薄膜。壓電層205可以為氮化鋁層。在其他情況下，壓電層205可以為任何適合之壓電層。藍姆波諧振器之諧振頻率可以基於IDT 210之幾何結構。在某些情況下，電極215可以接地。在一些其他情況下，電極215可以浮動。空氣腔220係安置於電極215與半導體基板225之間。可以實施任何合適的空腔代替空氣腔220，例如，真空空腔或填充有不同氣體之空腔。
另一形式之BAW諧振器為表面安裝諧振器(SMR)。SMR之實例大體上在圖3中由300說明。如所說明，SMR 300包括壓電層305、壓電層305上之上部電極310及壓電層305之下表面上之下部電極315。壓電層305可以為氮化鋁層。在其他情況下，壓電層305可以為任何其他適合之壓電層。在某些情況下，下部電極315可以接地。在一些其他情況下，下部電極315可以浮動。布拉格反射器320係安置於下部電極315與半導體基板325之間。半導體基板325可以為矽基板。可以實施任何合適的布拉格反射器。例如，布拉格反射器可以為SiO2 /W。
在上文所論述的BAW諧振器中，各別壓電層可由AlN形成。已發現，可藉由將一或多個摻雜元素添加至形成各別壓電層的AlN來改良如本文所揭示的BAW諧振器之操作特性，例如，耦合因數及/或品質因數。圖4包括可用於摻雜AlN之各種化合物(「端成份」行)，及可用作BAW諧振器中之壓電材料的經摻雜材料的所得化學式(「固溶體系列」行)的表。圖5A及5B為額外纖維鋅礦相關之氮化物化合物之表，該等氮化物化合物可用作AlN摻雜劑以形成用於BAW諧振器的壓電材料，或其自身可用作BAW諧振器中的壓電材料。圖5A及5B之表係獲自Ottinger, Doctoral Thesis (2004) Diss. ETH Nr. 15624。
已發現相比於未經摻雜之AlN用於其壓電層之類似BAW諧振器，用作BAW諧振器中之壓電材料的摻雜有氮化鈧(ScN)之氮化鋁改良BAW諧振器的操作特性。不受特定理論之束縛，咸信Sc之正電性特性可有助於改良利用摻雜有Sc之AlN用於其壓電層的BAW諧振器之操作特性。因此，將AlN與比Sc甚至更正電性的元素摻雜可產生優於用於BAW諧振器之摻雜Sc之AlN的壓電材料。AlN中摻雜劑用二氧化矽而不是諸如氧化鋯之替代元素的電荷補償可更好地適於AlN晶體結構之四面體位點，其中Si可取代Al，相對於AlN摻雜有Sc或共摻雜有Mg/Zr其可提供在BAW諧振器中展現較高品質因數的壓電材料。具有纖維鋅礦或變形纖維鋅礦結構之摻雜劑化合物(「端成份」)可展現比藉由岩鹽結構化ScN可達到的摻雜劑濃度更寬範圍的摻雜劑濃度，該等濃度維持AlN中之固溶體。
圖6A至6D中說明了可有利地用於BAW諧振器中的壓電材料的所選材料的晶體結構。圖6A說明Sr0 . 99 Eu0 . 01 AlSiN3 之晶體結構。圖6B為用Al/Si為中心的氮四面體說明之Sr0 . 99 Eu0 . 01 AlSiN3 之晶體結構的投影表示。圖6C為以N2為中心的Sr/Eu-Al/Si八面體中Sr0 . 99 Eu0 . 01 AlSiN3 之晶體結構表示。圖6D為投影於a-b平面上之CaAlSiN3 及Sr0 . 99 Eu0 . 01 AlSiN3 之晶體結構的比較。圖6A至6D係獲自Watanabe 等人, J. Solid State Chem. 181, 1848 (2008)。
應瞭解，圖中所說明之BAW諧振器係以高度簡化形式來說明。不同特徵之相對尺寸未按比例展示。此外，典型BAW諧振器可包括未說明的額外特徵或層。
在一些實施例中，如本文所揭示之多個BAW諧振器可組合為濾波器，例如，RF階梯濾波器，其在圖7中示意性地說明且包括複數個串聯諧振器R1、R3、R5、R7及R9，及複數個並聯(或分流)諧振器R2、R4、R6及R8。如所展示，複數個串聯諧振器R1、R3、R5、R7及R9串聯連接於RF階梯濾波器之輸入端與輸出端之間，且複數個並聯諧振器R2、R4、R6及R8分別以分流組態連接於串聯諧振器與接地之間。亦可形成可包括BAW器件或諧振器(例如雙工器、平衡-不平衡轉換器等)的此項技術中已知的其他濾波器結構及其他電路結構，包括如本文所揭示之BAW諧振器的實例。
本文所論述之聲波器件可以實施於多種封裝模組中。現將討論一些實例封裝模組，其中可以實施本文所論述之封裝聲波器件的任何合適的原理及優點。圖8、9及10為根據某些實施例的說明性封裝模組及器件之示意方塊圖。
如上文所論述，舉例而言，所揭示之BAW諧振器的實施例可以經組態為濾波器或用於濾波器中。之後，使用一或多個BAW元件的BAW濾波器可併入至模組中且封裝為模組，其可最終例如用於電子器件，諸如無線通信器件。圖8為說明包括BAW濾波器410的模組400之一個實例的方塊圖。BAW濾波器410可實施於包括一或多個連接墊422的一或多個晶粒420上。舉例而言，BAW濾波器410可包括對應於BAW濾波器的輸入觸點的連接墊422及對應於BAW濾波器的輸出觸點的另一連接墊422。封裝模組400包括經組態以接納複數個組件(包括晶粒420)之封裝基板430。複數個連接墊432可安置於封裝基板430上，且BAW濾波器晶粒420之各種連接墊422可經由電連接件434連接至封裝基板430上的連接墊432，該等電連接件可以為例如焊料凸塊或焊線，以允許將各種信號傳遞至BAW濾波器410及傳遞來自BAW濾波器410的各種信號。如鑒於本文中之揭示內容將為熟習半導體製造技術者所知，模組400可視情況進一步包括其他電路晶粒440，諸如一或多個額外濾波器、放大器、前置濾波器、調變器、解調變器、降頻轉換器及其類似物。在一些實施例中，模組400亦可以包括一或多個封裝結構以(例如)提供保護且促進對模組400之較容易處置。此封裝結構可以包括包覆模製件，其形成於封裝基板430上且經設定尺寸以實質上囊封基板上之各種電路及組件。
BAW濾波器410之各種實例及實施例可以用於廣泛多種電子器件中。舉例而言，BAW濾波器410可以用於天線雙工器中，其自身可以併入各種電子器件中，諸如RF前端模組及通信器件。
參看圖9，其說明前端模組500之一個實例之方塊圖，其可用於諸如無線通信器件(例如，行動電話)之電子器件中。前端模組500包括具有共同節點502、輸入節點504及輸出節點506之天線雙工器510。天線610連接至共同節點502。
天線雙工器510可包括連接於輸入節點504與共同節點502之間的一或多個傳輸濾波器512，及連接於共同節點502與輸出節點506之間的一或多個接收濾波器514。一或多個傳輸濾波器之一或多個通帶不同於一或多個接收濾波器之一或多個通帶。BAW濾波器410之實例可以用於形成一或多個傳輸濾波器512及/或一或多個接收濾波器514。感應器或其他匹配組件520可在共同節點502處連接。
前端模組500進一步包括連接至雙工器510之輸入節點504的傳輸器電路532及連接至雙工器510之輸出節點506的接收器電路534。傳輸器電路532可以產生用於經由天線610傳輸之信號，且接收器電路534可以接收且處理經由天線610接收之信號。在一些實施例中，接收器電路及傳輸器電路實施為單獨組件，如圖9中所示，然而，在其他實施例中，此等組件可整合至共同收發器電路或模組中。如熟習此項技術者將瞭解，前端模組500可包括圖9中未說明之其他組件，包括(但不限於)開關、電磁耦合器、放大器、處理器及其類似物。
圖10為包括圖9中所示之天線雙工器510的無線器件600之一個實例的方塊圖。無線器件600可以為蜂巢式電話、智慧型電話、平板電腦、數據機、通信網路，或經組態成用於語音及/或資料通信之任何其他攜帶型或非攜帶型器件。無線器件600可以自天線610接收及傳輸信號。無線器件包括類似於上文參考圖9所論述之模組的前端模組500之一個實施例。前端模組500包括如上文所論述之雙工器510。在圖10中所示之實例中，前端模組500進一步包括天線開關540，該天線開關可以經組態以在不同頻帶或模式(諸如，傳輸及接收模式)之間切換。在圖10中所說明之實例中，天線開關540定位在雙工器510與天線610之間；然而，在其他實例中，雙工器510可以定位在天線開關540與天線610之間。在其他實例中，天線開關540及雙工器510可以整合成單一組件。
前端模組500包括經組態以產生用於傳輸之信號及/或處理所接收之信號的收發器530。收發器530可以包括可以連接至雙工器510之輸入節點504的傳輸器電路532及可以連接至雙工器510之輸出節點506的接收器電路534，如圖9之實例中所示。
由傳輸器電路532產生的用於傳輸之信號係由功率放大器(PA)模組550接收，該功率放大器模組放大自收發器530產生之信號。功率放大器模組550可以包括一或多個功率放大器。功率放大器模組550可以用於放大廣泛多種RF或其他頻帶傳輸信號。舉例而言，功率放大器模組550可以接收啟用信號，該啟用信號可以用以對功率放大器之輸出加脈衝以輔助傳輸無線區域網路(WLAN)信號或任何其他合適脈衝信號。功率放大器模組550可以經組態以放大多種類型之信號中之任一者，包括(例如)全球行動系統(GSM)信號、分碼多重存取(CDMA)信號、W-CDMA信號、長期演進(LTE)信號或EDGE信號。在某些實施例中，可以使用例如高電子遷移率電晶體(pHEMT)或絕緣閘極雙極電晶體(BiFET)於砷化鎵(GaAs)基板上，或使用互補金屬氧化物半導體(CMOS)場效電晶體於矽基板上製造功率放大器模組550及包括開關及其類似物之相關組件。
仍參看圖10，前端模組500可進一步包括低雜訊放大器模組560，其放大自天線610接收之信號且將放大之信號提供至收發器530之接收器電路534。
圖10之無線器件600進一步包括電力管理子系統620，其連接至收發器530且管理用於操作無線器件600之電力。電力管理系統620亦可以控制無線器件600之基帶子系統630及各種其他組件的操作。電力管理系統620可以包括或可以連接至向無線器件600之各種組件供電的電池(未圖示)。舉例而言，電力管理系統620可以進一步包括可以控制信號之傳輸的一或多個處理器或控制器。在一個實施例中，基帶子系統630連接至使用者介面640以促進提供至使用者且自使用者接收之語音及/或資料的各種輸入及輸出。基帶子系統630亦可以連接至經組態以儲存資料及/或指令之記憶體650，以促進無線器件之操作及/或為使用者儲存資訊。上述實施例之任一者可以結合諸如蜂巢式手機的行動器件實施。實施例之原理及優點可以用於可得益於本文中所描述之實施例中之任一者的任何系統或裝置，諸如任何上行鏈路無線通信器件。本文中之教示可適用於多種系統。雖然本發明包括一些實例實施例，但本文中描述之教示可以應用於多種結構。本文所論述之任何原理及優點可結合RF電路實施，該等RF電路經組態以處理自約30 kHz至300 GHz之範圍內(諸如自約450 MHz至6 GHz之範圍內)的信號。
本發明之態樣可以實施於各種電子器件中。電子器件之實例可以包括(但不限於)消費者電子產品、消費者電子產品之零件(諸如，封裝射頻模組)、上行鏈路無線通信器件、無線通信基礎設施、電子測試設備等。電子器件之實例可以包括(但不限於)諸如智慧型電話之行動電話、諸如智慧型手錶或聽筒之可佩戴計算器件、電話、電視、電腦監視器、電腦、數據機、手持式電腦、膝上型電腦、平板電腦、微波爐、冰箱、諸如汽車電子系統之車輛電子系統、立體聲系統、數位音樂播放器、收音機、諸如數位相機之相機、攜帶型記憶體晶片、洗衣機、乾燥機、洗衣機/乾燥機、影印機、傳真機、掃描儀、多功能周邊器件、腕錶、時鐘等。另外，電子器件可以包括未完工產品。
實例 進行模擬以相對於具有式Al0 . 875 Sc0 . 125 N之材料及相對於未經摻雜之AlN測定具有式Al0 . 875 Ca0 . 0625 Si0 . 0625 N之材料的預期楊氏模量。此模擬之結果說明於圖11中。如所說明，期望Al0 . 875 Ca0 . 0625 Si0 . 0625 N材料之楊氏模量小於未經摻雜AlN之楊氏模量，但高於Al0 . 875 Sc0 . 125 N之楊氏模量。
除非上下文另外明確地要求，否則在整個說明書及申請專利範圍中，詞語「包含(comprise/comprising)」、「包括(include/including)」及其類似者應被認作具包括性意義，而非排他性或窮盡性意義；換言之，具「包括(但不限於)」之意義。如本文一般所使用之詞「耦接」係指可直接連接或藉助於一或多個中間元件連接之兩個或多於兩個元件。同樣，如本文一般所使用之詞「連接」係指可直接連接或藉助於一或多個中間元件連接之兩個或多於兩個元件。另外，當用於本申請案中時，詞「本文中」、「上文」、「下文」及類似意義之詞應指本申請案整體而非本申請案之任何特定部分。在上下文准許之情況下，上述實施方式中使用單數或複數之詞亦可分別包括複數或單數。涉及兩個或兩個以上項目清單之詞「或」，該詞涵蓋該詞之所有以下解釋：清單中之項目中之任一者、清單中之所有項目及清單中之項目之任何組合。
此外，除非另外特定地陳述，或使用時在上下文內另有理解，否則本文中所使用之條件性語言(諸如，「能」、「可能」、「可以」、「可」、「例如」、「舉例而言」、「諸如」及其類似者)大體意欲傳達某些實施例包括而其他實施例不包括某些特徵、元件及/或狀態。因此，此條件性語言大體並不意欲暗示特徵、元件及/或狀態無論如何係一或多個實施例所需要的，或一或多個實施例必定包括用於在具有或不具有作者輸入或提示情況下決定此等特徵、元件及/或狀態是包括於任一特定實施例中還是待在任一特定實施例中執行之邏輯。
雖然已描述某些實施例，但是此等實施例僅藉助於實例呈現，且並不意欲限制本發明之範疇。實際上，可以多種其他形式體現本文中所描述之新穎裝置、方法及系統；此外，在不脫離本發明之精神的情況下，可對本文中所描述之方法及系統的形式進行各種省略、替代及改變。舉例而言，儘管以給定配置呈現區塊，但替代實施例可使用不同組件及/或電路拓樸結構執行類似功能性，且一些區塊可被刪除、移動、添加、再分、組合及/或修改。此等區塊中之每一者可以多種不同方式實施。上文所描述的各種實施例之元件及動作之任何合適組合可以經組合以提供其他實施例。隨附申請專利範圍及其等效物意欲涵蓋將落入本發明之範疇及精神內之此類形式或修改。
100:FBAR 110:基板 110A:介電表面層/表面層 115:壓電材料層或薄膜 120:頂部電極 125:底部電極 125A:Ru層 125B:鈦(Ti)層 130:介電材料層 135:空腔 140:底部電觸點 145:頂部電觸點 150:中心區 155:凹入框架區 160:凸起框架區 200:藍姆波聲波諧振器/藍姆波諧振器 205:壓電層 210:數位間轉換器電極/IDT 215:下部電極/電極 220:空氣腔 225:半導體基板 300:SMR 305:壓電層 310:上部電極 315:下部電極 320:布拉格反射器 325:半導體基板 400:模組/封裝模組 410:BAW濾波器 420:晶粒 422:連接墊 430:封裝基板 432:連接墊 434:電連接件 440:電路晶粒 500:前端模組 502:共同節點 504:輸入節點 506:輸出節點 510:天線雙工器/雙工器 512:傳輸濾波器 514:接收濾波器 520:感應器或其他匹配組件 530:收發器 532:傳輸器電路 534:接收器電路 540:天線開關 550:功率放大器模組 560:低雜訊放大器模組 600:無線器件 610:天線 620:電力管理子系統/電力管理系統 630:基帶基帶子系統 640:使用者介面 650:記憶體 R1,R3,R5,R7,R9:串聯諧振器 R2,R4,R6,R8:並聯諧振器
現將僅藉助於非限制性實例，參考附圖描述本發明之實施例。 圖1為薄膜體聲波諧振器之實例之橫截面視圖； 圖2為藍姆波諧振器之實例之橫截面視圖； 圖3為表面安裝諧振器之實例之橫截面視圖； 圖4為可用於摻雜氮化鋁以形成用於體聲波諧振器之壓電材料的所選化合物之表； 圖5A及5B為可用作體聲波諧振器中之壓電材料或可用於摻雜氮化鋁以形成用於體聲波諧振器之壓電材料的化合物之表； 圖6A至6D說明可用作體聲波諧振器中之壓電材料的材料之晶體結構； 圖7說明射頻濾波器之實例； 圖8說明電子模組之實施例； 圖9說明可用於電子器件中之前端模組之實例； 圖10說明電子器件之實例；及 圖11說明與AlN及摻雜有Sc之AlN的楊氏模量(Young's modulus)相比，摻雜有Ca及Si之Al的楊氏模量之模擬的結果。
100:FBAR
110:基板
110A:介電表面層/表面層
115:壓電材料層或薄膜
120:頂部電極
125:底部電極
125A:Ru層
125B:鈦(Ti)層
130:介電材料層
135:空腔
140:底部電觸點
145:頂部電觸點
150:中心區
155:凹入框架區
160:凸起框架區

Claims (17)

  1. 一種聲波諧振器，其包含由摻雜有鈹(Be)、鍶(Sr)及鈉(Na)中之一或多者的氮化鋁(AlN)形成之壓電材料以增強該聲波諧振器的效能。
  2. 如請求項1之聲波諧振器，其中該Be、Sr及Na中之一或多者與Si及Ge中之至少一者電荷平衡，且基板材料的化學式為以下中之一者： Al1 - 2x Srx Six N (0＜x＜1)； Al1 - 2x Srx Gex N (0＜x＜1)； Al1 - 2x Bex Six N (0＜x＜1)； Al1 - 2x Bex Gex N (0＜x＜1)； Al1 - 3x Nax Si2x N (0＜x＜1)；或 Al1 - 3x Nax Ge2x N (0＜x＜1)。
  3. 如請求項1之聲波諧振器，其中該壓電材料具有纖維鋅礦晶體結構。
  4. 一種聲波濾波器，其包括如請求項1之聲波諧振器。
  5. 如請求項4之聲波濾波器，其包含包括該經摻雜AlN之體聲波(BAW)諧振器。
  6. 如請求項5之聲波濾波器，其中該BAW諧振器為薄膜體聲波諧振器、藍姆波諧振器(Lamb wave resonator)或表面安裝諧振器中之一者。
  7. 如請求項5之聲波濾波器，其包含射頻濾波器。
  8. 一種電子模組，其包括如請求項7之聲波濾波器。
  9. 一種電子器件，其包括如請求項8之電子模組。
  10. 一種形成聲波諧振器之方法，其包含將電極沈積於由摻雜有鈹(Be)、鍶(Sr)及鈉(Na)中之一或多者的氮化鋁(AlN)形成之壓電薄膜上。
  11. 如請求項10之方法，其中將該等電極沈積於該壓電薄膜上包括將第一電極沈積於該壓電薄膜之頂面上及將第二電極沈積於該壓電薄膜之底面上。
  12. 如請求項11之方法，其中該聲波諧振器為薄膜體聲波諧振器且該方法進一步包含界定該壓電薄膜之下表面下方的空腔。
  13. 如請求項11之方法，其中該聲波諧振器為藍姆波諧振器且將該第一電極沈積於該壓電薄膜之該頂面上包含將數位間轉換器電極沈積於該壓電薄膜之該頂面上。
  14. 如請求項11之方法，其中該聲波諧振器為固態堆疊式諧振器，且該方法進一步包含在布拉格反射器(Bragg reflector)之頂面上形成該壓電薄膜。
  15. 一種壓電材料，其包含摻雜有鈹(Be)、鍶(Sr)及鈉(Na)中之一或多者的氮化鋁(AlN)。
  16. 如請求項15之壓電材料，其中該Be、Sr及Na中之一或多者與Si及Ge中之至少一者電荷平衡，且該壓電材料的化學式為以下中之一者： Al1 - 2x Srx Six N (0＜x＜1)； Al1 - 2x Srx Gex N (0＜x＜1)； Al1 - 2x Bex Six N (0＜x＜1)； Al1 - 2x Bex Gex N (0＜x＜1)； Al1 - 3x Nax Si2x N (0＜x＜1)；或 Al1 - 3x Nax Ge2x N (0＜x＜1)。
  17. 如請求項15之壓電材料，其具有纖維鋅礦晶體結構。
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