TWI449332B - 體聲波薄膜共振器及其製造方法 - Google Patents

Description

體聲波薄膜共振器及其製造方法

　　本發明係有關於一種體聲波薄膜共振器，特別係有關於一種可增加體聲波共振元件訊號隔離之體聲波薄膜共振器。

　　近年來因為體聲波薄膜共振器之元件尺寸可以縮得更小、頻率特性更優異，且可提升整體無線通訊系統之品質及特性，因此體聲波薄膜共振器(FBAR)因其較佳的特性成為開發重點，如第1圖所示，一種內含複數個體聲波薄膜共振元件的體聲波薄膜共振器10係包含一矽基板11、一第一金屬層12、一壓電層13以及一第二金屬層14，該第一金屬層12係形成於該矽基板11上，該第一金屬層12係具有複數個下電極12a，該壓電層13係形成於該矽基板11上並覆蓋該第一金屬層12，該第二金屬層14係形成於該壓電層13上，且該第二金屬層14係包含有一第一上電極14a、一第二上電極14b及一第三上電極14c，該體聲波薄膜共振器10係利用壓電效應將機械能透過該壓電層13的形變轉換為電訊號，由於該體聲波薄膜共振器10之機械振動，其振動能量不具有固定方向性，因此機械振動能量會藉由該壓電層13傳導，因此造成訊號干擾，導致訊號品質不佳。

　　本發明之主要目的係在於提供一種體聲波薄膜共振器，其包含一矽基板、一第一金屬層、一壓電層以及一第二金屬層，該矽基板係具有一第一表面與一第二表面，該第一金屬層係形成於該矽基板上，該第一金屬層係包含有複數個下電極，該壓電層係覆蓋該第一金屬層，該壓電層係至少具有一第一上電極設置區、一第二上電極設置區、一第三上電極設置區、一環繞該第一上電極設置區外側之第一改質區、一環繞該第二上電極設置區外側之第二改質區及一環繞該第三上電極設置區外側之第三改質區，該第二金屬層係形成於該壓電層上，該第二金屬層係包含有一第一上電極、一第二上電極及一第三上電極，該第一上電極係位於該第一上電極設置區，該第二上電極係位於該第二上電極設置區，該第三上電極係位於該第三上電極設置區。本發明係將該壓電層之該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區藉由改質處理，使該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區之密度、彈性係數、剛性係數及聲波傳播速度改變，以使該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區形成為機械波的阻擋介面，以有效的將大部分的振動能量侷限在該體聲波薄膜共振器的垂直結構內，而增加該體聲波薄膜共振器之訊號共振強度，並降低訊號干擾。

　　請參閱第2及3圖，其係本發明之一較佳實施例，一種體聲波薄膜共振器100係包含一矽基板110、一第一金屬層120、一壓電層130以及一第二金屬層140，該矽基板110係具有一第一表面111與一第二表面112，該第一金屬層120係形成於該矽基板110上，該第一金屬層120係包含有複數個下電極121，該壓電層130係覆蓋該第一金屬層120，該壓電層130係至少具有一第一上電極設置區131、一第二上電極設置區132、一第三上電極設置區133、一環繞該第一上電極設置區131外側之第一改質區134、一環繞該第二上電極設置區132外側之第二改質區135及一環繞該第三上電極設置區133外側之第三改質區136，該第二金屬層140係形成於該壓電層130上，該第二金屬層140係包含有一第一上電極141、一第二上電極142及一第三上電極143，該第一上電極141係位於該第一上電極設置區131，該第二上電極142係位於該第二上電極設置區132，該第三上電極143係位於該第三上電極設置區133。

　　在本實施例中，該第一上電極設置區131係具有一第一密度，該第二上電極設置區132係具有一第二密度，該第三上電極設置區133係具有一第三密度，該第一改質區134係具有一第一改質後密度，該第二改質區135係具有一第二改質後密度，該第三改質區136係具有一第三改質後密度，該第一改質後密度、該第二改質後密度及該第三改質後密度係不等於該第一密度、該第二密度及該第三密度，且該第一上電極設置區131係具有一第一彈性係數，該第二上電極設置區132係具有一第二彈性係數，該第三上電極設置區133係具有一第三彈性係數，該第一改質區134係具有一第一改質後彈性係數，該第二改質區135係具有一第二改質後彈性係數，該第三改質區136係具有一第三改質後彈性係數，該第一改質後彈性係數、該第二改質後彈性係數及該第三改質後彈性係數係不等於該第一彈性係數、該第二彈性係數及該第三彈性係數。

　　此外，該第一上電極設置區131係具有一第一剛性係數，該第二上電極設置區132係具有一第二剛性係數，該第三上電極設置區133係具有一第三剛性係數，該第一改質區134係具有一第一改質後剛性係數，該第二改質區135係具有一第二改質後剛性係數，該第三改質區136係具有一第三改質後剛性係數，該第一改質後剛性係數、該第二改質後剛性係數及該第三改質後剛性係數係不等於該第一剛性係數、該第二剛性係數及該第三剛性係數，該第一上電極設置區131係具有一第一聲波傳播速度，該第二上電極設置區132係具有一第二聲波傳播速度，該第三上電極設置區133係具有一第三聲波傳播速度，該第一改質區134係具有一第一改質後聲波傳播速度，該第二改質區135係具有一第二改質後聲波傳播速度，該第三改質區136係具有一第三改質後聲波傳播速度，該第一改質後聲波傳播速度、該第二改質後聲波傳播速度及該第三改質後聲波傳播速度係不等於該第一聲波傳播速度、該第二聲波傳播速度及該第三聲波傳播速度。

　　接著，請參閱第4A至5B圖，其係為本發明之一種體聲波薄膜共振器100之製造方法，首先，請參閱第4A圖，提供一矽基板110，該矽基板110係具有一第一表面111、一第二表面112、一形成於該第一表面111之振動層113及一形成於該第二表面112之蝕刻遮罩層114；接著，請參閱第4B圖，形成一共振腔115於該第二表面112，之後，形成一第一金屬層120於該矽基板110之該振動層113上；接著，請參閱第4C及5A圖，形成一壓電層130於該矽基板110之該振動層113上並覆蓋該第一金屬層120，該壓電層130係至少具有一第一上電極設置區131、一第二上電極設置區132、一第三上電極設置區133、一環繞該第一上電極設置區131外側之第一改質區134、一環繞該第二上電極設置區132外側之第二改質區135及一環繞該第三上電極設置區133外側之第三改質區136；接著，請參閱第5B圖，將該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區136進行改質處理，在本實施例中，該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區136進行改質處理之方法係為雷射光照射法；最後，如第2圖所示，形成一第二金屬層140於該壓電層130上，該第二金屬層140係包含有一第一上電極141、一第二上電極142及一第三上電極143，該第一上電極141係位於該第一上電極設置區131，該第二上電極142係位於該第二上電極設置區132，該第三上電極143係位於該第三上電極設置區133以形成該體聲波薄膜共振器100。

　　本發明係藉由在該壓電層130之該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區136進行改質處理，使該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區136之改質後密度、改質後彈性係數、改質後剛性係數及改質後聲波傳播速度不等於該第一上電極設置區131、該第二上電極設置區132及該第三上電極設置區133之密度、彈性係數、剛性係數及聲波傳播速度，因此使得該體聲波薄膜共振器100所產生之機械振動被該壓電層130之該第一改質區134、該第二改質區135及該第三改質區136阻隔，因此大部分的振動能量將會被侷限於該體聲波薄膜共振器100的垂直結構內，以增加該體聲波薄膜共振器100之訊號共振強度，並降低訊號干擾。

　　本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

10．．．體聲波薄膜共振器

11．．．矽基板

12．．．第一金屬層

12a．．．下電極

13．．．壓電層

14．．．第二金屬層

14a．．．第一上電極

14b．．．第二上電極

14c．．．第三上電極

100．．．體聲波薄膜共振器

110．．．矽基板

111．．．第一表面

112．．．第二表面

113．．．振動層

114．．．蝕刻遮罩層

115．．．共振腔

120．．．第一金屬層

121．．．下電極

130．．．壓電層

131．．．第一上電極設置區

132．．．第二上電極設置區

133．．．第三上電極設置區

134．．．第一改質區

135．．．第二改質區

136．．．第三改質區

140．．．第二金屬層

141．．．第一上電極

142．．．第二上電極

143．．．第三上電極

第1圖：習知體聲波薄膜共振器之立體圖。
第2圖：依據本發明之一較佳實施例，一種體聲波薄膜共振器之上視圖。
第3圖：依據本發明之一較佳實施例，該體聲波薄膜共振器之立體剖視圖。
第4A至4C圖：依據本發明之一較佳實施例，該體聲波薄膜共振器之製造方法之截面示意圖。
第5A至5B圖：依據本發明之一較佳實施例，該該體聲波薄膜共振器之製造方法之立體圖。

100．．．體聲波薄膜共振器

120．．．第一金屬層

121．．．下電極

130．．．壓電層

131．．．第一上電極設置區

132．．．第二上電極設置區

133．．．第三上電極設置區

134．．．第一改質區

135．．．第二改質區

136．．．第三改質區

140．．．第二金屬層

141．．．第一上電極

142．．．第二上電極

143．．．第三上電極

Claims (8)

1. 一種體聲波薄膜共振器，其至少包含：一矽基板，其係具有一第一表面與一第二表面；一第一金屬層，其係形成於該矽基板上，該第一金屬層係包含有複數個下電極；一壓電層，其係覆蓋該第一金屬層，該壓電層係至少具有一第一上電極設置區、一第二上電極設置區、一第三上電極設置區、一環繞該第一上電極設置區外側之第一改質區、一環繞該第二上電極設置區外側之第二改質區及一環繞該第三上電極設置區外側之第三改質區，該第一上電極設置區係具有一第一密度，該第二上電極設置區係具有一第二密度，該第三上電極設置區係具有一第三密度，該第一改質區係具有一第一改質後密度，該第二改質區係具有一第二改質後密度，該第三改質區係具有一第三改質後密度，該第一改質後密度、該第二改質後密度及該第三改質後密度係不等於該第一密度、該第二密度及該第三密度；以及一第二金屬層，其係形成於該壓電層上，該第二金屬層係包含有一第一上電極、一第二上電極及一第三上電極，該第一上電極係位於該第一上電極設置區，該第二上電極係位於該第二上電極設置區，該第三上電極係位於該第三上電極設置區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之體聲波薄膜共振器，其中該第一上電極設置區係具有一第一彈性係數，該第二上電極設置區係具有一第二彈性係數，該第三上電極設置區係具 有一第三彈性係數，該第一改質區係具有一第一改質後彈性係數，該第二改質區係具有一第二改質後彈性係數，該第三改質區係具有一第三改質後彈性係數，該第一改質後彈性係數、該第二改質後彈性係數及該第三改質後彈性係數係不等於該第一彈性係數、該第二彈性係數及該第三彈性係數。
3. 如申請專利範圍第1項所述之體聲波薄膜共振器，其中該第一上電極設置區係具有一第一剛性係數，該第二上電極設置區係具有一第二剛性係數，該第三上電極設置區係具有一第三剛性係數，該第一改質區係具有一第一改質後剛性係數，該第二改質區係具有一第二改質後剛性係數，該第三改質區係具有一第三改質後剛性係數，該第一改質後剛性係數、該第二改質後剛性係數及該第三改質後剛性係數係不等於該第一剛性係數、該第二剛性係數及該第三剛性係數。
4. 如申請專利範圍第1項所述之體聲波薄膜共振器，其中該第一上電極設置區係具有一第一聲波傳播速度，該第二上電極設置區係具有一第二聲波傳播速度，該第三上電極設置區係具有一第三聲波傳播速度，該第一改質區係具有一第一改質後聲波傳播速度，該第二改質區係具有一第二改質後聲波傳播速度，該第三改質區係具有一第三改質後聲波傳播速度，該第一改質後聲波傳播速度、該第二改質後聲波傳播速度及該第三改質後聲波傳播速度係不等於該第一聲波傳播速度、該第二聲波傳播速度及該第三聲波傳播速度。
5. 一種體聲波薄膜共振器之製造方法，其至少包含： 提供一矽基板，該矽基板係具有一第一表面與一第二表面；形成一第一金屬層於該矽基板上，該第一金屬層係包含有複數個下電極；形成一壓電層於該矽基板上並覆蓋該第一金屬層，該壓電層係至少具有一第一上電極設置區、一第二上電極設置區、一第三上電極設置區、一環繞該第一上電極設置區外側之第一改質區、一環繞該第二上電極設置區外側之第二改質區及一環繞該第三上電極設置區外側之第三改質區，該第一上電極設置區係具有一第一密度，該第二上電極設置區係具有一第二密度，該第三上電極設置區係具有一第三密度；將該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區進行改質處理，使該第一改質區係具有一第一改質後密度，該第二改質區係具有一第二改質後密度，該第三改質區係具有一第三改質後密度，該第一改質後密度、該第二改質後密度及該第三改質後密度係不等於該第一密度、該第二密度及該第三密度；以及形成一第二金屬層於該壓電層上，該第二金屬層係包含有一第一上電極、一第二上電極及一第三上電極，該第一上電極係位於該第一上電極設置區，該第二上電極係位於該第二上電極設置區，該第三上電極係位於該第三上電極設置區。
6. 如申請專利範圍第5項所述之體聲波薄膜共振器之製造方法，其中該第一改質區、該第二改質區及該第三改質區進行改質處理係以雷射光照射方法進行改質。
7. 如申請專利範圍第5項所述之體聲波薄膜共振器之製造方法，其中該第一上電極設置區係具有一第一彈性係數，該第二上電極設置區係具有一第二彈性係數，該第三上電極設置區係具有一第三彈性係數，該第一改質區係具有一第一改質後彈性係數，該第二改質區係具有一第二改質後彈性係數，該第三改質區係具有一第三改質後彈性係數，該第一改質後彈性係數、該第二改質後彈性係數及該第三改質後彈性係數係不等於該第一彈性係數、該第二彈性係數及該第三彈性係數。
8. 如申請專利範圍第5項所述之體聲波薄膜共振器之製造方法，其中該第一上電極設置區係具有一第一剛性係數，該第二上電極設置區係具有一第二剛性係數，該第三上電極設置區係具有一第三剛性係數，該第一改質區係具有一第一改質後剛性係數，該第二改質區係具有一第二改質後剛性係數，該第三改質區係具有一第三改質後剛性係數，該第一改質後剛性係數、該第二改質後剛性係數及該第三改質後剛性係數係不等於該第一剛性係數、該第二剛性係數及該第三剛性係數。