CN107786182A - 体声波谐振器和包括该体声波谐振器的滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种体声波谐振器和包括该体声波谐振器的滤波器，所述体声波谐振器包括：基板，具有上表面，所述上表面上设置有基板保护层；及膜层，与所述基板一起形成腔，其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差为或更小。

Description

体声波谐振器和包括该体声波谐振器的滤波器
本申请要求分别于2016年8月26日和2017年3月23日提交到韩国知识产权局的第10-2016-0109377号和第10-2017-0036660号韩国专利申请的权益，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和包括该体声波谐振器的滤波器。
背景技术
近来，根据移动通信装置、化学装置和生物装置的快速发展，对于在这样的装置中使用的小且轻量的滤波器、振荡器、谐振元件和声波谐振质量传感器的需求也已经增加。
已知薄膜体声波谐振器(FBAR)作为一种实施如上所述的小且轻量的滤波器、振荡器、谐振元件和声波谐振质量传感器的装置。薄膜体声波谐振器的优势在于：薄膜体声波谐振器可廉价地批量生产并且以微小尺寸实施。此外，薄膜体声波谐振器具有可实现高品质因数Q(滤波器的主要性质)的优势，并且薄膜体声波谐振器可用于微频带中，具体地，薄膜体声波谐振器可用于个人通信***频带和数字无线***频带中。
然而，会存在以下问题：随着薄膜体声波谐振器的尺寸增加，薄膜体声波谐振器的性能劣化。
发明内容
提供本发明内容以按照简化的形式对所选择的构思进行介绍，并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限定所要求保护的主题的主要特征或必要特征，也不意在用于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，具有上表面，所述上表面上设置有基板保护层；及膜层，与所述基板一起形成腔，其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差为或更小。
所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者可包括：介电层，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；或者金属层，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。
所述膜层可包括所述介电层，并且所述基板保护层可包含氮化硅和二氧化硅中的任意一种。
所述基板保护层可包括所述介电层，并且所述膜层可包含氮化硅和二氧化硅中的任意一种。
所述体声波谐振器还可包括：下电极，设置在所述膜层上；压电层，被构造为部分地覆盖所述下电极；及上电极，设置在所述压电层上。
所述体声波谐振器还可包括：钝化层，设置在所述上电极和所述下电极的部分上；及金属焊盘，形成在所述上电极和所述下电极的没有形成所述钝化层的其他部分上。
所述上电极可包括设置在所述体声波谐振器的有效区的边缘处的框架部。
所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差与所述有效区的宽度的一半的比可大于0.0150并且小于0.0200。
所述腔可通过去除设置在所述基板上的牺牲层形成。
所述牺牲层可包含硅基材料，并且可通过卤化物基蚀刻气体去除。
在另一总体方面，一种体声波谐振器包括：基板，具有上表面，所述上表面上形成有基板保护层；及膜层，与所述基板一起形成腔，其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者包括：介电层，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；或者金属层，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。
所述体声波谐振器还可包括：下电极，设置在所述膜层上；压电层，被构造为部分地覆盖所述下电极；及上电极，设置在所述压电层上。
所述体声波谐振器还可包括：钝化层，设置在所述上电极和所述下电极的部分上；及金属焊盘，设置在所述上电极和所述下电极的没有形成所述钝化层的其他部分上。
所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差可以为 或更小。
所述膜层可包括所述介电层，并且所述基板保护层可包含氮化硅和二氧化硅中的任意一种。
所述基板保护层可包括所述介电层，所述膜层可包含氮化硅和二氧化硅中的任意一种。
所述腔可通过去除设置在所述基板上的牺牲层形成。所述牺牲层可包含硅基材料，并且可通过卤化物基蚀刻气体去除。
所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差与所述体声波谐振器的有效区的宽度的一半的比可大于0.0150并且小于0.0200。
在另一总体方面，一种滤波器，包括：体声波谐振器，其中，所述体声波谐振器中的每个包括：基板，具有上表面，所述上表面上设置有基板保护层；及膜层，与所述基板一起形成腔，其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差为或更小，并且其中，所述体声波谐振器彼此串联连接或并联连接。
通过以下具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1是示出根据实施例的体声波谐振器的示意性截面图。
图2是图1的A部分的放大图。
图3是示出图1的体声波谐振器的示例效果的曲线图。
图4至图8是示出图3的样本1至样本5中的谐振品质的曲线图。
图9至图18是示出根据实施例的用于制造图1的体声波谐振器的方法的工艺流程图。
图19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20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21是示出根据实施例的滤波器的示意性电路图。
图22是示出根据另一实施例的滤波器的示意性电路图。
在所有的附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明及便利起见，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这里所描述的方法、设备和/或***的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容后，这里所描述的方法、设备和/或***的各种变换、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作顺序仅仅是示例，其并不局限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中公知的特征的描述。
这里所描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为被这里所描述的示例所限制。更确切的说，提供这里所描述的示例仅仅为示出在理解本申请的公开内容后将是显而易见的实施这里所描述的方法、设备和/或***的很多可行的方式中的一些方式。
在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“位于”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，该元件可以直接“位于”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于两者之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接位于”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，可能不存在介于两者之间的其他元件。
如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一个和任意两个或更多个的任意组合。
尽管可在这里使用诸如“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、层或部分不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因而，在不脱离示例的教导的情况下，这里所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以被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
为了易于描述，这里可以使用诸如“在……上方”、“上”、“在……下方”以及“下”的空间关系术语，以描述如图所示的一个元件相对于另一元件的关系。这些空间关系术语意图包含除了图中所描绘的方位以外装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置翻转，则被描述为“在”另一元件“上方”或“上”的元件于是将相对于另一元件位于“下方”或“下”。因而，术语“在……上方”根据装置的空间方位包括上方和下方两种方位。装置也可以其他方式(例如，旋转90度或处于其他方位)定位且对这里使用的空间关系术语做出相应解释。
这里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、数字、操作、构件、元件和/或它们的组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数字、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，如图所示的形状可能发生变型。因而，这里所描述的示例不局限于附图中所示的特定形状，而是包括制造中所发生的形状上的变化。
这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种构造，但是在理解本申请的公开内容后将是显而易见的其他构造是可能的。
图1是示出根据实施例的体声波谐振器100的示意性截面图。图2是图1的A部分的放大图。
参照图1和图2，体声波谐振器100包括基板110、膜层120、下电极130、压电层140、上电极150、钝化层160和金属焊盘170。
基板110为其中堆叠有硅的基板。例如，硅晶圆被用作基板。基板保护层112设置在基板110上并且设置为面向腔C。
基板保护层112防止在形成腔C时对基板110的损坏。作为示例，基板保护层112由包含氮化硅或二氧化硅(SiO2)的材料形成。
基板保护层112可在如下所述的去除牺牲层180(见图10至图17)时被部分地蚀刻。例如，基板保护层112的厚度偏差可超过
更详细地，牺牲层180可通过卤化物基蚀刻气体去除。与基板保护层112的对应于体声波谐振器100的有效区S的中央部分的部分相比，基板保护层112的围绕蚀刻气体的入口(未示出)的部分可通过蚀刻气体被更进一步蚀刻。
图2中示出的第一长度比c/d大于第二长度比a/b。也就是说，在去除牺牲层180时膜层120中的蚀刻率可小于基板保护层112中的蚀刻率。
有效区S是由下电极130、压电层140和上电极150组成的三层均堆叠在其中的区域。
膜层120和基板110形成腔C。膜层120形成在将在下面描述的牺牲层180(见图10至图17)上，并且膜层120与基板保护层112一起通过去除牺牲层180来形成腔C。膜层120由具有与用于去除硅基牺牲层180的包含氟(F)或氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体的低反应性的材料形成。
作为示例，膜层120由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成。也就是说，作为示例，虽然使用二氟化氙(XeF2)来去除牺牲层180，但是膜层120由具有与氟(F)的低反应性的上述材料中的一种材料形成，从而防止由于膜层120的损坏而引起的厚度减小。
更详细地，根据现有技术，作为示例，在使用二氟化氙(XeF2)来去除牺牲层180时，与膜层相对应的构造与卤化物基蚀刻气体彼此反应，使得在与膜层相对应的构造中会形成具有倾角的倾斜的表面，导致性能劣化。然而，如上所述，由于膜层120由具有与包含氟(F)或氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体的低反应性的材料形成，因此防止由蚀刻气体引起的膜层120的损坏，因此，抑制由于膜层120的损坏而引起的厚度减小。
如上所述，由于膜层120由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成，因此，如图3所示，在去除牺牲层180之后，膜层120的厚度偏差可以是或更小。
此外，如图3所示，可理解的是，在厚度偏差超过的情况下，谐振品质(dB)迅速增大。也就是说，如图3所示，可理解的是，在厚度偏差增大的情况下，谐振品质值增大，使得体声波谐振器100的性能劣化。
仍参照图3，样本1和样本2对应于膜层由根据现有技术的材料(例如，包含氮化硅或二氧化硅(SiO2)的材料)形成的情况，样本4和样本5对应于膜层120由氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)形成的情况，样本3对应于膜层由热处理的二氧化硅(SiO2)形成的情况。
此外，图4至图8是示出图3的样本1至样本5中的谐振品质(dB)的曲线图。术语“谐振品质(dB)”意味着至少一个拐点的最小值和最大值之间的差。如图4所示，能够理解的是，样本1中的谐振品质值大约为16.57dB。
此外，如图5所示，能够理解的是，样本2中的谐振品质值大约为1.85dB。
另外，如图6所示，能够理解的是，样本3中的谐振品质值大约为0.243dB。
此外，如图7和图8所示，能够理解的是，样本4中的谐振品质值大约为0.070dB并且样本5中的谐振品质值为0dB。
如上所述，能够理解的是，由于膜层120由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成，因此谐振品质值大约为0dB。
如上所述，由于除厚度偏差外谐振品质值接近于0，因此防止在去除牺牲层时发生性能上的劣化。
图2所示的第二长度比a/b(和/或第一长度比c/d)大于约0.0150而小于约0.0200。如图2所示，a和c为通过蚀刻形成的厚度偏差，b和d等于有效区的宽度的一半。
作为示例，图2示出的第二长度比a/b为0.0176。
参照图1和图2，下电极130形成在膜层120上。更详细地，下电极130形成在膜层120上，以部分地设置在腔C的上方。
作为示例，下电极130由诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)或者钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)的合金的导电材料形成。
此外，下电极130被用作输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极和输出电极之一。例如，在下电极130为输入电极的情况下，上电极150为输出电极，在下电极130为输出电极的情况下，上电极150为输入电极。
仍参照图1和图2，压电层140被形成为至少部分地覆盖下电极130。此外，压电层140将通过下电极130或者上电极150输入的信号转换为弹性波。也就是说，压电层140通过物理振动将电信号转换为弹性波。
压电层140可通过沉积氮化铝、掺杂的氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅形成。此外，在压电层140由氮化铝(AlN)形成的情况下，压电层140还可包含稀土金属。作为示例，稀土金属包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。另外，氮化铝(AlN)压电层140还可包含过渡金属。过渡金属可包括锆(Zr)、钛(Ti)、锰(Mn)和铪(Hf)中的至少一种。
再参照图1和图2，上电极150被形成为覆盖压电层140，并且与下电极130类似，上电极150由诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)或者钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)的合金的导电材料形成。
如图1和图2所示，框架部152设置在上电极150中。框架部152是上电极150的部分，该部分的厚度大于上电极150的其他部分的厚度。此外，框架部152设置在上电极150中并且设置在有效区S的除了有效区S的中央部分之外的部分中。
另外，框架部152将在谐振时出现的横向波反射到有效区S的内部，以在有效区S中存储谐振能量。更具体地，框架部152设置在有效区S的边缘处，以防止振动从有效区S释放到外部。
钝化层160形成在膜层120、下电极130、压电层140和上电极150的除了下电极130和上电极150的一些部分之外的部分上。钝化层160防止上电极150和下电极130在工艺期间被损坏。
此外，可在最后的工艺中通过蚀刻调节钝化层160的厚度以调节谐振频率。可在钝化层160中使用与在膜层120中使用的材料相同的材料。作为示例，在钝化层160中使用包含氧化镁(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。
金属焊盘170形成在下电极130和上电极150的没有形成钝化层160部分上。作为示例，金属焊盘170由诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)或铜-锡(Cu-Sn)合金的材料形成。
如上所述，可理解的是，由于膜层120由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成，因此通过抑制与包含氟(F)或氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体反应来防止膜层120的损坏。结果是，可显著地抑制由于膜层120的损坏而引起的厚度减小，并且最终，防止体声波谐振器100的性能劣化。
在下文中，将描述制造体声波谐振器100的示例方法。
图9至图18是示出根据实施例的用于制造体声波谐振器100的方法的工艺流程图。
首先，如图9所示，在基板110上形成基板保护层112。作为示例，基板保护层112由包含氮化硅或二氧化硅(SiO2)的材料形成。
其后，如图10所示，在基板保护层112上形成牺牲层180，并且形成膜层120以覆盖牺牲层180。牺牲层180由硅基材料形成并且通过包含氟(F)或氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体去除。
最后，在去除牺牲层180时，膜层120和基板110形成腔C。膜层120由具有与用于去除硅基牺牲层180的包含氟(F)或氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体的低反应性的材料形成。
作为示例，膜层120由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成。
然后，如图11所示，在膜层120上形成下电极130。下电极130被形成为部分地设置在牺牲层180上并且部分地向牺牲层180的外部突出。
作为示例，下电极130由诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)的导电材料形成。
接下来，如图12所示，形成压电层140以覆盖下电极130。可通过沉积氮化铝、掺杂的氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅形成压电层140。此外，当由氮化铝(AlN)形成时，压电层140还可包含稀土金属。作为示例，稀土金属包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。此外，当由氮化铝(AlN)形成时，压电层140还可包含过渡金属。过渡金属可包括锆(Zr)、钛(Ti)、锰(Mn)和铪(Hf)中的至少一种。
作为示例，压电层140被形成为全部地覆盖膜层120和下电极130。然而，压电层140不局限于这样的构造，而是可形成为设置在腔C的上方或者顶部上以及围绕腔C的一侧。
其后，如图13所示，在压电层140上形成上电极150。与下电极130类似，上电极150可由诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)或者钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)的合金的导电材料形成。在上电极150中设置框架部152。进一步地，框架部152设置在上电极150中，以设置在有效区S的除了有效区S的中央部分之外的部分中。
另外，框架部152将在谐振时出现的横向波反射到有效区S的内部，以在有效区S中存储谐振能量。更具体地，框架部152设置在有效区S的边缘处，以防止振动从有效区S释放到外部。
接下来，如图14所示，通过干蚀刻部分地去除上电极150。上电极150的通过干蚀刻被部分地去除的部分是设置在腔C之上或腔C的顶部之上的部分以及围绕腔C的一侧的部分，上电极150的其他部分向腔C的外部延伸。
然后，如图15所示，通过蚀刻去除压电层140的边缘部分。因此，在压电层140的下方，下电极130可部分地向外暴露。
然后，如图16所示，形成钝化层160使得上电极150和下电极130部分地向外暴露。
接下来，如图17所示，在向外暴露的上电极150和下电极130上形成金属焊盘170。金属焊盘170由诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)或铜-锡(Cu-Sn)合金的金属材料形成。
其后，如图18所示，通过去除牺牲层180在膜层120的下方形成腔C。
可通过与包含氟(F)或氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体反应来去除牺牲层180。也就是说，可通过提供卤化物基蚀刻气体使得牺牲层180和卤化物基蚀刻气体彼此接触来去除牺牲层180，从而形成腔C。
由于形成腔C的膜层120由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成，因此防止蚀刻气体对膜层120的损坏。
作为示例，虽然使用二氟化氙(XeF2)来去除牺牲层180，但是由于膜层120由具有与氟(F)的低反应性的上述材料之一形成，从而防止由于膜层120的损坏而引起的厚度减小。
图19是示出根据另一实施例的体声波谐振器200的示意性截面图。
参照图19，体声波谐振器200包括基板210、膜层120、下电极130、压电层140、上电极150、钝化层160和金属焊盘170。
由于膜层120、下电极130、压电层140、上电极150、钝化层160和金属焊盘170是与上述图1的实施例中的膜层120、下电极130、压电层140、上电极150、钝化层160和金属焊盘170相同的组件，因此将不重复这些组件的描述。
基板210为其中堆叠有硅的基板。例如，硅晶圆被用作基板。基板保护层212设置在基板210上并且设置为面向腔C。基板保护层212防止在形成腔C时对基板210的损坏。
作为示例，基板保护层212由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成。
也就是说，作为示例，虽然使用二氟化氙(XeF2)来去除牺牲层180，但是由于基板保护层212由具有与氟(F)的低反应性的上述材料之一形成，从而防止由于基板保护层212的损坏而引起的厚度减小。
如下所述，基板保护层212可在去除牺牲层180(见图10至图17)时被部分地蚀刻。例如，基板保护层212的厚度偏差为或更小。
更详细地，牺牲层180可通过卤化物基蚀刻气体去除。与基板保护层212的对应于有效区S的中央部分的部分相比，基板保护层212的围绕蚀刻气体的入口(未示出)的部分可通过蚀刻气体被更进一步蚀刻。如上所述，有效区S是由下电极130、压电层140和上电极150组成的三层均堆叠在其中的区域。
然而，基板保护层212可由具有与氟(F)的低反应性的上述材料之一形成，从而减小通过蚀刻形成的厚度偏差。
如上所述，由于形成腔C的基板保护层212和膜层120由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成，因此防止通过蚀刻气体损坏基板保护层212和膜层120。
作为示例，虽然使用二氟化氙(XeF2)来去除牺牲层180，但是由于基板保护层212和膜层120由具有与氟(F)的低反应性的上述材料之一形成，从而防止由于基板保护层212和膜层120的损坏而引起的厚度减小。
图19示出的长度比(a/b和/或c/d)可大于约0.0150而小于约0.0200。如图19所示，a和c分别为通过蚀刻膜层120和基板保护层212形成的厚度偏差，b和d等于有效区的宽度的一半。
作为示例，图19中示出的长度比a/b为0.0176。
图20是示出根据另一实施例的体声波谐振器300的示意性截面图。
参照图20，体声波谐振器300包括基板310、腔形成层320、膜层330、下电极340、压电层350、上电极360、钝化层370和金属焊盘380。
基板310为其中堆叠有硅的基板。例如，硅晶圆被用作基板。用于保护硅的基板保护层312形成在基板310的上表面上。
基板保护层312防止在形成腔C时对基板310的损坏。作为示例，基板保护层312由包含氮化硅或二氧化硅(SiO2)的材料形成。
如下所述，基板保护层312可在去除牺牲层(未示出)时被部分地蚀刻。也就是说，基板保护层312的厚度偏差可超过
更详细地，牺牲层可通过卤化物基蚀刻气体去除。与基板保护层312的对应于有效区S的中央部分的部分相比，基板保护层312的围绕蚀刻气体的入口(未示出)的部分可通过蚀刻气体被更进一步蚀刻。有效区S是由下电极340、压电层350和上电极360组成的三层均堆叠在其中的区域。
腔形成层320形成在基板310上，并且腔C通过腔形成层320的槽部322和膜层330形成。也就是说，在牺牲层形成在腔形成层320的槽部322中后，腔C通过去除牺牲层形成。
如上所述，由于腔C形成在腔形成层320中，因此形成在腔形成层320上的其他层和组件(例如，下电极340和压电层350)可平坦地形成。
防止在去除牺牲层时蚀刻腔形成层320的蚀刻停止层324可设置在腔形成层320的槽部322的边缘。
膜层330与基板310一起形成腔C。膜层330形成在腔形成层320的顶部上或上方以及腔C的上方，并且在去除牺牲层(未示出)时，膜层330与基板保护层312一起形成腔C。膜层330可由具有与用于去除硅基牺牲层180的包含氟(F)或氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体的低反应性的材料形成。
作为示例，膜层330由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成。
也就是说，作为示例，虽然使用二氟化氙(XeF2)来去除牺牲层，但是由于膜层330由具有与氟(F)的低反应性的上述材料之一形成，从而防止由于膜层330的损坏而引起的厚度减小。更详细地，根据现有技术，作为示例，在使用二氟化氙(XeF2)来去除牺牲层时，与膜层相对应的构造与卤化物基蚀刻气体彼此反应，使得在与膜层相对应的构造中形成具有倾角的倾斜的表面，导致体声波谐振器的性能劣化。
然而，如上所述，由于膜层330由具有与包含氟(F)或氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体的低反应性的材料形成，因此防止通过蚀刻气体引起的膜层330的损坏，因此，抑制由于膜层330的损坏而引起的厚度减小。
下电极340形成在膜层330上。更详细地，下电极340形成在膜层330上，以部分地设置在腔C的上方或顶部上。
作为示例，下电极340由诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)或者钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)的合金的导电材料形成。
此外，下电极340被用作输入诸如射频(RF)信号的电信号的输入电极和输出电极之一。例如，在下电极340为输入电极的情况下，上电极360为输出电极，在下电极340为输出电极的情况下，上电极360为输入电极。
压电层350被形成为至少部分地覆盖下电极340。此外，压电层350将通过下电极340或者上电极360输入的信号转换为弹性波。也就是说，压电层350通过物理振动将电信号转换为弹性波。
作为示例，压电层350可通过沉积氮化铝、掺杂的氮化铝、氧化锌或锆钛酸铅形成。此外，在由氮化铝(AlN)形成时，压电层350还可包含稀土金属。稀土金属可包括钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的至少一种。此外，在由氮化铝(AlN)形成时，压电层350还可包含过渡金属。过渡金属可包括锆(Zr)、钛(Ti)、锰(Mn)和铪(Hf)中的至少一种。
上电极360被形成为覆盖压电层350，并且与下电极340类似，上电极360由诸如钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)或者钼(Mo)、钌(Ru)、钨(W)、铱(Ir)或铂(Pt)的合金的导电材料形成。
框架部362设置在上电极360中。框架部362是上电极360的部分，该部分的厚度大于上电极360的其他部分的厚度。此外，框架部362设置在上电极360中，以设置在有效区S的除了有效区S的中央部分之外的部分中。
另外，框架部362将在谐振时出现的横向波反射到有效区S的内部，以在有效区S中存储谐振能量。换句话说，框架部362设置在有效区S的边缘处，以防止振动从有效区S释放到外部。
钝化层370形成在膜层330、下电极340、压电层350和上电极360的除了下电极340和上电极360的一些部分之外的部分上。钝化层370防止上电极360和下电极340在工艺期间被损坏。
此外，可在最后的工艺中通过蚀刻调节钝化层370的厚度以调节谐振频率。
金属焊盘380形成在下电极340和上电极360的没有形成钝化层370的部分上。作为示例，金属焊盘380由诸如金(Au)、金-锡(Au-Sn)合金、铜(Cu)或铜-锡(Cu-Sn)合金的金属材料形成。
如上所述，能够理解的是，由于膜层330由包含氧化镁(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形成，或者由包含铝(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形成，因此通过抑制与包含氟(F)或氯(Cl)的卤化物基蚀刻气体反应来防止膜层330的损坏。结果是，显著地抑制由于膜层330的损坏而引起的厚度减小，并且最终，防止性能劣化。
在下文中，将参照附图描述包括体声波谐振器的滤波器。
图21是示出根据实施例的滤波器1000的示意性电路图。
参照图21，滤波器1000具有梯型滤波器结构。更具体地，滤波器1000包括第一体声波谐振器1100和第二体声波谐振器1200。第一体声波谐振器1100和第二体声波谐振器1200均可以是图1所示的体声波谐振器100。第一体声波谐振器110串联连接在接收输入信号RFin的信号输入端和输出输出信号RFout的信号输出端之间。第二体声波谐振器1200连接在信号输出端和地之间。
图22是示出根据另一实施例的滤波器2000的示意性电路图。
参照图22，滤波器2000具有晶格型滤波器结构。更具体地，滤波器2000包括体声波谐振器2100、2200、2300和2400并且过滤平衡输入信号RFin+和RFin-以输出平衡输出信号RFout+和RFout-。体声波谐振器2100、2200、2300和2400均可以是图1所示的体声波谐振器100。
如上所述，根据这里所公开的实施例，减小了在去除体声波谐振器的牺牲层时对膜层和/或基板保护层的损坏。
虽然本公开包括具体示例，但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及范围的情况下，可对这些示例作出形式和细节上的各种变化。这里所描述的示例将仅被理解为描述性意义，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视为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果按照不同的顺序执行描述的技术，和/或如果按照不同的形式组合和/或通过其他组件或它们的等同物替换或增添描述的***、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围并不通过具体实施方式限定，而是通过权利要求及其等同物限定，在权利要求及其等同物的范围之内的全部变型将被理解为包括在本公开中。

Claims (19)

1.一种体声波谐振器，包括：
基板，具有上表面，所述上表面上设置有基板保护层；及
膜层，与所述基板一起形成腔，
其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差为或更小。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者包括：
介电层，包含氧化镁、氧化锆、氮化铝、锆钛酸铅、砷化镓、氧化铪、氧化铝、氧化钛和氧化锌中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合；或者
金属层，包含铝、镍、铬、铂、镓和铪中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其中，所述膜层包括所述介电层，并且所述基板保护层包含氮化硅和二氧化硅中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的体声波谐振器，其中，所述基板保护层包括所述介电层，并且所述膜层包含氮化硅和二氧化硅中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，还包括：
下电极，设置在所述膜层上；
压电层，被构造为部分地覆盖所述下电极；及
上电极，设置在所述压电层上。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器，还包括：
钝化层，设置在所述上电极和所述下电极的部分上；及
金属焊盘，形成在所述上电极和所述下电极的没有形成所述钝化层的其他部分上。
7.根据权利要求5所述的体声波谐振器，其中，所述上电极包括设置在所述体声波谐振器的有效区的边缘处的框架部。
8.根据权利要求7所述的体声波谐振器，其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差与所述有效区的宽度的一半的比大于0.0150并且小于0.0200。
9.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其中，所述腔通过去除设置在所述基板上的牺牲层形成。
10.根据权利要求9所述的体声波谐振器，其中，所述牺牲层包含硅基材料，并且通过卤化物基蚀刻气体去除。
11.一种体声波谐振器，包括：
基板，具有上表面，所述上表面上形成有基板保护层；及
膜层，与所述基板一起形成腔，
其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者包括：
介电层，包含氧化镁、氧化锆、氮化铝、锆钛酸铅、砷化镓、氧化铪、氧化铝、氧化钛和氧化锌中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合；或者
金属层，包含铝、镍、铬、铂、镓和铪中的任意一种或者任意两种或更多种的任意组合。
12.根据权利要求11所述的体声波谐振器，还包括：
下电极，设置在所述膜层上；
压电层，被构造为部分地覆盖所述下电极；及
上电极，设置在所述压电层上。
13.根据权利要求12所述的体声波谐振器，还包括：
钝化层，设置在所述上电极和所述下电极的部分上；及
金属焊盘，设置在所述上电极和所述下电极的没有形成所述钝化层的其他部分上。
14.根据权利要求13所述的体声波谐振器，其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差为或更小。
15.根据权利要求11所述的体声波谐振器，其中，所述膜层包括所述介电层，并且所述基板保护层包含氮化硅和二氧化硅中的任意一种。
16.根据权利要求11所述的体声波谐振器，其中，所述基板保护层包括所述介电层，并且所述膜层包含氮化硅和二氧化硅中的任意一种。
17.根据权利要求11所述的体声波谐振器，其中
所述腔通过去除设置在所述基板上的牺牲层形成，并且
所述牺牲层包含硅基材料，并且通过卤化物基蚀刻气体去除。
18.根据权利要求17所述的体声波谐振器，其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差与所述体声波谐振器的有效区的宽度的一半的比大于0.0150并且小于0.0200。
19.一种滤波器，包括：
体声波谐振器，
其中，所述体声波谐振器中的每个包括：
基板，具有上表面，所述上表面上设置有基板保护层；及
膜层，与所述基板一起形成腔，
其中，所述基板保护层和所述膜层中的任意一者或两者的厚度偏差为或更小，并且
其中，所述体声波谐振器彼此串联连接或并联连接。
CN201710740128.5A 2016-08-26 2017-08-25 体声波谐振器和包括该体声波谐振器的滤波器 Active CN107786182B (zh)

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