CN108574468A - 薄膜体声波谐振器以及制造薄膜体声波谐振器的方法 - Google Patents

薄膜体声波谐振器以及制造薄膜体声波谐振器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种薄膜体声波谐振器以及制造薄膜体声波谐振器的方法。所述薄膜体声波谐振器包括：第一电极，设置在基板上；压电体，设置在所述第一电极上并包括添加有掺杂剂的AlN；以及第二电极，设置在所述压电体上并与所述第一电极相对，使得所述压电体介于所述第二电极和所述第一电极之间，其中，所述掺杂剂包括0.1原子％至24原子％的Ta和0.1原子％至23原子％的Nb中的任意一者。

Description

薄膜体声波谐振器以及制造薄膜体声波谐振器的方法
本申请要求于2017年3月8日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0029254号韩国专利申请和于2017年4月7日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0045078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为了所有目的通过引用被包含于此。
技术领域
以下描述涉及一种薄膜体声波谐振器以及制造薄膜体声波谐振器的方法。
背景技术
近年来，随着移动通信装置以及化学和生物装置的迅速发展，对于在这种装置中使用的小型化、轻量化的滤波器、振荡器、谐振元件以及声波谐振质量传感器的需求已增加。
薄膜体声波谐振器(FBAR)已知为实现小型化、轻量化的滤波器、振荡器、谐振元件以及声波谐振质量传感器的构件。
FBAR可以以最小的成本量产，且可实施为具有超小型尺寸。另外，FBAR可实现作为滤波器的主要特性的高品质因数(Q)值、即使在微波频带中也可使用且可具体实现个人通信***(PCS)和数字无线***(DCS)的频带。
通常，FBAR包括通过在基板上顺次堆叠第一电极、压电体和第二电极而实现的谐振部。
在FBAR的操作中，当电能施加到第一电极和第二电极以在压电层中感应电场时，电场在压电层中产生压电现象，以允许谐振部在预定方向上振动。结果，在与谐振部振动的方向相同的方向上产生体声波，由此产生谐振。
也就是说，在FBAR中，压电体的有效机电耦合系数Kt 2增大，使得可改善声波元件的频率特性且频带也增大。
发明内容
提供本发明内容以按照简化形式介绍选择的构思，以下在具体实施方式中进一步描述所述选择的构思。本发明内容并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，一种薄膜体声波谐振器包括：第一电极，设置在基板上；压电体，设置在所述第一电极上并包括添加有掺杂剂的AlN；以及第二电极，设置在所述压电体上并与所述第一电极相对，使得所述压电体介于所述第二电极和所述第一电极之间，其中，所述掺杂剂包括0.1原子％至24原子％的Ta和0.1原子％至23原子％的Nb中的任意一者。
所述压电体中的Ta和Nb中的任意一者的重量百分含量可小于所述压电体中的Al的重量百分含量。
在所述掺杂剂包括Ta的情况下，所述压电体可包括AlN和AlTaN。在所述掺杂剂包括Nb的情况下，所述压电体可包括AlN和AlNbN。
所述压电体可不包括TaN和NbN中的任意一者。
所述第一电极和所述第二电极中的任意一者可包括导电金属和添加的元素，所述添加的元素可包括Ta和Nb中的任意一者。
所述添加的元素可与所述掺杂剂相同。
所述第一电极和所述第二电极中的任意一者可包括导电金属和添加的元素，所述添加的元素可包括量为0.1原子％至30原子％的Ta和量为0.1原子％至30原子％的Nb中的任意一者。
在另一总体方面，一种制造薄膜体声波谐振器的方法包括：在基板上形成第一电极；通过在氮气气氛下溅射单个靶而在所述第一电极上形成压电体，所述单个靶包括含有0.1原子％至24原子％的Ta的AlTa和含有0.1％原子至23原子％的Nb的AlNb中的任意一者；以及在所述压电体上形成与所述第一电极相对的第二电极，使得所述压电体介于所述第二电极和所述第一电极之间。
包括在所述单个靶中的Ta和Nb中的任意一者的重量百分含量小于包括在所述单个靶中的Al的重量百分含量。
在所述单个靶包括AlTa的情况下，所述压电体可包括AlN和AlTaN。在所述单个靶包括AlNb的情况下，所述压电体可包括AlN和AlNbN。
所述压电体可不包括TaN和NbN中的任意一者。
在所述第一电极的形成中，所述第一电极可包括导电金属和添加的元素，所述添加的元素可包括Ta和Nb中的任意一者。在所述第二电极的形成中，所述第二电极可包括所述导电金属和所述添加的元素，所述添加的元素包括Ta和Nb中的任意一者。
在所述第一电极的形成中，在所述单个靶包括AlTa的情况下所述第一电极可包括Ta，或在所述单个靶包括AlNb的情况下所述第一电极可包括Nb。在所述第二电极的形成中，在所述单个靶包括AlTa的情况下所述第二电极可包括Ta，或在所述单个靶包括AlNb的情况下所述第二电极可包括Nb。
在所述第一电极的形成中，所述第一电极可包括导电金属和添加的元素，所述添加的元素包括量为0.1原子％至30原子％的Ta和量为0.1原子％至30原子％的Nb中的任意一者。在所述第二电极的形成中，所述第二电极可包括所述导电金属和所述添加的元素，所述添加的元素包括量为0.1原子％至30原子％的Ta和量为0.1原子％至30原子％的Nb中的任意一者。
通过以下具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将显而易见。
附图说明
图1A和图1B是示出根据实施例的薄膜体声波谐振器的示意性截面图。
图2是图1A的A部分的示意性放大图。
图3A是示出氮化铝的元素键合的示意图。
图3B是示出在根据实施例的薄膜体声波谐振器的压电体包括掺杂剂的情况下氮化掺杂剂的元素的示意图。
图4和图5是根据实施例的滤波器的示意性电路图。
图6是示出根据实施例的制造薄膜体声波谐振器的方法的示意性流程图。
图7是Al-Ta的示意性状态图。
图8是Al-Nb的示意性状态图。
图9是示出根据实施例的在制造薄膜体声波谐振器的方法中使用的单个靶的溅射装置的示意图。
图10A是示出根据实施例的当使用包括AlTa的单个靶或包括AlNb的单个靶形成压电体时的晶体结构的测量结果的示图。
图10B是示出根据实施例的在使用包括Al和Ta的双靶或包括Al和Nb的双靶形成压电体的情况下的晶体结构的测量结果的示图。
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，并且为了清楚、说明及方便起见，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下具体实施方式，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或***的全面理解。然而，在理解了本申请的公开内容后，在此所描述的方法、设备和/或***的各种变化、变型及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作顺序仅仅是示例，且不限于在此所阐述的示例，而是除了必须按照特定顺序发生的操作外，可在理解了本申请的公开内容后做出将是显而易见的变化。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。
在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为局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，仅仅为了示出在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或***的多种可行方式中的一些可行方式。
在整个说明书中，当元件(诸如层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“上方”或“覆盖”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“上方”或“覆盖”另一元件，或者可存在介于他们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“上方”或“直接覆盖”另一元件时，可不存在介于他们之间的其他元件。
如在此使用的术语“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。
虽然诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语可在此用于描述各种构件、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。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中涉及到的第一构件、组件、区域、层或部分还可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了方便描述，在此可使用诸如“在……之上”、“上方”、“在……之下”以及“下方”的空间相关术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相关术语意在包含除了附图中描绘的方位之外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，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上方”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下方”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。装置还可以以其他的方式被定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并将对在此使用的空间相关术语做出相应的解释。
在此使用的术语仅是为了描述各种示例，而不被用来限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式也意在包含复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”指定存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或其组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或其组合。
由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示出的形状的变化。因此，在此描述的示例并不限于附图中示出的特定的形状，而是包括制造期间发生的形状上的变化。
在此描述的示例的特征可以以如在理解本申请的公开之后将是显而易见的各种方式组合。此外，尽管在此描述的示例具有各种构造，但是如在理解本申请的公开之后将是显而易见的，其他构造是可行的。
在下文中，此刻将参照附图详细描述实施例。
薄膜体声波谐振器
图1A和图1B是示出根据实施例的薄膜体声波谐振器1和100的示意性截面图。图2是图1A的A部分的示意性放大图。
参照图1A，薄膜体声波谐振器(FBAR)1包括基板110、绝缘层120、气腔112和谐振部135。
基板110可以是硅基板，绝缘层120设置在基板110的上表面上以使基板110和谐振部135彼此电隔离。
绝缘层120包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)中的任意一种或任意两种或更多种的任意组合，但是不限于该示例。绝缘层120可通过使用二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)中的任意一种或任意两种或更多种的任意组合执行化学气相沉积、射频(RF)磁控溅射或蒸镀而形成在基板110上。
气腔112设置在基板110上。气腔112位于谐振部135的下方，使得谐振部135可在预定方向上振动。气腔112可通过预定工艺处理膜(membrane)130来形成。膜130可以是氧化保护膜，或可以是保护基板110的保护层。膜130可以由SiO2、Si3N4、AlN和Al2O3中的任意一种或任意两种或更多种的任意组合形成。尽管在图1A中未示出，但是由氮化铝(AlN)形成的种子层可形成在膜130上。具体地，种子层可设置在膜130和第一电极140之间。除了AlN以外，种子层还可使用具有密排六方(HCP)结构的金属或介电材料形成。在种子层由金属形成的情况下，例如，种子层可由Ti形成。
此外，蚀刻停止层可另外形成在绝缘层120上。蚀刻停止层保护基板110和绝缘层120免受用于除去牺牲层图案的蚀刻处理的影响，且为用于在蚀刻停止层上沉积多个其他层的基部。
谐振部135包括第一电极140、压电体150和第二电极160。第一电极140、压电体150和第二电极160顺次堆叠。
第一电极140从绝缘层120的一个区域的上部延伸到在气腔112的上方的膜130。压电体150形成在气腔112上的第一电极140上。第二电极160从绝缘层120的另一区域的上部延伸到气腔112的上方的压电体150上。第一电极140、压电体150和第二电极160在竖直方向上彼此重叠的共同区域位于气腔112的上方。
谐振部135包括有效区域和无效区域。谐振部135的有效区域为第一电极140、压电体150和第二电极160在气腔112的上方在竖直方向上彼此重叠的区域，所述有效区域为通过响应于诸如被施加到第一电极140和第二电极160的射频信号的电能在压电体150中产生的介电现象而在预定方向上振动和谐振的区域。谐振部135的无效区域为有效区域的外侧的区域，所述无效区域为即使电能被施加到第一电极140和第二电极160也没有通过压电现象谐振的区域。
谐振部135通过压电现象输出具有特定频率的射频信号。具体地，谐振部135输出具有与根据压电体150的压电现象的振动对应的谐振频率的射频信号。
保护层170设置在谐振部135的第二电极160上，以防止第二电极160向外暴露和被氧化，用于施加电信号的电极焊盘180形成在第一电极140和第二电极160的向外暴露的部分上。
产生将电能转化为具有声波形式的机械能的压电效果的压电体150可包括添加掺杂剂的氮化铝(AlN)。
在现有技术中，稀土金属用作掺杂剂，且用作掺杂剂的稀土金属例如为钪(Sc)、铒(Er)、钇(Y)和镧(La)中的任意一种。然而，稀土金属由于稀缺性而非常昂贵，使得增加了对于制造薄膜体声波谐振器所需要的整体成本。
因此，期望能够提供压电特性等同于或优于由稀土金属掺杂剂提供的压电特性且能够减少对于薄膜体声波谐振器所需要的成本的另一掺杂剂。
图1B是示出根据实施例的薄膜体声波谐振器100的截面图。
参照图1B，薄膜体声波谐振器100与图1A中所示的薄膜体声波谐振器1相似。因此，将省略薄膜体声波谐振器100的与薄膜体声波谐振器1的内容相同或重复的内容的描述，将主要描述与薄膜体声波谐振器1的内容不同的内容。
参照图1B，气腔112形成为近似梯形形状，使得裂缝可根据气腔112的高度和气腔112的侧表面的角度形成在堆叠在膜127上的第一电极140、压电体150、第二电极160和电极焊盘180中，且堆叠在膜127上的压电体150的晶体会异常生长。薄膜体声波谐振器的***损耗特性和衰减特性可由于裂缝和压电体150的晶体的异常生长而劣化。
参照图1B，薄膜体声波谐振器100包括基板110、气腔112、绝缘层120、膜127、支撑部133、辅助支撑部134和谐振部135且还包括保护层170和电极焊盘180。
使谐振部135与基板110电隔离的绝缘层120设置在基板110的上表面上。薄膜体声波谐振器100还包括设置在绝缘层120上的蚀刻停止层。蚀刻停止层保护基板110和绝缘层120免受蚀刻处理的影响，且为用于在蚀刻停止层上沉积层或薄膜的基部。
绝缘层120和蚀刻停止层分开地形成，或者可一体化为一个层。当绝缘层120和蚀刻停止层一体化为一个层时，绝缘层120和蚀刻停止层可使用氧化物层来实现。
气腔112、支撑部133和辅助支撑部134形成在蚀刻停止层上。
气腔112可通过如下形成：通过在蚀刻停止层上形成牺牲层、在牺牲层上形成用于设置支撑部133的图案、堆叠第一电极140、压电体150和第二电极160，并随后通过蚀刻处理蚀刻和除去牺牲层。作为示例，牺牲层包括多晶硅(poly-Si)。气腔112位于包括第一电极140、压电体150和第二电极160的谐振部135的下方，使得谐振部135可在预定方向上振动。
支撑部133和辅助支撑部134可设置在气腔112的外侧。形成在蚀刻停止层上的气腔112、支撑部133和辅助支撑部134的厚度可彼此相同。因此，由气腔112、支撑部133和辅助支撑部134提供的一个表面近似平坦。根据另一实施例，谐振部135设置在除去台阶的平坦表面上，使得薄膜体声波谐振器的***损耗特性和衰减特性得到改善。
支撑部133的截面具有近似梯形形状。具体地，支撑部133的上表面的宽度大于支撑部133的下表面的宽度，且支撑部133的将上表面和下表面彼此连接的侧表面倾斜。支撑部133可由在用于除去牺牲层的蚀刻处理中未被蚀刻的材料形成。作为示例，支撑部133由与蚀刻停止层的材料相同的材料形成，且由二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)中的任意一种形成。
辅助支撑部134设置在支撑部133的外侧，也就是说，设置在支撑部133的相对于气腔112的相反侧。辅助支撑部134可由与支撑部133的材料相同的材料形成或可由与支撑部133的材料不同的材料形成。作为示例，在辅助支撑部134由与支撑部133的材料不同的材料形成的情况下，辅助支撑部134为形成在蚀刻停止层上的牺牲层的在牺牲层的蚀刻处理之后留下的部分。
图3A是示出氮化铝的元素键合的示意图。图3B是示出在根据实施例的薄膜体声波谐振器1/100的压电体150包括掺杂剂的情况下氮化掺杂剂的元素的示意图。
参照图3A和图3B，可以理解的，在具有比Al的元素直径大的元素直径的掺杂剂添加到AlN的情况下，净极化(net polarization)增大。
另外，与仅AlN用作压电体的材料的情况下相比，在具有比Al的元素直径大的元素直径的掺杂剂添加到AlN的情况下，晶格畸变变大。结果，离子位移增大，使得改善了压电体的压电特性。
表1表示可用作AlN(用作薄膜体声波谐振器1/100的压电体的材料)的掺杂剂的各种元素是否可键合到氮、各种元素的氮化物的结构、各种元素是否可掺杂到氮化铝以及各元素的元素直径。在表1中，“○”表示元素良好地适于与氮键合/用作AlN的掺杂剂，“Δ”表示元素稍微地适于与氮键合/用作AlN的掺杂剂，以及“×”表示元素不能与氮键合或用作AlN的掺杂剂。
【表1】
将参照表1对可被添加作为包括AlN的压电体的掺杂剂而代替稀土金属的元素进行分类。
如图3A和图3B所示，为了改善压电体150的压电特性，添加的掺杂剂的元素直径需要大于作为Al的元素直径的。也就是说，在掺杂剂的元素直径大于Al的元素直径的情况下，净极化增大，且晶格畸变变大。结果，离子位移增大，使得改善了压电体150的压电特性。另外，元素需要能够键合到氮并作为掺杂剂添加到AlN。
可确认的是，在表1中提到的各种元素之中，Ta和Nb可键合到氮、可掺杂到氮化铝且可具有比Al的元素直径大的元素直径。
因此，薄膜体声波谐振器1/100可包括Ta或Nb作为添加到包括AlN的压电体150的掺杂剂。
在掺杂剂为Ta的情况下，压电体150可包括AlN和AlTaN。另外，在掺杂剂为Nb的情况下，压电体150可包括AlN和AlNbN。
例如，压电体150通过在如上所述的氮气气氛下通过溅射包括AlTa的单个靶或包括AlNb的单个靶来形成。因此，作为使压电特性劣化的因素的TaN或NbN未包括在压电体中。
这里，TaN或NbN未包括在压电体中的表述是指在掺杂剂为Ta的情况下压电体仅包括AlN和AlTaN或者在掺杂剂为Nb的情况下压电体仅包括AlN和AlNbN，且是指压电体150中不存在误差范围之外的TaN或NbN。误差范围是指在制造压电体150的工艺中除了靶材料以外的杂质不可避免地包括在压电体150中的范围。例如，在当掺杂的AlTaN或AlNbN的X射线衍射(XRD)分析时未检测到TaN或NbN的情况下，在误差范围内可存在TaN或NbN。
包括在压电体150中的Ta的含量可以是0.1原子％至24原子％。在Ta的含量小于0.1原子％的情况下，可不存在压电体150的压电特性的实质改善。由于Ta的原子量大于Al的原子量，因此在Ta的含量超过24原子％的情况下，可形成除了Al3Ta以外的相。也就是说，在Ta的含量超过24原子％的情况下，压电体150可在形成时未均匀地形成。
另外，在Ta的原子量超过13原子％的情况下，基于重量％，包括在压电体150中的Ta的含量(重量％)可大于Al的含量(重量％)。因此，可能会形成对于压电特性的改善没有影响的TaN，使得压电体150的压电特性可能劣化。也就是说，在掺杂剂为Ta的情况下，包括在压电体150中的Ta的含量(重量％)可小于包括在压电体150中的Al的含量(重量％)。另外，在Ta的含量(重量％)大于Al的含量(重量％)的情况下，可在制造单个靶时发生诸如Al和Ta的相分离的问题，使得可能难以制造靶。
因此，在薄膜体声波谐振器1/100中，在添加到压电体150的掺杂剂为Ta的情况下，Ta的含量可以是0.1原子％至24原子％，以改善压电体150的压电特性。在Ta的含量为0.1原子％至13原子％的情况下，可稳定地改善压电体150的压电特性。
包括在压电体150中的Nb的含量可以是0.1原子％至23原子％。在Nb的含量小于0.1原子％的情况下，可不存在压电体150的压电特性的实质改善。由于Nb的原子量大于Al的原子量，因此在Nb的含量超过23原子％的情况下，基于重量％，包括在压电体150中的Nb的含量(重量％)可大于Al的含量(重量％)。因此，可形成对于压电特性的改善没有影响的NbN，使得可使压电体150的压电特性劣化。也就是说，在掺杂剂为Nb的情况下，包括在压电体150中的Nb的含量(重量％)可小于包括在压电体150中的Al的含量(重量％)。另外，在Nb的含量大于Al的含量的情况下，可在制造单个靶时发生诸如Al和Nb的相分离的问题，使得可能难以制造靶。
因此，在薄膜体声波谐振器1/100中，在添加到压电体150的掺杂剂为Nb的情况下，Nb的含量可以是0.1原子％至23原子％，以改善压电体150的压电特性。
例如，薄膜体声波谐振器1/100包括仅一种元素作为添加到压电体150的掺杂剂。
在使用两种或更多种掺杂剂的情况下，可能难以调整两种或更多种掺杂剂以形成期望的成分，沉积薄膜的成分均匀性可变弱。另外，在制造包括两种或更多种掺杂剂的单个靶的情况下，可能难以制造具有精确和均匀成分的单个靶。
第一电极140和第二电极160可包括作为导电金属的钼(Mo)。然而，包括在第一电极140和第二电极160中的每一者中的导电金属不限于Mo，而是可以是例如金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)和铱(Ir)中的任意一种或他们的合金。
表2表示根据第一电极140、第二电极160和压电体150的成分的材料相容性(material consistency)。在表2中，在相对关系中，“×”表示低相容性，“○”表示中等相容性，“◎”表示高相容性。
【表2】
参照表2，在Ta作为掺杂剂添加到压电体150的情况(公开的示例1和2)下，第一电极140或第二电极160包括Ta或Nb作为添加的元素。另外，在Nb作为掺杂剂添加到压电体150的情况(公开的示例3和4)下，第一电极140或第二电极160包括Nb或Ta作为添加的元素。
在这种情况下，添加到第一电极140或第二电极160的Nb的含量可以为0.1原子％至30原子％或更小，添加到第一电极140或第二电极160的Ta的含量可以为0.1原子％至30原子％或更小。
由于第一电极140或第二电极160包括压电体150中包括的掺杂剂作为添加的元素，因此取决于压电体150和第一电极140或第二电极160之间的材料相容性的可键合性和晶体排列增大。
为了进一步改善压电体150和第一电极140或第二电极160之间的材料相容性，薄膜体声波谐振器1/100的第一电极140或第二电极160可包括与压电体150中包括的掺杂剂相同的元素作为添加的元素(公开的示例1和3)。
滤波器
图4和图5是根据实施例的滤波器1000和2000的示意性电路图。滤波器1000中的第一薄膜体声波谐振器1100和第二薄膜体声波谐振器1200中的每一者以及滤波器2000中的第一薄膜体声波谐振器2100、第二薄膜体声波谐振器2200、第三薄膜体声波谐振器2300和第四薄膜体声波谐振器2400中的每一者可与图1A或图1B中所示的薄膜体声波谐振器1或100对应。
参照图4，滤波器1000形成为梯型滤波器结构。具体地，滤波器1000包括薄膜体声波谐振器1100和1200。第一薄膜体声波谐振器1100串联连接在输入信号RFin被输入的信号输入端子和输出信号RFout被输出的信号输出端子之间，第二薄膜体声波谐振器1200连接在信号输出端子和地之间。
参照图5，滤波器2000形成为格型滤波器结构。具体地，滤波器2000包括第一薄膜体声波谐振器2100、第二薄膜体声波谐振器2200、第三薄膜体声波谐振器2300和第四薄膜体声波谐振器2400，并对平衡输入信号RFin+和RFin-过滤以输出平衡输出信号RFout+和RFout-。
制造薄膜体声波谐振器的方法
图6是示出根据实施例的制造薄膜体声波谐振器1/100的方法的示意性流程图。
为了清楚地说明，在制造薄膜体声波谐振器1/100的方法中，将主要参照图1A和图2描述形成第一电极140、第二电极160和压电体150的工艺，且制造其他组件的工艺可与通常在现有技术中使用的制造薄膜体声波谐振器的方法对应的工艺相似。
参照图6，制造薄膜体声波谐振器1/100的方法包括在操作S110中提供基板、在操作S120中在基板上形成第一电极、在操作S130中通过在氮气气氛下溅射包括含有0.1原子％至24原子％的Ta的AlTa或含有0.1原子％至23原子％的Nb的AlNb的单个靶而在第一电极140上形成压电体150以及在压电体150上形成与第一电极140相对的第二电极160使得压电体150介于第一电极140和第二电极160之间。
首先，在操作S110中提供基板。基板110可以是硅基板。在提供基板110之后，在基板110的上表面上设置绝缘层120，以使基板110和谐振部135彼此电隔离。
绝缘层120可通过化学气相沉积处理、RF磁控溅射处理或蒸镀处理中的任意一种在基板110上形成二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)中的任意一种而制造。
在形成绝缘层120之后，形成气腔112。气腔112位于谐振部135的下方，使得谐振部135可在预定方向上振动。气腔112通过在绝缘层120上形成气腔牺牲层图案、在气腔牺牲层图案上形成膜130并随后通过蚀刻处理蚀刻且除去气腔牺牲层图案而形成。膜130为氧化保护膜并且为保护基板110的保护层。膜130由SiO2、Si3N4、AlN和Al2O3中的任意一种或任意两种或更多种的任意组合形成。尽管在图1A和图1B中未示出，但是在膜130上形成由氮化铝(AlN)形成的种子层。例如，种子层介于膜130和第一电极140之间。除了AlN以外，种子层还使用具有HCP结构的金属或介电材料形成。在种子层由金属形成的情况下，例如，种子层由Ti形成。
尽管在图1A和图1B中未示出，但是可另外在绝缘层120上形成蚀刻停止层。蚀刻停止层保护基板110和绝缘层120免受用于除去牺牲层图案的蚀刻处理的影响，且为用于在蚀刻停止层上沉积多个其他层的基部。
在如上所述在操作S110中提供基板110之后，在操作S120中在基板110上形成第一电极140。
通过使用图9中所示的溅射装置10的反应溅射来形成第一电极140、压电体150和第二电极160。
参照图9，溅射装置10包括室11、支撑构件12和靶13。为待生长的材料的基部的基础构件14设置在支撑构件12上，随着执行溅射处理，待生长的材料沉积在基础构件14上，使得形成层15生长。在使第一电极140、压电体150和第二电极160生长的过程中，氩气(Ar)和氮气(N2)被注射到室11中以调节室11中的气氛(atmosphere)。
在操作S120中，可使用作为导电金属的钼(Mo)作为靶13形成第一电极140。然而，第一电极140不限于由钼(Mo)形成，而是可由为导电金属的金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)和铱(Ir)中的任意一种或他们的合金形成。
另外，第一电极140还包括作为添加的元素的Ta或Nb，使得改善压电体150和第一电极140之间的材料相容性。因此，可防止在操作S130中在压电体150的形成过程中在压电体150中形成异常的晶体，使得改善压电体150的压电特性。
另外，与纯Mo相比，MoTa和MoNb具有表面氧化防止效果，氧化钼(MoOx)薄膜可不会良好地形成。因此，可在压电体150的形成中改善晶体排列。
例如，在压电体150由包括AlTa的单个靶形成的情况下，第一电极140可包括Ta，且在压电体150由包括AlNb的单个靶形成的情况下，第一电极140也包括Nb，使得显著改善了压电体150和第一电极140之间的材料相容性。
参照图6，接下来，在操作S130中，在第一电极140上形成压电体150。如上所述，可通过使用图9中所示的溅射装置10的反应溅射来形成压电体150。例如，在操作S130中的压电体150的形成中，靶13为单个靶。单个靶指其中包括待形成在形成层15中的所有元素的一个靶13。
薄膜体声波谐振器1/100包括Ta或Nb作为添加到包括AlN的压电体150的掺杂剂。为此，单个靶包括AlTa或AlNb。包括AlTa的单个靶或包括AlNb的单个靶可通过熔融法来制造或可通过粉末烧结法来制造。
在使用包括AlTa的单个靶的情况下，包括在单个靶中的Ta的含量可以是0.1原子％至24原子％。参照图7，可理解的是，在包括AlTa的单个靶中包括的Ta的含量为0.1原子％至24原子％的情况(见图7的“a”)下，形成单一Al3Ta相。也就是说，在包括在单个靶中的Ta的含量为0.1原子％至24原子％的情况下，设置具有单一相的单个靶，且压电体150使用具有单一相的单个靶形成为具有均匀成分。
也就是说，在包括AlTa的单个靶中包括的Ta的含量为0.1原子％至24原子％的情况下，形成单一Al3Ta相，使得在使压电体150生长的过程中均匀地形成AlN和AlTaN。在Ta的含量小于0.1原子％的情况下，压电体150的压电特性的改善是微小的，且在Ta的含量超过24原子％的情况下，包括AlTa的单个靶不是单一Al3Ta相，因此在使压电体150生长的过程中形成TaN，使得压电体的压电特性劣化。因此，满足在包括AlTa的单个靶中包括的Ta的含量为0.1原子％至24原子％的条件，使得改善压电体150的生长的均匀性且改善薄膜体声波谐振器的压电特性。
然而，由于Ta的原子量大于Al的原子量，因此在Ta的含量超过13原子％的情况下，基于重量％，包括在压电体150中的Ta的含量(重量％)大于Al的含量(重量％)。因此，形成对于压电特性的改善没有影响的TaN，使得压电体150的压电特性劣化。因此，在Ta的含量为0.1原子％至13原子％的情况下，稳定地改善压电体150的压电特性。
参照图8的Al-Nb的状态图，可以理解的是，在包括AlNb的单个靶中包括的Nb的含量为0.1原子％至23原子％的情况(见图8的“b”)下，形成单一Al3Nb相。也就是说，在包括AlNb的单个靶中包括的Nb的含量为0.1原子％至23原子％的情况下，形成单一Al3Nb相，使得在使压电体150生长的过程中均匀地形成AlN和AlNbN。在Nb的含量小于0.1原子％的情况下，压电体150的压电特性的改善是微小的，且在Nb的含量超过23原子％的情况下，包括AlNb的单个靶不是单一Al3Nb相，因此在使压电体150生长的过程中如此形成NbN，使得压电体150的压电特性劣化。具体地，由于Nb的原子量大于Al的原子量，因此在Nb的含量超过23原子％的情况下，基于重量％，包括在压电体150中的Nb的含量(重量％)大于Al的含量(重量％)。因此，形成对于压电特性的改善没有影响的NbN，使得压电体150的压电特性劣化。
因此，满足在包括AlNb的单个靶中包括的Nb的含量为0.1原子％至23原子％的条件，使得改善压电体150的生长的均匀性且改善薄膜体声波谐振器1/100的压电特性。
如上所述制造的包括AlTa的单个靶或包括AlNb的单个靶设置在图9的溅射装置10的靶13处，且随后在氮气气氛下生长以形成压电体150。
图10A是示出当使用包括AlTa的单个靶或包括AlNb的单个靶形成压电体时的晶体结构的测量结果的示图。图10B是示出在使用包括Al和Ta的双靶或包括Al和Nb的双靶形成压电体的情况下的晶体结构的测量结果的示图。
当比较图10A和图10B时，可理解的是，如图10B所示，在使用包括Al和Ta的双靶或包括Al和Nb的双靶形成压电体的情况下，观察到立方结构以及六方结构。该立方结构不具有压电特性，因此使得压电体的压电特性劣化。
然而，如图10A所示，在根据本公开的实施例的制造薄膜体声波谐振器的方法中，使用包括AlTa的单个靶或包括AlNb的单个靶形成压电体，由此防止立方结构的形成超出误差范围，使得改善压电体的压电特性。
参照图6，最终，在操作S140中，在压电体150上形成第二电极160。
通过使用图9中所示的溅射装置10的反应溅射来形成第二电极160。
使用作为导电金属的钼(Mo)作为靶13执行第二电极160的形成。然而，第二电极160不限于由钼形成，且可由作为导电金属的金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钌(Ru)、铂(Pt)、钨(W)、铝(Al)、镍(Ni)和铱(Ir)中的任意一种或他们的合金形成。
另外，第二电极160还包括作为添加的元素的Ta或Nb，使得改善压电体150和第二电极160之间的材料相容性。因此，第二电极160更均匀地形成，以改善薄膜体声波谐振器1/100的压电特性。
具体地，在压电体150由包括AlTa的单个靶形成的情况下，第二电极160也包括Ta，在压电体150由包括AlNb的单个靶形成的情况下，第二电极160也包括Nb，使得显著改善了压电体150和第二电极160之间的材料相容性。
随后，适当地形成保护层170和电极焊盘180，以完成薄膜体声波谐振器1/100。
如上所阐述的，根据实施例的薄膜体声波谐振器1/100的压电体150包括作为添加到AlN的掺杂剂的0.1原子％至24原子％的Ta或0.1原子％至23原子％的Nb，以具有等同于或优于稀土金属用作掺杂剂的压电体的压电特性的压电特性。
另外，使用单个靶以克服AlTaN或AlNbN的成分非均匀性。
虽然本公开包括特定的示例，但是在不脱离权利要求及他们的等同物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变化。在此所描述的示例将仅被认为描述性含义，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认为是可适用于其他示例中的类似特征或方面。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***、架构、装置或者电路中的组件和/或用其他组件或者他们的等同物替换或者补充描述的***、架构、装置或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及他们的等同物限定，并且在权利要求及他们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开中。

Claims (14)

1.一种薄膜体声波谐振器，包括：
第一电极，设置在基板上；
压电体，设置在所述第一电极上并包括添加有掺杂剂的AlN；以及
第二电极，设置在所述压电体上并与所述第一电极相对，使得所述压电体介于所述第二电极和所述第一电极之间，
其中，所述掺杂剂包括0.1原子％至24原子％的Ta和0.1原子％至23原子％的Nb中的任意一者。
2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述压电体中的Ta和Nb中的任意一者的重量百分含量小于所述压电体中的Al的重量百分含量。
3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其中，
在所述掺杂剂包括Ta的情况下，所述压电体包括AlN和AlTaN，或者
在所述掺杂剂包括Nb的情况下，所述压电体包括AlN和AlNbN。
4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述压电体不包括TaN和NbN中的任意一者。
5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述第一电极和所述第二电极中的任意一者包括导电金属和添加的元素，其中所述添加的元素包括Ta和Nb中的任意一者。
6.根据权利要求5所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述添加的元素与所述掺杂剂相同。
7.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振器，其中，所述第一电极和所述第二电极中的任意一者包括导电金属和添加的元素，其中所述添加的元素包括量为0.1原子％至30原子％的Ta和量为0.1原子％至30原子％的Nb中的任意一者。
8.一种制造薄膜体声波谐振器的方法，包括：
在基板上形成第一电极；
通过在氮气气氛下溅射单个靶而在所述第一电极上形成压电体，所述单个靶包括含有0.1原子％至24原子％的Ta的AlTa和含有0.1原子％至23原子％的Nb的AlNb中的任意一者；以及
在所述压电体上形成与所述第一电极相对的第二电极，使得所述压电体介于所述第二电极和所述第一电极之间。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，包括在所述单个靶中的Ta和Nb中的任意一者的重量百分含量小于包括在所述单个靶中的Al的重量百分含量。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，
在所述单个靶包括AlTa的情况下，所述压电体包括AlN和AlTaN，或者
在所述单个靶包括AlNb的情况下，所述压电体包括AlN和AlNbN。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述压电体不包括TaN和NbN中的任意一者。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，
在所述第一电极的形成中，所述第一电极包括导电金属和添加的元素，所述添加的元素包括Ta和Nb中的任意一者，或者
在所述第二电极的形成中，所述第二电极包括所述导电金属和所述添加的元素，所述添加的元素包括Ta和Nb中的任意一者。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，
在所述第一电极的形成中，在所述单个靶包括AlTa的情况下所述第一电极包括Ta，或在所述单个靶包括AlNb的情况下所述第一电极包括Nb，或者
在所述第二电极的形成中，在所述单个靶包括AlTa的情况下所述第二电极包括Ta，或在所述单个靶包括AlNb的情况下所述第二电极包括Nb。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，
在所述第一电极的形成中，所述第一电极包括导电金属和添加的元素，所述添加的元素包括量为0.1原子％至30原子％的Ta和量为0.1原子％至30原子％的Nb中的任意一者，或者
在所述第二电极的形成中，所述第二电极包括所述导电金属和所述添加的元素，所述添加的元素包括量为0.1％原子至30原子％的Ta和量为0.1％原子至30原子％的Nb中的任意一者。
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