具有摻雜壓電層的體聲波諧振器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利申請涉及電器元件，具體而言涉及一種諧振器。
【背景技術(shù)】
[0002] 換能器大體上將電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號或振動，和/或?qū)C(jī)械信號或振動轉(zhuǎn)換為 電信號。特別地說，聲換能器經(jīng)由反向和直接壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號（聲波）且 將接收的聲波轉(zhuǎn)換為電信號。聲換能器大體上包含例如表面聲波（SAW)諧振器和體聲波 (BAW)諧振器的聲諧振器，且可用于例如蜂窩式電話、個(gè)人數(shù)字助理（PDA)、電子游戲裝置、 膝上型計(jì)算機(jī)和其它便攜式通信裝置的廣泛多種電子應(yīng)用中。BAW諧振器包含安置于聲反 射器上面的聲堆疊或諧振器堆疊。舉例來說，BAW諧振器包含：薄膜體聲諧振器（FBAR)，所 述FBAR包含形成于基板腔上面的諧振器堆疊，所述基板腔充當(dāng)聲反射器；以及固態(tài)安裝型 諧振器（SMR)，所述SMR包含形成于低聲阻抗材料與高聲阻抗材料的交替堆疊層上面的諧 振器堆疊（例如，布拉格鏡）。舉例來說，BAW諧振器可用于電濾波器和變壓器。
[0003] 大體上，聲諧振器具有位于可形成于薄膜上的兩個(gè)導(dǎo)電板（電極）之間的壓電材 料層。舉例來說，壓電材料可為例如氮化鋁（A1N)、氧化鋅（ZnO)或鋯鈦酸鉛（PZT)的各種 材料的薄膜。由A1N制成的薄膜是有利的，因?yàn)樗鼈兇篌w上在高溫（例如，高于400°C)下 維持壓電性質(zhì)。BAW諧振器的聲堆疊包括第一電極、安置于第一電極上面的壓電層和安置 于壓電層上面的第二電極。聲堆疊安置于聲反射器上面。BAW諧振器的串聯(lián)諧振頻率（Fs) 是BAW諧振器的壓電層中的偶極振動與所施加的電場同相所處的頻率。在史密斯圓圖上， 串聯(lián)諧振頻率（Fs)是Q圓圈與水平軸交叉所處的頻率。如所已知，串聯(lián)諧振頻率（Fs)是由 其中聲堆疊的層的總厚度來控管的。如可了解，隨著諧振頻率增加，聲堆疊的總厚度減小。 此外，BAW諧振器的帶寬確定壓電層的厚度。具體來說，對于合乎需要的帶寬來說，需要某 一機(jī)電耦合系數(shù)（kt2)以滿足那特定帶寬要求。BAW諧振器的kt2受若干因素影響，例如壓 電材料與電極的尺寸（例如，厚度）、組合物和結(jié)構(gòu)性質(zhì)。大體上，對于特定壓電材料來說， 較大kt2需要壓電材料的較大厚度。因而，一旦確定了帶寬，那么kt2被設(shè)定，且BAW諧振器 的壓電層的厚度被固定。因此，如果特定BAW諧振器的較高諧振頻率是合乎需要的，那么在 壓電層中不能產(chǎn)生聲堆疊中的層的厚度的任何減小，而是必須通過減小電極的厚度來達(dá)到 聲堆疊中的層的厚度的任何減小。
[0004] 雖然減小聲堆疊的電極的厚度提供BAW諧振器的諧振頻率的增加，但電極的厚度 的此減小是以BAW諧振器的性能為代價(jià)來達(dá)到的。舉例來說，減小的電極厚度導(dǎo)致聲堆疊 的電極中的較高薄層電阻。較高薄層電阻導(dǎo)致BAW諧振器的較高串聯(lián)電阻（Rs)及串聯(lián)諧 振頻率周圍的不良的較低品質(zhì)因數(shù)Fs(Qs)。此外，隨著電極厚度減小，聲堆疊變得對于高并 聯(lián)電阻（Rp)來說較為不利，且結(jié)果并聯(lián)諧振頻率周圍的品質(zhì)因數(shù)Fp(Qp)被不良地減小。
[0005] 因此，需要至少克服上文所描述的已知BAW諧振器的缺點(diǎn)的BAW諧振器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種體聲波BAW諧振器，其包括：具有第一電極厚度的第一電極；具 有第二電極厚度的第二電極；以及具有壓電層厚度且安置于所述第一電極與所述第二電極 之間的壓電層，所述壓電層包括摻雜有至少一種稀土元素的壓電材料，其中對于所述BAW 諧振器的特定聲耦合系數(shù)（kt2)值和串聯(lián)諧振頻率（Fs)，所述第一電極厚度和所述第二電 極厚度各自大于包括未摻雜壓電層的BAW諧振器的第一電極的厚度和第二電極的厚度。
【附圖說明】
[0007] 當(dāng)借助于隨附圖式閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述來最好地理解說明性實(shí)施例。應(yīng)強(qiáng)調(diào)， 各種特征未必按比例繪制。事實(shí)上，為了論述的清晰性，尺寸可任意增大或減小。在適用且 實(shí)際的情況下，相同參考數(shù)字指相同元件。
[0008] 圖1A展示根據(jù)代表性實(shí)施例的薄膜體聲諧振器（FBAR)的俯視圖，所述FBAR具有 由未摻雜子層和摻雜子層形成的壓電層。
[0009] 圖1B是FBAR沿圖3A的線3B-3B所截取的橫截面圖。
[0010]圖2是根據(jù)替代性代表性實(shí)施例的SMR的橫截面圖。
[0011] 圖3是展示鉬層的薄層電阻對厚度的圖表。
[0012] 圖4A是展示未摻雜氮化鋁壓電層的聲耦合系數(shù)（kt2)對厚度的圖表。
[0013] 圖4B是展示BAW諧振器的第一電極和第二電極的厚度對未摻雜氮化鋁壓電層的 厚度的圖表，所述BAW諧振器具有特定串聯(lián)諧振頻率（Fs)。
[0014] 圖5A是根據(jù)代表性實(shí)施例的展示摻雜稀土的氮化鋁壓電層的聲耦合系數(shù)（kt2) 對厚度的圖表。
[0015] 圖5B是根據(jù)代表性實(shí)施例的展示BAW諧振器的第一電極和第二電極的厚度對稀 土元素氮化鋁壓電層的厚度的圖表，所述BAW諧振器具有特定串聯(lián)諧振頻率（Fs)。
[0016] 圖6A是根據(jù)代表性實(shí)施例的展示摻雜稀土的氮化鋁壓電層的聲耦合系數(shù)（kt2) 對厚度的圖表。
[0017] 圖6B是根據(jù)代表性實(shí)施例的展示BAW諧振器的第一電極和第二電極的厚度對稀 土元素氮化鋁壓電層的厚度的圖表，所述BAW諧振器具有特定串聯(lián)諧振頻率（Fs)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 應(yīng)理解，本文中所使用的術(shù)語是僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而并不意欲為限 制性的。所定義的術(shù)語不包括所述所定義術(shù)語如通常在本教示的技術(shù)領(lǐng)域中理解并接受的 技術(shù)和科學(xué)意義。
[0019] 如說明書和隨附權(quán)利要求書中所使用，除非上下文明確指示為相反，否則術(shù)語 "一"和"所述"包含單數(shù)指示物與復(fù)數(shù)指示物兩者。因此，舉例來說，"裝置"包含一個(gè)裝置 和多個(gè)裝置。如說明書和隨附權(quán)利要求書中所使用且除術(shù)語"實(shí)質(zhì)上"的普通意義之外，所 述術(shù)語"實(shí)質(zhì)上"意思是在可接受界限或程度內(nèi)。舉例來說，"實(shí)質(zhì)上消除"意思是本領(lǐng)域的 技術(shù)人員將把消除考慮為是可接受的。如說明書和隨附權(quán)利要求書中所使用且除術(shù)語"近 似"或"大約"的普通意義之外，所述術(shù)語"近似"或"大約"意思是在為本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員可接受的界限或量內(nèi)。舉例來說，"近似相同"意思是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將把所比較的 項(xiàng)目考慮為是相同的。
[0020] 在以下詳細(xì)描述中，出于闡釋的目的且非限制，陳述特定細(xì)節(jié)以便根據(jù)本教示提 供對說明性實(shí)施例的透徹理解。然而，受益于本發(fā)明的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯而易見， 根據(jù)本教示的脫離本文中所公開的特定細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例仍在隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。 此外，可省略對熟知的設(shè)備和方法的描述以便不混淆對說明性實(shí)施例的描述。此些方法和 設(shè)備清楚地在本教示的范圍內(nèi)。
[0021] 大體上，應(yīng)理解，本文中所描繪的圖式和各種元件未按比例繪制。另外，例如 "在……上方"、"在……下方"、"在……頂部"、"在……底部""上部"和"下部"的相對術(shù)語 用于描述如隨附圖式中所說明的各種元件彼此的關(guān)系。應(yīng)理解，這些相對術(shù)語既定涵蓋裝 置和/或元件除圖式中所描繪的定向之外的不同定向。舉例來說，如果裝置相對于圖式中 的視圖而反轉(zhuǎn)，那么被描述為"在另一元件上方"的元件例如現(xiàn)在將位于那個(gè)元件下方。
[0022] 本教示的方面是關(guān)于BAW諧振器裝置和濾波器的組件、它們的材料和它們的制造 方法。舉例來說，可在以下美國專利公告中的一或多者中找到此些裝置和對應(yīng)的制造方 法的各種細(xì)節(jié)：第6, 107, 721號美國專利（Lakin);第5, 587, 620號、第5, 873, 153號、第 6, 507, 983 號、第 7, 388, 454 號、第 7, 629, 865 號、第 7, 714, 684 號美國專利（Ruby等人）； 第7, 791，434號和第8, 188, 810號美國專利（Fazzio等人）；第7, 280, 007號美國專利 (Feng等人）；第8, 248, 185號美國專利（Choy等人）；第7, 345, 410號美國專利（Grannen 等人）；第6, 828, 713號美國專利（Bradley等人）；第20120326807號美國專利申請公告 (Choy等人）；第20100327994號美國專利申請公告（Choy等人）；第20110180391號和 第20120177816號美國專利申請公告（LarsonIII等人）；第20070205850號美國專利申 請公告（Jamneala等人）；2014年1月22日申請的題目為"制造具有各種量的摻雜劑和 所選C軸定向的摻雜稀土元素的壓電材料的方法（MethodofFabricatingRare-Earth ElementDopedPiezoelectricMaterialwithVariousAmountsofDopantsanda SelectedC-AxisOrientation)" 的第 14/161,564 號美國專利申請案（JohnL.Larson III) ;2012年10月27日申請的題目為"具有具多種摻雜劑的壓電層的體聲波諧振器（Bulk AcousticWa