具有掺杂压电层的体声波谐振器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利申请涉及电器元件，具体而言涉及一种谐振器。
【背景技术】
[0002] 换能器大体上将电信号转换为机械信号或振动，和/或将机械信号或振动转换为 电信号。特别地说，声换能器经由反向和直接压电效应将电信号转换为声信号（声波）且 将接收的声波转换为电信号。声换能器大体上包含例如表面声波（SAW)谐振器和体声波 (BAW)谐振器的声谐振器，且可用于例如蜂窝式电话、个人数字助理（PDA)、电子游戏装置、 膝上型计算机和其它便携式通信装置的广泛多种电子应用中。BAW谐振器包含安置于声反 射器上面的声堆叠或谐振器堆叠。举例来说，BAW谐振器包含：薄膜体声谐振器（FBAR)，所 述FBAR包含形成于基板腔上面的谐振器堆叠，所述基板腔充当声反射器；以及固态安装型 谐振器（SMR)，所述SMR包含形成于低声阻抗材料与高声阻抗材料的交替堆叠层上面的谐 振器堆叠（例如，布拉格镜）。举例来说，BAW谐振器可用于电滤波器和变压器。
[0003] 大体上，声谐振器具有位于可形成于薄膜上的两个导电板（电极）之间的压电材 料层。举例来说，压电材料可为例如氮化铝（A1N)、氧化锌（ZnO)或锆钛酸铅（PZT)的各种 材料的薄膜。由A1N制成的薄膜是有利的，因为它们大体上在高温（例如，高于400°C)下 维持压电性质。BAW谐振器的声堆叠包括第一电极、安置于第一电极上面的压电层和安置 于压电层上面的第二电极。声堆叠安置于声反射器上面。BAW谐振器的串联谐振频率（Fs) 是BAW谐振器的压电层中的偶极振动与所施加的电场同相所处的频率。在史密斯圆图上， 串联谐振频率（Fs)是Q圆圈与水平轴交叉所处的频率。如所已知，串联谐振频率（Fs)是由 其中声堆叠的层的总厚度来控管的。如可了解，随着谐振频率增加，声堆叠的总厚度减小。 此外，BAW谐振器的带宽确定压电层的厚度。具体来说，对于合乎需要的带宽来说，需要某 一机电耦合系数（kt2)以满足那特定带宽要求。BAW谐振器的kt2受若干因素影响，例如压 电材料与电极的尺寸（例如，厚度）、组合物和结构性质。大体上，对于特定压电材料来说， 较大kt2需要压电材料的较大厚度。因而，一旦确定了带宽，那么kt2被设定，且BAW谐振器 的压电层的厚度被固定。因此，如果特定BAW谐振器的较高谐振频率是合乎需要的，那么在 压电层中不能产生声堆叠中的层的厚度的任何减小，而是必须通过减小电极的厚度来达到 声堆叠中的层的厚度的任何减小。
[0004] 虽然减小声堆叠的电极的厚度提供BAW谐振器的谐振频率的增加，但电极的厚度 的此减小是以BAW谐振器的性能为代价来达到的。举例来说，减小的电极厚度导致声堆叠 的电极中的较高薄层电阻。较高薄层电阻导致BAW谐振器的较高串联电阻（Rs)及串联谐 振频率周围的不良的较低品质因数Fs(Qs)。此外，随着电极厚度减小，声堆叠变得对于高并 联电阻（Rp)来说较为不利，且结果并联谐振频率周围的品质因数Fp(Qp)被不良地减小。
[0005] 因此，需要至少克服上文所描述的已知BAW谐振器的缺点的BAW谐振器。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种体声波BAW谐振器，其包括：具有第一电极厚度的第一电极；具 有第二电极厚度的第二电极；以及具有压电层厚度且安置于所述第一电极与所述第二电极 之间的压电层，所述压电层包括掺杂有至少一种稀土元素的压电材料，其中对于所述BAW 谐振器的特定声耦合系数（kt2)值和串联谐振频率（Fs)，所述第一电极厚度和所述第二电 极厚度各自大于包括未掺杂压电层的BAW谐振器的第一电极的厚度和第二电极的厚度。
【附图说明】
[0007] 当借助于随附图式阅读时，从以下详细描述来最好地理解说明性实施例。应强调， 各种特征未必按比例绘制。事实上，为了论述的清晰性，尺寸可任意增大或减小。在适用且 实际的情况下，相同参考数字指相同元件。
[0008] 图1A展示根据代表性实施例的薄膜体声谐振器（FBAR)的俯视图，所述FBAR具有 由未掺杂子层和掺杂子层形成的压电层。
[0009] 图1B是FBAR沿图3A的线3B-3B所截取的横截面图。
[0010]图2是根据替代性代表性实施例的SMR的横截面图。
[0011] 图3是展示钼层的薄层电阻对厚度的图表。
[0012] 图4A是展示未掺杂氮化铝压电层的声耦合系数（kt2)对厚度的图表。
[0013] 图4B是展示BAW谐振器的第一电极和第二电极的厚度对未掺杂氮化铝压电层的 厚度的图表，所述BAW谐振器具有特定串联谐振频率（Fs)。
[0014] 图5A是根据代表性实施例的展示掺杂稀土的氮化铝压电层的声耦合系数（kt2) 对厚度的图表。
[0015] 图5B是根据代表性实施例的展示BAW谐振器的第一电极和第二电极的厚度对稀 土元素氮化铝压电层的厚度的图表，所述BAW谐振器具有特定串联谐振频率（Fs)。
[0016] 图6A是根据代表性实施例的展示掺杂稀土的氮化铝压电层的声耦合系数（kt2) 对厚度的图表。
[0017] 图6B是根据代表性实施例的展示BAW谐振器的第一电极和第二电极的厚度对稀 土元素氮化铝压电层的厚度的图表，所述BAW谐振器具有特定串联谐振频率（Fs)。
【具体实施方式】
[0018] 应理解，本文中所使用的术语是仅用于描述特定实施例的目的，而并不意欲为限 制性的。所定义的术语不包括所述所定义术语如通常在本教示的技术领域中理解并接受的 技术和科学意义。
[0019] 如说明书和随附权利要求书中所使用，除非上下文明确指示为相反，否则术语 "一"和"所述"包含单数指示物与复数指示物两者。因此，举例来说，"装置"包含一个装置 和多个装置。如说明书和随附权利要求书中所使用且除术语"实质上"的普通意义之外，所 述术语"实质上"意思是在可接受界限或程度内。举例来说，"实质上消除"意思是本领域的 技术人员将把消除考虑为是可接受的。如说明书和随附权利要求书中所使用且除术语"近 似"或"大约"的普通意义之外，所述术语"近似"或"大约"意思是在为本领域的普通技术 人员可接受的界限或量内。举例来说，"近似相同"意思是本领域的技术人员将把所比较的 项目考虑为是相同的。
[0020] 在以下详细描述中，出于阐释的目的且非限制，陈述特定细节以便根据本教示提 供对说明性实施例的透彻理解。然而，受益于本发明的本领域的普通技术人员将显而易见， 根据本教示的脱离本文中所公开的特定细节的其它实施例仍在随附权利要求书的范围内。 此外，可省略对熟知的设备和方法的描述以便不混淆对说明性实施例的描述。此些方法和 设备清楚地在本教示的范围内。
[0021] 大体上，应理解，本文中所描绘的图式和各种元件未按比例绘制。另外，例如 "在……上方"、"在……下方"、"在……顶部"、"在……底部""上部"和"下部"的相对术语 用于描述如随附图式中所说明的各种元件彼此的关系。应理解，这些相对术语既定涵盖装 置和/或元件除图式中所描绘的定向之外的不同定向。举例来说，如果装置相对于图式中 的视图而反转，那么被描述为"在另一元件上方"的元件例如现在将位于那个元件下方。
[0022] 本教示的方面是关于BAW谐振器装置和滤波器的组件、它们的材料和它们的制造 方法。举例来说，可在以下美国专利公告中的一或多者中找到此些装置和对应的制造方 法的各种细节：第6, 107, 721号美国专利（Lakin);第5, 587, 620号、第5, 873, 153号、第 6, 507, 983 号、第 7, 388, 454 号、第 7, 629, 865 号、第 7, 714, 684 号美国专利（Ruby等人）； 第7, 791，434号和第8, 188, 810号美国专利（Fazzio等人）；第7, 280, 007号美国专利 (Feng等人）；第8, 248, 185号美国专利（Choy等人）；第7, 345, 410号美国专利（Grannen 等人）；第6, 828, 713号美国专利（Bradley等人）；第20120326807号美国专利申请公告 (Choy等人）；第20100327994号美国专利申请公告（Choy等人）；第20110180391号和 第20120177816号美国专利申请公告（LarsonIII等人）；第20070205850号美国专利申 请公告（Jamneala等人）；2014年1月22日申请的题目为"制造具有各种量的掺杂剂和 所选C轴定向的掺杂稀土元素的压电材料的方法（MethodofFabricatingRare-Earth ElementDopedPiezoelectricMaterialwithVariousAmountsofDopantsanda SelectedC-AxisOrientation)" 的第 14/161,564 号美国专利申请案（JohnL.Larson III) ;2012年10月27日申请的题目为"具有具多种掺杂剂的压电层的体声波谐振器（Bulk AcousticWa