具有掺杂压电材料和框架元件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子设备，具体而言涉及一种谐振器。
【背景技术】
[0002] 声谐振器可用于实施各种电子应用中的信号处理功能。举例来说，一些蜂窝式电 话和其它通信装置使用声谐振器来实施用于所传输和/或所接收信号的频率滤波器。可根 据不同应用来使用若干不同类型的声谐振器，其中实例包含体声波（BAW)谐振器，例如薄 膜体声谐振器（FBAR)、固态安装型谐振器（SMR)、耦合谐振器滤波器（CRF)、堆叠体声谐振 器（SBAR)和双体声谐振器（DBAR)。
[0003] 典型声谐振器包括夹于被称为声堆叠的结构中的两个板状电极之间的压电材料 层。当在电极之间施加输入电信号时，互反或反向压电效应致使声堆叠取决于压电材料的 极化而机械膨胀或收缩。当输入电信号随时间的过去而变化时，声堆叠的膨胀和收缩产生 在各个方向上传播穿过声谐振器且通过压电效应而被转换成输出电信号的声波。一些声波 跨越声堆叠达成谐振，其中谐振频率由例如声堆叠的材料、尺寸和操作条件的因素来确定。 声谐振器的这些和其它机械特性确定它的频率响应。
[0004] 用于评估声谐振器的性能的一个量度是它的机电耦合系数（kt2)，所述机电耦合 系数指示电极与压电材料之间的能量转移的效率。在其它各项相同的情况下，具有高kt2的 声谐振器大体上被视为具有优于具有较低kt2的声谐振器的性能。因此，在例如4G和LTE 应用的高性能无线应用中使用具有较高kt2水平的声谐振器大体上是合乎需要的。
[0005] 声谐振器的kt2受若干因素的影响，例如压电材料与电极的尺寸、组合物和结构性 质。这些因素反过来受用于制造声谐振器的材料和制造过程的影响。因此，为正在进行的 制造具有较高kt2水平的声谐振器，研宄者正寻求设计和制造声谐振器的改善的方法。
[0006] 一种对改善压电材料的kt2有用的方法是通过用例如稀土元素的所选掺杂剂来掺 杂压电材料。虽然掺杂压电材料可提供kt2的改善，但在BAW谐振器中的应用中，与不包含 掺杂压电材料的BAW谐振器相比，其它参数可被降级。
[0007] 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】
[0008] 本发明提供了一种体声波BAW谐振器，其包括：第一电极；第二电极；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；以及安置于所述第一电极和所述第二电极中的至少一者的表面上的凹陷框架元件。
[0009] 本发明还提供了一种体声波BAW谐振器，其包括：第一电极；第二电极；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；以及安置于所述第一电极和所述第二电极中的至少一者的表面上的凸起框架元 件。
【附图说明】
[0010] 当借助于随附图式阅读时，从以下详细描述来最好地理解实例实施例。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。
[0011] 图1是根据代表性实施例的BAW谐振器的横截面图。
[0012] 图2是根据代表性实施例的BAW谐振器的横截面图。
[0013] 图3A是根据代表性实施例的BAW谐振器的横截面图。
[0014] 图3B是根据代表性实施例的BAW谐振器的横截面图。
[0015] 图4A是说明在压电层中不包括掺杂剂的BAW谐振器的机电耦合系数（kt2)和在 压电层中包括掺杂剂的BAW谐振器的kt2的图表。
[0016] 图4B是说明在压电层中不包括掺杂剂的BAW谐振器的品质因数⑷）和在压电层 中包括掺杂剂的BAW谐振器的Q的图表。
[0017] 图5是说明凸起框架元件及凹陷框架元件对在压电层中不包括掺杂剂的BAW谐振 器和在压电层中包括掺杂剂的BAW谐振器的影响的图表。
[0018] 图6A是说明凸起框架元件及凹陷框架元件对在压电层中包括掺杂剂的BAW谐振 器上的并联谐振阻抗（Rp)和串联谐振阻抗（Rs)的影响的图表。
[0019] 图6B是在压电层中包括掺杂剂的BAW谐振器中的史密斯圆图，其说明凸起框架元 件及凹陷框架元件对史密斯圆图的西南象限中的Q(QSW)和西南象限中的副振荡模的影响。
[0020] 图7是说明凸起框架元件及凹陷框架元件对在压电层中包括掺杂剂的BAW谐振器 的Q的影响的图表。
【具体实施方式】
[0021 ] 在以下详细描述中，出于阐释的目的且非限制，陈述公开特定细节的实例实施例 以便提供对本教示的透彻理解。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实例实施例的描述。此些方法和设 备清楚地在本教示的范围内。
[0022] 本文中所使用的术语是仅用于描述特定实施例的目的，且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相关上下文中理解并接受的技术、科学或普 通意义。
[0023] 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。术语"实质上"意思是在可 接受界限或程度内。术语"近似"意思是在为本领域的普通技术人员可接受的界限或量内。 例如"在……上方"、"在……下方"、"在……顶部"、"在……底部"、"上部"和"下部"的相对 术语可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。其它相对术语也可用于指示某些特征沿例如信号路径的路径的相对位置。例如，第二 特征可被认为如果沿信号路径传输的信号到达位于第二特征前面的第一特征，那么第二特 征可被认为沿所述路径而"跟随"第一特征。
[0024] 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 AcousticWaveResonatorhavingPiezoelectricLayerwithMultipleDopants)" 的 第13/662,460号美国专利申请案（Choy等人）；以及2013年5月31日申请的题目为"具 有具变化的量的掺杂剂的压电层的体声波谐振器（BulkAcousticWaveResonatorhaving PiezoelectricLayerwithVaryingAmountsofDopants)"的第 13/906, 873 号美国专利 申请案（JohnChoy等人）。上文列举的专利、公告的专利申请案和专利申请案中的每一者 的整体公开内容具体地以引用方式并入本文中。应强调，这些专利和专利申请案中所描述 的组件、材料及制造方法具有代表性且也预期在本领域的普通技术人员的眼界内的其它制 造方法和材料。
[0025] 所描述的实施例大体上涉及体声波（BAW)谐振器。大体上，BAW谐振器包括第一 电极、第二电极和安置于第一电极与第二电极之间的压电层。压电层包括掺杂有至少一种 稀土元素的压电材料。在某些实施例中，压电层包括掺杂有钪（Sc)的氮化铝（A1N)。氮化 铝层中的钪的原子百分数为近似0. 5%到小于近似10. 0%。更大体上来说，在某些实施例 中，氮化铝层中的钪的原子百分数为近似0. 5 %到近似44 %。在又其它代表性实施例中，氮 化铝层中的钪的原子百分数为近似2. 5 %到小于近似5. 0 %。当本文中论述压电层中的掺 杂元素的百分数时，它是关于压电层的总原子。值得注意的是，当本文中论述掺杂A1N层 中的掺杂元素（例如，Sc)的百分数时，它是关于A1N压电层103的总原子（包含氮）。因 此，举例来说且如例如在第14/161，564号美国专利申请案中所描述，如果代表性实施例的 压电层中的A1具有近似95. 0 %的原子百分数且Sc具有近似5. 0 %的原子百分数，那么压 电层104的原子一致性可随后表示为AL^Sc^iN。
[0026] 在某些代表性实施例中，本教示的BAW谐振器包括安置于第一电极和第二电极中 的至少一者的表面上面的凹陷框架元件。在凹陷框架元件内的BAW谐振器区域具有第一声 阻抗，凹陷框架元件具有第二声阻抗，且在凹陷框架元件外部（即，"外面"）的区域具有第 三声阻抗。
[0027] 在其它代表性实施例中，本教示的BAW谐振器