專(zhuān)利名稱：聲波器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲波器件。特別是涉及一種具有一個(gè)或多個(gè)聲波諧振器的聲波器 件及其制作方法，這些聲波諧振器利用在基底和壓電層之間形成的質(zhì)量負(fù)載層來(lái)減小修正 工序?qū)|(zhì)量負(fù)載效應(yīng)的影響，并且/或者優(yōu)化聲波器件的特性。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信產(chǎn)品，例如移動(dòng)電話和手持設(shè)備，正迅速向小型化和輕便化發(fā)展。這樣的 產(chǎn)品需要射頻(RF)濾波器的頻率范圍大致覆蓋0. 5GHz IOGHz以保護(hù)接收的信號(hào)不受干 擾影響，其中干擾信號(hào)可能來(lái)自于同一個(gè)手持設(shè)備中的發(fā)射器或者來(lái)自外部形成的非需要 信號(hào)。這些濾波器必須具有較低的通帶插入損耗(通常小于2dB)以達(dá)到合適的信噪比。由 于薄膜體聲波(BAW)諧振器和濾波器具有高品質(zhì)因數(shù)、較高的功率承受能力、低成本的硅 片封裝技術(shù)以及與IC技術(shù)的兼容性，使得它們廣泛應(yīng)用于無(wú)線移動(dòng)通信設(shè)備中。一個(gè)最簡(jiǎn) 單的BAW諧振器結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)金屬電極以及夾在兩電極間壓電材料層，如氮化鋁(AlN)、氧 化鋅(zinc oxide)和壓電陶瓷(PZT)。BAW諧振器通常使用聲隔離器與支撐基底進(jìn)行聲學(xué) 隔離，聲隔離器可能包括在支撐BAW諧振器的薄膜下方形成的空氣腔或者由高、低聲阻抗 材料交替堆疊形成的聲反射鏡。BAW器件的諧振頻率主要由各層的厚度決定，其中也包括位于諧振器下方的材料 層。迄今為止，可用的沉積設(shè)備很難保證材料層厚度的誤差容限小于1%。在BAW諧振器的 加工過(guò)程中，由于在原始晶圓上薄膜沉積的不均勻性會(huì)造成諧振頻率分布在較寬的范圍內(nèi) (該頻率范圍可以達(dá)到50MHz)，這會(huì)導(dǎo)致濾波器不符合指標(biāo)要求，進(jìn)而影響器件的良率。因 此，通常使用晶圓修正工序?qū)⒍询B層最頂層(如鈍化層)的材料移除一定的厚度，從而在 整片晶圓上以及不同晶圓之間達(dá)到BAW濾波器的預(yù)期工作頻率，進(jìn)而提高良率。當(dāng)AlN和 氮化硅(SiN)作為修正層材料時(shí)，為了補(bǔ)償工藝偏差所導(dǎo)致的諧振頻率偏差，可能需要去 除大于IOOnm厚度的材料。圖5所示為一個(gè)傳統(tǒng)的聲波器件10，聲波器件10的結(jié)構(gòu)包含在基底上形成的串聯(lián) 聲波諧振器14和并聯(lián)聲波諧振器15，聲波諧振器14和15都分別具有底部電極14a/15a、 頂部電極14c/15c、在兩個(gè)電極之間形成的壓電層14b/15b以及在頂部電極Hc/15c上形 成的鈍化層14d/15d。通常，串聯(lián)和并聯(lián)聲波諧振器的諧振頻率相差2% 7%，加到并聯(lián) 聲波諧振器15頂部電極15c上的質(zhì)量負(fù)載層使諧振頻率偏移到規(guī)定值，該值相對(duì)于串聯(lián)諧 振器的諧振頻率較低。然而，如圖6A、圖7A和圖8A所示，常用的聲波器件10的相對(duì)質(zhì)量 負(fù)載效應(yīng)隨修正層的厚度變化會(huì)發(fā)生很大的變化，相對(duì)質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)是指當(dāng)施加質(zhì)量負(fù)載 時(shí)諧振器諧振頻率變化的相對(duì)值。這個(gè)變化會(huì)降低濾波器的性能如帶寬和插入損耗，如圖 9A、圖9B所示。因此，上述的諸多缺陷和不足需要得到很好的解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種在聲波器件中壓電層下方使用質(zhì)量負(fù)載 層的聲波器件及其制作方法，這樣使得聲波器件中的質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)與修正過(guò)程幾乎無(wú)關(guān)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種聲波器件及其制作方法，聲波器件包括(a)基底；(b) 一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器，每個(gè)串聯(lián)聲波諧振器的結(jié)構(gòu)包括在基底上形成 的底部電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓電層上形成的頂部電極以及在頂部電極上 形成的鈍化層；(c) 一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器，每個(gè)并聯(lián)聲波諧振器的結(jié)構(gòu)包括在基底上形成 的底部電極、在底部電極上形成的質(zhì)量負(fù)載層、在質(zhì)量負(fù)載層上形成的壓電層、在壓電層上 形成的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層；其中，所述的一個(gè)或多個(gè)的串聯(lián)聲波諧振器和所述的一個(gè)或多個(gè)的并聯(lián)聲波諧振 器以柵格或梯形結(jié)構(gòu)相互耦合。所述的基底帶有空氣腔或者聲反射鏡，一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和一個(gè)或多個(gè) 并聯(lián)聲波諧振器位于空氣腔或聲反射鏡上。所述的質(zhì)量負(fù)載層的厚度范圍是5nm 500nm。所述的一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器的結(jié)構(gòu)都還包 括在基底和底部電極之間形成的種子層。一種聲波器件，包括(a)基底；(b) 一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器，每個(gè)串聯(lián)聲波諧振器包括在基底上形成的底部 電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓電層上形成的頂部電極以及在頂部電極上形成的 鈍化層；(c) 一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器，每個(gè)并聯(lián)聲波諧振器包括在基底上形成的質(zhì)量 負(fù)載層、在質(zhì)量負(fù)載層上形成的底部電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓電層上形成的 頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層；其中，所述的一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和所述的一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器以 柵格或梯形結(jié)構(gòu)相互耦合。所述的基底帶有空氣腔或聲反射鏡，一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和一個(gè)或多個(gè)并 聯(lián)聲波諧振器位于空氣腔或聲反射鏡上面。所述的質(zhì)量負(fù)載層的厚度范圍是5nm 500nm。所述的每個(gè)串聯(lián)聲波諧振器還包括在基底和底部電極之間形成的種子層，每個(gè)并 聯(lián)聲波諧振器還包括在基底和質(zhì)量負(fù)載層之間形成的種子層。一種聲波器件，包括(a)基底；(b)至少一個(gè)并聯(lián)聲波諧振器，其中并聯(lián)聲波諧振器具有與基底相連的底部電極， 頂部電極，夾在底部電極和頂部電極之間的壓電層，在頂部電極上形成的鈍化層，以及質(zhì)量 負(fù)載層，其中，質(zhì)量負(fù)載層夾在基底和底部電極之間，或者夾在底部電極和壓電層之間。還包括至少一個(gè)串聯(lián)聲波諧振器，所述的串聯(lián)聲波諧振器具有在基底上形成的底部電極、頂部電極、夾在底部電極和頂部電極之間的壓電層以及在頂部電極上形成的鈍化層。所述的至少一個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和至少一個(gè)并聯(lián)聲波諧振器以柵格或梯形結(jié)構(gòu) 相互耦合。所述的質(zhì)量負(fù)載層的厚度范圍約為5nm 500nm。一種聲波器件，包括(a)基底；(b) 一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器，其中每個(gè)聲波諧振器包括在基底上形成的第一 復(fù)合層結(jié)構(gòu)、在第一復(fù)合層結(jié)構(gòu)上形成的底部電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓電層 上形成的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層；(c) 一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器，其中每個(gè)并聯(lián)聲波諧振器包括在基底上形成的 第二復(fù)合層結(jié)構(gòu)、在第二復(fù)合層結(jié)構(gòu)上形成的底部電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓 電層上形成的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層，其中，所述的第二復(fù)合層結(jié)構(gòu)包 含質(zhì)量負(fù)載層；其中，一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器以柵格或梯形結(jié) 構(gòu)相互耦合。所述的第一復(fù)合層結(jié)構(gòu)由多個(gè)高聲阻抗層和低聲阻抗層交替堆疊形成，所述的高 聲阻抗層與低聲阻抗層交替沉積。所述的第二復(fù)合層結(jié)構(gòu)由多個(gè)高聲阻抗層和低聲阻抗層交替堆疊形成，所述的高 聲阻抗層與低聲阻抗層交替沉積，這樣質(zhì)量負(fù)載層夾在低聲阻抗層與高聲阻抗層之間，其 中所述的高聲阻抗層與低聲阻抗層相接觸。所述的質(zhì)量負(fù)載層的厚度范圍為5nm 500nm。本發(fā)明的聲波器件的制作方法，包含下述步驟(a)提供帶有犧牲層的基底；(b)在犧牲層上形成多層結(jié)構(gòu)，所述的多層結(jié)構(gòu)包括底部電極和質(zhì)量負(fù)載層(C)在多層結(jié)構(gòu)上形成壓電層；(d)在壓電層上形成頂部電極；(e)移除犧牲層以形成空氣腔。所述的多層結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程包括下述步驟(a)在犧牲層上形成種子層；(b)在種子層上沉積導(dǎo)電材料；(C)進(jìn)行剝離工藝從而在沉積的導(dǎo)電材料上形成質(zhì)量負(fù)載層；(d)運(yùn)用帶有圖樣的掩膜版；然后(e)對(duì)照掩膜版刻蝕導(dǎo)電材料和種子層以形成底部電極。所述的剝離工藝包括下述步驟(a)在導(dǎo)電材料上施加質(zhì)量負(fù)載層的掩膜版；(b)沉積質(zhì)量負(fù)載層；(C)剝離質(zhì)量負(fù)載層。所述的多層結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程包括下述步驟(a)在犧牲層上形成種子層；
(b)進(jìn)行剝離工藝從而在種子層上形成質(zhì)量負(fù)載層；(c)在質(zhì)量負(fù)載層上沉積導(dǎo)電材料；運(yùn)用帶有圖樣的掩膜版；然后(d)對(duì)照掩膜版刻蝕導(dǎo)電材料和種子層以形成底部電極。所述的剝離工藝包括下述步驟(a)在犧牲層上運(yùn)用帶有圖樣的掩膜版；(b)沉積質(zhì)量負(fù)載層；(c)剝離質(zhì)量負(fù)載層。還包括在頂部電極上形成鈍化層這一步驟。本發(fā)明的聲波器件及其制作方法，在聲波器件中壓電層下方使用質(zhì)量負(fù)載層，聲 波諧振器利用在基底和壓電層之間形成的質(zhì)量負(fù)載層來(lái)減小修正工序?qū)|(zhì)量負(fù)載效應(yīng)的 影響，并且/或者優(yōu)化聲波器件的特性。這樣使得聲波器件中的質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)與修正過(guò)程 幾乎無(wú)關(guān)。本發(fā)明的聲波器件的諧振頻率在較大頻率范圍內(nèi)調(diào)整時(shí)，諧振器相對(duì)質(zhì)量負(fù)載 效應(yīng)幾乎保持不變。由本發(fā)明的聲波器件構(gòu)成的濾波器的帶寬幾乎不隨修正工藝而變化。


附圖給出了本發(fā)明的一種或多種實(shí)例，其連同說(shuō)明一起來(lái)闡釋本發(fā)明的工作原 理。在附圖中盡可能使用相同的號(hào)碼指示相同或類(lèi)似的部分，其中圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)例的聲波器件的剖面圖；圖2是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)例的聲波器件的剖面圖；圖3是本發(fā)明又一個(gè)實(shí)例的聲波器件的剖面圖；圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)例的聲波器件的等效電路圖；圖5是一種傳統(tǒng)聲波器件的剖面圖；圖6是質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)相對(duì)于修正層厚度變化的波形圖，A為傳統(tǒng)聲波器件，B為根 據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例得到的聲波器件；圖7是質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)相對(duì)于修正層厚度變化的波形圖，A為傳統(tǒng)聲波器件，B為根 據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例得到的聲波器件；圖8是質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)相對(duì)于修正層厚度變化的波形圖，A為傳統(tǒng)聲波器件，B為根 據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)例得到的聲波器件；圖9是傳統(tǒng)聲學(xué)帶通濾波器S參數(shù)的蒙特卡洛仿真圖，A為濾波器寬帶頻率響應(yīng)， B為濾波器在通帶附近的頻率響應(yīng)；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例得到的聲學(xué)帶通濾波器S參數(shù)的蒙特卡洛仿真圖， A為濾波器寬帶頻率響應(yīng)，B為濾波器在通帶附近的頻率響應(yīng)；圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例得到的聲波器件的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的聲波器件及其制作方法做出詳細(xì)說(shuō)明。通過(guò)下面連同附圖對(duì)該發(fā)明的描述，本發(fā)明將會(huì)變得清晰明了。在不偏離本發(fā)明 的思想和范圍內(nèi)存在著可能的變化和改動(dòng)。本發(fā)明將連同參考附圖在下文中進(jìn)行詳盡說(shuō)明，其典型實(shí)例也在此展示。盡管本發(fā)明有許多不同形式的體現(xiàn)，但本發(fā)明不局限于這里所描述的實(shí)例。更準(zhǔn)確的來(lái)說(shuō)，這些實(shí) 例的提供是為了使該技術(shù)的闡述能夠詳盡和完全，并能向熟悉此領(lǐng)域的人們充分傳達(dá)本發(fā) 明的范圍。相同的參考標(biāo)號(hào)始終代表相同的部分。以下將結(jié)合參考附圖對(duì)該專(zhuān)利進(jìn)行更為詳盡具體的描述。依據(jù)本發(fā)明的目的，如 前面大致論述的，本發(fā)明一方面涉及聲波器件，例如帶通濾波器，該聲波器件在并聯(lián)聲波諧 振器的壓電層下使用質(zhì)量負(fù)載層，從而使聲波器件中質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)與修正層厚度的變化幾 乎無(wú)關(guān)。在參考圖1中，聲波器件100為根據(jù)本發(fā)明得到的一個(gè)實(shí)例。聲波器件100具有 一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器140以及一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器150。一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲 波諧振器140和一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器150通過(guò)梯形結(jié)構(gòu)相耦合，如圖4所示，或者通 過(guò)柵格結(jié)構(gòu)相耦合。聲波器件100可以用于帶通濾波器、帶阻濾波器或者發(fā)射/接受雙工 器中，但又不局限于上述應(yīng)用范圍。為了說(shuō)明本發(fā)明，在圖1中的典型實(shí)例中，聲波器件100具有一個(gè)在基底110上形 成的串聯(lián)聲波諧振器140和一個(gè)在基底110上形成的并聯(lián)聲波諧振器150。串聯(lián)聲波諧振器140具有在基底110上形成的底部電極142，在底部電極142上形 成的壓電層144，在壓電層144上形成的頂部電極146，以及在頂部電極146上形成的鈍化 層 149。底部電極142和頂部電極146可以由相同或不同的金屬材料形成，金屬材料可以 為金(Au)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉬(Pt)、釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(TiW)、鋁(Al)或鈦(Ti)，或是類(lèi) 似材料。壓電層144可以由下述材料形成，如氮化鋁(AlN)、氧化鋅(SiO)、壓電陶瓷(PZT)、 鈮酸鋰(LiNbO3)、鈮酸鉀(KNbO3)或鉭酸鋰(LiTaO3),但并不局限于這些材料。鈍化層149 可以由下述材料形成，如氮化鋁(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化鋁(Al2O3)、類(lèi)金剛石(DLC)、氧化 硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、疏水聚合物(hydrophobic polymer)或類(lèi)似材料，但并不局限于 這些材料。底電極142、壓電層144、頂電極146和鈍化層149的厚度范圍都大約為5nm 10 μ m。如圖1所示，并聯(lián)聲波諧振器150具有在基底110上形成的底部電極152，在底部 電極152上形成的質(zhì)量負(fù)載層158，在質(zhì)量負(fù)載層158上形成的壓電層154，在壓電層巧4 上形成的頂部電極156，以及在頂部電極156上形成的鈍化層159。類(lèi)似的，底部電極152和頂部電極156可以由相同或不同的金屬材料形成，金屬 材料可以為金(Au)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉬(Pt)、釕(Ru)、銥(Ir)、鈦鎢(TiW)、鋁(Al)或鈦 (Ti)，或是類(lèi)似材料。壓電層IM可以由下述材料形成，但并不局限于這些材料，如氮化鋁 (AlN)、氧化鋅(SiO)、壓電陶瓷(PZT)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鈮酸鉀(KNbO3)或鉭酸鋰(LiTaO3)。 鈍化層159可以由下述材料形成，但又不局限于這些材料，如氮化鋁(A1N)、碳化硅(SiC)、 氧化鋁(Al2O3)、類(lèi)金剛石(DLC)、氧化硅(Si02)、氮化硅(SiN)、疏水聚合物(hydrophobic polymer)或類(lèi)似材料。本發(fā)明具有較寬的材料選擇范圍用以形成質(zhì)量負(fù)載層158，包括金屬(如Al和 Mo)，介質(zhì)材料(如碳化硅，氧化硅和氮化硅)。在許多情況下，具有低聲損耗和高聲阻抗 的材料如鎢、鉬、鉬、鉭、釕、銥、鈦鎢、氧化鉭、氧化鋅和碳化硅可被優(yōu)先選擇，這樣使質(zhì)量負(fù)載層158相對(duì)較薄并且對(duì)于電氣性能(如品質(zhì)因數(shù)Q)沒(méi)有負(fù)面影響。此外，運(yùn)用濺射工 藝沉積金屬材料更為合適，因?yàn)檫@樣會(huì)得到較好的薄膜均勻性(在晶圓范圍內(nèi)偏差小于 0. 5% )。在一個(gè)實(shí)例中，底部電極152、質(zhì)量負(fù)載層158、壓電層154、頂部電極156和鈍化 層159的薄膜厚度范圍都大約是5nm 10 μ m。質(zhì)量負(fù)載層158適宜的厚度范圍是5nm 500nmo此外，串聯(lián)聲波諧振器140和并聯(lián)聲波諧振器150的結(jié)構(gòu)都還可能包括在基底110 和底部電極142/152之間形成的種子層(圖中沒(méi)有顯示)。種子層可以由氮化鋁(AlN)、氮 氧化氯(AlON)、氮化鎢(WN)、氮化鈦鎢(TiWN)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC) 或類(lèi)似材料形成。基底110帶有空氣腔或聲反射鏡，或是在位于串聯(lián)聲波諧振器140和并聯(lián)聲波諧 振器150之下的介質(zhì)層120中形成空氣腔或聲反射鏡130。圖2中所示的聲波器件200為根據(jù)本發(fā)明得到的另一個(gè)實(shí)例。與圖1中的聲波器 件100相似，聲波器件200包括在基底210上形成的串聯(lián)聲波諧振器240和在基底210上 形成的并聯(lián)聲波諧振器250。聲波器件200可能包含兩個(gè)或兩個(gè)以上串聯(lián)聲波諧振器240 以及兩個(gè)或兩個(gè)以上并聯(lián)聲波諧振器250，串聯(lián)與并聯(lián)聲波諧振器通過(guò)梯形結(jié)構(gòu)相互耦合， 如圖4所示，或通過(guò)柵格型結(jié)構(gòu)相互耦合。串聯(lián)聲波諧振器240具有在基底210上形成的 底部電極M2、頂部電極M6、夾在底部電極242和頂部電極246之間的壓電層244以及在 頂部電極246上形成的鈍化層M9。并聯(lián)聲波諧振器250具有底部電極252、壓電層254、頂 部電極256、質(zhì)量負(fù)載層258以及鈍化層259。然而，質(zhì)量負(fù)載層258在聲隔離器230上形 成，底部電極252在質(zhì)量負(fù)載層258上形成，壓電層2M在底部電極252上形成，頂部電極 256在壓電層2M上形成，鈍化層259在頂部電極256上形成。底部電極M2/252、頂部電極M6/256、壓電層M4/254、鈍化層M9/259以及質(zhì)量 負(fù)載層258都分別由前面所列舉的材料形成，薄膜的厚度約為5nm ΙΟμπι。質(zhì)量負(fù)載層 258適宜的厚度范圍約為5nm 500nm。圖3中所示的聲波器件300為根據(jù)本發(fā)明得到的又一個(gè)實(shí)例。在這個(gè)典型實(shí)例中， 聲波器件300具有在基底310上形成的串聯(lián)聲波諧振器340和在基底310上形成的并聯(lián)聲 波諧振器350。聲波器件300可能包括兩個(gè)或兩個(gè)以上串聯(lián)聲波諧振器340以及兩個(gè)或兩 個(gè)以上并聯(lián)聲波諧振器350，串聯(lián)與并聯(lián)聲波諧振器通過(guò)梯形結(jié)構(gòu)相互耦，如圖4所示，或 通過(guò)柵格型結(jié)構(gòu)相互耦合。串聯(lián)和并聯(lián)聲波諧振器340/350都包括在基底310上形成的第一 /第二復(fù)合層結(jié) 構(gòu)360/370，在復(fù)合層結(jié)構(gòu)360/370上形成的底部電極342/352，在底部電極342/352上形 成的壓電層344/354，在壓電層344/3M上形成的頂部電極346/356，在頂部電極346/356 上形成的鈍化層349/359。如圖3所示，每個(gè)復(fù)合層結(jié)構(gòu)360/370由多個(gè)高聲阻抗層362/372和低聲阻抗層 364/374交替沉積而形成。此外，并聯(lián)聲波諧振器350的復(fù)合結(jié)構(gòu)370還具有質(zhì)量負(fù)載層 358，其夾在低聲阻抗層374和與低聲阻抗層374相鄰的高聲阻抗層372之間。在一個(gè)實(shí)例 中，低聲阻抗層374與底電極352接觸。質(zhì)量負(fù)載層358可以由金屬材料形成，如Al或Mo， 或由介質(zhì)材料形成，如碳化硅、氧化硅或氮化硅。較好情況下，具有低聲損耗和高聲阻抗的材料如鎢、鉬、鉬、釕、銥、鈦鎢和碳化硅可被優(yōu)先選擇，這樣使質(zhì)量負(fù)載層358相對(duì)較薄并 且對(duì)于電氣性能(如品質(zhì)因數(shù)Q)沒(méi)有負(fù)面影響。質(zhì)量負(fù)載層358的厚度范圍大約是5nm 500nmo圖4所示的是由兩個(gè)串聯(lián)聲波諧振器串聯(lián)-AWRl和串聯(lián)-AWR2以及兩個(gè)并聯(lián)聲 波諧振器并聯(lián)-AWRl和并聯(lián)-AWR2形成的梯形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)BAW濾波器。第一串聯(lián)聲波諧振 器kries_AWRl耦合到輸入節(jié)點(diǎn)，第二串聯(lián)聲波諧振器kries_AWR2耦合到輸出節(jié)點(diǎn)。并 聯(lián)聲波諧振器aumt_AWRl和aumt_AWR2耦合到地。通常，并聯(lián)聲波諧振器的諧振頻率比 串聯(lián)聲波諧振器的諧振頻率低2% %。根據(jù)本發(fā)明，在并聯(lián)聲波諧振器的基底和壓電層 之間形成具有特定厚度的附加質(zhì)量負(fù)載層，如圖1-3所示，可以將并聯(lián)聲波諧振器的諧振 頻率降低到目標(biāo)頻率值。圖6、圖7、圖8所示的是質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)與修正層(即氮化鋁)厚度的關(guān)系，質(zhì)量負(fù) 載層分別位于頂部電極和底部電極上方。修正層通常是聲波諧振器的最頂層，并且可作為 鈍化層。特別地，圖6Α、圖7Α和圖8Α展示了一個(gè)傳統(tǒng)的并聯(lián)聲波諧振器的質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)與 修正層厚度的關(guān)系，該聲波諧振器具有基底、底部電極、壓電層、頂部電極、質(zhì)量負(fù)載層和鈍 化層(修正層)，各層按次序垂直堆疊在一起，如圖5所示。圖6Β、圖7Β和圖8Β展示了本 發(fā)明的并聯(lián)聲波諧振器在不同修正層厚度下的質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)，該聲波諧振器具有基底、在 基底上形成的底部電極、在底部電極上形成的質(zhì)量負(fù)載層、在質(zhì)量負(fù)載層上形成的壓電層、 在壓電層上形成的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層，如圖1所示。圖6、圖7、圖8所示的諧振器的質(zhì)量負(fù)載層、底部電極、壓電層、頂部電極和鈍化 層分別由鉬、鉬、氮化鋁、鉬和氮化鋁組成。在圖6、圖7、圖8中，三條曲線分別對(duì)應(yīng)厚度為 30nm、60nm和90nm厚度的質(zhì)量負(fù)載層。對(duì)于圖6，諧振器的底部電極、壓電層和頂部電極的 厚度分別為150nm、1048nm和150nm。對(duì)于圖7，諧振器的底部電極、壓電層和頂部電極的厚 度分別為300nm、800nm和150nm。對(duì)于圖8，諧振器的底部電極、壓電層和頂部電極的厚度 分別為150nm、800nm和300nm。底部電極的厚度分別等于、大于和小于頂部電極。如前所述，當(dāng)質(zhì)量負(fù)載層位于頂部電極上方時(shí)，其相對(duì)質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)隨修正層厚 度改變具有較大的變化，如圖6A、圖7A和圖8A所示。這個(gè)變化降低了濾波器性能如帶寬和 插入損耗，如圖9所示。因此，需要限制修正范圍從而使負(fù)載效應(yīng)被控制在能接受的誤差容 限內(nèi)并且保持較好濾波器特性。與此相反，如圖6B、圖7B和圖8B所示，當(dāng)質(zhì)量負(fù)載層位于 底部電極上方時(shí)，在三種不同情況下其負(fù)載效應(yīng)的變化曲線都幾乎是平坦的。進(jìn)而，如圖10 所示，濾波器特性不會(huì)受到影響。因此，設(shè)計(jì)質(zhì)量負(fù)載層位于壓電層下方的諧振器和濾波器 是需要的并且有優(yōu)勢(shì)的，這樣當(dāng)諧振頻率在較大頻率范圍內(nèi)調(diào)整時(shí)，相對(duì)質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)會(huì) 被嚴(yán)格控制在誤差容限內(nèi)。帶通濾波器由一系列串聯(lián)聲波諧振器和并聯(lián)諧振器以梯形結(jié)構(gòu)相互電氣耦合而 形成。加入質(zhì)量負(fù)載層后，并聯(lián)諧振器表現(xiàn)出比串聯(lián)諧振器低的諧振頻率，由此產(chǎn)生了濾波 器的帶通特性。濾波器的通帶寬度取決于串聯(lián)和并聯(lián)諧振器的諧振頻率的分離程度。濾波 器的中心頻率主要由組成諧振器的各個(gè)材料層的厚度決定，由于器件制造過(guò)程中薄膜沉積 的不均勻性會(huì)造成中心頻率在晶圓片內(nèi)存在不均勻分布。對(duì)濾波器的鈍化層進(jìn)行修正，通 過(guò)從諧振器上去除一定厚度的鈍化層材料可以調(diào)節(jié)濾波器的中心頻率，使其達(dá)到預(yù)期目標(biāo) 值。采用蒙特卡洛分析，對(duì)晶圓上50個(gè)濾波器做傳輸特性仿真，將鉬、氮化鋁和鈍化層的厚度均勻偏差分別設(shè)定為1. 5%，2%和3%。圖9展示了 50個(gè)濾波器的S參數(shù)，其質(zhì)量負(fù)載 層沉積在并聯(lián)諧振器的頂部電極上。進(jìn)行模擬仿真的濾波器的中心頻率最初具有較寬的分 布范圍，然后通過(guò)模擬修正的方式使它們具有相同值。因?yàn)槊總€(gè)濾波器中串聯(lián)諧振頻率與 并聯(lián)諧振頻率的分離程度不同，所以這些濾波器的通帶寬度具有較大變化(達(dá)到16MHz)。 然而，根據(jù)本發(fā)明，將質(zhì)量負(fù)載層沉積在諧振器底部電極上，通帶寬度的變化可以減小到 2MHz，如圖10所示，這表明通過(guò)在底部電極上面加入質(zhì)量負(fù)載層可以提高串聯(lián)諧振頻率與 并聯(lián)諧振頻率的差值的均勻度。圖11所示是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例得到的帶有質(zhì)量負(fù)載層的聲波器件的加工工 藝。在此實(shí)例中，加工工藝包括下述步驟。步驟Si，提供帶有犧牲層的基底。然后，步驟S2， 在犧牲層上形成多層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)具有底部電極和質(zhì)量負(fù)載層。在一個(gè)實(shí)例中，多層結(jié)構(gòu) 形成過(guò)程包括在犧牲層上形成種子層，在種子層上沉積導(dǎo)電材料，進(jìn)行剝離工藝從而在沉 積的導(dǎo)電材料上形成質(zhì)量負(fù)載層，運(yùn)用帶有圖樣的掩膜版，對(duì)照掩膜版刻蝕導(dǎo)電材料和種 子層以形成底部電極，其中剝離工藝包括在導(dǎo)電材料上施加質(zhì)量負(fù)載層的掩膜版，沉積質(zhì) 量負(fù)載層，剝離并聯(lián)諧振器外的質(zhì)量負(fù)載層。在另一個(gè)實(shí)例中，多層結(jié)構(gòu)形成過(guò)程包括在 犧牲層上形成種子層，進(jìn)行剝離工藝從而在種子層上形成質(zhì)量負(fù)載層，在質(zhì)量負(fù)載層上沉 積導(dǎo)電材料，運(yùn)用帶有圖樣的掩膜版，對(duì)照掩膜版刻蝕導(dǎo)電材料和種子層以形成底部電極。在步驟S3，將壓電材料，如氮化鋁，沉積在多層結(jié)構(gòu)上以形成壓電層。在步驟S4， 將由導(dǎo)電材料制作的頂部電極，如鉬，沉積在壓電層上。然后，通過(guò)刻蝕或其他移除方式移 除犧牲層，以形成空氣腔，如步驟S5所示。此外，加工工藝還包括在頂部電極上形成鈍化層 這一步驟。底部電極、質(zhì)量負(fù)載層、壓電層、頂部電極和鈍化層都具有約5nm 10 μ m的膜厚 度。較好情況下，質(zhì)量負(fù)載層的厚度范圍約是5nm 500nm。根據(jù)本發(fā)明，上述的并聯(lián)諧振器的制作過(guò)程，也適用于制作具有一個(gè)或多個(gè)并聯(lián) 諧振器的聲波器件?？傮w來(lái)說(shuō)，本發(fā)明列舉了包含一個(gè)或多個(gè)聲波諧振器的聲波器件，其中聲波諧振 器在基底與壓電層之間使用質(zhì)量負(fù)載層，從而減小修正過(guò)程對(duì)質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)的影響，并且/ 或者優(yōu)化聲波器件的性能。上述對(duì)本發(fā)明中幾種典型體波諧振器的描述僅僅是為了說(shuō)明，這些說(shuō)明不是很詳 盡，不會(huì)限制發(fā)明的確切形式。鑒于本發(fā)明，可以做出許多修改和變化。實(shí)例的選擇和描述是為了解釋該發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，以便激勵(lì)該領(lǐng)域的技術(shù) 人員使用該發(fā)明和各種實(shí)例，并根據(jù)特定用途進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹Ｔ诓黄x本發(fā)明的精神和 范圍內(nèi)，應(yīng)用該領(lǐng)域的技術(shù)對(duì)實(shí)例進(jìn)行改變是很容易的。因此，本發(fā)明的范圍由附加權(quán)利要 求定義，而不是由上述描述和其中討論的實(shí)例決定。
權(quán)利要求
1.一種聲波器件，其特征在于包括(a)基底；(b)一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器，每個(gè)串聯(lián)聲波諧振器的結(jié)構(gòu)包括在基底上形成的底 部電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓電層上形成的頂部電極以及在頂部電極上形成 的鈍化層；(c)一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器，每個(gè)并聯(lián)聲波諧振器的結(jié)構(gòu)包括在基底上形成的底 部電極、在底部電極上形成的質(zhì)量負(fù)載層、在質(zhì)量負(fù)載層上形成的壓電層、在壓電層上形成 的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層；其中，所述的一個(gè)或多個(gè)的串聯(lián)聲波諧振器和所述的一個(gè)或多個(gè)的并聯(lián)聲波諧振器以 柵格或梯形結(jié)構(gòu)相互耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波器件，其特征在于，所述的基底帶有空氣腔或者聲反射 鏡，一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器位于空氣腔或聲反射鏡上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波器件，其特征在于，所述的質(zhì)量負(fù)載層的厚度范圍是 5nm 500nmo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波器件，其特征在于，所述的一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器 和一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器的結(jié)構(gòu)都還包括在基底和底部電極之間形成的種子層。
5.一種聲波器件，其特征在于包括(a)基底；(b)一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器，每個(gè)串聯(lián)聲波諧振器包括在基底上形成的底部電極、 在底部電極上形成的壓電層、在壓電層上形成的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化 層；(c)一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器，每個(gè)并聯(lián)聲波諧振器包括在基底上形成的質(zhì)量負(fù)載 層、在質(zhì)量負(fù)載層上形成的底部電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓電層上形成的頂部 電極以及在頂部電極上形成的鈍化層；其中，所述的一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和所述的一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器以柵格 或梯形結(jié)構(gòu)相互耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲波器件，其特征在于，所述的基底帶有空氣腔或聲反射鏡， 一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器位于空氣腔或聲反射鏡上面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲波器件，其特征在于，所述的質(zhì)量負(fù)載層的厚度范圍是 5nm 500nmo
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲波器件，其特征在于，所述的每個(gè)串聯(lián)聲波諧振器還包括 在基底和底部電極之間形成的種子層，每個(gè)并聯(lián)聲波諧振器還包括在基底和質(zhì)量負(fù)載層之 間形成的種子層。
9.一種聲波器件，其特征在于包括(a)基底；(b)至少一個(gè)并聯(lián)聲波諧振器，其中并聯(lián)聲波諧振器具有與基底相連的底部電極，頂部 電極，夾在底部電極和頂部電極之間的壓電層，在頂部電極上形成的鈍化層，以及質(zhì)量負(fù)載 層，其中，質(zhì)量負(fù)載層夾在基底和底部電極之間，或者夾在底部電極和壓電層之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聲波器件，其特征在于，還包括至少一個(gè)串聯(lián)聲波諧振器，所述的串聯(lián)聲波諧振器具有在基底上形成的底部電極、頂部電極、夾在底部電極和頂部電 極之間的壓電層以及在頂部電極上形成的鈍化層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聲波器件，其特征在于，所述的至少一個(gè)串聯(lián)聲波諧振器 和至少一個(gè)并聯(lián)聲波諧振器以柵格或梯形結(jié)構(gòu)相互耦合。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聲波器件，其特征在于，所述的質(zhì)量負(fù)載層的厚度范圍約為 5nm 500nmo
13.一種聲波器件，其特征在于包括(a)基底；(b)一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器，其中每個(gè)聲波諧振器包括在基底上形成的第一復(fù)合 層結(jié)構(gòu)、在第一復(fù)合層結(jié)構(gòu)上形成的底部電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓電層上形 成的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層；(c)一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器，其中每個(gè)并聯(lián)聲波諧振器包括在基底上形成的第二 復(fù)合層結(jié)構(gòu)、在第二復(fù)合層結(jié)構(gòu)上形成的底部電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓電層 上形成的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層，其中，所述的第二復(fù)合層結(jié)構(gòu)包含質(zhì) 量負(fù)載層；其中，一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器和一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器以柵格或梯形結(jié)構(gòu)相 互華禹合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的聲波器件，其特征在于，所述的第一復(fù)合層結(jié)構(gòu)由多個(gè)高 聲阻抗層和低聲阻抗層交替堆疊形成，所述的高聲阻抗層與低聲阻抗層交替沉積。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的聲波器件，其特征在于，所述的第二復(fù)合層結(jié)構(gòu)由多個(gè)高 聲阻抗層和低聲阻抗層交替堆疊形成，所述的高聲阻抗層與低聲阻抗層交替沉積，這樣質(zhì) 量負(fù)載層夾在低聲阻抗層與高聲阻抗層之間，其中所述的高聲阻抗層與低聲阻抗層相接 觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的聲波器件，其特征在于，所述的質(zhì)量負(fù)載層的厚度范圍為 5nm 500nmo
17.一種聲波諧振器的制作方法，其特征在于，包含下述步驟(a)提供帶有犧牲層的基底；(b)在犧牲層上形成多層結(jié)構(gòu)，所述的多層結(jié)構(gòu)包括底部電極和質(zhì)量負(fù)載層；(c)在多層結(jié)構(gòu)上形成壓電層；(d)在壓電層上形成頂部電極；(e)移除犧牲層以形成空氣腔。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的聲波諧振器的加工方法，其特征在于，所述的多層結(jié)構(gòu)的 形成過(guò)程包括下述步驟(a)在犧牲層上形成種子層；(b)在種子層上沉積導(dǎo)電材料；(c)進(jìn)行剝離工藝從而在沉積的導(dǎo)電材料上形成質(zhì)量負(fù)載層；(d)運(yùn)用帶有圖樣的掩膜版；然后(e)對(duì)照掩膜版刻蝕導(dǎo)電材料和種子層以形成底部電極。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的聲波諧振器的加工方法，其特征在于，所述的剝離工藝包括下述步驟(a)在導(dǎo)電材料上施加質(zhì)量負(fù)載層的掩膜版；(b)沉積質(zhì)量負(fù)載層；(c)剝離質(zhì)量負(fù)載層。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的聲波諧振器的加工方法，其特征在于，所述的多層結(jié)構(gòu)的 形成過(guò)程包括下述步驟(a)在犧牲層上形成種子層；(b)進(jìn)行剝離工藝從而在種子層上形成質(zhì)量負(fù)載層；(c)在質(zhì)量負(fù)載層上沉積導(dǎo)電材料；運(yùn)用帶有圖樣的掩膜版；然后(d)對(duì)照掩膜版刻蝕導(dǎo)電材料和種子層以形成底部電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的聲波諧振器的加工方法，其特征在于，所述的剝離工藝包 括下述步驟(a)在犧牲層上運(yùn)用帶有圖樣的掩膜版；(b)沉積質(zhì)量負(fù)載層；(c)剝離質(zhì)量負(fù)載層。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的聲波諧振器的加工方法，其特征在于，還包括在頂部電極 上形成鈍化層這一步驟。
全文摘要
一種聲波器件及其制作方法，一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)聲波諧振器包括在基底上形成的底部電極、在底部電極上形成的壓電層、在壓電層上形成的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層；一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)聲波諧振器包括在基底上形成的底部電極、在底部電極上形成的質(zhì)量負(fù)載層、在質(zhì)量負(fù)載層上形成的壓電層、在壓電層上形成的頂部電極以及在頂部電極上形成的鈍化層；一個(gè)或多個(gè)的串聯(lián)聲波諧振器和一個(gè)或多個(gè)的并聯(lián)聲波諧振器以柵格或梯形結(jié)構(gòu)相互耦合。制作方法提供帶有犧牲層的基底；在犧牲層上形成多層結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)包括底部電極和質(zhì)量負(fù)載層；在多層結(jié)構(gòu)上形成壓電層；在壓電層上形成頂部電極；移除犧牲層以形成空氣腔。本發(fā)明使聲波器件中的質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)與修正過(guò)程幾乎無(wú)關(guān)。
文檔編號(hào)H03H3/02GK102075161SQ20111002308
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者龐慰, 張 浩 申請(qǐng)人:張 浩