具有钨电极的体声波谐振器、滤波器及电子设备制造技术

本发明专利技术涉及一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；和压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：所述压电层为掺钪氮化铝压电层，所述顶电极和/或底电极为含有金属钨的钨电极；且压电层的掺钪浓度不小于12％。本发明专利技术还涉及一种具有上述谐振器的滤波器以及具有该滤波器或谐振器的电子设备。及具有该滤波器或谐振器的电子设备。及具有该滤波器或谐振器的电子设备。

【技术实现步骤摘要】
具有钨电极的体声波谐振器、滤波器及电子设备


[0001]本专利技术的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种体声波谐振器、一种具有该谐振器的滤波器，以及一种具有该谐振器或者该滤波器的电子设备。

技术介绍

[0002]电子器件作为电子设备的基本元素，已经被广泛应用，其应用范围包括移动电话、汽车、家电设备等。此外，未来即将改变世界的人工智能、物联网、5G通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为基础。
[0003]电子器件根据不同工作原理可以发挥不同的特性与优势，在所有电子器件中，利用压电效应(或逆压电效应)工作的器件是其中很重要一类，压电器件有着非常广泛的应用情景。薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR，又称为体声波谐振器，也称BAW)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，FBAR具有尺寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，其滤波器正在逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用，其高灵敏度的优势也能应用到生物、物理、医学等传感领域。
[0004]传统薄膜体声波谐振器的截面示意图如图1所示，在图1中，例如底电极30和顶电极50的材料为钼，压电层40材料为氮化铝。底电极30和顶电极50的厚度相等为t(这仅仅是示例，在实际中，顶电极与底电极的厚度也可以不同),压电层40厚度为d。顶电极和底电极总厚度与压电层厚度的厚度比会影响谐振器的有效机电耦合系数，进而影响滤波器的带宽(有效机电耦合系数越大，带宽越大)。对于50欧姆薄膜体声波谐振器，在设计中相同频率及带宽下，压电层厚度越薄，有效区域的面积A可以越小，从而在单片晶圆上集成的谐振器数量越多，能够节省制造成本。
[0005]压电层厚度减薄通常的方法是采用掺钪氮化铝作为压电层，使其机电耦合系数上升，要求相同带宽时，可以取更大的电极总厚度与压电层厚度的比，从而达到减薄压电层厚度的目的，可以缩小50欧姆谐振器面积A。
[0006]图2为掺钪氮化铝(AlScN)压电层的50欧姆谐振器的面积随掺钪浓度变化的示例性示意图，在图2中，以谐振频率为1.75GHz、机电耦合系数为8.2％的50欧姆体声波谐振器为例。从图2中可以看出，随着掺钪浓度增加，谐振器的面积逐渐降低，即可以通过提升掺钪氮化铝压电层中Sc掺杂浓度来减小谐振器的面积。
[0007]图3为50欧姆谐振器的并联阻抗归一化值与掺钪氮化铝压电层中Sc掺杂浓度的关系图，在图3中，以谐振频率为1.75GHz、机电耦合系数为8.2％的50欧姆体声波谐振器为例。这里的归一化值为将Sc掺杂浓度为8％的谐振器的并联阻抗Rp设定为1，其余钪掺杂浓度的谐振器的并联阻抗Rp与钪掺杂浓度为8％时的真实并联阻抗Rp的比值。从图3可以看到，在掺钪氮化铝压电层中Sc掺杂浓度提升到一定程度之后谐振器的性能会开始下降，所以单纯只依靠提升Sc掺杂浓度来降低谐振器面积最终也有一定的限制。

技术实现思路

[0008]为了既可以缩小谐振器的有效区域的面积，又可以保证谐振器的性能，例如为了解决引入掺钪氮化铝作为压电层后谐振器的有效区域的面积变小所带来性能下降的问题，提出本专利技术。
[0009]根据本专利技术的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器，包括：
[0010]基底；
[0011]声学镜；
[0012]底电极；
[0013]顶电极；和
[0014]压电层，设置在底电极与顶电极之间，
[0015]其中：
[0016]所述压电层为掺钪氮化铝压电层，所述顶电极和/或底电极为含有金属钨的钨电极；压电层的掺钪浓度不小于12％。
[0017]本专利技术的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
[0018]本专利技术的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的谐振器。
附图说明
[0019]以下描述与附图可以更好地帮助理解本专利技术所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
[0020]图1为传统薄膜体声波谐振器的截面示意图；
[0021]图2为谐振频率为1.75GHz、机电耦合系数为8.2％的掺钪氮化铝(AlScN)压电层的50欧姆谐振器的面积随掺钪浓度变化的示例性示意图；
[0022]图3为谐振频率为1.75GHz、机电耦合系数为8.2％的50欧姆谐振器的并联阻抗归一化值与掺钪氮化铝压电层中Sc掺杂浓度的关系图；
[0023]图4为掺杂浓度为8％的1.75GHz的50欧姆谐振器的机电耦合系数随电极压电层的厚度比的关系图；
[0024]图5示例性示出了以钼作为电极和以钨作为电极这两种情况下，掺杂浓度为8％的1.75GHz的50欧姆谐振器的面积与机电耦合系数之间的关系图；
[0025]图6示例性示出了以钼作为电极和以钨作为电极这两种情况下，50欧姆谐振器的Q值比较示意图；
[0026]图7
‑
16分别示出了本专利技术的不同实施例的体声波谐振器的截面示意图。
具体实施方式
[0027]下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。
[0028]如本领域技术人员所知的，采用掺杂压电层代替压电层，在同样的机电耦合系数和频率的情况下，谐振器的有效区域的面积会变小。
[0029]而且，如本领域技术人员所知的，在同样的机电耦合系数和频率的情况下，若将谐
振器的钼电极替换为钨电极，谐振器的有效区域的面积会变小。
[0030]此外，如本领域技术人员所知的，作为体声波谐振器的电极，金属钨在常温时的薄膜电阻率约金属钼的薄膜电阻率的2倍左右。可见，在常温时，金属钨的薄膜电阻率大于金属钼在常温时的薄膜电阻率。因此，一般会认为，在谐振器工作过程中以钨作为电极的钨电极电阻大于以钼作为电极的钼电极电阻，若用钨电极代替谐振器的钼电极会直接导致谐振器的串联电阻Rs升高，从而影响谐振器串联频率附近的Q值，这在谐振器的有效区域的面积一定的情况下不利于谐振器的性能。因此，本领域技术人员基于保持谐振器的性能，不会想到将谐振器的钼电极替换为钨电极。
[0031]基于以上，对于采用钼电极以及掺杂压电层的谐振器(其已经基于掺杂而具有较小的有效区域的面积)，本领域技术人员的通常做法是尽量避免将采用钼电极以及掺杂压电层的谐振器中的钼电极替换为钨电极。
[0032]但是，专利技术人发现，若将采用钼电极以及掺杂压电层的谐振器中的钼电极替换为钨电极，对于图3中所示的情况“随着氮化铝压电层中掺钪浓度的增加，在掺钪氮化铝压电层中Sc掺杂浓度提升到一定程度之后谐振器的性能会开始下降”这样的情况，可以在缩小谐振器的有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；和压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：所述压电层为掺钪氮化铝压电层，所述顶电极和/或底电极为含有金属钨的钨电极；且压电层的掺钪浓度不小于12％。2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述顶电极和/或底电极为由金属钨制成的单层电极或者由钨合金制成的单层电极。3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述顶电极和底电极均为钨电极；且顶电极或底电极的单层厚度与掺杂压电层的厚度的比值在0.1
‑
2的范围内。4.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述顶电极和底电极均为钨电极；所述底电极的非电极连接端在水平方向上均处于声学镜的边界的外侧而与基底形成热接触。5.根据权利要求2所述的谐振器，其中：所述顶电极和底电极中的一个钨电极，另一个为非钨电极，钨电极的厚度不同于非钨电极的厚度；或者所述顶电极和底电极中的一个钨电极，另一个为非钨电极，钨电极的厚度等于非钨电极的厚度。6.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述顶电极和/或底电极为叠层电极，所述叠层电极包括叠置的不同材质的至少两层电极层，所述至少两层电极层至少包括一...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洋，李葱葱，黄源清，
申请(专利权)人：诺思天津微系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：