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TWI808355B - 體聲波共振器以及製造體聲波共振器之方法 - Google Patents

體聲波共振器以及製造體聲波共振器之方法 Download PDF

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TWI808355B
TWI808355B TW109139899A TW109139899A TWI808355B TW I808355 B TWI808355 B TW I808355B TW 109139899 A TW109139899 A TW 109139899A TW 109139899 A TW109139899 A TW 109139899A TW I808355 B TWI808355 B TW I808355B
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金龍石
尹湘基
孫晋淑
申蘭姬
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南韓商三星電機股份有限公司
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Abstract

一種體聲波共振器包括共振器，所述共振器具有中央部分及沿所述中央部分的周邊設置的延伸部分，在所述中央部分中，第一電極、壓電層及第二電極依序堆疊於基板上，且在所述延伸部分中，在所述壓電層下方設置有插入層，其中所述插入層包括注入氟（F）的SiO2 薄膜。

Description

體聲波共振器以及製造體聲波共振器之方法
[相關申請案的交叉參考]
本申請案主張於2020年7月28日在韓國智慧財產局中提出申請的韓國專利申請案第10-2020-0093988號的優先權權益，所述韓國專利申請案的全部揭露內容出於全部目的併入本案供參考。
本揭露是有關於一種體聲波共振器及一種製作體聲波共振器的方法。
隨著無線通訊裝置小型化的趨勢，已積極要求高頻組件技術的小型化。舉例而言，可使用利用半導體薄膜晶圓製作技術的體聲波(bulk-acoustic wave，BAW)型濾波器。
當藉由在矽晶圓、半導體基板上沈積壓電介電材料並利用所述壓電介電材料的壓電特性引起共振的薄膜型元件被實施為濾波器時，形成體聲波(BAW)共振器。
近來，對第五代(fifth generation，5G)通訊的技術興趣 正在增加，且對可在候選頻帶中實施的技術的開發正在積極實行。
然而，在使用次6吉赫(GHz)(4吉赫至6吉赫)頻帶的5G通訊的情形中，由於頻寬增加且通訊距離縮短，體聲波共振器的訊號的強度或功率可能增加。另外，隨著頻率的增加，壓電層或共振器中出現的損耗可能會增加。
因此，需要一種能夠最小化來自共振器的能量洩漏的體聲波共振器。
上述資訊僅被呈現作為背景資訊，以幫助理解本揭露。關於上述中的任何一者是否可適用作為關於本揭露的先前技術，沒有作出確定，並且沒有作出斷言。
提供本發明內容是為了以簡化形式介紹下文在實施方式中進一步闡述的一系列概念。本發明內容不旨在辨識所主張標的物的關鍵特徵或本質特徵，亦不旨在用於幫助確定所主張標的物的範圍。
在一個一般態樣中，一種體聲波共振器包括共振器，所述共振器具有中央部分及沿所述中央部分的周邊設置的延伸部分，在所述中央部分中，第一電極、壓電層及第二電極依序堆疊於基板上，且在所述延伸部分中，在所述壓電層下方設置有插入層，其中所述插入層可由注入氟(F)的SiO2薄膜形成。
所述插入層中所包含的所述氟(F)可以為0.5原子%(at%)或大於0.5原子%且為15原子%或小於15原子%的範圍存 在。
所述壓電層可包含氮化鋁(AlN)或摻雜鈧(Sc)的氮化鋁。
所述第一電極可包含鉬(Mo)。
所述插入層可具有傾斜表面，所述傾斜表面的厚度隨著距所述中央部分的距離增加而增加，且所述壓電層可具有設置於所述傾斜表面上的傾斜部分。
在所述共振器的剖面中，所述第二電極的端部可設置於所述中央部分與所述延伸部分之間的邊界處，或者設置於所述傾斜部分上。
所述壓電層可包括設置於所述中央部分中的壓電部分以及自所述傾斜部分向外延伸的延伸部分，且所述第二電極的至少部分可設置於所述壓電層的所述延伸部分上。
在另一一般態樣中，一種製作體聲波共振器的方法包括：形成具有中央部分及延伸部分的共振器，在所述中央部分中，第一電極、壓電層及第二電極依序堆疊於基板上，在所述延伸部分中，沿所述中央部分的周邊設置有插入層，其中所述插入層設置於所述第一電極下方或所述第一電極與所述壓電層之間，且是由注入氟(F)的SiO2薄膜形成。
所述壓電層可由氮化鋁(AlN)或摻雜鈧(Sc)的氮化鋁形成。
所述插入層可藉由將SiH4氣體與CF4、NF3、SiF6、CHF3、 C4F8及C2F6氣體中的任一者進行混合而形成。
所述插入層可藉由化學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)方法而形成，且根據方程式1，(方程式1)SiH4+O2+CF4→F-SiO2+2H2+CO2，其中F-SiO2是注入所述氟(F)的所述SiO2薄膜。
所述壓電層及所述第二電極可至少部分地被所述插入層抬起。
在所述共振器的剖面中，所述第二電極的端部的至少部分可被設置成與所述插入層重疊。
在所述共振器的剖面中，所述第二電極的所述端部可設置於所述延伸部分中。
藉由閱讀以下詳細說明、圖式及申請專利範圍，其他特徵及態樣將顯而易見。
100:聲波共振器/聲學共振器
110:基板
115:絕緣層
120:共振器
121:第一電極
123:壓電層
123a:壓電部分
123b:彎曲部分
125、125a:第二電極
140:犧牲層
145:蝕刻終止部分
150:膜片層
160:保護層
170:插入層
180:第一金屬層
190:第二金屬層
1231:傾斜部分
1232:延伸部分
C:空腔
E:延伸部分
H:入口孔
I-I'、II-II'、III-III':線
L:傾斜表面
S:中央部分
θ:傾斜角
圖1是根據本揭露實施例的體聲波共振器的平面圖。
圖2是沿圖1所示的線I-I'截取的剖視圖。
圖3是沿圖1所示的線II-II'截取的剖視圖。
圖4是沿圖1中的線III-III'截取的剖視圖。
圖5及圖6是示出施加於插入層上的光致抗蝕劑的尺寸的圖。
圖7是示出量測插入層的表面粗糙度的結果的圖。
圖8是示出插入層的密度、彈性模數(modulus of elasticity)及反射特性隨著氟含量而變化的圖。
圖9是示出圖8所示反射特性中的變化的曲線圖。
圖10是示意性地示出根據本揭露另一實施例的體聲波共振器的剖視圖。
圖11是示意性地示出根據本揭露另一實施例的體聲波共振器的剖視圖。
在所有圖式及詳細說明通篇中，相同的參考編號指代相同的元件。圖式可不按比例繪製，且為清晰、例示及方便起見，可誇大圖式中的元件的相對大小、比例及繪示。
在下文中，儘管將參考附圖詳細闡述本揭露的實例，然而應注意，實例不限於此。
提供以下詳細說明是為幫助讀者獲得對本文中所述方法、設備及/或系統的全面理解。然而，在理解本揭露之後，本文中所述方法、設備及/或系統的各種變化、潤飾及等效形式將顯而易見。舉例而言，本文中所述的操作順序僅為實例，且不限於本文中所述操作順序，而是可在理解本揭露之後將顯而易見，除必定以特定次序發生的操作以外，均可有所改變。此外，為提高清晰性及簡潔性，可省略對此項技術中已知的特徵的說明。
本文中所述特徵可以不同形式實施，且不被理解為受限於本文中所述實例。確切而言，提供本文中所述實例僅是為示出實施本文中所述方法、設備及/或系統的諸多可能方式中的一些方式， 所述方式在理解本揭露之後將顯而易見。
在說明書通篇中，當例如層、區域或基板等元件被闡述為「位於」另一元件「上」、「連接至」或「耦合至」另一元件時，所述元件可直接「位於」所述另一元件「上」、直接「連接至」或直接「耦合至」所述另一元件，或者可存在介於其間的一或多個其他元件。反之，當元件被闡述為「直接位於」另一元件「上」、「直接連接至」或「直接耦合至」另一元件時，則可不存在介於其間的其他元件。本文中所使用的元件的「部分」可包括整個元件或少於整個元件。
本文中所使用的用語「及/或(and/or)」包括相關聯列出項中的任一項以及任兩項或更多項的任意組合；類似地，「...中的至少一者」包括相關聯列出項中的任一項或者任兩項或更多項的任意組合。
儘管本文中可能使用例如「第一(first)」、「第二(second)」及「第三(third)」等用語闡述各種構件、組件、區域、層或區段，然而該些構件、組件、區域、層或區段不受該些用語限制。確切而言，該些用語僅用於區分各個構件、組件、區域、層或區段。因此，在不背離實例的教示內容的條件下，在本文中所述實例中提及的第一構件、組件、區域、層或區段亦可被稱為第二構件、組件、區域、層或區段。
為易於說明，本文中可能使用例如「上方」、「上部」、「下方」、「下部」等空間相對性用語來闡述如圖中所示的一個元件與另 一元件的關係。此種空間相對性用語旨在囊括除圖中所繪示的定向以外，裝置在使用中或操作中的不同定向。舉例而言，若翻轉圖中的裝置，則闡述為相對於另一元件位於「上方」或「上部」的元件此時將相對於所述另一元件位於「下方」或「下部」。因此，用語「上方」端視裝置的空間定向而同時囊括上方及下方兩種定向。所述裝置亦可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對性用語要相應地進行解釋。
本文中所使用的術語僅是為闡述各種實例，而並不用於限制本揭露。除非上下文另外清楚指示，否則冠詞「一(a、an)」及「所述(the)」旨在亦包括複數形式。用語「包括(comprises)」、「包含(includes)」及「具有(has)」指明所陳述特徵、數目、操作、構件、元件及/或其組合的存在，但不排除一或多個其他特徵、數目、操作、構件、元件及/或其組合的存在或添加。
由於製作技術及/或容差，圖式中所示形狀可能出現變型。因此，本文中所述實例不限於圖式中所示的具體形狀，而是包括在製作期間發生的形狀變化。
在本文中，應注意，關於實例(例如關於實例可包括或實施什麼)使用用語「可」意味著存在至少一個其中包括或實施此種特徵的實例，而所有實例不限於此。
如在理解本揭露之後將顯而易見，本文中所述實例的特徵可以各種方式組合。此外，儘管本文中所述實例具有各種配置，然而如在理解本揭露之後將顯而易見，可存在其他配置。
本揭露的態樣旨在提供一種能夠最小化能量洩漏的體聲波共振器及一種製作所述體聲波共振器的方法。
圖1是根據本揭露實施例的聲波共振器的平面圖，圖2是沿圖1所示的線I-I'截取的剖視圖，圖3是沿圖1所示的線II-II'截取的剖視圖，且圖4是沿圖1所示的線III-III'截取的剖視圖。
參照圖1至圖4，根據本揭露實施例的聲波共振器100可為體聲波(BAW)共振器，且可包括基板110、犧牲層140、共振器120及插入層170。
基板110可為矽基板。舉例而言，可使用矽晶圓作為基板110，或者可使用絕緣體上矽(silicon on insulator，SOI)型基板。
絕緣層115可設置於基板110的上表面上，以將基板110與共振器120電性隔離。另外，當在聲波共振器的製作製程中形成空腔C時，絕緣層115防止基板110被蝕刻氣體蝕刻。
在此種情形中，絕緣層115可由二氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)及氮化鋁(AlN)中的至少一者形成，且可藉由化學氣相沈積、射頻(radio frequency，RF)磁控濺鍍(RF magnetron sputtering)及蒸鍍(evaporation)中的任意一種製程形成。
犧牲層140形成於絕緣層115上，且空腔C及蝕刻終止部分145設置於犧牲層140中。
空腔C被形成為空的空間，且可藉由移除犧牲層140的 部分來形成。
由於空腔C形成於犧牲層140中，因此形成於犧牲層140上方的共振器120可被形成為完全平坦。
蝕刻終止部分145沿空腔C的邊界設置。提供蝕刻終止部分145是為了在形成空腔C的製程中防止蝕刻被實行至空腔區域之外。
犧牲層140上形成有膜片層150，且膜片層150形成空腔C的上表面。因此，膜片層150亦是由在形成空腔C的製程中不容易被移除的材料形成。
舉例而言，當使用基於鹵化物的蝕刻氣體(例如氟(F)、氯(Cl)等)來移除犧牲層140的部分(例如，空腔區域)時，膜片層150可由與蝕刻氣體具有低反應性的材料製成。在此種情形中，膜片層150可包含二氧化矽(SiO2)及氮化矽(Si3N4)中的至少一者。
另外，膜片層150可由包含氧化鎂(MgO)、氧化鋯(ZrO2)、氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate，PZT)、砷化鎵(GaAs)、氧化鉿(HfO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)及氧化鋅(ZnO)中的至少一種材料的介電層製成，或者由包含鋁(Al)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鎵(Ga)及鉿(Hf)中的至少一種材料的金屬層製成。然而，本揭露的配置不限於此。
共振器120包括第一電極121、壓電層123及第二電極125。共振器120被配置成使得第一電極121、壓電層123及第二 電極125自底部依次堆疊。因此，共振器120中的壓電層123設置於第一電極121與第二電極125之間。
由於共振器120形成於膜片層150上，因此膜片層150、第一電極121、壓電層123及第二電極125依序堆疊於基板110上，以形成共振器120。
共振器120可根據施加至第一電極121及第二電極125的訊號使壓電層123共振，以產生共振頻率(resonant frequency)及反共振頻率(anti-resonant frequency)。
共振器120可被劃分成中央部分S及延伸部分E，在中央部分S中，第一電極121、壓電層123及第二電極125被堆疊成實質上平坦，在延伸部分E中，插入層170夾置於第一電極121與壓電層123之間。
中央部分S是設置於共振器120的中心中的區域，且延伸部分E是沿中央部分S的周邊設置的區域。因此，延伸部分E是自中央部分S向外部延伸的區域，且指代沿中央部分S的周邊形成為具有連續環形形狀的區域。然而，若有必要，則延伸部分E可被配置成具有其中一些區域被斷開連接的不連續環形形狀。
因此，如圖2中所示，在共振器120的以跨越中央部分S的方式切割出的剖面中，延伸部分E分別設置於中央部分S的兩個端部上。在設置於中央部分S的兩個端部上的延伸部分E中，在中央部分S的兩側上設置有插入層170。
插入層170具有傾斜表面L，傾斜表面L的厚度隨著距 中央部分S的距離增加而變大。
在延伸部分E中，壓電層123及第二電極125設置於插入層170上。因此，位於延伸部分E中的壓電層123及第二電極125具有沿插入層170的形狀的傾斜表面。
在本實施例中，延伸部分E包括於共振器120中，且因此，共振亦可能發生於延伸部分E中。然而，本揭露不限於此，且端視延伸部分E的結構，共振可能不會發生於延伸部分E中，而是共振可能僅發生於中央部分S中。
第一電極121及第二電極125可由導體形成，例如，可由金、鉬、釕、銥、鋁、鉑、鈦、鎢、鈀、鉭、鉻、鎳或包含其中的至少一者的金屬形成，但不限於此。
在共振器120中，第一電極121被形成為具有較第二電極125大的面積，且在第一電極121上沿第一電極121的周邊設置有第一金屬層180。因此，第一金屬層180可被設置成與第二電極125間隔開預定距離，且可以環繞共振器120的形式設置。
由於第一電極121設置於膜片層150上，因此第一電極121被形成為完全平坦。另一方面，由於第二電極125設置於壓電層123上，因此可對應於壓電層123的形狀形成彎曲。
第一電極121可用作輸入電極及輸出電極中的任一者，以輸入及輸出例如射頻(RF)訊號等電性訊號。
第二電極125完全設置於中央部分S中，且部分設置於延伸部分E中。因此，第二電極125可被劃分成設置於壓電層123 (稍後欲闡述)的壓電部分123a上的部分及設置於壓電層123的彎曲部分123b上的部分。
舉例而言，在本實施例中，第二電極125被設置成覆蓋壓電層123的壓電部分123a的整體及傾斜部分1231的部分。因此，設置於延伸部分E中的第二電極(圖4中的125a)被形成為具有較傾斜部分1231的傾斜表面小的面積，且共振器120中的第二電極125被形成為具有較壓電層123小的面積。
因此，如圖2中所示，在共振器120的以跨越中央部分S的方式切割出的剖面中，第二電極125的端部設置於延伸部分E中。另外，設置於延伸部分E中的第二電極125的端部的至少部分被設置成與插入層170重疊。此處，「重疊」意指當第二電極125投影於上面設置有插入層170的平面上時，投影於所述平面上的第二電極125的形狀與插入層170重疊。
第二電極125可用作輸入電極及輸出電極中的任一者，以輸入及輸出例如射頻(RF)訊號等電性訊號。即，當第一電極121用作輸入電極時，第二電極125可用作輸出電極，且當第一電極121用作輸出電極時，第二電極125可用作輸入電極。
如圖4中所示，當第二電極125的端部位於稍後欲闡述的壓電層123的傾斜部分1231上時，由於共振器120的聲阻抗(acoustic impedance)的局部結構自中央部分S以稀疏/稠密/稀疏/稠密結構(sparse/dense/sparse/dense structure)形成，因此在共振器120內部反射橫向波(lateral wave)的反射介面增加。因此，由 於大部分橫向波可能無法自共振器120向外流動，而是被反射且然後流動至共振器120的內部，因此可改善體聲波共振器的效能。
壓電層123是藉由壓電效應將電能轉換成彈性波形式的機械能的部分，且形成於稍後欲闡述的第一電極121及插入層170上。
作為壓電層123的材料，可選擇性地使用氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)、經摻雜氮化鋁、鋯鈦酸鉛、石英等。在為經摻雜氮化鋁的情形中，可更包括稀土金屬、過渡金屬或鹼土金屬。稀土金屬可包括鈧(Sc)、鉺(Er)、釔(Y)及鑭(La)中的至少一者。過渡金屬可包括鉿(Hf)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉭(Ta)及鈮(Nb)中的至少一者。另外，鹼土金屬可包括鎂(Mg)。
為改善壓電性質，當被氮化鋁(AlN)摻雜的元素的含量小於0.1原子%時，可能無法達成較氮化鋁(AlN)的壓電性質高的壓電性質。當所述元素的含量超過30原子%時，難以製造及控制用於沈積的組成物，進而使得可能形成不均勻的晶相。
因此，在本實施例中，被氮化鋁(AlN)摻雜的元素的含量可在為0.1原子%至30原子%的範圍內。
在本實施例中，壓電層在氮化鋁(AlN)中摻雜有鈧(Sc)。在此種情形中，可增加壓電常數以增加體聲波共振器的Kt 2。
根據本實施例的壓電層123包括設置於中央部分S中的壓電部分123a及設置於延伸部分E中的彎曲部分123b。
壓電部分123a是直接堆疊於第一電極121的上表面上 的部分。因此，壓電部分123a夾置於第一電極121與第二電極125之間，以與第一電極121及第二電極125一起形成為平坦形狀。
彎曲部分123b可被理解為自壓電部分123a延伸至外部且位於延伸部分E中的區域。
彎曲部分123b設置於稍後欲闡述的插入層170上，且被形成為其上表面沿插入層170的形狀抬起的形狀。因此，壓電層123在壓電部分123a與彎曲部分123b之間的邊界處彎曲，且彎曲部分123b對應於插入層170的厚度及形狀而抬起。設置於彎曲部分123b上的第二電極125亦可沿插入層170的形狀部分地抬起。彎曲部分123b可被劃分成傾斜部分1231及延伸部分1232。
傾斜部分1231指代被形成為沿稍後欲闡述的插入層170的傾斜表面L傾斜的部分。延伸部分1232指代自傾斜部分1231延伸至外部的部分。
傾斜部分1231被形成為平行於插入層170的傾斜表面L，且傾斜部分1231的傾斜角可被形成為與插入層170的傾斜表面L的傾斜角相同。
插入層170沿由膜片層150、第一電極121及蝕刻終止部分145形成的表面設置。因此，插入層170部分地設置於共振器120中，且設置於第一電極121與壓電層123之間。
插入層170圍繞中央部分S設置，以支撐壓電層123的彎曲部分123b。因此，壓電層123的彎曲部分123b可根據插入層170的形狀被劃分成傾斜部分1231及延伸部分1232。
在本實施例中，插入層170設置於除中央部分S以外的區域中。舉例而言，插入層170可在除中央部分S以外的整個區域中或者在一些區域中設置於基板110上。
插入層170被形成為具有隨著距中央部分S的距離增加而變大的厚度。藉此，插入層170是由傾斜表面L形成，傾斜表面L具有與中央部分S相鄰設置的側表面的恆定傾斜角θ。
當插入層170的側表面的傾斜角θ被形成為小於5°以製作插入層170時，由於插入層170的厚度應被形成為非常薄或者傾斜表面L的面積應被形成為過度大，因此實際上難以實施。
另外，當插入層170的側表面的傾斜角θ被形成為大於70°時，堆疊於插入層170上的壓電層123或第二電極125的傾斜角亦被形成為大於70°。在此種情形中，由於堆疊於傾斜表面L上的壓電層123或第二電極125過度彎曲，因此彎曲部分中可能產生裂紋(crack)。
因此，在本實施例中，傾斜表面L的傾斜角θ是以為5°或大於5°且為70°或小於70°的範圍形成。
在本實施例中，壓電層123的傾斜部分1231是沿插入層170的傾斜表面L形成，且因此是以與插入層170的傾斜表面L相同的傾斜角形成。因此，與插入層170的傾斜表面L相似，傾斜部分1231的傾斜角亦是以為5°或大於5°且為70°或小於70°的範圍形成。所述構造亦可同等地應用於堆疊於插入層170的傾斜表面L上的第二電極125。
插入層170可由其中將少量氟(F)注入SiO2薄膜中的薄膜形成。
當插入層170是由二氧化矽(SiO2)形成時，可藉由將CF4、NF3、SiF6、CHF3、C4F8及C2F6氣體中的任一者以適宜的比率混合於SiH4氣體中來形成注入氟的SiO2薄膜(在下文中稱為F-SiO2薄膜)。
共振器120被設置成藉由被形成為空的空間的空腔C與基板110間隔開。
空腔C可藉由在製作體聲波共振器的製程中透過向入口孔(圖1中的H)供應蝕刻氣體(或蝕刻溶液)來移除犧牲層140的部分而形成。
沿體聲波共振器100的表面設置有保護層160，以保護體聲波共振器100免受外部影響。保護層160可沿由第二電極125以及壓電層123的彎曲部分123b形成的表面設置。
第一電極121及第二電極125可延伸至共振器120的外部。另外，延伸部分的上表面上可分別設置有第一金屬層180及第二金屬層190。
第一金屬層180及第二金屬層190可由金(Au)、金-錫(Au-Sn)合金、銅(Cu)、銅-錫(Cu-Sn)合金、鋁(Al)、鋁合金或其組合中的任意材料製成。此處，鋁合金可為鋁-鍺(Al-Ge)合金或鋁-鈧(Al-Sc)合金。
第一金屬層180及第二金屬層190可用作連接配線，所 述連接配線分別電性連接根據本實施例的體聲波共振器100的位於基板110上的第一電極121與第二電極125以及其他體聲波共振器的彼此相鄰設置的電極。
第一金屬層180穿透保護層160且接合至第一電極121。
另外，在共振器120中，第一電極121被形成為具有較第二電極125大的面積，且第一金屬層180形成於第一電極121的周邊上。
因此，第一金屬層180沿共振器120的周邊設置，且因此以環繞第二電極125的形式設置。然而，其不限於此。
另外，在本實施例中，位於共振器120上的保護層160被設置成使得其至少部分接觸第一金屬層180及第二金屬層190。第一金屬層180及第二金屬層190是由具有高導熱性且具有大體積的金屬材料形成，進而使得第一金屬層180及第二金屬層190具有高散熱效果。
因此，保護層160連接至第一金屬層180及第二金屬層190，進而使得壓電層123中所產生的熱量可經由保護層160快速傳遞至第一金屬層180及第二金屬層190。
在本實施例中，保護層160的至少部分設置於第一金屬層180及第二金屬層190下方。具體而言，保護層160以插入方式分別設置於第一金屬層180與壓電層123之間以及第二金屬層190、第二電極125及壓電層123之間。
在如上所述配置的根據本實施例的體聲波共振器100中， 插入層170可由F-SiO2薄膜形成。在此種情形中，為在製作體聲波共振器的製程中圖案化插入層170，可更精確地形成形成於插入層170上的光遮罩圖案，以使得可改善插入層170的精確度。下文將對此予以更詳細闡述。
在形成插入層170以覆蓋由膜片層150、第一電極121及蝕刻終止部分145形成的整個表面之後，根據本實施例的體聲波共振器100的插入層170可藉由移除設置於與中央部分對應的區域中的不必要部分來完成。
在此種情形中，作為移除以上所述不必要部分的方法，可使用利用光致抗蝕劑的微影法(photolithography method)。因此，僅當充當遮罩的光致抗蝕劑被精細地形成時，插入層170才亦可被精細地形成。
在SiO2薄膜的表面或內部存在諸多其中可吸附羥基的空間。因此，當插入層是由SiO2薄膜形成時，羥基可容易地吸附於插入層170的表面或內部。
因此，若實行例如在SiO2插入層上塗佈光致抗蝕劑的製程，則所述光致抗蝕劑可能由於SiO2插入層上吸附的羥基而無法穩定地形成。
圖5及圖6是示出施加於插入層上的光致抗蝕劑的臨界尺寸(critical dimension，CD)的圖，圖5是示出在晶圓上的九個點(點1至9)中的每一者處量測的臨界尺寸的值的表，且圖6是作為曲線圖示出圖5所示臨界尺寸的圖。
藉由實驗，當在由SiO2薄膜形成的插入層170上施加光致抗蝕劑之後藉由曝光/顯影製程形成必要的圖案時，以及當在由F-SiO2薄膜形成的插入層170上形成光致抗蝕劑時，本申請者對每種光致抗蝕劑的臨界尺寸進行了量測及比較。因此，證實了當插入層170是由F-SiO2薄膜形成且光致抗蝕劑形成於其上時，所述光致抗蝕劑的臨界尺寸分散顯著減小。
此處，點1至9指代晶圓上以柵格形狀間隔開的九個點。
此處，圖5所示量測值是藉由透過以下方式量測光致抗蝕劑的臨界尺寸(CD)而獲得的值：藉由電漿增強型化學氣相沈積(CVD)(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)方法在為300℃的沈積溫度下形成厚度為3000埃(Å)的插入層，且然後在其上形成光致抗蝕劑。
在本實施例中，插入層可藉由電漿化學氣相沈積方法來沈積，但是本揭露的配置不限於此，且可使用例如低壓化學氣相沈積(low-pressure CVD，LPCVD)、大氣壓化學氣相沈積(atmosphere pressure CVD，APCVD)等各種化學氣相沈積(CVD)方法。
光致抗蝕劑的臨界尺寸可使用臨界尺寸量測掃描電子顯微鏡(critical dimension measurement scanning electron microscope，CD-SEM)來量測。另外，分別量測了插入層是由二氧化矽(SiO2)形成的情形及插入層是由摻雜氟(F)的二氧化矽(SiO2)形成的情形。
SiO2插入層是藉由在沈積製程中以適宜的比率對SiH4 與O2進行混合而形成，且在其上形成了光致抗蝕劑以量測臨界尺寸。
SiO2插入層可藉由下方的方程式1形成。
(方程式1)SiH4+O2 → SiO2+2H2
參照圖5及圖6，在SiO2插入層上形成的光致抗蝕劑的臨界尺寸的平均值被量測為3.21微米(μm)，且其分散範圍被量測為0.24微米。
在F-SiO2插入層中，在沈積製程中以適宜的比率對SiH4、O2及CF4進行了混合以形成插入層，且在其上形成光致抗蝕劑以量測臨界尺寸。
F-SiO2插入層可藉由下方的方程式2形成。
(方程式2)SiH4+O2+CF4 → F-SiO2+2H2+CO2
參照圖5及圖6，在F-SiO2插入層上形成的光致抗蝕劑的臨界尺寸的平均值被量測為3.35微米，且分散範圍被量測為0.03微米。因此，可看出，相較於不包含氟(F)的情形，分散範圍顯著改善。其可被理解為由於氟(F)元素在顯影製程期間防止羥基的吸附而得到的結果，此乃因在插入層的沈積期間，具有疏水性質的氟(F)元素設置於SiO2薄膜中。
同時，當插入層是由F-SiO2薄膜形成時，插入層的表面粗糙度可增加。
圖7是示出量測插入層的表面粗糙度的結果的圖。參照圖7，在為SiO2插入層的情形中，其被量測為具有為1或小於1 的總體粗糙度，但當插入層是由F-SiO2薄膜形成時，其被量測為具有為1或大於1的粗糙度。粗糙度是在1×1平方微米(μm2)及5×5平方微米的面積上量測，且單位是奈米(nanometer，nm)。
當插入層的表面粗糙度如上所述增加時，插入層與光致抗蝕劑之間的接合可靠性可增加，且因此，光致抗蝕劑圖案可更穩定地形成於插入層的表面上。
在此實施例中，摻雜至F-SiO2薄膜中的氟(F)的含量可為0.5原子%或大於0.5原子%。
當氟的含量為0.5原子%或大於0.5原子%時，證實了羥基在插入層的表面上的吸附被有效地抑制，且另外，如圖7中所示。證實了插入層的表面粗糙度被確保為能夠增加與光致抗蝕劑的黏合力的水準。
因此，在所述實施例的插入層中，F-SiO2薄膜中所摻雜的氟(F)的含量可為0.5原子%或大於0.5原子%，藉此抑制羥基的吸附，且同時增加與光致抗蝕劑的接合可靠性。
另外，在此實施例中，F-SiO2薄膜中所摻雜的氟(F)的含量可為15原子%或小於15原子%。
圖8是示出插入層的密度、彈性模數及反射特性隨著氟含量而變化的圖，且圖9是示出圖8所示反射特性中的變化的曲線圖。
在本實施例中，體聲波共振器的反射特性大的含義意指當橫向波逃逸至共振器120外部時發生的損耗小，且因此，體聲 波共振器的效能改善。
參照圖8，證實了隨著氟(F)含量的增加，插入層的密度降低，且因此反射特性亦降低。另外，當氟含量超過15原子%時，證實了體聲波共振器的反射特性迅速劣化。
另外，證實了當氟含量超過15原子%時，插入層的表面粗糙度可能過度增加，且壓電層可能在插入層的傾斜表面L上異常生長。
因此，在本實施例的體聲波共振器100中，插入層170是由具有為0.5原子%或大於0.5原子%且為15原子%或小於15原子%的氟含量的F-SiO2薄膜形成。
藉由此種配置，本實施例的體聲波共振器可確保水平波反射特性以及改善插入層170的精確度。
F-SiO2薄膜中的每種元素的含量分析可藉由掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy，SEM)及透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM)的能量分散X射線光譜術(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS)分析來證實，但不限於此，且亦可使用X射線光電子光譜術(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS)分析。
在根據以上所述本實施例的體聲波共振器中，由於插入層170是由F-SiO2薄膜形成，因此可改善形成於插入層170上以用於圖案化插入層170的光致抗蝕劑的精確度。
因此，由於光致抗蝕劑及插入層170可在插入層170的 製作製程中精確且穩定地形成，體聲波共振器的完整性可得到改善，且因此體聲波共振器的能量洩漏可被最小化。
本揭露不限於上述實施例，且可進行各種修改。
圖10是根據本揭露另一實施例的體聲波共振器的示意性剖視圖。
在此實施例中所示的體聲波共振器中，在共振器120中的壓電層123的整個上表面上設置有第二電極125，且因此，第二電極125不僅形成於壓電層123的傾斜部分1231上，而且形成於其延伸部分1232上。
圖11是根據本揭露另一實施例的體聲波共振器的示意性剖視圖。
參照圖11，在根據本實施例的體聲波共振器中，在共振器120的以橫跨中央部分S的方式切割出的剖面中，第二電極125的端部部分僅形成於壓電層123的壓電部分123a的上表面上，而不形成於彎曲部分123b上。因此，第二電極125的端部沿壓電部分123a與傾斜部分1231的邊界設置。
如上所述，根據本揭露的體聲波共振器可根據需要以各種形式進行修改。
如上所述，根據本揭露的實施例，在體聲波共振器中，由於插入層是由包含氟(F)的SiO2薄膜形成，因此可改善形成於插入層上以用於圖案化所述插入層的光致抗蝕劑的精確度。因此，由於插入層可以固定的方式形成，因此體聲波共振器的能量洩漏 可被最小化。
儘管以上已示出並闡述了具體實例，然而在理解本揭露之後將顯而易見，在不背離申請專利範圍及其等效範圍的精神及範圍的條件下，可對該些實例作出形式及細節上的各種改變。本文中所述實例僅被視為是說明性的，而非用於限制目的。對每一實例中的特徵或態樣的說明要被視為可應用於其他實例中的相似特徵或態樣。若所述技術被以不同的次序實行，及/或若所述系統、架構、裝置或電路中的組件以不同的方式組合及/或被其他組件或其等效物替換或補充，則可達成合適的結果。因此，本揭露的範圍並非由詳細說明來界定，而是由申請專利範圍及其等效範圍來界定，且在申請專利範圍及其等效範圍的範圍內的所有變化要被解釋為包括於本揭露中。
100:聲波共振器/聲學共振器
110:基板
115:絕緣層
120:共振器
121:第一電極
123:壓電層
123a:壓電部分
123b:彎曲部分
125:第二電極
140:犧牲層
145:蝕刻終止部分
150:膜片層
160:保護層
170:插入層
180:第一金屬層
190:第二金屬層
1231:傾斜部分
1232:延伸部分
C:空腔
E:延伸部分
L:傾斜表面
S:中央部分

Claims (14)

  1. 一種體聲波共振器，包括：共振器，包括中央部分及沿所述中央部分的周邊設置的延伸部分，在所述中央部分中，第一電極、壓電層及第二電極依序堆疊於基板上，且在所述延伸部分中，在所述壓電層下方設置有插入層，其中所述插入層包括注入氟(F)的SiO2薄膜，所述壓電層及所述第二電極至少部分地被所述插入層抬起。
  2. 如請求項1所述的體聲波共振器，其中所述插入層中所包含的所述氟(F)是以為0.5原子%或大於0.5原子%且為15原子%或小於15原子%的範圍被包含。
  3. 如請求項1所述的體聲波共振器，其中所述壓電層包含氮化鋁(AlN)或摻雜鈧(Sc)的氮化鋁。
  4. 如請求項1所述的體聲波共振器，其中所述第一電極包含鉬(Mo)。
  5. 如請求項1所述的體聲波共振器，其中所述插入層包括傾斜表面，所述傾斜表面的厚度隨著距所述中央部分的距離增加而增加，所述壓電層包括設置於所述傾斜表面上的傾斜部分。
  6. 如請求項5所述的體聲波共振器，其中，在所述共振器的剖面中，所述第二電極的端部設置於所述中央部分與所述延伸部分之間的邊界處，或者設置於所述傾斜部分上。
  7. 如請求項5所述的體聲波共振器，其中所述壓電層包括設置於所述中央部分中的壓電部分以及自所述傾斜部分向外延伸的延伸部分，且所述第二電極的至少部分設置於所述壓電層的所述延伸部分上。
  8. 一種製作體聲波共振器的方法，包括：形成包括中央部分及延伸部分的共振器，在所述中央部分中，第一電極、壓電層及第二電極依序堆疊於基板上，在所述延伸部分中，沿所述中央部分的周邊設置有插入層，其中所述插入層設置於所述第一電極下方或所述第一電極與所述壓電層之間，且是由注入氟(F)的SiO2薄膜形成，其中所述壓電層及所述第二電極至少部分地被所述插入層抬起。
  9. 如請求項8所述的方法，其中所述插入層中所包含的所述氟(F)是以為0.5原子%或大於0.5原子%且為15原子%或小於15原子%的範圍被包含。
  10. 如請求項9所述的方法，其中所述壓電層是由氮化鋁(AlN)或摻雜鈧(Sc)的氮化鋁形成。
  11. 如請求項8所述的方法，其中所述插入層是藉由將SiH4氣體與CF4、NF3、SiF6、CHF3、C4F8及C2F6氣體中的任一者進行混合而形成。
  12. 如請求項11所述的方法，其中所述插入層是藉由化 學氣相沈積(CVD)方法而形成，且根據下方的方程式1，(方程式1)SiH4+O2+CF4 → F-SiO2+2H2+CO2其中F-SiO2是注入所述氟(F)的所述SiO2薄膜。
  13. 如請求項8所述的方法，其中，在所述共振器的剖面中，所述第二電極的端部的至少部分被設置成與所述插入層重疊。
  14. 如請求項8所述的方法，其中，在所述共振器的剖面中，所述第二電極的所述端部設置於所述延伸部分中。
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