用于制造电声谐振器的方法以及电声谐振器设备

技术领域

本公开涉及电声谐振器。具体地，本公开涉及一种用于制造电声谐振器的方法，该方法包括在电介质层上形成金属电极以及在金属电极上形成压电层。

背景技术

电声谐振器被广泛用在电子设备中以形成RF滤波器和其他RF设备。一个类型的电声谐振器是体声波(BAW)谐振器，其包括被夹在一对底金属电极和顶金属电极之间的压电层。通过将电RF信号施加到电极，共振声波在压电层内被生成。电RF信号与共振声波之间的相互作用在电信号上执行频率选择性滤波功能。压电层的晶向对准对于未来RF通信滤波器满足增强的性能要求而言变得更加重要。结晶度的增加引起压电层的电声耦合的增加。

本公开的目标是提供一种用于制造表现出增强的性能的电声谐振器的方法。

本公开的另一目标是提供一种用于制造表现出增加的结晶度的具有的压电薄膜层的电声谐振器的方法。

本公开的又一目标是提供一种具有增强的性能的电声谐振器设备。

本公开的再一目标是提供一种具有增强的结晶度的压电层的电声谐振器。

发明内容

通过包括本权利要求1的特征的用于制造电声谐振器的方法，以上提及的目标中的一个或多个目标被实现。

根据该方法，金属电极在具有电介质顶层的工件上形成。采用电化学沉积过程，贵金属层被形成在金属电极上。这允许在金属电极上的贵金属的薄晶种层的选择性自我限制的形成。没有贵金属层被形成在电介质层的表面上。电化学过程不需要沉积的贵金属层的构造，由于它的惰本性，这种构造可能是困难的。而且，这时候也不需要光刻步骤。

在底电极层上的贵金属层的电化学形成使用包含贵金属的盐的溶液。仅通过将包括电介质层上的底金属电极的工件沉浸到贵金属盐溶液中，贵金属层的形成以自我限制的方式发生。

然后，压电层被形成在覆盖有贵金属层的金属电极上，其中晶种层的惰本性是要被沉积的压电层的定向。优选地，压电层被直接形成在贵金属层上。压电层是高纹理化的，并且表现出增强的结晶度，所以实现了良好的压电性质和增加的电声耦合。结果，包括BAW谐振器的RF滤波器将具有更高的品质因数，更陡的边缘和更好的阻带抑制。

将工件沉浸到贵金属盐溶液中执行电化学镀过程，该过程在金属电极上生长贵金属层，其中溶解在溶液中的贵金属沉积在电极上越多，则贵金属从电极进入溶液越少。电化学氧化还原过程发生在金属电极的表面处，包括通过电极材料的牺牲反应和通过溶解的贵金属材料的沉积反应。当电极材料无法再通过沉积的贵金属层而扩散进入溶液时，该过程停止，所以该过程是自我限制的。

电介质层可以是诸如氧化硅或二氧化硅的氧化物，使得电介质层的表面处于阻止电化学反应的氧化态。在电介质层上将不发生贵金属的电化学沉积。

提供电介质层的工件可以被处理为包括布拉格反射镜层堆叠，在该布拉格镜层堆叠上谐振器层夹层被形成。布拉格反射镜防止声波从压电层泄漏并传播到衬底中，因为它将声波反射回压电层。包括诸如布拉格反射镜层堆叠的固体反射布置的该BAW结构被称为固定安装谐振器(SMR)。备选地，谐振器可以在声学上活跃的区域的下方或在声学上活跃的区域的对面表现空腔，以防止声波从压电层泄漏出来。使用气腔的谐振器被称为薄膜体声谐振器或独立式声谐振器(FBAR)。

金属电极可以包括金属材料，例如钨、钼、钛、铝或铜。具体地，诸如钨和钼的材料是声学上相对硬的材料，可用于增强的性能的BAW谐振器。铝层可以包括一定量的铜，以使它在声学上更坚硬。铜可以在热处理期间扩散穿过铝，形成铝和铜的金属间相(Al

金属电极可以在将工件沉浸到溶液中之前被构造。例如，金属电极被构造，使得金属电极被形成在其上的衬底的顶侧的区域没有金属电极。构造可以通过在掩模的帮助下进行蚀刻或通过工艺的提升来完成。

要被电化学沉积在底电极上的贵金属可以包括铂或钯。而且，钌或镍是有用的。这些金属的盐被溶解在电化学浴内以进入溶液，并且针对电化学沉积过程提供金属的来源。要使用的盐如下：

六氯铂酸钠(II)或Na

六氯铂酸钾(II)或K

四氯钯酸钠(II)或Na

四氯钯酸钾(II)或K

六氯钯酸钾(IV)或K

氯化钌(III)水合物或RuCl

氯化镍(II)；以及

硫酸镍(II)。

电化学浴也可以包含还原剂，该还原剂加速或辅助沉积氧化还原反应。还原剂可以由肼(N

已知诸如铂、钯、钌和镍的这些金属中的任一是用于压电层的进一步沉积的良好晶种层。从理论上讲，假定这些金属具有与诸如氮化铝层或氮化铝钪的压电层的晶格结构相似的晶格结构。另外，这些金属可以具有催化功能，从而在氮化铝或氮化铝钪的沉积期间氮的分解被加速。

利用上述电化学镀过程在底金属电极上沉积的贵金属层形成用于诸如氮化铝(AlN)或氮化铝钪(AlScN)的压电层的沉积的晶种层。在氮化铝中钪部分的使用增加了压电层的耦合，却使氮化铝钪的沉积变得更加困难。贵金属晶种层的形成对于在压电氮化铝钪层中的较高数量的钪是特别有用的。例如，在氮化铝钪层中的钪含量可以多于5at-％。所描述的过程在具有钪多于10at-％的钪部分的情况下可以是特别有用的。更具体地，氮化铝钪层包含在10at-％和高达40at-％之间的钪。

根据本公开的过程可以被应用于固定安装BAW谐振器(SMR BAW)，其中布拉格反射镜层堆叠服务于将声能限制在压电层内。根据本公开的过程也可适用于薄膜体声谐振器(FBAR)，该薄膜体声谐振器具有在声学上活跃的区域的对面的空腔，以防止声能从压电层逸出。通过SMR或FBAR型谐振器，衬底的顶表面包括诸如二氧化硅层的电介质层。

根据具体实施例，更详细地，电声谐振器的制造可以包括：提供包括布拉格反射镜层堆叠的衬底，该布拉格反射镜层堆叠包括二氧化硅的顶层或薄的衬底薄膜层，该薄的衬底薄膜层具有二氧化硅的顶层。金属层被形成在二氧化硅上以形成底电极。金属层可以包括钨或钼中的一个以提供声学上坚硬的电极层。钨层或钼层可以被沉积以及被构造以形成底电极的所需尺寸。铂盐溶液或钯盐溶液被应用于衬底，因为包括布拉格层堆叠或二氧化硅薄膜层的衬底被沉浸到盐溶液中，该二氧化硅薄膜层包括底电极。然后，氮化铝钪层被沉积在铂层或钯层上，该铂层或钯层被形成在电极层上。氮化铝钪层可以包括至少10at-％的钪。过程被继续以完成SMR或FBAR谐振器的形成，因为顶电极层被形成在压电氮化铝钪层上。过程允许在底电极层上的铂或钯的选择性沉积，避免针对这些晶种层的光刻和构造步骤。压电氮化铝钪层的结晶度通过铂晶种层或钯晶种层来被增加。

以上提及的目标中的一个或多个目标通过根据本权利要求14的特征的电声谐振器设备也被实现。

根据以上提及的过程制造的电声谐振器设备包括电介质衬底层。底电极被设置在电介质衬底上。贵金属的晶种层被设置在电极上。压电材料层被设置在贵金属晶种层上。衬底可以是二氧化硅，并且底电极可以由被设置在二氧化硅衬底上的钼或钨制成。贵金属的晶种层可以由被设置在底电极层上的铂、钯、钌或镍制成。包括至少10at-％的钪的氮化铝钪层被设置在晶种层上。

电极被特别地设置在电介质衬底的顶侧上。优选地，衬底的顶侧的区域没有电极，即未被电极覆盖。特别优选地，衬底的顶侧的区域没有贵金属层。例如，没有贵金属层的衬底的顶侧的区域也没有电极。

贵金属层优选地完全覆盖电极的不面对衬底的所有侧。因此，贵金属层完全覆盖电极的背离衬底的侧和横向延伸到电极的顶侧的电极的侧表面。这样，电极可以被保护以防止氧化。

要理解，前面的一般描述和以下的详细描述仅是示例性的，并且旨在提供概述或框架，以理解权利要求的本性和特性。附图被包括以提供进一步的理解，并且被结合在该说明书中并构成该说明书的部分。附图图示了一个或多个实施例，并且与该描述一起服务于解释各种实施例的原理和操作。在附图的不同图中的相同元件由相同的参考标记来表示。

附图说明

在附图中：

图1示出了工件的横截面；

图2示出了在底电极层上的贵金属晶种层的电化学形成之后的工件；

图3示出了SMR类型的BAW谐振器的横截面；以及

图4示出了FBAR类型的BAW谐振器的横截面。

具体实施方式

现在将在下文中参考示出本公开的实施例的附图来更全面地描述本公开。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于这里阐述的实施例。相反，这些实施例被提供，从而本公开将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。附图不一定按比例绘制，而是被配置为清楚地图示本公开。

现在转到图1，工件被提供，该工件的最顶部分被描绘。层110是包括电介质层的工件的顶层。电介质层110可以是诸如二氧化硅的氧化硅层。其他电介质氧化物层也是有用的。层110可以是布拉格反射镜结构的顶层。电极层111被形成在电介质层110上。电极111形成BAW谐振器的底电极。电极111可以由钨或钼制成。备选地，电极111可以由钛、铝或铝和铜的组合物制成。电极111在电介质110的表面上生长，并且被构造以实现底电极的合适尺寸和形状。

现在转到图2，图1的工件被沉浸到贵金属盐(诸如Na

根据电化学工作原理，电化学溶液中的金属离子S

通过向溶液添加诸如肼、N

N

现在转到图3，在附加的过程步骤之后，SMR BAW谐振器的横截面被示出。贵金属层210作为晶种层来服务，用于压电层320的随后沉积，以支持压电材料的纹理化成核。压电层320可以是氮化铝或氮化铝钪的结晶的柱状层。氮化铝钪的含量可以多于5at-％，优选地多于10at-％，具体在10at-％和40at-％之间。相信局部金属晶种层210的晶格结构与压电层320的晶格结构相似，从而它支持压电层的良好成核，以实现高度纹理化的层320。诸如铂或钯的贵金属可以对在前驱气体中存在的氮的离解具有催化作用，支持压电层沉积。结果，压电层320是高度纹理化的且高度结晶的，允许在谐振器内的高电声耦合。在压电层320上进一步沉积的是顶电极层321，该顶电极层321可以由如原始底电极层111的相同材料来制成。

图3中描绘的SMR BAW谐振器还包括布拉格反射镜层堆叠300，电极夹层111、210、320、321被设置在布拉格反射镜层堆叠300上。布拉格反射镜层堆叠300被形成在载体衬底311上。布拉格反射镜300包括一系列声学上硬的层和声学上软的层，可以由例如钨和二氧化硅制成。适合于形成布拉格反射镜的多种其他金属和电介质材料也是有用的。例如，层312、314、316可以是声学上硬的层，诸如钨层，并且层313、315、310可以是声学上软的层，诸如二氧化硅层。具体地，布拉格反射镜310的顶层是诸如二氧化硅的电介质层。布拉格反射镜300具有防止声能逸出到衬底中的功能。能量被反射回到压电层320中。

图4示出了另一类型的电声谐振器，诸如FBAR BAW谐振器。层111、210、320、321的电极堆叠与针对图3的SMR BAW类型所示出的相同。起始工件410包括载体衬底411，电介质顶层412在载体衬底411上被设置，底电极111在电介质顶层412上被布置。载体层111可以是晶体硅，并且电介质层412可以是二氧化硅。根据FBAR工作原理，空腔413被布置在顶电极和底电极的层堆叠的电声活跃区域以及被夹在其间的压电层的对面。空腔413充满环境空气，执行将声能限制在压电层320内的功能。

总之，晶种层的电化学沉积支持用于SMR和FBAR BAW设备的高度纹理化的结晶的压电层的沉积。压电薄膜的晶向对准被增强。贵金属材料在底电极上的电化学沉积用作晶种层，有利于沉积的压电材料层的较高取向。当压电层是具有约多于10at-％的钪浓度的氮化铝钪层时，所描述的过程可以是具体有用的。

该专利申请要求德国专利申请10 2018 126 804.1的优先权，该专利申请的公开内容通过引用合并于此。

对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离如在所附权利要求中所主张的本公开的精神或范围的情况下，可以进行各种修改和变型。由于合并本公开的精神和实质的所公开的实施例的修改、组合、子组合和变型对于本领域技术人员而言可以想到，因此本公开应被解释为包括在所附权利要求的范围内的一切。