[發明專利]一種基于氧化鋅的諧振器的制造方法

無效

• 申請號: 01103234.0
• 申請日: 2001-02-07
• 公開（公告）號: CN1310517A
• 公開（公告）日: 2001-08-29
• 發明（設計）人: 格倫·羅伯特·科瓦奇
• 申請（專利權）人: 朗迅科技公司
• 主分類號: H03H3/02
• 分類號: H03H3/02;H03H9/15
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王以平

本發明一般涉及諧振器，尤其是涉及一種基于氧化鋅的諧振器的制造方法。

隨著工作頻率超過500MHz的電子裝置的商業化程度的增加，比如，個人通信業務系統(“PCS”)、移動電話、無繩電話、尋呼機和通訊衛星，傳統諧振器的限制變得越來越明顯。傳統的諧振器用壓電晶體在共振頻率振蕩，響應于交變電場的使用，共振頻率包括基頻和諧波。由這種現象產生的基頻由能量傳播通過薄膜的聲速(ν)除以薄膜厚度的二倍來定義，眾所周知，依賴于這種關系，還可以增加聲反射層來反射理想頻率，抑制不想要的其它頻率，如特殊的諧波。

無線網絡的大量使用促進了對適合于400MHz或更大頻率的諧振器應用的可選擇材料的研究努力，用傳統的材料，如石英或陶瓷來制造足夠薄晶體方面的實際局限性支持了這一動力。已知共振頻率與厚度之間的關系，對越來越高頻率的諧振器的需求，已轉而導致對可選擇的有足夠強度的薄膜材料的研究。

由薄膜材料制成的諧振器典型地包括壓電材料、至少一對將電場應用于壓電電介質的電極和至少一對用來建立駐波的反射表面，在某些基于薄膜的諧振器應用中，電極由薄膜材料層來實現，此薄膜材料層還能作為反射表面。為本發明公開的目的，基于薄膜的諧振器，將指體聲波(“BAW”)器件和面聲波(“SAW”)器件。

在典型的諧振器中，諧振器頂端電極形成的金屬/空氣界面充當基本的反射源。夾在頂層和底層電極之間是一個壓電層，其包括了一個織構性(textured)薄膜，出于本公開內容的目的，織構性薄膜被定義為取向的并且是原子有序的晶體結構，正如在X光衍射下所見，其落在無規多晶體界限與單晶體界限之間。此外，X光衍射的搖擺曲線可用來衡量織構程度。如果諧振器是BAW器件，織構性壓電層具有與諧振器襯底表面垂直的極性方向。如果諧振器是SAW器件，織構性壓電層的極性方向可能垂直或平行于諧振器襯底表面。由于底部金屬層被典型地安裝在襯底上，諧振器還可以包括在襯底基底內的空氣隙聲波腔。????

為了尋求由能準確傳遞高于400MHz的頻率的薄膜制成的諧振器，測試了不同的材料。分析主要集中在兩個變量上，一個是品質因子Q，一個是電機耦合系數k²，品質因子Q用來表示諧振器的共振品質，而耦合系數k²表示諧振器的電能和機械能之間的轉換效率。Q和k²都反比于固有的聲波損耗，此損耗在其所定義的工作頻率段內由諧振器產生。總體參見Campball，面聲波器件及其信號處理應用，Academic?Press,Inc.,1989(以下稱為“Campball”)在此引入作為參考，Rosenbaum,，體聲波理論和器件，Artech?House?1988(以下稱為“Rosenbaum”)

現用的織構性薄膜，氮化鋁和氧化鋅都顯示出前途。盡管具有在單晶片上與半導體器件潛在集成的某些優勢，但正如本領域的技術人員所了解，氮化鋁的耦合系數k²比氧化鋅的小，由于耦合系數k²對應于最終的諧振器的帶寬，氧化鋅在大于400MHz的諧振器應用中具有顯著的優勢。

氧化鋅薄膜具有兩方面的特征，籍以分析其對諧振器應用的適應性。首先氧化鋅可形成為非晶或晶體結構態。薄膜中氧化鋅原子的有序或無序反映了其結構狀態。這樣，當氧化鋅是在一定溫度下形成薄膜，而低于此溫度形核不會發生，與/或摻雜時，其可能包含非晶態。出于本公開內容的目的，形核被定義為織構性薄膜的結晶的促進，與其形成所在的襯底的結構無關。同樣地，當氧化鋅以已知的加熱循環形成時就顯示出織構性結晶結構。作為諧振器中的薄膜，其目標是形成最大可能的結晶和最大可能的取向的氧化鋅，這樣就產生了電機耦合系數k²的最高值，同時也達到其作為可控制振動元件應用的最低可能損耗。

而且，氧化鋅具有內在阻抗性，這個特征在功能上與缺陷的數量有關-空間、填隙和/或堆積缺陷-或者氧化鋅的純度。因此，如果所用的氧化鋅相對不純或缺陷的數量大，電阻率就相對低，同樣，如果選擇的氧化鋅相對純并且缺陷的數量少，電阻率就相對高。就諧振器型應用，使用最高可能電阻率的氧化鋅是有優勢的，因此就要使用相對高純度的氧化鋅。

氧化鋅薄膜已經用于諧振器中，存在公認的制造氧化鋅薄膜的方法，這些方法產生帶有有限壓電效應的結構，因而覆蓋結晶、取向和阻抗性。這些所知的方法已經運用X光衍射顯示出具有有限搖擺曲線、強度、和其他包括附加的衍射峰的可測特征。