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Dokumentenidentifikation DE10152780B4 15.07.2004
Titel Akustischer Dünnfilm-Volumenresonator und Verfahren zum Herstellen desselben
Anmelder Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP;
Fujitsu Media Devices Ltd., Suzaka, Nagano, JP
Erfinder Nakatani, Tadashi, Kawasaki, Kanagawa, JP;
Miyashita, Tsutomu, Kawasaki, Kanagawa, JP;
Satoh, Yoshio, Kawasaki, Kanagawa, JP
Vertreter W. Seeger und Kollegen, 81369 München
DE-Anmeldedatum 29.10.2001
DE-Aktenzeichen 10152780
Offenlegungstag 20.02.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.07.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.07.2004
IPC-Hauptklasse H03H 9/17

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft einen akustischen dünnfilmvolumenresonator, im folgenden auch akustischer Film-Grundmaterial-Resonator genannt, und ein Verfahren zum Herstellen desselben.

2. Beschreibung der verwandten Technik:

Tragbare Telefone und andere mobile Telekommunikationsvorrichtungen haben während der letzten paar Jahre auf Grund ihrer Handlichkeit breite Verwendung gefunden. Dieser Trend dauert noch an oder beschleunigt sich sogar immer dann, wenn neue Modelle auf den Markt kommen. Daher besteht eine große Nachfrage nach kleinen Wellenfiltern, die in diesen Telekommunikationsvorrichtungen verwendet werden.

Wellenfilter für tragbare Telefone können bekanntlich unter Verwendung von Oberflächenakustikwellen-[surface acoustic wave ("SAW")]-Elementen hergestellt werden. Im allgemeinen weist ein SAW-Filter scharfe Trenncharakteristiken auf, und es kann leicht und klein sein. Somit finden SAW-Filter breite Verwendung als HF-(Hochfrequenz)-Filter oder ZF-(Zwischenfrequenz)-Filter in tragbaren Telefonen.

Typischerweise enthält ein SAW-Filter ein piezoelektrisches Substrat und eine Kammzahnelektrode, die auf dem Substrat gebildet ist. Gemäß der Wechselspannung, die auf die Kammzahnelektrode angewendet wird, werden in der Oberfläche des piezoelektrischen Substrates elastische Wellen erzeugt, die gewissen Frequenzbändern entsprechen. Ein Problem eines SAW-Filters liegt darin, daß die Kammzahnelektrode auf Grund der elastischen Wellen, die aus der Anwendung einer hohen Spannung resultieren, verzerrt und sogar zerbrochen werden kann. Dieser Nachteil zeigt sich besonders, wenn die Kammzahnelektrode eine schmalere Breite hat, das heißt, wenn das Filter so konstruiert ist, um höhere Frequenzen bewältigen zu können.

Ein Filter zur Verwendung mit hohen Spannungen kann vorgesehen werden, indem akustische Film-Grundmaterial-Resonatoren [film bulk acoustic resonators (im folgenden als "FBARs" bezeichnet)] genutzt werden. Ein FBAR enthält ein Substrat und ein piezoelektrisches Glied, das zwischen oberen und unteren Elektroden gehalten wird. Die untere Elektrode wird durch das Substrat gestützt, und dieses Substrat ist mit einem hohlen Abschnitt unter der unteren Elektrode gebildet. Wenn eine Spannung zwischen den oberen und unteren Elektroden angewendet wird, schwingt das piezoelektrische Glied in seiner Dickenrichtung, wobei sich seine besonderen elektrischen Resonanzcharakteristiken zeigen. Ein Bandpaßfilter wird durch Anordnen solcher FBARs in Abzweigform konstruiert. Von dem so erhaltenen FBAR-Filter ist bekannt, daß es ausgezeichnete Spannungsbeständigkeitseigenschaften hat. Der hohle Abschnitt unter der unteren Elektrode verbessert den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten des piezoelektrischen Gliedes und verbreitert das Durchlaßband des Filters.

Verfahren zum Vorsehen eines hohlen Abschnittes unter einer unteren Elektrode sind zum Beispiel in JP-A-6(1994)-204776 und JP-A-2000-69594 offenbart. Genauer gesagt, JP-A-6-204776 lehrt das Bilden eines hohlen Abschnittes in einem Siliziumwafer von unten durch anisotropes Ätzen unter Verwendung einer KOH-Lösung. Der hohle Abschnitt erstreckt sich durch die Dicke des Wafers. Andererseits lehrt JP-A-2000-69594 die Verwendung einer Opferschicht, um eine Vertiefung zu füllen, die in der Oberfläche eines Substrates gebildet ist. Speziell wird zuerst in der oberen Fläche des Substrates eine Vertiefung gebildet. Dann wird eine Opferschicht auf der oberen Fläche des Substrates auf solch eine Weise gebildet, daß ein Teil der Opferschicht in die Vertiefung gelangt. Danach wird die Opferschicht durch Schleifen entfernt, außer dem die Vertiefung füllenden Abschnitt der Schicht. Dann wird eine untere Elektrode auf dem Substrat gebildet, um den Rest der Opferschicht zu bedecken. Ferner werden ein piezoelektrisches Glied und eine obere Elektrode auf der unteren Elektrode gestapelt. Schließlich wird der Rest der Opferschicht entfernt, wodurch unter der unteren Elektrode ein hohler Abschnitt erscheint.

Die obigen herkömmlichen Verfahren leiden unter den folgenden Problemen. Speziell kann der Siliziumwafer von JP-A-6-204776 bei Anwendung einer äußeren Kraft leicht zerbrochen werden, da die mechanische Festigkeit des Wafers durch den hohlen Abschnitt verringert ist. Solch eine Zerbrechlichkeit kann besondere Vorsicht im Umgang mit dem Siliziumwafer erfordern (z. B. beim Transportieren des Wafers von einem Bearbeitungspunkt zu einem anderen) und kann die Produktionsausstoßrate verringern. Ein anderes Problem wird durch den Ätzprozeß verursacht, durch den sich der hohle Abschnitt in abwärtiger Richtung erweitert. Die Neigung der Innenfläche des hohlen Abschnittes kann etwa 55 Grad betragen. Mit solch einem hohlen Abschnitt, dessen Durchmesser in der Dickenrichtung des Wafers variiert, tendieren die jeweiligen Resonatoren, die ein abzweigförmiges Filter bilden, dazu, übermäßig voluminös zu sein. Bei dem Verfahren, das in JP-A-2000-69594 offenbart ist, sind mehrere Extraschritte wie etwa ein Vertiefungsbildungsschritt, ein Opferschichtbildungsschritt, ein Opferschichtschleifschritt und ein Opferschichtentfernungsschritt in der Herstellungsprozedur enthalten. Gemäß der Lehre von JP-A-2000-69594 ist somit ein resultierender Resonator auf Grund der erhöhten Produktionskosten ziemlich teuer.

Zusätzlich zu den obenerwähnten Dokumenten offenbart auch JP-A-8(1996)-148968 einen FBAR, der mit einem hohlen Abschnitt unter der unteren Elektrode versehen ist. Das piezoelektrische Glied ist aus Keramik gebildet. Dieses Dokument enthält jedoch speziell weder ein Verfahren zum Bilden des hohlen Abschnittes, noch ein Verfahren zum Bilden eines FBAR.

Aus der US 5 853 601 ist ein TOP-VIA-Ätzverfahren zum Bilden dielektrischer Membranen bekannt, mittel dessen ein Hohlraum unterhalb eines akustischen Dünnfilm-Volumenresonators erzeugt werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist unter den oben beschriebenen Umständen vorgeschlagen worden. Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein FBAR-Herstellungsverfahren und einen FBAR selbst vorzusehen, wodurch die herkömmlichen Probleme überwunden oder wenigstens gemildert werden können. Im besonderen ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, einen FBAR vorzusehen, in dem ein darunterliegender hohler Abschnitt gebildet werden kann, ohne auf das zeitraubende Schleifen der Opferschicht angewiesen zu sein.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Ansprüche 1 und 14 gelöst.

Vorzugsweise enthält das Verfahren ferner den Schritt zum Bilden einer zusätzlichen Schicht auf der Basisschicht, nachdem die Opferschicht gebildet ist, wobei die zusätzliche Schicht gebildet wird, um mit der Opferschicht bündig zu sein.

Vorzugsweise enthält die Opferschicht einen ersten Kontaktfleck, einen zweiten Kontaktfleck und einen Verbindungsstreifen, der den ersten Kontaktfleck mit dem zweiten Kontaktfleck verbindet, wobei die Resonatorbaugruppe gebildet ist, um den ersten Kontaktfleck zu bedecken, und das Durchgangsloch gebildet ist, um wenigstens einen Abschnitt des zweiten Kontaktflecks zu exponieren.

Vorzugsweise ist die Opferschicht in der Dicke kleiner als die erste Elektrode.

Vorzugsweise hat die Basisschicht eine Dicke in einem Bereich zwischen 1 und 50 &mgr;m.

Vorzugsweise ist die Basisschicht aus einem Isoliermaterial gebildet.

Vorzugsweise ist die Opferschicht aus Magnesiumoxid oder Zinkoxid gebildet.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein akustischer Film-Grundmaterial-Resonator vorgesehen, der enthält: einen Halter; eine Resonatorbaugruppe, die auf dem Halter vorgesehen ist, welche Baugruppe eine untere Elektrode, eine obere Elektrode und ein piezoelektrisches Glied enthält, das zwischen den oberen und unteren Elektroden angeordnet ist; einen ersten Raum, der zwischen der unteren Elektrode und dem Halter angeordnet ist; und einen zweiten Raum, der mit dem ersten Raum verbunden ist, welcher zweite Raum größer als der erste Raum ist.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1A-1D sind Draufsichten, die ein Herstellungsverfahren für einen FBAR-Film zeigen;

2A-2F sind Schnittansichten längs der Linien II-II in 1;

3A-3F sind Schnittansichten längs der Linien III-III in 1;

4A-4D sind Draufsichten, die ein Herstellungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;

5A-5F sind Schnittansichten längs der Linien V-V in 4;

6A-6F sind Schnittansichten längs der Linien VI-VI in 4;

7 ist eine Schnittansicht, die einen akustischen Film-Grundmaterial-Resonator zeigt, der durch ein Herstellungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird;

8 ist eine Draufsicht, die einen akustischen Film-Grundmaterial-Resonator zeigt, der durch ein Herstellungsverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird;

9A-9F sind Draufsichten, die ein Herstellungsverfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;

10A-10F sind Schnittansichten längs der Linien X-X in 9; und

11A-11F sind Schnittansichten längs der Linien XI-XI in 9.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Zuerst wird Bezug auf 1A-1D, 2A-2F und 3A-3F genommen, um ein Herstellungsverfahren für einen FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator; akustischer Film-Grundmaterial-Resonator) zu beschreiben, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Wie oben erwähnt, sind 1 Draufsichten, 2 Schnittansichten längs der Linien II-II in 1 und 3 Schnittansichten längs der Linien III-III in 1.

Gemäß dem Verfahren wird zuerst eine Basisschicht 12 auf einem Siliziumsubstrat 11 gebildet, wie in 1A, 2A und 3A gezeigt. Die Basisschicht 12 hat eine Dicke von 5 &mgr;m und wird aus einem Isoliermaterial wie etwa Magnesiumoxid zum Beispiel unter Einsatz eines bekannten Sputterverfahrens hergestellt.

Die Dicke der Basisschicht 12 kann in einem Bereich von zum Beispiel 1-50 &mgr;m variieren. Das Isoliermaterial kann außer Magnesiumoxid Siliziumdioxid, Zinkoxid, PSG (Siliziumglas mit Phosphorzusatz), BSG (Siliziumglas mit Borzusatz), BPSG (Siliziumglas mit Bor- und Phosphorzusatz) oder SOG (Spin-on-Glas) sein.

Dann wird, wie in 1B, 2B und 3B gezeigt, eine Resonatorbaugruppe 16, die drei Schichten 13-15 umfaßt, auf der Basisschicht 12 gebildet. Bezugszeichen 13 bezeichnet eine erste Elektrode, Bezugszeichen 14 bezeichnet eine piezoelektrische Schicht, und Bezugszeichen 15 bezeichnet eine zweite Elektrode.

Die erste Elektrode 13 wird aus Molybdän gebildet und hat eine Dicke von 100 nm. Die erste Elektrode 13 kann auf folgende Weise hergestellt werden. Zuerst wird eine Molybdänschicht auf der Basisschicht 12 gebildet, um eine gewünschte Dicke zu haben. Dann wird die Molybdänschicht zu der vorgeschriebenen Konfiguration durch Photolithographie und (Trocken- oder Naß-)Ätzen bearbeitet. Ein verwendbares Trockenätzverfahren kann RIE sein. Zum Naßätzen kann Ammonium-Zer-(IV)-Nitrat als Ätzmittel verwendet werden.

Dann können die piezoelektrische Schicht 14 und die zweite Elektrode 15 auf folgende Weise gebildet werden. Zuerst wird eine Aluminiumnitridschicht (die die piezoelektrische Schicht 14 sein wird) mit einer Dicke von 500 nm zum Beispiel durch Sputtern gebildet. Es kann Zinkoxid anstelle von Aluminiumnitrid verwendet werden. Dann wird eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 100 nm auf der Aluminiumnitridschicht zum Beispiel durch Sputtern gebildet. Wie bei der ersten Elektrode 13 wird dann die obere Molybdänschicht zu der vorgeschriebenen Konfiguration bearbeitet, um die zweite Elektrode 15 vorzusehen. Dann wird die Aluminiumnitridzwischenschicht durch Photolithographie und Naßätzen bearbeitet, um die piezoelektrische Schicht 14 vorzusehen. Bei diesem Naßätzen kann erhitzte Phosphorsäure als Ätzmittel verwendet werden. Wenn die piezoelektrische Schicht 14 jedoch aus Zinkoxid ist, kann Essigsäure für das Ätzmittel verwendet werden.

Es können die ersten und/oder die zweiten Elektroden aus Tantal, Wolfram, Nickel, Niob, Gold, Platin, Kupfer, Palladium, Aluminium, Titan, Chrom, Titannitrid, Tantalnitrid, Niobnitrid, Molybdänsilizid, Tantalsilizid, Wolframsilizid, Niobsilizid oder Chromsilizid sein.

Unter Bezugnahme nun auf 1C, 2C und 3C wird ein Photoresist 17 gebildet, um die Basisschicht 12 und die Resonatorbaugruppe 16 zu bedecken, nachdem die Resonatorbaugruppe 16 hergestellt worden ist. Das Photoresist 17 wird, wie in den Figuren gezeigt, mit Durchgangslöchern 18 gebildet, durch die die Basisschicht 12 exponiert wird. Solche Löcher können durch Photolithographie gebildet werden. Das Photoresist 17 kann ein Positivton-Resist auf Novolak-Basis sein. Bei der gezeigten Ausführungsform werden zwei Durchgangslöcher 18 gebildet, die an die erste Elektrode 13 auf flankierende Weise angrenzen. Dann wird die Substrat-Schicht-Baugruppe (11, 12, 16, 17), die in 2C gezeigt ist, in eine Essigsäurelösung getaucht, die als Ätzmittel für die Basisschicht 12 (die aus Magnesiumoxid ist) dient. Daher fließt die Essigsäurelösung in die Durchgangslöcher 18, die in dem Photoresist 17 gebildet sind. Demzufolge wird die Basisschicht 12, wie in 2D und 3D gezeigt, an den unteren Enden der jeweiligen Durchgangslöcher 18 gleichförmig weggeätzt. Die zwei hohlen Abschnitte in der Basisschicht 12 werden im Durchmessergrößer (wie in der Draufsicht gezeigt), wenn mehr von dem Ätzmittel durch die Durchgangslöcher 18 hineinfließt. Schließlich verschmelzen die Folgeabschnitte zu einem großen Raum 19, wie in 2E und 3E gezeigt. In diesem Stadium wird die Substrat-Schicht-Baugruppe aus dem Ätzmittel herausgenommen, um das Wachsen des Raumes 19 zu stoppen.

Schließlich wird das Photoresist 17 entfernt, wie in 1D, 2F und 3F gezeigt, wodurch das Produkt eines akustischen Film-Grundmaterial-Resonators 10 erhalten wird. Von oben gesehen, ist der Resonator 10 mit einem Raum 19 unter der ersten Elektrode 13 versehen. Die Tiefe des Raumes 19 beträgt 5 &mgr;m.

Ein Bandpaßfilter, wie es in der Technik bekannt ist, wird erhalten, indem eine Vielzahl von Resonatoren 10 in Abzweigform verbunden wird. Unter Bezugnahme auf 1D ist die Überlappungslänge A der ersten und zweiten Elektroden 13, 14 ein Parameter, um die Charakteristiken des resultierenden Filters zu spezifizieren. Wenn die Länge A für die seriell verbundenen Resonatoren zum Beispiel auf 40 &mgr;m und für die parallel verbundenen Resonatoren auf 100 &mgr;m festgelegt wird, kann die Abzweigstruktur der Resonatoren ein Bandpaßfilter mit einer Mittenfrequenz von 5 GHz vorsehen.

Nun wird Bezug auf 4A-4D, 5A-5F und 6A-6F genommen, um ein FBAR-Herstellungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.

von diesen Figuren sind 4 Draufsichten, 5 Schnittansichten längs der Linien V-V in 4 und 6 Schnittansichten längs der Linien VI-VI in 4.

Gemäß der dieser Ausführungsform wird ein FBAR auf folgende Weise hergestellt. Zuerst werden, wie in 4A, 5A und 6A gezeigt, eine Basisschicht 22 und eine Opferschicht 22' auf einem Siliziumsubstrat 21 gebildet. Genauer gesagt, die Basisschicht 22 kann durch Plasma-CVD [chemical vapor deposition (chemische Dampfabscheidung)) aus Siliziumdioxid gebildet werden, um eine Dicke von 5 &mgr;m zu haben. Dann wird eine Magnesiumoxidschicht mit einer Dicke von 10 nm auf der Basisschicht 22 zum Beispiel durch Elektronenstrahlabscheidung gebildet. Diese MgO-Schicht wird zu der Opferschicht 22' durch Photolithographie und Naßätzen (oder Trockenätzen) bearbeitet. Beim Naßätzen kann das Ätzmittel Essigsäurelösung sein. Bei der gezeigten Ausführungsform enthält die Opferschicht 22' eine erste Insel 22'a und zwei zweite Inseln 22'b. Die zweiten Inseln 22'b liegen bezüglich der ersten Insel 22'a einander gegenüber und sind mit der ersten Insel 22'a über Verbindungsstreifen 22'c verbunden. Die Opferschicht 22' kann aus Zinkoxid sein, so daß sie eine größere Ätzselektivität als die Basisschicht 22 und eine erste Elektrode 23 (die später beschrieben wird) aufweist (d. h., sie kann leichter weggeätzt werden).

Dann wird, wie in 4B, 5B und 6B gezeigt, eine Resonatorbaugruppe 26 auf der Basisschicht 22 gebildet. Die Resonatorbaugruppe 26 umfaßt eine erste Elektrode 23, eine piezoelektrische Schicht 24 und eine zweite Elektrode 25. Speziell wird zuerst eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 100 nm auf der Basisschicht 22 zum Beispiel durch Sputtern gebildet. Dann wird die Molybdänschicht zu der ersten Elektrode 23 durch Photolithographie und Trockenätzen (oder Naßätzen) auf solch eine Weise bearbeitet, daß die resultierende erste Elektrode 23 die erste Insel 22'a und einen Teil von jedem Verbindungsstreifen 22'c der Opferschicht 22' bedeckt. Auf Grund des Vorhandenseins der Opferschicht 22' ist die erste Elektrode 23 nicht vollkommen flach, sondern hat teilweise einen erhöhten Abschnitt (von unten gesehen, ist die erste Elektrode 23 mit einer Vertiefung gebildet). Der Höhenunterschied zwischen dem erhöhten Abschnitt und dem übrigen Abschnitt der ersten Elektrode 23 beträgt 10 nm.

Nachdem die erste Elektrode 23 gebildet worden ist, wird eine Aluminiumnitratschicht mit einer Dicke von 500 nm auf der ersten Elektrode 23 durch Sputtern gebildet. Auf dieser Aluminiumnitratschicht wird dann eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 100 nm durch Sputtern gebildet. Danach wird die obere Molybdänschicht zu einer vorbestimmten Konfiguration durch Photolithographie und Trocken-(oder Naß-) Ätzen bearbeitet. So wird die zweite Elektrode 25 erhalten. Dann wird die untere Aluminiumnitratschicht zu einer vorbestimmten Konfiguration durch Photolithographie und Naßätzen bearbeitet, wodurch die piezoelektrische Schicht 24 zwischen der ersten (unteren) Elektrode 23 und der zweiten (oberen) Elektrode 25 erhalten wird.

Danach wird, wie in 4C, 5C und 6C gezeigt, ein Photoresist 27 auf dem Substrat 11 gebildet, um die Basisschicht 22 und die Resonatorbaugruppe 26 zu bedecken. Dann werden Durchgangslöcher 28 in dem Photoresist 27 durch Photolithographie hergestellt, um die oberen Flächen der jeweiligen zweiten Inseln 22'b der Opferschicht 22' zu exponieren. Dann wird die Substrat-Schicht-Baugruppe (21, 22, 26, 27) in Essigsäurelösung getaucht, die als Ätzmittel für die Opferschicht 22' dient (die aus Magnesiumoxid ist). Dabei fließt die Essigsäurelösung in die Durchgangslöcher 28 in dem Photoresist 27 und erreicht die Opferschicht 22'. Demzufolge ätzt das Ätzmittel die Opferschicht 22' weg, wodurch ein vorläufiger Raum 29' unter der Resonatorbaugruppe 26 gebildet wird. Hier sei erwähnt, daß die Basisschicht 22 (die aus Siliziumdioxid ist) selbst bei Vorhandensein der Essigsäurelösung im wesentlichen intakt bleibt.

Nachdem der vorläufige Raum 29' gebildet ist, wird die Substrat-Schicht-Baugruppe in Fluorwasserstoffsäurepufferlösung getaucht, die als Ätzmittel für die Basisschicht 22 dient. Dabei fließt das Ätzmittel in die Durchgangslöcher 28 und den vorläufigen Raum 29'. Danach schreitet das Ätzen, wie in 5D und 6D gezeigt, durch die Dicke der Basisschicht 22 hindurch nach unten gleichförmig voran, während es mit derselben Rate auch seitlich voranschreitet. Der Ätzprozeß wird gestoppt, wenn die gesamte Dicke (5 &mgr;m) der Basisschicht 22 weggefressen ist, wie in 5E und 6E gezeigt. In der Draufsicht ist ersichtlich, daß der resultierende Raum 29 um 5 &mgr;m größer als der vorläufige Raum 29' geworden ist. Da das seitliche Wachsen des Hauptraumes 29 bezüglich des vorläufigen Raumes 29' somit klein ist, kann der FBAR der Erfindung vorteilhafterweise klein sein.

Nach der Bildung des Hauptraumes 29 wird das Photoresist 27 entfernt, wie in 4D, 5F und 6F gezeigt. Somit wird ein FBAR-Produkt 20 erhalten. Ein Bandpaßfilter kann hergestellt werden, indem eine geeignete Anzahl von FBARs 20 in Abzweigform angeordnet wird.

Das Ätzmittel wird, wie oben beschrieben, in den vorläufigen Raum 29' eingeführt und frißt dann einen Abschnitt der Basisschicht 22 weg, um den Hauptraum 29 vorzusehen. Der vorläufige Raum 29' wird durch die Opferschicht 22' konfiguriert. Auf diese Weise kann die Konfiguration des Hauptraumes 29 durch Verändern der Geometrie der Opferschicht 22' maßgeschneidert werden. Dies ist vorteilhaft, um die Charakteristiken des Filters einzustellen. In 4A ist die Opferschicht 22' "zweiarmig" gezeigt, obwohl die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt ist. Die Opferschicht 22' kann nur ein Paar aus der zweiten Insel 22'b und dem Verbindungsstreifen 22'c oder mehr als zwei Paare haben.

7 zeigt im Schnitt einen FBAR 30, der durch ein Herstellungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Aus dem Vergleich zwischen 7 und 6F geht hervor, daß der FBAR 30 im wesentlichen derselbe wie der FBAR 20 der ersten Ausführungsform ist, abgesehen von einigen Unterschieden, die unten beschrieben sind.

Genauer gesagt, der FBAR 30 enthält ein Siliziumsubstrat 31, eine Basisschicht 32 und eine Resonatorbaugruppe 36. Die Resonatorbaugruppe 36 ist wieder eine Vorrichtung aus drei Komponenten, die eine erste Elektrode 33, eine piezoelektrische Schicht 34 und eine zweite Elektrode 35 umfaßt. Die Basisschicht 32 ist mit einem Raum 39 gebildet, der unter der Resonatorbaugruppe 36 angeordnet ist. In der dritten Ausführungsform hat die Basisschicht 32 eine Dicke von 10 &mgr;m, die sich von der Dicke des Pendants der zweiten Ausführungsform (d. h., 5 &mgr;m) unterscheidet. Da die Dicke des Raumes 39 5 &mgr;m beträgt, erstreckt sich der Raum 39 nicht durch die Basisschicht 32 hindurch, sondern stoppt kurz vor dem Substrat 31. Diese Anordnung gewährleistet eine breite Kontaktfläche zwischen dem Substrat 31 und der Basisschicht 32, die zum Erreichen einer stabilen Befestigung der Basisschicht 32 an dem Substrat 31 von Vorteil ist.

8 zeigt einen Schritt eines FBAR-Herstellungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der gezeigte Schritt entspricht dem Schritt, der in 4B (bezüglich der ersten Ausführungsform) gezeigt ist. Ein FBAR 40 der dritten Ausführungsform enthält, wie gezeigt, ein Siliziumsubstrat 41, eine Basisschicht 42, eine Opferschicht 42' und eine Resonatorbaugruppe 46. Die Resonatorbaugruppe 46 enthält eine erste Elektrode 43, eine piezoelektrische Schicht 44 und eine zweite Elektrode 45.

In dieser Ausführungsform enthält die Opferschicht 42' eine erste Insel 42'a, die unter der Resonatorbaugruppe 46 angeordnet ist, vier zweite Inseln 42'b, die von der ersten Insel 42'a getrennt angeordnet sind, und vier Verbindungsstreifen 42'c zum Verbinden der jeweiligen zweiten Inseln 42'b mit der ersten Insel 42'a. Die anderen Glieder, Elemente, etc., sind in der Anordnung den oben beschriebenen Pendants bezüglich der ersten Ausführungsform ähnlich.

Nachdem die Resonatorbaugruppe 46 auf dem Substrat 41 hergestellt worden ist, wird ein Photoresist (nicht gezeigt) gebildet, um die Basisschicht 42 und die Resonatorbaugruppe 46 auf dieselbe Weise wie in 5C zu umschließen. Gemäß der dritten Ausführungsform wird das nichtgezeigte Photoresist mit vier Durchgangslöchern versehen, von denen jedes hinsichtlich der Position einer relevanten von den vier zweiten Inseln 42'b entspricht. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird ein Ätzmittel für die Opferschicht 42' (das heißt, Essigsäurelösung) über die Durchgangslöcher zugeführt, so daß ein vorläufiger Raum (vgl. Bezugszeichen 29' in 5C) unter der Resonatorbaugruppe 46 gebildet wird. Dann wird ein Ätzmittel für die Basisschicht 42 (das heißt, Fluorwasserstoffsäurepufferlösung) in den vorläufigen Raum über die Durchgangslöcher eingeführt, so daß ein Hauptraum in der Basisschicht 42 gebildet wird. In der dritten Ausführungsform werden vier Durchgangslöcher verwendet, um die Ätzmittel der Opferschicht 42' und der Basisschicht 42 zuzuführen. Dies ist zum Verkürzen der Ätzzeit vorteilhaft.

9A-9F zeigen die Schritte eines FBAR-Herstellungsverfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10A-10F sind Schnittansichten längs der Linien X-X in 9A-9F, während 11A-11F Schnittansichten längs der Linien XI-XI in 9A-9F sind.

Gemäß der viertes Ausführungsform werden eine Basisschicht 52 und eine Opferschicht 52' auf einem Siliziumsubstrat 51 gebildet, wie in 9A, 10A und 11A gezeigt. Genauer gesagt, die Basisschicht 52 wird gebildet, indem eine 5 &mgr;m dicke Siliziumoxidschicht auf dem Siliziumsubstrat 51 zum Beispiel durch Plasma-CVD vorgesehen wird. Dann wird eine 10 &mgr;m dicke Magnesiumoxidschicht auf der Basisschicht 52 gebildet. Danach wird die Magnesiumoxidschicht durch Photolithographie und Naß-(oder Trocken-)Ätzen zu der gewünschten Opferschicht 52' bearbeitet. Beim Naßätzen kann das Ätzmittel Essigsäurelösung sein. In dieser Ausführungsform enthält die Opferschicht 52' eine erste Insel 52'a und zwei zweite Inseln 52'b, die mit der ersten Insel durch Verbindungsstreifen 52'c verbunden sind. Die Opferschicht 52' kann aus Zinkoxid hergestellt werden, so daß sie eine größere Ätzselektivität als die Basisschicht 52 und eine erste Elektrode 53 (die später beschrieben wird) hat.

Dann wird, wie in 9B, 10B und 11B gezeigt, eine 10 &mgr;m dicke Siliziumoxidschicht 52'' auf der Basisschicht 52 und der Opferschicht 52' zum Beispiel durch Plasma-CVD gebildet. Es sei erwähnt, daß die Dicke der Siliziumoxidschicht 52'' dieselbe wie die der Opferschicht 52' ist.

Dann wird die Siliziumoxidschicht 52'', wie in 9C, 10C und 11C gezeigt, mit der Opferschicht 52' bündig gemacht, indem der erhöhte Abschnitt der Siliziumoxidschicht 52'' entfernt wird, der auf der Opferschicht 5' angeordnet ist. Dieses Entfernen kann durch ein Rückätzverfahren unter Verwendung eines Resists erfolgen.

Dann wird, wie in 9D, 10D und 11D gezeigt, eine Resonatorbaugruppe 56 auf der Basisschicht 52 gebildet. Die Resonatorbaugruppe 56 umfaßt eine erste Elektrode 53, eine piezoelektrische Schicht 54 und eine zweite Elektrode 55. Die Resonatorbaugruppe 56 kann durch dieselben Schritte wie die Resonatorbaugruppe 26 der ersten Ausführungsform gebildet werden, obwohl sich diese zwei Baugruppen wie folgt unterscheiden. In der ersten Ausführungsform hat die erste Elektrode 23 (siehe zum Beispiel 6D), wie oben erwähnt, einen gestuften Abschnitt, der das besondere Herstellungsverfahren reflektiert. In der vierten Ausführungsform ist die erste Elektrode 53 andererseits gleichförmig flach und hat keinen erhöhten oder vertieften Abschnitt.

Dann wird, wie in 9E, 10E und 11E gezeigt, ein Photoresist 57 gebildet, um die Basisschicht 52, die Opferschicht 52' und die Resonatorbaugruppe 56 zu bedecken. Durchgangslöcher 58 werden in dem Photoresist 57 durch Photolithographie gebildet, um die zweiten Inseln 52'b der Opferschicht 52 zu exponieren. Danach wird Essigsäurelösung in die Durchgangslöcher 58 eingeführt, um als Ätzmittel für die Opferschicht 52' zu fungieren. Als Resultat wird die Opferschicht 52'b weggeätzt, wodurch unter der Resonatorbaugruppe 56 ein vorläufiger Raum 59' hergestellt wird. In diesem Stadium ist die Basisschicht 52 (die aus Siliziumdioxid ist) nicht weggeätzt.

Nachdem der vorläufige Raum 59' gebildet worden ist, wird Fluorwasserstoffsäurepufferlösung in den vorläufigen Raum 59' über die Durchgangslöcher 58 eingeführt. Diese Lösung wirkt auf die Basisschicht 52 und frißt die Basisschicht 52 in abwärtiger Richtung gleichförmig weg. Wenn die Ätztiefe dann 5 &mgr;m erreicht, wird der Ätzprozeß gestoppt.

Schließlich wird das Photoresist 57 entfernt, wie in 9F, 10F und 11F gezeigt. Somit wird das FBAR-Produkt 50 erhalten.

Gemäß der obigen Ausführungsform wird die erste Elektrode 53, wie oben erwähnt, auf einer vollkommen flachen Oberfläche hergestellt. Da die erste Elektrode 53 insgesamt flach gebildet wird, ist es auf diese Weise möglich, die Störmodulation zu reduzieren, die sonst für die korrekte Operation des FBAR 50 schädlich sein könnte.

Bei den oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen bedeckt die erste Elektrode der Resonatorbaugruppe nur einen Teil der Opferschicht (siehe zum Beispiel 8, wo die zweiten Inseln 42'b der Opferschicht 42 nicht von der ersten Elektrode 43 bedeckt sind). Alternativ kann die erste Elektrode die gesamte Opferschicht bedecken. Um die darunterliegende Opferschicht wegzuätzen, muß die Opferschicht in diesem Fall von der ersten Elektrode exponiert werden. Zu diesem Zweck kann in der ersten Elektrode eine Öffnung zum Beispiel durch Trockenätzen gebildet werden. Dann wird der exponierte Abschnitt der Opferschicht mit dem Ätzmittel, das über ein Durchgangsloch zugeführt wird, das in einem Photoresist gebildet ist, in Kontakt gebracht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, eine Vertiefung oder ein Durchgangsloch in dem Substrat zum Vorsehen eines Raumes unter der Resonatorbaugruppe zu bilden. Dies ist zum Verbessern der mechanischen Festigkeit eines FBAR insgesamt von Vorteil. Im Unterschied zu dem Stand der Technik ist es ferner nicht notwendig, eine Schleifoperation an einer Opferschicht auszuführen, die in eine Vertiefung gefüllt wurde, die in einem Substrat gebildet ist. Vorteilhafterweise dient das Weglassen des Schleifprozesses dazu, Produktionszeit und Produktionskosten einzusparen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum eines akustischen Dünnfilm-Volumenresonators, welches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

    Bilden einer Basisschicht (22, 32, 42, 52) auf einem Substrat (21, 31, 41, 51);

    Mustern einer Opferschicht (22', 42', 52') in eine vorbestimmte Konfiguration auf der Basisschicht (22, 32, 42, 52);

    Bilden einer Resonatorbaugruppe (26, 36, 46, 56), die eine erste Elektrode (23, 33, 43, 53), eine zweite Elektrode (25, 35, 45, 55) und eine piezoelektrische Schicht (24, 34, 44, 54) enthält, die zwischen den ersten und zweiten Elektroden (23, 33, 43, 53; 25, 35, 45, 55) angeordnet ist, welche erste Elektrode (23, 33, 43, 53) auf der Opferschicht (22', 42', 52') und der Basisschicht (22, 32, 42, 52) aufliegt;

    Bilden einer Resistschicht (17, 57), die die Resonatorbaugruppe (26, 36, 46, 56), die Opferschicht (22', 42', 52') und die Basisschicht (22, 32, 42, 52) bedeckt;

    Bilden eines Durchgangslochs (28, 58) in der Resistschicht (17, 57), zum Exponieren eines Abschnittes der Opferschicht (22', 42', 52');

    Zuführen eines ersten Ätzmittels über das Durchgangsloch (28, 58), zum Entfernen der Opferschicht (22', 42', 52'), um einen vorläufigen Raum (29', 59') unter der Resonatorbaugruppe (26, 36, 46, 56) vorzusehen;

    Zuführen eines zweiten Ätzmittels über das Durchgangsloch (28, 58), zum Bilden eines Hauptraumes (29, 39, 59) in der Basisschicht (22; 32, 42, 52) unter der Resonatorbaugruppe (26, 36, 46, 56), welcher Hauptraum (29, 39, 59) größer als der vorläufige Raum (29', 59') ist; und Entfernen der Resistschicht (17, 57).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt zum Bilden des Durchgangslochs (28, 58) das Exponieren eines Abschnittes der ersten Elektrode (23, 33, 43, 53) über das Durchgangsloch (28, 58) und das Entfernen des exponierten Abschnittes der ersten Elektrode (23, 33, 43, 53) enthält, um die Opferschicht (22', 42', 52') zu exponieren.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit dem Schritt zum Bilden einer zusätzlichen Schicht (52'') auf der Basisschicht (52), nachdem die Opferschicht (52') gebildet ist, welche zusätzliche Schicht (52'') gebildet wird, um mit der Opferschicht (52') bündig zu sein.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Opferschicht (22', 42', 52') einen ersten Kontaktfleck (22'a, 42'a, 52'a), einen zweiten Kontaktfleck (22'b, 42'b, 52'b) und einen Verbindungsstreifen (22'c, 42'c, 52'c) enthält, der den ersten Kontaktfleck (22'a, 42'a, 52'a) mit dem zweiten Kontaktfleck (22'b, 42'b, 52'b) verbindet, welche Resonatorbaugruppe (26, 36, 46, 56) gebildet wird, um den ersten Kontaktfleck (22'a, 42'a, 52'a) zu bedecken, wobei das Durchgangsloch (28, 58) gebildet wird, um wenigstens einen Abschnitt des zweiten Kontaktflecks (22'b, 42'b, 52'b) zu exponieren.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Opferschicht (22', 42', 52') in der Dicke kleiner als die erste Elektrode (22'a, 42'a, 52'a) ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Basisschicht (32) eine Dicke hat, die größer als eine Tiefe des Hauptraumes (39) ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Basisschicht (22, 32, 42, 52) eine Dicke in dem Bereich zwischen 1 und 50 &mgr;m hat.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Basisschicht (22, 32, 42, 52) aus einem Isoliermaterial gebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Isoliermaterial eines ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, PSG, BSG, BPSG und SOG.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine der ersten und zweiten Elektroden (25, 35, 45, 55) aus einem Material hergestellt wird, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Molybdän, Tantal, Wolfram, Nickel, Niob, Gold, Platin, Kupfer, Palladium, Aluminium, Titan, Chrom, Titannitrid, Tantalnitrid, Niobnitrid, Molybdänsilizid, Tantalsilizid, Wolframsilizid, Niobsilizid und Chromsilizid.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das zweite Ätzmittel eines ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Fluorwasserstoffsäurelösung, Essigsäurelösung und Phosphorsäurelösung.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Opferschicht (22', 42', 52') aus einem von Magnesiumoxid und Zinkoxid hergestellt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das erste Ätzmittel entweder Essigsäurelösung oder Phosphorsäurelösung ist.
  14. Akustischer Dünnfilm-Volumenresonator hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, mit:

    einem Substrat (21, 31, 41, 51);

    einer Resonatorbaugruppe (26, 36, 46, 56), die auf dem Substrat (21, 31, 41, 51) vorgesehen ist, welche Baugruppe (26, 36, 46, 56) eine untere Elektrode (23, 33, 43, 53), eine obere Elektrode (25, 35, 45, 55) und ein piezoelektrisches Glied (24, 34, 44, 54) enthält, das zwischen den oberen und unteren Elektroden (25, 35, 45, 55; 23, 33, 43, 53) angeordnet ist;

    einem vorläufigen Raum (29', 59'), der zwischen der unteren Elektrode (23, 33, 43, 53) und dem Substrat (21, 31, 41, 51) angeordnet ist; und

    einem Hauptraum (29, 59), der mit dem vorläufigen Raum (29', 59') verbunden ist, welcher Hauptraum (29, 59) größer als der vorläufige Raum (29', 59') ist.
Es folgen 11 Blatt Zeichnungen






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