DE10152780B4 - Akustischer Dünnfilm-Volumenresonator und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents
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Abstract
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...
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);
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Bilden eines Durchgangslochs (28, 58) in der Resistschicht...
Description
- 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 - Die obigen herkömmlichen Verfahren leiden unter den folgenden Problemen. Speziell kann der Siliziumwafer von
JP-A-6-204776 - 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 μm.
- 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 in1 ; -
3A -3F sind Schnittansichten längs der Linien III-III in1 ; -
4A -4D sind Draufsichten, die ein Herstellungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; -
5A -5F sind Schnittansichten längs der Linien V-V in4 ; -
6A -6F sind Schnittansichten längs der Linien VI-VI in4 ; -
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 in9 ; und -
11A -11F sind Schnittansichten längs der Linien XI-XI in9 . - 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 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, sind1 Draufsichten,2 Schnittansichten längs der Linien II-II in1 und3 Schnittansichten längs der Linien III-III in1 . - Gemäß dem Verfahren wird zuerst eine Basisschicht
12 auf einem Siliziumsubstrat11 gebildet, wie in1A ,2A und3A gezeigt. Die Basisschicht12 hat eine Dicke von 5 μm 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 μm 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 und3B gezeigt, eine Resonatorbaugruppe16 , die drei Schichten13-15 umfaßt, auf der Basisschicht12 gebildet. Bezugszeichen13 bezeichnet eine erste Elektrode, Bezugszeichen14 bezeichnet eine piezoelektrische Schicht, und Bezugszeichen15 bezeichnet eine zweite Elektrode. - Die erste Elektrode
13 wird aus Molybdän gebildet und hat eine Dicke von 100 nm. Die erste Elektrode13 kann auf folgende Weise hergestellt werden. Zuerst wird eine Molybdänschicht auf der Basisschicht12 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 Elektrode15 auf folgende Weise gebildet werden. Zuerst wird eine Aluminiumnitridschicht (die die piezoelektrische Schicht14 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 Elektrode13 wird dann die obere Molybdänschicht zu der vorgeschriebenen Konfiguration bearbeitet, um die zweite Elektrode15 vorzusehen. Dann wird die Aluminiumnitridzwischenschicht durch Photolithographie und Naßätzen bearbeitet, um die piezoelektrische Schicht14 vorzusehen. Bei diesem Naßätzen kann erhitzte Phosphorsäure als Ätzmittel verwendet werden. Wenn die piezoelektrische Schicht14 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 und3C wird ein Photoresist17 gebildet, um die Basisschicht12 und die Resonatorbaugruppe16 zu bedecken, nachdem die Resonatorbaugruppe16 hergestellt worden ist. Das Photoresist17 wird, wie in den Figuren gezeigt, mit Durchgangslöchern18 gebildet, durch die die Basisschicht12 exponiert wird. Solche Löcher können durch Photolithographie gebildet werden. Das Photoresist17 kann ein Positivton-Resist auf Novolak-Basis sein. Bei der gezeigten Ausführungsform werden zwei Durchgangslöcher18 gebildet, die an die erste Elektrode13 auf flankierende Weise angrenzen. Dann wird die Substrat-Schicht-Baugruppe (11 ,12 ,16 ,17 ), die in2C gezeigt ist, in eine Essigsäurelösung getaucht, die als Ätzmittel für die Basisschicht12 (die aus Magnesiumoxid ist) dient. Daher fließt die Essigsäurelösung in die Durchgangslöcher18 , die in dem Photoresist17 gebildet sind. Demzufolge wird die Basisschicht12 , wie in2D und3D gezeigt, an den unteren Enden der jeweiligen Durchgangslöcher18 gleichförmig weggeätzt. Die zwei hohlen Abschnitte in der Basisschicht12 werden im Durchmessergrößer (wie in der Draufsicht gezeigt), wenn mehr von dem Ätzmittel durch die Durchgangslöcher18 hineinfließt. Schließlich verschmelzen die Folgeabschnitte zu einem großen Raum19 , wie in2E und3E gezeigt. In diesem Stadium wird die Substrat- Schicht-Baugruppe aus dem Ätzmittel herausgenommen, um das Wachsen des Raumes19 zu stoppen. - Schließlich wird das Photoresist
17 entfernt, wie in1D ,2F und3F gezeigt, wodurch das Produkt eines akustischen Film-Grundmaterial-Resonators10 erhalten wird. Von oben gesehen, ist der Resonator10 mit einem Raum19 unter der ersten Elektrode13 versehen. Die Tiefe des Raumes19 beträgt 5 μm. - Ein Bandpaßfilter, wie es in der Technik bekannt ist, wird erhalten, indem eine Vielzahl von Resonatoren
10 in Abzweigform verbunden wird. Unter Bezugnahme auf1D ist die Überlappungslänge A der ersten und zweiten Elektroden13 ,14 ein Parameter, um die Charakteristiken des resultierenden Filters zu spezifizieren. Wenn die Länge A für die seriell verbundenen Resonatoren zum Beispiel auf 40 μm und für die parallel verbundenen Resonatoren auf 100 μm festgelegt wird, kann die Abzweigstruktur der Resonatoren ein Bandpaßfilter mit einer Mittenfrequenz von 5 GHz vorsehen. - Nun wird Bezug auf
4A -4D ,5A -5F und6A -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 in4 und6 Schnittansichten längs der Linien VI-VI in4 . - Gemäß der dieser Ausführungsform wird ein FBAR auf folgende Weise hergestellt. Zuerst werden, wie in
4A ,5A und6A gezeigt, eine Basisschicht22 und eine Opferschicht22' auf einem Siliziumsubstrat21 gebildet. Genauer gesagt, die Basisschicht22 kann durch Plasma-CVD [chemical vapor deposition (chemische Dampfabscheidung)) aus Siliziumdioxid gebildet werden, um eine Dicke von 5 μm zu haben. Dann wird eine Magnesiumoxidschicht mit einer Dicke von 10 nm auf der Basisschicht22 zum Beispiel durch Elektronen strahlabscheidung gebildet. Diese MgO-Schicht wird zu der Opferschicht22' durch Photolithographie und Naßätzen (oder Trockenätzen) bearbeitet. Beim Naßätzen kann das Ätzmittel Essigsäurelösung sein. Bei der gezeigten Ausführungsform enthält die Opferschicht22' eine erste Insel22'a und zwei zweite Inseln22' b. Die zweiten Inseln22'b liegen bezüglich der ersten Insel22'a einander gegenüber und sind mit der ersten Insel22' a über Verbindungsstreifen22'c verbunden. Die Opferschicht22' kann aus Zinkoxid sein, so daß sie eine größere Ätzselektivität als die Basisschicht22 und eine erste Elektrode23 (die später beschrieben wird) aufweist (d. h., sie kann leichter weggeätzt werden). - Dann wird, wie in
4B ,5B und6B gezeigt, eine Resonatorbaugruppe26 auf der Basisschicht22 gebildet. Die Resonatorbaugruppe26 umfaßt eine erste Elektrode23 , eine piezoelektrische Schicht24 und eine zweite Elektrode25 . Speziell wird zuerst eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 100 nm auf der Basisschicht22 zum Beispiel durch Sputtern gebildet. Dann wird die Molybdänschicht zu der ersten Elektrode23 durch Photolithographie und Trockenätzen (oder Naßätzen) auf solch eine Weise bearbeitet, daß die resultierende erste Elektrode23 die erste Insel22'a und einen Teil von jedem Verbindungsstreifen22'c der Opferschicht22' bedeckt. Auf Grund des Vorhandenseins der Opferschicht22' ist die erste Elektrode23 nicht vollkommen flach, sondern hat teilweise einen erhöhten Abschnitt (von unten gesehen, ist die erste Elektrode23 mit einer Vertiefung gebildet). Der Höhenunterschied zwischen dem erhöhten Abschnitt und dem übrigen Abschnitt der ersten Elektrode23 beträgt 10 nm. - Nachdem die erste Elektrode
23 gebildet worden ist, wird eine Aluminiumnitratschicht mit einer Dicke von 500 nm auf der ersten Elektrode23 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 Elektrode25 erhalten. Dann wird die untere Aluminiumnitratschicht zu einer vorbestimmten Konfiguration durch Photolithographie und Naßätzen bearbeitet, wodurch die piezoelektrische Schicht24 zwischen der ersten (unteren) Elektrode23 und der zweiten (oberen) Elektrode25 erhalten wird. - Danach wird, wie in
4C ,5C und6C gezeigt, ein Photoresist27 auf dem Substrat11 gebildet, um die Basisschicht22 und die Resonatorbaugruppe26 zu bedecken. Dann werden Durchgangslöcher28 in dem Photoresist27 durch Photolithographie hergestellt, um die oberen Flächen der jeweiligen zweiten Inseln22' b der Opferschicht22' zu exponieren. Dann wird die Substrat-Schicht-Baugruppe (21 ,22 ,26 ,27 ) in Essigsäurelösung getaucht, die als Ätzmittel für die Opferschicht22' dient (die aus Magnesiumoxid ist). Dabei fließt die Essigsäurelösung in die Durchgangslöcher28 in dem Photoresist27 und erreicht die Opferschicht22' . Demzufolge ätzt das Ätzmittel die Opferschicht22' weg, wodurch ein vorläufiger Raum29' unter der Resonatorbaugruppe26 gebildet wird. Hier sei erwähnt, daß die Basisschicht22 (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 Basisschicht22 dient. Dabei fließt das Ätzmittel in die Durchgangslöcher28 und den vorläufigen Raum29' . Danach schreitet das Ätzen, wie in5D und6D gezeigt, durch die Dicke der Basisschicht22 hindurch nach unten gleichförmig voran, während es mit derselben Rate auch seitlich voranschreitet. Der Ätzprozeß wird gestoppt, wenn die gesamte Dicke (5 μm) der Basisschicht22 weggefressen ist, wie in5E und6E gezeigt. In der Draufsicht ist ersichtlich, daß der resultierende Raum29 um 5 μm größer als der vorläufige Raum29' geworden ist. Da das seitliche Wachsen des Hauptraumes29 bezüglich des vorläufigen Raumes29' somit klein ist, kann der FBAR der Erfindung vorteilhafterweise klein sein. - Nach der Bildung des Hauptraumes
29 wird das Photoresist27 entfernt, wie in4D ,5F und6F gezeigt. Somit wird ein FBAR-Produkt20 erhalten. Ein Bandpaßfilter kann hergestellt werden, indem eine geeignete Anzahl von FBARs20 in Abzweigform angeordnet wird. - Das Ätzmittel wird, wie oben beschrieben, in den vorläufigen Raum
29' eingeführt und frißt dann einen Abschnitt der Basisschicht22 weg, um den Hauptraum29 vorzusehen. Der vorläufige Raum29' wird durch die Opferschicht22' konfiguriert. Auf diese Weise kann die Konfiguration des Hauptraumes29 durch Verändern der Geometrie der Opferschicht22' maßgeschneidert werden. Dies ist vorteilhaft, um die Charakteristiken des Filters einzustellen. In4A ist die Opferschicht22' "zweiarmig" gezeigt, obwohl die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt ist. Die Opferschicht22' kann nur ein Paar aus der zweiten Insel22'b und dem Verbindungsstreifen22'c oder mehr als zwei Paare haben. -
7 zeigt im Schnitt einen FBAR30 , der durch ein Herstellungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Aus dem Vergleich zwischen7 und6F geht hervor, daß der FBAR 30 im wesentlichen derselbe wie der FBAR20 der ersten Ausführungsform ist, abgesehen von einigen Unterschieden, die unten beschrieben sind. - Genauer gesagt, der FBAR
30 enthält ein Siliziumsubstrat31 , eine Basisschicht32 und eine Resonatorbaugruppe36 . Die Resonatorbaugruppe36 ist wieder eine Vorrichtung aus drei Komponenten, die eine erste Elektrode33 , eine piezoelektrische Schicht34 und eine zweite Elektrode35 umfaßt. Die Basisschicht32 ist mit einem Raum39 gebildet, der unter der Resonatorbaugruppe36 angeordnet ist. In der dritten Ausführungsform hat die Basisschicht32 eine Dicke von 10 μm, die sich von der Dicke des Pendants der zweiten Ausführungsform (d. h., 5 μm) unterscheidet. Da die Dicke des Raumes 39 5 μm beträgt, erstreckt sich der Raum39 nicht durch die Basisschicht32 hindurch, sondern stoppt kurz vor dem Substrat31 . Diese Anordnung gewährleistet eine breite Kontaktfläche zwischen dem Substrat31 und der Basisschicht32 , die zum Erreichen einer stabilen Befestigung der Basisschicht32 an dem Substrat31 von Vorteil ist. -
8 zeigt einen Schritt eines FBAR-Herstellungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der gezeigte Schritt entspricht dem Schritt, der in4B (bezüglich der ersten Ausführungsform) gezeigt ist. Ein FBAR40 der dritten Ausführungsform enthält, wie gezeigt, ein Siliziumsubstrat41 , eine Basisschicht42 , eine Opferschicht42' und eine Resonatorbaugruppe46 . Die Resonatorbaugruppe46 enthält eine erste Elektrode43 , eine piezoelektrische Schicht44 und eine zweite Elektrode45 . - In dieser Ausführungsform enthält die Opferschicht
42' eine erste Insel42'a , die unter der Resonatorbaugruppe46 angeordnet ist, vier zweite Inseln42'b , die von der ersten Insel42'a getrennt angeordnet sind, und vier Verbindungsstreifen42'c zum Verbinden der jeweiligen zweiten Inseln42' b mit der ersten Insel42'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 Substrat41 hergestellt worden ist, wird ein Photoresist (nicht gezeigt) gebildet, um die Basisschicht42 und die Resonatorbaugruppe46 auf dieselbe Weise wie in5C 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 Inseln42'b entspricht. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird ein Ätzmittel für die Opferschicht42' (das heißt, Essigsäurelösung) über die Durchgangslöcher zugeführt, so daß ein vorläufiger Raum (vgl. Bezugszeichen29' in5C ) unter der Resonatorbaugruppe46 gebildet wird. Dann wird ein Ätzmittel für die Basisschicht42 (das heißt, Fluorwasserstoffsäurepufferlösung) in den vorläufigen Raum über die Durchgangslöcher eingeführt, so daß ein Hauptraum in der Basisschicht42 gebildet wird. In der dritten Ausführungsform werden vier Durchgangslöcher verwendet, um die Ätzmittel der Opferschicht42' und der Basisschicht42 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 in9A -9F , während11A -11F Schnittansichten längs der Linien XI-XI in9A -9F sind. - Gemäß der viertes Ausführungsform werden eine Basisschicht
52 und eine Opferschicht52' auf einem Siliziumsubstrat51 gebildet, wie in9A ,10A und11A gezeigt. Genauer gesagt, die Basisschicht52 wird gebildet, indem eine 5 μm dicke Siliziumoxidschicht auf dem Siliziumsubstrat51 zum Beispiel durch Plasma-CVD vorgesehen wird. Dann wird eine 10 μm dicke Magnesiumoxidschicht auf der Basisschicht52 gebildet. Danach wird die Magnesiumoxidschicht durch Photolithographie und Naß-(oder Trocken-)Ätzen zu der gewünschten Opferschicht52' bearbeitet. Beim Naßätzen kann das Ätzmittel Essigsäurelösung sein. In dieser Ausführungsform enthält die Opferschicht52' eine erste Insel52'a und zwei zweite Inseln52'b , die mit der ersten Insel durch Verbindungsstreifen52'c verbunden sind. Die Opferschicht52' kann aus Zinkoxid hergestellt werden, so daß sie eine größere Ätzselektivität als die Basisschicht52 und eine erste Elektrode53 (die später beschrieben wird) hat. - Dann wird, wie in
9B ,10B und11B gezeigt, eine 10 μm dicke Siliziumoxidschicht52'' auf der Basisschicht52 und der Opferschicht52' zum Beispiel durch Plasma-CVD gebildet. Es sei erwähnt, daß die Dicke der Siliziumoxidschicht52'' dieselbe wie die der Opferschicht52' ist. - Dann wird die Siliziumoxidschicht
52'' , wie in9C ,10C und11C gezeigt, mit der Opferschicht52' bündig gemacht, indem der erhöhte Abschnitt der Siliziumoxidschicht52'' entfernt wird, der auf der Opferschicht5' angeordnet ist. Dieses Entfernen kann durch ein Rückätzverfahren unter Verwendung eines Resists erfolgen. - Dann wird, wie in
9D ,10D und11D gezeigt, eine Resonatorbaugruppe56 auf der Basisschicht52 gebildet. Die Resonatorbaugruppe56 umfaßt eine erste Elektrode53 , eine piezoelektrische Schicht54 und eine zweite Elektrode55 . Die Resonatorbaugruppe56 kann durch dieselben Schritte wie die Resonatorbaugruppe26 der ersten Ausführungsform gebildet werden, obwohl sich diese zwei Baugruppen wie folgt unterscheiden. In der ersten Ausführungsform hat die erste Elektrode23 (siehe zum Beispiel6D ), wie oben erwähnt, einen gestuften Abschnitt, der das besondere Herstellungsverfahren reflektiert. In der vierten Ausführungsform ist die erste Elektrode53 andererseits gleichförmig flach und hat keinen erhöhten oder vertieften Abschnitt. - Dann wird, wie in
9E ,10E und11E gezeigt, ein Photoresist57 gebildet, um die Basisschicht52 , die Opferschicht52' und die Resonatorbaugruppe56 zu bedecken. Durchgangslöcher58 werden in dem Photoresist57 durch Photolithographie gebildet, um die zweiten Inseln52' b der Opferschicht52 zu exponieren. Danach wird Essigsäurelösung in die Durchgangslöcher58 eingeführt, um als Ätzmittel für die Opferschicht52' zu fungieren. Als Resultat wird die Opferschicht52'b weggeätzt, wodurch unter der Resonatorbaugruppe56 ein vorläufiger Raum59' hergestellt wird. In diesem Stadium ist die Basisschicht52 (die aus Siliziumdioxid ist) nicht weggeätzt. - Nachdem der vorläufige Raum
59' gebildet worden ist, wird Fluorwasserstoffsäurepufferlösung in den vorläufigen Raum59' über die Durchgangslöcher58 eingeführt. Diese Lösung wirkt auf die Basisschicht52 und frißt die Basisschicht52 in abwärtiger Richtung gleichförmig weg. Wenn die Ätztiefe dann 5 μm erreicht, wird der Ätzprozeß gestoppt. - Schließlich wird das Photoresist
57 entfernt, wie in9F ,10F und11F gezeigt. Somit wird das FBAR-Produkt50 erhalten. - Gemäß der obigen Ausführungsform wird die erste Elektrode
53 , wie oben erwähnt, auf einer vollkommen flachen Oberfläche hergestellt. Da die erste Elektrode53 insgesamt flach gebildet wird, ist es auf diese Weise möglich, die Störmodulation zu reduzieren, die sonst für die korrekte Operation des FBAR50 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 Inseln42'b der Opferschicht42 nicht von der ersten Elektrode43 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.
Claims (14)
- 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 ). - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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 μm hat. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Basisschicht (
22 ,32 ,42 ,52 ) aus einem Isoliermaterial gebildet wird. - 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.
- 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. - 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.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Opferschicht (
22' ,42' ,52' ) aus einem von Magnesiumoxid und Zinkoxid hergestellt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das erste Ätzmittel entweder Essigsäurelösung oder Phosphorsäurelösung ist.
- 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.
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