DE102014105951A1 - Akustischer Resonator mit einer Planarisierungsschicht und ein Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

Akustischer Resonator mit einer Planarisierungsschicht und ein Verfahren zum Herstellen desselben Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer akustischen Volumenwellen(BAW)-Resonatorvorrichtung wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Ausbilden einer Ätzstoppschicht (250) über einer unteren Elektrode (220) und einem Substrat (205); Ausbilden einer dielektrischen Schicht (225) auf der Ätzstoppschicht (250); Ausbilden einer Fotomaske (260) über der dielektrischen Schicht (225), welche Fotomaske eine Öffnung (226) über der unteren Elektrode (220) begrenzt; Ätzen eines Abschnitts der dielektrischen Schicht (225) durch die Öffnung (226) der Fotomaske (260) hindurch bis zu der Ätzstoppschicht (250), um eine entsprechende Öffnung (226) in der dielektrischen Schicht (225) zu erzeugen; Entfernen der Fotomaske (260), so dass nicht-geätzte, herausragende Abschnitte (227) der dielektrischen Schicht (225) um die Öffnung (226) in der dielektrischen Schicht (225) herum zurückbleiben; und Entfernen der herausragenden Abschnitte (227) der dielektrischen Schicht (225), eines über der unteren Elektrode (220) angeordneten Teils der Ätzstoppschicht (250) und eines minimalen Abschnitts der Bodenelektrode (220), um eine planarisierte Oberfläche (229) bereitzustellen, die eine obere Oberfläche der Bodenelektrode (220) und eine benachbarte obere Oberfläche der über dem Substrat (205) abgelagerten, dielektrischen Schicht (225) umfasst.

Description

  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Akustische Resonatoren können verwendet werden, um Signalverarbeitungsfunktionen in verschiedenen elektronischen Anwendungen zu implementieren. Beispielsweise verwenden einige Mobiltelefone und andere Kommunikationseinrichtungen akustische Resonatoren, um Frequenzfilter für übertragene und/oder empfangene Signale zu implementieren. Gemäß verschiedener Anwendungen können mehrere verschiedene Arten von akustischen Resonatoren verwendet werden, wobei Beispiele die folgenden umfassen: akustische Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonatoren, wie etwa akustische Dünnschichtvolumenresonatoren (FBARs, film bulk acoustic resonator), gekoppelte Resonatorfilter (CRFs, coupled resonator filters), gestapelte akustische Volumenresonatoren (SBARs, stacked bulk acoustic resonsators), akustische Doppelvolumen-Resonatoren (DBARs, double bulk acoustic resonators), und festmontierte Resonatoren (SMRs, solidly mounted resonators). Ein FBAR beispielsweise umfasst eine piezoelektrische Schicht, die zwischen einer unteren (ersten) Elektrode und einer oberen (zweiten) Elektrode über einer Vertiefung ausgebildet ist. BAW-Resonatoren können in einer breiten Vielfalt von elektronischen Anwendungen verwendet werden, wie etwa Mobiltelefone, Organizer (PDAs, personal-digital assistants), elektronische Spieleeinrichtungen, Laptop-Computer und andere tragbare Kommunikationseinrichtungen. Beispielsweise können FBARs, die auf Frequenzen in der Nähe ihrer fundamentellen Resonanzfrequenzen arbeiten, als eine Schlüsselkomponente von Radiofrequenz(RF)-Filtern und -Duplexern in mobilen Geräten verwendet werden.
  • Ein akustischer Resonator umfasst typischerweise eine Schicht eines piezoelektrischen Materials, die zwischen zwei Plattenelektroden in einer Struktur, die als ein akustischer Stapel bezeichnet wird, eingelegt ist. Wenn ein elektrisches Eingangssignal zwischen den Elektroden angelegt wird, bewirkt der reziproke oder umgekehrte piezoelektrische Effekt, dass sich der akustische Stapel in Abhängigkeit von der Polarisierung des piezoelektrischen Materials mechanisch ausdehnt oder zusammenzieht. Wenn sich das elektrische Eingangssignal mit der Zeit verändert, erzeugt die Expansion und Kontraktion des akustischen Stapels akustische Wellen, die sich durch den akustischen Resonator in verschiedenen Richtungen ausbreiten und über den piezoelektrischen Effekt in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt werden. Einige der akustischen Wellen erzielen eine Resonanz quer durch den akustischen Stapel, wobei die Resonanzfrequenz durch Faktoren, wie etwa die Materialien, Abmessungen und Betriebsbedingungen des akustischen Stapels, bestimmt ist. Diese und andere mechanische Eigenschaften des akustischen Resonators bestimmen seine Frequenzantwort.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen akustischen Resonatorvorrichtung, die gemäß einem herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellt ist.
  • Mit Verweis auf 1, eine akustische Resonatorvorrichtung 100 umfasst ein Substrat 105, das eine Vertiefung 110, die eine akustische Reflexion ermöglicht, begrenzt (oder definiert). Eine untere Elektrode (oder Bodenelektrode) 120 wird auf dem Substrat 105 über der Vertiefung 110 ausgebildet. Eine piezoelektrische Schicht 130 wird auf dem Substrat 105 und der unteren Elektrode 120 ausgebildet, und eine obere Elektrode 140 wird auf einem Abschnitt der piezoelektrischen Schicht 130, der sich über der Bodenelektrode 120 erstreckt, ausgebildet. Die untere Elektrode 120, der Abschnitt der piezoelektrischen Schicht 130, der sich über der unteren Elektrode 120 erstreckt, und die obere Elektrode 140 definieren eine aktive Fläche der akustischen Resonatorvorrichtung 100.
  • Insbesondere erstreckt sich die untere Elektrode 120 über den äußeren Rand der Vertiefung 110 hinaus, erstreckt sich jedoch nicht bis zu den (verbindenden) Rändern (oder Kanten) des Substrats 105. Daher überspannt die piezoelektrische Schicht 130, wenn sie aufgebracht wird, zwei Niveaus, einschließlich eines Übergangsabschnitts, in dem das piezoelektrische Material zwischen einer oberen Oberfläche des Substrats 105 und einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode 120 übergeht. Dieser Aufbau vergrößert die Wahrscheinlichkeiten von Defekten (oder Fehlstellen), die in der piezoelektrischen Schicht 130 ausgebildet werden, wie etwa Risse und Leervolumina, insbesondere für eine relativ dicke, untere Elektrode 120. Auch senken derartige Defekte effizient die Durchschlagspannung der piezoelektrischen Schicht 130, und ermöglichen, dass die piezoelektrische Schicht 130 einer geringeren elektrostatischen Entladung (ESD, electro-static discharge) wiedersteht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beispielhaften Ausführungsformen werden am besten aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen zur Klarheit der Erörterung willkürlich vergrößert oder verkleinert werden. Wo immer dies anwendbar und praktikabel ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen akustischen Resonatorvorrichtung.
  • 2A ist eine Aufsicht von oben auf eine akustische Resonatorvorrichtung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 2B ist eine Querschnittsansicht einer akustischen Resonatorvorrichtung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 2C ist eine Querschnittsansicht einer akustischen Resonatorvorrichtung gemäß einer anderen repräsentativen Ausführungsform.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer akustischen Resonatorvorrichtung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform veranschaulicht.
  • 4A bis 4J sind Querschnittsdiagramme, die Schritte eines Herstellungsverfahrens einer akustischen Resonatorvorrichtung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform veranschaulichen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden für Zwecke der Erklärung und nicht zur Beschränkung beispielhafte Ausführungsformen, die spezifische Einzelheiten offenbaren, dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Es wird jedoch für einen Fachmann, der den Vorteil der vorliegenden Offenbarung genießt, offensichtlich, dass andere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehren, die von den hierin offenbarten spezifischen Einzelheiten abweichen, im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche verbleiben. Des Weiteren können Beschreibungen von wohl bekannten Vorrichtungen und Verfahren ausgelassen werden, um die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen nicht zu verschleiern. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind offensichtlich im Umfang der vorliegenden Lehren.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich Zwecken des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, beschränkend zu sein. Die definierten Ausdrücke sind zusätzlich zu der technischen, wissenschaftlichen oder gewöhnlichen Bedeutung der definierten Ausdrücke, so wie diese allgemein verstanden werden und in dem relevanten Zusammenhang akzeptiert sind.
  • Die Ausdrücke „ein”, „eine” und „der/die/das” umfassen sowohl einzelne als auch mehrere Bezugsobjekte, außer wenn der Kontext dies in anderer Weise vorgibt. Somit umfasst beispielsweise der Ausdruck „eine Vorrichtung” eine Vorrichtung und mehrere Vorrichtungen. Die Ausdrücke „wesentlich” oder „im Wesentlichen” bedeuten, innerhalb akzeptabler Grenzen oder Umfang zu sein. Der Ausdruck „näherungsweise” bedeutet, innerhalb einer akzeptablen Begrenzung oder einem Grad zu sein für einen Fachmann. Die relativen Ausdrücke, wie etwa „über”, „unter”, „oben”, „unten”, „zuoberst” und „zuunterst” können verwendet werden, um die Beziehungen der verschiedenen Elemente zueinander zu beschreiben, so wie das in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist. Es ist beabsichtigt, dass diese relativen Ausdrücke verschiedene Orientierungen der Vorrichtung und/oder der Elemente zusätzlich zu der in den Zeichnungen gezeigten Orientierung umfassen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in Bezug auf die Ansichten in den Zeichnungen invertiert wäre, dann wäre ein Element, das beispielsweise als „über” einem anderen Element beschrieben ist, nun unterhalb dieses Elements. Wo ausgesagt wird, dass eine erste Einrichtung mit einer zweiten Einrichtung verbunden (oder gekoppelt) ist, dann umfasst dies Beispiele, in denen eine oder mehrere zwischengeschaltete Einrichtungen eingesetzt werden können, um die beiden Einrichtungen miteinander zu verbinden. Wo im Gegensatz dazu ausgesagt wird, dass eine erste Einrichtung mit einer zweiten Einrichtung direkt verbunden oder direkt gekoppelt ist, dann umfasst dies Beispiele, in denen die beiden Einrichtungen ohne irgendwelche dazwischentretende Einrichtungen mit Ausnahme von elektrischen Verbindungen (z. B. Drähten, Verbindungsmaterialien, usw.) miteinander verbunden sind.
  • Die vorliegenden Lehren beziehen sich allgemein auf akustische Resonatoren, wie etwa akustische Schichtvolumen-Resonatoren (FBARs, film bulk acoustic wave resonators), oder festmontierte Resonatoren (SMRs, solidly mounted resonators), obwohl die Erörterung für Zwecke der Einfachheit auf FBARs gerichtet ist. Bestimmte Einzelheiten von akustischen Resonatoren, einschließlich der Materialien und Verfahren der Herstellung können in einer oder mehreren der folgenden, in normaler Weise besessenen U.S. Patenten und Patentanmeldungen gefunden werden: U.S. Patent Nr. 6,107,721 an Lakin; U.S. Patente Nrn. 5,587,620 , 5,873,153 , 6,507,983 , 6,384,697 , 7,275,292 und 7,629,865 an Ruby et al.; U.S. Patent Nr. 7,280,007 an Feng, et al.; U.S. Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift Nr. 2007/0205850 an Jamneala et al.; U.S. Patent Nr. 7,388,454 an Ruby et al.; U.S. Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift Nr. 2010/0327697 an Choy et al.; U.S. Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift Nr. 2010/0327994 an Choy et al., U.S Patentanmeldung Nr. 13/658,024 an Nikkel et al.; U.S Patentanmeldung Nr. 13/663,449 an Burak et al.; U.S Patentanmeldung Nr. 13/660,941 an Burak et al.; U.S Patentanmeldung Nr. 13/654,718 an Burak et al.; U.S. Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift Nr. 2008/0258842 an Ruby et al.; und U.S. Patent Nr. 6,548,943 an Kaitila et al.. Die Offenbarungen dieser Patente und Patentanmeldungen werden hierin in ihren Gesamtheiten durch Verweis namentlich aufgenommen. Es wird betont, dass die Komponenten, Materialien und Verfahren, die in diesen Patenten und Patentanmeldungen beschrieben sind, repräsentativ sind, und dass andere Herstellungsverfahren und Materialien innerhalb des Bereichs eines Fachmanns in Betracht gezogen werden.
  • In unten beschriebenen, bestimmten Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt zum Herstellen einer akustischen Resonatorvorrichtung, die eine untere Elektrode (oder Bodenelektrode), die über einem Substrat (und einem akustischen Reflektor) ausgebildet ist, eine piezoelektrische Schicht, die auf der unteren Elektrode ausgebildet ist, und eine obere Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildet ist, umfasst. Die akustische Resonatorvorrichtung umfasst auch eine Planarisierungsschicht (oder Einebnungsschicht), die aus einem dielektrischen Material benachbart zu der unteren Elektrode über dem Substrat ausgebildet ist, so dass die Planarisierungsschicht und die untere Elektrode zusammen eine ebene (oder planare) obere Oberfläche bereitstellen, auf der die piezoelektrische Schicht ausgebildet wird. Das Verfahren umfasst das Aufbringen einer Ätzstoppschicht über dem Substrat und der unteren Elektrode, um ein Ätzen des dielektrischen Materials über der unteren Elektrode zu ermöglichen. Herausragende Abschnitte des dielektrischen Materials und das meiste der Ätzstoppschicht werden entfernt, außer Abschnitten der Ätzstoppschicht zwischen dem dielektrischen Material und der unteren Elektrode und unterhalb des dielektrischen Materials, um die kombinierten oberen Oberflächen zu planarisieren (oder einzuebnen). Die planarisierte Oberfläche der resultierenden akustischen Resonatorvorrichtung stellt eine strukturell und im Betrieb stabilere piezoelektrische Schicht bereit, die im Wesentlichen frei ist von Rissbildungen und Leervolumina, die anderenfalls auftreten können, wenn sie gemäß herkömmlichen Techniken ausgebildet wird.
  • Somit wird gemäß einer repräsentativen Ausführungsform ein Verfahren bereitgestellt zum Herstellen einer akustischen Volumenwellen(BAW)-Resonatorvorrichtung. Das Verfahren umfasst das Ausbilden einer unteren Elektrode über einem Substrat; das Ausbilden einer Ätzstoppschicht über der unteren Elektrode und dem Substrat; das Ausbilden einer dielektrischen Schicht auf der Ätzstoppschicht über der unteren Elektrode und dem Substrat; das Ausbilden einer Fotomaske über der dielektrischen Schicht, wobei die Fotomaske eine Öffnung über der unteren Elektrode begrenzt, wobei die Öffnung ein wenig kleiner als die untere Elektrode ist; das Ätzen eines Abschnitts der dielektrischen Schicht durch die Öffnung der Fotomaske bis zu der Ätzstoppschicht, um eine entsprechende Öffnung in der dielektrischen Schicht zu erzeugen; das Entfernen der Fotomaske, so dass nicht-geätzte herausragende Abschnitte der dielektrischen Schicht um die Öffnung in der dielektrischen Schicht herum verbleiben; und Entfernen der herausragenden Abschnitte der dielektrischen Schicht, eines Abschnitts der Ätzstoppschicht, der über der unteren Elektrode angeordnet ist, und eines minimalen Abschnitts der unteren Elektrode, um eine planarisierte Oberfläche bereitzustellen, die eine obere Oberfläche der unteren Elektrode und eine benachbarte obere Oberfläche der dielektrischen Schicht, die über dem Substrat angeordnet ist, umfasst.
  • Gemäß einer anderen repräsentativen Ausführungsform umfasst eine BAW-Resonatorvorrichtung ein Substrat, eine untere Elektrode (oder Bodenelektrode), die über dem Substrat ausgebildet, eine dielektrische Schicht, die über dem Substrat benachbart zu der unteren Elektrode ausgebildet ist, eine Ätzstoppschicht, die einen vertikalen Abschnitt aufweist, der die dielektrische Schicht von der unteren Elektrode trennt, und einen horizontalen Abschnitt, der die dielektrische Schicht von dem Substrat trennt, wobei eine obere Oberfläche der unteren Elektrode, eine obere Oberfläche der benachbarten dielektrischen Schicht und ein bloßgelegtes oberes Ende des vertikalen Abschnitts der Ätzstoppschicht eine planarisierte Oberfläche ausbilden, eine piezoelektrische Schicht, die auf der planarisierten Oberfläche ausgebildet ist, und eine obere Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildet ist. Das Ausbilden der piezoelektrischen Schicht auf der planarisierten Oberfläche vergrößert eine Durchschlagspannung der piezoelektrischen Schicht.
  • 2A ist eine Aufsicht von oben auf einen akustischen Resonator 200 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, und die 2B und 2C sind Querschnittsansichten des akustischen Resonators 200, genommen entlang einer Linie A-A', gemäß verschiedener Ausführungsformen. Insbesondere ist 2B eine Querschnittsansicht des akustischen Resonators 200-1, der ein repräsentativer FBAR mit einer Luftausnehmung (Vertiefung 208) als dem akustischen Reflektor ist, und 2C ist eine Querschnittsansicht des akustischen Resonators 200-2, der ein repräsentativer SMR mit einenm akustischen Spiegel (z. B. einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR, distributed Bragg reflector) 210) als dem akustischen Reflektor ist. Somit zeigen die beiden 2A und 2B Beispiele einer BAW-Resonatorvorrichtung. Es wird jedoch verstanden, dass die verschiedenen Ausführungsformen in anderen Arten von akustischen Resonatoren eingebaut sein können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
  • Mit Verweis auf 2A, ein akustischer Resonator 200 umfasst eine obere Elektrode 240, die fünf (5) Seiten mit einer Verbindungsseite 241, die dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung mit einem Anschluss 242 bereitzustellen, aufweist. Der Anschluss 242 führt der oberen Elektrode 240 elektrische Signale zu, um gewünschte akustische Wellen in einer piezoelektrischen Schicht (in 2A nicht gezeigt) des akustischen Resonators 200 anzuregen.
  • Es wird allgemein verstanden, dass die gleichen allgemeinen Konfigurationen, die unten besprochen werden, in akustischen Resonatoren umfasst sein können, die verschiedene integrierte und/oder hinzugefügte laterale Merkmale, wie etwa Rahmen, Kragen und dergleichen, an verschiedenen Positionen innerhalb des akustischen Resonators aufweisen, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
  • Mit Verweis auf 2B, der akustische Resonator 200-1 umfasst ein Substrat 205, das eine innerhalb des Substrats 205 ausgebildete Vertiefung 208 (z. B. Luftausnehmung) begrenzt. Eine untere Elektrode 220 wird auf dem Substrat 205 über der Vertiefung 208 angeordnet. In einer Ausführungsform kann eine dünne flexible Membran (nicht gezeigt) zwischen dem Substrat 205 und der unteren Elektrode 220 umfasst sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Als nächstes wird eine dielektrische Schicht 225 (die auch als eine Planarisierungsschicht bezeichnet werden kann) auf der unteren Elektrode 220 und über dem Substrat 205 ausgebildet. Die dielektrische Schicht 225 ist von der unteren Elektrode 220 und dem Substrat 204 durch eine dünne Ätzstoppschicht 250 getrennt, die von dem Herstellungsprozess, von dem ein Beispiel unten mit Verweis auf die 4A–4J besprochen wird, übrig geblieben ist. Genauer gesagt ist die dielektrische Schicht 225 von der unteren Elektrode 220 durch einen im Wesentlichen senkrechten Abschnitt 251 der Ätzstoppschicht 250 (entlang der y-Achse) getrennt und ist von dem Substrat 205 durch einen im Wesentlichen horizontalen Abschnitt 252 der Ätzstoppschicht 250 (entlang der x-Achse) getrennt. Eine obere Oberfläche der unteren Elektrode 220 und eine obere Oberfläche der dielektrischen Schicht 225, zusammen mit einem bloßliegenden oberen Ende des vertikalen Abschnitts 251 der Ätzstoppschicht 250, werden planarisiert (oder eingeebnet), was bedeutet, dass sie zusammen eine kombinierte planarisierte Oberfläche 229 ausbilden.
  • Eine piezoelektrische Schicht 230 wird auf der planarisierten Oberfläche der unteren Elektrode 220 und der dielektrischen Schicht 225 angeordnet. Eine obere Elektrode 240 wird auf der piezoelektrischen Schicht 230 angeordnet. Zusammen bilden die untere Elektrode 220, die piezoelektrische Schicht 230 und die obere Elektrode 240 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 200-1. Eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) kann auf einer oberen Oberfläche der oberen Elektrode 240 ebenso wie auf einem bloßliegenden Abschnitt einer oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 230 angeordnet werden, wobei die Passivierungsschicht eine Dicke aufweist, die ausreichend ist, um alle Schichten des akustischen Stapels von der Umgebung zu isolieren, einschließlich eines Schutzes vor Feuchtigkeit, vor korrosiven Stoffen, vor Verunreinigungen, Ablagerungen und dergleichen.
  • Das Aufbringen der piezoelektrischen Schicht 230 auf einer planarisierten Oberfläche, wie etwa die kombinierte planarisierte Oberfläche 229 der unteren Elektrode 220 und der dielektrischen Schicht 225, verbessert allgemein die Qualität der piezoelektrischen Schicht 230. Beispielsweise neigt das Vorhandensein der kombinierten, planaren oberen Oberfläche dazu, eine strukturelle und auf den Betrieb bezogene Stabilität der piezoelektrischen Schicht 230, ebenso wie den akustischen Resonator 200-1 insgesamt, zu verbessern. Das Vorhandensein der planarisierten Oberfläche 220 verbessert auch die Qualität des Aufwachsens von nachfolgenden Schichten, insbesondere der piezoelektrischen Schicht 230, ebenso wie die obere Elektrode 240 und die Passivierungsschicht (falls vorhanden). Des Weiteren ermöglicht das Vorhandensein der dielektrischen Schicht 225, dass die untere Elektrode 220 ausgebildet werden kann, ohne sich ganz über der Vertiefung 208 zu erstrecken, falls dies gewünscht ist. Weitere Beispiele von möglichen Vorteilen der Planarisierung sind in der U.S. Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift Nr. 2013/0106534 an Burak et al., die in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin aufgenommen wird, dargestellt.
  • Mit Verweis auf 2C, ein akustischer Resonator 200-2 ist im Wesentlichen der gleiche wie der akustische Resonator 200-1, außer dass die Vertiefung 208 durch einen akustischen Spiegel, der als ein repräsentativer DBR 210 gezeigt ist, ersetzt ist, obwohl andere Arten von akustischen Reflektoren eingebaut sein können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Das heißt, in der gezeigten Ausführungsform umfasst der akustische Resonator 200-2 ein Substrat 205 und einen DBR 210, der auf einer oberen Oberfläche des Substrats 205 angeordnet ist, und eine Elektrode 220, die sich nicht über die gesamte Länge des DBR 210 erstreckt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der DBR 210 mehrere Paare von akustischen Reflektorschichten, angedeutet durch ein repräsentatives erstes akustisches Reflektorschichtpaar 211 und ein zweites akustisches Reflektorschichtpaar 212, das auf einer oberen Oberfläche des Substrats 205 aufeinanderfolgend gestapelt ist. Das erste akustische Reflektorschichtpaar 211 umfasst eine erste Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 211a, die aus einem Material mit einer niedrigen akustischen Impedanz ausgebildet ist, gestapelt auf einer ersten Hochakustik-Impedanz-Schicht 211b, die aus einem Material mit einer hohen akustischen Impedanz ausgebildet ist. Das zweite akustische Reflektorschichtpaar 212 umfasst eine zweite Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 212a, die aus einem Material mit einer niedrigen akustischen Impedanz ausgebildet ist, gestapelt auf einer zweiten Hochakustik-Impedanz-Schicht 212b, die aus seinem Material mit einer hohen akustischen Impedanz ausgebildet ist.
  • Die erste und die zweite Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 211a und 212a sowie die erste und die zweite Hochakustik-Impedanz-Schicht 211b und 212b können mit entsprechenden Dicken ausgebildet sein, die beispielsweise einer Viertel-Wellenlänge einer natürlichen Resonanzfrequenz des akustischen Resonators 200-2 entsprechen. Allgemein hängt der Grad der von dem DBR 210 bereitgestellten akustischen Isolation von dem Kontrast zwischen den akustischen Impedanzen der benachbarten Akustik-Impedanz-Schichten und einer Gesamtzahl der Schichten, die den DBR 210 ausbilden, ab, wobei ein größerer Grad des Kontrastes und eine größere Anzahl der Schichten eine besserte akustische Isolation erzeugen. In einigen Ausführungsformen ist der DBR 210 aus Paaren von dielektrischen Materialien, die kontrastierende akustische Impedanzen aufweisen, ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen können eine oder beide von den Niedrig- und Hochakustik-Impedanz-Schichten aus Metallmaterialien, die kontrastierende akustische Impedanzen aufweisen, ausgebildet sein.
  • In der gezeigten repräsentativen Ausführungsform umfasst der DBR 210 zwei Paare von Akustik-Impedanz-Schichten, eine erste Akustik-Impedanz-Schichtpaar 211 und ein zweites Akustik-Reflektorschichtpaar 212. Die erste Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 211a des ersten Akustikreflektor-Schichtpaares ist aus einem Material, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist (das ein relativ weiches Material sein kann), ausgebildet. Beispielsweise kann die erste Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 211a aus Borsilikatglas (BSG), Tetraethylorthosiliziumdioxid (TEOS), Siliziumoxid (SiOx), oder Siliziumnitrid (SiNx) (wobei x eine Ganzzahl ist), kohlenstoffdotiertem Siliziumoxid (CDO, carbon-doped silicon oxide), mit chemischer Dampfabscheidung aufgebrachtem Siliziumcarbid (CVD SiC), plasmaverbessertes CVD SiC (PECVD SiC, plasma enhanced chemical vapor deposition SiC), Niob-Molybdän (NbMo), Titan (Ti) oder Aluminium (Al) ausgebildet sein. Die erste Hochakustik-Impedanz-Schicht 211b, die mit der ersten Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 211a in dem ersten Akustikreflektor-Schichtpaar 211 gepaart ist, ist aus einem Material, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist (das ein relativ hartes Material sein kann) ausgebildet. Beispielsweise kann die erste Hochakustik-Impedanz-Schicht 211b aus Wolfram (W), Molybdän (Mo), Iridium (Ir), Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3), diamant- oder diamantartigem Kohlenstoff (DLC, diamond-like carbon) ausgebildet sein. Gleichermaßen ist die zweite Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 112a des zweiten Akustikreflektor-Schichtpaars 112 aus Materialien, die relativ niedrige akustische Impedanzen aufweisen, ausgebildet und die zweite Hochakustik-Impedanz-Schicht 212b, die mit der zweiten Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 112a in dem zweiten Akustikreflektor-Schichtpaar 112 gepaart ist, ist aus Materialien mit relativ hohen akustischen Impedanzen ausgebildet.
  • Selbstverständlich können verschiedene Ausführungsformen des DBR 210 andere Anzahlen von Akustikreflektor-Schichtpaaren umfassen, z. B. um spezifische Entwurfsziele zu erzielen, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Verschiedene veranschaulichende Herstellungstechniken von akustischen Spiegeln sind in dem U.S. Patent Nr. 7,358,831 (15. April 2008) an Larson III et al. beschrieben, dass hierin in seiner Gesamtheit durch Verweis aufgenommen wird. Auch sind, in verschiedenen Ausführungsformen, die erste und die zweite Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 211a und 212a aus demselben Material wie die jeweils andere ausgebildet, und die erste und die zweite Hochakustik-Impedanz-Schicht 211b und 212b sind aus demselben Material wie die jeweils andere ausgebildet. Jedoch können in alternativen Ausführungsformen die erste und die zweite Niedrigakustik-Impedanz-Schichten 211a und 212a aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein, und/oder die erste und die zweite Hochakustik-Impedanz-Schichten 211b und 212b können aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
  • Die untere Elektrode 220 wird auf dem DBR 210 angeordnet, und als nächstes wird die dielektrische Schicht 225 auf der unteren Elektrode 220 über dem DBR 210 ausgebildet. Genauer gesagt wird die untere Elektrode 220 auf einer oberen Oberfläche der zweiten Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 212a angeordnet, und die dielektrische Schicht 225 wird als nächstes auf der unteren Elektrode 220 über der oberen Oberfläche der zweiten Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 212a ausgebildet. Die dielektrische Schicht 225 ist von der unteren Elektrode 220 und dem DBR 210 (im Gegensatz zu dem Substrat 205, wie oben besprochen) durch die Ätzstoppschicht 250, die von dem Herstellungsprozess übrig geblieben ist, getrennt. Insbesondere ist die dielektrische Schicht 225 von der unteren Elektrode 220 durch einen im Wesentlichen vertikalen Abschnitt 251 der Ätzstoppschicht 250 getrennt und ist von dem DBR 210 durch einen im Wesentlichen horizontalen Abschnitt 252 der Ätzstoppschicht 250 getrennt. Die oberen Oberflächen der unteren Elektrode 220 und der dielektrischen Schicht 225, zusammen mit dem bloßliegendem oberen Ende des vertikalen Abschnitts 251 der Ätzstoppschicht 250 werden planarisiert (oder eingeebnet), was bedeutet, dass sie zusammen eine kombinierte planarisierte Oberfläche 229 ausbilden.
  • Die piezoelektrische Schicht 230 wird auf der planarisierten Oberfläche 229 der Bodenelektrode 220 und der dielektrischen Schicht 225 angeordnet. Die obere Elektrode 240 wird auf der piezoelektrischen Schicht 230 angeordnet. Zusammen bilden die untere Elektrode 220, die piezoelektrische Schicht 230 und die obere Elektrode 240 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 200-2. Wie oben erwähnt, kann eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) auf der oberen Oberfläche der oberen Elektrode 240, ebenso wie auf einem bloßliegenden Abschnitt der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 230 angeordnet werden.
  • Gemäß verschiedener Ausführungsformen können die akustischen Resonatorvorrichtungen 200-1 und 200-2 unter Verwendung verschiedener Techniken, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, hergestellt werden. Ein nicht-beschränkendes Beispiel eines auf den repräsentativen akustischen Resonator 200-1 gerichtetes Herstellungsverfahren wird unten mit Verweis auf 3 und die 4A–4J besprochen. Insbesondere wird im Wesentlichen der gleiche Prozess zum Herstellen des repräsentativen akustischen Resonators 200-2 angewendet, außer dass die Schritte des Ausbildens der Vertiefung 208 in dem Substrat 205 ausgelassen würden, wohingegen Schritte zum Ausbilden des DBR 210 auf dem Substrat 205 umfasst sein würden, so wie das für einen Fachmann offensichtlich wäre. Die verschiedenen Materialien und Reihenfolgen der Anwendung zum Ausbilden des DBR 210 sind oben mit Verweis auf die 2C besprochen.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer akustischen Resonatorvorrichtung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform veranschaulicht. Die 4A–4J sind Querschnittsdiagramme, die die Schritte des Herstellungsverfahrens einer akustischen Resonatorvorrichtung veranschaulichen, die im Wesentlichen den in der 3 gezeigten Vorgängen entsprechen, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • Insbesondere und zur Vereinfachung der Erläuterungen zeigen die 4A–4J einen einzelnen Chip zum Bereitstellen eines akustischen Resonators (z. B. akustischer Resonator 200-1). Es wird jedoch verstanden, dass die Herstellungsschritte in 3 und die entsprechenden Querschnitte in den 4A–4J gleichzeitig auf mehreren Chips in Waferform ausgeführt werden können, so dass während des Herstellungsverfahrens die entsprechenden akustischen Resonatorvorrichtungen (z. B. jede von denen in dem vorliegenden Beispiel die gleiche wie der akustische Resonator 200-1 wäre) ausgebildet werden können und bei der Fertigstellung getrennt (oder vereinzelt) werden, so wie das für einen Fachmann offensichtlich wäre.
  • Im Schritt S311 der 3 wird eine Vertiefung 208 in einem Substrat 205 ausgebildet, wie in 4A gezeigt. Die Vertiefung 208 kann durch einen Trockenätzprozess, wie etwa beispielsweise ein Bosch-Prozess oder ein herkömmlichen fluor-, chlor- oder brombasierten Prozess, obwohl verschiedene alternativen Ätztechniken aufgenommen sein können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die Vertiefung 208 wird anfänglich mit einem Opfermaterial 209, wie etwa einem Phosphosilikatglas (PSG) gefüllt. Das Substrat 205 und das Opfermaterial 209 können einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP, chemical mechanical polishing) unterworfen werden, um eine obere planarisierte Oberfläche auszubilden. Letztendlich, nachfolgend beispielsweise auf das Ausbilden der oberen Elektrode 240, wird das Opfermaterial innerhalb der Vertiefung 208 weg geätzt, so dass eine Luftausnehmung verbleibt, so wie das unten mit Verweis auf 4) besprochen wird. Verschiedene veranschaulichende Herstellungstechniken zum Ausbilden einer Vertiefung in einem Substrat sind in dem U.S. Patent Nr. 7,345,410 (18. März 2008) an Grannen et al. beschrieben, das hierin in seiner Gesamtheit durch Verweis aufgenommen wird.
  • Das Substrat 205 kann aus verschiedenen Arten von Halbleitermaterialien ausgebildet sein, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, wie etwa Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) oder dergleichen, was zum Integrieren von Verbindungen und Elektroniken nützlich ist, was die Größe und Kosten verringert. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ausgebildet sein aus, oder anderweitig umfassen ein, Isolationsmaterial, wie etwa Glas, Saphir, Aluminium oder dergleichen.
  • Im Schritt S312 der 3 wird auf dem Substrat 205 und der Vertiefung 208, die das Opfermaterial 209 enthält, eine untere Elektrode 220 ausgebildet wie in 4B gezeigt. Die untere Elektrode 220 kann beispielsweise durch Sputterablagerung oder durch chemische Dampfablagerung (CVD, chemical vapor deposition) von einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Metallmaterialien, wie etwa Wolfram (W), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al), ausgebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die untere Elektrode 220 als eine einzelne Schicht von Material ausgebildet werden oder die untere Elektrode 220 kann eine zusammengesetzte Elektrode sein, die aus zwei oder mehreren verschiedenen leitfähigen Materialien, wie etwa Materialien, die verschiedene Schallgeschwindigkeiten und akustische Impedanzen aufweisen, ausgebildet ist. Wenn die untere Elektrode 220 eine zusammengesetzte Elektrode ist, dann kann sie verschiedene laterale Merkmale umfassen, wie etwa integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen oder integrierte Hochgeschwindigkeitsrahmen. Verschiedene integrierte laterale Merkmale sind beispielsweise in der U.S. Patentanmeldung Nr. 13/660,941 (eingereicht am 25. Oktober 2012) an Burak et al. beschrieben, deren Offenbarung hierin in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen wird. Die untere Elektrode 220 kann so ausgebildet sein, dass sie beispielsweise eine erste Dicke von näherungsweise 1000 Angström (Å) bis näherungsweise 20000 Å hat.
  • Im Schritt S313 wird eine Ätzstoppschicht 250 auf dem Substrat 205 und der unteren Elektrode 220 ausgebildet, wie in 4C gezeigt. Die Ätzstoppschicht 250 kann durch Sputterablagerung oder durch plasmaverbessertes CVD (PECVD, plasma enhanced CVD), beispielsweise, eines ätzresistenten Materials, wie etwa Aluminiumnitrid (AlN) oder diamantartigem Kohlenstoff (DLC, diamond-like carbon), ausgebildet werden. Die Ätzstoppschicht 250 ist im Vergleich zu der unteren Elektrode 220 relativ dünn. Beispielsweise kann die Ätzstoppschicht 250 so ausgebildet werden, dass sie eine Dicke von näherungsweise 300 Å aufweist.
  • Im Schritt S314 wird auf der Ätzstoppschicht 250 eine dielektrische Schicht 225 ausgebildet, wie in 4D gezeigt. Die dielektrische Schicht 225 kann beispielsweise durch Sputterablagerung oder PECVD von einem oder mehreren dielektrischen Materialien, wie etwa Borsilikat-Glas (BSG), Siliziumdioxid (SiO2), Siliziumnitrid (SiN) oder einem Polymer-Werkstoff ausgebildet werden. Die dielektrische Schicht 225 kann so ausgebildet werden, dass sie eine zweite Dicke aufweist, die größer als die erste Dicke der unteren Elektrode 220 ist. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 225 mit einer zweiten Dicke von näherungsweise 2000 Å bis näherungsweise 23000 Å ausgebildet werden. Allgemein ist die zweite Dicke mindestens etwa 10% größer als die erste Dicke. In alternativen Konfigurationen kann die zweite Dicke der dielektrischen Schicht 225 die gleiche sein oder kann dünner als die erste Dicke der Bodenelektrode 220 sein, in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie etwa der Dicke der Ätzstoppschicht 250.
  • Im Schritt S315 wird über der dielektrischen Schicht 225 eine Fotomaske 260 ausgebildet. Genauer gesagt, wird auf einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht 225 eine Fotolackschicht aufgebracht, und wird dann gemustert, um ein Fotolackmuster oder eine Fotomaske 260 bereitzustellen, wie in 4E gezeigt. Die Fotomaske 260 kann unter Verwendung von irgendeinem Fotolack, der mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, ausgebildet werden, so wie das für einen Fachmann offensichtlich wäre. Die Fotomaske 260 kann durch maschinelle Bearbeitung oder durch chemisches Ätzen der Fotolack-Schicht unter Verwendung von Fotolithographie, ausgebildet werden, obgleich verschiedene alternative Techniken eingebaut werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die resultierende Fotomaske 260 umfasst eine Öffnung 265, die im Wesentlichen über der unteren Elektrode 220 zentriert ist, so dass die Öffnung 265 ein wenig kleiner als die untere Elektrode 220 ist. Das heißt, die Öffnung 265 überlappt ein wenig mit den Rändern der unteren Elektrode 220, und zwar ausreichend, um eine Grabenbildung zu vermeiden.
  • Im Schritt S316 wird ein Teil der dielektrischen Schicht 225 durch die Öffnung 265 der Fotomaske 260 hindurch bis auf die Ätzstoppschicht 250 weg geätzt, so dass eine entsprechende Öffnung 226 in der dielektrischen Schicht 225 erzeugt wird, wie in 4F gezeigt. Das Ätzen kann beispielsweise unter Verwendung eines Fluorplasmaätzens ausgeführt werden, obwohl andere Arten des Ätzens eingebaut werden können, z. B. in Abhängigkeit von dem dielektrischen Material der dielektrischen Schicht 225. Wenn beispielsweise das dielektrische Material ein organisches Material ist, dann kann der Ätzprozess ein Sauerstoffplasmaätzen umfassen. Die Öffnung 226 durch die dielektrische Schicht 225 ist gleichermaßen ein wenig kleiner als die untere Elektrode 220, so dass die äußeren Ränder der unteren Elektrode 220 immer noch durch einen nicht-geätzten Abschnitt der dielektrischen Schicht 225 (ebenso wie der Ätzstoppschicht 250) überdeckt sind, wie unten besprochen. Auch wird verstanden, dass obwohl die Öffnung 226 so gezeigt ist, dass sie eine im Wesentlichen parallele Seitenwände aufweist, das verschiedene Ausführungsformen auch Seitenwände von irgendeiner Form umfassen können, wie etwa geneigte Seitenwände, um eine im Wesentlichen konisch geformte Öffnung 226 bereitzustellen.
  • Im Schritt S317 wird die Fotomaske 260 entfernt, so dass die Ätzstoppschicht 250 und die nicht-geätzten Abschnitte der dielektrischen Schicht 225 zurückbleiben, wie in 4G gezeigt. Die Fotomaske 260 kann beispielsweise unter Verwendung einer Lösungsmittelabtragung (z. B. HF-Ätzlösung) oder Sauerstoffplasma chemisch entfernt oder geätzt werden. Jedoch kann die Fotomaske 260 auch unter Verwendung von verschiedenen anderen Techniken entfernt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die nicht-geätzten Abschnitte der dielektrischen Schicht 225 umfassen nicht-geätzte, herausragende Abschnitte 227 und 228 der dielektrischen Schicht 225, die in der Nähe der äußeren Ränder der unteren Elektrode 220 (um die Öffnung 226 der dielektrischen Schicht 225 herum) angeordnet sind.
  • Im Schritt S318 werden die herausragenden Abschnitte 227 und 228 der dielektrischen Schicht 225 und ein Abschnitt der Ätzstoppschicht 250, der über der unteren Elektrode 220 angeordnet ist, ebenso wie in manchen Fällen ein minimaler Abschnitt der unteren Elektrode 220 (so dass die untere Elektrode immer noch im Wesentlichen die erste Dicke aufweist) entfernt, um eine planarisierte (oder eingeebnete) Oberfläche 229 bereitzustellen. Die herausragenden Abschnitte 227 und 228, der Abschnitt der Ätzstoppschicht 250, der über der unteren Elektrode 220 angeordnet ist, und der Abschnitt der unteren Elektrode 220 können durch einen Poliervorgang, wie etwa einem chemisch-mechanischen Polier(CMP)-Prozess und beispielsweise unter Verwendung einer Siliziumdioxidsuspension, entfernt werden. Selbstverständlich können verschiedenartige andere Techniken eingebaut werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Beispielsweise kann die Ätzstoppschicht 250, die über der unteren Elektrode 220 angeordnet ist, in einem gesonderten Schritt des Sauerstoffplasmaätzens entfernt werden. Die resultierende planarisierte Oberfläche 229 umfasst eine obere Oberfläche der unteren Elektrode 220 und eine benachbarte Oberfläche der verbleibenden dielektrischen Schicht 225, wie in 4H gezeigt. An diesem Punkt kann die dielektrische Schicht 225 als die Planarisierungsschicht bezeichnet werden. Zusätzlich umfasst die planarisierte Oberfläche 229 ein bloßliegendes oberes Ende des vertikalen Abschnitts 251 der Ätzstoppschicht 250. Das heißt, irgendein Teil der Ätzstoppschicht 250, der dem Polierprozess nicht ausgesetzt ist, verbleibt in dem akustischen Resonator 200-1. Beispielsweise und wie oben besprochen, trennt der verbleibende vertikale Abschnitt 251 die untere Elektrode 220 von der benachbarten dielektrischen Schicht 225 und ein verbleibender horizontaler Abschnitt 252 der Ätzstoppschicht 250 trennt die dielektrische Schicht 225 von dem Substrat 205.
  • Im Schritt S319 wird auf der planarisierten Oberfläche 229 ine piezoelektrische Schicht 230 ausgebildet, wie in 4I gezeigt. Die planarisierte Oberfläche 229 ist sehr glatt und dies fördert ein effizientes Wachsen der piezoelektrischen Schicht 230. Die piezoelektrische Schicht 230 kann durch eine Sputterablagerung von irgendeinem piezoelektrischen Material, das mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, wie etwa beispielsweise Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO) oder Bleizirkonat-Titanat (PZT), ausgebildet werden. Selbstverständlich können andere Materialien in der piezoelektrischen Schicht 230 eingebaut werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Auch kann die piezoelektrische Schicht 230 in verschiedenen Ausführungsformen mit einem oder mehreren Seltenerdelementen, wie etwa beispielsweise Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La) oder Erbium (Er), „dotiert” werden. Beispiele von dotierten piezoelektrischen Schichten mit einem oder mehreren Seltenerdelementen beispielsweise zum Verbessern des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt2, werden in der U.S. Patentanmeldung Nr. 13/662,425 (eingereicht am 27. Oktober 2012) an Bradley et al. und in der U.S. Patentanmeldung Nr. 13/662,460 (eingereicht am 27. Oktober 2012) an Grannen et al., die hiermit durch Verweis in ihren Gesamtheiten aufgenommen werden, bereitgestellt.
  • Das Ausbilden der piezoelektrischen Schicht 230 auf der planarisierten Oberfläche 229 (im Gegensatz zu einer variierenden Oberfläche, wie beispielsweise in 1 gezeigt) liefert wesentliche Vorteile. Beispielsweise verringert das Ausbilden der piezoelektrischen Schicht 230 auf der planarisierten Oberfläche 229 Rissbildungen und Leervolumina in der piezoelektrischen Schicht 230, wodurch eine strukturelle und auf den Betrieb bezogene Integrität der piezoelektrischen Schicht 230, ebenso wie der akustische Resonator 200-1 als Ganzes, verbessert werden. Auch vermindert die Verringerung von Rissbildungen und Volumenleerstellen die Durchbruchspannung der piezoelektrischen Schicht 230, die auf der planarisierten Oberfläche 229 ausgebildet ist, was ermöglicht, dass die piezoelektrische Schicht 230 höhere Spannungen aufgrund elektrostatischer Entladung (ESD, electro-static discharge) aushält. Die piezoelektrische Schicht 130 kann so ausgebildet werden, dass sie beispielsweise eine Dicke von näherungsweise 3000 Å bis näherungsweise 25000 Å aufweist. Insbesondere ermöglicht das Ausbilden der piezoelektrischen Schicht 230 auf der planarisierten Oberfläche 229 das Ausbilden einer dünneren piezoelektrischen Schicht 230, insbesondere wenn piezoelektrische Materialien, die mit Seltenerdelementen dotiert sind, eingebaut werden, wie oben erwähnt. Wenn die piezoelektrische Schicht 230 beispielsweise mit etwa 5 Atom-% Scandium (Sc) dotiert wird, dann kann die Dicke der piezoelektrischen Schicht 230 so klein wie etwa 3000 Å sein, was weniger als eine herkömmliche aufgebrachte dotierte (oder undotierte) piezoelektrische Schicht ist.
  • Im Schritt S320 wird auf der piezoelektrischen Schicht 230 eine obere Elektrode 240 ausgebildet und das Opfermaterial 209 wird aus der Vertiefung 208 entfernt, so dass eine Luftausnehmung verbleibt, um den repräsentativen akustischen Resonator 200-1 bereitzustellen, wie in der 4J gezeigt. Beispielsweise kann das Opfermaterial 209 weg geätzt werden, veranschaulichend unter Verwendung von HF-Ätzen, so wie das für einen Fachmann offensichtlich wäre. Die obere Elektrode 240 kann beispielsweise durch Sputterablagerung oder PECVD von einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Metallmaterialien, wie etwa Wolfram (W), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al), ausgebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die obere Elektrode 240 als eine einzelne Schicht eines Materials ausgebildet werden, oder die obere Elektrode 240 kann eine zusammengesetzte Elektrode sein, die aus einem oder mehreren verschiedenen leitfähigen Materialien ausgebildet ist, wie etwa Metallen, die verschiedene Schallgeschwindigkeiten und akustische Impedanzen aufweist, so wie das oben im Hinblick auf die untere Elektrode 220 besprochen worden ist. Wenn die obere Elektrode 240 eine zusammengesetzte Elektrode ist, dann kann sie verschiedene laterale Merkmale umfassen, wie etwa integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen oder integrierte Hochgeschwindigkeitsrahmen. Die Dicke der oberen Elektrode kann beispielsweise näherungsweise 1000 Å bis näherungsweise 20000 Å sein, obwohl die obere Elektrode 240 die gleiche wie, oder eine andere Dicke als, die untere Elektrode 220 aufweisen kann. Gleichermaßen kann die obere Elektrode 240 die gleiche oder eine andere Zusammensetzung als die untere Elektrode 220 aufweisen. Beispielsweise können die obere und die untere Elektrode 220 und 240 aus den gleichen oder verschiedenen Materialien ausgebildet sein, und/oder eine oder beide von den oberen und unteren Elektroden 220 und 240 können eine zusammengesetzte Elektrode, die ein oder mehrere integrierte laterale Merkmale aufweist, sein.
  • Optional kann über dem akustischen Resonator 200-1 eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) ausgebildet werden, indem in angemessener Weise bloßliegende Oberflächen (z. B. bloßliegende obere Oberflächen der oberen Elektrode 240 und der piezoelektrischen Schicht 230) beschichtet werden. Die Passivierungsschicht kann beispielsweise aus Borsilikatglas (BSG), Silikondioxid (SiO2), Siliziumnitrid (SiN) oder Polysilizium, ausgebildet werden.
  • Wie oben erwähnt, sind die 3 und 4A–4J für Zwecke der Darstellung auf die Herstellung eines repräsentativen akustischen Resonators 200-1 gerichtet. Jedoch kann die Mehrheit der Schritte beim Ausbilden von anderen Arten von akustischen Resonatoren, die eine Planarisierungsschicht aufweisen, aufgenommen werden. Beispielsweise kann zum Herstellen des in 2C gezeigten, repräsentativen akustischen Resonators 200-2 der Schritt S311 ausgelassen werden, weil keine Ausnehmung (Vertiefung 208) in dem Substrat 205 umfasst wäre. Vielmehr würde dieser Schritt durch das Ausbilden eines akustischen Reflektors (z. B. DBR 210) auf dem Substrat 205 ersetzt. Das heißt, der DBR 210 umfasst ein zweites akustisches Reflektorschichtpaar 212, das auf einem ersten akustischen Reflektorschichtpaar 211 gestapelt ist. Um den DBR 210 auszubilden, würde folglich eine erste Hochakustik-Impedanz-Schicht 211b auf dem Substrat 205 ausgebildet werden, eine erste Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 211a würde auf der ersten Hochakustik-Impedanz-Schicht 211b ausgebildet werden, eine zweite Hochakustik-Impedanz-Schicht 212b würde auf der ersten Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 211a ausgebildet werden und eine zweite Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 212a würde auf der zweiten Hochakustik-Impedanz-Schicht 212b ausgebildet werden, beispielsweise jeweils durch Sputterablagerung, respektive. Die untere Elektrode 220 und ein Teil der Ätzstoppschicht 250 (wie in den 4B und 4C gezeigt) würde dann auf der zweiten Niedrigakustik-Impedanz-Schicht 212a im Gegensatz zu einer oberen Oberfläche des Substrats 205 ausgebildet werden. Die verbleibenden Schritte (die in den 4D–4J gezeigt sind) würden im Wesentlichen die gleichen verbleiben (obwohl es nicht erforderlich ist, das Opfermaterial aus einer Vertiefung zu entfernen).
  • Wie oben erwähnt, können die in den 4A–4J gezeigten Herstellungsschritte auf einem Wafer ausgeführt werden, um gleichzeitig mehrere Chips auszubilden. In diesem Fall würden dann nebeneinanderliegende akustische Resonatoren 200-1 ausgeschnitten oder von dem Wafer getrennt, um vereinzelte Chips auszubilden, wie etwa den in den 2B, 2C und 4J gezeigten repräsentativen akustischen Resonator 200-1. Die Chips können unter Verwendung verschiedener Techniken, die mit Halbleiterherstellungsprozessen kompatibel sind, wie etwa beispielsweise einer Ritz- und Brechtechnik, vereinzelt werden.
  • Insbesondere sind die verschiedenen Ausführungsformen nicht auf das Bereitstellen einer eine untere Elektrode und eine dielektrische Schicht umfassenden, planarisierten Oberfläche, auf der eine piezoelektrische Schicht ausgebildet wird, beschränkt. Vielmehr könnten die Techniken angewendet werden, um irgendeine planarisierte obere Oberfläche bereitzustellen. Beispielsweise kann im Fall eines DBAR oder eines SBAR eine planarisierte Oberfläche benötigt werden, die eine obere Elektrode und eine dielektrische Schicht umfasst, auf der ein anderer Resonator oder eine andere elektronische Einrichtung ausgebildet wird. Gleichermaßen kann eine planarisierte Oberfläche erforderlich sein, auf der Niedrig- und/oder Hochakustik-Impedanz-Schichten eines akustischen Spiegels ausgebildet werden.
  • Die involvierten Herstellungsschritte würden im Wesentlichen dieselben sein wie die oben beschriebenen, außer dass die Materialien, die die planarisierte Oberfläche bereitstellen, über einer Basisschicht, die von einem Halbleiter-Substrat verschieden ist, ausgebildet werden können. Beispielsweise wird zum Ausbilden eines DBAR oder SBAR die Elektrode über einer piezoelektrischen Schicht ausgebildet; die Ätzstoppschicht wird über der Elektrode und der piezoelektrischen Schicht ausgebildet; und die dielektrische Schicht wird über der Ätzstoppschicht über der Elektrode und der piezoelektrischen Schicht ausgebildet. Zum Bloßlegen der Elektrode wird eine Fotomaske über der dielektrischen Schicht ausgebildet, um eine Öffnung über der Elektrode zu definieren, wobei die Öffnung ein wenig kleiner als die Elektrode ist, und ein Teil der dielektrischen Schicht wird durch die Öffnung der Fotomaske hindurch bis auf die Ätzstoppschicht weg geätzt, um eine entsprechende Öffnung in der dielektrischen Schicht zu erzeugen. Ein Entfernen der Fotomaske lässt nicht-geätzte, herausragende Abschnitte der dielektrischen Schicht um die Öffnung in der dielektrischen Schicht herum zurück. Die herausragenden Abschnitte werden, zusammen mit einem über der Elektrode angeordneten Abschnitt der Ätzstoppschicht und einem minimalen Abschnitt der Elektrode, entfernt, um die planarisierte Oberfläche bereitzustellen, die eine obere Oberfläche der Elektrode, eine benachbarte obere Oberfläche der über der piezoelektrischen Schicht bereitgestellten dielektrischen Schicht und ein bloßlegendes oberes Ende der Ätzstoppschicht umfasst. Wenn die Elektrode nicht notwendigerweise bloßliegen muss, dann kann der Planarisierungsvorgang (z. B. unter Verwendung von CMP) ohne die Fotomaske und die Ätzschritte ausgeführt werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können die Dicken und/oder Materialien der verschiedenen Schichten variieren, um einzigartige Vorteile für irgendeine bestimmte Situation bereitzustellen oder um anwendungsspezifische Entwurfsanforderungen verschiedener Implementierungen zu erfüllen, so wie das für einen Fachmann offensichtlich wäre.
  • Die verschiedenen Komponenten, Materialien, Strukturen und Parameter sind lediglich zur Veranschaulichung und als Beispiel und nicht in irgendeinem beschränkenden Sinn aufgenommen. Im Hinblick auf diese Offenbarung können Fachleute die vorliegenden Lehren implementieren, indem sie ihre eigenen Anwendungen und die benötigten Komponenten, Materialien, Strukturen und Ausrüstung zum Implementieren dieser Anwendungen bestimmen, während sie innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche verbleiben.
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Claims (20)

  1. Ein Verfahren zum Herstellen eines akustischen Oberflächenwellen(BAW)-Resonatorvorrichtung, aufweisend: Ausbilden einer unteren Elektrode (220) über einem Substrat (205); Ausbilden einer Ätzstoppschicht (250) über der unteren Elektrode (220) und dem Substrat (205); Ausbilden einer dielektrischen Schicht (225) auf der Ätzstoppschicht (250) über der unteren Elektrode (220) und dem Substrat (205); Ausbilden einer Fotomaske (260) über der dielektrischen Schicht (225), wobei die Fotomaske (260) eine Öffnung (226) über der unteren Elektrode (220) begrenzt, wobei die Öffnung (226) ein wenig kleiner als die untere Elektrode (220) ist; Ätzen eines Abschnitts der dielektrischen Schicht (225) durch die Öffnung (226) der Fotomaske (260) hindurch bis zu der Ätzstoppschicht (250), um eine entsprechende Öffnung (226) in der dielektrischen Schicht (225) zu erzeugen; Entfernen der Fotomaske (260), so dass nicht-geätzte, herausragende Abschnitte (227) der dielektrischen Schicht (225) um die Öffnung (226) in der dielektrischen Schicht (225) herum zurückbleiben; und Entfernen von zumindest den herausragenden Abschnitten (227) der dielektrischen Schicht (225) und einem über der unteren Elektrode (220) angeordneten Teil der Ätzstoppschicht (250) um eine planarisierte Oberfläche (229) bereitzustellen, die eine obere Oberfläche der unteren Elektrode (220) und eine benachbarte obere Oberfläche der über dem Substrat (205) abgelagerten, dielektrischen Schicht (225) umfasst.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht (130) auf der planarisierten Oberfläche (229).
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Ausbilden der piezoelektrischen Schicht (130) auf der planarisierten Oberfläche (229) Risse und Leerstellen in der piezoelektrischen Schicht (130) verringert.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Ausbilden der piezoelektrischen Schicht (130) auf der planarisierten Oberfläche (229) eine Durchschlagspannung der piezoelektrischen Schicht (130) vergrößert.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Ausbilden der piezoelektrischen Schicht (130) auf der planarisierten Oberfläche (229) ermöglicht, dass die piezoelektrische Schicht (130) einer höheren elektrostatischen Entladung (ESD) wiedersteht.
  6. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die piezoelektrische Schicht (130) Aluminiumnitrid umfasst, das mit einem oder mehreren Seltenerdelementen dotiert ist.
  7. Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das eine oder die mehreren Seltenerdelemente Scandium (Sc) umfassen.
  8. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die herausragenden Abschnitte (227) der dielektrischen Schicht (225) und der Ätzstoppschicht (250) mittels eines Poliervorgangs entfernt werden.
  9. Das Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Poliervorgang einen chemisch-mechanischen Polier(CMP)-Prozess unter Verwendung einer Siliziumdioxidsuspension umfasst.
  10. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die akustische Oberflächenwellen(BAW)-Resonatorvorrichtung einen akustischen Dünnschicht-Volumenresonator (200) (FBAR) umfasst, und die untere Elektrode (220) über einer Vertiefung (208) in dem Substrat (205), die anfänglich ein Opfermaterial (209) enthält, ausgebildet wird.
  11. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die akustische Oberflächenwellen(BAW)-Resonatorvorrichtung einen festmontierten Resonator (SMR) umfasst, und die untere Elektrode (220) über einer Schicht mit niedriger akustischer Impedanz auf einem akustischen Reflektor ausgebildet wird.
  12. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Ätzstoppschicht (250) eines von Aluminiumnitrid (AlN) und diamantartigem Kohlenstoff (DLC) umfasst.
  13. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht (225) eines von Borsilikat-Glas (BSG), Siliziumdioxid (SiO2) und Siliziumnitrid (SiN) umfasst.
  14. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht (225) einen Polymerwerkstoff umfasst.
  15. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Dicke der dielektrischen Schicht (225) mindestens 10% größer als eine erste Dicke der unteren Elektrode (220) ist.
  16. Eine akustische Volumenwellen(BAW)-Resonatorvorrichtung aufweisend: ein Substrat (205), eine untere Elektrode (220), die über dem Substrat (205) ausgebildet ist, eine dielektrische Schicht (225), die über dem Substrat (205) benachbart zu der unteren Elektrode (220) ausgebildet ist, eine Ätzstoppschicht (250), die einen vertikalen Abschnitt (251), der die dielektrische Schicht (225) von der unteren Elektrode (220) trennt, und einen horizontalen Abschnitt (252), der die dielektrische Schicht (225) von dem Substrat (205) trennt, umfasst, wobei eine obere Oberfläche der unteren Elektrode (220), eine obere Oberfläche der benachbarten dielektrischen Schicht (225) und ein bloßliegendes oberes Ende des vertikalen Abschnitts (251) der Ätzstoppschicht (250) eine planarisierte Oberfläche (229) ausbilden, eine piezoelektrische Schicht (130), die auf der planarisierten Oberfläche (229) ausgebildet ist, und eine obere Elektrode (240), die auf der piezoelektrischen Schicht (130) ausgebildet ist, wobei das Ausbilden der piezoelektrischen Schicht (130) auf der planarisierten Oberfläche (229) eine Durchschlagspannung der piezoelektrischen Schicht (130) vergrößert.
  17. Die BAW-Resonatorvorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die piezoelektrische Schicht (130) Aluminiumnitrid (AlN) umfasst, das mit einem Seltenerdelement dotiert.
  18. Die BAW-Resonatorvorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei das Seltenerdelement Scandium (Sc) ist.
  19. Die BAW-Resonatorvorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei eine Dicke der piezoelektrischen Schicht (130) etwa 3000 Å ist.
  20. Ein Verfahren zum Herstellen einer Resonatorvorrichtung, aufweisend: Ausbilden einer Elektrode über einer Basisschicht; Ausbilden einer Ätzstoppschicht (250) über der Elektrode und der Basisschicht; Ausbilden einer dielektrischen Schicht (225) auf der Ätzstoppschicht (250) über der Elektrode und der Basisschicht; Ausbilden einer Fotomaske (260) über der dielektrischen Schicht (225), wobei die Fotomaske (260) eine Öffnung (226) über der Elektrode begrenzt, wobei die Öffnung (226) ein wenig kleiner als die Elektrode ist; Ätzen eines Abschnitts der dielektrischen Schicht (225) durch die Öffnung (226) der Fotomaske (260) hindurch bis zu der Ätzstoppschicht (250), um eine entsprechende Öffnung (226) in der dielektrischen Schicht (225) zu erzeugen; Entfernen der Fotomaske (260), so dass nicht-geätzte, herausragende Abschnitte (227) der dielektrischen Schicht (225) um die Öffnung (226) in der dielektrischen Schicht (225) herum zurückbleiben; und Entfernen der herausragenden Abschnitte (227) der dielektrischen Schicht (225), eines über der Elektrode angeordneten Teils der Ätzstoppschicht (250) und eines minimalen Abschnitts der Elektrode, um eine planarisierte Oberfläche (229) bereitzustellen, die eine obere Oberfläche der Elektrode und eine benachbarte obere Oberfläche der über der Basisschicht abgelagerten, dielektrischen Schicht (225) umfasst.
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