DE102015107569A1

DE102015107569A1 - Verfahren zur Herstellung von mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material mit verschiedenen Mengen an Dotiermittel und einer ausgewählten C-Achsen Orientierung

Info

Publication number: DE102015107569A1
Application number: DE102015107569.5A
Authority: DE
Inventors: John D. Larson
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2015-11-19
Also published as: DE102015107569A9

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials, das eine erste Komponente, eine zweite Komponente und das Seltenerdelement aufweist. Das Verfahren beinhaltet Folgendes: Bereitstellen eines Substrats; anfängliches Strömen von Wasserstoff über dem Substrat; nach dem anfänglichen Strömen des Wasserstoffs über dem Substrat, Strömen der ersten Komponente zur Bildung des mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials über einer Oberfläche eines einzigen Targets, wobei das Target das Seltenerdelement in einem bestimmten Atomprozentsatz umfasst; und Sputtern des mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials von dem Target auf das Substrat.

Description

Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der US-Anmeldung 14/279,246 mit dem Titel „Method of Fabricating Rare-Earth Element Doped Piezoelectric Material with Various Amounts of Dopants and a Selected X-Axis Orientation” in Anspruch, die eine US-Continuation-in-part Anmeldung nach 37 C.F.R. §1.53(b) der gemeinschaftlich besessenen US-Patentanmeldung 12/692,108 von John D. Larson III et al. mit dem Titel ”Method of Fabricating a Piezoelectric Material with Selected X-Axis Orientation” ist und am 22. Januar 2010 angemeldet wurde. Die US-Anmeldung 14/279,246 ist auch eine US-Continuation-in-part Anmeldung nach 37 C.F.R. §1.53(b) der gemeinschaftlich besessenen US-Patentanmeldung 13/286,051 von Dariusz Burak et al. mit dem Titel ”Bulk Acoustic Resonator Comprising Piezoelectric Layer and Inverse Piezoelectric Layer”, angemeldet am 31. Oktober 2011. Die US-Anmeldung 14/279,246 steht auch in Beziehung zu dem US-Patent 8,673,121 von John D. Larson III et al. mit dem Titel ”Method of Fabricating Piezoelectric Materials with Opposite X-Axis Orientations”, erteilt am 18. März 2014. Die US-Anmeldung 14/279,246 ist auch eine US-Continuation-in-part Anmeldung nach 37 C.F.R. §1.53(b) der gemeinschaftlich besessenen US-Patentanmeldung 14/161,564 von John D. Larson III et al. mit dem Titel ”Method of Fabricating Rare-Earth Doped Piezoelectric Material with Various Amounts of Dopants and a Selected X-Axis Orientation”, angemeldet am 22. Januar 2014. Die Anmelder beanspruchen die Priorität nach 35 U.S.C. § 120 von der US-Patentanmeldung 12/692,108 und von der US-Patentanmeldung 13/286,051 und von der US-Patentanmeldung 14/161,564. Die gesamte Offenbarung der US-Patentanmeldung 12/692,108 und die gesamte Offenbarung der US-Patentanmeldung 13/286,051 und die gesamte Offenbarung des US-Patents 8,673,121 und die gesamte Offenbarung der US-Patentanmeldung 14/161,564 werden ausdrücklich unter Bezugnahme hierin aufgenommen.
Hintergrund
Elektrische Resonatoren werden bei vielen elektronischen Anwendungen verwendet. Zum Beispiel werden bei vielen Drahtlos- bzw. Funkkommunikationsgeräten Radiofrequenz (RF) und Mikrowellenfrequenz Resonatoren als Filter zur Verbesserung des Empfangs und der Übertragung von Signalen verwendet. Filter enthalten typischerweise Induktoren bzw. Spulen und Kondensatoren und in jüngerer Zeit Resonatoren.
Wie verstanden wird, ist es wünschenswert, die Größe von Komponenten von elektronischen Geräten zu reduzieren. Viele bekannte Filtertechnologien stellen ein Hindernis bei der Miniaturisierung des gesamten Systems dar. Mit der Notwendigkeit, die Komponentengröße zu reduzieren, ist eine Klasse an Resonatoren auf Basis des piezoelektrischen Effekts aufgekommen. Bei piezoelektrisch basierten Resonatoren werden akustische Resonanzmoden in dem mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material erzeugt. Diese akustischen Wellen werden in elektrische Wellen zur Verwendung bei elektrischen Anwendungen umgewandelt.
Eine Art von piezoelektrischer Resonator ist ein Bulk-akustische Wellen bzw. Bulk-Akustik-Wave (bulk acoustic wave, BAW) Resonator. Der BAW-Resonator beinhaltet einen akustischen Stapel, der unter anderem eine Schicht an mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material umfasst, die zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Akustische Wellen erreichen eine Resonanz über bzw. quer durch den akustischen Stapel, wobei die Resonanzfrequenz der Wellen durch die Materialien in dem akustischen Stapel bestimmt wird. Eine Art von BAW-Resonator umfasst eine piezoelektrische Schicht für das mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Material, die über einen Hohlraum bzw. eine Kavität bereitgestellt ist. Diese Resonatoren werden oft als Film-Bulk-Akustik-Resonatoren (film bulk acoustic resonators, FBAR) bezeichnet.
FBARs sind vom Prinzip her ähnlich zu Bulk-Akustik Resonatoren, wie zum Beispiel Quarz, aber sind (proportional) verkleinert, um bei GHz-Frequenzen zu schwingen. Da die FBARs Dicken in der Größenordnung von Mikrometern und Längen- und Breiten-Abmessungen von Hunderten von Mikrometern haben, sorgen FBARs in vorteilhafter Weise für eine vergleichsweise kompakte Alternative zu bestimmten bekannten Resonatoren.
FBARs können eine Membran (auch als der akustische Stapel bezeichnet) umfassen, die über Luft angeordnet ist. Oft umfasst solch eine Struktur die Membran über einem Hohlraum aufgehängt (schwebend) in einem Substrat bereitgestellt, über dem die Membran aufgehängt ist bzw. schwebt. Andere FBARs können die Membran über einem akustischen Spiegel gebildet umfassen, der in dem Substrat gebildet ist. Ungeachtet ob die Membran über Luft oder über einem akustischen Spiegel gebildet ist, umfasst die Membran eine piezoelektrische Schicht, die über einer ersten Elektrode angeordnet ist, und eine zweite Elektrode, die über der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.
Die piezoelektrische Schicht umfasst eine kristalline Struktur und eine Polarisationsachse. Mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Materialien können entweder komprimieren oder expandieren bei Anlegen einer Spannung. Konventionsgemäß wird ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material, das bei Anlegen einer Spannung einer bestimmten Polarität komprimiert, als Kompressions-positives (C_P) Material bezeichnet, während ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material, das bei Anlegen der Spannung expandiert, als ein Kompressions-negatives (C_N) Material bezeichnet wird. Die Polarisationsachse von C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material ist antiparallel zu der Polarisationsachse von C_N Material.
Ein FBAR ist ein Polaritäts-abhängiges Gerät als ein Ergebnis der Polaritäts-Abhängigkeit des mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Materials, das einen Teil des FBAR ausmacht. Eine Spannung einer bestimmten Polarität, die zwischen den Elektroden des FBAR angelegt wird, bewirkt, dass sich die Dicke des FBAR in eine erste Richtung verändert, während die gleiche Spannung der entgegengesetzten Polarität bewirkt, dass sich die Dicke des FBAR in eine zweite Richtung verändert, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. (Die Dicke des FBAR ist die Dimension (bzw. das Ausmaß) des FBAR zwischen den Elektroden.) Zum Beispiel wird eine Spannung einer bestimmten Polarität bewirken, dass die Dicke des FBAR zunimmt, während eine Spannung der entgegengesetzten Polarität bewirken wird, dass die Dicke des FBAR abnimmt. Ebenso wird eine mechanische Belastung (Stress), die auf den FBAR ausgeübt wird und die bewirkt, dass sich die Dicke des FBAR in eine erste Richtung verändert, eine Spannung der bestimmten Polarität zwischen den Elektroden des FBAR erzeugen, während eine mechanische Belastung, die bewirkt, dass sich die Dicke des FBAR in eine zweite Richtung verändert, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, eine Spannung der entgegengesetzten Polarität zwischen den Elektroden des FBAR erzeugen. Vor diesem Hintergrund wird eine mechanische Belastung, die auf den FBAR ausgeübt wird und die bewirkt, dass die Dicke des FBAR zunimmt, eine Spannung der bestimmten Polarität erzeugen, während eine mechanische Belastung, die bewirkt, dass die Dicke des FBAR abnimmt, eine Spannung der entgegengesetzten Polarität erzeugen wird.
Die piezoelektrische Schicht eines FBAR wird oft über einer ersten Elektrode wachsen gelassen und unterhalb einer zweiten Elektrode. Die Orientierung der C-Achse wird durch die erste Schicht, die über der ersten Elektrode gebildet wird, beherrscht. Zum Beispiel beim Wachsen von mit Scandium dotiertem Aluminiumnitrid (AlScN) mit einer C_P-Schichtorientierung wird angenommen, dass die Bildung einer nativen Oxidschicht über der ersten Elektrode (z. B. Mo) bewirkt, dass die erste Schicht des piezoelektrischen Kristalls Al ist. Letztendlich hat die kristalline Orientierung des gebildeten AlScN zur Folge, dass die piezoelektrische Schicht eine C_P-Orientierung und ihre dazugehörigen Eigenschaften aufweist. Ein Wachstum von C_N piezoelektrischen Schichten (z. B. AlScN) durch bekannte Methoden hat sich als schwieriger erwiesen. Es wird vermutet, dass Stickstoff und Sauerstoff an der Oberfläche der ersten Elektrode adsorbiert werden können, wobei sich eine Schicht an Al über diesem adsorbierten Material bildet. Vor diesem Hintergrund wird ein C_P mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material gebildet anstelle der Bildung der gewünschten C_N, piezoelektrischen Schicht.
Bei manchen Anwendungen ist es wünschenswert, die Orientierung des mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials auswählen zu können und sowohl C_P mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material als auch C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material auf derselben Struktur herstellen zu können. Zum Beispiel ist es bei bestimmten Anwendungen nützlich, einen Eintakteingang (single-ended Input) zu einem differentiellen Ausgang bereitzustellen. Eine bekannte Resonatorstruktur, die einen differentiellen Ausgang aufweist, umfasst Coupled-Mode Resonatoren. Auf Coupled-Mode akustische Resonatoren basierende Filter werden oft als gekoppelte Resonatorfilter (coupled resonator filter, CRFs) bezeichnet. CRFs wurden untersucht und zur Anwendung gebracht, um ein verbessertes Durchlassband und eine Isolation des Übertragungsbands und Empfangsbands von Duplexern zum Beispiel bereitzustellen. Eine Topologie für CRFs umfasst einen oberen FBAR und einen unteren FBAR. Die beiden Elektroden von einem der FBARs umfassen die differentiellen Ausgänge und einer der Eingänge des unteren Resonators stellt den Eintakteingang bereit. Die zweite Elektrode stellt das Bezugspotential (ground) für das Gerät bereit. Jedoch auch wenn der gestapelte FBAR CRF vielversprechend vor dem Gesichtspunkt einer verbesserte Leistungsfähigkeit und einer reduzierten Fläche oder Grundfläche aufgrund seiner vertikalen Natur ist, um zu dieser Struktur zu gelangen, muss die Orientierung der Kompressionsachsen (C-Achsen) von einzelnen mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materialen auf die Anwendung zugeschnitten sein. Zum Beispiel kann es nützlich sein, eine piezoelektrische Schicht mit ihrer C-Achse (z. B. C_N) in einer Richtung zu haben und die zweite piezoelektrische Schicht mit ihrer kristallinen Orientierung antiparallel (z. B. C_P) zu der C-Achse der ersten piezoelektrischen Schicht zu haben. Leider und wie oben angesprochen ist es unter Verwendung von bekannten Methoden der Herstellung von piezoelektrischen Schichten schwierig, die Orientierung des piezoelektrischen Kristalls während der Herstellung auszuwählen und insbesondere auf demselben Wafer.
Bei anderen Anwendungen kann es nützlich sein, eine piezoelektrische Schicht mit seiner C-Achse (z. B. C_P, „piezoelektrische (p) Schicht”) in einer Richtung bereitzustellen und die zweite piezoelektrische Schicht mit ihrer kristallinen Orientierung antiparallel (z. B. C_N, „invers-piezoelektrische (ip) Schicht”) zu der C-Achse der p-Schicht zu haben. Leider und wie oben angesprochen ist es unter Verwendung von bestimmten bekannten Methoden zur Herstellung von piezoelektrischen Schichten schwierig, eine p-Schicht und ip-Schicht herzustellen, insbesondere auf demselben Wafer.
Im Allgemeinen weist ein Bulk-Akustik-Wave (BAW) Resonator eine Schicht eines mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials zwischen zwei leitfähigen Platten (Elektroden), die auf einer dünnen Membran gebildet sein können, auf. Das mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Material kann ein dünner Film von verschiedenartigen Materialen sein, wie zum Beispiel mit Scandium dotiertes Aluminiumnitrid (AlScN). Dünne, aus AlScN gemachte Filme sind vorteilhaft, da sie im Allgemeinen piezoelektrische Eigenschaften bei hohen Temperaturen (z. B. über 400°C) beibehalten. Jedoch hat AlScN einen niedrigeren piezoelektrischen Koeffizienten d₃₃ als zum Beispiel sowohl ZnO als auch PZT.
Ein dünner AlScN-Film kann mit verschiedenartigen spezifischen Kristallstrukturen abgeschieden werden, einschließlich einer Wurtzit-Struktur mit der Normalen zu dem Film orientiert entlang der (0001), die aus einer hexagonalen Kristallstruktur mit abwechselnden Schichten von Aluminium (Al) und Scandium (Sc) und Stickstoff (N) besteht, und einer Zinkblende-Struktur, die aus einer symmetrischen Struktur von Al-, Sc- und N-Atomen besteht, zum Beispiel. Auf Grund der Natur der Al-N und der Sc-N Bindung in der Wurtzit-Struktur, gibt es eine Polarisation des elektrischen Felds in dem AlScN-Kristall, was zu den piezoelektrischen Eigenschaften des dünnen AlScN-Films führt. Um diese Polarisation und den entsprechenden piezoelektrischen Effekt auszunutzen, muss man das AlScN mit einer spezifischen Kristallorientierung synthetisieren. Im Allgemeinen ist ein hoher elektromechanischer Kopplungskoeffizient (kt²) erwünscht, weil je höher der elektromechanische Kopplungskoeffizient ist, desto weniger Material wird benötigt, um für den gleichen piezoelektrischen Effekt zu sorgen.
Es wird daher ein Verfahren zur Herstellung von mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materialien benötigt, das zumindest die bekannten oben beschriebenen Defizite überwindet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die veranschaulichenden Ausführungsformen können aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verstanden werden, wenn sie mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendiger Weise maßstabsgetreu dargestellt sind. Vielmehr können die Abmessungen beliebig vergrößert oder verkleinert sein, um Klarheit in der Diskussion zu haben. Wo immer anwendbar und zweckmäßig, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
1A zeigt einen Bulk-Akustik-Wave (BAW) Resonator, der in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform hergestellt wurde.
1B zeigt einen BAW-Resonator, der in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform hergestellt wurde.
2A zeigt einen BAW-Resonator, der in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform hergestellt wurde.
2B zeigt einen BAW-Resonator, der in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform hergestellt wurde.
3A zeigt einen gestapelten Film-Bulk-Akustik-Wave Resonator (stacked film bulk acoustic wave resonator, SBAR), der in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform hergestellt wurde.
3B zeigt einen SBAR, der in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform hergestellt wurde.
4A zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Abscheidungssystems in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
4B zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Abscheidungssystems in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen Schicht in Übereinstimmung mit einer ersten repräsentativen Ausführungsform.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen Schicht in Übereinstimmung mit einer zweiten repräsentativen Ausführungsform.
7 zeigt einen Graph des Kopplungskoeffizienten versus der Wasserstoffflussrate während der Bildung einer piezoelektrischen Schicht.
8 ist eine Querschnittsansicht, die Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Schichten über einem Substrat in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen veranschaulicht.
9A–9I sind Querschnittsansichten, die Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Schichten über einem Substrat in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen veranschaulichen.
10A–10J sind Querschnittsansichten, die Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Schichten über einem Substrat in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen veranschaulichen.
11A–11H sind Querschnittsansichten, die Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Schichten über einem Substrat in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen veranschaulichen.
Definierte Terminologie
Es ist zu verstehen, dass die hierin verwendete Terminologie nur zum Zwecke der Beschreibung von besonderen Ausführungsformen ist, und nicht zur Beschränkung gedacht ist. Die definierten Begriffe sind zusätzlich zu den technischen und wissenschaftlichen Bedeutungen der definierten Begriffe, wie sie üblicherweise verstanden und akzeptiert sind in dem technischen Gebiet der vorliegenden Lehren.
Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen benutzt, beinhalten die Begriffe „ein”, „eine”, „eines”, „der”, „die” und „das” sowohl den Singular- als auch den Pluralbezug, sofern der Kontext nicht eindeutig anderes festlegt. Somit umfasst zum Beispiel „ein Gerät” ein einziges Gerät und auch mehrere Geräte.
Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen benutzt und zusätzlich zu deren üblichen Bedeutungen, bedeuten die Begriffe „wesentlich” oder „im Wesentlichen” auch in annehmbaren Grenzen oder Ausmaß. Zum Beispiel bedeutet ”im Wesentlichen abgebrochen”, dass der Durchschnittsfachmann das Abbrechen als annehmbar erachten würde.
Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen benutzt und zusätzlich zu seiner gewöhnlichen Bedeutung, bedeutet der Begriff „ungefähr” dies innerhalb annehmbarer Grenzen oder Ausmaß für den gewöhnlichen Durchschnittsfachmann. Zum Beispiel bedeutet „ungefähr das Gleiche”, dass ein gewöhnlicher Durchschnittsfachmann die verglichenen Gegenstände als gleich erachten würde.
Detaillierte Beschreibung
In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sind, zum Zwecke der Erklärung und nicht zur Beschränkung, spezielle Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis von veranschaulichenden Ausführungsformen gemäß den vorliegenden Lehren bereitzustellen. Jedoch wird dem gewöhnlichen Durchschnittsfachmann, der den Vorteil der vorliegenden Offenbarung hatte, ersichtlich, dass andere Ausführungsformen gemäß den vorliegenden Lehren, die von den speziellen hierin offenbarten Details abweichen, innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche verbleiben. Darüber hinaus können Beschreibungen von wohlbekannten Vorrichtungen und Verfahren weggelassen werden, um die Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen nicht zu verschleiern. Solche Verfahren und Vorrichtungen befinden sich eindeutig innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren.
Im Allgemeinen wird verstanden, dass die Zeichnungen und die darin dargestellten verschiedenen Elemente nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Darüber hinaus werden relative Begriffe, wie zum Beispiel „oberhalb”, „unterhalb”, „obere”, „untere”, „oben”, „unten”, „über” und „unter” verwendet, um die Beziehung der verschiedenen Elemente zueinander zu beschreiben, wie in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht. Es wird verstanden, dass diese relativen Begriffe dazu dienen, verschiedene Orientierungen des Gerätes und/oder von Elementen zu umfassen, zusätzlich zu den in den Zeichnungen dargestellten Orientierungen. Zum Beispiel, wenn das Gerät in Bezug auf die Ansicht in den Zeichnungen umgedreht würde, würde ein Element das als „oberhalb” eines anderen Elements beschrieben wird, sich nun beispielsweise „unterhalb” dieses Elements befinden.
Bestimmte Aspekte der vorliegenden Lehren sind relevant für Komponenten von FBAR-Geräten, FBAR-basierte Filter, deren Materialien und deren Herstellungsverfahren. Viele Details über FBARs, deren Materialien und deren Herstellungsverfahren können in einer oder mehreren der folgenden US-Patente und Patentanmeldungen gefunden werden: US 6,107,721 von Lakin; US 5,587,620 , US 5,873,153 und US 6,507,983 von Ruby et al.; US-Patentanmeldung 11/443,954 mit dem Titel „Piezoelectric Resonator Structures and Electrical Filters” von Richard C. Ruby et al.; US-Patentanmeldung 10/990,201 mit dem Titel „Thin Film Bulk Acoustic Resonator with Mass Loaded Perimeter” von Hongjun Feng et al.; und US-Patentanmeldung 11/713,726 mit dem Titel „Piezoelectric Resonator Structures and Electrical Filters having Frame Elements” von Jamneala et al.; und US-Patentanmeldung 11/159,753 mit dem Titel „Acoustic Resonator Performance Enhancement Using Alternating Frame Structure” von Richard C. Ruby et al.. Die Offenbarungen dieser Patente und Patentanmeldungen werden ausdrücklich unter Bezugnahme hierin aufgenommen. Es wird betont, dass die Komponenten, Materialien und Herstellungsverfahren, die in diesen Patenten und Patentanmeldungen offenbart sind, repräsentativ sind und andere Herstellungsverfahren und Materialien werden innerhalb des Bereichs von einem Durchschnittsfachmann in Betracht gezogen.
Im Allgemeinen betreffen die vorliegenden Lehren ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Schicht, die eine ausgewählte Orientierung der C-Achse (d. h. Polarität) aufweist. In bestimmten Ausführungsformen weist ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material, das in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen hergestellt wurde, eine C_N-Polarität auf (auch als Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material bezeichnet), während ein anderes mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material, das über demselben Substrat hergestellt wurde, eine C_P-Polarität aufweist (auch als Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material bezeichnet). In weiteren Ausführungsformen werden zwei oder mehr piezoelektrische Schichten in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen hergestellt, die Typ C_N Polarität aufweisen. Darüber hinaus umfasst in bestimmten repräsentativen Ausführungsformen das mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Material AlScN und das Dotiermittelmaterial ist Scandium (Sc). Es wird aber betont, dass dies lediglich veranschaulichend ist und dass die Herstellung von anderen Arten an mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materialien in Erwägung gezogen werden kann.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen das Bereitstellen einer dünnen Schicht von mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material (piezoelektrische Schicht), wie zum Beispiel AlScN, mit einem erhöhten piezoelektrischen Koeffizienten d₃₃ und einem erhöhten elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt², indem ein oder mehrere Seltenerdelemente in das Kristallgitter eines Abschnitts (Teils) der piezoelektrischen Schicht eingebaut werden. Durch Einbauen bzw. Einfügen spezifischer Atomprozentsätze von den mehreren Seltenerdelementen werden die piezoelektrischen Eigenschaften von dem mit Seltenerdelement dotiertem AlN, einschließlich des piezoelektrischen Koeffizienten d₃₃ und einem erhöhten elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt², verbessert, verglichen mit vollständig stöchiometrischem (undotiertem) AlN. Auch sorgt das Vorhandensein des undotierten Abschnitts der piezoelektrischen Schicht für eine mechanische Stabilität, die ein Biegen verhindert.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das AlN-Material mit Scandium (Sc) zum Beispiel dotiert sein, wodurch eine AlScN-Verbindung mit einem vorgegebenen Atomprozentsatz an Sc erzeugt wird. Das Sc-Atom hat einen Atomradius, der größer als der Atom-Radius des Al-Atoms ist, was zu einer Sc-N Bindungslänge (2,25 Å) führt, die größer als die Al-N Bindungslänge (1,90 Å) ist. Dieser Unterschied bei den Bindungslängen verursacht eine Belastung (Stress) in dem sich ergebenden AlScN-Material.
Anwendungen der veranschaulichenden Verfahren werden von einem Durchschnittsfachmann zu würdigen sein. Manche dieser Anwendungen beinhalten FBARs, die bei Wandler- bzw. Transformer-Anwendungen verwendbar sind, und FBARs, die bei Filteranwendungen verwendbar sind. Zum Beispiel kann das Verfahren zur Herstellung von mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materialien, die antiparallele C-Achsen (z. B. C_N-Polarität und C_P-Polarität) aufweisen, verwendbar bei der Herstellung von Film Akustik Transformern sein, wie sie zum Beispiel in den gemeinschaftlich besessenen US-Patenten 6,987,433 und 7,091,649 von Larson III et al. beschrieben sind. Darüber hinaus kann das Verfahren zur Herstellung von mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materialien, die antiparallele C-Achsen (z. B. C_N-Polarität und C_P-Polarität) oder parallele C-Achsen (z. B. beide C_N-Polarität) aufweisen, verwendbar bei der Herstellung von gestapelten Dünnfilm-Bulk-Akustik Resonatoren (stacked thin film bulk acoustic resonators, SBARs) sein. SBARs umfassen das Stapeln von zwei oder mehr Schichten von mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material, wobei Elektroden zwischen den piezoelektrischen Schichten und oberseitig und unterseitig des Stapels sind. Solche SBARs sind zum Beispiel in den gemeinschaftlich besessenen US-Patenten 5,587,620 und 6,060,818 von Ruby et al. beschrieben.
Weiterhin kann das Verfahren zur Herstellung von mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materialien, die antiparallele C-Achsen (z. B. C_N-Polarität und C_P-Polarität) aufweisen oder beide C_N-Polarität aufweisen, verwendbar bei CRF-Anwendungen sein, wie sie zum Beispiel in der gemeinschaftlich besessenen US-Patentanmeldung 12/201,641 mit dem Titel „Single Cavity Acoustic Resonators and Electrical Filters Comprising Single Cavity Acoustic Resonators”, angemeldet am 29. August 2008, von Bradley et al., und in dem gemeinschaftlich besessenen US-Patent 7,515,018 von Handtmann et al. beschrieben sind. Die Offenbarungen der US-Patente 5,587,620 ; 6,060,818 ; 6,987,433 ; 7,091,649 und 7,515,018 und die Offenbarung der US-Patentanmeldung 12/201,641 werden ausdrücklich unter Bezugnahme hierin aufgenommen. Es wird betont, dass die genannten Anwendungen lediglich dazu dienen sollen, Anwendungen der Verfahren der vorliegenden Lehren zu veranschaulichen und dass die Anwendung der Verfahren zur Herstellung von mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materialien nicht auf diese veranschaulichenden Anwendungen beschränkt sind.
1A zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht eines FBAR 100 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Ein akustischer Stapel 102 ist über einem Substrat 101 bereitgestellt und umfasst eine erste Elektrode 103, die über dem Substrat 101 angeordnet ist; eine piezoelektrische Schicht 104, die über der ersten Elektrode 103 angeordnet ist; und eine zweite Elektrode 105, die über der piezoelektrischen Schicht 104 angeordnet ist. Die piezoelektrische Schicht 104 ist ein Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material und ist veranschaulichend Typ C_N Aluminiumnitrid (AlN). Das Substrat 101 umfasst veranschaulichend Einkristall-Silicium (Si).
In Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen ist die piezoelektrische Schicht 104 mit einem bestimmten Atomprozentsatz eines Seltenerdelements dotiert. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das dotierte piezoelektrische Material in der piezoelektrischen Schicht 104 dotiertes AlN und etliche Al-Atome sind innerhalb des AlN-Kristallgitters durch ein Seltenerdelement zu einem vorgegebenen Prozentsatz ersetzt, was auch als ein „dotierendes Element” bezeichnet wird. Da die dotierenden Elemente ausschließlich Al-Atome (z. B. von einem Al-Target) ersetzen, bleibt der Prozentsatz an Stickstoffatomen in dem piezoelektrischen Material im Wesentlichen gleich, ungeachtet der Menge an Dotierung. Wenn Prozentsätze von dotierenden Elementen hierin besprochen werden, ist es in Bezug auf die gesamten Atome (nicht einschließlich Stickstoff) des piezoelektrischen AlN-Materials und es wird hierin als „Atomprozentsatz” bezeichnet. In Übereinstimmung mit bestimmten repräsentativen Ausführungsformen beträgt der Atomprozentsatz von Scandium in einer Aluminiumnitridschicht ungefähr 0,5% bis weniger als ungefähr 10,0%. Allgemeiner beträgt der Atomprozentsatz von Scandium in einer Aluminiumnitridschicht ungefähr 0,5% bis ungefähr 44% in bestimmten Ausführungsformen. In noch anderen Ausführungsformen beträgt der Atomprozentsatz von Scandium in einer Aluminiumnitridschicht ungefähr 2,5% bis weniger als ungefähr 5,0%. Also zum Beispiel, wie unten noch näher beschrieben wird, wenn eines der Al-Targets, das bei dem Verfahren zur Herstellung der piezoelektrischen Schicht 104 verwendet wird, ungefähr 5 Prozent Sc enthält, dann hat das Al in der piezoelektrischen Schicht 104 einen Atomprozentsatz von ungefähr 95,0%, während das Sc einen Atomprozentsatz von ungefähr 5,0% hat. Die atomare Zusammensetzung der piezoelektrischen Schicht 104 kann dann als Al_0,95Sc_0,05N dargestellt werden.
Auch wenn viele der repräsentativen Ausführungsformen sich auf mit Scandium dotierten AlN beziehen, wird darauf hingewiesen, dass auch andere Seltenerdelemente in Erwägung gezogen werden können. Insbesondere beinhalten die anderen Seltenerdelemente Yttrium (Y), Lanthan (La), Cer (Ce), Praesodym (Pr), Neodym (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Halmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu), wie einem Durchschnittsfachmann bekannt ist. Die verschiedenen Ausführungsformen ziehen den Einbau von jedem einen oder mehreren Seltenerdelement(en) in Erwägung, auch wenn hierin spezifische Beispiele besprochen werden.
Ein Hohlraum (Kavität) 106 ist in dem Substrat 101 gebildet unterhalb der ersten Elektrode 103 durch ein bekanntes Verfahren. Die erste Elektrode 103 und die zweite Elektrode 105 können eine von einer Vielzahl an leitfähigen Materialien sein, wie zum Beispiel Metalle, die als Elektroden in BAW-Anwendungen geeignet sind. Im Allgemeinen umfassen Materialien, die für die erste Elektrode 103 und die zweite Elektrode 105 geeignet sind, feuerfeste (hochschmelzende) Metalle, Übergangsmetalle oder Edelmetalle. In bestimmten Ausführungsformen umfassen die erste und zweite Elektrode 103, 105 veranschaulichend eines oder mehrere von Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Wolfram (W), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb), Hafnium (Hf) und Uran-238 (U-238) oder andere verlustarme Metalle und sie werden unter Verwendung eines bekannten Verfahrens hergestellt. Die piezoelektrische Schicht 104 wird in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren hergestellt.
In einer repräsentativen Ausführungsform umfasst der FBAR 100 eine Impfschicht (Keimschicht, seed layer) 108, die über einer oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 angeordnet ist. Wie unten noch näher beschrieben wird, ist die Impfschicht 108 veranschaulichend Al oder Al-Sc und fördert das Wachstum der mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Schicht 104 vom Typ C_N AlN. In einer repräsentativen Ausführungsform hat die Impfschicht 108 eine Dicke im Bereich von ungefähr 50 Å bis ungefähr 1000 Å über der oberen Oberfläche 107. In anderen repräsentativen Ausführungsformen, wie unten beschrieben, wird die Impfschicht 108 nicht bereitgestellt über der ersten Elektrode 103. Vielmehr wird die Typ C_N piezoelektrische Schicht 104 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 durch Verfahren von repräsentativen Ausführungsformen gebildet.
1B zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht eines BAW-Resonators 109 in Übereinstimmung mit einer weiteren repräsentativen Ausführungsform. Der akustische Stapel 102 ist über dem Substrat 101 bereitgestellt und umfasst die erste Elektrode 103, die über dem Substrat 101 angeordnet ist; die piezoelektrische Schicht 104, die über der ersten Elektrode 103 angeordnet ist; und die zweite Elektrode 105, die über der piezoelektrischen Schicht 104 angeordnet ist. Das Substrat 101 umfasst veranschaulichend Einkristall-Silicium (Si) und umfasst einen akustischen Isolator 110, der darin gebildet ist und unterhalb der ersten Elektrode 103 angeordnet ist. Der akustische Isolator 110 kann ein bekannter akustischer Spiegel sein, der abwechselnd Schichten von Material mit hoher akustischer Impedanz und Material mit niedriger akustischer Impedanz umfasst. Es sei darauf hingewiesen, dass BAW-Resonatoren, die einen akustischen Spiegel umfassen, der abwechselnd Schichten von Material mit hoher akustischer Impedanz und Material mit niedriger akustischer Impedanz umfasst, als Oberflächen-montierte akustische Resonatoren (surface mounted acoustic resonators, SMRs) bekannt sind. Die piezoelektrische Schicht 104 umfasst veranschaulichend AlN und ist ein Typ C_N Material, das in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren hergestellt wird.
In einer repräsentativen Ausführungsform umfasst der BAW-Resonator 109 die Impfschicht 108, die über einer oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 angeordnet ist. Die Impfschicht 108 hat eine Dicke im Bereich von ungefähr 50 Å bis ungefähr 1000 Å über der oberen Oberfläche 107. In anderen repräsentativen Ausführungsformen, wie unten beschrieben, wird die Impfschicht 108 nicht bereitgestellt über der ersten Elektrode 103. Vielmehr wird die Typ C_N piezoelektrische Schicht 104 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 durch Verfahren von repräsentativen Ausführungsformen gebildet.
2A zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht eines FBAR 200 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Der akustische Stapel 102 ist über dem Substrat 101 bereitgestellt und umfasst die erste Elektrode 103, die über dem Substrat 101 angeordnet ist; die piezoelektrische Schicht 104, die über der ersten Elektrode 103 angeordnet ist; und die zweite Elektrode 105, die über der piezoelektrischen Schicht 104 angeordnet ist. Die piezoelektrische Schicht 104 ist ein Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material und ist veranschaulichend Typ C_N Aluminiumnitrid (AlN). Das Substrat 101 umfasst veranschaulichend Einkristall-Silicium (Si).
Der Hohlraum 106 ist in dem Substrat 101 gebildet unterhalb der ersten Elektrode 103 durch ein bekanntes Verfahren. Die erste Elektrode 103 und die zweite Elektrode 105 können eine von einer Vielzahl an leitfähigen Materialien sein, wie oben beschrieben, und werden unter Verwendung eines bekannten Verfahrens hergestellt. Die piezoelektrische Schicht 104 wird in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren hergestellt.
In einer repräsentativen Ausführungsform und im Unterschied zu der FBAR 100, umfasst FBAR 200 keine Impfschicht 108 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Vielmehr wird die Typ C_N piezoelektrische Schicht 104 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 durch Verfahren von repräsentativen Ausführungsformen, wie unten beschrieben, gebildet.
2B zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht eines BAW-Resonators 201 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Der akustische Stapel 102 ist über dem Substrat 101 bereitgestellt und umfasst die erste Elektrode 103, die über dem Substrat 101 angeordnet ist; die piezoelektrische Schicht 104, die über der ersten Elektrode 103 angeordnet ist; und die zweite Elektrode 105, die über der piezoelektrischen Schicht 104 angeordnet ist. Das Substrat 101 umfasst veranschaulichend Einkristall-Silicium (Si) und umfasst den akustischen Isolator 110, der darin gebildet ist und unterhalb der ersten Elektrode 103 angeordnet ist. Der akustische Isolator 110 kann ein bekannter akustischer Spiegel sein, der abwechselnd Schichten von Material mit hoher akustischer Impedanz und Material mit niedriger akustischer Impedanz umfasst. Die erste Elektrode 103 und die zweite Elektrode 105 können eine von einer Vielzahl an leitfähigen Materialien sein, wie oben beschrieben, und werden unter Verwendung eines bekannten Verfahrens hergestellt. Die piezoelektrische Schicht 104 wird in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren hergestellt.
In einer repräsentativen Ausführungsform und im Unterschied zu der in 1B gezeigten FBAR 109, umfasst der FBAR 201 keine Impfschicht 108 über der ersten Elektrode 103. Vielmehr wird die Typ C_N piezoelektrische Schicht 104 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 durch Verfahren von repräsentativen Ausführungsformen, wie unten beschrieben, gebildet.
3A zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht eines SBAR 300 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Der SBAR 300 umfasst einen einzelnen Hohlraum, wie es zum Beispiel in der gemeinschaftlich besessenen US-Patentanmeldung 12/201,641 von Bradley et al. beschrieben ist. Der SBAR 300 umfasst eine erste Elektrode 303, die über einem Substrat 301 angeordnet ist; eine erste piezoelektrische Schicht 304, die über der ersten Elektrode 303 angeordnet ist; und eine zweite Elektrode 305, die über der ersten piezoelektrischen Schicht 304 angeordnet ist. In der repräsentativen Ausführungsform ist die erste piezoelektrische Schicht 304 ein Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material und ist veranschaulichend Typ C_N Aluminiumnitrid (AlN), Das Substrat 301 umfasst veranschaulichend Einkristall-Silicium (Si).
Eine zweite piezoelektrische Schicht 311 wird über der zweiten Elektrode 305 angeordnet und eine dritte Elektrode 312 wird über der zweiten piezoelektrischen Schicht 311 angeordnet. Die zweite piezoelektrische Schicht 311 ist ein Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material und ist veranschaulichend Typ C_N Aluminiumnitrid (AlN). Ein Hohlraum 306 ist in dem Substrat 301 gebildet unterhalb der ersten Elektrode 303 durch ein bekanntes Verfahren. Der Hohlraum 306 sorgt für akustische Isolation, wie oben beschrieben. Alternativ kann ein akustischer Isolator (nicht gezeigt in 3A), wie zum Beispiel oben beschrieben und umfassend abwechselnd Schichten von vergleichsweise hoher und niedriger akustischer Impedanz, anstelle des Hohlraums 306 verwendet werden.
Die erste Elektrode 303, die zweite Elektrode 305 und die dritte Elektrode 312 können eine von einer Vielzahl an leitfähigen Materialien sein, wie zum Beispiel Metalle, die als Elektroden in BAW-Anwendungen geeignet sind. Im Allgemeinen umfassen Materialien, die für die erste Elektrode 303, die zweite Elektrode 305 und die dritte Elektrode 312 geeignet sind, feuerfeste (hochschmelzende) Metalle, Übergangsmetalle oder Edelmetalle. In bestimmten Ausführungsformen umfassen die erste, zweite und dritte Elektrode 303, 305, 312 veranschaulichend eines oder mehr von Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Wolfram (W), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb), Hafnium (Hf) und Uran-238 (U-238) oder andere verlustarme Metalle und sie werden unter Verwendung eines bekannten Verfahrens hergestellt. Die erste und zweite piezoelektrische Schichten 304, 311 werden in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren hergestellt.
In einer repräsentativen Ausführungsform umfasst der SBAR 300 eine erste Impfschicht 308, die über einer oberen Oberfläche 307 der ersten Elektrode 303 angeordnet ist, und eine zweite Impfschicht 310, die über einer oberen Oberfläche 309 der zweiten Elektrode 305 angeordnet ist. Wie unten noch näher beschrieben wird, sind die erste und zweite Impfschichten 308, 310 veranschaulichend Al und fördern das Wachstum der ersten und zweiten piezoelektrischen Schichten 304, 301, die beide vom Typ C_N AlN sind. In einer repräsentativen Ausführungsform haben die erste und zweite Impfschichten 308, 310 jeweils eine Dicke im Bereich von ungefähr 50 Å bis ungefähr 1000 Å.
Es wird gewürdigt, dass der SBAR 300 der repräsentativen Ausführungsform einen akustischen Stapel umfasst, der mehr als eine Typ C_N, piezoelektrische Schicht umfasst. Es wird betont, dass andere BAW-Resonatorstrukturen, die einen akustischen Stapel umfassen, der mehr als eine Typ C_N piezoelektrische Schicht umfasst, in Erwägung gezogen werden. Zum Beispiel werden entkoppelte gestapelte akustische Resonatoren, die mehr als einen FBAR mit einem dazwischen angeordneten akustischen Entkoppler umfassen, in Erwägung gezogen. In solch einer Ausführungsform würde jeder der FBARs eine Typ C_N piezoelektrische Schicht umfassen, die in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren hergestellt wird. Die vorliegenden Lehren ziehen die Bildung der piezoelektrischen Schichten mit C_N-Achsen durch Bereitstellen einer Impfschicht über einer Oberfläche der jeweiligen Elektroden und Bilden der jeweiligen piezoelektrischen Schichten darüber in Erwägung.
Darüber hinaus ist es in bestimmten BAW-Strukturen, die einen akustischen Resonator umfassen, der mehr als eine piezoelektrische Schicht umfasst, erwünscht, piezoelektrische Schichten bereitzustellen, die antiparallele C-Achsen (z. B. eine Typ C_N piezoelektrische Schicht und eine Typ C_P piezoelektrische Schicht) umfassen. Die vorliegenden Lehren ziehen auch die Bildung der piezoelektrischen Schichten mit C_N-Achsen durch Bereitstellen einer Impfschicht über der Oberfläche einer Elektrode, Bilden der Typ C_N piezoelektrischen Schicht über der Impfschicht und die Bildung einer Typ C_P piezoelektrischen Schicht über einer anderen Elektrode in Erwägung. Die Typ C_P piezoelektrische Schicht wird unter Verwendung eines bekannten Verfahrens gebildet.
3B zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht eines SBAR 302 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Der SBAR 302 umfasst einen einzelnen Hohlraum, wie es zum Beispiel in der gemeinschaftlich besessenen US-Patentanmeldung 12/201,641 von Bradley et al. beschrieben ist. Der SBAR 302 umfasst eine erste Elektrode 303, die über einem Substrat 301 angeordnet ist; eine erste piezoelektrische Schicht 304, die über der ersten Elektrode 303 angeordnet ist; und eine zweite Elektrode 305, die über der ersten piezoelektrischen Schicht 304 angeordnet ist. In einer repräsentativen Ausführungsform ist die erste piezoelektrische Schicht 304 ein Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material und ist veranschaulichend Typ C_N Aluminiumnitrid (AlN). Das Substrat 301 umfasst veranschaulichend Einkristall-Silicium (Si).
Die zweite piezoelektrische Schicht 311 wird über der zweiten Elektrode 302 angeordnet und eine dritte Elektrode 312 wird über der zweiten piezoelektrischen Schicht 311 angeordnet. Die zweite piezoelektrische Schicht 311 ist ein Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material und ist veranschaulichend Typ C_N Aluminiumnitrid (AlN). Ein Hohlraum 306 ist in dem Substrat 301 gebildet unterhalb der ersten Elektrode 303 durch ein bekanntes Verfahren. Der Hohlraum 306 sorgt für akustische Isolation, wie oben beschrieben. Alternativ kann ein akustischer Isolator (nicht gezeigt in 3B), wie zum Beispiel oben beschrieben und umfassend abwechselnd Schichten von vergleichsweise hoher und niedriger akustischer Impedanz, anstelle des Hohlraums 306 verwendet werden.
Die erste Elektrode 303, die zweite Elektrode 305 und die dritte Elektrode 312 können eine von einer Vielzahl an leitfähigen Materialien sein, wie zum Beispiel Metalle, die als Elektroden in BAW-Anwendungen geeignet sind. Im Allgemeinen umfassen Materialien, die für die erste Elektrode 303, die zweite Elektrode 305 und die dritte Elektrode 312 geeignet sind, feuerfeste (hochschmelzende) Metalle, Übergangsmetalle oder Edelmetalle. In bestimmten Ausführungsformen umfassen die erste, zweite und dritte Elektrode 303, 305, 312 veranschaulichend eines oder mehr von Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Wolfram (W), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb), Hafnium (Hf) und Uran-238 (U-238) oder andere verlustarme Metalle und sie werden unter Verwendung eines bekannten Verfahrens hergestellt. Die erste und zweite piezoelektrische Schichten 304, 311 werden in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren hergestellt.
In einer repräsentativen Ausführungsform und im Unterschied zu dem in 3A gezeigten SBAR 300, umfasst der SBAR 302 weder die erste Impfschicht 308 über einer oberen Oberfläche 307 der ersten Elektrode 303 noch die zweite Impfschicht 310, die über einer oberen Oberfläche 309 der zweiten Elektrode 305 angeordnet ist. Vielmehr werden die (Typ C_N) ersten und zweiten piezoelektrischen Schichten 304, 311 über den oberen Oberflächen 307 und 309 der ersten Elektrode 303 bzw. der zweiten Elektrode 305 durch Verfahren von repräsentativen Ausführungsformen, wie unten beschrieben, gebildet.
Es wird gewürdigt, dass der SBAR 302 der repräsentativen Ausführungsform einen akustischen Stapel umfasst, der mehr als eine piezoelektrische Schicht mit einer C_N-Achse umfasst. Es wird betont, dass andere BAW-Resonatorstrukturen, die einen akustischen Stapel umfassen, der mehr als eine Typ C_N piezoelektrische Schicht umfasst, in Erwägung gezogen werden. Zum Beispiel werden entkoppelte gestapelte akustische Resonatoren, die mehr als einen FBAR mit einem dazwischen angeordneten akustischen Entkoppler umfassen, in Erwägung gezogen. In solch einer Ausführungsform würde jeder der FBARs eine Typ C_N piezoelektrische Schicht umfassen, die in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren hergestellt wird. Die vorliegenden Lehren ziehen die Bildung der Typ C_N piezoelektrischen Schichten über einer Oberfläche von entsprechenden Elektroden in Erwägung. Darüber hinaus ist es in bestimmten BAW-Strukturen, die einen akustischen Resonator umfassen, der mehr als eine piezoelektrische Schicht umfasst, erwünscht, piezoelektrische Schichten bereitzustellen, die antiparallele C-Achsen (z. B. eine Typ C_N piezoelektrische Schicht und eine Typ C_P piezoelektrische Schicht) umfassen. Die vorliegenden Lehren ziehen auch die Bildung der piezoelektrischen Schichten mit C_N-Achsen und die Bildung einer Typ C_P piezoelektrischen Schicht über einer anderen Elektrode in Erwägung. Die Typ C_P piezoelektrische Schicht wird unter Verwendung eines bekannten Verfahrens gebildet.
4A zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Abscheidungssystems 400 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Das Abscheidungssystem 400 umfasst Komponenten, die zum Beispiel von Advanced Modular Systems, Inc. aus Santa Barbara, Kalifornien, USA kommerziell erhältlich sind. In repräsentativen Ausführungsformen ist das Abscheidungssystem 400 ein Sputterabscheidungssystem, von dem viele der Komponenten und der Dynamik einem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Da viele Details des Abscheidungssystems 400 und der Sputtertechniken bekannt sind, werden viele Details nicht bereitgestellt, um die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen nicht zu verschleiern.
Das Abscheidungssystem 400 umfasst eine Reaktionskammer 401, die während der Herstellung von mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materialen der repräsentativen Ausführungsformen im Wesentlichen unter Vakuum gehalten wird. Das Abscheidungssystem 400 umfasst auch Gaseingänge 403, 404, 405 als Eingänge (Inputs) zu einem Flusskontrollsystem 402, das den Fluss bzw. die Strömung von ausgewählten bereitgestellten Gasen zu den Gaseingängen 403, 404, 405 und die Flussraten der bereitgestellten Gase steuert bzw. regelt. Eine Belade- und Schleusenkammer 414 ist bereitgestellt, die das Beladen mit Wafern und dann deren Überführung in die Reaktionskammer 401 ermöglicht, ohne dass das Vakuum unterbrochen wird. Das Flusskontrollsystem 402 umfasst Ventile (nicht gezeigt) zum Auswählen der Gase, die in die Reaktionskammer 401 strömen sollen, Durchflussregler (nicht gezeigt) zum Messen und Regeln bzw. Steuern der Flussraten davon und einen Kontroller (nicht gezeigt), der geeignete Software zum Regeln bzw. Steuern der Ventile umfasst. Darüber hinaus kann das Abscheidungssystem 400 einen Abgasausgang 413 umfassen, der eine konstante Pumpgeschwindigkeit aufweist und eine Regelung bzw. Steuerung des Gesamtdrucks in der Reaktionskammer 401 wird durch das Andern des Gasflusses durch jeden Durchflussregler unabhängig voneinander oder gemeinsam bereitgestellt.
Das Flusskontrollsystem 402 kann eine Schnittstelle bzw. ein Interface (nicht gezeigt) umfassen, wie zum Beispiel eine grafische Benutzeroberfläche (nicht gezeigt). Das Abscheidungssystem 400 umfasst auch Gasausgänge 406, 407, 408 von dem Flusskontrollsystem 402. Gas von den Gasausgängen 406, 407, 408 wird der Reaktionskammer 401 bereitgestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass auch die Verwendung von gemischten Gasen (z. B. Ar und H₂) aus einer einzigen Quelle in Erwägung gezogen wird. Wie unten ausführlicher beschrieben, bilden diese Gase Atmosphären, die zum Reinigen und Sputterabscheiden von Materialien 411 von einem ersten Target 409 und einem zweiten Target 410 über das Substrat 101 in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen verwendet werden.
Beim Bilden eines mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials für die piezoelektrische Schicht 104 kann ein Target mit einer Kombination von Aluminium und Scandium verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass daher in einer repräsentativen Ausführungsform sowohl das erste als auch das zweite Target 409, 410 Legierungen von Aluminium und Scandium sind mit ausgewählten Prozentsätzen an Aluminium und Scandium zum Erzielen eines gewünschten Atomprozentsatzes der Scandiumdotierung in dem dotierten piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schicht 104. In Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Targets 409, 410 konzentrisch angeordnet und voneinander beabstandet. Wechselspannung wird selektiv angelegt zum Sputtern einer Impfschicht 108, die ein Metall (z. B. Al-Sc Impfschicht) umfasst, über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Während des Bildens der Impfschicht 108 strömt (fließt) Ar zu einem der Gaseingänge 403, 404, 405 und von einem der Gasausgänge 406, 407, und kein anderes Gas strömt (fließt) von dem anderen Gasausgang 406, 407. Als ein Ergebnis führt in den vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen zur Bildung von mit Sc dotiertem AlN in der Reaktionskammer 401 erzeugtes Ar-Plasma zu der Sputterabscheidung einer im Wesentlichen Al-Sc Impfschicht 108 von den ersten und zweiten Targets 409, 410 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Es sei darauf hingewiesen, dass je länger Wechselspannung an den ersten und zweiten Targets angelegt wird, desto dicker wird die Impfschicht 108 gebildet.
In der vorliegend beschriebenen Ausführungsform, wo sowohl das erste als auch das zweite Target 409, 410 eine Legierung von Aluminium und Scandium sind, sind die Anteile (Proportionen) vom Al und Sc in dem Target so ausgewählt, dass eine mit Scandium dotierte Aluminiumnitrid piezoelektrische Schicht bereitgestellt wird mit einem Atomprozentsatz, der so ausgewählt ist, dass ein gewünschter Atomprozentsatz an Dotierung in dem dotierten piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schicht 104 erzielt wird. In bestimmten repräsentativen Ausführungsformen, wo die ersten und zweiten Targets 409, 410 konzentrisch angeordnet sind, wird beobachtet, dass das Scandium von dem inneren konzentrischen Target (z. B. das erste Target 409) in einer konusartigen (kegelförmigen) Weise von dem inneren Target gesputtert wird. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Abscheidung von Scandium über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103, wobei ein zunehmender Atomprozentsatz an Scandium zu den äußeren Rändern (Kanten) hin gesputtert wird (z. B. ein größerer Atomprozentsatz mit zunehmendem Radius von gesputtertem Material über der oberen Oberfläche 107). Vor diesem Hintergrund und angesichts des durch dieses veranschaulichende Verfahren realisierte Sputtermuster, um das gesputterte Scandium gleichmäßiger zu verteilen, umfasst das äußere konzentrische Target (z. B. das zweite Target 410) eine Legierung von Al-Sc mit einem kleineren Atomprozentsatz an Scandium als die des inneren konzentrischen Targets (z. B. das erste Target 409). In einem veranschaulichenden Beispiel also, wenn ein Atomprozentsatz von 9,0% Scandium in dem dotierten piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schicht 104 gewünscht ist, umfasst das innere konzentrische Target (z. B. das erste Target 409) eine Al-Sc Legierung mit einem Atomprozentsatz an Scandium von ungefähr 9%, während das äußere konzentrische Target (z. B. das zweite Target 410) eine Al-Sc Legierung mit einem Atomprozentsatz an Scandium von ungefähr 4% bis ungefähr 5% umfasst. Dies wird ein dotiertes piezoelektrisches Material in der piezoelektrischen Schicht 104 mit einer atomaren Zusammensetzung von Al_0,91Sc_0,09N bereitstellen. Nochmals, hierbei handelt es sich lediglich um ein veranschaulichendes Dotiermittel und einen veranschaulichenden Atomprozentsatz an Dotiermittel in der piezoelektrischen Schicht. Allgemeiner ist der Atomprozentsatz an Seltenerdelement (z. B. Sc) in dem inneren Target (z. B. das erste Target 409) ungefähr gleich wie der gewünschte resultierende Atomprozentsatz an Dotiermittel in der resultierenden piezoelektrischen Schicht und das äußere Target (z. B. das zweite Target 410) hat normalerweise ungefähr 3 Atomprozent bis ungefähr 5 Atomprozent weniger Seltenerdelement als der Atomprozentsatz an Seltenerdelement in dem inneren Target.
In Übereinstimmung mit einer weiteren repräsentativen Ausführungsform umfasst eines von den ersten und zweiten Targets 409, 410 eine Legierung von Aluminium und Scandium und das andere Target umfasst nur Aluminium. In dieser Ausführungsform hat das die Legierung umfassende Target ausgewählte Atomprozentsätze an Aluminium und Scandium zum Erzielen eines gewünschten Atomprozentsatzes der Scandiumdotierung in dem dotierten piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schicht 104. In Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Targets konzentrisch angeordnet und voneinander beabstandet. Wechselspannung wird selektiv an das Target, das ganz aus Aluminium ist, angelegt, während das Target aus der Legierung zunächst geerdet ist oder mit keiner Spannung bezogen auf die Erdung versorgt wird. Das Anlegen von Wechselspannung an das Target, das ganz aus Aluminium ist, sputtert eine Al umfassende Impfschicht 108 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Während des Bildens der Impfschicht 108 strömt (fließt) Ar zu einem der Gaseingänge 403, 404, 405 und von einem der Gasausgänge 406, 407, und kein anderes Gas strömt (fließt) von dem anderen Gasausgang 406, 407. Als ein Ergebnis führt in den vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen zur Bildung von mit Sc dotiertem AlN in der Reaktionskammer 401 erzeugtes Ar-Plasma zu der Sputterabscheidung einer im Wesentlichen Al-Impfschicht 108 von dem ersten oder zweiten Target 409, 410, das nur Aliminium umfasst, über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Es sei darauf hingewiesen, dass je länger Wechselspannung das Target, das ganz aus Aluminium ist, angelegt wird, desto dicker wird die Impfschicht 108 gebildet.
In der vorliegend beschriebenen Ausführungsform, wo eines von den ersten und zweiten Targets 409, 410 eine Legierung von Aluminium und Scandium ist, sind die Anteile (Proportionen) vom Al und Sc in dem Target aus der Legierung so ausgewählt, dass eine mit Scandium dotierte Aluminiumnitrid piezoelektrische Schicht bereitgestellt wird mit einem Atomprozentsatz, der so ausgewählt ist, dass ein gewünschter Atomprozentsatz an Dotierung in dem dotierten piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schicht 104 erzielt wird. In einem veranschaulichenden Beispiel also, wenn ein Atomprozentsatz von 5,0% Scandium in dem dotierten piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schicht 104 gewünscht ist, umfasst das innere konzentrische Target (z. B. das erste Target 409) eine Al-Sc Legierung mit einem Atomprozentsatz an Scandium von ungefähr 5%. Dies wird ein dotiertes piezoelektrisches Material in der piezoelektrischen Schicht 104 mit einer atomaren Zusammensetzung von Al_0,95Sc_0,05N bereitstellen. Nochmals, hierbei handelt es sich lediglich um ein veranschaulichendes Dotiermittel und einen veranschaulichenden Atomprozentsatz an Dotiermittel in der piezoelektrischen Schicht.
Das Grundprinzip des Bereitstellens von einem oder beiden von den ersten und zweiten Targets 409, 410 mit einer Legierung eines gewünschten Seltenerdelements bei einem gewünschten Atomprozentsatz kann auch bei anderen Seltenerdelementen mit anderen gewünschten Atomprozentsätzen des gewünschten Dotiermittels angewendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass in Übereinstimmung mit bestimmten repräsentativen Ausführungsformen das Dotiermittel Scandium ist und das dotierte piezoelektrische Material der piezoelektrischen Schicht 104 Aluminiumnitrid ist, wobei der Atomprozentsatz von Scandium in einer Aluminiumnitridschicht (der piezoelektrischen Schicht 104) ungefähr 0,5% bis weniger als ungefähr 10,0% beträgt. Vor diesem Hintergrund umfasst das Herstellen von solch einer dotierten piezoelektrischen Schicht das Bereitstellen von einem oder beiden von den ersten und zweiten Targets 409, 410, das (bzw. die) eine Legierung von Al-Sc umfasst (bzw. umfassen), wobei der Atomprozentsatz an Scandium in dem ersten und/oder zweiten Target 409, 410 so ausgewählt wird, dass ein Atomprozentsatz der Scandiumdotierung in einer Aluminiumnitridschicht von ungefähr 0,5% bis weniger als ungefähr 10,0% bereitgestellt wird. Allgemeiner beträgt der Atomprozentsatz von Scandium in einer Aluminiumnitridschicht ungefähr 0,5% bis ungefähr 40% in bestimmten Ausführungsformen. In noch anderen Ausführungsformen beträgt der Atomprozentsatz von Scandium in einer Aluminiumnitridschicht ungefähr 2,5% bis weniger als ungefähr 5,0%.
Wie im Zusammenhang mit repräsentativen Ausführungsformen unten beschrieben ist, können die Gaseingänge 403, 404, 405 selektiv Argon (Ar), Stickstoff (N) bzw. Wasserstoff (H) oder eine Kombination davon bereitstellen. Die Gasausgänge 406, 407, 408 stellen eine Mischung (ein Gemisch) dieser Gase für die Reaktionskammer 401 bereit. Zum Beispiel kann bei der Bildung einer Al-Sc Impfschicht (z. B. die Impfschicht 108) Ar-Plasma durch den Austritt von Ar-Gas von einem der Gasausgänge 406, 407 in der Reaktionskammer 401 gebildet werden und führt zu einer Sputterabscheidung der Impfschicht 108 aus Al-Sc von den ersten und zweiten Targets 409, 410, die Al-Sc umfassen, über der ersten Elektrode 103. Nach der Bildung der Impfschicht 108 wird das Wachstum von Typ C_N piezoelektrischer Schicht (z. B. die piezoelektrische Schicht 104) bereitgestellt durch ein selektives Sputtern der ersten und zweiten Targets 409, 410 in einer Ar/N₂-Atmosphäre von den Gasausgängen 406, 407.
Alternativ kann bei der Bildung einer Al-Impfschicht (z. B. die Impfschicht 108) Ar-Plasma durch den Austritt von Ar-Gas von einem der Gasausgänge 406, 407 in der Reaktionskammer 401 gebildet werden und führt zu einer Sputterabscheidung der Impfschicht 108 aus Al von einem der ersten und zweiten Al-Targets 409, 410, das nur Al umfasst, über der ersten Elektrode 103. Nach der Bildung der Impfschicht 108 wird das Wachstum von einer Typ C_N piezoelektrischen Schicht (z. B. die piezoelektrische Schicht 104) bereitgestellt durch ein selektives Sputtern der ersten und zweiten Targets 409, 410 in einer Ar/N₂-Atmosphäre von den Gasausgängen 406, 407.
In einem weiteren beispielhaften Verfahren, bei dem keine Impfschicht bereitgestellt wird, wird Wasserstoff (H₂) von einem der Gasausgänge 406, 407 bereitgestellt, um eine Wasserstoffatmosphäre, die nützlich bei der Entfernung von Verunreinigungen auf der oberen Oberfläche 107 ist, bereitzustellen. Die Verunreinigungen können Metalloxide, Gase, wie zum Beispiel H₂O, N₂ oder O₂ auf der oberen Oberfläche 107, sowie Verarbeitungsrückstände, wie zum Beispiel Photoresist, beinhalten. Nach dem Reinigungsschritt in der Wasserstoffatmosphäre wird das Wachstum von Typ C_N piezoelektrischer Schicht (z. B. die piezoelektrische Schicht 104) bereitgestellt durch ein selektives Sputtern der ersten und zweiten Targets 409, 410 (z. B. Al) in einer Ar/N₂/H₂-Atmosphäre von den Gasausgängen 406, 407, 408 oder durch eine vorgemischte Quelle an Ar/H₂ und einer Stickstoffquelle. In repräsentativen Ausführungsformen liegt die Flussrate (Strömungsrate) von H₂ im Bereich von ungefähr 0 sccm bis ungefähr 20 sccm, die Flussrate von Argon liegt im Bereich von ungefähr 6 sccm bis ungefähr 25 sccm und die Flussrate von N₂ liegt im Bereich von ungefähr 39 sccm bis ungefähr 50 sccm unter der Annahme, dass das Volumen der Reaktionskammer 401 das gleiche ist, wenn eine einziges (einzelnes) Target verwendet wird als wenn mehrere Sputtertargets verwendet werden. Vor diesem Hintergrund sind die Flussraten lediglich veranschaulichend. Allgemeiner werden die Flussraten in Übereinstimmung mit dem Volumen der Reaktionskammer 401, der Geschwindigkeit der Pumpen und anderen Parametern, wie von einem Durchschnittsfachmann gewürdigt werden wird, angepasst bzw. eingestellt.
4B zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Abscheidungssystems 400 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Das Abscheidungssystem 400 umfasst Komponenten, die zum Beispiel von Advanced Modular Systems, Inc. aus Santa Barbara, Kalifornien, USA kommerziell erhältlich sind. In repräsentativen Ausführungsformen ist das Abscheidungssystem 400 ein Sputterabscheidungssystem, von dem viele der Komponenten und der Dynamik einem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Da viele Details des Abscheidungssystems 400 und der Sputtertechniken bekannt sind, werden viele Details nicht bereitgestellt, um die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen nicht zu verschleiern.
Das Abscheidungssystem 400 umfasst eine Reaktionskammer 401, die während der Herstellung von mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materialen der repräsentativen Ausführungsformen im Wesentlichen unter Vakuum gehalten wird. Das Abscheidungssystem 400 umfasst auch Gaseingänge 403, 404, 405 als Eingänge (Inputs) zu einem Flusskontrollsystem 402, das den Fluss bzw. die Strömung von ausgewählten bereitgestellten Gasen zu den Gaseingängen 403, 404, 405 und die Flussraten der bereitgestellten Gase steuert bzw. regelt. Eine Belade- und Schleusenkammer 414 ist bereitgestellt, die das Beladen mit Wafern und dann deren Überführung in die Reaktionskammer 401 ermöglicht, ohne dass das Vakuum unterbrochen wird. Das Flusskontrollsystem 402 umfasst Ventile (nicht gezeigt) zum Auswählen der Gase, die in die Reaktionskammer 401 strömen sollen, Durchflussregler (nicht gezeigt) zum Messen und Regeln bzw. Steuern der Flussraten davon und einen Kontroller (nicht gezeigt), der geeignete Software zum Regeln bzw. Steuern der Ventile umfasst. Darüber hinaus kann das Abscheidungssystem 400 einen Abgasausgang 413 umfassen, der eine konstante Pumpgeschwindigkeit aufweist und eine Regelung bzw. Steuerung des Gesamtdrucks in der Reaktionskammer 401 wird durch das Ändern des Gasflusses durch jeden Durchflussregler unabhängig voneinander oder gemeinsam bereitgestellt.
Das Flusskontrollsystem 402 kann eine Schnittstelle bzw. ein Interface (nicht gezeigt) umfassen, wie zum Beispiel eine grafische Benutzeroberfläche (nicht gezeigt). Das Abscheidungssystem 400 umfasst auch Gasausgänge 406, 407, 408 von dem Flusskontrollsystem 402. Gas von den Gasausgängen 406, 407, 408 wird der Reaktionskammer 401 bereitgestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass auch die Verwendung von gemischten Gasen (z. B. Ar und H₂) aus einer einzigen Quelle in Erwägung gezogen wird.
Wie unten ausführlicher beschrieben, bilden diese Gase Atmosphären, die zum Reinigen und Sputterabscheiden von Materialien 411 von einem einzigen (einzelnen) Target 412 über das Substrat 101 in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen verwendet werden. In einer repräsentativen Ausführungsform kann das einzige Target 412 eine vorher gebildete Legierung von Materialien sein, die in gewünschten Proportionen bereitgestellt sind. Das einzige Target 412 kann vollständig von einem einzigen Element gebildet sein oder es kann ein Verbund (Gemisch, Komposit) oder eine Legierung sein, gebildet aus einem Grundelement mit einem oder mehreren dotierenden Elementen (Dotiermittel). Zum Beispiel kann das einzige Target 412 eine Legierung sein, die aus Aluminium und einem oder mehreren Seltenerdelement(en), die bereits mit dem Aluminium in den gewünschten Proportionen eingegossen sind, gebildet sein, um den gewünschten Atomprozentsatz an Dotiermittel in der resultierenden mit Seltenerdelement dotierten Typ C_N, piezoelektrischen Schicht 104 bereitzustellen. Veranschaulichend, wenn die gewünschte Zusammensetzung des auf der oberen Oberfläche 107 zu bildenden dünnen Films Aluminiumnitrid (AlN) ist, wobei der Stickstoff (N) als ein in dem Sputtergas enthaltenes Reaktionsgas bereitgestellt wird, ist das einzige Target 412 vollständig aus Aluminium (Al) gebildet. Wenn es gewünscht ist, einen dünnen Film zu sputtern, der aus einer Verbindung von Aluminiumnitrid (AlN), das mit einem Seltenerdelement, wie zum Beispiel Scandium (Sc), Erbium (Er) oder Yttrium (Y), dotiert ist, besteht, kann das einzige Target 412 aus Aluminium und einem oder mehreren Seltenerdelementen in Proportionen, die im Wesentlichen dieselben sind wie diejenigen, die in dem gesputterten dünnen Film gewünscht sind, gebildet sein.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass die Verwendung von Scandium als das dotierende Element lediglich veranschaulichend ist und andere Seltenerdelemente für die Verwendung als das dotierende Element der piezoelektrischen Schicht 104 in Erwägung gezogen werden. Insbesondere beinhalten die anderen Seltenerdelemente Yttrium (Y), Lanthan (La), Cer (Ce), Praesodym (Pr), Neodym (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu), wie einem Durchschnittsfachmann bekannt ist. Die verschiedenen Ausführungsformen ziehen den Einbau von jedem einen oder mehreren Seltenerdelement(en) in Erwägung, auch wenn hierin spezifische Beispiele besprochen werden.
Das einzige Target 412 der repräsentativen Ausführungsformen hat Charakteristika, die die Herstellung einer piezoelektrischen Schicht 104, die hoch strukturiert (bzw. texturiert) ist, fördern mit einer gut orientierten c-Achse und die eine vergleichsweise geringe Dichte an Defekten aufweist. Zum Beispiel können bei einem Legierungssputtertarget intermetallische (zweite Phase) Verbindungen während der Herstellung des Sputtertargets (z. B. das einzige Target 412) gebildet werden. Diese intermetallischen Verbindungen bilden Präzipitate in dem einzigen Target 412, die zu einer uneinheitlichen Abscheidung des dotierenden Elements in der piezoelektrischen Schicht 104 führen können. Zum Beispiel, in einer Ausführungsform, in der die piezoelektrische Schicht 104 ScAlN umfasst, umfasst das einzige Target 412 eine Sc-Al Legierung mit Atomprozentsätzen von Scandium und Aluminium, die so ausgewählt sind, dass das gewünschte Dotierlevel an Scandium in der piezoelektrischen Schicht 104 bereitgestellt wird, die veranschaulichend AlScN ist. Sc-Al intermetallische Präzipitate (z. B. ScAl₃) wirken wie „Gefahrenherde” („Hot Spots”) in dem einzigen Target 412, die gesputtert werden, und führen zu Defekten in der kristallinen Struktur der piezoelektrischen Schicht 104. Diese Defekte erzeugen Ungleichmäßigkeiten in der piezoelektrischen Schicht 104, die in unerwünschter Weise die Charakteristika bzw. Eigenschaften des Materials der piezoelektrischen Schicht beeinträchtigen. Es sei besonders darauf hingewiesen, dass diese Ungleichmäßigkeiten in der piezoelektrischen Schicht 104 zu unerwünschter Variation bei der Zugbelastung (bzw. Dehnbeanspruchung) und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt² führen können. Wie verstanden werden dürfte, je größer die Korngröße der Scandium-Aluminium-Legierung, insbesondere der zweiten Phase, ScAl₃, desto schädlicher kann ihr Einfluss auf die piezoelektrische Schicht 104 sein. Vor diesem Hintergrund und in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform beträgt die Korngröße der intermetallischen Präzipitate, die Scandium-Aluminium-Legierungspräzipitate (z. B. ScAl₃) in diesem Beispiel sind, weniger als ungefähr 100 μm und vorzugsweise weniger als ungefähr 40 μm und so klein wie 3 μm.
Eine weitere Quelle für Defekte in der piezoelektrischen Schicht 104 können Mikrorisse (Microcracks) oder Fehlstellen bzw. Hohlräume (Voids) oder beides in dem einzigen Target 412 sein. Diese Mikrorisse und Fehlstellen sind anfällig für elektrostatische Bogenbildung (Funkendurchschlag) während des Anlegens von Gleichspannung zwischen der Anode (nicht gezeigt) und der Sputterkathode (nicht gezeigt). Diese elektrostatische (Licht)bogenbildung kann ein geschmolzenes Material produzieren, das von den Komponenten des einzigen Targets 412 gebildet ist. Dieses geschmolzene Material kann auf die Oberfläche, wo die piezoelektrische Schicht 104 gebildet wird, die piezoelektrische Schicht 104 oder sonst wohin in der Reaktionskammer 401 (z. B. auf die innere Oberfläche der Reaktionskammer) fallen und makroskopische Partikel des Materials bilden. Diese makroskopischen Partikel können direkt fallen oder von sonst woher in der Reaktionskammer 401 während des Sputterns fallen und letztendlich auf der piezoelektrischen Schicht 104 oder auf der piezoelektrischen Schicht 104 während ihrer Herstellung oder beides landen. Wie gewürdigt werden kann, können diese makroskopischen Partikel unerwünschte Unterbrechungen bei dem Kristallwachstum der piezoelektrischen Schicht 104 erzeugen und die kristalline Orientierung des resultierenden Materials zerstören. Letztendlich kann dies zu einer Verringerung der Qualität/Struktur (Textur) der piezoelektrischen Schicht 104 führen. In vorteilhafter Weise verringert ein Minimieren der maximalen Größe der Mikrorisse und Fehlstellen in dem einzigen Target 412 den Schweregrad der elektrostatischen (Licht)bogenbildung beträchtlich und verringert folglich den Grad der Bildung von geschmolzenem Material sowohl auf der Oberfläche, auf der die piezoelektrische Schicht 104 gebildet wird, auf der piezoelektrischen Schicht 104 und sonst wo in der Reaktionskammer 401. Es sei darauf hingewiesen, dass in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform das einzige Target 412 Mikrorisse oder Fehlstellen oder beides aufweist mit einer Targetdichte von 98% oder größer der theoretischen Dichte, wobei die theoretische Dichte der Legierung des einzigen Targets 412 die Dichte einer „perfekten Legierung” der Materialien ist, die das einzige Target 412 bei ihren bestimmten Proportionen ausmachen. Zum Beispiel kann die theoretische Dichte eines Sputtertargets, das 5% Scandium und 95% Aluminium aufweist, unter Verwendung ihrer Atommassen durch bekannte Methoden berechnet werden. Ein Target mit einer Targetdichte von 98% der berechneten theoretischen Dichte würde die geringere Dichte auf Grund von Fehlstellen und Mikrorissen, die während der Herstellung des einzigen Targets 412 gebildet wurden, haben. Alternativ haben die Mikrorisse oder Fehlstellen oder beide in vorteilhafter Weise eine Korngröße von weniger als ungefähr 100 μm bis ungefähr 3 μm. Weiterhin wird die Dichte an Defekten auf Grund von Mikrorissen und Fehlstellen in dem einzigen Target 412 vergleichsweise gering gemacht; ungefähr 2 Defekte/cm². Als ein Ergebnis der Begrenzung der Größe der Mikrorisse und Fehlstellen in dem einzigen Target 412 ist die piezoelektrische Schicht 104, die in Übereinstimmung mit der repräsentativen Ausführungsform gebildet wird, ein kristallines Material hoher Qualität und eine hoch strukturierte (texturierte) piezoelektrische Schicht mit Charakteristika von solch einem hierin beschriebenen Material. Weitere Details zu dem einzigen Target 412 sind in der gemeinschaftlich besessenen US-Patentanmeldung 14/262,785 mit dem Titel „Fabricating Low-Defect Rare-Earth Doped Piezoelectric Layer” von Phil Nikkel et al. und angemeldet am 27. April 2014 beschrieben. Die gesamte Offenbarung der US-Patentanmeldung 14/262,785 wird ausdrücklich unter Bezugnahme hierin aufgenommen.
Beim Bilden eines mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials für die piezoelektrische Schicht 104 kann ein Target mit einer Kombination von Aluminium und Scandium verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass daher in einer repräsentativen Ausführungsform das einzige Target 412 eine Legierung von Aluminium und Scandium ist mit ausgewählten Prozentsätzen an Aluminium und Scandium zum Erzielen eines gewünschten Atomprozentsatzes der Scandiumdotierung in dem dotierten piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schicht 104. Wechselspannung wird selektiv angelegt zum Sputtern einer Impfschicht 108, die ein Metall (z. B. Al-Sc Impfschicht) umfasst, über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Während des Bildens der Impfschicht 108 strömt (fließt) Ar zu einem der Gaseingänge 403, 404, 405 und von einem der Gasausgänge 406, 407, und kein anderes Gas strömt (fließt) von dem anderen Gasausgang 406, 407. Als ein Ergebnis führt in den vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen zur Bildung von mit Sc dotiertem AlN in der Reaktionskammer 401 erzeugtes Ar-Plasma zu der Sputterabscheidung einer im Wesentlichen Al-Sc Impfschicht 108 von dem einzigen Target 412 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Es sei darauf hingewiesen, dass je länger Wechselspannung an den ersten und zweiten Targets (bzw. an dem einzigen Target) angelegt wird, desto dicker wird die Impfschicht 108 gebildet.
In der vorlegend beschriebenen Ausführungsform, wo das einzige Target 412 eine Legierung von Aluminium und Scandium ist, sind die Anteile (Proportionen) vom Al und Sc in dem Target so ausgewählt, dass eine mit Scandium dotierte Aluminiumnitrid piezoelektrische Schicht bereitgestellt wird mit einem Atomprozentsatz, der so ausgewählt ist, dass ein gewünschter Atomprozentsatz an Dotierung in dem dotierten piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schicht 104 erzielt wird. In einem veranschaulichenden Beispiel also, wenn ein Atomprozentsatz von 9,0% Scandium in dem dotierten piezoelektrischen Material der piezoelektrischen Schicht 104 gewünscht ist, umfasst das einzige Target 412 eine Al-Sc Legierung mit einem Atomprozentsatz an Scandium von ungefähr 9%. Dies wird ein dotiertes piezoelektrisches Material in der piezoelektrischen Schicht 104 mit einer atomaren Zusammensetzung von Al_0,91Sc_0,09N bereitstellen. Nochmals, hierbei handelt es sich lediglich um ein veranschaulichendes Dotiermittel und einen veranschaulichenden Atomprozentsatz an Dotiermittel in der piezoelektrischen Schicht. Allgemeiner ist der Atomprozentsatz an Seltenerdelement (z. B. Sc) in dem einzigen Target 412 ungefähr gleich wie der gewünschte resultierende Atomprozentsatz an Dotiermittel in der resultierenden piezoelektrischen Schicht.
Die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen unter Verwendung eines einzigen Targets 412 mit einer Legierung eines gewünschten Seltenerdelements bei einem gewünschten Atomprozentsatz können auch bei anderen Seltenerdelementen mit anderen gewünschten Atomprozentsätzen des gewünschten Dotiermittels angewendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass in Übereinstimmung mit bestimmten repräsentativen Ausführungsformen das Dotiermittel Scandium ist und das dotierte piezoelektrische Material der piezoelektrischen Schicht 104 Aluminiumnitrid ist, wobei der Atomprozentsatz von Scandium in einer Aluminiumnitridschicht (der piezoelektrischen Schicht 104) ungefähr 0,5% bis weniger als ungefähr 10,0% beträgt. Vor diesem Hintergrund umfasst das Herstellen von solch einer dotierten piezoelektrischen Schicht das Bereitstellen eines einzigen Targets 412, das eine Legierung von Al-Sc umfasst, wobei der Atomprozentsatz an Scandium in dem einzigen Target 412 so ausgewählt wird, dass ein Atomprozentsatz der Scandiumdotierung in einer Aluminiumnitridschicht von ungefähr 0,5% bis weniger als ungefähr 10,0% bereitgestellt wird. Allgemeiner beträgt der Atomprozentsatz von Scandium in einer Aluminiumnitridschicht ungefähr 0,5% bis ungefähr 40% in bestimmten Ausführungsformen. In noch anderen Ausführungsformen beträgt der Atomprozentsatz von Scandium in einer Aluminiumnitridschicht ungefähr 2,5% bis weniger als ungefähr 5,0%.
Wie im Zusammenhang mit repräsentativen Ausführungsformen unten beschrieben ist, können die Gaseingänge 403, 404, 405 selektiv Argon (Ar), Stickstoff (N) bzw. Wasserstoff (H) oder eine Kombination davon bereitstellen.
Die Gasausgänge 406, 407, 408 stellen eine Mischung (ein Gemisch) dieser Gase für die Reaktionskammer 401 bereit. Zum Beispiel kann bei der Bildung einer Al-Sc Impfschicht (z. B. die Impfschicht 108) Ar-Plasma durch den Austritt von Ar-Gas von einem der Gasausgänge 406, 407 in der Reaktionskammer 401 gebildet werden und führt zu einer Sputterabscheidung der Impfschicht 108 aus Al-Sc von den ersten und zweiten Targets 409, 410, die Al-Sc umfassen, über der ersten Elektrode 103. Nach der Bildung der Impfschicht 108 wird das Wachstum von Typ C_N piezoelektrischer Schicht (z. B. die piezoelektrische Schicht 104) bereitgestellt durch ein selektives Sputtern der ersten und zweiten Targets 409, 410 in einer Ar/N₂-Atmosphäre von den Gasausgängen 406, 407.
Alternativ kann bei der Bildung einer Al-Impfschicht (z. B. die Impfschicht 108) Ar-Plasma durch den Austritt von Ar-Gas von einem der Gasausgänge 406, 407 in der Reaktionskammer 401 gebildet werden und führt zu einer Sputterabscheidung der Impfschicht 108 aus Al von einem der ersten und zweiten Al-Targets 409, 410, das nur Al umfasst, über der ersten Elektrode 103. Nach der Bildung der Impfschicht 108 wird das Wachstum von einer Typ C_N piezoelektrischen Schicht (z. B. die piezoelektrische Schicht 104) bereitgestellt durch ein selektives Sputtern der ersten und zweiten Targets 409, 410 in einer Ar/N₂-Atmosphäre von den Gasausgängen 406, 407.
In einem weiteren beispielhaften Verfahren, bei dem keine Impfschicht bereitgestellt wird, wird Wasserstoff (H₂) von einem der Gasausgänge 406, 407 bereitgestellt, um eine Wasserstoffatmosphäre, die nützlich bei der Entfernung von Verunreinigungen auf der oberen Oberfläche 107 ist, bereitzustellen. Die Verunreinigungen können Metalloxide, Gase, wie zum Beispiel H₂O, N₂ oder O₂ auf der oberen Oberfläche 107, sowie Verarbeitungsrückstände, wie zum Beispiel Photoresist, beinhalten. Nach dem Reinigungsschritt in der Wasserstoffatmosphäre wird das Wachstum von Typ C_N piezoelektrischer Schicht (z. B. die piezoelektrische Schicht 104) bereitgestellt durch ein selektives Sputtern der ersten und zweiten Targets 409, 410 (z. B. Al) (bzw. des einzigen Targets 412) in einer Ar/N₂/H₂-Atmosphäre von den Gasausgängen 406, 407, 408 oder durch eine vorgemischte Quelle an Ar/H₂ und einer Stickstoffquelle.
In 5 ist ein Verfahren 500 zur Herstellung einer piezoelektrischen Schicht in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform in einem vereinfachten Flussdiagramm gezeigt. Das Verfahren 500 wird unter direkter Bezugnahme auf die Komponenten von 1A, 1B und dem Abscheidungssystem 400 von 4B zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben. Die Herstellung von anderen FBAR-Strukturen, wie zum Beispiel FBAR 300, unter Verwendung des Verfahrens 500 wird auch in Betracht gezogen. Wie mit fortschreitender Beschreibung klarer werden wird, stellt das Verfahren 500 eine Impfschicht 108 über der ersten Elektrode 103 bei der Herstellung von Typ C_N piezoelektrischer Schicht 104 bereit. Wie oben angedeutet, kann das Verfahren 500 dazu verwendet werden, die erste Impfschicht 308 über der ersten Elektrode 303 und die zweite Impfschicht 310 über der zweiten Elektrode 305 von dem SBAR 300 bereitzustellen, indem der Vorgang nach dem Bilden der zwischenliegenden Schicht(en) von dem SBAR 300 wiederholt wird.
Bei 501 umfasst das Verfahren das Bilden einer ersten Elektrode über einem Substrat. Veranschaulichend wird die erste Elektrode 103 über dem Substrat 101 gebildet. Zum Zweck der Beschreibung des Verfahrens 500 wird die erste Elektrode 103 durch Sputterabscheiden des ausgewählten leitfähigen Materials über dem Substrat 101 durch ein bekanntes Verfahren gebildet, auch wenn andere Methoden der Bildung der ersten Elektrode in Erwägung gezogen werden können. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bildung des Hohlraums 106 in dem Substrat 101 vor der Herstellung des akustischen Stapels 102 von dem FBAR 100 durchgeführt werden kann, wobei der Hohlraum 106 mit einem Opfermaterial (nicht gezeigt) gefüllt ist, wie zum Beispiel Phosphosilikatglas (PSG) oder andere Freisetzungsprozesse, wie zum Beispiel Polysilicium und Xenondifluorid-Ätzmittel, wie es einem Durchschnittsfachmann bekannt ist, während der Herstellung der Schichten des akustischen Stapels 102; und nach dem Bilden der Schichten des akustischen Stapels 102 freigegeben wird. Alternativ wird der akustische Isolator 110 in dem Substrat 101 vor der Bildung der ersten Elektrode 103 von dem FBAR 109 gebildet.
Die Herstellung der piezoelektrischen Schicht 104 fängt mit dem Reinigen der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 an vor dem Bilden der piezoelektrischen Schicht 104. In einer repräsentativen Ausführungsform umfasst dieser Reinigungsschritt das Strömen von nur Ar zu einem der Gaseingänge 403, 404, 405 und zu einem der Gasausgänge 406, 407 zur Bereitstellung einer Ar-Atmosphäre in der Reaktionskammer 401. Ein RF-Bias wird an der ersten Elektrode 103 angelegt und die Reaktionskammer 401 wird geerdet gehalten, so dass die erste Elektrode 103 als eine Kathode fungiert. Ein Ar-Plasma wird in der Reaktionskammer 401 gebildet und bombardiert die obere Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Veranschaulichend wird die RF-Leistung im Bereich von ungefähr 15 W bis ungefähr 1 kW bereitgestellt und das Ar-Bombardement der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 wird einige wenige Sekunden bis einige wenige Minuten beibehalten, um eine ordentliche Entfernung von Verunreinigungen sicherzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass während dieses Reinigungsschritts keine Spannung an dem einzigen Target 412 angelegt ist.
Es wird vermutet, dass die vergleichsweise hohe kinetische Energie der Ar-Ionen für ein geeignetes Bombardement der oberen Oberfläche 107 sorgt, um im Wesentlichen davon Verunreinigungen, wie zum Beispiel adsorbiertes Wasser, adsorbiertes Oxid, adsorbierte Nitride und native Oxide, zu entfernen, die auf Materialien, die im Allgemeinen bei der Herstellung der ersten Elektrode 103 verwendet werden, gebildet sind. Durch das im Wesentlichen Entfernen von Verunreinigungen von der oberen Oberfläche 107 wird die Bildung einer vergleichsweisen reinen (puren) und elektropositiven Impfschicht 108 (umfassend Al oder AlSc) gefordert. Danach kann eine Typ C_N piezoelektrische Schicht durch Abscheiden von AlN über der Impfschicht 108 gebildet werden, wie oben beschrieben. Weiterhin, in einer Ausführungsform, wo die erste Elektrode 103 Pt umfasst, wird vermutet, dass durch diesen Reinigungsschritt in der Ar-Atmosphäre Verunreinigungen, wie zum Beispiel adsorbiertes Wasser, adsorbierte Oxide und adsorbierte Nitride von dem Pt entfernt werden, das nicht ohne weiteres native Oxide bildet.
Bei 502 umfasst das Verfahren das Bilden der Impfschicht 108 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. In einer repräsentativen Ausführungsform wird an diesem Punkt die RF-Leistung an der ersten Elektrode 103 beendet und Wechselspannung wird angelegt. In einer Ausführungsform, bei der das einzige Target 412 eine Al-Sc Legierung umfasst, wird die Wechselspannung an dem einzigen Target 412 angelegt; also ist das einzige Target elektrisch „heiß” und ein Bezugspotential (Erdung, ground) oder ein anderes Biaspotential wird an anderer Stelle in dem Plasmaschaltkreis angelegt, um ein Sputtern von dem einzigen Target 412 sicherzustellen. Bei Anlegen der Wechselspannung wird eine Al-Sc (ausschließlich Metall) Impfschicht gebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform, bei der das einzige Target 412 verwendet wird, es eine Landplatte bzw. Grundplatte (nicht gezeigt) gibt, über die das Substrat, auf dem die piezoelektrische Schicht gebildet wird, geerdet ist, wobei das Substrat auf elektrisch isolierenden Pins zum Minimieren von RF-Stromfluss darin geträgert ist.
Veranschaulichend ist in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform AlN das mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Material und das einzige Target 412 umfasst eine Al-Sc Legierung. Al-Sc wird selektiv von den ersten und zweiten Targets 409, 410 gesputtert, während der Halbzyklus der Wechselspannung mit negativem Potential an dem ausgewählten einen von den ersten und zweiten Targets 409, 410 angelegt ist. Dies stellt die Impfschicht 108 über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 bereit. Während der Bildung der Impfschicht 108 strömt (fließt) Ar zu einem der Gaseingänge 403, 404, 405 und von einem der Gasausgänge 406, 407, und kein anderes Gas strömt (fließt) von dem anderen Gasausgang 406, 407. Als ein Ergebnis führt in der Reaktionskammer 401 erzeugtes Ar-Plasma zu der Sputterabscheidung einer Al-Sc Impfschicht von dem einzigen Target 412 und über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Es sei darauf hingewiesen, dass je länger Wechselspannung an dem einzigen Target 412 angelegt wird, desto dicker wird die Al-Sc Impfschicht 108 gebildet.
Bei 503 und nachdem die Impfschicht 108 gebildet wurde, umfasst das Verfahren 500 das Strömen einer ersten Komponente der piezoelektrischen Schicht 104 und das Sputtern der piezoelektrischen Schicht 104 über dem Substrat 101. In einer repräsentativen Ausführungsform, die zur Bildung von AlN, das mit einem Seltenerdelement dotiert ist, verwendet wird, umfasst die erste Komponente Stickstoff (N₂) Gas. Das Strömen von Stickstoff in die Reaktionskammer 401 umfasst das Bereitstellen von Stickstoff zu einem der Gaseingänge 403, 404, 405 und von einem der Gasausgänge 406, 407, 408, während der Strom von Ar zu einem anderen der Gaseingänge 403, 404, 405 und von einem anderen der Gasausgänge 406, 407, 408 fortgesetzt wird. Während des Strömens von Stickstoff wird Wechselspannung an dem einzigen Target 412 angelegt und das mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Material, das eine Legierung der zweiten Komponente der piezoelektrischen Schicht 104 und des Seltenerdelements (d. h. der dritten Komponente des piezoelektrischen Materials) umfasst, wird über der Oberfläche zu dem einzigen Target 412 gebildet. In einer repräsentativen Ausführungsform hat die Wechselspannung eine Frequenz im Bereich von ungefähr 20 kHz bis ungefähr 100 kHz und eine Leistung im Bereich von ungefähr 1 kW bis ungefähr 7 kW. Veranschaulichend ist die Wechselspannungsleistung 7 kW und hat eine Frequenz von 40 kHz.
Das Ar/N₂-Plasma wird beibehalten und man geht davon aus, dass es das mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Material (z. B. AlScN) von dem einzigen Target zu der Impfschicht 108 in einer bevorzugten Orientierung sputtert zur Bereitstellung von Typ C_N AlN über der Impfschicht 108. In vorteilhafter Weise wird das Abscheiden der piezoelektrischen Schicht 104 bei diesem Teil des Verfahrens ohne Unterbrechen der Vakuumbedingungen in dem Abscheidungssystem 400 durchgeführt und vergleichsweise schnell nach dem Abschluss des Bildens der Impfschicht 108. Man geht davon aus, dass ein Beibehalten des Vakuums und ein relativ schnelles Anfangen mit der Abscheidung der piezoelektrischen Schicht 104, die Adsorption von Oxiden und Nitriden oder die Bildung von anderen Verunreinigungen über der bzw. den freiliegenden Oberfläche(n) der Impfschicht 108 im Wesentlichen verhindert.
Es wird vermutet, dass, da die Al-Impfschicht 108 vergleichsweise frei von Verunreinigungen ist auf Grund des Reinigungsschritts in Ar, eine im Wesentlichen elektropositive Oberfläche von Al über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 gebildet wird. Die Al-Impfschicht 108 ist vergleichsweise hochreaktiv und zieht Stickstoff des gesputterten mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials (z. B. AlScN) an. Vor diesem Hintergrund geht man in dem vorliegenden Beispiel davon aus, dass das AlScN so orientiert ist, dass der Stickstoff an der elektropositiven Impfschicht aus Aluminium gebunden ist und der Aluminium von dem AlScN, der nicht gebunden ist, freiliegt (d. h. in einer Struktur: Impfschicht – N – Al). Gesputtertes AlN wird dann an das freiliegende Aluminium gebunden, wobei der Stickstoff an dem freiliegenden Aluminium gebunden wird (d. h. in einer Struktur: Impfschicht – N – Al – N – Al mit substituierten Sc je nach der gewünschten Stöchiometrie). Diese Reihenfolge führt zu der Bildung der Kristallstruktur vom Typ C_N AlScN mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material und fährt fort bis eine geeignete Dicke des Typ C_N AlScN (z. B. der piezoelektrischen Schicht 104) realisiert ist. In einer Ausführungsform hat die AlScN-Schicht eine Dicke von ungefähr 12.000 Å.
Die Flussraten (Strömungsraten) von Ar und N₂ werden zur Kontrolle der Belastung (Beanspruchung, Stress) des resultierenden AlScN bestimmt. Es sei darauf hingewiesen, dass eine höhere Flussrate von Ar zu Zugbelastung in dem AlScN führt und eine niedrigere Flussrate von Ar zu Druckbelastung in dem AlScN führt. Gleichfalls führt eine höhere Flussrate von N₂ zu Zugbelastung in dem AlScN und eine niedrigere Flussrate von N₂ führt zu Druckbelastung in dem AlScN. In repräsentativen Ausführungsformen liegt die Flussrate von Ar im Bereich von ungefähr 6 sccm bis ungefähr 25 sccm und die Flussrate von N₂ liegt im Bereich von ungefähr 39 sccm bis ungefähr 50 sccm. In repräsentativen Ausführungsformen liegt die Flussrate von H₂ im Bereich von ungefähr 0 sccm bis ungefähr 20 sccm, die Flussrate von Argon liegt im Bereich von ungefähr 6 sccm bis ungefähr 25 sccm und die Flussrate von N₂ liegt im Bereich von ungefähr 39 sccm bis ungefähr 50 sccm unter der Annahme, dass das Volumen der Reaktionskammer 401 das gleiche ist wenn eine einziges (einzelnes) Target 412 verwendet wird als wenn mehrere Sputtertargets verwendet werden. Vor diesem Hintergrund sind die Flussraten lediglich veranschaulichend. Allgemeiner werden die Flussraten in Übereinstimmung mit dem Volumen der Reaktionskammer 401, der Geschwindigkeit der Pumpen und anderen Parametern, wie von einem Durchschnittsfachmann gewürdigt werden wird, angepasst bzw. eingestellt.
Nachdem die piezoelektrische Schicht 104 gebildet wurde, wird die zweite Elektrode 105 über der piezoelektrischen Schicht 104 gebildet. Die zweite Elektrode 105 umfasst ein Metall, das über der piezoelektrischen Schicht 104 sputterabgeschieden wird durch ein bekanntes Verfahren. Veranschaulichend umfasst die zweite Elektrode 105 das gleiche Material wie die erste Elektrode 103. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Materialien für die Elektroden verwendet werden können, wie es für den FBAR (BAW-Resonator) 100 vorteilhaft ist.
Nach dem Bilden der zweiten Elektrode 105 wird die Freisetzung des Opfermaterials zur Bildung des Hohlraums 106 durchgeführt unter Verwendung eines geeigneten Ätzmittels, wie zum Beispiel HF. Wie gewürdigt werden sollte, wenn sie ungeschützt ist, kann die Impfschicht 108 auch durch das Ätzmittel geätzt werden. Um zu vermeiden, dass dies signifikant die Impfschicht 108 zerstört, wird eine Schutzschicht (nicht gezeigt) bereitgestellt über und/oder um den akustischen Stapel 102 herum, der die erste Elektrode 103, die Impfschicht 108, die piezoelektrische Schicht 104 und die zweite Elektrode 105 umfasst. Die Schutzschicht kann einen Metall ”damm” umfassen, der zum Beispiel aus dem gleichen Material wie die ersten und zweiten Elektroden 103, 105 gebildet ist oder der aus einem für das Ätzmittel (z. B. HF) undurchlässigen Material gebildet ist. Solche Schutzschichten werden durch bekannte Sequenzen aus Abscheidung, Lithographie und Ätzen gebildet. Alternativ kann eine vergleichsweise dünne (z. B. 50 Å) Impfschicht 108 bereitgestellt werden. Es wird vermutet, dass eine vergleichsweise dünne Impfschicht 108 nicht nennenswert durch das Ätzmittel, das zum Freisetzen des Opfermaterials von dem Hohlraum 106 verwendet wird, geätzt wird. Selbstverständlich wenn anstelle des Hohlraums 106 der akustische Isolator 110 implementiert wird, wie in FBAR 109, wären die Freisetzung an Opfermaterial und somit das Passivierungsmaterial nicht notwendig.
Der FBAR 100 und der BAW-Resonator 109, die im Zusammenhang mit dem Verfahren 500 beschrieben sind, umfassen eine einzige piezoelektrische Schicht. Wie oben vermerkt, umfasst der akustische Stapel von bestimmten Resonatorstrukturen mehr als eine piezoelektrische Schicht. Es wird betont, dass das Verfahren 500 zur Bildung einer zweiten Typ C_N AlScN piezoelektrischen Schicht wiederholt werden kann. Zum Beispiel durch Wiederholen des Verfahrens 500 wird der SBAR 300, der erste und zweite piezoelektrische Schichten 304, 311 umfasst, hergestellt, indem erste bzw. zweite Impfschichten 308, 310 über entsprechende obere Oberflächen 307, 309 von ersten und zweiten Elektroden 303, 305 gebildet werden.
In bestimmten Anwendungen können zwei oder mehr piezoelektrische Schichten in dem akustischen Stapel enthalten sein und sie können entgegengesetzte C-Achsen haben. Zum Beispiel in einem akustischen Stapel, der in dem US-Patent 7,515,018 beschrieben ist, können die C-Achsen der piezoelektrischen Schichten antiparallel sein. Wie gewürdigt werden kann, in einer Struktur, die zwei piezoelektrische Schichten in einem akustischen Stapel umfasst, kann die erste piezoelektrische Schicht ein Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material (z. B. die erste piezoelektrische Schicht 304) sein und die zweite piezoelektrische Schicht 311 kann ein Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material sein. In solch einer Ausführungsform könnten das Abscheidungssystem 400 und das Verfahren 500 zur Bildung der Typ C_N piezoelektrischen Schicht durch das Verfahren 500 verwendet werden und die Typ C_P piezoelektrische Schicht würde durch ein bekanntes Verfahren unter Verwendung des Abscheidungssystems 400 gebildet werden. Zum Beispiel kann die erste Elektrode 103 gebildet werden, wie oben in 501 beschrieben, und Typ C_P piezoelektrische Schicht kann gebildet werden, indem die erste Komponente des mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials strömt, wie oben in 503 beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Bildung einer C_P piezoelektrischen Schicht der Schritt von 502 nicht durchgeführt wird.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zur Herstellung einer piezoelektrischen Schicht in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Viele der Details des Verfahrens 600 sind gleich wie bei dem Verfahren 500 und werden nicht wiederholt, um die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen nicht zu verschleiern.
Das Verfahren 600 wird unter direkter Bezugnahme auf die Komponenten von 2A, 2B und dem Abscheidungssystem 400 von 4B zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben. Die Herstellung von anderen FBAR-Strukturen, wie zum Beispiel FBAR 302, unter Verwendung des Verfahrens 600 wird auch in Betracht gezogen. Wie mit fortschreitender Beschreibung klarer werden wird, kann das Verfahren 600 zur Bildung von Typ C_N piezoelektrischer Schicht 104 mit einem mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 verwendet werden. Wie oben angedeutet, kann das Verfahren 600 dazu verwendet werden, die erste piezoelektrische Schicht 304 über der oberen Oberfläche 307 der ersten Elektrode 303 und die zweite piezoelektrische Schicht 311 über der oberen Oberfläche 309 der zweiten Elektrode 305 von dem SBAR 302 bereitzustellen, indem der Vorgang nach dem Bilden der zwischenliegenden Schicht(en) von dem SBAR 302 wiederholt wird.
Bei 601 umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Substrats. Veranschaulichend umfasst das in 601 gebildete Substrat die erste Elektrode 103, die über dem Substrat 101 gebildet ist. Zum Zweck der Beschreibung des Verfahrens 600 umfasst die erste Elektrode 103 ein Metall, das über dem Substrat 101 sputterabgeschieden wird durch ein bekanntes Verfahren. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bildung des Hohlraums 106 in dem Substrat 101 vor der Herstellung der Schichten des akustischen Stapels 102 von dem FBAR 100 durchgeführt werden kann, wobei der Hohlraum 106 mit einem Opfermaterial (nicht gezeigt) gefüllt ist, wie zum Beispiel Phosphosilikatglas (PSG), während der Herstellung der Schichten des akustischen Stapels 102; und nach dem Bilden der Schichten des akustischen Stapels 102 freigegeben wird. Alternativ wird der akustische Isolator 110 in dem Substrat 101 vor der der Bildung der ersten Elektrode 103 von dem FBAR 109 gebildet.
Bei 602 fängt die Herstellung der piezoelektrischen Schicht 104 mit dem Reinigen einer oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 an vor dem Bilden der piezoelektrischen Schicht 104. In einer repräsentativen Ausführungsform umfasst dieser Reinigungsschritt das Strömen von Ar und H₂ zu entsprechenden Gaseingängen 403, 404, 405 und von einem der Gasausgänge 406, 407, 408. Ein RF-Bias wird an der ersten Elektrode 103 angelegt und die Reaktionskammer 401 wird geerdet gehalten, so dass die erste Elektrode 103 als eine Kathode fungiert. Wie bei dem Verfahren 500, wird ein Ar-Plasma gebildet und bombardiert die obere Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Veranschaulichend wird die RF-Leistung im Bereich von ungefähr 15 W bis ungefähr 1 kW bereitgestellt und das Ar-Bombardement der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode wird einige wenige Sekunden bis einige wenige Minuten beibehalten, um eine ordentliche Entfernung von Verunreinigungen sicherzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass während dieses Reinigungsschritts keine Spannung an dem einzigen Target 412 angelegt ist und daher ist ein Sputtern an Material von dem einzigen Target 412 unbedeutend. Vor diesem Hintergrund und im Unterschied zu dem Verfahren 500 wird keine Impfschicht (z. B. die Impfschicht 108) über der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 gebildet.
Das in der Reaktionskammer 401 gebildete Wasserstoffplasma bombardiert die obere Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103. Der Strom an H₂ in 402 stellt ionisierten Wasserstoff (z. B. H₂ ⁺ oder H⁺) in der Reaktionskammer 401 bereit, der ein Reduktionsmittel an der oberen Oberfläche 107 bereitstellt. Es wird angenommen, dass der ionisierte Wasserstoff mit vielen Verunreinigungen reagiert, wie zum Beispiel Wasser, adsorbierte Oxide, Nitride und native Oxide, die auf der oberen Oberfläche 107 vorhanden sein können, und deren Entfernung fördert zur Bereitstellung einer vergleichsweisen sauberen Oberfläche. Es wird darüber hinaus angenommen, dass der ionisierte Wasserstoff Metallhydride bildet durch Absättigen ungesättigter Bindungen bzw. Valenzen auf der Oberfläche des Metalls der ersten Elektrode 103 und jeglicher freiliegender Siliciumoberfläche. Weiterhin, in einer Ausführungsform, wo die erste Elektrode 103 Pt umfasst, wird vermutet, dass durch diesen Reinigungsschritt mit H₂ Verunreinigungen, wie zum Beispiel adsorbiertes Wasser, Oxide und Nitride von dem Pt entfernt werden sollten, das nicht ohne weiteres native Oxide bildet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, da kein elektrisches Potential an dem einzigen Target 412, 410 während 602 angelegt wird, wird Al nicht nennenswert von dem einzigen Target gesputtert.
Bei 603 umfasst das Verfahren 600 das Strömen einer ersten Komponente der piezoelektrischen Schicht 104. In einer repräsentativen Ausführungsform, die zur Bildung von AlScN verwendet wird, umfasst die erste Komponente Stickstoff (N₂) Gas. Das Strömen von Stickstoff in die Reaktionskammer 401 umfasst das Bereitstellen von Stickstoff zu einem der Gaseingänge 403, 404, 405 und von einem der Gasausgänge 406, 407, 408, während der Strom von Ar zu einem anderen der Gaseingänge 403, 404, 405 und von einem anderen der Gasausgänge 406, 407, 408 fortgesetzt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass H₂ zu demselben Gasausgang 406, 407, 408, der Ar bereitstellt, bereitgestellt werden kann oder ein separater Ausgang (nicht gezeigt) kann in der Reaktionskammer bereitgestellt werden zur Bereitstellung einer Ar/N/H-Atmosphäre. Alternativ kann nach dem Abschluss von 602 der Wasserstoffstrom beendet werden. Die Flussraten (Strömungsraten) von Ar und N₂ werden zur Kontrolle der Belastung (Beanspruchung, Stress) des resultierenden AlN bestimmt. Wie vorher beschrieben, führt eine höhere Flussrate von Ar zu Zugbelastung in dem AlN und eine niedrigere Flussrate von Ar führt zu Druckbelastung in dem AlN, Gleichfalls führt eine höhere Flussrate von N₂ zu Zugbelastung in dem AlN und eine niedrigere Flussrate von N₂ führt zu Druckbelastung in dem AlN. In repräsentativen Ausführungsformen liegt die Flussrate von Ar im Bereich von ungefähr 6 sccm bis ungefähr 25 sccm und die Flussrate von N₂ liegt im Bereich von ungefähr 39 sccm bis ungefähr 50 sccm. Die Flussraten sind erneut lediglich veranschaulichend. Allgemeiner werden die Flussraten in Übereinstimmung mit dem Volumen der Reaktionskammer 401, der Geschwindigkeit der Pumpen und anderen Parametern, wie von einem Durchschnittsfachmann gewürdigt werden wird, angepasst bzw. eingestellt.
Während des Strömens von Stickstoff wird Wechselspannung an dem einzigen Target 412 angelegt und das mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Material, das eine Legierung der zweiten Komponente der piezoelektrischen Schicht 104 und des Seltenerdelements (d. h. der dritten Komponente des piezoelektrischen Materials) umfasst, wird über der Oberfläche des einzigen Targets 412 gebildet. Darüber hinaus wird vermutet, dass NH_x-Verbindungen, die in der Reaktionskammer 401 gebildet werden. Es wird vermutet, dass in der Reaktionskammer 401 gebildete NH_x-Verbindungen die Bildung einer Form von AlN-H Verbindung oder ScN-H Verbindung fördern auf Grund von Reaktionen auf der Oberfläche des einzigen Targets 412 zwischen Al, Sc und NH_x.
Je größer die Frequenz der Wechselspannung, desto niedriger ist die Abscheidungsrate von AlScN. Dementsprechend sollte die Frequenz der Wechselspannung 100 kHz nicht übersteigen. Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn der Strom von Wasserstoff während 603 beibehalten wird, wird die Reinigungswirkung von Wasserstoff realisiert, aber auf Grund seiner vergleichsweise kleinen Atommasse, sputtert Wasserstoff nicht nennenswert AlScN von dem einzigen Target 412.
Bei 604 wird das mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Material, das eine Legierung der zweiten Komponente der piezoelektrischen Schicht 104 und des Seltenerdelements (d. h. der dritten Komponente des piezoelektrischen Materials) umfasst, von der Oberfläche und über dem Substrat 101 gesputtert. In einer spezifischen Ausführungsform wird AlScN-H, das auf der Oberfläche des einzigen Targets 412 gebildet ist, zu der oberen Oberfläche 107 der ersten Elektrode 103 gesputtert. Es wird vermutet, dass die an der oberen Oberfläche 107 gebildeten Metallhydride eine elektronegative Oberfläche darstellen, die das Aluminium von dem AlN-H oder dem ScN-H oder beiden, die von dem einzigen Target 412 gesputtert werden, anziehen. Dementsprechend wird die gewünschte Orientierung (d. h. Metallhydrid – AlN – AlN – AlN oder ScN – ScN – ScN) zur Bildung der Kristallstruktur vom Typ C_N AlScN mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material bereitgestellt und 603 fährt fort bis eine geeignete Dicke des Typ C_N AlScN Materials (z. B. Bilden der mit Seltenerdelement dotierten Typ C_N piezoelektrischen Schicht 104) realisiert ist. In einer Ausführungsform hat die AlScN-Schicht eine Dicke von ungefähr 12.000 Å.
Es wird vermutet, dass sich Wasserstoffgasmoleküle (H₂) und -atome (H) an das AlScN auf der Oberfläche des Metalls der ersten Elektrode 103 anlagern. Die Wasserstoffatome dringen dann in das Innere ein nahe zu der Al- oder Sc-Stelle des AlScN-Moleküls zur Bildung einer Aluminium-Hydrid-Nitrid Substanz. Die AlScN-Moleküle werden zur Aufnahme der Wasserstoffatome auseinander gestreckt. Die physikalische Struktur des H-AlScN-Moleküls kann sich auch verändern. Als ein Ergebnis der Adsorption richtet sich dann der Hydridteil von H-AlScN aus und wandert zu der Oberfläche des auf der ersten Elektrode 103 gebildeten Metallhydrids, verbindet sich zu Wasserstoffmolekülen H₂ und zieht den Al-Teil von AlScN zu der ersten Elektrode 103 hin.
Wie oben darauf hingewiesen, kann der H₂-Strom in die Reaktionskammer 401 kontinuierlich während der Bildung des mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials sein. Wie oben beschrieben, wird vermutet, dass das Vorhandensein von ionisiertem Wasserstoff in der Reaktionskammer ein Reduktionsmittel bereitstellt, das Verunreinigungen entfernen kann, wie zum Beispiel Oxide, Nitride und Wasser, die bei der Bildung von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material stören können oder den Kopplungskoeffizienten (kt²) des mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials reduzieren können. In einer repräsentativen Ausführungsform ist die Flussrate von H₂ während der Bildung von dem AlN mindestens ungefähr 8 sccm. In bestimmten Ausführungsformen ist die Flussrate von H₂ während der Bildung von dem AlN so groß wie ungefähr 30 sccm. Veranschaulichend stellt eine Flussrate von H₂ von ungefähr 14 sccm ein C_N AlScN mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material mit kt² von ungefähr 7,0% bis ungefähr 7,5% mit einem Atomprozentsatz von Sc von ungefähr 5,0% bereit. Der Kopplungskoeffizient kt² von AlScN, das mit kontinuierlichem Fluss von H₂ bei den genannten Flussraten hergestellt wurde, stellt C_N AlScN mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material mit kt² von ungefähr 6,8% bis ungefähr 7,3% bereit. 7 zeigt den Kopplungskoeffizienten versus die Wasserstoffflussrate während der Bildung der piezoelektrischen Schicht in 603.
Nachdem die piezoelektrische Schicht 104 gebildet wurde, wird die zweite Elektrode 105 über der piezoelektrischen Schicht 104 gebildet. Die zweite Elektrode 105 umfasst ein Metall, das über der piezoelektrischen Schicht 104 sputterabgeschieden wird durch ein bekanntes Verfahren. Veranschaulichend umfasst die zweite Elektrode 105 das gleiche Material wie die erste Elektrode 103.
Der FBAR 200 und der BAW-Resonator 201, die im Zusammenhang mit dem Verfahren 600 beschrieben sind, umfassen eine einzige piezoelektrische Schicht. Wie oben vermerkt, umfasst der akustische Stapel von bestimmten Resonatorstrukturen mehr als eine piezoelektrische Schicht. Es wird betont, dass das Verfahren 600 zur Bildung einer zweiten Typ C_N AlN piezoelektrischen Schicht wiederholt werden kann. Zum Beispiel durch Wiederholen des Verfahrens 600 in einer ausgewählten Reihenfolge wird der SBAR 302, der erste bzw. zweite piezoelektrische Schichten 304, 311 umfasst, über entsprechende obere Oberflächen 307, 309 von ersten und zweiten Elektroden 303, 305 gebildet.
In bestimmten Anwendungen können zwei oder mehr piezoelektrische Schichten in dem akustischen Stapel enthalten sein und sie können entgegengesetzte C-Achsen haben. Zum Beispiel in einem akustischen Stapel, der in dem US-Patent 7,515,018 beschrieben ist, können die C-Achsen der piezoelektrischen Schichten antiparallel sein. Wie gewürdigt werden kann, in einer Struktur, die zwei piezoelektrische Schichten in einem akustischen Stapel umfasst, kann die erste piezoelektrische Schicht eine Typ C_N piezoelektrische Schicht (z. B. die erste und zweite piezoelektrische Schicht 304) sein und die zweite piezoelektrische Schicht 311 kann eine Typ C_P piezoelektrische Schicht sein, die ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material umfasst. In solch einer Ausführungsform würde das Abscheidungssystem 400 zur Bildung der Typ C_N piezoelektrischen Schicht durch das Verfahren 600 verwendet werden und die Typ C_P piezoelektrische Schicht würde durch ein bekanntes Verfahren unter Verwendung des Abscheidungssystems 400 gebildet werden.
Falls die zweite piezoelektrische Schicht (z. B. die zweite piezoelektrische Schicht 311) aus Typ C_N AlScN mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material besteht, würde der Reinigungsschritt von Verfahren 600 zum Entfernen von Verunreinigungen von der Elektrode, über der die zweite piezoelektrische Schicht gebildet ist, (z. B. die zweite Elektrode 305) durchgeführt werden. Falls es keine dazwischen angeordnete Entkopplerschicht oder dazwischen angeordnete Elektrode gibt, würde der Reinigungsschritt des Verfahrens 600 zum Entfernen von Verunreinigungen von der Oberfläche (z. B. die obere Oberfläche 309) der zweiten Elektrode 305 durchgeführt werden. Das Bilden der zweiten piezoelektrischen Schicht würde durch Wiederholen von 603 des Verfahrens 600 bewirkt werden.
In bestimmten Anwendungen können zwei oder mehr piezoelektrische Schichten in dem akustischen Stapel enthalten sein und sie können entgegengesetzte C-Achsen haben. Zum Beispiel in den akustischen Stapeln, die in der US-Patentanmeldung 12/201,641 und dem US-Patent 7,515,018 beschrieben sind, können die C-Achsen der piezoelektrischen Schichten antiparallel sein. Wie gewürdigt werden kann, in einer Struktur, die zwei piezoelektrische Schichten in einem akustischen Stapel umfasst, kann die erste piezoelektrische Schicht vom Typ C_N (z. B. die erste piezoelektrische Schicht 304) sein und die zweite piezoelektrische Schicht (z. B. die zweite piezoelektrische Schicht 311) kann vom Typ C_P sein. In solch einer Ausführungsform würde das Abscheidungssystem 400 zur Bildung der Typ C_N piezoelektrischen Schicht durch das Verfahren 600 verwendet werden und die Typ C_P piezoelektrische Schicht würde durch ein bekanntes Verfahren unter Verwendung des Abscheidungssystems 400 gebildet werden.
8 zeigt eine Querschnittsansicht von FBAR 800 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Der FBAR 800 umfasst eine obere Elektrode 801 (die unten auch als zweite Elektrode 802 bezeichnet wird), die veranschaulichend fünf (5) Seiten umfasst, mit einer Verbindungsseite 802, die zur Bereitstellung der elektrischen Verbindung zu einem Zwischenbindeelement (nicht gezeigt) konfiguriert ist. Das Zwischenbindeelement stellt der oberen Elektrode 801 elektrische Signale bereit, um gewünschte akustische Wellen in den piezoelektrischen Schichten des FBAR 800 anzuregen.
Ein Substrat 803 umfasst einen Hohlraum 804 oder einen anderen akustischen Reflektor (z. B. ein verteiltes Bragg-Gitter (distributed Bragg grating, DBR) (nicht gezeigt)). Eine erste Elektrode 805 ist über dem Substrat 803 angeordnet und hängt (schwebt) über dem Hohlraum 804. Eine Planarisierungsschicht 806 ist über dem Substrat bereitgestellt und sie kann nicht-ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) sein. Im Allgemeinen muss die Planarisierungsschicht 806 nicht in der Struktur vorliegen (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht), aber wenn sie vorhanden ist, kann sie die Qualität des Wachstums von darauffolgenden Schichten (z. B. das mit Seltenerdelement dotierte piezoelektrische Material mit hoch strukturierter C-Achse) verbessern, die Leistung des FBAR 800 durch die Verringerung von „toten” Resonator (FBAR) Bereichen verbessern und die Herstellung der verschiedenartigen Schichten des FBAR 800 vereinfachen. Zusätzlich, wie unten noch ausführlicher beschrieben, ist eine Barriereschicht bzw. Sperrschicht (nicht gezeigt in 8) zwischen dem Substrat 803 und der ersten Elektrode 805 bereitgestellt.
Eine erste piezoelektrische Schicht 807 ist über der ersten Elektrode 805 bereitgestellt und umfasst mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material mit hoch strukturierter C-Achse, wie zum Beispiel Aluminium(scandium)nitrid (AlScN). Die C-Achse der ersten piezoelektrischen Schicht 807 ist entlang einer ersten Richtung orientiert (z. B. parallel zu der +z-Richtung in dem in 8 abgebildeten Koordinatensystem). Die erste piezoelektrische Schicht 807 kann als die „p”-Schicht oder Typ C_P piezoelektrische Schicht bezeichnet werden. Eine zweite piezoelektrische Schicht 808, angrenzend (benachbart) zu der ersten piezoelektrischen Schicht weist eine zweite C-Achse auf, die in einer zweiten Richtung orientiert ist (z. B. parallel zu der –z-Richtung in dem in 8 abgebildeten Koordinatensystem), die im Wesentlichen antiparallel zu der ersten Richtung ist. Die zweite piezoelektrische Schicht 808 umfasst ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material, wie zum Beispiel Aluminium(scandium)nitrid (AlScN). Die zweite piezoelektrische Schicht 808 kann hierin als die „invers-piezoelektrische (ip)” oder Typ C_N piezoelektrische Schicht bezeichnet werden. In repräsentativen Ausführungsformen hat die erste piezoelektrische Schicht 807 eine Dicke (z-Richtung in dem Koordinatensystem von 8), die im Wesentlichen identisch zu der der zweiten piezoelektrischen Schicht 808 ist.
Die ersten und zweiten piezoelektrischen Schichten 807, 808 werden in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen hergestellt. Viele der Details der Herstellungsverfahren, die zur Herstellung der ersten und zweiten piezoelektrischen Schichten 807, 808, die ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material umfassen, verwendet werden, werden nicht wiederholt, um die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen nicht zu verschleiern.
Die Kristalle von sowohl der ersten piezoelektrischen Schichten 807 (p-Schicht) als auch der zweiten piezoelektrischen Schichten 808 (ip-Schicht) wachsen in Säulen, die senkrecht zu der Ebene der Elektroden sind. Vor diesem Hintergrund sind die C-Achsenorientierungen der Kristalle der ersten piezoelektrischen Schicht 807 im Wesentlichen zueinander ausgerichtet und die C-Achsenorientierungen der Kristalle der zweiten piezoelektrischen Schicht 808 sind im Wesentlichen zueinander ausgerichtet und sie sind antiparallel zu den C-Achsenorientierungen der Kristalle der ersten piezoelektrischen Schicht 807. Die erste piezoelektrische Schicht 807 und die zweite piezoelektrische Schicht 808 sind typischerweise aus der gleichen Substanz (z. B. AlScN) gemacht. Die zweite Elektrode 801 ist über der ersten piezoelektrischen Schicht 807 und über der zweiten piezoelektrischen Schicht 808 angeordnet.
In der in 8 abgebildeten repräsentativen Ausführungsform sind die erste piezoelektrische Schicht 807 und die zweite piezoelektrische Schicht 808 angrenzend zueinander angeordnet und in dieser spezifischen Ausführungsform sind sie miteinander in Kontakt. Wie von einem Durchschnittsfachmann gewürdigt werden sollte, in bestimmten Anwendungen (z. B. in bestimmten Strukturen, wie sie in der US-Patentanmeldung 13/286,051 von Burak et al., auf die oben Bezug genommen wurde, beschrieben sind) ist es nützlich, wenn nicht sogar erforderlich, dass die erste piezoelektrische Schicht 807 und die zweite piezoelektrische Schicht 808 unmittelbar nebeneinander und miteinander in Kontakt sind. In anderen Anwendungen (z. B. zum Bereitstellen eines Eintakteingangs (single-ended Input) zu einem differentiellen Ausgang) können die erste piezoelektrische Schicht 807 und die zweite piezoelektrische Schicht 808 nebeneinander mit einem anderen Material oder Luft zwischen der ersten piezoelektrischen Schicht 807 und der zweiten piezoelektrischen Schicht 808 angeordnet sein,
Die Überlappung von dem Hohlraum 804, der ersten Elektrode 805, der ersten piezoelektrischen Schicht 807 und der zweiten Elektrode 801 definiert einen aktiven Bereich 809 des FBAR 800. Wie in der US-Patentanmeldung 13/286,051 von Burak et al. beschrieben, werden akustische Verluste an den Rändern von FBAR 800 abgeschwächt zur Verbesserung des Mode-Einsperrens (mode confinement) in dem aktiven Bereich 809. Insbesondere wird die Breite einer Überlappung 810 von der zweiten Elektrode 801 und der zweiten piezoelektrischen Schicht 808 so gewählt, dass akustische Verluste verringert werden, die von einem Streuen von akustischer Energie an einer Abschlusskante 811 der zweiten Elektrode 801 und weg von dem aktiven Bereich 809 herrühren. Ebenso wird die Stelle der Abschlusskante 812 der zweiten Elektrode 805 so gewählt, dass akustische Verluste verringert werden, die von einem Streuen von akustischer Energie an der Abschlusskante 812 herrühren.
Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, dass in Bereichen, die angrenzend zu den Abschlusskanten 811, 812 sind, nur der imaginäre Dickendehnungs (thickness extensional, TE) Modus existiert. Zusätzlich sei angenommen, dass nur ein schwindender TE-Modus vorwiegend durch das E-Feld angeregt wird und dass sich ausbreitende TE-Modi und ihre Wirkungen als unbedeutend ignoriert werden können. In einem bekannten FBAR-Gerät, das nicht die p-Schicht/ip-Schicht Struktur der vorliegenden Lehren beinhalten, offenbaren die Lösungen der Wellengleichung, dass die Feldverschiebung (field displacement) U_Z an den Abschlusskanten der unteren und oberen Elektroden bei eine vergleichsweise großen Amplitude angeregt wird und die Impedanzunterbrechung (Impedanzdiskontinuität) an den Abschlusskanten der unteren und oberen Elektroden ein beträchtliches Streuen an Energie von den angeregten TE-Modi zu allen anderen durch die Struktur unterstützen Modi verursachen wird und somit zu akustischen Verlusten und reduziertem Q führt.
Die erste Elektrode 805 und die zweite Elektrode 801 können eine von einer Vielzahl an leitfähigen Materialien sein, wie zum Beispiel Metalle, die als Elektroden in BAW-Anwendungen geeignet sind. Im Allgemeinen umfassen Materialien, die für die erste Elektrode 805 und die zweite Elektrode 801 geeignet sind, feuerfeste (hochschmelzende) Metalle, Übergangsmetalle oder Edelmetalle. In bestimmten Ausführungsformen umfassen die erste und zweite Elektrode 805, 801 veranschaulichend eines oder mehr von Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Wolfram (W), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb), Hafnium (Hf) und Uran-238 (U-238) oder andere verlustarme Metalle und sie werden unter Verwendung eines bekannten Verfahrens hergestellt. Die piezoelektrische Schicht 807 wird in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren hergestellt.
9A–9I sind Querschnittsansichten, die Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Schichten über einem Substrat in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen veranschaulichen. Wie unten noch ausführlicher beschrieben, tritt in den vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen die Bildung von angrenzenden Typ C_P und Typ C_N piezoelektrischen Schichten über einem gemeinsamen Substrat unter Bedingungen auf, die zu der Bildung von Typ C_N („C_N-Rezeptur”) mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material wie oben beschrieben beitragen mit der selektiven Verwendung von Materialien und Verarbeitungsparametern zum Fördern des selektiven Wachstums einer Typ C_N piezoelektrischen Schicht. Die Strukturen, die gemäß den Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen gebildet werden, können selektiv bei einem oder mehreren von einer Vielzahl an BAW-Geräten, die piezoelektrische Schichten mit entgegengesetzter Polarität (p-Schicht/ip-Schicht), die über demselben Substrat und zueinander angrenzend gebildet sind, zur Anwendung gebracht werden.
Viele Aspekte der resultierenden Geräte sind wie bei dem in 8 beschriebenen FBAR 800 und wie bei den BAW-Resonatorgeräten, die in der Stammanmeldung von Burak et al. beschrieben sind, und Transformern (z. B. FACT-Transformer) von Larson et al., sowie anderen bekannten Strukturen und Strukturen innerhalb des Bereichs eines Durchschnittsfachmanns, nachdem er den Vorteil der Durchsicht dieser Anmeldung gehabt hat, Bekannte Materialien und Strukturen sowie bestimmte bekannte Aspekte der verwendeter Bearbeitung bei der Bildung solcher Geräte werden im Allgemeinen nicht wiederholt, um die Beschreibung der Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen nicht zu verschleiern.
Beginnend mit 9A wird ein Substrat 901 bereitgestellt und eine Barriereschicht 902 wird über dem Substrat 901 bereitgestellt. Veranschaulichend ist das Substrat 901 Einkristall-Silicium (Si) oder ein anderes Material, das als ein Substrat eines darüber gebildeten Bulk-Akustik-Wave (BAW) Geräts geeignet ist. Die Barriereschicht 902 ist zum Beispiel Borosilikatglas (BSG) oder Siliciumcarbid (SiC) und durch bekannte Techniken gebildet. Eine erste Elektrodenschicht 903 wird über der Barriereschicht 902 gebildet.
Die Barriereschicht 902 ist notwendig auf Grund der Verwendung von Wasserstoffplasma und des Erhitzens des Substrats 901 während der Bildung von Typ C_N Material, wie unten und in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben. Die Barriereschicht 902 ist nützlich bei der Vermeidung der Bildung von Siliciden, die zu einem unerwünschten Abblättern führen können und sich bei Kontakt mit Flusssäure (HF), das in der nachfolgenden Bearbeitung verwendet wird, auflösen können. Im Allgemeinen hat die Barriereschicht 902 eine Dicke von weniger als 1000 Å und insbesondere eine Dicke von ungefähr 200 Å bis ungefähr 1000 Å.
In 9B wird eine elektronegative Schicht 904 über der ersten Elektrodenschicht 903 bereitgestellt, um das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material in einer ausgewählten Stelle bzw. in ausgewählten Stellen zu fördern. In einer repräsentativen Ausführungsform ist die erste Elektrodenschicht 903 Molybdän (Mo) und die elektronegative Schicht 904 umfasst Molybdänoxid („Moly-Oxid”) mit einer Dicke von ungefähr 100 Å. Noch allgemeiner umfasst die elektronegative Schicht 904 ein natives Oxid von dem Metall, das für die erste Elektrodenschicht 903 ausgewählt wurde. Alternativ kann die elektronegative Schicht 904 aus dielektrischen Materialien, wie zum Beispiel SiO₂, SiN oder Al₂O₁₀ gemacht sein. Weiter alternativ könnten restliche Gase in der piezoelektrischen Abscheidungskammer (N₂ oder O₂) eine ausreichende dielektrische Schicht über der ersten Elektrodenschicht 903 bereitstellen, um das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material zu fördern.
Im Allgemeinen wird die Dicke der elektronegativen Schicht 904 so gewählt, dass eine geeignete Dicke für das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material sichergestellt ist nach dem Entfernen von einem Teil der elektronegativen Schicht (z. B. Moly-Oxid) während der Herstellung der ersten Elektrodenschicht 903 für das Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material in einem unten beschriebenen nachfolgenden Schritt.
Wie in 9C abgebildet ist, ist die elektronegative Schicht 904 gemustert (patterned) und die erste Elektrodenschicht 903 ist gemustert unter Bildung einer ersten unteren Elektrode 905 und einer zweiten unteren Elektrode 906 nebeneinander, aber durch eine Lücke bzw. einen Spalt 907 getrennt. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die elektronegative Schicht 904 selekiv entfernt ist zur Bereitstellung eines Teilbereichs 908 der zweiten unteren Elektrode 906, der während der nachfolgenden Bearbeitung ungeschützt ist. Die elektronegative Schicht 904 wirkt als eine Impfschicht zum Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material darüber unter Bedingungen, die ein Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material fördern.
Bei 9D ist die resultierende Struktur von 9C in der piezoelektrischen Abscheidungskammer bereitgestellt, wo Wasserstoff strömt und Wasserstoffplasma gebildet wird zur Aktivierung des Teilbereichs 908 zum Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material in Übereinstimmung mit repräsentativen Verfahren, die in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben sind. Es sei darauf hingewiesen, dass der Strom an Wasserstoffplasma als eine Reinigungssequenz zum Entfernen von Oxiden und anderen Verunreinigungen, die sich über dem Teilbereich 908 bilden können, fungiert und zu einer elektropositiven Oberfläche 909 an dem Teilbereich 908 führt. In einer repräsentativen Ausführungsform ist die elektropositive Oberfläche 909 eine im Wesentlichen blanke Molybdän-Oberfläche und stellt eine aktive Wachstumsfläche zur Bildung von Typ C_N AlN mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über dem Teilbereich 908 bereit.
Zur Förderung des anfänglichen Wachstums von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über dem Teilbereich 908 ist der Strom an Wasserstoff anfänglich vergleichsweise hoch. Veranschaulichend ist die Flussrate von Wasserstoff ungefähr 16 sccm bis ungefähr 18 sccm. Nach dem anfänglichen Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über dem Teilbereich 908 kann die Flussrate von Wasserstoff auf ein Level reduziert werden, bei dem C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material weiterhin wächst über dem Teilbereich 908, während das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über der elektronegativen Schicht 904, die über der ersten unteren Elektrode 905 verbleibt, ermöglicht wird. Veranschaulichend wird die Flussrate von Wasserstoff auf ungefähr 6 sccm bis ungefähr 8 sccm reduziert. Der fortgesetzte Strom an Wasserstoff bei dem reduzierten Level verhindert im Wesentlichen die Bildung von schädlichen Siliciden, Oxiden und anderer Verunreinigungen, während das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über der elektronegativen Schicht 904 während der Wachstumsbedingungen, die das Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material fördern, ermöglicht wird.
9E gibt die resultierende Struktur mit einer Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 über der elektronegativen Schicht 904 und der ersten unteren Elektrode 905 und einer Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911, die über der zweiten unteren Elektrode 906 gebildet ist, wieder. In vorteilhafter Weise ist die Typ C_P piezoelektrische Schicht 910 ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material mit hoch strukturierter C-Achse. Dementsprechend sind die C-Achsenorientierungen der Kristalle von dem Typ C_P mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material gut kollimiert (parallel ausgerichtet) und als solche parallel zueinander (d. h. in der z-Richtung in dem in 9E abgebildeten Koordinatensystem orientiert) und senkrecht zu der Ebene (d. h. die x-y-Ebene des in 9E abgebildeten Koordinatensystems) der ersten unteren Elektrode 905, über der die Typ C_P piezoelektrische Schicht 910 gebildet ist. Ebenfalls ist die Typ C_N piezoelektrische Schicht 911 ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material mit hoch strukturierter C-Achse. Dementsprechend sind die C-Achsenorientierungen der Kristalle von dem Typ C_N mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material gut kollimiert (parallel ausgerichtet) und als solche parallel zueinander (d. h. in der negativen z-Richtung in dem in 9E abgebildeten Koordinatensystem orientiert) und senkrecht zu der Ebene (d. h. die x-y-Ebene des in 9E abgebildeten Koordinatensystems) der zweiten unteren Elektrode 906, über der die Typ C_N piezoelektrische Schicht 911 gebildet ist.
Die Typ C_P piezoelektrische Schicht 910 und die Typ C_N piezoelektrische Schicht 911 werden im Wesentlichen gleichzeitig in derselben Kammer und unter Bedingungen, die förderlich für die Bildung von Typ C_P Material sind, gebildet. Wie oben vermerkt ist die Flussrate von Wasserstoff vergleichsweise hoch während der Bildung der anfänglichen Dicke (z. B. 1000 Å) von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material und nach der Bildung der anfänglichen Dicke von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material bei einer vergleichsweise reduzierten Flussrate von Wasserstoff. Erneut sind viele der Details zum Wachstum der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911 in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben mit hierin beschriebenen Modifikationen der Materialien und Verarbeitungsparameter zum Fördern eines selektiven Wachstums von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material und von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material, die aneinander angrenzen.
Während der Bildung der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911, wird eine Schicht 912 an Material (z. B. AlScN) über der unpräparierten Barriereschicht 902 in der Lücke 907 zwischen der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911 gebildet. Im Gegensatz zu der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911 ist die Schicht 912 im Allgemeinen ein polykristallines Material, das wenig oder keine piezoelektrische Effekte zeigt, weil viele Facetten ein Kristallwachstum in einer Vielzahl an Richtungen initiieren. Vor diesem Hintergrund zeigt die Schicht 912 im Allgemeinen keine piezoelektrischen Eigenschaften und kann entfernt werden.
9F gibt die resultierende Struktur nach der Bildung der ersten oberen Elektrode 913 und der zweiten oberen Elektrode 914 über der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 bzw. der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911 wieder.
Wie von einem Durchschnittsfachmann gewürdigt werden wird, stellt die in 9F abgebildete resultierende Struktur die Typ C_P piezoelektrische Schicht 910 und die Typ C_N piezoelektrische Schicht 911 aneinander angrenzend und über demselben Substrat bereit, was die Grundlage für eine Vielzahl an Geräten sein kann. Zum Beispiel durch Bussing der ersten und zweiten unteren Elektroden 905, 906 zusammen und Bussing der ersten und zweiten oberen Elektroden 913, 914 und selektives Verbinden der ersten und zweiten unteren Elektroden 905, 906 an eine elektrische Energiequelle, kann ein Transformer (z. B. ein FACT-Transformer) bereitgestellt werden.
In anderen Ausführungsformen können die Typ C_P piezoelektrische Schicht 910 und die Typ C_N piezoelektrische Schicht 911 unmittelbar nebeneinander und in Kontakt miteinander hergestellt werden (d. h. ohne Lücke 907 und Schicht 912 zwischen der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911). Diese Struktur kann durch eine leichte Variation bei der in 9A–9F abgebildeten Bearbeitungssequenz der in Verbindung damit beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen hergestellt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass nach der Bildung der elektronegativen Schicht 904 bei 9B, das Verfahren wie in 9G abgebildet fortgeführt werden kann, bei dem die erste Elektrodenschicht 903 nicht gemustert ist, wie in Verbindung mit der Bearbeitungssequenz von 9C beschrieben ist, sondern vielmehr als eine einzige Schicht verbleibt.
Vielmehr wird die elektronegative Schicht 904 gemustert und von einer Seite der ersten Elektrodenschicht 903 entfernt, um den Teilbereich 915 offenzulegen.
Die in 9G abgebildete Struktur wird in der piezoelektrischen Abscheidungskammer bereitgestellt und Wasserstoff strömt und Wasserstoffplasma wird gebildet zur Aktivierung des Teilbereichs 915 zum Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material in Übereinstimmung mit den repräsentativen Verfahren, die in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben sind. Wie oben beschrieben, fungiert der Strom an Wasserstoffplasma als eine Reinigungssequenz zum Entfernen von Oxiden und anderen Verunreinigungen, die sich über dem Teilbereich 915 bilden können, und zur Bildung einer elektropositiven Oberfläche 916 an dem Teilbereich 915 führt. In einer repräsentativen Ausführungsform ist die elektropositive Oberfläche 916 eine im Wesentlichen blanke Molybdän-Oberfläche und stellt eine aktive Wachstumsfläche zur Bildung von Typ C_N AlN mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über dem Teilbereich 915 bereit.
Zur Förderung des anfänglichen Wachstums von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über dem Teilbereich 915 ist der Strom an Wasserstoff anfänglich vergleichsweise hoch (z. B. in der Größenordnung von ungefähr 16 sccm bis ungefähr 18 sccm). Nach dem anfänglichen Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über dem Teilbereich 915 wird die Flussrate von Wasserstoff auf ein Level reduziert, bei dem C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material weiterhin wächst über dem Teilbereich 915 (z. B. ungefähr 6 sccm bis 8 sccm), während das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über der elektronegativen Schicht 904, die über der ersten Elektrodenschicht 903 verbleibt, ermöglicht wird. Wie oben vermerkt, verhindert der fortgesetzte Strom an Wasserstoff bei dem reduzierten Level im Wesentlichen die Bildung von schädlichen Siliciden, während das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über der elektronegativen Schicht 904 während der Wachstumsbedingungen, die vorwiegend das Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material fördern, ermöglicht wird.
9H gibt die resultierende Struktur mit einer Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910, die ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material umfasst und über der elektronegativen Schicht 904 gebildet ist, und einer Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911, die über der ersten Elektrodenschicht 903 gebildet ist, wieder. Die Typ C_P piezoelektrische Schicht 910 und die Typ C_N piezoelektrische Schicht 911 werden im Wesentlichen gleichzeitig in derselben Kammer und unter denselben Bedingungen mit einer anfänglich vergleichsweise hohen Flussrate an Wasserstoff und nach der anfänglichen Bildung der anfänglichen Dicke (z. B. weniger als 1000 Å) von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material bei einer vergleichsweise reduzierten Flussrate von Wasserstoff. Erneut sind viele der Details zum Wachstum der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911 oben beschrieben mit hierin beschriebenen Modifikationen der Materialien und Verarbeitungsparameter zum Fördern eines selektiven Wachstums von hoch strukturierter Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material und von hoch strukturierter Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material, die aneinander angrenzen.
Wie in 9H wiedergegeben, sind die Typ C_P piezoelektrische Schicht 910 und die Typ C_N piezoelektrische Schicht 911 unmittelbar nebeneinander und sie sind in Kontakt miteinander. Als nächstes, wie in 91 wiedergegeben, wird eine zweite Elektrode 917 über der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911 gebildet.
Die in 91 wiedergegebene Struktur kann als eine „p/ip”-Struktur bezeichnet werden, wie zum Beispiel in der Stammanmeldung von Burak et al. beschrieben. Die p/ip-Struktur eignet sich für Verbesserungen bei der Leistung in FBAR-Geräten, SBAR-Geräten und CRF-Geräten, wie es in der Stammanmeldung von Burak et al. beschrieben ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verfahrenssequenz zur Bildung der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 910 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 911 unmittelbar nebeneinander und in Kontakt miteinander wiederholt werden kann zur Realisierung von p/ip-Schnittstellen an anderen Stellen und Ebenen des ausgewählten akustischen Stapels für das gewünschte BAW-Gerät.
Schließlich sei darauf hingewiesen, dass bestimmte bekannte Komponenten von BAW-Resonatorstrukturen (z. B. akustische Reflektoren, Rahmenelemente und andere Strukturen) zur Aufnahme in die BAW-Resonatorstrukturen, die in Übereinstimmung mit den Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen hergestellt werden, in Erwägung gezogen werden. Diese Strukturen werden in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren hergestellt und ihre Herstellung wird in den Gesamtprozessablauf zur Herstellung der gewünschten BAW-Resonatorstrukturen, einschließlich der Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen integriert.
10A–10J sind Querschnittsansichten, die Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Schichten über einem Substrat in Übereinstimmung mit repräsentatwen Ausführungsformen veranschaulichen.
Wie unten noch ausführlicher beschrieben, tritt in den vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen die Bildung von angrenzenden Typ C_P und Typ C_N piezoelektrischen Schichten über einem gemeinsamen Substrat unter Bedingungen auf, die zu der Bildung von Typ C_P („C_P-Rezeptur”) mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material beitragen, wie in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben, mit der selektiven Verwendung von Materialien und Verarbeitungsparametern zum Fördern des selektiven Wachstums von Typ C_N piezoelektrischen Schichten. Die Strukturen, die gemäß Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen gebildet werden, können selektiv bei einem oder mehreren von einer Vielzahl an BAW-Geräten, die piezoelektrische Schichten mit entgegengesetzter Polarität (p-Schicht/ip-Schicht), die über demselben Substrat und zueinander angrenzend gebildet sind, zur Anwendung gebracht werden. Viele Aspekte der resultierenden Geräte sind wie bei dem in Verbindung mit 8 beschriebenen FBAR 800 und wie bei den BAW-Resonatorgeräten, die in der Stammanmeldung von Burak et al. beschrieben sind, und Transformern (z. B. FACT-Transformer), sowie anderen bekannten Strukturen und Strukturen, die innerhalb des Bereichs eines Durchschnittsfachmanns sind, nachdem er den Vorteil der Durchsicht dieser Anmeldung gehabt hat. Bekannte Materialien und Strukturen sowie bestimmte bekannte Aspekte der verwendeten Bearbeitung bei der Bildung solcher Geräte werden im Allgemeinen nicht wiederholt, um die Beschreibung der Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen nicht zu verschleiern.
Beginnend mit 10A wird ein Substrat 1001 bereitgestellt und eine Barriereschicht 1002 wird über dem Substrat bereitgestellt. Veranschaulichend ist das Substrat 1001 Einkristall-Silicium (Si) oder ein anderes Material, das als ein Substrat eines darüber gebildeten Bulk-Akustik-Wave (BAW) Geräts geeignet ist. Eine erste Elektrodenschicht 1003 wird über der Barriereschicht 1002 gebildet. Die Barriereschicht 1002 ist zum Beispiel Borosilikatglas (BSG) oder Siliciumcarbid (SiC) und durch bekannte Techniken gebildet. Die Barriereschicht 1002 ist notwendig auf Grund der Verwendung von Wasserstoffplasma und des Erhitzens des Substrats 1001 während der Bildung von Typ C_N Material, wie unten und in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben. Die Barriereschicht 1002 ist nützlich bei der Vermeidung der Bildung von Siliciden, die zu einem Abblättern führen können und sich bei Kontakt mit Flusssäure (HF), das in der nachfolgenden Bearbeitung verwendet wird, auflösen.
In 10B wird eine elektronegative Schicht 1004 über der ersten Elektrodenschicht 1003 bereitgestellt, um das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischem Material in einer ausgewählten Stelle bzw in ausgewählten Stellen zu fördern. In einer repräsentativen Ausführungsform ist die erste Elektrodenschicht 1003 Molybdän (Mo) und die Barriereschicht (bzw. die elektronegative Schicht 1004) umfasst Molybdänoxid („Moly-Oxid”) mit einer Dicke von ungefähr 100 Å. Noch allgemeiner umfasst die elektronegative Schicht 1004 ein natives Oxid von dem Metall, das für die erste Elektrodenschicht 1003 ausgewählt wurde. Alternativ kann die elektronegative Schicht 1004 aus dielektrischen Materialien, wie zum Beispiel SiO₂, SiN oder Al₂O₁₀ gemacht sein. Weiter alternativ könnten restliche Gase in der piezoelektrischen Abscheidungskammer (N₂ oder O₂) eine ausreichende dielektrische Schicht über der ersten Elektrodenschicht 1003 bereitstellen, um das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material zu fördern.
Die Dicke der elektronegativen Schicht 1004 wird so gewählt, dass eine geeignete Dicke für das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material sichergestellt ist nach dem Entfernen von einem Teil der elektronegativen Schicht 1004 (z. B. Moly-Oxid) während der Herstellung der ersten Elektrodenschicht 1003 für das Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material in einem unten beschriebenen nachfolgenden Schritt.
Wie in 10C wiedergegeben ist, ist die elektronegative Schicht 1004 gemustert (bzw. mit einem Muster versehen) und die erste Elektrodenschicht 1003 ist gemustert unter Bildung einer ersten unteren Elektrode 1005 und einer zweiten unteren Elektrode 1006 nebeneinander, aber durch eine Lücke bzw. einen Spalt 1007 getrennt. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die elektronegative Schicht 1004 selektiv entfernt ist zur Bereitstellung eines Teilbereichs 1008 der zweiten unteren Elektrode 1006, der während der nachfolgenden Bearbeitung ungeschützt ist. Wie weiter unten noch ausführlicher beschrieben, wirkt die elektronegative Schicht 1004 als eine Impfschicht zum Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material darüber unter Bedingungen, die ein Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material fördern.
Bei 10D ist die resultierende Struktur von 10C in der piezoelektrischen Abscheidungskammer bereitgestellt und Wasserstoff strömt und Wasserstoffplasma ist gebildet. Bei diesem Stadium des Verfahrens ist die Flussrate von Wasserstoff vergleichsweise hoch. Veranschaulichend ist die Flussrate von Wasserstoff ungefähr 16 sccm bis ungefähr 18 sccm. Der Strom an Wasserstoffplasma fungiert als eine Reinigungssequenz zum Entfernen von Oxiden und anderen Verunreinigungen, die sich über dem Teilbereich 1008 bilden können, und führt zu einer elektropositiven Oberfläche 1009 an dem Teilbereich 1008. In einer repräsentativen Ausführungsform ist die elektropositive Oberfläche 1009 eine im Wesentlichen blanke Malybdän-Oberfläche und stellt eine aktive Wachstumsfläche zur Bildung von Typ C_N AlN mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material über dem Teilbereich 1008 bereit.
10E gibt die resultierende Struktur mit einer Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1010 über der elektronegativen Schicht 1004 und der ersten unteren Elektrode 1005 und einer Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011, die über der zweiten unteren Elektrode 1006 gebildet ist, wieder. In Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform umfasst die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1011 AlScN und fördert das Wachstum von Typ C_N AlScN. Wie in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben, hat die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1011 eine Dicke im Bereich von ungefähr 50 Å bis ungefähr 1000 Å über der Oberfläche der zweiten unteren Elektrode 1006.
Die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1010 und die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1011 werden im Wesentlichen gleichzeitig in derselben Kammer und unter Bedingungen, die förderlich für das Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material sind, wie in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben, gebildet. Das Wachstum der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1010 tritt bei fortgesetztem (kontinuierlichen) Wasserstoffstrom auf, wenn auch bei einer niedrigeren Flussrate (z. B. ungefähr 6 sccm bis 8 sccm), um das Wachstum der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 sicherzustellen. Veranschaulichend hat die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1011 eine Dicke von ungefähr 500 Å. Im Allgemeinen hat die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1011 eine Dicke im Bereich von ungefähr 50 Å bis ungefähr 1000 Å. Eine Schicht 1012 wird in Flächen über der Barriereschicht 1002 gebildet, die nicht zum Fördern des Wachstums von entweder Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material oder Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material vorbereitet wurden (z. B. in der Lücke 1007). Im Gegensatz zu der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1010 und der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 ist die Schicht 1012 im Allgemeinen ein polykristallines Material, das wenig oder keine piezoelektrische Effekte zeigt, weil viele Facetten ein Kristallwachstum in einer Vielzahl an Richtungen initiieren. Vor diesem Hintergrund zeigt die Schicht 1012 im Allgemeinen keine piezoelektrischen Eigenschaften und kann entfernt werden.
Die in 10E abgebildete Struktur wird aus der piezoelektrischen Abscheidungskammer entfernt und die zunächst über der elektronegativen Schicht 1004 gebildete Typ C_P piezoelektrische Schicht 1010 wird unter Verwendung bekannter Maskierungs- und Ätztechniken entfernt. Das Entfernen der Typ C_P piezoelektrische Schicht 1010 legt die elektronegative Schicht 1004 frei.
Nachdem die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1010 entfernt wurde, wird die Struktur in 10F wieder in der piezoelektrischen Abscheidungskammer bereitgestellt. Als nächstes strömt Wasserstoff bei einer vergleichsweise hohen Flussrate (z. B. ungefähr 16 sccm bis ungefähr 18 sccm) und Wasserstoffplasma wird gebildet. Der Strom an Wasserstoffplasma fungiert als eine Reinigungssequenz zum Entfernen von Oxiden und anderen Verunreinigungen, die sich über Teilbereichen der elektronegativen Schicht 1004 und der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 während des Vorgangs des Entfernens der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1010 bilden können.
Nach dem Abschluss der Reinigungssequenz sind die elektronegative Schicht 1004 und die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1011 freiliegend und das gleichzeitige Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material und Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material, angrenzend (benachbart) zueinander, fängt an. In den vorliegend beschriebenen Ausführungsformen tritt das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material und Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material unter Bedingungen auf, die günstig für das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material sind, wie in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass Wasserstoff strömt während des Wachstums von dem Typ C_P mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material und dem Typ C_N mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material bei dieser Stufe des Verfahrens. Die Flussrate von dem Wasserstoff ist vergleichsweise niedrig (z. B. ist die Flussrate auf zwischen ungefähr 6 sccm und 8 sccm reduziert) zum Beibehalten des Wachstums von der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011. Auf Grund der Bereitstellung der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 wird Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material über der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 gebildet, während über der elektronegativen Schicht 1004 Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material gebildet wird.
Wie in 10G dargestellt, wird eine Typ C_P piezoelektrische Schicht 1013 über der elektronegativen Schicht 1004 und der ersten unteren Elektrode 1005 gebildet und eine Typ C_N piezoelektrische Schicht 1014 wird über der zweiten unteren Elektrode 1006 gebildet. Die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1013 und die Typ C_N piezoelektrische Schicht 1014 werden im Wesentlichen gleichzeitig in derselben Kammer und unter Bedingungen, die förderlich für das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material sind, gebildet. In vorteilhafter Weise ist die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1013 ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material mit hoch strukturierter C-Achse. Dementsprechend sind die C-Achsenorientierungen der Kristalle von dem Typ C_P mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material gut kollimiert (parallel ausgerichtet) und als solche parallel zueinander (d. h. in der z-Richtung in dem in 10G abgebildeten Koordinatensystem orientiert) und senkrecht zu der Ebene (d. h. die x-y-Ebene des in 10G abgebildeten Koordinatensystems) der ersten unteren Elektrode 1005, über der die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1013 gebildet ist. Ebenfalls ist die Typ C_N piezoelektrische Schicht 1014 ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material mit hoch strukturierter C-Achse. Dementsprechend sind die C-Achsenorientierungen der Kristalle von dem Typ C_N mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material gut kollimiert (parallel ausgerichtet) und als solche parallel zueinander (d. h. in der – z-Richtung in dem in 10G abgebildeten Koordinatensystem orientiert) und senkrecht zu der Ebene (d. h. die x-y-Ebene des in 10G abgebildeten Koordinatensystems) der zweiten unteren Elektrode 1006, über der die Typ C_N piezoelektrische Schicht 1014 gebildet ist.
In einer Art und Weise, die im Wesentlichen identisch ist zu derjenigen, die oben in Zusammenhang mit 9F beschrieben ist, können erste und zweite obere Elektroden (nicht gezeigt) über der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1013 bzw. der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1014 gebildet werden. Diese Elektroden können dann mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden zur Bereitstellung einer Vielzahl an BAW-Resonatorgeräten (z. B. FACT-Transformer).
Die Typ C_P plezoelektrische Schicht 1013 und die Typ C_N piezoelektrische Schicht 1014 können unmittelbar nebeneinander und in Kontakt miteinander bereitgestellt werden (d. h. ohne Lücke 1007 und Schicht 1012 zwischen der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1013 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1014). Diese Struktur kann durch eine leichte Variation bei der in 10A–10F abgebildeten Bearbeitungssequenz der in Verbindung damit beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen hergestellt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass nach der Bildung der elektronegativen Schicht 1004 bei 10B die erste Elektrodenschicht 1003 nicht gemustert wird, wie in Verbindung mit der Bearbeitungssequenz von 10C beschrieben ist, sondern vielmehr als eine einzige Schicht verbleibt. Stattdessen wird die elektronegative Schicht 1004 gemustert und von einer Seite der ersten Elektrodenschicht 1003 entfernt.
Die in 10B abgebildete Struktur wird in der piezoelektrischen Abscheidungskammer bereitgestellt und Wasserstoff strömt und Wasserstoffplasma wird gebildet. Bei dieser Stufe des Verfahrens ist die Flussrate von Wasserstoff vergleichsweise hoch. Veranschaulichend ist die Flussrate von Wasserstoff ungefähr 16 sccm bis ungefähr 18 sccm. Der Strom an Wasserstoffplasma fungiert als eine Reinigungssequenz zum Entfernen von Oxiden und anderen Verunreinigungen, die sich auf der ersten Elektrodenschicht 1003 bilden können, und führt zu einer elektropositiven Oberfläche (nicht gezeigt) an dem freiliegenden Teilbereich der ersten Elektrodenschicht 1003. Wie oben beschrieben, ist in einer repräsentativen Ausführungsform die elektropositive Oberfläche eine im Wesentlichen blanke Molybdän-Oberfläche und stellt eine aktive Wachstumsfläche zur Bildung von Typ C_N AlN piezoelektrische Impfschicht unmittelbar auf der ersten Elektrodenschicht bereit.
Die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1010 und die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1011 werden im Wesentlichen gleichzeitig in derselben Kammer und unter Bedingungen, die förderlich für das Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material sind, wie in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben, gebildet. Das Wachstum der piezoelektrischen Schicht (z. B. AlN) tritt bei fortgesetztem (kontinuierlichen) Wasserstoffstrom auf, wenn auch bei einer niedrigeren Flussrate (z. B. ungefähr 6 sccm bis 8 sccm), um das Wachstum der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 sicherzustellen. Veranschaulichend hat die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1011 eine Dicke von ungefähr 500 Å. Im Allgemeinen hat die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1011 eine Dicke im Bereich von ungefähr 50 Å bis ungefähr 1000 Å. Eine Schicht 1012 wird in Flächen über der Barriereschicht 1002 gebildet, die nicht zum Fördern des Wachstums von entweder Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material oder Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material vorbereitet wurden (z. B. in der Lücke 1007).
10H gibt die resultierende Struktur mit einer Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1010 über der elektronegativen Schicht 1004 und der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011, die über der der ersten Elektrodenschicht 1003 gebildet ist, wieder.
Die in 10H abgebildete Struktur wird aus der piezoelektrischen Abscheidungskammer entfernt und die zunächst über der elektronegativen Schicht 1004 gebildete Typ C_P piezoelektrische Schicht 1010 wird unter Verwendung bekannter Maskierungs- und Ätztechniken entfernt. Das Entfernen der Typ C_P piezoelektrische Schicht 1010 legt die elektronegative Schicht 1004 frei. Die resultierende Struktur ist in 101 wiedergegeben.
Die in 10I wiedergegebene Struktur wird wieder in die piezoelektrische Abscheidungskammer gegeben und Wasserstoff strömt und Wasserstoffplasma wird gebildet. Bei dieser Stufe des Verfahrens ist die Flussrate von Wasserstoff erneut vergleichsweise hoch. Veranschaulichend ist die Flussrate von Wasserstoff ungefähr 16 sccm bis ungefähr 18 sccm. Der Strom an Wasserstoffplasma fungiert als eine Reinigungssequenz zum Entfernen von Oxiden und anderen Verunreinigungen, die sich auf der ersten Elektrodenschicht 1003 und auf der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 während des Entfernens der Typ C_P piezoelektrische Schicht 1010 bilden können.
Nach dem Abschluss des Reinigungsschritts wird das gleichzeitige Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material und Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material, angrenzend (benachbart) zueinander, durchgeführt. In den vorliegend beschriebenen Ausführungsformen tritt das Wachstum von hoch strukturiertem Typ C_P mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material und hoch strukturiertem Typ C_N mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material unter Bedingungen auf, die günstig für das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material sind, wie in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass Wasserstoff strömt während des Wachstums von dem Typ C_P mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material und dem Typ C_N mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material bei dieser Stufe des Verfahrens. Die Flussrate von dem Wasserstoff ist vergleichsweise niedrig zum Beibehalten des Wachstums von der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011. Zum Bespiel ist die Flussrate auf zwischen ungefähr 5 sccm und 8 sccm reduziert. Auf Grund der Bereitstellung der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 wird Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material über der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 gebildet, während über der elektronegativen Schicht 1004 Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material gebildet wird.
Wie in 103 dargestellt, wird eine Typ C_P piezoelektrische Schicht 1013 über der elektronegativen Schicht 1004 gebildet und eine Typ C_N piezoelektrische Schicht 1014 wird über der ersten Elektrodenschicht 1003 gebildet. Die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1013 und die Typ C_N piezoelektrische Schicht 1014 werden unmittelbar nebeneinander und in Kontakt miteinander bereitgestellt und sie werden im Wesentlichen gleichzeitig in derselben Kammer und unter denselben Wachstumsbedingungen gebildet.
In einer Art und Weise, die im Wesentlichen identisch ist zu derjenigen, die oben in Zusammenhang mit 9I beschrieben ist, kann eine obere Elektrode (nicht gezeigt) über der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1013 bzw. der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1014 gebildet werden. Die resultierende Struktur kann erneut als eine „p/ip”-Struktur bezeichnet werden, wie zum Beispiel in der Stammanmeldung von Burak et al. beschrieben. Die p/ip-Struktur eignet sich für Verbesserungen bei der Leistung in FBAR-Geräten, SBAR-Geräten und CRF-Geräten, wie es in der Stammanmeldung von Burak et al. beschrieben ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verfahrenssequenz zur Bildung der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1010 und der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1011 unmittelbar nebeneinander und in Kontakt miteinander wiederholt werden kann zur Realisierung von p/ip-Schnittstellen an anderen Stellen und Ebenen des ausgewählten akustischen Stapels für das gewünschte BAW-Gerät.
Es sei erneut darauf hingewiesen, dass bestimmte bekannte Komponenten von BAW-Resonatorstrukturen (z. B. akustische Reflektoren, Rahmenelemente und andere Strukturen) zur Aufnahme in die BAW-Resonatorstrukturen, die in Übereinstimmung mit den Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen hergestellt werden, in Erwägung gezogen werden. Diese Strukturen werden in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren hergestellt und ihre Herstellung wird in den Gesamtprozessablauf zur Herstellung der gewünschten BAW-Resonatorstrukturen, einschließlich der Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen integriert.
11A–11H sind Querschnittsansichten, die Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Schichten über einem Substrat in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen veranschaulichen.
Wie unten noch ausführlicher beschrieben, tritt in den vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen die Bildung von angrenzenden Typ C_P und Typ C_N piezoelektrischen Schichten über einem gemeinsamen Substrat unter Bedingungen, die zu der Bildung von Typ C_P („C_P-Rezeptur”) beitragen, wie in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben, mit der selektiven Verwendung einer Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht und Verarbeitungsparametern, die ausgewählt sind zum Fördern des Wachstums von sowohl Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material und Typ C_P mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material.
Die Strukturen, die gemäß Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen gebildet werden, können selektiv bei einem oder mehreren von einer Vielzahl an BAW-Geräten, die piezoelektrische Schichten mit entgegengesetzter Polarität (p-Schicht/ip-Schicht), die über demselben Substrat und zueinander angrenzend gebildet sind, zur Anwendung gebracht werden. Viele Aspekte der resultierenden Geräte sind wie bei dem in Verbindung mit 8 beschriebenen FBAR 800 und wie bei den BAW-Resonatorgeräten, die in der Stammanmeldung von Burak et al. beschrieben sind, und Transformern (z. B. FACT-Transformer), sowie anderen bekannten Strukturen und Strukturen, die innerhalb des Bereichs eines Durchschnittsfachmanns sind, nachdem er den Vorteil der Durchsicht dieser Anmeldung gehabt hat. Bekannte Materialien und Strukturen sowie bestimmte bekannte Aspekte der verwendeten Bearbeitung bei der Bildung solcher Geräte werden im Allgemeinen nicht wiederholt, um die Beschreibung der Verfahren der repräsentatwen Ausführungsformen nicht zu verschleiern.
Beginnend mit 11A wird ein Substrat 1101 bereitgestellt und eine Barriereschicht 1102 wird über dem Substrat bereitgestellt. Veranschaulichend ist das Substrat 1101 Einkristall-Silicium (Si) oder ein anderes Material, das als ein Substrat eines darüber gebildeten Bulk-Akustik-Wave (BAW) Geräts geeignet ist. Die Barriereschicht 1102 ist zum Beispiel Borosilikatglas (BSG) oder Siliciumcarbid (SiC) und durch bekannte Techniken gebildet. Die Barriereschicht 1102 ist notwendig auf Grund der Verwendung von Wasserstoffplasma und des Erhitzens des Substrats 1101 während der Bildung von Typ C_N Material, wie unten und in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben. Die Barriereschicht 1102 ist nützlich bei der Vermeidung der Bildung von Siliciden, die zu einem Abblättern führen können und sich bei Kontakt mit Flusssäure (HF), das in der nachfolgenden Bearbeitung verwendet wird, auflösen. Eine erste Elektrodenschicht 1103 wird über der Barriereschicht 1102 gebildet.
In 11B wird eine Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1104 über der ersten Elektrodenschicht 1103 bereitgestellt, um das Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material in einer ausgewählten Stelle bzw. in ausgewählten Stellen zu fördern. In Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform ist die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1104 Aluminium (Al) und fördert das Wachstum einer piezoelektrischen Schicht vom Typ C_N AlScN. Es sei darauf hingewiesen, dass die Auswahl von Al als die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1104 lediglich veranschaulichend ist. Alternativ kann die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1104 Molybdän (Mo), Wolfram (W), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb), Hafnium (Hf) oder Uran-238 (U-238) sein. Wie oben und in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben, hat die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1104 eine Dicke im Bereich von ungefähr 50 Å bis ungefähr 1000 Å über der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 1103.
Wie in 11C wiedergegeben, ist die Typ C_N piezoelektrische Impfschicht 1104 gemustert (bzw. mit einem Muster versehen) unter Bildung eines Teilbereichs 1105 über der ersten Elektrodenschicht 1103.
Wie in 11D wiedergegeben, ist die erste Elektrodenschicht 1103 gemustert unter Bildung einer ersten unteren Elektrode 1106 und einer zweiten unteren Elektrode 1107 nebeneinander, aber durch eine Lücke bzw. einen Spalt 1108 getrennt.
Wie in 11E wiedergegeben, wird die resultierende Struktur von 11D in der piezoelektrischen Abscheidungskammer bereitgestellt, Wasserstoff strömt bei einer vergleichsweise hohen Rate (z. B. ungefähr 16 sccm bis ungefähr 18 sccm) und Wasserstoffplasma wird gebildet. Der Strom an Wasserstoffplasma fungiert als eine Reinigungssequenz zum Entfernen von Oxiden und anderen Verunreinigungen, die sich über dem Teilbereich 1105 der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1104 und über der ersten unteren Elektrode 1106 während des Vorgangs des mit einem Muster Versehens der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1104 und der ersten unteren Elektrode 1106 bilden können. Nach dem Abschluss der Reinigungssequenz wird die Flussrate von Wasserstoff reduziert und das Wasserstoffplasma aktiviert den Teilbereich 1105 der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1104, wodurch eine elektropositive Oberfläche 1109 erzeugt wird zum Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material gemäß den repräsentativen Methoden, die in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben sind.
Die in 11E wiedergegebene Struktur verbleibt in der piezoelektrischen Abscheidungskammer ohne Unterbrechung des Vakuums. Wie in 11F wiedergegeben, geht das Verfahren weiter unter Bedingungen, die zu der Bildung von Typ C_P („C_P-Rezeptur”) beitragen, wie in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Typ C_P piezoelektrische Schicht 1110 über der ersten unteren Elektrode 1106 gebildet wird und eine Typ C_N piezoelektrische Schicht 1111 über dem Teilbereich 1105 gebildet wird. In einer repräsentativen Ausführungsform tritt das Wachstum von Typ C_N AlScN über der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1104 bei dem Teilbereich 1105 auf und das Wachstum von Typ C_P AlScN tritt über der ersten unteren Elektrode 1106 auf, Eine Schicht 1112 an Material (z. B. AlScN) wird über der unpräparierten Barriereschicht 1102 während der Wachstumssequenz der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1110 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1111 gebildet. Im Gegensatz zu der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1110 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1111 ist die Schicht 1112 im Allgemeinen ein polykristallines Material, das wenig oder keine piezoelektrische Effekte zeigt, weil viele Facetten ein Kristallwachstum in einer Vielzahl an Richtungen initiieren. Vor diesem Hintergrund zeigt die Schicht 1112 im Allgemeinen keine piezoelektrischen Eigenschaften und kann entfernt werden.
Das Verfahren geht weiter unter Bedingungen, die förderlich für das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material sind, wie oben beschrieben. Das Wachstum des mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials (z. B. AlScN) tritt bei fortgesetztem (kontinuierlichen) Wasserstoffstrom auf, wenn auch bei einer niedrigeren Flussrate (z. B. ungefähr 6 sccm bis 8 sccm), um das Wachstum der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1111 sicherzustellen.
In vorteilhafter Weise ist die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1110 ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material mit hoch strukturierter C-Achse. Dementsprechend sind die C-Achsenorientierungen der Kristalle von dem Typ C_P mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material gut kollimiert (parallel ausgerichtet) und als solche parallel zueinander (d. h. in der z-Richtung in dem in 11F abgebildeten Koordinatensystem orientiert) und senkrecht zu der Ebene (d. h. die x-y-Ebene des in 11F abgebildeten Koordinatensystems) der ersten unteren Elektrode 1106, über der die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1110 gebildet ist. Ebenfalls ist die Typ C_N piezoelektrische Schicht 1111 ein mit Seltenerdelement dotiertes piezoelektrisches Material mit hoch strukturierter C-Achse. Dementsprechend sind die C-Achsenorientierungen der Kristalle von dem Typ C_N mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material gut kollimiert (parallel ausgerichtet) und als solche parallel zueinander (d. h. in der – z-Richtung in dem in 11F abgebildeten Koordinatensystem orientiert) und senkrecht zu der Ebene (d. h. die x-y-Ebene des in 11F abgebildeten Koordinatensystems) der zweiten unteren Elektrode 1107, über der die Typ C_N piezoelektrische Schicht 1111 gebildet ist.
Nach der Bildung der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1110 über der ersten unteren Elektrode 1106 und einer Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1111 über der zweiten unteren Elektrode 1107 können erste und zweite obere Elektroden (nicht gezeigt) über der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1110 bzw. der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1111 gebildet werden. Diese Elektroden können dann mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden zur Bereitstellung einer Vielzahl an BAW-Resonatorgeräten (z. B. FACT-Transformer).
Die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1110 und die Typ C_N piezoelektrische Schicht 1111 können unmittelbar nebeneinander und in Kontakt miteinander bereitgestellt werden (d. h. ohne Lücke 1108 und Schicht 1112 zwischen der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1110 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1111). Diese Struktur kann durch eine Variation bei der in 11A–11F abgebildeten Bearbeitungssequenz der in Verbindung damit beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen hergestellt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass nach der Bildung der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1104 bei 11B die erste Elektrodenschicht 1103 nicht gemustert wird, wie in Verbindung mit der Bearbeitungssequenz von 11D beschrieben ist, sondern vielmehr als eine einzige Schicht verbleibt, Stattdessen wird die Typ C_N piezoelektrlsche Impfschicht 1104 gemustert und von einer Seite der ersten Elektrodenschicht 1103 entfernt, wie in 11G wiedergegeben.
Die in 11G abgebildete Struktur wird in der piezoelektrischen Abscheidungskammer bereitgestellt, Wasserstoff strömt bei einer vergleichsweise hohen Flussrate (z. B. ungefähr 16 sccm bis ungefähr 18 sccm) und Wasserstoffplasma wird gebildet. Der Strom an Wasserstoffplasma fungiert als eine Reinigungssequenz zum Entfernen von Oxiden und anderen Verunreinigungen, die sich über dem Teilbereich 1105 der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1104 und über der ersten Elektrodenschicht 1103 während des Vorgangs des mit einem Muster Versehens der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1104 bilden können.
Nach dem Abschluss der Reinigungssequenz wird die Flussrate von Wasserstoff reduziert und das Wasserstoffplasma aktiviert den Teilbereich 1105 der Typ C_N piezoelektrischen Impfschicht 1104 zum Wachstum von Typ C_N mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material. Als nächstes wird das Wachstum von hoch strukturiertem Typ C_P mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material und hoch strukturiertem Typ C_N mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material bewirkt unter Bedingungen, die förderlich für das Wachstum von Typ C_P mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Material sind, wie in der Stammanmeldung von Larson et al. beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass das Wachstum von dem hoch strukturierten Typ C_P mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material und dem hoch strukturierten Typ C_N mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material bei fortgesetztem (kontinuierlichen) Wasserstoffstrom bei der vergleichsweise niedrigen Flussrate (z. B. ungefähr 6 sccm bis 8 sccm) auftritt zum Beibehalten des Wachstums von dem Typ C_N mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material. Wie in 11H wiedergegeben, wird die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1110 unmittelbar neben und in Kontakt mit der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1111 gebildet, wobei sowohl die Typ C_P piezoelektrische Schicht 1110 als auch die Typ C_N piezoelektrische Schicht 1111 über der ersten Elektrodenschicht 1103 gebildet werden.
Auch wenn nicht in 11H wiedergegeben, wird eine zweite Elektrodenschicht über der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1110 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1111 bereitgestellt.
Die in 11H wiedergegebene Struktur kann als eine „p/ip”-Struktur bezeichnet werden, wie zum Beispiel in der Stammanmeldung von Burak et al. beschrieben. Die p/ip-Struktur eignet sich für Verbesserungen bei der Leistung in FBAR-Geräten, SBAR-Geräten und CRF-Geräten, wie es in der Stammanmeldung von Burak et al. beschrieben ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verfahrenssequenz zur Bildung der Typ C_P piezoelektrischen Schicht 1110 und der Typ C_N piezoelektrischen Schicht 1111 unmittelbar nebeneinander und in Kontakt miteinander wiederholt werden kann zur Realisierung von p/ip-Schnittstellen an anderen Stellen und Ebenen des ausgewählten akustischen Stapels für das gewünschte BAW-Gerät.
Es sei erneut darauf hingewiesen, dass bestimmte bekannte Komponenten von BAW-Resonatorstrukturen (z. B. akustische Reflektoren, Rahmenelemente und andere Strukturen) zur Aufnahme in die BAW-Resonatorstrukturen, die in Übereinstimmung mit den Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen hergestellt werden, in Erwägung gezogen werden. Diese Strukturen werden in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren hergestellt und ihre Herstellung wird in den Gesamtprozessablauf zur Herstellung der gewünschten BAW-Resonatorstrukturen, einschließlich der Verfahren der repräsentativen Ausführungsformen integriert.
In Übereinstimmung mit veranschaulichenden Ausführungsformen sind Verfahren zur Herstellung von mit Seltenerdelement dotiertem piezoelektrischen Materialien und akustische Resonatoren für verschiedene Anwendungen, wie zum Beispiel elektrische Filter, beschrieben. Ein gewöhnlicher Durchschnittsfachmann weiß es zu würdigen, dass viele Variationen, die in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren sind, möglich sind und innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche sind. Diese und weitere Variationen werden einem gewöhnlichen Durchschnittsfachmann bewusst nach Durchsicht der vorliegenden Beschreibung, Zeichnungen und Ansprüche. Die Erfindung soll daher nicht beschränkt sein, außer innerhalb des Geistes und Umfangs der beigefügten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8673121 [0001, 0001]
US 6107721 [0037]
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US 5873153 [0037]
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US 6987433 [0041, 0042]
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Claims

Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Materials, das eine erste Komponente, eine zweite Komponente und eine dritte Komponente umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Substrats; anfängliches Strömen vor Wasserstoff über dem Substrat; nach dem anfänglichen Strömen des Wasserstoffs über dem Substrat, Strömen der ersten Komponente zur Bildung des mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Materials über einer Oberfläche eines einzigen Targets; und Sputtern des piezoelektrischen Materials von dem einzigen Target auf das Substrat, wobei die dritte Komponente ein Seltenerdelement umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Materials wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei das piezoelektrische Material eine Kompressions-negative (C_N) Palarität aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Materials wie in Anspruch 1 beansprucht, ferner umfassend, nach dem anfänglichen Strömen des Wasserstoffs, ein kontinuierliches Strömen von Wasserstoff während der Herstellung des piezoelektrischen Materials.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Materials wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei das Strömen von Wasserstoff während des Abscheidens NH_x bildet.
Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die erste Komponente Stickstoff ist, die zweite Komponente Aluminium ist und das Seltenerdelement Scandium ist.
Verfahren wie in Anspruch 5 beansprucht, wobei die piezoelektrische Schicht mit Scandium dotiertes Aluminiumnitrid umfasst und ein Atomprozentsatz von Scandium in der mit Scandium dotierten Aluminiumnitridschicht ungefähr 0,5% bis weniger als ungefähr 10,0% beträgt.
Verfahren wie in Anspruch 5 beansprucht, wobei die piezoelektrische Schicht mit Scandium dotiertes Aluminiumnitrid umfasst und ein Atomprozentsatz von Scandium in der mit Scandium dotierten Aluminiumnitridschicht ungefähr 2,5% bis weniger als ungefähr 5,0% beträgt.
Verfahren wie in Anspruch 5 beansprucht, wobei die piezoelektrische Schicht mit Scandium dotiertes Aluminiumnitrid umfasst und ein Atomprozentsatz von Scandium in der mit Scandium dotierten Aluminiumnitridschicht ungefähr 0,5% bis ungefähr 44% beträgt.
Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei das einzige Target eine Legierung von der zweiten Komponente und der dritten Komponente umfasst.
Verfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei ein Atomprozentsatz der dritten Komponente in dem mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material im Wesentlichen gleich ist wie ein Atomprozentsatz der dritten Komponente in der Legierung des einzigen Targets.
Verfahren zur Herstellung eines Bulk-Akustik-Wave (BAW) Resonators, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden einer ersten Elektrode über einem Substrat; Bilden einer Impfschicht über dem Substrat; Abscheiden eines piezoelektrischen Materials, das eine Kompressions-negative (C_N) Polarität aufweist, wobei das Abscheiden Folgendes umfasst: Strömen einer ersten Komponente des piezoelektrischen Materials zur Bildung des piezoelektrischen Materials über ein einziges Target, das eine zweite Komponente und eine dritte Komponente des piezoelektrischen Materials umfasst, wobei die dritte Komponente des piezoelektrischen Materials ein Seltenerdelement umfasst; und Sputtern des piezoelektrischen Materials von dem Target auf das Substrat.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 11 beansprucht, ferner umfassend ein Bilden einer zweiten Elektrode über dem piezoelektrischen Material.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei die Impfschicht Aluminium umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 13 beansprucht, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode eines von Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Wolfram (W), Platin (Pt) und Ruthenium (Ru) umfassen.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 11 beansprucht, ferner umfassend, nach dem Bilden der ersten Elektrode und vor dem Bilden der Impfschicht, ein Bilden eines Plasmas und Entfernen einer Verunreinigung von einer Oberfläche der ersten Elektrode.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 11 beansprucht, ferner umfassend, nach dem Bilden der Impfschicht, ein Beibehalten eines Stroms eines inerten Gases über der Oberfläche der Impfschicht während des Abscheidens der ersten Komponente und des piezoelektrischen Materials.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei die die erste Elektrode und die zweite Elektrode ein Metall umfassen,
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 17 beansprucht, wobei das Metall eines von Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Wolfram (W), Platin (Pt) und Ruthenium (Ru) umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei die erste Komponente Stickstoff umfasst, die zweite Komponente Aluminium umfasst und die dritte Komponente Scandium umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 19 beansprucht, wobei die piezoelektrische Schicht mit Scandium dotiertes Aluminiumnitrid umfasst und ein Atomprozentsatz von Scandium in der mit Scandium dotierten Aluminiumnitridschicht ungefähr 0,5% bis weniger als ungefähr 10,0% beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 19 beansprucht, wobei die piezoelektrische Schicht mit Scandium dotiertes Aluminiumnitrid umfasst und ein Atomprozentsatz von Scandium in der mit Scandium dotierten Aluminiumnitridschicht ungefähr 2,5% bis weniger als ungefähr 5,0% beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 19 beansprucht, wobei die piezoelektrische Schicht mit Scandium dotiertes Aluminiumnitrid umfasst und ein Atomprozentsatz von Scandium in der mit Scandium dotierten Aluminiumnitridschicht ungefähr 0,5% bis ungefähr 44% beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 11 beansprucht, wobei das einzige Target eine Legierung von der zweiten Komponente und der dritten Komponente umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines BAW-Resonators wie in Anspruch 23 beansprucht, wobei ein Atomprozentsatz der dritten Komponente in dem mit Seltenerdelement dotierten piezoelektrischen Material im Wesentlichen gleich ist wie ein Atomprozentsatz der dritten Komponente in der Legierung des einzigen Targets.