DE10296795T5 - Akustischer Dünnfilmvolumenresonator und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Akustischer Dünnfilmvolumenresonator und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Tetsuo Ube Yamada
Keigo Ube Nagao
Chisen Ube Hashimoto
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Abstract

Akustischer Dünnfilmvolumenresonator mit:
einer piezoelektrischen Schicht;
einer ersten Elektrode, die mit einer ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist; und
einer zweiten Elektrode, die mit einer zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist, die auf der Gegenseite zur ersten Oberfläche liegt,
wobei die Effektivvariation der Höhe der ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht höchstens 25 nm beträgt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft einen akustischen Dünnfilmvolumenresonator unter Verwendung eines elektroakustischen Effekts eines piezoelektrischen Dünnfilms und insbesondere einen akustischen Dünnfilmvolumenresonator, der als Bestandteil eines Filters für elektronische Schaltungen für Kommunikationsgeräte verwendbar ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Bauelement unter Verwendung eines piezoelektrischen Dünnfilms, der in einem breiten Bereich zum Einsatz kommt, z. B. als Dünnfilmoszillator, Dünnfilm-VCO (spannungsgesteuerter Oszillator), Dünnfilmfilter, Duplexer, verschiedene Arten von Sensoren usw., die in Mobilkommunikationsgeräten o. ä. verwendet werden.
  • HINTERGRUND DER TECHNIK
  • Um dem Bedarf an Kosten- und Größenreduzierung elektronischer Geräte nachzukommen, bemüht man sich kontinuierlich um die Verkleinerung eines Filters als Schaltungsbestandteil, ohne seine Arbeitsweise zu ändern. Strenge Anforderungen sowohl an die Größe als auch an die Kosten von Bestandteilen gelten für elektronische Konsumgeräte, z. B. Mobiltelefone, Miniaturradios usw. Eine in solchen elektronischen Geräten enthaltene Schaltung verwendet Filter, die auf vorbestimmte Frequenzen genau abgestimmt sein müssen. Somit wird jederzeit kontinuierlich angestrebt, billige und kompakte Filter bereitzustellen.
  • Bauelemente unter Verwendung der piezoelektrischen Erscheinung kommen auf verschiedenen Gebieten zum Einsatz. Mit fortschreitender Verkleinerung und Stromeinsparung tragbarer Geräte, z. B. Mobiltelefone, erweitert sich der Anwendungsbereich akustischer Oberflächenwellen- (SAW) Bauelemente als HF-Filter oder ZF-Filter, die für diese Geräte zum Einsatz kommen. Verbesserungen in Konstruktion und Produktionstechnologien von SAW-Filtern kommen den strengen Anforderungen von Benutzern an Spezifikationen nach. Mit der Verschiebung der genutzten Frequenzen hin zu einem höheren Frequenzband nähert sich aber die Verbesserung der Kennwerte ihrer Obergrenze, so daß weitreichende technische Innovationen sowohl für die Mikrostruktur auszubildender Elektroden als auch die Gewährleistung einer stabilen Ausgabe erforderlich sind.
  • Ferner ist ein akustischer Dünnfilmresonator, der die Dickenschwingung von piezoelektrischem Dünnfilm nutzt, d. h. ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator oder ein akustischer Filmvolumenresonator (im folgenden als "FBAR" – film bulk acoustic resonator – genannt), aufgebaut, indem ein Dünnfilm, der hauptsächlich aus einem piezoelektrischen Element besteht, und Elektroden zum Ansteuern des piezoelektrischen Dünnfilms auf einem dünnen Trägerfilm gebildet sind, der auf einem Substrat gebildet ist. Der so aufgebaute FBAR kann eine Grundresonanz im Gigahertzband durchführen. Beim Aufbau eines Filters durch den FBAR könnte das Filter in einer bemerkenswert kompakten Größe gestaltet sein und kann auch mit geringem Verlust und in einem breiten Band betrieben werden. Zudem kann es in einem Stück mit einer integrierten Halbleiterschaltung hergestellt sein. Erwartungsgemäß wird daher der FBAR auf künftige tragbare sehr stark verkleinerte Geräte Anwendung finden.
  • Ein einfacher Aufbau des akustischen Dünnfilmvolumenresonators hat eine Schichtstruktur, bei der eine piezoelektrische (PZ) Dünnfilmmaterialschicht zwischen zwei Metallelektroden eingefügt ist. Gestützt wird die Schichtstruktur durch eine Brückenstruktur, deren Umfangsabschnitt abgestützt ist und deren Mittelabschnitt in der Luft schwebt. Beim Erzeugen eines elektrischen Felds durch Anlegen einer Spannung über den beiden Elektroden wandelt das piezoelektrische (PF) Dünnfilmmaterial einen Teil der elektrischen Energie in mechanische Energie in Form einer Schallwelle um. Die Schallwelle breitet sich in der gleichen Richtung wie das elektrische Feld aus und wird an der Grenzfläche zwischen der Elektrode und der Luft reflektiert. In der folgenden Beschreibung kann das piezoelektrische Element kurz als PZ bezeichnet sein.
  • Beim Induzieren mechanischer Resonanz dient der akustische Dünnfilmvolumenresonator als elektrischer Resonator wegen des Umwandlungsvermögens des PZ-Dünnfilmmaterials für elektrische Energie/mechanische Energie. Somit kann das Filter durch den akustischen Dünnfilmvolumenresonator aufgebaut sein. Die mechanische Resonanz des akustischen Dünnfilmvolumenresonators wird mit der Frequenz induziert, bei der die Dicke des Materials, durch das sich die Schallwelle fortpflanzt, gleich der halben Wellenlänge der Schallwelle ist. Die Frequenz der Schallwelle ist gleich der Frequenz eines an den Elektroden anliegenden elektrischen Signals, Die Geschwindigkeit der Schallwelle ist um 5 bis 6 Zehnerpotenzen kleiner als die Lichtgeschwindigkeit, weshalb sich der erreichte Resonator sehr kompakt herstellen läßt. Daher kann der Resonator zur Verwendung im GHz-Band in seiner Struktur so gestaltet sein, daß er eine ebene Größe unter 200 Mikrometern und eine Dicke unter mehreren Mikrometern hat.
  • Im akustischen Dünnfilmvolumenresonator und in gestapelten akustischen Dünnfilmresonatoren mit mehreren Schichtstrukturen gemäß der vorstehenden Beschreibung, d. h. in gestapelten akustischen Dünnfilmvolumenresonatoren und -filtern (im folgenden "SBAR" genannt), weist der Mittelabschnitt der Schichtstruktur piezoelektrischen Dünnfilm auf, der durch das Sputterverfahren in etwa 1 bis 2 μm Dicke hergestellt ist. Die obere und untere Elektrode wirken als elektrische Zuleitungen und sind so angeordnet, daß sie den piezoelektrischen Dünnfilm dazwischen einfügen, was ein den piezoelektrischen Dünnfilm durchdringendes elektrisches Feld ergibt. Der piezoelektrische Dünnfilm wandelt einen Teil der elektrischen Feldenergie in mechanische Energie um. Als Reaktion auf die angelegte elektrische Feldenergie, die zeitlich variiert, wird die zeitveränderliche (Spannungs-/Dehnungs-) Energie erzeugt.
  • Ein piezoelektrisches Dünnfilmelement in Anwendung auf einen Resonator, ein Filter o. ä., das eine solche elastische Welle verwendet, wird gemäß der nachfolgenden Beschreibung hergestellt.
  • Durch Einsatz verschiedener Dünnfilmbildungsverfahren wird ein Basisfilm mit einem dielektrischen Dünnfilm, einem leitenden Dünnfilm oder einem Stapelfilm aus dem dielektrischen Dünnfilm und dem leitenden Dünnfilm auf der Oberfläche eines Einkristall-Halbleitersubstrats aus Silicium o. ä. oder auf der Oberfläche eines Substrats gebildet, das durch Bildung von polykristallinem Diamantfilm oder Film aus isoelastischem Material, z. B. Elinvar, auf einem Siliciumwafer o. ä. aufgebaut ist. Ferner wird piezoelektrischer Dünnfilm auf dem Basisfilm gebildet, und die erwünschte obere Struktur wird hergestellt. Nach Bildung jedes Films oder nach Bildung aller Filme wird jeder Film einer physikalischen Bearbeitung oder chemischen Bearbeitung unterzogen, um Mikrostrukturherstellung und Musterung durchzuführen.
  • Um einen FBAR oder SBAR als akustischen Dünnfilmvolumenresonator zu betreiben, muß die den piezoelektrischen Dünnfilm enthaltende Schichtstruktur durch die Brückenstruktur so abgestützt sein, daß die Luft/Kristall-Grenzfläche gebildet ist, um die Schallwelle in der Schichtstruktur einzuschließen. Allgemein ist die Schichtstruktur aufgebaut, indem eine untere Elektrode, eine piezoelektrische Schicht und eine obere Elektrode in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Somit ist die Luft/Kristall-Grenzfläche schon auf der Oberseite der Schichtstruktur vorhanden. Außerdem muß die Luft/Kristall-Grenzfläche auch auf der Unterseite der Schichtstruktur gebildet sein. Um die Luft/Kristall-Grenzfläche auf der Unterseite der Schichtstruktur zu erreichen, wurden bisher die im folgenden beschriebenen Verfahren verwendet.
  • Gemäß einem ersten Verfahren, das z. B. in der JP-A-58-153412 oder JP-A-60-142607 offenbart ist, kommt das Wegätzen eines Teils des Wafers zum Einsatz, der ein Substrat bildet. Besteht das Substrat aus Silicium, wird ein Teil des Siliciumsubstrats von seiner Rückseite weggeätzt, indem eine erwärmte KOH-Wasser-Lösung verwendet wird, um ein Loch zu erzeugen. Das heißt, nach Bildung eines Basisfilms, einer unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Dünnfilms und einer oberen Elektrode auf der Oberseite des Substrats wird ein Abschnitt des Substrats, der unter einem Abschnitt liegt, der als Schwingungsabschnitt wirken wird, von der Unterseite des Substrats entfernt, wodurch ein Resonator erreicht wird, der eine Form hat, bei der die Kante der Schichtstruktur durch das Siliciumsubstrat an einem Abschnitt abgestützt ist, der das Loch auf der Vorderseite des Siliciumsubstrats umgibt. Allerdings macht das Loch, das so gebildet ist, daß es den Wafer durchdringt, den Wafer sehr brüchig und leicht zerbrechlich. Wird ferner das Naßätzen mit Hilfe von KOH in einem Ätzneigungswinkel von 54,7 Grad zur Oberfläche des Substrats durchgeführt, wäre es sehr schwierig, die erreichte Menge von Endprodukten zu erhöhen, d. h. die Ausbeute von FBAR/SBAR auf dem Wafer zu steigern.
  • Beispielsweise benötigt die Schichtstruktur mit einem Seitenmaß von etwa 150 μm × 150 μm (ebene Größe), die auf einem Siliciumwafer mit 250 μm Dicke gebildet ist, ein rückseitiges Ätzloch von etwa 450 μm × 450 μm. Somit kann nur etwa ein Neuntel des Wafers zur Produktion verwendet werden. Nach Entfernen eines Abschnitts des Substrats, der unter dem Schwingungsabschnitt des piezoelektrischen Dünnfilms liegt, durch anisotropes Ätzen, um eine schwebende Struktur zu bilden, wird der Wafer elementweise getrennt, um akustische Dünnfilmvolumenresonatoren (auch piezoelektrische Dünnfilmresonatoren genannt) zu realisieren, die den PZ-Dünnfilmelementen entsprechen.
  • Gemäß einem zweiten Verfahren zur Bildung der Luft/Kristall-Grenzfläche unter der Schichtstruktur, das in der JP-A-2-13109 offenbart ist, wird ein luftbrückenartiges FBAR-Element hergestellt. Normalerweise wird eine Opferschicht gebildet, wonach eine Schichtstruktur auf der Opferschicht gebildet wird. Die Opferschicht wird am Ende des Verfahrens oder gegen Ende des Verfahrens entfernt. Die gesamte Bearbeitung erfolgt auf der Vorderseite des Wafers, weshalb dieses Verfahren keine Positionierung an beiden Seiten des Wafers und keine großflächige Rückseitenöffnung benötigt.
  • Die JP-A-2000-69594 offenbart den Aufbau eines luftbrückenartigen FBAR/SBAR und ein Verfahren zu seiner Herstellung unter Verwendung von Phosphorsilicatglas (PSG) als Opferschicht. In dieser Veröffentlichung wird eine PSG-Schicht auf den Siliciumwafer abgeschieden. PSG wird bei einer Temperatur von höchstens etwa 450 °C mit Hilfe von Silan und P2O2 abgeschieden, um eine weichglasartige Substanz zu bilden, die einen Phosphorgehalt von etwa 8 % hat. PSG kann bei einer relativ niedrigen Temperatur abgeschieden werden und läßt sich mit einer sehr hohen Rate mit verdünnter H2O:HF-Wasser-Lösung ätzen.
  • In dieser Veröffentlichung wird beschrieben, daß die Effektivvariation der Höhe (quadratischer Rauhtiefenmittelwert) als Angabe für die Oberflächenrauheit der PSG-Opferschicht unter 0,5 μm liegt, aber keine Beschreibung erfolgt für die Effektivvariation mit einer Größenordnung von höchstens 0,1 μm. Die Effektivvariation in der Größenordnung von 0,1 μm ist auf atomarer Ebene sehr grob ungleichmäßig. Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator vom FBAR/SBAR-Typ benötigt ein piezoelektrisches Material, dessen Kristall als prismatischer Kristall senkrecht zur Ebene der Elektrode gezogen ist.
  • In der JP-A-2000-69594 wird beschrieben, daß eine leitende Bahn parallel zur Oberfläche der PSG-Schicht gebildet wird und die Effektivvariation der Höhe der leitenden Bahn unter 2 μm liegt, wobei aber keine spezifische Beschreibung der Effektivvariation in der Größenordnung von höchstens 0,1 μm erfolgt. Die Effektivvariation in der Größenordnung von 0,1 μm ist eine unzureichende Oberflächenrauheit für die Oberfläche, auf der ein piezoelektrischer Dünnfilm für einen akustischen Dünnfilmvolumenresonator gebildet wird. Verschiedentlich wurde versucht, den piezoelektrischen Dünnfilm zu ziehen. Wegen des Effekts verschiedener Ungleichmäßigkeit auf der rauhen Oberfläche wird der Kristall aber in verschiedenen Richtungen gezogen, so daß die Kristallqualität des erreichten piezoelektrischen Dünnfilms nicht ausreicht.
  • Es gibt ein Verfahren zum Bereitstellen eines echten massiven Schallspiegels anstelle der Bereitstellung der zuvor beschriebenen Luft/Kristall-Grenzfläche. Gemäß diesem Verfahren, das in der JP-A-6-295181 offenbart ist, wird eine große Schallimpedanz mit einem Braggschen Schallreflexionsspiegel unter der Schichtstruktur gebildet. Der Braggsche Reflexionsspiegel wird durch abwechselndes Stapeln von Schichten aus Materialien mit hoher und niedriger Schallimpedanz gebildet. Die Dicke jeder Schicht ist auf ein Viertel der Wellenlänge der Resonanzfrequenz festgelegt. Eine ausreichende Anzahl von Schichten ermöglicht, daß die Effektivimpedanz an der Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Element und der Elektrode immer noch höher als die Schallimpedanz des Elements ist. Somit kann die Schallwelle im piezoelektrischen Element wirksam eingeschlossen werden. Ein gemäß diesem Verfahren erreichter akustischer Resonator wird als massiver akustischer Spiegelanordnungsresonator (SMR) bezeichnet, da es keinen Hohlraum unter der Schichtstruktur gibt.
  • Dieses Verfahren kann das Problem des ersten und zweiten Verfahrens vermeiden, daß ein Film gebildet wird, dessen Umfangsabschnitt fixiert und dessen Mittelabschnitt frei in Schwingung versetzt ist. Jedoch hat dieses Verfahren zahlreiche Probleme. Da nämlich eine Metallschicht einen parasitären Kondensator bildet, der die elektrische Leistung des Filters beeinträchtigt, kann sie nicht als Schicht des Braggschen Reflexionsspiegels verwendet werden. Daher ist die Auswahl von Materialien eingeschränkt, die für den Braggschen Reflexionsspiegel nutzbar sind. Die Differenz der Schallimpedanz zwischen Schichten, die aus verfügbaren Materialien gebildet sind, ist nicht groß. Somit ist eine Anzahl von Schichten erforderlich, um die Schallwelle einzuschließen. Ferner muß bei diesem Verfahren Spannung, die auf jede Schicht ausgeübt wird, mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, weshalb das Herstellungsverfahren kompliziert ist.
  • Weiterhin ist es schwierig, ein Durchgangsloch zu bilden, das eine große Anzahl von Schichten durchdringt, z. B. 10 oder 14 an der Zahl, weshalb die gemäß diesem Verfahren erreichten akustischen Resonatoren für die Integration in andere aktive Elemente ungünstig sind. Nach bisher berichteten Beispielen haben die gemäß diesem Verfahren erreichten akustischen Resonatoren ferner effektive Kopplungskoeffizienten, die immer noch geringer als die der akustischen Resonatoren mit Luftbrücken sind. Dadurch hat das auf dem SMR basierende Filter eine schmalere effektive Bandbreite als das Filter unter Verwendung des akustischen Resonators vom Luftbrückentyp.
  • Wie zuvor beschrieben, wird im akustischen Dünnfilmvolumenresonator eine (Spannungs-/Dehnungs-) Energie, die als Reaktion auf die angelegte zeitvariierende elektrische Feldenergie zeitlich variiert, in der Schichtstruktur erzeugt. Ist das Haftvermögen zwischen dem Substrat und der unteren Elektrode der Schichtstruktur gering, lösen sich somit das Substrat und die Schichtstruktur voneinander, was die Haltbarkeit reduziert, d. h. die Lebensdauer des akustischen Dünnfilmvolumenresonators verkürzt.
  • In der JP-A-2000-69594 ist Mo als ordnungsgemäßes Elektrodenmaterial beschrieben. Nicht spezifisch beschrieben ist dagegen die Erhöhung des Haftvermögens am Siliciumwafer usw., der als Substrat dient.
  • Beispielsweise offenbart die JP-A-2-309708, daß eine untere Elektrodenschicht mit zwei Schichten aus Au/Ti o. ä. verwendet wird. In diesem Fall ist die Ti-Schicht als Schicht zur Erhöhung des Haftvermögens zwischen der Au-Schicht und dem Substrat vorhanden. Das heißt, die Ti-Haftschicht ist keine unabdingbare Elektrodenschicht aus Sicht des originären Betriebs des akustischen Dünnfilmvolumenresonators. Ist aber keine Ti-Haftschicht gebildet und nur die Au-Elektrodenschicht allein hergestellt, reicht das Haftvermögen zwischen dem Substrat und der Au-Elektrodenschicht nicht aus, und auftretendes Ablösen usw. reduziert die Haltbarkeit des akustischen Dünnfilmvolumenresonators im Betrieb erheblich.
  • In den zuvor beschriebenen akustischen Dünnfilmvolumenresonatoren liegt nicht nur die erforderliche Längsschwingung vor, die sich in senkrechter Richtung zur Elektrodenoberfläche fortpflanzt, sondern auch Querschwingung, die sich in paralleler Richtung zur Elektrodenoberfläche ausbreitet. Die Querschwingung enthält eine Komponente, die "Störungen" in der erforderlichen Schwingung des akustischen Dünnfilmvolumenresonators verursacht, was die Kennwerte des Resonators beeinträchtigt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen FBAR/SBAR mit verbesserter Leistung bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen Hochleistungs-FBAR/SBAR bereitzustellen, der einen ausgezeichneten elektromechanischen Kopplungskoeffizient, akustischen Gütefaktor (Q-Wert), Temperaturkennwert usw. hat, indem die Kristallqualität von piezoelektrischem (PZ) Dünnfilm verbessert ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hochleistungs-FBAR/SBAR bereitzustellen, der einen ausgezeichneten elektromechanischen Kopplungskoeffizient, akustischen Gütefaktor (Q-Wert), Temperaturkennwert usw. hat, indem die Form einer oberen Elektrode speziell gestaltet ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hochleistungs-FBAR/SBAR bereitzustellen, in dem insbesondere Störresonanz reduziert ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die Haltbarkeit des FBAR/SBAR zu verbessern und somit seine Lebensdauer zu verbessern, indem das Haftvermögen (die Haftfestigkeit) zwischen einer unteren Elektrode und einem Substrat verbessert ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen Hochleistungs-FBAR/SBAR bereitzustellen, der einen ausgezeichneten elektromechanischen Kopplungskoeffizient, akustischen Gütefaktor (Q-Wert) usw. hat, indem das Haftvermögen zwischen der unteren Elektrode und dem Substrat erhöht und die Bildung von piezoelektrischem Dünnfilm mit ausgezeichneter Kristallqualität und Orientierung auf der unteren Elektrodenschicht ermöglicht ist.
  • Als piezoelektrische Materialien für piezoelektrische Dünnfilmelemente kommen Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO), Cadmiumsulfid (CdS), Bleititanat [PT] (PbTiO3), Bleititanatzirconat [PZT] (Pb(Zr,Ti)O3) usw. zum Einsatz. Insbesondere hat AlN eine höhere Fortpflanzungsgeschwindigkeit der elastischen Welle und wird als piezoelektrisches Material des piezoelektrischen Dünnfilmresonators für einen akustischen Dünnfilmvolumenresonator oder ein Filter zweckmäßig verwendet, der (das) in einem Hochfrequenzband arbeitet.
  • Der FBAR erreicht Resonanz durch die elastische Welle, die sich im Dünnfilm fortpflanzt, so daß nicht nur der Schwingungskennwert des piezoelektrischen Dünnfilms, sondern auch die Schwingungskennwerte der Elektrodenschicht und des Basisfilms den Resonanzkennwert des FBAR stark beeinflussen. Bisher wurden verschiedentlich versucht, den AlN-Dünnfilm auf einen FBAR anzuwenden. Jedoch wurden bisher noch kein akustischer Dünnfilmvolumenresonator und noch kein Dünnfilmfilter erreicht, die ausreichende Leistung im GHz-Band zeigen können. Somit besteht starker Bedarf an einem piezoelektrischen Dünnfilmresonator, d. h. einem akustischen Dünnfilmvolumenresonator, in dem der elektromechanische Kopplungskoeffizient, akustische Gütefaktor und die Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz eines Schwingungsabschnitts, der nicht nur den AlN-Dünnfilm, sondern auch eine Elektrodenschicht und einen Basisfilm enthält, verbessert sind.
  • Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen piezoelektrischen Dünnfilmresonator, d. h. einen akustischen Dünnfilmvolumenresonator, bereitzustellen, bei dem die Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz verbessert ist, ohne den elektromechanischen Kopplungskoeffizient und den akustischen Gütefaktor zu reduzieren, indem der Kennwert des AlN-Dünnfilms mit hoher Fortpflanzungsgeschwindigkeit der elastischen Welle vorteilhaft genutzt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Zur Lösung der o. g. Aufgaben ist erfindungsgemäß ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator bereitgestellt, der aufweist: eine piezoelektrische Schicht; eine erste Elektrode, die mit einer ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist; und eine zweite Elektrode, die mit einer zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist, die auf der Gegenseite zur ersten Oberfläche liegt, wobei der quadratische Rauhtiefenmittelwert bzw. die Effektivvariation der Höhe der ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm beträgt.
  • In der Erfindung bezeichnet die Effektivvariation der Höhe den quadratischen Rauhtiefenmittelwert Rq gemäß der Beschreibung in der Japanischen Industrienorm JIS B-0601: 2001 "Festlegung geometrischer Eigenschaften von Produkten – Oberflächeneigenschaften: Konturkurvensysteme – Begriffe, Definitionen und Parameter der Oberflächeneigenschaften" (gleiches gilt für die nachfolgend beschriebene Erfindung).
  • Um erfindungsgemäß die o. g. Aufgabe zu lösen, ist ferner ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator bereitgestellt, der aufweist: eine piezoelektrische Schicht; eine erste Elektrode, die mit einer ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist; und eine zweite Elektrode, die mit einer zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist, die auf der Gegenseite zur ersten Oberfläche liegt, wobei eine Oberfläche der ersten Elektrode, die zur piezoelektrischen Schicht weist, eine Effektivvariation ihrer Höhe hat, die höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm beträgt.
  • In einem Aspekt der Erfindung ist die Effektivvariation der Höhe der zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht auf höchstens 5 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt. In einem Aspekt der Erfindung ist die Welligkeitshöhe einer Oberfläche der zweiten Elektrode auf höchstens 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt.
  • In einem Aspekt der Erfindung hat die zweite Elektrode einen Mittelabschnitt und einen Außenumfangsabschnitt mit ei ner größeren Dicke als der Mittelabschnitt. In einem Aspekt der Erfindung ist der Außenumfangsabschnitt in einer Rahmenform so angeordnet, daß er den Mittelabschnitt umgibt. In einem Aspekt der Erfindung ist die zweite Elektrode so gestaltet, daß die Dickenvariation des Mittelabschnitts auf höchstens 1 % der Dicke des Mittelabschnitts eingestellt ist. In einem Aspekt der Erfindung ist die Dicke des Außenumfangsabschnitts auf mindestens das 1,1-fache der Höhe des Mittelabschnitts eingestellt. In einem Aspekt der Erfindung liegt der Außenumfangsabschnitt in einer Fläche, die sich von einer Außenkante der zweiten Elektrode in einer Entfernung von 40 μm nach innen erstreckt. In einem Aspekt der Erfindung ist die Welligkeitshöhe einer Oberfläche des Mittelabschnitts auf höchstens 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt.
  • In einem Aspekt der Erfindung ist eine Schichtstruktur mit der piezoelektrischen Schicht, der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode an einem Kantenabschnitt davon durch das Substrat so abgestützt, daß sie eine Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung überspannt, die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist. In einem Aspekt der Erfindung ist eine Isolierschicht auf der Oberfläche des Substrats so gebildet, daß sie den Vertiefungsabschnitt überspannt, und die Schichtstruktur ist auf der Isolierschicht gebildet.
  • Um die o. g. Aufgabe zu lösen, ist erfindungsgemäß ferner ein Verfahren zur Herstellung eines akustischen Dünnfilmvolumenresonators mit einer piezoelektrischen Schicht, einer ersten Elektrode, die mit einer ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist, und einer zweiten Elektrode, die mit einer zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist, die auf der Gegenseite zur ersten Oberfläche liegt, mit den folgenden Schritten bereitgestellt: Bilden einer Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung auf einer Oberfläche eines Substrats; Füllen der Vertiefung mit einer Opferschicht; Polieren einer Oberfläche der Opferschicht, so daß die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche der Opferschicht höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm beträgt; Bilden der ersten Elektrode über einer Teilfläche der Oberfläche der Opferschicht und einer Teilfläche der Oberfläche des Substrats; Bilden der piezoelektrischen Schicht auf der ersten Elektrode; Bilden der zweiten Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht; und Entfernen der Opferschicht aus dem Inneren der Vertiefung durch Ätzen.
  • In einem Aspekt der Erfindung wird die erste Elektrode in einer Dicke von höchstens 150 nm gebildet, und die Effektivvariation der Höhe einer Oberseite der ersten Elektrode wird auf höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm eingestellt.
  • In einem Aspekt der Erfindung wird eine Isolierschicht gebildet, bevor die erste Elektrode auf der Opferschicht gebildet wird.
  • Weiterhin ist erfindungsgemäß ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator bereitgestellt, der aufweist: ein Substrat; und eine Schichtstruktur, die auf dem Substrat angeordnet ist und eine piezoelektrische Dünnfilmschicht (piezoelektrische Schicht), eine untere Elektrodenschicht auf der Substratseite und eine mit der unteren Elektrodenschicht gepaarte obere Elektrodenschicht hat, die so gestapelt sind, daß die piezoelektrische Dünnfilmschicht zwischen der unteren Elektrodenschicht und der oberen Elektrodenschicht eingefügt ist, wobei die Schichtstruktur eine Elektrodenhaftschicht oder Elektrodenklebeschicht hat, die zwischen der unteren Elektrodenschicht und dem Substrat liegt und mit der unteren Elektrodenschicht verbunden ist, und die Elektrodenhaftschicht mit dem Substrat um eine Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung verbunden ist, die auf dem Substrat gebildet ist, um Schwingung der Schichtstruktur zu ermöglichen.
  • In einem Aspekt der Erfindung ist die Elektrodenhaftschicht in einer Ringform gebildet, und bei Darstellung einer ebenen Fläche eines Abschnitts der Elektrodenhaftschicht, der mit der unteren Elektrodenschicht in Kontakt gebracht ist, durch S1 und bei Darstellung einer ebenen Fläche der unteren Elektrodenschicht durch S2 ist die Beziehung 0,01 × S2 ≤ S1 ≤ 0,5 × S2 erfüllt, und die obere Elektrodenschicht liegt in einer Fläche, die dem Inneren der Elektrodenhaftschicht entspricht.
  • In einem Aspekt der Erfindung weist die Elektrodenhaftschicht Material auf, das mindestens ein Material enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Ni und Ta besteht, die untere Elektrodenschicht weist Material auf, das mindestens ein Material enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Au, Pt, W und Mo besteht, und die piezoelektrische Dünnfilmschicht ist aus AlN oder ZnO gebildet.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines akustischen Dünnfilmvolumenresonators mit den folgenden Schritten bereitgestellt: Bilden der Elektrodenhaftschicht auf der Oberfläche des Substrats mit der Vertiefung, so daß die Elektrodenhaftschicht um die Vertiefung liegt; Bilden einer Opferschicht auf der Oberfläche des Substrats, so daß die Opferschicht in einer Fläche liegt, die der Vertiefung entspricht, die im Inneren der Elektrodenhaftschicht liegt; Polieren einer Oberfläche der Opferschicht, so daß die Effektivvariation ihrer Höhe höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm beträgt; aufeinanderfolgendes Bilden der unteren Elektrodenschicht, der piezoelektrischen Dünnfilmschicht und der oberen Elektrodenschicht auf der Opferschicht und der Elektrodenhaftschicht; und anschließendes Entfernen der Opferschicht.
  • In einem Aspekt der Erfindung erfolgt das Bilden der Opferschicht durch Bilden einer Schicht aus Opferschichtmaterial, so daß das Substrat und die Elektrodenhaftschicht durch die Schicht aus dem Opferschichtmaterial bedeckt sind, und Polieren der Schicht aus dem Opferschichtmaterial, so daß die Oberfläche der Elektrodenhaftschicht freiliegt, und die Opferschicht wird durch Ätzen entfernt, und Glas- oder Kunststoffmaterial wird für die Opferschicht verwendet.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß die Temperaturstabilität von Resonanzfrequenzen unter Wahrung eines hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und hohen akustischen Gütefaktors verbessert werden kann, indem Elektroden auf beiden Oberflächen eines piezoelektrischen Dünnfilms gebildet werden, der hauptsächlich aus AlN gebildet ist, wobei die Elektroden hauptsächlich aus Molybdän (Mo) ge bildet sind, das einen größeren Elastizitätsmodul als allgemeine Elektrodenmaterialien, z. B. Gold, Platin, Aluminium, Kupfer usw., und einen bemerkenswert kleinen Wärmeelastizitätsverlust hat, und ferner eine Isolierschicht gebildet wird, die hauptsächlich Siliciumoxid (SiO2) oder Siliciumnitrid (Si3N4) mit einem Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz enthält, dessen Vorzeichen sich vom Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Dünnfilms unterscheidet, während die Isolierschicht im Schwingungsabschnitt enthalten ist, und auf der Grundlage dieser Feststellung kam die Erfindung zustande. Ferner wurde im Rahmen der Erfindung auch festgestellt, daß ein Hochleistungs-FBAR mit hohem elektromechanischem Kopplungskoeffizient und hohem akustischem Gütefaktor sowie bemerkenswert ausgezeichneter Temperaturstabilität realisiert werden kann, indem die Dicke jeder Schicht so eingestellt ist, daß 0,1 ≤ t'/t ≤ 0,5, vorzugsweise 0,2 ≤ t'/t ≤ 0,4 erfüllt ist, wobei die Dicke des hauptsächlich aus Aluminiumnitrid gebildeten piezoelektrischen Dünnfilms durch t dargestellt ist und die Dicke der hauptsächlich aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid gebildeten Isolierschicht (bei mehreren Isolierschichten bedeutet "Dicke" die Gesamtdicke der jeweiligen Isolierschichten) durch t' dargestellt ist.
  • Das heißt, um erfindungsgemäß die o. g. Aufgabe zu lösen, ist ein piezoelektrischer Dünnfilmresonator bereitgestellt, der aufweist: ein Substrat; und eine auf dem Substrat gebildete piezoelektrische Stapelstruktur, in der ein Schwingungsabschnitt so aufgebaut ist, daß er einen Teil der piezoelektrischen Stapelstruktur enthält, die piezoelektrische Stapelstruktur durch Stapeln einer unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Films (einer piezoelektrischen Schicht) und einer oberen Elektrode in dieser Reihenfolge von der Substratseite gebildet ist, und ein Hohlraum zum Ermöglichen von Schwingung des Schwingungsabschnitts im Substrat in einer Fläche gebildet ist, die dem Schwingungsabschnitt entspricht, wobei der piezoelektrische Film hauptsächlich aus Aluminiumnitrid gebildet ist, die untere Elektrode und die obere Elektrode hauptsächlich aus Molybdän gebildet sind und der Schwingungsabschnitt mindestens einen Teil mindestens einer Isolierschicht enthält, die hauptsächlich aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid gebildet und die mit der piezoelektrischen Stapelstruktur verbunden ist. Zu beachten ist, daß die Termini "piezoelektrischer Dünnfilmresonator" und "akustischer Dünnfilmvolumenresonator" die gleiche Bedeutung in dieser Beschreibung haben.
  • In einem Aspekt der Erfindung erfüllt die Dicke t des piezoelektrischen Films und die Gesamtdicke t' mindestens einer Isolierschicht die folgende Ungleichung: 0,1 ≤ t'/t ≤ 0,5. Im Fall einer Isolierschicht bezeichnet hierbei die Gesamtdicke t' deren Dicke, und im Fall mehrerer Isolierschichten bezeichnet die Gesamtdicke t' die Summe der Dicken der jeweiligen Isolierschichten.
  • In einem Aspekt der Erfindung ist der Aluminiumnitridgehalt im piezoelektrischen Film auf mindestens 90 Äquivalent-% eingestellt. In einem Aspekt der Erfindung ist der Siliciumoxid- oder Siliciumnitridgehalt in der Isolierschicht auf mindestens 50 Äquivalent-% eingestellt. In einem Aspekt der Erfindung ist der Molybdängehalt in jeder der unteren Elektrode und oberen Elektrode auf mindestens 80 Äquivalent-% (Atom-%) eingestellt.
  • In einem Aspekt der Erfindung ist eine der mindestens einen Isolierschicht auf der Oberfläche des Substrats gebildet. In einem Aspekt der Erfindung ist eine der mindestens einen Isolierschicht auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Stapelstruktur auf der Gegenseite zum Substrat gebildet.
  • In einem Aspekt der Erfindung ist das Substrat aus Siliciumeinkristall gebildet. In einem Aspekt der Erfindung weist die obere Elektrode einen ersten Elektrodenabschnitt und einen zweiten Elektrodenabschnitt auf, die so gebildet sind, daß sie voneinander beabstandet sind.
  • In einem Aspekt der Erfindung beträgt der elektromechanische Kopplungskoeffizient, der auf der Grundlage von Meßwerten der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz in der Umgebung von 2,0 GHz bestimmt wird, 4,0 bis 6,5 %, und sein akustische Gütefaktor beträgt 750 bis 2000, und der Tem peraturkoeffizient der Resonanzfrequenz beträgt –20 bis 20 ppm/°C.
  • Erfindungsgemäß sind ferner ein VCO (spannungsgesteuerter Oszillator), ein Filter und ein Sende-/Empfangsduplexer bereitgestellt, die durch Verwendung des zuvor beschriebenen piezoelektrischen Dünnfilmresonators aufgebaut sind, und die Kennwerte können bei hohen Frequenzen von 1 GHz oder mehr in diesen Bauelementen erheblich verbessert sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Grundaufbaus eines FBAR, der ein erfindungsgemäßer akustischer Dünnfilmvolumenresonator ist;
  • 2 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Grundaufbaus eines SBAR, der ein erfindungsgemäßer akustischer Dünnfilmvolumenresonator ist;
  • 3 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und einer dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR;
  • 4 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und der dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR;
  • 5 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und der dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR;
  • 6 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und der dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR;
  • 7 ist eine schematische Draufsicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und der dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR;
  • 8 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemä ßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und der dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR;
  • 9 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und der dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR;
  • 10 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und der dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR;
  • 11 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und der dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR;
  • 12 ist eine Draufsicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und einer dadurch erreichten oberen Elektrode des FBAR;
  • 13 ist eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen FBAR;
  • 14 ist eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen SBAR;
  • 15 ist eine schematische Querschnittansicht eines FBAR und eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR;
  • 16 ist eine schematische Querschnittansicht eines FBAR und des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR;
  • 17 ist eine schematische Querschnittansicht eines FBAR und des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR;
  • 18 ist eine schematische Querschnittansicht eines FBAR und des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR;
  • 19 ist eine schematische Querschnittansicht eines FBAR und des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR;
  • 20 ist eine schematische Querschnittansicht eines FBAR und des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR;
  • 21 ist eine schematische Draufsicht auf einen FBAR und das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR;
  • 22 ist eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen akustischen Dünnfilmvolumenresonator;
  • 23 ist eine Querschnittansicht bei X-X von 22;
  • 24 ist eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen akustischen Dünnfilmvolumenresonator;
  • 25 ist eine Querschnittansicht bei X-X von 24;
  • 26 ist eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen akustischen Dünnfilmvolumenresonator;
  • 27 ist eine Querschnittansicht bei X-X von 26;
  • 28 ist eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen akustischen Dünnfilmvolumenresonator; und
  • 29 ist eine Querschnittansicht bei X-X von 28.
  • NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 und 2 sind schematische Querschnittansichten des Grundaufbaus eines FBAR bzw. SBAR, bei dem es sich um einen erfindungsgemäßen akustischen Dünnfilmvolumenresonator handelt.
  • In 1 weist ein FBAR 20 eine obere Elektrode 21 und eine untere Elektrode 23 sowie eine piezoelektrische (PZ) Materialschicht 22 auf, die zwischen der oberen und unteren Elektrode 21 und 23 teilweise eingefügt ist, was eine Schichtstruktur bildet. Als PZ-Material kommt vorzugsweise Aluminiumnitrid (AlN) oder Zinkoxid (ZnO) zum Einsatz. Die für den FBAR 20 verwendeten Elektroden 21, 23 sind vorzugsweise aus Molybdän gebildet, können aber aus anderen Materialien hergestellt sein.
  • Dieses Bauelement (FBAR) nutzt die Wirkung einer elastischen akustischen Volumenwelle im Dünnfilm aus PZ-Material. Ist ein elektrisches Feld zwischen den beiden Elektroden 21, 23 durch Anlegen einer Spannung über sie erzeugt, wandelt das PZ-Material einen Teil der elektrischen Energie in mechanische Energie in Form einer Schallwelle um. Die Schallwelle breitet sich in der gleichen Richtung wie das elektrische Feld aus und wird an der Elektroden/Luft-Grenzfläche reflektiert.
  • Tritt er mechanisch in Resonanz, spielt der akustische Resonator eine Rolle als elektrischer Resonator durch das Umwandlungsvermögen des PZ-Materials für elektrische Energie/mechanische Energie. Somit kann das Bauelement als Kerbfilter arbeiten. Die mechanische Resonanz des Bauelements tritt mit der Frequenz auf, bei der die Dicke des Materials, durch das sich die Schallwelle ausbreitet, gleich der halben Wellenlänge der Schallwelle ist. Die Frequenz der Schallwelle ist gleich der Frequenz eines zwischen den Elektroden 21, 23 anliegenden elektrischen Signals. Da die Schallgeschwindigkeit um fünf bis sechs Zehnerpotenzen kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist, kann der so erreichte Resonator so gestaltet sein, daß er extrem kompakt ist. Die im GHz-Band anzuwendenden Resonatoren können in der ebenen Größe in der Größenordnung von etwa 100 μm und in der Dicke in der Größenordnung von mehreren Mikrometern aufgebaut sein.
  • Als nächstes wird ein SBAR anhand von 2 beschrieben. Der SBAR 40 hat eine elektrische Funktion, die einem Bandfilter ähnelt. Grundsätzlich entspricht der SBAR 40 zwei mechanisch gekoppelten FBARs. Ein Signal, das die Elektroden 43 und 44 mit der Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Schicht 41 durchläuft, überträgt die Schallenergie auf die piezoelektrische Schicht 42. Die mechanische Schwingung in der piezoelektrischen Schicht 42 wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das die Elektroden 44 und 45 durchläuft.
  • 3 bis 8 sind schematische Querschnittansichten (3 bis 6 und 8) und eine schematische Draufsicht (7) zur Darstellung eines Verfahrens zur Produktion oder Her stellung eines FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und einer dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR.
  • Zunächst wird gemäß 3 eine Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung durch Ätzen in einem typischen Siliciumwafer 51 gebildet, der zur Herstellung einer integrierten Schaltung dient. Die Tiefe der Vertiefung ist vorzugsweise auf 1,5 bis 30 μm eingestellt, stärker bevorzugt auf 1,5 bis 10 μm oder bei Bedarf auf 3 bis 30 μm. Ausreichend ist, die Tiefe eines Hohlraums unter der Schichtstruktur des FBAR auf mehrere Mikrometer einzustellen, berücksichtigt man, daß der Hohlraum lediglich dazu dient, eine in der piezoelektrischen Schicht induzierte Verlagerung zu ermöglichen.
  • Eine Dünnschicht 53 aus Siliciumoxid wird auf der Oberfläche des Wafers 51 durch thermische Oxidation gebildet, so daß Phosphor einer Opferschicht aus PSG, die auf der Dünnschicht 53 in einem anschließenden Schritt gebildet wird, daran gehindert ist, in den Wafer 51 zu diffundieren. Anstelle der Siliciumoxidschicht kann eine durch das Niederdruck-CVD-Verfahren gebildete Siliciumnitridschicht als Dünnschicht 53 verwendet werden. Durch beschreibungsgemäßes Unterdrücken der Phosphordiffusion in den Wafer läßt sich verhindern, daß der Siliciumwafer in leitendes Material umgewandelt wird, weshalb sich verhindern läßt, daß die elektrische Wirkung des so erreichten Bauelements negativ beeinflußt wird. Der Wafer 51, auf dem die Dünnschicht 53 aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid gebildet ist, dient als Substrat. Das heißt, 3 zeigt einen Zustand, in dem eine Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung 52 auf der Oberfläche des Substrats so gebildet ist, daß sie eine Tiefe von vorzugsweise 1,5 bis 30 μm, stärker bevorzugt 1,5 bis 10 μm oder bei Bedarf 3 bis 30 μm hat.
  • Als nächstes wird gemäß 4 eine Phosphorsilicatglas-(PSG) Schicht 55 auf die Dünnschicht 53 aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid des Substrats abgeschieden. PSG wird bei einer Temperatur von höchstens etwa 450 °C durch Verwendung einer Silan- und P2O5-Quelle als Rohmaterial abgeschieden, um ein weichglasartiges Material zu bilden, das etwa 8 % Phosphor enthält. Als Beispiele für Silan können Monosilan (SiH4), Trichlorsilan (SiHCl3), Siliciumtetramethoxid (Si(OCH3)4), Si liciumtetraethoxid (Si(OC2H5)4) usw. verwendet werden. Als Beispiele für das Material, das als P2O5-Quelle dient, können Phosphin (PH3), Trimethylphosphit (P(OCH3)3), Triethylphosphit (P(OC2H5)3), Trimethylphosphat (PO(OCH3)3), Triethylphosphat (PO(OC2H5)3) usw. sowie P2O5 verwendet werden.
  • Dem Fachmann ist dieses Tieftemperaturverfahren bekannt. Da PSG ein sehr sauberes inaktives Material ist, das bei einer relativ niedrigen Temperatur abgeschieden und mit einer sehr hohen Ätzrate mit verdünnter H2O:HF-Lösung geätzt werden kann, kommt es vorzugsweise als Material der Opferschicht zum Einsatz. Im Ätzschritt, der im anschließenden Verfahren durchgeführt wird, kann eine Ätzrate von etwa 3 μm je Minute bei einem Verdünnungsverhältnis von 10:1 erreicht werden.
  • Die Oberfläche der so abgeschiedenen PSG-Opferschicht 55 wäre auf atomarer Ebene sehr rauh, bliebe sie unverändert. Somit ist die PSG-Opferschicht 55 im abgeschiedenen Zustand als Basiskörper ungeeignet, einen akustischen Resonator zu bilden. Ein akustischer Volumenresonator vom FBAR/SBAR-Typ benötigt piezoelektrisches Material, dessen Kristall unter Bildung eines prismatischen oder Stengelkristalls senkrecht zur Elektrodenoberfläche gezogen ist. Die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 wird mit Polierbrei, der feine Polierteilchen enthält, glattpoliert, um einen Dünnfilm aus piezoelektrischem Material mit ausgezeichneter Kristallinität und Orientierung zu bilden.
  • Das heißt, durch Polieren der Oberfläche der PSG-Schicht 55 mit Grobbearbeitungsbrei gemäß 5 wird die gesamte Oberfläche der PSG-Schicht 55 eingeebnet oder planarisiert, und ein Abschnitt der PSG-Schicht an der Außenseite der Vertiefung 52 wird entfernt. Anschließend wird die restliche PSG-Schicht 55 weiter mit Brei poliert, der feine Polierteilchen enthält. Als Ersatzverfahren können die beiden o. g. Polierschritte mit Hilfe eines feinen Breis durchgeführt werden, wenn weitere Polierzeit zulässig ist. Ziel ist eine spiegelartige Oberflächengüte.
  • Bevor in der Erfindung die PSG-Schicht poliert wird, ist bevorzugt, die PSG-Schicht einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur zwecks Verdichten und Aufschmelzen zu unterziehen.
  • Die Wärmebehandlung der PSG-Schicht kann durch ein RTA(schnelles thermisches Glüh-) Verfahren durchgeführt werden. Durchgeführt wird es in einem Temperaturbereich von 750 °C bis 950 °C in einer Stickstoffatmosphäre oder Stickstoff-Sauerstoff-Mischatmosphäre. Alternativ kann die Wärmebehandlung bei hoher Temperatur in einem Diffusionsofen oder durch Lampenerwärmung durchgeführt werden. Indem die PSG-Schicht in, der Erfindung der Wärmebehandlung bei hoher Temperatur unterzogen wird, kann die PSG-Schicht so gestaltet sein, daß sie eine stärker verdichtete Struktur hat und ihre Härte erhöht ist. Durch Erhöhen der Härte der PSG-Schicht verhindert man das Auftreten von Polierschäden, z. B. Kratzern o. ä., auf der Oberfläche des PSG-Films beim anschließenden CMP (chemisch-mechanischen Polieren), und die Oberfläche des PSG-Films kann ausgezeichnet eingeebnet werden.
  • Wichtig ist, das Substrat zu reinigen, auf dem die PSG-Schicht 55 an der Position verbleibt, die der Vertiefung 52 wie zuvor beschrieben entspricht. Der Brei bewirkt, daß eine geringe Menge grober Siliciumoxidkörnern auf dem Wafer verbleibt. Somit müssen die groben Körner entfernt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Entfernen der groben Körner mittels eines zweiten Polierwerkzeugs mit einer starren Scheibe, z. B. PolytexTM, hergestellt von Rodel Nitta Incorporated Company. In diesem Fall wird Deionat als Gleitmittel verwendet, und der Wafer wird in das Deionat ab der Zeit, zu der das Substrat poliert wurde, bis zu der Zeit eingetaucht, zu der die Bereitschaft des abschließenden Reinigungsschritts abgeschlossen ist. Zu beachten ist, daß verhindert wird, daß das Substrat vom letzten Polierschritt bis zum abschließenden Reinigungsschritt trocknet. Der letzte Reinigungsschritt weist einen Schritt des Eintauchens des Substrats in eine Folge von Behältern auf, die mit verschiedenen Chemikalien gefüllt sind. Jeder Behälter wird mit Ultraschall gerührt. Dem Fachmann ist eine solche Reinigungseinrichtung bekannt.
  • Das Poliermaterial ist aus feinen Siliciumoxidteilchen gebildet. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient ein auf Ammoniak basierender Brei aus feinen Silicium oxidteilchen (Rodel Klebosol #30N: Rodel Nitta Incorporated Company) als Poliermaterial.
  • In der vorstehenden Beschreibung sind spezifische Polier- und Reinigungsarten dargestellt. Allerdings können beliebige Polier- und Reinigungsarten verwendet werden, sofern sie eine erforderliche glatte Oberfläche erzeugen können. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt für die fertig bearbeitete Oberfläche die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche in der Messung durch eine Atomkraftmikroskopsonde höchstens 25 nm (vorzugsweise höchstens 20 nm).
  • Nach dem beschreibungsgemäßen Reinigen der Oberfläche wird eine untere Elektrode 61 der Schichtstruktur 60 gemäß 6 abgeschieden. Molybdän (Mo) ist ein bevorzugtes Material für die untere Elektrode 61. Allerdings kann die untere Elektrode 61 aus einem anderen Material gebildet sein, z. B. Al, W, Au, Pt oder Ti. Molybdän (Mo) ist bevorzugt, da es einen geringen thermoelastischen Verlust hat. Zum Beispiel beträgt der thermoelastische Verlust von Mo etwa 1/56 dessen von Al.
  • Wichtig ist die Dicke der unteren Elektrode 61. Eine dicke Schicht hat eine rauhere Oberfläche als eine dünne Schicht. Für die Leistung des erreichten Resonators ist es wichtig, die glatte Oberfläche zur Abscheidung der piezoelektrischen Schicht 62 beizubehalten. Somit beträgt die Dicke der unteren Elektrode vorzugsweise höchstens 150 nm. Vorzugsweise wird Mo durch Sputtern abgeschieden. Im o. g. Schritt wird eine Mo-Schicht erreicht, bei der die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche höchstens 25 nm (vorzugsweise höchstens 20 nm) beträgt.
  • Nach Abschluß des Abscheidens der unteren Elektrode 61 wird die piezoelektrische Schicht 62 abgeschieden. Das bevorzugte Material der piezoelektrischen Schicht 62 ist AlN oder ZnO, und es wird durch Sputtern abgeschieden. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der piezoelektrischen Schicht 62 auf einen Wert im Bereich von 0,1 μm bis 10 μm (vorzugsweise 0,5 μm bis 2 μm) eingestellt. Für die Oberseite der piezoelektrischen Schicht 62 beträgt die Effek tivvariation der Höhe vorzugsweise höchstens 5 % der Dicke (Mittelwert) der piezoelektrischen Schicht.
  • Abschließend wird eine obere Elektrode 63 abgeschieden. Die obere Elektrode 63 ist aus dem gleichen Material wie die untere Elektrode 61 hergestellt und ist vorzugsweise aus Mo gebildet.
  • Nach Bildung der Schichtstruktur 60, die die untere Elektrode 61, die piezoelektrische Schicht 62 und die obere Elektrode 63 aufweist und in einer erwünschten Form beschreibungsgemäß gemustert ist, beginnt das Ätzen mit verdünnter H2O:HF-Lösung vom Kantenabschnitt der Schichtstruktur 60 oder einem Abschnitt der Opferschicht 55, der nicht durch die Schichtstruktur 60 bedeckt ist und somit gemäß 7 nach außen freiliegt, wodurch PSG unterhalb der Schichtstruktur entfernt wird. Dadurch bleibt die Schichtstruktur 60 schwebend über der Vertiefung 52 gemäß 8. Das heißt, der Kantenabschnitt der Schichtstruktur 60 ist auf dem Substrat so abgestützt, daß sie die auf der Oberfläche des Substrats gebildete Vertiefung 52 überspannt.
  • Im so erreichten FBAR beträgt gemäß der Oberfläche der Opferschicht 55 (Effektivvariation der Höhe höchstens 25 nm (vorzugsweise höchstens 20 nm)) die Effektivvariation der Höhe der Unterseite der auf der Opferschicht 55 gebildeten unteren Elektrode 61 höchstens 25 nm (vorzugsweise höchstens 20 nm). Da ferner die Dicke der unteren Elektrode 61 klein ist, beträgt die Effektivvariation der Höhe ihrer Oberseite höchstens 25 nm (vorzugsweise höchstens 20 nm). Gemäß der Oberseite der unteren Elektrode 61 beträgt die Effektivvariation der Höhe der Unterseite einer auf der Oberseite der unteren Elektrode 61 gebildeten piezoelektrischen Schicht 62 höchstens 25 nm (vorzugsweise höchstens 20 nm). Obwohl die glatte Oberseite der unteren Elektrode 61 keine Kristallstruktur hat, die als Keimbildungszentrum für das Wachstum der darauf gebildeten piezoelektrischen Schicht 62 dient, bildet sie eine sehr regelmäßige c-Achsenorientierung in der so gebildeten piezoelektrischen Schicht 62 und verleiht der piezoelektrischen Schicht 62 ausgezeichnete piezoelektrische Kennwerte.
  • 9 und 10 sind schematische Querschnittansichten zur Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines FBAR, bei dem es sich um einen erfindungsgemäßen akustischen Dünnfilmvolumenresonator handelt, und einer weiteren Ausführungsform des so erreichten FBAR.
  • In dieser Ausführungsform wird nach den anhand von 3 bis 5 beschriebenen Schritten eine Isolierschicht 54 gemäß 9 gebildet. Die Isolierschicht 54 wird z. B. aus einem SiO2-Film gebildet und kann durch das CVD-Verfahren abgeschieden werden. Unter Berücksichtigung des Widerstands gegenüber Ätzfluid zum Entfernen der Opferschicht 55 wird stärker bevorzugt ein durch das CVD-Niederdruckverfahren gebildeter Si3N-Film statt eines SiO2-Films als Isolierschicht 54 verwendet. Beim Einsatz eines SiO2-Films als Isolierschicht 54 ist ein Eigenschutz auf die freiliegende Oberfläche des SiO2-Films aufgebracht, wenn das Ätzen zum Entfernen der Opferschicht 55 durchgeführt wird.
  • Anschließend wird die Schichtstruktur 60 darauf gebildet, indem der anhand von 6 beschriebene Schritt durchgeführt wird. Danach werden die anhand von 7 und 8 beschriebenen Schritte durchgeführt, um einen FBAR gemäß 10 zu realisieren. Um hierbei die Opferschicht 55 wegzuätzen, wird eine Öffnung mit richtiger Größe am Kantenabschnitt der Schichtstruktur 60 oder an einem Abschnitt der Isolierschicht 54 gebildet, der nicht durch die Schichtstruktur 60 bedeckt ist und über der Opferschicht 55 liegt, und Ätzfluid wird der Opferschicht 55 durch die Öffnung zugeführt.
  • Im FBAR dieser Ausführungsform ist die Isolierschicht 54 zwischen der Schichtstruktur 60 und dem Hohlraum 52 angeordnet, und der Schwingungsabschnitt ist so aufgebaut, daß er die Isolierschicht 54 sowie die Schichtstruktur 60 enthält, so daß die Festigkeit des Schwingungsabschnitts erhöht ist und ferner der Frequenz-Temperatur-Kennwert beim Schwingen des Schwingungsabschnitts verbessert sein kann.
  • Die Dicke t' der Isolierschicht 54 ist vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 50 bis 1000 nm eingestellt. Grund dafür ist, daß das Verhältnis (t'/t) der Dicke t' der Isolierschicht 54 zur Dicke t der piezoelektrischen Schicht 62 vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 0,1 bis 0,5 eingestellt und die Dicke t der piezoelektrischen Schicht 62 vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 500 nm bis 2000 nm eingestellt ist. Der Grund dafür, weshalb das Verhältnis t'/t vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 0,1 bis 0,5 eingestellt ist, ist folgender: Ist t'/t auf mindestens 0,1 eingestellt, wäre der Effekt zur Verbesserung des Frequenz-Temperatur-Kennwerts beim Schwingen des die Isolierschicht 54 enthaltenden Schwingungsabschnitts verstärkt. Ist t'/t auf höchstens 0,5 eingestellt, läßt sich eine Reduzierung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und des akustischen Gütefaktors (Q-Werts) verhindern. Die Effektivvariation der Höhe der Oberseite der Isolierschicht 54 beträgt höchstens 25 nm (vorzugsweise höchstens 20 nm).
  • Um in der o. g. Ausführungsform einen höheren akustischen Gütefaktor (Q-Wert) zu erreichen, muß die Gleichmäßigkeit der Dicke der Isolierschicht 54, unteren Elektrode 61, piezoelektrischen Schicht 62 und oberen Elektrode 63 jeweils noch besser sein. Die Welligkeitshöhe der Oberfläche der oberen Elektrode 63 spiegelt die Gleichmäßigkeit der Dicke wider (d. h. eine große Welligkeitshöhe der Oberfläche der oberen Elektrode 63 zeigt eine geringe Dickengleichmäßigkeit mindestens einer der o. g. Schichten an usw.). Um daher einen noch höheren akustischen Gütefaktor (Q-Wert) zu erreichen, ist die Welligkeitshöhe der Oberfläche der oberen Elektrode 63 vorzugsweise auf höchstens 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt. Unter einem weiteren Gesichtspunkt ist die Welligkeitshöhe der Oberfläche der oberen Elektrode 63 vorzugsweise auf höchstens 0,5 % der Meßlänge eingestellt (beträgt die Meßlänge 150 μm, so beträgt die Welligkeitshöhe höchstens 0,75 μm).
  • Die o. g. Ausführungsformen betreffen einen FBAR. Deutlich ist aber, daß der Fachmann anhand der vorstehenden Beschreibung einen SBAR durch das gleiche Verfahren herstellen kann. Bei einem SBAR müssen eine weitere piezoelektrische Schicht (zweite piezoelektrische Schicht) und eine obere Elektrode (zweite obere Elektrode) auf der zweiten piezoelektrischen Schicht abgeschieden werden. Da die zweite piezo elektrische Schicht auf der oberen Elektrode des in der vorstehenden Ausführungsform gezeigten "FBAR" gebildet wird, muß die obere Elektrode auch auf einer Dicke von höchstens 150 nm gehalten werden, um eine Oberfläche zu bilden, die so hervorragend ist, daß die zweite piezoelektrische Schicht auf die Oberfläche abgeschieden wird (d. h. der gleiche Wert wie die Oberfläche der unteren Elektrode für die erste piezoelektrische Schicht).
  • 11 ist eine schematische Querschnittansicht zur Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines FBAR, bei dem es sich um einen erfindungsgemäßen Dünnfilmvolumenresonator handelt, und einer weiteren Ausführungsform des so erreichten FBAR, und 12 ist eine Draufsicht auf die obere Elektrode des FBAR von 12. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 3 bis 8 nur in der Form der oberen Elektrode 63.
  • In dieser Ausführungsform hat die obere Elektrode 63 einen Mittelabschnitt 631 und einen Außenumfangsabschnitt 632 mit einer größeren Dicke als der Mittelabschnitt 631. Der Außenumfangsabschnitt 632 liegt in Form eines Rahmens um den Mittelabschnitt 631. Die Grenze zwischen dem Mittelabschnitt 631 und dem Außenumfangsabschnitt 632 ist durch eine Stufe gebildet.
  • Die Dicke des Außenumfangsabschnitts beträgt vorzugsweise mindestens das 1,1-fache der Dicke des Mittelabschnitts 631. Die Dickenvariation des Mittelabschnitts 631 ist vorzugsweise auf höchstens 1 % der Dicke (Mittelwert) des Mittelabschnitts eingestellt. Die Größe "a" der oberen Elektrode 63 ist z. B. auf 100 μm eingestellt. Der Außenumfangabschnitt 632 liegt innerhalb einer Fläche, die sich von der Außenkante der oberen Elektrode 63 über einen Entfernung "b" nach innen streckt. Die Entfernung "b" ist z. B. auf höchstens 40 μm eingestellt.
  • Durch Bereitstellen der oberen Elektrode mit dieser Struktur kann das Auftreten von Schwingung in Querrichtung am Außenumfangsabschnitt der oberen Elektrode verhindert werden, und zusätzliche Störschwingung wird daran gehindert, sich der Schwingung des akustischen Resonators zu überlagern. Dadurch lassen sich der Resonanzkennwert und Gütefaktor des akustischen Resonators und Filters verbessern.
  • Um in dieser Ausführungsform einen noch höheren akustischen Gütefaktor (Q-Wert) zu erreichen, ist die Welligkeitshöhe der Oberfläche des Mittelabschnitts 631 der oberen Elektrode 63 vorzugsweise auf höchstens 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht 62 eingestellt. Unter einem weiteren Gesichtspunkt ist die Welligkeitshöhe der Oberfläche des Mittelabschnitts 631 der oberen Elektrode 63 vorzugsweise auf höchstens 0,5 % der Meßlänge eingestellt.
  • In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung kommt die durch PSG aufgebaute Opferschicht zum Einsatz. Allerdings kann ein anderes Material für die Opferschicht verwendet werden. Zum Beispiel kann BPSG (Borophosphatsilicatglas) oder eine andere Glasart, z. B. Spinglas o. ä., genutzt werden. Ferner können Kunststoffe, z. B. Polyvinyl, Polypropylen und Polystyrol, zum Einsatz kommen, die auf geeignetes Material durch Schleudern abgeschieden werden können. Die Oberflächen dieser abgeschiedenen Materialien sind auf atomarer Ebene nicht glatt. Wird daher die Opferschicht aus jedem dieser Materialien gebildet, ist das Oberflächenglätten auf der Grundlage von Polieren wie im Fall der PSG-Opferschicht wichtig. Diese Opferschichten können durch organische Entfernungsmaterialien oder O2-Plasmaätzen entfernt werden.
  • 13 und 14 sind Querschnittansichten eines FBAR und SBAR, bei denen es sich jeweils um einen erfindungsgemäßen akustischen Dünnfilmvolumenresonator handelt.
  • In 13 verfügt ein FBAR 20 über eine obere Elektrodenschicht 21, eine untere Elektrodenschicht 23 und eine Elektrodenhaftschicht oder Elektrodenklebeschicht 24, und ein Teil einer piezoelektrischen Dünnfilmschicht 22 ist zwischen diesen Schichten eingefügt, um eine Schichtstruktur zu bilden. Aluminiumnitrid (AlN) oder Zinkoxid (ZnO) dient als bevorzugtes Material für die piezoelektrische Dünnfilmschicht 22. Die für den FBAR 20 verwendete Elektrodenhaftschicht 24 ist vorzugsweise aus Ti, Cr, Ni oder Ta gebildet, kann aber aus anderen Materialien gebildet sein. Die obere und untere Elektrodenschicht 21, 23 sind vorzugsweise aus Au, Pt, W oder Mo gebildet, aber es können andere Materialien verwendet werden. Die Schichtstruktur ist so angeordnet, daß die Elektrodenhaftschicht 24 auf dem Substrat 11 um die Vertiefung 12 liegt, die auf der Oberseite des Substrats 11 gebildet ist.
  • Dieses Bauelement nutzt die Wirkung der elastischen akustischen Volumenwelle in der piezoelektrischen Dünnfilmschicht. Ist ein elektrisches Feld zwischen den beiden Elektroden 21, 23 durch Anlegen einer Spannung über den Elektroden erzeugt, wandelt der piezoelektrische Dünnfilm einen Teil der elektrischen Energie in mechanische Energie in Form einer Schallwelle um. Die Schallwelle breitet sich in der gleichen Richtung wie das elektrische Feld aus und wird an der Elektroden/Luft-Grenzfläche reflektiert.
  • Tritt er mechanisch in Resonanz, spielt der akustische Resonator eine Rolle als elektrischer Resonator durch das Umwandlungsvermögen des PZ-Materials für elektrische Energie/ mechanische Energie. Somit kann das Bauelement als Kerbfilter arbeiten. Die mechanische Resonanz des Bauelements tritt mit der Frequenz auf, bei der die Dicke des Materials, durch das sich die Schallwelle ausbreitet, gleich der halben Wellenlänge der Schallwelle ist. Die Frequenz der Schallwelle ist gleich der Frequenz eines zwischen den Elektroden 21, 23 anliegenden elektrischen Signals. Da die Schallgeschwindigkeit um fünf bis sechs Zehnerpotenzen kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist, kann der so erreichte Resonator so gestaltet sein, daß er extrem kompakt ist. Die im GHz-Band anzuwendenden Resonatoren können in der ebenen Größe in einer Größenordnung von etwa 100 μm und in der Dicke in einer Größenordnung von mehreren Mikrometern aufgebaut sein.
  • Als nächstes wird ein SBAR anhand von 14 beschrieben. Der SBAR 40 hat eine elektrische Funktion, die der eines Bandfilters ähnelt. Grundsätzlich entspricht der SBAR 40 zwei mechanisch gekoppelten FBARs. Ein Signal, das die Elektrodenhaftschicht 24, die untere Elektrodenschicht 45 und die Elektrodenschicht 44 mit der Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Dünnfilmschicht 42 durchläuft, überträgt die Schallenergie auf die piezoelektrische Dünnfilmschicht 41. Die mechanische Schwingung in der piezoelektrischen Dünnfilmschicht 41 wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das die Elektrodenschicht 44 und die Elektrode 43 durchläuft.
  • 15 bis 21 sind schematische Querschnittansichten (15 bis 20) und eine schematische Draufsicht (21) zur Darstellung eines Verfahrens zur Produktion oder Herstellung eines erfindungsgemäßen FBAR (akustischen Dünnfilmvolumenresonators) und einer dadurch erreichten Ausführungsform des FBAR.
  • Zunächst wird gemäß 15 eine Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung durch Ätzen in einem normalen Siliciumwafer 51 gebildet, der zur Herstellung einer integrierten Schaltung dient. Die Tiefe der Vertiefung ist vorzugsweise auf 1,5 bis 30 μm eingestellt, stärker bevorzugt auf 1,5 bis 10 μm oder bei Bedarf auf 3 bis 30 μm. Die Tiefe eines Hohlraums unter der Schichtstruktur des FBAR ist so eingestellt, daß die durch die piezoelektrische Dünnfilmschicht erzeugte Verlagerung möglich ist. Somit kann die Tiefe des Hohlraums maximal auf mehrere Mikrometer eingestellt sein.
  • Eine Dünnschicht 53 aus Siliciumoxid wird auf der Oberfläche des Wafers 51 durch thermische Oxidation gebildet, so daß Phosphor daran gehindert ist, in den Wafer 51 aus der Opferschicht aus PSG, die auf der Siliciumoxid-Dünnschicht 53 im anschließenden Schritt gebildet wird, zu diffundieren. Anstelle der Siliciumoxidschicht kann eine durch das Niederdruck-CVD-Verfahren gebildete Siliciumnitridschicht als Dünnschicht 53 verwendet werden. Durch Unterdrücken der Phosphordiffusion in den Wafer 51 gemäß der vorstehenden Beschreibung läßt sich verhindern, daß der Siliciumwafer in einen Leiter umgewandelt wird, und der negative Effekt auf die elektrische Wirkung des so hergestellten Bauelements kann beseitigt werden. Der Wafer 51, auf dem die Dünnschicht 53 aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid gebildet ist, wird als Substrat verwendet. Das heißt, 15 zeigt einen Zustand, in dem eine Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung 52 mit einer Tiefe auf der Oberfläche des Substrats gebildet ist, die vorzugsweise auf 1,5 bis 30 μm, stärker bevorzugt 1,5 bis 10 μm oder bei Bedarf 3 bis 30 μm eingestellt ist.
  • Als nächstes wird gemäß 16 eine Elektrodenhaftschicht oder Elektrodenklebeschicht 161 so mit dem Substrat verbunden und darauf gebildet, daß sie die Vertiefung 52 umgibt. Stellt man die Fläche (ebene Fläche) der Oberseite der Elektrodenhaftschicht 161 durch S1 dar und stellt man ferner die ebene Fläche der auf der Elektrodenhaftschicht 161 gebildeten unteren Elektrode durch S2 dar, ist bevorzugt, daß S1 und S2 die folgende Ungleichung erfüllen: 0,01 × S2 ≤ S1 ≤ 0,5 × S2. Bei S1 < 0,01 × S2 besteht eine Tendenz, daß das Haftvermögen zwischen dem Substrat und der unteren Elektrode schwächer ist und sich kein ausreichender Effekt der Erfindung erreichen läßt. Bei S1 > 0,5 × S2 beeinflußt ferner die Elektrodenhaftschicht 161 die Wirkung des akustischen Dünnfilmvolumenresonators, und in der Tendenz läßt sich kein hervorragender Resonanzkennwert erreichen. Die Dicke der Elektrodenhaftschicht 161 kann auf einen solchen Wert eingestellt sein, daß sie die auf der Elektrodenhaftschicht 161 zu bildende untere Elektrode ausreichend halten kann. Zum Beispiel kann sie auf einen Wert im Bereich von 20 nm bis 1 μm eingestellt sein. Das Material, aus dem die Elektrodenhaftschicht 161 besteht, kann mindestens ein Material enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Ni und Ta besteht.
  • Durch Bereitstellen der Elektrodenhaftschicht 161 um die Vertiefung 52 des Substrats 51 gemäß der vorstehenden Beschreibung kann das Auftreten von Schwingung in Querrichtung im akustischen Dünnfilmvolumenresonator unterdrückt werden, und es wird verhindert, daß sich zusätzliche Störschwingungen der Schwingung des akustischen Dünnfilmvolumenresonators überlagern. Dadurch lassen sich die Resonanzkennwerte und die Gütefaktoren des akustischen Dünnfilmvolumenresonators und des Filters verbessern.
  • Ferner ist die aus Ti, Cr, Ni, Ta o. ä. gebildete Elektrodenhaftschicht 161 nicht an der Unterseite des Mittelabschnitts der aus Au, Pt, W, Mo o. ä. gebildeten unteren Elektrodenschicht vorhanden, weshalb sich Orientierung und Kristallinität der unteren Elektrodenschicht in diesem Abschnitt verbessern lassen. Als Ergebnis kann eine piezoelektrische Dünnfilmschicht erreicht werden, die eine kleine Halb wertsbreite (FWHM – full width at half maximum) des Beugungsmaximums auf einer Schaukelkurve sowie ausgezeichnete Orientierung und kristalline Qualität hat. Die hohe Orientierung und die ausgezeichnete Kristallinität der piezoelektrischen Dünnfilmschicht verbessern die Resonanzkennwerte und Gütefaktoren des erfindungsgemäßen akustischen Dünnfilmvolumenresonators und Filters.
  • Anschließend wird eine Opferschicht 55 aus PSG auf die Dünnschicht 53 aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid des Substrats abgeschieden, auf dem die Elektrodenhaftschicht 161 gebildet ist. Wie zuvor beschrieben wurde, wird PSG bei einer Temperatur von höchstens etwa 450 °C unter Verwendung einer Silan- und P2O5-Quelle als Rohmaterialien gemäß der vorstehenden Beschreibung abgeschieden, um so ein weichglasartiges Material zu bilden, das etwa 8 % Phosphor enthält. Als Beispiele für Silan können Monosilan (SiH4), Trichlorsilan (SiHCl3), Siliciumtetramethoxid (Si(OCH3)4), Siliciumtetraethoxid (Si(OC2H5)4) usw. verwendet werden. Als Beispiele für die P2O5-Quelle können nicht nur P2O5, sondern auch Phosphin (PH3), Trimethylphosphit (P(OCH3)3), Triethylphosphit (P(OC2H5)3), Trimethylphosphat (PO(OCH3)3), Triethylphosphat (PO(OC2H5)3) usw. verwendet werden. Dem Fachmann ist dieses Tieftemperaturverfahren bekannt.
  • PSG ist ein sehr sauberes inaktives Material, das bei einer relativ niedrigen Temperatur abgeschieden und mit einer sehr hohen Ätzrate mit verdünnter H2O:HF-Lösung geätzt werden kann, weshalb es vorzugsweise als Material der Opferschicht zum Einsatz kommt. Im Ätzschritt, der im anschließenden Schritt durchgeführt wird, wird die Ätzrate von etwa 3 μm je Minute mit dem Verdünnungsverhältnis von 10:1 erreicht.
  • Die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 wäre auf atomarer Ebene sehr rauh, bliebe sie unverändert. Somit ist die PSG-Opferschicht 55 im abgeschiedenen Zustand als Basiskörper ungeeignet, um den akustischen Dünnfilmvolumenresonator zu bilden. Der akustische Dünnfilmvolumenresonator vom FBAR/SBAR-Typ benötigt piezoelektrisches Material, dessen Kristall als prismatischer oder Stengelkristalls senkrecht zur Ebene der Elektrode gezogen ist. Durch Polieren und Glätten der Ober fläche der PSG-Opferschicht 55 mit Polierbrei, der feine Polierteilchen enthält, kann die untere Elektrodenschicht mit ausgezeichneter Orientierung und Kristallqualität gebildet werden, weshalb sich der piezoelektrische Dünnfilm mit ausgezeichneter Orientierung und Kristallqualität herstellen läßt.
  • Das heißt, gemäß 18 wird die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 mit Grobbearbeitungsbrei poliert, um eingeebnet oder planarisiert zu werden, und ein Abschnitt der auf die Elektrodenhaftschicht 161 abgeschiedenen PSG-Schicht wird entfernt. Anschließend kann die restliche PSG-Schicht mit Genaubearbeitungsbrei weiter poliert werden, der feinere Polierteilchen enthält. Als Ersatzverfahren kann ein feinerer Genaubearbeitungsbrei in den beiden Polierschritten verwendet werden, wenn weitere Polierzeit zulässig ist. Ziel ist eine "spiegelnde" Oberflächengüte (spiegelartige Bearbeitung).
  • Vor dem Polieren der PSG-Schicht in der Erfindung ist bevorzugt, die PSG-Schicht einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur zwecks Verdichten und Aufschmelzen zu unterziehen. Die Wärmebehandlung der PSG-Schicht kann durch ein RTA(schnelles thermisches Glüh-) Verfahren erfolgen. Durchgeführt wird es in einem Temperaturbereich von 750 °C bis 950 °C in einer Stickstoffatmosphäre oder Stickstoff-Sauerstoff-Mischatmosphäre. Alternativ kann die Wärmebehandlung bei hoher Temperatur in einem Diffusionsofen oder durch Lampenerwärmung durchgeführt werden. Indem die PSG-Schicht in der Erfindung der Wärmebehandlung bei hoher Temperatur unterzogen wird, kann die PSG-Schicht so gestaltet werden, daß sie eine stärker verdichtete Struktur hat und ihre Härte erhöht ist. Durch Erhöhen der Härte der PSG-Schicht verhindert man das Auftreten von Polierschäden, z. B. Kratzern o. ä., auf der Oberfläche des PSG-Films beim anschließenden CMP (chemisch-mechanischen Polieren), und die Oberfläche des PSG-Films kann ausgezeichnet eingeebnet werden.
  • Wichtig ist, das Substrat nach dem zuvor beschriebenen Polieren zu reinigen. Der Brei bewirkt, daß eine geringe Menge grober Siliciumoxidkörnern auf dem Wafer verbleibt. Somit müssen die groben Körner entfernt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Entfernen der Grobkörner mit Hilfe eines zweiten Polierwerkzeugs mit einer starren Scheibe, z. B. PolytexTM, hergestellt von Rodel Nitta Incorporated Company. In diesem Fall wird Deionat als Gleitmittel verwendet, und der Wafer wird in das Deionat ab der Zeit, zu der das Substrat poliert wurde, bis zu der Zeit eingetaucht, zu der die Bereitschaft des abschließenden Reinigungsschritts abgeschlossen ist. Zu beachten ist, daß verhindert wird, daß das Substrat vom letzten Polierschritt bis zum abschließenden Reinigungsschritt trocknet. Der letzte Reinigungsschritt weist einen Schritt des Eintauchens des Substrats in eine Folge von Behältern auf, die mit verschiedenen Chemikalien gefüllt sind. Jeder Behälter wird mit Ultraschall gerührt. Dem Fachmann ist eine solche Reinigungseinrichtung bekannt.
  • Das Poliermaterial ist aus feinen Siliciumoxidteilchen gebildet. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient ein auf Ammoniak basierender Brei aus feinen Siliciumoxidteilchen (Rodel Klebosol #30N: Rodel Nitta Incorporated Company) als Poliermaterial.
  • In der vorstehenden Beschreibung sind spezifische Polier- und Reinigungsarten dargestellt. Allerdings können beliebige Polier- und Reinigungsarten verwendet werden, sofern sie die erforderliche glatte Oberfläche erzeugen können. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt für die fertige Oberfläche die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche in der Messung durch eine Atomkraftmikroskopsonde höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm und stärker bevorzugt höchstens 10 nm in der Oberflächenrauheit.
  • Nach dem Glätten der Oberfläche und ferner nach dem Reinigen der Oberfläche der Elektrodenhaftschicht 161 durch Plasmaätzen wird die untere Elektrodenschicht 162 der Schichtstruktur 60 gemäß 19 abgeschieden. Vorzugsweise kommt Au, Pt, W oder Mo als Material der unteren Elektrodenschicht 162 zum Einsatz. Die Orientierung und Kristallqualität des auf der unteren Elektrodenschicht 162 gebildeten piezoelektrischen Dünnfilms 163 spiegeln die Orientierung und Kristallinität der unteren Elektrodenschicht 162 wider.
  • Wichtig ist die Dicke der unteren Elektrodenschicht 162. Eine dicke Schicht hat eine rauhere Oberfläche als eine dünne Schicht. Sehr wichtig für die Leistung des erreichten Resonators ist, daß die glatte Oberfläche zum Abscheiden der piezoelektrischen Dünnfilmschicht gemäß der vorstehenden Beschreibung gewahrt bleibt. Somit liegt die Dicke der unteren Elektrodenschicht 162 vorzugsweise unter 200 nm. Vorzugsweise wird Au, Pt, W oder Mo durch Sputtern abgeschieden. Gemäß diesem Verfahren erreicht man eine untere Elektrodenschicht 162 mit einer Effektivvariation der Höhe der Oberfläche, die höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm und stärker bevorzugt höchstens 10 nm in der Oberflächenrauheit beträgt.
  • Nach beendetem Abscheiden der unteren Elektrodenschicht 162 wird die um die untere Elektrodenschicht 162 verbleibende PSG-Opferschicht entfernt, und die piezoelektrischen Dünnfilmschicht 163 wird abgeschieden. Als Material für die piezoelektrische Dünnfilmschicht 163 kommt vorzugsweise AlN oder ZnO zum Einsatz und wird durch Sputtern abgeschieden. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke der piezoelektrischen Dünnfilmschicht 163 auf einen Wert im Bereich von 0,1 μm bis 10 μm, vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 0,5 μm bis 2 μm eingestellt.
  • Abschließend wird die obere Elektrodenschicht 164 abgeschieden. Die obere Elektrodenschicht 164 ist aus dem gleichen Material wie die untere Elektrodenschicht 162 gebildet, und vorzugsweise kommt Au, Pt, W oder Mo zum Einsatz.
  • Nach dem beschreibungsgemäßen Bilden der Schichtstruktur 60, die über die verbundene Struktur aus der Elektrodenhaftschicht 161, der unteren Elektrodenschicht 162, der piezoelektrischen Dünnfilmschicht 163 und der oberen Elektrodenschicht 164 verfügt und in einer erwünschten Form gemustert ist, wird ein kleines Durchgangsloch, das sich vom Umfangsabschnitt der oberen Elektrodenschicht 164 durch die obere Elektrodenschicht 164, die piezoelektrische Dünnfilmschicht 163 und die untere Elektrodenschicht 162 nach unten zur Opferschicht 55 erstreckt, durch ein Trockenätzverfahren gebildet, z. B. RIE (reaktives Ionenätzen) o. ä., und danach erfolgt ein Ätzen mit verdünnter H2O:HF-Lösung, um PSG unter der Schichtstruktur 60 zu entfernen, wodurch die Brückenschichtstruktur 60 auf der Aussparung 52 gemäß 20 und 21 verbleibt. Das heißt, die Schichtstruktur 60 ist so angeordnet, daß die Elektrodenhaftschicht 161 um die auf der Oberfläche des Substrats gebildete Vertiefung 52 liegt und der Kantenabschnitt der Schichtstruktur 60 auf dem Substrat so abgestützt ist, daß sie die Vertiefung 52 überspannt.
  • Im so erreichten akustischen Dünnfilmvolumenresonator ist das Gewicht am Umfangsabschnitt der Schichtstruktur 60 durch die Menge erhöht, die der Elektrodenhaftschicht 161 entspricht, so daß das Auftreten von Schwingung in Querrichtung unterdrückt und verhindert werden kann, daß sich zusätzliche Störschwingungen der Schwingung des akustischen Dünnfilmvolumenresonators überlagern. Die Bildung der Elektrodenhaftschicht 161 um die Vertiefung 52 ermöglicht, die untere Elektrodenschicht aus Au, Pt o. ä. abzuscheiden, die bisher nicht allein auf den Hohlraum abgeschieden werden konnte, und die Haftung zwischen der unteren Elektrodenschicht aus W, Mo o. ä. und dem Basissubstrat kann verbessert sein.
  • Gemäß dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren des akustischen Dünnfilmvolumenresonators ist der Mittelabschnitt der unteren Elektrodenschicht 162 aus Au, Pt, W, Mo o. ä. auf einer glasartigen Opferschicht gebildet, z. B. Kieselglas, Phosphorsilicatglas o. ä., wodurch die Orientierung und Kristallinität der unteren Elektrodenschicht noch hervorragender als im herkömmlichen Fall sind, in dem die Elektrodenschicht aus Au, Pt, W, Mo o. ä. vollständig auf der Haftschicht aus Ti o. ä. gebildet ist, so daß ein ausgezeichneter Kristallfilm mit kleiner Halbwertsbreite (FWHM – full width at half maximum) des Beugungsmaximums in der Schaukelkurve erreicht werden kann. Durch beschreibungsgemäßes Verbessern der Orientierung und Kristallqualität der unteren Elektrodenschicht 162 lassen sich die Orientierung und Kristallqualität der auf der unteren Elektrodenschicht 162 gebildeten piezoelektrischen Dünnfilmschicht verbessern.
  • Die zuvor beschriebene Ausführungsform betrifft einen FBAR. Deutlich ist aber, daß der Fachmann einen SBAR anhand der vorstehenden Beschreibung mit dem gleichen Verfahren her stellen kann. Beim SBAR müssen eine weitere piezoelektrische Schicht (zweite piezoelektrische Schicht) und eine Elektrodenschicht auf der piezoelektrischen Schicht abgeschieden werden. Die zweite piezoelektrische Schicht wird auf der oberen Elektrodenschicht des in der zuvor beschriebenen Ausführungsform gezeigten "FBAR" gebildet. Daher wird die Dicke der oberen Elektrodenschicht z. B. auf 100 nm gehalten, damit ein ordnungsgemäßer Oberflächenzustand gegeben sein kann, in dem die zweite piezoelektrische Schicht auf die Oberfläche abgeschieden werden kann. Zum Beispiel ist bevorzugt, die Oberfläche so zu glätten, daß die Effektivvariation ihrer Höhe höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm und stärker bevorzugt höchstens 10 nm in der Oberflächenrauheit beträgt.
  • In der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung kommt die aus PSG gebildete Opferschicht zum Einsatz, aber auch andere Materialien können für die Opferschicht verwendet werden. Zum Beispiel kann BPSG (Borophosphatsilicatglas) oder eine andere Glasart, z. B. Spinglas o. ä., verwendet werden. Ferner können Kunststoffe, z. B. Polyvinyl, Polypropylen, Polystyrol usw., zum Einsatz kommen, die auf das Substrat durch Schleudern abgeschieden werden können. Ist die Opferschicht aus jedem dieser Materialien hergestellt, so ist es wie bei der PSG-Opferschicht wichtig, die Oberfläche durch Polieren zu glätten. Diese Opferschichten können durch organisches Entfernungsmittel oder O2-Plasmaätzen entfernt werden.
  • Als nächstes ist 22 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Dünnfilmresonators (akustischen Dünnfilmvolumenresonators), und 23 ist eine Querschnittansicht an X-X in 22. In 22 und 23 hat ein piezoelektrischer Dünnfilmresonator 111 ein Substrat 112, eine auf der Oberseite des Substrats 112 gebildete Isolierschicht 13 und eine auf der Oberseite der Isolierschicht 13 verbundene piezoelektrische Stapelstruktur 14.
  • Die piezoelektrische Stapelstruktur 14 verfügt über eine untere Elektrode 15, die auf der Oberseite der Isolierschicht 13 gebildet ist, einen piezoelektrischen Film 16, der auf der Oberseite des Basisfilms 13 so gebildet ist, daß er einen Teil der unteren Elektrode 15 abdeckt, und eine obere Elektrode 17, die auf der Oberseite des piezoelektrischen Films 16 gebildet ist. Ein Durchgangsloch 120, das einen Hohlraum bildet, ist im Substrat 112 geformt. Ein Teil der Isolierschicht 13 liegt zum Durchgangsloch 120 frei. Der freiliegende Abschnitt der Isolierschicht 13 und der Abschnitt der piezoelektrischen Stapelstruktur 14, der dem betreffenden freiliegenden Abschnitt entspricht, bilden einen Schwingungsabschnitt (Schwingungsmembran) 121. Die untere Elektrode 15 und obere Elektrode 17 haben Hauptkörperabschnitte 15a, 17a, die in dem Bereich gebildet sind, der dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht, sowie Anschlußabschnitte 15b, 17b zum Verbinden der Hauptkörperabschnitte 15a, 17a mit einer externen Schaltung. Die Anschlußabschnitte 15b, 17b liegen außerhalb der Fläche, die dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht.
  • Als Substrat 112 kann Einkristall, z. B. Si(100)-Einkristall o. ä., oder Basismaterial, z. B. Si-Einkristall o. ä., verwendet werden, auf dem ein polykristalliner Film aus Silicium, Diamant o. ä. gebildet ist. Ein anisotropes Ätzverfahren zum Einleiten des anisotropen Ätzens von der Unterseite des Substrats kann als Verfahren zur Bildung des Durchgangslochs 120 des Substrats 112 verwendet werden. Die Bildungsquelle für den im Substrat 112 zu bildenden Hohlraum ist nicht auf das Durchgangsloch 120 begrenzt, und jede Quelle kann verwendet werden, soweit sie Schwingung des Schwingungsabschnitts 121 ermöglicht. Zum Beispiel kann ein Vertiefungsabschnitt oder Hohlraumabschnitt oder Aussparungsabschnitt zum Einsatz kommen, der in einem Bereich der Oberseite des Substrats gebildet ist, der dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht.
  • Die Isolierschicht 13 ist aus dielektrischem Film gebildet, der hauptsächlich Siliciumoxid (SiO2) oder Siliciumnitrid (SiNx) aufweist (dessen Gehalt vorzugsweise mindestens 50 Äquivalent-% beträgt). Der dielektrische Film kann eine Einzelschicht oder mehrere Schichten aufweisen, die eine Schicht zum Erhöhen des Haftvermögens usw. enthalten. Als Beispiel für den dielektrischen Film mit mehreren Schichten kann eine Siliciumnitridschicht verwendet werden, die auf ei ne Oberfläche oder beide Oberflächen einer SiO2-Schicht zugegefügt ist. Die Dicke der Isolierschicht 13 beträgt z. B. 0,2 bis 2,0 μm. Als Verfahren zur Bildung der Isolierschicht 13 kann das thermische Oxidationsverfahren der Oberfläche des Substrats 112 aus Silicium, das CVD-Verfahren oder das Niederdruck-CVD-Verfahren verwendet werden.
  • Die untere Elektrode 15 und obere Elektrode 17 weisen jeweils einen leitenden Film auf, der hauptsächlich aus Molybdän (Mo) gebildet ist (dessen Gehalt vorzugsweise mindestens 80 Atom-% beträgt). Da Mo einen geringen thermoelastischen Verlust hat (etwa 1/56 von Al), kommt es vorzugsweise zum Einsatz, insbesondere zum Aufbau eines mit hohen Frequenzen schwingenden Schwingungsabschnitts. Nicht nur Mo allein wird verwendet, auch eine hauptsächlich Mo enthaltende Legierung kann genutzt werden. Die Dicke der unteren Elektrode 15 und oberen Elektrode 17 beträgt jeweils z. B. 50 bis 200 nm. Ein Sputterverfahren oder Abscheidungsverfahren kann zur Bildung der unteren Elektrode 15 und oberen Elektrode 17 dienen. Bei Bedarf kommt eine Photolithographietechnik zum Mustern zum Einsatz, um eine erwünschte Form zu erreichen.
  • Der piezoelektrische Film 16 weist einen piezoelektrischen Film auf, der hauptsächlich aus AlN gebildet ist (dessen Gehalt vorzugsweise mindestens 90 Äquivalent-% beträgt), und seine Dicke beträgt z. B. 0,5 bis 2,5 μm. Ein reaktives Sputterverfahren kann zur Bildung des piezoelektrischen Films 16 verwendet werden, und bei Bedarf kommt die photolithographische Technik zum Mustern zum Einsatz, um eine erwünschte Form zu erreichen.
  • Für den FBAR mit dem piezoelektrischen Film 16, der den Aufbau von 22 und 23 hat und hauptsächlich aus AlN gebildet ist und außerdem eine Grundmode in der Umgebung von 2 GHz hat, galten Bemühungen im Rahmen der Erfindung der Verbesserung der Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz für den FBAR, ohne den elektromechanischen Kopplungskoeffizient und akustischen Gütefaktor zu beeinträchtigen, während vorteilhaft das Merkmal des AlN-Dünnfilms genutzt wird, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elastischen Welle hoch ist, und als Ergebnis wurde festgestellt, daß es wirksam ist, eine hauptsächlich aus SiO2 oder SiNx gebildete Isolierschicht 13 zu verwenden und zudem eine hauptsächlich aus Mo gebildete obere und untere Elektrode 15, 17 zu nutzen. Weiterhin wurde festgestellt, daß der elektromechanische Kopplungskoeffizient, der akustische Gütefaktor und die Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz alle weiter stark verbessert sind, indem die folgende Ungleichung erfüllt ist: 0,1 ≤ t'/t ≤ 0,5, vorzugsweise 0,2 ≤ t'/t ≤ 0,4, wobei t die Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 16 und t' die Dicke der Isolierschicht 13 darstellt. Ist t'/t < 0,1, können der elektromechanische Kopplungskoeffizient und der akustische Gütefaktor in einigen Fällen leicht erhöht sein, aber in der Tendenz ist der Absolutwert des Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz erhöht und der Kennwert als FBAR verringert. Ist andererseits t'/t > 0,5, besteht die Tendenz, daß der elektromechanische Kopplungskoeffizient und akustische Gütefaktor verringert sind und der Absolutwert des Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz erhöht ist, was den Kennwert als FBAR senkt.
  • 24 ist eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Dünnfilmresonators, und 25 ist eine Querschnittansicht bei X-X in 24. In 24 und 25 sind die Elemente mit den gleichen Funktionen wie in 22 und 23 durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
  • In dieser Ausführungsform ist zusätzlich zur Isolierschicht 13 eine Isolierschicht 18, die hauptsächlich aus SiO2 oder SiNx gebildet ist (dessen Gehalt vorzugsweise mindestens 50 Äquivalent-% beträgt), mit der piezoelektrischen Stapelstruktur 14 verbunden. Die Isolierschicht 18 ist auf dem Hauptkörperabschnitt 17a der oberen Elektrode 17 gebildet. Die Isolierschicht 18 kann in einer großen Fläche auf dem piezoelektrischen Film 16 so gebildet sein, daß sie sich von der Fläche, die dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht, weiter nach außen erstreckt. Ist ferner die hauptsächlich aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid gebildete Isolierschicht 18 hergestellt, kann die Isolierschicht 13 entfallen. Jedoch ist in diesem Fall bevorzugt, daß sich der Hauptkörperabschnitt 15a der unteren Elektrode 15 durch zwei Seiten einer recht winkligen Öffnung des Durchgangslochs 120 auf der Oberseite des Substrats 112 zum Inneren der Öffnung erstreckt, so daß der Schwingungsabschnitt 121 durch die untere Elektrode 15 gehalten wird.
  • Die Ausführungsform gemäß 24 und 25 hat den gleichen Effekt wie die von 22 und 23.
  • 26 ist eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Dünnfilmresonators, und 27 ist eine Querschnittansicht bei X-X in 26. In 26 und 27 sind die Elemente mit den gleichen Funktionen wie in 22 bis 25 durch die gleichen Bezugszahlen dargestellt.
  • In dieser Ausführungsform hat die untere Elektrode 15 eine rechtwinklige Form, und die obere Elektrode 17 weist einen ersten Elektrodenabschnitt 17A und einen zweiten Elektrodenabschnitt 17B auf. Die Elektrodenabschnitte 17A, 17B haben Hauptkörperabschnitte 17Aa, 17Bb bzw. Anschlußabschnitte 17Ab, 17Bb. Jeder der Hauptkörperabschnitte 17Aa, 17Ba liegt in der Fläche, die dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht, und jeder der Anschlußabschnitte 17Ab, 17Bb liegt außerhalb der Fläche, die dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht.
  • 28 ist eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Dünnfilmresonators, und 29 ist eine Querschnittansicht bei X-X in 28. In 28 und 29 sind die Elemente mit den gleichen Funktionen wie in 22 bis 27 durch die gleichen Bezugszahlen dargestellt.
  • In dieser Ausführungsform hat die untere Elektrode 15 eine rechtwinklige Form, und die obere Elektrode 17 weist einen ersten Elektrodenabschnitt 17A und einen zweiten Elektrodenabschnitt 17B auf. Diese Elektrodenabschnitte 17A, 17B haben Hauptkörperabschnitte 17Aa, 17Bb bzw. Anschlußabschnitte 17Ab, 17Bb. Jeder der Hauptkörperabschnitte 17Aa, 17Ba liegt in der Fläche, die dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht, und jeder der Anschlußabschnitte 17Ab, 17Bb liegt außerhalb der Fläche, die dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht. In dieser Ausführungsform ist die Isolierschicht 18 so gebildet, daß sie sowohl den Hauptkörperabschnitt 17Aa des ersten Elek trodenabschnitts als auch den Hauptkörperabschnitt 17Ba des zweiten Elektrodenabschnitts bedeckt.
  • Die Ausführungsform von 26, 27 und die Ausführungsform von 28, 29 haben den gleichen Effekt wie die Ausführungsform von 22, 23 und die Ausführungsform von 24, 25. Die Ausführungsformen von 26, 27 und 28, 29 betreffen einen sogenannten Mehrmodenresonator. Eine Eingangsspannung wird zwischen einer der oberen Elektroden 17 (z. B. dem zweiten Elektrodenabschnitt 17B) und der unteren Elektrode 15 angelegt, und die Spannung zwischen der anderen der oberen Elektroden (z. B. dem ersten Elektrodenabschnitt 17A) und der unteren Elektrode 15 kann als Ausgangsspannung herausgeführt werden.
  • Im zuvor beschriebenen piezoelektrischen Dünnfilmresonator sind die folgenden Beziehungen (Gleichungen) zwischen dem elektromechanischen Kopplungskoeffizient kt 2 und der Resonanzfrequenz fr sowie der Antiresonanzfrequenz fa in der durch eine Mikrowellensonde gemessenen Impedanzcharakteristik erfüllt: kt 2 = ϕr/tan(ϕφr) ϕr = (π/2)(fr/fa)
  • Zwecks einfacher Beschreibung läßt sich der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnen: kt 2 = 4,8 (fa – fr)/(fa + fr)
  • In dieser Beschreibung werden Werte des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten kt 2 verwendet, die nach dieser Gleichung berechnet sind.
  • Bei FBARs mit den Aufbauten gemäß 22 bis 29 betragen die elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, die man anhand der Meßwerte der Resonanzfrequenz und Antiresonanzfrequenz in der Umgebung von 2,0 GHz erhält, 4,0 bis 6,5 %. Liegt der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 unter 4,0 %, läge eine Tendenz vor, daß die Bandbreite des hergestellten FBAR reduziert und es somit schwierig ist, den FBAR in einem Hochfrequenzbandbereich praktisch zu verwenden.
  • Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher beschrieben.
  • BEISPIEL 1
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde auf die in 3 bis 8 gezeigte Weise hergestellt.
  • Zunächst wurde die Oberfläche eines Si-Wafers 51 mit einem Pt/Ti-Schutzfilm beschichtet, und der Schutzfilm wurde so geätzt, daß er ein vorbestimmtes Muster zur Bildung einer Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung hatte, wodurch eine Maske zum Ätzen des Si-Wafers 51 gebildet wurde. Anschließend wurde mit Hilfe der so gebildeten Pt/Ti-Maske naß geätzt, um eine Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung mit 20 μm Tiefe und 150 μm Breite zu bilden. Das Ätzen wurde mit einer 5 Gew.-%igen KOH-Wasser-Lösung bei einer Flüssigkeitstemperatur von 70 °C durchgeführt. Alternativ kann die Tiefe der Vertiefung auf 3 μm eingestellt sein.
  • Danach wurde die Pt/Ti-Mustermaske entfernt, und eine 1 μm dicke SiO2-Schicht 53 wurde auf der Oberfläche des Si-Wafers 51 durch thermische Oxidation gebildet, wodurch eine Struktur erreicht wurde, bei der die Vertiefung 52 im Substrat mit dem Si-Wafer 51 und der SiO2-Schicht 53 gebildet war.
  • Anschließend wurde gemäß 4 eine 30 μm dicke PSG-Opferschicht 55 auf die SiO2-Schicht mit der darauf gebildeten Vertiefung 52 abgeschieden. Dieses Abscheiden erfolgte bei 450 °C durch das thermische CVD-Verfahren mit Silan und P2O5 als Rohmaterialien. Alternativ kann die Dicke der PSG-Opferschicht 55 auf 5 μm eingestellt werden, und Silan und Trimethylphosphat (PO(OCH3)3) können als Rohmaterialien im thermischen CVD-Verfahren verwendet werden. Ferner kann die abgeschiedene PSG-Opferschicht einer 20-minütigen Wärmebehandlung bei 850 °C in einer 1 %igen Sauerstoff/Stickstoff-Mischatmosphäre unterzogen und aufgeschmolzen werden, um die Härte der PSG-Opferschicht zu erhöhen.
  • Danach wurde gemäß 5 die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 poliert, um die PSG-Opferschicht 55 in der Fläche außerhalb der Vertiefung 52 zu entfernen. Im Anschluß daran wurde die Oberfläche der in der Vertiefung 52 verbliebenen PSG-Opferschicht 55 mit Brei poliert, der feine Polierteil chen enthielt, um die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche auf 10 nm einzustellen.
  • Danach wurde gemäß 6 eine untere Elektrode 61 mit einem 100 nm dicken und 200 × 200 μm großen Mo-Film auf der PSG-Opferschicht 55 gebildet. Die Bildung des Mo-Films erfolgte bei Raumtemperatur durch ein GS-Magnetronsputterverfahren mit Ar als Sputtergas. Der Mo-Film wurde einer Musterbehandlung durch ein Abhebeverfahren unterzogen. Die Oberflächenrauheit des so gebildeten Mo-Films wurde gemessen, und das Ergebnis zeigte, daß die Effektivvariation der Höhe 15 nm betrug.
  • Anschließend wurde eine piezoelektrische Schicht 62 mit einem 1,0 μm dicken ZnO-Film auf der unteren Elektrode 61 gebildet. Die Bildung des ZnO-Films wurde mit Hilfe des HF-Magnetronsputterverfahrens unter der Bedingung durchgeführt, daß ZnO als Sputtertarget verwendet wurde, Mischgas aus Ar und O2 als Sputtergas diente, der Sputtergasdruck auf 5 mTorr eingestellt war und die Substrattemperatur auf 400 °C eingestellt war. Gemessen wurde die Oberflächenrauheit des so gebildeten ZnO-Films, und das Ergebnis zeigte, daß die Effektivvariation der Höhe 11 nm betrug, was nicht mehr als 5 % der Filmdicke entsprach. Der ZnO-Film wurde durch Naßätzen in einer vorbestimmten Form gemustert, um die piezoelektrische Schicht 62 zu erreichen.
  • Danach wurde eine obere Elektrode mit einem 100 nm dicken Mo-Film auf der piezoelektrischen Schicht 62 gebildet. Die Bildung und Musterung des Mo-Films erfolgten auf die gleiche Weise wie die Bildung der unteren Elektrode 61. Für die Oberfläche der oberen Elektrode 63 wurde die Welligkeitshöhe mit 150 μm Meßlänge gemessen, und das Ergebnis war 0,2 μm, was nicht mehr als 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht 62 und auch nicht mehr als 0, 5 % der Meßlänge entsprach.
  • Anschließend wurde die PSG-Opferschicht 55 durch Ätzen mit verdünnter H2O:HF-Lösung entfernt, wodurch eine Struktur gebildet wurde, bei der die Schichtstruktur 60 aus Mo/ZnO/Mo über der Vertiefung 52 gemäß 8 hing.
  • An der so erreichten piezoelektrischen Schicht 62 wurde eine Dünnfilm-Röntgenbeugungs- (XRD) Analyse durchgeführt. Als Ergebnis war die c-Achse des Films in einem Winkel von 88,5 Grad zur Filmoberfläche geneigt. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, als deren Ergebnis die volle Halbwertsbreite des Maximums 2,5 Grad betrug und eine ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Für den so erreichten akustischen Resonator wurde der Impedanzkennwert zwischen der oberen Elektrode 63 und unteren Elektrode 61 mit einer Mikrowellensonde gemessen, die Resonanzfrequenz fr und die Antiresonanzfrequenz fa wurden gemessen, und danach wurde der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 auf der Grundlage dieser Meßwerte berechnet. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 5,5 %, und der akustische Gütefaktor betrug 700. Der Aufbau des im Beispiel 1 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 1
  • Ein akustischer Resonator wurde wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 so poliert wurde, daß die Effektivvariation ihrer Höhe (Oberflächenrauheit) 70 nm betrug.
  • Die Oberflächenrauheit des Mo-Films der unteren Elektrode 61 wurde gemessen, und als Ergebnis betrug die Effektivvariation der Höhe 80 nm. Ferner wurde die Oberflächenrauheit des ZnO-Films gemessen, und als Ergebnis betrug die Effektivvariation der Höhe 75 nm (was 5 % der Filmdicke überstieg). Für die Oberfläche der oberen Elektrode 63 wurde die Welligkeitshöhe mit 150 μm Meßlänge gemessen, und als Ergebnis betrug sie 1,0 μm (was 0,5 % der Meßlänge überstieg).
  • Ferner wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse an der so erreichten piezoelektrischen Schicht 62 durchgeführt, wobei die c-Achse des Films in einem Winkel von 85,0 Grad zur Filmoberfläche stark geneigt war. Die Orientierung wurde auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 7,0 Grad betrug.
  • Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 des so erreichten akustischen Resonators betrug 3,0 %, und sein aku stischer Gütefaktor betrug 400. Der Aufbau des im Vergleichsbeispiel 1 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • BEISPIEL 2
  • Ein akustischer Resonator wurde wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß AlN-Film als piezoelektrischer Film 62 anstelle des ZnO-Films verwendet wurde. Das heißt, die piezoelektrische Schicht 62 mit einem 1,2 μm dicken AlN-Film wurde auf der unteren Elektrode 61 gebildet. Die Bildung des AlN-Films erfolgte mit Hilfe des HF-Magnetronsputterverfahrens bei einer Substrattemperatur von 400 °C unter der Bedingung, daß Al als Sputtertarget diente und das Mischgas aus Ar und N2 als Sputtergas verwendet wurde. Die Oberflächenrauheit des so gebildeten AlN-Films wurde gemessen, und als Ergebnis betrug die Effektivvariation der Höhe 14 nm, was nicht mehr als 5 % der Filmdicke entsprach. Für die Oberfläche der oberen Elektrode 63 wurde die Welligkeitshöhe mit 150 μm Meßlänge gemessen, wobei sie 0,2 μm betrug, was nicht mehr als 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht 62 und auch nicht mehr als 0,5 % der Meßlänge entsprach.
  • An der so erreichten piezoelektrischen Schicht 62 wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse des Films in einem Winkel von 88,5 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, und das Ergebnis war, daß die volle Halbwertsbreite des Maximums 2,8 Grad betrug und ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 des so erreichten akustischen Resonators betrug 6,5 %, und der akustische Gütefaktor betrug 900. Der Aufbau des im Beispiel 2 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 2
  • Ein akustischer Resonator wurde wie im Beispiel 2 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 so poliert wurde, daß die Effektivvariation ihrer Höhe (Oberflächenrauheit) 70 nm betrug.
  • Die Oberflächenrauheit des Mo-Films der unteren Elektrode 61 wurde gemessen, und als Ergebnis betrug die Effektivvariation der Höhe 85 nm. Ferner wurde die Oberflächenrauheit des AlN-Films gemessen, und als Ergebnis betrug die Effektivvariation der Höhe 80 nm (was 5 % der Filmdicke überstieg). Für die Oberfläche der oberen Elektrode 63 wurde die Welligkeitshöhe mit 150 μm Meßlänge untersucht, wobei sie 1,25 μm betrug (was 0,5 % der Meßlänge überstieg).
  • Ferner wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse an der so erreichten piezoelektrischen Schicht 62 durchgeführt, wobei die c-Achse des Films in einem Winkel von 83,0 Grad zur Filmoberfläche stark geneigt war. Die Orientierung wurde auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 8,5 Grad betrug.
  • Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 des so erreichten akustischen Resonators betrug 3,5 %, und sein akustischer Gütefaktor betrug 450. Der Aufbau des im Vergleichsbeispiel 2 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • BEISPIEL 3
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde auf die in 3 bis 5 und 9 bis 10 gezeigte Weise hergestellt.
  • Zunächst wurde eine Struktur gemäß 5 wie im Beispiel 1 erreicht. Allerdings wurde die Oberfläche der in der Vertiefung 52 verbleibenden PSG-Opferschicht 55 mit Brei poliert, der feine Polierteilchen enthielt, so daß die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche 5 nm betrug.
  • Anschließend wurde gemäß 9 die Isolierschicht 54 mit einem 500 nm dicken SiO2-Film auf dem Substrat durch das CVD-Verfahren so gebildet, daß die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 auch von der Isolierschicht 54 bedeckt war. Die Oberflächenrauheit der so gebildeten Isolierschicht 54 wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 10 nm betrug.
  • Danach wurde wie im Beispiel 1 die untere Elektrode 61 mit einem Mo-Film auf der Isolierschicht 54 gemäß 10 gebildet. Die Oberflächenrauheit des so gebildeten Mo-Films wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 15 nm betrug.
  • Anschließend wurde die piezoelektrischen Schicht 62 mit einem ZnO-Film auf der unteren Elektrode 61 wie im Beispiel 1 gebildet. Die Oberflächenrauheit des so gebildeten ZnO-Films wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 10 nm betrug (nicht mehr als 5 % der Filmdicke). Durch Naßätzen wurde der ZnO-Film in einer vorbestimmten Form gemustert, um die piezoelektrische Schicht 62 zu erreichen.
  • Dann wurde die obere Elektrode 63 mit einem Mo-Film auf der piezoelektrischen Schicht 62 wie im Beispiel 1 gebildet. Für die Oberfläche der oberen Elektrode wurde die Welligkeitshöhe mit 150 μm Meßlänge untersucht, wobei sie 0,2 μm betrug (nicht mehr als 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht 62 und auch nicht mehr als 0,5 % der Meßlänge).
  • Im Anschluß daran wurde ein Durchgangsloch am freiliegenden Abschnitt der Isolierschicht 54 so gebildet, daß es die PSG-Opferschicht 55 erreichte, und durch das Durchgangsloch wurde mit verdünnter H2O:HF-Lösung geätzt, um die PSG-Opferschicht 55 zu entfernen, wodurch eine Struktur gebildet wurde, bei der die Stapelstruktur mit der Isolierschicht 54 und der Schichtstruktur 60 aus Mo/ZnO/Mo über der Vertiefung 52 aufgehängt war.
  • An der so erreichten piezoelektrischen Schicht 62 wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse des Films in einem Winkel von 88,5 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die volle Halbwertsbreite des Maximums 2,3 Grad betrug und ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Für den so erreichten akustischen Resonator wurde der Impedanzkennwert zwischen der oberen Elektrode 63 und unteren Elektrode 61 mit Hilfe einer Mikrowellensonde gemessen, die Resonanzfrequenz fr und Antiresonanzfrequenz fa wurden gemessen, und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 wurde auf der Grundlage dieser Meßwerte berechnet. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 4,5 %, und der akustische Gütefaktor betrug 650. Der Aufbau des im Beispiel 3 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 3
  • Ein akustischer Resonator wurde wie im Beispiel 3 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 so poliert wurde, daß die Effektivvariation der Höhe 70 nm betrug.
  • Die Oberflächenrauheit des SiO2-Films der Isolierschicht 54 wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 85 nm betrug. Die Oberflächenrauheit des Mo-Films der unteren Elektrode 61 wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 90 nm betrug. Die Oberflächenrauheit des ZnO-Films wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 85 nm betrug (was 5 % der Filmdicke überstieg). Für die Oberfläche der oberen Elektrode 63 wurde die Welligkeitshöhe mit der Meßlänge von 150 μm untersucht, wobei sie 1,0 μm betrug (was 0,5 % der Meßlänge überstieg).
  • Die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse wurde an der so erreichten piezoelektrischen Schicht 62 durchgeführt, wobei die c-Achse des Films in einem Winkel von 83,0 Grad zur Filmoberfläche stark geneigt war. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 9,5 Grad betrug.
  • Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt2 des so erreichten akustischen Resonators betrug 2,8 %, und der akustische Gütefaktor betrug 360. Der Aufbau des im Vergleichsbeispiel 3 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • BEISPIEL 4
  • Ein akustischer Resonator wurde wie im Beispiel 2 mit der Ausnahme der Art der Bildung der oberen Elektrode 63 hergestellt. Das heißt, nach Bildung des 100 nm dicken Mo-Films auf der piezoelektrischen Schicht 62 wie im Beispiel 2 wurde ein 20 nm dicker Mo-Film auf dem 100 nm dicken Mo-Film in einer Fläche, die sich von seiner Außenkante um eine Entfernung von 30 μm nach innen erstreckte (d. h. die Breite der Fläche beträgt 30 μm), durch das Abhebeverfahren gebildet, wodurch die obere Elektrode 63 gemäß 11 hergestellt wurde.
  • Für die Oberfläche des Mittelabschnitts 631 der oberen Elektrode 63 wurde die Welligkeitshöhe mit 100 μm Meßlänge untersucht, wobei sie 0,15 μm betrug (nicht mehr als 25 % der Filmdicke der piezoelektrischen Schicht 62 und nicht mehr als 0,5 % der Meßlänge).
  • Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt2 des so erreichten akustischen Resonators betrug 7,5 %, und der akustische Gütefaktor betrug 950. Der Aufbau des im Beispiel 4 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • BEISPIEL 5
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde auf die in 3 bis 8 gezeigte Weise hergestellt.
  • Zunächst wurde die Oberfläche eines Si-Wafers 51 mit einem SiO2-Schutzfilm beschichtet, und der Schutzfilm wurde so geätzt, daß er ein vorbestimmtes Muster zur Bildung einer Aussparung hatte, wodurch eine Maske zum Ätzen des Si-Wafers 51 gebildet wurde. Danach wurde mit Hilfe der Maske naßgeätzt, um eine Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung mit 3 μm Tiefe und 150 μm Breite gemäß 3 zu bilden. Dieses Ätzen erfolgte wie im Beispiel 1.
  • Danach wurde die SiO2-Mustermaske durch Naßätzen entfernt, und eine 200 nm dicke Si3N4-Schicht 53 wurde auf der Oberfläche des Si-Wafers 51 gemäß 3 gebildet, um so eine Struktur zu erreichen, bei der die Vertiefung 52 auf dem Substrat mit dem Si-Wafer 51 und der Si3N4-Schicht 53 gebildet war. Das Abscheiden der Si3N4-Schicht 53 erfolgte bei 800 °C durch das Niederdruck-CVD-Verfahren mit Hilfe von Silan (SiH4) und Ammoniak (NH3) als Rohmaterialien.
  • Anschließend wurde gemäß 4 eine 5 μm dicke PSG-Opferschicht 55 auf die Si3N4-Schicht 53 mit der darin gebildeten Vertiefung 52 abgeschieden. Dieses Abscheiden wurde bei 450 °C durch das thermische CVD-Verfahren mit Hilfe von Tetraethoxysilan oder Siliciumtetraethoxid (Si(OC2H5)4) und Trimethylphosphat (PO(OCH3)3) als Rohmaterialien durchgeführt. Ferner wurde die so abgeschiedene PSG-Opferschicht einer 20-minütigen Wärmebehandlung bei 850 °C in der 1 %igen Sauerstoff/Stickstoff-Mischatmosphäre unterzogen, um wieder aufgeschmolzen zu werden, so daß die Härte der PSG-Opferschicht erhöht wurde.
  • Danach wurde die Struktur gemäß 5 wie im Beispiel 1 erreicht. Ordnungsgemäße Polierteilchen wurden ausgewählt, so daß die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche der in der Vertiefung 52 verbleibenden PSG-Opferschicht 55 5 nm betrug.
  • Anschließend wurde die untere Elektrode 61 mit einem Mo-Film gemäß 6 wie im Beispiel 1 gebildet. Die Oberflächenrauheit des so gebildeten Mo-Films wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 13 nm betrug.
  • Im Anschluß daran wurde eine piezoelektrische Schicht 62 mit einem 1,2 μm dicken AlN-Film auf der unteren Elektrode 61 gebildet. Die Oberflächenrauheit des so gebildeten AlN-Films wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 10 nm betrug (nicht mehr als 5 % der Filmdicke).
  • Danach wurde die obere Elektrode 63 mit einem Mo-Film auf der piezoelektrischen Schicht 62 wie im Beispiel 1 gebildet. Für die Oberfläche der oberen Elektrode 63 wurde die Welligkeitshöhe mit 150 μm Meßlänge untersucht, wobei sie 0,15 μm betrug (nicht mehr als 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht 62 und nicht mehr als 0,5 % der Meßlänge).
  • Danach wurde wie im Beispiel 1 die PSG-Opferschicht 55 entfernt, wodurch eine Struktur gebildet wurde, bei der die Schichtstruktur 60 aus Mo/AlN/Mo über der Vertiefung 52 gemäß
  • 8 aufgehängt war.
  • An der so erreichten piezoelektrischen Schicht 62 wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse des Films in einem Winkel von 89,5 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Die Orientierung wurde auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die volle Halbwertsbreite (FWHM) des Maximums 2,2 Grad betrug und ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Für den so erreichten akustischen Resonator wurde der Impedanzkennwert zwischen der oberen Elektrode 63 und unteren Elektrode 61 mittels einer Mikrowellensonde gemessen, die Resonanzfrequenz fr und Antiresonanzfrequenz fa wurden gemessen, und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 wurde auf der Grundlage dieser Meßwerte berechnet. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 6,7 %, und der akustische Gütefaktor betrug 980. Der Aufbau des im Beispiel 5 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • BEISPIEL 6
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde auf die in 3 bis 5 und 9 und 10 gezeigte Weise hergestellt. Zunächst wurde eine Struktur gemäß 5 wie im Beispiel 5 erreicht. Allerdings wurde durch Auswahl ordnungsgemäßer Polierteilchen die Oberflächenrauheit der in der Vertiefung 52 verbleibenden PSG-Opferschicht 55 so eingestellt, daß die Effektivvariation der Höhe 10 nm betrug.
  • Danach wurde gemäß 9 die Isolierschicht 54 mit einem 500 nm dicken Si3N4-Film auf dem Substrat so gebildet, daß die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 auch von der Isolierschicht 54 bedeckt war. Das Abscheiden der Isolierschicht 54 mit dem Si3N4-Film erfolgte bei 800 °C durch das Niederdruck-CVD-Verfahren unter Verwendung von Mono-Silan (SiH4) und Ammoniak (NH3) als Rohmaterialien. Die Oberflächenrauheit der so gebildeten Isolierschicht 54 wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 12 nm betrug.
  • Anschließend wurde die untere Elektrode 61 mit einem Mo-Film auf der Isolierschicht 54 wie im Beispiel 5 gemäß 10 gebildet. Die Oberflächenrauheit des so gebildeten Mo-Films wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 17 nm betrug.
  • Im Anschluß daran wurde die piezoelektrische Schicht 62 mit einem AlN-Film auf der unteren Elektrode 61 gebildet. Die Oberflächenrauheit des so gebildeten AlN-Films wurde gemessen, wobei die Effektivvariation der Höhe 15 nm betrug (nicht mehr als 5 % der Filmdicke).
  • Danach wurde die obere Elektrode 63 mit einem Mo-Film auf der piezoelektrischen Schicht 62 wie im Beispiel 5 gebildet. Für die Oberfläche der oberen Elektrode 63 wurde die Welligkeitshöhe mit 150 μm Meßlänge untersucht, wobei sie 0,21 μm betrug (nicht mehr als 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht 62 und nicht mehr als 0,5 % der Meßlänge).
  • Danach wurde wie im Beispiel 3 die PSG-Opferschicht 55 entfernt, wodurch eine Struktur gebildet wurde, bei der die Stapelstruktur aus der Isolierschicht 54 und der Schichtstruktur 60 aus Mo/AlN/Mo über der Vertiefung 52 gemäß 10 aufgehängt war.
  • An der so erreichten piezoelektrischen Schicht 62 wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse des Films in einem Winkel von 88,4 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die volle Halbwertsbreite (FWHM) des Maximums 2,8 Grad betrug und ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Für den so erreichten akustischen Resonator wurde der Impedanzkennwert zwischen der oberen Elektrode 63 und unteren Elektrode 61 mit Hilfe einer Mikrowellensonde gemessen, die Resonanzfrequenz fr und Antiresonanzfrequenz fa wurden gemessen, und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 wurde aufgrund dieser Meßwerte berechnet. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 5,2 %, und der akustische Gütefaktor betrug 700. Der Aufbau des im Beispiel 6 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • BEISPIEL 7
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde auf die in 15 bis 21 gezeigte Weise hergestellt.
  • Zunächst wurde die Oberfläche eines Si-Wafers 51 mit einem SiO2-Schutzfilm beschichtet, und der Schutzfilm wurde so geätzt, daß er ein vorbestimmtes Muster zur Bildung einer Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung hatte, wodurch eine Maske zum Ätzen des Si-Wafers 51 gebildet wurde. Danach wurde mit Hilfe der Maske naßgeätzt, um eine 20 μm tiefe Vertiefung oder Höhlung oder Aussparung gemäß 15 zu bilden. Das Ätzen erfolgte mit einer 5 Gew.-%igen KOH-Wasser-Lösung als Ätzfluid bei einer Fluidtemperatur von 70 °C. Alternativ kann die Tiefe der Vertiefung auf 3 μm eingestellt werden.
  • Danach wurde eine SiO2-Schicht 53 auf der Oberfläche des Wafers 51 wieder durch thermische Oxidation gebildet, wodurch die Struktur erreicht wurde, bei der die Vertiefung 52 auf dem Substrat mit dem Si-Wafer 51 und der SiO2-Schicht 53 gebildet war.
  • Anschließend wurde ein Cr-Film auf der Oberfläche (Oberseite) des Substrats gebildet und dann einer Musterätzbehandlung so unterzogen, daß nur ein Abschnitt des Cr-Films, der die Vertiefung 52 umgab, in Ringform verblieb, wodurch eine Elektrodenhaftschicht oder Elektrodenklebeschicht 161 mit dem Cr-Film so gebildet wurde, daß sie die Vertiefung 52 umgab. Die Bildung des Cr-Films erfolgte durch ein GS-Magnetronsputterverfahren unter der Bedingung, daß Ar als Sputtergas zum Einsatz kam und die Substrattemperatur auf Raumtemperatur eingestellt war. Die Cr-Elektrodenhaftschicht 161 wurde so gebildet, daß die Fläche (S1) ihrer Oberseitenfläche, die als Kontaktfläche zur unteren Elektrodenschicht diente, 4500 μm2 groß war und die Filmdicke 100 nm betrug.
  • Danach wurde gemäß 17 PSG auf die SiO2-Schicht 53 mit der darauf gebildeten Vertiefung 52 und die Cr-Elektrodenhaftschicht 61 bei 450 °C mit Hilfe von Silan und Phosphin (PH,) abgeschieden. Alternativ kann die so abgeschiedene PSG-Schicht einer 20-minütigen Wärmebehandlung bei 850 °C in einer 1 %igen Sauerstoff/Stickstoff-Mischatmosphäre unterzogen werden, um aufgeschmolzen zu werden, was ihre Härte erhöht.
  • Anschließend wurde gemäß 18 die Oberfläche der so abgeschiedenen PSG-Schicht poliert, um einen Abschnitt der PSG-Schicht auf der Elektrodenhaftschicht 161 zu entfernen, die Oberfläche der PSG-Schicht 55 wurde mit Brei poliert, der feine Polierteilchen enthielt, und danach wurde die Oberfläche der Cr-Elektrodenhaftschicht 161 durch ein Rücksputterverfahren gereinigt. Als Ergebnis war die Oberfläche der PSG-Opferschicht 55 auf eine solche Oberflächenrauheit behandelt, daß die Effektivvariation der Höhe 8 nm betrug.
  • Danach wurde gemäß 19 eine untere Elektrodenschicht 162 aus Au auf der Cr-Elektrodenhaftschicht 161 und der PSG-Opferschicht 55 gebildet. Das Abhebeverfahren kam zum Mustern der unteren Elektrodenschicht 162 zum Einsatz, um die untere Elektrodenschicht 162 mit einer vorbestimmten Form mit einer Außenumfangskante zu erreichen, die der Außenumfangskante der Cr-Elektrodenhaftschicht 161 entsprach. Die Bildung des Au-Films erfolgte durch das GS-Magnetronsputterverfahren unter der Bedingung, daß Ar als Sputtergas verwendet wurde und die Substrattemperatur auf die Raumtemperatur eingestellt war. Die untere Elektrodenschicht 162 wurde so gebildet, daß die ebene Fläche (S2) 27225 μm2 groß war und die Filmdicke 100 nm betrug. Die Oberflächenrauheit des erreichten Au-Films wurde untersucht, wobei die Effektivvariation der Höhe 7 nm betrug.
  • Anschließend wurde die um die untere Elektrodenschicht 162 verbliebene PSG-Opferschicht entfernt, und die piezoelektrische Dünnfilmschicht 163 aus ZnO wurde auf der unteren Elektrodenschicht 162 gebildet. Die Bildung des ZnO-Films erfolgte durch das HF-Magnetronsputterverfahren unter der Bedingung, daß ZnO als Sputtertarget verwendet wurde, Ar-O2-Mischgas, in dem ein Verhältnis von Ar und O2 9:1 betrug, als Sputtergas zum Einsatz kam, der Sputtergasdruck 5 mTorr betrug und die Substrattemperatur auf 400 °C eingestellt war. Die Dicke des ZnO-Films betrug 1,0 μm. Die Oberflächenrauheit des ZnO-Films wurde untersucht, wobei die Effektivvariation der Höhe 4 nm betrug.
  • Danach wurde die piezoelektrische ZnO-Dünnfilmschicht 163 naßgeätzt, um ein vorbestimmtes Muster mit einer Außenumfangskante zu haben, die der Außenumfangskante der Cr-Elek trodenhaftschicht 161 und der Außenumfangskante der unteren Elektrodenschicht 162 mit Ausnahme eines Öffnungsabschnitts entsprach, der zum Herausführen einer Kopplungselektrode erforderlich ist. Dann wurde eine obere Elektrodenschicht 164 aus Au auf dem piezoelektrischen ZnO-Dünnfilm 163 gebildet. Die obere Elektrodenschicht 164 wird durch das Abhebeverfahren in einer vorbestimmten Form gemustert, so daß ihre Außenumfangskante stärker nach innen als die Innenumfangskante der Cr-Kontaktelektrodenschicht 161 liegt (siehe 21). Die Bildung des Au-Films erfolgte mit Hilfe des GS-Magnetronsputterverfahrens unter der Bedingung, daß Ar als Sputtergas zum Einsatz kam und die Substrattemperatur auf Raumtemperatur eingestellt war. Die Dicke des Au-Films wurde auf 100 nm eingestellt.
  • Im Anschluß daran wurde ein kleines Loch, das die obere Elektrodenschicht 164, die piezoelektrische Dünnfilmschicht 163 und die untere Elektrodenschicht 162 durchdringt, durch RIE (reaktives Ionenätzen) so gebildet, daß es sich vom Umfangsabschnitt der oberen Elektrodenschicht 164 nach unten erstreckte, und es wurde mit verdünnter H2O:HF-Lösung geätzt, um die PSG-Opferschicht 55 zu entfernen, wodurch eine Struktur gebildet wurde, bei der die Schichtstruktur 60 aus Cr/Au/ ZnO/Au über der Vertiefung 52 gemäß 20 hing. Ein Abschälversuch mit Klebeband wurde an der so erreichten Schichtstruktur 60 durchgeführt, und kein Abschälen wurde zwischen der Schichtstruktur 60 und dem Substrat beobachtet.
  • Ferner wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse an der so erreichten piezoelektrischen ZnO-Dünnfilmschicht 163 durchgeführt, wobei die c-Achse des Films in einem Winkel von 88,6 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Die Orientierung wurde auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite (FWHM) des Maximums von (0002) 2,3 Grad betrug und ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Für den so erreichten akustischen Dünnfilmvolumenresonator gemäß 20 und 21 wurden ferner die Impedanzkennwerte zwischen der oberen Elektrodenschicht 164 und unteren Elektrodenschicht 162 sowie Elektrodenhaftschicht 161 mit Hilfe der Mikrowellensonde gemessen, die Resonanzfrequenz fr und Antiresonanzfrequenz fa wurden gemessen, und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 wurde auf der Grundlage dieser Werte berechnet. In diesem Fall wurden keine "Störungen" angeregt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt2 betrug 5,5 %, und der akustische Gütefaktor betrug 1145. Der Aufbau und die Haftfestigkeit des im Beispiel 7 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • BEISPIEL 8
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde wie im Beispiel 7 mit der Ausnahme hergestellt, daß Ti anstelle von Cr für die Elektrodenhaftschicht 161 verwendet wurde. Die Bildung des Ti-Films erfolgte durch das GS-Magnetronsputterverfahren unter der Bedingung, daß Ar als Sputtergas zum Einsatz kam und die Substrattemperatur auf die Raumtemperatur eingestellt war. Die Dicke des Ti-Films betrug 20 nm. Die Oberflächenrauheit der piezoelektrischen ZnO-Dünnfilmschicht 163 wurde untersucht, wobei die Effektivvariation der Höhe 9 nm betrug. Der Abschälversuch mit einem Klebeband wurde durchgeführt, wobei kein Abschälen zwischen dem Substrat und der Schichtstruktur 60 beobachtet wurde. Ferner wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse der piezoelektrischen ZnO-Dünnfilmschicht 163 in einem Winkel von 89,2 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Zudem wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 2,1 Grad betrug und ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Im so erreichten akustischen Dünnfilmvolumenresonator war keine "Stör"-Anregung vorhanden, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 5,9 %, und der akustische Gütefaktor betrug 772. Der Aufbau und die Haftfestigkeit des im Beispiel 8 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • BEISPIEL 9
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde wie im Beispiel 7 mit der Ausnahme hergestellt, daß anstelle von Au Pt für die untere Elektrodenschicht 162 und obere Elektrodenschicht 164 verwendet wurde und die Dicke der Cr-Elektroden haftschicht 161 60 nm betrug. Die Bildung des Pt-Films erfolgte durch das GS-Magnetronsputterverfahren unter der Bedingung, daß Pt als Sputtertarget verwendet wurde, Ar als Sputtergas zum Einsatz kam und die Substrattemperatur auf die Raumtemperatur eingestellt war. Die Filmdicke des Pt-Films wurde auf 100 nm eingestellt. Die Oberflächenrauheit der piezoelektrischen ZnO-Dünnfilmschicht 163 wurde untersucht, wobei die Effektivvariation der Höhe 6 nm betrug. Ferner wurde der Abschälversuch mit einem Klebeband durchgeführt, wobei kein Abschälen zwischen dem Substrat und der Schichtstruktur 60 beobachtet wurde. Weiterhin wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse der piezoelektrischen ZnO-Dünnfilmschicht 163 in einem Winkel von 88,8 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 2,5 Grad betrug und somit ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Im so erreichten akustischen Dünnfilmvolumenresonator war keine "Stör"-Anregung vorhanden, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 5,2 %, und der akustische Gütefaktor betrug 898. Der Aufbau und die Haftfestigkeit des im Beispiel 9 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • BEISPIEL 10
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde wie im Beispiel 7 mit der Ausnahme hergestellt, daß anstelle von Cr Ni für die Elektrodenhaftschicht 161 verwendet und deren ebene Fläche S1 auf 15000 μm2 vergrößert wurde und daß das Verhältnis S1/S2 (S2: ebene Fläche der unteren Elektrode 162) auf 0,55 eingestellt war. Die Bildung des Ni-Films erfolgte durch das GS-Magnetronsputterverfahren unter der Bedingung, daß Ni als Sputtertarget verwendet wurde, Ar als Sputtergas zum Einsatz kam und die Substrattemperatur auf die Raumtemperatur eingestellt war. Die Dicke des Ni-Films wurde auf 50 nm eingestellt. Die Oberflächenrauheit der piezoelektrischen ZnO-Dünnfilmschicht 163 wurde untersucht, wobei die Effektivvariation der Höhe 11 nm betrug. Ferner wurde der Abschälversuch mit einem Klebeband durchgeführt, wobei kein Abschälen zwischen dem Substrat und der Schichtstruktur 60 beobachtet wurde. Weiterhin wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse der piezoelektrischen ZnO-Dünnfilmschicht 163 in einem Winkel von 89,0 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 2,9 Grad betrug und somit ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Im so erreichten akustischen Dünnfilmvolumenresonator war keine "Stör"-Anregung vorhanden, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 4,8 %, und der akustische Gütefaktor betrug 707. Der Aufbau und die Haftfestigkeit des im Beispiel 10 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • BEISPIEL 11
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde wie im Beispiel 8 mit der Ausnahme hergestellt, daß anstelle von Au Pt für die untere Elektrodenschicht 162 und obere Elektrodenschicht 164 verwendet wurde, anstelle von ZnO AlN für die piezoelektrische Dünnfilmschicht 163 verwendet wurde und die ebene Fläche S1 der Ti-Elektrodenhaftschicht 161 auf 4000 μm2 eingestellt war und deren Dicke 30 nm betrug. Die Bildung des Pt-Films erfolgte wie im Beispiel 9. Die Bildung des AlN-Films erfolgte durch das HF-Magnetronsputterverfahren unter der Bedingung, daß Al als Sputtertarget verwendet wurde, Ar-N2-Mischgas (Ar:N2 = 1:1) als Sputtergas zum Einsatz kam und die Substrattemperatur auf 400 °C eingestellt war. Die Dicke des AlN-Films wurde auf 1,4 μm eingestellt. Die Oberflächenrauheit des so erreichten AlN-Films wurde untersucht, wobei die Effektivvariation der Höhe 7 nm betrug. Ferner wurde der Abschälversuch mit einem Klebeband durchgeführt, wobei kein Abschälen zwischen dem Substrat und der Schichtstruktur 60 beobachtet wurde. Weiterhin wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse der piezoelektrischen AlN-Dünnfilmschicht 163 in einem Winkel von 90,0 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 2,7 Grad betrug und dadurch ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Im so erreichten akustischen Dünnfilmvolumenresonator war keine "Stör"-Anregung vorhanden, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 6,4 %, und der akustische Gütefaktor betrug 984. Der Aufbau und die Haftfestigkeit des im Beispiel 11 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • BEISPIEL 12
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde wie im Beispiel 11 mit der Ausnahme hergestellt, daß Cr für die Elektrodenhaftschicht 161 verwendet wurde, Mo für die obere und untere Elektrodenschicht 162, 164 diente, die ebene Fläche S1 der Cr-Elektrodenhaftschicht 161 auf 5000 μm2 eingestellt wurde und ihre Dicke auf 40 nm eingestellt wurde. Die Oberflächenrauheit des so erreichten AlN-Films wurde untersucht, wobei die Effektivvariation der Höhe 5 nm betrug. Ferner wurde der Abschälversuch mit einem Klebeband durchgeführt, wobei kein Abschälen zwischen dem Substrat und der Schichtstruktur 60 beobachtet wurde. Weiterhin wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse der piezoelektrischen AlN-Dünnfilmschicht 163 in einem Winkel von 89,8 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 2,9 Grad betrug und somit ausgezeichnete Orientierung vorlag.
  • Im so erreichten akustischen Dünnfilmvolumenresonator war keine "Stör"-Anregung vorhanden, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 6,1 %, und der akustische Gütefaktor betrug 1140. Der Aufbau und die Haftfestigkeit des im Beispiel 12 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 4
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde wie im Beispiel 7 mit der Ausnahme hergestellt, daß PSG auf die Struktur abgeschieden wurde, bei der eine Vertiefung 52 auf einem Substrat mit dem Si-Wafer 51 und einer SiO2-Schicht 53 gebildet war, die Oberfläche der so gebildeten PSG-Schicht poliert wurde, um einen Abschnitt der PSG-Schicht im Bereich außerhalb der Vertiefung 52 zu entfernen, die Oberfläche der PSG-Schicht im Bereich der Vertiefung 52 behandelt wurde, um eine solche Oberflächenrauheit zu haben, daß die Effektivvariation der Höhe 38 nm betrug, ein Cr-Film und ein Au-Film auf der PSG-Schicht gebildet wurden und diese Filme im gleichen Muster gemustert wurden, um die Struktur zu erreichen, bei der die Elektrodenhaftschicht 161 mit der gesamten Oberfläche der unteren Elektrodenschicht 162 verbunden war.
  • Die Oberflächenrauheit des so erreichten ZnO-Films wurde untersucht, wobei die Effektivvariation der Höhe 30 nm betrug. Ferner wurde der Abschälversuch mit einem Klebeband durchgeführt, wobei kein Abschälen zwischen dem Substrat und der Schichtstruktur 60 beobachtet wurde. Weiterhin wurde die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse durchgeführt, wobei die c-Achse der piezoelektrischen ZnO-Dünnfilmschicht 163 in einem Winkel von 87,5 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Ferner wurde die Orientierung auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 4,8 Grad betrug, was darauf verwies, daß die Orientierung gegenüber der von Beispiel 7 um 2,5 Grad verschlechtert war.
  • Im so erreichten akustischen Dünnfilmvolumenresonator wurden "Störungen" angeregt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 2,5 %, und der akustische Gütefaktor betrug 404. Der Aufbau und die Haftfestigkeit des im Vergleichsbeispiel 4 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 5
  • Ein akustischer Dünnfilmvolumenresonator wurde wie im Vergleichsbeispiel 4 mit der Ausnahme hergestellt, daß keine Elektrodenhaftschicht 161 vorgesehen war. Jedoch wurde die Oberfläche der PSG-Schicht im Bereich der Vertiefung 52 so behandelt, daß die Effektivvariation der Höhe 33 nm betrug.
  • Die Oberflächenrauheit des so erreichten ZnO-Films wurde untersucht, wobei die Effektivvariation der Höhe 23 nm betrug. Die Dünnfilm-Röntgenbeugungsanalyse wurde durchgeführt, wobei die c-Achse der piezoelektrischen ZnO-Dünnfilmschicht 163 in einem Winkel von 88,4 Grad zur Filmoberfläche geneigt war. Die Orientierung wurde auf der Grundlage der Schaukelkurve untersucht, wobei die Halbwertsbreite des Maximums 4,2 Grad betrug. Ferner wurde im Abschälversuch mit einem Klebeband Abschälen zwischen dem Substrat und der Schichtstruktur 60 beobachtet.
  • Im so erreichten akustischen Dünnfilmvolumenresonator wurden "Störungen" angeregt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2 betrug 3,2 %, und der akustische Gütefaktor betrug 446. Der Aufbau und die Haftfestigkeit des im Vergleichsbeispiel 5 erreichten FBAR und seine Kennwerte als akustischer Resonator sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • BEISPIELE 13 bis 15
  • Piezoelektrische Dünnfilmresonatoren mit jeweils der Struktur gemäß 22 und 23 wurden wie folgt hergestellt:
    Eine Siliciumoxid- (SiO2) Schicht mit 0,3 bis 0,6 μm Dicke wurde jeweils auf der Oberseite und Unterseite eines (100)-Si-Substrats 112 mit 250 μm Dicke durch das thermische Oxidationsverfahren gebildet. Die SiO2-Schicht auf der Oberseite diente als Isolierschicht 13. Ferner wurde die SiO2-Schicht auf der Unterseite so behandelt, daß sie ein Maskenmuster zur Bildung eines Durchgangslochs für das Substrat 112 gemäß der späteren Beschreibung hatte.
  • Eine 0,1 μm dicke Mo-Schicht wurde auf der Oberfläche der Isolierschicht 13 durch das GS-Magnetronsputterverfahren gebildet und durch die Photolithographietechnik gemustert, um so eine untere Elektrode 15 zu bilden. Der Hauptkörperabschnitt 15a der unteren Elektrode 15 war in einer annähernd rechtwinkligen Form so gestaltet, daß er eine ebene Größe von 140 × 160 μm hatte. Weiterhin wurde ein 1,3 bis 2,0 μm dicker AlN-Dünnfilm, dessen Kristallfläche in der C-Achse orientiert war, auf der unteren Mo-Elektrode 15 gebildet. Die Bildung des AlN-Dünnfilms erfolgte durch das reaktive HF-Magnetronsputterverfahren. Der AlN-Dünnfilm wurde durch eine Naßätzbehandlung mit erwärmter Phosphorsäure in einer vorbestimmten Form gemustert, um einen piezoelektrischen Film 16 zu bilden. Anschließend wurde eine obere Elektrode 17 aus Mo mit 0,1 μm Dicke durch das GS-Magnetronsputterverfahren und das Abhebeverfahren gebildet. Der Hauptkörperabschnitt 17a der oberen Elektrode war in einer annähernd rechtwinkligen Form mit einer ebenen Größe von 140 × 160 μm gestaltet und an der Position angeordnet, die dem Hauptkörperabschnitt 15a der unteren Elektrode entsprach.
  • Anschließend wurde die Seite dieser erreichten Struktur mit der oberen und unteren Elektrode 15, 17 und dem piezoelektrischen Film 16 mit PMMA-Harz beschichtet, und der Abschnitt des Si-Substrats 112, der dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht, wurde mit KOH-Wasser-Lösung weggeätzt, indem als Maske die gemusterte SiO2-Schicht verwendet wurde, die auf der Unterseite des Si-Substrats 112 gebildet war, wodurch ein als Hohlraum dienendes Durchgangsloch 120 gebildet wurde. Die Größe der Öffnung des auf der Oberseite des Si-Substrats 112 gebildeten Durchgangslochs (die ebene Größe des Schwingungsabschnitts 121) war auf 200 × 200 μm eingestellt.
  • Für die im o. g. Verfahren erreichten piezoelektrischen Dünnfilmresonatoren (FBARs) wurde die Impedanz zwischen den Elektrodenanschlüssen 15b, 17b des piezoelektrischen Dünnfilmresonators mit Hilfe einer von Cascade Microtech Incorporated Company hergestellten Mikrowellensonde und eines Netzanalysators gemessen, und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt2, der Frequenz-Temperatur-Kennwert τf und der akustische Gütefaktor Q wurden aufgrund der Meßwerte der Resonanzfrequenz fr und Antiresonanzfrequenz fa bestimmt. Die Grundfrequenz, der elektromechanische Kopplungskoeffizient ktz, der Frequenz-Temperatur-Kennwert τf und der akustische Gütefaktor Q der Dickenschwingung des erreichten piezoelektrischen Dünnfilmresonators sind in Tabelle 3 aufgeführt.
  • BEISPIELE 16 bis 18
  • Piezoelektrische Dünnfilmresonatoren mit jeweils der Struktur gemäß 24 und 25 wurden wie folgt hergestellt:
    Das gleiche Verfahren wie in den Beispielen 13 bis 15 wurde mit der Ausnahme durchgeführt, daß nach Bildung der oberen Elektrode 17 und vor Bildung des Durchgangslochs 120 eine 0,1 bis 0,3 μm dicke SiO2-Schicht auf der oberen Elektrode 17 durch das HF-Magnetronsputterverfahren gebildet und in Übereinstimmung mit dem Schwingungsabschnitt 121 gemustert wurde, um eine obere Isolierschicht 18 zu bilden, und daß ferner die Dicke der unteren Isolierschicht 13 und die Dicke des piezoelektrischen Films 16 gemäß Tabelle 3 eingestellt wurden.
  • Für die im o. g. Verfahren erreichten piezoelektrischen Dünnfilmresonatoren (FBARs) wurden die Grundfrequenz der Dickenschwingung, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2, der Frequenz-Temperatur-Kennwert τf und der akustische Gütefaktor Q wie in den Beispielen 13 bis 15 bestimmt, und diese Daten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
  • BEISPIELE 19 bis 22
  • Piezoelektrische Dünnfilmresonatoren mit jeweils der Struktur gemäß 26 und 27 und piezoelektrische Dünnfilmresonatoren mit jeweils der Struktur gemäß 28 und 29 wurden wie folgt hergestellt:
    Das gleiche Verfahren (für die Beispiele 19, 20) wie in den Beispielen 13 bis 15 und das gleiche Verfahren (für die Beispiele 21, 22) wie in den Beispielen 16 bis 18 wurden mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Dicke des piezoelektrischen Films 16 gemäß Tabelle 3 eingestellt wurde und daß ferner die Form und Größe der oberen und unteren Elektrode 15, 17 abwichen. Die untere Elektrode 15 war in einer rechtwinkligen Form mit einer ebenen Größe von 150 × 300 μm gestaltet, die sich so erstreckte, daß sie die Fläche enthielt, die dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht, und die obere Elektrode 17 war so gestaltet, daß Hauptkörperabschnitte 17Aa, 17Ba mit einer annähernd rechtwinkligen Form von 70 × 90 μm ebene Größe so angeordnet waren, daß sie einen Abstand von 20 μm voneinander hatten.
  • Für die im o. g. Verfahren erreichten piezoelektrischen Dünnfilmresonatoren (FBARs) wurden die Grundfrequenz der Dickenschwingung, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2, der Frequenz-Temperatur-Kennwert τf und der akustische Gütefaktor Q wie in den Beispielen 13 bis 15 und in den Beispielen 16 bis 18 bestimmt, und diese Daten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
  • BEISPIELE 23 bis 25
  • Piezoelektrische Dünnfilmresonatoren mit jeweils der Struktur gemäß 22 und 23 und piezoelektrische Dünnfilmresonatoren mit jeweils der Struktur gemäß 24 und 25 wurden wie folgt hergestellt:
    Das gleiche Verfahren (für die Beispiele 23, 24) wie im Beispiel 13 und das gleiche Verfahren (für das Beispiele 25) wie im Beispielen 16 wurden mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Dicke des piezoelektrischen Films 16 und die Dicke der oberen und unteren Isolierschicht 13, 18 gemäß Tabelle 3 eingestellt wurden.
  • Für die im o. g. Verfahren erreichten piezoelektrischen Dünnfilmresonatoren (FBARs) wurden die Grundfrequenz der Dickenschwingung, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2, der Frequenz-Temperatur-Kennwert τf und der akustische Gütefaktor Q wie im Beispielen 13 und Beispiel 16 bestimmt, und diese Daten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
  • VERGLEICHSBEISPIELE 6 und 7
  • Das gleiche Verfahren wie im Beispiel 13 wurde mit der Ausnahme durchgeführt, daß anstelle von Mo Aluminium (Al) als Material der oberen und unteren Elektrodenschicht verwendet wurde und die Dicke der piezoelektrischen Schicht und die Dicke der Isolierschicht 13 gemäß Tabelle 3 eingestellt wurden.
  • Für die im o. g. Verfahren erreichten piezoelektrischen Dünnfilmresonatoren (FBARs) wurden die Grundfrequenz der Dickenschwingung, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2, der Frequenz-Temperatur-Kennwert τf und der akustische Gütefaktor Q wie im Beispielen 13 bestimmt, und diese Daten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 8
  • sDas gleiche Verfahren wie im Beispiel 13 wurde mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Isolierschicht 13 nur außerhalb des Bereichs belassen wurde, der dem Schwingungsabschnitt 121 entspricht.
  • Für die im o. g. Verfahren erreichten piezoelektrischen Dünnfilmresonatoren (FBARs) wurden die Grundfrequenz der Dickenschwingung, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2, der Frequenz-Temperatur-Kennwert τf und der akustische Gütefaktor Q wie im Beispielen 13 bestimmt, und diese Daten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
  • VERGLEICHSBEISPIELE 9 und 10
  • Das gleiche Verfahren wie im Beispiel 13 wurde mit der Ausnahme durchgeführt, daß anstelle von AlN Zinkoxid (ZnO) als Material des piezoelektrischen Films 16 verwendet wurde und die Dicke des piezoelektrischen Films 16 und die Dicke der Isolierschicht 13 gemäß Tabelle 3 eingestellt wurden.
  • Für die im o. g. Verfahren erreichten piezoelektrischen Dünnfilmresonatoren (FBARs) wurden die Grundfrequenz der Dickenschwingung, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kt 2, der Frequenz-Temperatur-Kennwert τf und der akustische Gütefaktor Q wie im Beispielen 13 bestimmt, und diese Daten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
  • Anhand der zuvor beschriebenen Ergebnisse läßt sich der piezoelektrische Dünnfilmresonator mit ausgezeichneter Temperaturstabilität der Resonanzfrequenz unter Wahrung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und akustischen Gütefaktors erreichen, indem der piezoelektrischen Stapelstruktur die Isolierschicht zugefügt und mit ihr verbunden wird, die hauptsächlich aus Siliciumoxid gebildet ist, das einen Temperaturkoeffizient hat, dessen Vorzeichen sich von dem der Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts unterscheidet, der einen Teil der piezoelektrischen Stapelstruktur mit den hauptsächlich aus Molybdän gebildeten Elektroden und dem hauptsächlich aus Aluminiumnitrid gebildeten piezoelektrischen Film enthält. Insbesondere bei der Anwendung des piezoelektrischen Dünnfilmresonators auf einen VCO, ein Filter oder einen Sende-/Empfangsduplexer in einem Hochfrequenzband von 1 GHz oder darüber läßt sich seine Leistung erheblich verbessern.
    Figure 00690001
    Figure 00700001
    Figure 00710001
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Wie zuvor beschrieben, ist erfindungsgemäß die erste Elektrode direkt oder über die Isolierschicht auf der Oberfläche der Opferschicht gebildet, die auf atomarer Ebene glatt ist, so daß die Effektivvariation der Höhe höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm beträgt, wodurch die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche der ersten Elektrode auf höchstens 25 nm, vorzugsweise höchstens 20 nm eingestellt ist, und die piezoelektrische Schicht ist auf der Oberfläche der ersten Elektrode gebildet. Daher ist die Kristallinität der ersten Elektrode verbessert, weshalb sich die Orientierung und Kristallqualität der piezoelektrischen Schicht erheblich verbessern lassen. Folglich kann ein akustischer Hochleistungs-Dünnfilmvolumenresonator bereitgestellt werden, der einen ausgezeichneten elektromechanischen Kopplungskoeffizient und akustischen Gütefaktor hat.
  • Wie zuvor beschrieben, ist erfindungsgemäß ferner die Elektrodenhaftschicht zwischen der unteren Elektrodenschicht und dem Substrat vorgesehen, und die Elektrodenhaftschicht ist mit dem Substrat um die im Substrat gebildete Vertiefung verbunden. Daher kann das Auftreten von Schwingung in Querrichtung im akustischen Dünnfilmvolumenresonator unterdrückt werden und es läßt sich verhindern, daß zusätzliche "Störungen" der Schwingung des akustischen Dünnfilmresonators überlagert werden, so daß der Resonanzkennwert und Gütefaktor des akustischen Dünnfilmvolumenresonators und Filters verbessert sein können. Zudem ist keine Elektrodenhaftschicht auf der Unterseite des Mittelabschnitts der unteren Elektrodenschicht (d. h. dem von der Elektrodenhaftschicht umgebenen Innenabschnitt) vorhanden, so daß der Mittelabschnitt der unteren Elektrodenschicht auf der Oberfläche der Opferschicht gebildet sein kann, die eine extrem hohe Glätte hat, weshalb die Orientierung und Kristallinität erhöht sein können. Somit kann die piezoelektrische Dünnfilmschicht mit ausgezeichneter Kristallinität und Orientierung gebildet sein, und es kann der akustische Hochleistungs-Dünnfilmvolumenresonator mit ausgezeichnetem elektromechanischem Kopplungskoeffizient und akustischem Gütefaktor (Q-Wert) bereitgestellt werden. Weiterhin kann durch Verwendung der Elektrodenhaftschicht das Haftvermögen (die Haftfestigkeit) zwischen der unteren Elektrodenschicht und dem Substrat erhöht sein, so daß sich der Bereich der für die unteren Elektrodenschichten selektiv verfügbaren Materialien erweitern läßt und die Haltbarkeit des akustischen Dünnfilmvolumenresonators verbessert werden kann, um seine Lebensdauer zu verlängern.
  • Wie zuvor beschrieben, werden gemäß dem piezoelektrischen Dünnfilmresonator der Erfindung die hauptsächlich aus Molybdän gebildeten Elektroden, der hauptsächlich aus Aluminiumnitrid gebildete piezoelektrische Film und die hauptsächlich aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid gebildete Isolierschicht in Kombination verwendet, so daß der elektromechanische Kopplungskoeffizient, der akustische Gütefaktor (Q-Wert) und der Frequenz-Temperatur-Kennwert verbessert sein können.
  • Zusammenfassung
  • Eine Vertiefung (52) ist in einem Substrat gebildet, das einen Siliciumwafer (51) aufweist, bei dem auf einer Oberfläche eine Siliciumoxid-Dünnschicht (53) gebildet ist. Eine Schichtstruktur (60) mit einer piezoelektrischen Schicht (62) und einer unteren und einer oberen Elektrode (61, 63), die mit beiden Oberflächen der piezoelektrischen Schicht verbunden sind, ist so angeordnet, daß sie die Vertiefung (52) überspannt. Die Oberseite der unteren Elektrode (61) und die Unterseite der piezoelektrischen Schicht (62), die mit der Oberseite der unteren Elektrode verbunden ist, sind so behandelt, daß die Effektivvariation ihrer Höhe höchstens 25 nm beträgt. Die Dicke der unteren Elektrode (61) ist auf höchstens 150 nm eingestellt. Gemäß einer solchen Struktur ist ein akustischer Hochleistungs-Dünnfilmvolumenresonator bereitgestellt, der einen ausgezeichneten elektromechanischen Kopplungskoeffizient und akustischen Gütefaktor hat.

Claims (51)

  1. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator mit: einer piezoelektrischen Schicht; einer ersten Elektrode, die mit einer ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist; und einer zweiten Elektrode, die mit einer zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist, die auf der Gegenseite zur ersten Oberfläche liegt, wobei die Effektivvariation der Höhe der ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht höchstens 25 nm beträgt.
  2. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 1, wobei die Effektivvariation der Höhe der ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht höchstens 20 nm beträgt.
  3. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 1, wobei die Effektivvariation der Höhe der zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht auf höchstens 5 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt ist.
  4. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 1, wobei eine Welligkeitshöhe einer Oberfläche der zweiten Elektrode auf höchstens 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt ist.
  5. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode einen Mittelabschnitt und einen Außenumfangsabschnitt mit einer größeren Dicke als der Mittelabschnitt hat.
  6. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 5, wobei der Außenumfangsabschnitt in einer Rahmenform so angeordnet ist, daß er den Mittelabschnitt umgibt.
  7. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 5, wobei die zweite Elektrode so gestaltet ist, daß die Dickenvariation des Mittelabschnitts auf höchstens 1 % der Dicke des Mittelabschnitts eingestellt ist.
  8. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 5, wobei die Dicke des Außenumfangsabschnitts auf mindestens das 1,1-fache der Höhe des Mittelabschnitts eingestellt ist.
  9. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 5, wobei der Außenumfangsabschnitt innerhalb einer Fläche liegt, die sich von einer Außenkante der zweiten Elektrode über eine Entfernung von 40 μm nach innen erstreckt.
  10. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 5, wobei die Welligkeitshöhe einer Oberfläche des Mittelabschnitts auf höchstens 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt ist.
  11. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 1, wobei eine Schichtstruktur mit der piezoelektrischen Schicht, der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode an einem Kantenabschnitt von ihr durch das Substrat so abgestützt ist, daß sie eine Vertiefung überspannt, die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist.
  12. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 11, wobei eine Isolierschicht auf der Oberfläche des Substrats so gebildet ist, daß sie den Vertiefungsabschnitt überspannt, und die Schichtstruktur auf der Isolierschicht gebildet ist.
  13. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator mit: einer piezoelektrischen Schicht; einer ersten Elektrode, die mit einer ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist; und einer zweiten Elektrode, die mit einer zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist, die auf der Gegenseite zur ersten Oberfläche liegt, wobei eine Oberfläche der ersten Elektrode, die zur piezoelektrischen Schicht weist, eine Effektivvariation ihrer Höhe hat, die höchstens 25 nm beträgt.
  14. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 13, wobei die Oberfläche der ersten Elektrode, die zur piezoelektrischen Schicht weist, die Effektivvariation von höchstens 20 nm hat.
  15. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 13, wobei die Effektivvariation der Höhe der zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht auf höchstens 5 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt ist.
  16. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 13, wobei eine Welligkeitshöhe einer Oberfläche der zweiten Elektrode auf höchstens 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt ist.
  17. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 13, wobei die zweite Elektrode einen Mittelabschnitt und einen Außenumfangsabschnitt mit einer größeren Dicke als der Mittelabschnitt hat.
  18. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 17, wobei der Außenumfangsabschnitt in einer Rahmenform so angeordnet ist, daß er den Mittelabschnitt umgibt.
  19. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 17, wobei die zweite Elektrode so gestaltet ist, daß die Dickenvariation des Mittelabschnitts auf höchstens 1 % der Dicke des Mittelabschnitts eingestellt ist.
  20. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 17, wobei die Dicke des Außenumfangsabschnitts auf mindestens das 1,1-fache der Höhe des Mittelabschnitts eingestellt ist.
  21. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 17, wobei der Außenumfangsabschnitt innerhalb einer Fläche liegt, die sich von einer Außenkante der zweiten Elektrode über eine Entfernung von 40 μm nach innen erstreckt.
  22. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 17, wobei die Welligkeitshöhe einer Oberfläche des Mittelabschnitts auf höchstens 25 % der Dicke der piezoelektrischen Schicht eingestellt ist.
  23. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 13, wobei eine Schichtstruktur mit der piezoelektrischen Schicht, der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode an einem Kantenabschnitt von ihr durch das Substrat so abgestützt ist, daß sie eine Vertiefung überspannt, die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist.
  24. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 23, wobei eine Isolierschicht auf der Oberfläche des Substrats so gebildet ist, daß sie den Vertiefungsabschnitt überspannt, und die Schichtstruktur auf der Isolierschicht gebildet ist.
  25. Verfahren zur Herstellung eines akustischen Dünnfilmvolumenresonators mit einer piezoelektrischen Schicht, einer ersten Elektrode, die mit einer ersten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist, und einer zweiten Elektrode, die mit einer zweiten Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verbunden ist, die auf der Gegenseite zur ersten Oberfläche liegt, mit den folgenden Schritten: Bilden einer Vertiefung auf einer Oberfläche eines Substrats; Füllen der Vertiefung mit einer Opferschicht; Polieren einer Oberfläche der Opferschicht, so daß die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche der Opferschicht höchstens 25 nm beträgt; Bilden der ersten Elektrode über einer Teilfläche der Oberfläche der Opferschicht und einer Teilfläche der Oberfläche des Substrats; Bilden der piezoelektrischen Schicht auf der ersten Elektrode; Bilden der zweiten Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht; und Entfernen der Opferschicht aus dem Inneren der Vertiefung durch Ätzen.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Oberfläche der Opferschicht so poliert wird, daß die Effektivvariation der Höhe der Oberfläche der Opferschicht höchstens 20 nm beträgt.
  27. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die erste Elektrode in einer Dicke von höchstens 150 nm gebildet und die Effektivvariation der Höhe einer Oberseite der ersten Elektrode auf höchstens 25 nm eingestellt wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Effektivvariation der Höhe der Oberseite der ersten Elektrode auf höchstens 20 nm eingestellt wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 25, wobei eine Isolierschicht gebildet wird, bevor die erste Elektrode auf der Opferschicht gebildet wird.
  30. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator mit: einem Substrat; und einer Schichtstruktur, die auf dem Substrat angeordnet ist und eine piezoelektrische Dünnfilmschicht, eine untere Elektrodenschicht auf der Substratseite und eine mit der unteren Elektrodenschicht gepaarte obere Elektrodenschicht hat, die so gestapelt sind, daß die piezoelektrische Dünnfilmschicht zwischen der unteren Elektrodenschicht und der oberen Elektrodenschicht eingefügt ist, wobei die Schichtstruktur eine Elektrodenhaftschicht hat, die zwischen der unteren Elektrodenschicht und dem Substrat liegt und mit der unteren Elektrodenschicht verbunden ist, und die Elektrodenhaftschicht mit dem Substrat um eine Vertiefung verbunden ist, die auf dem Substrat gebildet ist, um Schwingung der Schichtstruktur zu ermöglichen.
  31. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 30, wobei die Elektrodenhaftschicht in einer Ringform gebildet ist.
  32. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 30, wobei bei Darstellung einer ebenen Fläche eines Abschnitts der Elektrodenhaftschicht, der mit der unteren Elektrodenschicht in Kontakt gebracht ist, durch S1 und bei Darstellung einer ebenen Fläche der unteren Elektrodenschicht durch S2 die Beziehung 0,01 × S2 ≤ S1 ≤ 0, 5 × S2 erfüllt ist.
  33. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 30, wobei die obere Elektrodenschicht in einer Fläche liegt, die dem Inneren der Elektrodenhaftschicht entspricht.
  34. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 30, wobei die Elektrodenhaftschicht Material aufweist, das mindestens ein Material enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Ni und Ta besteht.
  35. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 30, wobei die untere Elektrodenschicht Material aufweist, das mindestens ein Material enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Au, Pt, W und Mo besteht.
  36. Akustischer Dünnfilmvolumenresonator nach Anspruch 30, wobei die piezoelektrische Dünnfilmschicht aus AlN oder ZnO gebildet ist.
  37. Verfahren zur Herstellung eines akustischen Dünnfilmvolumenresonators nach Anspruch 30 mit den folgenden Schritten: Bilden der Elektrodenhaftschicht auf der Oberfläche des Substrats mit der Vertiefung, so daß die Elektrodenhaftschicht um die Vertiefung liegt; Bilden einer Opferschicht auf der Oberfläche des Substrats, so daß die Opferschicht in einer Fläche liegt, die der Vertiefung entspricht, die im Inneren der Elektrodenhaftschicht liegt; Polieren einer Oberfläche der Opferschicht, so daß die Effektivvariation ihrer Höhe höchstens 25 nm beträgt; aufeinanderfolgendes Bilden der unteren Elektrodenschicht, der piezoelektrischen Dünnfilmschicht und der oberen Elektrodenschicht auf der Opferschicht und der Elektrodenhaftschicht; und anschließendes Entfernen der Opferschicht.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Oberfläche der Opferschicht so poliert wird, daß die Effektivvariation ihrer Höhe höchstens 20 nm beträgt.
  39. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Opferschicht gebildet wird durch Bilden einer Schicht aus Opfermaterial, so daß das Substrat und die Elektrodenhaftschicht durch die Schicht aus dem Opfermaterial bedeckt sind, und Polieren der Schicht aus dem Opfermaterial, so daß die Oberfläche der Elektrodenhaftschicht freiliegt.
  40. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Opferschicht durch Ätzen entfernt wird.
  41. Verfahren nach Anspruch 37, wobei Glas- oder Kunststoffmaterial für die Opferschicht verwendet wird.
  42. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator mit: einem Substrat; und einer auf dem Substrat gebildeten piezoelektrischen Stapelstruktur, in der ein Schwingungsabschnitt so aufgebaut ist, daß er einen Teil der piezoelektrischen Stapelstruktur enthält, die piezoelektrische Stapelstruktur durch Stapeln einer unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Films und einer oberen Elektrode in dieser Reihenfolge von der Substratseite gebildet ist und ein Hohlraum zum Ermöglichen von Schwingung des Schwingungsabschnitts im Substrat in einer Fläche gebildet ist, die dem Schwingungsabschnitt entspricht, wobei der piezoelektrische Film hauptsächlich aus Aluminiumnitrid gebildet ist, die untere Elektrode und die obere Elektrode hauptsächlich aus Molybdän gebildet sind und der Schwingungsabschnitt mindestens einen Teil mindestens einer hauptsächlich aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid gebildeten Isolierschicht enthält, die mit der piezoelektrischen Stapelstruktur verbunden ist.
  43. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator nach Anspruch 42, wobei die Dicke t des piezoelektrischen Films und die Gesamtdicke t' mindestens einer Isolierschicht die folgende Ungleichung erfüllen: 0,1 ≤ t'/t ≤ 0,5.
  44. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator nach Anspruch 42, wobei der Gehalt an Aluminiumnitrid im piezoelektrischen Film auf mindestens 90 Äquivalent-% eingestellt ist.
  45. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator nach Anspruch 42, wobei der Gehalt an Siliciumoxid oder Siliciumnitrid in der Isolierschicht auf mindestens 50 Äquivalent-% eingestellt ist.
  46. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator nach Anspruch 42, wobei der Gehalt an Molybdän in der unteren Elektrode und der oberen Elektrode jeweils auf mindestens 80 Atom-% eingestellt ist.
  47. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator nach Anspruch 42, wobei eine der mindestens einen Isolierschicht auf der Oberfläche des Substrats gebildet ist.
  48. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator nach Anspruch 42, wobei eine der mindestens einen Isolierschicht auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Stapelstruktur auf der Gegenseite zum Substrat gebildet ist.
  49. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator nach Anspruch 42, wobei das Substrat aus Siliciumeinkristall gebildet ist.
  50. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator nach Anspruch 42, wobei die obere Elektrode einen ersten Elektrodenabschnitt und einen zweiten Elektrodenabschnitt aufweist, die so gebildet sind, daß sie voneinander beabstandet sind.
  51. Piezoelektrischer Dünnfilmresonator nach Anspruch 42, wobei der elektromechanische Kopplungskoeffizient, der auf der Grundlage der Meßwerte der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz in der Umgebung von 2,0 GHz bestimmt wird, 4,0 bis 6,5 % beträgt, sein akustischer Gütefaktor 750 bis 2000 beträgt und der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz –20 bis 20 ppm/°C beträgt.
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