DE19537375C2 - SAW-Filter und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

SAW-Filter und Verfahren zu dessen Herstellung

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DE19537375C2 DE19537375A DE19537375A DE19537375C2 DE 19537375 C2 DE19537375 C2 DE 19537375C2 DE 19537375 A DE19537375 A DE 19537375A DE 19537375 A DE19537375 A DE 19537375A DE 19537375 C2 DE19537375 C2 DE 19537375C2
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Filter für akustische Oberflächenwellen (hiernach als SAW-Filter be­ zeichnet) und insbesondere auf Substanzen, Strukturen und Herstellungsverfahren für bzw. von SAW-Filter-Elektroden, welche an einer Schnittstelle zwischen einem Substrat und einer piezoelektrischen Schicht angeordnet sind und nicht die Kristallstruktur der piezoelektrischen Schicht beeinträchtigen.
Fig. 7(a) und 7(b) zeigen Querschnittsansichten, welche SAW-Filter nach dem z. B. aus der DE 33 08 365 A1 bekannten Stand der Technik veranschaulichen. Entsprechend dieser Figuren bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Substrat, welches eine Substanz wie α-Al2O3 enthält bzw. daraus besteht, die eine hohe Fort­ pflanzungsgeschwindigkeit für oszillierende Wellen vor­ sieht. Bei der in Fig. 7(a) dargestellten Struktur ist eine piezoelektrische Schicht, welche ZnO oder AlN ent­ hält bzw. daraus besteht, auf dem Substrat 1 angeordnet. Die piezoelektrische Schicht 2 ist auf dem Substrat 1 durch Vakuumaufdampfung oder Zerstäubung epitaxial aufge­ wachsen. Mehrfingerelektroden 3W und 3E, welche eine leitfähige Substanz wie Al oder Au enthalten bzw. daraus bestehen, sind auf der piezoelektrischen Schicht 2 ange­ ordnet. Bei der in Fig. 7(b) dargestellten Struktur sind die Mehrfingerelektroden 3W und 3E auf der Oberfläche des Substrats 1 angeordnet, und eine piezoelektrische Schicht 2a, welche eine Orientierungsschicht enthält bzw. daraus besteht, bedeckt die Oberfläche des Substrats 1 ein­ schließlich der Mehrfingerelektroden 3W und 3E.
Fig. 7(c) zeigt eine Draufsicht auf den in Fig. 7(a) dargestellten SAW-Filter. Die Mehrfingerelektrode 3W ent­ hält ein Paar Doppelfingerelektroden 3w und 3w', und die Mehrfingerelektrode 3E enthält ein Paar Doppelfingerelek­ troden 3e und 3e'. Bezugszeichen d1 bezeichnet die Breite des Fingerteils der Mehrfingerelektrode, und Bezugszei­ chen d2 bezeichnet den Abstand zwischen benachbarten Fin­ gerteilen.
Ein Verfahren zum Herstellen des in Fig. 7(a) darge­ stellten SAW-Filters ist in Fig. 8(a)-8(f) veranschaulicht.
Zu Anfang läßt man wie in Fig. 8(a) dargestellt die piezoelektrische Schicht 2 auf dem Substrat 1 epitaxial aufwachsen, und danach wird wie in Fig. 8(b) veranschau­ licht ein Elektrodenmetall 3 wie Al oder Au auf die pie­ zoelektrische Schicht 2 durch Vakuumaufdampfung aufgetra­ gen.
Danach wird eine Abdeckung bzw. ein Resist 4 über der Elektrodenmetallschicht 3 aufgetragen (Fig. 8(c)) und strukturiert (Fig. 8(d)). Unter Verwendung des struktu­ rierten Resists 4a als Maske wird die Elektrodenmetall­ schicht 3 geätzt (Fig. 8(e)), worauf eine Entfernung des strukturierten Resists 4a folgt, wodurch die Mehrfingere­ lektroden 3W und 3E gebildet werden (Fig. 8(f)). Wenn entsprechend dem Schritt von Fig. 8(e) die piezoelektri­ sche Schicht 2 ein amphoteres Oxid enthält bzw. daraus besteht, sollte die Metallschicht 3 durch Trockenätzen wie Ionenstrahlätzen unter Verwendung von Ar-Gas geätzt werden.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Betriebs des SAW-Filters gegeben.
Wenn ein Hochfrequenzsignal an die Doppelfingerelek­ troden 3w und 3w' angelegt wird, tritt eine Oszillation mit einer im folgenden dargestellten Resonanzfrequenz f auf:
f = Vp/2(d1 + d2)
wobei Vp die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der oszil­ lierenden Welle, d1 die Breite jedes Fingerteils der Mehrfingerelektrode und d2 der Abstand zwischen benach­ barten Fingerteilen darstellen.
Infolge des Resonanzeffekts wird unter Verwendung des piezoelektrischen Verhaltens der piezoelektrischen Schicht 2 lediglich eine akustische Oberflächenwelle (SAW) erregt, welche die Resonanzfrequenz f besitzt. Die oszillierende Welle pflanzt sich über das Substrat 1 fort, welches bezüglich der oszillierenden Welle eine ho­ he Fortpflanzungsgeschwindigkeit vorsieht, und erreicht die Mehrfingerelektrode 3E. Die oszillierende Welle wird in ein elektrisches Signal durch die Elektroden 3e und 3e' der Mehrfingerelektrode 3E umgewandelt, wodurch le­ diglich das elektrische Signal ausgegeben wird, welches die erregte Frequenz f besitzt.
Um die Resonanzfrequenz f zu erhöhen, ist es nötig, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit Vp der SAW in dem Medi­ um zu erhöhen. Daher sollte das Medium eine Substanz sein, welche ein hinreichendes piezoelektrisches Vermögen aufweist, um das elektrische Signal in die SAW umzuwan­ deln und bezüglich der oszillierenden Welle eine hohe Fortpflanzungsgeschwindigkeit bereitstellen. Jedoch sind die Substanzen, welche ein derartiges Vermögen besitzen, Beschränkungen unterworfen. Daher ist bei dem in Fig. 7(a) dargestellten SAW-Filter nach dem Stand der Technik die monokristalline Schicht 2, welche ZnO oder AlN enthält bzw. daraus besteht und ein hinreichendes piezoelektrisches Vermögen besitzt, auf dem α-Al2O3- Substrat 1 aufgewachsen, welches kein piezoelektrisches Vermögen besitzt, jedoch bezüglich der oszillierenden Welle eine hohe Fortpflanzungsgeschwindigkeit (Vp) vorsieht, und die Mehrfingerelektroden 3W und 3E sind auf der piezoelektrischen monokristallinen Schicht 2 gebildet. Wie in Fig. 7(b) dargestellt, sind die Mehrfingerelektroden 3W und 3E abwechselnd auf dem α- Al2O3-Substrat 1 gebildet, und die Elektroden 3W und 3E sind in der piezoelektrischen Schicht 2a, welche eine Orientierungsschicht enthält bzw. daraus besteht, vergraben.
Da bei dem in Fig. 7(b) dargestellten SAW-Filter nach dem Stand der Technik die Mehrfingerelek­ troden 3W und 3E an der Schnittstelle zwischen der pie­ zoelektrischen Schicht 2a und dem Substrat 1 lokalisiert sind, kann die SAW sich von den Elektroden direkt auf das Substrat 1 fortpflanzen, welches das Fortpflanzungsmedium darstellt. Daher ist die Umwandlungseffizienz von dem elektrischen Signal auf die SAW groß, und der Übertra­ gungsverlust in dem Filter ist reduziert. Jedoch ist die Substanz der piezoelektrischen Schicht 2a Beschränkungen unterworfen. D. h., da ein piezoelektrisches Material ein besseres piezoelektrisches Vermögen besitzt, wenn deren Kristallinizität verbessert ist, wird eine monokristalli­ ne Schicht, welche auf dem Substrat 1 epitaxial aufge­ wachsen ist, als piezoelektrische Schicht 2a gewünscht. Wenn jedoch die piezoelektrische Schicht 2a epitaxial auf dem Substrat 1 aufgewachsen ist, ist die Kristallinizität dieser Schicht 2a infolge der Elektroden 3W und 3E auf dem Substrat 1 wesentlich herabgesetzt, und der pie­ zoelektrische Effekt ist wesentlich vermindert. Daher wird in der in Fig. 7(b) dargestellten Struktur lediglich eine Orientierungsschicht, welche ein geringes piezoelek­ trisches Vermögen besitzt, für die piezoelektrische Schicht 2a verwendet.
Demgegenüber oszilliert in der in Fig. 7(a) darge­ stellten Struktur, bei welcher die Elektroden 3W und 3E auf der epitaxial aufgewachsenen piezoelektrischen Schicht 2 angeordnet sind, die SAW hauptsächlich in Hori­ zontalrichtung entsprechend der Figur, jedoch weicht diese in Horizontalrichtung oszillierende SAW von der Ho­ rizontalrichtung ab, wenn sie sich durch die piezoelek­ trische Schicht 2 auf das Substrat 1 zu fortpflanzt, wor­ aus sich eine wesentliche Abschwächung der SAW ergibt. D. h. die Fortpflanzungseffizienz der SAW wird durch die piezoelektrische Schicht 2 reduziert.
Wenn bei dem in Fig. 8(a)-8(f) dargestellten Ver­ fahren zum Herstellen des SAW-Filters die Mehrfingerelek­ troden 3W und 3E gebildet werden, ist es schwierig, das Ätzen zu steuern, da die Ätzrate der piezoelektrischen Schicht 2 größer als die Ätzrate des Elektrodenmetalls 3 ist. Daher wird die Ätztechnik auf Trockenätzen wie Io­ nenstrahlätzen mit Ar-Gas beschränkt.
Aus der DE 33 08 365 A1 ist ein SAW-Filter gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen aus der DE 33 08 365 A1 bekannten SAW-Filter derart weiterzubilden, daß nicht die Kristallinizität einer monokristallinen piezoelektrischen Schicht an der Schnittstelle zwischen der piezoelektrischen Schicht und dem Substrat herabgesetzt wird. Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Filters vorzusehen.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält ein SAW-Filter eine auf einem Substrat epitaxial auf gewachsene piezoelektrische Halb­ leiterschicht und erste Elektroden, welche in der pie­ zoelektrischen Schicht an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht angeordnet sind, wobei die ersten Elektroden denselben Halbleiter wie die piezoelektrische Schicht enthalten bzw. daraus bestehen, welche epitaxial auf der Oberfläche des Substrats aufgewachsen und mit einer Dotierungsverunrei­ nigung dotiert sind. Daher können die Elektroden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektri­ schen Schicht angeordnet werden, ohne daß die Kristall­ orientierung der epitaxial aufgewachsenen piezoelektri­ schen Schicht in Unordnung gebracht wird.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der SAW-Filter des weiteren zwei Elektroden, welche in der piezoelektrischen Schicht angeordnet und von den ersten Elektroden getrennt sind, wobei die zweiten Elektroden denselben Halbleiter wie die piezoelektrische Schicht enthalten bzw. daraus bestehen und mit einer Dotierungsverunreinigung dotiert sind. Daher können die ersten Elektroden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht angeordnet sein, und die zweiten Elektroden können inner­ halb der piezoelektrischen Schicht angeordnet und von den ersten Elektroden getrennt sein, ohne daß eine Unordnung bezüglich der Kristallorientierung der epitaxial aufge­ wachsenen piezoelektrischen Schicht auftritt.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der SAW-Filter des weiteren Oberflächenelektroden, welche auf der Oberfläche der pie­ zoelektrischen Schicht angeordnet sind. Daher können diese Elektroden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht an einer Posi­ tion innerhalb der piezoelektrischen Schicht und von den ersten Elektroden getrennt bzw. auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet sein, ohne daß eine Unordnung bezüg­ lich der Kristallorientierung der epitaxial aufgewachse­ nen piezoelektrischen Schicht auftritt.
Entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält bei dem oben beschriebenen SAW-Filter das Substrat amorphes Al2O2 und die piezoelek­ trische Schicht besteht aus bzw. enthält ZnO.
Entsprechend einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters die Schritte epitaxiales Aufwach­ sen einer piezoelektrischen Halbleiterschicht auf einem Substrat; Bilden einer Resistschicht auf der piezoelek­ trischen Schicht und Strukturieren der Resistschicht zur Bildung einer Resistmaske; und Implantieren von Dotie­ rungsionen in die piezoelektrische Schicht unter Verwen­ dung der Resistmaske zur Bildung von Elektroden mit nied­ rigem Widerstandswert an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht. Daher können die Elektroden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht gebildet werden, ohne daß eine Unordnung bezüglich der Kristallorientierung der epitaxial aufgewachsenen piezoelektrischen Schicht auf­ tritt.
Entsprechend einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung enhält ein Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters die Schritte epitaxiales Aufwachsen einer Halbleiterelektrodenschicht auf dem Substrat, wobei die Elektrodenschicht eine Dotierungsverunreinigung ent­ hält und einen reduzierten Widerstandswert besitzt; Bil­ den einer Resistschicht auf der Elektrodenschicht und Strukturieren der Resistschicht zur Bildung einer Resist­ maske; Ätzen der Elektrodenschicht unter Verwendung der Resistmaske zur Bildung von ersten Elektroden mit niedri­ gem Widerstandswert auf dem Substrat; und epitaxiales Aufwachsen einer piezoelektrischen Halbleiterschicht, welche die Elektroden mit niedrigem Widerstandswert be­ deckt. Daher können die Elektroden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht gebildet werden, ohne daß eine Unordnung bezüglich der Kristallorientierung der epitaxial aufgewachsenen pie­ zoelektrischen Schicht auftritt.
Entsprechend einem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters des weiteren die Schritte epita­ xiales Aufwachsen einer zweiten Halbleiterelektroden­ schicht auf der piezoelektrischen Schicht, wobei die zweite Elektrodenschicht eine Dotierungsverunreinigung enthält und einen reduzierten Widerstandswert besitzt; Bilden einer Resistschicht auf der zweiten Elektroden­ schicht und Strukurieren der Resistschicht zur Bildung einer Resistmaske; Ätzen der zweiten Elektrodenschicht unter Verwendung der Resistmaske zur Bildung von zweiten Elektroden auf der piezoelektrischen Schicht; und epita­ xiales Aufwachsen einer zweiten piezoelektrischen Halb­ leiterschicht, welche die zweiten Elektroden abdeckt. Da­ her können die ersten Elektroden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht gebildet werden, und es können die zweiten Elektroden in­ nerhalb der piezoelektrischen Schicht von den ersten Elektroden getrennt gebildet werden, ohne daß eine Unord­ nung bezüglich der Kristallorientierung der epitaxial aufgewachsenen piezoelektrischen Schicht auftritt.
Entsprechend einem achten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält das Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters des weiteren die Schritte Implantie­ ren von Dotierungsionen in die piezoelektrische Schicht unter Verwendung einer Resistmaske zur Bildung von zwei­ ten Elektroden mit niedrigem Widerstandswert innerhalb der piezoelektrischen Schicht und von den Elektroden ge­ trennt an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht. Daher können die ersten Elek­ troden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht gebildet werden, und es können die zweiten Elektroden innerhalb der piezoelektrischen Schicht von den ersten Elektroden getrennt gebildet wer­ den, ohne daß eine Unordnung bezüglich der Kristallorien­ tierung der epitaxial aufgewachsenen piezoelektrischen Schicht auftritt, wobei die Verfahrensschritte reduziert sind.
Entsprechend einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters des weiteren die Schritte Bilden von Oberflächenelektroden, welche ein Metall enthalten bzw. daraus bestehen, auf der piezoelektrischen Schicht. Daher können jene Elektroden an der Schnittstelle zwi­ schen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht an einer Position innerhalb der piezoelektrischen Schicht und von den ersten Elektroden getrennt bzw. auf der pie­ zoelektrischen Schicht gebildet werden, ohne daß eine Un­ ordnung bezüglich der Kristallorientierung der epitaxial aufgewachsenen piezoelektrischen Schicht auftritt.
Entsprechend einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters des weiteren die Schritte epita­ xiales Aufwachsen einer Oberflächenelektrodenschicht, welche einen Halbleiter enthält bzw. daraus besteht, auf der piezoelektrischen Schicht, wobei die Oberflächenelek­ trodenschicht eine Dotierungsverunreinigung enthält und einen reduzierten Widerstandswert besitzt; Bilden einer Resistschicht auf der Oberflächenelektrodenschicht und Strukturieren der Fotolackschicht zur Bildung einer Re­ sistmaske; und Ätzen der Oberflächenelektrodenschicht un­ ter Verwendung der Resistmaske zur Bildung von Oberflä­ chenelektroden auf der piezoelektrischen Schicht. Daher können diese Eelektroden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht an einer Position innerhalb der piezoelektrischen Schicht und von den ersten Elektroden getrennt bzw. auf der piezoelektri­ schen Schicht gebildet werden, ohne daß eine Unordnung bezüglich der Kristallorientierung der epitaxial aufge­ wachsenen piezoelektrischen Schicht auftritt.
Entsprechend einem elften Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält das Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters des weiteren die Schritte Implantie­ ren von Dotierungsionen in die piezoelektrische Schicht unter Verwendung einer Resistmaske zur Bildung von Ober­ flächenelektroden mit niedrigem Widerstandswert innerhalb eines Oberflächengebiets der piezoelektrischen Schicht und von den obersten Elektroden in der piezoelektrischen Schicht getrennt. Daher können jene Elektroden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektri­ schen Schicht an einer Position innerhalb der piezoelek­ trischen Schicht und von den ersten Elekroden getrennt bzw. auf der piezoelektrischen Schicht gebildet werden, ohne daß eine Unordnung bezüglich der Kristallorientie­ rung der epitaxial aufgewachsenen piezoelektrischen Schicht auftritt, wobei die Verfahrensschritte reduziert sind.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläu­ tert.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt, welcher einen SAW-Filter in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschau­ licht.
Fig. 2(a)-2(e) zeigen Querschnittsansichten, wel­ che Verfahrensschritte bei einem Verfahren zum Herstellen des in Fig. 1 dargestellten SAW-Filters ver­ anschaulichen.
Fig. 3(a)-3(f) zeigen Querschnittsansichten, wel­ che Verfahrensschritte bei einem Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters in Übereinstimmung mit ei­ ner zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Fig. 4(a)-4(f) zeigen Querschnittsansichten, wel­ che Verfahrensschritte bei einem Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters in Übereinstimmung mit ei­ ner dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Fig. 5(a)-5(c) zeigen Querschnittsansichten, wel­ che Verfahrensschritte bei einem Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters in Übereinstimmung mit ei­ ner Modifizierung der dritten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung veranschaulichen.
Fig. 6(a)-6(c) zeigen Querschnittsansichten, wel­ che Verfahrensschritte bei einem Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters in Übereinstimmung mit ei­ ner vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Fig. 7(a) und 7(b) zeigen Querschnittsansichten, welche die SAW-Filter nach dem Stand der Technik veranschaulichen, und Fig. 7(c) zeigt eine Drauf­ sicht auf den in Fig. 7(a) dargestellten SAW-Filter.
Fig. 8(a)-8(f) zeigen Querschnittsansichten, wel­ che Verfahrensschritte bei einem Verfahren zum Herstellen des in Fig. 7(a) dargestellten SAW-Filters veranschauli­ chen.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen SAW-Filter in Übereinstimmung mit einer er­ sten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veran­ schaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnet Bezugszei­ chen 1 ein monokristallines α-Al2O3-Substrat, in welchem sich eine SAW mit einer hohen Gewschwindigkeit fort­ pflanzt. Das Substrat 1 besitzt eine Oberfläche der Aus­ richtung (0001) oder (0112). Eine piezoelektrische Schicht 20, welche einen Halbleiter mit einem piezoelek­ trischen Vermögen wie ZnO aufweist, ist auf dem α-Al2O3- Substrat 1 angeordnet. Die piezoelektrische Schicht 20 ist epitaxial auf der (0001) - oder (0112) - Oberfläche des α-Al2O3-Substrats 1 aufgewachsen. Mehrfingerelektroden 5W und 5E sind an der Schnittstelle zwischen dem Substrat 1 und der piezoelektrischen Schicht 20 angeordnet. Diese Elektroden 5W und 5E werden durch Dotieren der piezoelek­ trischen Schicht 20, welche epitaxial auf dem Substrat 1 aufgewachsen ist, mit einer Verunreinigung wie Al gebil­ det. Der spezifische Widerstand dieser Elektroden beträgt etwa 10-3 Ohm/Zentimeter.
Ein Verfahren zum Herstellen des in Fig. 1 darge­ stellten SAW-Filters wird in Fig. 2(a)-2(e) veran­ schaulicht. In diesen Figuren bezeichnen dieselben Be­ zugszeichen wie in Fig. 1 dieselben oder ähnliche Teile. Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Abdeckungs- bzw. Resist­ schicht.
Zu Anfang läßt man die piezoelektrische Schicht 20, welche monokristallines ZnO enthält bzw. daraus besteht, epitaxial auf dem α-Al2O3-Substrat 1 auf eine Dicke von mehreren µm aufwachsen (Fig. 2(a)), worauf eine Auftra­ gung der Resistschicht 4 folgt (Fig. 2 (b)). Die Resist­ schicht 4 wir durch Belichten strukturiert und geätzt, um eine Resiststruktur 4a für Elektroden zu bilden (Fig. 2(c)).
Unter Verwendung der Resiststruktur 4a als Maske wer­ den Dotierungsionen wie Al-Ionen in die piezoelektrische Schicht 20 implantiert, um die Mehrfingerelektroden 5W und 5E an der Schnittstelle zwischen dem Substrat 1 und der piezoelektrischen Schicht wie in Fig. 2(d) darge­ stellt zu bilden. Die Dicke der Elektroden beträgt 0,1 bis 1,0 µm. Nach Entfernen der Resiststruktur 4a wird die Struktur ausgeheizt, um die implantierten Ionen in den Elektroden 5W und 5E zu aktivieren, wodurch der Wider­ stand der Elektroden reduziert wird.
Die durch Implantieren von Al-Ionen in die piezoelek­ trische Schicht 20 gebildeten Elektroden 5W und 5E besit­ zen dieselbe Kristallorientierung wie die Kristallorien­ tierung des Halbleiters der piezoelektrischen Schicht 20. Wenn ZnO mit Al von 0,2 Gewichtsprozent dotiert wird, wird darüber hinaus der spezifische Widerstand des mit Al dotierten ZnO auf etwa 1 × 10-3 Ohm/Zentimeter reduziert.
Da die Elektroden 5W und 5E direkt auf dem Substrat 1 angeordnet sind, kann, wenn ein an die Elektroden 5w und 5w' angelegtes Hochfrequenzsignal in eine SAW umgewandelt wird und die SAW infolge des piezoelektrischen Effekts der piezoelektrischen Schicht 20 erregt wird, die SAW di­ rekt auf das Substrat 1 übertragen werden. Da die Elek­ troden 5W und 5E dieselbe Substanz wie die piezoelektri­ sche Schicht 20 enthalten bzw. daraus bestehen und die­ selbe Kristallorientierung wie die piezoelektrische Schicht 20 besitzen, gibt es darüber hinaus eine geringe Fehlanpassung der Kristallgitter der piezoelektrischen Schicht 20 und der Elektroden 5W und 5E, und die Kri­ stallinizität der piezoelektrischen Schicht 20 ist hin­ reichend. Daher wird eine unerwünschte Herabsetzung des piezoelektrischen Effekts infolge geringer Kristallinizi­ tät der piezoelektrischen Schicht wie bei dem SAW-Filter nach dem Stand der Technik vermieden.
Da in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Elektroden 5W und 5E mit niedrigem Widerstandswert durch Dotieren der piezoelek­ trischen Halbleiterschicht 20 mit einer Verunreinigung gebildet wird, wird die Struktur, bei welcher jene Elek­ troden an der Schnittstelle zwischen dem Substrat 1 und der piezoelektrischen Schicht 20 lokalisiert sind, reali­ siert, ohne daß die Kristallinizität der piezoelektri­ schen Schicht 20 herabgesetzt ist. Daher wird die SAW di­ rekt auf das Substrat 1 übertragen, wenn ein an die Elek­ troden 5w und 5w' angelegtes Hochfrequenzsignal in eine SAW umgewandelt wird. Da die Elektroden 5W und 5E Teile der piezoelektrischen Schicht 20 sind, welche epitaxial auf dem Substrat 1 aufgewachsen ist, gibt es darüber hin­ aus eine geringe Fehlanpassung der Kristallgitter der piezoelektrischen Schicht 20 und der Elektroden 5W und 5E, und die Kristallinizität der piezoelektrischen Schicht 20 ist hinreichend. Daher wird eine unerwünschte Herabsetzung des piezoelektrischen Effekts infolge einer geringen Kristallinizität der piezoelektrischen Schicht 20 vermieden. Als Ergebnis wird ein SAW-Fil­ ter mit einer verbesserten Betriebscharakteristik reali­ siert.
Fig. 3(a)-3(f) zeigen Querschnittsansichten, wel­ che Verfahrensschritte eines anderen Verfahrens zum Her­ stellen des in Fig. 1 dargestellten SAW-Fil­ ters in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. In den Figuren bezeichen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2(a)-2(e) dieselben oder entsprechende Teile. Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Elektrodenschicht, welche einen mit einer Verunreinigung wie Al dotierten Halbleiter mit niedrigem Widerstandswert enthält bzw. daraus besteht.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Zuerst läßt man wie in Fig. 3(a) dargestellt die Halbleiterelektrodenschicht 5, welche eine Dotierungsver­ unreinigung wie Al enthält, epitaxial auf dem Substrat 1 aufgewachsen, und danach wird die Dotierungsverunreini­ gung durch Ausheizen aktiviert, um den Widerstand der Elektrodenschicht 5 zu reduzieren.
Danach wird eine Resistschicht 4 aufgetragen (Fig. 3(b)) und strukturiert, um eine Resiststruktur 4b für Elektroden zu bilden (Fig. 3(c)). Unter Verwendung der Resiststruktur 4b als Maske wird die Halbleiterelektro­ denschicht 5 durch Naß- oder Trockenätzen geätzt (Fig. 3(d)), gefolgt von dem Entfernen der Resiststruktur 4b (Fig. 3(e)), wodurch die Mehrfingerelektroden 5W und 5E gebildet werden. Danach läßt man die piezoelektrische Schicht 20, welche denselben Halbleiter wie die Elek­ troden 5W und 5E enthält bzw. daraus besteht, epitaxial auf der Oberfläche des Substrats 1, welches die Elektroden 5W und 5E enthält, aufwachsen, woraus sich die in Fig. 3(f) dargestellte Struktur ergibt.
Ebenso ist bei dem eben beschrieben hergestellten SAW-Filter die Kristallstruktur der Elektroden 5W und 5E identisch der Kristallstruktur der piezoelektrischen Schicht 20, und die Kristallinizität der piezoelektri­ schen Schicht 20 wird nicht durch die Elektroden 5W und 5E beim Aufwachsen herabgesetzt.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der Er­ findung läßt man die Elektrodenschicht 5, welche einen Halbleiter aufweist, der mit einer Verunreinigung dotiert ist, welche den Widerstandswert davon reduziert, epita­ xial auf dem Substrat aufwachsen und führt ein Ätzen durch, um die Elektroden 5W und 5E zu bilden, und danach läßt man die piezoelektrische Schicht 20, welche densel­ ben Halbleiter wie die Elektroden aufweist und dieselbe Kristallstruktur besitzt, epitaxial über den Elektroden aufwachsen. Daher wird die Struktur, bei welcher die Elektroden 5W und 5E an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrische Schicht 20 lokalisiert sind, realisiert, ohne daß die Kristallinizität der pie­ zoelektrischen Schicht 20 herabgesetzt wird. Wenn bei dieser Struktur ein an die Elektroden 5w und 5w' angelegtes Hochfrequenzsignal in eine SAW umgewandelt wird, wird diese SAW direkt auf das Substrat 1 übertra­ gen. Da die Kristallstruktur der Elektroden 5W und 5E identisch der Kristallstruktur der piezoelektrischen Schicht 20 ist, tritt eine geringe Fehlanpassung der Kri­ stallgitter der piezoelektrischen Schicht 20 und der Elektroden 5W und 5E auf, und die Kristallinizität der piezoelektrischen Schicht 20 ist hinreichend. Daher wird eine unerwünschte Herabsetzung der piezoelektrischen Wir­ kung infolge geringer Kristallinizität der piezoelektri­ schen Schicht 20 vermieden. Als Ergebnis wird ein SAW-Filter mit verbesserter Betriebscharakteri­ stik leicht hergestellt.
Fig. 4(a)-4(c) zeigen Querschnittsansichten, wel­ che Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Herstellen eines SAW-Filters in Übereinstimmung mit ei­ ner dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Der SAW-Filter in Überein­ stimmung mit der dritten Ausführungsform enthält eine Doppelstufenelektrodenstruktur, welche in die piezoelek­ trische Schicht eingebettet ist.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Die Verfahrensschritte vor der Strukturierung der Re­ sistschicht 4 sind identisch zu denjenigen, welche be­ reits im Hinblick auf Fig. 2(a) und 2(b) beschrieben wurden, und werden daher zur Vermeidung einer Wiederho­ lung weggelassen. Nach der Strukturierung der Resist­ schicht (Fig. 4(a)) wird unter Verwendung der Resist­ struktur 4a als Maske eine Dotierungsverunreinigung wie Al in die piezoelektrische Schicht 20 ionenimplantiert (erste Inonenimplantation), wobei erste Elektroden 5W und 5E auf der Schnittstelle zwischen dem Substrat 1 und der piezoelektrischen Schicht 20 gebildet werden (Fig. 4(b)). Darauffolgend wird die oben beschriebene Dotierungsverun­ reinigung wiederum in die piezoelektrische Schicht 20 bei einer unterschiedlichen Energie bezüglich der ersten Io­ nenimplantierung ionenimplantiert (zweite Ionenimplantie­ rung), wodurch zweite Elektroden 5W-2 und 5E-2 gebildet werden, welche von den Elektroden 5W bzw. 5E getrennt und entsprechend der ersten Elektroden 5W bzw. 5E ausgerich­ tet sind, worauf die Entfernung der Resiststruktur 4a folgt (Fig. 4(c)). Schließlich werden die implantierten Ionen durch Ausheizen aktiviert, um den Widerstand der Elektroden zu reduzieren.
Fig. 5(a)-5(c) zeigen Querschnittsansichten zum Erklären eines anderen Verfahrens zum Herstellen des SAW- Filters in Übereinstimmung mit einer Modifizierung der dritten Ausführungsform.
Bei dieser Modifizierung läßt man nach der Herstel­ lung der Elektroden 5W und 5E auf der Schnittstelle zwi­ schen dem Substrat 1 und der piezoelektrischen Schicht 20 bei der oben beschriebenen ersten oder zweiten Ausfüh­ rungsform eine Halbleiterelektrodenschicht 5-2, welche eine Dotierungsverunreinigung enthält, epitaxial auf der piezoelektrischen Schicht 20 aufwachsen. Danach wird die Dotierungsverunreinigung durch Ausheizen aktiviert, um den Widerstand der Halbleiterelektrodenschicht 5-2 zu re­ duzieren (Fig. 5(a)).
Danach wird eine Resistschicht aufgetragen und struk­ turiert, um eine Resiststruktur 4c wie in Fig. 5(b) dar­ gestellt zu bilden. Unter Verwendung der Resiststruktur 4c als Maske wird die Halbleiterelektrodenschicht 5-2 naß oder trocken geätzt, um die zweiten Elektroden 5W-2 und 5E-2 zu erzeugen.
Nach Entfernen der Resistmaske 4c läßt man die pie­ zoelektrische Schicht 20 epitaxial über den zweiten Elek­ troden 5W-2 und 5E-2 aufwachsen, wodurch die in Fig. 5(c) dargestellte Struktur fertiggestellt wird.
Eine Mehrstufenelektrodenstruktur kann durch Ändern der Ionenimplantierungsenergie wie bezüglich der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben oder durch Wie­ derholen der in Fig. 5(a)-5(c) dargestellten Verfah­ rensschritte wie bezüglich der Modifizierung der dritten Ausführungsform beschrieben hergestellt werden.
Bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform und der Modifizierung davon sind die ersten Elektroden 5E und 5W an der Schnittstelle zwischen dem Substrat 1 und der piezoelektrischen Schicht 20 vorhanden, und die zwei­ ten Elektroden 5W-2 und 5E-2 sind innerhalb der pie­ zoelektrischen Schicht 20 an Positionen vorhanden, welche von den ersten Elektroden 5E bzw. 5W getrennt sind. Daher tritt zusätzlich zu den Wirkungen der ersten und zweiten Ausführungsformen der piezoelektrische Effekt gleichzei­ tig an einer Vielzahl von Positionen innerhalb der pie­ zoelektrischen Schicht 20 auf, wodurch die piezoelektri­ sche Effizienz wesentlich erhöht wird.
Bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung wer­ den nach der Herstellung der Halbleiterelektroden mit niedrigem Widerstandswert auf der Schnittstelle zwischen dem Substrat 1 und der piezoelektrischen Schicht 20 oder innerhalb der piezoelektrischen Schicht 20 wie bezüglich der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung be­ schrieben zusätzliche Elektroden auf der piezoelektri­ schen Schicht 20 gebildet.
Fig. 6(a)-6(c) zeigen Querschnittsansichten zum Erklären von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen eines SAW-Filters in Übereinstim­ mung mit der vierten Ausführungsform.
Wie in Fig. 6(a) veranschaulicht läßt man auf der piezoelektrischen Schicht 20 des SAW-Filters in Übereinstimmung mit beispielsweise der dritten Ausfüh­ rungsform der Erfindung eine Halbleiterschicht, welche eine Dotierungsverunreinigung enthält, epitaxial aufwach­ sen, worauf ein Ausheizen folgt, um die Dotierungsverun­ reinigung zu aktivieren, wodurch eine Elektrodenschicht 5-3 mit niedrigem Widerstandswert gebildet wird. Danach wird wie in Fig. 6(b) veranschaulicht ein Resist über der Elektrodenschicht 5-3 aufgetragen und strukturiert. Unter Verwendung des strukturierten Resists 4 als Maske wird die Elektrodenschicht 5-3 geätzt, um die Elektroden 5W-3 und 5E-3 zu bilden.
Während bei dieser vierten Ausführungsform die Elek­ troden 5W-3 und 5E-3 durch epitaxiales Aufwachsen eines Halbleiters mit niedrigem Widerstandswert gebildet wer­ den, können diese Elektroden unter Verwendung eines Me­ talls wie bei dem Stand der Technik gebildet werden. In diesem Fall wird eine Metallschicht auf der piezoelektri­ schen Schicht 20 gebildet, und es wird darauf dieselbe Resiststruktur wie in Fig. 6(b) dargestellt gebildet. Un­ ter Verwendung der Resiststruktur als Maske wird die Me­ tallschicht mit Ar-Gas trocken geätzt, um die Metallelek­ troden auf der piezoelektrischen Schicht 20 zu bilden.
Während bei dieser vierten Ausführungsform die Elek­ troden 5W-3 und 5E-3 durch epitaxiales Aufwachsen und Ät­ zen der Halbleiterschicht 5-3 mit niedrigem Widerstands­ wert gebildet werden, können ähnliche Elektroden durch Ionenimplantierung einer Dotierungsverunreinigung wie Al in ein Oberflächengebiet der piezoelektrischen Schicht 20 wie bezüglich der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben gebildet werden.
Obwohl entsprechend der Fig. 6(a)-6(c) die Ober­ flächenelektroden 5W-3 und 5E-3 auf der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 20 gebildet werden, welche die Doppelstufenelektraden 5W und 5E sowie 5W-2 und 5E-2 in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform der Er­ findung enthält, ist die Struktur des SAW-Basisfilters nicht darauf beschränkt. D. h. der SAW-Basisfilter kann Mehrstufenelektroden innerhalb der piezoelektrischen Schicht 20 oder einstufige Elektroden auf der Schnittstelle zwischen dem Substrat 1 und der piezoelektrischen Schicht 20 enthalten.
Wie oben beschrieben, werden in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach Bildung der Halbleiterelektroden mit niedrigem Wi­ derstandswert auf der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht 20 oder innerhalb der piezoelektrischen Schicht 20 die Oberflächenelektroden auf der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 20 ge­ bildet. Daher tritt zusätzlich zu den Effekten der drit­ ten Ausführungsform der piezoelektrische Effekt gleich­ zeitig an mehreren Positionen innerhalb der piezoelektri­ schen Schicht 20 auf, wodurch die piezoelektrische Effi­ zienz wesentlich erhöht ist.
Vorstehend wurde ein Filter für akustische Oberflächenwellen und ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart. Ein Verfahren zum Herstellen eines Filters für akustische Oberflächenwellen bzw. ei­ nes SAW-Filters enthält die Schritte epi­ taxiales Aufwachsen einer piezoelektrischen Halbleiter­ schicht auf einem Substrat; Bilden einer Resistschicht auf der piezoelektrischen Schicht und Strukturieren der Resistschicht, um eine Resistmaske zu bilden; und Implan­ tieren von Dotierungsionen in die piezoelektrische Schicht unter Verwendung der Resistmaske, um Elektroden mit niedrigem Widerstandswert an der Schnittstelle zwi­ schen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht zu bilden. Bei diesem Verfahren können Elekroden mit niedri­ gem Widerstandswert an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht ohne Herab­ setzung, der Kristallinizität der piezoelektrischen Schicht gebildet werden. Daher wird die piezoelektrische Wirkung verbessert, woraus sich ein SAW-Fil­ ter mit reduziertem Verlust ergibt.

Claims (9)

1. SAW-Filter (Fig. 1) mit:
einem Substrat (1);
einer piezoelektrischen Schicht (20) aus einem Halb­ leiter, der epitaxial auf der Oberfläche des Substrats (1) aufgewachsen ist; und mindestens einer Interdigitalwandler- Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Elektrode (5W und 5E) in der piezoelektrischen Schicht (20) an der Schnittstelle zwischen dem Substrat (1) und der pie­ zoelektrischen Schicht (20) angeordnet ist, aus demselben Halbleiter wie die piezoelektrische Schicht (20) besteht, epitaxial auf der Oberfläche des Substrats (1) aufgewachsen und mit einer Dotierungsverunreinigung dotiert ist.
2. SAW-Filter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zu­ sätzliche Elektroden (5W-3 und 5E-3), welche auf der Ober­ fläche oder innerhalb der piezoelektrischen Schicht (20) angeordnet sind.
3. SAW-Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) amorphes Al2O2 aufweist und die piezoelektrische Schicht (20) ZnO auf­ weist.
4. Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters nach An­ spruch 1 (Fig. 2(a)-2(e)), mit den Schritten:
epitaxiales Aufwachsen einer piezoelektrischen Halb­ leiterschicht (20) auf einem Substrat (1);
Bilden einer Resistschicht (4) auf der piezoelektri­ schen Schicht (20) und Strukturieren der Resistschicht (4), um eine Resistmaske (4a) zu bilden; gekennzeichnet durch
Implantieren von Dotierungsionen in die piezoelektri­ sche Schicht (20) unter Verwendung der Resistmaske (4a), um Elektroden (5W und 5E) mit niedrigem Widerstandswert an der Schnittstelle zwischen dem Substrat (1) und der piezoelek­ trischen Schicht (20) zu bilden.
5. Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters nach An­ spruch 1 (Fig. 3(a)-3(f)), gekennzeichnet durch die Schritte:
epitaxiales Aufwachsen einer Halbleiterschicht (5) auf einem Substrat (1), wobei die Halbleiterschicht eine Dotie­ rungsverunreinigung enthält und einen reduzierten Wider­ standswert besitzt;
Bilden einer Resistschicht (4) auf der Halbleiter­ schicht (5) und Strukturieren der Resistschicht (4), um eine Resistmaske (4b) zu bilden;
Ätzen der Halbleiterschicht (5) unter Verwendung der Resistmaske (4b), um Elektroden (5W und 5E) mit niedrigem Widerstandswert auf dem Substrat (1) zu bilden; und
epitaxiales Aufwachsen einer piezoelektrischen Halb­ leiterschicht (20), welche die Elektroden (5W und 5E) be­ deckt.
6. Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters nach An­ spruch 2 (Fig. 5(a)-5(c)), gekennzeichnet durch die Schritte:
epitaxiales Aufwachsen einer Halbleiterschicht (5-2) auf der piezoelektrischen Schicht (20) nach Herstellung der Elektroden (5W und 5E) auf der Substratoberfläche, wobei die Halbleiterschicht eine Dotierungsverunreinigung enthält und einen reduzierten Widerstandswert besitzt;
Bilden einer Resistschicht auf der Halbleiterschicht (5-2) und Strukturieren der Resistschicht, um eine Re­ sistmaske (4c) zu bilden;
Ätzen der Halbleiterschicht (5-2) unter Verwendung der Resistmaske (4(c)), um die zusätzlichen Elektroden (5W-2 und 5E-2) auf der piezoelektrischen Schicht (20) zu bilden;
und epitaxiales Aufwachsen einer piezoelektrischen Halb­ leiterschicht (20), welche die zusätzlichen Elektroden (5W-2 und 5E-2) bedeckt.
7. Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters nach den Ansprüchen 2 und 5 (Fig. 4(a)-4(c)), dadurch gekenn­ zeichnet, daß
Dotierungsionen in die piezoelektrische Schicht (20) implantiert werden, um zweite Elektroden (5W-2 und 5E-2) innerhalb der piezoelektrischen Schicht (20) und getrennt von den Elektroden (5W und 5E) auf der Substratoberfläche auszubilden, wobei nach Bildung der Elektroden (5W und 5E) auf der Substratoberfläche und unter Verwendung der Resistmaske (4a) die weiteren Ionenimplantierung erfolgt.
8. Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Bil­ dung von Oberflächenelektroden aus Metall auf der piezo­ elektrischen Schicht (20).
9. Verfahren zum Herstellen eines SAW-Filters nach einem der vorhergehenden Ansprüche (Fig. 6(a)-6(c)), gekenn­ zeichnet durch die Schritte:
epitaxiales Aufwachsen einer Oberflächenelektroden­ schicht (5-3) aus einem Halbleiter auf der piezoelektri­ schen Schicht (20), wobei die Oberflächenelektrodenschicht eine Dotierungsverunreinigung enthält und einen reduzierten Widerstandswert besitzt;
Bilden einer Resistschicht auf der Oberflächenelektro­ denschicht (5-3) und Strukturieren der Resistschicht, um eine Resistmaske (4) zu bilden; und
Ätzen der Oberflächenelektrodenschicht (5-3) unter Verwendung der Resistmaske (4), um Oberflächenelektroden (5W-3 und 5E-3) auf der piezoelektrischen Schicht (20) zu bilden.
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