DE69629882T2

DE69629882T2 - Dünnfilm-Mehrschichtelektrode und deren Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69629882T2
Application number: DE69629882T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Nagaokakyo-shi Goto; Masato Nagaokakyo-shi Kobayashi; Yukio Nagaokakyo-shi Yoshino; Yuzo Nagaokakyo-shi Katayama
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2016-08-24
Also published as: KR100217462B1; EP0759642B1; DE69629882D1; JPH0964609A; CA2184022C; US5770988A; CA2184022A1; TW301810B; EP0759642A1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dünnfilmelektrode und insbesondere auf Dünnfilmmehrschichtelektroden, die bei HF- (Hochfrequenz-) Übertragungsleitungen verwendet werden, HF-Resonatoren, HF-Filter usw. und auch auf ein Verfahren zum Herstellen der Dünnfilmmehrschichtelektroden.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine Dünnfilmmehrschichtelektrode eines hochfrequenzelektromagnetfeldgekoppelten Typs (die hierin nachfolgend einfach als „Dünnfilmmehrschichtelektrode" bezeichnet wird) ist in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 95/06336 offenbart, die am 7. März 1994 als die internationale Patentanmeldung Nr. PCT/JP94/00357 eingereicht wurde und an die Murata Manufacturing Co., Ltd. übertragen ist.
Genauer gesagt, wie es in 1 gezeigt ist, umfaßt eine Dünnfilmmehrschichtelektrode 101 Dünnfilmleiter 121 bis 125 und Dünnfilmdielektrika 131 bis 134, die abwechselnd auf einem dielektrischen Substrat 110 gestapelt sind. Die Paare von Dünnfilmleitern 121 und 122, 122 und 123, 123 und 124 und 124 und 125 und die Dünnfilmdielektrika 131 bis 134, die zwischen denselben angeordnet sind, bilden eine Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen L2 bis L5. Die Dünnfilmmehrschichtelektrode 101 bildet eine Mikrostreifenleitung, die mit einem Masseleiter 111 zusammenwirkt, der an der unteren Oberfläche des dielektrischen Substrats 110 gebildet ist.
Auf der Basis der Anzahl von Schichten der Dünnfilmleiter 121 bis 125 und der Dünnfilmdielektrika 131 bis 134 ist eine Filmdicke von jedem der Dünnfilmdielektrika 131 bis 134 eingestellt, so daß Phasengeschwindigkeiten von TEM-Wellen, die sich durch zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen L2 bis L5 ausbreiten, im wesentlichen gleich zueinander gemacht werden. Darüber hinaus ist auf der Basis der Anzahl von Schichten der Dünnfilmleiter 121 bis 125 und der Dünnfilmdielektrika 131 bis 134 eine Filmdicke von jedem der Dünnfilmleiter 121 bis 125 eingestellt, um kleiner zu sein als eine Eindringtiefe einer Frequenz, die verwendet werden soll, so daß elektromagnetische Felder von zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen L2 bis L5 miteinander gekoppelt sind.
Wenn die TEM-Modus-Übertragungsleitungen L2 bis L5 bei der Dünnfilmmehrschichtelektrode 101 durch ein Hochfrequenzsignal angeregt werden, überträgt jeder der Dünnfilmleiter 121 bis 125 einen Teil der Hochfrequenzleistung, die auf denselben auftrifft, über ein benachbartes Dünnfilmdielektrikum zu einem Dünnfilmleiter, der in einer anderen Richtung benachbart ist, während ein Teil der Hochfrequenzleistung über das Dünnfilmdielektrikum in den benachbarten Dünnfilmleiter reflektiert wird. Innerhalb der Dünnfilmdielektrika 131 bis 134, von denen jedes durch zwei benachbarte Dünnfilmleiter 121 und 122, 122 und 123, 123 und 124 und 124 und 125 umgeben ist, sind die Reflektionswelle und die Übertragungswelle in Resonanz, während zwei entgegengesetzt gerichtete Hochfrequenzströme in der Nähe der oberen und unteren Oberflächen der Dünnfilmleiter 121 bis 125 fließen. Da die Filmdicke von jedem der Dünnfilmleiter 121 bis 125 kleiner ist als die Eindringtiefe, stören die beiden entgegengesetzt gerichteten Hochfrequenzströme einander, und heben einander auf, bis auf einen verleibenden Teil derselben. Auf diese Weise sind in der Dünnfilmmehrschichtelektrode 101 eine Resonanzenergie oder eine Übertragungsener gie in benachbarten Dünnfilmdielektrika 131 bis 134 über die Dünnfilmleiter 121 bis 125 miteinander gekoppelt. Andererseits weisen die Dünnfilmdielektrika 131 bis 134 einen Verschiebungsstrom auf, der durch ein Elektromagnetfeld erzeugt wird, das bewirkt, das ein Hochfrequenzstrom an der Oberfläche der benachbarten Dünnfilmleiter 121 bis 125 erzeugt wird.
Da ferner die Phasengeschwindigkeiten der TEM-Modus-Wellen, die sich durch zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen L2 bis L5 ausbreiten, im wesentlichen gleich zueinander gemacht werden, sind Hochfrequenzströme, die durch die Dünnfilmleiter 121 bis 125 fließen, im wesentlichen gleichphasig zueinander. Als Folge davon erhöhen die Hochfrequenzströme, die in den Dünnfilmleitern 121 bis 125 gleichphasig fließen, die effektive Eindringtiefe. Wenn daher eine Erregung durch ein Hochfrequenzsignal bewirkt wird, wird eine elektromagnetische Energie des Hochfrequenzsignals zu einer benachbarten Übertragungsleitung übertragen, durch eine elektromagnetische Kopplung der benachbarten TEM-Modus-Übertragungsleitungen L2 bis L5, deren Elektromagnetfelder gekoppelt sind, während sich die elektromagnetische Energie in der longitudinalen Richtung der Übertragungsleitungen L2 bis L5 ausbreitet. In diesem Fall breitet sich die elektromagnetische Hochfrequenzenergie in der longitudinalen Richtung der Leitungen durch die elektrisch gekoppelten Übertragungsleitungen L2 bis L5 aus. Somit wird die Eindringtiefe effektiv erhöht und ein Leiterverlust und der Oberflächenwiderstand können reduziert werden, mit bemerkenswert reduzierten äußeren Abmessungen.
Somit macht es die Verwendung der Dünnfilmmehrschichtelektrode möglich, Hochfrequenzübertragungsleitungen mit kleinerem Übertragungsverlust, Hochfrequenzresonatoren oder Hochfrequenzfilter mit einer extrem großen unbelasteten Güte, oder Hochfrequenzvorrichtungen mit geringer Größe und geringem Gewicht zu bieten.
Bei der Dünnfilmmehrschichtelektrode 101 bestehen die Dünnfilmleiter 101 aus einem einzelnen Material hoher Leitfähigkeit, wie z. B. Cu oder Ag. Cu und Ag, die für die leitfähigen Dünnfilme verwendet werden, weisen jedoch die folgenden Probleme auf, die durch die Tatsache verursacht werden, daß sie schwach an Oxiden haften, die die dielektrischen Dünnfilme und das dielektrische Substrat bilden:

(1) Während der Herstellung der Dünnfilmmehrschichtelektrode können sich die Filme ablösen.
(2) Nach der Herstellung der Dünnfilmmehrschichtelektrode werden die Umgebungsbedingungen wiederholt geändert, wodurch sich in der Elektrode eine Belastung ansammelt. Als Folge können sich die Filme ablösen.
(3) Eine Belastung sammelt sich in der Elektrode aufgrund der Wärmeverteilung, die während der Verwendung der Elektrode erzeugt wird, und aufgrund eines Temperaturunterschieds, der zwischen dem Zeitpunkt, wenn die Elektrode verwendet wird, und einem Zeitpunkt, wenn sie nicht verwendet wird, erzeugt wird. Als Folge können sich die Filme ablösen.

Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die vorhergehenden Probleme zu lösen und eine hoch zuverlässige Dünnfilmmehrschichtelektrode zu schaffen, bei der leitfähige Dünnfilme in engem Kontakt mit einem dielektrischen Substrat oder mit dielektrischen Dünnfilmen stark haften. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen der Dünnfilmmehrschichtelektrode zu schaffen.
Eine Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung kann Dünnfilmleiter und dielektrische Dünnfilme umfassen, die abwechselnd auf einem dielektrischen Substrat gestapelt sind, so daß eine Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen mehrfach geschichtet sind. Jedes Paar der Dünnfilmleiter bildet mit dem dielektrischen Dünnfilm, der zwischen denselben angeordnet ist, eine TEM-Modus-Übertragungsleitung. Auf der Basis einer Anzahl von Mehrschichtschichten der Dünnfilmleiter und der dielektrischen Dünnfilme wird eine Filmdicke von jedem der dielektrischen Dünnfilme eingestellt, so daß Phasengeschwindigkeiten von TEM-Wellen, die sich durch zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen ausbreiten, im wesentlichen gleich zueinander gemacht werden. Ferner ist auf der Basis der Anzahl von Mehrschichtschichten der Dünnfilmleiter und der dielektrischen Dünnfilme eine Filmdicke von jedem der Dünnfilmleiter eingestellt, um kleiner zu sein als eine Eindringtiefe mit einer Frequenz, die verwendet werden soll, so daß elektromagnetische Felder von zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen miteinander gekoppelt sind. Die Dünnfilmmehrschichtelektroden umfassen ferner zumindest eine haftende Schicht, die eine große Haftungsstärke an einer oder mehrerer der Grenzflächen zwischen dem dielektrischen Substrat und dem Dünnfilmleiter und/oder den Grenzflächen zwischen den Dünnfilmleitern und den dielektrischen Dünnfilmen aufweist.
Wie es oben beschrieben wurde, ist bei der Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß der Erfindung eine haftende Schicht oder Schichten mit großer Haftungsstärke in der Position von zumindest einer der oben erwähnten Grenzflächen positioniert. Die Haftungsstärke zwischen den aufeinanderfolgenden Dünnfilmen, die die Dünnfilmmehrschichtelektrode bilden, ist dadurch erhöht. Dies kann die Zuverlässigkeit der Elektrode verbessern.
Zum Zweck der Darstellung der Erfindung sind in den Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele gezeigt, die derzeit bevorzugt werden, wobei es jedoch klar ist, daß die Erfindung nicht auf die genauen gezeigten Anordnungen und Einrichtungen beschränkt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Dünnfilmmehrschichtelektrode und Mikrostreifenleitungen.
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke von Ti-Dünnfilmen, die als haftende Schichten dienen können, und deren Haftungsstärke zeigt.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke von Ti-Dünnfilmen, die als haftende Schichten dienen können, und dem spezifischen Widerstand derselben zeigt.
4A ist eine perspektivische Ansicht, die einen runden TM-Modus-Resonator zeigt, der mit einer Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung ausgestattet ist.
4B ist eine Teilquerschnittsansicht eines Dünnfilmleiters, der in dem in 4A gezeigten runden TM-Modus-Resonator verwendet wird.
5A bis 5F sind Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen von runden TM-Modus-Resonatoren zeigen, die mit Dünnfilmmehrschichtelektroden gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung ausgestattet sind.
6A ist eine perspektivische Ansicht eines Mikrostreifenleitungsresonators, der mit einer Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung ausgestattet ist.
6B ist eine Teilquerschnittsansicht eines Dünnfilmleiters, der bei dem in 6A gezeigten Mikrostreifenleitungsresonator verwendet wird.
7A bis 7F sind Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen von Mikrostreifenleitungsresonatoren darstellen, die mit Dünnfilmmehrschichtelektroden gemäß dem zweiten Beispiel der Erfindung ausgestattet sind.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben verschiedene Experimente durchgeführt und Verfahren zum Verbessern der Stärke untersucht, mit der die leitfähigen Dünnfilme an dem dielektrischen Substrat und den dielektrischen Dünnfilmen haften. Es wurde herausgefunden, daß die Stärke durch Plazieren einer haftenden Schicht oder Schichten aus Ti oder dergleichen an der Grenzfläche zwischen dem leitfähigen Dünnfilm und dem dielektrischen Substrat oder an den Grenzflächen zwischen den leitfähigen Dünnfilmen und den dielektrischen Dünnfilmen verbessert wird.
Das heißt, eine Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein dielektrisches Substrat, auf dem leitfähige Dünnfilme und dielektrische Dünnfilme abwechselnd mehrfach geschichtet sind. Diese Dünnfilmmehrschichtelektrode ist gekennzeichnet dadurch, daß eine haftende Schicht mit großer Haftungsstärke an eine oder mehrere der Grenzflächen zwischen dem dielektrischen Substrat und dem darüberliegenden leitfähigen Dünnfilm und/oder der Grenzflächen zwischen den leitfähigen Dünnfilmen und den dielektrischen Dünnfilmen plaziert wird.
Bei der Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung ist die haftende Schicht, die eine große Haftungsstärke aufweist, eine Schicht oder ein Dünnfilm, der eine größere Haftungsstärke liefert, wenn derselbe in die Position von zumindest einer der oben erwähnten Grenzflächen plaziert wird, als wenn die leitfähigen Dünnfilme direkt mit dem dielektrischen Substrat oder den dielektrischen Dünnfilmen verbunden wären.
Es ist vorzuziehen, daß das Material der haftenden Schicht oder der haftenden Schichten der Dünnfilmmehrschichtelektrode zumindest eine Art ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Ni und Legierungen, die zumindest eines derselben enthalten, besteht. Die haftende Schicht hat vorzugsweise eine Dicke von mehr als 20 nm.
Ein Verfahren zum Herstellen der Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Dünnfilme, die haftende Schicht oder haftenden Schichten und die dielektrischen Dünnfilme durch fortlaufende Prozeßschritte gebildet werden, unter einem Vakuum, ohne das Vakuum während den Prozeßschritten zu unterbrechen.
Wo beispielsweise ein dünner Cu-Film mit einer Filmdicke von 1 um als ein leitfähiger Dünnfilm auf einem Glassubstrat oder einem dielektrischen Substrat gebildet wurde, wurde ein Dünnfilm aus Ti als eine haftende Schicht an der Grenzfläche zwischen dem Glassubstrat und dem Cu-Dünnfilm plaziert. Die Beziehung der Filmdicke des Ti-Dünnfilms und der Haftungsstärke, die in diesem Fall erhalten wird, ist in 2 gezeigt. Von 2 ist ersichtlich, daß die Haftungsstärke nicht ausreichend war, wenn die Filmdicke des Ti-Dünnfilms geringer als etwa 20 nm war. Außerdem führte eine leichte Änderung bei der Filmdicke zu einer starken Schwankung der Haftungsstärke. Es wurde jedoch beobachtet, daß, solange die Dicke mehr als etwa 20 nm war, die Haftungsstärke ausreichend groß war. Ferner wurde die Stabilität verbessert, da die Haftungsstärke im wesentlichen konstant war.
Eine Dünnfilmmehrschichtelektrode wurde durch abwechselndes Schichten von leitfähigen Dünnfilmen (Cu-Dünnfilmen) und dielektrischen Dünnfilmen (Glasdünnfilme) auf einem dielektrischen Substrat (Glassubstrat) hergestellt. Ein haftendes Band wurde an die Dünnfilmmehrschichtelektrode geklebt und abgelöst. Wo Dünnfilme aus Ti mit einer Filmdicke von weniger als 20 nm an die Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Substrat (Glassubstrat) und den leitfähigen Dünnfilm (Cu-Dünnfilm) plaziert wurden, und an den Grenzflächen zwischen den leitfähigen Dünnfilmen (Cu-Dünnfilme) und den dielektrischen Dünnfilmen (Glasdünnfilme) wurde Ablösen der Mehrschichtfilme beobachtet. Wo Dünnfilme aus Ti mit Filmdicken von mehr als 20 nm plaziert wurden, wurde kein Ablösen der Mehrschichtfilme beobachtet.
Dünnfilme aus Ti mit verschiedenen Filmdicken wurden durch Sputter- bzw. Zerstäubungs-Techniken auf Glassubstraten gebildet, und die jeweiligen spezifischen Widerstände derselben wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in 3 gezeigt. Von 3 ist ersichtlich, daß da, wo die Filmdicken der Ti-Dünnfilme geringer als etwa 20 nm waren, die spezifischen elektrischen Widerstände stark anstiegen, und daß eine leichte Abweichung von der entworfenen Filmdicke die Charakteristika der Dünnfilmmehrschichtelektrode stark beeinträchtigt, mit unerwünschten Ergebnissen. Andererseits, wo die Filmdicken der Ti-Dünnfilme mehr als etwa 20 nm waren, waren die spezifischen Widerstände niedrig. Außerdem war die Stabilität erhöht, da der spezifische Widerstand mit der Dicke nicht stark verändert hat. Somit beeinträchtigt eine leichte Abweichung von der entworfenen Filmdicke die Charakteristika nicht stark. Es ist ersichtlich, daß diese Struktur vorteilhafterweise bei einer Dünnfilmmehrschichtelektrode eines hochfrequenzelektromagnetfeldgekoppelten Typs oder dergleichen angewendet werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung ist ein bevorzugtes Material, das die haftende Schicht bildet, nicht auf das vorher erwähnte Ti beschränkt. Andere verwendbare Arten von Materialien umfassen Cr, Ni und Legierungen, die zumindest eines derselben enthalten. Für diese Materialien zeigen die Beziehungen zwischen den Filmdicken, der Haftungsstärke und dem spezifischen Widerstand ähnliche Tendenzen wie die oben beschriebenen Tendenzen von Ti.
Ti, Cr, Ni und andere Materialien, neigen dazu, sich mit Sauerstoff zu verbinden, was zu erhöhten spezifischen Widerständen führt. Daher werden Filme vorzugsweise fortlaufend in einem Vakuum gebildet. Genauer gesagt, eine gute Dünnfilmmehrschichtelektrode mit einem geringen spezifischen Widerstand kann hergestellt werden durch fortlaufendes Bilden der haftenden Schichten, der leitfähigen Dünnfilme, die in Kontakt mit den haftenden Schichten sind, und der dielektrischen Dünnfilme in einem Vakuum, ohne das Vakuum während den Prozeßschritten zu unterbrechen.
Hierin nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Beispiel 1
4A ist eine perspektivische Ansicht, die einen runden TM-Modus-Resonator 10 zeigt, der ein dielektrisches Substrat umfaßt, auf dem Dünnfilmmehrschichtelektroden (Dünnfilmmehrschichtelektroden eines hochfrequenzelektromagnetfeldgekoppelten Typs) gemäß einem Beispiel der Erfindung angeordnet sind.
Bei dem runden TM-Modus-Resonator 10 wird ein im wesentlichen rundes R-Oberflächen-Saphirsubstrat als das dielektrische Substrat 1 verwendet. Die Dünnfilmmehrschichtelektroden 2 sind jeweils an beiden Flächen des Substrats angeordnet.
Die Dünnfilmmehrschichtelektroden 2 werden durch abwechselndes Stapeln von Dünnfilmleitern 7 und dielektrischen Dünnfilmen 4 aus SiO₂ gebildet. Wie es in 4B gezeigt ist, umfaßt der Dünnfilmleiter 7 einen leitfähigen Film 3, der im wesentlichen aus Cu besteht, und ein Paar haftender Schichten 5, die im wesentlichen aus Ti oder Cr bestehen, und den leitfähigen Film 3 umgeben. Wie es in 5D gezeigt ist, sind somit die haftenden Schichten 5 an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Substrat 1 und dem leitfähigen Dünnfilm 3, und an der Grenzfläche zwischen dem leitfähigen Dünnfilm 3 und dem dielektrischen Dünnfilm 4 angeordnet. Jedes Paar der Dünnfilmleiter 7 und des dielektrischen Dünnfilms 4, der zwischen denselben angeordnet ist, bildet eine TEM-Modus-Übertragungsleitung, daher umfaßt jede der Dünnfilmmehrschichtelektroden 2 eine Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen.
Auf der Basis einer Anzahl von Mehrschichtschichten der Dünnfilmleiter 7 und der dielektrischen Dünnfilme 4 ist eine Filmdicke von jedem der dielektrischen Dünnfilme 4 eingestellt, so daß Phasengeschwindigkeiten von TEM-Wellen, die sich durch zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen ausbreiten, im wesentlichen gleich zueinander gemacht werden. Darüber hinaus ist auf der Basis der Anzahl von Mehrschichtschichten der Dünnfilmleiter 7 und der dielektrischen Dünnfilme 4 eine Filmdicke von jedem der Dünnfilmleiter 7 eingesellt, um kleiner zu sein als eine Eindringtiefe einer Frequenz, die verwendet werden soll, so daß elektromagnetische Felder von zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen miteinander gekoppelt sind.
Ein Verfahren zum Herstellen des vorher erwähnten runden TM-Modus-Resonators wird nachfolgend beschrieben.

(1) Wie es in 5A gezeigt ist, ist eine Metallmaske 6 mit einer gewünschten Struktur an dem dielektrischen Substrat 1 befestigt. Die Innenseite einer Filmbil dungskammer einer Sputter-Ausrüstung (nicht gezeigt) ist auf ein Vakuum entleert.
(2) Dann wird die haftende Schicht 5 aus Ti oder Cr ( 5B) auf dem dielektrischen Substrat 1 gebildet, durch Sputtern eines Targets aus Ti oder Cr.
(3) Dann, wie es in 5B gezeigt ist, wird die erste Schicht aus leitfähigen Dünnfilm 3 aus Cu auf der haftenden Schicht 5 gebildet, die das dielektrische Substrat 1 überlagert, durch Sputtern eines Targets aus Cu.
(4) Nachfolgend wird die haftende Schicht 5 (5C) auf dem leitenden Dünnfilm 3a gebildet, durch Sputtern eines Targets aus Ti oder Cr.
(5) Dann, wie es in 5C gezeigt ist, wird der dielektrische Dünnfilm 4 (Dünnfilm aus SiO₂) an der haftenden Schicht 5 gebildet, die den leitfähigen Dünnfilm 3 überlagert, durch Sputtern eines Targets aus SiO₂.
(6) Dann wird die haftende Schicht 5 erneut auf dem dielektrischen Dünnfilm 4 gebildet, durch Sputtern eines Targets aus Ti oder Cr, wie es in 5D gezeigt ist.
(7) Dann werden die oben erklärten Schritte (3) – (6) wiederholt, um jede Dünnfilmmehrschichtelektrode 2 zu bilden, die aus fünf Schichten aus leitfähigen Dünnfilmen 3 besteht, wie es in 5E gezeigt ist.
(8) Dann wird die Filmbildungskammer zur Atmosphäre geöffnet, und die obigen Schritte (1)–(7) werden wiederholt. Die Dünnfilmmehrschichtelektrode 2 ist ebenfalls auf der anderen Oberfläche des dielektrischen Substrats 1 gebildet, wie es in 5F gezeigt ist, und stellt somit den runden TM-Modus-Resonator her, der in 4A gezeigt ist.

Die Sputter-Operationen der Herstellungsschritte zum Bilden der haftenden Schichten, der leitfähigen Dünnfilme und der dielektrischen Dünnfilme des obigen Beispiels werden unter den in Tabelle 1 aufgelisteten Bedingungen durchgeführt.
Tabelle 1
Als ein vergleichendes Beispiel wurde ein runder TM-Modus-Resonator, der keine haftende Schicht aufweist, durch einen Prozeß hergestellt, der ähnlich ist wie das oben beschriebene Verfahren. Tabelle 2 zeigt die Filmdicke von leitfähigen Dünnfilmen, die Filmdicke von dielektrischen Dünnfilmen, das Vorliegen oder die Abwesenheit von haftenden Schichten, die Arten der haftenden Schichten, die Filmdikken der haftenden Schichten und die Dicken der dielektrischen Substrate der runden TM-Modus-Resonatoren des obigen Beispiels und des vergleichenden Beispiels mit einer Resonanzfrequenz von 3,0 GHz.
Tabelle 2
Um die Haftungsstärken der Dünnfilmmehrschichtelektroden der runden TM-Modus-Resonatoren der obigen Beispiele und des vergleichenden Beispiels zu untersuchen, wurden Ablösetests durchgeführt. Das heißt, ein haftendes Band wurde an die Dünnfilmmehrschichtelektroden 2 geklebt und abgelöst. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 gezeigt. Wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, wurde Ablösen in der Dünnfilmmehrschichtelektrode des runden TM-Modus-Resonators des vergleichenden Beispiels beobachtet, wo keine haftenden Schichten angeordnet sind. In den Dünnfilmmehrschichtelektroden der runden TM-Modus-Resonatoren der Beispiele wurde jedoch überhaupt kein Ablösen beobachtet.
Beispiel 2
6A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Mikrostreifenleitungsresonator 30 mit einem dielektrischen Substrat, auf dem Dünnfilmmehrschichtelektroden gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung angeordnet sind, zeigt.
Dieser Mikrostreifenleitungsresonator 30 weist ein dielektrisches Substrat 21 auf. Ein R-Oberflächen-Saphirsubstrat, das in seiner zweidimensionalen Form rechteckig ist, wird als das dielektrische Substrat 21 verwendet. Eine Dünnfilmmehrschichtelektrode 22 ist auf der oberen Oberfläche angeordnet. Eine Masseelektrode 27 ist auf der unteren Oberfläche angeordnet.
Die Dünnfilmmehrschichtelektrode 22 wird durch abwechselndes Stapeln von Dünnfilmleitern 28 und dielektrischen Dünnfilmen 24 aus SiO₂ gebildet. Wie es in 6B gezeigt ist, umfaßt der Dünnfilmleiter 28 einen leitfähigen Film 23, der im wesentlichen aus Cu besteht, und ein Paar haftender Schichten 25, die im wesentlichen aus Ti oder Cr bestehen, und den leitfähigen Film 3 umgeben. Wie es in 7C gezeigt ist, sind die haftenden Schichten 25 somit an der Grenzfläche zwischen dem dielektrischen Substrat 21 und dem leitenden Dünnfilm 23 und der Grenzfläche zwischen dem leitenden Dünnfilm 23 und dem dielektrischen Dünnfilm 44 angeordnet. Jedes Paar der Dünnfilmleiter 28 und des dielektrischen Dünnfilms 24, der zwischen denselben ange ordnet ist, bildet eine TEM-Modus-Übertragungsleitung, daher umfassen die Dünnfilmmehrschichtelektroden 22 eine Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen.
Auf der Basis einer Anzahl von Mehrschichtschichten der Dünnfilmleiter 28 und der dielektrischen Dünnfilme 24 ist eine Filmdicke von jedem der dielektrischen Dünnfilme 24 eingestellt, so daß Phasengeschwindigkeiten von TEM-Wellen, die sich durch zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen ausbreiten, im wesentlichen gleich zueinander gemacht werden. Darüber hinaus wird auf der Basis der Anzahl von Mehrschichtschichten der Dünnfilmleiter 28 und der dielektrischen Dünnfilme 24 eine Filmdicke von jedem der Dünnfilmleiter 28 eingestellt, um kleiner zu sein als eine Eindringtiefe einer Frequenz, die verwendet werden soll, so daß elektromagnetische Felder von zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen miteinander gekoppelt sind.
Ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Mikrostreifenleitungsresonators wird nachfolgend beschrieben.

(1) Das dielektrische Substrat 21 wird in die Filmbildungskammer der Sputter-Ausrüstung (nicht gezeigt) plaziert. Die Innenseite wird zu einem gewünschten Vakuumgrad entleert. Die haftende Schicht 25 aus Ti (7A) wird auf dem dielektrischen Substrat 21 gebildet, durch Sputtern eines Targets aus Ti. Dann wird die erste Schicht aus leitfähigem Dünnfilm 23 aus Cu auf der haftenden Schicht 25 gebildet, die das dielektrische Substrat 21 überlagert, durch Sputtern eines Targets aus Cu, wie es in 7A gezeigt ist.
(2) Nachfolgend wird die haftende Schicht 25 (7B) auf dem leitenden Dünnfilm 23 gebildet, durch Sputtern eines Targets aus Ti.
(3) Dann wird der dielektrische Dünnfilm 24 (Dünnfilm aus SiO₂) auf der haftenden Schicht 25 gebildet, die den leitfähigen Dünnfilm 23 überlagert, durch Sputtern eines Targets aus SiO₂, wie es in 7B gezeigt ist.
(4) Dann wird die haftende Schicht 25 (7C) auf dem dielektrischen Dünnfilm 24 gebildet, durch Sputtern eines Targets aus Ti. Dann, wie es in 7 gezeigt ist, wird der leitfähige Dünnfilm 23 auf der haftenden Schicht 25 gebildet, die den dielektrischen Dünnfilm 24 überlagert.
(5) Dann werden die oben erklärten Schritte (2)–(4) wiederholt, um eine Dünnfilmmehrschichtelektrode 22a zu bilden, die die fünf leitfähigen Dünnfilme 23 aufweist, wie es in 7D gezeigt ist. Danach wird Photoresist 26 strukturiert und die Dünnfilmmehrschichtelektrode 22a wird geätzt, um die Dünnfilmmehrschichtelektrode 22 zu bilden, wie es in 7D und 7E gezeigt ist.
(6) Dann, wie es in 7F gezeigt ist, wird die Masseelektrode 27 an der unteren Oberfläche des dielektrischen Substrats 21 gebildet, somit wird der Mikrostreifenleitungsresonator, wie er in 6A gezeigt ist, erhalten.

Die Bedingungen, unter denen die Sputter-Operationen des Verfahrens zum Herstellen der Dünnfilmmehrschichtelektrode dieses Beispiels 2 durchgeführt werden, sind gleich wie die Bedingungen des oben beschriebenen Beispiels 1.
Als ein vergleichendes Beispiel wurde ein Mikrostreifenleitungsresonator ohne haftende Schichten auf ähnliche Weise wie das oben beschriebene Verfahren hergestellt.
Tabelle 3 zeigt die Filmdicken der leitfähigen Dünnfilme, die Filmdicken der dielektrischen Dünnfilme, das Vorliegen oder die Abwesenheit haftender Schichten, die Art der haftenden Schichten, die Filmdicken der haftenden Schichten und die Dicken der dielektrischen Substrate der Mikrostreifenleitungsresonatoren der obigen Beispiele und des vergleichenden Beispiels mit einer Resonanzfrequenz von 2,0 GHz.
Tabelle 3
Um die Haftungsstärken der Dünnfilmmehrschichtelektroden der Mikrostreifenleitungsresonatoren der obigen Beispiele und des vergleichenden Beispiels zu untersuchen, wurden Ablösetests durchgeführt. Das heißt, ein haftendes Band wurde an die Dünnfilmmehrschichtelektroden 22 geklebt und abgelöst. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 3 gezeigt. Wie es in Tabelle 3 gezeigt ist, wurde Ablösen in den Dünnfilmmehrschichtelektroden des Mikrostreifenleitungsresonators des vergleichenden Beispiels beobachtet, wo keine haftenden Schichten angeordnet waren. In den Dünnfilmmehrschichtelektroden der Mikrostreifenleitungsresonatoren der Beispiele wurde jedoch überhaupt kein Ablösen beobachtet.
Bei den obigen Beispielen 1 und 2 wird die vorliegende Erfindung der Anmeldung an die Dünnfilmmehrschichtelektroden der runden TM-Modus-Resonatoren und der Mikrostreifenleitungsresonatoren angewendet. Die Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß der Erfindung und ein Verfahren zum Herstellen derselben sind nicht auf Resonatoren beschränkt. Die Erfindung kann weit verbreitet angewendet werden, wie z. B. bei Dünnfilmmehrschichtelektroden anderer elektronischer Teile und Verfahren zum Herstellen derselben.
Bei den obigen Beispielen 1 und 2 sind die haftenden Schichten aus Ti oder Cr hergestellt. Das Material der haftenden Schichten ist nicht auf diese beschränkt. Verschiedene Materialien, wie z. B. Ni und Legierungen, die zumindest Ti, Cr oder Ni enthalten, können verwendet werden.
Bei der Beschreibung der obigen Beispiele werden die leitfähigen Dünnfilme, die haftenden Schichten und die dielektrischen Dünnfilme durch Sputtern gebildet. Das Verfahren zum Bilden der leitfähigen Dünnfilme, der haftenden Schichten und der dielektrischen Dünnfilme ist nicht auf das Sputter-Verfahren beschränkt. Statt dessen können verschiedene Dünnfilmbildungsverfahren, wie z. B. Vakuumverdamp fung, CVD, Laserabrieb und Ionenplattierung verwendet werden, um die Dünnfilme zu bilden.
Außerdem sind bei der Beschreibung der obigen Beispiele die haftenden Schichten an allen der Grenzflächen zwischen dem dielektrischen Substrat und dem leitfähigen Dünnfilm, der auf derselben gebildet ist, und an den Grenzflächen zwischen den leitfähigen Dünnfilmen und den dielektrischen Dünnfilmen plaziert. Manchmal ist es nicht erforderlich, die haftenden Schichten an jede Grenzfläche zu plazieren. Die Grenzflächen, wo die haftenden Schichten plaziert werden, können nach Bedarf bestimmt werden.
Bei der Beschreibung der obigen Beispiele 1 und 2 wechseln sich die fünf Schichten aus leitfähigen Dünnfilmen mit den dielektrischen Dünnfilmen ab. Die Anzahl der Mehrschichtschichten ist nicht auf diese Anzahl begrenzt. Die Anzahl kann größer oder kleiner gemacht werden als die oben beschriebene Anzahl von Mehrschichtschichten.
Bezüglich der anderen Punkte ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt. Verschiedene Änderungen und Modifikationen können an dem dielektrischen Material des dielektrischen Substrats, an der Art des leitfähigen Materials der leitfähigen Dünnfilme, der Dicke der haftenden Schichten usw., innerhalb des Schutzbereichs der Wesensart der Erfindung durchgeführt werden.
Wie es oben beschrieben ist, wird bei der Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß der Erfindung eine haftende Schicht oder Schichten mit großer Haftungsstärke in die Position von zumindest einer der Grenzflächen zwischen einem dielektrischen Substrat und einem leitfähigen Dünnfilm, der auf demselben plaziert ist, und/oder den Grenzflächen zwischen leitfähigen Dünnfilmen und dielektrischen Dünnfilmen plaziert. Die Haftungsstärke zwischen den aufeinanderfolgenden Dünnfilmen, die die Dünnfilmmehrschichtelektrode bilden, ist erhöht. Dies kann die Zuverlässigkeit der Elektrode verbessern.
Wo die Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung an eine Dünnfilmmehrschichtelektrode des hochfrequenzelektromagnetischgekoppelten Typs oder dergleichen, die in einem TM-Modus-Resonator oder einem Mikrostreifenleitungsresonator verwendet wird, angelegt wird, ist sichergestellt, daß eine zuverlässige Dünnfilmmehrschichtelektrode erhalten werden kann. Dies ergibt ein besonders aussagekräftiges Ergebnis.
Bei der Dünnfilmmehrschichtelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung wird zumindest eine Art, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Ni und Legierungen, die zumindest eines derselben enthalten, besteht, als das Material der haftenden Schichten verwendet. Dies stellt sicher, daß die Haftungsstärke verbessert werden kann. Somit kann die vorliegende Erfindung effektiver gemacht werden.
Durch Einstellen der Dicke der haftenden Schichten auf mehr als 20 nm kann ferner eine große und stabile Haftungsstärke sichergestellt werden. Dies kann die vorliegende Erfindung effektiver machen.
Leitfähige Dünnfilme, haftende Schichten, dielektrische Dünnfilme werden fortlaufend in einem Vakuum gebildet, ohne das Vakuum während den Herstellungsschritten zu unterbrechen. Dies stellt sicher, daß eine Dünnfilmmehrschichtelektrode, die einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweist, hergestellt wird, während verhindert wird, daß die leitfähigen Dünnfilme und die haftenden Schichten oxidieren.
Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi zum Ausführen der hierin offenbarten Prinzipien als innerhalb des Schutzbe reichs der folgenden Ansprüche angesehen. Daher ist klar, daß der Schutzbereich der Erfindung nicht beschränkt ist, außer wie es in den Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Eine Dünnfilmmehrschichtelektrode (2; 22) eines hochfrequenzelektromagnetfeldgekoppelten Typs, die folgende Merkmale umfaßt: eine Mehrzahl von Dünnfilmleitern (7; 28) und dielektrischen Dünnfilmen (4; 24), die abwechselnd auf einem dielektrischen Substrat (1; 21) gestapelt sind, um eine Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen zu bilden, wobei jedes Paar von Dünnfilmleitern (7; 28) und der dielektrische Dünnfilm (4; 24), der zwischen denselben angeordnet ist, eine TEM-Modus-Übertragungsleitung bilden; wobei jeder der dielektrischen Dünnfilme (4; 24) eine vorbestimmte Filmdicke aufweist, basierend auf einer Anzahl von Schichten der Dünnfilmleiter (7; 28) und der dielektrischen Dünnfilme (4; 24), so daß die Phasengeschwindigkeiten von TEM-Wellen, die sich durch zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen ausbreiten, im wesentlichen gleich zueinander gemacht werden; wobei jeder der Dünnfilmleiter (7; 28) eine vorbestimmte Filmdicke aufweist, basierend auf der Anzahl von Schichten der Dünnfilmleiter (7; 28) und der dielektrischen Dünnfilme (4; 24), so daß die vorbestimmte Filmdicke kleiner ist als eine Eindringtiefe einer vorbestimmten Frequenz, die verwendet werden soll, so daß elektromagnetische Felder von zumindest zwei der Mehrzahl von TEM-Modus-Übertragungsleitungen miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Dünnfilmleiter (7; 28) einen leitfähigen Dünnfilm umfaßt, der aus Cu oder Ag und zumindest einer haftenden Schicht (5, 25) hergestellt ist, wobei die zumindest eine haftende Schicht an der Schnittstelle zwischen dem dielektrischen Substrat (1; 21) und dem Dünnfilmleiter, und an einer oder mehreren der Schnittstellen zwischen den Dünnfilmleitern (7; 28) und den dielektrischen Dünnfilmen (4; 24) vorgesehen ist.
Die Dünnfilmmehrschichtelektrode (2; 22) gemäß Anspruch 1, bei der die haftende Schicht (5; 25) aus zumindest einer Art von Material hergestellt ist, das von der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Ni und Legierungen, die zumindest eines derselben enthalten, besteht.
Die Dünnfilmmehrschichtelektrode (2; 22) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die haftende Schicht (5; 25) eine Dicke von mehr als 20 nm aufweist.