DE102004041178B4

DE102004041178B4 - Akustischer Filmresonator und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE102004041178B4
Application number: DE200410041178
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Yokoyama; Takeshi Sakashita; Tokihiro Nishihara; Tsutomo Miyashita; Yoshio Satoh
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: JP2005073175A; KR20050021309A; DE102004041178A1; US20050046519A1; DE102004041178B8; US7323953B2; CN1592100A; CN100594674C

Abstract

Akustischer Filmresonator, umfassend einen piezoelektrischen Dünnfilm (12), der auf einer ersten Oberfläche eines Substrats (11) ausgebildet ist; eine untere Elektrode (13) und eine obere Elektrode (14), die so angeordnet sind, dass der piezoelektrische Dünnfilm (12) zwischen sie geschichtet ist, wobei der piezoelektrische Dünnfilm (12) aus Aluminiumnitrid hergestellt ist, und die untere Elektrode (13) über einen Hohlraum (15) zugänglich ist, der unter der unteren Elektrode (13) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die untere Elektrode (13) der beiden Elektroden aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung besteht.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein einen akustischen Filmresonator und ein Verfahren zum Herstellen des akustischen Filmresonators, und insbesondere einen akustischen Filmresonator, welcher einen Hohlraum aufweist, der durch einen Ätzvorgang mit einem auf Fluor basierenden Gas ausgebildet wird, und ein Verfahren zum Herstellen des akustischen Filmresonators.
HINTERGRUNG DER ERFINDUNG
Da mobile Kommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise tragbare Telefoneinrichtungen, in den letzten Jahren üblich geworden sind, besteht eine steigende Nachfrage an kleinen, leichten Filtern, die mit Vorrichtungen, beispielsweise Oberflächen-Akustikwellenvorrichtungen (SAW-Vorrichtungen), ausgebildet sind. Insbesondere werden weit verbreitet Oberflächen-Akustikwellenfilter (nachstehend als „SAW-Filter” bezeichnet) eingesetzt, da sie scharfe Abschnittcharakteristiken aufweisen und klein und leicht sind, und zwar als RF-Filter (Funkfrequenzfilter) und IF-Filter (Mittelfrequenzfilter) tragbarer Telefoneinrichtungen.
Ein SAW-Filter umfasst ein piezoelektrisches Substrat und interdigitale Wandler (IDTs), die auf einer Hauptoberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind. Wird eine Wechselspannung an die IDTs angelegt, erregt diese eine akustische Welle eines bestimmten Frequenzbandes auf der Oberfläche das piezoelektrische Substrat..
Wird eine Hochspannung in einem solchen SAW-Filter an die IDTs angelegt, brechen die IDTs physikalisch aufgrund der Deformation des Substrats, das durch die akustische Welle hervorgerufen wird. Dieses Problem wird bei IDTs mit einer schmäleren Elektrodenfingerbreite, d. h. mit einem Filter für höhere Frequenzen, ernster.
Im Hinblick darauf weisen SAW-Filter das Problem eines niedrigen Leistungswiderstandes auf, und es ist schwierig, sie als vordere Endfilter einer Antennenweiche einzusetzen.
Um dieses Problem anzugehen, wurden akustische Filmresonatoren (nachstehend als FBARs bezeichnet) als nützliches Mittel zum Ausbilden von Filtern entwickelt, welche beständig gegen hohe Leistungen sind. Ein FBAR umfasst als Substrat, einen piezoelektrischen Dünnfilm, untere und obere Elektroden, welche dünne Metallfilme sind, zwischen die der dünne piezoelektrische Film geschichtet ist, und einen Hohlraum, welcher unterhalb der unteren Elektrode in Kontakt mit dem Substrat ausgebildet ist. Wenn eine Potentialdifferenz zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode in dieser Struktur hervorgerufen wird, vibriert der piezoelektrische dünne Film, der zwischen die obere Elektrode und die untere Elektrode geschichtet ist, und zwar in Dickenrichtung aufgrund des piezoelektrischen Effekts, wodurch elektrische Resonanzeigenschaften auftreten.
FBARs mit solchen Eigenschaften können leiterartig verbunden werden, um einen Bandpassfilter zu erzeugen. Gegenwärtig ist bekannt, dass FBAR-Filter, die aus einem solchen Bandpassfilter bestehen, eine viel größere Leistungsbeständigkeit als SAW-Filter aufweisen.
Ein Bandpassfilter muss niedrige Verluste im Duchlassband und einen hohen Grad an Unterdrückung im Sperrband aufweisen. Im Hinblick darauf ist das für die obere Elektrode und die untere Elektrode eingesetzte Elektrodenmaterial ein wichtiger Faktor beim Herstellen eines Bandpassfilters mit FBARs.
Es ist wesentlich, dass das Elektrodenmaterial einen niedrigen Widerstand und eine hohe akustische Impedanz aufweist. Die folgenden Elektrodenstrukturen wurden bislang vorgeschlagen:
In der US 5 587 620 ist eine Elektrodenstruktur offenbart, bei der Molybdän (Mo) als Elektrodenmaterial verwendet wird. Ein aus Molybdän (Mo) hergestellter Film weist einen niedrigen Widerstand und eine hohe akustische Impedanz auf. Demgemäß können durch Verwendung eines Molybdänfilters in einem akustischen Filmresonator exzellente Resonanzeigenschaften erreicht werden.
Jedoch wird Molybdän leicht mit einem auf Fluor basierenden Gas oder einer auf Säure basierenden Chemikalie geätzt, und deshalb wird die Variation der Verfahren zum Ausbilden eines Hohlraums unter der unteren Elektrode verringert.
In der japanischen Patentanmeldung 6-204776 ist eines der Verfahren zum Ausbilden eines Hohlraums unterhalb der unteren Elektrode offenbart. Gemäß diesem Verfahren wird ein anisotropes Ätzen mit KOH-Lösung oder dergleichen auf einem Einkristall-Siliziumsubstrat ausgeführt, um ein Durchgangsloch von der Bodenoberfläche des Substrats aus auszubilden. Molybdän (Mo) kann nicht mit einer KOH-Lösung geätzt werden. Dementsprechend wird die untere Elektrode, welche Molybdän (Mo) als Elektrodenmaterial enthält, nicht beschädigt, und es kann leicht ein Hohlraum ausgebildet werden.
Die japanische Patentanmeldung 2000-69594 offenbart ein anderes Verfahren zur Ausbildung eines Hohlraumes unterhalb der unteren Elektrode. Gemäß diesem Verfahren wird eine Opferschicht auf einer Konkavität abgeschieden, die auf einem Substrat ausgebildet ist. Anschließend werden eine untere Elektrode, ein piezoelektrischer Dünnfilm und eine obere Elektrode ausgebildet, wobei die Opferschicht entfernt wird. Insbesondere wird ein Hohlraum ausgebildet, indem die Oberfläche eines Siliziumsubstrats (Si-Substrat) im ersten Schritt geätzt wird. Im zweiten Schritt wird ein thermischer Oxidfilm auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet, um zu verhindern, dass in PSG (Phosphosilikatglas) enthaltenes Phosphor, das als Opferschicht verwendet werden soll, in das Siliziumsubstrat eindiffundiert. Nach der Ausbildung des thermischen Oxidfilmes wird PSG abgeschieden, um im dritten Schritt die Opferschicht auszubilden. Im vierten Schritt wird eine Spiegel-Endbearbeitung auf der Oberfläche der abgeschiedenen Opferschicht mittels Polieren und Reinigen ausgeführt, wobei der Teil der Opferschicht außerhalb der Konkavität entfernt wird. Auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats, einschließlich der Opferschicht, welche durch dieselbe Ebene wie die Oberfläche des Siliziumsubstrat freiliegt, werden eine untere Elektrode, ein piezoelektrischer Dünnfilm und eine obere Elektrode in dieser Reihenfolge im fünften Schritt abgeschieden. Im sechsten Schritt, welcher der letzte Schritt ist, wird die Opferschicht entfernt, um einen Hohlraum unter der unteren Elektrode auszubilden. Die Entfernung der Opferschicht (der PSG-Schicht) im sechsten Schritt kann zum Beispiel mit einer wässrigen H₂O:HF-Lösung ausgeführt werden. Auf diese Weise kann PSG bei einer sehr hohen Ätzgeschwindigkeit geätzt werden. Dementsprechend kann der Hohlraum unterhalb der unteren Elektrode ausgebildet werden, obwohl Molybdän (Mo) als Elektrodenmaterial verwendet wird.
Jedoch hat das Substrat, welches ein Durchgangsloch aufweist, das durch das in der JP 6-204776 offenbarte Verfahren ausgebildet wurde, eine sehr geringe mechanische Stärke. Deshalb ist die Produktionsausbeute niedrig und es ist sehr schwierig, die Verfahren des Schneidens der Wafer und des Verpackens durchzuführen. Darüberhinaus weist das mittels anisotropen Ätzens ausgebildete Durchgangsloch einen Neigungswinkel von etwa 55 Grad auf. Deshalb ist es schwierig, Resonatoren nahe aneinander leiterartig zu verbinden. Als Ergebnis davon kann keine Vorrichtung geringer Größe verwirklicht werden.
Das in der JP 2000-69594 offenbarte Verfahren beinhaltet eine große Anzahl an Herstellungsschritten, und es ist schwierig, mittels dieses Verfahrens eine Vorrichtung bei niedrigen Herstellungskosten zu erzeugen. Darüber hinaus verursacht das Polierverfahren Probleme wie beispielsweise Schlammrückstände. Als Ergebnis davon wird die Produktionsrate niedriger.
US 2003/0133683 A1 offenbart in 1 und 16 akustische Filmresonatoren, die auf einem Substrat ausgebildet sind. Der piezoelektrische Dünnfilm aus Aluminiumnitrid ist zwischen einer unteren und einer oberen Elektrode geschichtet, wobei die untere Elektrode eine Rutheniumschicht aufweist. Die US 6 271 619 B1 beschreibt piezoelektrische Dünnfilmresonatoren auf der Basis eines Aluminiumnitrid-Films. Die untere Elektrode weist dabei eine Rutheniumlegierungsschicht auf.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen akustischen Filmresonator und ein Verfahren zum Herstellen des akustischen Filmresonators anzugeben, gemäß dem die vorstehenden Nachteile vermieden werden.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, einen akustischen Filmresonator anzugeben, der mit hoher Ausbeute leicht herzustellen ist, der preiswerter und kleiner ist und herausragende Eigenschaften aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen akustischen Filmresonators anzugeben.
Diese Aufgaben werden von einem akustischen Filmresonator gelöst, welcher einen piezoelektrischen Dünnfilm aufweist, der auf einer ersten Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist; eine untere Elektrode und eine obere Elektrode, die so angeordnet sind, dass der piezoelektrische Dünnfilm zwischen sie geschichtet ist, wobei der piezoelektrische Dünnfilm aus Aluminiumnitrid hergestellt ist und die untere Elektrode über einen Hohlraum zugänglich ist, der unter der unteren Elektrode ausgebildet ist, wobei zumindest die untere Elektrode und/oder die obere Elektrode aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung bestehen.
Die vorgenannten Aufgaben werden auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines akustischen Filmresonators gelöst, das die folgenden Schritte aufweist: Ausbilden einer unteren Elektrode auf einem Substrat; Ausbilden eines piezoelektrischen Dünnfilms aus Aluminiumnitrid auf dem Substrat, so dass er die untere Elektrode bedeckt; und Ausbilden einer oberen Elektrode auf dem piezoelektrischen Dünnfilm; Ausbilden eines Hohlraums unter der unteren Elektrode, die dadurch über den Hohlraum zugänglich ist, wobei die untere Elektrode aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung hergestellt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den anliegenden Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1A eine Draufsicht auf einen FBAR gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
1B eine Schnittansicht des FBAR entlag der Linie A-A von 1A;
2A bis 2E die Verfahrensschritte zum Herstellen des FBAR gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3A bis 3C das Herstellverfahren des FBAR gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 den Grad der Unterdrückung am Dämpfungspol des FBAR gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine Draufsicht auf einen Bandpassfilter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine Schnittansicht des Bandpassfilters entlang der Linie A'-A' von 5;
7 eine äquivalente Schaltungsdarstellung des Bandpassfilters 10, der in den 5 und 6 gezeigt ist;
8A eine Draufsicht auf einen FBAR gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
8B eine Schnittansicht des FBAR entlang der Linie B-B von 8A;
9 die Resonanzeigenschaften des FBAR gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
10A eine Draufsicht auf einen FBAR gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
10B eine Schnittansicht des FBAR entlang der Linie C-C von 10A;
11A bis 11E ein Verfahren zum Erzeugen des FBAR gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
12A bis 12C das Herstellverfahren für den FBAR gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
13 die Resonanzeigenschaften des FBAR gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung; und
14 Kurvenpunkte für das Verhältnis zwischen dem Elastizitätsmodul des jeweiligen Rutheniumfilms und dem Grad an Unterdrückung am Dämpfungspol gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen.
(Erste Ausführungsform)
Es wird eine erste Ausführungsform der Erfindung detailliert beschrieben. Die 1A und 1B veranschaulichen den Aufbau eines akustischen Filmresonators (FBAR) 1A gemäß dieser Ausführungsform. 1A ist eine Draufsicht auf den FBAR 1A, und 1B ist eine Schnittansicht des FBAR 1A entlang der Linie A-A von 1A.
Wie in den 1A und 1B gezeigt, weist der FBAR 1A einen piezoelektrischen Dünnfilm 12 auf, der auf einer Hauptoberfläche eines Substrats 11 ausgebildet ist. Das Substrat 11 ist beispielsweise ein Siliziumsubstrat (Si). In einem Bereich, in dem ein Resonator im piezoelektrischen Dünnfilm 12 auszubilden ist, werden eine untere Elektrode 13 und eine obere Elektrode 14 so ausgebildet, dass der piezoelektrische Dünnfilm 12 von der Oberseite und dem Boden eingeschlossen wird. Das Substrat 11 weist einen innen ausgebildeten Hohlraum 15 auf, und die gesamte Oberfläche der unteren Elektrode 13 ist zum Hohlraum 15 gerichtet. Der Hohlraum 15 dient dazu, eine Unterbrechung der Vibration des piezoelektrischen Dünnfilms 12 zu verhindern, wenn ein Hochfrequenzsignal an die untere Elektrode 13 und die obere Elektrode 14 angelegt wird.
Um exzellente Resonanzeigenschaften zu erhalten und den Produktionsprozess dieser Struktur zu vereinfachen, werden der piezoelektrische Dünnfilm, die untere Elektrode 13 und die obere Elektrode 14, zwischen die der piezoelektrische Dünnfilm 12 geschichtet ist, wie folgt ausgebildet:
Der piezoelektrische Dünnfilm 12 wird aus Bleititanat (PbTiO₃), PZT, Aluminiumnitrid (AlN) oder dergleichen hergestellt, wobei es jedoch vorzuziehen ist, einen AlN-Dünnfilm einzusetzen. Der Grund hierfür ist, dass PbTiO₃ und PZT viele Komponenten aufweisen (die drei Elemente oder mehr enthalten), und das in diesen Materialen enthaltene Blei (Pb) diffundiert. Deshalb ist die Kontrolle der Zusammensetzung sehr schwierig, und eine Massenherstellung kann nicht effektiv ausgeführt werden. Andererseits weist AlN nur zwei Elemente auf und enthält kein Blei, welches diffundiert. Dementsprechend kann durch Einsatz eines AlN-Dünnfilmes der Herstellungsprozess vereinfacht werden, und es kann eine höhere Ausbeute erzielt werden.
In dieser Ausführungsform ist das Verhältnis d1/d2 der gesamten Filmdicke d1 der unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 14 zur Filmdicke d2 des piezoelektrischen Dünnfilmes auf den Bereich von 1/12 bis 1 beschränkt, so dass die Durchlasswandfrequenz des FBAR 1A innerhalb des Frequenzbandes von 100 MHz bis 10 GHz liegt.
Ein auf Fluor basierendes Gas oder eine auf Säure basierende Chemikalie, die für Ätzen von AlN (dem piezoelektrischen Dünnfilm 12) und Silizium (dem Substrat 11) geeignet ist, wird normalerweise dazu verwendet, den piezoelektrischen Dünnfilm 12 einer Mustergebung zu unterziehen und den Hohlraum 15 auszubilden. Jedoch sind einige der Elektrodenmaterialien, die normalerweise verwendet werden, beispielsweise Molybdän, nicht beständig gegen auf Fluor basierende Gase und auf Säure basierende Chemikalien und können durch solche Mittel leicht geätzt werden. Um diesem Problem zu begegnen, wird gemäß dieser Ausführungsform Ruthenium oder eine Rutheniumlegierung als Elektrodenmaterial eingesetzt, welche gegen auf Fluor basierende Gase und auf Säuren basierende Chemikalien beständig sind, und die untere Elektrode 13 und/oder die obere Elektrode 14 umfasst eine Dünnfilmschicht aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung. Insbesondere sind die untere Elektrode 13 oder die obere Elektrode 14, oder beide, mit einem Einzelschichtfilm aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung ausgebildet. Alternativ dazu ist die untere Elektrode 13 oder die obere Elektrode 14 oder beide mit einem Mehrschichtfilm ausgebildet, der einen Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsfilm enthält.
Eine Rutheniumlegierung ist ein Material, das Ruthenium als Hauptbestandteil enthält. Beispiele von Rutheniumlegierungen enthalten eine Legierung von Ruthenium mit etwa 2% Kupfer (Cu), eine Legierung aus Ruthenium mit etwa 2% Aluminium (Al) und eine Legierung aus Ruthenium mit etwa 2% Chrom (Cr).
Der Widerstand der unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 14 trägt zum charakteristischen Resonanzverlust bei, und die akustische Impedanz der unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 14 trägt zum charakteristischen Anti-Resonanzverlust bei. Demgemäß wurde durch die Erfinder herausgefunden, dass die folgenden Bedingungen für die untere Elektrode 13 und/oder die obere Elektrode 14 zu exzellenten Ergebnissen bezüglich der Resonanzeigenschaften und Anti-Resonanzeigenschaften führen:
Zunächst wird der Widerstand der unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 14, der den Eingangssignalverlust erzeugt, so geregelt, dass er 50 μΩ·cm oder weniger beträgt. Durch Erfüllen dieser Bedingung kann der Verlust von Eingangsignalen, welche Hochfrequenzsignale sind, verringert werden und es können exzellente Resonanzeigenschaften erzielt werden. Die untere Grenze für den Widerstand kann beispielsweise auf 1 μΩ·cm gesetzt werden.
Die akustische Impedanz der unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 14 muss groß sein, um exzellente Anti-Resonanzeigenschaften zu erhalten. Hierbei ist die akustische Impedanz die Quadratwurzel aus dem Produkt des Elastizitätsmoduls und der Dichte. Dies impliziert, dass ein Film mit einem hohen Elastizitätsmodul eine hohe akustische Impedanz aufweist. Im Hinblick darauf wird ein Elektrodenfilm mit großem Elastizitätsmodul für die untere Elektrode 13 und die obere Elektrode 14 verwendet, so dass ein Resonator mit exzellenten Anti-Resonanzeigenschaften erhalten wird. Beispielsweise wird die untere Elektrode 13 und/oder die obere Elektrode 14 mit einem Elektrodenfilm ausgebildet, der ein Elastizitätsmodul von 4 × 10¹¹ N/m oder mehr aufweist, um exzellente Anti-Resonanzeigenschaften zu erhalten.
Das in dieser Ausführungsform verwendete Ruthenium oder die Rutheniumlegierung weist einen geringeren Widerstand und eine höhere akustische Impedanz als die Elektrodenmaterialien auf, die herkömmlich eingesetzt werden. Dementsprechend kann die vorstehend beschriebende Bedingung leicht durch einen Elektrodenfilm mit Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung erfüllt werden. In dieser Ausführungsform ist die untere Elektrode 13 und/oder die obere Elektrode 14 mit einem Elektrodenfilm ausgebildet, der einen Film enthält, welcher aus Ruthenium und/oder einer Rutheniumlegierung hergestellt ist, so dass ein FBAR mit exzellenten Resonanzeigenschaften und Anti-Resonanzeigenschaften erhalten werden kann.
Wenn für den piezoelektrischen Dünnfilm 12 AlN verwendet wird, ist es jedoch wesentlich, dass der AlN-Film eine (002)-Ausrichtung aufweist, um exzellente Resonanzeigenschaften zu erhalten. Die Ausrichtung der unteren Elektrode 13 spielt eine wichtige Rolle beim Ausrichten des piezoelektrischen Dünnfilms 12 in (002)-Ausrichtung. Dies liegt daran, dass die Ausrichtung der unteren Elektrode 13 stark die Ausrichtung des piezoelektrischen Dünnfilms 12 beeinflusst, da der piezoelektrische Dünnfilm 12 auf der unteren Elektrode 13 ausgebildet ist. Deshalb ist die untere Elektrode 13 in (002)-Richtung als Hauptausrichtungsachse ausgerichtet, ebenso wie der piezoelektrische Dünnfilm 12. Hierdurch kann ein AlN-Dünnfilm mit ausgezeichneter (002)-Ausrichtung erhalten werden.
Wie in 1B gezeigt, wird der Hohlraum 15 unterhalb der unteren Elektrode 13 ausgebildet. Das Substrat 11, das als Basis für die untere Elektrode 13 und den piezoelektrischen Dünnfilm 12 verwendet wird, wird mit einem auf Fluor basierenden Gas oder einer auf Säure basierenden Chemikalie, beispielsweise gepufferte Hydrofluorsäure, geätzt, wie bereits beschrieben. Andererseits sind Ruthenium und Rutheniumlegierungen sehr beständig gegenüber auf Fluor basierenden Gasen und auf Säure basierenden Chemikalien. Dementsprechend kann die untere Elektrode 13, die einen Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsfilm enthält, nicht geätzt werden, und der FBAR 1A kann problemlos hergestellt werden.
Insbesondere wird ein auf Fluor basierendes Gas in einem Fall verwendet, in dem das Substrat 11 ein Siliziumsubstrat ist und das Trockenätzen in Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Substrats 11 wird auf dem Substrat 11 ausgeführt (um die Seitenflächen des Hohlraums 15 in der Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche des Substrats 11 auszubilden). In einem solchen Fall kann die Ausbildung des Hohlraums 15 durch Einsatz eines Elektrodenfilms aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung für die untere Elektrode 13 erleichtert werden. Somit kann eine Abnahme der Ausbeute aufgrund des Ätzens der unteren Elektrode 13 verhindert werden.
Wie vorstehend beschrieben, sind Ruthenium und Rutheniumlegierungen beständig gegenüber auf Fluor basierenden Gasen und auf Säure basierenden Chemikalien, und deshalb ist es nicht notwenig, anisotropes Ätzen unter Einsatz einer KOH-Lösung oder dergleichen auszuführen, um den Hohlraum 15 im Substrat 11 auszubilden. Stattdessen kann eine Trockenätzung unter Verwendung eines auf Fluor basierenden Gases ausgeführt werden, um die Seitenflächen des Hohlraums 15 in der Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche des Substrats 11 auszubilden. Dementsprechend können Resonatoren näher aneinander positioniert werden als in dem Fall, in dem anisotropes Ätzen ausgeführt wird, um die Seitenflächen des Hohlraums 15 diagonal in Bezug auf die Hauptoberfläche des Substrats 11 auszubilden. Als Ergebnis davon kann die gesamte Vorrichtung kleiner gemacht werden. Darüber hinaus erfordert diese Struktur nicht den Schritt des Ausbildens einer Opferschicht zum Ausbilden des Hohlraums 15 und den Schritt des Polierens der Opferschicht. Somit können das Herstellungsverfahren vereinfacht und die Herstellungskosten gesenkt werden.
In dem Fall, dass eine Opferschicht im Substrat 11 im Voraus ausgebildet wird und der Hohlraum 15 durch Entfernen der Opferschicht nach der Ausbildung der unteren Elektrode 13, des piezoelektrischen Dünnfilms 12 und der oberen Elektrode 14 auf dem Substrat 11 ausgebildet wird, kann ein Elektrodenfilm, der Ruthenium oder eine Rutheniumlegierung enthält, auch das Ätzen der unteren Elektrode 13 verhindern. Somit kann eine Abnahme der Ausbeute vermieden werden und die Herstellung der Vorrichtung erfolgt reibungslos. Auch in dem Fall, in dem eine Nassätzung ausgeführt wird, um den piezoelektrischen Dünnfilm 12 mit einer Musterung zu versehen, kann ein Elektrodenfilm, der Ruthenium oder eine Rutheniumlegierung enthält, nicht geätzt werden. Somit kann eine Abnahme der Ausbeute verhindert werden und die Herstellung der Vorrichtung erfolgt reibungslos. Darüber hinaus können die gleichen Effekte wie vorstehend erzielt werden, wenn Trockenätzung ausgeführt wird, um den piezoelektrischen Dünnfilm 12 mit Mustern zu versehen.
In dieser Ausführungsform muss der Hohlraum 15 eine solche Größe aufweisen, dass die untere Elektrode 13 vollständig frei liegt. Deshalb wird der Abschnitt des Substrats 11, der sich unterhalb der unteren Elektrode 13 befindet, vollständig duch Ätzen entfernt. Somit kann verhindert werden, dass das Substrat 11 die Erregung behindert. Hierbei muss der piezoelektrische Dünnfilm 12 größer sein als der Hohlraum 15, so dass er fest auf dem Substrat 11 verbleibt.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des FBAR 1A gemäß dieser Ausführungsform detailliert beschrieben. Im nachstehenden beispielhaften Fall wird die obere Elektrode 14 als Einzelschichtfilm aus Ruthenium (Ru) ausgebildet, die untere Elektrode 13 wird als Mehrschichtfilm aus Molybdän (Mo) und Aluminium (Al) ausgebildet, wobei sich das Molybdän auf der Oberseite des Aluminiums befindet, der piezoelektrische Dünnfilm 12 ist aus Aluminiumnitrid (AlN) hergestellt und das Substrat 11 ist ein Siliziumsubstrat.
Zunächst wird ein Siliziumsubstrat 11A wie in 2A gezeigt hergestellt. Ein leitender Film 13A, der durch Mustergebung als Elektrode 13 ausgebildet werden soll, wird auf einer Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 11A durch eine Sputtertechnik oder dergleichen ausgebildet, wie in 2B gezeigt. Dieser leitende Film 13A weist eine Mehrschichtstruktur auf mit einem Aluminiumfilm von 50 nm, der auf dem Siliziumsubstrat 11A ausgebildet ist, und einem Molybdänfilm von 100 nm, der auf dem Alumiumfilm ausgebildet ist.
Ein Photolackfilm mit einer vorgegebenen Form (um die untere Elektrode 13 auszubilden) wird dann auf dem leitenden Film 13A durch eine Photolithographietechnik oder dergleichen ausgebildet, und durch Trockätzen oder Nassätzen wird er gestaltet, um die untere Elektrode 13 mit gewünschter Form auszubilden, wie in 2C gezeigt. Hierbei können andere Verdrahtungsmuster und ein Grundmuster gleichzeitig ausgebildet werden. Beim Trockenätzen oder Nassätzen kann ein auf Fluor basierendes Gas oder eine auf Säure basierende Chemikalie eingesetzt werden, wie bereits erwähnt.
Als nächstes wird ein piezoelektrischer Dünnfilm 12A auf der unteren Elektrode 13 und dem Siliziumsubstrat 11A durch eine Sputtertechnik oder dergleichen ausgebildet, wie in 2D gezeigt. Des weiteren wird eine leitende Schicht 14A, die durch Mustergebung zur oberen Elektrode 14 gemacht werden soll, auf dem piezoelektrischen Dünnfilm 12A durch eine Sputtertechnik oder dergleichen ausgebildet, wie in 2E gezeigt. Der piezoelektrische Dünnfilm 12A ist beispielsweise ein Aluminiumnitridfilm (AlN-Film) von 500 nm. Die leitende Schicht 14A weist eine Einzelschichtstruktur auf, wobei beispielsweise ein Rutheniumfilm (Ru-Film) von 100 nm auf dem piezoelektrischen Dünnfilm 12A ausgebildet ist.
Ein Fotolackfilm mit vorgegebener Form (um die obere Elektrode 14 und den piezoelektrischen Dünnfilm 12 auszubilden) wird dann auf der leitenden Schicht 14A durch eine Photolithographietechnik oder dergleichen ausgebildet, und die Formgebung erfolgt durch Trockenätzen oder Nassätzen, um die obere Elektrode 14 (siehe 3A) und den piezoelektrischen Dünnfilm (siehe 3B) mit den gewünschten Formen auszubilden. Hierbei kann ein auf Fluor basierendes Gas oder eine auf Säure basierende Chemikalie beim Trockenätzen oder Nassätzen eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren kann eine Anhebung erfolgen, um die obere Elektrode 14 auszubilden.
Nachdem ein Resonator einschließlich der unteren Elektrode 13, dem piezoelektrischen Dünnfilm 12 und der oberen Elektrode 14 auf die vorstehend beschriebende Weise ausgebildet wurde, wird ein Photolackfilm mit vorgegebener Form (um den Hohlraum 15 zu bilden) auf der Bodenoberfläche des Siliziumsubstrats 11A durch eine Photolithographietechnik oder dergleichen ausgebildet. Dann erfolgt eine Trockenätzung auf dem Photolackfilm, um das Substrat 11 mit dem darin vorhandenen Hohlraum 15 auszubilden. So wird der in den 1A, 1B und 3C gezeigte FBAR 1A erhalten.
Beim Ausbilden des Hohlraums 15 werden die Schritte des Ätzens mit CF₆, das ein auf Fluor basierendes Gas ist, und die Ausbildung eines Seitenwand-Schutzfilmes aus C₄F₈ wechselweise wiederholt, so dass die Seitenflächen des Hohlraums 15 im Wesentlichen senkrecht zur Bodenoberfläche des Siliziumsubtrats 11A werden. Jedoch kann ein anderes Verfahren eingesetzt werden, um den Hohlraum 15 auszubilden.
Im vorstehend beschriebenen Verfahren kann die Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsschicht, die in der unteren Elektrode 13 und/oder in der oberen Elektrode 14 enthalten ist, durch eine andere Technik als die Sputtertechnik ausgeführt werden, beispielsweise durch Vakuum-Dampfabscheidung, Nassätzen, Ionenfräsen, Ätzen mit reaktiven Ionen unter Einsatz eines Sauerstoff enthaltenden Gases oder durch eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser Techniken. Im Fall des Nassätzens kann Salptersäure oder Cerium-Diammoniumnitrat als Ätzflüssigkeit eingesetzt werden.
4 zeigt den Grad an Unterdrückung beim Dämpfungspol jedes FBAR 1A, der durch das obige Herstellungsverfahren erzeugt wurde. Bei den in 4 gezeigten Beispielen beträgt die Resonanzfrequenz 5 GHz, und die Querschnittsbereiche des Erregungsgebietes der unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 14 (d. h. die Querschnitte auf Ebenen parallel zur Hauptoberfläche des Substrats 11) weisen Kreisformen auf, und der Radius jedes Querschnitts beträgt 80 μm. Die Elektrodenmaterialien für die obere Elektrode 14 sind Aluminium (Al), Titan (Ti), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Ruthenium (Ru). 4 zeigt den Grad an Unterdrückung an den Dämpfungspolen, der bei jedem der Elektrodenmaterialien beobachtet wurde.
Wie aus 4 ersichtlich ist, variieren die Resonanzeigenschaften des FBAR 1A stark mit dem Elektrodenmaterial der oberen Elektrode 14. Insbesondere wenn die obere Elektrode 14 aus einem Elektrodematerial mit hoher akustischer Impedanz hergestellt ist, ist auch der Grad an Unterdrückung am Dämpfungspol hoch. Dementsprechend kann ein FBAR mit exellenten Resonanzeigenschaften durch Einsatz von Ruthenium mit hoher akustischer Impedanz als Elektrodenmaterial erreicht werden.
Als nächstes wird ein Bandpassfilter 10, bei dem FBARs 1A in dieser Ausführungsform eingesetzt sind, detailliert beschrieben. 5 ist eine Draufsicht auf den Bandpassfilter 10 gemäß dieser Ausführungsform. 6 ist eine Schnittansicht des Bandpassfilters 10 entlang der Linie A'-A' von 5. 7 ist eine äquivalente Schaltungsdarstellung des Bandpassfilters 10, der in den 5 und 6 gezeigt ist.
Wie in den 5 und 7 gezeigt, umfasst der Bandpassfilter 10 vier Resonatoren S1 bis S4, welche in einem Reihenarm (nachstehend als Reihenarmresonatoren S1 bis S4 bezeichnet) angeordnet sind, und drei Resonatoren P1 bis P3, welche auf parallelen Armen angeordnet sind (nachstehend als Parallelarmresonatoren P1 bis P3 bezeichnet). Jeder der Reihenarmresonatoren S1 bis S4 und der Parallelarmresonatoren P1 bis P3 weist die gleiche Struktur wie der in den 1A und 1B gezeigte FBAR 1A auf.
Die obere Elektrode 14 jedes der Reihenarmresonatoren S1 und S4, die am Eingangsende und am Ausgangsende des Bandpassfilters 10 vorhanden sind, ist mit einem Draht 24 verbunden. Ein erhöhter Verbindungsblock 22, welcher eine Laminatstruktur, beispielsweise aus einer Metallschicht und einer Titanschicht, aufweist, ist auf jedem Draht 24 ausgebildet. Eine Erhebung 23 aus Metall ist auf jedem erhöhten Verbindungsblock 22 ausgebildet und dafür ausgelegt, mit einem Signalausgangsanschluss oder einem Signaleingangsanschluss auf der Rohchip-Anbringungsoberfläche einer Baugruppe (nicht gezeigt). Der Bandpassfilter 10 ist mit der Oberseite nach unten mit der Rohchip-Anbringungsoberfläche der Baugruppe verbunden.
Der Draht 24 zwischen dem Eingangsende und dem Reihenarmresonator S1 verzweigt sich und ist auch mit der oberen Elektrode 14 des Parallelarmresonators P1 verbunden. Die untere Elektrode 13 des Parallelarmresonators P1 ist mit einem Draht 21 verbunden, der sich in einem Bereich ausserhalb des piezoelektrischen Dünnfilms 12 erstreckt. Derselbe erhöhte Verbindungsblock 22 wie vorstehend ist auf dem Draht 21 im Bereich ausserhalb des piezoelektrischen Dünnfilms 12 ausgebildet und dafür ausgelegt, mit einem Erdungsanschluss auf der Rohchip-Anbringungsoberfläche verbindbar zu sein. Auf ähnliche Weise verzweigt sich der Draht 24 zwischen dem Ausgangsende und dem Reihenarmresonator S4 und ist auch mit der oberen Elektrode 14 des Parallelarmresonators P3 verbunden. Die untere Elektrode 13 des Parallelarmresonators P3 ist mit einem Draht 21 verbunden, der sich zu einem Bereich ausserhalb des piezoelektrischen Dünnfilms 12 erstreckt. Derselbe erhöhte Verbindungsblock 22 wie vorstehend ist auf dem Draht 21 im Bereich ausserhalb des piezoelektrischen Dünnfilms 12 ausgebildet und dafür ausgelegt, mit einem Erdungsanschluss auf der Rohchip-Anbringungsoberfläche verbindbar zu sein.
Die unteren Elektroden 13 der Reihenarmresonatoren S1 und S2 sind miteinander über den entsprechenden Draht 21 verbunden. Auf ähnliche Weise sind die unteren Elektroden 13 der Reihenarmresonatoren S3 und S4 miteinander über den entsprechenden Draht 21 verbunden. Auch die oberen Elektroden 14 der Reihenarmresonatoren S2 und S3 sind miteinander über den entsprechenden Draht 24 verbunden.
Der Draht 24, welcher die Reihenarmresonatoren S2 und S3 verbindet, verzweigt sich ebenfalls und ist mit der oberen Elektrode 14 des Parallelarmresonators P2 verbunden. Die untere Elektrode des Parallelarmresonators P2 ist mit einem Draht 21 verbunden, der sich zu einem Bereich ausserhalb des piezoelektrischen Dünnfilms 12 erstreckt. Derselbe erhöhte Verbindungsblock 22 wie oben ist auf dem Draht 21 im Bereich ausserhalb des piezoelektrischen Dünnfilms 12 ausgebildet und dafür ausgelegt, mit einem Erdungsanschluss auf der Rohchip-Anbringungsoberfläche verbindbar zu sein.
Wie vorstehend beschrieben, kann mit den FBARs dieser Ausführungsform ein Bandpassfilter 10 erzeugt werden, welcher einen geringen Einschubverlust und exzellente Filtereigenschaften aufweist.
Im vorstehend beschriebenen Beispiel kann der piezoelektrische Dünnfilm 12 aus Zinkoxid (ZnO) anstelle von AlN hergestellt sein. Auch die untere Elektrode 13 und die obere Elektrode 14 können aus Iridium (Ir) oder einer Iridiumlegierung oder Rhodium (Rh) oder einer Rhodiumlegierung anstelle von Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung ausgebildet sein.
(Zweite Ausführungsform)
Es wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der beschriebenen ersten Ausführungsform umfasst zumindest die untere Elektrode 13 oder die obere Elektrode 14 einen Elektrodenfilm, der eine Ruthenium- oder Rutheniumlegierung enthält. In dieser Ausführungsform enthalten jedoch sowohl die untere Elektrode 13 als auch die obere Elektrode 14 einen Elektrodenfilm, der Ruthenium oder eine Rutheniumlegierung enthält. In dieser Ausführungsform werden die gleichen Komponenten wie jene der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen wie jene der ersten Ausführungsform bezeichnet und ihre Erklärung wird unterlassen.
Die 8A und 8B veranschaulichen die Struktur eines FBAR 1B gemäß dieser Ausführungsform. 8A ist eine Draufsicht des FBAR 1B, und 8B ist eine Schnittansicht des FBAR 1B entlang der Linie B-B von 8A.
Wie in den 8A und 8B gezeigt, weist der FBAR 1B dieser Ausführungsform die gleiche Struktur wie der FBAR 1A der ersten Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, dass die untere Elektrode 13 und die obere Elektrode 14 durch eine untere Elektrode 13B und eine obere Elektrode 14B ersetzt sind, welche mit Elektrodenfilmen ausgebildet sind, von denen jeder eine Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsschicht enthält.
Mit dieser Struktur kann eine Beschädigung der oberen Elektrode 14B und der unteren Elektrode 13B verringert werden, wenn geätzt wird, um den piezoelektrischen Dünnfilm 12 (so wie auch die obere Elektrode 14B) zu erzeugen, und wenn geätzt wird, um den Hohlraum 15 auszubilden. Dementsprechend kann eine höhere Ausbeute erzielt werden.
9 zeigt die Resonanzeigenschaften (S (2, 1)) des FBAR 1B dieser Ausführungsform. In dem in 9 gezeigten Beispiel ist die obere Elektrode 14B mit einem Rutheniumfilm von 100 nm ausgebildet, wobei der piezoelektrische Dünnfilm 12 mit einem AlN-Film von 430 nm ausgebildet ist, und die untere Elektrode 13B ist mit einem Rutheniumfilm von 100 nm ausgebildet.
Wie aus 9 ersichtlich ist, zeigt der FBAR 1B ausgezeichnete Resonanzeigenschaften, wobei er einen Grad an Unterdrückung von –3 dB oder weniger an den Resonanzpunkten aufweist. Der FBAR 1B zeigt auch ausgezeichnete Anti-Resonanzeigenschaften, wobei er einen Grad an Unterdrückung von –20 dB oder mehr am Anti-Resonanzpunkt aufweist. Auf diese Weise erhält man, wenn die untere Elektrode 13B und die obere Elektrode 14B mit Elektrodenfilmen ausgebildet sind, von denen jeder eine Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsschicht enthält, einen FBAR, welcher ausgezeichnete Resonanzeigenschaften und ausgezeichnete Anit-Resonanzeigenschaften aufweist. Mit den Elektrodenfilmen, von denen jeder eine Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsschicht enthält, kann auch ein Verlust verringert werden, ebenso wie in der ersten Ausführungsform.
Die anderen Aspekte und das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform sind gleich denjenigen der ersten Ausführungsform, weswegen auf ihre nähere Erläuterung hier verzichtet wird.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung detailliert beschrieben. In der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist zumindest die untere Elektrode 13 oder die obere Elektrode 14 mit einem Elektrodenfilm ausgebildet, welcher eine Rutheniumlegierungsschicht enthält. In dieser Ausführungsform ist andererseits eine Dünnfilmschicht zur Verhinderung von Beschädigungen der unteren Elektrode 13 aufgrund des Ätzens auf der Seite des Hohlraums 15 vorhanden. In dieser Ausführungsform sind die gleichen Komponenten wie jene der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen wie jene der ersten Ausführungsform bezeichnet und auf ihre Erläuterung wird verzichet.
Die 10A und 10B veranschaulichen die Struktur eines FBAR 1C gemäß dieser Ausführungsform. 10A ist eine Draufsicht auf den FBAR 1C und 10B ist eine Schnittansicht des FBAR 1C entland der Linie C-C von 10A.
Wie in den 10A und 10B gezeigt ist, weist der FBAR 1C dieser Ausführungsform die gleiche Struktur wie der FBAR 1A der ersten Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, dass eine Dünnfilmschicht 16 unterhalb der unteren Elektrode 13 ausgebildet ist, d. h. auf der Unterseite des Hohlraums 15. Mit dieser Struktur ist die untere Elektrode 13 nicht gegen den Hohlraum 15 freigelegt, und eine Beschädigung der unteren Elektrode 13 durch das Ätzen beim Ausbilden des Hohlraums 15 kann verhindert werden. Die anderen Aspekte dieser Ausführungsform sind gleich denjenigen des FBAR 1A der ersten Ausführungsform.
Beispielhafte Materialien für die Dünnfilmschicht 16 umfassen reine Metalle wie Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Chrom (Cr), Legierungen wie Aluminiumlegierung, Kupferlegierung und Chromlegierung, Oxide wie Aluminiumoxid, Kupferoxid und Chromoxid, und Nitride wie Aluminiumnitrid, Kupfernitrid und Chromnitrid. Jedoch sind die Materialien für die Dünnfilmschicht 16 nicht auf die vorstehenden Materialien beschränkt, und es können beliebige andere Materialien eingesetzt werden, solange sie eine ausreichende Beständigkeit gegen das Ätzen mit einem auf Fluor basierenden Gas aufweisen. In dem nachstehend beschriebenen beispielhaften Fall ist die Dünnfilmschicht 16 aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) hergestellt.
Mit der obigen Struktur kann eine Beschädigung der unteren Elektrode 13 aufgrund des Ätzens bei der Ausbildung des Hohlraums 15 sicher verhindert werden. Dementsprechend kann eine höhere Ausbeute erzielt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Erzeugen des FBAR 1C gemäß dieser Ausführungsform detailliert beschrieben. In dem nachstehend beschriebenen beispielhaften Fall ist die Dünnfilmschicht 16 aus Aluminiumoxid hergestellt, und die anderen Aspekte der Struktur sind gleich denjenigen der in den 2A bis 3C gezeigten Struktur.
Zunächst wird ein Siliziumsubstrat 11A wie in 11A gezeigt hergestellt. Eine Dünnfilmschicht 16C, die durch Mustergebung zur Dünnfilmschicht 16 ausgebildet werden soll, und ein leitender Film 13C, der durch Mustergebung zur unteren Elektrode 13 ausgebildet werden soll, werden auf einer Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 11A durch Sputtern oder dergleichen, wie in 11B gezeigt, ausgebildet. Diese Dünnfilmschicht 16C weist eine Einzelschichtstruktur mit einem Aluminiumoxidfilm von 50 nm auf, der auf dem Siliziumsubstrat 11A ausgebildet ist. Der leitende Film 13C hat eine Einzelschichtstruktur mit einem Rutheniumfilm von 100 nm, welcher auf der Dünnfilmschicht 16C ausgebildet ist.
Ein Photolackfilm mit vorgegebener Form (um die untere Elektrode 13 und die Dünnfilmschicht 16 auszubilden) wird dann auf dem leitenden Film 13C durch eine Photolithographietechnik oder dergleichen ausgebildet, und durch Trockenätzung oder Nassätzung wird eine Mustergebung erreicht, um die Dünnfilmschicht 16 und die untere Elektrode 13 mit den gewünschten Formen auszubilden, wie in 11C gezeigt. Hierbei können gleichzeitig andere Verdrahtungsmuster und ein Grundmuster ausgebildet werden. Beim Trockenätzen oder Nassätzen kann ein auf Fluor basierendes Gas oder eine auf Säure basierende Chemikalie verwendet werden, wie vorstehend erwähnt.
Als nächstes wird ein piezoelektrischer Dünnfilm 12A auf der unteren Elektrode 13 und dem Siliziumsubstrat 11A durch Sputtern oder dergleichen ausgebildet, wie in 11D gezeigt. Des weiteren wird eine leitende Schicht 14A, welche durch Mustergebung zur oberen Elektrode 14 ausgebildet werden soll, auf dem piezoelektrischen Dünnfilm 12A durch Sputtern oder dergleichen, wie in 11E gezeigt, ausgebildet. Der piezoelektrische Dünnfilm 12A umfasst beispielsweise einen Aluminiumnitridfilm (AlN-Film) von 420 nm. Die leitende Schicht 14A weist beispielsweise eine Einzelschichtstruktur mit einem Rutheniumfilm (Ru) von 100 nm auf, der auf dem piezoelektrischen Dünnfilm 12A ausgebildet ist.
Ein Photolackfilm mit vorgegebener Form (um die obere Elektrode 14 und den piezoelektrischen Dünnfilm 12 auszubilden) wird dann auf der leitenden Schicht 14A durch eine Photolithographietechnik oder dergleichen ausgebildet, und durch Trockenätzen oder Nassätzen wird eine Mustergebung durchgeführt, um die obere Elektrode 14 (siehe 12A) und den piezoelektrischen Dünnfilm 12 (siehe 12B) mit den gewünschten Formen auszubilden. Hierbei können ein auf Fluor basierendes Gas oder eine auf Säure basierende Chemikalie beim Trockenätzen oder Nassätzen eingesetzt werden, wie bereits erwähnt. Bei diesem Verfahren kann eine Anhebung ausgeführt werden, um die obere Elektrode 14 auszubilden.
Nachdem ein Resonator mit der Dünnfilmschicht 16, der unteren Elektrode 13, dem piezoelektrischen Dünnfilm 12 und der oberen Elektrode 14 auf die vorstehend beschriebene Weise ausgebildet wurde, wird ein Photolackfilm mit einer vorgegebenen Form (um den Hohlraum 15 auszubilden) auf der Bodenoberfläche des Siliziumsubstrats 11A durch Photolithographie oder dergleichen ausgebildet. Dann wird der Photolackfilm trockengeätzt, um das Substrat 11 mit dem darin ausgebildeten Hohlraum 15 zu erzeugen. Somit wird der in den 10A, 10B und 12C gezeigte FBAR 1C erhalten.
13 zeigt die Resonanzeigenschaften (S (2, 1)) des FBAR 1C dieser Ausführungsform. In dem in 13 gezeigten Beispiel ist die obere Elektrode 14 mit einem Rutheniumfilm von 100 nm ausgebildet, der piezoelektrische Dünnfilm 12 ist mit einem AlN-Film von 420 nm ausgebildet, die untere Elektrode 13 ist mit einem Rutheniumfilm von 100 nm ausgebildet und die Dünnfilmschicht 16 ist mit einem Aluminiumoxidfilm von 50 nm ausgebildet.
Wie aus 13 ersichtlich ist, zeigt der FBAR 1C ausgezeichnete Resonanzeigenschaften, wobei er einen Unterdrückungsgrad von –3 dB oder weniger an den Resonanzpunkten aufweist. Der FBAR 1C zeigt auch exzellente Anti-Resonanzeigenschaften, wobei ein Unterdrückungsgrad von –20 dB oder mehr am Anti-Resonanzpunkt erhalten wird. Auf diese Weise werden die untere Elektrode 13 und die obere Elektrode 14 mit Elektrodenfilmen ausgebildet, von denen jeder eine Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsschicht enthält, und die Dünnfilmschicht 16 zum Schützen der unteren Elektrode 13 vor dem Ätzvorgang wird unterhalb der unteren Elektrode 13 angebracht. Somit kann ein FBAR mit exzellenten Resonanzeigenschaften und exzellenten Anti-Resonanzeigenschaften erhalten werden. Mit den Elektrodenfilmen, von denen jeder eine Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsschicht enthält, kann auch der Verlust wie in der ersten Ausführungsform verringert werden.
Die anderen Aspekte und das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform sind gleich denjenigen der ersten Ausführungsform, deshalb wird auf ihre Erläuterung hier verzichtet.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird das Verhältnis zwischen dem Elastizitätsmodul eines Rutheniumfilms, der für eine untere Elektrode und/oder eine obere Elektrode eingesetzt wird, und dem Grad an Unterdrückung am Dämpfungspol detailliert als vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Im nachstehend beschriebenen Beispielfall wird das Elastizitätsmodul des Rutheniumfilms, der die untere Elektrode 13b und die obere Elektrode 14b des FBAR 1B der zweiten Ausführungsform bildet, variiert.
14 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen dem Elastizitätsmodul des Rutheniumfilms und dem Grad an Unterdrückung am Dämpfungspol zeigt. Wie aus 14 hervorgeht, ist der Grad an Unterdrückung am Dämpfungspol um so höher, je höher das Elastizitätsmodul des Rutheniumfilms ist. Dementsprechend können vorteilhaftere Eigenschaften erzielt werden, wenn die untere Elektrode 13b und die obere Elektrode 14b ein höheres Elastizitätsmodul aufweisen.
Das Elastizitätsmodul des Rutheniumfilms kann durch Änderung der Bedingungen zum Ausbilden des Rutheniumfilms gesteuert werden, und der Schritt des Herstellens des Rutheniumfilms ist gleich dem Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform.
Die anderen Aspekte und die Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform sind gleich denjenigen der ersten Ausführungsform und deshalb wird auf ihre Erläuterung verzichtet.
(Fünfte Ausführungsform)
Als nächstes wird detailliert eine fünfte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Im Fall, dass die untere Elektrode 13 und/oder die obere Elektrode 14 mit einem Rutheniumfilm ausgebildet sind, beeinflusst die interne Belastung des Rutheniumfilms die Stärke der Vorrichtung (ein FBAR oder ein Filter, bei dem der FBAR eingesetzt ist). Im nachstehend beschriebenen Beispielfall wird der FBAR 1 der ersten Ausführungsform verwendet.
In dem Experiment, das gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wurde, wurden die Bedingungen zum Ausbilden des Rutheniumfilms geändert, und FBARs 1A, welche Rutheniumfilme mit verschiedenen internen Belastungswerten als untere Elektrode 13 und/oder obere Elektrode 14 umfassten, wurden hergestellt. Unter Verwendung der FBARs 1A wurde das Verhältnis zwischen der internen Belastung jedes Rutheniumfilms und der Stärke der Vorrichtung untersucht.
Beim Anlegen eines Eingangssignals von etwa 5 GHz gingen die meisten FBARs 1A, von denen jeder einen Rutheniumfilm mit einer internen Belastung von 3 GPa oder mehr aufwies, kaputt. Insbesondere war die Wahrscheinlichkeit des Ausfalls größer, wenn ein Rutheniumfilm unter der Bedingung ausgebildet wurde, dass der Sputterdruck 0,5 Pa oder weniger betrug.
Wie aus diesem Ergebnis deutlich wird, ist es vorzuziehen, die interne Belastung eines Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsfilm auf 3 GPa oder weniger zu reduzieren, wenn die untere Elektrode und/oder die obere Elektrode 14 mit einem Elektrodenfilm ausgebildet sind, der die Ruthenium- oder Rutheniumlegierungsschicht enthält. Indem so verfahren wird, können FBARs erzeugt werden, die mit geringerer Wahrscheinlichkeit kaputt gehen.
Um die interne Belastung der unteren Elektrode 13 zu steuern, ist es auch möglich, eine Dünnfilmschicht unterhalb der unteren Elektrode 13 (auf der Oberseite des Hohlraums 15) auszubilden. Diese Dünnfilmschicht kann aus reinem Metall, beispielsweise Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Chrom (Cr), einer Legierung, die Aluminium, Kupfer oder Chrom enthält, einem Oxid, das Aluminium, Kupfer oder Chrom enthält, oder einem Nitrid, das Aluminium, Kupfer oder Chrom enthält, hergestellt sein. Mit einer solchen Dünnfilmschicht können die gleichen Effekte erzielt werden wie mit der Ausführungsform, gemäß der die interne Belastung der unteren Elektrode 13 auf 3 GPa oder weniger beschränkt wird.
Die anderen Aspekte und das Herstellungsverfahren der fünften Ausführungsform sind gleich denjenigen der ersten Ausführungsform, weswegen auf ihre Erläuterung hier verzichtet wird.

Claims

Akustischer Filmresonator, umfassend einen piezoelektrischen Dünnfilm (12), der auf einer ersten Oberfläche eines Substrats (11) ausgebildet ist; eine untere Elektrode (13) und eine obere Elektrode (14), die so angeordnet sind, dass der piezoelektrische Dünnfilm (12) zwischen sie geschichtet ist, wobei der piezoelektrische Dünnfilm (12) aus Aluminiumnitrid hergestellt ist, und die untere Elektrode (13) über einen Hohlraum (15) zugänglich ist, der unter der unteren Elektrode (13) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die untere Elektrode (13) der beiden Elektroden aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung besteht.
Akustischer Filmresonator nach Anspruch 1, zudem umfassend einen Mehrschichtfilm, der aus mindestens zwei Arten von laminierten Dünnfilmen aufgebaut ist und die untere Elektrode (13) umfasst.
Akustischer Filmresonator nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumnitrid des piezoelektrischen Dünnfilms (12) die Ausrichtung (002) als Hauptausrichtungsachse aufweist.
Akustischer Filmresonator nach Anspruch 1, wobei das Ruthenium oder die Rutheniumlegierung der unteren Elektrode (13) die Ausrichtung (002) als Hauptausrichtungsachse aufweist.
Akustischer Filmresonator nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Gesamtfilmdicke der unteren Elektrode (13) und der oberen Elektrode (14) zur Filmdicke des piezoelektrischen Dünnfilms (12) im Bereich von 1/12 bis 1 liegt.
Verfahren zum Herstellen eines akustischen Filmresonators, umfassend die Schritte: Ausbilden einer unteren Elektrode (13) auf einem Substrat (11); Ausbilden eines piezoelektrischen Dünnfilms (12) aus Aluminiumnitrid auf dem Substrat (11) derart, dass er die untere Elektrode (13) bedeckt; Ausbilden einer oberen Elektrode (14) auf dem piezoelektrischen Dünnfilm (12); Ausbilden eines Hohlraums (15) unter der unteren Elektrode (13), die dadurch über den Hohlraum (15) zugänglich ist, wobei die untere Elektrode (13) aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ausbilden der unteren Elektrode (13), die aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung hergestellt wird, so erfolgt, dass sie eine Ausrichtung (002) als Hauptausrichtungsachse aufweist; und das Ausbilden des piezoelektrischen Dünnfilms (12) das Ausbilden einer Aluminiumnitridschicht umfasst, die eine Ausrichtung (002) als Hauptausrichtungsachse aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Ausbilden der unteren Elektrode (13) das Ausbilden einer Schicht umfasst, die aus Ruthenium oder einer Rutheniumlegierung besteht, und zwar durch eine Sputtertechnik mit einem Sputterdruck von 0,5 Pa oder mehr.