DE60318283T2

DE60318283T2 - Herstellen des Dünnfilmresonatorfilters

Info

Publication number: DE60318283T2
Application number: DE60318283T
Authority: DE
Inventors: Li-Peng San Jose Wang; Eyal Jerusalem Bar-Sadeh; Valluri Saratoga Rao; John Heck; Qing San Jose Ma; Quan Fremont Tran; Alexander Jerusalem Talalyevsky; Eyal Ginsburg
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: AU2003298535A8; GB2392329A; EP1388938B1; MY137043A; TWI234343B; JP2004072778A; DE10333782A1; TW200408190A; WO2004036744A3; US20040027030A1; HK1060660A1; ATE382205T1; WO2004036744A2; KR20040014200A; GB0318456D0; GB2392329B; JP4950267B2; DE60318283D1; CN1327610C; US20060176126A1

Description

Hintergrund
Die Erfindung betrifft Filmvolumenakustikresonatoren.
Ein herkömmlicher Filmvolumenakustikresonator weist zwei Filmvolumenakustikresonator-Gruppen zum Erzielen einer gewünschten Filterantwort auf. Alle Serien-Filmvolumenakustikresonatoren haben die gleiche Frequenz, während die Nebenschluß-Filmvolumenakustikresonatoren eine andere Frequenz haben. Der aktive Bauteilbereich jedes FBAR wird durch den überlappenden Bereich von oberer und unterer Elektrode, piezoelektrischem Film und rückseitiger Kavität gesteuert.
Die rückseitige Kavität eines Filmvolumenakustikresonators wird normalerweise mittels eines von der Kristallorientierung abhängigen Ätzens geätzt, wie Kaliumhydroxid (KOH) oder Ethylendiamen-Pyrokatezol (EDP). Als Folge ist der Winkel der Seitenwandneigung etwa 54.7° an jeder Seite. Wenn ein Filter aus mehreren Serien- und Nebenschluß-Filmvolumenakustikresonatoren hergestellt wird, wobei jeder eine rückseitige Kavität mit geneigten Seitenwänden aufweist, kann die Größe des Filters beträchtlich sein.
US-A-5 231 327 zeigt den Oberbegriff dern unabhägigen Ansprüche.
Die Druckschrift "Design of Low-Cost Resonant Mode Sensors" von R. Kazinczi et al., proceeding of the spie – THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING, Society for Optical Engineering, 2001, Band 4593, Seiten 54–61 zeigt einen Resonanzsensor mit einem vibrierenden Element und einer Resonanzmembran. Eine lokale Verstärkungsschwelle ist im Mittenbereich der Membran so angebracht, daß sich der Mittenbereich als steifer Körper verhält und eine Deformation der Membran im Bereich der Membran neben der Verstärkungsschwelle konzentriert ist, wo Sensorelemente angeordnet sind.
Daher gibt es einen Bedarf nach besseren Wegen für die Herstellung von Filmvolumenakustikresonator-Filtern.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Aufsicht auf einen Filmvolumenakustikresonator-Filter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 2-2 zu einer frühen Herstellungsphase des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine darauffolgende Herstellungsphase gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine darauffolgende Phase gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine darauffolgende Phase gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt eine darauffolgende Phase gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine darauffolgende Phase gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt eine darauffolgende Phase gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt eine darauffolgende Phase gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Bezugnehmend auf 1 weist ein Filmvolumenakustikresonator-Filter (FBAR-Filter) 10 mehrere Filmvolumenakustikresonatoren 38 mit oberen Elektroden 36 auf. Die FBARs 38c und 38a sind Nebenschluß-FBARs, während der FBAR 38b ein Serien-FBAR ist, der mit dem FBAR 38a über eine Verlängerung 36f der oberen Elektroden 36b und 36e gekoppelt ist.
Die Zwischenschicht in jedem FBAR 38 weist einen piezoelektrischen Film auf. In einem Ausführungsbeispiel kann die gleiche Schicht des piezoelektrischen Films unterhalb jeder der oberen Elektroden 36 der FBARs 38 angeordnet sein. Daher kann in einem Ausführungsbeispiel das Material 35 ein piezoelektrischer Film sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Material 35 ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD = "interlayer dielectric") aufweisen, das den Bereich zwischen den FBARs 38 füllt, während die Region unterhalb jeder Elektrode 36 ein piezoelektrischer Film ist.
In einem Ausführungsbeispiel wird der aktive Bereich jedes FBAR 38 durch das Ausmaß der Überlappung zwischen der oberen Elektrode 36 und dem darunterliegenden piezoelektrischen Film, sowie der untersten oder Bodenelektrode gesteuert. In einigen Ausführungsbeispielen sind alle FBARs in wirksamer Weise über eine einzelne Membran gekoppelt, sei es ein durchgehender piezoelektrischer Film oder eine Schicht, die Regionen eines piezoelektrischen Films aufweisen, die durch ein Zwischendielektrikum getrennt sind.
Verstärkungsstreifen werden verwendet, um die mechanische Festigkeit des gesamten Filters 10 zu verbessern. Die Verstärkungsstreifen können in irgendeiner aus einer Vielzahl an Formen ausgestaltet sein.
Bezugnehmend auf 2 beginnt in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die anfängliche Herstellung durch Ausbilden der Ionen-implantierten Regionen 18. Die Ionen-implantierten Regionen 18 werden letztendlich die Verstärkungsstreifen. Das Ionenimplantat kann beispielsweise Sauerstoff oder schweres Bor sein, unter Anwendung eines Ätz-Stopp-Verfahrens mit schwerem Bor. Dann kann eine schnelle Wärmebehandlung angewandt werden, um die Dotierung zu aktivieren. In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Kaskadenimplantation angewandt werden, um ein gleichförmiges Profil zu erzielen. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Dicke der implantierten und behandelten Region etwa 6 μm.
Dann kann eine Isolierschicht 20 auf der Ober- und Unterseite des Substrats 16 aufgetragen werden. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schicht aus Siliziumnitrid gebildet sein, das als eine Ätz-Stopp-Schicht und eine rückseitige Ätzmaske arbeitet.
Mit Bezug auf 4 können die Bodenelektroden 32 in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch Auftragen und Mustern definiert werden. Danach kann in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in 5 gezeigt, die piezoelektrische Schicht 34 über den Bodenelektroden 32 aufgetragen und gemustert werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein durchgehender piezoelektrischer Film verwendet werden.
Bezugnehmend auf 6 kann ein Zwischenschichtdielektrikum 35 zwischen den Abschnitten der piezoelektrischen Schicht 34, wie den Abschnitten 34a und 34b aufgetragen werden. Es kann ein chemisch-mechanisches Polieren angewandt werden, um zu bewirken, daß die Oberseite des Zwischenschichtdielektrikums 35 planparallel zur Oberseite jedes Abschnitts der piezoelektrischen Schicht 34 ist.
Mit Bezug auf 7 werden die oberen Elektroden 36a und 36c für die Nebenschluß-FBARs 38a und 38c aufgetragen. Damit hat in einem Ausführungsbeispiel, bezugnehmend auf 1, jede der Elektroden 38 einen im allgemeinen rechteckförmigen Querschnitt. Zu diesem Zeitpunkt kann jede erforderliche Durchkontaktierung geätzt werden.
Bezugnehmend auf 8 kann eine rückseitige Ätzung angewandt werden, um die rückseitige Kavität 40 mit den geneigten Seitenwänden 41 auszubilden. Die Anfangsätzung sollte in einem Ausführungsbeispiel sich nicht durch den untersten Isolatorfilm 20 hindurch erstrecken. Danach kann ein Ätzen des Volumensiliciumdioxids angewandt werden, um die Kavität 40 durch das Substrat 16 auszubilden. Die implantierten Regionen 18 bleiben nach diesem Ätzen übrig, da das Ätzmittel selektiv auf Volumensiliciumdioxid wirkt, im Vergleich zu dotiertem Siliciumdioxid ist. Geeignete Ätzmittel umfassen KOH und EDP.
Dadurch daß alle FBARs 38 auf der gleichen Membran sind, kann die Gesamtgröße des Filters 10 reduziert werden. Beispielsweise kann lediglich eine rückseitige Kavität 40 für eine Anzahl an FBARs 38 verwendet werden, was zu einem kompakteren aus den FBARs gebildetem Layout führt, die nahe beieinander liegen können. In einigen Ausführungsbeispielen können Abschnitte des Zwischenschichtdielektrikums 35 nahe den Außenrändern des Filters 10 entfernt werden, um die in 1 gezeigte Struktur zu erhalten.
Die Elektroden 36b, 36f, 36d und 36e können aufgetragen werden. Die Elektrode 36b arbeitet in diesem Beispiel als die obere Elektrode des Serien-FBAR 38b. Die Elektroden 36d und 36e können hinzugefügt werden, um die Frequenz der Nebenschluß-FBARs 38a und 38c von der Frequenz des Serien-FBAR 38b zu unterscheiden. Die Elektrode 36f arbeitet so, daß sie die FBARs 38b und 38a durch deren obere Elektroden koppelt. Die Elektroden 36d, 36b, 36f und 36e können jedoch in einem Ausführungsbeispiel im gleichen Schritt hinzugefügt werden.
Wie in 9 gezeigt, kann die Schicht 20 geätzt werden, um die Ausbildung der Verstärkungsstreifen in der rückseitigen Kavität 40 abzuschließen. In einigen Ausführungsbeispielen können die Verstärkungsstreifen in einer #-Form angeordnet werden, bei der zwei parallele Verstärkungsstreifen im allgemeinen quer zu zwei anderen parallelen Verstärkungsstreifen angeordnet sind. Es kann jedoch eine Vielzahl an Konfigurationen der Verstärkungsstreifen in verschiedenen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Der in 1 gezeigte Filter 10 hat alle Serien- und Nebenschluß-FBARs in einer Kavität 40, und der aktive Bereich jedes FBAR wird durch den überlappenden Bereich gesteuert. Die Streifen implantierter Regionen 18 arbeiten als Verstärkungsstreifen, um die mechanische Festigkeit der gesamten Struktur zu verbessern.
Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können die Verstärkungsstreifen gebildet werden, indem Gräben in das Substrat 16 geätzt werden und diese Gräben mit einem Isolator gefüllt werden, wie einem bei niedrigem Druck aus der chemischen Phase abgeschiedenen Siliciumnitrid. Die Gräben können dann gefüllt werden, um die Verstärkungsstreifen auszubilden.
Dadurch daß ein kompakteres Design bereitgestellt wird, mit kürzen Leiterbahnen, wie den Elektroden 36f, 36h und 36g, kann in einigen Ausführungsbeispielen die Einfügungsdämpfung und der Durchlaß-Sperr-Bandabfall verbessert werden.
Auch wenn die vorliegende Erfindung anhand einer begrenzten Anzahl an Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, ist es für den Durchschnittsfachmann selbstverständlich, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen daran durchgeführt werden können. Es wird beabsichtigt, daß die beigefügten Ansprüche all diese Modifikationen und Variationen abdecken, soweit sie in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zum Ausbilden eines Filmvolumenakustikresonatorfilters, umfassend: Ausbilden einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Filmvolumenakustikresonatoren (38b) auf dem gleichen Substrat (16), die mit wenigstens einem Nebenschluß-Filmvolumenakustikresonator (38a, c) elektrisch gekoppelt sind, Bereitstellen einer rückseitigen Kavität (40) auf dem Substrat; Ausbilden wenigstens zweier Resonatoren (38a–g) über der gleichen rückseitigen Kavität (40), dadurch gekennzeichnet, daß es ferner umfaßt: Ausbilden eines Verstärkungsstreifens (18), der sich über der rückseitigen Kavität (40) erstreckt, um die Membran der rückseitigen Kavität (40) zu verstärken.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Ausbilden einer oberen Elektrode (36) aus einer einzelnen leitenden Schicht umfaßt, wobei die obere Elektrode (36) über jedem Filmvolumenakustikresonator positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das das Ausbilden wenigstens zweier paralleler Verstärkungsstreifen (18) umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das das Ausbilden eines Verstärkungsstreifens (18) durch Implementieren eines Bereichs über dem Substrat (16) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 4, das das Implantieren des Bereiches unter Verwendung einer Spezies umfaßt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Bor und Sauerstoff besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Ausbilden von Filmvolumenakustikresonatoren (38) unter Anwendung eines Ätzmittels umfaßt, um die Rückseite des Substrates (16) wegzuätzen und eine rückseitige Kavität (40) auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Ätzmittel so selektiv ist, daß der auf dem Substrat (16) ausgebildete Verstärkungsstreifen (18) nach dem Ätzschritt übrig bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das das Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht (34) für eine Vielzahl von Filmvolumenakustikresonatoren (38a–g) auf dem gleichen Substrat (16) unter Verwendung eines einzelnen Films aus einem piezoelektrischen Material umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 8, das das Mustern des piezoelektrischen Films (34), das Entfernen von Abschnitten des piezoelektrischen Films (34), und das Ersetzen der entfernten Abschnitte durch ein dielektrisches Material (35) umfaßt.
Integrierte Schaltung, mit: einem Substrat (16); einem Filmvolumenakustikresonatorfilter, der auf dem Substrat (16) ausgebildet ist und eine Vielzahl an in Reihe geschalteten Filmvolumenakustikresonatoren (38b) umfaßt, die eektrisch mit einem Nebenschluß-Filmvoluenakustikre sonator (38a; c) gekoppelt sind; einer rückseitigen Kavität auf dem Substrat (16), wobei wenigstens zwei Resonatoren (38a–g) über der gleichen rückseitigen Kavität (40) angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen Verstärkungsstreifen (18), der sich über der rückseitigen Kavität (40) erstreckt, um die Membran der rückseitigen Kavität (40) zu verstärken.
Schaltung nach Anspruch 10, die eine einzelne rückseitige Kavität (40) unter den Resonatoren (38a–g) umfaßt.
Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, die mehrere Verstärkungsstreifen (18) umfaßt, die sich über die Kavität (40) erstrecken.
Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Verstärkungsstreifen (18) aus einem ionenimplantierten Substratmaterial gebildet sind.
Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, die ein Paar paralleler Verstärkungsstreifen (18) umfaßt.
Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der jeder der Resonatoren (38a–g) eine obere Elektrode (36) umfaßt, wobei die oberen Elektroden (36a–f) der Resonatoren (38a–g) plan-parallel sind.