Title:
Akustische Volumenresonator-Vorrichtungen und Prozesse zum Herstellen von akustischen Volumenresonator-Vorrichtungen
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

In einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung wird mindestens ein zusätzliches Metallmerkmal auf einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode ausgebildet an einer Stelle, an der der elektrische Kontakt der unteren Elektrode anschließend ausgebildet werden wird, wodurch das Metall an der Stelle unterhalb wo die Schicht des piezoelektrischen Materials geätzt werden wird, um die Öffnung für den elektrischen Kontakt der unteren Elektrode auszubilden, verdickt wird. Folglich wird, selbst wenn ein Teil des Metalls des zusätzlichen Metallmerkmals und/oder der unteren Elektrode während des Prozesses des Ätzens der Öffnung in der Schicht des piezoelektrischen Materials entfernt werden wird, die untere Elektrode stets eine ausreichende Dicke beibehalten, nachdem die Schicht des piezoelektrischen Materials geätzt worden ist.





Inventors:
Martin, David Thomas, Col. (Fort Collins, US)
Williams, Keri Liane, Col. (Fort Collins, US)
Hansen, Sean, Calif. (Sunnyvale, US)
Callaghan, Lori Ann, Calif. (Menlo Park, US)
Camnitz, Lovell Harold, Calif. (Santa Clara, US)
Kekoa, Alexia Polland, Calif. (Fremont, US)
Wang, Kun, Calif. (Sunnyvale, US)
Koelle, Bernhard Ulrich, Calif. (Milpitas, US)
Application Number:
DE102017106923A
Publication Date:
11/30/2017
Filing Date:
03/30/2017
Assignee:
Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd. (Singapur, SG)
International Classes:
H03H9/17; H03H3/007
Attorney, Agent or Firm:
Dilg Haeusler Schindelmann Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80636, München, DE
Claims:
1. Eine akustische Volumenresonator (BAR, bulk acoustic resonator)-Vorrichtung, aufweisend:
ein Substrat, das eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist,
eine untere Metallelektrode, die auf der oberen Oberfläche des Substrats angeordnet ist,
eine Schicht piezoelektrischen Materials, die auf der oberen Oberfläche des Substrats angeordnet ist und die untere Elektrode überdeckt, wobei die Schicht des piezoelektrischen Materials mindestens eine erste darin ausgebildete Öffnung aufweist,
eine obere Metallelektrode, die auf einer oberen Oberfläche der Schicht des piezoelektrischen Materials angeordnet ist, und
ein erstes zusätzliches Metallmerkmal, das auf einer oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode unterhalb der ersten Öffnung, zumindest an einer ersten Stelle auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode, angeordnet ist, wobei das erste Metallmerkmal eine vorausgewählte Breite und Dicke aufweist,
ein elektrischer Kontakt der unteren Metallelektrode, der in der ersten Öffnung und in Kontakt mit zumindest dem ersten zusätzlichen Metallmerkmal angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass eine elektrische Verbindung mit der unteren Metallelektrode eingerichtet wird.

2. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die untere Metallelektrode aus einem ersten metallischen Material hergestellt ist und das erste zusätzliche Metallmerkmal aus einem zweiten metallischen Material, das von dem ersten metallischen Material verschieden ist, hergestellt ist.

3. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die untere Metallelektrode und das erste zusätzliche Metallmerkmal aus einem ersten metallischen Material hergestellt sind.

4. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der elektrische Kontakt der unteren Metallelektrode nicht in direktem Kontakt mit der unteren Metallelektrode ist, sondern mit der unteren Metallelektrode über das erste zusätzliche Metallmerkmal elektrisch gekoppelt ist.

5. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der elektrische Kontakt der unteren Metallelektrode sich durch das erste zusätzliche Metallmerkmal erstreckt und in direktem Kontakt mit der unteren Metallelektrode und mit dem ersten zusätzlichen Metallmerkmal ist.

6. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste zusätzliche Metallmerkmal ein Teil von einer gemusterten Metallschicht ist, die auch mindestens ein Masse-Last-Metall eines Abzweigresonators der BAR-Vorrichtung ist.

7. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste zusätzliche Metallmerkmal ein Teil von einer gemusterten Metallschicht ist, die auch mindestens einen Dickenzusetzer der unteren Elektrode umfasst, der dazu verwendet wird, einen Widerstand der unteren Metallelektrode zu verringern.

8. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Dicke des ersten zusätzlichen Metallmerkmals vorausgewählt ist, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Menge von Metall der unteren Metallelektrode verbleibt nach dem Ätzen der Schicht des piezoelektrischen Materials, um die erste Öffnung auszubilden.

9. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste zusätzliche Metallmerkmal die erste Stelle auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode überdeckt und sich in einer Richtung parallel zu der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode bis zu einem Rand eines aktiven Bereichs der BAR-Vorrichtung erstreckt.

10. Eine akustische Volumenresonator-Vorrichtung, aufweisend:
ein Substrat, das eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche aufweist, wobei das Substrat mindestens ein erstes und ein zweites Swimming-Pool darin aufweist,
eine untere Metallelektrode, die auf der oberen Oberfläche des Substrats über mindestens dem ersten und dem zweiten Swimming-Pool angeordnet ist,
eine Schicht piezoelektrischen Materials, die auf der oberen Oberfläche des Substrats angeordnet ist und die untere Metallelektrode überdeckt, wobei die Schicht des piezoelektrischen Materials mindestens eine erste darin ausgebildete Öffnung aufweist,
eine obere Metallelektrode, die auf einer oberen Oberfläche der Schicht des piezoelektrischen Materials angeordnet ist, und
ein erstes zusätzliches Metallmerkmal, das auf einer oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode unter der ersten Öffnung zumindest an einer ersten Stelle auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode angeordnet ist, wobei das erste Metallmerkmal eine vorausgewählte Breite und Dicke aufweist,
ein zweites zusätzliches Metallmerkmal, das auf einer oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode an einer zweiten Stelle, die von der ersten Stelle beabstandet ist, auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode angeordnet ist, wobei das zweite Metallmerkmal eine vorausgewählte Breite und Dicke aufweist, und
ein elektrischer Kontakt der unteren Metallelektrode, der in der ersten Öffnung und in Kontakt mit mindestens dem ersten zusätzlichen Metallmerkmal angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass eine elektrische Verbindung mit der unteren Metallelektrode hergestellt wird.

11. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei das erste und das zweite zusätzliche Metallmerkmal in derselben Schicht aus Metall ausgebildet werden.

12. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die zweite Stelle außerhalb irgendeines aktiven Bereichs der akustischen Volumenresonator-Vorrichtung ist.

13. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die zweite Stelle innerhalb von mindestens einem aktiven Bereich der akustischen Volumenresonator-Vorrichtung ist.

14. Ein Verfahren zum Sicherstellen, dass eine ausreichende Menge von Metall von einer unteren Metallelektrode einer akustischen Volumenresonator-(BAR, bulk acoustic resonator)-Vorrichtung verbleibt, nachdem eine erste Öffnung in eine Schicht piezoelektrischen Materials der BAR-Vorrichtung zum Ausbilden eines elektrischen Kontakts einer unteren Metallelektrode geätzt worden ist, das Verfahren aufweisend:
Bereitstellen eines Substrats, das eine untere Oberfläche, eine obere Oberfläche und mindestens einen ersten darin ausgebildeten Swimming-Pool aufweist, wobei das Substrat eine gemusterte oder nicht gemusterte untere Metallelektrodenschicht, die auf der oberen Oberfläche des Substrats über dem ersten Swimming-Pool angeordnet ist, aufweist,
Ausbilden eines ersten zusätzlichen Metallmerkmals an einer ersten Stelle auf einer oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, wobei das erste Metallmerkmal eine vorausgewählte Breite und Dicke aufweist,
Ausbilden der Schicht des piezoelektrischen Materials auf der oberen Oberfläche des Substrats und Überdecken der unteren Metallelektrodenschicht,
Ausbilden einer oberen Metallelektrode an einer oder mehreren vorbestimmten Stellen auf einer oberen Oberfläche der Schicht des piezoelektrischen Materials,
Ätzen durch die Schicht piezoelektrischen Materials, um die erste Öffnung in der Schicht piezoelektrischen Materials auszubilden, und
Ausbilden eines elektrischen Kontakts der unteren Metallelektrode in der ersten Öffnung, so dass der elektrische Kontakt der unteren Metallelektrode in Kontakt mit dem ersten zusätzlichen Metallmerkmal ist.

15. Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Schritt des Ätzens durch die Schicht der piezoelektrischen Materials zum Ausbilden der ersten Öffnung durch einen Abschnitt des ersten zusätzlichen Metallmerkmals hindurch ätzt, jedoch nicht in die untere Metallelektrode hinein ätzt, so dass der elektrische Kontakt der unteren Metallelektrode in direktem Kontakt mit dem ersten zusätzlichen Metallmerkmal ist, jedoch nicht in direktem Kontakt mit der unteren Metallelektrodenschicht ist.

16. Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Schritt des Ätzens durch die Schicht des piezoelektrischen Materials zum Ausbilden der ersten Öffnung durch das erste zusätzliche Metallmerkmal hindurch ätzt und sich eine Strecke in die untere Metallelektrodenschicht hinein erstreckt, und wobei der elektrische Kontakt der unteren Metallelektrodenschicht in direktem Kontakt mit dem ersten zusätzlichen Metallmerkmal und der unteren Metallelektrodenschicht ist.

17. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner aufweisend:
während des Schritts des Ausbildens des ersten zusätzlichen Metallmerkmals auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, Ausbilden eines Masse-Last-Metalls an einer zweiten Stelle auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, wobei das Masse-Last-Metall und das erste zusätzliche Metallmerkmal identische Dicken aufweisen und aus einer gleichen Schicht aus Metall ausgebildet sind.

18. Das Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der Schritt des Ausbildens des ersten zusätzlichen Metallmerkmals und des Masse-Last-Metalls aufweist:
vor dem Ausbilden der Schicht des piezoelektrischen Materials:
Ausbilden einer Maske auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, welche Gebiete die obere Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht maskiert und welche die erste und die zweite Stelle nicht maskiert belässt,
Ablagern von zusätzlichem Metall auf den nicht maskierten, ersten und zweiten Stellen der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, und
Abstreifen der Maske und jeglichen Metalls, das auf der Oberseite der Maske abgelagert ist.

19. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, ferner aufweisend:
während des Schritts des Ausbildens des ersten zusätzlichen Metallmerkmals auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, Ausbilden eines ersten metallischen Dickenzusetzers der unteren Elektrode an einer zweiten Stelle auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, wobei der erste metallische Dickenzusetzer der unteren Elektrode und das erste zusätzliche Metallmerkmal identische Dicken aufweisen und aus einer gleichen Schicht von Metall ausgebildet sind.

20. Das Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei der Schritt des Ausbildens des ersten zusätzlichen Metallmerkmals und des metallischen Dickenzusetzers der unteren Elektrode folgendes aufweist:
vor dem Ausbilden der Schicht des piezoelektrischen Materials:
Ausbilden einer Maske auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, welche [Maske] Bereiche der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode maskiert und welche die erste und die zweite Stelle nicht maskiert belässt,
Ablagern von zusätzlichem Metall auf der nicht maskierten ersten und zweiten Stelle der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, und
Wegstreifen der Maske und jeglichen Metalls, das auf der Oberseite der Maske angeordnet ist.

21. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei das erste zusätzliche Metallmerkmal ein Teil der unteren Metallelektrodenschicht ist, und wobei der Schritt des Ausbildens des ersten zusätzlichen Metallmerkmals umfasst: Wegätzen eines Abschnitts der unteren Metallelektrodenschicht außerhalb der ersten Stelle, um die untere Metallelektrodenschicht an der ersten Stelle dicker als an anderen Stellen der unteren Metallelektrodenschicht zu belassen.

22. Das Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, ferner aufweisend:
während des Schritts des Ausbildens des ersten zusätzlichen Metallmerkmals und des ersten metallischen Dickenzusetzers der unteren Elektrode auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht an der ersten und der zweiten Stelle, respektive, Ausbilden eines zweiten metallischen Dickenzusetzers der unteren Elektrode an einer dritten Stelle auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, wobei der erste und der zweite metallische Dickenzusetzer der unteren Elektrode und das erste zusätzliche Metallmerkmal identische Dicken aufweisen und aus einer gleichen Schicht von Metall ausgebildet sind.

23. Das Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei der Schritt des Ausbildens des ersten zusätzlichen Metallmerkmals und des ersten und des zweiten metallischen Dickenzusetzers der unteren Elektrode folgendes aufweist:
vor dem Ausbilden der Schicht des piezoelektrischen Materials:
Ausbilden einer Maske auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, welche Gebiete der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht maskiert und welche die erste, die zweite und die dritte Stelle nicht maskiert belässt,
Ablagern von zusätzlichem Metall auf der nicht maskierten ersten, zweiten und dritten Stelle der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht, und
Wegstreifen der Maske und jeglichen Metalls, das auf der Oberseite der Maske angeordnet ist.

24. Das Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das erste zusätzliche Metallmerkmal die erste Stelle auf der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht überdeckt und sich in einer Richtung parallel zu der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrodenschicht bis zu einem Rand eines aktiven Bereichs der akustischen Volumenresonator-Vorrichtung erstreckt.

Description:
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf akustische Volumenresonator-Vorrichtungen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Das Erfordernis zum Verringern der Kosten und Größe von elektronischen Geräten hat zu einem kontinuierlichen Bedarf an kleineren Filterelementen geführt. Unterhaltungs- und Haushalts-Elektronik, wie etwa Mobiltelefone und Miniaturradios legen strenge Beschränkungen sowohl die Größe als auch die Kosten der darin enthaltenen Komponenten auf. Viele derartiger Vorrichtungen verwenden Filter, die auf präzise Frequenzen abgestimmt werden müssen. Folglich gab es eine andauernde Anstrengung, preiswerte und kompakte Filtereinheiten bereitzustellen.

Eine Klasse von Filterelementen, die in der Lage ist, diese Anforderungen zu erfüllen, ist aus akustischen Resonatoren aufgebaut. Diese Vorrichtungen verwenden longitudinale akustische Volumenwellen in piezoelektrischem (PZ) Dünnschicht-Material. In einer einfachen Konfiguration ist eine Schicht von PZ-Material zwischen zwei metallischen Elektroden ein (oder zwischen)-gelegt). Dieser Sandwich-Aufbau ist in Luft aufgehängt, indem er entlang seines Umkreises abgestützt wird. Wenn ein elektrisches Feld zwischen den beiden Elektroden mittels einer aufgeprägten Spannung erzeugt wird, wandelt das PZ-Material einen Teil der elektrischen Energie in mechanische Energie in der Form von Schallwellen um. Die Schallwellen breiten sich in derselben Richtung aus wie das elektrische Feld und werden an der Elektrode-Luft-Schnittstelle zurückgeworfen.

Bei der mechanischen Resonanz scheint die Vorrichtung ein elektronischer Resonator zu sein; folglich kann die Vorrichtung als ein Filter arbeiten. Die mechanische Resonanzfrequenz ist diejenige, für welche die halbe Wellenlänge der Schallwellen, die sich in der Vorrichtung ausbreiten, gleich der gesamten Dicke der Vorrichtung für eine vorgegebene Phasengeschwindigkeit des Schalls in dem Material ist. Weil die Geschwindigkeit des Schalls um viele Größenordnungen kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist, kann der resultierende Resonator ziemlich kompakt sein. Resonatoren für Anwendungen im Gigahertz (GHz)-Bereich können mit physikalischen Abmessungen von weniger als 100 Mikrometer im Durchmesser und wenigen Mikrometern Dicke hergestellt werden.

Im Herzen (oder Zentrum) eines akustischen Dünnschicht-Volumenresonators (FBAR, film bulk acoustic resonator) und eines gestapelten akustischen Dünnschicht-Volumenwellenresonators und Filters (SBAR, stacked thin film bulk wave acoustic resonator) befindet sich eine dünne, gesputterte, piezoelektrische Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung von einem bis zwei Mikrometern. Elektroden an der Oberseite und an der Unterseite legen die piezoelektrische Schicht dazwischen (Sandwich) und arbeiten als elektrische Leitungen, um ein elektrisches Feld durch das Piezoelektrikum bereitzustellen. Das Piezoelektrikum wiederum wandelt einen Bruchteil des elektrischen Feldes in ein mechanisches Feld um. Ein zeitlich variierendes „Dehnungs/Spannungs“-Feld wird sich in Antwort auf ein zeitlich variierendes, angelegtes elektrisches Feld ausbilden.

Um als ein Resonator zu arbeiten, ist die zwischengelegte piezoelektrische Schicht in Luft aufgehängt, um die Luft-Kristall-Schnittstelle, die die Schallwellen innerhalb der Schicht einfängt, bereitzustellen. Die Vorrichtung wird normalerweise auf der Oberfläche eines Substrats hergestellt, indem eine untere Elektrode, die PZ-Schicht und dann die obere Elektrode abgelagert werden. Folglich ist eine Luft-Kristall-Schnittstelle bereits auf der Oberseite der Vorrichtung vorhanden. Eine zweite Luft-Kristall-Schnittstelle wird an der Unterseite der Vorrichtung bereitgestellt.

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer typischen akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 2, die folgendes aufweist: ein Substrat 3, eine untere Elektrode 4, die auf der oberen Oberfläche des Substrats 3 angeordnet ist, eine Schicht PZ-Material 5, die die untere Elektrode 4 und Teile der oberen Oberfläche des Substrats 3 überdeckt, eine obere Elektrode 6, die oben auf der PZ-Materialschicht 5 angeordnet ist, und ein elektrischer Kontakt 7 der unteren Elektrode, der in einer Öffnung der PZ-Materialschicht 5 angeordnet ist und in Kontakt mit der unteren Elektrode 4 ist. Der Kasten 8 repräsentiert die vorgenannte, zweite Luft-Kristall-Schnittstelle, die an der Unterseite der Vorrichtung 2 bereitgestellt ist, die manchmal auch als das „Swimming-Pool“ bezeichnet wird. Der aktive Bereich der PZ-Materialschicht 5 ist der Abschnitt der Schicht 5 über dem Swimming-Pool 8.

Typischerweise ist die untere Elektrode 4 während des Prozesses des Ätzens der Öffnung in die PZ-Materialschicht 5, wobei der elektrische Kontakt 7 der unteren Elektrode ausgebildet werden wird, bloßliegend. Weil das Metall der unteren Elektrode 4 nicht eine unendliche Selektivität für das Ätzmittel aufweist, wird ein Teil des Metalls der unteren Elektrode 4 während des Ätzvorgangs verbraucht. Für den typischen Aufbau eines akustischen Volumenresonators, wie er in 1 gezeigt ist, ist typischerweise eine ausreichende Dicke der unteren Elektrode vorhanden, nachdem die PZ-Materialschicht 5 geätzt worden ist, um die Öffnung für den elektrischen Kontakt 7 der unteren Elektrode auszubilden. Dies ist nicht immer der Fall, insbesondere für sehr hochfrequente akustische Volumenresonator-Vorrichtungen, die sehr dünne Schichtdicken verwenden.

2 zeigt eine Querschnittsansicht einer [anderen typischen] akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 12, die folgendes aufweist: ein Substrat 13, eine untere Elektrode 14, die auf der oberen Oberfläche des Substrats 13 angeordnet ist, eine Schicht PZ-Material 15, die die untere Elektrode 14 und Bereiche der oberen Oberfläche des Substrats 13 überdeckt, eine obere Elektrode 16, die oben auf der PZ-Materialschicht 15 angeordnet ist, und ein elektrischer Kontakt 17 der unteren Elektrode, der in einer Öffnung der PZ-Materialschicht 15 angeordnet ist und in Kontakt mit der unteren Elektrode 14 ist. Der Kasten 18 repräsentiert die vorgenannte, zweite Luft-Kristall-Schnittstelle, die an der Unterseite der Vorrichtung 12 bereitgestellt ist.

Die in 2 gezeigte Vorrichtung 12 ist identisch zu der in 1 gezeigten Vorrichtung 2, außer dass der Schichtstapel dünner ist, so dass eine nicht ausreichende untere Elektrode 14 verbleibt, nachdem der Prozess des Ätzens der Öffnung in die PZ-Materialschicht 15, wobei der elektrische Kontakt 17 der unteren Elektrode ausgebildet werden wird. Die nicht ausreichende Menge der unteren Elektrode 14, die nach dem Ätz-Prozess verbleibt, kann eine Vielfalt von Problemen bewirken, einschließlich, beispielsweise, schlechter elektrischer Kontakt, hoher Reihenwiderstand (serieller Widerstand) und Fragen der Zuverlässigkeit. Die Ätz-Rate ist eine festgesetzte Selektion zwischen dem Metall der unteren Elektrode 14 und dem PZ-Material der Schicht 15. Wenn also das Längen-Seiten-Verhältnis (oder Formfaktor, aspect ratio) zwischen der Dicke der PZ-Materialschicht 15 und der Dicke der unteren Elektrode 14 groß ist, dann kann eine nicht ausreichende Menge der unteren Elektrode 14 nach dem Ätz-Vorgang übrig bleiben. Tatsächlich ist es für sehr große Längen-Seiten-Verhältnisse möglich, dass der Ätz-Vorgang vollständig durch die untere Elektrode 14 hindurch ätzt.

Folglich besteht ein Bedarf für ein Verfahren zum Herstellen von akustischen Volumenresonator-Vorrichtungen, der sicherstellt, dass ausreichend Material der unteren Elektrode, das nach dem Ausführen des Ätz-Vorgangs zum Ausbilden der Öffnung in der PZ-Materialschicht für den elektrischen Kontakt der unteren Elektrode übrig bleibt, vorhanden ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beispielhaften Ausführungsformen werden am besten von der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass die hier verwendeten Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen zur Klarheit der Darstellung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein. Wo immer dies anwendbar und praktikabel ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer typischen akustischen Volumenresonator-Vorrichtung, die eine untere Elektrode aufweist, die eine ausreichende Dicke zurückbehält, nachdem die PZ-Materialschicht geätzt worden ist, um die Öffnung für den elektrischen Kontakt der unteren Elektrode auszubilden.

2 zeigt eine Querschnittsansicht einer typischen akustischen Volumenresonator-Vorrichtung, die eine untere Elektrode aufweist, die eine nicht ausreichende Dicke zurückbehält, nachdem die PZ-Materialschicht geätzt worden ist, um die Öffnung für den elektrischen Kontakt der unteren Elektrode auszubilden.

3 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

4 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

5 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

6 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

7 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

8A bis 8D zeigen Schritte eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen der in 6 gezeigten, akustischen Volumenresonator-Vorrichtung, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

9A bis 9E zeigen Schritte eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen der in 6 gezeigten, akustischen Volumenresonator-Vorrichtung, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORM

In Übereinstimmung mit hierin beschriebenen, veranschaulichenden, oder beispielhaften, Ausführungsformen wird mindestens ein zusätzliches Metallmerkmal auf einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode ausgebildet, und zwar an einer Stelle, wo der elektrische Kontakt der unteren Elektrode nachfolgend ausgebildet werden wird, wobei das Metall verdickt wird an der Stelle unterhalb von wo die PZ-Materialschicht geätzt werden wird, um die Öffnung für den elektrischen Kontakt der unteren Elektrode auszubilden. Folglich wird die untere Elektrode stets eine ausreichende Dicke zurückbehalten, nachdem die PZ-Materialschicht geätzt worden ist, selbst obwohl ein Teil des Metalls oder des zusätzlichen Metallmerkmals und/oder der unteren Elektrode während des Prozesses des Ätzens der Öffnung in die PZ-Materialschicht entfernt werden wird. Das zusätzliche Metallmerkmal kann durch einen Prozess ausgebildet werden, der unabhängig von anderen Prozessen ist, die verwendet werden, um die akustische Volumenresonator-Vorrichtung herzustellen, oder es kann während eines Prozesses ausgebildet werden, der verwendet wird, um andere Metallmerkmale der Vorrichtung an anderen Stellen auszubilden, z.B. während der Ausbildung eines Masse-Last-Metalls.

In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung werden für Zwecke der Erläuterung und nicht zur Beschränkung, beispielhafte Ausführungsformen, die spezifische Einzelheiten offenbaren, dargelegt, um ein tiefes Verständnis einer Ausführungsform gemäß den vorliegenden Lehren bereitzustellen. Es wird jedoch für einen Fachmann in dem technischen Fachgebiet, der den Vorteil der vorliegenden Offenbarung hat, offensichtlich werden, das andere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehren, die von den hierin offenbarten, spezifischen Einzelheiten abweichen, innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche bleiben. Des Weiteren können Beschreibungen von wohl bekannten Prozessen, Schritten oder Vorrichtungen ausgelassen werden, um die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen nicht zu verschleiern. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind offensichtlich innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren. Es sollte auch verstanden werden, dass das Wort „Beispiel“, so wie es hierin verwendet wird, in nicht ausschließender und nicht beschränkender Art (oder Natur) intendiert ist. Genauer gesagt, deutet das Wort „beispielhaft“, so wie es hierin verwendet wird, eines unter mehreren Beispielen an, und es muss verstanden werden, dass keine unbillige Betonung auf, oder Bevorzugung von, bestimmte(n) Beispiele, die beschrieben werden, gerichtet wird.

Zum Zweck der Beschreibung von Merkmalen und Elementen von akustischen Volumenresonatoren gemäß der Erfindung, werden relative Positionen und Orientierungen von Merkmalen und Elementen der akustischen Volumenresonatoren mit Verweis auf X-, Y- und Z-Richtungen eines X-, Y-kartesischen Koordinatensystems beschrieben werden. Es wird jedoch von Fachleuten in dem technischen Gebiet verstanden werden, dass Richtungen, Positionen und Orientierungen von Merkmalen und Elementen nicht perfekt ausgerichtet sein können mit, oder parallel zu, oder senkrecht zu, einer von diesen Achsen. Wenn beispielsweise Schichten in akustischen Volumenresonator-Vorrichtungen ausgebildet werden, können die obere und die untere Oberfläche der Schichten nicht perfekt ebene Oberflächen sein, und sie mögen nicht perfekt parallel zueinander sein. Gleichermaßen können Seitenwände von Schichten oder anderen Merkmalen nicht perfekt senkrecht zu ihren oberen und unteren Oberflächen oder perfekt parallel zueinander sein. Merkmale und Elemente können auch Wände oder Oberflächen aufweisen, die leicht geneigt sind, die jedoch zur Vereinfachung der Darstellung so gezeigt sind, als ob sie gerade oder eben seien. Folglich wird es von Fachleuten in dem technischen Gebiet verstanden werden, dass Verweise auf X-, Y- und Z-Richtungen oder Abmessungen dazu gedacht sind, ein allgemeines Verständnis der Orientierungen und Positionen von Merkmalen und Elementen relativ zueinander bereitzustellen und dass sie nicht in einem beschränkenden Sinne ausgelegt werden sollten.

3 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 30 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Vorrichtung 30 umfasst: ein Substrat 33, eine untere Elektrode 34, die auf der oberen Oberfläche des Substrats 33 angeordnet ist, eine Schicht von PZ-Material 35, die die untere Elektrode 34 und Bereiche der oberen Oberfläche des Substrats 33 überdeckt, eine obere Elektrode 36, die oben auf der PZ-Materialschicht 35 angeordnet ist, und ein elektrischer Kontakt 37 der unteren Elektrode, der in einer in der PZ-Materialschicht 35 ausgebildeten Öffnung angeordnet ist. Die Vorrichtung 30 umfasst mindestens ein zusätzliches Metallmerkmal (oder Metallstruktur) 39, das (oder die) in Kontakt mit der unteren Elektrode 34 und mit dem elektrischen Kontakt 37 der unteren Elektrode ist. Der Kasten 38 stellt die vorgenannte zweite Luft-Kristall-Schnittstelle, oder den sogenannten Swimming-Pool, dar. Es werden bekannte Prozesse (oder Verfahren) verwendet, um die Komponenten 33 bis 36 der akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 30 auszubilden. Typischerweise wird eine geeignete Keimschicht (seed layer) aus einem geeigneten dielektrischem Material (z.B. eine dünne Schicht aus Aluminiumnitrid (AlN)) zwischen der unteren Elektrode 34 und der oberen Oberfläche des Substrats 33 angeordnet, um das Wachstum von sowohl der unteren Elektrode 34 als auch von der PC-Materialschicht 35 zu unterstützen, so dass diese eine gute kristallographische Orientierung aufweisen, um einen guten PZ-Kopplungskoeffizienten bereitzustellen. Die Keimschicht (nicht gezeigt) hat typischerweise eine Dicke von ungefähr 300 Angström und wird anschließend in Gebieten, die nicht von der unteren Elektrode 34 überdeckt sind, weg geätzt. Zur Klarheit ist die Keimschicht in 3 nicht gezeigt.

Das zusätzliche Metallmerkmal 39 ist, gemäß dieser Ausführungsform, eine Schicht von Metall, das an der Stelle abgelagert wird, die auf der Oberseite der die untere Elektrode 34 umfassenden Metallschicht gezeigt ist. Das Metall, aus dem das zusätzliche Metallmerkmal 39 hergestellt ist, kann die gleiche Art Metall sein wie das Metall, aus dem die untere Elektrode 34 hergestellt ist (z.B. Molybdän (Mo)), oder sie können aus verschiedenen Arten Metall hergestellt werden. Das zusätzliche Metallmerkmal 39 wird typischerweise ausgebildet, indem zunächst eine Schicht eines Fotolacks (nicht gezeigt) auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 34 in eine Maske gemustert wird, und dann unter Verwendung eines Metallablagerungsprozesses eine Metallschicht auf die nicht maskierten Bereiche der oberen Oberfläche der unteren Metallelektrode 34 abgelagert wird. Dann wird ein Abzieh-Prozess ausgeführt, um die Maske des Fotolacks und das Metall, das auf der Oberseite der Maske abgelagert ist, zu entfernen.

Das zusätzliche Metallmerkmal 39 weist eine Dicke in der Z-Richtung auf, die so vorausgewählt ist, dass, wenn die PZ-Materialschicht 35 geätzt wird, um die Öffnung für den elektrischen Kontakt 37 der unteren Elektrode auszubilden, eine ausreichende Menge der unteren Elektrode 34 verbleibt, nachdem der Ätz-Vorgang abgeschlossen ist. In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ätzt der Prozess des Ätzens der PZ-Materialschicht 35 zum Ausbilden der Öffnung für den elektrischen Kontakt 37 der unteren Elektrode nicht den gesamten Weg (oder die gesamte Strecke) durch das zusätzliche Metallmerkmal 39 in der –Z-Richtung. Folglich sitzt eine untere Oberfläche 37a des elektrischen Kontakts 37 der unteren Elektrode in dem Metall des zusätzlichen Metallmerkmals 39. Daher, und in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform, wirkt das zusätzliche Metallmerkmal 39 als ein Ätz-Stopp, so dass das Ätzen sich nicht in das Metall der unteren Elektrode 34 in der –Z-Richtung erstreckt. So wie das unten mit Verweis auf 4 beschrieben werden wird, ist dies nicht notwendigerweise immer der Fall.

4 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 40 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die akustische Volumenresonator-Vorrichtung 40 ist identisch zu der in 3 gezeigten akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 30, außer dass der Prozess des Ätzens der Öffnung in die PZ-Materialschicht 35 für den elektrischen Kontakt 47 der unteren Elektrode die gesamte Strecke (oder den gesamten Weg) durch die Dicke des zusätzlichen Metallmerkmals 39 in der –Z-Richtung ätzt. Folglich sitzt eine untere Oberfläche 47a des elektrischen Kontakts 47 der unteren Elektrode in dem Metall der unteren Elektrode 34, anstatt in dem Metall des zusätzlichen Metallmerkmals 39.

Das Aufnehmen (oder Einbauen) des zusätzlichen Metallmerkmals 39 in den in den 3 und 4 gezeigten, akustischen Resonator-Vorrichtungen 30 und 40, respektive, gewährleistet, dass die untere Elektrode 34 nach dem Ätzen der PZ-Materialschicht 35 zum Ausbilden der Öffnungen für die elektrischen Kontakte 37 und 47, respektive, der unteren Elektrode, stets eine ausreichende Dicke aufweist. Auf diese Weise werden die vorgenannten Probleme, einschließlich beispielsweise schlechter elektrischer Kontakt, hoher Reihenwiderstand und Fragen der Zuverlässigkeit, vermieden.

5 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 50 in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform. Die Vorrichtung 50 umfasst: ein Substrat 51, eine untere Elektrode 52, die auf der oberen Oberfläche des Substrats 51 angeordnet ist, ein Masse-Last-Metall 53, das auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 52 angeordnet ist, ein zusätzliches Metallmerkmal 54, das auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 52 angeordnet ist, eine Schicht eines PZ-Materials 55, die die untere Elektrode 52, das Masse-Last-Metall 53 und Bereiche der oberen Oberfläche des Substrats 51 überdeckt, eine erste und eine zweite obere Elektrode 56 und 57, respektive, die oben auf der PZ-Materialschicht 55 angeordnet sind, und einen elektrischen Kontakt 58 der unteren Elektrode, der in einer in der PZ-Materialschicht 55 ausgebildeten Öffnung in Kontakt mit dem zusätzlichen Metallmerkmal 54 angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform hat der elektrische Kontakt 58 der unteren Elektrode eine untere Oberfläche 58a, die in dem Metall des zusätzlichen Metallmerkmals 54 sitzt, und folglich stoppt in diesem Beispiel das Ätzen, bevor die untere Elektrode 52 erreicht wird.

Das zusätzliche Metallmerkmal 54 kann identisch zu dem in den 3 und 4 gezeigten, zusätzlichen Metallmerkmal 39 sein. Die Kästen 59 und 61 stellen einen ersten und einen zweiten Swimming-Pool, respektive, dar. Die erste und die zweite obere Elektrode 56 und 57, respektive, sind allgemein in den X- und Y-Abmessungen mit dem ersten und dem zweiten Swimming-Pool 59 und 61, respektive, ausgerichtet. Das Masse-Last-Metall 53, die zweite obere Elektrode 57 und das zweite Swimming-Pool 61 sind allgemein zueinander in den X- und Y-Richtungen ausgerichtet.

Die erste obere Elektrode 56, das erste Swimming-Pool 59 und die damit in der X- und Y-Richtung ausgerichtete PZ-Materialschicht bilden einen Serien-Resonator. Die zweite obere Elektrode 57, der zweite Swimming-Pool 61, das Masse-Last-Metall 53 und die damit in der X- und Y-Richtung ausgerichtete PZ-Materialschicht bilden einen Abzweig-Resonator. Das Masse-Last-Metall 53 verringert die Resonanzfrequenz des Abzweig-Resonators relativ zu dem Reihen-Resonator, wobei auch die elektrischen Verluste des Abzweig-Resonators aufgrund der Zunahme der Metalldicke der unteren Elektrode 52 verringert werden.

Weil das zusätzliche Metallmerkmal 54 und das Masse-Last-Metall 53 auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 52 angeordnet sind, wenn dasselbe Metall (z.B. Mo) für das zusätzliche Metall 54 und das Masse-Last-Metall 53 verwendet wird, und wenn diese dieselben Dicken neben der Z-Richtung aufweisen sollen, dann kann derselbe Prozess, der zum Ausbilden des Masse-Last-Metalls 53 verwendet wird, verwendet werden, um gleichzeitig das zusätzliche Metallmerkmal 54 auszubilden.

Das Masse-Last-Metall 53 wird typischerweise ausgebildet, indem zunächst eine Schicht eines Fotolacks (nicht gezeigt) auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode in eine Maske gemustert wird und dann ein Metallablagerungsprozess verwendet wird, um eine Metallschicht auf den nicht maskierten Bereichen der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 52 abzulagern. Dann wird ein Abzieh-Prozess ausgeführt, um die Fotolack-Maske und das Metall, das oben auf der Maske angeordnet ist, zu entfernen. Gemäß einer Ausführungsform, in der das zusätzliche Metallmerkmal 54 und das Masse-Last-Metall 53 aus derselben Art Metall hergestellt werden sollen und dieselben Dicken haben sollen, würde die Fotolack-Maske eine Öffnung an den Stellen, an denen das zusätzliche Metallmerkmal 54 ausgebildet werden soll, umfassen, so dass der zum Ausbilden des Masse-Last-Metalls 53 verwendete Metallablagerungsprozess gleichzeitig das zusätzliche Metallmerkmal 54 ablagert. Daher wird das zusätzliche Metallmerkmal 54 ausgebildet, ohne einen anderen Bearbeitungsschritt hinzuzufügen.

6 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 70 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Vorrichtung 70 umfasst: ein Substrat 71, eine untere Elektrode 72, die auf der oberen Oberfläche des Substrats 71 angeordnet ist, ein Dickenzusetzer (thickness adder) 73 der unteren Elektrode, der auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 72 angeordnet ist, ein zusätzliches Metallmerkmal 74, das auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 72 angeordnet ist, eine Schicht eines PZ-Materials 75, die die untere Elektrode 72, den Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode und Bereiche der oberen Oberfläche des Substrats 71 überdeckt, eine erste und eine zweite obere Elektrode 76 und 77, respektive, die oben auf der PZ-Materialschicht 75 angeordnet sind, und ein elektrischer Kontakt 78 der unteren Elektrode, der in einer in der PZ-Materialschicht 75 ausgebildeten Öffnung in Kontakt mit dem zusätzlichen Metallmerkmal 74 angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform hat der elektrische Kontakt 78 der unteren Elektrode eine untere Oberfläche 78a, die in dem Metall des zusätzlichen Metallmerkmals 74 sitzt, und somit stoppt in diesem Beispiel das Ätzen, bevor die untere Elektrode 72 erreicht wird.

Das zusätzliche Metallmerkmal 74 kann identisch zu dem in 5 gezeigten, zusätzlichen Metallmerkmal 54 sein. Die Kästen 79 und 81 stellen ein erstes und ein zweites Swimming-Pool, respektive, dar. Die erste und die zweite obere Elektrode 76 und 77, respektive, sind allgemein in der X- und Y-Richtung mit dem ersten und dem zweiten Swimming-Pool 79 und 81, respektive, ausgerichtet.

Die erste obere Elektrode 76, der erste Swimming-Pool 79 und die damit in der X- und Y-Richtung ausgerichtete PZ-Materialschicht bilden einen ersten Resonator. Die zweite obere Elektrode 77, der zweite Swimming-Pool 81 und die damit in der X- und der Y-Richtung ausgerichtete PZ-Materialschicht 57 bilden einen zweiten Resonator. In der X- und Y-Richtung ist der Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode zwischen dem ersten und dem zweiten Resonator angeordnet.

Der Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode ist aus Metall hergestellt und wird verwendet, um die Dicke der unteren Elektrode 72 in dem Bereich, der den ersten und den zweiten Resonator verbindet, zu vergrößern, um den Widerstand der unteren Elektrode 72 in dem Verbindungsbereich zu verringern. Weil das zusätzliche Metallmerkmal 74 und der Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 72 angeordnet sind, wenn dasselbe Metall (z.B. Mo) für das zusätzliche Metallmerkmal 74 und den Dickenzusetzer 73 wie für die untere Elektrode verwendet wird, und wenn sie dieselben Dicken in der Z-Richtung aufweisen sollen, kann derselbe Prozess, der zum Ausbilden des Dickenzusetzers 73 der unteren Elektrode verwendet wird, verwendet werden, um gleichzeitig das zusätzliche Metallmerkmal 74 auszubilden. Somit kann das zusätzliche Metallmerkmal 74 ausgebildet werden, ohne dass ein weiterer Verarbeitungsschritt hinzugefügt wird.

Der Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode wird typischerweise ausgebildet, indem eine Schicht eines Fotolacks (nicht gezeigt) auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 72 in eine Maske gemustert wird, und dann unter Verwendung eines Metallablagerungsprozesses eine Metallschicht auf den nicht maskierten Bereichen der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 72 abgelagert wird. Dann wird ein Abzieh-Prozess ausgeführt, um die Fotolack-Maske und das Metall, das oben auf der Maske angeordnet ist, zu entfernen. Gemäß einer Ausführungsform, in der das zusätzliche Metallmerkmal 74 und der Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode aus derselben Art von Metall hergestellt werden sollen und dieselbe Dicke aufweisen sollen, würde die Fotolack-Maske eine Öffnung enthalten an der Stelle, bei der das zusätzliche Metallmerkmal 74 ausgebildet werden soll, so dass der Metallablagerungsprozess, der zum Ausbilden des Dickenzusetzers 73 der unteren Elektrode verwendet wird, gleichzeitig das zusätzliche Metallmerkmal 74 ausbildet.

7 zeigt eine Querschnittsansicht einer akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 90, die identisch zu der in 6 gezeigten Volumenresonator-Vorrichtung 70 ist, außer dass sie einen zusätzlichen Dickenzusetzer 93 der unteren Elektrode umfasst und dass das zusätzliche Metallmerkmal 91 länger als das zusätzliche Metallmerkmal 74 ist. Das zusätzliche Metallmerkmal 91 ist in seiner Länge in der +Y-Richtung ausgedehnt, so dass es sich bis dahin erstreckt, wo es gerade den aktiven Bereich des ersten Resonators erreicht. Das zusätzliche Metallmerkmal 91 führt die oben beschriebene Funktion aus, nämlich Gewährleisten, dass die untere Elektrode 72 eine ausreichende Dicke hat, nachdem der Ätz-Vorgang auf der PZ-Materialschicht 75 ausgeführt worden ist aus; es dient jedoch der zusätzlichen Funktion des Wirkens als ein Dickenzusetzer der unteren Elektrode, um den Widerstand der unteren Elektrode 72 außerhalb des aktiven Bereichs der PZ-Materialschicht 75 oberhalb des ersten Swimming-Pools 79 zu verringern. Die Dickenzusetzer 73 und 93 der unteren Elektrode dienen den Funktionen des Verringerns des Widerstands der unteren Elektrode 72 außerhalb der aktiven Bereiche von Abschnitten der PZ-Materialschicht 75, die oberhalb des Swimming-Pools 79 und 81 sind.

So wie bei den oben mit Verweis auf die 5 und 6 beschriebenen Ausführungsformen kann bei der in 7 gezeigten Ausführungsform das zusätzliche Metallmerkmal 91 gleichzeitig mit dem Ausbilden der Dickenzusetzer 73 und 93 der unteren Elektrode ausgebildet werden, wenn sie alle dieselbe Dicke aufweisen sollen und aus demselben Metall hergestellt werden sollen. Daher kann das zusätzliche Metallmerkmal 91 ausgebildet werden, ohne einen Prozessschritt zu dem Herstellungsprozess hinzuzufügen. Des Weiteren kann das zusätzliche Metallmerkmal 91 mehreren Funktionen dienen. Unter der Annahme, dass alle der Merkmale 91, 73, 74 und 91 aus demselben Metall ausgebildet werden sollen und dieselben Dicken aufweisen sollen, werden sie ausgebildet, indem zunächst eine Schicht eines Fotolacks (nicht gezeigt) auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 72 in eine Maske, die darin Öffnungen aufweist, wo die Merkmale 91, 73 und 93 ausgebildet werden sollen, gemustert wird. Dann wird ein Metallablagerungsprozess ausgeführt, um eine Metallschicht auf den nicht maskierten Abschnitten der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 72 abzulagern. Dann wird ein Abzieh-Prozess ausgeführt, um die Fotolack-Maske und das Metall, das oben auf dieser angeordnet ist, zu entfernen.

Der Herstellungsprozess, der verwendet werden kann, um die in den 3 bis 7 gezeigten akustischen Volumenresonator-Vorrichtungen auszubilden, involviert eine Anzahl von Prozessschritten, die bekannt sind, außer für das Ausbilden des zusätzlichen Metallmerkmals 39 (3 und 4), 54 5), 74 (6) und 91 (7). Das US-Patent Nr. 7,275,292 an Ruby et al. (nachfolgend „das `292-Patent“), das im Besitz des Inhabers der vorliegenden Anmeldung ist und das hierin in seiner Gesamtheit durch Verweis aufgenommen wird, beschreibt die Prozessschritte zum Herstellen von akustischen Volumenresonator-Vorrichtungen von den in den 3 bis 7 gezeigten Arten. Im Interesse der Knappheit werden, anstatt das diese Prozessschritte hierin in Einzelheiten beschrieben werden, nur die Prozessschritte beschrieben werden, die der Ausbildung der zusätzlichen Metallmerkmale, wie beispielsweise etwa die Merkmale 39, 54, 74 und 91, zugeordnet sind. Fachleute in dem technischen Fachgebiet werden die Art und Weise, in der die in dem `292-Patent beschriebenen Prozesse verändert werden können, um die zusätzliche Metallmerkmale auszubilden, verstehen.

8A zeigt eine Stufe des Herstellungsverfahrens zum Herstellen der in 6 gezeigten, akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 70, die auftritt, nachdem die Swimming-Pools 79 und 81 in dem Substrat ausgebildet worden sind und nachdem die untere Elektrode 72 in der in den 6 und 8A gezeigten Form gemustert worden ist. So wie das oben angedeutet worden ist, wird typischerweise eine Keimschicht aus einem geeigneten dielektrischen Material, wie etwa AlN (zur Klarheit nicht gezeigt) zwischen der unteren Elektrode 72 und der oberen Oberfläche des Substrats 71 angeordnet. So wie das in 8A gezeigt ist, wird eine Schicht Fotolack 101 auf der oberen Oberfläche des Substrats 71 abgelagert, die die untere Elektrode 72 überdeckt. Mit Verweis auf 8B, ausgewählte Flächen 102 und 103 der Fotolack-Schicht 101 werden einer Strahlung ausgesetzt und weg entwickelt, wodurch Öffnungen 104 und 105, respektive, in der Fotolack-Schicht 101 an Stellen verbleiben, wo das zusätzliche Metallmerkmal 74 (6) und der Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode (6) nachfolgend ausgebildet werden. Die gemusterte Fotolack-Schicht 101 ist nun eine Maske. Mit Verweis auf 8C, wird dann ein Metallablagerungsprozess ausgeführt, um eine Metallschicht 106 auf den nicht maskierten Bereichen der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 72 abzulagern. Mit Verweis auf 8D, wird dann die Fotolack-Maske 101, zusammen mit dem Metall 106, das oben auf dieser angeordnet ist, abgezogen, so dass das zusätzliche Metallmerkmal 74 und der Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode, die auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 72 angeordnet sind, verbleiben. Zusätzliche Prozessschritte, die in dem `292-Patent beschrieben sind, werden dann ausgeführt, um die in 6 gezeigte akustische Volumenresonator-Vorrichtung 70 zu vervollständigen. Der oben mit Verweis auf die 8A bis 8D beschriebene Prozess in Kombination mit den in dem `292-Patent offenbarten Prozessschritten können gleichermaßen ausgeführt werden, um die in den 3, 4, 5 und 7, respektive, gezeigten akustischen Volumenresonator-Vorrichtungen 30, 40, 50 und 90 herzustellen.

Die in den 3 bis 7 gezeigten akustischen Volumenresonator-Vorrichtungen können akustische Dünnschicht-Volumenresonator (FBAR, film bulk acoustic resonator)-Vorrichtungen oder gestapelte akustische Dünnschicht-Volumenwellenresonatoren und Filter-(SBAR, stacked thin film bulk acoustic wave resonator and filter)-Vorrichtungen sein, und können vom Membran-Typ (Dünnschicht-Resonatoren (TFRs, thin film resonators) oder vom Spiegel-Typ (fest montierte Resonatoren (SMRs, solidly mounted resonators) sein. Derartige Vorrichtungen verwenden akustische longitudinale Volumenwellen in einem Dünnschicht-PZ-Material. Wenn ein elektrisches Feld zwischen der oberen und der unteren Elektrode mittels einer aufgeprägten Spannung erzeugt wird, wandelt das PZ-Material einen Teil der elektrischen Energie in mechanische Energie in der Form von Schallwellen um. Die Schallwellen breiten sich in derselben Richtung wie das elektrische Feld aus und werden an den Elektrode-Luft-Schnittstellen zurückgeworfen (oder reflektiert). Bei der mechanischen Resonanz scheint die Vorrichtung ein elektronischer Resonator zu sein; folglich kann die Vorrichtung als ein Sperrfilter (oder Kerbfilter) arbeiten. Die mechanische Resonanzfrequenz ist die Frequenz, für die die halbe Wellenlänge der Schallwellen, die sich in der Vorrichtung ausbreiten, gleich der gesamten Dicke der Vorrichtung für eine vorgegebene Phasengeschwindigkeit des Schalls in dem Material ist. Weil die Schallgeschwindigkeit viele Größenordnungen kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist, kann der resultierende Resonator ziemlich kompakt sein.

9A zeigt eine Stufe des Herstellungsverfahrens zum Herstellen der in 6 gezeigten akustischen Volumenresonator-Vorrichtung 70, die auftritt, nachdem die Swimming-Pools 79 und 81 in dem Substrat ausgebildet worden sind und nachdem die Metallschicht für die untere Elektrode 72 abgelagert worden ist, jedoch bevor die Metallschicht für die untere Elektrode 72 in die in 6 gezeigte Form gemustert worden ist. Der oben mit Verweis auf die 8A bis 8D beschriebene Prozess nimmt an, dass die untere Elektrode 72 bei der Stufe des Prozesses, die in 8A gezeigt ist, bereits gemustert worden ist, jedoch ist dies nicht notwendigerweise der Fall, so wie das nun mit Verweis auf die 9A bis 9E beschrieben werden wird. Mit Verweis auf 9A, eine Schicht Fotolack 122 wird auf der oberen Oberfläche der Metallschicht 121 abgelagert, welcher (Fotolack) anschließend in die gemusterte untere Elektrode 72 gemustert wird. Mit Verweis auf 9B, ausgewählte Bereiche 123 und 124 der Fotolack-Schicht 122 werden einer Strahlung ausgesetzt und weg entwickelt, wodurch Öffnungen 125 und 126, respektive, in der Fotolack-Schicht 122 an Stellen verbleiben, wo das zusätzliche Metallmerkmal 74 (6) und der Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode (6) anschließend ausgebildet werden, respektive. Die gemusterte Fotolack-Schicht 122 ist nun eine Maske.

Mit Verweis auf 9C, ein Metallablagerungsprozess wird dann ausgeführt, um eine Metallschicht 127 auf den nicht maskierten Abschnitten der oberen Oberfläche der Metallschicht 121 abzulagern. Mit Verweis auf 9D, die Fotolack-Maske 122 wird dann zusammen mit dem Metall, das auf diese angeordnet ist, abgezogen, wodurch das zusätzliche Metallmerkmal 74 und der Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode, die auf der oberen Oberfläche der Metallschicht 121 angeordnet sind, verbleiben. Dann wird ein Prozess des Musterns und des Ätzens ausgeführt, um die Metallschicht 121 in die untere Elektrode 72 zu mustern, so wie das in 9E gezeigt ist. So wie das oben angedeutet worden ist, wird typischerweise eine Keimschicht aus einem geeigneten dielektrischen Material, wie etwa AlN (zur Klarheit nicht gezeigt) zwischen der unteren Elektrode 72 und der oberen Oberfläche des Substrats 71 angeordnet. Der Prozess des Musterns der Metallschicht 121 zum Ausbilden der unteren Elektrode 72 ist in dem `292-Patent beschrieben. Zusätzliche Prozessschritte, die in dem `292-Patent beschrieben sind, werden dann ausgeführt, um die in 6 gezeigte akustische Volumenresonator-Vorrichtung 70 zu vervollständigen. Der oben mit Verweis auf die 9A bis 9E beschriebene Prozess in Kombination mit den Prozessschritten, die in dem `292-Patent offenbart sind, können gleichermaßen ausgeführt werden, um die in den 3, 4, 5 und 7, respektive, gezeigten akustischen Volumenresonator-Vorrichtungen 30, 40, 50 und 90 herzustellen.

Es sollte angemerkt werden, dass die Erfindung im Hinblick auf veranschaulichende Ausführungsformen für Zwecke des Beschreibens der Prinzipien und Konzepte der Erfindung beschrieben worden ist. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel, während die Erfindung mit Verweis auf die bestimmten Konfigurationen der in den 3 bis 7 gezeigten akustischen Volumenresonatoren beschrieben worden ist, können viele Variationen an diesen Konfigurationen ausgeführt werden, und alle derartigen Variationen sind innerhalb des Umfangs der Erfindung, so wie das von Fachleuten in dem technischen Gebiet im Hinblick auf die hierin bereitgestellte Beschreibung verstanden werden wird. Zusätzlich können viele Variationen zu dem oben mit Verweis auf die 8A bis 9E beschriebenen Verfahren ausgeführt werden, so wie das von Fachleuten in dem technischen Gebiet im Hinblick auf die hierin bereitgestellte Beschreibung verstanden werden wird. Beispielsweise kann das Metall, das das zusätzliche Metallmerkmal 74 und den Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode ausbildet, in gesonderten Maskierungs- und Metallablagerungsprozessen ausgebildet werden. Auch kann die Reihenfolge, in der einige der Prozessschritte ausgeführt werden, variiert werden. Als ein anderes Beispiel, obwohl das Metall, das das zusätzliche Metallmerkmal 74 und den Dickenzusetzer 73 der unteren Elektrode ausbildet, so beschrieben worden ist, als ob sie durch Maskierungs- und Metallablagerungsprozesse ausgebildet werden, kann für diesen Zweck jeder beliebige Prozess, der mit den anderen Prozessschritten, die zum Herstellen der akustischen Volumenresonator-Vorrichtungen verwendet werden, kompatibel ist, verwendet werden (z.B. Beginnen mit einer dickeren unteren Elektrode und Wegätzen von Teilen derselben, Elektroplattieren (oder Galvanotechnik), usw.). Fachleute in dem technischen Gebiet werden verstehen, dass diese und andere Modifikationen an den oben beschriebenen veranschaulichenden Ausführungsformen ausgeführt werden können, um die Ziele der Erfindung zu erreichen, und dass alle derartigen Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung sind.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • US 7275292 [0042, 0043, 0046]