Title:
Piezoelektrischer Resonator
Document Type and Number:
Kind Code:
B4

Abstract:

Piezoelektrischer Resonator, dadurch gekennzeichnet, dass er folgende Merkmale aufweist:
ein Substrat (12);
einen Schwingungsabschnitt (2, 2a, 2b, 2c), in dem ein Piezoelektrischer Dünnfilm (16, 16a, 16b, 16c) sandwichartig zwischen einem Paar aus Elektroden (15, 15a, 15b, 15c, 17, 17a, 17b, 17c) angeordnet ist; und
einen Akustikreflektorabschnitt (4, 4a, 4b, 4c), der zwischen dem Substrat (12) und dem Schwingungsabschnitt (2, 2a, 2b, 2c) angeordnet ist,
wobei der Akustikreflektorabschnitt (4, 4a, 4b, 4c) eine Mehrzahl von Schichten (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32c, 34, 34a, 34b, 34c) mit niedriger akustischer Impedanz, die aus einem Material mit einer ersten akustischen Impedanz gebildet sind, und eine Mehrzahl von Schichten (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz, die aus einem Material mit einer zweiten akustischen Impedanz gebildet sind, umfasst, wobei die Schichten akustischer Impedanz zwischen dem Substrat (12) und dem Schwingungsabschnitt (2, 2a, 2b, 2c) abwechselnd angeordnet sind, und wobei die erste akustische Impedanz niedriger ist als die zweite akustische Impedanz, und
zumindest eine Einstellschicht (13s, 13t), die zwischen der Schicht (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz und der Schicht (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32c, 34, 34a, 34b, 34c) mit niedriger akustischer Impedanz angeordnet ist, die nach der betreffenden Schicht (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz angeordnet ist und auf der Substratseite der betreffenden Schicht (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz angeordnet ist und die einen akustischen Impedanzwert in der Mitte zwischen der akustischen Impedanz der Schichten (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz und der akustischen Impedanz der Schichten (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32c, 34, 34a, 34b, 34c) ...





Inventors:
Umeda, Keiichi (Kyoto-fu, Nagaokakyo-shi, JP)
Application Number:
DE112008002283T
Publication Date:
01/04/2018
Filing Date:
07/10/2008
Assignee:
Murata Manufacturing Co., Ltd. (Kyoto-fu, Nagaokakyo-shi, JP)
International Classes:
H03H9/17; H01L41/09; H01L41/18; H01L41/187; H01L41/22
Foreign References:
JP200760414A
Attorney, Agent or Firm:
Schoppe, Zimmermann, Stöckeler, Zinkler, Schenk & Partner mbB Patentanwälte, 81373, München, DE
Claims:
1. Piezoelektrischer Resonator, dadurch gekennzeichnet, dass er folgende Merkmale aufweist:
ein Substrat (12);
einen Schwingungsabschnitt (2, 2a, 2b, 2c), in dem ein Piezoelektrischer Dünnfilm (16, 16a, 16b, 16c) sandwichartig zwischen einem Paar aus Elektroden (15, 15a, 15b, 15c, 17, 17a, 17b, 17c) angeordnet ist; und
einen Akustikreflektorabschnitt (4, 4a, 4b, 4c), der zwischen dem Substrat (12) und dem Schwingungsabschnitt (2, 2a, 2b, 2c) angeordnet ist,
wobei der Akustikreflektorabschnitt (4, 4a, 4b, 4c) eine Mehrzahl von Schichten (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32c, 34, 34a, 34b, 34c) mit niedriger akustischer Impedanz, die aus einem Material mit einer ersten akustischen Impedanz gebildet sind, und eine Mehrzahl von Schichten (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz, die aus einem Material mit einer zweiten akustischen Impedanz gebildet sind, umfasst, wobei die Schichten akustischer Impedanz zwischen dem Substrat (12) und dem Schwingungsabschnitt (2, 2a, 2b, 2c) abwechselnd angeordnet sind, und wobei die erste akustische Impedanz niedriger ist als die zweite akustische Impedanz, und
zumindest eine Einstellschicht (13s, 13t), die zwischen der Schicht (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz und der Schicht (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32c, 34, 34a, 34b, 34c) mit niedriger akustischer Impedanz angeordnet ist, die nach der betreffenden Schicht (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz angeordnet ist und auf der Substratseite der betreffenden Schicht (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz angeordnet ist und die einen akustischen Impedanzwert in der Mitte zwischen der akustischen Impedanz der Schichten (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz und der akustischen Impedanz der Schichten (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32c, 34, 34a, 34b, 34c) mit niedriger akustischer Impedanz aufweist,
wobei die Schichten (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32c, 34, 34a, 34b, 34c) mit niedriger akustischer Impedanz und die Schichten (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz Druckspannungen aufweisen und die Einstellschichten (13s, 13t) eine Zugspannung aufweisen.

2. Piezoelektrischer Resonator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschicht (13s, 13t) aus einem Material gebildet ist, das ein Ätzstopp für einen Ätzprozess ist, der ein auf Fluor basierendes Gas verwendet.

3. Piezoelektrischer Resonator gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumoxid für die Schicht (30, 30a, 30b, 30c, 32, 32a, 32b, 32c, 34, 34a, 34b, 34c) mit niedriger akustischer Impedanz verwendet wird, dass Wolfram für die Schicht (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz verwendet wird, und dass Aluminiumnitrid für die Einstellschicht (13s, 13t) verwendet wird.

4. Piezoelektrischer Resonator gemäß Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oben beschriebene Akustikreflektorabschnitt (4, 4a, 4b, 4c) zwischen dem Substrat (12) und dem Schwingungsabschnitt (2, 2a, 2b, 2c) zumindest eine Haftschicht umfasst, die zwischen den Schichten (20, 20a, 20b, 20c, 22, 22a, 22b, 22c) mit hoher akustischer Impedanz und den Einstellschichten (13s, 13t) angeordnet ist.

5. Piezoelektrischer Resonator gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Titan für die Haftschicht verwendet wird.

Description:
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Resonator. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen piezoelektrischen Resonator, der mit einem Akustikreflektorabschnitt versehen ist, um einen Schwingungsabschnitt, in dem ein piezoelektrischer Dünnfilm sandwichartig zwischen einem Paar aus Elektroden angeordnet ist, akustisch von einem Substrat zu trennen, und den Schwingungsabschnitt zu tragen.

Hintergrund der Technik

Bislang umfassen piezoelektrische Resonatoren (BAW-Resonatoren), die einen Vorteil aus der Dickenschwingung eines piezoelektrischen Dünnfilms ziehen und piezoelektrische Filter, die aus den piezoelektrischen Resonatoren gebildet sind, einen Typ, der mit einem Resonator versehen ist, und einen Typ, der mit einem Akustikreflektorabschnitt versehen ist, um einen Schwingungsabschnitt, in dem ein piezoelektrischer Dünnfilm sandwichartig zwischen einem Paar aus Elektroden angeordnet ist, akustisch von einem Substrat zu trennen und den Schwingungsabschnitt zu tragen.

Im Hinblick auf den letzteren Typ, wie bei einem piezoelektrischen Resonator 100, der durch eine Querschnittansicht angezeigt ist, die in 8 gezeigt ist, ist ein Akustikreflektorabschnitt 122 zwischen einem Schwingungsabschnitt 120, in dem ein piezoelektrischer Dünnfilm 116 sandwichartig zwischen einem Paar aus Elektroden 115 und 117 angeordnet ist, und einem Substrat 112 angeordnet. Im Hinblick auf den Akustikreflektorabschnitt 122 sind Schichten einer niedrigen akustischen Impedanz 114a und 114b, die aus einem Material mit einer relativ niedrigen akustischen Impedanz gebildet sind, und Schichten einer hohen akustischen Impedanz 113a und 113b, die aus einem Material mit einer relativ hohen akustischen Impedanz gebildet sind, abwechselnd laminiert. Der Akustikreflektorabschnitt 122 reflektiert eine Schwingung von dem Schwingungsabschnitt 120 und trennt den Schwingungsabschnitt 120 akustisch von dem Substrat 112 auf solche Weise, dass die Schwingung nicht auf das Substrat 112 übertragen wird. Zum Beispiel wird ein Metallmaterial (W, Mo) für eine Schicht einer hohen akustischen Impedanz verwendet, und ein dielektrisches Material (SiO2, Si3N4) wird für eine Schicht einer niedrigen akustischen Impedanz verwendet (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).

Ferner, wie durch eine Querschnittansicht angezeigt ist, die in 9 gezeigt ist, offenbart Nicht-Patentdokument 1, dass SiO2 für eine Schicht einer niedrigen akustischen Impedanz verwendet wird, W für Schicht einer hohen akustischen Impedanz verwendet wird und AlN für eine Keimschicht verwendet wird. Patentdokument 1: Japanische, ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2002-251190.
Nicht-Patentdokument 1: R. Lanz, C. Lambert, E. Kuegler, L. Gabathuler, L. Senn und K. Onuki, Proceedings of „The 8th International Symposium an Sputtering and Plasma Process”, „Properties of sputter deposited AlN, Mo, W und SiO2 thinfilms for Bulk-Acoustic-Wave applications an 200 mm Si substrates”

Offenbarung der ErfindungProbleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen

Im Hinblick auf den piezoelektrischen Resonator aus Patentdokument 1 besteht in dem Fall, wo das Metall (z. B. W), das als die Schicht einer hohen akustischen Impedanz dient, geätzt ist, eine Möglichkeit, dass die Schicht einer niedrigen akustischen Impedanz darunter ebenfalls geätzt ist. Wenn eine Höhendifferenz, die um einen Abschnitt gebildet ist, in dem die Elektroden gegenüberliegend zueinander sind, des Schwingungsabschnitts zunimmt, aufgrund eines solchen Überätzens, tritt leicht ein Bruch in der Elektrode auf. Ferner nimmt in dem Fall, in dem die Filmdicke der Schicht einer hohen akustischen Impedanz groß ist, das Risiko eines Ablösens des Films und Reißens des Substrats zu. Folglich ist es schwierig, eine Produktion mit stabiler Qualität durchzuführen.

Im Hinblick auf Nicht-Patentdokument 1 ist spezifiziert, dass der W-Film eine Zugspannung zum Zweck der Belastungseinstellung des Akustikreflektorabschnitts aufweist. Der W-Film mit der Zugspannung zeigt eine schlechte Kristallinität und neigt dazu, ein nicht dichter Film zu werden, so dass die Resonanzcharakteristika verschlechtert werden.

Im Hinblick auf solche Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Resonator zu schaffen, bei dem die Qualität stabil ist und die Resonanzcharakteristika verbessert werden können.

Mittel zum Lösen der Probleme

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung einen piezoelektrischen Resonator mit der nachfolgenden Konfiguration.

Ein piezoelektrischer Resonator ist versehen mit einem Substrat, einem Schwingungsabschnitt, in dem ein piezoelektrischer Dünnfilm sandwichartig zwischen einem Paar aus Elektroden angeordnet ist, und einem Akustikreflektorabschnitt, der zwischen dem oben beschriebenen Substrat und dem oben beschriebenen Schwingungsabschnitt angeordnet ist. Der oben beschriebene Akustikreflektorabschnitt umfasst (a) eine Mehrzahl von Schichten mit niedriger akustischer Impedanz, die aus einem Material mit einer relativ niedrigen akustischen Impedanz gebildet sind, und einer Mehrzahl von Schichten mit hoher akustischer Impedanz, die aus einem Material mit einer relativ hohen akustischen Impedanz gebildet sind, wobei die Akustikimpedanzschichten abwechselnd zwischen dem oben beschriebenen Substrat und dem oben beschriebenen Schwingungsabschnitt angeordnet sind, und (b) Einstellungsschichten, die zwischen den oben beschriebenen Schichten mit hoher akustischer Impedanz und den oben beschriebenen Schichten mit niedriger akustischer Impedanz angeordnet sind, die nach den Schichten mit hoher akustischer Impedanz angeordnet sind und auf der oben beschriebenen Substratseite der betroffenen Schichten mit hoher akustischer Impedanz angeordnet sind und die einen akustischen Impedanzwert zwischen der akustischen Impedanz der oben beschriebenen Schichten mit hoher akustischer Impedanz und der akustischen Impedanz der oben beschriebenen Schichten mit niedriger akustischer Impedanz aufweist. Die oben beschriebenen Schichten mit niedriger akustischer Impedanz und die oben beschriebenen Schichten mit hoher akustischer Impedanz weisen Druckspannungen auf, und die oben beschriebenen Einstellschichten weisen eine Zugspannung auf.

Bei der oben beschriebenen Konfiguration weisen die Schicht mit niedriger akustischer Impedanz und die Schicht mit hoher akustischer Impedanz die Druckspannungen auf und daher werden die Filme dicht und die Kristallinität ist gut im Vergleich zu jenen im Fall der Zugspannung. Folglich, wie für eine elastische Welle, ist der Verlust niedrig, eine unnötige Streuung der elastischen Welle ist auf einem niedrigen Pegel und die Resonanzcharakteristika des piezoelektrschen Resonators sind verbessert.

Wenn ein absoluter Wert der Druckspannung groß ist, tritt leicht eine Filmablösung auf. Eine Gesamtbelastung des Akustikreflektorabschnitts kann jedoch durch die Einstellschicht mit der Zugspannung eingestellt werden. Folglich kann das Auftreten einer Filmablösung verhindert werden. Ferner kann die Kristallinität der Schicht mit hoher akustischer Impedanz und der Betrag eines Überätzens der Schicht mit niedriger akustischer Impedanz durch die Einstellschicht eingestellt werden.

Dementsprechend wird die Qualität des piezoelektrischen Resonators stabil und die Resonanzcharakteristika des piezoelektrischen Resonators können verbessert werden.

Vorzugsweise umfasst der oben beschriebene Akustikreflektorabschnitt zwischen dem oben beschriebenen Substrat und dem oben beschriebenen Schwingungsabschnitt Haftschichten, die zwischen den oben beschriebenen Schichten mit hoher akustischer Impedanz und den oben beschriebenen Einstellschichten angeordnet sind.

In diesem Fall wird die Haftung zwischen der Einstellschicht und der Schicht mit hoher akustischer Impedanz verbessert und dadurch tritt eine Filmablösung und eine Substratrißbildung nicht so einfach auf. Folglich wird die Qualität des piezoelektrischen Resonators stabiler.

Vorzugsweise ist die oben beschriebene Einstellschicht aus einem Material gebildet, das nicht ohne Weiteres mit einem auf Fluor basierenden Gas geätzt wird.

In diesem Fall wird beim Ätzen der akustischen Hochimpedanzschicht das Ätzen an der Einstellschicht gestoppt und es wird möglich gemacht, dass die akustische Niedrigimpedanzschicht darunter nicht geätzt wird. Folglich kann die Höhe einer Höhendifferenz, die um einen Abschnitt gebildet ist, in dem die Elektroden einander gegenüberliegen, des Schwingungsabschnitts minimiert werden und das Auftreten eines Bruchs in der Elektrode kann verhindert werden. Folglich wird die Qualität des piezoelektrschen Resonators weiter stabilisiert.

Vorzugsweise wird Siliziumoxid für die oben beschriebene Schicht mit niedriger akustischer Impedanz verwendet, Wolfram wird für die oben beschriebene Schicht mit hoher akustischer Impedanz verwendet und Aluminiumnitrid wird für die oben beschriebene Einstellschicht verwendet.

In diesem Fall kann ein piezoelektrischer Resonator mit einer stabilisierten Qualität und verbesserten Resonanzcharakteristika ohne Weiteres erzeugt werden. Aluminiumnitrid ist geeignet für die Einstellschicht, aufgrund eines breiten Belastungseinstellbereichs, während die Kristallinität beibehalten wird.

Vorzugsweise wird Titan für die oben beschriebene Haftschicht verwendet.

In diesem Fall kann ein piezoelektrischer Resonator mit einer stabilisierten Qualität und verbesserten Resonanzcharakteristika ohne Weiteres hergestellt werden.

Vorteile

Im Hinblick auf den piezoelektrischen Resonator gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Qualität stabilisiert und die Resonanzcharakteristika können verbessert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Querschnittansicht eines piezoelektrischen Resonators. (Beispiel 1)

2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Schlüsselabschnitts eines piezoelektrischen Resonators. (Beispiel 1)

3 ist eine Querschnittansicht, die Herstellungsschritte eines piezoelektrischen Resonators zeigt. (Referenzbeispiel, Beispiel 1)

4 ist eine Querschnittansicht, die Herstellungsschritte eines piezoelektrischen Resonators zeigt. (Referenzbeispiel, Beispiel 1)

5 ist eine Querschnittansicht eines piezoelektrischen Resonators. (Beispiel 2)

6 ist eine Querschnittansicht eines piezoelektrischen Resonators. (Beispiel 3)

7 ist eine Querschnittansicht eines piezoelektrischen Resonators. (Beispiel 4)

8 ist eine Querschnittansicht eines piezoelektrischen Resonators. (Herkömmliches Beispiel 1).

9 ist eine Querschnittansicht eines piezoelektrischen Resonators. (Herkömmliches Beispiel 2).

Bezugszeichenliste

2, 2a, 2b, 2c
Schwingungsabschnitt
4, 4a, 4b, 4c
Akustikreflektorabschnitt
10, 10a, 10b, 10c
Piezoelektrischer Resonator
12
Substrat
13s, 13t
Einstellschicht (Aluminiumnitridfilm)
15, 15a, 15b, 15c
Untere Elektrode
16, 16a, 16b, 16c
Piezoelektrischer Dünnfilm
17, 17a, 17b, 17c
Obere Elektrode
20, 20a, 20b, 20c
Schicht mit hoher akustischer Impedanz (Wolframfilm)
22, 22a, 22b, 22c
Schicht mit hoher akustischer Impedanz (Wolframfilm)
30, 30a, 30b, 30c
Schicht mit niedriger akustischer Impedanz (Siliziumoxidfilm)
32, 32a, 32b, 32c
Schicht mit niedriger akustischer Impedanz (Siliziumoxidfilm)
34, 34a, 34b, 34c
Schicht mit niedriger akustischer Impedanz (Siliziumoxidfilm)
40, 42,
Haftschicht (Titanfilm)

Beste Ausführungen der Erfindung

Beispiele 1 bis 4 als Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf 1 bis 7 beschrieben.

<Beispiel 1>

Ein piezoelektrischer Resonator 10 gemäß Beispiel 1 wird Bezug nehmend auf 1 bis 4 beschrieben.

Wie durch eine Querschnittansicht angezeigt ist, die in 1 angezeigt ist, ist der piezoelektrischer Resonator 10 mit einem Schwingungsabschnitt 2 versehen, in dem ein piezoelektrischer Dünnfilm 16 sandwichartig zwischen einer oberen Elektrode 17 und einer unteren Elektrode 15 angeordnet ist, und der Schwingungsabschnitt 2 ist akustisch von einem Substrat 12 mit einem Akustikreflektorabschnitt 4 zwischen denselben getrennt.

Bei dem Akustikreflektorabschnitt 4 sind drei Schichten der Schichten mit niedriger akustischer Impedanz 30, 32 und 34 und zwei Schichten der Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20 und 22 abwechselnd angeordnet. Die erste Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 30 ist in Kontakt mit dem Substrat 12 und die dritte Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 34 ist in Kontakt mit der unteren Elektrode 15.

Ferner ist ein Einstellschicht 13s zwischen der ersten Schicht mit hoher akustischer Impedanz 20 und der ersten Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 30 angeordnet, und eine Einstellschicht 13t ist zwischen der zweiten Schicht mit hoher akustischer Impedanz 22 und der zweiten Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 32 angeordnet.

Die Schichten mit niedriger akustischer Impedanz 30, 32 und 34 sind gebildet durch Verwenden von Siliziumoxid (SiO2) oder Kohlenstoff-enthaltendem Siliziumoxid (SiOC). Die Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20 und 22 sind aus einem Metall gebildet, z. B. Wolfram (W) und Molybdän (Mo). Die Einstellschichten 13s und 13t sind gebildet durch Verwenden von Aluminiumnitrid (AlN), Alumina (Al2O3), Chromoxid (Cr2O3), Diamant oder diamantartigem Kohlenstoff.

Zum Beispiel sind die Schichten mit niedriger akustischer Impedanz 30, 32 und 34 aus SiO2 gebildet (z. B. 820 μm), die Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20 und 22 sind aus W gebildet (z. B. 820 μm), und die Einstellschichten 13s und 13t sind aus AlN gebildet (z. B. 30 bis 200 μm). Tabelle 1, die nachfolgend beschrieben wird, zeigt die akustische Impedanz des Materials für jede Schicht. Tabelle 1

Akustische Impedanz
1010 [g/s·m2]
Aluminiumnitrid3,7Wolfram10,0Siliziumoxid1,2

In dem Fall, in dem AlN für die Einstellschichten 13s und 13t verwendet wird, ist es wünschenswert, dass die C-Achsen-Kristallinität schlecht ist und die piezoelektrische Eigenschaft nicht gegeben ist oder auf einem sehr niedrigen Pegel ist. Der Grund dafür ist, dass Ladungen, die durch die piezoelektrische Eigenschaft von AlN erzeugt werden, als ein ohmscher Verlust in Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20 und 22 verbraucht werden.

Die Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20 und 22 sind auf solche Weise strukturiert, um nur direkt unter dem Schwingungsabschnitt 2 und in der Nähe desselben angeordnet zu sein, so dass eine kapazitive Kopplung mit benachbarten Resonatoren verhindert wird.

Zum Beispiel werden bei den Schritten des Laminierens einzelner Schichten sequentiell auf dem Substrat 12 die W-Filme zum Bilden der Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20 und 22 durch reaktives Ionenätzen (RIE) geätzt, durch Verwenden eines auf Fluor basierenden Gases, und dadurch werden die Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20 und 22 strukturiert. In dem Fall, in dem die Einstellschichten 13s und 13t AlN-Filme sind, die nicht ohne Weiteres mit auf Fluor basierendem Gas geätzt werden, stoppt das Ätzen an den Einstellschichten 13s und 13t und die SiO2-Filme, die als die Schichten mit niedriger akustischer Impedanz 30 und 32 unter den Einstellschichten 13s und 13t dienen, werden nicht geätzt.

Die Filmkonfiguration der unteren Elektrode 15 ist spezifiziert als Pt Ti/AlCu/Ti. AlCu bezieht sich auf eine Legierung aus Al und Cu und es ist bevorzugt, dass die Cu-Konzentration ungefähr 0,5% bis 10% beträgt. Im Hinblick auf den piezoelektrischen Dünnfilm 16 wird AlN verwendet. Die Filmkonfiguration der oberen Elektrode 17 ist spezifiziert als AlCu/Ti/Pt/Ti.

Als nächstes wird ein Beispiel aus Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Resonators 10 Bezug nehmend auf 3 und 4 beschrieben. In 3 und 4 sind (1a) bis (11a) auf der linken Seite Querschnittansichten, die Herstellungsschritte eines piezoelektrischen Resonators des Referenzbeispiels zeigen, und (1b) bis (11b) auf der rechten Seite sind Querschnittansichten, die Herstellungsschritte des piezoelektrischen Resonators 10 aus Beispiel 1 zeigen. Die Einstellschichten 13s und 13t sind in dem piezoelektrischen Resonator 10 aus Beispiel 1 gebildet, wohingegen eine Einstellschicht nicht in dem piezoelektrischen Resonator des Referenzbeispiels gebildet ist.

Anfänglich, wie in 3 gezeigt ist, (1a) und (1b), wird das Substrat 12 vorbereitet. Im Hinblick auf das Substrat 12 wird ein kostengünstiges Substrat mit einer ausgezeichneten Bearbeitbarkeit verwendet. Ein Si- oder Glas-Substrat mit einer flachen Oberfläche ist besser.

Folglich, wie in 3 gezeigt ist, (2a) und (2b), wird ein SiO2-Film, der als die erste Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 30 in dem Akustikreflektorabschnitt 4 dient, über der gesamten Oberfläche des Substrats 12 durch Verwenden einer Technik, z. B. eines Sputterverfahrens oder eines thermischen Oxidationsverfahrens gebildet.

Nachfolgend wird ausschließlich bei Beispiel 1. wie in 3 (3b) gezeigt ist, ein AlN-Film, der als die Einstellschicht 13s dient, ferner auf dem SiO2-Film 30 gebildet.

Dann, wie in 3 gezeigt ist, (4a) und (4b), wird ein W-Film 20k, der als die erste Schicht mit hoher akustischer Impedanz 20 in dem Akustikreflektorabschnitt dient, auf dem SiO2-Film 30 oder dem AlN-Film 13s unter Verwendung einer Technik gebildet, wie z. B. eines Sputterverfahrens.

Als nächstes, wie in 3 (5a) und (5b) gezeigt ist, wird der W-Film abgesehen von dem Resonatorabschnitt durch Verwenden einer Strukturierung durch Photolithographie und Ätzen (z. B. reaktives Ionenätzen) auf solche Weise entfernt, dass eine Isolierung zumindest zwischen den Resonatoren eines Filters sichergestellt werden kann und dadurch die erste Schicht mit hoher akustischer Impedanz 20 aus dem verbleibenden W-Film gebildet wird.

Bei dem Ätzen bei dem Referenzbeispiel, wie in 3 gezeigt ist (5a), wird im Hinblick auf den SiO2-Film 30, ein Abschnitt 30x um die Schicht mit hoher akustischer Impedanz 20 geätzt und die Dicke wird ohne Weiteres klein. Andererseits, bei Beispiel 1, wie in 3 gezeigt ist (5b), wird das Ätzen durch den AlN-Film gestoppt, der als die Einstellschicht 13s dient, und daher wird der SiO2-Film 30 nicht dünn.

Nachfolgend werden die Filmbildung und Ähnliches des SiO2-Films, des AlN-Films und des W-Films auf ähnliche Weise wiederholt.

Das heißt, wie in 3 gezeigt ist (6a) und (6b), wird ein SiO2-Film, der als die zweite Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 32 in dem Akustikreflektorabschnitt 4 dient, gebildet. Nachfolgend wird nur bei Beispiel 1, wie in 4 (7b)gezeigt ist, ein AlN-Film, der als die Einstellschicht 13t dient, auf dem SiO2-Film 32 gebildet.

Dann, wie in 4 gezeigt ist (8a) und (8b), wird ein W-Film 22k, der als die zweite Schicht mit hoher akustischer Impedanz 22 in dem Akustikreflektorabschnitt dient, auf den SiO2-Film 32 oder dem AlN-Film 13t gebildet. Als nächstes, wie in 4 (9a) und (9b) gezeigt ist, wird der W-Film 22k geätzt, so dass die zweite Schicht mit hoher akustischer Impedanz 22 strukturiert wird.

Bei dem Ätzen bei dem Referenzbeispiel, wie in 4 gezeigt ist (9a), wird im Hinblick auf den SiO2-Film 32 ein Abschnitt 32x um die Schicht mit hoher akustischer Impedanz 22 geätzt und die Dicke wird ohne Weiteres klein. Andererseits, bei Beispiel 1, wie in 4 gezeigt ist (9b), wird das Ätzen durch die Einstellschicht 13t gestoppt und daher wird der SiO2-Film 32 nicht dünn.

Nachfolgend, wie in 4 gezeigt ist (10a) und (10b), wird ein SiO2-Film, der als die dritte Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 34 in dem Akustikreflektorabschnitt dient, gebildet. Auf diese Weise wird der Akustikreflektorabschnitt fertiggestellt.

Wie durch Pfeile 3a und 3b angezeigt ist, die in 4 (10a) und (10b) gezeigt sind, ist im Hinblick auf die Abmessung der Höhendifferenz zwischen dem Umfangsabschnitt, in dem die SiO2-Filme 30, 32 und 34 gestapelt sind, und dem Mittelabschnitt, in dem die SiO2-Filme 30, 32 und 34 und die W-Filme 20 und 22 gestapelt sind, die Abmessung bei Beispiel 1 kleiner als die Abmessung bei dem Referenzbeispiel. Im Hinblick auf das Referenzbeispiel, da diese Höhendifferenz groß ist, wie in Fig. (11a) gezeigt ist, tritt in der unteren Elektrode (15), die auf dem Akustikreflektorabschnitt gebildet ist, ein Bruch ohne Weiteres an dem Abschnitt auf, wo die Höhendifferenz auftritt. Andererseits, im Hinblick auf Beispiel 1, da die Höhe der Höhendifferenz minimiert ist, tritt in der unteren Elektrode 15 ein Bruch nicht ohne Weiteres an dem Abschnitt auf, wo die Höhendifferenz auftritt.

2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Schlüsselabschnitts des Akustikreflektorabschnitts 4 in dem piezoelektrischen Resonator 10 von Beispiel 1. Eine Bildung wird auf solche Weise ausgeführt, dass die Filmspannungen der Schichten mit niedriger akustischer Impedanz 30, 32 und 34, die die SiO2-Filme sind, und der Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20 und 22, die die W-Filme sind, Druckspannungen werden, wie durch Pfeile 80 und 82 in 2 angezeigt ist, und die Filmspannungen der Einstellschichten 13s und 13t Zugspannungen werden, wie durch Pfeile 90 angezeigt ist.

Ein Verfahren zum Bilden des AlN-Films ist in öffentlich bekannten Dokumenten beschrieben, zum Beispiel K. Umeda u. a., vacuum 80 (2006) Seiten 658–661. In diesem Dokument wird AlN durch ein HF-Magnetron-Sputterverfahren gebildet. In diesem Fall wird die Spannung des AlN-Films von Druck auf Zug eingestellt durch die HF-Leistung, den Gasdruck und die Substratvorspannung und zusätzlich dazu ist bekannt, dass die Kristallinität von AlN zu dieser Zeit annähernd konstant ist.

Um die Kristallinität des W-Films zu verbessern, ist es notwendig, die Kristallinität der Einstellschicht zu verbessern, die als ein Substrat dafür dient. Folglich ist der AlN-Film geeignet für die Einstellschicht, aufgrund eines breiten Belastungseinstellbereichs, während die Kristallinität beibehalten wird.

Im Hinblick auf den W-Film mit einer Filmdicke von ungefähr 300 nm, sind experimentell erhaltene Beziehungen zwischen der Belastung und der Kristallinität und zwischen der Belastung und der Oberflächenrauhigkeit in Tabelle 2 gezeigt, die nachfolgend beschrieben wird. Tabelle 2

FilmspannungRöntgen-Schwankungskurve, HalbwertsbreiteOberflächenrauhigkeitSpannung (MPa)FWHM (Grad)Ra (nm)W-Film (1)–20642,90,3W-Film (2)–31010,45,0

Aus Tabelle 2 ist der W-Film (1) mit einer großen Druckspannung bevorzugt für die Schicht mit hoher akustischer Impedanz des akustischen Reflektors.

Wenn ein absoluter Wert der Druckspannung des W-Films groß wird, wird der Film dicht, die Filmoberfläche wird flach und die Kristallinität wird gut. Der Grund dafür ist, dass in diesem Fall, wo die Kristallinität gut ist, wie oben beschrieben wurde, wie für eine elastische Welle, der Verlust niedrig ist, eine unnötige Streuung der elastischen Welle auf einem niedrigen Pegel ist und die Resonanzcharakteristika des piezoelektrischen Resonators verbessert sind.

Wenn der absolute Wert der Druckspannung groß ist, tritt eine Filmablösung ohne Weiteres auf. Jedoch kann eine Gesamtspannung des Akustikreflektorabschnitts durch die Einstellschicht, die die Zugspannung aufweist, eingestellt werden. Folglich kann das Auftreten einer Filmablösung verhindert werden.

Daher, sogar wenn ein hochqualitativer W-Film mit einer Druckspannung für die Schicht mit hoher akustischer Impedanz des Akustikreflektorabschnitts verwendet wird, kann die Spannung des gesamten Akustikreflektorabschnitts durch die AlN-Einstellschicht, die eine Zugspannung aufweist, gelöst werden. Ferner können die Kristallinität der Schicht mit hoher akustischer Impedanz und der Betrag des Überätzens der Schicht mit niedriger akustischer Impedanz durch die Einstellschicht eingestellt werden.

Dementsprechend kann der piezoelektrische Resonator 10 mit stabilisierter Qualität und verbesserten Resonanzcharakteristika hergestellt werden.

<Beispiel 2>

Ein piezoelektrischer Resonator 10a aus Beispiel 2 wird Bezug nehmend auf 5 beschrieben.

Wie durch eine Querschnittansicht angezeigt ist, die in 5 gezeigt ist, weist der piezoelektrische Resonator 10a von Beispiel 2 im Wesentlichen dieselbe Konfiguration auf wie die des piezoelektrischen Resonators 10 aus Beispiel 1, die in 1 gezeigt ist, und dieselben Wirkungen wie jene bei Beispiel 1 werden erhalten. In der nachfolgenden Beschreibung werden hauptsächlich die Punkte beschrieben, die sich von Beispiel 1 unterscheiden, und dieselben Bestandteile wie jene in Beispiel 1 werden durch dieselben Bezugszeichen dargestellt.

Der piezoelektrische Resonator 10a aus Beispiel 2 ist unterschiedlich zu Beispiel 1 in der Konfiguration eines Akustikreflektorabschnitts 4a. Genauer gesagt sind bei dem Akustikreflektorabschnitt 4a aus Beispiel 2 Haftschichten 40 und 42 zwischen den Einstellschichten 13s und 13t und den Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20a und 22a angeordnet. Die Haftschichten 40 und 42 sind strukturiert durch Ätzen oder Ähnliches gleichzeitig mit den Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20a und 22a auf denselben.

Zum Beispiel ist es in dem Fall, in dem die Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20a und 22a W sind, die Schichten mit niedriger akustischer Impedanz 30a, 32a und 33a SiO2 sind und die Einstellschichten 13s und 13t AlN sind, wünschenswert, dass die Haftschichten 40 und 42 Ti sind.

Die Haftung zwischen den Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20a und 22a und den Einstellschichten 13s und 13t wird durch die Haftschichten 40 und 42 verbessert, eine Filmablösung und Substratrissbildung tritt nicht ohne Weiteres auf und die Qualität des piezoelektrischen Resonators 10a wird stabiler.

<Beispiel 3>

Ein piezoelektrischer Resonator 10b aus Beispiel 3 wird Bezug nehmend auf 6 beschrieben.

Wie durch eine Querschnittansicht angezeigt wird, die in 6 gezeigt ist, weist der piezoelektrische Resonator 10b aus Beispiel 3 im Wesentlichen dieselbe Konfiguration auf wie die des piezoelektrischen Resonators 10 aus Beispiel 1, gezeigt in 1, und dieselben Wirkungen wie jene aus Beispiel 1 werden erhalten.

Wie in 6 gezeigt ist, ist der piezoelektrische Resonator 10b aus Beispiel 3 unterschiedlich zu Beispiel 1, und die Breite der Schicht mit hoher akustischer Impedanz 20b auf der Seite des Substrats 12 ist größer als die Breite der Schicht mit hoher akustischer Impedanz 22b auf der Seite des Schwingungsabschnitts 2b. Solche Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20b und 22b mit unterschiedlichen Abmessungen können gebildet werden durch Verwenden von Photomasken mit unterschiedlichen Abmessungen für individuelle Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20b und 22b.

Folglich nimmt die Anzahl von Höhendifferenzen, die auf der obersten Oberfläche 4s des Akustikreflektorabschnitts 4b gebildet sind, der sich um den Schwingungsabschnitt 2b erstreckt (das heißt, eine Oberfläche, die in Kontakt mit der unteren Elektrode 15b oder dem piezoelektrischen Dünnfilm 16b der Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 34b ist, die am weitesten von dem Substrat 12 entfernt ist) von eins auf zwei zu. Folglich wird die Höhe pro Höhendifferenz gering und das Auftreten eines Bruchs und einer Dickenreduzierung der unteren Elektrode 15b wird schwieriger im Vergleich zu der in dem Fall, wo die Anzahl von Höhendifferenzen eins ist. Daher wird die Qualität des piezoelektrischen Resonators 10b stabiler.

<Beispiel 4>

Ein piezoelektrischer Resonator 10c aus Beispiel 4 wird Bezug nehmend auf 7 beschrieben.

Wie durch eine Querschnittansicht angezeigt ist, die in 7 gezeigt ist, weist der piezoelektrische Resonator 10c aus Beispiel 4 im Wesentlichen dieselbe Konfiguration auf wie die des piezoelektrischen Resonators 10b aus Beispiel 3, gezeigt in 6, und dieselben Wirkungen wie jene von Beispiel 3 werden erhalten.

Der Punkt, der sich vom Beispiel 3 unterscheidet ist, dass Ätz-Endoberflächen 20k und 22k der Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20c und 22c in die Form einer gekrümmten Oberfläche gearbeitet werden.

Zum Beispiel wird, bevor das Ätzen der Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20c und 22c ausgeführt wird, eine Maskenstruktur aus Photoresist in dem folgenden Verfahren gebildet.

  • (1) Aufbringen eines Photoresists
  • (2) Backen (Erwärmen)
  • (3) Belichten
  • (4) Entwickeln
  • (5) Sekundäres Backen (Erwärmen)

Eine normale Verjüngung wird an den Endoberflächen des Photoresists gebildet durch Ausführen des sekundären Backens. Die Ätz-Endoberflächen 20k und 22k der Schichten mit hoher akustischer Impedanz 20c und 22c können in die Form einer gekrümmten Oberfläche gearbeitet werden, durch Ausführen des Ätzens durch die Verwendung des resultierenden Photoresists.

Im Hinblick auf den Akustikreflektorabschnitt 4c wird die Ecke 4k der Höhendifferenz, die um den Schwingungsabschnitt 2 gebildet ist, in die Form einer gekrümmten Oberfläche gearbeitet. Folglich wird eine scharfe Änderung des Winkels beseitigt und das Auftreten eines Bruchs und einer Dickenreduzierung der unteren Elektrode 15b, die darauf gebildet ist, werden schwieriger.

Daher wird die Qualität des piezoelektrischen Resonators 10c stabiler.

<Schlussfolgerung>

Wie oben beschrieben wurde, wird der Akustikreflektorabschnitt gebildet durch Verwenden der Schicht mit hoher akustischer Impedanz und der Schicht mit niedriger akustischer Impedanz mit den Druckspannungen und der Einstellschicht mit der Zugspannung und daher kann die Gesamtspannung des Akustikreflektorabschnitts gelöst werden, so dass ein Auftreten einer Zwischenschichtfilmablösung verhindert werden kann.

Da die Gesamtspannung des Akustikreflektorabschnitts gelöst werden kann, kann das Krümmen eines Wafers reduziert werden. Folglich kann zum Beispiel bei dem Schritt des Bildens eines Resonatorabschnitts in einer Belichtungsvorrichtung, die bei einem photolithographischen Schritt verwendet wird, ein Wafer mit einer Vakuumeinspannvorrichtung befestigt werden, so dass die Strukturierungspositionsgenauigkeit verbessert wird.

Ferner, da die Gesamtspannung des Akustikreflektorabschnitts gelöst werden kann, kann eine Substratrissbildung verhindert werden und der Ertrag des Produkts kann verbessert werden.

In dem Fall, in dem Wolfram (W) oder Molybdän (Mo) für die Schicht mit hoher akustischer Impedanz verwendet wird, Siliziumoxid (SiO2) oder Kohlenstoff enthaltenes Siliziumoxid (SiOC) für die Schicht mit niedriger akustischer Impedanz verwendet wird und Ti für die Haftschicht verwendet wird, kann jede Schicht ohne Weiteres mit einem auf Fluor basierten Gas geätzt werden, zum Beispiel CF4. Folglich, zum Beispiel in dem Fall, in dem eine laminierte Struktur aus W/SiO2 oder eine laminierte Struktur aus W/Ti/SiO2 für die Schichten mit hoher akustischer Impedanz und die Schichten mit niedriger akustischer Impedanz verwendet wird, die abwechselnd in dem Akustikreflektorabschnitt angeordnet sind, wird, wenn die W-Schicht oder die W/Ti-Schicht geätzt wird, die SiO2-Schicht, die als ein Substrat dient, durch Überätzen geätzt. In einem solchen Fall kann das Fortschreiten des Ätzens in das Substrat verhindert werden durch Verwenden eines Materials (zum Beispiel AlN), das nicht ohne Weiteres mit dem auf Fluor basierenden Gas geätzt wird, als die Einstellschicht, zwischen dem W-Film oder dem W/Ti-Film und der SiO2-Schicht.

Da ein Überätzen durch Verwenden eines Materials (zum Beispiel AlN), das nicht ohne Weiteres mit dem auf Fluor basierenden Gas geätzt werden kann, als die Einstellschicht verhindert werden kann, nimmt die Höhendifferenz des Akustikreflektorabschnitts nicht zu und dadurch kann ein Auftreten eines Bruchs der unteren Elektrode verhindert werden.

In dem Fall, in dem die Kristallinität des W-Films verbessert wird, wird die Druckspannung verbessert. Wenn die Druckspannung groß ist, tritt eine Filmablösung ohne Weiteres auf. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch kann die Gesamtspannung eingestellt werden durch die Einstellschicht, so dass die Filmablösung nicht auftritt und der W-Film, der einen geringen Elastische-Welle-Verlust zeigt, verwendet werden kann. Folglich werden die Resonanzcharakteristika verbessert.