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Dokumentenidentifikation DE102006023165A1 22.11.2007
Titel Verfahren zur Herstellung eines akustischen Spiegels aus alternierend angeordneten Schichten hoher und niedriger akustischer Impedanz
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Fattinger, Gernot, 81737 München, DE
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 17.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006023165
Offenlegungstag 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse H03H 9/15(2006.01)A, F, I, 20060517, B, H, DE
Zusammenfassung Ein akustischer Spiegel aus alternierend angeordneten Schichten hoher und niedriger akustischer Impedanz wird hergestellt, indem zunächst ein Grundmaterial mit einer ersten Schicht 110 der Schichtfolge bereitgestellt wird, auf dem eine zweite Schicht 125 der Schichtfolge auf der ersten Schicht 110 derart erzeugt wird, dass die zweite Schicht 125 der Schichtfolge die erste Schicht 110 teilweise bedeckt. Anschließend wird eine Planarisierungsschicht 130 auf die Schichtfolge aufgebracht und die Planarisierungsschicht 130 wird in einem Bereich entfernt, der der gemeinsamen Schichtebene seitlich über die zweite Schicht 125 hinausragt, um eine Restplanarisierungsschicht 135 zu ergeben. Abschließend wird eine Abschlussschicht 140 auf die Schichtfolge und die Restplanarisierungsschicht 135 aufgebracht.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von piezoelektrischen Resonatoren, z.B. BAW-Resonatoren (BAW = bulk acoustic wave = akustische Volumenwelle), und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines akustischen Spiegels für piezoelektrische Resonatoren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines akustischen Spiegels, der hochplanar ist und sowohl eine hervorragende Gleichmäßigkeit in der Schichtabscheidung als auch eine planare Oberfläche der gesamten Spiegelstruktur aufweist.

Hochfrequenzfilter, die auf BAW-Resonatoren beruhen, sind von großem Interesse für viele HF-Applikationen. Für BAW-Resonatoren existieren im wesentlichen zwei Konzepte, zum einen sogenannte Dünnfilm-BAW-Resonatoren (thin film BAW-Resonatoren = FBAR), sowie sogenannte Solidly-Mounted Resonatoren (SMR). Dünnschicht-BAW-Resonatoren umfassen eine Membran, auf der die Schichtfolge bestehend aus der unteren Elektrode, der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrode angeordnet ist. Der akustische Resonator entsteht durch die Reflexion an der Oberseite und an der Unterseite der Membran. Bei dem Alternativkonzept von Solidly-Mounted Resonatoren umfasst ein SMR ein Substrat, beispielsweise ein Siliziumsubstrat, auf dem die Schichtfolge bestehend aus der unteren Elektrode, der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrode angeordnet ist. Um bei dieser Ausgestaltung die akustischen Wellen im aktiven Bereich zu halten, ist ein sogenannter akustischer Spiegel erforderlich. Dieser befindet sich zwischen den aktiven Schichten, also den zwei Elektroden und der piezoelektrischen Schicht, und dem Substrat. Der akustische Spiegel besteht aus einer alternierenden Folge von Schichten mit hoher bzw. niedriger akustischer Impedanz, z.B. Schichten aus Wolfram (hohe akustische Impedanz) und Schichten aus einem Oxidmaterial (niedrige akustische Impedanz). Im folgenden werden unter Schichten mit hoher bzw. niedriger akustischer Impedanz, Schichten verstanden, die beim Aufeinanderlegen eine Übergangsfläche definieren, an der sich akustische Wellen reflektieren und zwar mit einer umso höheren Intensität je größer der Unterschied in den akustischen Impedanzen der Schichten ist.

Enthält der Spiegel Schichten aus leitenden Materialien, wie z.B. Wolfram, so ist es zur Vermeidung parasitärer Kapazitäten im Filter angezeigt, die entsprechenden Spiegelschichten zu strukturieren und im Wesentlichen auf den Bereich unterhalb des aktiven Resonatorbereichs zu begrenzen. Der Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die hierdurch entstehende Topologie nicht vollständig planarisierbar ist. Aufgrund der sich ergebenden Unebenheiten werden unerwünschte Moden im Resonator hervorgerufen und/oder eine Verringerung der Güte des Resonators wird bewirkt. Dieses Problem ist insofern sehr kritisch, da bereits kleine Stufen bzw. Resttopologien von wenigen Prozent der Schichtdicke einen signifikanten Einfluss auf das Betriebsverhalten eines solchen Resonators haben.

Anhand der 4 und 5 werden zwei bekannte Verfahren zur Herstellung akustischer Spiegel für piezoelektrische Resonatoren bzw. BAW-Resonatoren näher erläutert.

In 4 ist ein Solidly-Mounted-Resonator mit strukturiertem Spiegel gezeigt. Der Resonator umfasst ein Substrat 100 mit einer unteren Oberfläche 302 und einer oberen Oberfläche 304. Auf der oberen Oberfläche ist eine Schichtfolge 306 angeordnet, die den akustischen Spiegel bildet. Zwischen dem Substrat und dem Spiegel können eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein, die z.B. der Stressreduzierung oder der Haftungsverbesserung dienen. Die Schichtfolge umfasst alternierend angeordnete Schichten 306a mit hoher akustischer Impedanz und mit Schichten 306b niedriger akustischer Impedanz, wobei zwischen den Spiegelschichten Zwischenschichten vorgesehen sein können. Auf der oberen Oberfläche 304 des Substrats 100ist eine erste Schicht 306b1 mit niedriger akustischer Impedanz gebildet. Auf der Schicht 306b1 ist an den Abschnitten, die den aktiven Bereichen des Resonators zugeordnet sind, ein Material 306a1, 306a2 mit hoher akustischer Impedanz abgeschieden und strukturiert. Über diese Anordnung ist eine zweite Schicht 306b2 mit niedriger akustischer Impedanz abgeschieden, auf der wiederum abschnittsweise ein Material 306a3, 306a4 mit hoher akustischer Impedanz abgeschieden und strukturiert ist. Auf dieser Schichtfolge ist wiederum. eine Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 306b3 abgeschieden. Auf der sich so ergebenden Spiegelstruktur ist zumindest teilweise eine untere Elektrode 310 gebildet, auf der wiederum die aktive bzw. piezoelektrische Schicht 312, beispielsweise aus AlN (AlN = Aluminium Nitrid), angeordnet ist. Auf der piezoelektrischen Schicht 312 ist eine Isolationsschicht 314 gebildet, die bis auf die Bereiche 3161 und 3162 die piezoelektrische Schicht 312 bedeckt. Auf der piezoelektrischen Schicht sind zwei obere Elektroden 3181 und 3182 gebildet, die in den Abschnitten 3161 und 3162 mit der piezoelektrischen Schicht in Kontakt sind. Auf der oberen Elektrode 3181, 3182 ist zumindest teilweise eine Abstimmschicht 3201 und 3202 angeordnet, über deren Dicke eine Resonanzfrequenz der Resonatoren eingestellt werden kann. Durch die Abschnitte der oberen Elektrode 3181 und 3182, in denen diese mit der piezoelektrischen Schicht 312 in Verbindung ist und die darunter liegenden Abschnitte der unteren Elektrode 310 werden zwei BAW-Resonatoren 322a und 322b definiert. Die in 4 gezeigte Spiegelstruktur 306 umfasst &lgr;/4-Spiegelschichten 306a, 306b.

Bei dem in 4 gezeigten Beispiel eines Solidly-Mounted-Resonators werden die metallischen Schichten 306a strukturiert, ohne die sich einstellende Topologie zu planarisieren. Die Schichten 306b mit niedriger akustischer Impedanz werden, wie oben beschrieben, über den strukturierten Schichten 306a abgeschieden. Dadurch entstehen die in 4 gezeigten Stufen, die sich bei der Abscheidung der darrüberliegenden Schichten fortsetzen. Diese Vorgehensweise ist in Anbetracht der sich einstellenden starken Topologie in den über dem Spiegel 306 liegenden Schichten nachteilhaft, insbesondere stellt sich eine reduzierte piezoelektrische Kopplung der aktiven Schicht 312, eine geringe Resonatorgüte oder eine verstärkte Anregung unerwünschter Schwingungsmoden ein, wobei dies bis zum Totalausfall des Bauelementes führen kann.

5 zeigt ein weiteres, im Stand der Technik bekanntes Beispiel für einen Solidly-Mounted Resonator mit einem strukturierten Spiegel. In 5 ist wiederum ein Substrat 100 gezeigt, auf dessen obere Oberfläche 304 eine Oxidschicht 324 abgeschieden ist, in die eine Grube bzw. Vertiefung 326 eingebracht wird. Zwischen der Oxidschicht 324 und dem Substrat 100 können weitere Zwischenschichten vorgesehen sein. In der Grube 326 ist der akustische Spiegel gebildet, der aus einer Schichtfolge besteht, die eine erste Schicht 306a1 mit hoher akustischer Impedanz, eine Schicht 306 mit niedriger akustischer Impedanz und eine Schicht 306a2 mit hoher akustischer Impedanz aufweist. Auf der Oberfläche der sich so ergebenden Struktur ist eine Isolationsschicht 308 abgeschieden, auf der zumindest teilweise die untere Elektrode 310 gebildet ist. Der nicht von der unteren Elektrode 310 bedeckte Abschnitt der Isolationsschicht 308 ist von einer weiteren Isolationsschicht 328 bedeckt. Auf der Isolationsschicht 328 und auf der unteren Elektrode 310 ist die piezoelektrische Schicht 312 gebildet, auf deren Oberfläche wiederum teilweise die obere Elektrode 318 gebildet ist. Die von der oberen Elektrode 318 nicht bedeckten Abschnitte der piezoelektrischen Schicht 312 sowie Teile der oberen Elektrode 318 sind von der Passivierungsschicht 314 bedeckt. Die überlappenden Bereiche von unterer Elektrode 310, piezoelektrische Schicht 312 und oberer Elektrode 318 definieren den BAW-Resonator 322.

Bei dem in 5 gezeigten Beispiel wird in die Oxidschicht 324 im Bereich des zu erzeugenden Resonators 322 die Grube 326 geätzt, in der nacheinander, wie oben beschrieben, die Spiegelschichten 306a, 306 abgeschieden werden. Durch einen oder mehrere CMP-Prozesse (Chemical Mechanical Polishing = chemisch-mechanisches Polieren) werden die Schichten außerhalb der Spiegelgrube 326 entfernt.

Beide Verfahren weisen Nachteile auf. Das mit der 4 beschriebene Verfahren zeigt beispielsweise den Nachteil einer starken Topologie in den über dem Spiegel liegenden Schichten, wodurch sich ungünstige Bedingungen für die weitere Prozessierung ergeben. Dies zeigt sich unter anderem in verminderter piezoelektrischen Kopplungen, geringer Resonatorgüte oder unerwünschten Moden bis hin zu einem Totalausfall des Bauelements. Das anhand der 5 beschriebene Verfahren ist dahingehend nachteilhaft, dass in den Ecken der Spiegelgrube 326 die Schichten etwas dünner sind und sich beim Planarisieren eine in 5 mit dem Bezugszeichen 330 angedeutete leichte Schüsseltopologie im Resonatorbereich 322 einstellt, was wiederum zu einer verstärkten Anregung unerwünschter Moden und zu einer verminderten Resonatorgüte führt. Außerdem ist an dem mit 5 beschriebenen Verfahren nachteilig, dass die oberste Spiegelschicht bei den verschiedenen CMP-Schritten über den aktiven Bereich des Resonators ungleichmäßig stark angegriffen wird, was zu einer verstärkten Anregung unerwünschter Moden und zu einer verminderten Resonatorgüte führt. Andererseits lässt sich eine gewisse Resttopologie nicht vermeiden, welche zu den oben angeführten Nachteilen in der Folgeprozessierung führt. Es sei hier noch angemerkt, dass die durch die sogenannte Spiegelgrube und die folgenden CMP-Schritte erzeugte Resttopologie ein wesentlicher, die Ausbeute beschränkender Faktor ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines akustischen Spiegels aus alternierend angeordneten Schichten hoher und niedriger akustischer Impedanz, wobei der akustische Spiegel eine Schichtfolge aus mindestens einer Schicht mit hoher akustischer Impedanz und zumindest einer Schicht mit niedriger akustischer Impedanz aufweist, wobei die Schichten bezüglich einer gemeinsamen Schichtebene parallel angeordnet sind. Es umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Grundmaterials mit einer ersten Schicht der Schichtfolge auf dem Grundmaterial, Erzeugen einer zweiten Schicht der Schichtfolge auf der ersten Schicht derart, dass die zweite Schicht der Schichtfolge die erste Schicht teilweise bedeckt, Aufbringen einer Planarisierungsschicht auf die Schichtfolge, Entfernen der Planarisierungsschicht in einem Bereich, der der gemeinsamen Schichtebene seitlich über die zweite Schicht hinausragt, um eine Restplanarisierungsschicht zu erhalten und Aufbringen einer Abschlussschicht auf die Schichtfolge und die Restplanarisierungsschicht.

Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines akustischen Spiegels, aus alternierend angeordneten Schichten hoher und niedriger akustischer Impedanz, wobei die Schicht aus niedriger akustischer Impedanz aus einem dielektrischen Material besteht und die Schichten aus hoher akustischer Impedanz aus einem Metall bestehen, wobei die Schichten bezüglich einer gemeinsamen Schichtebene parallel angeordnet sind. Es umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Grundmaterials mit einer Ätzstoppschicht, Erzeugen einer ersten Metallschicht, die die Ätzstoppschicht teilweise bedeckt; Erzeugen einer ersten dielektrischen Schicht auf der ersten Metallschicht; Erzeugen einer zweiten Metallschicht auf der ersten dielektrischen Schicht, Aufbringen einer Planarisierungsschicht auf die zweite Metallschicht und die Ätzstoppschicht, mit einer Schichtdicke, die zumindest der Schichtdicke der beiden Metallschichten und der dielektrischen Schicht entspricht, Entfernen der Planarisierungsschicht in einem Bereich, der der gemeinsamen Schichtebene seitlich über die zweite Metallschicht hinausragt, um eine Restplanarisierungsschicht zu erhalten und Aufbringen einer Abschlussschicht aus einem nicht-metallischen Material auf die zweite Metallschicht, wobei die Abschlussschicht zumindest einen Teil der verbleibenden Planarisierungsschicht bedeckt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung eines hochplanaren akustischen Spiegels, und erzeugt einen Spiegel, der sowohl eine hervorragende Gleichmäßigkeit in der Schichtabscheidung als auch eine plane Oberfläche der gesamten Spiegelstruktur sicherstellt. Erfindungsgemäß wird somit eine optimale Prozessierung der über dem Spiegel liegenden Schichten ermöglicht, was insbesondere eine hohe akustische Güte, eine hohe piezoelektrische Kopplung, sowie eine außerordentliche Modenreinheit zur Folge hat. Die so erzielbare sehr homogene Schichtdickenverteilung im Spiegel, ermöglicht eine minimale Anregung unerwünschter Schwingungsmoden.

Erfindungsgemäß wird der akustische Spiegel durch eine geeignete Kombination von Abscheidungs- und Strukturierungsschritten hergestellt, um eine völlig planare Spiegeloberfläche bei geringen Prozessierungskosten zu erreichen. In einem Ausführungsbeispiel werden erfindungsgemäß dazu sämtliche Spiegelschichten bis hin zur letzten Metallschicht abgeschieden. Daran anschließend werden die vorhandenen Schichten beispielsweise mittels eines Trockenätzschrittes strukturiert. Bei diesem Ätzschritt ist es vorteilhaft einen genau definierten Endpunkt zu generieren. Optimalerweise stoppt der erfindungsgemäße Ätzprozess auf einer dünnen, unter dem untersten Spiegelmetall liegenden, hoch selektiven Stoppschicht. Ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Ätzprozess ist ein Fluortrockenätzschritt, der auf einer AlN-Schicht stoppt. Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Stoppschicht eliminiert zusätzlich Schwankungen in der resultierenden Stufenhöhe, welche durch ungleichmäßigen Ätzabtrag erzeugt werden würde. Schließlich wird erfindungsgemäß eine Planarisierungsschicht mit einer Dicke, die vorzugsweise der Stufenhöhe entspricht, ganzflächig abgeschieden und in einem Bereich, der beispielsweise 0,5 bis 1 &mgr;m größer ist als die nun schon strukturierte Spiegelschicht geöffnet. Bei korrekter Prozessierung sollte eine im Wesentlichen planare Oberfläche mit schmalen, 0,5 bis 1 &mgr;m breiten Gräben um die Spiegelschichten entstanden sein.

Erfindungsgemäß wird bei der nun folgenden Abscheidung der obersten, normalerweise nicht-metallischen Spiegel- oder Abschlussschicht die Gräben aufgrund ihrer geringen Breite vollständig aufgefüllt. Dieser Prozess läuft ähnlich zu einem W-Plug Via-Prozess. Nach der erfindungsgemäß erfolgten Spiegelprozessierung, hinterlässt dies eine, bis auf leichte, schmale Vertiefungen im Bereich des Grabens, planare Oberfläche.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die eben beschriebenen Schritte für eine oder mehrere metallische Spiegelschichten separat angewendet. Das bedeutet, dass für jede neu abgeschiedene Metallschicht, zuerst eine Strukturierung, beispielsweise durch einen Trockenätzprozess erfolgt. Daran anschließend wird eine Planarisierungsschicht aufgebracht, die wiederum in einem Bereich der größer ist als die metallische Schicht geöffnet und die nicht metallische Schicht aufgebracht. Daran anschließend wiederholen sich die Schritte. Diese sukzessive Arbeitsweise könnte unter anderem notwendig sein, wenn ein vollständiges Ätzen aller Spiegelschichten auf einmal nicht möglich ist. Z.B. könnte dies der Fall sein, wenn ein entsprechender Ätzprozess nicht zur Verfügung steht.

Die Ätzprozesse können beispielsweise unter Verwendung einer Lackmaske oder unter Verwendung einer Hartmaske durchgeführt werden, wobei bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufgrund der längeren Ätzzeit die Verwendung einer Hartmaske notwendig sein kann.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel könnte die Mehrzahl der Schichten beispielsweise in einem Ätzprozess innerhalb einer Kammer oder durch mehrere aufeinanderfolgende Ätzprozesse in verschiedenen Kammern durchgeführt werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine hoch planare Oberfläche der letzten Spiegel- oder Abschlussschicht unter Vermeidung von CMP-Prozessen erreicht wird. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist dies möglich, wenn die Planarisierungsschichten in einem Bereich entfernt wird, der über dem Bereich der letzten Schicht hinausragt und die evtl. Auftretenden Gräben durch die Folgeschicht aufgefüllt werden.

Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1(a) bis 1(e) die Schritte zur Herstellung eines hochplanaren akustischen Spiegels gemäß der vorliegenden Erfindung;

2(a) bis 2(e) die erfindungsgemäße Prozessierung eines akustischen Spiegels mit zwei Schichten hoher akustischer Impedanz durch gemeinsame Strukturierung und Planarisierung allerlei Spiegelschichten gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

3(a) bis 3(e) die erfindungsgemäße Prozessierung eines akustischen Spiegels mit zwei Schichten hoher akustischer Impedanz durch wiederholte Abscheidungs-, Strukturierungs- und Planarisierungsschritte;

4 ein erstes Beispiel eines Solidly-Mounted-Resonators mit strukturiertem Spiegel gemäß dem Stand der Technik;

5 ein zweites Beispiel für einen Solidly-Mounted-Resonator mit strukturiertem Spiegel gemäß dem Stand der Technik.

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden gleiche oder gleich wirkende Elemente mit gleichem Bezugszeichen versehen.

In den nachfolgenden Ausführungen wird angenommen, dass eine zu strukturierende Schicht eine höhere akustische Impedanz hat. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr funktioniert das erfindungsgemäße Verfahren ganz analog, wenn die zu strukturierende Schicht die kleinere akustische Impedanz aufweist. Wie bereits erwähnt, werden unter Schichten mit hoher bzw. niedriger akustischer Impedanz, Schichten verstanden, die beim Aufeinanderlegen eine Übergangsfläche definieren, an der sich akustische Wellen reflektieren und zwar mit einer umso höheren Intensität je größer der Unterschied in den akustischen Impedanzen der Schichten ist.

Anhand der 1 wird ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert, nämlich die erfindungsgemäße Prozessierung eines akustischen Spiegels mit einer Schicht mit hoher akustischer Impedanz. Dazu werden zunächst sämtliche Spiegelschichten einschließlich der Schicht mit hoher akustischer Impedanz abgeschieden und anschließend strukturiert. Das geschieht in den folgenden Unterschritten.

In 1(a) ist ein Substrat 100 gezeigt, auf dessen Oberfläche eine erste Schicht 110 mit niedriger akustischer Impedanz und eine optionale Ätzstoppschicht 115 angeordnet ist. Wenn die erste Schicht 110 mit niedriger akustischer Impedanz aus einem geeigneten Material besteht, kann auf die optionale Ätzstoppschicht 115 verzichtet werden. Dies ist dann der Fall, wenn der zur Strukturierung verwendete Ätzprozess auf der Schicht 110 stoppt, d.h. die Schicht 110 bereits als eine Ätzstoppschicht wirksam ist. Anschließend wird auf der optionalen Ätzstoppschicht 115 eine erste Schicht 120 mit hoher akustischer Impedanz ganzflächig abgeschieden. Die Anordnung der Schichten erfolgt dabei derart, dass sie bezüglich einer gemeinsamen Schichtebene parallel angeordnet sind. Als Schichtmaterialien für Schichten mit niedriger akustischer Impedanz können beispielsweise Oxide genommen werden und für Schichten mit hoher akustischer Impedanz sind beispielsweise Wolframschichten oder eine andere geeignete leitfähige Schicht geeignet. Zusätzlich können zwischen dem Substrat 100 und dem Spiegel bzw. zwischen den Spiegelschichten eine oder mehrere Zwischenschichten vorgesehen sein.

Dann wird die Schicht mit hoher akustischer Impedanz einem Strukturierungsschritt unterzogen. Dies kann beispielsweise in einem Trockenätzschritt geschehen, der den entscheidenden Vorteil aufweist, dass die Schicht 110 oder die optionale Ätzstoppschicht 115 einen genau definierten Endpunkt definiert, auf dem der Ätzprozess optimalerweise stoppt.

Für einen Flour-Trockenätzschritt kann beispielsweise eine AlN-Schicht als optionale Ätzstoppschicht 115 verwandt werden. Die in 1(a) gezeigte Struktur wird beispielsweise unter Verwendung einer Hartmaske oder einer Lackmaske diesem Ätzprozess unterzogen, durch den die erste Schicht 120 mit hoher akustischer Impedanz auf die in 1(b) gezeigte Form strukturiert wird.

Auf die in 1(b) gezeigte Struktur wird dann ganzflächig eine Planarisierungsschicht 130 abgeschieden, wie dies in 1(c) gezeigt ist. Vorzugsweise wird die Planarisierungsschicht 130 in einer Dicke abgeschieden, die der Stufenhöhe und damit bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Dicke der Schicht 125 entspricht. Die Planarisierungsschicht 130 wird dann unter Verwendung einer geeigneten Maske, beispielsweise einer Lackmaske oder einer Hartmaske strukturiert, um die in einem nachfolgenden Prozess, vorzugsweise einen Ätzprozess, zu entfernenden Abschnitte der Planarisierungsschicht 130 zu definieren.

In 1(d) ist die in 1(c) gezeigte Struktur nach der Maskierung und nach dem Ätzprozess gezeigt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept, wird die Planarisierungsschicht 130 in einem Bereich, der größer ist als die strukturierte Schicht mit hoher akustischer Impedanz 125, abgetragen. Dieser Bereich umfasst zumindest die in 1(c) gezeigte Region 131. Dies kann in einem Bereich geschehen, der 0,1 bis 2,5 &mgr;m (vorzugsweise 0,5 bis 1 &mgr;m) größer ist als die schon strukturierte Schicht 125 mit hoher akustischer Impedanz. Dabei können Gräben 133 auf beiden Seiten der strukturierten Schicht 125 mit hoher akustischer Impedanz entstehen. Die Form und die Tiefe der Gräben 133 wird dabei zum einen bestimmt von der Dauer bzw. Art des Ätzprozesses, vor allem aber auch von der Form der Planarisierungsschicht 130. Insbesondere die Ausprägung von Flanken bzw. Schrägen an den Rändern der Planarisierungsschicht 130 in der Region 131, bestimmen die Form der Gräben 133, wie es in der 1(d) angedeutet wurde. Im Idealfall, wenn die Planarisierungsschicht 130 keine Schrägen in der Region 131 aufweist, d.h. wenn die Planarisierungsschicht 130 genau die Stufe der Schicht mit hoher akustischer Impedanz 125 nachbildet und die verwendete Maske nur die Region 131 freilässt, werden keine Gräben 133 entstehen. In jedem anderen von diesem Idealfall abweichenden Prozessierung der Planarisierungsschicht 130, werden die Gräben 133 entstehen. Ebenso hat die Wahl der Maske, d.h. wie genau sie den vorgegebenen Bereich abdeckt, so dass keine Freiräume am Maskenrand entstehen, einen Einfluss auf die Form der Gräben 133. Auf jeden Fall ist die maximale Tiefe der Gräben 133 durch die als Ätzstopp wirkende Schicht 110 begrenzt und ist somit gegeben durch die Dicke der Planarisierungsschicht 130.

Wenn die Planarisierungsschicht 130 eine bevorzugte Dicke aufweist, die der Dicke der ersten strukturierten Schicht 125 mit hoher akustischer Impedanz entspricht, ergibt sich, bis auf die Gräben 133 eine planare Oberfläche mit einer Restplanarisierungsschicht 135. Die Gräben können, bei korrekter Prozessierung, eine Breite von 0,1 bis 2,5 &mgr;m (bevorzugt von 0,5 bis 1 &mgr;m) aufweisen.

Als abschließenden Schritt, der in 1(e) dargestellt ist, wird eine Abschlussschicht mit niedriger akustischer Impedanz 140, die normalerweise aus einem nicht-metallischen Material besteht, derart aufgebracht, dass die Gräben 133 auf beiden Seiten der strukturierten Schicht mit hoher akustischer Impedanz 125 aufgefüllt werden. Das Auffüllen kann dabei ähnlich einem W-Plug-Via-Prozess erfolgen und hinterlässt einen akustischer Spiegel mit einer, bis auf eventuell leichte, schmale Vertiefungen im Bereich der Gräben (nicht gezeigt in der Figur) planaren Oberfläche.

Anhand von 2 wird nachfolgend ein weiteres, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es handelt sich dabei um einer Prozessierung eines akustischen Spiegels mit einer Mehrzahl von Schichten mit hoher akustischer Impedanz durch eine gemeinsame Strukturierung und Planarisierung aller Schichten, wobei das Ausführungsbeispiel hier anhand von zwei Schichten 120 und 150 mit hoher akustischer Impedanz beschrieben wird.

In 2(a) ist ein Substrat 100 gezeigt, welches durch eine optionale Zwischenschicht 105 von einer Ätzstoppschicht 115 getrennt ist. Diese Zwischenschicht kann insbesondere dann wichtig sein, wenn das Material der Ätzstoppschicht 115 nur unzureichend auf dem darunter liegenden Substrat 100 haftet bzw. wenn unerwünschte Reaktionen in einem Übergangsbereich der Ätzstoppschicht 115 und dem Substrat 100 ausgelöst werden können. Wie bereits in 1, können beide auch in eine Schichtstruktur 110 zusammengefasst werden, die gleichzeitig als eine Stoppschicht für einen Ätzprozess wirkt. Anders als bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Schichtfolge bestehend aus einer Schicht mit hoher akustischer Impedanz 120, einer Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 140 und einer Schicht mit hoher akustischer Impedanz 150 auf die Schichtstruktur 110 aufgebracht. Dies ist in 2(a) gezeigt.

Anschließend wird die in 2(a) gezeigte Struktur einem Strukturierungsprozess, vorzugsweise einem Ätzprozess, ausgesetzt, wobei die unterste Schichtstruktur 110 nicht strukturiert wird. Durch übliche Maskierungs- und Ätzschritte erhält die Schichtfolge aus den Schichten 120, 140 und 150 die erwünschte Struktur, die in 2(b) gezeigt ist und aus einer ersten Schicht mit hoher akustischen Impedanz 125, einer Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 145 und einer zweiten Schicht mit hoher akustischer Impedanz 155 besteht. Dies geschieht analog zu dem Schritt, der bei 1(b) beschrieben wurde.

Über diese Struktur wird eine Planarisierungsschicht 130 abgeschieden, so dass sich die in 2(c) gezeigte Struktur ergibt. Ähnlich wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel erfolgt nun eine Strukturierung der Planarisierungsschicht 130 derart, dass eine obere Oberfläche der obersten Schicht 155 mit hoher akustischer Impedanz freigelegt wird, so dass seitliche Gräben, wie beispielsweise ein Graben 133 entstehen können, und außerdem eine Restplanarisierungsschicht 135 entsteht. Das (mögliche) Entstehen dieser Gräben 133 ist eine Folge der Verwendung einer Ätzmaske, die größer als die Oberfläche der zweiten Schicht mit hoher akustischer Impedanz 155 ist. Bezüglich der Form und Größe der Gräben, wird auf die Bemerkungen bei 1(d) verwiesen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist wie in dem zuvor beschriebenen Beispiel die Planarisierungsschicht 130 vorzugsweise eine Dicke auf, so dass die resultierende Dicke der Restplanarisierungsschicht 135 gleich der Dicke der Schichtfolge bestehend aus den Schichten 125, 145 und 155 ist. In einem letzten Schritt, der in 2(e) gezeigt ist, wird eine Abschlussschicht 140 derart auf die Schichtfolge aufgebracht, dass die Gräben 133 mit der Abschlussschicht 140 aufgefüllt werden und sich so eine planare Oberfläche bildet.

Auf die in 2(e) gezeigte Struktur kann dann, ebenso wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, eine untere Elektrode, eine piezoelektrische Schicht sowie eine obere Elektrode aufgebracht werden, um einen piezoelektrischen Resonator zu fertigen.

3 bezieht sich auf eine weitere Variante der Prozesseierung, bei der mehrere Schichten mit hoher akustischer Impedanz separat strukturiert und planarisiert werden. Dies kann beispielsweise notwendig sein, wenn ein vollständiges Ätzen aller Spiegelschichten auf einmal nicht möglich ist, weil z.B. ein entsprechender Prozess nicht zur Verfügung steht. In diesem Verfahren wird im weiteren davon ausgegangen, dass auf das Aufbringen von Ätzstoppschichten verzichtet werden kann. Das ist der Fall, wenn die Schichten mit niedriger akustischer Impedanz ein Schichtmaterial aufweisen, welches als Ätzstoppschichtmaterial für den verwendeten Ätzprozess geeignet ist.

Da die ersten vier Schritte dieser Prozessierung den in 1(a) bis 1(d) beschriebenen Schritten entsprechen, wird auf eine erneute Darlegung dieser Schritte verzichtet. Der Schritt, der in 1(e) gezeigt ist, unterscheidet sich nur dahingehend, dass die Schicht 140 in der hier beschriebenen Prozessierung keine Abschlusssicht, sondern eine zweite Schicht mit niedriger akustischer Impedanz darstellt. Das Aufbringen der Schicht 140 geschieht dabei aber auch derart, dass die eventuell entstandenen Gräben 133 durch die zweite Schicht 140 aufgefüllt werden.

Nachfolgend wird eine zweite Schicht mit hoher akustischer Impedanz 150 auf die zweite Schicht mit niedriger akustischer Impedanz 140 aufgebracht, so dass sich die in 3(a) gezeigte Struktur mit zwei Schichten hoher akustischer Impedanz 125 und 150 sowie mit zwei Schichten mit niedriger akustischer Impedanz 110 und 140 ergibt.

Im folgenden Schritt wird die zweite Schicht 150 mit hoher akustischer Impedanz strukturiert, so dass sich eine in 3(b) dargestellte zweite strukturierte Schicht mit hoher akustischer Impedanz 155 ergibt. Es wird dann ganzflächig eine zweite Planarisierungsschicht 130 abgeschieden, wie dies in 3(c) gezeigt ist. Die zweite Planarisierungsschicht 130 wird unter Verwendung einer geeigneten Maske, beispielsweise einer Lackmaske oder einer Hartmaske strukturiert, um die in einem nachfolgenden Prozess, vorzugsweise einem Ätzprozess, zu entfernenden Abschnitte der zweiten Planarisierungsschicht 130 zu definieren. In 3(d) ist die in 3(c) gezeigte Struktur nach der Maskierung und nach dem Ätzprozess gezeigt. Da gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept die zweite Planarisierungsschicht 130 in einem Bereich, der größer ist als die zweite strukturierte Schicht mit hoher akustischer Impedanz 155, wird der Ätzprozess an beiden Rändern der strukturierten Schicht 155 zu weiteren Gräben 133 führen. Es entsteht dabei eine zweite Restplanarisierungsschicht 135.

Als letzten Schritt, der in 3(e) dargestellt ist, wird eine Abschlussschicht mit niedriger akustischer Impedanz 140 derart aufgebracht, dass wieder die Gräben 133 auf beiden Seiten der zweiten strukturierten Schicht mit hoher akustischer Impedanz 155 aufgefüllt werden. Damit erhält man einen akustischer Spiegel mit einer hochplanaren Oberfläche.

Obwohl in die oben beschriebenen akustischen Spiegel gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung als oberste Schicht eine Schicht mit niedriger akustischer Impedanz ist, beispielsweise eine Oxidschicht, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Spiegelstruktur beschränkt. Vielmehr kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Spiegelstruktur erzeugt werden, deren oberste Oberfläche eine Schicht mit hoher akustischer Impedanz ist. Ferner wurden oben als Schicht mit hoher akustischer Impedanz Wolframschichten erwähnt und als Schicht mit niedriger akustischer Impedanz wurden Oxidschichten erwähnt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Materialien beschränkt, sondern andere Materialien die eine hohe akustische Impedanz bzw. niedrige akustische Impedanz aufweisen, leitfähige oder nichtleitfähige Materialien, können gleichermaßen eingesetzt werden.

In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der Schichten mit niedriger und hoher akustischer Impedanz variiert werden. Das bedeutet für das Ausführungsbeispiel, welches in 1 erläutert wurde, dass auf die Abschlussschicht 140 in 1(j) eine weitere Schicht mit hoher akustischer Impedanz gebracht werden kann, die in folgenden Schritten wieder strukturiert wird und durch eine Schicht mit niedriger akustischer Impedanz bedeckt wird. Daran anschließend können in Ausführungsbeispielen weitere Schichten mit hoher und niedriger akustischer Impedanz aufgebracht werden. Ähnliches trifft auch für das Ausführungsbeispiel, welches in 2 erläutert wurde, zu. D.h. auch hier können sich weitere Schichten mit hoher und niedriger akustischer Impedanz anschließen, die entweder zum Schluss alle zusammen oder auch paarweise bestehend aus einer Schicht mit hoher und einer Schicht mit niedriger akustischer Impedanz, strukturiert werden.

Ein Vorteil der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine hochplanare Oberfläche der letzten Spiegel- oder Abschlussschicht unter Vermeidung von CMP-Prozessen erreicht wird. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist dies möglich, wenn die Planarisierungsschichten in einem Bereich entfernt wird, der über dem Bereich der letzten Schicht hinausragt und die eventuell auftretenden Gräben durch die Folgeschicht aufgefüllt werden.

Die oben beschriebenen strukturierten akustischen Spiegelschichten können ebenfalls verschieden groß sein, so dass sich eine kegelstumpf- oder pyramidenstumpfförmige Struktur ergibt. Prinzipiell kann der Grundriss des Resonators/Spiegels aber eine beliebige Form haben (z.B. ein Trapez), wodurch sich für den dreidimensionalen Spiegel eine interessante Form ergibt.

Im Zusammenhang mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Form des Spiegels unerheblich ist. Die strukturierten Schichten können also alle gleich groß sein oder nicht (also Quader oder Pyramidenstumpf oder Ähnliches).

Ferner ist die vorliegende Erfindung unabhängig von der Dicke der Schichten in dem Spiegel. Der akustische Spiegel ist in der Regel kein &lgr;/4-Spiegel (wobei &lgr; die Wellenlänge einer akustischen Welle ist), da es verschiedene Moden und Wellenarten (Longitudinal/Scherwellen) gibt. D.h. die Schichtdicke ist nicht durch &lgr;/4 gegeben und deshalb ist es meist günstig, den Schichtaufbau nicht periodisch zu machen, d.h. jede Schicht hat eine andere Dicke.

Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele bezieht sich im Wesentlichen auf die akustische bzw. elektrisch relevanten Schichten in dem Spiegel. Zusätzlich zu diesen Schichten können aber auch noch weitere Schichten bzw. Zwischenschichten vorgesehen sein. Solche Zwischenschichten können zur weiteren Beeinflussung der akustischen Eigenschaften des akustischen Spiegels, der Resonatorstruktur bzw. der Gesamtstruktur dienen. Ferner können auf der Gesamtstruktur eine oder mehrere strukturierte oder unstrukturierte Schichten zum Schutz und/oder zur weiteren Beeinflussung der akustischen Eigenschaften der Gesamtstruktur aufgebracht werden, beispielsweise Abstimmschichten und/oder Passivierungsschichten.

100
Substrat
302
untere Oberfläche des Substrats
304
obere Oberfläche des Substrats
306
Schichtfolge des Spiegels
120, 125, 150, 155, 306a, 306a1, 306a2...
Schichten mit hoher akustischer Impedanz
110, 140, 145, 306b, 306b1, 306b2...
Schichten mit niedriger akustischer Impedanz
308
Isolationsschicht
310
untere Elektrode
312
piezoelektrische Schicht
314
Isolationsschicht
3161, 3162
offene Bereiche in der Isolationsschicht 114
318
obere Elektrode
3181, 3182
obere Elektrode
3201, 3202
Abstimmschicht
322
BAW-Resonator
322a, 322b
BAW-Resonator
324
Oxidschicht
326
Vertiefung
328
Isolationsschicht
330
Schüsseltopologie
130
Planarisierungsschicht
135
Restplanarisierungsschicht
105
Zwischenschicht
115
optionale Ätzstoppschicht
133
(Ätz-) Gräben


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines akustischen Spiegels aus alternierend angeordneten Schichten hoher und niedriger akustischer Impedanz, wobei der akustische Spiegel eine Schichtfolge aus mindestens einer Schicht mit hoher akustischer Impedanz (125) und zumindest einer Schicht mit niedriger akustischer Impedanz (110) aufweist, wobei die Schichten bezüglich einer gemeinsamen Schichtebene parallel angeordnet sind, mit folgenden Schritten:

(a) Bereitstellen eines Grundmaterials mit einer ersten Schicht (110) der Schichtfolge auf dem Grundmaterial (100);

(b) Erzeugen einer zweiten Schicht (125) der Schichtfolge auf der ersten Schicht (110) derart, dass die zweite Schicht (125) der Schichtfolge die erste Schicht (110) teilweise bedeckt;

(c) Aufbringen einer Planarisierungsschicht (130) auf die Schichtfolge;

(d) Entfernen der Planarisierungsschicht (130) in einem Bereich, der in der gemeinsamen Schichtebene seitlich über die zweite Schicht (125) hinausragt, so dass sich eine Restplanarisierungsschicht (135) ergibt; und

(e) Aufbringen einer Abschlussschicht (140) auf die Schichtfolge und die Restplanarisierungsschicht (135).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Planarisierungsschicht (130) mit einer Schichtdicke aufgebracht wird, die zumindest der Schichtdicke der zweiten Schicht (125) entspricht. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Planarisierungsschicht (130) mit einer Schichtdicke aufgebracht wird, die mit der Schichtdicke der zweiten Schicht übereinstimmt. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Erzeugens der zweiten Schicht (125) folgende Unterschritte aufweist:

(b1) Aufbringen eines zweiten Schichtmaterials (120); und

(b2) Strukturieren des zweiten Schichtmaterials (120).
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der Unterschritt des Strukturierens einen Ätzvorgang aufweist, bei dem die erste Schicht (110) als eine Ätzstoppschicht wirksam ist. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die erste Schicht (110) aus einem dielektrischen Material besteht und die zweite Schicht (125) aus einem leitfähigen Material besteht. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, welches nach dem Schritt des Erzeugens der zweiten Schicht, folgende Schritte aufweist:

Erzeugen einer weiteren Schicht mit niedriger akustischer Impedanz (140) auf der zweiten Schicht (125); und

Erzeugen einer weiteren Schicht mit hoher akustischer Impedanz (155) auf der weiteren Schicht mit niedriger akustischer Impedanz (140), um die Schichtfolge zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der Schritt des Erzeugens einer weiteren Schicht mit hoher akustischer Impedanz (155) folgende Unterschritte aufweist:

Aufbringen eines weiteren Schichtmaterials mit hoher akustischer Impedanz (150);

Strukturieren des weiteren Schichtmaterials mit hoher akustischer Impedanz (150).
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Unterschritt des Strukturierens einen Ätzvorgang aufweist, bei dem die weiteren Schichten mit niedriger akustischer Impedanz (110; 140) als Ätzstoppschicht wirksam werden. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der Schritt des Entfernens der Planarisierungsschicht (130) einen Ätzvorgang aufweist. Verfahren zur Herstellung eines akustischen Spiegels, aus alternierend angeordneten Schichten hoher und niedriger akustischer Impedanz, wobei die Schicht aus niedriger akustischer Impedanz (145) aus einem dielektrischen Material besteht und die Schichten aus hoher akustischer Impedanz (125; 155) aus einem Metall bestehen, wobei die Schichten bezüglich einer gemeinsamen Schichtebene parallel angeordnet sind, mit folgenden Schritten:

(a) Bereitstellen eines Grundmaterials (100) mit einer Ätzstoppschicht (115);

(b) Erzeugen einer ersten Metallschicht (125), die die Ätzstoppschicht (115) teilweise bedeckt;

(c) Erzeugen einer ersten dielektrischen Schicht (145) auf der ersten Metallschicht (125);

(d) Erzeugen einer zweiten Metallschicht (155) auf der ersten dielektrischen Schicht (145);

(e) Aufbringen einer Planarisierungsschicht (130) auf die zweite Metallschicht (155) und die Ätzstoppschicht (115), mit einer Schichtdicke, die zumindest der Schichtdicke der beiden Metallschichten (125; 155) und der dielektrischen Schicht (145) entspricht;

(f) Entfernen der Planarisierungsschicht (130) in einem Bereich, der der gemeinsamen Schichtebene seitlich über die zweite Metallschicht (125; 155) hinausragt, so dass sich eine Restplanarisierungsschicht (135) ergibt; und

(g) Aufbringen einer Abschlussschicht (140) aus einem nicht-metallischem Material auf die zweite Metallschicht (155), wobei die Abschlussschicht (140) zumindest einen Teil der verbleibenden Planarisierungsschicht (135) bedeckt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei beim Schritt (e) die Planarisierungsschicht (130) mit einer Schichtdicke aufgebracht wird, die der Schichtdicke der beiden Metallschichten (125; 155) und der dielektrischen Schicht (145) entspricht. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, bei dem die Schritte (b), (c) und (d) folgenden Unterschritte aufweisen:

Aufbringen eines ersten Metallschichtmaterials (120);

Aufbringen eines dielektrischen Schichtmaterials (140);

Aufbringen eines zweiten Metallschichtmaterials (150),

so dass eine Schichtfolge bestehend aus drei Schichten entsteht; und

Strukturieren der Schichtfolge.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt des Strukturierens einen Ätzvorgang aufweist. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem der akustische Spiegel eine Mehrzahl von Metallschichten und eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Wiederholen der Schritte (c) bis (f) für jedes Paar bestehend aus einer Metallschicht und einer dielektrische Schicht.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Schritte (c) und (d) folgende Unterschritte aufweisen:

Aufbringen von Schichtmaterialen für jedes Paar aus einer Metallschicht und einer dielektrischen Schicht; und

Strukturieren der Schichtmaterialen für jedes Paar aus einer Metallschicht und einer dielektrischen Schicht.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem der Schritt des Strukturierens der Schichtmaterialien einen Trockenätzvorgang aufweist. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem der Schritt des Strukturieren die Verwendung einer Maske umfasst. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem Schritt des Entfernens der Planarisierungsschicht (130) ein Ätzprozess ist. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem die dielektrische Schicht (145) eine Oxidschicht und die Metallschichten (125; 155) Wolframschichten sind.






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