DE112008002199B4

DE112008002199B4 - Verfahren zum Bilden einer Multilayer-Elektrode, welche unter einer piezoelektrischen Schicht liegt, und entsprechende Struktur

Info

Publication number: DE112008002199B4
Application number: DE112008002199.6T
Authority: DE
Inventors: Bradley P. Barber; Craig E. Carpenter; Paul P. Gehlert; Christopher F. Shepard
Original assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2028-08-02
Also published as: KR101312222B1; WO2009023100A2; US8035277B2; DE112008002199T5; WO2009023100A3; US20090045704A1; KR20100057803A

Abstract

Verfahren zum Bilden einer Multilayer-Elektrode (208; 308; 318) zum darauf Aufwachsen einer piezoelektrischen Schicht (216; 316; 328), das Verfahren enthaltend die Schritte:Bilden einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322) über einem Substrat (204; 304);Bilden einer Keimschicht (212; 312; 324) über der Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322), wobei die Keimschicht (212; 312; 324) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus Titanwolframnitrid, Wolframnitrid und Aluminiumnitrid;Bilden einer Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) über der Keimschicht (212; 312; 324);Aufwachsen einer piezoelektrischen Schicht (216; 316; 328) über der Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326);wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322), die Keimschicht, und die Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) die Multilayer-Elektrode (208; 308; 318) bilden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleiterfabrikation. Genauer betrifft die Erfindung die Herstellung von Akustikwellenstrukturen in Halbleiterdies.
2. Hintergrund
Volumenakustikwellen(bulk acoustic wave, BAW)-Resonatoren, welche verwendet werden können in Frequenzsteuerungs- und Filteranwendungen, können eine piezoelektrische Schicht aufweisen, welche gesandwiched ist zwischen oberen und unteren Elektroden und einem darunter liegenden Akustikspiegel. Wenn ein elektrisches Feld über die piezoelektrische Schicht über die oberen und unteren Elektroden angelegt wird, wird in der piezoelektrischen Schicht elektrische Energie durch elektromechanische Kopplung in akustische Energie konvertiert, und bewirkt dadurch, dass die piezoelektrische Schicht vibriert und akustische Wellen erzeugt. Damit jedoch ein BAW-Resonator effizient arbeitet, muss die piezoelektrische Schicht hoch texturiert sein, d.h. sie muss eine orientierte Kornstruktur aufweisen. Um eine hoch texturierte piezoelektrische Schicht aufzuwachsen, muss jedoch die Konstruktur der darunter liegenden unteren Elektrode, auf welcher die piezoelektrische Schicht aufgewachsen wird, richtig orientiert sein.
Konventionelle Ansätze zum Aufwachsen einer hoch texturierten piezoelektrischen Schicht umfassen typischerweise eine extensive Oberflächenbehandlung der darunter liegenden Schicht, welche chemisch-mechanisches Polieren (chemical mechanical polishing, CMP) und/oder eine reaktive Ätzbehandlung umfassen kann, und eine sorgfältig gewählte Keimschicht vor der Deposition der unteren Elektrode zum Erreichen einer unteren Elektrode, auf welcher die hoch texturierte piezoelektrische Schicht aufgewachsen werden kann. Jedoch kann die extensive Oberflächenbehandlung der darunter liegenden Schicht, die typischerweise benötigt wird zum Erzielen einer hoch texturierten piezoelektrischen Schicht in dem konventionellen BAW-Resonator, in unerwünschter Weise die Prozesskomplexität und die Herstellungskosten erhöhen.
Ebenso ist es zum Erhöhen der elektromechanischen Kopplung, die wichtig ist für die BAW-Resonatorperformance, höchst wünschenswert, ein Hochdichtemetall benachbart zu den Deck- und Bodenoberflächen der piezoelektrischen Schicht zu platzieren. Folglich wird ein Hochdichtemetall, wie beispielsweise Molybdän oder Wolfram typischerweise verwendet zum Bilden der unteren und der oberen Elektrode des konventionellen BAW-Resonators. Jedoch hat, obwohl es effektiv ist zum Erhöhen der elektromechanischen Kopplung, ein Hochdichtemetall einen relativ hohen Widerstand, welcher einen elektrischen Verlust in dem BAW-Resonator erhöhen und dadurch die Resonatorperformance unerwünscht reduzieren kann.
DE 103 30 136 A1 offenbart ein FBAR- (Film Bulk Acoustic Resonator) Bauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das FBAR-Bauteil umfasst eine Substratstruktur, die mit einer oberen Fläche versehen ist, eine auf der oberen Fläche der Substratstruktur ausgebildete Keimschicht, die aus Gold oder Titan hergestellt ist, und einen oder mehrere akustische Resonanzabschnitte. Jeder der akustischen Resonanzabschnitte umfasst einen unteren Elektrodenfilm, der auf der Keimschicht ausgebildet und aus Molybdän hergestellt ist, eine piezoelektrische Schicht, die auf dem unteren Elektrodenfilm ausgebildet und aus Aluminumnitrid hergestellt ist, und einen oberen Elektrodenfilm, der auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildet ist. Bei dem FBAR-Bauteil ist der untere Elektrodenfilm aus Molybdän auf der aus Gold oder Titan hergestellten Keimschicht ausgebildet, sodass die Elektrodenfilmeigenschaften (Widerstand) verbessert werden. Das Bauteil weist eine glatte Oberfläche und eine Struktur mit hoher Dichte auf. Ferner besitzt das erfindungsgemäße FBAR-Bauteil eine hervorragende Präferenz für die (110)-Ausrichtung, somit erlaubt es der auf dem unteren Elektrodenfilm ausgebildeten piezoelektrischen Schicht aus Aluminiumnitrid, eine (002)-Ausrichtung mit hervorragenden piezoelektrischen Eigenschaften zu haben. Dementsprechend ist es möglich, die Resonanzeigenschaften des FBAR-Bauteils zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Bilden einer Multilayer-Elektrode zum darauf Aufwachsen einer piezoelektrischen Schicht gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Bilden eines Volumenakustikwellen (BAW)-Resonators gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch 8, und einen BAW-Resonator gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch 15. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Hierin werden offenbart ein Verfahren zum Bilden einer Multilayer-Elektrode, welche unter einer piezoelektrischen Schicht liegt, und eine entsprechende Struktur, im Wesentlichen wie dargestellt in und/oder beschrieben in Verbindung mit mindestens einer der Figuren, wie vollständiger in den Ansprüchen dargelegt.
Figurenliste

1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines konventionellen exemplarischen Volumenakustikwellenresonators.
2 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines exemplarischen Volumenakustikwellenresonators enthaltend eine exemplarische Multilayer-Bodenelektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines exemplarischen Volumenakustikwellenstapelresonators enthaltend exemplarische untere und mittlere Multilayer-Elektroden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm eines Wafer-Prozessiersystems, welches zwei Prozesskammern aufweist, die verwendet werden zum Bilden einer exemplarischen Multilayer-Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Diagramm eines Wafer-Prozessiersystems, welches zwei Prozesskammern aufweist, die verwendet werden zum Bilden einer exemplarischen Multilayer-Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Diagramm eines Wafer-Prozessiersystems, welches drei Prozesskammern aufweist, die verwendet werden zum Bilden einer exemplarischen Multilayer-Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Bilden einer Multilayer-Elektrode, welche unter einer piezoelektrischen Schicht liegt, und eine entsprechende Struktur gerichtet. Die folgende Beschreibung enthält spezifische Informationen, welche die Implementierung der vorliegenden Erfindung betreffen. Ein Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung implementiert werden kann in einer Weise, die verschieden ist von der, die spezifisch in der vorliegenden Anmeldung diskutiert wird. Darüber hinaus werden einige der spezifischen Details der Erfindung nicht diskutiert, um die Erfindung nicht zu verschleiern. Die spezifischen Details, die in der vorliegenden Anmeldung nicht beschrieben sind, sind innerhalb der Kenntnis einer Person mit durchschnittlicher Fachkenntnis.
Die Zeichnungen in der vorliegenden Anmeldung und ihre begleitende detaillierte Beschreibung sind auf lediglich exemplarische Ausführungsformen der Erfindung gerichtet. Um Kürze zu bewahren, sind andere Ausführungsformen der Erfindung, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwenden, nicht spezifisch in der vorliegenden Anmeldung beschrieben, und sind nicht spezifisch in den vorliegenden Zeichnungen veranschaulicht.
Wie unten im Detail beschrieben wird, liefert die vorliegende Erfindung ein innovatives Verfahren zum Bilden einer unteren Multilayer-Elektrode in einem BAW-(bulk acoustic wave, Volumenakustikwellen)-Resonator, wobei die untere Multilayer-Elektrode ermöglicht, dass eine hoch texturierte, d.h. eine orientierte-Kornstruktur-, piezoelektrische Schicht darauf aufgewachsen wird, und enthält eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht zum Bereitstellen von reduziertem elektrischen Verlust in dem BAW-Resonator. Darüber hinaus liefert die Erfindung eine Multilayer-Elektrode, die allgemein verwendet werden kann zum Wachsen einer hoch texturierten piezoelektrischen Schicht, wenn eine hoch texturierte piezoelektrische Schicht erforderlich ist.
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterdies, welches einen konventionellen BAW-Resonator aufweist. In 1 umfasst eine Struktur 100 einen konventionellen BAW-Resonator 102 auf einem Substrat 104. Der konventionelle BAW-Resonator 102 umfasst einen Akustikspiegel 106, eine Keimschicht 108, eine untere Elektrode 110, eine piezoelektrische Schicht 112 und eine obere Elektrode 114. Der konventionelle BAW-Resonator 102 kann zum Beispiel verwendet werden in einem BAW-Filter, wie beispielsweise einem BAW-Hochfrequenz(HF)-Filter oder als ein Resonator in einer Frequenzsteuerschaltung.
Wie in 1 dargestellt, sitzt der Akustikspiegel 106 über dem Substrat 104, welches ein Siliziumsubstrat sein kann, und eine Keimschicht 108 sitzt über dem Akustikspiegel 106. Der Akustikspiegel 106 isoliert den konventionellen BAW-Resonator 102 akustisch von dem Substrat 104 und kann eine Anzahl von alternierenden dielektrischen und Metallschichten aufweisen, wobei jede dielektrische Schicht, welche zum Beispiel Siliziumoxid aufweisen kann, eine Niedrigakustik-Impedanzschicht liefert und jede Metallschicht, welche ein Hochdichtemetall, wie beispielsweise Wolfram (W), enthalten kann, eine Hochakustik-Impedanzschicht liefert. In dem Akustikspiegel 106 kann zum Beispiel jede dielektrische Schicht gebildet sein unter Verwendung eines chemischen Gasphasendepositions-(chemical vapor deposition, CVD)-Prozesses und jede Metallschicht kann gebildet sein durch Verwenden eines physikalischen Gasphasendepositions-(physical vapor deposition, PVD)-Prozesses, welcher auch bekannt ist als ein Sputterdepositionsprozess.
Die Keimschicht 108 kann ein Material enthalten, das ausgewählt ist um zu verursachen, dass das Korn der unteren Elektrode 110 sich korrekt ausrichtet, was notwendig ist zum Wachsen einer hoch texturierten piezoelektrischen Schicht. Die Keimschicht 108 kann zum Beispiel Wolframnitrid (WN) oder ein anderes geeignetes Material aufweisen und kann gebildet sein durch Verwendung eines PVD-Prozesses oder eines anderen geeigneten Depositionsprozesses. Vor dem Bilden der Keimschicht 108 ist eine extensive Oberflächenpräparation, was CMP (chemical mechanical polishing, chemisch-mechanisches Polieren) und/oder eine reaktive Ätzbehandlung von darunter liegenden Schichten in dem Akustikspiegel 106 enthalten kann, typischerweise in dem konventionellen BAW-Resonator 102 erforderlich zum Wachsen einer hoch texturierten piezoelektrischen Schicht auf der unteren Elektrode 110.
Ebenfalls in 1 dargestellt befindet sich die untere Elektrode 110 auf der Keimschicht 108, die piezoelektrische Schicht 112 befindet sich auf der unteren Elektrode 110 und die obere Elektrode 114 befindet sich auf der piezoelektrischen Schicht 112. Die untere Elektrode 110 und die obere Elektrode 114 können Molybdän (Mo), Wolfram, oder ein anderes geeignetes Hochdichtemetall aufweisen und können gebildet sein durch Verwenden eines PVD-Prozesses oder eines anderen geeigneten Depositionsprozesses. Die piezoelektrische Schicht 112 kann Aluminiumnitrid (AIN), Zinkoxid (ZnO) oder ein anderes geeignetes piezoelektrisches Material aufweisen und kann gebildet sein unter Verwendung eines PVD-Prozesses oder eines anderen geeigneten Depositionsprozesses.
Als ein Ergebnis der Verwendung der Keimschicht 108 und des Durchführens von extensiver Oberflächenpräparation der darunter liegenden Schichten in der Spiegelstruktur 106 vor dem Bilden der Keimschicht 108, kann ein konventioneller BAW-Resonator 102 eine korrekt orientierte untere Elektrode (d.h. die untere Elektrode 110) liefern. Als ein Ergebnis kann der konventionelle BAW-Resonator 102 eine hoch texturierte (d.h. orientierte) piezoelektrische Schicht (d.h. die piezoelektrische Schicht 112) erzielen. Jedoch kann die extensive Oberflächenpräparation, die erforderlich ist zum Erzielen einer hoch texturierten piezoelektrischen Schicht in dem konventionellen BAW-Resonator 102, eine Prozessierkomplexität und Herstellungskosten unerwünscht erhöhen. Auch enthält die untere Elektrode 110 typischerweise eine Einzelschicht von Hochdichtemetall zum Erzielen einer erhöhten elektromechanischen Kopplung in dem konventionellen BAW-Resonator 102. Jedoch kann, als ein Ergebnis des relativ hohen Widerstandes des Hochdichtemetalls, die untere Elektrode 110 den elektrischen Verlust in dem konventionellen BAW-Resonator 102 erhöhen und dabei in unerwünschter Weise die Resonatorperformance reduzieren.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterdies enthaltend einen exemplarischen BAW-Resonator, welcher eine Multilayer-untere-Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Bestimmte Details und Merkmale wurden in 2 weggelassen, die für eine Person von durchschnittlicher Fachkenntnis offenkundig sind. In 2 umfasst eine Struktur 200 einen BAW-Resonator 202 auf einem Substrat 204. Der BAW-Resonator 202 umfasst einen Akustikspiegel 206, eine Multilayer-untere-Elektrode 208, welche eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210, eine Keimschicht 212 und eine Hochdichtemetallschicht 214 aufweist, eine piezoelektrische Schicht 216 und eine obere Elektrode 218. In einer Ausführungsform kann der BAW-Resonator 202 ein Filmvolumen-Akustikresonator (film bulk acoustic resonator, FBAR) sein, worin eine Opferschicht anstelle des Akustikspiegels 206 verwendet werden kann. In solch einer Ausführungsform kann die Opferschicht teilweise entfernt sein zum Bilden einer Luftkavität zum Bereitstellen einer akustischen Isolation von dem Substrat 204. Der BAW-Resonator 202 kann zum Beispiel verwendet werden in einem BAW-Filter, wie beispielsweise einem BAW-HF-Filter, oder als ein Resonator in einer Frequenzsteuerschaltung.
Wie in 2 dargestellt, befindet sich der Akustikspiegel 206 über dem Substrat 204, welches ein Siliziumsubstrat sein kann, und eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 befindet sich über dem Akustikspiegel 206. Der Akustikspiegel 206 isoliert den BAW-Resonator 202 akustisch von dem Substrat 204 und kann eine Anzahl von alternierenden dielektrischen und Metallschichten aufweisen, wobei jede dielektrische Schicht, welche zum Beispiel Siliziumoxid enthalten kann, eine Niedrigakustik-Impedanzschicht liefert und jede Metallschicht, welche zum Beispiel ein Hochdichtemetall wie beispielsweise Wolfram (W) aufweist, liefert eine Hochakustik-Impedanzschicht. In dem Akustikspiegel 206 kann, zum Beispiel, jede dielektrische Schicht gebildet sein unter Verwendung eines CVD-Prozesses und jede Metallschicht kann gebildet sein unter Verwendung eines PVD-Prozesses.
Die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 kann zum Beispiel Aluminium, Gold, Kupfer oder anderes geeignetes Hochleitfähigkeitsmetall oder -Metalllegierung aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 Aluminiumkupfer (AICu) aufweisen, welche ungefähr 1% Kupfer sein kann zum Reduzieren von unerwünschter Elektromigration. Die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 hat eine Dicke 220, welche zum Beispiel zwischen 1000,0 Angström und 3.000,0 Angström in einer exemplarischen Ausführungsform ist. Die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 kann gebildet sein, zum Beispiel durch Deponieren einer Schicht von Aluminium oder Aluminiumkupfer über dem Akustikspiegel 206 unter Verwendung eines PVD-Prozesses oder eines anderen geeigneten Depositionsprozesses.
Wie ebenfalls in 2 dargestellt, befindet sich die Keimschicht 212 auf der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 und die Hochdichtemetallschicht 214 befindet sich auf der Keimschicht 212. Die Keimschicht 212 kann ein geeignetes Material aufweisen, das ausgewählt ist zum Verursachen, dass die Hochdichtemetallschicht 214 eine Kornstruktur hat, die korrekt orientiert ist, um es zu ermöglichen, dass eine hoch texturierte piezoelektrische Schicht (d.h. die piezoelektrische Schicht 216) darauf aufgewachsen werden kann. Die Keimschicht 212 kann zum Beispiel Titanwolframnitrid (TiWN), Aluminiumnitrid (AIN), Wolframnitrid (WN) oder ein anderes geeignetes metallisches Verbindungsmaterial aufweisen. Die Keimschicht 212 hat eine Dicke 222, welche in einer Ausführungsform zwischen 50,0 Angström und 200,0 Angström sein kann.
Die Keimschicht 212 kann zum Beispiel gebildet werden durch Deponieren einer Schicht von Wolframnitrid auf der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 unter Verwendung eines PVD-Prozesses oder eines anderen geeigneten Depositionsprozesses. In einer Ausführungsform können die Keimschicht 212 und die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 in derselben Prozesskammer unter Verwendung eines PVD-Prozesses gebildet werden, wobei die Keimschicht 212 eine Verbindung aufweisen kann, welche dasselbe Metall wie in der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 aufweist. In einer Ausführungsform können die Keimschicht 212 und die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 in verschiedenen Prozesskammern gebildet werden, wobei die Keimschicht 212 eine Verbindung umfassen kann, die nicht dasselbe Metall wie in der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210 aufweist.
Die Hochdichtemetallschicht 214 kann Molybdän, Wolfram, oder anderes geeignetes Hochdichtemetall aufweisen und hat eine Dicke 224, die in einer exemplarischen Ausführungsform zwischen 500,0 Angström und 2.000,0 Angström sein kann. Die Hochdichtemetallschicht 214 kann gebildet sein durch Deponieren einer Schicht von Hochdichtemetall, wie beispielsweise Molybdän, auf der Keimschicht 212 unter Verwendung eines PVD-Prozesses oder eines anderen geeigneten Depositionsprozesses. In einer Ausführungsform können die Hochdichtemetallschicht 214 und die Keimschicht 212 in derselben Prozesskammer gebildet werden, wobei die Keimschicht 212 eine Verbindung aufweisen kann, die dasselbe Metall wie in der Hochdichtemetallschicht 214 umfasst. In einer Ausführungsform können die Hochdichtemetallschicht 214 und die Keimschicht 212 in verschiedenen Prozesskammern gebildet werden, wobei die Keimschicht eine Verbindung aufweisen kann, die nicht dasselbe Metall wie in der Hochdichtemetallschicht 214 aufweist. In einer Ausführungsform können die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210, die Keimschicht 212 und die Hochdichtemetallschicht 214 jeweils in einer anderen Prozesskammer gebildet werden und können jeweils ein verschiedenes Metall aufweisen. Verschiedene Verfahren der Herstellung von Hochleitfähigkeitsmetall, Keim- und Hochdichtemetallschichten in der unteren Multilayer-Elektrode der Erfindung werden unten näher diskutiert mit Bezug auf die 4, 5 und 6.
Ferner dargestellt in 2 befindet sich die piezoelektrische Schicht 216 auf der Hochdichtemetallschicht 214 und die obere Elektrode 218 befindet sich auf der piezoelektrischen Schicht 216. Die piezoelektrische Schicht 216 kann Aluminiumnitrid, Zinkoxid, oder anderes geeignetes piezoelektrisches Material aufweisen. Die piezoelektrische Schicht 216 kann gebildet sein, zum Beispiel durch Deponieren einer Schicht von Aluminiumnitrid auf der Hochdichtemetallschicht 214 unter Verwendung eines PVD-Prozesses oder eines anderen geeigneten Depositionsprozesses. Die obere Elektrode 218 kann ein einziges Hochdichtemetall aufweisen, wie beispielsweise Molybdän oder Wolfram, oder eine Kombination von geeigneten Metallen. Die obere Elektrode 218 kann zum Beispiel gebildet sein unter Verwendung eines PVD-Prozesses oder eines anderen geeigneten Depositionsprozesses zum Deponieren einer Schicht von Molybdän oder Wolfram auf der piezoelektrischen Schicht 216.
Als ein Ergebnis des Bildens einer piezoelektrischen Schicht auf einer unteren Multilayer-Elektrode, welche eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht, eine Keimschicht und eine Hochdichtemetallschicht enthält, wie oben diskutiert, erzielt die Erfindung eine hoch texturierte (d.h. orientierte) piezoelektrische Schicht. Ebenso erzielt die Erfindung durch Bilden einer unteren Multilayer-Elektrode, welche eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht aufweist, die einen signifikanten niedrigeren Widerstand hat als die Hochdichtemetallschicht, einen BAW-Resonator, welcher einen reduzierten elektrischen Verlust aufweist, verglichen mit dem konventionellen BAW-Resonator 102, welcher eine untere Elektrode aufweist, die nur ein Hochdichtemetall aufweist. Durch Reduzieren des elektrischen Verlustes erzielt die Erfindung einen BAW-Resonator, welcher eine erhöhte Performance hat verglichen mit einem konventionellen BAW-Resonator 102. Zusätzlich, durch Bilden einer Multilayer-Elektrode, die eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht, eine Keimschicht und eine Hochdichtemetallschicht aufweist, kann die Erfindung eine hoch texturierte piezoelektrische Schicht liefern, während sie gleichzeitig einen reduzierten Umfang an Präparation der darunter liegenden Oberfläche erfordert und dadurch vorteilhaft die Prozesskomplexität und Herstellungskosten reduziert.
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterdies, welches einen exemplarischen BAW-gestapelten Resonator aufweist mit unterer und mittlerer Multilayer-Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bestimmte Details und Merkmale wurden von 3 weggelassen, welche einer Person mit durchschnittlicher Fachkenntnis offensichtlich sind. In 3 entsprechen ein Substrat 304, ein Akustikspiegel 306, eine untere Multilayer-Elektrode 308, eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht 310, eine Keimschicht 312, eine Hochdichtemetallschicht 314 und eine piezoelektrische Schicht 316 jeweils dem Substrat 204, dem Akustikspiegel 206, der unteren Multilayer-Elektrode 208, der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210, der Keimschicht 212, der Hochdichtemetallschicht 214 und der piezoelektrischen Schicht 216 in Struktur 200 in 2.
Die Struktur 300 umfasst einen BAW-gestapelten Resonator 302 auf dem Substrat 304. Der BAW-gestapelte Resonator 302, der verwendet werden kann zum Beispiel in einem BAW-Filter, wie beispielsweise einem BAW-HF-Filter, oder als ein Resonator in einer Frequenzsteuerschaltung, umfasst den Akustikspiegel 306, die untere Multilayer-Elektrode 308, welche die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 310, die Keimschicht 312 und die Hochdichtemetallschicht 314 aufweist, die piezoelektrische Schicht 316, die Multilayermittelelektrode 318, welche eine Hochdichtemetallschicht 320, eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht 322, eine Keimschicht 324 und eine Hochdichtemetallschicht 326 aufweist, eine piezoelektrische Schicht 328 und eine obere Elektrode 320.
Wie in 3 dargestellt, befindet sich der Akustikspiegel 306 über dem Substrat 304, die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 310 befindet sich über dem Akustikspiegel 306, die Keimschicht 312 befindet sich über der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 310, die Hochdichtemetallschicht 314 befindet sich über der Keimschicht 312 und die piezoelektrische Schicht 316 befindet sich über der Hochdichtemetallschicht 314. Die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 310, die Keimschicht 312, die Hochdichtemetallschicht 314 und die piezoelektrische Schicht 316 sind im Wesentlichen ähnlich in Zusammensetzung, Dicke und Herstellung zu der entsprechenden Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210, der Keimschicht 212, der Hochdichtemetallschicht 214 und der piezoelektrischen Schicht 216 in dem BAW-Resonator 202 in 2. In einer Ausführungsform kann eine Opferschicht anstelle des Akustikspiegels 306 verwendet werden, wobei die Opferschicht teilweise entfernt sein kann zum Bilden einer Luftkavität zum Bereitstellen von akustischer Isolation von dem Substrat 304.
Ebenso in 3 dargestellt, befindet sich die Hochdichtemetallschicht 320 über der piezoelektrischen Schicht 316, die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 322 befindet sich über der Hochdichtemetallschicht 320, die Keimschicht 324 befindet sich über der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 322, die Hochdichtemetallschicht 326 befindet sich über der Keimschicht 324, die piezoelektrische Schicht 328 befindet sich über der Hochdichtemetallschicht 326 und die obere Elektrode 330 befindet sich über der piezoelektrischen Schicht 328. Die Hochdichtemetallschicht 320 kann Molybdän, Wolfram oder anderes geeignetes Hochdichtemetall aufweisen und kann gebildet sein zum Beispiel unter Verwendung eines PVD oder anderen geeigneten Despositionsprozesses zum Deponieren einer Schicht von Molybdän oder Wolfram auf der piezoelektrischen Schicht 316. Die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 322, die Keimschicht 324, die Hochdichtemetallschicht 326 und die piezoelektrische Schicht 328 sind im Wesentlichen ähnlich in Zusammensetzung, Dicke und Herstellung der entsprechenden Hochleitfähigkeitsmetallschicht 310, der Keimschicht 312, der Hochdichtemetallschicht 314 und der piezoelektrischen Schicht 316. Die obere Elektrode 330 ist in Zusammensetzung, Dicke und Herstellung im Wesentlichen ähnlich der oberen Elektrode 218 in dem BAW-Resonator 202.
Der BAW-gestapelte Resonator 302 umfasst zwei Multilayer-Elektroden (d.h. die untere Multilayer-Elektrode 308 und die mittlere Multilayer-Elektrode 318) und zwei piezoelektrische Schichten (d.h. die piezoelektrischen Schichten 316 und 328), welche in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind. Im Gegensatz zu der unteren Multilayer-Elektrode 308 umfasst die mittlere Multilayer-Elektrode 318 eine zusätzliche Hochdichtemetallschicht (d.h. die Hochdichtemetallschicht 320), welche erforderlich ist zum Koppeln mit der piezoelektrischen Schicht 316 zum Erzielen einer erhöhten elektromechanischen Kopplung. Durch Verwenden einer unteren Multilayer-Elektrode und einer mittleren Multilayer-Elektrode, die eine Keimschicht aufweisen, die sich zwischen einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht und einer Hochdichtemetallschicht befindet, liefert der BAW-gestapelte Resonator 302 hochtexturierte piezoelektrische Schichten 316 und 328. Der BAW-gestapelte Resonator 302 liefert ähnliche Vorteile wie der BAW-Resonator 202 in 2 wie oben beschrieben.
Es ist den Fachleuten augenscheinlich, dass eine Verallgemeinerung des gestapelten Resonators der gekoppelte Resonator ist, wo die Hochleitfähigkeitsmetallschicht 322 ersetzt ist durch eine Mehrzahl von Schichten zum Steuern der akustischen Kopplung zwischen der oberen piezoelektrischen Schicht und der piezoelektrischen Bodenschicht zum Bereitstellen von gewünschter Filtercharakteristik. Andere verallgemeinerte Strukturen können mehr als zwei gestapelte piezoelektrische Schichten aufweisen. Selbst in solchen Fällen, wo zusätzliche Schichten für eine Vorrichtungsfunktionalität hinzufügt werden, kann die vorliegende Erfindung angewendet werden zum Bilden von optimierten Multilayer-Elektroden gerade unter folgenden piezoelektrischen Schichten.
4 zeigt ein Diagramm eines Wafer-Prozessiersystems, welches verwendet wird zum Bilden einer exemplarischen Multilayer-Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bestimmte Details und Merkmale wurden in 4 weggelassen, welche einer Person mit durchschnittlicher Fachkenntnis offensichtlich sind. Das Wafer-Prozessiersystem 400 umfasst eine Prozesskammer 402, welche eine Spannvorrichtung 406, ein Plasma 408 (für Prozessschritt 1), ein Plasma 409 (für Prozessschritt 2), ein Metalltarget 410, und Gaseingangsleitungen 412 und 414 aufweist, und eine Prozesskammer 404, welche eine Spannvorrichtung 407, ein Plasma 411, ein Metalltarget 413 und eine Gaseingangsleitung 415 aufweist.
Obwohl der Wafer 420 in der Prozesskammer 402 und in der Prozesskammer 404 in 4 dargestellt ist, wird sich der Wafer 420 in der Prozesskammer 402 für eine Deposition einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht in Prozessschritt 1 und für eine Deposition einer Keimschicht in Prozessschritt 2 befinden und wird transferiert werden zu Kammer 404 (wie durch Pfeil 422 angezeigt) zur Deposition einer Hochdichtemetallschicht auf der Keimschicht in Prozessschritt 3. Die Prozesskammern 402 und 404 können zum Beispiel PVD-Prozesskammern sein und werden verwendet zum Bilden einer Ausführungsform der Multilayer-Elektrode der Erfindung, wie beispielsweise der Multilayerbodenelektrode 208 in dem BAW-Resonator 202.
Wie in 4 dargestellt, ist in der Prozesskammer 402 der Wafer 420 montiert auf dem Halter 406, welcher zum Beispiel ein elektrostatischer Halter sein kann, das Plasma 408 ist gebildet zwischen dem Wafer 420 und dem Metalltarget 410, welches elektrisch negativ sein kann bezüglich des Halters 406 und den Wänden der Kammer 402, in Prozessschritt 1, und das Plasma 409 ist gebildet zwischen dem Wafer 420 und dem Metalltarget 410 in Prozessschritt 2. Der Wafer 420 kann ein Siliziumsubstrat, wie beispielsweise das Substrat 204 in 2, und einen darüber liegenden Akustikspiegel, wie beispielsweise den Akustikspiegel 206, aufweisen.
In der Ausführungsform von 4 kann das Plasma 408 Argonionen aufweisen und das Plasma 409 kann Argon- und Stickstoffionen aufweisen. In einer anderen Ausführungsform können das Plasma 408 und das Plasma 409 verschiedene Kombinationen von Ionen aufweisen. In der Ausführungsform von 4 kann das Metalltarget 410 Aluminium oder Aluminiumkupfer aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann das Metalltarget ein anderes Metall als Aluminium oder eine andere geeignete Metalllegierung als Aluminiumkupfer aufweisen. Wie ebenfalls in 4 dargestellt, sind die Gaseingangsleitungen 412 und 414 mit der Prozesskammer 402 verbunden und können entsprechende Gase 416 und 418 liefern. In der Ausführungsform von 4 können die Gase 416 und 418 Argon bzw. Stickstoff sein.
Ferner in 4 dargestellt, ist in der Prozesskammer 404 der Wafer 420 auf dem Halter 407 montiert, welcher zum Beispiel ein elektrostatischer Halter sein kann, und das Plasma 411 ist gebildet zwischen dem Wafer 420 und dem Metalltarget 413, welches elektrisch negativ sein kann bezüglich des Halters 407 und den Wänden der Kammer 404. Das Plasma 411 kann in einer Ausführungsform zum Beispiel Argonionen aufweisen. In der Ausführungsform in 4 kann das Metalltarget 413 Wolfram aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann das Metalltarget 413 ein anderes Metall als Wolfram aufweisen. Ebenfalls in 4 dargestellt, ist die Gaseingangsleitung 415 mit der Prozesskammer 404 verbunden und kann Gas 417, welches zum Beispiel Argon sein kann, liefern.
Bei Prozessschritt 1 wird die Prozesskammer 402 verwendet zum Deponieren einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht, wie beispielsweise der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210, enthaltend Aluminium über einer dielektrischen Schicht in einem Akustikspiegel, wie beispielsweise dem Akustikspiegel 206, auf dem Wafer 420. In einer Ausführungsform kann die Hochleitfähigkeitsmetallschicht über einer Opferschicht deponiert sein, welche sich auf dem Wafer 420 befindet. Die Schicht von Aluminium kann auf dem Wafer 420 deponiert werden unter Verwendung von positiv geladenen Argonionen in dem Plasma 408 zum Entfernen von Aluminiumatomen in dem Aluminiumtarget (d.h. dem Metalltarget 410) in einem Streuprozess. Die entfernten Aluminiumatome können eine Schicht von Aluminium über der dielektrischen Schicht in dem Akustikspiegel 206 auf dem Wafer 420 bilden. Die Schicht von Aluminium kann in einer Ausführungsform eine Dicke haben von zum Beispiel zwischen 1.000,0 Angström und 3.000,0 Angström.
Bei Prozessschritt 2 wird die Prozesskammer 402 verwendet zum Deponieren einer Keimschicht, wie zum Beispiel der Keimschicht 212, enthaltend Aluminiumnitrid auf der Hochleitfähigkeitsmetallschicht, wie beispielsweise der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210, die auf dem Wafer 420 in Prozessschritt 1 deponiert wurde. Die Schicht von Aluminiumnitrid (d.h. die Keimschicht) kann auf dem Wafer 420 deponiert werden unter Verwendung von Stickstoff und Argonionen, welche eine positive Ladung haben, in dem Plasma 409, zum Entfernen von Aluminiumatomen in dem Aluminiumtarget (d.h. dem Metalltarget 410) in einem Streuprozess. Die entfernten Aluminiumatome können sich mit den Stickstoffionen in dem Plasma 409 verbinden zum Bilden einer Schicht von Aluminiumnitrid auf der Oberfläche des Wafers 420. Das Stickstoffgas kann der Prozesskammer 402 zugeführt werden für eine Zeitdauer zwischen, in einer Ausführungsform, 2,0 s und 30,0 s zum Bilden der Aluminiumnitrid-Keimschicht, welche in einer exemplarischen Ausführungsform eine Dicke aufweisen kann, von zum Beispiel, zwischen 50,0 Angström und 200,0 Angström. Nachdem die Keimschicht, welche Aluminiumnitrid aufweist, auf dem Wafer 420 in der Prozesskammer 402 deponiert wurde, wird der Wafer 420, wie durch den Pfeil 422 angegeben, zu der Prozesskammer 404 transferiert für den Prozessschritt 3.
In dem Prozessschritt 3 wird die Prozesskammer 404 verwendet zum Deponieren einer Hochdichtemetallschicht, wie beispielsweise der Hochdichtemetallschicht 214, enthaltend Wolfram auf der Keimschicht, wie beispielsweise der Keimschicht 212 auf dem Wafer 420. Die Schicht von Wolfram kann auf dem Wafer 420 deponiert werden unter Verwendung von positiv geladenen Argonionen in dem Plasma 411 zum Entfernen von Wolframatomen in dem Wolframtarget (d.h. dem Metalltarget 413) in einem Streuprozess. Die entfernten Wolframatome können eine Schicht von Wolfram auf der Keimschicht bilden, die vorher auf dem Wafer 420 in Prozessschritt 2 deponiert wurde. Die Schicht von Wolfram kann eine Dicke aufweisen von zum Beispiel, zwischen 500,0 Angström und 2.000,0 Angström, in einer Ausführungsform.
Folglich wird in der Ausführungsform der Erfindung, die in 4 dargestellt ist, eine Multilayer-Elektrode, wie beispielsweise die untere Multilayer-Elektrode 208 in 2, gebildet durch sequenzielles Deponieren einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht und einer Keimschicht in einer ersten Prozesskammer und Deponieren einer Hochdichtemetallschicht auf der Keimschicht in einer zweiten Prozesskammer.
In der Ausführungsform in 4 liefert die Erfindung vorteilhafterweise eine Multilayer-Elektrode, wie beispielsweise die untere Multilayer-Elektrode 208, auf welcher eine texturierte (d.h. orientierte) piezoelektrische Schicht, wie beispielsweise die piezoelektrische Schicht 216, aufgewachsen werden kann. Die in der Ausführungsform der Erfindung in 4 gebildete Multilayer-Elektrode liefert ebenfalls ähnliche Vorteile wie die untere Multilayer-Elektrode 208 in dem BAW-Resonator 202, wie oben beschrieben.
Es kann überraschend erscheinen, die Verwendung einer isolierenden Keimschicht zwischen mehreren metallischen Schichten in der Elektrode zu veranschaulichen. Es ist wahr, dass dieser Metallisolator-Metallstapel nicht leitend ist und einen Kondensator bildet. Wenn jedoch die isolierende Schicht ausreichend dünn ist, kann die Kapazität des Metallisolator-Metallstapels ausreichend groß sein, um eine niedrige HF-Impedanz (RF impedance) zu liefern. Folglich kann diese Struktur sehr gut als eine Niedrig-Impedanzelektrode für HF-Filteranwendungen funktionieren.
5 zeigt ein Diagramm eines Wafer-Prozessiersystems, welches verwendet wird zum Bilden einer exemplarischen Multilayer-Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bestimmte Details und Merkmale, welche einer Person mit durchschnittlicher Fachkenntnis offensichtlich sind, wurden in 5 weggelassen. Das Wafer-Prozessiersystem 500 umfasst eine Prozesskammer 502, welches einen Halter 506, ein Plasma 508 (für Prozessschritt 1), ein Metalltarget 510 und eine Gaseingangsleitung 512 aufweist, und eine Prozesskammer 504, welche einen Halter 507, ein Plasma 509 (welches bei Prozessschritt 2 bereitgestellt wird), ein Plasma 511 (welches bei Prozessschritt 3 bereitgestellt wird), ein Metalltarget 513 und Gaseingangsleitungen 515 und 518 aufweist.
Obwohl der Wafer 520 in der Prozesskammer 502 und in der Prozesskammer 504 in 5 dargestellt ist, wird sich der Wafer 520 in der Prozesskammer 502 für eine Deposition einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht bei Prozessschritt 1 befinden und wird transferiert werden zu Prozesskammer 504 (wie durch Pfeil 522 angezeigt) für eine Deposition einer Keimschicht bei Prozessierschritt 2 und für die Deposition einer Hochdichtemetallschicht auf der Keimschicht bei Prozessschritt 3. Die Prozesskammern 502 und 504 können zum Beispiel PVD-Prozesskammern sein und werden verwendet zum Bilden einer Ausführungsform einer Multilayer-Elektrode der Erfindung, wie beispielsweise einer Multilayer-Bodenelektrode 208 in dem BAW-Resonator 202.
Wie in 5 dargestellt, ist in der Prozesskammer 502 der Wafer 520 montiert auf dem Halter 506, welcher zum Beispiel ein elektrostatischer Halter sein kann, und das Plasma 508 ist gebildet zwischen dem Wafer 520 und dem Metalltarget 510, welches elektrisch negativ bezüglich des Halters 506 und den Wänden der Kammer 502 sein kann. Das Plasma 508 kann zum Beispiel in einer Ausführungsform Argonionen enthalten. In der Ausführungsform in 5 kann das Metalltarget 510 Aluminium oder Aluminiumkupfer enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann das Metalltarget 510 ein anderes Metall als Aluminium oder eine andere geeignete Metalllegierung als Aluminiumkupfer enthalten. Ebenfalls in 5 dargestellt ist die Gaseingangsleitung 512 mit der Prozesskammer 502 verbunden und kann Gas 514, welches zum Beispiel Argon sein kann, liefern.
Ebenfalls in 5 dargestellt, ist in der Prozesskammer 504 der Wafer 520 montiert auf dem Halter 507, welcher zum Beispiel ein elektrostatischer Halter sein kann, das Plasma 509 ist gebildet zwischen dem Wafer 520 und dem Metalltarget 513, welches elektrisch negativ bezüglich des Halters 507 und den Wänden der Kammer 504 in dem Prozessierschritt 2 sein kann und das Plasma 511 ist gebildet zwischen dem Wafer 520 und dem Metalltarget 513 in dem Prozessschritt 3. Der Wafer 520 kann ein Siliziumsubstrat, wie beispielsweise das Substrat 204 in 2 und einen darüber liegenden Akustikspiegel, wie beispielsweise den Akustikspiegel 206, aufweisen. In der Ausführungsform in 5 kann das Plasma 509 Argon-und Stickstoffionen enthalten und das Plasma 511 kann Argonionen enthalten. In einer Ausführungsform können die Plasmen 509 und 511 verschiedene Kombinationen von Ionen enthalten. In der Ausführungsform von 5 kann das Metalltarget 513 Wolfram enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann das Metalltarget 513 ein anderes Metall als Wolfram enthalten. Ebenfalls in 5 dargestellt, sind die Eingangsleitungen 515 und 518 mit der Prozesskammer 504 verbunden und können entsprechende Gase 517 und 519 liefern. In der Ausführungsform in 5 können die Gase 517 und 519 Argon bzw. Stickstoff sein.
Bei Prozessschritt 1 wird die Prozesskammer 502 verwendet zum Deponieren einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht, wie beispielsweise der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210, enthaltend Aluminium über einer dielektrischen Schicht in einem Akustikspiegel, wie beispielsweise dem Akustikspiegel 206, auf dem Wafer 520. In einer Ausführungsform kann die Hochleitfähigkeitsmetallschicht deponiert sein über einer Opferschicht, welche sich auf dem Wafer 520 befindet. Die Schicht von Aluminium kann auf dem Wafer 520 deponiert sein unter Verwendung von positiv geladenen Argonionen in dem Plasma 508 zum Entfernen von Aluminiumatomen in dem Aluminiumtarget (d.h. dem Metalltarget 510) in einem Streuprozess. Die entfernten Aluminiumatome können eine Schicht von Aluminium auf der Oberfläche des Wafers 520 bilden. Die Schicht von Aluminium kann eine Dicke haben von zum Beispiel, zwischen 1.000,0 Angström und 3.000,0 Angström, in einer Ausführungsform. Nachdem die Hochleitfähigkeitsmetallschicht, welche Aluminium enthält, auf dem Wafer 520 in der Prozesskammer 502 deponiert wurde, wird der Wafer 520, wie durch den Pfeil 522 angezeigt, zu der Prozesskammer 504 transferiert für die Prozessschritte 2 und 3.
Bei Prozessschritt 2 wird die Prozesskammer 504 verwendet zum Deponieren einer Keimschicht, wie beispielsweise der Keimschicht 212, welche Wolframnitrid auf der Hochleitfähigkeitsmetallschicht, die auf dem Wafer 520 in der Prozesskammer 502 bei Prozessschritt 1 deponiert wurde, aufweist. Die Schicht von Wolframnitrid kann auf dem Wafer 520 deponiert werden unter Verwendung von Stickstoff und Argonionen, welche eine positive Ladung haben, in dem Plasma 509, zum Entfernen von Wolframatomen in dem Wolframtarget (d.h. Metalltarget 513) in einem Streuprozess. Die entfernten Wolframatome können sich mit den Stickstoffionen in dem Plasma 509 verbinden zum Bilden einer Schicht von Wolframnitrid auf der Oberfläche des Wafers 420. Stickstoff kann der Prozesskammer 504 in einer Ausführungsform für eine Zeitdauer von zwischen 2,0 s und 30,0 s zugeführt werden, zum Bilden der Wolframnitrid-Keimschicht, welche in einer exemplarischen Ausführungsform zum Beispiel eine Dicke von zwischen 50,0 Angström und 200,0 Angström haben kann.
Bei Prozessschritt 3, unmittelbar nachdem die Keimschicht gebildet wurde, wird das Gas 519, welches Stickstoff enthalten kann, in der Gaseingangsleitung 518 in der Prozesskammer 504 abgeschaltet. Nachdem die Stickstoffionen, die in der Prozesskammer 504 verbleiben, entleert wurden, enthält das resultierende Plasma (d.h. Plasma 511) in der Prozesskammer 504 Argonionen ohne eine signifikante Menge von Stickstoffionen. Als ein Ergebnis werden die Argonionen auf dem Wolframtarget (d.h. dem Metalltarget 513) auftreffen und Wolframmoleküle entfernen, welche auf dem Wafer 520 deponiert werden zum Bilden einer im Wesentlichen reinen Schicht von Wolfram auf der vorher deponierten Wolframnitrid-Keimschicht. Die Schicht von Wolfram kann in einer exemplarischen Ausführungsform zum Beispiel eine Dicke von zwischen 500,0 Angström und 2.000,0 Angström haben.
Folglich ist in der Ausführungsform der Erfindung, die in 5 dargestellt ist, eine Multilayer-Elektrode wie beispielsweise die untere Multilayer-Elektrode 208 in 2 gebildet durch Deponieren einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht in einer ersten Prozesskammer und folgendes Deponieren einer Keimschicht und einer Hochdichtemetallschicht auf der Hochleitfähigkeitsmetallschicht in einer zweiten Prozesskammer. Die Multilayer-Elektrode, die in der Ausführungsform in 5 gebildet wird, liefert ähnliche Vorteile wie die Multilayer-Elektrode, die in der Ausführungsform der Erfindung in der oben diskutierten 4 gebildet wurde.
6 zeigt ein Diagramm eines Wafer-Prozessiersystems, welches verwendet wird zum Bilden einer exemplarischen Multilayer-Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bestimmte Details und Merkmale, welche für eine Person von durchschnittlicher Fachkenntnis offenkundig sind, wurden in 6 weggelassen. Das Wafer-Prozessiersystem 600 umfasst eine Prozesskammer 602, welche einen Halter 606, ein Plasma 608 (bereitgestellt bei Prozessschritt 1), ein Metalltarget 610 und eine Gaseingangsleitung 612 aufweist, eine Prozesskammer 603, welche einen Halter 607, ein Plasma 609 (bereitgestellt bei Prozessschritt 2), ein Metalltarget 613 und Gaseingangsleitungen 615 und 618, aufweist, und eine Prozesskammer 604, welche einen Halter 626, ein Plasma 628 (bereitgestellt bei Prozessschritt 3), ein Metalltarget 630 und eine Gaseingangsleitung 632 aufweist.
Obwohl der Wafer 620 in den Prozesskammern 602, 603 und 604 in 6 dargestellt ist, wird sich der Wafer 620 in der Prozesskammer 602 für eine Deposition einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht bei Prozessschritt 1 befinden, wird transferiert werden zu Prozesskammer 603 (wie angezeigt durch Pfeil 622) zum Deponieren einer Keimschicht bei Prozessschritt 2, und wird transferiert werden zu Prozesskammer 604 (wie angezeigt durch Pfeil 624) zum Deponieren einer Hochdichtemetallschicht bei Prozessschritt 3. Die Prozesskammern 602, 603 und 604 können zum Beispiel PVD-Prozesskammern sein und werden verwendet zum Bilden einer Ausführungsform einer Multilayer-Elektrode der Erfindung, wie beispielsweise der Multilayer-Bodenelektrode 208 in dem BAW-Resonator 202.
Wie in 6 dargestellt, ist in der Prozesskammer 602 der Wafer 620 montiert auf dem Halter 606, welcher zum Beispiel ein elektrostatischer Halter sein kann, und das Plasma 608 ist gebildet zwischen dem Wafer 620 und dem Metalltarget 610, welches elektrisch negativ bezüglich des Halters 606 und den Wänden der Kammer 602 sein kann. Der Wafer 620 kann ein Siliziumsubstrat, wie beispielsweise das Substrat 204 in 2, und einen darüber liegenden Akustikspiegel, wie beispielsweise den Akustikspiegel 206, aufweisen. Das Plasma 608 kann zum Beispiel in einer Ausführungsform Argonionen aufweisen. In der Ausführungsform in 6 kann das Metalltarget 610 Aluminium oder Aluminiumkupfer aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann das Metalltarget 610 ein anderes Metall als Aluminium oder eine andere geeignete Metalllegierung als Aluminiumkupfer aufweisen. Ebenfalls in 6 dargestellt ist die Gaseingangsleitung 612 mit der Prozesskammer 602 verbunden und kann Gas 614, welches zum Beispiel Argon sein kann, liefern.
Ebenfalls in 6 dargestellt, ist in der Prozesskammer 603 der Wafer 620 auf dem Halter 607, welcher zum Beispiel ein elektrostatischer Halter sein kann, montiert, das Plasma 609 ist gebildet zwischen dem Wafer 620 und dem Metalltarget 613, welches elektrisch negativ sein kann bezüglich des Halters 607 und den Wänden der Kammer 603, in dem Prozessschritt 2. In der Ausführungsform in 6 kann das Plasma 609 Argon- und Stickstoffionen aufweisen. In einer anderen Ausführungsform können das Plasma 609 und verschiedene Kombinationen von Ionen aufweisen. In der Ausführungsform von 6 kann das Metalltarget 613 Wolfram enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann das Metalltarget 613 ein anderes Metall als Wolfram aufweisen. Ebenfalls in 6 dargestellt sind die Gaseingangsleitungen 615 und 618 mit der Prozesskammer 603 verbunden und können entsprechende Gase 617 und 619 liefern. In der Ausführungsform von 6 können die Gase 617 und 619 Argon bzw. Stickstoff sein.
Ferner in 6 dargestellt, ist der Wafer 620 in der Prozesskammer 604 auf dem Halter 626, welcher zum Beispiel ein elektrostatischer Halter sein kann, montiert, das Plasma 628 gebildet ist zwischen dem Wafer 620 und dem Metalltarget 630, welches elektrisch negativ sein kann bezüglich des Halters 626 und den Wänden der Kammer 604, in dem Prozessschritt 3. In der Ausführungsform von 6 kann das Plasma 628 Argonionen enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann das Plasma 628 andere Ionen aufweisen. In der Ausführungsform in 6 kann das Metalltarget 630 Molybdän enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann das Metalltarget 630 ein anderes Metall als Molybdän aufweisen. Ebenfalls in 6 dargestellt ist die Gaseingangsleitung 632 mit der Prozesskammer 604 verbunden und kann Gas 634, welches in der Ausführungsform in 6 Argon sein kann, liefern.
Bei Prozessschritt 1 wird die Prozesskammer 602 verwendet zum Deponieren einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht, wie beispielsweise der Hochleitfähigkeitsmetallschicht 210, enthaltend Aluminium über einer dielektrischen Schicht in einem Akustikspiegel, wie beispielsweise dem Akustikspiegel 206, auf dem Wafer 620. In einer Ausführungsform kann die Hochleitfähigkeitsmetallschicht über einer Opferschicht deponiert sein, die sich auf dem Wafer 620 befindet. Die Schicht von Aluminium kann auf dem Wafer 620 deponiert werden unter Verwendung von positiv geladenen Argonionen in dem Plasma 608 zum Entfernen von Aluminiumatomen in dem Aluminiumtarget (d.h. dem Metalltarget 610) in einem Streuprozess. Die entfernten Aluminiumatome können eine Schicht von Aluminium auf der Oberfläche des Wafers 620 bilden. Die Schicht von Aluminium kann in einer Ausführungsform eine Dicke von zum Beispiel, zwischen 1000,0 Angström und 3.000,0 Angström haben. Nachdem die Hochleitfähigkeitsmetallschicht, welche Aluminium aufweist, auf dem Wafer 620 in der Prozesskammer 602 deponiert wurde, wird der Wafer 620 zu der Prozesskammer 603 transferiert, wie durch Pfeil 622 angezeigt, für den Prozessschritt 2.
Bei Prozessschritt 2 wird die Prozesskammer 603 verwendet zum Deponieren einer Keimschicht, beispielsweise der Keimschicht 212, enthaltend Wolframnitrid auf der Hochleitfähigkeitsmetallschicht, die auf dem Wafer 620 in der Prozesskammer 602 bei Prozessschritt 1 deponiert wurde. Die Schicht von Wolframnitrid (d.h. die Keimschicht) kann auf dem Wafer 620 deponiert werden unter Verwendung von Stickstoff- und Argonionen, welche eine positive Ladung haben, in dem Plasma 609, zum Entfernen von Wolframatomen in dem Wolframtarget (d.h. dem Metalltarget 613) in einem Streuprozess. Die entfernten Wolframatome können sich mit den Stickstoffionen in dem Plasma 609 verbinden zum Bilden einer Schicht von Wolframnitrid auf der Oberfläche des Wafers 620. Stickstoffgas kann der Prozesskammer 603 für eine Zeitdauer von, in einer Ausführungsform, zwischen 2,0 s und 30,0 s zugeführt werden zum Bilden der Wolframnitrid-Keimschicht, welche in einer exemplarischen Ausführungsform eine Dicke, von zum Beispiel, zwischen 50,0 Angström und 200,0 Angström haben kann. Nachdem die Keimschicht, welche Wolframnitrid aufweist, auf dem Wafer 620 in der Prozesskammer 603 deponiert wurde, wird der Wafer 620 für den Prozessschritt 3 zu der Prozesskammer 604 transferiert, wie durch Pfeil 624 angezeigt.
Bei Prozessschritt 3 wird die Prozesskammer 604 verwendet zum Deponieren einer Hochdichtemetallschicht, wie beispielsweise der Hochdichtemetallschicht 214, welche Molybdän auf der Wolframnitrid-Keimschicht, die vorher auf dem Wafer 620 bei Prozessschritt 2 deponiert wurde, aufweist. Die Schicht von Molybdän kann auf dem Wafer 620 deponiert werden unter Verwendung von positiv geladenen Argonionen in dem Plasma 628 zum Entfernen von Molybdänatomen in dem Molybdäntarget (d.h. dem Metalltarget 630) in einem Streuprozess. Die entfernten Molybdänatome können eine Schicht von Molybdän auf der Keimschicht auf dem Wafer 620 bilden. Die Schicht von Molybdän kann in einer Ausführungsform eine Dicke von zwischen 500,0 Angström und 2.000,0 Angström haben.
Folglich wird in der Ausführungsform der Erfindung, welche in 6 dargestellt ist, eine Multilayer-Elektrode, wie beispielsweise die untere Multilayer-Elektrode 208 in 2, gebildet durch Deponieren einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht in einer ersten Prozesskammer, Deponieren einer Keimschicht auf der Hochleitfähigkeitsmetallschicht in einer zweiten Prozesskammer und Deponieren einer Hochdichtemetallschicht auf der Keimschicht in einer dritten Prozesskammer. Die Multilayer-Elektrode, welche in der Ausführungsform in 6 gebildet ist, liefert ähnliche Vorteile wie die Multilayer-Elektrode, die in der oben diskutierten Ausführungsform der Erfindung in 4 gebildet wurde.
Folglich, wie oben diskutiert, liefert die Erfindung durch Bilden einer unteren Multilayer-Elektrode enthaltend eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht, eine Keimschicht und eine Hochdichtemetallschicht, einen BAW-Resonator mit einer hoch texturierten piezoelektrischen Schicht, die erzielt werden kann bei reduzierter Prozesskomplexität und Herstellungskosten verglichen mit einer hoch texturierten piezoelektrischen Schicht in einem konventionellen BAW-Resonator. Ebenso, durch Verwenden einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht in der unteren Multilayer-Elektrode erreicht die Erfindung vorteilhafterweise einen BAW-Resonator, welcher einen reduzierten elektrischen Verlust aufweist und, folglich, eine erhöhte Resonatorperformance verglichen mit einem konventionellen BAW-Resonator, der eine untere Elektrode verwendet, die eine Einzelhochdichtemetallschicht ist, aufweist. Die untere Multilayer-Elektrode der Erfindung kann ebenso wiederholt angewendet werden in piezoelektrischen Vorrichtungen, welche mehr als eine piezoelektrische Schicht in ihrer Konstruktion enthalten.

Claims

Verfahren zum Bilden einer Multilayer-Elektrode (208; 308; 318) zum darauf Aufwachsen einer piezoelektrischen Schicht (216; 316; 328), das Verfahren enthaltend die Schritte: Bilden einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322) über einem Substrat (204; 304); Bilden einer Keimschicht (212; 312; 324) über der Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322), wobei die Keimschicht (212; 312; 324) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus Titanwolframnitrid, Wolframnitrid und Aluminiumnitrid; Bilden einer Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) über der Keimschicht (212; 312; 324); Aufwachsen einer piezoelektrischen Schicht (216; 316; 328) über der Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326); wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322), die Keimschicht, und die Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) die Multilayer-Elektrode (208; 308; 318) bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322) und die Keimschicht (212; 312; 324) in einer ersten Prozesskammer (402) gebildet werden und die Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) in einer zweiten Prozesskammer (404) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322) gebildet wird unter Verwendung eines ersten Gases (416) und die Keimschicht (212; 312; 324) gebildet wird unter Verwendung des ersten Gases (416) und eines zweiten Gases (418).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322) in einer ersten Prozesskammer (502) gebildet wird und die Keimschicht (212; 312; 324) und die Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) in einer zweiten Prozesskammer (504) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Keimschicht (212; 312; 324) unter Verwendung eines ersten Gases (517) und eines zweiten Gases (519) gebildet wird und die Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) gebildet wird unter Verwendung des ersten Gases (517), ohne das zweite Gas (519) zu verwenden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322) in einer ersten Prozesskammer (602) gebildet wird, die Keimschicht (212; 312; 324) in einer zweiten Prozesskammer (603) gebildet wird und die Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) in einer dritten Prozesskammer (604) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322) ist ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus Aluminium, Gold, Kupfer und Aluminiumkupfer; die Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) ist ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus Molybdän und Wolfram; die piezoelektrische Schicht (216; 316; 328) ist ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus Aluminiumnitrid und Zinkoxid.
Verfahren zum Bilden eines Volumenakustikwellen, BAW, -Resonators (202; 302), das Verfahren enthaltend die Schritte: Bilden einer Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310) über einem Substrat (204; 304); Bilden einer Keimschicht (212; 312) über der Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310), wobei die Keimschicht (212; 312; 324) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus Titanwolframnitrid, Wolframnitrid und Aluminiumnitrid; Bilden einer Hochdichtemetallschicht (214; 314) über der Keimschicht (212; 312); Bilden einer piezoelektrischen Schicht (216; 316) über der Hochdichtemetallschicht (214; 314), wobei die Hochdichtemetallschicht (214; 314) bewirkt, dass die piezoelektrische Schicht (216; 316) eine orientierte Kornstruktur aufweist; wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310), die Keimschicht (212; 312) und die Hochdichtemetallschicht (214; 314) eine untere Multilayer-Elektrode (208; 308) des BAW-Resonators (202; 302) bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310) und die Keimschicht (212; 312) in einer ersten Prozesskammer (402) gebildet werden und die Hochdichtemetallschicht (214; 314) in einer zweiten Prozesskammer (404) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310) unter Verwendung eines ersten Gases (416) gebildet wird und die Keimschicht (212; 312) unter Verwendung des ersten Gases (416) und eines zweiten Gases (418) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310) in einer ersten Prozesskammer (502) gebildet wird und die Keimschicht (212; 312) und die Hochdichtemetallschicht (214; 314) in einer zweiten Prozesskammer (504) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Keimschicht (212; 312) unter Verwendung eines ersten Gases (517) und eines zweiten Gases (519) gebildet wird und die Hochdichtemetallschicht (214; 314) unter Verwendung des ersten Gases (517) ohne Verwenden des zweiten Gases (519) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310) in einer ersten Prozesskammer (602) gebildet wird, die Keimschicht (212; 312) in einer zweiten Prozesskammer (603) gebildet wird und die Hochdichtemetallschicht (214; 314) in einer dritten Prozesskammer (604) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, das mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322) ist ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus Aluminium, Gold, Kupfer und Aluminiumkupfer; die Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) ist ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus Molybdän und Wolfram; die piezoelektrische Schicht (216; 316; 328) ist ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus Aluminiumnitrid und Zinkoxid.
BAW-Resonator (202; 302) enthaltend: eine Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310), welche sich über einem Substrat befindet; eine Keimschicht (212; 312), welche sich über der Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310) befindet, wobei die Keimschicht (212; 312; 324) ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus Titanwolframnitrid, Wolframnitrid und Aluminiumnitrid; eine Hochdichtemetallschicht (214; 314), welche sich über der Keimschicht (212; 312) befindet; eine piezoelektrische Schicht (216; 316), welche sich über der Hochdichtemetallschicht befindet, wobei die Hochdichtemetallschicht (214; 314) bewirkt, dass die piezoelektrische Schicht (216; 316) eine orientierte Kornstruktur hat; wobei die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310), die Keimschicht (212; 312) und die Hochdichtemetallschicht (214; 314) eine untere Multilayer-Elektrode (208; 308) des BAW-Resonators (202; 302) bilden.
BAW-Resonator (202; 302) nach Anspruch 15, ferner enthaltend einen Akustikspiegel (206; 306), welcher unter der Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310) liegt.
BAW-Resonator (202; 302) nach Anspruch 15 oder 16, der mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die Hochleitfähigkeitsmetallschicht (210; 310; 322) ist ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus Aluminium, Gold, Kupfer und Aluminiumkupfer; die Hochdichtemetallschicht (214; 314; 326) ist ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus Molybdän und Wolfram; die piezoelektrische Schicht (216; 316; 328) ist ausgewählt aus einer Gruppe, die besteht aus Aluminiumnitrid und Zinkoxid.