DE10320707B4

DE10320707B4 - Verbesserter Resonator mit Keimschicht

Info

Publication number: DE10320707B4
Application number: DE10320707A
Authority: DE
Inventors: Paul D. Mountain View Bradley; Donald San Jose Lee; Domingo A. Union City Figueredo
Original assignee: Avago Technologies Wireless IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004064786A; US20040021400A1; US6828713B2; DE10320707A1; CN100466469C; CN1472884A

Abstract

Resonator (32), der auf einem Substrat (14) hergestellt ist, wobei der Resonator (32) folgende Merkmale aufweist:
einen Keimschichtabschnitt (40);
eine untere Elektrode (16);
einen piezoelektrischen Abschnitt (18) auf der unteren Elektrode (16); und
eine obere Elektrode (20) auf dem piezoelektrischen Abschnitt (18),
wobei
die untere Elektrode (16) auf dem Keimschichtabschnitt (40) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf akustische Resonatoren und insbesondere auf Resonatoren, die als Filter für Elektronikschaltungen verwendet werden können.
Der Bedarf, die Kosten und die Größe von Elektronikausrüstung zu reduzieren, hat zu einem andauernden Bedarf nach immer kleineren elektronischen Filterelementen geführt. Unterhaltungselektronik, wie z. B. Mobiltelephone und Miniaturradios, stellen harte Einschränkungen für sowohl die Größe als auch die Kosten der darin enthaltenen Komponenten auf. Ferner verwenden viele derartige Bauelemente Elektronikfilter, die auf genaue Frequenzen abgestimmt sein müssen. Filter wählen die Frequenzkomponenten elektrischer Signale, die innerhalb eines erwünschten Frequenzbereichs liegen, für ein Durchlassen aus, während die Frequenzkomponenten, die außerhalb des erwünschten Frequenzbereichs liegen, beseitigt oder gedämpft werden.
Eine Klasse elektronischer Filter, die das Potential zum Erfüllen dieser Bedarfe aufweist, ist aus akustischen Dünnfilmvolumenresonatoren (FBARs) aufgebaut. Diese Bauelemente verwenden Volumenlongitudinalschallwellen in einem piezoelektrischen (PZ) Dünnfilmmaterial. Bei einer einfachen Konfiguration ist eine Schicht eines PZ-Materials sandwichartig zwischen zwei Metallelektroden angeordnet. Die Sandwichstruktur ist vorzugsweise in Luft aufgehängt. Eine Musterkonfiguration einer Vorrichtung 10, die einen Resonator 12 (z. B. einen FBAR) aufweist, ist in den 1A und 1B dargestellt. 1A stellt eine Draufsicht der Vorrichtung 10 dar, während 1B eine Seitenansicht der Vorrichtung 10 entlang einer Linie A-A aus 1A darstellt. Der Resonator 12 ist über einem Substrat 14 hergestellt. Auf das Substrat 14 aufgebracht und geätzt sind in dieser Reihen folge eine untere Elektrodenschicht 15, eine piezoelektrische Schicht 17 und eine obere Elektrodenschicht 19. Abschnitte (wie durch Klammern 12 angezeigt) dieser Schichten – 15, 17 und 19 – die sich überlappen und über einem Hohlraum 22 hergestellt sind, bilden den Resonator 12. Diese Abschnitte werden als eine untere Elektrode 16, ein piezoelektrischer Abschnitt 18 und eine obere Elektrode 20 bezeichnet. In dem Resonator 12 umgeben die untere Elektrode 16 und die obere Elektrode 20 den PZ-Abschnitt 18 sandwichartig. Die Elektroden 14 und 20 sind Leiter, während der PZ-Abschnitt 18 üblicherweise ein Kristall, wie z. B. Aluminiumnitrid (AlN), ist.
Wenn ein elektrisches Feld zwischen den Metallelektroden 16 und 20 angelegt ist, wandelt der PZ-Abschnitt 18 einen Teil der elektrischen Energie in mechanische Energie in der Form mechanischer Wellen um. Die mechanischen Wellen breiten sich in der gleichen Richtung wie das elektrische Feld aus und werden an der Elektrode/Luft-Grenzfläche abreflektiert.
Bei einer Resonanzfrequenz wirkt der Resonator 12 als ein elektronischer Resonator. Die Resonanzfrequenz ist die Frequenz, für die die halbe Wellenlänge der mechanischen Wellen, die sich in dem Bauelement ausbreiten, durch viele Faktoren, einschließlich der Gesamtdicke des Resonators 12, für eine bestimmte Phasengeschwindigkeit der mechanischen Welle in dem Material bestimmt wird. Da die Geschwindigkeit der mechanischen Welle vier Größenordnungen kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist, kann der resultierende Resonator ziemlich kompakt sein. Resonatoren für Anwendungen in dem GHz-Bereich können mit physischen Abmessungen in der Größenordnung von weniger als 100 μm in einer Querausdehnung und einigen Mikrometern in einer Gesamtdicke aufgebaut sein. In einer Implementierung z. B. wird der Resonator 12 unter Verwendung bekannter Halbleiterherstellungsverfahren hergestellt und wird mit elektronischen Komponenten und anderen Resonatoren kombiniert, um elektronische Filter für elektrische Signale zu bilden.
Die Verwendung und die Herstellungstechnologien für verschiedene Entwürfe von FBARs für elektronische Filter sind in der Technik bekannt und eine Anzahl von Patenten wurde erteilt. Das US-Patent Nr. 6,262,637 , erteilt an Paul D. Bradley u. a., z. B. offenbart einen Duplexer, der akustische Dünnfilmvolumenresonatoren (FBARs) beinhaltet. Verschiede Verfahren zur Herstellung von FBARs wurden ebenso patentiert, wie z. B. das US-Patent Nr. 6,060,818 , erteilt an Richard C. Ruby u. a., das verschiedene Strukturen und Verfahren zur Herstellung von Resonatoren umfaßt, und das US-Patent Nr. 6,239,536 , erteilt an Kenneth M. Lakin, das ein Verfahren zur Herstellung eingeschlossener Dünnfilmresonatoren offenbart.
EP 1 124 328 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Resonators, einen derartigen Resonator sowie ein den Resonator aufweisendes Elektrogerät. Auf ein Substrat aus mehreren dielektrischen Schichten sind schichtweise eine beispielsweise Molybdän aufweisende Haftschicht, eine untere Pt-Elektrode, eine piezoelektrische Schicht und eine obere Pt-Elektrode aufgebracht. Die untere Elektrode weist eine Keimschicht auf, die das kristalline Wachstum der piezoelektrischen Schicht fördert. Die piezoelektrische Schicht ist aus einen Material mit einer Wurzitstruktur, z. B. ZnO, AlN oder CdS, hergestellt. Die untere Elektrode und die Keimschicht können auch als separate, nacheinander aufgebrachte Schichten ausgebildet sein. Dazu ist die untere Elektrode als Al-Schicht ausgebildet, auf der die Pt-Keimschicht ausgebildet ist. Alternativ können die Haftschicht und die untere Elektrode als eine gemeinsame, beispielsweise Molybdän aufweisende Schicht hergestellt sein, auf die die Keimschicht aufgebracht ist.
Der andauernde Drang, die Qualität und Zuverlässigkeit der FBARs zu erhöhen, stellt jedoch Herausforderungen dar, die eine noch bessere Resonatorqualität, noch bessere Entwürfe und Herstellungsverfahren erfordern. Eine derartige Herausforderung besteht z. B. darin, eine Anfälligkeit der FBARs gegenüber Beschädigungen von elektrostatischen Entladungen und Spannungsspitzen von umgebenden Schaltungen zu beseitigen oder zu lindern. Eine weitere Herausforderung besteht darin, eine Anfälligkeit des Resonators gegenüber Frequenzdrifts aufgrund einer Interaktion mit seiner Umgebung, wie z. B. Luft oder Feuchtigkeit, zu beseitigen oder zu lindern.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Resonator, ein elektronisches Filter oder ein Verfahren zu schaffen, die den Anforderungen modernster Technologien genügen.
Diese Aufgabe wird durch einen Resonator gemäß Anspruch 1, ein elektronisches Filter gemäß Anspruch 7 oder ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.
Diese und weitere technologische Herausforderungen werden durch die vorliegende Erfindung erfüllt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Resonator, der auf einem Substrat hergestellt ist, eine Keimschicht auf, auf der eine untere Elektrode, ein piezoelektrischer Abschnitt und eine obere Elektrode hergestellt sind. Die Keimschicht ermöglicht es, daß der piezoelektrische Abschnitt sogar mit einer höheren Qualität hergestellt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein elektronisches Filter einen Resonator auf, der auf einem Substrat hergestellt ist. Der Resonator umfaßt einen Keimschichtabschnitt, der aus Aluminiumnitrid hergestellt ist und eine Dicke in einem Bereich von etwa 10 × 10^–10 m (10 Angström oder einem Nanometer) bis etwa 10.000 × 10^–10 m (einem Mikrometer) aufweist. Bei Experimenten wurde die Keimschicht, die eine Dicke innerhalb eines Bereichs von 100 × 10^–10 m bis 400 × 10^–10 m aufweist, erfolgreich implementiert. Der Resonator umfaßt ferner eine untere Elektrode auf dem Keimschichtabschnitt, wobei die untere Schicht aus Molybdän hergestellt ist. Der piezoelektrische Abschnitt ist auf der unteren Elektrode, wobei der piezoelektrische Abschnitt aus Aluminiumnitrid hergestellt ist. Schließlich ist eine obere Elektrode auf dem piezoelektrischen Abschnitt, wobei die obere Elektrode aus Molybdän hergestellt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellung eines Resonators offenbart. Als erstes wird eine Keimschicht auf einem Substrat hergestellt. Als nächstes wird eine untere Elektrode auf der Keimschicht hergestellt. Dann wird ein piezoelektrischer Abschnitt auf der unteren Elektrode hergestellt. Schließlich wird eine obere Elektrode auf dem piezoelektrischen Abschnitt hergestellt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A eine Draufsicht einer Vorrichtung, die einen Resonator umfaßt, gemäß dem Stand der Technik;
1B eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 1A entlang einer Linie A-A;
2A eine Draufsicht einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2B eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 2A entlang einer Linie B-B;
3A eine Draufsicht einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3B eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 3A entlang einer Linie C-C;
4A eine Draufsicht einer Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4B eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 4A entlang einer Linie D-D; und
4C ein schematisches Diagramm, das teilweise eine Schaltung, die unter Verwendung der Vorrichtung aus 4A gebildet werden kann, darstellt.
Wie in den Zeichnungen zu Darstellungszwecken gezeigt ist, ist die vorliegende Erfindung in einem Resonator ausgeführt, der eine Keimschicht aufweist, um die Qualität eines piezoelektrischen (PZ-)Abschnitts zu verbessern. Aufgrund der Keimschicht kann der PZ-Abschnitt hergestellt werden, der Charakteristika aufweist, die verglichen mit einem PZ-Abschnitt, der ohne die Keimschicht hergestellt ist, näher an einem Einkristall sind. Ein PZ-Abschnitt mit höherer Qualität führt zu einem Resonator mit höherer Qualität und so einer Filterschaltung mit höherer Qualität.
2A stellt eine Draufsicht einer Vorrichtung 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. 2B ist eine Seitenansicht der Vorrichtung 30 aus 2A entlang einer Linie B-B. Abschnitte der Vorrichtung 30 in den 2A und 2B gleichen diejenigen der Vorrichtung 10 der 1A und 1B. Aus Bequemlichkeit sind Abschnitten der Vorrichtung 30 in den 2A und 2B, die Abschnitten der Vorrichtung 10 der 1A und 1B ähneln, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen und unterschiedlichen Abschnitten sind unterschiedliche Bezugszeichen zugewiesen. Bezug nehmend auf die 2A und 2B umfaßt die Vorrichtung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Resonator 32, der auf einem Substrat 14 hergestellt ist. Die Vorrichtung 30 ist zuerst durch ein Ätzen eines Hohlraums 34 in das Substrat 14 und ein Füllen desselben mit einem geeigneten Opfermaterial, wie z. B. Phosphorsilikatglas (PSG), hergestellt. Dann wird das Substrat 14, das nun den gefüllten Hohlraum 34 umfaßt, unter Verwendung bekannter Verfahren, wie z. B. eines chemisch-mechanischen Polierens, planarisiert. Der Hohlraum 34 kann einen Evakuierungstunnelabschnitt 34a umfassen, der mit einem Evakuierungsdurchgangsloch 35 ausgerichtet ist, wodurch das Opfermaterial später evakuiert wird.
Als nächstes wird eine dünne Keimschicht 38 auf dem planarisierten Substrat 14 hergestellt. Üblicherweise wird die Keimschicht 38 auf das planarisierte Substrat 14 aufgeschleudert. Die Keimschicht 38 kann unter Verwendung von Aluminiumnitrid (AlN) oder einem anderen ähnlichen kristallinen Material, wie z. B. Aluminiumoxynitrid (ALON), Sili ziumdioxid (SiO₂), Siliziumnitrid (Si₃N₄) oder Siliziumkarbid (SiC), hergestellt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Keimschicht 38 in dem Bereich von etwa 10 × 10^–10 m (oder einem Nanometer) bis 10.000 × 10^–10 m (oder einem Mikrometer) dick. Techniken und die Prozesse der Herstellung einer Keimschicht sind in der Technik bekannt. Die weithin bekannte und verwendete Aufschleudertechnik kann z. B. zu diesem Zweck verwendet werden.
Dann können über der Keimschicht 38 die folgenden Schichten in dieser Reihenfolge aufgebracht werden: eine untere Elektrodenschicht 15, eine piezoelektrische Schicht 17 und eine obere Elektrodenschicht 19. Abschnitte (wie durch Klammern 32 angezeigt) dieser Schichten – 36, 15, 17 und 19 – die sich überlappen und über dem Hohlraum 34 angeordnet sind, bilden den Resonator 32. Diese Abschnitte werden als ein Keimschichtabschnitt 40, eine untere Elektrode 16, ein piezoelektrischer Abschnitt 18 und eine obere Elektrode 20 bezeichnet. Die untere Elektrode 16 und die obere Elektrode 20 umgeben den PZ-Abschnitt 18 sandwichförmig.
Die Elektroden 14 und 20 sind Leiter, wie z. B. Molybdän, und sind in einem Musterausführungsbeispiel in einem Bereich von 0,3 μm bis 0,5 μm dick. Der PZ-Abschnitt 18 ist üblicherweise aus einem Kristall, wie z. B. Aluminiumnitrid (AlN), hergestellt und ist in dem Musterausführungsbeispiel in einem Bereich von 0,5 μm bis 1,0 μm dick. Von der Draufsicht des Resonators 32 in 2A kann der Resonator etwa 150 μm breit mal 100 μm lang sein. Natürlich können diese Messungen abhängig von einer Anzahl von Faktoren, wie z. B., jedoch ohne Einschränkung, der erwünschten Resonanzfrequenz, den verwendeten Materialien, dem verwendeten Herstellungsprozeß usw., stark variieren. Der dargestellte Resonator 32, der diese Maße aufweist, kann nützlich bei Filtern in der Umgebung von 1,92 GHz sein. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Größen oder Frequenzbereiche eingeschränkt.
Die Herstellung der Keimschicht 38 sorgt für eine bessere Unterschicht, auf der die PZ-Schicht 17 hergestellt werden kann. Folglich kann mit der Keimschicht 38 eine PZ-Schicht 17 mit höherer Qualität hergestellt werden, was zu einem Resonator 32 mit höherer Qualität führt. Tatsächlich ist bei dem vorliegenden Musterausführungsbeispiel das Material, das für die Keimschicht 38 und die PZ-Schicht 17 verwendet wird, das gleiche Material, nämlich AlN. Dies ist so, da die Keimschicht 38 die Keimbildung einer glatteren einheitlicheren unteren Elektrodenschicht 15 herbeiführt (nukleiert), was wiederum ein Material mit noch nähere Einkristallqualität für die PZ-Schicht 17 fördert. So wird die piezoelektrische Kopplungskonstante der PZ-Schicht 17 verbessert. Die verbesserte piezoelektrische Kopplungskonstante ermöglicht es, daß elektrische Filter mit breiterer Bandbreite mit dem Resonator 32 gebildet werden und ergibt außerdem besser produzierbare Ergebnisse, da sie sich dem theoretischen maximalen Wert für AlN-Material nah annähert.
3A stellt eine Draufsicht einer Vorrichtung 50 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. 3B ist eine Seitenansicht der Vorrichtung 50 aus 3A entlang einer Linie C-C. Abschnitte der Vorrichtung 50 in den 3A und 3B ähneln denjenigen der Vorrichtung 30 der 2A und 2B. Aus Bequemlichkeit sind Abschnitten der Vorrichtung 50 in den 3A und 3B, die Abschnitten der Vorrichtung 30 der 2A und 2B ähneln, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen und unterschiedlichen Abschnitten sind unterschiedliche Bezugszeichen zugewiesen.
Bezug nehmend auf die 3A und 3B umfaßt die Vorrichtung 50 der vorliegenden Erfindung einen Resonator 52, der auf einem Substrat 14 hergestellt ist. Die Vorrichtung 50 wird ähnlich wie die Vorrichtung 30 der 2A und 2B und so, wie hierin oben erläutert ist, hergestellt. Dies bedeutet, daß eine untere Elektrodenschicht 15, ein piezoelektrische Schicht 17 und eine obere Elektrodenschicht 19 über einem Substrat 14, das einen Hohlraum 34 aufweist, hergestellt werden. Wahlweise wird eine Keimschicht 38 zwischen dem Substrat 14, das den Hohlraum 34 umfaßt, und der unteren Elektrodenschicht 15 hergestellt. Details dieser Schichten sind oben erläutert. Der Resonator 52 weist Abschnitte (wie durch Klammern 52 angezeigt) dieser Schichten auf – 36, 15, 17 und 19 – die sich überlappen und über dem Hohlraum 34 angeordnet sind. Diese Abschnitte werden als ein Keimschichtabschnitt 40, eine untere Elektrode 16, ein piezoelektrischer Abschnitt 18 und eine obere Elektrode 20 bezeichnet. Schließlich wird eine Schutzschicht 54 unmittelbar über der oberen Elektrode 20 hergestellt. Die Schutzschicht 54 bedeckt zumindest die obere Elektrode 20 und kann, wie dies dargestellt ist, einen größeren Bereich als die obere Elektrode 20 bedecken. Ferner ist ein Abschnitt der Schutzschicht 54, der über dem Hohlraum 34 angeordnet ist, auch ein Teil des Resonators 52. Dies bedeutet, daß ein Abschnitt der Schutzschicht 54 Masse zu dem Resonator 52 beiträgt und mit allen anderen Teilen – 40, 16, 18 und 20 – des Resonators 52 schwingt.
Die Schutzschicht 54 stabilisiert chemisch und reduziert die Tendenz eines Materials, auf der Oberfläche der oberen Elektrode 20 zu adsorbieren. Adsorbiertes Material kann die Resonanzfrequenz des Resonators 32 verändern. Die Dicke kann außerdem eingestellt sein, um den elektrischen Qualitätsfaktor (q) des Resonators 32 zu optimieren.
Ohne die Schutzschicht 54 ist die Resonanzfrequenz des Resonators 52 relativ anfälliger gegenüber einem Driften mit der Zeit. Dies ist so, da die obere Elektrode 20, ein leitfähiges Material, aufgrund einer Aussetzung gegenüber Luft und möglicherweise Feuchtigkeit oxidieren kann. Die Oxidation der oberen Elektrode 20 verändert die Masse der oberen Elektrode 20, wodurch die Resonanzfrequenz verändert wird. Um das Resonanzfrequenzdriftproblem zu reduzieren oder zu minimieren, ist die Schutzschicht 54 üblicherweise unter Verwendung eines inerten Materials hergestellt, das weniger anfällig für eine Reaktion mit der Umgebung ist, wie z. B. Aluminiumoxynitrid (ALON), Siliziumdioxid (SiO₂), Siliziumnitrid (Si₃N₄) oder Siliziumkarbid (SiC). Bei Experimenten wurde die Schutzschicht 54, die eine Dicke von 30 × 10^–10 m bis 2 Mikrometer aufweist, hergestellt. Die Schutzschicht 54 kann ein AlN-Material umfassen, das auch für die piezoelektrische Schicht 17 verwendet werden kann.
Hier verbessert der Keimschichtabschnitt 40 nicht nur die kristalline Qualität des Resonators 52, sondern dient auch als eine Schutzunterschicht, die die untere Elektrode 16 vor einer Reaktion mit Luft und möglicherweise Feuchtigkeit aus der Umgebung schützt, die die untere Elektrode 16 über das Evakuierungsdurchgangsloch 35 erreicht.
4A stellt eine Draufsicht einer Vorrichtung 60 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. 4B ist eine Seitenansicht der Vorrichtung 60 aus 4A entlang einer Linie D-D. 4C ist eine einfache Schematik, die teilweise eine Ersatzschaltung darstellt, die unter Verwendung der Vorrichtung 60 gebildet werden kann. Abschnitte der Vorrichtung 60 in den 4A, 4B und 4C ähneln denjenigen der Vorrichtung 10 aus 1A und 1B und der Vorrichtung 30 der 2A und 2B. Aus Bequemlichkeit sind Abschnitten der Vorrichtung 60 in den 4A, 4B und 4C, die Abschnitten der Vorrichtung 10 der 1A und 1B und Abschnitten der Vorrichtung 30 der 2A und 2B ähneln, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen und unterschiedlichen Abschnitten sind unterschiedliche Bezugszeichen zugewiesen.
Bezug nehmend auf die 4A, 4B und 4C ist die Vorrichtung 60 ähnlich wie die Vorrichtung 10 der 1A und 1B und so, wie oben erläutert ist, hergestellt. Dies bedeutet, daß eine untere Elektrodenschicht 15, eine piezoelektrische Schicht 17 und eine obere Elektrodenschicht 19 über einem Substrat 14, das einen Hohlraum 22 aufweist, hergestellt sind. Diese Schichten sind auf eine ähnliche Weise wie die Vorrichtung 30 der 2A und 2B hergestellt und die De tails dieser Schichten sind oben erläutert. Der Resonator 12, vorzugsweise ein Dünnfilmresonator, wie z. B. ein FBAR, weist Abschnitte (durch Klammern 12 angezeigt) dieser Schichten – 15, 17 und 19 – auf, die sich überlappen und über dem Hohlraum 22 angeordnet sind. Diese Abschnitte werden als eine untere Elektrode 16, ein piezoelektrischer Abschnitt 18 und eine obere Elektrode 20 bezeichnet.
Die Vorrichtung 60 umfaßt zumindest eine Verbindungsanschlußfläche. In den 4A und 4B dargestellt sind eine erste Verbindungsanschlußfläche 62 und eine zweite Verbindungsanschlußfläche 64. Die erste Verbindungsanschlußfläche 62 ist mit dem Resonator 12 durch seine obere Elektrodenschicht 19 verbunden. Die erste Verbindungsanschlußfläche 62 steht in Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 14, wodurch eine Schottky-Übergang-Diode 63 gebildet wird. Betriebscharakteristika derartiger Dioden sind in der Technik bekannt.
Ebenso dargestellt ist eine zweite Verbindungsanschlußfläche 64, die mit dem Resonator 12 durch seine untere Elektrodenschicht 15 verbunden ist. Die zweite Verbindungsanschlußfläche 64 ist dargestellt, um einen Kontakt mit dem Substrat 14 an zwei Stellen herzustellen, wodurch zwei Schottky-Diodenkontakte 65 gebildet werden. Tatsächlich kann eine Verbindungsanschlußfläche hergestellt sein, um in Kombination mit dem Substrat 14 eine Mehrzahl von Diodenkontakten für den Schutz des Resonators, mit dem dieselbe verbunden ist, zu bilden. Die Kontakte 65 von einer einzelnen Anschlußfläche 64 bilden elektrisch eine einzelne Schottky-Diode.
Die Verbindungsanschlußflächen 62, 64 sind üblicherweise unter Verwendung leitfähiger Metalle, wie z. B. Gold, Nickel, Chrom, anderer geeigneter Materialien oder einer Kombination derselben hergestellt.
4C kann verwendet werden, um die Operationen der Filterschaltung 72, die den Resonator 12 aufweist, zu be schreiben. Normalerweise fließt kein Strom durch die Dioden 63 und 65, da die Diode 63 in einer Richtung als eine offene Schaltung wirkt, während die Diode 65 als eine geschlossene Schaltung in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Wenn jedoch eine elektrostatische Spannungsspitze in den Resonator 12 über seine Verbindungsanschlußfläche 64 (vielleicht von einer Antenne 66) eingeführt wird, bricht die Diode 63 durch. Wenn die Diode 63 durchbricht, ist dieselbe wirksam eine geschlossene Kurzschlußschaltung und ermöglicht es, daß die Spannungsspitze auf das Substrat 14 und schließlich auf Masse 68 übertragen wird, wodurch der Resonator 12 vor der Spannungsspitze geschützt wird. Die andere Diode 65 wirkt ähnlich, um den Resonator 12 vor Spannungsspitzen von anderen Elektronikschaltungen 70, die mit dem Filter 72 verbunden sind, zu schützen. Dies bedeutet, daß zwei Metallanschlußflächen, z. B. die Anschlußflächen 62 und 64, die mit elektrisch entgegengesetzten Seiten des Resonators 12 verbunden sind, die auf einem Halbleitersubstrat hergestellt sind, eine elektrische Schaltung von zwei antiparallelen (back-to-back) Schottky-Dioden erzeugen, die es ermöglichen, daß elektrostatische Hochspannungsentladungen unschädlich in das Substrat dissipieren, anstelle die piezoelektrische Schicht, z. B. die PZ-Schicht 17, irreversibel durchzubrechen, die die obere und die untere Elektrode, z. B. die Elektroden 16 und 20, voneinander trennt. Ein elektronisches schematisches Diagramm aus 4C stellt eine derartige Verbindung dar.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine einzelne Vorrichtung einen Resonator umfassen, der alle oben erläuterten Merkmale aufweist, einschließlich der Keimschicht 38 und der Schutzschicht 54, die in den 2A, 2B, 3A und 3B dargestellt ist, und der Verbindungsanschlußflächen 62 und 64 (die Schottky-Dioden 63 und 65 bilden), die in den 4A und 4B dargestellt sind. Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel können die Anschlußflächen 62 und 64 auf der Keimschicht 38 mit mehreren Mikrometern Überhang über und über die obere Elektrodenschicht 19 und die untere Elektrodenschicht 15 hinaus gebildet sein.

Claims

Resonator (32), der auf einem Substrat (14) hergestellt ist, wobei der Resonator (32) folgende Merkmale aufweist: einen Keimschichtabschnitt (40); eine untere Elektrode (16); einen piezoelektrischen Abschnitt (18) auf der unteren Elektrode (16); und eine obere Elektrode (20) auf dem piezoelektrischen Abschnitt (18), wobei die untere Elektrode (16) auf dem Keimschichtabschnitt (40) ausgebildet ist.
Resonator (32) gemäß Anspruch 1, bei dem der Keimschichtabschnitt (40) Aluminiumnitrid aufweist.
Resonator (32) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Keimschichtabschnitt (40) eine Dicke in einem Bereich von 10 × 10^–10 m bis 10.000 × 10^–10 m aufweist.
Resonator (32) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Keimschichtabschnitt (40) und der piezoelektrische Abschnitt (18) das gleiche Material aufweisen.
Resonator (32) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Keimschichtabschnitt (40) und der piezoelektrische Abschnitt (18) Aluminiumnitrid aufweisen und die untere Elektrode (16) und die obere Elektrode (20) Molybdän aufweisen.
Resonator (32) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Resonator (32) über einem Hohlraum (34) im Substrat (14) hergestellt ist.
Elektronisches Filter, das einen Resonator (32) aufweist, der auf einem Substrat (14) hergestellt ist, wobei der Resonator (32) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Resonators (32), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Substrats (14); Herstellen einer Keimschicht (38) auf dem Substrat (14); Herstellen einer unteren Elektrode (16) auf der Keimschicht (38); Herstellen eines piezoelektrischen Abschnitts (18) auf der unteren Elektrode (16); und Herstellen einer oberen Elektrode (20) auf dem piezoelektrischen Abschnitt (18).
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die Keimschicht (40) Aluminiumnitrid aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem die Keimschicht (40) eine Dicke in einem Bereich von 10 × 10^–10 m bis 10.000 × 10^–10 m aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Keimschicht (40) und der piezoelektrische Abschnitt (18) das gleiche Material aufweisen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Keimschicht (40) und der piezoelektrische Abschnitt (18) Aluminiumnitrid aufweisen und die untere Elektrode (16) und die obere Elektrode (20) Molybdän aufweisen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem der Resonator (32) über einem Hohlraum (34) im Substrat (14) hergestellt wird.