![]() Film-Bulk-Schallwellenresonator-Vorrichtung und zugehöriges Herstellungsverfahren
专利摘要:
Beschriebenhierin ist eine FBAR(Film-Bulk-Schallwellenresonator)-Vorrichtungund ein zugehörigesHerstellungsverfahren. Die FBAR-Vorrichtung umfasst ein Substrat,eine Resonanzeinheit, umfassend eine untere Elektrode, einen piezoelektrischenFilm und eine obere Elektrode, die aufeinander folgend auf dem Substrataufgestapelt werden, und eine Passivierungsschicht, die im Wesentlichen überall ineiner oberen Oberflächeund peripheren Oberflächeder Resonanzeinheit ausgebildet werden, um die Resonanzeinheit zuschützen. EinTeilbereich der Passivierungsschicht, ausgebildet auf wenigstensder oberen Elektrode, weist eine Dicke auf, die erforderlich ist,um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheitund einer gewünschten Zielresonanzfrequenzauszugleichen. 公开号:DE102004024556A1 申请号:DE200410024556 申请日:2004-05-18 公开日:2005-07-28 发明作者:Joo Ho Suwon Lee 申请人:Samsung Electro Mechanics Co Ltd; IPC主号:H01L41-09
专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Film-Bulk-Schallwellenresonator(in Folgenden als FBAR bezeichnet) und insbesondere auf eine FBAR-Vorrichtungund ein Herstellungsverfahren davon, mit dem eine einfache Frequenzanpassungerreicht werden und das Risiko der Erzeugung mangelhafter Produktewährendeines Packverfahrens minimiert werden kann. [0002] Gemäß dem inletzter Zeit vorherrschenden Trend, wonach mobile Kommunikationsendgeräte dazutendieren, viel kleiner und verbessert und diversifiziert bezüglich ihrerQualitätund ihrer Funktionen zu werden, werden Techniken, die sich auf einenTeil der mobilen Kommunikationsendgeräte bildende Bestandteile beziehen,zum Beispiel Hochfrequenz(RF)-Bestandteile, rasch entwickelt. Unterden RF-Bestandteilensteht insbesondere ein FBAR (Film-Bulk-Schallwellenresonator) dankseiner Vorteile dahingehend, dass er eine geringere Einfügungsdämpfung aufweistals andere Filter und einen gewünschtenGrad an Integration und Miniaturisierung erreichen kann, als eineessentielle passive Filterkomponente der mobilen Kommunikationsendgeräte im Rampenlicht. [0003] ImAllgemeinen ist eine FBAR-Vorrichtung eine Vorrichtung vom Dünnfilm-Typ,wobei eine piezoelektrische Dünnfilmschicht,bestehend aus ZnO oder AlN, auf einem Halbleitersubstrat, bestehend ausSilizium oder GaAs, ausgebildet wird, wodurch sich aus der Kombinationeiner mechanischen Beanspruchung und einer Belastung, erzeugt aneiner Oberflächeder piezoelektrischen Dünnfilmschicht, eineResonanzfrequenz ergibt. Die Resonanzfrequenz solch einer FBAR-Vorrichtung wirddurch die Gesamtdicke ihrer Resonanzeinheit bestimmt, umfas sendsowohl obere und untere Elektroden als auch die piezoelektrischeDünnfilmschicht.Beim vorliegenden technischen Stand ist es jedoch im Wesentlichenunmöglich,verschiedene FBAR-Vorrichtungen in einem Wafer derart herzustellen,dass sie jeweils die gleiche Dicke in einem Toleranzbereich vonungefähr1 Prozent der Dicke aufweisen. Außerdem tendiert die obere Elektrode,die aus Metall hergestellt ist, dazu, eine Oxidationserscheinungdavon zu verursachen, wodurch sich eine nachteilige Variation derResonanzfrequenz der FBAR-Vorrichtung ergibt. Solch ein Problemder Frequenzvariation der FBAR-Vorrichtung kann besonders während eines Packverfahrensaufgrund der Oxidation erhöhtwerden. [0004] Für die FBAR-Vorrichtungist deshalb ernsthaft eine Lösungzur Einstellung einer Resonanzfrequenz davon auf einen konstantenWert erforderlich, und außerdemeine Lösungzur Stabilisierung der eingestellten Resonanzfrequenz. [0005] UnterBetrachtung eines Beispiels herkömmlicherLösungenzur Einstellung der Resonanzfrequenz der FBAR-Vorrichtung, passtdieses Beispiel die Gesamtdicke der FBAR-Vorrichtung durch Ätzen oderAufdampfen, durchgeführtauf einer oberen Metallschicht, nämlich einer oberen Metallelektrodeder FBAR-Vorrichtung, an. Diese Lösung weist jedoch noch einOxidationsproblem der oberen Metallelektrode während eines nachfolgenden Verfahrensauf. [0006] Umdieses Oxidationsproblem zu lösen,beschreibt die US-PatentveröffentlichungNr. 2003-0098631 (erreicht von einem in AGILENT TECHNOLOGIES, INC,genannten Anmelder) eine FBAR-Vorrichtung, bei der ein Thermooxidfilmmit einer vorbestimmten Dicke durch Durchführen eines geplanten Thermooxidationsverfahrensseiner oberen Elektrode aus Molybdän (Mo) in einer Sauerstoffatmosphäre zusätzlich ausgebildetwird. Die erhaltene Struktur solch einer FBAR-Vorrichtung mit dem Thermooxidfilmist schematisch in den 1a und 1b dargestellt. [0007] UnterBezugnahme auf die 1a und 1b umfasst die FBAR-Vorrichtungdes Typs wie oben beschrieben, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 10, einSiliziumsubstrat 11, ausgebildet an einer oberen Oberfläche davonmit einer Resonanzeinheit. Die Resonanzeinheit umfasst eine untereElektrode 14, eine piezoelektri sche Schicht 15 undeine obere Elektrode 16, die aufeinander folgend auf einemin dem Siliziumsubstrat 11 umgrenzten Luftspalt (A) aufgestapeltwerden. Die besagte US-PatentveröffentlichungNr. 2003-0098631 schlägteine Lösung miteiner Frequenzanpassung unter Verwendung eines Thermooxidfilms 18 vor,der auf einer oberen Oberflächeder oberen Elektrode 16 bei einer vergleichsweise niedrigenTemperatur (zum Beispiel ungefähr200 bis 300 °C)mittels eines Heißplattenverfahrensoder einer RTA(rapid thermal annealing)-Vorrichtung ausgebildetwird. Als ein Ergebnis der Ausbildung des Thermooxidfilms 18 miteiner angemessenen Dicke ermöglichtdie FBAR-Vorrichtung 10 einer Resonanzfrequenz davon diekorrekte Einstellung von einem gegebenen Wert auf einen gewünschtenZielwert. Der Themooxidfilm 18 dient weiterhin zur Begrenzung übermäßiger Oxidationder oberen Elektrode 16, wodurch sich eine Stabilisierungder eingestellten Frequenz ergibt. [0008] Dieoben beschriebene herkömmliche FBAR-Vorrichtung 10 weistjedoch ein Problem dahingehend auf, dass eine Beschränkung derDicke des Thermooxidfilms 18, der durch das Thermooxidationsverfahrenerhältlichist, besteht, wodurch sich eine beträchtliche Begrenzung des einstellbarenFrequenzbereichs ergibt. Angesichts der Frequenzstabilisierung wirktsich weiterhin das Vorhandensein des Thermooxidfilms 18 nurdahingehend aus, dass die Oxidationsgeschwindigkeit der oberen Elektrodeaus Metall währendeines nachfolgenden Verfahrens verzögert wird, und deshalb istes schwierig, einen tatsächlichenOxidationsfortschritt selbst vollständig zu verhindern. [0009] Weiterhinkann, da der Thermooxidfilm 18, ausgebildet auf der oberenElektrode 16, dazu tendiert, in einem nachfolgenden Verfahrenbeschädigt zuwerden, insbesondere bei der Herstellung eines Pakets in Verbindungmit einem Fotoresistverfahren oder einem Schneideverfahren, einRisiko einer unbeabsichtigten plötzlichenFrequenzveränderungbestehen. [0010] Wieaus der oben stehenden Beschreibung, die sich auf den Stand derTechnik bezieht, ersichtlich, ist in der Technik eine neue Lösung sowohlzur Einstellung einer Resonanzfrequenz auf eine gewünschte,ausreichende Höheals auch zur stabilen Aufrechterhaltung der eingestellten Resonanzfrequenzsogar währendeines nachfolgenden Paketverfahrens benötigt worden. [0011] Deswegenwurde die vorliegende Erfindung angesichts der oben stehenden Problemegemacht, und es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eineFBAR-Vorrichtung anzugeben, mit der eine angemessene Einstellungeiner Resonanzfrequenz davon und ein stabiler Schutz ihrer Resonanzeinheitwährendeines nachfolgenden Verfahrens erreicht werden kann. Dieses Zielwird Kraft einer Passivierungsschicht, die im Wesentlichen überall in derResonanzeinheit ausgebildet wird, anstatt nur auf einer oberen Elektrodeder Resonanzeinheit ausgebildet zu werden, erreicht. [0012] Esist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine FBAR-Vorrichtunganzugeben und ein Verfahren zur Herstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets,das zusätzlicheVorteile bezüglichder Ausbildung einer Deckstruktur in einem Chip-Scale-Packaging- oder Wafer-Level-Packaging-Verfahren zeigt. [0013] Gemäß einemAspekt der vorliegenden Erfindung können die oben stehenden undandere Gegenständedurch die Bereitstellung einer Film-Bulk-Schallwellen (FBAR)-Vorrichtungerreicht werden, umfassend: Ein Substrat; eine Resonanzeinheit,umfassend eine-untere Elektrode, einen piezoelektrischen Film undeine obere Elektrode, die nacheinander auf dem Substrat aufgeschichtetwerden; und eine Passivierungsschicht, ausgebildet im Wesentlichen überall aufeiner oberen Oberfläche undeiner peripheren Oberflächeder Resonanzeinheit, um die Resonanzeinheit zu schützen, worineine Teilregion der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstensder oberen Elektrode, eine Dicke aufweist, die erforderlich ist,um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheitund einer gewünschtenZielresonanzfrequenz auszugleichen. [0014] Bevorzugterweisekann die Passivierungsschicht aus einem Oxid oder Nitrid hergestelltsein, gebildet aus Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehendaus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al, und noch mehr zu bevorzugen ist es,wenn die Passivierungsschicht aus einem Material hergestellt wird,das aus der Gruppe bestehend aus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx ausgewähltwurde. Die Passivierungsschicht kann durch Sprühen, Evaporation oder chemischesAufdampfen (CVD) ausgebildet werden. [0015] Bevorzugterweisekann die FBAR-Vorrichtung gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung weiterhin auf dem Substrat ausgebildeteAnschlussfelder umfassen, sodass sie jeweils mit den oberen undunteren Elektroden verbunden sind, und die Anschlussfelder können ausAu hergestellt sein. [0016] ImAllgemeinen wird die FBAR-Vorrichtung grundsätzlich in eine Vorrichtungauf Luftspaltweise und eine Vorrichtung nach der Weise der Bragg-Reflexiongemäß einerIsolierungsstruktur zwischen dem Substrat und einer Resonanzeinheitklassifiziert, und die vorliegende Erfindung kann wirksam auf beideVorrichtungen angewendet werden. Deshalb kann das Substrat einenLuftspalt umfassen, ausgebildet in einem Bereich, über demdie Resonanzeinheit ausgebildet ist. Alternativ kann das Substrateine reflektierende Filmstruktur, erhalten durch Bragg-Reflexion, aufweisen. [0017] Gemäß einemanderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die oben stehenden und andereGegenständedurch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einerFBAR-Vorrichtung erreicht werden, umfassend die Schritte: a) Vorbereitungeines Substrats; b) Ausbildung einer Resonanzeinheit durch nacheinanderfolgendesAufstapeln einer unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Films undeiner oberen Elektrode auf dem Substrat; c) Berechnung einer Dickeder Resonanzeinheit, die erforderlich ist, um eine Differenz zwischeneiner Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und einer gewünschtenZielresonanzfrequenz auszugleichen; und d) Ausbildung einer Passivierungsschichtim Wesentlichen überallauf einer oberen Oberflächeund einer peripheren Oberflächeder Resonanzeinheit, um die Resonanzeinheit zu schützen, sodassein Teilbereich der Passivierungsschicht, der wenigstens auf deroberen Elektrode lokalisiert ist, die berechnete Dicke aufweist. [0018] Bevorzugterweiseumfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung weiterhin vor demSchritt d) den Schritt: e) Ausbildung von Anschlussfeldern auf demSubstrat, sodass sie jeweils mit den oberen und unteren Elektrodenverbunden sind. [0019] Bevorzugterweisekann der Schritt d) die Schritte umfassen: d-1) Ausbildung der Passivierungsschichtauf dem Substrat überder Resonanzeinheit, so dass der Teilbereich der Passivierungsschicht,der wenigstens auf der oberen Elektrode angeordnet ist, die berechneteDicke aufweist; und d-2) selektive Entfernung der Passivierungsschicht,sodass Teilbereiche der Anschlussflecken, die mit einer äußeren Schaltungzu verbinden sind, der Außenseiteausgesetzt sind. [0020] Bevorzugterweisekann der Schritt a) die folgenden Schritte umfassen: a-1) Ausbildungeines galvanisch aktiven Materialbereichs an dem Substrat, wobeider galvanisch aktive Materialbereich zum Gebrauch in der Ausbildungeines Luftspalts dient; und a-2) Ausbildung einer Isolierungsschichtauf dem galvanisch aktiven Materialbereich, und das Verfahren dervorliegenden Erfindung kann weiterhin die folgenden Schritte umfassen:f) selektive Entfernung der Isolierungsschicht, um so Kontaktlöcher auszubilden,die in Verbindung mit dem galvanisch aktiven Materialbereich stehen;und g) Entfernung des galvanisch aktiven Materialbereichs durchdie Kontaktlöcher,um so den Luftspalt auszubilden. [0021] Bevorzugterweisekönnender Schritt d-2) und der Schritt f) gleichzeitig durch ein einzigesVerfahren unter Verwendung eines Fotoresist-Films durchgeführt werden,der galvanisch aktive Materialbereich kann aus einem Polysiliziummaterialhergestellt werden, der Schritt g) kann ein Ätzschritt des galvanisch aktivenMaterialbereichs unter Verwendung von XeF2 sein.Vorteilhafterweise kann im Schritt g) die Passivierungsschicht dieobere Elektrode schützen. [0022] Gemäß noch einemanderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die oben stehenden und andereGegenständedurch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einesFBAR-Vorrichtungspakets erreicht werden, umfassend die Schritte: a)Vorbereitung eines Substrats; b) Ausbildung einer Resonanzeinheit durchaufeinander folgendes Aufstapeln einer unteren Elektrode, einespiezoelektrischen Films und einer oberen Elektrode auf dem Substrat;c) Berechnung einer Dicke der Resonanzeinheit, die erforderlichist, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit undeiner gewünschtenZielresonanzfrequenz auszugleichen; d) Ausbildung einer Passivierungsschicht, imWesentlichen überallin einer oberen Oberfläche undperipheren Oberflächeder Resonanzeinheit, um die Resonanzeinheit zu schützen, sodass ein Teilbereich der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstensder oberen Elektrode, die berechnete Dicke aufweist; und e) Ausbildungeiner Deckstruktur, um so die Resonanzeinheit, ausgebildet mit derPassivierungsschicht, zu versiegeln. [0023] Beidem oben stehenden Paket-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegendenErfindung könnenverschiedene Arten von Deckstrukturen verwendet werden. Wenn dieCap-Struktur durch die Verwendung von Trockenfilmen ausgebildetwird, kann der Schritt e) die folgenden Schritte umfassen: e-1)Ausbildung einer Seitenwandstruktur, die die Resonanzeinheit umgibt,durch Verwenden eines ersten Trockenfilms; und e-2) Ausbildung einerDachstruktur auf der Seitenwandstruktur durch Anwenden eines zweitenTrockenfilms darauf. Bevorzugterweise kann das Verfahren der vorliegendenErfindung nach dem Schritt e-1) und vor dem Schritt e-2) weiterhinden folgenden Schritt umfassen: f) Entfernung des galvanisch aktivenMaterialbereichs fürdie Ausbildung des Luftspalts. [0024] Dieoben stehenden und andere Gegenstände, Merkmale und andere Vorteileder vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibungin Verbindung mit den beigefügten Zeichnungenklarer verständlich,wobei: [0025] 1a und 1b sindjeweils eine Seitenschnittdarstellung und ein Grundriss, die eineherkömmlicheFBAR-Vorrichtung darstellen; [0026] 2a und 2b sindjeweils eine Seitenschnittansicht und ein Grundriss, die eine FBAR-Vorrichtunggemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung darstellen; [0027] 3a bis 3h sindSeitenschnittansichten, die jeweils die aufeinander folgenden Schritte derHerstellung einer FBAR-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindungdarstellen; und [0028] 4a bis 4e sindSchnittansichten, die jeweils die aufeinander folgenden Schritteder Herstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets gemäß der vorliegendenErfindung darstellen. [0029] Nunwird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegendenZeichnungen beschrieben. [0030] Die 2a und 2b sindeine Seitenschnittansicht und ein Grundriss, die jeweils eine FBAR-Vorrichtunggemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung darstellen. [0031] UnterBezugnahme auf 2b zusammen mit 2a umfasstdie FBAR-Vorrichtungder vorliegenden Erfindung, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 20,ein Substrat 21, ausgebildet an einer oberen Oberfläche davonmit einer Resonanzeinheit. Die Resonanzeinheit umfasst eine untereElektrode 24, eine piezoelektrische Schicht 25 undeine obere Elektrode 26, die nacheinander auf dem Substrat 21 aufgestapeltwerden, so dass sie übereinem Luftspalt (A) angeordnet sind, der in dem Substrat 21 umgrenztist. Hauptsächlichkann das Substrat 21 ein Siliziumsubstrat sein, die oberenund unteren Elektroden 26 und 24 können ausMolybdän(Mo) hergestellt sein, und die piezoelektrische Schicht 25 kann ausAluminiumnitrid (AlN) hergestellt sein, aber sie sind nicht daraufbeschränkt. [0032] DieFBAR-Vorrichtung 20 gemäß der vorliegendenErfindung umfasst weiterhin eine Passivierungsschicht 29.Bevorzugterweise ist die Passivierungsschicht 29, wie inden 2a und 2b gezeigt,im Wesentlichen überallin einer oberen Oberflächeund peripheren Oberflächeder Resonanzeinheit ausgebildet, während bestimmte Teilbereiche deroberen und unteren Elektrode 26 und 24 zurückbleiben,in denen die Anschlussteile 26a und 24a ausgebildetwerden. [0033] DiePassivierungsschicht 29 ermöglicht eine leichte und wirksameEinstellung einer Resonanzfrequenz der FBAR-Vorrichtung 20.Das heißt,wie in 2a gezeigt, die Passivierungsschicht 29 wirdan der oberen Oberflächeder Resonanzeinheit ausgebildet, nämlich an einer oberen Oberfläche deroberen Elektrode 26 auf solch eine Weise, dass sie eine Dickeeines bestimmten Bereichs, entsprechend einem tatsächlichenResonanzbereich, erhöht.Solch eine Erhöhungder Dicke des tatsächlichenResonanzbereichs ermöglichteine leichte Einstellung der Resonanzfrequenz. Bei der vorliegendenErfindung kann deshalb die Resonanzfrequenz der FBAR-Vorrichtungauf eine solche Weise realisiert werden, dass nach Fertigstellungder Resonanzeinheit eine Resonanzfrequenz, die von der Resonanzeinheiterzeugt wird, gemessen wird, und dann wird die Passivierungsschichtmit einer Dicke ausgebildet, die geeignet ist, eine Differenz zwischender gemessen Resonanzfrequenz und einer gewünschten Zielfrequenz auszugleichen. [0034] DiePassivierungsschicht 29 ermöglicht weiter eine stabileAufrechterhaltung einer sich ergebenden, eingestellten Resonanzfrequenzangesichts einer Frequenzstabilisierung. Dies wird erreicht, dadie Passivierungsschicht 29 im Wesentlichen kein Risiko derVeränderungihrer Dicke oder einer Beschädigungaufgrund von Oxidation währendeines nachfolgenden Verfahrens trägt. Die Passivierungsschicht 29 dientweiterhin zum sicheren Schutz der Resonanzeinheit während derHerstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets in Begleitung eines Fotoresist-Verfahrens oder einesSchneideverfahrens. [0035] DiePassivierungsschicht 29 kann aus einem Oxid oder Nitridhergestellt sein, gebildet aus Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehendaus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al. Mehr zu bevorzugen ist es, wenn diePassivierungsschicht 29 aus einem Material hergestelltist, das ausgewähltist aus der Gruppe bestehend aus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx. Im Unterschied zu einem herkömmlichenThermooxidfilm kann die Passivierungsschicht 29 hinreichendauf eine gewünschteDicke heranwachsen, und sie weist ein einfaches Ausbildungsverfahren auf. [0036] Verschiedeneandere Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werdendurch Lesen einer nachfolgenden Beschreibung, die sich auf ein Herstellungsverfahrenfür eineFBAR-Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren für ein FBAR-Vorrichtungspaket gemäß der vorliegendenErfindung bezieht, verständlich.Gemäß der vorliegendenErfindung liefert insbesondere ein Ausbildungsverfahren der Passivierungsschicht 29 verschiedeneVorteile, da es sich nützlichmit einem Ausbildungsverfahren füreinen Luftspalt unter Verwendung eines galvanisch aktiven Materialbereichsund einem Paket-Herstellungsverfahren kombinieren lässt. [0037] Die 3a bis 3h sindSeitenschnittansichten, die jeweils die aufeinander folgenden Schritteder Herstellung einer FBAR-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindungdarstellen. [0038] Wiein 3a gezeigt, wird zunächst ein Siliziumsubstrat 31 derFBAR-Vorrichtungvorbereitet, so dass ein Hohlraum (C) an einer oberen Oberfläche davonausgebildet wird. Der Hohlraum (C) dient zur Ausbildung eines Luftspalts,der als Isolationsmittel zwischen dem Substrat 31 und Resonanzeinheit,die in einem nachfolgenden Verfahren ausgebildet wird, dient. [0039] Dannwird, wie in 3b gezeigt, der Hohlraum (C)des Siliziumsubstrats 31 mit einem galvanisch aktiven Materialgefüllt,wodurch ein galvanisch aktiver Materialbereich 33 ausgebildetwird. [0040] Dasgalvanisch aktive Material kann ein Polysiliziummaterial sein. Unterdessenwird, vor der Ausbildung des galvanisch aktiven Materialbereichs 33,eine erste Isolierungsschicht 32a überall in einer inneren Oberfläche desHohlraums (C), umgrenzt in dem Siliziumsubstrat 31, ausgebildet,um das Siliziumsubstrat 31 bei einem Ätzverfahren für die Ausbildungeines Luftspalts zu schützen. Ähnlich wirdnach der Ausbildung des galvanisch aktiven Materialbereichs 33 dasSiliziumsubstrat 31 an der oberen Oberfläche davonmit einer zweiten Isolierungsschicht 32b ausgebildet. Diezweite Isolierungsschicht 32b dient dazu, das Ätzen derunteren Elektrode zu verhindern, die mit dem Bezugszeichen 34 in 3c bezeichnetist. [0041] Bezugnehmend auf 3c werden auf einem Teil derIsolierungsschicht 32b, angeordnet über dem galvanisch aktivenMaterialbereich 33, nacheinander die untere Elektrode 34,ein piezoelektrischer Film 35 und eine obere Elektrode 36 aufgestapelt, wodurchsich eine Resonanzeinheit ergibt. Die oberen und unteren Elektroden 36 und 34 undder piezoelektrische Film 35 können durch die Wiederholung entsprechenderVerfahren zum Wachsenlassen des Films und Ätzverfahren ausgebildet werden.Als Ergebnis des geeigneten Ätzverfahrenswird ein Kontaktloch h1 ausgebildet, das den piezoelektrischen Film 35,wie in 3c gezeigt, vertikal durchdringt. Solchein Kontaktloch h1 dient zur Verwendung bei einem Ätzverfahrendes galvanisch aktiven Materialbereichs 33. [0042] NachFertigstellung der Ausbildung der Resonanzeinheit werden, wie in 3d gezeigt,Anschlussfelder 37 und 38 auf dem Siliziumsubstrat 31 soausgebildet, dass sie mit den oberen und unteren Elektroden 36 und 34 verbundenwerden. Die Anschlussfelder 37 und 38 können ausAu bestehen. In einem nachfolgenden Verfahren dienen die Anschlussfelder 37 und 38 alsAnschlussteile zur Verbindung mit einer externen Schaltung. DasAnschlussfeld 37, das aus Au besteht, dient insbesonderedazu, die obere Elektrode 36 mit einem bestimmten Bereichdes Siliziumsubstrats 31 zur Verbindung mit einer externenSchaltung zu verbinden. [0043] Inder Folge wird, wie in 3e gezeigt,eine Passivierungsschicht 39 ausgebildet, um alle oben aufgezählten Bestandteilezu überdecken,umfassend die oberen und unteren Elektroden 36 und 34, denpiezoelektrischen Film 35 und die Anschlussfelder 37 und 38.Die Passivierungsschicht 39 kann aus einem Oxid oder einemNitrid hergestellt sein, gebildet aus Elementen, ausgewählt ausder Gruppe bestehend aus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al. Es ist nochmehr zu bevorzugen, dass die Passivierungsschicht 39 auseinem Material hergestellt sein kann, das aus der Gruppe bestehendaus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx ausgewählt wurde.Die Passivierungsschicht 39 kann durch ein herkömmlichesVerfahren zum Wachsenlassen eines Films ausgebildet werden, wiez.B. Sprühen,Evaporation oder chemisches Aufdampfen (CVD). In diesem Fall dientein Teil der Passivierungsschicht 39, der auf der oberenElektrode 36 bereitgestellt wird, als Teil zur Verwendungbei der Einstellung einer Resonanzfrequenz und weist eine Dickeauf, die geeignet ist, um die vorher gemessene Resonanzfrequenzder Resonanzeinheit auf eine gewünschteZielfrequenz einzustellen. [0044] Alsnächsteswird, wie in 3f gezeigt, ein Fotoresistfilm 40 aufdie Passivierungsschicht 39 aufgebracht, und wird so gestaltet,dass Teilbereiche der Passivierungsschicht 39, angeordnetauf den Anschlussteilen zur Verbindung mit einer externen Schaltung,und ein Teil der zweiten Isolierungsschicht 32b, der mitdem Kontaktloch h1 in Verbindung steht, der Außenseite ausgesetzt werden. [0045] Dannwird, wie in 3g gezeigt, ein Ätzverfahrender Passivierungsschicht 39 unter Verwendung des gestaltetenFotoresistfilms 40 durchgeführt. Durch dieses Ätzverfahrenwerden Teilbereiche der Anschlussfelder 37 und 38,die mit der externen Schaltung verbunden werden sollen, der Außenseite ausgesetzt,und der Teil der zweiten Isolierungsschicht 32b wird selektiventfernt, wodurch ein Kontaktloch h2 hergestellt wird, das mit demgalvanisch aktiven Materialbereich 33 in Verbindung steht. [0046] Schließlich wird,wie in 3h gezeigt, der Fotoresistfilm 40 entfernt,und dann wird der galvanisch aktive Materialbereich 33 entfernt,wodurch sich ein Luftspalt (A) ergibt. Der galvanisch aktive Materialbereich 33 kannaus einem Polysiliziummaterial bestehen, und in diesem Fall kannder galvanisch aktive Materialbereich 33 unter Verwendung vonXeF2 entfernt werden. Die Verwendung vonXeF2 beeinflusst die Anschlussfelder 37 und 38,hergestellt aus Au, nicht, aber sie kann die oberen und unteren Elektroden 36 und 34 ausMolybdänals Ätzmittelbeeinflussen. Um solche nicht beabsichtigten Einflüsse auszuschließen kann,gemäß der vorliegendenErfindung, die Passivierungsschicht 39 als Schutzschicht für die obereElektrode 36 und dergleichen agieren. [0047] Obwohldie 3a bis 3h eineAusführungsformzeigen, worin ein Luftspalt (A) durch die Ausbildung des Hohlraums(C) ausgebildet wird, werden Fachleute es zu schätzen wissen, dass die vorliegendeErfindung in ähnlicherWeise auf ein anderes Ausführungsbeispielangewandt werden kann, worin ein Luftspalt durch Ausbildung einerseparaten Membranstruktur auf einem Substrat ausgebildet wird. Weiterhinist die vorliegende Erfindung auf eine bestimmte Art und Weise anwendbar,wonach ein Substrat durch ein Bragg-Reflexionsverfahren strukturiertwird, um dem Substrat zu ermöglichen,als Isolierungsmittel zwischen dem Substrat und einer Resonanzeinheit,die darauf ausgebildet werden soll, zu dienen. [0048] Die 4a bis 4e sindSeitenschnittansichten, die die aufeinander folgenden Schritte der Herstellungeines FBAR-Vorrichtungspakets gemäß der vorliegenden Erfindungdarstellen. Das Herstellungsverfahren für das FBAR-Vorrichtungspaketder vorliegenden Erfindung umfasst grundsätzlich das oben beschriebeneHerstellungsverfahren füreine FBAR-Vorrichtung. Das heißt,die 4a bis 4e sindSeitenschnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einerCap-Struktur zur Verwendung bei der Ausbildung eines Pakets in einemZustand, bei dem die FBAR-Vorrichtung vorher hergestellt wurde, darstellen.Die in der vorliegenden Ausführungsform verwendeteDeckstruktur ist eine Deckstruktur unter Verwendung eines Trockenfilms,aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. [0049] UnterBezugnahme auf 4a zeigt diese zunächst dengleichen Zustand wie 3g, mit der Ausnahme, dass derFotoresistfilm 40 von der FBAR-Vorrichtung entfernt ist.Das heißt,ein Siliziumsubstrat 41 der FBAR-Vorrichtung wird mit einem Hohlraumausgebildet, und innerhalb des Hohlraums werden eine erste Isolierungsschicht 42a zumSchutz des Substrats 41 und ein galvanisch aktiver Materialbereich 43 ausgebildet.Dann werden, nachdem eine zweite Isolierungsschicht 42b für den Schutzeiner unteren Elektrode 44 an einer oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 41 ausgebildetwurde, die untere Elektrode 44, ein piezoelektri scher Film 45 undeine obere Elektrode 46 nacheinander auf dem Siliziumsubstrat 41 über demgalvanisch aktiven Materialbereich 43 aufgestapelt, wodurchsie eine Resonanzeinheit ausbilden. In der Folge wird ein Paar Anschlussfelder 48 und 47 ausgebildet,so dass sie jeweils mit den oberen und unteren Elektroden 46 und 44 verbundenwerden, und eine Passivierungsschicht 49 wird ausgebildet,so dass sie alle teilbildenden Bestandteile wie oben angegeben überdeckt.Danach werden durch ein Fotoresistverfahren, wie in den 3f und 3g gezeigt,bestimmte Teilbereiche der Passivierungsschicht 49 selektivgeätzt,so dass Teilbereiche der Anschlussfelder 47 und 48 zurVerbindung mit einer externen Schaltung und ein Teil des galvanischaktiven Materialbereichs 43 der Außenseite ausgesetzt werden.Schließlichkann, wenn der Fotoresist entfernt wird, die FBAR-Vorrichtung, diein 4a gezeigt ist, fertiggestellt werden. [0050] Ineinem Zustand, in dem die FBAR-Vorrichtung wie oben angegeben vorbereitetist, wird, unter Bezugnahme auf 4b, eineSeitenwandstruktur 51 durch die Verwendung eines Trockenfilmsausgebildet, so dass sie die Resonanzeinheit umgibt. Dieses Verfahrenwird auf eine solche Weise durchgeführt, dass, nachdem der Trockenfilm überall ineiner oberen Oberflächeder FBAR-Vorrichtung aufgebracht ist, er selektiv entfernt wird.Beim vorliegenden Ausführungsbeispielwird, währendder Ausbildung der Seitenwandstruktur 51, der galvanischaktive Materialbereich 43 nicht entfernt. Er stellt eineerhöhte Strukturstabilität der FBAR-Vorrichtung im Vergleich zueinem Fall der vorhergehenden Ausbildung eines Luftspalts sicher,auch wenn der Trockenfilm überall inder oberen Oberflächeder FBAR-Vorrichtung für dieAusbildung der Seitenwandstruktur 51 ausgebildet wird.Unterdessen dient, wenn der Trockenfilm selektiv entfernt wird,um die Seitenwandstruktur 51 fertig zu stellen, die Passivierungsschicht 49 als Schutzder Resonanzeinheit, umfassend die obere Elektrode 46. [0051] NachAusbildung der Seitenwandstruktur 51 wird, wie in 4c gezeigt,die galvanisch aktive Materialschicht 43 entfernt, wodurchsich ein Luftspalt (A) ergibt. Währenddieses Ätzverfahrenskann, obwohl der Fotoresistfilm 40 (unter Bezugnahme auf 3g)für dieAusbildung der Seitenwandstruktur 51 vorher entfernt werdenmuss, die obere Elektrode 46 durch die Passivierungsschicht 49 angemessen geschützt werden. [0052] Inder Folge wird, wie in der 4d gezeigt, einanderer Trockenfilm auf die Seitenwandstruktur 51 aufgebracht,um so eine Dachstruktur 52 auszubilden. Auf diese Weisekann ein FBAR-Vorrichtungspaket 60 unter Verwendung vonTrockenfilmen fertiggestellt werden. Das FBAR-Vorrichtungspaket 60 ist ineinem Drahtkontaktierungsverfahren mit einer äußeren Schaltung durch die Verwendungder Anschlussfelder 47 und 48 verbindbar, dieaus einer sich ergebenden Cap-Struktur 50 herausragen,wie in 4e gezeigt. Obwohl die vorliegendeAusführungsformeine Drahtkontaktierungsstruktur darstellt, ist die vorliegendeErfindung nicht darauf beschränkt, unddie Drahtkontaktierungsstruktur kann durch eine Flip-Chip-Anschlussstrukturersetzt werden. [0053] Beidem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann,obwohl ein Beispiel der Ausbildung der Deckstruktur unter Verwendungvon Trockenfilmen erklärt wird,das FBAR-Vorrichtungspaket der vorliegenden Erfindung ein Wafer-Level-Paketunter Verwendung eines Deckwafers darstellen, hergestellt aus einem Material ähnlich demeines Vorrichtungswafers. [0054] Wieaus der oben stehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt dievorliegende Erfindung eine FBAR-Vorrichtung bereit, die dazu ausgebildetist, dass eine Passivierungsschicht ausgebildet wird, um eine Resonanzeinheit,umfassend eine obere und untere Elektrode und eine piezoelektrischeSchicht, vollständigzu überdecken,wodurch sie eine angemessen einfache Einstellung einer Resonanzfrequenzder Resonanzeinheit und den Schutz der Resonanzeinheit gegenüber unbeabsichtigtenEinflüssennachfolgender Verfahren ermöglicht. [0055] Weiterhinkann, gemäß der vorliegendenErfindung, durch die Ausbildung der Passivierungsschicht während einesVerfahrens der Ausbildung eines Luftspalts und eines Verfahrensder Ausbildung einer Deckstruktur, beinhaltet in einem Chip-Scale-Packaging odereinem Wafer-Level-Packaging, die Resonanzeinheit der FBAR-Vorrichtungsicher geschütztwerden, wodurch sich eine stabile Aufrechter haltung der geeigneteingestellten Resonanzfrequenz davon ergibt, und weiterhin einebeträchtlicheErhöhungder Zuverlässigkeitder FBAR-Vorrichtung. [0056] Obwohldie bevorzugten Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung fürdarstellende Zwecke dargestellt wurden, werden Fachleute es zu schätzen wissen,dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind,ohne den Bereich und den Geist der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargestellt,zu verlassen.
权利要求:
Claims (29) [1] Film-Bulk-Schallwellenresonator(FBAR)-Vorrichtung(20), umfassend: – einSubstrat (21, 31, 41); – eine Resonanzeinheit,umfassend eine untere Elektrode (24, 34, 44),einen piezoelektrischen Film (25, 35, 45)und eine obere Elektrode (26, 36, 46),die nacheinander auf dem Substrat (21, 31, 41)aufgestapelt werden; und – einePassivierungsschicht (29, 39, 49), ausgebildet imWesentlichen überallin einer oberen Oberfläche undeiner peripheren Oberflächeder Resonanzeinheit, um die Resonanzeinheit zu schützen, worinein Teilbereich der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstensder oberen Elektrode (26, 36, 46), eine Dickeaufweist, die nötigist, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit undeiner gewünschtenZielresonanzfrequenz auszugleichen. [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Passivierungsschicht(29, 39, 49) aus einem Oxid oder Nitridhergestellt ist, gebildet aus Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehendaus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al. [3] Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die Passivierungsschicht(29, 39, 49) aus einem Material hergestelltist, das aus der Gruppe bestehend aus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx ausgewähltist. [4] Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Passivierungsschicht(29, 39, 49) durch Sprühen, Evaporationoder chemisches Aufdampfen (CVD) ausgebildet wird. [5] Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Anschlussfelder(37, 38, 47, 48), ausgebildetauf dem Substrat (21, 31, 41), so dasssie jeweils mit den oberen und unteren Elektroden (26, 36, 46, 24, 34, 44) verbundensind. [6] Vorrichtung nach Anspruch 5, worin die Anschlussfelder(37, 38, 47, 48) aus Au oderAl bestehen. [7] Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Substrat (21, 31, 41)einen Luftspalt (A) aufweist, ausgebildet in einem Bereich, aufdem die Resonanzeinheit ausgebildet wird. [8] Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Substrat (21, 31, 41)eine reflektierende Filmstruktur aufweist, erhalten durch Bragg-Reflektion. [9] Verfahren zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung,umfassend die Schritte: a) Vorbereitung eines Substrats; b)Ausbildung einer Resonanzeinheit durch aufeinander folgendes Aufstapelneiner unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Films und eineroberen Elektrode auf dem Substrat; c) Berechnung einer Dickeder Resonanzeinheit, die erforderlich ist, um eine Differenz zwischeneiner Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und einer erwünschtenZielresonanzfrequenz auszugleichen; und d) Ausbildung einerPassivierungsschicht im Wesentlichen überall in einer oberen Oberfläche undeiner peripheren Oberflächeder Resonanzeinheit zum Schutz der Resonanzeinheit, so dass einTeilbereich der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstensder oberen Elektrode, die berechnete Dicke aufweist. [10] Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Passivierungsschichtaus einem Oxid oder Nitrid hergestellt ist, gebildet aus Elementenausgewähltaus der Gruppe bestehend aus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al. [11] Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Passivierungsschichtaus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe bestehendaus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx ausgewählt ist. [12] Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt d)durch Sprühen,Evaporation oder chemisches Aufdampfen durchgeführt wird. [13] Verfahren nach Anspruch 9, das vor dem Schritt d)weiterhin den folgenden Schritt umfasst: e) Ausbildung vonAnschlussfeldern auf dem Substrat, so dass sie jeweils mit den oberenund unteren Elektroden verbunden sind. [14] Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Anschlussfelderaus Au und/oder Al bestehen. [15] Verfahren nach Anspruch 13, worin der Schritt d)die folgenden Schritte umfasst: d-1) Ausbildung der Passivierungsschichtauf dem Substrat überder Resonanzeinheit, so dass der Teilbereich der Passivierungsschicht,der auf wenigstens der oberen Elektrode angeordnet ist, die berechnete Dickeaufweist; und d-2) selektive Entfernung der Passivierungsschicht, sodass Teilbereiche der Anschlussfelder zur Verbindung mit einer äußeren Schaltungder Außenseite ausgesetztsind. [16] Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt a)die folgenden Schritte umfasst: a-1) Ausbildung eines galvanischaktiven Materialbereichs an dem Substrat, wobei der galvanisch aktive Materialbereichzur Verwendung bei der Ausbildung eines Luftspalts dient; und a-2)Ausbildung einer Isolierungsschicht auf dem galvanisch aktiven Materialbereich, weiterhinumfassend die Schritte: f) selektive Entfernung der Isolierungsschicht,um so ein Kontaktloch, das mit dem galvanisch aktiven Materialbereichin Verbindung steht, auszubilden; und g) Entfernung des galvanischaktiven Materialbereichs durch das Kontaktloch, um so den Luftspalt auszubilden. [17] Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt d-2)und der Schritt f) gleichzeitig durch ein einziges Verfahren unterVerwendung eines Fotoresistfilms durchgeführt werden. [18] Verfahren nach Anspruch 16, wobei: der galvanischaktive Materialbereich ist aus einem Polysiliziummaterial hergestellt; – der Schrittg) ist ein Ätzschrittdes galvanisch aktiven Materialbereichs unter Verwendung von XeF2; und – im Schritt g) schützt diePassivierungsschicht die obere Elektrode. [19] Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt a)das Substrat mit einer reflektierenden Filmstruktur, erhalten durchBragg-Reflexion, bereitstellt. [20] Verfahren zur Herstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets,umfassend die Schritte: a) Vorbereitung eines Substrats; b)Ausbildung einer Resonanzeinheit durch aufeinander folgendes Aufstapelneiner unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Films und eineroberen Elektrode auf dem Substrat; c) Berechnung einer Dickeder Resonanzeinheit, die benötigtwird, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheitund einer erwünschtenZielresonanzfrequenz auszugleichen; d) Ausbildung einer Passivierungsschichtim Wesentlichen überallin einer oberen Oberflächeund peripheren Oberflächeder Resonanzeinheit zum Schutz der Resonanzeinheit, so dass einTeilbereich der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstens deroberen Elektrode, die berechnete Dicke aufweist; und e) Ausbildungeiner Cap-Struktur, um so die Resonanzeinheit, ausgebildet mit derPassivierungsschicht, zu versiegeln. [21] Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt e)die folgende Schritte umfasst: e-1) Ausbildung einer Seitenwandstruktur,die die Resonanzeinheit umgibt, durch Aufbringen eines ersten Trockenfilms;und e-2) Ausbildung einer Dachstruktur auf der Seitenwandstrukturdurch Aufbringen eines zweiten Trockenfilms darauf. [22] Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt a)den Schritt a-1) umfasst, Ausbildung eines galvanisch aktiven Materialbereichsan dem Substrat fürdie Ausbildung eines Luftspalts, weiterhin umfassend den folgendenSchritt: f) Entfernung des galvanisch aktiven Materialbereichsfür dieAusbildung des Luftspalts, nach dem Schritt e-1) und vor dem Schritte-2). [23] Verfahren nach Anspruch 20, das weiterhin den folgendenSchritt umfasst: g) Ausbildung von Anschlussfeldern auf demSubstrat, so dass sie jeweils mit den oberen und unteren Elektrodenverbunden sind, vor dem Schritt d). [24] Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Anschlussfelderaus Au bestehen. [25] Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt d)die folgenden Schritte umfasst: d-1) Ausbildung der Passivierungsschichtauf dem Substrat überder Resonanzeinheit, so dass der Teilbereich, ausgebildet auf wenigstensder oberen Elektrode, die berechnete Dicke aufweist; und d-2)selektive Entfernung der Passivierungsschicht, so dass Teilbereicheder Anschlussfelder zur Verbindung mit einer externen Schaltungder Außenseite ausgesetztwerden. [26] Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Schritt a)die folgenden Schritte umfasst: a-1) Ausbildung eines galvanischaktiven Materialbereichs an dem Substrat für die Ausbildung eines Luftspalts,und a-2) Ausbildung einer Isolierungsschicht auf dem galvanischaktiven Materialbereich, weiterhin umfassend: h) selektiveEntfernung der Isolierungsschicht, um so ein Kontaktloch auszubilden,das in Verbindung mit dem galvanisch aktiven Materialbereich steht;und i) Entfernung des galvanisch aktiven Materialbereichs durchdas Kontaktloch, um so den Luftspalt auszubilden. [27] Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Schritt d-2)und der Schritt h) gleichzeitig durch ein einziges Verfahren unterVerwendung eines Fotoresistfilms durchgeführt werden. [28] Verfahren nach Anspruch 26, worin: der galvanischaktive Materialbereich ist aus einem Polysiliziummaterial hergestellt; derSchritt i) ist ein Ätzschrittder galvanisch aktiven Schicht unter Verwendung von XeF2;und im Schritt i) schütztdie Passivierungsschicht die obere Elektrode. [29] Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt a)das Substrat mit einer reflektierenden Filmstruktur, erhalten durchBragg-Reflexion, bereitstellt.
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同族专利:
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