DE102010032365B4 - Solid-wave bulk acoustic wave resonator with stable dispersion and method of manufacture - Google Patents

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Abstract

Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator (R), umfassend – eine Trimmschicht mit SiO2, SiN oder Ti – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit Ti, – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit AlCu, – eine darunter angeordnete Piezoschicht mit AlN, – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit W, – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit AlCu, – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit Ti, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit SiO2, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit W, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit Ti, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit SiO2, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit W, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit Ti, – eine darunter angeordnete Isolationsschicht mit SiO2, wobei die Dispersionskurve für k > 0 streng monoton steigend ist und – die Dicke der Piezoschicht 1700 nm beträgt und der Resonator zum Arbeiten bei Frequenzen...Resonator (R) working with bulk acoustic waves, comprising - a trimming layer with SiO2, SiN or Ti - an electrode layer with Ti arranged below, - an electrode layer with AlCu arranged below, - a piezo layer with AlN arranged below, - an electrode layer with W arranged below - an electrode layer with AlCu arranged below it, - an electrode layer with Ti arranged below, - a mirror layer with SiO2 arranged below, - a mirror layer arranged below with W, - a mirror layer arranged below with Ti, - a mirror layer arranged below with SiO2, - a mirror layer with W arranged below, - a mirror layer with Ti arranged below, - an insulation layer with SiO2 arranged below, the dispersion curve for k> 0 rising strictly monotonically and - the thickness of the piezo layer being 1700 nm and the resonator for working at frequencies ...

Description

Die Erfindung betrifft mit akustischen Volumenwellen arbeitende Resonatoren mit stabiler Dispersion sowie Verfahren zur Herstellung.The invention relates to solid-state acoustic wave resonators with stable dispersion and to methods of production.

BAW-Resonatoren (BAW = Sulk Acoustic Wave = akustische Volumenwelle) umfassen i. A. eine piezoelektrische Schicht, die zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Wird eine elektrische Spannung an die Elektroden angelegt, so reagiert die Piezoschicht aufgrund des piezoelektrischen Effekts mit einer mechanischen Verformung. Werden die Elektroden mit einem Hochfrequenzsignal beaufschlagt, dessen Periodendauer einem ganzzahligen Vielfachen der Laufzeit einer in der piezoelektrischen Schicht propagierenden Volumenschwingung entspricht, so werden Schwingungsmoden des Resonators angeregt. BAW-Resonatoren können z. B. zu Bandpassfiltern oder Bandsperrfiltern verschaltet werden.BAW resonators (BAW = Sulk Acoustic Wave) comprise i. A. a piezoelectric layer which is arranged between two electrodes. When an electrical voltage is applied to the electrodes, the piezoelectric layer reacts with mechanical deformation due to the piezoelectric effect. If the electrodes are subjected to a high-frequency signal whose period corresponds to an integer multiple of the propagation time of a volume oscillation propagating in the piezoelectric layer, oscillation modes of the resonator are excited. BAW resonators can z. B. to bandpass filters or band rejection filters are interconnected.

Aus der DE 10 2005 061 344 A1 beispielsweise sind BAW-Resonatoren mit einem Resonatorbereich, einem ersten Teilspiegel und einem zweiten Teilspiegel bekannt.From the DE 10 2005 061 344 A1 For example, BAW resonators with a resonator region, a first partial mirror and a second partial mirror are known.

Die Qualität konventioneller BAW-Resonatoren zeigt eine große Schwankungsbreite. Das kann dazu führen, dass alle Resonatoren einer Charge bezüglich ihres Resonanzverhaltens vermessen werden müssen. Alle Resonatoren, die die geforderten Spezifikationen nicht einhalten, müssen aussortiert werden. Eine große Schwankungsbreite ist i. A. gleichbedeutend mit einem großen Prozentsatz an Ausschuss, also an auszusortierenden Resonatoren.The quality of conventional BAW resonators shows a wide fluctuation range. This can lead to all resonators of a batch having to be measured with regard to their resonance behavior. All resonators that do not meet the required specifications must be sorted out. A large fluctuation range is i. A. synonymous with a large percentage of rejects, ie to be sorted out resonators.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, BAW-Resonatoren mit einer verringerten Ausschusswahrscheinlichkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Resonatoren anzugeben.It is an object of the present invention to provide BAW resonators with a reduced reject probability as well as a method for producing such resonators.

Diese Aufgabe wird zum einen durch einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie zum anderen durch ein Verfahren zur Herstellung eines mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonators gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst. Abhängige Ansprüche geben Ausgestaltungen der Erfindung an.This object is achieved, on the one hand, by a resonator operating with bulk acoustic waves in accordance with independent claim 1 and, on the other hand, by a method for producing a resonator operating with bulk acoustic waves in accordance with the independent method claim. Dependent claims indicate embodiments of the invention.

Es wird ein mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator angegeben, der eine untere Schicht, eine Piezoschicht und eine obere Schicht umfasst. Dabei ist die Dispersionskurve für k > 0 streng monoton steigend.There is provided a bulk acoustic wave resonator comprising a lower layer, a piezo layer and an upper layer. The dispersion curve for k> 0 is strictly monotonically increasing.

Es wurde herausgefunden, dass die Güte eines BAW-Resonators stark vom Dispersionsverhalten des Lagenstapels des Resonators abhängt.It has been found that the quality of a BAW resonator strongly depends on the dispersion behavior of the stack of layers of the resonator.

Dispersionskurven beschreiben die Relation zwischen der Kreisfrequenz oder der Frequenz von Volumenwellen einerseits und dem Wellenvektor oder der Wellenzahl der Volumenwellen andererseits. Verschiedene Zweige im Frequenz-Wellenvektor-Diagramm geben dabei unterschiedliche Schwingungsmoden des Resonators an. Besonders bedeutend ist dabei die Hauptschwingungsmode des Resonators, wobei die Dicke der Piezoschicht im Wesentlichen der halben Wellenlänge λ/2 der akustischen Volumenwelle entspricht.Dispersion curves describe the relation between the angular frequency or the frequency of bulk waves on the one hand and the wave vector or the wavenumber of the bulk waves on the other hand. Different branches in the frequency wave vector diagram indicate different oscillation modes of the resonator. Particularly important is the main mode of vibration of the resonator, wherein the thickness of the piezoelectric layer substantially corresponds to half the wavelength λ / 2 of the acoustic volume wave.

Man spricht von ”normaler” Dispersion, wenn die Dispersionskurve f(k) streng monoton steigend ist. Man spricht von ”anormaler” Dispersion, wenn die Dispersionskurve f(k) eine negative Steigung aufweist. Man spricht von einer ”gemischten” Dispersion, wenn die Dispersionskurve f(k) sowohl streng monoton fallende als auch streng monoton steigende Abschnitte aufweist, wenn die Dispersionskurve also einen ”Durchhänger” aufweist.One speaks of "normal" dispersion when the dispersion curve f (k) is strictly monotonically increasing. One speaks of "abnormal" dispersion when the dispersion curve f (k) has a negative slope. This is called a "mixed" dispersion if the dispersion curve f (k) has both strictly monotonically decreasing and strictly monotonically increasing sections, ie if the dispersion curve has a "sag".

Es wurde herausgefunden, dass insbesondere dann qualitativ hochwertige BAW-Resonatoren erhalten werden, wenn die Steigung der Dispersionskurve bei k = 0 im Wesentlichen verschwindet.It has been found that, in particular, high-quality BAW resonators are obtained when the slope of the dispersion curve at k = 0 substantially disappears.

Dem Punkt k = 0 kommt insofern eine besondere Bedeutung im Frequenz-Wellenvektor-Diagramm zu, als er stehende Wellen beschreibt.The point k = 0 has a special meaning in the frequency wave vector diagram in that it describes standing waves.

Eine waagerechte Tangente bei k = 0 stellt dabei genau den Grenzfall zwischen normaler und anormaler Dispersion dar, da die Dispersionskurve i. A. einen differenzierbaren Verlauf aufweist.A horizontal tangent at k = 0 represents exactly the limiting case between normal and abnormal dispersion, since the dispersion curve i. A. has a differentiable course.

Zusätzlich wurde herausgefunden, dass Schichtdickenschwankungen mindestens einer Schicht eines Resonators das Dispersionsverhalten des Resonators verändern können. Eine veränderte Schichtdicke eines BAW-Resonators kann also ein Kippen von normaler Dispersion zu anormaler Dispersion oder das Auftreten eines Mischmodus der Dispersion verursachen.In addition, it has been found that layer thickness variations of at least one layer of a resonator can change the dispersion behavior of the resonator. A changed layer thickness of a BAW resonator can therefore cause a tilting from normal dispersion to anomalous dispersion or the occurrence of a mixing mode of the dispersion.

Schichtdickenschwankungen sind bei der Herstellung von BAW-Resonatoren i. A. nie vollständig auszuschließen. Weil nun Resonatoren mit optimalen akustischen Eigenschaften erhalten werden sollen, liegt es zunächst auf der Hand, eine verschwindende Steigung der Dispersionskurve bei k = 0 einzustellen.Layer thickness variations are in the production of BAW resonators i. A. never completely exclude. Since resonators with optimum acoustic properties are now to be obtained, it is initially obvious to set a vanishing slope of the dispersion curve at k = 0.

Es wurde aber zusätzlich erkannt, dass BAW-Resonatoren, die bei k = 0 eine verschwindende Steigung der Dispersionskurve aufweisen, besonders anfällig gegenüber Dickenschwankungen einzelner Schichten des Resonators sind, denn eine solche Dickenschwankung kann leicht ein Kippen von normaler Dispersion zu anormaler Dispersion bewirken. Eine kleine Schwankung der Dicke einer Schicht eines Resonators hätte dann eine drastische Verschlechterung der akustischen Eigenschaften des Resonators zur Folge.However, it has additionally been recognized that BAW resonators, which have a vanishing slope of the dispersion curve at k = 0, are particularly susceptible to thickness variations of individual layers of the resonator, since such a thickness variation can easily cause a tilt from normal dispersion to abnormal dispersion. A small variation in the thickness of a layer of a resonator would then result in a drastic deterioration of the acoustic properties of the resonator.

Es wurde ferner erkannt, dass BAW-Resonatoren, welche deutlich weniger empfindlich auf Dickenschwankungen reagieren, erhalten werden können, wenn die Dispersionskurve für k > 0 streng monoton steigend ist. Träte bei der Herstellung eines solchen BAW-Resonators eine Schwankung der Dicke einer Teilschicht des Resonators auf, so wäre die Wahrscheinlichkeit, dass der Resonator keine normale Dispersion aufweist, minimiert. Es wird also ein Resonator angegeben, welcher weniger empfindlich auf z. B. herstellungsbedingte Schwankungen der Schichtdicken reagiert. Es wird insbesondere ein fertigungsrobuster BAW-Resonator erhalten.It has further been recognized that BAW resonators, which are much less sensitive to thickness variations, can be obtained if the dispersion curve for k> 0 is strictly monotonic increasing. If a variation in the thickness of a sublayer of the resonator occurred in the production of such a BAW resonator, the probability that the resonator would not have normal dispersion would be minimized. It is therefore specified a resonator, which is less sensitive to z. B. production-related fluctuations in the layer thicknesses. In particular, a production-robust BAW resonator is obtained.

In einer Ausführungsform ist die Steigung der Dispersionskurve bei k = 0 positiv. Bei der Entwicklung eines entsprechenden Lagenschichtstapels für den Resonator wird also von vornherein darauf verzichtet, einen bezüglich der akustischen Qualität optimal angepassten Resonator zu erhalten. Es stellt sich jedoch heraus, dass trotzdem ein Resonator erhalten werden kann, welcher erforderliche Spezifikationen einhält. Insgesamt können also Resonatoren erhalten werden, welche Spezifikationen einhalten und welche mit einer geringeren Ausschussquote herzustellen sind.In one embodiment, the slope of the dispersion curve is positive at k = 0. In the development of a corresponding layer layer stack for the resonator, therefore, it is dispensed with from the outset to obtain a resonator optimally matched with respect to the acoustic quality. However, it turns out that nevertheless a resonator can be obtained which complies with required specifications. Overall, therefore, resonators can be obtained which meet specifications and which are to be produced with a lower reject rate.

Der BAW-Resonator umfasst

  • – eine Trimmschicht mit SiO2, SiN oder Ti,
  • – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit Ti,
  • – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit AlCu,
  • – eine darunter angeordnete Piezoschicht mit AlN,
  • – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit W,
  • – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit AlCu,
  • – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit Ti,
  • – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit SiO2,
  • – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit W,
  • – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit Ti,
  • – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit SiO2,
  • – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit W,
  • – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit Ti und
  • – eine darunter angeordnete Isolationsschicht mit SiO2.
The BAW resonator comprises
  • A trim layer with SiO 2 , SiN or Ti,
  • A subjacent electrode layer with Ti,
  • A subjacent electrode layer with AlCu,
  • A piezo layer arranged thereunder with AlN,
  • A subjacent electrode layer with W,
  • A subjacent electrode layer with AlCu,
  • A subjacent electrode layer with Ti,
  • A mirror layer arranged thereunder with SiO 2 ,
  • An underlying mirror layer with W,
  • An underlying mirror layer with Ti,
  • A mirror layer arranged thereunder with SiO 2 ,
  • An underlying mirror layer with W,
  • - An underlying mirror layer with Ti and
  • - An insulating layer disposed thereunder with SiO 2 .

Dabei beträgt die Dicke der Piezoschicht ca. 1700 nm. Der Resonator ist dann zum Arbeiten bei Frequenzen zwischen 1850–1910 MHz oder zwischen 1930 MHz und 1990 MHz ausgelegt.The thickness of the piezoelectric layer is approximately 1700 nm. The resonator is then designed to work at frequencies between 1850-1910 MHz or between 1930 MHz and 1990 MHz.

Es kann zwischen der Elektrodenschicht mit W und der darunter angeordneten Elektrodenschicht mit AlCu eine weitere Elektrodenschicht mit Ti angeordnet sein.It can be arranged between the electrode layer with W and the electrode layer disposed thereunder with AlCu another Ti electrode layer.

Typischerweise hätte ein konventioneller BAW-Resonator, der zum Arbeiten bei Frequenzen zwischen 1850–1910 MHz oder zwischen 1930 MHz und 1990 MHz ausgelegt ist, eine Piezoschicht der Dicke 1500 nm. Die Zunahme um 200 nm stabilisiert in diesem Fall die Dispersion gegenüber Dickenschwankungen.Typically, a conventional BAW resonator designed to operate at frequencies between 1850-1910 MHz or between 1930 MHz and 1990 MHz would have a piezo layer of 1500 nm thickness. The 200 nm increase in this case stabilizes the dispersion against thickness variations.

Die Siliziumdioxid (SiO2) umfassende Isolationsschicht kann dabei auf einem Trägersubstrat angeordnet sein. Die Titan (Ti), Wolfram (W) oder Siliziumdioxid (SiO2) umfassenden Spiegelschichten sind dazu vorgesehen, in der Piezoschicht propagierende akustische Volumenwellen zu reflektieren, sodass ein Energieverlust durch in ein Substrat abstrahlende akustische Wellen minimiert ist. Die Spiegelschichten umfassen insbesondere Schichten mit abwechselnd hoher und niedriger akustischer Impedanz.The silicon dioxide (SiO 2 ) comprehensive insulation layer can be arranged on a carrier substrate. The titanium (Ti), tungsten (W) or silicon dioxide (SiO 2 ) mirror layers are intended to reflect bulk acoustic waves propagating in the piezoelectric layer so that energy loss due to acoustic waves radiating into a substrate is minimized. In particular, the mirror layers comprise layers with alternating high and low acoustic impedance.

Die untere Elektrode umfasst dabei eine Wolfram umfassende Elektrodenschicht, gegebenenfalls eine Titan umfassende Elektrodenschicht und eine eine Aluminium-Kupfer-Legierung umfassende Elektrodenschicht. Schichtkombinationen aus Wolfram und Titan oder Wolfram und Siliziumdioxid Elektrodenschichten weisen einen großen Sprung der akustischen Impedanz auf und können in der Piezoschicht propagierende akustische Volumenwellen gut reflektieren.The lower electrode comprises an electrode layer comprising tungsten, optionally an electrode layer comprising titanium, and an electrode layer comprising an aluminum-copper alloy. Layer combinations of tungsten and titanium or tungsten and silicon dioxide Electrode layers exhibit a large jump in the acoustic impedance and can well reflect bulk acoustic waves propagating in the piezo layer.

Die Piezoschicht umfasst Aluminiumnitrid (AlN) als piezoelektrisches Material. Die obere Elektrode umfasst eine eine Aluminium-Kupfer-Legierung umfassende Schicht sowie eine Titan umfassende Elektrodenschicht. Oberhalb der Titan umfassenden Elektrodenschicht ist eine Trimmschicht angeordnet, welche Siliziumdioxid, Siliziumnitrit oder Titan umfassen kann. Die Trimmschicht ist dabei dazu vorgesehen, die Frequenz des BAW-Resonators einzustellen; dazu ist die Dicke der Trimmschicht auf die Arbeitsfrequenz abgestimmt. Mit der Trimmschicht können fertigungsbedingte Schwankungen der Resonanzfrequenz des Resonators korrigiert werden. Es ist aber auch möglich, dass die Resonanzfrequenz eines für ein Rx-Band ausgelegten BAW-Resonators mittels der Trimmschicht auf die Frequenzen des dazugehörigen Tx-Bands verschoben wird.The piezoelectric layer comprises aluminum nitride (AlN) as a piezoelectric material. The upper electrode comprises a layer comprising an aluminum-copper alloy and an electrode layer comprising titanium. Above the titanium-comprising electrode layer is disposed a trim layer, which may comprise silicon dioxide, silicon nitrite or titanium. The trim layer is intended to adjust the frequency of the BAW resonator; For this purpose, the thickness of the trim layer is matched to the working frequency. With the trim layer production-related fluctuations of the resonant frequency of the resonator can be corrected. However, it is also possible that the resonance frequency of a BAW resonator designed for an Rx band is shifted by means of the trimming layer to the frequencies of the associated Tx band.

In einer Ausführungsform umfasst der Resonator einen oberhalb der Piezoschicht angeordneten Rahmen, der in einer Ausführung den durch die Überlappung von erster (unterer) und zweiter (oberer) Elektrode definierten aktiven Bereich des Resonators begrenzt. Der Rahmen dient zur Stabilisierung einer eindimensionalen Schwingungsmode.In one embodiment, the resonator comprises one above the piezoelectric layer arranged frame which limits in one embodiment the active region of the resonator defined by the overlap of the first (lower) and second (upper) electrode. The frame serves to stabilize a one-dimensional vibration mode.

Ein idealisierter BAW-Resonator umfasst einen Schichtenstapel aus Schichten, welche in horizontaler Richtung unendlich weit ausgedehnt sind. Ein idealisierter Resonator hat also keine lateralen Randbereiche. In einem solchen Resonator sind nur Schwingungen ausbreitungsfähig, deren Wellenvektor orthogonal auf den Resonatorschichten steht.An idealized BAW resonator comprises a layer stack of layers which are infinitely extended in the horizontal direction. An idealized resonator thus has no lateral edge areas. In such a resonator only oscillations are propagatable whose wave vector is orthogonal to the resonator layers.

Reale Resonatoren umfassen Randbereiche. In Folge von durch Randbereiche bewirkten Effekten können – i. A. störende – Schwingungen oder Wellen entstehen, welche Wellenvektoren besitzen, die nicht parallel zu den normalen Vektoren der Schichten verlaufen. Man spricht von ”2D-Effekten”.Real resonators include edge areas. As a result of edge effects, i. A. Disturbing - Vibrations or waves arise which have wave vectors that are not parallel to the normal vectors of the layers. One speaks of "2D-effects".

Ein oberhalb der Piezoschicht angeordneter Rahmen kann zur Stabilisierung einer eindimensionalen Schwingungsmode dienen. Ein solcher Rahmen kann dazu beitragen, ”schräg” verlaufende Schwingungsmoden zu unterdrücken oder zumindest ihre Intensitäten zu vermindern.A frame arranged above the piezoelectric layer can serve to stabilize a one-dimensional oscillation mode. Such a framework may help to suppress "sloping" vibration modes, or at least reduce their intensities.

Als problematisch erweist sich, dass Maßnahmen zur Stabilisierung einer eindimensionalen Schwingungsmode bei Resonatoren mit anormaler Dispersion oder mit gemischter Dispersion schlecht funktionieren oder sogar nachteilige Auswirkungen auf die Performance eines BAW-Resonators haben.It proves to be problematic that measures for stabilizing a one-dimensional vibration mode in the case of resonators with anomalous dispersion or with mixed dispersion function poorly or even have adverse effects on the performance of a BAW resonator.

Die Kombination eines Rahmens oder eines anderen Elements zur Stabilisierung einer eindimensionalen Schwingungsmode sowie eines Resonators mit höherer Wahrscheinlichkeit einer normalen Dispersion führt also zu einem Bauelement mit sehr guten Resonanzeigenschaften, welche leicht und mit einer geringen Ausschussquote herzustellen sind.The combination of a frame or other element to stabilize a one-dimensional vibration mode and a resonator with a higher probability of normal dispersion thus leads to a device with very good resonance characteristics, which are easy to produce and with a low reject rate.

Ein Verfahren zur Herstellung eines mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonators umfasst die Schritte:

  • – Bereitstellen eines mit akustischen Wellen arbeitenden Resonators mit einer unteren Schicht, einer Piezoschicht und einer oberen Schicht,
  • – Ermitteln der Dispersion des Resonators,
  • – Auswählen einer Streuschicht aus einer der Schichten des Resonators
  • – Ermitteln der Streuung der Dicken der Streuschicht,
  • – Verändern der Dicke der Streuschicht bis eine vorgegebene Wahrscheinlichkeit, dass der Resonator eine streng monoton steigende Dispersionskurve aufweisen wird, erhalten wird.
A method of manufacturing a bulk acoustic wave resonator comprises the steps of:
  • Providing an acoustic wave resonator having a lower layer, a piezo layer and an upper layer,
  • Determining the dispersion of the resonator,
  • Selecting a scattering layer from one of the layers of the resonator
  • Determining the scattering of the thicknesses of the litter layer,
  • - Changing the thickness of the scattering layer until a predetermined probability that the resonator will have a strictly monotonically increasing dispersion curve, is obtained.

Dabei bezeichnet der Begriff ”Streuschicht” eine der Schichten des Resonators, welche aufgrund einer Streuung der Schichtdicke das Kippen von normaler Dispersion zu anormaler Dispersion bewirken kann. Es wird also ermittelt, mit welcher Wahrscheinlichkeit bestimmte Dicken der Streuschicht tatsächlich erhalten werden. Die Dicke der Streuschicht wird daraufhin verändert, sodass eine Streuung der Dicken der Streuschicht mit einer gewissen, vorgegebenen Wahrscheinlichkeit kein Kippen von normaler Dispersion zu anormaler Dispersion mehr bewirken kann. Dazu kann die Dicke der Streuschicht erhöht oder erniedrigt werden.In this case, the term "scattering layer" designates one of the layers of the resonator, which due to a scattering of the layer thickness can cause the tilting of normal dispersion to anomalous dispersion. It is thus determined with what probability certain thicknesses of the litter layer are actually obtained. The thickness of the litter layer is then changed, so that a scattering of the thicknesses of the litter layer with a certain predetermined probability can no longer cause tilting from normal dispersion to abnormal dispersion. For this purpose, the thickness of the litter layer can be increased or decreased.

Es ist auch möglich, die Dicke einer der Schichten oder die Dicken mehrerer Schichten bezüglich der Wahrscheinlichkeit des Umkippens der Dispersion zu optimieren. Es ist möglich, die Wahrscheinlichkeit des durch eine Streuschicht verursachten Umkippens auf weniger als 50%, auf weniger als 10%, auf weniger als 5% oder auf weniger als 1% einzustellen. Insbesondere ist es möglich, die Dicke um einen Betrag zu verändern, welcher größer als die durchschnittliche Abweichung vom Erwartungswert der Schichtdicke ist.It is also possible to optimize the thickness of one of the layers or the thicknesses of several layers with respect to the likelihood of tipping the dispersion. It is possible to set the likelihood of tipping over to less than 50%, less than 10%, less than 5%, or less than 1%. In particular, it is possible to change the thickness by an amount which is larger than the average deviation from the expected value of the layer thickness.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Streuschicht die Piezoschicht. Die Dicke der Streuschicht, d. h. der Piezoschicht, wird, beginnend mit einer Startdicke, zur Erzielung einer streng monoton steigenden Dispersionskurve erhöht. Eine vorgegebene Wahrscheinlichkeit dafür kann dabei mehr als 50%, 10%, 5% oder mehr als 1% betragen.In one embodiment of the method, the scattering layer is the piezo layer. The thickness of the litter layer, d. H. the piezoelectric layer is increased, starting with a starting thickness, to obtain a strictly monotonic increasing dispersion curve. A given probability of doing so may be more than 50%, 10%, 5% or more than 1%.

In einer Ausführungsform umfasst der Resonator einen akustischen Spiegel mit einer Spiegelschicht. Zur Kompensation der Veränderung der Frequenzlage durch die Dickenveränderung der Streuschicht wird die Dicke der Spiegelschicht eingestellt. Es wird also ein Korrektiv angegeben, um die Veränderung der Frequenzlage durch die Dickenveränderung der Streuschicht zu korrigieren.In an embodiment, the resonator comprises an acoustic mirror with a mirror layer. To compensate for the change in the frequency position by the change in thickness of the litter layer, the thickness of the mirror layer is adjusted. Thus, a corrective action is indicated in order to correct the change in the frequency position as a result of the change in thickness of the scattering layer.

In einer Ausführungsform umfasst der Resonator eine Trimmschicht. Die Dicke der Trimmschicht wird zur Kompensation der Veränderung der Frequenzlage eingestellt.In an embodiment, the resonator comprises a trim layer. The thickness of the trim layer is adjusted to compensate for the change in the frequency position.

Im Folgenden werden der erfinderischen Idee zugrunde liegende BAW-Resonatoren anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:In the following, the BAW resonators on which the inventive idea is based will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments and associated schematic figures. Show it:

1 eine Dispersionskurve mit verschwindender Steigung bei k = 0 eines BAW-Resonators, 1 a dispersion curve with vanishing slope at k = 0 of a BAW resonator,

2 verschiedene Dispersionskurven des Resonators der 1 bei Variation von Schichtdicken, 2 different dispersion curves of the resonator of 1 with variation of layer thicknesses,

3 streng monoton steigende Dispersionskurven eines Resonators bei variierender Schichtdicke, 3 strictly monotonically increasing dispersion curves of a resonator with varying layer thickness,

4 einen Schichtstapel eines Resonators, 4 a layer stack of a resonator,

5 eine Draufsicht auf einen BAW-Resonator mit einem Rahmen, 5 a top view of a BAW resonator with a frame,

6 einen Querschnitt durch einen BAW-Resonator mit einem Rahmen. 6 a cross section through a BAW resonator with a frame.

1 zeigt die Dispersionskurve f(k) DK eines Resonators. Dabei ist die Frequenz gegenüber der Wellenzahl k aufgetragen. Die Dispersionskurve hat bei k = 0 eine verschwindende Steigung. Dies ist ein Designmerkmal für einen akustisch optimierten Resonator. 1 shows the dispersion curve f (k) DK of a resonator. The frequency is plotted against the wave number k. The dispersion curve has a vanishing slope at k = 0. This is a design feature for an acoustically optimized resonator.

2 zeigt eine Vielzahl von Dispersionskurven DK. Die gestrichelte Kurve gibt die Dispersionskurve des bezüglich der Akustik optimierten Resonators der 1 als Referenzkurve wieder. In der Praxis bei der Herstellung von BAW-Resonatoren unvermeidbare Dickenschwankungen bewirken eine Veränderung des Dispersionsverhalten. Drei Dispersionskurven, die unterhalb der idealen Dispersionskurve angeordnet sind, zeigen Dispersionskurven von Resonatoren, bei denen die Dicke der unteren Elektrodenschicht, die Dicke der Piezoschicht bzw. die Dicke der oberen Elektrodenschicht gegenüber dem idealen Resonator vergrößert sind. 2 shows a variety of dispersion curves DK. The dashed curve gives the dispersion curve of the acoustically optimized resonator of FIG 1 as a reference curve again. In practice, in the production of BAW resonators unavoidable thickness variations cause a change in the dispersion behavior. Three dispersion curves, which are arranged below the ideal dispersion curve, show dispersion curves of resonators in which the thickness of the lower electrode layer, the thickness of the piezo layer and the thickness of the upper electrode layer are increased compared to the ideal resonator.

Die oberhalb der optimalen Dispersionskurve angeordneten Kurven zeigen das Dispersionsverhalten von Resonatoren, wobei die entsprechenden Schichten dünner als im Idealfall ausgestaltet sind. Mit einem „x” im Falle der dickeren Schichten und mit einem „o” im Falle der dünneren Schichten sind lokale Minima, Durchhänger, der Dispersionskurven bezeichnet. Diese, z. B. durch eine Streuung der Schichtdicken bei der Herstellung verursachten, lokalen Minima bedeuten eine Verschlechterung der akustischen Eigenschaften der entsprechenden Resonatoren. Insbesondere können Passbandflanken entsprechender Bandpassfilter Einbrüche aufweisen, das Passband selbst kann Spitzen und Einbrüche enthalten. Entsprechende Resonatoren umfassende Bauelemente würden mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit geforderte Spezifikationen nicht einhalten können und müssten aussortiert werden.The curves arranged above the optimum dispersion curve show the dispersion behavior of resonators, the corresponding layers being thinner than in the ideal case. With an "x" in the case of the thicker layers and with an "o" in the case of the thinner layers, local minima, sags, of the dispersion curves are designated. This, z. B. caused by a scattering of the layer thicknesses in the production, local minima mean a deterioration of the acoustic properties of the corresponding resonators. In particular, passband edges of corresponding bandpass filters may have burglaries, the passband itself may contain spikes and burglaries. Corresponding components comprising resonators would not be able to meet required specifications with a relatively high degree of probability and would have to be sorted out.

3 zeigt als gestrichelte Kurve eine Dispersionskurve eines BAW-Resonators, welcher nicht bezüglich seiner akustischen Eigenschaften, sondern bezüglich seiner Dispersion optimiert ist. Die Dispersionskurve ist streng monoton steigend und hat bei k = 0 eine positive Steigung. Entsprechend der 2 sind weitere Dispersionskurven des bezüglich der Dispersion optimierten Resonators gezeigt, wobei die Dicken der Elektrodenschichten oder der Piezoschicht entsprechend einer simulierten Streuung eines Herstellungsprozesses erniedrigt oder erhöht sind. In allen Fällen herrscht dabei normale Dispersion vor. Entsprechende Verschlechterungen der akustischen Eigenschaften durch ein Kippen zu anormaler Dispersion fehlen. Der Resonator der Dispersionskurven der 3 ist also wesentlich toleranter gegenüber Streuungen der Schichtdicken. 3 shows as a dashed curve a dispersion curve of a BAW resonator, which is not optimized in terms of its acoustic properties, but with respect to its dispersion. The dispersion curve is strictly monotonically increasing and has a positive slope at k = 0. According to the 2 Further dispersion curves of the dispersion-optimized resonator are shown, wherein the thicknesses of the electrode layers or of the piezoelectric layer are lowered or increased in accordance with a simulated scattering of a production process. In all cases, normal dispersion prevails. Corresponding deteriorations of the acoustic properties due to tilting to abnormal dispersion are missing. The resonator of the dispersion curves of 3 is therefore much more tolerant to scattering of the layer thicknesses.

4 zeigt einen Resonatorstapel RS, welcher leicht bezüglich des Dispersionsverhaltens optimiert werden kann. Eine Verbesserung der Dispersionsstabilität kann dabei erhalten werden, indem die Dicke der Aluminiumnitrid AlN umfassenden Piezoschicht erhöht wird. Die Erhöhung der Schichtdicke ist dabei bevorzugt größer als die Varianz der Dicken der Piezoschicht. Eine Frequenzkorrektur, welche durch eine Veränderung der Dicke der Piezoschicht nötig sein kann, kann durch eine Veränderung der Schichtdicke der obersten, Siliziumdioxid SiO2 umfassenden Schicht kompensiert werden. 4 shows a resonator stack RS, which can be easily optimized with respect to the dispersion behavior. An improvement in the dispersion stability can be obtained by increasing the thickness of the aluminum nitride AlN-comprising piezoelectric layer. The increase in the layer thickness is preferably greater than the variance of the thicknesses of the piezoelectric layer. A frequency correction, which may be necessary due to a change in the thickness of the piezoelectric layer, can be compensated by changing the layer thickness of the uppermost layer comprising silicon dioxide SiO 2 .

5 zeigt die Draufsicht auf einen BAW-Resonator R, der einen auf der Oberseite des Resonatorstapels angeordneten Rahmen RA umfasst. Der Rahmen kann dabei zur Stabilisierung einer eindimensionalen Schwingungsmode, z. B. eines Piston-Modes, dienen. Die Höhe und die Breite des Rahmens kann variieren. Der in 5 gezeigte Rahmen beispielsweise umfasst 5 Bereiche, in denen der Rahmen verbreitert ist. 5 shows the top view of a BAW resonator R, which comprises a arranged on top of the resonator stack frame RA. The frame can be used to stabilize a one-dimensional vibration mode, z. As a Piston mode serve. The height and width of the frame may vary. The in 5 For example, shown frame includes 5 areas in which the frame is widened.

Der Rahmen kann dabei bündig mit den lateralen Begrenzungen des Resonatorstapels abschließen. Es ist aber auch möglich, dass der Rahmen, wie in 5 gezeigt, von den lateralen Begrenzungen des Resonators R beabstandet ist.The frame can be flush with the lateral boundaries of the resonator stack. But it is also possible that the frame, as in 5 shown spaced from the lateral boundaries of the resonator R.

6 zeigt einen Querschnitt durch einen Resonator R. Der Resonator R ist auf einem Substrat SU angeordnet. Der Resonator umfasst einen Rahmen RA. Der Rahmen kann lokal niedriger, wie links gezeigt, oder höher, wie rechts gezeigt, ausgeführt sein. 6 shows a cross section through a resonator R. The resonator R is disposed on a substrate SU. The resonator comprises a frame RA. The frame may be locally lower, as shown to the left, or higher as shown to the right.

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

DK:DK:
Dispersionskurvedispersion curve
R:R:
Resonatorresonator
RA:RA:
Rahmenframe
RS:RS:
gestapelte Resonatorschichtenstacked resonator layers
SU:SU:
Substratsubstratum
x, o:x, o:
lokale Minima der Dispersionskurvelocal minima of the dispersion curve

Claims (7)

Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator (R), umfassend – eine Trimmschicht mit SiO2, SiN oder Ti – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit Ti, – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit AlCu, – eine darunter angeordnete Piezoschicht mit AlN, – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit W, – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit AlCu, – eine darunter angeordnete Elektrodenschicht mit Ti, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit SiO2, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit W, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit Ti, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit SiO2, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit W, – eine darunter angeordnete Spiegelschicht mit Ti, – eine darunter angeordnete Isolationsschicht mit SiO2, wobei die Dispersionskurve für k > 0 streng monoton steigend ist und – die Dicke der Piezoschicht 1700 nm beträgt und der Resonator zum Arbeiten bei Frequenzen zwischen 1850–1910 MHz oder zwischen 1930 MHz und 1990 MHz ausgelegt ist.A bulk acoustic wave resonator (R) comprising - a trim layer of SiO 2 , SiN or Ti - an underlying electrode layer comprising Ti, - an underlying electrode layer comprising AlCu, - an underlying piezo layer comprising AlN, - an underlying electrode layer W, - an electrode layer arranged thereunder with AlCu, - an electrode layer arranged thereunder with Ti, - an underlying mirror layer with SiO 2 , - an underlying mirror layer with W, - a mirror layer arranged below Ti with Ti, - a mirror layer arranged below it with SiO 2 , - an underlying mirror layer with W, - an underlying mirror layer with Ti, - an insulating layer disposed thereunder with SiO 2 , wherein the dispersion curve for k> 0 is strictly monotonically increasing and - the thickness of the piezoelectric layer is 1700 nm and the resonator to work at frequencies between 1850-1910 MHz or between 1930 MHz and 1990 MHz. Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Steigung der Dispersionskurve bei k = 0 positiv ist.A bulk acoustic wave resonator according to the preceding claim, wherein the slope of the dispersion curve is positive at k = 0. Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen oberhalb der Piezoschicht angeordneten Rahmen (RA) zur Stabilisierung einer eindimensionalen Schwingungsmode.A bulk acoustic wave resonator according to any one of the preceding claims, comprising a frame (RA) disposed above the piezoelectric layer for stabilizing a one-dimensional vibration mode. Verfahren zur Herstellung eines mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonators, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines mit akustischen Wellen arbeitenden Resonators (R) mit einer unteren Schicht, einer Piezoschicht und einer oberen Schicht, – Ermitteln der Dispersion des Resonators, – Auswählen einer Streuschicht aus einer der Schichten des Resonators – Ermitteln der Streuung der Dicken der Streuschicht, – Verändern der Dicke der Streuschicht bis eine vorgegebene Wahrscheinlichkeit, dass der Resonator eine streng monoton steigende Dispersionskurve aufweisen wird, erhalten wird.A method of manufacturing a bulk acoustic wave resonator comprising the steps of: Providing an acoustic wave resonator (R) having a lower layer, a piezo layer and an upper layer, Determining the dispersion of the resonator, Selecting a scattering layer from one of the layers of the resonator Determining the scattering of the thicknesses of the litter layer, - Changing the thickness of the scattering layer until a predetermined probability that the resonator will have a strictly monotonically increasing dispersion curve, is obtained. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Streuschicht die Piezoschicht ist und die Dicke der Streuschicht, beginnend bei einer Startdicke, zur Erzielung einer streng monoton steigenden Dispersionskurve erhöht wird.Method according to the preceding claim, wherein the scattering layer is the piezoelectric layer and the thickness of the scattering layer, starting at a starting thickness, is increased to achieve a strictly monotonically increasing dispersion curve. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, wobei – der Resonator einen akustischen Spiegel mit einer Spiegelschicht umfasst und – zur Kompensation der Veränderung der Frequenzlage durch die Dickenveränderung der Streuschicht die Dicke der Spiegelschicht eingestellt wird.Method according to one of the preceding method claims, wherein - The resonator comprises an acoustic mirror with a mirror layer and - To compensate for the change in the frequency position by the change in thickness of the litter layer, the thickness of the mirror layer is adjusted. Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, wobei – der Resonator eine Trimmschicht umfasst und – die Dicke der Trimmschicht zur Kompensation der Veränderung der Frequenzlage eingestellt wird.Method according to one of the preceding method claims, wherein - The resonator comprises a trim layer and - The thickness of the trim layer to compensate for the change in the frequency position is set.
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