DE102010053273B4

DE102010053273B4 - An electroacoustic component and method for producing an electroacoustic component

Info

Publication number: DE102010053273B4
Application number: DE102010053273.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Metzger; Dr. Bleyl Ingo
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: DE102010053273A1

Abstract

Elektroakustisches Bauelement (10) mit einer piezoelektrischen Schicht (1) und mit Elektroden (2), die auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht (1) angeordnet sind, wobei die piezoelektrische Schicht (1) eine Schicht aus einem Mischkristall ist, der aus LiNbxTa1-xO3 gebildet ist, wobei 0 < x < 1 gilt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil (1-x) von Tantalat in dem Lithiumniobattantalat zwischen 0,1 und 0,9 beträgt.An electroacoustic device (10) comprising a piezoelectric layer (1) and electrodes (2) disposed on one side of the piezoelectric layer (1), the piezoelectric layer (1) being a mixed crystal layer consisting of LiNbxTa1- xO3, where 0 <x <1, characterized in that the proportion (1-x) of tantalate in the lithium niobate tantalate is between 0.1 and 0.9.

Description

Die Anmeldung betrifft ein elektroakustisches Bauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Elektroakustische Bauelemente besitzen eine piezoelektrische Schicht, mit Hilfe derer im Festkörper akustische Wellen ausbildbar sind. Solche Bauelemente werden beispielsweise im Mobilfunkbereich als Frequenzfilter eingesetzt, wobei moderne Anwendungen wie UMTS, WCDMA (Wideband Code-Division Multiple Access) oder LTE (Long-Term Evolution) erhöhte Anforderungen hinsichtlich der Frequenzgenauigkeit, Flankensteilheit und minimaler Einfügedämpfung stellen.The application relates to an electroacoustic component and a method for its production. Electroacoustic components have a piezoelectric layer by means of which acoustic waves can be formed in the solid state. Such components are used, for example in the mobile sector as a frequency filter, with modern applications such as UMTS, WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) or LTE (Long-Term Evolution) increased demands for frequency accuracy, edge steepness and minimal insertion loss.

Die Frequenz akustischer Wellen im Festkörper soll möglichst wenig von der Temperatur abhängen, d. h. der Betrag des TCF-Werts (Temperature Coefficient of Frequency) der piezoelektrischen Schicht oder der Schichtenfolge, in der die piezoelektrische Schicht enthalten ist, soll möglichst klein sein. Andererseits ist bei vielen elektroakustischen Bauelementen eine möglichst starke piezoelektrische Kopplung wünschenswert.The frequency of acoustic waves in the solid body should depend as little as possible on the temperature, d. H. the amount of the TCF value (Temperature Coefficient of Frequency) of the piezoelectric layer or the layer sequence in which the piezoelectric layer is contained should be as small as possible. On the other hand, in many electroacoustic devices, the highest possible piezoelectric coupling is desirable.

Als Material für die piezoelektrische Schicht eines elektroakustischen Bauelements wird anstelle von Aluminiumnitrid oder Zinkoxid auch Lithiumtantalat oder alternativ Lithiumniobat verwendet. Die unterschiedlichen Anforderungen, die die modernen Mobilfunktechnologien an die piezoelektrische Schicht eines elektroakustischen Bauelements stellen, können jedoch von den genannten Materialien nur noch bedingt erfüllt werden. Das gilt selbst dann, wenn die elektroakustischen Eigenschaften des Bauelements durch weitere Hilfsschichten optimiert werden.As the material for the piezoelectric layer of an electroacoustic device, instead of aluminum nitride or zinc oxide, lithium tantalate or alternatively lithium niobate is also used. However, the different requirements which the modern mobile radio technologies place on the piezoelectric layer of an electroacoustic component can only be fulfilled to a limited extent by said materials. This is true even if the electroacoustic properties of the device are optimized by further auxiliary layers.

Die gattungsgemäße EP 1 657 590 B1 zeigt ein elektroakustisches Bauelement mit einer ferroelektrischen Schicht, nämlich einem Substrat, wobei auf einer Seite des Substrats Elektroden angeordnet sind. Weiterhin ist angegeben, dass das Substrat aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und/oder Kaliumlithiumniobat gebildet werden kann. Konkrete Zuammensetzungen oder Konzentrationsangaben sind jedoch nicht offenbart.The generic EP 1 657 590 B1 shows an electro-acoustic device with a ferroelectric layer, namely a substrate, wherein on one side of the substrate electrodes are arranged. Furthermore, it is stated that the substrate can be formed from lithium niobate, lithium tantalate and / or potassium lithium niobate. However, concrete compositions or concentration data are not disclosed.

DE 10 2004 045 181 A1 zeigt ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement, das ein piezoelektrischen Substrat sowie eine mit dem Substrat fest verbundene Temperaturkompensationsschicht aufweist. Auf einer entgegengesetzten Seite des Substrats ist über Bauelementstrukturen ein Siliziumdioxid vorgesehen. DE 10 2004 045 181 A1 shows an acoustic wave device comprising a piezoelectric substrate and a temperature compensation layer fixedly connected to the substrate. On an opposite side of the substrate, a silicon dioxide is provided over device structures.

Es besteht somit ein Bedarf für ein elektroakustisches Bauelement mit noch besseren elektrischen Eigenschaften, insbesondere mit einer möglichst starken Einkopplung elektroakustischer Wellen und mit gleichzeitig möglichst geringer Temperaturabhängigkeit der Frequenz der elektroakustischen Wellen.There is thus a need for an electroacoustic component with even better electrical properties, in particular with the strongest possible coupling electroacoustic waves and at the same time the lowest possible temperature dependence of the frequency of the electroacoustic waves.

Hierzu stellt die Anmeldung ein elektroakustisches Bauelement gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 8 bereit. Das elektroakustische Bauelement gemäß Anspruch 1 ist mit einer piezoelektrischen Schicht und mit Elektroden, die auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht angeordnet sind, versehen, wobei hier die piezoelektrische Schicht eine Schicht aus einem Mischkristall ist, der eine feste Lösung aus Lithiumtantalat (LiTaO₃) und Lithiumniobat (LiNbO₃) darstellt, bei der Tantal und Niob grundsätzlich dieselben Gitterplätze besetzen können, aber statistisch auf ihnen verteilt sind. Als piezoelektrische Schicht wird insbesondere eine solche Mischkristallschicht eingesetzt, bei der die statistische Verteilung von Tantal und Niob (und somit das Mengenverhältnis zwischen LiTaO₃ und LiNbO₃) entlang der Abmessungen der piezoelektrischen Schicht konstant ist.For this purpose, the application provides an electro-acoustic component according to claim 1 and a method according to claim 8. The electroacoustic device according to claim 1 is provided with a piezoelectric layer and with electrodes disposed on one side of the piezoelectric layer, in which case the piezoelectric layer is a mixed crystal layer comprising a solid solution of lithium tantalate (LiTaO ₃ ) and Lithium niobate (LiNbO ₃ ), in which tantalum and niobium can basically occupy the same lattice sites, but are statistically distributed on them. In particular, such a mixed crystal layer is used as the piezoelectric layer, in which the statistical distribution of tantalum and niobium (and thus the quantitative ratio between LiTaO ₃ and LiNbO ₃ ) is constant along the dimensions of the piezoelectric layer.

Somit ergibt sich eine einheitliche Schichtzusammensetzung gemäß der Formel LiNb_xTa_1-xO₃, wobei 0 < x < 1 gilt. Die relativen Anteile von Niobat und Tantalat sind somit im Schichtvolumen räumlich konstant. Der relative Anteil (1-x) von Tantal liegt erfindungsgemäß zwischen 0,1 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,6 und 0,8 (d. h. 60 bis 80 Prozent). Durch die geeignete Wahl des Mischungsverhältnisses lassen sich die Materialeigenschaften noch weitergehend auf die Anforderungen an das jeweilige Bauelement abstimmen, als es bei Verwendung eines Reinkristalls ausschließlich aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat möglich ist. Beispielsweise wäre für eine starke piezoelektrische Kopplung das Material Lithiumniobat (mit einer piezoelektrischen Kopplungskonstante k² von 0,168) gegenüber Lithiumtantalat (mit einem Wert von 0,08) vorzuziehen, wohingegen für einen betragsmäßig möglichst kleinen TCF-Wert Lithiumtantalat (mit einem TCF-Wert von –35 ppm/K) gegenüber Lithiumniobat (mit ca. –80 ppm/K) vorteilhafter wäre. Wird die piezoelektrische Schicht hingegen aus einem Mischkristall gemäß LiNb_xTa_1-xO₃ gebildet und der Anteil vom Lithiumtantalat etwa zwischen 60 und 80 Prozent gewählt, so lässt sich die piezoelektrische Kopplungskonstante k² etwa zwischen 0,098 und 0,115 und gleichzeitig der TCF-Wert etwa zwischen –44 und –53 ppm/K einstellen. Bei einem Anteil von Tantalat von 70 Prozent beispielsweise beträgt die Kopplungskonstante etwa 0,106 und der TCF-Wert ungefähr –48,5 ppm/K. Das hier in Form eines Mischkristalls vorgeschlagene Materialsystem ermöglicht eine variablere gleichzeitige Anpassung des Temperaturgangs und der Stärke der piezoelektrischen Kopplung. Durch letztere lassen sich beispielsweise Filter unterschiedlich großer Filterbandbreite realisieren.This results in a uniform layer composition according to the formula LiNb _x Ta _1-x O ₃ , where 0 <x <1. The relative proportions of niobate and tantalate are thus spatially constant in the layer volume. The relative proportion (1-x) of tantalum according to the invention is between 0.1 and 0.9, preferably between 0.6 and 0.8 (ie 60 to 80 percent). By suitable choice of the mixing ratio, the material properties can be further tuned to the requirements of the respective component, as it is possible when using a pure crystal exclusively from lithium niobate or lithium tantalate. For example, for a strong piezoelectric coupling, the material lithium niobate (with a piezoelectric coupling constant k ² of 0.168) would be preferable to lithium tantalate (with a value of 0.08), whereas for a smallest possible TCF value, lithium tantalate (with a TCF value of -35 ppm / K) over lithium niobate (at about -80 ppm / K) would be more advantageous. If the piezoelectric layer, however formed of a mixed crystal of LiNb _x Ta _1-x O ₃ and selected the proportion of lithium tantalate approximately between 60 and 80 percent, so can the piezoelectric coupling constant k ^{2 is} about 0.098 to 0.115 and at the same time the TCF-value between -44 and -53 ppm / K. For example, with a tantalate content of 70 percent, the coupling constant is about 0.106 and the TCF value is about -48.5 ppm / K. The material system proposed here in the form of a mixed crystal enables a more variable simultaneous adaptation of the temperature response and the strength of the piezoelectric coupling. By the latter, for example, filters of different size filter bandwidth can be realized.

Selbst wenn diese Kombination der Parameterwerte (der piezoelektrischen Schicht allein) für die jeweilige Anforderung an das spezielle Bauelement noch nicht ausreichen sollte, lassen sich in Kombination mit zusätzlichen Maßnahmen (etwa durch eine zusätzliche Schicht zur Temperaturkompensation) schließlich die benötigten Parameterwerte (für das Bauelement insgesamt) einstellen. Wenn beispielsweise eine amorphe SiO₂-Schicht auf eine Seite der piezoelektrischen Schicht aufgebracht wird und zugleich das Mischungsverhältnis von Niobat und Titanat in der piezoelektrischen Schicht gemäß LiNb_0.3Ta_0.7O₃ (mit x = 0,3) gewählt wird, lässt sich für das gesamte Bauelement ein TCF-Wert mit einem Betrag unterhalb von 30 ppm/K erreichen. Damit kann das elektroakustische Bauelement etwa als Duplexer für WCDMA-Anwendungen (für die Bänder II, III und VIII) eingesetzt werden. Even if this combination of the parameter values (the piezoelectric layer alone) for the particular requirement for the specific component should not be sufficient, the required parameter values (for the component as a whole) can finally be combined with additional measures (such as an additional layer for temperature compensation) ) to adjust. If, for example, an amorphous SiO ₂ layer is applied to one side of the piezoelectric layer and at the same time the mixing ratio of niobate and titanate in the piezoelectric layer according to LiNb _0.3 Ta _0.7 O ₃ (with x = 0.3) is selected entire component reach a TCF value of less than 30 ppm / K. Thus, the electroacoustic device can be used as a duplexer for WCDMA applications (for the bands II, III and VIII).

Die piezoelektrische Mischkristallschicht ist beispielsweise eine einkristalline Schicht, insbesondere eine epitaktische bzw. epitaktisch aufgewachsene Schicht, die auf ein Trägersubstrat (etwa zur Temperaturkompensation) oder eine anderweitige Trägerschicht aufgewachsen ist. Die Mischkristallschicht kann aber ebenso selbst ein Substratstück sein, das aus Lithiumniobattantalat hergestellt ist und gegebenenfalls gedünnt wurde. Die Mischkristallschicht kann zur Temperaturkompensation auch an ein weiteres Substrat gebondet sein oder gemeinsam mit sonstigen Maßnahmen zur Temperaturkompensation realisiert sein.The piezoelectric mixed crystal layer is for example a monocrystalline layer, in particular an epitaxially grown or epitaxially grown layer, which has grown on a carrier substrate (for example for temperature compensation) or another carrier layer. However, the mixed crystal layer may also be a piece of substrate itself, which is made of lithium niobate tantalate and optionally thinned. The mixed-crystal layer can also be bonded to another substrate for temperature compensation or can be realized together with other measures for temperature compensation.

Das elektroakustische Bauelement ist beispielsweise ein SAW-(Surface Acoustic Wave), ein BAW-(Bulk Acoustic Wave) oder ein GBAW-Bauelement (Guided Bulk Acoustic Wave). Es kann beispielsweise ein Filter sein, insbesondere ein SE-Bal-Filter (Single Ended – Balanced) sein oder alternativ ein Duplexer oder ein Resonator.The electroacoustic component is, for example, a SAW (Surface Acoustic Wave), a BAW (Bulk Acoustic Wave) or a GBAW (Guided Bulk Acoustic Wave) component. It may, for example, be a filter, in particular a SE-Bal filter (Single Ended - Balanced) or alternatively a duplexer or a resonator.

Das Bauelement besitzt weiterhin Elektroden, die vorzugsweise auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht angeordnet sind und beispielsweise kammförmig ineinandergreifen. Es können ein oder auf mehrere Paare kammförmig ineinandergreifender Elektroden vorgesehen sein. Die Abmessungen der Elektroden, ihre Abstände voneinander und die Abmessungen sowie die Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht richten sich nach der Wellenlänge der auszubildenden elektroakustischen Wellen. Zudem können weitere Schichten vorgesehen sein, die gemeinsam mit der piezoelektrischen Schicht (und den darauf angeordneten Elektroden) ein Strukturelement mit fest definierten geometrischen Außenabmessungen bilden. Die genaue Schichtenfolge der Festkörperschichten innerhalb des Strukturelements richtet sich nach dem Einsatzzweck und den Anforderungen des Bauelements.The component further has electrodes, which are preferably arranged on one side of the piezoelectric layer and, for example, mesh with one another in the manner of a comb. One or more pairs of comb-shaped intermeshing electrodes may be provided. The dimensions of the electrodes, their distances from one another and the dimensions and the layer thickness of the piezoelectric layer are determined by the wavelength of the electroacoustic waves to be formed. In addition, further layers may be provided, which together with the piezoelectric layer (and the electrodes arranged thereon) form a structural element with firmly defined geometrical external dimensions. The exact layer sequence of the solid state layers within the structural element depends on the intended use and the requirements of the device.

Gemäß einer Weiterbildung ist über der piezoelektrischen Schicht und den Elektroden eine Temperaturkompensationsschicht vorgesehen, die vorzugsweise aus amorphem Siliziumdioxid gebildet ist. Die Temperaturkompensationsschicht ermöglicht eine noch weitergehende Absenkung des TCF-Wertes des Strukturelements, als wenn lediglich die Zusammensetzung der aus Lithiumniobattantalat gebildeten Mischkristallschicht alleine optimiert wird. Die Kombination der piezoelektrischen Mischkristallschicht aus LiNb_xTa_1-xO₃ mit der Temperaturkompensationsschicht erweitert insbesondere den Spielraum für die gleichzeitige Optimierung der Kopplungskonstante k² wie auch des TCF-Wertes des elektroakustischen Bauelements. Die Temperaturkompensationsschicht kann auf eine Seite der Mischkristallschicht über den Elektroden abgeschieden werden oder auf der entgegengesetzten Seite der Mischkristallschicht durch Schichtabscheidung oder als eigenständiges Trägersubstrat aufgebracht werden.According to a development, a temperature compensation layer is provided above the piezoelectric layer and the electrodes, which is preferably formed from amorphous silicon dioxide. The temperature compensation layer enables the TCF value of the structural element to be lowered still further than if only the composition of the mixed crystal layer formed from lithium niobate antalate alone is optimized. The combination of the piezoelectric mixed crystal layer made of LiNb _x Ta _1-x O ₃ with the temperature compensating layer extends particular scope for the simultaneous optimization of the coupling constant k ² as well as the TCF-value of the electro-acoustic device. The temperature compensation layer may be deposited on one side of the mixed crystal layer over the electrodes or deposited on the opposite side of the mixed crystal layer by means of layer deposition or as an independent carrier substrate.

Einige exemplarische Ausführungsbeispiele werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:Some exemplary embodiments will be described below with reference to the figures. Show it:

Die 1A bis 1H verschiedene Ausführungsformen eines elektroakustischen Bauelements mit in die piezoelektrische Schicht eingebetteten Elektroden,The 1A to 1H various embodiments of an electroacoustic device with electrodes embedded in the piezoelectric layer,

die 2A bis 2H alternative Ausführungsformen des Bauelements mit oberhalb der piezoelektrischen Schicht angeordneten Elektroden undthe 2A to 2H alternative embodiments of the device with arranged above the piezoelectric layer electrodes and

die 3A bis 3H weitere Ausführungsformen mit Elektroden oberhalb der piezoelektrischen Schicht.the 3A to 3H further embodiments with electrodes above the piezoelectric layer.

1A zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektroakustischen Bauelements 10. In der Querschnittsansicht ist das Strukturelement 11 des Bauelements schematisch dargestellt. Das Strukturelement 11 enthält eine piezoelektrische Schicht 1, die (ebenso wie in den nachfolgenden Figuren) Lithiumniobattantalat als alleinigen Bestandteil oder zumindest als Hauptbestandteil enthält. Gemäß der Formel LiNb_xTa_1-xO₃ sind in der piezoelektrischen Mischkristallschicht Niob und Tantal auf die für sie vorgesehenen Gitterplätze statistisch verteilt. Der Anteil (1-x) von Tantal liegt beispielsweise zwischen 10 und 90 Prozent, vorzugsweise zwischen 60 und 80 Prozent. Die piezoelektrische Mischkristallschicht 1 ist vorzugsweise einkristallin bzw. epitaktisch. Die Mischkristallschicht kann ein Substratstück sein, das aus Lithiumniobattantalat (und gegebenenfalls einigen Zusatzstoffen) gebildet ist, oder alternativ eine auf ein anderweitiges Trägersubstrat oder eine sonstige Trägerschicht (in 1A nicht dargestellt) abgeschiedene Schicht sein. Die Mischkristallschicht 1 kann insbesondere eine durch ein Schichtabscheidungsverfahren, insbesondere durch physikalische (PVD) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD, insbesondere MOCVD) abgeschiedene Schicht sein. Durch Schichtabscheidungsverfahren kann das gewünschte Mischungsverhältnisses zwischen Niobat und Tantalat leichter eingestellt und konstant gehalten werden als bei Kristallziehverfahren aus der Schmelze, bei denen die Kenntnis der kongruenten Zusammensetzung (abweichend von der stöchiometrischen Schichtzusammensetzung), der Schmelztemperatur, des Phasendiagramms, der Curie-Temperatur oder sonstiger Einflüsse für eine genaue Steuerung der Schichtzusammensetzung erforderlich ist. 1A shows a first embodiment of an electroacoustic device 10 , In the cross-sectional view is the structural element 11 of the component shown schematically. The structural element 11 contains a piezoelectric layer 1 containing (as in the following figures) lithium niobate tantalate as sole constituent or at least as main constituent. According to the formula LiNb _x Ta _1-x O ₃ , niobium and tantalum are statistically distributed in the piezoelectric mixed crystal layer to the lattice sites provided for them. The proportion (1-x) of tantalum is for example between 10 and 90 percent, preferably between 60 and 80 percent. The piezoelectric mixed crystal layer 1 is preferably monocrystalline or epitaxial. The mixed crystal layer may be a substrate piece formed from lithium niobate tantalate (and optionally some additives), or alternatively one formed on another carrier substrate or other carrier layer (in FIG 1A not shown) deposited layer. The mixed crystal layer 1 In particular, a through a Layer deposition method, in particular by physical (PVD) or chemical vapor deposition (CVD, in particular MOCVD) deposited layer. By means of a layer deposition method, the desired mixing ratio of niobate and tantalate can be more easily adjusted and kept constant than in melt crystal pulling processes where knowledge of the congruent composition (other than the stoichiometric layer composition), melting temperature, phase diagram, Curie temperature or otherwise Influences for precise control of the coating composition is required.

In 1A kann somit unterhalb der piezoelektrischen Schicht 1 noch ein Trägersubstrat oder eine anderweitige Trägerschicht angeordnet sein (nicht dargestellt); dies gilt ebenso für die weiteren, nachstehend noch beschriebenen Ausführungsformen, soweit ein solches Trägersubstrat oder eine sonstige Trägerschicht nicht explizit dargestellt ist. In 1 sind die Elektroden 2 auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht angeordnet und in diese eingebettet, beispielsweise durch ein Damascene-Verfahren und anschließendes chemisch-mechanisches Polieren. Es können ein oder mehrere Paare kammförmig ineinandergreifender Elektroden vorgesehen sein. Bei einem einzigen Elektrodenpaar gehört in 1H jeder zweite Elektrodenfinger zur ersten kammförmigen Elektrode; die übrigen Elektrodenfinger gehören zur zweiten Elektrode. Die Elektroden können als Hauptbestandteil Aluminium und als Zusatzbestandteil Titan, Kupfer, Scandium und/oder Magnesium enthalten. Alternativ können die Elektroden beispielsweise als Hauptbestandteil Kupfer und als Zusatzbestandteil Titan, Silber, Gold, Molybdän und/oder Wolfram enthalten. Ebenso kann Gold als Hauptbestandteil und als Zusatzbestandteil Titan, Kupfer, Silber, Mölybdän, Wolfram und/oder Nickel vorgesehen sein. Ferner kommen keramische Elektrodenmaterialien wie etwa Titannitrid in Betracht. Gemäß 1B ist oberhalb der Elektroden und der Mischkristallschicht eine Temperaturkompensationsschicht 3 vorgesehen, insbesondere aus amorphem Siliziumdioxid (SiO₂). Jedoch können auch anderweitige Temperaturkompensationsschichten mit der hier vorgeschlagenen Mischkristallschicht aus Lithiumniobattantalat kombiniert werden. Durch den sich ergebenden Schichtaufbau und die Verwendung der Mischkristallschicht 1 wird der Betrag des TCF-Wertes des gesamten Strukturelements 11 soweit verringert, dass die strikten Parametervorgaben moderner Mobilfunktechnologien erfüllbar werden. Insbesondere elektroakustische Filter sowie Duplexer lassn sich so realisieren.In 1A can thus be below the piezoelectric layer 1 a carrier substrate or another carrier layer may be arranged (not shown); This also applies to the other embodiments described below, insofar as such a carrier substrate or another carrier layer is not explicitly illustrated. In 1 are the electrodes 2 arranged on one side of the piezoelectric layer and embedded in this, for example by a Damascene method and subsequent chemical-mechanical polishing. One or more pairs of comb-shaped interdigitated electrodes may be provided. In a single pair of electrodes heard in 1H each second electrode finger to the first comb-shaped electrode; the remaining electrode fingers belong to the second electrode. The electrodes may contain aluminum as the main component and titanium, copper, scandium and / or magnesium as an additional constituent. Alternatively, the electrodes may contain, for example, copper as the main component and titanium, silver, gold, molybdenum and / or tungsten as an additional constituent. Likewise, gold may be provided as the main constituent and as an additional constituent of titanium, copper, silver, molybdenum, tungsten and / or nickel. Also contemplated are ceramic electrode materials such as titanium nitride. According to 1B above the electrodes and the mixed crystal layer is a temperature compensation layer 3 provided, in particular of amorphous silicon dioxide (SiO ₂ ). However, other temperature compensation layers may be combined with the lithium niobate tantalum mixed crystal layer proposed herein. Due to the resulting layer structure and the use of the mixed crystal layer 1 becomes the amount of the TCF value of the entire structure element 11 reduced to the extent that the strict parameter specifications of modern mobile phone technologies can be met. In particular, electro-acoustic filters and duplexers can be realized in this way.

1C zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die piezoelektrische Schicht 1 mit einem Trägersubstrat 5 verbunden ist. Das Trägersubstrat 5 kann unter bewusster Ausnutzung thermischer Verspannungen an die piezoelektrische Schicht 1 bzw. das daraus gebildete Mischkristallsubstrat gebondet sein und somit selbst zur Temperaturkompensation dienen. Alternativ kann die piezoelektrische Mischkristallschicht 1 durch ein Schichtabscheideverfahren wie PVD oder CVD auf das Trägersubstrat oder die sonstige Trägerschicht 5 abgeschieden sein. In beiden Fällen kann das Trägersubstrat beispielsweise aus Aluminiumoxid, Silizium, Saphir, Siliziumnitrid oder aus einem III-V-Halbleiter (wie beispielsweise Galliumarsenid oder Indiumphosphid) bestehen. 1D zeigt eine Variante mit einer dielektrischen Deckschicht 4 oberhalb der piezoelektrischen Schicht 1 und einer darüber angeordneten weiteren Deckschicht 7. Solch eine Doppelschicht kann insbesondere bei einem GBAW-Bauelement vorgesehen sein und vor allem zum Trimmen der Frequenz der auszubildenden akustischen Wellen dienen. Gemäß 1E kann eine Passivierungsschicht 6 und gemäß 1F darüber eine Temperaturkompensationsschicht 3 vorgesehen sein. Die Passivierungsschicht ist beispielsweise eine Diffusionsbarriereschicht oder eine Korrosionsbarriereschicht und kann Tantal als Hauptbestandteil enthalten. Alternativ kann sie beispielsweise aus Siliziumnitrid Si₃N₄ oder Aluminiumoxid Al₂O₃ gebildet sein; sie kann weiterhin auch eine Feuchtigkeitsbarriere sein. Gemäß 1G ist eine Deckschicht 4 großer Schichtdicke (vergleichbar etwa mit der Gesamtdicke der beiden Schichten 4 und 7 in 1D) vorgesehen, die gemäß 1H mit einer wie oben beschriebenen Passivierungsschicht 6 bedeckt sein kann. Die Ausführungen gemäß den 1G und 1H eignen sich insbesondere für GBAW-Bauelemente. 1C shows an embodiment in which the piezoelectric layer 1 with a carrier substrate 5 connected is. The carrier substrate 5 can deliberately exploit thermal stresses on the piezoelectric layer 1 or the mixed crystal substrate formed therefrom and thus itself serve for temperature compensation. Alternatively, the mixed piezoelectric crystal layer 1 by a Schichtabscheideverfahren such as PVD or CVD on the carrier substrate or other carrier layer 5 be isolated. In either case, the carrier substrate may be, for example, aluminum oxide, silicon, sapphire, silicon nitride, or a III-V semiconductor (such as gallium arsenide or indium phosphide). 1D shows a variant with a dielectric cover layer 4 above the piezoelectric layer 1 and a further cover layer arranged above it 7 , Such a double layer can be provided in particular in a GBAW component and, above all, serve for trimming the frequency of the acoustic waves to be formed. According to 1E can be a passivation layer 6 and according to 1F above a temperature compensation layer 3 be provided. The passivation layer is, for example, a diffusion barrier layer or a corrosion barrier layer, and may contain tantalum as a main component. Alternatively, it may be formed of silicon nitride Si ₃ N ₄ or alumina Al ₂ O ₃ , for example; it can also be a moisture barrier. According to 1G is a topcoat 4 large layer thickness (comparable with the total thickness of the two layers 4 and 7 in 1D ) provided in accordance with 1H with a passivation layer as described above 6 can be covered. The designs according to the 1G and 1H are particularly suitable for GBAW components.

Die 2A bis 2H zeigen Ausführungsformen mit oberhalb der Oberseite der piezoelektrischen Mischkristallschicht 1 emporragenden Elektroden 2. Gemäß den 2A, 2B und 2C sind die Höhe und/oder Breite der einzelnen Elektrodenfinger und auch der Bedeckungsgrad (2C) der Mischkristallschicht durch die Elektrodenfinger veränderbar. Gemäß 2D sind die Elektroden durch eine Temperaturkompensationsschicht 3 oder eine sonstige dielektrische Deckschicht 4 bedeckt. Gemäß 2E ist eine Passivierungsschicht 6 zwischen der Mischkristallschicht 1 und den Elektroden 2 vorgesehen. Gemäß 2F sind die Elektroden allseitig durch Schutzschichten umschlossen, beispielsweise von unten durch eine (schwarz dargestellte) Diffusionsbarriereschicht zur Verhinderung einer Diffusion von Kupfer von den Elektroden 2 in die sauerstoffhaltige Mischkristallschicht 1 bzw. von Sauerstoff aus der Mischkristallschicht 1 in die kupferhaltigen Elektroden. Über und zwischen den Elektroden 2 kann etwa eine Korrosionsbarriereschicht (ebenfalls Bezugszeichen 6) basierend auf einem tantalhaltigen Material vorgesehen sein. Gemäß 2G sind nur die Oberseiten, Seitenflächen und Zwischenräume zwischen den Elektroden 2 durch eine Passivierungsschicht 6 bedeckt und gemäß 2H ist zusätzlich eine Temperaturkompensationsschicht 3 oder eine sonstige dielektrische Deckschicht 4 vorgesehen.The 2A to 2H show embodiments with above the top of the piezoelectric mixed crystal layer 1 protruding electrodes 2 , According to the 2A . 2 B and 2C are the height and / or width of the individual electrode fingers and also the degree of coverage ( 2C ) of the mixed crystal layer changeable by the electrode fingers. According to 2D the electrodes are through a temperature compensation layer 3 or another dielectric cover layer 4 covered. According to 2E is a passivation layer 6 between the mixed crystal layer 1 and the electrodes 2 intended. According to 2F the electrodes are enclosed on all sides by protective layers, for example from below through a diffusion barrier layer (shown in black) to prevent diffusion of copper from the electrodes 2 into the oxygen-containing mixed crystal layer 1 or of oxygen from the mixed crystal layer 1 into the copper-containing electrodes. Above and between the electrodes 2 may be about a corrosion barrier layer (also reference number 6 ) may be provided based on a tantalum-containing material. According to 2G are only the tops, side surfaces and spaces between the electrodes 2 through a passivation layer 6 covered and according to 2H is additionally a temperature compensation layer 3 or another dielectric cover layer 4 intended.

Die 3A bis 3H zeigen weitere Ausführungsformen mit Elektroden 2, die oberhalb der piezoelektrischen Schicht 1 angeordnet sind. Gemäß 3A sind die Elektroden durch eine Temperaturkompensationsschicht 3 oder eine sonstige dielektrische Deckschicht 4 umgeben, oberhalb derer eine Passivierungsschicht 6 angeordnet ist. Im Falle der Temperaturkompensationsschicht 3 wird der Temperaturgang des Bauelements 10 bzw. seines Strukturelements 11 minimiert. Die Passivierungsschicht besteht beispielsweise aus Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid. Gemäß 3B ist hingegen eine Temperaturkompensationsschicht 3 oder sonstige dielektrische Deckschicht 4 besonders großer Schichtdicke (von beispielsweise 0,5 bis 5 μm) aufgebracht. Die Temperaturkompensationsschicht 3 kann insbesondere aus amorphem Siliziumdioxid bestehen; dieses Material besitzt einen positiven TCF-Wert. Das Bauelement gemäß 3B kann insbesondere ein GBAW-Bauelement sein. Es kann alternativ beispielsweise als Oberflächenwellenleiter (SAW) ausgebildet sein, wobei die Schichtdicke der Temperaturkompensationsschicht 3 vorzugsweise zwischen dem fünffachen und dem zwanzigfachen der Wellenlänge der akustischen Wellen liegt. Der Anteil von Tantal in der Mischkristallschicht 1 kann beispielsweise zwischen 30 und 80, vorzugsweise insbesondere bei 70 Prozent liegen (entsprechend einem 30-prozentigen Anteil von Niob). Gemäß 3C kann zusätzlich eine Passivierungsschicht 6 vorgesehen sein. 3D zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer dielektrischen Deckschicht 4, die eine Topografie auf ihrer Oberseite besitzt. 3E zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Passivierungsschichten 6, die zwischen den Elektroden 2 und einer dielektrischen Deckschicht 4 sowie über der Deckschicht 4 angeordnet sind. 3F zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer dielektrischen Deckschicht 4 und einer weiteren Deckschicht 7; letztere ist beispielsweise eine Feuchtigkeitsbarriereschicht aus Siliziumnitrid. Die Doppelschicht eignet sich insbesondere zum Trimmen der Frequenz der elektroakustischen Wellen. Die Mischkristallschicht 1 kann wie in den übrigen hier beschriebenen Ausführungsformen eine auf ein Substrat und eine Trägerschicht abgeschiedene Schicht sein oder alternativ selbst ein (auch gedünntes) Substrat sein. 3G zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel mit Elektroden 2, die aus mehreren Elektrodenschichten gebildet sind, und 3H zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Trägersubstrat 5 unterhalb der piezoelektrischen Schicht 1; ähnlich zur Ausführungsform aus 1C. Die in dieser Anmeldung, insbesondere mit Bezug auf die Figuren beschriebenen Ausführungsformen können des Weiteren miteinander kombiniert werden.The 3A to 3H show further embodiments with electrodes 2 that is above the piezoelectric layer 1 are arranged. According to 3A the electrodes are through a temperature compensation layer 3 or another dielectric cover layer 4 surrounded above which a passivation layer 6 is arranged. In the case of the temperature compensation layer 3 becomes the temperature characteristic of the device 10 or its structural element 11 minimized. The passivation layer consists for example of silicon nitride or aluminum oxide. According to 3B is a temperature compensation layer 3 or other dielectric cover layer 4 particularly large layer thickness (of, for example, 0.5 to 5 microns) applied. The temperature compensation layer 3 may in particular consist of amorphous silicon dioxide; this material has a positive TCF value. The device according to 3B may in particular be a GBAW device. It may alternatively be designed, for example, as a surface waveguide (SAW), wherein the layer thickness of the temperature compensation layer 3 is preferably between five and twenty times the wavelength of the acoustic waves. The proportion of tantalum in the mixed crystal layer 1 may for example be between 30 and 80, preferably in particular 70 percent (corresponding to a 30 percent share of niobium). According to 3C Can additionally a passivation layer 6 be provided. 3D shows an embodiment with a dielectric cover layer 4 which has a topography on its top. 3E shows an embodiment with passivation layers 6 between the electrodes 2 and a dielectric capping layer 4 as well as over the top layer 4 are arranged. 3F shows an embodiment with a dielectric cover layer 4 and another cover layer 7 ; the latter is, for example, a moisture barrier layer of silicon nitride. The double layer is particularly suitable for trimming the frequency of the electroacoustic waves. The mixed crystal layer 1 For example, as in the other embodiments described herein, it may be a layer deposited on a substrate and a carrier layer, or alternatively it may itself be a (also thinned) substrate. 3G finally shows an embodiment with electrodes 2 , which are formed of a plurality of electrode layers, and 3H shows an embodiment with a carrier substrate 5 below the piezoelectric layer 1 ; similar to the embodiment of 1C , The embodiments described in this application, in particular with reference to the figures, can furthermore be combined with one another.

Die Erfindung erleichtert und vereinfacht die gleichzeitige Optimierung des Temperaturgangs und der piezoelektrischen Kopplung für vielerlei Anwendungen, etwa für ein SAW-Bauelement und/oder für Filter und Duplexer. Die Eigenschaften dieser und anderer Bauelemente, etwa hinsichtlich der Verlustrate oder der Bandunterdrückung werden dadurch verbessert; außerdem werden die Größe, der Preis, die Zuverlässigkeit und/oder die Herstellungskosten des elektroakustischen Bauelements optimiert.The invention facilitates and simplifies the simultaneous optimization of the temperature response and the piezoelectric coupling for many applications, such as for a SAW device and / or for filters and duplexers. The properties of these and other components, such as in terms of the loss rate or the tape suppression are thereby improved; In addition, the size, the price, the reliability and / or the manufacturing cost of the electroacoustic device are optimized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Piezoelektrische SchichtPiezoelectric layer
22: Elektrodeelectrode
33: TemperaturkompensationsschichtTemperature compensation layer
44: dielektrische Deckschichtdielectric cover layer
55: Trägersubstratcarrier substrate
66: Passivierungsschichtpassivation
77: weitere Deckschichtadditional cover layer
1010: elektroakustisches Bauelementelectroacoustic component
1111: Strukturelementstructural element

Claims

Electro-acoustic component ( 10 ) with a piezoelectric layer ( 1 ) and with electrodes ( 2 ), which on one side of the piezoelectric layer ( 1 ) are arranged, wherein the piezoelectric layer ( 1 ) is a mixed crystal layer formed of LiNb _x Ta _1-x O ₃ , where 0 <x <1, characterized in that the proportion (1-x) of tantalate in the lithium niobate tantalate is between 0.1 and 0.9.

Component according to claim 1, characterized in that the proportion (1-x) of tantalate in the lithium niobate tantalate is between 0.6 and 0.8.

Component according to Claim 1 or 2, characterized in that the piezoelectric layer ( 1 ) is a substrate piece of lithium niobate tantalate.

Component according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the piezoelectric layer ( 1 ) on a carrier substrate ( 5 ) or another carrier layer is arranged.

Component according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the electroacoustic component ( 10 ) a structural element ( 11 ) having a layer sequence of solid layers, wherein the structural element ( 11 ) at least the piezoelectric layer ( 1 ), the electrodes ( 2 ) and a temperature compensation layer ( 3 ), which reduces the temperature dependence of the frequency of electro-acoustic waves.

Component according to Claim 5, characterized in that the temperature compensation layer ( 3 ) is an amorphous silicon dioxide layer.

Component according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the electroacoustic component ( 10 ) a structural element ( 11 ) having a layer sequence of solid layers, wherein the structural element ( 11 ) at least the piezoelectric layer ( 1 ), the electrodes ( 2 ) and at least one dielectric cover layer ( 4 ).

Method for producing an electroacoustic component ( 10 ), comprising the steps: - producing a piezoelectric layer ( 1 ), - forming electrodes ( 2 ) on one side of the piezoelectric layer ( 1 ) and - completing the electroacoustic device ( 10 ), as a piezoelectric layer ( 1 ) a mixed crystal layer of LiNb _x Ta _1-x O _{3 is} produced, where 0 <x <1, characterized in that the proportion (1-x) of tantalate in the lithium niobate tantalate is between 0.1 and 0.9.

Method according to Claim 8, characterized in that the finishing of the electroacoustic component ( 10 ) at least forming a temperature compensation layer ( 3 ), which reduces the temperature dependence of the frequency of electroacoustic waves, and / or the formation of a dielectric cover layer (US Pat. 4 ).