DE102011004528A1

DE102011004528A1 - Akustische Kopplungsschicht für gekoppelte Resonator Filter und Verfahren zum Fabrizieren einer akustischen Kopplungsschicht

Info

Publication number: DE102011004528A1
Application number: DE102011004528A
Authority: DE
Inventors: Steve Calif. Gilbert; Rick Col. Snyder; John D. Calif. Larson; Phil Col. Nikkel
Original assignee: Avago Technologies Wireless IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: US20110204996A1; US8587391B2; DE102011004528B4

Abstract

In Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform weist eine Volumen Akustischer Wellen (Bulk Acoustic Wave (BAW)) Resonator Struktur (100) auf: einen ersten BAW Resonator (103) aufweisend eine erste untere Elektrode (106), eine erste obere. Elektrode (108) und eine erste piezoelektrische Schicht (107), welche zwischen der ersten unteren Elektrode (106) und der ersten oberen Elektrode (108) angeordnet ist; einen zweiten BAW Resonator (105) aufweisend eine zweite untere Elektrode (109), eine zweite obere Elektrode (111) und eine zweite piezoelektrische Schicht (110), welche zwischen der zweiten unteren Elektrode (109) und der zweiten oberen Elektrode (111) angeordnet ist; und eine Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104), welche zwischen dem ersten BAW Resonator (103) und dem zweiten BAW Resonator (105) angeordnet ist, wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) eine akustische Impedanz von weniger als ungefähr 6,0 MRayl und eine akustische Dämpfung von weniger als ungefähr 1000 dB/cm hat.

Description

HINTERGRUND
In vielen elektronischen Anwendungen werden elektrische Resonatoren verwendet. Zum Beispiel werden in vielen drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen Radiofrequenz (RF) und Mikrowellenfrequenz Resonatoren als Filter verwendet, um das Empfangen und das Senden von Signalen zu verbessern. Filter beinhalten typischerweise Induktivitäten und Kondensatoren, und in jüngster Zeit Resonatoren.
Wie verstanden werden wird, ist es gewünscht die Größe von Komponenten von elektronischen Vorrichtungen zu reduzieren. Viele bekannte Filtertechnologien stellen eine Barrieren für eine allumfassende Systemminiaturisierung dar. Mit dem Bedürfnis die Komponentengröße zu reduzieren, hat sich eine Klasse von Resonatoren entwickelt, die auf dem piezoelektrischen Effekt basieren. In piezoelektrisch basierten Resonatoren werden akustisch resonante Moden in dem piezoelektrischen Material generiert. Diese akustischen Wellen werden in elektrische Wellen zur Verwendung in elektrischen Anwendungen konvertiert.
Ein Typ von piezoelektrischem Resonator ist ein Volumen Akustischer Wellen Resonator (Bulk Acoustic Wave (BAW) resonator). Der BAW beinhaltet einen akustischen Stapel, welcher unter anderem eine Schicht von piezoelektrischem Material aufweist, welche zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Akustische Wellen erreichen Resonanzen über den akustischen Stapel, wobei die Resonanzfrequenz der Wellen durch die Materialien in dem akustischen Stapel bestimmt ist. Ein Typ von BAW Resonator weist einen piezoelektrischen Film für das piezoelektrische Material auf. Diese Resonatoren werden oft als Film Volumen Akustische Resonatoren (Film Bulk Acoustic Resonators, FBAR) bezeichnet.
FBAR's sind im Prinzip ähnlich zu Volumen Akustischen Resonatoren (Bulk Acoustic Resonators) wie z. B. Quarz, sind aber herunter skaliert, um bei GHz Frequenzen zu schwingen. Da die FBAR's Dicken in der Größenordnung von Mikrometer (microns) und eine Längen- und Breitendimension von hunderten von Mikrometer haben, stellen FBAR's auf vorteilhafte Weise eine vergleichsweise kompakte Alternative zu einigen bekannten Resonatoren dar.
FBARs können einen akustischen Stapel aufweisen, der über Luft angeordnet ist. In einer solchen Struktur kann der akustische Stapel als Membran bezeichnet werden. Oft wird die Membran über einer Kavität aufgehängt, welche in einem Substrat bereit gestellt ist. Andere FBARs weisen den akustischen Stapel ausgebildet über einem akustischen Spiegel auf, welcher in dem Substrat ausgebildet ist.
Filter basierend auf der FBAR Technologie bieten ein vergleichsweise geringes In-Band Einfügungsdämpfungsmaß (in-band insertion loss) aufgrund des vergleichsweise hohen Qualitätsfaktors (Q-Faktor) von FBAR Vorrichtungen. FBAR basierte Filter werden oft in Zellular- oder Mobilfunktelefonen verwendet, die in mehreren Frequenzbändern operieren können. Bei solchen Vorrichtungen ist es wichtig, dass ein Filter, welcher vorgesehen ist ein bestimmtes Frequenzband (”das Durchlassband”) passieren zu lassen, ein hohes Maß an Abschwächung bei anderen naheliegenden Frequenzbändern hat, welche Signale enthalten, die zurück gewiesen werden sollen. Genauer ausgedrückt, es kann eine oder mehrere Frequenzen oder Frequenzbänder nahe dem Durchlassband geben, welche Signale mit relativ großen Amplituden haben, die durch den Filter zurück gewiesen werden sollen. In solchen Fällen wäre es vorteilhaft in der Lage zu sein, die Zurückweisungsscharakteristik des Filters bei solchen speziellen Frequenzen oder Frequenzbändern zu erhöhen, auch falls die Zurückweisung bei anderen Frequenzen oder Frequenzbändern nicht den gleichen Grad an Zurückweisung annimmt.
Ein Typ von Filter basierend auf der FBAR Technologie ist bekannt als gekoppelter Resonator Filter (coupled resonator filter, CRF). Ein CRF weist eine Kopplungsstruktur auf, die zwischen zwei vertikal gestapelten FBARs angeordnet ist. Der CRF kombiniert die akustische Aktivität von zwei FBARs und stellt eine Bandpass Filter Transfer Funktion bereit. Für einen gegebenen akustischen Stapel hat der CRF zwei fundamentale Resonanzmoden, eine symmetrische Mode und eine asymmetrische Moden, von unterschiedlichen Frequenzen. Das Ausmaß an Unterschied in den Frequenzen der Moden hängt unter anderem von dem Ausmaß der Stärke der Kopplung zwischen den beiden FBARS von dem CRF ab. Falls das Ausmaß der Kopplung zwischen den beiden FBARS zu groß ist (über-gekoppelt, over-coupled), ist das Passband inakzeptabel breit, und es resultiert ein inakzeptabler ”swag” oder ”Abfall (dip)” in der Mitte des Passbandes sowie ein begleitendes inakzeptabel hohes Einfügungsdämpfungsmaß in der Mitte des Passbandes. Falls das Ausmaß der Kopplung zwischen den beiden FBARS zu klein ist (unter-gekoppelt, undercoupled), ist das Passband des CRF zu schmal.
Das Ausbreiten des Passbandes aufgrund von Überkopplung der FBARS und der ”swag” in der Mitte des Passbandes hat zu Bemühungen geführt, das Ausmaß der Kopplung zwischen den FBARS des CRF zu reduzieren. Für viele bekannte Materialien, die für akustisches Koppeln nützlich sind, ist das Ausmaß der Kopplung zu groß, und resultiert in einer inakzeptablen großen Differenz in den Resonanzfrequenzen oder Moden des CRF.
Eine bekannte Technik, die darauf abzielt das Ausmaß der Kopplung zwischen den FBARs des CRF zu reduzieren, beinhaltet die Verwendung von Materialien mit relativ geringer akustischer Impedanz für den akustischen Koppler. Zum Beispiel ist Low-k Silizium Harz (silicon low-k (SiLK) resin), welches demjenigen bekannt ist, der in der Technik durchschnittlich begabt ist, untersucht worden zur Verwendung als ein akustischer Koppler in einem CRF. Obwohl die Verwendung von bekannten Materialien mit geringer akustischer Impedanz aus der Perspektive des reduzieren Koppelns zwischen den FBARs in dem CRF vielversprechend ist, und dadurch Passband Charakteristiken verbessert wurden, stellen solche bekannte Materialien eine inakzeptable hohe akustische Abschwächung dar, welche in einem inakzeptablen Ausmaß von akustischen Verlusten und einer ungewünschten Reduzierung in Q resultiert.
Zum Beispiel ist die akustische Abschwächung bei der geraden Moden Resonanz (zweite Resonanzfrequenz) von einem CRF, welcher eine SiLK Kopplungsschicht hat, inakzeptabel groß und verursacht eine ”Schieflage (tilt)” des Passbandes nahe der geraden Moden Resonanzfrequenz. Außerdem werden in vielen Anwendungen CRFs in Serie miteinander verbunden um Multi-Pol Filter zu bilden. Unglücklicherweise addiert sich die inakzeptable akustische Abschwächung von SiLK bei der geraden Moden Resonanzfrequenz in den in Serie miteinander verbundenen Resonatoren. Das resultierende Einfügungsdämpfungsmaß (insertion loss) bei der zweiten Resonanzfrequenz und die Passband ”Schieflage (tilt)” sind daher weiter verschärft.
Außerdem ist die Stufenabdeckung (step-coverage) von aufgezogenem (spun-on) SiLK in einem CRF nicht gleichmäßig und resultiert in einer nicht gleichmäßigen Dicke der Kopplungsschicht, insbesondere nahe der Umfassung (perimeter) des akustischen Resonators wo die Topographie ausgesetzt ist. Solche Variationen in der Dicke der Schicht von SiLK in CRF Anwendungen kann die Kopplung zwischen den BAW Resonatoren des CRF stören. Diese Störungen können zu störenden Moden und unerwünschten ”Einkerbungen (notches)” in dem Passband des CRF führen. Außerdem hat SiLK einen vergleichsweise großen Temperaturausdehnungskoeffizienten und eine große elastische Steifheit. Der resultierende CRF hat einen inakzeptablen großen Temperaturfrequenzkoeffizienten (temperature coefficient of frequency, TCF), was in vielen Anwendung nicht wünschenswert ist.
Was gebraucht wird ist daher eine BAW Resonator Struktur und ein Verfahren zum Fabrizieren derselben, welche zumindest die bekannten oben beschriebenen Schwächen überwindet.
ZUSAMMENFASSUNG
In Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform weist eine Volumen Akustischer Wellen (Bulk Acoustic Wave (BAW)) Resonator Struktur auf: einen ersten BAW Resonator aufweisend eine erste untere Elektrode, eine erste obere Elektrode und eine erste piezoelektrische Schicht, welche zwischen der ersten unteren Elektrode und der ersten oberen Elektrode angeordnet ist; einen zweiten BAW Resonator aufweisend eine zweite untere Elektrode, eine zweite obere Elektrode und eine zweite piezoelektrische Schicht, welche zwischen der zweiten unteren Elektrode und der zweiten oberen Elektrode angeordnet ist; und eine Einzel-Material akustische Kopplungsschicht, welche zwischen dem ersten BAW Resonator und dem zweiten BAW Resonator angeordnet ist. Veranschaulichend hat die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht eine akustische Impedanz von weniger als ungefähr 6,0 MRayl und eine akustische Dämpfung von weniger als ungefähr 1000 dB/cm.
In dieser Anmeldung ist die Einheit Rayl im MKS Einheitensystem angegeben. Dies bedeutet: 1 MRayl = 10⁵ g/cm² s = 10⁶ Pas/m.
In Übereinstimmung mit einer anderen repräsentativen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Fabrizieren einer Volumen Akustischer Wellen (Bulk Acoustic Wave (BAW)) Resonator Struktur beschrieben. Das Verfahren weist auf: Bilden eines ersten BAW Resonators; Bilden eines zweiten BAW Resonators; und Bilden einer Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht zwischen dem ersten BAW Resonator und dem zweiten BAW Resonator. Veranschaulichend hat die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht eine akustische Impedanz von weniger als ungefähr 6,0 MRayl und eine akustische Dämpfung von weniger als ungefähr 1000 dB/cm.
In Übereinstimmung mit einer anderen repräsentativen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Fabrizieren einer Volumen Akustischer Wellen (Bulk Acoustic Wave (BAW)) Resonator Struktur beschrieben. Das Verfahren weist auf: Bilden eines ersten BAW Resonators; Bilden eines zweiten BAW Resonators; und Deponieren einer Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht zwischen dem ersten BAW Resonator und dem zweiten BAW Resonator. Das Deponieren der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht weist ein Konfektionieren (tailoring) einer ausgewählten akustischen Impedanz mittels Auswählen einer Größe von einem speziellen Prozessparameter auf, welcher aus einer Gruppe von Prozessparametern ausgewählt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beispielhaften Ausführungsformen werden am besten verstanden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie mit den beigefügten Zeichnungsfiguren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können die Abmessungen zum Zwecke der Klarheit der Diskussion beliebig vergrößert oder verkleinert sein. Wo immer anwendbar und geeignet, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
1 ist eine Querschnittsansicht einer BAW Resonator Struktur in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
2 ist ein Ablaufdiagram, welches ein Verfahren zum Fabrizieren eines gekoppelten Resonator Filters (coupled resonator filter, CRF) in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform zeigt.
3 ist eine graphische Darstellung einer Änderung in der Wafer Masse versus der Filmdicke von Kohlenstoff dotiertem Oxid (carbon doped Oxide, CDO) für CDO Filme, die in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform über einen Bereich von Prozessdrücken deponiert werden.
4 ist eine graphische Darstellung der CDO Dicke versus einer Fortpflanzungszeit für einen einzigen longitudinalen Durchgang durch die CDO Schicht in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
5 ist eine tabellarische Darstellung von verschiedenen akustischen Eigenschaften versus einem Depositionsdruck von CDO in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
6A ist eine graphische Darstellung der Dichte versus dem Depositionsdruck von CDO in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
6B ist eine graphische Darstellung der akustischen Geschwindigkeit einer longitudinalen akustischen Welle versus dem Depositionsdruck von CDO in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
6C ist eine graphische Darstellung der akustischen Impedanz versus dem Depositionsdruck von CDO in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
7 ist eine graphische Darstellung der akustischen Dämpfung versus der akustischen Impedanz von CDO in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
8 ist eine graphische Darstellung des Transmissionskoeffizienten (S21) versus der Frequenz (in GHz) von einem CRF von einer repräsentativen Ausführungsform, und dem Transmissionskoeffizienten versus der Frequenz bei einem bekannten CRF.
9 ist eine graphische Darstellung von einem Vergleich zwischen dem gemessenen Temperaturfrequenzkoeffizienten (temperature coefficient of frequency, TCF) von einem CRF, welcher mit CDO aufgebaut ist, und einer vergleichbaren Vorrichtung, welche mit Low-k Silizium (silicon low-k (SiLK)) aufgebaut ist.
DEFINIERTE TERMINOLOGIE
Es muss verstanden werden, dass die Terminologie, die hierin verwendet wird, nur für die Zwecke des Beschreibens von bestimmten Ausführungsformen gedacht ist und dass sie nicht als einschränkend beabsichtigt ist. Die definierten Ausdrücke sind zusätzlich zu der technischen und der wissenschaftlichen Bedeutung der definierten Ausdrücke, wie sie in dem technischen Gebiet der vorliegenden Lehre allgemein verstanden und akzeptiert werden.
So wie sie in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, beinhalten die Ausdrücke ”ein”, ”eine”, ”einer”, ”eines”, ”der”, ”die” und ”das” sowohl ein Bezugnahme im Singular als auch ein Bezugnahme im Plural, wenn nicht der Kontext eindeutig etwas anderes vorschreibt. Daher beinhaltet z. B. ”eine Vorrichtung” eine Vorrichtung und mehrere Vorrichtungen.
So wie sie in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, und zusätzlich zu ihren gewöhnlichen Bedeutungen, bedeuten die Ausdrücke ”im Wesentlichen” oder ”wesentlich” mit akzeptablen Grenzen oder mit akzeptablem Maß. Zum Beispiel bedeutet ”im Wesentlichen gelöscht”, dass derjenige, der in der Technik geübt ist, das Löschen als akzeptierbar erachten würde.
So wie in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet, und zusätzlich zu der gewöhnlichen Bedeutung, bedeutet der Ausdruck ”ungefähr” für jemanden, der in der Technik geübt ist, innerhalb einer akzeptablen Grenze oder eines akzeptablen Maßes. Zum Beispiel bedeutet ”ungefähr das Gleiche”, dass derjenige, der in der Technik geübt ist, die verglichenen Elements als gleich erachten würde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zum Zwecke der Erklärung und nicht zur Beschränkung spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der beispielhaften Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehre zu bieten. Es wird jedoch für jemanden, der in der Technik geübt ist und der den Vorteil der vorliegenden Offenbarung hat, offensichtlich sein, dass auch andere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehre, die von der den spezifischen hierin offenbarten Detail abweichen, innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche verbleiben. Ferner, können Beschreibungen von allgemein bekannten Vorrichtungen und Verfahren weggelassen sein, um nicht die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen zu verdunkeln. Derartige Verfahren und Vorrichtungen liegen offensichtlich innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehre.
Im Allgemeinen ist zu verstehen, dass die Zeichnungen und die verschiedenen darin abgebildeten Elemente nicht maßstabsgetreu sind. Ferner werden relative Ausdrücke wie z. B. ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”oben”, ”unten”, ”oberer/obere/oberes” und ”unterer/untere/unteres” verwendet, um die verschiedenen Elementbezüge zueinander zu beschreiben, wie sie in den beigefügten Zeichnungen illustriert sind. Es ist zu verstehen, dass diese relativen Ausdrücke beabsichtigt sind, um zusätzlich zu der Orientierung, die in den Zeichnungen dargestellt ist, unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung und/oder der Elemente zu umfassen. Zum Beispiel, wenn die Vorrichtung in Bezug zu der Ansicht in den Zeichnungen invertiert wäre, dann wäre ein Element, welches als ”oberhalb” eines anderen Elementes beschrieben ist, zum. Beispiel dann unterhalb dieses Elementes.
Die vorliegenden Lehren betreffen FBAR Vorrichtungen (FBARs), FBAR basierte Filter (z. B. CRFs), deren Materialien und deren Verfahren zur Herstellung. Bestimmte Details von FBARs, FBAR basierten Filtern, deren Materialien und deren Verfahren zur Herstellung können gefunden werden in einem oder in mehreren der folgenden U.S. Patente und Patentanmeldungen: U.S. Patent Nr. 6,107,721 von Lakin; U.S. Patente 5,587,620 , 5,873,153 und 6,507,983 von Ruby et al.; U.S. Patent Anmeldung Nr. 11/443,954 mit dem Titel ”Piezoelectric Resonator Structures and Electrical Filters” von Richard C. Ruby et al.; U.S. Patent Anmeldung Nr. 10/990,201 mit dem Titel ”Thin Film Bulk Acoustic Resonator with Mass Loaded Perimeter” von Hongjun Feng et al.; U.S. Patent Anmeldung Nr. 11/713,726 mit dem Titel ”Piezoelectric. Resonator Structures and Electrical Filters having Frame Elements” von Jamneala et al.; und U.S. Patent Anmeldung Nr. 11/159,753 mit dem Titel ”Acoustic Resonator Performance Enhancement Using Alternating Frame Structure” von Richard C. Ruby et al.. Die Offenbarungen dieser Patente und Patentanmeldungen sind speziell durch in Bezugnahme hierin inkorporiert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Komponenten, Materialien und Verfahren zur Herstellung, die in diesen Patenten und Patentanmeldungen beschrieben sind, beispielhaft sind und dass andere Verfahren der Herstellung und andere Materialien innerhalb des Bereichs liegen, der von jemandem, der in der Technik geübt ist, in Erwägung gezogen wird.
1 ist eine Querschnittsansicht einer BAW Resonator Struktur 100 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. In repräsentativen Ausführungsformen ist die BAW Resonator Struktur 100 durch geeignete elektrische Verbindungen (nicht dargestellt) als ein CRF konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass dies lediglich erläuternd ist, und es wird betont, dass andere Konfigurationen für andere Anwendungen der vorliegenden Lehren durch geeignete elektrische Verbindungen in Erwägung zu ziehen sind. Zum Beispiel kann die BAW Resonator Struktur 100 verwendet werden, um einen unsymmetrisch zu symmetrisch Signalkonverter (single-to-balanced signal converter) zu schaffen.
Die BAW Resonator Struktur 100 weist ein Substrat 101 und eine Kavität 102 (oft als ”Swimming Pool bezeichnet”) auf. Alternativ kann anstelle der Kavität 102 ein akustischer Spiegel (nicht dargestellt), welcher alternierende Schichten von hoher und geringer akustischer Impedanz aufweist, in dem Substrat 101 ausgebildet sein, um eine akustische Isolation bereit zu stellen. Ein erster BAW Resonator 103 ist über der Kavität 102 (oder dem akustischen Spiegel) angeordnet. Eine ein einziges Material aufweisende akustische Kopplungsschicht 104 oder eine Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 ist über dem ersten BAW Resonator 103 angeordnet. Ein zweiter BAW Resonator 105 ist über der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht 104 angeordnet. Der erste BAW Resonator 103 weist eine erste untere Elektrode 106, eine erste piezoelektrische Schicht 107 und eine erste obere Elektrode 108 auf. Der zweite BAW Resonator 105 weist einer zweite untere Elektrode 109, eine zweite piezoelektrische Schicht 110 und eine zweite obere Elektrode 111 in der dargestellten Reihenfolge auf.
In einer repräsentativen Ausführungsform ist die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 eine einzige Schicht. In anderen Ausführungsformen wird eine akustische Kopplungsstruktur in Erwägung gezogen, welche die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 und zumindest eine andere Schicht aufweist. Eine solche akustische Kopplungsstruktur wäre zwischen dem ersten BAW Resonator 103 und dem zweiten BAW Resonator 105 angeordnet. Diese illustrative akustische Kopplungsstruktur, welche die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 aufweist, kann in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren fabriziert werden. Zum Beispiel kann eine Schicht aus SiO₂ unterhalb der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht 104 ausgebildet sein; und eine andere Schicht aus SiO₂ kann oberhalb der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht 104 ausgebildet sein. Weitere Details von solch einer akustischen Kopplungsstruktur, welche die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 aufweist, sind offenbart in der U.S. Patentanmeldung (Avago Docket Nr.: 2009-092USORG) mit dem Titel ”Bulk Acoustic Resonator Structures Comprising a Single-Material Acoustic Coupling Lager Comprising Inhomogeneous Acoustic Property” von Elbrecht, et al.. Diese gemeinsam abgetretene (commonly assigned) Patentanmeldung wird gleichzeitig eingereicht und die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldung ist speziell durch in Bezugnahme hierin inkorporiert.
Wie nachstehend vollständiger beschrieben, hat die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 eine akustische Impedanz und eine akustische Dämpfung, die für eine spezielle Anwendung durch eine Auswahl von einer speziellen Größe von einem spezielle Prozessparameter konfektioniert oder maßgeschneidert (tailored) sind. Die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 der repräsentativen Ausführungsform stellt eine Diskontinuität in der akustischen Impedanz bereit, welche erforderlich ist, um die Kopplung zwischen dem ersten Resonator 103 und dem zweiten Resonator 105 auf ein gewünschtes Ausmaß zu reduzieren. In einer Konfiguration sind die erste obere Elektrode 108 und die zweite untere Elektrode 109 mit Masse (ground) verbunden; der Eingangsport ist mit der ersten unteren Elektrode 106 verbunden und der Ausgangsport ist mit der Elektrode 111 verbunden. Insofern sind der Eingangsport und der Ausgangsport akustisch gekoppelt, aber elektrisch isoliert, und stellen einen unsymmetrisch (single-ended) zu unsymmetrisch CRF dar. Es wird betont, dass diese Konfiguration lediglich illustrativ ist und dass andere Konfigurationen basierend auf der repräsentativen Topologie in Erwägung gezogen werden können. Zum Beispiel stellt eine in Erwägung zu ziehende Variante der BAW Resonator Struktur 100 einen CRF mit einem unsymmetrischen Eingang und einem differenziellen Ausgang dar. Ferner können, wie von jemanden, der in der Technik durchschnittlich geübt ist, eingesehen wird, eine Mehrzahl von BAW Resonator Strukturen 100 der repräsentativen Ausführungsform gezielt miteinander verbunden werden, um mehrstufige (multiple-stage) Filter für eine Vielzahl von Anwendungen bereit zu stellen. Auf vorteilhafte Weise und ungleich wie bei bekannten CRFs, resultiert eine serielle Verbindung von zwei oder mehreren BAW Resonator Strukturen 100 nicht in einer signifikanten Reduzierung des Einfügungsdämpfungsmaßes (insertion loss) bei der zweiten Resonanzfrequenz des CRF, oder zu einer schädlichen Schieflage (”tilt”) in dem Passband nahe der zweiten Resonanzfrequenz des CRF.
In einer repräsentativen Ausführungsform weisen die Elektrode 106, 108, 109 und 111 Molybdän (Mo), oder Wolfram (W) oder andere Materialien auf, welche zur Verwendung als Elektroden in FBARs geeignet sind. Die piezoelektrischen Schichten 107, 110 weisen veranschaulichend Aluminiumnitrid (AIN) oder andere piezoelektrische Materialien auf, die für FBAR Anwendungen geeignet sind. Die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 weist ein Kohlenstoff dotiertes Siliziumoxid (SiOCH) auf, welches unter Verwendung von Verfahren von unten dargestellten repräsentativen Ausführungsformen fabriziert worden ist. Insbesondere gehören SiOCH Filme der repräsentativen Ausführungsform zu einer generellen Klasse von dielektrischen Materialien mit vergleichseise geringer dielektrische Konstante (Low-k dielektrische Materialien), die oft als Kohlenstoff dotiertes Oxid (carbon-doped Oxide, CDO) bezeichnet werden. Alternativ kann die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 andere dielektrische Materialien mit geeigneter akustischer Impedanz und akustischer Dämpfung aufweisen, einschließlich aber nicht beschränkt auf poröses Silizium Oxinitrid (SiON), poröses Bor dotiertes Silikatglas (BSG) oder poröses Phosphor Silikatglas (PSG). Wie nachstehend vollständiger beschrieben ist, sind unabhängig von dem speziellen Material, welches für die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 ausgewählt ist, die akustische Impedanz und die akustische Dämpfung der Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 maßgeschneidert, um eine gewünschte Passband Charakteristik bereit zu stellen. Wie es deutlicher werden wird so wie die vorliegende Beschreibung fortfährt, kann außerdem die akustische Impedanz der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht 104 während der Abscheidung (deposition) und über ihre Dicke maßgeschneidert werden. Daher kann die akustische Impedanz inhomogen sein (z. B. kann die akustische Impedanz ein Profil über ihre Dicke haben). Insbesondere kann der Gradient des Profils vergleichsweise glatt sein, oder kann eine Stufenfunktion sein mit einer vergleichsweise diskreten Änderung oder vergleichsweise diskreten Änderungen in der akustischen Impedanz, um über ihre Dicke Bereiche von vergleichsweise geringer und vergleichsweise hoher akustischer Impedanz zu formen
2 ist ein Ablaufdiagram, welches ein Verfahren zum Herstellen einer CRF Resonator Struktur 200 (z. B. die BAW Resonator Struktur 100) in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform zeigt. Wie oben angemerkt, ist eine nützliche Konfiguration der BAW Resonator Struktur 100 ein CRF.
Bei 201 beginnt das Verfahren mit dem Bilden eines ersten BAW Resonators (z. B. der erste BAW Resonator 103, der in 1 gezeigt ist). Der erste BAW Resonator 103 kann mittels eines bekannten Verfahrens ausgebildet werden. Der erste BAW Resonator 103 kann über einer Opferschicht (nicht gezeigt) ausgebildet werden, welche in der Kavität 102 in dem Substrat 101 bereit gestellt ist, oder über einem akustischen Spiegel (nicht gezeigt). Insbesondere kann eine Adhäsionsschicht über der ersten oberen Elektrode 108 bereit gestellt sein, bevor die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 ausgebildet wird. Zur Erläuterung, eine Schicht aus SiC stellt eine geeignete Adhäsion von CDO zu der Elektrode 108 zur Verfügung.
Bei 202 wird eine Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (z. B. die Schicht 104) in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform ausgebildet. Wie nachstehend vollständiger beschrieben ist, weist die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht eine gewünschte akustische Impedanz, eine gewünschte akustische Dämpfung oder beides auf. Das Verfahren zum Herstellen der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht von den repräsentativen Ausführungsformen ermöglicht das Maßschneidern der akustischen Impedanz, oder der akustischen Dämpfung oder beides, durch die Auswahl eines bestimmten Wertes von einem bestimmten Prozessparameter. In der vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsform ist das Ausbilden der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht gerichtet auf die Bildung von CDO mit einer gewünschten Kombination aus akustischer Impedanz/akustischer Dämpfung, welche durch die Auswahl eines Kammerdrucks während der Abscheidung (deposition) erreicht wird.
In einer repräsentativen Ausführungsform weist die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 eine einzige Schicht von CDO auf, welches unter Verwendung von einer Plasma-unterstützten Chemischen Gasphasenabscheidung (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) abgeschieden wurde. Die PECVD gewährleistet eine oberflächengetreue (tonformal) Abdeckung über einer dreidimensionale Oberflächentopographie, die eine geeignet einheitliche Dicke der resultierenden CDO Schicht über der oberen Elektrode 108 des ersten BAW Resonators 103 zur Folge hat. Veranschaulichend ist die CDO Schicht auf 150 mm Wafern in einer bekannten Prozessierplattform unter Verwendung eines Kohlenstoff enthaltenden Siliziumorganischen Precursor Trimethyl Siliziumwasserstoffs (carboncontaining organosilicon precursor trimethylsilane, TMS) kombiniert mit einem Oxidationsmittel Gas (N₂O) abgeschieden, ähnlich zu früheren Berichten von Kohlenstoff dotierten Oxiden, die mit PECVD angefertigt werden. Die Eigenschaften der resultierenden CDO Schichten sind nachstehend detailliert.
Wie oben angemerkt, sind die CDO Schichten mittels PECVD über einen Bereich von maßgeschneiderten Kammerdrücken abgeschieden, um die gewünschten Eigenschaften (z. B. Dicke, akustische Impedanz und akustische Dämpfung) der Einzel-Material akustische Kopplungsschicht bereit zu stellen. Es wird betont, dass die Variation von Kammerdruck zum Formen der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht 104, welche CDO mit den gewünschten Eigenschaften aufweist, gedacht ist beispielhaft zu sein und nicht einschränkend, so dass die Variation von anderen Abscheideparametern einschließlich Temperatur, N₂O Gasflussrate, TMS Flussrate und RF Leistung in Erwägung zu ziehen ist, um die gewünschten Eigenschaften des CDO maßzuschneidern.
Wie es deutlicher werden wird so wie die vorliegende Beschreibung fortfährt, kann in einer Ausführungsform eine Variation des Kammerdrucks während der Abscheidung des CDO in einer Variation der akustischen Impedanz um einen Faktor von ungefähr 2:1 über die Dicke der Einzel-Material akustische Kopplungsschicht 104 resultieren. Daher ermöglicht das Verfahren gemäß einer repräsentativen Ausführungsform die Bildung einer Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht, welche über ihre Dicke eine Variation in der akustischen Impedanz hat, die für eine spezielle Anwendung maßgeschneidert ist. Weitere Details von dem Erfordernis für und der Verwendung von einer Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht, welche eine inhomogene akustische Impedanz aufweist, sind dargelegt in der U.S. Patentanmeldung (Avago Docket Nr.: 2009-092USORG) mit dem Titel ”Bulk Acoustic Resonator Structures Comprising a Single-Material Acoustic Coupling Layer Comprising Inhomogeneous Acoustic Property” von Elbrecht, et al..
Es wird betont, dass die resultierende Einzel-Material akustische Kopplungsschicht und ihr Verfahren zur Herstellung gedacht sind veranschaulichend zu sein und dass andere Materialien, so wie diejenigen, die oben angemerkt sind, zur Verwendung als die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht der vorliegenden Lehren in Erwägung zu ziehen sind. Im Allgemeinen können andere Materialien als CDO mittels PECVD unter Verwendung von ausgewählten Gasen für die spezielle Einzel-Material akustische Kopplungsschicht, die fabriziert wird, ausgebildet werden. Genauso wie das veranschaulichende Verfahren zum Bilden von CDO mit einer gewünschten akustischen Impedanz/akustischen Dämpfung, kann eine Auswahl des Kammerdrucks während einer PECVD für eine speziell akustische Impedanz/akustische Dämpfung gemacht werden. Alternativ können andere Abscheideparameter einschließlich Temperatur, N₂O Gasflussrate, O₂ Gasflussrate, Precursor Flussrate und RF Leistung ausgewählt werden, um die gewünschten Eigenschaften der CDO akustischen Kopplungsschicht maßzuschneidern. Unabhängig von dem gewählten Material hat die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht der repräsentativen Ausführungsform auf vorteilhafte Weise eine akustische Impedanz in dem Bereich von ungefähr 1,0 MRayl bis ungefähr 6,0 MRayl, und eine akustische Dämpfung, die in dem Bereich von ungefähr 2000 dB/cm (bei 1 GHz) bis ungefähr 10 dB/cm (bei 1 GHz) liegt.
Insbesondere kann eine Adhäsionsschicht (nicht dargestellt) über der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht 104 vorgesehen sein, bevor die zweite untere Elektrode 109 ausgebildet wird. Erneut stellt eine Schicht aus SiC eine geeignete Adhäsion des CDO an die Elektrode 109 zur Verfügung.
Bei 203 weist das Verfahren das Bilden eines zweiten BAW Resonators (z. B. der zweite Resonator 105, der in 1 gezeigt ist) auf. Der zweite BAW Resonator wird gebildet unter Verwendung von bekannten Verfahren und Materialien, so wie beschrieben in den oben referenzierten Patenten und Patentanmeldungen. Nach der Beendigung der Herstellung des zweiten BAW Resonators 105 wird das Opfermaterial, welches in der Kavität 102 bereit gestellt ist, mittels einer bekannten Methode abgebaut. Selbstverständlich, falls ein akustischer Spiegel unter dem ersten BAW Resonator 103 bereit gestellt ist, wäre ein solcher Schritt nicht erforderlich.
Verschiedene nützliche akustische Parameter der CDO (Dichte, Schallgeschwindigkeit und Impedanz) können durch ein Messen der Dicke, der Masse und der akustischen Fortpflanzungszeit von Filmen bestimmt werden, die direkt auf blanken Si Wafern unter Verwendung von bekannten Verfahren abgeschieden werden. Für jede der untersuchten PECVD Prozessbedingungen wurden CDO Filme, welche unterschiedliche Dicken haben (100 nm bis 500 nm), abgeschieden und vollständig charakterisiert. Durch Messen einer Dickenserie für jede Prozessbedingung ist es möglich getrennte mögliche Oberflächeneffekte (interface effects) von den Volumen Film Eigenschaften (bulk film properties) zu separieren. Dickenmessungen können gewonnen werden unter Verwendung eines bekannten Röntgen Reflexionsverfahren (X-Ray Reflectivity XRR Verfahren).
3 ist eine graphische Darstellung einer Änderung in der Wafer Masse versus der Filmdicke von Kohlenstoff dotiertem Oxid (carbon doped Oxide, CDO) für CDO Filme, die über einem Silizium (Si) Substrat, und über einen Bereich von Prozessdrücken in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform deponiert wurden. Insbesondere die Kurve 301 stellt die Änderung in der Wafer Masse versus der Dicke von CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 2,6 Torr abgeschieden worden ist. Die Kurve 302 stellt die Änderung in der Wafer Masse versus der Dicke von CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 3,0 Torr abgeschieden worden ist. Die Kurve 303 stellt die Änderung in der Wafer Masse versus der Dicke von CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 3,2 Torr abgeschieden worden ist. Die Kurve 304 stellt die Änderung in der Wafer Masse versus der Dicke von CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 3,6 Torr abgeschieden worden ist. Die Kurve 305 stellt die Änderung in der Wafer Masse versus der Dicke von CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 4,0 Torr abgeschieden worden ist. Die Kurve 306 stellt die Änderung in der Wafer Masse versus der Dicke für eine bekannte Probe von SiLK (Low-k Silizium) dar.
Die Dichte von Filmen, die mit variierenden Druck abgeschieden wurden, kann bestimmt werden durch ein Auftragen der Änderung in der Wafer Masse vor und nach der CDO Filmabscheidung versus der Dicke. Die Massenänderung, die mit jedem Film verknüpft war, wurde gemessen, und jeder Punkt auf den Kurven 301 bis 305 repräsentiert einen Durchschnitt über neun Messungen pro Wafer. Die Änderung in der Masse variierte von 1,95 mg bis 12,4 mg, abhängig von der Filmdicke und der Filmdichte. Unter Berücksichtigung der Waferfläche und der Steigung von einer linearen Anpassung an jede der dargestellten Dickenserien, kann die CDO Filmdichte genau bestimmt werden gemäß: ρ = m/V = m/dA, (1) wobei m die Masse des Films ist, V das Filmvolumen ist, d die durchschnittliche Filmdicke ist und A die Waferfläche ist. Durch Variieren des Abscheidungsdrucks von 2,6 bis 4,0 Torr (Kurven 301 bis 305), werden CDO Filme mit Dichten im Bereich von ungefähr 1,16 g/cm³ bis ungefähr 1,43 g/cm³ gewonnen. Die Kurve 306 stellt die Ergebnisse für eine Serie von bekannten SiLK Filmen dar, die mit zunehmender Dicke abgeschieden werden. Die Dichte von SiLK ist 1,13 g/cm³, nur geringfügig weniger als die am wenigsten dichte CDO Schicht von 3. Insbesondere steigt die Dichte von CDO mit fallendem Kammerdruck, aber in allen Fällen bietet sie eine größere Dichte als SiLK unabhängig von dem Abscheidungsdruck.
4 ist eine graphische Darstellung der CDO Dicke versus einer Fortpflanzungszeit für einen einzigen longitudinalen Durchgang durch die CDO Schicht, die über ein Silizium (Si) Substrat, und über einen Bereich von Prozessdrücken, in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform abgeschieden wurden. Insbesondere die Kurve 401 stellt die Fortpflanzungszeit versus der Dicke für CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 2,6 Torr abgeschieden wurden ist. Die Kurve 402 stellt die Fortpflanzungszeit versus der Dicke für CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 3,0 Torr abgeschieden wurden ist. Die Kurve 403 stellt die Fortpflanzungszeit versus der Dicke für CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 3,2 Torr abgeschieden wurden ist. Die Kurve 404 stellt die Fortpflanzungszeit versus der Dicke für CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 3,6 Torr abgeschieden wurden ist. Die Kurve 405 stellt die Fortpflanzungszeit versus der Dicke für CDO dar, welches bei einem Kammerdruck von 4,0 Torr abgeschieden wurden ist. Die Kurve 406 stellt die Fortpflanzungszeit versus der Dicke für eine bekannte Probe von SiLK dar.
Die longitudinale akustische Geschwindigkeit in CDO Filmen von unterschiedlichen Dicken ist bestimmt aus den Daten von 4. Die Fortpflanzungszeit durch das CDO kann gemessen werden unter Verwendung einer bekannten Picosekunden Ultraschall Technik. Da das CDO im Wesentlichen optisch transparent ist, wurde ein dünner Al Film über der Oberfläche abgeschieden um als ein Licht undurchlässiger akustischer Transducer zu wirken. Aus der Steigung von einer linearen Anpassung an jede der Kurben 401 bis 405 wurde die longitudinale akustische Geschwindigkeit (v) bestimmt gemäß dem unkomplizierten Ausdruck: v = d/t, (2) wobei d die CDO Schichtdicke und t die Zeit ist, die von einer akustischen Welle benötigt wird um durch den Film zu laufen. Die Schallgeschwindigkeiten für die untersuchten CDO Filme bewegen sich von 2335 bis 3740 m/sec. Im Gegensatz dazu wurde herausgefunden, dass die Geschwindigkeit in SiLK 1960 m/sec ist, einiges geringer als die für jeden beliebigen der CDO Filme.
Aus den Werten der Dichte der CDO Schicht und der longitudinalen Geschwindigkeit einer akustischen Welle in der CDO Schicht kann die akustische Impedanz von jeder CDO Schicht mit unterschiedlichen Dicken bestimmt werden gemäß: Z = ρv (3)
Eine Zusammenfassung der gemessenen Dichte, der gemessenen Geschwindigkeit und der gemessenen Impedanz für das in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen fabrizierte oder hergestellte CDO und für eine bekannte SiLK Schicht ist in 5 gegeben. Die Impedanz der CDO Filme, die bei verschiedenen Kammerdrücken hergestellt worden sind, bewegt sich von 2,7 MRayl bis 5,4 MRayl, verglichen mit 2,2 MRayl für SiLK.
6A ist eine graphische Darstellung der Dichte versus dem Depositionsdruck von einer CDO Schicht, die in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform hergestellt worden ist. Insbesondere nimmt die Dichte der CDO Schicht im Wesentlichen linear mit dem Kammerdruck bei der PECVD Abscheidung ab. Es wird angenommen, dass der zusätzliche Druck eine größere Porösität in der resultierenden CDO Schicht zur Folge hat. 6B ist eine graphische Darstellung der akustischen Geschwindigkeit einer longitudinalen akustischen Welle versus dem Depositionsdruck von einer CDO Schicht, die in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform hergestellt worden ist. Die akustische Geschwindigkeit der longitudinalen Moden nimmt ebenso linear mit dem Kammerdruck bei der PECVD Abscheidung ab.
6C ist eine graphische Darstellung, welche die akustische Impedanz versus dem Depositionsdruck von einer CDO akustischen Schicht bildlich darstellt, welche in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform hergestellt worden ist. Die akustische Impedanz ist bestimmt unter Verwendung der Daten aus den 6A und 6B für die Dichte und für die akustische Geschwindigkeit und aus der obigen Gleichung (3). Die im Wesentlichen lineare Abnahme in der Dichte und in der akustischen Geschwindigkeit mit zunehmendem Depositionsdruck (Abscheidungsdruck) resultiert in einer im Wesentlichen linearen Abnahme in der akustischen Impedanz der CDO Schicht mit steigenden Kammerdruck während der PECVD. Wie leicht einzusehen ist, ermöglicht die Fähigkeit die Dichte der CDO Schicht durch eine Auswahl des Kammerdrucks für die PECVD Abscheidung maßzuschneidern das Maßschneidern der akustischen Impedanz der CDO Schicht über ihre Dicke. Insofern kann eine gewünschte im Wesentlichen einheitliche akustische Impedanz einer Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht, welche CDO mit einer gewünschten Schichtdicke aufweist, durch die Auswahl des Kammerdrucks während einer PECVD realisiert werden. Außerdem, kann in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform der Kammerdruck während der Herstellung der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht geändert werden, um ein akustisches Impedanzprofil über die Dicke der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht zu schaffen. Zum Beispiel wird durch Abscheidung des CDO für eine erste zeitliche Periode bei einem ersten Kammerdruck ein erster Teil der CDO Schicht hergestellt, welcher eine erste Dicke und eine erste akustische Impedanz hat. Der Kammerdruck kann wie gewünscht für eine zweite zeitliche Periode zu einem zweiten Kammerdruck geändert werden, welcher unterschiedlich zu dem ersten Kammerdruck ist.
Durch Abscheiden des CDO für eine zweite zeitliche Periode bei einem zweiten Kammerdruck wird über dem ersten Teil ein zweiter Teil der CDO Schicht hergestellt, welcher eine zweite Dicke und eine zweite akustische Impedanz hat. Daher weist die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht ein akustisches Impedanzprofil über ihre Dicke auf, wobei der erste Teil der akustischen Kopplungsschicht eine erste akustische Impedanz hat und der zweite Teil akustischen Kopplungsschicht eine zweite akustische Impedanz hat, die unterschiedlich zu der ersten Impedanz ist. Der Nutzen und die Vorteile der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht, welche eine inhomogene akustische Impedanz über ihre Dicke hat, sind in der mit anhängigen Anmeldung von Elbrecht et al. beschrieben.
7 ist eine graphische Darstellung der akustischen Dämpfung versus der akustischen Impedanz von CDO akustischen Kopplungsschichten in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Insbesondere wurde die akustische Dämpfung bei 1 GHz unter Verwendung von CRFs bestimmt, die jeweils eine Einzel-Material akustische Entkopplungsschicht aufweisen, welche CDO aufweist und welche eine akustische Impedanz hat, die im Bereich von ungefähr 2,4 MRayl bis ungefähr 5,0 MRayl liegt. Wie aus 7 ersichtlich, steigt die akustische Dämpfung vergleichsweise rasch an so wie die akustische Impedanz abnimmt. Eine empirische Anpassung an die Daten ist ebenso dargestellt in der Kurve 701, welche die in 7 gezeigte Gleichung verwendet. Der Punkt 702 stellt die feste akustische Dämpfung eines CRF dar, welcher eine SiLK akustische Kopplungsschicht aufweist. Wie aus einer Durchsicht von 7 eingesehen werden kann, existiert eine Austauschbeziehung (trade-off) zwischen der CDO Impedanz und der CDO Dämpfung. Im Allgemeinen, in repräsentativen Ausführungsformen hat die Einzel-Material akustische Entkopplungsschicht, welche CDO aufweist, auf vorteilhafte Weise eine akustische Impedanz in dem Bereich zwischen ungefähr 2,7 MRayl und ungefähr 5,0 MRayl. Durch Auswählen von CDO Filmen mit einer akustischen Impedanz von mehr als ungefähr 4,0 MRayl wird eine akustische Dämpfung erhalten, die weniger als ungefähr 1000 dB/cm ist. Diese Austauschbeziehung existiert nicht für die SiLK akustische Kopplungsschicht. Wenn man SiLK für die akustische Kopplungsschicht auswählt, wird man vielmehr gezwungen eine akustische Kopplungsschicht mit einer hohen akustischen Dämpfung von ungefähr 2100 dB/cm zu verwenden.
8 ist eine graphische Darstellung des Transmissionskoeffizienten (S21) versus der Frequenz (in GHz) von einem CRF, welcher eine BAW Resonator Struktur von einer repräsentativen Ausführungsform (Kurve 801) aufweist, und dem Transmissionskoeffizienten versus der Frequenz bei einem bekannten CRF (Kurve 802). Die Messungen von 8 sind gezeigt für einen CRF, welcher so konfiguriert ist, dass der Eingang mit der Elektrode 106 verbunden ist, dass die Elektroden Schichten 108 und 109 beide mit Masse (ground) verbunden sind und dass der Ausgang oder das Ausgangssignal mit der Elektrodenschicht 111 verbunden ist. Der bekannte CRF hat einen SiLK akustischen Koppler mit einer akustischen Impedanz von 2,2 MRayl. Der CRF der repräsentativen Ausführungsform weist eine CDO akustische Kopplungsschicht mit einer Impedanz von 4,8 MRayl auf.
Wie oben angemerkt, ist die akustische Dämpfung bei der geraden Resonanzmode (zweite Resonanzfrequenz) eines CRF, welcher eine SiLK Kopplungsschicht hat, inakzeptabel hoch und bewirkt eine Schieflage (”tilt”) des Passbandes nahe der geraden Mode Resonanzfrequenz. Dies ist deutlich dargestellt durch die relative Schieflage (”tilt”) der Kurve 802 verglichen mit der Kurve 801. Außerdem ist das Einfügungsdämpfungsmaß (insertion loss) des bekannten CRF (aufweisend einen SiLK akustischen Koppler) bei der geraden Resonanzmode, die bei Punkt 803 gezeigt ist, wesentlich größer (d. h. die SiLK akustische Kopplungsschicht resultiert in einem schlechteren Einfügungsdämpfungsmaß) als das Einfügungsdämpfungsmaß des CRF der repräsentativen Ausführungsform, welches bei 804 gezeigt ist. Allgemein, eine Abnahme des Filter Einfügungsdämpfungsmaßes um so viel wie 0,5 dB wird bei einem CRF der repräsentativen Ausführungsform erreicht.
Zusätzlich zu der geringeren akustischen Dämpfung im Vergleich zu SiLK gewährleistet die oberflächengetreue (conformal) Stufenabdeckung, die durch den verwendeten PECVD Prozess gewährleistet wird, um das CDO abzuscheiden, auf vorteilhafte Weise eine Verbesserung der Dickeneinheitlichkeit (thickness uniformity) der akustischen Kopplungsschicht über den Resonator. Wenn es nicht im Wesentlichen eliminiert reduziert dies auf signifikante Weise Passband Anomalien, die oft beobachtet wurden für Vorrichtungen, die mit einer SiLK akustischen Kopplungsschicht hergestellt wurden. Weil das SiLK unter Verwendung eines nicht oberflächengetreuen (non-conformal) Aufschleuderungsprozesses (sein-on process) abgeschieden wird, ist dessen Dicke nahe der Umfassung (perimeter) des Resonators reduziert. Kleine Nicht Einheitlichkeiten (non-uniformities) in der Dicke der akustischen Kopplungsschicht stören die Kopplung zwischen dem Paar von Resonatoren, welche die CRF Vorrichtung aufweisen, und dies erzeugt eine Einkerbung (notch) auf der hochfrequenten Seite des Passbandes. Kurve 802 in 8 illustriert diese Anomalie für eine SiLK akustische Kopplungsschicht bei ungefähr 2,2 GHz (nahe 803). Diese Anomalien haben das Einfügungsdämpfungsmaß (insertion loss) und die Bandbreite verschlechtert und waren schwer zu vermeiden, wenn eine SiLK akustische Kopplungsschicht verwendet wurde. Dieser Effekt wird für den CDO-basierten CRF in 8 (Kurve 801) nicht beobachtet, welcher eine glatte Frequenzabhängigkeit über das gesamte Passband zeigt.
Zu guter letzt reduziert die Verwendung von CDO als die akustische Kopplungsschicht auch signifikant den Temperaturfrequenzkoeffizienten (temperature coefficient of frequency, TCF). 9 zeigt einen Vergleich zwischen dem gemessenen TCF von einem CRF, welche mit CDO aufgebaut worden ist, und einer vergleichbaren Vorrichtung, welche mit SiLK aufgebaut worden ist. Auf der hochfrequenten Seite des Passbandes (d. h. der rechten Seite des Passbandes) nimmt der TCF ab von –84 ppm/°C für eine SILK basierte Vorrichtung (Kurve 903) bis –29 ppm/°C für CDO (Kurve 904). Auf der niederfrequenten Seite des Passbandes (d. h. der linken Seite des Passbandes) nimmt der TCF zu von –15 ppm/°C für SiLK (Kurve 901) bis –23 ppm/°C für CDO (Kurve 902). Im Allgemeinen ist der TCF deutlich verbessert, was dazu führt, dass Filter Spezifikationen leichter erreicht werden können.
In Übereinstimmung mit illustrativen Ausführungsformen, werden BAW Resonator Strukturen, welche eine Einzel-Material akustische Entkopplungsschicht aufweisen, und deren Verfahren zur Herstellung beschrieben. Jemand, der in der Technik geübt ist, wird anerkennen, dass viele Variationen, die im Einklang mit den vorliegenden Lehren stehen, möglich sind und innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche bleiben. Diese und andere Variationen werden jemandem mit üblichen Fähigkeiten in der Technik nach einer Betrachtung der Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche klar. Die Erfindung darf deshalb nicht beschränkt werden außer durch den Geist und dem Umfang der beigefügten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6107721 [0035]
US 5587620 [0035]
US 5873153 [0035]
US 6507983 [0035]

Claims

Eine Volumen Akustischer Wellen (Bulk Acoustic Wave (BAW)) Resonator Struktur (100) aufweisend einen ersten BAW Resonator (103) aufweisend eine erste untere Elektrode (106), eine erste obere Elektrode (108) und eine erste piezoelektrische Schicht (107), welche zwischen der ersten unteren Elektrode (106) und der ersten oberen Elektrode (108) angeordnet ist; einen zweiten BAW Resonator (105) aufweisend eine zweite untere Elektrode (109), eine zweite obere Elektrode (111) und eine zweite piezoelektrische Schicht (110), welche zwischen der zweiten unteren Elektrode (109) und der zweiten oberen Elektrode (111) angeordnet ist; und eine Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104), welche zwischen dem ersten BAW Resonator (103) und dem zweiten BAW Resonator (105) angeordnet ist, wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) eine akustische Impedanz von weniger als ungefähr 6,0 MRayl und eine akustische Dämpfung von weniger als ungefähr 1000 dB/cm hat.
Die BAW Resonator Struktur (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) ein Kohlenstoff dotiertes Siliziumoxid (SiOCH) aufweist.
Die BAW Resonator Struktur (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) eines von Silizium Oxinitrid (SiON), Bor dotiertes Silikatglas (BSG) und Phosphor Silikatglas (PSG) aufweist.
Die BAW Resonator Struktur (100) gemäß Anspruch 1, wobei die akustische Impedanz kleiner als ungefähr 5,0 MRayl und größer als ungefähr 1,0 MRayl ist.
Die BAW Resonator Struktur (100) gemäß Anspruch 1, wobei die akustische Dämpfung größer als ungefähr 10 dB/cm und kleiner als ungefähr 2000 dB/cm ist.
Die BAW Resonator Struktur (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) eine einzige Schicht aufweist.
Die BAW Resonator Struktur (100) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend eine akustische Kopplungsstruktur, welche zwischen dem ersten BAW Resonator und dem zweiten BAW Resonator angeordnet ist, die akustische Kopplungsstruktur aufweisend: die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht und eine andere akustische Kopplungsschicht.
Die BAW Resonator Struktur (100) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine erste Adhäsionsschicht, welche zwischen der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht (104) und dem ersten BAW Resonator (103) angeordnet ist, und eine zweite Adhäsionsschicht, welche zwischen der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht (104) und dem zweiten BAW Resonator (105) angeordnet ist.
Die BAW Resonator Struktur (100) gemäß Anspruch 1, wobei die BAW Resonator Struktur (100) einen gekoppelten Resonator Filter (CRF) aufweist.
Ein Verfahren zum Fabrizieren einer Volumen Akustischer Wellen (Bulk Acoustic Wave (BAW)) Resonator Struktur (100), das Verfahren aufweisend: Bilden eines ersten BAW Resonators (103); Bilden eines zweiten BAW Resonators (105); und Bilden einer Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht (104) zwischen dem ersten BAW Resonator (103) und dem zweiten BAW Resonator (105), wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) eine akustische Impedanz von weniger als ungefähr 6,0 MRayl und eine akustische Dämpfung von weniger als ungefähr 1000 dB/cm hat.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Bilden der Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) ferner aufweist Deponieren der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht (104) mittels Chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD).
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die CVD eine Plasma-unterstützte CVD (plasma-enhanced CVD, PECVD) aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) ein Kohlenstoff dotiertes Siliziumoxid (SiOCH) aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) eines von Silizium Oxinitrid (SiON), Bor dotiertes Silikatglas (BSG) und Phosphor Silikatglas (PSG) aufweist.
Ein Verfahren zum Fabrizieren einer Volumen Akustischer Wellen (Bulk Acoustic Wave (BAW)) Resonator Struktur (100), das Verfahren aufweisend Bilden eines ersten BAW Resonators (103); Bilden eines zweiten BAW Resonators (105); und Deponieren einer Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht (104) zwischen dem ersten BAW Resonator (103) und dem zweiten BAW Resonator (105), wobei das Deponieren ein Konfektionieren (tailoring) einer ausgewählten akustischen Impedanz mittels Auswählen einer Größe von einem speziellen Prozessparameter aufweist, welcher aus einer Gruppe von Prozessparametern ausgewählt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Deponieren eine Plasma-unterstützte Chemische Gasphasenabscheidung (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht (104) aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Gruppe von Prozessparametern aufweist: Depositionstemperatur, Depositionsdruck, Komponenten Gas Flussrate und Plasma Leistung
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) ein Kohlenstoff dotiertes Siliziumoxid (SiOCH) aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Einzel-Material akustische Kopplungsschicht (104) eines von Silizium Oxinitrid (SiON), Bor dotiertes Silikatglas (BSG) und Phosphor Silikatglas (PSG) aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Deponieren der Einzel-Material akustischen Kopplungsschicht (104) aufweist: Deponieren eines ersten Teils der akustischen Kopplungsschicht (104), welcher eine erste akustische Impedanz hat, und Deponieren eines zweiten Teils der akustischen Kopplungsschicht (104) über dem ersten Teil, wobei der zweite Teil eine zweite akustische Impedanz. hat, die unterschiedlich ist zu der ersten Impedanz.