DE102012223979B4 - Schaltbare Filter und zugehöriges Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Elektrisches Filter, aufweisend mindestens eine piezoelektrische Filterstruktur (5, 5'), umfassend eine Vielzahl von Elektroden (14, 16), die auf einem piezoelektrischen Substrat (10) gebildet sind und eine rechtwinklig zu der Vielzahl von Elektroden (14, 16) angeordnete bewegliche Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d), die über der mindestens einen Filterstruktur (5, 5') angeordnet ist und strukturiert ist, um bei Betätigung ausgelenkt zu werden und so die mindestens eine Filterstruktur (5, 5') kurzzuschließen, indem die Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) mit mindestens zwei Elektroden der Vielzahl von Elektroden (14, 16) in Kontakt kommt.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft Halbleiterstrukturen und Herstellungsverfahren, und insbesondere schaltbare und/oder abstimmbare Filter, Herstellungsverfahren und Entwurfsstrukturen. Derartige Halbleiterstrukruen sind beispielsweise aus den Druckschriften US 6291924 B1 , DE 69927551 T2 , WO 2005 078752 A1 , US 7830227 B1 und US 6703763 B2 bekannt.
  • HINTERGRUND
  • SAW(Surface Acoustic Wave)-Filter (akustische Oberflächenwellenfilter) spielen eine Schlüsselrolle in der Telekommunikation. Zum Beispiel ist die Verwendung von SAW-Filtern als Bandpassfilter und spektrumsformende Filter in Mobilfunk- und Funkanwendungen weit verbreitet. Weitere Anwendungen für SAW-Filter schließen Weitverkehrsnetzwerke (WANs), lokale Funknetzwerke (WLANs), schnurlose Telefone, Pager und Satellitenfunk ein. SAW-Filter sind konventionellen LC-Filtern gegenüber zu bevorzugen, da sie viel kleiner, billiger und vielseitiger sind, was sie für Telekommunikationsanwendungen ideal macht.
  • In SAW-Filtern werden elektrische Signale in einer Einheit, die aus einem piezoelektrischen Kristall oder einer piezoelektrischen Keramik besteht, in eine mechanische Welle umgewandelt. Die Welle wird verzögert, wenn sie sich durch die Einheit ausbreitet, bis sie durch andere Elektroden wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Kopplung zwischen Oberflächenwellen und elektrischen Signalen wird insbesondere durch Interdigitalwandler (IDTs) erreicht. Eine einfache Form des IDTs besteht aus parallelen Fingern, die wechselseitig mit Gegenelektroden verbunden sind, an welche das Signal angelegt wird.
  • Wenn zum Beispiel an Eingangswandlern eine Wechselspannung angelegt wird, erregt der Wandler aufgrund der Piezoelektrizität eine mechanische Verformung der piezoelektrischen Substratoberfläche. Dies hat wiederum eine Oberflächenwelle zur Folge, die sich auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats fortbewegt, bis sie den Ausgangs-IDT erreicht, wo sie wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Wenn diese Welle den Ausgangs-IDT erreicht, induziert das elektrische Feld zwischen benachbarten Elektroden eine Potenzialdifferenz, wodurch der Ausgangs-IDT die mechanische Vibration in Ausgangsspannungen umwandelt.
  • SAW-Filter können ausgelegt sein, um ziemlich komplexe Signalverarbeitungsfunktionen in einem Einzelpaket bereitzustellen, das nur ein piezoelektrisches Substrat mit darüberliegenden Metalldünnschicht-Eingangs- und Ausgangsinterdigitalwandlern (IDTs) enthält. SAW-Filter können mit Techniken zur Herstellung von Halbleiterstrukturen im Mikrometerbereich massenproduziert werden, was die hervorragende Reproduzierbarkeit der SAW-Filter ermöglicht. Die Programmierung oder Abstimmung der SAW-Filter hat sich jedoch als schwierig erwiesen.
  • BAW(Bulk Acoustic Wave)-Filter (akustische Volumenwellenfilter) sind elektromechanische Einheiten, die typischerweise eine Betriebsfrequenz von etwa 2 GHz bis etwa 16 GHz aufweisen und kleiner oder dünner als äquivalente SAW-Filter sein können. Der BAW-Filter kann ein akustischer Dünnschicht-Volumenwellen-Resonator (Thin Film Bulk Acoustic Resonator, FBAR oder TFBAR) sein, was eine Einheit ist, die aus einem piezoelektrischen Material besteht, das zwischen zwei Elektroden liegt und akustisch vom umgebenden Medium isoliert ist. FBAR-Einheiten mit piezoelektrischen Schichten können als Hochfrequenzfilter (HF-Filter) zur Verwendung in Zellulartelefonen und anderen drahtlosen Anwendungen eingesetzt werden. FBARs können auch in verschiedenen anderen Anwendungen wie z. B. Mikrowellenoszillatoren und Sensoranwendungen eingesetzt werden.
  • FBARs nutzen die akustischen Resonanzeigenschaften von piezoelektrischen Materialien, um ähnlich wie SAW-Filter unerwünschte Frequenzen zu beseitigen, indem sie ihre Übertragung in einer Einheit verhindern, während sie den Empfang und die Übertragung anderer spezifischer Frequenzen zulassen. Um die akustischen Resonanzeigenschaften des FBARs einzustellen, kann die Dicke der piezoelektrischen Schicht angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der FBAR unter eine mechanische Last gesetzt werden, wodurch seine Resonanzfrequenz verschoben werden kann. Dies ist als Massenbelastungseffekt bekannt. Der Massenbelastungseffekt kann erreicht werden, indem auf dem Resonator eine Schichtmasse abgeschieden oder gezüchtet wird, um eine Abwärtsverschiebung der Resonanzfrequenz des FBARs zu bewirken. Die Massenbelastung erfolgt durch Züchten oder Abscheiden eines Dünnschichtmaterials, das auf einer Elektrode des Resonators einheitlich verteilt ist und die aktive Oberfläche der Einheit bedeckt. Die Dünnschicht kann abhängig von den Auslegungskriterien ein dielektrisches Material oder ein Metallmaterial sein. Doch wie bei der SAW-Anwendung hat sich die Programmierung oder Abstimmung des BAW-Filters als schwierig erwiesen.
  • Daher besteht auf diesem Gebiet ein Bedarf, die oben beschriebenen Unzulänglichkeiten und Einschränkungen zu überwinden.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In einem ersten Aspekt der Erfindung schließt ein Verfahren das Bilden mindestens einer piezoelektrischen Filterstruktur ein, die eine Vielzahl von Elektroden aufweist, die auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet sind. Das Verfahren schließt außerdem das Bilden einer mikro-elektromechanischen Struktur (MEMS) ein, die einen MEMS-Balken aufweist, der über dem piezoelektrischen Substrat und an einer Stelle angeordnet ist, an welcher der MEMS-Balken bei Betätigung die piezoelektrische Filterstruktur kurzschließt, indem er mit mindestens einer der Vielzahl von Elektroden in Kontakt kommt.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein elektrisches Filter mindestens eine Filterstruktur auf, das eine Vielzahl von Elektroden aufweist, die auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet sind. Die Struktur weist außerdem eine Balkenstruktur auf, die über dem mindestens einen Filter angeordnet ist und strukturiert ist, um bei Betätigung die mindestens eine Filterstruktur kurzzuschließen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung Bezug nehmend auf die Vielzahl beigefügter Zeichnungen anhand von nicht einschränkenden Beispielen beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Außer bei anderslautender Angabe sind die Zeichnungen nicht maßstabsgerecht.
  • 1 bis 7 zeigen Fertigungsprozesse und jeweilige Strukturen zur Fertigung einer schaltbaren Filterstruktur nach Aspekten der vorliegenden Erfindung;
  • 8 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des schaltbaren Filters von 7 nach Aspekten der vorliegenden Erfindung;
  • 9 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines schaltbaren Filters nach zusätzlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung;
  • 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines schaltbaren Filters nach zusätzlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung;
  • 11 zeigt Fertigungsprozesse und eine andere schaltbare Filterstruktur nach zusätzlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung;
  • 12 bis 14 zeigen Fertigungsprozesse und jeweilige Strukturen nach zusätzlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung; und
  • 15 ist ein Flussdiagramm eines Entwurfsprozesses, der beim Entwurf, bei der Herstellung und/oder beim Testen von Halbleitern verwendet wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung betrifft Halbleiterstrukturen und Herstellungsverfahren, und insbesondere schaltbare und/oder abstimmbare Filter, Herstellungsverfahren und Entwurfsstrukturen. In Ausführungsformen schließen die schaltbaren und/oder abstimmbaren Filterstrukturen der vorliegenden Erfindung zum Beispiel akustische Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter) oder akustische Volumenwellenfilter (BAW-Filter) ein. In Ausführungsformen sind die Filterstrukturen der vorliegenden Erfindung zum Beispiel in der Lage, mithilfe einer mikro-elektromechanischen Systemstruktur (MEMS-Struktur) zwischen einem Zustand „ein” und einem Zustand „aus” umgeschaltet zu werden. Alternativ dazu ist die MEMS-Struktur in einer Anwendung mit mehreren SAW-Filtern in der Lage, den Filter auf eine gewünschte Frequenz abzustimmen, indem sie bestimmte SAW-Filter ausschaltet.
  • Insbesondere weist der SAW-Filter der vorliegenden Erfindung interdigitalisierte oder verzahnte Elektroden auf, die auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet sind. Das piezoelektrische Material kann zum Beispiel Aluminiumnitrid oder Zinkoxid sein, obwohl von der vorliegenden Erfindung auch andere piezoelektrische Materialien in Betracht gezogen werden. In Ausführungsformen schließen die verzahnten Elektroden des SAW-Filters eine Masseelektrode ein, die mit einer Vin-Elektrode oder Vout-Elektrode verzahnt ist, um jeweils Eingangs- und Ausgangs-IDTs zu bilden. Abhängig von den ausgewählten Oberwellenfrequenzen können der Eingangs-IDT und der Ausgangs-IDT in verschiedenen Abständen voneinander entfernt sein oder in einer Reihenschaltung aus zwei oder mehr SAW-Filterstrukturen angeordnet sein. Der BAW-Filter weist ein piezoelektrisches Substrat auf, das zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode liegt.
  • In Ausführungsformen kann der SAW-Filter (oder einer von mehreren SAW-Filtern) oder der BAW-Filter der vorliegenden Erfindung durch eine MEMS-Struktur „ein” oder „aus” geschaltet werden. Zum Beispiel kann die MEMS-Struktur in Ausführungsformen je nach Konfiguration der MEMS-Struktur den SAW-Filter „kurzschließen”, indem sie mit den verzahnten Vin- und Masseelektroden in Kontakt kommt, oder durch einen Reihenkurzschluss zwischen Signalelektroden des Vin-IDTs und Vout-IDTs. Die MEMS-Struktur der vorliegenden Erfindung kann auch die verzahnten Elektroden von Vout und Masse kurzschließen. Die MEMS-Struktur kann zudem eine ohmsche oder kapazitive Modulation des Kurzschlusses bewirken. In einer Reihenschaltung von SAW-Filtern kann die MEMS-Struktur den Filter abstimmen, indem sie ausgewählte SAW-Filterstrukturen ausschaltet.
  • Vorteilhafterweise kommt die MEMS-Struktur nicht mit dem piezoelektrischen Substrat in Kontakt und verursacht daher keine Schäden am piezoelektrischen Substrat, das eine kritische Komponente der SAW- oder BAW-Filterstruktur darstellt. Zudem ist es möglich, den Filter der vorliegenden Erfindung für die Bandumschaltung/Abstimmung in Reihe anzuordnen. In dieser Realisierung können ausgewählte Filter durch einen elektrischen Kurzschluss ausgeschaltet werden, um den Filter abzustimmen. Die MEMS-Struktur addiert keinen Reihenwiderstand und verringert (im Vergleich zur Verwendung eines FET-Schalters zur Umgehung des Filters) auch nicht den effektiven Q-Faktor des Filters.
  • Für den Fachmann versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ein SAW-Filter beschränkt ist und daher von der vorliegenden Erfindung auch andere Filterarten in Betracht gezogen werden, z. B. ein Filtersystem mit Mehrband-Leistungsverstärker (PA) und rauscharmem Verstärker (LNA). Zum Beispiel kann die Filterstruktur eine BAW-Filterstruktur sein, die ein piezoelektrisches Material aufweist, das zwischen zwei Elektroden liegt und vom umgebenden Medium akustisch isoliert ist. In der Realisierung mit BAW-Filter kann die MEMS-Struktur mit der oberen oder unteren Elektrode der BAW-Filterstruktur in Kontakt kommen, um dieses Filter kurzzuschließen. Wie in jeder der Ausführungsformen kann die MEMS-Struktur auf verschiedene Spannungen, Höhen, Ausleger-Geometrien, Layouts, Haftreibungspunkte usw. zum Kurzschließen der Filterstrukturen (z. B. SAW- oder BAW-Filterstrukturen) ausgeweitet werden. Die MEMS-Struktur kann auch in Kombination mit einer Belastungsmasse (z. B. Belastungsstab) verwendet werden, zum Beispiel, um eine mechanische Last auf die BAW-Filterstruktur einwirken zu lassen und dadurch ihre Resonanzfrequenz zu verschieben.
  • 1 zeigt eine Anfangsstruktur und jeweilige Fertigungsprozesse zur Fertigung eines SAW-Filters nach Aspekten der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 1 eine Anfangsstruktur 5, die ein Substrat 10 aufweist. In Ausführungsformen kann das Substrat 10 ein Isolatormaterial oder ein Substrat anderen Typs sein. Auf dem Substrat 10 ist ein piezoelektrisches Substrat 12 gebildet. In Ausführungsformen kann das piezoelektrische Substrat 12 ein piezoelektrisches Material jeden Typs wie zum Beispiel AlN oder ZnO sein.
  • Wie außerdem in 1 gezeigt, sind auf dem piezoelektrischen Substrat 12 eine Vielzahl von Elektroden und Verdrahtungsstrukturen 14, 16, 20 und 21 gebildet. In Ausführungsformen können die Elektroden und Verdrahtungsstrukturen 14, 16, 20 und 21 durch einen additiven oder subtraktiven Prozess gebildet werden. Zum Beispiel können die Elektroden und Verdrahtungsstrukturen 14, 16, 20 und 21 in einem subtraktiven Prozess gebildet werden, indem auf dem piezoelektrischen Substrat 12 eine Metallschicht abgeschieden wird und die Metallschicht durch konventionelle Lithografie- und Ätzprozesse (z. B. reaktives Ionenätzen (RIE)) strukturiert wird. Die Metallschicht kann aus einem leitfähigen Metall oder einer Legierung daraus bestehen. Zum Beispiel kann die Metallschicht zum Beispiel aus Aluminium, Gold oder Kupfer sein, obwohl von der vorliegenden Erfindung auch andere Metalle in Betracht gezogen werden. In Ausführungsformen ist die Elektrode 14 eine Vin-Elektrode (Signalelektrode) eines Vin-IDTs, die Elektrode 16 ist eine Masseelektrode des Vin-IDTs, die Verdrahtungsstruktur 20 stellt einen elektrischen Kontakt für eine MEMS-Struktur bereit, und die Elektrode 21 ist ein Betätigungselement für die MEMS-Struktur. Für den Fachmann versteht es sich, dass die Elektrode 14 und die Elektrode 16 mit einem Vout-IDT verbunden sein können.
  • In einem nicht einschränkenden Beispiel können die Elektroden und Verdrahtungsstrukturen 14, 16, 20 und 21 auf eine Tiefe von etwa 0,05 bis 4 μm und bevorzugt auf eine Tiefe von 0.25 μm auf das Substrat 12 abgeschieden werden, obwohl von der vorliegenden Erfindung auch andere Abmessungen in Betracht gezogen werden. In Ausführungsformen können die Elektroden und Verdrahtungsstrukturen 14, 16, 20 und 21 ein Refraktärmetall wie z. B. Ti, TiN, TiN, Ta, TaN und W und dergleichen sein, oder, unter anderen Verdrahtungsmaterialien, AlCu oder ein Edelmetall wie zum Beispiel Au, Pt, Ru, Ir und dergleichen. Zum Beispiel können die Elektroden 14, 16, 20 und 21 in Ausführungsformen aus reinen Refraktärmetallen oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wie z. B. AlCu, AlSi, oder AlCuSi gebildet sein.
  • In 2 ist über den Elektroden und Verdrahtungsstrukturen 14, 16, 20 und 21 und freiliegenden Abschnitten des piezoelektrischen Substrats 12 eine Isolatorschicht 22 abgeschieden. Die Isolatorschicht 22 kann jede Isolatorschicht wie zum Beispiel ein Material auf Oxidbasis (SiO2) oder ein anderes Zwischenebenen-Dielektrikumsmaterial sein, das dem Fachmann bekannt ist. Die Isolatorschicht 22 kann mit jedem konventionellen Abscheidungsprozess wie z. B. chemische Gasphasenabscheidung (CVD) abgeschieden werden. Zum Beispiel schließen die Abscheidungsoptionen für die Isolatorschicht 22 eines oder mehreres von plasmagestützter CVD (PECVD), CVD bei subatmosphärischem Druck (SACVD), CVD bei atmosphärischem Druck (APCVD), CVD in hochdichtem Plasma (HDPCVD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder Atomlagenabscheidung (ALD) ein. In Ausführungsformen wird die Isolatorschicht 22 bei Temperaturen abgeschieden, die mit der Metallverdrahtung wie z. B. Aluminiumverdrahtung kompatibel sind, z. B. unter etwa 420°C und bevorzugt unter etwa 400°C. In Ausführungsformen wird die Isolatorschicht 22 auf eine Tiefe von etwa 80 nm abgeschieden, obwohl von der vorliegenden Erfindung auch andere Abmessungen in Betracht gezogen werden.
  • In Ausführungsformen kann die Isolatorschicht 22 mit konventionellen Lithografie- und Ätzprozessen strukturiert werden, um eine Struktur (z. B. Öffnung) zu bilden. In Ausführungsformen ist die Öffnung mit der Elektrode 20 ausgerichtet. Ein Metallmaterial wird dann in der Öffnung abgeschieden, um ein Kontaktelement 20a zu bilden. Das Metallmaterial kann jedes Metallmaterial sein, das mit der Elektrode 20 kompatibel ist.
  • In 3 kann die Isolatorschicht 22 mit einem konventionellen Lithografie- und Ätzprozess strukturiert werden. Die Strukturierung ergibt eine Öffnung, in welcher die Elektroden 14, 16 und 21 und das zuvor gebildete Kontaktelement 20a freiliegen. Die Öffnung wird dann mit einem Opfermaterial 24 wie zum Beispiel PMGI (Polydimethylglutarimid-Polymer) oder Silicium gefüllt. Das Opfermaterial 24 kann planarisiert werden, um das Kontaktelement 20a freizulegen. Die Planarisierung kann durch einen chemisch-mechanischen Prozess (CMP) durchgeführt werden, der dem Fachmann bekannt ist.
  • 4 zeigt die Bildung einer MEMS-Struktur. Die MEMS-Struktur der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden, die verschiedene Werkzeuge verwenden. Doch allgemein werden die Methodologien und Werkzeuge verwendet, um kleine Strukturen mit Abmessungen im Mikrometerbereich zu bilden, die etwa 5 μm dick, 100 μm breit und 400 μm lang sind, obwohl von der vorliegende Erfindung auch andere Abmessungen in Betracht gezogen werden, wie hierin erläutert. Viele der Methodologien, d. h., Technologien, die zur Herstellung von MEMS verwendet werden, sind von der IC-Technologie übernommen worden. Zum Beispiel kann die MEMS-Struktur in Dünnschichten aus Materialien realisiert werden, die durch fotolithografische Prozesse strukturiert werden, an einem Ende an einem Isolatormaterial befestigt sein und in einem Hohlraum aufgehängt sein. Insbesondere kann die Fertigung der MEMS-Struktur realisieren: (i) Abscheiden von Materialdünnschichten auf ein Substrat (z. B. Isolatorschicht), (ii) Aufbringen einer strukturierten Maske auf den Schichten durch fotolithografische Abbildung, und (iii) Ätzen der Schichten selektiv zur Maske.
  • Insbesondere ist in 4 auf dem Opfermaterial 24 eine Balkenstruktur 26 gebildet und mit dem Kontaktelement 20a in Kontakt. In Ausführungsformen weist die Balkenstruktur 26 ein Metallmaterial auf, das einen Teil einer MEMS-Struktur bildet. In Ausführungsformen kann die Balkenstruktur 26 durch einen additiven Prozess oder subtraktiven Prozess gebildet werden. Zum Beispiel wird in einem subtraktiven Prozess auf dem Opfermaterial 24 ein Metallmaterial abgeschieden, das dann mit konventionellen Lithografie- und Ätzprozessen (z. B. reaktives Ionenätzen (RIE)) strukturiert wird. Das Metall kann jedes leitfähige Metall oder eine Legierung daraus sein, z. B. Aluminium, Gold oder Kupfer, obwohl von der vorliegenden Erfindung auch andere Metalle in Betracht gezogen werden. In Ausführungsformen kann die Balkenstruktur 26 auch eine zusammengesetzte Balkenstruktur sein, die durch eine Abscheidung von Metall, Oxid, Metall oder, als Alternative, Oxid, Metall, Oxid gebildet wird (um eine ohmsche oder kapazitive Kurzschlussmodulation zu erzeugen). Alternativ dazu kann die Balkenstruktur 26 ein Metall und Oxid-Balken sein, der auf ähnliche Weise wie die oben beschriebenen Balken (z. B. durch Abscheiden und Ätzen) gebildet wird.
  • Wie in 5 gezeigt, wird auf dem Opfermaterial 24 und über der Balkenstruktur 26 eine Isolatorschicht 22a gebildet. In Ausführungsformen kann die Isolatorschicht 22a eine Isolatorschicht sein, wie in Bezug auf die Schicht 22 beschrieben. Die Isolatorschicht 22a wird dann mit einem dem Fachmann bekannten konventionellen Lithografie- und Ätzprozess strukturiert, um eine Öffnung zu bilden. Die Strukturierung ergibt eine Öffnung, in der die Balkenstruktur 26 freiliegt. Die Öffnung wird dann mit einem Opfermaterial 24a wie zum Beispiel PMGI oder Silicium gefüllt. In anderen Ausführungsformen kann das Opfermaterial 24a ohne Verwendung der Isolatorschicht 18a gebildet und strukturiert werden.
  • In 6 ist über der Balkenstruktur 26 ein zweites Betätigungselement 23 gebildet. Das zweite Betätigungselement 23 kann durch einen konventionellen Prozess mit einem konventionellen Metall oder Metalllegierungen gebildet werden, wie hierin bereits beschrieben. Zum Beispiel kann in Ausführungsformen auf dem Opfermaterial 24a eine Isolatorschicht 22b gebildet (z. B. abgeschieden) werden und mit konventionellen Lithografie- und Ätzprozessen strukturiert werden. Metall kann dann in die Struktur (z. B. eine Öffnung) abgeschieden werden, um das zweite Betätigungselement 23 zu bilden. Zusätzliches Isolatormaterial (z. B. eine Deckschicht) 22b kann dann auf dem zweiten Betätigungselement 23 abgeschieden werden.
  • In 7 wurden ein oder mehrere Austreiblöcher 30 strukturiert und in der Isolatorschicht 22b geöffnet, wodurch ein Abschnitt des Opfermaterials 24a freiliegt. Das Austreibloch 30 kann mit konventionellen Lithografie- und Ätzprozessen gebildet werden, die dem Fachmann bekannt sind. Die Breite und Höhe des Austreiblochs 30 bestimmt die Menge des Materials, die nach dem Austreiben abgeschieden werden muss, um das Austreibloch 30 abzuschnüren. Das Austreibloch 30 kann kreisförmig oder nahezu kreisförmig sein, um die Menge des Materials zu minimieren, das danach zu seiner Abschnürung benötigt wird.
  • In 7 ist das Opfermaterial durch das Austreibloch 30 ausgetrieben oder abgelöst worden. In Ausführungsformen kann das Ablösen (z. B. Ätzen) mit einem Ätzmittel wie z. B. XeF2 erfolgen, das selektiv zur Entfernung des Opfermaterials durch das Austreibloch 30 ist. Durch das Ätzen wird das gesamte Opfermaterial abgelöst, wodurch ein oberer Hohlraum oder eine obere Kammer 28a und ein unterer Hohlraum oder eine untere Kammer 28b gebildet wird. Das Austreibloch 30 kann dann mit Material 32 wie z. B. einem Dielektrikum oder Metall verschlossen werden. Um zu vermeiden, dass Verschlussmaterial in den Hohlraum eindringt und auf der MEMS-Struktur abgeschieden wird, können die Austreiblöcher 30 in Ausführungsformen strategisch von der MEMS-Struktur (z. B. der Balkenstruktur 26) entfernt angeordnet werden, damit kein Austreibloch-Verschlussmaterial auf dem freiliegenden Balken abschieden wird.
  • 8 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht (ohne Darstellung des Isolatormaterials) der Filterstruktur nach Aspekten der vorliegenden Erfindung. Wie in 8 gezeigt, ist die Balkenstruktur 26 eine monolithische Auslegerbalkenstruktur (z. B. eine Einzelausleger-Balkenstruktur), die sich über die verzahnten Elektroden 14, 16 erstreckt und zwischen den Betätigungselementen 21 und 23 angeordnet ist. Wie in dieser Ansicht gezeigt, ist die Balkenstruktur 26 rechteckig geformt, obwohl von der vorliegenden Erfindung auch andere Formen in Betracht gezogen werden, und rechtwinklig zum Filter (z. B. den verzahnten Elektroden 14, 16) angeordnet, um die parasitäre Kapazität zu verringern. Ein Zwischenraum „S” zwischen der Balkenstruktur 26 und den verzahnten Elektroden 14, 16 (und den Betätigungselementen 21 und/oder 23) kann abhängig von den Auslegungskriterien in einem Bereich von 0,1 bis 5 μm liegen. Es versteht sich, dass die Anpassung an den Zwischenraum sowie die Spannung zum Herunterziehen der Balkenstruktur 26 durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt werden können.
  • In 8 ist die Balkenstruktur 26 in einem unbetätigten Zustand (d. h., zwischen der Balkenstruktur 26 und den verzahnten Elektroden 14, 16 ist ein Zwischenraum vorhanden). In diesem unbetätigten Zustand schließt die Balkenstruktur 26 die Elektroden 14, 16 nicht „kurz” und schaltet den SAW-Filter daher nicht „aus”. Beim Anlegen einer Spannung wird die Balkenstruktur 26 jedoch in den Kontakt mit den verzahnten Elektroden 14, 16 gezogen, um einen elektrischen Kurzschluss zu bewirken und den SAW-Filter dadurch „aus” zu schalten. Das Anlegen einer Spannung kann zum Beispiel durch das Betätigungselement 21 (Anziehungskraft (positive Spannung)) oder durch das Betätigungselement 23 (Abstoßungskraft (negative Spannung)) erfolgen. Es versteht sich, dass für das Vin-IDT oder das Vout-IDT die gleiche Konfiguration und Kurzschlussweise verwendet werden kann.
  • 9 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht (ohne Darstellung des Isolatormaterials) einer alternativen Filterstruktur nach Aspekten der vorliegenden Erfindung. Wie in 9 gezeigt, ist die Balkenstruktur 26a eine monolithische Auslegerbalkenstruktur (z. B. eine Einzelausleger-Balkenstruktur) die sich im Wesentlichen über den ganzen Oberflächenbereich der verzahnten Elektroden 14, 16 erstreckt. Die Balkenstruktur 26a ist auch zwischen den Betätigungselementen 21 und 23 angeordnet. Wie in dieser Ansicht gezeigt, ist die Balkenstruktur 26a rechteckig geformt und in einer anderen Orientierung als die Balkenstruktur 26 von 8 angeordnet, obwohl von der vorliegenden Erfindung auch andere Formen und Orientierungen in Betracht gezogen werden. Insbesondere ist die Balkenstruktur 26a im Vergleich zur Balkenstruktur 26 von 8 um 90 Grad gedreht. Ein Zwischenraum „S” zwischen der Balkenstruktur 26 und den verzahnten Elektroden 14, 16 (und den Betätigungselementen 21 und/oder 23) kann abhängig von den Auslegungskriterien in einem Bereich von 0,1 bis 5 μm liegen. Es versteht sich, dass die Anpassung des Zwischenraums sowie der Spannung zum Herunterziehen der Balkenstruktur 26a durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt werden können.
  • In 9 ist die Balkenstruktur 26a in einem unbetätigten Zustand (d. h., zwischen der Balkenstruktur 26a und den verzahnten Elektroden 14, 16 ist ein Zwischenraum vorhanden). In diesem unbetätigten Zustand schließt die Balkenstruktur 26a die Elektroden 14, 16 nicht „kurz” und schaltet den SAW-Filter daher nicht „aus”. Doch beim Anlegen einer Spannung wird die Balkenstruktur 26a in den Kontakt mit den verzahnten Elektroden 14, 16 gezogen, um einen elektrischen Kurzschluss zu verursachen und den SAW-Filter dadurch „aus” zu schalten. Das Anlegen einer Spannung kann zum Beispiel durch das Betätigungselement 21 (Anziehungskraft (positive Spannung)) oder das Betätigungselement 23 (Abstoßungskraft (negative Spannung)) erfolgen. In alternativen Ausführungsformen kann die Masseelektrode 16 als Betätigungselement zum Herunterziehen wirken, wodurch die Bearbeitungsschritte zur Fertigung der Betätigungselemente 21, 23 entfallen. Es versteht sich, dass für das Vin-IDT oder das Vout-IDT die gleiche Konfiguration und Kurzschlussweise verwendet werden kann.
  • 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer anderen Filterstruktur nach zusätzlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 10 die verzahnten Elektroden 14, 16 für einen Vin-IDT 100 und einen Vout-IDT 200. In dieser Ausführungsform wird die Balkenstruktur 26b der vorliegenden Erfindung gefertigt, um sich zwischen dem Vin-IDT 100 und Vout-IDT 200 und insbesondere zwischen den nicht geerdeten Elektroden 14 für den Vin-IDT 100 und Vout-IDT 200 zu erstrecken. In Ausführungsformen wird die Balkenstruktur 26b mit den oben beschriebenen Prozessen gefertigt, erstreckt sich aber zwischen dem Vin-IDT 100 und dem Vout-IDT 200.
  • In 10 ist die Balkenstruktur 26b in einem unbetätigten Zustand (d. h., zwischen der Balkenstruktur 26b und den Elektroden 14 des Vin-IDTs 100 und Vout-IDTs 200 ist ein Zwischenraum vorhanden). In diesem unbetätigten Zustand schließt die Balkenstruktur 26b die Elektroden 14 nicht „kurz” und schaltet den SAW-Filter daher nicht „aus”. Beim Anlegen einer Spannung wird die Balkenstruktur 26b jedoch in den Kontakt mit den verzahnten Elektroden 14 des Vin-IDTs 100 und des Vout-IDTs 200 gezogen. Auf diese Weise ist der Vorspannungszustand des Vin-IDTs 100 und Vout-IDTs 200 gleich, wodurch die SAW-Filterstruktur der vorliegenden Erfindung „aus” geschaltet ist. Wie in den vorherigen Ausführungsformen kann das Anlegen einer Spannung zum Beispiel durch das Betätigungselement 21 (Anziehungskraft (positive Spannung)) oder durch das Betätigungselement 23 (Abstoßungskraft (negative Spannung)) erfolgen. In alternativen Ausführungsformen kann eine der Masseelektroden 16 als Betätigungselement wirken, wodurch die Bearbeitungsschritte zur Fertigung der Betätigungselemente 21, 23 entfallen.
  • 11 zeigt eine Schnittansicht einer anderen Filterstruktur nach Aspekten der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 11 eine BAW-Filterstruktur 5' mit einer MEMS-Balkenstruktur 26c. In Ausführungsformen weist die BAW-Filterstruktur 5' ein piezoelektrisches Substrat 12 auf, das zwischen einer unteren Elektrode 12a und einer oberen Elektrode 12b liegt. In Ausführungsformen kann die BAW-Filterstruktur 5' mit konventionellen CMOS-Fertigungsprozessen hergestellt werden, z. B. durch Abscheidung der unteren Elektrode 12a, des piezoelektrischen Substrats 12 und der oberen Elektrode 12b und deren Strukturierung. In Ausführungsformen wird die MEMS-Balkenstruktur 26c mit den gleichen Prozessen gefertigt, wie oben beschreiben, z. B. durch Abscheiden eines Opfermaterials über und unter der MEMS-Balkenstruktur 26d mit konventionellen Abscheidungs- und Strukturierungsprozessen, gefolgt von einem Austreibprozess. Das untere Betätigungselement 21 kann während der Bildung der oberen Elektrode 12b gebildet werden, wogegen das obere Betätigungselement 23 in einem separatem Abscheidungs- und Strukturierungsprozess gebildet werden kann, der z. B. einen additiven oder subtraktiven Prozess verwendet. In Ausführungsformen kann mit konventionellen Abscheidungs- und Strukturierungsprozessen auf der oberen Elektrode 12b ein optionaler Belastungsstab 34 gebildet werden. In Ausführungsformen kann der Belastungsstab 34 aus einem Metall- oder Oxidmaterial bestehen. In Ausführungsformen kann der Belastungsstab 34 als ein unteres Betätigungselement für den MEMS-Balken 26b wirken, wodurch die Notwendigkeit für die Fertigungsprozesse des unteren Betätigungselements 21 entfällt.
  • Für den Fachmann versteht es sich, dass der MEMS-Balken 26 unter oder über dem BAW-Filter gebildet werden kann. Wenn der MEMS-Balken 26 zum Beispiel unter dem BAW-Filter gebildet wird, kommt er bei Betätigung mit der unteren Elektrode 12a in Kontakt. Wenn der MEMS-Balken 26 andererseits über dem BAW-Filter gebildet wird, kommt er bei Betätigung mit der oberen Elektrode 12b in Kontakt. In beiden Szenarien schließt der MEMS-Balken 26 bei Betätigung den BAW-Filter „kurz”, wodurch er ihn in einen Zustand „aus” versetzt.
  • 12 bis 14 zeigen Fertigungsprozesse und jeweilige Strukturen zur Fertigung einer schaltbaren Filterstruktur nach zusätzlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigen 12 bis 14 einen Verbindungsprozess, um eine SAW-Filterstruktur nach Aspekten der vorliegenden Erfindung zu bilden. In 12 ist zum Beispiel auf einem piezoelektrischen Substrat 13 eine MEMS-Balkenstruktur 26d gebildet. Die MEMS-Balkenstruktur 26d wird zum Beispiel gebildet, indem unter der MEMS-Balkenstruktur 26d ein Opfermaterial gebildet wird und darauf dann die MEMS-Balkenstruktur 26d gebildet wird. In Ausführungsformen kann die MEMS-Balkenstruktur 26d ein Metallbalken oder ein zusammengesetzter Balken aus Metall und Oxid oder Metall, Oxid und Metall sein, wie bereits hierin beschrieben. Nach der Bildung der MEMS-Balkenstruktur 26d kann das Opfermaterial mit einem konventionellen Ätzprozess entfernt werden.
  • Die MEMS-Balkenstruktur 26d kann auf einer Metallverdrahtungsschicht 50 gebildet werden, die auf dem piezoelektrischen Substrat 13 gebildet wird. Die Metallverdrahtungsschicht 50 kann durch konventionelle CMOS-Prozesse, z. B. durch einen additiven oder subtraktiven Metallisierungsprozess gebildet werden. In Ausführungsformen ist die Metallverdrahtungsschicht 50 durch ein Durchgangskontaktelement 55 mit einer rückseitigen Metallschicht 60 in Kontakt. Das Durchgangskontaktelement 55 kann gebildet werden, indem ein Graben in das piezoelektrische Substrat 13 geätzt wird und der Graben dann mit einem Metall oder einer Metalllegierung gefüllt wird. In Ausführungsformen kann das Durchgangskontaktelement 55 Kupfer sein, das z. B. durch Elektroplattierung von Kupfer auf einer Keimschicht gebildet wird. Nach dem Abscheidungsprozess kann die Rückseite des piezoelektrischen Substrats 13 einem konventionellen mechanischen Schleifprozess unterzogen werden, um das Substrat 13 dünner zu machen und das Durchgangskontaktelement 55 freizulegen. Die rückseitige Metallschicht 60 kann dann mit konventionellen Abscheidungs- und Strukturierungsprozessen, wie bereits hierin beschrieben, in Kontakt mit dem Durchgangskontaktelement 55 gebildet werden. Die rückseitige Metallschicht 60 kann zum Beispiel eine Kupfer- oder Nickelkontaktstelle sein, obwohl von der vorliegenden Erfindung auch andere Metalle in Betracht gezogen werden.
  • 13 zeigt eine zusätzliche Struktur und jeweilige Bearbeitungsschritte der SAW-Filterstruktur nach Aspekten der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 13 die Bildung von Verdrahtungsschichten auf dem piezoelektrischen Substrat 12, um die Elektroden 14, 16, die Kontakte 25 und ein unteres Betätigungselement (stationäre Elektrode) 21 zu bilden. Die Elektroden 14, 16, die Kontakte 25 und das untere Betätigungselement 21 können auf die oben beschriebene Weise gebildet werden, z. B. durch Abscheidung und Strukturierung von Metall.
  • 14 zeigt das Verbinden der in 12 und 13 gezeigten Strukturen. Insbesondere können die piezoelektrischen Substrate 12, 13 zum Beispiel mit einem Gold-Zinn(AuSn)-Lötmittel 27 verbunden werden. In Ausführungsformen kann das AuSn-Lötmittel 27 auf gegenüberliegenden Kontakten 25 gebildet werden.
  • Für den Fachmann versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung eine SAW-Filterstruktur oder eine BAW-Filterstruktur betrifft, die auf einem Substrat wie z. B. einem piezoelektrischen Substrat gebildet ist. Im Filter auf (z. B. über) dem piezoelektrischen Substrat ist eine MEMS-Struktur (z. B. ein Schalter) integriert. Der MEMS-Schalter ist in Wirkbeziehung mit dem Filter gekoppelt, um den Leitweg eines Eingangssignals zum Filter zu steuern (z. B. wird der MEMS-Balken in einem ersten Zustand heruntergezogen, wodurch ein Eingangssignal zum Filter am MEMS-Balken kurzgeschlossen wird (d. h., nicht durch den Filter läuft)). In einem zweiten Zustand ist der MEMS-Balken in seinem Normalzustand, z. B. oben, wodurch das Eingangssignal sich durch den Filter zu einem Vout-IDT ausbreitet. Ausführungsformen gemäß kann der MEMS-Balken auch physisch mit den Signalelektroden des Vin-IDTs und Vout-IDTs gekoppelt sein. Wenn der Balken in der unteren Stellung ist, kommt der Balken nicht mit der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats in Kontakt, wodurch auch jede Möglichkeit der Beschädigung des piezoelektrischen Substrats ausgeschlossen ist.
  • In Betrieb ist es möglich, eine Frequenz eines Filters, z. B. eines SAW-Filters, zu bestimmen und auf der Basis der Frequenz oder der Notwendigkeit der Aktivierung des Filters den Filter durch Betätigen des MEMS-Balkens zu aktivieren, um ihn mit mindestens einer Elektrode des Filters in Kontakt zu bringen.
  • 15 ist ein Flussdiagramm eines Entwurfsprozesses, der beim Entwurf, bei der Herstellung und/oder beim Testen von Halbleitern verwendet wird. 15 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Entwurfsflusses 900, der zum Beispiel verwendet wird, um eine integrierte Halbleiter-IC-Logik zu entwerfen, zu simulieren, zu testen, zu layouten und herzustellen. Der Entwurfsfluss 900 schließt Prozesse, Maschinen und/oder Mechanismen zur Bearbeitung von Entwurfsstrukturen oder Einheiten ein, um logische oder andere funktional äquivalente Darstellungen der Entwurfsstrukturen und/oder Einheiten zu generieren, die oben beschrieben und in 1 bis 14 gezeigt wurden. Die Entwurfsstrukturen, die durch den Entwurfsfluss 900 bearbeitet und/oder generiert werden, können auf maschinenlesbaren Übertragungs- und Speichermedien codiert sein, um Daten und/oder Befehle einzuschließen, die eine logische, strukturelle, mechanische oder andere funktional äquivalente Darstellung von Hardwarekomponenten, Schaltungen, Einheiten oder Systemen generieren, wenn sie ausgeführt oder auf andere Weise auf einem Datenverarbeitungssystem verarbeitet werden. Maschinen schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, jede Maschine ein, die in einem IC-Entwurfsprozess verwendet wird, um eine Schaltung, eine Komponente, eine Einheit oder ein System zu entwerfen, herzustellen oder zu simulieren. Zum Beispiel können Maschinen einschließen: Lithografiemaschinen, Maschinen und/oder Ausrüstung zur Maskenerzeugung (z. B. Elektronenstrahlschreiber), Computer oder Ausrüstung zum Simulieren von Entwurfsstrukturen, jede Einheit, die im Herstellungs- und Testprozess verwendet wird, oder jede Maschine, um funktional äquivalente Darstellungen der Entwurfsstrukturen in einem Medium zu programmieren (z. B. eine Maschine zur Programmierung eines programmierbaren Gate-Arrays).
  • Der Entwurfsfluss 900 kann je nach Typ der entworfenen Darstellung unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann sich ein Entwurfsfluss 900 zum Aufbau eines anwendungsspezifischen ICs (ASIC) von einem Entwurfsfluss 900 zum Entwurf einer Standardkomponente oder von einem Entwurfsfluss 900 zum Instantiieren des Entwurfs in ein programmierbares Array unterscheiden, zum Beispiel in ein programmierbares Gate-Array (PGA) oder ein frei programmierbares Gate Array (FPGA), das von Altera® Inc. oder Xilinx® Inc. angeboten wird.
  • 15 veranschaulicht mehrere solcher Entwurfsstrukturen einschließlich einer Eingabeentwurfsstruktur 920, die bevorzugt durch einen Entwurfsprozess 910 verarbeitet wird. Die Entwurfsstruktur 920 kann eine logische Simulationsentwurfsstruktur sein, die vom Entwurfsprozess 910 generiert und verarbeitet wird, um eine logisch äquivalente funktionale Darstellung einer Hardwareeinheit zu erzeugen. Die Entwurfsstruktur 920 kann auch oder alternativ dazu Daten und/oder Programmbefehle umfassen, die eine funktionale Darstellung der physischen Struktur einer Hardwareeinheit generieren, wenn sie vom Entwurfsprozess 910 verarbeitet werden. Unabhängig davon, ob sie funktionale und/oder strukturelle Entwurfsmerkmale darstellt, kann die Entwurfsstruktur 920 durch elektronischen computergestützten Entwurf (ECAD) erzeugt werden, wie sie von einem Core-Entwickler/Entwerfer realisiert wird. Wenn sie auf einem maschinenlesbaren Datenübertragungs-, Gate-Array-, oder Speichermedium codiert ist, können ein oder mehrere Hardware- und/oder Softwaremodule im Entwurfsprozess 910 auf die Entwurfsstruktur 920 zugreifen und diese verarbeiten, um ein elektronisches Bauteil, eine Schaltung, ein elektronisches oder logisches Modul, eine Vorrichtung, eine Einheit oder ein System wie die in 1 bis 14 gezeigten zu simulieren oder auf andere Weise funktional darzustellen. Als solche kann die Entwurfsstruktur 920 Dateien oder andere Datenstrukturen einschließlich menschen- und/oder maschinenlesbarer Quellcodes, kompilierter Strukturen und computerausführbarer Codestrukturen umfassen, die Schaltungen oder andere Hardware-Entwurfsebenen funktional simulieren oder auf andere Weise darstellen, wenn sie von einem Entwurfs- oder Simulationsdatenverarbeitungssystem verarbeitet werden. Diese Datenstrukturen können Hardwarebeschreibungssprache(HDL)-Entwurfsentitäten oder andere Datenstrukturen einschließen, die mit niedrigeren HDL-Entwurfssprachen wie Verilog und VHDL und/oder höheren Entwurfssprachen wie C oder C++ konform und/oder kompatibel sind.
  • Der Entwurfsprozess 910 verwendet und integriert bevorzugt Hardware- und/oder Softwaremodule zur Synthetisierung, Übersetzung oder sonstigen Verarbeitung eines funktionalen Entwurfs/Simulationsäquivalents der in 1 bis 14 gezeigten Bauteile, Schaltungen, Einheiten oder logischen Strukturen, um eine Netzliste 980 zu generieren, die Entwurfsstrukturen wie die Entwurfsstruktur 920 enthalten kann. Die Netzliste 980 kann zum Beispiel kompilierte oder auf andere Weise verarbeitete Datenstrukturen umfassen, die eine Liste von Verdrahtungen, diskreten Bauteilen, Logikschaltungen, Steuerschaltungen, E/A-Geräten, Modellen usw. darstellen, welche die Verbindungen zu anderen Elementen und Schaltungen in einem IC-Entwurf beschreiben. Die Netzliste 980 kann mithilfe eines iterativen Prozesses generiert werden, in welchem die Netzliste 980 abhängig von den Entwurfsspezifikationen und -parametern für die Einheit ein oder mehrmals synthetisch neu erstellt wird. Wie bei anderen Entwurfsstrukturtypen, die hierein beschrieben wurden, kann die Netzliste 980 auf einem maschinenlesbaren Datenspeichermedium aufgezeichnet werden oder in ein programmierbares Gate-Array programmiert werden. Das Medium kann ein nicht flüchtiges Speichermedium wie z. B. ein magnetisches oder optisches Plattenlaufwerk, ein programmierbares Gate-Array, ein Compact-Flash- oder ein anderer Flash-Speicher sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Medium ein System- oder Cachespeicher, Pufferspeicher oder elektrisch oder optisch leitende Einheiten und Materialien sein, auf welchen Datenpakete über das Internet oder andere netzwerkgeeignete Mittel übertragen und zwischengespeichert werden können.
  • Der Entwurfsprozess 910 kann Hardware- und Softwaremodule zur Verarbeitung verschiedener Eingabedatenstrukturtypen einschließlich der Netzliste 980 einschließen. Diese Datenstrukturtypen können sich zum Beispiel in Bibliothekselementen 930 befinden und einen Satz häufig verwendeter Elemente, Schaltungen und Einheiten umfassen, einschließlich Modelle, Layouts und symbolischer Darstellungen für eine bestimmte Herstellungstechnologie (z. B. Knoten verschiedener Technologien, 32 nm, 45 nm, 90 nm usw.). Die Datenstrukturtypen können außerdem Entwurfsspezifikationen 940, Charakterisierungsdaten 950, Prüfdaten 960, Entwurfsregeln 970 und Testdatendateien 985 einschließen, die Eingabetestmuster, Ausgabetestergebnisse und andere Testinformation enthalten. Der Entwurfsprozess 910 kann außerdem zum Beispiel Standardprozesse für den mechanischen Entwurf wie z. B. Belastungsanalyse, Thermoanalyse, Simulation mechanischer Ereignisse, Prozesssimulation für Arbeitsgänge wie Gießen, Formpressen und Druckgussformen usw. einschließen. Ein Fachmann auf dem Gebiet des mechanischen Entwurfs wird das Ausmaß der möglichen Tools und Anwendungen für den mechanischen Entwurf erkennen, die im Entwurfsprozess 910 verwendet werden, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Der Entwurfsprozess 910 kann auch Module zur Durchführung von Standardprozessen für den Schaltungsentwurf wie z. B. Timing-Analyse, Prüfung, Entwurfsregelprüfung, Positionier- und Leitwege-Operationen usw. umfassen.
  • Der Entwurfsprozess 910 verwendet und integriert logische und physische Entwurfstools wie z. B. HDL-Compiler und Tools zum Aufbau von Simulationsmodellen, um die Entwurfsstruktur 920 mit einigen oder allen der beschriebenen Datenstrukturen zusammen mit dem zusätzlichen mechanischen Entwurf oder Daten (falls zutreffend) zu verarbeiten, um eine zweite Entwurfsstruktur 990 zu erzeugen.
  • Die Entwurfsstruktur 990 liegt auf einem Speichermedium oder programmierbaren Gate-Array in einem Datenformat vor, das für den Austausch von Daten über mechanische Vorrichtungen und Strukturen verwendet wird (z. B. Information, die in einem IGES-, DXF-, Parasolid XT, JT, DRG-Format oder jedem anderen Format gespeichert ist, das zur Speicherung und Wiedergabe solcher mechanischer Entwurfsstrukturen geeignet ist). Der Entwurfsstruktur 920 entsprechend umfasst die Entwurfsstruktur 990 bevorzugt eine oder mehrere Dateien, Datenstrukturen oder andere computercodierte Daten oder Befehle, die auf Übertragungs- oder Datenspeichermedien vorliegen und eine logische oder andere funktional äquivalente Form einer oder mehrerer der in 1 bis 14 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung generieren, wenn sie von einem ECAD-System ausgeführt werden. In einer Ausführungsform kann die Entwurfsstruktur 990 ein kompiliertes, ausführbares HDL-Simulationsmodell umfassen, das die in 1 bis 14 gezeigten Einheiten funktional simuliert.
  • Die Entwurfsstruktur 990 kann auch ein Datenformat verwenden, das für den Austausch von Daten über das Layout integrierter Schaltungen verwendet wird (z. B. Information, die in einem GDSII-(GDS2-), GL1-, OASIS-Format, Map-Dateien oder jedem anderen geeigneten Format zum Speichern solcher Entwurfsdatenstrukturen gespeichert ist). Die Entwurfsstruktur 990 kann Informationen wie zum Beispiel symbolische Daten, Map-Dateien, Testdatendateien, Entwurfsinhaltsdateien, Fertigungsdaten, Layoutparameter, Verdrahtungen, Metalllagen, Durchkontakte, Formen, Daten für das Routing durch die Fertigungslinie und alle sonstigen Daten umfassen, die von einem Hersteller oder anderen Entwerfer/Entwickler benötigt werden, um eine Einheit oder eine Struktur herzustellen, wie oben beschrieben und in 1 bis 14 gezeigt. Die Entwurfsstruktur 990 kann dann zu einem Schritt 995 übergehen, wo die Entwurfsstruktur 990 zum Beispiel an das Tapeout gegeben wird, zur Fertigung freigegeben wird, an einen Maskenhersteller übergeben wird, an ein anderes Entwurfsbüro gesendet wird, an den Kunden zurückgesendet wird usw.
  • Das oben beschriebene Verfahren wird in der Fertigung von Chips mit integriertem Schaltkreis verwendet. Die resultierenden Chips mit integriertem Schaltkreis können vom Hersteller in Form eines Rohwafers (das heißt, als Einzelwafer mit mehreren gehäuselosen Chips), als nackter Chip oder als Chip mit Gehäuse verteilt werden. Im letzteren Fall ist der Chip in ein Einzelchipgehäuse (wie z. B. ein Kunststoffträger mit Leitern, die an einer Hauptplatine oder an einem anderen Träger höherer Ebene befestigt sind) oder in ein Mehrchipgehäuse (wie z. B. ein Keramikträger, der Oberflächenverbindungen oder Innenlagenverbindungen oder beides aufweist) montiert. In jedem Fall wird der Chip dann mit anderen Chips, diskreten Schaltelementen und/oder anderen Signalverarbeitungseinheiten als Teil (a) eines Zwischenprodukts wie z. B. einer Hauptplatine oder (b) eines Endprodukts integriert. Das Endprodukt kann jedes Produkt sein, das Chips mit integrierten Schaltungen enthält, von Spielzeugen und anderen einfachen Anwendungen bis hin zu hochentwickelten Computerprodukten, die eine Anzeige, eine Tastatur oder ein anderes Eingabegerät und einen Zentralprozessor aufweisen.
  • Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zur Veranschaulichung gegeben, ohne aber erschöpfend oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt zu sein. Dem Fachmann werden viele Modifikationen und Varianten einfallen, ohne vom Umfang und Geist der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Prinzipien der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber marktüblichen Technologien zu erklären oder anderen Fachleuten das Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen zu ermöglichen.

Claims (14)

  1. Elektrisches Filter, aufweisend mindestens eine piezoelektrische Filterstruktur (5, 5'), umfassend eine Vielzahl von Elektroden (14, 16), die auf einem piezoelektrischen Substrat (10) gebildet sind und eine rechtwinklig zu der Vielzahl von Elektroden (14, 16) angeordnete bewegliche Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d), die über der mindestens einen Filterstruktur (5, 5') angeordnet ist und strukturiert ist, um bei Betätigung ausgelenkt zu werden und so die mindestens eine Filterstruktur (5, 5') kurzzuschließen, indem die Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) mit mindestens zwei Elektroden der Vielzahl von Elektroden (14, 16) in Kontakt kommt.
  2. Filter nach Anspruch 1, wobei die Balkenstruktur ein Auslegerbalken, vorzugsweise ein MEMS-Auslegerbalken ist.
  3. Filter nach Anspruch 1, wobei die Balkenstruktur über einer Masseelektrode und einer Signalelektrode eines Eingangs-Interdigitalwandlers und/oder über Masseelektroden eines Eingangs-Interdigitalwandlers (100) und eines Ausgangs-Interdigitalwandlers (200) der mindestens einen Filterstruktur (5, 5') angeordnet ist.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Filters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten: Bilden mindestens einer piezoelektrischen Filterstruktur (5, 5'), die eine Vielzahl von Elektroden (14, 16) aufweist, die auf einem piezoelektrischen Substrat (10) gebildet sind; und Bilden einer mikro-elektromechanischen Struktur (MEMS), die einen Balken (26, 26a, 26b, 26c, 26d) aufweist, der über dem piezoelektrischen Substrat (10) und an einer Stelle angeordnet ist, an welcher der Balken (26, 26a, 26b, 26c, 26d) bei Betätigung die piezoelektrische Filterstruktur (5, 5') kurzschließt, indem er mit mindestens zwei Elektroden der Vielzahl von Elektroden (14, 16) in Kontakt kommt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine piezoelektrische Filterstruktur (5, 5') ein akustischer Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter) und/oder ein akustischer Volumenwellenfilter (BAW-Filter) ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bilden des SAW-Filters aufweist: Bilden eines Eingangs-Interdigitalwandlers (100), der auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats (10) verzahnte Signal- und Masseelektroden aufweist; und Bilden eines Ausgangs-Interdigitalwandlers (200), der auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats verzahnte Signal- und Masseelektroden aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bilden des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) das Anordnen des Balkens, um bei Betätigung die verzahnten Signal- und Masseelektroden des Eingangs-Interdigitalwandlers (100) oder Ausgangs-Interdigitalwandlers (200) kurzzuschließen, und/oder das Anordnen des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) über jeweiligen Masseelektroden (16) des Eingangs-Interdigitalwandlers (100) und des Ausgangs-Interdigitalwandlers (200) aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Masseelektrode (16) des Eingangs-Interdigitalwandlers (100) ein Betätigungselement (16) zur Betätigung des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) bildet.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bilden des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) aufweist: Bilden einer Isolatorschicht (22) über verzahnten Elektroden (14, 16) der mindestens einen piezoelektrischen Filterstruktur (5, 5'); Strukturieren der Isolatorschicht (22), um die verzahnten Elektroden (14, 16) freizulegen; Abscheiden eines Opfermaterials (24) in die Struktur der Isolatorschicht und über den verzahnten Elektroden (14, 16); Bilden einer Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) auf dem Opfermaterial, die über den verzahnten Elektroden (14, 16) der mindestens einen piezoelektrischen Filterstruktur (5, 5') angeordnet ist; Bilden einer zweiten Isolatorschicht auf der Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) und Strukturieren der zweiten Isolatorschicht, um Oberflächen der Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) freizulegen; Bilden von zusätzlichem Opfermaterial in der Struktur der zweiten Isolatorschicht und über der Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d); Bilden einer Deckschicht (22b) über dem zusätzlichen Opfermaterial; Bilden mindestens eines Austreiblochs (30) in der Deckschicht (22b); Austreiben des Opfermaterials und des zusätzlichen Opfermaterials durch das mindestens eine Austreibloch (30), um einen oberen Hohlraum und einen unteren Hohlraum um die Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) herum zu bilden; und Schließen des mindestens einen Austreiblochs (30) mit Material.
  10. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bildens des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) aufweist: Bilden von Elektroden (14, 16) auf einem ersten piezoelektrischen Substrat (12), wobei eine der Elektroden als ein Betätigungselement (21) des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) strukturiert ist; Bilden einer Verdrahtungsschicht (20) auf einem zweiten piezoelektrischen Substrat (13) Bilden eines Opfermaterials auf dem zweiten piezoelektrischen Substrat (13) Bilden einer Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) auf dem Opfermaterial und in Kontakt mit der Verdrahtungsschicht (20); Entfernen des Opfermaterials, um einen Zwischenraum zwischen der Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) und dem zweiten piezoelektrischen Substrat (13) zu bilden; und Verbinden des ersten piezoelektrischen Substrats (12) mit dem zweiten piezoelektrischen Substrat (13) durch ein Lötmittelmaterial derart, dass zwischen der Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) und dem ersten piezoelektrischen Substrat (12) ein Zwischenraum (S) vorhanden ist, wobei das Betätigungselement des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) mit der Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) ausgerichtet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bilden des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) das Abscheiden und Strukturieren eines Metallmaterials auf einem Opfermaterial aufweist, das über der Vielzahl von Elektroden (14, 16) gebildet ist, und/oder wobei das Bilden des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) eine zusammengesetzte Balkenstruktur (26, 26a, 26b, 26c, 26d) ergibt, die durch Abscheiden und Strukturieren von Metall- und Isolatormaterial über einem Opfermaterial gebildet wird, das über der Vielzahl von Elektroden (14, 16) gebildet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Balken (26, 26a, 26b, 26c, 26d) als ein Auslegerbalken (26, 26a, 26b, 26c, 26d) gebildet wird, der zwischen Betätigungselementen (21, 23) und rechtwinklig zu verzahnten Elektroden (14, 16) der mindestens einen piezoelektrischen Filterstruktur angeordnet ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Masseelektrode (16) der Elektroden (14, 16) ein Betätigungselement zum Einzug des Balkens (26, 26a, 26b, 26c, 26d) bildet.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 12, wobei der Balken (26, 26a, 26b, 26c, 26d) im Wesentlichen einen gesamten Bereich der Elektroden der mindestens einen piezoelektrischen Filterstruktur (5, 5') überdeckt.
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