DE102017109102B4 - Acoustic resonator device with at least one air ring and a frame - Google Patents

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    • H03H9/173—Air-gaps

Abstract

Eine Akustikresonator-Vorrichtung (100), aufweisend:eine untere Elektrode (106), die auf einem Substrat (104) über einem Lufthohlraum (105) angeordnet ist, wobei die untere Elektrode (106) einen zentralen Bereich (113) und einen peripheren Bereich aufweist,eine piezoelektrische Schicht (111, 141), die auf der unteren Elektrode (106) angeordnet ist,eine obere Elektrode (103, 142, 162), die auf der piezoelektrischen Schicht (111, 141) angeordnet ist, wobei eine Überlappung zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162), der piezoelektrischen Schicht (111, 141) und der unteren Elektrode (106) über dem Lufthohlraum (105) einen Membranhauptbereich (112) definiert,einen ersten Metallrahmen (107), der auf einer unteren Oberfläche der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, wobei der erste Metallrahmen (107) eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite gegenüberliegend zu der zweiten Seite ist und wobei der erste Metallrahmen (107) eine Dicke (D1) aufweist, die von 10% bis 75% einer Dicke (D3) der unteren Elektrode (106) in dem zentralen Bereich (113) der unteren Elektrode (106) reicht, wobei die erste Seite des ersten Metallrahmens (107) sich lateral von einer Stelle, die außerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, zu einer Stelle, die innerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, erstreckt,mindestens eine Luftbrücke (163), die zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist, undeinen zweiten Metallrahmen (108), der auf einer unteren Oberfläche der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, wobei der zweite Metallrahmen (108) eine erste Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand (107a) der ersten Seite des ersten Metallrahmens (107) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs (113) der unteren Elektrode (106) erstreckt, und wobei der zweite Metallrahmen (108) eine zweite Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand (107b) der zweiten Seite des ersten Metallrahmens (107) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs (113) der unteren Elektrode (106) erstreckt.An acoustic resonator device (100) comprising: a bottom electrode (106) disposed on a substrate (104) over an air cavity (105), the bottom electrode (106) having a central region (113) and a peripheral region comprises a piezoelectric layer (111, 141) arranged on the lower electrode (106), an upper electrode (103, 142, 162) arranged on the piezoelectric layer (111, 141) with an overlap between the upper electrode (103, 142, 162), the piezoelectric layer (111, 141) and the lower electrode (106) defines a main diaphragm region (112) over the air cavity (105), a first metal frame (107) supported on a lower surface of the lower electrode (106), the first metal frame (107) having a first side and a second side, the first side being opposite to the second side, and the first metal frame (107) having a thickness (D1). , by 10% to 75% of a thickness (D3) of the lower electrode (106) in the central region (113) of the lower electrode (106), wherein the first side of the first metal frame (107) extends laterally from a position outside the diaphragm main region ( 112), extending to a location that is within the diaphragm main region (112), at least one air bridge (163) formed between the top electrode (103, 142, 162) and the piezoelectric layer (111, 141), anda second metal frame (108) disposed on a bottom surface of the bottom electrode (106), the second metal frame (108) having a first side extending laterally from an inner edge (107a) of the first side of the first metal frame ( 107) extends to an outer edge of the central region (113) of the lower electrode (106), and wherein the second metal frame (108) has a second side that extends laterally from an inner edge (107b) of the second side of the first metal frame ( 1 07) to an outer edge of the central area (113) of the lower electrode (106).

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Akustikresonatoren (oder Akustikresonatoren) können verwendet werden, um Signalverarbeitungsfunktionen in verschiedenen elektronischen Geräten zu implementieren. Beispielsweise verwenden einige Mobiltelefone und andere Kommunikationsgeräte Akustikresonatoren, um Frequenzfilter für übertragene und/oder empfangene Signale zu implementieren. Mehrere verschiedene Arten von Akustikresonatoren können entsprechend verschiedener Anwendungen verwendet werden, wobei Beispiele die folgenden umfassen akustische Volumenwellen (BAW, bulk acoustic wave)-Resonatoren, wie etwa akustische Dünnschichtvolumen-Resonatoren (FBARs, thin film bulk acoustic resonators), gekoppelte Resonator-Filter (CRFs, coupled resonator filters), gestapelte Akustik-Volumen-Resonatoren (SBARs, stacked bulk acoustic resonators), Akustik-Doppelvolumen-Resonatoren (DBARs, double bulk acoustic resonators) und fest montierte Resonatoren (SMRs, solidly mounted resonators). Beispielsweise umfasst ein FBAR eine piezoelektrische Schicht zwischen einer unteren (ersten) Elektrode und einer oberen (zweiten) Elektrode über einem Hohlraum (oder Vertiefung). BAW-Resonatoren können in einer breiten Vielfalt von elektronischen Geräten verwendet werden, wie etwa Mobiltelefonen, Minicomputern (PDAs, personal digital assistants), elektronischen Spieleeinrichtungen, Laptop-Computern und anderen tragbaren Kommunikationsgeräte. Beispielsweise können FBARs, die auf Frequenzen in der Nähe ihrer Grund-Resonanzfrequenzen arbeiten, als Schlüsselkomponenten von Radiofrequenz (RF)-Filtern und -Duplexern in mobilen Geräten verwendet werden.Acoustic resonators (or acoustic resonators) can be used to implement signal processing functions in various electronic devices. For example, some cellular phones and other communication devices use acoustic resonators to implement frequency filters for transmitted and/or received signals. Several different types of acoustic resonators can be used according to different applications, examples including the following bulk acoustic wave (BAW) resonators, such as thin film bulk acoustic resonators (FBARs), coupled resonator filters ( CRFs, coupled resonator filters), stacked bulk acoustic resonators (SBARs), double bulk acoustic resonators (DBARs), and solidly mounted resonators (SMRs). For example, an FBAR includes a piezoelectric layer between a bottom (first) electrode and a top (second) electrode over a cavity (or depression). BAW resonators can be used in a wide variety of electronic devices, such as cellular phones, personal digital assistants (PDAs), electronic gaming devices, laptop computers, and other portable communication devices. For example, FBARs operating at frequencies near their fundamental resonant frequencies can be used as key components of radio frequency (RF) filters and duplexers in mobile devices.

Ein Akustikresonator umfasst typischerweise eine Schicht aus einem piezoelektrischen Materials, die zwischen zwei ebenen Elektroden in einer Struktur, die als ein akustischer Stapel bezeichnet wird, eingebettet ist. Wenn zwischen den Elektroden ein elektrisches Eingangssignal angelegt wird, bewirkt der reziproke oder inverse piezoelektrische Effekt, dass der akustische Stapel sich in Abhängigkeit von der Polarisation des piezoelektrischen Materials mechanisch ausdehnt oder zusammenzieht. Wenn das elektrische Eingangssignal sich mit der Zeit verändert, erzeugt die Ausdehnung und Zusammenziehung des akustischen Stapels akustische Wellen, die sich durch den Akustikresonator in verschiedenen Richtungen ausbreiten und die durch den piezoelektrischen Effekt in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt werden. Einige der akustischen Wellen erzielen über dem akustischen Stapel eine Resonanz, wobei die Resonanzfrequenz durch Faktoren, wie etwa Materialien, Abmessungen und Betriebsbedingungen des akustischen Stapels, bestimmt sind. Diese und andere mechanische Eigenschaften des Akustikresonators bestimmen seine Frequenzantwort.An acoustic resonator typically includes a layer of piezoelectric material sandwiched between two planar electrodes in a structure called an acoustic stack. When an electrical input signal is applied between the electrodes, the reciprocal or inverse piezoelectric effect causes the acoustic stack to mechanically expand or contract depending on the polarization of the piezoelectric material. As the electrical input signal changes over time, the expansion and contraction of the acoustic stack creates acoustic waves that propagate through the acoustic resonator in various directions and which are converted into an electrical output signal by the piezoelectric effect. Some of the acoustic waves achieve resonance across the acoustic stack, with the resonant frequency determined by factors such as materials, dimensions, and operating conditions of the acoustic stack. These and other mechanical properties of the acoustic resonator determine its frequency response.

Im Allgemeinen umfasst ein Akustikresonator verschiedene laterale Bereiche, die verschiedenen Arten von Resonanzen, oder Resonanzmoden, ausgesetzt sein können. Diese lateralen Bereiche können sehr allgemein als Membranhauptbereich und periphere Bereiche gekennzeichnet werden, wobei der Membranhauptbereich grob durch eine Überlappung zwischen den zwei ebenen Elektroden und dem piezoelektrischen Material definiert ist, und die peripheren Bereiche als die Bereiche außerhalb des Membranhauptbereichs definiert sind. Insbesondere sind zwei periphere Bereiche definiert als ein Bereich, der zwischen dem Rand des Membranhauptbereichs und dem Rand des Lufthohlraums angeordnet ist, und ein Bereich einer Überlappung von mindestens einer ebenen Elektrode und dem piezoelektrischen Material mit dem Substrat. Der Membranhauptbereich ist elektrisch angeregten Moden ausgesetzt, die durch das elektrische Feld zwischen den zwei ebenen Elektroden erzeugt werden, und sowohl der Membranhauptbereich als auch die peripheren Bereiche sind bestimmten abgeleiteten Moden ausgesetzt, die durch das Streuen von akustischer Energie, die in den elektrisch angeregten Moden begrenzt ist, erzeugt werden. Die elektrisch angeregten Moden umfassen beispielsweise eine Kolbenmode (piston mode), die durch longitudinale akustische Wellen mit Grenzen an den Rändern des Membranhauptbereichs gebildet wird. Die abgeleiteten Moden umfassen beispielsweise laterale Moden, die durch laterale akustische Wellen gebildet werden, die an den Rändern des Membranhauptbereichs und der peripheren Bereiche angeregt werden.In general, an acoustic resonator includes different lateral regions that can be subjected to different types of resonances, or resonance modes. These lateral areas can be characterized very broadly as the main diaphragm area and peripheral areas, where the main diaphragm area is roughly defined by an overlap between the two planar electrodes and the piezoelectric material, and the peripheral areas are defined as the areas outside the main diaphragm area. In particular, two peripheral areas are defined as an area located between the edge of the diaphragm main area and the edge of the air cavity, and an area of overlap of at least one planar electrode and the piezoelectric material with the substrate. The main membrane area is exposed to electrically excited modes generated by the electric field between the two planar electrodes, and both the main membrane area and the peripheral areas are exposed to certain derivative modes caused by the scattering of acoustic energy present in the electrically excited modes is limited can be generated. The electrically excited modes include, for example, a piston mode formed by longitudinal acoustic waves with boundaries at the edges of the main membrane area. The derived modes include, for example, lateral modes formed by lateral acoustic waves excited at the edges of the membrane main area and peripheral areas.

Die lateralen Moden fördern (oder ermöglichen) eine Kontinuität von entsprechenden mechanischen Partikelgeschwindigkeiten und Spannungen zwischen dem elektrisch getriebenen Membranhauptbereich und den im Wesentlichen nicht getriebenen peripheren Bereichen. Sie [die lateralen Moden] können sich von dem Punkt der Anregung entweder frei ausbreiten (sogenannte sich ausbreitende Moden) oder exponentiell zerfallen (sogenannte verschwindende und komplexe Moden). Sie können sowohl durch laterale strukturelle Unstetigkeiten (z.B. eine Schnittstelle zwischen Bereichen von verschiedenen Dicken in dem Membranhauptbereich oder ein Rand von einer oberen oder unteren Elektrode) oder durch Unstetigkeiten des elektrischen Felds (z.B. ein Rand einer oberen Elektrode, wo das elektrische Feld abrupt endet) angeregt werden.The lateral modes promote (or enable) continuity of corresponding mechanical particle velocities and stresses between the electrically driven membrane main region and the substantially undriven peripheral regions. They [the lateral modes] can either propagate freely from the point of excitation (so-called propagating modes) or decay exponentially (so-called evanescent and complex modes). They can be caused either by lateral structural discontinuities (e.g. an interface between areas of different thicknesses in the main membrane region or an edge of a top or bottom electrode) or by electric field discontinuities (e.g. an edge of a top electrode where the electric field abruptly terminates). be stimulated.

Die lateralen Moden haben allgemein einen abträglichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit eines Akustikresonators. Dementsprechend umfassen einige Akustikresonatoren zusätzliche strukturelle Merkmale, die dazu ausgebildet sind, die lateralen Moden zu unterdrücken, zu unterbinden oder abzuschwächen. Beispielsweise kann eine Luftbrücke unter der oberen Elektrode auf einem Verbindungsrand der oberen Elektrode des Akustikresonators ausgebildet werden, um den Strahlereffekt (transducer effect) über dem Substrat zu eliminieren. In einem anderen Beispiel kann ein Rahmen durch ein leitfähiges oder dielektrisches Material innerhalb der Begrenzung des Membranhauptbereichs ausgebildet werden, um eine Streuung der elektrisch angeregten Kolbenmode an den Rändern der oberen Elektrode zu minimieren und die Begrenzung der mechanischen Bewegung auf den Membranhauptbereich zu verbessern.The lateral modes generally have a detrimental impact on performance an acoustic resonator. Accordingly, some acoustic resonators include additional structural features designed to suppress, inhibit, or mitigate the lateral modes. For example, an air bridge under the top electrode may be formed on a top electrode bonding edge of the acoustic resonator to eliminate the transducer effect over the substrate. In another example, a frame may be formed by a conductive or dielectric material within the confinement of the main diaphragm area to minimize scattering of the electrically excited piston mode at the edges of the top electrode and improve the confinement of mechanical motion to the main diaphragm area.

Die herkömmlichen Implementierungen von diesen zusätzlichen strukturellen Merkmalen weisen eine Anzahl von potentiellen Nachteilen auf. Beispielsweise können sie in Abhängigkeit von deren spezifischen Entwurf eine Quelle von zusätzlicher Streuung der Kolbenmode sein, was deren Vorteile aufheben kann. Auch können einige Design-Auswahlen nur leichte Verbesserungen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit erzeugen, während sie die Kosten signifikant nach oben treiben. Des Weiteren kann die Ausbildung der zusätzlichen strukturellen Merkmale die strukturelle Stabilität verschlechtern oder bei der Ausbildung von darüber liegenden Schichten störend eingreifen.The conventional implementations of these additional structural features have a number of potential disadvantages. For example, depending on their specific design, they can be a source of additional piston mode dispersion, which can negate their advantages. Also, some design choices may produce only slight improvements in performance while driving up costs significantly. Furthermore, the formation of the additional structural features may degrade structural stability or interfere with the formation of overlying layers.

Zusätzlich beruhen herkömmliche FBARs auf einer Luftschnittstelle, die sowohl an der unteren Seite als auch an der oberen Seite des Resonators vorhanden ist. Im Gegensatz zu SMRs, verhindert eine Luftschnittstelle, die an der Unterseite des Resonators vorhanden ist, dass parasitäre akustische Energie in das Substrat abfließt und verbessert daher die elektrische Gesamtleistungsfähigkeit von FBARs, ohne die Komplexitäten, die mit dem Design von akustischen Breitband- und/oder Festkörper- Spiegeln, wie etwa verteilten Bragg-Reflektor (distributed Bragg reflector) zusammenhängen. Andererseits jedoch führt ein Fehlen einer festen Verbindung des aktiven Bereichs des Resonators mit dem Substrat zu schlechteren Wärmeabfuhr-Eigenschaften und zu einer schwächeren strukturellen Stabilität im Vergleich zu herkömmlichen SMR Designs. Folglich besteht im Hinblick auf diese und andere Nachteile von herkömmlichen FBARs ein allgemeines Bedürfnis für ein verbessertes Design eines Akustikresonators, das diese Problematiken angeht, ohne die elektrische Leistungsfähigkeit des Akustikresonators und von Filtern, die diese Resonatoren umfassen, zu beeinträchtigen.In addition, conventional FBARs rely on an air interface that exists at both the bottom and top of the resonator. Unlike SMRs, an air interface present at the bottom of the resonator prevents parasitic acoustic energy from leaking into the substrate and therefore improves the overall electrical performance of FBARs without the complexities associated with the design of broadband acoustic and/or solid state mirrors such as distributed Bragg reflector. On the other hand, a lack of a firm connection of the active area of the resonator to the substrate leads to poorer heat dissipation properties and weaker structural stability compared to conventional SMR designs. Accordingly, in view of these and other shortcomings of conventional FBARs, there is a general need for an improved acoustic resonator design that addresses these issues without compromising the electrical performance of the acoustic resonator and filters comprising these resonators.

Figurenlistecharacter list

Die veranschaulichenden Ausführungsformen werden am besten aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen zur Klarheit der Darstellung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein. Wo immer dies anwendbar und praktikabel ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.

  • 1 ist eine Draufsicht auf einen Akustikresonator gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht eines Akustikresonators gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht eines Akustikresonators gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 4 zeigt ein erstes und ein zweites Schaubild des thermischen Widerstands, normalisiert auf den thermischen Widerstand einer standardmäßigen FBAR-Vorrichtung, als eine Funktion der Änderungen der Dicke eines ersten Metallrahmens, der auf einer unteren Oberfläche einer unteren Elektrode des in 2 gezeigten Akustikresonators ausgebildet wird.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht eines Akustikresonators gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht eines Akustikresonators gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht einer Akustikresonator-Vorrichtung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht eines Akustikresonators gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht eines Akustikresonators gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht einer Akustikresonator-Vorrichtung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht eines Akustikresonators gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 12 ist eine Querschnittsansicht eines Akustikresonators gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht einer Akustikresonator-Vorrichtung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht einer Akustikresonator-Vorrichtung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
The illustrative embodiments are best understood from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings. It is emphasized that the various features are not necessarily drawn to scale. In fact, the dimensions may be arbitrarily enlarged or reduced for clarity of illustration. Wherever applicable and practicable, like reference characters designate like elements.
  • 1 12 is a top view of an acoustic resonator according to a representative embodiment.
  • 2 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator according to a representative embodiment.
  • 3 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator according to a representative embodiment.
  • 4 FIG. 12 shows first and second plots of thermal resistance normalized to the thermal resistance of a standard FBAR device as a function of changes in thickness of a first metal frame supported on a bottom surface of a bottom electrode of FIG 2 shown acoustic resonator is formed.
  • 5 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator according to a representative embodiment.
  • 6 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator according to a representative embodiment.
  • 7 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator device according to a representative embodiment.
  • 8th 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator according to a representative embodiment.
  • 9 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator according to a representative embodiment.
  • 10 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator device according to a representative embodiment.
  • 11 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator according to a representative embodiment.
  • 12 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator according to a representative embodiment.
  • 13 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator device according to a representative embodiment.
  • 14 12 is a cross-sectional view of an acoustic resonator device according to a representative embodiment.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

In der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung können relative Ausdrücke, wie etwa „über“, „unter“, „oben“, „unten“, „oberer“ und „unterer“, verwendet werden, um die Beziehungen der verschiedenen Elemente zueinander zu beschreiben, so wie das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Diese relativen Ausdrücke sind dazu gedacht, verschiedene Orientierungen der Vorrichtung und/oder der Elemente zusätzlich zu den in den Zeichnungen dargestellten Orientierungen zu umfassen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in Bezug auf die Ansicht in den Zeichnungen invertiert würde, dann wäre ein Element, das als „oberhalb“ eines anderen Elements beschrieben ist, nun beispielsweise unterhalb dieses Elements sein.In the following detailed description, relative terms such as "above", "below", "above", "below", "upper" and "lower" may be used to describe the relationships of the various elements to one another, such as shown in the accompanying drawings. These relative terms are intended to encompass different orientations of the device and/or elements in addition to the orientation depicted in the drawings. For example, if the device were inverted with respect to the view in the drawings, then an element described as "above" another element would now be, for example, below that element.

Die vorliegenden Lehren beziehen sich allgemein auf Akustikresonatoren, wie beispielsweise etwa akustische Schichtvolumenwellen-Resonatoren (FBARs) oder fest montierte Resonatoren (SMRs). Zur Vereinfachung der Erläuterung sind einige Ausführungsformen im Kontext von FBAR-Technologien beschrieben; jedoch können die beschriebenen Konzepte zur Verwendung in anderen Arten von Akustikresonatoren angepasst werden. Bestimmte Einzelheiten von Akustikresonatoren, einschließlich Materialien und Herstellungsverfahren, können in einer oder mehreren der folgenden, gemeinsam besessenen US Patente und Patentanmeldungen gefunden werden: US Patent Nr. 6,107,721 an Lakin; US Patente Nrn. 5,587,620, 5,873,153, 6,507,983, 6,384,697, 7,275,292 und 7,629,865 an Ruby et al.; US Patent Nr. 7,280,007 an Feng et al.; US Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2007/0205850 an Jamneala et al.; US Patent Nr. 7,388,454 an Ruby et al.; US Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2014/0111288 an Nikkel et al.; US Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2013/0314177 an Burak et al.; US Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2014/0118091 an Burak et al.; US Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2014/0118088 an Burak et al.; US Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2013/0038408 an Burak et al.; US Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2008/0258842 an Ruby et al.; und US Patent Nr. 6,548,943 an Kaitila et al. Es wird betont, dass die Komponenten, Materialien und Herstellungsverfahren, die in diesen Patenten und Patentanmeldungen beschrieben sind, repräsentativ sind, und dass andere Herstellungsverfahren und Materialien innerhalb des Blickfeldes eines Fachmanns in dem technischen Fachgebiet vorgesehen werden (können).The present teachings relate generally to acoustic resonators, such as sheet bulk acoustic wave resonators (FBARs) or fixed mount resonators (SMRs). For ease of explanation, some embodiments are described in the context of FBAR technologies; however, the concepts described can be adapted for use in other types of acoustic resonators. Certain details of acoustic resonators, including materials and methods of manufacture, can be found in one or more of the following commonly owned U.S. patents and patent applications: U.S. Patent No. 6,107,721 to Laken; US patent nos. 5,587,620, 5,873,153, 6,507,983, 6,384,697, 7,275,292 and 7,629,865 to Ruby et al.; US patent no. 7,280,007 to Feng et al.; U.S. Patent Application Publication No. 2007/0205850 to Jamneala et al.; U.S. Patent No. 7,388,454 to Ruby et al.; U.S. Patent Application Publication No. 2014/0111288 to Nikkel et al.; U.S. Patent Application Publication No. 2013/0314177 to Burak et al.; U.S. Patent Application Publication No. 2014/0118091 to Burak et al.; U.S. Patent Application Publication No. 2014/0118088 to Burak et al.; U.S. Patent Application Publication No. 2013/0038408 to Burak et al.; U.S. Patent Application Publication No. 2008/0258842 to Ruby et al.; and U.S. Patent No. 6,548,943 to Kaitila et al. It is emphasized that the components, materials and methods of manufacture described in these patents and patent applications are representative and that other methods of manufacture and materials are (may) be envisaged within the purview of one skilled in the art.

In einer repräsentativen Ausführungsform umfasst eine Akustikresonator-Vorrichtung (oder Akustikresonator-Vorrichtung) eine untere Elektrode, die auf einem Substrat über einem Lufthohlraum (oder Luftvertiefung) angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht, die auf der unteren Elektrode angeordnet ist, und eine obere Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist, wobei eine Überlappung zwischen der oberen Elektrode, der piezoelektrischen Schicht und der unteren Elektrode über dem Lufthohlraum einen Membranhauptbereich definiert. Die Akustikresonator-Vorrichtung umfasst ferner mindestens einen ersten Metallrahmen, der auf einer unteren Oberfläche der unteren Elektrode angeordnet ist, und der mindestens eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist und der eine Dicke aufweist, die von etwa 10% bis etwa 70% von einer Dicke der unteren Elektrode in einem zentralen Bereich der unteren Elektrode reicht. Vorzugsweise weist der erste Metallrahmen eine Dicke auf, die von 35% bis 65% der Dicke der unteren Elektrode in dem zentralen Bereich der unteren Elektrode reicht. Die Dicke des ersten Metallrahmens unterstützt bzw. ermöglicht den Wärmefluss aus der Akustikresonator-Vorrichtung, während sie auch die strukturelle Stabilität der Akustikresonator-Vorrichtung verbessert, ohne ihre Leistungsfähigkeit nachteilig zu beeinflussen. Des Weiteren, gemäß bevorzugter Ausführungsformen, umfasst die Akustikresonator-Vorrichtung ferner einen zweiten Metallrahmen, der auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode angeordnet ist. Der zweite Rahmen weist eine erste Seite auf, die sich lateral von einem inneren Rand der ersten Seite des ersten Metallrahmens bis zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs der unteren Elektrode erstreckt. Der zweite Metallrahmen weist eine zweite Seite auf, die sich lateral von einem inneren Rand der zweiten Seite des ersten Metallrahmens zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs der unteren Elektrode erstreckt. Der zweite Metallrahmen weist typischerweise eine Dicke auf, die näherungsweise 50% der Dicke des ersten Metallrahmens ist.In a representative embodiment, an acoustic resonator device (or acoustic resonator device) comprises a bottom electrode disposed on a substrate over an air cavity (or air cavity), a piezoelectric layer disposed on the bottom electrode, and a top electrode, disposed on the piezoelectric layer, with an overlap between the top electrode, the piezoelectric layer and the bottom electrode defining a main diaphragm area over the air cavity. The acoustic resonator device further includes at least a first metal frame disposed on a bottom surface of the bottom electrode and having at least a first side and a second side and having a thickness ranging from about 10% to about 70% of a Thickness of the lower electrode ranges in a central area of the lower electrode. Preferably, the first metal frame has a thickness ranging from 35% to 65% of the thickness of the bottom electrode in the central area of the bottom electrode. The thickness of the first metal frame aids in the flow of heat out of the acoustic resonator device while also improving the structural stability of the acoustic resonator device without adversely affecting its performance. Furthermore, according to preferred embodiments, the acoustic resonator device further includes a second metal frame disposed on the bottom surface of the bottom electrode. The second frame has a first side that extends laterally from an inner edge of the first side of the first metal frame to an outer edge of the central region of the bottom electrode. The second metal frame has a second side that extends laterally from an inner edge of the second side of the first metal frame to an outer edge of the central region of the bottom electrode. The second metal frame typically has a thickness that is approximately 50% the thickness of the first metal frame.

Allgemein umfasst in verschiedenen, unten beschriebenen, repräsentativen Ausführungsformen ein Akustikresonator einen akustischen Stapel, der durch eine piezoelektrische Schicht ausgebildet ist, die zwischen einer oberen und einer unteren Elektrode angeordnet ist, die auf einem Substrat über einem Lufthohlraum angeordnet sind. Eine Überlappung zwischen der oberen Elektrode, der piezoelektrischen Schicht und der unteren Elektrode über dem Lufthohlraum definiert einen Membranhauptbereich. Ein oder mehrere Metallrahmen sind auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode ausgebildet, die einen aktiven Bereich innerhalb des Membranhauptbereichs definiert. Zusätzlich können eine oder mehrere Luftringe außerhalb einer äußeren Begrenzung des Membranhauptbereichs ausgebildet sein, der/die Luftring(e) können zwischen der unteren Elektrode und der piezoelektrischen Schicht, zwischen der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrode, innerhalb der unteren Elektrode, innerhalb der oberen Elektrode und/oder innerhalb der piezoelektrischen Schicht geformt werden. Wenn ein Luftring zwischen der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrode ausgebildet ist, umfasst er eine Luftbrücke auf der Verbindungsseite der oberen Elektrode und einen Luftflügel entlang des verbleibenden äußeren Umfanges.In general, in various representative embodiments described below, an acoustic resonator includes an acoustic stack formed by a piezoelectric layer sandwiched between top and bottom electrodes disposed on a substrate over an air cavity. An overlap between the top electrode, the piezoelectric layer and the bottom electrode over the air cavity defines a main diaphragm area. One or more metal frames are formed on the bottom surface of the bottom electrode, defining an active area within the membrane main area defined. In addition, one or more air rings may be formed outside a perimeter of the main membrane portion, the air ring(s) may be between the bottom electrode and the piezoelectric layer, between the piezoelectric layer and the top electrode, inside the bottom electrode, inside the top electrode and/or formed within the piezoelectric layer. When an air ring is formed between the piezoelectric layer and the top electrode, it comprises an air bridge on the connection side of the top electrode and an air wing along the remaining outer perimeter.

Der erste und der zweite Metallrahmen können auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode ausgebildet werden, indem eine oder mehrere Schichten eines metallischen Materials auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode hinzugefügt werden. Der Metallrahmen kann entweder ein zusammengesetzter Metallrahmen (oder Komposit-Metallrahmen, composite metal frame) oder ein hinzugefügter Metallrahmen (add-on metal frame) sein. Ein zusammengesetzter Metallrahmen hat integrierte laterale Merkmale, die möglicherweise beispielsweise aus Aluminium (AI) und Molybdän (Mo) ausgebildet sind, und wird ausgebildet, indem ein verschiedenes Material innerhalb der unteren Elektrode eingebettet wird, typischerweise mit einer unteren Oberfläche, die koplanar mit der unteren Oberfläche der unteren Elektrode ist. Ein zugefügter Metallrahmen wird ausgebildet, indem das metallische Material unterhalb einer Schicht, die die untere Elektrode ausbildet, entlang eines Umkreises des aktiven Bereichs abgelagert wird. Die Verwendung eines zusammengesetzten Rahmens kann die Herstellung des Akustikresonators im Hinblick auf das Aufbringen von Schichten auf planaren Oberflächen vereinfachen. Beispielsweise kann er die Ausbildung von Zutagetretungen (outcroppings) in darüber liegenden Schichten verhindern, was die strukturelle Stabilität des Akustikresonators erhalten kann. Ein Bereich des Akustikresonators oberhalb des innersten Metallrahmens und begrenzt durch den innersten Metallrahmen kann gemeinsam als ein Rahmenbereich bezeichnet werden.The first and second metal frames can be formed on the bottom surface of the bottom electrode by adding one or more layers of a metal material on the bottom surface of the bottom electrode. The metal frame can be either a composite metal frame or an add-on metal frame. A composite metal frame has integrated lateral features, possibly formed of aluminum (Al) and molybdenum (Mo), for example, and is formed by embedding a dissimilar material within the bottom electrode, typically with a bottom surface coplanar with the bottom surface of the lower electrode. An added metal frame is formed by depositing the metal material beneath a layer forming the bottom electrode along a perimeter of the active area. The use of a composite frame can simplify the manufacture of the acoustic resonator in terms of applying layers to planar surfaces. For example, it can prevent the formation of outcroppings in overlying layers, which can maintain the structural stability of the acoustic resonator. A portion of the acoustic resonator above the innermost metal frame and bounded by the innermost metal frame may collectively be referred to as a frame portion.

Der Metallrahmen unterdrückt allgemein elektrisch angeregte Kolbenmoden in dem Rahmenbereich, und er reflektiert und unterdrückt in resonanter Weise sich anderweitig ausbreitende Eigenmoden in lateralen Richtungen, was beides gleichzeitig bewirkt, dass ein Betrieb des Akustikresonators verbessert ist. Dies ist, weil die Anwesenheit des Rahmens allgemein mindestens eine Abschneidefrequenz-Fehlanpassung (cutoff frequency mismatch) und eine akustische Impedanz-Fehlanpassung (acoustic impedance mismatch) zwischen dem Rahmenbereich und den anderen Abschnitten des aktiven Bereichs erzeugt. Ein Metallrahmen, der die Abschneidefrequenz im Rahmenbereich im Vergleich zu dem aktiven Bereich verringert, kann als ein Niedrig-Geschwindigkeit-Rahmen (LVF, low velocity frame) bezeichnet werden, wohingegen ein Metallrahmen, der die Abschneidefrequenz im Rahmenbereich im Vergleich zu dem aktiven Hauptbereich vergrößert, als ein Hoch-Geschwindigkeit-Rahmen (HVF, high velocity frame) bezeichnet werden kann. Der Grund für diese Bezeichnungsweise ist, dass für zusammengesetzte Metallrahmen (für die die Dicken des Rahmens und des aktiven Bereichs im Wesentlichen dieselben sind), eine Erhöhung oder Verringerung der Abschneidefrequenz im Wesentlichen äquivalent zu einem Vergrößern oder Verringern einer effektiven Schallgeschwindigkeit in dem akustischen Stapel, der den Rahmen ausbildet, respektive, ist.The metal frame generally suppresses electrically excited piston modes in the frame area, and it reflects and resonantly suppresses otherwise propagating eigenmodes in lateral directions, both of which simultaneously cause an operation of the acoustic resonator to be improved. This is because the presence of the frame generally creates at least a cutoff frequency mismatch and an acoustic impedance mismatch between the frame region and the other portions of the active region. A metal frame that reduces the cutoff frequency in the frame area compared to the active area can be referred to as a low velocity frame (LVF, low velocity frame), whereas a metal frame that increases the cutoff frequency in the frame area compared to the main active area , can be referred to as a high velocity frame (HVF). The reason for this notation is that for composite metal frames (for which the frame and active region thicknesses are essentially the same), increasing or decreasing the cutoff frequency is essentially equivalent to increasing or decreasing an effective speed of sound in the acoustic stack, which forms the frame, respectively, is.

Ein zusammengesetzter oder ein hinzugefügter Rahmen mit einer niedrigeren effektiven Schallgeschwindigkeit als die entsprechende effektive Schallgeschwindigkeit des aktiven Bereichs (d.h. ein LVF) vergrößert allgemein den Parallelwiderstand Rp und den Q-Faktor des Akustikresonators oberhalb der Abschneidefrequenz des aktiven Bereichs. Umgekehrt verringert ein zusammengesetzter oder ein hinzugefügter Metallrahmen mit einer höheren effektiven Schallgeschwindigkeit als die entsprechende effektive Schallgeschwindigkeit des aktiven Bereichs (d.h. ein HVF) allgemein den Reihenwiderstand Rs (series resistance) und erhöht den Q-Faktor des Akustikresonators unterhalb der Abschneidefrequenz des aktiven Hauptbereichs. Ein typischer Niedrig-Geschwindigkeit-Metallrahmen beispielsweise erzeugt effektiv einen Bereich mit signifikant niedrigerer Abschneidefrequenz als der aktive Bereich, und minimiert daher die Amplitude der elektrisch angeregten Kolbenmode in Richtung zum Rand der oberen Elektrode in dem Rahmenbereich. Des Weiteren stellt er zwei Schnittstellen (Impedanz-Fehlanpassungs-Ebenen), die die Reflexion von sich ausbreitenden Eigenmoden vergrößern, bereit. Diese sich ausbreitenden Eigenmoden werden an der Aktiv/Rahmen-Schnittstelle mechanisch angeregt und werden sowohl mechanisch als auch elektrisch am Rand der oberen Elektrode angeregt. Wenn die Breite des Metallrahmens für eine gegebene Eigenmode geeignet entworfen ist, führt dies zu einer resonant verstärkten Unterdrückung von dieser bestimmten Eigenmode. Zusätzlich stellt ein ausreichend breiter Niedrig-Geschwindigkeits-Metallrahmen einen Bereich für einen gleichmäßigen Abfall der abklingenden und komplexen Moden, die durch ähnliche Mechanismen wie die sich ausbreitenden Eigenmoden angeregt werden, bereit. Die Kombination der obigen Effekte führt zu einer besseren Energiebeschränkung und zu einem höheren Q-Faktor bei einer Parallel-Resonanzfrequenz Fp.A composite or an added frame with a lower effective sound velocity than the corresponding effective sound velocity of the active region (i.e., an LVF) generally increases the shunt Rp and the Q-factor of the acoustic resonator above the active region's cut-off frequency. Conversely, a composite or an added metal frame with a higher effective sound velocity than the corresponding effective sound velocity of the active region (i.e. an HVF) generally reduces the series resistance Rs and increases the Q-factor of the acoustic resonator below the cut-off frequency of the main active region. A typical low speed metal frame, for example, effectively creates a region with significantly lower cutoff frequency than the active region, and therefore minimizes the amplitude of the electrically excited bulb mode towards the edge of the top electrode in the frame region. Furthermore, it provides two interfaces (impedance mismatch planes) that increase the reflection of propagating eigenmodes. These propagating eigenmodes are mechanically excited at the active/frame interface and are both mechanically and electrically excited at the edge of the top electrode. If the width of the metal frame is appropriately designed for a given eigenmode, this results in resonantly enhanced suppression of that particular eigenmode. In addition, a sufficiently wide, low-speed metal frame provides a region for smooth decay of the evanescent and complex modes excited by mechanisms similar to the propagating eigenmodes. The combination of the above effects leads to better energy confinement and a higher Q-factor at a parallel resonance frequency Fp.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen, von dem (oder den) Metallrahmen ausgeführten Funktionen führen sie auch andere wichtige Funktionen aus, die sich auf die Wärmeableitung und die strukturelle Stabilität beziehen. Das Ablagern von dem (oder den) Metallrahmen auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode verringert den thermischen Widerstand um den Umfang des aktiven Bereichs aufgrund des dickeren Metalls. Der verringerte thermische Widerstand verbessert den Wärmefluss weg aus dem aktiven Bereich. Zusätzlich verbessern der oder die Metallrahmen die strukturelle Stabilität an der Schnittstelle zwischen dem Metall und dem Substrat. In bekannten Akustikresonator-Vorrichtungen bildet die untere Oberfläche der unteren Elektrode um den Umfang des Swimming-Pools herum eine Schnittstelle mit dem Substrat. Eine übermäßige Wärme und/oder Vibrationen an dieser Schnittstelle können bewirken, dass diese Oberflächen sich trennen oder in anderer Weise beschädigt werden, was zu Problemen der Leistungsfähigkeit führen kann. Der Einbau von dem oder den Metallrahmen auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode verringert Wärme und Vibrationen an der Schnittstelle zwischen der unteren Oberfläche von dem oder den Metallrahmen und dem Substrat, wodurch die strukturelle Stabilität der Akustikresonator-Vorrichtung verbessert wird. Somit wird festgehalten, dass der oder die Metallrahmen, während sie dieselben oder ähnliche Vorteile hinsichtlich der Leistungsfähigkeit bereitstellen, die erzielt werden, wenn ein oder mehrere Metallrahmen auf der oberen Elektrode angeordnet werden, auch wichtige Vorteile hinsichtlich der Wärmeableitung und der strukturellen Stabilität bereitstellen.In addition to the functions performed by the metal frame (or frames) described above, they also perform other important functions related to heat dissipation and structural stability. Depositing the metal frame(s) on the bottom surface of the bottom electrode reduces the thermal resistance around the perimeter of the active area due to the thicker metal. The reduced thermal resistance improves heat flow away from the active area. In addition, the metal frame or frames improve structural stability at the interface between the metal and the substrate. In known acoustic resonator devices, the bottom surface of the bottom electrode interfaces with the substrate around the perimeter of the swimming pool. Excessive heat and/or vibration at this interface can cause these surfaces to separate or otherwise become damaged, which can lead to performance issues. The incorporation of the metal frame(s) on the bottom surface of the bottom electrode reduces heat and vibration at the interface between the bottom surface of the metal frame(s) and the substrate, thereby improving the structural stability of the acoustic resonator device. Thus, it is recognized that the metal frame(s), while providing the same or similar performance advantages that are achieved when one or more metal frames are placed on the top electrode, also provide important heat dissipation and structural stability advantages.

1 ist eine Aufsicht von oben auf einen Akustikresonator 100 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, und die 2, 3 und 5 bis 14 sind Querschnittansichten eines Akustikresonators 100, genommen entlang einer Linie A-A', gemäß verschiedener Ausführungsformen. Die Querschnittansichten entsprechen verschiedenen Variationen des Akustikresonators 100 und werden, respektive, als Akustikresonatoren 100A-100L bezeichnet. Die Akustikresonatoren 100A-100L haben viele derselben Merkmale, so dass eine wiederholte Beschreibung dieser Merkmale in einer Bemühung, Redundanz zu vermeiden, ausgelassen werden kann. 1 12 is a top plan view of an acoustic resonator 100 according to a representative embodiment, and FIGS 2 , 3 and 5 until 14 10 are cross-sectional views of an acoustic resonator 100 taken along a line AA′ according to various embodiments. The cross-sectional views correspond to different variations of acoustic resonator 100 and are referred to as acoustic resonators 100A-100L, respectively. The acoustic resonators 100A-100L share many of the same features, so a repeated description of these features can be omitted in an effort to avoid redundancy.

Der Akustikresonator 100 umfasst eine obere Elektrode 103, die fünf (5) Seiten aufweist, mit einer Verbindungsseite 101, die dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung mit einer Verbindung 102 bereitstellen. Die Verbindung 102 stellt der oberen Elektrode 103 elektrische Signale bereit, um gewünschte akustische Wellen in einer piezoelektrischen Schicht (in 1 nicht gezeigt) des Akustikresonators 100 anzuregen.The acoustic resonator 100 includes a top electrode 103 having five (5) sides with a connection side 101 configured to provide electrical connection with a connection 102 . Connection 102 provides electrical signals to top electrode 103 to generate desired acoustic waves in a piezoelectric layer (in 1 not shown) of the acoustic resonator 100 to stimulate.

Die fünf Seiten der oberen Elektrode 103 haben verschiedene Längen, so dass eine apodisierte Pentagon-Form ausgebildet ist. In alternativen Ausführungsformen kann die obere Elektrode 103 eine verschiedene Anzahl von Seiten aufweisen. Obwohl das in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, können andere Ausführungsformen des Akustikresonators, wie etwa diejenigen der 2, 3 und 5 bis 14, eine Erscheinung (oder ein Aussehen) ähnlich oder identisch zu derjenigen der 1 aufweisen, wenn sie von der Oberseite betrachtet werden.The five sides of the top electrode 103 have different lengths to form an apodized pentagon shape. In alternative embodiments, the top electrode 103 may have a different number of sides. Although not shown in the drawings, other embodiments of the acoustic resonator, such as those of FIG 2 , 3 and 5 until 14 , an appearance (or appearance) similar or identical to that of 1 exhibit when viewed from above.

Die 2, 3 und 5 bis 14 sind Querschnittschaubilder, die Akustikresonatoren gemäß repräsentativer Ausführungsformen darstellen. In den in den 2, 3 und 5 bis 14 gezeigten Beispielen ist der Akustikresonator ein FBAR. Jeder der in den 2, 3 und 5 bis 14 gezeigten Akustikresonatoren umfasst einen Hohlraum (oder eine Vertiefung), der auch als ein Swimming-Pool bezeichnet wird, die in einem Substrat ausgebildet ist. Es wird verstanden, dass dieselbe allgemeine Konfiguration in Akustikresonatoren enthalten sein kann, die Rahmen und/oder Luftringe in verschiedenen Positionen aufweisen, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.the 2 , 3 and 5 until 14 12 are cross-sectional diagrams depicting acoustic resonators according to representative embodiments. In the in the 2 , 3 and 5 until 14 In the examples shown, the acoustic resonator is an FBAR. Everyone in the 2 , 3 and 5 until 14 The acoustic resonators shown include a cavity (or depression), also referred to as a swimming pool, formed in a substrate. It is understood that the same general configuration can be included in acoustic resonators having frames and/or air rings in different positions without departing from the scope of the present teachings.

Mit Verweis auf 2 umfasst ein Akustikresonator 100A (z.B. ein FBAR) ein Substrat 104 mit einem darin ausgebildeten Lufthohlraum 105, eine untere Elektrode 106, einen ersten Metallrahmen 107, der auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 angeordnet und in Kontakt mit dem Substrat 104 ist, einen zweiten Metallrahmen 108, der auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 angeordnet ist, eine Planarisierungsschicht 109, die benachbart zu der unteren Elektrode 106 auf dem Substrat 104 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 111, die auf der unteren Elektrode 106 und auf der Planarisierungsschicht 109 angeordnet ist, und die obere Elektrode 103, die auf der piezoelektrischen Schicht 111 angeordnet ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 106, die piezoelektrische Schicht 111 und die obere Elektrode 103 einen akustischen Stapel des Akustikresonators 100A aus. Auch definiert eine Überlappung zwischen der unteren Elektrode 106, der piezoelektrischen Schicht 111 und der oberen Elektrode 103 über dem Lufthohlraum 105 einen Membranhauptbereich 112 des Akustikresonators 100A. Der Membranhauptbereich 112 erstreckt sich in den lateralen Richtungen zwischen den gestrichelten Linien 119 und 120. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann auf der Oberseite der oberen Elektrode 103 (in jeder Ausführungsform) eine Passivierungsschicht vorhanden sein, die eine Dicke aufweist, die ausreichend ist, um alle Schichten des akustischen Stapels von der Umgebung zu isolieren, einschließlich eines Schutzes vor Feuchtigkeit, korrodierenden Stoffen, Verunreinigungen, Fremdkörpern und dergleichen.With reference to 2 An acoustic resonator 100A (e.g. an FBAR) comprises a substrate 104 having an air cavity 105 formed therein, a bottom electrode 106, a first metal frame 107 disposed on the bottom surface of the bottom electrode 106 and in contact with the substrate 104, a second metal frame 108 disposed on the bottom surface of bottom electrode 106, a planarization layer 109 disposed adjacent to bottom electrode 106 on substrate 104, a piezoelectric layer 111 disposed on top of bottom electrode 106 and on planarization layer 109 and the upper electrode 103 arranged on the piezoelectric layer 111. FIG. Together, the bottom electrode 106, the piezoelectric layer 111, and the top electrode 103 form an acoustic stack of the acoustic resonator 100A. Also, an overlap between the bottom electrode 106, the piezoelectric layer 111, and the top electrode 103 over the air cavity 105 defines a main diaphragm region 112 of the acoustic resonator 100A. The membrane main portion 112 extends in the lateral directions between the dashed lines 119 and 120. Although not shown, on top of the top electrode 103 (in each embodiment) there may be a passivation layer having a thickness sufficient to isolate all layers of the acoustic stack from the environment, including protection from moisture ness, corrosive substances, contamination, foreign bodies and the like.

Der erste Metallrahmen 107 weist einen ersten und einen zweiten inneren Rand 107a und 107b, respektive, auf einer ersten und einer zweiten Seite, respektive, des ersten Metallrahmens 107 auf. Der erste Metallrahmen 107 weist einen ersten und einen zweiten äußeren Rand 107c und 107d, respektive, auf der ersten und der zweiten Seite, respektive, des ersten Metallrahmens 107 auf. Der äußere Rand 107c auf der ersten Seite des ersten Metallrahmens 107 kann sich decken (oder übereinstimmen, zusammenfallen) mit dem äußeren Rand der unteren Elektrode 106. Der äußere Rand 107d auf der zweiten Seite des ersten Metallrahmens 107 deckt sich mit einem inneren Rand der Planarisierungsschicht 109. Der zweite Metallrahmen 108 hat einen ersten und einen zweiten inneren Rand 108a und 108b, respektive, auf einer ersten und einer zweiten Seite, respektive, des zweiten Metallrahmens 108. Der zweite Metallrahmen 108 hat einen ersten und einen zweiten äußeren Rand 108c und 108d, respektive, auf der ersten und der zweiten Seite, respektive, des zweiten Metallrahmens 108. Der äußere Rahmen 108c auf der ersten Seite des zweiten Metallrahmens 108 deckt sich mit dem inneren Rand 107a des ersten Metallrahmens 107. Der äußere Rand 108d auf der zweiten Seite des zweiten Metallrahmens 108 deckt sich mit dem inneren Rand 107b der zweiten Seite des ersten Metallrahmens 107. Insbesondere sind der erste und der zweite äußere Rand 108c und 108d, respektive, des zweiten Metallrahmens 108 lediglich zu veranschaulichenden Zwecken bereitgestellt als ein Mittel, um die Breite des zweiten Metallrahmens 108 zu definieren. Als solche ist die Breite des zweiten Metallrahmens 108 definiert als ein Abstand zwischen dem ersten inneren und äußeren Rand 108a und 108c, respektive, auf den nicht verbindenden Rändern des Akustikresonators 100A, und als der Abstand zwischen dem zweiten inneren und äußeren Rand 108b und 108d, respektive, auf der oberen Elektrode, die mit dem Rand des Akustikresonators 100A verbindet. Der zentrale Bereich 113 der unteren Elektrode 106 ist der Abschnitt der unteren Elektrode 106, der lateral einwärts (oder innerhalb) der inneren Ränder 108a und 108b des zweiten Metallrahmens 108 ist.The first metal frame 107 has first and second inner edges 107a and 107b, respectively, on first and second sides of the first metal frame 107, respectively. The first metal frame 107 has first and second outer edges 107c and 107d, respectively, on the first and second sides of the first metal frame 107, respectively. The outer edge 107c on the first side of the first metal frame 107 may register (or coincide) with the outer edge of the bottom electrode 106. The outer edge 107d on the second side of the first metal frame 107 registers with an inner edge of the planarization layer 109. The second metal frame 108 has first and second inner edges 108a and 108b, respectively, on first and second sides, respectively, of the second metal frame 108. The second metal frame 108 has first and second outer edges 108c and 108d , respectively, on the first and second sides, respectively, of the second metal frame 108. The outer frame 108c on the first side of the second metal frame 108 coincides with the inner edge 107a of the first metal frame 107. The outer edge 108d on the second side of the second metal frame 108 coincides with the inner edge 107b of the second side of the first metal frame 107. In particular the first and second outer edges 108c and 108d, respectively, of the second metal frame 108 are provided for illustrative purposes only as a means to define the width of the second metal frame 108. As such, the width of the second metal frame 108 is defined as a distance between the first inner and outer edges 108a and 108c, respectively, on the non-connecting edges of the acoustic resonator 100A, and as the distance between the second inner and outer edges 108b and 108d, respectively, on the top electrode connecting to the edge of the acoustic resonator 100A. The central region 113 of the bottom electrode 106 is the portion of the bottom electrode 106 that is laterally inward (or inside) of the inner edges 108a and 108b of the second metal frame 108. FIG.

Der erste Metallrahmen 107 hat eine Dicke, die einem ersten Abstand, D1, zwischen der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 und der unteren Oberfläche des ersten Metallrahmens 107 gleicht. Der zweite Metallrahmen 108 hat eine Dicke, die gleich einem zweiten Abstand, D2, zwischen der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 und der unteren Oberfläche des zweiten Metallrahmens 108 ist. Die Dicke des ersten Metallrahmens 107 ist typischerweise im Bereich von etwa 10% bis 70% der Dicke der unteren Elektrode 106 in dem zentralen Bereich 113 der unteren Elektrode. Vorzugsweise reicht die Dicke des ersten Metallrahmens 107 von etwa 35% bis 65% der Dicke der unteren Elektrode 106 in dem zentralen Bereich 113 der unteren Elektrode 106. Die Dicke der unteren Elektrode 106 in dem zentralen Bereich 113 ist gleich einem dritten Abstand, D3, zwischen der oberen und der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106. Die Dicke des zweiten Metallrahmens 108 ist im Bereich von etwa 10% bis 70% der Dicke der unteren Elektrode 106 in einem zentralen Bereich 113 der unteren Elektrode 106, und ist typischerweise etwa die Hälfte der Dicke des ersten Metallrahmens 107.The first metal frame 107 has a thickness equal to a first distance, D1, between the bottom surface of the bottom electrode 106 and the bottom surface of the first metal frame 107. FIG. The second metal frame 108 has a thickness equal to a second distance, D2 , between the bottom surface of the bottom electrode 106 and the bottom surface of the second metal frame 108 . The thickness of the first metal frame 107 is typically in the range of about 10% to 70% of the thickness of the bottom electrode 106 in the central region 113 of the bottom electrode. Preferably, the thickness of the first metal frame 107 ranges from about 35% to 65% of the thickness of the bottom electrode 106 in the central region 113 of the bottom electrode 106. The thickness of the bottom electrode 106 in the central region 113 is equal to a third distance, D3, between the top and bottom surfaces of the bottom electrode 106. The thickness of the second metal frame 108 ranges from about 10% to 70% of the thickness of the bottom electrode 106 in a central region 113 of the bottom electrode 106, and is typically about half the thickness of the first metal frame 107.

Die obere Elektrode 103 hat eine Zusatz-Metallschicht 114, die auf ihrer oberen Oberfläche ausgebildet ist und die den Abschnitt der oberen Elektrode 103, der zwischen den gestrichelten Linien 115 und 116 ist, verdickt. Das Verdicken dieses Abschnitts der oberen Elektrode 103 und das Ausbilden des ersten und des zweiten Metallrahmens 107 und 108, respektive, auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 führen dazu, dass der Stapel an den Stellen zwischen den Linien 115 und 117 und zwischen den gestrichelten Linien 116 und 118 am dünnsten ist. Das Ergebnis ist, dass diese Bereiche des Stapels Hochgeschwindigkeitsbereiche sind, die die höchste Resonanzfrequenz von allen Bereichen des Stapels aufweisen. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung 100A für Frequenzen, die unterhalb der Serienresonanzfrequenz der Vorrichtung 100A sind.The upper electrode 103 has an additional metal layer 114 formed on its upper surface which thickens the portion of the upper electrode 103 which is between the dotted lines 115 and 116. FIG. Thickening this portion of the top electrode 103 and forming the first and second metal frames 107 and 108, respectively, on the bottom surface of the bottom electrode 106 results in the stack at the locations between the lines 115 and 117 and between the dashed lines Lines 116 and 118 is thinnest. The result is that these areas of the stack are high speed areas that have the highest resonant frequency of any area of the stack. This improves the performance of device 100A for frequencies below the series resonant frequency of device 100A.

Das Substrat 104 kann aus einem Material, das mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, ausgebildet werden, wie beispielsweise etwa Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Glas, Saphir, Aluminium oder dergleichen. Die Vertiefung 107 kann ausgebildet werden, indem eine Vertiefung in das Substrat 104 geätzt wird, und dann die geätzte Vertiefung mit einem Opfermaterial, wie beispielsweise etwa Phosphosilikatglas (PSG), gefüllt wird, das anschließend entfernt wird, um einen Luftraum übrig zu behalten. Verschiedene veranschaulichende Herstellungstechniken für einen Lufthohlraum in einem Substrat sind in dem US Patent Nr. 7,345,410 (18. März 2008) an Grannen et al. beschrieben.The substrate 104 may be formed from a material compatible with semiconductor processes, such as silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), glass, sapphire, aluminum, or the like. The cavity 107 may be formed by etching a cavity in the substrate 104 and then filling the etched cavity with a sacrificial material, such as phosphosilicate glass (PSG), which is subsequently removed to leave an air space. Various illustrative fabrication techniques for an air cavity in a substrate are disclosed in U.S. Patent No. 7,345,410 (March 18, 2008) to Grannen et al. described.

Die untere Elektrode 106 kann aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Materialien ausgebildet sein, wie etwa verschiedenen Metallen, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, einschließlich beispielsweise Wolfram (W), Molybdän (Mo), Iridium (Ir), Aluminium (AI), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb) oder Hafnium (Hf). In verschiedenen Konfigurationen kann die untere Elektrode 106 aus zwei oder mehreren Schichten eines elektrisch leitfähigen Materials ausgebildet sein, die dieselben sein können wie, oder verschieden von, einander sein können. Gleichermaßen kann die obere Elektrode 103 aus elektrisch leitfähigen Materialien ausgebildet sein, wie etwa verschiedenen Metallen, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, einschließlich beispielsweise Wolfram (W), Molybdän (Mo), Iridium (Ir), Aluminium (AI), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb), oder Hafnium (Hf). In verschiedenen Konfigurationen kann die obere Oberfläche 103 aus zwei oder mehreren Schichten eines elektrisch leitfähigen Materials ausgebildet sein, die dieselben sein können wie, oder verschiedenen von, einander sein können. Auch können die Konfiguration und/oder das Material (die Materialien), die die obere Elektrode 103 ausbilden, dasselbe sein wie oder verschieden sein von den Konfigurationen und/oder dem Material (oder den Materialien), die die untere Elektrode 103 ausbilden.Bottom electrode 106 may be formed from one or more electrically conductive materials, such as various metals compatible with semiconductor processes including, for example, tungsten (W), molybdenum (Mo), iridium (Ir), aluminum (Al), platinum ( Pt), ruthenium (Ru), niobium (Nb) or hafnium (Hf). In various configurations, the bottom electrode 106 may be formed of two or more layers of electrically conductive material that are the same can be like, or different from, each other. Likewise, the top electrode 103 may be formed from electrically conductive materials, such as various metals compatible with semiconductor processes including, for example, tungsten (W), molybdenum (Mo), iridium (Ir), aluminum (Al), platinum (Pt) , ruthenium (Ru), niobium (Nb), or hafnium (Hf). In various configurations, top surface 103 may be formed of two or more layers of electrically conductive material, which may be the same as, or different from, one another. Also, the configuration and/or material (or materials) forming the upper electrode 103 may be the same as or different from the configuration and/or material (or materials) forming the lower electrode 103 .

Die piezoelektrische Schicht 111 kann aus irgendeinem piezoelektrischen Material ausgebildet werden, das mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, wie beispielsweise etwa Aluminiumnitrid (AIN), Zinkoxid (ZnO) oder Zirkonattitanat (PZT). Selbstverständlich können andere Materialien in die obigen und in andere Merkmale des Akustikresonators 100A (ebenso wie die anderen hierin beschriebenen Akustikresonatoren) eingebaut werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Auch kann in verschiedenen Ausführungsformen die piezoelektrische Schicht 111 mit mindestens einem Seltenerdelement „dotiert“ sein, wie beispielsweise etwa Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La) oder Erbium (Er), um den piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten e33 in der piezoelektrischen Schicht 111 zu vergrößern. Beispiele für das Dotieren von piezoelektrischen Schichten mit einem oder mehreren Seltenerdelementen zum Verbessern des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt2 sind in der US Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2014/0118089 (eingereicht am 27. Oktober 2012) an Bradley et al. und in der US Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2014/0118090 (eingereicht am 27. Oktober 2012) an Grannen et al. bereitgestellt. Selbstverständlich kann das Dotieren von piezoelektrischen Schichten mit einem oder mehreren Seltenerdelementen auf jede der verschiedenen Ausführungsformen angewendet werden, einschließlich der nachfolgend mit Verweis auf die 2, 3 und 5 bis 14 beschriebenen Ausführungsformen.The piezoelectric layer 111 can be formed from any piezoelectric material compatible with semiconductor processes, such as aluminum nitride (AIN), zinc oxide (ZnO), or zirconate titanate (PZT). Of course, other materials may be incorporated into the above and into other features of the acoustic resonator 100A (as well as the other acoustic resonators described herein) without departing from the scope of the present teachings. Also, in various embodiments, the piezoelectric layer 111 may be "doped" with at least one rare earth element, such as scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), or erbium (Er) to increase the piezoelectric coupling coefficient e 33 in the piezoelectric Layer 111 to enlarge. Examples of doping piezoelectric layers with one or more rare earth elements to improve the electromechanical coupling coefficient Kt 2 are disclosed in US Patent Application Publication No. 2014/0118089 (filed October 27, 2012) to Bradley et al. and in U.S. Patent Application Publication No. 2014/0118090 (submitted October 27, 2012) to Grannen et al. provided. Of course, the doping of piezoelectric layers with one or more rare earth elements can be applied to any of the various embodiments, including those described below with reference to FIG 2 , 3 and 5 until 14 described embodiments.

Der erste und der zweite Metallrahmen 107 und 108, respektive, können aus einem oder mehreren leitfähigen Materialien ausgebildet sein, wie beispielsweise etwa Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Aluminium (AI) und Wolfram (W). Die Planarisierungsschicht 109 kann beispielsweise aus Borsilikatglas (BSG) ausgebildet sein. Die Planarisierungsschicht 109 ist für das Funktionieren des Akustikresonators 100A nicht streng erforderlich, ihr Vorhandensein kann jedoch verschiedene Vorteile bereitstellen. Beispielsweise neigt das Vorhandensein der Planarisierungsschicht 109 dazu, die strukturelle Stabilität des Akustikresonators 100A zu verbessern, kann die Qualität des Aufwachsens der nachfolgenden Schichten verbessern und kann es ermöglichen, die untere Elektrode 106 auszubilden, ohne dass sich ihre Ränder über den Hohlraum 105 hinaus erstrecken. Weitere Beispiele von möglichen Vorteilen der Planarisierung (oder Planarisierungsschicht) sind in der US Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2013/0106534 (veröffentlicht am 2. Mai 2013) an Burak et al. dargestellt.The first and second metal frames 107 and 108, respectively, may be formed from one or more conductive materials such as copper (Cu), molybdenum (Mo), aluminum (Al), and tungsten (W). The planarization layer 109 can be formed from borosilicate glass (BSG), for example. The planarization layer 109 is not strictly required for the functioning of the acoustic resonator 100A, but its presence can provide various advantages. For example, the presence of the planarization layer 109 tends to improve the structural stability of the acoustic resonator 100A, may improve the growth quality of subsequent layers, and may allow the bottom electrode 106 to be formed without its edges extending beyond the cavity 105 . Further examples of possible benefits of planarization (or planarization layer) are provided in US Patent Application Publication No. 2013/0106534 (published May 2, 2013) to Burak et al. shown.

Während eines veranschaulichenden Betriebs des Akustikresonators 100A (z.B. als ein Teil eines Leiterfilters) wird an einem Eingangsanschluss der unteren Elektrode 106 ein elektrisches Eingangssignal angelegt und die obere Elektrode 103 wird mit dem Ausgangsanschluss verbunden. Das elektrische Eingangssignal umfasst typischerweise eine sich zeitlich verändernde Spannung, die eine Vibration in dem Membranhauptbereich 112 bewirkt. Diese Vibration wiederum kann an dem Ausgangsanschluss der oberen Elektrode 103 ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen. Der Eingangs- und der Ausgangsanschluss können mit der unteren und der oberen Elektrode 106 und 103 über Verbindungsränder, die sich von dem Membranhauptbereich 112 weg erstrecken, verbunden werden, so wie das in 2 gezeigt ist. Der Eingangs- und der Ausgangsanschluss des Akustikresonators 100A können mit geeigneten Anschlüssen von anderen Akustikresonatoren verbunden werden, so dass beispielsweise Leiterfilter ausgebildet werden.During an illustrative operation of the acoustic resonator 100A (eg, as part of a ladder filter), an input electrical signal is applied to an input port of the bottom electrode 106 and the top electrode 103 is connected to the output port. The electrical input signal typically comprises a time-varying voltage that causes vibration in the main diaphragm area 112 . This vibration, in turn, can produce an electrical output signal at the top electrode 103 output terminal. The input and output terminals can be connected to the lower and upper electrodes 106 and 103 via connecting edges extending away from the membrane main portion 112, such as that shown in FIG 2 is shown. The input and output terminals of the acoustic resonator 100A can be connected to appropriate terminals of other acoustic resonators to form ladder filters, for example.

Mit Verweis auf 3 ist ein Akustikresonator 100B (z.B. ein FBAR) identisch mit der Akustikresonator-Vorrichtung 100A, außer dass der innere Rand 107a des ersten Metallrahmens 107 sich nicht unterhalb der oberen Elektrode 103 erstreckt. Mit anderen Worten ist die erste Seite des ersten Metallrahmens 107 außerhalb des aktiven Bereichs des Akustikresonators 100B. Dies erlaubt, dass der erste Metallrahmen 107 eine beliebige Dicke aufweisen kann, die gleich einem Abstand D4 ist, weil dies keinen Einfluss auf den Betrieb des Akustikresonators 100B haben wird, wie etwa eine akustische Streuung der Kolbenmode, die in dem Membranhauptbereich 112 an den Rändern der oberen Elektrode 103 angeregt wird. Des Weiteren kann das metallische Material, aus dem der erste Metallrahmen 107 hergestellt ist, irgendein Metall sein, das mit dem Herstellungsprozess des Akustikresonators kompatibel ist, was eine größere Flexibilität erlaubt beim Auswählen von metallischen Materialien, die hohe thermische Leitfähigkeiten aufweisen. Die zusätzlich Metalldicke D4 verbessert ferner die Wärmeableitung und erhöht die strukturelle Stabilität am Umkreis des Akustikresonators 100B. Weil die zweite Seite des ersten Metallrahmens 107 sich wohl unter der oberen Elektrode 103 erstreckt und deshalb in dem aktiven Bereich ist, kann die vergrößerte Dicke des ersten Metallrahmens 107 die akustische Streuung am Verbindungsrand der oberen Elektrode des Akustikresonators 100B vergrößern. Die erhöhte akustische Streuung kann auf andere Arten verbessert werden, wie etwa durch das Aufnehmen von Luftringen oder Luftbrücken in dem Resonator 100B, so wie das unten in näherer Einzelheit beschrieben werden wird. Auch kann der Abschnitt des ersten Metallrahmens 107 auf der zweiten Seite, d.h. auf dem Verbindungsrand der oberen Elektrode, durch ein Opfermaterial, das zum Befüllen der Luftvertiefung 105 verwendet wird, ersetzt werden. Nach dem Membran-Freigabe-Prozessschritt verbleibt nur der zweite Metallrahmen 108 auf dem Verbindungsrand der oberen Elektrode, der sich bis zum Rand der unteren Elektrode 106 erstreckt, was durch die vertikale Linie 120 angezeigt ist.With reference to 3 For example, an acoustic resonator 100B (eg, an FBAR) is identical to the acoustic resonator device 100A except that the inner edge 107a of the first metal frame 107 does not extend below the top electrode 103. FIG. In other words, the first side of the first metal frame 107 is outside the active area of the acoustic resonator 100B. This allows the first metal frame 107 to have any thickness equal to a distance D4 because this will not affect the operation of the acoustic resonator 100B, such as acoustic scattering of the piston mode occurring in the diaphragm main area 112 at the edges of the upper electrode 103 is excited. Furthermore, the metallic material from which the first metal frame 107 is made can be any metal compatible with the manufacturing process of the acoustic resonator, allowing greater flexibility in selecting metallic materials that have high thermal conductivities. The additional metal thickness D4 also improves heat dissipation and increases structural stability Perimeter of the acoustic resonator 100B. Because the second side of the first metal frame 107 well extends under the top electrode 103 and is therefore in the active area, the increased thickness of the first metal frame 107 may increase acoustic leakage at the top electrode junction edge of the acoustic resonator 100B. The increased acoustic dispersion can be improved in other ways, such as by incorporating air rings or air bridges in resonator 100B, as will be described in more detail below. Also, the portion of the first metal frame 107 on the second side, ie, on the top electrode connecting edge, may be replaced with a sacrificial material used for filling the air cavity 105 . After the membrane release process step, only the second metal frame 108 remains on the top electrode bond edge, which extends to the edge of the bottom electrode 106, indicated by the vertical line 120. FIG.

Im Hinblick auf bekannte Akustikresonator-Vorrichtungen, besteht allgemein ein Engpass (choke point) für die Übertragung von Wärme aus der Vorrichtung heraus an den Umfang (oder Umkreis) des Membranhauptbereichs entlang eines Pfades von (oder aus) der piezoelektrischen Schicht durch die untere Elektrode und in das Substrat. Das Ausbilden von einem oder mehreren Metallrahmen 107 und/oder 108 auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 verringert den thermischen Widerstand des Akustikresonators an dem Engpass, wodurch die Übertragung von Wärme aus der piezoelektrischen Schicht 111 verbessert wird. Das Verbessern der Wärmeübertragung auf diese Weise verbessert die Leistungsfähigkeit und ist besonders wichtig in Anwendungen mit hohen Leistungen. Zusätzlich verbessert die Dicke des ersten Metallrahmens 107 die mechanische Stabilität des Akustikresonators, um zu vermeiden, dass eine mögliche Schichtablösung (oder Delaminierung) an der Schnittstelle zwischen der unteren Oberfläche des ersten Metallrahmens 107 und dem Substrat 104 auftritt.With regard to known acoustic resonator devices, there is generally a choke point for the transfer of heat out of the device to the perimeter (or perimeter) of the main diaphragm area along a path from (or out of) the piezoelectric layer through the bottom electrode and into the substrate. Forming one or more metal frames 107 and/or 108 on the bottom surface of the bottom electrode 106 reduces the thermal resistance of the acoustic resonator at the bottleneck, thereby improving the transfer of heat from the piezoelectric layer 111. Improving heat transfer in this way improves performance and is particularly important in high power applications. In addition, the thickness of the first metal frame 107 improves the mechanical stability of the acoustic resonator to avoid possible delamination (or delamination) from occurring at the interface between the bottom surface of the first metal frame 107 and the substrate 104 .

4 zeigt eine erste und eine zweite Kurve 131 und 132, respektive, des thermischen Widerstands RTH, normalisiert auf den thermischen Widerstand einer standardmäßigen FBAR-Vorrichtung (d.h. einer FBAR-Vorrichtung, die den ersten und den zweiten Metallrahmen 107 und 108 nicht enthält) als eine Funktion der Änderung in der Dicke des ersten Metallrahmens 107. Die erste Kurve 131 entspricht der in 2 gezeigten Akustikresonator-Vorrichtung 100A, in der die erste Seite des ersten Metallrahmens 107 mit dem Membranhauptbereich 112 um 2 µm überlappt. Die zweite Kurve 132 entspricht der in 3 gezeigten Akustikresonator-Vorrichtung, in der die erste Seite des ersten Metallrahmens 107 sich nicht in den Membranhauptbereich 112 erstreckt. Die Breite des zweiten Metallrahmens 108 wurde auf 3 µm konstant gehalten und seine Dicke wurde auf 1000 Å konstant gehalten. Die Dicke des ersten Metallrahmens 107 wurde von 1000 Å bis 2 µm variiert. Die Kurven 131 und 132 demonstrieren eine Verbesserung des thermischen Widerstands von bis zu 15% und 10%, respektive, aufgrund der verbesserten thermischen Pfade, die durch den ersten Metallrahmen 107 bereitgestellt werden. Insbesondere wurde in Simulationen dasselbe Metall (Molybdän) für die untere Elektrode 106, den ersten Metallrahmen 107 und den zweiten Metallrahmen 108 verwendet. In alternativen Ausführungsformen kann der erste Metallrahmen 107 aus Metallen mit einer besseren thermischen Leitfähigkeit als das Metall, das zum Ausbilden der unteren Elektrode 106 verwendet wird, wie etwa Silber (Ag), Gold (Au) oder Kupfer (Cu), ausgebildet sein, um die erwarteten Verbesserungen des thermischen Widerstands weiter zu vergrößern. Allgemein mögen Materialien mit derartiger hoher thermischer Leitfähigkeit zum Ausbilden der Elektroden der Akustikresonatoren 100A bis 100L aufgrund ihrer schlechten akustischen Eigenschaften, wie beispielsweise etwa hoher viskoser Verlust und niedrige akustische Impedanz, nicht bevorzugt sein. 4 13 shows first and second curves 131 and 132, respectively, of thermal resistance R TH normalized to the thermal resistance of a standard FBAR device (ie, an FBAR device that does not include the first and second metal frames 107 and 108). a function of the change in the thickness of the first metal frame 107. The first curve 131 corresponds to that in FIG 2 The acoustic resonator device 100A shown in the figure, in which the first side of the first metal frame 107 overlaps the diaphragm main portion 112 by 2 µm. The second curve 132 corresponds to that in 3 shown acoustic resonator device, in which the first side of the first metal frame 107 does not extend into the diaphragm main region 112. The width of the second metal frame 108 was kept constant at 3 µm and its thickness was kept constant at 1000 Å. The thickness of the first metal frame 107 was varied from 1000 Å to 2 µm. Curves 131 and 132 demonstrate an improvement in thermal resistance of up to 15% and 10%, respectively, due to the improved thermal paths provided by the first metal frame 107. In particular, the same metal (molybdenum) was used for the bottom electrode 106, the first metal frame 107 and the second metal frame 108 in simulations. In alternative embodiments, the first metal frame 107 can be formed from metals with better thermal conductivity than the metal used to form the bottom electrode 106, such as silver (Ag), gold (Au), or copper (Cu), in order to to further magnify the expected improvements in thermal resistance. In general, materials with such high thermal conductivity may not be preferable for forming the electrodes of the acoustic resonators 100A to 100L due to their poor acoustic properties such as high viscous loss and low acoustic impedance.

Allgemein können Rahmen, Luftflügel und Luftbrücken in verschiedenen alternativen Positionen und Konfigurationen relativ zu anderen Abschnitten eines Akustikresonators, wie etwa die Elektroden und die piezoelektrische Schicht eines akustischen Stapels, angeordnet werden. Zusätzlich können ihre Abmessungen, Materialien, relative Positionierung usw. eingestellt werden, um spezifische Design-Ziele zu erreichen, wie etwa eine Soll-Resonanzfrequenz, ein Reihenwiderstand Rs, ein Parallelwiderstand Rp oder ein effektiver elektromechanischer Kopplungskoeffizient Kt2.In general, frames, airfoils, and air bridges can be placed in various alternative positions and configurations relative to other portions of an acoustic resonator, such as the electrodes and piezoelectric layer of an acoustic stack. Additionally, their dimensions, materials, relative positioning, etc. can be tuned to achieve specific design goals, such as a target resonant frequency, series resistance Rs, parallel resistance Rp, or effective electromechanical coupling coefficient Kt 2 .

Mit Verweis auf 5 ist ein Akustikresonator 100C (z.B. ein FBAR) ähnlich wie die in 2 gezeigte Akustikresonator-Vorrichtung 100A, mit Ausnahme von Unterschieden zwischen der piezoelektrischen Schicht 141 und der oberen Elektrode 142, die in 5 gezeigt sind, und der piezoelektrischen Schicht 111 und der oberen Elektrode 103, die in 2 gezeigt sind, respektive. In gleicher Weise wie der in 2 gezeigte Akustikresonator 100A umfasst der in 5 gezeigte Akustikresonator 100C ein Substrat 104 mit einem darin ausgebildeten Lufthohlraum 105, eine untere Elektrode 106, einen ersten Metallrahmen 107, der auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode und im Kontakt mit dem Substrat 104 angeordnet ist, einen zweiten Metallrahmen 108, der auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 angeordnet ist, und eine Planarisierungsschicht 109, die benachbart zu der unteren Elektrode 106 auf dem Substrat 104 angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform bilden die erste und die zweite Luftbrücke 151 und 152, respektive, zusammen einen Luftring, und sind zwischen der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 106 und der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 141 ausgebildet. Der Luftring eliminiert den parasitären Strahlereffekt (transducer effect) am Verbindungsrand der oberen Elektrode in einem Bereich, wo die obere Elektrode 142, die piezoelektrische Schicht 141 und die untere Elektrode 106 mit dem Substrat 104 ohne die Anwesenheit eines Luftrings überlappen würden, und verbessert daher die elektrische Leistungsfähigkeit des Akustikresonators 100C.With reference to 5 is an acoustic resonator 100C (e.g. an FBAR) similar to that in 2 Acoustic resonator device 100A shown, except for differences between the piezoelectric layer 141 and the top electrode 142 shown in FIG 5 are shown, and the piezoelectric layer 111 and the top electrode 103 shown in FIG 2 are shown, respectively. In the same way as the in 2 The acoustic resonator 100A shown in FIG 5 Acoustic resonator 100C shown includes a substrate 104 having an air cavity 105 formed therein, a bottom electrode 106, a first metal frame 107 placed on the bottom surface of the bottom electrode and in contact with the substrate 104, a second metal frame 108 placed on the bottom Surface of the lower electrode 106 is arranged, and a planarization layer 109, which is adjacent to the bottom ren electrode 106 is arranged on the substrate 104 . According to this embodiment, the first and second air bridges 151 and 152, respectively, together form an air ring, and are formed between the top surface of the bottom electrode 106 and the bottom surface of the piezoelectric layer 141. FIG. The air ring eliminates the parasitic transducer effect at the top electrode junction edge in an area where the top electrode 142, piezoelectric layer 141 and bottom electrode 106 would overlap with the substrate 104 without the presence of an air ring, and therefore improves the electrical performance of the 100C acoustic resonator.

Mit Verweis auf 6 ist ein Akustikresonator 100D (z.B. ein FBAR) ähnlich wie die in 2 gezeigte Akustikresonator-Vorrichtung 100A, mit Ausnahme von einigen Unterschieden zwischen der oberen Elektrode 162, die in 6 gezeigt ist, und der oberen Elektrode 103, die in 2 gezeigt ist. In gleicher Weise wie der in 2 gezeigte Akustikresonator 100A umfasst der in 6 gezeigte Akustikresonator 100D ein Substrat 104 mit einem darin ausgebildeten Lufthohlraum 105, eine untere Elektrode 106, einen ersten Metallrahmen 107, der auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 und in Kontakt mit dem Substrat 104 angeordnet ist, einen zweiten Metallrahmen 108, der auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 angeordnet ist, eine Planarisierungsschicht 109, die benachbart zu der unteren Elektrode 106 auf dem Substrat 104 angeordnet ist, und eine piezoelektrische Schicht 111, die zwischen der oberen Elektrode 162 und der unteren Elektrode 106 angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform sind eine Luftbrücke 163 und ein Luftflügel 164, die zusammen einen Luftring ausbilden, zwischen der unteren Oberfläche der oberen Elektrode 162 und der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 111 ausgebildet. Der Luftring eliminiert den parasitären Strahlereffekt und verbessert die elektrische Leistungsfähigkeit des Akustikresonators 100D.With reference to 6 is an acoustic resonator 100D (e.g. an FBAR) similar to that in 2 Acoustic resonator device 100A shown, except for some differences between top electrode 162 shown in FIG 6 is shown, and the top electrode 103 shown in FIG 2 is shown. In the same way as the in 2 The acoustic resonator 100A shown in FIG 6 Acoustic resonator 100D shown includes a substrate 104 having an air cavity 105 formed therein, a bottom electrode 106, a first metal frame 107 placed on the bottom surface of the bottom electrode 106 and in contact with the substrate 104, a second metal frame 108 placed on the bottom surface of bottom electrode 106, a planarization layer 109 positioned adjacent to bottom electrode 106 on substrate 104, and a piezoelectric layer 111 positioned between top electrode 162 and bottom electrode 106. According to this embodiment, an air bridge 163 and an air vane 164 forming an air ring together are formed between the bottom surface of the top electrode 162 and the top surface of the piezoelectric layer 111 . The air ring eliminates the parasitic radiator effect and improves the electrical performance of the acoustic resonator 100D.

Mit Verweis auf 7 ist ein Akustikresonator 100 (z.B. ein FBAR) ähnlich wie die in den 5 und 6 gezeigten Akustikresonatoren 100C und 100D, respektive. Der Akustikresonator 100E umfasst den Luftring, der die kombinierte Luftbrücke 163 und einen Luftflügel 164, die in 6 gezeigt sind, umfasst, und den Luftring, der die Luftbrücken 151 und 152, die in 5 gezeigt sind, umfasst. Die Luftbrücken 152 und 163 sind miteinander ausgerichtet, so wie das durch die gestrichelten Linien 166 und 167 angedeutet ist. Gleichermaßen sind der Luftflügel 164 und die Luftbrücke 151 miteinander ausgerichtet, so wie das durch die gestrichelte Linie 168 angedeutet ist. Somit weist der Akustikresonator 100E zwei ausgerichtete Luftringe aus, die den parasitären Strahlereffekt eliminieren und die elektrische Leistungsfähigkeit des Akustikresonators 100E verbessern.With reference to 7 is an acoustic resonator 100 (eg, an FBAR) similar to that shown in FIGS 5 and 6 shown acoustic resonators 100C and 100D, respectively. The acoustic resonator 100E includes the air ring, which is the combined air bridge 163 and an air vane 164, which are shown in 6 are shown, and the air ring comprising air bridges 151 and 152 shown in FIG 5 are shown includes. The air bridges 152 and 163 are aligned with each other as indicated by the dashed lines 166 and 167. Likewise, airfoil 164 and airbridge 151 are aligned with each other as indicated by dashed line 168 . Thus, the acoustic resonator 100E features two aligned air rings that eliminate the parasitic radiator effect and improve the electrical performance of the acoustic resonator 100E.

Mit Verweis auf 8 ist ein Akustikresonator 100F (z.B. ein FBAR) ähnlich wie der in 7 gezeigte Akustikresonator 100E, mit der Ausnahme, dass die Luftbrücken 152 und 163 zueinander versetzt sind, und dass der Luftflügel 164 und die Luftbrücke 151 zueinander versetzt sind, so wie das durch die gestrichelten Linien 171 und 172, respektive, angedeutet ist. Somit weist der Akustikresonator 100F zwei versetzte (oder nicht ausgerichtete) Luftringe auf. Die versetzten Luftringe eliminieren den parasitären Strahlereffekt und verbessern die elektrische Leistungsfähigkeit des Akustikresonators 100F.With reference to 8th is an acoustic resonator 100F (e.g. an FBAR) similar to that in 7 1, except that air bridges 152 and 163 are offset from one another and air vane 164 and air bridge 151 are offset from one another as indicated by dashed lines 171 and 172, respectively. Thus, the acoustic resonator 100F has two offset (or misaligned) air rings. The offset air rings eliminate the parasitic radiator effect and improve the electrical performance of the acoustic resonator 100F.

Mit Verweis auf 9 ist der Akustikresonator 100G ähnlich dem in 5 gezeigten Akustikresonator 100C dahingehend, dass er den Luftring, der die Luftbrücken 151 und 152 umfasst, und die anderen in 5 gezeigten Merkmale enthält, mit der Ausnahme, dass der erste Metallrahmen 107 eine vergrößerte Dicke aufweist, die gleich einem Abstand D5 zwischen der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 und der unteren Oberfläche des ersten Metallrahmens 107 ist. In gleicher Weise, wie der in 5 gezeigte Akustikresonator 100C umfasst der in 9 gezeigte Akustikresonator 100G ein Substrat 104 mit einer darin ausgebildeten Luftvertiefung 105, eine untere Elektrode 106, den ersten und den zweiten Metallrahmen 107 und 108, respektive, eine Planarisierungsschicht 109, die benachbart zu der unteren Elektrode 106 auf dem Substrat 104 angeordnet ist, eine piezoelektrischen Schicht 141 und eine obere Elektrode 142. Der Luftring eliminiert den parasitären Strahlereffekt und verbessert die elektrische Leistungsfähigkeit, während die vergrößerte Dicke des ersten Metallrahmens 107 die strukturelle Stabilität und den thermischen Widerstand verbessert. Weil der erste Metallrahmen 107 unterhalb des Luftrings endet, so wie dies durch die Positionen der gestrichelten Linien 181 und 182 relativ zu diesen Merkmalen angedeutet ist, kann der erste Metallrahmen 107 eine vergrößerte Dicke für eine verbesserte mechanische Stabilität und Wärmeübertragung aufweisen, ohne irgendeinen Einfluss auf den akustischen Verlust aufgrund der Streuung der elektrisch angeregten Kolbenmode am Rand der oberen Elektrode 142 aufzuweisen.With reference to 9 the acoustic resonator 100G is similar to that in 5 shown acoustic resonator 100C in that it includes the air ring comprising the air bridges 151 and 152 and the others in 5 features shown, except that the first metal frame 107 has an increased thickness equal to a distance D5 between the bottom surface of the bottom electrode 106 and the bottom surface of the first metal frame 107. In the same way as in 5 The acoustic resonator 100C shown in FIG 9 In the acoustic resonator 100G shown, a substrate 104 having an air cavity 105 formed therein, a bottom electrode 106, the first and second metal frames 107 and 108, respectively, a planarization layer 109 disposed adjacent to the bottom electrode 106 on the substrate 104, a piezoelectric Layer 141 and a top electrode 142. The air ring eliminates the parasitic radiator effect and improves electrical performance, while the increased thickness of the first metal frame 107 improves structural stability and thermal resistance. Because the first metal frame 107 terminates below the air ring, as indicated by the positions of the dashed lines 181 and 182 relative to these features, the first metal frame 107 can have an increased thickness for improved mechanical stability and heat transfer without any impact on to exhibit the acoustic loss due to the scattering of the electrically excited bulb mode at the edge of the upper electrode 142.

Mit Verweis auf 10 ist ein Akustikresonator 100H ähnlich dem in 6 gezeigten Akustikresonator 100D dahingehend, dass er den Luftring, der die Luftbrücke 163 und den Luftflügel 164 umfasst, und die anderen, in 6 gezeigten Merkmale enthält, außer dass der erste Metallrahmen 107 eine vergrößerte Dicke aufweist, die gleich dem Abstand D6 zwischen der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 und der unteren Oberfläche des ersten Metallrahmens 107 ist. In gleicher Weise wie der in 6 gezeigte Akustikresonator 100D umfasst der in 10 gezeigte Akustikresonator 100H ein Substrat 104 mit einer darin ausgebildeten Luftvertiefung 105, eine untere Elektrode 106, einen ersten und einen zweiten Metallrahmen 107 und 108, respektive, eine Planarisierungsschicht 109, die benachbart zu der unteren Elektrode 106 auf dem Substrat 104 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 111 und eine obere Elektrode 162. Der Luftring eliminiert den parasitären Strahlereffekt und verbessert die elektrische Leistungsfähigkeit, während die vergrößerte Dicke des ersten Metallrahmens 107 die strukturelle Stabilität verbessert und den thermischen Widerstand verringert. Weil der erste Metallrahmen 107 unter dem Luftring endet, so wie das durch die Positionen der gestrichelten Linien 191 und 192 relativ zu diesen Merkmalen angedeutet ist, kann der erste Metallrahmen 107 eine vergrößerte Dicke für eine verbesserte mechanische Stabilität und Wärmeübertragung aufweisen, ohne irgendeinen Effekt auf den akustischen Verlust aufgrund der Streuung der elektrisch angeregten Kolbenmode am Rand der oberen Elektrode 162 aufzuweisen.With reference to 10 is an acoustic resonator 100H similar to that in 6 shown acoustic resonator 100D in that it comprises the air ring comprising the air bridge 163 and the air vane 164 and the others shown in FIG 6 includes features shown, except that the first metal frame 107 has an increased thickness equal to the distance D6 between the bottom surface of the bottom Electrode 106 and the lower surface of the first metal frame 107 is. In the same way as the in 6 The acoustic resonator 100D shown in FIG 10 In the acoustic resonator 100H shown, a substrate 104 having an air cavity 105 formed therein, a bottom electrode 106, first and second metal frames 107 and 108, respectively, a planarization layer 109 disposed adjacent to the bottom electrode 106 on the substrate 104, a piezoelectric Layer 111 and a top electrode 162. The air ring eliminates the parasitic radiator effect and improves electrical performance, while the increased thickness of the first metal frame 107 improves structural stability and reduces thermal resistance. Because the first metal frame 107 terminates below the air ring, as indicated by the positions of dashed lines 191 and 192 relative to these features, the first metal frame 107 can have an increased thickness for improved mechanical stability and heat transfer without any effect on the acoustic loss due to the scattering of the electrically excited bulb mode at the edge of the top electrode 162.

Mit Verweis auf 11 ist ein Akustikresonator 1001 ähnlich dem in 5 gezeigten Akustikresonator 100C, mit der Ausnahme, dass der Luftring des Akustikresonators 1001 in der unteren Elektrode 106 ausgebildet ist anstatt zwischen der piezoelektrischen Schicht 141 und der unteren Elektrode 106, wie in dem Akustikresonator 100C. Der Luftring umfasst Luftbrücken 201 und 202, die in der unteren Elektrode 106 ausgebildet sind. So wie bei den anderen Ausführungsformen eliminiert der Luftring den parasitären Strahlereffekt und verbessert die elektrische Leistungsfähigkeit des Akustikresonators 100I. Das Ausbilden des Luftrings in der unteren Elektrode 106, anstatt zwischen der unteren Elektrode 106 und der piezoelektrischen Schicht 141, trägt dazu bei, sicherzustellen, dass die piezoelektrische Schicht 141 von der höchsten Qualität ist, indem das Erfordernis vermieden wird, die piezoelektrische Schicht 141 über dem Opfermaterial, das zum Ausbilden des Luftrings benötigt wird, abzulagern.With reference to 11 is an acoustic resonator 1001 similar to that in 5 100C shown acoustic resonator, except that the air ring of the acoustic resonator 1001 is formed in the lower electrode 106 instead of between the piezoelectric layer 141 and the lower electrode 106 as in the acoustic resonator 100C. The air ring includes air bridges 201 and 202 formed in the bottom electrode 106 . As with the other embodiments, the air ring eliminates the parasitic radiator effect and improves the electrical performance of the acoustic resonator 100I. Forming the air ring in bottom electrode 106, rather than between bottom electrode 106 and piezoelectric layer 141, helps ensure that piezoelectric layer 141 is of the highest quality by avoiding the need to overcoat piezoelectric layer 141 to deposit the sacrificial material needed to form the air ring.

Mit Verweis auf 12 ist ein Akustikresonator 100J ähnlich wie der in 5 gezeigte Akustikresonator 100D, mit der Ausnahme, dass der Luftring des Akustikresonators 100J in der oberen Elektrode 162 ausgebildet ist, anstatt zwischen der piezoelektrischen Schicht 111 und der oberen Elektrode 162, wie in dem Akustikresonator 100D. Der Luftring umfasst den Luftflügel 221 und die Luftbrücke 212, die in der oberen Elektrode 162 ausgebildet sind. Um den parasitären Strahlereffekt zu eliminieren, endet der äußere Rand 107d auf der zweiten Seite des ersten Metallrahmens 107 innerhalb des Lufthohlraums 105 an der Verbindungsseite der oberen Elektrode 103. Der Luftring kann die Leistungsfähigkeit des Akustikresonators 100J verbessern, indem die piezoelektrischen Schicht 111 möglicherweise schädlichen chemischen Wechselwirkungen mit der zum Ausbilden eines Luftrings verwendeten Opferschicht nicht ausgesetzt wird.With reference to 12 is an acoustic resonator 100J similar to that in 5 100D, except that the air ring of acoustic resonator 100J is formed in top electrode 162 instead of between piezoelectric layer 111 and top electrode 162 as in acoustic resonator 100D. The air ring includes the air vane 221 and the air bridge 212 formed in the top electrode 162 . To eliminate the parasitic radiator effect, the outer edge 107d ends on the second side of the first metal frame 107 within the air cavity 105 at the connection side of the top electrode 103. The air ring can improve the performance of the acoustic resonator 100J by protecting the piezoelectric layer 111 from potentially harmful chemical is not subjected to interactions with the sacrificial layer used to form an air ring.

Mit Verweis auf 13 ist ein Akustikresonator 100K ähnlich dem in 5 gezeigten Akustikresonator 100C, mit der Ausnahme, dass der Luftring des Akustikresonators 100K innerhalb der piezoelektrischen Schicht 141 ist, anstatt zwischen der piezoelektrischen Schicht 141 und der unteren Elektrode 106, wie in dem Akustikresonator 100C. Der Luftring umfasst die Luftbrücken 221 und 222, die in der piezoelektrischen Schicht 141 ausgebildet sind. So wie bei den anderen Ausführungsformen eliminiert der Luftring den parasitären Strahlereffekt und verbessert die elektrische Leistungsfähigkeit des Akustikresonators 100K. Das Ausbilden des Luftrings in der piezoelektrischen Schicht 141, anstatt zwischen der unteren Elektrode 106 und der piezoelektrischen Schicht 141, kann Schwierigkeiten im Hinblick auf das Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht, die eine sehr hohe Qualität aufweist, mit sich bringen. Wenn jedoch diese Schwierigkeiten überwunden werden können, kann das Ausbilden des Luftrings in der piezoelektrischen Schicht 141 den stärksten Effekt auf die Leistungsfähigkeit aufweisen.With reference to 13 is an acoustic resonator 100K similar to that in 5 Acoustic resonator 100C is shown, except that the air ring of acoustic resonator 100K is within piezoelectric layer 141, rather than between piezoelectric layer 141 and bottom electrode 106 as in acoustic resonator 100C. The air ring includes air bridges 221 and 222 formed in piezoelectric layer 141 . As with the other embodiments, the air ring eliminates the parasitic radiator effect and improves the electrical performance of the acoustic resonator 100K. Forming the air ring in the piezoelectric layer 141 instead of between the lower electrode 106 and the piezoelectric layer 141 may pose difficulties in forming a piezoelectric layer having a very high quality. However, if these difficulties can be overcome, forming the air ring in the piezoelectric layer 141 can have the greatest effect on the performance.

Mit Verweis auf 14 ist ein Akustikresonator 100L ähnlich wie der in 2 gezeigte Akustikresonator 100A, mit der Ausnahme, dass auf der oberen Oberfläche der oberen Elektrode 103 zusätzliche Metallrahmen ausgebildet worden sind. In gleicher Weise, wie der in 2 gezeigte Akustikresonator 100A umfasst der in 14 gezeigte Akustikresonator 100L ein Substrat 104 mit einem darin ausgebildeten Lufthohlraum 105, eine untere Elektrode 106, einen ersten und einen zweiten Metallrahmen 107, 108, respektive, eine Planarisierungsschicht 109, eine piezoelektrische Schicht 111 und eine obere Elektrode 103. Die obere Elektrode 103 weist einen dritten Metallrahmen 231 und einen vierten Metallrahmen 232, die auf ihrer oberen Oberfläche ausgebildet sind, auf. So wie das durch die gestrichelten Linien 233 und 234 angedeutet ist, sind der erste und der dritte Metallrahmen 107 und 231, respektive, miteinander ausgerichtet. So wie das durch die gestrichelten Linien 233 und 235 angedeutet ist, sind der zweite und der vierte Metallrahmen 108 und 232, respektive, miteinander ausgerichtet.With reference to 14 is an acoustic resonator 100L similar to that in 2 1, acoustic resonator 100A is shown, except that additional metal frames have been formed on the upper surface of the upper electrode 103. FIG. In the same way as in 2 The acoustic resonator 100A shown in FIG 14 The acoustic resonator 100L shown includes a substrate 104 having an air cavity 105 formed therein, a bottom electrode 106, first and second metal frames 107, 108, respectively, a planarization layer 109, a piezoelectric layer 111, and a top electrode 103. The top electrode 103 has a third metal frame 231 and fourth metal frame 232 formed on its upper surface. As indicated by the dashed lines 233 and 234, the first and third metal frames 107 and 231, respectively, are aligned with each other. As indicated by dashed lines 233 and 235, the second and fourth metal frames 108 and 232, respectively, are aligned with one another.

Allgemein hat die Unstetigkeit an dem nicht-verbindenden Rand 103a der oberen Elektrode 103 den überwiegenden Einfluss auf mechanisch angeregte Eigenmoden. So wie das von einem Fachmann gewertschätzt werden sollte, können verschiedene Eigenmoden, die von dem mehrfach geschichteten Stapel, der die untere Elektrode 106, die piezoelektrische Schicht 111 und die obere Elektrode 103 umfasst, akustische Energie aufweisen, die entweder im unteren Teil des Stapels, im mittleren Teil des Stapels oder im oberen Teil des Stapels eingeschlossen ist. Folglich interagieren (oder wechselwirken) der erste und der zweite Metallrahmen 107 und 108, respektive, überwiegend mit den Eigenmoden, die akustische Energie eingegrenzt in der Unterseite des Stapels aufweisen, während der dritte und der vierte Metallrahmen 231 und 232, respektive, überwiegend mit Eigenmoden wechselwirken, die akustische Energie eingegrenzt in der Unterseite des Stapels aufweisen. Weil jedoch die hauptsächliche strukturelle Unstetigkeit in dem Akustikresonator 100L am Rand der oberen Elektrode 103a auftritt, werden während des elektrischen Betreibens des Akustikresonators 100L die Eigenmoden mit akustischer Energie angeregt, die überwiegend in der Oberseite des Stapels eingegrenzt ist. Infolgedessen werden der dritte und der vierte Metallrahmen 231 und 232, respektive, die auf der oberen Oberfläche der oberen Elektrode 103 angeordnet sind, einen größeren Einfluss auf das Unterdrücken von Eigenmoden aufweisen als der erste und der zweite Metallrahmen 107 und 108, respektive, die auf der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 106 ausgebildet sind. Jedoch weisen der erste und der zweite Metallrahmen 107 und 108, respektive, einen größeren Einfluss auf das Wärmemanagement (oder den Wärmehaushalt) auf als der dritte und der vierte Metallrahmen 231 und 232, respektive. Folglich stellen die oberen Metallrahmen 231 und 232 eine verbesserte Leistungsfähigkeit im Hinblick auf das Unterdrücken von Eigenmoden bereit, während die unteren Metallrahmen 107 und 108 die Leistungsfähigkeit im Hinblick auf Wärmeübertragung verbessern.In general, the discontinuity at the non-connecting edge 103a of the top electrode 103 has the dominant influence on mechanically excited eigenmodes. As should be appreciated by one skilled in the art, various eigenmodes derived from the multi-layered Stack comprising bottom electrode 106, piezoelectric layer 111 and top electrode 103 have acoustic energy trapped either in the bottom part of the stack, in the middle part of the stack or in the top part of the stack. Consequently, the first and second metal frames 107 and 108, respectively, interact (or interact) predominantly with the eigenmodes having acoustic energy confined in the bottom of the stack, while the third and fourth metal frames 231 and 232, respectively, predominantly with eigenmodes interact which have acoustic energy confined in the bottom of the stack. However, because the main structural discontinuity in acoustic resonator 100L occurs at the edge of top electrode 103a, during electrical operation of acoustic resonator 100L, the eigenmodes are excited with acoustic energy that is predominantly confined in the top of the stack. As a result, the third and fourth metal frames 231 and 232, respectively, disposed on the top surface of the top electrode 103 will have a greater influence on suppressing eigenmodes than the first and second metal frames 107 and 108, respectively, disposed on the lower surface of the lower electrode 106 are formed. However, the first and second metal frames 107 and 108, respectively, have a greater impact on thermal management (or heat balance) than the third and fourth metal frames 231 and 232, respectively. Consequently, the upper metal frames 231 and 232 provide improved performance in terms of rejection of eigenmodes, while the lower metal frames 107 and 108 improve performance in terms of heat transfer.

Die obere Elektrode 103 hat die zugefügte Metallschicht 114 auf ihrer oberen Oberfläche ausgebildet, die den Abschnitt der oberen Elektrode 103, der zwischen den gestrichelten Linien 231 ist, verdickt. Das Verdicken jedes Abschnitts der oberen Elektrode 103 und das Ausbilden der Metallrahmen 107, 108, 231 und 232 auf der unteren und der oberen Elektrode 106 und 103, respektive, führt dazu, dass der Stapel an den Stellen zwischen den gestrichelten Linien 235 und 236 am dünnsten ist. Das Ergebnis ist, dass diese Bereiche des Stapels Hochgeschwindigkeits-Bereiche sind, die die höchste Resonanzfrequenz von allen Bereichen des Stapels aufweisen, was die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung 100L für Frequenzen, die unterhalb der Reihenresonanzfrequenz der Vorrichtung 100L sind, verbessert.The top electrode 103 has the added metal layer 114 formed on its top surface, which thickens the portion of the top electrode 103 that is between the dashed lines 231. FIG. Thickening each portion of the top electrode 103 and forming the metal frames 107, 108, 231 and 232 on the bottom and top electrodes 106 and 103, respectively, results in the stack at the locations between the dashed lines 235 and 236 am thinnest. The result is that these areas of the stack are high-speed areas that have the highest resonant frequency of any area of the stack, improving the performance of device 100L for frequencies below the series resonant frequency of device 100L.

In gleicher Weise wie die in 14 gezeigte Konfiguration können eine oder mehrere obere Metallrahmen auf der oberen Oberfläche der oberen Elektrode der in den 5 bis 13 gezeigten Akustikresonatoren 100C bis 100K, respektive, hinzugefügt werden, um Vorteile bei der Leistungsfähigkeit zu erreichen, ähnlich wie die, die oben mit Verweis auf 14 beschrieben sind. Im Interesse der Knappheit der Darstellung wurden die Akustikresonatoren 100C bis 100K, die dahingehend modifiziert worden sind, dass sie obere Metallrahmen enthalten, nicht explizit gezeigt und hierin beschrieben, weil Fachleute verstehen werden, wie derartige Modifikationen im Hinblick auf die hierin bereitgestellten Lehren ausgeführt werden.In the same way as those in 14 In the configuration shown, one or more top metal frames may be placed on the top surface of the top electrode of the circuit shown in FIGS 5 until 13 shown acoustic resonators 100C to 100K, respectively, may be added to achieve performance advantages similar to those discussed above with reference to FIG 14 are described. In the interest of brevity, acoustic resonators 100C-100K that have been modified to include upper metal frames have not been explicitly shown and described herein because those skilled in the art will understand how such modifications are made in light of the teachings provided herein.

Claims (29)

Eine Akustikresonator-Vorrichtung (100), aufweisend: eine untere Elektrode (106), die auf einem Substrat (104) über einem Lufthohlraum (105) angeordnet ist, wobei die untere Elektrode (106) einen zentralen Bereich (113) und einen peripheren Bereich aufweist, eine piezoelektrische Schicht (111, 141), die auf der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, eine obere Elektrode (103, 142, 162), die auf der piezoelektrischen Schicht (111, 141) angeordnet ist, wobei eine Überlappung zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162), der piezoelektrischen Schicht (111, 141) und der unteren Elektrode (106) über dem Lufthohlraum (105) einen Membranhauptbereich (112) definiert, einen ersten Metallrahmen (107), der auf einer unteren Oberfläche der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, wobei der erste Metallrahmen (107) eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite gegenüberliegend zu der zweiten Seite ist und wobei der erste Metallrahmen (107) eine Dicke (D1) aufweist, die von 10% bis 75% einer Dicke (D3) der unteren Elektrode (106) in dem zentralen Bereich (113) der unteren Elektrode (106) reicht, wobei die erste Seite des ersten Metallrahmens (107) sich lateral von einer Stelle, die außerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, zu einer Stelle, die innerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, erstreckt, mindestens eine Luftbrücke (163), die zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist, und einen zweiten Metallrahmen (108), der auf einer unteren Oberfläche der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, wobei der zweite Metallrahmen (108) eine erste Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand (107a) der ersten Seite des ersten Metallrahmens (107) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs (113) der unteren Elektrode (106) erstreckt, und wobei der zweite Metallrahmen (108) eine zweite Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand (107b) der zweiten Seite des ersten Metallrahmens (107) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs (113) der unteren Elektrode (106) erstreckt.An acoustic resonator device (100) comprising: a bottom electrode (106) disposed on a substrate (104) over an air cavity (105), the bottom electrode (106) having a central region (113) and a peripheral region, a piezoelectric layer (111, 141) arranged on the lower electrode (106), an upper electrode (103, 142, 162) arranged on the piezoelectric layer (111, 141), an overlap between the upper electrode (103, 142, 162), the piezoelectric layer (111, 141) and the lower electrode (106) defines a main membrane region (112) over the air cavity (105), a first metal frame (107) disposed on a bottom surface of the bottom electrode (106), the first metal frame (107) having a first side and a second side, the first side being opposite the second side and the first metal frame (107) has a thickness (D1) ranging from 10% to 75% of a thickness (D3) of the bottom electrode (106) in the central region (113) of the bottom electrode (106), the first side of the the first metal frame (107) extends laterally from a location that is outside the main diaphragm area (112) to a location that is inside the main diaphragm area (112), at least one air bridge (163) formed between the top electrode (103, 142, 162) and the piezoelectric layer (111, 141), and a second metal frame (108) disposed on a bottom surface of the bottom electrode (106), the second metal frame (108) having a first side extending laterally from an inner edge (107a) of the first side of the first metal frame ( 107) extends to an outer edge of the central region (113) of the lower electrode (106), and wherein the second metal frame (108) has a second side that extends laterally from an inner edge (107b) of the second side of the first metal frame ( 107) to an outer edge of the central region (113) of the lower electrode (106). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Metallrahmen (107) eine Dicke (D1) aufweist, die von 500 Angström bis 5000 Angström reicht.The acoustic resonator device (100) according to FIG claim 1 wherein the first metal frame (107) has a thickness (D1) ranging from 500 angstroms to 5000 angstroms. Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Seite des ersten Metallrahmens (107) sich lateral von einer Stelle, die außerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, zu einer Stelle, die an einem Rand (119) des Membranhauptbereichs (112) ist, erstreckt.The acoustic resonator device (100) according to FIG claim 1 or 2 wherein the first side of the first metal frame (107) extends laterally from a location that is outside of the main diaphragm portion (112) to a location that is at an edge (119) of the main diaphragm portion (112). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Metallrahmen (108) eine Dicke (D2) aufweist, die von 10% bis 70% der Dicke (D3) der unteren Metallelektrode (106) in dem zentralen Bereich (113) reicht.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 3 wherein the second metal frame (108) has a thickness (D2) ranging from 10% to 70% of the thickness (D3) of the lower metal electrode (106) in the central region (113). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Metallrahmen (107) eine Dicke (D1) aufweist, die das Doppelte der Dicke (D2) des zweiten Metallrahmens (108) ist.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 4 , wherein the first metal frame (107) has a thickness (D1) twice the thickness (D2) of the second metal frame (108). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dicke (D2) des zweiten Metallrahmens (108) von 500 Angström bis 5000 Angström reicht.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 5 wherein the thickness (D2) of the second metal frame (108) ranges from 500 angstroms to 5000 angstroms. Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Seite des ersten Metallrahmens (107) sich lateral von einer Stelle, die außerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, zu einer Stelle, die innerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, erstreckt.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 6 wherein the second side of the first metal frame (107) extends laterally from a location that is outside of the main diaphragm area (112) to a location that is inside the main diaphragm area (112). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Seite des ersten Metallrahmens (107) sich lateral von einer Stelle, die innerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, zu einer anderen Stelle, die innerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, erstreckt.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 6 wherein the second side of the first metal frame (107) extends laterally from a location that is within the main diaphragm area (112) to another location that is within the main diaphragm area (112). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: einen Luftflügel (164), der zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 8th , further comprising: an air wing (164) formed between the top electrode (103, 142, 162) and the piezoelectric layer (111, 141). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: mindestens eine erste Luftbrücke (151), die zwischen der unteren Elektrode (106) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 9 , further comprising: at least one first air bridge (151) formed between the bottom electrode (106) and the piezoelectric layer (111, 141). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend: mindestens eine zweite Luftbrücke (152), die zwischen der unteren Elektrode (106) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 10 , further comprising: at least one second air bridge (152) formed between the bottom electrode (106) and the piezoelectric layer (111, 141). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner aufweisend: einen dritten Metallrahmen (231), der auf einer oberen Oberfläche der oberen Elektrode (103, 142, 162) angeordnet ist, wobei der dritte Metallrahmen (231) eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist und wobei die erste Seite des dritten Metallrahmens (231) gegenüberliegend zu der zweiten Seite des dritten Metallrahmens (231) ist.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 11 , further comprising: a third metal frame (231) disposed on a top surface of the top electrode (103, 142, 162), the third metal frame (231) having a first side and a second side, and the first side of the third metal frame (231) is opposite to the second side of the third metal frame (231). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 12, ferner aufweisend: einen vierten Metallrahmen (232), der auf der oberen Oberfläche der oberen Elektrode (103, 142, 162) angeordnet ist, wobei der vierte Metallrahmen (232) eine erste Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand der ersten Seite des dritten Metallrahmens (231) zu einem äußeren Rand eines zentralen Bereichs der oberen Elektrode (103, 142, 162) erstreckt, und wobei der vierte Metallrahmen (232) eine zweite Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand der zweiten Seite des dritten Metallrahmens (231) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs der oberen Elektrode (103, 142, 162) erstreckt.The acoustic resonator device (100) according to FIG claim 12 , further comprising: a fourth metal frame (232) disposed on the top surface of the top electrode (103, 142, 162), the fourth metal frame (232) having a first side extending laterally from an inner edge of the first Side of the third metal frame (231) extends to an outer edge of a central region of the top electrode (103, 142, 162), and wherein the fourth metal frame (232) has a second side that extends laterally from an inner edge of the second side of the third metal frame (231) to an outer edge of the central area of the upper electrode (103, 142, 162). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend: mindestens eine erste Luftbrücke (221, 222), die innerhalb der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist.The acoustic resonator device (100) according to any one of Claims 1 until 13 , further comprising: at least a first air bridge (221, 222) formed within the piezoelectric layer (111, 141). Eine Akustikresonator-Vorrichtung (100), aufweisend: eine untere Elektrode (106), die auf einem Substrat (104) über einem Lufthohlraum (105) ausgebildet ist, wobei die untere Elektrode (106) einen zentralen Bereich (113) und einen peripheren Bereich aufweist, eine piezoelektrische Schicht (111, 141), die auf der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, eine obere Elektrode (103, 142, 162), die auf der piezoelektrischen Schicht (111, 141) angeordnet ist, wobei eine Überlappung zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162), der piezoelektrischen Schicht (111, 141) und der unteren Elektrode (106) über dem Lufthohlraum (105) einen Membranhauptbereich (112) definiert, einen ersten Metallrahmen (107), der auf einer unteren Oberfläche der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, wobei der erste Metallrahmen (107) eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist und wobei die erste Seite gegenüberliegend zu der zweiten Seite ist, und einen zweiten Metallrahmen (108), der auf einer unteren Oberfläche der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, wobei der zweite Metallrahmen (108) eine erste Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand (107a) der ersten Seite des ersten Metallrahmens (107) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs (113) der unteren Elektrode (106) erstreckt, und wobei der zweite Metallrahmen (108) eine zweite Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand (107b) der zweiten Seite des ersten Metallrahmens (107) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs (113) der unteren Elektrode (106) erstreckt.An acoustic resonator device (100) comprising: a bottom electrode (106) formed on a substrate (104) over an air cavity (105), the bottom electrode (106) having a central region (113) and a peripheral region comprises a piezoelectric layer (111, 141) arranged on the lower electrode (106), an upper electrode (103, 142, 162) arranged on the piezoelectric layer (111, 141), with an overlap between the top electrode (103, 142, 162), the piezoelectric layer (111, 141) and the bottom electrode (106) over the air cavity (105) defines a main diaphragm portion (112), a first metal frame (107) mounted on a lower Surface of the lower electrode (106) is arranged, wherein the first metal frame (107) has a first side and a second side and wherein the first side is opposite to the second side, and a second metal frame (108) disposed on a bottom surface of the bottom electrode (106), the second metal frame (108) having a first side which extends laterally from an inner edge (107a) of the first side of the first metal frame (107) to an outer edge of the central region (113) of the lower electrode (106), and the second metal frame (108) has a second side which extends laterally from an inner edge (107b) of the second side of the first metal frame (107) to an outer edge of the central region (113) of the lower electrode (106). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 15, wobei der erste Metallrahmen (107) eine Dicke (D1) aufweist, die von 10% bis 75% einer Dicke (D3) der unteren Elektrode (106) in dem zentralen Bereich (113) der unteren Elektrode (106) reicht, und wobei die Dicke (D1) des ersten Metallrahmens (107) das Doppelte der Dicke (D2) des zweiten Metallrahmens (108) ist.The acoustic resonator device (100) according to FIG claim 15 wherein the first metal frame (107) has a thickness (D1) ranging from 10% to 75% of a thickness (D3) of the lower electrode (106) in the central region (113) of the lower electrode (106), and wherein the thickness (D1) of the first metal frame (107) is twice the thickness (D2) of the second metal frame (108). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 15 oder 16, ferner aufweisend: mindestens eine/n der folgenden: eine Luftbrücke (163), die zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist; einen Luftflügel (164), der zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist; eine Luftbrücke (151, 152), die zwischen der unteren Elektrode (106) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist; eine Luftbrücke (221, 222), die innerhalb der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist; eine Luftbrücke (212), die innerhalb der oberen Elektrode (103, 142, 162) ausgebildet ist; und eine Luftbrücke (201, 202), die innerhalb der unteren Elektrode (106) ausgebildet ist.The acoustic resonator device (100) according to FIG claim 15 or 16 , further comprising: at least one of the following: an air bridge (163) formed between the top electrode (103, 142, 162) and the piezoelectric layer (111, 141); an air wing (164) formed between the top electrode (103, 142, 162) and the piezoelectric layer (111, 141); an air bridge (151, 152) formed between the lower electrode (106) and the piezoelectric layer (111, 141); an air bridge (221, 222) formed within the piezoelectric layer (111, 141); an air bridge (212) formed within the top electrode (103, 142, 162); and an air bridge (201, 202) formed within the bottom electrode (106). Eine Akustikresonator-Vorrichtung (100), aufweisend: eine untere Elektrode (106), die auf einem Substrat (104) über einem Lufthohlraum (105) angeordnet ist, wobei die untere Elektrode (106) einen zentralen Bereich (113) und einen peripheren Bereich aufweist; eine piezoelektrische Schicht (111, 141), die auf der unteren Elektrode (106) angeordnet ist; eine obere Elektrode (103, 142, 162), die auf der piezoelektrischen Schicht (111, 141) angeordnet ist, wobei eine Überlappung zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162), der piezoelektrischen Schicht (111, 141) und der unteren Elektrode (106) über dem Lufthohlraum (105) einen Membranhauptbereich (112) definiert; einen ersten Metallrahmen (107), der auf einer unteren Oberfläche der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, wobei der erste Metallrahmen (107) eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite gegenüberliegend zu der zweiten Seite ist und wobei der erste Metallrahmen (107) eine Dicke (D1) aufweist, die von 10% bis 75% einer Dicke (D3) der unteren Elektrode (106) in dem zentralen Bereich (113) der unteren Elektrode (106) reicht; mindestens eine erste Luftbrücke (151, 152)), die zwischen der unteren Elektrode (106) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist; einen Luftflügel (164), der zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist; und einen zweiten Metallrahmen (108), der auf einer unteren Oberfläche der unteren Elektrode (106) angeordnet ist, wobei der zweite Metallrahmen (108) eine erste Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand (107a) der ersten Seite des ersten Metallrahmens (107) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs (113) der unteren Elektrode (106) erstreckt, und wobei der zweite Metallrahmen (108) eine zweite Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand (107b) der zweiten Seite des ersten Metallrahmens (107) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs (113) der unteren Elektrode (106) erstreckt.An acoustic resonator device (100) comprising: a bottom electrode (106) disposed on a substrate (104) over an air cavity (105), the bottom electrode (106) having a central region (113) and a peripheral region; a piezoelectric layer (111, 141) disposed on the lower electrode (106); an upper electrode (103, 142, 162) arranged on the piezoelectric layer (111, 141), an overlap between the upper electrode (103, 142, 162), the piezoelectric layer (111, 141) and the lower an electrode (106) defining a main membrane region (112) over the air cavity (105); a first metal frame (107) disposed on a bottom surface of the bottom electrode (106), the first metal frame (107) having a first side and a second side, the first side being opposite the second side and the first metal frame (107) has a thickness (D1) ranging from 10% to 75% of a thickness (D3) of the lower electrode (106) in the central region (113) of the lower electrode (106); at least a first air-bridge (151, 152)) formed between the lower electrode (106) and the piezoelectric layer (111, 141); an air wing (164) formed between the top electrode (103, 142, 162) and the piezoelectric layer (111, 141); and a second metal frame (108) disposed on a bottom surface of the bottom electrode (106), the second metal frame (108) having a first side extending laterally from an inner edge (107a) of the first side of the first metal frame ( 107) extends to an outer edge of the central region (113) of the lower electrode (106), and wherein the second metal frame (108) has a second side that extends laterally from an inner edge (107b) of the second side of the first metal frame ( 107) to an outer edge of the central region (113) of the lower electrode (106). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 18, wobei die Dicke (D2) des zweiten Metallrahmens (108) von 500 Angström bis 5000 Angström reicht.The acoustic resonator device (100) according to FIG Claim 18 wherein the thickness (D2) of the second metal frame (108) ranges from 500 angstroms to 5000 angstroms. Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei die zweite Seite des ersten Metallrahmens (107) sich lateral von einer Stelle, die außerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, zu einer Stelle, die innerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, erstreckt.The acoustic resonator device (100) according to FIG Claim 18 or 19 wherein the second side of the first metal frame (107) extends laterally from a location that is outside of the main diaphragm area (112) to a location that is inside the main diaphragm area (112). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der zweite Metallrahmen (108) eine Dicke (D2) aufweist, die von 10% bis 70% der Dicke (D3) der unteren Metallelektrode (106) in dem zentralen Bereich (113) reicht.The acoustic resonator device (100) according to any one of claims 18 until 20 wherein the second metal frame (108) has a thickness (D2) ranging from 10% to 70% of the thickness (D3) of the lower metal electrode (106) in the central region (113). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei der erste Metallrahmen (107) eine Dicke (D1) aufweist, die das Doppelte der Dicke (D2) des zweiten Metallrahmens (108) ist.The acoustic resonator device (100) according to any one of claims 18 until 21 , wherein the first metal frame (107) has a thickness (D1) twice the thickness (D2) of the second metal frame (108). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die Dicke (D2) des zweiten Metallrahmens (108) von 500 Angström bis 5000 Angström reicht.The acoustic resonator device (100) according to any one of claims 18 until 22 wherein the thickness (D2) of the second metal frame (108) ranges from 500 angstroms to 5000 angstroms. Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei die zweite Seite des ersten Metallrahmens (107) sich lateral von einer Stelle, die außerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, zu einer Stelle, die innerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, erstreckt.The acoustic resonator device (100) according to any one of claims 18 until 23 wherein the second side of the first metal frame (107) extends laterally from a location that is outside of the main diaphragm area (112) to a location that is inside the main diaphragm area (112). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die zweite Seite des ersten Metallrahmens (107) sich lateral von einer Stelle, die innerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, zu einer anderen Stelle, die innerhalb des Membranhauptbereichs (112) ist, erstreckt.The acoustic resonator device (100) according to any one of claims 18 until 24 wherein the second side of the first metal frame (107) extends laterally from a location that is within the main diaphragm area (112) to another location that is within the main diaphragm area (112). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 25, ferner aufweisend mindestens eine erste Luftbrücke (163), die zwischen der oberen Elektrode (103, 142, 162) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist.The acoustic resonator device (100) according to any one of claims 18 until 25 , further comprising at least a first air bridge (163) formed between the top electrode (103, 142, 162) and the piezoelectric layer (111, 141). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 26, ferner aufweisend mindestens eine zweite Luftbrücke (151, 152), die zwischen der unteren Elektrode (106) und der piezoelektrischen Schicht (111, 141) ausgebildet ist.The acoustic resonator device (100) according to FIG Claim 26 , further comprising at least a second air bridge (151, 152) formed between the lower electrode (106) and the piezoelectric layer (111, 141). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, ferner aufweisend: einen dritten Metallrahmen (231), der auf einer oberen Oberfläche der oberen Elektrode (103, 142, 162) angeordnet ist, wobei der dritte Metallrahmen (231) eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist und wobei die erste Seite des dritten Metallrahmens (231) gegenüberliegend zu der zweiten Seite des dritten Metallrahmens (231) ist.The acoustic resonator device (100) according to any one of claims 18 until 20 , further comprising: a third metal frame (231) disposed on a top surface of the top electrode (103, 142, 162), the third metal frame (231) having a first side and a second side, and the first side of the third metal frame (231) is opposite to the second side of the third metal frame (231). Die Akustikresonator-Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 28, ferner aufweisend einen vierten Metallrahmen (232), der auf der oberen Oberfläche der oberen Elektrode (103, 142, 162) angeordnet ist, wobei der vierte Metallrahmen (232) eine erste Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand der ersten Seite des dritten Metallrahmens (231) zu einem äußeren Rand eines zentralen Bereichs der oberen Elektrode (103, 142, 162) erstreckt, und wobei der vierte Metallrahmen (232) eine zweite Seite aufweist, die sich lateral von einem inneren Rand der zweiten Seite des dritten Metallrahmens (231) zu einem äußeren Rand des zentralen Bereichs der oberen Elektrode (103, 142, 162) erstreckt.The acoustic resonator device (100) according to FIG claim 28 , further comprising a fourth metal frame (232) disposed on the top surface of the top electrode (103, 142, 162), the fourth metal frame (232) having a first side extending laterally from an inner edge of the first side of the third metal frame (231) extends to an outer edge of a central portion of the top electrode (103, 142, 162), and wherein the fourth metal frame (232) has a second side that extends laterally from an inner edge of the second side of the third metal frame (231) to an outer edge of the central area of the upper electrode (103, 142, 162).
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