DE102018101442B4

DE102018101442B4 - BAW-Resonator mit erhöhtem Gütefaktor

Info

Publication number: DE102018101442B4
Application number: DE102018101442.2A
Authority: DE
Inventors: Gilles Moulard
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Singapore Pte Ltd
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-01-24
Also published as: CN111630776B; US20200350888A1; CN111630776A; US11509286B2; WO2019145258A8; WO2019145258A1; DE102018101442A1

Abstract

Ein BAW-Resonator umfasst einen mittigen Bereich (CA), ein Unterlappungsgebiet (UL), das den mittigen Bereich umgibt und eine Dicke daufweist, die kleiner als die Dicke ddes mittigen Gebiets ist, und ein Rahmengebiet (FR), das das Unterlappungsgebiet umgibt und eine Dicke daufweist, die größer als dist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft BAW-Resonatoren, z. B. für HF-Filter, mit verbesserten akustischen und elektrischen Eigenschaften.
BAW-Resonatoren (BAW = Bulk Acoustic Wave - akustische Volumenwelle) können zum Bilden von Bandpass- oder Bandsperrfiltern für HF-Anwendungen, z. B. Drahtloskommunikationseinrichtungen, verwendet werden. Derartige Einrichtungen können Filter verwenden, die derartige Resonatoren umfassen. Gewöhnlich weisen Drahtloskommunikationseinrichtungen eine Energiequelle mit eingeschränkten Energieressourcen auf und Stromsparschaltkreise werden bevorzugt.
BAW-Resonatoren weisen ein aktives Gebiet auf, das eine Sandwichkonstruktion mit einem piezoelektrischen Material zwischen einer unteren Elektrode und einer oberen Elektrode umfasst. Aufgrund des piezoelektrischen Effekts wandeln derartige Resonatoren zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen um, falls ein HF-Signal an die Resonatorelektroden angelegt wird.
BAW-Resonatoren sind aus US 9,571,063 B2 und aus US 9,219,464 B2 bekannt.
Aus einem Artikel von R. Thalhammer et al., „Spurious Mode Suppression in BAW Resonators“, IEEE Ultrasonics Symposium 2006, Seiten 456 bis 459 ist ein BAW Resonator bekannt, der in einem umlaufenden Randgebiet um das aktive Resonatorgebiet einen Oxidrahmen auf der Topelektrode aufweist. Innerhalb der vom Rahmen umschlossenen Fläche befindet sich eine umlaufende grabenartige Vertiefung (Unterlappungs-gebiet), in der die Dicke der Topelektrode reduziert ist.
Aus der US 2010/0212127 A1 ist es bekannt, mit einer Trimmschicht die Frequenz von BAW Resonatoren nachzujustieren.
Eine Weise, die akustische Energie innerhalb des Schichtstapels des aktiven Gebiets zu halten, besteht darin, akustische Spiegel zu verwenden. Ein akustischer Bragg-Spiegel ist zwischen der Sandwichkonstruktion des Resonators und dem Substrat, auf das der Schichtstapel abgeschieden wird, angeordnet. An der Oberseite des Sandwiches reicht der Sprung der akustischen Impedanz von der oberen Resonatorschicht zur Umgebungsluft aus, um akustische Wellen vollständig zurück in den Resonator zu reflektieren. Derartige Resonatoren werden als BAW-Resonatoren des SMR-Typs (Solidly Mounted Resonator - fest montierter Resonator) klassifiziert.
Ein akustischer Bragg-Spiegel umfasst mindestens ein Paar von Spiegelschichten mit abwechselnder hoher und niedriger akustischer Impedanz. In gegenwärtigen BAW-Resonatoren werden Spiegelschichten gewählt, um einen höchstmöglichen Impedanzsprung bereitzustellen. Wolfram ist eine gute Wahl für eine Spiegelschicht mit hoher Impedanz, während die Verfügbarkeit und relativ niedrige Impedanz von Siliziumoxid SiO₂ eine bevorzugte Spiegelschicht mit niedriger Impedanz macht.
Ein anderer Typ von BAW-Resonatoren verwendet einen Luftspalt unter dem akustischen aktiven Gebiet, um eine ausreichende akustische Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Schichtstapel des aktiven Gebiets und dem Luftspalt bereitzustellen. Der Luftspalt wird durch eine Vertiefung im Substrat unter dem Schichtstapel ausgebildet. Die Vertiefung wird von einer dünnen Membran überspannt, um den Luftspalt bereitzustellen. Der Schichtstapel ist auf der Membran angeordnet. Ein derartiger BAW-Resonator wird ein FBAR (Thin Film Bulk Acoustic Resonator - akustischer Dünnschichtvolumenresonator) genannt.
Es ist ein Ziel der Erfindung, einen BAW-Resonator bereitzustellen, der einen weiter erhöhten Gütefaktor Q aufweist.
Diese und andere Ziele werden durch einen BAW-Resonator nach Anspruch 1 gelöst.
Weitere Ausführungsformen und vorteilhafte Variationen können aus Unteransprüchen genommen werden.
Der BAW-Resonator umfasst wie gewöhnlich ein Substrat, auf dem ein Schichtstapel angeordnet ist, der ein Sandwich umfasst. Das Letztgenannte ist aus einer unteren Elektrode, einer piezoelektrischen Schicht und einer oberen Elektrode ausgebildet.
Das Sandwich ist lateral so strukturiert, dass es einen mittigen Bereich mit einer Dicke de, worin sich die drei Schichten des Sandwiches überlappen, ein Unterlappungsgebiet, das den mittigen Bereich umgibt und eine Dicke du aufweist, die kleiner als die Dicke d_c des mittigen Gebiets ist, und ein Rahmengebiet mit einer Dicke d_F , die größer als d_c ist, das das Unterlappungsgebiet umgibt, umfasst.
Es ist herausgefunden worden, dass eine Anregung von Störmoden, die gewöhnlich zu einem Störsignal und Energieverlust des BAW-Resonators führen, minimiert oder unterdrückt werden kann, indem die Dicke du des Unterlappungsgebiets verringert wird, sodass sie kleiner als die Dicke d_c des mittigen Bereichs ist.
In BAW-Resonatoren koppeln Störmoden bei Frequenzen unter der Grundresonanz der Einrichtung. Eine effektive Minimierung kann durch eine zweckmäßige Abmessung der Unterlappung erzielt werden.
Als ein weiterer positiver Effekt erhöht ein derartiges Unterlappungsgebiet den Q-Faktor des BAW-Resonators.
Als eine obere Schicht kann eine dielektrische Schicht die gesamte Oberfläche des BAW-Resonators bedecken. Diese Schicht kann als eine Trimmschicht fungieren, um die genaue Resonanzfrequenz festzulegen und Herstellungstoleranzen zu kompensieren. Des Weiteren kann die Trimmschicht auch zum Trimmen von Reihen- und Parallelresonatoren verwendet werden, die gemeinsam etwas in der Frequenz, wie erforderlich, verschoben sind, um eine Ladder Type Filterstruktur auszubilden, die der BAW-Resonator gewöhnlich verwendet.
Eine Weise, die Dicke du des Unterlappungsgebiets bezüglich der Dicke d_c des mittigen Gebiets zu verringern, besteht darin, die Dicke der dielektrischen Schicht zu verringern. Dadurch kann die Dicke des Schichtstapels über das mittige Gebiet und auch das Unterlappungsgebiet hinweg einheitlich gehalten werden.
Um genügend Unterdrückung einer Störmode zu erzielen, wird eine effektive Dickenverringerung im Unterlappungsgebiet benötigt. Selbst wenn das Unterlappungsgebiet den Q-Faktor des BAW-Resonators verbessert, ist jedoch eine zu große Dickenverringerung der dielektrischen Schicht für die Resonatorleistung nicht von Vorteil. Die verringerte Dicke der dielektrischen Schicht im Unterlappungsgebiet erfordert eine größere Dicke von dieser im mittigen Gebiet. Falls die dielektrische Schicht eine SiN-Schicht ist, wie normalerweise der Fall ist, wenn sie für Trimmzwecke verwendet wird, verringert eine größere Dicke der dielektrischen SiN-Schicht den Q-Faktor des BAW-Resonators aufgrund der Güte der SiN-Schicht selbst. Darüber hinaus führt eine größere Dicke im mittigen Bereich zu einer anderen Energieverteilung innerhalb des Schichtstapels. Dann wird mehr Energie innerhalb der oberen Elektrode gespeichert und somit resultieren daraus höhere Verluste bezüglich einer Verteilung, bei der die Energie innerhalb der piezoelektrischen Schicht konzentriert ist. Dies beruht auf Materialeigenschaften der oberen Elektrode, die ein verlustbehafteteres Material umfasst.
Erfindungsgemäß basiert die Dickenverringerung von du hauptsächlich auf einer Dickenverringerung der unteren Elektrode. Wenn dies durchgeführt wird, kann eine einheitliche Schichtdicke des Dielektrikums mit einer optimierten, nicht zu großen Dicke im mittigen Bereich festgelegt werden.
Alternativ umfasst die untere oder die obere Elektrode eine erste Unterschicht aus AlCu und eine zweite Unterschicht aus W. Dann ist es möglich, die Dicke von einer dieser Unterschichten der unteren oder der oberen Elektrode im Unterlappungsgebiet zu verringern. Eine derartige Dickenverringerung kann ohne eine negative Beeinflussung auf den Q-Faktor durchgeführt werden.
Eine bevorzugte Verwendung von BAW-Resonatoren ist für HF-Filterzwecke. Ein Filter umfasst Reihenresonatoren und Shunt-Resonatoren, die in einem Ladder Type-Schaltkreis angeordnet sind. Sowohl die Reihen- als auch die Shunt-Resonatoren können als der BAW-Resonator mit einem Unterlappungsgebiet, wie oben beschrieben, umgesetzt werden.
Die Trimmschicht kann aus einer SiN-Schicht ausgebildet sein. Innerhalb eines einzelnen BAW-Resonators kann die Trimmschicht eine einheitliche Dicke aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die bevorzugte Dicke etwa 60 nm. Die bevorzugte und optimierte Dicke der Trimmschicht kann jedoch in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz eines jeweiligen Resonators festgelegt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Dickenverringerung der SiN- oder der dielektrischen Schicht im Unterlappungsgebiet etwa 25 nm. Um spezifische Störmoden bezüglich der Mittenfrequenz des Resonators zu unterdrücken, kann ein optimaler Effekt mit einer anderen Menge an Dickenverringerung geliefert werden. Das gilt für die Ausführungsformen, bei denen die Dickenverringerung im Unterlappungsgebiet in einer anderen Schicht, wie zum Beispiel der AlCu-Schicht, vorgenommen wird.
Die anderen Abmessungen des Unterlappungsgebiets, das heißt die Abmessungen der grabenartigen Struktur entlang des Randgebiets des Resonators, müssen hinsichtlich der Abmessungen des gesamten Resonators und dessen Mittenfrequenz optimiert werden. Das Unterlappungsgebiet kann zum Beispiel entlang seines gesamten Umfangs eine konstante Breite aufweisen, wobei die Breite etwa 0,2 µm bis 10,0 µm beträgt, die von der jeweiligen Resonanzfrequenz des BAW-Resonators abhängen kann.
Neben den erwähnten Merkmalen kann ein BAW-Resonator in anderen vorteilhaften Konfigurationen umgesetzt sein, die nicht den vorgeschlagenen Verbesserungen direkt entgegenwirken.
Ein BAW-Resonator kann eine Struktur umfassen, die als ein äußerer Flügel bezeichnet ist, der in die Einrichtung integriert sein kann. Der äußere Flügel kann aus der dielektrischen Schicht oder einer anderen zusätzlichen Schicht ausgebildet sein und erstreckt sich lateral nach außen und weg vom mittigen Bereich und im Abstand zur oberen Oberfläche des Resonators, durch einen Spalt getrennt. Der äußere Flügel wird durch das Rahmengebiet gestützt. Der äußere Flügel ist zum Ausgleichen von Schwingungen des mittigen Bereichs bereitgestellt.
Ein dielektrischer Anker des äußeren Flügels ist an der Resonatoreinrichtungsoberfläche außerhalb des aktiven Resonatorbereichs oder so nahe an der Kante des Rahmengebiets, wie der Prozess erlaubt, angebracht und erstreckt sich für eine begrenzte Länge, wodurch ein Merkmal ausgebildet wird, das als eine äußere Überlappung bezeichnet wird.
Darüber hinaus kann die äußere Überlappung einen Winkel mit der oberen Oberfläche des Resonators beinhalten, der sich von 0° unterscheidet. Daher kann der äußere Flügel eine Neigung aufweisen oder aufrecht stehen oder kann sich in einem extremen Fall mit einer Neigung nach innen zum mittigen Gebiet hin erstrecken.
Ein Merkmal, das als ein Graben bezeichnet ist, d. h. ein Graben in der dielektrischen Schicht, in der äußeren Überlappung und optional in den äußeren Überlappungsschichten nach unten zum Piezoelektrikum, kann während der Strukturierung der dielektrischen Schicht zum Ausbilden der oben erwähnten Merkmale ausgebildet werden. Die laterale Abmessung des Schichtstapels, seine Oberflächengebiete und die dielektrischen Verlängerungen können abgestimmt werden, um den Q Wert der Einrichtung weiter zu verbessern.
Nachfolgend wird die Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen und die begleitenden Figuren erläutert. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Zum besseren Verständnis können manche Einzelheiten in vergrößerter Form abgebildet sein.

1 stellt einen BAW-Resonator in einer Querschnittsansicht dar,
2 stellt einen BAW-Resonator mit einer Unterlappung dar, die in einer oberen dielektrischen Schicht ausgebildet ist,
3 stellt einen BAW-Resonator mit einer Unterlappung dar, die in einer oberen Elektrodenschicht ausgebildet ist,
4 stellt einen BAW-Resonator mit einer Unterlappung dar, die in einer unteren Elektrodenschicht ausgebildet ist,
5a bis 5e stellen Querschnitte durch den oberen Abschnitt eines BAW-Resonators mit einer Unterlappung und verschiedene mögliche Ausführungsformen von äußeren Flügelstrukturen dar,
6 stellt eine Ladder Type-Anordnung von BAW-Resonatoren dar, die einen Filterschaltkreis ausbilden,
7 stellt eine Ladder Type-Anordnung von BAW-Resonatoren und passiven LC-Elementen dar, die einen Filterschaltkreis ausbilden,
8 stellt eine Lattice-Anordnung von BAW-Resonatoren dar, die einen Filterschaltkreis ausbilden. BAW-Resonatoren und passive LC-Elemente bilden einen Filterschaltkreis aus.

1 stellt einen schematischen Querschnitt durch einen BAW-Resonator dar, der einige zusätzliche Merkmalen aufweist. Ein verbesserter Resonator der Erfindung basiert auf dieser herkömmlichen Struktur.
Der Schichtstapel des Resonators ist auf einem Substrat SU aus z. B. Si ausgebildet. Es kann auch ein beliebiges anderes geeignetes starres Material verwendet werden. Auf dem Si-Körper kann eine Schicht aus SiO₂ für Isolationszwecke ausgebildet sein.
Als Nächstes ist ein akustischer Bragg-Spiegel auf dem Substrat SU aus zwei Spiegeln M1, M2, das heißt aus zwei Paaren von Spiegelschichten, ausgebildet und strukturiert. Im Bragg-Spiegel wechseln sich Schichten mit hoher Impedanz und Schichten mit niedriger Impedanz ab. Die Spiegelschichten in den beiden Spiegeln können eine Dicke besitzen, um unterschiedliche gewünschte Reflexionsbänder zu erzeugen. Schichten mit hoher Impedanz können W umfassen und Schichten mit niedriger Impedanz können SiO₂ umfassen.
Als Nächstes ist die untere Elektrode BE aus einer relativ dünnen AlCu-Schicht und einer dickeren W-Schicht ausgebildet. Darauf ist eine piezoelektrische Schicht PL aus z. B. AlN oder AlScN ausgebildet. Deren Dicke wird zu etwa der Hälfte der Wellenlänge der gewünschten Resonanzfrequenz festgelegt.
Alle der obigen Schichten im Stapel sind kontinuierliche Schichten eines jeweiligen Bereichs, die den späteren aktiven Resonanzbereich leicht erweitern.
Auf der piezoelektrischen Schicht PL ist eine Rahmenstruktur FRS aus z. B. SiO₂ ausgebildet, die den späteren mittigen Bereich CA des Resonators umgibt. Die Dicke der Rahmenstruktur bewirkt, dass die Oberfläche des Rahmengebiets ein höheres Niveau als die umgebenden Bereiche aufweist.
Über dem mittigen Bereich CA und der Rahmenstruktur FR bildet ein Stapel von Schichten die obere Elektrode TE und die obere dielektrische Schicht DL aus.
Eine dünne Schicht eines massebeladenden Materials wird über der Rahmenstruktur FRS und sich erstreckend über einen kleinen Rand der Oberfläche, die durch die Rahmenstruktur eingeschlossen wird, abgeschieden und strukturiert. Das Dielektrikum SiN kann die gesamte Oberfläche des Resonators und die angrenzende obere Oberfläche der piezoelektrischen Schicht PL bedecken.
Über dem Resonator befindet sich ein Vakuum oder eine Umgebungsatmosphäre, in der der Resonator arbeitet.
2 stellt eine Ausführungsform eines BAW-Resonators BR als einen Ausschnitt in einer vereinfachten Abbildung dar. Eine Unterlappung UL ist den mittigen Bereich CA umlaufend und dessen gesamten Umfang folgend ausgebildet, wobei der Schichtstapel der oberen Elektrode TE und der piezoelektrischen Schicht PL eine Dicke du aufweist, die um einen Wert Δd bezüglich der Dicke d_c im mittigen Bereich CA verringert ist. Ein Rahmengebiet FR umgibt das Unterlappungsgebiet UL entlang dessen gesamten Umfangs. Das Rahmengebiet ist aus einer dielektrischen Zwischenschicht IL ausgebildet, z. B. einer SiO₂-Schicht, die als ein Rahmen strukturiert ist. Des Weiteren ist es möglich, das Oberflächenniveau im Rahmengebiet zu erhöhen, indem ein Luftspalt unter einer unteren Schicht des Schichtstapels im Rahmengebiet eingeschlossen wird. Die Dicke d_F des Schichtstapels im Rahmengebiet FR ist größer als die Dicke d_c im mittigen Bereich CA. Alternativ oder zusätzlich dazu, wie oben erwähnt, kann das Höhenniveau durch einen Luftspalt oder einen Hohlraum gesteigert werden.
Bei dieser Ausführungsform beruht die verringerte Dicke du des Schichtstapels im Unterlappungsgebiet UL auf einer verringerten Dicke der oberen dielektrischen Schicht DL. In dem Ausschnitt, der im unteren Teil von 2 abgebildet ist, wird die Stufe in der dielektrischen Schicht ausführlicher gezeigt. Als ein exemplarisches Beispiel ist die Resonanzfrequenz des BAW-Resonators BR innerhalb Band 25 zentriert. Dann kann eine optimierte Dicke der dielektrischen Schicht DL im mittigen Bereich CA zu etwa 85 nm festgelegt werden. Eine optimierte Unterlappung umfasst eine Dickenverringerung Δd von etwa 25 nm, um eine Dicke der dielektrischen Schicht DL im Unterlappungsgebiet UL von etwa 60 nm zu lassen.
Die Breite des Unterlappungsgebiets UL ist innerhalb eines einzelnen Gebiets konstant, kann sich aber zwischen unterschiedlichen Gebieten entlang des Umfangs unterscheiden. Es können 3 Umfangsgebiete in Betracht gezogen werden: ein Umfangsgebiet ohne eine jegliche Elektrodenverbindung - ein Umfangsgebiet mit einer unteren Elektrodenverbindung - ein Umfang mit einer oberen Elektrodenverbindung. Die Breite kann festgelegt werden, dass sie etwa 0,2 µm bis 8,0 µm beträgt.
In anderen Ausführungsformen und BAW-Resonatoren mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz kann eine optimierte Breite des Unterlappungsgebiets und eine Höhenverringerung Δd davon unterschiedliche Werte annehmen. Eine optimierte Restdicke der dielektrischen Schicht DL im Unterlappungsgebiet ist jedoch die gleiche für alle Beispiele und wird zu etwa 60 nm festgelegt, da die Schicht der dielektrischen Schicht DL als eine Passivierungsschicht agiert und eine minimale Restdicke benötigt, um Zuverlässigkeitsprobleme zu vermeiden.
Eine Querschnittsansicht durch einen BAW-Resonator gemäß einer anderen Ausführungsform ist in 1 abgebildet. In einem Substrat SU aus zum Beispiel Silizium ist eine Vertiefung RC ausgebildet. Der Schichtstapel des Resonators ist über der Vertiefung RC angeordnet und umfasst, in einer Abfolge beginnend an der Unterseite, eine untere Elektrode BE, eine piezoelektrische Schicht PL und eine obere Elektrode TE. Die untere Elektrode BE überdeckt die Vertiefung RC. In einem Unterlappungsgebiet UL ist die Dicke des Schichtstapels relativ zum mittigen Bereichs CA verringert. Ein Rahmengebiet umgibt den mittigen Bereich CA. Zumindest ein Teil des Schichtstapels, der aus der oberen Elektrode und der dielektrischen Schicht DL ausgewählt werden kann, bildet eine laterale Erweiterung aus, die ein äußerer Flügel OF genannt wird, der weg vom mittigen Bereich mit einem Abstand über der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verläuft.
Im Unterlappungsgebiet UL ist die obere Elektrode TE dünner als im mittigen Bereich CA. In einem Überlappungsgebiet OL ist die obere Elektrode TE dicker als das aktive Gebiet AR. Hier besteht der äußere Flügel OF aus Metall und erstreckt sich vom mittigen Bereich CA nach außen. Eine akustische Brücke AB kann zwischen der oberen Elektrode TE und der piezoelektrischen Schicht PL im Bereich einer oberen Elektrodenverbindung TC ausgebildet sein. Die obere Elektrodenverbindung TC verbindet die obere Elektrode mit einem anderen BAW-Resonator oder einem Anschluss eines Filters.
An der linken Seite der Figur erstreckt sich die untere Elektrode nach außen, um eine untere Elektrodenverbindung BC auszubilden.
Die dielektrische Schicht DL ist über der oberen Elektrode TE mit einer konstanten Dicke aufgetragen, bedeckt aber nicht die Seiten der oberen Elektrode oder die Unterseite der oberen Elektrodenverbindung TC (Luftbrücke). Wie im Ausschnitt am unteren Teil von 3 gesehen werden kann, ist die Dicke der oberen Elektrode im Unterlappungsgebiet UL um Δd verringert.
Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform wird die Dickenverringerung Δd des Schichtstapels im Unterlappungsgebiet UL in der unteren Elektrode BE vorgenommen. Die Dicke der darüber verbleibenden Stapelschichten ist jeweils konstant über den gesamten Bereich des BAW-Resonators BR. Dieses Beispiel kann mit einem Bragg-Spiegel, wie in 1 dargestellt, oder mit einem Schichtstapel, der über einer Vertiefung im Substrat SU suspendiert ist, wie in 3 dargestellt, umgesetzt werden.
Die 5a bis 5e stellen Querschnitte durch den oberen Abschnitt eines BAW-Resonators mit einer Unterlappung UL und verschiedene mögliche Ausführungsformen von äußeren Flügelstrukturen OF dar, die am BAW-Resonator zum Verbessern und Ausbilden der gewünschten Wellenmode und zum Ausgleichen von Schwingungen, die hauptsächlich im mittigen Bereich CA erzeugt werden, ausgebildet sind.
Die äußeren Flügelstrukturen OF können aus einer Erweiterung einer oberen Elektrodenschicht an der Kante der Rahmenstruktur FRS ausgebildet sein. Alternativ dazu sind die äußeren Flügelstrukturen OF aus einer dielektrischen Schicht ausgebildet, die mechanisch an der oberen Elektrode TE befestigt ist. Alternativ dazu können die Flügelstrukturen FL eine Erweiterung der oberen dielektrischen Schicht sein, die z. B. aus SiN besteht. Die äußeren Flügelstrukturen können den gesamten Resonatorbereich umgeben. Es ist möglich, dass die äußere Flügelstruktur in einem Abschlussgebiet (nicht dargestellt) weggelassen wird, in dem die obere Elektrode erweitert ist, um eine elektrische Verbindung zu einem angrenzenden Element bereitzustellen, das ein anderer BAW-Resonator oder ein beliebiges anderes Schaltkreiselement sein kann.
Zur Vereinfachung differenziert oder bildet 5 unterschiedliche Materialien nicht ab, die im dargestellten Ausschnitt enthalten sind. Daher ist die Struktur einheitlich dargestellt, obwohl sie kein einheitliches Material ist. Die abgebildete Struktur umfasst die obere Elektrodenschicht TE, das Rahmengebiet FR und die obere dielektrische Schicht DL. Die äußere Flügelstruktur OF von 5A ist eine lineare Erweiterung, die nach innen zum mittigen Bereich hin gerichtet ist.
Die Flügelstruktur OF von 5B ist eine lineare Erweiterung, die nach oben läuft.
5C stellt einen äußeren Flügel OF dar, der nach außen läuft, um einen Winkel zur Oberfläche zwischen 0 bis 90 Grad einzuschließen.
Gemäß 5E erstreckt sich der äußere Flügel OF vom Rahmengebiet FR horizontal nach außen.
Der äußere Flügel OF von 5E erstreckt sich nach außen, ist aber gegenüber der Oberfläche geneigt.
Es ist möglich, dass die Flügelstrukturen mit einem Winkel bezüglich des Wellenvektors einer Hauptmode des Resonators ausgerichtet sind. Der Winkel kann aus 0°, 45°, 90° und 135° ausgewählt werden. Falls der Winkel 45° beträgt, zeigt die Flügelstruktur zur oberen Seite hin. Wenn der Winkel 135° beträgt, zeigt die Flügelstruktur zur unteren Seite hin. Andere Winkel sind jedoch auch möglich. Der Winkel kann z. B. zwischen 0° und 45° oder zwischen 45° und 90° oder zwischen 90° und 135° oder zwischen 135° und 180° liegen.
Die 6 bis 8 stellen schematische Blockdiagramme von Schaltkreisen dar, die Resonatoren umfassen, die HF-Filter ausbilden. BAW-Resonatoren, wie oben beschrieben, können vorteilhafterweise in diesen Filterschaltkreisen verwendet werden.
6 stellt eine Ladder Type-Anordnung dar, die Reihen-BAW-Resonatoren SR_s und Parallel-BAW-Resonatoren BRp umfasst, die gemäß der Erfindung ausgebildet sein können. Bei dieser Ausführungsform bilden ein jeweiliger Reihen-BAW-Resonator SR_S und ein entsprechender Parallel-BAW-Resonator BR_P einen Basisabschnitt BS_LT der Ladder Type-Anordnung aus. Eine Ladder Type-Anordnung umfasst eine Anzahl von Basisabschnitten BS_LT , die in Reihe geschaltet werden können, um eine gewünschte Filterfunktion zu erzielen.
7 stellt ein Blockdiagramm eines Hybridfilters dar, das mit einer minimalen Anzahl von Elementen abgebildet ist. Ein realer Schaltkreis kann eine größere Anzahl solcher Strukturen umfassen. Im linken Teil von 7 umfasst ein erster Teilschaltkreis des Hybridfilters ein Reihenimpedanzelement IEs und ein Parallelimpedanzelement IEp. Das Reihenimpedanzelement IE_S kann als ein Kondensator umgesetzt sein und das Parallelimpedanzelement IE_P kann als eine Spule umgesetzt sein.
Ein zweiter Teilschaltkreis, der im rechten Teil der Figur dargestellt ist, umfasst mindestens einen Reihen-BAW-Resonator BR_S und mindestens einen Parallel-BAW-Resonator BR_P . Innerhalb des kombinierten Filterschaltkreises können sich erste und zweite Teilschaltkreise, wie in 6 und 7 dargestellt, abwechseln oder können in einer willkürlichen Abfolge angeordnet sein. Die genaue Gestaltung eines derartigen Hybridfilters kann gemäß den Anforderungen des gewünschten Hybridfilters optimiert werden. Eine derartige Optimierung kann von einem Fachmann mittels eines Optimierungscomputerprogramms einfach vorgenommen werden.
8 stellt eine Lattice-Anordnung aus BAW-Resonatoren dar, die Reihen- und Parallel-BAW-Resonatoren umfassen. Im Gegensatz zu der Ladder Type-Anordnung sind die Parallel-BAW-Resonatoren BR_P in parallelen Zweigen angeordnet, die zwei Reihensignalleitungen mit Reihen-BAW-Resonatoren BR_S verbinden. Die parallelen Zweige sind in einer Überkreuzungsanordnung geschaltet, sodass der Basisabschnitt der Lattice-Anordnung BS_LC einen ersten und einen zweiten Reihen-BAW-Resonator SR_S , die in zwei unterschiedlichen Signalleitungen angeordnet sind, und zwei überkreuz geschaltete Parallelzweige mit einem jeweiligen darin angeordneten Parallel-BAW-Resonator SR_P umfasst. Ein Lattice-Typfilter kann eine größere Anzahl von Basisabschnitten gemäß den Filteranforderungen umfassen.
Zwei oder mehr der in den 6 bis 8 dargestellten Filterschaltkreise können kombinierte Filter wie Duplexer oder Multiplexer ausbilden. Die Filter können in HF-Schaltkreisen als Bandpass-, Notch- oder Kantenfilter verwendet werden. Die Filterschaltkreise können mit anderen Schaltkreiselementen kombiniert werden, die nicht dargestellt oder erwähnt sind, aber im Allgemeinen aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Bezugszeichenliste

AB: Luftbrücke
BC: untere Elektrodenverbindung
BE: untere Elektrode
BR: BAW-Resonator
BR_P: Shunt-Resonator
BR_S: Reihenresonator
BS: Basisabschnitt eines Filterschaltkreises
CA: mittiger Bereich
DL: dielektrische Schicht
FR: Rahmengebiet
IE_S, IE_P: Reihen- und Shunt-Impedanzelement
IL: dielektrische Zwischenschicht
M1,M2: einzelne Spiegel eines Bragg-Spiegels
OF: äußerer Flügel
OL: Überlappung
PL: piezoelektrische Schicht
RC: Vertiefung im Substrat
SU: Substrat
TC: obere Elektrodenverbindung
TE: obere Elektrode
UL: Unterlappungsgebiet
Δd: Dickenverringerung im Unterlappungsgebiet

Claims

BAW-Resonator, der Folgendes umfasst: - ein Substrat (SU) - eine Sandwichkonstruktion, die aus Folgendem ausgebildet ist: - einer unteren Elektrode (BE) - einer piezoelektrischen Schicht (PL) - einer oberen Elektrode (TE) - eine dielektrische Schicht (DL), die die gesamte Oberfläche des BAW-Resonators (BR) bedeckt, wobei die Sandwichkonstruktion Folgendes umfasst: - einen mittigen Bereich (CA), worin sich die drei Schichten der Sandwichkonstruktion überlappen - ein Unterlappungsgebiet (UL), das den mittigen Bereich umgibt und eine Dicke d_U aufweist, die kleiner als die Dicke d_C des mittigen Gebiets ist - ein Rahmengebiet (FR), das das Unterlappungsgebiet umgibt und eine Dicke d_F aufweist, die größer als d_C ist wobei die verringerte Dicke d_U im Unterlappungsgebiet entweder auf einer verringerten Dicke der unteren Elektrode (BE), oder auf einer verringerten Dicke der oberen Elektrode (TE), die eine erste Unterschicht aus AlCu und eine zweite Unterschicht aus W umfasst, beruht, wobei im Unterlappungsgebiet (UL) nur die Dicke einer dieser Unterschichten der oberen Elektrode verringert ist.
BAW-Resonator nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die untere (BE) eine erste Unterschicht aus AlCu und eine zweite Unterschicht aus W umfasst, wobei die Dicke einer dieser Unterschichten im Unterlappungsgebiet (UL) verringert ist.
BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die untere Elektrode (BE) im Unterlappungsgebiet eine Dicke aufweist, die kleiner als die jeweilige Dicke davon im mittigen Bereich ist.
BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (DL) eine einheitliche Dicke über den gesamten Bereich des BAW-Resonators (BR) hinweg aufweist.
BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in einem Ladder Type-Schaltkreis aus Reihenresonatoren (BR_S) und Shunt-Resonatoren (BR_P) angeordnet ist, wobei jeder Reihen- und Shunt-Resonator als der wie oben beanspruchte BAW-Resonator umgesetzt ist, wobei die dielektrische Schicht (DL) eine Trimmschicht ist.
BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (DL) eine Trimmschicht ist, die aus einer SiN-Schicht ausgebildet ist, und die einheitliche Dicke der Trimmschicht 60 nm beträgt.
BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der jeweiligen Elektrode im Unterlappungsgebiet (UL) bezüglich des mittigen Bereichs (CA) um 15 nm verringert ist.
BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Unterlappungsgebiet (UL) eine Breite von 0,2 µm bis 8,0 µm aufweist.
BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rahmengebiet (FR) durch eine dielektrische Zwischenschicht (IL) ausgebildet wird, die zwischen der oberen Elektrode (TE) und der piezoelektrischen Schicht (PL) angeordnet ist.