DE102022101064A1

DE102022101064A1 - Transversal angeregte akustische filmvolumenresonatoren mit verbesserter kopplung und reduziertem energieverlust

Info

Publication number: DE102022101064A1
Application number: DE102022101064.3A
Authority: DE
Inventors: Sean McHugh; Filip Iliev
Original assignee: Resonant Inc
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2022-07-21
Also published as: US20220231657A1; CN114785307A

Abstract

Akustische Resonatoren, akustische Filtervorrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung. Eine akustische Resonatorvorrichtung enthält eine piezoelektrische Platte mit Vorder- und Rückfläche, einen Interdigitalwandler (IDT) auf der Vorderfläche, der ineinander verschachtelte Finger enthält, die sich abwechselnd von gegenüberliegenden ersten und zweiten Sammelschienen erstrecken, wobei ein Überlappungsabstand der ineinander verschachtelten Finger eine Apertur der akustischen Resonatorvorrichtung definiert, und eine dielektrische Schicht, die über und zwischen den ineinander verschachtelten Fingern gebildet ist, wobei sich die dielektrische Schicht von einem Rand der Apertur und der ersten Sammelschiene zu einem gegenüberliegenden Rand der Apertur und der zweiten Sammelschiene erstreckt.

Description

HINWEIS AUF URHEBERRECHTE UND HANDELSAUFMACHUNG
Ein Teil der Offenbarung dieser Patentschrift enthält Material, das dem Urheberrechtsschutz unterliegt. Diese Patentschrift kann Gegenstände zeigen und/oder beschreiben, die Handelsaufmachung des Inhabers ist oder werden kann. Der Inhaber des Urheberrechts und der Handelsaufmachung hat keine Einwände gegen die Faksimile-Reproduktion der Patentoffenbarung, wie sie in den Patentakten oder -aufzeichnungen des Patent- und Markenamts erscheint, durch jedermann, behält sich aber ansonsten alle Rechte am Urheberrecht und Handelsaufmachung vor.
INFORMATION ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Dieses Patent beansprucht Priorität der am 21. Januar 2021 eingereichten vorläufigen Patentanmeldung Nr. 63/140,030 mit dem Titel XBAR MIT VERBESSERTEM PISTON-MODE (IMPROVED PISTON MODE XBAR), die hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich auf Hochfrequenzfilter, die akustische Wellenresonatoren verwenden, und insbesondere auf Filter zur Verwendung in Kommunikationsausrüstung.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Ein Hochfrequenzfilter (HF-Filter) ist ein Zwei-Port-Gerät, das so eingerichtet ist, dass es einige Frequenzen durchlässt und andere Frequenzen sperrt, wobei „Durchlassen“ Übertragen mit relativ geringem Signalverlust bedeutet und „Sperren“ Blockieren oder wesentliches Dämpfen bedeutet. Der Bereich der von einem Filter durchgelassenen Frequenzen wird als „Durchlassband“ des Filters bezeichnet. Der Bereich der von einem solchen Filter gesperrten Frequenzen wird als „Sperrband“ des Filters bezeichnet. Ein typisches HF-Filter hat mindestens ein Durchlassband und mindestens ein Sperrband. Spezifische Anforderungen an ein Durchlass- oder Sperrband hängen von der Anwendung ab. Zum Beispiel kann ein „Durchlassband“ als ein Frequenzbereich definiert werden, in dem die Einfügungsdämpfung eines Filters besser als ein definierter Wert wie 1 dB, 2 dB oder 3 dB ist. Ein „Sperrband“ kann als ein Frequenzbereich definiert werden, in dem die Unterdrückung eines Filters je nach Anwendung größer als ein definierter Wert wie 20 dB, 30 dB, 40 dB oder mehr ist.
HF-Filter werden in Kommunikationssystemen verwendet, in denen Informationen über drahtlose Verbindungen übertragen werden. HF-Filter finden sich beispielsweise in den HF-Frontends von Mobilfunk-Basisstationen, Mobiltelefonen und Computergeräten, Satellitentransceivern und Bodenstationen, IoT-Geräten (Internet der Dinge), Laptops und Tablets, Festpunktfunkverbindungen und anderen Kommunikationssystemen. HF-Filter werden auch in Radar- und elektronischen und informationstechnischen Kriegsführungssystemen eingesetzt.
HF-Filter erfordern in der Regel viele Design-Kompromisse, um für jede spezifische Anwendung den besten Kompromiss zwischen Leistungsparametern wie Einfügungsdämpfung, Unterdrückung, Isolierung, Belastbarkeit, Linearität, Größe und Kosten zu erzielen. Spezifische Design- und Fertigungsmethoden und -verbesserungen können gleichzeitig einer oder mehreren dieser Anforderungen zugutekommen.
Leistungsverbesserungen an den HF-Filtern in einem Drahtlossystem können sich auf die Systemleistung auf breiter Front auswirken. Verbesserungen bei HF-Filtern können genutzt werden, um die Systemleistungsverbesserungen vorzusehen, wie z. B. größere Zellen, längere Batterielebensdauer, höhere Datenraten, größere Netzwerkkapazität, niedrigere Kosten, verbesserte Sicherheit, höhere Zuverlässigkeit usw. Diese Verbesserungen können auf vielen Ebenen des Drahtlossystems sowohl einzeln als auch in Kombination realisiert werden, wie zum Beispiel auf der Ebene des HF-Moduls, des HF-Transceivers, des mobilen oder festen Subsystems oder des Netzwerks.
Hochleistungs-HF-Filter für aktuelle Kommunikationssysteme enthalten üblicherweise akustische Wellenresonatoren, einschließlich akustische Oberflächenwellenresonatoren (Surface Acoustic Wave Resonator, SAW-Resonator), akustische Volumenwellenresonatoren (Bulk Acoustic Wave Resonator, BAW-Resonator), akustische Filmvolumenwellenresonatoren (Film Bulk Acoustic Wave Resonator, FBAR-Resonator) und andere Arten von akustischen Resonatoren. Diese bestehenden Technologien sind jedoch nicht gut für den Einsatz bei den höheren Frequenzen und Bandbreiten geeignet, die für zukünftige Kommunikationsnetze vorgeschlagen werden.
Der Wunsch nach größeren Kommunikationskanalbandbreiten führt unweigerlich zur Nutzung höherer Frequenzkommunikationsbänder. Die Funkzugangstechnologie für Mobilfunknetze wurde von der 3GPP (3rd Generation Partnership Project) standardisiert. Die Funkzugangstechnologie für Mobilfunknetze der 5. Generation (5G) ist im Standard 5G NR (New Radio) definiert. Der 5G NR-Standard definiert mehrere neue Kommunikationsbänder. Zwei dieser neuen Kommunikationsbänder sind n77, das den Frequenzbereich von 3300 MHz bis 4200 MHz nutzt, und n79, das den Frequenzbereich von 4400 MHz bis 5000 MHz nutzt. Sowohl das Band n77 als auch das Band n79 verwenden das Zeitduplexverfahren (TDD), so dass ein Kommunikationsgerät, das im Band n77 und/oder Band n79 arbeitet, dieselben Frequenzen für Uplink- und Downlink-Übertragungen verwendet. Die Bandpassfilter für die Bänder n77 und n79 müssen in der Lage sein, die Sendeleistung des Kommunikationsgeräts zu verarbeiten. WiFi-Bänder bei 5 GHz und 6 GHz erfordern ebenfalls eine hohe Frequenz und große Bandbreite. Der 5G NR-Standard definiert auch Millimeterwellen-Kommunikationsbänder mit Frequenzen zwischen 24,25 GHz und 40 GHz.
Der transversal angeregte akustische Filmvolumenresonator (XBAR) ist eine Struktur eines akustischen Resonators zur Verwendung bei Mikrowellenfiltern. Der XBAR ist im Patent US 10,491,291 mit dem Titel TRANSVERSAL ANGEREGTER AKUSTISCHER FILMVOLUMENRESONATOR (TRANSVERSELY EXCITED FILM BULK ACOUSTIC RESONATOR) beschrieben. Ein XBAR-Resonator umfasst einen Interdigitalwandler (Interdigital Transducer, IDT), der auf einer dünnen schwimmenden Schicht oder Membran aus einem einkristallinen piezoelektrischen Material gebildet ist. Der IDT enthält einen ersten Satz paralleler Finger, die sich von einer ersten Sammelschiene erstrecken, und einen zweiten Satz paralleler Finger, die sich von einer zweiten Sammelschiene erstrecken. Der erste und der zweite Satz von parallelen Fingern sind ineinander verschachtelt. Ein an den IDT angelegtes Mikrowellensignal regt eine primäre akustische Scherwelle in der piezoelektrischen Membran an. XBAR-Resonatoren bieten eine sehr hohe elektromechanische Kopplung und Hochfrequenzfähigkeit. XBAR-Resonatoren können in einer Vielzahl von HF-Filtern eingesetzt werden, darunter Bandsperrfilter, Bandpassfilter, Duplexer und Multiplexer. XBAR sind gut geeignet zur Verwendung in Filtern für Kommunikationsbänder mit Frequenzen über 3 GHz.
Figurenliste

1 enthält eine schematische Draufsicht, zwei schematische Querschnittsansichten und eine Detailansicht eines transversal angeregten akustischen Filmvolumenresonators (XBAR).
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Bandpassfilters mit akustischen Resonatoren.
3 ist eine schematische Draufsicht auf einen XBAR mit verbesserter Kopplung und reduziertem akustischen Energieverlust.
4 ist ein Diagramm des absoluten Wertes der Admittanz als Funktion der Frequenz für XBAR mit und ohne verbesserter Kopplung und reduziertem akustischen Energieverlust.
5 ist ein Diagramm des Leitwerts als Funktion der Frequenz für XBAR mit und ohne verbesserter Kopplung und reduziertem akustischen Energieverlust.
6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Filters mit XBAR mit verbesserter Kopplung und reduziertem akustischen Energieverlust.

In dieser Beschreibung werden Elementen, die in Zeichnungen erscheinen, drei- oder vierstellige Bezugsbezeichner zugewiesen, wobei die beiden niedrigstwertigen Ziffern für das Element spezifisch sind und die ein oder zwei höchstwertigen Ziffern die Zeichnungsnummer sind, bei der das Element zuerst eingeführt wird. Bei einem Element, das nicht in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben wird, kann davon ausgegangen werden, dass es dieselben Merkmale und dieselbe Funktion wie ein zuvor beschriebenes Element mit demselben Bezugsbezeichner hat.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Vorrichtungsbeschreibung
1 zeigt eine vereinfachte schematische Draufsicht und orthogonale Querschnittsansichten eines XBAR 100. Resonatoren nach Art XBAR wie der XBAR 100 können in einer Vielfalt von HF-Filtern verwendet werden, darunter Bandsperrfilter, Bandpassfilter, Duplexer und Multiplexer.
Der XBAR 100 besteht aus einer Dünnfilm-Leiterstruktur, das auf einer Oberfläche einer piezoelektrischen Platte 110 mit parallelen Vorder- und Rückflächen 112 bzw. 114 gebildet wird. Die piezoelektrische Platte ist eine dünne einkristalline Schicht aus einem piezoelektrischen Material wie Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Lanthangalliumsilikat, Galliumnitrid oder Aluminiumnitrid. Die piezoelektrische Platte wird so geschnitten, dass die Orientierung der X-, Y- und Z-Kristallachsen in Bezug auf die Vorder- und Rückfläche bekannt und konsistent ist. Die piezoelektrische Platte kann Z-geschnitten sein, d. h. die Z-Achse steht senkrecht zu der Vorder- und Rückfläche. Die piezoelektrische Platte kann ZYgeschnitten, gedreht Y-geschnitten, gedreht Z-geschnitten oder gedreht YX-geschnitten sein. XBAR können auf piezoelektrischen Platten mit anderen kristallographischen Ausrichtungen hergestellt werden.
Die Rückfläche 114 der piezoelektrischen Platte 110 ist an einer Fläche eines Substrats 120 angebracht, mit Ausnahme eines Bereichs der piezoelektrischen Platte 110, der eine Membran 115 bildet, die einen im Substrat gebildeten Hohlraum 140 überspannt. Der Bereich der piezoelektrischen Platte, der den Hohlraum überspannt, wird hier aufgrund seiner physikalischen Ähnlichkeit mit der Membran eines Mikrophons als „Membran“ 115 bezeichnet. Wie in 1 gezeigt, grenzt die Membran 115 an den Rest der piezoelektrischen Platte 110 um den gesamten Umfang 145 des Hohlraums 140 an. In diesem Zusammenhang bedeutet „angrenzend“ „durchgehend verbunden ohne ein dazwischenliegendes Element“. In anderen Konfigurationen kann die Membran 115 um mindestens 50 % des Umfangs 145 des Hohlraums 140 an die piezoelektrische Platte angrenzen.
Das Substrat 120 bietet eine mechanische Unterstützung für die piezoelektrische Platte 110. Das Substrat 120 kann zum Beispiel aus Silizium, Saphir, Quarz oder einem anderen Material oder einer Kombination von Materialien bestehen. Die Rückfläche 114 der piezoelektrischen Platte 110 kann mit Hilfe eines Wafer-Bonding-Verfahrens an das Substrat 120 angebracht werden. Alternativ kann die piezoelektrische Platte 110 auf dem Substrat 120 aufgewachsen oder auf andere Weise auf dem Substrat angebracht werden. Die piezoelektrische Platte 110 kann direkt auf dem Substrat oder über eine oder mehrere Materialzwischenschichten (in 1 nicht gezeigt) auf dem Substrat 120 angebracht werden.
„Hohlraum‟ hat die herkömmliche Bedeutung von „einem leeren Raum innerhalb eines festen Körpers“. Der Hohlraum 140 kann ein Loch sein, das vollständig durch das Substrat 120 geht (wie in Abschnitt A-A und Abschnitt B-B gezeigt), oder eine Aussparung im Substrat 120 unter der Membran 115. Der Hohlraum 140 kann zum Beispiel durch selektives Ätzen des Substrats 120 vor oder nach dem Anbringen der piezoelektrischen Platte 110 und des Substrats 120 gebildet werden.
Die Leiterstruktur des XBAR 100 enthält einen Interdigitalwandler (IDT) 130. Der IDT 130 umfasst eine erste Vielzahl von parallelen Fingern, wie z. B. Finger 136, die sich von einer ersten Sammelschiene 132 erstrecken, und eine zweite Vielzahl von Fingern, die sich von einer zweiten Sammelschiene 134 erstrecken. Der Begriff „Sammelschiene“ bezeichnet einen Leiter, von dem aus sich die Finger eines IDT erstrecken. Die erste und zweite Vielzahl von parallelen Fingern sind ineinander verschachtelt. Die ineinander verschachtelten Finger überlappen über eine Distanz AP, die allgemein als „Apertur“ des IDT bezeichnet wird. Der Mitte-zu-Mitte-Abstand L zwischen den äußersten Fingern des IDT 130 ist die „Länge“ des IDT.
Die erste und zweite Sammelschiene 132, 134 dienen als Anschlüsse des XBAR 100. Ein Hochfrequenz- oder Mikrowellensignal, das zwischen den beiden Sammelschienen 132, 134 des IDT 130 angelegt wird, regt eine primäre akustische Mode innerhalb der piezoelektrischen Platte 110 an. Die primäre akustische Mode ist eine Volumen-Schermode, bei der sich akustische Energie entlang einer Richtung ausbreitet, die im Wesentlichen orthogonal zur Oberfläche der piezoelektrischen Platte 110 verläuft, die auch senkrecht bzw. quer zur Richtung des von den IDT-Fingern erzeugten elektrischen Feldes verläuft. Daher wird der XBAR als transversal angeregter Filmvolumenwellenresonator betrachtet.
Der IDT 130 ist auf der piezoelektrischen Platte 110 so positioniert, dass zumindest die Finger des IDT 130 auf der Membran 115 angeordnet sind, die den Hohlraum 140 überspannt oder darüber aufgehängt ist. Wie in 1 gezeigt, weist der Hohlraum 140 eine rechteckige Form mit einer Ausdehnung auf, die größer ist als die Apertur AP und Länge L des IDT 130. Ein Hohlraum eines XBAR kann eine andere Form aufweisen, wie z. B. ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Vieleck. Der Hohlraum eines XBAR kann mehr oder weniger als vier Seiten aufweisen, die gerade oder gekrümmt sein können.
Zur Vereinfachung der Darstellung in 1 ist der geometrische Abstand und die geometrische Breite der IDT-Finger in Bezug auf die Länge (Dimension L) und Apertur (Dimension AP) des XBAR stark übertrieben. Ein typischer XBAR hat mehr als zehn parallele Finger im IDT 130. Ein XBAR kann Hunderte, möglicherweise Tausende, parallele Fingern im IDT 130 aufweisen. Ebenso sind die Dicken der IDT-Finger und der piezoelektrischen Platte in den Querschnittsansichten stark übertrieben dargestellt.
Bezug nehmend auf die detaillierte schematische Querschnittsansicht (Detail C) kann eine vorderseitige dielektrische Schicht 150 (oder Beschichtung) optional auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte 110 gebildet werden. Die „Vorderseite“ des XBAR ist per Definition die vom Substrat abgewandte Fläche. Die vorderseitige dielektrische Schicht 150 kann nur zwischen den IDT-Fingern (z. B. IDT-Finger 138b) gebildet werden oder als Deckschicht aufgebracht werden, so dass die dielektrische Schicht sowohl zwischen als auch über den IDT-Fingern (z. B. IDT-Finger 138a) gebildet wird. Die vorderseitige dielektrische Schicht 150 kann ein nichtpiezoelektrisches dielektrisches Material sein, wie z. B. Siliziumdioxid, Aluminium oder Siliziumnitrid. Eine Dicke der vorderseitigen piezoelektrischen Schicht 150 ist typischerweise kleiner als ein Drittel der Dicke tp der piezoelektrischen Platte 110. Die vorderseitige dielektrische Schicht 150 kann aus mehreren Schichten von zwei oder mehr Materialien gebildet werden. Bei einigen Anwendungen kann eine rückseitige dielektrische Schicht (nicht gezeigt) auf der Rückseite der dielektrischen Platte 110 gebildet werden.
Die IDT-Finger 138a und 138b können aus einer oder mehreren Schichten aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung, Beryllium, Gold, Wolfram, Molybdän, Chrom, Titan oder einem anderen leitfähigen Material bestehen. Die IDT-Finger werden als „im Wesentlichen aus Aluminium“ betrachtet, wenn sie aus Aluminium oder einer Legierung mit mindestens 50 % Aluminium bestehen. Die IDT-Finger werden als „im Wesentlichen aus Kupfer“ betrachtet, wenn sie aus Kupfer oder einer Legierung mit mindestens 50 % Kupfer bestehen. Dünne (im Verhältnis zur Gesamtdicke der Leiter) Schichten aus Metallen, wie z. B. Chrom oder Titan, können unter und/oder über und/oder als Schichten innerhalb der Finger gebildet werden, um die Haftung zwischen den Fingern und der piezoelektrischen Platte 110 zu verbessern und/oder die Finger zu passivieren oder zu verkapseln und/oder die Leistungsaufnahme zu verbessern. Die Sammelschienen (132, 134 in 1) des IDT können aus den gleichen oder anderen Materialien wie die Finger bestehen.
Dimension p ist der Mitte-zu-Mitte-Abstand oder „Abstand“ („Pitch“) der IDT-Finger, die als der Abstand des IDT und/oder als der Abstand des XBAR bezeichnet werden kann. Dimension m ist die Breite oder „Marke“ („Mark“) der IDT-Finger. Die Geometrie des IDT eines XBAR unterscheidet sich wesentlich von den in Oberflächenwellenresonatoren (Surface Acoustic Wave Resonatoren, SAW-Resonatoren) verwendeten IDT. In einem SAW-Resonator beträgt der Abstand des IDT die Hälfte der akustischen Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz. Darüber hinaus liegt das Marke-zu-Abstand-Verhältnis eines SAW-Resonator-IDT typischerweise nahe 0,5 (d. h. die Marke oder Fingerbreite beträgt etwa ein Viertel der akustischen Wellenlänge bei Resonanzfrequenz). Bei einem XBAR kann der Abstandp des IDT das 2- bis 20-Fache der Breite m der Finger betragen. Der Abstandp beträgt typischerweise das 3,3- bis 5-Fache der Breite m der Finger. Darüber hinaus kann der Abstand p des IDT typischerweise das 2- bis 20-Fache der Dicke der piezoelektrischen Platte 210 betragen. Der Abstand p des IDT beträgt typischerweise das 5- bis 12,5-Fache der Dicke der piezoelektrischen Platte 210. Die Breite m der IDT-Finger in einem XBAR ist nicht auf etwa ein Viertel der akustischen Wellenlänge bei Resonanz beschränkt. Beispielsweise kann die Breite der XBAR-IDT-Finger 500 nm oder mehr betragen, so dass der IDT ohne Weiteres mittels optischer Lithographie hergestellt werden kann. Die Dicke der IDT-Finger kann von 100 nm bis etwa gleich der Breite m betragen. Die Dicke der Sammelschienen (132, 134) des IDT kann gleich oder größer als die Dicke der IDT-Finger sein.
2 ist ein schematischer Schaltplan und Layout für ein Hochfrequenz-Bandpassfilter 200 mit XBAR. Das Filter 200 hat eine herkömmliche Leiterfilterarchitektur mit drei Serienresonatoren 210A, 210B, 210C und zwei Shunt-Resonatoren 220A, 220B. Die drei Serienresonatoren 210A, 210B und 210C sind zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss in Reihe geschaltet (daher der Begriff „Serienresonator“). In 2 sind der erste und der zweite Anschluss mit „In“ bzw. „Out“ beschriftet. Das Filter 200 ist jedoch bidirektional und jeder Anschluss kann als Eingang oder Ausgang des Filters dienen. Die beiden Shunt-Resonatoren 220A, 220B sind von den Knoten zwischen den Serienresonatoren an Masse geschaltet. Ein Filter kann zusätzliche reaktive Komponenten enthalten, wie Kapazitäten und/oder Induktivitäten, die in 2 nicht gezeigt sind. Alle Shunt-Resonatoren und Serienresonatoren sind XBAR. Die Einbeziehung von drei Serien- und zwei Shunt-Resonatoren ist beispielhaft. Ein Filter kann mehr oder weniger als fünf Gesamtresonatoren, mehr oder weniger als drei Serienresonatoren und mehr oder weniger als zwei Shunt-Resonatoren aufweisen. Typischerweise sind alle Serienresonatoren in Reihe zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Filters geschaltet. Alle Shunt-Resonatoren sind typischerweise zwischen Masse und dem Eingang, dem Ausgang oder einem Knoten zwischen zwei Serienresonatoren geschaltet.
In dem beispielhaften Filter 200 sind die drei Serienresonatoren 210A, 210B und 210C und die beiden Shunt-Resonatoren 220A und 210B des Filters 200 auf einer einzigen Platte 230 aus piezoelektrischem Material gebildet, die an ein Siliziumsubstrat (nicht sichtbar) gebondet ist. Bei einigen Filtern können die Serienresonatoren und Shunt-Resonatoren auf verschiedenen Platten aus piezoelektrischem Material gebildet sein. Jeder Resonator enthält einen entsprechenden IDT (nicht gezeigt), wobei zumindest die Finger des IDT über einem Hohlraum im Substrat angeordnet sind. In diesem und ähnlichen Zusammenhängen bedeutet der Begriff „jeweils“ „zueinander in Beziehung stehend“, d. h. mit einer Eins-zu-Eins-Entsprechung. In 2 sind die Hohlräume schematisch als gestrichelte Rechtecke (z. B. das Rechteck 235) dargestellt. In diesem Beispiel ist jedes IDT über einem entsprechenden Hohlraum angeordnet. In anderen Filtern können die IDT von zwei oder mehr Resonatoren über einem einzigen Hohlraum angeordnet sein.
Jeder der Resonatoren 210A, 210B, 210C, 220A, 220B in dem Filter 200 weist eine Resonanz auf, bei der die Admittanz des Resonators sehr hoch ist, und eine Antiresonanz, bei der die Admittanz des Resonators sehr niedrig ist. Die Resonanz und die Antiresonanz treten bei einer Resonanzfrequenz bzw. einer Antiresonanzfrequenz auf, die für die verschiedenen Resonatoren im Filter 200 gleich oder unterschiedlich sein können. Stark vereinfacht kann jeder Resonator bei seiner Resonanzfrequenz als Kurzschluss und bei seiner Antiresonanzfrequenz als offener Stromkreis betrachtet werden. Die Eingangs-Ausgangs-Übertragungsfunktion wird bei den Resonanzfrequenzen der Shunt-Resonatoren und bei den Antiresonanzfrequenzen der Serienresonatoren nahe Null sein. In einem typischen Filter liegen die Resonanzfrequenzen der Shunt-Resonatoren unterhalb des unteren Randes des Durchlassbandes des Filters und die Antiresonanzfrequenzen der Serienresonatoren liegen oberhalb des oberen Randes des Durchlassbandes. Bei einigen Filtern kann auf der Vorder- und/oder Rückfläche der Shunt-Resonatoren eine dielektrische Schicht (auch „Frequenzeinstellschicht“ genannt), dargestellt durch das gestrichelte Rechteck 270, gebildet werden, um die Resonanzfrequenzen der Shunt-Resonatoren im Verhältnis zu den Resonanzfrequenzen der Serienresonatoren niedriger einzustellen. In anderen Filtern können die Membranen der Serienresonatoren dünner sein als die Membranen der Shunt-Resonatoren. In einigen Filtern können die Serienresonatoren und die Shunt-Resonatoren auf separaten Chips mit unterschiedlichen piezoelektrischen Plattenstärken hergestellt werden.
Dreidimensionale Simulationen von XBAR-Vorrichtungen zeigen, dass ein Teil der akustischen Energie an den Enden der IDT-Finger, d. h. in einem Spalt zwischen den Enden der Elektroden und den Sammelschienen, entweichen oder verloren gehen kann. Eine gut geführte Welle weist Wellenleitermoden hoher Ordnung auf, die sich entlang der Apertur bilden. Die Transversalmoden der akustischen Welle koppeln an den Spalt und können einen Energieeinschluss innerhalb des Spalts bilden. Dies äußert sich entweder in Form von Verlusten oder starken Störungen. Die Kopplung an verschiedene Transversalmoden ist möglich, weil das gleichmäßige elektrische Feld entlang der Apertur und der Struktur der Transversalmoden nicht orthogonal sind. Diese Transversalmoden sollten durch den IDT elektrisch entkoppelt werden, um unerwünschte Moden zu unterdrücken.
Ein Resonator mit geringem Verlust und geringem Störanteil kann durch Verbesserung der Wellenleitung (z. B. Unterdrückung von Wellenabstrahlung zwischen den IDT-Enden und der Sammelschiene) bei gleichzeitiger elektrischer Entkopplung der Transversalmoden höherer Ordnung entworfen werden. Die Entkopplung erfolgt in der Regel durch ein „Kolben“-Design („Piston“-Design), bei dem die grundlegende Transversalmode bei Resonanz eine gleichmäßige Verteilung entlang der Apertur aufweist. Somit fällt die Struktur der grundlegenden Transversalmode mit der Struktur des äußeren elektrischen Feldes zusammen. In der Wellenleitertheorie sind die wellengeführten Moden funktional orthogonal, d. h. alle Moden höherer Ordnung sind orthogonal zur Struktur der grundlegenden Mode, die mit dem externen elektrischen Feld im Piston-Modus identisch ist. Infolgedessen sind die transversalen Moden höherer Ordnung elektrisch vom IDT entkoppelt.
3 ist eine schematische Draufsicht auf einen XBAR 300 mit verbesserter Kopplung und reduziertem akustischen Energieverlust. Ähnlich wie der XBAR 100 von 1 umfasst der XBAR 300 eine piezoelektrische Platte 310 auf einem Substrat mit einem Hohlraum (nicht dargestellt) und einen IDT 330 mit ineinander verschachtelten Fingern 336, die sich abwechselnd von Sammelschienen 332, 334 auf der piezoelektrischen Platte 310 erstrecken. Eine vorderseitige dielektrische Schicht 350 befindet sich über dem IDT. Die dielektrische Schicht 350 kann zum Beispiel aus SiOz, SiN₃, Al₂O₃, Ta₂O₅, Titanoxid, Titannitrid, AlN (nicht-piezoelektrische Phase), Diamant und/oder anderen nichtpiezoelektrischen dielektrischen Materialien und Kombinationen davon bestehen. Die ineinander verschachtelten Finger überlappen um einen Abstand AP, der eine „Apertur“ des IDT definiert. Wie oben beschrieben, sind die Anzahl und die relativen Größen einzelner Elemente zueinander, z. B. die Anzahl der Finger, der Abstand der Finger, die Breite der Finger, die Länge der Apertur usw., nicht notwendigerweise genau dargestellt, sondern zur Vereinfachung der Darstellung übertrieben.
Unerwünschte Störmoden können erheblich reduziert werden, wenn in einem Bereich zwischen den Enden der Finger 336 und den Sammelschienen 332, 334 keine dielektrische Schicht vorhanden oder die dielektrische Schicht erheblich reduziert ist. Bei bestimmten Konfigurationen (z. B. 120-yx-Lithiumniobit-Piezoplatten) kann die Kopplung des Resonators jedoch reduziert werden, wenn die dielektrische Schicht die Apertur genau überlappt und sich nicht in den Bereich zwischen den Enden der Finger 336 und den Sammelschienen 332, 334 erstreckt. In dem XBAR 300 von 3 erstreckt sich die dielektrische Schicht 350 um eine Distanz do über einen Rand der Apertur, aber nicht bis zu den Sammelschienen 332, 334. Ein Rand der Öffnung ist eine Linie, die entlang der Enden der IDT-Finger am Spalt zwischen den Enden der IDT-Finger und den Sammelschienen verläuft. Die Apertur hat zwei gegenüberliegende Ränder, einen ersten Rand, der an eine der Sammelschienen angrenzt, und einen gegenüberliegenden zweiten Rand, der an die andere der Sammelschienen angrenzt. Die Kopplung wird verbessert, wenn sich die dielektrische Schicht über den Rand der Apertur hinaus erstreckt, aber nicht bis zu den Sammelschienen reicht. Die Ausdehnung (oder der Überhang) wird so gewählt, dass die Kopplung optimiert wird, ohne dass zusätzliche Verluste oder Störmoden auftreten.
Eine Resonanzfrequenz der primären akustischen Schermode, die durch den IDT 330 in der piezoelektrischen Platte 310 zwischen der dielektrischen Schicht 350 und den Sammelschienen 332, 334 angeregt wird, hat eine höhere Frequenz als die primäre akustische Schermode, die durch den IDT 330 in der von der dielektrischen Schicht 350 bedeckten piezoelektrischen Platte 310 angeregt wird. Die Frequenz ist höher, weil die Frequenz ungefähr umgekehrt proportional zur Dicke der Vorrichtung ist. Dies führt zu einem reduzierten Energieverlust an den Enden der Finger, da eine bessere Wellenleitung erreicht wird.
Die Länge do kann zum Beispiel kleiner als oder gleich 20tp sein. In einem Beispiel beträgt die Länge do etwa 2 µm.
4 ist ein Diagramm 400 des Absolutwerts der Admittanz als Funktion der Frequenz für XBAR mit und ohne dielektrischer Schicht, wie in 3 beschrieben. In diesem Beispiel wird die dielektrische Schicht aus SiO₂ gebildet. Die durchgezogene Kurve 410 ist eine Darstellung des absoluten Werts der Admittanz für einen XBAR mit einer dielektrischen Schicht über einer einzigen Apertur eines IDT. Die gestrichelte Kurve 420 ist eine Darstellung des absoluten Werts der Admittanz für einen XBAR mit einer dielektrischen Schicht, die sich über eine Länge do von 2 µm über den Rand der Apertur hinaus erstreckt. Kurve 420 zeigt eine verbesserte Admittanz im Vergleich zu Kurve 410.
5 ist ein Diagramm 500 des Leitwerts als Funktion der Frequenz für XBAR mit und ohne dielektrischer Schicht, wie in 3 beschrieben. Die durchgezogene Kurve 510 ist eine Darstellung des Leitwerts für einen XBAR mit einer dielektrischen Schicht nur über einer Apertur eines IDT. Die gestrichelte Kurve 520 ist eine Darstellung des Leitwerts für einen XBAR mit einer dielektrischen Schicht, die sich über eine Länge do von 2 µm über den Rand der Apertur hinaus erstreckt. Kurve 520 zeigt einen reduzierten Leitwert im Vergleich zur Kurve 510. Der reduzierte Leitwert kann zu einer verbesserten Einfügungsdämpfung für ein Filter führen, das diese XBAR als Shunt-Resonator verwendet.
Verfahrensbeschreibung
6 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das ein Verfahren 600 zur Herstellung einer Filtervorrichtung mit XBAR mit verbesserter Kopplung und reduziertem akustischem Energieverlust zusammenfasst. Insbesondere dient das Verfahren 600 zur Herstellung einer Filtervorrichtung mit mehreren XBAR. Das Verfahren 600 beginnt bei 605 mit einem Vorrichtungssubstrat und einer dünnen Platte aus piezoelektrischem Material, die auf einem Opfersubstrat angeordnet ist. Das Verfahren 600 endet bei 695 mit einer fertigen Filtervorrichtung. Das Flussdiagramm in 6 enthält nur die wichtigsten Verfahrensschritte. Verschiedene herkömmliche Verfahrensschritte (z. B. Oberflächenvorbereitung, Reinigung, Inspektion, Einbrennen, Glühen, Überwachung, Prüfung usw.) können vor, zwischen, nach und während der in 6 dargestellten Schritte durchgeführt werden.
Während 6 allgemein ein Verfahren zur Herstellung einer einzelnen Filtervorrichtung beschreibt, können mehrere Filtervorrichtungen gleichzeitig auf einem gemeinsamen Wafer (bestehend aus einer piezoelektrischen Platte, die an ein Substrat gebondet ist) hergestellt werden. In diesem Fall kann jeder Schritt des Verfahrens 600 gleichzeitig an allen Filtervorrichtungen auf dem Wafer durchgeführt werden.
Das Flussdiagramm in 6 zeigt drei Varianten des Verfahrens 600 zur Herstellung eines XBAR, die sich darin unterscheiden, wann und wie die Hohlräume im Substrat der Vorrichtung gebildet werden. Die Hohlräume können in den Schritten 610A, 610B oder 610C gebildet werden. In jeder der drei Varianten des Verfahrens 600 wird nur einer dieser Schritte durchgeführt.
Die piezoelektrische Platte kann typischerweise aus ZY-geschnittenem oder YXgeschnittenem Lithiumniobat bestehen. Die piezoelektrische Platte kann auch aus einem anderen Material und/oder mit einem anderen Schnitt bestehen. Das Vorrichtungssubstrat kann vorzugsweise aus Silizium bestehen. Das Vorrichtungssubstrat kann aus einem anderen Material bestehen, das die Bildung tiefer Hohlräume durch Ätzen oder andere Verfahren ermöglicht.
In einer Variante des Verfahrens 600 werden ein oder mehrere Hohlräume im Substrat der Vorrichtung bei 610A gebildet, bevor die piezoelektrische Platte bei 615 an das Substrat gebondet wird. Für jeden Resonator in einer Filtervorrichtung kann ein eigener Hohlraum gebildet werden. Die Hohlräume können auch so geformt und gebildet sein, dass sich zwei oder mehr Resonatoren auf einer Membran über einem Hohlraum befinden können. Die ein oder mehreren Hohlräume können mit herkömmlichen Photolithographie- und Ätztechniken hergestellt werden. Typischerweise durchdringen die bei 610A gebildeten Hohlräume das Substrat der Vorrichtung nicht.
Bei 615 wird die piezoelektrische Platte an das Vorrichtungssubstrat gebondet. Die piezoelektrische Platte und das Vorrichtungssubstrat können durch ein Wafer-Bonding-Verfahren gebondet werden. In der Regel sind die Kontaktflächen des Vorrichtungssubstrats und der piezoelektrischen Platte hochglanzpoliert. Eine oder mehrere Schichten aus Zwischenmaterialien, wie beispielsweise ein Oxid oder Metall, können auf der Kontaktfläche der piezoelektrischen Platte oder des Vorrichtungssubstrats gebildet oder abgeschieden werden. Eine oder beide Kontaktflächen können beispielsweise durch ein Plasmaverfahren aktiviert werden. Die Kontaktflächen können dann mit erheblicher Kraft zusammengepresst werden, um molekulare Bindungen zwischen der piezoelektrischen Platte und dem Vorrichtungssubstrat oder den Zwischenmaterialschichten herzustellen.
Bei 620 kann das Opfersubstrat entfernt werden. Die piezoelektrische Platte und das Opfersubstrat können beispielsweise aus einem Wafer aus piezoelektrischem Material bestehen, in den Ionen implantiert wurden, um Defekte in der Kristallstruktur entlang einer Ebene zu erzeugen, die eine Grenze zwischen der späteren piezoelektrischen Platte und dem Opfersubstrat bildet. Bei 620 kann der Wafer entlang der Defektebene gespalten werden, beispielsweise durch einen thermischen Schock, wobei das Opfersubstrat abgelöst wird und die an das Vorrichtungssubstrat gebondete piezoelektrische Platte übrig bleibt. Die freiliegende Oberfläche der piezoelektrischen Platte kann poliert oder auf andere Weise bearbeitet werden, nachdem das Opfersubstrat abgelöst wurde.
Eine erste Leiterstruktur, die die IDT (einschließlich der Sammelschienen und der ineinander verschachtelten Finger) und die Reflektorelemente jedes XBAR umfasst, wird bei 645 durch Abscheiden und Strukturieren einer oder mehrerer Leiterschichten auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte gebildet. Die Leiterschicht kann beispielsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung oder einem anderen leitfähigen Metall bestehen. Optional können eine oder mehrere Schichten aus anderen Materialien unterhalb (d. h. zwischen der Leiterschicht und der piezoelektrischen Platte) und/oder oberhalb der Leiterschicht angeordnet sein. So kann beispielsweise ein dünner Film aus Titan, Chrom oder einem anderen Metall verwendet werden, um die Haftung zwischen der Leiterschicht und der piezoelektrischen Platte zu verbessern. Eine zweite Leiterstruktur aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem anderen Metall mit höherer Leitfähigkeit kann über Teilen der ersten Leiterstruktur gebildet werden (z. B. den IDT-Sammelschienen und den Verbindungen zwischen den IDT).
Jede Leiterstruktur kann bei 645 gebildet werden, indem die Leiterschicht und gegebenenfalls eine oder mehrere andere Metallschichten nacheinander auf die Oberfläche der piezoelektrischen Platte abgeschieden werden. Das überschüssige Metall kann dann durch Ätzen durch strukturiertes Photoresist entfernt werden. Die Leiterschicht kann beispielsweise durch Plasmaätzen, reaktives Ionenätzen, nasschemisches Ätzen oder andere Ätztechniken geätzt werden.
Alternativ kann jede Leiterstruktur mit Hilfe eines Lift-off-Verfahrens bei 645 gebildet werden. Auf die piezoelektrische Platte kann Photoresist abgeschieden werden, das so strukturiert wird, dass die Leiterstruktur entsteht. Die Leiterschicht und gegebenenfalls eine oder mehrere andere Schichten können nacheinander auf die Oberfläche der piezoelektrischen Platte abgeschieden werden. Das Photoresist kann dann entfernt werden, wodurch das überschüssige Material entfernt wird und die Leiterstruktur übrig bleibt.
Bei 650 kann eine oder mehrere frequenzeinstellende dielektrische Schicht(en) durch Aufbringen einer oder mehrerer Schichten aus dielektrischem Material auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte gebildet werden. Beispielsweise kann eine dielektrische Schicht über den Shunt-Resonatoren gebildet werden, um die Frequenzen der Shunt-Resonatoren im Verhältnis zu den Frequenzen der Serienresonatoren zu verringern. Die eine oder mehrere dielektrische Schichten können mit einem herkömmlichen Abscheidungsverfahren wie der physikalischen Gasphasenabscheidung, der Atomlagenabscheidung, der chemischen Gasphasenabscheidung oder einem anderen Verfahren abgeschieden werden. Ein oder mehrere lithographische Verfahren (unter Verwendung von Photomasken) können verwendet werden, um die Abscheidung der dielektrischen Schichten auf ausgewählte Bereiche der piezoelektrischen Platte zu beschränken. Beispielsweise kann eine Maske verwendet werden, um eine dielektrische Schicht so zu begrenzen, dass sie nur die Shunt-Resonatoren bedeckt.
Auch bei 650 kann der Teil des Bereichs zwischen den Sammelschienen und den Enden der ineinander verschachtelten Finger maskiert werden, wenn die dielektrischen Schichten gebildet werden, um die Bildung der dielektrischen Schicht in diesem Bereich zu verhindern. Beispielsweise kann sich die dielektrische Schicht nur eine bestimmte Distanz (z. B. 2 µm) über den Rand der Apertur hinaus in den Bereich zwischen den Sammelschienen und den Enden der ineinander verschachtelten Finger erstrecken, wie mit Bezug auf 3 beschrieben. Ferner kann die dielektrische Schicht über diesem Bereich dünner als der Rest der dielektrischen Schicht gebildet sein. Alternativ kann die dielektrische Schicht in diesem Bereich nach der dielektrischen Ausbildung entfernt werden.
Bei 655 wird eine dielektrische Passivierungs-/Abstimmungsschicht über der piezoelektrischen Platte und den Leiterstrukturen abgeschieden. Die dielektrische Passivierungs-/Abstimmungsschicht kann die gesamte Oberfläche des Filters bedecken, mit Ausnahme der Pads für elektrische Verbindungen zu Schaltkreisen außerhalb des Filters. In einigen Ausführungsformen des Verfahrens 600 kann die dielektrische Passivierungs-/Abstimmungsschicht gebildet werden, nachdem die Hohlräume im Vorrichtungssubstrat entweder bei 610B oder 610C geätzt worden sind.
In einer zweiten Variante des Verfahrens 600 werden ein oder mehrere Hohlräume auf der Rückseite des Vorrichtungssubstrats bei 610B gebildet. Für jeden Resonator in einer Filtervorrichtung kann ein eigener Hohlraum gebildet werden. Die Hohlräume können auch so gebildet werden, dass zwei oder mehr Resonatoren auf einer Membran über einem Hohlraum liegen können. Die ein oder mehreren Hohlräume können durch anisotropes oder orientierungsabhängiges Trocken- oder Nassätzen gebildet werden, um Löcher durch die Rückseite des Vorrichtungssubstrats zur piezoelektrischen Platte zu öffnen. In diesem Fall haben die resultierenden Resonatorvorrichtungen einen Querschnitt wie in 1 dargestellt.
In einer dritten Variante des Verfahrens 600 können ein oder mehrere Hohlräume in Form von Vertiefungen im Vorrichtungssubstrat bei 610C durch Ätzen des Substrats mit einem Ätzmittel gebildet werden, das durch Öffnungen in der piezoelektrischen Platte eingeführt wird. Für jeden Resonator in einer Filtervorrichtung kann ein eigener Hohlraum gebildet werden. Die Hohlräume können auch so gebildet werden, dass sich zwei oder mehr Resonatoren auf einer Membran über einem Hohlraum befinden können. Der eine oder die mehreren bei 610C gebildeten Hohlräume durchdringen das Substrat der Vorrichtung nicht.
Im Idealfall erfüllen nach der Bildung der Hohlräume bei 610B oder 610C die meisten oder alle Filtervorrichtungen auf einem Wafer eine Reihe von Leistungsanforderungen. Normale Verfahrenstoleranzen führen jedoch zu Abweichungen bei Parametern wie der Dicke der dielektrischen Schicht, die bei 650 und 655 gebildet wird, zu Abweichungen bei der Dicke und Linienbreiten von Leitern und IDT-Fingern, die bei 645 gebildet werden, sowie zu Abweichungen bei der Dicke der piezoelektrischen Platte. Diese Abweichungen tragen dazu bei, dass die Leistung der Filtervorrichtung von den Leistungsanforderungen abweicht.
Zur Verbesserung der Ausbeute an Filtervorrichtungen, die die Leistungsanforderungen erfüllen, kann die Frequenzabstimmung durch selektive Einstellung der Dicke der Passivierungs-/Abstimmungsschicht erfolgen, die über den Resonatoren bei 655 abgeschieden wird. Die Frequenz des Durchlassbereichs einer Filtervorrichtung kann durch Hinzufügen von Material zur Passivierungs-/Abstimmungsschicht gesenkt werden, und die Frequenz des Durchlassbereichs der Filtervorrichtung kann durch Entfernen von Material von der Passivierungs-/Abstimmungsschicht erhöht werden. In der Regel ist das Verfahren 600 so ausgerichtet, dass Filtervorrichtungen mit Durchlassbändern hergestellt werden, die anfänglich niedriger sind als ein erforderlicher Frequenzbereich, aber durch Entfernen von Material von der Oberfläche der Passivierungs-/Abstimmungsschicht auf den gewünschten Frequenzbereich abgestimmt werden können.
Bei 660 kann eine Testkarte oder eine andere Vorrichtung zur Herstellung elektrischer Verbindungen mit dem Filter verwendet werden, um Hochfrequenztests (HF-Tests) und Messungen von Filtereigenschaften wie der Eingangs-Ausgangs-Übertragungsfunktion zu ermöglichen. In der Regel werden HF-Messungen an allen oder einem großen Teil der Filtervorrichtungen durchgeführt, die gleichzeitig auf einer gemeinsamen piezoelektrischen Platte und einem gemeinsamen Substrat hergestellt werden.
Bei 665 kann eine globale Frequenzabstimmung durchgeführt werden, indem Material von der Oberfläche der Passivierungs-/Abstimmungsschicht mit einem selektiven Materialabtragungswerkzeug wie beispielsweise einer Ionenfräse, wie zuvor beschrieben, entfernt wird. Die „globale“ Abstimmung erfolgt mit einer räumlichen Auflösung, die gleich oder größer ist als die einer einzelnen Filtervorrichtung. Ziel der globalen Abstimmung ist es, den Durchlassbereich jeder Filtervorrichtung in Richtung eines gewünschten Frequenzbereichs zu verschieben. Die Testergebnisse von 660 können verarbeitet werden, um eine globale Konturenkarte zu erstellen, die die Menge des zu entfernenden Materials als Funktion der zweidimensionalen Position auf dem Wafer angibt. Das Material wird dann entsprechend der Konturenkarte mit dem selektiven Materialabtragungswerkzeug entfernt.
Bei 670 kann eine lokale Frequenzabstimmung zusätzlich zu oder anstelle der globalen Frequenzabstimmung bei 665 durchgeführt werden. Die „lokale“ Frequenzabstimmung wird mit einer räumlichen Auflösung durchgeführt, die kleiner ist als eine einzelne Filtervorrichtung. Die Testergebnisse von 660 können verarbeitet werden, um eine Karte zu erstellen, die die Menge an Material angibt, die an jeder Filtervorrichtung entfernt werden muss. Die lokale Frequenzabstimmung kann die Verwendung einer Maske erfordern, um die Größe der Bereiche, von denen Material entfernt wird, zu begrenzen. Beispielsweise kann eine erste Maske verwendet werden, um die Abstimmung nur auf Shunt-Resonatoren zu beschränken, und eine zweite Maske kann anschließend verwendet werden, um die Abstimmung nur auf Serienresonatoren zu beschränken (oder umgekehrt). Dies würde eine unabhängige Abstimmung der unteren Bandgrenze (durch Abstimmung von Shunt-Resonatoren) und der oberen Bandgrenze (durch Abstimmung von Serienresonatoren) der Filtervorrichtungen ermöglichen.
Nach Frequenzabstimmung bei 665 und/oder 670 wird die Filtervorrichtung bei 675 fertiggestellt. Zu den Maßnahmen, die bei 675 durchgeführt werden können, gehören das Herstellen von Bondpads oder Lötstellen oder anderen Mitteln zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Vorrichtung und externen Schaltkreisen (falls solche Pads nicht bei 645 hergestellt wurden), das Herausschneiden einzelner Filtervorrichtungen aus einem Wafer, der mehrere Filtervorrichtungen enthält, andere Verpackungsschritte und zusätzliche Tests. Nachdem jedes Filterelement fertiggestellt ist, endet das Verfahren bei 695.
Abschließende Bemerkungen
In dieser gesamten Beschreibung sollten die gezeigten Ausführungsformen und Beispiele als Muster betrachtet werden und nicht als Einschränkungen der offenbarten oder beanspruchten Vorrichtungen und Vorgehensweisen. Obwohl viele der hier dargestellten Beispiele spezifische Kombinationen von Verfahrenstätigkeiten oder Systemelementen beinhalten, sollte verstanden werden, dass diese Tätigkeiten und diese Elemente auf andere Weise kombiniert werden können, um die gleichen Ziele zu erreichen. Im Hinblick auf Flussdiagramme können zusätzliche und weniger Schritte unternommen werden, und die gezeigten Schritte können kombiniert oder weiter verfeinert werden, um die hier beschriebenen Verfahren zu erreichen. Tätigkeiten, Elemente und Merkmale, die nur im Zusammenhang mit einer Ausführungsform diskutiert werden, sollen nicht von einer ähnlichen Rolle in anderen Ausführungsformen ausgeschlossen werden.
Wie hier verwendet, bedeutet „Vielzahl“ zwei oder mehr. Wie hier verwendet, kann ein „Satz“ von Elementen einen oder mehrere solcher Elemente umfassen. In der hier verwendeten Form, sei es in der schriftlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen, sind die Begriffe „umfassend“, „einschließend“, „tragend“, „aufweisend“, „enthaltend“, „einbeziehend“ und dergleichen so zu verstehen, dass sie unbegrenzt sind, d. h. dass sie einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind. Nur die Übergangsphrasen „bestehend aus“ bzw. „bestehend im Wesentlichen aus“ sind geschlossene oder halbgeschlossene Übergangsphrasen mit Bezug auf Ansprüche. Die Verwendung von ordinalen Ausdrücken wie „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. in den Ansprüchen, um ein Anspruchselement zu ändern, bedeutet an sich keine Priorität, keinen Vorrang oder keine Reihenfolge eines Anspruchselements gegenüber einem anderen oder die zeitliche Reihenfolge, in der die Tätigkeiten eines Verfahrens ausgeführt werden, sondern sie werden lediglich als Kennzeichnungen verwendet, um ein Anspruchselement mit einem bestimmten Namen von einem anderen Element mit demselben Namen zu unterscheiden (aber für die Verwendung des ordinalen Ausdrucks), um die Anspruchselemente zu unterscheiden. Wie hier verwendet, bedeutet „und/oder“, dass die aufgelisteten Elemente Alternativen sind, aber die Alternativen enthalten auch jede Kombination der aufgelisteten Elemente.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 63/140030 [0002]
US 10491291 [0010]

Claims

Akustische Resonatorvorrichtung, umfassend: eine piezoelektrische Platte mit Vorder- und Rückfläche; einen Interdigitalwandler (Interdigital Transducer, IDT) auf der Vorderfläche, der ineinander verschachtelte Finger umfasst, die sich abwechselnd von gegenüberliegenden ersten und zweiten Sammelschienen erstrecken, wobei ein Überlappungsabstand der ineinander verschachtelten Finger eine Apertur der akustischen Resonatorvorrichtung definiert; und eine dielektrische Schicht, die über und zwischen den ineinander verschachtelten Fingern gebildet ist, wobei sich die dielektrische Schicht von einem Rand der Apertur und der ersten Sammelschiene bis zu einem gegenüberliegenden Rand der Apertur und der zweiten Sammelschiene erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Form der dielektrischen Schicht derart eingerichtet ist, dass die Leistung im Vergleich zu einer akustischen Resonatorvorrichtung mit einer dielektrischen Schicht, die sich über den gesamten IDT erstreckt, verbessert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Teil der piezoelektrischen Platte eine Membran bildet, die einen Hohlraum in einem Substrat überspannt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei sich die ineinander verschachtelten Finger auf der Membran befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen ersten Graben ohne dielektrische Schicht zwischen dem Rand der Apertur und der ersten Sammelschiene und einen zweiten Graben ohne dielektrische Schicht zwischen dem gegenüberliegenden Rand der Apertur und der zweiten Sammelschiene.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die dielektrische Schicht über den Rand der Apertur und den gegenüberliegenden Rand der Apertur um einen Abstand von weniger als oder gleich 20tp erstreckt, wobei tp eine Dicke der piezoelektrischen Platte ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die dielektrische Schicht etwa 2 µm über den Rand der Apertur und den gegenüberliegenden Rand der Apertur hinaus erstreckt.
Filtervorrichtung, umfassend: eine piezoelektrische Platte mit Vorder- und Rückfläche; eine Leiterstruktur auf der Vorderfläche, wobei die Leiterstruktur eine Vielzahl von Interdigitalwandlern (IDT) einer jeweiligen Vielzahl von Resonatoren umfasst, wobei jeder der Vielzahl von IDT ineinander verschachtelte Finger umfasst, die sich abwechselnd von gegenüberliegenden ersten und zweiten Sammelschienen erstrecken, wobei ein Überlappungsabstand der ineinander verschachtelten Finger eine Apertur eines jeweiligen Resonators der Vielzahl von Resonatoren definiert, wobei mindestens ein Resonator der Vielzahl von Resonatoren eine dielektrische Schicht umfasst, die über und zwischen den ineinander verschachtelten Fingern gebildet ist, wobei sich die dielektrische Schicht von einem Rand der Apertur und der ersten Sammelschiene bis zu einem gegenüberliegenden Rand der Apertur und der zweiten Sammelschiene erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine Form der dielektrischen Schicht derart eingerichtet ist, dass die Leistung im Vergleich zu einem Resonator mit einer dielektrischen Schicht, die sich über den gesamten IDT erstreckt, verbessert.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Teil der piezoelektrischen Platte eine Vielzahl von Membranen bildet, die sich über entsprechende Hohlräume in einem Substrat erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei sich die ineinander verschachtelten Finger jeweils auf einer der mehreren Membranen befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Resonator der Vielzahl von Resonatoren ferner einen ersten Graben ohne dielektrische Schicht zwischen dem Rand der Apertur und der ersten Sammelschiene und einen zweiten Graben ohne dielektrische Schicht zwischen dem gegenüberliegenden Rand der Apertur und den zweiten Sammelschienen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich die dielektrische Schicht über den Rand der Apertur und den gegenüberliegenden Rand der Apertur um einen Abstand von weniger als oder gleich 20tp erstreckt, wobei tp eine Dicke der piezoelektrischen Platte ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich die dielektrische Schicht etwa 2 µm über den Rand der Apertur und den gegenüberliegenden Rand der Apertur hinaus erstreckt.
Verfahren zur Herstellung einer akustischen Resonatorvorrichtung, umfassend: Bilden eines Interdigitalwandlers (IDT) auf einer Vorderseite einer piezoelektrischen Schicht, wobei der IDT ineinander verschachtelte Finger umfasst, die sich abwechselnd von gegenüberliegenden ersten und zweiten Sammelschienen erstrecken, wobei ein Überlappungsabstand der ineinander verschachtelten Finger eine Apertur einer akustischen Resonatorvorrichtung definiert; und Bilden einer dielektrischen Schicht über und zwischen den ineinander verschachtelten Fingern, wobei sich die dielektrische Schicht von einem Rand der Apertur und der ersten Sammelschiene bis zu einem gegenüberliegenden Rand der Apertur und der zweiten Sammelschiene erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Form der dielektrischen Schicht derart eingerichtet ist, dass die Leistung im Vergleich zu einer akustischen Resonatorvorrichtung mit einer dielektrischen Schicht, die sich über den gesamten IDT erstreckt, verbessert.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei ein Teil der piezoelektrischen Platte eine Membran bildet, die einen Hohlraum in einem Substrat überspannt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich die ineinander verschachtelten Finger auf der Membran befinden.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei sich die dielektrische Schicht über die Apertur um einen Abstand erstreckt, der kleiner als oder gleich 20tp ist, wobei tp eine Dicke der piezoelektrischen Platte ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei sich die dielektrische Schicht etwa 2 µm über den Rand der Apertur und den gegenüberliegenden Rand der Apertur hinaus erstreckt.