HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Elektronik. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Volumenakustikwellenresonatoren (bulk acoustic wave (BAW) resonators).The present invention relates generally to the field of electronics. In particular, the invention relates to bulk acoustic wave (BAW) resonators.
Diskussion von entsprechendem Stand der TechnikDiscussion of the Related Art
Aufgrund ihrer kleinen Anschlussfläche, ihrer niedrigen Form und ihrer hohen Leistungsfähigkeit werden Volumenakustikwellenresonatoren zunehmend verwendet, um eine Radiofrequenz (radio frequency (RF)) Filterung in mobilen elektronischen Vorrichtungen wie zum Beispiel Mobilfunktelefonen (cellular phones) sowie in anderen Arten von elektronischen Vorrichtungen bereitzustellen. BAW Filter können eine Anzahl von BAW Resonatoren umfassen, wobei jeder BAW Resonator typischerweise eine Schicht aus piezoelektrischem Material, so wie zum Beispiel Aluminiumnitrid, beinhaltet, welche Schicht zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode eingeschoben ist. Wenn ein elektrisches Feld über der oberen Elektrode und der unteren Elektrode des BAW Resonators angelegt ist, kann das elektrische Feld verursachen, dass die Schicht aus piezoelektrischem Material vibriert. Als Ergebnis kann das piezoelektrische Material eine Anzahl von erlaubten Moden von akustischen Wellenfortpflanzungen erzeugen, welche eine gewünschte longitudinale Mode umfassen. Jedoch können unerwünschte Anregungen von Energie in Moden von Wellenfortpflanzungen, die einen hohen Energieverlust haben, wie zum Beispiel laterale Moden, einen signifikanten Verlust von Energie in einem BAW Resonator bewirken und dadurch auf unerwünschte Weise den Gütefaktor (Q) des BAW Resonators verringern.Because of their small footprint, low form and high performance, bulk acoustic wave resonators are increasingly being used to provide radio frequency (RF) filtering in mobile electronic devices such as cellular phones as well as in other types of electronic devices. BAW filters may comprise a number of BAW resonators, wherein each BAW resonator typically includes a layer of piezoelectric material, such as aluminum nitride, which layer is sandwiched between an upper electrode and a lower electrode. When an electric field is applied across the upper electrode and the lower electrode of the BAW resonator, the electric field may cause the piezoelectric material layer to vibrate. As a result, the piezoelectric material can produce a number of allowed modes of acoustic wave propagations comprising a desired longitudinal mode. However, unwanted excitations of energy in modes of wave propagation that have high energy loss, such as lateral modes, can cause significant loss of energy in a BAW resonator and thereby undesirably reduce the quality factor (Q) of the BAW resonator.
Herkömmliche Ansätze, um den Energieverlust in einem BAW Resonator zu reduzieren, umfassen ein Formen des Profils des Resonators, so dass die Energie am besten in einer gewünschten longitudinalen Mode erhalten bleibt und beherrscht wird. In einem konventionellem Profilformungsansatz kann ein geformter Bereich nahe an der Kante des BAW Resonators bereitgestellt werden, welche ein Bereich mit einem hohen Energieverlust ist, um die Menge von Energie zu reduzieren, welche in verlustreichen Moden von Wellenfortpflanzungen in dem BAW Resonator angeregt ist. Jedoch kann der geformte Bereich, welcher in diesem konventionellen Ansatz geschaffen wird, auch zusätzliche ungewünschte Moden einführen, wie zum Beispiel laterale Moden, die innerhalb des geformten Bereiches enthalten sind, was einen Energieverlust in dem BAW Resonator verursachen kann.Conventional approaches to reducing the energy loss in a BAW resonator involve shaping the profile of the resonator so that the energy is best maintained and controlled in a desired longitudinal mode. In a conventional profile shaping approach, a shaped region can be provided close to the edge of the BAW resonator, which is a region of high energy loss, to reduce the amount of energy excited in lossy modes of wave propagation in the BAW resonator. However, the shaped area created in this conventional approach may also introduce additional unwanted modes, such as lateral modes contained within the shaped area, which may cause energy loss in the BAW resonator.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Aspekte und Ausführungsformen sind gerichtet auf Volumenakustikwellenresonatoren (bulk acoustic wave (BAW) resonators) mit einem reduzierten Energieverlust und/oder mit einem kontrollierten Dickenbereich (controlled thickness region), welcher eine kontrollierte elektromechanische Koppelung hat.Aspects and embodiments are directed to Bulk Acoustic Wave (BAW) resonators having a reduced energy loss and / or a controlled thickness region having controlled electromechanical coupling.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist ein BAW Resonator eine piezoelektrische Schicht, die sich zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode befindet, wobei die obere Elektrode und die untere Elektrode jeweils ein Metal mit hoher Dichte aufweisen, und einen kontrollierten Dickenbereich (controlled thickness region) auf, welcher ein Materialsegment aufweist, wobei sich das Materialsegment angrenzend zu der piezoelektrische Schicht befindet, wobei der kontrollierte Dickenbereich eine kontrollierte elektromechanische Koppelung hat, und wobei das Materialsegment eines von einem Metallsegment mit niedriger Dichte und einem dielektrischen Segment aufweist.According to one embodiment, a BAW resonator comprises a piezoelectric layer located between an upper electrode and a lower electrode, wherein the upper electrode and the lower electrode each comprise a high-density metal, and a controlled thickness region, which has a material segment, wherein the material segment is adjacent to the piezoelectric layer, wherein the controlled thickness region has a controlled electromechanical coupling, and wherein the material segment comprises one of a low density metal segment and a dielectric segment.
In einem Beispiel des BAW Resonators gewährleistet der kontrollierte Dickenbereich eine reduzierte elektromechanische Koppelung in laterale Moden. In einem anderen Beispiel befindet sich das Materialsegment zwischen der oberen Elektrode und der piezoelektrischen Schicht. Das Materialsegment kann sich entlang eines Umfangs des BAW Resonators erstrecken. In einem Beispiel ist eine Kante der oberen Elektrode selbst-ausgerichtet mit einer äußeren Kante des Materialsegments. In einem anderen Beispiel überlappt eine Kante der oberen Elektrode eine äußere Kante des Materialsegments. Das Metallsegment mit niedriger Dichte kann ein Metal aufweisen, welches aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und Titan ausgewählt ist. Das dielektrische Segment kann ein Low-k-dielektrisches Material aufweisen. Das Low-k-dielektrische Material kann ausgewählt sein von der Gruppe bestehend aus porösem Silica, fluoriertem amorphen Kohlenstoff, Fluoropolymer (fluoro-polymer), Parylen, Polyarylen-Ether, Wasserstoff-Silses-Quioxan (hydrogen silsesquioxane (HSQ)), fluoriertem Siliziumdioxid und diamantartigem Kohlenstoff. In einem Beispiel weist das Materialsegment das dielektrische Segment auf und das dielektrische Segment befindet sich in Kontakt mit der piezoelektrischen Schicht, wobei das dielektrische Segment innerhalb des Umfangs der piezoelektrischen Schicht eingeengt ist. In einem anderen Beispiel befindet sich das dielektrische Segment an einer Kante des BAW Resonators.In one example of the BAW resonator, the controlled thickness range ensures reduced electromechanical coupling into lateral modes. In another example, the material segment is between the top electrode and the piezoelectric layer. The material segment may extend along a circumference of the BAW resonator. In one example, an edge of the upper electrode is self-aligned with an outer edge of the material segment. In another example, an edge of the upper electrode overlaps an outer edge of the material segment. The low density metal segment may comprise a metal selected from the group consisting of aluminum and titanium. The dielectric segment may comprise a low-k dielectric material. The low-k dielectric material may be selected from the group consisting of porous silica, fluorinated amorphous carbon, fluoropolymer (fluoropolymer), parylene, polyarylene ether, hydrogen silsesquioxane (HSQ), fluorinated silica and diamond-like carbon. In one example, the material segment comprises the dielectric segment and the dielectric segment is in contact with the piezoelectric layer, wherein the dielectric segment is confined within the perimeter of the piezoelectric layer. In another example, the dielectric segment is at an edge of the BAW resonator.
Eine andere Ausführungsform ist gerichtet auf ein Verfahren zum Bilden eines BAW Resonators, wobei das Verfahren die Handlungen des Bildens einer piezoelektrischen Schicht über einer unteren Elektrode des BAW Resonators, des Bildens eines Materialsegments über der piezoelektrischen Schicht in einem kontrollierten Dickenbereich (controlled thickness region) des BAW Resonators, wobei der kontrollierte Dickenbereich eine kontrollierte elektromechanische Koppelung hat, und des Bildens einer oberen Elektrode des BAW Resonators über dem Materialsegment aufweist, wobei die obere Elektrode ein Metal mit hoher Dichte aufweist, wobei Bilden des Materialsegments aufweist eines von Bilden eines Metallsegments mit niedriger Dichte und Bilden eines dielektrischen Segments. In einem Beispiel des Verfahrens gewährleistet der kontrollierte Dickenbereich eine reduzierte elektromechanische Koppelung in laterale Moden. In einem anderen Beispiel weist das Bilden der oberen Elektrode ein Bilden einer Kante der oberen Elektrode gleichzeitig mit einer äußeren Kante des Materialsegments auf.Another embodiment is directed to a method of forming a BAW Resonator, the method comprising the acts of forming a piezoelectric layer over a lower electrode of the BAW resonator, forming a segment of material over the piezoelectric layer in a controlled thickness region of the BAW resonator, the controlled thickness region having controlled electromechanical coupling , and forming an upper electrode of the BAW resonator over the material segment, wherein the upper electrode comprises a high density metal, wherein forming the material segment comprises forming a low density metal segment and forming a dielectric segment. In one example of the method, the controlled thickness range ensures reduced electromechanical coupling into lateral modes. In another example, forming the upper electrode includes forming an edge of the upper electrode simultaneously with an outer edge of the material segment.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist ein Volumenakustikwellenresonator (BAW Resonator) eine piezoelektrische Schicht mit einem gestörten Texturbereich (disrupted texture region), wobei sich der gestörte Texturbereich in einem kontrollierten Dickenbereich (controlled thickness region) des BAW Resonators befindet, und eine untere Elektrode und eine obere Elektrode auf, die sich auf einander gegenüberliegenden Oberflächen der piezoelektrischen Schicht befinden, wobei der kontrollierte Dickenbereich eine kontrollierte elektromechanische Koppelung hat. In einem Beispiel des BAW Resonators gewährleistet der kontrollierte Dickenbereich eine reduzierte elektromechanische Koppelung in laterale Moden. In einem anderen Beispiel befindet sich der kontrollierte Dickenbereich an einer Kante des BAW Resonators und erstreckt sich entlang eines Umfangs des BAW Resonators. Der kontrollierte Dickenbereich kann ein Segment von Material beinhalten, welches sich über der oberen Elektrode befindet. In einem Beispiel ist das Segment von Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Metal und einem dielektrischen Material. Eine äußere Kante des Segments von Material kann selbst-ausgerichtet sein mit einer Kante der oberen Elektrode. In einem anderen Beispiel ist weist der BAW Resonator ferner eine dünne Schicht aus Siliziumoxid auf, welche unter dem gestörten Texturbereich liegt und welche sich zwischen der unteren Elektrode und der piezoelektrischen Schicht befindet. Der gestörte Texturbereich kann sich an einer Kante des BAW Resonators befinden und erstreckt sich entlang eines Umfangs des BAW Resonators.According to another embodiment, a bulk acoustic wave (BAW) resonator includes a disrupted texture region piezoelectric layer, wherein the distorted texture region is in a controlled thickness region of the BAW resonator, and a bottom electrode and an upper electrode Electrode, which are located on opposite surfaces of the piezoelectric layer, wherein the controlled thickness range has a controlled electromechanical coupling. In one example of the BAW resonator, the controlled thickness range ensures reduced electromechanical coupling into lateral modes. In another example, the controlled thickness range is at an edge of the BAW resonator and extends along a circumference of the BAW resonator. The controlled thickness range may include a segment of material that is above the upper electrode. In one example, the segment of material is selected from the group consisting of a metal and a dielectric material. An outer edge of the segment of material may be self-aligned with an edge of the upper electrode. In another example, the BAW resonator further includes a thin layer of silicon oxide underlying the distorted texture region and located between the lower electrode and the piezoelectric layer. The disturbed texture area may be at an edge of the BAW resonator and extends along a circumference of the BAW resonator.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren zum Bilden eines BAW Resonators Handlungen des Bildens einer unteren Elektrode des BAW Resonators, des Bildens einer piezoelektrischen Schicht über der unteren Elektrode, wobei die piezoelektrische Schicht einen gestörten Texturbereich (disrupted texture region) aufweist, wobei sich der gestörte Texturbereich in einem kontrollierten Dickenbereich (controlled thickness region) des BAW Resonators befindet, und des Bildens einer unteren Elektrode des BAW Resonators über der piezoelektrischen Schicht auf, wobei der kontrollierte Dickenbereich eine kontrollierte elektromechanische Koppelung hat.According to another embodiment, a method of forming a BAW resonator includes acts of forming a lower electrode of the BAW resonator, forming a piezoelectric layer over the lower electrode, the piezoelectric layer having a disrupted texture region, the distorted one Texture region is in a controlled thickness region of the BAW resonator, and forming a lower electrode of the BAW resonator over the piezoelectric layer, wherein the controlled thickness region has a controlled electromechanical coupling.
In einem Beispiel weist das Verfahren ferner ein Bilden eines Segments von Material über der oberen Elektrode auf. Bilden des Segments von Material kann ein Bilden eines Segments von Material aufweisen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Metal und einem dielektrischen Material. Das Verfahren kann ferner aufweisen eine Handlung des Bildens einer dünnen Schicht aus Siliziumoxid über einem Bereich der unteren Elektrode, über dem der gestörte Texturbereich vor dem Bilden der piezoelektrischen Schicht gebildet werden wird. In einem anderen Beispiel weist das Verfahren ferner eine Handlung des Aufrauens eines Bereichs der unteren Elektrode auf, über dem der gestörte Texturbereich vor dem Bilden der piezoelektrischen Schicht gebildet werden wird.In one example, the method further comprises forming a segment of material over the top electrode. Forming the segment of material may include forming a segment of material selected from the group consisting of a metal and a dielectric material. The method may further include an act of forming a thin layer of silicon oxide over a region of the lower electrode over which the disturbed texture region will be formed prior to forming the piezoelectric layer. In another example, the method further comprises an act of roughening a portion of the lower electrode over which the disturbed texture area will be formed prior to forming the piezoelectric layer.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel weist ein Halbleiter Plättchen (semiconductor die) zumindest einen BAW Resonator auf, wobei der zumindest eine BAW Resonator eine piezoelektrische Schicht mit einem gestörten Texturbereich (disrupted texture region), wobei sich der gestörte Texturbereich in einem kontrollierten Dickenbereich (controlled thickness region) des BAW Resonators befindet, und eine untere Elektrode und eine obere Elektrode aufweist, die sich auf einander gegenüberliegenden Oberflächen der piezoelektrischen Schicht befinden, wobei der kontrollierte Dickenbereich eine kontrollierte elektromechanische Koppelung hat. In einem Beispiel des Halbleiter Plättchens gewährleistet der kontrollierte Dickenbereich eine reduzierte elektromechanische Koppelung in laterale Moden. In einem anderen Beispiel befindet sich der kontrollierte Dickenbereich an einer Kante des BAW Resonators und erstreckt sich entlang eines Umfangs des BAW Resonators. In einem anderen Beispiel umfasst der kontrollierte Dickenbereich ein Segment von Material, welches sich über der oberen Elektrode befindet. Das Halbleiter Plättchen kann verwendet werden in einer Schaltungsplatine als Teil eines elektronischen Systems, wobei das elektronische System ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer drahtgebundenen oder einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung, einem Mobilfunktelefon, eine Schaltvorrichtung (switching device), einem Router, einem Repeater, einem Codec, einem drahtgebundenen oder einer drahtlosen LAN, einem WLAN, einer Bluetooth fähigen Vorrichtung, einem Global Positioning System (GPS) Vorrichtung, einem Computer, einem Monitor, einem Fernsehgerät, einer Satelliten Set-Top Box, einem Kabelmodem, einem Drucker, einem Kopierer, einer RF Empfänger und einem Personal Digital Assistent (PDA).According to another embodiment, a semiconductor die comprises at least one BAW resonator, wherein the at least one BAW resonator comprises a disrupted texture region piezoelectric layer, the disturbed texture region being in a controlled thickness region ) of the BAW resonator, and having a lower electrode and an upper electrode located on opposite surfaces of the piezoelectric layer, the controlled thickness region having a controlled electromechanical coupling. In one example of the semiconductor die, the controlled thickness range provides reduced electromechanical coupling into lateral modes. In another example, the controlled thickness range is at an edge of the BAW resonator and extends along a circumference of the BAW resonator. In another example, the controlled thickness range includes a segment of material that is above the upper electrode. The semiconductor die may be used in a circuit board as part of an electronic system, wherein the electronic system is selected from the group consisting of a wired or a wireless communication device, a mobile phone, a switching device, a router, a repeater, a Codec, a wired or a wireless LAN, a WLAN, a Bluetooth enabled device, a Global Positioning System (GPS) device, a computer, a Monitor, TV, satellite set-top box, cable modem, printer, copier, RF receiver and personal digital assistant (PDA).
Weitere andere Aspekte, Ausführungsformen und Vorteile dieser beispielhaften Aspekte und Ausführungsformen werden nachfolgend im Detail diskutiert. Außerdem muss verstanden werden, dass sowohl die vorstehende Information als auch die folgende detaillierte Beschreibung lediglich illustrative Beispiele von verschiedenen Aspekten und Ausführungsformen sind, und dass sie gedacht sind einen Überblick oder ein Rahmenwerk zum Verstehen der Natur und des Charakters der beanspruchten Aspekte und Ausführungsformen zu bieten. Jede hierin offenbarte Ausführungsform kann mit jeder anderen Ausführungsform auf jede beliebige Art kombiniert werden, die konsistent ist mit den hierin offenbarten Zwecken, den Zielen und Bedürfnissen; und Bezugnahmen auf ”eine Ausführungsform (an embodiment)”, ”einige Ausführungsformen”, ”eine alternative Ausführungsform (an alternative embodiment)”, ”verschiedene Ausführungsformen”, ”eine Ausführungsform (one embodiment)” oder ähnliches sind nicht notwendigerweise wechselseitig ausschließend und sind gedacht um darauf hinzuweisen, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimme Struktur oder eine bestimmte Charakteristik, welche in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben sind, in zumindest einem Ausführungsbeispiel beinhaltet sein können. Die Erscheinungsformen von solchen Ausdrücken hierin beziehen sich nicht notwendigerweise alle auf die gleiche Ausführungsform.Other aspects, embodiments, and advantages of these example aspects and embodiments are discussed in detail below. It should also be understood that both the foregoing information and the following detailed description are merely illustrative of various aspects and embodiments, and are intended to provide an overview or framework for understanding the nature and character of the claimed aspects and embodiments , Each embodiment disclosed herein may be combined with any other embodiment in any manner consistent with the purposes, goals, and needs disclosed herein; and references to "an embodiment," "some embodiments," "an alternative embodiment," "various embodiments," "an embodiment," or the like are not necessarily mutually exclusive and are It is intended to be understood that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment may be included in at least one embodiment. The manifestations of such terms herein do not necessarily all refer to the same embodiment.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Verschiedene Aspekte von zumindest einer Ausführungsform werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Figuren diskutiert, welche nicht beabsichtigt sind maßstabsgetreu gezeichnet zu sein. Wo technische Merkmale in den Figuren, in der detaillierten Beschreibung oder in einem beliebigen Anspruch von Bezugszeichen gefolgt sind, wurden die Bezugszeichen einzig für den Zweck eingefügt um die Verständlichkeit der Figuren, der detaillierten Beschreibung und der Ansprüche zu verbessern. Dementsprechend sind weder Bezugszeichen noch deren Abwesenheit gedacht um irgendeinen begrenzenden Effekt auf den Geltungsbereich von irgendwelchen Anspruchselementen zu haben. In den Figuren ist jede identische oder nahezu identische Komponente, die in den verschiedenen Figuren illustriert ist, durch gleiche Bezugszeichen repräsentiert. Zu Zwecken der Klarheit muss nicht jede Komponente in jeder Figur gekennzeichnet sein. Die Figuren sind mitgeliefert zu den Zwecken von Illustration und Erklärung und sind nicht gedacht als eine Definition der Grenzen der Erfindung. In den Figuren:Various aspects of at least one embodiment are discussed below with reference to the accompanying figures, which are not intended to be drawn to scale. Where technical features have followed reference numerals in the figures, in the detailed description or in any claim, the reference numerals have been incorporated solely for the purpose of improving the intelligibility of the figures, the detailed description and the claims. Accordingly, neither reference signs nor their absence are intended to have any limiting effect on the scope of any claim elements. In the figures, each identical or nearly identical component illustrated in the various figures is represented by like reference numerals. For clarity, not every component in each figure needs to be tagged. The figures are provided for purposes of illustration and explanation and are not intended as a definition of the limits of the invention. In the figures:
1A ist eine Querschnittsansicht von einem Beispiel eines Volumenakustikwellenresonators (bulk acoustic wave (BAW) Resonators) im Einklang mit Aspekten der Erfindung; 1A FIG. 12 is a cross-sectional view of an example of a bulk acoustic wave (BAW) resonator in accordance with aspects of the invention; FIG.
1B ist eine Draufsicht des beispielhaften BAW Resonators von 1A; 1B FIG. 11 is a top view of the exemplary BAW resonator of FIG 1A ;
2 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines BAW Resonators im Einklang mit Aspekten der Erfindung illustriert; 2 FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a method of fabricating a BAW resonator in accordance with aspects of the invention; FIG.
3A ist eine Querschnittsansicht von einem anderen Beispiel eines BAW Resonators im Einklang mit Aspekten der Erfindung; 3A FIG. 12 is a cross-sectional view of another example of a BAW resonator in accordance with aspects of the invention; FIG.
3B ist eine Draufsicht des beispielhaften BAW Resonators von 3A; 3B FIG. 11 is a top view of the exemplary BAW resonator of FIG 3A ;
4A ist eine Querschnittsansicht von einem anderen Beispiel eines BAW Resonators im Einklang mit Aspekten der Erfindung; 4A FIG. 12 is a cross-sectional view of another example of a BAW resonator in accordance with aspects of the invention; FIG.
4B ist eine Draufsicht des beispielhaften BAW Resonators von 4A; 4B FIG. 11 is a top view of the exemplary BAW resonator of FIG 4A ;
5 ist ein Flussdiagramm, welches ein anderes beispielhaftes Verfahren zum Herstellen eines BAW Resonators im Einklang mit Aspekten der vorliegenden Erfindung illustriert; und 5 FIG. 10 is a flowchart illustrating another exemplary method of fabricating a BAW resonator in accordance with aspects of the present invention; FIG. and
6 ist eine Darstellung eines beispielhaften elektronischen Systems, welches einen beispielhaften Chip oder Die beinhaltet, welcher einen BAW Resonator im Einklang mit Aspekten der vorliegenden Erfindung verwendet. 6 FIG. 12 is an illustration of an exemplary electronic system including an exemplary chip or die that uses a BAW resonator in accordance with aspects of the present invention.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENDETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind gerichtet auf Volumenakustikwellenresonatoren (bulk acoustic wave (BAW) Resonators). Zum Beispiel sind Aspekte und Ausführungsformen gerichtet auf einen BAW Resonator mit einem kontrollierten Dickenbereich (controlled thickness region), welcher eine kontrollierte elektromechanische Koppelung hat. Andere Aspekte und Ausführungsformen sind gerichtet auf einen BAW Resonator mit einem reduzierten Energieverlust, wie weiter unten diskutiert.Aspects and embodiments of the present invention are directed to bulk acoustic wave (BAW) resonators. For example, aspects and embodiments are directed to a BAW resonator with a controlled thickness region having controlled electromechanical coupling. Other aspects and embodiments are directed to a BAW resonator with reduced energy loss, as discussed further below.
Es sollte anerkannt werden, dass Ausführungsformen von den Verfahren und den Vorrichtungen, die hier diskutiert sind, nicht beschränkt sind in der Anwendung auf Details der Konstruktion und die Anordnungen von Komponenten, die in der folgenden Beschreibung oder in den beiliegenden Zeichnungen illustriert sind. Die Vorrichtungen und die Verfahren sind fähig der Implementierung in anderen Ausführungsformen und der Praktizierung oder der Ausführung auf verschiedene Arten. Beispiele von spezifischen Ausführungsformen werden hierin nur für illustrative Zwecke gegeben und sind nicht gedacht einschränkend zu sein. Insbesondere sind Handlungen, Elemente und Merkmale, die in Zusammenhang mit irgendeinem oder mit mehreren Ausführungsformen diskutiert sind, nicht gedacht davon ausgenommen zu sein in irgendwelchen anderen Ausführungsformen eine ähnliche Rolle zu spielen.It should be appreciated that embodiments of the methods and apparatus discussed herein are not limited in application to details of construction and the arrangements of components illustrated in the following description or in the accompanying drawings. The devices and the methods are capable of implementation in other embodiments and of practicing or executing in various ways. Examples of specific embodiments are given herein for illustrative purposes only and are not intended to be limiting. In particular, acts, elements, and features discussed in connection with any or more embodiments are not intended to be exempt from playing a similar role in any other embodiments.
Ebenso dient die Ausdrucksweise und die Terminologie, die hier verwendet wird, dem Zweck der Beschreibung und sollte nicht als beschränkend betrachtet werden. Jegliche Bezugnahmen auf Ausführungsformen oder Elemente oder Handlungen von den Systemen und den Verfahren, die hier im Singular genannt sind, können auch Ausführungsformen einbeziehen, die eine Mehrzahl dieser Elemente umfassen, und jegliche Bezugnahmen im Plural auf eine beliebige Ausführungsform oder ein beliebiges Element oder eine beliebige Handlung können auch Ausführungsformen einbeziehen, die nur ein einziges Element umfassen. Bezugnahmen in der Singular- oder in der Pluralform sind nicht gedacht die derzeitig offenbarten System, oder Verfahren, deren Komponenten, Handlungen oder Elemente zu beschränken. Die Verwendung hierin von ”einschließen”, ”aufweisen”, ”haben”, ”enthalten”, ”einbeziehen” und Variation davon ist gedacht die nachfolgend aufgeführten Begriffe und Äquivalente davon sowie zusätzliche Begriffe zu umfassen. Bezugnahmen auf ”oder” können als einschließend ausgelegt werden, so dass jegliche beschriebene Ausdrücke, die ”oder” verwenden, jedes von einem einzelnen, mehr als eins und alle von den beschriebenen Ausdrücken bedeuten können. Jegliche Bezugnahmen auf vorne und hinten, auf links und rechts, auf oben und unten und auf obere und untere dienen der Bequemlichkeit der Beschreibung und nicht der Beschränkung der vorliegenden Systeme und Verfahren oder deren Komponenten auf irgendeine die Lage betreffende oder räumliche Orientierung.Likewise, the language and terminology used herein are for the purpose of description and should not be considered as limiting. Any references to embodiments or elements or acts of the systems and methods referred to herein in the singular may also include embodiments that include a plurality of these elements, and any references in the plural to any embodiment or element, or any Acts may also include embodiments that include only a single element. References in the singular or plural form are not intended to limit the currently disclosed system, or method, their components, acts or elements. The terms "including," "comprising," "having," "including," "including," and varying herein are intended to encompass the following terms and equivalents thereof as well as additional terms. References to "or" may be construed as including, so that any terms that use "or" may signify each of a single, more than one, and all of the described terms. Any reference to the front and rear, left and right, top and bottom, and top and bottom are for convenience of description and not limitation of the present systems and methods or their components to any orientation or orientation.
Unter Bezugnahme auf 1A ist eine Querschnittsansicht von einem Beispiel von einem BAW Resonator 100 im Einklang mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Der BAW Resonator 100 umfasst eine untere Elektrode 102, eine piezoelektrische Schicht 104, eine obere Elektrode 106 und ein Materialsegment 108. Der BAW Resonator 100 kann ferner einen akustischen Spiegel umfassen, welcher eine akustische Isolierung von einem darunter liegenden Substrat gewährleistet. Der akustische Spiegel und das Substrat, über dem der BAW Resonator 100 hergestellt ist, sind in 1A nicht dargestellt, um die Erfindung nicht zu verdecken. In einer Ausführungsform kann der BAW Resonator 100 ein Filmvolumenakustikresonator (film bulk acoustic resonator (FBAR)) sein und kann akustisch von einem darunter liegenden Substrat mittels eines Lufthohlraums isoliert sein. Der BAW Resonator kann in einem BAW Filter verwendet werden, um ein RF Filtern in einem Mobilfunktelefon oder in einem anderen Typ von Halbleitervorrichtung zu gewährleisten und kann in einem Halbleiter Plättchen (semiconductor die) hergestellt sein.With reference to 1A FIG. 12 is a cross-sectional view of an example of a BAW resonator. FIG 100 illustrated in accordance with an embodiment of the present invention. The BAW resonator 100 includes a lower electrode 102 , a piezoelectric layer 104 , an upper electrode 106 and a material segment 108 , The BAW resonator 100 may further comprise an acoustic mirror which provides acoustic isolation from an underlying substrate. The acoustic mirror and the substrate, above which the BAW resonator 100 is manufactured in are 1A not shown in order not to obscure the invention. In one embodiment, the BAW resonator 100 a film bulk acoustic resonator (FBAR) and may be acoustically isolated from an underlying substrate by means of an air cavity. The BAW resonator may be used in a BAW filter to ensure RF filtering in a mobile phone or other type of semiconductor device, and may be fabricated in a semiconductor die.
Wie in 1A dargestellt, die untere Elektrode 102 kann sich über zum Beispiel einem akustischen Spiegel befinden, welcher in 1A nicht dargestellt ist, und kann Wolfram, Molybdän oder andere geeignete Materialien aufweisen, welche ein hohe Dichte haben (zum Beispiel ein hochdichtes Metal). Die untere Elektrode 102 hat eine Dicke 110, welche zum Beispiel zwischen 500,0 Angström und 5000,0 Angström sein kann. Die untere Elektrode 102 kann gebildet werden durch ein Abscheiden einer Schicht eines hochdichten Metalls (high density metal), wie zum Beispiel Wolfram oder Molybdän, über einer darunterliegenden Schicht von Material (nicht dargestellt in 1A) durch Verwenden einer physikalischen Dampfabscheidung (physical vapor deposition (PVD)) oder eines Sputter-Prozesses oder einem anderen geeigneten Abscheidungsprozesses und einem geeigneten Strukturieren (patterning) der Schicht von hochdichtem Material.As in 1A shown, the lower electrode 102 may be over, for example, an acoustic mirror, which in 1A not shown, and may comprise tungsten, molybdenum or other suitable materials which have a high density (for example, a high-density metal). The lower electrode 102 has a thickness 110 , which may be, for example, between 500.0 angstroms and 5000.0 angstroms. The lower electrode 102 can be formed by depositing a layer of high density metal, such as tungsten or molybdenum, over an underlying layer of material (not shown in U.S. Pat 1A by using a physical vapor deposition (PVD) or a sputtering process or other suitable deposition process and patterning the layer of high density material.
Wie ebenso in 1A dargestellt, die piezoelektrische Schicht 104 befindet sich über der unteren Elektrode 102, umfasst einen gestörten Texturbereich (disrupted texture region) 109 und einen nicht gestörten Texturbereich 111 und hat eine obere Oberfläche 126. Eine Keimschicht (nicht gezeigt in 1A) kann sich zwischen der piezoelektrischen Schicht 104 und der unteren Elektrode 102 befinden. Die piezoelektrische Schicht 104 kann Aluminiumnitrid (AIN) oder andere geeignete piezoelektrische Materialien und eine Dicke 112 aufweisen, welche zum Beispiel zwischen 0,5 Mikrometer und 3,0 Mikrometer sein kann. Der gestörte Texturbereich 109 befindet sich in einem kontrollierten Dickenbereich (controlled thickness region) 114 an dem Rand des BAW Resonators 100 und erstreckt sich entlang des gesamten Umfangs des BAW Resonators 100. Der gestörte Texturbereich 109 hat eine Breite 116, welche zum Beispiel zwischen 1,0 Mikrometer und 5,0 Mikrometer sein kann. In dem gestörten Texturbereich 109 ist die Kristallinität des piezoelektrischen Materials gestört, so dass darin eine auf signifikante Weise reduzierte elektromechanische Koppelung bewirkt wird. Der nicht gestörte Texturbereich 111 befindet sich angrenzend zu und ist umgeben von dem gestörten Texturbereich 109 und weist ein piezoelektrisches Material auf, welches eine normale Kristallinität, d. h. eine Kristallinität, die nicht auf beabsichtigte Weise gestört worden ist. Die piezoelektrische Schicht 104 kann gebildet werden zum Beispiel durch Abscheiden einer Schicht von Aluminiumnitrid über der unteren Elektrode 102 durch Verwenden eines PVD- oder Sputter-Prozesses, eines CVD-Prozesses oder anderer geeigneter Abscheidungs-Prozesse.Likewise in 1A shown, the piezoelectric layer 104 is located above the lower electrode 102 , includes a disturbed texture area (disrupted texture region) 109 and a non-disturbed texture area 111 and has a top surface 126 , A seed layer (not shown in FIG 1A ) may be between the piezoelectric layer 104 and the lower electrode 102 are located. The piezoelectric layer 104 may be aluminum nitride (AIN) or other suitable piezoelectric materials and a thickness 112 which may be, for example, between 0.5 microns and 3.0 microns. The disturbed texture area 109 is in a controlled thickness range (controlled thickness region) 114 at the edge of the BAW resonator 100 and extends along the entire circumference of the BAW resonator 100 , The disturbed texture area 109 has a width 116 which may be, for example, between 1.0 micron and 5.0 micron. In the disturbed texture area 109 the crystallinity of the piezoelectric material is disturbed causing a significantly reduced electromechanical coupling therein. The undisturbed texture area 111 is adjacent to and surrounded by the disturbed texture area 109 and has a piezoelectric material having a normal crystallinity, that is, a crystallinity that has not been intentionally disturbed. The piezoelectric layer 104 can be formed, for example, by depositing a layer of aluminum nitride over the lower electrode 102 by using a PVD or sputtering process, a CVD process or other suitable deposition processes.
Vor dem Bilden der piezoelektrischen Schicht 104 kann das Oberflächengebiet, welches unterhalb des gestörten Texturbereiches 109 liegt, ausreichend gestört sein, um so sicher zu stellen, dass die Textur des piezoelektrischen Materials gestört werden wird, wenn die piezoelektrische Schicht 104 gebildet wird. Zum Beispiel kann eine dünne Schicht von Material, von dem bekannt ist, dass es Texturen stört, wie zum Beispiel Siliziumoxid, über einer dünnen Keimschicht (nicht dargestellt in 1A) in dem Oberflächenbereich der unteren Elektrode 102 abgeschieden werden, über welchem der gestörte Texturbereich gebildet werden wird. Als anderes Beispiel kann ein Ätzprozess oder ein anderer geeigneter Prozess verwendet werden, um den Oberflächenbereich der unteren Elektrode 102, über dem der gestörte Texturbereich gebildet werden wird, aufzurauen. In einer anderen Ausführungsform kann der Oberflächenbereich einer Schicht (nicht gezeigt in 1A), welche unter dem Bereich der unteren Elektrode 102 liegt, über der das Materialsegment 108 gebildet werden wird, vor dem Bilden der unteren Elektrode 102 aufgeraut werden. Die resultierende Störung in der Textur der unteren Elektrode 102, welche durch das Aufrauen des Oberflächenbereichs der darunter liegenden Schicht verursacht wird, kann wiederum bewirken, dass die Textur des piezoelektrischen Materials, welches in den gestörten Texturbereich 109 gestört werden soll, gestört wird, wenn die piezoelektrische Schicht 104 gebildet wird.Before forming the piezoelectric layer 104 can the surface area, which is below the disturbed texture area 109 is sufficiently disturbed so as to ensure that the texture of the piezoelectric material will be disturbed when the piezoelectric layer 104 is formed. For example, a thin layer of material known to interfere with textures, such as silicon oxide, over a thin seed layer (not shown in U.S. Pat 1A ) in the surface area of the lower electrode 102 over which the disturbed texture area will be formed. As another example, an etching process or other suitable process may be used to increase the surface area of the lower electrode 102 to roughen over which the disturbed texture area will be formed. In another embodiment, the surface area of a layer (not shown in FIG 1A ), which are below the area of the lower electrode 102 lies above which the material segment 108 will be formed before forming the lower electrode 102 be roughened. The resulting disturbance in the texture of the lower electrode 102 , which is caused by the roughening of the surface area of the underlying layer, can in turn cause the texture of the piezoelectric material, which in the disturbed texture area 109 is disturbed, is disturbed when the piezoelectric layer 104 is formed.
Wie ferner aus 1A ersichtlich, die obere Elektrode 106 befindet sich über der piezoelektrischen Schicht 104 und kann Wolfram, Molybdän oder andere geeignet dichte Metalle aufweisen. Die obere Elektrode 106 hat eine Dicke 120, welche zum Beispiel zwischen 500,0 Angström und 5000,0 Angström sein kann. Die obere Elektrode 106 hat eine Breite 122, welche geringer sein kann als die Breite der unteren Elektrode 102 und welche die Breite des ”aktiven Abschnitts” des BAW Resonators 100 definiert. Der ”aktive Abschnitt” des BAW Resonators 100 bezieht sich auf den Abschnitt der piezoelektrischen Schicht 104, in welchem ein elektrisches Feld angelegt wird um den Resonator zu aktivieren. In einer Ausführungsform können die obere Elektrode 106 und die untere Elektrode 102 ungefähr gleich in der Breite sein. Die obere Elektrode 106 kann gebildet werden durch ein Abscheiden einer Schicht von dichtem Metall, wie zum Beispiel Wolfram oder Molybdän, über der piezoelektrischen Schicht 104 durch Verwenden eines PVD- oder Sputter-Prozesses oder einem anderen geeigneten Abscheidungsprozess. Die Schicht von dichtem Metall kann auf geeignete Weise durch Anwenden eines geeigneten Ätzprozesses strukturiert (patterned) werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Kante der oberen Elektrode 106 selbst-ausgerichtet sein mit der äußeren Kante des Materialsegments 108 wie oben diskutiert.As further out 1A seen, the upper electrode 106 is located above the piezoelectric layer 104 and may comprise tungsten, molybdenum or other suitable dense metals. The upper electrode 106 has a thickness 120 , which may be, for example, between 500.0 angstroms and 5000.0 angstroms. The upper electrode 106 has a width 122 , which may be smaller than the width of the lower electrode 102 and which the width of the "active portion" of the BAW resonator 100 Are defined. The "active section" of the BAW resonator 100 refers to the portion of the piezoelectric layer 104 in which an electric field is applied to activate the resonator. In an embodiment, the upper electrode 106 and the lower electrode 102 be approximately equal in width. The upper electrode 106 may be formed by depositing a layer of dense metal, such as tungsten or molybdenum over the piezoelectric layer 104 by using a PVD or sputtering process or other suitable deposition process. The dense metal layer may be patterned appropriately by applying a suitable etching process. In the present embodiment, the edge of the upper electrode 106 self-aligned with the outer edge of the material segment 108 as discussed above.
Wie ebenso in 1A gezeigt, befindet sich das Materialsegment 108 über der oberen Elektrode 106 an der Kante des BAW Resonators 100. Das Materialsegment 108 befindet sich ebenso in dem kontrollierten Dickenbereich 114 und erstreckt sich entlang des gesamten Umfangs des BAW Resonators 100. Das Materialsegment 100 kann zum Beispiel ein Metall aufweisen, so wie zum Beispiel ein Metall mit niedriger oder hoher Dichte, ein dielektrisches Material oder eine Halbleitermaterial und hat ein Dicke 124 und eine Breite 130. Zum Beispiel kann die Dicke 124 des Materialsegments 108 zwischen 100,0 Angström und 3000,0 Angström sein. Die Breite 130 des Materialsegments 108 kann zum Beispiel zwischen 1,0 Mikrometer und 5,0 Mikrometer sein. In der Ausführungsform in 1A hat das Materialsegments 108 eine einheitliche Dicke im Querschnitt. In anderen Ausführungsformen kann das Materialsegment 108 eine nicht-einheitliche Dicke im Querschnitt haben und kann eine Keilform, eine Tränenform oder eine andere geeignete Form haben.Likewise in 1A shown, is the material segment 108 above the upper electrode 106 at the edge of the BAW resonator 100 , The material segment 108 is also in the controlled thickness range 114 and extends along the entire circumference of the BAW resonator 100 , The material segment 100 For example, it may comprise a metal, such as a low or high density metal, a dielectric material or a semiconductor material, and has a thickness 124 and a width 130 , For example, the thickness 124 of the material segment 108 between 100.0 angstroms and 3000.0 angstroms. The width 130 of the material segment 108 For example, it may be between 1.0 microns and 5.0 microns. In the embodiment in FIG 1A has the material segment 108 a uniform thickness in cross section. In other embodiments, the material segment 108 have a nonuniform thickness in cross section and may have a wedge shape, teardrop or other suitable shape.
Das Materialsegment 108 kann gebildet sein durch Abscheiden einer Schicht von Material über der oberen Elektrode 106 durch Verwenden eines PVD- oder Sputter-Prozesses, eines CVD-Prozesses oder eines anderen geeigneten Abscheideprozesses. Die Schicht von Material kann dann auf geeignete Weise durch Verwenden eines geeigneten Ätzprozesses strukturiert werden, um den inneren Rand des Materialsegments 108 zu formen. In der Ausführungsform in 1A kann der äußere Rand des Materialsegments 108 gleichzeitig mit dem Rand der oberen Elektrode 106 in dem gleichen Ätzprozess geformt werden um so genau den Rand des BAW Resonators 100 zu definieren. In einer Ausführungsform kann die Schicht von Material auf geeignete Weise durch Verwenden eines geeigneten Ätzprozesses strukturiert (patterned) werden, um den inneren Rand und den äußeren Rand des Materialsegments 108 zu bilden. In dieser Ausführungsform kann das Materialsegment 108 den Rand der oberen Elektrode 106 überlappen oder ganz innerhalb deren Grenzen fallen.The material segment 108 may be formed by depositing a layer of material over the upper electrode 106 by using a PVD or sputtering process, a CVD process or other suitable deposition process. The layer of material may then be patterned in a suitable manner by using a suitable etching process, around the inner edge of the material segment 108 to shape. In the embodiment in FIG 1A can be the outer edge of the material segment 108 simultaneously with the edge of the upper electrode 106 be formed in the same etching process as exactly the edge of the BAW resonator 100 define. In one embodiment, the layer of material may be patterned in a suitable manner by using a suitable etching process around the inner edge and the outer edge of the material segment 108 to build. In this embodiment, the material segment 108 the edge of the upper electrode 106 overlap or fall entirely within their limits.
Wie ferner in der 1A gezeigt, der kontrollierte Dickenbereich 114 befindet sich an dem Rand des BAW Resonators 100 und umfasst das Materialsegment 108, den gestörten Texturbereich 109 der piezoelektrischen Schicht 104 und den Abschnitt der oberen Elektrode 106, welcher sich zwischen dem Materialsegment 108 und dem gestörten Texturbereich 109 befindet. In einer anderen Ausführungsform kann der kontrollierte Dickenbereich 114 an einer Stelle unterschiedlich von dem Rand des BAW Resonators 100 gebildet sein. Wie ebenso in 1A gezeigt ist, befindet sich ein Metallbereich 128 mit hoher Dichte neben und ist umgeben von dem kontrollierten Dickenbereich 114 und umfasst den Bereich des BAW Resonators 100, in dem sich die obere Elektrode 106 über dem nicht-gestörten Texturbereich 111 des piezoelektrischen Schicht 104 befindet.As further in the 1A shown the controlled thickness range 114 is located at the edge of the BAW resonator 100 and includes the material segment 108 , the disturbed texture area 109 the piezoelectric layer 104 and the section of the upper electrode 106 which is located between the material segment 108 and the disturbed texture area 109 located. In another embodiment, the controlled thickness range 114 at a location different from the edge of the BAW resonator 100 be formed. Likewise in 1A is shown, there is a metal area 128 high density next to and surrounded by the controlled thickness range 114 and includes the area of the BAW resonator 100 in which is the upper electrode 106 above the undisturbed texture area 111 of the piezoelectric layer 104 located.
1B zeigt eine Draufsicht des BAW Resonators 100, wobei die Querschnittsansicht des BAW Resonators 100 in 1A entlang der Linie 1A-1A in 1B verläuft. Insbesondere entsprechen die piezoelektrische Schicht 104, die obere Elektrode 106, das Materialsegment 108, der gestörte Texturbereich 109, der kontrollierte Dickenbereich 114, die Breiten 116, 122 und 130 und der Metallbereich 128 mit hoher Dichte den gleichen Elementen in 1A und 1B. Wie in 1B gezeigt, hat die obere Elektrode 106 eine Tiefe 132, welche die ungefähre Tiefe des aktiven Bereichs des BAW Resonators 100 definiert. In der Ausführungsform in den 1A und 1B hat der Resonator 100 eine rechteckige Form. In einer Ausführungsform kann der BAW Resonator eine quadratische Form haben, wobei die Breite 122 ungefähr gleich sein kann wie die Tiefe 132. Es kann ebenso vorteilhaft sein die Ecken des BAW Resonators 100 abzurunden und/oder den BAW Resonator 100 zu formen, so dass einander gegenüberliegende Seiten des BAW Resonators 100 nicht parallel sind. 1B shows a plan view of the BAW resonator 100 , wherein the cross-sectional view of the BAW resonator 100 in 1A along the line 1A-1A in FIG 1B runs. In particular, the piezoelectric layer correspond 104 , the upper electrode 106 , the material segment 108 , the disturbed texture area 109 , the controlled thickness range 114 , the latitudes 116 . 122 and 130 and the metal area 128 high density the same elements in 1A and 1B , As in 1B shown has the top electrode 106 a depth 132 , which gives the approximate depth of the active area of the BAW resonator 100 Are defined. In the embodiment in the 1A and 1B has the resonator 100 a rectangular shape. In an embodiment, the BAW resonator may have a square shape, wherein the width 122 can be about the same as the depth 132 , It may also be beneficial to the corners of the BAW resonator 100 Round off and / or the BAW resonator 100 to form, so that opposite sides of the BAW resonator 100 are not parallel.
Wie in 1B dargestellt, der kontrollierte Dickenbereich 114 befindet sich an dem Rand des BAW Resonators 100, erstreckt sich entlang des Umfangs des Resonators und hat eine Breite, die durch die Breite 116 des gestörten Texturbereiches 109 definiert ist. Wie ebenso in 2 dargestellt, das Materialsegment 108 befindet sich über der oberen Elektrode 106 und dem gestörten Texturbereich 109 und befindet sich ebenso an dem Rand des Resonators 100. Das Materialsegment 100 befindet sich ferner in dem kontrollierten Dickenbereich 114 und erstreckt sich entlang des Umfangs des BAW Resonators 100.As in 1B shown, the controlled thickness range 114 is located at the edge of the BAW resonator 100 , extends along the circumference of the resonator and has a width that is defined by the width 116 the disturbed texture area 109 is defined. Likewise in 2 represented, the material segment 108 is located above the upper electrode 106 and the disturbed texture area 109 and is also at the edge of the resonator 100 , The material segment 100 is also in the controlled thickness range 114 and extends along the circumference of the BAW resonator 100 ,
Der Betrieb des BAW Resonators 100 wird nun diskutiert werden. Wenn ein elektrisches Feld über der piezoelektrischen Schicht 104 über die obere Elektrode 106 und die untere Elektrode 102 angelegt wird, wird elektrische Energie konvertiert in akustische Energie in der piezoelektrischen Schicht 104 durch eine elektromechanische Koppelung, wodurch die piezoelektrische Schicht 104 veranlasst wird zu vibrieren. Als Ergebnis kann die piezoelektrische Schicht 104 akustische Wellen erzeugen, die sich in einer longitudinalen Mode fortpflanzen, d. h. in einer Richtung senkrecht zu der oberen Oberfläche 126 der piezoelektrischen Schicht 104, was eine gewünschte Mode ist. Jedoch als Ergebnis von der kristallinen Struktur der piezoelektrischen Schicht 104, von dem Randbereich des BAW Resonators 100 und von anderen Faktoren, können auch eine Mehrzahl von anderen ungewünschten Moden der Wellenfortpflanzung in der piezoelektrischen Schicht 104 erzeugt werden. Zum Beispiel können unerwünschte Moden wie zum Beispiel laterale Moden, d. h. Moden der Fortpflanzung von akustischen Wellen, die in einer Richtung parallel zu der oberen Oberfläche 126 der piezoelektrischen Schicht 104 auftreten, in der piezoelektrischen Schicht 104 erzeugt werden. Wie oben diskutiert, kann ein signifikanter Verlust von Energie in BAW Resonatoren als Ergebnis der Koppelung von Energie in unerwünschte Moden wie zum Beispiel laterale Moden auftreten. Insbesondere ist der Randbereich eines BAW Resonators, wie zum Beispiel des BAW Resonators 100, ein verlustreicher Bereich des Resonators, in dem eine Koppelung in unerwünschte verlustreiche Moden, wie zum Beispiel laterale Moden, auf unerwünschte Weise den Energieverlust in dem BAW Resonator 100 vergrößert.The operation of the BAW resonator 100 will now be discussed. When an electric field over the piezoelectric layer 104 over the upper electrode 106 and the lower electrode 102 is applied, electrical energy is converted into acoustic energy in the piezoelectric layer 104 by an electromechanical coupling, whereby the piezoelectric layer 104 is caused to vibrate. As a result, the piezoelectric layer 104 generate acoustic waves that propagate in a longitudinal fashion, ie, in a direction perpendicular to the top surface 126 the piezoelectric layer 104 which is a desired fashion. However, as a result of the crystalline structure of the piezoelectric layer 104 , from the edge area of the BAW resonator 100 and other factors, may also be a plurality of other undesired modes of wave propagation in the piezoelectric layer 104 be generated. For example, unwanted modes such as lateral modes, ie modes of propagation of acoustic waves, may be in a direction parallel to the top surface 126 the piezoelectric layer 104 occur in the piezoelectric layer 104 be generated. As discussed above, a significant loss of energy in BAW resonators may occur as a result of the coupling of energy into unwanted modes, such as lateral modes. In particular, the edge region of a BAW resonator, such as the BAW resonator 100 , a lossy region of the resonator in which coupling into undesired high-loss modes, such as lateral modes, undesirably reduces energy loss in the BAW resonator 100 increased.
In dem BAW Resonator 100 umfasst der kontrollierte Dickenbereich 114 das Materialsegment 108, welches sich über der oberen Elektrode 106 befindet, um eine Dickenformung an dem Rand des BAW Resonators 100 zu gewährleisten, und den gestörten Texturbereich 109, welcher piezoelektrisches Material mit einer gestörten Kristallinität aufweist. Als Ergebnis kann die elektromechanische Koppelung gesteuert (controlled) werden und dadurch in dem kontrollierten Dickenbereich 114 signifikant reduziert werden. Deshalb kann die elektromechanische Koppelung in unerwünschte Moden, wie zum Beispiel in laterale Moden, genauso wie die Koppelung in die gewünschte longitudinale Mode in dem kontrollierten Dickenbereich 114 signifikant reduziert werden. Jedoch ist der insgesamte Verlust der Koppelung in die longitudinale Mode in dem BAW Resonator 100 als Resultat des Verlusts der Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 durch Reduzieren der elektromechanischen Koppelung in unerwünschte Moden in dem kontrollierten Dickenbereich 114 signifikant geringer als die insgesamte Reduzierung bzgl. des Energieverlustes, die in dem BAW Resonator 100 erreicht wird. Ebenso können Breite 130, Dicke 124 und die Zusammensetzung des Materialsegments 108 und die Breite 116 des gestörten Texturbereiches 109 der piezoelektrischen Schicht 104 auf geeignete Weise ausgewählt werden um die Reduzierung der Koppelung in unerwünschte Moden wie zum Beispiel laterale Moden zu optimieren. Daher erreicht durch Verwenden des gestörten Texturbereiches 109 der piezoelektrischen Schicht 104, um die elektromechanische Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 zu reduzieren, eine Ausführungsform des BAW Resonators 100 eine signifikante Reduzierung der elektromechanischen Koppelung in unerwünschte Moden, so dass dadurch der insgesamte Energieverlust in dem BAW Resonator 100 signifikant reduziert ist. Durch Reduzieren des insgesamten Energieverlustes erreicht die Erfindung auf vorteilhafte Weise einen BAW Resonator, der ein verbessertes Q hat.In the BAW resonator 100 includes the controlled thickness range 114 the material segment 108 which extends above the upper electrode 106 is located to form a thickness at the edge of the BAW resonator 100 to ensure and the disturbed texture area 109 which has piezoelectric material having a disordered crystallinity. As a result, the electromechanical coupling can be controlled and thereby in the controlled thickness range 114 be significantly reduced. Therefore, the electromechanical coupling may become undesirable modes, such as lateral modes, as well as the coupling to the desired longitudinal mode in the controlled thickness range 114 be significantly reduced. However, the overall loss of coupling into the longitudinal mode is in the BAW resonator 100 as a result of the loss of coupling in the controlled thickness range 114 by reducing electromechanical coupling to undesired modes in the controlled thickness range 114 significantly lower than the overall reduction in energy loss experienced in the BAW resonator 100 is reached. Likewise, width can be 130 , Thickness 124 and the composition of the material segment 108 and the width 116 the disturbed texture area 109 the piezoelectric layer 104 be suitably selected to optimize the reduction of coupling into unwanted modes such as lateral modes. Therefore achieved by using the disturbed texture area 109 the piezoelectric layer 104 to the electromechanical coupling in the controlled thickness range 114 to reduce, an embodiment of the BAW resonator 100 a significant reduction in electromechanical coupling into unwanted modes, thereby reducing the overall energy loss in the BAW resonator 100 is significantly reduced. By reducing the overall energy loss, the invention advantageously achieves a BAW resonator having an improved Q.
Von der vorstehenden Beschreibung der Beispiele in 1A und 1B ist es für eine Person von gewöhnlichen Können auf dem technischen Gebiet evident, dass das Materialsegment 108 alternativ unter dem gestörten Texturbereich 109 der piezoelektrischen Schicht 104 und sogar unter der unteren Elektrode 102 in dem BAW Resonator 100 gebildet sein kann, um ähnliche Vorteile wie oben diskutiert zu erreichen. From the above description of examples in 1A and 1B It is evident to a person of ordinary skill in the technical field that the material segment 108 alternatively under the disturbed texture area 109 the piezoelectric layer 104 and even under the bottom electrode 102 in the BAW resonator 100 may be formed to achieve similar advantages as discussed above.
2 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Bestimmte Details und Merkmale sind in dem Flussdiagramm 200 ausgelassen, die unter Berücksichtigung der Beihilfe von dieser Offenbarung offensichtlich für Personen mit gewöhnlicher Begabung auf dem technischen Gebiet sind. Zum Beispiel kann ein Schritt aus einem oder mehreren Unterschritten bestehen oder kann spezielle Ausrüstung oder Materialien mit einbeziehen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Es solle auch anerkannt werden, dass die Verarbeitungsschritte, die in dem Flussdiagramm 200 gezeigt sind, auf einem Abschnitt eines prozessierten Wafers durchgeführt werden, welcher vor dem Schritt 202 des Flussdiagrams 200 neben anderen Dingen einen über einem Substrat liegenden akustischen Spiegel oder Lufthohlraum beinhaltet, welche nicht dargestellt sind in irgend einer der Figuren. 2 FIG. 12 is a flowchart illustrating an exemplary method according to an embodiment of the present invention. FIG. Certain details and features are in the flow chart 200 which, having regard to the aid of this disclosure, are obviously obvious to those of ordinary skill in the technical field. For example, a step may consist of one or more substeps or may involve special equipment or materials as known in the art. It should also be recognized that the processing steps described in the flowchart 200 are performed on a portion of a processed wafer, which before the step 202 of the flowchart 200 among other things includes an acoustic mirror or air cavity overlying a substrate, which are not shown in any of the figures.
Bei Schritt 202 des Flussdiagrams 200, wird eine untere Elektrode 102 des BAW Resonators 100 in 1A über einem Substrat (nicht dargestellt in irgendeiner der Figuren) geformt. In einer Ausführungsform kann die untere Elektrode 102 über einem akustischen Spiegel (nicht dargestellt in irgendeiner der Figuren) gebildet werden, welche über dem Substrat gebildet sein kann. In einer anderen Ausführungsform kann die untere Elektrode 102 über einem Lufthohlraum (nicht dargestellt in irgendeiner der Figuren) gebildet sein, welcher über dem Substrat gebildet sein kann. Die untere Elektrode 102 kann ein Metall mit hoher Dichte wie zum Beispiel Wolfram oder Molybdän aufweisen, und kann gebildet werden durch Abscheiden einer Schicht aus einem Metall mit hoher Dichte unter Verwendung eines PVD- oder Sputter-Prozesses oder bei anderen geeigneten Abscheidungsprozessen und durch ein geeignetes Strukturieren der Schicht aus dem Metall mit hoher Dichte. Bei Schritt 204 wird die piezoelektrische Schicht 104 über der unteren Elektrode 102 gebildet, wobei die piezoelektrische Schicht 104 den gestörten Texturbereich 109 umfasst. In dem gestörten Texturbereich 109 ist die Kristallinität des piezoelektrischen Materials gestört um, wie oben diskutiert, die elektromechanische Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich zu reduzieren.At step 202 of the flowchart 200 , becomes a lower electrode 102 the BAW resonator 100 in 1A formed over a substrate (not shown in any of the figures). In one embodiment, the lower electrode 102 may be formed over an acoustic mirror (not shown in any of the figures) which may be formed over the substrate. In another embodiment, the lower electrode 102 may be formed over an air cavity (not shown in any of the figures) which may be formed over the substrate. The lower electrode 102 may comprise a high density metal such as tungsten or molybdenum, and may be formed by depositing a layer of high density metal using a PVD or sputtering process or other suitable deposition processes, and by appropriately patterning the layer the metal with high density. At step 204 becomes the piezoelectric layer 104 above the lower electrode 102 formed, wherein the piezoelectric layer 104 the disturbed texture area 109 includes. In the disturbed texture area 109 For example, as discussed above, the crystallinity of the piezoelectric material is disturbed to reduce the electromechanical coupling in the controlled thickness range.
Vor der Bildung der piezoelektrischen Schicht 104 kann der Oberflächenbereich, der unterhalb des gestörten Texturbereiches 109 liegen wird, auf ausreichende Weise gestört werden, um so sicher zu stellen, das die Textur des piezoelektrischen Materials gestört werden wird, wenn die piezoelektrische Schicht 104 gebildet wird. Zum Beispiel kann ein Ätzprozess oder ein anderer geeigneter Prozess verwendet werden, um den Oberflächenbereich der unteren Elektrode 102 aufzurauen, über der der gestörte Texturbereich 109 gebildet werden wird. Diese Störung kann alternativ vor dem Abscheiden der unteren Elektrode gemacht werden, weil in manchen Fällen eine Störung der Textur der unteren Elektrode nachfolgend die Textur des piezoelektrischen Materials stören wird. In einer Implementierung kann die piezoelektrische Schicht 104 Aluminiumnitrid aufweisen und kann gebildet werden durch ein Abscheiden einer Schicht aus Aluminiumnitrid über der unteren Elektrode 102 durch Verwenden eines PVD-Prozesses oder anderer geeigneter Abscheidungsprozesse und durch ein geeignetes Strukturieren der Schicht aus Aluminiumnitrid. Bei Schritt 206 wird die obere Elektrode 106 des BAW Resonators 100 über der piezoelektrischen Schicht 104 gebildet. Zum Beispiel kann die obere Elektrode 106 ein Metall mit hoher Dichte wie zum Beispiel Wolfram oder Molybdän aufweisen und kann gebildet werden durch eine Abscheiden einer Schicht von hochdichtem Metall über der piezoelektrischen Schicht 104 durch Verwenden eines PVD- oder Sputter-Prozesses und durch ein geeignetes Strukturieren der Schicht des hochdichten Metalls.Before the formation of the piezoelectric layer 104 may be the surface area below the disturbed texture area 109 will be disturbed sufficiently so as to ensure that the texture of the piezoelectric material will be disturbed when the piezoelectric layer 104 is formed. For example, an etching process or other suitable process may be used to increase the surface area of the lower electrode 102 roughen over the disturbed texture area 109 will be formed. Alternatively, this disturbance may be made prior to the deposition of the lower electrode, because in some instances disturbing the texture of the lower electrode will subsequently interfere with the texture of the piezoelectric material. In one implementation, the piezoelectric layer 104 Aluminum nitride and may be formed by depositing a layer of aluminum nitride over the lower electrode 102 by using a PVD process or other suitable deposition processes and by appropriately patterning the layer of aluminum nitride. At step 206 becomes the upper electrode 106 the BAW resonator 100 over the piezoelectric layer 104 educated. For example, the upper electrode 106 have a high density metal such as tungsten or molybdenum and may be formed by depositing a layer of high density metal over the piezoelectric layer 104 by using a PVD or sputtering process and by appropriately patterning the layer of high density metal.
Bei Schritt 208 wird das Materialsegment 108 über der oberen Elektrode 106 in dem kontrollierten Dickenbereich 114 des BAW Resonators 100 gebildet. Zum Beispiel kann das Materialsegment 108 ein Metall, ein dielektrisches Material oder ein Halbleitermaterial aufweisen und kann gebildet werden durch ein Abscheiden einer Schicht des Materials über der oberen Elektrode 106 in dem kontrollierten Dickenbereich durch Verwenden eines CVD- oder eines anderen geeigneten Abscheidungsprozesses. Nach der Abscheidung kann die Schicht des Materials auf geeignete Weise unter Verwendung eines geeigneten Ätzprozesses strukturiert werden. Zum Beispiel kann die Schicht des Materials gleichzeitig mit einer darunterliegenden Schicht von unstrukturiertem hochdichten Metall geätzt werden, so dass die äußere Kante des Materialsegments 108 selbst-ausgerichtet ist mit einer Kante der oberen Elektrode 106.At step 208 becomes the material segment 108 above the upper electrode 106 in the controlled thickness range 114 the BAW resonator 100 educated. For example, the material segment 108 a metal, a dielectric material or a semiconductor material and may be formed by depositing a layer of the material over the top electrode 106 in the controlled thickness range by using a CVD or other suitable deposition process. After deposition, the layer of material may be patterned appropriately using a suitable etching process. For example, the layer of material may be simultaneously etched with an underlying layer of unstructured high density metal such that the outer edge of the material segment 108 self-aligned with an edge of the upper electrode 106 ,
Daher stellen, wie oben in den Beispielen in 1A und 1B diskutiert, Ausführungsformen der Erfindung einen BAW Resonator bereit, der einen kontrollierten Dickenbereich hat, welcher ein Materialsegment umfasst, um eine Dickenformung und einen gestörten Texturbereich der piezoelektrischen Schicht zu gewährleisten, um eine kontrollierte elektromechanische Koppelung zu schaffen. Durch Verwenden eines kontrollierten Dickenbereiches am Rand des BAW Resonators, um die elektromechanische Koppelung zu reduzieren, erreicht der BAW Resonator durch ein signifikantes Reduzieren elektromechanischer Koppelung in unerwünschte, verlustbehaftete Moden auf vorteilhafte Weise eine signifikante Reduzierung bzgl. Energieverluste im Vergleich zu einem herkömmlichen BAW Resonator, welcher lediglich eine Profilformung verwendet um Energieverluste zu reduzieren. Als Ergebnis kann der BAW Resonator im Vergleich zu konventionellen BAW Resonatoren auf vorteilhafte Weise ein höheres Q erreichen.Therefore, as in the examples above in 1A and 1B For example, embodiments of the invention provide a BAW resonator having a controlled thickness range that includes a material segment to provide thickness formation and a disturbed texture region of the piezoelectric layer to provide controlled electromechanical coupling. By using a controlled Thickness region at the edge of the BAW resonator, in order to reduce the electromechanical coupling, the BAW resonator advantageously achieves a significant reduction in energy losses compared to a conventional BAW resonator by merely reducing electromechanical coupling to undesirable lossy modes used to reduce energy losses. As a result, the BAW resonator can advantageously achieve a higher Q compared to conventional BAW resonators.
Unter Bezugnahme auf die 3A und 3B ist dort eine andere Ausführungsform eines BAW Resonators im Einklang mit Aspekten der Erfindung illustriert. 3A zeigt eine Querschnittsansicht eines BAW Resonators 300, welcher die untere Elektrode 102, die piezoelektrische Schicht 104 und die obere Elektrode 106 umfasst. Der BAW Resonator 300 umfasst auch ein Metallsegment 302 mit niedriger Dichte, wie nachfolgend beschrieben wird. Wie vorstehend mit Bezug auf den BAW Resonator 100 diskutiert, kann der BAW Resonator 300 ferner einen akustischen Spiegel umfassen, welcher eine akustische Isolierung von dem darunterliegenden Substrat gewährleistet. Der akustische Spiegel und das Substrat, über dem der BAW Resonator 300 hergestellt ist, sind in 3A nicht dargestellt. In einer Ausführungsform kann der BAW Resonator 300 ein FBAR sein und kann durch einen Lufthohlraum akustisch isoliert sein von einem darunterliegenden Substrat. Ähnlich wie der BAW Resonator 100, kann der BAW Resonator 300 in einem BAW Filter verwendet werden, um ein RF Filtern in einem Mobilfunktelefon oder in einem anderen Typ von Halbleitervorrichtung zu gewährleisten und kann in einem Halbleiterplättchen (semiconductor die) hergestellt sein.With reference to the 3A and 3B there is illustrated another embodiment of a BAW resonator in accordance with aspects of the invention. 3A shows a cross-sectional view of a BAW resonator 300 , which is the lower electrode 102 , the piezoelectric layer 104 and the upper electrode 106 includes. The BAW resonator 300 also includes a metal segment 302 low density, as described below. As above with respect to the BAW resonator 100 discussed, the BAW resonator 300 further comprising an acoustic mirror which provides acoustic isolation from the underlying substrate. The acoustic mirror and the substrate, above which the BAW resonator 300 is manufactured in are 3A not shown. In one embodiment, the BAW resonator 300 may be an FBAR and may be acoustically isolated by an air cavity from an underlying substrate. Similar to the BAW resonator 100 , the BAW resonator can 300 may be used in a BAW filter to ensure RF filtering in a mobile phone or other type of semiconductor device, and may be fabricated in a semiconductor die.
Wie in 3A gezeigt, befindet sich ein Metallsegment 302 mit geringer Dichte über der piezoelektrischen Schicht 104 in einem kontrollierten Dickenbereich 114 des BAW Resonators 300. Das Metallsegment 302 mit geringer Dichte kann zum Beispiel Aluminium, Titan oder ein anderes geeignetes Metall mit niedriger Dichte aufweisen, und hat eine Breite 304 und eine Dicke 306. In dem in 3A illustrierten Beispiel befindet sich das Metallsegment 302 mit geringer Dichte an dem Rand des BAW Resonators 300 und erstreckt sich entlang des gesamten Umfangs des BAW Resonators und hat eine rechteckige Querschnittsform. In einem anderen Beispiel kann sich das Metallsegment 302 mit geringer Dichte in einer Position unterschiedlich als an dem Rand des BAW Resonators 300 befinden. In anderen Beispielen kann das Metallsegment 302 mit geringer Dichte eine nicht-rechtwinklige Querschnittsform haben. Das Metallsegment 302 mit geringer Dichte hat eine Breite 304 (d. h. eine Querschnittsbreite), welche beispielsweise zwischen 1,0 Mikrometer und 5,0 Mikrometer sein kann. Das Metallsegment 302 mit geringer Dichte hat eine Dicke 306, welche zum Beispiel zwischen 100,0 Angström und 3000,0 Angström sein kann. Es wird darauf hingewiesen, dass obwohl das Metallsegment 302 mit geringer Dichte für die Einfachheit der Illustration dargestellt ist, als sei es dünner als die obere Elektrode 106, das Metallsegment 302 mit geringer Dichte auch dicker oder in der Dicke ungefähr gleich sein kann wie die obere Elektrode 106.As in 3A shown is a metal segment 302 low density over the piezoelectric layer 104 in a controlled thickness range 114 the BAW resonator 300 , The metal segment 302 For example, low density may include aluminum, titanium, or other suitable low density metal, and has a width 304 and a thickness 306 , In the in 3A illustrated example is the metal segment 302 low density at the edge of the BAW resonator 300 and extends along the entire circumference of the BAW resonator and has a rectangular cross-sectional shape. In another example, the metal segment may 302 with low density in a position different than at the edge of the BAW resonator 300 are located. In other examples, the metal segment 302 have a non-rectangular cross-sectional shape with low density. The metal segment 302 low density has a width 304 (ie, a cross-sectional width), which may be, for example, between 1.0 micron and 5.0 micron. The metal segment 302 low density has a thickness 306 , which may be, for example, between 100.0 angstroms and 3000.0 angstroms. It should be noted that although the metal segment 302 low density for the sake of illustration, as if it were thinner than the upper electrode 106 , the metal segment 302 may also be thicker or slightly thicker than the top electrode in low density 106 ,
Das Metallsegment 302 mit geringer Dichte kann zum Beispiel gebildet werden durch Abscheiden einer Schicht eines Metalls mit geringer Dichte, wie zum Beispiel Aluminium oder Titan, über der piezoelektrischen Schicht 104 unter Verwendung eines PVD- oder eines Sputter-Prozesses oder eines anderen geeigneten Abscheidungsprozesses. Die Schicht des Metalls mit niedriger Dichte kann dann auf geeignete Weise durch Verwenden eines geeigneten Ätzprozesses strukturiert werden, um die innere Kante des Metallsegments 302 mit geringer Dichte zu Bilden durch ein Entfernen eines mittigen Abschnitts der Metallschicht mit geringer Dichte. In einer Ausführungsform kann die äußere Kante des Metallsegments 302 mit geringer Dichte selbst-ausgerichtet sein mit einer Kante der oberen Elektrode 106 durch ein Bilden der äußeren Kante des Metallsegments 302 mit geringer Dichte gleichzeitig mit der Kante er oberen Elektrode 106, wie vorstehend beschrieben. In einer Ausführungsform kann die Schicht aus Metall mit niedriger Dichte auf geeignete Weise strukturiert werden durch Verwenden eines geeigneten Ätzprozesses, um die innere Kante und die äußere Kante des Metallsegments 302 mit geringer Dichte zu bilden. In dieser Ausführungsform kann die obere Elektrode 106 die äußere Kante des Metallsegments 302 mit geringer Dichte überlappen oder kann vollständig innerhalb dessen Grenzen fallen.The metal segment 302 For example, low density may be formed by depositing a layer of low density metal, such as aluminum or titanium, over the piezoelectric layer 104 using a PVD or sputtering process or other suitable deposition process. The layer of low density metal may then be patterned in a suitable manner by using a suitable etching process around the inner edge of the metal segment 302 low-density forming by removing a central portion of the low-density metal layer. In an embodiment, the outer edge of the metal segment 302 low-density self-aligned with an edge of the upper electrode 106 by forming the outer edge of the metal segment 302 low density simultaneously with the edge of the upper electrode 106 as described above. In one embodiment, the low density metal layer may be suitably patterned by using a suitable etching process around the inner edge and the outer edge of the metal segment 302 to form with low density. In this embodiment, the upper electrode 106 the outer edge of the metal segment 302 overlap with low density or may fall completely within its limits.
In der Ausführungsform, die in 3A illustriert ist, kann die Schicht aus hochdichtem Metall, welche die obere Elektrode 106 bildet, auf geeignete Weise strukturiert werden durch ein Ätzen der Schicht von hochdichtem Metall gleichzeitig mit der darunter liegenden Schicht aus Metall mit niedriger Dichte (verwendet um das Metallsegment 302 mit geringer Dichte zu bilden) in dem selben Ätzprozess, so dass dadurch eine präzise definierte Kante des BAW Resonators 300 gewährleistet ist.In the embodiment which is in 3A is illustrated, the layer of high-density metal, which is the upper electrode 106 can be suitably patterned by etching the layer of high density metal simultaneously with the underlying layer of low density metal (used around the metal segment) 302 in the same etching process, thereby forming a precisely defined edge of the BAW resonator 300 is guaranteed.
Wie vorstehend beschrieben befindet sich der kontrollierte Dickenbereich 114 an der Kante des BAW Resonators 300 und erstreckt sich entlang der Kante des BAW Resonators 300. In dem in 3A gezeigten Beispiel umfasst der kontrollierte Dickenbereich 114 das Metallsegment 302 mit geringer Dichte und einen Abschnitt 308 der oberen Elektrode 106, welcher über dem Metallsegments 302 mit geringer Dichte liegt. In einer anderen Ausführungsform kann der kontrollierte Dickenbereich 114 an einer Stelle des BAW Resonators gebildet werden, welche verschieden ist von der Kante des Resonators. Ebenso dargestellt in 3a, der Bereich 310 des BAW Resonators mit hochdichtem Metall befindet sich benachbart zu und ist umgeben von den kontrollierten Dickenbereich 114. In dem Bereich 310 mit hochdichtem Metall befindet sich die obere Elektrode 106 auf der piezoelektrischen Schicht 104. Deshalb ist in dem der Bereich 310 mit hochdichtem Metall ein Metallsegment mit geringer Dichte, wie zum Beispiel das Metallsegment 302 mit niedriger Dichte, nicht zwischen der oberen Elektrode 106 und der piezoelektrischen Schicht 104 angeordnet.As described above, the controlled thickness range is 114 at the edge of the BAW resonator 300 and extends along the edge of the BAW resonator 300 , In the in 3A The example shown includes the controlled thickness range 114 the metal segment 302 low density and a section 308 the upper electrode 106 which is above the metal segment 302 low density. In another Embodiment may be the controlled thickness range 114 are formed at a position of the BAW resonator which is different from the edge of the resonator. Also shown in 3a , the area 310 The BAW resonator with high density metal is adjacent to and surrounded by the controlled thickness range 114 , In that area 310 with high-density metal is the upper electrode 106 on the piezoelectric layer 104 , That's why the area is in there 310 with high density metal, a low density metal segment, such as the metal segment 302 low density, not between the upper electrode 106 and the piezoelectric layer 104 arranged.
3B zeigt eine Draufsicht der Struktur 300, wobei die Querschnittsansicht des BAW Resonators 300 in 3A entlang der Linie 3A-3A in 3B verläuft. Insbesondere entsprechen die piezoelektrische Schicht 104, die obere Elektrode 106, der kontrollierte Dickenbereich 114, die Breiten 304 und 116, und der Bereich 310 mit hochdichtem Metall den gleichen Elementen in 3A und 3B. Wie in 3B gezeigt, hat die obere Elektrode 106 eine Tiefe 312, welche die ungefähre Tiefe des aktiven Bereichs des BAW Resonators 300 definiert. In der Ausführungsform in den 3A und 3B hat der BAW Resonator 300 eine rechteckige Form. In einer Ausführungsform kann der BAW Resonator 300 eine quadratische Form haben, wobei die Breite 122 ungefähr gleich sein kann wie die Tiefe 312. Es kann ebenso vorteilhaft sein die Ecken des BAW Resonators abzurunden und/oder den Resonator zu formen, so dass einander gegenüberliegende Seiten des Resonators nicht parallel sind. Wie in 3B gezeigt, befindet sich der kontrollierte Dickenbereich 114 an dem Rand des BAW Resonators 300, erstreckt sich entlang des Umfangs des Resonators und hat eine Breite, die definiert ist durch die Breite 304 des Metallsegments 302 (gezeigt in 3A) mit dem Metall mit niedriger Dichte. Ebenso gezeigt in 3B, der Metallbereich 310 des BAW Resonators mit hoher Dichte befindet sich benachbart zu und ist eingeschlossen durch den kontrollierten Dickenbereich 114. 3B shows a plan view of the structure 300 , wherein the cross-sectional view of the BAW resonator 300 in 3A along the line 3A-3A in 3B runs. In particular, the piezoelectric layer correspond 104 , the upper electrode 106 , the controlled thickness range 114 , the latitudes 304 and 116 , and the area 310 with high density metal the same elements in 3A and 3B , As in 3B shown has the top electrode 106 a depth 312 , which gives the approximate depth of the active area of the BAW resonator 300 Are defined. In the embodiment in the 3A and 3B has the BAW resonator 300 a rectangular shape. In one embodiment, the BAW resonator 300 have a square shape, with the width 122 can be about the same as the depth 312 , It may also be advantageous to round off the corners of the BAW resonator and / or shape the resonator so that opposing sides of the resonator are not parallel. As in 3B shown is the controlled thickness range 114 at the edge of the BAW resonator 300 , extends along the circumference of the resonator and has a width defined by the width 304 of the metal segment 302 (shown in 3A ) with the low-density metal. Also shown in 3B , the metal area 310 The BAW resonator of high density is adjacent to and enclosed by the controlled thickness range 114 ,
Der Betrieb des BAW Resonators 300 wird nun diskutiert werden. Wie vorstehend diskutiert, können während des Betriebs des BAW Resonators in der piezoelektrischen Schicht 104 unerwünschte laterale Moden erzeugt werden, welche einen signifikanten Verlust von Energie in dem BAW Resonator verursachen können. In einer Ausführungsform des BAW Resonators 300 stellt der kontrollierte Dickenbereich 114 eine Dickenformung an dem Rand des BAW Resonators 300 zur Verfügung, indem ein Metallsegment 302 mit niedriger Dichte zwischen der oberen Elektrode 106 und der piezoelektrischen Schicht 104 hinzugefügt wird. Dies erhöht die Dicke an dem Rand des Resonators, so dass dadurch der Energieverlust in unerwünschte Moden, wie zum Beispiel laterale Moden, reduziert wird, indem die unerwünschten Moden unterdrückt werden. Durch Verwenden eines Metalls mit geringer Dichte, wie zum Beispiel Aluminium oder Titan, um das Metallsegment 302 mit niedriger Dichte zu bilden, wobei das Metall mit niedriger Dichte eine kleinere Dichte hat als das Metall mit hoher Dichte, welches verwendet wird, um die obere Elektrode 106 zu bilden, kann die elektromechanische Koppelung in den kontrollierten Dickenbereich 114 signifikant reduziert werden. Daher kann die elektromechanische Koppelung in unerwünschte Moden, wie zum Beispiel laterale Moden, in dem kontrollierten Dickenbereich 114 signifikant reduziert werden. Die Koppelung in die gewünschte longitudinale Mode ist ebenso reduziert; jedoch ist der maßvolle Verlust an Koppelung in die longitudinale Mode in dem BAW Resonator als Ergebnis von dem Verlust von Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 gerechtfertigt durch die insgesamte Reduzierung des Energieverlustes, die in dem BAW Resonator 300 durch das Reduzieren der elektromechanischen Koppelung in unerwünschte Moden in dem kontrollierten Dickenbereich 114 erreicht wird.The operation of the BAW resonator 300 will now be discussed. As discussed above, during operation of the BAW resonator in the piezoelectric layer 104 unwanted lateral modes can be generated which can cause a significant loss of energy in the BAW resonator. In an embodiment of the BAW resonator 300 represents the controlled thickness range 114 a thickness forming at the edge of the BAW resonator 300 available by a metal segment 302 low density between the upper electrode 106 and the piezoelectric layer 104 will be added. This increases the thickness at the edge of the resonator, thereby reducing the energy loss into undesired modes, such as lateral modes, by suppressing the unwanted modes. By using a metal of low density, such as aluminum or titanium, around the metal segment 302 low density metal having a lower density than the high density metal used to form the upper electrode 106 The electromechanical coupling can be made in the controlled thickness range 114 be significantly reduced. Therefore, the electromechanical coupling may enter undesired modes, such as lateral modes, in the controlled thickness range 114 be significantly reduced. The coupling into the desired longitudinal mode is also reduced; however, the modest loss of coupling to the longitudinal mode in the BAW resonator is as a result of the loss of coupling in the controlled thickness range 114 justified by the overall reduction of energy loss in the BAW resonator 300 by reducing electromechanical coupling to undesired modes in the controlled thickness range 114 is reached.
Daher kann durch ein Reduzieren der elektromechanischen Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 eine signifikante Reduzierung bzgl. des Energieverlusts in dem BAW Resonator 300 erreicht werden, indem die elektromechanische Koppelung in unerwünschte Moden, so wie zum Beispiel laterale Moden, in dem BAW Resonator reduziert wird. Auch kann in dem kontrollierten Dickenbereich 114 die Breite 304 und die Dicke 306 des Metallsegments mit niedriger Dichte und die Dicke 120 der oberen Elektrode 106 auf geeignete Weise ausgewählt werden um eine optimal Reduzierung des Energieverlustes in dem BAW Resonator 300 zu erreichen.Therefore, by reducing the electromechanical coupling in the controlled thickness range 114 a significant reduction in energy loss in the BAW resonator 300 can be achieved by reducing the electromechanical coupling into undesired modes, such as lateral modes, in the BAW resonator. Also, in the controlled thickness range 114 the width 304 and the thickness 306 of the metal segment with low density and the thickness 120 the upper electrode 106 be suitably selected to optimally reduce energy loss in the BAW resonator 300 to reach.
Daher kann das in den 3A und 3B illustrierte Beispiel durch ein Kontrollieren der elektromechanischen Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 im Vergleich zu einem herkömmlichen BAW Resonator, der eine Profilformung verwendet, um Verluste zu reduzieren, eine signifikante Reduzierung hinsichtlich der Menge an Energie, die in verlustreiche, ungewollte Moden, wie zum Beispiel laterale Moden, eingekoppelt wird, erreicht werden. Daher kann eine Ausführungsform eines BAW Resonators 300 im Vergleich zu einem herkömmlichen BAW Resonator durch ein Reduzieren des Energieverlusts auf vorteilhafte Weise ein erhöhtes Q (Gütefaktor) gewährleisten.Therefore, in the 3A and 3B illustrated example by controlling the electromechanical coupling in the controlled thickness range 114 Compared to a conventional BAW resonator, which uses profile shaping to reduce losses, a significant reduction in the amount of energy coupled into lossy, unwanted modes, such as lateral modes, is achieved. Therefore, one embodiment of a BAW resonator 300 In comparison with a conventional BAW resonator, by reducing the energy loss, it is advantageous to ensure an increased Q (figure of merit).
Aus der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung in den 3A und 3B ist es für jemanden mit gewöhnlichen Fähigkeiten auf dem technischen Gebiet offensichtlich, dass ein kontrollierter Dickenbereich, wie zum Beispiel der kontrollierte Dickenbereich 114, alternativ zwischen der unteren Elektrode 102 und der piezoelektrischen Schicht 104 in dem BAW Resonator 300 ausgebildet sein kann, um ähnliche Vorteile wie oben diskutiert zu erreichen.From the foregoing description of the embodiment of the invention in the 3A and 3B It is obvious to someone with ordinary skills in the technical field that there is a controlled thickness range, such as the controlled thickness range 114 alternatively between the lower electrode 102 and the piezoelectric layer 104 in the BAW resonator 300 may be designed to achieve similar advantages as discussed above.
4A zeigt eine Querschnittsansicht von einem anderen Beispiel eines BAW Resonators 400 im Einklang mit einer Ausführungsform der Erfindung. Der BAW Resonator 400 kann zum Beispiel ein FBAR sein und kann von einem darunterliegenden Substrat mittels eines Lufthohlraums akustisch isoliert sein. Der BAW Resonator 400 kann in einem BAW Filter verwendet werden, um ein RF Filtern in einem Mobilfunktelefon oder in einem anderen Typ von Halbleitervorrichtung zu gewährleisten und kann hergestellt sein in einem Halbleiterplättchen (semiconductor die). 4A shows a cross-sectional view of another example of a BAW resonator 400 in accordance with an embodiment of the invention. The BAW resonator 400 For example, it may be an FBAR and may be acoustically isolated from an underlying substrate by means of an air cavity. The BAW resonator 400 can be used in a BAW filter to ensure RF filtering in a mobile phone or other type of semiconductor device and can be fabricated in a semiconductor die.
In dem in 4A illustrierten Beispiel umfasst der BAW Resonator 400 ein dielektrisches Segment 402, welches sich auf der oberen Oberfläche 126 der piezoelektrischen Schicht 104 in einem kontrollierten Dickenbereich 114 des BAW Resonators 400 befindet. Das dielektrische Segment 402 ist ebenso eingegrenzt innerhalb des Umfangs der piezoelektrischen Schicht 104. In anderen Worten erstreckt sich das dielektrische Segment 402 nicht hinter die Kante der piezoelektrischen Schicht 104. Jedoch ist es von Bedeutung für das dielektrische Segment 402, dass es sich entweder auf (d. h. in direktem Kontakt mit) der oberen Oberflächen der piezoelektrischen Schicht 104 (in einer Ausführungsform) oder auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 104 (in einer anderen Ausführungsform) befindet, um effektiv die elektromechanische Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 zu kontrollieren, so wie es nachstehend diskutiert werden wird.In the in 4A Illustrated example comprises the BAW resonator 400 a dielectric segment 402 , which is on the upper surface 126 the piezoelectric layer 104 in a controlled thickness range 114 the BAW resonator 400 located. The dielectric segment 402 is also confined within the periphery of the piezoelectric layer 104 , In other words, the dielectric segment extends 402 not behind the edge of the piezoelectric layer 104 , However, it is important for the dielectric segment 402 in that it is either on (ie in direct contact with) the upper surfaces of the piezoelectric layer 104 (in one embodiment) or on the lower surface of the piezoelectric layer 104 (in another embodiment) to effectively provide electromechanical coupling in the controlled thickness range 114 as discussed below.
Das dielektrische Segment 402 kann zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder andere geeignete dielektrische Materialien aufweisen. In einer Ausführungsform kann das dielektrische Segment 402 ein dielektrisches Material mit geringer dielektrischer Konstante (”low dielectric constant (low-k) dielectric material”) wie zum Beispiel poröses Silica, fluorierter amorpher Kohlenstoff, Fluoropolymer (fluoro-polymer), Parylen, Polyarylen-Ether, Wasserstoff-Silses-Quioxan (hydrogen silsesquioxane (HSQ)), fluoriertes Siliziumdioxid und diamantartigen Kohlenstoff aufweisen. In der einen Anwendung ist ein dielektrisches Material mit geringer dielektrischer Konstante (”low dielectric constant (low-k) dielectric material”) definiert als ein dielektrisches Material, welches eine dielektrische Konstante hat, die geringer ist als die dielektrische Konstante von Siliziumoxid.The dielectric segment 402 For example, it may comprise silicon oxide, silicon nitride, or other suitable dielectric materials. In an embodiment, the dielectric segment 402 a low dielectric constant ("low-k") dielectric material such as porous silica, fluorinated amorphous carbon, fluoropolymer (fluoropolymer), parylene, polyarylene ether, hydrogen silsesquioxane ( hydrogen silsesquioxane (HSQ)), fluorinated silica and diamond-like carbon. In one application, a low dielectric constant ("low-k") dielectric material is defined as a dielectric material that has a dielectric constant that is less than the dielectric constant of silicon oxide.
In dem in 4A gezeigten Beispiel befindet sich das dielektrische Segment 402 an der Kante des BAW Resonators 400, erstreckt sich entlang des gesamten Umfangs des BAW Resonators und hat eine rechteckige Querschnittsform. In einer Ausführungsform kann sich das dielektrische Segment 402 ganz nahe an dem Rand des BAW Resonators 400 befinden. In einer anderen Ausführungsform kann das dielektrische Segment 402 eine nicht-rechteckige Querschnittsform haben. Das dielektrische Segment 402 hat eine Breite 404, welche zum Beispiel zwischen 1,0 Mikrometer und 5,0 Mikrometer sein kann. Das dielektrische Segment hat eine Dicke 406, welche zum Beispiel zwischen 100,0 Angström und 3000,0 Angström sein kann. Es wird darauf hingewiesen, dass obwohl das dielektrische Segment 402 für die Einfachheit der Illustration dünner dargestellt ist als die obere Elektrode 106, das dielektrische Segment 402 auch dicker als oder ungefähr gleich in der Dicke sein kann sein wie die obere Elektrode 106.In the in 4A The example shown is the dielectric segment 402 at the edge of the BAW resonator 400 , extends along the entire circumference of the BAW resonator and has a rectangular cross-sectional shape. In an embodiment, the dielectric segment may be 402 very close to the edge of the BAW resonator 400 are located. In another embodiment, the dielectric segment 402 have a non-rectangular cross-sectional shape. The dielectric segment 402 has a width 404 which may be, for example, between 1.0 micron and 5.0 micron. The dielectric segment has a thickness 406 , which may be, for example, between 100.0 angstroms and 3000.0 angstroms. It should be noted that although the dielectric segment 402 is shown thinner than the upper electrode for the sake of simplicity of illustration 106 , the dielectric segment 402 may also be thicker than or about the same thickness as the upper electrode 106 ,
Das dielektrische Segment 402 kann zum Beispiel gebildet werden durch Abscheiden einer Schicht von dielektrischem Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid, über der piezoelektrischen Schicht 104 durch Verwenden eines CVD-Prozesses oder einem anderen geeigneten Abscheidungsprozess. Die Schicht aus dielektrischem Material kann dann auf geeignete Weise durch Verwenden eines geeigneten Ätzprozesses strukturiert werden, um die innere Kante des dielektrischen Segments 402 durch Entfernen eines zentralen Abschnitts der dielektrischen Schicht zu bilden. In der Ausführungsform in 4A kann die äußere Kante des dielektrischen Segments 402 selbst-ausgerichtet sein mit der Kante der oberen Elektrode 106. Zum Beispiel kann die obere Elektrode 106 gebildet sein durch ein Abscheiden einer Schicht eines hochdichten Metalls, wie zum Beispiel Wolfram oder Molybdän, über der piezoelektrischen Schicht 104 und dem dielektrischen Segment 402 durch Verwenden eines PVD- oder Sputter-Prozesses oder eines anderen geeigneten Abscheidungsprozesses. Die Schicht von hochdichtem Metall kann auf geeignete Weise strukturiert werden durch ein Ätzen der Schicht aus hochdichtem Metall gleichzeitig mit der darunter liegenden Schicht aus dielektrischen Material, welches verwendet ist um das dielektrische Segment 402 zu bilden, um so präzise den Rand des BAW Resonators 400 zu definieren. Daher ist in der Ausführungsform in 4A die Kante der oberen Elektrode 106 selbst-ausgerichtet mit der äußeren Kante des dielektrischen Segments 402. In einer anderen Ausführungsform kann die Schicht des hochdichten Metalls überlappen mit der äußeren Kante des dielektrischen Segments 402 und kann auf geeignete Weise strukturiert werden durch Verwenden eines geeigneten Ätzprozesses, um die innere Kante und die äußere Kante des dielektrischen Segments zu bilden. In einer anderen Ausführungsform kann die Schicht des dielektrischen Materials auf geeignete Weise strukturiert werden durch Verwenden eines geeigneten Ätzprozesses um die innere Kante und die äußere Kante des dielektrischen Segments 402 zu bilden. In dieser Ausführungsform kann die obere Elektrode 106 die äußere Kante des dielektrischen Segments 402 überlappen oder kann vollständig innerhalb dessen Grenzen enthalten sein.The dielectric segment 402 For example, it may be formed by depositing a layer of dielectric material, such as silicon oxide, over the piezoelectric layer 104 by using a CVD process or other suitable deposition process. The layer of dielectric material may then be patterned in a suitable manner by using a suitable etching process, around the inner edge of the dielectric segment 402 by removing a central portion of the dielectric layer. In the embodiment in FIG 4A may be the outer edge of the dielectric segment 402 self-aligned with the edge of the upper electrode 106 , For example, the upper electrode 106 formed by depositing a layer of high density metal, such as tungsten or molybdenum, over the piezoelectric layer 104 and the dielectric segment 402 by using a PVD or sputtering process or other suitable deposition process. The layer of high density metal may be suitably patterned by etching the layer of high density metal simultaneously with the underlying layer of dielectric material used around the dielectric segment 402 to form so precisely the edge of the BAW resonator 400 define. Therefore, in the embodiment in FIG 4A the edge of the upper electrode 106 self-aligned with the outer edge of the dielectric segment 402 , In another embodiment, the layer of high density metal may overlap with the outer edge of the dielectric segment 402 and may be suitably patterned by using a suitable etching process to form the inner edge and the outer edge of the dielectric segment. In another embodiment, the layer of dielectric material may be suitably patterned by using a suitable etching process around the inner edge and the outer edge of the dielectric segment 402 to build. In this embodiment, the upper electrode 106 the outer edge of the dielectric segment 402 overlap or may be completely contained within its boundaries.
Ebenso in 4A gezeigt, der kontrollierte Dickenbereich 114 befindet sich an dem Rand des BAW Resonators 400, erstreckt sich entlang des Rands des BAW Resonators 400 und umfasst ein dielektrisches Segment 402 und einen Abschnitt 308 der oberen Elektrode 106, welcher über dem dielektrischen Segment liegt. In einer anderen Ausführungsform kann der kontrollierte Dickenbereich 114 an einer Stelle im BAW Resonator gebildet sein, welche anders ist als der Rand des Resonators. In der Ausführungsform in 4A hat der kontrollierte Dickenbereich 114 eine einheitliche Dicke im Querschnitt. Wie oben diskutiert, kann in anderen Ausführungsformen der kontrollierte Dickenbereich 114 im Querschnitt eine nicht-einheitliche Dicke und eine nicht-rechteckige Querschnittsform haben, wie zum Beispiel eine Keilform oder eine Tränenform. Wie ferner in 4A gezeigt, befindet sich der hochdichte Metallbereich 408 des BAW Resonators 400 benachbart zu und ist umgeben von dem kontrollierten Dickenbereich 114. In dem hochdichten Metallbereich 408 befindet sich die obere Elektrode 408 auf der piezoelektrischen Schicht 104. Daher ist in dem hochdichten Metallbereich 408 ein dielektrisches Segment, wie zum Beispiel das dielektrische Segment 402, nicht zwischen der oberen Elektrode 106 und der piezoelektrischen Schicht 104 angeordnet.Likewise in 4A shown the controlled thickness range 114 is located at the edge of the BAW resonator 400 , extends along the edge of the BAW resonator 400 and includes a dielectric segment 402 and a section 308 the upper electrode 106 , which lies above the dielectric segment. In another embodiment, the controlled thickness range 114 be formed at a location in the BAW resonator, which is different than the edge of the resonator. In the embodiment in FIG 4A has the controlled thickness range 114 a uniform thickness in cross section. As discussed above, in other embodiments, the controlled thickness range 114 have a non-uniform thickness and a non-rectangular cross-sectional shape in cross section, such as a wedge shape or a teardrop shape. As further in 4A shown is the high density metal area 408 the BAW resonator 400 adjacent to and surrounded by the controlled thickness range 114 , In the high-density metal area 408 is the upper electrode 408 on the piezoelectric layer 104 , Therefore, in the high-density metal area 408 a dielectric segment, such as the dielectric segment 402 , not between the upper electrode 106 and the piezoelectric layer 104 arranged.
4B zeigt eine Draufsicht der Struktur 400, wobei die Querschnittsansicht des BAW Resonators 400 in 4A entlang der Linie 4A-4A in 4B verläuft. Insbesondere entsprechen die piezoelektrische Schicht 104, die obere Elektrode 106, der kontrollierte Dickenbereich 114, die Breiten 404 und 122 und der Metallbereich 408 mit hoher Dichte den gleichen Elementen in 4A und 4B. Wie vorstehend diskutiert, obwohl in den 4A und 4B der BAW Resonator 400 eine rechteckige Form hat, kann der BAW Resonator 400 alternativ eine quadratische Form haben, wobei die Breite 122 ungefähr gleich ist wie die Tiefe 312. Es kann ebenso vorteilhaft sein die Ecken des BAW Resonators abzurunden und/oder den Resonator zu formen, so dass einander gegenüberliegende Seiten des Resonators nicht parallel sind, wie vorstehend beschrieben. Wie in 4B gezeigt, der kontrollierte Dickenbereich 114 befindet sich an der Kante des BAW Resonators 400, erstreckt sich entlang des Umfangs des Resonators und hat eine Breite, die definiert ist durch die Breite 404 des dielektrischen Segments 403. Ebenso gezeigt in 4B, der hochdichte Metallbereich 408 des BAW Resonators 400 befindet sich benachbart zu und ist umschlossen von den kontrollierten Dickenbereich. 4B shows a plan view of the structure 400 , wherein the cross-sectional view of the BAW resonator 400 in 4A along the line 4A-4A in 4B runs. In particular, the piezoelectric layer correspond 104 , the upper electrode 106 , the controlled thickness range 114 , the latitudes 404 and 122 and the metal area 408 high density the same elements in 4A and 4B , As discussed above, although in the 4A and 4B the BAW resonator 400 has a rectangular shape, the BAW resonator can 400 alternatively have a square shape, wherein the width 122 is about the same as the depth 312 , It may also be advantageous to round off the corners of the BAW resonator and / or shape the resonator so that opposing sides of the resonator are not parallel, as described above. As in 4B shown the controlled thickness range 114 is located at the edge of the BAW resonator 400 , extends along the circumference of the resonator and has a width defined by the width 404 of the dielectric segment 403 , Also shown in 4B , the high-density metal area 408 the BAW resonator 400 is adjacent to and enclosed by the controlled thickness range.
Der Betrieb des BAW Resonators 400 wird nun diskutiert werden. Wie vorstehend diskutiert, können während des Betriebs des BAW Resonators in der piezoelektrischen Schicht 104 unerwünschte laterale Moden erzeugt werden, welche einen signifikanten Verlust von Energie in dem BAW Resonator verursachen können. In dem BAW Resonator 400 stellt der kontrollierte Dickenbereich 114 eine Dickenformung an dem Rand des BAW Resonators 400 zur Verfügung, indem ein dielektrisches Segment 402 zwischen der oberen Elektrode 106 und der piezoelektrischen Schicht 104 hinzugefügt wird. Kontrolle der elektromechanischen Koppelung wird ebenso durch Verwenden des dielektrischen Segments 402 erreicht, welches elektrisch als ein Serienkondensator wirkt um das elektrische Feld in den kontrollierten Dickenbereich 114 zu reduzieren. Durch Reduzieren des elektrischen Feldes in dem kontrollierten Dickenbereich 114 wird die elektromechanische Koppelung in den kontrollierten Dickenbereich 114 entsprechend reduziert.The operation of the BAW resonator 400 will now be discussed. As discussed above, during operation of the BAW resonator in the piezoelectric layer 104 unwanted lateral modes can be generated which can cause a significant loss of energy in the BAW resonator. In the BAW resonator 400 represents the controlled thickness range 114 a thickness forming at the edge of the BAW resonator 400 available by a dielectric segment 402 between the upper electrode 106 and the piezoelectric layer 104 will be added. Control of electromechanical coupling is also accomplished by using the dielectric segment 402 achieved, which acts electrically as a series capacitor to the electric field in the controlled thickness range 114 to reduce. By reducing the electric field in the controlled thickness range 114 The electromechanical coupling is in the controlled thickness range 114 reduced accordingly.
Durch Reduzieren der elektromechanischen Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 wird die elektromechanische Koppelung in unerwünschte Moden, wie zum Beispiel in laterale Mode, reduziert. Die Koppelung in die gewünschte longitudinale Mode ist ebenso reduziert; jedoch ist der maßvolle Verlust an Koppelung in die longitudinale Mode in dem BAW Resonator 400 als Ergebnis von dem Verlust von Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 gerechtfertigt durch die insgesamte Reduzierung des Energieverlustes, die in dem BAW Resonator 400 erreicht wird durch das Reduzieren der elektromechanischen Koppelung in unerwünschte Moden in dem kontrollierten Dickenbereich 114.By reducing the electromechanical coupling in the controlled thickness range 114 For example, the electromechanical coupling is reduced to undesired modes, such as in lateral fashion. The coupling into the desired longitudinal mode is also reduced; however, the modest loss of coupling to the longitudinal mode is in the BAW resonator 400 as a result of the loss of coupling in the controlled thickness range 114 justified by the overall reduction of energy loss in the BAW resonator 400 is achieved by reducing electromechanical coupling to undesired modes in the controlled thickness range 114 ,
Daher kann durch ein Reduzieren der elektromechanischen Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 eine signifikante Reduzierung bzgl. des Energieverlusts in dem BAW Resonator 400 erreicht werden, indem die elektromechanische Koppelung in unerwünschte Moden, so wie zum Beispiel laterale Moden, in dem BAW Resonator 400 reduziert wird. Auch kann in dem kontrollierten Dickenbereich 114 die Breite 404 und die Dicke 306 des dielektrischen Segments 402 und die Dicke 120 der oberen Elektrode 106 auf geeignete Weise ausgewählt werden um eine optimal Reduzierung des Energieverlustes in dem BAW Resonator 400 zu erreichen.Therefore, by reducing the electromechanical coupling in the controlled thickness range 114 a significant reduction in energy loss in the BAW resonator 400 can be achieved by the electromechanical coupling in undesired modes, such as lateral modes, in the BAW resonator 400 is reduced. Also, in the controlled thickness range 114 the width 404 and the thickness 306 of the dielectric segment 402 and the thickness 120 the upper electrode 106 be suitably selected to optimally reduce energy loss in the BAW resonator 400 to reach.
Daher kann durch ein Kontrollieren der elektromechanischen Koppelung in dem kontrollierten Dickenbereich 114 die Ausführungsform der 4A und 4B im Vergleich zu einem herkömmlichen BAW Resonator, der eine Profilformung verwendet, um Verluste zu reduzieren, eine signifikante Reduzierung hinsichtlich der Menge an Energie, die in verlustreiche, ungewollte Moden, wie zum Beispiel laterale Moden, eingekoppelt wird, erreicht werden. Daher kann durch ein Reduzieren des Energieverlusts die Ausführungsform des BAW Resonators 400 im Vergleich zu einem herkömmlichen BAW Resonator auf vorteilhafte Weise ein erhöhtes Q (Gütefaktor) gewährleisten.Therefore, by controlling the electromechanical coupling in the controlled thickness range 114 the embodiment of the 4A and 4B Compared to a conventional BAW resonator, which uses profile shaping to reduce losses, a significant reduction in the amount of energy coupled into lossy, unwanted modes, such as lateral modes, is achieved. Therefore, by reducing the energy loss, the embodiment of the BAW resonator 400 In comparison to a conventional BAW resonator, advantageously ensure an increased Q (quality factor).
Aus der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung in den 4A und 4B ist es für jemanden mit gewöhnlichen Fähigkeiten auf dem technischen Gebiet offensichtlich, dass ein kontrollierter Dickenbereich, wie zum Beispiel der kontrollierte Dickenbereich 114, alternativ ausgebildet sein kann, so dass sich ein dielektrisches Segment, wie zum Beispiel das dielektrische Segment 402, zwischen der unteren Elektrode 102 und der piezoelektrischen Schicht 104 in dem BAW Resonator 400 befindet, um ähnliche Vorteile wie oben diskutiert zu erreichen.From the foregoing description of the embodiment of the invention in the 4A and 4B It is obvious to someone with ordinary skills in the technical field that there is a controlled thickness range, such as the controlled thickness range 114 may alternatively be formed so that a dielectric segment, such as the dielectric segment 402 , between the lower electrode 102 and the piezoelectric layer 104 in the BAW resonator 400 to achieve similar advantages as discussed above.
Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Flussdiagramm gezeigt, welches ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausführungsform illustriert. Bestimmte Details und Merkmale sind in dem Flussdiagramm 500 ausgelassen, die für Personen mit gewöhnlicher Begabung auf dem technischen Gebiet offensichtlich sind. Zum Beispiel kann ein Schritt aus einem oder mehreren Unterschritten bestehen oder kann spezielle Ausrüstung oder Materialien mit einbeziehen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verarbeitungsschritte, die in dem Flussdiagramm 500 gezeigt sind, auf einem Abschnitt eines prozessierten Wafers durchgeführt werden, welcher vor dem Schritt 202 des Flussdiagrams 500 neben anderen Dingen einen über einem Substrat liegenden akustischen Spiegel oder Lufthohlraum beinhaltet, welche nicht dargestellt sind in irgend einer der Figuren. Wie vorstehend diskutiert, wird bei Schritt 202 die untere Elektrode 102 des BAW Resonators über einem Substrat gebildet. Bei Schritt 504 wird die piezoelektrische Schicht 104 über der unteren Elektrode 102 gebildet.With reference to 5 A flowchart illustrating an exemplary method according to an embodiment is shown. Certain details and features are in the flow chart 500 omitted, which are obvious to persons of ordinary talents in the technical field. For example, a step may consist of one or more substeps or may involve special equipment or materials as known in the art. It should be noted that the processing steps described in the flowchart 500 are performed on a portion of a processed wafer, which before the step 202 of the flowchart 500 among other things includes an acoustic mirror or air cavity overlying a substrate, which are not shown in any of the figures. As discussed above, at step 202 the lower electrode 102 of the BAW resonator formed over a substrate. At step 504 becomes the piezoelectric layer 104 above the lower electrode 102 educated.
Bei Schritt 506 wird ein Segment aus Material, wie zum Beispiel das Metallsegment 302 mit niedriger Dichte in 3A oder das dielektrische Segment 402 in 4A, über der piezoelektrischen Schicht 104 in einem kontrollierten Dickenbereich, wie zum Beispiel dem kontrollierten Dickenbereich 114, des BAW Resonators gebildet. Zum Beispiel kann das Metallsegment 302 mit geringer Dichte, welches ein Metall mit niedriger Dichte wie zum Beispiel Aluminium oder Titan aufweisen kann, über der piezoelektrischen Schicht 104 in dem kontrollierten Dickenbereich 114 des BAW Resonators 300 durch Verwenden eines PVD- oder Sputter-Prozesses gebildet werden. Zum Beispiel kann das dielektrische Segment 402, welches ein dielektrisches Material wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder ein dielektrisches Material mit geringer dielektrischer Konstante (low-k dielectric material) aufweisen kann, über der piezoelektrischen Schicht 104 in dem kontrollierten Dickenbereich 114 des BAW Resonators 400 durch Verwenden eines CVD- oder eines anderen geeigneten Abscheidungsprozesses gebildet werden.At step 506 becomes a segment of material, such as the metal segment 302 low density in 3A or the dielectric segment 402 in 4A , over the piezoelectric layer 104 in a controlled thickness range, such as the controlled thickness range 114 , the BAW resonator formed. For example, the metal segment 302 low density, which may include a low density metal such as aluminum or titanium, over the piezoelectric layer 104 in the controlled thickness range 114 the BAW resonator 300 by using a PVD or sputtering process. For example, the dielectric segment 402 which may comprise a dielectric material such as silicon oxide, silicon nitride, or a low-k dielectric material over the piezoelectric layer 104 in the controlled thickness range 114 the BAW resonator 400 by using a CVD or other suitable deposition process.
Bei Schritt 508 wird die obere Elektrode über dem Segment von Material, wie zum Beispiel das Metallsegment 302 mit geringer Dichte oder das dielektrische Segment 402, und über der piezoelektrischen Schicht 104 gebildet. Zum Beispiel kann die obere Elektrode ein hochdichtes Metall, wie zum Beispiel Wolfram oder Molybdän aufweisen, und kann gebildet sein durch Abscheiden einer Schicht eines hochdichten Metalls über den Metallsegment 302 mit geringer Dichte oder dem dielektrischen Segment 404 und über der piezoelektrischen Schicht 104 durch Verwenden eines Sputter-Prozesses und eines geeigneten Strukturierens der hochdichten Metallschicht. Zum Beispiel kann die Schicht aus hochdichtem Metall gleichzeitig mit einer darunter liegenden Materialschicht geätzt werden, so dass die Kante der oberen Elektrode, wie zum Beispiel die obere Elektrode 106, selbst-ausgerichtet ist mit einer äußeren Kante des darunter liegenden Materialsegments, wie zum Beispiel eine äußere Kante des entsprechenden Metallsegments 303 mit niedriger Dichte oder des dielektrischen Segments 402.At step 508 The upper electrode will overlie the segment of material, such as the metal segment 302 low density or the dielectric segment 402 , and over the piezoelectric layer 104 educated. For example, the top electrode may comprise a high density metal, such as tungsten or molybdenum, and may be formed by depositing a layer of high density metal over the metal segment 302 with low density or the dielectric segment 404 and over the piezoelectric layer 104 by using a sputtering process and appropriately patterning the high-density metal layer. For example, the layer of high density metal may be simultaneously etched with an underlying material layer such that the edge of the top electrode, such as the top electrode 106 is self-aligned with an outer edge of the underlying material segment, such as an outer edge of the corresponding metal segment 303 low density or the dielectric segment 402 ,
Daher stellen, wie oben in Bezug auf die Ausführungsformen in den 3A und 3B sowie 4A und 4B diskutiert, Aspekte und Ausführungsformen einen BAW Resonator zur Verfügung, welcher einen kontrollierten Dickenbereich umfasst, wobei der kontrollierte Dickenbereich eine geformte Dicke und eine kontrollierte elektromechanische Koppelung gewährleistet. Durch Verwenden eines kontrollierten Dickenbereiches um die elektromechanische Koppelung an dem Rand des BAW Resonators zu reduzieren, kann der BAW Resonator im Vergleich zu einem herkömmlichen BAW Resonator, der lediglich eine Profilformung verwendet, um Verluste zu reduzieren, auf vorteilhafte Weise durch ein signifikantes Verringern der elektromechanischen Koppelung in unerwünschte, verlustreiche Moden eine signifikante Reduzierung bezüglich des Energieverlusts erreichen. Als ein Ergebnis kann der BAW Resonator auf vorteilhafte Weise im Vergleich zu einem herkömmlichen BAW Resonator ein erhöhtes Q erreichen.Therefore, as discussed above with respect to the embodiments in FIGS 3A and 3B such as 4A and 4B , Aspects and Embodiments provide a BAW resonator that includes a controlled thickness range, wherein the controlled thickness range provides a molded thickness and controlled electromechanical coupling. By using a controlled thickness range to reduce the electromechanical coupling at the edge of the BAW resonator, the BAW resonator can advantageously provide a significant reduction in electromechanical power as compared to a conventional BAW resonator that uses only profile shaping to reduce losses Coupling in unwanted, high-loss modes achieve a significant reduction in energy loss. As a result, the BAW resonator can advantageously achieve an increased Q as compared with a conventional BAW resonator.
6 illustriert eine Darstellung eines beispielhaften elektronischen Systems, welches einen beispielhaften Chip oder ein beispielhaftes Plättchen (die) aufweist, welcher/welches einen BAW Resonator oder mehrere BAW Resonatoren im Einklang mit einer Ausführungsform aufweist. Ein elektronisches System 600 umfasst Module 602, 604 und 606, einen IC Chip oder ein Halbleiterplättchen 606, diskrete Komponenten 610 und 612, welche sich in einer Schaltungsplatine 614 befinden und durch die Schaltungsplatine 614 zusammengeschaltet sind. In einer Ausführungsform kann das elektronische System 600 mehr als eine gedruckte Leiterplatte (PCB) beinhalten. Der IC Chip 608 umfasst eine Schaltung 616, welche einen BAW Filter einschließlich eines oder mehrerer mit einem Bezugszeichen 618 gekennzeichneten BAW Resonatoren aufweisen kann. 6 FIG. 12 illustrates a representation of an exemplary electronic system having an exemplary chip or pad (s) that includes a BAW resonator or multiple BAW resonators in accordance with one embodiment. An electronic system 600 includes modules 602 . 604 and 606 , an IC chip or a semiconductor chip 606 , discrete components 610 and 612 which is in a circuit board 614 located and through the circuit board 614 are interconnected. In one embodiment, the electronic system 600 include more than one printed circuit board (PCB). The IC chip 608 includes a circuit 616 which includes a BAW filter including one or more with a reference numeral 618 characterized BAW resonators may have.
Wie in 6 gezeigt, sind die Module 602, 604 und 606 auf der Schaltungsplatine 614 montiert und können zum Beispiel eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), ein Graphikcontroller, ein digitaler Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Video verarbeitendes Modul (video processing module), ein Audio verarbeitendes Modul (audio processing module), eine RF Empfänger, ein RF Sender, ein Bildsensormodul, ein leistungssteuerndes Modul (power control module), ein elektromechanisches Motorsteuerungsmodul (electro-mechanical motor control module), oder ein Field Programmable Gate Array (FPGA), oder jede andere Art von Modul, welches in modernen elektronischen Schaltungsplatinen verwendet wird, sein. Die Schaltungsplatine 614 kann eine Anzahl von Verbindungsspuren (nicht dargestellt in 6) für das Verbinden der Module 602, 604 und 606, der diskreten Komponenten 610 und 612 und des IC Chips 608 umfassen.As in 6 shown are the modules 602 . 604 and 606 on the circuit board 614 and may include, for example, a central processing unit (CPU), a graphics controller, a digital signal processor (DSP), an application specific integrated circuit (ASIC), a video processing module, an audio processing module, an RF receiver, an RF transmitter, an image sensor module, a power control module, an electro-mechanical motor control module, or a Field Programmable Gate Array (FPGA), or any other type of module used in modern electronic circuit boards. The circuit board 614 may have a number of connection tracks (not shown in FIG 6 ) for connecting the modules 602 . 604 and 606 , the discrete components 610 and 612 and the IC chip 608 include.
Ebenso in 6 dargestellt, der IC Chip 608 ist auf der Schaltungsplatine 614 montiert und kann zum Beispiel jeder Chip sein, der einen oder mehrere einer oben diskutierten Ausführungsform von BAW Resonatoren verwendet, wie zum Beispiel irgend einen der BAW Resonatoren 100, 300 und 400. In einer Ausführungsform kann der IC Chip 608 nicht auf der Schaltungsplatine 614 montiert sein und kann verbunden sein mit anderen Modulen auf unterschiedlichen Schaltungsplatinen. Wie oben angegeben, befindet sich die Schaltung 616 in dem IC Chip 608 und kann einen BAW Filter aufweisen, welcher einen oder mehrerer der mit dem Bezugszeichen 618 bezeichneten BAW Resonatoren umfasst. Ferner dargestellt in 6, die diskreten Komponenten 610 und 612 sind auf der Schaltungsplatine 614 montiert und können zum Beispiel ein diskreter Filter wie zum Beispiel einer, der einen SAW Filter oder ähnliches aufweist, ein Leistungsverstärker oder ein Operationsverstärker, eine Halbleitervorrichtung wie zum Beispiel ein Transistor oder eine Diode oder ähnliches, ein Antennenelement, eine Induktivität, ein Kondensator oder ein Widerstand sein.Likewise in 6 shown, the IC chip 608 is on the circuit board 614 For example, any chip that employs one or more of an embodiment of BAW resonators discussed above, such as any one of the BAW resonators, may be mounted 100 . 300 and 400 , In one embodiment, the IC chip 608 not on the circuit board 614 mounted and can be connected to other modules on different circuit boards. As indicated above, the circuit is located 616 in the IC chip 608 and may comprise a BAW filter having one or more of the reference numerals 618 includes designated BAW resonators. Further shown in 6 , the discrete components 610 and 612 are on the circuit board 614 mounted and may, for example, a discrete filter such as one having a SAW filter or the like, a power amplifier or an operational amplifier, a semiconductor device such as a transistor or a diode or the like, an antenna element, an inductor, a capacitor or Be a resistance.
Das elektronische System 600 kann zum Beispiel verwendet werden in drahtgebundenen oder einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung, einem Mobilfunktelefon, eine Schaltvorrichtung (switching device), einem Router, einem Repeater, einem Codec, einem drahtgebundenen oder einer drahtlosen LAN, einem WLAN, einer Bluetooth fähigen Vorrichtung, einem Global Positioning System (GPS) Vorrichtung, einem Computer, einem Monitor, einem Fernsehgerät, einer Satelliten Set-Top Box, einem Kabelmodem, einem Drucker, einem Kopierer, einer RF Empfänger und einem Personal Digital Assistent (PDA) oder in einem beliebigen anderen Art von System, Vorrichtung, Komponente oder Modul, welche in modernen elektronischen Anwendungen verwendet werden.The electronic system 600 For example, it may be used in wired or wireless communication device, mobile phone, switching device, router, repeater, codec, wired or wireless LAN, WLAN, Bluetooth enabled device, Global Positioning System (GPS) device, a computer, a monitor, a television, a satellite set-top box, a cable modem, a printer, a copier, an RF receiver and a personal digital assistant (PDA) or in any other type of system, Device, component or module used in modern electronic applications.
Nachdem also etliche Aspekte von zumindest einer Ausführungsform beschrieben worden sind, sollte anerkannt werden, dass verschiedene Abänderungen, Modifikationen und Verbesserungen denjenigen, die in der Technik geübt sind, leicht einfallen Solche Abänderungen, Modifikationen und Verbesserungen sind gedacht ein Teil dieser Offenbarung zu sein und sind gedacht innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung zu sein. Die hierin diskutierten Beispiele dienen dazu, einige der neuen Merkmale, Aspekte und Beispiele der hierin diskutierten Technologie zu illustrieren und sollten nicht aufgefasst werden, den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu beschränken. Dementsprechend dienen die vorstehende Beschreibung und die Zeichnungen lediglich als Beispiel und der Schutzbereich der Erfindung sollte bestimmt werden aus einer angemessenen Auslegung der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente.Having thus described several aspects of at least one embodiment, it should be recognized that various changes, modifications, and improvements are readily apparent to those skilled in the art. Such alterations, modifications, and improvements are intended to be and become a part of this disclosure intended to be within the scope of the invention. The examples discussed herein are to illustrate some of the novel features, aspects, and examples of the technology discussed herein, and should not be construed to limit the scope of the appended claims. Accordingly, the foregoing description and drawings are by way of example only, and the scope of the invention should be determined by a fair reading of the appended claims and their equivalents.
