DE112019002797T5 - Verbesserte effektive kopplungskoeffizienten für verspannte akustische einkristall-epitaxialfilm-bulkresonatoren - Google Patents

Verbesserte effektive kopplungskoeffizienten für verspannte akustische einkristall-epitaxialfilm-bulkresonatoren Download PDF

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Abstract

In einer Gruppe von Einkristall akustischen Resonatoren sind die effektiven Kopplungskoeffizienten von ersten und zweiten verspannten Einkristallfiltern individuell angepasst, um gewünschte Frequenzantworten zu erreichen. In einer Duplexer-Ausführungsform ist der effektive Kopplungskoeffizient eines Sende-Bandpassfilters kleiner als der effektive Kopplungskoeffizient eines Empfangs-Bandpassfilters desselben Duplexers. Der Koeffizient kann angepasst werden, indem das Verhältnis der Dicke einer piezoelektrischen Schicht zur Gesamtdicke von Elektrodenschichten verändert wird, oder indem parallel zu einem akustischen Resonator innerhalb des Filters, für den der effektive Kopplungskoeffizient vermindert werden soll, ein Kondensator ausgebildet wird. Außerdem kann eine verspannte piezoelektrische Schicht ausgebildet werden, die auf einer Keimbildungsschicht liegt, die durch Parameter zum Keimbildungswachstum gekennzeichnet ist, die dafür eingerichtet werden können, eine Verspannungsbedingung in der verspannten piezoelektrischen Schicht zu verändern, um piezoelektrische Eigenschaften für eine verbesserte Qualität in speziellen Anwendungen einzustellen.

Description

  • QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • nicht zutreffend
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein akustische Resonatoren und insbesondere das Anpassen des effektiven Kopplungskoeffizienten eines akustischen Bulkresonators in Einkristall-Epitaxialfilmtechnologie.
  • In vielen verschiedenen Kommunikationsanwendungen ist ein gemeinsamer Signalpfad sowohl mit einer Eingabe eines Empfängers als auch einer Ausgabe eines Senders verbunden. Beispielsweise kann in einem zellularen oder schnurlosen Telefon eine Antenne an den Empfänger und den Sender angeschlossen sein. In einer solchen Anordnung wird oftmals ein Duplexer dazu verwendet, den gemeinsamen Signalpfad an den Eingang und den Ausgang anzuschließen. Die Aufgabe des Duplexers ist es, die erforderliche Verbindung zu und von dem gemeinsamen Signalpfad bereitzustellen und dabei zu verhindern, dass die vom Sender erzeugten Signale auf den Eingang des Empfängers gelangen.
  • Ein Typ von Duplexer wird als Halbduplexer bezeichnet. Ein Halbduplexer verwendet einen Schalter, um den gemeinsamen Signalpfad mit dem Empfänger oder dem Sender basierend auf einer zeitlichen Aufteilung zu verbinden. Der Halbduplexer hat die gewünschten Kopplungs- und Dämpfungseigenschaften, ist jedoch in vielen Telefonieanwendungen inakzeptabel, da er es den Beteiligten an einem Telefongespräch nicht gestattet, gleichzeitig zu sprechen und zu hören.
  • Ein Typ von Duplexer, der für Telefonieanwendungen besser geeignet ist, ist der Vollduplexer. Ein Vollduplexer arbeitet nur, wenn das Sendesignal eine Frequenz hat, die von der Frequenz des Empfangssignals verschieden ist. Der Vollduplexer enthält Bandpassfilter, die das Sendesignal vom Empfangssignal entsprechend der Frequenzen isolieren. 1 veranschaulicht eine herkömmliche Schaltung, wie sie in zellularen Telefonen, Geräten zu persönlichen Kommunikationssystemen (PCS) und anderen Sende-/Empfangsgeräten verwendet wird. Ein Leistungsverstärker 10 eines Senders ist mit einem Sendeport 12 eines Vollduplexers 14 verbunden. Der Duplexer umfasst auch einen Empfangsport 16, der mit einem rauscharmen Verstärker (LNA) 18 eines Empfängers verbunden ist. Zusätzlich zu dem Sendeport und dem Empfangsport umfasst der Duplexer 14 einen Antennenport 20, der mit einer Antenne 22 verbunden ist.
  • Der Duplexer 14 ist ein Dreiport-Gerät, das den Sendeport 12, den Empfangsport 16 und den Antennenport 20 umfasst. Intern umfasst der Duplexer einen Sende-Bandpassfilter 24, einen Empfangs-Bandpassfilter 26 und einen Phasenschieber 28. Die Durchlassbänder der zwei Filter 24 und 26 sind jeweils auf dem Frequenzbereich des Sendesignals, das über den Leistungsverstärker 10 zugeführt wird, und des Empfangssignals, auf das der Empfänger abgestimmt ist, zentriert.
  • Die Anforderungen für die Bandpassfilter 24 und 26 des Duplexers 14 sind streng. Die Bandpassfilter müssen die an der Antenne 22 erzeugten und auf den Eingang des rauscharmen Verstärkers 18 geleiteten niederpegeligen Empfangssignale von den starken Sendesignalen isolieren, die vom Leistungsverstärker 10 erzeugt werden. In einer typischen Ausführungsform kann die Empfindlichkeit des rauscharmen Verstärkers in der Größenordnung von -100 dBm liegen, wohingegen der Leistungsverstärker Sendesignale bereitstellen kann, die eine Intensität von ungefähr 28 dBm haben. Es wird erwartet, dass der Duplexer 14 das Sendesignal zwischen dem Antennenport 20 und dem Empfangsport 16 um etwa 50 dB dämpft, um zu verhindern, dass ein restliches Sendesignal, das am Empfangsport mit dem Empfangssignal gemischt wird, den rauscharmen Verstärker übersteuert.
  • Ein Typ von PCS, das in Mobiltelefonen eingesetzt wird, verwendet Codemultiplexverfahren (code division multiple access, CDMA). Die Funkbänder für das CDMA PCS liegen bei etwa 1920 MHz und haben besonders strenge regulatorische Anforderungen für die Duplexerleistung. Einige Punkte werden mit Bezug auf 2 besprochen. Ein Durchlassband 30 wird durch mehrere Pole und mehrere Nullstellen festgelegt. Die Pole und Nullstellen haben äquidistante Abstände von einer Mittenfrequenz 32. Für das Senderdurchlassband 30 ist die Sender-zu-Antenne Einfügedämpfung 34 vorzugsweise besser als -3 dB über den größten Teil des Bands. Die Trennung vom Sende- zum Empfangsport übersteigt 50 dB über den größten Teil des Senderbands und 46 dB im Empfängerband. Der Übergang zwischen dem Sender- und Empfängerband liegt bei etwa 1920 MHz. Das Sender- und das Empfängerband betragen ungefähr 3,0 Prozent der Trägerfrequenz, so dass eine extrem scharfe Flankensteilheit 36 und 38 erforderlich ist. Wie nachfolgend ausführlicher erklärt, sind die Pole und Nullstellen bei den tieferen Frequenzen und die Flankensteilheit 36 durch die Eigenschaften von Shunt-Resonatoren bestimmt, wohingegen die Pole und Nullstellen bei den höheren Frequenzen und die Flankensteilheit 38 durch die Eigenschaften von Reihenschwingkreisen bestimmt sind.
  • Eine weitere Herausforderung für den Duplexer ist das Erreichen von Anforderungen für den Leistungsbetrieb. Der Leistungsverstärker 10 aus 1 im Sender kann 1 Watt Leistung an den Sendeport 12 des Duplexers 14 bereitstellen. Der Bandpassfilter 24 muss dafür geeignet sein, eine solche Leistung zu handhaben, ohne zerstört zu werden und ohne, dass seine Leistung beeinträchtigt wird.
  • Der Duplexer 14 wird genauer mit Bezug auf 3 beschrieben. Der Duplexer umfasst eine Sendegruppe 40 mit akustischen Film-Bulkresonatoren (film bulk acoustic resonator, FBAR) und eine Empfangs-FBAR-Gruppe 42. Die Sende-FBAR-Gruppe ist eine zweistufige Kettenschaltung, die zwei Reihen-FBARs 44 und 46 und zwei Shunt-FBARs 50 und 52 umfasst. Die Reihen-FBARs sind in Reihe zwischen den Sendeport 12 und den Antennenport 20 geschaltet, wohingegen die Shunt-FBARs zwischen der elektrischen Masse und Knoten zwischen den Reihen-FBARs geschaltet sind. Jede vollständige Stufe einer FBAR-Gruppe besteht aus einem Reihen-FBAR und einem Shunt-FBAR. Um die hohe Leistung zu verarbeiten, die vom Leistungsverstärker am Filtereingang des Sendefilters erzeugt wird, werden für jedes der Reihenelemente 44 und 46 Leistungs-BARs verwendet.
  • Die Empfangs-FBAR-Gruppe ist eine 3½ -stufige Kettenschaltung. Eine Halbstufe ist auf entweder einen Reihen-FBAR oder einen Shunt-FBAR begrenzt. In der beispielhaften Gruppe 42 ist die Halbstufe ein Shunt-FBAR 60. Die FBAR-Gruppe umfasst drei Reihen-FBARs 54, 56 und 58 und vier Shunt-FBARs 60, 62, 64 und 66. Die Reihen-FBARs sind in Reihe zwischen den neunzig Grad Phasenschieber 28 und den Empfangsport 16 geschaltet. Die Shunt-FBARs sind zwischen der elektrischen Masse und Knoten zwischen den Reihen-FBARs geschaltet.
  • Schaltungen, die zur Verwendung für den neunzig Grad Phasenschieber 28 geeignet sind, sind dem Fachmann bekannt. Als Beispiele kann der Phasenschieber aus Spulen und Kondensatoren bestehen oder er kann eine Lambda/4 Übertragungsleitung sein.
  • Innerhalb der FBAR-Gruppe 40 hat jeder Reihen-FBAR 44 und 46 dieselbe Resonanzfrequenz (fr Tx), die beispielsweise bei 1880 MHz zentriert sein kann. Ebenso können die Shunt-FBARs 50 und 52 dieselbe Resonanzfrequenz haben, jedoch ist die Resonanzfrequenz der Reihen-FBARs in etwa 1,0 Prozent bis 3,0 Prozent (typisch 1,6 Prozent) höher als diejenige der Shunt-FBARs. Hierdurch ergeben sich die Pole, die mit Bezug auf 2 beschrieben wurden.
  • Die Empfangs-FBAR-Gruppe 42 des Empfangs-Bandpassfilters 26 kann ebenfalls aus Reihen-FBARs 54, 56 und 58 bestehen, die dieselbe fr Rx haben, sowie Shunt-FBARs 60, 62, 64 und 66, die dieselbe Resonanzfrequenz haben, die sich um 3,0 Prozent von der Resonanzfrequenz fr Rx der Reihen-FBARs unterscheidet. fr Rz liegt hier zentriert bei 1960 MHz.
  • Weitere Größen, die die Form der in 2 dargestellten Antwort beeinflussen, sind die Gütezahl, die mit Q bezeichnet wird, und der effektive Kopplungskoeffizient, der auch mit kt2 bezeichnet wird. Der effektive Kopplungskoeffizient kann als das Verhältnis der elektrischen Energie zur Schallenergie im Betrieb eines bestimmten FBAR betrachtet werden. Es war das Ziel sowohl Q als auch den effektiven Kopplungskoeffizienten zu maximieren. Als Ergebnis des Herstellungsprozesses kann der effektive Kopplungskoeffizient den Wert 8,0 Prozent erreichen. Experimentell wurde festgestellt, dass Q von kt2 abhängt und dass es, in einigen Fällen, besser ist kt2 zu verringern, um dadurch Q erheblich zu erhöhen. Die Zahl Q bestimmt die Flankensteilheit der Antwort.
  • Zusätzlich, die obenstehend besprochenen Betrachtungen, akustische Resonatoren.
  • Erforderlich ist ein Herstellungsverfahren und ein daraus resultierender Duplexer, die eine sehr große Flankensteilheit für den Betrieb einer Gruppe von akustischen Resonatoren, die außerdem durch piezoelektrische Einkristallmaterialien verbessert sind, bereitstellen.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein akustische Resonatoren und insbesondere das Anpassen des effektiven Kopplungskoeffizienten eines akustischen Resonators in Einkristall-Epitaxialtechnologie.
  • Die Qualität von Gruppen von akustischen Resonatoren wird durch die Verwendung von piezoelektrischen Einkristallmaterialien und die Anpassung der effektiven Kopplungskoeffizienten der einzelnen akustischen Resonatoren basierend auf der Funktion der Resonatoren verbessert. In einer Duplexer-Ausführungsform sind die effektiven Kopplungskoeffizienten von FBARs in einem Sende-Bandpassfilter so eingestellt, dass sie einen kleineren effektiven Kopplungskoeffizienten haben als die FBARs des Empfangs-Bandpassfilters desselben Duplexers.
  • In einer Ausführungsform wird der Unterschied in den effektiven Kopplungskoeffizienten durch eine Anpassung der Dicke der Elektrodenschichten erreicht. Für eine gegebene Frequenz wird der effektive Kopplungskoeffizient eines akustischen Resonators verändert, indem das Verhältnis der Dicke der piezoelektrischen Schicht zur Gesamtdicke der Elektrodenschichten angepasst wird. Üblicherweise ist es ein Ziel bei der Herstellung von FBARs die Dicke der Elektrodenschichten zu minimieren, wodurch ein „intrinsischer“ effektiver Kopplungskoeffizient bereitgestellt wird. Beispielsweise kann dieser intrinsische Koeffizient im Bereich von 7,0 Prozent bis 8,0 Prozent liegen. Der Kopplungskoeffizient eines FBAR-Filters mit einer gegebenen Resonanzfrequenz kann jedoch nach unten angepasst werden, indem das Verhältnis der Dicke der piezoelektrischen Schicht zur Gesamtdicke der Elektrodenschichten verringert wird, da die Resonanzfrequenz von der „gewichteten Dicke“ des Elektroden-piezoelektrischen Stapels abhängt (d.h. der physikalischen Dicke, die auf Basis der Auswahl der Elektroden- und piezoelektrischen Materialien gewichtet wird). Als ein Beispiel eines Sendefilters kann die Dicke von Molybdän (Mo) Elektroden erhöht werden und die Dicke von Aluminiumnitrid (AIN) kann verringert werden, um einen verminderten effektiven Kopplungskoeffizienten im Bereich von 2,5 Prozent bis 4,0 Prozent zu erreichen und dabei gleichzeitig eine gewünschte Resonanzfrequenz beizubehalten. Ebenso kann ein Empfangsfilter so hergestellt werden, dass er einen effektiven Kopplungskoeffizienten im Bereich von 4,0 Prozent bis 6,0 Prozent hat, indem die geeigneten Dicken für die Schichten angepasst werden, die die FBARs des Empfangsfilters bilden.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Gruppe von akustischen Resonatoren gemäß dieser Ausführungsform umfasst einen Schritt zur Auswahl eines ersten Zielfrequenzbereichs und eines ersten Zielwerts für den effektiven Kopplungskoeffizienten für den Betrieb eines FBAR Sende (Tx) Filters, und es umfasst das Auswählen einer zweiten Zielfrequenz und eines zweiten Ziel-Kopplungskoeffizienten für den Betrieb eines FBAR Empfangs (Rx) Filters. Die Dicken und die Materialien der piezoelektrischen und Elektrodenschichten zum Ausbilden der zwei FBAR-Filter werden im Hinblick auf das Erzielen der Zielresonanzfrequenzen und der Zielwerte für die effektiven Kopplungskoeffizienten festgelegt. Die Festlegungen umfassen das Auswählen einer vergrößerten Elektrodenschichtdicke für wenigstens eine Elektrode der Tx-FBARs, so dass der Tx FBAR-Filter den verminderten Koeffizienten erzielt. Die zwei Filter werden dann entsprechend der ausgewählten Dicken und Materialien hergestellt.
  • Für die Herstellung der zwei Filter kann das Elektrodenmaterial Mo sein und das piezoelektrische Material kann AIN sein. Bei Verwendung dieser Materialien haben die Elektrodenschichten des FBAR Tx-Filters mit dem verminderten Kopplungskoeffizienten eine Dicke, die im Bereich des 1,2 bis 2,8-fachen der Dicke der Elektrodenschichten des Rx-Filters mit dem höheren Koeffizienten liegen kann. Beispielsweise kann in einem Kommunikationsgerät, das mit dem CDMA PCS-Standard kompatibel ist, der Rx-Filter Elektrodenschichtdicken von 2200 Å und eine piezoelektrische Dicke von 2,2 Mikrometer haben, um dadurch einen Kopplungskoeffizient im Bereich von 5,6 Prozent bis 5,8 Prozent zu erreichen, wohingegen der Tx-Filter Elektrodenschichtdicken von 4500 Å und eine piezoelektrische Dicke von grob 8000 Å haben kann, um dadurch einen Kopplungskoeffizient im Bereich von 3,1 Prozent bis 3,2 Prozent zu erreichen. Q (und damit die Steilheit der Filterflanken) ist für den Tx-Filter fast zweimal so hoch wie für den Rx-Filter.
  • In einer Anwendung ist eine gewünschte Filteranordnung von FBARs derart eingerichtet, dass sie wenigstens einen „Leistungs-BAR“ umfasst, um dadurch die Fähigkeiten für den Leistungsbetrieb entlang einem Pfad der Filteranordnung zu erhöhen. Ein „Leistungs-BAR“ ist hier als ein Paar FBARs mit großer Fläche definiert, die anstatt eines einzelnen vorgegebenen FBAR in Reihe geschaltet sind. Jedes FBAR mit großer Fläche nimmt eine Fläche ein, die das Zweifache der Fläche des vorgegebenen FBAR beträgt. Die durch den Leistungs-BAR definierte Parallel-ReihenKombination (in der Reihenschaltung konventioneller elektrisch äquivalenter Schaltungen) gestattet es, dass die Impedanz des Leistungs-BAR gleich der vorgegebenen Impedanz des vorgegebenen FBAR bleibt, sie verringert jedoch die Leistungsdichte um einen Faktor vier.
  • In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der verminderte effektive Kopplungskoeffizient erreicht, indem parallel zu wenigstens einigen der Resonatoren des Tx-Filters ein Kondensator eingerichtet wird. Vorzugsweise wird der Kondensator unter Verwendung von Materialien gebildet, die zur Herstellung der Gruppe von akustischen Resonatoren in Schritten aufgetragen werden. Beispielsweise können die Elektroden und die piezoelektrische Schicht, die zur Herstellung der FBARs aufgetragen werden, für die Ausbildung eines Kondensators verwendet werden, der parallel zu wenigstens einem FBAR des Tx-Filters angeordnet ist, um den effektiven Kopplungskoeffizienten zu vermindern. Das Problem bei der Verwendung dieser Schichten ist, dass eher ein Resonator als ein Kondensator hergestellt wird. Ein Verfahren zum Sicherstellen, dass die zusätzliche Komponente als Kondensator arbeitet, ist es, den Elektroden-piezoelektrischen Stapel der Komponente direkt auf dem Substrat herzustellen, anstatt den Stapel aufzuhängen. Auf diese Weise stellt das Substrat das Mittel bereit, um den Kondensator mit Masse zu beladen und hierdurch die Frequenz aus der Mitte zu ziehen.
  • Ein zweites Verfahren ist dafür vorgesehen, die Goldschicht, die herkömmlich dazu verwendet wird Kontaktflächen bereitzustellen, als das Mittel einzusetzen, um die Resonatorkomponente in der Frequenz zu verschieben. Dieses zweite Verfahren ist bevorzugt, da das erste Verfahren einen Kondensator mit hohen Verlusten ausbilden kann, wohingegen das zweite Verfahren dasjenige ist, das eine Komponente mit hohem Q-Wert ausbildet. Durch die Verwendung der Goldschicht und durch das Aufhängen der Kondensatorkomponente als eine freistehende Membran in derselben Weise wie die FBARs, arbeitet der Kondensator als ein Resonator mit hohem Q-Wert, jedoch bei einer viel tieferen Frequenz als der erste und zweite FBAR. Ein Vorteil ist, dass die Frequenz des Kondensators „abgestimmt“ werden kann, um nicht nur zu der relevanten Frequenz verschoben zu sein, sondern um eine parasitäre Resonanz bei Frequenzen zu bilden, bei denen der Duplexer nicht gut arbeitet. Als ein Beispiel kann der Kondensator bei 1510 MHz schwingen, was eine Frequenz ist, bei der vorhandene Duplexer nicht gut arbeiten in der Zurückweisung von Energie. Das Abstimmen des Kondensators auf 1510 MHz gestattet es einem Konstrukteur, spezielle Resonatoren vom Shunt- und Reihentyp zu integrieren, die einen Verlust des 1510 MHz Signals verringern. Dies wird ohne irgendeinen zusätzlichen Verarbeitungsschritt in der FBAR-Herstellung erreicht. Das Abstimmen des Kondensators kann durch lediglich die geeignete Auswahl der Dicke der Gold- und anderer Schichten im Elektroden-piezoelektrischen Stapel des Kondensators bereitgestellt werden.
  • Ein Vorteil der obenstehend beschriebenen Verfahren ist, dass die Qualität einer Gruppe von akustischen Resonatoren verbessert wird, ohne den Herstellungsprozess wesentlich zu beeinträchtigen. Durch das Anpassen der effektiven Kopplungskoeffizienten einzelner Resonatoren innerhalb eines Vollduplexers, kann die Flankensteilheit an den entgegengesetzten Enden des Durchlassbandes angepasst werden. Außerdem liefert das vorliegende Verfahren einen zuverlässigen auf einem Einkristall basierenden akustischen Filter oder Resonator unter Verwendung mehrerer Arten von dreidimensionalen Stapelungen durch einen Waferprozess.
  • Ein besseres Verständnis der Eigenschaften und Vorteile der Erfindung kann mit Bezug auf die nachfolgenden Abschnitte der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung erhalten werden.
  • Figurenliste
  • Für das bessere Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen. Es versteht sich, dass diese Zeichnung nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung zu verstehen ist, wobei die hier beschriebenen Ausführungsformen und die hier dargestellte beste Ausführungsform der Erfindung detaillierter beschrieben werden unter Verwendung der beigefügten Zeichnung, in der:
    • 1 ein Blockdiagramm einer Eingangsschaltung eines herkömmlichen zellularen Telefons oder eines ähnlichen Geräts darstellt,
    • 2 eine Kurve darstellt, die die Eigenschaften eines Bandpassfilters von dem in 1 verwendeten Typ zeigt,
    • 3 ein schematisches Blockdiagramm eines herkömmlichen Vollduplexers darstellt,
    • 4 ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels für ein Paar von Durchlassband-Filtern darstellt, bei dem die Filter deutlich verschiedene effektive Kopplungskoeffizienten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung haben,
    • 5 eine Querschnittansicht der ausgewählten FBARs aus 4 darstellt,
    • 6 einen Verarbeitungsfluss von Schritten zum Ausführen der Erfindung darstellt, der mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben ist,
    • 7 ein schematisches Diagramm der konventionellen elektrisch äquivalenten Schaltung für den gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gebildeten FBAR darstellt,
    • 8 ein schematisches Diagramm der elektrisch äquivalenten Schaltung für einen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gebildeten FBAR darstellt,
    • 9 eine seitliche Schnittansicht eines Resonator-Kondensator-Paares darstellt, wobei der Kondensator direkt auf dem Substrat ausgebildet ist, gemäß dem ersten Ansatz zu der in 8 dargestellten zweiten Ausführungsform,
    • 10 eine seitliche Schnittansicht eines Resonator-Kondensator-Paares darstellt, wobei der Kondensator durch das Hinzufügen einer oberen Metallschicht mit Masse beladen ist, gemäß dem zweiten Ansatz zum Erzielen der in 8 dargestellten zweiten Ausführungsform,
    • 11 ein Flussdiagramm darstellt, das ein Verfahren zum Herstellen einer akustischen Resonatorvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
    • 12 ein vereinfachtes Diagramm darstellt, das die Ergebnisse für das Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht für eine akustische Resonatorvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
    • die 13A-C vereinfachte Diagramme darstellen, die Verfahren für das Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht für eine akustische Resonatorvorrichtung gemäß verschiedenen Beispielen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein akustische Resonatoren und insbesondere das Anpassen des effektiven Kopplungskoeffizienten eines akustischen Resonators in Einkristall-Epitaxialtechnologie.
  • Mit Bezug auf 4 ist ein Sende-Bandpassfilter 68 schematisch dargestellt, wobei dieser vier Reihen-FBARs 70, 72, 74 und 76 umfasst, die zwischen einem Sendeport 78 und einem Antennenport 80 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der Filter umfasst auch zwei Shunt-FBARs 82 und 84. Der erste Shunt-FBAR 82 ist zwischen die beiden Paare von Reihen-FBARs geschaltet, wohingegen der zweite Shunt-FBAR 84 zwischen den Antennenport und den Reihen-FBAR 76 geschaltet ist. 4 stellt auch eine Stufe eines Empfängerfilters 73 dar. Diese Stufe umfasst einen Reihen-FBAR 75 und einen Shunt-FBAR 77. Die Zahl der Stufen in einem Sende (Tx) Filter oder einem Empfangs (Rx) Filter ist nicht entscheidend für die Erfindung, die nachfolgend genauer beschrieben wird. Die Bedeutung der Filter ist, dass wenigstens ein FBAR einen effektiven Kopplungskoeffizienten hat, der relativ zu wenigstens einem weiteren FBAR absichtlich vermindert ist. In der bevorzugten Ausführungsform haben die FBARs des Tx-Filters effektive Kopplungskoeffizienten, die absichtlich vermindert sind, wohingegen die FBARs des Rx-Filters deutlich höhere Koeffizienten haben.
  • Das FBAR-Paar 70 und 72 und das FBAR-Paar 74 und 76 sind „Leistungs-BARs“. Die Reihenschaltung der zwei FBARs in jedem Paar vergrößert die Leistungsdichte um einen Faktor vier relativ zu einem einzelnen vorgegebenen FBAR. Mit Bezug auf das erste Paar von FBARs 70 und 72 ist jedes der FBARs derart eingerichtet, dass es eine Fläche einnimmt, die das doppelte der Fläche des vorgegebenen FBAR ist. Werden die zwei FBARs in Reihe geschaltet, erreicht die Reihen-Parallel-Anordnung von Widerständen und Kondensatoren in der resultierenden Reihenkombination der konventionellen elektrisch äquivalenten Schaltungen (die nachfolgend mit Bezug auf 7 beschrieben wird) die Impedanz des vorgegebenen FBAR, jedoch mit der erhöhten Leistungsdichte. Die Resonanzfrequenzen der FBARs in einem Leistungs-BAR sollten dieselben sein wie die Resonanzfrequenz des vorgegebenen FBAR, der durch den Leistungs-BAR „ersetzt“ wird.
  • Der Phasenschieber 28 in 4 ist für die Erfindung nicht entscheidend und stimmt mit der Beschreibung des Phasenschiebers 28 in 1 überein. Als zwei Beispiele kann der Phasenschieber aus Spulen und Kondensatoren bestehen oder er kann eine Viertel-Wellenlänge-Übertragungsleitung sein. Jeder der Shunt-FBARs 82 und 84 ist über eine externe Spule 86 und 88 an Masse angeschlossen. Diese Spulen können dafür verwendet werden, die Dämpfungspole der Shunt-BARs zu positionieren, derart, dass die Durchlassband-Antwort die gewünschten Eigenschaften aufweist, wie etwa steile Flanken an den Außenkanten der Antwort.
  • Jeder der FBARs 70, 72, 74, 75, 76 und 77 umfasst außenseitige Elektrodenschichten und eine innere piezoelektrische Schicht. Beispielsweise umfasst der Reihen-FBAR 74 des Tx-Filters 68 die Elektroden 90 und 92, die eine piezoelektrische Schicht 94 in Sandwichanordnung aufnehmen. Gleichermaßen umfasst der Reihen-FBAR 75 des Rx-Filters 73 die Elektroden 96 und 98 und eine mittlere piezoelektrische Schicht 100. Das Verhältnis der Dicke der piezoelektrischen Schicht 94 zur Gesamtdicke der Elektrodenschichten, die die piezoelektrische Schicht in Sandwichanordnung aufnehmen, ist so dargestellt, dass es für den Reihen-FBAR des Tx-Filters viel kleiner ist als für den Reihen-FBAR des Rx-Filters. Wie nachfolgend noch genauer beschrieben, vermindert die erhöhte Elektrodenschichtdicke den Kopplungskoeffizienten des Tx-Filters 68 relativ zum Rx-Filter 73. Hierdurch ist der Q-Wert des Tx-Filters größer als der Q-Wert des Rx-Filters und die Steilheit der Kanten der Durchlassband-Antwort des Tx-Filters ist größer als diejenige des Rx-Filters.
  • 5 veranschaulicht eine seitliche Schnittansicht des Reihen-FBAR 74 des Tx-Filters und des Reihen-FBAR 75 des Rx-Filters. Wiederum ist dargestellt, dass die Elektrodenschichten 90 und 92 des FBAR 74 erheblich dicker sind als die Elektrodenschichten 96 und 98 des FBAR 75. Beide der Filter 68 und 73 sind auf einem einzigen Substrat 102 gebildet, wie etwa einem Siliziumsubstrat. Die Filter können jedoch auch auf getrennten Substraten gebildet werden oder sie können auf einem anderen Material als Silizium gebildet werden. Ein FBAR wird dort ausgebildet, wo das piezoelektrische Material 94 und 100 in Sandwichanordnung zwischen zwei Elektroden 90, 92, 96 und 98 aufgenommen ist. Vorzugsweise werden unter den FBARs Aussparungen 104 und 106 in das Substrat geätzt. Hierdurch ist jeder Elektroden-piezoelektrische Stapel, der einen FBAR bildet, eine Membran, die über einer Aussparung aufgehängt ist, derart, dass auf beiden Seiten Resonator-zu-Luft-Schnittstellen eingerichtet sind. Alternativ können voll montierte Resonatoren (solidly mounted resonators, SMRs) verwendet werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. SMRs umfassen typischerweise Bragg-Reflektoren an ihren unteren Oberflächen, um hierdurch eine große akustische Impedanz bereitzustellen. Ein Bragg-Reflektor besteht aus Schichten von Materialien mit abwechselnd hoher und niedriger akustischer Impedanz, wobei jede Schicht eine Dicke von ungefähr einer Viertel-Wellenlänge der Resonanzfrequenz des FBAR hat. In einigen Anwendungen teilen eine Zahl FBARs eine einzige Aussparung.
  • Die Eigenschaften der einzelnen Reihen-FBARs 74 und 75 in den 4 und 5 hängen von den Schichtdicken und den Materialien der Elektroden-piezoelektrischen Stapel ab. Das bevorzugte Material zum Ausbilden der piezoelektrischen Schichten 94 und 100 ist AIN, es können jedoch auch andere Materialien eingesetzt werden (beispielsweise Zinkoxid). Ein geeignetes Elektrodenmaterial ist Mo, wobei dieses jedoch auch durch andere Metalle ersetzt werden kann (beispielsweise Aluminium, Wolfram, Gold, Titan). Für gegebene Elektroden- und piezoelektrische Materialien hängen die Eigenschaften eines FBAR von geometrischen Faktoren ab, wie etwa der Dicke der piezoelektrischen Schicht, den Dicken der Elektroden und der Überlappungsfläche zwischen den Elektroden. Beispielsweise hängt die Resonanzfrequenz von der „gewichteten Dicke“ des Elektroden-piezoelektrischen Stapels ab. Die gewichtete Dicke ist die physikalische Dicke mit einer Anpassung, die auf der Auswahl der Elektroden- und piezoelektrischen Materialien basiert. Die Anpassung ist notwendig, da die Schallgeschwindigkeit in unterschiedlichen Materialien verschieden ist. Eine Änderung der gewichteten Dicke einer der oder beider Elektroden verändert die gewichtete Dicke des Elektroden-piezoelektrischen Stapels und passt hierdurch die Resonanzfrequenz des Stapels an.
  • Die Schichtdicken der Elektroden-piezoelektrischen Stapel beeinflussen auch die effektiven Kopplungskoeffizienten (kt2) der Tx- und Rx-Filter 68 und 73. Gemäß der Erfindung werden die effektiven Kopplungskoeffizienten der Filter in Abhängigkeit von der Funktion der Filter angepasst. Indem für den Tx-Filter 68 ein kleinerer effektiver Kopplungskoeffizient eingerichtet wird als für den Rx-Filter 73, bekommt ein CDMA-kompatibler Duplexer gewünschte Eigenschaften. Wie mit Bezug auf die 1 bis 3 angemerkt, gibt es einen Übergang zwischen dem SenderDurchlassband und dem Empfänger-Durchlassband. Die Reihen-FBARs 70, 72, 74 und 76 der Tx-Filter beeinflussen die Eigenschaften des Sender-Durchlassbands am Übergang erheblich. Das absichtliche Vermindern des effektiven Kopplungskoeffizienten bei gleichzeitigem Beibehalten der durch die Spezifikation erforderlichen Resonanzfrequenz verbessert die Qualität des Duplexers. Wie zuvor angemerkt, erhöht die Verringerung des kt2-Werts eines Tx-Filters seinen Q-Wert, so dass eine steilere Flanke erzielt wird.
  • In 5 stellt die Querschnittansicht durch den Tx-FBAR 74 und den Rx-FBAR 75 den Unterschied in den Verhältnissen der Dicke der piezoelektrischen Schicht zu den Gesamtdicken der Elektrodenschichten dar. Für den Tx-FBAR 74 ist das Verhältnis signifikant kleiner als dasjenige des Rx-FBAR 75. Daher ist der effektive Kopplungskoeffizient des Tx-Filters signifikant kleiner als der Kopplungskoeffizient für den Rx-Filter. Typischerweise ist es ein Ziel bei der Herstellung von FBARs die Dicke der Elektrodenschichten zu minimieren. Dies bewirkt einen intrinsischen effektiven Kopplungskoeffizienten im Bereich von 7,0 Prozent bis 8,0 Prozent. In 5 können die Elektrodenschichten 96 und 98, die zur Ausbildung des Rx-FBAR 75 verwendet werden, aus Mo gebildet sein, das eine Dicke von 2200 Å hat. Der Abschnitt der piezoelektrischen Schicht 100, die den Rx-FBAR bildet, kann aus AIN bestehen und eine Dicke von ungefähr 2,2 Mikrometer haben. Dies stellt die von der Spezifikation geforderte Resonanzfrequenz für den CDMA-kompatiblen Sendefilter bereit und erzielt einen effektiven Kopplungskoeffizienten im Bereich von 5,6 Prozent bis 5,8 Prozent.
  • Der Tx-FBAR 74 ist derart ausgebildet, dass der Tx-Filter 68 den absichtlich verminderten effektiven Kopplungskoeffizienten aufweist. Die obere und untere Mo-Elektrode 90 und 92 können eine Dicke von ungefähr 4500 Å haben, wobei die Dicke des relevanten Abschnitts der piezoelektrischen Schicht 94 ungefähr 8000 Å betragen kann. Dies stellt die von der Spezifikation geforderte Resonanzfrequenz bereit und erzielt einen verminderten effektiven Kopplungskoeffizienten im Bereich von 3,1 Prozent bis 3,2 Prozent.
  • Für die Tx- und Rx-Filter 68 und 73, die basierend auf den bestimmten Schichtdicken hergestellt sind, kann der Tx-Filter einen Q-Wert haben, der in etwa das Zweifache desjenigen des Rx-Filters beträgt. Hierdurch wird die Steilheit an den Flanken der Tx-Filterantwort signifikant größer sein.
  • Jetzt mit Bezug auf 6 wird der Verarbeitungsfluss von Schritten zur Herstellung von FBAR-Filtern mit unterschiedlichen Kopplungskoeffizienten gemäß der Erfindung beschrieben. In Schritt 108 wird eine Ziel-Frequenzantwort und ein Zielwert für den effektiven Kopplungskoeffizienten für einen ersten FBAR-Filter ausgewählt. Bei der Herstellung des Sendefilters 68 in 4 ist der erste FBAR-Filter der Tx-Filter 68. Die Ziel-Frequenzantwort wird von der gewünschten Anwendung abhängen. Beispielsweise wird für einen Duplexer, der mit CDMA-Anforderungen kompatibel ist, die Ziel-Frequenzantwort wahrscheinlich bei 1880 MHz zentriert sein (d.h. fr Tx = 1880 MHz).
  • In Schritt 110 werden eine Ziel-Frequenzantwort und ein Zielwert für den effektiven Kopplungskoeffizienten für einen zweiten FBAR-Filter ausgewählt. Wiederum mit Bezug auf 4 ist der zweite FBAR-Filter der Rx-FBAR-Filter 73, so dass fr Rx = 960 MHz. In der bevorzugten Ausführungsform ist der erste Kopplungskoeffizient-Zielwert so ausgewählt, dass er im Bereich von 2,5 Prozent bis 4,0 Prozent liegt, wohingegen der zweite Kopplungskoeffizient-Zielwert so ausgewählt ist, dass er im Bereich von 4,0 Prozent bis 6,0 Prozent liegt.
  • Die Schichtdicken und Materialien zum Herstellen der Sende- und Empfangs-FBAR-Filter werden in Schritt 112 festgelegt. Dieser Schritt umfasst das Auswählen einer vergrößerten Elektrodenschichtdicke für wenigstens eine Elektrodenschicht des Tx-FBAR-Filters 68, wodurch sichergestellt wird, dass der effektive Kopplungskoeffizient des Tx-FBAR-Filters relativ zu dem Kopplungskoeffizienten des Rx-FBAR-Filters 73 vermindert ist. Hierfür ist es erforderlich die Verhältnisse der piezoelektrischen Schichtdicke zur Gesamtdicke der Elektrodenschichten für jeden von dem Tx- und Rx-FBAR-Filter zu bestimmen. Das Verhältnis für den Tx-FBAR-Filter wird kleiner sein als das festgelegte Verhältnis für den Rx-FBAR-Filter, da der Zielwert für den effektiven Kopplungskoeffizienten für den Tx-FBAR-Filter verringert ist. Zum Zweck einer einfacheren Herstellung sind die Materialien zum Ausbilden der Tx- und Rx-FBAR-Filter vorzugsweise dieselben. Dies ist jedoch nicht entscheidend, da der Unterschied in den Koeffizienten teilweise auch durch die Auswahl unterschiedlicher Materialien für die zwei Filter erreicht werden kann.
  • In Schritt 114 werden die FBARs hergestellt. Die Filter 68 und 73 können auf demselben Substrat 102 ausgebildet werden, wie etwa in 5 dargestellt. Es gibt jedoch Prozessvorteile für das Ausbilden der Filter auf getrennten Substraten und das nachfolgende Verbinden der Filter. Es ist schwierig die Dicken der Elektrodenschichten und der piezoelektrischen Schichten auf einem einzigen Substrat zu variieren. Das Ausbilden der FBARs auf getrennten Substraten beseitigt die Schwierigkeiten. Falls die FBARs auf demselben Substrat ausgebildet werden sollen, können Abschnitte mit erhöhter Schichtdicke gegebenenfalls durch das Vorsehen mehrerer Auftragungsschritte erreicht werden. Beispielsweise kann für das Ausbilden der unteren Elektrodenschicht 92 in 5 die Mo-Auftragung zeitweise beendet werden, nachdem die Schicht die gewünschte Dicke für die Elektrodenschicht 98 erreicht hat. Im Bereich des FBAR 75 kann dann eine Maskenschicht aufgetragen werden, so dass ein erneutes Starten der Auftragung von Mo nur im Bereich des Reihen-FBAR 74 stattfinden wird. Ein ähnlicher Auftragungsprozess mit mehreren Schritten kann für die piezoelektrische Schicht 100 vorgesehen werden. Die beiden oberen Elektroden 90 und 96 können gleichermaßen gebildet werden.
  • Obwohl die erste Ausführungsform der Erfindung so beschrieben wurde, dass sie für FBARs eingesetzt wird, die eine einzige piezoelektrische Schicht haben, kann die Erfindung auf gestapelte FBARs ausgeweitet werden ohne den Kenntnisstand im Stand der Technik zu verlassen. Dies bedeutet, dass Gruppen von FBARs mit gestapelten piezoelektrischen Schichten, die durch Elektrodenschichten getrennt sind, so hergestellt werden können, dass sie angepasste effektive Kopplungskoeffizienten haben, um dadurch gewünschte Filtereigenschaften zu erzielen.
  • Der Vorgang zum Verändern des Verhältnisses der Dicke der piezoelektrischen Schicht zur Gesamtdicke der Elektrodenschichten ist ein Mittel zum Anpassen der effektiven Kopplungskoeffizienten unterschiedlicher FBARs in einer FBAR-Gruppe. Ein zweites Mittel zum Anpassen des effektiven Kopplungskoeffizienten besteht darin, parallel zu ausgewählten FBARs Kondensatoren auszubilden. Wie nachfolgend genauer beschrieben, vermindert die Parallelschaltung eines Kondensators den effektiven Kopplungskoeffizienten. Diese Verwendung eines Kondensators zum Vermindern des effektiven Kopplungskoeffizienten kann in anderen Anwendungen als der Konzeption und Herstellung von Tx- und Rx-Filtern eingesetzt werden.
  • 7 ist eine elektrisch äquivalente Schaltung für einen FBAR. Die Schaltung ist dem Fachmann als die modifizierte Butterworth-Van Dyke Schaltung bekannt. Die hauptsächliche Blindwiderstandskomponente ist der Shunt-Kondensator (CP) 116, der die Kapazität ist, die durch die Struktur der Elektroden und der piezoelektrischen Schicht definiert ist. Die piezoelektrische Schicht arbeitet als das Dielektrikum für den Shunt-Kondensator 116. Der Plattenwiderstand (RP) 118 repräsentiert den Reihenwiderstand des Shunt-Kondensators 116, wohingegen der Widerstand (Rs) 120 den elektrischen Reihenwiderstand der Verbindungen zwischen den Kontakten 122 und 124 des Elektroden-piezoelektrischen Stapels repräsentiert. Herkömmlich werden die Kontakte 122 und 124 aus Gold gebildet.
  • Die Reihenschaltungen der Induktivität (LM) 126, des Kondensators (CM) 128 und des Widerstands (RM) 130 sind die dynamischen Repräsentationen der Resonanz durch die piezoelektrischen Eigenschaften des FBAR. Im Betrieb eines FBAR-Filters, der FBARs hat, die unter Verwendung der mit Bezug auf die 5 und 6 beschriebenen Schritte hergestellt sind, hängt der effektive Kopplungskoeffizient direkt mit dem Verhältnis des dynamischen Kondensators 128 zum Plattenkondensator 116 zusammen. Durch das Hinzufügen eines Kondensators (CNEW) 132, wie in 8 dargestellt, wird nun der Plattenkondensator 116 vergrößert während der dynamische Kondensator 128 konstant bleibt. Durch das Schalten des Kondensators 132 parallel zu jedem dafür vorgesehenen FBAR, wird der effektive Kopplungskoeffizient des FBAR-Filters kontrollierbar verringert. Es ist zu bemerken, dass das Hinzufügen eines weiteren Resonators derselben Frequenz parallel zu dem FBAR beide der Kondensatoren 116 und 128 in 7 vergrößert werden, so dass das Verhältnis unbeeinflusst bleibt. Es wird deutlich, dass ein Kondensator und nicht ein Resonator den gewünschten Effekt erzielt.
  • Vorzugsweise wird der hinzugefügte Kondensator 132 unter Verwendung derselben Materialien und Techniken hergestellt, wie sie bei der Herstellung des FBAR eingesetzt werden. Das Problem bei der Herstellung eines Kondensators unter Verwendung der oberen und unteren Elektrodenschicht als Platten und der piezoelektrischen Schicht als Dielektrikum ist, dass ein Resonator gebildet wird, anstatt einem Kondensator. Die neue Vorrichtung sollte daher mit einer Masse beladen werden, derart, dass sie nicht bei einer der relevanten Frequenzen in Resonanz schwingt. Mit Bezug auf 9 besteht eine Technik zum Beladen der neuen Vorrichtung mit einer Masse darin, den Kondensatorstapel 134 direkt auf der Oberfläche des Substrats 136 herzustellen. Dies zieht die Resonanzfrequenz aus der Mitte. Dabei gilt, dass obwohl die Schichten des Kondensatorstapels 134 dieselben Dicken haben wie die Schichten des betroffenen FBAR 138, die Frequenzen verschieden sind, da der Kondensatorstapel direkt auf der Oberfläche des Substrats 136 gebildet wird, wohingegen der FBAR durch das Ausbilden einer Aussparung 140 über dem Substrat aufgehängt ist. Damit der Kondensatorstapel 134 deutlich vom FBAR-Stapel 138 unterscheidbar ist, sind die Verbindungen, die die elektrische parallele Anordnung bereitstellen, nicht dargestellt.
  • Die Technik der Herstellung des Kondensatorstapels 134 direkt auf der Oberfläche des Substrats 136 gestattet das Anpassen des Kopplungskoeffizienten des betroffenen FBAR-Filters, wie mit Bezug auf 8 beschrieben ist. Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass der Kondensatorstapel als ein Wandler arbeiten kann, der Energie in das Substrat 136 hinein ausstrahlt. Da das Substrat relativ dick ist, können viele Frequenzen übertragen werden. Die neue Vorrichtung kann unerwünscht verlustbehaftet sein.
  • Jetzt mit Bezug auf 10 besteht ein weiterer Ansatz zum Ausbilden des Kondensators 132 aus 8 darin, eine Goldschicht 142 oben auf dem Kondensatorstapel anzubringen, der über einer Aussparung 144 gebildet ist. Die Komponenten in 10, die identisch mit denjenigen in 9 sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die einzigen Unterschiede zwischen den Ansätzen in 9 und 10 sind somit die hinzugefügte Goldschicht 142 und die hinzugefügte Aussparung 144. Vorzugsweise ist die Goldschicht dieselbe Schicht, die herkömmlich zum Ausbilden der Kontaktpads für die Gruppe von FBARs verwendet wird. Das Hinzufügen der Goldschicht verringert die Resonanzfrequenz des Stapels 134, da es die gewichtete Dicke der oberen Elektrode vergrößert. Ein Vorteil bei der Verwendung des Golds von der Padschicht-Metallebene ist, dass die Frequenz „abgestimmt“ werden kann, so dass sie nicht nur neben der relevanten Frequenz liegt, sondern dass sie eine parasitäre Resonanz bei Frequenzen ausbildet, bei denen der Duplexer nicht gut arbeitet. Als ein Beispiel kann der Kondensator bei 1510 MHz in Resonanz schwingen, was eine Frequenz ist, bei der vorhandene Duplexer nicht gut arbeiten in der Zurückweisung von Energie. Das Abstimmen des Kondensatorstapels 134 auf 1510 MHz gestattet es einem Konstrukteur, spezielle Shunt-Resonatoren und Reihen-Resonatoren zu integrieren, die einen Verlust des 1510 MHz Signals verringern. Dies wird ohne zusätzliche Verarbeitungsschritte in der FBAR-Herstellung erreicht. Das Abstimmen des Kondensatorstapels kann durch lediglich die geeignete Auswahl der Dicken der Gold- und anderer Schichten im Stapel erreicht werden.
  • Gemäß einem Beispiel umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht zur Herstellung einer akustischen Resonatorvorrichtung. Genauer umfasst die vorliegende Erfindung das Ausbilden eines Einkristallmaterials zur Verwendung für die Herstellung der akustischen Resonatorvorrichtung. Durch das Verändern des Verspannungszustands des III-Nitrid (III-N) Kristallgitters, kann das vorliegende Verfahren die piezoelektrischen Eigenschaften des Einkristallmaterials verändern, um die akustischen Eigenschaften von Vorrichtungen zu verändern, die anschließend aus diesem Material gefertigt werden. In einem speziellen Beispiel kann das Verfahren zum Ausbilden des verspannten Einkristallmaterials die Veränderung von Wachstumsbedingungen einzelner Schichten umfassen, indem einer oder eine Kombination der folgenden Parameter angewendet werden: Gasphasen-Reaktantenverhältnisse, Wachstumsdruck, Wachstumstemperatur und das Zuführen von Fremdstoffen.
  • In einem Beispiel wird das Einkristallmaterial auf einem Substrat epitaktisch aufwachsen gelassen. Verfahren zum Aufwachsen des Einkristallmaterials können Folgendes umfassen: metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE), Hydridgasphasenepitaxie (HVPE), Atomlagenabscheidung (ALD) und desgleichen. Es können verschiedene Prozessbedingungen selektiv verändert werden, um die piezoelektrischen Eigenschaften des Einkristallmaterials zu verändern. Diese Prozessbedingungen können Folgendes umfassen: Temperatur, Druck, Schichtdicke, Gasphasenverhältnisse und desgleichen. Beispielsweise können die Temperaturbedingungen für Filme, die Aluminium (AI) und Gallium (Ga) und ihre Legierungen enthalten, von etwa 800 bis etwa 1500 Grad Celsius reichen. Die Temperaturbedingungen für Filme, die Al, Ga und Indium (In) und ihre Legierungen enthalten, können von etwa 600 bis etwa 1000 Grad Celsius reichen. In einem weiteren Beispiel können die Druckbedingungen für Filme, die Al, Ga und In und ihre Legierungen enthalten, von etwa 1E-4 Torr bis etwa 900 Torr reichen.
  • 11 stellt ein Flussdiagramm dar, das ein Verfahren zum Herstellen einer akustischen Resonatorvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die folgenden Schritte sind lediglich Beispiele und sollen nicht unzulässig den Schutzumfang der Ansprüche in diesem Dokument einschränken. Ein Fachmann würde viele andere Varianten, Modifikationen und Alternativen erkennen. Beispielsweise können verschiedene nachfolgend skizzierte Schritte hinzugefügt, entfernt, modifiziert, neu angeordnet, wiederholt und/oder überlappt werden, soweit dies im Schutzumfang der Erfindung vorgesehen ist. Ein typischer Wachstumsprozess 1100 kann wie folgt skizziert werden:
    • 1101. Bereitstellen eines Substrats, das die erforderlichen Materialeigenschaften und kristallographische Orientierung hat. Im vorliegenden Verfahren können verschiedene Substrate zur Herstellung einer akustischen Resonatorvorrichtung verwendet werden, wie etwa Silizium, Saphir, Siliziumcarbid, Galliumnitrid (GaN) oder Aluminiumnitrid (AIN) Volumen (Bulk) Substrate. Das vorliegende Verfahren kann auch GaN-Templates, AIN-templates und AlxGa1-xN-Templates verwenden (wobei x zwischen 0,0 und 1,0 variiert). Diese Substrate und Templates können polare, nicht-polare oder semipolare kristallographische Orientierungen haben. Für den Fachmann sind weitere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennbar;
    • 1102. Einbringen des ausgewählten Substrats in eine Verarbeitungskammer in eine kontrollierte Umgebung;
    • 1103. Erhitzen des Substrats auf eine erste gewünschte Temperatur. Bei einem verringerten Druck zwischen 5 - 800 mbar werden die Substrate auf eine Temperatur im Bereich von 1100° - 1400°C erhitzt, unter der Anwesenheit von gereinigtem Wasserstoffgas als ein Mittel zum Reinigen der freiliegenden Oberflächen des Substrats. Der Fluss aus gereinigtem Wasserstoff sollte im Bereich von 5 - 30 slpm (Standardliter pro Minute) liegen und die Reinheit des Gases sollte über 99,9995% liegen;
    • 1104. Abkühlen des Substrats auf eine zweite gewünschte Temperatur. Nach 10-15 Minuten bei erhöhter Temperatur sollte die Substratoberfläche bei 100 - 200°C reduziert werden; der Temperaturabstand wird hier durch die Auswahl des Substratmaterials und der initial aufzuwachsenden Schicht festgelegt (hervorgehoben in den 18A-C);
    • 1105. Einbringen von Reaktanten in die Verarbeitungskammer. Nachdem die Temperatur stabilisiert ist, werden die Reaktanten der Gruppe III und Gruppe V in die Verarbeitungskammer eingebracht und das Wachstum wird gestartet.
    • 1106. Nach dem Abschluss des Wachstums der Keimbildungsschicht können die Drücke, Temperaturen und Gasphasenmischungen in der Kammer weiter angepasst werden, um die Schicht oder die mehreren benötigten Schichten für die akustische Resonatorvorrichtung aufwachsen zu lassen.
    • 1107. Während des Film-Wachstumsprozesses kann der Verspannungszustand des Materials durch das Verändern der Wachstumsbedingungen oder durch das kontrollierte Einbringen von Fremdstoffen in den Film angepasst werden (im Gegensatz zur Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Films).
    • 1108. Beim Abschluss des Wachstumsprozesses werden die Gruppe-III-Reaktanten abgeschaltet und der resultierende Film oder die resultierenden Filme werden kontrolliert auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Rate der Temperaturveränderung hängt von der aufgewachsenen Schicht oder den mehreren Schichten ab und in der bevorzugten Ausführungsform ist sie derart ausbalanciert, dass die physikalischen Parameter des Substrats und der Filme für die weitere Verarbeitung geeignet sind.
  • Mit Bezug auf Schritt 1105 kann das Wachstum des Einkristallmaterials auf einem Substrat durch eines von mehreren Wachstumsverfahren initialisiert werden: direktes Aufwachsen auf eine Keimbildungsschicht, Aufwachsen auf einer Übergitter-Keimbildungsschicht und Aufwachsen auf einer „Graded-Transition“ (abgestufter Übergang) Keimbildungsschicht. Das Aufwachsen des Einkristallmaterials kann homoepitaktisch, heteroepitaktisch oder ähnlich erfolgen. Bei dem homoepitaktischen Verfahren gibt es eine minimale Gitterfehlanpassung zwischen dem Substrat und den Filmen, wie dies für ein natives III-N-Einkristall-Substratmaterial der Fall ist. Bei dem heteroepitaktischen Verfahren gibt es eine variablen Gitterfehlanpassung zwischen dem Substrat und dem Film, basierend auf Gitterparametern in der Ebene. Wie nachfolgend genauer beschrieben, kann die Kombination von Schichten in der Keimbildungsschicht dazu verwendet werden, die Verspannung in den nachfolgend gebildeten Schichten zu steuern.
  • Mit Bezug auf Schritt 1106 können im vorliegenden Verfahren verschiedene Substrate für die Herstellung einer akustischen Resonatorvorrichtung verwendet werden. Es können Siliziumsubstrate mit verschiedenen kristallographischen Orientierungen verwendet werden. Außerdem kann das vorliegende Verfahren Saphirsubstrate, Siliziumcarbidsubstrate, Galliumnitrid (GaN) Volumen (Bulk) Substrate oder Aluminiumnitrid (AIN) Volumen Substrate verwenden. Das vorliegende Verfahren kann auch GaN-Templates, AIN-Templates und AlxGa1-xN-Templates verwenden (wobei x zwischen 0,0 und 1,0 variiert). Diese Substrate und Templates können polare, nicht-polare oder semipolare kristallographische Orientierungen haben. Für den Fachmann sind weitere Variationen, Modifikationen und Alternativen erkennbar.
  • In einem Beispiel beinhaltet das vorliegende Verfahren das Kontrollieren der Materialeigenschaften der Keimbildungs- und piezoelektrischen Schicht(en). In einem speziellen Beispiel können diese Schichten Einkristallmaterialien umfassen, die Defektdichten von weniger als 1E+11 Defekten pro Quadratzentimeter aufweisen. Diese Einkristallmaterialien können Legierungen umfassen, die aus wenigstens einer von den folgenden ausgewählt sind: AIN, AlGaN, GaN, InN, InGaN, AlInN, AlInGaN, ScAIN, ScAIGaN, ScN, BAIN, BAIScN und BN. In verschiedenen Beispielen kann jedes einzelne oder eine Kombination der zuvor aufgeführten Materialien für die Keimbildungsschicht(en) und/oder die piezoelektrische(n) Schicht(en) der Vorrichtungsstruktur verwendet werden.
  • Gemäß einem Beispiel umfasst das vorliegende Verfahren eine Verspannungskontrolle über eine Veränderung der Wachstumsparameter. Genauer umfasst das Verfahren die Veränderung der piezoelektrischen Eigenschaften des epitaktischen Films in der piezoelektrischen Schicht durch Veränderung der Filmwachstumsbedingungen (diese Veränderungen können über die Schalgeschwindigkeit des piezoelektrischen Films gemessen und verglichen werden). Diese Wachstumsbedingungen können Keimbildungsbedingungen und Bedingungen für die piezoelektrische Schicht umfassen. Die Keimbildungsbedingungen können Temperatur, Dicke, Wachstumsrate, Gasphasenverhältnis (V/III) und desgleichen umfassen. Die Bedingungen für die piezoelektrische Schicht können Übergangsbedingungen von der Keimbildungsschicht, Wachstumstemperatur, Schichtdicke, Wachstumsrate, Gasphasenverhältnis (V/III), Postwachstum-Tempern und Ähnliches umfassen. Weitere Details des vorliegenden Verfahrens finden sich weiter unten.
  • 12 stellt ein vereinfachtes Diagramm dar, das die Ergebnisse für das Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht für eine akustische Resonatorvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Dieses Diagramm hebt die Fähigkeit hervor, die akustischen Eigenschaften des Materials für einen gegebenen Aluminium Mol-Anteil anzupassen. Mit Bezug auf den obenstehenden Schritt 1107, gestattet es eine solche Flexibilität die resultierenden Resonatoreigenschaften auf die einzelne Anwendung anzupassen. Wie dargestellt, zeigt der Graph 1200 eine Auftragung der Schallgeschwindigkeit (m/s) gegen den Aluminium Mol-Anteil (%). Der markierte Bereich 1220 zeigt die Veränderung der Schallgeschwindigkeit durch die Verspannungskontrolle der piezoelektrischen Schicht bei einem Aluminium Mol-Anteil von 0,4. Die Daten zeigen hier, dass die Veränderung der Schallgeschwindigkeit von etwa 7.500 m/s bis zu etwa 9.500 m/s reicht, was etwa ±1.000 m/s um die anfängliche Schallgeschwindigkeit von 8.500 m/s herum liegt. Somit stellt die Veränderung der Wachstumsparameter einen großen abstimmbaren Bereich für die Schallgeschwindigkeit der akustischen Resonatorvorrichtung bereit. Dieser abstimmbare Bereich ist für alle Aluminium MolAnteile von 0 bis 1,0 vorhanden und er ist ein Freiheitsgrad, der in anderen herkömmlichen Ausführungsformen dieser Technologie nicht vorhanden ist.
  • Das vorliegende Verfahren umfasst auch eine Verspannungskontrolle durch die Einbringung von Fremdstoffen, oder Dotierungen, um die Geschwindigkeit zu beeinflussen, mit der eine Schallwelle sich durch das Material ausbreitet. Mit Bezug auf den obenstehenden Schritt 1107 können Fremdstoffe eigens eingebracht werden, um die Geschwindigkeit zu verbessern, mit der eine Schallwelle sich durch das Material ausbreitet. In einem Beispiel können die Fremdstoffatome folgendes umfassen, wobei sie nicht darauf beschränkt sind: Silizium (Si), Magnesium (Mg), Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Erbium (Er), Rubidium (Rb), Strontium (Sr), Scandium (Sc), Beryllium (Be), Molybdän (Mo), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) und Vanadium (Va). Silizium, Magnesium, Kohlenstoff und Sauerstoff sind gebräuchliche Fremdstoffe, die in Wachstumsprozessen verwendet werden, wobei deren Konzentration für verschiedene piezoelektrische Eigenschaften verändert werden kann. In einem speziellen Beispiel reicht die Fremdstoffkonzentration von etwa 1E+10 bis zu etwa 1E+21 pro Kubikzentimeter. Die für die Bereitstellung der Fremdstoffe verwendete Fremdstoffquelle kann ein Quellengas sein, das direkt bereitgestellt werden kann, nachdem es von einer organometallischen Quelle erhalten wurde, oder durch ähnliche Prozesse.
  • Das vorliegende Verfahren umfasst auch eine Verspannungskontrolle durch das Einbringen von Legierungselementen, um die Geschwindigkeit zu beeinflussen, mit der eine Schallwelle sich durch das Material ausbreitet. Mit Bezug auf den obenstehenden Schritt 1107 können Legierungselementen speziell eingebracht werden, um die Geschwindigkeit zu verbessern, mit der eine Schallwelle sich durch das Material ausbreitet. In einem Beispiel können die Legierungselemente folgendes umfassen, wobei sie nicht darauf beschränkt sind: Magnesium (Mg), Erbium (Er), Rubidium (Rb), Strontium (Sr), Scandium (Sc), Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Vanadium (Va), Niob (Nb), Tantal (Ta). In einer speziellen Ausführungsform reicht die Konzentration des Legierungselements (dreifache Legierungen) oder der Elemente (im Falle vierfacher Legierungen) von etwa 0,01 % bis etwa 50 %. Ähnlich zu dem oben erwähnten, kann die für die Bereitstellung der Legierungselemente verwendete Legierungsquelle ein Quellengas sein, das direkt bereitgestellt werden kann, nachdem es von einer organometallischen Quelle erhalten wurde, oder durch ähnliche Prozesse. Der Fachmann kann andere Varianten, Veränderungen und Alternativen für diese Prozesse erkennen.
  • Die Verfahren zum Einbringen von Fremdstoffen können während des Filmwachsens (in-situ) oder nach dem Aufwachsen (ex-situ) stattfinden. Während des Filmwachsens können die Verfahren zur Einbringung von Fremdstoffen Folgendes umfassen: Bulkdotierung, Deltadotierung, Co-Dotierung und desgleichen. Für die BulkDotierung kann ein Flussprozess verwendet werden, um eine gleichmäßige Dotierungsaufnahme zu erzeugen. Für eine Delta-Dotierung kann ein Flussprozess absichtlich beeinflusst werden, um lokalisierte Bereiche einer höheren Dotierungsaufnahme zu erreichen. Für eine Co-Dotierung können beliebige Dotierungsverfahren verwendet werden, um während des Filmwachstumsvorgangs gleichzeitig mehr als eine Dotierungsatomsorte einzubringen. Nachfolgend auf das Filmwachstum können die Verfahren für das Einbringen von Fremdstoffen Folgendes umfassen: Ionen-Implantation, chemische Behandlung, Oberflächenmodifikation, Diffusion, Co-Dotierung und desgleichen. Der Fachmann kann andere Varianten, Veränderungen und Alternativen erkennen.
  • 13A stellt ein vereinfachtes Diagramm dar, das ein Verfahren zum Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht für eine akustische Resonatorvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie dargestellt, ist in der Vorrichtung 1301 die piezoelektrische Schicht 1331, oder der Film, direkt auf die Keimbildungsschicht 1321 aufgewachsen, die auf einem Oberflächenbereich eines Substrats 1310 aufliegend ausgebildet ist. Die Keimbildungsschicht 1321 kann dieselbe oder eine verschiedene atomare Zusammensetzung wie die piezoelektrische Schicht 1331 haben. Der piezoelektrische Film 1331 kann hier während des Aufwachsens (in-situ) oder nach dem Aufwachsen (ex-situ) mit einer oder mehreren Atomsorten dotiert werden, wie zuvor beschrieben wurde.
  • 13B stellt ein vereinfachtes Diagramm dar, das ein Verfahren zum Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht für eine akustische Resonatorvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie dargestellt, ist in der Vorrichtung 1302 die piezoelektrische Schicht 1332, oder der Film, auf eine Übergitter-Keimbildungsschicht 1322 aufgewachsen, der Schichten mit abwechselnden Zusammensetzungen und Dicken umfasst. Diese Übergitter-Keimbildungsschicht 1322 ist auf einem Oberflächenbereich des Substrats 1310 aufliegend ausgebildet. Die Verspannung der Vorrichtung 1302 kann durch die Zahl der Perioden, oder abwechselnden Paare, in der Übergitterschicht 1322 oder durch das Verändern der atomaren Zusammensetzung der beteiligten Schichten angepasst werden. Ebenso kann der piezoelektrische Film 1332, wie zuvor beschrieben, während des Aufwachsens (in-situ) oder nach dem Aufwachsen (ex-situ) mit einer oder mehreren Atomsorten dotiert werden.
  • 13C stellt ein vereinfachtes Diagramm dar, das ein Verfahren zum Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht für eine akustische Resonatorvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie dargestellt, ist in der Vorrichtung 1303 die piezoelektrische Schicht 1333, oder der Film, auf „Graded-Transition“ (abgestufter Übergang) Schichten 1323 aufgewachsen. Diese Übergangsschichten 1323, die auf einem Oberflächenbereich des Substrats 1310 aufliegend ausgebildet sind, können dafür verwendet werden die Verspannung der Vorrichtung 1303 anzupassen. In einem Beispiel kann der Inhalt der (binären oder ternären) Legierung in Abhängigkeit vom Wachstum in der Wachstumsrichtung verringert werden. Diese Abhängigkeit kann linear, stufenweise oder kontinuierlich sein. Ebenso kann der piezoelektrische Film 1333, wie zuvor beschrieben, während des Aufwachsens (in-situ) oder nach dem Aufwachsen (ex-situ) mit einer oder mehreren Atomsorten dotiert werden.
  • In einem Beispiel stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer akustischen Resonatorvorrichtung bereit. Wie zuvor beschrieben, kann das Verfahren einen Wachstumsprozess für einen piezoelektrischen Film umfassen, wie etwa einem direkten Wachstum auf einer Keimbildungsschicht, einem Wachstum auf einer Übergitter-Keimbildungsschicht oder einem Wachstum auf Graded-Transition (abgestufter Übergang) Keimbildungsschichten. Jeder Prozess kann Keimbildungsschichten verwenden, die Materialien oder Legierungen verwenden, die wenigstens einen der folgenden Stoffe verwenden, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind: AlN, AlGaN, GaN, InN, InGaN, AlInN, AlInGaN, ScAlN, ScAlGaN, ScN, BAlN, BAlScN und BN. Der Fachmann kann andere Varianten, Veränderungen und Alternativen erkennen.
  • Durch die Verwendung der Erfindung werden ein oder mehrere Vorteile gegenüber Techniken des Stands der Technik erreicht. Insbesondere kann die vorliegende Vorrichtung auf relativ einfache und kosteneffiziente Weise hergestellt werden, wobei sie übliche Materialien und/oder Verfahren gemäß dem Stand der Technik einsetzt. Unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens kann ein zuverlässiger Einkristall-basierter akustischer Resonator erzeugt werden, wobei mehrere Arten der dreidimensionalen Stapelung in einem Wafer-Level-Prozess eingesetzt werden. Solche Filter oder Resonatoren können in einer HF-Filtervorrichtung, einem HF-Filtersystem oder desgleichen implementiert werden. In Abhängigkeit von der Ausführungsform können ein oder mehrere dieser Vorteile erreicht werden. Selbstverständlich sind weitere Varianten, Veränderungen und Alternativen möglich.
  • Obgleich das Obenstehende eine vollständige Beschreibung der speziellen Ausführungsformen ist, können verschiedene Veränderungen, alternative Konstruktionen und gleichwertige Lösungen verwendet werden. Als ein Beispiel kann die ummantelte (packaged) Vorrichtung eine beliebige Kombination von obenstehend beschriebenen Elementen, wie auch von solchen außerhalb der vorliegenden Spezifikation, umfassen. Daher sind die obenstehende Beschreibung und Zeichnung nicht als einschränkend für den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verstehen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Gruppe von akustischen Resonatoren, die folgenden Schritte umfassend: Auswählen einer ersten Ziel-Frequenzantwort und eines ersten Zielwerts für einen effektiven Kopplungskoeffizienten für den Betrieb eines ersten akustischen Einkristall-Film-Bulkresonator (FBAR) Filters; Auswählen einer zweiten Ziel-Frequenzantwort und eines zweiten Zielwerts für einen effektiven Kopplungskoeffizienten für den Betrieb eines zweiten Einkristall-FBAR-Filters, wobei der erste effektive Kopplungskoeffizient relativ zum zweiten effektiven Kopplungskoeffizienten wesentlich vermindert ist; Festlegen von Dicken und Materialien von Einkristall piezoelektrischen und Elektrodenschichten zum Ausbilden des ersten und zweiten Einkristall-FBAR-Filters, um hierdurch die erste und zweite Ziel-Frequenzantwort und den ersten und zweiten Zielwert für den effektiven Kopplungskoeffizienten zu erreichen, wobei dies das Auswählen einer vergrößerten Elektrodenschichtdicke für wenigstens eine Elektrodenschicht des ersten Einkristall-FBAR-Filters umfasst, wobei die vergrößerte Elektrodenschichtdicke größer ist als Elektrodenschichtdicken, die für den zweiten Einkristall-FBAR-Filter ausgewählt werden, derart, dass der wesentlich verminderte erste Zielwert für den effektiven Kopplungskoeffizienten erzielt wird; und Ausbilden des ersten und zweiten Einkristall-FBAR-Filters, basierend auf den Dicken und Materialien; wobei das Ausbilden des ersten und zweiten Einkristall-FBAR-Filters basierend auf den Dicken und Materialien das Ausbilden von verspannten Einkristall piezoelektrischen Schichten mit diesen Dicken und Materialien durch einen epitaktischen Wachstumsprozess umfasst, der durch Parameter zum Keimbildungswachstum und Parameter der piezoelektrischen Schicht angepasst ist, um eine Verspannungsbedingung in jeder der verspannten piezoelektrischen Schichten zu modulieren, um hierdurch eine oder mehrere piezoelektrische Eigenschaften der verspannten piezoelektrischen Schicht zu verbessern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Festlegen der Dicken und Materialien das Festlegen eines Verhältnisses einer Dicke einer Einkristall piezoelektrischen Schicht zu einer Gesamtdicke von Elektrodenschichten für jeden von dem ersten und zweiten Einkristall-FBAR-Filter umfasst, wobei das Verhältnis für den ersten Einkristall-FBAR-Filter kleiner ist als das Verhältnis für den zweiten Einkristall-FBAR-Filter.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Auswählen des ersten Zielwerts für den Koeffizienten das Auswählen eines Werts im Bereich von 2,5 Prozent bis 4,0 Prozent umfasst und der Schritt zum Auswählen des zweiten Zielwerts für den Koeffizienten das Auswählen eines Werts im Bereich von 4,0 Prozent bis 6,0 Prozent umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem einen Schritt zum Ausbilden eines Duplexers umfasst, um jeden von dem ersten Einkristall-FBAR-Filter als einen Sende-Filter; und dem zweiten Einkristall-FBAR-Filter als einen Empfangs-Filter einzubinden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Ausbilden des ersten und zweiten Einkristall-FBAR-Filters das Auftragen von AIN als der Einkristall piezoelektrischen Schicht und das Auftragen von Mo als den Elektrodenschichten umfasst, wobei die Elektrodenschichten des ersten Einkristall-FBAR-Filters eine Dicke haben, die im Bereich des 1,2 bis 2,8-fachen der Dicke der Elektrodenschichten des zweiten Einkristall-FBAR-Filters liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswahlschritte und der Schritt zum Ausbilden des ersten und zweiten Einkristall-FBAR-Filters das Bereitstellen einer ersten Ziel-Frequenzantwort umfasst, die eine Mittenfrequenz hat, die innerhalb von 100 MHz um eine Mittenfrequenz der zweiten Ziel-Frequenzantwort liegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden des ersten und zweiten Einkristall-FBAR-Filters das Ausbilden der verspannten Einkristall piezoelektrischen Schichten mit den Dicken und Materialien umfasst, die auf einer Keimbildungsschicht aufliegen, die durch die Parameter zum Keimbildungswachstum eingestellt ist, wobei die Keimbildungsschicht auf einem Substrat aufliegend ausgebildet ist, das aus einem der folgenden ausgewählt ist: einem Siliziumsubstrat, einem Saphirsubstrat, Siliziumcarbidsubstrat, einem GaN-Bulksubstrat, einem GaN-Template, einem AIN-Bulk, einem AIN-Template, einem AlxGa1-xN-Template und einem Silizium auf Isolator (SOI) Wafer.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der epitaktische Wachstumsprozess aus einem der folgenden ausgewählt ist: metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE), Hydridgasphasenepitaxie (HVPE), und Atomlagenabscheidung (ALD); und wobei die Keimbildungsschicht und die verspannten Einkristall piezoelektrischen Schichten Materialien oder Legierungen umfassen, die wenigstens einen der folgenden Stoffe beinhalten: AlN, AlGaN, GaN, InN, InGaN, AlInN, AlInGaN, ScAlN, ScAlGaN, ScN, BAlN, BAlScN und BN.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Parameter zum Keimbildungswachstum folgendes umfassen: Temperatur, Druck, Dicke, Wachstumsrate und Gasphasenverhältnis von Reaktantenatomsorten.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die piezoelektrischen Parameter folgendes umfassen: Bedingungen der Ausbildung und des Übergangs der Keimbildungsschicht, Wachstumstemperaturen, Wachstumsdruck, Schichtdicke, Wachstumsrate und Gasphasenverhältnis.
  11. Duplexer, Folgendes umfassend: eine Gruppe von akustischen Sende-Einkristall-Film-Bulkresonatoren (FBAR), die Sende-Reihen-Einkristall-FBARs umfasst, die in Reihe geschaltet sind, und die Sende-Shunt-Einkristall-FBARs umfasst; und eine Empfangs-Einkristall-FBAR-Gruppe, die Empfangs-Reihen-Einkristall-FBARs umfasst, die in Reihe geschaltet sind, und die Empfangs-Shunt-Einkristall-FBARs umfasst; wobei die Sende-Einkristall-FBAR-Gruppe einen effektiven Kopplungskoeffizienten hat, der wesentlich kleiner ist als ein effektiver Kopplungskoeffizient der Empfangs-Einkristall-FBAR-Gruppe, wobei der wesentlich kleinere effektive Kopplungskoeffizient realisiert ist, indem wenigstens einige Einkristall-FBARs aus der Sende-Einkristall-FBAR-Gruppe mit wesentlich dickeren Elektrodenschichten und wesentlich dünneren piezoelektrischen Schichten ausgestattet sind als die Einkristall-FBARs aus der Empfangs-Einkristall-FBAR-Gruppe, wobei von den wenigstens einigen Einkristall-FBARs aus der Sende-Einkristall-FBAR-Gruppe jeder ein Verhältnis der Dicke der Einkristallpiezoelektrischen Schicht zur Gesamtdicke der Elektrodenschichten hat, wobei das Verhältnis wesentlich kleiner ist als Verhältnisse der piezoelektrischen Schichtdicke zur Gesamtdicke der Elektrodenschichten für die Empfangs-Reihen-Einkristall-FBARs und die Empfangs-Shunt-Einkristall-FBARs; wobei jeder der Sende-Shunt-Einkristall-FBARs eine erste verspannte piezoelektrische Schicht umfasst, die durch erste Parameter zum Keimbildungswachstum und erste Parameter der piezoelektrischen Schicht angepasst ist, um eine erste Verspannungsbedingung zu modulieren, um hierdurch eine oder mehrere piezoelektrische Eigenschaften der ersten verspannten piezoelektrischen Schicht zu verbessern; und wobei jeder der Empfangs-Shunt-Einkristall-FBARs eine zweite verspannte piezoelektrische Schicht umfasst, die durch zweite Parameter zum Keimbildungswachstum und zweite Parameter der piezoelektrischen Schicht angepasst ist, um eine zweite Verspannungsbedingung zu modulieren, um hierdurch eine oder mehrere piezoelektrische Eigenschaften der zweiten verspannten piezoelektrischen Schicht zu verbessern.
  12. Duplexer nach Anspruch 11, wobei die Sende und Empfangs-Einkristall-FBAR-Gruppen Frequenzen haben, die kompatibel sind mit einem Betrieb in einem Personal Communication System (PCS) mit Codemultiplexverfahren (code division multiple access, CDMA).
  13. Duplexer nach Anspruch 11, wobei die Gesamtdicke der Elektrodenschichten der wenigstens einigen Einkristall-FBARs im Bereich des 1,2 bis 2,8-fachen der Gesamtdicke der Elektrodenschichten für die Empfangs-Reihen-Einkristall-FBARs und die Empfangs-Shunt-Einkristall-FBARs liegt.
  14. Duplexer nach Anspruch 11, wobei die erste verspannte piezoelektrische Schicht auf einer ersten Keimbildungsschicht aufliegend angeschlossen ist, die durch die ersten Parameter zum Keimbildungswachstum eingestellt ist, wobei die erste Keimbildungsschicht aufliegend auf einem ersten Substrat angeschlossen ist; wobei die zweite verspannte piezoelektrische Schicht auf einer zweiten Keimbildungsschicht aufliegend angeschlossen ist, die durch die zweiten Parameter zum Keimbildungswachstum eingestellt ist, wobei die zweite Keimbildungsschicht aufliegend auf einem zweiten Substrat angeschlossen ist; wobei von dem ersten und zweiten Substrat jedes aus einem der folgenden ausgewählt ist: einem Siliziumsubstrat, einem Saphirsubstrat, Siliziumcarbidsubstrat, einem GaN-Bulksubstrat, einem GaN-Template, einem AIN-Bulk, einem AIN-Template, einem AlxGa1-xN-Template und einem Silizium auf Isolator (SOI) Wafer.
  15. Duplexer nach Anspruch 14, wobei jede von der ersten und zweiten Keimbildungsschicht und der ersten und zweiten verspannten Einkristall piezoelektrischen Schicht Materialien oder Legierungen umfasst, die wenigstens einen der folgenden Stoffe beinhalten: AIN, AlGaN, GaN, InN, InGaN, AlInN, AlInGaN, ScAIN, ScAIGaN, ScN, BAIN, BAIScN und BN.
  16. Duplexer nach Anspruch 11, wobei die ersten und zweiten Parameter zum Keimbildungswachstum folgendes umfassen: Temperatur, Druck, Dicke, Wachstumsrate und Gasphasenverhältnis von Reaktantenatomsorten.
  17. Duplexer nach Anspruch 11, wobei die ersten und zweiten piezoelektrischen Parameter folgendes umfassen: Bedingungen der Ausbildung und des Übergangs der Keimbildungsschicht, Wachstumstemperaturen, Wachstumsdruck, Schichtdicke, Wachstumsrate und Gasphasenverhältnis.
  18. Duplexer, Folgendes umfassend: eine Gruppe von akustischen Sende-Einkristall-Film-Bulkresonatoren (FBAR), die Sende-Reihen-Einkristall-FBARs umfasst, die in Reihe geschaltet sind, und die Sende-Shunt-Einkristall-FBARs umfasst; und eine Empfangs-Einkristall-FBAR-Gruppe, die Empfangs-Reihen-Einkristall-FBARs umfasst, die in Reihe geschaltet sind, und die Empfangs-Shunt-Einkristall-FBARs umfasst; wobei die Sende-Einkristall-FBAR-Gruppe einen effektiven Kopplungskoeffizienten hat, der wesentlich kleiner ist als ein effektiver Kopplungskoeffizient der Empfangs-Einkristall-FBAR-Gruppe, wobei wenigstens einige Einkristall-FBARs aus der Sende-Einkristall-FBAR-Gruppe wesentlich dickere Elektrodenschichten und wesentlich dünnere Einkristall piezoelektrische Schichten haben als die Einkristall-FBARs aus der Empfangs-Einkristall-FBAR-Gruppe, um hierdurch den wesentlich kleineren effektiven Kopplungskoeffizienten zu erreichen, den die Sende-Einkristall-FBAR-Gruppe aufweist; wobei jeder der Sende-Shunt-Einkristall-FBARs eine erste verspannte piezoelektrische Schicht umfasst, die durch erste Parameter zum Keimbildungswachstum und erste Parameter der piezoelektrischen Schicht angepasst ist, um eine erste Verspannungsbedingung zu modulieren, um hierdurch eine oder mehrere piezoelektrische Eigenschaften der ersten verspannten piezoelektrischen Schicht zu verbessern; und wobei jeder der Empfangs-Shunt-Einkristall-FBARs eine zweite verspannte piezoelektrische Schicht umfasst, die durch zweite Parameter zum Keimbildungswachstum und zweite Parameter der piezoelektrischen Schicht angepasst ist, um eine zweite Verspannungsbedingung zu modulieren, um hierdurch eine oder mehrere piezoelektrische Eigenschaften der zweiten verspannten piezoelektrischen Schicht zu verbessern.
  19. Duplexer nach Anspruch 18, wobei die erste verspannte piezoelektrische Schicht auf einer ersten Keimbildungsschicht aufliegend angeschlossen ist, die durch die ersten Parameter zum Keimbildungswachstum eingestellt ist, wobei die erste Keimbildungsschicht aufliegend auf einem ersten Substrat angeschlossen ist; wobei die zweite verspannte piezoelektrische Schicht auf einer zweiten Keimbildungsschicht aufliegend angeschlossen ist, die durch die zweiten Parameter zum Keimbildungswachstum eingestellt ist, wobei die zweite Keimbildungsschicht aufliegend auf einem zweiten Substrat angeschlossen ist; wobei von dem ersten und zweiten Substrat jedes aus einem der folgenden ausgewählt ist: einem Siliziumsubstrat, einem Saphirsubstrat, Siliziumcarbidsubstrat, einem GaN-Bulksubstrat, einem GaN-Template, einem AIN-Bulk, einem AIN-Template und einem AlxGa1-xN-Template.
  20. Duplexer nach Anspruch 18, wobei die ersten und zweiten Parameter zum Keimbildungswachstum folgendes umfassen: Temperatur, Druck, Dicke, Wachstumsrate und Gasphasenverhältnis von Reaktantenatomsorten; und wobei die ersten und zweiten piezoelektrischen Parameter folgendes umfassen: Bedingungen der Ausbildung und des Übergangs der Keimbildungsschicht, Wachstumstemperaturen, Wachstumsdruck, Schichtdicke, Wachstumsrate und Gasphasenverhältnis.
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