WO2014075974A1 - Elektroakustisches bauelement und verfahren zur herstellung - Google Patents

Elektroakustisches bauelement und verfahren zur herstellung Download PDF

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WO2014075974A1
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Wolfgang Sauer
Thomas KAUSCHKE
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Definitions

  • Electro-acoustic component and method for manufacturing The invention relates to electroacoustic devices having ver ⁇ -reduced interference from unwanted wave modes and methods of making such devices.
  • Electroacoustic devices may be used in RF filter circuits, e.g. B. mobile communication devices, use find.
  • electrode structures convert between RF electromagnetic signals and acoustic waves.
  • the acoustic waves are spreading i. A. in an acoustic track at the interface of a piezoelectric material, for.
  • SAW Surface Acoustic Wave
  • GBAW Guided Bulk Acoustic Wave
  • Such electro-acoustic components are z. B. from DE 102010034121 or US 2012/0038435 known.
  • the electroacoustic component comprises a piezoelectric layer, an electrode layer above the piezoelectric layer and a separating layer.
  • the separating layer has an opposite thickness dependence of the frequencies f m and f a ( i d) .
  • the Ausbrei ⁇ processing speed of the secondary mode decreases. Characterized have the resonance frequency of the main mode f m and the Reso ⁇ nanzfrequenz the secondary mode f a (i d on an opposite Dickenabphasen ⁇ dependence.
  • the piezoelectric layer is a layer containing a piezoelectric material, for. B. includes a single crystalline piezoelectric sub ⁇ strat or a piezoelectric layer.
  • the Elect ⁇ clear layer is disposed above the piezoelectric layer and can electrode structures, z. B. interdigital transducer and reflector ren, for conversion between RF electromagnetic signals and acoustic waves include.
  • the separating layer is a material layer of the electroacoustic component and serves to shift the frequency f add of the secondary mode relative to the frequency f m of the main mode. For this purpose, the separating layer to the provisional against ⁇ thickness dependence of the frequencies.
  • any opposite cages thickness dependence of the frequencies is characterized in that the frequency difference f m - f add decreases with increasing thickness of the release liner. In other words, by increasing the thickness of the separation layer, the frequencies f m and f add to each other.
  • the main mode of the frequency f m is a wave mode, the z. B. can be used to form a passband.
  • the secondary mode of the frequency f add is an i. A. unwanted wave mode, which is excited in addition to the main mode.
  • the secondary mode has a higher frequency than the main mode.
  • a conventional electroacoustic component comprises a resonator with a resonance at about 1810 MHz and an antiresonance at about 1840 MHz
  • the resonator in a passband filter can be used to form a passband at precisely these frequencies.
  • this resonator may have a secondary mode at a frequency of about 2415 MHz, which z. B. falls into the Bluetooth Fre ⁇ frequency range and thus disturbs a transmission or reception of Bluetooth signals by a corresponding mobile communication device.
  • the component makes it possible to shift out the frequency position of the secondary mode by adjusting the thickness of the separating layer from such a critical frequency range, without impairing the frequency behavior of the main mode.
  • the main mode is a Rayleigh mode and the minor mode is a Love mode.
  • the separation layer is arranged above the electrode layer.
  • the component comprises a lower adhesive layer between the piezoelectric layer and the electrode layer and / or an upper adhesive layer between the electrode layer and the TCF layer. It is thus possible that a lower adhesive layer improves the adhesion of the electrode layer. Regardless of the existence of the lower adhesive layer, it is possible that the upper adhesive layer improves the adhesion of the TCF layer.
  • the piezoelectric layer comprises LiNb0 3 (lithium niobate), z. A LiNbO 3 single crystal, or LiTaO 3 (lithium tantalate), e.g. As a LiTa03 single crystal.
  • the lower adhesive layer and / or the upper adhesive layer if any, comprise Ti (titanium).
  • the electrode layer comprises Cu (copper) or Ag (silver).
  • the release liner includes S1 3 N 4 (Siliziumnit ⁇ chloride).
  • the piezoelectric layer comprises a 128 ° YX cut LiNbO 3 substrate.
  • the lower adhesive layer comprises a 5.5 nm thick Ti layer.
  • the electrode layer includes a 2.5 nm di ⁇ blocks AG layer and, arranged thereon, a 160 nm thick Cu layer.
  • the top adhesive layer comprises a 5.5 nm thick Ti layer.
  • the release liner comprises a 20 nm to 80 nm thick Si 3 N 4 layer. Such a device can in particular provide a layer stack for WCDMA tape 2 applications.
  • the piezo ⁇ layer comprises a 128 ° YX cut LiNb03 substrate.
  • the lower adhesive layer comprises a 5.5 nm thick Ti layer.
  • the electrode layer comprises ⁇ a 2.5 nm thick AG layer and arranged thereon a 160 nm thick Cu layer.
  • the top adhesive layer comprises a 5.5 nm thick Ti layer.
  • the TCF layer comprises a 700 nm to 730 nm thick Si0 2 layer and the release layer comprises an 80 nm to 140 nm Si 3 N 4 layer.
  • the release liner has a thickness of 110 nm.
  • SAW surface acoustic wave
  • the transmission filter points
  • a method for producing an electroacoustic component in which a main mode of a frequency f m and a secondary mode of a frequency f add is capable of propagation comprises the steps of:
  • manufacturing scatters are reduced by reducing the thickness of the separating layer in a spatially resolved manner.
  • the stack of layers of a plurality of electro-acoustic components are simultaneously deposited on a wafer. Some selected components are then characterized by contacting with a sample probe. The frequencies of the fundamental mode and the secondary mode of this ⁇ be selected components are essentially determined. On the basis of these data, it can then be determined how much material of the separating layer has to be removed at which point of the wafer in order to obtain as large a number as possible of correctly matched components.
  • FIG. 11 shows the magnitude of the admittance of an electroacoustic
  • Transducer eg an interdigital transducer
  • FIG. 12 shows the transfer function of two band-2 duplexer components, once for a conventional component and once for an optimized component,
  • FIG. 13 shows a duplexer.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an electroacoustic component EAC with a piezoelectric layer PL.
  • the piezoelectric layer PL comprises piezoelectric material, for. LiTaO 3, Li bO 3 or quartz.
  • Above the piezoelectric layer PL is an electrode layer EL angeord ⁇ net.
  • z. B. of interdigital transducers (English: inter-digital transducer, IDT) arranged.
  • the electrode layer EL can sit directly on the piezoelectric layer PL.
  • an adhesive layer, the z. B. Ti between the electrode layer EL and the piezoelectric layer PL is arranged.
  • the separating layer SL is arranged, which determines the characteristic of the construction elements improved in that it makes it possible by any opposite their cages ⁇ thickness dependency to shift the frequency of the unwanted ⁇ desired secondary mode relative to the frequency of the main mode.
  • S1O 2 may include.
  • an upper adhesion-promoting layer TAL which may also comprise Ti, can furthermore be arranged on ⁇ .
  • the material of a TCF layer can also fill up the volume between the electrode structures.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the electroacoustic component EAC in which a lower adhesive layer BAL is arranged between the electrode layer EL and the piezoelectric layer PL.
  • Zvi ⁇ rule EL of the electrode sheet and the separating layer SL is disposed a TCF TCF location. Between the TCF position and clear location Elect ⁇ an upper bonding location TAL is arranged.
  • FIG. 3 schematically symbolizes the deflection of the different layers during the propagation of a Rayleigh mode.
  • FIG. 4 shows schematically the deflection of the layers during the propagation of a Love mode.
  • the different modes have different propagation speeds. Therefore, they are formed at the same through the Elect ⁇ roden predetermined wavelength structures at different frequencies. So spreads the Rayleigh mode z. B. at a frequency of 1800 MHz, while the Love fashion spreads in ei ⁇ ner frequency of 2400 MHz.
  • FIG. 5 shows the dependence of the frequency position of the main mode on the thickness of the electrode layer EL.
  • the resonance and anti-resonance frequencies are shifted to higher frequencies for a 140 nm-thick electrode layer, while the resonance or anti-resonance frequency is shifted to smaller values for a thicker, 180 nm-thick electrode layer EL is.
  • the resonance and anti-resonance frequencies of the secondary mode are essentially independent of the thickness of the electrode layer EL.
  • FIG. 6 shows the dependence of the position of the resonance or antiresonant frequencies of the main mode on the metallization ratio n. While increasing the metallization ratio from 0.51 to 0.58 results in a reduction in the frequencies of the main mode, a reduction of the metallization ratio to 0.44 causes an increase in the metallization ratio n Fre ⁇ frequencies. The resonance or anti-resonance frequencies in turn show a significantly lower dependence of the secondary mode on the metallization ratio.
  • FIG. 7 shows the calculated propagation velocity ei ⁇ ner Love mode, z. B. a secondary mode, depending on the layer thickness. The speed decreases with increasing thickness.
  • Figure 8 shows the calculated propagation speed ei ⁇ ner Rayleigh mode, z.
  • the speed increases with increasing thickness.
  • the Love mode and the Rayleigh mode have an opposite thickness dependence of the propagation velocities and thus - at about the same wavelength - the frequencies.
  • FIG. 9 shows the effect of the opposing thickness dependence of the separating layer SL.
  • the presence of a separating layer SL with a thickness of 50 nm reduces the frequencies (resonance frequency, anti-resonance frequency) f add of the secondary mode and increases the frequencies f m of the main mode. Further increase of the thickness to 100 nm further reduces the frequencies f add of the sub-mode while increasing the frequencies of the main mode f m .
  • Figure 10 shows the real part of the admittance, even for an electro-acoustic device with a 50 nm thick separating ⁇ location SL and a metallization ratio n 0.51 compared to a device having a 100 nm thick separating layer in a metallization n 0.44.
  • Increasing the thickness of the separation layer and reducing the metallization ratio reduces the frequency separation between the main mode and the sub-mode; the frequency of the main mode is increased in principle.
  • Increasing the finger spacing compensates for the frequency shift so that the frequency of the main mode returns to its original position.
  • the reduced frequency distance between the main mode and the secondary mode will be ⁇ stand, so that the position of the secondary mode is absolute terms moved down and comes to rest below a critical range.
  • FIG. 11 shows the amount of admittance for the ply systems shown in FIG.
  • FIG. 12 shows the transfer function of two WCDMA Band 2 duplexers which are constructed with a conventional or an optimized layer system. These are the functions S12 of the TX transmitters between the amplifier and the antenna and the transfer function S23 of the RX receive filters between the antenna and
  • FIG. 13 shows a duplexer DU with a transmission filter TXF and a reception filter RXF.
  • the device EAC can be used in each of the two filters.
  • the Bauelelemt itself can the filter functionality and gegf. Also include other electrical functions.
  • An electroacoustic component is not limited to one of the exemplary embodiments described.subsbei ⁇ games, in which the above features are combined or embodiments, which, for. B. even further Metallisie- ing structures or material layers have, represent embodiments of the invention as well.
  • EAC electroacoustic component
  • RXF receive filter
  • TCF temperature compensation layer / TCF layer

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

Es wird ein elektroakustisches Bauelement (EAC) angegeben, bei dem die störenden Beiträge unerwünschter Wellenmoden verringert sind. Dazu umfasst ein Bauelement (EAC) eine Piezolage (PL), eine Elektrodenlage (EL) und eine Trennlage (SL). Im Bauelement (EAC) sind eine Hauptmode und eine Nebenmode ausbreitungsfähig. Die Frequenz der Hauptmode fm und die Frequenz der Nebenmode fadd weisen eine zueinander gegenläufige Abhängigkeit von der Dicke der Trennlage (SL) auf.

Description

Beschreibung
Elektroakustisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung Die Erfindung betrifft elektroakustische Bauelemente mit ver¬ ringerten Störungen durch unerwünschte Wellenmoden sowie Verfahren zur Herstellung solcher Bauelemente.
Elektroakustische Bauelemente können in HF-Filterschaltungen, z. B. mobilen Kommunikationsgeräten, Verwendung finden. In solchen Bauelementen wandeln Elektrodenstrukturen zwischen elektromagnetischen HF-Signalen und akustischen Wellen. Die akustischen Wellen breiten sich i. A. in einer akustischen Spur an der Grenzfläche eines piezoelektrischen Materials, z. B. als akustische Oberflächenwelle (SAW = Surface Acoustic Wave) oder als geführte Volumenwelle (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave) aus. Solche elektroakustischen Bauelemente sind z. B. aus der DE 102010034121 oder der US 2012/0038435 bekannt .
Problematisch an bekannten elektroakustischen Bauelementen ist, dass unerwünschte Wellenmoden, z. B. Nebenmoden, die Filtercharakteristik speziell in kritischen Frequenzbereichen verschlechtern. In den Filtern der US 2012/0038435 sind zu- sätzliche Resonatoren oder zusätzliche dielektrische Schich¬ ten vorgesehen, um unerwünschte Moden, z. B. bei Frequenzen oberhalb eines Passbands, zu unterdrücken.
Zusätzliche Schichten verteuern die Herstellung und zusätzli- che Resonatoren verteuern die Herstellung und erhöhen den Platzbedarf entsprechender Bauelemente.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Bauelement anzugeben, das verringerte Beiträge durch störende Moden aufweist und bei dem die Notwendigkeit zu aufwändigen Maßnahmen zur Verringerung der Beiträge entfällt. Es ist ferner eine Aufgabe, ein Verfahren zur Herstel- lung eines solches Bauelements anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch das Bauelement bzw. durch das Herstellungsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Abhängige Ansprüche geben dabei vorteilhafte Ausgestal- tungen der Erfindung an. Nachfolgend werden technische Merkmale genannt, die in beliebiger Kombination zusammenwirken können, um ein spezifischen Anforderungen genügendes Bauelement zu erhalten. Das elektroakustische Bauelement umfasst eine Piezolage, eine Elektrodenlage oberhalb der Piezolage und eine Trennlage. In dem elektroakustischen Bauelement ist eine Hauptmode mit ei¬ ner Frequenz fm und eine Nebenmode mit einer Frequenz fadd ausbreitungsfähig. Die Trennlage weist eine gegenläufige Di- ckenabhängigkeit der Frequenzen fm und fa(id auf.
Es ist möglich, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Hauptmode mit zunehmender Schichtdicke zunimmt. Die Ausbrei¬ tungsgeschwindigkeit der Nebenmode nimmt hingegen ab. Dadurch weisen die Resonanzfrequenz der Hauptmode fm und die Reso¬ nanzfrequenz der Nebenmode fa(id eine gegenläufige Dickenabhän¬ gigkeit auf.
Dabei ist die Piezolage eine Lage, die ein piezoelektrisches Material, z. B. ein einkristallines piezoelektrisches Sub¬ strat oder eine piezoelektrische Schicht umfasst. Die Elekt¬ rodenlage ist oberhalb der Piezolage angeordnet und kann Elektrodenstrukturen, z. B. Interdigitalwandler und Reflekto- ren, zur Wandlung zwischen elektromagnetischen RF-Signalen und akustischen Wellen, umfassen. Die Trennlage ist eine Materiallage des elektroakustischen Bauelements und dient dazu, die Frequenz fadd der Nebenmode relativ zur Frequenz fm der Hauptmode zu verschieben. Dazu weist die Trennlage die gegen¬ läufige Dickenabhängigkeit der Frequenzen auf. Eine gegenläu¬ fige Dickenabhängigkeit der Frequenzen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzdifferenz fm - fadd mit zunehmender Dicke der Trennlage sinkt. Mit anderen Worten: Durch Erhöhen der Dicke der Trennlage wandern die Frequenzen fm und fadd aufeinander zu.
Die Hauptmode der Frequenz fm ist dabei eine Wellenmode, die z. B. zur Ausbildung eines Passbandes benutzt werden kann. Die Nebenmode der Frequenz fadd ist eine i. A. unerwünschte Wellenmode, die zusätzlich zur Hauptmode angeregt wird.
Es ist möglich, dass die Nebenmode eine höhere Frequenz als die Hauptmode hat. Umfasst ein konventionelles elektroakusti- sches Bauelement einen Resonator mit einer Resonanz bei etwa 1810 MHz und einer Antiresonanz bei etwa 1840 MHz, so kann der Resonator in einem Passbandfilter zur Ausbildung eines Passbandes bei eben diesen Frequenzen genutzt werden. Dieser Resonator kann jedoch eine Nebenmode bei einer Frequenz von etwa 2415 MHz aufweisen, welche z. B. in den Bluetooth-Fre¬ quenzbereich fällt und somit ein Senden oder Empfangen von Bluetooth-Signalen durch ein entsprechendes mobiles Kommunikationsgerät stört. Zwar ist es prinzipiell möglich, dass die Trennlage die Band¬ breite eines entsprechenden Bandpassfilters bzw. den PZD (PZD = Pole Zero Distance = Resonanz-Antiresonanz-Abstand) oder die elektroakustische Kopplung verringert. Das vorliegende Bauelement ermöglicht es jedoch bei einer guten Abstimmung, die Frequenzlage der Nebenmode durch eine Anpassung der Dicke der Trennlage aus einem solchen kritischen Frequenzbereich herauszuschieben, ohne das Frequenzverhalten der Hauptmode zu verschlechtern.
In einer Ausführungsform ist die Hauptmode eine Rayleigh-Mode und die Nebenmode eine Love-Mode. Die Trennlage ist dabei oberhalb der Elektrodenlage angeordnet.
In einer Ausführungsform umfasst das elektroakustische Bau¬ element ferner eine temperaturkompensierende TCF-Lage (TCF = Temperature Coefficients of Frequency = Temperatur-Frequenz- Koeffizient) zwischen der Elektrodenlage und der Trennlage. Durch die TCF Lage ist die Temperaturabhängigkeit der
charakteristischen Frequenzen eines Bauelements vermindert oder eliminiert.
In einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine untere Haftlage zwischen der Piezolage und der Elektrodenlage und/oder eine obere Haftlage zwischen der Elektrodenlage und der TCF-Lage. Es ist also möglich, dass eine untere Haftlage die Haftung der Elektrodenlage verbessert. Unabhängig von der Existenz der unteren Haftlage ist es möglich, dass die obere Haftlage die Haftung der TCF-Lage verbessert.
In einer Ausführungsform umfasst die Piezolage LiNb03 (Li- thiumniobat) , z. B. ein LiNb03-Einkristall , oder LiTa03 (Li- thiumtantalat) , z. B. ein LiTa03-Einkristall . Ferner umfassen die untere Haftlage und/oder die obere Haftlage, wenn jeweils vorhanden, Ti (Titan) . Die Elektrodenlage umfasst Cu (Kupfer) oder Ag (Silber) . Die Trennlage umfasst S13N4 (Siliziumnit¬ rid) . In einer Ausführungsform umfasst die Piezolage ein 128° Y-X cut LiNb03-Substrat . Die untere Haftlage umfasst eine 5.5 nm dicke Ti-Schicht. Die Elektrodenlage umfasst eine 2.5 nm di¬ cke AG-Schicht und darauf angeordnet eine 160 nm dicke Cu- Schicht. Die obere Haftlage umfasst eine 5.5 nm dicke Ti- Schicht. Die TCF-Lage umfasst eine 700 nm bis 730 nm dicke Si02-Schicht (Si02=Siliziumdioxid) . Die Trennlage umfasst eine 20 nm bis 80 nm dicke Si3N4-Schicht . Ein solches Bauelement kann insbesondere einen Lagenstapel für WCDMA-Band 2-Anwendungen zur Verfügung stellen.
In einer Ausführungsform des Bauelements umfasst die Piezo¬ lage ein 128° Y-X cut LiNb03-Substrat . Die untere Haftlage umfasst eine 5.5 nm dicke Ti-Schicht. Die Elektrodenlage um¬ fasst eine 2.5 nm dicke AG-Schicht und darauf angeordnet eine 160 nm dicke Cu-Schicht. Die obere Haftlage umfasst eine 5.5 nm dicke Ti-Schicht. Die TCF-Lage umfasst eine 700 nm bis 730 nm dicke Si02-Schicht und die Trennlage umfasst eine 80 nm bis 140 nm dicke Si3N4-Schicht .
Ein solcher Lagenstapel ist für WCDMS-Band2-Anwendungen vorteilhaft, da eine unerwünschte Nebenmode in einen nicht kri¬ tischen Frequenzbereich unterhalb des ISM-Bandes (ISM = (In- dustrial, Scientific and Medical) verschoben ist.
In einer Ausführungsform weist die Trennlage eine Dicke von 110 nm auf. In einer Ausführungsform ist das Bauelement Teil eines mit akustischen Oberflächenwellen (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle) arbeitenden Duplexers mit einem Sendefilter und einem Empfangsfilter. Das Sendefilter weist dabei ein Metallisierungsverhältnis von n = 0.44 und das Emp¬ fangsfilter ein Metallisierungsverhältnis von n = 0.55 auf.
Ein Verfahren zur Herstellung eines elektroakustischen Bau- elements, in dem eine Hauptmode einer Frequenz fm und eine Nebenmode einer Frequenz fadd ausbreitungsfähig ist, umfasst die Schritte:
- Bereitstellen einer Piezolage,
- Anordnen einer Elektrodenlage oberhalb der Piezolage, - Anordnen einer Trennlage oberhalb der Elektrodenlage,
- Trennen der Frequenzen fm und fa(id durch Erhöhen der Dicke der Trennlage.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Fertigungsstreu- ungen dadurch vermindert, dass das Verringern der Dicke der Trennlage ortsaufgelöst durchgeführt wird. Dabei werden die Lagenstapel einer Vielzahl elektroakustischer Bauelemente gleichzeitig auf einem Wafer abgeschieden. Einige ausgewählte Bauelemente werden anschließend durch Kontaktierung mit einem Probenmesskopf charakterisiert. Dabei werden im Wesentlichen die Frequenzen der Hauptmode und der Nebenmode dieser ausge¬ wählten Bauelemente bestimmt. Anhand dieser Daten kann dann bestimmt werden, wie viel Material der Trennlage an welcher Stelle des Wafers abgetragen werden muss, damit eine mög- liehst große Anzahl an richtig abgestimmten Bauelementen erhalten wird.
Im Folgenden wird das elektroakustische Bauelement anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen: ein elektroakustisches Bauelement EAC mit einer Piezolage PL, einer Elektrodenlage EL und einer Trennlage SL, ein elektroakustisches Bauelement EAC mit einer unteren Haftlage BAL, einer oberen Haftlage TAL und einer TCF-Lage TCF, einer Rayleigh-Mode, eine Love-Mode, den Betrag der Admittanz eines elektroakustischen Wandlers (z. B. eines Interdigitalwandlers ) mit ausgeprägten Resonanzen der Hauptmode und der Nebenmode, den Betrag der Admittanz eines elektroakustischen Wandlers (z. B. eines Interdigitalwandlers) mit ausgeprägten Resonanzen der Hauptmode und der Nebenmode, die dickenabhängige Geschwindigkeit einer Love- Mode, die dickenabhängige Geschwindigkeit einer Rayleigh- Mode, den Betrag der Admittanz eines elektroakustischen Wandlers (z. B. eines Interdigitalwandlers) mit ausgeprägten Resonanzen der Hauptmode und der Nebenmode, Figur 10 den Realteil der Admittanz zweier Interdigitalwand- ler bei unterschiedlichen Metallisierungsverhält¬ nissen und unterschiedlichen Dicken der Trennschicht. Dabei ist die Frequenzlage der Hauptreso¬ nanz des Wandlers mit der dickeren Trennschicht und dem kleineren Metallisierungsverhältnis durch Ver¬ größerung des Fingerabstands auf die Frequenzlage des Wandlers mit der dünneren Trennschicht und dem größeren Metallisierungsverhältnis justiert,
Figur 11 den Betrag der Admittanz eines elektroakustischen
Wandlers (z. B. eines Interdigitalwandlers ) mit ausgeprägten Resonanzen der Hauptmode und der Nebenmode,
Figur 12 die Transferfunktion zweier Band-2-Duplexerbau- teile, einmal für ein konventionelles Bauteil und einmal für ein optimiertes Bauteil, Figur 13 einen Duplexer.
Figur 1 zeigt eine Ausführung eines elektroakustischen Bauelements EAC mit einer Piezolage PL. Die Piezolage PL umfasst piezoelektrisches Material, z. B. LiTa03, Li b03 oder Quarz. Oberhalb der Piezolage PL ist eine Elektrodenlage EL angeord¬ net. In der Elektrodenlage EL sind insbesondere Elektroden¬ strukturen, z. B. von Interdigitalwandlern (engl.: inter-di- gital transducer, IDT) angeordnet. Die Elektrodenlage EL kann dabei direkt auf der Piezolage PL aufsitzen. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Haftvermittlungsschicht, die z. B. Ti umfassen kann, zwischen der Elektrodenlage EL und der Piezolage PL angeordnet ist. Oberhalb der Elektrodenlage EL ist die Trennlage SL angeordnet, die die Charakteristik des Bau- elements dadurch verbessert, dass sie es durch ihre gegenläu¬ fige Dickenabhängigkeit ermöglicht, die Frequenz der uner¬ wünschten Nebenmode relativ zur Frequenz der Hauptmode zu verschieben. Zwischen der Trennlage SL und der Elektrodenlage EL können weitere Schichten angeordnet sein. So ist es z. B. möglich, dass zwischen der Elektrodenlage EL und der Trennlage SL eine TCF-Lage (= Temperaturkompensationslage) TCF an¬ geordnet ist, die z. B. S1O2 umfassen kann. Zwischen der Elektrodenlage EL und einer TCF-Lage kann ferner eine obere Haftvermittlungslage TAL, die ebenfalls Ti umfassen kann, an¬ geordnet sein. Das Material einer TCF-Lage kann das Volumen zwischen den Elektrodenstrukturen ebenfalls auffüllen.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung des elektroakustischen Bau- elements EAC, bei dem eine untere Haftlage BAL zwischen der Elektrodenlage EL und der Piezolage PL angeordnet ist. Zwi¬ schen der Elektrodenlage EL und der Trennlage SL ist eine TCF-Lage TCF angeordnet. Zwischen der TCF-Lage und der Elekt¬ rodenlage ist eine obere Haftvermittlungslage TAL angeordnet.
Figur 3 symbolisiert schematisch die Auslenkung der unterschiedlichen Lagen während der Ausbreitung einer Rayleigh- Mode . Figur 4 zeigt dagegen schematisch die Auslenkung der Lagen bei der Ausbreitung einer Love-Mode. Die unterschiedlichen Moden weisen unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten auf. Deshalb entstehen sie bei der gleichen durch die Elekt¬ rodenstrukturen vorgegebene Wellenlänge bei unterschiedlichen Frequenzen. So breitet sich die Rayleigh-Mode z. B. bei einer Frequenz von 1800 MHz aus, während sich die Love-Mode bei ei¬ ner Frequenz von 2400 MHz ausbreitet. Figur 5 zeigt die Abhängigkeit der Frequenzlage der Hauptmode von der Dicke der Elektrodenlage EL. Im Vergleich zu einer Elektrodenlage EL mit der Dicke 160 nm sind die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen bei einer 140 nm dicken Elektrodenlage zu höheren Frequenzen verschoben, während die Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenz bei einer dickeren, 180 nm dicken, Elektrodenlage EL zu kleineren Werten hin verschoben ist. Die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen der Nebenmode zeigen sich im Wesentlichen unabhängig von der Dicke der Elektroden- läge EL.
Figur 6 zeigt die Abhängigkeit der Lage der Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenzen der Hauptmode vom Metallisierungsverhältnis n. Während eine Vergrößerung des Metallisierungsver- hältnisses von 0.51 zu 0.58 eine Verringerung der Frequenzen der Hauptmode nach sich zieht, bewirkt eine Verkleinerung des Metallisierungsverhältnisses zu 0.44 eine Erhöhung der Fre¬ quenzen. Die Resonanz- bzw. Antiresonanzfrequenzen zeigen wiederum eine deutlich geringere Abhängigkeit der Nebenmode vom Metallisierungsverhältnis.
Figur 7 zeigt die berechnete Ausbreitungsgeschwindigkeit ei¬ ner Love-Mode, z. B. einer Nebenmode, in Abhängigkeit von der Schichtdicke. Die Geschwindigkeit sinkt mit zunehmender Di- cke.
Figur 8 zeigt die berechnete Ausbreitungsgeschwindigkeit ei¬ ner Rayleigh-Mode, z. B. einer Hauptmode, in Abhängigkeit von der Schichtdicke im Wellenleitersystem der Figur 7. Die Ge- schwindigkeit steigt mit zunehmender Dicke. Die Love-Mode und die Rayleigh-Mode weisen eine gegenläufige Dickenabhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeiten und damit - bei etwa gleicher Wellenlänge - der Frequenzen auf. Figur 9 zeigt die Wirkung der gegenläufigen Dickenabhängigkeit der Trennlage SL. Die Präsenz einer Trennlage SL der Dicke 50 nm verringert die Frequenzen (Resonanzfrequenz, Anti- resonanzfrequenz ) fadd der Nebenmode und erhöht die Frequenzen fm der Hauptmode. Eine weitere Erhöhung der Dicke auf 100 nm verringert weiterhin die Frequenzen fadd der Nebenmode, während die Frequenzen der Hauptmode fm erhöht wird.
Figur 10 zeigt den Realteil der Admittanz, einmal für ein elektroakustisches Bauelement mit einer 50 nm dicken Trenn¬ lage SL und einem Metallisierungsverhältnis n von 0.51 im Vergleich zu einem Bauelement mit einer 100 nm dicken Trennlage bei einem Metallisierungsverhältnis n von 0.44. Das - Erhöhen der Dicke der Trennlage sowie das Reduzieren des Me- tallisierungsverhältnisses verringert den Frequenzabstand zwischen der Hauptmode und der Nebenmode; die Frequenz der Hauptmode wird prinzipiell erhöht. Durch eine Vergrößerung des Fingerabstands wird die Frequenzverschiebung kompensiert, so dass die Frequenz der Hauptmode wieder an ihrer ursprüng- liehen Position zu liegen kommt. Dabei bleibt der verringerte Frequenzabstand zwischen der Hauptmode und der Nebenmode be¬ stehen, so dass die Position der Nebenmode absolut gesehen nach unten verschoben wird und unterhalb eines kritischen Bereichs zu liegen kommt.
So wird also ein elektroakustisches Bauelement erhalten, bei dem die störenden Beiträge unerwünschter Wellenmoden verringert sind, ohne dass zusätzliche Resonatoren oder Schichtsys¬ teme aufgebracht werden müssen.
Figur 11 zeigt den Betrag der Admittanz für die Lagensysteme, die in Figur 10 gezeigt sind. Figur 12 zeigt die Transferfunktion zweier WCDMA-Band2-Duple- xer, die mit einem konventionellen bzw. einem optimierten Lagensystem aufgebaut sind. Es sind die Funktionen S12 der TX- Sendefilter zwischen Verstärker und Antenne sowie die Trans- ferfunktion S23 der RX-Empfangsfilter zwischen Antenne und
Empfänger dargestellt. Durch den verringerten Frequenzabstand zwischen Hauptmode und Nebenmode ist die störende Resonanz, die insbesondere im TX-Sendepfad deutlich über das -20 dBm Niveau hinausragt, aus dem ISM-Band nach unten hinausverscho- ben. Gleichzeitig sind die Resonatoren der Filter durch Skalierung der Fingerabstände auf die Band-2-Frequenzlagegn optimiert, so dass sie in den Nutzbändern die entsprechenden Spezifikationen erfüllen. Figur 13 zeigt einen Duplexer DU mit einem Sendefilter TXF und einem Empfangsfilter RXF. Das Bauelement EAC kann in jedem der beiden Filter Verwendung finden. Das Bauelelemt selbst kann die Filterfunktionalität und gegf. auch weitere elektrische Funktionen umfassen.
Ein elektroakustisches Bauelement ist nicht auf eines der be¬ schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Ausführungsbei¬ spiele, bei denen oben genannte Merkmale kombiniert sind oder Ausführungsbeispiele, welche z. B. noch weitere Metallisie- rungsstrukturen oder Materiallagen aufweisen, stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar. Bezugs zeichenliste :
BAL: untere Haftlage
d: Lagendicke
DU: Duplexer
EAC: elektroakustisches Bauelement
EL: Elektrodenlage
ELS : strukturierte Elektrode
f : Frequenz
f add · (Resonanz- ) Frequenz der Nebenmode
(Resonanz- ) Frequenz der Hauptmode
M: Schwingungsamplitude/Wellenamplitude
PL: Piezolage
RXF: Empfangsfilter
1 S121 : Matrixelement
SL: Trennlage
TAL: obere Haftlage
TCF: TemperaturkompensationsSchicht/TCF-Lage
TXF: Sendefilter
n : Metallisierungsverhältnis

Claims

Patentansprüche
1. Elektroakustisches Bauelement (EAC) ,
- in dem eine Hauptmode mit einer Frequenz fm und
- eine Nebenmode mit einer Frequenz fadd ausbreitungsfähig ist, umfassend
- eine Piezolage (PL) , eine Elektrodenlage (EL) oberhalb der Piezolage (PL) und eine Trennlage (SL) ,
wobei die Trennlage (SL) eine gegenläufige
Dickenabhängigkeit der Frequenzen fm, fadd aufweist.
2. Elektroakustisches Bauelement (EAC) nach dem
vorhergehenden Anspruch, wobei
- die Hauptmode eine Rayleigh-Mode und die Nebenmode eine Love-Mode ist und
- die Trennlage (SL) oberhalb der Elektrodenlage (EL) angeordnet ist.
3. Elektroakustisches Bauelement (EAC) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine TCF-Lage (TCF) zwischen der Elektrodenlage (EL) und der Trennlage (SL) .
4. Elektroakustisches Bauelement (EAC) nach dem vorherigen Anspruch, ferner umfassend
- eine unteren Haftlage (BAL) zwischen der Piezolage (PL) und der Elektrodenlage (EL) und/oder eine obere Haftlage (TAL) zwischen der Elektrodenlage (EL) und der TCF-Lage (TCF) .
5. Elektroakustisches Bauelement nach dem vorherigen
Anspruch, wobei
- die Piezolage (PL) LiNb03, - die untere Haftlage (BAL) und/oder die obere Haftlage (TAL) Ti,
- die Elektrodenlage (EL) Cu und/oder Ag und
- die Trennlage S13N4 umfasst.
6. Elektroakustisches Bauelement (EAC) nach dem vorherigen Anspruch, umfassend eine untere (BAL) und eine obere (TAL) Haftlage, wobei
- die Piezolage (PL) 128° Y-X cut LiNb03,
- die untere Haftlage (BAL) eine 5.5 nm Ti-Schicht,
- die Elektrodenlage (EL) eine 2.5 nm dicke Ag-Schicht und darauf eine 160 nm dicke Cu-Schicht,
- die obere Haftlage (TAL) eine 5.5 nm dicke Ti-Schicht,
- die TCF-Lage (TCF) eine 700 nm bis 730 nm dicke Si02- Schicht und
- die Trennlage (SL) eine 80 nm bis 140 nm dicke S13N4- Schicht umfasst.
7. Elektroakustisches Bauelement (EAC) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Trennlage (SL) eine Dicke von 110 nm aufweist .
8. Elektroakustisches Bauelement (EAC) nach Anspruch 5, wobei
- das Bauelement (EAC) Teil eines mit SAW arbeitenden
Duplexers (DU) mit einem Sendefilter (TXF) und einem
Empfangsfilter (RXF) ist und
- das Sendefilter (TXF) ein Metallisierungsverhältnis von n = 0.44 und das Empfangsfilter (RXF) ein
Metallisierungsverhältnis von n = 0.55 aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung eines elektroakustischen
Bauelements (EAC) mit einer Hauptmode einer Frequenz fm und einer Nebenmode einer Frequenz fadd / umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer Piezolage (PL) ,
- Anordnen einer Elektrodenlage (EL) oberhalb der Piezolage (PL) ,
- Anordnen einer Trennlage (SL) oberhalb der Elektrodenlage (EL),
- Trennen der Frequenzen fm und fadd durch Erhöhen der Dicke der Trennlage (SL) .
10. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
Fertigungsstreuungen durch ortsaufgelöstes Verringern der Dicke der Trennlage (SL) minimiert werden.
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