Transducer wandeln im Allgemeinen elektrische Signale in mechanische Signale oder Vibrationen und/oder mechanische Signale oder Vibrationen in elektrische Signale um. Akustische Transducer wandeln insbesondere elektrische Signale in akustische Signale (akustische Wellen) um und wandeln empfangene akustische Wellen in elektrische Signale über inverse und direkte piezoelektrische Effekte um. Akustische Transducer beinhalten im Allgemeinen akustische Resonatoren, wie zum Beispiel akustische Oberflächenwellen (surface acoustic wave, SAW) Resonatoren und Bulk-akustische Wellen bzw. Bulk-Akustik-Wave (bulk acoustic wave, BAW) Resonatoren, und können in einer breiten Vielzahl von elektronischen Anwendungen, wie zum Beispiel Mobiltelefone, persönliche digitale Assistenten (PDAs), elektronische Spielegeräte, Laptop-Computer und andere tragbare Kommunikationsgeräte, verwendet werden. BAW-Resonatoren beinhalten zum Beispiel Dünnschicht-Bulk-Akustik-Resonatoren (thin film bulk acoustic resonators, FBARs), die für elektrische Filter und Spannungstransformatoren verwendet werden können. Im Allgemeinen hat ein akustischer Resonator eine Schicht eines piezoelektrischen Materials zwischen zwei leitenden Platten (Elektroden), das eine dünne Membran bilden kann.Transducers generally convert electrical signals into mechanical signals or vibrations and / or mechanical signals or vibrations into electrical signals. Acoustic transducers in particular convert electrical signals into acoustic signals (acoustic waves) and convert received acoustic waves into electrical signals via inverse and direct piezoelectric effects. Acoustic transducers generally include acoustic resonators such as surface acoustic wave (SAW) resonators and bulk acoustic waves or bulk acoustic wave (BAW) resonators, and can be found in a wide variety of electronic ones Applications such as cell phones, personal digital assistants (PDAs), electronic gaming devices, laptop computers and other portable communication devices can be used. For example, BAW resonators include thin film bulk acoustic resonators (FBARs) that can be used for electrical filters and voltage transformers. Generally, an acoustic resonator has a layer of piezoelectric material between two conductive plates (electrodes) that can form a thin membrane.
FBAR-Geräte erzeugen insbesondere longitudinale akustische Wellen und laterale akustische Wellen, wenn sie mittels eines angelegten zeitlich veränderlichen elektrischen Feldes stimuliert werden, sowie harmonische Mischprodukte höherer Ordnung. Die longitudinale akustische Welle, die üblicherweise als ein Kolbenmodus (piston mode) bezeichnet wird, wird durch ein vertikales elektrisches Feld zwischen Elektrodenplatten elektrisch angeregt und hat die Form einer lateral gleichförmigen Bewegung, wobei die Grenzen der Bewegung durch eine Überlappung von oberen und unteren Elektroden und des piezoelektrischen Materials bestimmt sind. Laterale akustische Wellen, die üblicherweise als ein lateraler Modus bezeichnet wird, werden an den Kanten bzw. Rändern der Kolbenmodusbewegung angeregt und erleichtern die Kontinuität von geeigneten mechanischen Verlagerungen und Beanspruchungen zwischen elektrisch angeregten und nicht-angeregten Bereichen. Im Allgemeinen sind laterale Moden spezielle Bewegungsformen, die durch einen mechanischen Stapel (stack) getragen bzw. unterstützt werden, und sowohl longitudinale Komponenten als auch Scherkomponenten aufweisen. Die lateralen Moden können entweder sich frei ausbreiten (sogenannte (sich) ausbreitende bzw. propagierende Moden) oder exponentiell abklingen (sogenannte abklingende bzw. evaneszente und komplexe Moden) von dem Anregungspunkt. Diese Moden können sowohl durch eine laterale mechanische Diskontinuität (zum Beispiel an einer Grenzfläche zwischen einem Rahmen und einer Membran oder an der Kante bzw. dem Rand einer oberen oder unteren Elektrode) als auch durch eine Diskontinuität des elektrischen Feldes (zum Beispiel an einer Kante bzw. einem Rand einer oberen Elektrode, wo das elektrische Feld abrupt abbricht) angeregt werden. Die lateralen Moden und die harmonischen Mischprodukte höherer Ordnung haben im Allgemeinen einen schädlichen Einfluss auf die Funktionalität.FBAR devices in particular generate longitudinal acoustic waves and lateral acoustic waves when they are stimulated by means of an applied time-varying electric field, as well as higher order harmonic mixed products. The longitudinal acoustic wave, commonly referred to as a piston mode, is electrically excited by a vertical electric field between electrode plates and is in the form of a laterally uniform motion, with the limits of motion being overlapped by upper and lower electrodes and of the piezoelectric material are determined. Lateral acoustic waves, commonly referred to as a lateral mode, are excited at the edges of the piston mode movement and facilitate the continuity of suitable mechanical displacements and stresses between electrically excited and non-excited areas. In general, lateral modes are special forms of movement that are supported or supported by a mechanical stack and have both longitudinal components and shear components. The lateral modes can either spread freely (so-called (propagating or propagating modes)) or decay exponentially (so-called decaying or evanescent and complex modes) from the point of excitation. These modes can be caused both by a lateral mechanical discontinuity (for example at an interface between a frame and a membrane or at the edge or the edge of an upper or lower electrode) and by a discontinuity in the electrical field (for example at an edge or an edge of an upper electrode, where the electric field abruptly breaks off). The lateral modes and the higher order harmonic mixed products generally have a detrimental effect on functionality.
In bestimmten Konfigurationen kann ein Rahmen (frame) entlang einer oder mehrerer Seiten eines FBAR vorgesehen sein, um akustische Verluste an den Grenzen zu mindern, indem Streuung des elektrisch angeregten Kolbenmodus an den Kanten der oberen Elektrode minimiert wird und indem die Beschränkung der mechanischen Bewegung zu dem aktiven Bereich des FBAR (der Überlappungsbereich der oberen Elektrode, der piezoelektrischen Schicht und der unteren Elektrode) verbessert wird. Im Allgemeinen werden Rahmen aus hinzugefügten (oder entfernten) dünnen Schichten an Material entlang des Umfangs des Resonatorgerätes gemacht mit dem Zweck die Grenzfrequenz (cutoff frequency) in diesem Bereich in Bezug auf die Hauptmembran zu verringern (erhöhen). Dies wiederum minimiert die Amplitude des elektrisch angeregten Kolbenmodus und die sich ergebende Streuung an den Kanten der oberen Elektrode oberhalb (oder unterhalb) der Grenzfrequenz einer Membran. Rahmen erzeugen auch eine akustische Impedanzfehlanpassung (acoustic impedance mismatch), die eine Unterdrückung der Amplituden von ausbreitenden und/oder abklingenden Moden (welche auch immer in dem Frequenzbereich von Interesse existieren), die an der Membran/Rahmen-Grenze mechanisch angeregt werden, ermöglichen und somit weiter den Verlust an akustischer Energie zu der Außenseite von dem aktiven Bereich minimieren. Jedoch werden zusätzlich zu einer verbesserten Beschränkung der akustischen Energie sowie weiteren Verbesserungen bei dem Qualitätsfaktor Q des FBAR aufgrund der besseren Beschränkung der akustischen Energie ein vereinfachtes Design und Implementierung von Rahmen benötigt. Insbesondere sind bei manchen Anwendungen Rahmen, die über der piezoelektrischen Schicht platziert sind, nicht effektiv bei der Unterdrückung von Moden, die auf den unteren Teil des Stapels begrenzt sind.In certain configurations, a frame can be provided along one or more sides of an FBAR to reduce acoustic losses at the boundaries by minimizing spreading of the electrically excited piston mode at the edges of the top electrode and by restricting mechanical movement the active area of the FBAR (the overlap area of the upper electrode, the piezoelectric layer and the lower electrode) is improved. In general, frames are made from added (or removed) thin layers of material along the perimeter of the resonator device with the purpose of reducing (increasing) the cutoff frequency in this area with respect to the main membrane. This in turn minimizes the amplitude of the electrically excited piston mode and the resulting scatter at the edges of the top electrode above (or below) the cutoff frequency of a membrane. Frames also produce an acoustic impedance mismatch, which enables and suppresses the amplitudes of propagating and / or decaying modes (whichever exist in the frequency range of interest) that are mechanically excited at the membrane / frame boundary thus further minimizing the loss of acoustic energy to the outside of the active area. However, in addition to an improved acoustic energy limitation and other improvements in the FBAR quality factor Q, a simplified design and implementation of frames is needed due to the better acoustic energy limitation. In particular, in some applications, frames placed over the piezoelectric layer are not effective in suppressing modes confined to the lower part of the stack.
Darüber hinaus müssen FBAR-Filter insbesondere einen ausreichend niedrigen Einfügungsverlust (insertion loss, IL) über Temperaturbereiche sowie über Frequenzbereiche garantieren. Üblicherweise, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, nimmt die Schallgeschwindigkeit der meisten Materialien ab und die Grenzfrequenz von jedem der den Filter bildenden FBARs nimmt ab. Somit bewegt sich der Durchlassbereich des Filters im Allgemeinen in Richtung niedrigerer Frequenzen, wenn die Temperatur ansteigt. Daher muss in Abwesenheit einer Temperaturkompensation der Durchlassbereich ausreichend breit ausgebildet sein, um Wechsel der Umgebungstemperatur zu erlauben, was einen hohen Kopplungskoeffizienten (coupling coefficient) kt2 von jedem FBAR erforderlich macht, was schwierig zu erreichen sein kann. Auch kann es in manchen Fällen (z.B. Band 13) dem Durchlassbereich nicht erlaubt sein, sich zu bewegen, um eine Beeinträchtigung von anderen (z.B. Sicherheits-) Banden zu vermeiden. Eine Temperaturkompensation des Filters (und daher jedes FBAR) ist manchmal erforderlich. Zum Beispiel kann mit Bor dotiertes Siliciumoxid SiOx (das auch als „Tempco-Oxid“ („tempco oxide“) bezeichnet werden kann) als eine Temperaturkompensationsschicht dem FBAR hinzugefügt werden. Die Schallgeschwindigkeit von Tempco-Oxid nimmt mit der Temperatur zu, was zu der gewünschten Stabilisierung des Resonators und der Filterantwort bei Änderungen der Umgebungstemperatur führt. Die Temperaturkompensationsschicht kann in entweder der oberen oder der unteren Elektrode eingebettet sein mit all den damit einhergehenden Verfahrenskomplikationen. Typische Strukturen zur Verbesserung von Rp und Q werden dann verwendet: Luftbrücken bei der oberen Elektrode (um Tot-FBAR zu eliminieren) und Zusatzrahmen auf der oberen Elektrode (um Streuung an den Kanten der oberen Elektrode zu minimieren).In addition, FBAR filters in particular must guarantee a sufficiently low insertion loss (IL) over temperature ranges and over frequency ranges. Typically, as the ambient temperature rises, the speed of sound of most materials decreases and the cutoff frequency of each of the FBARs that make up the filter decreases. Thus, the pass band of the filter generally moves towards lower frequencies when the temperature increases. Therefore, in the absence of temperature compensation, the pass band must be wide enough to allow changes in ambient temperature, which requires a high coupling coefficient kt 2 of each FBAR, which can be difficult to achieve. In some cases (e.g. tape 13 ) the passage area must not be allowed to move in order to avoid interference with other (e.g. security) gangs. Temperature compensation of the filter (and therefore each FBAR) is sometimes required. For example, boron-doped silicon oxide SiOx (which can also be referred to as “tempco oxide”) can be added to the FBAR as a temperature compensation layer. The speed of sound of Tempco-Oxide increases with temperature, which leads to the desired stabilization of the resonator and the filter response when the ambient temperature changes. The temperature compensation layer can be embedded in either the upper or the lower electrode with all the associated process complications. Typical structures for improving Rp and Q are then used: air bridges on the upper electrode (to eliminate dead FBAR) and additional frames on the upper electrode (to minimize scatter at the edges of the upper electrode).
Üblicherweise erniedrigt die Temperaturkompensationsschicht die Effektivität von Zusatzrahmen (add-on frames), die zur Verbesserung des Qualitätsfaktors Q verwendet werden. Der Grund ist, dass eine niedrige akustische Impedanz der Temperaturkompensationsschicht eine erhebliche Menge an Energie von sowohl dem Kolbenmodus als auch von Stapeleigenmoden (stack eigenmodes), die auf den Teil des Resonatorstapels beschränkt sind, wo die Temperaturkompensationsschicht platziert ist, beschränkt. Die üblichen Zusatzrahmen werden oben auf dem Stapel platziert, um das Wachstum einer planaren piezoelektrischen Schicht hoher Qualität zu erleichtern. Die Temperaturkompensationsschicht kann entweder unterhalb oder oberhalb der piezoelektrischen Schicht platziert werden, was die Effektivität von oberen Zusatzrahmen auf die Unterdrückung der Eigenmoden, die auf den unteren Teil des Resonatorstapels beschränkt sind, einschränkt. Somit sind Ansätze, welche die Konstruktion von sowohl planarisierten Rahmen (die an willkürlichen Positionen in dem Resonatorstapel platziert werden können) als auch Temperaturkompensationsschichten innerhalb eines BAW Resonatorstapels (resonator stack), notwendig für Anwendungen, die einen hohen Qualitätsfaktor Q und eine Temperatur-kompensierte Frequenzantwort benötigen.The temperature compensation layer usually lowers the effectiveness of add-on frames, which are used to improve the quality factor Q. The reason is that a low acoustic impedance of the temperature compensation layer limits a significant amount of energy from both the piston mode and stack eigenmodes, which are limited to the part of the resonator stack where the temperature compensation layer is placed. The usual auxiliary frames are placed on top of the stack to facilitate the growth of a high quality planar piezoelectric layer. The temperature compensation layer can be placed either below or above the piezoelectric layer, which limits the effectiveness of upper additional frames on the suppression of the eigenmodes, which are limited to the lower part of the resonator stack. Thus approaches that require the construction of both planarized frames (which can be placed at arbitrary positions in the resonator stack) and temperature compensation layers within a BAW resonator stack are necessary for applications that have a high quality factor Q and a temperature compensated frequency response need.
ZusammenfassungSummary
In einer repräsentativen Ausführungsform beinhaltet ein Bulk-Akustik-Wave (bulk acoustic wave, BAW) Resonatorgerät eine untere Elektrode auf einem Substrat über einem Hohlraum (cavity) oder einem akustischen Spiegel (acoustic mirror), eine piezoelektrische Schicht auf der unteren Elektrode, eine obere Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht und ein Temperaturkompensationsmerkmal, das einen positiven Temperaturkoeffizienten zum Ausgleichen mindestens eines Teils eines negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht hat. Mindestens eine von der unteren Elektrode und der oberen Elektrode beinhaltet ein integriertes laterales Merkmal, das zum Erzeugen von einer Grenzfrequenzfehlanpassung (cut-off frequency mismatch) und/oder einer akustischen Impedanzfehlanpassung (acoustic impedanc mismatch) konfiguriert ist.In a representative embodiment, a bulk acoustic wave (BAW) resonator device includes a lower electrode on a substrate over a cavity or an acoustic mirror, a piezoelectric layer on the lower electrode, an upper Electrode on the piezoelectric layer and a temperature compensation feature that has a positive temperature coefficient to compensate for at least a portion of a negative temperature coefficient of the piezoelectric layer. At least one of the bottom electrode and the top electrode includes an integrated lateral feature configured to generate a cut-off frequency mismatch and / or an acoustic impedance mismatch.
In einer weiteren repräsentativen Ausführungsform beinhaltet ein BAW-Resonatorgerät eine untere Elektrode auf einem Substrat über einem Hohlraum oder einem akustischen Spiegel, eine piezoelektrische Schicht auf der unteren Elektrode und eine obere Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht. Mindestens eine von der unteren Elektrode und der oberen Elektrode ist eine Hybridelektrode, die eine Temperaturkompensationsschicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten zum Ausgleichen mindestens eines Teils eines negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht und einen integrierten Rahmen (integrated frame), der zum Erzeugen von einer Grenzfrequenzfehlanpassung und/oder einer akustischen Impedanzfehlanpassung konfiguriert ist, beinhaltet.In another representative embodiment, a BAW resonator device includes a lower electrode on a substrate over a cavity or an acoustic mirror, a piezoelectric layer on the lower electrode, and an upper electrode on the piezoelectric layer. At least one of the lower electrode and the upper electrode is a hybrid electrode that has a temperature compensation layer with a positive temperature coefficient to compensate for at least part of a negative temperature coefficient of the piezoelectric layer and an integrated frame that is used to generate a cutoff frequency mismatch and / or acoustic impedance mismatch is configured.
In einer weiteren repräsentativen Ausführungsform beinhaltet ein Dünnschicht-Bulk-Akustik-Resonator (thin film bulk acoustic resonator, FBAR) eine untere Elektrode auf einem Substrat über einem Hohlraum oder einem akustischen Spiegel, eine piezoelektrische Schicht auf der unteren Elektrode und eine obere Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht. Der FBAR beinhaltet ferner ein Temperaturkompensationsmerkmal, das einen positiven Temperaturkoeffizienten zum Ausgleichen mindestens eines Teils eines negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht hat, und ein integriertes laterales Merkmal, das innerhalb mindestens einer von der unteren Elektrode und der oberen Elektrode gebildet ist und das zum Erzeugen von einer Grenzfrequenzfehlanpassung und/oder einer akustischen Impedanzfehlanpassung konfiguriert ist.In another representative embodiment, a thin film bulk acoustic resonator (FBAR) includes a lower electrode on a substrate over a cavity or an acoustic mirror, a piezoelectric layer on the lower electrode, and an upper electrode on the piezoelectric layer. The FBAR further includes a temperature compensation feature that has a positive temperature coefficient to compensate for at least a portion of a negative temperature coefficient of the piezoelectric layer, and an integrated lateral feature that is formed within at least one of the lower electrode and the upper electrode and that to produce one Limit frequency mismatch and / or an acoustic impedance mismatch is configured.
FigurenlisteFigure list
Die beispielhaften Ausführungsformen können aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verstanden werden, wenn sie mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendiger Weise maßstabsgetreu dargestellt sind. Vielmehr können die Abmessungen beliebig vergrößert oder verkleinert sein, um Klarheit in der Diskussion zu haben. Wo immer anwendbar und zweckmäßig, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
- 1A - 1C sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren mit Temperaturkompensationsschichten und integrierten Rahmen gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen.
- 2 ist ein Querschnittsdiagramm, das einen akustischen Resonator mit einer eingekapselten Temperaturkompensationsschicht gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulicht.
- 3A - 3D sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren mit Temperaturkompensationsschichten und integrierten Rahmen gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen.
- 4A - 4B sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren mit Temperaturkompensationsschichten und integrierten Rahmen gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen.
- 5A - 5D sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren mit Temperaturkompensationsschichten und integrierten Rahmen gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen.
- 6A - 6C sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren mit Temperaturkompensationsschichten und integrierten Rahmen gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen.
- 7 ist ein Querschnittsdiagramm, das einen akustischen Resonator mit einer Temperaturkompensationsschicht und einem integrierten Rahmen gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulicht.
- 8A - 8B sind Graphen, die normalisierte Spitzenverformungsenergie (Normalized Peak Strain Energy, NPSE) Verteilungen von den ersten fünf Moden für ein FBAR ohne eine Tempco-Verbundelektrode bzw. mit einer Tempco-Verbundelektrode zu Vergleichszwecken darstellen.
- 9 ist ein Graph, der Parallelwiderstand Rp versus Rahmenbreite von integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen (low velocity frames) mit verschiedenen Dicken in einem FBAR mit einer oberen Rahmenverbundelektrode (frame composite electrode) und einer unteren Tempco-Verbundelektrode gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulicht.
The exemplary embodiments can best be understood from the following detailed description when compared with the accompanying figures is read. It is emphasized that the various features are not necessarily drawn to scale. Rather, the dimensions can be enlarged or reduced as desired in order to have clarity in the discussion. Wherever applicable and appropriate, the same reference numbers refer to the same elements. - 1A - 1C 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators with temperature compensation layers and integrated frames according to representative embodiments.
- 2nd 10 is a cross-sectional diagram illustrating an acoustic resonator with an encapsulated temperature compensation layer in accordance with representative embodiments.
- 3A - 3D 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators with temperature compensation layers and integrated frames according to representative embodiments.
- 4A - 4B 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators with temperature compensation layers and integrated frames according to representative embodiments.
- 5A - 5D 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators with temperature compensation layers and integrated frames according to representative embodiments.
- 6A - 6C 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators with temperature compensation layers and integrated frames according to representative embodiments.
- 7 10 is a cross-sectional diagram illustrating an acoustic resonator with a temperature compensation layer and an integrated frame according to representative embodiments.
- 8A - 8B are graphs representing normalized peak strain energy (NPSE) distributions of the first five modes for an FBAR without a Tempco composite electrode or with a Tempco composite electrode for comparison purposes.
- 9 FIG. 12 is a graph illustrating parallel resistance Rp versus frame width of different thickness integrated low velocity frames in an FBAR with an upper frame composite electrode and a lower Tempco composite electrode according to representative embodiments.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Die vorliegenden Lehren sind darauf gerichtet, integrierte laterale Merkmale und/oder Temperaturkompensationsschichten innerhalb einer oder mehrerer Verbundelektroden eines BAW-Resonators, wie zum Beispiel eines FBAR, einzuschließen. Für die Zwecke der Diskussion, wird eine Verbundelektrode (composite electrode), die ein oder mehrere integrierte laterale Merkmale beinhaltet, auch als eine „Rahmenverbundelektrode“ („frame composite electrode“) bezeichnet, eine Verbundelektrode, die eine oder mehrere Temperaturkompensationsschichten beinhaltet, wird auch als eine „Tempco-Verbundelektrode“ bezeichnet und eine Verbundelektrode, die ein integriertes laterales Merkmal und eine Temperaturkompensationsschicht beinhaltet, wird auch als eine „Hybridverbundelektrode“ bezeichnet. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine oder beide von der oberen und unteren Elektrode eine Rahmenverbundelektrode, eine Tempco-Verbundelektrode oder eine Hybridverbundelektrode in jeglicher Kombination sein, wobei der sich ergebende BAW-Resonator mindestens ein laterales Merkmal und mindestens ein Temperaturkompensationsmerkmal beinhaltet. Ebenso kann in verschiedenen Ausführungsformen eine von der oberen und unteren Elektrode eine Hybridverbundelektrode und die andere von der oberen und unteren Elektrode kann eine herkömmliche Elektrode (d.h. sie enthält keine lateralen Merkmale oder Temperaturkompensationsmerkmale) sein. Weiterhin kann in verschiedenen Ausführungsformen die piezoelektrische Schicht des BAW-Resonators eine oder mehrere Temperaturkompensationsschichten beinhalten, während eine oder beide von der oberen und unteren Elektrode eine Rahmenverbundelektrode, eine Tempco-Verbundelektrode oder eine Hybridverbundelektrode in jeglicher Kombination sein kann, wobei der sich ergebende BAW-Resonator mindestens ein laterales Merkmal in den oberen und unteren Elektroden beinhaltet. Es sei darauf hingewiesen, dass 1A bis 7 Konfigurationen von verschiedenen Ausführungsformen zum Zwecke der Veranschaulichung darstellen und somit sollen die dargestellten Konfigurationen nicht beschränkend sein.The present teachings aim to include integrated lateral features and / or temperature compensation layers within one or more composite electrodes of a BAW resonator, such as an FBAR. For the purposes of the discussion, a composite electrode that includes one or more integrated lateral features is also referred to as a “frame composite electrode”, a composite electrode that includes one or more temperature compensation layers referred to as a “Tempco composite electrode” and a composite electrode that includes an integrated lateral feature and a temperature compensation layer is also referred to as a “hybrid composite electrode”. In various embodiments, one or both of the top and bottom electrodes may be a composite frame electrode, a Tempco composite electrode, or a hybrid composite electrode in any combination, with the resulting BAW resonator including at least one lateral feature and at least one temperature compensation feature. Likewise, in various embodiments, one of the top and bottom electrodes can be a composite hybrid electrode and the other of the top and bottom electrodes can be a conventional electrode (ie, it does not contain any lateral features or temperature compensation features). Furthermore, in various embodiments, the piezoelectric layer of the BAW resonator may include one or more temperature compensation layers, while one or both of the top and bottom electrodes may be a composite frame electrode, a Tempco composite electrode, or a hybrid composite electrode in any combination, the resulting BAW Resonator includes at least one lateral feature in the upper and lower electrodes. It should be noted that 1A to 7 Represent configurations of various embodiments for purposes of illustration, and so the configurations shown are not intended to be limiting.
Integrierte laterale Merkmale können integrierte Niedriggeschwindigkeits- und Hochgeschwindigkeitsrahmen (integrated low velocity and high velocity frames) zum Beispiel beinhalten, die im Allgemeinen einen elektrisch angeregten Kolbenmodus in dem Bereich, der durch das Merkmal definiert ist, unterdrücken und sich ausbreitende Eigenmoden in lateralen Richtungen reflektieren und anderweitig resonant unterdrücken, wobei beide Effekte gleichzeitig den Betrieb des BAW-Resonators verbessern. Das Einführen von integrierten lateralen Merkmalen führt im Allgemeinen zu der Erzeugung von mindestens einem von einer Grenzfrequenzfehlanpassung und einer akustischen Impedanzfehlanpassung. Die (Rahmen- oder Hybrid-) Verbundelektroden werden aus mindestens zwei verschiedenen leitenden Materialien gebildet, wie zum Beispiel Metalle, mit verschiedenen Schallgeschwindigkeiten und akustischen Impedanzen. Der Begriff „integriert“ bedeutet, dass das laterale Merkmal innerhalb einer entsprechenden Verbundelektrode gebildet ist, im Gegensatz zu einer Bildung auf oder anderweitig vorstehend bzw. herausragend von einer der Oberflächen einer Elektrode, so dass die Verbundelektrode im Wesentlichen planare obere und untere Oberflächen, die im Wesentlichen parallel zueinander sind, beibehält. Dies erleichtert die Herstellung des FBAR, was das Auftragen von Schichten auf planare Oberflächen betrifft, und stellt dennoch die Vorteile der lateralen Merkmale bereit.Integrated lateral features may include, for example, integrated low velocity and high velocity frames, which generally suppress an electrically excited piston mode in the area defined by the feature and reflect propagating eigenmodes in lateral directions and otherwise suppress resonantly, both effects simultaneously improving the operation of the BAW resonator. The introduction of integrated lateral features generally results in the generation of at least one of a cutoff frequency mismatch and an acoustic impedance mismatch. The (frame or hybrid) composite electrodes are formed from at least two different conductive materials, such as metals, with different speeds of sound and acoustic impedances. The term "integrated" means that the lateral feature is formed within a corresponding composite electrode, as opposed to being formed on or otherwise protruding from one of the surfaces of an electrode, so that the composite electrode is essentially planar top and bottom surfaces that are essentially parallel to one another. This facilitates the manufacture of the FBAR as regards the application of layers on planar surfaces, and still provides the advantages of the lateral features.
Zum Beispiel kann ein integrierter Niedriggeschwindigkeitsrahmen sich entlang den äußeren Kanten (bzw. Rändern) eines FBAR befinden, was im Allgemeinen den Parallelwiderstand Rp und den Qualitätsfaktor Q oberhalb der Grenzfrequenz erhöht. Ebenso kann ein integrierter Hochgeschwindigkeitsrahmen sich entlang den äußeren Kanten (bzw. Rändern) eines FBAR befinden, was im Allgemeinen den Längswiderstand bzw. Serienwiderstand (series resistance) Rs verringert und den Qualitätsfaktor Q unterhalb der Grenzfrequenz erhöht. Ein typischer integrierter Niedriggeschwindigkeitsrahmen sorgt zum Beispiel effektiv für einen Bereich mit erheblich niedrigerer Grenzfrequenz als die Hauptmembran und minimiert dadurch die Amplitude des elektrisch angeregten Kolbenmodus in Richtung der Kante der oberen Elektrode in dem Bereich des Rahmens. Weiterhin sorgt er für zwei Grenzflächen (Impedanzfehlanpassungsflächen, impedance missmatch planes), welche die Reflektion von (an der Membran/Rahmen-Grenzfläche mechanisch angeregten) sich ausbreitenden Eigenmoden in lateralen Richtungen erhöhen. Wenn die Breite des Rahmens für einen bestimmten Eigenmodus richtig ausgebildet ist, führt dies zu einer resonant erhöhten Unterdrückung dieses bestimmten Eigenmodus. Letztlich sorgt ein ausreichend breiter integrierter Niedriggeschwindigkeitsrahmen für einen Bereich für ein sanftes Abklingen der abklingenden und komplexen Moden, die an der Membran/Rahmen-Grenzfläche mechanisch angeregt werden. Die Kombination dieser drei Effekte führt zu einer besseren Energiebeschränkung und zu einem höheren Qualitätsfaktor Q bei paralleler Resonanzfrequenz Fp.For example, an integrated low speed frame may be along the outer edges (or edges) of an FBAR, which generally increases the parallel resistance Rp and the quality factor Q above the cutoff frequency. Likewise, an integrated high speed frame can be located along the outer edges (or edges) of an FBAR, which generally reduces the series resistance Rs and increases the quality factor Q below the cutoff frequency. For example, a typical integrated low speed frame effectively provides an area with a significantly lower cutoff frequency than the main diaphragm, thereby minimizing the amplitude of the electrically excited piston mode towards the edge of the top electrode in the area of the frame. It also provides two interfaces (impedance mismatch planes) that increase the reflection of eigenmodes that propagate (mechanically excited at the membrane / frame interface) in lateral directions. If the width of the frame is correctly designed for a specific self-mode, this leads to a resonantly increased suppression of this specific self-mode. Ultimately, a sufficiently wide, integrated, low-speed frame provides an area for a gentle decay of the decaying and complex modes that are mechanically excited at the membrane / frame interface. The combination of these three effects leads to a better energy limitation and to a higher quality factor Q with a parallel resonance frequency Fp.
Zusätzlich kann die Temperaturkompensationsschicht zwischen einer Elektrodenschicht und einer leitenden Zwischenschicht in einer (Tempco- oder Hybrid-) Verbundelektrode aufgetragen sein. Die Temperaturkompensationsschicht kann zum Beispiel aus einem Oxidmaterial gebildet sein, wie zum Beispiel Borosilikatglas (BSG), mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, der mindestens einen Teil der negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht und der leitenden Materialien in den oberen und unteren Elektroden ausgleicht. Die Zwischenschicht kann eine elektrische DC-Verbindung mit der Elektrodenschicht herstellen, was effektiv eine kapazitive Komponente der Temperaturkompensationsschicht kurzschließen und einen Kopplungskoeffizienten kt2 des FBAR erhöhen kann. Auch stellt die Zwischenschicht, die zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht positioniert ist, eine Barriere dar, die verhindert, dass Sauerstoff in der Temperaturkompensationsschicht in das piezoelektrische Material der piezoelektrischen Schicht diffundiert. Weitere Beschreibungen von Temperaturkompensationsschichten sind in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2011/0266925 A1 (veröffentlicht am 3. November 2011) von Ruby et al., die hiermit unter Bezugnahme aufgenommen ist, enthalten.In addition, the temperature compensation layer can be applied between an electrode layer and a conductive intermediate layer in a (Tempco or hybrid) composite electrode. For example, the temperature compensation layer may be formed from an oxide material, such as borosilicate glass (BSG), with a positive temperature coefficient that compensates for at least a portion of the negative temperature coefficients of the piezoelectric layer and the conductive materials in the upper and lower electrodes. The intermediate layer can establish an electrical DC connection with the electrode layer, which can effectively short-circuit a capacitive component of the temperature compensation layer and increase a coupling coefficient kt 2 of the FBAR. Also, the intermediate layer, which is positioned between the temperature compensation layer and the piezoelectric layer, represents a barrier that prevents oxygen in the temperature compensation layer from diffusing into the piezoelectric material of the piezoelectric layer. Further descriptions of temperature compensation layers are in the U.S. Patent Application Publication No. 2011/0266925 A1 (published November 3, 2011) by Ruby et al., which is hereby incorporated by reference.
Bestimmte Aspekte der vorliegenden Lehren bauen auf Komponenten von FBAR-Geräten, FBAR-basierten Filtern, deren Materialien und Herstellungsverfahren auf. Viele Details über FBARs, deren Materialien und deren Herstellungsverfahren können in einer oder mehreren der folgenden US-Patenten und Patentanmeldungen gefunden werden: US 6,107,721 A (22. August 2000) von Lakin; US 5,587,620 A (24. Dezember 1996), US 5,873,153 A (23. Februar 1999), US 6,507,983 B1 (21. Januar 2003) und US 7,388,454 B2 (17. Juni 2008) von Ruby et al.; US 7,629,865 B2 (8. Dezember 2009) von Ruby; US 7,714,684 B2 (11. Mai 2010) von Ruby et al.; US 7,280,007 B2 (9. Oktober 2007) von Feng et al.; US 2007/0205850 A1 mit dem Titel „Piezoelectric Resonator Structures and Electrical Filters having Frame Elements“ von Jamneala et al.; US 2010/0327697 A1 mit dem Titel „Acoustic Resonator Structure Comprising a Bridge“ von Choy et al.; US 2010/0327994 A1 mit dem Titel „Acoustic Resonator Structure having an Electrode with a Cantilevered Portion“ von Choy et al.; und US 2012/0218056 A1 mit dem Titel „Coupled Resonator Filter Comprising a Bridge“ von Burak, veröffentlicht am 30. August 2012. Die Offenbarungen dieser Patente und Patentanmeldungen werden hiermit unter Bezugnahme aufgenommen. Es wird betont, dass die Komponenten, Materialien und Herstellungsverfahren, die in diesen Patenten und Patentanmeldungen offenbart sind, stellvertretend sind und andere Herstellungsverfahren und Materialien werden innerhalb des Bereichs von einem Durchschnittsfachmann in Betracht gezogen.Certain aspects of the present teachings are based on components of FBAR devices, FBAR-based filters, their materials and manufacturing processes. Many details about FBARs, their materials, and their manufacturing processes can be found in one or more of the following US patents and patent applications: US 6,107,721 A (August 22, 2000) by Lakin; US 5,587,620 A (December 24, 1996), US 5,873,153 A (February 23, 1999), US 6,507,983 B1 (January 21, 2003) and US 7,388,454 B2 (June 17, 2008) by Ruby et al .; US 7,629,865 B2 (December 8, 2009) by Ruby; US 7,714,684 B2 (May 11, 2010) by Ruby et al .; US 7,280,007 B2 (October 9, 2007) by Feng et al .; US 2007/0205850 A1 entitled "Piezoelectric Resonator Structures and Electrical Filters Having Frame Elements" by Jamneala et al .; US 2010/0327697 A1 entitled "Acoustic Resonator Structure Comprising a Bridge" by Choy et al .; US 2010/0327994 A1 entitled "Acoustic Resonator Structure having an Electrode with a Cantilevered Portion" by Choy et al .; and US 2012/0218056 A1 entitled "Coupled Resonator Filter Comprising a Bridge" by Burak, published August 30, 2012. The disclosures of these patents and patent applications are hereby incorporated by reference. It is emphasized that the components, materials, and manufacturing methods disclosed in these patents and patent applications are representative, and other manufacturing methods and materials are considered within the scope of one of ordinary skill in the art.
1A - 1C sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen. In den in 1A - 1C dargestellten Beispielen (ebenso wie in den in 2 - 7 dargestellten Beispielen, wie unten besprochen) ist der akustische Resonator der Einfachheit halber für die Erklärung ein FBAR. Es wird jedoch verstanden, dass andere Arten von akustischen Resonatoren beinhaltet sein können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Jeder der in 1A - 1C gezeigten akustischen Resonatoren beinhaltet einen Niedriggeschwindigkeitsrahmen in mindestens einer Rahmenverbundelektrode und eine Temperaturkompensationsschicht in einer Tempco-Verbundelektrode oder der piezoelektrischen Schicht. Es wird verstanden, dass die gleichen allgemeinen Konfigurationen in akustischen Resonatoren mit einem integrierten Hochgeschwindigkeitsrahmen - zusätzlich zu oder anstelle eines integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen - beinhaltet sein können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. 1A - 1C 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators according to representative embodiments. In the in 1A - 1C shown examples (as in the in 2nd - 7 Examples shown, as discussed below), the acoustic resonator is an FBAR for the sake of simplicity. However, it is understood that other types of acoustic resonators can be included without departing from the scope of the present teachings. Everyone in 1A - 1C Acoustic resonators shown include a low speed frame in at least one composite frame electrode and a temperature compensation layer in a Tempco composite electrode or the piezoelectric layer. It is understood that the same general configurations can be included in acoustic resonators with an integrated high speed frame - in addition to or instead of an integrated low speed frame - without departing from the scope of the present teachings.
Unter Bezugnahme auf 1A beinhaltet FBAR 100A einen Resonatorstapel (resonator stack), der mehrere Schichten (Lagen) umfasst, die über einem Substrat 110 mit einem Hohlraum 115 zur Reflektion von akustischen Wellen gestapelt sind. In verschiedenen alternativen Konfigurationen kann ein bekannter akustischer Spiegel, wie zum Beispiel ein Bragg-Spiegel (nicht gezeigt), der abwechselnde Schichten hoher und niedriger akustischer Impedanz umfasst, in dem Substrat 110 vorgesehen sein, um für akustische Isolation zu sorgen, an Stelle des Hohlraums 115, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Das Substrat 110 kann aus einem Material gebildet sein, das mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, wie zum Beispiel Silicium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Glas, Saphir, Aluminiumoxid oder dergleichen zum Beispiel. Verschiedene veranschaulichende Herstellungstechniken von Hohlräumen in einem Substrat sind durch das US-Patent mit der Nummer 7,345,410 (18. März 2008) von Grannen et al. beschrieben und verschiedene veranschaulichende Herstellungstechniken von akustischen Spiegeln sind in dem US-Patent mit der Nummer 7,358,831 (15. April 2008) von Larson III et al. beschrieben, die hiermit unter Bezugnahme vollständig aufgenommen sind.With reference to 1A includes FBAR 100A a resonator stack, which comprises several layers (layers) over a substrate 110 with a cavity 115 are stacked to reflect acoustic waves. In various alternative configurations, a known acoustic mirror, such as a Bragg mirror (not shown), which includes alternating layers of high and low acoustic impedance, can be in the substrate 110 be provided to provide acoustic isolation in place of the cavity 115 without departing from the scope of the present teachings. The substrate 110 can be formed from a material that is compatible with semiconductor processes, such as silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), glass, sapphire, aluminum oxide or the like, for example. Various illustrative techniques for making voids in a substrate are described by the U.S. Patent No. 7,345,410 (March 18, 2008) by Grannen et al. and various illustrative acoustic mirror manufacturing techniques are described in the U.S. Patent No. 7,358,831 (April 15, 2008) by Larson III et al. described, which are hereby incorporated in full by reference.
Der FBAR 100A beinhaltet ferner eine piezoelektrische Schicht 130, die angeordnet ist zwischen zwei Verbundelektroden: eine erste oder untere Elektrode 120a, die eine Tempco-Verbundelektrode ist, die eine Temperaturkompensationsschicht 127 enthält, und eine zweite oder obere Elektrode 140, die eine Rahmenverbundelektrode ist, die einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 enthält. Die untere Elektrode 120a ist über dem Substrat 110 und dem Hohlraum 115 angeordnet. Eine Planarisierungsschicht 129 ist auch über dem Substrat 110 vorgesehen, wie gezeigt, um für eine planare oberer Oberfläche der unteren Elektrode 120a zu sorgen. In einer repräsentativen Ausführungsform beinhaltet die Planarisierungsschicht 129 zum Beispiel nicht-ätzbares Borosilikatglas (NEBSG). Im Allgemeinen muss die Planarisierungsschicht 129 nicht in der Struktur vorliegen (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht), aber wenn sie vorhanden ist, kann sie die Qualität des Wachstums von darauffolgenden Schichten verbessern und deren Verarbeitung vereinfachen. Die piezoelektrische Schicht 130 ist über der unteren Elektrode 120a angeordnet und die obere Elektrode 140 ist über der piezoelektrischen Schicht 130 angeordnet. Zusammen bilden die untere Elektrode 120a, die piezoelektrische Schicht 130 und die obere Elektrode 140 die (dünne) Membran des FBAR 100A. Die piezoelektrische Schicht 130 ist zum Beispiel aus einem dünnen Film (einer dünnen Schicht) eines piezoelektrischen Materials gebildet, wie zum Beispiel Aluminiumnitrid (AIN), Zinkoxid (ZnO) oder Bleizirkoniumtitanat (PZT). Jedoch können auch andere Materialen eingeschlossen sein, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.The FBAR 100A also includes a piezoelectric layer 130 , which is arranged between two composite electrodes: a first or lower electrode 120a which is a Tempco composite electrode which has a temperature compensation layer 127 contains, and a second or upper electrode 140 which is a composite frame electrode that has an integrated low speed frame 141 contains. The lower electrode 120a is over the substrate 110 and the cavity 115 arranged. A planarization layer 129 is also over the substrate 110 provided, as shown, for a planar upper surface of the lower electrode 120a to care. In a representative embodiment, the planarization layer includes 129 for example non-etchable borosilicate glass (NEBSG). In general, the planarization layer 129 not in the structure (since it increases the overall processing cost), but when it is present it can improve the quality of growth of subsequent layers and simplify their processing. The piezoelectric layer 130 is over the bottom electrode 120a arranged and the top electrode 140 is over the piezoelectric layer 130 arranged. Together they form the lower electrode 120a , the piezoelectric layer 130 and the top electrode 140 the (thin) membrane of the FBAR 100A . The piezoelectric layer 130 For example, is formed from a thin film (thin layer) of a piezoelectric material, such as aluminum nitride (AIN), zinc oxide (ZnO) or lead zirconium titanate (PZT). However, other materials can be included without departing from the scope of the present teachings.
Der FBAR 100A beinhaltet eine Temperaturkompensationsschicht 127 in der unteren Elektrode 120a, die Veränderungen der Schallgeschwindigkeit und der Grenzfrequenz der piezoelektrischen Schicht 130 in Antwort auf Temperaturänderungen stabilisiert. Insbesondere beinhaltet die untere Elektrode 120a eine äußere Elektrodenschicht 126, eine Temperaturkompensationsschicht 127 und eine leitende Zwischenschicht 128, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 110 gestapelt sind. Die Zwischenschicht 128 trennt die Temperaturkompensationsschicht 127 von der piezoelektrischen Schicht 130 ab, so dass die Temperaturkompensationsschicht 127 effektiv innerhalb der unteren Elektrode 120a eingebettet ist. In anderen Worten ist die Temperaturkompensationsschicht 127 nicht auf einer oberen oder unteren Oberfläche der unteren Elektrode 120a gebildet und ist dadurch von den angrenzenden Komponenten (z.B. die piezoelektrische Schicht 130 und das Substrat 110) in dem Resonatorstapel abgetrennt. Obwohl das Vorliegen der Zwischenschicht 128 nicht erforderlich ist, erleichtert sie das richtige Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 und sorgt ansonsten für einen Schutz der Temperaturkompensationsschicht 127 (z.B. vor Flusssäure (HF), die für den Feuchtätz- oder Feuchtfreisetzungsvorgang verwendet wird) während des Herstellungsprozesses. Auch beeinflusst das Vorliegen und die Dicke der Zwischenschicht 128 die Temperaturkompensationseffekte der Temperaturkompensationsschicht 127. Zusätzlich kann eine ausreichend dicke Zwischenschicht 128, die zum Beispiel aus einem Metall mit niedrigem Schichtwiderstand gemacht ist, die Temperaturkompensationsschicht 127 kurzschließen, wodurch ihre Serienkapazität (series capacitance) eliminiert wird und der elektromechanische Kopplungskoeffizient Kt2 erhöht wird.The FBAR 100A includes a temperature compensation layer 127 in the lower electrode 120a , the changes in the speed of sound and the cutoff frequency of the piezoelectric layer 130 stabilized in response to temperature changes. In particular, the lower electrode includes 120a an outer electrode layer 126 , a temperature compensation layer 127 and a conductive interlayer 128 that are in that order on the substrate 110 are stacked. The intermediate layer 128 separates the temperature compensation layer 127 from the piezoelectric layer 130 off, so the temperature compensation layer 127 effectively inside the lower electrode 120a is embedded. In other words, the temperature compensation layer 127 not on an upper or lower surface of the lower electrode 120a formed and is thereby of the adjacent components (e.g. the piezoelectric layer 130 and the substrate 110 ) separated in the resonator stack. Although the presence of the intermediate layer 128 is not required, it facilitates the correct growth of the piezoelectric layer 130 and otherwise ensures protection of the temperature compensation layer 127 (e.g. before hydrofluoric acid (HF), which is used for the wet etching or wet release process) during the manufacturing process. It also affects the presence and thickness of the intermediate layer 128 the temperature compensation effects of the temperature compensation layer 127 . In addition, a sufficiently thick intermediate layer can be used 128 For example, which is made of a metal with a low sheet resistance, the temperature compensation layer 127 short circuit, causing their series capacity (series capacitance) is eliminated and the electromechanical coupling coefficient Kt 2 is increased.
Die Temperaturkompensationsschicht 127 ist innerhalb der unteren Elektrode 120 eingekapselt gezeigt, was bedeutet, dass sie durch die äußere Elektrodenschicht 126 und die Zwischenschicht 128 umgeben ist. Ein Beispiel für ein Einkapseln der Temperaturkompensationsschicht 127 ist unten detaillierter unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Jedoch kann in alternativen Ausführungsformen die Temperaturkompensationsschicht 127 nicht eingekapselt sein oder sie kann teilweise eingekapselt sein, so dass mindestens ein Teil der Temperaturkompensationsschicht 127 an einer oder mehreren Kanten oder Rändern (oben, unten oder seitlich) der unteren Elektrode 120a freiliegt. Zum Beispiel kann die Temperaturkompensationsschicht 127 sich über die gesamte Breite (horizontale Richtung in der dargestellten Orientierung) der unteren Elektrode 120a erstrecken.The temperature compensation layer 127 is inside the bottom electrode 120 shown encapsulated, which means that it passes through the outer electrode layer 126 and the intermediate layer 128 is surrounded. An example of encapsulating the temperature compensation layer 127 is below in more detail with reference to FIG 2nd described. However, in alternative embodiments, the temperature compensation layer 127 not be encapsulated or it can be partially encapsulated so that at least part of the temperature compensation layer 127 on one or more edges or edges (top, bottom or side) of the lower electrode 120a exposed. For example, the temperature compensation layer 127 across the entire width (horizontal direction in the orientation shown) of the lower electrode 120a extend.
In der unteren Elektrode 120a können die äußere Elektrodenschicht 126 und die Zwischenschicht 128 zum Beispiel aus elektrisch leitenden Materialien gebildet sein, wie zum Beispiel verschiedene Metalle, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, einschließlich Wolfram (W), Molybdän (Mo), Aluminium (AI), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb) oder Hafnium (Hf). In der dargestellten Ausführungsform sind die äußere Elektrodenschicht 126 und die Zwischenschicht 128 aus dem gleichen leitenden Material (z.B. Mo) gebildet. Jedoch können in verschiedenen alternativen Ausführungsformen die äußere Elektrodenschicht 126 und die Zwischenschicht 128 aus unterschiedlichen leitenden Materialien gebildet sein, wobei die äußere Elektrodenschicht 126 aus einem Material mit einer relativ niedrigen Leitfähigkeit und einer relativ hohen akustischen Impedanz gebildet ist und die Zwischenschicht 128 aus einem Material mit einer relativ hohen Leitfähigkeit und einer relativ niedrigen akustischen Impedanz gebildet ist. Zum Beispiel kann die äußere Elektrodenschicht 126 aus W gebildet sein und die Zwischenschicht 128 kann aus Mo gebildet sein, obwohl auch andere Materialien und/oder Kombinationen an Materialien verwendet werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In the lower electrode 120a can the outer electrode layer 126 and the intermediate layer 128 For example, be formed from electrically conductive materials, such as various metals that are compatible with semiconductor processes, including tungsten (W), molybdenum (Mo), aluminum (AI), platinum (Pt), ruthenium (Ru), niobium (Nb ) or hafnium (Hf). In the illustrated embodiment, the outer electrode layer is 126 and the intermediate layer 128 made of the same conductive material (eg Mo). However, in various alternative embodiments, the outer electrode layer 126 and the intermediate layer 128 be formed from different conductive materials, the outer electrode layer 126 is formed from a material with a relatively low conductivity and a relatively high acoustic impedance and the intermediate layer 128 is formed from a material with a relatively high conductivity and a relatively low acoustic impedance. For example, the outer electrode layer 126 be formed from W and the intermediate layer 128 may be formed from Mo, although other materials and / or combinations of materials can be used without departing from the scope of the present teachings.
Die Temperaturkompensationsschicht 127 kann aus verschiedenen Materialien, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, gebildet sein, einschließlich Borosilikatglas (BSG), Siliciumdioxid (SiO2), Chrom (Cr) oder Telluroxid (TeO(x)) zum Beispiel, die positive Temperaturkoeffizienten haben. Der positive Temperaturkoeffizient der Temperaturkompensationsschicht 127 gleicht negative Temperaturkoeffizienten von anderen Materialien in dem Resonatorstapel aus, einschließlich der piezoelektrischen Schicht 130, der zweiten Elektrode 140 und der äußeren Elektroden- und Zwischenschichten 126 und 128 der unteren Elektrode 120a.The temperature compensation layer 127 can be formed from various materials compatible with semiconductor processes, including borosilicate glass (BSG), silicon dioxide (SiO 2 ), chromium (Cr) or tellurium oxide (TeO (x)) for example, which have positive temperature coefficients. The positive temperature coefficient of the temperature compensation layer 127 balances negative temperature coefficients of other materials in the resonator stack, including the piezoelectric layer 130 , the second electrode 140 and the outer electrode and intermediate layers 126 and 128 the lower electrode 120a .
Der FBAR 100A beinhaltet ferner einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141, der einen inneren Abschnitt 142 in der oberen Elektrode 140 umgibt, was Streuung des Kolbenmodus an der Kante bzw. dem Rand der oberen Elektrode 140 bei Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz der Membran durch drei Mechanismen minimiert: (1) Minimierung der Kolbenmodus-Amplitude, die durch ein Zeit-harmonisches elektrisches Feld in dem Bereich des integrierten lateralen Merkmals angeregt wird, (2) Unterdrückung mindestens eines Teils der Dickendehnungs-(thickness extensional, TE), der Dickenscher- (thickness shear, TS) und der biegefähigen ausbreitenden lateralen akustischen Moden (flexural propagating lateral acoustic modes), und (3) Erleichterung des exponentiellen Abklingens von abklingenden und komplexen TE-Moden höherer Ordnung. Gemäß der dargestellten repräsentativen Ausführungsform ist der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 aus einem ersten Material gebildet und der innere Abschnitt 142 ist aus einem zweiten Material gebildet, das verschieden von dem ersten Material ist, wobei das erste Material eine niedrigere Schallgeschwindigkeit als das zweite Material hat. Zum Beispiel kann der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 aus W gebildet sein und der innere Abschnitt 142 aus Mo gebildet sein, obwohl auch andere Materialien verwendet werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Noch allgemeiner, kann in verschiedenen Ausführungsformen das erste Material so eine Schallgeschwindigkeit, akustische Impedanz und Position in dem Resonatorstapel, in Bezug auf die Schallgeschwindigkeit, akustische Impedanz und Position in dem Resonatorstapel des zweiten Materials, aufweisen, dass sie ausgebildet sind, die effektive Schallgeschwindigkeit des Abschnitts des Resonatorstapels, der das erste Material enthält, zu vermindern. Zum Beispiel kann eine Rahmenverbundelektrode ein oder mehrere alternative Metallmaterialien beinhalten, wie zum Beispiel Al oder Kupfer (Cu), oder dielektrische Materialien, wie zum Beispiel SiO2, Siliciumnitrid (SiN), Siliciumcarbid (SiC), AIN, ZnO oder PZT, anstelle eines Metallmaterials. Es sollte einem Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, dass in einem Resonatorgerät, wie einem FBAR, hohe oder niedrige Schallgeschwindigkeit in einem speziellen peripheren Bereich des Resonatorgerätes (z.B. integrierte Niedrig- oder Hochgeschwindigkeitsrahmenbereiche) bedeutet, dass die Grenzfrequenz in diesem Bereich höher bzw. niedriger ist, verglichen mit der Grenzfrequenz eines mittigen (zentralen) Bereichs des Resonatorgerätes.The FBAR 100A also includes an integrated low-speed frame 141 that has an inner section 142 in the top electrode 140 surrounds what scatter the piston mode at the edge of the top electrode 140 at frequencies above the cutoff frequency of the membrane minimized by three mechanisms: (1) minimization of the piston mode amplitude, which is excited by a time-harmonic electric field in the region of the integrated lateral feature, (2) suppression of at least part of the thickness expansion ( thickness extensional (TE), the thickness shear (TS) and the flexible lateral acoustic modes (flexural propagating lateral acoustic modes), and (3) facilitating the exponential decay of decaying and complex higher order TE modes. According to the representative embodiment shown, the integrated low-speed frame 141 formed from a first material and the inner section 142 is formed from a second material that is different from the first material, the first material having a lower sound velocity than the second material. For example, the integrated low-speed frame 141 be formed from W and the inner section 142 formed from Mo, although other materials can be used without departing from the scope of the present teachings. More generally, in various embodiments, the first material may have a speed of sound, acoustic impedance, and position in the resonator stack relative to the speed of sound, acoustic impedance, and position in the resonator stack of the second material, such that they are configured to be the effective speed of sound of the Reduce portion of the resonator stack containing the first material. For example, a composite frame electrode may include one or more alternative metal materials, such as Al or copper (Cu), or dielectric materials, such as SiO 2 , silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), AIN, ZnO or PZT, instead of one Metal material. It should be apparent to one of ordinary skill in the art that in a resonator device, such as an FBAR, high or low speed of sound in a particular peripheral area of the resonator device (e.g., integrated low or high speed frame areas) means that the cutoff frequency is higher or lower in this area compared with the cut-off frequency of a central (central) area of the resonator device.
In der dargestellten Ausführungsform ist der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 koplanar mit dem inneren Abschnitt 142, was bedeutet, dass sowohl der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 als auch der innere Abschnitt 142 im Wesentlichen die gleiche Dicke (in der vertikalen Richtung gemäß der in 1A gezeigten Orientierung) innerhalb der oberen Elektrode 140 haben. Anders ausgedrückt bildet der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 einen Ring gleicher Dicke um den inneren Abschnitt 142 herum. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 befindet sich im Allgemeinen in einem äußeren Bereich des FBAR 100A und kann um den gesamten oder einen Teil eines Parameters der oberen Elektrode 140 herum gebildet sein. Zum Beispiel kann der FBAR 100A (ebenso wie die anderen hier diskutierten FBARs) apodisiert sein oder eine unregelmäßige Form haben in einer Draufsicht (nicht gezeigt) und der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 kann im Wesentlichen einem äußeren Umfang der oberen Elektrode 140 folgen. Das heißt, die obere Elektrode 140 kann fünf Seiten haben, die in einer im Wesentlichen trapezoiden Form zum Beispiel angeordnet sind, wobei in diesem Fall der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 entlang aller fünf Seiten oder weniger als aller fünf Seiten des FBAR 100A gebildet sein kann.In the illustrated embodiment, the integrated low speed frame 141 coplanar with the inner section 142 , What means that both the integrated low-speed frame 141 as well as the inner section 142 substantially the same thickness (in the vertical direction according to the one in FIG 1A orientation shown) within the upper electrode 140 to have. In other words, the integrated low-speed frame forms 141 a ring of equal thickness around the inner section 142 around. The integrated low-speed frame 141 is generally located in an outer area of the FBAR 100A and can be all or part of an upper electrode parameter 140 be formed around. For example, the FBAR 100A (as well as the other FBARs discussed here) may be apodized or irregular in plan view (not shown) and the integrated low speed frame 141 can be essentially an outer periphery of the top electrode 140 consequences. That is, the top electrode 140 can have five sides arranged in a substantially trapezoidal shape, for example, in which case the integrated low-speed frame 141 along all five sides or less than all five sides of the FBAR 100A can be formed.
Die obere Elektrode 140 kann ferner eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) beinhalten, die aus verschiedenen Arten an Materialien gebildet sein kann, einschließlich AIN, SiC, BSG, SiO2, SiN, Polysilicium und dergleichen. Die Dicke der Passivierungsschicht ist ausreichend, um alle Schichten des Resonatorstapels von der Umgebung zu isolieren, einschließlich dem Schutz vor Feuchtigkeit, Korrosionsmittel, Verunreinigungen, Ablagerungen und dergleichen. Die ersten und zweiten Elektroden 120a und 140 sind an einen elektrischen Schaltkreis über Kontaktflächen (nicht gezeigt), die aus einem leitenden Material gebildet sein können, wie zum Beispiel Gold, Gold/ZinnLegierung oder dergleichen, elektrisch verbunden.The top electrode 140 may further include a passivation layer (not shown) that may be formed from various types of materials including AIN, SiC, BSG, SiO2, SiN, polysilicon, and the like. The thickness of the passivation layer is sufficient to isolate all layers of the resonator stack from the environment, including protection from moisture, corrosive agents, contaminants, deposits and the like. The first and second electrodes 120a and 140 are electrically connected to an electrical circuit via contact pads (not shown), which may be formed from a conductive material such as gold, gold / tin alloy or the like.
Die untere Elektrode 120a kann gebildet werden durch Aufbringen einer Schicht eines leitenden Materials (z.B. W) auf eine obere Oberfläche des Substrats 110 und des Hohlraums 115 (vor dem Entfernen des Opfermaterials, das ursprünglich den Hohlraum 115 ausfüllt) unter Verwendung einer Sputter-(Zerstäubungs-), Verdampfungs- oder chemischen Gasphasenabscheidungs-(CVD) Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke unter Ausbildung der äußeren Elektrodenschicht 126. Dann wird eine Schicht an Temperaturkompensationsmaterial (z.B. SiO2) auf die äußere Elektrodenschicht 126 aufgebracht unter Ausbildung der Temperaturkompensationsschicht 127, und eine weitere Schicht an leitendem Material (z.B. Mo) wird auf die Temperaturkompensationsschicht 127 aufgebracht unter Ausbildung der Zwischenschicht 128 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel. Ein Beispiel für das Bilden einer eingekapselten Temperaturkompensationsschicht wird unten unter Bezugnahme auf 2 besprochen. Verschiedene veranschaulichende Techniken zur Bildung von Temperaturkompensationsschichten sind zum Beispiel in dem US-Patent mit der Nummer 7,561,009 von Larson III et al. beschrieben, das hiermit unter Bezugnahme aufgenommen ist. Die piezoelektrische Schicht 130 wird auf der Zwischenschicht 128 wachsen gelassen unter Verwendung von bekannten Techniken, wie zum Beispiel RF- und DC-Magnetronsputtern, Aufspinnen bzw. Aufschleudern (spin-on), Verdampfung, CVD, Laser-unterstützte Abscheidung und dergleichen.The lower electrode 120a can be formed by applying a layer of a conductive material (eg W) on an upper surface of the substrate 110 and the cavity 115 (Before removing the sacrificial material that originally contained the cavity 115 filled) using a sputtering, sputtering, or chemical vapor deposition (CVD) technique, for example to the desired thickness, to form the outer electrode layer 126 . Then a layer of temperature compensation material (eg SiO 2 ) is placed on the outer electrode layer 126 applied with formation of the temperature compensation layer 127 , and another layer of conductive material (eg Mo) is placed on the temperature compensation layer 127 applied with formation of the intermediate layer 128 using a sputtering, evaporation or CVD technique for example. An example of forming an encapsulated temperature compensation layer is shown below with reference to FIG 2nd discussed. Various illustrative techniques for forming temperature compensation layers are described, for example, in U.S. Patent No. 7,561,009 to Larson III et al. described, which is hereby incorporated by reference. The piezoelectric layer 130 is on the intermediate layer 128 grown using known techniques such as RF and DC magnetron sputtering, spin-on, evaporation, CVD, laser assisted deposition, and the like.
Die obere Elektrode 140 kann durch Aufbringen einer Schicht des ersten Materials (z.B. W) auf eine obere Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke gebildet werden. Dann wird eine Trockenätzung verwendet, um ein gewünschtes Muster des ersten Materials, das den Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 bildet, zu definieren. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (metal-etch stop layer) (300 Å an AIN zum Beispiel) (nicht gezeigt) wird über der piezoelektrischen Schicht 130 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 abgeschieden. Das zweite Material (z.B. Mo) wird über einer oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 und dem Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 (und über der Metallätzabbruchschicht) unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke abgeschieden. Das zweite Material wird dann von der piezoelektrischen Schicht 130 und von dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 weggeätzt, gefolgt von dem Aufbringen eines Photoresist-Musters (z.B. über Photolithographie) unter Verwendung von zum Beispiel einem auf Schwefelhexafluorid (SF6) basierenden Plasmaätzen zur Bildung des gewünschten Musters der oberen Elektrode 140. Zuletzt wird eine chemisch-mechanische Planarisation (CMP) unter Verwendung von zum Beispiel einem Aluminiumoxid Schleifmittel durchgeführt, um eine gewünschte im Wesentlichen planare obere Elektrode 140 zu erhalten. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken zur Bildung der unteren und der oberen Elektrode 120a und 140 eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.The top electrode 140 can by applying a layer of the first material (eg W) on an upper surface of the piezoelectric layer 130 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, to the desired thickness. Then a dry etch is used to create a desired pattern of the first material, which is the low speed frame 141 forms to define. A thin metal etch stop layer (300 Å of AIN for example) (not shown) is placed over the piezoelectric layer 130 and the integrated low-speed frame 141 deposited. The second material (eg Mo) is over an upper surface of the piezoelectric layer 130 and the low speed frame 141 (and over the metal etch breakout layer) using a sputter, evaporation, or CVD technique, for example, to the desired thickness. The second material is then from the piezoelectric layer 130 and the integrated low-speed frame 141 etched away, followed by applying a photoresist pattern (e.g. via photolithography) using, for example, a plasma etch based on sulfur hexafluoride (SF 6 ) to form the desired pattern of the top electrode 140 . Finally, a chemical mechanical planarization (CMP) is performed using, for example, an alumina abrasive, around a desired substantially planar top electrode 140 to obtain. Of course, various other techniques for forming the lower and upper electrodes can also be used 120a and 140 be used, as would be obvious to an average specialist.
Unter Bezugnahme auf 1B ist der FBAR 100B ähnlich zu dem FBAR 100A, außer dass die untere Elektrode 120 eine Rahmenverbundelektrode ist, die integrierte laterale Merkmale beinhaltet, und die obere Elektrode 140a eine Tempco-Verbundelektrode ist, die Temperaturkompensationsmerkmale beinhaltet. Die integrierten lateralen Merkmale der unteren Elektrode 120 beinhalten einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121, der einen inneren Abschnitt 122 umgibt. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 ist aus dem ersten Material (z.B. W) gebildet und der innere Abschnitt 122 ist aus dem zweiten Material (z.B. Mo) gebildet, das verschieden von dem ersten Material ist, wobei das erste Material eine niedrigere Schallgeschwindigkeit als das zweite Material hat.With reference to 1B is the FBAR 100B similar to the FBAR 100A , except that the bottom electrode 120 is a composite frame electrode that includes integrated lateral features and the top electrode 140a is a Tempco composite electrode that includes temperature compensation features. The integrated lateral features of the lower electrode 120 include an integrated Low speed frame 121 that has an inner section 122 surrounds. The integrated low-speed frame 121 is made of the first material (eg W) and the inner section 122 is formed from the second material (eg Mo), which is different from the first material, the first material having a lower sound velocity than the second material.
In der dargestellten Ausführungsform ist der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 koplanar mit dem inneren Abschnitt 122, was bedeutet, dass sowohl der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 als auch der innere Abschnitt 122 im Wesentlichen die gleiche Dicke (in der vertikalen Richtung gemäß der in 1B gezeigten Orientierung) innerhalb der oberen Elektrode 120 haben. Anders ausgedrückt bildet der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 einen Ring gleicher Dicke um den inneren Abschnitt 122 herum. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 befindet sich im Allgemeinen in einem äußeren Bereich des FBAR 100B und kann um den gesamten oder einen Teil eines Parameters der unteren Elektrode 120 herum gebildet sein.In the illustrated embodiment, the integrated low speed frame 121 coplanar with the inner section 122 , which means that both the integrated low-speed frame 121 as well as the inner section 122 substantially the same thickness (in the vertical direction according to the one in FIG 1B orientation shown) within the upper electrode 120 to have. In other words, the integrated low-speed frame forms 121 a ring of equal thickness around the inner section 122 around. The integrated low-speed frame 121 is generally located in an outer area of the FBAR 100B and can be all or part of a parameter of the lower electrode 120 be formed around.
Die untere Elektrode 120 kann auf der oberen Oberfläche des Substrats 110 und des Hohlraums 115 (vor dem Entfernen des Opfermaterials, das ursprünglich den Hohlraum 115 ausfüllt) in im Wesentlichen der gleichen Art und Weise gebildet werden, wie die obere Elektrode 140 auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht gebildet wird, wie oben besprochen. Die piezoelektrische Schicht 130 wird auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 120 wachsen gelassen. In einer Ausführungsform kann zunächst eine Impfschicht (seed layer) auf die untere Elektrode 120 aufgebracht werden, um das Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 zu unterstützen.The lower electrode 120 can on the top surface of the substrate 110 and the cavity 115 (Before removing the sacrificial material that originally contained the cavity 115 fill) in essentially the same way as the top electrode 140 is formed on the top surface of the piezoelectric layer as discussed above. The piezoelectric layer 130 is on the top surface of the bottom electrode 120 let grow. In one embodiment, a seed layer can first be applied to the lower electrode 120 applied to the growth of the piezoelectric layer 130 to support.
Die integrierten Tempco-Merkmale der oberen Elektrode 140a beinhalten eine Temperaturkompensationsschicht 147 in der oberen Elektrode 140a. Insbesondere beinhaltet die obere Elektrode 140a eine Zwischenschicht 146, eine Temperaturkompensationsschicht 147 und eine äußere Elektrodenschicht 148, die in dieser Reihenfolge auf der piezoelektrischen Schicht 130 gestapelt sind. Die Zwischenschicht 146 trennt die Temperaturkompensationsschicht 147 von der piezoelektrischen Schicht 130 ab. Obwohl das Vorliegen einer Zwischenschicht nicht notwendig ist, insbesondere da sie nicht erforderlich ist, um das Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 zu unterstützen, sorgt sie für einen Schutz der Temperaturkompensationsschicht 147 (z.B. vor HF, das für das Feuchtätzen verwendet wird) während des Herstellungsprozesses und beeinflusst ansonsten die Temperaturkompensationseffekte der Temperaturkompensationsschicht 147. In alternativen Ausführungsformen ist die Zwischenschicht 146 nicht enthalten und somit wird die Temperaturkompensationsschicht 147 direkt auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet. Obwohl die Temperaturkompensationsschicht 147 innerhalb der oberen Elektrode 140a eingekapselt gezeigt ist, wird es verstanden, dass sie sich auch über die gesamte Breite der oberen Elektrode 140a erstrecken kann oder anderenfalls auch nur teilweise innerhalb der oberen Elektrode 140a eingekapselt sein kann, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.The integrated Tempco features of the top electrode 140a include a temperature compensation layer 147 in the top electrode 140a . In particular, the top electrode includes 140a an intermediate layer 146 , a temperature compensation layer 147 and an outer electrode layer 148 that are in that order on the piezoelectric layer 130 are stacked. The intermediate layer 146 separates the temperature compensation layer 147 from the piezoelectric layer 130 from. Although the presence of an intermediate layer is not necessary, especially since it is not required to support the growth of the piezoelectric layer 130 support, it ensures protection of the temperature compensation layer 147 (eg before HF, which is used for wet etching) during the manufacturing process and otherwise influences the temperature compensation effects of the temperature compensation layer 147 . In alternative embodiments, the intermediate layer is 146 not included and thus the temperature compensation layer 147 directly on the top surface of the piezoelectric layer 130 educated. Although the temperature compensation layer 147 inside the top electrode 140a Shown encapsulated, it is understood that they also extend across the entire width of the top electrode 140a can extend or otherwise only partially within the upper electrode 140a can be encapsulated without departing from the scope of the present teachings.
In der oberen Elektrode 140a können die Zwischenschicht 146 und die äußere Elektrodenschicht 148 aus den gleichen oder aus verschiedenen elektrisch leitenden Materialien gebildet sein, wie oben in Bezug auf die äußere Elektrodenschicht 126 und die Zwischenschicht 128 besprochen. In einer Ausführungsform kann die äußere Elektrodenschicht 148 aus einem Material mit einer relativ niedrigen Leitfähigkeit und einer relativ hohen akustischen Impedanz gebildet sein und die Zwischenschicht 146 kann aus einem Material mit einer relativ hohen Leitfähigkeit und einer relativ niedrigen akustischen Impedanz gebildet sein. Zum Beispiel kann die äußere Elektrodenschicht 148 aus W gebildet sein und die Zwischenschicht 146 kann aus Mo gebildet sein, obwohl auch andere Materialien und/oder Kombinationen an Materialien verwendet werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Die Temperaturkompensationsschicht 147 kann aus verschiedenen Materialien, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, gebildet sein, einschließlich BSG, SiO2, Cr oder TeO(x) zum Beispiel, die positive Temperaturkoeffizienten haben.In the top electrode 140a can the intermediate layer 146 and the outer electrode layer 148 be made of the same or different electrically conductive materials as above with respect to the outer electrode layer 126 and the intermediate layer 128 discussed. In one embodiment, the outer electrode layer 148 be made of a material with a relatively low conductivity and a relatively high acoustic impedance and the intermediate layer 146 can be formed from a material with a relatively high conductivity and a relatively low acoustic impedance. For example, the outer electrode layer 148 be formed from W and the intermediate layer 146 may be formed from Mo, although other materials and / or combinations of materials can be used without departing from the scope of the present teachings. The temperature compensation layer 147 can be formed from various materials compatible with semiconductor processes, including BSG, SiO 2 , Cr or TeO (x) for example, which have positive temperature coefficients.
Die obere Elektrode 140a kann gebildet werden durch Aufbringen einer Schicht eines leitenden Materials auf eine obere Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke unter Ausbildung der Zwischenschicht 146. Dann wird eine Schicht an Temperaturkompensationsmaterial (z.B. SiO2) auf die Zwischenschicht 146 aufgebracht unter Ausbildung der Temperaturkompensationsschicht 147, und eine weitere Schicht an leitendem Material wird auf die Temperaturkompensationsschicht 147 und freiliegende Abschnitte der Zwischenschicht 146 aufgebracht unter Ausbildung der äußeren Elektrodenschicht 148, jeweils unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken zur Bildung der unteren und der oberen Elektrode 120 und 140a eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.The top electrode 140a can be formed by applying a layer of conductive material on an upper surface of the piezoelectric layer 130 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example to the desired thickness, to form the intermediate layer 146 . Then a layer of temperature compensation material (eg SiO 2 ) is placed on the intermediate layer 146 applied with formation of the temperature compensation layer 147 , and another layer of conductive material is placed on the temperature compensation layer 147 and exposed portions of the intermediate layer 146 applied to form the outer electrode layer 148 , each using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example. Of course, various other techniques for forming the lower and upper electrodes can also be used 120 and 140a be used, as would be obvious to an average specialist.
Unter Bezugnahme auf 1C ist der FBAR 100C ähnlich zu den FBARs 100A und 100B, außer dass sowohl die untere Elektrode 120 als auch die obere Elektrode 140 Rahmenverbundelektroden sind, die integrierte laterale Merkmale beinhalten, und die piezoelektrische Schicht 130a Temperaturkompensationsmerkmale beinhaltet. Die integrierten lateralen Merkmale der oberen Elektrode 140 beinhalten einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141, der einen inneren Abschnitt 142 umgibt, und die integrierten lateralen Merkmale der unteren Elektrode 120 beinhalten einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121, der einen inneren Abschnitt 122 umgibt. Die Konstruktion dieser integrierten lateralen Merkmale ist die Gleiche, wie oben in Bezug auf die FBARs 100A bzw. 100B besprochen, so dass die Beschreibung nicht wiederholt wird. Das Vorliegen von integrierten lateralen Merkmalen in sowohl der oberen als auch der unteren Elektroden 120 und 140 minimiert weiter Streuung des Kolbenmodus bei Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz der Membran minimiert.With reference to 1C is the FBAR 100C similar to the FBARs 100A and 100B , except that both the bottom electrode 120 as well as the top electrode 140 Frame composite electrodes that include integrated lateral features and the piezoelectric layer 130a Temperature compensation features included. The integrated lateral features of the upper electrode 140 include an integrated low-speed frame 141 that has an inner section 142 surrounds, and the integrated lateral features of the lower electrode 120 include an integrated low-speed frame 121 that has an inner section 122 surrounds. The construction of these integrated lateral features is the same as the FBARs above 100A or. 100B discussed so that the description is not repeated. The presence of integrated lateral features in both the upper and lower electrodes 120 and 140 minimizes further scattering of the piston mode at frequencies above the cutoff frequency of the membrane.
Die piezoelektrische Schicht 130a beinhaltet die Temperaturkompensationsschicht 137, die in der piezoelektrischen Schicht 130a eingebettet sein kann. In anderen Worten ist die Temperaturkompensationsschicht 137 nicht auf einer oberen oder unteren Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130a gebildet und sie ist daher von benachbarten Komponenten (z.B. untere und obere Elektroden 120 und 140) in dem Resonatorstapel abgetrennt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Temperaturkompensationsschicht 137 zum Beispiel ungefähr auf halbem Weg durch die gesamte Dicke der piezoelektrischen Schicht 130a positioniert. Die piezoelektrische Schicht 130a kann aus zwei Schichten des gleichen Materials gebildet sein, angegeben als untere piezoelektrische Schicht 132 und obere piezoelektrische Schicht 134 mit der dazwischen gebildeten Temperaturkompensationsschicht 137. Die Temperaturkompensationsschicht 137 kann. Die Temperaturkompensationsschicht 137 kann aus verschiedenen Materialien, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, gebildet sein, einschließlich BSG, SiO2, Cr oder TeO(x) zum Beispiel, die positive Temperaturkoeffizienten haben. Der positive Temperaturkoeffizient der Temperaturkompensationsschicht 137 gleicht negative Temperaturkoeffizienten von anderen Materialen in dem Resonatorstapel, einschließlich der piezoelektrischen Schicht 130 und der unteren und oberen Elektroden 120 und 140, aus. Obwohl die Temperaturkompensationsschicht 137 innerhalb der piezoelektrischen Schicht 130a eingekapselt gezeigt ist, wird es verstanden, dass sie sich auch über die gesamte Breite der piezoelektrischen Schicht 130a erstrecken kann oder anderenfalls auch nur teilweise innerhalb der piezoelektrischen Schicht 130a eingekapselt sein kann, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.The piezoelectric layer 130a contains the temperature compensation layer 137 that are in the piezoelectric layer 130a can be embedded. In other words, the temperature compensation layer 137 not on an upper or lower surface of the piezoelectric layer 130a formed and it is therefore from neighboring components (eg lower and upper electrodes 120 and 140 ) separated in the resonator stack. In the illustrated embodiment, the temperature compensation layer is 137 for example about halfway through the entire thickness of the piezoelectric layer 130a positioned. The piezoelectric layer 130a can be formed from two layers of the same material, indicated as the lower piezoelectric layer 132 and top piezoelectric layer 134 with the temperature compensation layer formed in between 137 . The temperature compensation layer 137 can. The temperature compensation layer 137 can be formed from various materials compatible with semiconductor processes, including BSG, SiO 2 , Cr or TeO (x) for example, which have positive temperature coefficients. The positive temperature coefficient of the temperature compensation layer 137 equals negative temperature coefficients from other materials in the resonator stack, including the piezoelectric layer 130 and the lower and upper electrodes 120 and 140 , out. Although the temperature compensation layer 137 inside the piezoelectric layer 130a is shown encapsulated, it is understood that they also extend across the entire width of the piezoelectric layer 130a can extend or otherwise only partially within the piezoelectric layer 130a can be encapsulated without departing from the scope of the present teachings.
Die piezoelektrische Schicht 130a kann gebildet werden durch Wachsen der unteren piezoelektrischen Schicht 132 von piezoelektrischen Material (z.B. AIN) auf einer oberen Oberfläche der unteren Elektrode 120, dann Aufbringen einer Schicht an Temperaturkompensationsmaterial (z.B. SiO2) auf die untere piezoelektrische Schicht 132 zur Bildung der Temperaturkompensationsschicht 137 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel. Ein Beispiel für die Bildung einer eingekapselten Temperaturkompensationsschicht wird unter Bezugnahme auf 2 unten beschrieben. Ein piezoelektrisches Material (z.B. AIN) wird auf einer oberen Oberfläche der unteren piezoelektrischen Schicht 132 und der Temperaturkompensationsschicht 137 wachsen gelassen unter Bildung der oberen piezoelektrischen Schicht 134. Selbstverständlich können auch verschiedene und andere Materialien eingesetzt werden, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.The piezoelectric layer 130a can be formed by growing the lower piezoelectric layer 132 of piezoelectric material (eg AIN) on an upper surface of the lower electrode 120 , then applying a layer of temperature compensation material (eg SiO 2 ) on the lower piezoelectric layer 132 to form the temperature compensation layer 137 using a sputtering, evaporation or CVD technique for example. An example of the formation of an encapsulated temperature compensation layer is described with reference to FIG 2nd described below. A piezoelectric material (eg AIN) is on an upper surface of the lower piezoelectric layer 132 and the temperature compensation layer 137 grown to form the top piezoelectric layer 134 . Of course, various and other materials can also be used without departing from the scope of the present teachings.
Unter Bezugnahme auf 1A - 1C im Allgemeinen stellen die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 eine wesentliche Herunterverlagerung der Grenzfrequenz dar, was zu einer wesentlich niedrigeren Amplitude von elektrisch angeregtem Kolbenmodus bei den Frequenzen des Durchlassbereichs (oberhalb der Serienresonanzfrequenz). Auch sorgen die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 für große akustische Impedanzdiskontinuitäten bei sowohl sich ausbreitenden als auch abklingenden Moden, die an den Grenzflächen zwischen den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 bzw. 141 und den inneren Abschnitten 122 bzw. 142 mechanisch angeregt werden. Von Vorteil ist, dass die Auswirkung dieser Diskontinuität auf die akustischen Wellen durch geeignete Auswahl der Breite der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen minimiert werden kann, so dass die sich ausbreitenden Eigenmoden unterdrückt werden und die abklingenden und komplexen Eigenmoden exponentiell abklingen. Als ein Ergebnis wird die gesamte akustische Energiedichte an der Kante bzw. dem Rand der oberen Elektrode 140 minimiert, was vorteilhafterweise zu einer minimierten Streuung von akustischer Energie und einem erhöhten Parallelwiderstand Rp und Qualitätsfaktor Q der FBARs 100A - 100C führt.With reference to 1A - 1C generally put the integrated low-speed frames 121 and 141 represents a significant shifting down of the cutoff frequency, resulting in a significantly lower amplitude of electrically excited piston mode at the frequencies of the pass band (above the series resonance frequency). The integrated low-speed frames also ensure 121 and 141 For large acoustic impedance discontinuities in both propagating and decaying modes that occur at the interfaces between the integrated low-speed frames 121 or. 141 and the inner sections 122 or. 142 be mechanically excited. It is advantageous that the effect of this discontinuity on the acoustic waves can be minimized by suitable selection of the width of the integrated low-speed frames, so that the propagating eigenmodes are suppressed and the decaying and complex eigenmodes decay exponentially. As a result, the total acoustic energy density at the edge of the top electrode 140 minimized, which advantageously leads to a minimized dispersion of acoustic energy and an increased parallel resistance Rp and quality factor Q of the FBARs 100A - 100C leads.
Darüber hinaus können die repräsentativen FBARs 100A - 100C (ebenso wie die anderen hier diskutierten FBARs) apodisiert sein oder eine unregelmäßige Form haben, wie oben besprochen, und die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 können um den gesamten oder einen Teil eines Parameters der unteren und oberen Elektroden 120 und 140 herum gebildet sein. Im Allgemeinen ist ein aktiver Bereich von jedem der FBARs 100A - 100C insbesondere durch eine Überlappung zwischen der oberen Elektrode 140, der piezoelektrischen Schicht 130 und der unteren Elektrode 120 definiert. Da jedoch beide Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 eine beträchtlich Herunterverlagerung der Grenzfrequenz erleichtern, wird ein effektiver aktiver Bereich des FBAR 100C insbesondere in dem Frequenzbereich des Durchlassbereichs durch eine Überlappung der unteren und oberen inneren Bereiche 122 und 142 und der piezoelektrischen Schicht 130 bestimmt. Selbstverständlich können die FBARs 100A - 100C in verschiedenen alternativen Formen gebildet sein, wie zum Beispiel kreisförmig, quadratisch, rechteckig, trapezoidal, etc., ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Auch können in verschiedenen Ausführungsformen die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 verschieden von der Form der FBARs 100A - 100C geformt sein und/oder die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 können auch nicht entlang aller Kanten bzw. Ränder der unteren bzw. oberen Elektrode 120 bzw. 140 angeordnet sein.In addition, the representative FBARs 100A - 100C (as well as the other FBARs discussed here) may be apodized or irregular in shape, as discussed above, and the integrated low-speed frames 121 and 141 can around all or part of a parameter of the lower and upper electrodes 120 and 140 be formed around. Generally, there is an active area of each of the FBARs 100A - 100C in particular by an overlap between the upper electrode 140 , of the piezoelectric layer 130 and the lower electrode 120 Are defined. However, since both low-speed frames 121 and 141 facilitating a significant shift in the cutoff frequency becomes an effective active area of the FBAR 100C in particular in the frequency range of the pass band due to an overlap of the lower and upper inner regions 122 and 142 and the piezoelectric layer 130 certainly. Of course, the FBARs 100A - 100C be formed in various alternative shapes, such as circular, square, rectangular, trapezoidal, etc., without departing from the scope of the present teachings. Also, in various embodiments, the integrated low speed frames 121 and 141 different from the shape of the FBARs 100A - 100C be shaped and / or the integrated low-speed frame 121 and 141 can also not along all edges of the lower or upper electrode 120 or. 140 be arranged.
Der äußere Bereich von jeder der FBARs 100A - 100C (ebenso wie die anderen hier diskutierten FBARs) beinhaltet im Allgemeinen Abschnitte an und/oder nahe eines äußeren Umfangs der unteren und oberen Elektrode 120 und 140. Der äußere Bereich kann sich in Richtung (aber nicht einschließlich) eines mittigen bzw. zentralen Bereichs in verschiedenem Umfang erstrecken, abhängig zum Beispiel von den spezifischen Anwendungsdesignanforderungen der verschiedenen Ausführungen. Der mittige Bereich beinhaltet im Allgemeinen einen Abschnitt von jeder der unteren und oberen Elektrode 120 und 140, der das Zentrum des aktiven Bereichs der FBARs 100A - 100C enthält. In den 1A - 1C enthalten die inneren Bereiche 122 und/oder 142 der unteren und oberen Elektrode 120 und 140 den mittigen Bereich.The outer area of each of the FBARs 100A - 100C (as well as the other FBARs discussed here) generally includes portions at and / or near an outer periphery of the lower and upper electrodes 120 and 140 . The outer region may extend toward (but not including) a central region to various extents, depending, for example, on the specific application design requirements of the various designs. The central region generally includes a portion of each of the lower and upper electrodes 120 and 140 which is the center of the FBAR's active area 100A - 100C contains. In the 1A - 1C contain the inner areas 122 and or 142 the bottom and top electrodes 120 and 140 the central area.
Veranschaulichend kann jede von der unteren Elektrode 120 und der oberen Elektrode 140 aus W und Mo gebildet sein, wie oben erwähnt, und eine Dicke (vertikale Richtung in der dargestellten Orientierung) von ungefähr 1000 Å bis ungefähr 20000 Å haben. In verschiedenen Ausführungsformen können die untere und obere Elektrode 120 und 140 die gleichen oder voneinander verschiedene Dicken haben. Weil die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 die gleichen Dicken wie die untere bzw. die obere Elektrode 120 bzw. 140 haben, können diese Dicken nur variiert werden, indem die Gesamtdicken der unteren und oberen Elektrode 120 und 140 variiert werden. Jeder der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 kann eine Breite (horizontale Richtung in der dargestellten Orientierung) von zum Beispiel ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 10 µm. In verschiedenen Ausführungsformen können die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 die gleichen oder voneinander verschiedene Dicken haben. Die piezoelektrische Schicht 130 kann aus AIN gebildet sein und eine Dicke von zum Beispiel ungefähr 5000 Å bis ungefähr 25000 Å haben.Illustratively, each of the bottom electrodes 120 and the top electrode 140 be formed from W and Mo as mentioned above and have a thickness (vertical direction in the orientation shown) from about 1000 Å to about 20,000 Å. In various embodiments, the lower and upper electrodes 120 and 140 have the same or different thicknesses. Because the integrated low-speed frame 121 and 141 the same thicknesses as the lower or the upper electrode 120 or. 140 , these thicknesses can only be varied by the total thicknesses of the lower and upper electrodes 120 and 140 can be varied. Each of the integrated low speed frames 121 and 141 may have a width (horizontal direction in the orientation shown) of, for example, about 0.1 µm to about 10 µm. In various embodiments, the integrated low-speed frames 121 and 141 have the same or different thicknesses. The piezoelectric layer 130 can be formed from AIN and have a thickness of, for example, about 5000 Å to about 25000 Å.
Die jeweiligen Abmessungen der unteren und oberen Elektroden 120 und 140 und der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 (ebenso wie die Abmessungen der piezoelektrischen Schicht 130) können variiert werden, um für einzigartige Vorteile für jegliche bestimmte Situation zu sorgen oder um spezifische Anwendungsdesignanforderungen der verschiedenen Ausführungen zu erfüllen. Dementsprechend wenn die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und 141 richtig gestaltet sind für maximale Kolbenmodus- und Eigenmodusunterdrückung an den Kanten der unteren und oberen Elektrode 120 und 140, können sie die Energiebeschränkung innerhalb der FBARs 100A - 100C verbessern, was sich durch einen erhöhten Parallelwiderstand Rp und Qualitätsfaktor Q äußert.The respective dimensions of the lower and upper electrodes 120 and 140 and the integrated low-speed frame 121 and 141 (as well as the dimensions of the piezoelectric layer 130 ) can be varied to provide unique benefits for any particular situation or to meet specific application design requirements of the various designs. Accordingly, if the integrated low-speed frame 121 and 141 are correctly designed for maximum piston mode and self mode suppression at the edges of the lower and upper electrodes 120 and 140 , they can limit energy within the FBARs 100A - 100C improve, which is expressed by an increased parallel resistance Rp and quality factor Q.
Wie von einem Durchschnittsfachmann anerkannt werden sollte, ist die Struktur, die durch die untere Elektrode 120, die piezoelektrische Schicht 130 und die obere Elektrode 140 bereitgestellt wird, ein BAW-Resonator. Wenn der BAW-Resonator über einem Hohlraum (z.B. der Hohlraum 115) angeordnet ist, ist es ein sogenannter FBAR, und wenn der BAW-Resonator über einem akustischen Spiegel (z.B. ein Bragg-Spiegel) angeordnet ist, ist es ein sogenannter fest montierter Resonator (solidly mounted resonator, SMR). Die Lehren hier gelten für sowohl FBARs als auch SMRs, die in einer Vielzahl an Anwendungen verwendet werden können, einschließlich Filter (z.B. Abzweigfilter (ladder filters), die eine Vielzahl an BAW-Resonatoren umfassen). Jedoch sind die Effekte, die sich auf die Minimierung von Kolbenmodusstreuung an den Kanten der oberen Elektrode 140 mit den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 und/oder 141 beziehen, auf den Parallelwiderstand Rp und den Längswiderstand Rs der FBARs 100A-100C (ebenso wie die anderen hier diskutierten FBARs) im Allgemeinen die Gleichen wie die Effekte auf den Parallelwiderstand Rp und den Längswiderstand Rs eines SMR, der einen ähnlich Satz an Moden unterstützt, wie von einem Durchschnittsfachmann anerkannt werden würde.As should be recognized by one of ordinary skill in the art, the structure is through the bottom electrode 120 , the piezoelectric layer 130 and the top electrode 140 is provided, a BAW resonator. If the BAW resonator is above a cavity (e.g. the cavity 115 ) is arranged, it is a so-called FBAR, and if the BAW resonator is arranged above an acoustic mirror (eg a Bragg mirror), it is a so-called solidly mounted resonator (SMR). The teachings here apply to both FBARs and SMRs that can be used in a variety of applications, including filters (eg ladder filters that include a variety of BAW resonators). However, the effects are related to minimizing piston mode scatter on the edges of the top electrode 140 with the integrated low-speed frame 121 and or 141 relate to the parallel resistance Rp and the series resistance Rs of the FBARs 100A-100C (as well as the other FBARs discussed here) generally the same as the effects on parallel resistance Rp and series resistance Rs of an SMR that supports a similar set of modes as would be recognized by one of ordinary skill in the art.
2 ist ein Querschnittsdiagramm, das einen akustischen Resonator einschließlich einer eingekapselten Temperaturkompensationsschicht gemäß einer repräsentativen Ausführungsformen veranschaulicht. 2nd 10 is a cross-sectional diagram illustrating an acoustic resonator including an encapsulated temperature compensation layer according to representative embodiments.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet FBAR 200 einen Resonatorstapel, der mehrere Schichten umfasst, die über einem Substrat 110 mit einem Hohlraum 115 zur Reflektion von akustischen Wellen gestapelt sind. Der FBAR 200 beinhaltet ferner eine piezoelektrische Schicht 130, die zwischen einer ersten oder unteren Elektrode 220 und einer zweiten oder oberen Elektrode (nicht gezeigt in 2), die eine Rahmenverbundelektrode sein kann, die einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen (wie zum Beispiel den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141) enthält, angeordnet ist. In der dargestellten Konfiguration beinhaltet die untere Elektrode 220 eine äußere Elektrodenschicht 226, eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227 und eine Zwischenschicht 128, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 110 gestapelt sind. Das Substrat 110, der Hohlraum 115, die piezoelektrische Schicht 130 und die Planarisierungsschicht 129 sind im Wesentlichen die Gleichen, wie oben unter Bezugnahme auf 1A - 1C besprochen, so dass die Beschreibungen nicht wiederholt werden.With reference to 2nd includes FBAR 200 a resonator stack comprising multiple layers overlying a substrate 110 with a cavity 115 are stacked to reflect acoustic waves. The FBAR 200 also includes a piezoelectric layer 130 , the between a first or lower electrode 220 and a second or top electrode (not shown in 2nd ), which may be a composite frame electrode that includes an integrated low-speed frame (such as the integrated low-speed frame 141 ) contains, is arranged. In the configuration shown, the lower electrode includes 220 an outer electrode layer 226 , an encapsulated temperature compensation layer 227 and an intermediate layer 128 that are in that order on the substrate 110 are stacked. The substrate 110 , the cavity 115 , the piezoelectric layer 130 and the planarization layer 129 are essentially the same as above with reference to FIG 1A - 1C discussed so that the descriptions are not repeated.
In der dargestellten Ausführungsform sind die äußere Elektrodenschicht 226 und die Zwischenschicht 228 zum Beispiel aus dem gleichen elektrisch leitenden Material gebildet, wie zum Beispiel verschiedene Metalle, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, einschließlich W, Mo, Al, Pt, Ru, Nb oder Hf. In alternativen Ausführungsformen können die äußere Elektrodenschicht 226 und die Zwischenschicht 228 aus unterschiedlichen leitenden Materialien gebildet sein, wobei die äußere Elektrodenschicht 226 aus einem Material mit einer relativ niedrigen Leitfähigkeit und einer relativ hohen akustischen Impedanz gebildet ist und die Zwischenschicht 228 aus einem Material mit einer relativ hohen Leitfähigkeit und einer relativ niedrigen akustischen Impedanz gebildet ist. Zum Beispiel kann die äußere Elektrodenschicht 226 aus W gebildet sein und die Zwischenschicht 228 kann aus Mo gebildet sein, obwohl auch andere Materialien und/oder Kombinationen an Materialien verwendet werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In the illustrated embodiment, the outer electrode layer is 226 and the intermediate layer 228 For example, formed from the same electrically conductive material, such as different metals, that are compatible with semiconductor processes, including W, Mo, Al, Pt, Ru, Nb, or Hf. In alternative embodiments, the outer electrode layer 226 and the intermediate layer 228 be formed from different conductive materials, the outer electrode layer 226 is formed from a material with a relatively low conductivity and a relatively high acoustic impedance and the intermediate layer 228 is formed from a material with a relatively high conductivity and a relatively low acoustic impedance. For example, the outer electrode layer 226 be formed from W and the intermediate layer 228 may be formed from Mo, although other materials and / or combinations of materials can be used without departing from the scope of the present teachings.
Die Temperaturkompensationsschicht 227 ist zwischen der äußeren Elektrodenschicht 226 und der Zwischenschicht 228 gebildet und ist daher abgetrennt oder isoliert von der piezoelektrischen Schicht 130 durch die Zwischenschicht 228 und ist ansonsten durch die Verbindung zwischen der äußeren Elektrodenschicht 226 und der Zwischenschicht 228 eingeschlossen. Dementsprechend ist die Temperaturkompensationsschicht 227 effektiv innerhalb der unteren Elektrode 220 eingekapselt. Die Temperaturkompensationsschicht 227 kann aus verschiedenen Materialien mit positiven Temperaturkoeffizienten gebildet sein, wie oben in Bezug auf die Temperaturkompensationsschicht 127 zum Beispiel besprochen.The temperature compensation layer 227 is between the outer electrode layer 226 and the intermediate layer 228 formed and is therefore separated or isolated from the piezoelectric layer 130 through the intermediate layer 228 and is otherwise due to the connection between the outer electrode layer 226 and the intermediate layer 228 locked in. Accordingly, the temperature compensation layer 227 effectively inside the lower electrode 220 encapsulated. The temperature compensation layer 227 can be formed from various materials with positive temperature coefficients, as above with respect to the temperature compensation layer 127 discussed for example.
Die Zwischenschicht 228, die auf der oberen und den seitlichen Oberflächen der Temperaturkompensationsschicht 227 gebildet ist, berührt die obere Oberfläche der äußeren Elektrodenschicht 226, wie zum Beispiel durch das Bezugszeichen 229 angezeigt. Daher ist eine elektrische DC-Verbindung zwischen der äußeren Elektrodenschicht 226 und der Zwischenschicht 228 gebildet. Durch die elektrische DC-Verbindung zwischen der äußeren Elektrodenschicht 226 und der Zwischenschicht 228 „schließt“ die Zwischenschicht 228 effektiv eine kapazitive Komponente der Temperaturkompensationsschicht 227 „kurz“, wodurch ein Kopplungskoeffizient kt2 des FBAR 200 erhöhen wird. Zusätzlich sorgt die Zwischenschicht 228 für eine Barriere, die verhindert, dass Sauerstoff in der Temperaturkompensationsschicht 227 in die piezoelektrische Schicht 130 diffundiert, und somit eine Verunreinigung der piezoelektrischen Schicht 130 verhindert. Auch hat die Temperaturkompensationsschicht 227 in der dargestellten Ausführungsform angeschrägte Kanten bzw. Ränder 227a, welche die elektrische DC-Verbindung zwischen der Zwischenschicht 228 und der äußeren Elektrodenschicht 226 verbessern. Zusätzlich verbessern die angeschrägten Kanten 227a die mechanische Verbindung zwischen der Zwischenschicht 228 und der äußeren Elektrodenschicht 226, was die Versiegelungsqualität, z.B. zum Verhindern, dass Sauerstoff in der Temperaturkompensationsschicht 227 in die piezoelektrische Schicht 130 diffundiert, verbessert. In alternativen Ausführungsformen sind eine oder beide Kanten der Temperaturkompensationsschicht 227 nicht abgeschrägt, sondern zum Beispiel im Wesentlichen senkrecht zu den oberen und unteren Oberflächen der Temperaturkompensationsschicht 227, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.The intermediate layer 228 that are on the top and side surfaces of the temperature compensation layer 227 is formed, touches the upper surface of the outer electrode layer 226 such as by the reference number 229 displayed. Therefore, there is an electrical DC connection between the outer electrode layer 226 and the intermediate layer 228 educated. Through the electrical DC connection between the outer electrode layer 226 and the intermediate layer 228 "Closes" the intermediate layer 228 effectively a capacitive component of the temperature compensation layer 227 "Short", which results in a coupling coefficient kt 2 of the FBAR 200 will increase. The intermediate layer also ensures 228 for a barrier that prevents oxygen in the temperature compensation layer 227 into the piezoelectric layer 130 diffuses, and thus contamination of the piezoelectric layer 130 prevented. Also has the temperature compensation layer 227 in the illustrated embodiment, beveled edges 227a which is the electrical DC connection between the intermediate layer 228 and the outer electrode layer 226 improve. In addition, the beveled edges improve 227a the mechanical connection between the intermediate layer 228 and the outer electrode layer 226 what the sealing quality, for example to prevent oxygen in the temperature compensation layer 227 into the piezoelectric layer 130 diffuses, improves. In alternative embodiments, one or both edges of the temperature compensation layer are 227 not beveled, but, for example, substantially perpendicular to the upper and lower surfaces of the temperature compensation layer 227 without departing from the scope of the present teachings.
Selbstverständlich können die relativen Dicken der äußeren Elektrodenschicht 226, der Zwischenschicht 228 und/oder der Temperaturkompensationsschicht 227 variiert werden, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Zum Beispiel kann die Dicke der Zwischenschicht 228 vergrößert werden, wodurch die Temperaturkompensationsschicht 227 tiefer in die untere Verbundelektrode 220 hinein „sinkt“ (und weiter weg von der aktiven piezoelektrischen Schicht 130 ist). Im Allgemeinen sollte die Dicke und die Position der Temperaturkompensationsschicht 227, ebenso wie die Dicken der äußeren Elektrodenschicht 226 und der Zwischenschicht 228, innerhalb der unteren Elektrode 220 optimiert werden, um den Kopplungskoeffizienten für einen zulässigen linearen Temperaturkoeffizienten zu maximieren. Diese Optimierung kann zum Beispiel erreicht werden, indem ein äquivalenter (Schalt-/Strom-) Kreis des Resonatorstapels unter Verwendung eines Mason-Modells modelliert wird, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre. Obwohl die ausgleichenden Effekte bei dem Temperaturkoeffizienten durch ein Einsinken der Temperaturkompensationsschicht 227 etwas vermindert werden, kann der Kopplungskoeffizient des FBAR 200 verbessert werden. Es kann ein Algorithmus entwickelt werden, um die Tiefe der Temperaturkompensationsschicht 227 in der unteren Elektrode 220 angesichts des Kompromisses zwischen dem Temperaturkoeffizienten und dem Kopplungskoeffizienten zu optimieren, zum Beispiel unter Verwendung einer multivariaten Optimisierungstechnik, wie zum Beispiel eines Simplexverfahrens, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre. Zusätzlich kann die Tiefe der Temperaturkompensationsschicht 227 durch verschiedene Bedingungen, wie zum Beispiel einem mindestens notwendigen Kopplungskoeffizienten und einem maximal zulässigen Temperaturkoeffizienten, beschränkt sein. Ebenso kann die Dicke der Temperaturkompensationsschicht 227 eingestellt werden, um für den optimalen Kopplungskoeffizienten und einen minimalen Gesamttemperaturkoeffizienten des FBAR 200 zu sorgen. Solche Optimierungen und entsprechende Überlegungen in Bezug auf die Temperaturkompensationsschichten gelten auch für die anderen hier besprochenen FBARs.Of course, the relative thicknesses of the outer electrode layer 226 , the intermediate layer 228 and / or the temperature compensation layer 227 can be varied without departing from the scope of the present teachings. For example, the thickness of the intermediate layer 228 can be enlarged, causing the temperature compensation layer 227 deeper into the lower composite electrode 220 "sinks" into it (and further away from the active piezoelectric layer 130 is). In general, the thickness and position of the temperature compensation layer should be 227 , as well as the thickness of the outer electrode layer 226 and the intermediate layer 228 , inside the lower electrode 220 can be optimized to maximize the coupling coefficient for an allowable linear temperature coefficient. This optimization can be achieved, for example, by modeling an equivalent (switching / current) circuit of the resonator stack using a Mason model, as would be apparent to one of ordinary skill in the art. Although the compensating effects on the temperature coefficient by sinking the temperature compensation layer 227 the coupling coefficient of the FBAR can be reduced somewhat 200 be improved. An algorithm can be developed to determine the depth of the temperature compensation layer 227 in the lower electrode 220 to optimize in light of the compromise between the temperature coefficient and the coupling coefficient, for example using a multivariate optimization technique such as a simplex method as would be apparent to one of ordinary skill in the art. In addition, the depth of the temperature compensation layer 227 be limited by various conditions, such as an at least necessary coupling coefficient and a maximum permissible temperature coefficient. Likewise, the thickness of the temperature compensation layer 227 be set to for the optimal coupling coefficient and a minimum total temperature coefficient of the FBAR 200 to care. Such optimizations and corresponding considerations with regard to the temperature compensation layers also apply to the other FBARs discussed here.
Die untere Elektrode 220 kann gebildet werden durch Aufbringen einer Schicht an leitendem Material (z.B. Mo) auf eine obere Oberfläche des Substrats 110 und des Hohlraums 115 (vor dem Entfernen des Opfermaterials, das ursprünglich den Hohlraum 115 ausfüllt) unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke unter Ausbildung der äußeren Elektrodenschicht 226. Dann wird eine Schicht an Temperaturkompensationsmaterial (z.B. SiO2) auf einer oberen Oberfläche der äußeren Elektrodenschicht 226 gebildet. In einer Ausführungsform wird die Temperaturkompensationsschicht 227 aus BSG zum Beispiel gebildet, obwohl auch andere Materialien verwendet werden können, wie oben unter Bezugnahme auf die Temperaturkompensationsschichten von 1A - 1C besprochen, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Das Temperaturkompensationsmaterial kann unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht werden, obwohl auch andere Aufbringungsmethoden angewendet werden können.The lower electrode 220 can be formed by applying a layer of conductive material (eg Mo) on an upper surface of the substrate 110 and the cavity 115 (Before removing the sacrificial material that originally contained the cavity 115 filled) using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example to the desired thickness, with the formation of the outer electrode layer 226 . Then a layer of temperature compensation material (eg SiO 2 ) on an upper surface of the outer electrode layer 226 educated. In one embodiment, the temperature compensation layer 227 made of BSG, for example, although other materials can also be used, as described above with reference to the temperature compensation layers of FIG 1A - 1C discussed without leaving the scope of the present teachings. The temperature compensation material can be applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, although other application methods can also be used.
Das Temperaturkompensationsmaterial wird auf eine gewünschte Größe geätzt unter Ausbildung der Temperaturkompensationsschicht 227 und die Kanten bzw. Ränder werden zur Bildung der abgeschrägten Kanten 227a abgeschrägt. Zum Beispiel kann eine Photoresistschicht (nicht gezeigt) auf die obere Oberfläche der Temperaturkompensationsschicht 227 aufgebracht und mit einem Muster versehen werden, um eine Maske oder ein Photoresistmuster zu bilden, unter Verwendung von einer beliebigen Photoresistbemusterungstechnik, die mit Halbleiterverfahren kompatibel ist, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre. Das Photoresistmuster kann durch mechanische Bearbeitung oder durch chemisches Ätzen der Photoresistschicht unter Verwendung von Photolithographie gebildet werden, obwohl auch verschiedene alternative Techniken angewendet werden können. Nach dem Ätzen der Temperaturkompensationsschicht 227 wird das Photoresistmuster entfernt zum Beispiel durch chemisches Ablösen oder Ätzen unter Verwendung eines Nassätzvorgangs mit einer HF-Ätzlösung, obwohl das Photoresistmuster auch durch verschiedene andere Techniken entfernt werden kann, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.The temperature compensation material is etched to a desired size to form the temperature compensation layer 227 and the edges become the beveled edges 227a beveled. For example, a photoresist layer (not shown) can be placed on the top surface of the temperature compensation layer 227 applied and patterned to form a mask or photoresist pattern using any photoresist patterning technique that is compatible with semiconductor processes, as would be apparent to one of ordinary skill in the art. The photoresist pattern can be formed by mechanical processing or by chemical etching of the photoresist layer using photolithography, although various alternative techniques can also be used. After etching the temperature compensation layer 227 the photoresist pattern is removed, for example, by chemical stripping or etching using a wet etch with an HF etching solution, although the photoresist pattern can also be removed by various other techniques without departing from the scope of the present teachings.
In verschiedenen Ausführungsformen kann zum Erhalten der abgeschrägten Kanten 227a Sauerstoff in das zum Ätzen der Temperaturkompensationsschicht 227 verwendete Ätzmittel eingeleitet werden. Das Oxid (und/oder eine Temperaturänderung) führt dazu, dass das Photoresist schneller an den Kanten des gemusterten Photoresists erodiert und sich etwas zurückzieht. Dieses „Ausdünnen“ des Photoresists bildet ein keilförmiges Profil, das dann in das darunter liegende Oxid eingeprägt wird, wenn das Photoresist weggeht. Im Allgemeinen wird der Keil erzeugt, indem die Ätzrate des Photoresists relativ zu dem geätzten Material angepasst wird, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre. Währenddessen gibt es weiter von den Ecken bzw. Rändern der Temperaturkompensationsschicht 227 entfernt eine ausreichende Photoresistbedeckung durchgehend während des Ätzens, so dass das darunter liegende Oxidmaterial nicht berührt wird. Selbstverständlich können auch andere Methoden zum Erhalten von abgeschrägten Kanten 227a eingesetzt werden, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In various embodiments, you can get the beveled edges 227a Oxygen in that for etching the temperature compensation layer 227 used etchant are initiated. The oxide (and / or a change in temperature) causes the photoresist to erode faster at the edges of the patterned photoresist and to withdraw somewhat. This "thinning out" of the photoresist forms a wedge-shaped profile, which is then embossed into the underlying oxide when the photoresist goes away. Generally, the wedge is created by adjusting the etch rate of the photoresist relative to the etched material, as would be apparent to one of ordinary skill in the art. Meanwhile, there are farther from the corners or edges of the temperature compensation layer 227 removes sufficient photoresist cover throughout during etching so that the underlying oxide material is not touched. Of course, other methods of obtaining beveled edges can be used 227a be used without departing from the scope of the present teachings.
Die Zwischenschicht 228 wird auf die oberen Oberflächen der Temperaturkompensationsschicht 227 und der äußeren Elektrodenschicht 226 aufgebracht. Die Zwischenschicht 228 wird aus Mo zum Beispiel gebildet, obwohl auch andere Materialien verwendet werden können, wie oben besprochen, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Die Zwischenschicht 228 kann unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht werden, obwohl auch andere Aufbringungsmethoden angewendet werden können. Die piezoelektrische Schicht 130 wird auf eine obere Oberfläche der Zwischenschicht 228, die auch die obere Oberfläche der unteren Elektrode 220 ist, aufgebracht.The intermediate layer 228 is on the top surfaces of the temperature compensation layer 227 and the outer electrode layer 226 upset. The intermediate layer 228 is formed from Mo, for example, although other materials can be used as discussed above without departing from the scope of the present teachings. The intermediate layer 228 For example, can be applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, although other methods of application can also be used. The piezoelectric layer 130 is on an upper surface of the intermediate layer 228 which is also the top surface of the bottom electrode 220 is upset.
In einer alternativen Ausführungsform kann eine zwischenzeitliche Impfschicht (nicht gezeigt) auf der oberen Oberfläche des Temperaturkompensationsmaterials vor dem Ätzen gebildet werden. Die zwischenzeitliche Impfschicht kann zum Beispiel aus dem gleichen piezoelektrischen Material wie die piezoelektrische Schicht 130, wie zum Beispiel AIN, gebildet werden. Die zwischenzeitliche Impfschicht kann mit einer Dicke von etwa 300 Å zum Beispiel gebildet werden und vermindert oder minimiert die Diffusion von Oxid von der Temperaturkompensationsschicht 227 in die piezoelektrische Schicht 130 hinein. Äußere Abschnitte der zwischenzeitlichen Impfschicht werden durch Ätzen entfernt entlang den geätzten Abschnitten der Temperaturkompensationsschicht 227, um Abschnitte auf der oberen Oberfläche der äußeren Elektrodenschicht 226 freizulegen, so dass die äußere Elektrodenschicht 226 in der Lage ist, eine elektrische Verbindung mit der Zwischenschicht 228 einzugehen. In anderen Worten bedeckt nach dem Ätzen die zwischenzeitliche Impfschicht nur die obere Oberfläche der Temperaturkompensationsschicht 227, so dass sie zwischen der Temperaturkompensationsschicht 227 und der Zwischenschicht 228 positioniert ist.In an alternative embodiment, an intermediate seed layer (not shown) may be formed on the top surface of the temperature compensation material before the etching. The intermediate seed layer can be made of the same piezoelectric material as the piezoelectric layer, for example 130 , such as AIN. The intermediate seed layer can be formed to a thickness of about 300 Å, for example, and reduces or minimizes the diffusion of oxide from the Temperature compensation layer 227 into the piezoelectric layer 130 inside. Outer portions of the intermediate seed layer are removed by etching along the etched portions of the temperature compensation layer 227 to make sections on the top surface of the outer electrode layer 226 to expose so that the outer electrode layer 226 is able to make an electrical connection with the intermediate layer 228 enter into. In other words, after the etching, the intermediate inoculation layer covers only the upper surface of the temperature compensation layer 227 so that they are between the temperature compensation layer 227 and the intermediate layer 228 is positioned.
Wie oben erwähnt, ist der FBAR 200 als eine Variation von FBAR 100A dargestellt. Es wird jedoch verstanden, dass eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht, wie zum Beispiel die veranschaulichende Temperaturkompensationsschicht 227, auch als die Temperaturkompensationsschicht in jeder beliebigen der hier beschriebenen oberen und/oder unteren Tempco- oder Hybridverbundelektrode enthalten sein kann.As mentioned above, the FBAR is 200 as a variation of FBAR 100A shown. However, it is understood that an encapsulated temperature compensation layer, such as the illustrative temperature compensation layer 227 , can also be contained as the temperature compensation layer in any of the upper and / or lower Tempco or hybrid composite electrodes described here.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet ein BAW-Resonator, wie zum Beispiel ein FBAR, zum Beispiel eine oder mehrere Rahmenverbundelektroden, die mehrere aus verschiedenen Materialien gebildete Elektrodenschichten aufweisen. Zum Beispiel sind 3A - 7 Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren veranschaulichen, die mindestens eine Rahmenverbundelektrode oder Hybridverbundelektrode beinhalten, die einen Mehrschichtabschnitt aufweisen, der mindestens zwei Elektrodenschichten aus unterschiedlichen leitenden Materialien umfasst, die in vertikaler Richtung (in den veranschaulichenden Orientierungen, wie in 3A - 7 dargestellt) gestapelt sind. Für die Zwecke der Diskussion kann die Elektrodenschicht, die näher zu der piezoelektrischen Schicht liegt, als eine innere Elektrodenschicht bezeichnet werden und die Elektrodenschicht, die benachbart zu der inneren Elektrodenschicht ist, kann als eine äußere Elektrodenschicht bezeichnet werden, wobei zumindest ein Abschnitt der äußeren Elektrodenschicht von der piezoelektrischen Schicht durch zumindest die innere Elektrodenschicht (und möglicherweise eine Zwischenschicht und/oder eine Temperaturkompensationsschicht, wie unten besprochen) abgetrennt ist. Die integrierten Rahmen können durch das leitende Material mit der höheren Schallgeschwindigkeit als der entsprechende innere Abschnitt (integrierter Hochgeschwindigkeitsrahmen, integrated high velocity frame) oder der niedrigeren Schallgeschwindigkeit als der entsprechende innere Abschnitt (integrierter Niedriggeschwindigkeitsrahmen, integrated low velocity frame) umgesetzt werden.In various embodiments, a BAW resonator, such as an FBAR, includes, for example, one or more composite frame electrodes that have a plurality of electrode layers formed from different materials. For example 3A - 7 Cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators that include at least one composite frame or hybrid composite electrode that have a multilayer portion that includes at least two electrode layers made of different conductive materials that extend in the vertical direction (in the illustrative orientations as in FIG 3A - 7 shown) are stacked. For purposes of discussion, the electrode layer closer to the piezoelectric layer may be referred to as an inner electrode layer and the electrode layer adjacent to the inner electrode layer may be referred to as an outer electrode layer, with at least a portion of the outer electrode layer is separated from the piezoelectric layer by at least the inner electrode layer (and possibly an intermediate layer and / or a temperature compensation layer, as discussed below). The integrated frames can be implemented by the conductive material with the higher sound speed than the corresponding inner section (integrated high speed frame) or the lower sound speed than the corresponding inner section (integrated low speed frame).
3A - 3D sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen. Jeder der in 3A - 3D gezeigten akustischen Resonatoren beinhaltet integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen in beiden Elektroden und eine Temperaturkompensationsschicht in mindestens einer der Elektroden. In alternativen Ausführungsformen kann eine Temperaturkompensationsschicht in der piezoelektrischen Schicht (z.B. wie durch die piezoelektrische Schicht 130a gezeigt) zusätzlich zu oder anstelle der oberen und/oder unteren Elektrode enthalten sein. Es wird verstanden, dass die gleichen allgemeinen Konfigurationen in akustischen Resonatoren mit einem Hochgeschwindigkeitsrahmen - zusätzlich zu oder anstelle eines Niedriggeschwindigkeitsrahmen - in mindestens einer der Elektroden jeweils beinhaltet sein können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. 3A - 3D 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators according to representative embodiments. Everyone in 3A - 3D The acoustic resonators shown include integrated low-speed frames in both electrodes and a temperature compensation layer in at least one of the electrodes. In alternative embodiments, a temperature compensation layer may be in the piezoelectric layer (e.g., as through the piezoelectric layer 130a shown) in addition to or instead of the upper and / or lower electrode. It is understood that the same general configurations in acoustic resonators with a high speed frame - in addition to or instead of a low speed frame - can be included in at least one of the electrodes without departing from the scope of the present teachings.
Unter Bezugnahme auf 3A, beinhaltet FBAR 300A einen Resonatorstapel, der eine erste oder untere Elektrode 320a, eine piezoelektrische Schicht 130 und eine zweite oder obere Elektrode 340 umfasst, die über einem Substrat 110 mit einem Hohlraum 115 zur Reflektion von akustischen Wellen gestapelt sind. In verschiedenen alternativen Konfigurationen kann der FBAR 300A einen bekannten akustischen Spiegel, wie zum Beispiel ein Bragg-Spiegel (nicht gezeigt), an Stelle des Hohlraums 115 beinhalten, wie oben erwähnt. In der dargestellten Ausführungsform ist die untere Elektrode 320a eine Hybridverbundelektrode, die sowohl integrierte laterale Merkmale als auch Temperaturkompensationsmerkmale beinhaltet, während die obere Elektrode 340 eine Rahmenverbundelektrode ist, die nur integrierte laterale Merkmale beinhaltet.With reference to 3A , includes FBAR 300A a resonator stack that has a first or lower electrode 320a , a piezoelectric layer 130 and a second or top electrode 340 includes that over a substrate 110 with a cavity 115 are stacked to reflect acoustic waves. The FBAR can be used in various alternative configurations 300A a known acoustic mirror, such as a Bragg mirror (not shown), in place of the cavity 115 involve, as mentioned above. In the illustrated embodiment, the bottom electrode 320a a hybrid composite electrode that includes both integrated lateral features and temperature compensation features while the top electrode 340 is a composite frame electrode that only contains integrated lateral features.
Insbesondere beinhaltet der FBAR 300A einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321, der einen inneren Abschnitt 322 in der unteren Elektrode 320a umgibt, und einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341, der einen inneren Abschnitt 342 in der oberen Elektrode 340 umgibt. Die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 sind aus dem ersten Material gebildet und die inneren Abschnitte 322 und 342 sind aus dem zweiten Material gebildet, wobei das zweite Material eine höhere Schallgeschwindigkeit als das erste Material aufweist, wie oben besprochen. Zum Beispiel können die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 aus W gebildet sein und die inneren Abschnitte 322 und 342 können aus Mo gebildet sein, obwohl auch andere Materialien eingesetzt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In particular, the FBAR includes 300A an integrated low-speed frame 321 that has an inner section 322 in the lower electrode 320a surrounds, and an integrated low-speed frame 341 that has an inner section 342 in the top electrode 340 surrounds. The integrated low-speed frames 321 and 341 are formed from the first material and the inner sections 322 and 342 are formed from the second material, the second material having a higher speed of sound than the first material, as discussed above. For example, the integrated low-speed frames 321 and 341 be formed from W and the inner sections 322 and 342 can be formed from Mo, although other materials can be used without departing from the scope of the present teachings.
In der dargestellten Ausführungsform weist die untere Hybridverbundelektrode 320a mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer äußeren Elektrodenschicht 326, einer inneren Elektrodenschicht 328, einer Temperaturkompensationsschicht 327 und einer Zwischenschicht 329, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 110 gestapelt sind. Die Zwischenschicht 329 trennt die Temperaturkompensationsschicht 327 von der piezoelektrischen Schicht 130 ab. Obwohl das Vorliegen der Zwischenschicht 329 nicht erforderlich ist, erleichtert sie das richtige Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 und sorgt ansonsten für einen Schutz der Temperaturkompensationsschicht 327 während des Herstellungsprozesses. Auch ist für die Zwecke der Veranschaulichung die Temperaturkompensationsschicht 327 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, z.B. ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 327 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann (d.h. mit einem oder mehreren Endabschnitten, die freiliegend sind oder anderweitig nicht durch irgendeinen Teil der unteren Elektrode 320a umschlossen sind) innerhalb der unteren Elektrode 320a, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In the illustrated embodiment, the lower hybrid composite electrode has 320a multiple electrode layers, including one outer electrode layer 326 , an inner electrode layer 328 , a temperature compensation layer 327 and an intermediate layer 329 that are in that order on the substrate 110 are stacked. The intermediate layer 329 separates the temperature compensation layer 327 from the piezoelectric layer 130 from. Although the presence of the intermediate layer 329 is not required, it facilitates the correct growth of the piezoelectric layer 130 and otherwise ensures protection of the temperature compensation layer 327 during the manufacturing process. Also for the purposes of illustration is the temperature compensation layer 327 shown as an encapsulated temperature compensation layer, for example similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 327 also may not be encapsulated or only partially encapsulated (ie, with one or more end portions that are exposed or otherwise not through any part of the lower electrode 320a are enclosed) within the lower electrode 320a without departing from the scope of the present teachings.
Die äußere Elektrodenschicht 326 ist aus dem ersten Material (z.B. W) und dem zweiten Material (z.B. Mo) gebildet und die innere Elektrodenschicht 328 ist aus dem ersten Material gebildet. Die Zwischenschicht 329 ist ebenfalls aus dem zweiten Material gebildet. Die Temperaturkompensationsschicht 327 kann zum Beispiel aus verschiedenen Materialien mit positiven Temperaturkoeffizienten gebildet sein, wie zum Beispiel BSG, SiO2, Cr oder TeO(x).The outer electrode layer 326 is formed from the first material (eg W) and the second material (eg Mo) and the inner electrode layer 328 is formed from the first material. The intermediate layer 329 is also formed from the second material. The temperature compensation layer 327 For example, can be formed from various materials with positive temperature coefficients, such as BSG, SiO 2 , Cr or TeO (x) .
Die äußere Elektrodenschicht 326 wird zunächst auf dem Substrat 110 gebildet, einschließlich dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und dem inneren Abschnitt 322. Insbesondere kann der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 durch Aufbringen einer Schicht des ersten Materials auf eine obere Oberfläche des Substrats 110 und des Hohlraums 115 (vor dem Entfernen des Opfermaterials, das ursprünglich den Hohlraum 115 ausfüllt) unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke gebildet werden. Dann wird eine Trockenätzung verwendet, um ein gewünschtes Muster des ersten Materials, das den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 bildet, zu definieren. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (300 Å an AIN zum Beispiel) (nicht gezeigt) wird über dem Substrat 110, dem Hohlraum 115 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 abgeschieden. Das zweite Material wird über einer oberen Oberfläche des Substrats 110, des Hohlraums 115 und des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmens 321 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke abgeschieden. Das zweite Material wird dann von dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 weggeätzt, gefolgt von dem Aufbringen eines Photoresist-Musters (z.B. über Photolithographie) unter Verwendung von zum Beispiel einem auf SF6 basierenden Plasmaätzen zur Bildung des gewünschten Rahmenmusters der äußeren Elektrodenschicht 326. Zuletzt wird eine CMP unter Verwendung von zum Beispiel einem Aluminiumoxid Schleifmittel durchgeführt, um eine gewünschte im Wesentlichen planare äußere Elektrodenschicht 326 zu erhalten.The outer electrode layer 326 is first on the substrate 110 formed, including the integrated low-speed frame 321 and the inner section 322 . In particular, the integrated low-speed frame 321 by applying a layer of the first material on an upper surface of the substrate 110 and the cavity 115 (Before removing the sacrificial material that originally contained the cavity 115 filled) using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example to the desired thickness. Then a dry etch is used to create a desired pattern of the first material that forms the integrated low speed frame 321 forms to define. A thin layer of metal etch ( 300 Å on AIN for example) (not shown) is placed over the substrate 110 , the cavity 115 and the integrated low-speed frame 321 deposited. The second material is over an upper surface of the substrate 110 , the cavity 115 and the integrated low-speed frame 321 deposited to the desired thickness, for example using a sputtering, evaporation or CVD technique. The second material is then from the integrated low speed frame 321 etched away, followed by applying a photoresist pattern (e.g. via photolithography) using, for example, a plasma etch based on SF 6 to form the desired frame pattern of the outer electrode layer 326 . Finally, a CMP is performed using, for example, an alumina abrasive to create a desired substantially planar outer electrode layer 326 to obtain.
Eine Schicht des ersten Materials wird auf die geätzte Schicht des zweiten Materials unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 328 auf der äußeren Elektrodenschicht 326 führt. Die Temperaturkompensationsschicht 327 wird auf der gesamten oder einem Teil der inneren Elektrodenschicht 328 gebildet und die Zwischenschicht 329 wird auf der Temperaturkompensationsschicht 327 und auf freiliegenden Bereichen der inneren Elektrodenschicht 328 gebildet, um die untere Elektrode 320a bereitzustellen, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Die piezoelektrische Schicht 130 wird dann auf der Zwischenschicht 329 gebildet. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.A layer of the first material is applied to the etched layer of the second material using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, resulting in the formation of the inner electrode layer 328 on the outer electrode layer 326 leads. The temperature compensation layer 327 is on all or part of the inner electrode layer 328 formed and the intermediate layer 329 is on the temperature compensation layer 327 and on exposed areas of the inner electrode layer 328 formed the lower electrode 320a as above, for example, with reference to FIG 1A and or 2nd discussed. The piezoelectric layer 130 is then on the intermediate layer 329 educated. Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 erstreckt sich effektiv von der inneren Elektrodenschicht 328 vertikal durch die äußere Elektrodenschicht 326 in einer Richtung weg von der piezoelektrischen Schicht 130, so dass der innere Abschnitt 322 zumindest teilweise durch den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 umgeben ist. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 befindet sich daher an einem äußeren Bereich der unteren Elektrode 320a und der innere Abschnitt 322 befindet sich an einem mittigen bzw. zentralen Bereich der unteren Elektrode 320a.The integrated low-speed frame 321 extends effectively from the inner electrode layer 328 vertically through the outer electrode layer 326 in a direction away from the piezoelectric layer 130 so the inner section 322 at least in part by the integrated low speed frame 321 is surrounded. The integrated low-speed frame 321 is therefore located on an outer area of the lower electrode 320a and the inner section 322 is located at a central or central area of the lower electrode 320a .
Ebenso weist die obere Elektrode 340, die eine Rahmenverbundelektrode (mit keiner Temperaturkompensationsschicht) ist, mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer inneren Elektrodenschicht 346, die angrenzend zu der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet ist, und einer äußeren Elektrodenschicht 348, die angrenzend zu der inneren Elektrodenschicht 346 gebildet ist. Da die obere Elektrode 340 oberhalb der piezoelektrischen Schicht 130 in der in 3A dargestellten Orientierung gebildet ist, wird zunächst die innere Elektrodenschicht 346 auf der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet und die äußere Elektrodenschicht 348 wird auf der inneren Elektrodenschicht 346 gebildet. Wie oben besprochen, wird die innere Elektrodenschicht 346 aus dem ersten Material gebildet und die äußere Elektrodenschicht 348 wird aus dem ersten und dem zweiten Material gebildet. Zum Beispiel kann die innere Elektrodenschicht 346 durch Aufbringen einer Schicht des ersten Materials auf eine obere Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke aufgebracht werden. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (300 Å Schicht an AIN zum Beispiel) (nicht gezeigt) und eine Schicht des ersten Materials werden auf die geätzte Schicht des ersten Materials unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht. Die Bildung der äußeren Elektrodenschicht 348, einschließlich des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 und des inneren Abschnitts 342, kann in einer ähnlichen Art und Weise durchgeführt werden, wie die oben beschriebene Bildung des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321, um die obere Elektrode 340 zu bilden. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.The upper electrode also points 340 , which is a composite frame electrode (with no temperature compensation layer), has multiple electrode layers, including an inner electrode layer 346 that are adjacent to the piezoelectric layer 130 is formed, and an outer electrode layer 348 that are adjacent to the inner electrode layer 346 is formed. Because the top electrode 340 above the piezoelectric layer 130 in the in 3A orientation is formed, the inner electrode layer is first 346 on the piezoelectric layer 130 formed and the outer electrode layer 348 is on the inner electrode layer 346 educated. As discussed above, the inner electrode layer 346 formed from the first material and the outer electrode layer 348 is formed from the first and second materials. For example, the inner electrode layer 346 by applying a layer of the first material on an upper surface of the piezoelectric layer 130 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, to the desired thickness. A thin layer of metal etch ( 300 A layer of AIN for example) (not shown) and a layer of the first material are applied to the etched layer of the first material using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example. The formation of the outer electrode layer 348 , including the integrated low speed frame 341 and the inner section 342 , can be performed in a manner similar to the formation of the low speed integrated frame described above 321 to the top electrode 340 to build. Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
Als ein Ergebnis erstreckt sich der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 effektiv vertikal von der inneren Elektrodenschicht 346 durch die äußere Elektrodenschicht 348 in einer Richtung weg von der piezoelektrischen Schicht 130. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 umgibt zumindest teilweise einen inneren Abschnitt 342 der äußeren Elektrodenschicht 348, so dass der innere Abschnitt 342 zumindest teilweise durch den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 umgeben ist. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 befindet sich daher an einem äußeren Bereich der oberen Elektrode 340 und der innere Abschnitt 342 befindet sich an einem mittigen bzw. zentralen Bereich der oberen Elektrode 340.As a result, the integrated low speed frame extends 341 effectively vertically from the inner electrode layer 346 through the outer electrode layer 348 in a direction away from the piezoelectric layer 130 . The integrated low-speed frame 341 at least partially surrounds an inner portion 342 the outer electrode layer 348 so the inner section 342 at least in part by the integrated low speed frame 341 is surrounded. The integrated low-speed frame 341 is therefore located on an outer area of the upper electrode 340 and the inner section 342 is located at a central or central area of the upper electrode 340 .
Die Betriebseigenschaften der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 können kontrolliert (gesteuert bzw. geregelt) werden, indem eine oder mehrere Breiten der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341, die Dicken der inneren Elektrodenschichten 328, 346 und der äußeren Elektrodenschichten 326, 348 (was die Dicken der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 beeinflusst) und die Arten an Materialien, die zur Bildung der inneren Elektrodenschichten 328, 346 und der äußeren Elektrodenschichten 326, 348 verwendet werden, angepasst werden. Zum Beispiel kann jede von der unteren Elektrode 320a und der oberen Elektrode 340 eine Gesamtdicke von ungefähr 1000 Å bis ungefähr 20000 Å haben, wobei jeweils die inneren Elektrodenschichten 328, 346 und äußeren Elektrodenschichten 326, 348 einen Anteil von ungefähr 10 Prozent bis 90 Prozent der Gesamtdicke der entsprechenden unteren oder oberen Elektrode 320a, 340 an dem mittigen bzw. zentralen Bereich ausmachen. In verschiedenen Ausführungsformen können die untere und obere Elektrode 320a und 340 und die entsprechenden inneren Elektrodenschichten 328, 346 und äußeren Elektrodenschichten 326, 348 die gleichen oder voneinander verschiedene Dicken haben. Jeder der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 kann eine Breite von zum Beispiel ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 10 µm haben. Die Dicken der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 werden durch die relativen Dicken der äußeren Elektrodenschichten 326 bzw. 348 bestimmt. In verschiedenen Ausführungsformen können die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 die gleiche oder voneinander verschiedene Breiten und Dicken haben. In anderen Ausführungsformen können die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 zueinander versetzt sein, ebenso können sie unterschiedliche Breiten haben. Die jeweiligen Abmessungen der unteren und oberen Elektrode 320a und 340, der inneren Elektrodenschichten 328 und 346, der äußeren Elektrodenschichten 326 und 348, und der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 können variieren, um für einzigartige Vorteile für jegliche bestimmte Situation zu sorgen oder um spezifische Anwendungsdesignanforderungen der verschiedenen Ausführungen zu erfüllen.The operating characteristics of the integrated low-speed frame 321 and 341 can be controlled by one or more widths of the integrated low-speed frame 321 and 341 , the thicknesses of the inner electrode layers 328 , 346 and the outer electrode layers 326 , 348 (what the thicknesses of the integrated low-speed frame 321 and 341 influenced) and the types of materials used to form the inner electrode layers 328 , 346 and the outer electrode layers 326 , 348 used, adjusted. For example, each of the bottom electrodes 320a and the top electrode 340 have a total thickness of about 1000 Å to about 20,000 Å, each with the inner electrode layers 328 , 346 and outer electrode layers 326 , 348 approximately 10 percent to 90 percent of the total thickness of the corresponding lower or upper electrode 320a , 340 make out at the central or central area. In various embodiments, the lower and upper electrodes 320a and 340 and the corresponding inner electrode layers 328 , 346 and outer electrode layers 326 , 348 have the same or different thicknesses. Each of the integrated low speed frames 321 and 341 may have a width of, for example, about 0.1 µm to about 10 µm. The thicknesses of the integrated low-speed frame 321 and 341 are determined by the relative thicknesses of the outer electrode layers 326 or. 348 certainly. In various embodiments, the integrated low-speed frames 321 and 341 have the same or different widths and thicknesses. In other embodiments, the integrated low speed frames 321 and 341 are offset from one another, and they can also have different widths. The respective dimensions of the lower and upper electrodes 320a and 340 , the inner electrode layers 328 and 346 , the outer electrode layers 326 and 348 , and the integrated low-speed frame 321 and 341 may vary to provide unique benefits for any particular situation or to meet specific application design requirements of the various designs.
Die Betriebseigenschaften der Temperaturkompensationsschicht 327 können ebenso kontrolliert (gesteuert bzw. geregelt) werden, indem eine oder mehrere Breiten der Temperaturkompensationsschicht 327 und der Zwischenschicht 329 und die Arten an Materialien, die zur Bildung der Temperaturkompensationsschicht 327 und der Zwischenschicht 329 verwendet werden, angepasst werden. Zum Beispiel kann die Temperaturkompensationsschicht 327 eine Dicke von ungefähr 100 Å bis ungefähr 10000 Å haben und die Zwischenschicht 329 kann eine Dicke von ungefähr 100 Å bis ungefähr 10000 Å haben. Im Allgemeinen erhöhen sich die Temperaturkompensationseigenschaften mit zunehmender Dicke der Temperaturkompensationsschicht 327 und/oder mit abnehmender Dicke der Zwischenschicht 329. Die jeweiligen Abmessungen der Temperaturkompensationsschicht 327 und der Zwischenschicht 329 können variieren, um für einzigartige Vorteile für jegliche bestimmte Situation zu sorgen oder um spezifische Anwendungsdesignanforderungen der verschiedenen Ausführungen zu erfüllen.The operating properties of the temperature compensation layer 327 can also be controlled by one or more widths of the temperature compensation layer 327 and the intermediate layer 329 and the types of materials used to form the temperature compensation layer 327 and the intermediate layer 329 used, adjusted. For example, the temperature compensation layer 327 have a thickness of about 100 Å to about 10000 Å and the intermediate layer 329 can have a thickness of about 100 Å to about 10,000 Å. In general, the temperature compensation properties increase with increasing thickness of the temperature compensation layer 327 and / or as the thickness of the intermediate layer decreases 329 . The respective dimensions of the temperature compensation layer 327 and the intermediate layer 329 may vary to provide unique benefits for any particular situation or to meet specific application design requirements of the various designs.
3B zeigt FBAR 300B gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, die ähnlich zu FBAR 300A ist, außer was die Position der Temperaturkompensationsschicht 327 innerhalb der unteren Elektrode 320b betrifft. Unter Bezugnahme auf 3B ist die untere Elektrode 320b eine Hybridverbundelektrode, die sowohl integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321) als auch Temperaturkompensationsmerkmale (z.B. die Temperaturkompensationsschicht 327) beinhaltet, während die obere Elektrode 340 eine Rahmenverbundelektrode ist, die nur integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341) beinhaltet und die die Gleiche ist, wie oben in Bezug auf FBAR 300A besprochen. 3B shows FBAR 300B according to a representative embodiment similar to FBAR 300A is except what the position of the temperature compensation layer 327 inside the lower electrode 320b concerns. With reference to 3B is the bottom electrode 320b a hybrid composite electrode that has both integrated lateral features (e.g. the integrated low-speed frame 321 ) as well as temperature compensation features (e.g. the temperature compensation layer 327 ) while the top electrode 340 is a composite frame electrode that has only integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 341 ) which is the same as above for FBAR 300A discussed.
In der dargestellten Ausführungsform weist die untere Hybridverbundelektrode 320b mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer äußeren Elektrodenschicht 326, einer Temperaturkompensationsschicht 327 und einer inneren Elektrodenschicht 328, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 110 gestapelt sind. Es gibt keine Zwischenschicht, weil die innere Elektrodenschicht 328 die Temperaturkompensationsschicht 327 von der piezoelektrischen Schicht 130 abtrennt. Es kann eine Impfschicht (nicht gezeigt) auf einer oberen Oberfläche der inneren Elektrodenschicht 328 gebildet werden, um das Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 zu erleichtern. Für die Zwecke der Veranschaulichung ist die Temperaturkompensationsschicht 327 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 327 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der unteren Elektrode 320b, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In the illustrated embodiment, the lower hybrid composite electrode has 320b multiple electrode layers, including an outer electrode layer 326 , a temperature compensation layer 327 and an inner electrode layer 328 that are in that order on the substrate 110 are stacked. There is no intermediate layer because of the inner electrode layer 328 the temperature compensation layer 327 from the piezoelectric layer 130 separates. There may be a seed layer (not shown) on an upper surface of the inner electrode layer 328 formed to grow the piezoelectric layer 130 to facilitate. For the purposes of illustration, the temperature compensation layer is 327 shown as an encapsulated temperature compensation layer, similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 327 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the lower electrode 320b without departing from the scope of the present teachings.
Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 kann durch Aufbringen einer Schicht des ersten Materials auf eine obere Oberfläche des Substrats 110 und des Hohlraums 115 (vor dem Entfernen des Opfermaterials, das ursprünglich den Hohlraum 115 ausfüllt) unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke gebildet werden. Dann wird eine Trockenätzung verwendet, um ein gewünschtes Muster des ersten Materials, das den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 bildet, zu definieren. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (300 Å an AIN zum Beispiel) (nicht gezeigt) wird über dem Substrat 110, dem Hohlraum 115 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 abgeschieden. Das zweite Material wird auf einer oberen Oberfläche des Substrats 110, des Hohlraums 115 und des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmens 321 und über der Metallätzabbruchschicht unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke abgeschieden. Das zweite Material wird dann von dem Substrat 110 und von dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 weggeätzt, gefolgt von dem Aufbringen eines Photoresist-Musters (z.B. über Photolithographie) unter Verwendung von zum Beispiel einem auf SF6 basierenden Plasmaätzen zur Bildung des gewünschten Rahmenmusters der äußeren Elektrodenschicht 326. Zuletzt wird eine CMP unter Verwendung von zum Beispiel einem Aluminiumoxid Schleifmittel durchgeführt, um eine gewünschte im Wesentlichen planare äußere Elektrodenschicht 326 zu erhalten. Die Temperaturkompensationsschicht 327 wird dann auf die äußere Elektrodenschicht 326 aufgebracht, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Eine Schicht des ersten Materials wird dann auf die Temperaturkompensationsschicht 327 und auf freiliegende Abschnitte der äußeren Elektrodenschicht 326 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 328 führt. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.The integrated low-speed frame 321 can by applying a layer of the first material to an upper surface of the substrate 110 and the cavity 115 (Before removing the sacrificial material that originally contained the cavity 115 filled) using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example to the desired thickness. Then a dry etch is used to create a desired pattern of the first material that forms the integrated low speed frame 321 forms to define. A thin layer of metal etch ( 300 Å on AIN for example) (not shown) is placed over the substrate 110 , the cavity 115 and the integrated low-speed frame 321 deposited. The second material is on an upper surface of the substrate 110 , the cavity 115 and the integrated low-speed frame 321 and deposited over the metal etch breakdown layer using a sputter, evaporation, or CVD technique, for example, to the desired thickness. The second material is then removed from the substrate 110 and the integrated low-speed frame 321 etched away, followed by applying a photoresist pattern (e.g. via photolithography) using, for example, a plasma etch based on SF 6 to form the desired frame pattern of the outer electrode layer 326 . Finally, a CMP is performed using, for example, an alumina abrasive to create a desired substantially planar outer electrode layer 326 to obtain. The temperature compensation layer 327 is then on the outer electrode layer 326 applied as above, for example, with reference to FIG 1A and or 2nd discussed. A layer of the first material is then placed on the temperature compensation layer 327 and exposed portions of the outer electrode layer 326 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the inner electrode layer 328 leads. Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
3C zeigt FBAR 300C gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, die ähnlich zu FBAR 300A ist, außer dass die obere Elektrode 340a eine Hybridverbundelektrode ist und die untere Elektrode 320 eine Rahmenverbundelektrode ist. Unter Bezugnahme auf 3C beinhaltet die obere Elektrode 340a sowohl integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341) als auch Temperaturkompensationsmerkmale (z.B. die Temperaturkompensationsschicht 347), während die untere Elektrode 320 eine Rahmenverbundelektrode ist, die nur integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321) beinhaltet. 3C shows FBAR 300C according to a representative embodiment similar to FBAR 300A is, except that the top electrode 340a is a hybrid composite electrode and the lower electrode 320 is a composite frame electrode. With reference to 3C includes the top electrode 340a both integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 341 ) as well as temperature compensation features (e.g. the temperature compensation layer 347 ) while the lower electrode 320 is a composite frame electrode that has only integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 321 ) includes.
In Bezug auf die untere Elektrode 320, kann die äußere Elektrodenschicht 326, die den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 enthält, aus dem ersten und zweiten Material auf einer oberen Oberfläche des Substrats 110 und des Hohlraums 115, wie oben unter Bezugnahme auf 3A besprochen, gebildet werden. Eine Schicht des ersten Materials wird dann auf die äußere Elektrodenschicht 326 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 328 führt. Die piezoelektrische Schicht 130 wird über der inneren Elektrodenschicht 328 angeordnet. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.Regarding the lower electrode 320 , the outer electrode layer 326 which the integrated low-speed frame 321 contains, from the first and second material on an upper surface of the substrate 110 and the cavity 115 as above with reference to 3A discussed, formed. A layer of the first material is then applied to the outer electrode layer 326 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the inner electrode layer 328 leads. The piezoelectric layer 130 is over the inner electrode layer 328 arranged. Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
Die obere Elektrode 340a wird gebildet unter Verwendung des im Wesentlichen gleichen Verfahrens wie zur Bildung der unteren Elektrode 320 in FBAR 300A, wie oben besprochen, in umgekehrter Reihenfolge. Das heißt, eine Schicht des ersten Materials wird auf die piezoelektrische Schicht 130 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der Zwischenschicht 349 führt. Die Temperaturkompensationsschicht 347 wird auf die Zwischenschicht 349 aufgebracht, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Wie oben erwähnt, kann in alternativen Ausführungsformen die Temperaturkompensationsschicht 347 direkt auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet werden, weil die Zwischenschicht 349 nicht benötigt wird, um das Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 zu unterstützen, obwohl sie für einen Schutz der Temperaturkompensationsschicht 347 sorgt und ansonsten die Temperaturkompensationseffekte der Temperaturkompensationsschicht 347 beeinflusst.The top electrode 340a is formed using essentially the same procedure as for forming the lower electrode 320 in FBAR 300A , as discussed above, in reverse order. That is, a layer of the first material is placed on the piezoelectric layer 130 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the intermediate layer 349 leads. The temperature compensation layer 347 is on the intermediate layer 349 applied as above, for example, with reference to FIG 1A and or 2nd discussed. As mentioned above, in alternative embodiments, the temperature compensation layer 347 directly on the top surface of the piezoelectric layer 130 be formed because of the intermediate layer 349 is not needed to grow the piezoelectric layer 130 to support, although for protection of the temperature compensation layer 347 provides and otherwise the temperature compensation effects of the temperature compensation layer 347 influenced.
Eine Schicht des ersten Materials wird auf die Temperaturkompensationsschicht 347 und auf freiliegende Abschnitte der Zwischenschicht 349 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 346 führt. Die äußere Elektrodenschicht 348, die den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 enthält, kann durch Aufbringen einer Schicht des ersten Materials auf eine obere Oberfläche der inneren Elektrodenschicht 346 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke gebildet werden. Dann wird eine Trockenätzung verwendet, um ein gewünschtes Muster des ersten Materials, das den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 bildet, zu definieren. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (300 Å an AIN zum Beispiel) (nicht gezeigt) wird über der inneren Elektrodenschicht 346 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 abgeschieden. Das zweite Material wird über der inneren Elektrodenschicht 346 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke abgeschieden. Das zweite Material wird dann von dem Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 weggeätzt, gefolgt von dem Aufbringen eines Photoresist-Musters (z.B. über Photolithographie) unter Verwendung von zum Beispiel einem auf SF6 basierenden Plasmaätzen zur Bildung des gewünschten Rahmenmusters der äußeren Elektrodenschicht 348. Zuletzt wird eine CMP unter Verwendung von zum Beispiel einem Aluminiumoxid Schleifmittel durchgeführt, um eine gewünschte im Wesentlichen planare äußere Elektrodenschicht 348 zu erhalten. Eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) kann auf der äußeren Elektrodenschicht 348 gebildet werdenA layer of the first material is placed on the temperature compensation layer 347 and exposed portions of the interlayer 349 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the inner electrode layer 346 leads. The outer electrode layer 348 which the integrated low-speed frame 341 contains, by applying a layer of the first material on an upper surface of the inner electrode layer 346 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, to the desired thickness. Then a dry etch is used to create a desired pattern of the first material that forms the integrated low speed frame 341 forms to define. A thin layer of metal etch ( 300 Å on AIN for example) (not shown) is over the inner electrode layer 346 and the integrated low-speed frame 341 deposited. The second material is over the inner electrode layer 346 and the integrated low-speed frame 341 deposited to the desired thickness, for example using a sputtering, evaporation or CVD technique. The second material is then from the low speed frame 341 etched away, followed by applying a photoresist pattern (e.g. via photolithography) using, for example, a plasma etch based on SF 6 to form the desired frame pattern of the outer electrode layer 348 . Finally, a CMP is performed using, for example, an alumina abrasive to create a desired substantially planar outer electrode layer 348 to obtain. A passivation layer (not shown) can be on the outer electrode layer 348 be formed
Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 erstreckt sich effektiv von der inneren Elektrodenschicht 346 vertikal durch die äußere Elektrodenschicht 348 in einer Richtung weg von der piezoelektrischen Schicht 130, so dass der innere Abschnitt 342 der äußeren Elektrodenschicht 348 zumindest teilweise durch den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 umgeben ist. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 befindet sich daher an einem äußeren Bereich der oberen Elektrode 340a und der innere Abschnitt 342 befindet sich an einem mittigen bzw. zentralen Bereich der oberen Elektrode 340a.The integrated low-speed frame 341 extends effectively from the inner electrode layer 346 vertically through the outer electrode layer 348 in a direction away from the piezoelectric layer 130 so the inner section 342 the outer electrode layer 348 at least in part by the integrated low speed frame 341 is surrounded. The integrated low-speed frame 341 is therefore located on an outer area of the upper electrode 340a and the inner section 342 is located at a central or central area of the upper electrode 340a .
3D zeigt FBAR 300D gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, die ähnlich zu FBAR 300C ist, außer was die Position der Temperaturkompensationsschicht 347 innerhalb der oberen Elektrode 340b betrifft. Unter Bezugnahme auf 3D ist die obere Elektrode 340b eine Hybridverbundelektrode, die sowohl integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341) als auch Temperaturkompensationsmerkmale (z.B. die Temperaturkompensationsschicht 347) beinhaltet, während die untere Elektrode 320 eine Rahmenverbundelektrode ist, die nur integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321) beinhaltet und die die Gleiche ist, wie oben in Bezug auf FBAR 300C besprochen. 3D shows FBAR 300D according to a representative embodiment similar to FBAR 300C is except what the position of the temperature compensation layer 347 inside the top electrode 340b concerns. With reference to 3D is the top electrode 340b a hybrid composite electrode that has both integrated lateral features (e.g. the integrated low-speed frame 341 ) as well as temperature compensation features (e.g. the temperature compensation layer 347 ) while the lower electrode 320 is a composite frame electrode that has only integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 321 ) which is the same as above for FBAR 300C discussed.
In der dargestellten Ausführungsform weist die obere Hybridverbundelektrode 340b mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer inneren Elektrodenschicht 346, einer Temperaturkompensationsschicht 347 und einer äußeren Elektrodenschicht 348, die in dieser Reihenfolge auf der piezoelektrischen Schicht 130 gestapelt sind. Es gibt keine Zwischenschicht, weil die innere Elektrodenschicht 346 die Temperaturkompensationsschicht 347 von der piezoelektrischen Schicht 130 abtrennt. Für die Zwecke der Veranschaulichung ist die Temperaturkompensationsschicht 347 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 347 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der oberen Elektrode 340b, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In the illustrated embodiment, the upper hybrid composite electrode has 340b multiple electrode layers, including an inner electrode layer 346 , a temperature compensation layer 347 and an outer electrode layer 348 that are in that order on the piezoelectric layer 130 are stacked. There is no intermediate layer because of the inner electrode layer 346 the temperature compensation layer 347 from the piezoelectric layer 130 separates. For the purposes of illustration, the temperature compensation layer is 347 shown as an encapsulated temperature compensation layer, similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 347 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the upper electrode 340b without departing from the scope of the present teachings.
Die obere Elektrode 340b wird gebildet, indem eine Schicht des ersten Materials auf die piezoelektrische Schicht 130 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht wird, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 346 führt. Die Temperaturkompensationsschicht 347 wird auf die innere Elektrodenschicht 346 aufgebracht, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Die äußere Elektrodenschicht 348, die den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 enthält, wird dann durch Aufbringen einer Schicht des ersten Materials auf die Temperaturkompensationsschicht 347 und auf freiliegende Abschnitte der inneren Elektrodenschicht 346 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke gebildet. Dann wird eine Trockenätzung verwendet, um ein gewünschtes Muster des ersten Materials, das den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 bildet, zu definieren. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (300 Å an AIN zum Beispiel) (nicht gezeigt) wird über der Temperaturkompensationsschicht 347, der inneren Elektrodenschicht 346 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 abgeschieden. Das zweite Material wird auf eine obere Oberfläche der inneren Elektrodenschicht 346, des Niedriggeschwindigkeitsrahmens 341 und der Metallätzabbruchschicht unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke abgeschieden. Das zweite Material wird dann von dem Niedriggeschwindigkeitsrahmen 341 weggeätzt, gefolgt von dem Aufbringen eines Photoresist-Musters (z.B. über Photolithographie) unter Verwendung von zum Beispiel einem auf SF6 basierenden Plasmaätzen zur Bildung des gewünschten Rahmenmusters der äußeren Elektrodenschicht 348. Zuletzt wird eine CMP unter Verwendung von zum Beispiel einem Aluminiumoxid Schleifmittel durchgeführt, um eine gewünschte im Wesentlichen planare äußere Elektrodenschicht 348 zu erhalten. Eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) kann auf der äußeren Elektrodenschicht 348 gebildet werden.The top electrode 340b is formed by placing a layer of the first material on the piezoelectric layer 130 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, resulting in the formation of the inner electrode layer 346 leads. The temperature compensation layer 347 will on the inner Electrode layer 346 applied as above, for example, with reference to FIG 1A and or 2nd discussed. The outer electrode layer 348 which the integrated low-speed frame 341 contains, then by applying a layer of the first material on the temperature compensation layer 347 and exposed portions of the inner electrode layer 346 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, to the desired thickness. Then a dry etch is used to create a desired pattern of the first material that forms the integrated low speed frame 341 forms to define. A thin layer of metal etch ( 300 Å on AIN for example) (not shown) is placed over the temperature compensation layer 347 , the inner electrode layer 346 and the integrated low-speed frame 341 deposited. The second material is applied to an upper surface of the inner electrode layer 346 , the low speed frame 341 and the metal etch stop layer is deposited to the desired thickness, for example, using a sputtering, evaporation, or CVD technique. The second material is then from the low speed frame 341 etched away, followed by applying a photoresist pattern (e.g. via photolithography) using, for example, a plasma etch based on SF 6 to form the desired frame pattern of the outer electrode layer 348 . Finally, a CMP is performed using, for example, an alumina abrasive to create a desired substantially planar outer electrode layer 348 to obtain. A passivation layer (not shown) can be on the outer electrode layer 348 be formed.
Wie oben erwähnt, kann in alternativen Ausführungsformen eine Temperaturkompensationsschicht sich innerhalb der piezoelektrischen Schicht befinden, wie oben unter Bezugnahme auf die piezoelektrische Schicht 130b in 1C besprochen. In solchen Ausführungsformen können die obere und untere Elektrode Rahmenverbundelektroden sein, wie zum Beispiel die untere Elektrode 320 und die obere Elektrode 340. Oder eine oder beide von der oberen und unteren Elektrode können Hybridverbundelektroden sein, wie zum Beispiel die unteren Elektroden 320a und 320b und die oberen Elektroden 340a und 340b.As mentioned above, in alternative embodiments, a temperature compensation layer may be within the piezoelectric layer, as above with reference to the piezoelectric layer 130b in 1C discussed. In such embodiments, the top and bottom electrodes may be composite frame electrodes, such as the bottom electrode 320 and the top electrode 340 . Or one or both of the top and bottom electrodes may be hybrid composite electrodes, such as the bottom electrodes 320a and 320b and the top electrodes 340a and 340b .
Unter Bezugnahme auf 3A - 3D können in alternativen Ausführungsformen Hochgeschwindigkeitsrahmen anstelle von einem oder beiden Niedriggeschwindigkeitsrahmen 321 und 341 beinhaltet sein. Auch kann in alternativen Ausführungsformen jeder der FBARs 300A - 300D nur eine Rahmen- oder Hybridverbundelektrode beinhalten, die einen integrierten Niedrig- (oder Hoch-) Geschwindigkeitsrahmen 321 oder 341 aufweisen, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. In diesem Fall kann die andere Elektrode aus einem einzigen Material oder aus mehreren Materialien (ohne laterale und/oder Temperaturkompensationsmerkmale oder mit einer anderen Art an lateralem Merkmal) gebildet sein.With reference to 3A - 3D may, in alternative embodiments, use high speed frames instead of one or both low speed frames 321 and 341 be included. Also, in alternative embodiments, each of the FBARs can 300A - 300D include only a frame or hybrid composite electrode that has an integrated low (or high) speed frame 321 or 341 without departing from the scope of the present teachings. In this case, the other electrode can be formed from a single material or from a plurality of materials (without lateral and / or temperature compensation features or with another type of lateral feature).
4A - 4B sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen. Jeder der in 4A - 4B gezeigten akustischen Resonatoren beinhaltet integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen in beiden Elektroden und eine Temperaturkompensationsschicht in mindestens einer der Elektroden. In alternativen Ausführungsformen kann eine Temperaturkompensationsschicht in der piezoelektrischen Schicht (z.B. wie durch die piezoelektrische Schicht 130a gezeigt) zusätzlich zu oder anstelle der oberen und/oder der unteren Elektrode enthalten sein. Es wird jedoch verstanden, dass die gleichen allgemeinen Konfigurationen in akustischen Resonatoren mit einem Hochgeschwindigkeitsrahmen - zusätzlich zu oder anstelle eines Niedriggeschwindigkeitsrahmen - in mindestens einer der Elektroden jeweils beinhaltet sein können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. 4A - 4B 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators according to representative embodiments. Everyone in 4A - 4B The acoustic resonators shown include integrated low-speed frames in both electrodes and a temperature compensation layer in at least one of the electrodes. In alternative embodiments, a temperature compensation layer may be in the piezoelectric layer (e.g., as through the piezoelectric layer 130a shown) in addition to or instead of the upper and / or the lower electrode. However, it is understood that the same general configurations in high speed frame acoustic resonators - in addition to or instead of a low speed frame - may be included in at least one of the electrodes without departing from the scope of the present teachings.
Unter Bezugnahme auf 4A, beinhaltet FBAR 400A einen Resonatorstapel, der eine erste oder untere Elektrode 420a, eine piezoelektrische Schicht 130 und eine zweite oder obere Elektrode 440 umfasst, die über einem Substrat 110 mit einem Hohlraum 115 zur Reflektion von akustischen Wellen gestapelt sind. In verschiedenen alternativen Konfigurationen kann der FBAR 400A einen bekannten akustischen Spiegel, wie zum Beispiel ein Bragg-Spiegel (nicht gezeigt), an Stelle des Hohlraums 115 beinhalten, wie oben erwähnt. In der dargestellten Ausführungsform ist die untere Elektrode 420a eine Hybridverbundelektrode, insofern als sie sowohl integrierte laterale Merkmale als auch Temperaturkompensationsmerkmale beinhaltet, während die obere Elektrode 440 eine Rahmenverbundelektrode ist, insofern als sie nur integrierte laterale Merkmale beinhaltet.With reference to 4A , includes FBAR 400A a resonator stack that has a first or lower electrode 420a , a piezoelectric layer 130 and a second or top electrode 440 includes that over a substrate 110 with a cavity 115 are stacked to reflect acoustic waves. The FBAR can be used in various alternative configurations 400A a known acoustic mirror, such as a Bragg mirror (not shown), in place of the cavity 115 involve, as mentioned above. In the illustrated embodiment, the bottom electrode 420a a hybrid composite electrode in that it includes both integrated lateral features and temperature compensation features while the top electrode 440 is a composite frame electrode insofar as it only contains integrated lateral features.
Insbesondere beinhaltet der FBAR 400A einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421, der einen inneren Abschnitt 422 in der unteren Elektrode 420a umgibt, und einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 441, der einen inneren Abschnitt 442 in der oberen Elektrode 440 umgibt. Die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421 und 441 sind aus dem ersten Material gebildet und die inneren Abschnitte 422 und 442 sind aus dem zweiten Material gebildet, wobei das zweite Material eine höhere Schallgeschwindigkeit als das erste Material aufweist, wie oben besprochen. Zum Beispiel können die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421 und 441 aus W gebildet sein und die inneren Abschnitte 422 und 442 können aus Mo gebildet sein, obwohl auch andere Materialien eingesetzt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In particular, the FBAR includes 400A an integrated low-speed frame 421 that has an inner section 422 in the lower electrode 420a surrounds, and an integrated low-speed frame 441 that has an inner section 442 in the top electrode 440 surrounds. The integrated low-speed frames 421 and 441 are formed from the first material and the inner sections 422 and 442 are formed from the second material, the second material having a higher speed of sound than the first material, as discussed above. For example, the integrated low-speed frames 421 and 441 be made up of W and the inner ones Sections 422 and 442 can be formed from Mo, although other materials can be used without departing from the scope of the present teachings.
In der dargestellten Ausführungsform weist die untere Hybridverbundelektrode 420a mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer äußeren Elektrodenschicht 426, einer Temperaturkompensationsschicht 427 und einer inneren Elektrodenschicht 428, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 110 gestapelt sind. Die innere Elektrodenschicht 428 trennt die Temperaturkompensationsschicht 427 von der piezoelektrischen Schicht 130 ab, so dass keine Zwischenschicht erforderlich ist. Eine Impfschicht (nicht gezeigt) kann auf der oberen Oberfläche der inneren Elektrodenschicht 428 gebildet werden, um das richtige Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 zu unterstützen. Für die Zwecke der Veranschaulichung ist die Temperaturkompensationsschicht 427 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 427 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann (d.h. mit einem oder mehreren Endabschnitten, die freiliegend sind oder anderweitig nicht durch irgend einen Teil der unteren Elektrode 420a umschlossen sind) innerhalb der unteren Elektrode 420a, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Die äußere Elektrodenschicht 426 ist aus dem ersten Material (z.B. W) gebildet und die innere Elektrodenschicht 428 ist aus dem ersten Material (z.B. W) und dem zweiten Material (z.B. Mo) gebildet. Die Temperaturkompensationsschicht 427 kann zum Beispiel aus verschiedenen Materialien mit positiven Temperaturkoeffizienten gebildet sein, wie zum Beispiel BSG, SiO2, Cr oder TeO(x).In the illustrated embodiment, the lower hybrid composite electrode has 420a multiple electrode layers, including an outer electrode layer 426 , a temperature compensation layer 427 and an inner electrode layer 428 that are in that order on the substrate 110 are stacked. The inner electrode layer 428 separates the temperature compensation layer 427 from the piezoelectric layer 130 so that no intermediate layer is required. A seed layer (not shown) can be on the top surface of the inner electrode layer 428 are formed to ensure the correct growth of the piezoelectric layer 130 to support. For the purposes of illustration, the temperature compensation layer is 427 shown as an encapsulated temperature compensation layer, similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 427 also may not be encapsulated or only partially encapsulated (ie, with one or more end portions that are exposed or otherwise not through any part of the lower electrode 420a are enclosed) within the lower electrode 420a without departing from the scope of the present teachings. The outer electrode layer 426 is made of the first material (eg W) and the inner electrode layer 428 is formed from the first material (eg W) and the second material (eg Mo). The temperature compensation layer 427 For example, can be formed from various materials with positive temperature coefficients, such as BSG, SiO 2 , Cr or TeO (x) .
Die untere Elektrode 420a wird auf dem Substrat 110 in im Wesentlichen der gleichen Art und Weise gebildet, wie die obere Elektrode 340b auf der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet wird, wie unter Bezugnahme auf 3D beschrieben. Ebenso wird die obere Elektrode 440 auf der piezoelektrischen Schicht 130 in im Wesentlichen der gleichen Art und Weise gebildet, wie die untere Elektrode 320 auf dem Substrat 110 gebildet wird, wie unter Bezugnahme auf 3D beschrieben. Dementsprechend werden die Details dieser Verfahren hier nicht wiederholt.The lower electrode 420a will on the substrate 110 formed in essentially the same way as the top electrode 340b on the piezoelectric layer 130 is formed, as with reference to FIG 3D described. Likewise, the top electrode 440 on the piezoelectric layer 130 formed in essentially the same way as the lower electrode 320 on the substrate 110 is formed, as with reference to FIG 3D described. Accordingly, the details of these procedures are not repeated here.
Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421 erstreckt sich effektiv von der äußeren Elektrodenschicht 426 vertikal durch die innere Elektrodenschicht 428 in einer Richtung hin zu der piezoelektrischen Schicht 130, so dass der innere Abschnitt 422 der inneren Elektrodenschicht 428 zumindest teilweise durch den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421 umgeben ist. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421 befindet sich daher an einem äußeren Bereich der unteren Elektrode 420a und der innere Abschnitt 422 befindet sich an einem mittigen bzw. zentralen Bereich der unteren Elektrode 420a. Ebenso erstreckt sich der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 441 der oberen Elektrode 440 effektiv von der äußeren Elektrodenschicht 448 vertikal durch die innere Elektrodenschicht 446 in einer Richtung hin zu der piezoelektrischen Schicht 130, so dass der innere Abschnitt 442 der inneren Elektrodenschicht 446 zumindest teilweise durch den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 441 umgeben ist. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 441 befindet sich daher an einem äußeren Bereich der oberen Elektrode 440 und der innere Abschnitt 442 befindet sich an einem mittigen bzw. zentralen Bereich der oberen Elektrode 440.The integrated low-speed frame 421 extends effectively from the outer electrode layer 426 vertically through the inner electrode layer 428 in a direction towards the piezoelectric layer 130 so the inner section 422 the inner electrode layer 428 at least in part by the integrated low speed frame 421 is surrounded. The integrated low-speed frame 421 is therefore located on an outer area of the lower electrode 420a and the inner section 422 is located at a central or central area of the lower electrode 420a . The integrated low-speed frame also extends 441 the top electrode 440 effectively from the outer electrode layer 448 vertically through the inner electrode layer 446 in a direction towards the piezoelectric layer 130 so the inner section 442 the inner electrode layer 446 at least in part by the integrated low speed frame 441 is surrounded. The integrated low-speed frame 441 is therefore located on an outer area of the upper electrode 440 and the inner section 442 is located at a central or central area of the upper electrode 440 .
4B zeigt FBAR 400B gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, die ähnlich zu FBAR 400A ist, außer dass die obere Elektrode 440a eine Hybridverbundelektrode ist und die untere Elektrode 420 eine Rahmenverbundelektrode ist. Unter Bezugnahme auf 4B beinhaltet die obere Elektrode 440a sowohl integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 441) als auch Temperaturkompensationsmerkmale (z.B. die Temperaturkompensationsschicht 447), während die untere Elektrode 420 eine Rahmenverbundelektrode ist, die nur integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421) beinhaltet. 4B shows FBAR 400B according to a representative embodiment similar to FBAR 400A is, except that the top electrode 440a is a hybrid composite electrode and the lower electrode 420 is a composite frame electrode. With reference to 4B includes the top electrode 440a both integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 441 ) as well as temperature compensation features (e.g. the temperature compensation layer 447 ) while the lower electrode 420 is a composite frame electrode that has only integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 421 ) includes.
Insbesondere beinhaltet der FBAR 400B einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421, der einen inneren Abschnitt 422 in der unteren Elektrode 420 umgibt, und einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 441, der einen inneren Abschnitt 442 in der oberen Elektrode 440a umgibt. Die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421 und 441 sind aus dem ersten Material gebildet und die inneren Abschnitte 422 und 442 sind aus dem zweiten Material gebildet, wobei das zweite Material eine höhere Schallgeschwindigkeit als das erste Material aufweist, wie oben besprochen. Zum Beispiel können die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421 und 441 aus W gebildet sein und die inneren Abschnitte 422 und 442 können aus Mo gebildet sein, obwohl auch andere Materialien eingesetzt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In particular, the FBAR includes 400B an integrated low-speed frame 421 that has an inner section 422 in the lower electrode 420 surrounds, and an integrated low-speed frame 441 that has an inner section 442 in the top electrode 440a surrounds. The integrated low-speed frames 421 and 441 are formed from the first material and the inner sections 422 and 442 are formed from the second material, the second material having a higher speed of sound than the first material, as discussed above. For example, the integrated low-speed frames 421 and 441 be formed from W and the inner sections 422 and 442 can be formed from Mo, although other materials can be used without departing from the scope of the present teachings.
In der dargestellten Ausführungsform weist die obere Hybridverbundelektrode 440a mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer inneren Elektrodenschicht 446, einer Temperaturkompensationsschicht 447 und einer äußeren Elektrodenschicht 448, die in dieser Reihenfolge auf der piezoelektrischen Schicht 130 gestapelt sind. Die innere Elektrodenschicht 446 trennt die Temperaturkompensationsschicht 447 von der piezoelektrischen Schicht 130 ab, so dass keine Zwischenschicht erforderlich ist. Für die Zwecke der Veranschaulichung ist die Temperaturkompensationsschicht 447 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 447 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der oberen Elektrode 440a, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Die innere Elektrodenschicht 446 ist aus dem ersten Material (z.B. W) und dem zweiten Material (z.B. Mo) gebildet und die äußere Elektrodenschicht 448 ist aus dem ersten Material gebildet. Die Temperaturkompensationsschicht 447 kann zum Beispiel aus verschiedenen Materialien mit positiven Temperaturkoeffizienten gebildet sein, wie zum Beispiel BSG, SiO2, Cr oder TeO(x).In the illustrated embodiment, the upper hybrid composite electrode has 440a multiple electrode layers, including an inner electrode layer 446 , a temperature compensation layer 447 and an outer Electrode layer 448 that are in that order on the piezoelectric layer 130 are stacked. The inner electrode layer 446 separates the temperature compensation layer 447 from the piezoelectric layer 130 so that no intermediate layer is required. For the purposes of illustration, the temperature compensation layer is 447 shown as an encapsulated temperature compensation layer, similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 447 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the upper electrode 440a without departing from the scope of the present teachings. The inner electrode layer 446 is formed from the first material (eg W) and the second material (eg Mo) and the outer electrode layer 448 is formed from the first material. The temperature compensation layer 447 For example, can be formed from various materials with positive temperature coefficients, such as BSG, SiO 2 , Cr or TeO (x) .
Die obere Elektrode 440a wird auf der piezoelektrischen Schicht 130 in im Wesentlichen der gleichen Art und Weise gebildet, wie die untere Elektrode 320b auf dem Substrat 110 gebildet wird, wie unter Bezugnahme auf 3B beschrieben. Die untere Elektrode 420 wird auf dem Substrat 110 in im Wesentlichen der gleichen Art und Weise gebildet, wie die obere Elektrode 340 auf der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet wird, wie unter Bezugnahme auf 3B beschrieben. Dementsprechend werden die Details dieser Verfahren hier nicht wiederholt.The top electrode 440a is on the piezoelectric layer 130 formed in essentially the same way as the lower electrode 320b on the substrate 110 is formed, as with reference to FIG 3B described. The lower electrode 420 will on the substrate 110 formed in essentially the same way as the top electrode 340 on the piezoelectric layer 130 is formed, as with reference to FIG 3B described. Accordingly, the details of these procedures are not repeated here.
Wie oben erwähnt, kann in alternativen Ausführungsformen eine Temperaturkompensationsschicht sich innerhalb der piezoelektrischen Schicht befinden, wie oben unter Bezugnahme auf die piezoelektrische Schicht 130b in 1C besprochen. In solchen Ausführungsformen können die obere und untere Elektrode Rahmenverbundelektroden sein, wie zum Beispiel die untere Elektrode 420 und die obere Elektrode 440. Oder eine oder beide von der oberen und unteren Elektrode können Hybridverbundelektroden sein, wie zum Beispiel die untere Elektrode 420a und die obere Elektrode 440a.As mentioned above, in alternative embodiments, a temperature compensation layer may be within the piezoelectric layer, as above with reference to the piezoelectric layer 130b in 1C discussed. In such embodiments, the top and bottom electrodes may be composite frame electrodes, such as the bottom electrode 420 and the top electrode 440 . Or one or both of the top and bottom electrodes may be hybrid composite electrodes, such as the bottom electrode 420a and the top electrode 440a .
Unter Bezugnahme auf 4A - 4B können in alternativen Ausführungsformen Hochgeschwindigkeitsrahmen anstelle von einem oder beiden Niedriggeschwindigkeitsrahmen 421 und 441 beinhaltet sein. Auch kann in alternativen Ausführungsformen jeder der FBARs 400A - 400B nur eine Verbundelektrode beinhalten, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Wenn nur eine von den Elektroden einen integrierten Niedrig-(oder Hoch-) Geschwindigkeitsrahmen beinhaltet, kann die andere Elektrode aus einem einzigen Material oder aus mehreren Materialien (ohne laterale und/oder Temperaturkompensationsmerkmale oder mit einer anderen Art an lateralem Merkmal) gebildet sein.With reference to 4A - 4B may, in alternative embodiments, use high speed frames instead of one or both low speed frames 421 and 441 be included. Also, in alternative embodiments, each of the FBARs can 400A - 400B include only one composite electrode without departing from the scope of the present teachings. If only one of the electrodes includes an integrated low (or high) speed frame, the other electrode can be formed from a single material or from multiple materials (without lateral and / or temperature compensation features or with another type of lateral feature).
5A - 5D sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen. Jeder der in 5A - 5D gezeigten akustischen Resonatoren beinhaltet integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen in beiden Elektroden und eine Temperaturkompensationsschicht in mindestens einer der Elektroden. In alternativen Ausführungsformen kann eine Temperaturkompensationsschicht in der piezoelektrischen Schicht (z.B. wie durch die piezoelektrische Schicht 130a gezeigt) zusätzlich zu oder anstelle der oberen und/oder der unteren Elektrode enthalten sein. Es wird verstanden, dass die gleichen allgemeinen Konfigurationen in akustischen Resonatoren mit einem Hochgeschwindigkeitsrahmen - zusätzlich zu oder anstelle eines Niedriggeschwindigkeitsrahmen - in mindestens einer der Elektroden jeweils beinhaltet sein können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. 5A - 5D 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators according to representative embodiments. Everyone in 5A - 5D The acoustic resonators shown include integrated low-speed frames in both electrodes and a temperature compensation layer in at least one of the electrodes. In alternative embodiments, a temperature compensation layer may be in the piezoelectric layer (e.g., as through the piezoelectric layer 130a shown) in addition to or instead of the upper and / or the lower electrode. It is understood that the same general configurations in acoustic resonators with a high speed frame - in addition to or instead of a low speed frame - can be included in at least one of the electrodes without departing from the scope of the present teachings.
Unter Bezugnahme auf 5A, beinhaltet FBAR 500A einen Resonatorstapel, der eine erste oder untere Elektrode 520a, eine piezoelektrische Schicht 130 und eine zweite oder obere Elektrode 540 umfasst, die über einem Substrat 110 mit einem Hohlraum 115 zur Reflektion von akustischen Wellen gestapelt sind. In verschiedenen alternativen Konfigurationen kann der FBAR 500A einen bekannten akustischen Spiegel, wie zum Beispiel ein Bragg-Spiegel (nicht gezeigt), an Stelle des Hohlraums 115 beinhalten, wie oben erwähnt. In der dargestellten Ausführungsform ist die untere Elektrode 520a eine Hybridverbundelektrode, insofern als sie sowohl integrierte laterale Merkmale als auch Temperaturkompensationsmerkmale beinhaltet, während die obere Elektrode 540 eine Rahmenverbundelektrode ist, insofern als sie nur integrierte laterale Merkmale beinhaltet.With reference to 5A , includes FBAR 500A a resonator stack that has a first or lower electrode 520a , a piezoelectric layer 130 and a second or top electrode 540 includes that over a substrate 110 with a cavity 115 are stacked to reflect acoustic waves. The FBAR can be used in various alternative configurations 500A a known acoustic mirror, such as a Bragg mirror (not shown), in place of the cavity 115 involve, as mentioned above. In the illustrated embodiment, the bottom electrode 520a a hybrid composite electrode in that it includes both integrated lateral features and temperature compensation features while the top electrode 540 is a composite frame electrode insofar as it only contains integrated lateral features.
Insbesondere beinhaltet der FBAR 500A einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521, der einen inneren Abschnitt 522 in der unteren Elektrode 520a umgibt, und einen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541, der einen inneren Abschnitt 542 in der oberen Elektrode 540 umgibt. Die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 und 541 sind aus dem ersten Material gebildet und die inneren Abschnitte 522 und 542 sind aus dem zweiten Material gebildet, wobei das zweite Material eine höhere Schallgeschwindigkeit als das erste Material aufweist, wie oben besprochen. Zum Beispiel können die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 und 541 aus W gebildet sein und die inneren Abschnitte 522 und 542 können aus Mo gebildet sein, obwohl auch andere Materialien eingesetzt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In particular, the FBAR includes 500A an integrated low-speed frame 521 that has an inner section 522 in the lower electrode 520a surrounds, and an integrated low-speed frame 541 that has an inner section 542 in the top electrode 540 surrounds. The integrated low-speed frames 521 and 541 are formed from the first material and the inner sections 522 and 542 are formed from the second material, the second material having a higher speed of sound than the first material, as discussed above. For example, the integrated low-speed frames 521 and 541 be formed from W and the inner sections 522 and 542 can be formed from Mo, although other materials are also used can without departing from the scope of the present teachings.
In der dargestellten Ausführungsform weist die untere Hybridverbundelektrode 520a mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer äußeren Elektrodenschicht 526, einer inneren Elektrodenschicht 528, einer Temperaturkompensationsschicht 527 und einer Zwischenschicht 529, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 110 gestapelt sind. Die Zwischenschicht 529 trennt die Temperaturkompensationsschicht 527 von der piezoelektrischen Schicht 130 ab. Obwohl das Vorliegen der Zwischenschicht 529 nicht erforderlich ist, erleichtert sie das richtige Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 und sorgt ansonsten für einen Schutz der Temperaturkompensationsschicht 527 während des Herstellungsprozesses. Auch ist für die Zwecke der Veranschaulichung die Temperaturkompensationsschicht 527 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, z.B. ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 527 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der unteren Elektrode 520a, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In the illustrated embodiment, the lower hybrid composite electrode has 520a multiple electrode layers, including an outer electrode layer 526 , an inner electrode layer 528 , a temperature compensation layer 527 and an intermediate layer 529 that are in that order on the substrate 110 are stacked. The intermediate layer 529 separates the temperature compensation layer 527 from the piezoelectric layer 130 from. Although the presence of the intermediate layer 529 is not required, it facilitates the correct growth of the piezoelectric layer 130 and otherwise ensures protection of the temperature compensation layer 527 during the manufacturing process. Also for the purposes of illustration is the temperature compensation layer 527 shown as an encapsulated temperature compensation layer, for example similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 527 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the lower electrode 520a without departing from the scope of the present teachings.
Im Allgemeinen wird zunächst die äußere Elektrodenschicht 526 auf dem Substrat 110 gebildet und dann wird die innere Elektrodenschicht 528 auf der äußeren Elektrodenschicht 526 gebildet. Die Temperaturkompensationsschicht 527 wird auf der gesamten oder einem Teil der inneren Elektrodenschicht 528 gebildet und die Zwischenschicht 529 wird auf der Temperaturkompensationsschicht 527 und auf freiliegenden Bereichen der inneren Elektrodenschicht 528 gebildet, um die untere Elektrode 520a bereitzustellen. Die piezoelektrische Schicht 130 wird dann auf der Zwischenschicht 529 gebildet.Generally the first is the outer electrode layer 526 on the substrate 110 is formed and then the inner electrode layer 528 on the outer electrode layer 526 educated. The temperature compensation layer 527 is on all or part of the inner electrode layer 528 formed and the intermediate layer 529 is on the temperature compensation layer 527 and on exposed areas of the inner electrode layer 528 formed the lower electrode 520a to provide. The piezoelectric layer 130 is then on the intermediate layer 529 educated.
In Bezug auf die äußere Elektrodenschicht 526 kann zum Beispiel der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 durch Aufbringen einer Schicht des ersten Materials auf eine obere Oberfläche des Substrats 110 und des Hohlraums 115 (vor dem Entfernen des Opfermaterials, das ursprünglich den Hohlraum 115 ausfüllt) unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke gebildet werden. Dann wird eine Trockenätzung verwendet, um ein gewünschtes Muster des ersten Materials, das den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 bildet, zu definieren. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (300 A an AIN zum Beispiel) (nicht gezeigt) wird über dem Substrat 110, dem Hohlraum 115 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 abgeschieden. Das zweite Material wird dann auf einer oberen Oberfläche des Substrats 110, des Hohlraums 115 und des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmens 521 und über der Metallätzabbruchschicht unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke abgeschieden. Das zweite Material wird dann von dem Substrat 110 und von dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 weggeätzt, gefolgt von dem Aufbringen eines Photoresist-Musters (z.B. über Photolithographie) unter Verwendung von zum Beispiel einem auf SF6 basierenden Plasmaätzen zur Bildung des gewünschten Musters der äußeren Elektrodenschicht 526. Zuletzt wird eine CMP unter Verwendung von zum Beispiel einem Aluminiumoxid Schleifmittel durchgeführt, um eine gewünschte im Wesentlichen planare äußere Elektrodenschicht 526 zu erhalten. Eine Schicht des zweiten Materials wird auf die äußere Elektrodenschicht 526 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 528 führt. Die Temperaturkompensationsschicht 527 und die Zwischenschicht 529 werden auf der inneren Elektrodenschicht 528 gebildet, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.In relation to the outer electrode layer 526 For example, the integrated low-speed frame 521 by applying a layer of the first material on an upper surface of the substrate 110 and the cavity 115 (Before removing the sacrificial material that originally contained the cavity 115 filled) using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example to the desired thickness. Then a dry etch is used to create a desired pattern of the first material that forms the integrated low speed frame 521 forms to define. A thin metal etch break layer (300 A on AIN for example) (not shown) is placed over the substrate 110 , the cavity 115 and the integrated low-speed frame 521 deposited. The second material is then on an upper surface of the substrate 110 , the cavity 115 and the integrated low-speed frame 521 and deposited over the metal etch breakdown layer using a sputter, evaporation, or CVD technique, for example, to the desired thickness. The second material is then removed from the substrate 110 and the integrated low-speed frame 521 etched away, followed by applying a photoresist pattern (e.g. via photolithography) using, for example, an SF 6 based plasma etch to form the desired pattern of the outer electrode layer 526 . Finally, a CMP is performed using, for example, an alumina abrasive to create a desired substantially planar outer electrode layer 526 to obtain. A layer of the second material is placed on the outer electrode layer 526 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the inner electrode layer 528 leads. The temperature compensation layer 527 and the intermediate layer 529 are on the inner electrode layer 528 as above, for example, with reference to FIG 1A and or 2nd discussed. Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
Als ein Ergebnis ist der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 effektiv in der unteren Elektrode 520a eingebettet. Der innere Abschnitt 522 der äußeren Elektrodenschicht 526 ist zumindest teilweise durch den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 der äußeren Elektrodenschicht 526 umgeben. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 befindet sich daher an einem äußeren Bereich der unteren Elektrode 520a und der innere Abschnitt 522 befindet sich an einem mittigen bzw. zentralen Bereich der unteren Elektrode 520a. Es sei darauf hingewiesen, dass der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 ähnlich ist zu dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 121 in FBAR 100B, der oben unter Bezugnahme auf 1B besprochen ist, außer dass der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 nicht durch die gesamte Dicke der unteren Elektrode 520a hindurchgeht. Daher kann die Dicke des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 variiert werden (durch Variation der Dicke der äußeren Elektrodenschicht 526), ohne die gesamte Dicke der unteren Elektrode 520a zu variieren.As a result, the integrated low speed frame 521 effectively in the lower electrode 520a embedded. The inner section 522 the outer electrode layer 526 is at least in part due to the integrated low speed frame 521 the outer electrode layer 526 surround. The integrated low-speed frame 521 is therefore located on an outer area of the lower electrode 520a and the inner section 522 is located at a central or central area of the lower electrode 520a . It should be noted that the integrated low-speed frame 521 is similar to the integrated low speed frame 121 in FBAR 100B that referenced above 1B is discussed, except that the integrated low-speed frame 521 not through the entire thickness of the bottom electrode 520a goes through. Therefore, the thickness of the integrated low speed frame 521 can be varied (by varying the thickness of the outer electrode layer 526 ) without the entire thickness of the lower electrode 520a to vary.
Ebenso weist die obere Rahmenverbundelektrode 540 mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer inneren Elektrodenschicht 546, die angrenzend zu der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet ist, und einer äußeren Elektrodenschicht 548, die angrenzend zu der inneren Elektrodenschicht 546 gebildet ist. Da die obere Elektrode 540 oberhalb der piezoelektrischen Schicht 130 in der in 5A dargestellten Orientierung gebildet ist, wird zunächst die innere Elektrodenschicht 546 auf der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet und die äußere Elektrodenschicht 548 wird auf der inneren Elektrodenschicht 546 gebildet. Zum Beispiel kann die innere Elektrodenschicht 546 durch Aufbringen einer Schicht des zweiten Materials auf eine obere Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke aufgebracht werden. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (300 Å Schicht an AlN zum Beispiel) (nicht gezeigt) kann dann abgeschieden werden. Die Bildung des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 als Teil der äußeren Elektrodenschicht 548 kann dann in einer ähnlichen Art und Weise durchgeführt werden, wie die oben beschriebene Bildung des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.The upper frame composite electrode also has 540 multiple electrode layers, including an inner electrode layer 546 that are adjacent to the piezoelectric layer 130 is formed, and an outer electrode layer 548 that are adjacent to the inner electrode layer 546 is formed. Because the top electrode 540 above the piezoelectric layer 130 in the in 5A orientation is formed, the inner electrode layer is first 546 on the piezoelectric layer 130 formed and the outer electrode layer 548 is on the inner electrode layer 546 educated. For example, the inner electrode layer 546 by applying a layer of the second material on an upper surface of the piezoelectric layer 130 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, to the desired thickness. A thin layer of metal etch ( 300 Å layer of AlN for example) (not shown) can then be deposited. The formation of the integrated low-speed frame 541 as part of the outer electrode layer 548 can then be performed in a manner similar to the formation of the low speed integrated frame described above 521 . Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
Als ein Ergebnis ist der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 effektiv in der oberen Elektrode 540 eingebettet. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 umgibt zumindest teilweise einen inneren Abschnitt 542 der äußeren Elektrodenschicht 548. Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 befindet sich daher an einem äußeren Bereich der oberen Elektrode 540 und der innere Abschnitt 542 befindet sich an einem mittigen bzw. zentralen Bereich der oberen Elektrode 540. Wie oben in Bezug auf den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 besprochen, ist der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 ähnlich zu dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 141 in FBAR 100A, außer dass der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 nicht durch die gesamte Dicke der oberen Elektrode 540 hindurchgeht. Daher kann die Dicke des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 variiert werden (durch Variation der Dicke der äußeren Elektrodenschicht 548), ohne die gesamte Dicke der oberen Elektrode 540 zu variieren.As a result, the integrated low speed frame 541 effectively in the top electrode 540 embedded. The integrated low-speed frame 541 at least partially surrounds an inner portion 542 the outer electrode layer 548 . The integrated low-speed frame 541 is therefore located on an outer area of the upper electrode 540 and the inner section 542 is located at a central or central area of the upper electrode 540 . As above for the integrated low speed frame 521 discussed is the integrated low speed frame 541 similar to the integrated low-speed frame 141 in FBAR 100A , except that the integrated low-speed frame 541 not through the entire thickness of the top electrode 540 goes through. Therefore, the thickness of the integrated low speed frame 541 can be varied (by varying the thickness of the outer electrode layer 548 ) without the entire thickness of the top electrode 540 to vary.
5B zeigt FBAR 500B gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, die ähnlich zu FBAR 500A ist, außer was die Position der Temperaturkompensationsschicht 527 innerhalb der unteren Elektrode 520b betrifft. Unter Bezugnahme auf 5B ist die untere Elektrode 520b eine Hybridverbundelektrode, die sowohl integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521) als auch Temperaturkompensationsmerkmale (z.B. die Temperaturkompensationsschicht 527) beinhaltet, während die obere Elektrode 540 eine Rahmenverbundelektrode ist, die nur integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541) beinhaltet und die die Gleiche ist, wie oben in Bezug auf FBAR 500A besprochen. 5B shows FBAR 500B according to a representative embodiment similar to FBAR 500A is except what the position of the temperature compensation layer 527 inside the lower electrode 520b concerns. With reference to 5B is the bottom electrode 520b a hybrid composite electrode that has both integrated lateral features (e.g. the integrated low-speed frame 521 ) as well as temperature compensation features (e.g. the temperature compensation layer 527 ) while the top electrode 540 is a composite frame electrode that has only integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 541 ) which is the same as above for FBAR 500A discussed.
In der dargestellten Ausführungsform weist die untere Hybridverbundelektrode 520b mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer äußeren Elektrodenschicht 526, einer Temperaturkompensationsschicht 527 und einer inneren Elektrodenschicht 528, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 110 gestapelt sind. Es gibt keine Zwischenschicht, weil die innere Elektrodenschicht 528 die Temperaturkompensationsschicht 527 von der piezoelektrischen Schicht 130 abtrennt. Es kann eine Impfschicht (nicht gezeigt) auf einer oberen Oberfläche der inneren Elektrodenschicht 528 gebildet werden, um das Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 zu erleichtern. Für die Zwecke der Veranschaulichung ist die Temperaturkompensationsschicht 527 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 527 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der unteren Elektrode 520b, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In the illustrated embodiment, the lower hybrid composite electrode has 520b multiple electrode layers, including an outer electrode layer 526 , a temperature compensation layer 527 and an inner electrode layer 528 that are in that order on the substrate 110 are stacked. There is no intermediate layer because of the inner electrode layer 528 the temperature compensation layer 527 from the piezoelectric layer 130 separates. There may be a seed layer (not shown) on an upper surface of the inner electrode layer 528 formed to grow the piezoelectric layer 130 to facilitate. For the purposes of illustration, the temperature compensation layer is 527 shown as an encapsulated temperature compensation layer, similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 527 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the lower electrode 520b without departing from the scope of the present teachings.
Die äußere Elektrodenschicht 526, die den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 enthält, kann gebildet werden, wie oben unter Bezugnahme auf die untere Elektrode 520a beschrieben. Die Temperaturkompensationsschicht 527 kann auf die äußere Elektrodenschicht 526 aufgebracht werden, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Eine Schicht des zweiten Materials wird auf die Temperaturkompensationsschicht 527 und auf freiliegende Abschnitte der äußeren Elektrodenschicht 526 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 528 führt. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.The outer electrode layer 526 which the integrated low-speed frame 521 can be formed as above with reference to the lower electrode 520a described. The temperature compensation layer 527 can on the outer electrode layer 526 applied, as above, for example, with reference to FIG 1A and or 2nd discussed. A layer of the second material is placed on the temperature compensation layer 527 and exposed portions of the outer electrode layer 526 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the inner electrode layer 528 leads. Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
5C zeigt FBAR 500C gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, die ähnlich zu FBAR 500A ist, außer dass die obere Elektrode 540a eine Hybridverbundelektrode ist und die untere Elektrode 520 eine Rahmenverbundelektrode ist. Unter Bezugnahme auf 5C beinhaltet die obere Elektrode 540a sowohl integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541) als auch Temperaturkompensationsmerkmale (z.B. die Temperaturkompensationsschicht 547), während die untere Elektrode 520 eine Rahmenverbundelektrode ist, die nur integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521) beinhaltet. 5C shows FBAR 500C according to a representative embodiment similar to FBAR 500A is, except that the top electrode 540a is a hybrid composite electrode and the lower electrode 520 is a composite frame electrode. With reference to 5C includes the top electrode 540a both integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 541 ) as well as temperature compensation features (e.g. the temperature compensation layer 547 ) while the lower electrode 520 is a composite frame electrode that only has integrated lateral features (e.g. the integrated low-speed frame 521 ) includes.
In Bezug auf die untere Elektrode 520, kann die äußere Elektrodenschicht 526, die den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 enthält, aus dem ersten und zweiten Material auf einer oberen Oberfläche des Substrats 110 und des Hohlraums 115, wie oben unter Bezugnahme auf 5A besprochen, gebildet werden. Eine Schicht des zweiten Materials wird dann auf die äußere Elektrodenschicht 526 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 528 führt. Die piezoelektrische Schicht 130 wird über der inneren Elektrodenschicht 528 angeordnet. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.Regarding the lower electrode 520 , the outer electrode layer 526 which the integrated low-speed frame 521 contains, from the first and second material on an upper surface of the substrate 110 and the cavity 115 as above with reference to 5A discussed, formed. A layer of the second material is then applied to the outer electrode layer 526 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the inner electrode layer 528 leads. The piezoelectric layer 130 is over the inner electrode layer 528 arranged. Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
Die obere Elektrode 540a wird gebildet unter Verwendung des im Wesentlichen gleichen Verfahrens wie zur Bildung der unteren Elektrode 520a in FBAR 500A, wie oben besprochen, in umgekehrter Reihenfolge. Das heißt, eine Schicht des zweiten Materials wird auf die piezoelektrische Schicht 130 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der Zwischenschicht 549 führt. Die Temperaturkompensationsschicht 547 wird auf die Zwischenschicht 549 aufgebracht, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Wie oben erwähnt, kann in alternativen Ausführungsformen die Temperaturkompensationsschicht 547 direkt auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet werden, weil die Zwischenschicht 549 nicht benötigt wird, um das Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 zu unterstützen, obwohl sie für einen Schutz der Temperaturkompensationsschicht 547 sorgt und ansonsten die Temperaturkompensationseffekte der Temperaturkompensationsschicht 547 beeinflusst. Für die Zwecke der Veranschaulichung ist die Temperaturkompensationsschicht 547 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 547 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der unteren Elektrode 540b, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.The top electrode 540a is formed using essentially the same procedure as for forming the lower electrode 520a in FBAR 500A , as discussed above, in reverse order. That is, a layer of the second material is on top of the piezoelectric layer 130 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the intermediate layer 549 leads. The temperature compensation layer 547 is on the intermediate layer 549 applied as above, for example, with reference to FIG 1A and or 2nd discussed. As mentioned above, in alternative embodiments, the temperature compensation layer 547 directly on the top surface of the piezoelectric layer 130 be formed because of the intermediate layer 549 is not needed to grow the piezoelectric layer 130 to support, although for protection of the temperature compensation layer 547 provides and otherwise the temperature compensation effects of the temperature compensation layer 547 influenced. For the purposes of illustration, the temperature compensation layer is 547 shown as an encapsulated temperature compensation layer, similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 547 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the lower electrode 540b without departing from the scope of the present teachings.
Eine Schicht des zweiten Materials wird auf die Temperaturkompensationsschicht 547 und auf freiliegende Abschnitte der Zwischenschicht 549 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 546 führt. Die äußere Elektrodenschicht 548, die den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 enthält, kann durch Aufbringen einer Schicht des ersten Materials auf eine obere Oberfläche der inneren Elektrodenschicht 546 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke gebildet werden. Dann wird eine Trockenätzung verwendet, um ein gewünschtes Muster des ersten Materials, das den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 bildet, zu definieren. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (300 Å an AlN zum Beispiel) (nicht gezeigt) wird über der inneren Elektrodenschicht 546 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 abgeschieden. Das zweite Material wird über der inneren Elektrodenschicht 546 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke abgeschieden. Das zweite Material wird dann von dem Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 weggeätzt, gefolgt von dem Aufbringen eines Photoresist-Musters (z.B. über Photolithographie) unter Verwendung von zum Beispiel einem auf SF6 basierenden Plasmaätzen zur Bildung des gewünschten Rahmenmusters der äußeren Elektrodenschicht 548. Zuletzt wird eine CMP unter Verwendung von zum Beispiel einem Aluminiumoxid Schleifmittel durchgeführt, um eine gewünschte im Wesentlichen planare äußere Elektrodenschicht 548 zu erhalten. Eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) kann auf der äußeren Elektrodenschicht 548 gebildet werdenA layer of the second material is placed on the temperature compensation layer 547 and exposed portions of the interlayer 549 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the inner electrode layer 546 leads. The outer electrode layer 548 which the integrated low-speed frame 541 contains, by applying a layer of the first material on an upper surface of the inner electrode layer 546 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, to the desired thickness. Then a dry etch is used to create a desired pattern of the first material that forms the integrated low speed frame 541 forms to define. A thin layer of metal etch ( 300 Å on AlN for example) (not shown) is over the inner electrode layer 546 and the integrated low-speed frame 541 deposited. The second material is over the inner electrode layer 546 and the integrated low-speed frame 541 deposited to the desired thickness, for example using a sputtering, evaporation or CVD technique. The second material is then from the low speed frame 541 etched away, followed by applying a photoresist pattern (e.g. via photolithography) using, for example, a plasma etch based on SF 6 to form the desired frame pattern of the outer electrode layer 548 . Finally, a CMP is performed using, for example, an alumina abrasive to create a desired substantially planar outer electrode layer 548 to obtain. A passivation layer (not shown) can be on the outer electrode layer 548 be formed
5D zeigt FBAR 500D gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, die ähnlich zu FBAR 500C ist, außer was die Position der Temperaturkompensationsschicht 547 innerhalb der oberen Elektrode 540b betrifft. Unter Bezugnahme auf 5D ist die obere Elektrode 540b eine Hybridverbundelektrode, die sowohl integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 41) als auch Temperaturkompensationsmerkmale (z.B. die Temperaturkompensationsschicht 547) beinhaltet, während die untere Elektrode 520 eine Rahmenverbundelektrode ist, die nur integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521) beinhaltet und die die Gleiche ist, wie oben in Bezug auf FBAR 500C besprochen. 5D shows FBAR 500D according to a representative embodiment similar to FBAR 500C is except what the position of the temperature compensation layer 547 inside the top electrode 540b concerns. With reference to 5D is the top electrode 540b a hybrid composite electrode that has both integrated lateral features (e.g. the integrated low-speed frame 41 ) as well as temperature compensation features (e.g. the temperature compensation layer 547 ) while the lower electrode 520 is a composite frame electrode that has only integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 521 ) which is the same as above for FBAR 500C discussed.
In der dargestellten Ausführungsform weist die obere Hybridverbundelektrode 540b mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer inneren Elektrodenschicht 546, einer Temperaturkompensationsschicht 547 und einer äußeren Elektrodenschicht 548, die in dieser Reihenfolge auf der piezoelektrischen Schicht 130 gestapelt sind. Es gibt keine Zwischenschicht, weil die innere Elektrodenschicht 546 die Temperaturkompensationsschicht 547 von der piezoelektrischen Schicht 130 abtrennt. Für die Zwecke der Veranschaulichung ist die Temperaturkompensationsschicht 547 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 547 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der oberen Elektrode 540b, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In the illustrated embodiment, the upper hybrid composite electrode has 540b multiple electrode layers, including an inner electrode layer 546 , a temperature compensation layer 547 and an outer electrode layer 548 that are in that order on the piezoelectric layer 130 are stacked. There is no intermediate layer because of the inner electrode layer 546 the temperature compensation layer 547 from the piezoelectric layer 130 separates. For the purposes of illustration, the Temperature compensation layer 547 shown as an encapsulated temperature compensation layer, similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 547 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the upper electrode 540b without departing from the scope of the present teachings.
Die obere Elektrode 540b wird gebildet, indem eine Schicht des zweiten Materials wird auf die piezoelektrische Schicht 130 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht wird, was zu der Bildung der inneren Elektrodenschicht 546 führt. Die Temperaturkompensationsschicht 547 wird auf die innere Elektrodenschicht 546 aufgebracht, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Die äußere Elektrodenschicht 548, die den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 541 enthält, wird dann auf der Temperaturkompensationsschicht 547 und auf freiliegenden Abschnitten der inneren Elektrodenschicht 546 gebildet, wie oben unter Bezugnahme auf die obere Elektrode 540a beschrieben. Eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) kann auf der äußeren Elektrodenschicht 548 gebildet werdenThe top electrode 540b is formed by placing a layer of the second material on top of the piezoelectric layer 130 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, resulting in the formation of the inner electrode layer 546 leads. The temperature compensation layer 547 is on the inner electrode layer 546 applied as above, for example, with reference to FIG 1A and or 2nd discussed. The outer electrode layer 548 which the integrated low-speed frame 541 contains, is then on the temperature compensation layer 547 and on exposed portions of the inner electrode layer 546 formed as above with reference to the top electrode 540a described. A passivation layer (not shown) can be on the outer electrode layer 548 be formed
Wie oben erwähnt, kann in alternativen Ausführungsformen eine Temperaturkompensationsschicht sich innerhalb der piezoelektrischen Schicht befinden, wie oben unter Bezugnahme auf die piezoelektrische Schicht 130b in 1C besprochen. In solchen Ausführungsformen können die obere und untere Elektrode Rahmenverbundelektroden sein, wie zum Beispiel die untere Elektrode 520 und die obere Elektrode 540. Oder eine oder beide von der oberen und unteren Elektrode können Hybridverbundelektroden sein, wie zum Beispiel die unteren Elektroden 520a und 520b und die oberen Elektroden 540a und 540b.As mentioned above, in alternative embodiments, a temperature compensation layer may be within the piezoelectric layer, as above with reference to the piezoelectric layer 130b in 1C discussed. In such embodiments, the top and bottom electrodes may be composite frame electrodes, such as the bottom electrode 520 and the top electrode 540 . Or one or both of the top and bottom electrodes may be hybrid composite electrodes, such as the bottom electrodes 520a and 520b and the top electrodes 540a and 540b .
Unter Bezugnahme auf 5A - 5D können in alternativen Ausführungsformen Hochgeschwindigkeitsrahmen anstelle von einem oder beiden Niedriggeschwindigkeitsrahmen 521 und 541 beinhaltet sein. Auch kann in alternativen Ausführungsformen jeder der FBARs 500A - 500D nur eine Verbundelektrode beinhalten, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Wenn nur eine von den Elektroden einen integrierten Niedrig-(oder Hoch-) Geschwindigkeitsrahmen beinhaltet, kann die andere Elektrode aus einem einzigen Material oder aus mehreren Materialien (ohne laterale und/oder Temperaturkompensationsmerkmale oder mit einer anderen Art an lateralem Merkmal) gebildet sein.With reference to 5A - 5D may, in alternative embodiments, use high speed frames instead of one or both low speed frames 521 and 541 be included. Also, in alternative embodiments, each of the FBARs can 500A - 500D include only one composite electrode without departing from the scope of the present teachings. If only one of the electrodes includes an integrated low (or high) speed frame, the other electrode can be formed from a single material or from multiple materials (without lateral and / or temperature compensation features or with another type of lateral feature).
6A - 6C sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulichen. Jeder der in 6A - 6C gezeigten akustischen Resonatoren beinhaltet integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen in beiden Elektroden und eine Temperaturkompensationsschicht in mindestens einer der Elektroden. In alternativen Ausführungsformen kann eine Temperaturkompensationsschicht in der piezoelektrischen Schicht (z.B. wie durch die piezoelektrische Schicht 130a gezeigt) zusätzlich zu oder anstelle der oberen und/oder der unteren Elektrode enthalten sein. Es wird verstanden, dass die gleichen allgemeinen Konfigurationen in akustischen Resonatoren mit einem Hochgeschwindigkeitsrahmen - zusätzlich zu oder anstelle eines Niedriggeschwindigkeitsrahmen - in mindestens einer der Elektroden jeweils beinhaltet sein können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. 6A - 6C 14 are cross-sectional diagrams illustrating acoustic resonators according to representative embodiments. Everyone in 6A - 6C The acoustic resonators shown include integrated low-speed frames in both electrodes and a temperature compensation layer in at least one of the electrodes. In alternative embodiments, a temperature compensation layer may be in the piezoelectric layer (e.g., as through the piezoelectric layer 130a shown) in addition to or instead of the upper and / or the lower electrode. It is understood that the same general configurations in acoustic resonators with a high speed frame - in addition to or instead of a low speed frame - can be included in at least one of the electrodes without departing from the scope of the present teachings.
Unter Bezugnahme auf 6A, beinhaltet FBAR 600A einen Resonatorstapel, der eine erste oder untere Elektrode 620a, eine piezoelektrische Schicht 130 und eine zweite oder obere Elektrode 640 umfasst, die über einem Substrat 110 mit einem Hohlraum 115 zur Reflektion von akustischen Wellen gestapelt sind. In verschiedenen alternativen Konfigurationen kann der FBAR 600A einen bekannten akustischen Spiegel, wie zum Beispiel ein Bragg-Spiegel (nicht gezeigt), an Stelle des Hohlraums 115 beinhalten, wie oben erwähnt. In der dargestellten Ausführungsform ist die untere Elektrode 620a eine Hybridverbundelektrode, insofern als sie sowohl integrierte laterale Merkmale als auch Temperaturkompensationsmerkmale beinhaltet, während die obere Elektrode 640 eine Rahmenverbundelektrode ist, insofern als sie nur integrierte laterale Merkmale beinhaltet.With reference to 6A , includes FBAR 600A a resonator stack that has a first or lower electrode 620a , a piezoelectric layer 130 and a second or top electrode 640 includes that over a substrate 110 with a cavity 115 are stacked to reflect acoustic waves. The FBAR can be used in various alternative configurations 600A a known acoustic mirror, such as a Bragg mirror (not shown), in place of the cavity 115 involve, as mentioned above. In the illustrated embodiment, the bottom electrode 620a a hybrid composite electrode in that it includes both integrated lateral features and temperature compensation features while the top electrode 640 is a composite frame electrode insofar as it only contains integrated lateral features.
Insbesondere ist die untere Elektrode 620a des FBAR 600A im Wesentlichen die Gleiche wie die untere Elektrode 520a des FBAR 500A, wie oben besprochen. Daher werden die Details in Bezug auf die Konfiguration und die Bildung der unteren Elektrode 620a nicht wiederholt. Die obere Elektrode 640 des FBAR 600A ist ähnlich zu der oberen Elektrode 540 des FBAR 500A, außer dass der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 641, der einen inneren Abschnitt 642 umgibt, in der inneren Elektrodenschicht 646 ist (im Gegensatz zu der äußeren Elektrodenschicht). Der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 641 ist aus dem ersten Material gebildet und der innere Abschnitt 642 ist aus dem zweiten Material gebildet, wobei das zweite Material eine höhere Schallgeschwindigkeit als das erste Material aufweist, wie oben besprochen. Zum Beispiel kann der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 641 aus W gebildet sein und der innere Abschnitt 642 kann aus Mo gebildet sein, obwohl auch andere Materialien eingesetzt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Die obere Elektrode 640 wird auf der piezoelektrischen Schicht 130 in im Wesentlichen der gleichen Art und Weise gebildet, wie die untere Elektrode 520 auf dem Substrat 110 gebildet wird, wie unter Bezugnahme auf 5C besprochen. Daher werden die Details dieser Verfahren nicht wiederholt.In particular, the lower electrode 620a of the FBAR 600A essentially the same as the bottom electrode 520a of the FBAR 500A as discussed above. Therefore, the details regarding the configuration and formation of the lower electrode 620a not repeated. The top electrode 640 of the FBAR 600A is similar to the top electrode 540 of the FBAR 500A , except that the integrated low-speed frame 641 that has an inner section 642 surrounds in the inner electrode layer 646 is (in contrast to the outer electrode layer). The integrated low-speed frame 641 is formed from the first material and the inner section 642 is formed from the second material, the second material having a higher speed of sound than the first material, as discussed above. For example, the integrated low-speed frame 641 be formed from W and the inner section 642 can be formed from Mo, although other materials can be used without the scope of the present Teachings to leave. The top electrode 640 is on the piezoelectric layer 130 formed in essentially the same way as the lower electrode 520 on the substrate 110 is formed, as with reference to FIG 5C discussed. Therefore, the details of these procedures are not repeated.
Unter Bezugnahme auf 6B, beinhaltet FBAR 600B einen Resonatorstapel, der eine erste oder untere Elektrode 620b, eine piezoelektrische Schicht 130 und eine zweite oder obere Elektrode 640 umfasst, die über einem Substrat 110 mit einem Hohlraum 115 zur Reflektion von akustischen Wellen gestapelt sind. In verschiedenen alternativen Konfigurationen kann der FBAR 600B einen bekannten akustischen Spiegel, wie zum Beispiel ein Bragg-Spiegel (nicht gezeigt), an Stelle des Hohlraums 115 beinhalten, wie oben erwähnt. In der dargestellten Ausführungsform ist die untere Elektrode 620b eine Hybridverbundelektrode, insofern als sie sowohl integrierte laterale Merkmale als auch Temperaturkompensationsmerkmale beinhaltet, während die obere Elektrode 640 eine Rahmenverbundelektrode ist, insofern als sie nur integrierte laterale Merkmale beinhaltet.With reference to 6B , includes FBAR 600B a resonator stack that has a first or lower electrode 620b , a piezoelectric layer 130 and a second or top electrode 640 includes that over a substrate 110 with a cavity 115 are stacked to reflect acoustic waves. The FBAR can be used in various alternative configurations 600B a known acoustic mirror, such as a Bragg mirror (not shown), in place of the cavity 115 involve, as mentioned above. In the illustrated embodiment, the bottom electrode 620b a hybrid composite electrode in that it includes both integrated lateral features and temperature compensation features while the top electrode 640 is a composite frame electrode insofar as it only contains integrated lateral features.
Der FBAR 600B ist im Wesentlichen der Gleiche wie der FBAR 600A, außer was die Position der Temperaturkompensationsschicht 627 innerhalb der unteren Elektrode 620b betrifft. Insbesondere ist die untere Elektrode 620b im Wesentlichen die Gleiche wie die untere Elektrode 520b in FBAR 500B, wie oben besprochen. Daher werden die Details in Bezug auf die Konfiguration und die Bildung der unteren Elektrode 620b nicht wiederholt.The FBAR 600B is essentially the same as the FBAR 600A , except what the position of the temperature compensation layer 627 inside the lower electrode 620b concerns. In particular, the lower electrode 620b essentially the same as the bottom electrode 520b in FBAR 500B as discussed above. Therefore, the details regarding the configuration and formation of the lower electrode 620b not repeated.
6C zeigt FBAR 600C gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, die ähnlich zu FBAR 600A ist, außer dass die obere Elektrode 640a eine Hybridverbundelektrode ist und die untere Elektrode 620 eine Rahmenverbundelektrode ist. Unter Bezugnahme auf 6C beinhaltet die obere Elektrode 640a sowohl integrierte laterale Merkmale (z.B. den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 641) als auch Temperaturkompensationsmerkmale (z.B. die Temperaturkompensationsschicht 647), während die untere Elektrode 620 eine Rahmenverbundelektrode ist, die im Wesentlichen die Gleiche ist wie die untere Elektrode 520 in FBAR 500C, wie oben besprochen. 6C shows FBAR 600C according to a representative embodiment similar to FBAR 600A is, except that the top electrode 640a is a hybrid composite electrode and the lower electrode 620 is a composite frame electrode. With reference to 6C includes the top electrode 640a both integrated lateral features (e.g. the integrated low speed frame 641 ) as well as temperature compensation features (e.g. the temperature compensation layer 647 ) while the lower electrode 620 is a composite frame electrode that is substantially the same as the lower electrode 520 in FBAR 500C as discussed above.
In der dargestellten Ausführungsform weist die obere Hybridverbundelektrode 640a mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer inneren Elektrodenschicht 646, einer Temperaturkompensationsschicht 647 und einer äußeren Elektrodenschicht 648, die in dieser Reihenfolge auf der piezoelektrischen Schicht 130 gestapelt sind. Für die Zwecke der Veranschaulichung ist die Temperaturkompensationsschicht 647 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 647 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der oberen Elektrode 640a, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.In the illustrated embodiment, the upper hybrid composite electrode has 640a multiple electrode layers, including an inner electrode layer 646 , a temperature compensation layer 647 and an outer electrode layer 648 that are in that order on the piezoelectric layer 130 are stacked. For the purposes of illustration, the temperature compensation layer is 647 shown as an encapsulated temperature compensation layer, similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 647 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the upper electrode 640a without departing from the scope of the present teachings.
In Bezug auf die innere Elektrodenschicht 646 kann zum Beispiel der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen 641 durch Aufbringen einer Schicht des ersten Materials auf eine obere Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke gebildet werden. Dann wird eine Trockenätzung verwendet, um ein gewünschtes Muster des ersten Materials, das den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 641 bildet, zu definieren. Eine dünne Metallätzabbruchschicht (300 Å an AlN zum Beispiel) (nicht gezeigt) wird über der piezoelektrischen Schicht 130 und dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 641 abgeschieden. Das zweite Material wird dann auf einer oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 und des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmens 641 und über der Metallätzabbruchschicht unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke abgeschieden. Das zweite Material wird dann von der piezoelektrischen Schicht 130 und von dem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen 641 weggeätzt, gefolgt von dem Aufbringen eines Photoresist-Musters (z.B. über Photolithographie) unter Verwendung von zum Beispiel einem auf SF6 basierenden Plasmaätzen zur Bildung des gewünschten Musters der inneren Elektrodenschicht 646. Zuletzt wird eine CMP unter Verwendung von zum Beispiel einem Aluminiumoxid Schleifmittel durchgeführt, um eine gewünschte im Wesentlichen planare innere Elektrodenschicht 646 zu erhalten. Die Temperaturkompensationsschicht 647 wird auf der inneren Elektrodenschicht 646 gebildet, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Eine Schicht des zweiten Materials wird auf die Temperaturkompensationsschicht 647 und freiliegende Abschnitte der inneren Elektrodenschicht 646 unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel aufgebracht, was zu der Bildung der äußeren Elektrodenschicht 648 führt. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.Regarding the inner electrode layer 646 For example, the integrated low-speed frame 641 by applying a layer of the first material on an upper surface of the piezoelectric layer 130 using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, to the desired thickness. Then a dry etch is used to create a desired pattern of the first material that forms the integrated low speed frame 641 forms to define. A thin layer of metal etch ( 300 Å on AlN for example) (not shown) is placed over the piezoelectric layer 130 and the integrated low-speed frame 641 deposited. The second material is then on an upper surface of the piezoelectric layer 130 and the integrated low-speed frame 641 and deposited over the metal etch breakdown layer using a sputter, evaporation, or CVD technique, for example, to the desired thickness. The second material is then from the piezoelectric layer 130 and the integrated low-speed frame 641 etched away, followed by application of a photoresist pattern (e.g. via photolithography) using, for example, an SF 6 based plasma etch to form the desired pattern of the inner electrode layer 646 . Finally, a CMP is performed using, for example, an alumina abrasive to create a desired substantially planar inner electrode layer 646 to obtain. The temperature compensation layer 647 is on the inner electrode layer 646 as above, for example, with reference to FIG 1A and or 2nd discussed. A layer of the second material is placed on the temperature compensation layer 647 and exposed portions of the inner electrode layer 646 applied using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example, which leads to the formation of the outer electrode layer 648 leads. Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
Für die Zwecke der Veranschaulichung ist die Temperaturkompensationsschicht 647 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 647 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der oberen Elektrode 640a, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.For the purposes of illustration, the temperature compensation layer is 647 shown as an encapsulated temperature compensation layer, similar to the encapsulated one Temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 647 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the upper electrode 640a without departing from the scope of the present teachings.
Wie oben erwähnt, kann in alternativen Ausführungsformen eine Temperaturkompensationsschicht sich innerhalb der piezoelektrischen Schicht befinden, wie oben unter Bezugnahme auf die piezoelektrische Schicht 130b in 1C besprochen. In solchen Ausführungsformen können die obere und untere Elektrode Rahmenverbundelektroden sein, wie zum Beispiel die untere Elektrode 620 und die obere Elektrode 640. Oder eine oder beide von der oberen und unteren Elektrode können Hybridverbundelektroden sein, wie zum Beispiel die unteren Elektroden 620a und 620b und die obere Elektrode 640a.As mentioned above, in alternative embodiments, a temperature compensation layer may be within the piezoelectric layer, as above with reference to the piezoelectric layer 130b in 1C discussed. In such embodiments, the top and bottom electrodes may be composite frame electrodes, such as the bottom electrode 620 and the top electrode 640 . Or one or both of the top and bottom electrodes may be hybrid composite electrodes, such as the bottom electrodes 620a and 620b and the top electrode 640a .
Unter Bezugnahme auf 6A - 6C können in alternativen Ausführungsformen Hochgeschwindigkeitsrahmen anstelle von einem oder beiden Niedriggeschwindigkeitsrahmen 621 und 641 beinhaltet sein. Auch kann in alternativen Ausführungsformen jeder der FBARs 600A - 600C nur eine Verbundelektrode beinhalten, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Wenn nur eine von den Elektroden einen integrierten Niedrig-(oder Hoch-) Geschwindigkeitsrahmen beinhaltet, kann die andere Elektrode aus einem einzigen Material oder aus mehreren Materialien (ohne laterale und/oder Temperaturkompensationsmerkmale oder mit einer anderen Art an lateralem Merkmal) gebildet sein.With reference to 6A - 6C may, in alternative embodiments, use high speed frames instead of one or both low speed frames 621 and 641 be included. Also, in alternative embodiments, each of the FBARs can 600A - 600C include only one composite electrode without departing from the scope of the present teachings. If only one of the electrodes includes an integrated low (or high) speed frame, the other electrode can be formed from a single material or from multiple materials (without lateral and / or temperature compensation features or with another type of lateral feature).
Weiterhin kann in verschiedenen Ausführungsformen zusätzlich zu den oben unter Bezugnahme auf 3A - 6C besprochenen die Temperaturkompensationsschicht in einer Tempco-Verbundelektrode, die keine lateralen Merkmale aufweist, enthalten sein. Ein Beispiel für diese Konfiguration ist in jeder von 1A und 1B dargestellt, in der eine Elektrode als eine Tempco-Verbundelektrode (untere Elektrode 120a, obere Elektrode 140a) dargestellt ist, während die andere Elektrode eine Rahmenverbundelektrode (untere Elektrode 120, obere Elektrode 140) ist.Furthermore, in various embodiments, in addition to those above with reference to FIG 3A - 6C discussed the temperature compensation layer in a Tempco composite electrode that has no lateral features. An example of this configuration is in each of 1A and 1B shown in which an electrode as a Tempco composite electrode (lower electrode 120a , upper electrode 140a) is shown, while the other electrode is a composite frame electrode (lower electrode 120 , upper electrode 140 ) is.
Zum Beispiel ist 7 ein Querschnittsdiagramm, das einen akustischen Resonator gemäß einer repräsentativen Ausführungsform veranschaulicht, die eine Rahmenverbundelektrode als eine obere Elektrode und eine Tempco-Verbundelektrode als eine untere Elektrode beinhaltet. Insbesondere beinhaltet FBAR 700 einen Resonatorstapel, der eine erste oder untere Elektrode 720, eine piezoelektrische Schicht 130 und eine zweite oder obere Elektrode 740 umfasst, die über einem Substrat 110 mit einem Hohlraum 115 zur Reflektion von akustischen Wellen gestapelt sind. In verschiedenen alternativen Konfigurationen kann der FBAR 700 einen bekannten akustischen Spiegel, wie zum Beispiel ein Bragg-Spiegel (nicht gezeigt), an Stelle des Hohlraums 115 beinhalten, wie oben erwähnt. In der dargestellten Ausführungsform ist die untere Elektrode 720 eine Tempco-Verbundelektrode, insofern als sie Temperaturkompensationsmerkmale beinhaltet, während die obere Elektrode 740 eine Rahmenverbundelektrode ist, insofern als sie integrierte laterale Merkmale beinhaltet. Die obere Elektrode 740 ist im Wesentlichen die Gleiche wie die obere Elektrode 640 in FBARs 600A und 600B, wie oben besprochen. Daher werden die Details in Bezug auf die Konfiguration und die Bildung der oberen Elektrode 740 nicht wiederholt. Es wird verstanden, dass die obere Elektrode 740 jegliche Konfiguration einer Rahmenverbundelektrode haben kann, wie zum Beispiel die Konfigurationen der oberen Elektroden 140, 340, 440 und 540, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.For example is 7 4 is a cross-sectional diagram illustrating an acoustic resonator according to a representative embodiment that includes a composite frame electrode as an upper electrode and a Tempco composite electrode as a lower electrode. In particular, FBAR includes 700 a resonator stack that has a first or lower electrode 720 , a piezoelectric layer 130 and a second or top electrode 740 includes that over a substrate 110 with a cavity 115 are stacked to reflect acoustic waves. The FBAR can be used in various alternative configurations 700 a known acoustic mirror, such as a Bragg mirror (not shown), in place of the cavity 115 involve, as mentioned above. In the illustrated embodiment, the bottom electrode 720 a Tempco composite electrode in that it includes temperature compensation features, while the top electrode 740 is a composite frame electrode insofar as it includes integrated lateral features. The top electrode 740 is essentially the same as the top electrode 640 in FBARs 600A and 600B as discussed above. Therefore, the details related to the configuration and formation of the top electrode 740 not repeated. It is understood that the top electrode 740 can have any configuration of a composite frame electrode, such as the configurations of the top electrodes 140 , 340 , 440 and 540 without departing from the scope of the present teachings.
Die untere Elektrode 720 weist mehrere Elektrodenschichten auf, einschließlich einer äußeren Elektrodenschicht 726, einer Temperaturkompensationsschicht 727 und einer Zwischenschicht 729, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 110 gestapelt sind. Die Zwischenschicht 729 trennt die Temperaturkompensationsschicht 727 von der piezoelektrischen Schicht 130 ab. Obwohl das Vorliegen der Zwischenschicht 729 nicht erforderlich ist, erleichtert sie das richtige Wachstum der piezoelektrischen Schicht 130 und sorgt ansonsten für einen Schutz der Temperaturkompensationsschicht 727 während des Herstellungsprozesses. Auch ist für die Zwecke der Veranschaulichung die Temperaturkompensationsschicht 727 als eine eingekapselte Temperaturkompensationsschicht gezeigt, z.B. ähnlich wie die eingekapselte Temperaturkompensationsschicht 227, die oben unter Bezugnahme auf 2 besprochen wurde. Es wird jedoch verstanden, dass in alternativen Konfigurationen die Temperaturkompensationsschicht 727 auch nicht eingekapselt oder nur teilweise eingekapselt sein kann innerhalb der unteren Elektrode 720, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.The lower electrode 720 has multiple electrode layers, including an outer electrode layer 726 , a temperature compensation layer 727 and an intermediate layer 729 that are in that order on the substrate 110 are stacked. The intermediate layer 729 separates the temperature compensation layer 727 from the piezoelectric layer 130 from. Although the presence of the intermediate layer 729 is not required, it facilitates the correct growth of the piezoelectric layer 130 and otherwise ensures protection of the temperature compensation layer 727 during the manufacturing process. Also for the purposes of illustration is the temperature compensation layer 727 shown as an encapsulated temperature compensation layer, for example similar to the encapsulated temperature compensation layer 227 that referenced above 2nd was discussed. However, it is understood that in alternative configurations, the temperature compensation layer 727 can also not be encapsulated or only partially encapsulated within the lower electrode 720 without departing from the scope of the present teachings.
Die äußere Elektrodenschicht 726 kann durch Aufbringen einer Schicht des zweiten Materials (z.B. Mo) auf eine obere Oberfläche des Substrats 110 und des Hohlraums 115 (vor dem Entfernen des Opfermaterials, das ursprünglich den Hohlraum 115 ausfüllt) unter Verwendung einer Sputter-, Verdampfungs- oder CVD-Technik zum Beispiel bis zur gewünschten Dicke gebildet werden. Die Temperaturkompensationsschicht 727 und die Zwischenschicht 729 werden auf der äußeren Elektrodenschicht 726 gebildet, und die piezoelektrische Schicht 130 wird auf der Zwischenschicht 729 gebildet, wie oben zum Beispiel unter Bezugnahme auf 1A und/oder 2 besprochen. Selbstverständlich können auch verschiedene andere Techniken eingesetzt werden, wie es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich wäre.The outer electrode layer 726 can be done by applying a layer of the second material (eg Mo) to an upper surface of the substrate 110 and the cavity 115 (Before removing the sacrificial material that originally contained the cavity 115 filled) using a sputtering, evaporation or CVD technique, for example to the desired thickness. The temperature compensation layer 727 and the intermediate layer 729 are on the outer electrode layer 726 formed, and the piezoelectric layer 130 is on the intermediate layer 729 formed as above for Example with reference to 1A and or 2nd discussed. Various other techniques can of course also be used, as would be apparent to one of ordinary skill in the art.
8A ist ein Graph, der normalisierte Spitzenverformungsenergie-(Normalized Peak Strain Energy, NPSE) Verteilungen von den ersten fünf Moden (abklingend und sich ausbreitend) für ein FBAR darstellt, das eine obere Rahmenverbundelektrode und keine Tempco-Verbundelektrode aufweist, und 8B ist ein Graph, der NPSE-Verteilungen von den ersten fünf Moden für ein FBAR darstellt, das eine obere Rahmenverbundelektrode und eine untere Tempco-Verbundelektrode aufweist (z.B. FBAR 700, gezeigt in 7). In beiden 8A und 8B wird die obere Rahmenverbundelektrode unter Verwendung von AI als dem ersten Material und Mo als dem zweiten Material gebildet, wobei Al eine vergleichbare Schallgeschwindigkeit zu Mo hat, aber eine um ungefähr 30 Prozent niedrigere akustische Impedanz. Wie Mason-Modell Berechnungen anzeigen, bildet solch eine Struktur einen schwachen Niedriggeschwindigkeitsrahmen, verglichen mit zum Beispiel dem Hauptresonatorstapel von FBAR 700. Der Grund für dieses Verhalten liegt darin, dass das Al mit niedriger Impedanz es erlaubt, dass mehr Energie durch sowohl die den Rahmen bildende Al-Schicht als auch die obere Mo-Schicht hindurchtritt, was die Beiträge der Al-Schicht und der oberen Mo-Schicht zu der gesamten Schallgeschwindigkeit des Resonatorstapels größer macht. Da die Schallgeschwindigkeit der Al- und Mo-Schichten ungefähr 40 Prozent niedriger ist als die Schallgeschwindigkeit in AIN, erniedrigt der gesteigerte Beitrag zur Schallgeschwindigkeit von der Al-Schicht und der oberen Mo-Schicht die gesamte Schallgeschwindigkeit in dem Resonatorstapel, wodurch effektiv ein Niedriggeschwindigkeitsrahmen erzeugt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in einer typischen Zusatzrahmen- (add-on frame) Konfiguration, wo eine Schicht an Material einfach in dem Rahmenbereich hinzugegeben wird, die effektive niedrige Geschwindigkeit dadurch erreicht wird, dass der Umlaufpfad (round-trip path) einer Schallwelle zwischen dem unteren Teil und dem oberen Teil des Resonatorstapels erhöht wird. Im Gegensatz dazu wird bei dem oben beschriebenen integrierten Verbundrahmen die effektive niedrige Geschwindigkeit des Resonatorstapels dadurch erreicht, dass die Beiträge von den Al- und Mo-Schichten mit niedrigerer Geschwindigkeit zu der gewichteten Summe von allen Geschwindigkeiten von Materialien, die der Resonatorstapel in dem integrierten Verbundrahmenbereich umfasst, erhöht werden 8A FIG. 10 is a graph illustrating normalized peak strain energy (NPSE) distributions of the first five modes (decaying and spreading) for an FBAR that has a top frame composite electrode and no Tempco composite electrode, and 8B FIG. 10 is a graph illustrating NPSE distributions of the first five modes for an FBAR that has an upper frame composite electrode and a lower tempco composite electrode (eg FBAR 700 , shown in 7 ). In both 8A and 8B the upper composite frame electrode is formed using Al as the first material and Mo as the second material, where Al has a speed of sound comparable to Mo but has an acoustic impedance about 30 percent lower. As Mason's model calculations indicate, such a structure forms a weak low-speed frame compared to, for example, the main FBAR resonator stack 700 . The reason for this behavior is that the low impedance Al allows more energy to pass through both the Al layer forming the frame and the top Mo layer, which contributes to the Al layer and the top Mo Layer to the total sound velocity of the resonator stack. Since the speed of sound of the Al and Mo layers is approximately 40 percent lower than the speed of sound in AIN, the increased contribution to the speed of sound from the Al layer and the top Mo layer lowers the overall speed of sound in the resonator stack, effectively creating a low speed frame becomes. It should be noted that in a typical add-on frame configuration where a layer of material is simply added in the frame area, the effective low speed is achieved by the round-trip path of a sound wave between the lower part and the upper part of the resonator stack is increased. In contrast, in the integrated composite frame described above, the effective low speed of the resonator stack is achieved by lowering the contributions from the Al and Mo layers to the weighted sum of all speeds of materials that the resonator stack has in the integrated composite frame region includes, be increased
Die fünf Moden niedrigster Ordnung, die durch den Stapel unterstützt werden, für Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz beinhalten den abklingenden Dickendehnungsmodus (evanescent thickness extensional mode) (bezeichnet als eTE1), den ausbreitenden Dickendehnungsmodus (propagating thickness extensional mode) (bezeichnet als pTE1), den Dickenschermodus (thickness shear mode) (bezeichnet als TS1), den Dilatationsmodus (dilatational mode) (bezeichnet als L1) und den Biegemodus (flexural mode) (bezeichnet als F1). Die fünf Moden werden bei jeweiligen Serienresonanzfrequenzen Fs + 30 MHz berechnet, die einer Frequenz auf ungefähr halbem Weg zwischen der Serienresonanzfrequenz Fs und der Parallelresonanzfrequenz Fp entsprechen. Zac bezeichnet die akustische Impedanz, normalisiert auf die akustische Impedanz der Mo-Schicht (die Höchste in dem Resonatorstapel), und wird in 8A und 8B verwendet, um Positionen in dem Resonatorstapel zu markieren. Unter Bezugnahme auf die Zac-Linie in 8A ist es zum Beispiel ersichtlich, dass sich die untere Mo-Elektrode von 0 bis ungefähr 0,4 µm erstreckt, die piezoelektrische Schicht aus AlN sich von ungefähr 0,4 µm bis ungefähr 1,3 µm erstreckt, die obere Mo-Schicht sich von ungefähr 1,3 bis ungefähr 1,65 µm erstreckt und die Passivierungsschicht aus AlN sich von ungefähr 1,65 µm bis ungefähr 1,85 µm erstreckt. Der Unterschied zwischen den in 8A und 8B gezeigten Resonatorstapeln liegt darin, dass in 8B eine ungefähr 1000 Å dicke Temperaturkompensationsschicht unterhalb der piezoelektrischen Schicht aus AlN hinzugefügt ist und sich von ungefähr 0,3 µm bis ungefähr 0,4 µm in dem Resonatorstapel erstreckt.The five lowest order modes supported by the stack for frequencies above the cutoff frequency include the evanescent thickness extensional mode (referred to as eTE1), the propagating thickness extensional mode (referred to as pTE1) Thick shear mode (referred to as TS1), dilatational mode (referred to as L1) and flexural mode (referred to as F1). The five modes are calculated at respective series resonance frequencies Fs + 30 MHz, which correspond to a frequency approximately halfway between the series resonance frequency Fs and the parallel resonance frequency Fp. Zac denotes the acoustic impedance, normalized to the acoustic impedance of the Mo layer (the highest in the resonator stack), and is in 8A and 8B used to mark positions in the resonator stack. Referring to the Zac line in 8A For example, it can be seen that the lower Mo electrode extends from 0 to approximately 0.4 µm, the piezoelectric layer made of AlN extends from approximately 0.4 µm to approximately 1.3 µm, the upper Mo layer extends from extends from about 1.3 to about 1.65 µm and the passivation layer made of AlN extends from about 1.65 µm to about 1.85 µm. The difference between the in 8A and 8B shown resonator stacks is that in 8B an approximately 1000 Å thick temperature compensation layer is added below the AlN piezoelectric layer and extends from about 0.3 µm to about 0.4 µm in the resonator stack.
Die integrierten „Niedriggeschwindigkeits-“Rahmen in der oberen Rahmenverbundelektrode vermindern die elektrisch angeregte Kolbenmodus-Amplitude in dem Rahmenbereich um die Parallelresonanzfrequenz Fp herum, und vermindern somit die Streuung an der Kante der oberen Rahmenverbundelektrode. Zusätzlich unterdrücken integrierte Rahmen mit optimierter Breite sich ausbreitende Moden, die an der Grenzfläche des integrierten Rahmens und der in dem zentralen Abschnitt des FBAR befindlichen Membran angeregt werden. Jedoch hängt die Effektivität des integrierten Rahmens im Allgemeinen von der Überlappung der gegebenen Eigenmoden mit dem integrierten Rahmen ab.The integrated "low speed" frames in the upper composite electrode reduce the electrically excited piston mode amplitude in the frame area around the parallel resonance frequency Fp, and thus reduce the scatter at the edge of the upper composite electrode. In addition, integrated frames with optimized width suppress modes which are excited at the interface of the integrated frame and the membrane located in the central section of the FBAR. However, the effectiveness of the integrated frame generally depends on the overlap of the given eigenmodes with the integrated frame.
Wie in 8A gezeigt, interagieren die in der oberen Rahmenverbundelektrode (oberhalb der piezoelektrischen Schicht) platzierten integrierten Rahmen am effektivsten mit den pTE1- und L1-Moden (beschränkt durch das obere Ende des Resonatorstapels) und weniger effektiv mit den TS1- und F1-Moden (beschränkt durch das untere Ende des Resonatorstapels). Andererseits interagieren die in der unteren Rahmenverbundelektrode platzierten integrierten Rahmen am effektivsten mit den TS1- und F1-Moden (beschränkt durch das untere Ende des Resonatorstapels) und weniger effektiv mit den pTE1- und L1-Moden (beschränkt durch das obere Ende des Resonatorstapels). Somit liegt der Vorteil der Verwendung von integrierten Rahmen darin, dass sie an der Stelle in dem Resonatorstapel platziert werden können, der für den maximalen Vorteil zur Unterdrückung von störenden lateralen Moden sorgt.As in 8A As shown, the integrated frames placed in the top composite frame electrode (above the piezoelectric layer) interact most effectively with the pTE1 and L1 modes (limited by the top of the resonator stack) and less effectively with the TS1 and F1 modes (limited by the lower end of the resonator stack). On the other hand, the integrated frames placed in the lower composite frame electrode interact most effectively with the TS1 and F1 modes (limited by the lower end of the resonator stack) and less effectively with the pTE1 and L1 modes (limited by the upper end of the resonator stack). Hence the advantage of Use of integrated frames in that they can be placed in place in the resonator stack, which provides the maximum advantage for suppressing disruptive lateral modes.
Unter Bezugnahme auf 8B, verschiebt die niedrige Impedanz der Temperaturkompensationsschicht (z.B. der Temperaturkompensationsschicht 727) in der unteren Tempco-Verbundelektrode die NPSE für die TS1- und F1-Moden noch weiter in Richtung des unteren Teils des Resonatorstapels, was integrierte Rahmen in der oberen Rahmenverbundelektrode noch weniger effizient bei der Unterdrückung dieser Moden macht. In Abhängigkeit von den Designanforderungen kann die Leistungsverbesserung, die durch die oberen Rahmen (entweder integrierte oder Zusatzrahmen) bereitgestellt wird, nicht ausreichend sein in Resonatoren und Filtern mit Temperaturkompensationsschichten. Somit können integrierte Rahmen in der unteren Elektrode (z.B. wie in 6A und 6B gezeigt) enthalten sein, um die TS1- und F1-Moden zu unterdrücken. Da diese integrierten Rahmen im Wesentlichen planar sind, ermöglich sie das Wachstum einer piezoelektrischen Schicht hoher Qualität auf ihnen. Die Entscheidung, ob integrierte Rahmen in der oberen, der unteren oder in beiden Elektroden verwendet werden, kann auf der Basis von Überlegungen zu Gesamtkosten/Leistung gemacht werden, da das Hinzufügen von integrierten Rahmen an verschieden Stellen zwar den Qualitätsfaktor Q des Resonators verbessern kann, aber auch zu einer Zunahme der Gesamtkosten des Filters, der Temperatur-kompensierte Resonatoren umfasst, führen kann.With reference to 8B , shifts the low impedance of the temperature compensation layer (e.g. the temperature compensation layer 727 ) in the lower Tempco composite electrode, the NPSE for the TS1 and F1 modes even further towards the lower part of the resonator stack, which makes integrated frames in the upper frame composite electrode even less efficient in suppressing these modes. Depending on the design requirements, the performance improvement provided by the top frames (either integrated or additional frames) may not be sufficient in resonators and filters with temperature compensation layers. Integrated frames in the lower electrode (e.g. as in 6A and 6B shown) may be included to suppress the TS1 and F1 modes. Because these integrated frames are essentially planar, they allow a high quality piezoelectric layer to grow on them. The decision of whether to use integrated frames in the top, bottom, or both electrodes can be made based on overall cost / performance considerations, since adding integrated frames at different locations can improve the Q quality factor of the resonator, but can also lead to an increase in the total cost of the filter, which includes temperature compensated resonators.
9 ist ein Graph, der einen simulierten Parallelwiderstand Rp (Ohm) versus die Rahmenbreite (µm) von integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen mit verschiedenen Dicken in einem FBAR mit einer oberen Rahmenverbundelektrode und einer unteren Tempco-Verbundelektrode (z.B. der in 7 gezeigte FBAR 700) gemäß repräsentativer Ausführungsformen veranschaulicht. Im Allgemeinen ist der Parallelwiderstand Rp eine Funktion der integrierten Rahmenbreite. In dem dargestellten Beispiel ist der integrierte Niedriggeschwindigkeitsrahmen aus Al als dem ersten Material und Mo als dem zweiten Material gemacht, wobei Al eine vergleichbare Schallgeschwindigkeit zu Mo hat, aber eine um ungefähr 30 Prozent niedrigere akustische Impedanz aufweist. Wie oben erklärt, ergibt solch ein Resonatorstapeldesign effektiv einen Niedriggeschwindigkeitsrahmen. Linie 910 zeigt den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen mit einer Dicke von etwa 0,5 kÄ, Linie 920 zeigt den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen mit einer Dicke von etwa 1 kÄ und Linie 930 zeigt den integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen mit einer Dicke von etwa 2 kÄ. Die Dicken der Schichten in dem Resonatorstapel bleiben ansonsten die Gleichen. Zum Beispiel hat die untere Tempco-Verbundelektrode eine aus Mo gebildete äußere Elektrodenschicht und eine aus BSG gebildete Temperaturkompensationsschicht mit einer Dicke von etwa 500 Å. In diesem Beispiel, ist die Zwischenschicht (z.B. die in 7 gezeigte Zwischenschicht 729) weggelassen, um die Berechnungen zu vereinfachen. Die untere Elektrode hat eine Gesamtdicke von etwa 3,3 kÄ. Die piezoelektrische Schicht ist aus AlN gebildet und hat eine Dicke von etwa 9,3 kÄ. Die obere Rahmenverbundelektrode ist aus Mo gebildet mit einem integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen aus Al, wie oben erwähnt. Die obere Rahmenverbundelektrode hat eine Gesamtdicke von etwa 3,25 kÄ, wobei die Dicke des integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmens variiert. Eine Passivierungsschicht aus AlN ist über der oberen Rahmenverbundelektrode gebildet mit einer Dicke von etwa 2 kÄ gebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass die NSPE-Verteilungen für Eigenmoden, die durch diesen Resonatorstapel unterstützt werden, ohne die Verbundrahmen sehr ähnlich zu den in 8B (wo die BSG-Schicht eine Dicke von etwa 1 kÄ hat) gezeigten NSPE-Verteilungen sind. 9 is a graph showing a simulated parallel resistance Rp (Ohm) versus the frame width (µm) of integrated low-speed frames with different thicknesses in an FBAR with an upper composite frame electrode and a lower composite Tempco electrode (e.g. in 7 FBAR shown 700 ) according to representative embodiments. In general, the parallel resistance Rp is a function of the integrated frame width. In the example shown, the integrated low-speed frame is made of Al as the first material and Mo as the second material, where Al has a speed of sound comparable to Mo but has approximately 30 percent lower acoustic impedance. As explained above, such a resonator stack design effectively results in a low speed frame. line 910 shows the integrated low speed frame with a thickness of about 0.5 kÄ, line 920 shows the integrated low speed frame with a thickness of about 1 kA and line 930 shows the integrated low speed frame with a thickness of about 2 kÄ. The thicknesses of the layers in the resonator stack are otherwise the same. For example, the lower Tempco composite electrode has an outer electrode layer made of Mo and a temperature compensation layer made of BSG with a thickness of about 500 Å. In this example, the intermediate layer (e.g. the one in 7 shown intermediate layer 729 ) omitted to simplify the calculations. The bottom electrode has a total thickness of approximately 3.3 kA. The piezoelectric layer is made of AlN and has a thickness of approximately 9.3 kA. The upper frame composite electrode is made of Mo with an integrated low speed frame made of Al as mentioned above. The top composite frame electrode has a total thickness of about 3.25 kA, with the thickness of the integrated low speed frame varying. A passivation layer made of AlN is formed over the upper composite frame electrode with a thickness of about 2 kA. It should be noted that the NSPE distributions for eigenmodes, which are supported by this resonator stack, are very similar to the ones in FIG 8B (where the BSG layer is about 1 kA thick) are NSPE distributions shown.
Die Linien 910 - 930 zeigen an, dass der Parallelwiderstand Rp wie erwartet eine periodische Funktion der Dicke der integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen ist. Im Allgemeinen gilt, je dünner die integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen, desto besser der Peak bei der Verbesserung des Parallelwiderstands Rp bei jeder Rahmenbreite. Die beste in 9 gezeigte simulierte Verbesserung des Parallelwiderstands Rp stellt eine Verbesserung um etwa das 2,5 fache (von etwa 500 Ohm auf etwa 1200 Ohm) für einen 3 µm breiten integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen dar, wie durch Linie 910 angezeigt.The lines 910 - 930 indicate that the parallel resistance Rp is, as expected, a periodic function of the thickness of the integrated low speed frames. In general, the thinner the integrated low speed frames, the better the peak in improving the parallel resistance Rp for each frame width. The best in 9 The simulated improvement in parallel resistance Rp shown represents an improvement of about 2.5 times (from about 500 ohms to about 1200 ohms) for a 3 µm wide integrated low speed frame, such as by line 910 displayed.
Es wird verstanden, dass die spezifischen Konfigurationen der FBARs 100A bis 700 und verwandte Ausführungsformen, wie oben besprochen, veranschaulichend sind, und dass die verschiedenen Parameter und Charakteristika, wie hier beschrieben, variiert werden können, um für einzigartige Vorteile für jegliche bestimmte Situation zu sorgen oder um spezifische Anwendungsdesignanforderungen zu erfüllen. Weiterhin können verschiedene alternative Kombination von integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen und Hochgeschwindigkeitsrahmen eingesetzt werden, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.It is understood that the specific configurations of the FBARs 100A to 700 and related embodiments, as discussed above, are illustrative and that the various parameters and characteristics as described herein can be varied to provide unique advantages for any particular situation or to meet specific application design requirements. Furthermore, various alternative combinations of integrated low-speed frames and high-speed frames can be used without departing from the scope of the present teachings.
Obwohl jeder der hier besprochenen repräsentativen integrierten Niedriggeschwindigkeitsrahmen eine rechteckige Querschnittsform aufweist, wird darüber hinaus verstanden, dass sie auch andere Querschnittsformen beinhalten können und/oder mehrfach laterale Grenzflächen innerhalb der Verbundelektrode, wie zum Beispiel abgestufte Strukturen, beinhalten können. Beispiele von Rahmen mit mehrfach lateralen Grenzflächen sind in der US-Patentanmeldung mit der Nummer 2013/0063227 A1 von Burak et al., eingereicht am 14. September 2011, die hiermit unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist, enthalten. Die mehrfach lateralen Grenzflächen können für eine verbesserte Beschränkung und/oder Unterdrückung ausgewählter Moden sorgen.Furthermore, although each of the representative integrated low-speed frames discussed here has a rectangular cross-sectional shape, it is understood that they may include other cross-sectional shapes and / or may include multiple lateral interfaces within the composite electrode, such as stepped structures. Examples of frames with multiple lateral interfaces are in the U.S. patent application number 2013/0063227 A1 by Burak et al., filed September 14, 2011, which is hereby incorporated by reference in its entirety. The multiple lateral interfaces can provide an improved restriction and / or suppression of selected modes.
