DE102018118701B3 - BAW-Resonator mit verbesserter Verbindung der oberen Elektrode - Google Patents

BAW-Resonator mit verbesserter Verbindung der oberen Elektrode Download PDF

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Abstract

Ein BAW-Resonator umfasst eine untere Elektrode, eine piezoelektrische Schicht und eine obere Elektrode. Eine Verbindung der oberen Elektrode ist in einer Ebene über der oberen Elektrode angeordnet. Dazu ist ein Abstandshalter oben auf der oberen Elektrode angeordnet. Eine Abdeckschicht sitzt in einem Abstand von der oberen Elektrode auf dem Abstandshalter, so dass ein luftgefüllter Spalt zu der oberen Elektrode aufrechterhalten wird. Die Verbindung der oberen Elektrode kann nun über der Abdeckschicht angeordnet werden. Ein elektrisch leitender Pfad verbindet die obere Elektrode und die Verbindung der oberen Elektrode. Solch ein Resonator erfordert nur eine laterale Konstruktion und kann eine niederohmige Zusammenschaltung von Resonatoren, zum Beispiel in einer Filterschaltung, bereitstellen.

Description

  • In BAW-Resonatoren des Stands der Technik weisen verschiedene Segmente des Umfangs des aktiven Bereichs in Abhängigkeit davon, ob eine Verbindung mit der oberen Elektrodenschicht oder der unteren Elektrodenschicht hergestellt ist oder ob keine Elektrodenverbindung hergestellt ist, verschiedene akustische Randbedingungen auf. Somit sind verschiedene laterale Ausgestaltungen zur Unterdrückung eines lateralen Lecks von akustischer Energie in den verschiedenen Bereichen erforderlich.
  • Ferner kann ein Kompromiss zwischen optimiertem akustischen und elektromagnetischen Verhalten vorliegen.
  • In einer Filterumgebung sind BAW-Resonatoren durch Herstellung von Elektrodenverbindungen mit ihren Elektrodenschichten mit E/A-Pads, anderen Resonatoren oder LC-Elementen verbunden. Diese Verbindungen erfordern ein effizientes laterales Design mit angepassten lateralen Merkmalen zum Unterdrücken von Energieverlusten, die eine Q- und Filterleistungsbeeinträchtigung verursachen. Somit muss das laterale Design in einem typischen Fall entweder für einen nicht verbundenen Bereich, einen verbundenen Bereich der oberen Elektrode oder einen verbundenen Bereich der unteren Elektrode optimiert werden. Ferner muss das Filter im Allgemeinen für geringe akustische Verluste, geringe EM-Verluste (das heißt ohmsche Verluste), eine hohe Leistungsbeständigkeit usw. optimiert werden, was immer Kompromisse erfordert.
  • Aus der EP 1 628 396 B1 ist ein BAW Resonator bekannt, bei dem über dem aktiven Bereich des Resonators eine Abdeckschicht im Abstand zur oberen Elektrode angeordnet ist. Die beiden Elektroden sind über Durchkontaktierungen durch die Abdeckschicht von außen zugänglich.
  • Somit besteht eine Aufgabe in der Bereitstellung eines verbesserten BAW-Resonators, der weniger Anpassung an verschiedene laterale Merkmale erfordert.
  • Diese und andere Aufgaben werden durch einen BAW-Resonator und ein Verfahren zur Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
  • Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausführungsformen werden durch die abhängigen Ansprüche angegeben.
  • Ein BAW-Resonator umfasst eine untere Elektrode, eine piezoelektrische Schicht und eine obere Elektrode. Das Grundkonzept der Erfindung ist die Bereitstellung einer Verbindung der oberen Elektrode für diesen BAW-Resonator, die keine Anpassung des Resonators an verschiedene laterale Umgebungen in der Ebene der oberen Elektrode erfordert.
  • Daher ist die Verbindung der oberen Elektrode in einer Ebene über der oberen Elektrode angeordnet. Dazu ist ein Abstandshalter an der oberen Elektrode angeordnet. Eine Abdeckschicht sitzt in einem Abstand von der oberen Elektrode auf dem Abstandshalter, derart, dass ein luftgefüllter Spalt zu der oberen Elektrode aufrechterhalten wird. Die Verbindung der oberen Elektrode kann nun über der Abdeckschicht angeordnet werden. Ein elektrisch leitender Pfad verbindet die obere Elektrode und die Verbindung der oberen Elektrode.
  • Das neue Konzept dieser vorgeschlagenen Lösung reduziert die Anzahl von Optimierungsproblemen der lateralen Konstruktion auf ein einziges und gestattet die Auslegung eines BAW-Resonators mit reduzierter Chipgröße und reduzierten ohmschen Verlusten.
  • Die einzige erforderliche laterale Konstruktion ist somit so symmetrisch wie möglich. Der Abstandshalter ist ein geschlossener Rahmen und sitzt auf einem Randbereich eines aktiven Resonatorbereichs, um den elektrisch leitenden Pfad bereitzustellen. Aktiver Resonatorbereich bedeutet den lateralen Bereich, in dem sich beide Elektroden und die piezoelektrische Schicht überlappen, und in dem eine akustische Volumenmode zur Ausbreitung durch den BAW-Resonator angeregt werden kann. Der Abstandshalter ist elektrisch leitend, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Verbindung der oberen Elektrode und der oberen Elektrode bereitzustellen. Eine Breite des Abstandshalters ist auf ein Minimum reduziert, so dass minimaler Einfluss auf die akustische Hauptmode des BAW-Resonators vorliegt.
  • Die Abdeckschicht ist vorzugsweise aus einer dielektrischen Schicht gebildet und wirkt als Stützschicht für die Verbindung der oberen Elektrode. Eine Opferschicht, die während der Herstellung auf den vom Rahmen eingeschlossenen aktiven Bereich aufgebracht ist und zur Abstützung der aufgebrachten Abdeckschicht dient, muss später entfernt werden. Daher sind in der Abdeckschicht Freilegungslöcher ausgebildet.
  • Nach dem Entfernen der Opferschicht kann eine organische Versiegelungsschicht auf die Abdeckschicht aufgebracht werden, die die Freilegungslöcher abdichtet. Die Abdeckschicht und die Versiegelungsschicht sind dahingehend strukturiert, mit dem Außenrand des Rahmens lateral bündig abzuschließen.
  • Die obere Metallschicht ist oben auf der Dichtungsschicht angeordnet. Gemäß einer ersten Ausführungsform wird der elektrische Kontakt zwischen dem Abstandshalter und der oberen Metallschicht durch eine elektrisch leitende Versiegelungsschicht bereitgestellt. Wenn kein eigenleitendes organisches Material verwendet wird, kann ein Harz der Versiegelungsschicht mit einem leitenden Füllstoff gefüllt werden. Nützliche Füllstoffe sind in der Technik bekannt. Beispiele für nützliche Füllstoffe sind Graphit, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren und Metallnanopartikel/-nanostäbchen.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann ein leitender rahmenartiger oder rahmenförmiger Durchkontakt durch die organische Versiegelungsschicht verwendet werden. Dieser Rahmen kann oben auf der Abdeckschicht hergestellt werden, bevor die Versiegelungsschicht aufgebracht wird oder vorzugsweise danach. Im letzteren Fall müssen die Versiegelungsschicht und die Abdeckschicht zum Beispiel durch Ausbilden eines Grabens, der einen Teil des Abstandshalters auf der Unterseite des Grabens freilegt, strukturiert werden. Dieser Graben kann in einem geeigneten Metallabscheidungsprozess mit einem Metall gefüllt werden. Die Oberseite dieses rahmenförmigen Durchkontakts kontaktiert die obere Metallschicht und somit die Verbindung der oberen Elektrode.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die obere Elektrode und die piezoelektrische Schicht so strukturiert, dass sie unter Abdeckung einer ersten Grundfläche bündig mit dem rahmenförmigen Abstandshalter abschließen. Während der Strukturierung kann die untere Elektrode als ein Ätzstopp verwendet werden. Somit weist die untere Elektrode eine zweite Grundfläche auf, die größer als die erste Grundfläche ist, und der Abstandshalter erstreckt sich in allen vier Richtungen.
  • Die laterale Konstruktion des BAW-Resonators kann entlang dem gesamten Umfang des aktiven Bereichs die gleiche sein. Sie kann durch Aufbringen von lateralen Strukturen oben auf die obere Elektrode innen neben dem leitenden Rahmen des Abstandshalters optimiert werden. Diese lateralen Strukturen sind dahingehend ausgelegt, nur die gewünschte akustische Hauptmode zu bilden und zu begrenzen und die Erregung von Störmoden zu vermeiden. Solche lateralen Strukturen können ringförmige Strukturen umfassen, deren Höhe im Vergleich zum Zentrums des aktiven Bereichs vergrößert oder reduziert ist. Diese lateralen Strukturen weisen so weit wie möglich einen konstanten Querschnitt auf. Ferner können sie als eine flügelartige Struktur gebildet sein und können sich in einem Abstand von der Oberfläche des Resonators nach innen zum Zentrum des aktiven Resonatorbereichs, nach oben oder nach außen zu dem Rand des Resonators erstrecken. Die lateralen Strukturen weisen entlang dem Umfang vorzugsweise den gleichen Querschnitt auf.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen und die beiliegenden Figuren ausführlicher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch und nicht maßstäblich gezeichnet. Somit lassen sich den Zeichnungen weder relative noch absolute Abmessungen entnehmen.
    • 1 zeigt einen Bragg-Spiegel, der auf einem Substrat abgeschieden ist, in einem schematischen Querschnitt.
    • 2 zeigt die Anordnung von 1 nach dem Aufbringen und Strukturieren einer unteren Elektrode.
    • 3 zeigt die Anordnung von 2 nach dem Aufbringen einer piezoelektrischen Schicht.
    • 4 zeigt die Anordnung von 3 nach dem Aufbringen und Strukturieren einer oberen Elektrodenschicht.
    • 5 zeigt die Anordnung von 4 nach dem Aufbringen und Strukturieren von lateralen Strukturen auf die obere Elektrodenschicht.
    • 6 zeigt die Anordnung von 5 nach dem Aufbringen eines leitenden Abstandshalters.
    • 7 zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen und Strukturieren einer Opferschicht.
    • 8 zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen und Strukturieren einer Abdeckschicht.
    • 9 zeigt die Anordnung nach dem Entfernen der Opferschicht.
    • 10 zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen und Strukturieren einer elektrisch leitenden Versiegelungsschicht.
    • 11A zeigt die Anordnung von 10 nach dem Aufbringen und Strukturieren einer oberen Metallschicht auf einer elektrisch leitenden Versiegelungsschicht.
    • 11B zeigt die Anordnung von 11A, bei der zusätzlich die piezoelektrische Schicht so strukturiert ist, dass sie mit einem Außenrand des Abstandshalters bündig ist.
    • 12 zeigt die Anordnung von 9 nach dem Aufbringen und Strukturieren einer elektrisch isolierenden Versiegelungsschicht.
    • 13 zeigt die Anordnung von 12 nach dem Erzeugen eines rahmenartigen Durchkontakts.
    • 14A zeigt die Anordnung von 13 nach dem Aufbringen und Strukturieren einer oberen Metallschicht.
    • 14B zeigt eine ähnliche Anordnung wie 14A, bei der eine piezoelektrische Schicht so konstruiert ist, dass sie mit einem Außenrand des Abstandshalters bündig ist.
    • 15 zeigt eine Anordnung von mindestens zwei benachbart angeordneten BAW-Resonatoren gemäß 11B nach dem Füllen des Raums zwischen den BAW-Resonatoren mit einem Füllstoffdielektrikum.
    • 16 zeigt eine Anordnung von mindestens zwei benachbart angeordneten BAW-Resonatoren gemäß 14B nach dem Füllen des Raums zwischen dem BAW-Resonatoren mit einem Füllstoffdielektrikum.
    • 17 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer den vorgeschlagenen BAW-Resonator verwendenden Filterschaltung.
  • Auf einem geeigneten Substrat SU wie Silizium ist zum Beispiel ein akustischer Bragg-Spiegel BM ausgebildet und strukturiert. Der Bragg-Spiegel BM umfasst zwei Spiegel M1, M2, die jeweils aus einem Paar Spiegelschichten gebildet sind. In dem Bragg-Spiegel BM wechselt sich Schichten mit hoher Impedanz HI mit Schichten mit niedriger Impedanz LI ab. Die Spiegelschichten können hinsichtlich ihrer Dicke etwas variieren, um ein gewünschtes Reflexionsband einzustellen. Die Schicht mit hoher Impedanz HI kann W umfassen, und die Schichten mit niedriger Impedanz LI umfassen SiO2. Zusätzliche dünne Adhäsion oder Orientierung fördernde Schichten können unter einem Spiegelpaar abgeschieden sein, zum Beispiel Ti oder A1N. Jede leitende Spiegelschicht mit hoher Impedanz HI ist so strukturiert, dass sie auf die Fläche des späteren Resonators beschränkt ist. Schichten mit niedriger Impedanz LI müssen nicht strukturiert werden.
  • Wahlweise kann für die Spiegelschichten und/oder die späteren unteren Elektrodenschichten eine CMP-Planarisierung der obersten Spiegelschicht aus SiO2 eingesetzt werden.
  • 1 zeigt den fertiggestellten Bragg-Spiegel BM in einem schematischen Querschnitt.
  • 2 zeigt die Anordnung von 1 nach dem Aufbringen einer unteren Elektrodenschicht BE und Strukturieren zu dem gewünschten aktiven Bereich des späteren Resonators. Die untere Elektrode BE wird unter Verwendung einer hochleitenden AlCu-Schicht und einer Schicht mit hoher Impedanz, zum Beispiel einer W-Schicht oder einer Mo-Schicht, gebildet. Es kann wieder eine dünne Adhäsion oder Orientierung fördernde Schicht zwischen der unteren Elektrode und dem obersten Spiegel, zum Beispiel Ti oder AlN, eingesetzt werden. Ferner kann/können eine Abdeck- und/oder Ätzstopp-Schicht, wie zum Beispiel TiN, oben auf die AlCu-Schicht aufgebracht werden, um eine Strukturbildung von zusätzlichem sich zwischen der Wolfram- und AlCu-Schicht der unteren Elektrode BE befindenden Resonator-Verstimmungsmaterial zu gestatten.
  • Oben auf der unteren Elektrode BE ist eine piezoelektrische Schicht PL aus beispielsweise AlN oder AlScN gebildet. Ihre Dicke ist aufgrund der zusätzlichen Massenbelastungswirkung durch die Anbringung an der oberen/unteren Elektrode BE und dem Spiegel M auf weniger als die Hälfte der Wellenlänge der gewünschten Resonanzfrequenz eingestellt.
  • Eine obere Elektrode TE kann aus einem Stapel von Schichten gebildet sein. Das leitende Metall kann aus der gleichen Gruppe von Metallen wie die untere Elektrode ausgewählt sein. Der Stapel kann zum Beispiel, ausgehend von der Oberseite der piezoelektrischen Schicht PL, eine dünne Haftschicht, wie zum Beispiel eine Ti-Schicht, eine leitende Schicht, zum Beispiel eine Wolframschicht und eine AlCu-Schicht, eine dünne TiN-Schicht und wahlweise eine dielektrische Schicht aus zum Beispiel SiN umfassen sind abgeschieden. Die SiN-Schicht gewährleistet eine Passivierung der Vorrichtung und kann als eine die Frequenz feinabstimmende Trimmschicht dienen.
  • 4 zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen und Strukturieren der oberen Elektrodenschicht TE.
  • Auf der oberen Elektrodenschicht TE ist nahe ihrem Außenrand eine laterale Struktur LS ausgebildet, die sich bei optimaler Auslegung zur Unterstützung der akustischen Hauptmode und zur Unterdrückung unerwünschter lateraler Störmoden durch Reflexion davon eignet. Ferner wird durch diese lateralen Strukturen ein laterales Geschwindigkeitsprofil gebildet. Diese lateralen Strukturen sind aus der Technik bekannt und können aus einem Metall und/oder einem Dielektrikum gebildet sein. 5 zeigt die Anordnung in diesem Stadium.
  • Im nächsten Schritt wird ein leitender Abstandshalter CS abgeschieden und strukturiert. Der Abstandshalter kann das gleiche Metall wie die obere Elektrode, zum Beispiel Wolfram, Mo oder AlCu, umfassen. Es ist jedoch auch irgendein anderes leitendes Material möglich. Der Abstandshalter ist direkt neben dem Außenrand der oberen Elektrode TE angeordnet. Somit sind die Ränder beider Strukturen bündig. 6 zeigt die Anordnung mit dem leitenden Abstandshalter CS. Aufgrund der Reflexionswirkung der lateralen Strukturen LS gibt es sehr wenig akustische Energie, die von dem Zentrum des Resonators nach außen verlaufen kann, um über die lateralen Strukturen hinaus zu verlaufen. Somit gibt es keine mechanische Wirkung des leitenden Abstandshalters, die mit der akustischen Welle zusammenwirken kann. Die Akustik wird durch die leitenden Abstandshalter nicht gestört.
  • Im nächsten Schritt wird eine Opferschicht OS abgeschieden. Vorzugsweise wird dazu ein Fotoresist verwendet, um eine direkte Strukturierung davon zu gestatten. Die Opferschicht OS ist auf die Oberfläche der oberen Elektrode beschränkt, die von dem leitenden Abstandshalter CS eingeschlossen wird. 7 zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen und Strukturieren einer Opferschicht OS.
  • Auf der ebenen Oberfläche der OS-Schicht wird eine Abdeckschicht CL aufgebracht und strukturiert. In der Abdeckschicht CL sind Freilegungslöcher RH vorgesehen. Ferner ist in einem ringförmigen Randbereich der Abdeckschicht CL der Außenrand des leitenden Abstandshalters CS freigelegt. 8 zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen und Strukturieren der Abdeckschicht CL. SiO2 oder irgendein anderes geeignetes Dielektrikum kann als ein bevorzugtes Material für die Abdeckschicht verwendet werden.
  • Nunmehr kann das Material der Opferschicht OS durch die Freilegungslöcher RH, vorzugsweise durch eine nasschemische Behandlung mit beispielsweise einem Lösungsmittel, entfernt werden. Trockenätzen ist auch möglich und vermeidet das Entfernen von nassen Chemikalienresten.
  • 9 zeigt die Anordnung nach der Freilegung. Zwischen der Abdeckschicht CL und der oberen Elektrode TE ist ein luftgefüllter Spalt GP gebildet worden.
  • Im nächsten Schritt werden die Freilegungslöcher mit einer Versiegelungsschicht SL geschlossen/abgedichtet. Gemäß einer Variante kann dazu ein leitendes hochviskoses Polymer wie BCB (Benzocyclobuten) verwendet werden. Zum Erreichen einer geeigneten elektrischen Leitfähigkeit wird das Polymer mit einem leitenden Füllstoff gefüllt. Geeignete leitende Füllstoffe werden aus Graphit, Graphen, BCB, Kohlenstoffnanoröhren, Metallnanopartikel und Metallnanostäbchen ausgewählt. Ein Strukturierungsschritt beschränkt die Fläche der Versiegelungsschicht SL auf die Fläche der Abdeckschicht CL. 10 zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen und Strukturieren einer Versiegelungsschicht.
  • Durch eine dicke obere Metallschicht TM, die durch Abscheidung auf die Versiegelungsschicht SL aufgebracht wird, werden eine Verstärkung der Versiegelungsschicht SL und ein lötbares Kontaktpad oder eine hochleitende Leiterbahn erreicht. Eine Grundmetallisierung kann gesputtert und strukturiert werden, bevor sie durch Metallabscheidung in einem galvanischen oder stromlosen Schritt verstärkt wird. 11A zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen und Strukturieren einer oberen Metallschicht.
  • Gemäß einer weiteren Variante wird die piezoelektrische Schicht PL in jenen Bereichen, in denen sie freiliegt und nicht durch die obere Elektrode TE bedeckt ist, weggeätzt. 11B zeigt die Anordnung, die sich insofern von der Anordnung von 11A unterscheidet, als freiliegende Bereiche der piezoelektrischen Schicht PL entfernt worden sind.
  • 11B zeigt eine ähnliche Anordnung, die mit der Anordnung von 11 nach dem Aufbringen und Strukturieren einer oberen Metallschicht auf einer elektrisch leitenden Versiegelungsschicht beginnt. In diesem Beispiel ist die Versiegelungsschicht SL elektrisch leitend, und freiliegende Bereiche der piezoelektrischen Schicht PL sind entfernt worden.
  • In 12 wird eine Variante gezeigt, bei der im Gegensatz zu der Anordnung von 10 eine nicht leitende Versiegelungsschicht SL verwendet wird.
  • Da die Versiegelungsschicht SL nicht leitend ist, ist ein Durchkontakt zu dem leitenden Abstandshalter CS erforderlich. Somit kann ein rahmenartiger Durchkontakt TC, der aus einem Metallhügelrahmen besteht, erzeugt und abgeschieden werden. Dieser Durchkontakt TC ist mit dem Abstandshalter CS elektrisch gekoppelt. 13 zeigt die so erzeugte Anordnung.
  • 14A zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen und Strukturieren einer oberen Metallschicht TM auf der Versiegelungsschicht SL, wodurch der Durchkontakt TC elektrisch leitend gemacht wird.
  • 14B zeigt eine ähnliche Anordnung wie 14A, außer dass die piezoelektrische Schicht PL so strukturiert worden ist, dass sie mit einem Außenrand des Abstandshalters CS bündig ist. Ätzen kann vor nach dem Aufbringen des oberen Metalls TM erfolgen, das als eine Ätzmaske dienen kann.
  • In Abhängigkeit von dem verwendeten Ätzsystem kann jedoch irgendeine andere Schicht wie die untere Elektrode oder eine über der unteren Elektrode aufgebrachte Schicht als eine Ätzmaske dienen. Natürlich können auch zusätzlich aufgebrachte Masken verwendet werden. Das Ätzen der piezoelektrischen Schicht PL kann in einem in irgendeiner der 4 bis 9 gezeigten früheren Stadium erfolgen.
  • Dies bedeutet, dass die in den 12 und 14B gezeigten Anordnungen auf eine andere Weise ohne Verwendung der in 14A gezeigten Stufe erzeugt werden können.
  • In den 1 bis 14 wurden einzelne BAW-Resonatoren gezeigt. Die meisten Anwendungen von BAW-Resonatoren verwenden jedoch eine Schaltung, die aus einer Vielzahl von BAW-Resonatoren besteht, die beispielsweise gemäß einer Filterschaltung zusammengeschaltet sind. Dazu stellt die obere Metallschicht eine ideale Pad-Struktur zur elektrischen Verbindung des BAW-Resonators über seine obere Elektrode TE bereit.
  • Die 15 und 16 zeigen Anordnungen von mindestens zwei benachbart angeordneten BAW-Resonatoren gemäß 11B und 14B nach dem Füllen des Raums zwischen den beiden gezeigten BAW-Resonatoren mit einem Füllstoffdielektrikum FD. Ein TEOS als Ausgangsmaterial verwendender CVD-Prozess kann zur Abscheidung des Füllstoffdielektrikums verwendet werden.
  • Das obere Metall TM der beiden BAW-Resonatoren ist über eine Verbindung der oberen Elektrode TEC verbunden, die durch eine jeweils auf das Füllstoffdielektrikum FD aufgebrachte metallische Struktur gebildet ist. Ebenso kann die Verbindung der oberen Elektrode TEC zu anderen Vorrichtungen (in der Figur nicht gezeigt), zu einem äußeren Anschluss oder zu integrierten passiven LC-Elementen geführt werden.
  • 15 entspricht der Anordnung von 11B mit einer leitenden Versiegelungsschicht. 16 entspricht einer Anordnung gemäß 14B mit einem rahmenförmigen Durchkontakt durch eine nicht leitende Versiegelungsschicht SL.
  • In einer eine Vielzahl von zusammengeschalteten BAW-Resonatoren gemäß den 15 und 16 umfassenden Schaltung ist auch ein elektrischer Kontakt mit der unteren Elektrode BE erforderlich. Der Kontakt kann durch Vias, die beispielsweise durch das Füllstoffdielektrikum geätzt sind, bereitgestellt werden. Die sich über den aktiven Resonatorbereich erstreckende größere Fläche der unteren Elektrode BE kann bei der Herstellung jeweiliger Vias als ein Ätzstopp verwendet werden.
  • 17 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer den vorgeschlagenen BAW-Resonator in einer Laddertype-Anordnung verwendenden Filterschaltung. Die Filterschaltung umfasst Reihen-BAW-Resonatoren BRS und Parallel-BAW-Resonatoren BRP , die gemäß der Erfindung gebildet sein können. In dieser Filterschaltung bilden ein jeweiliger Reihen-BAW-Resonator BRS und ein entsprechender Parallel-BAW-Resonator BRP einen Basisabschnitt BSLT der Laddertype-Anordnung. Die Gesamtschaltung umfasst eine beliebige Anzahl von Basisabschnitten BSLT , die zum Erreichen einer gewünschten Filterfunktion in Reihe geschaltet werden können.
  • Die vorgeschlagene Erfindung bietet die folgenden Vorteile:
    • - Es ist kein CMP erforderlich, wenn die Piezoschicht in den Außenbereichen vollständig entfernt wird, da Strukturinhomogenitäten, die entstehen können, wenn die piezoelektrische Schicht über die Ränder der strukturierten Spiegelschichten aufgebracht wird, entfernt sind und somit nicht mehr störend sind.
    • - Es muss nur eine laterale Randkonstruktion optimiert werden.
    • - Durch die neue Konstruktion wird eine Reduzierung der Größe erreicht, da Resonatoren so eng wie möglich zueinander angeordnet werden können und eine Verbindungsführung (mittels einer Verbindung der oberen Elektrode TEC) über und unter der piezoelektrischen statt zwischen Resonatoren erfolgen kann.
    • - Die Oberseite jedes Resonators ist robust und für eine Vielzahl von Kontaktierungstechniken geeignet.
    • - Die robuste Oberseite jedes Resonators kann den Verzicht auf weiteres Packaging gestatten.
    • - Ein BAW-Resonator mit geringeren ohmschen Verlusten kann bei Verwendung dicker Schaltverbindungen (Verbindung des oberen Metalls TM und der oberen Elektrode TEC) erreicht werden.
    • - Der BAW-Resonator weist eine hohe Leistungsbeständigkeit auf, da die Schaltverbindungen eine zusätzliche Funktion als Wärmeverteiler erfüllen.
  • Bezugszeichenliste
    • AR
    aktiver Resonatorbereich
    BE
    untere Elektrode
    BM
    Bragg-Spiegel
    BRP
    Parallel-BAW-Resonator
    BRS
    Reihen-BAW-Resonator
    BS
    Basisabschnitt einer Filterschaltung
    CL
    Abdeckschicht, zum Beispiel
    CP
    Kappe
    CS
    leitender Abstandshalter, zum Beispiel
    FD
    Füllstoffdielektrikum
    GP
    luftgefüllter Spalt
    HI
    Spiegelschicht mit hoher Impedanz
    LI
    Spiegelschicht mit niedriger Impedanz
    M1, M2
    Spiegel (Spiegelschichtenpaar)
    OS
    Opferschicht
    PL
    piezoelektrische Schicht
    RH
    Freilegungsloch
    SL
    organische Versiegelungsschicht
    SU
    Substrat
    TC
    rahmenartiger Durchkontakt
    TE
    obere Elektrode
    TEC
    obere Elektrodenverbindung
    TM
    obere Metallschicht

Claims (13)

  1. BAW-Resonator, umfassend - eine untere Elektrode (BE), - eine piezoelektrische Schicht (PL), - eine obere Elektrode (TE), - einen auf der oberen Elektrode angeordneten Abstandshalter (CS), - eine auf dem Abstandshalter sitzende Abdeckschicht (CL), die einen luftgefüllten Spalt (GP) zu der oberen Elektrode aufrechterhält, - eine über der Abdeckschicht angeordnete Verbindung (TEC) der oberen Elektrode und - ein die obere Elektrode und die Verbindung der oberen Elektrode verbindender elektrisch leitender Pfad.
  2. BAW-Resonator nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Abstandshalter ein leitender Rahmen ist, der zur Bereitstellung des elektrisch leitenden Pfads auf einem Randbereich eines aktiven Resonatorbereichs (AR) sitzt.
  3. BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abdeckschicht eine dielektrische Schicht mit Freilegungslöchern (RH) ist, wobei eine organische Versiegelungsschicht (SL) die Abdeckschicht bedeckt.
  4. BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstandshalter (CS) ein leitender Rahmen ist, der auf einem Randbereich des aktiven Resonatorbereichs sitzt, wobei eine organische Versiegelungsschicht (SL) die Abdeckschicht (CL) bedeckt, wobei eine obere Metallschicht (TM) oben auf der Versiegelungsschicht angeordnet ist, wobei ein elektrischer Kontakt zwischen dem Abstandshalter und der oberen Metallschicht hergestellt wird - durch die mit einem leitenden Füllstoff gefüllte und damit elektrisch leitende Versiegelungsschicht, oder - durch einen rahmenartigen oder rahmenförmigen Durchkontakt durch die organische Versiegelungsschicht, wobei letztere dann elektrisch isolierend ist.
  5. BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die piezoelektrische Schicht, die obere Elektrode, der Abstandshalter (CS) und die Versiegelungsschicht (SL) so strukturiert sind, dass sie die gleiche erste Grundfläche aufweisen, wobei die untere Elektrode (BE) eine zweite Grundfläche aufweist, die größer als die erste Grundfläche ist, um eine Verwendung der unteren Elektrode als eine Ätzstoppschicht zu ermöglichen.
  6. BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei eine Vielzahl von ähnlichen BAW-Resonatoren auf einem gemeinsamen Substrat (SU) nebeneinander angeordnet sind, - wobei zwischen jedem der BAW-Resonatoren und dem Substrat ein Bragg-Spiegel (BM) angeordnet ist, - wobei die untere Elektrode (BE) und die Bragg-Spiegel unter jedem der BAW-Resonatoren strukturiert sind und somit elektrisch gegeneinander isoliert sind, - wobei der Raum zwischen den BAW-Resonatoren auf dem Substrat mit einem Füllstoffdielektrikum (FD) gefüllt ist, - wobei das Füllstoffdielektrikum eine planarisierte Oberfläche aufweist, - wobei die Verbindung der oberen Elektrode oben auf der planarisierten Fläche des Füllstoffdielektrikums angeordnet ist.
  7. BAW-Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der laterale Strukturen (LS) oben auf der oberen Elektrode einwärts neben dem leitenden Rahmen umfasst, wobei die lateralen Strukturen in erster Linie einen konstanten Querschnitt aufweisen und dahingehend ausgelegt sind, die Hauptmode zu begrenzen und zu formen.
  8. Verfahren zum Bilden eines BAW-Resonators, umfassend: A) Anordnen eines Bragg-Spiegels (BM) auf einem Substrat (SU) durch Abscheiden und Strukturieren einer abwechselnden Folge von Schichten mit hoher (HI) und niedriger Impedanz (LI), B) Bilden einer unteren Elektrodenschicht auf der obersten Schicht mit niedriger Impedanz und Strukturieren ersterer, C) Abscheiden einer piezoelektrischen Schicht auf der unteren Elektrode, D) Abscheiden und Strukturieren einer oberen Elektrodenschicht auf der piezoelektrischen Schicht, E) Bilden eines rahmenartigen leitenden Abstandshalters (CS) auf der oberen Elektrodenschicht in einem einen aktiven Bereich des BAW-Resonators umgebenden Randbereich, F) Bilden einer Abdeckschicht (CL) auf dem Abstandshalter unter Beibehaltung eines luftgefüllten Spalts (GP) zu der oberen Elektrodenschicht, G) Bilden einer Verbindung der oberen Elektrode durch Abscheiden und Strukturieren einer Metallschicht (TM) über der Abdeckschicht.
  9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend nach Schritt E) einen Schritt des E1) Abscheidens und Strukturierens einer Opferschicht (OS) F1) Bildens der Abdeckschicht auf der Opferschicht, F2) Bildens von Freilegungslöchern (RH) in der Abdeckschicht, F3) Entfernens der Opferschicht durch die Freilegungslöcher durch Trocken- oder Nassätzen oder Auflösen in einem Lösungsmittel, F4) Abscheidens einer Versiegelungsschicht (SL) auf die Abdeckschicht, G) Bildens einer Verbindung der oberen Elektrode über der Abdeckschicht durch Abscheiden und Strukturieren einer Metallschicht (TM), die einen elektrischen Kontakt mit dem Abstandshalter aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte A) bis F) oder A) bis F4) eine Parallelverarbeitung einer Vielzahl von BAW-Resonatoren umfassen, die nebeneinander auf der Oberfläche des Substrats so angeordnet sind, dass die Vielzahl von BAW-Resonatoren vollständig voneinander getrennt ist, wobei in einem Schritt F) oder Schritt F4) folgenden Schritt F5) ein Füllstoffdielektrikum (FD) über die gesamte Oberfläche zum Füllen der Räume zwischen den getrennten BAW-Resonatoren abgeschieden wird, wobei in einem Schritt F6) die Oberfläche des Füllstoffdielektrikums in einem CMP-Prozess planarisiert wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt G) Bilden eines rahmenartigen oder rahmenförmigen Durchkontakts (TC) durch die Versiegelungsschicht (SL) und Aufbringen einer Metallschicht für die Verbindung der oberen Elektrode in direktem Kontakt mit der Oberseite des Durchkontakts umfasst.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Schritt F5) eine obere Metallschicht über jedem BAW-Resonator oben auf der Versiegelungsschicht gebildet wird, die in lateralen Richtungen mit dem Außenrand des rahmenförmigen Durchkontakts abschließt.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Planarisierungsschritt F6) die Oberfläche der oberen Metallschicht (TM) freigelegt wird, wobei in Schritt G) die Verbindung der oberen Elektrode obere Metallschichten verschiedener BAW-Resonatoren oder mit einem E/A-Pad oder mit LC-Elementen verbindet.
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