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Dokumentenidentifikation DE10155927A1 05.06.2003
Titel Passivierter BAW-Resonator und BAW-Filter
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Timme, Hans-Jörg, Dr.rer.nat., 85521 Ottobrunn, DE;
Niklas, Alfred, Dipl.-Ing., 85586 Poing, DE;
Aigner, Robert, Dr.-Ing., 81675 München, DE;
Meckes, Andreas, Dr., 81735 München, DE;
Elbrecht, Lüder, Dr., 80805 München, DE;
Nessler, Winfried, Dr., 81739 München, DE;
Ehrler, Günter, Dipl.-Phys., 83607 Holzkirchen, DE
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 14.11.2001
DE-Aktenzeichen 10155927
Offenlegungstag 05.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.06.2003
IPC-Hauptklasse H03H 9/17
IPC-Nebenklasse H03H 9/58   
Zusammenfassung Ein BAW-Resonator umfasst ein Substrat (102), eine erste Elektrode (108), die auf einer Oberfläche (106) des Substrats (102) angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht (112), die zumindest teilweise auf der ersten Elektrode (108) angeordnet ist, und eine zweite Elektrode (114), die zumindest teilweise auf der piezoelektrischen Schicht (112) und zumindest teilweise überlappend mit der ersten Elektrode (108) angeordnet ist. Um die zweite Elektrode (114) zu schützen, ist ferner eine Passivierungsschicht (128) auf der zweiten Elektrode vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf BAW-Resonatoren (BAW = Bulk Acoustic Wave = akustische Volumenwellen). Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen passivierten BAW-Resonator. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf BAW-Filter, die solche BAW-Resonatoren umfassen.

BAW-Resonatoren finden beispielsweise in Filtern in der Hochfrequenztechnik vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, wo sie existierende SAW-Filter (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle) oder auch keramische Filter substituieren können. Eine beispielhafte Filterkonfiguration ist das Bandpassfilter, welches unter anderem in mobilen Kommunikationsgeräten eingesetzt wird. Für diesen Einsatz ist es bei SAW-Filtern erforderlich, dass diese hermetisch in einem Gehäuse eingebaut sind.

Dies gilt in gleichem Maße für BAW-Filteranordnungen, wie beispielsweise BAW-Bandpassfilter. Hermetische Gehäuse, z. B. Keramikgehäuse, für BAW-Filteranordnungen sind jedoch nachteilhaft, da diese nur aufwendig hergestellt werden können. Daher werden nicht-hermetische Gehäuse, z. B. Bei HF- Anwendungen übliche Kunststoffgehäuse, den hermetischen Gehäusen vorgezogen, da diese viel einfacher, kleiner und billiger herzustellen sind. Da es das Gehäuse ist, welches die Filterherstellungskosten maßgeblich beeinflusst, ist die Verwendung von nicht-hermetischen Gehäusen wünschenswert und zwingend, um in der Zukunft Produktionskosten weiter einsparen zu können.

BAW-Filter bestehen aus Schaltungen, die unter Verwendung von BAW-Resonatoren aufgebaut wurden. Ein BAW-Resonator ist im Prinzip eine piezoelektrische Schicht, die zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Beide Elektroden bestehen aus einer einzelnen Metallschicht oder einer mehrschichtigen Metallisierung. Typische piezoelektrische Materialien für die piezoelektrische Schicht (aktive Schicht) sind PZT (Blei- Zirkonium-Titanat), ZnO (Zinkoxid) und AlN (Aluminiumnitrid). Typische Metalle, die für die Elektroden verwendet werden, schließen z. B. Al (Aluminium) und W (Wolfram) ein. Die Elektroden eines BAW-Resonators, haben vorzugsweise eine hohe Leitfähigkeit, um einen Resonatorstrom ohne signifikante ohmsche Verluste (parasitäre Effekte) zu führen. Da die Elektroden jedoch nicht nur eine elektrische Funktion haben, sondern gleichzeitig auch die akustischen Eigenschaften des Resonators mitbestimmen, kann ihre Optimierung nicht ausschließlich nach elektrischen Gesichtspunkten erfolgen. So wären z. B. hinreichend dicke Al-Schichten geeignet, ohmsche (parasitäre) Verluste zu minimieren, wenn sie nicht andererseits durch ihre Belastung des Resonators wichtige Eigenschaften wie z. B. die Bandbreite verschlechtern würden. Auch nehmen die Elektroden Einfluss auf die Resonanzfrequenzen eines BAW- Resonators.

Wird der BAW-Resonator in einem nicht-hermetischen Gehäuse verwendet, können sich Probleme mit der Zuverlässigkeit ergeben. Dies gilt insbesondere, wenn die oberste Schicht der oberen Elektrode aus Al oder einem anderen unedlen Metall besteht. In nicht-hermetische Gehäuse tritt, im Gegensatz zu hermetischen Gehäusen, Feuchtigkeit ein. Diese Feuchtigkeit selbst muss die Elektrode noch nicht angreifen. Jedoch kommt es in dem nicht-hermetischen Gehäuse zu einer Kondensation der Feuchtigkeit, die z. B. bewirkt, dass sich Wassertröpfchen auf der Elektrode bilden. Bei Al-Elektroden z. B. kommt es zu einer Reaktion (Korrosion), die zur Zersetzung der Elektrode führt, was wiederum zu einer Änderung der Resonatoreigenschaften (Frequenz, Güte, etc.) führt.

Um die gerade erwähnten Probleme zu vermeiden, sind im Stand der Technik lediglich Filteranordnungen, BAW-Filter oder SAW- Filter, bekannt, bei denen die Filterschaltung ein hermetisches Gehäuse aufweisen, was die oben dargelegten Probleme mit sich bringt, nämlich die hohen Produktionskosten, sowie der mit der Herstellung verbundene Aufwand.

Ein weiteres Problem mit Wassertröpfchen ergibt sich während der Herstellung der BAW-Resonatoren, bei der im Regelfall eine Vielzahl einzelner BAW-Resonatoren auf einem Wafer gebildet werden, die gegen Ende der Herstellung vereinzelt werden. Hierbei werden die Wafer zersägt, wobei Kühl- oder Spülwasser zum Einsatz kommt, das die oben dargelegten Probleme mit sich bringt, wenn es auf die Elektroden trifft.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen BAW-Resonator zu schaffen, der ohne hermetisches Gehäuse eine hohe Zuverlässigkeit hat.

Diese Aufgabe wird durch einen BAW-Resonator gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft einen BAW-Resonator, mit

einem Substrat,

einer ersten Elektrode, die auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist;

einer piezoelektrischen Schicht, die zumindest teilweise auf der ersten Elektrode angeordnet ist;

einer zweiten Elektrode, die zumindest teilweise auf der piezoelektrischen Schicht und zumindest teilweise überlappend mit der ersten Elektrode angeordnet ist; und

einer Passivierungsschicht, die auf der zweiten Elektrode angeordnet ist, um die zweite Elektrode zu schützen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein BAW- Filter geschaffen, das einen oder mehrere der erfindungsgemäßen BAW-Resonatoren umfasst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Hinzufügen eines akustisch dünnen Passivierungsfilmes auf die Oberfläche der oberen Elektrode eines BAW-Resonators der erforderliche Schutz für die Elektrode erreicht werden kann. Diese zusätzliche Schicht ist nicht erforderlich, um eine ordnungsgemäße Funktion des BAW- Resonators zu erreichen, und sie ist auch nicht erforderlich um eine zuverlässige Operation zu erreichen, wenn der BAW- Resonator in einem hermetischen Gehäuse gehäust wird, wie beispielsweise in einem Keramikgehäuse mit einem aufgelöteten oder aufgeschweißten Metalldeckel.

Erfindungsgemäß kann auf ein hermetisches Gehäuse verzichtet werden, und dennoch kann ein optimaler Schutz des BAW- Resonators erreicht werden, indem die obere Elektrode des BAW-Resonators durch einen dünnen Passivierungsfilm geschützt wird. Als Material für diesen Passivierungsfilm wird vorteilhafterweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder TiN (Titannitrid) verwendet. Edelmetalle, wie z. B. Gold oder Platin, können auch eingesetzt werden. Es ist wichtig, dass der Passivierungsfilm recht dünn ist, um eine Verschlechterung des Resonatorverhaltens, insbesondere der Bandbreite, zu vermeiden (Massenladungseffekt). Vorzugsweise wird der Passivierungsfilm bei dem Entwurf des BAW-Resonators schon berücksichtigt, um dessen akustischen Einfluss auf das Resonatorverhalten gering zu halten bzw. zu berücksichtigen. Die Dicke der Passivierungsschicht ist vorzugsweise zwischen 20 nm und 200 nm.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als piezoelektrisches Material für die piezoelektrische Schicht Aluminiumnitrid (AlN) verwendet, welches mit gegenüberliegenden Aluminiumelektroden versehen ist (wobei beide Elektroden auch Mehrschicht-Elektroden sein können, in denen verschiedene Materialien Verwendung finden). Als obere Passivierungsschicht ist eine Siliziumnitridschicht vorgesehen, wobei eine typische Dicke dieser Siliziumnitridschicht vorzugsweise zwischen 20 nm und 100 nm liegt.

Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass die obere Elektrode eines BAW-Resonators auch im ungehäusten oder im nicht-hermetisch gehäusten Zustand Umgebungseinflüssen widersteht. Ferner bleibt aufgrund der schützenden Wirkung der oberen Schicht die hohe Leitfähigkeit der darunterliegenden Elektrode erhalten, so dass der Resonatorstrom ohne signifikante Verluste geführt werden kann.

Zusätzlich ist die obere Elektrode auch bei Prozessschritten während der Herstellung der einzelnen BAW-Resonatoren geschützt, wie beispielsweise vor einem elektrochemischen Korrodieren aufgrund des Wassers, welches beim Zersägen der Wafer eingesetzt wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die aufgebrachte Passivierungsschicht herangezogen werden, um eine Verstimmung bezüglich einer erwünschten Frequenz herbeizuführen, wie dies bei Filteranordnungen erforderlich ist, welche eine Mehrzahl von BAW-Resonatoren verwenden. Ein Beispiel ist die sogenannte Leiter-Topologie für Bandpassfilter, bei der alle Parallel-Resonatoren gegenüber den Serien-Resonatoren verstimmt sind, um die gewünschte Bandpass-Filterwirkung zu erzielen. Im wesentlichen muss hierbei die sogenannte Parallelresonanz der Parallel- Resonatoren der sogenannten Serienresonanz der Serien- Resonatoren entsprechen, d. h. die Frequenz-Verstimmung zwischen Serien- und Parallel-Resonatoren entspricht im wesentlichen der Resonator-Bandbreite (dem Frequenzabstand zwischen den beiden Resonanzfrequenzen eines Resonators).

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen BAW-Resonators und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen BAW-Resonators.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer BAW-Resonator gezeigt, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. Der BAW-Resonator 100 umfasst ein Substrat 102, das eine erste, untere Hauptoberfläche 104 und eine zweite, obere Hauptoberfläche 106 umfasst. Auf der zweiten Hauptoberfläche 106 ist eine erste, untere Elektrode 108 gebildet, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminium hergestellt ist. Ferner ist ein isolierender Abschnitt 110 gezeigt, der ebenfalls auf der oberen Hauptoberfläche 106 des Substrats 100 angeordnet ist. Auf einem Abschnitt der unteren Elektrode 108 sowie auf dem isolierenden Abschnitt 110 ist eine piezoelektrische Schicht 112 aufgebracht, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine AlN-Schicht ist. Auf einem Abschnitt der dem Substrat 100 abgewandten Seite der piezoelektrischen Schicht 112 ist eine zweite, obere Elektrode 114, ebenfalls aus Aluminium, gebildet. Der BAW-Resonator bzw. der aktive Bereich desselben, ist durch den Bereich der piezoelektrischen Schicht 112 gebildet, in dem die untere Elektrode 108 und die obere Elektrode 114 sich überlappen.

Wie in Fig. 1 ferner zu sehen ist, umfasst die untere Elektrode 108 einen Abschnitt, der sich von der piezoelektrischen Schicht 112 erstreckt, also von derselben nicht bedeckt ist. In diesem Bereich ist ein erster Anschluss 116 (Eingang oder Ausgang) vorgesehen, über den der BAW-Resonator 100 mit einem Draht 118 anschließbar ist (optional). Ebenso wie die untere Elektrode 108 ist auch die obere Elektrode 114 in einem Abschnitt herausgezogen, wobei dieser Abschnitt dem isolierenden Abschnitt 110 gegenüberliegt. In diesem Bereich ist ein zweiter Anschluss 120 (Ausgang oder Eingang) vorgesehen, über den der BAW-Resonator 100 über einen Draht 122 anschließbar ist (optional). Über die Anschlüsse 116 und 120 wird der BAW- Resonator elektrisch mit anderen Komponenten verbunden.

Wie in Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, umfasst das Substrat einen Reflektorabschnitt 124, in dem ein akustischer Reflektor 126 angeordnet ist, der eine Mehrzahl von Einzelschichten 126a bis 126c aufweist, die wechselweise eine hohe akustische Impedanz und eine niedrige akustische Impedanz aufweisen. Durch den akustischen Reflektor 126 ist die darüber angeordnete BAW-Resonatoranordnung akustisch von den unter dem Reflektor 126 liegenden Abschnitten des Substrats 102 entkoppelt.

Um die obere Elektrode 114 zu schützen, und um dadurch auf den Einsatz von hermetischen Gehäusen erfindungsgemäß verzichten zu können, ist die der piezoelektrischen Schicht 112 abgewandte Oberfläche der oberen Elektrode 114 mit einer Passivierungsschicht 128 bedeckt. Grundsätzlich ist es ausreichend, nur die obere Oberfläche der Elektrode 114 mit der Passivierungsschicht zu bedecken. Aufgrund der Dimension des BAW-Resonators, die Schichtdicken der Schichten 108, 112, 114 liegen im Regelfall im µm- oder nm-Bereich, sind die Flankenbereiche wenig kritisch und müssen nicht zwingend von der Passivierungsschicht bedeckt sein. Allerdings kann die Passivierungsschicht 124, wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, auch die gesamte freiliegende Oberfläche der Schichtfolge 110, 112 bedecken. Die Kontakte 116, 120 werden vorzugsweise nach dem Aufbringen der Passivierungsschicht gebildet, indem in derselben entsprechende Bereiche freigelegt werden. Die Passivierungsschicht 128 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Siliziumnitridschicht.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 wurde für die piezoelektrische Schicht ein Aluminiumnitridmaterial verwendet, welches sich in feuchten Umgebungen nicht verschlechtert, und insbesondere korrosionsbeständig ist. Ferner wird als Material für die Elektrodenschichten Aluminium verwendet, welches ohne weiteres in Standardprozessen der Halbleiterfertigung verfügbar ist, eine hohe Leitfähigkeit bietet und gleichzeitig als Anschlussflächenmetallisierung (siehe Fig. 1) verwendet werden kann.

Weitere Ausführungsbeispiele umfassen die Fälle, in denen die untere Elektrode 108 aus einem anderen Material besteht oder eine Mehrschichtelektrode ist, sowie die Fälle, in denen die obere Elektrode 114 aus einem anderen Material besteht bzw. eine Mehrschichtelektrode ist.

Eine typische Dicke des Siliziumnitridfilms liegt etwa zwischen 20 nm und 200 nm.

Um die Zuverlässigkeit der Passivierungsschicht 128 sicherzustellen, wurden Vergleichsversuche angestellt (Pressure Cooker Test). Hierbei wurde zunächst ein BAW-Resonator bzw. eine BAW-Filteranordnung welche eine Mehrzahl von BAW-Resonatoren umfasst, die jeweils obere Elektroden aus Aluminium ohne Passivierungsschicht umfassten, in einem nicht-hermetischen Gehäuse eingeschlossen. Die nicht-hermetische Abschottung der einzelnen BAW-Resonatoren führte zu einer Korrosion der oberen Aluminiumelektroden aufgrund des in dem Gehäuse auftretenden Niederschlags, so dass die so gehäusten BAW-Filter nicht mehr funktionsfähig waren, weil sich ihre Filtercharakteristik geändert hatte. Bei einem gleich aufgebauten BAW- Filter mit einer Mehrzahl von BAW-Resonatoren ohne Passivierungsschicht, das in einem geöffneten, nicht-hermetischen Gehäuse angeordnet war, wurde die oben beschriebene Korrosion der oberen Elektroden nicht festgestellt, da es hier zu keiner Tröpfchenbildung durch Kondensation kam. Bei einem gleich aufgebauten BAW-Filter mit einer Mehrzahl von BAW-Resonatoren mit der erfindungsgemäßen Passivierungsschicht, das in einem nicht-hermetischen Gehäuse angeordnet war, wurde die oben beschriebene Korrosion der oberen Elektroden nicht festgestellt.

Allgemein bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass lediglich ein dünner Film, z. B. aus Siliziumnitrid, ausreichend ist, um einen sehr guten Schutz der oberen Elektrode zu gewährleisten. Dieser dünne Passivierungsfilm ist auch akustisch dünn, d. h. er beeinflusst das Resonanzverhalten des Resonators nur in geringem Maße. Ein weiterer Vorteil der Verwendung des sehr dünnen Passivierungsfilmes besteht darin, dass dieser gezielt für eine Verbesserung des Temperaturkoeffizienten für Temperaturverschiebungen (TCF) eingesetzt werden kann.

Der von der vorliegenden Erfindung gelehrte Ansatz Passivierungsschichten bei BAW-Resonatoren zu verwenden, ist bisher noch nie verfolgt worden, da immer davon ausgegangen wurde, dass Passivierungsschichten das akustische Verhalten der BAW- Resonatoren zu stark beeinflussen, und insbesondere die Bandbreite deutlich verschlechtern. Die vorliegende Erfindung lehrt einen sehr dünnen Passivierungsfilm, der die erforderlich Schutzwirkung entfaltet, jedoch im wesentlichen keinen Einfluss auf die akustischen Eigenschafen des BAW-Resonators hat. Im Gegensatz zu dicken Passivierungsstapeln aus Siliziumnitrid und Siliziumoxid, wie sie z. B. bei Standard CMOS- Prozessen eingesetzt werden, besteht der Hauptaspekt der Passivierungsschichten auf einem BAW-Filter nicht darin, eine Diffusion von Alkali-Ionen in das Substrat zu verhindern, sondern vielmehr soll die Korrosion der oberen Elektrode verhindert werden. Eine gewisse Diffusionsrate und sogar sogenannte Pinhole-Defekte sind akzeptabel, solang hierbei keine Korrosion der Elektrode festgestellt wird.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 2 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert, wobei hier ähnliche oder gleiche Elemente, die bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurden, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht erneut näher erläutert werden. In Fig. 2 ist ein BAW-Resonator 200 gezeigt, der wiederum ein Substrat 102 umfasst, auf dessen oberer Oberfläche 106 eine erste Elektrode 108 gebildet ist. Auf dieser Elektrode ist wiederum die piezoelektrische Schicht 112 gebildet, auf der die obere Elektrode 114 des BAW-Resonators erzeugt wurde. Anders als bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Passivierungsschicht 128 vollständig auf der Oberfläche der Anordnung abgeschieden, so dass also neben der oberen Elektrode 114 auch die freiliegenden Abschnitte der oberen Oberfläche 106 des Substrats 102 sowie die Seitenwände des Schichtstapels 108, 112, 114 von der Passivierungsschicht 128 bedeckt sind. Diese Abscheidung der Passivierungsschicht ist ausführungsmäßig und herstellungstechnisch zu bevorzugen, da hierdurch ein kompletter Schutz der Wafer- bzw. Chipoberfläche in einem Arbeitsgang erzielt werden kann (wobei die Kontaktflächen der Pads natürlich zu öffnen sind).

Anders als bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist hier kein akustischer Reflektor zur Entkopplung des aktiven Bereichs des Resonators von einem Substratbereich vorgesehen, sondern vielmehr wird hier eine Ausnehmung 130 in der unteren Oberfläche 104 des Substrats 102 gebildet, um einen Membranbereich 132 festzulegen, wodurch der Resonatorbereich akustisch von dem Substrat 102 entkoppelt ist.

Gemäß der Fig. 2 besteht der Membranbereich 132 aus einer Trägermembran aus dem Substratmaterial, auf der sich der eigentliche Resonator bestehend aus piezoelektrischer Schicht mit unterer und oberer Elektrode befindet. Solche Anordnungen lassen sich mit den Mitteln der sogenannten Volumen- Mikromechanik (bulk micromachining) herstellen. Alternativ können jedoch auch Membranstrukturen verwendet werden, bei denen die Trägermembran aus einer dünnen abgeschiedenen Schicht wie z. B. Polysilizium oder Siliziumnitrid besteht, und die durch einen dünnen Hohlraum vom Substratmaterial entkoppelt sind. Solche Membranlösungen können mittels Oberflächen-Mikromechanik (surface micromachining) hergestellt werden. Des weiteren sind Membranstrukturen möglich, bei denen die Membran rein aus dem piezoelektrischen Material samt unterer und oberer Elektrode besteht und auf eine Träger- Membran verzichtet.

Zusätzlich zu der oben detailliert beschriebenen Passivierung der oberen Elektrode zum Schutz derselben vor Korrosion und anderen Einflüssen kann die Passivierungsschicht 128 auch noch zum Verstimmen der Resonanzfrequenzen des BAW-Resonators herangezogen werden. Obwohl anhand der Fig. 1 und 2 bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, bei denen als Elektrodenmaterial Aluminium, als Passivierungsmaterial Siliziumnitrid und als piezoelektrisches Schichtmaterial Aluminiumnitrid verwendet wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Materialien beschränkt.

Die Passivierungsschicht kann allgemein aus einer Oxidschicht, einer Nitridschicht, einer Kombination derselben oder aus einem Edelmetall hergestellt sein. Vorzugsweise besteht die Passivierungsschicht aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Al2O3, Ta2O3, TiN, Au oder Pt. Hinsichtlich der Verwendung von Titannitrid (TiN), Au, und PT wird darauf hingewiesen, dass es sich hierbei um leitfähiges Materialen handelt, welche, zur Vermeidung von Kurzschlüssen, entsprechend der Form der Elektrode 114, welche zu schützen ist, zu strukturieren sind.

Ferner wurde oben beschrieben, dass die Passivierungsschicht vorzugsweise eine Dicke von etwa 20 nm bis 200 nm hat. Diese Dicken können auch größer oder kleiner sein, solange sichergestellt ist, dass die aufgebrachte Passivierungsschicht die akustischen Eigenschaften des BAW-Resonators nicht in unzulässiger Weise verschlechtert.

Obwohl anhand der Fig. 1 und 2 Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, bei dem die piezoelektrische Schicht sowie die einzelnen Elektroden als Einzelschichten beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Die piezoelektrische Schicht 112 kann beispielsweise durch eine erste Schicht und eine zweite Schicht gebildet sein, wobei die erste Schicht ein piezoelektrisches Material mit einer ersten Orientierung und die zweite Schicht ein piezoelektrisches Material mit einer zweiten Orientierung umfasst, wobei die Orientierungsrichtungen der zwei Materialien entgegengesetzt sind. Die zwei Schichten in der Schichtfolge 112 sind akustisch gekoppelt. Anstelle der zwei unterschiedlichen Schichten kann die piezoelektrische Schicht aus einem Material bestehen, z. B. PZT, welches derart aufgewachsen wurde, dass in einem ersten Abschnitt eine Orientierung in eine erste Richtung gerichtet ist, und in einem zweiten Abschnitt eine Orientierung in eine zweite, zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung gerichtet ist. Anstelle der nur zwei Schichten kann die piezoelektrische Schicht 112 auch eine Mehrzahl von ersten und zweiten Schichten bzw. ersten und zweiten Abschnitten umfassen, die abwechselnd akustisch miteinander gekoppelt sind.

Ferner können anstelle der einschichtigen Elektroden 108 und 114 auch mehrschichtige Elektroden verwendet werden, die dann unterschiedliche Materialien, z. B. Materialien mit unterschiedlicher akustischer Impedanz (z. B. Al, W) wechselweise umfassen. Bezugszeichenliste 100 BAW-Resonator

102 Substrat

104 untere Hauptoberfläche des Substrats

106 obere Hauptoberfläche des Substrats

108 untere Elektrode

110 isolierender Abschnitt

112 piezoelektrische Schicht

114 obere Elektrode

116 erster Anschluss

118 Draht

120 zweiter Anschluss

122 Draht

124 Reflektorabschnitt

126 akustischer Reflektor

126a-126c Einzelschichten des akustischen Reflektors

128 Passivierungsschicht

130 Ausnehmung in dem Substrat

132 Membranbereich


Anspruch[de]
  1. 1. BAW-Resonator mit

    einem Substrat (102);

    einer ersten Elektrode (108), die auf einer Oberfläche (106) des Substrats (102) angeordnet ist;

    einer piezoelektrischen Schicht (112), die zumindest teilweise auf der ersten Elektrode (108) angeordnet ist;

    einer zweiten Elektrode (114), die zumindest teilweise auf der piezoelektrischen Schicht (112) und zumindest teilweise überlappend mit der ersten Elektrode (108) angeordnet ist; und

    einer Passivierungsschicht (128), die auf der zweiten Elektrode (114) angeordnet ist, um die zweite Elektrode (114) zu schützen.
  2. 2. BAW-Resonator nach Anspruch 1, bei dem die Passivierungsschicht (128) eine akustisch dünne Schicht ist, die die Resonatoreigenschaften im wesentlichen nicht beeinflusst.
  3. 3. BAW-Resonator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Passivierungsschicht (128) eine Oxidschicht, eine Nitridschicht, eine Kombination derselben oder ein Edelmetall umfasst.
  4. 4. BAW-Resonator nach Anspruch 3, bei dem die Passivierungsschicht (128) aus einem Material besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Al2O3, Ta2O3, TiN, Gold oder Platin umfasst.
  5. 5. BAW-Resonator nach Anspruch 4, bei dem die Passivierungsschicht (128) eine strukturierte TiN-, Gold- oder Platinschicht umfasst.
  6. 6. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Passivierungsschicht (128) eine Dicke von etwa 20 nm bis etwa 200 nm hat.
  7. 7. BAW-Resonator nach Anspruch 6, bei dem die Passivierungsschicht (128) eine Dicke von etwa 20 nm bis etwa 100 nm hat.
  8. 8. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Passivierungsschicht (128) angeordnet ist, um die zweite Elektrode (114) von der Umgebung zu trennen.
  9. 9. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Passivierungsschicht (128) angeordnet ist, um die freiliegenden Abschnitte der ersten Elektrode (108), der piezoelektrischen Schicht (112), der zweiten Elektrode (114) und/oder des Substrats (102) zu bedecken.
  10. 10. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Substrat (102) einen akustischen Reflektor (126) oder einen Membranbereich (132) umfasst, um die piezoelektrische Schicht (112) akustisch von dem Substrat (102) zu trennen.
  11. 11. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die piezoelektrische Schicht (112) eine erste Schicht aus einem piezoelektrischen Material, das in eine erste Richtung orientiert ist, und eine zweite Schicht aus einem piezoelektrischen Material, das in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, orientiert ist, umfasst, wobei die erste und die zweite Schicht akustisch miteinander gekoppelt sind, oder bei dem die piezoelektrische Schicht (112) zumindest zwei akustisch gekoppelte Abschnitte mit entgegengesetzter Orientierung umfasst.
  12. 12. BAW-Resonator nach Anspruch 11, bei dem die piezoelektrische Schicht (112) eine Mehrzahl von ersten Schichten und eine Mehrzahl von zweiten Schichten umfasst, die abwechselnd akustisch miteinander gekoppelt sind.
  13. 13. BAW-Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die erste Elektrode (108) und/oder die zweite Elektrode (114) eine Mehrzahl von Schichten umfassen.
  14. 14. BAW-Resonator nach Anspruch 13, bei dem die erste Elektrode (108) und/oder die zweite Elektrode (114) Aluminium und Wolfram umfassen.
  15. 15. BAW-Filter mit einem oder mehreren BAW-Resonatoren (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.






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