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Dokumentenidentifikation DE60126033T2 16.08.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001191688
Titel Dünnschichtresonator mit säulenförmiger Struktur und vergrösserter Bandbreite
Anmelder Agere Systems Guardian Corp., Orlando, Fla., US
Erfinder Barber, Bradley Paul, Chatham, New Jersey 07928, US;
Graebner, John Edward, Short Hills, New Jersey 07078, US;
Chan, Edward, New Providence, New Jersey 07974, US
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Aktenzeichen 60126033
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 20.09.2001
EP-Aktenzeichen 013080254
EP-Offenlegungsdatum 27.03.2002
EP date of grant 17.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.08.2007
IPC-Hauptklasse H03H 9/17(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H03H 3/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Dünnschichtresonatoren (TFR von englisch ,thin film resonator') und insbesondere auf eine Dünnschichtresonatorstruktur mit akustischer Volumenwelle (BAW von englisch ,bulk acoustic wave'), die eine erhöhte Bandbreite schafft, und auf das Verfahren für das Herstellen solcher Resonatorstrukturen.

Dünnschichtresonatoren (nachstehend als "TFR" bezeichnet) werden typischerweise in Hochfrequenzumgebungen im Bereich von einigen hundert Megahertz (MHz) bis zu einigen Gigahertz (GHz) verwendet. Eine TFR-Komponente weist typischerweise ein piezoelektrisches Material auf, das zwischen zwei leitfähigen Elektroden angeordnet ist, von denen eine auf einer Trägerstruktur, wie z.B. einer Membran, oder auf einer Mehrzahl von abwechselnden reflektierenden Lagen, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind, das zum Beispiel aus Silizium oder Quarz gemacht sein kann, oder auf einer anderen Trägerstruktur gebildet ist. Das piezoelektrische Material weist vorzugsweise ZnO, CdS, AlN oder Kombinationen davon auf. Die Elektroden sind meistens aus einem leitfähigen Material, wie z.B. Al, Mo, Pt, Cu, Au, Ti, Cr und Kombinationen davon gebildet, können aber auch aus anderen Leitern gebildet sein.

TFR-Komponenten werden oft in Filtern, insbesondere in TFR-Filter-Schaltungen, die auf eine Myriade von Kommunikationstechniken anwendbar sind, verwendet. Zum Beispiel können TFR-Filterschaltungen sowohl in zellularer, drahtloser und faseroptischer Kommunikation als auch in Computersystemen oder computerbezogenen Informationstauschssystemen oder informationsteilenden Systemen verwendet werden.

Der Wunsch, diese zunehmend komplizierten Kommunikationssysteme tragbar und sogar in der Hand haltbar zu machen, stellt bedeutende Anforderungen an die Filtertechnik, insbesondere im Zusammenhang von zunehmend überfüllten Hochfrequenzressourcen. TFR-Filter müssen strenge Leistungsanforderungen erfüllen, die beinhalten: (a) äußerst robust sein, (b) leicht serienmäßig herstellbar sein (c) in der Lage sein, das Leistungsfähigkeits-Größen-Verhältnis stark zu erhöhen, das in einem Frequenzbereich erreichbar ist, der sich in den Gigahertzbereich erstreckt. Außerdem erfordern einige der oben genannten typischen Anwendungen für diese TFR-Filter Durchlassbandbreiten von bis zu 4% der Mittenfrequenz (zum Beispiel wäre dies für eine 2 GHz-Mittenfrequenz eine Bandbreite von etwa 80 MHz). Diese Bandbreite ist entscheidend für das Erfassen einiger der breiteren Bandbreiten-RF-Filter-Anwendungen, wie z.B. GSM (globales System für mobile Kommunikation).

Diese Bandbreite wird unter Verwendung von üblichen Piezoelektrika, wie z.B. AlN, insbesondere auf solide montierten Resonatoren auf akustischen Spiegeln, die bisher typischerweise Resonanz-/Antiresonanztrennungen von 2% oder weniger aufweisen, nicht leicht erreicht. Außerdem zeigen diese Vorrichtungen unerwünschte laterale uneinheitliche Wellenschwingungen auf, die die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung auf Grund der großen Breite-zu-Dickeverhältnisse von TFR-Vorrichtungen verschlechtern.

Einige Lösungen für das Problem unzulänglicher Bandbreiten beinhalten das Hinzufügen von externer Induktanz zu den TFR-Elementen, wenn sie in Filtern verwendet werden. Eine solche Lösung geht jedoch nicht die grundsätzliche Beschränkung in dem TFR selbst an und nimmt mindestens ein zusätzliches Element in die Herstellung eines TFR-Filters auf. Es besteht deshalb immer noch ein Bedarf an einer TFR-Struktur für die Verwendung im 2 Gigahertz-Frequenzbereich mit einer verbesserten Bandbreite.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung ist ein Dünnschichtresonator nach Anspruch 1 vorgesehen.

Der Dünnschichtresonator weist ferner vorzugsweise einen Träger, eine erste Elektrode über dem Träger, eine piezoelektrische Lage auf der ersten Elektrode und eine zweite Elektrode auf der piezoelektrischen Lage auf, wobei die piezoelektrische Lage eine Mehrzahl von im Wesentlichen ähnlichen verschiedenen piezoelektrischen Strukturen aufweist, die benachbart und durch Zwischenräume voneinander getrennt sind. Die Elektroden verbinden die piezoelektrischen Strukturen auf parallele Weise elektrisch. Jede piezoelektrische Struktur bildet zusammen mit benachbarten Teilen der ersten und der zweiten Elektrode einen entsprechenden der verschiedenen Einzelelementresonatoren.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung ist ein akustisches Resonatorfilter vorgesehen, das mindestens einen akustischen Dünnschichtresonator aufweist, der eine Mehrzahl von durch interstitielle Zwischenräume getrennten und parallel geschalteten verschiedenen Einzelelementresonatoren aufweist, wobei jeder der Einzelelementresonatoren eine Länge, eine Breite und eine Höhe hat, wobei die Höhe gleich wenigstens entweder der Breite oder der Länge des Einzelelementresonators ist.

Die oben beschriebenen Resonatoren weisen verbesserte Bandbreiten und eine einheitliche Schwingung auf.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für das Herstellen eines Dünnschichtresonators vorgesehen, wobei das Verfahren das Bilden einer Mehrzahl von verschiedenen piezoelektrischen Strukturen auf einer gemeinsamen ersten Elektrode, wobei jede der Strukturen eine Länge, eine Breite und eine Höhe aufweist, wobei die Höhe wenigstens gleich der Breite oder der Länge gebildet ist, und das Bilden einer gemeinsamen zweiten Elektrode auf den Strukturen aufweist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung kann vollständiger aus der folgenden Beschreibung davon in Verbindung mit den wie folgend beschriebenen begleitenden Zeichnungen verstanden werden.

1 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht von oben auf eine erste Ausführungsform eines TFRs gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts der in 1 gezeigten Struktur entlang der Pfeile 2-2.

3 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht von oben auf eine zweite Ausführungsform eines TFRs gemäß der vorliegenden Erfindung.

4 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts der in 3 gezeigten Struktur entlang der Pfeile 4-4.

5 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten TFRs auf einem Träger, der einen akustischen Reflektor aufweist.

6 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten TFRs auf einem Träger, der einen unter dem Resonator gebildeten Hohlraum aufweist.

7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die in ein Muster gebrachte piezoelektrische Membran einen Hohlraum in dem TFR-Träger überbrückt.

8 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht von oben auf noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die zweite Elektrode über dem piezoelektrischen Material und nicht über den interstitiellen Zwischenräumen gebildet ist.

9 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts der in 8 gezeigten Struktur entlang der Pfeile 9-9.

10 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht von oben auf noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die obere und die erste Elektrode mit sich kreuzenden fingerartigen Erweiterungen gebildet sind.

11 ist eine schematische Darstellung eines typischen Filters vom Abzweigtyp, das TFRs gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Überall in der folgenden detaillierten Beschreibung beziehen sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente in allen Figuren der Zeichnungen. Die Zeichnungen, die nicht maßstabsgetreu sind, sind nur erläuternd und werden verwendet, um die Erfindung zu erklären, anstatt sie zu begrenzen. Die Verwendung von Begriffen wie Höhe, Länge, Breite, oben, unten dient strikt der Erleichterung der Beschreibung der Erfindung und soll die Erfindung nicht auf eine spezifische Ausrichtung beschränken. Zum Beispiel bedeutet Höhe nicht nur eine Begrenzung der senkrechten Zunahme, sondern wird verwendet, um eine der drei Dimensionen einer wie in den Figuren gezeigten dreidimensionalen Struktur zu identifizieren. Folglich identifiziert die "Höhe" des piezolektrischen Materials die Dicke des piezoelektrischen Materials zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode. Eine solche "Höhe" wäre senkrecht, wo die Elektroden waagerecht sind, aber wäre waagerecht, wo die Elektroden senkrecht sind, usw. Auf ähnliche Weise dient, während alle Figuren die verschiedenen Lagen als waagerechte Lagen zeigen, eine solche Ausrichtung nur beschreibenden Zwecken und soll nicht als Beschränkung gedeutet werden.

Als Nächstes ist mit Bezug auf 1 und 2 ein TFR 10 gezeigt, der gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einem Träger 12 konstruiert ist. Vorzugsweise ist der Träger eine Halbleiterscheibe, wie z.B. eine Si-Scheibe von dem Typ, der üblicherweise bei der Herstellung von integrierten elektronischen Schaltungen, insbesondere VLSI-Schaltungen, verwendet wird. Während der TFR so gezeigt ist, dass er auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats liegt, versteht sich, dass der TFR auch auf zusätzlichen Lagen über der Scheibenoberfläche konstruiert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der TFR drei Lagen auf: eine erste Elektrode 18, ein piezoelektrisches Material 20 und eine zweite Elektrode 14, wie am besten in 2 gezeigt ist. Eine zusätzliche dielektrische Lage 24, die die Verbindung der zweiten und der ersten Elektrode mit anderer Schaltungsanordnung trennt, kann vorhanden sein. Solche Verbindungen sind schematisch in Form von Kontaktierungsflächen 16 und 16' gezeigt. Es ist zu erkennen, dass, während die Kontaktierungsflächen gemeinsam verwendet werden, die Verbindung aus (in 3 gezeigten) leitfähigen Leitungen 17 bestehen kann und zu anderen Schaltungen auf der Scheibe oder zu anderen TFRs führen und sie miteinander verbinden könnte, um Filter zu bilden, die mehr als einen TFR aufweisen. Man beachte auch, dass solche Leitungen leitfähige Busse mit einer niedrigeren Wiederstandsfähigkeit als die zweite und die erste Elektrode sein können. Eine solche niedrigere Widerstandsfähigkeit kann durch eine erhöhte Querschnittsdicke der Busleitung oder durch die Verwendung von Material erreicht werden, das eine höhere Leitfähigkeit aufweist als das für die Elektroden verwendete Material.

Unter Verwendung von gut bekannten Techniken für in ein Muster Bringen und Ätzen, wie z.B. Fotomaskierung und RIE-Ätzen, wird die piezoelektrische Lage in ein Muster gebracht, um eine Mehrzahl von verschiedenen piezoelektrischen Strukturen 20 zu bilden, die sich von der Scheibenoberfläche weg von der Oberfläche der ersten Elektrode nach oben erstrecken. Jede der Strukturen 20 hat eine Höhe "h", eine Breite "w" und eine Länge "l". Gemäß der vorliegenden Erfindung ist mindestens entweder die Breite "w "oder die Länge "l" des piezoelektrischen Materials gleich oder kleiner als die Höhe "h" der piezoelektrischen Schicht. Folglich haben die entstehenden Strukturen die Form von dünnen, hohen piezoelektrischen Wänden, die auf der ersten Elektrode einzeln stehen. Verwendbare piezoelektrische Materialien sind AlN, Cds, ZnO und Kombinationen davon.

Nach dem Ätzen des piezoelektrischen Materials wird eine zweite Elektrode 14 auf der Oberseite der piezoelektrischen Strukturen 20 gebildet. Diese zweite Elektrode wird vorzugsweise gebildet, indem zuerst die interstitiellen Zwischenräume 22, die die einzelnen piezoelektrischen Wände trennen, mit einem Opfermaterial gefüllt werden, die Oberfläche des Opfermaterials und des Piezoelektrikums planarisiert werden, eine leitfähige Lage 14 über der planarisierten Oberfläche in Kontakt mit der oberen Oberfläche der in ein Muster gebrachten piezoelektrischen Lage niedergeschlagen wird und das Opfermaterial weggeätzt wird, wobei die interstitiellen Zwischenräume 22 leer gelassen werden. Alternativ kann das dielektrische Opfermaterial zurückgelassen werden, wenn es eine niedrige dielektrische Konstante hat, wie z.B. die typischerweise in Mehrniveauverbindungstechniken verwendeten Polymere. Typische Elektrodenmaterialien sind Al, Mo, Ti, Cr, CU, Ag, Pt, Au und Kombinationen davon.

Die entstehende Struktur ist eine Mehrzahl von Einzelelementresonatoren, die durch ihre gemeinsamen Elektroden 18 und 14 alle parallel geschaltet sind. Die parallele Anordnung von Einzelelementresonatoren verhält sich im Wesentlichen wie ein Resonator vom Stangentyp, der einen erhöhten elektromechanischen Kopplungsfaktor k2 und folglich eine größere Trennung von Resonanz- und Anti-Resonanz-Frequenz-Polen als ein Resonator mit akustischer Volumenwelle (BAW) mit einer einzelnen Platte schafft. Die Anzahl von parallel geschalteten Strukturen ist eine Funktion der Frequenz-, der Energieverwattungs- und der Impedanzanpasserfordernisse für ein bestimmtes Filter.

Eine solche typische Filterstruktur kann durch das Niederschlagen einer Aluminiumlage (Al) von etwa 0,1–0,3 × 10–6 Metern auf einer Siliziumscheibenoberfläche und das in ein Muster Bringen der Lage, um eine mit einem Verbindungsstreifen verbundene erste Elektrode mit einer allgemein viereckigen Form zu bilden, konstruiert werden. Eine piezoelektrische Lage aus Aluminiumnitrid (AlN) von etwa 2,7 × 10–6 Metern Dicke wird über der ersten Elektrode niedergeschlagen und in ein Muster gebracht, um verschiedene wandartige Strukturen mit einer Breite von etwa 1,5 × 10–6 Metern und einer Länge von 100 × 10–6 Metern zu bilden. Die Strukturen werden durch interstitielle Zwischenräume von etwa 1–3 × 10–6 Metern getrennt. Eine zweite Elektrode, auch aus Aluminium, wird dann gegenüber der ersten Elektrode bis zu einer Dicke von etwa 0.1–0.3 × 10–6 Metern gebildet und erstreckt sich über alle wandartigen piezoelektrischen Strukturen, wodurch der TFR fertiggestellt wird.

In allen folgenden Beispielen für TFR-Strukturen ist die Höhe der piezoelektrischen Struktur immer gleich der Länge oder der Breite oder übersteigt mindestens entweder die Länge oder die Breite der Struktur, unabhängig davon, ob es in Bezug auf jede Ausführungsformbeschreibung so erwähnt oder nicht.

3 und 4 zeigen eine andere Resonatorstruktur 30 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 gezeigt, wird der Resonator wieder auf einem Träger 12 gebildet, der wieder eine Halbleiterscheibe sein kann. Der Resonator hat wieder eine erste Elektrode 18 und eine zweite Elektrode 14. Die piezoelektrische Lage in dieser Ausführungsform ist in ein Muster gebracht worden, um eine säulenförmige Struktur 24 statt eine in 1 und 2 gezeigte Struktur vom Wandtyp zu bilden, wobei die Breite "w" und die Länge "l" im Wesentlichen gleich sind. Außerdem wird ein optionales Füllmaterial 26 verwendet, um die interstitiellen Zwischenräume zu füllen. Ein solches Füllmaterial mit einer niedrigen dielektrischen Konstante kann zum Beispiel ein Niedrigtemperaturoxid (LTO), poröses SiO2, ein Polymer, wie z.B. Polymethylmethacrylat (PMMA), ein Polyimid oder ein anderes "weiches" Füllmaterial mit niedriger dielektrischer Konstante sein. Im Zusammenhang dieser Beschreibung ist ein "weiches" Material ein Material mit einer niedrigen Dichte und einem niedrigen Young'schen Modul (niedriger Steife), was zu einer akustischen Impedanz führt, die niedriger ist als die des piezoelektrischen Materials. Auf ähnliche Weise ist eine niedrige dielektrische Konstante eine dielektrische Konstante < 5 und vorzugsweise < 2.

Eine solche TFR-Struktur wird in dem Fall, in dem l = w = 1,5 × 10–6 Meter und h = 2,7 × 10–6 Meter, unter Verwendung Endlichelementanalyse berechnet, um eine 4%-Bandbreite in der gleichen 2 GHz-Band-Frequenz aufzuweisen.

Eine Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen, die alle parallel angeordnet sind, werden verwendet, um eine mit den TFRs des Standes der Technik vergleichbare Energieverwaltung und Fähigkeiten zur Anpassung der elektrischen Impedanz zu schaffen.

5 zeigt noch eine andere TFR-Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung. Auf einem Substrat 12 wird zuerst ein akustischer Spiegel 25 gebildet, der eine Mehrzahl von abwechselnden akustisch reflektierenden Lagen 27, 28 und 29 mit 1/4 Wellenlänge aufweist, um einen Bragg-Stapel zu bilden. Akustisch reflektierende Spiegel für die Verwendung in TFRs sind gut bekannt. Siehe zum Beispiel das Juha Ella erteilte US-Patent 5 910 756, 3a, und die zugehörige Beschreibung in den Spalten 12 und 13. Der entstehende in ein Muster gebrachte säulenförmige TFR auf einem kontinuierlichen akustischen Spiegel hat typischerweise eine berechnete Bandbreite von etwa 2,5% im 2 Gigahertz-Band. In Gegensatz dazu weist ein typischer TFR mit der gleichen Dicke und einer Länge und Breite, die jede gleich 100 × 10–6 Meter sind, eine Bandbreite von nur etwa 2% in dem gleichen 2 Gigahertz-Band auf.

Bei der Verwendung eines akustischen Spiegels unter dem TFR kann der akustische Spiegel auch in ein Muster gebracht werden, das dem Muster des piezoelektrischen Materials entspricht. Der entstehende in ein Muster gebrachte säulenförmige TFR- und Spiegelresonator hat typischerweise eine berechnete Bandbreite von etwa 3,2% im 2 Gigahertz-Band. Andererseits hat ein in 1 gezeigter in ein Muster gebrachter TFR vom Wandtyp über einem in ein Muster gebrachten Spiegelresonator, der so in ein Muster gebracht ist, dass die Spiegellagen nur unter den einzelnen TFRs sind und sich nicht unter die interstitiellen Zwischenräume erstrecken, eine berechnete Bandbreite von etwa 3,0% im 2 Gigahertz-Band.

Der Rest des TFRs wird dann über dem akustischen Spiegel aufgebaut, indem auf der oberen reflektierenden Lage 29 eine erste Elektrode 18 gebildet wird und eine in ein Muster gebrachte piezoelektrische Lage gebildet wird, um piezoelektrische Strukturen 20 vom Wandtyp oder vom säulenförmigen Typ auf der Elektrode 18 zu bilden. Die interstitiellen Zwischenräume können entweder mit einem weichen Füllmaterial 26 gefüllt oder leer gelassen werden. Eine zweite Elektrode 14, die für alle piezoelektrischen Strukturen 20 gemeinsam ist, stellt den TFR fertig.

Der akustische Spiegel kann durch einen Hohlraum 30 ersetzt werden, wie in 6 gezeigt. Ein solcher Hohlraum kann durch das Bilden der ersten Elektrode 18 auf einer Trägermembran 32 unter dem TFR gebildet werden. Das oben genannte Patent an Ella offenbart (in den 4a und 5a) Weisen, einen TFR-BAW-Resonator auf einer Trägermembran über einem Hohlraum zu bilden.

In einer anderen Struktur kann die Trägermembran eliminiert werden. In diesem Fall erstreckt sich die piezoelektrische Lage über den Hohlraum und wird in ein Muster gebracht, um piezoelektrische Wandstrukturen 34 zu bilden, die den Hohlraum überbrücken. Diese Wandstrukturen 34 sind selbsttragend. Die erste Elektrode 18' von jedem der Einzelelement-TFRs wird an der Unterseite der piezoelektrischen Wandstrukturen gebildet und wird haftend an dem piezoelektrischen Material angebracht und davon getragen, wie in 7 gezeigt.

Auf eine bevorzugte Herstellungsweise eines TFRs über einem Hohlraum kann der Hohlraum 30 unter dem TFR durch Durchgangsöffnungen in der Membran hindurch von der Vorderseite der Scheibe geätzt werden unter Verwendung von selektivem Ätzen, um eine Lage Silizium 36 mit einer hohen Widerstandsfähigkeit, die über eine Lage geschichtet wird, die eine untere Ätzbarriere bildet, zu ätzen. In dem oben gegebenen Beispiel, in dem der TFR Al, AlN, Al aufweist, ist die Membran die AlN-Lage und ist der Träger eine Siliziumscheibe, wobei eine solche Barriere durch zuerst das Züchten oder das Niederschlagen einer SiO2-Lage über der Siliziumscheibenoberfläche und das Niederschlagen der Lage 36 mit hoher Widerstandsfähigkeit durch Aufstäuben geschaffen wird. Trockenätzen unter Verwendung von XeF2 kann verwendet werden, um die Lage 36 mit einer hohen Widerstandsfähigkeit von unterhalb des TFR zu ätzen, indem Zugangsöffnungen in der Membran 32 geöffnet werden, während das Al und das AlN intakt gelassen werden. Randbarrierenlagen (nicht gezeigt) können bei Bedarf verwendet werden, um den seitlichen Hohlraumbereich abzugrenzen.

8 und 9 zeigen noch eine andere TFR-Struktur gemäß dieser Erfindung. In diesem Fall weist der TFR eine gemeinsame erste Elektrode 38 auf, über der sich eine in ein Muster gebrachte piezoelektrische Lage mit einer Mehrzahl von durch interstitielle Zwischenräume 42 getrennten piezoelektrischen Strukturen 40 befindet. Die interstitiellen Zwischenräume können wieder mit einem Füllmaterial 26 gefüllt werden oder können leer sein. Der TFR weist auch eine zweite mit einer Bondungskontaktierungsfläche 16' verbundene Elektrode 44 auf. Die zweite Elektrode 44 hat eine Mehrzahl von Zinken 46, die sich über die piezoelektrischen Strukturen, aber nicht über die interstitiellen Zwischenräume erstrecken.

10 ist noch eine andere Ausführungsform einer TFR-Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung. Der TFR 48 hat eine erste Elektrode 50, die eine erste Mehrzahl von Zinken 52 aufweist, und eine zweite Elektrode 44, die eine zweite Mehrzahl von Zinken 46 aufweist. Die Zinken 46 und 52 bilden einen Winkel, vorzugsweise einen 90°-Winkel. Die piezoelektrische Lage ist als eine Lage gebildet, die eine Mehrzahl von säulenförmigen piezoelektrischen Strukturen 56 an der Übergrenzung der Zinken der zweiten und der ersten Elektrode aufweist.

Eine Mehrzahl von TFRs, von denen mindestens einer gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, kann bei der Herstellung eines Filters verwendet werden, wie es unter anderem in dem oben genannten Ella-Patent offenbart ist. Wie in 11 gezeigt, kann ein solches Filter in seiner einfachsten Form einen ersten TFR 58 aufweisen, der mit einem zweiten TFR 60 in Reihe geschaltet ist. Der zweite TFR 60 ist gemäß einer beliebigen der Ausführungsformen dieser Erfindung konstruiert gezeigt. Ein dritter TFR 62 ist in einem Nebenschlussmodus geschaltet, um eine grundlegende "T"-Strukturfilter zu bilden. Während nur der TFR 60 so gezeigt ist, dass er gemäß dieser Erfindung aus einer Mehrzahl von verschiedenen parallel geschalteten Einzelelement-TFRs gebildet ist, können alle drei TFRs so konstruiert werden, abhängig von der speziellen Anwendung und dem speziellen Bedarf, für den ein solches Filter beabsichtigt ist.

Zusätzlich zu der Verwendung von TFRs gemäß dieser Erfindung in Filteranwendungen können solche TFRs auch in anderen elektrischen Schaltungen verwendet werden, die RF-Zeitgeberschaltungen und spannungsgesteuerte Oszillatoren beinhalten, aber nicht darauf begrenzt sind.

Wer den Vorteil der vorhergehenden Beschreibung dieser Erfindung hat, kann Modifikationen an der hierin beschriebenen Ausführungsform bezüglich Größe und Form des Resonators, des Hohlraums, der Form und der Abmessungen der piezoelektrischen Struktur usw. vorsehen oder kann unterschiedliche Typen von Filtern und anderen elektrischen Schaltungen auf Halbleitersubstraten schaffen, die mehr als einen Resonator aufweisen, wobei die Resonatoren einander benachbart und so konstruiert sind, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind. Diese und andere Modifikationen sollen so gedeutet werden, dass sie innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen, wie er in den anhängenden Ansprüche dargelegt sind. In denen beanspruchen wir:


Anspruch[de]
Dünnschichtresonator, aufweisend:

eine Mehrzahl von verschiedenen Einzelelementresonatoren, die durch Zwischenräume (22) getrennt und parallel geschaltet sind, wobei jeder der Resonatoren eine Länge, eine Breite und eine Höhe hat, wobei die Höhe mindestens gleich der Breite oder der Länge ist, wobei die Zwischenräume, die die Einzelelementresonatoren trennen, mit einem Füllmaterial mit einer niedrigen dielektrischen Konstante gefüllt sind; und

eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung (16, 17) für das Verbinden der parallel geschalteten Einzelelementresonatoren mit anderer Verschaltung.
Dünnschichtresonator nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von verschiedenen Einzelelementresonatoren mindestens eine gemeinsame Elektrode (14, 18) gemeinsam nutzt. Dünnschichtresonator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Höhe mindestens gleich sowohl der Länge als auch der Breite ist. Dünnschichtresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend einen akustischen Spiegel (25). Akustischer Dünnschichtresonator nach Anspruch 4, wobei sich der akustische Spiegel nur unter der Mehrzahl von verschiedenen Einzelelementresonatoren befindet. Dünnschichtresonator einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einzelelementresonatoren je ein piezoelektrisches Material über einer ersten Trägermembran (32) aufweisen, die sich über einen Hohlraum (30) erstreckt, wobei sich der Hohlraum unter der Mehrzahl von verschiedenen Einzelelementresonatoren befindet. Dünnschichtresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einzelelementresonatoren (34) jeweils selbsttragend sind und einen Hohlraum (30) überbrücken, der sich unter der Mehrzahl von verschiedenen Einzelelementresonatoren befindet. Dünnschichtresonator nach Anspruch 7, wobei unter jedem der Einzelelementresonatoren und in Kontakt damit eine erste leitfähige Dünnschicht (18') ist. Dünnschichtresonator nach Anspruch 8, ferner aufweisend eine zweite leitfähige Schicht (14) gegenüber der ersten leitfähigen Schicht, wobei die zweite leitfähige Schicht über den Einzelelementresonatoren und in Kontakt damit ist. Dünnschichtresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend einen Träger (12), eine erste Elektrode (18) über dem Träger, eine piezoelektrische Lage auf der ersten Elektrode und eine zweite Elektrode auf der piezoelektrischen Lage, wobei die piezoelektrische Lage eine Mehrzahl von im Wesentlichen identischen verschiedenen piezoelektrischen Strukturen (20) aufweist, die benachbart und durch die Zwischenräume voneinander getrennt sind, wobei die Elektroden die piezoelektrischen Strukturen elektrisch parallel schalten, wobei jede piezoelektrische Struktur zusammen mit benachbarten Teilen der ersten und der zweiten Elektrode je einen der Einzelelementresonatoren bildet;

eine erste Einrichtung zur elektrischen Verbindung (16) für die Verbindung mit der ersten Elektrode; und

eine zweite Einrichtung zur elektrischen Verbindung (16') für die Verbindung mit der zweiten Elektrode.
Dünnschichtresonator nach Anspruch 10, wobei sich mindestens eine der ersten und der zweiten Elektrode (18', 44) über die und entlang der Strukturen in Kontakt damit erstreckt und sich nicht über die Zwischenräume erstreckt. Dünnschichtresonator nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, ferner aufweisend mindestens einen leitfähigen Bus (17) entlang einer Seite von mindestens einer der zweiten und der ersten Elektrode, wobei der leitfähige Bus einen niedrigeren Widerstand hat als die zweite und die erste Elektrode. Dünnschichtresonator nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei die mindestens eine der zweiten und der ersten Elektrode die zweite Elektrode ist und die erste Elektrode eine Mehrzahl von leitfähigen Streifen (52) aufweist, die sich in eine Richtung über die Mehrzahl von länglichen piezoelektrischen Strukturen erstrecken. Dünnschichtresonator nach Anspruch 13, wobei die Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zu den Strukturen ist. Dünnschichtresonator nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Träger einen Stapel von akustisch reflektierenden Lagen (2729) unter dem Dünnschichtresonator aufweist. Dünnschichtresonator nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Träger eine Membran (32) aufweist, die sich über einen Hohlraum (30) in dem Träger erstreckt, und wobei der Resonator über der Membran und dem Hohlraum ist. Dünnschichtresonator nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das piezoelektrische Material ein aus der aus AlN, Cds, ZnO und Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewähltes Element aufweist. Dünnschichtresonator nach Anspruch 17, wobei die Elektroden Al, Mo, Ti, Cr, Ag, Pt, Cu, Au und Kombinationen davon aufweisen.






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