Title:
BAW-Resonator
Kind Code:
A1


Abstract:

Eine BAW-Resonatorvorrichtung wird vorgeschlagen, die voll leitfähige akustische Spiegel aufweist. Jeder der BAW-Resonatoren wird von einem jeweiligen Stapel elektrisch kontaktiert. Zwei oder mehr BAW-Resonatoren können durch Verbindungsleitungen elektrisch verbunden sein, die in einer von den Elektroden entfernten Ebene angeordnet sind. Die Verbindungsleitungen verbinden die Stapel der jeweiligen Resonatoren. Die vollständig leitenden akustischen Spiegel können auch auf den Resonatoren angeordnet sein, so dass die BAW-Vorrichtung eine Struktur hat, die symmetrisch bezüglich der horizontalen Spiegelebene ist. embedded image




Inventors:
Pollard, Thomas, Dr. (Fla., Longwood, US)
Fisher, Brian, Dr. (Fla., Orlando, US)
Nath, Janardan, Dr. (Fla., Orlando, US)
Nadal, Oscar Menendez, Dr. (Fla., Altamonte Springs, US)
Application Number:
DE102016124236
Publication Date:
06/14/2018
Filing Date:
12/13/2016
Assignee:
SnapTrack, Inc. (Calif., San Diego, US)
International Classes:



Foreign References:
20020093398
Attorney, Agent or Firm:
BARDEHLE PAGENBERG Partnerschaft mbB Patentanwälte, Rechtsanwälte, 81675, München, DE
Claims:
Bauelement mit einem mikroakustischen BAW-Resonator, aufweisend
- eine oberste Elektrode
- eine piezoelektrische Schicht
- eine Bodenelektrode weiter aufweisend
- ein Substrat unterhalb der Bodenelektrode
- eine leitende Struktur, die zwischen dem Substrat und der unteren Elektrode angeordnet ist, die Strom von der unteren Elektrode weg zum Substrat leitet.

Bauelement nach Anspruch 1, wobei die leitende Struktur einen ersten Stapel abwechselnder erster und zweiter elektrisch leitender Schichten umfasst, wobei die ersten Schichten eine relativ geringe akustische Impedanz haben, wobei die zweiten Schichten eine relativ hohe akustische Impedanz haben.

Bauelement nach Anspruch 2, wobei der erste Stapel einen akustischen Spiegel zum Zurückreflektieren von akustischen Wellen in den hochenergetischen akustischen Bereich des Resonators bildet.

Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste Stapel in einer Schicht aus einem Dielektrikum eingebettet ist, dass zumindest die Seitenflächen des ersten Stapels seitlich von dem Dielektrikum umgeben sind.

Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend zwei oder mehr BAW-Resonatoren, wobei jeder BAW-Resonator über einem separaten ersten Stapel angeordnet ist, und eine Verbindungsleitung, die aus einer oder mehreren der untersten elektrisch leitenden Schichten des ersten Stapels aufgebaut ist und zwei erste Stapel in einer Ebene elektrisch verbindet, die sich in einer entfernten Ebene von der Bodenelektrode befindet.

Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Verbindungsleitung aus einer separaten leitenden Schicht strukturiert ist, die direkt unterhalb der untersten Schicht des Stapels angeordnet ist, wobei die Verbindungsleitung dicker ist als die unterste erste oder zweite leitende Schicht.

Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei erste elektrisch leitende Schichten eines aus Poly-Si, Graphit, Aluminium, einem leitenden Oxid und einem dotierten Halbleiter aufweisen.

Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zweite elektrisch leitende Schichten eines von W, WC, WN, SiC, Mo, Mo2N, Ir, Au, Pt, Rh, Re, Ru, Ta, HfN und Legierungen auf Cu-Basis aufweisen.

Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend zweite Stapel aus elektrisch leitfähigen ersten und zweiten Schichten, die oberhalb und in direktem Kontakt mit der obersten Elektrode jedes Resonators angeordnet sind und einen obersten akustischen Spiegel bilden.

Bauelement nach Anspruch 9, wobei
- jeder zweite Stapel seitlich in einer weiteren Schicht aus Dielektrikum eingebettet ist
- eine zweite Verbindungsleitung, die von einer oberen der elektrisch leitenden Schichten des zweiten Stapels strukturiert ist, um zwei Stapel in einer Ebene oberhalb und entfernt von der obersten Elektrode elektrisch zu verbinden.

Filter, aufweisend das Bauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine erste Anzahl der BAW-Resonatoren des Bauelements in Reihe in einer Signalleitung geschaltet sind wobei eine zweite Anzahl von BAW-Resonatoren des Bauelements parallel zu der Signalleitung in parallelen Shunt-Leitungen geschaltet sind.

Duplexer, aufweisend ein erstes und ein zweites Filter, wobei eines der Filter ein Filter nach einem der vorangegangenen Ansprüche ist.

Duplexer nach Anspruch 11, wobei das zweite Filter ein SAW-Filter, ein FBAR-Filter oder ein Lamb Wave Bauelement ist.

Description:

Die Erfindung betrifft eine BAW-Bauelement mit verbesserter Resonatorverbindung.

Herkömmliche BAW-Bauelemente wie SMR-basierte Resonatorfilter (SMR = Solid Mounted Resonator) verwenden Dünnschichtelektroden als obere und untere Elektroden. Durch die integrierte Herstellung der SMR-Bauelemente wird die Verbindung verschiedener SMR-Bauelemente zum Bilden des Filters aus dem gleichen Film hergestellt wie die oberen oder unteren Elektroden. Infolgedessen muss der Strom in dem Filter über lange Distanzen durch einen Elektrodenfilmabschnitt fließen, der nur eine kleine Querschnittsfläche aufweist. Dies verursacht erhebliche elektrische Verluste im Filter.

Es sind Versuche unternommen worden, die Verbindungen zu verstärken, indem ein Elektrodenmaterial auf die Verbindungen aufgebracht wird, wodurch die elektrische Leitfähigkeit in den Verbindungen verbessert wird. Es wurde jedoch unmöglich, direkt mit den Resonatoranschlüssen zu verbinden, ohne die Leistung der Resonatoren stark zu verschlechtern. Ferner ist diese Verschlechterung unkontrollierbar, so dass eine Kompensation davon nicht möglich ist.

Daher fließt der Strom von den Resonanzbereichen mit hoher akustischer Energie zu den Verbindungsbereichen mit niedriger akustischer Energie, wodurch die Übergangsbereiche, die zwischen Regionen mit hoher und niedriger akustischer Energie liegen, durchlaufen werden. Sowohl Übergangsbereiche als auch Verbindungsbereiche bestehen immer noch aus Anteilen des Dünnschichtelektrodenmaterials. Die Verwendung eines Dünnschichtübergangsbereichs kann sich negativ auf die Leistung des Resonators auswirken - was einen erhöhten lateralen Modenverlust (Q-Reduktion) und eine erhöhte parasitäre Kapazität (reduzierte Kopplung) zeigt. Im Idealfall würde diese Region beseitigt werden, aber es ist bis jetzt noch nicht erreicht worden und wird stattdessen mit minimalem Leistungseinfluss entworfen (zum Beispiel Avago/Broadcom „Air Bridge“-Konzept).

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die elektrische Leistung der Resonatorelektroden und Zwischenverbindungen zu verbessern und die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden.

Diese und andere Aufgaben werden durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erfüllt. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.

Es wird eine Vorrichtung mit einem mikroakustischen BAW-Resonator offenbart, die eine schwingende Resonatorstruktur aufweist, wie sie üblicherweise verwendet wird. Die Resonatorstruktur ist eine Schichtenfolge, die von oben nach unten eine obere Elektrode, eine piezoelektrische Schicht und eine untere Elektrode aufweist.

Unterhalb der unteren Elektrode, die zwischen der Resonatorstruktur und einem die Resonatorstruktur tragenden Substrat ist, ist ein Bragg-Spiegel angeordnet, um die akustische Energie innerhalb des Resonators zu halten.

Zum Verbessern der elektrischen Leitfähigkeit eines Anschlusses des Resonators ist eine leitende Struktur zwischen dem Substrat und der unteren Elektrode angeordnet, die den Strom weg von der unteren Elektrode in Richtung des Substrats leitet. Somit wird das oben erwähnte Problem an dem Übergangsbereich zwischen den Verbindungsbereichen und den Resonanzbereichen mit hoher akustischer Energie dadurch gelöst, dass der Übergangsbereich in einem Bereich mit vollständig niedriger akustischer Energie gebildet wird. Die seitliche Fläche der leitenden Struktur kann derjenigen des schwingenden Resonatorteils entsprechen oder kann die Resonatorfläche leicht erweitern.

Die Höhe der leitenden Struktur ist größer als die der unteren Elektrode. Wenn daher ein Material mit einer Leitfähigkeit verwendet wird, die mit der der unteren Elektrode vergleichbar ist oder diese übersteigt, wird der Reihenwiderstand des unteren Resonatoranschlusses wesentlich reduziert. Dies liegt daran, dass der Strom von dem Bereich hoher akustischer Energie in einer Richtung von oben nach unten zu einem Bereich niedriger akustischer Energie mit einer im Wesentlichen vergrößerten Leiterquerschnittsfläche und über einen kleineren Abstand im Vergleich zu herkömmlichen BAW-Resonatorbauelementen fließt.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die leitende Struktur einen ersten Stapel abwechselnder erster und zweiter elektrisch leitender Schichten. Die ersten Schichten haben eine relativ geringe akustische Impedanz. Die zweiten Schichten haben eine relativ hohe akustische Impedanz. Daher ist es möglich, den ersten Stapel so zu konstruieren, dass er als ein akustischer Spiegel arbeitet, der akustische Wellen in den hochenergetischen akustischen Bereich des Resonators zurückreflektieren kann. Mit anderen Worten kann der für SMR-Typ-Resonatoren notwendige akustische Spiegel durch Verwendung von elektrisch leitenden Schichten nur so modifiziert werden, dass der Spiegel als Resonatoranschluss verwendet werden kann.

Wenn das Bauelement mehr als einen BAW-Resonator umfasst, die auf einem gemeinsamen Substrat erzeugt werden, muss ein elektrischer Kurzschluss durch einen gemeinsamen elektrisch leitenden akustischen Spiegel vermieden werden. Gemäß einer Ausführungsform ist jeder erste Stapel unter einem Resonator in ein Dielektrikum eingebettet. Zwei erste Stapel von zwei benachbarten Resonatoren sind somit zumindest teilweise elektrisch gegeneinander isoliert. Einbetten bedeutet, dass jeder erste Stapel seitlich von dem Dielektrikum umgeben ist. Wenn das Substrat elektrisch isolierend ist, ist keine zusätzliche Isolierschicht zwischen dem Stapel und dem Substrat erforderlich.

Das Dielektrikum zum Einbetten kann nach dem Formen und Strukturieren des ersten Stapels aufgebracht werden. Alternativ kann die Abscheidung der dielektrischen Schicht in Teilschichten erfolgen. Eine solche Teilschicht des Dielektrikums zum Einbetten kann nach der Abscheidung und Strukturierung einer jeweiligen Teilschicht des Stapels, d. h. nach der Abscheidung und Strukturierung einer jeweiligen der ersten oder der zweiten leitfähigen Schicht aufgebracht und strukturiert werden.

Ein BAW-Bauelement, wie ein Filter weist eine Anzahl von BAW-Resonatoren auf, die auf demselben Substrat hergestellt sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jede einer derartigen Anzahl von BAW-Resonatoren über einem separaten ersten Stapel angeordnet. Eine Verbindungsleitung verbindet zwei oder mehrere der ersten Stapel elektrisch in einer Ebene, die von der unteren Elektrode entfernt ist. Dadurch ergibt sich eine Reihen- oder Parallelschaltung der beiden ersten Stapel und damit eine Reihen- oder Parallelschaltung der beiden elektrisch damit verbundenen Resonatoren, die oberhalb der ersten Stapel angeordnet sind.

Die Verbindungsleitung kann aus mindestens einer der untersten ersten und zweiten leitenden Schichten aufgebaut sein. Alternativ kann es vorteilhaft sein, die Verbindungsleitung aus einer separaten leitenden Schicht zu konstruieren, die unter der untersten Schicht der ersten Stapel angeordnet ist. Für diese Schicht kann ein Material gewählt werden, das eine ausreichende Leitfähigkeit bietet, ohne verpflichtet zu sein, ein Material mit relativ hoher oder niedriger akustischer Impedanz zu verwenden. Ferner kann die separate leitende Schicht eine größere Dicke als die unterste erste oder zweite Schicht aufweisen, da diese Schicht nicht als eine Spiegelschicht fungieren muss und daher willkürlich dick sein kann, weil sie sich in einem Bereich sehr geringer akustischer Energie befindet.

Da die Verbindungsleitung die ersten Stapel in einem Bereich niedriger akustischer Energie kontaktiert, verursacht sie keine schädlichen akustischen Änderungen in der Resonatorleistung. Eine Verbindungsleitung mit besserer Leitfähigkeit und deren Position hiervon in einem Bereich niedriger akustischer Energie führt zu einer insgesamt besseren Filterleistung durch Verringerung der elektrischen Verluste. Diese Technik kann auch zu einem verbesserten Q-Faktor der Resonatoren führen, weil eine gleichmäßigere Anregung des Resonators aufgrund einer gleichmäßigeren Spannung möglich ist, die von den ersten Stapeln über den Seitenbereich der unteren Elektrode der Resonatoren angelegt wird.

Die ersten elektrisch leitenden Schichten weisen vorzugsweise eines aus Poly-Si, Graphit, Aluminium, einem leitenden Oxid und einem dotierten Halbleiter auf. Weitere bevorzugte elektrisch leitende Materialien können aus Mg-Al-basierten Legierungen (z. B. AZ91, AE42 und AS41), SC, La, Y, Yb, Be, LaN, Ga, Mg-basierte Legierungen, Snbasierte Legierungen, Bi-basierte Legierungen, Mg2C3 und Mg3N2 ausgewählt werden. Diese Materialien haben eine relativ geringe akustische Impedanz und können in einem akustischen Spiegel verwendet werden, der nach dem Bragg-Prinzip arbeitet.

Die zweiten elektrisch leitenden Schichten können eines von W, WC, WN, SiC, Mo, Mo2N, Ir, Au, Pt, Rh, Re, Ru, Ta, HfN und Legierungen auf Cu-Basis aufweisen. Einige dieser Materialien werden bereits in herkömmlichen SMR-Resonatoren als Hochimpedanzschichten verwendet.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen zweiten akustischen Spiegel auf jedem Resonator auf. Dieser Spiegel umfasst zweite Stapel von elektrisch leitfähigen ersten und zweiten Schichten, die wie die ersten Stapel ausgelegt sind. Daher können die zweiten Stapel die gleiche Struktur wie die ersten Stapel haben, sind aber oberhalb der oberen Elektrode jedes Resonators angeordnet. Eine Struktur, die relativ zu einer horizontalen Spiegelschicht durch den Resonator symmetrisch ist, ist bevorzugt.

Über den zweiten Stapeln sind auch zweite Verbindungsleitungen von den obersten ersten und zweiten Schichten der zweiten Stapel strukturiert, um zwei oder mehr BAW-Resonatoren in Reihe oder parallel elektrisch zu verbinden.

Alternativ kann es vorteilhaft sein, die zweite Verbindungsleitung auch aus einer separaten leitenden Schicht zu konstruieren, die oberhalb der obersten Schicht des zweiten Stapels angeordnet ist.

Natürlich ist jeder zweite Stapel vorteilhafterweise in einer weiteren Schicht aus Dielektrikum eingebettet. Auf diese Weise ist eine gegenseitige elektrische Trennung zwischen zwei Resonatoren gewährleistet, die nicht durch eine zweite Verbindungsleitung verbunden sind.

Mit solchen zweiten Stapeln können die elektrischen Anschlüsse der jeweiligen oberen Elektrode in Bezug auf ihre elektrische Leistung verbessert werden. Daher können ähnliche Verbesserungen wie die bereits erwähnten erzielt werden, die sich aus den ersten Stapeln ergeben.

Mit dem vorgeschlagenen BAW-Bauelement kann ein Filter konstruiert werden. Dazu werden mehrere Resonatoren in einer Leiterart oder einer Gitteranordnung geschaltet. Eine erste Anzahl der BAW-Resonatoren des Bauelements ist in einer Signalleitung in Reihe geschaltet. Eine zweite Anzahl von BAW-Resonatoren des Bauelements wird in parallel zur Signalleitung geschalteten Shunt-Leitungen geschaltet, die mit verschiedenen Knoten in der Signalleitung verbunden sind. Die Filterschaltung selbst entspricht den üblicherweise verwendeten Filterschaltungen und muss daher nicht näher erläutert werden.

Das so konstruierte Filter kann verwendet werden, um ein Filter eines Duplexers zu bilden. Auch das zweite Filter kann von der gleichen erfinderischen Struktur sein. Trotzdem ist es auch möglich, ein SAW-Filter als zweites Filter zu verwenden. Das erste und das zweite Filter des Duplexers werden aus einem Rx-Filter und einem Tx-Filter ausgewählt. Es ist bevorzugt, das Tx-Filter eines Duplexers gemäß dem neuen Prinzip zu konstruieren, da ein erfindungsgemäßes Filter eine verbesserte Belastbarkeit aufweist, da dies für einen höheren Signalpegel oder eine höhere Leistungsamplitude der an das Tx-Filter angelegten Tx-Signale erforderlich ist.

Die Erfindung wird im Hinblick auf einige Ausführungsformen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Daher können weder relative noch absolute Dimensionen für die Figuren verwendet werden.

  • 1 zeigt ein herkömmliches BAW-Bauelement, das aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • 2 zeigt ein BAW-Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 zeigt ein BAW-Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 4 zeigt ein BAW-Bauelement mit einer Schaltung aus mehreren BAW-Resonatoren gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • 5 zeigt ein Blockdiagramm eines BAW-Bauelements mit einer Schaltung aus mehreren BAW-Resonatoren.

1 zeigt eine herkömmliche Vorrichtung mit drei BAW-Resonatoren vom SMR-Typ. Ein SMR-Resonator umfasst eine obere Elektrode TE, eine piezoelektrische Schicht PS und eine untere Elektrode BE. Der aktive Resonatorbereich ist das Volumen, in dem sich alle drei Schichten TE, PS und BE überlappen. Durch Strukturierung der Elektrodenschichten werden drei einzelne SMR-Resonatoren erreicht. Diese drei Resonatoren sind zwischen einem Anschluss T1 und einem dritten Anschluss T3 durch Verbindungen IC, die aus Abschnitten der unteren Elektrode BE oder der oberen Elektrode TE gebildet sind, elektrisch in Reihe geschaltet. Die Verbindungen IC überlappen jeweils zwei oder mehr Stapel. Dann verbindet jede Verbindung IC zwei benachbarte Resonatoren elektrisch.

Unter jedem Resonator ist ein Stapel abwechselnder Schichten niedriger und hoher akustischer Impedanz angeordnet. Jeder Stapel bildet somit einen akustischen Spiegel zum Reflektieren akustischer Wellen zu dem aktiven Bereich, um die akustische Energie innerhalb des aktiven Resonatorbereichs zu halten. Die Niedrigimpedanzschichten LI sind beispielsweise aus einem Dielektrikum wie beispielsweise Si02 gebildet. Hochimpedanzschichten werden beispielsweise aus einem schweren steifen Metall, wie Wolfram W, gebildet. Die untere Elektrode kann Teil des akustischen Spiegels sein und ist somit auch aus einem Schwermetall gebildet.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine hybride untere Elektrode verwendet werden. „Hybrid“-Elektrode bezieht sich auf das Impedanzverhalten der Elektrode, das zwischen niedrig und hoch ist. Eine solche untere Elektrode kann mehrere Schichten umfassen, um einen optimierten Kompromiss zwischen elektrischer Leitfähigkeit und (hoher) akustischer Impedanz zu erzielen. Als ein Arbeitsbeispiel kann eine Mehrschichtstruktur aus Ti, AlCu und W verwendet werden. Eine dünne Schicht aus etwa 10 nm Ti dient dem Zweck der Adhäsion. Eine Schicht mit hoher Leitfähigkeit, aber nur mittlerer akustischer Impedanz, von etwa 150 nm AlCu und einer hochohmigen Schicht von etwa 80 nm W vervollständigen die Elektrodenstruktur. Das AlCu erhöht die Leitfähigkeit, ohne die Kopplung zu stark zu reduzieren, z. B. wenn die W-Schichtdicke verringert würde, würde die akustische Leistung zunehmen, aber die elektrische Leitfähigkeit würde abfallen.

Mit Ausnahme der Verschaltung sind die Resonatoren durch ein Dielektrikum zum Einbetten elektrisch isoliert. Darüber hinaus sind die elektrisch leitenden Hochimpedanzschichten strukturiert und auf den Seitenbereich des jeweiligen aktiven Resonatorbereichs beschränkt. Ein solch herkömmliches BAW-Bauelement hat die erwähnten Nachteile, da die Leitfähigkeit der Verbindungen IS auf die Dünnfilm-Elektrodenschichten der unteren und der oberen Elektrode beschränkt ist.

2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Gezeigt ist ein einzelner Resonator RES, der durch eine Schichtenfolge gebildet wird, die eine obere Elektrode TE, eine piezoelektrische Schicht PS und eine untere Elektrode BE auweist. Bisher entspricht die Ausführungsform einem herkömmlichen Resonator. Im Gegensatz zu der seitlichen Verbindung IC des herkömmlichen Resonators, der in der Ebene der unteren Elektrode ausgebildet ist, befindet sich ein elektrisch leitfähiger erster Stapel ST1, der es ermöglicht, einen elektrischen Anschluss zu bilden, der den Strom vom Boden des Resonators zu einem Substrat führt, das irgendwo unter dem Stapel angeordnet ist und das ganze Bauelement trägt. Daher entspricht der effektive Querschnitt des elektrischen Anschlusses dem seitlichen Resonatorbereich, der gleich der seitlichen Querschnittsfläche des ersten Stapels ist. Der erste Stapel kann abwechselnde Schichten niedriger und hoher akustischer Impedanz HI, LI aufweisen, die beide aus elektrisch leitendem Material gebildet sind. Der Stapel fungiert somit als ein akustischer Spiegel AS.

Der Resonator kann somit durch einen ersten Anschluss T1 an der oberen Elektrode TE und einen zweiten Anschluss T2 am unteren Ende des ersten Stapels ST1 kontaktiert werden.

Hochimpedanzschichten HI können aus W gebildet sein. Schichten niedriger Impedanz LI können aus Al gebildet sein.

Die untere Elektrode BE kann Teil des akustischen Spiegels AS sein.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Diese umfasst drei Resonatoren, die jeweils oberhalb eines als Akustikspiegel AS ausgebildeten ersten Stapels ST1 angeordnet sind. Zwischen einem ersten Resonator, der auf der linken Seite von 1 gezeigt ist und einem seitlich benachbarten zweiten Resonator ist eine elektrische Verbindung durch eine Verbindungsleitung CL gebildet. Die Verbindungsleitung CL verbindet beide ersten Stapel ST1 an ihren jeweiligen Bodenseiten, die sich auf der untersten Schicht der jeweiligen ersten Stapel ST1 befinden. Die Verbindungsleitung CL ist aus einem elektrisch leitenden Metall wie Al gebildet und kann beispielsweise eine Dicke von 1 bis 2 µm aufweisen. Alternativ kann die Verbindungsleitung CL aus einer ausgedehnten unteren leitenden Schicht der ersten Stapel ST1 gebildet werden.

Eine weitere elektrische Verbindung kontaktiert die Unterseite des Stapels am dritten Resonator (das ist der äußerste Resonator an der rechten Seite von 3). Sie ist als eine andere Verbindungsleitung CL‘ ausgebildet, die den rechten ersten Stapel mit einem Terminal T3 verbindet.

Auf der Oberseite der Anordnung sind der mittlere Resonator und der rechte Resonator durch eine vergrößerte obere Elektrode TE, die beiden Resonatoren gemeinsam ist, miteinander verbunden. Ein erster Anschluss T1 kontaktiert die obere Elektrode des linken Resonators. Infolgedessen sind die drei Resonatoren zwischen dem ersten Anschluss T1 und dem dritten Anschluss T3 in Reihe geschaltet. Ein zweiter Anschluss T2 kann den gemeinsamen Abschnitt der oberen Elektrode TE des zweiten (= mittleren) und dritten (= rechten) Resonators kontaktieren, um eine andere Art der Schaltung zu ermöglichen. Zwischen den Anschlüssen T1, T2 und der oberen Elektrode TE ist ein dickes Metall-Pad um den Anschlussbereich angebracht. Dieses Pad ist vorzugsweise in einem Bereich niedriger akustischer Energie angeordnet, das heißt zwischen zwei benachbarten Resonatorbereichen, wie für den Anschluss T2 in 3 gezeigt, oder neben einem Resonatorbereich, wie für den Anschluss T1 gezeigt.

Die gezeigte Struktur kann fortgesetzt werden, indem mehr Resonatoren in Reihe oder parallel dazu verbunden werden. Anstelle des Anschlusses T3 kann die Verbindungsleitung CL‘ einen benachbarten Stapel eines anderen Resonators verbinden.

Es ist bevorzugt, dass eine Dielektrikumsschicht zwischen den Verbindungsleitungen CL, CL‘ und der oberen Oberfläche des Substrats SU zu Isolationszwecken angeordnet ist. Dieses Dielektrikum kann dasselbe sein wie das Dielektrikum DE, in das die ersten Stapel eingebettet sind. Das Dielektrikum DE kann SiO2 umfassen.

4 zeigt ein BAW-Bauelement mit einer Schaltung aus mehreren BAW-Resonatoren gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind oben auf den oberen Elektroden TE der BAW-Resonatoren die zweiten Stapel ST2 angeordnet. Die zweiten Stapel haben die gleiche Struktur wie die ersten Stapel ST1 und umfassen abwechselnde erste und zweite leitende Schichten mit niedriger und hoher Impedanz. Infolgedessen bildet der zweite Stapel ST2 auch einen akustischen Spiegel AS, der akustische Wellen zurück in die Resonatoren RES reflektiert. Da die Stapel weiter nur elektrisch leitende Schichten umfassen, wird der Strom in vertikaler Richtung durch die zweiten Stapel ST2 von der oberen Elektrode weggeführt. Die zweiten Stapel ST2 sind ebenfalls in ein Dielektrikum DE wie die ersten Stapel eingebettet.

Auf dem Dielektrikum DE sind weitere Verbindungsleitungen angeordnet, um die Oberseiten zweier benachbarter zweiter Stapel ST2 in einer Ebene oberhalb und von der piezoelektrischen Schicht entfernt zu verbinden. Die Verbindungsleitungen CL haben eine höhere Dicke und einen geringeren Widerstand im Vergleich zu den oberen Elektroden und den aus dem Stand der Technik bekannten seitlichen Verbindungen. Daher verringert diese Ausführungsform den elektrischen Widerstand der Verbindungen auf der Oberseite der BAW-Anordnung weiter. Daher wird der Verlust der BAW-Anordnung weiter verringert. Zusätzlicher Gewinn ergibt sich aus der Symmetrie der Struktur in Bezug auf eine horizontale Symmetrieebene in der Mitte der piezoelektrischen Schicht PS. Die Anregung innerhalb der Resonatoren ist in der symmetrischen Anordnung gleichmäßiger und führt zu einem höheren Q-Faktor.

Außerdem können seitliche Verluste auf Vorrichtungen mit einem normalen Übergangsbereich reduziert werden.

Ein BAW-Bauelement gemäß oder ähnlich der in 4 gezeigten Ausfiihrungsform bietet eine verbesserte Hermetizität an den Bereichen mit hoher akustischer Energie, insbesondere an der piezoelektrischen Schicht.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass diese Erfindung eine höhere Leistung für Filter, die bei einer höheren Frequenz (> 3 GHz) arbeiten, ermöglichen kann. Um die Impedanz eines höheren Resonanzfrequenzfilters auf dem gleichen Niveau wie bei einem Niederfrequenzfilter zu halten, müssen die geometrischen Parameter der akustisch aktiven Schichten im Resonatorstapel um den Faktor reduziert werden, um den die Frequenz zunimmt. Während die Impedanz der Filterresonatoren so ausgelegt ist, dass sie die gleichen wie Resonatoren sind, die bei einer niedrigeren Frequenz (beispielsweise <3 GHz) arbeiten, werden die Resonatoren nur in der Frequenz nach oben verschoben.

Um zu veranschaulichen, wie sich dies auf die Filterleistung auswirkt, wird das folgende Beispiel gegeben, um den Unterschied zwischen Filtern zu zeigen, die bei einer niedrigeren Frequenz f1 und einer höheren Frequenz f2 arbeiten. Der Resonator mit höherer Betriebsfrequenz ist bezüglich des Resonators mit niedrigerer Frequenz um den gleichen Faktor f2 / f1 verkleinert, um den die Frequenz zunimmt. Dabei werden alle linearen Abmessungen des Resonators skaliert.

Dieser Resonator hat dann einen effektiven Kapazitäts-Q-Faktor Q2 (Verhältnis der Kondensatorimpedanzmagnitude zum äquivalenten Serienwiderstand), der um den gleichen Faktor f2 / f1 reduziert ist. Die Erfindung kann die Aufgabe zu hoher Frequenz zu gehen erleichtern, da dicke Verbindungen verwendet werden können, ohne die akustische Leistung zu beeinträchtigen, und die Tatsache, dass die Stromflussrichtung in einer Richtung von oben nach unten statt in einer Richtung von links nach rechts im Resonatorbereich sein wird. Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche der leitenden Struktur (d. h. des Stapels) jetzt viel größer und die Weglänge ist im Vergleich zu Resonatoren nach dem Stand der Technik viel kürzer.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch Routing der oberen Verbindungsleitungen CL. Das Routing kann frei von geometrischen Einschränkungen erfolgen. Außerdem kann das Material für die oberen Verbindungsleitungen frei gewählt werden, und zwar nur in Bezug auf die gute elektrische Leitfähigkeit.

5 zeigt ein Blockdiagramm eines BAW-Bauelements mit einer Schaltung aus mehreren BAW-Resonatoren. Das Blockdiagramm an sich ist aus dem Stand der Technik bekannt und kann auch für ein BAW-Bauelement gemäß der Erfindung verwendet werden.

Eine erste Anzahl von BAW-Resonatoren SR ist in einer Signalleitung in Reihe geschaltet, die einen Eingang SE mit einem Ausgang SA verbindet. Die Reihenschaltung kann wie bei den drei in 4 dargestellten Resonatoren zwischen den Anschlüssen T1 und T2 erfolgen.

Eine zweite Anzahl von BAW-Resonatoren PR ist in Shunt-Verbindungen verschaltet, die parallel zur Signalleitung geschaltet sind und mit Knoten in der Signalleitung verbunden sind. Die umlaufende gestrichelte Linie zeigt an, dass die Resonatoren der Anordnung auf einem gemeinsamen Chip CH realisiert sind.

Der Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und ist nicht durch die Ausführungsformen und die begleitenden Figuren beschränkt, die nur einzelne Ausführungen zeigen können, wobei zahlreiche andere Ausführungsformen und Modifikationen möglich sind und innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.

Bezugszeichenliste

RES
mikroakustischer BAW-Resonator
TE
obere Elektrode
BE
Bodenelektrode
PS
piezoelektrische Schicht
SU
Substrat leitende Struktur
ST1
erster Stapel
HI, LI
erste und zweite elektrisch leitende Schichten
AS
akustischer Spiegel
DE
Dielektrikum
CL
Verbindungslinie
ST2
zweiter Stapel