Title:
Temperaturkompensiertes Akustik-Resonator-Gerät mit dünner Impfzwischenschicht
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Ein Akustik-Resonator-Gerät beinhaltet eine erste Verbundelektrode, die über einem Substrat angeordnet ist; eine piezoelektrische Schicht, die auf der ersten Verbundelektrode angeordnet ist, wobei die piezoelektrische Schicht ein piezoelektrisches Material beinhaltet, das mit Scandium dotiert ist zur Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Schicht; und eine zweite Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist. Die erste Verbundelektrode beinhaltet eine Basiselektrodenschicht, die über dem Substrat angeordnet ist; eine Temperaturkompensationsschicht, die auf der Basiselektrodenschicht angeordnet ist; eine Impfzwischenschicht, die auf der Temperaturkompensationsschicht angeordnet ist, wobei die Impfzwischenschicht eine Dicke zwischen etwa 5 Å und etwa 150 Å hat; und eine leitfähige Interposer-Schicht, die zumindest auf der Impfzwischenschicht angeordnet ist, wobei zumindest ein Teilbereich der leitfähigen Interposer-Schicht mit der Basiselektrodenschicht in Kontakt ist. Die piezoelektrische Schicht weist einen negativen Temperaturkoeffizienten auf und die Temperaturkompensationsschicht weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf, der zumindest teilweise den negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht ausgleicht.





Inventors:
Zou, Qiang, Col. (Fort Collins, US)
Feng, Chris, Col. (Fort Collins, US)
Choy, John, Col. (Westminster, US)
Application Number:
DE102017106582A
Publication Date:
10/05/2017
Filing Date:
03/28/2017
Assignee:
Avago Technologies General IP (Singapore) Pte. Ltd. (Singapur, SG)
International Classes:
H03H9/17
Attorney, Agent or Firm:
Dilg Haeusler Schindelmann Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80636, München, DE
Claims:
1. Ein Akustik-Resonator-Gerät, umfassend:
eine erste Verbundelektrode, die über einem Substrat angeordnet ist, wobei die erste Verbundelektrode Folgendes umfasst:
eine Basiselektrodenschicht, die über dem Substrat angeordnet ist;
eine Temperaturkompensationsschicht, die auf der Basiselektrodenschicht angeordnet ist;
eine Impfzwischenschicht, die auf der Temperaturkompensationsschicht angeordnet ist, wobei die Impfzwischenschicht eine Dicke zwischen etwa 5 Å und etwa 150 Å hat; und
eine leitfähige Interposer-Schicht, die zumindest auf der Impfzwischenschicht angeordnet ist, wobei zumindest ein Teilbereich der leitfähigen Interposer-Schicht mit der Basiselektrodenschicht in Kontakt ist;
eine piezoelektrische Schicht, die auf der ersten Verbundelektrode angeordnet ist, wobei die piezoelektrische Schicht ein piezoelektrisches Material umfasst, das mit Scandium (Sc) dotiert ist zur Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Schicht; und
eine zweite Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist,
wobei die piezoelektrische Schicht einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und die Temperaturkompensationsschicht einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, der zumindest teilweise den negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht ausgleicht.

2. Das Akustik-Resonator-Gerät nach Anspruch 1, wobei die piezoelektrische Schicht mit Scandium (Sc) dotiertes Aluminiumnitrid (AlN) umfasst.

3. Das Akustik-Resonator-Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Impfzwischenschicht ein piezoelektrisches Material umfasst.

4. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Impfzwischenschicht Aluminiumnitrid (AlN) umfasst.

5. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Konzentration von Scandium (Sc) in einem Bereich von ungefähr 5,0 Atomprozent bis ungefähr 12 Atomprozent des piezoelektrischen Materials liegt.

6. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede von der Temperaturkompensationsschicht und der Impfzwischenschicht in der ersten Verbundelektrode eingebettet ist.

7. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturkompensationsschicht mindestens einen abgeschrägten Rand aufweist, der es dem zumindest einen Teilbereich der leitfähigen Interposer-Schicht ermöglicht, mit der Basiselektrodenschicht in Kontakt zu sein.

8. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturkompensationsschicht ein Oxidmaterial umfasst.

9. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturkompensationsschicht ein Siliciumoxidmaterial umfasst.

10. Das Akustik-Resonator-Gerät nach Anspruch 8, wobei die Temperaturkompensationsschicht eines von Siliciumdioxid (SiO2), Borsilikatglas (BSG), mit Fluor dotiertes SiO2, Chromoxid (Cr(x) O(y)) oder Telluroxid (TeO(x)) umfasst.

11. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basiselektrodenschicht aus einem ersten Metall gebildet ist und die leitfähige Interposer-Schicht aus einem zweiten Metall gebildet ist, das von dem ersten Metall verschieden ist.

12. Das Akustik-Resonator-Gerät nach Anspruch 11, wobei jede von der Basiselektrodenschicht und der leitfähigen Interposer-Schicht aus Wolfram, Molybdän oder Aluminium gebildet ist.

13. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat einen Hohlraum definiert, über den die erste Verbundelektrode positioniert ist.

14. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend:
einen akustischen Spiegel, der zwischen dem Substrat und der ersten Verbundelektrode angeordnet ist, wobei die Basiselektrodenschicht der ersten Verbundelektrode auf dem akustischen Spiegel angeordnet ist.

15. Das Akustik-Resonator-Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Impfzwischenschicht eine Dicke zwischen etwa 30 Å und etwa 50 Å hat.

16. Ein Bulk-Akustik-Wave (BAW) Resonator-Gerät, umfassend:
ein Substrat;
einen akustischen Reflektor, der in oder auf dem Substrat gebildet ist;
eine erste Verbundelektrode, die über dem Substrat angeordnet ist;
eine piezoelektrische Schicht, die auf der ersten Verbundelektrode angeordnet ist, wobei die piezoelektrische Schicht ein piezoelektrisches Material umfasst, das aus mit Scandium (Sc) dotiertem Aluminiumnitrid (AlN) gebildet ist; und
eine zweite Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist,
wobei die erste Verbundelektrode Folgendes umfasst:
eine Basiselektrodenschicht;
eine Temperaturkompensationsschicht, die auf der Basiselektrodenschicht angeordnet ist, wobei die Temperaturkompensationsschicht einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, der zumindest teilweise einen negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht ausgleicht;
eine Impfzwischenschicht, die auf der Temperaturkompensationsschicht angeordnet ist, wobei die Impfzwischenschicht aus Aluminiumnitrid (AlN) mit einer Dicke zwischen etwa 5 Å und etwa 150 Å gebildet ist; und
eine leitfähige Interposer-Schicht, die zumindest auf der Impfzwischenschicht angeordnet ist.

17. Das BAW-Resonator-Gerät nach Anspruch 16, wobei die Impfzwischenschicht bewirkt, dass das piezoelektrische Material mit einer hochgradig orientierten C-Achse wächst, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Wachstumsoberfläche der leitfähigen Interposer-Schicht ist.

18. Das BAW-Resonator-Gerät nach Anspruch 16 oder 17, wobei zumindest ein Teilbereich der leitfähigen Interposer-Schicht mit der Basiselektrodenschicht in Kontakt ist.

19. Das BAW-Resonator-Gerät nach Anspruch 18, wobei die Temperaturkompensationsschicht mindestens einen abgeschrägten Rand aufweist, der es dem zumindest einen Teilbereich der leitfähigen Interposer-Schicht ermöglicht, mit der Basiselektrodenschicht in Kontakt zu sein.

20. Das BAW-Resonator-Gerät nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die piezoelektrische Schicht einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und mindestens eine von der Basiselektrodenschicht, der leitfähigen Interposer-Schicht und der zweiten Elektrode einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, der zumindest einen Teil des negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht ausgleicht.

Description:

Es ist weitverbreitet, elektrische Resonatoren in modernen elektronischen Geräten einzubauen. Beispielsweise werden in kabellosen Kommunikationsgeräten Radiofrequenz-(RF) und Mikrowellenfrequenzresonatoren als Filter eingesetzt, wie zum Beispiel Abzweigfilter (ladder filter), die elektrisch verbundene Serien und Shunt-Resonatoren haben, die in einer Leiterstruktur gebildet sind. Diese Filter können zum Beispiel in einem Duplexer beinhaltet sein, der zwischen einer einzelnen Antenne und einem Empfänger und einem Sender zum entsprechenden Filtern von empfangenen und gesendeten Signalen geschaltet ist.

Diverse Typen an Filtern verwenden mechanische Resonatoren, wie zum Beispiel Bulk-akustische Wellen bzw. Bulk-Akustik-Wave (bulk acoustic wave, BAW) und akustische Oberflächenwellen (surface acoustic wave, SAW) Resonatoren. Ein BAW-Resonator zum Beispiel ist ein akustischer Stapel, der im Allgemeinen eine Schicht eines piezoelektrischen Materials zwischen zwei Elektroden beinhaltet. Akustische Wellen erreichen eine Resonanz über bzw. quer durch den akustischen Stapel, wobei die Resonanzfrequenz der Wellen durch die Materialien in dem akustischen Stapel und die Dicke von jeder Schicht (z.B. piezoelektrische Schicht und Elektrodenschichten) bestimmt wird. Typen an BAW-Resonatoren beinhalten einen Film-Bulk-Akustik-Resonator (film bulk acoustic resonator, FBAR), der eine Luftkavität bzw. einen Lufthohlraum zur akustischen Isolation benutzt, und einen fest montierten Resonator (solidly mounted resonator, SMR), der einen akustischen Spiegel zur akustischen Isolation benutzt, wie zum Beispiel einen verteilten Bragg-Reflektor (distributed Bragg reflector, DBR). FBARs, wie auch andere BAW-Geräte, können konfiguriert sein, bei Frequenzen in GHz-Bereichen zu schwingen bzw. Resonanz zu haben und sie sind relativ kompakt mit Dicken in der Größenordnung von Mikrometern und Abmessungen in der Länge und Breite von Hunderten Mikrometern. Dies macht FBARs gut geeignet für viele Anwendungen im Hochfrequenzkommunikationsbereich.

Resonatoren können als Bandpassfilter eingesetzt werden mit zugehörigen Durchlassbereichen, die dafür sorgen, dass Frequenzbereiche durch die Filter passieren dürfen. Die Durchlassbereiche der Resonatorfilter neigen dazu sich zu verlagern in Reaktion auf Umgebungsfaktoren und betrieblichen Faktoren, wie zum Beispiel Änderungen der Temperatur und/oder der einfallenden Energie. Zum Beispiel bewegt sich der Durchlassbereich eines Resonatorfilters zu einer niedrigeren Frequenz in Reaktion auf eine Temperaturerhöhung und eine höhere einfallende Energie.

Mobiltelefone zum Beispiel werden durch Verlagerungen beim Durchlassbereich auf Grund von Temperatur- und Energiefluktuationen negativ beeinflusst. Zum Beispiel beinhaltet ein Mobiltelefon Leistungsverstärker (power amplifiers, PAs), die in der Lage sein müssen, größere als erwartete Einfügungsverluste (insertion losses) an den Rändern des Filters (Duplexer) zu bewältigen. Wenn der Filterdurchlassbereich sich in der Frequenz nach unten verlagert, z.B. auf Grund von steigender Temperatur, bewegt sich der Punkt der maximalen Energieabsorption in dem Filter, der so ausgebildet ist, dass er oberhalb des Durchlassbereichs liegt, nach unten in den Frequenzbereich der FCC oder für den Staat vorgesehene Durchlassbereiche. An diesem Punkt fängt der Filter an, mehr Energie von dem PA zu absorbieren und sich aufzuheizen, was bewirkt, dass die Temperatur weiter steigt. Somit verlagert sich der Filterdurchlassbereich in der Frequenz weiter nach unten, was den maximalen Filterabsorptionspunkt noch näher bringt. Dies bildet eine potentiell unkontrollierbare Situation, die nur durch die Tatsache vermieden wird, dass die reflektierte Energie groß wird und der Filter an einer gewissen hohen Temperatur schließlich aussetzt.

Um eine Frequenzverlagerung bei steigenden Temperaturen zu verhindern oder zu reduzieren, kann ein herkömmlicher Resonator, der in einem Bandpassfilter eingesetzt wird, zum Beispiel eine Schicht eines Oxidmaterials innerhalb der piezoelektrischen Schicht des akustischen Stapels und/oder einer oder mehrerer Elektroden beinhalten. Ein Beispiel hierfür wird zur Verfügung gestellt durch Ruby et al., US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2011/0266925 (veröffentlicht am 3. November 2011), die hiermit unter Bezugnahme vollständig aufgenommen wird. Das Oxidmaterial weist einen positiven Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls über einen bestimmten Temperaturbereich auf. Der positive Temperaturkoeffizient des Oxidmaterials gleicht zumindest teilweise die negativen Temperaturkoeffizienten der Metallelektroden bzw. des piezoelektrischen Materials aus. Zum Beispiel kann das Oxidmaterial in der Mitte der piezoelektrischen Schicht oder einem Ende der piezoelektrischen Schicht zwischen den Elektroden platziert werden. Jedoch wird der akustische Kopplungskoeffizient (kt2) des Resonators durch die Zugabe von Oxidmaterial zu der piezoelektrischen Schicht beeinträchtigt. Dies liegt darin begründet, dass das Oxidmaterial als ein „toter“ Kondensator in Serie mit dem aktiven piezoelektrischen Materialdielektrikum erscheint. Zum Beispiel wenn eine Oxidschicht oder eine andere Temperaturkompensationsschicht in einen FBAR-Stapel eingefügt wird, wird der Kopplungskoeffizient kt2 niedriger, da der Temperaturkoeffizient des FBAR-Stapels positiver wird.

Darüber hinaus kann die piezoelektrische Schicht über dem zur Temperaturkompensation benutzten Oxidmaterial wachsen gelassen werden. Die Temperaturkompensationsschicht ist im Allgemeinen ein amorpher Film und daher kein orientiertes kristallines Material. Somit wird die auf bestimmten bekannten Temperaturkompensationsschichten (z.B. Siliciumdioxid) gewachsene piezoelektrische Schicht eine geringe kristalline Struktur und eine zufällige Mischung an c-Achsen-Orientierungen in der Dünnschicht aufweisen, was eine gute piezoelektrische Antwort verhindert. Im Gegensatz dazu ist die Bildung eines piezoelektrischen Materials mit hochgradig strukturierter C-Achse, das hervorragende piezoelektrische Eigenschaften zeigt, erwünscht. Um ein piezoelektrisches Material mit hochgradig strukturierter C-Achse zur Verfügung zu stellen, kann eine Impfzwischenschicht auf die Oberfläche der Elektrode oder der Temperaturkompensationsschicht aufgebracht werden, über der die piezoelektrische Schicht wachsen gelassen wird.

Zusätzlich kann eine Impfzwischenschicht auf der Temperaturkompensationsschicht dabei hilfreich sein, den positiven Temperaturkoeffizienten und den Kopplungskoeffizienten kt2 einer temperaturkompensierten FBAR-Struktur zu verbessern. Ein Beispiel für eine Impfzwischenschicht auf einer Temperaturkompensationsschicht, die innerhalb einer unteren Elektrode gebildet ist, wird zur Verfügung gestellt durch Zou et al., US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2014/0292150 (veröffentlicht am 2. Oktober 2014), die hiermit unter Bezugnahme vollständig aufgenommen wird. Im Allgemeinen gilt, je dicker die Impfzwischenschicht ist, desto wirkungsvoller ist sie bei der Bereitstellung von piezoelektrischem Material mit hochgradig strukturierter C-Achse und bei der Verbesserung des positiven Temperaturkoeffizienten, insbesondere in Bezug auf eine piezoelektrische Schicht, die aus üblicherweise eingesetztem Aluminiumnitrid (AlN) gebildet ist.

Es besteht daher ein Bedarf an einem temperaturkompensierten Akustik-Resonator-Gerät, das zumindest manche der bekannten Defizite von herkömmlichen Akustik-Resonator-Geräten, wie oben beschrieben, überwindet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beispielhaften Ausführungsformen können aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendiger Weise maßstabsgetreu dargestellt sind. Vielmehr können die Abmessungen beliebig vergrößert oder verkleinert sein, um Klarheit in der Diskussion zu haben. Wo immer anwendbar und zweckmäßig, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.

1 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Akustik-Resonator-Gerät einschließlich einer Elektrode mit einer eingebetteten Temperaturkompensationsschicht und einer dünnen Impfzwischenschicht gemäß einer repräsentativen Ausführungsform veranschaulicht.

2A2E sind Querschnittsdarstellungen, die eine Herstellungsabfolge zur Bildung eines Akustik-Resonator-Geräts in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform veranschaulichen.

3A ist eine Darstellung, die effektive Kopplungskoeffizienten von Akustik-Resonator-Geräten als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten aus AlN (nicht mit Sc dotiert) gemacht sind.

3B ist eine Darstellung, die Standardabweichungen (von effektiven Kopplungskoeffizienten) über Akustik-Resonator-Geräte-Wafer als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten aus AlN (nicht mit Sc dotiert) gemacht sind.

4A ist eine Darstellung, die effektive Kopplungskoeffizienten von Akustik-Resonator-Geräten als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten aus mit Sc dotiertem AlN gemacht sind gemäß repräsentativer Ausführungsformen.

4B ist eine Darstellung, die Standardabweichungen von effektiven Kopplungskoeffizienten über Akustik-Resonator-Geräte-Wafer als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten aus mit Sc dotiertem AlN gemacht sind.

4C ist eine Darstellung, die Temperaturkoeffizienten von Akustik-Resonator-Geräten als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten aus mit Sc dotiertem AlN gemacht sind gemäß repräsentativer Ausführungsformen.

4D ist eine Darstellung, die Standardabweichungen von Temperaturkoeffizienten über Akustik-Resonator-Geräte-Wafer als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten aus mit Sc dotiertem AlN gemacht sind gemäß repräsentativer Ausführungsformen.

5A ist eine Darstellung, die effektive Kopplungskoeffizienten von Akustik-Resonator-Geräten als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten aus mit Sc dotiertem AlN gemacht sind gemäß repräsentativer Ausführungsformen.

5B ist eine Darstellung, die Standardabweichungen von effektiven Kopplungskoeffizienten über Akustik-Resonator-Geräte-Wafer als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten aus mit Sc dotiertem AlN gemacht sind gemäß repräsentativer Ausführungsformen.

Detaillierte Beschreibung

In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sind, zum Zwecke der Erklärung und nicht zur Beschränkung, repräsentative Ausführungsformen, die spezielle Details offenbaren, dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Jedoch wird dem gewöhnlichen Durchschnittsfachmann, der den Vorteil der vorliegenden Offenbarung hatte, ersichtlich, dass andere Ausführungsformen gemäß den vorliegenden Lehren, die von den speziellen hierin offenbarten Details abweichen, innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche verbleiben. Darüber hinaus können Beschreibungen von wohlbekannten Vorrichtungen und Verfahren weggelassen werden, um die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen nicht zu verschleiern. Solche Verfahren und Vorrichtungen befinden sich eindeutig innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren.

Im Allgemeinen wird verstanden, dass die Zeichnungen und die darin dargestellten verschiedenen Elemente nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Darüber hinaus werden relative Begriffe, wie zum Beispiel „oberhalb“, „unterhalb“, „obere“, „untere“, „oben“, „unten“, „über“, „unter“, „links“, „rechts“, „vertikal“ und „horizontal“, verwendet, um die Beziehung der verschiedenen Elemente zueinander zu beschreiben, wie in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht. Es wird verstanden, dass diese relativen Begriffe dazu dienen, verschiedene Orientierungen des Gerätes und/oder von Elementen einzuschließen, zusätzlich zu den in den Zeichnungen dargestellten Orientierungen. Zum Beispiel, wenn das Gerät in Bezug auf die Ansicht in den Zeichnungen umgedreht würde, würde ein Element das als „oberhalb“ eines anderen Elements beschrieben wird, sich nun beispielsweise „unterhalb“ dieses Elements befinden. Ebenso, wenn das Gerät in Bezug auf die Ansicht in den Zeichnungen um 90 Grad gedreht würde, würde ein Element das als „vertikal“ beschrieben wird, nun beispielsweise „horizontal“ sein.

Aspekte der vorliegenden Lehren sind relevant für Komponenten von BAW- und FBAR-Geräten und -Filtern, deren Materialien und deren Herstellungsverfahren. Verschiedenartige Details über solche Geräte und entsprechende Herstellungsverfahren können zum Beispiel in einer oder mehreren der folgenden US-Patentanmeldungen gefunden werden: US-PatentUS 6,107,721 von Lakin; US-Patente US 5,587,620, US 5,873,153, US 6,507,983, US 6,384,697, US 7,275,292, US 7,629,865 und US 7,388,454 von Ruby et al.; US-Patent US 7,280,007 von Feng et al.; US-Patent 8,981,876 von Jamneala et al.; US-Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern 2010/0327697 und 2010/0327994 von Choy et al.; und US-Patentanmeldungen mit den Veröffentlichungsnummern 2011/0180391 und 2012/0177816 von Larson et al.. Die Offenbarungen dieser Patente und Patentanmeldungen werden hiermit unter Bezugnahme vollständig namentlich aufgenommen. Es wird betont, dass die Komponenten, Materialien und Herstellungsverfahren, die in diesen Patenten und Patentanmeldungen offenbart sind, repräsentativ sind und andere Herstellungsverfahren und Materialien werden innerhalb des Bereichs von einem Durchschnittsfachmann in Betracht gezogen.

Gemäß diverser repräsentativer Ausführungsformen hat ein Resonator-Gerät einen akustischen Stapel mit einer piezoelektrischen Schicht, die aus mit Scandium (Sc) dotiertem Aluminiumnitrid (AlN) gebildet ist, zwischen oberen und unteren Elektroden. Zumindest die untere Elektrode ist eine Verbundelektrode, die eine Temperaturkompensationsschicht, die zwischen einer Elektrodenschicht und einer leitfähigen Interposer-Schicht angeordnet ist, und einer Impfzwischenschicht, die auf der Temperaturkompensationsschicht und unterhalb der leitfähigen Interposer-Schicht angeordnet ist, aufweist. Wie hierin verwendet, bedeutet ein Material mit einem „positiven Temperaturkoeffizienten“, dass das Material einen positiven Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls über einen bestimmten Temperaturbereich aufweist. In ähnlicher Weise bedeutet ein Material mit einem „negativen Temperaturkoeffizienten“, dass das Material einen negativen Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls über den (gleichen) bestimmten Temperaturbereich aufweist.

Die leitfähige Interposer-Schicht macht somit eine elektrische Gleichstromverbindung mit der Elektrodenschicht in der Verbundelektrode, wodurch effektiv eine kapazitive Komponente von der Temperaturkompensationsschicht kurzgeschlossen wird und ein Kopplungskoeffizient kt2 des Resonator-Geräts erhöht wird. Auch bewirkt die Impfzwischenschicht die Bildung einer piezoelektrischen Schicht mit hochgradig strukturierter C-Achse aus mit Sc dotiertem AlN-Material, das hervorragende piezoelektrische Eigenschaften zeigt, wobei die piezoelektrischen Eigenschaften im Allgemeinen mit abnehmender Dicke der Impfzwischenschicht (d.h. wenn sie dünner wird) besser werden. Die leitfähige Interposer-Schicht, die zwischen der Temperaturkompensationsschicht und der piezoelektrischen Schicht gelegen ist, stellt eine Barriere dar, die verhindert, dass Sauerstoff in der Oxidschicht in das piezoelektrische Material der piezoelektrischen Schicht hinein diffundiert.

Gemäß diverser repräsentativer Ausführungsformen beinhaltet ein Akustik-Resonator-Gerät eine erste Verbundelektrode, die über einem Substrat angeordnet ist; eine piezoelektrische Schicht, die auf der ersten Verbundelektrode angeordnet ist, wobei die piezoelektrische Schicht ein piezoelektrisches Material beinhaltet, das mit Scandium dotiert ist zur Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Schicht; und eine zweite Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist. Die erste Verbundelektrode beinhaltet eine Basiselektrodenschicht, die über dem Substrat angeordnet ist; eine Temperaturkompensationsschicht, die auf der Basiselektrodenschicht angeordnet ist; eine Impfzwischenschicht, die auf der Temperaturkompensationsschicht angeordnet ist, wobei die Impfzwischenschicht eine Dicke zwischen zum Beispiel etwa 10 Å und etwa 150 Å hat; und eine leitfähige Interposer-Schicht, die zumindest auf der Impfzwischenschicht angeordnet ist, wobei zumindest ein Teilbereich der leitfähigen Interposer-Schicht mit der Basiselektrodenschicht in Kontakt ist. Die piezoelektrische Schicht weist einen negativen Temperaturkoeffizienten auf und die Temperaturkompensationsschicht weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf, der zumindest teilweise den negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht ausgleicht.

1 ist eine Querschnittsansicht eines Akustik-Resonator-Geräts, das eine Elektrode beinhaltet, die eine eingebettete (bzw. vergrabene) Temperaturkompensationsschicht und eine Impfzwischenschicht aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das veranschaulichende Akustik-Resonator-Gerät 100 einen akustischen Stapel 105, der auf einem Substrat 110 gebildet ist. Das Substrat 110 kann aus verschiedenartigen Typen von Materialien gebildet sein, die mit Verfahren auf Wafer-Ebene kompatibel sind, wie zum Beispiel Silicium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder dergleichen, und somit die Kosten des Endprodukts reduzieren. In der abgebildeten Ausführungsform definiert das Substrat 110 einen Hohlraum bzw. eine Kavität 115, der bzw. die unterhalb des akustischen Stapels 105 gebildet ist, um für akustische Isolierung zu sorgen, so dass der akustische Stapel 105 über einem Luftraum aufgehängt ist, um mechanische Bewegung zu ermöglichen. In alternativen Ausführungsformen kann das Substrat 110 mit keinem Hohlraum 115 gebildet sein, zum Beispiel unter Benutzung von SMR-Technologie. Zum Beispiel kann der akustische Stapel 105 über einem akustischen Spiegel oder einem verteilten Bragg-Reflektor bzw. Bragg-Spiegel (distributed Bragg reflector, DBR) (nicht gezeigt) gebildet sein, der alternierende Schichten aus Materialien mit hoher und niedriger akustischer Impedanz aufweist, der in oder auf dem Substrat 110 gebildet ist. Ein akustischer Spiegel kann gemäß verschiedenartiger Techniken hergestellt werden. Ein Beispiel hierfür wird in dem US-Patent US 7,358,831 von Larson, III, et al. beschrieben, dessen Offenbarung hiermit unter Bezugnahme vollständig aufgenommen wird.

Der akustische Stapel 105 beinhaltet eine piezoelektrische Schicht 130, die zwischen der ersten (unteren) Verbundelektrode 120 und der zweiten (oberen) Elektrode 140 gebildet ist. In der abgebildeten Ausführungsform beinhaltet die erste Verbundelektrode 120 mehrere Schichten und wird daher als eine „Verbundelektrode“ (Kompositelektrode) bezeichnet. Die erste Verbundelektrode 120 beinhaltet eine Basiselektrodenschicht 122 (erste elektrisch leitfähige Schicht), eine eingebettete (bzw. vergrabene) Temperaturkompensationsschicht 124, eine dünne Impfzwischenschicht 125 und eine leitfähige Interposer-Schicht 126 (zweite elektrisch leitfähige Schicht), die der Reihe nach (sequentiell) auf dem Substrat 110 gestapelt sind. In einer repräsentativen Ausführungsform sind die Basiselektrodenschicht 122 und/oder die leitfähige Interposer-Schicht 126 aus elektrisch leitfähigen Metallen gebildet, wie zum Beispiel verschiedenartige Metalle, die mit Wafer-Verfahren kompatibel sind, einschließlich Wolfram (W), Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb) oder Hafnium (Hf) zum Beispiel. In bestimmten repräsentativen Ausführungsformen ist mindestens eine von der Basiselektrodenschicht 122 und der leitfähigen Interposer-Schicht 126 aus einem Material gemacht, das einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. In Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform ist das Material, das einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, eine Legierung. Veranschaulichend kann die Legierung eine von Nickel-Eisen (Ni-Fe), Niob-Molybdän (NbMo) und Nickel-Titan (NiTi) sein.

In der repräsentativen Ausführungsform ist die dünne Impfzwischenschicht 125 über der Temperaturkompensationsschicht 124 und unterhalb der leitfähigen Interposer-Schicht 126 angeordnet und die piezoelektrische Schicht 130 ist über der leitfähigen Interposer-Schicht 126 angeordnet. Die piezoelektrische Schicht 130 ist aus einem mit Sc dotierten AlN-Material (auch bezeichnet als AlScN) gemacht. In diversen Ausführungsformen kann die piezoelektrische AlScN-Schicht 130 zum Beispiel eine Konzentration an Sc in einem Bereich von ungefähr 5,0 Atomprozent bis ungefähr 12,0 Atomprozent des piezoelektrischen Materials beinhalten. Die Impfzwischenschicht 125 fungiert als eine Impfzwischenschicht zur Förderung des Wachstums einer hochgradig strukturierten piezoelektrischen AlScN-Schicht 130 und erhöht den Kopplungskoeffizienten kt2. Ganz besonders nimmt der Kopplungskoeffizient kt2 mit abnehmender Dicke der Impfzwischenschicht 125 zu. Die Zunahme des Kopplungskoeffizienten kt2 ist dabei behilflich, die Abnahme des Kopplungskoeffizienten kt2 auszugleichen, die aus dem Einbau der Temperaturkompensationsschicht 124 resultiert. Zusätzlich nimmt im Allgemeinen die Standardabweichung des Kopplungskoeffizienten kt2 der Akustik-Resonatoren über den Akustik-Resonator-Geräte-Wafer (vor der Vereinzelung) mit abnehmender Dicke der Impfzwischenschicht 125 ab, so dass die Kopplungskoeffizienten kt2 konstanter über den Akustik-Resonator-Geräte-Wafer sind, was bei herkömmlichen Akustik-Resonator-Geräte-Wafern mit undotierten piezoelektrischen AlN-Schichten nicht der Fall ist.

Die Temperaturkompensationsschicht 124 kann aus verschiedenartigen Materialien gebildet sein, die mit Wafer-Verfahren kompatibel sind, einschließlich Siliciumdioxid (SiO2), Borsilikatglas (BSG), mit Fluor dotiertes SiO2, Chromoxid (Cr(x) O(y)) oder Telluroxid (TeO(x)) zum Beispiel, die positive Temperaturkoeffizienten aufweisen, die zumindest einen Teil der negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht 130 und des leitfähigen Materials in den ersten und zweiten Elektroden 120 und 140 ausgleichen. Die Impfzwischenschicht 125 oder Impfzwischenschicht bewirkt, dass eine hochgradig strukturierte piezoelektrische Schicht 130 mit einer hochgradig orientierten C-Achse wächst, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Wachstumsoberfläche der leitfähigen Interposer-Schicht ist. Die Impfzwischenschicht 125 kann zum Beispiel aus AlN gemacht sein. Alternativ kann die Impfzwischenschicht 125 aus Materialien mit einer hexagonalen Kristallstruktur (wie zum Beispiel Titan, Ruthenium) oder einer Zusammensetzung aus dem gleichen piezoelektrischen Material (z.B. AlScN) wie die piezoelektrische Schicht 130 und einem Material mit hexagonaler Kristallstruktur gebildet sein. Wie oben erwähnt, je dünner die Impfzwischenschicht 125 ist, desto größer ist die Zunahme des Kopplungskoeffizienten kt2 des akustischen Stapels 105. Daher hat die Impfzwischenschicht 125 eine Dicke in einem Bereich von etwa 5 Ångström (Å) bis etwa 150 Å. In einer Ausführungsform hat die Impfzwischenschicht 125 zum Beispiel eine Dicke in einem Bereich zwischen etwa 20 Å und etwa 50 Å. Dementsprechend wird der Kopplungskoeffizient kt2 erhöht (verbessert) durch Aufnahme von mit Sc dotiertem AlN-Material als die piezoelektrische Schicht 130 und durch Aufnahme einer Impfzwischenschicht 125, die gemeinsam zumindest einen Teil der Reduktion des Kopplungskoeffizienten kt2 ausgleichen, die durch Einfügen der Temperaturkompensationsschicht 124 in den akustischen Stapel 105 verursacht wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass ohne die Impfzwischenschicht 125 eine piezoelektrische Schicht 130, die aus mit Sc dotiertem AlN gebildet ist, eine schlechte Wachstumsqualität auf der ersten Verbundelektrode 120 (einschließlich der Temperaturkompensationsschicht 124) aufweist, als gewachsen auf einer ersten Elektrode mit keiner Temperaturkompensation. Das heißt, dass das für die leitfähige Interposer-Schicht 126 ausgewählte Material so ausgewählt sein sollte, dass es sich nicht negativ auf die Qualität der kristallinen Struktur der piezoelektrischen Schicht 130 auswirkt, da es erwünscht ist, eine hochgradig strukturierte (gut orientierte C-Achse) piezoelektrische Schicht 130 in dem akustischen Stapel 105 bereitzustellen. Es hatte sich daher als vorteilhaft erwiesen, ein Material für die leitfähige Interposer-Schicht 126 zu verwenden, das das Wachstum einer hochgradig strukturierten piezoelektrischen Schicht 130 erlaubt. Jedoch kann das Hinzufügen der Impfzwischenschicht 125 die Notwendigkeit des Auswählens eines Materials für die leitfähige Interposer-Schicht 126, das sich nicht negativ auf die Qualität der kristallinen Struktur der piezoelektrischen Schicht 130 auswirkt, reduzieren oder beseitigen. In verschiedenartigen Ausführungsformen können die Basiselektrodenschicht 122, die leitfähige Interposer-Schicht 126 und die zweite Elektrode 140 aus einem oder mehreren Materialen gemacht sein, die einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen, um die negative Auswirkung auf die Frequenz bei höheren Betriebstemperaturen weiter zu reduzieren oder im Wesentlichen zu verhindern. Das heißt, dass der positive Temperaturkoeffizient der ausgewählten Basiselektrodenschicht 122 oder der leitfähigen Interposer-Schicht 126 oder von beiden in vorteilhafter Weise die negativen Temperaturkoeffizienten von anderen Materialien in dem akustischen Stapel 105 ausgleicht, einschließlich zum Beispiel der piezoelektrischen Schicht 130, der zweiten Elektrode 140 oder jeder anderen Schicht des akustischen Stapels, die einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. In vorteilhafter Weise erlaubt die Aufnahme von einer oder mehreren Schichten an Materialien mit einem positiven Temperaturkoeffizienten für elektrisch leitfähige Schichten in dem akustischen Stapel den gleichen Grad an Temperaturkompensation mit einer dünneren eingebetteten (vergrabenen) Temperaturkompensationsschicht 124.

In verschiedenartigen Ausführungsformen sind die Basiselektrodenschicht 122 und die leitfähige Interposer-Schicht 126 aus unterschiedlichen leitfähigen Materialien gebildet, wobei die Basiselektrodenschicht 122 aus einem Material mit relativ niedrigerer Leitfähigkeit und relativ höherer akustischer Impedanz gebildet ist und die leitfähige Interposer-Schicht 126 aus einem Material mit relativ höherer Leitfähigkeit und relativ niedrigerer akustischer Impedanz gebildet ist. Zum Beispiel kann die Basiselektrodenschicht 122 aus W, Ni-Fe, NbMo oder NiTi gebildet sein und die leitfähige Interposer-Schicht 126 kann aus Mo gebildet sein, auch wenn andere Materialien und/oder Kombinationen an Materialien verwendet werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. In Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform wird die Auswahl des Materials für die leitfähige Interposer-Schicht 126 gemacht, um das Wachstum von hochgradig strukturiertem piezoelektrischen Material, das die piezoelektrische Schicht 130 bildet, zu fördern. Des Weiteren können in verschiedenartigen Ausführungsformen die Basiselektrodenschicht 122 und die leitfähige Interposer-Schicht 126 aus dem gleichen leitfähigen Material gebildet sein, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.

Wie von einem Fachmann auf dem Gebiet verstanden werden sollte, hängen die elektrische Leitfähigkeit und die akustische Impedanz von dem Material ab, das für das in dem akustischen Stapel 105 bereitgestellte Material mit positivem Temperaturkoeffizienten ausgewählt wurde. Darüber hinaus wird die akustische Impedanz und die elektrische Leitfähigkeit des Materials mit positivem Temperaturkoeffizienten sich auf dessen Ort bzw. Position in dem akustischen Stapel 105 auswirken. Üblicherweise ist es zweckdienlich, ein Material mit positivem Temperaturkoeffizienten und mit einer vergleichsweise hohen akustischen Impedanz bereitzustellen, um einen höheren akustischen Kopplungskoeffizienten kt2 zu erzielen, wodurch eine vergleichsweise dünne piezoelektrische Schicht 130 in dem akustischen Stapel 105 bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus ist es zweckdienlich, ein Material mit positivem Temperaturkoeffizienten und mit einem vergleichsweise niedrigen elektrischen Widerstand bereitzustellen, um ohmsche (resistive) Verluste in dem Akustik-Resonator-Gerät 100 zu vermeiden. Schließlich ziehen die vorliegenden Lehren die Verwendung einer mehrschichtigen Struktur in Erwägung für die Schicht(en) des akustischen Stapels 105 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, um eine vergleichsweise hohe akustische Impedanz und vergleichsweise niedrige elektrische Leitfähigkeit zu erzielen.

Die Temperaturkompensationsschicht 124 wird als eine eingebettete bzw. vergrabene Temperaturkompensationsschicht angesehen, insofern als sie zwischen der Basiselektrodenschicht 122 und der leitfähigen Interposer-Schicht 126 gebildet ist. Die eingebettete Temperaturkompensationsschicht 124 ist daher von der piezoelektrischen Schicht 130 durch die leitfähige Interposer-Schicht 126 getrennt oder isoliert und ist andererseits durch die Verbindung zwischen der leitfähigen Interposer-Schicht 126 und der Basiselektrodenschicht 122 eingeschlossen. Dementsprechend ist die Temperaturkompensationsschicht 124 gewissermaßen innerhalb der ersten Verbundelektrode 120 eingebettet bzw. vergraben.

Wie zuvor angemerkt, kann mindestens eine von der Basiselektrodenschicht 122, der leitfähigen Interposer-Schicht 126 und der zweite Elektrode 140 aus einem Material gemacht sein, das einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. Somit kann die zweite Elektrode 140 aus einem Material gemacht sein, das einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, während eine oder beide von der Basiselektrodenschicht 122 und der leitfähige Interposer-Schicht 126 aus einem Material gemacht sein können, das einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Wie oben angemerkt, kann das Material, das einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, eine Legierung sein. Veranschaulichend kann die Legierung eine von Nickel-Eisen (Ni-Fe), Niob-Molybdän (NbMo) und Nickel-Titan (NiTi) sein. Der positive Temperaturkoeffizient der zweiten Elektrode 140 gleicht in vorteilhafter Weise die negativen Temperaturkoeffizienten von anderen Materialien in dem akustischen Stapel 105 aus, einschließlich zum Beispiel der piezoelektrischen Schicht 130 und jeder anderen Schicht des akustischen Stapels 105, die einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. In vorteilhafter Weise erlaubt die Aufnahme von einer oder mehreren Schichten an Materialien mit einem positiven Temperaturkoeffizienten für elektrisch leitfähige Schichten in dem akustischen Stapel 105 den gleichen Grad an Temperaturkompensation mit einer dünneren eingebetteten (vergrabenen) Temperaturkompensationsschicht 124.

Wie in der repräsentativen Ausführungsform von 1 gezeigt, erstrecken sich die Temperaturkompensationsschicht 124 und die Impfzwischenschicht 125 nicht über die gesamte Breite des akustischen Stapels 105. Auch erstreckt sich die Impfzwischenschicht 125 nicht über die gesamte Breite der Temperaturkompensationsschicht 124, sondern ist vielmehr nur auf einem Teilbereich auf der oberen Oberfläche, der im Wesentlichen parallel zu der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 ist, positioniert. Somit ist die leitfähige Interposer-Schicht 126, die auf der oberen Oberfläche der Impfzwischenschicht 125 und den seitlichen Oberflächen der Temperaturkompensationsschicht 124 gebildet ist, in Kontakt mit der oberen Oberfläche der Basiselektrodenschicht 122, wie zum Beispiel durch das Bezugszeichen 129 angezeigt. Dadurch wird eine elektrische Gleichstromverbindung zwischen der leitfähigen Interposer-Schicht 126 und der Basiselektrodenschicht 122 gebildet. Indem die leitfähige Interposer-Schicht 126 mit der Basiselektrodenschicht 122 elektrisch Gleichstrom verbunden ist, kann sie effektiv eine kapazitive Komponente der Temperaturkompensationsschicht 124 „kurzschließen“ und somit den Kopplungskoeffizienten kt2 des Akustik-Resonator-Geräts 100 erhöhen. Zusätzlich sorgt die leitfähige Interposer-Schicht 126 für eine Barriere, die verhindert, dass Sauerstoff in der eingebetteten (vergrabenen) Temperaturkompensationsschicht 124 in die piezoelektrische Schicht 130 hinein diffundiert, wodurch eine Verunreinigung bzw. Kontamination der piezoelektrischen Schicht 130 verhindert wird.

In der dargestellten Ausführungsform hat auch die eingebettete Temperaturkompensationsschicht 124 abgeschrägte bzw. sich verjüngende Ränder bzw. Kanten (tapered edges) 124A, die die elektrische Gleichstromverbindung zwischen der leitfähigen Interposer-Schicht 126 und der Basiselektrodenschicht 122 verbessern. Das heißt, dass mindestens ein abgeschrägter Rand 124A es zumindest einem Teilbereich der leitfähigen Interposer-Schicht 126 ermöglicht, in Kontakt mit der Basiselektrodenschicht 122 zu sein. Zusätzlich verbessern die abgeschrägten Ränder 124A die mechanische Verbindung zwischen der leitfähigen Interposer-Schicht 126 und der Basiselektrodenschicht 122, was die Qualität der Versiegelung verbessert, z.B. zum Verhindern, dass Sauerstoff in der eingebetteten Temperaturkompensationsschicht 124 in die piezoelektrische Schicht 130 hinein diffundiert. In alternativen Ausführungsformen sind die Ränder der eingebetteten Temperaturkompensationsschicht 124 nicht abgeschrägt, sondern können zum Beispiel im Wesentlichen senkrecht zu den oberen und unteren Oberflächen der Temperaturkompensationsschicht 124 sein, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. In dieser Konfiguration kann sich die Impfzwischenschicht 125 über die gesamte Breite oder einen Teilbereich der gesamten Breite der Temperaturkompensationsschicht 124 erstrecken.

Die piezoelektrische Schicht 130 ist über der oberen Oberfläche der leitfähigen Interposer-Schicht 126 gebildet. Wie oben erwähnt, ist die piezoelektrische Schicht 130 aus mit Sc dotiertem AlN gebildet, wobei die Konzentration an Sc in einem Bereich von ungefähr 5,0 Atomprozent bis ungefähr 12,0 Atomprozent des Materials in der piezoelektrischen Schicht 130 liegt. Die piezoelektrische Schicht 130 kann über bzw. auf der oberen Oberfläche der Basiselektrodenschicht 122 wachsen oder abgeschieden werden unter Verwendung einer von einer Anzahl an bekannten Verfahren, wie zum Beispiels Sputtern beispielsweise, auch wenn die piezoelektrische Schicht 130 gemäß jeder verschiedenartigen Technik hergestellt werden kann, die mit Wafer-Verfahren kompatibel sind. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht 130 kann zum Beispiel im Bereich von etwa 1000 Å bis etwa 100.000 Å liegen, auch wenn die Dicke zur Bereitstellung einzigartiger Vorteile für eine bestimmte Situation oder zur Einhaltung von Anwendungs-spezifischen Designanforderungen von verschiedenartigen Implementationen variiert werden kann, wie es einem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich wäre.

Die zweite Elektrode 140 ist auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 130 gebildet. Die zweite Elektrode 140 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, das mit Wafer-Verfahren kompatibel ist, wie zum Beispiel Mo, W, Al, Pt, Ru, Nb, Hf oder dergleichen. In einer Ausführungsform ist die zweite Elektrode 140 aus dem gleichen Material wie die Basiselektrodenschicht 122 der ersten Verbundelektrode 120 gebildet.

Jedoch in verschiedenartigen Ausführungsformen kann die zweite Elektrode 140 aus dem gleichen Material wie nur die leitfähige Interposer-Schicht 126 gebildet sein; die zweite Elektrode 140, die leitfähige Interposer-Schicht 126 und die Basiselektrodenschicht 122 können alle aus dem gleichen Material gebildet sein; oder die zweite Elektrode 140 kann aus einem anderen Material als sowohl die leitfähige Interposer-Schicht 126 als auch die Basiselektrodenschicht 122 gebildet sein, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.

Die zweite Elektrode 140 kann ferner eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) beinhalten, die aus verschiedenartigen Arten an Materialien gebildet sein kann, einschließlich AlN, Siliciumcarbid (SiC), BSG, SiO2, SiN, Polysilicium und dergleichen. Veranschaulichend kann die Passivierungsschicht sein, wie von Miller et al., US-Patent mit der Nummer US 8,330,556 (erteilt am 11. Dezember 2012), beschrieben, das hiermit unter Bezugnahme vollständig aufgenommen wird. Die Dicke der Passivierungsschicht muss ausreichend sein, um alle Schichten des akustischen Stapels 105 von der Umgebung zu isolieren, einschließlich dem Schutz vor Feuchtigkeit, Korrosionsmittel, Verunreinigungen, Ablagerungen und dergleichen. Die erste Verbundelektrode 120 und die zweite Elektrode 140 sind an einen elektrischen Schaltkreis über Kontaktflächen (nicht gezeigt), die aus einem leitfähigen Material gebildet sein können, wie zum Beispiel Gold, Gold/Zinn-Legierung oder dergleichen, elektrisch verbunden.

In einer Ausführungsform ist eine gesamte erste Dicke der ersten Verbundelektrode 120 im Wesentlichen die gleiche wie eine gesamte zweite Dicke der zweiten Elektrode 140, auch wenn in anderen Ausführungsformen die ersten und zweiten Gesamtdicken sich voneinander unterschieden können, wie in 1 gezeigt. Die Dicke von jeder von der ersten Verbundelektrode 120 und der zweiten Elektrode 140 kann zum Beispiel im Bereich von etwa 600 Å bis etwa 30000 Å liegen, auch wenn die Dicke zur Bereitstellung einzigartiger Vorteile für eine bestimmte Situation oder zur Einhaltung von Anwendungsspezifischen Designanforderungen von verschiedenartigen Implementationen variiert werden kann, wie es einem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich wäre.

Die mehreren Schichten der ersten Verbundelektrode 120 haben entsprechende Dicken. Zum Beispiel kann die Dicke der Basiselektrodenschicht 122 im Bereich von etwa 400 Å bis etwa 29.900 Å liegen, die Dicke der Temperaturkompensationsschicht 124 kann im Bereich von etwa 100 Å bis etwa 5000 Å liegen, die Dicke der Impfzwischenschicht 125 kann im Bereich von etwa 5 Å bis etwa 150 Å liegen und die Dicke der leitfähigen Interposer-Schicht 126 kann im Bereich von etwa 100 Å bis etwa 10000 Å liegen. Als eine allgemeine Überlegung hängen die Dicken der Schichten des akustischen Stapels 105 nicht nur von der Dicke der eingebetteten (vergrabenen) Temperaturkompensationsschicht 124 ab, sondern auf von dem gewünschten akustischen Kopplungskoeffizienten kt2, dem als Ziel gesetzten Temperaturantwortprofil und dem Frequenzziel des Akustik-Resonator-Geräts 100. Somit hängt das Ausmaß, in dem die Dicke der eingebetteten (vergrabenen) Temperaturkompensationsschicht 124 reduziert werden kann durch die Aufnahme von einer oder mehreren Schichten des akustischen Stapels 105, die einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen, von der Größe bzw. Stärke des positiven Temperaturkoeffizienten des verwendeten Materials, der Dicke bzw. den Dicken der einen oder mehreren Schichten des akustischen Stapels 105, die einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen, dem gewünschten akustischen Kopplungskoeffizienten kt2 und dem gewünschten Frequenzziel des akustischen Stapels 105 ab.

Jede der Schichten der ersten Verbundelektrode 120 kann variiert werden, um unterschiedliche Charakteristika in Bezug auf die Temperaturkoeffizienten und Kopplungskoeffizienten zu erzeugen, während die gesamte erste Dicke der ersten Verbundelektrode 120 mit der gesamten zweiten Dicke der zweiten Elektrode 140 variiert werden kann. Somit können die erste Dicke der ersten Verbundelektrode 120 und die gesamte zweite Dicke der zweiten Elektrode 140 gleich sein oder sie können unterschiedlich sein, abhängig von dem gewünschten Temperaturkoeffizienten, akustischen Kopplungskoeffizienten kt2 und dem Frequenzziel des akustischen Stapels 105. In ähnlicher Weise kann die Dicke der eingebetteten (vergrabenen) Temperaturkompensationsschicht 124 variiert werden, um den Gesamttemperaturkoeffizienten des akustischen Stapels 105 zu beeinflussen, und die relativen Dicken der Basiselektrodenschicht 122 und der leitfähigen Interposer-Schicht 126 können variiert werden, um den Gesamtkopplungskoeffizienten des Akustik-Resonator-Geräts 100 zu beeinflussen.

Gemäß diverser Ausführungsformen kann das Resonator-Gerät unter Verwendung verschiedenartiger Techniken, die mit Wafer-Verfahren kompatibel sind, hergestellt werden. Ein nicht-einschränkendes Beispiel eines Herstellungsverfahrens, das auf ein repräsentatives Akustik-Resonator-Gerät 100 gerichtet ist, wird unten unter Bezugnahme auf 2A2E diskutiert.

2A2E, die eine veranschaulichende Herstellungssequenz zur Bildung der Basiselektrodenschicht 122, der eingebetteten (vergrabenen) Temperaturkompensationsschicht 124 und der Impfzwischenschicht 125 zeigen, wird beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bildung der übrigen Teilbereiche der Konfiguration des Akustik-Resonator-Geräts 100, wie zum Beispiel die piezoelektrische Schicht 130 und die zweite Elektrode 140, sich aus der veranschaulichenden Beschreibung in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2014/0292149 (veröffentlicht am 2. Oktober 2014), die hiermit unter Bezugnahme vollständig aufgenommen wird, ergeben.

Unter Bezugnahme auf 2A kann das Substrat 110 aus Si gebildet sein und die Basiselektrodenschicht 122 kann zum Beispiel aus W gebildet sein, auch wenn andere Materialien verwendet werden können, wie oben besprochen, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen. Die Basiselektrodenschicht 122 kann auf das Substrat 110 aufgebracht werden unter Verwendung von zum Beispiel Aufschleudern (spin-on), Sputtern, Verdampfung oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) Techniken, auch wenn andere Applikationsverfahren einbezogen werden können.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Bildung des Hohlraums 115 in dem Substrat 110 vor der Herstellung des akustischen Stapels 105 (einschließlich der Basiselektrodenschicht 122) durchgeführt werden kann, wobei der Hohlraum 115 zunächst mit einem Opfermaterial (nicht gezeigt) gefüllt sein kann, wie zum Beispiel Phosphosilikatglas (PSG) oder andere Freisetzprozesse, wie zum Beispiel Polysilicium und Xenondifluorid Ätzmittel, wie es einem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich wäre. Die Freisetzung bzw. Entfernung des Opfermaterials zur Bildung des Hohlraums 115 wird durchgeführt unter Verwendung eines geeigneten Ätzmittels, wie zum Beispiel HF, nach der Herstellung der Schichten des akustischen Stapels 105 (z.B. nach der Bildung der zweiten Elektrode 140). In alternativen Konfigurationen kann der Hohlraum 115 durch das Substrat 110 hindurchgehen zur Bildung einer rückseitigen Öffnung, die durch Ätzen an der Rückseite einer unteren Oberfläche des Substrats 110 gebildet werden kann. Das Ätzen an der Rückseite kann zum Beispiel einen trockenen Ätzvorgang, wie zum Beispiel ein Bosch-Vorgang, beinhalten, auch wenn verschiedene alternative Techniken einbezogen werden können.

Alternativ kann das Substrat 110 einen akustischen Isolator beinhalten, wie zum Beispiel einen akustischen Spiegel oder einen verteilten Bragg-Reflektor bzw. einen Bragg-Spiegel (distributed Bragg reflector, DBR), anstelle des Hohlraums 115. Solche akustische Isolatoren können in dem Substrat 110 gebildet werden unter Verwendung jeder beliebigen Technik, die mit Wafer-Verfahren kompatibel ist, bevor der akustische Stapel 105 gebildet wird, wie es einem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich wäre.

Unter Bezugnahme auf 2B wird eine Schicht 210 aus einem Material, das als die Temperaturkompensationsschicht 124 geeignet ist, über der Basiselektrodenschicht 122 abgeschieden. Die Schicht 210 kann zum Beispiel unter Verwendung verschiedenartiger Techniken aufgebracht werden, wie zum Beispiel Aufschleudern, Sputtern, Verdampfung oder CVD-Techniken, auch wenn andere Applikationstechniken einbezogen werden können. Beispiele für Techniken zum Bilden von Temperaturkompensationsschicht sind in dem US-Patent US 7,561,009 (erteilt am 14. Juli 2009) von Larson, III, et al. beschrieben, das hiermit unter Bezugnahme vollständig aufgenommen wird. In einer repräsentativen Ausführungsform wird die Schicht 210 bei einer Dicke von etwa 1000 Å gebildet unter Verwendung eines dünnen Films von BSG (z.B. etwa zwei Gewichtsprozent Bor), das für einen großen positiven Temperaturkoeffizienten sorgt (z.B. bis zu etwa 350 ppm pro Grad Celsius). PECVD oder PVD SiO2 können auch als Material für die Temperaturkompensationsschicht 124 verwendet werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass, falls die Temperaturkompensationsschicht 124 aus SiO2 gemacht ist im Gegensatz zu BSG, die Dicke des SiO2 ungefähr 20 Prozent größer ist als die der BSG-Schicht, um den gleichen positiven Temperaturkompensationswert zu erzielen. Jede von der ersten Gesamtdicke der ersten Verbundelektrode 120 und der zweiten Gesamtdicke der zweiten Elektrode 140 (einschließlich eine Passivierungsschicht) kann zum Beispiel etwa 3000 Å sein.

Unter Bezugnahme auf 2C wird die Temperaturkompensationsschicht 124 auf eine gewünschte Größe geätzt und die abgeschrägten Ränder 124A werden abgeschrägt unter Verwendung von Standardwaferverarbeitungsverfahren, einschließlich zum Beispiel Photolithographie, trockenes Ätzen und Photoresist Entfernen, wie es einem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich wäre. Zum Beispiel kann eine Photoresistschicht (nicht gezeigt) auf die obere Oberfläche der Schicht 210 aufgebracht werden und zur Bildung einer Maske oder eines Photoresistmusters strukturiert werden unter Verwendung jeder beliebigen Technik zum Photoresiststrukturieren, die mit Wafer-Verfahren kompatibel ist, wie es einem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich wäre. Das Photoresistmuster bzw. die Photoresiststruktur kann gebildet werden durch mechanische Bearbeitung oder durch chemisches Ätzen der Photoresistschicht unter Verwendung von Photolithographie, auch wenn verschiedene alternative Techniken einbezogen werden können. Nach dem Ätzen der eingebetteten Temperaturkompensationsschicht 124 wird das Photoresistmuster entfernt, zum Beispiel durch chemisches Freisetzen oder Ätzen unter Verwendung eines nassen Ätzvorgangs, auch wenn das Photoresistmuster durch verschiedene andere Techniken entfernt werden kann, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.

In diversen Ausführungsformen wird zum Erhalt der abgeschrägten Ränder 124A Sauerstoff in das Ätzmittel eingebracht, das zum Ätzen der Temperaturkompensationsschicht 124 verwendet wird. Das Oxid (und/oder Temperatur-Chuck) bewirkt, dass das Photoresist schneller erodiert an den Rändern des strukturierten Photoresists und sich etwas zurückzieht. Dieses „Dünnen“ des Resists bildet ein keilförmiges Profil, das dann in das Oxid darunter sich einprägt bzw. eindruckt, sobald das Photoresist weggeht. Im Allgemeinen wird der Keil dadurch erzeugt, dass die Ätzrate des Resists bezogen auf das geätzte Material angepasst wird, wie es einem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich wäre. Währenddessen gibt es weiter weg von den Rändern der eingebetteten Temperaturkompensationsschicht 124 eine ausreichende Bedeckung mit Photoresist während des ganzen Ätzens, so dass das darunterliegende Oxidmaterial nicht angegriffen wird. Selbstverständlich können andere Methoden zum Erhalt von abgeschrägten Rändern einbezogen werden, ohne den Umfang der vorliegenden Lehren zu verlassen.

Unter Bezugnahme auf 2D wird eine Impfzwischenschicht 125 über einer oberen Oberfläche der Temperaturkompensationsschicht 124 abgeschieden und mittels einer bekannten Methode strukturiert. Wie oben angemerkt, fungiert die Impfzwischenschicht 125 als eine Impfzwischenschicht und kann zum Beispiel aus AlN oder aus dem gleichen piezoelektrischen Material wie die piezoelektrische Schicht 130 (AlScN) gebildet sein. In einer repräsentativen Ausführungsform kann die zweite Zwischenschicht bzw. die Impfzwischenschicht zum Beispiel mit einer Dicke von etwa 30 Å gebildet sein, auch wenn die Impfzwischenschicht 125 eine Dicke innerhalb eines Bereichs von etwa 5 Å bis etwa 150 Å haben kann. Die Impfzwischenschicht 125 fördert das Wachstum einer hochgradig strukturierten (hochgradig orientierten C-Achse) piezoelektrischen Schicht 130, reduziert oder minimiert die Diffusion von Oxid von der Temperaturkompensationsschicht 124 in die piezoelektrische Schicht 130 hinein, und zusammen mit dem AlScN-Material, das die piezoelektrische Schicht 130 bildet, erhöht sie den Kopplungskoeffizienten kt2.

Äußere Teilbereiche der Impfzwischenschicht 125 können durch Ätzen entfernt werden, um Teilbereiche der oberen Oberfläche der Temperaturkompensationsschicht 124 und der oberen Oberfläche der Basiselektrodenschicht 122 freizulegen. Dies führt dazu, dass die Basiselektrodenschicht 122 eine elektrische Verbindung mit der leitfähigen Interposer-Schicht 126 hat, wie in 2E gezeigt. In anderen Worten bedeckt die Impfzwischenschicht 125 nach dem Ätzen nur die obere Oberfläche der Temperaturkompensationsschicht 124, die im Wesentlichen parallel zu der piezoelektrischen Schicht 130 ist, so dass sie zwischen der Temperaturkompensationsschicht 124 und der leitfähigen Interposer-Schicht 126 positioniert ist.

In einer Ausführungsform kann die Basiselektrodenschicht 122 der ersten Verbundelektrode 120 und die zweite Elektrode 140 jeweils aus Mo gebildet sein. Die leitfähige Interposer-Schicht 126 kann auch aus Mo gemacht sein und in diesem Beispiel wäre sie zwischen etwa 300 Å und etwa 600 Å. Die piezoelektrische Schicht 130 kann mit einer Dicke von etwa 11.000 Å gebildet sein unter Verwendung eines dünnen Films von AlScN. Der akustische Stapel 105 bei dieser veranschaulichenden Konfiguration hat einen null linearen Temperaturkoeffizientenwert.

Wie oben beschrieben, kann in einer bekannten Struktur die piezoelektrische Schicht aus undotiertem AlN gebildet sein und direkt über der Temperaturkompensationsschicht und der leitfähigen Interposer-Schicht ohne die dazwischenliegende Impfzwischenschicht 125 der repräsentativen Ausführungsformen wachsen gelassen werden. Typischerweise ist die Temperaturkompensationsschicht eine amorphe Schicht (z.B. amorphes BSG) mit keiner definierten Kristallorientierung. Wenn eine piezoelektrische Schicht über einer amorphen Temperaturkompensationsschicht ohne die dazwischenliegende Zwischenschicht wachsen gelassen wird, wird die sich ergebende piezoelektrische Schicht eine geringe c-Achsen-Orientierung haben, die durch eine zufällige Mischung an c-Achsen-Orientierungen in der piezoelektrischen Schicht gekennzeichnet ist. Solch eine piezoelektrische Schicht kann dabei versagen, für eine ausreichende piezoelektrische Antwort in manchen Akustik-Resonator-Anwendungen zu sorgen. Jedoch durch das Bereitstellen der Impfzwischenschicht 125, die z.B. aus AlN gebildet ist, oben auf der Temperaturkompensationsschicht 124, wie oben beschrieben, kann eine höher strukturierte piezoelektrische Schicht 130, die aus AlScN gebildet ist, in dem akustischen Stapel 105 bereitgestellt werden. Auch ein verbesserter akustischer Kopplungskoeffizient kt2 wird in dem Akustik-Resonator-Gerät realisiert, der mit abnehmender Dicke der Impfzwischenschicht 125 zunimmt. Wie unten weiter beschrieben wird, ist auch ein weiterer Vorteil, dass die Variation des Kopplungskoeffizienten kt2 über einen Wafer mit abnehmender Dicke der Impfzwischenschicht 125 abnimmt.

3A ist eine Darstellung, die effektive Kopplungskoeffizienten kt2 von Akustik-Resonator-Geräten als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, und 3B ist eine Darstellung, die Standardabweichungen von effektiven Kopplungskoeffizienten kt2 über Wafer, die jeweils mehrere Akustik-Resonator-Geräte umfassen, als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrische Schicht des akustischen Stapels aus einem piezoelektrischen Material (d.h. AlN) gebildet ist, das nicht mit Sc dotiert ist. Zum Zweck der Veranschaulichung wäre die Impfzwischenschicht (falls vorhanden) effektiv die gleiche wie die Impfzwischenschicht 125, die oben unter Bezugnahme auf 1 diskutiert wurde. Des Weiteren wären die akustischen Stapel einschließlich der jeweiligen Impfzwischenschichten (falls vorhanden) effektiv die gleichen strukturell wie der akustische Stapel 105, einschließlich einer Temperaturkompensationsschicht 124 in einer ersten Verbundelektrode 120, wenn auch mit einem unterschiedlichen piezoelektrischen Material (d.h. AlN anstelle von AlScN).

Unter Bezugnahme auf 3A wurden die Charakteristika bzw. die charakteristischen Eigenschaften von drei Probewafer gemessen für jede der drei Impfzwischenschichtkonfigurationen. Probewafer 1–3 enthalten keine Impfzwischenschichten; Probewafer 4–6 enthalten Impfzwischenschichten jeweils mit einer Dicke von ungefähr 60 Å; und Probewafer 7–9 enthalten Impfzwischenschichten jeweils mit einer Dicke von ungefähr 150 Å. Die Impfzwischenschichten sind aus AlN gebildet und sind zum Zweck der Veranschaulichung zwischen einer Temperaturkompensationsschicht, die aus SiO2 gebildet ist, und einer leitfähigen Interposer-Schicht, die aus Mo gebildet ist, angeordnet.

Jeder der Probewafer 1–9 hat entsprechende grafische Informationen, die vertikal über den Nummern, die die Probewafer 1–9 identifizieren, angeordnet sind. Zum Zweck der Veranschaulichung wird auf Probewafer 1 Bezug genommen, um die entsprechenden grafischen Informationen zu erklären, wobei die Erklärung gleichfalls auch auf die anderen Probewafern in den Darstellungen der Kopplungskoeffizienten (3A, 4A und 5A) sowie den Probewafern in der Darstellung der Temperaturkompensation (4C) zutrifft, so dass diese Erklärung nicht wiederholt werden wird. Unter Bezugnahme auf Probewafer 1 in 3A ist ein Bereich von diskreten bzw. eigenständigen gemessenen Werten (in diesem Fall ein Bereich von gemessenen Kopplungskoeffizienten kt2, die mehreren Akustik-Resonator-Geräten in dem Probewafer 1 entsprechen) durch die Box 302 angezeigt, ein Medianwert des Bereichs von diskreten gemessenen Werten (z.B. der mittlere Kopplungskoeffizient kt2) ist durch die Markierung 301 angezeigt, und die Kopplungskoeffizientenausreißer der gemessenen Werte der mehreren Akustik-Resonator-Geräte über den Probewafer 1 ist durch die vertikale Linie 303 angezeigt. In dem dargestellten Beispiel von Probewafer 1 reichen die Werte des Kopplungskoeffizienten kt2 von etwa 2,95 Prozent bis etwa 3,04 Prozent, wie durch die Box 302 gezeigt, der Medianwert des Kopplungskoeffizienten kt2 liegt bei etwa 2,98 Prozent, wie durch die Markierung 301 gezeigt, und die Werte der Kopplungskoeffizientenausreißer reichen von etwa 2,88 Prozent bis etwa 3,17 Prozent, wie durch die vertikale Linie 303 gezeigt.

3A zeigt etwas Verbesserung bei den Kopplungskoeffizienten kt2 der Akustik-Resonator-Geräte an, wenn die Impfzwischenschichten ungefähr 60 Å dick sind (Probewafer 4–6), im Vergleich zu den Wafern, die keine Impfzwischenschichten haben (Probewafer 1–3), und den Wafern, die ungefähr 150 Å dicke Impfzwischenschichten haben (Probewafer 7–9). Das heißt, die Probewafer 4–6 haben Medianwerte des Kopplungskoeffizienten kt2 zwischen 3,1 Prozent und 3,2 Prozent, während die Probewafer 1–3 Medianwerte des Kopplungskoeffizienten kt2 von ungefähr 3,0 Prozent haben und die Probewafer 7–9 Medianwerte des Kopplungskoeffizienten kt2 von weniger als 3,0 Prozent haben. Es sei darauf hingewiesen, dass aber die Wafer mit den höchsten Kopplungskoeffizienten kt2 die schlechtesten Variationen bzw. Schwankungen über die Wafer haben (d.h. die höchsten Standardabweichungen). Das heißt, wie durch die Linie 310 in 3B gezeigt (die gebildet ist durch die X (Kreuzchen), die jeweils den Probewafern 1–9 entsprechen), haben die Probewafer 4–6 Standardabweichungen von etwa 0,09 Prozent und 0,10 Prozent, während die Probewafer 1–3 und 7–9 Standardabweichungen von etwa 0,06 Prozent haben, wobei die niedrigeren Standardabweichungen wünschenswerter sind.

Im Vergleich, ein Ersetzen der piezoelektrischen Schicht aus AlN durch eine dotierte piezoelektrische Schicht aus AlScN (z.B. die piezoelektrische Schicht 130), zusammen mit einer Verringerung der Dicke der Impfzwischenschicht (z.B. die Impfzwischenschicht 125), verbessert die funktionalen Charakteristika bzw. die funktionalen charakteristischen Eigenschaften der Akustik-Resonator-Geräte signifikant, einschließlich höherer Kopplungskoeffizienten kt2 und niedrigerer Standardabweichungswerte der Kopplungskoeffizienten kt2, während im Allgemeinen die gleichen Level an Temperaturkompensation beibehalten werden, wie durch die 4A5B angezeigt. Die dünnere Impfzwischenschicht ist hilfreich für bzw. mitwirkend bei der Verbesserung des Kopplungskoeffizienten kt2 der piezoelektrischen Schicht aus AlScN und zeigt an, dass das Wachstum einer piezoelektrischen Schicht aus mit Sc dotiertem AlN sich unterscheidet von dem Wachstum einer piezoelektrischen Schicht aus herkömmlichem AlN.

4A zeigt eine signifikante Verbesserung bei den Kopplungskoeffizienten kt2 der Akustik-Resonator-Geräte an, wenn die piezoelektrische Schicht 130 aus AlScN gebildet ist und die Impfzwischenschichten ungefähr 60 Å dick (Probewafer 10 und 11) und ungefähr 150 Å dick sind (Probewafer 12 und 13), im Vergleich zu den Wafern, die dickere Impfzwischenschichten von ungefähr 300 Å (Probewafer 14 und 15) und ungefähr 450 Å (Probewafer 16 und 17) haben, und im Vergleich zu Impfzwischenschichten der gleichen Dicke, wo das piezoelektrische Material aus AlN gebildet ist.

Die Akustik-Resonator-Geräte mit piezoelektrischen Schichten (130) aus AlScN und dünneren Impfzwischenschichten (125) haben bessere funktionale Charakteristika als die Akustik-Resonator-Geräte mit piezoelektrischen Schichten aus AlScN und dickeren Impfzwischenschichten Wie oben beobachtet, haben die Probewafer 10 und 11 mit 60 Å Impfzwischenschichten Medianwerte des Kopplungskoeffizienten kt2 zwischen etwa 6,5 Prozent und etwa 6,6 Prozent. Im Vergleich, die Probewafer 14 und 15 mit 300 Å Impfzwischenschichten haben Medianwerte des Kopplungskoeffizienten kt2 von etwa 4,8 Prozent und etwa 5,0 Prozent und die Probewafer 16 und 17 mit 450 Å Impfzwischenschichten haben Medianwerte des Kopplungskoeffizienten kt2 von etwa 4,3 Prozent und etwa 4,5 Prozent. Somit sorgen die 60 Å Impfzwischenschichten für etwa eine 30 prozentige Verbesserung bei den Kopplungskoeffizienten kt2 gegenüber den 300 Å Impfzwischenschichten und für etwa eine 45 prozentige Verbesserung gegenüber den 450 Å Impfzwischenschichten.

4B zeigt eine wesentliche Verbesserung bei den Standardabweichungen der effektiven Kopplungskoeffizienten kt2 der Akustik-Resonator-Geräte an, wenn die piezoelektrische Schicht 130 aus AlScN gebildet ist und die Impfzwischenschichten ungefähr 60 Å dick (Probewafer 10 und 11) und ungefähr 150 Å dick sind (Probewafer 12 und 13), im Vergleich zu den Wafern, die dickere Impfzwischenschichten von ungefähr 300 Å (Probewafer 14 und 15) und ungefähr 450 Å (Probewafer 16 und 17) haben, und im Vergleich zu Impfzwischenschichten der gleichen Dicke, wo das piezoelektrische Material aus AlN gebildet ist. Das heißt, wie durch die Linie 410 in 4B gezeigt (die gebildet ist durch die X (Kreuzchen), die jeweils den Probewafern 10–17 entsprechen), haben die Probewafer 10 und 11 mit 60 Å Impfzwischenschichten Standardabweichungen zwischen etwa 0,10 Prozent und etwa 0,11 Prozent und die Probewafer 12 und 13 mit 150 Å Impfzwischenschichten haben Standardabweichungen zwischen etwa 0,15 Prozent und etwa 0,21 Prozent. Währenddessen haben die Probewafer 14 und 15 mit 300 Å Impfzwischenschichten höhere Standardabweichungen von etwa 0,43 Prozent und etwa 0,35 Prozent und die Probewafer 16 und 17 mit 450 Å Impfzwischenschichten haben höhere Standardabweichungen von etwa 0,45 Prozent und etwa 0,50 Prozent. Im Vergleich, unter Bezugnahme auf 3B, bei der die piezoelektrische Schicht des akustischen Stapels aus AlN anstelle von AlScN gebildet ist, zeigt die Linie 310, dass die Standardabweichungen der Probewafer 4–6 (mit 60 Å Impfzwischenschichten) tatsächlich höher als die Standardabweichungen der Probewafer 7–9 (mit 150 Å Impfzwischenschichten) sind.

4C ist eine Darstellung, die Änderungen bei den Temperaturkoeffizienten von akustischen Stapeln als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt (gemessen durch Änderungen des Widerstands in ppm mit jedem Grad Celsius der Änderung bei der Temperatur), und 4D ist eine Darstellung, die Standardabweichungen von Temperaturkoeffizienten über Wafer als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten der Akustik-Resonator-Geräte aus mit Sc dotiertem AlN piezoelektrischen Material gemacht sind, wie oben beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass, wie durch die grafische Information in 4C und die Linie 420 in 4D angezeigt, die Temperaturkoeffizienten relativ beständig bzw. gleichbleibend bleiben, ungeachtet der Dicken der Impfzwischenschichten. In anderen Worten gibt es keine negativen Auswirkungen in Bezug auf die Temperaturkontrolle beim Verringern der Dicken der Impfzwischenschichten.

Somit trägt im Allgemeinen in dem gleichen akustischen Stapel auf Basis von AlScN die dünnere Impfzwischenschicht (z.B. gebildet aus AlN) zu einem höheren Median des Kopplungskoeffizienten kt2 und niedrigeren Variationen bzw. Schwankungen des Kopplungskoeffizienten kt2 über den Wafer bei. In dem gleichen akustischen Stapel auf Basis von AlN kann eine dünnere Impfzwischenschicht zu einem höheren Median des Kopplungskoeffizienten kt2 beitragen, trägt aber nicht zu niedrigeren Variationen bzw. Schwankungen des Kopplungskoeffizienten kt2 über den Wafer bei.

5A und 5B sind ähnlich zu 4A bzw. 4B, insofern als 5A eine Darstellung ist, die Kopplungskoeffizienten kt2 von Akustik-Resonator-Geräten als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, und 5B eine Darstellung ist, die Standardabweichungen über Wafer, die jeweils mehrere Akustik-Resonator-Geräte umfassen, als eine Funktion der Dicke der Impfzwischenschicht zeigt, wobei die piezoelektrischen Schichten der Akustik-Resonator-Geräte aus mit Sc dotiertem AlN piezoelektrischen Material gemacht sind, wie oben beschrieben. Im Allgemeinen zeigen 5A und 5B sogar eine noch größere Verbesserung, wenn die Dicken der Impfzwischenschichten noch weiter verringert werden, z.B. von 150 Å und 60 Å auf 30 Å.

5A zeigt eine Verbesserung bei den Kopplungskoeffizienten kt2 der Akustik-Resonator-Geräte an, wenn die piezoelektrische Schicht 130 aus AlScN gebildet ist und die Dicken der Impfzwischenschichten auf etwa 30 Å verringert werden. Das heißt, die Probewafer 22 und 23 mit 30 Å Impfzwischenschichten haben Medianwerte des Kopplungskoeffizienten kt2 von etwa 6,50 Prozent und etwa 6,52 Prozent, während die Probewafer 24 und 25 mit 60 Å Impfzwischenschichten Medianwerte des Kopplungskoeffizienten kt2 von etwa 6,42 Prozent und etwa 6,40 Prozent haben und der Probewafer 26 mit einer 150 Å Impfzwischenschicht Medianwerte des Kopplungskoeffizienten kt2 von etwa 5,88 Prozent hat. Erneut gibt es auch eine Verbesserung bei der Gleichförmigkeit bzw. Gleichmäßigkeit über die Wafer, wie durch die Linie 510 in 5B angezeigt, die die jeweiligen Standardabweichungen zeigt. Das heißt, die Probewafer 22 und 23 mit 30 Å Impfzwischenschichten haben Standardabweichungen von etwa 0,05 Prozent und etwa 0,06 Prozent, während die Probewafer 24 und 25 mit 60 Å Impfzwischenschichten höhere Standardabweichungen von etwa 0,09 Prozent und etwa 0,08 Prozent haben und der Probewafer 26 mit einer 150 Å Impfzwischenschicht eine höhere Standardabweichung von etwa 0,12 Prozent hat. Somit gilt im Allgemeinen bei der Verwendung einer piezoelektrischen Schicht aus AlScN in dem akustischen Stapel, je dünner die Impfzwischenschicht aus AlN in der unteren Verbundelektrode, desto höher der Kopplungskoeffizient kt2 und desto weniger Variation des Kopplungskoeffizienten kt2 über den Wafer, während der Temperaturkoeffizient des akustischen Stapel im Wesentlichen derselbe bleibt.

Die verschiedenen Komponenten, Materialien, Strukturen und Parameter sind nur zum Zweck der Veranschaulichung und als Beispiel beinhaltet und nicht mit irgendeiner einschränkenden Bedeutung. Angesichts dieser Offenbarung, können Fachleute die vorliegenden Lehren anwenden bei der Bestimmung ihrer eigenen Anwendungen und benötigten Komponenten, Materialien, Strukturen und Ausrüstung, um diese Anwendungen umzusetzen, während sie immer noch innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche bleiben.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • US 6107721 [0022]
  • US 5587620 [0022]
  • US 5873153 [0022]
  • US 6507983 [0022]
  • US 6384697 [0022]
  • US 7275292 [0022]
  • US 7629865 [0022]
  • US 7388454 [0022]
  • US 7280007 [0022]
  • US 8981876 [0022]
  • US 7358831 [0027]
  • US 8330556 [0041]
  • US 7561009 [0050]