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Title:
BOTTOM ELECTRODE FOR BULK ACOUSTIC WAVE (BAW) RESONATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/122024
Kind Code:
A1
Abstract:
For a BAW resonator, it is proposed that a metallic layer (HS1, HS2) of the Bragg reflector (DS, HS1, NS, HS2) used as an acoustic mirror be used to improve the effective conductivity of the bottom electrode. For this purpose, an electrical contact between the bottom electrode (BE) and the upper high-impedance layer (HS1) of the acoustic mirror is established in a connection area (VB), and the connection resistance of the bottom electrode is reduced in the process.

Inventors:
MARKSTEINER STEPHAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2010/055199
Publication Date:
October 28, 2010
Filing Date:
April 20, 2010
Export Citation:
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Assignee:
EPCOS AG (DE)
MARKSTEINER STEPHAN (DE)
International Classes:
H03H9/02; H03H9/17; H03H9/13
Domestic Patent References:
WO2010004534A12010-01-14
Foreign References:
US20040125970A12004-07-01
JP2005109573A2005-04-21
US20050189846A12005-09-01
US20080048802A12008-02-28
Other References:
CHUNG-JEN CHUNG ET AL: "Influence of surface roughness of Bragg reflectors on resonance characteristics of solidly-mounted resonators", IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL, vol. 54, no. 4, 1 April 2007 (2007-04-01), pages 802 - 808, XP011176663
LAKIN K M: "Thin film resonator technology", PROCEEDINGS OF THE 2003 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM & PDA EXHIBITION JOINTLY WITH THE 17TH. EUROPEAN FREQUENCY AND TIME FORUM, 4 May 2003 (2003-05-04) - 8 May 2003 (2003-05-08), pages 765 - 778, XP010688892
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. BAW Resonator, der in Form eines Schichtenstapels (ST) auf einem Substrat (SU) aufgebracht ist, umfassend

- zumindest ein Schichtenpaar aus einer Hochimpedanzschicht (HS) relativ hoher akustischer Impedanz und einer

Niederimpedanzschicht (NS) mit relativ niedriger akustischer Impedanz, die zwei Teilschichten eines akustischen Spiegels bilden, wobei im akustischen Spiegel Hochimpedanzschicht und Niederimpedanzschicht alternierend angeordnet sind

- eine Bodenelektrode (BE)

- eine piezoelektrische Schicht (PS) und - eine Topelektrode (TE) bei dem eine Teilschicht des akustischen Spiegels elektrisch leitfähig und elektrisch mit der Bodenelektrode verbunden ist.

2. BAW Resonator nach Anspruch 1, bei dem die elektrisch leitfähige Teilschicht eine höhere Flächenleitfähigkeit aufweist als die Bodenelektrode (BE) .

3. BAW Resonator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bodenelektrode (BE) ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus Wolfram, Ti, Titan/Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin, Iridium und Ruthenium.

4. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem zwischen der elektrisch leitenden Teilschicht und der Bodenelektrode (BE) zumindest eine dielektrische Teilschicht des akustischen Spiegels angeordnet ist.

5. BAW Resonator nach Anspruch 4, bei dem die dielektrische Teilschicht ein Material umfasst, das einen niedrigeren oder einen entgegen gesetzt wirkenden Temperaturkoeffizienten der Frequenz aufweist wie die piezoelektrische Schicht (PS) .

6. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem über der Topelektrode (TE) eine dielektrische Schicht (DS) aufgebracht ist, die ein Material mit einem Temperaturkoeffizienten der Frequenz umfasst, der niedriger ist oder entgegen gesetzt wirkt wie der Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht (PS) .

7. BAW Resonator nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die dielektrische Teilschicht oder die über der Topelektrode aufgebrachte dielektrische Schicht (DS) Siliziumoxid umfasst.

8. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem die Teilschichten des akustischen Spiegels jeweils eine Dicke im Bereich einer Viertelwellenlange der in der Teilschicht bei Resonanzfrequenz ausbreitungsfähigen, longitudinalen akustischen Welle aufweist .

9. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-8, bei dem ein weiteres Schichtenpaar des akustischen Spiegels eine elektrisch leitfähige Teilschicht umfasst, die elektrisch leitend mit der Bodenelektrode (BE) verbunden ist.

10. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-9, bei dem der gemeinsame Überlappungsbereich von

Bodenelektrode (BE) , piezoelektrischer Schicht (PS) und Topelektrode (TE) den aktiven Bereich (AB) bildet, bei dem die zumindest eine elektrisch leitfähige Teilschicht des akustischen Spiegels mit der Bodenelektrode (BE) außerhalb des aktiven Bereichs (AB) galvanisch verbunden ist.

11. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-10, bei dem die zumindest eine elektrisch leitfähige Teilschicht des akustischen Spiegels und die

Bodenelektrode (BE) in einem Verbindungsbereich (VB) galvanisch miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungsbereich den aktiven Bereich (AB) an zumindest drei Seiten umschließt.

12. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-11, bei dem die zumindest eine elektrisch leitfähige Teilschicht ein Material umfasst oder aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus Wolfram, Ti, Titan/Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin, Iridium und Ruthenium.

13. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-12, bei dem die zumindest eine dielektrische Teilschicht des akustischen Spiegels Siliziumoxid umfassen.

14. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-13, bei dem sich die Teilschichten des akustischen Spiegels zumindest über den gesamten aktiven Bereich (AB) erstrecken, bei dem eine oder mehrere der dielektrischen Teilschichten, die zwischen der elektrisch leitfähigen Teilschicht und der Bodenelektrode (BE) angeordnet sind, im Verbindungsbereich (VB) entfernt sind.

15. BAW Resonator nach einem der Ansprüche 1-14, bei dem die piezoelektrische Schicht (PS) AlN und die Topelektrode (TE) Al, Cu oder Au umfasst.

16. Verwendung eines BAW Resonators nach einem der Ansprüche 1-15 zum Aufbau eines HF Bandpassfilters.

Description:
Bodenelektrode für BuIk Acoustic Wave (BAW) Resonator

Auf BAW (BuIk Acoustic Wave) Resonatoren basierte Filter haben sich in den letzen Jahren einen erheblichen Marktanteil im Bereich von High-End Duplexeranwendungen für Mobilfunkanwendungen gesichert. Dies gilt insbesondere für das US-PCS- Band (bzw. UMTS Band 2), das mit seiner Bandbreite von jeweils 60MHz und seinem TX-RX-Bandabstand von nur 20 MHz sehr hohe Herausforderungen an die effektiven (piezo- elektrischen) Kopplungskoeffizienten und Güten der den

Filtern zugrunde liegenden akustischen Resonatoren stellt. Hier kommt die Stärke der BAW-Technologie zum Tragen, deren Funktionsprinzip die Realisierung von Resonatoren mit Güten >1500 erlaubt.

Eine mit akustischen Spiegeln (Bragg Reflektoren) arbeitende Technologie-Variante sind die sog. Solidly Mounted Resonatoren kurz SMR. Diese weisen jedoch einen aufwendigen Aufbau mit einem eine Vielzahl von Schichten umfassenden Schichten- Stapel auf. Ein Problem bei deren Design besteht darin, ausreichende effektive Kopplungskoeffizienten bei gleichzeitig hoher Güte und niedrigen elektrischen Schichtwiderständen zu erreichen .

Es ist bekannt, dass harte Elektrodenmaterialien, genauer gesagt Materialien mit hoher akustischer Impedanz, wie z.B. Wolfram, Molybdän, Platin, Ruthenium etc. die akustische Welle im Piezomaterial verdichten und dadurch höhere effektive Kopplungen erzeugen können.

Weiterhin ist bekannt, dass es für jedes Material eine optimale Dicke gibt, für die die effektive Kopplung der Resonatoren maximal ist. Je härter das Material ist, desto größer ist die maximal erreichbare effektive Kopplung, aber umso dünner ist auch die optimale Schichtdicke. Die Leitfähigkeit harter Materialien ist aber relativ schlecht, sodass für eine ausreichende ohmsche Leitfähigkeit die Elektroden entsprechend dicker auszuführen sind und z.B. mindestens zu verdoppeln oder gar zu verdreifachen sind. Dabei verschlechtert sich aber die Kopplung um ca. 4 % bzw. um 10 %. Im Gegenzug müsste man darüber hinaus zur Konstant- Haltung der Resonanzfrequenz aber die Piezoschicht dünner ausführen, wodurch aber die Kopplung noch weiter sinkt.

In der Praxis existieren zwei unterschiedliche BAW-Techno- logien. Neben der bereits erwähnten über Bragg Spiegeln aufgebauten SMR Technologie sind dies Membran-basierte BAW Resonatoren (FBAR, ursprünglich die Bezeichnung für FiIm- Bulk-Acoustic-Resonator, neuerdings auch zu Free-standing- Bulk-Acoustic-Resonator umdefiniert) . Diese haben durch das Fehlen des akustischen Spiegels per se eine höhere effektive Kopplung. Man kann deshalb über den optimalen Kopplungspunkt hinausgehen und die Elektrodendicke ausreichend groß machen.

Im Fall der Bragg-Reflektor-basierten Resonatoren ist dies nicht so einfach möglich. Hier arbeitet man mit optimalen Schichtdicken, unterstützt jedoch die Leitfähigkeit der Elektrode durch einen Sandwich-Aufbau, der unterhalb der harten Schicht eine gut leitfähige weiche Elektrodenschicht anbringt (typischerweise Aluminium) . Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass die Dicke der obersten Siliziumoxidschicht im Spiegel, um die Dicke der weichen und leit- fähigen Elektrodenschicht (z. B. des Aluminiums) verringert wird und dass deshalb die wünschenswerte Reduktion des Temperaturgangs der Resonanzfrequenz durch den negativen TCF (= Temperaturkoeffizient der Frequenz) des Oxids nicht so stark ausfällt. AlN-Membran-Resonatoren ohne Siliziumdioxid haben typischerweise einen TCF von -28ppm/K. Resonatoren mit Al/W-Sandwich-Elektroden erreichen typischerweise -18 bis - 22ppm/K. Resonatoren mit reinen W-Elektroden können jedoch bis zu -15ppm/K und besser kompensiert sein.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen BAW Resonator mit SMR Design anzugeben, der neben einem hohen Kopplungskoeffizient gleichzeitig gute elektrische Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen BAW Resonator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus weiteren Ansprüchen hervor .

Der angegebene BAW Resonator ist in Form eines Schichtenstapels auf einem Substrat realisiert. Der Schichtenstapel umfasst dabei über dem Substrat zumindest ein Schichtenpaar aus einer Hochimpedanzschicht mit relativ hoher akustischer Impedanz und einer Niederimpedanzschicht mit relativ niedriger akustischer Impedanz, die zusammen zwei Teilschichten eines akustischen Spiegels bilden. Der akustische Spiegel kann daneben noch eine oder mehrere Teilschichten bzw. ein oder mehrere Schichtenpaare aus Hoch- und Niederimpedanz- schichten umfassen. Dabei sind stets jeweils eine Hochimpedanzschicht und eine Niederimpedanzschicht alternierend angeordnet .

Der Schichtenstapel umfasst weiterhin in der angegebenen Reihenfolge eine Bodenelektrode, eine piezoelektrische Schicht und eine Topelektrode. Zur Verbesserung des Anschlusswiderstands der Bodenelektrode wird nun vorgeschlagen, eine Teilschicht des akustischen Spiegels elektrisch leitfähig auszubilden und elektrisch mit der Bodenelektrode zu verbinden, insbesondere außerhalb des akustisch aktiven Bereichs. Auf diese Weise gelingt es, ohne zusätzliche Schicht im Schichtenstapel die elektrische Leitfähigkeit der Bodenelektrode zu verbessern.

Ein Vorteil des vorgeschlagenen BAW Resonators ist es, dass alle Schichten des Schichtenstapels bezüglich Materialauswahl und Schichtdicke auf ihre eigentliche Funktion und insgesamt auf optimale akustische Eigenschaften hin optimiert sein können. So ist es zur Verbesserung der Leitfähigkeit nicht erforderlich, von einem derart optimierten Schichtenstapel eines an sich bekannten BAW Resonators abzuweichen und dabei Material und/oder Schichtdicken einzelner oder mehrerer Schichten zur Erhöhung der Leitfähigkeit zu ändern, und dabei dennoch eine wesentliche Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des BAW Resonators zu erzielen.

Insbesondere die Bodenelektrode kann so in Bezug auf ihre akustischen Eigenschaften bezüglich der Auswahl des Materials und insbesondere der Auswahl eines besonders harten Elektrodenmaterials und der Schichtdicke optimiert sein. Die Verbindung der Bodenelektrode mit der elektrischen leitfähigen Teilschicht des akustischen Spiegels erniedrigt den Flächenwiderstand der Bodenelektrode um einen Faktor 2 bis 4, selbst dann, wenn für die Teilschicht ein verhältnismäßig schlecht leitendes Material (z.B. Wolfram) verwendet wird. Durch die relativ hohe Schichtdicke der Teilschicht, die zur optimalen Funktion des akustischen Spiegels in Form eines Bragg-Reflektors erforderlich ist (ca. ein Viertel der Wellenlänge der longitudinalen akustischen Welle) , weist diese Teilschicht einen elektrischen Flächenwiderstand auf, der wesentlich niedriger ist als derjenige einer auf eine optimale Schichtdicke und hohe Härte eingestellten Bodenelektrode .

Für die Bodenelektrode ist ein hartes Elektrodenmaterial bevorzugt. Dieses kann ausgewählt sein aus Wolfram, Titan, Titan/Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin, Iridium und Ruthenium. Die geringe spezifische Leitfähigkeit dieser Elektrodenmaterialien wird durch die Erfindung besonders vorteilhaft kompensiert und so die Gesamtleitfähigkeit der Bodenelektrode verbessert.

Es ist vorteilhaft, wenn die auf die Bodenelektrode folgende Teilschicht des akustischen Spiegels eine Niederimpedanzschicht ist, die zur Bodenelektrode einen hohen Impedanzsprung aufweist. Die auf die Bodenelektrode folgende Teilschicht des akustischen Spiegels ist daher insbesondere eine dielektrische Teilschicht mit niedriger akustischer Impedanz wie zum Beispiel Siliziumdioxid.

Ein weiterer Vorteil wird erzielt, wenn die dielektrische Teilschicht direkt unterhalb der Bodenelektrode ein Material umfasst, das einen im Vergleich zur piezoelektrischen Schicht niedrigeren oder gar entgegengesetzt wirkenden Temperaturkoeffizient der Frequenz aufweist. Da die akustische Welle im BAW Resonator zumindest teilweise in den akustischen Spiegel eindringt, bestimmen auch die akustischen und anderen Parameter der Teilschichten das Verhalten des BAW Resonators. Über eine wie dargelegt ausgebildete Teilschicht mit niedrigem oder entgegengesetztem Temperaturkoeffizienten gelingt es, den Temperaturkoeffizienten der Frequenz für den gesamten BAW Resonator zu reduzieren. Dies führt dazu, dass der BAW Resonator bei Temperaturschwankungen eine geringere Drift der Resonanzfrequenz aufweist und daher insbesondere für frequenzgenaue Anwendungen oder für Anwendungen mit großem Betriebstemperaturintervall oder in einer Umgebung mit stark schwankenden Temperaturen besonders gut geeignet ist.

Eine solche dielektrische Schicht kann auch alternativ oder zusätzlich oberhalb der Topelektrode aufgebracht sein. Da in diesem Fall die beiden den Temperaturkoeffizienten reduzie- renden dielektrischen Schichten zusammenwirken, kann es vorteilhaft sein, die Gesamtschichtdicke aus der ersten dielektrischen Teilschicht des akustischen Spiegels und der auf der Topelektrode aufgebrachten dielektrischen Schicht in Bezug auf den gewünschten Effekt bezüglich des Temperatur- koeffizienten zu optimieren.

Ein bevorzugtes Material, mit dem der Temperaturkoeffizient wirksam reduziert werden kann, ist Siθ2, das dementsprechend als Material für die dielektrische Teilschicht des akustischen Spiegels bevorzugt ist.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist der akustische Spiegel zumindest eine weitere elektrisch leitfähige Teilschicht auf. Da die elektrische Leitfähigkeit üblicherweise nur mit Schichten relativ hoher akustischer

Impedanz erreicht wird, ist zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Teilschicht des akustischen Spiegels noch eine Niederimpedanzschicht, üblicherweise eine weitere dielektrische Schicht, angeordnet. Vorteilhaft können nun beide elektrisch leitfähigen Teilschichten elektrisch leitend mit der Bodenelektrode verbunden werden und so den Flächenwiderstand der Bodenelektrode weiter reduzieren bzw. deren elektrische Leitfähigkeit weiter verbessern. Auf diese Weise können auch Materialien für diese Hochimpedanzschichten verwendet werden, die eine relativ schlechte spezifische Leitfähigkeit aufweisen, da dieser Effekt durch die erfindungsgemäß erhöhte Gesamtschichtdicke der elektrisch leitfähigen Schichten kompensiert wird.

Theoretisch können weitere Schichtenpaare aus Niederimpedanzschicht und elektrisch leitender Hochimpedanzschicht in analoger Weise für den Aufbau des Spiegels verwendet werden. Da jedoch mit jeder zusätzlichen Teilschicht der Herstellungsaufwand steigt, wird der akustische Spiegel auf eine minimale Anzahl von Teilschichten optimiert, sodass üblicherweise nur ein oder maximal zwei Schichtenpaare im akustischen Spiegel eingesetzt werden. Dies hat den weiteren Vorteil, dass mit weniger Teilschichten auch eine höhere Bandbreite des Spiegels erreicht wird.

Die einzelnen Schichten des Schichtaufbaus des BAW Resonators sind üblicherweise strukturiert. Zumindest in dem lateral definierten Bereich, der der Grundfläche des akustisch aktiven Bereichs entspricht, ist jede der einzelnen Schichten des Schichtenstapels unstrukturiert. Außerhalb dieses Bereichs können Schichtbereiche entfernt sein. Der aktive Bereich wird definiert durch den gemeinsamen Überlappungsbereich von Topelektrode, piezoelektrischer

Schicht und Bodenelektrode. Die beiden Elektroden sind daher so strukturiert, dass der aktive Bereich optimal dimensioniert ist. Die optimale Grundfläche des aktiven Bereichs bestimmt sich an der gewünschten Kapazität bzw. elektrischen Impedanz des BAW Resonators. Auch für eine gewünschte höhere Leistungs-festigkeit des Resonators kann die Fläche des aktiven Bereichs erhöht sein. Vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Verbindung zwischen elektrisch leitfähiger Teilschicht und Bodenelektrode außerhalb des lateral definierten Bereichs stattfindet, der durch eine vertikale Projektion des aktiven Bereich auf das Substrat definiert ist. Alternativ ist es natürlich auch möglich, innerhalb des aktiven Bereichs bzw. dessen genannter Projektion eine elektrische Verbindung in Form von Durchkontaktierungen vorzusehen.

Vorteilhaft wird die elektrisch leitende Verbindung zwischen leitfähiger Teilschicht und Bodenelektrode über einen Verbindungsbereich vorgenommen, dessen Fläche auf einen geringen Leitungswiderstand optimiert ist. Der Verbindungsbereich ist nahe am aktiven Bereich angeordnet und umschließt diesen von möglichst vielen, insbesondere von zumindest drei Seiten .

Die elektrisch leitfähige Teilschicht kann ein Hochimpedanzmaterial umfassen, welches ausgewählt ist aus Wolfram, Titan, Titan/Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin, Iridium und

Ruthenium, mithin also aus der gleichen Materialauswahl, die für die Herstellung der Bodenelektrode vorteilhaft ist.

Zumindest eine der dielektrischen Teilschichten des akustischen Spiegels kann Siliziumoxid umfassen. Möglich ist es jedoch auch, andere Niederimpedanzmaterial einzusetzen, beispielsweise low-k Dielektrika, die sich neben der niedrigen Dielektrizitätskonstante gleichzeitig auch durch besonders niedrige akustische Impedanz auszeichnen. Möglich ist es auch, die erste dielektrische Teilschicht, die direkt an die Bodenelektrode grenzt, wegen der damit erreichbaren Temperaturkompensation aus Siliziumoxid auszuführen, und im Fall einer weiteren dielektrischen Teilschicht diese aus einem Material mit noch niedrigerer akustischer Impedanz auszuführen .

Die dielektrischen Teilschichten oder Niederimpedanz- schichten, die zwischen den elektrisch verbundenen Schichten wie Bodenelektrode und elektrisch leitfähiger Teilschicht angeordnet sind, sind daher vorzugsweise so strukturiert, dass das Material dieser dielektrischen Teilschichten außerhalb des aktiven Bereichs bzw. außerhalb der Projektion des aktiven Bereichs entfernt ist, zumindest jedoch im Verbindungsbereich .

Ein bevorzugtes Material für die piezoelektrische Schicht ist Aluminiumnitrid. Dieses wächst mit guten Schicht-Eigen- Schäften und insbesondere hoher Güte auf Hochimpedanz- elektrodenmaterialien auf, wie sie für optimale akustische Eigenschaften bevorzugt sind.

Die Topelektrode kann ein Material umfassen, welches eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Gut geeignet sind Standardelektrodenmaterialien wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Gold. Möglich ist es jedoch auch bei der Topelektrode, diese aus einem Hochimpedanzmaterial zu fertigen oder zumindest die mit der piezoelektrischen Schicht direkt in Kontakt stehende Teilschicht der Topelektrode aus einem solchen Material auszuwählen. Darüber können dann weitere Teilschichten aufgebracht werden, für die elektrisch besser leitende Materialien eingesetzt werden können.

In einer bevorzugten Verwendung wird der angegebene BAW Resonator zum Aufbau eines HF Bandpassfilters verwendet. Solche Filter werden durch elektrische Verschaltung von einzelnen BAW Resonatoren in einer leiterähnlichen Struktur erhalten, so genannten laddertype oder latticetype Strukturen .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen und der dazugehörigen drei Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Darüber hinaus können einzelne Teile maßstäblich verzerrt dargestellt sein, sodass den Figuren auch keine relativen Maßangaben zu entnehmen sind.

Figur 1 zeigt einen ersten BAW Resonator im schematischen Querschnitt,

Figur 2 zeigt einen zweiten BAW Resonator im schematischen Querschnitt,

Figuren 3A bis 3D zeigen verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung eines BAW Resonators in schematischer Draufsicht.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen BAW Resonators. Der BAW Resonator weist einen Schichtenstapel ST auf, der auf einem Substrat S aufgebracht ist. Dabei ist es möglich, jede der einzelnen Schichten des

Schichtenstapels ganzflächig aufzubringen und anschließend zu strukturieren. Dies ist insbesondere bei elektrisch leitenden Schichten vorteilhaft, um unerwünschte kapazitive Kopplungen zu benachbarten Bauelementen und insbesondere zu benachbarten weitern BAW Resonatoren zu minimieren. Der Schichtenstapel ST kann jedoch auch unstrukturierte Schichten umfassen, die sich über die ganze Oberfläche des BAW Resonators bzw. über die ganze Grundfläche des Schichtenstapels erstrecken. Dielek- trische Schichten der unteren Spiegelpaare können in der Regel unstrukturiert bleiben.

Der Schichtenstapel ST weist über dem Substrat zumindest ein Schichtenpaar aus je einer Niederimpedanzschicht NS und einer Hochimpedanzschicht HS auf. Im dargestellten Fall umfasst der akustische Spiegel im Schichtenstapel zwei solcher Schichtenpaare. Die Niederimpedanzschicht NS ist in allen Fällen aus Siθ2 ausgebildet und bleibt unstrukturiert. Die Hochimpedanz- schichten sind aus einem harten Metall wie Wolfram, Titan,

Titan/Wolfram, Tantal, Platin, Molybdän oder Rubidium ausgebildet. Vorzugsweise wird jedoch Wolfram verwendet. Die Hochimpedanzschichten HSl, HS2 sind strukturiert aufgebracht und erstrecken sich zumindest über den aktiven Bereich AB. Die Dicke der Niederimpedanzschichten zwischen Substrat und zweiter Hochimpedanzschicht, zwischen zweiter Hochimpedanzschicht und erster Hochimpedanzschicht sowie zwischen erster Hochimpedanzschicht und Bodenelektrode BE beträgt jeweils ca. 1 ^ der Wellenlänge der akustischen Longitudinalwelle bei Resonanzfrequenz des BAW Resonators. Auch die Hochimpedanzschichten HSl, HS2 weisen eine entsprechende Dicke auf. Für eine Resonanzfrequenz des BAW Resonators von beispielsweise 1900 MHz liegt eine optimale Schichtdicke einer aus Wolfram W bestehenden Hochimpedanzschicht bei knapp 700 nm. Zur Optimierung des akustischen Verhaltens des Spiegels können diese Schichtdicken jedoch auch abweichend davon gewählt werden .

Über der obersten Niederimpedanzschicht ist eine Boden- elektrode BE aufgebracht, vorzugsweise wieder aus einem möglichst harten Material. Auch für die Bodenelektrode BE gilt die gleiche bevorzugte Materialauswahl wie für die Hochimpedanzschicht HS. Die Dicke für die Bodenelektrode BE wird so gewählt, dass optimale akustische Eigenschaften des Resonators entstehen (z.B. eine maximale effektive Kopplung oder minimaler TCF) . Eine solche optimale Dicke liegt beispielsweise bei 150 - 250 nm.

Über der Bodenelektrode BE ist die piezoelektrische Schicht PS aufgebracht, beispielsweise ein mittels Dünnschichtverfahren gut abscheidbares piezoelektrisches Material mit hoher Kopplung, insbesondere Aluminiumnitrid. Eine beispielhafte Schichtdicke für die piezoelektrische Schicht liegt bei ca. einer viertel Wellenlänge, was für Aluminiumnitrid ca. 1400 nm entspricht. Als oberste Schicht wird eine Topelektrode TE aufgebracht, wobei ein elektrisch gut leitfähiges Material einer beliebigen, aber elektrisch gut ausreichenden Schichtdicke aufgebracht ist. Als

Standardmaterial kann hier Aluminium in ausreichender Schichtdicke verwendet werden.

Die Bodenelektrode umfasst flächenmäßig zumindest den aktiven Bereich AB sowie eine entsprechende Zuleitung, die zu einem elektrischen Anschlusspad oder zu einem weiteren BAW Resonator führt, der über die Bodenelektrode BE mit dem dargestellten BAW Resonator elektrisch verschaltet ist. Auch die Topelektrode ist so strukturiert, dass sie zumindest den aktiven Bereich AB bedeckt und darüber hinaus wie die

Bodenelektrode BE in einer elektrischen Zuleitung ausläuft, die ebenfalls zu einem Anschlusspad oder zu einer Elektrode eines benachbarten BAW Resonators führt, der mit dem dargestellten elektrisch verschaltet ist. Die piezo- elektrische Schicht PS kann ebenfalls auf den aktiven Bereich begrenzt sein. Vorteilhaft ist sie jedoch großflächig aufgebracht und dient als gemeinsame Schicht für mehrere BAW Resonatoren . Der aktive Bereich ist der gemeinsame Überlappungsbereich von Topelektrode TE, piezoelektrischer Schicht PS und Bodenelektrode BE. In der Figur 1 ist der aktive Bereich AB über seine lateralen Grenzen mittels strichpunktierter Linien dargestellt .

Nicht dargestellt sind weitere Schichten, die über der Topelektrode oder allgemein als oberste Schicht über dem Schichtenstapel ST aufgebracht sein können. Solche Schichten können Passivierungsschichten, Trimmingschichten und Frequenzverstimmungsschichten, insbesondere zur unterschiedlichen Einstellung von parallelen und seriellen Resonatoren in aus BAW Resonatoren aufgebauten Reaktanzfiltern mit ladder type oder lattice type Struktur.

Während die Hochimpedanzschichten HS üblicherweise strukturiert und auf den aktiven Bereich begrenzt sind, weist der erfindungsgemäße BAW Resonator bei zumindest einer Hochimpe- danzschicht HSl eine seitliche Verlängerung (in der Figur auf der linken Seite) auf, in der sie einen Verbindungsbereich VB ausbildet, in dem die Bodenelektrode elektrisch mit der ersten Hochimpedanzschicht HSl verbunden ist. Im Verbindungsbereich kann die Niederimpedanzschicht NS bzw. die Teilschicht, die über der ersten Hochimpedanzschicht HSl aufgebracht ist, eine Ausnehmung ausbilden. Möglich ist es jedoch auch, die oberste Niederimpedanzschicht NS so zu strukturieren, dass sie sich im Wesentlichen über den aktiven Bereich AB erstreckt und auf diesen beschränkt ist, oder diesen mit einer geringen Toleranz überschreitet.

Figur 2 zeigt ebenfalls im schematischen Querschnitt einen demgegenüber abgewandelten BAW Resonator. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Resonator ist hier der Verbindungsbereich VB zwischen Bodenelektrode BE und oberster Hochimpedanzschicht HSl erweitert und erstreckt sich in der Figur beiderseits des aktiven Bereichs AB. Dies wird möglich, wenn die Grundfläche der obersten Hochimpedanzschicht HSl entsprechend groß gewählt wird und die oberste Niederimpedanzschicht, die hier eine dielektrische Schicht DS ist, entsprechend strukturiert ist, dass sie sich auf den aktiven Bereich AB beschränkt. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Verbindungsbereich VB den aktiven Bereich AB ringförmig umschließt. Gegebenenfalls spart der Verbindungsbereich jedoch einen kleinen Abschnitt aus, in dem die Zuleitung für die Topelektrode aus dem Schichtenstapel bzw. dem aktiven Bereich AB des Schichtenstapels herausgeführt wird, sodass die Topelektrode außerhalb des aktiven Bereichs nicht mit der Bodenelektrode BE überlappt. In diesem Bereich kann auch die Hochimpedanzschicht HSl entsprechend strukturiert sein, sodass sie sich nicht oder nur unwesentlich über die Grenzen des aktiven Bereichs AB erstreckt.

In den Figuren 3A bis 3C sind beispielhafte laterale Abmessungen für die einzelnen zu strukturierenden Schichten des BAW Resonators dargestellt. Der dargestellte Schichtaufbau beginnt mit der obersten Hochimpedanzschicht HSl, die sich in der Figur 3A über den aktiven Bereich AB plus den Verbindungsbereich VB erstreckt. Darüber ist zumindest im aktiven Bereich eine dielektrische Schicht DS als oberste Niederimpedanzschicht des akustischen Spiegels aufgebracht.

Figur 3B zeigt als weitere darüber aufgebrachte Schicht die Bodenelektrode BE, die sich über den aktiven Bereich AB erstreckt. Im Verbindungsbereich VB, der nicht nur den in der Figur 3A links von der dielektrischen Schicht angeordneten Bereich umfasst, sondern auch einen Randbereich rund um die dielektrische Schicht Dünnschicht, kontaktiert die Bodenelektrode BE die im Verbindungsbereich frei liegenden oberste Hochimpedanzschicht HSl des akustischen Spiegels elektrisch. Im Bereich des späteren Anschlusspads AP kann hier schon eine weitere Metallisierung aufgebracht sein. Darüber wird eine piezoelektrische Schicht PS aufgebracht, die zumindest die ähnlich wie die dielektrische Schicht strukturiert sein kann. Die Grundfläche der piezoelektrischen Schicht PS kann jedoch auch wesentlich größer als die der dielektrischen Schicht DS gewählt sein.

Figur 3C zeigt als oberste Schicht die Topelektrode TE, die über der piezoelektrischen Schicht PS aufgebracht ist. Deren Überlappung mit piezoelektrischer Schicht PS (in der Figur nicht mehr dargestellt) und Bodenelektrode BE bildet den aktiven Bereich AB aus. An einer Stelle (hier an der dem Anschlusspad gegenüberliegenden Seite des aktiven Bereichs AB) ist eine Verlängerung der Topelektrode TE dargestellt, welche eine Verbindungsleitung VL hin zu einem weiteren

Anschlusspad oder einem benachbarten BAW Resonator darstellt. Die Verbindungsleitung ist gegen die Bodenelektrode BE durch die piezoelektrischer Schicht PS und gegen die Hochimpedanzschicht HSl durch eine entsprechend strukturierte dielektrische Schicht isoliert.

Die Topelektrode TE erstreckt sich nicht über den Verbindungsbereich VB. Im Verbindungsbereich VB ist über der Bodenelektrode ein Anschlusspad AP vorgesehen, welches gegebenenfalls eine zusätzliche und beispielsweise gut lötfähige Metallisierung umfassen kann. Möglich ist es jedoch auch, dass sich die Bodenelektrode BE - ähnlich wie die Topelektrode TE - weiter nach links erstreckt und dort eine weitere Elektrode, insbesondere eine weitere Bodenelektrode für einen benachbarten BAW Resonator ausbildet.

In der Figur 3C ist der Verbindungsbereich VB schraffiert dargestellt. Wie hieraus ersichtlich ist, erstreckt sich der Verbindungsbereich, also der Überlappungs- und Kontaktbereich zwischen Bodenelektrode und oberster Hochimpedanzschicht HSl nahezu geschlossen rund um den aktiven Bereich AB und spart hier nur den Bereich aus, in dem der Verbindungsleiter VL verläuft. Auf diese Weise gelingt es, die Leitfähigkeit der

Bodenelektrode BE von mehreren Seiten her zu unterstützen und so effektiv um einen Faktor 2 bis 4 zu erhöhen. Dies wird erreicht, obwohl effektiv allein der Zuleitungswiderstand zur Bodenelektrode BE reduziert ist. Allerdings kann nun der Strom nicht nur von links, sondern von drei und mehr Seiten auf die aktive Bodenelektrode auffließen.

In Figur 3D ist zusätzlich zur Schraffierung des Verbindungsbereichs VB auch der aktive Bereich BE durch eine weitere Schraffierung hervorgehoben.

Nicht dargestellt sind weitere dielektrische Schichten, die zur Temperaturkompensation, Trimming, Verstimmung oder zur Passivierung des BAW Resonators eingesetzt werden können und z.B. über dem gesamten Schichtenstapel ST aufgebracht sein können. Ebenfalls nicht dargestellt sind Ausführungen, bei denen im Verbindungsbereich VB zusätzlich ein Kontakt zu tiefer liegenden Hochimpedanzschichten HS2 hergestellt ist, sodass der elektrische Anschlusswiderstand der Bodenelektrode BE um die Leitfähigkeit dieser zusätzlichen Hochimpedanzschicht weiter reduziert ist. In allen Fällen ist das Design bzw. die Grundfläche des vorgeschlagenen BAW Resonators gegenüber einem bekannten Resonator nur unwesentlich um die Grundfläche des Verbindungsbereichs VB vergrößert. Für den erfindungsgemäßen BAW Resonator wird jedoch keine zusätzliche Schicht gegenüber einem bekannten BAW Resonator benötigt. Dennoch können alle Schichten in an sich optimaler Schichtdicke ausgeführt sein und für die Bodenelektrode BE ein Metall verwendet werden, welches eine an sich relativ schlechte elektrische Leitfähig- keit aufweist. Durch die unterstützende zusätzliche Leitfähigkeit der zumindest einen der metallischen Teilschicht des Spiegels (Hochimpedanzschichten) wird dieser Nachteil problemlos ausgeglichen, da die Hochimpedanzschichten im akustisch optimierten Spiegel stets eine ausreichend hohe Schichtdicke und damit eine gute Leitfähigkeit aufweisen.

Im Verbindungsbereich VB kann die oberste Niederimpedanzschicht, sprich die dielektrische Schicht DS, durch Strukturierung mit Ausnehmungen (Via-Gräben) versehen sein, in denen sich der Verbindungsbereich VB ausbilden kann.

Möglich ist es jedoch, wie gesagt, die dielektrische Schicht DS ausschließlich auf den aktiven Bereich AB plus einen diesen umgebenden Toleranzbereich zu beschränken und entsprechend zu strukturieren.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen und insbesondere den Figuren dargestellten und beschriebenen Ausführungen beschränkt. Insbesondere kann das Design eines BAW Resonators wesentlich von den Ausführungsbeispielen abweichen.

Möglich ist es beispielsweise, weitere Schichtenpaare aus Hoch- und Niederimpedanzschichten im akustischen Spiegel einzusetzen und diese aus beliebigen Hoch- und Niederimpedanzmaterialien auszubilden. Die Bodenelektrode BE kann im Verbindungsbereich mit der obersten Hochimpedanzschicht HS2, mit der unteren Hochimpedanzschicht HSl oder mit beiden Hochimpedanzschichten elektrisch leitend verbunden sein.

Sämtliche im Schichtenstapel ST verwendeten Materialien können variiert werden, sind aber auch bei Variation wieder auf eine bezüglich der Akustik optimalen Schichtdicke opti- miert. Bevorzugt wird die Schichtdicke für Bodenelektrode, piezoelektrische Schicht und Topelektrode in Abhängigkeit von einer optimalen Kopplung gewählt und führt insbesondere zu niedrigen Schichtdicken der Bodenelektrode. Die Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht PS ist so gewählt, dass sich die Hauptmode bei der gewünschten Resonanzfrequenz des BAW Resonators ausbildet. Da die für den erfindungsgemäßen BAW Resonator erforderlichen Strukturierungen außerhalb des aktiven Bereichs AB erfolgen können, haben sie keinerlei Einfluss auf die akustischen Eigenschaften des BAW Resonators im aktiven Bereich.

Ein erfindungsgemäßer BAW Resonator kann von den in Figur 3 beispielhaft dargestellten lateralen Dimensionierungen abweichen. So kann insbesondere der Verbindungsbereich gleichmäßiger rund um den aktiven Bereich AB verteilt sein. Boden- und Topelektrode können mehr als eine Zuleitung aufweisen, insbesondere wenn sie über diese Zuleitung mit anderen Elementen und insbesondere mit anderen BAW Resonatoren elektrisch verschaltet sind. Bezugszeichenliste

ST Schichtenstapel

S Substrat

NS Niederimpedanzschicht

HSl, HS2 erste und zweite Hochimpedanzschicht

DS Dielektrische Schicht

BE Bodenelektrode

PS piezoelektrische Schicht

TE Topelektrode

VB Verbindungsbereich

AB aktiver Bereich

AP Anschluss-Pad

VL Verbindungsleitung