Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement mit reduziertem Temperaturgang der Frequenzlage und Verfahren zur Herstellung

Die Erfindung betrifft mit akustischen Wellen arbeitende Bau ^¬ elemente mit reduziertem Temperaturgang der Frequenzlage sowie Verfahren zur Herstellung entsprechender Bauelemente.

Mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente, zum Beispiel SAW-Bauelemente (SAW = Surface Acoustic Wave) , GBAW-Bauele- mente (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave) oder BAW-Bauelemente (BAW = Bulk Acoustic Wave) können in Hochfrequenzschaltungen, z. B. in Bandpassfiltern, Verwendung finden. Dazu umfassen sie ein piezoelektrisches Material sowie Elektrodenstruktu ^¬ ren. Die Elektrodenstrukturen wandeln ein HF-Signal in akustische Wellen um, welche im piezoelektrischen Material propagieren. Ferner wandeln Elektrodenstrukturen auch akustische Wellen in HF-Signale um. Im Allgemeinen ist es erwünscht, Leckwellenverluste sowie die Anregung von Störmoden zu - vermeiden, einen für die Bandbreite der Anwendung ausreichend hohen elektroakustischen Kopplungskoeffizienten κ ² und einen möglichst geringen Temperaturgang der Frequenz zu erhalten.

Mit akustischen Wellen arbeitende Bandpassfilter können beispielsweise Verwendung als Empfangsfilter oder als Sendefilter, beispielsweise in einem Duplexer, finden. Solche Bandpassfilter sollen eine geringe Einfügedämpfung im Passband, eine hohe Sperrbereichsunterdrückung außerhalb des Passbands sowie eine hohe Leistungsfestigkeit aufweisen. Ferner sollen sie mit einer geringen Bauteilgröße und auf kostengünstige Weise herstellbar sein. Aus der Druckschrift WO 2005/036744 AI beispielsweise ist ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement mit einem

LiNb03 Substrat (LiNb03 = Lithiumniobat ) bekannt. Fingerför ^¬ mige Elektrodenstrukturen sind zwischen dem Substrat und ei- ner Si0 ₂ ^_ Schicht angeordnet.

Die an mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente gestell ^¬ ten Anforderungen wachsen stetig. Insbesondere soll der nutzbare Frequenzbereich eines Passbandes möglichst breit und der des Übergangsbereichs vom Passband zum Sperrbereich möglichst schmal sein. Die Sperrbereichsunterdrückung soll verbessert sein, der Temperaturgang der Frequenzen (TCF = Temperature Coefficient of Frequency) soll minimiert sein. Der Tempera ^¬ turgang der Frequenzen bezeichnet die Temperaturabhängigkeit der frequenzabhängigen Dämpfungscharakteristik eines Filters. Die unerwünschten Auswirkungen des Temperaturgangs sind temperaturabhängige Verschiebungen beispielsweise der Passbänder von Bandpassfiltern. Entsprechende Bauelemente sollen ferner - entsprechend dem anhaltenden Trend zur Miniaturisierung - kleiner als bekannte Bauelemente gebaut werden können.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einer- seits ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement, wel ^¬ ches solche Anforderungen besser als bekannte Bauelemente er ^¬ füllt sowie andererseits ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird einerseits durch ein mit akustischen Wel ^¬ len arbeitendes Bauelement nach Anspruch 1 und andererseits durch ein Verfahren zur Herstellung eines mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelements gemäß dem angegebenen Verfah- rensanspruch gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.

Es wird ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement an- gegeben, welches ein piezoelektrisches Substrat, eine untere Haftschicht, eine Elektrodenlage, eine obere Haftschicht, eine Kompensationsschicht und eine Trimmschicht umfasst. Die untere Haftschicht ist dabei oberhalb des Substrats angeord ^¬ net. Die Elektrodenlage umfasst kammförmige, ineinander grei- fende Elektrodenfinger zweier Elektroden und ist oberhalb der unteren Haftschicht angeordnet. Die obere Haftschicht ist oberhalb der Elektrodenfinger angeordnet. Die Kompensations ^¬ schicht vermindert den Temperaturgang der Frequenzlage des Bauelements oder den elektroakustischen Kopplungskoeffizien- ten, vermindert also die erzielbaren Bandbreite eines

Filterbauelements. Die Kompensationsschicht ist zwischen den Elektrodenfingern sowie bedeckend auf den Elektrodenfingern angeordnet ist. Die Trimmschicht stellt eine gewünschte

Frequenzlage ein und ist oberhalb der Kompensationsschicht angeordnet.

Die Erfindung gibt somit einen Schichtaufbau für ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement an, welcher gut ge ^¬ eignet ist, die oben genannten Anforderungen zu erfüllen und insbesondere einen verminderten TCF aufweist. Die Elektrodenfinger der zwei Elektroden der Elektrodenlage sind dabei dazu vorgesehen, HF-Signale einerseits in akustische Wellen umzu ^¬ wandeln und andererseits akustische Wellen in HF-Signale um ^¬ zuwandeln. Die untere Haftschicht ermöglicht es, die Elektro- denfinger der Elektrodenlage in einer hohen Qualität auf dem Substrat aufzubringen, was für die Leistungsfestigkeit und für den Fingerwiderstand vorteilhaft sein kann. Die obere Haftschicht, welche oberhalb der Elektrodenfinger angeordnet ist, ermöglicht es auf einfache Weise, die Kompensations ^¬ schicht mit der Elektrodenlage zu verbinden.

Die Kompensationsschicht vermindert den Temperaturgang der Frequenzlage des Bauelements: In einem periodischen Normal ^¬ fingergitter entspricht der in Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen gesehene Abstand der Fingermitten nebeneinander liegender Finger der halben Wellenlänge K/2 der akustischen Welle. Die entsprechende Frequenzlage des Bauelements ist im Wesentlichen reziprok zur Wellenlänge λ und proportio ^¬ nal zur Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Wellen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Wellen hängt unter anderem von den Elastizitätsmoduln der verwendeten Materialien und den Massebelegungen der akustischen Spuren ab. Insbesondere die Elastizitätsmoduln - die elastischen Komponenten der verwendeten Materialien - hängen von der Temperatur ab. Somit hängt auch die Frequenzlage des Bauelements - im Allgemeinen unerwünschterweise - von der Temperatur ab. Ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bandpassfilter soll jedoch geforderte Spezifikationen in einem weiten Temperaturbereich erfüllen. Entsprechend ist die Kompensationsschicht dazu vorgesehen, den Temperaturgang der Frequenzlage des Bauelements zu vermindern und gegebenenfalls zu eliminieren. Die Kompensationsschicht wirkt auf die elastischen Komponenten der übrigen Schichten und verringert so den Temperaturgang.

Wie oben schon angegeben, hängt die Frequenzlage auch von der Massebelegung des Bauelements ab. Um Fluktuationen der Massebelegung während des Herstellungsprozesses ausgleichen zu können, ist eine Trimmschicht oberhalb der Kompensations ^¬ schicht angeordnet. Die Dicke der Trimmschicht und damit die Massenbelegung des Bauelements kann in einem sich an die Erzeugung des Schichtaufbaus anschließenden Verarbeitungsschritt, einem Trimmschritt, bereits während der Herstellung verringert werden, um eine gewünschte Frequenzlage einzustellen.

Zwischen nebeneinander angeordneten Elektrodenfinger der Elektroden kann Material der unteren oder oberen Haftschicht, der Kompensationsschicht oder der Trimmschicht angeordnet sein .

Ein solches Bauelement ermöglicht Filter mit einem niedrigen relativen Bandabstand, mit hoher relativer Bandbreite, mit hoher Flankensteilheit, mit hoher Leistungsfestigkeit, einem ausreichend piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten und geringem Temperaturgang sowie Fertigungsprozesse mit geringer Fertigungsstreuung; ein solches Bauelement ermöglicht kostengünstig herzustellende Filterschaltungen oder Filterbauele ^¬ mente, die die Spezifikationen für die Einfügedämpfung, die Selektion und die Isolation gut erfüllen.

In einer Aus führungs form ist das Substrat piezoelektrisch oder pyroelektrisch und umfasst chemisch reduziertes LiNbC>3

(Lithiumniobat ) . Die chemische Reduktion erhöht die Leitfä ^¬ higkeit und minimiert elektrische Entladung aufgrund des py- roelektrischen Effekts während der Bauteilfertigung, insbesondere während des Sputterprozesses zur Herstellung der Kompensationsschicht und während des Betriebs. Außerdem ist das chemisch reduzierte Substrat durch die erhöhte optische Absorption im nahen UV—Bereich weniger transparent

( 'schwarz , was sich positiv auf den Herstellungsprozess der Elektrodenstruktur mittels Fotolithografie auswirkt. Die untere und die obere Haftschicht umfassen Ti (Titan) . Die Elektrodenfinger umfassen Cu (Kupfer) und/oder Ag (Silber) . Die Kompensationsschicht umfasst S1O ₂ (Siliziumdioxid) oder ein anderes Siliziumoxid und die Trimmschicht umfasst S 1 ₃ N ₄ (Siliziumnitrid) . Das S 1 ₃ N ₄ der Trimmschicht kann gleichzei ^¬ tig als Passivierungsschicht des Bauelements wirken. Diese Aus führungs form gibt eine Materialkombination an, welche ein besonders leistungsfestes Bauelement ermöglicht und durch die Verwendung von S 1O ₂ in der Kompensationsschicht einen

geringen Temperaturgang der Frequenzlage des Bauelements ermöglicht . Die Kompensationsschicht, zum Beispiel eine S i0 ₂ ^_ Schicht , kann mit einem Ein-Schicht-Sputterprozess auf die Elektroden ^¬ finger aufgebracht und anschließend geglättet werden.

In einer Aus führungs form weist das Substrat eine Oberflächen- normale auf, die senkrecht auf der kristallografischen

X-Achse des Substrats steht und die mit der Y-Achse des Sub ^¬ strats einen Winkel von 127,85 ± 5 ⁰ einschließt. Die untere Haftschicht ist zwischen 3 nm und 8 nm dick. Die Elektrodenlage ist zwischen 130 nm und 190 nm dick. Die obere Haft- schicht ist hier zwischen 3 nm und 8 nm dick. Die Kompensationsschicht kann zwischen 25 % und 45 % der akustischen Wellenlänge dick sein. Die Trimmschicht ist zwischen 30 nm und 110 nm dick. Die untere oder die obere Haftschicht kann Ti umfassen.

Die untere Haftschicht kann 5 nm dick sein, die obere Haft ^¬ schicht kann ebenfalls 5 nm dick sein.

Die Elektrodenlage kann eine 2 nm dicke Silberschicht und eine 170 nm dicke Kupferschicht umfassen. Das Metallisie ^¬ rungsverhältnis der Elektrodenlage, n, kann zwischen 0,5 und 0,58 liegen. Beispielsweise kann das Metallisierungsverhält ^¬ nis der Elektrodenlage, n, 0,54 für ein Sendefilter und 0,56 für ein Empfangsfilter betragen. Es ist auch möglich, dass n = 0,51 für das Sendefilter und n = 0,53 für das Empfangsfilter beträgt. Die Dicke der Kompensationsschicht kann 7 % der Dicke der Elektrodenlage betragen.

Es ist möglich, als Trimmschicht eine 100 nm dicke Schicht aufzutragen und nach dem Trimmen eine etwa 45 nm dicke zu verbleibende Trimmschicht anzustreben. Dazu wird die Metalli ^¬ sierungshöhe und damit auch die allein durch die Elektroden ^¬ lage selbst bewirkte Massenbelastung entsprechend niedrig eingestellt . In einer Aus führungs form weist das Substrat eine Oberflächennormale auf, die senkrecht auf der kristallografischen

X-Achse des Substrats steht und mit der Y—Achse einen Winkel von 127,85 ± 5 ° einschließt. Die Dicke der unteren und obe ^¬ ren Haftschichten beträgt zwischen 3 nm und 8 nm. Die Haft- schichten können Titan umfassen. Die Dicke der Elektrodenlage und die Dicke der Kompensationsschicht sind optimal aufeinan ^¬ der abgestimmt, um eine gute Temperaturkompensation und einen hinreichenden elektroakustischen Kopplungskoeffizienten zu erhalten. Darüber hinaus wird eine starke Anregung einer Ray- leigh—Oberflächenwelle erzielt und mögliche Scherwellen ef ^¬ fektiv unterdrückt. Dazu umfasst das Elektrodenmaterial Cu und die Kompensationsschicht S1O ₂ . Die Dicke der Elektroden ^¬ lage beträgt zwischen 5 % und 15 % der akustischen

Wellenlänge λ, die Dicke der Kompensationsschicht beträgt zwischen 25 % und 45 % λ. Als Material der Trimmschicht kommt S1 ₃ N ₄ in Frage. Deren relative Schichtdicke von bis zu 5 % der Wellenlänge λ ist ausreichend, um herstellungsbedingte Schwankungen der Frequenzlage zu durch nachträgliches

Abtragen/Trimmen ausgleichen zu können.

Durch die hohe Biegesteifigkeit von S 1 ₃ N ₄ kann damit ohne we- sentliche Verminderung an elektroakustischer Kopplung - und damit ohne wesentliche Verminderung der Bandbreite eines ent ^¬ sprechenden Filterelements - die Frequenzlage des Bauteils um bis zu etwa 10000 ppm nach oben korrigiert werden. In einer Aus führungs form für die Anwendung bei W-CDMA (UMTS) Band II Signalen (Tx: 1850 - 1910 MHz, Rx : 1930 - 1990 MHz) mit einer relativen Bandbreite von 3,2 % beträgt die Schicht ^¬ dicke der Elektrodenlage aus Cu bevorzugt 140 nm, die

Schichtdicke der Kompensationsschicht aus S 1O ₂ 590 nm und die Schichtdicke der Trimmschicht aus S 1 ₃ N ₄ zwischen 15 nm und 75 nm. Zur Erhöhung der Leistungsfestigkeit kann die Elektrodenlage eine Teilschicht aus Ag mit einer Dicke von bis zu 10 nm umfassen . In einer Aus führungs form für die Anwendung bei W-CDMA (UMTS) Band III Signalen (Tx: 1710 - 1785 MHz, Rx : 1805 - 1880 MHz) mit einer relativen Bandbreite von 4,2 % beträgt die Schicht ^¬ dicke der Elektrodenlage aus Cu bevorzugt 140 nm, die

Schichtdicke der Kompensationsschicht aus S 1O ₂ 590nm und die Schichtdicke der Trimmschicht aus S 1 ₃ N ₄ zwischen 15 nm und 75 nm. Zur Erhöhung der Leistungsfestigkeit kann die Elektrodenlage eine Teilschicht aus Ag mit einer Dicke von bis zu 10 nm umfassen . In einer Aus führungs form für die Anwendung bei W-CDMA (UMTS) Band VII Signalen (Tx: 2500 - 2570 MHz, Rx : 2620 - 2690 MHz) mit einer relativen Bandbreite von 2,7 % beträgt die Schicht ^¬ dicke der Elektrodenlage aus Cu bevorzugt 140 nm, die Schichtdicke der Kompensationsschicht aus S 1O ₂ 540nm und die Schichtdicke der Trimmschicht aus S 1 ₃ N ₄ zwischen 15 nm und 75 nm. Zur Erhöhung der Leistungsfestigkeit kann die Elektrodenlage eine Teilschicht aus Ag mit einer Dicke von bis zu 10 nm umfassen.

In einer Aus führungs form für die Anwendung bei W-CDMA (UMTS) Band VIII Signalen (Tx: 880 - 915 MHz, Rx : 925 - 960 MHz) mit einer relativen Bandbreite von 3,8 % beträgt die Schichtdicke der Elektrodenlage aus Cu bevorzugt 250 nm, die Schichtdicke der Kompensationsschicht aus S 1O ₂ 1200nm und die Schichtdicke der Trimmschicht aus S 1 ₃ N ₄ zwischen 20 nm und lOOnm. Zur Erhöhung der Leistungsfestigkeit kann die Elektrodenlage eine Teilschicht aus Ag mit einer Dicke von bis zu 10 nm umfassen.

In einer Aus führungs form für die Anwendung bei ISM Signalen (2400 — 2483 MHz) mit einer relativen Bandbreite von 3,4 % beträgt die Schichtdicke der Elektrodenlage aus Cu bevorzugt 130 nm, die Schichtdicke der Kompensationsschicht aus S 1O ₂ 470 nm und die Schichtdicke der Trimmschicht aus S 1 ₃ N ₄ zwischen 15 nm und 75 nm. Zur Erhöhung der Leistungsfestigkeit kann die Elektrodenlage eine Teilschicht aus Ag mit einer Dicke von bis zu 10 nm umfassen. Das Metallisierungsverhältnis n der Elektrodenfinger kann zwischen 0,50 und 0,58 betragen. Das Metallisierungsverhält ^¬ nis für W-CDMA (UMTS) Band II Signale kann 0,54 für das Sen ^¬ defilter und 0,56 für das Empfangsfilter betragen. Das Metallisierungsverhältnis für W-CDMA (UMTS) Band III Sig ^¬ nale kann 0,51 für das Sendefilter und 0,53 für das Empfangsfilter betragen. Das Metallisierungsverhältnis für W-CDMA (UMTS) Band VII Sig ^¬ nale kann etwa 0,52 betragen.

Das Metallisierungsverhältnis für W-CDMA (UMTS) Band VIII Signale kann etwa 0,55 betragen.

Das Metallisierungsverhältnis für ISM Signale kann etwa 0,52 betragen . Ein solches Piezosubstrat ist ein so genanntes LN128-Sub- strat, wobei LN für Lithiumniobat steht. Ein solches piezo ^¬ elektrisches Substrat ermöglicht eine gute piezoelektrische Kopplung, das heißt einen hohen Kopplungskoeffizienten κ ² . Es ermöglicht ferner ein Bauelement mit geringen Verlusten, zum Beispiel Leckwellenverlusten, sowie mit einer geringen Anfälligkeit für Störmodenanregungen.

Eine andere Möglichkeit, einen derartiger Kristallschnitt ei ^¬ nes LiNb03 Substrat zu definieren, besteht in der Angabe der Eulerwinkel: (λ = 0°, μ = 37,85° ± 5°, θ = 0°) .

Dabei sind die Eulerwinkel wie folgt definiert: Zuerst wird von einem Satz Achsen x, y, z ausgegangen, welches die kristallographischen Achsen des Substrats sind.

Der erste Winkel, λ, gibt an, um welchen Betrag die x-Achse und die y-Achse um die z-Achse gedreht werden, wobei die x- Achse in Richtung der y-Achse gedreht wird. Entsprechend ent ^¬ steht ein neuer Satz von Achsen χ ^λ , y ζ ^λ , wobei z = ζ ^λ .

In einer weiteren Rotation werden die z ^x -Achse und y ^x -Achse um den Winkel μ um die x ^x -Achse gedreht. Dabei wird die y - Achse in Richtung der z ^x -Achse gedreht. Entsprechend entsteht ein neuer Satz von Achsen χ ^{λ λ} , γ ^{λ λ} , ζ ^{λ λ} , wobei χ ^λ = χ ^{λ λ} .

In einer dritten Rotation werden die x^-Achse und die γ ^{λ λ} - Achse um den Winkel Θ um die z^-Achse gedreht. Die x^-Achse wird dabei in Richtung der y^-Achse gedreht. So entsteht ein drittes Set von Achsen χ ^{λ λ λ} , γ ^{λ λ λ} , ζ ^{λ λ λ} , wobei z ^{λ λ} =ζ ^{λ λ λ} .

Die x^^Achse und die Y -Achse liegen dabei parallel zur Oberfläche des Substrats. Die z^^Achse ist die Oberflächen ^¬ normale des Substrats. Die x^^Achse gibt die Ausbreitungs ^¬ geschwindigkeit der akustischen Wellen an.

Die Definition ist in Übereinstimmung mit dem internationalen Standard IEC 62276, 2005-05, Annex AI.

Ein solcher Kristallschnitt ermöglicht es, hoch koppelnde Rayleigh-Moden anzuregen. Ein solches Bauelement kann ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter, zum Beispiel ein Notchfilter, umfassen. Ferner kann ein solches Bauelement ein Sendefilter oder ein Empfangsfilter für ein mobiles Kommunikationsgerät umfassen. Ein entsprechendes Bauelement kann zusätzlich eine Balunfunktio- nalität (Balun = balanced <-► unbalanced Konverter) umfassen und zum Beispiel erdunsymmetrische HF-Signale in erdsymmetri ^¬ sche Signale oder erdsymmetrische Signale in erdunsymmetri ^¬ sche Signale konvertieren. In einer Aus führungs form umfasst das Bauelement einen Anten- nenanschluss , einen Sendesignalanschluss und einen Empfangs- signalanschluss . Zwischen dem Antennenanschluss und dem Sen ^¬ designalanschluss ist ein mit akustischen Wellen arbeitendes Sendefilter verschaltet. Zwischen dem Antennenanschluss und dem Empfangssignalanschluss ist ein mit akustischen Wellen arbeitendes Empfangsfilter verschaltet. Das Sendefilter und das Empfangsfilter sind auf derselben Seite des Substrats an- geordnet. Ein solches Bauelement stellt einen Duplexer dar. Insbesondere stellt ein solches Bauelement einen Ein-Chip- Duplexer dar, welcher im Vergleich zu Zwei-Chip-Lösungen kostengünstiger herzustellen ist, weil Strukturierungsschritte für Sende- und Empfangsfilter auf derselben Substratoberflä- che durchgeführt werden können. Außerdem kann eine geringere Bauteilgröße erzielt werden.

Das Sendefilter und das Empfangsfilter des Duplexers können unterschiedliche Schichtdicken des Lagenaufbaus und unter- schiedliche zusätzliche Funktionsschichten umfassen. Das Sendefilter und das Empfangsfilter können dann mit nacheinander abfolgenden Strukturierungsschritten hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, dass der Lagenaufbau des Empfangsfil ^¬ ters mit dem Lagenaufbau des Sendefilters übereinstimmt. Dann können beide Filter auf eine besonders einfache Weise gleich ^¬ zeitig und während der selben Strukturierungsschritte herge ^¬ stellt werden.

In einer Aus führungs form des Duplexers umfasst das Sendefil- ter des Duplexers einen Laddertype-Filter. Das Empfangsfilter des Duplexers umfasst ein DMS-Filter. Im Sendefilter werden relativ hohe Leistungen, etwa in der Größenordnung

1 W = 30 dbm, übertragen. Laddertype-Filter sind besonders leistungsfest und eignen sich daher besonders für die

Verwendung in Sendefiltern. Ein Empfangsfilter braucht im Allgemeinen eine gute Isolation des Sendepfads vom

Empfangspfad, eine geringe Einfügedämpfung im Passband und eine hohe Selektion, d.h. eine hohe Sperrbereichsunter- drückung außerhalb des Passbands. DMS-Filter verfügen über eine gute Isolation und über eine hohe Selektion. DMS-Filter sind somit gut zur Verwendung in Empfangsfiltern geeignet. Zwischen dem DMS-Filter des Empfangsfilters und dem

Empfangsfiltereingang, mit dem das Empfangsfilter mit dem Sendefilter verschaltet sein kann, können zusätzliche

Resonatoren in Laddertype-Konfiguration verschaltet sein.

Für die Kombination von Filter - und Duplexer—Bauteilen mit in einem Transceiver integrierten Verstärkern und mit Frontend- Architekturen auf CMOS—Basis sind Bauteile mit integriertem Balun vorteilhaft.

Wenn die Umwandlung eines auf Masse bezogenen unsymmetrischen Signals in Form eines Impedanzwandlers als Balun verwirklicht wird, kann dieser Wandler entweder zwischen der gemeinsamen Tx/Rx-Leitung, die zur Antenne führt, und dem RX-Filter oder nach dem unsymmetrischen Rx—Filter angeordnet sein. In beiden Fällen kann jedoch die Umwandlung mit einem Signalverlust verbunden sein, dessen Ursachen eine Fehlanpassung sowie internen Verluste des Baluns sind. Um solche Abgleichverluste zu vermeiden oder zu vermindern, kann ein Rx-Filter ein

Bandpassfilter mit integriertem Balun umfassen. Der Signalab- gleich erfolgt durch Anschluss von DMS—Resonatoren . DMS— Resonatoren erreichen besonders in der linken Flanke hohe Flankensteilheit und außerdem hohe Isolationswerte zum Tx- Filter. Ferner sind keine hohen Leistungsbelastung erforderlich. Deshalb sind solche Resonatoren gut für den Einsatz in Rx-Filtern geeignet.

In einer Ausgestaltung dieser Aus führungs form weist das Lad- dertype-Filter des Sendefilters Resonatoren mit einer cosi- nusförmigen Uberlappwichtung auf. Das DMS-Filter des Empfangsfilter weist eine mehrfache Uberlappwichtung auf.

Der Begriff Uberlappwichtung bezeichnet dabei, dass die Überlappungslänge von Elektrodenfingern von benachbarten Elektrodenfingern sich entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen, der x ^{λ λ} ^Richtung, ändert. Bei einer cosinus- förmigen Uberlappwichtung ändert sich der Überlapp gemäß der Cosinusfunktion. Der Koordinatenursprung kann dabei prinzipiell überall innerhalb des entsprechenden Wandlers angeord ^¬ net sein.

Um die Leistungsfestigkeit zu erhöhen, können die Resonatoren seriell kaskadiert ausgeführt sein. Um eine angepasste Impe- danz zu erhalten, ist eine vierfach größere Flächenbelegung nötig. Damit ist die akustische Leistungsdichte in etwa ge- viertelt und die an den Interdigitalwandlern anliegende Span- nung ist halbiert. Damit nicht zu große Aperturen verwendet werden müssen, ist es möglich, die Resonatoren länger auszu- gestalten. Um eine wirksame Überlappwichtung zu ermöglichen, können lange Resonatoren mit einem großen Aspektverhältnis, etwa Länge / Breite >= 5 vermieden werden. Statt dessen können die Resonatoren durch einen kurzen Reflektor

aufgetrennt und als Staffel, z . B. als 2x2 oder als 2x3

Staffel angeordnet sein.

Das DMS-Filter weist eine mehrfache Uberlappwichtung auf. Das bedeutet, dass der Elektrodenüberlapp sich entlang der Aus ^¬ breitungsrichtung der akustischen Wellen ändert. Der veränderliche Überlapp weist dabei eine periodische Struktur ent ^¬ lang der Ausbreitungsrichtung auf. Auch die Uberlappwichtung des DMS-Filters kann cosinusförmig sein. Für die Interdigitalwandler der DMS-Struktur mit einem kleinem Aspektverhältnis, etwa Länge / Breite < 1, ist eine schwach ausgeprägte, sinusförmige Mehrfachwichtung von weniger als 50% vorteilhaft. Damit ist die Überlappungsfunktion in den Übergangsbereichen zwischen den Wandlern, also in den Bereichen hoher akustischer Leistungsdichte, stetig und die resultierende Übertragungsfunktion kann besser simuliert wer den .

Die Anzahl der Perioden für die sinusförmige Wichtung im DMS Filter kann größer oder gleich der Anzahl der Wandler im DMS Filter sein.

Durch eine Überlappwichtung wird in einem mit akustischen Wellen arbeitenden Wandler eine ausreichende Unterdrückung transversaler Effekte erzielt oder die Welligkeit der Einfü ^¬ gedämpfung im Passband vermindert. Insbesondere zeigt eine derartige Ausgestaltung des Duplexers eine gute Übereinstim ^¬ mung mit dem bei der Entwicklung des Duplexers verwendeten Simulationsmodell. Dadurch können bei der Entwicklung der Filter Iterationsschritte der Simulation eingespart werden.

In einer Aus führungs form des Bauelements ist die Kompensati ^¬ onsschicht ausschließlich oberhalb von akustisch aktiven Bereichen des Substrats angeordnet. Akustisch inaktive Bereich des Substrats bleiben von der Kompensationsschicht unbedeckt

Die Kompensationsschicht kann mit einem Sputterprozess auf das Substrat aufgebracht werden und mit einem Lithographie ^¬ prozesse strukturiert werden. Dabei werden die Kontaktpunkte für die spätere Kontaktierung von außen von der Schicht befreit und es bleiben nur noch akustisch aktive Bereiche zuzüglich erforderlicher Sicherheitsabstände mit der Kompensationsschicht bedeckt sowie, falls erforderlich, Bereiche von Leiterbahnüberkreuzungen. Leiterbahnüberkreuzungen sind bevorzugt durch eine im Überlappungsbereich zwischen den Elektrodenlagen oder einer weiteren Metalllage angeordnete Kompensationslage aufgebaut. Um den Bedarf an Chipfläche zu minimieren, können die Bereiche von Leiterbahnüberkreuzungen direkt an den Stromsammeischienen (engl.:

busbars) seitlich der akustisch aktiven Bereiche angeordnet sein .

Der positive Effekt durch die vorgenommene Strukturierung mi ^¬ nimiert mechanische Verspannungen zwischen der Kompensations ^¬ schicht und dem Substrat. Wie oben schon erläutert, vermin ^¬ dert die Kompensationsschicht den Temperaturgang der

Frequenzlage des Bauelements. Die Frequenzlage des Bauele ^¬ ments hängt vom Frequenzgang der elastischen Komponenten, zum Beispiel der Elastizitätsmodule der entsprechenden Materia ^¬ lien, ab. Eine Si0 ₂ -Schicht hat beispielsweise einen Tempera ^¬ turgang der elastischen Komponenten, der dem Temperaturgang von Lithiumniobat LiNbC>3 entgegenläuft. Das ermöglicht zum einen zwar die Temperaturkompensationen, zum anderen aber entstehen dadurch thermisch induzierte Spannung in dem Compo- site aus Substrat und Kompensationsschicht. Dadurch, dass die Kompensationsschicht genau dort aufgetragen ist, wo akusti ^¬ sche Wellen im Substrat propagieren, erhält man eine Tempera ^¬ turkompensation und weniger thermischen Spannungen außerhalb dieses Bereiches.

In einer Aus führungs form des Bauelements weist die Elektro ^¬ denlage eine Ag (Silber) umfassende Schicht und eine auf der Ag umfassenden Schicht angeordnete Cu (Kupfer) umfassende Schicht auf. Durch eine solche Materialauswahl kann eine deutlich verminderte Akustomigration und dadurch eine erhöhte Lebensdauer des Bauelements erreicht werden. Ferner ist es möglich, die oben genannte Massenbelegung geeignet einzustellen, um eine gewünschte Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle zu erhalten. Eine in transversaler Richtung variierende Ausbreitungsgeschwindigkeit ermöglicht es, einen Wellenleiter zu bilden, in dem akustische Wellen optimal propagieren können.

In einem Bauelement können Zuleitungsverbindungen und Signalleitungen auf einem piezoelektrischen Substrat zur Reduzierung der Zuleitungsverluste und zum Schutz der Oberfläche der Leiter mit einer oder mehreren weiteren Metalllagen, zum Beispiel Ti oder AI, aufgedickt sein. Die weiteren Metalllage kann außerhalb der akustisch aktiven Bereiche die Elektrodenlage vollständig überdecken und die Kompensationsschicht überlappen oder von der Kompensationsschicht überlappt wer ^¬ den .

Das Bauelement kann ein HTCC- oder ein LTCC-Mehrlagensubstrat umfassen, auf dem ein die akustischen Bauelementstrukturen tragender Chip/piezoelektrischer Chip angeordnet ist. In Metallisierungslagen im Inneren des Mehrlagensubstrats können kapazitive, induktive oder resistive Elemente strukturiert sein .

Ein Verfahren zur Herstellung eines mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelements umfasst die Schritte:

- Bereitstellen eines Substrats,

- Abscheiden einer unteren Haftschicht auf das Substrat,

- Strukturieren von kammförmigen, ineinander greifende Elektrodenfingern in einer Elektrodenlage auf der unteren Haftschicht, - Abscheiden einer oberen Haftschicht auf die Elektrodenfinger,

- Abscheiden einer Kompensationsschicht auf die freiliegenden Bereiche von Substrat, unterer Haftschicht, Elektrodenfin ^¬ ger und oberer Haftschicht,

- Abscheiden einer Trimmschicht auf die Kompensationsschicht,

- Einstellen einer gewünschten Frequenzlage des Bauelements durch Dünnen der Trimmschicht.

Die Kompensationsschicht, die untere Haftschicht, die Elekt ^¬ rodenfinger, die obere Haftschicht und die Trimmschicht kön ^¬ nen deckungsgleich sein. Eine Haftschicht kann isolierend und dann auch im Bereich zwischen den Elektroden angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass, die untere Haftschicht, die obere Haftschicht oder die Kompensationsschicht auch in Be ^¬ reichen zwischen Elektrodenfingern angeordnet sind.

Mit diesen Verfahrensschritten kann eine Vielzahl von Bauelementen auf einem Wafer hergestellt werden. Die einzelnen Bauelemente können nach der Herstellung durch Zersägen, Zerschneiden oder Zerteilen des Wafers, z. B. mittels Laser vereinzelt werden.

Die gewünschte Frequenzlage des Bauelements kann eingestellt werden, indem jedes der Bauelemente einzeln vermessen wird und im Trimmschritt individuell getrimmt/gedünnt wird.

Es ist aber auch möglich, einzelne einer Vielzahl von sich auf dem Wafer befindenden Bauelementen bezüglich der Frequenzlage zu vermessen und die Trimmschicht, welche alle Bau ^¬ elemente bedeckt und zuvor auf der gesamten Oberfläche des Wafers abgeschieden wird ortsaufgelöst z. B. mittels Ionen- strahlätzens zu dünnen. Möglich ist eine Vermessung einzelner an charakteristischer Stelle angeordneter Bauelemente und Interpolation einer Abweichung der Frequenz über die Wafer- Fläche . Eine Aus führungs form des Verfahrens umfasst ferner die

Schritte :

- Aufschleudern einer Lackschicht (LS) mit ebener Oberfläche auf die Kompensationsschicht (KS),

- Aushärten der Lackschicht (LS),

- Ätzen der Lackschicht (LS), bis die darunter liegende Kom ^¬ pensationsschicht (KS) teilweise freigelegt ist,

- Ätzen der der Lackschicht und des freigelegten Teils der Kompensationsschicht (KS), bis die Lackschicht vollständig entfernt ist.

Dabei sind die Ätzbedingungen so eingestellt sind, dass die ausgehärtete Lackschicht und die Kompensationsschicht die gleiche Ätzrate aufweisen. Damit kann ein Bauelement mit einer besonders geringen

Oberflächenrauigkeit der Kompensationsschicht und einer zur x ^{, M} -y ^,u -Ebene parallele Oberfläche des Lagenstapels erhal ^¬ ten werden. In einer weiteren Aus führungs form umfasst das Verfahren ferner die Schritte:

- Erzeugen einer Trimmschicht auf der Kompensationsschicht,

- Messen der Frequenzlage des Bauelements nach Erzeugen der Trimmschicht,

- Abtragen einer Teilschicht der Trimmschicht. Dabei wird die Dicke der abzutragenden Teilschicht in Abhän ^¬ gigkeit von der Differenz der gemessenen Frequenzlage zu einer gewünschten Frequenzlage bemessen.

Dabei hängt die Dicke der abzutragenden Teilschicht von der Differenz der gemessenen Frequenzlage zu einer gewünschten Frequenzlage ab. Das Trimmen der Bauelemente kann für eine Vielzahl von auf einem Wafer angeordneten Bauelementen ortsaufgelöst und frequenzgenau durchgeführt werden.

Im Folgenden wird das Bauelement anhand von Ausführungsbei ^¬ spielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert .

Es zeigen:

Figur 1 : einen Querschnitt entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen durch ein Bauelement,

Figur 2: eine Ausführungsform, wobei mit akustischen Wellen arbeitende Resonatoren zu einem Duplexer verschaltet sind,

Figur 3a: einen Interdigitalwandler mit cosinusförmiger Über lappwichtung,

Figur 3b: kaskadierte Interdigitalwandler,

Figur 3c: akustisch gekoppelte Interdigitalwandler mit

Mehrfachwichtung,

Figur 4 : ein Bauelement, bei dem lediglich akustisch aktive

Bereiche von der Kompensationsschicht bedeckt sind Figur 5: einen Querschnitt durch ein Bauelement, bei dem zur Planarisierung der Kompensationsschicht eine Lack ^¬ schicht aufgebracht ist. Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein mit akustischen

Wellen arbeitendes Bauelement B entlang der Ausbreitungsrichtung χ ^{λ λ λ} der akustischen Wellen. Das Bauelement B umfasst ein Substrat SU. Auf dem Substrat SU ist eine untere Haft ^¬ schicht UHS angeordnet. Oberhalb der unteren Haftschicht UHS ist eine Kompensationsschicht KS angeordnet. Zwischen der un ^¬ teren Haftschicht UHS und der Kompensationsschicht KS ist eine Elektrodenlage EL angeordnet. In der Elektrodenlage EL sind Elektrodenfinger EF zweier Elektroden strukturiert. Zwei unterschiedlich ausgerichtete Schraffierungen der Elektroden- finger EF zeigen die Zugehörigkeit zu den unterschiedlichen

Elektroden an. Oberhalb der Elektrodenfinger EF und unterhalb der Kompensationsschicht KS ist eine obere Haftschicht OHS angeordnet. Die obere Haftschicht OHS vermittelt eine gute mechanisch stabile Verbindung zwischen der Elektrodenlage EL und der Kompensationsschicht KS. Die Kompensationsschicht ist zwischen der Elektrodenlage EL und der Trimmschicht TS ange ^¬ ordnet .

Die Elektrodenfinger EF unterschiedlicher Elektroden sind galvanisch voneinander getrennt. Der Raum zwischen benachbarten Elektrodenfingern EF kann durch ein Material aufgefüllt sein, welches aus zumindest einem aus der unteren Haftschicht UHS, der oberen Haftschicht OHS und der Kompensationsschicht KS ausgewählt ist. Möglich ist es, dass alle diese genannten Schichten sich auch in den Bereich zwischen den Elektrodenfingern erstrecken. Es ist aber auch möglich, dass der Raum zwischen den Elektrodenfingern und gegebenenfalls zwischen auf den Elektrodenfingern angeordneten Streifen der oberen Haftschicht OHS leer ist.

Die Elektrodenlage EL kann selbst mehrere Teilschichten, wel- che wiederum Ag oder Cu umfassen, umfassen. Die untere Haftschicht oder die obere Haftschicht können Ti umfassen.

Durch geeignete Prozessführung beim Aufbringen der Kompensationsschicht kann die Bildung von Lücken zwischen den

Elektrodenfingern verhindert werden; durch die geringe mechanische Impedanz der Lücke und dem entsprechend hohen

Impedanzsprung von Elektrode zu Lücke bzw. von Kompensations ^¬ schicht zu Lücke würde andernfalls das mechanische

Reflexionsprofil im Allgemeinen deutlich beeinflusst ; dies könnte zu einer Zunahme der Fertigungsstreuung der

Frequenzlage führen.

Figur 2 zeigt, wie mit akustischen Wellen arbeitende Resona ^¬ toren des mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelements zu einer Duplexerschaltung verschaltet sind. Die Schaltung um- fasst einen Antennenanschluss AA, der mit einer Antenne AN verschaltet sein kann. Der Antennenanschluss ist mit einem Sendesignalanschluss SSA eines Sendefilters SF verschaltet. Zusätzlich ist der Antennenanschluss AA mit einem Empfangs- signalanschluss ESA eines Empfangsfilters EF verschaltet. Das Sendefilter SF umfasst ein Laddertype-Filter LF. Das Laddertype-Filter LF umfasst drei in Serie geschaltete Resonatoren. Ferner umfasst das Laddertype-Filter LF zwei parallele Reso ^¬ natoren, die die Serienresonatoren mit Masse verschalten.

Das Empfangsfilter EF umfasst zwei Grundglieder eines Laddertype-Filters. Jedes Grundglied eines Laddertype-Filters um ^¬ fasst einen Serienresonator SR und einen Parallelresonator PR. Ausgangsseitig umfasst das Empfangsfilter EF ein DMS-Fil- ter DMS . Das DMS-Filter umfasst Balunfunktionalität und ist eingangsseitig erdunsymmetrisch und ausgangsseitig erdsymmet ^¬ risch ausgestaltet.

Zwischen dem Antennenanschluss AA und dem Eingangssignalan- schluss ESA ist ein Anpasselement AE zur Anpassung der Impe ^¬ danz am Eingangssignalanschluss ESA verschaltet. Dadurch ist es möglich, die Impedanz des Sendefilters in den Leerlauf zu transformieren .

Figur 3a zeigt einen Interdigitalwandler, z. B. einen SAW- oder GBAW-Wandler, mit cosinusförmiger Überlappwichtung . Benachbarte Elektrodenfinger EF sind mit einander gegenüberliegenden Stromsammeischienen (englisch: Busbar) BB verschaltet. Die Kurve COS zeigt den cosinusförmigen Verlauf des Überlapps der Elektrodenfinger EF. Der in Figur 3a gezeigte Wandler umfasst in etwa eine halbe Periode der Cosinuskurve. Größere oder kleinere Anteile der Cosinuskurve sind möglich. Insbesondere ist es möglich, Wandler mit mehreren Cosinuspe ^¬ rioden auszugestalten. In einem solchen Fall mehrerer Perioden spricht man von einer Mehrfachwichtung . Die Reflektoren am Spurende können zur Minimierung der benötigten Chipfläche transversal nach innen eingezogen und in Ausbreitungsrichtung keilförmig verjüngt sein.

Figur 3b zeigt eine gestaffelte Anordnung von Resonatoren. Die Resonatoren sind kaskadiert und für ein vorteilhaftes As ^¬ pektverhältnis zu einer 2x2 Staffel unterteilt angeordnet. Zwei lateral nebeneinander angeordnete Resonatoren sind durch Reflektoren getrennt. Figur 3c zeigt eine Gewichtung für gekoppelte Resonatoren, z. B. von DMS—Filtern. Für gekoppelte Resonatoren mit einem kleinem Aspektverhältnis ist eine cosinus- oder sinusförmige Mehrfachwichtung möglich. Zwischen zwei lateral nebeneinander angeordneten Resonatoren sind keine oder akustisch teilweise transparente Reflektoren angeordnet.

Figur 4 zeigt eine Anordnung von Resonatoren R und Signalleitungen auf einem Substrat SU. Nur die akustisch aktiven Bereiche, die akustischen Spuren der Resonatoren, sind durch eine Beschichtung, die Kompensationsschicht KS, bedeckt.

Akustisch inaktive Bereiche des Substrats SU sind frei von der Kompensationsschicht KS, um thermisch induzierte Spannun ^¬ gen zwischen dem Substrat SU und der Kompensationsschicht KS zu vermindern oder zu vermeiden.

Figur 5 zeigt eine Kompensationsschicht mit nicht planarer Oberfläche. Auf der nicht planaren Oberfläche ist eine Lack ^¬ sicht LS angeordnet. Die Lackschicht LS schmiegt sich dem nicht planaren Verlauf der Oberfläche der Kompensations ^¬ schicht KS an und hat selbst eine planare Oberfläche. Eine planare Oberfläche der Lackschicht LS kann erhalten werden, wenn die Lachschicht LS während eines Herstellungsprozesses auf ein Bauelement oder auf einen Wafer mit einer Vielzahl an Bauelementen aufgeschleudert wird.

Die Lackschicht und Ätzverfahren sind so gewählt, dass die Lackschicht in gehärtetem Zustand im Wesentlichen dieselbe Ätzrate wie die Kompensationsschicht KS hat. Nach der Härtung der Lackschicht LS kann die Lackschicht und ein Teil der Kom ^¬ pensationsschicht KS, zum Beispiel mittels eines Ätzverfah ^¬ rens, z. B. eines Trockenätzverfahrens, abgetragen werden. Die Abtragung kann so lange stattfinden bis die Lackschicht LS vollständig entfernt ist und die plane Oberfläche der Lackschicht in die Kompensationsschicht übertragen ist.

Ein erfindungsgemäßes Bauelement und ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren sind nicht auf eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Kombinationen derer und Va ^¬ riationen, welche zum Beispiel noch weitere Schichtfolgen oder Resonatorstrukturen oder Abscheideprozesse oder Planari- sierungs- oder Trimmprozesse umfassen, stellen ebenso erfin- dungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.

Bezugs zeichenliste :

AA: Antennenanschluss

AE : Anpasselement

AN: Antenne

B: mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement

BB: Stromsammeischiene (englisch: Busbar)

COS : cosinusförmige Überlappwichtung

DMS : DMS (Doublemode SAW) Filter

EF: Empfangs filter

ELF: Elektrodenfinger

EL: Elektrodenlage

ESA: Eingangssignalanschluss

KS : KompensationsSchicht

LF: Laddertype-Filter

LS : Lackschicht

OHS : obere Haftschicht

PR: Parallelresonator

R: Resonator

SF: Sendefilter

SL: Signalleitung

SR: Serienresonator

SSA: Sendesignalanschluss

SU: Substrat

TS : Trimmschicht

UHS : untere Haftschicht