Die Resonanzfrequenz von Dünnfilm-Piezoresonatoren im Fre- quenzbereich über 500 MHz ist indirekt proportional zur Schichtdicke der Piezoschicht. Die Trägermembran sowie die Boden-und Deckelelektroden stellen eine zusätzliche Massen- belastung für den Resonator dar, die eine Reduzierung der Re- sonanzfrequenz bewirkt. Die Dickenschwankungen in allen die- sen Schichten bestimmen den Bereich der Fertigungstoleranzen, in dem die Resonanzfrequenz eines Exemplars des Resonators liegt. Für Sputterprozesse in der Mikroelektronik sind Schichtdickenschwankungen von 5 % typisch, mit erheblichem Aufwand können 1 % erreicht werden. Schwankungen treten so- wohl statistisch von Scheibe zu Scheibe als auch systematisch zwischen Scheibenmitte und Rand auf. Für Filter im GHz- Bereich müssen die Resonanzfrequenzen einzelner Resonatoren zumindest eine absolute Genauigkeit von 0,5 % aufweisen.

Für hochselektive Filter müssen mehrere Resonatoren in Lei- ter-, Gitter-oder Parallelkonfiguration verschaltet werden.

Die individuellen Resonatoren müssen gezielt zueinander ver- stimmt werden, um die gewünschte Filtercharakteristik zu er- reichen. Vorzugsweise werden aus Kostengründen alle Resonato- ren eines Filters aus einer Piezoschicht konstanter Dicke hergestellt ; die Frequenzabstimmung erfolgt durch additive Schichten auf den Deckelelektroden. Für jede vorkommende Re- sonanzfrequenz muß eine Zusatzschicht unterschiedlicher Dicke hergestellt werden. Das erfordert jeweils einen Abscheide- oder Ätzschritt, verbunden mit einem Lithografieschritt. Um diesen Aufwand zu begrenzen, werden üblicherweise nur Filter-

topologien hergestellt, mit denen nur zwei Resonanzfrequenzen eingestellt werden.

Die Resonanzfrequenz von Dünnfilm-Piezoresonatoren kann grundsätzlich dadurch getrimmt werden, daß Zusatzschichten wie oben beschrieben aufgebracht werden, was aber eine auf- wendige Lithografie erforderlich macht. Mit Laser-Trimmen oder Ionenstrahltrimmen läßt sich ganzflächig Material abtra- gen, was die Masse der Deckelschicht verringert, aber einen teuren Fertigungsschritt am Ende des Fertigungsprozesses er- forderlich macht. Mit angeschlossenen Kapazitäten oder einer angelegten Gleichspannung kann die Resonanzfrequenz zwar ver- schoben werden ; der Trimmbereich ist aber vergleichsweise eng. Das gleiche gilt für thermisches Trimmen durch Aufheizen des Resonators.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Dünnfilm- Piezoresonator anzugeben, der mit einfachen Mitteln und hoher Genauigkeit auf eine vorgegebene Resonanzfrequenz eingestellt werden kann. Außerdem soll angegeben werden, wie sich auf einfache Weise mehrere Resonanzfrequenzen einstellen lassen.

Diese Aufgabe wird mit dem Dünnfilm-Piezoresonator mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. mit der Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäße Dünnfilm-Piezoresonator ist in der Schicht der Deckelelektrode oder in einer eigens dafür aufge- brachten Zusatzschicht mit vorzugsweise lithografisch herge- stellten Löchern oder ähnlichen Strukturierungen versehen, die einen mittleren Abstand voneinander haben, der geringer ist als die vorgesehene akustische Wellenlänge im Betrieb des Bauelementes. Diese Strukturierungen sind vorzugsweise so ausreichend gleichmäßig verteilt, daß eine gleichmäßige Ände- rung der Masse der Schicht pro Fläche (Flächendichte) bewirkt ist und damit eine gezielte Einstellung der Resonanzfre-

quenz (en) erfolgt, und anderseits so unregelmäßig verteilt, daß Beugungseffekte vermieden werden.

Es folgt eine genauere Beschreibung des erfindungsgemäßen Dünnfilm-Piezoresonators anhand der Figuren 1 bis 3.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Resonators im Querschnitt.

Figur 2 zeigt den in Figur 1 gekennzeichneten Ausschnitt in einer Vergrößerung.

Figur 3 zeigt die Strukturierung der oberen Schicht in Auf- sicht.

Figur 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Resonators im Querschnitt. Auf einem Substrat 1 befindet sich eine Trä- gerschicht 2, die vorzugsweise Polysilizium ist und unter der sich im Bereich einer als Resonator vorgesehenen Schicht- struktur ein Hohlraum 4 in einer Hilfsschicht 3 z. B. aus Oxid befindet. Der Hohlraum besitzt typisch die eingezeichne- te Abmessung von etwa 200 um. Auf der Trägerschicht 2 befin- det sich die Schichtstruktur des Resonators aus einer für die Bodenelektrode vorgesehenen unteren Elektrodenschicht 5, ei- ner Piezoschicht 6 und einer für die Deckelelektrode vorgese- henen oberen Elektrodenschicht 7. Die Elektrodenschichten 5, 7 sind vorzugsweise Metall, und die Piezoschicht 6 ist z. B.

A1N, ZnO oder PZT-Keramik (PbZrTi). Diese Schichtstruktur be- sitzt insgesamt typisch die eingezeichnete Dicke von etwa 5 pm.

Erfindungsgemäß sind in der oberen Elektrodenschicht 7 oder einer weiteren darauf aufgebrachten und im folgenden als Zu- satzschicht 8 bezeichneten Schicht vorzugsweise fotolithogra- fisch hergestellte Atzstrukturen vorhanden, die die Resonanz- frequenz oder mehrere unterschiedliche Resonanzfrequenzen in der vorgesehenen Weise festlegen. In dem in der Figur 1 dar- gestellten Beispiel befinden sich diese Ätzstrukturen in ei- ner Zusatzschicht 8.

Figur 2 zeigt den in Figur 1 mit einem Kreis 9 bezeichneten Ausschnitt in einer Vergrößerung, in der die Struktur der Zu- satzschicht 8 auf der oberen Elektrodenschicht 7 und der Pie- zoschicht 6 erkennbar ist. Die Zusatzschicht 8 ist in diesem Beispiel durch eine Vielzahl von Löchern 10 perforiert. Über die Dichte der Verteilung dieser Löcher 10 ist die effektive Massenbelastung des Resonators und damit die Resonanzfrequenz gezielt eingestellt. Bei einer Frequenz von 1 GHz liegt die akustische Wellenlänge gängiger Dünnfilm-Piezomaterialien im Bereich von 5 um bis 10 um. Sind die Löcher der Perforation und deren Abstand deutlich kleiner als die akustische Wellen- länge, so ist die Perforation für die akustische Welle un- scharf und bewirkt keine Streuung der Welle ; die Perforation wirkt auf die Welle als Änderung der mittleren Dichte des Ma- terials. Ein weiterer Vorteil, der erzielt wird, ist die Streuung höherer Moden des Resonators an den Löchern, so daß der unerwünschte Einfluß dieser Moden auf die Filtercharakte- ristik abnimmt.

Figur 3 zeigt die Zusatzschicht 8 in Aufsicht, so daß die La- ge der Löcher 10 (hier näherungsweise quadratisch) erkennbar ist. Statt einzelner Löcher in der Zusatzschicht 8 können zu- sammenhängende Zwischenräume vorhanden sein, die z. B. den gesamten Bereich zwischen den in Figur 3 dargestellten qua- dratischen Bereichen 10 einnehmen. Diese Bereiche bilden dann Inseln 10 aus dem Material der Zusatzschicht 8. Wesentlich ist an der vorhandenen Strukturierung, daß die ausgesparten Bereiche der strukturierten Schicht bzw. die verbliebenen In- seln so angeordnet sind, daß die gewünschte Einstellung der Resonanzfrequenz erreicht wird. Falls die Strukturierung di- rekt in der oberen Elektrodenschicht 7 vorhanden ist, emp- fiehlt es sich, von dieser Elektrodenschicht 7 alles bis auf Löcher von etwa der Größe und Anordnung, wie sie in der Figur 3 dargestellt sind (Löcher 10), stehenzulassen.

Durch gezielte und ggf. (z. B. unter Verwendung von Steppern) örtlich variierende tuber-odeur Unterbelichtung bei der Litho-

grafie können bei der Herstellung des Resonators Schwankungen der Schichtdicke ausgeglichen werden. Beliebig viele Reso- nanzfrequenzen können ohne Zusatzaufwand mit mehreren ent- sprechend ausgeführten Resonatoren auf demselben Chip reali- siert werden. Bei der Herstellung brauchen dafür nur der Ab- stand und die Größe der Löcher in der für die Lithografie verwendeten Maske verändert zu werden. Insbesondere Filter mit parallelen Resonatoren und Filterbänke zur Auftrennung von Frequenzbändern lassen sich so einfach realisieren.