KR20250069872A - BAW resonator with no electromechanical coupling in the boundary region, flat and steep skirt, and square shoulders - Google Patents
BAW resonator with no electromechanical coupling in the boundary region, flat and steep skirt, and square shoulders Download PDFInfo
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Abstract
본 개시는, 하부 전극(56), 상부 전극(60), 및 하부 전극과 상부 전극 사이에 끼워진 압전층(58)을 포함하는 벌크 탄성파(BAW) 공진기에 관한 것이다. 여기서, BAW 공진기의 활성 영역은 중앙 영역(82), 중앙 영역에 측방향으로 인접하고 이를 둘러싸는 오목 경계(BO) 영역(92), 및 오목 BO 영역에 측방향으로 인접하고 이를 둘러싸는 질량 부하 BO(94) 영역으로 분할된다. 오목 BO 영역의 높이(H1)는 중앙 영역의 높이(H3)보다 낮고 질량 부하 영역의 높이(H2)보다 낮다. 질량 부하 BO 영역에 한정되는 압전층의 제1 부분(76)은 전기기계적 결합 텐서가 0인 반면, 중심 영역에 한정되는 압전층의 중앙 부분(77)은 전기기계적 결합 텐서가 0이 아니다.The present disclosure relates to a bulk acoustic wave (BAW) resonator including a lower electrode (56), an upper electrode (60), and a piezoelectric layer (58) sandwiched between the lower electrode and the upper electrode. Here, an active region of the BAW resonator is divided into a central region (82), a concave boundary (BO) region (92) laterally adjacent to and surrounding the central region, and a mass loading BO (94) region laterally adjacent to and surrounding the concave BO region. A height (H1) of the concave BO region is lower than a height (H3) of the central region and lower than a height (H2) of the mass loading region. A first portion (76) of the piezoelectric layer confined to the mass loading BO region has an electromechanical coupling tensor of zero, whereas a central portion (77) of the piezoelectric layer confined to the central region has an electromechanical coupling tensor that is not zero.
Description
관련출원Related Applications
본 출원은 2022년 9월 16일에 출원된 미국 특허 가출원 제63/407,459호의 이익을 주장하며, 이의 개시 내용은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 63/407,459, filed September 16, 2022, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.
기술분야Technical field
본 개시는 벌크 음향파(BAW) 공진기의 경계(BO) 영역에서 결합이 없는 BAW 공진기에 관한 것이다.The present disclosure relates to a bulk acoustic wave (BAW) resonator having no coupling in the boundary (BO) region of the BAW resonator.
음향 공진기, 특히 벌크 음향파(BAW) 공진기는 많은 고주파 통신 응용에 사용된다. 특히, BAW 공진기는 종종 1.5 기가헤르츠(GHz) 초과의 주파수에서 작동하고 평평한 통과대역을 필요로 하는 필터 네트워크에 사용되고, 매우 가파른 필터 스커트 및 정사각형 숄더를 통과대역의 상부 및 하부 말단에 가지며, 통과대역 밖에서 뛰어난 차단을 제공한다. BAW 기반 필터는 또한 비교적 낮은 삽입 손실을 가지며, 작동 주파수가 증가함에 따라 크기가 감소하는 경향이 있고, 넓은 온도 범위에 걸쳐 비교적 안정적이다. 이와 같이, BAW 기반 필터는 많은 3세대(3G) 및 4세대(4G) 무선 장치에 적합한 필터이며, 5세대(5G) 무선 장치를 위한 필터 응용에 주로 사용될 것으로 예상된다. 이들 무선 장치의 대부분은 동일한 무선 장치에서 셀룰러, 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 및/또는 근거리 통신을 지원하므로, 매우 어려운 필터링 요구 사항을 갖고 있다. 이러한 요구로 인해 무선 장치의 복잡성이 계속 높아지는 한편, BAW 공진기 및 BAW 기반 필터의 성능을 개선하고 이와 연관된 비용 및 크기를 줄여야 할 필요성이 꾸준히 제기되고 있다.Acoustic resonators, particularly bulk acoustic wave (BAW) resonators, are used in many high-frequency communications applications. In particular, BAW resonators are often used in filter networks that operate at frequencies exceeding 1.5 gigahertz (GHz) and require a flat passband, have very steep filter skirts and square shoulders at the upper and lower ends of the passband, and provide excellent rejection outside the passband. BAW-based filters also have relatively low insertion loss, tend to decrease in size with increasing operating frequency, and are relatively stable over a wide temperature range. As such, BAW-based filters are suitable filters for many third-generation (3G) and fourth-generation (4G) wireless devices, and are expected to be used primarily in filter applications for fifth-generation (5G) wireless devices. Many of these wireless devices support cellular, Wi-Fi, Bluetooth, and/or short-range communications on the same wireless device, and therefore have very challenging filtering requirements. These demands are driving the continued increase in the complexity of wireless devices, while also driving a continued need to improve the performance of BAW resonators and BAW-based filters, and reduce their associated cost and size.
본 개시는 벌크 탄성파(BAW) 공진기의 경계(BO) 영역 내에서 결합이 없는 BAW 공진기에 관한 것이다. 개시된 BAW 공진기는 하부 전극, 상부 전극, 및 하부 전극과 상부 전극 사이에 끼워진 압전층을 포함한다. 여기서, BAW 공진기는 활성 영역 및 외부 영역으로 분할된다. 활성 영역은 상부 전극과 하부 전극이 중첩되는 BAW 공진기의 섹션에 해당하는 반면, 외부 영역은 활성 영역을 둘러싸는 BAW 공진기의 섹션에 해당한다. 활성 영역은 중앙 영역, 오목 경계(BO) 영역, 및 질량 부하 BO 영역으로 분할된다. 질량 부하 BO 영역은 외부 영역에 측방향으로 인접하고 활성 영역의 주변부 주위에 있으며, 오목 BO 영역은 질량 부하 BO 영역에 측방향으로 인접하고 이에 의해 둘러싸이고, 중앙 영역은 오목 BO 영역에 측방향으로 인접하고 이에 의해 둘러싸인다. 오목 BO 영역의 높이는 중앙 영역의 높이보다 낮고, 질량 부하 BO 영역의 높이는 오목 BO 영역의 높이보다 높다. 질량 부하 BO 영역에 한정되는 압전층의 제1 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0인 반면, 중심 영역에 한정되는 압전층의 중앙 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이 아니다.The present disclosure relates to a bulk acoustic wave (BAW) resonator having no coupling within the boundary (BO) region of the BAW resonator. The disclosed BAW resonator includes a lower electrode, an upper electrode, and a piezoelectric layer sandwiched between the lower electrode and the upper electrode. Here, the BAW resonator is divided into an active region and an outer region. The active region corresponds to a section of the BAW resonator where the upper electrode and the lower electrode overlap, while the outer region corresponds to a section of the BAW resonator that surrounds the active region. The active region is divided into a central region, a concave boundary (BO) region, and a mass-loaded BO region. The mass-loaded BO region is laterally adjacent to the outer region and around the periphery of the active region, the concave BO region is laterally adjacent to and surrounded by the mass-loaded BO region, and the central region is laterally adjacent to and surrounded by the concave BO region. The height of the concave BO region is less than the height of the central region, and the height of the mass-loaded BO region is greater than the height of the concave BO region. The first part of the piezoelectric layer, which is confined to the mass-loaded BO region, has an electromechanical coupling tensor of zero, whereas the central part of the piezoelectric layer, which is confined to the central region, has a non-zero electromechanical coupling tensor.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 오목 BO 영역에 한정되는 압전층의 제2 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다. 외부 영역에 한정되는 압전층의 제3 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다.In one embodiment of the BAW resonator, the second part of the piezoelectric layer, which is confined to the concave BO region, has an electromechanical coupling tensor of zero. The third part of the piezoelectric layer, which is confined to the outer region, has an electromechanical coupling tensor of zero.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 압전층은 스칸듐 알루미늄 질화물, 납 지르코네이트 티타네이트, 납 티타네이트, 바륨 티타네이트, 및 하프늄 옥사이드로 이루어진 그룹 중 하나로 형성된다.In one embodiment of the BAW resonator, the piezoelectric layer is formed from one of the group consisting of scandium aluminum nitride, lead zirconate titanate, lead titanate, barium titanate, and hafnium oxide.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 질량 부하 BO 영역의 높이는 중앙 영역의 높이보다 높다.In one embodiment of the BAW resonator, the height of the mass-loaded BO region is greater than the height of the central region.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 중앙 영역의 높이는 질량 부하 BO 영역의 높이보다 높다.In one embodiment of the BAW resonator, the height of the central region is greater than the height of the mass-loaded BO region.
BAW 공진기의 일 구현예에서, BAW 공진기는 유형 I 공진기 또는 유형 II 공진기이다.In one embodiment of the BAW resonator, the BAW resonator is a type I resonator or a type II resonator.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 오목 BO 영역에 한정되는 압전층의 제2 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이 아니다. 외부 영역에 한정되는 압전층의 제3 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다. BAW 공진기는 유형 II 공진기이다.In one embodiment of the BAW resonator, the second part of the piezoelectric layer, which is confined to the concave BO region, has a non-zero electromechanical coupling tensor. The third part of the piezoelectric layer, which is confined to the outer region, has a zero electromechanical coupling tensor. The BAW resonator is a type II resonator.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 상부 전극은 상부 전극의 주변부 주위에 BO 구조를 포함한다. 본원에서, BO 구조는 제1 높이를 갖는 오목 프레임, 제1 높이보다 큰 제2 높이를 갖는 상승 프레임, 및 오목 프레임과 상승 프레임 사이의 측방향으로 전이 섹션을 갖는다. 전이 섹션의 높이는 오목 프레임의 제1 높이로부터 상승 프레임의 제2 높이로 변하여 테이퍼드 벽을 형성한다. 상승 프레임은 상부 전극의 주변부 주위에 있어서, 상승 프레임의 외부 주변부 에지는 상부 전극의 주변부 에지이다. 오목 프레임은 전이 섹션을 통해 상승 프레임에 연결되고 상승 프레임에 의해 둘러싸인다. BAW 공진기의 중앙 영역에 한정되는 상부 전극의 중앙 전극 부분은 오목 프레임의 제1 높이보다 큰 제3 높이를 갖는다. 오목 BO 영역은 오목 프레임을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 BAW 공진기의 섹션에 해당하고, 질량 부하 BO 영역은 상승 프레임 및 전이 섹션을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 BAW 공진기의 섹션에 해당한다. 중앙 영역, 오목 BO 영역, 및 질량 부하 BO 영역 사이의 높이 변동은 상부 전극의 높이 변동으로 인해 형성된다.In one embodiment of the BAW resonator, the upper electrode includes a BO structure around a periphery of the upper electrode. In the present invention, the BO structure has a concave frame having a first height, a rising frame having a second height greater than the first height, and a transition section laterally between the concave frame and the rising frame. The height of the transition section varies from the first height of the concave frame to the second height of the rising frame to form a tapered wall. The rising frame is around the periphery of the upper electrode, such that an outer peripheral edge of the rising frame is a peripheral edge of the upper electrode. The concave frame is connected to the rising frame through the transition section and is surrounded by the rising frame. A central electrode portion of the upper electrode, which is confined to a central region of the BAW resonator, has a third height greater than the first height of the concave frame. The concave BO region corresponds to the section of the BAW resonator that includes the concave frame and is located above and below it, and the mass-loaded BO region corresponds to the section of the BAW resonator that includes the rising frame and the transition section and is located above and below it. The height variation between the central region, the concave BO region, and the mass-loaded BO region is formed due to the height variation of the upper electrode.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 상부 전극은 압전층 바로 위에 형성된 제1 상부 전극층, 제1 상부 전극층 위에 형성된 제2 상부 전극층, 및 제2 상부 전극층 위에 형성된 제3 상부 전극층으로 구성된다. 상부 전극의 오목 프레임, 전이 섹션, 및 상승 프레임은 제1 상부 전극층, 제2 상부 전극층, 및 제3 상부 전극층 중 하나 이상의 두께 변화로 인해 형성된다.In one embodiment of the BAW resonator, the upper electrode comprises a first upper electrode layer formed directly on the piezoelectric layer, a second upper electrode layer formed on the first upper electrode layer, and a third upper electrode layer formed on the second upper electrode layer. The concave frame, the transition section, and the rising frame of the upper electrode are formed by a thickness variation of one or more of the first upper electrode layer, the second upper electrode layer, and the third upper electrode layer.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 상부 전극의 오목 프레임, 전이 섹션, 및 상승 프레임은 제1 상부 전극층의 두께 변화로 인해 형성된다.In one embodiment of the BAW resonator, the concave frame, transition section, and rising frame of the upper electrode are formed by variations in the thickness of the first upper electrode layer.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 제1 상부 전극층은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt) 중 하나로 형성되고, 제2 전극층은 티타늄 텅스텐(TiW) 또는 티타늄(Ti)으로 형성되고, 제3 상부 전극층은 알루미늄 구리(AlCu)로 형성된다.In one embodiment of the BAW resonator, the first upper electrode layer is formed of one of tungsten (W), molybdenum (Mo), and platinum (Pt), the second electrode layer is formed of titanium tungsten (TiW) or titanium (Ti), and the third upper electrode layer is formed of aluminum copper (AlCu).
일 구현예에 따라, BAW 공진기는 상부 전극 및 상부 전극을 통해 노출된 압전층의 일부를 덮는 패시베이션층을 추가로 포함한다. 여기서, 패시베이션층은 균일한 두께를 갖는다.In one embodiment, the BAW resonator further comprises a passivation layer covering the upper electrode and a portion of the piezoelectric layer exposed through the upper electrode, wherein the passivation layer has a uniform thickness.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 상부 전극은 상부 전극의 주변부 주위에 BO 구조를 포함한다. 여기서, BO 구조는 제1 높이를 갖는 오목 프레임, 제2 높이를 갖는 내부 상승 프레임, 오목 프레임과 내부 상승 프레임 사이의 측방향으로 제1 전이 섹션, 제3 높이를 갖는 외부 상승 프레임, 및 내부 상승 프레임과 외부 상승 프레임 사이의 측방향으로 제2 전이 섹션을 포함한다. 제2 높이는 제1 높이보다 높고 제3 높이보다 낮다. 제1 전이 섹션의 높이는 오목 프레임의 제1 높이로부터 내부 상승 프레임의 제2 높이로 변하는 반면, 제2 전이 섹션의 높이는 내부 상승 프레임의 제2 높이로부터 외부 상승 프레임의 제3 높이로 변한다. 외부 상승 프레임은 상부 전극의 주변부 주위에 있어서, 외부 상승 프레임의 외부 주변부 에지는 상부 전극의 주변부 에지이다. 내부 상승 프레임은 제2 전이 섹션을 통해 외부 상승 프레임에 연결되고 외부 상승 프레임에 의해 둘러싸인다. 오목 프레임은 제1 전이 섹션을 통해 내부 상승 프레임에 연결되고 내부 상승 프레임에 의해 둘러싸인다. BAW 공진기의 중앙 영역에 한정되는 상부 전극의 중앙 전극 부분은 오목 프레임의 제1 높이보다 높은 제4 높이를 갖는다. 오목 BO 영역은 오목 프레임을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 BAW 공진기의 섹션에 해당하고, 질량 부하 BO 영역은 제1 전이 섹션, 내부 상승 프레임, 제2 전이 섹션, 및 외부 상승 프레임의 조합을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 BAW 공진기의 섹션에 해당한다.In one embodiment of the BAW resonator, the upper electrode comprises a BO structure around a periphery of the upper electrode. Here, the BO structure comprises a concave frame having a first height, an inner rising frame having a second height, a first transition section laterally between the concave frame and the inner rising frame, an outer rising frame having a third height, and a second transition section laterally between the inner rising frame and the outer rising frame. The second height is higher than the first height and lower than the third height. The height of the first transition section varies from the first height of the concave frame to the second height of the inner rising frame, while the height of the second transition section varies from the second height of the inner rising frame to the third height of the outer rising frame. The outer rising frame is around a periphery of the upper electrode, such that an outer periphery edge of the outer rising frame is a periphery edge of the upper electrode. The inner rising frame is connected to the outer rising frame via the second transition section and is surrounded by the outer rising frame. The concave frame is connected to the inner rising frame through the first transition section and is surrounded by the inner rising frame. The central electrode portion of the upper electrode, which is limited to the central region of the BAW resonator, has a fourth height higher than the first height of the concave frame. The concave BO region corresponds to a section of the BAW resonator that includes the concave frame, is positioned above it, and is positioned below it, and the mass load BO region corresponds to a section of the BAW resonator that includes a combination of the first transition section, the inner rising frame, the second transition section, and the outer rising frame, is positioned above it, and is positioned below it.
일 구현예에 따라, BAW 공진기는 활성 영역의 주변부 주위에 유전체 BO 고리를 추가로 포함한다. 여기서, 상부 전극은 압전층 바로 위에 형성되고 유전체 BO 고리 위로 연장되는 다수의 상부 전극층으로 구성된다. 상부 전극의 상부 전극층의 두께 변화와 유전체 BO 고리의 두께의 조합으로 인해 중앙 영역, 오목 BO 영역, 및 질량 부하 BO 영역 사이의 높이 변화가 형성된다.According to one embodiment, the BAW resonator further comprises a dielectric BO ring around the periphery of the active region. Here, the upper electrode is formed directly over the piezoelectric layer and comprises a plurality of upper electrode layers extending over the dielectric BO ring. The combination of the thickness variation of the upper electrode layers of the upper electrode and the thickness of the dielectric BO ring forms a height variation between the central region, the concave BO region, and the mass-loaded BO region.
일 구현예에 따라, BAW 공진기는 상부 전극 및 상부 전극을 통해 노출된 압전층의 일부를 덮는 패시베이션층을 추가로 포함하며, 여기서 패시베이션층은 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 디옥사이드(SiO2), 또는 실리콘 옥시나이트라이드(SiON)로 형성된다.In one embodiment, the BAW resonator further comprises a passivation layer covering the upper electrode and a portion of the piezoelectric layer exposed through the upper electrode, wherein the passivation layer is formed of silicon nitride (SiN), silicon dioxide (SiO 2 ), or silicon oxynitride (SiON).
BAW 공진기의 일 구현예에서, 상부 전극은 상승 프레임 및 전이 섹션을 갖는 BO 구조를 포함하고, 패시베이션 층은 오목 프레임을 포함한다. 상승 프레임은 상부 전극의 주변부 주위에 있어서, 상승 프레임의 외부 주변부 에지는 상부 전극의 주변부 에지이고, 전이 섹션은 상승 프레임에 측방향으로 인접하고 이에 의해 둘러싸인다. 패시베이션층의 오목 프레임은 상부 전극의 전이 섹션에 측방향으로 인접하고 이에 한정된다. 오목 프레임의 두께는 중앙 영역 내의 패시베이션층의 두께보다 얇다. 오목 BO 영역은 패시베이션층의 오목 프레임을 포함하고 그 아래에 위치하는 BAW 공진기의 섹션에 해당하고, 질량 부하 BO 영역은 상승 프레임 및 전이 섹션을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 BAW 공진기의 섹션에 해당한다.In one embodiment of the BAW resonator, the upper electrode comprises a BO structure having a rising frame and a transition section, and the passivation layer comprises a concave frame. The rising frame is around a periphery of the upper electrode, such that an outer periphery edge of the rising frame is a periphery edge of the upper electrode, and the transition section is laterally adjacent to and surrounded by the rising frame. The concave frame of the passivation layer is laterally adjacent to and limited by the transition section of the upper electrode. The thickness of the concave frame is thinner than the thickness of the passivation layer within the central region. The concave BO region corresponds to a section of the BAW resonator comprising the concave frame of the passivation layer and positioned beneath it, and the mass-loaded BO region corresponds to a section of the BAW resonator comprising the rising frame and the transition section and positioned above and below it.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 상부 전극은 압전층 바로 위에 형성되는 다수의 상부 전극층으로 구성된다. 패시베이션층의 오목 프레임 및 상부 전극의 BO 구조로 인해 중앙 영역, 오목 BO 영역, 및 질량 부하 BO 영역 사이의 높이 변화가 형성된다.In one embodiment of the BAW resonator, the upper electrode is composed of a plurality of upper electrode layers formed directly on the piezoelectric layer. The concave frame of the passivation layer and the BO structure of the upper electrode form a height variation between the central region, the concave BO region, and the mass-loaded BO region.
BAW 공진기의 일 구현예에서, 중앙 영역 및 오목 BO 영역 내에 한정된 상부 전극의 부분은 균일한 두께를 가지며, 중앙 영역과 오목 BO 영역 사이의 높이 변화는 패시베이션층의 두께 변화로 인한 것이다. 오목 BO 영역과 질량 부하 BO 영역 사이의 높이 변화는 상부 전극층의 두께 변화로 인한 것이다.In one embodiment of the BAW resonator, the portion of the upper electrode defined within the central region and the concave BO region has a uniform thickness, and the height variation between the central region and the concave BO region is due to the thickness variation of the passivation layer. The height variation between the concave BO region and the mass-loaded BO region is due to the thickness variation of the upper electrode layer.
다른 양태에서, 개별적으로 또는 함께 전술한 양태 중 어느 하나, 및/또는 본원에 설명된 바와 같은 다양한 별도의 양태 및 특징이 추가적인 이점을 위해 조합될 수 있다. 본원에 개시된 바와 같이 다양한 특징 및 요소 중 임의의 것은, 본원에서 반대로 지시되지 않는 한, 하나 이상의 다른 개시된 특징 및 요소와 조합될 수 있다.In other embodiments, any of the embodiments described above, either individually or together, and/or various separate embodiments and features as described herein may be combined for additional advantages. Any of the various features and elements disclosed herein may be combined with one or more other disclosed features and elements, unless indicated to the contrary herein.
당업자는 본 개시의 범주를 이해할 것이고, 첨부된 도면과 연관하여 바람직한 구현예의 다음의 상세한 설명을 읽은 이후 이의 추가 양태를 실현할 것이다.Those skilled in the art will appreciate the scope of the present disclosure and realize further aspects thereof after reading the following detailed description of preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 개시의 여러 양태를 나타내고, 본 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 종래의 벌크 탄성파(BAW) 공진기를 도시하는 도면이다.
도 2는 비교적 이상적인 BAW 공진기에 대한 주파수의 함수로서 전기 임피던스의 크기 및 위상을 그래프로 도시하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 다양한 종래의 BAW 공진기에 대한 위상 곡선을 그래프로 도시하는 도면이다.
도 4는 경계(BO) 고리를 포함하는 상부 전극을 갖는 종래의 BAW 공진기를 도시하는 도면이다.
도 5는 반공진 주파수(Qp)에서의 품질 인자에 대한 BO 고리 폭의 관계 및 형성된 BO 모드의 상대 강도를 그래프로 도시하는 도면이다.
도 6은 BO 고리가 있는 경우 및 없는 경우의 BAW 공진기에 대한 위상 곡선을 그래프로 도시하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 구현예에 따라 BO 영역에서 결합이 없는 예시적인 BAW 공진기를 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 BAW 공진기 내의 상부 전극의 세부 사항을 도시하는 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 개시의 구현예에 따라 BO 영역에서 결합이 없는 대안적인 BAW 공진기를 도시하는 단면도이다.
도 12a 내지 도 12b는 유형 I BAW 공진기의 다양한 구성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 13a 내지 도 13b는 유형 II BAW 공진기의 다양한 구성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다.
명확한 도시를 위해, 도 1 내지 도 13b는 축척대로 도시되지 않을 수 있음을 이해할 것이다.The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, illustrate several aspects of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the present disclosure.
Figure 1 is a diagram illustrating a conventional bulk elastic wave (BAW) resonator.
Figure 2 is a diagram graphically depicting the magnitude and phase of the electrical impedance as a function of frequency for a relatively ideal BAW resonator.
Figures 3a to 3c are diagrams graphically illustrating phase curves for various conventional BAW resonators.
FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional BAW resonator having an upper electrode including a boundary (BO) ring.
Figure 5 is a diagram showing the relationship of the BO ring width to the quality factor at the anti-resonant frequency (Q p ) and the relative intensity of the formed BO mode.
Figure 6 is a diagram graphically illustrating phase curves for BAW resonators with and without BO rings.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an exemplary BAW resonator without coupling in the BO region according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 8 is a cross-sectional view showing details of the upper electrode within the BAW resonator illustrated in Figure 7.
FIGS. 9 to 11 are cross-sectional views illustrating alternative BAW resonators without coupling in the BO region according to embodiments of the present disclosure.
Figures 12a and 12b show simulation results for various configurations of a type I BAW resonator.
Figures 13a and 13b show simulation results for various configurations of type II BAW resonators.
For clarity, it will be appreciated that Figures 1 through 13b may not be drawn to scale.
이하에서 설명되는 구현예는 당업자가 구현예를 수행하고 구현예를 실시하는 최상의 모드를 예시할 수 있게 하는 데 필요한 정보를 나타낸다. 첨부된 도면에 비추어 다음의 설명을 읽으면, 당업자는 본 개시의 개념을 이해할 것이고, 본원에서 특별히 언급되지 않은 이들 개념의 적용을 인식할 것이다. 이들 개념 및 적용은 본 개시의 범주 및 첨부된 청구범위 내에 속함을 이해해야 한다.The implementations described below are intended to provide information necessary to enable those skilled in the art to perform the implementations and to illustrate the best mode of carrying out the implementations. Upon reading the following description in light of the accompanying drawings, those skilled in the art will understand the concepts of the present disclosure and will recognize applications of these concepts that are not specifically mentioned herein. It is to be understood that these concepts and applications are within the scope of the present disclosure and the appended claims.
비록 제1, 제2 등의 용어가 다양한 요소를 설명하는 데 본원에서 사용될 수 있지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 함을 이해할 것이다. 이들 용어는 하나의 요소를 다른 요소와 구별하는 데에만 사용된다. 예를 들어, 제1 요소는 제2 요소로서 지칭될 수 있고, 유사하게, 제2 요소는 본 개시의 범주를 벗어나지 않으면 제1 요소로서 지칭될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 열거 항목 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다.Although the terms first, second, etc. may be used herein to describe various elements, it will be understood that these elements are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another. For example, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element without departing from the scope of the present disclosure. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.
층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상"에 있거나 또는 "상으로" 연장되는 것으로 지칭될 경우, 이는 다른 요소 상에 직접 또는 다른 요소 상으로 직접 연장될 수 있거나, 또는 개재 요소가 또한 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 "상에 바로" 또는 "상으로 바로" 연장되는 것으로 지칭되는 경우, 개재 요소는 존재하지 않는다. 마찬가지로, 층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "위"에 있거나 또는 "위로" 연장되는 것으로 지칭될 경우, 이는 다른 요소 위에 직접 또는 다른 요소 위로 직접 연장될 수 있거나, 또는 개재 요소가 또한 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 "위에 바로" 또는 "위로 바로" 연장되는 것으로 지칭되는 경우, 개재 요소는 존재하지 않는다. 또한, 요소가 다른 요소에 "연결된" 또는 "결합된" 것으로 지칭될 경우, 다른 요소에 직접 연결되거나 결합될 수 있거나, 개재 요소가 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소에 "직접 연결된" 또는 "직접 결합된" 것으로 지칭될 경우, 개재 요소는 존재하지 않는다.When an element, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being "on" or "extending" "over" another element, it will be understood that it can be directly on or directly extending over the other element, or that intervening elements may also be present. In contrast, when an element is referred to as being "directly on" or "extending directly over" another element, no intervening elements are present. Likewise, when an element, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being "on" or "extending over" another element, it will be understood that it can be directly on or directly extending over the other element, or that intervening elements may also be present. In contrast, when an element is referred to as being "directly on" or "extending directly over" another element, no intervening elements are present. Furthermore, when an element is referred to as being "connected" or "coupled" to another element, it will be understood that it can be directly connected or coupled to the other element, or that intervening elements may also be present. In contrast, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, no intervening elements are present.
"아래" 또는 "위" 또는 "상부" 또는 "하부" 또는 "수평" 또는 "수직"과 같은 상대 용어는 도면에 나타낸 바와 같은 다른 요소, 층 또는 영역에 대한 하나의 요소, 층 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있다. 이들 용어 및 위에서 논의된 것들은 도면에 도시된 배향에 더하여 장치의 상이한 배향을 포함하도록 의도되는 것으로 이해될 것이다.Relative terms such as "below" or "above" or "upper" or "lower" or "horizontal" or "vertical" may be used herein to describe the relationship of one element, layer or region to another element, layer or region, as depicted in the drawings. It will be understood that these terms and those discussed above are intended to encompass different orientations of the device in addition to the orientation depicted in the drawings.
본원에서 사용되는 용어는 단지 특정 구현예를 설명하기 위한 것이며, 본 개시를 제한하려는 것이 아니다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "일", "하나", 및 "특정 하나"는 문맥상 달리 명시되지 않는 한, 복수 형태를 또한 포함하도록 의도된다. 본원에서 사용될 경우, 용어 "포함하다", "포함하는", "포함한다", 및/또는 "포함한"은 언급된 특징, 정수, 단계, 작동, 요소, 및/또는 컴포넌트의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작동, 요소, 컴포넌트, 및/또는 이의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않음이 또한 이해될 것이다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the present disclosure. As used herein, the singular forms "a," "an," and "a particular one" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. It will also be understood that the terms "comprises," "comprising," "comprises," and/or "comprising", when used herein, specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, and/or components, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and/or groups thereof.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 용어(기술적 및 과학적 용어 포함)는, 본 개시가 속하는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 사용되는 용어는 본 명세서 및 관련 기술의 맥락에서의 의미와 정합하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본원에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상화되거나 지나치게 공식적인 의미로 해석되지 않을 것임을 추가로 이해할 것이다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. It is further understood that terms used herein should be interpreted to have a meaning consistent with their meaning in the context of this specification and the related art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined herein.
구현예는, 본 개시의 구현예의 개략도를 참조하여 본원에 설명된다. 이와 같이, 층 및 요소의 실제 치수는 상이할 수 있고, 예를 들어 제조 기술 및/또는 허용 오차의 결과로서 도면의 형상으로부터의 변화가 예상된다. 예를 들어, 정사각형 또는 직사각형으로 예시되거나 설명된 영역은 둥근 또는 만곡된 특징부를 가질 수 있고, 직선으로 도시된 영역은 일부 불규칙성을 가질 수 있다. 따라서, 도면에 나타낸 영역은 개략도이고, 이들의 형상은 소자의 영역의 정확한 형상을 예시하기 위한 것이 아니며, 본 개시의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 구조 또는 영역의 크기는 예시적인 목적을 위해 다른 구조 또는 영역에 대해 과장될 수 있고, 따라서 본 주제의 일반적인 구조를 예시하기 위해 제공되며, 축척에 따라 그려질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 도면 사이의 공통 요소는 공통 요소 번호로 본원에 나타날 수 있고, 후속하여 다시 설명되지 않을 수 있다.The embodiments are described herein with reference to schematic drawings of embodiments of the present disclosure. As such, actual dimensions of layers and elements may vary, and variations from the shapes of the drawings are expected, for example, as a result of manufacturing techniques and/or tolerances. For example, regions illustrated or described as square or rectangular may have rounded or curved features, and regions depicted as straight lines may have some irregularities. Accordingly, regions depicted in the drawings are schematic drawings, and their shapes are not intended to illustrate the precise shapes of regions of the elements, and are not intended to limit the scope of the present disclosure. In addition, the dimensions of structures or regions may be exaggerated relative to other structures or regions for illustrative purposes, and are thus provided to illustrate the general structure of the subject matter, and may or may not be drawn to scale. Common elements between the drawings may be indicated herein by common element numbers and may not be described again subsequently.
본 개시는 벌크 탄성파(BAW) 공진기에 관한 것으로, 특히 경계(BO) 영역에서 결합이 없는 BAW 공진기에 관한 것이다. 개시된 BAW 공진기는 고품질 인자, 스퓨리어스 모드의 억제, 및 BO 모드의 억제 기능을 제공한다.The present disclosure relates to bulk elastic wave (BAW) resonators, and more particularly to a BAW resonator having no coupling in the boundary (BO) region. The disclosed BAW resonator provides high quality factor, suppression of spurious modes, and suppression of BO modes.
이들 개념의 세부 사항을 자세히 살펴보기 전에, BAW 공진기를 사용하는 BAW 공진기 및 필터의 개요가 제공된다. BAW 공진기는 많은 고주파 필터 응용에 사용된다. 예시적인 BAW 공진기(10)가 도 1에 도시되어 있다. BAW 공진기(10)는 고체 장착 공진기(SMR) 유형의 BAW 공진기이며, 일반적으로 기판(12), 기판(12) 위에 장착된 반사체(14), 및 반사체(14) 위에 장착된 변환기(16)를 포함한다. 변환기(16)는 반사체(14) 위에 위치하고, 상부 전극(20)과 하부 전극(22) 사이에 끼워져 있는 압전층(18)을 포함한다. 상부 및 하부 전극(20, 22)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt) 또는 유사 재료로 형성될 수 있고, 압전층(18)은 알루미늄 질화물(AlN), 산화아연(ZnO) 또는 다른 적절한 압전 재료로 형성될 수 있다. 단일 층을 포함하는 것으로 도 1에 도시되어 있지만, 압전층(18), 상부 전극(20), 및/또는 하부 전극(22)은 동일한 재료의 다수의 층, 적어도 2개의 층이 상이한 재료인 다수의 층, 또는 각각의 층이 상이한 재료인 다수의 층을 포함할 수 있다.Before going into the specifics of these concepts, an overview of BAW resonators and filters utilizing BAW resonators is provided. BAW resonators are used in many high frequency filter applications. An exemplary BAW resonator (10) is illustrated in FIG. 1. The BAW resonator (10) is a solid mounted resonator (SMR) type BAW resonator and typically includes a substrate (12), a reflector (14) mounted on the substrate (12), and a transducer (16) mounted on the reflector (14). The transducer (16) includes a piezoelectric layer (18) positioned on the reflector (14) and sandwiched between an upper electrode (20) and a lower electrode (22). The upper and lower electrodes (20, 22) may be formed of tungsten (W), molybdenum (Mo), platinum (Pt), or similar materials, and the piezoelectric layer (18) may be formed of aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), or other suitable piezoelectric material. Although depicted in FIG. 1 as comprising a single layer, the piezoelectric layer (18), the upper electrode (20), and/or the lower electrode (22) may comprise multiple layers of the same material, multiple layers where at least two layers are of different materials, or multiple layers where each layer is of a different material.
BAW 공진기(10)는 활성 영역(24)과 외부 영역(26)으로 분할된다. 활성 영역(24)은 일반적으로 상부 및 하부 전극(20, 22)이 중첩되는 BAW 공진기(10)의 부분에 해당하고, 또한 중첩 상부 및 하부 전극(20, 22) 아래의 층을 포함한다. 외부 영역(26)은 활성 영역(24)을 둘러싸는 BAW 공진기(10)의 부분에 해당한다.The BAW resonator (10) is divided into an active region (24) and an outer region (26). The active region (24) generally corresponds to the portion of the BAW resonator (10) where the upper and lower electrodes (20, 22) overlap, and also includes a layer beneath the overlapping upper and lower electrodes (20, 22). The outer region (26) corresponds to the portion of the BAW resonator (10) that surrounds the active region (24).
BAW 공진기(10)의 경우, 상부 전극(20)과 하부 전극(22)에 걸쳐 전기 신호를 인가하면 압전층(18)에서 탄성파가 여기된다. 이들 탄성파는 주로 수직으로 전파된다. BAW 공진기 설계의 주요 목표는 변환기(16)에서 이러한 수직 전파 탄성파를 한정하는 것이다. 상향으로 이동하는 음향파는 상부 전극(20)의 상면에서 공기-금속 경계에 의해 변환기(16) 내로 다시 반사된다. 하향으로 이동하는 음향파는 반사체(14)에 의해, 또는 필름 벌크 음향 공진기(FBAR)에서 변환기(16) 바로 아래에 제공되는 공기 공동에 의해 변환기(16) 내로 다시 반사된다.In the case of the BAW resonator (10), when an electrical signal is applied across the upper electrode (20) and the lower electrode (22), elastic waves are excited in the piezoelectric layer (18). These elastic waves mainly propagate vertically. A major goal in the design of the BAW resonator is to confine these vertically propagating elastic waves in the transducer (16). The upwardly traveling acoustic waves are reflected back into the transducer (16) by the air-metal boundary at the upper surface of the upper electrode (20). The downwardly traveling acoustic waves are reflected back into the transducer (16) by the reflector (14) or by the air cavity provided directly below the transducer (16) in a film bulk acoustic resonator (FBAR).
반사체(14)는 일반적으로 반사층(RL)의 스택(28A 내지 28E)(일반적으로 반사층(28)으로 지칭됨)에 의해 형성되며, 이는 인접한 반사층(28)의 접합부에서 상당한 반사 계수를 생성하도록 재료 조성이 교번한다. 전형적으로, 반사층(28)은 텅스텐(W) 및 이산화규소(SiO2)와 같은 고 및 저음향 임피던스를 갖는 재료 사이에서 교번한다. 단지 5개의 반사층(28)만이 도 1에 도시되어 있지만, 반사층(28)의 수 및 반사체(14)의 구조는 설계마다 달라질 수 있다.The reflector (14) is typically formed by a stack of reflective layers (RL) (28A through 28E) (generally referred to as reflective layers (28)) that alternate in material composition to produce a significant reflection coefficient at the junction of adjacent reflective layers (28). Typically, the reflective layers (28) alternate between materials having high and low acoustic impedance, such as tungsten (W) and silicon dioxide (SiO 2 ). Although only five reflective layers (28) are illustrated in FIG. 1 , the number of reflective layers (28) and the structure of the reflector (14) may vary from design to design.
비교적 이상적인 BAW 공진기(10)에 대한 주파수(GHz)의 함수로서의 전기 임피던스의 크기(Z) 및 위상(Φ)이 도 2에 제공된다. 전기 임피던스의 크기(Z)는 실선에 의해 도시되는 반면, 전기 임피던스의 위상(Φ)은 파선에 의해 도시된다. BAW 공진기(10)의 고유한 특징은 공진 주파수 및 반공진 주파수 둘 모두를 갖는다는 것이다. 공진 주파수는 일반적으로 직렬 공진 주파수(fs)로 지칭되고, 반공진 주파수는 일반적으로 병렬 공진 주파수(fp)로 지칭된다. 직렬 공진 주파수(fs)는 BAW 공진기(10)의 임피던스 또는 리액턴스의 크기가 0에 근접할 때 발생한다. 병렬 공진 주파수(fp)는 BAW 공진기(10)의 임피던스 또는 리액턴스의 크기가 상당히 높은 레벨에서 정점일 때 발생한다. 일반적으로, 직렬 공진 주파수(fs)는 압전층(18)의 두께 또는 높이와 하부 및 상부 전극(22, 20)의 질량의 함수이다.The magnitude (Z) and phase (Φ) of the electrical impedance as a function of frequency (GHz) for a relatively ideal BAW resonator (10) are provided in FIG. 2. The magnitude (Z) of the electrical impedance is shown by the solid line, while the phase (Φ) of the electrical impedance is shown by the dashed line. A unique feature of the BAW resonator (10) is that it has both a resonant frequency and an anti-resonant frequency. The resonant frequency is commonly referred to as the series resonant frequency (f s ), and the anti-resonant frequency is commonly referred to as the parallel resonant frequency (f p ). The series resonant frequency (f s ) occurs when the magnitude of the impedance or reactance of the BAW resonator (10) approaches zero. The parallel resonant frequency (f p ) occurs when the magnitude of the impedance or reactance of the BAW resonator (10) peaks at a relatively high level. In general, the series resonant frequency (f s ) is a function of the thickness or height of the piezoelectric layer (18) and the mass of the lower and upper electrodes (22, 20).
위상(Φ)의 경우, BAW 공진기(10)은 직렬 공진 주파수(fs)와 병렬 공진 주파수(fp) 사이에 90° 위상 이동을 제공하는 인덕턴스처럼 작용한다. 대조적으로, BAW 공진기(10)은 직렬 공진 주파수(fs) 아래 및 병렬 공진 주파수(fp) 위의 -90° 위상 이동을 제공하는 커패시턴스처럼 작용한다. BAW 공진기(10)은 직렬 공진 주파수(fs)에서 매우 낮은(거의 0) 저항을 그리고 병렬 공진 주파수(fp)에서 매우 높은 저항을 제공한다. BAW 공진기(10)의 전기적 성질은 비교적 짧은 주파수 범위에 걸쳐 매우 높은 품질 인자(Q) 인덕턴스를 실현하는 데 적합하며, 이는 고주파 필터 네트워크, 특히 약 1.8 GHz 이상의 주파수에서 작동하는 것에 매우 유익한 것으로 입증되었다.For the phase (Φ), the BAW resonator (10) acts like an inductance providing a 90° phase shift between the series resonance frequency (f s ) and the parallel resonance frequency (f p ). In contrast, the BAW resonator (10) acts like a capacitance providing a -90° phase shift below the series resonance frequency (f s ) and above the parallel resonance frequency (f p ). The BAW resonator (10) provides a very low (almost zero) resistance at the series resonance frequency (f s ) and a very high resistance at the parallel resonance frequency (f p ). The electrical properties of the BAW resonator (10) are suitable for realizing a very high quality factor (Q) inductance over a relatively short frequency range, which has proven to be very advantageous for high-frequency filter networks, especially for operation at frequencies above about 1.8 GHz.
불행하게도, 도 2의 위상(Φ) 곡선은 이상적인 위상 곡선을 나타낸다. 실제로, 이러한 이상적인 것에 접근하는 것은 어렵다. 도 1의 BAW 공진기(10)에 대한 전형적인 위상 곡선이 도 3a에 도시되어 있다. 도 3a의 위상 곡선은 매끄러운 곡선이 아니고, 직렬 공진 주파수(fs) 아래에, 직렬 공진 주파수(fs)와 병렬 공진 주파수(fp) 사이에, 및 병렬 공진 주파수(fp) 위에 리플을 포함한다. 리플은 스퓨리어스 모드의 결과이며, 이는 해당하는 주파수에서 발생하는 스퓨리어스 공명에 의해 야기된다. BAW 공진기(10)에서의 대부분의 탄성파가 수직으로 전파되지만, 변환기(16)에 대한 다양한 경계 조건은 측방향(수평) 탄성파의 전파를 초래하며, 이는 측방향 정상파로 지칭된다. 이러한 측방향 정상파의 존재는 BAW 공진기(10)와 연관된 잠재적 품질 인자(Q)를 감소시킨다.Unfortunately, the phase (Φ) curve of Fig. 2 represents an ideal phase curve. In practice, it is difficult to approach this ideal. A typical phase curve for the BAW resonator (10) of Fig. 1 is shown in Fig. 3a. The phase curve of Fig. 3a is not a smooth curve, but includes ripples below the series resonant frequency (f s ), between the series resonant frequency (f s ) and the parallel resonant frequency (f p ), and above the parallel resonant frequency (f p ). The ripples are a result of spurious modes, which are caused by spurious resonances occurring at the corresponding frequencies. Although most elastic waves in the BAW resonator (10) propagate vertically, various boundary conditions for the transducer (16) result in the propagation of lateral (horizontal) elastic waves, which are referred to as lateral standing waves. The presence of these lateral standing waves reduces the potential quality factor (Q) associated with the BAW resonator (10).
도 4에 도시된 바와 같이, BO 고리(30)는 상부 전극(20) 상에 또는 그 내부에 형성되어(미도시) 특정한 스퓨리어스 모드를 억제한다. BO 고리(30)에 의해 억제되는 스퓨리어스 모드는, 도 3b의 위상 곡선에서 원 A 및 B로 강조 표시된 바와 같이, 직렬 공진 주파수(fs)보다 높은 모드이다. 원 A는 리플의 억제 및, 이로 인한, 직렬 공진 주파수(fs)와 병렬 공진 주파수(fp) 사이에 위치하는, 위상 곡선의 통과 대역에서, 스퓨리어스 모드의 억제를 보여준다. 원 B는 리플의 억제 및, 이로 인한, 병렬 공진 주파수(fp) 위에서, 스퓨리어스 모드의 억제를 보여준다. 특히, 병렬 공진 주파수(fp) 바로 아래에 있는, 통과대역의 상부 숄더에서의 스퓨리어스 모드 및 통과대역 위의 스퓨리어스 모드는 억제되며, 이는 직렬 공진 주파수(fs)와 병렬 공진 주파수(fp) 사이 및 병렬 공진 주파수(fp) 위의 평평하거나 실질적으로 리플이 없는 위상 곡선을 통해 입증된다.As illustrated in FIG. 4, a BO ring (30) is formed on or inside the upper electrode (20) (not illustrated) to suppress a specific spurious mode. The spurious mode suppressed by the BO ring (30) is a mode higher than the series resonant frequency (f s ), as highlighted by circles A and B in the phase curve of FIG. 3b. Circle A shows suppression of ripples and, as a result, suppression of spurious modes in the passband of the phase curve, which is located between the series resonant frequency (f s ) and the parallel resonant frequency (f p ). Circle B shows suppression of ripples and, as a result, suppression of spurious modes above the parallel resonant frequency (f p ). In particular, spurious modes at the upper shoulder of the passband, just below the parallel resonant frequency (f p ), and spurious modes above the passband are suppressed, as evidenced by flat or virtually ripple-free phase curves between the series resonant frequency (f s ) and the parallel resonant frequency (f p ) and above the parallel resonant frequency (f p ).
BO 고리(30)는 활성 영역(24)의 주변부 주위로 연장되는 상부 전극(20)의 일부의 질량 부하에 해당한다. 이와 관련하여, 질량 부하를 갖는 BO 고리(30)는 상부 전극(20)의 주변부 주위에 배열되는 상승 프레임을 형성한다. BO 고리(30)는 상부 전극(20)의 두꺼워진 부분에 해당하거나, 상부 전극(20) 위에 적절한 재료의 추가 층을 적용한 것에 해당할 수 있다. BO 고리(30)를 포함하고 그 아래에 위치하는 BAW 공진기(10)의 부분은 BO 영역(32)으로 지칭된다. 따라서, BO 영역(32)은 활성 영역(24)의 외부 둘레 부분에 해당하고 활성 영역(24) 내부에 위치한다. 또한, BAW 공진기(10)의 중앙 영역(36)은 BO 영역(32) 내부에 측방향으로 정의되고 BO 고리(30)에 의해 덮이지 않는다. 도 3b에 도시된 바와 같이, BO 고리(30)는 직렬 공진 주파수(fs) 위의 스퓨리어스 모드를 억제하는 데 효과적인 반면, BO 고리(30)는 직렬 공진 주파수(fs) 아래의 스퓨리어스 모드에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는다. 종종 아포디제이션으로 지칭되는 기술을 사용하여 직렬 공진 주파수(fs) 아래로 떨어지는 스퓨리어스 모드를 억제한다.The BO ring (30) corresponds to the mass loading of a portion of the upper electrode (20) extending around the periphery of the active region (24). In this regard, the BO ring (30) having the mass loading forms a rising frame arranged around the periphery of the upper electrode (20). The BO ring (30) may correspond to a thickened portion of the upper electrode (20) or may correspond to an additional layer of a suitable material applied over the upper electrode (20). The portion of the BAW resonator (10) including and positioned beneath the BO ring (30) is referred to as a BO region (32). Thus, the BO region (32) corresponds to an outer periphery portion of the active region (24) and is positioned inside the active region (24). In addition, a central region (36) of the BAW resonator (10) is laterally defined inside the BO region (32) and is not covered by the BO ring (30). As illustrated in FIG. 3b, the BO ring (30) is effective in suppressing spurious modes above the series resonant frequency (f s ), whereas the BO ring (30) has little or no effect on spurious modes below the series resonant frequency (f s ). Spurious modes that fall below the series resonant frequency (f s ) are suppressed using a technique often referred to as apodization.
아포디제이션은 BAW 공진기(10)에서, 또는 적어도 이의 변환기(16)에서 임의의 측방향 대칭을 회피하거나, 적어도 상당히 감소시키도록 작용한다. 측방향 대칭은 변환기(16)의 풋프린트에 해당하고, 측방향 대칭을 회피하는 것은 풋프린트의 측면과 연관된 대칭을 회피하는 것에 해당한다. 예를 들어, 정사각형 또는 직사각형 대신에 오각형에 해당하는 풋프린트를 선택할 수 있다. 대칭을 피하면 변환기(16)에서 측방향 정상파의 존재를 감소시키는 데 도움이 된다. 도 3c는 직렬 공진 주파수(fs) 아래의 스퓨리어스 모드가 억제되는 아포디제이션의 효과를 도시한다. BO 고리(30)가 제공되지 않는다고 가정하면, 도 3c에서 아포디제이션이 직렬 공진 주파수(fs) 위의 이러한 스퓨리어스 모드를 억제하지 못하는 것을 쉽게 알 수 있다. 이와 같이, 전형적인 BAW 공진기(10)는 아포디제이션 및 BO 고리(30)를 모두 사용한다.Apodization acts to avoid, or at least significantly reduce, any lateral symmetry in the BAW resonator (10), or at least in the converter (16) thereof. Lateral symmetry corresponds to the footprint of the converter (16), and avoiding lateral symmetry corresponds to avoiding a symmetry associated with a side of the footprint. For example, a footprint corresponding to a pentagon may be selected instead of a square or a rectangle. Avoiding symmetry helps to reduce the presence of lateral standing waves in the converter (16). Fig. 3c illustrates the effect of apodization in suppressing spurious modes below the series resonant frequency (f s ). Assuming that the BO ring (30) is not provided, it can be readily seen from Fig. 3c that the apodization does not suppress such spurious modes above the series resonant frequency (f s ). As such, a typical BAW resonator (10) uses both apodization and BO rings (30).
BO 고리(30)의 두께 또는 높이는 압전층(18)의 상면에 수직이거나 이로부터 멀어지는 방향으로 측정될 수 있고, BO 고리(30)의 폭은 압전층(18)에 평행한 방향 또는 가로지르는 측방향으로 측정될 수 있다. BO 고리(30)의 두께와 폭을 동시에 조정하여 스퓨리어스 모드를 억제하고 반공진 주파수(Qp)에서 품질 인자를 개선할 수 있다. BO 고리(30)와 연관된 추가 질량은 일반적으로 BO 영역(32)이 활성 영역(24)의 다른 부분보다 약간 낮은 주파수에서 공진하게 한다. 그 결과, BO 고리의 존재는 직렬 공진 주파수(fs) 아래의 주파수에서 바람직하지 않은 모드, 또는 BO 모드가 발생할 수 있다.The thickness or height of the BO ring (30) can be measured perpendicular to or away from the top surface of the piezoelectric layer (18), and the width of the BO ring (30) can be measured parallel to or transverse to the piezoelectric layer (18). Simultaneously adjusting the thickness and width of the BO ring (30) can suppress spurious modes and improve the quality factor at the anti-resonant frequency (Q p ). The additional mass associated with the BO ring (30) typically causes the BO region (32) to resonate at a slightly lower frequency than the rest of the active region (24). As a result, the presence of the BO ring can cause undesirable modes, or BO modes, to occur at frequencies below the series resonant frequency (f s ).
도 5는 반공진 주파수(Qp)에서의 품질 인자에 대한 BO 고리 폭의 관계 및 형성된 BO 모드의 상대 강도를 그래프로 도시하는 도면이다. 도 5에서, x-축은 BO 고리 폭을 미크론(μm) 단위로 표현하는 반면, 일차 y-축은 Qp를 나타내고 이차 y-축은 형성된 BO 모드의 상대 강도 또는 크기를 표현한다. 도 5의 도면은 각각이 BO 고리 폭이 다른 BAW 공진기를 포함하는 3개의 웨이퍼에 대한 데이터를 도시한다. 도시된 바와 같이, Qp 값은 일반적으로 BO 고리 폭이 증가함에 따라 증가하며, 가장 높은 Qp 값은 3 μm를 약간 초과하는 BO 고리 폭에 해당한다. 또한 도시된 바와 같이, BO 모드 강도는 또한 일반적으로 BO 고리 폭이 증가함에 따라 증가한다. 훨씬 더 높은 BO 고리 폭의 경우, Qp 값은 감소하는 반면, BO 모드 강도 값은 높게 유지된다. 이러한 방식으로, 높은 Qp를 제공하도록 조정된 BO 고리는 해당하는 BAW 장치에 바람직하지 않은 BO 모드를 초래할 수도 있다.FIG. 5 is a diagram illustrating a graphical representation of the relationship between the BO ring width and the quality factor at the anti-resonant frequency (Q p ) and the relative intensity of the formed BO mode. In FIG. 5 , the x-axis represents the BO ring width in microns (μm), while the primary y-axis represents Q p and the secondary y-axis represents the relative intensity or magnitude of the formed BO mode. The diagram of FIG. 5 shows data for three wafers, each containing a BAW resonator with a different BO ring width. As shown, the Q p values generally increase with increasing BO ring width, with the highest Q p values corresponding to BO ring widths slightly exceeding 3 μm. Also as shown, the BO mode intensity also generally increases with increasing BO ring width. For even higher BO ring widths, the Q p values decrease while the BO mode intensity values remain high. In this way, a BO ring tuned to provide high Q p may also introduce undesirable BO modes in the corresponding BAW device.
도 6은 BO 고리가 있는 경우 및 없는 경우의 BAW 공진기에 대한 위상 곡선을 그래프로 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, BO 고리가 없는 BAW 공진기의 통과대역 내에 존재하는 스퓨리어스 모드는 BO 고리를 추가하여 억제되지만; BO 고리의 존재는 통과대역 아래에 바람직하지 않은 BO 모드를 초래한다. BO 모드는 필터의 통과대역 외부 또는 심지어 내부에 도입될 수 있고, 넓은 대역폭 필터링 응용을 위한 BAW 공진기의 설계 또는 사용을 제한할 수 있다. BO 모드가 통과대역 내에 있는 경우, 삽입 손실이 영향을 받을 수 있다. 통과대역 외부에 존재하는 BO 모드는 상이한 주파수 대역의 BAW 필터가 동시에 작동하는 BAW 다중화 응용의 경우 문제가 될 수 있다. 이러한 다중화 응용에서, 하나의 BAW 필터의 BO 모드는 다른 BAW 필터의 통과대역에 속할 수 있고 다중화 동안 간섭이 발생할 수 있다.Fig. 6 is a diagram illustrating phase curves for BAW resonators with and without a BO ring. As illustrated, spurious modes present in the passband of a BAW resonator without a BO ring are suppressed by adding a BO ring; however, the presence of the BO ring introduces undesirable BO modes below the passband. The BO modes may be introduced outside or even inside the passband of the filter and may limit the design or use of the BAW resonator for wide bandwidth filtering applications. When the BO modes are within the passband, the insertion loss may be affected. The BO modes present outside the passband may be problematic for BAW multiplexing applications where BAW filters of different frequency bands operate simultaneously. In such multiplexing applications, the BO modes of one BAW filter may fall within the passband of another BAW filter and may cause interference during multiplexing.
BO 모드의 여기의 주요 원인은 BO 영역 내의 압전층(예: BO 영역(32) 내의 압전층(18))의 전기기계적 결합 계수(k2e≠0)가 0이 아니기 때문으로 알려져 있다. 압전층의 전기기계적 결합 계수는 압전층의 압전 계수(d)의 함수이고, 압전 계수(d)는 압전층의 편광에 비례한다. 따라서, 압전층의 편광이 변하면, 압전 계수(d)는 그에 따라 변할 것이고, 결과적으로 BAW 공진기의 전기기계적 결합 계수도 변할 것이다. 미국 특허 가출원 제18/150,621호(미국 특허 가출원 제63324961호) 및 미국 특허 가출원 제18/150,627호(미국 특허 가출원 제63324968호)는 BO 영역에서 0의/감소된 전기기계적 결합 계수(k2e=0 또는 k2e→0)를 달성하는 방법을 기술한다. 그러나, BO 영역에서 0의/감소된 전기기계적 결합 계수는 측방향 에너지 손실을 증가시켜, Qp 값의 감소를 초래할 수 있다.It is known that the main cause of the BO mode here is that the electromechanical coupling coefficient (k 2 e≠0) of the piezoelectric layer within the BO region (e.g., the piezoelectric layer (18) within the BO region (32)) is not 0. The electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric layer is a function of the piezoelectric coefficient (d) of the piezoelectric layer, and the piezoelectric coefficient (d) is proportional to the polarization of the piezoelectric layer. Therefore, when the polarization of the piezoelectric layer changes, the piezoelectric coefficient (d) will change accordingly, and consequently, the electromechanical coupling coefficient of the BAW resonator will also change. U.S. Provisional Patent Application No. 18/150,621 (U.S. Provisional Patent Application No. 6,332,4961) and U.S. Provisional Patent Application No. 18/150,627 (U.S. Provisional Patent Application No. 6,332,4968) describe methods to achieve zero/reduced electromechanical coupling coefficient (k 2 e = 0 or k 2 e → 0) in the BO region. However, zero/reduced electromechanical coupling coefficient in the BO region may increase lateral energy loss, resulting in a decrease in the Q p value.
도 7은 본 개시의 구현예에 따라 BO 영역에서 결합이 없는 예시적인 BAW 공진기(50)을 도시하는 단면도이다. 본 도시의 목적을 위해, BAW 공진기(50)는 BAW SMR이고, 반사체(54), 반사체(54) 위의 하부 전극 구조(56), 하부 전극 구조(56) 위의 압전층(58), 및 압전층(58) 위의 상부 전극(60)을 포함한다. 다른 응용에서, BAW 공진기(50)는 반사체(54)가 생략되는 FBAR일 수 있다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an exemplary BAW resonator (50) having no coupling in the BO region according to an embodiment of the present disclosure. For purposes of the present disclosure, the BAW resonator (50) is a BAW SMR and includes a reflector (54), a lower electrode structure (56) over the reflector (54), a piezoelectric layer (58) over the lower electrode structure (56), and an upper electrode (60) over the piezoelectric layer (58). In other applications, the BAW resonator (50) may be an FBAR in which the reflector (54) is omitted.
자세히 설명하면, 반사체(54)는 저음향 임피던스 영역(62)을 포함하고, 다수의 고음향 임피던스 층(64)은 저음향 임피던스 영역(62) 내에 매립된다. 본원에서, 2개의 고음향 임피던스 층(64)이 있다: 상부 고음향 임피던스 층(64-U), 및 하부 고음향 임피던스 섹션(64-L). 다른 응용에서, 저음향 임피던스 영역(62)에 매립된 음향 임피던스 층(64)의 수는 더 적거나 더 많을 수 있다. 본원에서, 하부 고음향 임피던스 층(64-L)은 저음향 임피던스 영역(62)의 하부 부분(62-B) 위에 위치한다. 상부 고음향 임피던스 섹션(64-U)은 하부 고음향 임피던스 섹션(64-L) 위에 수직으로 있고, 저음향 임피던스 영역(62)의 중간 부분(62-M)에 의해 하부 고음향 임피던스 섹션(64-L)과 분리되어 있다. 저음향 임피던스 영역(62)의 상부 부분(62-T)은 상부 고음향 임피던스 층(64-U) 위에 있다. 저음향 임피던스 영역(62)은 고음향 임피던스 층(64)보다 낮은 음향 임피던스, 낮은 밀도, 및 낮은 강성을 가지며, SiO2로 형성될 수 있다. 각각의 고음향 임피던스 층(64)은 W, Mo, 또는 Pt와 같은 고음향 임피던스 재료로 형성된다. 저음향 임피던스 영역(62)의 하부 부분(62-B), 하부 고음향 임피던스 층(64-L), 저음향 임피던스 영역(62)의 중간 부분(62-M), 상부 고음향 임피던스층(64-U), 및 저음향 임피던스 영역(62)의 상부 부분(62-T) 각각은 반사체(54)의 하나의 RL이다.In detail, the reflector (54) includes a low acoustic impedance region (62), and a plurality of high acoustic impedance layers (64) are embedded within the low acoustic impedance region (62). In the present invention, there are two high acoustic impedance layers (64): an upper high acoustic impedance layer (64-U), and a lower high acoustic impedance section (64-L). In other applications, the number of acoustic impedance layers (64) embedded within the low acoustic impedance region (62) may be less or more. In the present invention, the lower high acoustic impedance layer (64-L) is located over a lower portion (62-B) of the low acoustic impedance region (62). The upper high acoustic impedance section (64-U) is vertically positioned above the lower high acoustic impedance section (64-L) and is separated from the lower high acoustic impedance section (64-L) by a middle portion (62-M) of the low acoustic impedance region (62). The upper portion (62-T) of the low acoustic impedance region (62) is positioned above the upper high acoustic impedance layer (64-U). The low acoustic impedance region (62) has lower acoustic impedance, lower density, and lower stiffness than the high acoustic impedance layer (64), and may be formed of SiO2. Each high acoustic impedance layer (64) is formed of a high acoustic impedance material, such as W, Mo, or Pt. Each of the lower portion (62-B) of the low acoustic impedance region (62), the lower high acoustic impedance layer (64-L), the middle portion (62-M) of the low acoustic impedance region (62), the upper high acoustic impedance layer (64-U), and the upper portion (62-T) of the low acoustic impedance region (62) is one RL of the reflector (54).
하부 전극 구조(56)는 저음향 임피던스 영역(62)의 상부 부분(62-T) 위에 형성되고, 하부 전극(66) 및 평탄화 산화물(68)을 포함한다. 하부 전극(66)은 고음향 임피던스 층(64) 위에 수직으로 있다. 평탄화 산화물(68)은 하부 전극(66)을 둘러싸고 있으며, 하부 전극(66)을 외부 하부 전극(미도시)과 전기적으로 분리할 수 있다. 하부 전극(66)은 적어도 2개의 하부 전극층(70 및 72)을 포함할 수 있다. 제2 하부 전극층(72)은 저음향 임피던스 영역(62)의 상부 부분(62-T) 위에 있고 알루미늄 구리(AlCu)로 형성될 수 있는 반면, 제1 하부 전극층(70)은 제2 하부 전극층(72) 위에 있고 W, Mo, 또는 Pt로 형성될 수 있다. 평탄화 산화물(68)은 SiO2로 형성될 수 있다.The lower electrode structure (56) is formed over the upper portion (62-T) of the low acoustic impedance region (62) and includes a lower electrode (66) and a planarizing oxide (68). The lower electrode (66) is vertically over the high acoustic impedance layer (64). The planarizing oxide (68) surrounds the lower electrode (66) and can electrically isolate the lower electrode (66) from an external lower electrode (not shown). The lower electrode (66) can include at least two lower electrode layers (70 and 72). The second lower electrode layer (72) is over the upper portion (62-T) of the low acoustic impedance region (62) and can be formed of aluminum copper (AlCu), while the first lower electrode layer (70) is over the second lower electrode layer (72) and can be formed of W, Mo, or Pt. The planarizing oxide (68) can be formed of SiO 2 .
압전층(58)은 하부 전극 구조(56) 위에 형성되고, 하부 전극(66)을 적어도 완전히 덮는다. 상부 전극(60)은 압전층(58) 위에 형성되고, 하부 전극(66) 위에 수직으로 있다. 상부 전극(60)은 상부 전극(60)의 주변부 주위에 위치하는 BO 구조(76), 및 BO 구조(76)에 의해 둘러싸인 중앙 전극 부분(77)을 포함한다.The piezoelectric layer (58) is formed on the lower electrode structure (56) and at least completely covers the lower electrode (66). The upper electrode (60) is formed on the piezoelectric layer (58) and is vertically positioned on the lower electrode (66). The upper electrode (60) includes a BO structure (76) positioned around the periphery of the upper electrode (60) and a central electrode portion (77) surrounded by the BO structure (76).
BAW 공진기(50)는 활성 영역(78)과 외부 영역(80)으로 분할된다. 활성 영역(78)은 상부 및 하부 전극(60, 66)이 중첩되는 BAW 공진기(50)의 섹션에 해당하고, 또한 중첩하는 상부 및 하부 전극(60, 66) 위, 중간, 및 아래의 층을 포함한다. 외부 영역(80)은 활성 영역(78)을 둘러싸는 BAW 공진기(50)의 섹션에 해당한다. 활성 영역(78)은 중앙 영역(82) 및 BO 영역(84)으로 추가로 분할된다. BO 영역(84)은 BO 구조(76)를 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 BAW 공진기(50)의 섹션에 해당한다. 중앙 영역(82)은 BO 영역(84) 내에 측방향으로 정의되고 BO 구조(76)와 중첩하지 않는다. 상부 전극(60)의 중앙 전극 부분(77)은 중앙 영역(82)에 한정된다.The BAW resonator (50) is divided into an active region (78) and an outer region (80). The active region (78) corresponds to the section of the BAW resonator (50) where the upper and lower electrodes (60, 66) overlap, and also includes layers above, middle, and below the overlapping upper and lower electrodes (60, 66). The outer region (80) corresponds to the section of the BAW resonator (50) that surrounds the active region (78). The active region (78) is further divided into a central region (82) and a BO region (84). The BO region (84) corresponds to the section of the BAW resonator (50) that includes, is located above, and is located below the BO structure (76). The central region (82) is defined laterally within the BO region (84) and does not overlap the BO structure (76). The central electrode portion (77) of the upper electrode (60) is limited to the central region (82).
특히, 하부 전극(66)은 상부 전극(60)의 주변부 에지를 넘어 연장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 활성 영역(78)은 상부 및 하부 전극(60, 66)이 중첩되는 곳에서 형성된다. 이러한 방식으로, 제조 중에 상부 전극(60)과 하부 전극(66)의 오정렬은 BAW 공진기(50)의 성능을 손상시킬 수 있다. 상부 전극(60)보다 큰 측방향 치수를 갖는 하부 전극(66)을 배열함으로써, 상부 전극(60)의 배치를 위한 정렬 공차가 증가될 수 있고, 이에 의해 제조 공차를 개선할 수 있다.In particular, the lower electrode (66) may extend beyond the peripheral edge of the upper electrode (60). As described above, the active region (78) is formed where the upper and lower electrodes (60, 66) overlap. In this manner, misalignment of the upper electrode (60) and the lower electrode (66) during manufacturing may impair the performance of the BAW resonator (50). By arranging the lower electrode (66) having a larger lateral dimension than the upper electrode (60), the alignment tolerance for the placement of the upper electrode (60) may be increased, thereby improving the manufacturing tolerance.
본 도시에서, BO 구조(76)는 제1 높이(H1)(압전층(58)의 상면으로부터 측정)를 갖는 제1 오목 프레임(86), 제2 높이(H2)(압전층(58)의 상면으로부터 측정)를 갖는 상승 프레임(88), 및 제1 오목 프레임(86)과 상승 프레임(88) 사이의 측방향으로 전이 섹션(90)을 포함한다. 상승 프레임(88)은 상부 전극(60)의 주변부 주위로 연장될 수 있어서, 상승 프레임(88)의 외부 주변부 에지가 상부 전극(60)의 주변부 에지일 수 있다. 제1 오목 프레임(86)은 전이 섹션(90)을 통해 상승 프레임(88)에 연결되고 상승 프레임(88)에 한정된다. 또한, BAW 공진기(50)의 중앙 영역(82)에 한정된 중앙 전극 부분(77)은 제1 오목 프레임(86)의 제1 높이(H1)보다 높은 제3 높이(H3)를 갖는다. 통상적으로, 중앙 전극 부분(77)의 제3 높이(H3)는 상승 프레임(88)의 제2 높이(H2)보다 낮다(즉, H2>H3>H1). 일부 응용에서, 중앙 전극 부분(77)의 제3 높이(H3)는 상승 프레임(88)의 제2 높이(H2)보다 높을 수 있다(즉, H3>H2>H1). 전이 섹션(90)의 높이는 제1 오목 프레임(86)의 제1 높이(H1)로부터 상승 프레임(88)의 제2 높이(H2)로 변하여 테이퍼드 벽을 형성한다. 전이 섹션(90)의 테이퍼드 벽과 (예: 압전층(58)의 상면과 평행한) 수평면 사이에 형성된 각도 α는 30 내지 60도이다. 제1 오목 프레임(86)의 제1 높이(H1), 상승 프레임(88)의 제2 높이(H2), 및 중앙 전극 부분(77)의 제3 높이(H3) 사이의 높이 비는 제1 오목 프레임(86)과 상승 프레임(88)을 형성하는 데 사용되는 재료에 의존한다.In the present embodiment, the BO structure (76) includes a first concave frame (86) having a first height (H1) (measured from a top surface of the piezoelectric layer (58)), a rising frame (88) having a second height (H2) (measured from a top surface of the piezoelectric layer (58)), and a transition section (90) laterally between the first concave frame (86) and the rising frame (88). The rising frame (88) can extend around a periphery of the upper electrode (60), such that an outer periphery edge of the rising frame (88) can be a periphery edge of the upper electrode (60). The first concave frame (86) is connected to and confined to the rising frame (88) through the transition section (90). Additionally, the central electrode portion (77) defined in the central region (82) of the BAW resonator (50) has a third height (H3) higher than the first height (H1) of the first concave frame (86). Typically, the third height (H3) of the central electrode portion (77) is lower than the second height (H2) of the rising frame (88) (i.e., H2>H3>H1). In some applications, the third height (H3) of the central electrode portion (77) may be higher than the second height (H2) of the rising frame (88) (i.e., H3>H2>H1). The height of the transition section (90) changes from the first height (H1) of the first concave frame (86) to the second height (H2) of the rising frame (88) to form a tapered wall. The angle α formed between the tapered wall of the transition section (90) and the horizontal plane (e.g., parallel to the upper surface of the piezoelectric layer (58)) is 30 to 60 degrees. The height ratio between the first height (H1) of the first concave frame (86), the second height (H2) of the rising frame (88), and the third height (H3) of the central electrode portion (77) depends on the material used to form the first concave frame (86) and the rising frame (88).
여기서, BO 영역(84)은 오목 BO 영역(92) 및 질량 부하 BO 영역(94)을 포함하며, 이들 각각은 고리 형상을 갖는다. 오목 BO 영역(92)은 제1 오목 프레임(86)을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 BAW 공진기(50)의 부분에 해당한다. 한편, 질량 부하 BO 영역(94)은 상승 프레임(88) 및 전이 섹션(90)을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 BAW 공진기(50)의 섹션에 해당한다. 이와 같이, 질량 부하 BO 영역(94)은 외부 영역(80)에 측방향으로 인접하고 활성 영역(78)의 주변부 주위로 연장되고, 오목 BO 영역(92)은 질량 부하 BO 영역(94)에 측방향으로 인접하고 이에 의해 둘러싸이고, 중앙 영역(82)은 오목 BO 영역(92)에 측방향으로 인접하고 이에 의해 둘러싸인다.Here, the BO region (84) includes a concave BO region (92) and a mass-loaded BO region (94), each of which has a ring shape. The concave BO region (92) includes the first concave frame (86), corresponds to a portion of the BAW resonator (50) positioned above and below it. Meanwhile, the mass-loaded BO region (94) corresponds to a section of the BAW resonator (50) including the rising frame (88) and the transition section (90), corresponds to a section of the BAW resonator (50) positioned above and below it. In this way, the mass-loaded BO region (94) is laterally adjacent to the outer region (80) and extends around the periphery of the active region (78), the concave BO region (92) is laterally adjacent to and surrounded by the mass-loaded BO region (94), and the central region (82) is laterally adjacent to and surrounded by the concave BO region (92).
도 8은 상부 전극(60)의 BO 구조(76)의 상세를 도시한다. 이 도시에서, 상부 전극(60)은 압전층(58) 바로 위에 형성된 제1 상부 전극층(96-1), 제1 상부 전극층(96-1) 위에 형성된 제2 상부 전극층(96-2), 및 제2 상부 전극층(96-2) 위에 형성된 제3 상부 전극층(96-3)으로 구성된다. 제1 상부 전극층(96-1)은 W, Mo, Pt, 또는 고음향 임피던스 특성을 갖는 다른 전기 전도성 재료로 형성될 수 있다. 제2 전극층(96-2)은 티타늄텅스텐(TiW) 또는 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있으며 시드층으로 기능할 수 있다. 제3 상부 전극층(96-3)은 AlCu 또는 다른 고 전기 전도성 재료로 형성될 수 있다. 제1 오목 프레임(86)과 상승 프레임(88)은 하나 이상의 상부 전극층(96)의 두께 변화로 인해 형성된다.FIG. 8 illustrates a detail of a BO structure (76) of the upper electrode (60). In this illustration, the upper electrode (60) is composed of a first upper electrode layer (96-1) formed directly on the piezoelectric layer (58), a second upper electrode layer (96-2) formed on the first upper electrode layer (96-1), and a third upper electrode layer (96-3) formed on the second upper electrode layer (96-2). The first upper electrode layer (96-1) may be formed of W, Mo, Pt, or other electrically conductive material having high acoustic impedance characteristics. The second electrode layer (96-2) may be formed of titanium tungsten (TiW) or titanium (Ti) and may function as a seed layer. The third upper electrode layer (96-3) may be formed of AlCu or other high electrically conductive material. The first concave frame (86) and the rising frame (88) are formed by a change in the thickness of one or more upper electrode layers (96).
이러한 도시의 목적을 위해, 제1 오목 프레임(86) 및 상승 프레임(88)은 제1 상부 전극층(96-1)의 두께 변화로 인해 형성된다. 제1 오목 프레임(86)에서, 제1 상부 전극층(96-1)은 (중앙 전극 부분(77) 내의 제1 상부 전극층(96-1)의 두께와 비교하여) 두께가 감소되는 반면, 제2 및 제3 상부 전극층(96-2 및 96-3)은 (중앙 전극 부분(77) 내의 제2 및 제3 상부 전극층(96-2 및 96-3)의 두께와 각각 비교하여) 두께가 변하지 않는다. 상승 프레임(88)에서, 제1 상부 전극층(96-1)은 (제1 오목 프레임(86) 내의 제1 상부 전극층(96-1)의 두께와 비교하여) 두께가 증가하는 반면, 제2 및 제3 상부 전극층(96-2 및 96-3)은 (중앙 전극 부분(77) 내의 제2 및 제3 상부 전극층(96-2 및 96-3)의 두께와 각각 비교하여) 두께가 변하지 않는다. 다른 응용에서, 제1 오목 프레임(86) 및 상승 프레임(88)은 제2 상부 전극층(96-2)의 두께 변화, 제3 상부 전극층(96-3)의 두께 변화, 또는 제1, 제2 및 제3 상부 전극층(96-1, 96-2 및 96-3)의 임의의 조합의 두께 변화에 의해 형성될 수 있다(미도시).For this urban purpose, the first concave frame (86) and the rising frame (88) are formed due to the change in the thickness of the first upper electrode layer (96-1). In the first concave frame (86), the first upper electrode layer (96-1) is reduced in thickness (compared to the thickness of the first upper electrode layer (96-1) in the central electrode portion (77), whereas the second and third upper electrode layers (96-2 and 96-3) are not changed in thickness (compared to the thickness of the second and third upper electrode layers (96-2 and 96-3) in the central electrode portion (77), respectively). In the rising frame (88), the first upper electrode layer (96-1) increases in thickness (compared to the thickness of the first upper electrode layer (96-1) within the first concave frame (86), whereas the second and third upper electrode layers (96-2 and 96-3) do not change in thickness (compared to the thicknesses of the second and third upper electrode layers (96-2 and 96-3) within the central electrode portion (77), respectively). In other applications, the first concave frame (86) and the rising frame (88) may be formed by a thickness change of the second upper electrode layer (96-2), a thickness change of the third upper electrode layer (96-3), or a thickness change of any combination of the first, second, and third upper electrode layers (96-1, 96-2, and 96-3) (not shown).
비제한적인 예의 경우, 압전층(58)은 스칸듐 알루미늄 질화물(Scx Al1-x N), 납 지르코네이트 티타네이트(PZT), 납 티타네이트(PTO), 바륨 티타네이트(BTO), 하프늄 옥사이드(HfO2) 등으로 형성될 수 있다. 본원에서, 오목 BO 영역(92)에 한정되고 제1 오목 프레임(86) 아래에 정렬되는 압전층(58)의 제1 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다(e=0). 질량 부하 BO 영역(94)에 한정되고 상승 프레임(88)과 전이 섹션(90) 아래에 정렬되는 압전층(58)의 제2 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다(e=0). 즉, BO 영역(84)에 한정되고 BO 구조(76) 아래에 정렬되는 압전층(58)의 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다(e=0). 또한, 외부 영역(80)에 한정되는 압전층(58)의 제3 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다(e=0). 또한, 중앙 영역(82)에 한정되고, 중앙 전극 부분(77) 아래에 정렬되고, BO 구조(76)에 의해 덮이지 않는 압전층(58)의 중앙부는 전기기계적 결합 텐서가 0이 아니며(e≠0), BAW 공진기(50)의 주 공명을 제공하도록 구성된다. 일부 응용에서, 압전층(58)의 제1, 제2 및 제3 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이 아니고 전기기계적 결합 텐서가 매우 낮을 수 있으며, 여기서 매우 낮은 전기기계적 결합 텐서는 압전층(58)의 중심 부분에서 0이 아닌 전기기계적 결합 텐서의 최대 10%이다.As a non-limiting example, the piezoelectric layer (58) can be formed of scandium aluminum nitride (Sc x Al 1-x N), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PTO), barium titanate (BTO), hafnium oxide (HfO 2 ), or the like. In the present invention, a first portion of the piezoelectric layer (58) that is confined to the concave BO region (92) and aligned below the first concave frame (86) has an electromechanical coupling tensor of zero (e=0). A second portion of the piezoelectric layer (58) that is confined to the mass-loaded BO region (94) and aligned below the rising frame (88) and the transition section (90) has an electromechanical coupling tensor of zero (e=0). That is, the portion of the piezoelectric layer (58) that is confined to the BO region (84) and aligned below the BO structure (76) has an electromechanical coupling tensor of zero (e=0). Additionally, a third portion of the piezoelectric layer (58), which is confined to the outer region (80), has an electromechanical coupling tensor of zero (e=0). Additionally, a central portion of the piezoelectric layer (58), which is confined to the central region (82), aligned below the central electrode portion (77), and not covered by the BO structure (76), has a non-zero electromechanical coupling tensor (e≠0) and is configured to provide a main resonance of the BAW resonator (50). In some applications, the first, second, and third portions of the piezoelectric layer (58) may have a non-zero electromechanical coupling tensor and a very low electromechanical coupling tensor, wherein the very low electromechanical coupling tensor is at most 10% of the non-zero electromechanical coupling tensor in the central portion of the piezoelectric layer (58).
또한, BAW 공진기(50)는 또한 외부 환경으로부터 예시적인 BAW 공진기(50)을 보호하기 위한 패시베이션층(100)을 포함할 수 있다. 패시베이션층(100)은 상부 전극(60) 및 상부 전극(60)을 통해 노출된 압전층(58)의 일부를 덮는다. 패시베이션층(100)은 실리콘 질화물(SiN), SiO2, 또는 실리콘 산화질화물(SiON)로 형성될 수 있다.Additionally, the BAW resonator (50) may also include a passivation layer (100) to protect the exemplary BAW resonator (50) from the external environment. The passivation layer (100) covers the upper electrode (60) and a portion of the piezoelectric layer (58) exposed through the upper electrode (60). The passivation layer (100) may be formed of silicon nitride (SiN), SiO2, or silicon oxynitride (SiON).
일 구현예에서, 패시베이션층(100)은 250 Å 내지 5000 Å의 균일한 두께를 가질 수 있고, 상부 전극(60)에 추가로 오목한 부분이나 질량 부하를 추가하지 않는다. 다른 구현예에서, 패시베이션층(100)은 또한 두께 변화를 가질 수 있고, 상부 전극(60)에 오목한 부분 및/또는 질량 부하를 제공할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 패시베이션층(100)은 제2 오목 프레임(102)을 포함하는 반면, 상부 전극(60)의 BO 구조(76)는 제1 오목 프레임(86)을 포함하지 않고 전이 섹션(90) 및 상승 프레임(88)만을 포함한다. 이 도시에서, 질량 부하 BO 영역(94)은 여전히 상승 프레임(88) 및 전이 섹션(90)을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 BAW 공진기(50)의 섹션에 해당한다. 그러나, 질량 부하 BO 영역(94)에 인접하고 그 안에 한정된 오목 BO 영역(92)은, 제2 오목 프레임(102)을 포함하고 그 아래에 위치하는 BAW 공진기(50)의 섹션에 해당한다. 즉, 패시베이션층(100)의 제2 오목 프레임(102)은 상부 전극(60)의 전이 섹션(90)에 측방향으로 인접하고 이에 한정된다. BAW50의 BO 영역(84)은 여전히 오목 BO 영역(92) 및 질량 부하 BO 영역(94)을 포함하는 반면, 중앙 영역(82)은 여전히 BO 영역(84)에 의해 둘러싸여 있다.In one embodiment, the passivation layer (100) can have a uniform thickness of 250 Å to 5000 Å and does not add any additional recessed portion or mass loading to the upper electrode (60). In another embodiment, the passivation layer (100) can also have a variation in thickness and can provide recessed portion and/or mass loading to the upper electrode (60). As illustrated in FIG. 9, the passivation layer (100) includes a second recessed frame (102), while the BO structure (76) of the upper electrode (60) does not include a first recessed frame (86) and only includes a transition section (90) and a rising frame (88). In this illustration, the mass loaded BO region (94) still includes the rising frame (88) and the transition section (90), and corresponds to a section of the BAW resonator (50) positioned above and below it. However, the concave BO region (92) adjacent to and confined within the mass loading BO region (94) corresponds to a section of the BAW resonator (50) that includes and is located beneath the second concave frame (102). That is, the second concave frame (102) of the passivation layer (100) is laterally adjacent to and confined to the transition section (90) of the upper electrode (60). The BO region (84) of the BAW50 still includes the concave BO region (92) and the mass loading BO region (94), while the central region (82) is still surrounded by the BO region (84).
본원에서, 오목 BO 영역(92)에 한정된 상부 전극(60)과 중앙 영역(82)에 한정된 중앙 전극 부분(77)의 일부는 동일한 제3 높이(H3)를 갖는다. 따라서, 전이 섹션(90)의 높이는 상승 프레임(88)의 제3 높이(H3)에서 제2 높이(H2)까지 변한다. 오목 BO 영역(92)에서, 패시베이션층(100)(즉, 제2 오목 프레임(102))은 제1 두께(T1)을 갖는 반면, 중앙 영역(82)에서 패시베이션층(100)은 제2 두께(T2)를 갖는다. 제1 두께(T1)은 제2 두께(T2)의 70% 내지 90%일 수 있다. 또한, 질량 부하 BO 영역(94) 및 외부 영역(80)에서의 패시베이션층(100)은 제1 두께(T1)와 동일하거나 제2 두께(T2)와 동일한 두께를 가질 수 있다.In the present invention, a portion of the upper electrode (60) limited to the concave BO region (92) and a portion of the central electrode portion (77) limited to the central region (82) have the same third height (H3). Accordingly, the height of the transition section (90) varies from the third height (H3) of the rising frame (88) to the second height (H2). In the concave BO region (92), the passivation layer (100) (i.e., the second concave frame (102)) has a first thickness (T1), whereas in the central region (82), the passivation layer (100) has a second thickness (T2). The first thickness (T1) may be 70% to 90% of the second thickness (T2). Additionally, the passivation layer (100) in the mass load BO region (94) and the external region (80) may have a thickness equal to the first thickness (T1) or equal to the second thickness (T2).
오목 BO 영역(92)에 한정되고 제2 오목 프레임(102) 아래에 정렬된 압전층(58)의 제1 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다(e=0). 질량 부하 BO 영역(94)에 한정되고 BO 구조(76) 아래에 정렬된 압전층(58)의 제2 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다(e=0). 이와 같이, BO 영역(84)에 한정된 압전층(58)의 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다(e=0). 외부 영역(80)에 한정된 압전층(58)의 제3 부분은 여전히 전기기계적 결합 텐서가 0이다(e=0). 중앙 영역(82)에 한정되고 제2 오목 프레임(102) 및 BO 구조(76)에 의해 덮이지 않는 압전층(58)의 중앙부는 전기기계적 결합 텐서가 0이 아니고(e≠0), BAW 공진기(50)의 주 공명을 제공하도록 구성된다. 일부 응용에서, 압전층(58)의 제1, 제2 및 제3 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이 아니고 전기기계적 결합 텐서가 매우 낮을 수 있으며, 여기서 매우 낮은 전기기계적 결합 텐서는 압전층(58)의 중심 부분의 0이 아닌 전기기계적 결합 텐서의 최대 10%이다.A first portion of the piezoelectric layer (58) confined to the concave BO region (92) and aligned below the second concave frame (102) has an electromechanical coupling tensor of zero (e=0). A second portion of the piezoelectric layer (58) confined to the mass load BO region (94) and aligned below the BO structure (76) has an electromechanical coupling tensor of zero (e=0). Likewise, a portion of the piezoelectric layer (58) confined to the BO region (84) has an electromechanical coupling tensor of zero (e=0). A third portion of the piezoelectric layer (58) confined to the outer region (80) still has an electromechanical coupling tensor of zero (e=0). The central portion of the piezoelectric layer (58), which is confined to the central region (82) and not covered by the second concave frame (102) and the BO structure (76), is configured to have a non-zero electromechanical coupling tensor (e≠0) and to provide a main resonance of the BAW resonator (50). In some applications, the first, second and third portions of the piezoelectric layer (58) may have a non-zero electromechanical coupling tensor and a very low electromechanical coupling tensor, wherein the very low electromechanical coupling tensor is at most 10% of the non-zero electromechanical coupling tensor of the central portion of the piezoelectric layer (58).
오목 BO 영역(92)이 (도 9에 도시된 바와 같이) 패시베이션층(100)의 제2 오목 프레임(102)에 의해 결정되거나 (도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이) 상부 전극(60)의 제1 오목 프레임(86)에 의해 결정되는 것에 관계없이, 오목 BO 영역(92)의 높이는 항상 중앙 영역(82)의 높이보다 낮고 질량 부하 BO 영역(94)의 높이는 항상 오목 BO 영역(92)의 높이보다 높다는 것을 주목한다. 통상적으로, 질량 부하 BO 영역(94)의 높이는 (도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이) 중앙 영역(82)의 높이보다 높다. 일부 응용에서, 질량 부하 BO 영역(94)의 높이는 중앙 영역(82)의 높이보다 낮을 수 있다.It is noted that, regardless of whether the concave BO region (92) is determined by the second concave frame (102) of the passivation layer (100) (as illustrated in FIG. 9) or by the first concave frame (86) of the upper electrode (60) (as illustrated in FIGS. 7 to 8), the height of the concave BO region (92) is always lower than the height of the central region (82) and the height of the mass-loaded BO region (94) is always higher than the height of the concave BO region (92). Typically, the height of the mass-loaded BO region (94) is higher than the height of the central region (82) (as illustrated in FIGS. 7 to 9). In some applications, the height of the mass-loaded BO region (94) may be lower than the height of the central region (82).
또한, 하나의 제1/제2 오목 프레임(86/102), 상승 프레임(88), 및 압전층(58)의 결합이 0인/감소된 부분을 포함하는 BAW 공진기(50)는 유형 I 공진기 또는 유형 II 공진기일 수 있다. 여기서, 제1/제2 오목 프레임(86/102) 및 상승 프레임(88)의 프레임 조합은 오목 프레임 또는 상승 프레임만을 갖는 공진기의 것과 비교하여, BAW 공진기(50)에 대한 품질 인자가 개선된다. 한편, 압전층(58)(BO 영역(84)에 한정됨)의 제1 및 제2 부분에서 전기기계적 결합 텐서가 0임/감소됨으로 인해, BAW 공진기(50)에는 무시할 만한 BO 모드가 발생한다. 압전층(58)의 제1 및 제2 부분에서의 0인/감소된 전기기계적 결합 텐서는 또한 BAW 공진기(50) 내부의 에너지를 한정하고 측방향 손실을 감소시키는 것을 도울 수 있다.In addition, the BAW resonator (50) including a zero/reduced portion of the coupling of the first/second concave frames (86/102), the rising frame (88), and the piezoelectric layer (58) can be a type I resonator or a type II resonator. Here, the frame combination of the first/second concave frames (86/102) and the rising frame (88) improves the quality factor of the BAW resonator (50) compared to that of a resonator having only the concave frames or the rising frames. Meanwhile, due to the zero/reduced electromechanical coupling tensor in the first and second portions of the piezoelectric layer (58) (limited to the BO region (84)), a negligible BO mode occurs in the BAW resonator (50). The zero/reduced electromechanical coupling tensor in the first and second portions of the piezoelectric layer (58) can also help to confine the energy inside the BAW resonator (50) and reduce lateral losses.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 질량 부하 BO 영역(94) 내에서, BO 구조(76)은 단일 계단 구성을 형성하는 하나의 전이 섹션(90) 및 하나의 상승 프레임(88)만을 포함한다. 다른 응용에서, 질량 부하 BO 영역(94) 내에서, BO 구조(76)는 도 10에 도시된 바와 같이 이중 계단 구성을 형성하는 2개의 전이 섹션 및 2개의 상승 프레임을 포함할 수 있다. 질량 부하 BO 영역(94) 내에서, 상승 프레임(88) 및 전이 섹션(90) 이외에, BO 구조(76)는 제4 높이(H4) 및 제2 전이 섹션(110)을 갖는 제2 상승 프레임(108)을 추가로 포함한다. 여기서, 상승 프레임(88)은 전이 섹션(90)을 통해 제1 오목 프레임(86)과 연결된 내부 상승 프레임이다. 다른 응용에서, 상부 전극(60)의 제1 오목 프레임(86)은 패시베이션층(100)의 제2 오목 프레임(102)으로 대체될 수 있다(미도시). 제2 상승 프레임(108)은 외부 상승 프레임이며, 이는 상부 전극(60)의 주변부 주위로 연장될 수 있고(예: 제2 상승 프레임(108)의 외부 주변부 에지는 상부 전극(60)의 주변부 에지일 수 있음), 제2 전이 섹션(110)을 통해 내부 상승 프레임(88)에 연결된다. 제2 전이 섹션(110)의 높이는 내부 상승 프레임(88)의 제2 높이(H2)에서 외부 상승 프레임(108)의 제4 높이(H4)까지 변한다.As illustrated in FIGS. 7-9, within the mass loading BO region (94), the BO structure (76) includes only one transition section (90) and one rising frame (88) forming a single-step configuration. In another application, within the mass loading BO region (94), the BO structure (76) may include two transition sections and two rising frames forming a double-step configuration, as illustrated in FIG. 10. Within the mass loading BO region (94), in addition to the rising frame (88) and the transition section (90), the BO structure (76) further includes a second rising frame (108) having a fourth height (H4) and a second transition section (110). Here, the rising frame (88) is an inner rising frame connected to the first concave frame (86) via the transition section (90). In another application, the first concave frame (86) of the upper electrode (60) may be replaced with a second concave frame (102) of the passivation layer (100) (not shown). The second rising frame (108) is an outer rising frame, which may extend around the periphery of the upper electrode (60) (e.g., an outer periphery edge of the second rising frame (108) may be a periphery edge of the upper electrode (60)) and is connected to the inner rising frame (88) via a second transition section (110). The height of the second transition section (110) varies from a second height (H2) of the inner rising frame (88) to a fourth height (H4) of the outer rising frame (108).
전술한 바와 같이, 내부 상승 프레임(88)은 하나 이상의 상부 전극층(96)의 두께 증분(예: 도 8에 도시된 바와 같은 제1 상부 전극 층(96-1)의 두께 증분)으로 인해 형성된다. 이 도시에서, 외부 상승 프레임(108)은 하나 이상의 상부 전극층(96)의 두께 증분과 상부 전극(60)의 외부 주변부 주위의 유전체 BO 고리(112)(두께 H4~H2)의 조합으로 인해 형성된다. 유전체 BO 고리(112)는 상부 전극층(96)과 압전층(58) 사이에 수직으로 위치한다. 유전체 BO 고리(112)는 SiO2로 형성될 수 있다. 여기서, BO 영역(84)에 한정되고 BO 구조(76) 아래에(예: 제1 오목 프레임(86), 전이 섹션(90), 상승 프레임(88), 제2 전이 섹션(110), 및 제2 상승 프레임(108) 아래에) 정렬되는 압전층(58)의 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다/극도로 낮다(e=0 또는 e→0)As described above, the inner rising frame (88) is formed by a thickness increment of one or more upper electrode layers (96) (e.g., a thickness increment of the first upper electrode layer (96-1) as illustrated in FIG. 8). In this example, the outer rising frame (108) is formed by a combination of a thickness increment of one or more upper electrode layers (96) and a dielectric BO ring (112) (thickness H4 to H2) around the outer periphery of the upper electrode (60). The dielectric BO ring (112) is positioned vertically between the upper electrode layer (96) and the piezoelectric layer (58). The dielectric BO ring (112) may be formed of SiO 2 . Here, the portion of the piezoelectric layer (58) that is limited to the BO region (84) and aligned below the BO structure (76) (e.g., below the first concave frame (86), the transition section (90), the rising frame (88), the second transition section (110), and the second rising frame (108)) has an electromechanical coupling tensor of 0/extremely low (e=0 or e→0).
원하는 고품질 인자를 달성하고 BO 모드를 효과적으로 억제하기 위해, BAW 공진기(50)(유형 I 공진기 또는 유형 II 공진기)는 압전층(58)의 제1, 제2 및 제3 부분(즉, 각각 오목 BO 영역(92), 질량 부하 BO 영역(94) 및 외부 영역(80)에 한정된 압전층(58)의 부분)에서 오목 프레임 및 상승 프레임 둘 모두와 0인/감소된 결합을 갖는다(도 7 내지 도 10 참조). 유형 I BAW 공진기의 경우, BAW 공진기가 오목 프레임을 포함하지 않고 상승 프레임(들)만을 포함하는 경우, 및/또는 압전층이 전기기계적 결합 텐서가 0인/감소된(예: 질량 부하 BO 영역(94) 및 외부 영역(80)에 한정된, 압전층(58)의 제2 및 제3 부분에서만 결합이 0/감소된(미도시)) 부분이 적은 경우, BAW 공진기의 품질 인자는, 감소된 측방향 에너지 한정으로 인한, 상당히 감소할 것이다(상세 내용은 도 12a 내지 도 12b에 도시됨). 그러나, 유형 II BAW 공진기의 경우, BAW 공진기가 오목 프레임을 포함하지 않고 상승 프레임(들)만을 포함하는 경우, 및/또는 압전층이 전기기계적 결합 텐서가 0인/감소된(예: 도 11에 도시된 바와 같이, 질량 부하 BO 영역(94) 및 외부 영역(80)에 한정된, 압전층(58)의 제2 및 제3 부분에서만 결합이 0인/감소된) 부분이 적은 경우, BAW 공진기의 품질 인자는 여전히 상대 높은 값을 달성할 수 있다(상세 내용은 도 13a 내지 도 13b에 도시됨).To achieve the desired high quality factor and effectively suppress the BO mode, the BAW resonator (50) (type I resonator or type II resonator) has zero/reduced coupling with both the concave frame and the rising frame in the first, second and third portions of the piezoelectric layer (58) (i.e., the portions of the piezoelectric layer (58) confined to the concave BO region (92), the mass loaded BO region (94) and the outer region (80), respectively (see FIGS. 7 to 10 ). For type I BAW resonators, if the BAW resonator does not include a concave frame but only a rising frame(s), and/or if the piezoelectric layer has only a small portion of zero/reduced electromechanical coupling tensor (e.g., zero/reduced coupling only in the second and third portions of the piezoelectric layer (58), confined to the mass loaded BO region (94) and the outer region (80) (not shown)), the quality factor of the BAW resonator will be significantly reduced due to the reduced lateral energy confinement (details are illustrated in FIGS. 12a-12b ). However, for type II BAW resonators, if the BAW resonator does not include a concave frame but only a rising frame(s), and/or if the piezoelectric layer has only a small portion where the electromechanical coupling tensor is zero/reduced (e.g., the coupling is zero/reduced only in the second and third portions of the piezoelectric layer (58), which are limited to the mass loaded BO region (94) and the outer region (80), as illustrated in FIG. 11 ), the quality factor of the BAW resonator can still achieve relatively high values (details are illustrated in FIGS. 13a to 13b ).
도 11에서, 오목 BO 영역(92)에 한정되고 제1 오목 프레임(86) 아래에 정렬된(또는 제2 오목 프레임(102) 아래에 정렬된(미도시)), 압전층(58)의 제1 부분, 및 중앙 영역(82)에 한정된 압전층(58)의 중앙 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이 아니다(e≠0). 질량 부하 BO 영역(94)에 한정되고 상승 프레임(88) 및 전이 섹션(90) 아래에 정렬되는 압전층(58)의 제2 부분, 및 외부 영역(80)에 한정되는 압전층(58)의 제3 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이다/감소된다(e=0 또는 e→0)일부 응용에서, 외부 영역(80)에 한정된 압전층(58)의 제3 부분은 압전층(58)의 중심 부분과 같이 전기기계적 결합 텐서가 0이 아닐 수 있다(미도시). 외부 영역(80)에서의 전기기계적 결합 텐서의 값(0이거나 0이 아님)은 BAW 공진기(50)의 품질 인자/BO 모드 억제에 무시할 만한 영향을 미친다는 것을 주목한다.In FIG. 11, a first portion of the piezoelectric layer (58) defined in the concave BO region (92) and aligned below the first concave frame (86) (or aligned below the second concave frame (102) (not shown)), and a central portion of the piezoelectric layer (58) defined in the central region (82) have an electromechanical coupling tensor that is not zero (e≠0). A second portion of the piezoelectric layer (58) defined in the mass load BO region (94) and aligned below the rising frame (88) and the transition section (90), and a third portion of the piezoelectric layer (58) defined in the outer region (80) have an electromechanical coupling tensor that is zero/decreased (e=0 or e→0). In some applications, the third portion of the piezoelectric layer (58) defined in the outer region (80) may have an electromechanical coupling tensor that is not zero like the central portion of the piezoelectric layer (58) (not shown). Note that the value (zero or non-zero) of the electromechanical coupling tensor in the external region (80) has a negligible effect on the quality factor/BO mode suppression of the BAW resonator (50).
도 12a 내지 도 12b는 유형 I BAW 공진기의 다양한 구성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 12a는 3개의 상이한 구성을 갖는 유형 I BAW 공진기에 대한 품질 인자 시뮬레이션 결과를 보여준다: 1) 유형 I BAW 공진기의 제1 구성은 도 4에 도시된 것과 동일함, 2) 유형 I BAW 공진기의 제2 구성은 도 9에 도시된 것과 동일함, 3) 유형 I BAW 공진기의 제3 구성은 질량 부하 BO 영역(예: 질량 부하 BO 영역(94))을 포함하지만, 오목 BO 영역(예: 오목 BO 영역(92))은 포함하지 않으며, 여기서 질량 부하 BO 영역 및 외부 영역(예: 질량 부하 BO 영역(94) 및 외부 영역(80))에 한정된 압전층의 부분은 결합이 0임(미도시). 도 12b는 제1 및 제2 구성을 갖는 유형 I BAW 공진기에 대한 1-|S11| 응답 시뮬레이션 결과를 보여준다(1-|S11|은 공진기에서 손실된 전력 비율과 동일함).Figures 12a-12b illustrate simulation results for different configurations of a type I BAW resonator. Figure 12a shows quality factor simulation results for type I BAW resonators having three different configurations: 1) a first configuration of a type I BAW resonator is the same as that illustrated in Figure 4, 2) a second configuration of a type I BAW resonator is the same as that illustrated in Figure 9, and 3) a third configuration of a type I BAW resonator includes a mass-loaded BO region (e.g., mass-loaded BO region (94)) but does not include a concave BO region (e.g., concave BO region (92)), wherein the portions of the piezoelectric layer confined in the mass-loaded BO region and the outer region (e.g., mass-loaded BO region (94) and the outer region (80)) have zero coupling (not illustrated). Figure 12b illustrates 1-|S 11 | for type I BAW resonators having the first and second configurations. Shows the response simulation results (1-|S 11 | is equal to the power loss ratio in the resonator).
제1 구성 또는 제2 구성을 갖는 유형 I 공진기의 경우, 그의 품질 인자는 질량 부하 BO 영역의 최적화된 폭을 선택함으로써 비교적 높은 값을 달성할 수 있음을 명확하게 나타낸다. 이 도시에서, 질량 부하 BO 영역이 3.25 μm 폭을 갖는 경우에 제1 구성을 갖는 유형 I 공진기는 2900 Qp에 도달할 수 있는 반면, 질량 부하 BO 영역이 3.6 μm 폭을 갖는 경우에 제2 구성을 갖는 유형 I 공진기는 2500 Qp에 도달할 수 있다. 그러나, 제3 구성을 갖는 유형 I 공진기는 최대 1800 Qp에 도달할 수 있으며, 이는 측방향 에너지 제한의 감소로 인한 것이다. 한편, 제1 구성을 갖는 유형 I 공진기는 매우 강한 원하지 않는 BO 모드를 갖는 반면, 제2 구성을 갖는 유형 I 공진기는 BO 모드를 우수하게 억제하였다. 따라서, (도 9에 도시된 바와 같은) 제2 구성을 갖는 유형 I 공진기는 우수하게 억제된 BO 모드를 갖는 상대적인 고품질 인자를 갖는다.For type I resonators with either the first or second configuration, it is clearly shown that their quality factors can achieve relatively high values by choosing an optimized width of the mass-loaded BO region. In this example, the type I resonator with the first configuration can reach Qp of 2900 when the mass-loaded BO region has a width of 3.25 μm, whereas the type I resonator with the second configuration can reach Qp of 2500 when the mass-loaded BO region has a width of 3.6 μm. However, the type I resonator with the third configuration can reach Qp up to 1800, which is due to the reduction of the lateral energy limitation. On the other hand, the type I resonator with the first configuration has a very strong undesired BO mode, whereas the type I resonator with the second configuration has a good suppression of the BO mode. Therefore, the type I resonator with the second configuration (as shown in Fig. 9) has a relative quality factor with a well-suppressed BO mode.
종래의 유형 I 공진기는 일반적으로 직렬 공진 주파수(fs) 아래에 스퓨리어스 모드를 갖지 않기 때문에 오목 프레임을 필요로 하지 않는다는 것을 주목한다. 그러나, 유형-I 공진기에 대해 (도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이) 제안된 구성은 오목 프레임(예: 제1 오목 프레임(86) 또는 제2 오목 프레임(102)) 및 아래에 결합이 0인 압전층 부분을 포함하여 우수한 품질 인자 결과를 달성한다.Note that conventional type-I resonators do not typically require a concave frame since they do not have spurious modes below the series resonant frequency (fs). However, for type-I resonators, the proposed configuration (as illustrated in FIGS. 7 to 10 ) achieves excellent quality factor results by including a concave frame (e.g., a first concave frame (86) or a second concave frame (102)) and a piezoelectric layer portion with zero coupling below.
도 13a 내지 도 13b는 유형 II BAW 공진기의 다양한 구성에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 13a는 3개의 상이한 구성을 갖는 유형 II BAW 공진기에 대한 품질 인자 시뮬레이션 결과를 보여준다: 1) 유형 II BAW 공진기의 제1 구성은 도 4에 도시된 것과 동일함, 2) 유형 II BAW 공진기의 제2 구성은 도 9에 도시된 것과 동일함, 3) 유형 II BAW 공진기의 제3 구성은 질량 부하 BO 영역(예: 질량 부하 BO 영역(94))을 포함하지만, 오목 BO 영역(예: 오목 BO 영역(92))은 포함하지 않으며, 여기서 질량 부하 BO 영역 및 외부 영역(예: 질량 부하 BO 영역(94) 및 외부 영역(80))에 한정된 압전층의 부분은 결합이 0임(미도시). 도 13b는 제1, 제2 및 제3 구성을 갖는 유형-II BAW 공진기에 대한 1-|S11| 응답 시뮬레이션 결과를 보여준다.FIGS. 13a-13b illustrate simulation results for different configurations of a type-II BAW resonator. FIG. 13a shows quality factor simulation results for type-II BAW resonators having three different configurations: 1) a first configuration of the type-II BAW resonator is the same as that illustrated in FIG. 4, 2) a second configuration of the type-II BAW resonator is the same as that illustrated in FIG. 9, and 3) a third configuration of the type-II BAW resonator includes a mass-loaded BO region (e.g., the mass-loaded BO region (94)) but does not include a concave BO region (e.g., the concave BO region (92)), wherein the portions of the piezoelectric layer confined in the mass-loaded BO region and the outer region (e.g., the mass-loaded BO region (94) and the outer region (80)) have zero coupling (not illustrated). FIG. 13b shows 1-|S 11 | response simulation results for type-II BAW resonators having the first, second and third configurations.
제2 구성을 갖는 유형-II 공진기는 질량 부하 BO 영역의 폭 범위에 걸쳐 최대 품질 인자 및 최고 평균 품질 인자를 갖는다는 것이 명백하게 도시되어 있다. 이 도시에서, 제2 구성을 갖는 유형 II 공진기는 질량 부하 BO 영역이 4.3 μm 폭을 가질 때 3700 Qp에 도달할 수 있고, 0.2 μm 내지 5 μm의 폭 범위에 걸쳐 평균 3450 Qp를 달성할 수 있다. 제1 구성 또는 제3 구성을 갖는 유형-II 공진기의 경우, 그의 품질 인자는 질량 부하 BO 영역의 최적화된 폭을 선택함으로써 비교적 높은 값을 달성할 수 있다. 이 도시에서, 질량 부하 BO 영역이 2.5 μm 폭을 갖는 경우에 제1 구성을 갖는 유형-II 공진기는 3000 Qp에 도달할 수 있는 반면, 질량 부하 BO 영역이 2.7 μm 폭을 갖는 경우에 제3 구성을 갖는 유형-II 공진기는 3600 Qp에 도달할 수 있다. 한편, 제1 구성을 갖는 유형 II 공진기는 원하지 않는 강한 BO 모드를 갖는 반면, 제2 또는 제3 구성을 갖는 유형 II 공진기는 우수하게 억제된 BO 모드를 갖는다(제2 구성을 갖는 유형 II 공진기는 최소 BO 모드를 가짐).It is clearly shown that the type-II resonator with the second configuration has the maximum quality factor and the highest average quality factor over the width range of the mass-loaded BO region. In this figure, the type-II resonator with the second configuration can reach 3700 Qp when the mass-loaded BO region has a width of 4.3 μm, and can achieve an average Qp of 3450 over the width range of 0.2 μm to 5 μm. For the type-II resonator with the first or third configuration, its quality factor can achieve relatively high values by selecting an optimized width of the mass-loaded BO region. In this figure, the type-II resonator with the first configuration can reach 3000 Qp when the mass-loaded BO region has a width of 2.5 μm, whereas the type-II resonator with the third configuration can reach 3600 Qp when the mass-loaded BO region has a width of 2.7 μm. On the other hand, type II resonators with the first configuration have strong undesired BO modes, whereas type II resonators with the second or third configurations have well-suppressed BO modes (type II resonators with the second configuration have the least BO mode).
유사한 원하는 Qp 값 및 BO 억제 결과를 달성하기 위해, 제3 구성은 제2 구성(예: 3500 Qp의 경우 0.5 μm)보다 훨씬 더 큰 폭(예: 3600 Qp의 경우 2.7 μm)을 필요로 한다는 것을 주목한다. 이와 같이, (오목 BO + 질량 부하 BO + 외부 영역에서 전기기계적 결합 텐서가 0인) 제2 구성은 (질량 부하 BO+ 외부 영역에서 전기기계적 결합 텐서가 0인) 제3 구성보다 결합이 0인 전체 폭이 더 작을 수 있으며, 이는 전체 공진기의 결합(k2e)이 덜 떨어지게 한다. 따라서, (도 9에 도시된 바와 같은) 제2 구성을 갖는 유형-II 공진기는 전체 공진기의 결합을 크게 희생시키지 않으면서 품질 인자 및 BO 모드 억제에서 원하는 결과를 달성할 수 있다.Note that to achieve similar desired Qp values and BO suppression results, the third configuration requires a much larger width (e.g., 2.7 μm for 3600 Qp) than the second configuration (e.g., 0.5 μm for 3500 Qp). Thus, the second configuration (with zero electromechanical coupling tensor in the concave BO + mass loading BO + outer region) can have a smaller overall width where coupling is zero than the third configuration (with zero electromechanical coupling tensor in the mass loading BO+ outer region), which leads to less degradation in the overall resonator coupling (k 2 e ). Thus, a type-II resonator with the second configuration (as illustrated in Fig. 9) can achieve the desired results in quality factor and BO mode suppression without significantly sacrificing the overall resonator coupling.
전술한 양태 중 어느 하나 및/또는 본원에 설명된 바와 같은 다양한 별도의 양태 및 특징이 추가적인 이점을 위해 조합될 수 있음이 고려된다. 본원에 개시된 바와 같이 다양한 구현예 중 임의의 것은, 본원에서 반대로 지시되지 않는 한, 하나 이상의 다른 구현예와 조합될 수 있다.It is contemplated that any of the above-described aspects and/or various separate aspects and features as described herein may be combined for additional benefit. Any of the various embodiments disclosed herein may be combined with one or more other embodiments, unless otherwise indicated herein.
당업자는 본 개시의 바람직한 실시예에 대한 개선 및 수정을 인식할 것이다. 이러한 모든 개선 및 수정은 본원에 개시된 개념 및 이어지는 청구범위의 범주 내에서 고려된다.Those skilled in the art will recognize improvements and modifications to the preferred embodiments of the present disclosure. All such improvements and modifications are considered within the scope of the concepts disclosed herein and the claims that follow.
Claims (20)
·하부 전극;
·상부 전극; 및
·상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 끼워진 압전층을 포함하되,
·상기 압전층은, 박스 형상 편광-전기장(P-E) 곡선을 갖는, 재료로 형성되고;
·상기 BAW 공진기는 활성 영역 및 외부 영역으로 분할되고, 상기 활성 영역은 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 중첩되는 상기 BAW 공진기의 섹션에 해당하는 반면, 상기 외부 영역은 상기 활성 영역을 둘러싸는 상기 BAW 공진기의 섹션에 해당하고;
·상기 활성 영역은 중앙 영역, 오목 경계(BO) 영역, 및 질량 부하 BO 영역으로 분할되고, 상기 질량 부하 BO 영역은 상기 외부 영역에 측방향으로 인접하고 상기 활성 영역의 주변부 주위에 있고, 상기 오목 BO 영역은 상기 질량 부하 BO 영역에 측방향으로 인접하고 이에 의해 둘러싸이고, 상기 중앙 영역은 상기 오목 BO 영역에 측방향으로 인접하고 이에 의해 둘러싸여, 상기 오목 BO 영역이 상기 질량 부하 BO 영역 및 상기 중앙 영역과 직접 접촉하게 하고;
·상기 오목 BO 영역의 높이는 상기 중앙 영역의 높이보다 낮고, 상기 질량 부하 BO 영역의 높이는 상기 오목 BO 영역의 높이보다 높고;
·상기 질량 부하 BO 영역에 한정되는 상기 압전층의 제1 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0인 반면, 상기 중앙 영역에 한정되는 상기 압전층의 중앙 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이 아닌, BAW 공진기.As a bulk acoustic wave (BAW) resonator,
·Lower electrode;
·Upper electrode; and
· Including a piezoelectric layer sandwiched between the lower electrode and the upper electrode,
·The above piezoelectric layer is formed of a material having a box-shaped polarization-electric field (PE) curve;
·The BAW resonator is divided into an active region and an outer region, the active region corresponding to a section of the BAW resonator where the upper electrode and the lower electrode overlap, while the outer region corresponding to a section of the BAW resonator surrounding the active region;
·The active region is divided into a central region, a concave boundary (BO) region, and a mass loading BO region, wherein the mass loading BO region is laterally adjacent to the outer region and around the periphery of the active region, the concave BO region is laterally adjacent to and surrounded by the mass loading BO region, and the central region is laterally adjacent to and surrounded by the concave BO region, such that the concave BO region is in direct contact with the mass loading BO region and the central region;
·The height of the above concave BO region is lower than the height of the central region, and the height of the mass load BO region is higher than the height of the above concave BO region;
· A BAW resonator, wherein a first portion of the piezoelectric layer limited to the mass load BO region has an electromechanical coupling tensor of zero, while a central portion of the piezoelectric layer limited to the central region has an electromechanical coupling tensor that is not zero.
·상기 오목 BO 영역에 한정되는 상기 압전층의 제2 부분은 전기기계적 결합 텐서가 0이 아니고;
·상기 BAW 공진기는 유형 II 공진기인, BAW 공진기.In the first paragraph,
· The second part of the piezoelectric layer limited to the concave BO region has an electromechanical coupling tensor that is not 0;
·The above BAW resonator is a type II resonator.
·상기 BO 구조는 제1 높이를 갖는 오목 프레임, 제2 높이를 갖는 상승 프레임, 및 상기 오목 프레임과 상기 상승 프레임 사이의 측방향으로 전이 섹션을 포함하고, 상기 제2 높이는 상기 제1 높이보다 높고, 상기 전이 섹션의 높이는 상기 오목 프레임의 제1 높이로부터 상기 상승 프레임의 제2 높이로 변화되어 테이퍼드 벽을 형성하고;
·상기 상승 프레임은 상기 상부 전극의 주변부 주위에 위치하여, 상기 상승 프레임의 외부 주변부 에지는 상기 상부 전극의 주변부 에지이고, 상기 오목 프레임은 상기 전이 섹션을 통해 상기 상승 프레임에 연결되고 상기 상승 프레임에 의해 둘러싸이고;
·상기 BAW 공진기의 중앙 영역에 한정되는 상기 상부 전극의 중앙 전극 부분은 상기 오목 프레임의 제1 높이보다 높은 제3 높이를 갖고;
·상기 오목 BO 영역은 상기 오목 프레임을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 상기 BAW 공진기의 섹션에 해당하고, 상기 질량 부하 BO 영역은 상기 상승 프레임 및 상기 전이 섹션을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 상기 BAW 공진기의 섹션에 해당하고, 상기 중앙 영역, 상기 오목 BO 영역, 및 상기 질량 부하 BO 영역 사이의 높이 변동은 상기 상부 전극의 높이 변동으로 인해 형성되는, BAW 공진기.In the first aspect, the upper electrode comprises a BO structure around the periphery of the upper electrode:
·The BO structure comprises a concave frame having a first height, a rising frame having a second height, and a transition section laterally between the concave frame and the rising frame, the second height being higher than the first height, and the height of the transition section changing from the first height of the concave frame to the second height of the rising frame to form a tapered wall;
·The rising frame is positioned around the periphery of the upper electrode, such that the outer peripheral edge of the rising frame is the peripheral edge of the upper electrode, and the concave frame is connected to the rising frame through the transition section and is surrounded by the rising frame;
· The central electrode portion of the upper electrode, which is limited to the central area of the BAW resonator, has a third height higher than the first height of the concave frame;
· A BAW resonator, wherein the concave BO region corresponds to a section of the BAW resonator including the concave frame, positioned above it, and positioned below it, and the mass loaded BO region corresponds to a section of the BAW resonator including the rising frame and the transition section, positioned above it, and positioned below it, and the height variation between the central region, the concave BO region, and the mass loaded BO region is formed due to the height variation of the upper electrode.
·상기 상부 전극은 상기 압전층 바로 위에 형성된 제1 상부 전극층, 상기 제1 상부 전극층 위에 형성된 제2 상부 전극층, 및 상기 제2 상부 전극층 위에 형성된 제3 상부 전극층으로 구성되고;
·상기 상부 전극의 오목 프레임, 전이 섹션, 및 상승 프레임은 상기 제1 상부 전극층, 상기 제2 상부 전극층, 및 상기 제3 상부 전극층 중 하나 이상의 두께 변화로 인해 형성되는, BAW 공진기.In Article 10,
·The upper electrode is composed of a first upper electrode layer formed directly above the piezoelectric layer, a second upper electrode layer formed on the first upper electrode layer, and a third upper electrode layer formed on the second upper electrode layer;
· A BAW resonator, wherein the concave frame, transition section, and rising frame of the upper electrode are formed by a thickness variation of one or more of the first upper electrode layer, the second upper electrode layer, and the third upper electrode layer.
·상기 제1 상부 전극층은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt)으로 이루어진 그룹 중 하나로 형성되고;
·상기 제2 전극 층은 티타늄 텅스텐(TiW) 또는 티타늄(Ti)으로 형성되고;
·상기 제3 상부 전극층은 알루미늄 구리(AlCu)로 형성되는, BAW 공진기.In Article 11,
·The above first upper electrode layer is formed of one of the group consisting of tungsten (W), molybdenum (Mo), and platinum (Pt);
·The second electrode layer is formed of titanium tungsten (TiW) or titanium (Ti);
· A BAW resonator, wherein the third upper electrode layer is formed of aluminum copper (AlCu).
·상기 BO 구조는 제1 높이를 갖는 오목 프레임, 제2 높이를 갖는 내부 상승 프레임, 상기 오목 프레임과 상기 내부 상승 프레임 사이에서 측방향으로 제1 전이 섹션, 제3 높이를 갖는 외부 상승 프레임, 및 상기 내부 상승 프레임과 상기 외부 상승 프레임 사이에서 측방향으로 제2 전이 섹션을 포함하고, 상기 제2 높이는 상기 제1 높이보다 높고 상기 제3 높이보다 낮고, 상기 제1 전이 섹션의 높이는 상기 오목 프레임의 제1 높이로부터 상기 내부 상승 프레임의 제2 높이로 변하는 반면, 상기 제2 전이 섹션의 높이는 상기 내부 상승 프레임의 제2 높이로부터 상기 외부 상승 프레임의 제3 높이로 변하고;
·상기 외부 상승 프레임은 상기 상부 전극의 주변부 주위에 있어서, 상기 외부 상승 프레임의 외부 주변부 에지는 상기 상부 전극의 주변부 에지이고;
·상기 내부 상승 프레임은 상기 제2 전이 섹션을 통해 상기 외부 상승 프레임에 연결되고 상기 외부 상승 프레임에 의해 둘러싸이고;
·상기 오목 프레임은 상기 제1 전이 섹션을 통해 상기 내부 상승 프레임에 연결되고 상기 내부 상승 프레임에 의해 둘러싸이고;
·상기 BAW 공진기의 중앙 영역에 한정되는 상기 상부 전극의 중앙 전극 부분은 상기 오목 프레임의 제1 높이보다 높은 제4 높이를 갖고;
·상기 오목 BO 영역은 상기 오목 프레임을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 상기 BAW 공진기의 섹션에 해당하고, 상기 질량 부하 BO 영역은 상기 제1 전이 섹션, 상기 내부 상승 프레임, 상기 제2 전이 섹션, 및 상기 외부 상승 프레임의 조합을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 상기 BAW 공진기의 섹션에 해당하는, BAW 공진기.In the first aspect, the upper electrode comprises a BO structure around the periphery of the upper electrode:
·The BO structure includes a concave frame having a first height, an inner rising frame having a second height, a first transition section laterally between the concave frame and the inner rising frame, an outer rising frame having a third height, and a second transition section laterally between the inner rising frame and the outer rising frame, wherein the second height is higher than the first height and lower than the third height, and the height of the first transition section changes from the first height of the concave frame to the second height of the inner rising frame, while the height of the second transition section changes from the second height of the inner rising frame to the third height of the outer rising frame;
·The outer rising frame is located around the periphery of the upper electrode, and the outer peripheral edge of the outer rising frame is the peripheral edge of the upper electrode;
·The inner rising frame is connected to the outer rising frame through the second transition section and is surrounded by the outer rising frame;
·The above concave frame is connected to the inner rising frame through the first transition section and is surrounded by the inner rising frame;
· The central electrode portion of the upper electrode, which is limited to the central area of the BAW resonator, has a fourth height higher than the first height of the concave frame;
· A BAW resonator, wherein the concave BO region corresponds to a section of the BAW resonator that includes the concave frame, is positioned above it, and is positioned below it, and the mass load BO region corresponds to a section of the BAW resonator that includes a combination of the first transition section, the inner rising frame, the second transition section, and the outer rising frame, and is positioned above it and is positioned below it.
·상기 상부 전극은 상기 압전층 바로 위에 형성되고 상기 유전체 BO 고리 위로 연장되는 다수의 상부 전극층으로 구성되고;
·상기 중앙 영역, 상기 오목 BO 영역, 및 상기 질량 부하 BO 영역 사이의 높이 변동은, 상기 상부 전극의 상부 전극층의 두께 변동과 상기 유전체 BO 고리의 두께의 조합으로 인해 형성되는, BAW 공진기.In claim 15, further comprising a dielectric BO ring around the periphery of the active region:
·The upper electrode is formed directly above the piezoelectric layer and is composed of a plurality of upper electrode layers extending over the dielectric BO ring;
· A BAW resonator, wherein the height variation between the central region, the concave BO region, and the mass loading BO region is formed by a combination of the thickness variation of the upper electrode layer of the upper electrode and the thickness of the dielectric BO ring.
·상기 상부 전극은 상승 프레임 및 전이 섹션을 갖는 BO 구조를 포함하고, 상기 패시베이션층은 오목 프레임을 포함하고;
·상기 상승 프레임은 상기 상부 전극의 주변부 주위에 있어서, 상기 상승 프레임의 외부 주변부 에지는 상기 상부 전극의 주변부 에지이고, 상기 전이 섹션은 상기 상승 프레임에 측방향으로 인접하고 이에 의해 둘러싸이고;
·상기 패시베이션층의 오목 프레임은 상기 상부 전극의 전이 섹션에 측방향으로 인접하고 이에 한정되고;
·상기 오목 프레임의 두께는 상기 중앙 영역 내의 상기 패시베이션층의 두께보다 얇고;
·상기 오목 BO 영역은 상기 패시베이션층의 오목 프레임을 포함하고 그 아래에 위치하는 상기 BAW 공진기의 섹션에 해당하고, 상기 질량 부하 BO 영역은 상기 상승 프레임 및 상기 전이 섹션을 포함하고, 그 위에 위치하고, 그 아래에 위치하는 상기 BAW 공진기의 섹션에 해당하는, BAW 공진기.In Article 17,
·The upper electrode comprises a BO structure having a rising frame and a transition section, and the passivation layer comprises a concave frame;
·The rising frame is located around the periphery of the upper electrode, the outer periphery edge of the rising frame is the periphery edge of the upper electrode, and the transition section is laterally adjacent to the rising frame and surrounded thereby;
·The concave frame of the above passivation layer is laterally adjacent to and limited to the transition section of the upper electrode;
·The thickness of the above concave frame is thinner than the thickness of the passivation layer within the central region;
· A BAW resonator, wherein the concave BO region corresponds to a section of the BAW resonator that includes a concave frame of the passivation layer and is positioned below it, and the mass loaded BO region corresponds to a section of the BAW resonator that includes the rising frame and the transition section and is positioned above and below it.
·상기 상부 전극은 상기 압전층 바로 위에 형성되는 다수의 상부 전극층으로 구성되고;
·상기 중앙 영역, 상기 오목 BO 영역, 및 상기 질량 부하 BO 영역 사이의 높이 변동은 상기 패시베이션층의 오목 프레임 및 상기 상부 전극의 BO 구조로 인해 형성되는, BAW 공진기.In Article 18,
·The upper electrode is composed of a plurality of upper electrode layers formed directly above the piezoelectric layer;
· A BAW resonator, wherein the height variation between the central region, the concave BO region, and the mass loading BO region is formed by the concave frame of the passivation layer and the BO structure of the upper electrode.
·상기 중앙 영역 및 상기 오목 BO 영역 내에 한정된 상기 상부 전극의 부분은 균일한 두께를 가지며, 상기 중앙 영역과 상기 오목 BO 영역 사이의 높이 변화는 상기 패시베이션층의 두께 변화로 인한 것이고;
·상기 오목 BO 영역과 상기 질량 부하 BO 영역 사이의 높이 변화는 상기 상부 전극층의 두께 변화로 인한 것인, BAW 공진기.In Article 19,
· The portion of the upper electrode defined within the central region and the concave BO region has a uniform thickness, and the change in height between the central region and the concave BO region is due to a change in the thickness of the passivation layer;
· A BAW resonator, wherein the height change between the concave BO region and the mass-loaded BO region is due to a change in the thickness of the upper electrode layer.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0105 | International application |
Patent event date: 20250317 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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| PG1501 | Laying open of application |