DE102005055870A1

DE102005055870A1 - Elektroakustisches Bauelement

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Publication number: DE102005055870A1
Application number: DE102005055870A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Ruile; Ulrike Dr. Rösler
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2007-05-24
Also published as: JP5361388B2; US8258895B2; JP2009516966A; US20080292127A1; WO2007059733A1

Abstract

Es wird ein elektroakustisches Bauelement mit einem zur Führung von GBAW geeigneten Schichtsystem (3), einem Trägersubstrat (2) und einem Piezosubstrat (1) angegeben. Das Schichtsystem (3) ist zwischen den beiden Substraten (2, 1) angeordnet. Die Dicke des Piezosubstrats (1) beträgt in einer ersten bevorzugten Ausführungsform maximal die Hälfte der Dicke des Trägersubstrats (2). Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform weist das Piezosubstrat (1) eine monokristalline Struktur auf und ist dabei maximal 50 λ dick, wobei λ die Wellenlänge der GBAW bei der Mittenfrequenz des angegebenen Bauelements ist. Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist das Piezosubstrat (1) in einem mechanischen Verfahren abgedünnt.

Description

Es wird ein elektroakustisches Bauelement, insbesondere ein mit geführten Volumenwellen arbeitendes Bauelement angegeben.

Mit geführten Volumenwellen arbeitende Bauelement sind z. B. aus den Druckschriften DE 10325281 A1 , US 2005/0099091 A1, US 6046656 , WO 01/29964 A1, WO 03/088475 A1 und WO 03/088482 A1 bekannt.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein robustes elektroakustisches Bauelement mit guten Eigenschaften bezüglich seines linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten anzugeben.

Es wird ein elektroakustisches Bauelement mit einem zur Führung von geführten Volumenwellen (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave) geeigneten Schichtsystem, einem Trägersubstrat und einem gegenüber dem Trägersubstrat relativ dünnen Piezosubstrat angegeben. Das Schichtsystem ist zwischen den beiden Substraten angeordnet.

Die Dicke des Piezosubstrats beträgt in einer ersten bevorzugten Ausführungsform maximal die Hälfte der Dicke des Trägersubstrats.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform weist das Piezosubstrat eine monokristalline Struktur auf und ist dabei maximal 50λ, in einer bevorzugten Variante maximal 30λ dick, wobei λ die Wellenlänge der GBAW z. B. bei einer Betriebsfrequenz oder der Mittenfrequenz des angegebenen Bauelements ist.

Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist das Piezosubstrat in einem mechanischen Verfahren abgedünnt. Unter dem Abdünnen versteht man das Abtragen eines Teils des Substratmaterials nach dem Herstellen des Schichtaufbaus aus dem Trägersubstrat, dem Schichtsystem und dem Piezosubstrat. Das Piezosubstrat kann in einer Variante bis zu einer Dicke von 5λ abgedünnt werden.

Als Material für das Trägersubstrat ist z. B. aus Kostengründen Silizium geeignet. Dieses Material ist auch im Sinne der Erhöhung der Integrationsdichte des angegebenen Bauelements vorteilhaft. Die Kristallorientierung 111 oder 100 vom Si-Kristall ist bevorzugt. Möglich ist aber auch Al₂O₃, Glas oder ein (organischer) Kunststoff, z. B. FR4. Das Trägersubstrat kann auch piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Materialien mit einem (verglichen mit dem Piezosubstrat) relativ kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind für das Trägersubstrat bevorzugt. Der Ausdehnungskoeffizient des Trägersubstrats kann z. B. mindestens 50% kleiner sein als der des Piezosubstrats.

Unter einem Piezosubstrat versteht man ein Substrat aus einem Material mit piezoelektrischen Eigenschaften. Das Piezosubstrat ist vorzugsweise aus einem Einkristall geschnitten. Als Einkristalle kommen in Betracht insbesondere LiTaO₃, LiNbO₃, ZnO, KNbO₃, NaKNbO₃, Quarz, aber auch andere piezoelektrische Materialien. Das Piezosubstrat kann z. B. aus LiTaO₃ mit einem Schnittwinkel φ rot YX gebildet sein, wobei gilt 7° < φ < 24°. In einer bevorzugten Variante gilt 12° < φ < 21°. Bei elektroakustischen Bauelementen mit LiTaO₃ als Substrat und einem solchen Schnittwinkel gelingt es, eine hohe elektrische Bandbreite zu erzielen.

Im Folgenden wird das angegebene Bauelement, seine Funktionsweise und bevorzugte Ausführungsformen erläutert.

Ein an die Bauelementstrukturen (d. h. Elektroden eines Wandlers) angelegtes elektrisches Signal ruft Auslenkungen von Atomen im piezoelektrischen Substrat hervor, wobei eine akustische Volumenwelle angeregt wird, die in einer horizontalen Ebene, insbesondere in der dielektrischen Schicht und in der Nähe dieser Schicht geführt werden kann.

Die akustische Energie einer GBAW in einem mit GBAW arbeitenden Bauelement ist hauptsächlich in dem Bereich konzentriert, in dem die Welle angeregt wird, und klingt in beiden Richtungen vertikal zum Schichtaufbau des Bauelements ab. Dieses Abklingen wird durch eine Wellenleiterstruktur, d. h. durch ein Geschwindigkeitsprofil in vertikaler Richtung, erreicht. Dabei ist in einer vorzugsweise dünnen Schicht (dielektrischen Schicht) in der Nähe der Anregungsebene akustischer Wellen die niedrigste Ausbreitungsgeschwindigkeit gegeben. Diese Schicht ist zwischen Substraten mit höheren akustischen Ausbreitungsgeschwindigkeiten angeordnet.

Die GBAW wird im Schichtsystem bzw. an seiner Grenzfläche zum Piezosubstrat angeregt und hauptsächlich in diesem Schichtsystem geführt. Das Schichtsystem umfasst in einer vorteilhaften Variante eine Metallschicht, in der die GBAW anregenden Bauelementstrukturen ausgebildet sind, und die relativ dünne dielektrische Schicht mit einer niedrigen Ausbreitungsgeschwindigkeit akustischer Wellen.

Die dielektrische Schicht ist vorzugsweise aus Siliziumdioxid. SiO₂ ist auch deshalb als Material für die dielektri sche Schicht vorteilhaft, da eine SiO₂-Oberfläche für ein Direct Wafer Bonding geeignet ist. Als Alternative zu SiO₂ ist z. B. TeO₂ geeignet. Als Material für die dielektrische Schicht kommen im Prinzip beliebige Materialien mit einer (bezogen auf die akustische Impedanz der Metallschicht) relativ niedrigen akustischen Impedanz in Betracht.

Die Qualität der dielektrischen Schicht kann anhand ihres optischen Brechungsindexes beurteilt werden. Eine dielektrische Schicht aus SiO₂ mit einem Brechungsindex zwischen 1,44 und 1,48 ist bevorzugt. Das SiO₂ der dielektrische Schicht ist vorzugsweise stöchiometrisch.

Die Metallschicht mit den darin ausgebildeten Bauelementstrukturen ist vorzugsweise direkt auf dem Piezosubstrat angeordnet. Die Bauelementstrukturen sind zwischen dem Piezosubstrat und der dielektrischen Schicht eingebettet.

Die Metallschicht kann aus einer einzigen Schicht bestehen, die eine hohe Leitfähigkeit und eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist. Die Metallschicht umfasst in einer bevorzugten Variante mehrere Teilschichten, darunter eine erste Teilschicht mit einer hohen Leitfähigkeit und eine zweite Teilschicht mit einer hohen akustischen Impedanz. Die Metallschicht kann eine Teilschicht aus Al und eine weitere Teilschicht z. B. aus W oder Pt aufweisen. Teilschichten der Metallschicht können grundsätzlich aus Metallen, Metalllegierungen oder anderen leitenden Materialien bestehen.

Eine typische Grundfläche des Bauelements ist 500 × 700 μm². Die Gesamtdicke des Bauelements beträgt in einer Variante ca. 200 μm und ist vorzugsweise nicht größer als 100 Wellenlän gen. Die Gesamtdicke des Bauelements kann aber auch kleiner als 200 μm sein.

Im Schichtaufbau des Bauelements entstehen bei einer Temperaturänderung aufgrund der unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Substrate mechanische Verspannungen, die an der Grenzfläche des Piezosubstrats und des Schichtsystems besonders groß sein können.

Die Dicke des Piezosubstrats ist vorzugsweise so gewählt, dass die mechanischen Verspannungen aufgrund der unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Substrate in das gesamte Volumen des Piezosubstrats eingeleitet werden, so dass das Piezosubstrat der Ausdehnung des Trägersubstrats folgen kann. Somit kann der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Gesamtaufbaus – darunter auch des Piezosubstrats – an den des Trägersubstrats angepasst sein.

Die Dicke des Piezosubstrats ist vorzugsweise zwischen 3 und 30 Wellenlängen, in einer bevorzugten Variante maximal 70 μm. Das Piezosubstrat kann beim Auftragen der Schichten der Schichtenfolge in einer höheren Dicke vorhanden sein und erst in einem späteren Verfahrensschritt bis zum oben genannten Wert der Dicke gedünnt werden.

Man kann zur Ausbildung der dielektrischen Schicht ein Material mit einem Temperaturgang (TCF) seiner elastischen Konstanten verwenden, der gegenüber dem Temperaturgang der elastischen Konstanten des Piezosubstrats entgegengesetzt ist, wobei der Temperaturgang der dielektrischen Schicht bei einem positiven Temperaturgang des jeweiligen Substrats negativ ist, und umgekehrt. Mit entgegen gesetzten TCF bei zwei be nachbarten Schichten gelingt es, den Temperaturgang des gesamten Bauelements gering zu halten.

Die Schichtdicke des zwischen dem Piezosubstrat und Trägersubstrat angeordneten Schichtsystems ist vorzugsweise gleich der Dicke der dielektrischen Schicht, da die Bauelementstrukturen der Metallschicht in der dielektrischen Schicht eingebettet sind und diese vorzugsweise nicht überragen. Die Schichtdicke und beträgt in einer Variante zwischen 0,1λ und λ, vorzugsweise zwischen 0,15λ bis 0,5λ oder zwischen 0,3 und 1 μm. Die Gesamtdicke des Trägersubstrats und des Schichtsystems zusammen ist vorzugsweise nicht größer als 100 Wellenlängen oder 200 μm.

Mit den oben angegebenen Dicken für die Substrate und das Schichtsystem gelingt es, einen geringen Temperaturgang des Bauelements, in einer Variante |TCF| < 40 ppm/K zu erreichen. Somit können stabile elektrische Eigenschaften des Bauelements in einem breiten Temperaturbereich gewährleistet werden.

Die freiliegende (nach außen gewandte) Rückseite des Piezosubstrats ist vorzugsweise großflächig metallisiert. Diese Metallisierung ist vorzugsweise mit Masse verbunden und dient als elektromagnetische Abschirmung für Bauelementstrukturen. In dieser Metallisierung können als Anschlüsse des Bauelements vorgesehene Metallflächen und/oder Beschriftung des Bauelements ausgebildet sein.

Im Trägersubstrat sind vorzugsweise Durchkontaktierungen ausgebildet, die an der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnete Anschlüsse leitend mit den Kontaktflächen verbinden. Die Durchkontaktierungen können als Rohr (ggf. mit einem sich verjüngenden Querschnitt) bzw. als Öffnungen mit metallisierten Innenwänden ausgebildet sein. Die für Durchkontaktierungen vorgesehenen Öffnungen im Trägersubstrat können aber auch mit Metall gefüllt sein.

Das angegebene Bauelement kann beispielsweise im folgenden Verfahren erzeugt werden. Es wird ein erster Wafer (z. B. LiTaO₃-Wafer) bereitgestellt, der zur gleichzeitigen Erzeugung von Piezosubstraten mehrerer Bauelemente bzw. Bauelementbereiche geeignet ist. Es wird ein zweiter Wafer (z. B. Si-Wafer) bereitgestellt, der zur Erzeugung von Trägersubstraten geeignet ist. Für Bauelementbereiche vorgesehene Bereiche des jeweiligen Substrats bilden vorzugsweise eine regelmäßige Matrix.

Auf dem ersten Wafer werden pro Bauelementbereich vorzugsweise photolithographisch Bauelementstrukturen – insbesondere elektroakustische Wandler – und leitend mit diesen verbundene Kontaktflächen erzeugt. Auf die die Bauelementstrukturen tragende Oberfläche des Piezosubstrats wird großflächig eine dielektrische Schicht z. B. in einem CVD-Verfahren (CVD = Chemical Vapor Deposition) oder mittels Sputtern aufgetragen.

Die dielektrische Schicht wird in einer bevorzugten Variante des Verfahrens planarisiert, z. B. mittels eines CMP-Verfahrens. CMP steht für Chemical Mechanical Polishing.

Es kann vorteilhaft sein, die dielektrische Schicht zu dünnen, um z. B. die Frequenzlage von Bauelementstrukturen zu verändern. Dies kann im Planarisierungsschritt erfolgen. Die Frequenzlage von Bauelementstrukturen bzw. die Schichtdicke der dielektrischen Schicht wird dabei so eingestellt, dass nach dem Verbinden mit dem zweiten Wafer die für das Bauelement vorgesehene Frequenzlage resultiert.

Der erste Wafer wird nun mit dem zweiten Wafer z. B. durch Direct Wafer Bonding verbunden. Waferbonding wird vorzugsweise bei relativ niedrigen Temperaturen, z. B. bei Raumtemperatur durchgeführt. Dabei wird ein Verbundwafer mit zu vereinzelnden Bauelementbereichen erzeugt.

Der Gesamt-Wafer kann auf der Seite des ersten Wafers gedünnt werden. Der Gesamt-Wafer wird auf der Seite des Piezosubstrats entlang Trennlinien, d. h. zwischen den Bauelementbereichen vorzugsweise V-förmig zumindest bis zum Trägersubstrat angesägt. Es ist vorteilhaft, dabei auch das Trägersubstrat bis zu einer bestimmten Tiefe anzusägen. Dabei werden insbesondere schräge Stoßkanten des Piezosubstrats und des Schichtsystems erzeugt, die zusammen mit der (flachen) Rückseite des Piezosubstrats metallisiert und somit hermetisch dicht verkapselt werden können. Dadurch sind Bauelementstrukturen bezüglich Korrosion geschützt sowie gegen äußere elektromagnetische Felder abgeschirmt.

Auf der Seite des Trägersubstrats werden z. B. durch Ätzen und anschließendes Metallisieren von Öffnungen – Kontaktlöchern – Durchkontaktierungen zur Kontaktierung von Kontaktflächen erzeugt. Vorzugsweise in demselben Verfahrensschritt werden Außenanschlüsse von Bauelementen auf der nach außen gewandten Oberfläche des zweiten Wafers erzeugt.

Es könnte als Trägersubstrat auch ein dünner Si-Wafer mit vorgefertigten Kontaktlöchern zum Bonden mit dem Piezosubstrat verwendet werden. Im Trägersubstrat oder auf seiner O berfläche können vorgefertigte Halbleiterstrukturen wie z. B. Dioden und Transistoren ausgebildet sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Piezosubstrat zwischen dem Schichtsystem und einem Deckelsubstrat angeordnet sein, das vorzugsweise mit dem Trägersubstrat vergleichbare physikalische Eigenschaften wie z. B. den Temperaturgang der elastischen Konstanten aufweist. Es ist vorteilhaft, das Piezosubstrat zwischen zwei Substraten – Trägersubstrat und Deckelsubstrat – anzuordnen, die beide gegenüber dem Temperaturgang der elastischen Konstanten des Piezosubstrats ein entgegen gesetztes Verhalten und/oder einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als das Piezosubstrat aufweisen.

Die Dicke des Piezosubstrats ist vorzugsweise kleiner als diejenige des Deckelsubstrats. Es ist vorteilhaft, die Dicke des Piezosubstrats kleiner zu wählen als die Gesamtdicke des Deckelsubstrats und des Trägersubstrats. Die Dicke des Piezosubstrats kann z. B. kleiner gewählt werden als die Hälfte der Summe der Dicken des Deckelsubstrats und des Trägersubstrats.

Als Material für ein Deckelsubstrat ist z. B. Glas, Silizium oder Siliziumdioxid geeignet. Es ist vorteilhaft, für das Deckelsubstrat und das Trägersubstrat für Direct Wafer Bonding geeignetes, vorzugsweise identisches Material zu verwenden.

Die frei liegende Oberfläche des Deckelsubstrats kann z. B. zur Bildung einer elektrischen Abschirmung und/oder elektrischer Verbindungen metallisiert werden. Andererseits besteht die Möglichkeit, dass das Deckelsubstrat die in Zusammenhang mit dem Trägersubstrat beschriebenen konstruktiven Eigenschaften wie z. B. Kontaktlöcher und integrierte Halbleiter strukturen aufweist. Die Kontaktlöcher sind in diesem Fall vorzugsweise durch das Deckelsubstrat und das Piezosubstrat bis zur in dem Schichtsystem enthaltenen Metallschicht hindurch geführt.

Zwischen dem Piezosubstrat und dem Deckelsubstrat kann im Prinzip eine Metallschicht vorgesehen sein, in der beispielsweise Kontaktflächen und ggf. zur Wellenerzeugung und -führung geeignete elektroakustische Bauelementstrukturen ausgebildet sein können. Weitere Zwischenschichten sind auch möglich.

In einer Variante ist es möglich, den als einen ersten Wafer vorhandenen Verbund des Trägersubstrats, des Schichtsystems und des ggf. abgedünnten Piezosubstrats mit dem als einen zweiten Wafer vorhandenen Deckelsubstrat zu verbinden.

In einer weiteren Variante war es möglich, das Piezosubstrat zunächst mit dem Deckelsubstrat zu verbinden bzw. zu bonden und auf der dem Deckelsubstrat gegenüber liegenden Seite des Piezosubstrats das bereits beschriebene Schichtsystem auszubilden. Der damit entstandene Wafer kann mit dem als Trägersubstrat vorgesehenen Wafer verbunden, beispielsweise gebondet werden. Das Piezosubstrat wird vor dem Auftragen des Schichtsystems vorzugsweise abgedünnt und seine Oberfläche poliert, damit sie zur Auftragung von Bauelementstrukturen (Wandler, Kontaktflächen, elektrische Verbindungen) geeignet ist.

Im Folgenden wird das Bauelement und das Verfahren zu dessen Herstellung anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Figuren erläutert. Es zeigen:
1A bis 1G Verfahrensschritte des Herstellungsverfah rens;
2 schematisch den prinzipiellen Aufbau eines GBAW-Bauelements mit einem Trägersubstrat und einem Deckelsubstrat.
Ein mit GBAW arbeitendes Bauelement ist in 1G gezeigt. Zwischen einem piezoelektrischen Piezosubstrat 1 und einem deutlich dickeren Trägersubstrat 2 ist ein Schichtsystem 3 angeordnet. Angesichts der geringen Dicke des Piezosubstrats wird die Dicke des Trägersubstrats vorzugsweise so groß gewählt, dass dies für die mechanische Stabilität des Bauelements ausreicht.
Das Trägersubstrat 2 weist vorzugsweise eine kleinere thermische Ausdehnung auf als das Piezosubstrat 1.
Die Dicke des ersten und des Trägersubstrats beträgt in einer Variante 50 μm bzw. 150 μm. Die Dicke des Schichtsystems beträgt in einer Variante 0,6 μm.
Das Schichtsystem 3 umfasst eine (von oben nach unten gesehen) auf dem Piezosubstrat 1 angeordnete Metallschicht 31. Die Metallschicht 31 ist strukturiert und umfasst elektroakustisch aktive Bauelementstrukturen 42, z. B. Wandler, und leitend mit diesen verbundene Kontaktflächen 41. Die Strukturen 41, 42 der Metallschicht 31 sind zwischen dem Piezosubstrat 1 und einer dielektrischen Schicht 32 z. B. aus SiO₂ verkapselt.
Das Piezosubstrat 1 ist vorzugsweise piezoelektrisch, z. B. aus LiTaO₃, in einer Variante LiTaO₃ α rotYX, wobei 15° < α < 20°. Das Trägersubstrat ist vorzugsweise aus einem hochohmi gen Silizium. Die akustische Geschwindigkeit ist in den Substraten 1, 2 deutlich – z. B. um mindestens 20% – höher als in der dielektrischen Schicht.
Im Verbund des Trägersubstrats 2 und der dielektrischen Schicht 32 sind Kontaktlöcher 20 mit darin frei liegenden Kontaktflächen 41 vorgesehen. Im Bereich der Kontaktlöcher ist eine Metallisierung 60 vorgesehen, die die Innenwände von Kontaktlöchern und die offen gelegten Bereiche von Kontaktflächen bedeckt. Die Metallisierung 60 ist darüber hinaus teilweise auf der Unterseite des Trägersubstrats 2 angeordnet und bildet Außenanschlüsse 61.
In 1A ist ein erster Wafer gezeigt. Beim Herstellen des ersten Wafers wird auf ein erstes Substrat 1 zunächst eine strukturierte Metallschicht 31 aufgebracht. Auf das Piezosubstrat 1 wird über der Metallschicht 31 eine dielektrische Schicht 32 aufgetragen.
Die dielektrische Schicht 32 wird vorzugsweise planarisiert. Im nächsten Schritt (1B) werden Bereiche 320 der dielektrischen Schicht 32 weggeätzt, um insbesondere Kontaktflächen 41 zumindest teilweise freizulegen. Somit ist es möglich, elektrische Parameter von Bauelementbereichen zu vermessen. Falls die Ist-Werte dieser Parameter von Soll-Werten abweichen, kann das Schichtsystem auf diesem Stadium einerseits elektrisch und andererseits mechanisch nachgetrimmt werden. Beim elektrischen Trimmen werden z. B. hier nicht dargestellte Trimmstrukturen und somit die elektrische Impedanz von Bauelementstrukturen verändert. Beim mechanischen Trimmen kann die dielektrische Schicht gedünnt werden.
Als nächstes wird der erste Wafer 1, 3 mit einem zweiten Wafer bzw. Trägersubstrat 2 vorzugsweise mittels Direct Wafer Bonding verbunden (1C). In 1C ist mit einer gestrichelten Linie angedeutet, dass das Piezosubstrat gedünnt wird.
Durch das Abdünnen des Piezosubstrats, das in der Regel eine höhere thermische Ausdehnung als das Trägersubstrat aufweist, wird die thermische Ausdehnung des Gesamtbauelements verbessert, ebenso wie der Temperaturgang im Falle der Kombination der Substrate aus Si und LiTaO₃.
Die Darstellung gemäß 1A bis 1C ist gegenüber der Darstellung gemäß 1D bis 1G um 180° gedreht, so dass in 1D bis 1G das Trägersubstrat 2 nach unten und das Piezosubstrat 1 nach oben gewandt ist.
Das Piezosubstrat 1 ist in 1D bereits gedünnt. In 1D ist mit gestrichelten Linien angedeutet, dass Stoßkanten des Piezosubstrats, des Schichtsystems 3 und teilweise auch Stoßkanten des Trägersubstrats z. B. durch ein V-förmiges Einsägen zwischen zwei Bauelementbereichen abgeschrägt werden.
Die Rückseite des Piezosubstrats und insbesondere auch die in 1D noch offen liegende Schnittstelle zwischen dem Schichtsystem 3 und den Substraten 1, 2 werden metallisiert (Metallschicht 5 in 1E) und damit gegen schädliche Umwelteinflüsse abgedichtet.
Im Trägersubstrat 2 werden Kontaktlöcher 20 mit vorzugsweise abgeschrägten Wänden erzeugt (1F). Die Kontaktlöcher 20 münden dabei in die Öffnungen 320 der dielektrischen Schicht.
Somit werden Kontaktflächen wieder freigelegt. Auf Teile der Oberfläche des Trägersubstrats, auf die Innenwände der Kontaktlöcher 20 und die freigelegten Bereiche der Kontaktflächen 41 wird eine Metallisierung 60, 61 aufgetragen.
In 2 ist ein weiteres GBAW-Bauelement gezeigt, das im Unterschied zu der in 1G vorgestellten Variante zusätzlich ein Deckelsubstrat 7 aufweist, das dicker ist als das Piezosubstrat 1.
Der Ausdehnungskoeffizient der Substrate 2, 7 ist kleiner als derjenige des Piezosubstrats 1. Die Substrate 2, 7 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material, dessen Ausdehnungseigenschaften aufgrund der höheren Gesamtdicke dieser Substrate verglichen mit der Dicke des Piezosubstrats 1 im Wesentlichen den Temperaturgang des Gesamtbauelements bestimmen. Somit gelingt es, die thermische Ausdehnung des Gesamtbauelements gering zu halten.

1: erstes Substrat
2: zweites Substrat
20: Kontaktloch
3: Schichtsystem
31: Metallschicht des Schichtsystems
32: dielektrische Schicht
320: Öffnung in der dielektrischen Schicht
41: Kontaktfläche
42: Bauelementstruktur (Wandler)
5: Metallschicht auf der Rückseite des ersten Substrats
60: Metallisierung eines Kontaktlochs
61: Außenanschluss
7: Deckelsubstrat

Claims

Elektroakustisches Bauelement, umfassend – ein zur Führung von geführten Volumenwellen geeignetes Schichtsystem (3), – ein Trägersubstrat (2), und – ein Piezosubstrat (1), das piezoelektrische Eigenschaften aufweist, – wobei das Schichtsystem (3) zwischen den beiden Substraten (2, 1) angeordnet ist, und – wobei die Dicke des Piezosubstrats (1) maximal die Hälfte der Dicke des Trägersubstrats (2) beträgt.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Dicke des Piezosubstrats (1) maximal 30% der Dicke des Trägersubstrats (2) beträgt.
Elektroakustisches Bauelement, umfassend – ein zur Führung von geführten Volumenwellen geeignetes Schichtsystem (3), – ein Trägersubstrat (2), und – ein Piezosubstrat (1), das piezoelektrische Eigenschaften aufweist, – wobei das Piezosubstrat eine monokristalline Struktur aufweist und maximal 50λ dick ist, wobei λ die Wellenlänge einer geführten Volumenwelle bei der Mittenfrequenz des Bauelements ist.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Piezosubstrat (1) in einem mechanischen Verfahren abgedünnt ist.
Elektroakustisches Bauelement, umfassend – ein zur Führung von geführten Volumenwellen geeignetes Schichtsystem (3), – ein Trägersubstrat (2), und – ein Piezosubstrat (1), das piezoelektrische Eigenschaften aufweist, – wobei das Piezosubstrat (1) in einem mechanischen Verfahren abgedünnt ist.
Bauelement nach Anspruch 5, wobei die Dicke des Piezosubstrats (1) maximal die Hälfte der Dicke des Trägersubstrats (2) beträgt.
Bauelement nach Anspruch 5, wobei die Dicke des Piezosubstrats (1) maximal 30% der Dicke des Trägersubstrats (2) beträgt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, – wobei das Schichtsystem (3) eine Metallschicht (31) und eine dielektrische Schicht (32) umfasst, – wobei in der Metallschicht (31) Wandler und Kontaktflächen (KF) ausgebildet sind.
Bauelement nach Anspruch 8, wobei die dielektrische Schicht (32) eine plane Grenzfläche aufweist.
Bauelement nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Schichtdicke der dielektrischen Schicht (32) zwischen 0,01λ und λ beträgt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die dielektrische Schicht (32) bezogen auf das Träger substrat (2) eine entgegen gesetzte Temperaturabhängigkeit der elastischen Konstanten aufweist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die dielektrische Schicht (32) aus Siliziumdioxid oder Tellurdioxid ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Piezosubstrat (1) aus LiTaO₃ und das Trägersubstrat (2) aus Si ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Material des Trägersubstrats (2) einen kleineren linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material des Piezosubstrats (1).
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, – mit einem Deckelsubstrat (7), dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als derjenige des Piezosubstrats (1), – wobei das Piezosubstrat zwischen dem Deckelsubstrat und dem Schichtsystem angeordnet ist.
Elektroakustisches Bauelement, umfassend – ein zur Führung von geführten Volumenwellen geeignetes Schichtsystem (3), – ein Trägersubstrat (2), – ein Deckelsubstrat (7), und – ein Piezosubstrat (1), das piezoelektrische Eigenschaften aufweist, – wobei das Schichtsystem (3) zwischen dem Trägersubstrat (2) und dem Piezosubstrat (1) angeordnet ist, und – wobei das Piezosubstrat (1) zwischen dem Deckelsubstrat (7) und dem Schichtsystem (3) angeordnet ist, – wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Deckelsubstrats (7) und des Trägersubstrats (2) jeweils kleiner ist als derjenige des Piezosubstrats (1).
Bauelement nach Anspruch 16, wobei das Deckelsubstrat (7) und das Trägersubstrat (2) bezogen auf das Piezosubstrat (1) jeweils eine entgegen gesetzte Temperaturabhängigkeit der elastischen Konstanten aufweisen.
Bauelement nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Dicke des Piezosubstrats (1) kleiner ist als die Dicke des Deckelsubstrats (7).
Bauelement nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Dicke des Piezosubstrats (1) kleiner ist als die Summe der Dicken des Deckelsubstrats (7) und des Trägersubstrats (2).