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Die Erfindung bezieht sich auf Technologien in Verbindung mit elektroakustischen Bauelementen.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektroakustische Bauelemente sind beispielsweise als mit akustischen Oberflächen oder mit akustischen Volumenwellen arbeitende Bauelemente bekannt. Ein mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes Bauelement ist beispielsweise in dem Dokument
WO 2006/058579 beschrieben. Das Dokument
WO 2007/059740 offenbart ein mit akustischen Volumenwellen arbeitendes Bauelement. Ein weiteres elektroakustisches Bauelement ist in dem Dokument
WO 2007/085237 offenbart. Den elektroakustischen Bauelementen ist gemeinsam, dass üblicherweise auf einem Substrat aus einem piezoelektrischen Material Elektrodenstrukturen in einer Metallschicht gebildet sind, die mit herausgeführten Kontakten verbunden sind. Die Elektrodenstruktur wird mit einer Schicht aus einem dielektrischem Material bedeckt, beispielsweise Siliziumdioxid.
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Das Dokument
WO 03/100846 A2 befasst sich mit der Verbesserung der Hochfrequenzeigenschaften von Hochfrequenz-Substraten.
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Das Dokument Dietrich Mund et al. ”Novel Microstructuring Technology for Glass an Silicon and Glass-Substrates” beschäftigt sich mit den Technologien für die Mikrostrukturierung von Glassubstraten.
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Das Dokument Zoschke, K et al. ”Evaluation of Micro Structured Glass Layers as Dielectric- and Passivation Material for Wafer Level Integrated Thin Film Capacitors and Resistors” beschreibt die Integration von dünnen mikrostrukturierten Glassschichten in dünne Kupfer-Benzocyclobuten-Filme.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Technologien für elektroakustische Bauelemente zu schaffen, mit denen die Herstellung der Bauelemente optimiert ist. Darüber hinaus soll eine individuelle Konfigurierbarkeit des Bauelementes bei der Herstellung erleichtert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einer dielektrischen Schicht in einem elektroakustischen Bauelement nach dem unabhängigen Anspruch 1 sowie ein elektroakustisches Bauelement nach dem unabhängigen Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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Die Erfindung umfasst den Gedanken eines Verfahrens zum Herstellen einer dielektrischen Schicht in einem elektroakustischen Bauelement, insbesondere einem mit akustischen Oberflächen- oder akustischen Volumenwellen arbeitenden Bauelement, mit einem Substrat und einer zugeordneten Elektrodenstruktur, bei dem die dielektrische Schicht gebildet wird, indem wenigstens ein Schichtaufdampfmaterial, nämlich zumindest ein Aufdampfglasmaterial oder zumindest Siliziumdioxid, mittels einer plasmagestützten thermischen Verdampfung des Schichtaufdampfmaterials abgeschieden wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein elektroakustisches Bauelement, insbesondere mit akustischen Oberflächen- oder akustischen Volumenwellen arbeitendes Bauelement, geschaffen mit einer plasmagestützt thermisch aufgedampften, dielektrischen Schicht wenigstens aus einem Schichtaufdampfmaterial, nämlich einem Aufdampfglasmaterial.
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Ein wesentlicher Vorteil, welcher mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreicht ist, besteht darin, dass die Nutzung der plasmagestützten thermischen Verdampfung des Schichtmaterials für die dielektrische Schicht eine optimierte Schichtabscheidung ermöglicht. Darüber hinaus ist das plasmagestützte thermische Verdampfen je nach gewünschtem Anwendungsfall individuell veränderbar, um bei der Herstellung die dielektrische Schicht und somit das elektroakustische Bauelement mit gewünschten Bauteileigenschaften auszustatten. Des weiteren ermöglicht der plasmagestützte thermische Verdampfungsprozess beim Abscheiden der dielektrischen Schicht eine zügige Herstellung dieser Schicht, wodurch die Prozesszeiten bei der Herstellung insgesamt optimiert werden können.
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Bei dem wenigstens einen Schichtaufdampfmaterial kann es sich bei dem Herstellungsverfahren um ein Einkomponentensystem wie Siliziumdioxid oder ein Mehrkomponentensystem handeln, beispielsweise Borosilikatglas, welches ein Aufdampfglasmaterial ist. Aufdampfglasmaterial im hier verstandenen Sinne sind glasartige Aufdampfmaterialien. Schichtaufdampfmaterialien als solche sind zum Beispiel in dem Dokument
US 4,506,435 A1 beschrieben. Beispielhaft können weiterhin die folgenden Produkte zum Einsatz kommen: Schott 8329, Corning 7740 (Pyrex), Corning 7070 und Fused Silica.
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In verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung kann die dielektrische Schicht ein- oder mehrschichtig ausgeführt sein. Bei einer mehrschichtigen Ausbildung kann vorgesehen sein, wenigstens eine dielektrische Teilschicht aus einem Aufdampfglasmaterial sowie wenigstens eine weitere dielektrische Teilschicht aus Siliziumoxid abzuscheiden. Die dielektrische Schicht kann direkt auf das Substrat oder auf eine oder mehrere bereits vorhandene Basisschichten auf dem Substrat aufgebracht werden, die zum Beispiel eine oder mehrere dielektrische Schichten umfassen oder hieraus bestehen.
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Die dielektrische Schicht als Ganzes oder in ihren Teilschichten kann mit einer homogenen Schichtausbildung hergestellt sein, so dass physikalische und/oder chemische Eigenschaften, zum Beispiel die Ausbreitungseigenschaften für akustischen Wellen, über den jeweiligen Schichtbereich im Wesentlichen gleich sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass für die dielektrische Schicht insgesamt oder Teilschichtbereiche hiervon eine inhomogen Schichtausbildung hergestellt ist, was zu sich hinsichtlich der chemischen und/oder der physikalischen Eigenschaften unterscheidenden Bereichen innerhalb der inhomogenen Schicht oder der inhomogenen Teilschicht führt, zum Beispiel zu nicht einheitlichen Ausbreitungseigenschaften für akustische Wellen oder zu passivierenden (Moisture-Sensitivity-Level-1 nach JEDEC-STD-020C) und hermetischen (He-Leckrate nach MIL-STD-833F) Eigenschaften des oberen Schichtbereichs. Auch eine Kombination wenigstens einer homogenen Teilschicht mit zumindest einer inhomogenen Teilschicht kann für die dielektrische Schicht hergestellt werden.
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Die Erfindung kann sowohl in mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Bauelementen als auch in mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Bauelementen zur Anwendung kommen. Hierbei kann vorgesehen sein, die dielektrische Schicht so herzustellen, dass diese eine auf einem piezoelektrischen Substrat gebildete Elektrodenstruktur ganz oder teilweise einschließt.
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Die Herstellung der dielektrischen Schicht in dem elektroakustischen Bauelement erfolgt bevorzugt in dem so genannten Wafer-Verbund.
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Nach dem Ausbilden der dielektrischen Schicht mit ausreichend passivierenden Eigenschaften eines oberen Schichtbereichs ist das so hergestellte Bauelement vorverpackt und direkt weiterverarbeitbar. Das Vorverpacken wird auch als „pre-packaging” bezeichnet. Eine sonst übliche Weiterverarbeitung mittels sogenanntem „cavity-package” kann so entfallen. Die beim Pre-Packaging ausgebildeten schützenden Eigenschaften sind außerdem vorteilhaft für das Herauslösen des Bauelementes aus dem Wafer-Verbund, was zum Beispiel mittels Vereinzeln durch Sagen erfolgt. Die Kontaktierung des Bauelementes kann mittels Draht-Bonden oder unter Flip-Chip-Montage erfolgen und anschließend direkt mit einem Plastikmaterial verspritzt werden („molding”). Aufgrund der Vorverpackung besteht auch die Möglichkeit, dass elektroakustische Bauelement in komplexeren Baugruppen zu montieren und diese in einem Schritt mit Plastik zu verspritzen.
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Beim plasmagestützten thermischen Verdampfen eines Schichtaufdampfmaterials wird das abzuscheidende Material thermisch verdampft und kondensiert anschließend im Bereich der herzustellenden dielektrischen Schicht, wobei dieser Prozess mittels einer Plasmaanwendung unterstützt wird, welche dazu führt, dass von ionisierten Plasmabestandteilen mittels Stoßimpulsübertragung Energie auf die thermisch verdampften Teilchen des Schichtaufdampfmaterials übertragen werden. Eine gezielte Einstellung der Parameter für das Plasma ermöglicht eine individuelle Ausbildung der dielektrischen Schicht für das elektroakustische Bauelement, insbesondere hinsichtlich ihrer akustischen und passivierenden Parameter.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die plasmagestützte thermische Verdampfung als eine plasmagestützte Elektronenstrahlverdampfung ausgeführt wird. Mit Hilfe eines Elektronenstrahls wird das Schichtaufdampfmaterial, welches in einer Quelle zur Verfügung gestellt ist, verdampft, um es anschließend im Bereich der herzustellenden dielektrischen Schicht abzuscheiden. Die Verdampfungsenergie wird mittels einer Elektronenkanone („e-beam”) auf das Aufdampfschichtmaterial in der üblicherweise als Tiegel ausgeführten ausführten Quelle übetragen. Mit Hilfe der Elektronenstrahlverdampfung lassen sich hohe Energiedichten und Temperaturen erzielen.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die dielektrische Schicht mittels wenigstens eines Strukturierungsverfahrens ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Strukturierungsverfahren strukturiert wird: Lift-off-Prozess, reaktives Plasmaätzen und nasschemisches Ätzen. Bei einem Lift-off-Prozess wird üblicherweise zunächst auf dem Substrat, auf welchem das Schichtaufdampfmaterial strukturiert abzuscheiden ist, ein Negativbild der gewünschtem Strukturierung mit Hilfe eines Fotolacks hergestellt. Anschließend erfolgt die plasmagestützte thermische Verdampfung des Schichtaufdampfmaterials, also Aufdampfglasmaterial und/oder Siliziumdioxid, im Wafer-Verbund. Schließlich erfolgt der so genannte Lift-off-Schritt, bei dem der vor der thermischen Verdampfung abgeschiedene Fotolack abgelöst wird. Die Strukturierung des aufgebrachten Fotolacks vor der plasmagestützten thermischen Verdampfung wird üblicherweise mit Hilfe einer UV-Lichtbestrahlung ausgeführt. Alternativ oder ergänzend zu dem Lift-off-Prozess können die als solche bekannten Verfahren des Nass- oder Trockenätzens für die Strukturierung der dielektrischen Schicht verwendet werden. Allerdings treten bei diesen Verfahren chemische und mechanische Belastungen für das Bauelement auf, die bei bestimmten Anwendungen jedoch tolerierbar sein können.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die dielektrische Schicht mit einem innerhalb der dielektrischen Schicht nicht einheitlichen Materialverdichtungsgrad gebildet wird. Der nicht einheitliche Materialverdichtungsgrad wird bei der plasmagestützten thermischen Verdampfung dadurch eingestellt, dass die Ausbildung des Plasmas bei dem Abscheideprozess verändert wird, so dass zu verschiedenen Zeitpunkten des Abscheideprozesses unterschiedliche Materialverdichtungsgrade in der dielektrischen Schicht entstehen. Eine relative Änderung des Materialverdichtungsgrads ist dadurch möglich, dass ein Fluss eines Plasmagases und die Hochfrequenzleistung in dem Plasma verändert werden. Beispielsweise können in einem zunächst nur unter Verwendung von Sauerstoff gebildeten Plasma Stück für Stück oder schlagartig der Fluss anderer Prozessgase wie Argon, Krypton, Xenon oder Neon und die Hochfrequenzleistung des Plasmas verändert werden, um den Materialverdichtungsgrad ansteigen zu lassen. Andererseits ist auch eine relative Verminderung des Materialverdichtungsgrades über die dielektrische Schicht oder Teilschichten hiervon möglich. Nicht einheitliche Materialverdichtungsgrade können alternativ oder ergänzend auch dadurch hergestellt werden, dass die dielektrische Schicht unter Verwendung verschiedener Schichtaufdampfmaterialien hergestellt wird. Mit Hilfe der Einstellung des Materialverdichtungsgrads wird die akustische Impedanz der dielektrischen Schicht in den unterschiedlichen Schichtbereichen beeinflusst. Somit kann eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen mittels eines niedrigen Materialverdichtungsgrades erreicht werden. Umgekehrt führt ein hoher Materialverdichtungsgrad zu einer langsamen Ausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen. Die Übergänge zwischen Bereichen mit unterschiedlichem Materialverdichtungsgrad können stetig, also im Sinne eines Gradienten, oder nicht stetig ausgeführt sein. So ist zum Beispiel ein vertikaler Ausbreitungsgeschwindigkeitsgradient insbesondere für die Funktion von Bauteilen mit geführten Volumenwellen von Bedeutung.
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Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass auf einer zu einer Elektrodenstruktur proximalen Seite der dielektrischen Schicht ein proximaler Materialverdichtungsgrad gebildet wird, welcher höher ist als ein distaler Materialverdichtungsgrad auf einer zu der Elektrodenstruktur distalen Seite der dielektrischen Schicht. Der Übergang zwischen dem proximalen Materialverdichtungsgrad und dem distalen Materialverdichtungsgrad kann ein stetiger Übergang innerhalb der dielektrischen Schicht sein. Auf diese Art und Weise ist eine Art Gradient des Materialverdichtungsgrads gebildet. Die Ausführung mit proximalem und distalem Materialverdichtungsgrad kann auch für eine Teilschicht der dielektrischen Schicht vorgesehen sein, wohingegen andere Teilbereiche der dielektrischen Schicht im Wesentlichen einen einheitlichen Materialverdichtungsgrad aufweisen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass beim Bilden der dielektrischen Schicht Siliziumdioxid auf der zur Elektrodenstruktur proximalen Seite im Wesentlichen stöchiometrisch abgeschieden wird. Eine stöchiometrische Abscheidung bedeutet, dass die chemischen Bestandteile von Siliziumdioxid, nämlich Silizium und Sauerstoff, im Wesentlichen ihrem stöchiometrischen Verhältnis in dieser chemischen Verbindung entsprechend abgeschieden sind. In einer Ausgestaltung kann auf einen Bereich der stöchiometrischen Abscheidung von Siliziumdioxid eine Teilschicht aus einem Aufdampfglasmaterial folgen. Die stöchiometrische Abscheidung des SiO2 hat einen günstigen Einfluss auf den Temperaturgang des Bauelementes, was für elektroakustisches Bauelemente von besonderer Bedeutung ist.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die dielektrische Schicht auf der zur Elektrodenstuktur proximalen Seite mit einer Basisschicht und auf der zur Elektrodenstruktur distalen Seite mit einer passivierenden Deckschicht gebildet wird. Die Basisschicht und die passivierende Deckschicht können den vorangehend beschriebenen proximalen und distalen Materialeigenschaften entsprechend gebildet sein. In eine Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zur Ausbildung der Basisschicht ein Plasma mit einem hohen Sauerstoffanteil oder sogar ein reines Sauerstoffplasma verwendet wird, wohingegen beim Ausbilden der Deckschicht ein geringerer Sauerstoffanteil oder sogar ein sauerstofffreies Plasma genutzt wird, indem das Plasma nun ein oder mehrere andere Gase wie Argon, Krypton, Xenon oder Neon enthält. Auf diese Weise wird die Deckschicht mit einem im Vergleich zur Basisschicht erhöhten Materialverdichtungsgrad hergestellt. Es ist so möglich, die Deckschicht in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung als Passivierungsschicht auszuführen, die insbesondere einen Schutz des Bauelementes gegen Umwelteinflüsse schafft. Der höhere Materialverdichtungsgrad hat insbesondere zur Folge, dass das Eindringen von Feuchtigkeit in die Schicht minimiert oder sogar vollständig unterbunden wird. Insbesondere die Nutzung eines Aufdampfglasmaterials für die Ausbildung der Deckschicht ist bevorzugt, da hierdurch bessere hermetische Eigenschaften der Deckschicht erreicht werden. Die unterschiedlichen Eigenschaften der Materialien Aufdampfglasmaterial und Siliziumdioxid ermöglichen es, je nach Anwendungsfall gewünschte Schichteigenschaften bei der Herstellung zu bilden.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die dielektrische Schicht mit einer Schichtdicke zwischen etwa 0,5 μm und etwa 50 μm gebildet wird, bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen etwa 3 μm und etwa 10 μm. Letzteres ist insbesondere in Verbindung mit Schichten bevorzugt, die nicht einheitliche Schichteigenschaften aufweisen. Es ist eine Mindestschichdicke erforderlich, um die akustischen Wellen im oberen Teil der Schicht vollständig abklingen zu lassen. Außerdem erfordert auch der Aufbau einer Gradientenschicht eine Mindesthöhe der Schicht. Insbesondere das Pre-Packaging benötigt eine bestimmte Schichtdicke, um das Bauelement optimal bei der weiteren Verarbeitung zu schützen. Höhere Schichtdicken wären wirtschaftlich nicht sinnvoll. Zudem kann es zu erheblichen Eigenspannungen in der Schicht kommen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die dielektrische Schicht mit einer Schichtabscheiderate zwischen etwa 50 nm/min und etwa 1000 nm/min abgeschieden wird, bevorzugt mit einer Schichtabscheiderate zwischen etwa 150 nm/min und etwa 300 nm/min. In diesem Ratenbereich liegt die Eigenspannung der dielektrischen Schicht bezüglich mechanischer Festigkeit und möglichst geringer Beeinflussung elektronischer Filtereigenschaften in einem für das Bauelement vorteilhaften Bereich.
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Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass das wenigstens eine Schichtaufdampfmaterial auf einem Substrat abgeschieden wird, für welches eine Substrattemperatur von weniger als etwa 120°C und bevorzugt von weniger als etwa 100°C eingestellt wird. Im unteren Grenzbereich beträgt die Substrattemperatur vorzugsweise etwa Raumtemperatur oder etwas mehr.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die dielektrische Schicht mit sich hinsichtlich ihrer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften unterscheidenden Schichtbereichen abgeschieden wird, indem eine Zusammensetzung eines beim Abscheiden des Schichtaufdampfmaterials genutzten Plasmas verändert wird. Als Quelle für das Plasma kann beispielsweise eine hochfrequenzangeregte, magnetfeldunterstützte Plasmastrahlquelle verwendet werden, um einen quasineutralen Plasmastrahl zu extrahieren. Die Veränderung des Plasmas während der Abscheidung des Schichtaufdampfmaterials betreffend bevorzugt die Prozessgaszusammensetzung des verwendeten Plasmas und die Einstellung des Gasflusses und der Hochfrequenzleistung. Beispielsweise kann ein reiner Sauerstofffluss vorgesehen sein, zweckmäßig mit einem Fluss von etwa 10 sccm bis etwa 200 sccm, bevorzugt zwischen etwa 20 sccm und etwa 50 sccm. In diesem Bereich des Sauerstoffflusses kann die Stöchiometrie einer SiO2-Schicht vorteilhaft beeinflusst werden. Auch bei einem Prozessgasfluss für ein Prozessgas, welches neben Sauerstoff wenigstens ein weiteres Gas wie Neon, Krypton, Xenon oder Argon enthält oder sogar sauerstofffrei ist, kann zweckmäßigerweise ein Gasfluss von etwa 10 sccm bis etwa 200 sccm, bevorzugt zwischen etwa 20 sccm und etwa 50 sccm eingesetzt werden. In diesen Bereichen sind insbesondere dieelektrische Schichten mit reduzierter Eigenspannung realisierbar.
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Für die unterschiedlichen Zusammensetzungen des Prozessgasflusses werden bevorzugt Hochfrequenzleistungen von etwa 100 W bis etwas 1000 W genutzt, bevorzugt von etwa 250 W bis etwa 600 W. Die Hochfrequenzleistung steuert die Ionenstromdichte. Der Bereich der Hochfrequenzleistung ist in Kombination mit den angegebenen Gasflüssen ein technisch bevorzugter Bereich, da sich ein günstiges Verhältnis von kinetischer Energie der Plasmabestandteile und der Ionenstromdichte ergibt.
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In der zum Abscheiden des Schichtaufdampfmaterials genutzten Abscheidekammer werden Kammerdrücke von 10^–3 mbar bis 10^–5 mbar genutzt. Eine in das Schichtaufdampfmaterial eingetragene Leistung, welche je nach Dampfdruck der beteiligten Komponenten des Schichtaufdampfmaterials und gewünschter Schichtabscheiderate variiert, beträgt bevorzugt etwa 150 W bis etwa 1500 W, weiter bevorzugt etwa 300 W bis etwa 1000 W. Dies ist ein Leistungsbereich, bei dem die Substrattemperatur nicht zu hoch wird. Zu hohe Temperaturen würden das Polymer auf dem Substrat schädigen und somit den Lift-Off-Prozess behindern oder sogar unmöglich machen. Nicht mit Polymeren beschichtete Substrate können allerdings auch mit höheren Leistungen und damit bei höheren Temperaturen bedampft werden.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die dielektrische Schicht mittels einer Co-Verdampfung des zumindest einen Aufdampfglasmaterials und des SiO2 gebildet wird. Auf diese Weise sind die von den unterschiedlichen Materialen jeweils zur Verfügung gestellten, vorteilhaften Eigenschaften miteinander kombinierbar.
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In Verbindung mit den vorgeschlagenen Ausgestaltungen des elektroakustischen Bauelementes gelten die in Verbindung mit zugehörigen Ausführungsformen des Verfahrens zum Herstellen gemachten Erläuterungen entsprechend.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Substrats, auf dem eine strukturierte dielektrische Schicht mittels thermischen Elektronenstrahlverdampfen abzuscheiden ist,
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2 eine schematische Darstellung des Substrats aus 1 mit hierauf abgeschiedenem Fotolack,
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3 eine schematische Darstellung des Substrats aus 2 mit einer nun hierauf abgeschiedenen dielektrischen Schicht aus einem Schichtaufdampfmaterial,
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4 eine schematische Darstellung des Substrats aus 3, wobei die Fotolackschicht abgelöst ist,
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5 eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein elektroakustisches Bauelement, bei dem eine Elektrodenstruktur auf einem Substrat vollständig von einer dielektrischen Schicht eingeschlossen ist,
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6 eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein elektroakustisches Bauelement, bei dem eine Elektrodenstruktur auf einem Substrat nur teilweise von einer dielektrischen Schicht eingeschlossen ist,
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7 eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein elektroakustisches Bauelement, bei der in einer dielektrischen Schicht ein gradueller Übergang zwischen Schichtbereichen mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet ist,
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8 eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein elektroakustisches Bauelement, bei der in einer dielektrischen Schicht ein schlagartiger Übergang zwischen Schichtbereichen mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet ist,
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9 eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung eines elektroakustischen Bauelementes,
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10 eine schematische Darstellung eines elektroakustischen Bauelementes mit einer Verpackung,
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11 eine schematische Darstellung eines vorverpackten elektroakustischen Bauelementes mit Kontaktpads und
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12 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit dem vorverpackten elektroakustischen Bauelement nach 11, welches auf eine Leiterplatte aufgebracht ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Substrats 1, auf welchem eine dielektrische Schicht aus einem Schichtaufdampfmaterial, nämlich einen Aufdampfglasmaterial oder Siliziumdioxid, mittels thermischer Elektronenstrahlverdampfung abzuscheiden ist. Im Fall elektroakustischer Bauelemente, die insbesondere als mit akustischen Oberflächenwellen oder mit akustischen Volumenwellen arbeitende Bauelemente ausgeführt sind, handelt es sich bei dem Substrat 1 üblicherweise um ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material. Hierauf ist eine Metallschicht mit einer Elektrodenstruktur (nicht dargestellt) gebildet. Die Elektrodenstruktur kann auch als ein Schichtsystem ausgeführt sein und besteht üblicherweise aus einem oder mehreren Metallmaterialien. Bei der weiteren Herstellung des elektroakustischen Bauelementes ist hierauf nun eine dielektrische Schicht abzuscheiden, die die Elektrodenstruktur wenigstens teilweise abdeckt. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die dielektrische Schicht mit Hilfe eines im Folgenden näher beschriebenen Lift-off-Prozesses strukturiert, um die anschließende elektrische Kontaktierung der Elektrodenstruktur über die so freigelegten Anschlussflächen zu ermöglichen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Substrats 1 aus 1, auf dem mm mittels bekannter Lithografie ein Negativbild einer für die abzuscheidene dielektrische Schicht gewünschten Mikrostrukturierung in einem Fotolack 2 aufgebracht ist.
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Nun wird mittels plasmagestützter thermischer Elektronenstrahlverdampfung ein Schichtaufdampfmaterial abgeschieden, so dass gemäß 3 eine Aufdampfschicht 3 entsteht. Die Aufdampfschicht 3 wird ein- oder mehrschichtig ausgeführt, wobei wenigstens ein Aufdampfglasmaterial wie Borosilikatglas als Mehrkomponentensystem oder wenigstens Siliziumdioxid als Einkomponentensystem abgeschieden werden. Die Aufdampfschicht 3 wird mit in einem Ausführungsbeispiel einer Abscheiderate zwischen etwa 150 nm/min und etwa 300 nm/min gebildet.
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Das Substrat 1 wird während der Abscheidung der dielektrischen Schicht auf einer Substrattemperatur gehalten, die kleiner als etwa 120°C, vorzugsweise kleiner als etwa 100°C ist. Die Abscheidung des Schichtaufdampfmaterials erfolgt mit Unterstützung eines Plasmas, für welches die Prozessgase Sauerstoff und Argon genutzt werden. In einem Vorbereitungsschritt erfolgt eine Vorreinigung oder Konditionierung der Oberfläche, auf welche das Schichtaufdampfmaterial abzuscheiden ist, mit Argon und Sauerstoff. Während der verschiedenen Zeitabschnitte des Abscheiden der Aufdampfschicht 3 wird das genutzte Plasma unterschiedlich eingestellt, insbesondere hinsichtlich seiner Gaszusammensetzung und der Plasmaleistung, um gewünschte Schichteigenschaften in der Aufdampfschicht auszubilden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung des Substrats 1 aus 3, wobei die Fotolackschicht 2 abgelöst ist.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 5 bis 12 erläutert. Hierbei werden für gleiche Merkmale dieselben Bezugszeichen wie in den 1 bis 4 verwendet
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein elektroakustisches Bauelement, bei dem eine Elektrodenstruktur 20 auf einem Substrat 1 vollständig von einer dielektrischen, aufgedampften Schicht 3 eingeschlossen ist. Das Substrat 1 ist beispielsweise aus LiNbO3. Hierauf ist die Elektrodenstruktur 20 gebildet, die vollständig von der Aufdampfschicht 3 eingeschlossen ist.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein elektroakustisches Bauelement, bei dem eine Elektrodenstruktur 20 auf einem Substrat 1 teilweise von einer dielektrischen, aufgedampften Schicht 3 eingeschlossen ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 1 wieder aus LiNbO3.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein elektroakustisches Bauelement, bei der in einer dielektrischen, aufgedampften Schicht 3 ein gradueller Übergang zwischen Schichtbereichen mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet ist. In der Aufdampfschicht 3 sind ein erster und ein zweiter Schichtbereich 21, 22 gebildet, zwischen denen ein gradueller Übergang stattfindet.
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8 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein elektroakustisches Bauelement, bei der in einer dielektrischen, aufgedampften Schicht 3 ein nicht gradueller Übergang zwischen Schichtbereichen mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet ist. Zwischen den beiden Schichtbereichen 21, 22 findet ein „schlagartiger” Wechsel physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften statt.
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9 zeigt eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung eines elektroakustischen Bauelementes. Die dargestellte Anordnung ist insbesondere für ein mit akustischem Volumenwellen arbeitendes elektroakustisches Bauelement geeignet. Die Aufdampfschicht 3 umfasst drei Schichtbereiche 30, 31, 32. Der untere Schichtbereich 30 ist eine dielektrische Schicht mit einem guten Temperaturgang, aber mit einer im Vergleich zum Substrat 1 und dem darüber liegenden Schichtbereich 30 kleineren Ausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen. Der Schichtbereich 30 schließt die Elektrodenstruktur 20 vollständig ein oder schließt bündig mit ihr ab. Der darüber liegende Schichtbereich 31 ist ebenfalls als dieelektrische Schicht gebildet, die jedoch für akustische Wellen eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit als der untere Schichtbereich 30 zur Verfügung stellt. Der Übergang zwischen dem unteren Schichtbereich 30 und dem darüber liegenden Schichtbereich 31 ist durch eine Grenzfläche charakterisiert, so dass der Wechsel der physikalischen/chemischen Eigenschaften hinsichtlich der Ausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen schlagartig stattfindet. Die obere Schicht 32 ist eine passivierende Schicht. Der Übergang zwischen dem oberen Schichtbereich 32 und dem darunter liegenden Schichtbereich 31 kann in Form eines Gradienten oder eines Grenzbereiches ausgebildet sein.
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In den verschiedenen Ausführungsformen kann ein gradueller Übergang zwischen den physikalischen und/oder chemischen Schichteigenschaften mittels Abscheiden des Aufdampfmaterials erfolgen, indem graduell die verwendeten Plasmaparameter geändert werden. Der fließende oder graduelle Übergang ist jedoch auch mittels Co-Verdampfen zweier Aufdampfmaterialien ausführbar, bei dem ein zweites Material erst im Laufe der Beschichtung langsam dazugeschaltet wird und das erste Material Schritt für Schritt ausgeblendet wird. Vorgesehen sein kann beispielsweise das „Einblenden” von Glas als zweites Material, um passivierende Eigenschaften in einem oberen Schichtbereich zu stärken. Der die Elektrodenstruktur 20 des elektroakustischen Bauelementes unmittelbar einfassende Schichtbereich ist vorzugsweise aus reinem Siliziumdioxid hergestellt, wobei eine stöchiometrische Abscheidung vorgesehen ist, die mittels der Verwendung eines Sauerstoffplasmas erreicht werden kann. Oberhalb dieses Schichtbereiches wird dann als Abschluss ein Schichtbereich abgeschieden, der über eine größere Materialdichte verfügt. Hierdurch ist ein Schutz des Bauelementes vor Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen ermöglicht. Die verminderte oder vollständig unterbundene Aufnahme von Feuchtigkeit reduziert Eigenspannungen in diesen Schichtbereichen. Die Aufnahme von Feuchtigkeit in oberflächennahen Abschnitten der dielektrischen Schicht kann zu erhöhten Druckspannungen führen.
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10 zeigt eine schematische Darstellung eines elektroakustischen Bauelementes mit einer Verpackung. Im Bereich eines Kontaktanschlusses 40 ist mittels eines Lift-Off-Prozesses eine Öffnung 41 in der Aufdampfschicht 3 hergestellt. Die Aufdampfschicht 3 ihrerseits ist in einem oberflächennahen Bereich 42 passivierend ausgeführt. Dieses führt zur Ausbildung einer Art Vorverpackung (Pre-Packaging). Nach einem Drahtbunden zum Anschluss des Kontaktanschlusses 40 an eine Verdrahtung 43 ist das elektroakustische Bauelement dann mit einer Moldingmasse 44 vergossen. Das Vergießen mit der Moldingmasse 44 kann für einzelne elektroakustische Bauelemente oder für ein Verbund mehrerer elektronischer Bauelemente (nicht dargestellt) vorgenommen werden.
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11 zeigt eine schematische Darstellung eines vorverpackten elektroakustischen Bauelementes 100 mit Kontaktpads 101, auf denen Lotkugeln 102 für eine anschließende Flip-Chip-Montage auf einer Leiterplatte (vgl. 12) gebildet sind. Eine dielektrische Schicht 103 ist ein- oder mehrschichtig ausgeführt. Ein oberer Abschnitt 104 der dielektrischen Schicht 103 ist mit passivierenden Eigenschaften gebildet, um das vorverpackte elektroaktustische Bauelement 100 bei der anschließenden Montage und Kontaktierung sowie beim Molden zu schützen.
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12 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit dem vorverpackten elektroakustischen Bauelement nach 11, welches auf eine Leiterplatte 200 aufgebracht ist. Mittels des Flip-Chip-Verfahrens ist das vorverpackte elektroakustische Bauelement 100 auf der Leiterplatte 200 montiert, bei der es sich beispielsweise um eine Leiterplatte aus dem Material FR4 handelt. Die Kontaktierung kann mittels eines Umschmelzschrittes (Reflow) oder Verkleben mit elektrisch leitfähigem Kleber durchgeführt werden. Um die Leiterplatte 200 während der Kontaktierung zu schützen, ist auf der Leiterplatte 200 ein Lötstoplack 201 aufgebracht, der nur im Bereich von Kontaktflächen 202 vorher geöffnet ist. Das mittels Flip-Chip-Verfahrens montierte elektroakustische Bauteil 100 kann anschließend mit einer Moldmasse verspritzt werden (nicht dargestellt).
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.