WO2010009719A1 - Verfahren zum herstellen einer dielektrischen schicht in einem elektroakustischen bauelement sowie elektroakustisches bauelement - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer dielektrischen schicht in einem elektroakustischen bauelement sowie elektroakustisches bauelement Download PDF

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layer
electrode structure
proximal
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Jürgen LEIB
Ulli Hansen
Simon Maus
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Definitions

  • the invention relates to technologies in connection with electro-acoustic components.
  • Electroacoustic components are known, for example, as working with acoustic surfaces or with bulk acoustic waves components.
  • a device working with surface acoustic waves is described, for example, in the document WO 2006/058579.
  • the document WO 2007/059740 discloses a device working with bulk acoustic waves.
  • Another electroacoustic device is disclosed in document WO 2007/085237.
  • the electro-acoustic components have in common that usually on a substrate of a piezoelectric material electrode structures are formed in a metal layer, which are connected to led out contacts.
  • the electrode structure is covered with a layer of a dielectric material, for example silicon dioxide.
  • the object of the invention is to provide improved technologies for elektroakustisclie components with which the production of the components is optimized. In addition, an individual configurability of the component during manufacture should be facilitated.
  • the invention encompasses the idea of a method for producing a dielectric layer in an electroacoustic component, in particular a component working with surface acoustic or bulk acoustic waves, with a substrate and an associated electrode structure in which the dielectric layer is at least partially formed by depositing by thermal evaporation at least one layer vapor deposition material selected from the following group of layer vapor deposition materials: vapor deposition glass material, silicon dioxide, silicon nitride, and alumina. ,
  • an electro-acoustic component in particular with surface acoustic wave or bulk acoustic waves, is provided with a substrate and an associated electrode structure and a thermally evaporated dielectric layer at least partially composed of at least one vapor deposition material selected from the following group of stratified vapor materials is vapor deposition glass material, silica, silicon nitride, and alumina.
  • thermo evaporation of the layer material for the dielectric layer enables an optimized layer deposition.
  • the thermal evaporation is individually variable depending on the desired application, in order to equip the dielectric layer and thus the electro-acoustic component with desired component properties during manufacture.
  • the thermal evaporation process during the deposition of the dielectric layer allows a rapid production of this layer, whereby the manufacturing process times can be optimized as a whole.
  • the at least one layer vapor deposition material may be a one-component system such as silicon dioxide or a multicomponent system, for example borosilicate glass, which is a vapor-deposited glass material.
  • Vapor-deposited glass material in the sense understood here are vitreous vapor-deposition materials.
  • layered vapor materials are described, for example, in document US 4,506,435 A1.
  • Schott 8329 Corning 7740 (Pyrex), Corning 7070 and fused silica.
  • the dielectric layer can be embodied in one or more layers.
  • the dielectric layer may be applied directly to the substrate or to one or more pre-existing base layers on the substrate, including, for example, one or more dielectric layers.
  • the dielectric layer can be produced completely or only partially by means of thermal evaporation, in particular plasma-assisted thermal evaporation.
  • one or more further sub-layers can be formed by means of other manufacturing methods, for example by sputtering or by CVD (Chemical Vapor Deposition) These production methods can also be used, for example, for the application of silicon nitride,
  • the one or the further partial layers of the dielectric layer can be processed before and / or after the deposition of the one or more partial layers.
  • the dielectric layer as a whole or in its sub-layers can be made with a homogeneous layer formation, so that physical and / or chemical properties, for example the propagation properties for acoustic waves, are essentially the same over the respective layer area.
  • an inhomogeneous layer formation is produced for the dielectric layer as a whole or sub-layer regions thereof, which leads to regions differing in chemical and / or physical properties within the inhomogeneous layer or the inhomogeneous sublayer, for example to non-uniform propagation properties for acoustic waves or passivating (Moisture-Sensitivity-Level-1 according to JEDEC-STD-020C) and hermetic (He-leak rate according to MIL-STD-833F) properties of the upper layer area.
  • a combination of at least one homogeneous partial layer with at least one inhomogeneous partial layer can also be produced for the dielectric layer.
  • the invention can be used both in surface acoustic wave devices and in bulk acoustic wave devices.
  • the production of the dielectric layer in the electroacoustic component is preferably carried out in the so-called wafer composite.
  • the device thus produced is pre-packaged and directly processable.
  • Pre-packaging is also referred to as "pre-packaging.”
  • An otherwise customary further processing by means of a so-called “cavity-package” can thus be dispensed with.
  • the protective properties formed during the pre-packaging are also advantageous for the detachment of the component from the wafer composite, which takes place, for example, by means of sawing.
  • the contacting of the component can be carried out by means of wire bonding or a flip-chip assembly and then sprayed directly with a plastic material ("molding.") Due to the pre-packaging, it is also possible to mount the electro-acoustic component in more complex assemblies and these in a step with plastic to splash.
  • the thermal evaporation is carried out as a plasma-assisted thermal evaporation.
  • the plasma assist the above-described advantages of using the thermal evaporation for layer deposition can be used in an optimized manner.
  • the material to be deposited is thermally evaporated and subsequently condensed in the region of the dielectric layer to be produced, this process being assisted by a plasma application which results in energy being imparted to the thermally evaporated particles from ionized plasma constituents by shock pulse transmission of the Schichtaufdampfmaterials be transferred.
  • a targeted adjustment of the parameters for the plasma allows an individual formation of the dielectric layer for the electroacoustic component, in particular with regard to their acoustic and passivating parameters.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the thermal evaporation is carried out as an electron beam evaporation.
  • an electron beam is the layer vapor deposition material provided in a source evaporates to subsequently deposit in the region of the dielectric layer to be formed.
  • the vaporization energy is transferred by means of an e-beam to the vapor deposition layer material in the commonly used crucible, with the help of electron beam evaporation, high energy densities and temperatures can be achieved.
  • the dielectric layer is structured by means of at least one structuring method selected from the following group of structuring methods: lift-off process, reactive plasma etching and wet-chemical etching.
  • a lift-off process it is customary to first produce a negative image of the desired structuring with the aid of a photoresist on the substrate on which the layer vapor deposition material is to be deposited in a structured manner.
  • the plasma-assisted thermal evaporation of the layered vapor material that is, vapor deposition glass material and / or silicon dioxide, takes place in the wafer composite.
  • the so-called lift-off step takes place in which the photoresist deposited before the thermal evaporation is removed.
  • the structuring of the applied photoresist before the plasma-assisted thermal evaporation is usually carried out by means of UV light irradiation.
  • the wet or dry etching methods known per se may be used for patterning the dielectric layer.
  • these processes involve chemical and mechanical stresses on the device which, however, may be tolerable in certain applications.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the dielectric layer is formed with a non-uniform material compaction degree within the dielectric layer.
  • the non-uniform degree of material compaction is set in the plasma-assisted thermal evaporation in that the formation of the plasma in the deposition process is changed so that different degrees of material compaction in the dielectric layer occur at different times of the deposition process.
  • a relative change in the degree of material compaction is possible by varying a flow of a plasma gas and the high frequency power in the plasma.
  • the flow of other process gases such as argon, krypton, xenon, or neon
  • the high-frequency power of the plasma can be changed in a fraction or abruptly to increase the degree of material compaction.
  • a relative reduction of the degree of material compaction via the dielectric layer or partial layers thereof is also possible.
  • Nonuniform degrees of material densification may alternatively or additionally be made by making the dielectric layer using different layer evaporating materials.
  • a high propagation velocity for acoustic waves can be achieved by means of a low material compacting degree.
  • a high degree of material compaction leads to a slow propagation velocity for acoustic waves.
  • the transitions between regions with different degree of material compaction can be continuous, ie in the sense of a gradient, or not continuous.
  • a vertical propagation velocity gradient is particularly important for the function of guided volume wave components.
  • a preferred embodiment of the invention provides that a proximal degree of material compaction is formed on a side of the dielectric layer which is proximal to an electrode structure, which is higher than a distal degree of material compaction on a side of the dielectric layer which is distal to the electrode structure.
  • the transition between the proximal degree of material compaction and the distal degree of material compaction may be a continuous transition within the dielectric layer. In this way, a kind of gradient of the material compaction degree is formed.
  • the embodiment with a degree of proximal and distal material compression may also be provided for a sub-layer of the dielectric layer, whereas other portions of the dielectric layer have substantially a uniform degree of material compaction.
  • a development of the invention can provide that, when forming the dielectric layer, silicon dioxide is deposited substantially stoichiometrically on the side proximal to the electrode structure.
  • Stoichiometric deposition means that the chemical constituents of silicon dioxide, namely silicon and oxygen, are deposited substantially in proportion to their stoichiometric ratio in this chemical compound.
  • an area of the stoichiometric separation Silicon dioxide is followed by a sub-layer of a vapor-deposited glass material, aluminum oxide or silicon nitride.
  • the stoichiometric deposition of the silicon dioxide has a favorable influence on the temperature characteristic of the component, which is of particular importance for electroacoustic components.
  • the dielectric layer is formed on the side proximal to the electrode structure with a base layer and on the side which is distal to the electrode structure with a passivating covering layer.
  • the base layer and the passivating cover layer may be formed according to the above-described proximal and distal material properties.
  • a plasma with a high oxygen content or even a pure oxygen plasma is used to form the base layer, whereas a lower oxygen content or even an oxygen-free plasma is used in forming the cover layer by the plasma now one or more others Contains gases such as argon, krypton, xenon or neon. In this way, the cover layer is produced with a higher degree of material compaction compared to the base layer.
  • the cover layer in a preferred embodiment of the invention as a passivation layer, which in particular provides protection of the component against environmental influences.
  • the higher degree of material compaction has the consequence that the penetration of moisture into the layer is minimized or even completely prevented.
  • the use of a vapor-deposited glass material for the formation of the cover layer is preferred, since in this way better hermetic properties of the cover layer are achieved.
  • the different properties of the materials vapor-deposited glass material, silicon dioxide, aluminum oxide and silicon nitride make it possible to form desired layer properties during production, depending on the application.
  • the dielectric layer is formed with a layer thickness between about 0.5 ⁇ m and about 50 ⁇ m, preferably with a layer thickness between about 3 ⁇ m and about 10 ⁇ m.
  • the latter is particularly preferred in conjunction with layers that do not have uniform layer properties.
  • a minimum layer thickness is required to completely decay the acoustic waves in the upper part of the layer.
  • the construction of a gradient layer also requires a minimum height of the layer.
  • the pre-packaging needed a certain layer thickness to optimally protect the device during further processing. Higher layer thicknesses would not make economic sense. In addition, it can lead to considerable residual stresses in the layer.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the dielectric layer is deposited at a layer deposition rate between about 30 nm / min and about 1000 nm / min, preferably with a layer deposition rate of between about 50 nm / min and about 300 nm / min. In this rate range, the residual stress of the dielectric layer with respect to mechanical strength and as little as possible influencing of electronic filter properties lies in a region which is advantageous for the component.
  • the at least one layer vapor deposition material is deposited on a substrate for which a substrate temperature of less than about 120 ° C. and preferably less than about 100 ° C. is set. In the lower limit range, the substrate temperature is preferably about room temperature or slightly more.
  • the dielectric layer is deposited with layer regions differing in their physical and / or chemical properties by changing a composition of a plasma used in depositing the layer vapor material.
  • a source for the plasma for example, a high-frequency excited, magnetic-field-assisted plasma jet source can be used to extract a quasi-neutral plasma jet.
  • the change of the plasma during the deposition of the coating vapor deposition material preferably relates to the process gas composition of the plasma used and the adjustment of the gas flow and the high-frequency power.
  • a pure oxygen flow can be provided, expediently with a flow of about 10 sccm to about 200 sccm, preferably between about 20 sccm and about 50 sccm.
  • the stoichiometry of a SiO 2 layer can be advantageously influenced.
  • a process gas flow for a process gas which contains at least one other gas such as neon, krypton, xenon or argon in addition to oxygen or even oxygen-free
  • a gas flow of about lOsccm to about 200sccm, preferably between about 20sccm and about 50sccm can be conveniently used. In these areas, in particular dielectric layers are used. th with reduced residual stress feasible.
  • high-frequency powers of about 100 W to about 1000 W are preferably used, preferably from about 250 W to about 600 W.
  • the high frequency power controls the ion current density.
  • the range of high frequency power in combination with the indicated gas flows is a technically preferred range because of a favorable ratio of kinetic energy of the plasma constituents and the ion current density.
  • a power input to the film deposition material which varies depending on the vapor pressure of the involved components of the film vapor deposition material and the desired film deposition rate is preferably about 150W to about 1500W, more preferably about 300W to about 1000W. This is a performance range where the substrate temperature does not become too high. Too high temperatures would damage the polymer on the substrate and thus hinder or even make impossible the lift-off process. Non-polymer-coated substrates, however, can also be vaporized at higher powers and thus at higher temperatures.
  • An expedient embodiment of the invention can provide that the dielectric layer is formed by co-evaporation of the at least one vapor-deposited glass material and of the silicon dioxide. In this way, the advantageous properties made available by the different materials can be combined with one another.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a substrate on which a structured dielectric see layer is deposited by means of thermal evaporation
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the substrate from FIG. 1 with a photoresist deposited thereon
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the substrate from FIG. 2 with a dielectric layer now deposited thereon from a layer vapor deposition material
  • FIG. 4 is a schematic representation of the substrate of FIG. 3, wherein the photoresist layer is detached
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of an arrangement for an electroacoustic component in which an electrode structure on a substrate is completely enclosed by a dielectric layer
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of an arrangement for an electroacoustic component in which an electrode structure on a substrate is only partially enclosed by a dielectric layer
  • FIG. 7 shows a schematic representation of an arrangement for an electroacoustic component, in which a gradual transition between layer regions having different properties is formed in a dielectric layer
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of an arrangement for an electroacoustic component, in which a sudden transition between layer regions with different properties is formed in a dielectric layer
  • FIG. 10 shows a schematic representation of an electroacoustic component with a packaging
  • Fig. 11 is a schematic representation of a prepackaged electro-acoustic device with contact pads and "Solder Balls" and
  • Fig. 12 is a schematic representation of an arrangement with the prepackaged electro-acoustic device of FIG. 11, which is applied to a circuit board.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a substrate 1, on which a dielectric layer of a Schichtaufdampfmaterial, namely a Aufdampfglasmaterial, silicon dioxide, silicon nitride or aluminum oxide, is deposited by thermal evaporation, preferably an electron beam evaporation is available.
  • a dielectric layer of a Schichtaufdampfmaterial namely a Aufdampfglasmaterial, silicon dioxide, silicon nitride or aluminum oxide
  • thermal evaporation preferably an electron beam evaporation is available.
  • electro-acoustic components in particular as surface acoustic waves or acoustic Volume-wave working components are executed, it is in the substrate 1 is usually a substrate made of a piezoelectric material.
  • a metal layer with an electrode structure (not shown) is formed.
  • the electrode structure may also be embodied as a layer system and usually consists of one or more metal materials.
  • a dielectric layer is then to be deposited thereon, which at least partially covers the electrode structure.
  • the dielectric layer is patterned with the aid of a lift-off process described in more detail below, in order to enable the subsequent electrical contacting of the electrode structure via the thus exposed connection surfaces.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the substrate 1 from FIG. 1, on which a negative image of a microstructuring desired for the dielectric layer to be deposited is now applied in a photoresist 2 by means of known lithography.
  • a vapor deposition material is deposited by means of thermal evaporation, so that according to FIG. 3, a vapor deposition layer 3 is formed.
  • a plasma-assisted thermal electron beam evaporation is used here for layer deposition.
  • the vapor deposition layer 3 is embodied in one or more layers, with at least one vapor-deposited glass material such as borosilicate glass being deposited as a multicomponent system or a one-component system such as silicon dioxide, aluminum oxide or silicon nitride.
  • the vapor deposition layer 3 is formed with, in one embodiment, a deposition rate of between about 150 nm / min and about 300 nm / min.
  • the substrate 1 is held during the deposition of the dielectric layer on a substrate temperature which is preferably less than about 100 0 C is less than about 120 ° C.
  • the deposition of the Schichtaufdampfmaterials done with the assistance of a plasma, for which the process gases oxygen and argon are used.
  • a pre-cleaning or conditioning of the surface on which the Schichtaufdampfmaterial is to be deposited carried out with a plasma of argon and oxygen.
  • the plasma used is adjusted differently, in particular with respect to its gas composition and plasma power, in order to form desired layer properties in the vapor deposition layer. the.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the substrate 1 from FIG. 3, with the photoresist layer 2 being detached.
  • FIGS. 5 to 12 Further exemplary embodiments are explained below with reference to FIGS. 5 to 12.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1 to 4 are used for the same features.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of an arrangement for an electroacoustic component in which an electrode structure 20 on a substrate 1 is completely enclosed by a dielectric, vapor-deposited layer 3.
  • the substrate 1 is made of, for example, LiNbO3. After that, the electrode structure 20 which is completely enclosed by the vapor deposition layer 3 is formed.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an arrangement for an electroacoustic component, in which an electrode structure 20 on a substrate 1 is partially enclosed by a dielectric, vapor-deposited layer 3.
  • the substrate 1 is again made of LiNbO3.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of an arrangement for an electroacoustic component, in which a gradual transition between layer regions having different properties is formed in a dielectric, vapor-deposited layer 3.
  • a first and a second layer region 21, 22 are formed, between which a gradual transition takes place.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an arrangement for an electroacoustic component, in which a non-gradual transition between layer regions having different properties is formed in a dielectric, vapor-deposited layer 3. Between the two layer regions 21, 22 takes place a "sudden" change of physical and / or chemical properties.
  • the vapor deposition layer 3 comprises three layer regions 30, 31, 32.
  • the lower layer region 30 is a dielectric layer with a good temperature response, but with a smaller propagation velocity for acoustic waves compared to the substrate 1 and the overlying layer region 30.
  • the layer region 30 completely encloses the electrode structure 20 or terminates flush with it.
  • the overlying layer region 31 is likewise formed as a dielectric layer, which, however, provides a higher propagation speed for acoustic waves than the lower layer region 30.
  • the transition between the lower layer region 30 and the overlying layer region 31 is characterized by an interface, so that the change of physical / chemical properties with respect to the propagation velocity for acoustic waves takes place abruptly.
  • the upper layer 32 is a passivating layer.
  • the transition between the upper layer region 32 and the underlying layer region 31 may be in the form of a gradient or a boundary region.
  • a gradual transition between the physical and / or chemical layer properties may be made by depositing the vapor deposition material by gradually changing the plasma parameters used.
  • the flowing or gradual transition can also be carried out by means of co-evaporation of two vapor deposition materials, in which a second material is added slowly during the course of the coating and the first material is masked out step by step.
  • the layer region immediately surrounding the electrode structure 20 of the electroacoustic device is preferably made of pure silicon dioxide, with a stoichiometric deposition provided by means of At the end of the stack with the layers 30, 31, a layer region which has a greater material density is deposited, which makes it possible to protect the component from moisture and other environmental influences Moisture reduces residual stresses in these layer areas, and the absorption of moisture near the surface of the dielectric layer can lead to increased compressive stresses.
  • 10 shows a schematic representation of an electroacoustic component with a packaging.
  • an opening 41 in the vapor deposition layer 3 is produced by means of a lift-off process.
  • the vapor-deposited layer 3 in turn is made passivating in a region near the surface 42. This leads to the formation of a kind of pre-packaging.
  • the electroacoustic component is then cast with a molding compound 44.
  • the casting with the molding compound 44 can be carried out for individual electroacoustic components or for a combination of a plurality of electronic components (not shown).
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a prepackaged electroacoustic component 100 with contact pads 101, on which solder balls 102 for a subsequent flip-chip mounting on a printed circuit board (see FIG.
  • a dielectric layer 103 is made of one or more layers.
  • An upper portion 104 of the dielectric layer 103 is formed with passivating properties to protect the prepackaged electro-acoustic device 100 during subsequent assembly and bonding as well as molding.
  • FIG. 12 shows a schematic representation of an arrangement with the prepackaged electroacoustic component according to FIG. 11, which is applied to a printed circuit board 200.
  • the pre-packaged electro-acoustic component 100 is mounted on the printed circuit board 200, which is, for example, a printed circuit board made of the material FR4.
  • the contacting can be carried out by means of a remelting step (reflow) or gluing with electrically conductive adhesive.
  • a solder resist 201 which is previously opened only in the area of contact surfaces 202, is applied to the printed circuit board 200.
  • the electro-acoustic component 100 mounted by means of a flip-chip method can then be sprayed with a molding compound (not shown).

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer dielektrischen Schicht (3) in einem elektroakustischen Bauelement (1), insbesondere einem mit akustischen Oberflächen- oder akustischen Volumenwellen arbeitenden Bauelement, mit einem Substrat und einer zugeordneten Elektrodenstruktur, bei dem die dielektrische Schicht (3) zumindest teilweise gebildet wird, indem mittels einer thermischen Verdampfung wenigstens ein Schichtaufdampfmaterial ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Schichtaufdampfmaterialien abgeschieden wird: Aufdampfglasmaterial wie Borosilikatglas als ehrkomponentsystem oder ein Einkomponentsystem wie Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Aluminiumoxid. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektroakustisches Bauelement.

Description

Verfahren zum Herstellen einer dielektrischen Schicht in einem elektroakustischen Bauelement sowie elektroakustisches Bauelement
Die Erfindung bezieht sich auf Technologien in Verbindung mit elektroakustischen Bauelementen.
Hintergrund der Erfindung
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 dielektrischen Material bedeckt, beispielsweise Siliziumdioxid.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Technologien für elektroakustisclie Bauelemente zu schaffen, mit denen die Herstellung der Bauelemente optimiert ist. Darüber hinaus soll eine individuelle Konfigurierbarkeit des Bauelementes bei der Herstellung erleichtert werden.
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.
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 zumindest teilweise gebildet wird, indem mittels einer thermischen Verdampfung wenigstens ein Schichtaufdampfmaterial ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Schichtaufdampfmaterialien abgeschieden wird: Aufdampfglasmaterial, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Aluminiumoxid. .
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein elektroakustisches Bauelement, insbesondere mit akustischen Oberflächen- oder akustischen Volumenwellen arbeitendes Bauelement, geschaffen mit einem Substrat und einer zugeordneten Elektrodenstruktur sowie einer thermisch aufgedampften, dielektrischen Schicht, die zumindest teilweise aus wenigstens einem Schichtaufdampfmaterial ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Schichtaufdampfmaterialien ist: Aufdampfglasmaterial, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Aluminiumoxid.
Ein wesentlicher Vorteil, welcher mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreicht ist, besteht darin, dass die Nutzung der thermischen Verdampfung des Schichtmaterials für die dielektrische Schicht eine optimierte Schichtabscheidung ermöglicht. Darüber hinaus ist das 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 thermische Verdampfungsprozess beim Abscheiden der dielektrischen Schicht eine zügige Herstellung dieser Schicht, wodurch die Prozesszeiten bei der Herstellung insgesamt optimiert werden können.
Bei dem wenigstens einen Schichtaufdampfmaterial kann es sich um ein Einkomponentensystem wie Siliziumdioxid oder ein Mehrkomponentensystem handeln, beispielsweise Borosili- katglas, 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 Al beschrieben. Beispielhaft können weiterhin die folgenden Produkte zum Einsatz kommen: Schott 8329, Corning 7740(Pyrex), Corning 7070 und Fused Silica.
In verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung kann die dielektrische Schicht ein- oder mehrschichtig ausgeführt sein. Bei einer mehrschichtigen Ausbildung kann vorgesehen sein, wenigstens eine Teilschicht aus einem Aufdampfglasmaterial sowie wenigstens eine weitere 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.
Die dielektrische Schicht kann vollständig oder nur teilweise mittels thermischer Verdampfung, insbesondere plasmagestützter thermischer Verdampfung, hergestellt werden. In einer Ausgestaltung können zusätzlich zu einer oder mehrerer Teilschichten der dielektrischen Schicht, die mittels thermischen Verdampfen abgeschieden werden, ein oder mehrere weitere Teilschichten mit Hilfe anderer Herstellungsverfahren gebildet werden, zum Beispiel mittels Sputtern oder mittels CVD-Prozess {„Chemical Vapor Deposition", Chemische Gasphasenab- scheidung). Diese Herstellungsverfahren sind zum Beispiel auch beim Auftragen von Siliziumnitrid nutzbar. Die eine oder die weiteren Teilschichten der dielektrischen Schicht können vor und / oder nach dem Abscheiden der einen oder der mehreren Teilschichten prozessiert werden.
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 inhomogene 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.
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.
Die Herstellung der dielektrischen Schicht in dem elektroakustischen Bauelement erfolgt bevorzugt in dem so genannten Wafer- Verbund.
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 Sägen erfolgt. Die Kontaktierung des Bauelementes kann mittels Draht-Bonden oder einer 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.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird die thermische Verdampfung als plasmagestütze thermische Verdampfung ausgeführt. Mittels der Plasmaunterstützung können die oben beschriebenen Vorteile der Nutzung des thermischen Verdampfens zur Schichtab- scheidung in optimierter Art und Weise genutzt werden. Bei der plasmagestützten Ausführung des thermischen Verdampfens 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.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die thermische Verdampfung als eine Elektronenstrahlverdampfung ausgeführt wird. Mit Hilfe eines Elektronenstrahls wird das Schichtaufdampfinaterial, welches in einer Quelle zur Verfugung gestellt ist, verdampft, um es anschließend im Bereich der herzustellenden dielektrischen Schicht abzuscheiden. Die Verdampfungsenergie wird mittels einer Elelctronenkanone („e-beam") auf das Aufdampfschichtmaterial in der üblicherweise als Tiegel ausgeführten ausführten Quelle übertragen. Mit Hilfe der Elektronenstrahlverdampfung lassen sich hohe Energiedichten und Temperaturen erzielen.
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 gewünschten 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.
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 Ab- scheideprozess 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 Neön 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.
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 Material Verdichtungsgrad kann auch für eine Teilschicht der dielektrischen Schicht vorgesehen sein, wohingegen andere Teilbereiche der dielektrischen Schicht im Wesentlichen einen einheitlichen Materialverdichtungsgrad aufweisen.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass beim Bilden der dielektrischen Schicht Siliziumdioxid auf der zur Elektrodenstruktur proximalen Seite im Wesentlichen stöchio- metrisch 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 Abschei- dung von Siliziumdioxid eine Teilschicht aus einem Aufdampfglasmaterial, Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid folgen. Die stöchiometrische Abscheidung des Siliziumdioxids hat einen günstigen Einfluss auf den Temperaturgang des Bauelementes, was für elektroakustisches Bauelemente von besonderer Bedeutung ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die dielektrische Schicht auf der zur Elektrodenstruktur 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 einer 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, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Siliziumnitrid ermöglichen es, je nach Anwendungsfall gewünschte Schichteigenschaften bei der Herstellung zu bilden.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die dielektrische Schicht mit einer Schichtdicke zwischen etwa 0,5μm und etwa 50μm gebildet wird, bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen etwa 3μm und etwa lOμm. Letzteres ist insbesondere in Verbindung mit Schichten bevorzugt, die nicht einheitliche Schichteigenschaften aufweisen. Es ist eine Mindestschichtdicke 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.
Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, dass die dielektrische Schicht mit einer Schichtabscheiderate zwischen etwa 30nm/min und etwa 1000nm/min abgeschieden wird, bevorzugt mit einer Schichtabscheiderate zwischen etwa 50nm/min und etwa 300nm/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.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass das wenigstens ein Schichtaufdampfmaterial auf einem Substrat abgeschieden wird, für welches eine Substrattemperatur von weniger als etwa 1200C und bevorzugt von weniger als etwa 1000C eingestellt wird. Im unteren Grenzbereich beträgt die Substrattemperatur vorzugsweise etwa Raumtemperatur o- der etwas mehr.
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 betreffen bevorzugt die Prozessgaszusammensetzung des verwendeten Plasmas und die Einstellung des Gasflusses und der Hochfrequenzleistung. Beispielsweise kann ein reiner Sauer- stofffluss vorgesehen sein, zweckmäßig mit einem Fluss von etwa lOsccm bis etwa 200sccm, bevorzugt zwischen etwa 20sccm und etwa 50sccm. 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 lOsccm bis etwa 200sccm, bevorzugt zwischen etwa 20sccm und etwa 50sccm eingesetzt werden. In diesen Bereichen sind insbesondere dielektrische Schich- ten mit reduzierter Eigenspannung realisierbar.
Für die unterschiedlichen Zusammensetzungen des Prozessgasflusses werden bevorzugt Hochfrequenzleistungen von etwa 100W bis etwas 1000 W genutzt, bevorzugt von etwa 250W bis etwa 600W. 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.
In der zum Abscheiden des Schichtaufdampfmaterials genutzten Abscheidekammer werden Kammerdrücke von 10Λ-3 mbar bis 10A-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 150W bis etwa 1500W, weiter bevorzugt etwa 300W bis etwa 1000W. 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.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die dielektrische Schicht mittels einer Co- Verdampfung des zumindest einen Aufdampfglasmaterials und des Siliziumdioxids gebildet wird. Auf diese Weise sind die von den unterschiedlichen Materialen jeweils zur Verfügung gestellten, vorteilhaften Eigenschaften miteinander kombinierbar.
In Verbindung mit den vorgeschlagenen Ausgestaltungen des elektroakustischen Bauelementes gelten die in Verbindung mit zugehörigen Ausführungsformen des Verfahrens zum Herstellen gemachten Erläuterungen entsprechend.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Substrats, auf dem eine strukturierte dielektri- sehe Schicht mittels thermischen Verdampfen abzuscheiden ist,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Substrats aus Fig. 1 mit hierauf abgeschiedenem Fotolack,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Substrats aus Fig. 2 mit einer nun hierauf abgeschiedenen dielektrischen Schicht aus einem Schichtaufdampfmaterial,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Substrats aus Fig. 3, wobei die Fotolackschicht abgelöst ist,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein elektroakustisches Bauelement, bei dem eine Elelctrodenstruktur auf einem Substrat vollständig von einer dielektrischen Schicht eingeschlossen ist,
Fig. 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,
Fig. 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,
Fig. 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,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung eines elektroakustischen Bauelementes,
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines elektroakustischen Bauelementes mit einer Verpackung,
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines vorverpackten elektroakustischen Bauelementes mit Kontaktpads und „Solder Balls" und
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit dem vorverpackten elektroakustischen Bauelement nach Fig. 11, welches auf eine Leiterplatte aufgebracht ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Substrats 1, auf welchem eine dielektrische Schicht aus einem Schichtaufdampfmaterial, nämlich einem Aufdampfglasmaterial, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid, mittels thermischer Verdampfung abzuscheiden ist, wobei bevorzugt eine Elektronenstrahlverdampfung nutzbar 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 Metall- schicht 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.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Substrats 1 aus Fig. 1, auf dem nun mittels bekannter Lithografie ein Negativbild einer für die abzuscheidene dielektrische Schicht gewünschten Mikrostrukturierung in einem Fotolack 2 aufgebracht ist.
Nun wird mittels thermischerVerdampfung ein Schichtaufdampfmaterial abgeschieden, so dass gemäß Fig. 3 eine Aufdampfschicht 3 entsteht. In einer Ausführung wird hier eine plasmagestützte thermische Elektronenstrahlverdampfung zur Schichtabscheidung verwendet. Die Aufdampfschicht 3 wird ein- oder mehrschichtig ausgeführt, wobei wenigstens ein Aufdampfglasmaterial wie Borosilikatglas als Mehrkomponentensystem oder ein Einkomponentensystem wie Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid abgeschieden werden. Die Aufdampfschicht 3 wird mit in einem Ausführungsbeispiel einer Abscheiderate zwischen etwa 150nm/min und etwa 300nm/min gebildet.
Das Substrat 1 wird während der Abscheidung der dielektrischen Schicht auf einer Substrattemperatur gehalten, die kleiner als etwa 120°C, vorzugsweise kleiner als etwa 1000C 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 einem Plasma aus Argon und Sauerstoff. Während der verschiedenen Zeitabschnitte des Abscheidens der Aufdampfschicht 3 wird das genutzte Plasma unterschiedlich eingestellt, insbesondere hinsichtlich seiner Gaszusammensetzung und der Plasmaleistung, um gewünschte Schichteigenschaften in der Aufdampfschicht auszubil- den.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Substrats 1 aus Fig. 3, wobei die Fotolackschicht 2 abgelöst ist.
Weitere Ausfuhrungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 12 erläutert. Hierbei werden für gleiche Merkmale dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 4 verwendet.
Fig. 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.
Fig. 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.
Fig. 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.
Fig. 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.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung eines elektroakustischen Bauelementes. Die dargestellte Anordnung ist insbesondere für ein mit akustischem Volumenwellen arbeitendes elektroakustiscb.es Bauelement geeignet. Die Aufdampfschicht 3 um- fasst 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 dielektrische 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.
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. Als Abschluss des Stapels mit den Schichten 30,31 wird 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. Fig. 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 Drahtbonden 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 e- lektroakustische Bauelemente oder für ein Verbund mehrerer elektronischer Bauelemente (nicht dargestellt) vorgenommen werden.
Fig. 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. Fig. 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.
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit dem vorverpackten elektroakustischen Bauelement nach Fig. 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).
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.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren 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 zumindest teilweise gebildet wird, indem mittels einer thermischen Verdampfung wenigstens ein Schichtaufdampfmaterial ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Schichtaufdampfmaterialien abgeschieden wird: Aufdampfglasmaterial, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Aluminiumoxid.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Verdampfung als eine plasmagestützte Verdampfung ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Verdampfung als eine Elektronenstrahlverdampfung ausgeführt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mittels wenigstens eines Strukturierungsver- fahrens ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Strukturierungsverfahren strukturiert wird: Lift-off-Prozess, reaktives Plasmaätzen und nasschemisches Ätzen.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mit einem innerhalb der dielektrischen Schicht nicht einheitlichen Materialverdichtungsgrad gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer zur 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
7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht auf der zur Elektrodenstruktur proximalen Seite mit einer proximalen Wellenausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen gebildet wird, welche verschieden ist von einer distalen Wellenausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen auf der zur Elektrodenstruktur distalen Seite der dielektrischen Schicht.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bilden der dielektrischen Schicht Siliziumdioxid auf der zur Elektrodenstruktur proximalen Seite im Wesentlichen stöchiometrisch abgeschieden wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht auf der zur Elektrodenstraktur proximalen Seite mit einer Basisschicht und auf der zur Elektrodenstruktur distalen Seite mit einer passivierenden Deckschicht gebildet wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mit einer Schichtdicke zwischen etwa 0,5 μm und etwa 50μm gebildet wird, bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen etwa 3μm und etwa 1 Oμm.
11. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mit einer Schichtabscheiderate zwischen etwa 30nm/min und etwa lOOOnm/min abgeschieden wird, bevorzugt mit einer Schichtabscheiderate zwischen etwa 50nm/min und etwa 300nm/min.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schichtaufdampfmaterial auf einem Substrat abgeschieden wird, für welches eine Substrattemperatur von weniger als etwa 12O0C und bevorzugt von weniger als etwa 100°C eingestellt wird.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mit sich hinsichtlich ihrer physikalischen und / oder chemischen Eigenschaften unterscheidenden Schichtbereichen abgeschieden wird, indem eine Zusammensetzung eines beim Abscheiden des Schichtaufdampfinaterials ma- terials genutzten Plasmas verändert wird.
14. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mittels einer Co-Verdampfung des zumindest einen Aufdampfglasmaterials und des Siliziumdioxids gebildet wird.
15. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drahtbonden und ein Molding-Prozess ausgeführt werden.
16. Elektroakustisches Bauelement, insbesondere mit akustischen Oberflächen- oder akustischen Volumenwellen arbeitendes Bauelement, hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Substrat und einer zugeordneten Elektrodenstruktur sowie einer thermisch aufgedampften, dielektrischen Schicht, die zumindest teilweise aus wenigstens einem Schichtaufdampfmaterial ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Schichtaufdampfmaterialien ist: Aufdampfglasmaterial, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Aluminiumoxid.
17. Bauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mit einem innerhalb der dielektrischen Schicht nicht einheitlichen Materialverdichtungsgrad gebildet ist.
18. Bauelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer zu einer Elektrodenstruktur proximalen Seite der dielektrischen Schicht ein proximaler Materialverdichtungsgrad gebildet ist, welcher höher ist als ein distaler Materialverdichtungsgrad auf einer zu der Elektrodenstruktur distalen Seite der dielektrischen Schicht
19. Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht auf der zur Elektrodenstruktur proximalen Seite mit einer proximalen Wellenausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Wellen gebildet ist, welche verschieden ist von einer distalen Wellenausbreitungsgeschwindig- keit für akustische Wellen auf der zur Elektrodenstruktur distalen Seite der dielektrischen Schicht ist.
20. Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der dielektrischen Schicht Siliziumdioxid auf der zur Elektrodenstruktur proximalen Seite im Wesentlichen stöchiometrisch abgeschieden ist.
21. Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht auf der zur Elektrodenstruktur proximalen Seite mit einer Basisschicht und auf der zur Elektrodenstruktur distalen Seite mit einer passivierenden Deckschicht gebildet ist.
22. Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mit einer Schichtdicke zwischen etwa 0,5 μm und etwa 50μm gebildet ist, bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen etwa 3μm und etwa lOμm.
23. Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mit sich hinsichtlich ihrer physikalischen und / oder chemischen Eigenschaften unterscheidenden Schichtbereichen abgeschieden ist.
24. Bauelement nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 23 dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Bonddrähte sowie eine gemoldete Verpackung gebildet sind.
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