DD264943A1 - PROCESS FOR THE ADHESIVE METALLIZATION OF PIEZOELECTRIC MATERIALS - Google Patents

PROCESS FOR THE ADHESIVE METALLIZATION OF PIEZOELECTRIC MATERIALS Download PDF

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DD264943A1
DD264943A1 DD30944387A DD30944387A DD264943A1 DD 264943 A1 DD264943 A1 DD 264943A1 DD 30944387 A DD30944387 A DD 30944387A DD 30944387 A DD30944387 A DD 30944387A DD 264943 A1 DD264943 A1 DD 264943A1
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metallization
intermediate layer
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adherent
sio
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DD30944387A
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Inventor
Erhard Schippel
Marina Schmidt
Original Assignee
Wismar Ing Hochschule
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur haftfesten Metallisierung von piezoelektrischen Substratmaterialien fuer die Herstellung von Bauelementen der Elektronik. Eine haftfeste Metallisierung, beispielsweise mit Aluminium, durch Aufdampfen wird erfindungsgemaess dadurch erreicht, dass zunaechst das Substratmaterial in Kombination mit einer Glimmbehandlung mit einer duennen Zwischenschicht aus Chrom oder SiO beschichtet wird. Die ganzflaechige Haftfestigkeit der nachfolgenden aufgebrachten Metallisierung wird dadurch derartig erhoeht, dass nach entsprechenden Pruefungen an keiner Stelle des Substrates Schichtabhebungen auftreten. Derartig haftfeste Metallisierungen sind Voraussetzung, um mittels der piezoelektrischen Materialien qualitativ hochwertige und zuverlaessige elektronische Bauelemente mit hoher Produktionsausbeute fertigen zu koennen.The invention relates to a method for adherent metallization of piezoelectric substrate materials for the production of electronic components. An adherent metallization, for example with aluminum, by vapor deposition is inventively achieved in that initially the substrate material is coated in combination with a glow treatment with a thin intermediate layer of chromium or SiO. The ganzflaechige adhesion of the subsequent applied metallization is thereby increased so that after appropriate tests at any point of the substrate Schichtabhebungen occur. Such adherent metallizations are a prerequisite to be able to produce by means of piezoelectric materials high quality and reliable electronic components with high production yield.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung haftfester Metallisierung auf piezoelektrischen Materialien, die zur Herstellung von Filtern, Resonatoren und Verzögerungsleitungen in der Elektronik Anwendung finden.The invention relates to a method for producing adhesion-resistant metallization on piezoelectric materials, which are used for the production of filters, resonators and delay lines in electronics.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Filter, Resonatoren, Verzögerungsleitungen und andere elektronische Bauelemente auf piezoelektrischen Substraten erzeugt, werden in zunehmendem Maße in der Nachrichtentechnik angewendet. Zur Herstellung frequenzselektiver Bauelement) wird für Oberflächenwellenfilter als piezoelektrisches Material insbesondere einkristallines Lithiumniobat (LiNbOj) genutzt. DiB Wirkungsweise von Oberflächenwollenfütern beruht auf die Anregung, die Ausbreitung und den Empfang von akustischen Oberflächenwollen auf piezoelektrischen Substratmaterialien. Zur Anregung und zum Empfang der auf dem piezoelektrischen Material erzeugten und sich ausbreitenden Oberflächenwelle werden in-einandergreifende kammartige Elektroden als Interdigitalwandler mittels Fotolithographie aus einer aufgedampften Metallschicht hergestellt. Die Eigenschaften dos Filters werden von den Strukturbreiten und der Wandlergeometrie bestimmt. Die Strukturbreiten liegen in der Größenordnung von kleiner 3pm bis etwa 15Mm. Zi-r Aufdampfung der Metallisierung wird vo.zugsweise Aluminium verwendet. An der Haftfestigkeit der aufgedampften Metallschicht werden hohe Anforderungen gestellt, da davon die Produktionsausbeute an Bauelementen, sowie deren Qualität und Zuverlässigkeit abhängig ist. Weiterhin muß diese Schicht für den elektrischen Anschluß auch bondfähig sein.Filters, resonators, delay lines and other electronic components produced on piezoelectric substrates are increasingly being used in communications engineering. For the production of frequency-selective component), in particular monocrystalline lithium niobate (LiNbOj) is used as the piezoelectric material for surface acoustic wave filters. The function of surface wool fillers is based on the excitation, propagation, and reception of surface acoustic wave on piezoelectric substrate materials. In order to excite and receive the surface wave generated and propagated on the piezoelectric material, interdigitated comb-like electrodes are fabricated as interdigital transducers by photolithography from a vapor deposited metal layer. The properties of the filter are determined by the structure widths and the transducer geometry. The pattern widths are on the order of less than 3 pm to about 15 mm. Zi-r vapor deposition of the metallization vo voices is preferably used aluminum. High demands are placed on the adhesive strength of the vapor-deposited metal layer, as it depends on the production yield of components as well as their quality and reliability. Furthermore, this layer must also be bondable for the electrical connection.

Durch besondere Schnittebonen im LiNBOj-Kristall, abweichend von- üblichen YZ-Schnitt, ist eine Minimierung der Bauelementegröße möglich. Derartig geschnittene Kristallscheiben können jedoch sehr hohe statische Aufladungen aufweisen, wodurch die Haftfestigkeit der aufgedampften Metallschicht beeinträchtigt wird.Due to special cut bonbons in the LiNBOj crystal, deviating from the usual YZ cut, a minimization of the component size is possible. However, such cut crystal disks can have very high static charges, whereby the adhesive strength of the deposited metal layer is impaired.

Voraussetzung für eine einwandfreie Metallisierung ist eine saubere Substratoberfläche. Es ist bekannt, daß zur Vermeidung von Reaktionen zwischen Substrat und Metallschicht eino Zwischenschicht als Diffusionsbarriere aufgedampft werden kdnn, da die Reaktionsprodukte die Haftfestigkeit der Schicht und ihre Funktion beeinträchtigen können. l;i den BRD-Patentschriften P 2238925.9, P 2631671.2-35 und P 2431620.0 werden SiO- und Cr-Zwischenschichten zur Erhöhung der Qualität des Ausgangssignals und zur Beeinflureung der Durchladcharakteristik eines Oberflächenwellonfilters auf piezoelektrischem Material verwendet.Prerequisite for a perfect metallization is a clean substrate surface. It is known that in order to avoid reactions between the substrate and the metal layer, an intermediate layer can be vapor-deposited as a diffusion barrier, since the reaction products can impair the adhesion of the layer and its function. In the Federal Republic of Germany patents P 2238925.9, P 2631671.2-35 and P 2431620.0, SiO and Cr interlayers are used to increase the quality of the output signal and to affect the through-charging characteristic of a surface acoustic wave filter on piezoelectric material.

Es gibt bisher keine Angehen, um reproduzierbar, ganzflächig haftfeste und bondfähige Metallschichten, wie zum Beispiel Aluminium, auf einkristallinen piezoelektrischen Materialien, insbesondere auf LiNbOj-Substratscheiben, die abweichend vom YZ-Schnitt hergestellt sind, abzuscheiden. Daraus ergeben sich Schwierigkeiten in der Realisierung technisch möglicher kleiner Strukturbreiten für den Interdigitalwandler und ökonomische Nachteile durch die nicht optimale Nutzung der ganzen Substratscheibe für Chips zur BauelementeproduktionTo date, there has been no attempt to deposit reproducible, all-over adherent and bondable metal layers, such as aluminum, on single-crystalline piezoelectric materials, in particular on LiNbOj substrate wafers, which are produced differently from the YZ cut. This results in difficulties in the realization of technically possible small feature sizes for the interdigital transducer and economic disadvantages due to the non-optimal use of the entire substrate wafer for chips for component production

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, auf piezoelektrischen Substratmaterialien, die sich statisch aufladen können, wie beispielsweise einkristallines LiNbOi, durch ein Verfahren reproduzierbar mit einer ganzflächig äußerst haftfesten Metallisierung im Vakuum zu versehen, so daß die Chipausbeute pro Substratscheibe erhöht, die Strukturbreiten für den Interdigitalwandler verkleinert werden können und «iie Qualität und Zuverlässigkeit der danach hergestellten Bauelemente steigt.The aim of the invention is on piezoelectric substrate materials that can charge statically, such as single-crystalline LiNbOi, provided by a process reproducible with a very large surface adherent metallization in vacuo, so that increases the chip yield per substrate wafer, the feature widths reduced for the interdigital transducer and the quality and reliability of the components manufactured

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch ein geeignetes Verfahren im Vakuum eine äußerst haftfeite Metallisierung auf pinzoelektrischen Materialien, wie beispielsweise LiNbOj, ganzflächig und reproduzierbar aufzubringen, die nachträglich strukturiert werden kann und bondfähig ist.The technical object of the invention is to apply a very adhesive metallization on piezoelectric materials such as LiNbOj, over the entire surface and reproducibly by a suitable method in a vacuum, which can be subsequently structured and is bondable.

Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, daß in Kombination mit einer Glimmentladung eine Zwischenschicht zwischbn p.dzoelektriechem Material und der Motallisierung in einer Stärke im Vakuum aufgedampft wird, die die Bauelementeh «rstellung und -funktion nicht beeinträchtigt. Es wurde gefunden, daß zur Metallisierung mit Aluminium alt Zwischenschicht in Kombination mit einer Glimmentladung Chrom und SiO besonders geeignet sind. Die Glimmentladung Ist unbedingt notwendigAccording to the invention, the method consists of vacuum-depositing, in combination with a glow discharge, an intermediate layer between the piezoelectric material and the motorization in a vacuum which does not adversely affect device design and function. It has been found that for metallization with aluminum old interlayer in combination with a glow discharge chromium and SiO are particularly suitable. The glow discharge is absolutely necessary

vor der Aufdampfung von Chrom und SiO als Zwischenschicht. Während zur nachträglichen Metallisierung mit Aluminium bei der Chrom-Zwischenschicht keine Wiederholung der Glimmentladung erforderlich ist, muß eine nochmalige Glimmentladung erfolgen, wenn Aluminium auf die SiO-Zwischenschicht aufgedampft wird.before the vapor deposition of chromium and SiO as an intermediate layer. While no repetition of the glow discharge is required for the subsequent metallization with aluminum in the chromium intermediate layer, a further glow discharge must take place when aluminum is vapor-deposited onto the SiO intermediate layer.

Die Glimmentladung im Vorvakuumbereich bewirkt offenbar neben der bekannten Aktivierung der Substratoberfliche auch eineThe glow discharge in the fore-vacuum region obviously causes, in addition to the known activation of the substrate surface also a Ent- oder Umladung der statischen Ladung auf der Substratoberflache, wodurch unter Mitwirkung der Zwischenschicht eineDischarge or transhipment of the static charge on the substrate surface, whereby, with the cooperation of the intermediate layer a

entscheidend höhere Haftfestigkeit der Metallierung erreicht wird. Eine Diene der Zwischenschicht von 20nm ist ausreichend und sie sollte nicht dicker als 50 nm sein.significantly higher adhesion of the metallization is achieved. A diene of the intermediate layer of 20 nm is sufficient and it should not be thicker than 50 nm.

Vergleichende Untersuchungen habe. Ud/eigt, daß andere Materialien für die Zwischenschicht, wie zum Beispiel Nickel,Have comparative studies. U d / eigt that other materials for the intermediate layer, such as nickel, Wolfram oder ZnO, garkeine oder nur geringfügig die Haftfestigkeit der Metallisierung verbessern.Tungsten or ZnO, garkeine or only slightly improve the adhesion of the metallization. AusfülirungsbeisplelAusfülirungsbeisplel Zur Metallisierung sind die piezoelektrischen Materialien, wie beispielsweise polierte einkristalline LiNbOj-Substratsrheiben,For metallization, the piezoelectric materials, such as polished single crystal LiNbOj substrate slices,

nach bekannten Verfahren gründlich zu reinigen.Thoroughly clean according to known methods.

Die Metallisierung erfolgt in oiner Vakuumanlage in der Weise, daß im Bereich des Vorvakuums die im Rezipienten angeordnetonThe metallization is carried out in a vacuum system in such a way that in the region of the pre-vacuum that arranged in the recipient Substrate mindestens 30 Sekunden einer Glimmbohandiung mit einem Glimmstrom von etwa 4 A ausgesetzt werden. DanachSuspend substrates for at least 30 seconds from a glow blast with a glow current of approximately 4 amperes. After that

wird im Rezipienten das zur Aufdampfung der Zwischenschicht notwendige Hochvakuum von kleiner 6 · 10'1Pa erzeugt undis generated in the recipient for the vapor deposition of the intermediate layer high vacuum of less than 6 · 10 ' 1 Pa and

Chrom oder SiO in bekanntor Weise verdampft, so daß eine Zwischenschicht aus diesen Materialien auf dem Substrat von 20 nmChromium or SiO evaporates in known manner, so that an intermediate layer of these materials on the substrate of 20 nm

bis 50nm Dicke entsteht.to 50nm thickness arises.

Auf die Chrom-Zwischenschcht kann unmittelbar nach deren Aufdampfung aus einem zweiten Verdampfer zur Metallisierung,On the intermediate chrome plate, immediately after its deposition from a second evaporator for metallization,

zum Seispiel Aluminium, in der für das Bonden erforderlichen Dicke aufgedampft werden.For example, aluminum, are deposited in the thickness required for bonding.

Bui der Verwendung von SiO als Zwischenschicht ist nach deren Aufdampfung ein Gaseinlaß zur Wiederholung derBui the use of SiO as an intermediate layer is after their vapor deposition a gas inlet to repeat the Glimmbohandiung von mindestens 30 Sekunden bei 4A Glimmstrom notwendig. Danach ist wieder Hochvakuum zu erzeugenGlimmbohandiung of at least 30 seconds at 4A glow current necessary. Then again high vacuum is to be generated

und rum Beispiel Aluminium als Metallisierung aufzudampfen.and rum example aluminum as metallization to evaporate.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgedampfte Metallisierung ist äußerst haftfest, so daß auch pai?ielleThe metallization vapor-deposited by the process according to the invention is extremely adherent, so that also conventional Schichtablöcungen vom Substrat nach entsp"..,ienden Prüfverfahren nicht auftreten.Schichtablöcungen from the substrate after entsp ".., ienden test procedures do not occur.

Claims (3)

1. Verfahren zur haftfesten Metallisierung von piezoelektrischen Materialien, insbesondere von polierten einkristallinen LiNbOa-Substraten, durch Aufdampfen im Vakuum von beispielsweise Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß vor der eigentlichen Metallisierung eine Zwischenschicht in Kombination mit einer Glimmentladung aufgebracht wird.1. A method for adherent metallization of piezoelectric materials, in particular of polished monocrystalline LiNbOa substrates, by vacuum evaporation of, for example, aluminum, characterized in that an intermediate layer is applied in combination with a glow discharge before the actual metallization. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Chrom oder SiO besteht und mindestens 20 nm dick ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the intermediate layer consists of chromium or SiO and is at least 20 nm thick. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Aufbringung eier Zwischenschicht eine Glimmbehandlung der Substrate erfolgt und diese Glimmbehandlung vor dem Aufbringen der eigentlichen Metallisierung, zumindest bei der SiO-Zwischenschicht, wiederholt wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that prior to the application eggs interlayer there is a glow treatment of the substrates and this glow treatment is repeated before the application of the actual metallization, at least in the SiO intermediate layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4211956C1 (en) * 1992-04-09 1993-05-06 Multi-Arc Oberflaechentechnik Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach, De

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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