DE102014117599B4

DE102014117599B4 - MEMS device with thin film cover with improved stability and method of manufacture

Info

Publication number: DE102014117599B4
Application number: DE102014117599.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bauer; Ansgar Schäufele; Christoph Eggs
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: DE102014117599A1; WO2016087329A1

Abstract

Es wird ein MEMS-Bauelement mit einer klein bauenden Einhäusung und hoher mechanischer Stabilität sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben. Das Bauelement umfasst eine Dünnschicht-Abdeckung, die zusammen mit einem Trägersubstrat einen Hohlraum einschließt, in dem Bauelementstrukturen angeordnet sind. Die Dünnschicht-Abdeckung weist eine Wölbung auf.It is a MEMS device with a small-build housing and high mechanical stability and a method for producing such a device specified. The device comprises a thin-film cover which, together with a carrier substrate, encloses a cavity in which device structures are arranged. The thin-film cover has a curvature.

Description

Die Erfindung betrifft MEMS-Bauelemente, die sich durch eine erhöhte mechanische Stabilität auszeichnen, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Bauelemente.The invention relates to MEMS components, which are characterized by an increased mechanical stability, and to methods for producing such components.

MEMS-Bauelemente (MEMS = Micro-Electro-Mechanical System = mikro-elektromechanisches System) sind Bauelemente, die Bauelementstrukturen aufweisen, die z. B. mittels Lithografie-Verfahren herstellbar sind. Schaltbare Kondensatoren, SAW-Strukturen (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle) oder BAW-Strukturen (BAW = Bulk Acoustic Wave = akustische Volumenwelle) können z. B. solche MEMS-Strukturen darstellen.MEMS devices (MEMS = micro-electro-mechanical system = micro-electro-mechanical system) are components that have component structures, the z. B. can be produced by lithography process. Switchable capacitors, SAW structures (SAW = Surface Acoustic Wave = surface acoustic wave) or BAW structures (BAW = Bulk Acoustic Wave = acoustic bulk wave) can, for. B. represent such MEMS structures.

Allen MEMS-Bauelementstrukturen ist gemein, dass sie empfindlich auf Veränderungen ihrer räumlichen Umgebung reagieren und deshalb i. A. einer Einhäusung bedürfen, die die empfindlichen Strukturen vor schädlichen äußeren Einflüssen schützt.All MEMS device structures have in common that they are sensitive to changes in their spatial environment and therefore i. A. require an enclosure that protects the delicate structures from harmful external influences.

Oft ist das Bereitstellen einer entsprechend geeigneten Einhäusung dabei aufwendiger und kostenintensiver als die Herstellung der Bauelementstrukturen selbst. Darüber hinaus werden im Rahmen der fortschreitenden Miniaturisierung stets kleinere Bauformen gewünscht, sodass übliche Gehäuse, z. B. Keramikgehäuse mit Deckel, bereits als zu groß angesehen werden.Often, the provision of a correspondingly suitable housing is more complicated and cost-intensive than the production of the component structures themselves. In addition, smaller designs are always desired in the context of progressive miniaturization, so that conventional housings, eg. B. ceramic housing with lid, already considered to be too large.

Es besteht deshalb das Problem, Gehäusetechnologien für MEMS-Strukturen anzugeben, die einer kleinen Bauform genügen und trotz ihrer geringen Abmessungen eine ausreichend hohe Stabilität zur Verfügung stellen.There is therefore the problem of specifying packaging technologies for MEMS structures that are small in design and, despite their small dimensions, provide sufficiently high stability.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 102 213 A1 sind Bauelemente mit kleinen äußeren Abmessungen bekannt, die z. B. MEMS-Strukturen aufnehmen können. Das Bauelement umfasst dabei eine Dünnschicht-Abdeckung, die empfindliche Bauelementstrukturen abdeckt. MEMS Bauelemente mit solchen zumindest teilweise konvex gewölbten Abdeckungen sind aus den Druckschriften US 2013/0207281 A1 , US 2004/0166606 A1 und DE 10 2013 102 210 A1 bekannt.From the publication DE 10 2013 102 213 A1 are components with small outer dimensions known, the z. B. can record MEMS structures. The component comprises a thin-film cover which covers sensitive component structures. MEMS devices with such at least partially convex domed covers are from the documents US 2013/0207281 A1 . US 2004/0166606 A1 and DE 10 2013 102 210 A1 known.

Es besteht deshalb insbesondere die Aufgabe, eine Gehäusetechnologie anzugeben, die eine verbesserte Stabilität ermöglicht.There is therefore a particular object to provide a housing technology that allows improved stability.

Diese Aufgabe wird durch das MEMS-Bauelement bzw. durch das Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Bauelements gemäß den unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.This object is achieved by the MEMS component or by the method for producing a corresponding component according to the independent claims. Dependent claims indicate advantageous embodiments.

Das MEMS-Bauelement umfasst dabei ein Trägersubstrat, MEMS-Bauelementstrukturen auf dem Trägersubstrat, eine Dünnschicht-Abdeckung über den Bauelementstrukturen sowie einen Hohlraum zwischen dem Trägersubstrat und der Dünnschicht-Abdeckung. Der Hohlraum weist eine gewölbte Oberseite auf. Die Dünnschicht-Abdeckung weist ebenfalls eine gewölbte Oberseite auf.In this case, the MEMS component comprises a carrier substrate, MEMS component structures on the carrier substrate, a thin-film cover over the component structures and a cavity between the carrier substrate and the thin-film cover. The cavity has a domed top. The thin film cover also has a domed top.

Es wird also ein MEMS-Bauelement angegeben, dessen Bauelementstrukturen in einem Hohlraum angeordnet sind, der von einer gewölbten Dünnschicht-Abdeckung bedeckt ist. Die gewölbte Dünnschicht-Abdeckung leitet vertikal auf die Abdeckung wirkende Kräfte besonders gut auf ihre Unterlage, das Trägersubstrat, ab. Der Begriff „gewölbte Oberseite” bezeichnet dabei eine Wölbung, die entlang eines Schnitts durch eine Ebene parallel zur Sagittalebene oder eine Ebene parallel zur Frontalebene des Bauelements aufweist. In einem Schnitt parallel zur Transversalebene des Bauelements kann der Hohlraum eine runde, ovale, rechteckige oder quadratische Grundfläche haben. Eine rechteckige Grundfläche mit abgerundeten Ecken ist auch möglich. Ein Krümmungsradius an den Ecken kann 5 μm betragen.Thus, a MEMS device is specified whose component structures are arranged in a cavity which is covered by a curved thin-film cover. The curved thin-film cover dissipates forces acting vertically on the cover particularly well on its base, the carrier substrate. The term "curved top" here refers to a curvature that has along a section through a plane parallel to the sagittal plane or a plane parallel to the frontal plane of the device. In a section parallel to the transverse plane of the component, the cavity may have a round, oval, rectangular or square base. A rectangular base with rounded corners is also possible. A radius of curvature at the corners may be 5 μm.

Das MEMS Bauelement weist Bauelementstrukturen auf, die SAW Strukturen oder BAW Strukturen umfassen. Die Bauelementstrukturen weisen kaskadierte Teilstrukturen auf, die miteinander parallel und/oder in Serie verschaltet sind. Die Dünnschicht-Abdeckung stützt sich in Stützabschnitten auf dem Trägersubstrat ab.The MEMS device has device structures comprising SAW structures or BAW structures. The component structures have cascaded substructures which are interconnected in parallel and / or in series. The thin-film cover is supported in support sections on the carrier substrate.

Der Vorteil einer Dünnschicht-Abdeckung, nämlich geringe geometrische Abmessungen, bedingt durch ihre Art der Herstellung, nämlich mittels Strukturierungs- und Lithografieprozessen, auch gleichzeitig ihren Nachteil: Bei Herstellungsprozessen werden stets mehr oder weniger große Abschnitte auf einem Trägersubstrat gleichzeitig verändert. So wird z. B. eine Schicht mit einer homogenen Dicke abgeschieden, ein Fotolack lokal individuell belichtet, Material einer Schicht mit einer homogenen Abtragungsrate entfernt usw. Die Dünnschicht-Bearbeitungsmethoden zur Strukturierung und die übrigen Lithografieprozesse eignen sich dabei hervorragend, flächige Strukturen mit homogener Dicke bereitzustellen. In Ebenen parallel zur Sagittalebene oder parallel zur Frontalebene verlaufende Materialkanten werden auf einen möglichst glatten Verlauf optimiert, um optimale laterale Auflösungen zu erreichen. Mit den üblichen Prozessen sind gewölbte Hohlräume, insbesondere Hohlräume mit einer runden Wölbung oder einer parabelförmigen Wölbung, die sich nicht lediglich auf kleine Segmente der Oberseite des Hohlraums bezieht, nicht möglich. Die Erfinder erkannten dabei zum einen den Vorteil eines gewölbten Hohlraums und zum anderen, wie ein solcher Hohlraum durch einfach durchzuführende Schritte erhalten werden kann.The advantage of a thin-film cover, namely low geometric dimensions, due to their mode of production, namely by structuring and lithography processes, also their disadvantage at the same time: In manufacturing processes more or less large sections are always changed on a carrier substrate simultaneously. So z. For example, a layer having a homogeneous thickness is deposited, a photoresist is individually exposed locally, material of a layer having a homogeneous removal rate is removed, etc. The thin-film processing methods for structuring and the other lithographic processes are outstandingly suitable for providing planar structures with a homogeneous thickness. Material edges running in planes parallel to the sagittal plane or parallel to the frontal plane are optimized for as smooth a path as possible in order to achieve optimal lateral resolutions. With the usual processes, curved cavities, in particular cavities with a round curvature or a parabolic curvature, which does not relate only to small segments of the upper side of the cavity, are not possible. The inventors recognized on the one hand the advantage of a curved cavity and on the other, such as one Cavity can be obtained by simply performing steps.

Im Vergleich zu konventionellen Häusungstechnologien, aber auch im Vergleich zu bekannten, auf Dünnschicht-Technologie basierenden Schutzelementen ist die Häusung der MEMS-Bauelementstrukturen deshalb verbessert.Compared to conventional packaging technologies, but also compared to known, based on thin-film technology protection elements, the packaging of the MEMS device structures is therefore improved.

Es ist möglich, dass die Wölbung konvex ist.It is possible that the bulge is convex.

Es ist möglich, dass das Bauelement Löcher in der Dünnschicht-Abdeckung aufweist. Ein solches Bauelement weist ferner eine Versiegelungsschicht auf, um die Löcher zu schließen. Die Dünnschicht-Abdeckung ist dabei zwischen dem Hohlraum und der Versiegelungsschicht angeordnet.It is possible that the device has holes in the thin-film cover. Such a device further includes a sealing layer to close the holes. The thin-film cover is arranged between the cavity and the sealing layer.

Während der Herstellung des Bauelements kann ein Opfermaterial, z. B. einer Opferschicht, auf den Bauelementstrukturen angeordnet werden und als Basis für den Abscheideprozess des Materials der Dünnschicht-Abdeckung dienen. Nachdem die Dünnschicht-Abdeckung auf dem Material der Opferschicht und über den Bauelementstrukturen angeordnet worden ist, dienen Löcher in der Dünnschicht-Abdeckung dazu, das Material der Opferschicht zu entfernen. Um die Bauelementstrukturen vor schädlichen äußeren Einflüssen zu schützen, wird das Material der Versiegelungsschicht auf die Dünnschicht-Abdeckung aufgebracht. Das Material der Versiegelungsschicht schließt dabei die Löcher, ohne so weit in den Hohlraum einzudringen, dass die Bauelementstrukturen berührt und ihre mechanische Tätigkeit gestört werden kann.During manufacture of the device, a sacrificial material, e.g. B. a sacrificial layer, are arranged on the device structures and serve as the basis for the deposition process of the material of the thin-film cover. After the thin film cap has been placed over the material of the sacrificial layer and over the device structures, holes in the thin film cap serve to remove the material of the sacrificial layer. In order to protect the component structures from harmful external influences, the material of the sealing layer is applied to the thin-film cover. The material of the sealing layer closes the holes, without penetrating so far into the cavity that the component structures touched and their mechanical activity can be disturbed.

Es ist möglich, dass das Bauelement ferner eine Verstärkungslage aufweist. Die Verstärkungslage ist dabei direkt auf die Dünnschicht-Abdeckung, direkt auf die Versiegelungsschicht oder direkt auf eine weitere Schicht abgeschieden.It is possible that the device further comprises a reinforcing layer. The reinforcement layer is deposited directly on the thin-film cover, directly on the sealing layer or directly on another layer.

Es ist deshalb möglich, dass die Versiegelungsschicht zwischen der Verstärkungslage und der Dünnschicht-Abdeckung angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass die Verstärkungslage zwischen der Dünnschicht-Abdeckung und der Versiegelungsschicht angeordnet ist. Die Verstärkungslage kann dabei mehrere Funktionen erfüllen: Sie kann die mechanische Stabilität des Schichtsystems der Abdeckung des Hohlraums erhöhen, die hermetische Abdichtung des Hohlraums verbessern und/oder, z. B. wenn die Verstärkungslage ein elektrisch leitendes Material umfasst, eine elektromagnetische Abschirmung darstellen.It is therefore possible that the sealing layer is disposed between the reinforcing layer and the thin film cover. It is also possible that the reinforcing layer is arranged between the thin-film cover and the sealing layer. The reinforcing layer can fulfill several functions: It can increase the mechanical stability of the layer system of the cover of the cavity, improve the hermetic seal of the cavity and / or, z. B. when the reinforcing layer comprises an electrically conductive material, constitute an electromagnetic shield.

Es ist möglich, dass das Bauelement Signalleiter und Masse führende Anschlüsse umfasst. Die im Folgenden genannten Eigenschaften von Signalleitern gelten sinngemäß auch für Metallisierungen mit Massepotenzial.It is possible that the device includes signal conductors and grounded leads. The following properties of signal conductors apply mutatis mutandis to metallizations with ground potential.

Ein oder mehrere Signalleiter können an der Oberseite des Trägersubstrats angeordnet sein, um die Bauelementstrukturen mit einer externen Schaltungsumgebung zu verschalten. Der Signalleiter hat dabei einen Kontaktierungs-Abschnitt unter der Dünnschicht-Abdeckung. Die Dünnschicht-Abdeckung hat einen Abschnitt, der den Kontaktierungs-Abschnitt des Signalleiters berührt. Der Kontaktierungs-Abschnitt des Signalleiters kann dabei hermetisch vom Hohlraum getrennt sein, da der Signalleiter unter der Dünnschicht-Abdeckung aus dem Hohlraum herausgeführt ist. Wird beispielsweise ein Loch durch die Dünnschicht-Abdeckung im Bereich des Kontaktierungs-Abschnitts gebildet, das bis zum Signalleiter reicht, so kann eine elektrische Verschaltung über eine Durchkontaktierung durch das Loch erhalten werden.One or more signal conductors may be disposed on top of the carrier substrate to interconnect the device structures to an external circuit environment. The signal conductor has a contacting section under the thin-film cover. The thin film cover has a portion that contacts the contacting portion of the signal conductor. The contacting portion of the signal conductor can be hermetically separated from the cavity, since the signal conductor is guided out of the cavity under the thin-film cover. If, for example, a hole is formed through the thin-film cover in the region of the contacting section which extends to the signal conductor, an electrical connection can be obtained via a through-hole through the hole.

Sind die Bauelementstrukturen BAW-Strukturen, so kann der Hohlraum zumindest einen oder mehrere polygonförmige, z. B. rechtwinklige oder quadratische Abschnitte, in seiner Grundfläche enthalten, in denen ein oder mehrere BAW-Strukturen angeordnet sind, ohne das Material der Dünnschicht-Abdeckung zu berühren. Ecken können abgerundet sein.If the component structures are BAW structures, then the cavity can have at least one or more polygonal, z. B. rectangular or square sections, contained in its base, in which one or more BAW structures are arranged without touching the material of the thin-film cover. Corners can be rounded.

Sind die Bauelementstrukturen SAW-Strukturen, welche i. A. in einer akustischen Spur angeordnet sind, so kann der Hohlraum zumindest einen polygonförmig, z. B. rechteckig, Abschnitt in seiner Grundfläche enthalten. Akustische Spuren mit SAW-Strukturen haben dabei eine Länge entlang ihrer longitudinalen Ausbreitungsrichtung, die die Apertur, d. h. die Breite der akustischen Spur, deutlich übertrifft. SAW-Bauelementstrukturen sind deshalb im Vergleich zu ihrer Breite relativ lange Strukturen, wobei der Hohlraum eine Wölbung an seiner Oberseite in einer Ebene parallel zur Frontalebene aufweisen kann. Die Frontalebene steht dabei orthogonal auf der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen.Are the device structures SAW structures, which i. A. are arranged in an acoustic track, the cavity may at least one polygonal, z. B. rectangular, section contained in its base. Acoustic traces with SAW structures in this case have a length along their longitudinal propagation direction, the aperture, d. H. the width of the acoustic track, significantly surpasses. SAW device structures are therefore relatively long in structure as compared to their width, the cavity having a curvature on its upper side in a plane parallel to the frontal plane. The frontal plane is orthogonal to the propagation direction of the surface acoustic waves.

In Hinblick auf den Wunsch, die Widerstandsfähigkeit der Bauelementstrukturen gegen elektrische Einflüsse, z. B. hohe Leistungen, Spannungen oder Ströme, zu verstärken, sind die Bauelementstrukturen kaskadiert. Die Kaskadierung kann dabei serieller und/oder paralleler Art sein. Um die Leistungsfestigkeit eines SAW-Resonators zu erhöhen, kann ein Resonator durch N Resonatoren der N-fachen Fläche ersetzt werden. Dabei ist N ≥ 2 eine ganze Zahl. Damit die Gesamtimpedanz des vergrößerten Resonators der ursprünglichen Impedanz gleicht, ist eine zweifache serielle Kaskadierung nötig. Insgesamt beansprucht die Resonatorkaskade mit verbesserter Leistungsfestigkeit im Wesentlichen die N² Fläche des ursprünglichen Resonators gleicher Impedanz. Da SAW-Resonatoren im Vergleich zu ihrer Breite relativ lang sind, bietet es sich an, die kaskadierten Spuren so nebeneinander anzuordnen, dass die Ausbreitungsrichtungen parallel und in transversaler Richtung ca. um die Apertur (genauer: Apertur plus Breite der Stromsammelschiene plus Gap plus Länge der Stummelfinger, ...) versetzt sind. Dadurch kann der benötigte Platzbedarf auf einem piezoelektrisch Substrat, das für SAW-Bauelementstrukturen benötigt wird, relativ kompakt gehalten werden.In view of the desire, the resistance of the component structures against electrical influences, eg. As high powers, voltages or currents to reinforce, the device structures are cascaded. The cascading can be serial and / or parallel type. In order to increase the power resistance of a SAW resonator, a resonator may be replaced by N resonators of N times the area. Where N ≥ 2 is an integer. In order for the total impedance of the enlarged resonator to be equal to the original impedance, a two-fold serial cascade is necessary. Overall, the resonator cascade with improved power resistance essentially occupies the N ² Area of the original resonator of equal impedance. Since SAW resonators are relatively long compared to their width, it is advisable to arrange the cascaded tracks next to one another such that the propagation directions are parallel and transversal about the aperture (more precisely: aperture plus width of the busbar plus gap plus length the stubby finger, ...) are offset. As a result, the space required on a piezoelectric substrate required for SAW device structures can be kept relatively compact.

Die Bauelementstrukturen umfassen kaskadierte Teilstrukturen. Die N Teilstrukturen können gemeinsam in einem einzigen Hohlraum untergeordnet sein; es ist allerdings auch möglich, dass die Teilstrukturen in eigenen, abgeschlossenen und gewölbten Bereichen eines Hohlraums angeordnet sind.The device structures include cascaded substructures. The N substructures may be subordinate together in a single cavity; However, it is also possible that the substructures are arranged in their own, closed and curved areas of a cavity.

Zwischen den Teilstrukturen sind Stützabschnitte auf dem Trägersubstrat vorgesehen. Die Dünnschicht-Abdeckung stützt sich auf den Stützabschnitten des Trägersubstrats ab.Support sections are provided on the carrier substrate between the partial structures. The thin-film cover is supported on the support sections of the carrier substrate.

Im Wesentlichen werden also parallel zueinander angeordnete und nebeneinander verlaufende Bereiche des Hohlraums auf dem Trägersubstrat angeordnet. Der Hohlraum kann somit nicht nur aus einem einzigen, einfach zusammenhängenden Raum bestehen, sondern mehrere miteinander verbundene oder voneinander hermetisch getrennte aber mit elektrisch verschalteten Teilstrukturen ausgestattete Bereiche umfassen.Essentially, therefore, mutually parallel and juxtaposed areas of the cavity are arranged on the carrier substrate. The cavity can thus not only consist of a single, simply connected space, but comprise a plurality of interconnected or hermetically separate but equipped with electrically interconnected substructures areas.

Durch die Wahl der Größe der Hohlräume, insbesondere durch die Wahl der geeigneten Breiten der Hohlräume, kann die erhaltene mechanische Stabilität deutlich gesteigert werden.By choosing the size of the cavities, in particular by choosing the appropriate widths of the cavities, the resulting mechanical stability can be significantly increased.

Insbesondere wenn die Bauelementstrukturen SAW-Strukturen sind und die Teilstrukturen nebeneinander angeordnete akustische Spuren darstellen, kann gleichzeitig Platz auf dem Trägersubstrat gespart und die mechanische Stabilität erhöht werden, indem die akustischen Spuren gemeinsamen Stromsammelschienen, z. B. N-1 Schienen, besitzen. Die gemeinsame Stromsammelschiene und ein Stützabschnitt des Trägersubstrats weisen dabei einen überlappenden Abschnitt auf. Die Dünnschicht-Abdeckung kann somit im Bereich der Stromsammelschiene auf dem Trägersubstrat aufsitzen und vertikale oder horizontale Kräfte, bzw. die vertikal bzw. horizontalen Komponenten beliebig gerichteter Kräfte, ableiten. Der Stützabschnitt kann einzelne säulenförmige Trägerstrukturen der Dünnschicht-Abdeckung stützen. Es ist auch möglich, dass sich der Stützabschnitt im Wesentlichen über die gesamte Länge der akustischen Spur erstreckt.In particular, when the device structures are SAW structures and the substructures represent juxtaposed acoustic tracks, space can be saved on the carrier substrate at the same time and the mechanical stability can be increased by connecting the acoustic tracks to common busbars, e.g. B. N-1 rails possess. The common busbar and a support portion of the carrier substrate have an overlapping portion. The thin-film cover can thus rest on the carrier substrate in the region of the current busbar and divert vertical or horizontal forces, or the vertical or horizontal components of arbitrarily directed forces. The support portion may support individual columnar support structures of the thin film cover. It is also possible that the support section extends substantially over the entire length of the acoustic track.

Es ist möglich, dass benachbarte SAW-Strukturen gegenphasig betrieben werden.It is possible that adjacent SAW structures are operated in antiphase.

Es ist möglich, dass die Löcher in der Dünnschicht-Abdeckung äquidistant entlang einer longitudinalen Mittelachse der Dünnschicht-Abdeckung angeordnet sind. Dann befinden sie sich im Allgemeinen und bevorzugt an der höchsten Position der Dünnschicht-Abdeckung, wo das Formen der Löcher am einfachsten durchzuführen ist, weil die Löcher in einer Ebene parallel zur Transversalebene, der Ebene parallel zur Oberfläche des Trägersubstrats, ausgerichtet sind.It is possible that the holes in the thin film cover are arranged equidistantly along a longitudinal center axis of the thin film cover. Then they are generally and preferably located at the highest position of the thin film cover, where the forming of the holes is easiest to accomplish because the holes are aligned in a plane parallel to the transverse plane, the plane parallel to the surface of the carrier substrate.

Es ist möglich, dass die Dünnschicht-Abdeckung ein dielektrisches Material wie beispielsweise ein Siliziumoxid umfasst. Das Material der Dünnschicht-Abdeckung kann dabei Si_xO_y sein, wobei x in einem Bereich um 1 und y in einem Bereich um 2 gewählt ist.It is possible that the thin-film cover comprises a dielectric material such as a silicon oxide. The material of the thin film cover may be Si _x O _y , where x is selected in a range around 1 and y in a range around 2.

Es ist möglich, dass die Versiegelungsschicht BCB (Benzocyclobuten) oder ein anderes organisches Material umfasst. Auch die Verwendung eines fotosensitiven Lacks, z. B. der als ALX2000 bezeichnete lichtempfindliche Spin-On-Lack der Asahi Glass Co., Ltd. kann Verwendung finden.It is possible that the sealing layer comprises BCB (benzocyclobutene) or other organic material. Also, the use of a photosensitive paint, z. As referred to as ALX2000 photosensitive spin-on paint of Asahi Glass Co., Ltd. can be used.

Es ist möglich, dass die Verstärkungslage ein dielektrisches Material wie z. B. Siliziumnitrid oder ein elektrisch leitendes Material, z. B. ein Metall, umfasst.It is possible that the reinforcing layer is a dielectric material such. As silicon nitride or an electrically conductive material, for. As a metal includes.

Ferner ist es möglich, dass das Bauelement eine Mold-Abdeckung oder ein Spritzguss-Material umfasst, wobei die oberste Schicht der Schichtenlage von einem Mold-Material bedeckt ist.Further, it is possible that the device comprises a mold cover or an injection-molded material, wherein the uppermost layer of the layer layer is covered by a mold material.

Eine Mold-Abdeckung kann mit üblichen Herstellungsschritten aufgebracht werden und ermöglicht einen hermetisch dichten und mechanisch stabilen Verguss. Der bisher üblichen Problematik, den hohen Mold-Drücken beim Vergießen, kann durch die gewählte gewölbte Struktur des Hohlraums entgegnet werden.A Mold cover can be applied with conventional manufacturing steps and allows a hermetically sealed and mechanically stable casting. The previously common problem, the high mold pressures during casting, can be countered by the selected domed structure of the cavity.

Es ist ferner möglich, dass das Bauelement eine Bump-Verbindung durch die Dünnschicht-Abdeckung umfasst. Die Bump-Verbindung ist dazu geeignet und vorgesehen, die Bauelementstrukturen mit einer externen Schaltungsumgebung zu verschalten. Die Bump-Verbindung reicht dabei vorzugsweise durch sämtliche Schichten und Mold-Materialien, die über dem Trägersubstrat angeordnet sind.It is also possible that the device comprises a bump connection through the thin-film cover. The bump connection is suitable and intended to interconnect the device structures with an external circuit environment. The bump connection preferably extends through all layers and mold materials which are arranged above the carrier substrate.

Das Trägersubstrat kann ein piezoelektrisches Material, z. B. ein kristallines Lithiumtantalat oder Lithiumniobat, Dicke von 350 μm im Falle eines SAW-Bauelements aufweisen. Das Trägersubstrat kann auch gedünnt sein und beispielsweise eine Dicke im Bereich von 130 μm aufweisen. Umfasst das Trägersubstrat Silizium, so kann das Trägersubstrat eine Dicke von etwa 725 μm aufweisen oder auf eine Dicke von 135 μm gedünnt sein.The carrier substrate may be a piezoelectric material, e.g. As a crystalline lithium tantalate or lithium niobate, have a thickness of 350 microns in the case of a SAW device. The carrier substrate may also be thinned and, for example, have a thickness in the range of 130 μm. includes the carrier substrate silicon, the carrier substrate may have a thickness of about 725 microns or be thinned to a thickness of 135 microns.

Die Dünnschicht-Abdeckung kann eine Dicke zwischen 1,5 und 10 μm, z. B. 3 μm oder 5 μm, aufweisen. Die Versiegelungsschicht kann eine Dicke zwischen 5 μm und 20 μm, z. B. 10 μm oder 15 μm, aufweisen. Die oberen Enden der Bump-Verbindungen können etwa 80 bis 90 μm von der Oberseite des Trägersubstrats entfernt sein.The thin film cover may have a thickness of between 1.5 and 10 μm, e.g. B. 3 microns or 5 microns have. The sealing layer may have a thickness between 5 μm and 20 μm, e.g. B. 10 microns or 15 microns have. The top ends of the bump connections may be about 80 to 90 μm from the top of the carrier substrate.

Die Verstärkungslage kann eine Dicke zwischen 0,5 und 3 μm, z. B. 1 μm oder 2 μm, aufweisen.The reinforcing layer may have a thickness of between 0.5 and 3 μm, e.g. B. 1 micron or 2 microns have.

Es ist möglich, Wandler ohne Stummelfinger zu betreiben. Wandler mit Stummelfinger sind ebenfalls möglich, insbesondere bei LiTaO₃ als Substratmaterial. Bei LiNbO₃ kann auf Stummelfinger verzichtet werden, insbesondere, wenn Fingerenden aufgedickt sind, um ein gewünschtes transversales Geschwindigkeitsprofil einzustellen.It is possible to operate converters without stub finger. Transducers with stub fingers are also possible, especially with LiTaO ₃ as the substrate material. With LiNbO ₃ , stub fingers can be dispensed with, especially when finger tips are thickened to set a desired transverse velocity profile.

Ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements umfasst die Schritte:

– Bereitstellen eines Trägersubstrats,
– Bilden von Bauelementstrukturen auf dem Trägersubstrat,
– Aufbringen und Strukturieren einer Opferschicht auf den Bauelementstrukturen,
– Ausbilden einer Wölbung an der Oberseite der strukturierten verbleibenden Teile der Opferschicht durch Erweichen des Materials der Opferschicht
– Härten der Opferschicht,
– Abscheiden einer Dünnschicht-Abdeckung auf der Opferschicht,
– Bilden eines Hohlraumes zwischen dem Trägersubstrat und der Dünnschicht-Abdeckung durch Entfernen der Opferschicht
– Strukturieren der Opferschicht so, dass sich die fertig gestellte Dünnschicht-Abdeckung (DSA) in Stützabschnitten abstützt, die zwischen den kaskadierten Teilstrukturen auf dem Trägersubstrat angeordnet sind.

A method for manufacturing a MEMS device comprises the steps:

Providing a carrier substrate,
Forming component structures on the carrier substrate,
Applying and structuring a sacrificial layer on the component structures,
- Forming a curvature at the top of the structured remaining parts of the sacrificial layer by softening the material of the sacrificial layer
- hardening of the sacrificial layer,
Depositing a thin film cover on the sacrificial layer,
Forming a cavity between the carrier substrate and the thin film cover by removing the sacrificial layer
Patterning the sacrificial layer so that the finished thin-film cover (DSA) is supported in support sections which are arranged between the cascaded substructures on the carrier substrate.

Das Erweichen des Materials kann dabei insbesondere durch Erwärmung erfolgen. Ist das Material der Opferschicht ausreichend viskos und weist das Material eine geeignete Oberflächenspannung auf, ergibt sich die Form der Wölbung durch eine Minimierung der Oberflächenenergie von selbst.The softening of the material can be done in particular by heating. If the material of the sacrificial layer is sufficiently viscous and the material has a suitable surface tension, the shape of the curvature results by minimizing the surface energy itself.

Das Material der Opferschicht wird deshalb vorzugsweise gemäß seiner temperaturabhängigen Viskosität und seiner viskositätsabhängigen Oberflächenspannung gewählt, um geeignete Wölbungsradien für eine gegebene Breite des zu bildenden Hohlraums gewählt.The material of the sacrificial layer is therefore preferably chosen according to its temperature-dependent viscosity and its viscosity-dependent surface tension in order to select suitable radii of curvature for a given width of the cavity to be formed.

In der Dünnschicht-Abdeckung können, z. B. nach der Abscheidung der Dünnschicht-Abdeckung, ein Loch oder eine Vielzahl an Löchern strukturiert werden. Durch die Löcher kann das Material der Opferschicht entfernt werden.In the thin-film cover can, for. B. after the deposition of the thin film cover, a hole or a plurality of holes are structured. Through the holes, the material of the sacrificial layer can be removed.

Es ist möglich, das Material der Opferschicht, das z. B. ein organisches Material umfassen kann, durch einen Plasmaprozess zu entfernen. Während des Plasmaprozesses kann das herzustellende Bauelement, insbesondere die gelochte Dünnschicht-Abdeckung, einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffplasma ausgesetzt werden. Dadurch wird das organische Material der Opferschicht oxidiert. Die entstehenden Reaktionsprodukte sind vorzugsweise gasförmig und können den während des Entfernens der Opferschicht sich bildenden Hohlraum verlassen.It is possible, the material of the sacrificial layer, the z. B. may include an organic material to remove by a plasma process. During the plasma process, the device to be manufactured, in particular the perforated thin-film cover, can be exposed to an atmosphere with an oxygen plasma. As a result, the organic material of the sacrificial layer is oxidized. The resulting reaction products are preferably gaseous and can leave the cavity formed during the removal of the sacrificial layer.

Es ist möglich, dass die Löcher nach dem Entfernen der Opferschicht durch Aufbringen einer Versiegelungsschicht auf der Dünnschicht-Abdeckung geschlossen werden. Die Versiegelungsschicht berührt die Bauelementstrukturen dabei nicht.It is possible that the holes are closed after removing the sacrificial layer by applying a sealing layer on the thin-film cover. The sealing layer does not touch the component structures in this case.

Die verschiedenen Schichten können mit den üblichen Schichtabscheidungsprozessen hergestellt werden. Zur Strukturierung sind Belichtungen mittels Maskaligner oder Stepper möglich.The various layers can be made by the usual layer deposition processes. For structuring, exposures by means of a mask aligner or stepper are possible.

Das Bauelement und Verfahrensschritte zur Herstellung eines entsprechenden Bauelements werden anhand von schematischen Figuren und nicht einschränkenden Ausführungsformen näher erläutert.The component and method steps for producing a corresponding component will be explained in more detail with reference to schematic figures and non-limiting embodiments.

Es zeigen:Show it:

1: ein Schnitt durch ein Bauelement B parallel zur Frontalebene, 1 a section through a component B parallel to the frontal plane,

2: eine perspektivische Ansicht der Bauelementstrukturen und des Hohlraums auf der Oberseite eines Trägersubstrats, 2 FIG. 2: a perspective view of the component structures and the cavity on the upper side of a carrier substrate, FIG.

3: eine Ausführungsform, bei der der Hohlraum zwei Teil-Hohlräume umfasst, 3 an embodiment in which the cavity comprises two partial cavities,

4: einen Querschnitt durch eine Ausführungsform mit einer Versiegelungsschicht und einer Verstärkungslage, 4 FIG. 2: a cross-section through an embodiment with a sealing layer and a reinforcing layer, FIG.

5: einen Querschnitt durch eine Ausführungsform mit einer Mold-Masse, 5 FIG. 3: a cross section through an embodiment with a mold mass, FIG.

6: einen Querschnitt parallel zur Transversalebene eines Bauelements mit zwei akustischen Spuren und einem einzigen, zusammenhängenden Hohlraum, 6 Figure 12 is a cross-section parallel to the transverse plane of a device having two acoustic tracks and a single contiguous cavity;

7: einen Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei der der Hohlraum zwei Teil-Hohlräume umfasst, die voneinander getrennt sind, 7 FIG. 2 is a cross-sectional view of an embodiment in which the cavity comprises two sub-cavities which are separated from each other. FIG.

8 bis 14: verschiedene mögliche Zwischenschritte bei der Herstellung eines Bauelements. 8th to 14 : various possible intermediate steps in the manufacture of a component.

1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ebene parallel zur Frontalebene eines entsprechenden Bauelements B. Exemplarisch sind Elektrodenfinger von SAW-Strukturen SAWS als Bauelementstrukturen BS gezeigt. Die Frontalebene steht dabei orthogonal zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen. Auf dem Trägersubstrat TS sind die Bauelementstrukturen BS angeordnet. Die Elektrodenfinger der SAW-Strukturen SAWS der Bauelementstrukturen BS sind dabei durch eine Lücke (gap) G von Stummelfingern der gegenüberliegenden Elektrode getrennt. Der elektroakustisch aktive Anregungsbereich der Bauelementstrukturen BS liegt somit im Wesentlichen zwischen den Lücken G. Oberhalb der Bauelementstrukturen BS ist ein Hohlraum H angeordnet, damit die Bauelementstrukturen beim Wandeln zwischen elektrischen und mechanischen Wellen nicht gestört werden. 1 shows a cross section through a plane parallel to the frontal plane of a corresponding component B. By way of example, electrode fingers of SAW structures SAWS are shown as component structures BS. The frontal plane is orthogonal to the propagation direction of the acoustic waves. The component structures BS are arranged on the carrier substrate TS. The electrode fingers of the SAW structures SAWS of the component structures BS are separated by a gap G of stub fingers of the opposite electrode. The electroacoustically active excitation range of the component structures BS thus lies substantially between the gaps G. A cavity H is arranged above the component structures BS, so that the component structures are not disturbed when converting between electrical and mechanical waves.

Der Hohlraum H ist nach oben hin durch die Dünnschicht-Abdeckung DSA begrenzt, die zum einen die Wölbung des Hohlraums H und zum anderen ihre eigene Wölbung bestimmt. Auf der Dünnschicht-Abdeckung DSA ist eine Versiegelungsschicht VSS angeordnet, die Löcher L in der Dünnschicht-Abdeckung DSA verschließt. Um die Bauelementstrukturen BS mit einer externen Schaltungsumgebung verschalten zu können, ist eine Bump-Verbindung BU vorgesehen, die durch das Material der Versiegelungsschicht VSS und durch das Material der Dünnschicht-Abdeckung DSA reicht. Zwischen einem Kontaktierungs-Abschnitt auf der Oberseite des Trägersubstrats TS bzw. einem Signalleiter, der mit den Bauelementstrukturen BS verschaltet ist und der Bump-Verbindung BU ist eine UBM (Under Bump Metallization) vorgesehen, um eine mechanisch stabile und elektrisch gut leitende Verbindung mit den Bauelementstrukturen zu erhalten. Über die Bump-Verbindungen BU kann das Bauelement B mit Kontaktpads einer externen Schaltungsumgebung verlötet werden.The cavity H is bounded at the top by the thin-film cover DSA, which on the one hand determines the curvature of the cavity H and on the other hand their own curvature. On the thin film cover DSA, a sealing layer VSS is disposed, which closes holes L in the thin film cover DSA. In order to be able to connect the component structures BS to an external circuit environment, a bump connection BU is provided which extends through the material of the sealing layer VSS and through the material of the thin-film cover DSA. Between a contacting section on the upper side of the carrier substrate TS or a signal conductor, which is connected to the component structures BS and the bump connection BU, a UBM (Under Bump Metallization) is provided to a mechanically stable and electrically good conductive connection with the To obtain device structures. Via the bump connections BU, the component B can be soldered to contact pads of an external circuit environment.

Im Vergleich zu Bauelementen, bei denen empfindliche Bauelementstrukturen in bekannten Hohlräumen angeordnet sind, verbessert die Wölbung der Schichten, die auf der Wölbung der Dünnschicht-Abdeckung DSA beruht, die mechanische Stabilität, da vertikal auftretende Kräfte, z. B. beim Aufbringen einer Mold-Masse, optimal an das Trägersubstrat TS abgeführt werden können.Compared to devices in which sensitive device structures are arranged in known cavities, the curvature of the layers, which is based on the curvature of the thin film cover DSA, improves the mechanical stability, since vertically occurring forces, eg. B. when applying a mold mass, can be optimally dissipated to the carrier substrate TS.

2 zeigt eine perspektivische Ansicht der als SAW-Strukturen ausgestalteten Bauelementstrukturen mit Elektrodenfingern, die mit Stromsammelschienen (bus bars) BB verschaltet sind. Der Hohlraum H über den Bauelementstrukturen hat eine rechteckige Grundfläche. Die Wölbung erstreckt sich analog zur Wölbung des Hohlraums der 1 innerhalb der Frontalebene. Die Stromsammelschienen BB sind dabei mit jeweils einem Signalleiter SL verschaltet. Der Signalleiter führt unter der nicht gezeichneten Dünnschicht-Abdeckung aus dem Hohlraum H hinaus und ermöglicht eine externe Kontaktierung, ohne die Dünnschicht-Abdeckung zum Hohlraum zu durchdringen. Neben den Elektrodenfingern, die mit den Stromsammelschienen BB verschaltet sind, beinhaltet der Hohlraum H auch akustische Reflektoren R, die dazu vorgesehen sind, akustische Energie im Bereich der akustischen Spur AT einzuschließen. Es genügt ein sehr geringer Sicherheitsabstand der Dünnschicht-Abdeckung zu den Randfingern der Reflektoren. Weisen die Reflektoren R ausreichend viele Elektrodenfinger auf, so kann die Dünnschicht-Abdeckung die äußersten Reflektorfinger auch berühren. Die Apertur der SAW-Resonatoren kann im Bereich zwischen 15 und 25 akustischen Wellenlängen λ liegen. Die Löcher L sind vorzugsweise rund und entlang der longitudinalen Mittelachse der akustischen Spur angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass die Löcher sich auf dem höchsten Punkt des Gewölbes der Dünnschicht-Abdeckung befinden und somit senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats stehen, das im Wesentlichen die Orientierung der für die Prozessierung notwendigen technischen Hilfsmittel relativ zu den Bauelementstrukturen bestimmt. Eine entsprechende Positionierung der Löcher ist deshalb optimal für einfache fotolithografische Strukturierungsprozesse. Auch das spätere Entfernen des Materials der Opferschicht, z. B. durch Plasma, ist optimiert, weil das Plasma durch äquidistante Löcher gleichmäßig alle Räume des Hohlraums erreicht und dadurch die Gesamtzahl der Löcher minimiert sein kann, wodurch die mechanische Stabilität weiter erhöht ist. 2 shows a perspective view of configured as SAW structures device structures with electrode fingers, which are connected to busbars (bus bars) BB. The cavity H above the device structures has a rectangular base. The curvature extends analogously to the curvature of the cavity of the 1 within the frontal plane. The busbar BB are connected in each case with a signal conductor SL. The signal conductor leads out of the hollow space H under the thin-film cover, not shown, and allows external contacting without penetrating the thin-film cover to the cavity. In addition to the electrode fingers, which are connected to the bus bars BB, the cavity H also includes acoustic reflectors R, which are intended to include acoustic energy in the area of the acoustic track AT. It is sufficient for a very small safety distance of the thin-film cover to the edge fingers of the reflectors. If the reflectors R have a sufficient number of electrode fingers, the thin-film cover can also touch the outermost reflector fingers. The aperture of the SAW resonators may be in the range between 15 and 25 acoustic wavelengths λ. The holes L are preferably round and arranged along the longitudinal center axis of the acoustic track. This ensures that the holes are located on the highest point of the vault of the thin-film cover and thus are perpendicular to the surface of the carrier substrate, which essentially determines the orientation of the technical aids necessary for the processing relative to the component structures. An appropriate positioning of the holes is therefore optimal for simple photolithographic patterning processes. Also, the subsequent removal of the material of the sacrificial layer, z. As by plasma, is optimized because the plasma through equidistant holes evenly reaches all the spaces of the cavity and thereby the total number of holes can be minimized, whereby the mechanical stability is further increased.

Die Kanten, an denen die Dünnschicht-Abdeckung Bauelementstrukturen oder das Trägersubstrat TS berühren, sind vorzugsweise von mechanisch aktiven Strukturen ausreichend weit entfernt, um deren Funktionieren zu gewährleisten. Ein ausreichender Abstand kann z. B. im Bereich einer akustischen Wellenlänge liegen.The edges at which the thin-film cover touch component structures or the carrier substrate TS are preferably sufficiently far away from mechanically active structures in order to ensure their functioning. A sufficient distance can z. B. are in the range of an acoustic wavelength.

2 zeigt einen Wandler ohne Stummelfinger. Wandler mit Stummelfinger sind ebenfalls möglich, insbesondere bei LiTaO₃ als Substratmaterial. Bei LiNbO₃ kann auf Stummelfinger verzichtet werden, insbesondere, wenn Fingerenden aufgedickt sind, um ein gewünschtes transversales Geschwindigkeitsprofil einzustellen. 2 shows a transducer without stub finger. Transducers with stub fingers are also possible, especially with LiTaO ₃ as the substrate material. With LiNbO ₃ , stub fingers can be dispensed with, especially when finger tips are thickened to set a desired transverse velocity profile.

Figur zwei zeigt eine Wölbung in der Frontalebene. Allerdings sind weitere Wölbungen, z. B. in der Sagittalebene auch möglich und gegebenfalls vorteilhaft. Kuppeln ohne gerade Kanten sind auch möglich. Figure two shows a bulge in the frontal plane. However, more vaults, z. B. in the sagittal plane also possible and, if appropriate, advantageous. Domes without straight edges are also possible.

3 zeigt den Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei der der Hohlraum H in zwei disjunkte Bereiche H1, H2 aufgeteilt ist. Die Dünnschicht-Abdeckung berührt dabei die Oberseite von Bauelementstrukturen, die in einem Stützabschnitt SAB auf dem Trägersubstrat TS angeordnet sind. Das Berühren der Dünnschicht-Abdeckung in diesem Bereich stört die Funktionalität der Bauelementstrukturen nicht und ermöglicht kompaktere und mechanisch stabilere Teilhohlräume H1, H2. Bestehen die Bauelementstrukturen z. B. aus nebeneinander angeordneten kaskadierten akustischen Spuren mit einer gemeinsamen Stromsammelschiene GBB, so kann der Stützabschnitt SAB genau dort angeordnet sein. 3 shows the cross section through an embodiment in which the cavity H is divided into two disjoint regions H1, H2. The thin-film cover touches the upper side of component structures, which are arranged in a support section SAB on the carrier substrate TS. Touching the thin film cover in this area does not interfere with the functionality of the device structures and allows for more compact and mechanically stable partial cavities H1, H2. Are the component structures z. B. from juxtaposed cascaded acoustic tracks with a common busbar GBB, so the support portion SAB can be located exactly there.

Die beiden Teil-Hohlräume H1, H2 können gleich groß, aber auch verschieden groß sein.The two partial cavities H1, H2 can be the same size, but also different sizes.

4 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei der auf der Versiegelungsschicht VSS eine Verstärkungslage VSL angeordnet ist. 4 shows a cross section through an embodiment in which on the sealing layer VSS a reinforcing layer VSL is arranged.

5 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei der das Bauelement eine Mold-Abdeckung mit einer Mold-Masse MM über der Versiegelungsschicht VSS aufweist. Es ist möglich, dass eine weitere, z. B. metallische, Schicht über der Mold-Masse MM angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass eine weitere Schicht, z. B. eine metallische Schicht, zwischen der Mold-Masse MM und der Versiegelungsschicht VSS angeordnet ist. 5 shows a cross section through an embodiment in which the device has a mold cover with a mold mass MM over the sealing layer VSS. It is possible that another, z. B. metallic, layer over the mold mass MM is arranged. It is also possible that another layer, for. As a metallic layer, between the mold mass MM and the sealing layer VSS is arranged.

Die Länge der Bump-Verbindungen BU ist ausreichend lang, um eine spätere Verschaltung, auch bei einer anwesenden Mold-Masse MM, zu ermöglichen.The length of the bump connections BU is sufficiently long to allow a subsequent interconnection, even with a present Mold mass MM.

6 zeigt einen Querschnitt parallel zur Transversalebene des Bauelements, wobei die schraffierte Fläche die Grundfläche des Hohlraums H darstellt. Beide akustischen Spuren AT1, AT2 sind innerhalb des einzigen, zusammenhängend ausgestalteten Hohlraums H angeordnet. 6 shows a cross section parallel to the transverse plane of the device, wherein the hatched area represents the base of the cavity H. Both acoustic tracks AT1, AT2 are arranged within the single, integrally formed cavity H.

Die Finger der beiden Teilspuren sind spiegelsymmetrisch zur gemeinsamen Stromsammelschiene GBB angeordnet, deshalb sind die akustischen Wellen in beiden Teilspuren um 180° versetzt, also gegenphasig. Dadurch löschen sich elektrische und/oder mechanische Spannungs(rest)felder im Bereich der gemeinsamen Stromsammelschienen GBB aus. Der Stützabschnitt SAB ist somit feldfrei und Wechselwirkungen sind minimiert oder entfallen ganz.The fingers of the two partial tracks are arranged mirror-symmetrically to the common busbar GBB, therefore, the acoustic waves are offset in both partial tracks by 180 °, ie in opposite phase. As a result, electrical and / or mechanical voltage (residual) fields extinguish in the region of the common busbars GBB. The support section SAB is thus field-free and interactions are minimized or eliminated altogether.

Exemplarisch zeigt 6 eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche mit abgerundeten Ecken.Exemplary shows 6 a substantially rectangular base with rounded corners.

Im Gegensatz dazu zeigt 7 einen Querschnitt durch ein Bauelement, bei dem die zwei akustischen Spuren AT1, AT2 in jeweils eigenen Teil-Hohlräumen H1, H2 angeordnet sind. Im Bereich einer gemeinsamen Stromsammelschiene GBB ist der Stützabschnitt SAB angeordnet, an dem die Dünnschicht-Abdeckung aufsetzt, um kompaktere (Teil-)Hohlräume mit verbesserter Stabilität zu ermöglichen.In contrast, shows 7 a cross section through a device in which the two acoustic tracks AT1, AT2 are arranged in their own partial cavities H1, H2. In the region of a common busbar GBB, the support section SAB is arranged, on which the thin-film cover touches in order to allow more compact (partial) cavities with improved stability.

Die 8 bis 14 zeigen verschiedene Zwischenstufen der Herstellung eines entsprechenden Bauelements: 8 zeigt ein Trägersubstrat TS, auf dem Bauelementstrukturen BS angeordnet und strukturiert sind.The 8th to 14 show various intermediate stages of the production of a corresponding component: 8th shows a carrier substrate TS, are arranged on the component structures BS and structured.

9 zeigt eine Zwischenstufe, bei der Material einer Opferschicht OS auf den Bauelementstrukturen angeordnet und strukturiert ist. Da die üblichen Strukturierungsmaßnahmen darauf ausgelegt sind, gradlinig verlaufende Kanten abgeschiedener Materialien zu bevorzugen, ergäbe ein weiterer Abscheideprozess, bei dem das Material der Dünnschicht-Abdeckung direkt auf das unbehandelte strukturierte Material der Opferschicht OS abgeschieden würde, einen Hohlraum mit einem rechteckigen Querschnitt und insbesondere einer flachen Oberseite, die anfällig gegenüber vertikalen Kräften ist. 9 shows an intermediate stage in which material of a sacrificial layer OS is arranged and structured on the component structures. Since the usual structuring measures are designed to favor straight edges of deposited materials, another deposition process in which the material of the thin film cover would be deposited directly onto the untreated, patterned material of the sacrificial layer OS would result in a cavity having a rectangular cross section, and more particularly one flat top that is prone to vertical forces.

Im Unterschied dazu wird das Material der Opferschicht OS erweicht, sodass sich aufgrund der Oberflächenspannung eine gewölbte Oberseite der Opferschicht OS ausbilden kann. Das Material der Opferschicht OS und die Parameter des Erweichens werden gewählt, um einen für eine gegebene Breite des späteren Hohlraums geeignete Krümmung der Wölbung zu erhalten.In contrast, the material of the sacrificial layer OS is softened, so that due to the surface tension can form a curved top of the sacrificial layer OS. The material of the sacrificial layer OS and the parameters of softening are chosen to obtain a curvature of curvature suitable for a given width of the later cavity.

Nach einem Erstarren des Materials der Opferschicht wird das Material der Dünnschicht-Abdeckung DSA auf der Opferschicht aufgebracht. Die Dünnschicht-Abdeckung übernimmt dabei die Form der Wölbung, die durch die Opferschicht OS vorgegeben wird (11).After a solidification of the material of the sacrificial layer, the material of the thin-film cover DSA is applied to the sacrificial layer. The thin-film cover assumes the shape of the curvature, which is specified by the sacrificial layer OS ( 11 ).

12 zeigt einen weiteren Zwischenschritt, bei dem Löcher L, bevorzugt an ihrer höchsten Position, in die Dünnschicht-Abdeckung DSA strukturiert werden, um das Material der Opferschicht entfernen zu können. In diesem Strukturierungsschritt können auch gleichzeitig Öffnungen für eine spätere elektrische Kontaktierung gebildet werden. 12 shows a further intermediate step in which holes L, preferably at their highest position, are patterned into the thin-film cover DSA in order to be able to remove the material of the sacrificial layer. In this structuring step, openings for later electrical contacting can also be formed simultaneously.

13 zeigt einen Zwischenschritt, bei dem die Löcher durch die Versiegelungsschicht VSS abgedichtet sind, nachdem die Opferschicht entfernt wurde. 13 shows an intermediate step in which the holes are sealed by the sealing layer VSS after the sacrificial layer has been removed.

14 zeigt einen weiteren Zwischenschritt, bei dem Material der Dünnschicht-Abdeckung und der Versiegelungsschicht entfernt wurden, um eine Kontaktierung des Signalleiters SL, der z. B. mit Stromsammelschienen BB verschaltet sein kann, zu kontaktieren. Zwischen der dafür vorgesehenen Bump-Verbindung BU und dem Signalleiter SL sind eine oder mehrere Metallisierungslagen, üblicherweise als UBM (Under Bump Metallization) bezeichnet, angeordnet. Öffnungen in der Dünnschichtabdeckung für die elektrische Verschaltung können dabei während der Strukturierung der Löcher, durch die das Material der Opferschicht entfernt wird, gebildet werden. 14 shows a further intermediate step in which material of the thin film cover and the sealing layer have been removed in order to prevent contact of the signal conductor SL, the z. B. can be connected to busbars BB, to contact. One or more metallization layers, commonly referred to as UBM (Under Bump Metallization), are arranged between the bump connection BU and the signal conductor SL provided for this purpose. Openings in the thin-film cover for the electrical interconnection can thereby be formed during structuring of the holes through which the material of the sacrificial layer is removed.

Weder das Bauelement noch das Verfahren zur Herstellung eines Bauelements ist auf gezeigte Ausführungsbeispiele beschränkt. Bauelemente, die noch weitere Schichtenlagen und/oder Bauelementstrukturen umfassen, und Verfahren, die noch weitere Verfahrensschritte umfassen, gehören ebenso zur vorliegenden Erfindung.Neither the component nor the method for producing a component is limited to shown embodiments. Components which comprise even further layer layers and / or component structures, and methods which comprise further method steps, likewise belong to the present invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AT:

acoustic track

B:

module

BS:

device structures

BU:

Bump connection

DSA:

Thin film cover

G:

gap

GBB:

common busbar

H:

cavity

H1:

first part cavity

H2:

second part cavity

L:

hole

MM:

Mold-mass

OS:

sacrificial layer

R:

acoustic reflector

SAB:

support section

SAWS:

SAW structure

SL:

signal conductor

TS:

carrier substrate

UBM:

Under Bump Metallurgy

VSL:

reinforcing layer

VSS:

sealing layer

Claims

MEMS device (B) comprising A carrier substrate (TS), MEMS component structures (BS) on the carrier substrate (TS), A thin film cover (DSA) over the device structures (BS) and A cavity (H) between the carrier substrate (TS) and the thin-film cover (DSA), in which - The cavity (H) has a curved top and - The thin-film cover (DSA) has a curved top - Where the device structures (BS) SAW structures (SAWS) or BAW structures - Wherein the component structures (BS) comprise cascaded substructures, ie in series and / or parallel substructures - Wherein between the substructures support portions (SAB) are provided on the carrier substrate and the thin-film cover is supported on the support portions (SAB).

Component according to the preceding claim, wherein the curvature is convex.

Component according to one of the preceding claims, further comprising - holes (L) in the thin film cover (DSA) and A sealing layer (VSS), in which - The thin-film cover (DSA) between the cavity (H) and the sealing layer (VSS) is arranged and - The sealing layer (VSS) closes the holes (H) in the thin-film cover (DSA).

Component according to one of the preceding claims, further comprising a reinforcing layer (VSL), wherein the thin-film cover between the cavity and the reinforcing layer (VSL) is arranged.

Component according to one of the preceding claims, wherein The component structures (BS) are connected to a signal conductor (SL) arranged on the upper side of the carrier substrate (TS), - The signal conductor (SL) a contacting section and - The thin-film cover (DSA) comprises a portion which contacts the contacting portion of the signal conductor (SL).

Component according to one of the preceding claims, wherein the partial structures in their own, closed and curved areas (H1, H2) of the cavity (H) are arranged.

Component according to one of the preceding claims, wherein The partial structures represent adjacent acoustic tracks (AT), - The acoustic tracks (AT) have a common busbar (GBB) and - The common busbar (GBB) in a support portion (SAB) is arranged.

Component according to the preceding claim, wherein adjacent SAW structures (SAWS) are operated in anti-phase.

A device according to any one of claims 3 to 8, wherein the holes (L) are arranged equidistantly along a longitudinal center axis of the thin film cover (DSA).

Component according to one of the preceding claims, wherein the thin-film cover (DSA) comprises a silicon oxide.

Component according to one of Claims 3 to 10, in which the sealing layer (VSS) comprises BCB, ie benzocyclobutene, a photosensitive dielectric or another organic material.

A device according to any one of the preceding eight claims, wherein the reinforcing layer (VSL) comprises silicon nitride.

Component according to one of the preceding claims, further comprising a mold cover (MM).

Component according to one of the preceding claims, further comprising a bump connection (BU) through the thin-film cover (DSA), which is suitable and intended to interconnect the component structures (BS) with an external circuit environment.

Method for producing a MEMS device (B), comprising the steps: Providing a carrier substrate (TS), - Forming of component structures (BS) on the carrier substrate (TS), wherein the component structures comprise cascaded substructures of SAW or BAW structures Applying and structuring a sacrificial layer (OS) on the component structures (BS), Forming a bulge at the top of the structured remaining parts of the sacrificial layer (OS) by softening the material of the sacrificial layer (OS) - hardening of the sacrificial layer (OS), Depositing a thin film cover (DSA) on the sacrificial layer (OS), Forming a cavity (H) between the carrier substrate (TS) and the thin film cover (DSA) by removing the sacrificial layer (OS) - wherein the structuring of the sacrificial layer is carried out so that the finished thin-film cover (DSA) is supported in support sections, which are arranged between the cascaded partial structures on the carrier substrate.

Method according to the previous claim, wherein - in the thin-film cover (DSA) holes (L) are structured and - The material of the sacrificial layer (OS) through the holes (L) is removed.

A method according to the preceding claim, wherein the material of the sacrificial layer (OS) comprises an organic material which is removed by a plasma process.

Method according to the preceding claim, wherein the holes (L) are closed after removal of the sacrificial layer (OS) by applying a sealing layer (VSS) on the thin-film cover (DSA), without the sealing layer (VSS) closing the component structures (BS) touched.