DE102018130358A1

DE102018130358A1 - Verfahren zum Herstellen und Trimmen eines akustischen Oberflächenresonators

Info

Publication number: DE102018130358A1
Application number: DE102018130358.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Knapp; Hans-Peter Kirschner; Peter Stiller
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Europe GmbH
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Ein akustischer Oberflächenwellenresonator umfasst ein geschichtetes Substratsystem. Während eines ersten Trimmschrittes wird eine Metalloxidschicht auf der Metallelektrode (121, 122) gebildet. Während eines anschließenden zweiten Trimmschrittes wird ein Teil einer Passivierungsschicht (221) entfernt. Der erste und zweite Trimmschritt weisen eine unterschiedliche Empfindlichkeit hinsichtlich der Frequenz der Resonatoren auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen akustischen Oberflächenwellenresonator. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen und Trimmen eines akustischen Oberflächenwellenresonators, der ein geschichtetes Substrat beinhaltet. Diese Offenbarung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen und Trimmen eines HF-Filters einschließlich eines solchen akustischen Oberflächenresonators.
Hintergrund
SAW-Resonatoren (SAW: Surface Acoustic Wave - akustische Oberflächenwelle) werden weithin in elektronischen Vorrichtungen zum Bilden von HF-Filtern oder anderer HF-Vorrichtungen verwendet. Der SAW-Resonator umfasst ein Paar fingerartig verschränkter Elektroden, die auf einer piezoelektrischen Substratschicht angeordnet sind. Ein elektrisches Signal, das an die Elektroden angelegt wird, erzeugt eine akustische resonierende Welle in dem piezoelektrischen Substrat. Eine Kombination mehrerer SAW-Resonatoren bildet ein HF-Filter, das eine frequenzselektive Filterfunktion an dem elektrischen Signal durch die Wechselwirkung zwischen elektrischen Signalen und resonierenden akustischen Wellen durchführt.
Neueste SAW-Resonatoren können geschichtete Substrate einsetzen, die eine Stapelanordnung aus unterschiedlichen Schichten zum Stützen der piezoelektrischen Schicht umfassen, auf der die Elektroden angeordnet sind. Das geschichtete Substrat kann eine Trägerschicht umfassen, auf der zwei oder mehr dielektrische Schichten angeordnet sind, die unterschiedliche akustische Geschwindigkeiten aufweisen. Eine dünne piezoelektrische Schicht ist auf dem Schichtenstapel angeordnet. Geschichtete Substrate zeigen jedoch signifikante Frequenzvariationen aufgrund von Variationen in den Geometrien der Schichten, die in dem Substratstapel verwendet werden. Die Frequenzvariationen führen zu Frequenzverschiebungen der Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen des Resonators und entsprechend zu Frequenzverschiebungen und -variationen der Bandbreite des Durchlassbandes eines Filters einschließlich eines solchen Resonators. Diese Variationen sind in dem Herstellungsprozess eines geschichteten Substrats und der anschließenden Herstellung eines SAW-Resonators beinahe inhärent, so dass ein genaues Trimmen der Charakteristiken des Resonators während seiner Herstellung erforderlich ist.
Es besteht Bedarf an einem Trimmprozess für einen akustischen Oberflächenwellenresonator basierend auf einem geschichteten Substratsystem und einem HF-Filter einschließlich eines solchen Resonators, um Frequenz- und Bandbreitenvariationen zu korrigieren.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zum Herstellen und Trimmen eines akustischen Oberflächenwellenresonators unter Verwendung eines geschichteten Substrats bereitzustellen.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zum Herstellen und Trimmen eines HF-Filters einschließlich eines solchen Resonators unter Verwendung eines geschichteten Substrats bereitzustellen.
Kurzdarstellung
Eines oder mehrere der oben erwähnten Ziele werden durch ein Verfahren zum Herstellen und Trimmen eines akustischen Oberflächenwellenresonators erreicht, welches die Merkmale nach vorliegendem Anspruch 1 umfasst.
Das Trimmkonzept verwendet eine zweistufige Trimmprozedur. Gemäß einer ersten Stufe wird eine Metallelektrode auf dem geschichteten Substrat gebildet. Die Metallelektrode wird mit einer Metalloxidschicht wenigstens auf der Metallelektrode versehen. Die Dicke der Metalloxidschicht wird so bestimmt, dass ein Trimmen des Resonators gemäß einem ersten Aspekt erreicht wird. Dann wird eine Passivierungsschicht auf der Metallelektrode einschließlich der Metalloxidschicht gebildet. Die Passivierungsschicht umfasst ein dielektrisches Material. Gemäß einer zweiten Stufe wird ein Teil der Passivierungsschicht entfernt, um ein Trimmen des Resonators gemäß einem zweiten Aspekt zu erreichen.
Die Trimmschritte der ersten und zweiten Stufe weisen signifikant unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber der Frequenzposition der Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen und dem Pol-Nullstelle-Abstand eines Resonators oder der Frequenzposition und der Bandbreite des Durchlassbandes eines Filters auf. Die Trimmschritte der ersten und zweiten Stufe weisen eine unterschiedliche Auswirkung auf die Filterflanken auf, so dass Frequenz und Bandbreite in unterschiedlichen Schritten im Wesentlichen unabhängig voneinander getrimmt werden können. Da die Variationen der Charakteristiken eines Resonators unter Verwendung eines geschichteten Substrats und eines entsprechenden HF-Filters erheblich höher als der akzeptable Toleranzbereich seiner Spezifikation sein können, ermöglicht der vorgeschlagene Trimmprozess einen zweischrittigen Ansatz zum Trimmen des Resonators, so dass die Spezifikationen des hergestellten Resonators und Filters innerhalb des akzeptierten Bereichs liegen werden.
Gemäß Ausführungsformen verwenden der erste und zweite Trimmschritt eine Gasclusterstrahleinrichtung, um einen Gasclusterstrahl zu erzeugen und ihn auf die Oberfläche des Resonators zu lenken, um in Abhängigkeit von den verwendeten Gasclustermolekülen entweder die Metalloxidschicht lokal aufzuwachsen oder Material von der Passivierungsschicht zu entfernen. Die Zeitmenge, für die der Gasclusterstrahl auf die Oberfläche des Resonators auftrifft, bewirkt ein entsprechendes lokales Wachstum von Metalloxid auf der Metallelektrode oder eine lokale Entfernung von Material von der Passivierungsschicht. Die Rate oder Empfindlichkeit eines Metalloxidwachstums oder einer Passivierungsschichtentfernung in Abhängigkeit von der Zeitmenge des Auftreffens des Gasclusterstrahls wurde im Voraus durch Experimentieren erhalten. Während des Trimmprozesses wird die Abweichung von Frequenz oder Bandbreite durch Messung des Resonators durch die Applikation von Sondennadeln bestimmt, so dass die vorbestimmte Empfindlichkeitsgrafik die Korrektur einer zu erreichenden lokalen Metalloxidschichtdicke oder lokalen Passivierungsschichtdicke und die Menge an Material, das aufzuwachsen oder zu entfernen ist, vorschlägt, was zu der Zeitmenge des Auftreffens des Gasclusterstrahls auf die Metallelektrode oder die Passivierungsschicht führt.
Gemäß Ausführungsformen verwendet der Gasclusterstrahl Cluster aus Sauerstoff(O₂)-Molekülen, um das Metalloxid auf der Metallelektrode gemäß der gewünschten Oxiddicke aufzuwachsen. Der Gasclusterstrahl wird über die Metallelektrode geführt und die Zeitmenge des Auftreffens bei einer Position bestimmt die Dicke des aufgewachsenen Metalloxids. Die Sauerstoffmoleküle reagieren mit dem Metall bei der oberen Oberfläche der Elektrode und bilden das Metalloxid. Der Gasclusterstrahl verwendet Cluster aus Stickstofftrifluorid(NF₃)-Molekülen, um Material von der Passivierungsschicht zu entfernen. Der Gasclusterstrahl wird über die Passivierungsschicht geführt und die Zeitmenge des Auftreffens des NF₃-Strahls auf die Passivierungsschicht bestimmt die Menge an Material, das von der Passivierungsschicht entfernt wird. Mit einer Bewegung des Gasclusterstrahls über die zu behandelnde Oberfläche und mit dem Steuern der Zeit des Auftreffens auf die Oberfläche kann das Ausmaß einer Oberflächenbehandlung mit hoher räumlicher Auflösung und mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
Eine Gasclusterstrahleinrichtung an sich ist kommerziell erhältlich. Die Einrichtung nimmt einen Wafer von akustischen Oberflächenresonatoren auf und erzeugt den entsprechenden Gasclusterstrahl entweder mit Sauerstoffmolekülen oder NF₃-Molekülen. Die Einrichtung umfasst eine Düse, um Hochdrucksauerstoff oder -NF₃ in ein Vakuum zu expandieren, so dass Cluster aus Sauerstoff bzw. NF₃ gebildet werden. Die Molekülcluster werden ionisiert, so dass sie durch das Anlegen einer Beschleunigungsspannung beschleunigt und durch eine geeignete Fokussierungslinse zu einem Strahl geformt werden können. Die ionisierten Moleküle können neutralisiert werden, so dass sie den zu behandelnden Wafer nicht aufladen.
Andere Prozesse zum Aufwachsen von Oxid oder zum Entfernen von Material sind ebenfalls möglich. Das Entfernen von Material von der Passivierungsschicht kann auch durch Laserbehandlung oder Verwenden eines Ionenstrahls aus einem anderen Material zum Bombardieren der Passivierungsschichtoberfläche durchgeführt werden.
Das Wachstum der Oxidschicht fügt zusätzliches Material zu der Metallelektrode hinzu, so dass die Massenbelegung der Elektrode erhöht wird. Dies führt zu reduzierten Betriebsfrequenzen des Resonators, insbesondere einer reduzierten Resonanzfrequenz und einer reduzierten Antiresonanzfrequenz. Des Weiteren kann die Metalloxidschicht eine unterschiedliche Steifigkeit aufweisen, was die Frequenzcharakteristiken des Resonators ebenfalls beeinflusst. Wenn eine Gasclusterstrahltechnologie verwendet wird, um die Metalloxidschicht aufzuwachsen, kann die Massenbelegung durch die Zeitmenge des Auftreffens des Gasclusterstrahls mit hoher Genauigkeit feinabgestimmt werden, um eine gewünschte Verschiebung der Resonanz- und Antiresonanzfrequenz gemäß dem bestimmten Ausmaß des Trimmens zu erzielen. Die Metalloxidschicht wächst primär auf der oberen Oberfläche der Metallelektrode, die die Oberfläche parallel zu der Oberfläche des Substrats ist, auf der die Elektrode angeordnet ist. Eine Metalloxidschicht kann auch auf den Seitenwänden der Metallelektrode wachsen, jedoch in einem viel geringeren Ausmaß, so dass die obere Metalloxidschicht den Trimmprozess im Wesentlichen dominiert.
Die aus einem dielektrischen Material gefertigte Passivierungsschicht wird im Wesentlichen konform auf der oberen und den Seitenwandoberflächen der Metallelektroden und dem Raum zwischen den Metallelektrodenfingern abgeschieden.
Die Bombardierung der dielektrischen Passivierungsschicht mit dem Gasclusterstrahl entfernt dielektrisches Material von der Passivierungsschicht, was zu einer Reduzierung der Resonanz- und Antiresonanzfrequenz des Resonators in Kombination mit einer Reduzierung des Pol-Nullstelle-Abstands führt. Eine Reduzierung des Pol-Nullstelle-Abstands führt zu einer Reduzierung der Bandbreite des Durchlassbandes eines Filters, das den Resonator beinhaltet. Während das Metalloxidwachstum die Frequenzen reduziert, reduziert das Passivierungsschichttrimmen die Frequenzen und reduziert den Pol-Nullstelle-Abstand oder die Bandbreite. Beide Effekte können unabhängig voneinander in dem Trimmprozess der ersten oder zweiten Stufe gesteuert werden, so dass selbst eine große Abweichung der Frequenz und Bandbreite von dem gewünschten Bereich gemäß den Vorrichtungsspezifikationen auf eine gesteuerte Weise mit hoher Genauigkeit erzielt werden kann. Die ursprüngliche Dicke der Passivierungsschicht wird mit ausreichendem Spielraum bestimmt, so dass ausreichendes Material verfügbar ist, das später während des zweiten Trimmschrittes entfernt wird, um den Zielparameterbereich zu erreichen.
Die Effekte des Metalloxidwachstums auf den Elektroden und der Materialentfernung von der Passivierungsschicht auf Frequenz/Bandbreite sind im Wesentlichen verschieden, weil die Metalloxidschicht zusätzliche Masse zu der Oberseite der Metallelektroden hinzufügt, wohingegen die Passivierungsschicht die volle Oberfläche des Resonators einschließlich der Oberseite und Seitenwände der Elektroden und den Raum zwischen den Elektroden bedeckt.
Gemäß Ausführungsformen beinhaltet das geschichtete Substratsystem des SAW-Resonators ein unterstes Trägersubstrat. Eine erste und zweite dielektrische Schicht, die unterschiedliche akustische Geschwindigkeiten aufweisen, sind auf dem Trägersubstrat angeordnet. Eine piezoelektrische Schicht ist auf den dielektrischen Schichten angeordnet und bildet die oberste Schicht des geschichteten Substrats. Die Elektroden sind auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet. Ein geschichtetes Substrat beinhaltet eine relativ dünne piezoelektrische Schicht und begrenzt die Energie hauptsächlich innerhalb der dünnen piezoelektrischen Schicht. Die erste dielektrische Schicht, die eine relativ hohe akustische Geschwindigkeit aufzeigt, ist auf dem Trägersubstrat angeordnet, und die zweite dielektrische Schicht, die eine relativ niedrige akustische Geschwindigkeit aufzeigt, ist zwischen der ersten dielektrischen Schicht und der piezoelektrischen Schicht angeordnet. Insbesondere zeigt die erste, untere dielektrische Schicht eine höhere akustische Geschwindigkeit als die darauf angeordnete zweite dielektrische Schicht auf.
Die folgenden Materialien können in einem SAW-Resonator gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Das Trägersubstrat kann aus kristallinem Silizium, bevorzugt einem nichtdotierten Siliziumkristall, gefertigt sein. Die erste dielektrische Schicht kann aus Aluminiumnitrid gefertigt sein, das amorph oder polykristallin sein kann. Das dielektrische Aluminiumnitrid bei dieser Position des Schichtenstapels weist keine piezoelektrischen Eigenschaften auf. Alternativ dazu kann die erste dielektrische Schicht auch aus Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, polykristallinem Silizium oder Diamant gefertigt sein. Die zweite dielektrische Schicht, die auf der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist, kann ein Halbleiteroxid, wie etwa Siliziumdioxid, Germaniumdioxid oder dotiertes Siliziumdioxid, umfassen oder daraus gefertigt sein. Die piezoelektrische Schicht, die auf der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet ist, kann Lithiumtantalat oder Lithiumniobat, Quarz oder piezoelektrisches Aluminiumnitrid, das kristallines oder säulenartiges Aluminiumnitrid ist, umfassen oder daraus gefertigt sein.
Die Elektroden können ein Metall, wie etwa Aluminium oder eine Zusammensetzung aus Aluminium und Kupfer, umfassen oder daraus gefertigt sein. In diesem Fall kann das Aluminium auf einer Schicht aus Kupfer gebildet werden, gefolgt von einem Temperprozess, sodass das Kupfer durch das Aluminium migriert. Dies kann eine Zusammensetzung aus Aluminium und Kupfer, wie etwa eine intermetallische Phase aus Al₂Cu, bilden. Die Oberfläche der Metallelektrode beinhaltet Aluminium, entweder als reine Aluminiumkörner oder als Al₂Cu- Körner. Entsprechend umfasst das Metalloxid, das während der ersten Trimmstufe gebildet wird, Aluminiumoxid, das hauptsächlich auf der oberen Oberfläche der Elektrode angeordnet ist.
Die Passivierungsschicht kann aus einem dielektrischen Material, wie etwa Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid, gefertigt sein. Die oben erwähnten Materialien sind nicht beschränkend und andere Materialien, die eine ähnliche oder identische Funktion wie die oben erwähnten Materialien durchführen, sind ebenfalls verwendbar.
Die Effekte des Trimmprozesses auf Frequenz und/oder Pol-Nullstelle-Abstand des Resonators und Frequenz und/oder Bandbreite eines Filters einschließlich eines solchen Resonators sind wie folgt. Das Bilden einer Metalloxidschicht reduziert die Resonanz- und Antiresonanzfrequenz gemäß einer ersten Empfindlichkeit. Das Trimmen der zweiten Stufe einschließlich des Entfernens eines Teils der Passivierungsschicht umfasst ein Reduzieren der Resonanz- und Antiresonanzfrequenz sowie ein Reduzieren des Pol-Nullstelle-Abstands. Die Empfindlichkeit während das Trimmens der ersten Stufe und die Empfindlichkeit während des Trimmens der zweiten Stufe sind im Wesentlichen unterschiedlich, sodass das Trimmen der ersten Stufe hauptsächlich ein Trimmen der Frequenzen des akustischen Oberflächenresonators durchführt, wohingegen das Trimmen der zweite Stufe hauptsächlich ein Trimmen der Frequenzen und ein Trimmen des Pol-Nullstelle-Abstands des Resonators durchführt. Das Einsetzen unterschiedlicher Trimmempfindlichkeiten für die Trimmschritte der ersten und zweiten Stufe ermöglicht ein unabhängiges Trimmen von Frequenz und Pol-Nullstelle-Abstand, sodass selbst ein im Wesentlichen fehlabgestimmter Resonator so getrimmt werden kann, dass er den gewünschten Bereich der Spezifikationen erfüllt.
Eines oder mehrere der oben erwähnten Ziele werden durch ein Verfahren des Herstellens und Trimmens eines HF-Filters gemäß den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 13 erfüllt.
Gemäß Ausführungsformen beinhaltet ein HF-Filter wenigstens einen akustischen Oberflächenwellenresonator. In der Praxis beinhaltet das HF-Filter mehrere SAW-Resonatoren, die zum Beispiel auf eine Art vom Abzweigtyp verbunden sein können. Das Trimmen der ersten Stufe des Bildens einer Metalloxidschicht auf der Metallelektrode trimmt die Frequenzposition des Durchlassbandes des Filters. Das Trimmen der zweiten Stufe des Entfernens eines Teils der Passivierungsschicht beeinflusst die Frequenzposition und die Bandbreite des Durchlassbandes des HF-Filters.
Es versteht sich, dass sowohl die vorausgehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung lediglich beispielhaft sind und eine Übersicht oder eine Rahmenstruktur zum Verständnis des Wesens und der Beschaffenheit der Ansprüche bereitstellen sollen. Die begleitenden Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis zu vermitteln und sind in dieser Beschreibung aufgenommen und stellen einen Teil von dieser dar. Die Zeichnungen veranschaulichen eine oder mehrere Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und des Betriebs der verschiedenen Ausführungsformen. Die gleichen Elemente in unterschiedlichen Figuren der Zeichnungen sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines akustischen Oberflächenwellenresonators;
2A bis 2C zeigen unterschiedliche Verarbeitungsschritte eines Teils des Resonators einschließlich des Bildens einer Metalloxidschicht auf der Elektrode, des Bildens einer Passivierungsschicht und des Entfernens eines Teils der Passivierungsschicht;
3 zeigt die Variationen von Frequenzen eines SAW-Resonators vor dem Trimmen; und
4 zeigt die Variationen von Frequenzen während und nach dem zweistufigen Trimmprozess.

Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen
Die vorliegende Offenbarung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, die Ausführungsformen der Offenbarung zeigen, umfassender beschrieben. Die Offenbarung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen umgesetzt werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen begrenzt ausgelegt werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit die Offenbarung den Schutzumfang der Offenbarung einem Fachmann vollständig vermittelt. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, sondern sind dazu konfiguriert, die Offenbarung klar zu veranschaulichen.
1 stellt eine Querschnittsansicht eines Teils eines SAW-Resonators 100 einschließlich eines geschichteten gestapelten Substrats dar. Das Substrat umfasst ein unteres Trägersubstrat 110, das z. B. aus kristallinem Silizium oder Saphir (Al₂O₃) gefertigt ist. Darauf angeordnet ist eine Schicht 111, die aus polykristallinem oder amorphem Aluminiumnitrid gefertigt ist, welches eine hohe akustische Geschwindigkeit aufweist. Das Aluminiumnitrid ist von solcher Beschaffenheit, dass es dielektrische Eigenschaften und keine piezoelektrischen Eigenschaften aufweist. Die Schicht 111 kann auch Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, polykristallines Silizium oder Diamant umfassen oder daraus gefertigt sein. Darauf angeordnet ist eine andere dielektrische Schicht 112, die Siliziumdioxid umfasst, welches eine niedrige akustische Geschwindigkeit aufweist. Die Schicht 112 kann auch aus Germaniumdioxid oder dotiertem Siliziumdioxid gefertigt sein.
Darauf angeordnet ist eine dünne piezoelektrische Schicht 113. Die piezoelektrische Schicht 113 kann Lithiumtantalat, Lithiumniobat, kristallines/säulenartiges/piezoelektrisches Aluminiumnitrid oder Quarz umfassen oder daraus gefertigt sein. Die Schichten 110, ..., 113 stellen ein geschichtetes gestapeltes Substrat-System für einen SAW-Resonator dar. Angeordnet auf der piezoelektrischen Schicht 113 sind Metallelektroden 114. Die Elektroden bestehen aus fingerartig verschränkten Fingern, die zu einem Paar von Elektroden gehören, die einen Wandler zum Liefern oder Empfangen eines elektrischen HF-Signals bilden. Anlegen eines HF-Signals an die Wandlerelektroden erzeugt eine resonierende akustische Welle in der piezoelektrischen Schicht 113. Der beschriebene Schichtenstapel des geschichteten Substrats stellt sicher, dass die akustische Energie im Wesentlichen auf die dünne piezoelektrische Schicht 113 begrenzt wird. Während 1 einen Querschnitt aus acht Fingerelementen zeigt, kann eine Realisierung eines SAW-Resonators in der Praxis bis zu einigen Hunderten Fingern umfassen. Die Metallelektroden können Aluminium oder eine Zusammensetzung aus Aluminium und Kupfer umfassen. Andere Metallmaterialien können ebenfalls verwendbar sein. Die weitere Behandlung während Herstellung und Trimmen der Elektroden 121, 122, die durch ein gestricheltes Rechteck 130 umschlossen sind, ist in 2A bis 2C ausführlicher dargestellt.
Nun unter Zuwendung zu 2A ist ein Teil des piezoelektrischen Substrats 113 zusammen mit den Al/Cu-Metallelektroden 121, 122 gezeigt. Um die Resonanz- und Antiresonanzfrequenz des Resonators zu trimmen, werden Metalloxidfilme 211, 212 auf der oberen Oberfläche der Elektroden 121, 122 gebildet. Das Metalloxid umfasst Aluminiumoxid. Der Resonator wird in eine Gasclusterstrahleinrichtung eingesetzt und ein Oxidclusterstrahl 215 wird auf die oberen Oberflächen der Elektroden 121, 122 gelenkt. Der Strahl wird entlang der Oberfläche der Elektroden bewegt, sodass Sauerstoffcluster auf die obere Oberfläche der Elektroden auftreffen und mit dem Aluminiummaterial reagieren, um Aluminiumoxid zu bilden. Die Dicke des Aluminiumoxids kann durch die Zeit bestimmt werden, während der der Gasclusterstrahl auf eine spezielle Stelle der Elektrode auftrifft. Die Dicke kann mit hoher lokaler Auflösung gesteuert werden. Ein beweglicher Tisch ermöglicht eine Bewegung des Substrats entlang einer x- und y-Richtung, sodass der Strahl alle Oberflächenteile der oberen Oberfläche der Aluminiumelektrode mit hoher räumlicher Auflösung erreichen kann. Der Großteil des Metalloxids wird auf der Oberseite der Elektroden 121, 121 gebildet, obwohl ein sehr dünner, beinahe vernachlässigbarer Teil bei den Seitenwänden gebildet wird (in den Figuren nicht dargestellt).
Am Anfang des Trimmprozesses der ersten Stufe aus 2A wird eine Messung von Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen des Resonators vorgenommen und mit einem Zielwert verglichen. In Abhängigkeit von der vorbestimmten Empfindlichkeit wird die Menge von zu bildendem Aluminiumoxid und die Menge von bereitzustellendem Sauerstoff bestimmt, um die gewünschte Dicke des Aluminiumoxids auf den Elektroden 121, 122 zu erzielen. Das erzeugte Aluminiumoxid erhöht die Massenbelegung der Elektrodenfinger derart, dass die Resonanz- und Antiresonanzfrequenz des Resonators reduziert werden.
Nun unter Zuwendung zu 2B wird der Resonator nach dem Trimmprozess der ersten Stufe aus 2A mit einer Passivierungsschicht 221 versehen. Die Passivierungsschicht 221 kann aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid gebildet sein. Andere dielektrische Passivierungsschichten können ebenfalls verwendbar sein. Die Schichten werden im Wesentlichen konform gebildet, wobei sie die obere Oberfläche und die Seitenwände der Elektroden und den Raum zwischen den Elektroden bedecken.
Nun unter Zuwendung zu 2C ist der Trimmprozess der zweiten Stufe veranschaulicht. Ein oberer Teil 240 der Passivierungsschicht 221 wird entfernt, was zu einer verbleibenden, gedünnten Passivierungsschicht 231 mit einer Dicke geringer als die ursprüngliche Passivierungsschicht 221 führt. Der Trimmprozess der zweiten Stufe setzt einen Gasclusterstrahlprozess unter Verwendung von NF₃-Molekülen ein. Der Gasclusterstrahl trifft auf die Oberfläche des Resonators auf und entfernt das dielektrische Material 240 durch Bombardierung der Passivierungsschichtoberfläche. Die Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen wurden vor dem Beginnen des zweiten Trimmprozesses gemessen. Die Entfernung von dielektrischem Passivierungsschichtmaterial reduziert die Resonanz- und Antiresonanzfrequenz und beeinflusst auch den Pol-Nullstelle-Abstand des Resonators. Bei dieser Ausführungsform wird der Pol-Nullstelle-Abstand des Resonators reduziert. Die Menge an entferntem Material wird durch die Zielwerte für Resonanz- und Antiresonanzfrequenz und den Pol-Nullstelle-Abstand des Resonators bestimmt, sodass der finale Resonator die Zielspezifikationen erfüllt.
3 zeigt ein Diagramm, das die Verteilung der Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen eines SAW-Resonators, der ein geschichtetes Substratsystem verwendet, veranschaulicht. Ein Bereich 310 veranschaulicht durch Simulation erhaltene mögliche Variationen, die die Abweichung von der idealen Resonanzfrequenz Δfs und die Abweichung von der idealen Antiresonanz Δfo zeigen. Jeder Punkt des Bereichs 310 repräsentiert die simulierten Werte für Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen fs, fo in Einheiten von ppm relativ zu einem Referenzwert. Das Diagramm zeigt, dass die Abweichung von etwa -3000 bis +3000 ppm reicht. Das Rechteck 312 veranschaulicht den Zielbereich gemäß Vorrichtungsspezifikationen, sodass es offensichtlich wird, dass der Großteil von Resonatoren erwartungsgemäß Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen im Wesentlichen außerhalb des erforderlichen Spezifikationsbereichs 312 aufzeigt.
Nun unter Zuwendung zu 4 ist der Effekt der ersten und zweiten Trimmstufe auf Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen veranschaulicht. Die Resonanzfrequenz fs und die Antiresonanzfrequenz fo sind jeweils in willkürlichen Einheiten [a.u.] dargestellt, sodass sie durch eine Referenzfrequenz normalisiert sind. Ein Bereich 410 entspricht der ursprünglichen Variation der Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen fs, fo, entsprechend dem Bereich 310 aus 3. Der ursprüngliche Bereich der Frequenzvariationen ist bei 411 und 412 dargestellt.
Nach dem ersten Trimmschritt, der das Bilden einer Oxidschicht 211, 212 auf den Metallelektroden durch einen Sauerstoff-Gasclusterstrahl, wie in Verbindung mit 2A beschrieben, umfasst, ist der resultierende Bereich einer Variation für Frequenzen fs, fo bei 420 dargestellt. Die Resonanzfrequenz ist im Wesentlichen von dem Bereich 412 auf den Bereich 422 reduziert und der Antiresonanzfrequenzbereich ist von 411 auf 421 reduziert. Jedoch liegen die Frequenzen fs, fo immer noch außerhalb des erwarteten Zielbereichs, der mit einem Rechteck 440 dargestellt ist.
Der Bereich von Frequenzabweichungen für Frequenzen fs, fo nach dem zweiten Trimmschritt ist bei 430 dargestellt. Der zweite Trimmschritt umfasst das Dünnen der Passivierungsschicht 221 durch einen Gasclusterstrahl, was zu einer verbleibenden Passivierungsschicht 231 führt, wie in Verbindung mit 2C beschrieben ist. Die Resonanzfrequenz fs ist geringfügig von dem Bereich 422 auf den Bereich 432 erhöht und die Antiresonanzfrequenz fo ist von dem Bereich 421 auf den Bereich 431 reduziert.
Wie aus 4 entnommen werden kann, führt der erste Trimmschritt bezüglich des Bildens einer Oxidschicht hauptsächlich eine Frequenzverschiebung durch, die die Frequenzen fs, fo von dem Bereich 410 auf den Bereich 420 verringert. Der zweite Trimmschritt bezüglich des Entfernens von Material von der Passivierungsschicht beeinflusst hauptsächlich den Pol-Nullstelle-Abstand des Resonators oder die Bandbreite eines Filters einschließlich eines solchen Resonators insofern, dass die Antiresonanzfrequenz fo reduziert wird und die Resonanzfrequenz fs geringfügig erhöht wird, was zu dem finalen Bereich 430 führt, der den Bereich einer Variation des zweistufig getrimmten Resonators darstellt. Der Bereich 430 befindet sich innerhalb des Spezifikationsbereichs 440.
SAW-Resonatoren werden oft in HF-Kommunikationsfiltern verwendet, die das gewollte Signal aus dem Antennenempfangssignal auswählen. Ein HF-Filter kann einige SAW-Resonatoren beinhalten, die in Reihen- und Parallelpfaden angeordnet sind, wie etwa zum Beispiel ein Abzweigtypfilter.
Das Anwenden des zweistufigen Trimmprozesses von oben auf eine HF-Filteranordnung verschiebt die Frequenzposition des Durchlassbandes von einer ursprünglich höheren Position zu einer niedrigeren Position während des ersten Trimmschrittes des Bildens der Metalloxidschicht auf den Metallelektroden. Obwohl auch die Bandbreite des Durchlassbandes durch den ersten Trimmschritt bewirkt werden kann, ist dieser Effekt eher klein und kann vernachlässigt werden. Der zweite Trimmschritt bezüglich der Entfernung von Material von der Passivierungsschicht beinhaltet ein Trimmen der Frequenzposition des Durchlassbandes und der Bandbreite des Durchlassbandes, sodass schließlich die Zielspezifikationen erzielt werden.
Wie aus 4 entnommen werden kann, sind die Empfindlichkeit des ersten und zweiten Trimmschrittes hinsichtlich der Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen fs, fo signifikant verschieden, sodass die Filterflanken eines HF-Filters einschließlich des Resonators relativ zueinander verschoben werden können, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Dies ermöglicht, dass die Frequenzabweichungen der rechten und linken Flanke eines HF-Filters zusammen korrigiert und getrimmt werden können. Die Verbesserung in dem Bereich 410 zu dem Bereich 420 und dann zu dem Bereich 430 aus 4 zeigt, dass die Empfindlichkeit des ersten Trimmschrittes im Vergleich zu dem zweiten Trimmschritt hinsichtlich der Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen im Wesentlichen verschieden ist, was ermöglicht, dass beide Flanken des Durchlassbandes eines HF-Filters so eingestellt werden können, dass eine finale Spezifikation des Filters erfüllt werden kann.
Es wird einem Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne von der Idee oder dem Schutzumfang der Offenbarung, wie in den angehängten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Da Modifikationen, Kombinationen, Unterkombinationen und Variationen der offenbarten Ausführungsformen, die das Wesen und den Kerngedanken der Offenbarung einbeziehen, dem Fachmann ersichtlich sein können, sollte die Offenbarung so ausgelegt werden, dass sie alles innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche einschließt.

Claims

Verfahren zum Herstellen und Trimmen eines akustischen Oberflächenwellenresonators, umfassend: - Bereitstellen eines geschichteten Substrats (110, 111, 112, 113) ; - Bilden einer Metallelektrode (121, 122) auf dem geschichteten Substrat; - Bilden einer Metalloxidschicht (211, 212) auf der Metallelektrode; - dann Bilden einer Passivierungsschicht (221), die ein dielektrisches Material umfasst; und - Entfernen eines Teils (240) der Passivierungsschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bildens einer Metalloxidschicht ein Lenken eines Gasclusterstrahls (215) auf die Oberfläche der Metallelektrode (121, 122) umfasst, um die Metalloxidschicht (211, 215) lokal aufzuwachsen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Gasclusterstrahl (215) Cluster aus Sauerstoffmolekülen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Entfernens eines Teils der Passivierungsschicht ein Lenken eines anderen Gasclusterstrahls (235) auf die Passivierungsschicht (221) umfasst, um lokal Material (240) von der Passivierungsschicht zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der andere Gasclusterstrahl (235) Cluster aus NF₃-Molekülen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, umfassend: Verwenden einer Gasclusterstrahleinrichtung zum Erzeugen des Gasclusterstrahls (215, 235), der Sauerstoffmoleküle umfasst, und des anderen Gasclusterstrahls, der NF₃ umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schritt des Bereitstellens eines geschichteten Substrats ein Bereitstellen eines Substrats umfasst, umfassend: - ein Trägersubstrat (110); - eine erste dielektrische Schicht (111) und eine zweite dielektrische Schicht (112), wobei die erste und zweite dielektrische Schicht unterschiedliche akustische Geschwindigkeiten aufweisen; und - eine piezoelektrische Schicht (113), die auf der ersten oder zweiten dielektrischen Schicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste dielektrische Schicht (111) auf dem Trägersubstrat (110) angeordnet ist und die zweite dielektrische Schicht (112) auf der ersten dielektrischen Schicht (111) angeordnet ist, wobei die erste dielektrische Schicht (111) eine höhere akustische Geschwindigkeit als die zweite dielektrische Schicht (112) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Trägersubstrat (113) monokristallines Silizium oder Aluminiumoxid oder Saphir umfasst und die erste dielektrische Schicht (111) Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, polykristallines Silizium oder Diamant umfasst, die zweite dielektrische Schicht (112) Siliziumdioxid, Germaniumdioxid oder dotiertes Siliziumdioxid umfasst und die piezoelektrische Schicht (113) Lithiumtantalat, Lithiumniobat, Aluminiumnitrid oder Quarz umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schritt des Bildens einer Metallelektrode ein Bilden einer Elektrode (121, 122), die aus Aluminium oder einer Zusammensetzung aus Aluminium und Kupfer gefertigt ist, umfasst und der Schritt des Bildens einer Metalloxidschicht (211, 212) Bilden einer Aluminiumoxidschicht auf der Metallelektrode umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schritt des Bildens einer Passivierungsschicht (221) ein Bilden einer Schicht aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der akustische Oberflächenwellenresonator eine Resonanzfrequenz (fs) und eine Antiresonanzfrequenz (fo) mit einem Pol-Nullstelle-Abstand zwischen der Resonanz- und Antiresonanzfrequenz aufzeigt, wobei der Schritt des Bildens einer Metalloxidschicht Reduzieren der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz gemäß einer ersten Empfindlichkeit umfasst, um ein Trimmen der Frequenzen des akustischen Oberflächenwellenresonators durchzuführen, wobei der Schritt des Entfernens eines Teils der Passivierungsschicht Reduzieren der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz gemäß einer von der ersten Empfindlichkeit verschiedenen zweiten Empfindlichkeit umfasst, um ein Trimmen des Pol-Nullstelle-Abstands des akustischen Oberflächenwellenresonators durchzuführen.
Verfahren zum Herstellen und Trimmen eines HF-Filters, wobei das Filter wenigstens einen akustischen Oberflächenwellenresonator (100) umfasst und eine Frequenzposition und eine Bandbreite eines Durchlassbandes aufzeigt, welches das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst, wobei der Schritt des Bildens einer Metalloxidschicht ein Trimmen der Frequenzposition des Durchlassbandes beinhaltet und der Schritt des Entfernens eines Teils der Passivierungsschicht ein Trimmen der Frequenzposition und der Bandbreite des Durchlassbandes beinhaltet.