DE102019130514B4

DE102019130514B4 - Trimmverfahren für einen SAW-Wafer, getrimmte Wafer und getrimmte SAW-Vorrichtungen

Info

Publication number: DE102019130514B4
Application number: DE102019130514.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes Körber; Mikhail Pasko; Matthias Honal
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Singapore Pte Ltd
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2039-11-13
Also published as: DE102019130514A1

Abstract

Verfahren zum Trimmen eines SAW-Wafers, umfassend die Schritte
- Bereitstellen eines Wafers mit einer piezoelektrischen Oberfläche
- Bilden von Elektrodenstrukturen für eine Vielzahl von SAW-Vorrichtungen, wobei jede SAW-Vorrichtung eine Betriebsfrequenz hat, die von einer Zielfrequenz abweichen kann
- Kompensieren der Abweichung der Betriebsfrequenz der Vielzahl von SAW-Vorrichtungen durch Scannen der piezoelektrischen Oberfläche des Wafers mit einem Gascluster-Ionenstrahl, um eine entsprechende Dosis auf jeden Oberflächenbereich aufzubringen und dadurch die Oberflächenschicht zu modifizieren, um die Zielfrequenz der jeweiligen SAW-Vorrichtung wiederherzustellen, wobei die Elektrodenstrukturen vor dem Scannen der WaferOberfläche mit dem Gascluster-Ionenstrahl mit einer Resistbedeckung geschützt werden.

Description

Aufgrund von Produktionsschwankungen haben SAW-Filter auf dem gleichen Wafer nach den Frontend-Prozessen eine unterschiedliche Frequenz- und Bandbreitenverteilung. Außerdem ist es eine On-Wafer-, Wafer-to-Wafer- und Lot-to-Lot-Verteilung. Üblicherweise wird ein Trimmprozess verwendet, bei dem eine Trimmschicht, z.B. eine SiN-Schicht, auf ausgewählten Bereichen räumlich aufgelöst aufgebracht und entfernt wird, um die Frequenz der SAW-Filter in diesen Bereichen zu steuern und auf eine Zielfrequenz einzustellen. Die erreichbare Frequenzverschiebung ist abhängig von der verbleibenden Dicke der Trimmschicht. Die Schichtdicke der Trimmschicht muss jedoch in einem relativ kleinen Intervall gehalten werden, um Dickenschwankungen, die auf Toleranzen des Trimmprozesses zurückzuführen sind, zu reduzieren. Folglich ist die maximal erreichbare Frequenzverschiebung, die durch einen solchen Trimmprozess erreicht werden kann, begrenzt, so dass zu große Abweichungen von der Zielfrequenz nicht durch den Trimmprozess kompensiert werden können.
Die Behandlung von SAW-Vorrichtungen mit einem Gas-Cluster-Ionenstrahl GCIB ist ein Verfahren zum Frequenztrimmen von Wafern, um Produktionsschwankungen und Streueigenschaften, die auf einem einzelnen Wafer oder zwischen verschiedenen Produktionschargen erzielt werden, zu kompensieren. Bei diesem Verfahren wird die Wafer-Oberfläche mit beschleunigten ionisierten Gasclustern bombardiert, um Material durch physikalische und vorzugsweise mechanische Einwirkung dieses Bombardements zu entfernen. Das Trimmen wird durch die Reduzierung der Dicke einer dielektrischen Schicht erreicht, die als Trimmschicht auf den Wafer aufgebracht wird. Eine solche Trimmschicht bietet jedoch Nachteile aufgrund ihrer Massenbelastung mit bekannten negativen Auswirkungen auf Bandbreite und Einfügedämpfung.
Die Offenlegungsschrift US 2002 / 0 005 676 A1 beschreibt ein System und Verfahren zum präzisen Anpassen von Eigenschaften eines Geräts unter Verwendung eines GasCluster-Ionenstrahls (GCIB). Der Einsatz des in der Anmeldung beschriebenen Verfahrens erlaubt das präzise Entfernen und Hinzufügen von kleinen Materialmengen ohne wesentliches Beschädigen oder Herabsetzen des Betriebsverhaltens des Geräts. Das System ist in der Lage, die Eigenschaften eines einzigen Geräts abzustimmen oder mehrerer Geräte und die Geräte können seriell, in kleinen Gruppen oder alle gemeinsam bearbeitet werden. Das System ist ferner in der Lage, eine einzige Dosis oder eine Vielzahl von Dosen bereitzustellen abhängig von der hinzuzufügenden oder der zu entfernenden Materialmenge, die zum Abstimmen der Eigenschaften benötigt wird.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 019 523 A1 schlägt zum Ausgleichen einer Fertigungstoleranz bei einem SAW-Bauelement und zum Einstellen einer gewünschten Zielfrequenz vor, auf einer Oberseite einer strukturierten Metallisierung eine Trimmschicht zu erzeugen und deren Schichtdicke beim Trimmverfahren zu verändern. Insbesondere wird Schichtdickenänderung in einer Gascluster-Ionenstrahlanlage durchgeführt. Im Verfahren kann die Dicke der Trimmschicht erhöht oder reduziert werden.
Die Offenlegungsschrift US 2002 / 0 059 709 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines akustischen Oberflächenwellen-Elements, das die Schritte umfasst: Bereitstellens eines piezoelektrischen Körpers der eine Interdigital-Wandler aufweist, wobei der Interdigital-Wandler aus einem Metall hergestellt wird, das eine höhere Dichte aufweist als der piezoelektrische Körper und gleichzeitiges Ausführen einer Innen-Bombardierung des Interdigital-Wandlers und des piezoelektrischen Körpers, um die Dicke des Interdigital-Wandlers und des piezoelektrischen Körpers zu verringern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenlegung, ein neues Verfahren zum Ausgleich von Produktionsschwankungen und Toleranzen von SAW-Wafern nach der Herstellung bereitzustellen und gleichzeitig die Nachteile früherer Trimmverfahren mit einer Trimmschicht zu vermeiden.
Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen kann die Behandlung der Oberfläche einer SAW-Vorrichtung mit einem Gas-Cluster-Ionenstrahl (GCIB) unter geeigneten Bedingungen zu einer Oberflächenmodifikation der SAW-Vorrichtung führen, die nur die Phasengeschwindigkeit einer akustischen Oberflächenwelle ändert, die sich auf diesem Wafer ausbreitet. Diese Änderung ist von der angewandten Dosis des GCIB abhängig. Daher kann die Anwendung einer entsprechenden Dosis in Abhängigkeit von einer gewünschten oder erforderlichen Frequenzverschiebung z.B. auch zur Anpassung von Frequenz und Bandbreite von SAW-Filtern verwendet werden. Daher ist ein Trimmmverfahren vorgesehen, bei der keine Trimmschicht aufgebracht werden muss.
Das Verfahren zum Trimmen eines SAW-Wafers kann die folgenden Schritte umfassen. Zunächst wird ein Wafer mit einer piezoelektrischen Oberfläche bereitgestellt. Auf dieser Oberfläche werden Elektrodenstrukturen für eine Vielzahl von SAW-Vorrichtungen gebildet. Aufgrund von Prozessschwankungen können diese SAW-Vorrichtungen im Hinblick auf Resonanzfrequenz und Bandbreite Streueigenschaften haben, die über den Wafer variieren. Eine Reihe der so hergestellten Vorrichtungen kann Abweichungen aufweisen, die größer sind als die zulässige Vorrichtungs-Toleranz. Daher würde der Ertrag geeigneter Vorrichtungen durch den Prozess sinken und die Kosten würden steigen.
Daher wird in einem nächsten Schritt die Betriebsfrequenz ausgewählter einzelner SAW-Vorrichtungen, die über die Wafer-Oberfläche verteilt sind, bestimmt, um eine Frequenzverteilungskarte des Wafers zu erstellen. Aus dieser Karte kann eine Abweichung der Resonanzfrequenz von einer gewünschten Betriebsfrequenz für jede SAW-Vorrichtung an beliebiger Stelle auf dem Wafer berechnet werden. Abhängig von der berechneten Abweichung wird dann eine Kompensation vorgenommen, indem das Piezoelektrikum der Waferoberfläche mit einem Gascluster-Ionenstrahl eines geeigneten Gases gescannt wird, um auf jeden Oberflächenbereich eine entsprechende Ionenstrahldosis aufzubringen, die ausreicht, um die gewünschte Betriebsfrequenz (=Zielfrequenz) der SAW-Vorrichtungen wiederherzustellen oder einzustellen. Der Gas-Cluster-Ionenstrahl kann ein nanoskaliger Gas-Cluster-Ionenstrahl sein.
Mit diesem Verfahren kann eine Frequenzverschiebung von ca. 10.000 ppm und mehr an einer SAW-Vorrichtung erreicht werden. Nach einer Ausführungsform wurde an einer SAW-Vorrichtung eine Frequenzverschiebung von etwa 39.000 ppm erreicht.
Eine so große Verschiebung reicht aus, um die Mehrzahl der produktionsspezifischen Frequenzschwankungen auszugleichen. Das Verfahren ist daher geeignet, SAW-Vorrichtungen mit Eigenschaften innerhalb ausreichend enger Bereiche zu erreichen. Der Gascluster-Ionenstrahl GCIB kann mit Gasclustern arbeiten, die aus einem ausgewählten Gas, z.B. aus N2, O2, NF₃ und Ar, gebildet werden. Es hat sich herausgestellt, dass der GCIB bei der Verwendung verschiedener Gase eine unterschiedliche Wirkung oder einen unterschiedlichen Effekt erzielt. Die Wirkung ist abhängig von einer möglichen chemischen Reaktivität der Ionen mit den an der modifizierten Oberfläche vorhandenen Materialien. Weiterhin kann eine Abhängigkeit von der Ionenmasse bei den verwendeten Gasen festgestellt werden.
Wenn der Gascluster-Ionenstrahl GCIB aus einem reaktiven Gas wie 02 gebildet wird, ist die Auswirkung auf die Eigenschaften der SAW-Vorrichtung von den behandelten Materialien abhängig. Wenn die GCIB-Behandlung in einem Stadium durchgeführt wird, in dem bereits Elektrodenstrukturen auf die Oberfläche des Wafers aufgebracht wurden, können die normalerweise aus Al bestehenden Elektrodenstrukturen behandelt und/oder modifiziert werden oder nicht. Dasselbe gilt für die piezoelektrische Oberfläche. Es ist möglich, beide Materialien (piezoelektrische und metallische Elektrodenstrukturen) gleichzeitig zu behandeln. Alternativ kann eine der Elektrodenstrukturen oder die piezoelektrische Oberfläche zwischen den Elektrodenstrukturen mit einem entsprechenden Resist abgedeckt werden, der auf die Oberflächenbereiche oder Oberflächenstrukturen aufgetragen wird, die vor der GCIB-Behandlung geschützt werden müssen.
Es hat sich gezeigt, dass die Behandlung nur einer Al-Elektrode mit GCIB bei gleichzeitigem Schutz des piezoelektrischen Materials auf der Oberfläche vor der Behandlung in den meisten Fällen und unter den meisten Prozessparametern zu einer abnehmenden Resonanzfrequenz der jeweiligen SAW-Vorrichtung führt. Gleichzeitig nimmt die Bandbreite der SAW-Vorrichtung geringfügig ab. Es wird angenommen, dass die Richtung der Frequenzverschiebung davon abhängt, ob der Trimmprozess eine erhöhte Massenbelastung und eine erhöhte Materialsteifigkeit ergibt.
Die ausschließliche Behandlung von piezoelektrischem Material mit GCIB bei gleichzeitigem Schutz der Al-Elektrodenstrukturen auf der Oberfläche vor der Behandlung führt auch zu einer abnehmenden Resonanzfrequenz der jeweiligen SAW-Vorrichtung. Gleichzeitig ist die Bandbreite der SAW-Vorrichtung nahezu unbeeinflusst oder nimmt in einigen der Ausführungsformen leicht ab, insbesondere wenn 02 oder N2 zur Bildung der Cluster-Ionen verwendet wird. Außerdem ist der erreichte Effekt weiter vom verwendeten Gas abhängig, das den Gas-Clusterionenstrahl bildet.
Um bereichsspezifische Abweichungen auf einem einzelnen SAW-Wafer zu kompensieren, wird die GCIB-Behandlung in Abhängigkeit von der ermittelten Frequenzabweichung gesteuert, um eine entsprechende Frequenzverschiebung für jede einzelne SAW-Vorrichtung und damit eine Frequenzverteilung über den Wafer zu erreichen, die innerhalb eines vorgegebenen, aber kleinen Frequenzbereichs liegt.
Die Behandlung erfolgt durch Scannen der Oberfläche. Eine höhere Dosis in einem ausgewählten Bereich kann erreicht werden, wenn der Strahl mehrmals über ausgewählte Oberflächenbereiche gescannt wird oder wenn die Oberfläche mit einer geringeren Geschwindigkeit gescannt wird. Aus praktischen Gründen wird der Wafer in der Regel relativ zum Ionenstrahl bewegt, um den Scan-Effekt zu erzielen.
Die Behandlungsdosis und damit die Wirkung der GCIB-Behandlung auf die SAW-Eigenschaften an einem ausgewählten Bereich ist dann von der Dauer der Behandlung an diesem ausgewählten Bereich abhängig.
Nach einer Ausführungsform wird ein Gas, das entweder Ar oder NF₃ enthält, zur Bildung des Gascluster-Ionenstrahls verwendet, um die Kopplung der behandelten/veränderten Oberflächenbereiche zu reduzieren. Dadurch wird die Dauer der Behandlung gesteuert und eine Bandbreitenverteilung über den Wafer innerhalb eines vorgegebenen und kleinen Bandbreitenbereichs erreicht.
Neben der Zeitdauer der Behandlung und dem Schutz bestimmter Strukturen oder vor der Behandlung kann das Verfahren durch Variation und Einstellung eines entsprechenden Gasflusses und einer entsprechenden Beschleunigungsspannung zur Beschleunigung der Gascluster in Richtung der zu behandelnden Oberfläche weiter gesteuert werden.
Die Beschleunigungsspannung kann auf Werte von z.B. 2okV bis 8okV eingestellt werden, z.B. auf 30kV, 45kV oder 6okV. Der Gasfluss kann auf Werte von z.B. 200 bis 1000 sccm eingestellt werden. Einige Gase, insbesondere reaktive Gase wie NF₃, können zusammen mit einem inerten Trägergas wie z.B. N2 oder Ar verwendet werden. Der Gesamtgasfluss umfasst dann den Gasfluss des Trägergases und des reaktiven Gases.
Die vorgeschlagene Behandlung mit GCIB kann an piezoelektrischen Oberflächen verwendet werden, da sie die Phasengeschwindigkeit im behandelten Piezoelement und damit die Frequenz einer auf der behandelten Oberfläche realisierten SAW-Vorrichtung reduziert. Lithium-Tantalat LT und Lithium-Niobat LN sind Beispiele, bei denen dieser Effekt berücksichtigt wurde. Ähnliche Auswirkungen auf die Materialeigenschaften können jedoch auch bei der Behandlung anderer Oberflächen mit anderen piezoelektrischen Materialien als LT oder LN erzielt werden. Darüber hinaus kann eine Oberfläche, die ein anderes Material als ein piezoelektrisches Material oder einen piezoelektrischen Kristall enthält, in einer nicht-ablativen Weise behandelt werden, um eine Oberflächenmodifikation zu erreichen, die verwendet werden kann, wenn ein technischer Effekt mit dieser Modifikation verbunden ist.
Beispielsweise können Al-haltige Elektrodenstrukturen behandelt werden, um eine modifizierte Oberflächenschicht auf den Elektrodenstrukturen zu erreichen. Die modifizierte Oberflächenschicht umfasst eine Oxidschicht oder Al₂O₃, die auch die Frequenz der durch die Al-haltigen Elektrodenstrukturen realisierten SAW-Vorrichtung aufgrund der Änderung der Massenbelastung und der erhöhten Steifigkeit der modifizierten Oberflächenschicht, die Al₂O₃ enthält, verringern kann. Die Wirkung auf Al-Strukturen und -Oberflächen wurde jedoch bisher nach der Behandlung mit einem O₂-haltigen Gascluster-Ionenstrahl betrachtet.
Eine behandelte SAW-Vorrichtung umfasst eine funktionelle piezoelektrische Schicht, eine modifizierte Oberflächenschicht, die eine zerstörte Kristallinität aufweist und Teil der piezoelektrischen Schicht ist, und Elektrodenstrukturen, die auf der funktionellen piezoelektrischen Schicht gebildet werden. Durch die Behandlung wurde das Piezoelektrikum bis zu verschiedenen Dicken modifiziert. In den Beispielen wurde eine modifizierte Oberflächenschichtdicke von etwa 5 nm bis 20 nm beobachtet. Andere Gase oder andere Prozessparameter können jedoch eine andere modifizierte Oberflächenschichtdicke ergeben. In einer Ausführungsform führt die Behandlung zu einer modifizierten Oberflächenschicht mit einer Dicke von etwa 16 nm.
Mit Ausnahme eines Verlusts der piezoelektrischen Eigenschaften hat die modifizierte Oberfläche nicht an einer verringerten Dicke gelitten, sondern die Rauheit der Oberfläche hat sich erhöht und die Phasengeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwelle im Material hat sich verringert. Infolgedessen hat sich die Frequenz der SAW-Vorrichtung sowie dessen Bandbreite verringert.
Die Behandlung mit einem GCIB kann auf einen SAW-Wafer angewendet werden, der eine Vielzahl von SAW-Vorrichtungen trägt. Nach der Behandlung mit einer ortsspezifischen Dosis haben die SAW-Vorrichtungen eine Bandbreitenverteilung und eine Frequenzverteilung innerhalb eines jeweils voreingestellten Bereichs, die klein genug ist, um die Vorrichtungs-Spezifikationen zu erfüllen.
Der resultierende SAW-Wafer hat eine funktionelle piezoelektrische Schicht, eine auf der funktionellen piezoelektrischen Schicht gebildete Elektrodenstruktur, eine modifizierte Oberflächenschicht mit zerstörter Kristallinität direkt auf der funktionellen piezoelektrischen Schicht und eine Dickenverteilung der modifizierten Oberflächenschicht als Folge einer Scan-Behandlung der Schicht mit einem Gascluster-Ionenstrahl mit einer bereichsspezifischen Dosis und Eindringtiefe.
Im Folgenden werden die einzelnen Ausführungsformen und die dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch und zeigen möglicherweise nicht alle Elemente, soweit diese ausgelassenen Elemente im Stand der Technik bekannt sind und durch einen Fachmann leicht ergänzt werden können. Außerdem sind die Figuren nicht maßstabsgetreu gezeichnet und einige Details können zum besseren Verständnis vergrößert dargestellt werden.

1 zeigt eine Fertigungstoleranz in Bezug auf eine Verzögerungsleitungsmessung von SAW-Resonatoren mit unterschiedlichen Pitches, die auf zehn Wafern gebildet werden
2 ist ein Ausschnitt einer TEM-Fotografie eines Querschnitts durch ein SAW-Vorrichtung nach der Behandlung mit einem 02 GCIB
3 ist ein Ausschnitt einer TEM-Fotografie eines Querschnitts durch ein SAW-Vorrichtung nach der Behandlung mit einem N2 GCIB
4 zeigt eine Verzögerungsleitungsmessung der SAW-Resonatoren der 1 nach der Behandlung mit einem 02 GCIB
5 zeigt die Frequenz von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einer O2-GCIB bei verschiedenen Dosen
6 zeigt die Frequenz von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einem N2 GCIB bei verschiedenen Dosen
7 zeigt die Frequenz von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einem NF₃ GCIB bei verschiedenen Dosen
8 zeigt die Frequenz von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einem O2-GCIB bei verschiedenen Dosen ähnlich wie in 5, aber mit einer anderen Beschleunigungsspannung und einem anderen Gasfluss
9 zeigt die Frequenz von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einem NF₃ GCIB und verschiedenen Dosen ähnlich wie in 7, aber mit einer anderen Beschleunigungsspannung und einem anderen Gasfluss.

1 veranschaulicht das Ausmaß der Abweichungen einer Materialeigenschaft, wenn sich Fertigungstoleranzen durch einen hochgradig kontrollierten Prozess nicht vermeiden lassen. Die Figur zeigt eine Verzögerungsleitungsmessung von SAW-Resonatoren, die auf einer Anzahl von 10 LT-Wafern hergestellt wurden. Auf jedem Wafer wird eine Anzahl von SAW-Resonatoren mit unterschiedlichen Pitches und entsprechend unterschiedlichen Resonanzfrequenzen im Bereich von 250MHz bis 1600MHz produziert. Wie deutlich zu erkennen ist, weicht die Phasengeschwindigkeit von SAW-Resonator zu SAW-Resonator ab, selbst wenn sie auf demselben Wafer angeordnet und gemessen wird. Weitere Abweichungen von einem Zielwert ergeben sich beim Vergleich von SAW-Resonatoren, die auf verschiedenen Wafern hergestellt wurden. Da die Frequenz einer SAW-Vorrichtung proportional zu ihrer Phasengeschwindigkeit ist, würde die gleiche Differenz zwischen dem niedrigsten und dem höchsten Wert empfangen werden.
Zur Kompensation dieser Produktionstoleranzen wird eine Behandlung dieser Wafer mit dem vorgeschlagenen GCIB zum Trimmen durchgeführt. Dabei werden verschiedene Gase bei unterschiedlichen Bedingungen eingesetzt. Die Wafer werden ungeschützt behandelt, so dass der Ionenstrahl sowohl auf die Oberfläche der LT-Wafer als auch auf die Al-haltigen Elektrodenstrukturen trifft.
2 ist ein Beispiel einer TEM-Fotografie eines Querschnitts durch ein SAW-Vorrichtung nach der Behandlung mit einer hohen Dosis eines O2-GCIB. Auf der Fotografie kann man sehen, dass die Wafer-Oberfläche und auch die Elektroden eine etwas modifizierte Oberflächenschicht erhalten haben. Die Elektroden sind mit einer Oberflächenschicht aus hauptsächlich Al₃O₃ von etwa 14,9 nm bedeckt, wenn sie auf der Oberseite gemessen wird, die senkrecht zum auftreffenden Ionenstrahl ausgerichtet ist. Die Dicke an den vertikalen Seitenwänden ist kleiner und beträgt etwa 4nm bis 10nm. Die modifizierte Wafer-Oberflächenschicht hat fast die gleiche Dicke von etwa 14,9 nm.
3 zeigt ein Beispiel einer TEM-Fotografie eines Querschnitts durch eine SAW-Vorrichtung nach der Behandlung mit einer hohen Dosis eines N2 GCIB. Der sichtbare Effekt auf der Oberfläche des LT-Wafers ist fast derselbe. Allerdings ist die Dicke der modifizierten Elektrodenstrukturschicht kleiner als bei der O2-Behandlung und die Schicht beträgt auf der Oberseite etwa 9_,9 nm und an den Seitenwänden etwa 6 nm. Dies bestätigt, dass der Einfluss von GCIB auf die Oberfläche des LT-Wafers hauptsächlich ein mechanischer ist, während der Einfluss auf die Elektrodenstruktur mechanisch und im Falle der O₂-Behandlung ein zusätzlicher chemischer Einfluss ist, der zur Bildung einer Oxidschicht führt.
4 zeigt eine Verzögerungsleitungsmessung der Wafer mit den Streueigenschaften gemäß 1 nach einer Behandlung mit einem O₂-GCIB bei drei verschiedenen konkreten Dosen. Ein Teil der dargestellten Messpunkte sind von einem ungeschnittenen Wafer entnommen und entsprechen damit der Darstellung in 1. Eine niedrige Dosis führt zu einer Verschiebung der Phasengeschwindigkeit und/oder Frequenz zu niedrigeren Werten. Diese Verschiebung ist bei Wafern, die mit einer mittleren Dosis behandelt werden, größer und bei Wafern, die mit einer hohen Dosis behandelt werden, am höchsten. Dies zeigt die Abhängigkeit der erzielten Wirkung von der verwendeten Dosis.
Im Folgenden werden weitere Experimente gemacht, um die genaue Wirkung des verwendeten Gases und der angewandten Dosis zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden eine Reihe von SAW-Resonatoren mit einem einheitlichen Pitch von ca. 1,1µm auf LT-Wafern hergestellt. Dieser Pitch entspricht einer Resonanzfrequenz von etwa 1797MHz. Um die Wirkung einer modifizierten Elektrode von der Wirkung einer modifizierten Oberflächenschicht auf den LT-Wafer zu trennen, werden die Elektrodenstrukturen mit einem Resist geschützt, der so strukturiert ist, dass nur piezoelektrisches LT-Material belichtet und nicht vom Resist bedeckt wird. Um eine vollständige Abdeckung der Elektrode zu gewährleisten, wird neben jedem Elektrodenfinger eine Sicherheitsmarge von etwa 100 nm eingehalten, wo der Resist die piezoelektrische Oberfläche bedeckt.

In der folgenden Tabelle sind die Bedingungen aufgeführt, unter denen die GCIB-Behandlung durchgeführt wurde:

Verfahren Nr.	Clusterbildendes Hauptgas	Beschleunigungsspannung (kV)	Gasfluss des Hauptgases (sccm)	Gasfluss des Trägergases (sccm)
1	O₂	45	225	-
2	N₂	45	600	-
3	NF₃	60	50	280
4	O₂	30	500	-
5	5% NF₃ in N₂	30	500	-

5 zeigt die Ergebnisse einer Frequenzmessung von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einer O₂-GCIB bei verschiedenen Dosen gemäß Prozess 1 unter den in der obigen Tabelle angegebenen Bedingungen. Die Frequenzverschiebung der behandelten Resonatoren ist in Abhängigkeit von der x-Position dargestellt. Entlang der x-Position (Position entlang einer horizontalen x-Achse) wird die Dosis so reduziert, dass eine x-Position Null der höchsten Dosis und eine x-Position 150 der niedrigsten Dosis entspricht. Die Figur zeigt, dass die Frequenzverschiebung bei der maximalen Dosis (an der x-Position o) mit einem Absolutwert von etwa -8 MHz im Beispiel am größten ist und sich bei den mit der niedrigsten Dosis behandelten Resonatoren (an der x-Position 150) auf -4 MHz reduziert. In allen Fällen verschiebt sich die Frequenz nach der GCIB-Behandlung zu niedrigeren Frequenzen. Die höchste absolute Verschiebung entspricht einer relativen Verschiebung von etwa 4450ppm.
6 zeigt eine Verzögerungsleitungsmessung von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einem N2 GCIB bei verschiedenen Dosen gemäß Prozess 2 unter den in der obigen Tabelle angegebenen Bedingungen.
6 zeigt eine Verzögerungsleitungsmessung von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einem N2 GCIB bei verschiedenen Dosen gemäß Prozess 2 unter den in der obigen Tabelle angegebenen Bedingungen. Prozess 2 wird entsprechend durchgeführt und die Ergebnisse sind in 6 dargestellt. Ähnlich wie die Ergebnisse von Prozess 1 (in 5) wird die Dosis entlang der x-Achse so reduziert, dass eine x-Position Null der höchsten Dosis und eine x-Position 150 der niedrigsten Dosis entspricht. Die Figur zeigt, dass die Frequenzverschiebung bei der maximalen Dosis (an der x-Position o) mit einem Absolutwert von etwa -7 MHz im Beispiel am größten ist und sich bei den mit der niedrigsten Dosis behandelten Resonatoren (an der x-Position 150) auf -3 MHz reduziert. In allen Fällen verschiebt sich die Frequenz nach der GCIB-Behandlung zu niedrigeren Frequenzen. Die höchste absolute Verschiebung entspricht einer relativen Verschiebung von etwa 4030ppm. Diese Verschiebung ist etwas geringer als die von Prozess 1.
7 zeigt die Ergebnisse einer Frequenzmessung von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einem NF₃ GCIB bei verschiedenen Dosen gemäß Prozess 3 unter Bedingungen, wie sie in der obigen Tabelle angegeben sind. Ähnlich wie bei den Ergebnissen der Prozesse 1 und 2 (in den 5 und 6 dargestellt) wird die Dosis entlang der x-Achse so reduziert, dass eine x-Position Null der höchsten Dosis und eine x-Position 150 der niedrigsten Dosis entspricht.
7 zeigt, dass die Frequenzverschiebung wesentlich größer ist als in Prozess 1 oder 2. Die höchste Verschiebung wird im Beispiel bei der maximalen Dosis (an der x-Position o) mit einem Absolutwert von etwa -35MHz betrachtet und reduziert sich bei Resonatoren, die mit der niedrigsten Dosis (an der x-Position 150) behandelt werden, auf etwa -7 MHz. In allen Fällen verschiebt sich die Frequenz nach der GCIB-Behandlung zu niedrigeren Frequenzen. Die höchste absolute Verschiebung entspricht einer relativen Verschiebung von etwa 19500ppm. Dieser hohe Wert scheint auf einen chemischen Effekt des verwendeten Gases NF₃ zurückzuführen zu sein.
8 zeigt Werte, die mit einer Frequenzmessung von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einer O₂-GCIB gemäß Prozess 4 bei verschiedenen Dosen unter den in der obigen Tabelle angegebenen Bedingungen erhalten wurden.
Ähnlich wie bei den Ergebnissen der Prozesse 1 bis 3 (in den 5 bis 7 dargestellt) wird die Dosis entlang der x-Achse so reduziert, dass eine x-Position Null der höchsten Dosis und eine x-Position 150 der niedrigsten Dosis entspricht.
Die nach Prozess 4 betrachtete Frequenzverschiebung ist wesentlich kleiner als bei den zuvor beschriebenen Prozessen 1 bis 3. Die höchste Verschiebung wird bei der maximalen Dosis (an der x-Position o) mit einem Absolutwert von etwa -3,5MHz im Beispiel betrachtet und reduziert sich bei Resonatoren, die mit der niedrigsten Dosis (an der x-Position 150) behandelt werden, auf etwa -1,7 MHz. In allen Fällen verschiebt sich die Frequenz nach der GCIB-Behandlung zu niedrigeren Frequenzen. Die höchste absolute Verschiebung entspricht einer relativen Verschiebung von nur etwa 1950ppm. Die Werte zeigen nur eine grobe lineare Abhängigkeit von der applizierten Dosis, die möglicherweise auf inkonstante Messbedingungen zurückzuführen ist.
9 zeigt die Ergebnisse von Frequenzmessungen von SAW-Resonatoren nach dem Trimmen mit einem NF₃ GCIB in einem Trägergas N2 gemäß Prozess 5 bei verschiedenen Dosen unter Bedingungen wie in der obigen Tabelle angegeben.
Ähnlich wie bei den Ergebnissen der Prozesse 1 bis 4 (in den 5 bis 8 dargestellt) wird die Dosis entlang der x-Achse so reduziert, dass eine x-Position Null der höchsten Dosis und eine x-Position 150 der niedrigsten Dosis entspricht.
9 zeigt, dass die Frequenzverschiebung wesentlich größer ist als bei den vorherigen Verfahren 1 bis 4. Die höchste Verschiebung wird im Beispiel bei der maximalen Dosis (an der x-Position o) mit einem Absolutwert von etwa -70MHz betrachtet und reduziert sich bei den mit der niedrigsten Dosis behandelten Resonatoren (an der x-Position 150) auf etwa -7 MHz. In allen Fällen verschiebt sich die Frequenz nach der GCIB-Behandlung zu niedrigeren Frequenzen. Die höchste absolute Verschiebung entspricht einer relativen Verschiebung von etwa 39.000.ppm oder 3,9%.
Die Beispiele zeigen, dass mit der vorgeschlagenen GCIB-Behandlung der piezoelektrischen Oberfläche einer SAW-Vorrichtung eine Hochfrequenzverschiebung von etwa 4% erreicht werden kann. Daher kann das Verfahren zum Trimmen von SAW-Vorrichtungen verwendet werden, ohne Material einer Trimmschicht zu entfernen, indem nur die Oberflächeneigenschaften aufgrund einer Änderung der chemischen Zusammensetzung und der physikalischen Eigenschaften verändert werden. Bei gezielter Anwendung dieses Verfahrens können auch hohe Fertigungstoleranzen nahezu vollständig kompensiert und somit ein hoher Ertrag bei der Herstellung von SAW-Vorrichtungen erreicht werden.

Claims

Verfahren zum Trimmen eines SAW-Wafers, umfassend die Schritte - Bereitstellen eines Wafers mit einer piezoelektrischen Oberfläche - Bilden von Elektrodenstrukturen für eine Vielzahl von SAW-Vorrichtungen, wobei jede SAW-Vorrichtung eine Betriebsfrequenz hat, die von einer Zielfrequenz abweichen kann - Kompensieren der Abweichung der Betriebsfrequenz der Vielzahl von SAW-Vorrichtungen durch Scannen der piezoelektrischen Oberfläche des Wafers mit einem Gascluster-Ionenstrahl, um eine entsprechende Dosis auf jeden Oberflächenbereich aufzubringen und dadurch die Oberflächenschicht zu modifizieren, um die Zielfrequenz der jeweiligen SAW-Vorrichtung wiederherzustellen, wobei die Elektrodenstrukturen vor dem Scannen der WaferOberfläche mit dem Gascluster-Ionenstrahl mit einer Resistbedeckung geschützt werden.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, umfassend den Schritt des Bestimmens der Betriebsfrequenz ausgewählter einzelner SAW-Vorrichtungen, die über die Wafer-Oberfläche verteilt sind, um vor dem Scan-Schritt eine Frequenzverteilungskarte des Wafers zu erstellen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend den Schritt des Berechnens einer Abweichung der Frequenzen der SAW-Vorrichtung von der gewünschten Zielfrequenz über die gesamte Waferoberfläche.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Gascluster-Ionenstrahl mit einem Gas arbeitet, das aus N₂, O₂, NF₃ und Ar ausgewählt ist.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Gascluster-Ionenstrahl mit einem Gas arbeitet, das mindestens 02 enthält.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, - wobei ein 02 enthaltendes Gas zur Bildung des Gascluster-Ionenstrahls verwendet wird - wobei die Frequenz der mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu behandelnden SAW-Vorrichtungen durch die Behandlung reduziert wird - wobei die Dauer der Behandlung in Abhängigkeit von der ermittelten Frequenzabweichung gesteuert wird, um eine Frequenzverteilung über den Wafer innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs zu erreichen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, - wobei ein Gas zur Bildung des Gascluster-Ionenstrahls verwendet wird, wobei das Gas eines von Ar und NF₃ umfasst, um die Kopplung der modifizierten Oberflächenbereiche zu reduzieren - wobei die Dauer der Behandlung gesteuert wird, um eine Bandbreitenverteilung über den Wafer innerhalb eines vorgegebenen Bandbreitenbereichs zu erreichen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner durch Variieren und Einstellen eines jeweiligen Gasflusses und einer jeweiligen Beschleunigungsspannung zur Beschleunigung der Gascluster während der Strahlbildung gesteuert wird.
SAW-Vorrichtung, wobei die SAW-Vorrichtung - eine funktionelle piezoelektrische Schicht - eine modifizierte Oberflächenschicht als Teil der piezoelektrischen Schicht mit einer zerstörten Kristallinität - auf der funktionellen piezoelektrischen Schicht gebildete Elektrodenstrukturen hat, wobei - die modifizierte piezoelektrische Schicht eine Dicke von 5 bis 40 nm oder 5-20 nm hat, und - die Elektrodenstrukturen keine modifizierte Oberflächenschicht aufweisen.
SAW-Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Kristallinität der modifizierten piezoelektrischen Schicht als Folge einer Scan-Behandlung der Schicht mit einem Gascluster-Ionenstrahl zerstört wird.
SAW-Wafer, der eine Vielzahl von SAW-Vorrichtungen mit einer Bandbreitenverteilung und einer Frequenzverteilung der einzelnen SAW-Vorrichtungen innerhalb eines jeweils voreingestellten Bereichs trägt, wobei der Wafer hat - eine funktionelle piezoelektrische Schicht - auf der funktionellen piezoelektrischen Schicht gebildete Elektrodenstrukturen, wobei die Elektrodenstrukturen keine modifizierte Oberflächenschicht aufweisen - eine modifizierte Oberflächenschicht mit einer zerstörten Kristallinität direkt auf der funktionellen piezoelektrischen Schicht - eine Dickenverteilung der modifizierten Oberflächenschicht, die auf einer Scan-Behandlung der Schicht mit einem Gascluster-Ionenstrahl mit einer bereichsspezifischen Dosis und Eindringtiefe basiert.