DE10248444B4

DE10248444B4 - Oberflächenwellen-Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen derselben

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Publication number: DE10248444B4
Application number: DE2002148444
Authority: DE
Inventors: Nobushige Nagaokakyo Araki
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: GB0224193D0; JP3925366B2; DE10248444A1; CN1412945A; KR100467180B1; US6831340B2; KR20030032859A; GB2382460A; JP2003198321A; GB2382460B; CN1201488C; US20030080649A1

Abstract

Oberflächenwellen-Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist:
ein piezoelektrisches Substrat;
interdigitale Elektrodenabschnitte, die auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet sind;
einen funktionalen Film, der zumindest entweder einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumoxidfilm oder einen Siliziumoxidnitridfilm enthält, der auf zumindest einem Teil der interdigitalen Elektrodenabschnitte gebildet ist; und
ein Gehäuse, das das piezoelektrische Substrat enthält, das die interdigitalen Elektrodenabschnitte und den funktionalen Film aufweist, wobei zumindest ein Teil des Gehäuses aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Material gefertigt ist;
wobei der funktionale Film durch ein Elektronenzyklotronresonanz-Sputter-Verfahren gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Oberflächenwellen-Vorrichtung mit einem Dünnfilm, der zumindest entweder aus einem SiN-Film (SiN = silicon nitride = Siliziumnitrid), einem SiO-Film (SiO = silicon oxide = Siliziumoxid) oder einem SiON-Film (SiON = silicon oxide nitride = Siliziumoxidnitrid) besteht, und ein Verfahren zum Erzeugen derselben.
SiN-Filme, SiO-Filme und SiON-Filme sind bei Oberflächenwellen-Vorrichtungen (die nachstehend als eine SAW-Vorrichtung bezeichnet werden) in weiten Kreisen verwendet worden. Zum Beispiel werden diese Filme als funktionale Filme zur Feineinstellung von Frequenzen der SAW-Vorrichtungen, zum Schützen der Vorrichtungen, um die Wetterbeständigkeit derselben zu verbessern (feuchtigkeitsabweisende Filme), zum Verbessern der Temperaturcharakteristika derselben und dergleichen verwendet. Diese funktionalen Filme bestimmen die Verhaltensweisen der SAW-Vorrichtungen. Daher muß die Produktion dieser Filme stabil und in hohem Maße reproduzierbar sein.
In den letzten Jahren sind Harzmaterialien, wie Epoxidharz und dergleichen, als ein Teil der Gehäuse für SAW-Vorrichtungen häufiger verwendet worden, um die Reduktion der Größe und des Gewichts von SAW-Vorrichtungen zu meistern. Die Harzmaterialien sind wasserdurchlässig. Bei der oben beschriebenen Verwendung bewirkt folglich Wasser, das einen Harzmaterialabschnitt eines Gehäuses durchdringt, daß ein interdigitaler Elektrodenabschnitt (der nachstehend als IDT abgekürzt ist), der allgemein aus einem Aluminiummate rial gefertigt ist, korrodiert wird. Dies verschlechtert die Charakteristika der SAW-Vorrichtung.
Daher haben Schutzfilmbildungstechniken zum Verbessern der feuchtigkeitsabweisenden Eigenschaft immer mehr an Bedeutung gewonnen. Diesbezüglich werden Verfahren, die solche Filme bilden, die allgemein als Sputter-Verfahren, wie RF-Sputtern, DC-Sputtern, RF-Magnetronsputtern und dergleichen, bezeichnet werden, für die SiO-Filme verwendet. Die SiN-Filme und die SiON-Filme werden durch ein Plasma-CVD-Verfahren (CVD = chemical vapor deposition = chemische Dampfabscheidung) (das nachstehend als P-CVD abgekürzt ist) und dergleichen gebildet.
Wenn die oben beschriebenen Dünnfilme jedoch jeweils als funktionale Filme auf den Chips (IDTs auf piezoelektrischen Substraten) der SAW-Vorrichtungen gebildet sind, werden dahingehend Probleme verursacht, daß die elektrischen Charakteristika der SAW-Vorrichtungen verschlechtert werden. Insbesondere ist das Erhöhen der Einbringungsverluste einer der Gründe, warum die Filmdicken nicht erhöht werden können. Zum Beispiel, wenn ein Schutzfilm mit einer Filmdicke, bei der der Einbringungsverlust zulässig ist, als ein funktionaler Film gebildet wird, ist der Schutzfilm problematischerweise als ein funktionaler Film zum Verbessern der feuchtigkeitsabweisenden Eigenschaft unzureichend.
Zum Beispiel, wenn ein SiN-Film mit einer Dicke von 10 nm auf einem SAW-Filter gebildet ist, um die feuchtigkeitsabweisende Eigenschaft des Filters durch ein P-CVD-Verfahren zu verbessern, wird der Einbringungsverlust um etwa 0,3 dB erhöht. Der erhöhte Einbringungsverlust ist wahrscheinlich durch die Tatsache verursacht worden, daß der SiN-Film, der durch das P-CVD-Verfahren gebildet worden ist, nicht dicht ist.

Aus der DE 100 06 966 A1 ist bereits eine Oberflächenwellen-Vorrichtung bekannt, die ein piezoelektrisches Substrat mit interdigitalen Elektrodenabschnitten hat, die auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet sind. Die Oberflächenwellen-Vorrichtung hat eine aus Siliziumnitrid bestehende Schutzschicht, die auf der aktiven Oberfläche und auf den interdigitalen Elektrodenabschnitten gebildet ist und die für Wasser undurchlässig ist.

Aus der EP 0 794 616 A2 ist ein elektronisches Bauteil bekannt, das hermetisch gegenüber seiner Umgebung abgedichtet ist.

Aus der US 5,390,401 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenwellenbauelements bekannt. Bei dem Verfahren werden verschiedene CVD-Abscheidungsprozesse, wie beispielsweise das Plasma-CVD-Verfahren oder das ECR-CVD-Verfahren eingesetzt.

Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine SAW-Vorrichtung zu schaffen, die zumindest entweder einen SiN-Film, einen SiO-Film oder einen SiON-Film als funktionalen Film aufweist, durch den die Charakteristika der SAW-Vorrichtung davon abgehalten werden, sich zu verschlechtern, wobei der Film eine feste Struktur aufweist, und auch ein Verfahren zum Erzeugen der SAW-Vorrichtung, durch die der funktionale Film in stabiler Weise gebildet sein kann.

Ferner, im Falle eines Lithium-Niobats (LiNbO₃), das für ein piezoelektrisches Substrat einer SAW-Vorrichtung verwendet wird, kann die Temperatur des piezoelektrischen Substrats nicht erhöht werden, wenn der Film gebildet wird. Folglich kann das P-CVD-Verfahren zur Filmbildung, das ein Erwärmen bei einer Temperatur von etwa 300°C bis 400°C erfordert, nicht auf das piezoelektrische Substrat des LiNbO₃ aufgebracht werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine SAW-Vorrichtung mit einem Schutzfilm, der die Charakteristika der SAW-Vorrichtung nicht mehr wesentlich verschlechtert, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen SAW-Vorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 7 und ein Verfahren zum Erzeugen einer Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst.

Um die vorstehend beschriebenen Probleme gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zu lösen, gibt es eine Oberflächenwellen-Vorrichtung, die ein piezoelektrisches Substrat, interdigitale Elektrodenabschnitte, die auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet sind, einen funktionalen Film, der zumindest entweder einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumoxidfilm oder einen Siliziumoxidnitridfilm enthält und auf zumindest einem Teil der interdigitalen Elektrodenabschnitte gebildet ist, und ein Gehäuse aufweist, das das piezoelektrische Substrat mit den interdigitalen Elektrodenabschnitten und den funktionalen Film enthält, wobei zumindest ein Teil des Gehäuses aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Material hergestellt ist, wobei der funktionale Film durch ein ElektronenzyklotronresonanzSputter-Verfahren (das nachstehend als ECR abgekürzt ist) gebildet wird.

Vorzugsweise definiert das Gehäuse, das das piezoelektrische Substrat mit den interdigitalen Elektrodenabschnitten und den funktionalen Film enthält, eine Struktur, in der das piezoelektrische Substrat durch ein Flip-Chip-Bondverfahren angebracht ist, und das piezoelektrische Substrat mit einem feuchtigkeitsdurchlässigen Harz versiegelt ist.

Auch wird der funktionale Film vorzugsweise bei einer Raumtemperatur gebildet.

Der funktionale Film, der durch ein ECR-Sputter-Verfahren gebildet wird, weist eine dichte Struktur auf, so daß die Wetterbeständigkeit mit Sicherheit verbessert werden kann. Außerdem ist ein Erwärmen des Substrats gemäß dem ECR-Sputter-Verfahren für die Bildung des funktionalen Films nicht erforderlich. Zum Beispiel kann der funktionale Film bei einer Raumtemperatur gebildet werden. Daher kann die vorliegende Erfindung auch auf ein LiNbO₃-Substrat aufgebracht werden, dessen Charakteristika durch Erwärmen gemindert werden. Ferner kann der pyroelektrische Zusammenbruch des piezoelektrischen Substrats, der durch Erwärmen des IDT bewirkt werden kann, verhindert werden.

Die Wetterbeständigkeit der Vorrichtung kann gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert werden. So kann ein Material, das kostengünstig ist und im Hinblick auf die Größe reduziert werden kann, jedoch feuchtigkeitsdurchlässig ist, wie z. B. Epoxidharze oder dergleichen, z. B. für zumindest einen Teil des Gehäuses verwendet werden. So kann die zeitabhängige Verschlechterung der Charakteristika der Vorrichtung, die durch eingedrungenes Wasser verursacht werden kann, verhindert werden. Außerdem können die Kosten der Vorrichtung reduziert werden.

In manchen Fällen ist das Haften eines SiN-Films an einem piezoelektrischen Substrat gegenüber dem eines SiO-Films aufgrund der Differenz zwischen den Koeffizienten der linearen Ausdehnung derselben geringer. Daher enthält der funktionale Film gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung den Siliziumnitridfilm, und die Stickstoffkonzentration wird in die Filmdickenrichtung verändert. Damit der funktionale Film eine Stickstoffkonzentration aufweist, die wie vorstehend beschrieben verändert wird, ist die Stickstoffkonzentration auf der vorderen Oberflächenseite vorzugsweise größer als die auf der Seite des interdigitalen Elektrodenabschnitts. Im funktionalen Film ist der SiN-Film vorzugsweise auf der vorderen Oberflächenseite vorgesehen, und der SiO-Film befindet sich auf der IDT-Seite.

Die Verbesserung der feuchtigkeitsabweisenden Eigenschaft und die des Haftens am piezoelektrischen Substrat kann durch Verändern der Stickstoffkonzentration des funktionalen Films erreicht werden, der einen SiN-Film in die Filmdickenrichtung enthält, z. B. indem die Stickstoffkonzentration in einer solchen Weise eingestellt wird, daß die Konzentration auf der vorderen Oberflächenseite größer ist als die auf der IDT-Seite.

Vorzugsweise enthält der funktionale Film den Siliziumnitridfilm, und der Siliziumnitridfilm weist eine Filmdicke von 3 nm oder mehr auf, und die Filmdicke wird bei 2 % oder weniger der Wellenlänge einer Oberflächenakustikwelle eingestellt, die in den interdigitalen Elektrodenabschnitten erzeugt wird.

Folglich kann eine hohe feuchtigkeitsabweisende Eigenschaft mit Sicherheit erreicht werden. Auch enthält der funktionale Film vorzugsweise auch einen Siliziumoxidfilm in der aller untersten Schicht (auf der IDT-Seite), einen Siliziumoxidnitridfilm in einer Zwischenschicht und einen Siliziumnitridfilm in der aller obersten Schicht.

Die Zwischenschicht kann eine Mehrschichtstruktur aufweisen, in der zumindest ein Siliziumnitridfilm und zumindest ein Siliziumoxidfilm miteinander laminiert sind.

Gemäß der oben beschriebenen Struktur, die den SiN-Film in der aller obersten Schicht enthält, kann eine in hohem Maße feuchtigkeitsabweisende Eigenschaft mit Sicherheit erreicht werden.

Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Oberflächenwellen-Vorrichtung geschaffen, die ein piezoelektrisches Substrat, interdigitale Elektrodenabschnitte, die auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet sind, einen funktionalen Film, der einen Siliziumnitridfilm enthält und auf zumindest einem Teil der interdigitalen Elektrodenabschnitte durch ein ElektronenzyklotronresonanzSputter-Verfahren gebildet ist, und ein Gehäuse, das das piezoelektrische Substrat mit den interdigitalen Elektrodenabschnitten und den funktionalen Film enthält, aufweist, wobei zumindest ein Teil des Gehäuses aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Material gefertigt ist, wobei der funktionale Film eine Stickstoffkonzentration aufweist, die sich in die Filmdickenrichtung verändert.

Bei dieser Oberflächenwellen-Vorrichtung kann die Verbesserung der feuchtigkeitsabweisenden Eigenschaft und die des Haftens am piezoelektrischen Substrat auch in ähnlicher Weise zur oben beschriebenen Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erreicht werden.

Ein Siliziumoxidfilm zur Frequenzeinstellung kann auf dem funktionalen Film gebildet sein. Mit dem Siliziumoxidfilm kann die Frequenz des IDT auf dem piezoelektrischen Sub strat fein eingestellt werden, während die Wetterbeständigkeit nicht verschlechtert wird.

Um die obenbeschriebenen Probleme zu lösen, ist gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Oberflächenwellen-Vorrichtung vorgesehen, die interdigitale Elektrodenabschnitte auf einem piezoelektrischen Substrat enthält, wobei das Verfahren den Schritt des Bildens eines funktionalen Films zur Verbesserung der Wetterbeständigkeit der Vorrichtung aufweist, die zumindest entweder einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumoxidfilm oder einen Siliziumoxidnitridfilm auf zumindest einem Teil der interdigitalen Elektrodenabschnitte durch ein ECR-Sputter-Verfahren enthält.

Durch das obenbeschriebene Verfahren kann der funktionale Film, der zumindest entweder einen Film aus SiN, SiO oder SiON enthält, der fest ist und eine hohe Reinheit aufweist, aufgrund des ECR-Sputter-Verfahrens gebildet werden. So kann eine SAW-Vorrichtung geschaffen werden, bei der die Verschlechterung der Charakteristika unterdrückt wird, die bewirkt werden kann, wenn andere Verfahren angewendet werden. Außerdem, wird für solche SAW-Vorrichtungen, bei denen einen Filmbildung mit SiN, SiO und SiON durch ein Verfahren des Stands der Technik nicht erfolgen konnte, die Filmbildung ermöglicht. Es kann eine SAW-Vorrichtung mit einer hohen Zuverlässigkeit und verbesserten Charakteristika geschaffen werden.

Speziell für SAW-Vorrichtungen, die in den letzten Jahren genutzt worden sind und von denen ein Teil der Gehäuse aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Material gefertigt ist, können SiN-Filme oder dergleichen ohne Verschlechterung der Charakteristika gebildet werden. So kann eine SAW-Vorrichtung, die überlegene elektrische Charakteristika, eine hohe Zuverlässigkeit aufweist und kostengünstig ist, geschaffen werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A eine teilweise weggeschnittene Draufsicht eines elementaren Teils einer SAW-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
1B einen teilweise weggeschnittenen Aufriß des elementaren Teils der SAW-Vorrichtung;
1C eine vergrößerte Querschnittsansicht des elementaren Teils der SAW-Vorrichtung;
2 eine schematische Ansicht, die die Struktur einer ECR-Sputtervorrichtung oder die Verwendung beim Prozeß des Erzeugens der SAW-Vorrichtung zeigt;
3 einen Graphen, der die Frequenzeinbringungsverlust-Charakteristika der SAW-Vorrichtung als ein SAW-Filter, ein SAW-Filter des Stands der Technik und ein SAW-Filter zeigt, das keinen SiN-Film als den funktionalen Film aufweist;
4A eine teilweise weggeschnittene Draufsicht eines elementaren Bauteils der SAW-Vorrichtung, die keinen SiN-Film aufweist;
4B einen teilweise weggeschnittenen Aufriß des elementaren Teils der SAW-Vorrichtung, die keinen SiN-Film aufweist;
4C eine vergrößerte Querschnittsansicht des elementaren Teils der SAW-Vorrichtung, die keinen SiN-Film aufweist;
5 einen Graphen, der die Beziehungen zwischen den Filmdicken und den Einbringungsverlusten der SAW- Vorrichtung als ein SAW-Filter und das SAW-Filter des Stands der Technik zeigt;
6 einen Graphen, der die Beziehungen zwischen der zeitabhängigen Filmdicke eines SiN-Films, der in der SAW-Vorrichtung als ein SAW-Filter vorgesehen ist, und den zeitabhängigen Einbringungsverlust zeigt;
7 einen Graphen, der die Veränderung des Inhalts der Elemente in der Filmdicke des kontinuierlichen Films zeigt, der im SAW-Filter vorgesehen ist;
8 eine schematische Querschnittsansicht einer Modifizierung eines Gehäuses für das SAW-Filter; und
9 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der SAW-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 9 beschrieben. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist ein SAW-Filter 1 in einem Gehäuse 2 enthalten, wie in 1 gezeigt ist.
Im SAW-Filter 1 sind zumindest zwei IDTs 1b und Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 1c für die IDTs 1b auf einem piezoelektrischen Substrat 1a, das aus 40 ± 5° Y-geschnittenem X-Ausbreitungs-LiTaO₃ unter Verwendung von Aluminiumkupferelektroden (Folie) gemäß einer Photolithographie oder dergleichen gefertigt ist, gebildet.
Die IDTs 1b weisen zwei Elektrodenfingerabschnitte auf, die jeweils ein riemenförmiges Basisende (Busschiene) und eine Mehrzahl von Elektrodenfingern aufweisen, die sich von einer Seite des Basisendes senkrecht zum Basisende erstrecken, so daß die Elektrodenfinger parallel zueinander ver laufen, wobei die Elektrodenfinger von einem Elektrodenfingerabschnitt mit jenen des anderen Elektrodenfingerabschnitts in einer solchen Weise ineinandergreifen, daß die Seitenabschnitte der Elektrodenfinger des einen Elektrodenfingerabschnitts zu jenen des anderen Elektrodenfingerabschnitts jeweils gegenüberliegend sind.
Die Signalumwandlungscharakteristik und das Durchlaßband der obenbeschriebenen IDTs 1b können ausgewählt werden, indem die Länge und Breite der jeweiligen Elektrodenfinger, das Intervall zwischen benachbarten Elektrodenfingern und die Eingriffbreite, die eine Länge bedeutet, über die die Elektrodenfinger in dem ineinandergreifenden Zustand einander gegenüberliegen sind, eingestellt werden kann. Im SAW-Filter 1 ist außerdem eine Anschlußflächenschicht 1d zum Anbringen einer Bumpverbindung, was nachstehend beschrieben wird, auf jedem Eingangs-/Ausgangsanschluß 1c unter Verwendung eines Leiters gebildet.
Das Gehäuse 2 weist einen mit einem Boden versehenen schachtelförmigen Körper 2a auf, der aus einer Keramik, wie Alumina oder dergleichen, gebildet ist, einen plattenförmigen Keramikdeckel 2b als eine Abdeckung zum Abdecken der Öffnung des Körpers 2a, um den Körper 2a abzudichten, und einen haftenden Abschnitt 2c zum Bonden des Keramikdeckels 2b an den Körper 2a auf. Ein Epoxidharz wird für den haftenden Abschnitt 2c verwendet. Folglich ist ein Teil des Gehäuses der SAW-Vorrichtung, die aus dem Epoxidharz gefertigt ist, feuchtigkeitsdurchlässig.
Die inneren Anschlüsse 2d aus Au sind auf der inneren Oberfläche des Körpers 2a in den Abschnitten derselben gebildet, wo die inneren Anschlüsse 2d den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen 1c jeweils gegenüberliegen, wenn das SAW-Filter 1 am Körper 2a durch Bonden mittels Kontakthügel unter Verwendung von Kontakthügeln 3 aus Au angebracht ist.
Ferner ist in der SAW-Vorrichtung ein SiN-Film 4 als ein Schutzfilm (funktionaler Film) durch ein ECR-Sputter-Verfahren gebildet, um die Oberflächen der IDTs 1b, der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 1c, der Anschlußflächenschichten 1d und des piezoelektrischen Substrats 1a, auf dem diese Komponenten gebildet sind, abzudecken, wobei die Oberfläche den Platz derselben für das Bonden mittels Kontakthügel ausschließt.
Wenn das Gehäuse 2 harzversiegelt ist oder ein Kunststoffgehäuse aus Kostenersparnisgründen, um auf Leitungen zu verzichten, verwendet wird, wird der SiN-Film 4 verwendet, um die feuchtigkeitsabweisende Eigenschaft für die Elektroden (IDTs oder dergleichen) im SAW-Filter 1 zu verbessern.
Für einen SiN-Film, der durch das P-CVD-Verfahren unter allgemeinen Bedingungen gebildet ist, ist zumindest eine Filmdicke von 10 nm für den Film erforderlich, der eine ausreichende feuchtigkeitsabweisenden Eigenschaft (die in diesem Fall durch einen feuchtigkeitsabweisenden Lasttest, bei dem eine Last von 6 Volt bei 60°C und einer relativen Luftfeuchte von 90 bis 95 % angelegt wird, bewertet wurde) aufweisen muß.
Wenn jedoch die Filmbildung durch das P-CVD-Verfahren ausgeführt wird, werden die Charakteristika der SAW-Vorrichtung erheblich verschlechtert. Für ein Filter des Leitertyps, das in einem 2-GHz-Band arbeitet, wird ein Einbringungsverlust von etwa 3dB im Vergleich zu einer SAW-Vorrichtung, die keinen solchen Film aufweist, der in derselben gebildet ist, bewirkt. Der Einbringungsverlust von 0,3 dB ist für die in einem RF-Band verwendete SAW-Vorrichtung ziemlich groß. Dieser Einbringungsverlust kann nicht gelöst werden, selbst wenn der Entwurf der Elektroden verbessert wird.
Anschließend wird die Bildung des SiN-Films 4 unter Verwendung einer ECR-Sputtervorrichtung beschrieben. Das Prinzip der ECR-Sputtervorrichtung (typischerweise eine ECR-Plasmafilmbildungsvorrichtung mit einer soliden Quelle, die durch die NTT AFTY Corporation hergestellt wird) wird beschrieben (siehe Amasawa u. a.: On High quality thin-film formation using ECR plasma, The Japan Society for Precision Engineering, Bd. 66, Nr. 4, S. 511 bis 516 (2000) bezüglich Einzelheiten der ECR-Sputtervorrichtung).
Wenn eine Mikrowelle, deren Frequenz mit der von Zyklotron identisch ist, auf ein Elektron unter einer Zyklotronbewegung (Revolutionsbewegung) in einem Magnetfeld angelegt wird, wird eine Resonanz bewirkt. Diese wird als ECR (ECR = electron-cyclotron resonance = Elektronzyklotronresonanz) bezeichnet.
Durch die ECR kann das Elektron effizient beschleunigt werden, so daß ein Plasma mit hoher Dichte erzeugt werden kann. 2 zeigt ein typisches Beispiel der ECR-Sputtervorrichtung (2 ist eine schematische Ansicht der zuvor erwähnten Vorrichtung, die durch die NTT AFTY Corporation hergestellt wird).
Das Filmbildungsverfahren wird wie folgt ausgeführt. Ein Magnetfeld wird durch eine Magnetspule erzeugt, die in der Peripherie einer Plasmakammer 11 angeordnet ist, um ECR-Bedingungen zu schaffen. In diesem Zustand wird Gas 13 in die Plasmakammer 11 eingeführt, und eine Mikrowelle 14 wird angelegt, so daß das Plasma erzeugt wird. Dieses Plasma wird in der Form eines Plasmastroms 15 geführt, um ein Substrat 16 zu erreichen.
Charakteristischer Weise wird bei dieser Vorrichtung eine solide Quelle als ein Ziel 17 um den Plasmastrom 15 angeordnet. Die Vorrichtung hat eine solche Funktion, so daß eine RF-Leistung 18 z. B. bei 13,56 MHz angelegt werden kann. Die jeweiligen Elemente der soliden Quelle, die mit dem Plasmastrom 15 bestäubt wird, kann zu einem Film auf dem Substrat 16 gebildet werden.
Wenn Si als die solide Quelle verwendet wird und Ar und N₂ als ein Gas eingesetzt werden, das eingeführt werden soll, wird ein SiN-Film auf dem Substrat gebildet. Wenn Ar und O₂ genutzt werden, wird ein SiO-Film gebildet. Außerdem, wenn Ar, N₂ und O₂ verwendet werden, wird ein SiON-Film gebildet.
Zum HF-Sputtern oder zur Dampfabscheidung ist ein Erwärmen eines Substrats erforderlich. Wie in dem Ausführungsbeispiel beschrieben, ist für das ECR-Sputter-Verfahren ein Erwärmen des Substrats nicht erforderlich. Die Filmbildung kann bei einer Raumtemperatur ausgeführt werden. Außerdem wird die Festphasen-Si-Quelle durch Schneiden (Slicing) eines Si-Kristalls erzeugt. Daher kann eine solide Quelle mit im wesentlichen nichtvorhandenen Verunreinigungen erzeugt werden. Infolgedessen kann ein Film mit einer hohen Reinheit gebildet werden.
Der SiN-Film 4 wurde in dem nachstehend beschriebenen Experiment gebildet. So wurde eine solide Quelle durch In-Scheiben-Schneiden und Verarbeiten eines Siliziumeinkristalls präpariert. Die Filmbildung wurde unter den nachstehenden Bedingungen ausgeführt. Tabelle 1
3 zeigt die Filtercharakteristika von SAW-Filtern, die mit SiN-Filmen versehen sind, die jeweils eine Filmdicke von 10 nm aufweisen, die durch das ECR-Sputter-Verfahren (gezeigt durch Kurve 2 in 3) unter den oben beschriebenen Bedingungen und durch das P-CVD-Verfahren (durch Kurve 3 in 3) erzeugt wurden.
Wie in 3 zu sehen ist, wird im wesentlichen keine Verschlechterung des Einbringungsverlustes für das SAW-Filter mit dem SiN-Film bewirkt, der unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen durch das ECR-Verfahren gebildet wurde, im Gegensatz zum SAW-Filter (durch Kurve 1 in 3 gezeigt), das keinen Film aufweist, der in demselben gebildet ist. Wie in 4C gezeigt ist, ist das SAW-Filter 1', das keinen in demselben gebildeten Film aufweist, mit dem SAW-Filter 1, das in 1C gezeigt ist, identisch, außer daß der SiN-Film 4 nicht gebildet ist.
5 zeigt die Abhängigkeit der Einbringungsverluste der SAW-Filter von den Filmdicken derselben, wobei die Filter SiN-Filme aufweisen, die durch das P-CVD-Verfahren und das ECR-Sputter-Verfahren gebildet werden. Wie in den Ergebnissen von 5 zu sehen ist, wird die Verschlechterung der Charakteristik der SAW-Vorrichtung mit dem SiN-Film, der durch das ECR-Sputter-Verfahren und unter Verwendung des Films 4 als ein Schutzfilm gebildet wird, unterdrückt.
Außerdem, wie aus den Ergebnissen von 5 hervorgeht, beträgt die obere Grenze der Filmdicke des SiN-Films 4, die anhand der Standpunkte der Verschlechterung der Charakteristik der SAW-Vorrichtung bestimmt wird, etwa 30 nm. (In diesem Beispiel wird das Lithium-Tantal-Substrat verwendet und das SAW-Filter ist ein 2-GHz-Bandfilter. Daher ist der Wert von 30 nm gleich 2,0 % der Mittenwellenlänge der SAW (SAW = surface acoustic wave = Oberflächenakustikwelle)).
6 zeigt die Ergebnisse des Feuchtigkeitsabweisungstests von SiN-Filmen, die durch das ECR-Sputter-Verfahren (bei Filmdicken von 1 nm, 3 nm, 5 nm und 10 nm) gebildet werden. Im Hinblick auf die Erhöhung des Einbringungsverlustes, der eines der Charakteristika von SAW-Filtern ist, wird festgestellt, daß sich die Einbringungsverlustcharakteristik für den SiN-Film mit einer Filmdicke von 1 nm verschlechtert hat. Daher muß die Filmdicke bezüglich der Standpunkte der feuchtigkeitsabweisenden Eigenschaft zumindest 3 nm betragen. Die SAW-Vorrichtung, die keinen SiN-Film aufweist, ist in 4A bis 4C gezeigt.
Die SAW-Vorrichtungen, die in dem Test, dessen Ergebnisse in 3 und 5 gezeigt sind, verwendet werden, weisen die IDTs 1b und die Gehäuse 2 auf, die jeweils gemäß den gleichen Spezifikationen gefertigt sind. Die Unterschiede zwischen den Filtercharakteristika stützen sich auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des SiN-Films 4 und auch auf die unterschiedlichen Filmbildungsverfahren.
Das ECR-Sputter-Verfahren weist die folgenden Vorteile auf. Elektrische Ladungen werden in einer SAW-Vorrichtung gespeichert, wenn die Temperatur derselben während der Filmbildung aufgrund der pyroelektrischen Eigenschaft erhöht oder verringert wird. So wird in manchen Fällen eine Elektrode des SAW-Filters zerstört (pyroelektrischer Zusammenbruch). Um dieses Problem zu beheben, werden die Elektroden der IDTs, die einander entgegengesetzt sind und nicht primär elektrisch miteinander verbunden sind, durch einen Knoten, der außerhalb der Vorrichtung vorgesehen ist, verbunden. Die Verbindung wird unmittelbar nach Beendigung des Filmbildungsprozesses durchtrennt. Der Zusammenbruch der IDTs kann jedoch nicht vollständig verhindert werden, selbst wenn die oben beschriebene Verbindung vorgesehen ist. Aus diesem Grund sind Verfahren, wie das ECR-Sputtern, bei dem die Anzahl von Erwärmungsprozessen gering ist oder bei denen die Erwärmungsprozesse ausgelassen werden können, zur Produktion von SAW-Vorrichtungen vorteilhaft.
Wenn ein LiNbO₂-Substrat als das piezoelektrische Substrat genutzt wird, wird es bei etwa 350°C, wo SiN im allgemeinen durch das P-CVD-Verfahren filmgebildet wird, verschlechtert, und der Einbringungsverlust wird erhöht. Folglich kann das P-CVD-Verfahren nicht an die LiNbO₂-Substrate angelegt werden. Andererseits kann die Filmbildung gemäß dem ECR-Sputter-Verfahren bei einer Raumtemperatur ausgeführt werden. Dieses Verfahren kann auch auf LiNbO₃-Substrate angewendet werden, die ohne weiteres pyroelektrisch gebrochen werden.
Zusätzlich weist das ECR-Sputter-Verfahren weitere Vorteile auf. Einer der Vorteile ist die Flachheit eines gebildeten Schutzfilms. Die Flachheit des Schutzfilms, der durch das ECR-Sputter-Verfahren erzeugt wird, ist höher als jene, die durch das P-CVD-Verfahren erhalten wird. Der Schutzfilm ist auf dem Teil der Vorrichtung gebildet, wo die SAW ausgebreitet wird, und übt einen großen Einfluß auf die Filtercharakteristik der SAW-Vorrichtung aus.
Wenn ein Schutzfilm durch das P-CVD-Verfahren gebildet wird, werden Poren (leere Löcher) gebildet. Die Poren bilden große Konkavitäten und Konvexitäten, da der Schutzfilm so gebildet ist, daß er eine einheitliche Dicke auf den Elektroden und dem Substrat aufweist. So wird der Verlust der SAW, die sich auf den konkaven und konvexen Abschnitten der Vorrichtung ausbreitet, groß.
Andererseits wird die Bildung von Poren für den Schutzfilm, der durch das ECR-Sputter-Verfahren erzeugt wird, unterdrückt. Der Film ist in seiner Struktur dicht und verjüngt sich an den Endabschnitten der Elektroden. Folglich wird die Flachheit verbessert, so daß der Verlust der SAW, die sich auf dem Teil der Vorrichtung ausbreitet, wo der Schutzfilm gebildet ist, im Vergleich zu dem des Schutzfilms, der durch das P-CVD-Verfahren erhalten wird, reduziert wird.
Außerdem kann dem Schutzfilm ein Siliziumoxidfilm hinzugefügt werden. Das Hinzufügen des Siliziumoxidfilms ist beim Verbessern der Wetterbeständigkeit der Vorrichtung wirksam, und es wird dadurch auch eine Frequenzeinstellung möglich. Der Siliziumoxidfilm kann durch das ECR-Sputter-Verfahren sukzessiv filmgebildet werden.
Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Beim zweiten Ausführungsbeispiel werden anstelle des SiN-Films 4 ein SiO-Film, ein SiON-Film und ein SiN-Film auf die IDTs 1b in dieser Reihenfolge laminiert. Speziell ist der kontinuierlich veränderte Film als ein Schutzfilm gebildet, der die Komposition aufweist, die kontinuierlich verändert wird und vorgesehen ist, um die Wetterbeständigkeit der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu erhöhen.
Der kontinuierlich veränderte Film wurde unter den nachstehenden Bedingungen gebildet. Tabelle 2
Tabelle 3
Bezüglich der Veränderung der Gasflußraten, die in Tabelle 3 gezeigt sind, war die Einheit sccm und die Flußrate des Ar-Gases war konstant, d. h. 40 sccm.
Die Filmbildungsrate in Schritt (1) betrug 10 nm/min und die in Schritt (6) betrug 4 nm/min.
Der kontinuierlich veränderte Film wurde im Hinblick auf einen SiO-Film, einen SiON-Film und einen SiN-Film in den Schritten (1) bis (6) gebildet. Die Gesamtdicke betrug 300 nm. Die Gasflußraten wurden in den jeweiligen Schritten kontinuierlich verändert.
Die Konzentrationen (Molarprozent) der jeweiligen Elemente in die Dickenrichtung des kontinuierlich veränderten Films wurden bestimmt. 7 zeigt die Ergebnisse. Diese Bestimmung wurde wie folgt ausgeführt. Der kontinuierlich veränderte Film wurde von der Oberflächenseite desselben durch Verwendung von Ar-Gas oder dergleichen schrittweise abgeschabt. Der Inhalt der Elemente, die in den abgeschabten Teilen des kontinuierlich veränderten Films existieren, wurden quantitativ bestimmt, z. B. durch Atomabsorption und ICP-Analysen und dergleichen.
Die Filtercharakteristika des SAW-Filters, das unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen gebildet wird, wurden gemessen und mit jenen des SAW-Filters verglichen, das keinen kontinuierlich veränderten Film aufweist (die Kontrastvorrichtung war ein 2-GHz-Band-Leiter-Filter). Im wesentlichen wurde keine Verschlechterung der Charakteristik festgestellt.
Die Vorrichtung wurde in ein Gehäuse plaziert, das mit einem Harz versiegelt ist, und durch einen feuchtigkeitsabweisenden Lasttest bewertet (6 V wurden bei 60°C und 90 bis 95 % relative Luftfeuchtigkeit geladen). Die feuchtigkeitsabweisende Eigenschaft wurde durch den 1.000-Stunden-Test akzeptiert, und es wurde festgestellt, daß sie ausreicht. Die Elektrode wurde nach dem Test beobachtet. Es wurde kein Abschälen oder Zerspringen des Schutzfilms festgestellt. Tabelle 4
Tabelle 4 zeigt die Veränderung der Gasflußraten und Messungen der Refraktivität in den jeweiligen Schritten zur Filmbildung (Einheit; sccm. Ar-Gasflußrate war konstant, d. h. 40 sccm). Die Messungen des Reflexionsvermögens wurden an den Punkten in dem kontinuierlich veränderten Film erhalten. Es ist jedoch zu ersehen, daß die Reflektivität von 1,46 (SiO) auf 1,97 (SiN) im wesentlichen kontinuierlich verändert wurde. Außerdem war die aller unterste Schicht aus SiO gefertigt, was das Haften des kontinuierlich veränderten Films an die IDTs 1b erhöht.
Anschließend wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel war ein Schutzfilm zum Verbessern der feuchtigkeitsabweisenden Eigenschaft ein Mehrschichtfilm, der so gebildet ist, um eine Vier-Schicht-Struktur aufzuweisen, die eine aller unterste Schicht aus SiO, eine Zwischenschicht aus SiN + SiO und eine aller oberste Schicht aus SiN anstelle des SiN-Films 4 des ersten Ausführungsbeispieles aufweist.
In diesem Fall wurde die Filmbildung unter den folgenden Bedingungen ausgeführt. Tabelle 5
Tabelle 6
Auf der SAW-Vorrichtung wurde in den Schritten von (1) bis (4) ein Schutzfilm gebildet, um eine Vier-Schicht-Struktur zu haben, die die aller unterste Schicht aus SiO, die Zwischenschichten aus SiN bzw. SiO und die aller oberste Schicht aus SiN aufweist. Die Filtercharakteristik des SAW-Filters, das unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen gebildet wird, wurde mit jener der Kontrastvorrichtung, die nicht mit dem Schutzfilm versehen ist (ein 2-GHz-Band-Leiter-Filter), gemessen und verglichen. Im wesentlichen wurde keine Verschlechterung der Charakteristik festgestellt.
Die Vorrichtung wurde in ein Gehäuse plaziert und mit einem Harz versiegelt und durch einen Feuchtigkeitsbeständigkeits-Lasttest (6 V wurden bei 60°C und 90 bis 95 % relativer Luftfeuchtigkeit geladen) bewertet. Die feuchtigkeitsabweisende Eigenschaft wurde bei dem 1.000-Stunden-Test akzeptiert, und es wurde festgestellt, daß sie ausreicht. Die Elektrode wurde nach dem Test beobachtet. Es wurde kein Abschälen oder Zerspringen des Schutzfilms festgestellt.
Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zu sehen ist, wird das ECR-Sputter-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung genutzt und folglich ist kein Erwärmen des piezoelektrischen Substrats 1a erforderlich. Dies führt dazu, daß die Elektrodenfilme, wie die IDTs 1b usw., nicht kaputt gehen, was durch Erhöhen und Senken der Temperatur derselben während der Bildung des Schutzfilms verursacht werden kann. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf Materialien angewendet werden, wie z. B. Lithiumniobat-Substrate (LiNbO₃-Substrate), deren Charakteristika sich wie die Substrate durch Erwärmen verändern.
Die vorstehend beschriebenen Bedingungen zur Filmbildung werden mittels eines Beispiels gezeigt. Die Gasflußraten können verändert werden, um die Filmbildungsraten zu verbessern. Außerdem wird die SAW-Vorrichtung mittels eines Beispiels beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Frequenzband und die Struktur des SAW-Filters 1 beschränkt. Wie vorstehend beschrieben, wird beispielsweise ferner ein Kontakthügelbonden angewendet. Die vorliegende Erfindung kann auf eine SAW-Vorrichtung unter Verwendung von Drahtbonden angewendet werden.
Bei den obenbeschriebenen jeweiligen Ausführungsbeispielen wird außerdem das kastenförmige Gehäuse 2 typischerweise verwendet. Außerdem hat dies keine einschränkende Geltung.
Zum Beispiel kann ein Gehäuse 22 einer Chipgröße verwendet werden, wie in 8 und 9 gezeigt ist. In dem Gehäuse 22 der Chipgröße ist das SAW-Filter 1 auf ein Mehrschichtsubstrat 24 durch Flip-Chip-Bonden angebracht, und anschließend wird das SAW-Filter 1, das auf dem Substrat 24 plaziert ist, mit einem Versiegelungsharz 26 in einer solchen Weise versiegelt, daß das Harz das Filter 1 abdeckt. In diesem Fall ist das Versiegelungsharz 26 ein feuchtigkeitsdurchlässiges Bauglied, durch das Dampf eingelassen werden kann.
Die Oberflächenwellen-Vorrichtung mit dem Gehäuse 22 in Chipgröße ist ausschließlich mit dem feuchtigkeitsdurchlässigen Versiegelungsharz 26 versiegelt. Folglich ist es schwieriger, die Bauglieder, wie die IDTs 1b, die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 1c, die Anschlußflächenschichten 1d usw. zu schützen, die auf die Charakteristika des SAW-Filters 1 im Vergleich zu dem mit einem Boden versehenen kastenförmigen Gehäuse 2, das in 1 gezeigt ist, Einfluß nehmen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bedeckt der Schutzfilm (funktionale Film), der durch das ECR-Sputter-Verfahren gebildet wird, jedoch die Gesamtoberflächen der IDTs 1b, die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 1c, die Anschlußflächenschichten 1d und das piezoelektrische Substrat, auf dem diese Komponenten gebildet sind. Folglich wird die Witterungsbeständigkeit der Vorrichtung aufgrund des Dichte-Struktur-Schutzfilms (funktionalen Films), der durch das ECR-Sputter-Verfahren gebildet wird, verbessert. Der Schutzfilm ist ebenfalls auf dem Teil des piezoelektrischen Substrats 1a des SAW-Filters 1 gebildet, wo das piezoelektrische Substrat 1a in Kontakt mit dem Versiegelungsharz 26 ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher ein Eindringen von Wasser durch die Schnittstelle zwischen dem piezoelektrischen Substrat 1a und dem Versiegelungsharz 26 verhin dert werden, obwohl Wasser die Schnittstelle tendenziell durchdringt. Die Wetterbeständigkeit der Vorrichtung kann weiter verbessert werden.

Claims

Oberflächenwellen-Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: ein piezoelektrisches Substrat; interdigitale Elektrodenabschnitte, die auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet sind; einen funktionalen Film, der zumindest entweder einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumoxidfilm oder einen Siliziumoxidnitridfilm enthält, der auf zumindest einem Teil der interdigitalen Elektrodenabschnitte gebildet ist; und ein Gehäuse, das das piezoelektrische Substrat enthält, das die interdigitalen Elektrodenabschnitte und den funktionalen Film aufweist, wobei zumindest ein Teil des Gehäuses aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Material gefertigt ist; wobei der funktionale Film durch ein Elektronenzyklotronresonanz-Sputter-Verfahren gebildet ist.
Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Gehäuse, das das piezoelektrische Substrat enthält, die interdigitalen Elektrodenabschnitte aufweist, und bei der der funktionale Film eine Struktur definiert, bei der das piezoelektrische Substrat durch ein Flip-Chip-Bondverfahren angebracht ist, und das piezoelektrische Substrat mit einem feuchtigkeitsdurchlässigen Harz versiegelt ist.
Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der funktionale Film bei Raumtemperatur gebildet ist.
Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der funktionale Film den Siliziumnitridfilm enthält und der Siliziumnitridfilm eine Filmdicke auf 3 nm oder mehr aufweist und die Filmdicke bei 2,0 % oder weniger der Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle eingestellt ist, die in den interdigitalen Elektrodenabschnitten erzeugt wird.
Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der funktionale Film einen Siliziumoxidfilm in der untersten Schicht, die sich auf der Elektrodenseite befindet, einen Siliziumoxidnitridfilm in einer Zwischenschicht und einen Siliziumnitridfilm in der obersten Schicht enthält.
Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die Zwischenschicht eine Mehrschichtstruktur aufweist, in der zumindest ein Siliziumnitridfilm und zumindest ein Siliziumoxidfilm aufeinander laminiert sind.
Oberflächenwellen-Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: ein piezoelektrisches Substrat; interdigitale Elektrodenabschnitte, die auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet sind; einen funktionalen Film zum Verbessern der Wetterbeständigkeit der Vorrichtung, die einen Siliziumnitridfilm enthält, wobei der funktionale Film auf zumindest einem Teil der interdigitalen Elektrodenabschnitte durch ein Elektronenzyklotronresonanz-Sputter-Verfahren gebildet ist; und ein Gehäuse, das das piezoelektrische Substrat enthält, das die interdigitalen Elektrodenabschnitte und den funktionalen Film aufweist, wobei zumindest ein Teil des Gehäuses aus einem feuchtigkeitsdurchlässigen Material gefertigt ist; wobei der funktionale Film eine Stickstoffkonzentration aufweist, die sich in die Filmdickenrichtung ändert.
Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der der funktionale Film eine Stickstoffkonzentration auf der Seite der vorderen Oberfläche aufweist, die größer als jene auf der Seite des Interdigitalen-Elektrodenabschnitts ist.
Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der funktionale Film einen Siliziumoxidfilm zur Frequenzeinstellung aufweist, der auf derselben gebildet ist.
Verfahren zum Erzeugen einer Oberflächenwellen-Vorrichtung, die interdigitale Elektrodenabschnitte auf einem piezoelektrischen Substrat enthält, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bilden eines funktionalen Films zur Verbesserung der Wetterbeständigkeit der Vorrichtung, die zumindest entweder einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumoxidfilm oder einen Siliziumoxidnitridfilm auf zumindest einem Teil der interdigitalen Elektrodenabschnitte enthält, durch ein Elektronenzyklotronresonanz-Sputter-Verfahren.