DE4126334A1

DE4126334A1 - Surface acoustic wave resonator mfr. for precise resonator frequency - involves forming identical reflector structures, and short-circuiting selected structures to control centre frequency

Info

Publication number: DE4126334A1
Application number: DE19914126334
Authority: DE
Inventors: Bernd Fleischmann
Original assignee: Siemens Matsushita Components GmbH and Co KG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1993-02-18

Abstract

The resonator consists of reflectors (10, 12, 14) and interdigital converters (11, 13) and has very small centre frequency tolerances. Firstly, identical reflector structures are mfd. and then at least one reflector structure is short circuited for the reduction of the centre frequency. For increasing the centre frequency, a short circuit in at least one reflector structure is removed. Pref. the short circuit, or its removal, is carried out in reflector structures outside the interdigital converters in the resonator. Alternatively, the short circuit steps may be carried out in reflector structures within the resonator interdigital converters. ADVANTAGE - Simple technical process for very small tolerances.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur frequenzge nauen Herstellung von Oberflächenwellen-Resonatoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a method for frequenzge Precise manufacture of surface wave resonators after Preamble of claim 1.

In der Praxis treten bei der Herstellung von Oberflächenwellen- Resonatoren aufgrund von nicht zu vermeidenden Streuungen der Fertigungsprozeßparameter, wie beispielsweise Streuungen der Elektrodenbreite und der Metallisierungsdicke in Reflektoren und Interdigitalwandlern, entsprechende Schwankungen der Resonator mittenfrequenz auf.In practice, surface wave Resonators due to unavoidable scattering of the Manufacturing process parameters, such as scattering of Electrode width and the metallization thickness in reflectors and Interdigital transducers, corresponding fluctuations in the resonator center frequency on.

Wird zur Vermeidung dieses Problems ein Resonatorentwurf mit größeren Toleranzen gegenüber Streuungen der Prozeßparameter in Betracht gezogen, so ist dies im allgemeinen mit größeren Chip flächen und höheren Herstellungskosten verbunden.To avoid this problem, use a resonator design greater tolerances to scatter of the process parameters in Considered this is generally with larger chip areas and higher manufacturing costs.

Weiterhin kann auch die Resonatormittenfrequenz der Resonator systeme vor dem Zerteilen eines Wafers in Einzelsysteme gemessen und in Abhängigkeit davon eine Frequenzkorrektur durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise durch weitere Prozeßschritte, wie beispielsweise Plasmaätzen oder Tempern, erfolgen. Für diese zusätzlichen Prozeßschritte sind jedoch mindestens zum Teil be sondere Geräte erforderlich, wodurch sich die Herstellungskosten wiederum erhöhen. Darüber hinaus sind diese zusätzlichen Prozeß schritte ihrerseits wieder Streuungen unterworfen.Furthermore, the resonator center frequency can also be the resonator systems measured before dividing a wafer into individual systems and, depending on this, performed a frequency correction will. This can be done, for example, through further process steps, such as plasma etching or annealing. For this additional process steps are, however, at least in part special equipment required, which increases the manufacturing costs again increase. In addition, these are additional processes in turn, again subject to scatter.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren der in Rede stehenden Art anzugeben, mit dem Oberflächen wellen-Resonatoren mit sehr kleinen Mittenfrequenztoleranzen in prozeßtechnisch besonders einfacher Weise herstellbar sind.The present invention has for its object a Ver drive of the type in question to indicate with the surfaces wave resonators with very small center frequency tolerances in are technically particularly simple to produce.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. This task is performed in a process of the type mentioned at the beginning according to the invention by the features of the characterizing part of the Claim 1 solved.

Die Erfindung macht sich dabei einerseits die Erfahrung zunutze, daß die Streuungen der Mittenfrequenzen innerhalb eines Wafers kleiner als die Abweichungen von Wafer zu Wafer sind. Daraus folgt, daß die Streuungen insgesamt, d. h. über viele Wafer re duzierbar sind, wenn die Mittelwerte der Mittenfrequenzen der einzelnen Wafer aneinander angeglichen werden. Damit ist die Re duzierung der Mittenfrequenztoleranzen durch Kombination von Re sonatorentwurf und von auf üblichen Prozessen beruhenden Her stellverfahren möglich.On the one hand, the invention makes use of experience, that the spread of the center frequencies within a wafer are smaller than the deviations from wafer to wafer. Out of it follows that the scatter as a whole, i. H. over many wafers are producible if the mean values of the center frequencies of the individual wafers are aligned with each other. So the Re reduction of the center frequency tolerances by combining Re sonator design and from processes based on usual processes setting procedure possible.

Erfindungsgemäß wird dabei weiterhin die Tatsache ausgenutzt, daß die Oberflächenwellen-Geschwindigkeit in einem Elektrodengitter mit kurzgeschlossenen Elektroden kleiner ist als in einem ent sprechenden Gitter mit nicht kurzgeschlossenen Elektroden. Die ser Geschwindigkeitsunterschied ist proportional zum elektrome chanischen Kopplungsfaktor des verwendeten Substratmaterials.According to the invention, the fact that the surface wave velocity in an electrode grid with shorted electrodes is smaller than in an ent speaking grid with electrodes that are not short-circuited. The This speed difference is proportional to the electrome mechanical coupling factor of the substrate material used.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprü chen.Further developments of the invention are the subject of dependent claims chen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen gemäß der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen aus Reflektoren und In terdigitalwandlern aufgebauten Oberflächenwellen-Resonator.The invention is described below using exemplary embodiments according to the single figure of the drawing explained. The figure shows a schematic representation of a reflectors and In terdigital transducers built surface wave resonator.

Gemäß der Figur der Zeichnung sind für einen Oberflächenwellen- Resonator auf einem piezoelektrischen Substrat 1 Reflektorstruk turen 10, 12, 14 sowie Interdigitalwandler 11, 13 vorgesehen. Es sei hier generell darauf hingewiesen, daß Oberflächenwellen-Reso natoren der in Rede stehenden Art reflektierende und nicht re flektierende Strukturen enthalten. So sind in aller Regel die äußeren Reflektoren, d. h. die Reflektoren außerhalb der Inter digitalwandler reflektierend ausgebildet, während innere Reflek toren zwischen den Interdigitalwandlern nicht reflektierend aus gebildet sein können. Eine reflektierende Struktur ergibt sich dann, wenn die Geometrieperiode, welche als Summe der Elektro denfingerbreite und des Abstandes in einem Reflektor definiert ist, gleich der halben akustischen Wellenlänge der Oberflächen welle bzw. gleich eines ganzzahligen Vielfachen davon ist.According to the figure of the drawing 1 reflector structures 10 , 12 , 14 and interdigital transducers 11 , 13 are provided for a surface acoustic wave resonator on a piezoelectric substrate. It should be generally pointed out here that surface wave resonators of the type in question contain reflective and non-reflective structures. Thus, as a rule, the outer reflectors, ie the reflectors outside the interdigital transducers, are designed to be reflective, while inner reflectors between the interdigital transducers cannot be made to be reflective. A reflective structure arises when the geometric period, which is defined as the sum of the electrode finger width and the distance in a reflector, is equal to half the acoustic wavelength of the surface wave or an integer multiple thereof.

Es werden nun zunächst zwei Möglichkeiten erläutert, um eine Mit tenfrequenzkorrektur nach unten durchzuführen. Dies wird generell dadurch erreicht, daß bestimmte im Resonator vorgesehene Reflek torstrukturen kurzgeschlossen werden, wodurch - wie bereits aus geführt - die Oberflächenwellen-Geschwindigkeit reduziert wird. Daraus ergibt sich wiederum eine Frequenzerniedrigung, womit ei ne entsprechende Einstellung der Resonatormittenfrequenz reali sierbar ist.There are now two ways to get a With downward frequency correction. This will be general thereby achieved that certain reflections provided in the resonator gate structures are short-circuited, which - as already out guided - the surface wave speed is reduced. This in turn results in a lowering of the frequency, with which ei ne corresponding setting of the resonator center frequency reali is sizable.

Dies kann einmal dadurch erfolgen, daß zwischen den Interdigi talwandlern, in der Darstellung nach der Figur der Zeichnung die Interdigitalwandler 11, 13, reflexionsfreie periodische Struktu ren vorgesehen werden, wobei es sich - wie in der Figur der Zeichnung dargestellt - um die Reflektorstruktur 12 handelt. In der Figur der Zeichnung ist dabei beispielhaft eine Reflektor struktur mit parallelen zunächst elektrisch nicht miteinander verbundenen Elektrodenfingern dargestellt. Diese Elektrodenfinger besitzen einen solchen Abstand, daß eine Oberflächenwelle im we sentlichen nicht reflektiert wird. Um nun die Frequenzerniedri gung zu erreichen, wird die Reflektorstruktur 12 kurzgeschlossen, was durch beidseitige Verbindungen 15 der Elektrodenfinger in der Reflektorstruktur erfolgt.This can be done in that the interdigital transducers, in the illustration according to the figure of the drawing, the interdigital transducers 11 , 13 , reflection-free periodic structures are provided, which - as shown in the figure of the drawing - is the reflector structure 12 . In the figure of the drawing, a reflector structure with parallel electrode fingers that are initially not electrically connected is shown as an example. These electrode fingers are at such a distance that a surface wave is essentially not reflected. In order to achieve the frequency reduction, the reflector structure 12 is short-circuited, which is done by connections 15 on both sides of the electrode fingers in the reflector structure.

Entsprechendes kann für mindestens eine reflektierende Reflektor struktur durchgeführt werden, die in aller Regel außerhalb der Interdigitalwandler 11 und 13 liegt. In einer solchen reflektie renden Struktur entsprechen die Abstände der Elektrodenfinger der halben akustischen Wellenlänge der Oberflächenwelle bzw. einem Vielfachen davon. In der Figur der Zeichnung ist ein solcher Kurzschluß einer reflektierenden Struktur für die Reflektor struktur 10 durch beidseitige elektrische Verbindungen 16 dar gestellt. Die Bandbreite der Reflexion ist im allgemeinen we sentlich größer als die Frequenzverschiebung durch den Kurz schluß, so daß die elektrische Charakteristik des Resonators ansonsten unverändert bleibt. The same can be carried out for at least one reflecting reflector structure, which is generally outside the interdigital transducers 11 and 13 . In such a reflective structure, the distances between the electrode fingers correspond to half the acoustic wavelength of the surface wave or a multiple thereof. In the figure of the drawing, such a short circuit of a reflective structure for the reflector structure 10 is provided by electrical connections 16 on both sides. The bandwidth of the reflection is generally much greater than the frequency shift due to the short circuit, so that the electrical characteristics of the resonator otherwise remain unchanged.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Maßnahme nicht auf Reflektorstrukturen mit zunächst unverbundenen Elektro denfingern beschränkt ist. Reflexionsfreie und reflektierende Strukturen können dabei auch so realisiert sein, daß Elektroden finger in der Struktur alternierend mit Sammelschienen verbun den sind. Eine derartige an sich bekannte Maßnahme ist in der Fi gur der Zeichnung nicht eigens dargestellt.It should be noted that the measure according to the invention not on reflector structures with initially unconnected electronics is limited. Non-reflective and reflective Structures can also be implemented in such a way that electrodes fingers alternately connected to busbars in the structure they are. Such a known measure is in the Fi not shown separately for the drawing.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß die ge nannten Kurzschlüsse mit sehr wenigen zusätzlichen Prozeßschrit ten herstellbar sind. Es können zunächst gleichartige Reflektor strukturen hergestellt werden, wonach die notwendigen Kurzschlüs se zur Korrektur der Resonatormittenfrequenz für bestimmte Re flektorstrukturen hergestellt werden. Für den vorstehend erläu terten Fall des nachträglichen Kurzschließens von Reflektor strukturen erfolgt dies in vorteilhafter Weise durch die sog. Abhebetechnik. Dabei wird der mit den gleichartigen Reflektor strukturen hergestellte Resonator mit einem Resist beschichtet, der mittels einer Fototechnik so strukturiert wird, daß nur die kurzzuschließenden Bereiche frei liegen, während alle übrigen Bereiche vom Resist bedeckt bleiben. Sodann wird auf den so strukturierten Resist eine die notwendigen Kurzschlüsse herbei führende Schicht abgeschieden, wonach der gesamte vorhandene Re sist einschließlich der auf ihm befindlichen Schicht entfernt ("abgehoben") wird.The inventive method has the advantage that the ge called short circuits with very few additional process steps ten can be produced. First of all, similar reflectors can be used structures are produced, after which the necessary short circuits se to correct the resonator center frequency for certain Re reflector structures are produced. For the above ter case of subsequent short-circuiting of the reflector structures, this is done advantageously by the so-called. Lifting technology. The one with the same reflector structures produced resonator coated with a resist, which is structured using a photo technique so that only the areas to be short-circuited are exposed while all others Areas remain covered by the resist. Then the so structured resist one the necessary short circuits leading layer deposited, after which the entire existing Re is removed including the layer on it ("lifted off").

Es sei darauf hingewiesen, daß im Sinne der vorliegenden Erfin dung der Begriff "Reflektorstruktur" für gleichartig hergestell te Komponenten verwendet wird. Diese können bei der Resonator mittenfrequenz stark reflektieren, was für die "äußeren" Reflek toren immer zutrifft, oder aber im wesentlichen reflexionsfrei sein. Dieses Verhalten ändert sich durch teilweises oder voll ständiges Kurzschließen nicht.It should be noted that in the sense of the present inven the term "reflector structure" for manufactured in the same way te components is used. These can be found at the resonator strongly reflect the center frequency, what the "outer" reflect gates always applies, or essentially reflection-free be. This behavior changes through partial or full constant short-circuiting not.

Erweist sich eine Korrektur der Resonatormittenfrequenz nach oben als erforderlich, so kann das Verfahren umgekehrt werden, d. h. es können Kurzschlüsse in bestimmten Reflektorstrukturen aufge hoben werden. Durch Aufhebung von Kurzschlüssen werden die Ober flächenwellen-Geschwindigkeiten in Teilbereichen des Resonators erhöht, woraus sich eine entsprechende Erhöhung der Mittenfre quenz ergibt. Alle Gesichtspunkte, wie sie oben anhand einer Er niedrigung der Resonatormittenfrequenz erläutert wurden, gelten hier entsprechend. Insbesondere ist die Maßnahme der Aufhebung von Kurzschlüssen ebenso für reflexionsfreie und reflektierende Reflektorstrukturen durchführbar.If the resonator center frequency is corrected upwards as required, the procedure can be reversed, i. H. short circuits can occur in certain reflector structures be lifted. By removing short circuits, the waiters Surface wave speeds in parts of the resonator increased, resulting in a corresponding increase in the Mittenfre quenz results. All points of view, as described above using an Er low resonator center frequency have been explained apply here accordingly. In particular, the measure is the lifting of short circuits as well for reflection-free and reflective Feasible reflector structures.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Aufhebung von Kurzschlüssen mittels der an sich bekannten Ätztechnik, die hier nicht näher erläutert zu werden braucht.Short circuits are expediently eliminated by means of the etching technique known per se, which is not explained in more detail here needs to be.

Claims

1. A method for frequency-accurate manufacture of reflectors ( 10 , 12 , 14 ) and interdigital transducers ( 11 , 13 ) built up resonators with very small center frequency tolerances, characterized in that first similar reflector structures are produced and then at least one reflector structure for lowering the center frequency short-circuited or a short circuit in at least one reflector structure is canceled to increase the frequency.

2. The method according to claim 1, characterized in that the short circuit or the cancellation of the short circuit in outside of half of interdigital transducers ( 11 , 13 ) in the resonator Chen reflecting reflector structures (for example 10 , 14 ) is carried out.

3. The method according to claim 1, characterized in that the short circuit or the cancellation of the short circuit in inner half of interdigital transducers ( 11 , 13 ) in the resonator Chen reflector structures (for example 12 ) is carried out.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the short circuits of reflector structures (for example 10 , 12 ) are produced by means of lifting technology.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the elimination of short circuits in reflector structures Etching is performed.