DE69923667T2

DE69923667T2 - Anordnung mit akustischen wellen geleitet in einer piezoelektrischen dünnschicht, geklebt auf einem trägersubstrat und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69923667T2
Application number: DE69923667T
Authority: DE
Inventors: Peter Wright
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: EP1060562B1; EP1060562A1; FR2788176A1; CN1129230C; HK1036699A1; FR2788176B1; KR20010083777A; DE69923667D1; US6445265B1; CA2321905A1; CN1294780A; JP2002534886A; WO2000041299A1

Description

Das Gebiet der Erfindung ist dasjenige der Vorrichtungen mit akustischen Oberflächenwellen, die insbesondere als Filter in der Mobiltelefonie verwendet werden.
Um Funktionen von der Art Filter und Resonatoren mit akustischen Oberflächenwellen-Vorrichtungen herzustellen, ist es wichtig, Wandlungs- und Reflexionsfunktionen herzustellen, die so wirksam wie möglich sind.
Typischerweise besteht ein Resonator mit akustischen Oberflächenwellen aus einem Wandler mit akustischen Oberflächenwellen zwischen zwei reflektierenden Elektrodennetzen, die geeignet angeordnet sind, um die akustische Energie einzuschließen und so einen Resonanzhohlraum zu erzeugen, für den man einen geringen Grad an Reflexionsverlust zu erhalten sucht. Dies kann mit vielen Elektroden erhalten werden, da der effektive Reflexionskoeffizient einer einzigen Elektrode nur einige Prozent beträgt. So sind es einige Hundert Elektroden, sogar mehr, in gleichmäßigem Abstand mit zwei Elektroden pro Wellenlänge, die diese Netze bilden. Die geringe Reflexion einer Elektrode hat hauptsächlich zwei Gründe: da die Elektrode an der Oberfläche ist, reagiert sie nicht stark mit der akustischen Welle, deren Energie im Substrat streut (eine deutliche Erhöhung dieser Wechselwirkung würde Elektroden einer Feinheit erfordern, die in der Praxis nicht herstellbar ist); wenn außerdem der Reflexionskoeffizient einer einzigen Elektrode sehr hoch ist, wird eine beträchtliche Energie in Form von Volumenwellen gestreut und ist folglich für die Gesamtheit des Resonators verloren.
Um die Wirksamkeit der Netze und somit die Leistungen der Resonatoren zu erhöhen, ist es besonders vorteilhaft, einen Leiter akustischer Energie zu verwenden, d.h. eine dünne Schicht aus piezoelektrischem Material zu verwenden, in der die akustischen Wellen eingeschlossen werden können.
Eine solche Vorrichtung ist zum Beispiel aus der Druckschrift EP 0 616 426 A1 bekannt.
Die Wandler mit akustischen Oberflächenwellen nutzen immer häufiger die Reflexionen im Inneren, um eine unidirektionale akustische Aussendung durchzuführen. Diese Art Wandler profitiert also in gleicher Weise von einer Erhöhung der Reflexionswirksamkeit. Wenn außerdem die akustische Energie in einer dünnen Schicht aus piezoelektrischem Material geleitet wird, ist der piezoelektrische Kopplungskoeffizient wirksamer.
Daher schlägt die Erfindung eine Vorrichtung mit akustischen Oberflächenwellen, die in einer dünnen Schicht aus piezoelektrischem Material geleitet werden, vor, die auf ein Trägersubstrat geklebt ist, um den Einschluss der akustischen Wellen im piezoelektrischen Material zu gewährleisten.
Genauer hat die Erfindung eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung zum Gegenstand, wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
Das Trägermaterial kann von der Art Glas, Saphir, Silicium, oder auch Galliumarsenid sein. Das piezoelektrische Material kann von der Art Quarz, Lithiumniobat oder Lithiumtantalat sein, der molekulare Klebstoff kann von der Art Siliciumdioxid sein. Gemäß einer Variante der Erfindung kann die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung zwischen der Schicht aus molekularem Klebstoff und der Schicht aus piezoelektrischem Material eine Metallschicht aufweisen.
Die Erfindung hat auch ein erstes Herstellungsverfahren für eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung zum Gegenstand, die eine dünne Schicht aus piezoelektrischem Material, eine Schicht aus molekularem Klebstoff und ein Trägersubstrat aufweist.
Genauer gesagt weist dieses Verfahren, das im Anspruch 14 definiert ist, weiter die folgenden Schritte auf:

– Aufbringen einer Schicht aus molekularem Klebstoff auf eine erste Fläche eines Substrats aus piezoelektrischem Material,
– Zusammensetzen eines Trägersubstrats und der Einheit aus der Schicht aus molekularem Klebstoff und dem Substrat aus piezoelektrischem Material unter Feuchtatmosphäre, um einen hydrophilen Klebvorgang durchzuführen,
– Reduzieren der Dicke des piezoelektrischen Substrats durch ein Verfahren mechanischer, chemischer, ionischer Art, um die dünne Schicht aus piezoelektrischem Material zu definieren.

Vorteilhafterweise kann das Verfahren die folgenden Schritte aufweisen:

– Implantieren von Ionen in das Substrat aus piezoelektrischem Material in einer Tiefe d bezüglich einer ersten Fläche eines Substrats aus piezoelektrischem Material;
– schnelles Erwärmen der Zusammensetzung aus der Schicht aus molekularem Klebstoff und dem Substrat aus piezoelektrischem Material, um das Substrat aus piezoelektrischem Material in Höhe der Tiefe der Ionenimplantation aufzubrechen und die dünne Schicht aus piezoelektrischem Material zu definieren,
– Polieren der dünnen Schicht aus piezoelektrischem Material.

Die Erfindung wird besser verstanden werden und weitere Vorteile gehen aus der nachfolgenden, nicht einschränkend zu verstehenden Beschreibung anhand der beiliegenden Figuren hervor. Es zeigen:
1 ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Oberflächenwellen-Vorrichtung mit einem Wandler, der zwischen zwei reflektierenden Netzen liegt;
die 2a–2e die Schritte eines der Herstellungsverfahren, die den Erhalt der erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellen-Vorrichtung ermöglichen;
3 eine Variante der Erfindung, bei der die Oberflächenwellen-Vorrichtung eine zusätzliche Metallschicht für den Einschluss der Wellen aufweist;
die 4a–4c Konfigurationen von Wandlern ohne leitende Schicht (4a) und mit leitender Schicht (4b und 4c);
die 5a bis 5c erfindungsgemäße Oberflächenwellen-Vorrichtungen, die ein ausgehöhltes Trägersubstrat aufweisen;
6 einen Steuermodus eines unidirektionalen Wandlers gemäß der Erfindung;
die 7a–7c ein Beispiel eines Filters, das eine Oberflächenwellen-Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet, mit Elektroden an der Oberfläche oder vergrabenen Elektroden;
die 8a und 8b ein weiteres Beispiel eines Filters, das eine erfindungsgemäße Oberflächenwellen-Vorrichtung verwendet;
die 9a bis 9c Beispiele von erfindungsgemäßen verkapselten Oberflächenwellen-Vorrichtungen;
10 ein weiteres Beispiel von erfindungsgemäßen verkapselten Oberflächenwellen-Vorrichtungen.
Allgemein weist die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung mindestens eine Schicht aus piezoelektrischem Material 1, auf oder in der die Elektroden 2 verteilt sind, um die gesuchten Funktionen der Wandlung und der Reflexion zu gewährleisten, eine Schicht aus molekularem Klebstoff 3, und ein Trägersubstrat 4 auf, wie in 1 dargestellt, die genauer ein Beispiel eines zwischen zwei Reflektornetze eingefügten Wandlers zeigt.
Die Dicke der Schicht aus piezoelektrischem Material ist derart, dass sie zu geleiteten Ausbreitungsmodi der akustischen Energie führt.
Die Schicht aus "molekular" genanntem Klebstoff ist eine Schicht aus einem Material, das in der Lage ist, Verbindungen vom hydrophilen Typ mit den Materialien an den Schnittstellen herzustellen; typischerweise kann es sich um Siliciumdioxid handeln, das unter Feuchtatmosphäre in der Lage ist, Verbindungen vom Typ O-H mit anderen Materialien an den Schnittstellen herzustellen, die auch Sauerstoffatome enthalten.
Wenn man ein Trägersubstrat vom Typ Silicium verwendet, kann man in der Praxis an der Oberfläche des Trägersubstrats eine Sprüh- oder "Sputtering"-Beschichtung mit SiO₂ über einige Zehn nm (einige Hundert Angström) durchführen. Gleiches gilt, wenn das Trägersubstrat Galliumarsenid GaAs ist. Es wird dann möglich, Verbindungen zwischen der SiO₂-Schicht und Sauerstoff enthaltenden, piezoelektrischen Materialien herzustellen, wie Quarz, LiTaO₃ oder LiNbO₃.
Bei dem für die Erfindung verwendeten Aufbau, bei dem dünne Lagen von piezoelektrischen Material hergestellt werden, die auf die Abmessungen einer akustischen Wellenlänge reduziert sind, d.h. etwa 1 μm bis 30 μm, wobei die Geschwindigkeit der akustischen Volumenwellen im Trägersubstrat größer wird als in der Schicht aus piezoelektrischem Material, kann letztere die Eigenschaften eines akustischen Wellenleiters aufweisen. Die Aufbauten mit leitergebundenen akustischen Wellen bieten nämlich mehrere bemerkenswerte Vorteile gegenüber den traditionellen Vorrichtungen mit nicht leitergebundenen akustischen Oberflächenwellen, d.h.:

– geringere Verluste;
– höhere Reflexionskoeffizienten;
– eine höhere Leistungsfestigkeit, insbesondere, wenn die akustischen Wellen in einer waagrechten Ebene polarisiert sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit akustischen Wellen weist eine dünne Schicht aus piezoelektrischem Material auf; die geringe Dicke kann durch mechanisches, chemisches oder auch Plasma-Ätzen ausgehend von einer dickeren Schicht nach dem Zusammenbau durch molekulares Kleben auf das Trägersubstrat erhalten werden. Für die sehr dünnen Schichten bleiben diese Techniken aber kostspielig; daher schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, um die sehr dünnen Schichten herzustellen. Die Hauptschritte dieses Verfahrens sind in 2 dargestellt.
Der erste Schritt des Verfahrens besteht darin, Ionen, zum Beispiel Wasserstoffionen, in ein piezoelektrisches Substrat 10 zu implantieren. Die Stärke der Ionenbombardierung regelt die Tiefe d der Implantierung der Ionen 100 (2a).
Dann wird eine Schicht 30 aus molekularem Klebstoff, zum Beispiel vom Typ SiO₂, aufgebracht, wobei dieses Aufbringen durch Aufsprühen durchgeführt werden kann; die erhaltene Einheit ist in 2b dargestellt.
Ein dritter, in 2c dargestellter Schritt besteht darin, ein Trägersubstrat 40 mit der Einheit aus Klebstoff 30 und piezoelektrischem Substrat 10 zusammenzubauen. Dieser Vorgang kann unter kontrollierter Atmosphäre erfolgen.
Ein vierter, in 2d dargestellter Schritt ermöglicht es, die dünne Schicht aus piezoelektrischem Material zu definieren. Dieser Schritt wird durchgeführt, indem die im vorhergehenden Schritt erstellte Einheit schnell aufgeheizt wird. Es entsteht ein Vorgang des Aufbrechens in Höhe der implantierten Verunreinigungen, der es erlaubt, die piezoelektrische Schicht der Dicke d zu definieren. Dieser Schritt des Aufbrechens wird vorteilhafterweise gefolgt von einem Vorgang des Polierens der Oberfläche des piezoelektrischen Materials, ein nicht dargestellter Schritt, vor dem in 2e dargestellten fünften Schritt, der darin besteht, die Oberflächenwellen-Vorrichtung (DOS) durch Aufbringen von Elektroden zu definieren.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Oberflächenwellen-Vorrichtung kann im Fall eines Trägersubstrats vom Typ Silicium perfektioniert werden, bei dem es aufgrund des geringen spezifischen Widerstands des Materials beträchtliche Verluste geben kann. Bei dieser Konfiguration kann es tatsächlich vorteilhaft sein, zwischen das Trägersubstrat und die Schicht aus molekularem Klebstoff eine Metallschicht einzufügen, wie es in 3 gezeigt ist. So trägt ein Trägersubstrat 41 eine Metallschicht 51, eine Schicht aus molekularem Klebstoff 31 und eine dünne Schicht aus piezoelektrischem Material 11, auf die die Elektroden 21 aufgebracht sind. Die dünne metallische Schicht 51 bildet eine leitende Abschirmung zwischen der piezoelektrischen Schicht und dem Trägersubstrat, so dass die elektrischen Feldlinien der piezoelektrischen Schicht 11 eingeschlossen sind. Die dünne metallische Schicht kann auf die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf das Trägersubstrat, oder auf beide aufgebracht werden. Eine Schicht aus molekularem Klebstoff kann dann auf die Oberfläche der Metallschicht oder des Trägersubstrats oder des piezoelektrischen Materials aufgebracht werden. Das Einfügen einer leitenden Schicht hat noch einige andere Vorteile als den der Abschirmung gegenüber den elektrischen Feldern. Diese Vorteile werden insbesondere in den 4a bis 4c dargestellt. Genauer zeigt die 4a schematisch die Feldlinien in der piezoelektrischen Schicht unter einem Wandler in Abwesenheit einer leitenden Schicht. 4b ihrerseits zeigt schematisch das gleiche Phänomen in Gegenwart einer leitenden Schicht. Es wird auf das tiefere Eindringen der Feldlinien in die Gesamtheit der Schicht im zweiten Fall hingewiesen. Daraus folgt eine Erhöhung des elektro-akustischen Kopplungskoeffizienten des Wandlers.
Je nachdem kann der Wandler nicht ausgeglichene Verbindungen, d.h. die erste Verbindung ist auf einem gegebenen Potential und die zweite Verbindung ist immer auf einem Potential Null (d.h. mit Masse verbunden), oder auch ausgeglichene Verbindungen aufweisen, d.h. zwei Verbindungen auf dem gleichen Potential, aber mit einer Phasendifferenz von 180 Grad.
Für eine optimale Leistung im Fall einer ausgeglichenen Versorgung oder einer nicht ausgeglichenen Versorgung kann aber die leitende Schicht aber auch an Masse gelegt werden. 4c zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die zweite Phase des Eingangssignals an der Schnittstelle der beiden Substrate mit der leitenden Fläche verbunden ist. Dies hat den beträchtlichen Vorteil, die Abmessungen des Schemas der ineinander verzahnten Elektroden eines Wandlers zu verdoppeln. Die in dieser Konfiguration erforderliche Periodizität der Elektroden ist λ, wobei λ die akustische Wellenlänge ist, während diese Periodizität in den vorhergehenden Fällen λ/2 betrug. 4c schlägt so eine Struktur vor, die die Häufigkeit der Betriebsvorgänge der Vorrichtung verdoppeln kann.
Wenn das Trägersubstrat einen hohen spezifischen Widerstand aufweist, wie zum Beispiel bei Glas oder Saphir, ist keine elektrische Abschirmung zwischen dem piezoelektrischen Substrat und dem Trägersubstrat notwendig, um Leitungsverluste im letzteren Substrat zu vermeiden. Es können also Aufbauten gleich denen der 4a bis 4c hergestellt werden, indem die Elektroden vergraben werden, wie nachfolgend erläutert wird. Die Vorteile dieser letzteren Implantierungen sind die stärkere piezoelektrische Kopplung, da die Elektroden vergraben sind, und die Abschirmung des Filters gegenüber äußeren elektrischen Feldern.
Man kann auch ähnliche Wirkungen erhalten, indem die Elektroden eines Wandlers in der piezoelektrischen Schicht vergraben werden. Diese Konfiguration ermöglicht in gleicher Weise wie eine vergrabene leitende Schicht die Erhöhung der Eindringtiefe der elektrischen Feldlinien ins Innere des piezoelektrischen Materials. In einem Aufbau von Vorrichtungen mit Oberflächenwellen des Stands der Technik ist es sehr schwierig, konstante und wiederholbare Leistungen mit vergrabenen Elektroden zu erhalten, da es sehr schwierig ist, das piezoelektrische Substrat präzise auf die gewünschte Tiefe zu ätzen. Im Fall der vorliegenden Erfindung stellt es dagegen überhaupt kein Problem dar. Indem man ein Verfahren des selektiven chemischen Ätzens wählt, ist es möglich, nur und vollständig eine bestimmte Stelle der dünnen Schicht aus piezoelektrischem Material zu ätzen. Die so in den Wellenleiter eingeätzten Rillen können dann durch eine beliebige der existierenden Techniken, wie zum Beispiel das Verdampfen oder das Aufsprühen, mit Metall gefüllt werden. Ein so geätzter Wandler hat eine bessere Kopplung.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, die Verluste im Trägermaterial zu reduzieren, indem das Trägermaterial unter der aktiven Fläche der akustischen Oberflächenwellen-Vorrichtung ausgehöhlt wird. 5a stellt eine Oberflächenwellen-Vorrichtung dar, bei der das Trägersubstrat 45 gegenüber der aktiven Zone des piezoelektrischen Materials 15, die die Elektroden 25 enthält, vollständig ausgeätzt ist und dies bis auf die Schicht aus molekularem Klebstoff 35. Gemäß einer anderen Variante kann die Schicht aus molekularem Klebstoff ebenfalls geätzt sein. Bei einem Trägersubstrat aus Silicium kann man bekannte Techniken des chemischen Ätzens oder des Plasma-Ätzens verwenden.
Im Rahmen der Erfindung kann es auch sehr interessant sein, einen unidirektionalen Wandler ausgehend vom oben beschriebenen, vollständig ausgehöhlten Trägermaterial herzustellen. 5b zeigt einen solchen Wandler. Ausgehend von der dünnen piezoelektrischen Schicht ist es möglich, auf den beiden Flächen des piezoelektrischen Substrats Sätze von Elektroden herzustellen. Ein erster Satz 250 wird auf einer der Flächen hergestellt und dient dann bei der Herstellung des zweiten Satzes 251 als Maske, da das piezoelektrische Substrat für die Bestrahlungswellenlängen durchsichtig ist, die bei den Lithographieverfahren zur Herstellung der Elektroden verwendet werden.
Um eine Strahlung akustischer Energie nur in eine Richtung herzustellen, wird der Wandler über zwei Eingänge mit einer Phasendifferenz von 90 Grad gespeist. Eine solche Speisung wird einfach erhalten durch eine in 6 dargestellte hybride Quadratur, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. In diesem Fall werden die Elektroden auf der Oberseite mit dem Ausgangssignal 1 gespeist und die Elektroden auf der Unterseite werden mit dem Ausgangssignal 2 gespeist. Ein auf diese Weise hergestellter unidirektionaler Wandler hat ein breites Band und ist sehr wirksam.
Es ist anzumerken, dass das Aushöhlen des Trägersubstrats selbst dann interessant sein kann, wenn der spezifische Widerstand des Trägermaterials ausreichend ist. In Abhängigkeit vom piezoelektrischen Material und vom Trägermaterial kann zum Beispiel der Träger so ausgehöhlt werden, dass nur eine bestimmte Dicke e von Material unter der Oberflächenwellen-Vorrichtung übrig gelassen wird, wie in 5c dargestellt. Tatsächlich ist gegenüber den Elektroden 26, die an der Oberfläche der dünnen Schicht aus piezoelektrischem Material 16 angeordnet sind, die durch eine Klebstoffschicht 36 auf das Trägersubstrat 46 geklebt ist, dieses letztere bis auf eine Dicke e von Trägermaterial ausgehöhlt. Mit einer solchen Struktur wird es möglich, die Temperaturänderungen zu kompensieren und so die Temperaturempfindlichkeit der Vorrichtung stark zu reduzieren.
Wie oben erwähnt, weist die erfindungsgemäße Oberflächenwellen-Vorrichtung (DOS) aufgrund ihrer dünnen Schicht aus piezoelektrischem Material hohe Reflexionskoeffizienten, sogar nahe 100%, auf, wenn man Netze in den Leiter aus piezoelektrischem Material ätzt. Bei solchen Aufbauten geht die Energie nämlich nicht verloren oder wird in Form von Volumenwellen gestreut. Da die Energie vollständig innerhalb des Leiters eingeschlossen ist, erhält außerdem man sehr hohe Reflexions- und Isolationspegel in den verschiedenen Abschnitten des Wellenleiters bei seinem Ätzen, wodurch seine Höhe und/oder seine Breite verringert werden. In diesem Rahmen stellt 7 die Herstellung eines Filters mit geringen Verlusten dar, das insbesondere aufgrund der hohen Reflexionskoeffizienten sehr leistungsfähig ist. Es handelt sich um ein Filter, das aus zwei Wandlern T₁ und T₂ besteht, die durch ein Netz R getrennt werden, das durch verschiedene Ätzungen des piezoelektrischen Leiters erhalten wird. 7a stellt eine Draufsicht auf die DOS, und 7b stellt eine Schnittansicht dar. Der dünne piezoelektrische Wellenleiter 17 wird bis auf die Schicht aus molekularem Klebstoff 37 oder bis zum Trägersubstrat 47 zum Beispiel durch chemisches oder Plasma-Ätzen geätzt. So wird ein Elektrodenschema 27 definiert, um eine Reihe von Resonanzhohlräumen in Linien zu erhalten, bei denen jede Resonanzfrequenz von der Hohlraumlänge In abhängt (im Beispiel 1 ≤ n ≤ 5).
Die Impedanz jedes der Hohlräume kann verändert werden, indem die Breite des akustischen Wellenleiters in jedem Abschnitt Wn verändert wird.
Die Kopplung zwischen jedem der Hohlräume wird durch die Öffnung des Leiters Cn und die Länge der Schlitze Sn gesteuert. Gemäß diesem Verfahren kann ein akustisches Filter in genau der gleichen Weise wie ein klassisches Filter mit leitergebundenen elektromagnetischen Wellen ausgearbeitet werden. Die Länge jedes inneren Hohlraums liegt nur in der Größenordnung von λ/2. Ein solches Filter kann folglich kleiner sein als die Filter mit akustischen Oberflächenwellen des Stands der Technik, deren Reflektornetze innere Hohlräume in der Größenordnung von 100 λ erfordern.
7c stellt eine Alternative eines Filters dar, bei der die Elektroden der Wandler im piezoelektrische Substrat ausgehöhlt sind, anstatt sich in der Ebene zu befinden. Wie weiter oben erläutert, haben die Wandler so eine bessere Kopplung und ermöglichen den Erhalt von Filtern mit geringeren Abmessungen.
Die 8a und 8b stellen Alternativen der in den 7a und 7b gezeigten Aufbauten dar, wobei der Unterschied zwischen diesen Aufbauten darin liegt, dass die Kopplung nicht mehr in Linie sondern auf der Seite erfolgt.
Die Erfindung betrifft auch DOS, die auf bezüglich der Kosten und der Größe interessante Weise verkapselt sind.
Die Kosten der Verkapselung, die meist hermetisch sein muss, stellen derzeit nämlich einen großen Teil der Herstellungskosten des Bauteils dar. Bei einer Herstellung in großer Serie ist es aber sehr wichtig, diesen Preis so weit wie möglich zu reduzieren. In diesem Zusammenhang kann es sehr interessant sein, auch eine dünne Schicht von molekularem Klebstoff zu verwenden, um einen Verkapselungsdeckel auf die dünne Schicht aus piezoelektrischem Material zu kleben.
9a stellt ein erstes Beispiel einer Oberflächenwellen-Vorrichtung dar, bei der die Elektroden in eine dünne Schicht 18 aus piezoelektrischem Material integriert sind, wobei das piezoelektrische Material mittels einer Schicht aus molekularem Klebstoff 381 auf ein erstes Trägersubstrat 481 geklebt ist. Ein zweites Trägersubstrat 482 ist ebenfalls mittels einer Schicht aus molekularem Klebstoff 382 auf die Schicht aus piezoelektrischem Material geklebt, um die Verkapselung zu gewährleisten. Ein Gehäuse gemäß dieser Vorgehensweise ist ein sehr robustes, massives Gehäuse (ohne Hohlraum). Sobald die Geschwindigkeit der Volumenwellen im Trägersubstrat größer ist als diejenige im Leiter kann man sehr geringer Ausbreitungsverluste erhalten. Leitende Kontaktplättchen 681 und 682 gewährleisten in klassischer Weise durch das Substrat 481 hindurch die elektrischen Verbindungen mit dem Oberflächenwellenbauteil.
9b stellt eine erfindungsgemäße Oberflächenwellen-Vorrichtung (hier durch einen Wandler zwischen zwei Reflektornetzen dargestellt) mit Elektroden dar, die sich an der Oberfläche befinden und nicht mehr integriert sind. Ein lokal ausgehöhltes Trägersubstrat wird am Umfang mittels einer Schicht aus molekularem Klebstoff auf eine Schicht aus piezoelektrischem Material geklebt. Diese Vorgehensweise hat im Vergleich mit der vorhergehenden den Vorteil, die gemessenen Eigenschaften der Oberflächenwellen-Vorrichtung vor dem Kleben des oberen Trägersubstrats nicht zu verändern. Bei dem in 9c dargestellten Aufbau bewirkt die Abwesenheit eines Hohlraums nämlich einen Unterschied in der Reaktion der Vorrichtung nach dem Kleben des Trägersubstrats, und dies erschwert die Überprüfung des Tests der Vorrichtung während des Herstellungsprozesses. Außerdem kann das ausgehöhlte Trägersubstrat, das als Deckel des Verkapselungsgehäuses dient, vorteilhafterweise aktive Bauteile 19 zur Anpassung oder anderem aufweisen, die in das Gehäuse integriert sind, wie es 9c zeigt. Wenn der Innenraum des Hohlraums metallisiert ist, ermöglicht dies zudem eine elektrische Abschirmung, die bei den Hochfrequenz-Anwendungen besonders wichtig ist.
10 stellt eine Variante von kollektiv verkapselten Oberflächenwellen-Vorrichtungen dar. In diesem Fall ätzt man Hohlräume in das piezoelektrische Substrat 19. Dann führt man die Metallisierung und den Schritt der Photolithographie durch, um schließlich das piezoelektrische Substrat auf das keramische Trägersubstrat (zum Beispiel) mit den Lücken und den Metallisierungen 781 zu kleben. Der letzte Schritt besteht darin, die Bauteile mechanisch mittels einer Säge zu trennen.

Claims

Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung, die Mittel (25) zur Erzeugung akustischer Oberflächenwellen und eine dünne Schicht aus piezoelektrischem Material (18), in der die akustischen Wellen geleitet werden, und ein Trägersubstrat (45) und eine Schicht aus molekularem Klebstoff (35; 381) aufweist, – die es ermöglicht, die dünne Schicht aus piezoelektrischem Material auf das Trägersubstrat zu kleben, dadurch gekennzeichnet, dass – die Mittel zur Erzeugung der akustischen Oberflächenwellen sich in einem zentralen Bereich des piezoelektrischen Materials befinden, und – das Trägersubstrat gegenüber dem zentralen Bereich ausgehöhlt ist.
Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial von der Art Glas, Saphir, Silicium, Galliumarsenid sein kann.
Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der molekulare Klebstoff Siliciumdioxid ist.
Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht aus molekularem Klebstoff in der Größenordnung von einigen Zehn nm (einigen Hundert Angström) liegt.
Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Metallschicht (51) zwischen der Schicht aus molekularem Klebstoff und der Schicht aus piezoelektrischem Material aufweist.
Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Material von der Art Quarz, Lithiumniobat, Lithiumtantalat ist.
Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht aus piezoelektrischem Material in der Größenordnung einer akustischen Wellenlänge liegt, die zwischen etwa 1 μm und 30 μm liegt.
Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie Elektroden aufweist, die in die dünne Schicht aus piezoelektrischem Material integriert sind.
Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat vollständig bis zur dünnen Schicht aus piezoelektrischem Material ausgehöhlt ist, und dass es eine erste Reihe von Elektroden auf einer ersten Fläche der Schicht aus piezoelektrischem Material und eine zweite Reihe von Elektroden auf der der ersten Fläche der Schicht aus piezoelektrischem Material gegenüberliegenden Fläche aufweist.
Akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Wandler aufweist, die durch ein Netz von Reflektoren getrennt sind, die in die dünne Schicht aus piezoelektrischem Material so eingeätzt sind, dass sie eine Reihe von Resonanzhohlräumen in Linien einer Länge In definieren.
Modul, der eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und ein Verkapselungsgehäuse aufweist, in das die Vorrichtung integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungsgehäuse ein zweites Trägersubstrat (482) aufweist, das durch eine zweite molekulare Schicht (382) auf zumindest einen Teil der Schicht aus piezoelektrischem Material (18) geklebt ist.
Modul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trägersubstrat durch die zweite molekulare Schicht auf die Gesamtheit der Schicht aus piezoelektrischem Material geklebt ist.
Modul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat in seiner Mitte ausgehöhlt und in Höhe seines Umfangs auf den Umfang der Schicht aus piezoelektrischem Material geklebt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist: – Aufbringen einer Schicht aus molekularem Klebstoff (35; 381) auf eine erste Fläche eines Substrats aus piezoelektrischem Material (18), – Zusammensetzen eines Trägersubstrats (45) und der Einheit aus der Schicht aus molekularem Klebstoff und dem Substrat aus piezoelektrischem Material unter Feuchtatmosphäre, um einen hydrophilen Klebvorgang durchzuführen, wobei das Trägersubstrat in einem zentralen Bereich des piezoelektrischen Materials ausgehöhlt ist, auf dem Mittel (25) zur Erzeugung akustischer Oberflächenwellen angeordnet sind, – Reduzieren der Dicke des piezoelektrischen Substrats durch ein Verfahren mechanischer, chemischer, ionischer Art, um die dünne Schicht aus piezoelektrischem Material zu definieren.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter die folgenden Schritte aufweist: – Implantieren von Ionen in das Substrat aus piezoelektrischem Material in einer Tiefe d bezüglich einer ersten Fläche eines Substrats aus piezoelektrischem Material; – schnelles Erwärmen der Zusammensetzung aus der Schicht aus molekularem Klebstoff und dem Substrat aus piezoelektrischem Material, um das Substrat aus piezoelektrischem Material in Höhe der Tiefe der Ionenimplantation aufzubrechen und die dünne Schicht aus piezoelektrischem Material zu definieren, – Polieren der dünnen Schicht aus piezoelektrischem Material.