Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Schicht auf einem Bauelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
insbesondere relativ dicker dielektrischer Schichten auf Bauelementen, für die eine bestimmte Schichtdicke oder eine bestimmte Oberflächentopografie gefordert wird. Während relativ geringe Schichtdicken mit bekannten Schichtab- scheidungsverfahren durch entsprechende Einstellung der
Parameter zuverlässig reproduziert werden können, besteht gerade bei dicken und großflächig aufgebrachten dielektrischen Schichten das Problem, dass Schichtdickenschwankungen auftreten können, die das Toleranzintervall überschreiten. Eine gewünschte Topografie an der Oberfläche der dielektri¬ schen Schicht kann eine plane Oberfläche sein oder eine
Oberfläche, die bestimmte Strukturen aufweist. Ein spezielles Problem tritt immer dann auf, wenn die
Schichtdicke der dielektrischen Schicht eine direkte
Auswirkung auf die Bauelementeigenschaften aufweist und durch bislang kaum vermeidbare Schichtdickenschwankung auch die Bauelementeigenschaften in nicht hinnehmbarem Umfang
Abweichungen zeigen.
Eine spezielle Anwendung, die dicke dielektrische Schichten erfordert, die teilweise auf eine Topografie mit erhabenen Strukturen aufzubringen sind, betrifft Temperaturkompensa- tionsschichten auf MEMS-Bauelementen und insbesondere auf mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelementen. Dazu werden insbesondere Siliziumdioxidschichten in einer Schichtdicke, die z. B. 30 % der Wellenlänge der im Substrat sich
ausbreitenden akustischen Welle direkt über den Elektroden aufgebracht, sodass sich für ein bei 2 GHz arbeitendes
Bauelement beispielsweise eine Schichtdicke von ca. 600nm ergibt. Wird diese Si02-Schicht mittels Sputtern aufgebracht, so kann durch Einstellen einer höheren BIAS-Spannung ein gewisser Grad an Rückätzung eingestellt werden, mit dessen Hilfe die ausbildende Topografie an der Oberfläche der S1O2- Schicht nivelliert werden kann. Dabei tritt jedoch das
Problem auf, dass in einem Bauelement zwar ausreichend ebene Oberflächenbereiche der Si02-Schicht erhalten werden können, die Schichtdicke über einen gesamten Wafer gesehen jedoch so stark schwankt, dass die Toleranzbereiche dennoch
überschritten werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Schicht anzugeben, bei dem eine gewünschte Topografie, insbesondere eine plane Oberfläche der dielektrischen Schicht, erhalten werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird ein Verfahren angegeben, bei dem die dielektrische Schicht zunächst in einem beliebigen Abscheideverfahren auf der Oberfläche eines Bauelements, das eine erste Topografie mit erhabenen Strukturen aufweist, aufgebracht wird. Das Verfahren wird so eingestellt, dass die Abscheidung kantenbe¬ deckend erfolgt, sodass in der Schicht keine Hohlräume entstehen. In der Folge bildet die dielektrische Schicht jedoch auf ihrer Oberfläche eine Topografie aus, die die erhabenen Strukturen der ersten Topografie auf der Bauelementoberfläche auf der zweiten Topografie nachzeichnet, so
dass die erhabenen Strukturen dort noch sichtbar sind und zumindest Erhebungen ausbilden.
Um diese zweite Topografie nun in eine gewünschte Topografie überzuführen, wird ein spezielles Ätzverfahren eingesetzt. Dazu wird zunächst auf die dielektrische Schicht ganzflächig eine Polymerschicht, z.B. eine Lackschicht, so aufgebracht, dass sie die gesamte Oberfläche der dielektrischen Schicht bedeckt und eine plane Oberfläche ausbildet. Dazu kann ein Lack geeigneter Viskosität beispielsweise auf die Oberfläche aufgeschleudert werden.
Anschließend wird ein Ätzverfahren durchgeführt. Dabei wird ein Ätzratenverhältnis von dielektrischer Schicht zur
Polymerschicht eingestellt, mit dem nach dem Ätzverfahren eine gewünschte dritte Topografie erhalten werden kann.
In einer Ausführungsform wird ein Ätzratenverhältnis von ca. 1 eingestellt. Dieses garantiert, dass die Lackschicht mit der gleichen Geschwindigkeit geätzt wird wie die dielektri¬ sche Schicht. Dies führt dazu, dass die bei der Polymer¬ schicht einstellbare plane Oberfläche während des gesamten Ätzens erhalten bleibt und so in die dielektrische Schicht übertragen wird. Mit einem Ätzratenverhältnis von ca. 1 kann also eine plane Oberfläche der dielektrischen Schicht erzeugt werden .
Im letzten Schritt des Verfahrens wird eine Bauelement¬ eigenschaft, die von der Dicke der dielektrischen Schicht oder der dritten Topografie (= Topografie der dielektrischen Schicht nach dem Ätzen) abhängig ist, mittels eines Trimmverfahrens nachjustiert. Damit ist das Verfahren fehlertolerant und führt sicher zu einem Bauelement mit klar definierten
Eigenschaften. Abweichungen insbesondere im Abscheideverfahren, die zu Abweichungen in Schichtdicke oder Abweichungen dritter Topografie führen, können mittels des Trimmverfahrens behoben werden. Da im Trimmverfahren Frequenzabweichungen korrigiert werden, können auf diese Weise auch Folgen anderer Fehlerquellen im Verfahren kompensiert werden, die zu einem unerwünschten Frequenzshift führen.
In einer Ausführungsform wird das Verfahrens bei einem Bau- element eingesetzt, welches ein piezoelektrisches Substrat oder eine piezoelektrische Schicht auf einem Substrat
aufweist. Auf der Oberfläche des Substrats bzw. auf der
Oberfläche der piezoelektrischen Schicht sind erhabene
Elektrodenstrukturen angeordnet, die zusammen mit der übrigen Oberfläche eine erste Topografie ausbilden. Die Elektroden¬ strukturen sind zur Anregung akustischer Wellen im Bauelement ausgebildet und stellen beispielsweise Interdigitalwandler von SAW-Bauelementen (SAW = Surface Acoustic Wave) oder Elektroden von BAW-Bauelementen (BAW = Bulk Acoustic Wave) dar. Bei derartigen mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelementen wird mit einer dielektrischen Schicht die Temperaturab¬ hängigkeit der Frequenz des Bauelements beeinflusst und insbesondere durch geeignete Wahl des Materials der dielek¬ trischen Schicht reduziert.
Während des Trimmverfahrens wird nun eine nachträgliche
Veränderung der über der ersten Topografie und damit über den Elektroden abgeschiedenen Schichtdicke vorgenommen und so die Mittenfrequenz oder die genaue Lage einer Flanke des Pass- bands des Bauelements nachjustiert. Die Mittenfrequenz des Bauelements ist die Frequenz in der Mitte eines Passbandes, eine Resonanzfrequenz eines Resonators oder eine sonstige
Arbeitsfrequenz, bei der das Bauelement Hochfrequenzsignale passieren lässt.
Zur Erniedrigung der Temperaturgangs der Mittenfrequenz wird bei mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelementen als dielektrische Schicht eine Siliziumdioxidschicht aufgebracht. Diese zeigt einen Temperaturgang mit einem Vorzeichen, das dem Vorzeichen des Temperaturgangs des piezoelektrischen Substrats entgegengesetzt ist.
Im Trimmverfahren wird eine Trimmschicht, die eine höhere Steifigkeit als die dielektrische Schicht aufweist, auf die dritte Topografie aufgebracht. In dieser Schicht erfährt die akustische Welle eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit, so dass sich die Frequenz des Bauelements erhöht. Das Ausmaß dieser Frequenzerhöhung ist von der Dicke der Trimmschicht abhängig. Um die die Frequenz des Bauelements genau einzu¬ stellen bzw. nachzuj ustieren, wird anschließend die Dicke der Trimmschicht und damit auch die Mittenfrequenz solange reduziert, bis eine vorgegebene Mittenfrequenz erreicht ist.
Das Verfahren kann vor der Durchführung des Trimmverfahrens eine Bestimmung der zu justierenden Bauelementeigenschaften umfassen. Insbesondere kann mit dabei einem Messverfahren bestimmt werden, ob eine Abweichung der Mittenfrequenz vorliegt. Dementsprechend kann das Trimmverfahren dann so durchgeführt werden, dass genau diese Abweichung ausgeglichen wird . In einer Ausführung wird das Verfahren zur Herstellung der dielektrischen Schicht so durchgeführt, dass nach dem zur Planarisierung führenden Ätzverfahren eine Mittenfrequenz erhalten wird, die unterhalb der gewünschten Mittenfrequenz
liegt. Damit ist garantiert, dass sämtliche Abweichungen von der gewünschten Mittenfrequenz durch eine Abscheiden und Rückätzen einer Trimmschicht und der damit verbundenen
Erhöhung der Mittenfrequenz ausgeglichen werden können.
In einer weiteren Ausführungsform werden sämtliche Verfahrensschritte auf einem Wafer durchgeführt, der Elektroden¬ strukturen mehrerer Bauelemente aufweist und in einem
späteren Verfahrensschritt in eine Vielzahl einzelner
Bauelemente vereinzelbar ist. Auf einer Verfahrensstufe, die zwischen dem Herstellen der dritten Topografie und dem
Rückätzen der Trimmschicht liegt, wird hierbei die Mitten¬ frequenz einzelner Bauelemente bestimmt. Dazu ist es nicht erforderlich, jedes einzelne Bauelement zu vermessen. Aus- reichend ist es, an bestimmten Punkten, die Verfahrens- und anlagenbedingt kritisch sind, die Mittenfrequenz zu bestimmen und für die übrigen nicht direkt gemessenen Bauelemente eine Interpolation der Mittenfrequenz durchzuführen, sodass für jeden Ort auf der Waferoberfläche bzw. für jedes der Bau- elemente eine gemessene oder interpolierte Abweichung
erhalten wird.
Das Trimmverfahren wird dann so durchgeführt, dass die Dicke der Trimmschicht ortsselektiv in Abhängigkeit von der
ermittelten oder interpolierten Abweichung am jeweiligen Ort reduziert wird. Auf diese Weise gelingt es im Trimmverfahren, sämtliche Abweichungen von der gewünschten Mittenfrequenz auszugleichen, auch wenn diese über den Wafer verteilt unterschiedliche Ausmaße aufweisen. Die gewünschte Mitten- frequenz kann daher entweder genau oder innerhalb einer vorgegeben Toleranz auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
Als Trimmschichten besonders geeignet sind Schichten, die die Oxidschicht passivieren. Dies hat den Vorteil, dass die
Trimmschicht noch die zusätzliche Funktion als Passivierungs- schicht übernehmen kann. Geeignet sind dazu insbesondere harte Schichten, die aus der Gruppe der Nitride, Oxinitride, Oxide oder Karbide ausgewählt sind. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid,
Aluminiumoxid, DLC (= diamond like carbon) oder Diamant. Alle diese Schichten können auch in gut kontrollierbaren Prozessen und vor allem mit hoher Schichtdickengenauigkeit aufgebracht werden .
Die Reduktion der Schichtdicke der Trimmschicht gelingt beispielsweise mittels scannender Einwirkung eines Ionen- Strahls, der auf die Oberfläche der Trimmschicht gerichtet wird. In Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit, mit der Ionenstrahl und Wafer gegeneinander bewegt werden, wird die Einwirkdauer des Ionenstrahls auf die Oberfläche und damit die Ätzwirkung bestimmt. Die scannende Einwirkung des Ionen- Strahls kann also so eingestellt werden, dass durch an ver¬ schiedenen Orten der Waferoberfläche jeweils unterschiedlich angepasste Geschwindigkeiten der angestrebte Ätzerfolg bzw. die gewünschte Reduzierung der Trimmschicht erfolgen kann. Das Scan-Verfahren kann also unter Berücksichtigung der ermittelten Abweichungen von der Mittenfrequenz und der genauen Kenntnis des Ätzprozesses der Trimmschicht einge¬ stellt werden. Die mit dem Ionenstrahl erreichbare Ätzge¬ schwindigkeit wird dazu in Vergleichsversuchen bei einer gegebenen Anlage unter gegebenen Konditionen bestimmt und zur entsprechenden Einstellung des Trimmverfahrens verwendet.
Wird beim Ätzen der dielektrischen Schicht eine dritte
Topografie angestrebt, die von einer planen Oberfläche
abweicht, so kann das Ätzratenverhältnis auch auf andere Werte als 1 eingestellt werden. Mit einem Ätzratenverhältnis > 1 kann die Polymerschicht als Resist eingesetzt werden. Dies hat zur Folge, dass die dielektrische Schicht nur an den Stellen geätzt wird, an denen keine Polymerschicht verbleibt. Da die Polymerschicht sich üblicherweise an den tiefsten Stellen der zweiten Topografie absetzt, kann auf diese Weise eine zur zweiten Topografie inverse Topografie erhalten werden. An Stellen, an denen die zweite Topografie Erhebungen aufweist, werden auf diese Weise in der dritten Topografie Vertiefungen erzeugt. Dies hat jedoch zur Folge, dass bei einem geeignet eingestellten Ätzratenverhältnis > 1 ebenfalls eine plane dritte Topografie der dielektrischen Schicht erhalten werden kann, zumindest annähernd und als Zwischen- stufe. Ein Ätzratenverhältnis < 1 dagegen hat wenig Effekt und führt zwar zu einer gewissen Einebnung der dritten
Topografie gegenüber der zweiten Topografie, kann jedoch nicht zu einer planen Oberfläche der dielektrischen Schicht führen .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausge- führt. Einzelne Dimensionen können verzerrt dargestellt sein, sodass den Figuren weder absolute noch relative Maßangaben zu entnehmen sind. Es zeigen:
Figur 1 ein Substrat, auf dem erhabene Strukturen
angeordnet sind, im schematischen Querschnitt,
Figur 2 die Anordnung, nach dem darüber eine dielektrische Schicht mit verschiedenen Topografien abgeschieden worden ist, Figur 3 die Anordnung nach der Aufbringung einer
Polymerschicht,
Figur 4A bis 4C die Anordnung bei verschiedenen
Verfahrensstufen während des Rückätzens der Polymerschicht,
Figur 5 die Anordnung nach dem Aufbringen einer
Trimmschicht, Figur 6 die Anordnung nach dem Trimmen,
Figur 7 in einem Diagramm die Abhängigkeit der Verschiebung der Mittenfrequenz von der Dicke der Trimmschicht, Figuren 8A bis 8C verschiedene Verfahrensstufen beim
Rückätzen der Polymerschicht mit einem
Ätzratenverhältnis > 1.
Figur 1 zeigt im schematischen Querschnitt eine allgemeine Darstellung eines Substrats SU, auf dem erhabene Strukturen ES angeordnet sind. Vorteilhaft ist das Substrat SU ein piezoelektrisches Substrat und die erhabenen Strukturen ES sind Elektrodenfinger eines Interdigitalwandlers . Damit zeigt Figur 1 ausschnittsweise ein SAW-Bauelement .
Die erhabenen Strukturen sind in einer Ausführung aus einem Material, welches eine größere Härte oder eine höhere Dichte als Aluminium aufweist. Sie umfassen entweder eine Aluminium-
legierung mit einem Schwermetall oder weisen einen ein- oder mehrschichtigen Aufbau mit Teilschichten, die schwerer als AI und z. B. kupferhaltig sind, auf. Ein schweres oder dichtes Metall für die Elektroden bzw. die erhabenen Strukturen. Es ist vorteilhaft, um im späteren fertig gestellten SAW-Bauele- ment mit Temperaturkompensationsschicht eine bessere
Reflexion der akustischen Welle an den Elektrodenkanten zu erhalten . Auf die Anordnung nach Figur 1 wird nun eine dielektrische
Schicht DS aufgebracht. Dabei kann beispielsweise einer S1O2- Schicht beispielsweise durch Sputtern oder durch ein CVD- Verfahren aufgebracht werden. Vorteilhaft wird zum Sputtern eine BIAS-Spannung eingestellt. In einer Ausführung wird beispielsweise bei einer Leistung von 1,5 kW und einer BIAS- Spannung von 85 W gesputtert. Der Sputterprozess wird so eingestellt, dass sich die Si02-Schicht kantenbedeckend über den erhabenen Strukturen ES abscheidet. Dadurch bildet die dielektrische Schicht DS eine zweite Topografie aus.
Figur 2 zeigt verschiedene beispielhafte die zweite Topo¬ grafie bildende Profillinien PL1 bis PL3, die unter
verschiedenen Sputterbedingungen und insbesondere unter verschiedenen BIAS-Spannungen zustande gekommen sind. Die BIAS-Spannung nimmt von der Profillinie PL1 zur Profillinie PL3 hin ab. Es zeigt sich, dass eine höhere BIAS-Spannung eine bessere Einebnung der zweiten Topografie bewirkt.
Nachteilig ist jedoch, dass eine höhere BIAS-Spannung zu einer ungünstigeren, weil stärker schwankenden Schichtdicken- Verteilung über den gesamten Wafer gesehen führt. Für das weitere Verfahren wird im Folgenden eine dielektrische
Schicht DS mit einer der Profillinie PL2 entsprechenden zweiten Topografie genutzt.
Auf die dielektrische Schicht DS wird nun als Polymerschicht eine Lackschicht LS so aufgebracht, dass sie eine plane
Oberfläche ausbildet. Dazu wird ein Lack geeigneter Viskosi¬ tät verwendet und insbesondere aufgeschleudert . Die Dicke der Lackschicht wird so hoch gewählt, dass die höchsten Erhebun¬ gen der zweiten Topografie geringer sind als die Schichtdicke der Lackschicht LS. Gegebenenfalls wird die Lackschicht anschließend noch thermisch ausgehärtet. Figur 3 zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.
Im nächsten Schritt wird in die in Figur 3 dargestellte
Anordnung einem Ätzverfahren unterzogen. Es wird ein
Verfahren gewählt, welches einen homogenen Schichtabtrag über große Flächen ermöglicht. Gut geeignet ist beispielsweise ein reaktives Ionenstrahlätzen, wobei die Ätzatmosphäre bzw. der Ionenstrahl Komponenten enthält, die zum Abtragen der
dielektrischen Schicht und gleichzeitig zum Abtragen der Lackschicht geeignet sind. Für eine S1O2 umfassende
dielektrische Schicht können fluorhaltige Stoffe eingesetzt werden, beispielsweise CH4_XFX (x = 1, 2, 3 oder 4) oder höhere Fluor-Kohlenwasserstoffe. Das Ätzen der Lackschicht LS kann auch durch Sauerstoff in der Ätzatmosphäre unterstützt werden. Die Ätzgasatmosphäre wird anschließend so einge¬ stellt, dass sich unter den gegebenen Ätzbedingungen gleiche Ätzraten für die Lackschicht und für die dielektrische
Schicht ergeben. Eine Einstellung des Ätzratenverhältnisses gelingt beispielsweise über Variation des Verhältnisses Fluor zu Sauerstoff in der Ätzatmosphäre oder durch Variation des Substituentenverhältnisses C/F in flourhaltigen Verbindung.
Durch das reaktive Ionenstrahlätzen wird nun ein gleichmäßiger Schichtabtrag vorgenommen, wobei zunächst ausschlie߬ lich die Lackschicht geätzt wird, bis die Oberfläche der die
zweite Topografie der dielektrischen Schicht bildenden
Erhebungen freigelegt ist. Dies ist in Figur 4A dargestellt.
Im weiteren Verlauf der Ätzung werden nun dielektrische
Schicht und Lackschicht mit gleicher Geschwindigkeit geätzt, sodass sich die eingestellte Planarität der Lackschicht über das gesamte Ätzverfahren erhält. Figur 4B zeigt die Anordnung in einem Verfahrensstadium, bei dem die Oberfläche sowohl freigelegte Bereiche der dielektrischen Schicht als auch Reste der Lackschicht LS aufweist.
Die Ätzung wird anschließend weitergeführt, bis zumindest die Lackschicht vollständig entfernt ist und die dielektrische Schicht DS mit einer planen Oberfläche verbleibt, die die dritte Topografie darstellt. Figur 4C zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe. Die gepunktete Konturlinie stellt die Lage (Höhe) der zweiten Topografie dar und zeigt, wie weit das Ätzverfahren im Vergleich zur Ausgangsschichtdicke geführt werden kann. Die dielektrische Schicht weist bei- spielsweise über den erhabenen Strukturen ES eine Schicht¬ dicke von 430 nm auf, zwischen den erhabenen Strukturen eine Schichtdicke von ca. 530 nm. Bei einer Gesamthöhe der erha¬ benen Strukturen von ca. 110 nm ergibt dies eine minimale Schwankung der Schichtdicke von +/- 5 nm, was im Rahmen der Toleranz liegt und die Bauelementeigenschaften des SAW-Bau- elements nicht negativ beeinträchtigt. Die Dicke der dielek¬ trischen Schicht ist ausreichend, um für das SAW-Bauelement eine gewünschte Temperaturkompensation der Frequenz zu erzielen. Eine vollständige Kompensation ist zwar möglich, wird aber normalerweise gegen eine Verschlechterung anderer Eigenschaften, z.B. eine Reduktion der Kopplung optimiert. Die Temperaturkompensation gelingt dadurch, dass sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle in der
dielektrischen Schicht DS sich bei steigender Temperatur genau entgegengesetzt verändert wie die Ausbreitungs¬ geschwindigkeit der akustischen Welle im piezoelektrischen Substrat, welches beispielsweise ein Substrat aus Lithium- niobat oder Lithiumtantalat ist. Eine für eine gewünschte
Temperaturkompensation geeignete Schichtdicke ist im Übrigen auch abhängig von der Mittenfrequenz des Bauelements. Die auf die Wellenlänge bezogene relative Schichtdicke ist ein
Kriterium für den erreichbaren Grad der Temperaturkompensa- tion.
Mit dem Planarisierungsverfahren wird zwar eine weitgehend ebene Oberfläche der dielektrischen Schicht DS erhalten, wobei jedoch aufgrund der hohen abgetragenen Schichtdicke die Zielschichtdicke der dielektrischen Schicht DS nicht sicher erreicht wird. Außerdem können sich aufgrund von Inhomogenitäten in der Ätzanlage über den Wafer verteilt unterschied¬ liche Ätzgeschwindigkeiten einstellen, die zu einer gewissen Schichtdickenverteilung der dielektrischen Schicht über einen oder mehrere Wafer führen. Auch andere Streumechanismus können lokal zu Frequenzabweichungen führen, die außerhalb einer gewünschten Toleranz liegen.
In einem Trimmverfahren wird nun die Abweichung der Schicht- dicke der dielektrischen Schicht oder allgemein die Abweichung der Frequenz von einem Zielwert insgesamt ausgeglichen. Zusätzlich können mit dem Trimmverfahren auch Schwankungen innerhalb des gleichen Wafers ausgeglichen werden, indem das Trimmverfahren ortsselektiv durchgeführt wird und die
Schichtdickenschwankung an einem gewünschten Ort auf einen bestimmten Wert eingestellt wird.
Zum Ausgleichen von Schichtdickenschwankungen der dielektrischen Schicht DS über den Wafer und damit zum Ausgleichen von Bauelementeigenschaften, die von der Schichtdicke der dielektrischen Schicht abhängig sind, werden zunächst diese
Bauelementeigenschaften an verschiedenen Orten des Wafers bestimmt. Die Bestimmung der Eigenschaften kann selektiv an ausgewählten Orten erfolgen. Aus ausgewählten Messungen lässt sich durch Interpolation die Verteilung der Bauelementeigenschaften über die Waferoberfläche ermitteln. Aus dieser
Verteilung der Bauelementeigenschaften wird nun die Abweichung bestimmt und die Dicke einer Trimmschicht errechnet, die zum Ausgleich der Abweichung erforderlich ist.
In einem Trimmverfahren wird als Trimmschicht TS beispiels- weise eine ca. 100 nm dicke Siliziumnitridschicht aufge¬ bracht, beispielsweise durch ein Sputter- oder ein CVD- Verfahren. Mittels eines reaktiven Ionenstrahlätzens wird nun die Schichtdicke der Trimmschicht TS so lange reduziert, bis die gewünschte bzw. aus der Abweichung errechnete Rest- schichtdicke erhalten ist. Durch ein geeignetes Scan-Pro¬ gramm, mit dem ortsabhängig eine gewünschte Scan-Geschwindig¬ keit eingestellt werden kann, gelingt es, an jedem Ort des Wafers eine gewünschte Schichtdicke zu entfernen bzw. eine gewünschte Restschichtdicke der Trimmschicht zu belassen und damit die Schichtdickenschwankungen über den gesamten Wafer auszugleichen. Figur 5 zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen der Trimmschicht TS. Figur 6 zeigt die Anordnung nach Abätzen eines Schichtdickenbereichs der Dichte Ad, sodass eine Resttrimmschicht TS ' von genau der gewünschten Dicke verbleibt, die zum Ausgleich der Bauelementeigenschafts¬ abweichung erforderlich ist.
Um sämtliche Abweichungen mit einer einzigen Trimmschicht und einem einzigen Trimmverfahren ausgleichen zu können, wird bereits im Planarisierungsverfahren die Dicke der dielektrischen Schicht DS so eingestellt, dass in jedem Fall an jedem Ort ein Aufdicken der Schichtdicke bzw. eine Erhöhung der Frequenz durch eine die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit erhöhende Trimmschicht erforderlich ist.
In einer Ausführung sind die Schichtdicken so bemessen, dass die Trimmschicht TS' im Mittel in einer Zielschichtdicke von ca. 40 nm auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht DS verbleiben kann. In dieser Schichtdicke erfüllt die Trimmschicht gleichzeitig die Funktion einer Passivierungsschicht, sodass die dielektrische Schicht (hier die Siliziumdioxid¬ schicht) z. B. gegen Aufnahme von Feuchtigkeit geschützt ist, was anderenfalls zu einer weiteren Verschiebung der Mittenfrequenz führen würde. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Resonanzfrequenz bzw. die Mittenfrequenz des Bauelements sowohl gegenüber Temperaturschwankungen als auch gegenüber Umweltbedingungen, insbesondere gegenüber
Feuchtigkeit stabil bleibt.
Im Diagramm nach Figur 7 ist dargestellt, wie sich die
Mittenfrequenz des Bauelements durch Aufbringen einer
Trimmschicht unterschiedlicher Dicke verschieben lässt. Die für eine Trimmschicht aus Siliziumnitrid ermittelten Werte zeigen, dass sich mit einer ca. 45 nm dicken Trimmschicht eine Frequenzverschiebung um ca. 9000 ppm erreichen lässt. Diese Verschiebung ist ausreichend, um mit einer maximal ca. 50 nm dicken Trimmschicht produktionsbedingte Schwankungen der Mittenfrequenz auszugleichen.
Figuren 8A bis 8C zeigen eine Variante des Verfahrens, wie beim Rückätzen der dielektrischen Schicht mit einem
Ätzratenverhältnis > 1 eine von der Planarität abweichende dritte Topografie der dielektrischen Schicht DS erhalten werden kann. Figur 8A zeigt die Anordnung während des
Ätzverfahrens auf der Stufe, an der gerade eben die
Oberfläche der dielektrischen Schicht DS freigelegt ist.
Bereiche der dielektrischen Schicht DS mit geringerer
Schichtdicke sind mit der Lackschicht LS bedeckt. Durch das Ätzratenverhältnis > 1 wird nun bevorzugt das Material der dielektrischen Schicht DS geätzt, wobei die Bereiche, die mit Lackschicht LS bedeckt sind, als Ätzmaske dienen. Figur 8B zeigt die Anordnung nach Erzeugung entsprechender Vertiefungen in der dielektrischen Schicht DS . In einem
abschließenden Schritt werden noch verbliebene Reste der Lackschicht LS entfernt, wobei die in Figur 8C gezeigte
Struktur erhalten wird.
Mit dem angegebenen Verfahren können dielektrische Schichten für unterschiedliche Anwendungen mit einer geeigneten
Topografie versehen werden. Zusätzlich ermöglicht es das Verfahren, insbesondere plane Oberflächen zu erzeugen und Abweichungen von einer gewünschten Schichtdicke sowohl über die Charge als auch über den einzelnen Wafer mit einem geeigneten Trimmverfahren auszugleichen. Auf diese Weise lassen sich Bauelemente erhalten, deren von der Schichtdicke der dielektrischen Schicht abhängigen Bauelementeigenschaften mit großer Konstanz über verschiedene Chargen und über die Oberfläche des Wafers einstellbar sind.
Bezugs zeichenliste
SU piezoelektrisches Substrat
ES erhabenen Strukturen
DS dielektrischen Schicht
PL1-PL3 unterschiedliche Profillinien der zweiten
Topografie
LS Polymerschicht
TS Trimmschicht vor dem Trimmverfahren
TS' Trimmschicht nach dem Trimmverfahren
Ad abgetragene Schichtdicke der Trimmschicht