WO2014032896A1 - Mems bauteil und verfahren zur herstellung eines mit akustischen wellen arbeitenden mems bauteils - Google Patents

Mems bauteil und verfahren zur herstellung eines mit akustischen wellen arbeitenden mems bauteils Download PDF

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    • H03H2003/0421—Modification of the thickness of an element
    • H03H2003/0442—Modification of the thickness of an element of a non-piezoelectric layer

Definitions

  • the invention relates to a MEMS component and method for producing an acoustic wave MEMS device.
  • the MEMS device may include a device that uses Bulk Acoustic Waves (BAW) or Surface Acoustic Waves (SAW).
  • BAW Bulk Acoustic Waves
  • SAW Surface Acoustic Waves
  • An object of the present invention is to provide a method that makes it possible to minimize the deviation of at least one acoustic property from a previously specified value in a MEMS device.
  • the object is achieved by the method according to claim 1.
  • the further independent claim specifies a component that
  • a method for manufacturing an acoustic wave MEMS device comprises the following steps:
  • Trimming is defined here as the targeted modification of an acoustic property of a component.
  • these tolerances may cause the resonant frequency to deviate from a pre-specified setpoint for the device.
  • the method given here makes it possible to minimize these tolerances by trimming the device after encapsulation.
  • Encapsulating the device to an undesirable change in the acoustic properties come. Only the use of enclosures that are permeable to the electromagnetic Radiation of a certain wavelength, makes it possible to trim the device even after its encapsulation.
  • electromagnetic radiation is carried out a trim of the device.
  • trim of the device include, for example, the removal of material either in a resonance region or a passive region, increasing the density of a material as a result of irradiation, reducing the finger width in a surface wave-based device or
  • the housing layer may consist of several partial layers.
  • the housing layer may consist of several partial layers.
  • the housing layer may consist of several partial layers.
  • Housing layer a structured first stabilizing
  • encapsulation layers may either be completely transmissive to the electromagnetic radiation in the corresponding wavelength range, or at least may each have an area in which they are transmissive to the electromagnetic radiation in the corresponding wavelength range
  • Wavelength range are.
  • Housing layer can be made of a monoatomic Carbon layer, graphene, and / or nanotubes, be formed.
  • the structured first stabilizing layer may comprise oxides or nitrides.
  • Encapsulation layer may have multiple sublayers. At least some of the sublayers can also do this
  • Layers of the encapsulant layer may comprise an epoxy material which is applied by a printing process or, if they are to be conductive, consist of metals. Furthermore, the encapsulation layer may comprise polymers.
  • the method may include the step of measuring at least one acoustic property of the device after encapsulating the device.
  • the acoustic property may be, for example, the resonant frequency of a resonator. Alternatively, it may be at the
  • acoustic property also to act on a bandwidth or a slope of a filter. It could also be an acoustic characteristic of a circuit of several
  • the device may subsequently be so with
  • irradiated electromagnetic radiation that the acoustic property of the device is adapted to a specified value for the component.
  • a suitable trim method is selected depending on the measured deviation of the acoustic
  • the MEMS component may have a resonator which has a resonance region which determines the acoustic properties of the resonator and a passive region which does not directly determine the acoustic properties.
  • the resonance range is defined by the fact that two electrodes, between which a piezoelectric layer is arranged, overlap in the propagation direction of the bulk wave.
  • a surface wave based resonator is the
  • piezoelectric substrate are arranged in
  • the passive region is defined in each case by the fact that there is no overlapping of the electrodes or electrode fingers, so that no acoustic wave is excited in the passive region. If the measurement described above now shows that the
  • Resonant frequency of the resonator is lower than a specified value for the component, the resonance region of the resonator is irradiated with electromagnetic radiation. By irradiation with electromagnetic radiation material is removed in the resonance area, which is
  • a reduced thickness leads to an increase in the case of a volume-wave-based resonator
  • Resonant frequency of the resonator is higher than a specified value for the component, the passive region of the resonator is irradiated with electromagnetic radiation.
  • material is removed in the passive region, which deposits uniformly over the entire surface of the component, so that the thickness of the resonator in the resonance region is increased. This leads directly to a reduction of the resonance frequency.
  • the method described herein makes it possible to both increase and decrease the resonant frequency of a resonator. Trimming is thus possible regardless of whether the resonant frequency deviates up or down from the prespecified setpoint.
  • the device can be encapsulated in a vacuum.
  • the vacuum will not be a perfect vacuum but will have some residual pressure.
  • the component can also be specifically encapsulated in a gas atmosphere. Again, preferably very low vacuum-like pressures are chosen.
  • the material of the surface of the component is heated by the irradiation with electromagnetic radiation. It can be connect the material of the surface with the gas atoms of the gas atmosphere.
  • the gas atmosphere may be, for example, an atmosphere or an oxygen atmosphere.
  • Gas molecules will turn at least one acoustic wave
  • the compound can lead to a change in the density of the surface, whereby the propagation speed of
  • acoustic waves is changed.
  • the gas can react with the surface and thereby modify it.
  • it may be through the
  • the device is encapsulated in an atmosphere, it may be oxidized by reactive nitriding
  • the device When the device is encapsulated in an oxygen atmosphere, it may be oxidized by oxidizing the surface of the device
  • Irradiation with the electromagnetic radiation can be trimmed. Both nitriding and oxidation of the surface can be initiated in a very targeted manner, so that the relevant acoustic property, for example the resonant frequency, can be set very precisely.
  • the method may include the steps of applying a
  • the trim layer may be a sub-layer of a cover layer containing the
  • the trim layer may for example comprise aluminum or aluminum
  • the aluminum in the trim layer can be oxidized to Al 2 O 3 , which increases the density of the trim layer.
  • the trim layer can be made by chemical vapor deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • a femtosecond laser For irradiation of the device, a femtosecond laser can be used.
  • the radiation of this laser is emitted in very short pulses, so that the component in each case only a small amount of heat is supplied. As a result, destruction of the device can be avoided by thermal effects.
  • heating of the surface of the device is also desirable to some extent, for example, to encourage bonding of the surface to gas molecules. It may be useful to use a laser that delivers slightly longer and therefore more energy-rich pulses. For example, a picosecond laser could be used.
  • the component has a resonator operating with surface acoustic waves, which has a metallization in the form of a finger structure with electrode fingers, then the component can be irradiated in such a way that the component can be irradiated by the resonator Irradiation with electromagnetic radiation, the width of an electrode finger is reduced.
  • the width of individual electrode fingers can be reduced in order to compensate manufacturing tolerances in the production. If the material of the electrode finger is removed only on one side of the electrode finger, this shifts the finger center, which has a decisive influence on the surface wave excited by the electrode finger.
  • Electrode finger can be corrected so that in this way the resonance frequency can be trimmed.
  • a plurality of resonators can be fabricated on the substrate, which are connected to form a duplexer.
  • Resonators can be encapsulated together. After this
  • the resonators can be encapsulated in succession by irradiation with the method described above
  • acoustic characteristic of the filter circuit for example, the bandwidth or slope.
  • the MEMS device is preferably encapsulated in a thin film package, the layer structure directly on the substrate in a thin film
  • the thin film package is permeable to the electromagnetic radiation emitted by the laser and accordingly is particularly suitable for the method specified here. Only the use of a housing layer responsible for the electromagnetic radiation in the corresponding
  • Wavelength range is permeable, allows trimming after encapsulation of the device.
  • the housing layer is produced as a layer structure directly on the substrate in a thin-film process.
  • Housing layer has a low height, so that the component is characterized by a very high degree of miniaturization
  • the invention relates to an acoustic waves MEMS device having a MEMS device on a substrate and a housing layer.
  • the housing layer encapsulates the MEMS device and is in one
  • the MEMS component can be manufactured, for example, by the method according to claim 1. Accordingly, the above-mentioned structural and functional features disclosed in the context of the method, individually or in combination, also apply to the component.
  • the surface of the device may have at least one local area with an increased density, which is higher than the density of the remaining surface of the
  • the region of increased density can be generated by irradiation with a laser according to the trimming method described above. Accordingly, these regions may be nitrided or oxidized, for example. Furthermore, gas molecules could enter this area
  • Figure 1 shows the schematic side view of a
  • Embodiment of the electronic component Embodiment of the electronic component.
  • Figure 2a shows the schematic side view of another
  • Embodiment of the electronic component Embodiment of the electronic component.
  • Figure 2b shows a schematic plan view of the
  • Figure 3 shows the schematic side view of the in the
  • Figures 2a and 2b shown component when irradiated with a laser.
  • the present invention relates to a method for
  • Trimming refers to the targeted changing of at least one acoustic property of the component 1.
  • the acoustic property is thereby adapted to a previously specified setpoint.
  • Property may be, for example, the
  • Resonance frequency of a resonator act By the Method can also be trimmed the acoustic properties of a circuit of several components,
  • the bandwidth and / or the slope of filter circuits For example, the bandwidth and / or the slope of filter circuits.
  • the MEMS component 1 has a volume-wave-based electroacoustic MEMS
  • the MEMS component 1 may have a bulk acoustic wave MEMS resonator.
  • FIG. 1 shows the schematic side view of the MEMS
  • FIG. 1 shows two MEMS components 1 each having a bulk acoustic wave MEMS resonator.
  • the components 1 shown in Figure 1 can in a further embodiment
  • the bulk acoustic wave MEMS resonator has a substrate 3, a plurality of first reflective layers 4, a plurality of second reflective layers 5, a first electrode 6, a second electrode 7, and a second
  • the piezoelectric layer 8 on.
  • the first and second reflective layers 4, 5 are arranged alternately one above the other.
  • the reflecting layers 4, 5 represent Bragg mirrors, the first reflecting layer 4 having a low acoustic impedance and the second reflecting layer 5 having a high acoustic impedance.
  • the first reflective layer 4 may include S1O2
  • the second reflective layer 5 may include tungsten.
  • Such arranged reflective layers 4, 5 have a high reflectivity for both longitudinal waves and shear waves. Thus, these waves can be reflected so that they are conducted back into the piezoelectric layer 8.
  • the substrate 3 may comprise, for example, Si or S1O2.
  • the actual resonator is located on the reflec ⁇ leaders layers 4, 5 and the first electrode 6, the second electrode 7 and the piezoelectric layer comprises 8.
  • the piezoelectric layer 8, for example, A1N contain the two electrodes 6, 7, metals such as Ti , Not a word,
  • the electrodes 6, 7 may also include a plurality of sub-layers stacked on top of each other, each sub-layer containing another material selected from those enumerated above.
  • an electrode 6, 7 may have the sandwich structure Ti, Al / Cu, W.
  • Another possible sandwich structure has the structure Mo, Ti / Mo, Ru.
  • cover layer 9 is further applied, which covers the resonator.
  • the cover layer 9 may consist of several layers.
  • Cover layer 9 may have a trim layer and / or a
  • Passivation layer and / or have a tuning layer may comprise an oxide layer.
  • the passivation layer may comprise an oxide layer.
  • at least some of the layers of the cover layer 9 can be applied by chemical vapor deposition (CVD).
  • FIG. 1 shows a Cavity 11 over the MEMS device 2, a structured first stabilizing layer 12 over the cavity 11 and an encapsulation layer 13 over the first layer 12.
  • the structured first stabilizing layer 12 may consist of a monoatomic carbon layer, graphene, and / or
  • Nanotubes be formed.
  • the patterned first stabilizing layer 12 may be oxides or nitrides
  • the encapsulation layer 13 causes another
  • the encapsulation layer 13 may have a plurality of partial layers. At least some of the sub-layers can also be conductive and thus high-frequency shielding formed. Layers of the encapsulant layer 13 may comprise an epoxy material applied by a printing process or, if they are to be conductive, of metals. Furthermore, the
  • Encapsulation layer 13 comprise polymers.
  • Both the structured first stabilizing layer 12 and the encapsulation layer 13 are permeable to the electromagnetic radiation 14 of a laser, which, as in FIG.
  • trimming of component 2 is used. Only the use of this also referred to as a thin film package housing layer 10 for encapsulation makes it possible to trim the component 1 even after its encapsulation, since the layers of the thin film package are transparent to the electromagnetic radiation of the laser. After the encapsulation of the MEMS device 2 in the thin film package, trimming of the device 2 can be performed. After encapsulation, an acoustic property of the component 2 is first measured. The acoustic property is, for example, the
  • Resonant frequency of the resonator or the bandwidth of a circuit having the resonator is Resonant frequency of the resonator or the bandwidth of a circuit having the resonator.
  • the resonator is irradiated with electromagnetic radiation 14.
  • the resonator is preferably with a
  • Femtosecond laser irradiated which allows very short and locally accurately fixed pulses of electromagnetic
  • Radiation 14 to be directed to the resonator.
  • the bulk acoustic wave resonator has an active resonance region 15 and passive regions 16, 17 which do not directly determine the acoustic properties of the resonator.
  • the active resonance region 15 is the region in which the first and second electrodes 6, 7 overlap.
  • the passive region 16, 17 adjoins the active resonance region laterally.
  • the component 2 has a layer stack, comprising the cover layer 9, the second electrode 7 and the
  • Passive range 16 no bulk acoustic waves are excited. In a second passive area 17, this has
  • Component 2 a layer stack comprising the cover layer 9, the piezoelectric layer 8 and the first electrode 6 and, but not the second electrode 7, on. Even in the second passive area 17 no acoustic
  • the resonant frequency is also influenced by the material of the layers in the active resonance region 15, in particular by the density of the material, since by the density
  • Propagation speed of the volume waves is affected. After encapsulation, first the resonance frequency of the resonator is determined. Due to almost inevitable
  • the laser is directed to the resonance region 15 of the resonator. This case is shown in the right-hand part in FIG.
  • the resonance region is irradiated with electromagnetic radiation 14, material is removed from the resonance region 15.
  • the material removed in this way is distributed homogeneously in the entire component 2.
  • the material removed locally by the laser radiation forms a plasma cloud 18 which propagates within the cavity 11. Accordingly, the material removed in the active resonance region 15 settles uniformly in the resonance region 15 and in the passive regions 16, 17. Accordingly, the thickness of the resonator in the active resonance region 15 is reduced. A reduced thickness corresponds to an increase in the
  • Resonant frequency of the resonator Resonant frequency of the resonator.
  • Resonant frequency is higher than the specified value
  • the passive region 16, 17 of the device 2 is irradiated with the laser. Now material is removed in the passive area 16, 17. This material in turn initially forms a plasma cloud, which is then distributed homogeneously over the entire surface within the cavity 11 and thus also partially deposited on the resonance region 15. As a result, the thickness of the resonance region 15 of the resonator is increased.
  • the resonant frequency shifts toward a lower frequency and approaches so
  • the irradiation takes place with a femtosecond laser.
  • the radiation of this laser is emitted in very short pulses, so that only a small amount of heat is supplied to the component 1. As a result, destruction of the component 1 can be avoided by thermal effects.
  • the femtosecond laser can be focused in such a way that its focusing plane lies on the surface of the component 2, while it is unfocussed in the region of the housing layer 10. This ensures that in the region of the housing layer 10 only a minimum value
  • the component 2 may be encapsulated in a gas atmosphere.
  • the gas atmosphere may be, for example, an atmosphere or an oxygen atmosphere.
  • Radiation 14 is now heated, the surface of the device 2, so that the surface connects to the gas atoms of the gas atmosphere and there is a modification of the surface.
  • a gas deposition can be initiated on the surface.
  • Femtosecond laser a picosecond laser can be used.
  • the picosecond laser delivers slightly longer pulses that can specifically heat the surface without causing damage to the device 2 by thermal effects. By means of this change in the surface, an acoustic property of the resonator can be specifically trimmed.
  • it may be at the top layer of the
  • Cover layer 9 act on a trim layer.
  • the cover layer 9 as the uppermost layer of the resonator may comprise aluminum which is converted into Al 2 O 3 by the laser irradiation.
  • Aluminum oxide has a higher density than aluminum, so that the Density of the cover layer 9 is increased by the irradiation.
  • Propagation speed of the volume waves is reduced so that the resonance frequency of the component 2 is reduced.
  • a plurality of resonant volume acoustic waves may be interconnected.
  • the resonators can be interconnected, for example, to form a filter or duplexer.
  • the resonant frequency of each resonator can be independently corrected. If the individual resonators are trimmed in their resonant frequency, then the bandwidth and / or the edge steepness of the duplexer can be trimmed thereby.
  • Component 1 a surface acoustic wave based electroacoustic MEMS device 22 on.
  • the MEMS component 22 may comprise a surface acoustic wave MEMS resonator.
  • FIG. 2 a shows the schematic side view of a surface-wave-based component 22. This comprises the piezoelectric layer 28, a first electrode 26 and a second electrode 27.
  • Electrode 27 each have a comb-like structure, wherein each comb has alternately a short and a long electrode fingers 30.
  • the electrode fingers 30 of the various combs are along the longitudinal axis of the
  • piezoelectric layer 30 alternately arranged one after the other on the piezoelectric layer 28. This can also be seen in the schematic side view of FIG. 2a. Between the individual electrode fingers 30 of the electrodes 26, 27 are thus formed electromagnetic waves, which from the piezoelectric layer 28 into mechanical waves
  • the surface wave-based component 22 is also encapsulated by a housing layer 10.
  • the case layer 10 is a thin film package.
  • the housing layer 10 has the same structural and functional
  • the housing layer 10 is a thin film package that has a multilayer structure with a structured first
  • Resonator can be trimmed after encapsulation. For this purpose, at least one acoustic property, for example the resonance frequency, is measured and a possible deviation from a previously specified desired value is determined.
  • the trim methods already discussed in connection with the resonant bulk acoustic wave resonator can be used at least partially apply to a working with surface acoustic waves resonator.
  • the resonator operating with surface acoustic waves above the electrodes can form a cover layer 9
  • FIG. 3 further shows that, alternatively, the width of a
  • Electrode finger 30 can be reduced by 30 on a side surface 31 of the electrode finger material is removed.
  • FIG. 3 shows a surface wave-based component 22 in plan view. The width here is the extent of the electrode finger 30 in the direction
  • the side surface 31 of the electrode finger 30 is perpendicular to the substrate and the surface normal of the side surface 31 is parallel to the direction of propagation of the acoustic
  • Electrode finger 30 material removed, so the center distance of two adjacent electrode fingers 30. This center distance determines the resonant frequency of the
  • Resonator can be encapsulated in a gas atmosphere, such as an atmosphere or an oxygen atmosphere.
  • Electromagnetic radiation 14 the surface of the resonator reacts with the gas molecules of the gas atmosphere and there is a deposition of the gas molecules or a modification of the surface. In this way, also the resonant frequency can be selectively changed.
  • the resonators can be interconnected, for example, to form a filter or duplexer. By carefully trimming each one of the interconnected
  • Resonators can be trimmed the bandwidth and / or slope of the duplexer.
  • Resonators are combined. Again, each of the resonators can be successively irradiated with
  • electromagnetic radiation 14 are trimmed.
  • the resonance frequency of each individual resonator can be trimmed, so that bandwidth and / or edge steepness of the circuit are trimmed.
  • Wavelength range of the laser used is permeable to electromagnetic radiation 14. In this way, trimming after encapsulation for acoustic wave MEMS device 2 is made possible.

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  • Micromachines (AREA)
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Description

Beschreibung
MEMS Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines mit
akustischen Wellen arbeitenden MEMS Bauteils
Es wird ein MEMS Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines mit akustischen Wellen arbeitenden MEMS Bauteils angegeben. Das MEMS Bauteil kann ein Bauelement aufweisen, das mit akustischen Volumenwellen (Bulk Acoustic Waves = BAW) oder mit akustischen Oberflächenwellen (Surface Acoustic Waves = SAW) arbeitet.
Gehäuse von MEMS Bauelementen, wie beispielsweise
oberflächenwellenbasierten oder volumenwellenbasierten
Bauteilen, benötigen in der Regel Kavitäten. Ist das
Bauelement erst einmal in einem solchen Gehäuse verkapselt, so ist es nicht mehr möglich, dass Bauelement zu bearbeiten und beispielsweise in seinen akustischen Eigenschaften anzupassen .
US 7,170,369 B2 beschreibt ein Verfahren zum Trimmen eines mechanischen Resonators.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, dass es ermöglicht, bei einem MEMS Bauteil die Abweichung zumindest einer akustischen Eigenschaft von einem vorher spezifizierten Wert zu minimieren. Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner gibt der weitere unabhängige Anspruch ein Bauteil an, das
beispielsweise gemäß diesem Verfahren hergestellt werden kann . Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines mit akustischen Wellen arbeitenden MEMS Bauteils angegeben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Fertigen eines mit akustischen Wellen arbeitenden MEMS Bauelements auf einem Substrat,
- Verkapseln des Bauelements mit einer Gehäuseschicht, wobei die Verkapselungsschicht in einem Wellenlängenbereich
durchlässig für elektromagnetische Strahlung ist, und
- Trimmen des Bauelements durch Bestrahlen des Bauelements mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge, die in dem Wellenlängenbereich liegt, in dem die Gehäuseschicht durchlässig für die elektromagnetische Strahlung ist.
Trimmen ist hierbei definiert als das gezielte Verändern einer akustischen Eigenschaft eines Bauelements.
Oftmals lassen sich bei dem Fertigen eines Bauelements gewisse Toleranzen in der Herstellung nicht verhindern. Diese Toleranzen können einen erheblichen Einfluss auf die
akustischen Eigenschaften eines mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelements haben. Beispielsweise können diese Toleranzen dazu führen, dass die Resonanzfrequenz von einem vorspezifizierten Sollwert für das Bauelement abweicht.
Das hier angegebene Verfahren ermöglicht es, diese Toleranzen zu minimieren, indem das Bauelement nach dem Verkapseln getrimmt wird.
Insbesondere kann es auch durch den Verfahrensschritt
Verkapseln des Bauelements zu einer unerwünschten Veränderung der akustischen Eigenschaften kommen. Erst die Verwendung von Gehäusen, die durchlässig für die elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge sind, ermöglicht es, das Bauelement auch nach seiner Verkapselung noch zu trimmen.
Im Folgenden werden verschiedene Verfahren angegeben, mit denen jeweils durch Bestrahlen des Bauelements mit
elektromagnetischer Strahlung eine Trimmung des Bauelements vorgenommen wird. Hierzu zählen beispielsweise das Abtragen von Material entweder in einem Resonanzbereich oder einem Passivbereich, das Erhöhen der Dichte eines Materials in Folge der Bestrahlung, das Verringern der Fingerbreite bei einem oberflächenwellenbasierten Bauelement oder das
Einleiten einer Verbindung der Oberfläche des Bauelements mit Molekülen einer Gasatmosphäre. Die hier beschriebene Gehäuseschicht kann entweder
vollständig durchlässig für die elektromagnetische Strahlung in dem entsprechenden Wellenlängenbereich sein oder kann zumindest einen Bereich aufweisen, in dem sie durchlässig für die elektromagnetische Strahlung in dem entsprechenden
Wellenlängenbereich ist. Ferner kann die Gehäuseschicht aus mehreren Teilschichten bestehen. Insbesondere kann die
Gehäuseschicht eine strukturierte erste stabilisierende
Schicht und eine Verkapselungsschicht aufweisen. Die
strukturierte erste stabilisierende Schicht und die
Verkapselungsschicht können wiederum entweder vollständig durchlässig für die elektromagnetische Strahlung in dem entsprechenden Wellenlängenbereich sein oder zumindest je einen Bereich aufweisen, in dem sie durchlässig für die elektromagnetische Strahlung in dem entsprechenden
Wellenlängenbereich sind.
Die strukturierte erste stabilisierende Schicht der
Gehäuseschicht kann aus einer monoatomaren KohlenstoffSchicht , Graphen, und/oder Nanoröhren, gebildet sein. Alternativ kann die strukturierte erste stabilisierende Schicht Oxide oder Nitride aufweisen. Die
Verkapselungsschicht kann mehrere Teilschichten aufweisen. Zumindest einige der Teilschichten können dabei auch
leitfähig und damit Hochfrequenz schirmend ausgebildet sein. Schichten der Verkapselungsschicht können ein Epoxymaterial aufweisen, welches mittels eines Druckverfahrens aufgebracht wird, oder, wenn sie leitfähig sein sollen, aus Metallen bestehen. Ferner kann die Verkapselungsschicht Polymere aufweisen .
Ferner kann das Verfahren den Schritt Messen zumindest einer akustische Eigenschaft des Bauelements nach dem Verkapseln des Bauelements aufweisen. Bei der akustischen Eigenschaft kann es sich beispielsweise um die Resonanzfrequenz eines Resonators handeln. Alternativ kann es sich bei der
akustischen Eigenschaft auch um eine Bandbreite oder eine Flanksteilheit eines Filters handeln. Es könnte auch eine akustische Eigenschaft einer Schaltung aus mehreren
Bauelementen gemessen werden.
Ferner kann das Bauelement abhängig von dem gemessenen Wert der akustischen Eigenschaft anschließend derart mit
elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden, dass die akustische Eigenschaft des Bauelements an einen für das Bauteil spezifizierten Sollwert angepasst wird.
Dementsprechend wird ein passendes Trimmverfahren ausgewählt abhängig von der gemessenen Abweichung der akustischen
Eigenschaft von dem vorgegebenen Sollwert. Beispielsweise kann abhängig von der gemessenen Abweichung ein
unterschiedlicher Bereich des Bauelements für die Bestrahlung ausgewählt werden. Ferner kann das MEMS Bauelement einen Resonator aufweisen, der einen Resonanzbereich, der die akustischen Eigenschaften des Resonators bestimmt, und einen Passivbereich, der die akustischen Eigenschaften nicht unmittelbar bestimmt,
aufweist. Bei einem volumenwellenbasierten Resonator ist der Resonanzbereich dadurch definiert, dass sich zwei Elektroden, zwischen denen eine piezoelektrische Schicht angeordnet ist, in Ausbreitungsrichtung der Volumenwelle überlappen. Bei einem oberflächenwellenbasierten Resonator ist der
Resonanzbereich dadurch definiert, dass sich die
Elektrodenfinger zweier Elektroden, die auf einem
piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, in
Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle überlappen. Der Passivbereich ist dabei jeweils dadurch definiert, dass keine Überlappung der Elektroden bzw. Elektrodenfinger vorliegt, so dass in dem Passivbereich keine akustische Welle angeregt wird . Ergibt die oben beschriebene Messung nunmehr, dass die
Resonanzfrequenz des Resonators geringer ist als ein für das Bauteil spezifizierter Sollwert, so wird der Resonanzbereich des Resonators mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt. Durch die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung wird Material in dem Resonanzbereich abgetragen, das sich
gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche des Bauelements absetzt, so dass die Dicke des Resonators im Resonanzbereich verringert wird. Eine verringerte Dicke führt bei einem volumenwellenbasiertem Resonator zu einer Erhöhung der
Resonanzfrequenz und dementsprechend zu einer Trimmung des Resonators . Ergibt die oben beschriebene Messung, dass die
Resonanzfrequenz des Resonators höher ist als ein für das Bauteil spezifizierter Sollwert, so wird der Passivbereich des Resonators mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt. Durch die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung wird dabei Material in dem Passivbereich abgetragen, das sich gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche des Bauelements absetzt, so dass die Dicke des Resonators im Resonanzbereich erhöht wird. Dieses führt unmittelbar zu einer Verringerung der Resonanzfrequenz.
Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht es dementsprechend die Resonanzfrequenz eines Resonators sowohl zu erhöhen als auch zu verringern. Ein Trimmen ist somit möglich unabhängig davon, ob die Resonanzfrequenz nach oben oder nach unten von dem vorspezifizierten Sollwert abweicht.
Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten des Trimmens durch Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung möglich. Diese können alternativ oder ergänzend zu dem Abtragen von Material in einem bestimmten Bereich vorgenommen werden.
Das Bauelement kann in einem Vakuum verkapselt werden. Das Vakuum wird jedoch kein perfektes Vakuum sein, sondern einen gewissen Restdruck aufweisen. Das Bauelement kann auch gezielt in einer Gasatmosphäre verkapselt werden. Auch hier werden vorzugsweise sehr niedrige vakuumähnliche Drücke gewählt .
Wird ein in einer Gasatmosphäre verkapseltes Bauelement nun mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt, so wird das Material der Oberfläche des Bauelements durch die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung erhitzt. Dabei kann sich das Material der Oberfläche mit den Gasatomen der Gasatmosphäre verbinden. Bei der Gasatmosphäre kann es sich beispielsweise um eine ^-aufweisenden Atmosphäre oder eine Sauerstoffatmosphäre handeln.
Durch das chemische Verbinden der Oberfläche mit den
Gasmolekülen wird wiederum zumindest eine akustische
Eigenschaft des Bauelements getrimmt. Beispielsweise kann die Verbindung zu einer Veränderung der Dichte der Oberfläche führen, wodurch die Ausbreitungsgeschwindigkeit von
akustischen Wellen verändert wird.
Insbesondere kann das Gas mit der Oberfläche reagieren und diese dabei modifizieren. Alternativ kann es durch das
Bestrahlen zu einer Abscheidung der Gasmoleküle auf der
Oberfläche kommen. In beiden Fällen wird so die Oberfläche gezielt verändert, so dass das Bauelement getrimmt wird.
Wird das Bauelements in einer ^-aufweisenden Atmosphäre verkapselt, so kann es durch Reaktives Nitridieren der
Oberfläche des Bauelements durch Bestrahlen mit der
elektromagnetischen Strahlung getrimmt werden. Wird das Bauelement in einer Sauerstoff-Atmosphäre verkapselt, so kann es durch Oxidieren der Oberfläche des Bauelements durch
Bestrahlen mit der elektromagnetischen Strahlung getrimmt werden. Sowohl Nitridieren als auch Oxidieren der Oberfläche kann sehr gezielt eingeleitet werden, so dass die betreffende akustische Eigenschaft, beispielsweise die Resonanzfrequenz, hierbei sehr genau eingestellt werden kann.
Ferner kann das Verfahren die Schritte Auftragen einer
Trimmschicht auf der Oberfläche des Bauelements vor dem
Verkapseln und Trimmen des Bauelements durch Erhöhen der Dichte der Trimmschicht durch das Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Trimmschicht kann eine Teilschicht einer Deckschicht sein, die die
Oberfläche des Bauelements bedeckt. Die Trimmschicht kann beispielsweise Aluminium aufweisen oder aus Aluminium
bestehen. Durch die Bestrahlung kann das Aluminium in der Trimmschicht zu AI2O3 oxidiert werden, wodurch die Dichte der Trimmschicht erhöht wird.
Die Trimmschicht kann durch chemische Gasabscheidung
(Chemical Vapour Deposition = CVD) aufgetragen werden. Die Dicke einer mittels chemische Gasabscheidung aufgetragenen Schicht kann sehr genau eingestellt werden.
Zur Bestrahlung des Bauelements kann ein Femtosekundenlaser verwendet werden. Die Strahlung dieses Lasers wird in sehr kurzen Pulsen abgegeben, so dass dem Bauelement jeweils nur in geringem Maße Wärme zugeführt wird. Dadurch kann eine Zerstörung des Bauelements durch thermische Effekte vermieden werden .
Bei manchen Trimmverfahren ist jedoch auch die Erwärmung der Oberfläche des Bauelements im gewissen Maße erwünscht, um beispielsweise ein Verbinden der Oberfläche mit Gasmolekülen anzuregen. Hierbei kann es sinnvoll sein, einen Laser zu verwenden, der etwas längere und damit energiereichere Pulse liefert. Es könnte beispielsweise ein Pikosekundenlaser verwendet werden.
Weist das Bauelement einen mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Resonator auf, der eine Metallisierung in Form einer Fingerstruktur mit Elektrodenfingern aufweist, so kann das Bauteil derart bestrahlt werden, dass durch die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung die Breite eines Elektrodenfingers verringert wird. Insbesondere kann die Breite einzelner Elektrodenfinger verringert werden, um Fertigungstoleranzen bei der Herstellung auszugleichen. Wird die Material des Elektrodenfingers nur auf einer Seite des Elektrodenfingers entfernt, so verschiebt sich dadurch die Fingermitte, die entscheidenden Einfluss auf die von dem Elektrodenfinger angeregte Oberflächenwelle hat. Insbesondere wird die Resonanzfrequenz eines
oberflächenwellenbasierten Resonators durch den Mittenabstand der jeweils benachbarten Elektrodenfinger definiert. Kleine Fertigungstoleranzen in dem Mittenabstand können durch gezieltes Abtragen von Material an einer Seite eines
Elektrodenfingers korrigiert werden, so dass auf diese Weise die Resonanzfrequenz getrimmt werden kann.
Ferner können mehrere Resonatoren auf dem Substrat gefertigt werden, die zu einem Duplexer verschaltet sind. Die
Resonatoren können gemeinsam verkapselt werden. Nach dem
Verkapseln können die Resonatoren mit dem oben beschrieben Verfahren nacheinander durch Bestrahlen mit
elektromagnetischer Strahlung getrimmt werden. Hierbei wird nun nicht unbedingt die akustischen Eigenschaften eines einzelnen Resonators optimiert, sondern vielmehr eine
akustische Eigenschaft der Filterschaltung, beispielsweise die Bandbreite oder die Flankensteilheit.
Bei dem angegebenen Verfahren wird das MEMS Bauelement vorzugsweise in einem Thin Film Package verkapselt, dessen Schichtaufbau direkt auf dem Substrat in Dünnschicht
Verfahren erzeugt wurde. Unter Thin Film Package wird eine Schichtenfolge verstanden, die mehrere übereinander angeordnete Schichten aufweist. Dementsprechend handelt es sich bei der Gehäuseschicht vorzugsweise um eine solche
Schichtfolge . Das Thin Film Package ist für die von dem Laser emittierte elektromagnetische Strahlung durchlässig und eignet sich dementsprechend in besonderer Weise für das hier angegebene Verfahren. Erst die Verwendung einer Gehäuseschicht, die für die elektromagnetische Strahlung in dem entsprechenden
Wellenlängenbereich durchlässig ist, ermöglicht das Trimmen nach dem Verkapseln des Bauelements.
Wird die Gehäuseschicht als Schichtaufbau direkt auf dem Substrat in Dünnschicht Verfahren erzeugt, so weist die
Gehäuseschicht eine geringe Höhe auf, so dass das Bauteil sich durch einen sehr hohen Miniaturisierungsgrad
aus zeichnet .
Ferner betrifft die Erfindung ein mit akustischen Wellen arbeitendes MEMS Bauteil, das ein MEMS Bauelement auf einem Substrat und eine Gehäuseschicht aufweist. Die Gehäuseschicht verkapselt das MEMS Bauelement und ist in einem
Wellenlängenbereich durchlässig für elektromagnetische
Strahlung .
Das MEMS Bauteil kann beispielsweise nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gefertigt werden. Dementsprechend können die oben genannten strukturellen und funktionellen Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Verfahren offenbart sind, einzeln oder in Kombination auch auf das Bauteil zutreffen.
Ferner kann die Oberfläche des Bauelements zumindest einen lokalen Bereich mit einer erhöhten Dichte aufweisen, die höher ist als die Dichte der übrigen Oberfläche des
Bauelements. Insbesondere kann der Bereich mit erhöhter Dichte durch Bestrahlen mit einem Laser gemäß dem oben beschriebenen Trimmverfahren erzeugt werden. Dementsprechend kann dieser Bereiche beispielsweise nitridiert oder oxidiert sein. Ferner könnten in diesen Bereich Gasmoleküle
abgeschieden worden sein.
Die Erfindung wird anhand der Figuren und
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht einer
Ausführungsform des elektronischen Bauelements.
Figur 2a zeigt die schematische Seitenansicht einer weiteren
Ausführungsform des elektronischen Bauelements.
Figur 2b zeigt eine schematische Draufsicht auf das
elektronische Bauelement gemäß Figur 2a.
Figur 3 zeigt die schematische Seitenansicht des in den
Figuren 2a und 2b dargestellten Bauelements bei Bestrahlung mit einem Laser.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines mit akustischen Wellen arbeitenden MEMS Bauteils 1, wobei das MEMS Bauteil 1 bei der Herstellung getrimmt wird. Trimmen bezeichnet hier das gezielte Verändern von zumindest einer akustischen Eigenschaft des Bauteils 1. Die akustische Eigenschaft wird dabei an einen vorher spezifizierten Sollwert angepasst. Bei der akustischen
Eigenschaft kann es sich beispielsweise um die
Resonanzfrequenz eines Resonators handeln. Durch das Verfahren können auch die akustischen Eigenschaften einer Schaltung aus mehreren Bauelementen getrimmt werden,
beispielsweise die Bandbreite und/oder die Flankensteilheit von Filterschaltungen.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist das MEMS Bauteil 1 ein volumenwellenbasiertes elektroakustisches MEMS
Bauelement 2 auf. Insbesondere kann das MEMS Bauteil 1 einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden MEMS Resonator aufweisen.
Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht des MEMS
Bauteils 1 gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem das MEMS Bauteil 1 einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden MEMS Resonator aufweist. In Figur 1 sind zwei MEMS Bauteile 1 gezeigt, die jeweils einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden MEMS Resonator aufweisen. Die in Figur 1 gezeigten Bauteile 1 können in einem weiteren
Verfahrensschritt vereinzelt werden.
Der mit akustischen Volumenwellen arbeitenden MEMS Resonator weist ein Substrat 3, mehrere erste reflektierende Schichten 4, mehrere zweite reflektierende Schichten 5, eine erste Elektrode 6, eine zweite Elektrode 7 und eine
piezoelektrische Schicht 8 auf. Die ersten und zweiten reflektierenden Schichten 4, 5 sind abwechselnd übereinander angeordnet. Die reflektierenden Schichten 4, 5 stellen Bragg- Spiegel dar, wobei die erste reflektierende Schicht 4 eine niedrige akustische Impedanz und die zweite reflektierende Schicht 5 eine hohe akustische Impedanz aufweist.
Die erste reflektierende Schicht 4 kann beispielsweise S1O2 enthalten, die zweite reflektierende Schicht 5 Wolfram. Derart angeordnete reflektierende Schichten 4, 5 haben eine hohe Reflektivität sowohl für longitudinale Wellen als auch für Scherwellen. Damit können diese Wellen so reflektiert werden, dass sie zurück in die piezoelektrische Schicht 8 geleitet werden.
Das Substrat 3 kann beispielsweise Si oder S1O2 aufweisen. Der eigentliche Resonator befindet sich auf den reflektie¬ renden Schichten 4, 5 und umfasst die erste Elektrode 6, die zweite Elektrode 7 und die piezoelektrische Schicht 8. Die piezoelektrische Schicht 8 kann beispielsweise A1N enthalten, die beiden Elektroden 6, 7 können Metalle wie Ti, Mo,
Mischungen aus Ti und Mo, Pt, Ru, W, AI, Cu und Mischungen aus AI und Cu aufweisen. Die Elektroden 6, 7 können auch mehrere Teilschichten, die übereinander gestapelt sind, enthalten, wobei jede Teilschicht ein anderes Material, das aus den oben aufgezählten ausgewählt sein kann, enthält.
Beispielsweise kann eine Elektrode 6, 7 die Sandwich-Struktur Ti, Al/Cu, W aufweisen. Eine weitere mögliche Sandwich- Struktur weist den Aufbau Mo, Ti/Mo, Ru auf.
Auf der in Figur 1 gezeigten Anordnung ist weiterhin eine Deckschicht 9 aufgebracht, die den Resonator bedeckt. Die Deckschicht 9 kann aus mehreren Schichten bestehen. Die
Deckschicht 9 kann eine Trimmschicht und/oder eine
Passivierungsschicht und/oder eine Tuningschicht aufweisen. Die Passivierungsschicht kann eine Oxidschicht aufweisen. Ferner können zumindest einige der Schichten der Deckschicht 9 durch Chemische Gasabscheidung (Chemical Vapour Deposition = CVD) aufgetragen werden.
Über dem Bauelement ist ferner ein Gehäuseschicht 10, das eine Kavität 11 aufweist, aufgebracht. Figur 1 zeigt eine Kavität 11 über dem MEMS Bauelement 2, eine strukturierte erste stabilisierende Schicht 12 über der Kavität 11 und eine Verkapselungsschicht 13 über der ersten Schicht 12. Die strukturierte erste stabilisierende Schicht 12 kann aus einer monoatomaren KohlenstoffSchicht , Graphen, und/oder
Nanoröhren, gebildet sein. Alternativ kann die strukturierte erste stabilisierende Schicht 12 Oxide oder Nitride
aufweisen. Aufgrund ihrer hohen mechanischen Stabilität kann sie die Kavität 11 stabil überspannen und gleichzeitig die Verkapselungsschicht 13 tragen.
Die Verkapselungsschicht 13 bewirkt eine weitere
Stabilisation und dichtet das MEMS Bauelement 2 gegen
Feuchtigkeit ab. Die Verkapselungsschicht 13 kann mehrere Teilschichten aufweisen. Zumindest einige der Teilschichten können dabei auch leitfähig und damit Hochfrequenz schirmend ausgebildet sein. Schichten der Verkapselungsschicht 13 können ein Epoxymaterial aufweisen, welches mittels eines Druckverfahrens aufgebracht wird, oder, wenn sie leitfähig sein sollen, aus Metallen bestehen. Ferner kann die
Verkapselungsschicht 13 Polymere aufweisen.
Sowohl die strukturierte erste stabilisierende Schicht 12 als auch die Verkapselungsschicht 13 ist durchlässig für die elektromagnetische Strahlung 14 eines Lasers, der wie im
Folgenden noch diskutiert wird, zum Trimmen des Bauteils 2 verwendet wird. Erst die Verwendung dieser auch als Thin Film Package bezeichneten Gehäuseschicht 10 zur Verkapselung ermöglicht es, das Bauteil 1 auch nach seiner Verkapselung noch zu trimmen, da die Schichten des Thin Film Packages durchsichtig für die elektromagnetische Strahlung des Lasers sind . Nach der Verkapselung des MEMS Bauelements 2 in dem Thin Film Package kann ein Trimmen des Bauelements 2 vorgenommen werden. Nach dem Verkapseln wird zunächst eine akustische Eigenschaft des Bauteils 2 gemessen. Bei der akustischen Eigenschaft handelt es sich beispielsweise um die
Resonanzfrequenz des Resonators oder die Bandbreite einer Schaltung, die den Resonator aufweist.
Um den Resonator nach dem Verkapseln zu Trimmen, wird der Resonator mit elektromagnetischer Strahlung 14 bestrahlt. Hierzu wird der Resonator vorzugsweise mit einem
Femtosekundenlaser bestrahlt, der es ermöglicht, sehr kurze und lokal genau fixierte Pulse von elektromagnetischer
Strahlung 14 auf den Resonator zu richten.
Der mit akustischen Volumenwellen arbeitende Resonator weist einen aktiven Resonanzbereich 15 und Passivbereiche 16, 17, die die akustischen Eigenschaften des Resonators nicht unmittelbar bestimmen, auf. Der aktive Resonanzbereich 15 ist der Bereich, in dem sich die erste und die zweite Elektrode 6, 7 überlappen.
Die Passivbereich 16, 17 schließt sich seitlich an den aktiven Resonanzbereich an. In einem ersten Passivbereich 16 weist das Bauelement 2 einen Schichtstapel, aufweisend die Deckschicht 9, die zweite Elektrode 7 und die
piezoelektrische Schicht 8, jedoch nicht die erste Elektrode 6, auf. Da der zweiten Elektrode 7 somit hier keine erste Elektrode 6 gegenüberliegt, können in diesem ersten
Passivbereich 16 keine akustischen Volumenwellen angeregt werden. In einem zweiten Passivbereich 17 weist das
Bauelement 2 einen Schichtstapel, aufweisend die Deckschicht 9, die piezoelektrische Schicht 8 und die erste Elektrode 6 und, jedoch nicht die zweite Elektrode 7, auf. Auch im zweiten Passivbereich 17 können keine akustischen
Volumenwellen angeregt werden. Die Resonanzfrequenz des Resonators wird somit im
Wesentlichen durch den aktiven Resonanzbereich 15 bestimmt. Entscheidend für die Resonanzfrequenz ist die Dicke des
Resonators im aktiven Resonanzbereich 15. Ferner wird die Resonanzfrequenz auch durch das Material der Schichten im aktiven Resonanzbereich 15, insbesondere durch die Dichte des Materials, beeinflusst, da durch die Dichte die
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Volumenwellen beeinflusst wird . Nach der Verkapselung wird zunächst die Resonanzfrequenz des Resonators bestimmt. Aufgrund von nahezu unvermeidbaren
Fertigungstoleranzen ist davon auszugehen, dass die
Resonanzfrequenz geringfügig von einem spezifizierten
Sollwert für das Bauteil 1 abweichen wird. Diese Abweichung kann nun nachträglich durch das Trimmen korrigiert werden.
Ist die Resonanzfrequenz des mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonators kleiner als der spezifizierte
Sollwert, so wird der Laser auf den Resonanzbereich 15 des Resonators gerichtet. Dieser Fall ist im rechten Bauteil in Figur 1 dargestellt.
Wird der Resonanzbereich mit elektromagnetischer Strahlung 14 bestrahlt, so wird von dem Resonanzbereich 15 Material abgetragen. Das auf diese Weise abgetragene Material verteilt sich homogen im gesamten Bauelement 2. Insbesondere bildet das durch die Laserstrahlung lokal abgetragene Material eine Plasmawolke 18, die sich innerhalb der Kavität 11 ausbreitet. Dementsprechend setzt sich das im aktiven Resonanzbereich 15 abgetragene Material gleichmäßig im Resonanzbereich 15 und in den Passivbereichen 16, 17 ab. Dementsprechend wird die Dicke des Resonators im aktiven Resonanzbereich 15 verringert. Eine verringerte Dicke entspricht einer Erhöhung der
Resonanzfrequenz des Resonators.
Wird umgekehrt bei der Messung festgestellt, dass die
Resonanzfrequenz höher ist als der spezifizierte Sollwert, so wird der Passivbereich 16, 17 des Bauelements 2 mit dem Laser bestrahlt. Nunmehr wird Material im Passivbereich 16, 17 abgetragen. Dieses Material bildet wiederum zunächst eine Plasmawolke, die sich dann homogen auf der gesamten Fläche innerhalb der Kavität 11 verteilt und damit auch teilweise auf dem Resonanzbereich 15 abgelagert wird. Dadurch wird die Dicke des Resonanzbereichs 15 des Resonators erhöht.
Dementsprechend verschiebt sich die Resonanzfrequenz hin zu einer niedrigeren Frequenz und nähert sich so der
vorspezifizierten Sollfrequenz an.
Die Bestrahlung erfolgt mit einem Femtosekundenlaser. Die Strahlung dieses Lasers wird in sehr kurzen Pulsen abgegeben, so dass dem Bauteil 1 jeweils nur in geringem Maße Wärme zugeführt wird. Dadurch kann eine Zerstörung des Bauteils 1 durch thermische Effekte vermieden werden.
Insbesondere kann der Femtosekundenlaser derart fokussiert werden, dass seine Fokussierungsebene auf der Oberfläche des Bauelements 2 liegt, während er im Bereich der Gehäuseschicht 10 unfokussiert ist. Dadurch wird erreicht, dass im Bereich der Gehäuseschicht 10 nur ein minimaler Wert an
elektromagnetischer Energie frei wird, während die maximale elektromagnetische Energie nahe der Oberfläche des Bauelements 2 freigesetzt wird.
Es sind auch andere Arten der Trimmung mittels Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung 14 möglich. In der Kavität 11 kann das Bauelement 2 in einer Gasatmosphäre verkapselt sein. Bei der Gasatmosphäre kann es sich beispielsweise um eine ^-aufweisende Atmosphäre oder eine Sauerstoffatmosphäre handeln. Durch die Bestrahlung mit elektromagnetischer
Strahlung 14 wird nunmehr die Oberfläche des Bauelements 2 erhitzt, sodass sich die Oberfläche mit den Gasatomen der Gasatmosphäre verbindet und es zu einer Modifizierung der Oberfläche kommt. Alternativ kann durch die Strahlung des Lasers eine Gasabscheidung auf der Oberfläche eingeleitet werden.
Da nunmehr die Erhitzung der Oberfläche in kontrollierter Weise herbeigeführt werden soll, kann statt eines
Femtosekundenlasers ein Pikosekundenlaser eingesetzt werden. Der Pikosekundenlaser liefert etwas längere Pulse, die die Oberfläche gezielt erwärmen können, ohne dabei zu einer Beschädigung des Bauelements 2 durch thermische Effekte zu führen . Durch diese Veränderung der Oberfläche kann gezielt eine akustische Eigenschaft des Resonators getrimmt werden.
Insbesondere kann es sich bei der obersten Schicht der
Deckschicht 9 um eine Trimmschicht handeln. Durch die
Bestrahlung mit dem Laser wird die Dichte der Trimmschicht erhöht. Beispielsweise kann die Deckschicht 9 als oberste Schicht des Resonators Aluminium aufweisen, das durch die Laserbestrahlung in AI2O3 umgewandelt wird. Aluminiumoxid weist eine höhere Dichte als Aluminium auf, so dass die Dichte der Deckschicht 9 durch das Bestrahlen erhöht wird. Durch die Erhöhung der Dichte wird die
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Volumenwellen verringert, so die Resonanzfrequenz des Bauteils 2 verringert wird.
Es ist somit möglich, dass Bauteil 1 zunächst mit einer etwas zu hohen Resonanzfrequenz zu konstruieren und diese dann gezielt durch Bestrahlen und Umwandeln der Trimmschicht auf den vorspezifizierten Sollwert einzustellen.
Ferner können in einem Bauteil 1 mehrere mit akustischen Volumenwellen arbeitende Resonatoren miteinander verschaltet sein. Die Resonatoren können beispielsweise zu einem Filter oder Duplexer verschaltet sein. Durch gezieltes Trimmen jedes einzelnen der miteinander verschalteten Resonatoren kann die Resonanzfrequenz jedes einzelnen Resonators unabhängig korrigiert werden. Werden die einzelnen Resonatoren in ihrer Resonanzfrequenz getrimmt, so kann dadurch die Bandbreite und/oder die Flankensteilheit des Duplexers getrimmt werden.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist das MEMS
Bauteil 1 ein oberflächenwellenbasiertes elektroakustisches MEMS Bauelement 22 auf. Insbesondere kann das MEMS Bauteil 22 einen mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden MEMS Resonator aufweisen.
Figur 2a zeigt die schematische Seitenansicht eines ober- flächenwellenbasierten Bauelements 22. Dieses umfasst die piezoelektrische Schicht 28, eine erste Elektrode 26 und eine zweite Elektrode 27.
In Figur 2b ist ein solches Bauelement 22 in einer
schematischen Draufsicht gezeigt. Anhand dieser Figur ist erkennbar, dass die erste Elektrode 26 und die zweite
Elektrode 27 jeweils eine kammartige Struktur aufweisen, wobei jeder Kamm abwechselnd einen kurzen und einen langen Elektrodenfinger 30 aufweist. Die Elektrodenfinger 30 der verschiedenen Kämme sind entlang der Längsachse der
piezoelektrischen Schicht 30 abwechselnd nacheinander auf der piezoelektrischen Schicht 28 angeordnet. Dies ist auch in der schematischen Seitenansicht der Figur 2a erkennbar. Zwischen den einzelnen Elektrodenfingern 30 der Elektroden 26, 27 bilden sich somit elektromagnetische Wellen aus, die von der piezoelektrischen Schicht 28 in mechanische Wellen
umgewandelt werden können und umgekehrt.
Auch das oberflächenwellenbasiertes Bauelement 22 wird durch eine Gehäuseschicht 10 verkapselt. Bei der Gehäuseschicht 10 handelt es sich um ein Thin Film Package. Die Gehäuseschicht 10 weist die gleichen strukturellen und funktionellen
Merkmale auf, wie die Gehäuseschicht, die das
volumenwellenbasierte Bauelement 2 des ersten
Ausführungsbeispiels verkapselt. Insbesondere handelt es sich bei der Gehäuseschicht 10 um ein Thin Film Package, das einen Mehrschichtaufbau mit einer strukturierten ersten
stabilisierenden Schicht 12 über der Kavität 11 und einer Verkapselungsschicht 13 über der ersten Schicht 12 aufweist.
Auch der mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende
Resonator kann nach der Verkapselung getrimmt werden. Dazu wird zumindest eine akustische Eigenschaft, beispielsweise die Resonanzfrequenz, gemessen und eine eventuelle Abweichung von einem vorher spezifizierten Sollwert bestimmt. Die bereits im Zusammenhang mit dem mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator diskutierten Trimmverfahren lassen sich zumindest teilweise auch auf einen mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Resonator anwenden.
So kann der mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Resonator oberhalb der Elektroden eine Deckschicht 9
aufweisen, deren Dichte durch Bestrahlung mit dem Laser erhöht wird. Dadurch wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwelle verringert und somit die Resonanzfrequenz des Resonators ebenfalls verringert.
Figur 3 zeigt ferner, dass alternativ die Breite eines
Elektrodenfingers 30 verringert werden kann, indem auf einer Seitenfläche 31 des Elektrodenfingers 30 Material abgetragen wird. Figur 3 zeigt dazu ein oberflächenwellenbasiertes Bauelement 22 in der Draufsicht. Als Breite wird hier die Ausdehnung des Elektrodenfingers 30 in die Richtung
bezeichnet, in die sich die Oberflächenwelle ausbreitet. Die Seitenfläche 31 des Elektrodenfingers 30 steht senkrecht auf dem Substrat und die Flächennormale der Seitenfläche 31 ist parallel zur Ausbreitungsrichtung der akustischen
Oberflächenwelle .
Wird, wie in Figur 3 durch eine gestrichelte Linie
angedeutet, lediglich auf einer Seitenfläche 31 des
Elektrodenfingers 30 Material abgetragen, so ändert sich der Mittenabstand zweier benachbarter Elektrodenfinger 30. Dieser Mittenabstand bestimmt die Resonanzfrequenz des mit
akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Resonators. Etwaige Fehlertoleranzen bei der Herstellung können auf diese Weise nachträglich korrigiert werden, sodass die Resonanzfrequenz möglichst genau auf den vorher bestimmten Sollwert
eingestellt wird. Auch der mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende
Resonator kann in einer Gasatmosphäre, beispielsweise einer ^-aufweisenden Atmosphäre oder einer Sauerstoffatmosphäre, verkapselt werden. Durch die Bestrahlung mit
elektromagnetischer Strahlung 14 reagiert die Oberfläche des Resonators mit den Gasmolekülen der Gasatmosphäre und es kommt zu einer Abscheidung der Gasmoleküle oder zu einer Modifikation der Oberfläche. Auf diese Weise kann ebenfalls die Resonanzfrequenz gezielt verändert werden.
Ferner können in einem Bauteil mehrere mit akustischen
Oberflächenwellen arbeitende Resonatoren miteinander
verschaltet sein. Die Resonatoren können beispielsweise zu einem Filter oder Duplexer verschaltet sein. Durch gezieltes Trimmen jedes einzelnen der miteinander verschalteten
Resonatoren kann die Bandbreite und/oder die Flankensteilheit des Duplexers getrimmt werden.
Ferner sind Schaltungen möglich, in denen
volumenwellenbasierte und oberflächenwellenbasierte
Resonatoren miteinander kombiniert sind. Auch hier kann jeder der Resonatoren nacheinander durch Bestrahlen mit
elektromagnetischer Strahlung 14 getrimmt werden. Dadurch kann die Resonanzfrequenz jedes einzelnen Resonators getrimmt werden, so dass Bandbreite und/oder Flankensteilheit der Schaltung getrimmt werden.
Entscheidend ist es, dass die Bauelemente 2 in einem Thin Film Package verkapselt sind, da dieses in dem
Wellenlängenbereich des verwendeten Lasers durchlässig für elektromagnetische Strahlung 14 ist. Auf diese Weise wird ein Trimmen nach der Verkapselung für mit akustischen Wellen arbeitenden MEMS Bauteils 2 erst ermöglicht. Bezugs zeichenliste
1 MEMS Bauteil
2 MEMS Bauelement
3 Substrat
4 erste reflektierende Schicht
5 zweite reflektierende Schicht
6 erste Elektrode
7 zweite Elektrode
8 piezoelektrisches Substrat
9 Deckschicht
10 GehäuseSchicht
11 Kavität
12 strukturierte erste stabilisierende Schicht
13 VerkapselungsSchicht
14 elektromagnetische Strahlung
15 aktive Resonanzbereich
16 erste Passivbereich
17 zweite Passivbereich
18 Plasmawolke
22 MEMS Bauelement
26 erste Elektrode
27 zweite Elektrode
28 piezoelektrisches Substrat
30 Elektrodenfinger
31 Seitenfläche

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mit akustischen Wellen arbeitenden MEMS Bauteils (1), aufweisend die Schritte:
- Fertigen eines mit akustischen Wellen arbeitenden MEMS Bauelements (2) auf einem Substrat (3),
- Verkapseln des Bauelements (2) mit einer
Gehäuseschicht (10), wobei die Gehäuseschicht (10) in einem Wellenlängenbereich durchlässig für
elektromagnetische Strahlung (14) ist,
- Trimmen des Bauelements (2) durch Bestrahlen des
Bauelements (2) mit elektromagnetischer Strahlung (14) mit einer Wellenlänge, die in dem Wellenlängenbereich liegt, in dem die Gehäuseschicht (10) durchlässig für die elektromagnetische Strahlung (14) ist.
Verfahren nach Anspruch 1,
ferner aufweisend den Schritt:
- Messen zumindest eine akustische Eigenschaft des
Bauelements (2) nach dem Verkapseln des Bauelements (2), wobei das Bauelement (2) abhängig von dem gemessenen Wert der akustischen Eigenschaft anschließend derart mit elektromagnetischer Strahlung (14) bestrahlt wird, dass die akustische Eigenschaft des Bauelements (2) an einen für das Bauteil (1) spezifizierten Sollwert angepasst wird .
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem das MEMS Bauelement (2) einen Resonator
aufweist, der einen Resonanzbereich (15), der die akustischen Eigenschaften des Resonators bestimmt, und einen Passivbereich (16, 17), der die akustischen
Eigenschaften nicht unmittelbar bestimmt, aufweist, wobei der Resonanzbereich (15) des Resonators mit elektromagnetischer Strahlung (14) bestrahlt wird, falls die Resonanzfrequenz des Resonators geringer ist als ein für das Bauteil (1) spezifizierter Sollwert.
Verfahren gemäß Anspruch 3,
bei dem durch die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung (14) Material in dem Resonanzbereich (15) abgetragen wird, das sich gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche des Bauelements (2) absetzt, so dass die Dicke des Resonators im Resonanzbereich verringert wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem das MEMS Bauelement (2) einen Resonator
aufweist, der einen Resonanzbereich (15), der die akustischen Eigenschaften des Resonators bestimmt, und einen Passivbereich (16, 17), der die akustischen
Eigenschaften nicht unmittelbar bestimmt, aufweist, wobei der Passivbereich (16, 17) des Resonators mit elektromagnetischer Strahlung (14) bestrahlt wird, falls die Resonanzfrequenz des Resonators höher ist als ein für das Bauteil (1) spezifizierter Sollwert.
Verfahren nach Anspruch 5,
bei dem durch die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung (14) Material in dem Passivbereich (16, 17) abgetragen wird, das sich gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche des Bauelements (2) absetzt, so dass die Dicke des Resonators im Resonanzbereich (15) erhöht wird .
7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem das Bauelement (2) in einer Gasatmosphäre verkapselt wird, wobei das Material der Oberfläche des Bauelements (2) durch die Bestrahlung mit
elektromagnetischer Strahlung (14) erhitzt wird und sich mit den Gasatomen der Gasatmosphäre verbindet.
Verfahren gemäß Anspruch 7,
bei dem das Gas mit Oberfläche reagiert und diese modifiziert oder
bei dem das Bestrahlen eine Abscheidung der Gasmoleküle auf der Oberfläche bewirkt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
aufweisend die Schritte:
- Verkapseln des Bauelements (2) in einer N2- aufweisenden Atmosphäre und
- Trimmen des Bauelements (2) durch Reaktives
Nitridieren der Oberfläche des Bauelements (2) durch Bestrahlen mit der elektromagnetischen Strahlung (14)
10. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
aufweisend die Schritte:
- Verkapseln des Bauelements (2) in einer Sauerstoff-
Atmosphäre und
- Trimmen des Bauelements (2) durch Oxidieren der
Oberfläche des Bauelements (2) durch Bestrahlen mit der elektromagnetischen Strahlung (14).
11. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend die Schritte:
- Auftragen einer Trimmschicht (9) auf der Oberfläche des Bauelements (2) vor dem Verkapseln, und
- Trimmen des Bauelements (2) durch Erhöhen der Dichte der Trimmschicht (9) durch das Bestrahlen mit
elektromagnetischer Strahlung (14).
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zur Bestrahlung des Bauelements (2) ein
Femtosekundenlaser verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Bauelement (2) einen mit akustischen
Oberflächenwellen arbeitenden Resonator aufweist, der eine Metallisierung in Form einer Fingerstruktur mit Elektrodenfingern (30) aufweist, und
wobei durch die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung (14) die Breite eines Elektrodenfingers (30) verringert wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem mehrere Resonatoren auf dem Substrat (3) gefertigt werden, die zu einem Duplexer verschaltet sind, und
bei dem die Resonatoren gemeinsam verkapselt sind, wobe die Resonatoren nach dem Verkapseln nacheinander durch Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung (14) getrimmt werden.
15. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem das MEMS Bauelement (2) in einem Thin Film
Package verkapselt wird, dessen Schichtaufbau direkt auf dem Substrat (3) in Dünnschicht Verfahren erzeugt wurde.
16. Mit akustischen Wellen arbeitendes MEMS Bauteil (1),
aufweisend
ein MEMS Bauelement (2) auf einem Substrat (3), und eine Gehäuseschicht (10), die das MEMS Bauelement (2) verkapselt und die in einem Wellenlängenbereich
durchlässig für elektromagnetische Strahlung (14) ist.
17. MEMS Bauteil (1) gemäß Anspruch 16,
bei dem die Oberfläche des Bauelements (2) zumindest einen lokalen Bereich mit einer erhöhten Dichte
aufweist, die höher ist als die Dichte der übrigen
Oberfläche des Bauelements (2) .
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