WO2016087329A1 - Mems-bauelement mit verbesserter stabilität und verfahren zur herstellung - Google Patents

Mems-bauelement mit verbesserter stabilität und verfahren zur herstellung Download PDF

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WO2016087329A1
WO2016087329A1 PCT/EP2015/077934 EP2015077934W WO2016087329A1 WO 2016087329 A1 WO2016087329 A1 WO 2016087329A1 EP 2015077934 W EP2015077934 W EP 2015077934W WO 2016087329 A1 WO2016087329 A1 WO 2016087329A1
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WO
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thin
film cover
structures
component
dsa
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Thomas Bauer
Ansgar SCHÄUFELE
Christoph Eggs
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TDK Electronics AG
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Epcos AG
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    • H03H9/1064—Mounting in enclosures for surface acoustic wave [SAW] devices

Definitions

  • the invention relates to MEMS components, which are characterized by an increased mechanical stability, and to methods for producing such components.
  • SAW surface acoustic wave
  • BAW bulk acoustic wave
  • All MEMS device structures have in common that they are sensitive to changes in their spatial environment and therefore i. A. require an enclosure that protects the sensitive ⁇ structures from harmful external influences.
  • AI components are known with small outer dimensions, which can accommodate eg MEMS structures.
  • the component comprises a thin-film cover which covers sensitive component ⁇ structures. There is therefore in particular the task of providing a housing ⁇ technology that made an improved stability ⁇ light.
  • the MEMS device in this case comprises a supporting substrate, MEMS component structures on the carrier substrate, a thin film cover over the component structures and a cavity between the carrier substrate and the thin film-Ab ⁇ cover.
  • the cavity has a domed top.
  • the thin film cover also has a domed top.
  • a MEMS device so whose Bauele ⁇ management structures arranged in a cavity which is covered by a curved thin-film cover.
  • the domed cover thin-film passes vertically particularly well to its base, the Stromsub ⁇ strat on the cover acting forces.
  • the term "curved top” refers to it a buckle having pa rallel ⁇ to the sagittal plane or a plane parallel to Fron ⁇ valley of the component along a section through a plane.
  • the cavity can have a round, oval, rectangular or square base ha ⁇ ben.
  • a rectangular base with rounded corners is also possible.
  • a radius of curvature at the corners can be 5 ⁇ .
  • the device has holes in the thin-film cover.
  • Such a device has FER ner a sealing layer on to the holes to close ⁇ SEN.
  • the thin-film cover is arranged between the cavity and the sealing layer.
  • a sacrificial material for example a sacrificial layer
  • a sacrificial layer can be arranged on the component structures and serve as a basis for the deposition process of the material of the thin-film cover.
  • holes in the thin film cap serve to remove the material of the sacrificial layer.
  • the material of the sealing layer is applied to the thin film ⁇ cover. The material of the sealing layer closes while the holes without penetrating so far into the cavity that the component structures touched and their mechanical Serving ⁇ ness may be disturbed.
  • the component further comprises a reinforcing layer.
  • the reinforcing layer is deposited directly onto the thin-film cover, directly onto the sealing layer or directly onto another layer. It is therefore possible that the sealing layer Zvi ⁇ rule of the reinforcing layer and the thin film-covering is arranged. It is also possible that the reinforcing layer is arranged between the thin-film cover and the sealing layer.
  • the reinforcement layer can fulfill meh ⁇ eral functions here: it can increase the mechanical stability of the layer system of the cover of the cavity to improve the hermetic sealing of the cavity and / or, for example, if the reinforcing layer comprises an electrically conductive Mate rial, constitute an electromagnetic shield.
  • the device includes signal conductors and grounded leads.
  • the listed below egg ⁇ properties of signal conductors shall apply mutatis mutandis to Me tallmaschineen to ground potential.
  • One or more signal conductors may be disposed on top of the carrier substrate to interconnect the device structures to an external circuit environment.
  • the signal conductor has a contacting section under the thin-film cover.
  • the thin-film cover has a portion that touches the contacting portion of the signal ⁇ conductor.
  • the contacting portion of the Signallei ⁇ ester may be hermetically separated from the cavity, since the signal conductor is led out of the cavity under the thin-film cover. If, for example, a hole is formed through the thin-film cover in the area of the contacting section, which extends to the signal conductor, an electrical connection can be obtained via a through-hole through the hole.
  • the device structures are SAW structures or BAW structures. If the component structures are BAW structures, then the cavity can have at least one or more polygonal, z. Rectangular or square sections, in its base area, in which one or more BAW structures are arranged, without touching the material of the thin-film cover. Corners can be rounded.
  • the cavity may at least one polygonal, z. B. rectangular, section contained in its base.
  • Acoustic tracks with SAW structures have a length along their longitudinal propagation direction, which is the aperture, ie. H. the width of the acoustic track, significantly surpasses. SAW device structures are therefore compared to their
  • Width relatively long structures wherein the cavity may have a curvature on its upper side in a plane parallel to the frontal ⁇ plane.
  • the frontal plane is orthogonal to the propagation direction of the surface acoustic waves.
  • the resistance of the building ⁇ element structures against electrical influences eg. As high powers, voltages or currents to amplify, a cascading of the component structures is possible.
  • the cascading can be serial and / or parallel type.
  • a resonator may be replaced by N resonators of N times the area. Where N> 2 is an integer.
  • the resonator cascade with improved Power stability essentially the N 2 surface of the original resonator ⁇ resonator same impedance.
  • the component structures comprise cascaded substructures.
  • the N substructures may be subordinate together in a single cavity; However, it is also possible that the substructures are arranged in their own, closed and curved areas of a cavity. Then, support sections may be provided on the carrier substrate between the partial structures. The thin-film cover is supported on the support sections of the carrier substrate.
  • the cavity can thus not only consist of a single, simply connected space, but comprise a plurality of interconnected or hermetically separate but equipped with electrically interconnected sub-structures areas.
  • the common bus bar, and a support portion of the support substrate wei ⁇ sen while at an overlapping portion.
  • the thin-film cover can thus rest on the carrier substrate in the area of the current busbar and derive vertical or horizontal forces, or the vertical or horizontal components of arbitrarily directed forces.
  • the support portion can support single columnar support structures of the thin-film Abde ⁇ packaging. It is also possible for the support section to extend substantially over the entire length of the acoustic track.
  • the holes in the thin film cover are arranged equidistantly along a longitudinal center axis of the thin film cover. Then they are generally and preferably located at the highest position of the thin film cover, where the forming of the holes is easiest to accomplish because the holes are aligned in a plane parallel to the transverse plane, the plane parallel to the surface of the carrier substrate.
  • the thin-film cover comprises a dielectric material such as a silicon oxide.
  • the material of the thin-film cover may be Si x O y , where x is selected in a range around 1 and y in a range around 2.
  • the sealing layer comprises BCB (benzocyclobutene) or another organic material.
  • BCB benzocyclobutene
  • a photosensitive varnish e.g. the photosensitive spin-on varnish designated as AL-X2000 by Asahi Glass Co., Ltd. can be used.
  • the reinforcing layer may comprise a dielectric material, such as e.g. Silicon nitride or an electrically conductive material, e.g. a metal.
  • a dielectric material such as e.g. Silicon nitride
  • an electrically conductive material e.g. a metal.
  • the component comprises a mold cover or an injection-molded material, wherein the uppermost layer of the layer layer is covered by a mold material.
  • a Mold cover can be applied with conventional manufacturing steps and allows a hermetically sealed and mechanically stable casting.
  • the hitherto common problem, the high mold pressures during casting, can be counteracted by the chosen domed structure of the cavity.
  • the component comprises a bump connection through the thin-film cover.
  • the bump conjunction is adapted and intended to interconnect the component ⁇ structures to an external circuit environment.
  • the bump connection is preferably sufficient all layers and mold materials disposed over the carrier substrate.
  • the support substrate may comprise a piezoelectric material, eg, a crystalline lithium tantalate or lithium niobate, thickness of 350 ym in the case of a SAW device.
  • the Trä ⁇ gersubstrat can also be thinned and for example have a thickness in the range of 130 ym.
  • the supporting substrate may have a thickness of about 725 ym or be thinned to a thickness of 135 ym.
  • the thin film cover may have a thickness between 1.5 and 10 ym, eg 3 ym or 5 ym.
  • the sealant layer may have a thickness between 5 ym and 20 ym, eg 10 ym or 15 ym.
  • the upper ends of the bump connections may be approximately 80 to 90 ym from the top of the carrier substrate ent ⁇ removed.
  • the reinforcing layer may have a thickness between 0.5 and 3 ym, for example 1 ym or 2 ym.
  • Transducers with stubby fingers are also possible, in particular with LiTaO 3 as substrate material.
  • LiTaO 3 as substrate material.
  • a method for manufacturing a MEMS device comprises the steps:
  • the softening of the material can be effected in particular by He ⁇ warming. If the material of the sacrificial layer suffi ⁇ viscous and accordingly, the material has an appropriate Oberflä ⁇ chenschreib on, the shape of the curvature is given by a minimization of the surface energy of itself.
  • the material of the sacrificial layer is therefore preferably chosen according to its temperature-dependent viscosity and its viscosity-dependent surface tension in order to select suitable radii of curvature for a given width of the cavity to be formed.
  • a hole or a plurality of holes are patterned. Through the holes, the material of the sacrificial layer can be removed.
  • the material of the sacrificial layer which may for example comprise an organic material
  • the Lende device in particular the perforated thin-film Abde ⁇ ckung be exposed to an atmosphere with an oxygen plasma.
  • the organic material of the sacrificial layer is oxidized.
  • the reaction products formed are preferential ⁇ in gaseous form and can leave the during removal of the Op ⁇ fer für forming cavity.
  • the holes are closed after removing the sacrificial layer by applying a sealing layer on the thin-film cover.
  • the sealing layer does not touch the component structures in this case.
  • the different layers can be produced by the usual Schich- tabscheidungsreaen.
  • Fig. 2 is a perspective view of the Bauelementstruktu ⁇ ren and the cavity on top of a Trä ⁇ gersubstrats,
  • FIG. 4 shows a cross section through an embodiment with a sealing layer and a reinforcing layer, a cross section through an embodiment with a molding compound, a cross section parallel to the transverse plane of a component with two acoustic tracks and a single, coherent cavity, FIG.
  • the cavity comprises two partial cavities which are separated from each other
  • Figs. 8 to 14 various possible intermediate steps in the manufacture of a component.
  • FIG. 1 shows a cross section through a plane parallel to the frontal plane of a corresponding component B.
  • electrode fingers of SAW structures SAWS are shown as component structures BS.
  • the frontal plane is orthogonal ⁇ nal to the propagation direction of the acoustic waves.
  • the component structures BS are arranged on the carrier substrate TS.
  • the electrode fingers of the SAW structures SAWS of the component structures BS are separated by a gap G of stub fingers of the opposite electrode.
  • the electroacoustically active excitation range of the component structures BS thus lies substantially between the gaps G.
  • a cavity H is arranged above the component structures BS, so that the component structures are not disturbed when converting between electrical and mechanical waves.
  • the cavity H is bounded at the top by the thin-film cover DSA, which on the one hand determines the curvature of the cavity H and on the other hand their own curvature.
  • a sealing layer is arranged reasonable VSS, the holes L closes in the thin film cover DSA.
  • a bump connection BU is provided which extends through the material of the sealing layer VSS and through the material of the thin-film cover DSA.
  • a UBM Under Bump Metallization
  • the curvature of the layers which is based on the curvature of the thin film cover DSA, improves the mechanical stability since vertically occurring forces, e.g. when applying a mold mass, can be optimally dissipated to the carrier substrate TS.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the component structures in the form of SAW structures with electrode fingers, which are connected to bus bars BB.
  • the cavity H above the device structures has a rectangular base. The curvature extends analogously to the curvature of the cavity of Figure 1 within the Frontal plane.
  • the bus bars BB are connected with each ⁇ wells a signal conductor SL.
  • the signal conductor leads out of the hollow space H under the thin-film cover (not shown) and allows external contacting without penetrating the thin-film cover to the cavity.
  • the cavity H also contains acoustic reflectors R, which are intended to include acoustic energy in the area of the acoustic track AT.
  • the aperture of the SAW resonators may be in the range between 15 and 25 acoustic wavelengths ⁇ .
  • the holes L are preferably round and arranged along the longitudinal central axis of the acoustic track.
  • the holes are located at the highest point of the arch of the thin-film cover and thus are perpendicular to the surface of the carrier substrate, which essentially determines the orientation of the technical aids necessary for the processing relative to the component structures.
  • a corresponding Positionin ⁇ tion of the holes is therefore ideal for simple graphical photolithographic patterning processes.
  • subsequent removal of the material of the sacrificial layer, for example by plasma is opti ⁇ mized, since the plasma uniformly reached by equidistant holes all the spaces of the cavity and thereby the total number of holes can be minimized, whereby the mechanical sta- is stability further increased.
  • the edges on which touch the film cover component structures or the carrier substrate TS are, preferably, by mechanically ⁇ active structures sufficiently far to ensure that they are functioning. A sufficient distance may be, for example, in the range of an acoustic wavelength.
  • Figure 2 shows a transducer without stub finger. Transducers with stub fingers are also possible, especially with LiTaO 3 as the substrate material. In Li b03 can be ver ⁇ dispensed on stub finger, especially when finger ends are thickened in order to set a desired transverse velocity profile.
  • Figure two shows a bulge in the frontal plane. However, more vaults, z. B. in the sagittal plane also possible ⁇ and possibly advantageous. Domes without straight edges are also possible.
  • Figure 3 shows the cross section through an embodiment in which the cavity H into two disjoint regions Hl, H2 is set ⁇ divides. The thin-film cover touches the upper ⁇ side of device structures, which are arranged in a support portion SAB on the carrier substrate TS.
  • the support portion SAB may be positioned exactly.
  • the two partial cavities Hl, H2 can be the same size, but also different sizes.
  • Figure 4 shows a cross section through an embodiment in which a gain ⁇ position VSL is disposed on the sealing layer VSS.
  • FIG. 5 shows a cross section through an embodiment in which the component has a mold cover with a molding compound MM above the sealing layer VSS. It is possible that another, e.g. metallic, layer is disposed above the mold mass MM. It is also possible that another layer, e.g. a metallic layer is disposed between the mold compound MM and the sealing layer VSS.
  • the length of the bump connections BU is sufficiently long to allow a subsequent interconnection, even with a present Mold Mass MM.
  • Figure 6 shows a cross section parallel to the transverse plane of the device, wherein the hatched area represents the Grundflä ⁇ che of the cavity H. Both acoustic tracks ATI, AT2 are arranged within the single, cohesive ausgestalte ⁇ th cavity H.
  • the fingers of the two partial tracks are arranged mirror-symmetrically to the common current busbar GBB, therefore the acoustic waves are offset in both partial tracks by 180 °, ie in opposite phase.
  • electrical and / or mechanical voltage (residual) fields cancel in the area of the common current busbars GBB.
  • the support section SAB is thus field-free and interactions are minimized or eliminated altogether.
  • Figure 6 shows a substantially rectangular base with rounded corners.
  • Figure 7 shows a cross section through a device in which the two acoustic tracks ATI, AT2 are arranged in their own sub-cavities Hl, H2.
  • a common Stromomsammeiene GBB is the
  • Figures 8 to 14 show various intermediate stages of manufacture of a corresponding device:
  • Figure 8 shows a carrier substrate TS, on the component structures BS assigns be ⁇ and are structured.
  • FIG. 9 shows an intermediate stage in which material of an op ⁇ fertik OS is arranged and structured on the component structures.
  • the material of the sacrificial layer OS is softened , so that due to the surface tension a vaulted top of the sacrificial layer can form OS.
  • the Ma ⁇ TERIAL the sacrificial layer OS and the parameters of softening be selected to obtain a suitable, for a given width of the late ⁇ ren cavity curvature of the curvature.
  • the material of the thin-film cover DSA is applied to the sacrificial layer.
  • the thin-film cover assumes the shape of the curvature, which is predetermined by the sacrificial layer OS (FIG. 11).
  • FIG. 12 shows a further intermediate step, in which holes L, preferably at their highest position, are structured in the thin-film cover DSA in order to be able to remove the material of the sacrificial layer.
  • this structuring step openings for later electrical contacting can also be formed simultaneously.
  • Figure 13 shows an intermediate step in which the holes are sealed by the sealing layer VSS after the sacrificial layer has been removed.
  • Figure 14 shows a further intermediate step in which mate rial ⁇ thin-film cover and the seal layer were removed to a contacting of the signal conductor SL, for example with bus bars BB may be connected to contact.
  • one or more metallization ⁇ tion layers commonly referred to as UBM (Under Bump Metallization)
  • UBM Under Bump Metallization
  • Openings in the thin-film cover for the electrical interconnection can thereby be formed during structuring of the holes through which the material of the sacrificial layer is removed.
  • Neither the component nor the method for producing a component is limited to shown embodiments. Components which comprise further layers of materials and / or Bauele ⁇ management structures, and methods which comprise further process steps, also belong to the present invention.
  • GBB common electricity bus
  • R acoustic reflector
  • VSL reinforcement layer
  • VSS sealing layer

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Abstract

Es wird ein MEMS-Bauelement (B) mit einer klein bauenden Einhäusung und hoher mechanischer Stabilität sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben. Das Bauelement (B) umfasst eine Dünnschicht-Abdeckung (DSA), die zusammen mit einem Trägersubstrat (TS) einen Hohlraum (H) einschließt, in dem Bauelementstrukturen angeordnet sind. Die Dünnschicht-Abdeckung (DSA) weist eine Wölbung auf.

Description

Beschreibung
MEMS-Bauelement mit verbesserter Stabilität und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft MEMS-Bauelemente, die sich durch eine erhöhte mechanische Stabilität auszeichnen, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Bauelemente.
MEMS-Bauelemente (MEMS = Micro-Electro-Mechanical System = mikro-elektromechanisches System) sind Bauelemente, die Bau elementstrukturen aufweisen, die z.B. mittels Lithografie- Verfahren herstellbar sind. Schaltbare Kondensatoren, SAW- Strukturen (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberfl chenwelle) oder BAW-Strukturen (BAW = Bulk Acoustic Wave = akustische Volumenwelle) können z.B. solche MEMS-Strukturen darstellen .
Allen MEMS-Bauelementstrukturen ist gemein, dass sie empfindlich auf Veränderungen ihrer räumlichen Umgebung reagieren und deshalb i. A. einer Einhäusung bedürfen, die die empfind¬ lichen Strukturen vor schädlichen äußeren Einflüssen schützt.
Oft ist das Bereitstellen einer entsprechend geeigneten Einhäusung dabei aufwendiger und kostenintensiver als die Herstellung der Bauelementstrukturen selbst. Darüber hinaus werden im Rahmen der fortschreitenden Miniaturisierung stets kleinere Bauformen gewünscht, sodass übliche Gehäuse, z.B. Keramikgehäuse mit Deckel, bereits als zu groß angesehen wer¬ den .
Es besteht deshalb das Problem, Gehäusetechnologien für MEMS- Strukturen anzugeben, die einer kleinen Bauform genügen und trotz ihrer geringen Abmessungen eine ausreichend hohe Stabilität zur Verfügung stellen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 102 213 AI sind Bau- elemente mit kleinen äußeren Abmessungen bekannt, die z.B. MEMS-Strukturen aufnehmen können. Das Bauelement umfasst dabei eine Dünnschicht-Abdeckung, die empfindliche Bauelement¬ strukturen abdeckt. Es besteht deshalb insbesondere die Aufgabe, eine Gehäuse¬ technologie anzugeben, die eine verbesserte Stabilität ermög¬ licht .
Diese Aufgabe wird durch das MEMS-Bauelement bzw. durch das Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Bauelements gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Das MEMS-Bauelement umfasst dabei ein Trägersubstrat, MEMS- Bauelementstrukturen auf dem Trägersubstrat, eine Dünnschicht-Abdeckung über den Bauelementstrukturen sowie einen Hohlraum zwischen dem Trägersubstrat und der Dünnschicht-Ab¬ deckung. Der Hohlraum weist eine gewölbte Oberseite auf. Die Dünnschicht-Abdeckung weist ebenfalls eine gewölbte Oberseite auf.
Es wird also ein MEMS-Bauelement angegeben, dessen Bauele¬ mentstrukturen in einem Hohlraum angeordnet sind, der von einer gewölbten Dünnschicht-Abdeckung bedeckt ist. Die gewölbte Dünnschicht-Abdeckung leitet vertikal auf die Abdeckung wirkende Kräfte besonders gut auf ihre Unterlage, das Trägersub¬ strat, ab. Der Begriff „gewölbte Oberseite" bezeichnet dabei eine Wölbung, die entlang eines Schnitts durch eine Ebene pa¬ rallel zur Sagittalebene oder eine Ebene parallel zur Fron¬ talebene des Bauelements aufweist. In einem Schnitt parallel zur Transversalebene des Bauelements kann der Hohlraum eine runde, ovale, rechteckige oder quadratische Grundfläche ha¬ ben. Eine rechteckige Grundfläche mit abgerundeten Ecken ist auch möglich. Ein Krümmungsradius an den Ecken kann 5 μιη betragen . Der Vorteil einer Dünnschicht-Abdeckung, nämlich geringe geometrische Abmessungen, bedingt durch ihre Art der Herstel¬ lung, nämlich mittels Strukturierungs- und Lithografieprozes¬ sen, auch gleichzeitig ihren Nachteil: Bei Herstellungspro¬ zessen werden stets mehr oder weniger große Abschnitte auf einem Trägersubstrat gleichzeitig verändert. So wird z.B. eine Schicht mit einer homogenen Dicke abgeschieden, ein Fotolack lokal individuell belichtet, Material einer Schicht mit einer homogenen Abtragungsrate entfernt usw. Die Dünn¬ schicht-Bearbeitungsmethoden zur Strukturierung und die übri- gen Lithografieprozesse eignen sich dabei hervorragend, flä¬ chige Strukturen mit homogener Dicke bereitzustellen. In Ebenen parallel zur Sagittalebene oder parallel zur Frontalebene verlaufende Materialkanten werden auf einen möglichst glatten Verlauf optimiert, um optimale laterale Auflösungen zu errei- chen. Mit den üblichen Prozessen sind gewölbte Hohlräume, insbesondere Hohlräume mit einer runden Wölbung oder einer parabelförmigen Wölbung, die sich nicht lediglich auf kleine Segmente der Oberseite des Hohlraums bezieht, nicht möglich. Die Erfinder erkannten dabei zum einen den Vorteil eines ge- wölbten Hohlraums und zum anderen, wie ein solcher Hohlraum durch einfach durchzuführende Schritte erhalten werden kann. Im Vergleich zu konventionellen Häusungstechnologien, aber auch im Vergleich zu bekannten, auf Dünnschicht-Technologie basierenden Schutzelementen ist die Häusung der MEMS- Bauelementstrukturen deshalb verbessert.
Es ist möglich, dass die Wölbung konvex ist.
Es ist möglich, dass das Bauelement Löcher in der Dünnschicht-Abdeckung aufweist. Ein solches Bauelement weist fer- ner eine Versiegelungsschicht auf, um die Löcher zu schlie¬ ßen. Die Dünnschicht-Abdeckung ist dabei zwischen dem Hohlraum und der Versiegelungsschicht angeordnet.
Während der Herstellung des Bauelements kann ein Opfermate- rial, z.B. einer Opferschicht, auf den Bauelementstrukturen angeordnet werden und als Basis für den Abscheideprozess des Materials der Dünnschicht-Abdeckung dienen. Nachdem die Dünnschicht-Abdeckung auf dem Material der Opferschicht und über den Bauelementstrukturen angeordnet worden ist, dienen Löcher in der Dünnschicht-Abdeckung dazu, das Material der Opferschicht zu entfernen. Um die Bauelementstrukturen vor schädlichen äußeren Einflüssen zu schützen, wird das Material der Versiegelungsschicht auf die Dünnschicht-Abdeckung aufge¬ bracht. Das Material der Versiegelungsschicht schließt dabei die Löcher, ohne so weit in den Hohlraum einzudringen, dass die Bauelementstrukturen berührt und ihre mechanische Tätig¬ keit gestört werden kann.
Es ist möglich, dass das Bauelement ferner eine Verstärkungs- läge aufweist. Die Verstärkungslage ist dabei direkt auf die Dünnschicht-Abdeckung, direkt auf die Versiegelungsschicht o- der direkt auf eine weitere Schicht abgeschieden. Es ist deshalb möglich, dass die Versiegelungsschicht zwi¬ schen der Verstärkungslage und der Dünnschicht-Abdeckung angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass die Verstärkungslage zwischen der Dünnschicht-Abdeckung und der Versiegelungs- schicht angeordnet ist. Die Verstärkungslage kann dabei meh¬ rere Funktionen erfüllen: Sie kann die mechanische Stabilität des Schichtsystems der Abdeckung des Hohlraums erhöhen, die hermetische Abdichtung des Hohlraums verbessern und/oder, z.B. wenn die Verstärkungslage ein elektrisch leitendes Mate- rial umfasst, eine elektromagnetische Abschirmung darstellen.
Es ist möglich, dass das Bauelement Signalleiter und Masse führende Anschlüsse umfasst. Die im Folgenden genannten Ei¬ genschaften von Signalleitern gelten sinngemäß auch für Me- tallisierungen mit Massepotenzial.
Ein oder mehrere Signalleiter können an der Oberseite des Trägersubstrats angeordnet sein, um die Bauelementstrukturen mit einer externen Schaltungsumgebung zu verschalten. Der Signalleiter hat dabei einen Kontaktierungs-Abschnitt unter der Dünnschicht-Abdeckung. Die Dünnschicht-Abdeckung hat einen Abschnitt, der den Kontaktierungs-Abschnitt des Signal¬ leiters berührt. Der Kontaktierungs-Abschnitt des Signallei¬ ters kann dabei hermetisch vom Hohlraum getrennt sein, da der Signalleiter unter der Dünnschicht-Abdeckung aus dem Hohlraum herausgeführt ist. Wird beispielsweise ein Loch durch die Dünnschicht-Abdeckung im Bereich des Kontaktierungs-Ab- schnitts gebildet, das bis zum Signalleiter reicht, so kann eine elektrische Verschaltung über eine Durchkontaktierung durch das Loch erhalten werden.
Es ist möglich, dass die Bauelementstrukturen SAW-Strukturen oder BAW-Strukturen sind. Sind die Bauelementstrukturen BAW-Strukturen, so kann der Hohlraum zumindest einen oder mehrere polygonförmige, z. B. rechtwinklige oder quadratische Abschnitte, in seiner Grund- fläche enthalten, in denen ein oder mehrere BAW-Strukturen angeordnet sind, ohne das Material der Dünnschicht-Abdeckung zu berühren. Ecken können abgerundet sein.
Sind die Bauelementstrukturen SAW-Strukturen, welche i. A. in einer akustischen Spur angeordnet sind, so kann der Hohlraum zumindest einen polygonförmig, z. B. rechteckig, Abschnitt in seiner Grundfläche enthalten. Akustische Spuren mit SAW- Strukturen haben dabei eine Länge entlang ihrer longitudina- len Ausbreitungsrichtung, die die Apertur, d. h. die Breite der akustischen Spur, deutlich übertrifft. SAW- Bauelementstrukturen sind deshalb im Vergleich zu ihrer
Breite relativ lange Strukturen, wobei der Hohlraum eine Wölbung an seiner Oberseite in einer Ebene parallel zur Frontal¬ ebene aufweisen kann. Die Frontalebene steht dabei orthogonal auf der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen .
In Hinblick auf den Wunsch, die Widerstandsfähigkeit der Bau¬ elementstrukturen gegen elektrische Einflüsse, z. B. hohe Leistungen, Spannungen oder Ströme, zu verstärken, ist eine Kaskadierung der Bauelementstrukturen möglich. Die Kaskadierung kann dabei serieller und/oder paralleler Art sein. Um die Leistungsfestigkeit eines SAW-Resonators zu erhöhen, kann ein Resonator durch N Resonatoren der N-fachen Fläche ersetzt werden. Dabei ist N > 2 eine ganze Zahl. Damit die Gesamtim¬ pedanz des vergrößerten Resonators der ursprünglichen Impedanz gleicht, ist eine zweifache serielle Kaskadierung nötig. Insgesamt beansprucht die Resonatorkaskade mit verbesserter Leistungsfestigkeit im Wesentlichen die N2 Fläche des ur¬ sprünglichen Resonators gleicher Impedanz. Da SAW-Resonatoren im Vergleich zu ihrer Breite relativ lang sind, bietet es sich an, die kaskadierten Spuren so nebeneinander anzuordnen, dass die Ausbreitungsrichtungen parallel und in transversaler Richtung ca. um die Apertur (genauer: Apertur plus Breite der Stromsammeischiene plus Gap plus Länge der Stummelfinger, ...) versetzt sind. Dadurch kann der benötigte Platzbedarf auf ei¬ nem piezoelektrisch Substrat, das für SAW- Bauelementstrukturen benötigt wird, relativ kompakt gehalten werden .
Es ist deshalb möglich, dass die Bauelementstrukturen kaska- dierte Teilstrukturen umfassen. Die N Teilstrukturen können gemeinsam in einem einzigen Hohlraum untergeordnet sein; es ist allerdings auch möglich, dass die Teilstrukturen in eigenen, abgeschlossenen und gewölbten Bereichen eines Hohlraums angeordnet sind. Dann können zwischen den Teilstrukturen Stützabschnitte auf dem Trägersubstrat vorgesehen sein. Die Dünnschicht-Abdeckung stützt sich auf den Stützabschnitten des Trägersubstrats ab.
Im Wesentlichen werden also parallel zueinander angeordnete und nebeneinander verlaufende Bereiche des Hohlraums auf dem Trägersubstrat angeordnet. Der Hohlraum kann somit nicht nur aus einem einzigen, einfach zusammenhängenden Raum bestehen, sondern mehrere miteinander verbundene oder voneinander hermetisch getrennte aber mit elektrisch verschalteten Teil- strukturen ausgestattete Bereiche umfassen. Durch die Wahl der Größe der Hohlräume, insbesondere durch die Wahl der geeigneten Breiten der Hohlräume, kann die erhaltene mechanische Stabilität deutlich gesteigert werden. Insbesondere wenn die Bauelementstrukturen SAW-Strukturen sind und die Teilstrukturen nebeneinander angeordnete akusti¬ sche Spuren darstellen, kann gleichzeitig Platz auf dem Trägersubstrat gespart und die mechanische Stabilität erhöht werden, indem die akustischen Spuren gemeinsamen Stromsammel- schienen, z. B. N-l Schienen, besitzen. Die gemeinsame Stromsammeischiene und ein Stützabschnitt des Trägersubstrats wei¬ sen dabei einen überlappenden Abschnitt auf. Die Dünnschicht- Abdeckung kann somit im Bereich der Stromsammeischiene auf dem Trägersubstrat aufsitzen und vertikale oder horizontale Kräfte, bzw. die vertikal bzw. horizontalen Komponenten beliebig gerichteter Kräfte, ableiten. Der Stützabschnitt kann einzelne säulenförmige Trägerstrukturen der Dünnschicht-Abde¬ ckung stützen. Es ist auch möglich, dass sich der Stützabschnitt im Wesentlichen über die gesamte Länge der akusti- sehen Spur erstreckt.
Es ist möglich, dass benachbarte SAW-Strukturen gegenphasig betrieben werden. Es ist möglich, dass die Löcher in der Dünnschicht-Abdeckung äquidistant entlang einer longitudinalen Mittelachse der Dünnschicht-Abdeckung angeordnet sind. Dann befinden sie sich im Allgemeinen und bevorzugt an der höchsten Position der Dünnschicht-Abdeckung, wo das Formen der Löcher am einfachs- ten durchzuführen ist, weil die Löcher in einer Ebene parallel zur Transversalebene, der Ebene parallel zur Oberfläche des Trägersubstrats, ausgerichtet sind. Es ist möglich, dass die Dünnschicht-Abdeckung ein dielektrisches Material wie beispielsweise ein Siliziumoxid umfasst. Das Material der Dünnschicht-Abdeckung kann dabei SixOy sein, wobei x in einem Bereich um 1 und y in einem Bereich um 2 ge- wählt ist.
Es ist möglich, dass die Versiegelungsschicht BCB (Benzocyc- lobuten) oder ein anderes organisches Material umfasst. Auch die Verwendung eines fotosensitiven Lacks, z.B. der als AL- X2000 bezeichnete lichtempfindliche Spin-On-Lack der Asahi Glass Co., Ltd. kann Verwendung finden.
Es ist möglich, dass die Verstärkungslage ein dielektrisches Material wie z.B. Siliziumnitrid oder ein elektrisch leiten- des Material, z.B. ein Metall, umfasst.
Ferner ist es möglich, dass das Bauelement eine Mold-Abde- ckung oder ein Spritzguss-Material umfasst, wobei die oberste Schicht der Schichtenlage von einem Mold-Material bedeckt ist.
Eine Mold-Abdeckung kann mit üblichen Herstellungsschritten aufgebracht werden und ermöglicht einen hermetisch dichten und mechanisch stabilen Verguss. Der bisher üblichen Proble- matik, den hohen Mold-Drücken beim Vergießen, kann durch die gewählte gewölbte Struktur des Hohlraums entgegnet werden.
Es ist ferner möglich, dass das Bauelement eine Bump-Verbin- dung durch die Dünnschicht-Abdeckung umfasst. Die Bump-Ver- bindung ist dazu geeignet und vorgesehen, die Bauelement¬ strukturen mit einer externen Schaltungsumgebung zu verschalten. Die Bump-Verbindung reicht dabei vorzugsweise durch sämtliche Schichten und Mold-Materialien, die über dem Trägersubstrat angeordnet sind.
Das Trägersubstrat kann ein piezoelektrisches Material, z.B. ein kristallines Lithiumtantalat oder Lithiumniobat , Dicke von 350 ym im Falle eines SAW-Bauelements aufweisen. Das Trä¬ gersubstrat kann auch gedünnt sein und beispielsweise eine Dicke im Bereich von 130 ym aufweisen. Umfasst das Trägersub¬ strat Silizium, so kann das Trägersubstrat eine Dicke von etwa 725 ym aufweisen oder auf eine Dicke von 135 ym gedünnt sein .
Die Dünnschicht-Abdeckung kann eine Dicke zwischen 1,5 und 10 ym, z.B. 3 ym oder 5 ym, aufweisen. Die Versiegelungsschicht kann eine Dicke zwischen 5 ym und 20 ym, z.B. 10 ym oder 15 ym, aufweisen. Die oberen Enden der Bump-Verbindungen können etwa 80 bis 90 ym von der Oberseite des Trägersubstrats ent¬ fernt sein. Die Verstärkungslage kann eine Dicke zwischen 0,5 und 3 ym, z.B. 1 ym oder 2 ym, aufweisen.
Es ist möglich, Wandler ohne Stummelfinger zu betreiben.
Wandler mit Stummelfinger sind ebenfalls möglich, insbeson- dere bei LiTa03 als Substratmaterial. Bei Li b03 kann auf
Stummelfinger verzichtet werden, insbesondere, wenn Fingerenden aufgedickt sind, um ein gewünschtes transversales Ge- schwindigkeitsprofil einzustellen. Ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements umfasst die Schritte:
- Bereitstellen eines Trägersubstrats, - Bilden von Bauelementstrukturen auf dem Trägersubstrat,
- Aufbringen und Strukturieren einer Opferschicht auf den
Bauelementstrukturen,
- Ausbilden einer Wölbung an der Oberseite der strukturierten verbleibenden Teile der Opferschicht durch Erweichen des
Materials der Opferschicht
- Härten der Opferschicht,
- Abscheiden einer Dünnschicht-Abdeckung auf der Opferschicht,
- Bilden eines Hohlraumes zwischen dem Trägersubstrat und der Dünnschicht-Abdeckung durch Entfernen der Opferschicht
Das Erweichen des Materials kann dabei insbesondere durch Er¬ wärmung erfolgen. Ist das Material der Opferschicht ausrei¬ chend viskos und weist das Material eine geeignete Oberflä¬ chenspannung auf, ergibt sich die Form der Wölbung durch eine Minimierung der Oberflächenenergie von selbst.
Das Material der Opferschicht wird deshalb vorzugsweise gemäß seiner temperaturabhängigen Viskosität und seiner viskositätsabhängigen Oberflächenspannung gewählt, um geeignete Wölbungsradien für eine gegebene Breite des zu bildenden Hohlraums gewählt.
In der Dünnschicht-Abdeckung können, z.B. nach der Abschei- dung der Dünnschicht-Abdeckung, ein Loch oder eine Vielzahl an Löchern strukturiert werden. Durch die Löcher kann das Ma terial der Opferschicht entfernt werden.
Es ist möglich, das Material der Opferschicht, das z.B. ein organisches Material umfassen kann, durch einen Plasmaprozess zu entfernen. Während des Plasmaprozesses kann das herzustel- lende Bauelement, insbesondere die gelochte Dünnschicht-Abde¬ ckung, einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffplasma ausgesetzt werden. Dadurch wird das organische Material der Opferschicht oxidiert. Die entstehenden Reaktionsprodukte sind vorzugs¬ weise gasförmig und können den während des Entfernens der Op¬ ferschicht sich bildenden Hohlraum verlassen.
Es ist möglich, dass die Löcher nach dem Entfernen der Opferschicht durch Aufbringen einer Versiegelungsschicht auf der Dünnschicht-Abdeckung geschlossen werden. Die Versiegelungsschicht berührt die Bauelementstrukturen dabei nicht.
Die verschiedenen Schichten können mit den üblichen Schich- tabscheidungsprozessen hergestellt werden. Zur Strukturierung sind Belichtungen mittels Maskaligner oder Stepper möglich.
Das Bauelement und Verfahrensschritte zur Herstellung eines entsprechenden Bauelements werden anhand von schematischen Figuren und nicht einschränkenden Ausführungsformen näher erläutert .
Es zeigen:
Fig. 1: ein Schnitt durch ein Bauelement B parallel zur
Frontalebene,
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht der Bauelementstruktu¬ ren und des Hohlraums auf der Oberseite eines Trä¬ gersubstrats,
Fig. 3: eine Ausführungsform, bei der der Hohlraum zwei
Teil-Hohlräume umfasst, einen Querschnitt durch eine Ausführungsform mit einer Versiegelungsschicht und einer Verstärkungs¬ lage, einen Querschnitt durch eine Ausführungsform mit einer Mold-Masse, einen Querschnitt parallel zur Transversalebene ei nes Bauelements mit zwei akustischen Spuren und ei nem einzigen, zusammenhängenden Hohlraum,
Fig. 7: einen Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei der der Hohlraum zwei Teil-Hohlräume umfasst, die voneinander getrennt sind,
Figs . 8 bis 14: verschiedene mögliche Zwischenschritte bei der Herstellung eines Bauelements.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ebene parallel zur Frontalebene eines entsprechenden Bauelements B. Exemplarisch sind Elektrodenfinger von SAW-Strukturen SAWS als Bauelementstrukturen BS gezeigt. Die Frontalebene steht dabei orthogo¬ nal zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen. Auf dem Trägersubstrat TS sind die Bauelementstrukturen BS angeord- net. Die Elektrodenfinger der SAW-Strukturen SAWS der Bauelementstrukturen BS sind dabei durch eine Lücke (gap) G von Stummelfingern der gegenüberliegenden Elektrode getrennt. Der elektroakustisch aktive Anregungsbereich der Bauelementstrukturen BS liegt somit im Wesentlichen zwischen den Lücken G. Oberhalb der Bauelementstrukturen BS ist ein Hohlraum H angeordnet, damit die Bauelementstrukturen beim Wandeln zwischen elektrischen und mechanischen Wellen nicht gestört werden. Der Hohlraum H ist nach oben hin durch die Dünnschicht-Abdeckung DSA begrenzt, die zum einen die Wölbung des Hohlraums H und zum anderen ihre eigene Wölbung bestimmt. Auf der Dünn¬ schicht-Abdeckung DSA ist eine Versiegelungsschicht VSS ange- ordnet, die Löcher L in der Dünnschicht-Abdeckung DSA verschließt. Um die Bauelementstrukturen BS mit einer externen Schaltungsumgebung verschalten zu können, ist eine Bump-Ver- bindung BU vorgesehen, die durch das Material der Versiegelungsschicht VSS und durch das Material der Dünnschicht-Abde- ckung DSA reicht. Zwischen einem Kontaktierungs-Abschnitt auf der Oberseite des Trägersubstrats TS bzw. einem Signalleiter, der mit den Bauelementstrukturen BS verschaltet ist und der Bump-Verbindung BU ist eine UBM (Under Bump Metallization) vorgesehen, um eine mechanisch stabile und elektrisch gut leitende Verbindung mit den Bauelementstrukturen zu erhalten. Über die Bump-Verbindungen BU kann das Bauelement B mit Kon- taktpads einer externen Schaltungsumgebung verlötet werden.
Im Vergleich zu Bauelementen, bei denen empfindliche Bauele- mentstrukturen in bekannten Hohlräumen angeordnet sind, verbessert die Wölbung der Schichten, die auf der Wölbung der Dünnschicht-Abdeckung DSA beruht, die mechanische Stabilität, da vertikal auftretende Kräfte, z.B. beim Aufbringen einer Mold-Masse, optimal an das Trägersubstrat TS abgeführt werden können.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der als SAW- Strukturen ausgestalteten Bauelementstrukturen mit Elektrodenfingern, die mit Stromsammeischienen (bus bars) BB ver- schaltet sind. Der Hohlraum H über den Bauelementstrukturen hat eine rechteckige Grundfläche. Die Wölbung erstreckt sich analog zur Wölbung des Hohlraums der Figur 1 innerhalb der Frontalebene. Die Stromsammeischienen BB sind dabei mit je¬ weils einem Signalleiter SL verschaltet. Der Signalleiter führt unter der nicht gezeichneten Dünnschicht-Abdeckung aus dem Hohlraum H hinaus und ermöglicht eine externe Kontaktie- rung, ohne die Dünnschicht-Abdeckung zum Hohlraum zu durchdringen. Neben den Elektrodenfingern, die mit den Stromsammeischienen BB verschaltet sind, beinhaltet der Hohlraum H auch akustische Reflektoren R, die dazu vorgesehen sind, akustische Energie im Bereich der akustischen Spur AT einzu- schließen. Es genügt ein sehr geringer Sicherheitsabstand der Dünnschicht-Abdeckung zu den Randfingern der Reflektoren. Weisen die Reflektoren R ausreichend viele Elektrodenfinger auf, so kann die Dünnschicht-Abdeckung die äußersten Reflektorfinger auch berühren. Die Apertur der SAW-Resonatoren kann im Bereich zwischen 15 und 25 akustischen Wellenlängen λ liegen. Die Löcher L sind vorzugsweise rund und entlang der lon- gitudinalen Mittelachse der akustischen Spur angeordnet.
Dadurch ist gewährleistet, dass die Löcher sich auf dem höchsten Punkt des Gewölbes der Dünnschicht-Abdeckung befin- den und somit senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats stehen, das im Wesentlichen die Orientierung der für die Prozessierung notwendigen technischen Hilfsmittel relativ zu den Bauelementstrukturen bestimmt. Eine entsprechende Positionie¬ rung der Löcher ist deshalb optimal für einfache fotolitho- grafische Strukturierungsprozesse . Auch das spätere Entfernen des Materials der Opferschicht, z.B. durch Plasma, ist opti¬ miert, weil das Plasma durch äquidistante Löcher gleichmäßig alle Räume des Hohlraums erreicht und dadurch die Gesamtzahl der Löcher minimiert sein kann, wodurch die mechanische Sta- bilität weiter erhöht ist. Die Kanten, an denen die Dünnschicht-Abdeckung Bauelementstrukturen oder das Trägersubstrat TS berühren, sind vorzugs¬ weise von mechanisch aktiven Strukturen ausreichend weit entfernt, um deren Funktionieren zu gewährleisten. Ein ausrei- chender Abstand kann z.B. im Bereich einer akustischen Wellenlänge liegen.
Figur 2 zeigt einen Wandler ohne Stummelfinger . Wandler mit Stummelfinger sind ebenfalls möglich, insbesondere bei LiTa03 als Substratmaterial. Bei Li b03 kann auf Stummelfinger ver¬ zichtet werden, insbesondere, wenn Fingerenden aufgedickt sind, um ein gewünschtes transversales Geschwindigkeitsprofil einzustellen . Figur zwei zeigt eine Wölbung in der Frontalebene. Allerdings sind weitere Wölbungen, z. B. in der Sagittalebene auch mög¬ lich und gegebenfalls vorteilhaft. Kuppeln ohne gerade Kanten sind auch möglich. Figur 3 zeigt den Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei der der Hohlraum H in zwei disjunkte Bereiche Hl, H2 aufge¬ teilt ist. Die Dünnschicht-Abdeckung berührt dabei die Ober¬ seite von Bauelementstrukturen, die in einem Stützabschnitt SAB auf dem Trägersubstrat TS angeordnet sind. Das Berühren der Dünnschicht-Abdeckung in diesem Bereich stört die Funktionalität der Bauelementstrukturen nicht und ermöglicht kompaktere und mechanisch stabilere Teilhohlräume Hl, H2. Beste¬ hen die Bauelementstrukturen z.B. aus nebeneinander angeordneten kaskadierten akustischen Spuren mit einer gemeinsamen Stromsammeischiene GBB, so kann der Stützabschnitt SAB genau dort angeordnet sein. Die beiden Teil-Hohlräume Hl, H2 können gleich groß, aber auch verschieden groß sein.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei der auf der Versiegelungsschicht VSS eine Verstärkungs¬ lage VSL angeordnet ist.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform, bei der das Bauelement eine Mold-Abdeckung mit einer Mold- Masse MM über der Versiegelungsschicht VSS aufweist. Es ist möglich, dass eine weitere, z.B. metallische, Schicht über der Mold-Masse MM angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass eine weitere Schicht, z.B. eine metallische Schicht, zwischen der Mold-Masse MM und der Versiegelungsschicht VSS angeordnet ist.
Die Länge der Bump-Verbindungen BU ist ausreichend lang, um eine spätere Verschaltung, auch bei einer anwesenden Mold- Masse MM, zu ermöglichen.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt parallel zur Transversalebene des Bauelements, wobei die schraffierte Fläche die Grundflä¬ che des Hohlraums H darstellt. Beide akustischen Spuren ATI, AT2 sind innerhalb des einzigen, zusammenhängend ausgestalte¬ ten Hohlraums H angeordnet.
Die Finger der beiden Teilspuren sind spiegelsymmetrisch zur gemeinsamen Stromsammeischiene GBB angeordnet, deshalb sind die akustischen Wellen in beiden Teilspuren um 180° versetzt, also gegenphasig. Dadurch löschen sich elektrische und/oder mechanische Spannungs (rest) felder im Bereich der gemeinsamen Stromsammeischienen GBB aus. Der Stützabschnitt SAB ist somit feldfrei und Wechselwirkungen sind minimiert oder entfallen ganz .
Exemplarisch zeigt Figur 6 eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche mit abgerundeten Ecken.
Im Gegensatz dazu zeigt Figur 7 einen Querschnitt durch ein Bauelement, bei dem die zwei akustischen Spuren ATI, AT2 in jeweils eigenen Teil-Hohlräumen Hl, H2 angeordnet sind. Im Bereich einer gemeinsamen Stromsammeischiene GBB ist der
Stützabschnitt SAB angeordnet, an dem die Dünnschicht-Abde¬ ckung aufsetzt, um kompaktere (Teil-) Hohlräume mit verbesser¬ ter Stabilität zu ermöglichen. Die Figuren 8 bis 14 zeigen verschiedene Zwischenstufen der Herstellung eines entsprechenden Bauelements: Figur 8 zeigt ein Trägersubstrat TS, auf dem Bauelementstrukturen BS ange¬ ordnet und strukturiert sind. Figur 9 zeigt eine Zwischenstufe, bei der Material einer Op¬ ferschicht OS auf den Bauelementstrukturen angeordnet und strukturiert ist. Da die üblichen Strukturierungsmaßnahmen darauf ausgelegt sind, gradlinig verlaufende Kanten abge¬ schiedener Materialien zu bevorzugen, ergäbe ein weiterer Ab- scheideprozess , bei dem das Material der Dünnschicht-Abde¬ ckung direkt auf das unbehandelte strukturierte Material der Opferschicht OS abgeschieden würde, einen Hohlraum mit einem rechteckigen Querschnitt und insbesondere einer flachen Oberseite, die anfällig gegenüber vertikalen Kräften ist.
Im Unterschied dazu wird das Material der Opferschicht OS er¬ weicht, sodass sich aufgrund der Oberflächenspannung eine ge- wölbte Oberseite der Opferschicht OS ausbilden kann. Das Ma¬ terial der Opferschicht OS und die Parameter des Erweichens werden gewählt, um einen für eine gegebene Breite des späte¬ ren Hohlraums geeignete Krümmung der Wölbung zu erhalten.
Nach einem Erstarren des Materials der Opferschicht wird das Material der Dünnschicht-Abdeckung DSA auf der Opferschicht aufgebracht. Die Dünnschicht-Abdeckung übernimmt dabei die Form der Wölbung, die durch die Opferschicht OS vorgegeben wird (Figur 11) .
Figur 12 zeigt einen weiteren Zwischenschritt, bei dem Löcher L, bevorzugt an ihrer höchsten Position, in die Dünnschicht- Abdeckung DSA strukturiert werden, um das Material der Opferschicht entfernen zu können. In diesem Strukturierungsschritt können auch gleichzeitig Öffnungen für eine spätere elektrische Kontaktierung gebildet werden.
Figur 13 zeigt einen Zwischenschritt, bei dem die Löcher durch die Versiegelungsschicht VSS abgedichtet sind, nachdem die Opferschicht entfernt wurde.
Figur 14 zeigt einen weiteren Zwischenschritt, bei dem Mate¬ rial der Dünnschicht-Abdeckung und der Versiegelungsschicht entfernt wurden, um eine Kontaktierung des Signalleiters SL, der z.B. mit Stromsammeischienen BB verschaltet sein kann, zu kontaktieren. Zwischen der dafür vorgesehenen Bump-Verbindung BU und dem Signalleiter SL sind eine oder mehrere Metallisie¬ rungslagen, üblicherweise als UBM (Under Bump Metallization) bezeichnet, angeordnet. Öffnungen in der Dünnschichtabdeckung für die elektrische Verschaltung können dabei während der Strukturierung der Löcher, durch die das Material der Opferschicht entfernt wird, gebildet werden. Weder das Bauelement noch das Verfahren zur Herstellung eines Bauelements ist auf gezeigte Ausführungsbeispiele beschränkt. Bauelemente, die noch weitere Schichtenlagen und/oder Bauele¬ mentstrukturen umfassen, und Verfahren, die noch weitere Verfahrensschritte umfassen, gehören ebenso zur vorliegenden Erfindung .
Bezugs zeichenliste
AT : akustische Spur
B: Bauelement
BS : Bauelementstrukturen
BU: Bump-Verbindung
DSA: Dünnschicht-Abdeckung
G: Lücke
GBB: gemeinsame Stromsammeischiene
H: Hohlraum
Hl : erster Teil-Hohlraum
H2 : zweiter Teil-Hohlraum
L: Loch
MM: Mold-Masse
OS : Opferschicht
R: akustischer Reflektor
SAB: Stützabschnitt
SAWS : SAW-Struktur
SL: Signalleiter
TS : Trägersubstrat
UBM: Under Bump Metallurgy
VSL: Verstärkungslage
VSS : Versiegelungsschicht

Claims

Patentansprüche
1. MEMS-Bauelement (B) , umfassend
- ein Trägersubstrat (TS) ,
- MEMS-Bauelementstrukturen (BS) auf dem Trägersubstrat (TS) ,
- eine Dünnschicht-Abdeckung (DSA) über den
Bauelementstrukturen (BS) und
- einen Hohlraum (H) zwischen dem Trägersubstrat (TS) und der Dünnschicht-Abdeckung (DSA) ,
wobei
- der Hohlraum (H) eine gewölbte Oberseite aufweist und
- die Dünnschicht-Abdeckung (DSA) eine gewölbte Oberseite aufweist .
2. Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Wölbung konvex ist.
3. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend
- Löcher (L) in der Dünnschicht-Abdeckung (DSA) und
- eine Versiegelungsschicht (VSS) ,
wobei
- die Dünnschicht-Abdeckung (DSA) zwischen dem Hohlraum (H) und der Versiegelungsschicht (VSS) angeordnet ist und
- die Versiegelungsschicht (VSS) die Löcher (H) in der
Dünnschicht-Abdeckung (DSA) schließt.
4. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Verstärkungslage (VSL) , wobei die Dünnschicht- Abdeckung zwischen dem Hohlraum und der Verstärkungslage (VSL) angeordnet ist.
5. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Bauelementstrukturen (BS) mit einem auf der Oberseite des Trägersubstrats (TS) angeordneten Signalleiter (SL) verschaltet sind,
- der Signalleiter (SL) einen Kontaktierungs-Abschnitt und - die Dünnschicht-Abdeckung (DSA) einen Abschnitt umfasst, der den Kontaktierungs-Abschnitt des Signalleiters (SL) berührt .
6. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bauelementstrukturen (BS) SAW-Strukturen (SAWS) oder BAW-
Strukturen sind.
7. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bauelementstrukturen (BS) kaskadierte Teilstrukturen umfassen und die Teilstrukturen in eigenen, abgeschlossenen und gewölbten Bereichen eines Hohlraums (H) angeordnet sind.
8. Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei zwischen den Teilstrukturen Stützabschnitte (SAB) auf dem
Trägersubstrat vorgesehen sind und die Dünnschicht-Abdeckung sich auf den Stützabschnitten (SAB) abstützt.
9. Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- die Bauelementstrukturen (BS) SAW-Strukturen (SAWS) sind, - die Teilstrukturen nebeneinander angeordnete akustische
Spuren (AT) darstellen,
- die akustischen Spuren (AT) eine gemeinsame
Stromsammeischiene (GBB) aufweisen und
- die gemeinsame Stromsammeischiene (GBB) in einem
Stützabschnitt (SAB) angeordnet ist.
10. Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei benachbarte SAW-Strukturen (SAWS) gegenphasig betrieben werden .
11. Bauelement nach einem der acht vorherigen Ansprüche, wobei die Löcher (L) äquidistant entlang einer longitudinalen Mittelachse der Dünnschicht-Abdeckung (DSA) angeordnet sind.
12. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Dünnschicht-Abdeckung (DSA) ein Siliziumoxid umfasst.
13. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Versiegelungsschicht (VSS) BCB, ein lichtempfindliches
Dielektrikum oder ein anderes organisches Material umfasst.
14. Bauelement nach einem der zehn vorherigen Ansprüche, wobei die Verstärkungslage (VSL) Siliziumnitrid umfasst.
15. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Mold-Abdeckung (MM) .
16. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Bump-Verbindung (BU) durch die Dünnschicht- Abdeckung (DSA) , die dazu geeignet und vorgesehen ist, die Bauelementstrukturen (BS) mit einer externen
Schaltungsumgebung zu verschalten.
17. Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements (B) , umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Trägersubstrats (TS) ,
- Bilden von Bauelementstrukturen (BS) auf dem Trägersubstrat (TS) , - Aufbringen und Strukturieren einer Opferschicht (OS) auf den Bauelementstrukturen (BS) ,
- Ausbilden einer Wölbung an der Oberseite der strukturierten verbleibenden Teile der Opferschicht (OS) durch Erweichen des Materials der Opferschicht (OS)
- Härten der Opferschicht (OS) ,
- Abscheiden einer Dünnschicht-Abdeckung (DSA) auf der
Opferschicht (OS),
- Bilden eines Hohlraumes (H) zwischen dem Trägersubstrat (TS) und der Dünnschicht-Abdeckung (DSA) durch Entfernen der Opferschicht (OS) .
18. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- in der Dünnschicht-Abdeckung (DSA) Löcher (L) strukturiert werden und
- das Material der Opferschicht (OS) durch die Löcher (L) entfernt wird.
19. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei das
Material der Opferschicht (OS) ein organisches Material umfasst, das durch einen Plasmaprozess entfernt wird.
20. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Löcher (L) nach dem Entfernen der Opferschicht (OS) durch Aufbringen einer Versiegelungsschicht (VSS) auf der Dünnschicht- Abdeckung (DSA) geschlossen werden, ohne dass die
Versiegelungsschicht (VSS) die Bauelementstrukturen (BS) berührt .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111010101A (zh) * 2019-03-12 2020-04-14 天津大学 带弧形结构的薄膜封装的mems器件组件及电子设备
US20210143790A1 (en) * 2019-11-13 2021-05-13 RF360 Europe GmbH Variation of metal layer stack under under bump metallization (ubm)
CN117353691A (zh) * 2023-11-29 2024-01-05 荣耀终端有限公司 一种体声波滤波器的制造方法、体声波滤波器及通信设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013102206B4 (de) * 2013-03-06 2016-04-07 Epcos Ag Bauelement mit gestapelten funktionalen Strukturen und Verfahren zur Herstellung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040166606A1 (en) * 2003-02-26 2004-08-26 David Forehand Low temperature wafer-level micro-encapsulation
US20090194309A1 (en) * 2006-05-22 2009-08-06 Commissariat A Le-Energie Atomique Microcomponent Provided with a Cavity Delimited by a Cap with Enhanced Mechanical Resistance
US20140231934A1 (en) * 2013-02-15 2014-08-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrical component and method of manufacturing the same
DE102013102210A1 (de) * 2013-03-06 2014-09-11 Epcos Ag Zur Minaturisierung geeignetes elektrisches Bauelement mit verringerter Verkopplung
DE102013102213A1 (de) * 2013-03-06 2014-09-11 Epcos Ag Miniaturisiertes Bauelement und Verfahren zur Herstellung
DE102013102206A1 (de) * 2013-03-06 2014-09-11 Epcos Ag Bauelement mit gestapelten funktionalen Strukturen und Verfahren zur Herstellung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004036970A1 (de) * 2004-07-30 2006-02-16 Epcos Ag SAW-Bauelement mit unterdrückten transversalen Moden
FR2986901B1 (fr) * 2012-02-15 2015-07-03 Commissariat Energie Atomique Substrat microelectronique comprenant une couche de materiau organique enterree

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040166606A1 (en) * 2003-02-26 2004-08-26 David Forehand Low temperature wafer-level micro-encapsulation
US20090194309A1 (en) * 2006-05-22 2009-08-06 Commissariat A Le-Energie Atomique Microcomponent Provided with a Cavity Delimited by a Cap with Enhanced Mechanical Resistance
US20140231934A1 (en) * 2013-02-15 2014-08-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrical component and method of manufacturing the same
DE102013102210A1 (de) * 2013-03-06 2014-09-11 Epcos Ag Zur Minaturisierung geeignetes elektrisches Bauelement mit verringerter Verkopplung
DE102013102213A1 (de) * 2013-03-06 2014-09-11 Epcos Ag Miniaturisiertes Bauelement und Verfahren zur Herstellung
DE102013102206A1 (de) * 2013-03-06 2014-09-11 Epcos Ag Bauelement mit gestapelten funktionalen Strukturen und Verfahren zur Herstellung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JAMES M BUSTILLO ET AL: "Surface Micromachining for Microelectromechanical Systems", PROCEEDINGS OF THE IEEE, IEEE. NEW YORK, US, vol. 86, no. 8, 1 August 1998 (1998-08-01), XP011044061, ISSN: 0018-9219 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111010101A (zh) * 2019-03-12 2020-04-14 天津大学 带弧形结构的薄膜封装的mems器件组件及电子设备
CN111010101B (zh) * 2019-03-12 2026-03-10 天津大学 带弧形结构的薄膜封装的mems器件组件及电子设备
US20210143790A1 (en) * 2019-11-13 2021-05-13 RF360 Europe GmbH Variation of metal layer stack under under bump metallization (ubm)
US11894829B2 (en) * 2019-11-13 2024-02-06 Rf360 Singapore Pte. Ltd. Variation of metal layer stack under under bump metallization (UBM)
CN117353691A (zh) * 2023-11-29 2024-01-05 荣耀终端有限公司 一种体声波滤波器的制造方法、体声波滤波器及通信设备
CN117353691B (zh) * 2023-11-29 2024-04-12 荣耀终端有限公司 一种体声波滤波器的制造方法、体声波滤波器及通信设备

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