Brevet FR2474256A1 — publié le 19810724

La présente invention concerne un procédé d'ajus- tement de dispositifs à ondes acoustiques de surface (dites ci-après plus brièvement "ondes de surfaces" ou "ondes a- coustiques") et, plus particulièrement, l'ajustement de filtres résonnants à ondes de surface par attaque chimi- que (dite ci-après "corrosion") à sec, soit des électrodes métalliques, soit du substrat entre les électrodes. Les dispositifs à ondes de surface trouvent de nombreuses applications dans les matériels de transmission et autres équipements électroniques exigeant des filtres à réponse en fréquence très étroite, par exemple des filtres passe-bande ou des éléments de commande de fréquence d'os- cillateur. Ces dispositifs à ondes de surface comprennent généralement un substrat sur lequel sont déposés un ou plu- sieurs transducteurs interdigitaux formés et positionnés de façon précise et, souvent, des réseaux de rainures corro- dées positionnées de façon précise. Voir par exemple le brevet US n' 4 144 507 intitulé "Surface Acoustic Wave Resonator Incorporating Transducer into Reflecting Arrays (Résonateur à ondes acoustiques de surface comprenant un transducteur incorporé à des réseaux réfléchissants). L'application de ces dispositifs à ondes de sur- face a soulevé des problèmes. Ces problèmes se posent en raison du fait que toute variation de la profondeur des rai- nures, de l'épaisseur du métal du ou des transducteurs ou de la largeur de ligne provoque un décalage de la fréquence centrale et altère considérablement la forme des réponses des filtres. En d'autres termes, un dispositif à ondes a- coustiques de la technique antérieure peut présenter une fréquence centrale inappropriée et peut également ne pas convenir en raison d'une forte perte par insertion et/ou de la présence d'un mode parasite important. Pour résoudre ces problèmes, il est connu dans la technique antérieure "d'ajuster" les dispositifs après fabrication. Plusieurs techniques d'ajustement ont été appliquées mais elles présentent toutes de sérieux incon- vénients. Pour donner un premier exemple, on peut- citer la technique de revêtements diélectrique dans laquelle l'ajustement s'effectue au moyen d'un revêtement diélec- trique, par exemple en oxyde de zinc (ZnO). Toutefois, l'utilisation d'un revêtement dégrade à la fois la réso- nance Q du circuit et la stabilité à long terme du dispo- sitif. Voir par exemple W.R. Shreve, Proc. Ultrasonic Symposium, pages 857 à 861. Un autre exemple est la technique du transduc- teur supplémentaire. Dans cette technique, on obtient l'ajustement électrique en utilisant un transducteur sup- plémentaire à l'intérieur de la cavité résonnante du dis- positif. Toutefois cette technique ne permet qu'une gamme d'ajustement insuffisante sur des matériaux à faible capa- cité de couplage tels que le quartz. En outre, cette tech- nique facilite l'apparition de modes résonnants parasites dans le dispositif. Voir par exemple P.S. Cross, et al., Applied Phys. Lett. 28, 1-3 (1 janvier 1976); C. Lardat, Proc. 1976 Ultrasonis Symposium, pages 272 à 276. On utilise également la technique du laser pour l'ajustement. La technique d'ajustement au laser utilise un laser pour éliminer par évaporation suffisamment de ma- tière pour modifier les caractéristiques des dispositifs. Toutefois, cette technique est restrictive. Elle convient seulement pour l'ajustement de dispositifs à-réflecteurs métalliques qui, par inhérence, abaissent le facteur Q des dispositifs. Voir par exemple W. R. Shreve, Proc. 1976 Ultrasonic Symposium, pages 706 à 713. On utilise également pour l'ajustement la techni- que de corrosion chimique par voie humide.- Selon cette technique, on ajuste le dispositif en le submergeant dans un bain d'acide chlorhydrique afin d'assurer la corrosion chimique par voie humide du matériau'de transducteur mé- tallique. Toutefois, cette technique est généralement in- suffisamment contrôlable pour permettre des résultats cons- tants; les incertitudes en ce qui concerne les taux de corrosion et l'absence de contrôle direct de la fréquence au cours du processus d'ajustement excluent un contrôle efficace de la technique. Une autre technique d'ajustement connue est la technique de masquage de rainures. On réalise l'ajuste- ment d'un dispositif à ondes de surface par cette techni- que en ajustant la profondeur des rainures réfléchissan- tes dans le dispositif, mais en laissant non ajusté le matériau du substrat entre les électrodes. Voir par e- xemple W. Tanski, TEEE Transactions on Sonics and Ultra- sonics, Vol. SU-26, nO 2, mars 1979, pages 93 à 104. Cet- te technique exige qu'un masque de réticulation approprié - pour les rainures, par exemple en vernis photosensible appelé "photoresist" ou en métal demeure sur la surface du dispositif pendant l'ajustement. Le retrait ultérieur du masque conduit toutefois généralement à un décalage de fréquence incertain dans le dispositif, ce qui annule le processus d'ajustement initial dans une large mesure. Voir par exemple R.C.M. Li, J.A. Alusow et R.C. Williamson, Proc. 1975 Ultrasonic Symposium pages 279 à 283; C.A. A- dams et J.A. Kusters, Proc. 31st Freq. Control Symposium, pages 246 à 250 (1977). Par conséquent, on ne dispose toujours pas d'un procédé convenable permettant de fabriquer des disposi- tifs à ondes de surface avec une fréquence centrale pres- crite, lacune qui, jusqu'à présent, a empêché une applica- tion plus large de ces dispositifs. Suivant l'invention, il est prévu une technique d'ajustement, dans laquelle on peut faire varier la vi- tesse et la réflectivité acoustiques des transducteurs d'entrée-sortie d'un dispositif à ondes de surface en corrodant à sec les électrodes métalliques ou, selon une variante, le matériau du substrat, y compris le matériau de substrat situé entre les électrodes, sans utiliser de masque. En outre, grâce à l'invention, le dispositif peut être commandé et contrôlé électriquement au cours du pro- cessus d'ajustement. Un dispositif à ondes de surface consiste essen- tiellement en un ou plusieurs transducteurs interdigitaux, par exemple en aluminium déposé sur un substrat, par exem- ple en quartz. Un résonateur à ondes de surface comprend en outre deux réseaux réfléchissants formant des cavités, réseaux qui constituent les "réflecteurs" du dispositif. La géométrie du dispositif pour un matériau de substrat donné établit la période des réflecteurs,tandis que la configuration du ou des transducteurs et la séparation en- tre les deux réflecteurs déterminent approximativement la fréquence centrale. En soumettant le dispositif à ondes de surface fabriqué à un processus de corrosion à sec contrôlable qui corrode sélectivement le matériau du substrat mais non pas le matériau du ou des transducteurs, on peut,obte- nir un abaissement de plusieurs centaines d'unités par million de la fréquence centrale du dispositif. Au cours d'un tel processus, les crêtes et les creux des rainures réfléchissantes sont corrodés de façon sensiblement uni- forme sans que cela affecte les propriétés des "réflecteurs!' Toutefois, dans la région du ou des transducteurs, le ma- tériau du substrat situé entre les électrodes est corrodé, ce qui provoque un accroissement des réflexions acoustiques, une réduction de la vitesse acoustique et un abaissement concomitant de la fréquence centrale. Les résultats de ce processus sont représentés sur la figure 4. Selon une variante on peut augmenter la fréquence centrale en choi- sissant le corrosif approprié de telle manière que le métal du ou des transducteurs soit corrodé mais que le matériau du substrat ne le soit pratiquement pas. De cette manière, on obtient un ajustement pratiquement exact d'un disposi- tif à ondes de surface fabriqué. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui en représentent, à titre d'exemple non limita- tif, un mode de réalisation. Sur ces dessins La figure 1 représente un appareil permettant d'ajuster des dispositifs à ondes de surface cependant qu'ils sont contrôlés, suivant un mode de réalisation pré- féré de l'invention; La figure 2 est une vue de dessus du dispositif à ondes de surface de la figure 1 avec des fils fixés à des bornes; La figure 3 représente une vue de profil du mê- me dispositif; et La figure 4 est une vue en coupe transversale schématique d'un dispositif à ondes de surface; elle re- présente les zones du dispositif à ondes de surface qui sont ajustées suivant l'invention. Sur la figure 1, une enceinte étanche à l'air 110 contient un dispositif à ondes de surface 120 entre une pre- mière plaque d'électrode 130 et une seconde plaque d'élec- trcde '.L0O Le dispositif à ondes de surface est fabriqué avec un substrat en matériau piézo-électrique et un ou plusieurs transducteurs 150 en matériau d'électrode. Un premier conducteur 160 connecte électriquement une élec- trode de transducteur d'entrée 150A à un dispositif d'ex- citation 170, tel qu'un générateur de signaux haute fré- quence (RF) pour le dispositif à ondes acoustiques. Un second conducteur 180 connecte une électrode de transduc- teur de sortie 150B à un instrument de contrôle 190 capable de mesurer des caractéristiques de fréquence telles que la fréquence de résonance, la puissance ou analogues. L'ins- trument de contrôle 190 permet un contrôle précis et conti- nu des caractéristiques de fréquence du dispositif pendant toute la durée du processus d'ajustement. Un troisième conducteur 200 relie électriquement la seconde plaque d'é- lectrode 140 à un dispositif de polarisation 210 tel qu'u- ne source d'alimentation RF. Dans un mode de réalisation préféré, la corrosion s'effectue par un procédé de corro- sion par pulvérisation réactive sélective, tel que celui qui 6 2474256 est décrit dans ses grandes lignes dans le brevet US nO 3 971 684 intitulé "Etching Thin Film Circuits and Semi- conductor Chips" (Corrosion de circuits à couche mince et de microplaquettes de semi-conducteur). Un-gaz corrosif chimiquement réactif, dont les ions réagissent de manière pratiquement exclusive, soit avec le matériau du substrat, soit avec le matériau d'électrodes du dispositif résona- teur est ensuite admis dans l'enceinte. Par exemple, un gaz corrosif choisi dans le groupe du fluor, tel que CF4 (tétrafluorure de carbone), corrode un matériau de subs- trat tel que du quartz environ dix fois plus vite que le matériau tel que l'aluminium qui est utilisé pour les élec- trodes de transducteur. Au point de vue ajustement, ce taux de corrosion différentiel équivaut pratiquement à une "corrosion sélective". D'une manière analogue, un gaz cor- rosif du groupe du chlore, tel que CCl4 (tétrachlorure de carbone) ou CF3Cl (chlorométhane) corrode des électrodes de transducteur, par exemple en aluminium, dix fois plus vite que des matériaux tels que le quartz. Cette corro- sion différentielle est alors essentiellement une "corro- sion sélective". Le dispositif d'excitation 170 est actionné de manière à faire fonctionner le dispositif à ondes acous- tiques à sa fréquence centrale. Pendant le fonctionnement de ce dernier dispositif, le dispositif de polarisation 210 est actionné de manière à ioniser le gaz corrosif entre les plaques d'électrode à l'intérieur de l'enceinte. Les ions qui se trouvent au voisinage du dispositif à ondes acous- tiques réagissent chimiquement avec la surface de ce dispo- sitif, de manière à éliminer partiellement par corrosion le matériau de surface. Si l'on utilise le gaz corrosif appro- prié pour l'ajustement, ou bien seul le matériau du substrat du dispositif est corrodé, ou bien c'est le matériau d'élec- trodes qui est seul corrodé. Par exemple, lors d'une corro- sion du matériau de substrat comme représenté sur la figure 4, les crêtes 210 et les creux 220, ainsi que le matériau 7 2474256 de substrat 230 entre les électrodes 240 sont uniformément corrodés. Au cours du processus d'ajustement, l'instrument de contrôle 190 indique constamment les résultats de la corrosion en cours; une fois que la quantité de matériau appropriée a été éliminée par corrosion et que la fréquence centrale désirée et d'autres caractéristiques de fréquence désirables du dispositif à ondes acoustiques, par exemple la réponse de forme du filtre, sont obtenues, le dispositif de polarisation 210 est immédiatement mis hors d'action et la corrosion est terminée. Le dispositif à ondes acous- tiques ajusté résultant est un résonateur accordé de façon précise et présentant les caractéristiques électriques dé- sirées. Un ajustement par le procédé décrit offre plusieurs avantages substantiels par rapport à la technique antérieure. Ces avantages sont notamment les suivants: 1) Le processus est très simple, étant donné qu'aucun mas- quage d'aucune sorte n'est nécessaire; 2) aucun traitement de postajustement n'est nécessaire, de sorte que les décalages de fréquence ultérieurs indési- rables sont réduits au minimum; 3) le dispositif est opérationnel pendant l'ajustement de sorte qu'un contrôle direct in situ peut être aisément effectué; 4) si l'on introduit un peu d'oxygène avec le gaz corro- sif, le processus de corrosion permet en outre d'éliminer des impuretés organiques et d'anodiser partiellement l'alu- minium, ce qui a pour résultat une stabilité à long terme améliorée du dispositif, et ) l'ajustement peut être effectué simultanément sur tous les dispositifs montés sur une pastille (ou sur plusieurs pastilles) ou encore, si on le désire, sur les dispositifs déjà assemblés dans des bottiers juste avant le scellement. Il est à noter que ce procédé offre une large application et peut être utilisé avec d'autres configura- tions de dispositif comprenant notamment des résonateurs à orifice unique, des résonateurs à cavités multiples, des transducteurs à électrodes évidées, des filtres trans- versaux et des corrélateurs. REVENDICATIONS 1) Procédé d'ajustement d'un dispositif acoustique fabriqué avec un substrat en matériau piézo-électrique sur lequel est déposé un matériau d'électrodes, ledit procé- dé étant caractérisé en ce qu'il comprend une opération consistant à corroder à sec sélectivement l'un des maté- riaux comprenant le matériau d'électrodes et le matériau de substrat entre les électrodes, de manière à modifier la fréquence centrale du dispositif. 2) Procédé d'ajustement de dispositif acoustique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com- prend les opérations consistant à exciter ledit disposi- tif acoustique de manière à le faire fonctionner à sa fré- quence centrale, et à contrôler les caractéristiques de fréquence dudit dispositif. 3) Procédé suivant la revendication 1, dans lequel ledit dispositif acoustique est constitué par un subs- trat en quartz et par une pluralité d'électrodes en alumi- nium, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à admettre dans une enceinte con- tenant ledit dispositif acoustique un gaz corrosif chimi- quement réactif, dont les ions ne corrodent essentiellement qu'un seul des matériaux comprenant le quartz et l'alumi- nium, à appliquer un moyen d'excitation dans l'enceinte pour ioniser le gaz corrosif réactif au voisinage du dispositif acoustique de manière à faire réagir chimiquement les ions de ce gaz avec l'un des matériaux comprenant le matériau du substrat et le matériau d'électrodes et à retirer le moyen d'excitation lorsque la fréquence centrale désirée est obtenue. 4) Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à exciter le dispositif acoustique de telle manière qu'il fonctionne à sa fréquence centrale et à contrôler les caractéristi- ques de fréquence dudit dispositif acoustique. 2474256 ) Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit gaz corrosif corrode de manière essentiel- lement sélective le matériau d'électrodes afin d'élever la fréquence centrale du dispositif acoustique. 6) Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz corrosif corrode de manière essentielle- ment sélective le matériau de substrat afin d'abaisser la fréquence centrale du dispositif acoustique. 7) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz corrosif chimiquement réactif est un composé gazeux du chlore. 8) Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz corrosif chimiquement corrosif est un composé gazeux du fluor. 9) Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz corrosif chimiquement réactif est un gaz choisi dans le groupe comprenant CF4 (tétrafluorure de car- bone), CHF3 (trifluorométhane) et SF6 (hexafluorure de soufre). 10) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz corrosif chimiquement réactif est un gaz choisi dans le groupe-comprenant CCl4 (tétrachlorure de carbone), et CF3Cl (chlorométhane). 11) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à exciter le dispositif acoustique de manière à le faire fonctionner à sa fréquence centrale et à contrôler les caractéristi- ques de fréquence dudit dispositif acoustique. 12) Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à exciter le dispositif acoustique de manière à le faire fonctionner à sa fréquence centrale et à contrôler les caractéristi- ques de fréquence dudit dispositif acoustique.