Brevet FR2685831A1 — publié le 19930702

DISPOSITIF A ONDE ELASTIQUE ET PROCEDE DE PRODUCTION D'UN TEL DISPOSITIF L'invention se rapporte à un dispositif à onde élastique tel qu'un filtre à onde acoustique superficielle, un résonateur de type TID (Transducteur Inter-Digital) et un résonateur à cristal unique, et à un procédé de fabrication d'un tel dispositif Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un dispositif à onde élastique utilisant comme substrat un cristal unique de tétraborate de lithium (Li 2 B 407), ainsi qu'à un procédé de fabrication de ce dispositif. Un dispositif à onde élastique de ce genre est produit de telle sorte qu'on forme sur un substrat piézo- électrique une électrode destinée à exciter une onde élastique, puis on découpe celui-ci pour fabriquer une puce unitaire, les puces ainsi formées étant scellées dans un contenant métallique ou analogue Le substrat employé dans ce cas est formé d'un cristal unique de tétraborate de lithium, de niobate de lithium, de tantalate de lithium et analogues. En particulier, le dispositif à onde élastique fait dans un substrat sous forme d'un cristal unique de tétraborate de lithium présente des variations en fréquence plus petites en fonction de la température, comparativement à celles de dispositifs utilisant d'autres sortes de substrat, et fait preuve d'une grande stabilité en fréquence à température équivalente. Toutefois, le substrat, c'est-à-dire le cristal unique de tétraborate de lithium, est soluble dans l'eau, dans l'acide et analogues, ce qui est un désavantage dans la mesure o on ne peut atteindre les caractéristiques électriques désirées par suite de l'apparition de rugosités sur la surface du substrat durant le processus de fabrication du dispositif à onde élastique. If_, X 2 2685831 Pour résoudre ces problèmes, la demande de brevet japonais non examinée no 63-178615 décrit un procédé de préparation d'un élément à onde acoustique superficielle dans lequel on forme un film de silice (Si O 2) sur la surface d'un substrat, un cristal unique de tétraborate de lithium, on évapore de l'aluminium sur le film de silice, puis on procède à une gravure pour former une électrode d'aluminium Cette demande décrit également un autre procédé pour préparer un élément à onde acoustique superficielle, comprenant les étapes consistant à évaporer de l'aluminium sur la surface du substrat, à former une électrode par gravure à sec de façon à ce qu'une pluralité de sections d'éléments d'onde acoustique superficielle soit formée, à revêtir la surface du substrat comprenant l'électrode avec un film protecteur formé dans une résine synthétique, une paraffine de pétrole, des graisses et des huiles naturelles, une cire naturelle ou analogues, à séparer les sections d'éléments d'onde acoustique superficielle, et à ôter le film protecteur. Ces procédés de production permettent d'éviter la corrosion du substrat sous forme d'un cristal unique par l'eau, l'acide et analogues, durant la formation de l'électrode, la gravure du motif et le découpage. Toutefois, dans le procédé précédent, le film de silice est placé entre le substrat, le cristal unique de tétraborate de lithium, et l'électrode Cela rend impossible toute amélioration dans le couplage électromécanique entre les éléments d'onde acoustique superficielle Dans le dernier procédé, la surface du substrat tend à devenir déliquescente, par réaction du tétraborate de lithium avec la vapeur d'eau atmosphérique, puisque la surface du substrat, le cristal unique de tétraborate de lithium, est exposé à l'air entre le moment o le film protecteur est ôté et le moment o on scelle le contenant Le résultat est que la surface de substrat devient rugueuse et que la surface de l'élément d'onde acoustique n'est pas stable vis-à-vis d'une augmentation des pertes d'insertion. 3 2685831 Pour éviter cela, on a considéré la possibilité d'utiliser le substrat sans retirer le film protecteur. Toutefois, étant donné que le film protecteur dans les procédés conventionnels est formé à partir d'une résine synthétique, d'une paraffine de pétrole, de graisses et gras naturels, d'une cire naturelle et analogues, et que le film protecteur lui-même peut absorber l'onde élastique, la fonction essentielle des dispositifs à onde élastique s'en trouve détériorée. L'objet de l'invention est un dispositif à onde élastique hautement fiable ayant des caractéristiques de fréquence améliorées vis-à-vis de la température, capable d'éviter une augmentation des pertes d'insertion causées par une surface de substrat rugueuse, même sous une haute teneur en humidité, ainsi qu'un procédé de production d'un tel dispositif. Nous avons découvert comment réaliser l'objet précédent, au moyen d'un dispositif à onde élastique comprenant comme substrat un cristal unique de tétraborate de lithium, une électrode formée sur la surface du substrat et destinée à exciter une onde élastique, et un film de silice revêtant la surface du substrat comprenant l'électrode. Le dispositif à onde élastique selon l'invention est produit en évaporant un métal sur la surface du substrat, le cristal unique de tétraborate de lithium, en formant l'électrode destinée à exciter l'onde élastique par gravure, et en formant un film de silice continu sur la surface du substrat qui comprend les électrodes. L'invention sera mieux comprise en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs. Dans ces dessins: la figure 1 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 2, la figure 2 est une vue complète, en perspective, d'un filtre à onde acoustique superficielle selon l'invention, la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne B-B de la figure 4, la figure 4 est une vue de dessus, en perspective, d'un résonateur à cristal unique de tétraborate de lithium selon une autre forme d'exécution de l'invention, et la figure 5 est une vue de dessous, en perspective, du résonateur de la figure 4. Le dispositif à onde élastique selon l'invention comprend un filtre à onde acoustique superficielle utilisant un substrat sous forme d'un cristal unique de tétraborate de lithium, un résonateur du type TID (Transducteur Inter- Digital), un résonateur à cristal unique et analogues L'onde élastique comprend non seulement l'onde acoustique superficielle, mais également un ensemble d'ondes acoustiques. L'électrode destinée à exciter l'onde acoustique selon l'invention peut être produite en formant un film de métal tel que l'aluminium, l'or ou analogues, sur la surface du substrat, un cristal unique de tétraborate de lithium, par évaporation sous vide, évaporation par projections à haute fréquence, évaporation par courant d'ions, etc, et en formant le motif désiré par photolithographie Le métal est de préférence l'aluminium, qui est léger et présente de bonnes caractéristiques de transfert en distorsion. La surface du substrat comprenant les électrodes est revêtue d'un film de silice qui revêt les électrodes aussi bien que le substrat Le film de silice est continu et couvre la surface du substrat comprenant l'électrode Si les électrodes ont une épaisseur de 0,5 micromètre par exemple, le film de silice a sur la surface du substrat une épaisseur de 1 micromètre environ. 2685831 Le film de silice peut être formé par plusieurs procédés, tels que par projections à haute fréquence, dépôt en phase vapeur (CVD), dépôt en phase vapeur (CVD) à plasma, ou procédé sol-gel. Le procédé par projections à haute fréquence est un procédé dans lequel Si O 2 est évaporée sous une atmosphère de gaz argon Dans le procédé sol-gel, la surface du substrat comprenant les électrodes est revêtue d'une solution d'alkoxyde de silicone, puis on chauffe pour éliminer le solvant Le revêtement peut être effectué par immersion, revêtement en rotation et analogues On préfère le revêtement en rotation, dans lequel la surface d'un substrat en rotation est revêtue avec une solution d'alkoxyde de silicone, ce qui permet d'obtenir une épaisseur de film régulière. Selon l'invention, les propriétés déliquescentes du cristal unique de tétraborate de lithium servant de substrat ne posent pas de problème au moment de la formation des électrodes, si elles sont immergées dans l'eau pure pendant un temps très court Toutefois, le contact avec la vapeur d'eau atmosphérique pendant une période relativement longue jusqu'au scellage dans le contenant après formation de l'électrode, se traduit par la détérioration du dispositif à onde élastique, par suite de la réaction de la surface du substrat avec l'eau, ce qui se traduit par des pertes d'insertion augmentées. Dans le dispositif à onde élastique selon l'invention, on revêt d'un film de silice un substrat sous forme d'un cristal unique de tétraborate de lithium, présentant de bonnes caractéristiques de fréquence par rapport à la température Ceci isole le substrat de la vapeur d'eau atmosphérique, la surface du substrat ne pouvant former de rugosités, ce qui évite l'augmentation des pertes d'insertion Le film de silice n'absorbe pas l'onde élastique, de telle sorte que cela n'affecte pas de façon contraire les caractéristiques du dispositif à onde élastique. 6 2685831 Comme décrit, dans un dispositif traditionnel à onde élastique, le fait que le film de silice soit placé entre le substrat, le cristal unique de tétraborate de lithium, et l'électrode rend impossible l'obtention dans l'élément à onde élastique superficielle d'un facteur de couplage électromécanique élevé De plus, l'électrode est formée directement sur le substrat, le cristal unique de tétraborate de lithium, et les pertes d'insertion sont augmentées par suite de la formation de rugosités sur la surface du substrat pendant le temps nécessaire pour le sceller dans un contenant Avec la présente invention, le film de silice reste revêtu en permanence et protège le substrat, le cristal unique de tétraborate de lithium, qui a de bonnes caractéristiques en fréquence vis-à-vis de la température Ceci, avec le fait que les électrodes sont directement sur le substrat, conduit à un dispositif à onde élastique excellent o le film protecteur n'absorbe pas l'onde élastique et o les pertes d'insertion n'augmentent pas au fil du temps. La présente invention va être maintenant décrite en référence aux exemples et exemples comparatifs qui suivent basés sur les dessins annexés et donnés à titre non limitatif. Exemple 1 Les figures 1 et 2 illustrent une forme d'exécution dans laquelle le dispositif à onde élastique est un filtre 18 à onde acoustique superficielle Le filtre 18 à onde acoustique superficielle a été fabriqué en formant par photolithographie une pluralité d'électrodes d'aluminium 12 ayant une épaisseur d'environ 0,5 micromètre sous la forme de deux peignes combinés, sur la surface d'un substrat 10, un cristal unique de tétraborate de lithium ayant une épaisseur de 500 micromètres La surface du substrat 10 comprenant les électrodes 12 a été revêtue d'un film continu de silice 14 d'une épaisseur d'environ 0,1 micromètre, puis on a découpé pour faire une puce unitaire. Plus spécifiquement, on a évaporé un film d'aluminium sur la surface entière du substrat 10 par une technique d'évaporation sous vide, suivie par l'application d'une photorésistance sur le film d'aluminium Le film d'aluminium a été recouvert d'un masque portant un motif d'électrode, puis exposé à la lumière Le substrat exposé a été développé dans une solution alcaline et rincé à l'eau pure Le film d'aluminium a alors été traité par gravure humide en utilisant une solution de gravure composée d'une solution aqueuse de Na OH pour former des électrodes 12 destinées à exciter l'onde élastique Après retrait de la photorésistance à l'acétone, les pattes de connexion 13 des électrodes ont été couvertes d'un masque métallique, et on a formé un film de silice continu 14 uniformément sur la surface du substrat 10 comprenant les électrodes, par projections à haute fréquence Après retrait du masque métallique du substrat 10, on a découpé pour faire des puces unitaires. Finalement, on a connecté les connecteurs 16 aux pattes de connexion 13 des électrodes pour former le filtre à onde acoustique de surface 18. Exemple comparatif 1 On a produit un filtre à onde acoustique superficielle par le même procédé que celui de l'exemple 1, sauf qu'on n'a pas déposé le film de silice 14. Exemple 2 Cette forme d'exécution est illustrée aux figures 3 à 5 Le dispositif à onde élastique est un résonateur 30 à cristal unique de tétraborate de lithium Le résonateur 30 a une pluralité d'électrodes circulaires 22, chacune ayant un 8 2685831 diamètre d'environ 15 millimètres et une épaisseur d'environ 0,5 micromètre, formées par photolithographie sur les surfaces supérieure et inférieure d'un cristal unique de tétraborate de lithium comme substrat 20 Le substrat 20 a une épaisseur de 300 micromètres On a formé des films de silice 24 ayant chacun une épaisseur d'environ 0,1 micromètre sur la surface du substrat 20 comprenant les électrodes 22. On a ensuite découpé pour former des puces unitaires On a formé deux électrodes de forme circulaire sur les deux surfaces du substrat dans des positions o les électrodes se chevauchent l'une avec l'autre. Plus spécifiquement, on a formé des électrodes 22 destinées à exciter une onde élastique de la même manière que décrit dans l'exemple 1 Après retrait de la photorésistance à l'acétone, les pattes de connexion 23 des électrodes ont été couvertes avec un masque métallique et on a alors formé de façon uniforme un film de silice 24 continu sur la surface du substrat 20, comprenant les électrodes 22, par projections haute fréquence On a retiré le masque métallique et découpé pour faire les puces unitaires Finalement, on a obtenu un résonateur 30 à cristal unique de tétraborate de lithium en connectant des connecteurs 26 avec les pattes de connexion 23 des électrodes d'une paire d'électrodes 22 sur la puce ainsi produite. Exemple comparatif 2 On a produit un résonateur à cristal unique de tétraborate de lithium par la même procédé que celui de l'exemple 2, sauf qu'on a pas déposé le film de silice 24. On a testé la fiabilité de chacun des filtres d'onde acoustique superficielle de l'exemple 1 et de l'exemple comparatif 1 et des résonateurs à cristal unique de tétraborate de lithium de l'exemple 2 et de l'exemple comparatif 2, en laissant les dispositifs à onde élastique en présence d'une humidité de 85 %, et à une température de 851 C pendant 48 heures, et on a mesuré les pertes d'insertion avant et après Les résultats des tests sont reportés sur le tableau suivant: Pertes d'insertion (unité: d B) Avant le test Après le test d'humidité d'humidité Exemple 1 2,7 3,0 Exemple comparatif 1 2,8 11,4 Exemple 2 0,4 0,4 Exemple comparatif 2 0,4 7,5 Comme il ressort du tableau, les pertes d'insertion du dispositif à onde élastique après le test, dans les exemples comparatifs 1 et 2 o on n'a pas déposé les films de silice, sont fortement augmentées par comparaison avec les valeurs avant le test Au contraire, les pertes d'insertion du dispositif à onde élastique des exemples 1 et 2 o on a déposé des films de silice, varient peu et montrent une grande fiabilité. REVENDICATIONS 1 Dispositif à onde élastique caractérisé en ce qu'il comprend: un cristal unique de tétraborate de lithium comme substrat, une électrode formée sur la surface du substrat destinée à exciter une onde élastique, et un film de silice revêtant la surface du substrat comprenant l'électrode. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode est en or ou en aluminium. 3 Procédé de fabrication du dispositif à onde élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: évaporer un métal sur la surface du substrat, le cristal unique de têtraborate de lithium, former l'électrode destinée à exciter l'onde élastique par gravure, et former un film de silice continu sur la surface du substrat qui comprend les électrodes. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le film de silice est formé par évaporation à projections. 5 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le film de silice est formé en revêtant d'une solution d'alcoxyde de silicone le substrat et l'électrode qu'il contient, puis en chauffant pour éliminer le solvant de la solution. 6 Dispositif à onde élastique fabriqué par le procédé selon l'une des revendication 3 à 5.