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DE10206369A1 - Elektrodenstruktur mit verbesserter Leistungsverträglichkeit und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Elektrodenstruktur mit verbesserter Leistungsverträglichkeit und Verfahren zur Herstellung

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DE10206369A1
DE10206369A1 DE10206369A DE10206369A DE10206369A1 DE 10206369 A1 DE10206369 A1 DE 10206369A1 DE 10206369 A DE10206369 A DE 10206369A DE 10206369 A DE10206369 A DE 10206369A DE 10206369 A1 DE10206369 A1 DE 10206369A1
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Abstract

Für ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement wird vorgeschlagen, die Elektrodenstruktur (ES) über einer mechanisch stabilen Anpassungsschicht (AS) anzuordnen, die zum Abbau des elektromechanischen Stresses dient. Weitere Verbesserungen der Leistungsverträglichkeit werden mit zusätzlichen Zwischenschichten (ZS) und seitlich oder ganzflächig über der Elektrodenstruktur aufgebrachten Passivierungsschichten (PS) erzielt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement mit einem piezoelektrischen Substrat, auf dem eine Aluminium umfassende Elektrodenstruktur aufgebracht ist.
  • Unter Bauelementen, die mit akustischen Wellen arbeiten, sind insbesondere Oberflächenwellenbauelemente (SAW-Bauelemente) und FBAR-Resonatoren (thin film bulk acoustic resonator) zu verstehen. SAW-Filter und Filter aus FBAR-Resonatoren werden zunehmend im Front-End von Mobilfunkgeräten als Sende- und Empfangsfilter eingesetzt. Durch das Sendefilter fließt dabei die gesamte Sendeleistung des Mobilfunkgerätes, so daß die Elektrodenstrukturen dieser Bauelemente einer maximalen Strombelastung ausgesetzt sind. Hinzu kommt, daß durch die zunehmende Miniaturisierung und durch die Einführung neuer Mobilfunkstandards die Leistungsdichte in den Bauelementen immer höher wird. Neben der geforderten hohen Stromtragfähigkeit der Elektrodenstrukturen sind diese außerdem durch die akustische Welle einer starken mechanischen Belastung ausgesetzt, die auf Dauer zur Zerstörung der Elektrodenstruktur und damit zum Ausfall des Bauelementes bzw. des Filters führen kann.
  • Untersuchungen an mechanisch und elektrisch stark belasteten Filtern zeigen, daß die Elektroden durch Materialwanderung von Elektrodenmaterial (Akusto- und Elektromigration) zerstört werden. Diese äußert sich in der Bildung von Hohlräumen (voids) und an der Oberfläche der Elektrodenstrukturen in der Ausbildung von Auswüchsen, sogenannten Hillocks. Fig. 1 zeigt eine solche durch Akustomigration beschädigte Elektrodenstruktur eines SAW-Bauelementes. Auf einem Substrat S sind die hier im Querschnitt dargestellten streifenförmigen Elektrodenstrukturen ES aufgebracht. Aus dem ursprünglich rechteckigen Querschnitt der Elektrodenstreifen sind durch Akustomigration die Auswüchse H entstanden, die sowohl seitlich der Elektrodenstrukturen als auch auf der oberen Oberfläche der Elektrodenstrukturen auftreten können. Parallel dazu bilden sich die Hohlräume V. Eine so veränderte Elektrodenstruktur besitzt eine veränderte Geometrie, deren elektromechanische Eigenschaften verändert sind. Sind zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Elektrodenfingern Auswüchse H entstanden, so können diese zum Ausgangspunkt eines Kurzschlusses oder eines Überschlags zwischen den beiden Elektrodenfingern werden. Neben den veränderten Eigenschaften der geschädigten Elektrodenstruktur führt ein elektrischer Überschlag zwischen unterschiedlich polarisierten Elektrodenfingern üblicherweise zur Zerstörung und damit zum Totalausfall des Filters. Die unter Streßbelastung zunehmende Veränderung der elektromechanischen Eigenschaften von Elektrodenstrukturen dagegen führt zu einer kontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz und zu einem unerwünschten Ansteigen der Einfügedämpfung.
  • Als Elektrodenmaterial wird bei SAW-Bauelementen üblicherweise Aluminium eingesetzt. Zur Einschränkung der schädlichen Akustomigration werden zunehmend Legierungen wie beispielsweise AlCu, AlMg, AlCuMg, AlCuSc, AlZrCu, AlTi, AlSi und andere eingesetzt. Diese Legierungen reduzieren die Migration, indem sie an den Aluminiumkorngrenzen Ausscheidungen bilden, die die Diffusionspfade blockieren. In Abhängigkeit von dem Aluminium zugesetzten Metall oder Element führt dies dazu, daß sich das zugesetzte Element zum Teil in den Aluminiumkörnern festsetzt, diese verfestigt und dem Materialwanderung in den Elektroden reduziert. Nähere Angaben zu derartigen Elektrodenstrukturen bzw. der dafür verwendeten Materialien finden sich in den Druckschriften 1 bis 3 (siehe Literaturverzeichnis). Durch die Unterdrückung der Akustomigration wird sowohl der kontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz und der Einfügedämpfung als auch der Gefahr der Kurzschlußbildung und der Überschläge entgegengewirkt. Allerdings haben die verwendeten Legierungen einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand als nicht legierte Metalle. Dies beeinträchtigt die Filterperformance und bewirkt eine höhere Einfügedämpfung. Außerdem wird die Selbsterwärmung gesteigert, die sich wiederum negativ auf die Leistungsverträglichkeit der Elektrodenstrukturen und damit des Filters auswirkt. Damit ist auch mit den vorgeschlagenen Legierungen die maximale Leistungsverträglichkeit begrenzt.
  • Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, an Stelle einer homogenen Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung Schichtsysteme aus unterschiedlichen Metallen und Aluminiumlegierungen einzusetzen. Dazu werden zwischen Aluminium- und/oder Aluminiumlegierungsschichten eine oder mehrere Zwischenschichten aus Kupfer, Magnesium, Titan, Chrom oder anderen Metallen eingesetzt. Diese Zwischenschichten blockieren die Diffusion des Aluminiums durch diese Schichten und reduzieren damit den Effekt der kontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz und der Einfügedämpfung. Dies wird beispielsweise in den Druckschriften 4 und 5 vorgeschlagen.
  • Um die Haftung der Elektrodenstrukturen auf dem Substrat zu erhöhen, kann zwischen der untersten Aluminium oder Aluminiumslegierungsschicht eine Haftschicht aus Titan aufgebracht werden, wie beispielsweise aus den Druckschriften 6 und 7 bekannt ist. Diese Titan-Haftschicht verbessert die <111>- Textur und damit die Leistungsverträglichkeit.
  • Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, reines Kupfer zur Herstellung von Elektrodenstrukturen zu verwenden oder alternativ ein Schichtsystem Kupfer-Aluminium oder Kupfer-Aluminium- Kupfer zu verwenden. Unabhängig davon wurde vorgeschlagen, ganzflächige Passivierungsschichten über den Elektrodenstrukturen zu erzeugen, um die Elektrodenstrukturen gegen äußere Einwirkungen wie Korrosion zu schützen und die Migration zu verhindern. Als Material für solche Passivierungsschichten wurde bereits Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid vorgeschlagen, beispielsweise in der Druckschrift 8.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Bauelement der eingangs genannten Art die Leistungsverträglichkeit der Elektrodenstrukturen weiter zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Bauelementes sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung schlägt vor, unterhalb der Elektrodenstruktur eine mechanisch stabile Anpassungsschicht anzuordnen. Mit einer geeignet gewählten Anpassungsschicht wird die Akustomigration erfolgreich unterdrückt. Entsprechende Experimente der Erfinder haben gezeigt, daß die Gefahr von Kurzschlüssen und Überschlägen besonders dann hoch ist, wenn als erste Schicht über dem piezoelektrischen Substrat eine Aluminium- oder eine Aluminiumlegierungsschicht verwendet wird. Aus Simulationsrechnungen hat sich ergeben, daß vor allem am Übergang Substrat/Metallisierung die mechanische Belastung (mechanischer Streß und Dehnung) durch die akustische Welle am höchsten ist und daß das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung dieser Belastung nicht ausreichend standhalten kann.
  • Erfindungsgemäß wird deshalb als Anpassungsschicht ein Material eingesetzt, welches die mechanische Belastung in der übrigen Elektrodenstruktur, die nach wie vor Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfaßt, möglichst stark reduziert und das selbst wiederum den mechanischen Belastungen standhalten kann. Eine weitere Randbedingung für die Auswahl des Materials für die Anpassungsschicht ist eine gute Haftung zum Substrat und/oder zum darüber aufgebrachten Elektrodenmaterial. Es sind also in erster Näherung alle Materialien geeignet, die eine geringere Materialermüdung zeigen und die eine höhere Bruch-Dehngrenze aufweisen, als das bisher für Elektrodenstrukturen verwendete Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung. Besonders geeignet für die Anpassungsschicht ist Kupfer. Kupfer weist eine gute Haftung zum Material der übrigen Elektrostruktur auf und zeigt eine gute elektrische Leitfähigkeit. Die Haftung zum piezoelektrischen Substratmaterial, beispielsweise Lithiumtantalat, Lithiumniobat, Quarz oder Langasit ist im Vergleich zum Aluminium reduziert.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, zwischen der Kupfer umfassenden Anpassungsschicht und dem Substrat eine Haftvermittlerschicht vorzusehen, welche eine gute Haftung sowohl zu Substrat als auch zur Anpassungsschicht vermittelt. Eine solche Haftvermittlerschicht kann eine Titanschicht umfassen. Besonders gut geeignet ist auch eine Aluminiumoxidschicht, deren Verwendbarkeit als Haftvermittlerschicht bislang nicht bekannt war. Darüber hinaus sind weitere Haftvermittlerschichten geeignet, die neben der Haftung keine weiteren besonderen Eigenschaften aufweisen müssen. Die Haftvermittlerschicht kann dementsprechend in äußerst geringer Schichtdicke von wenigen Atomlagen und beispielsweise in einer Schichtdicke von 1 bis 10 nm aufgebracht werden.
  • Auch für die Anpassungsschicht sind prinzipiell keine Elektrodeneigenschaften gefordert, sind jedoch vorteilhaft. In Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit des für die Anpassungsschicht verwendeten Materials ist lediglich eine ausreichende Mindestschichtdicke erforderlich. Hat die Anpassungsschicht gute Elektrodeneigenschaften, kann sie auch entsprechend dicker als erforderlich ausgebildet werden. Eine ausreichende Dicke der Anpassungsschicht wird unabhängig von deren Material bereits bei 2 bis 30 nm erreicht.
  • Neben dem Kupfer werden für die Anpassungsschicht z. B. Titanlegierungen, Magnesium und Titannitrit vorgeschlagen. In allen Fällen wird eine gegenüber bekannten Elektrodenstrukturen verminderte Akustomigration und damit eine verbesserte Beständigkeit der Bauelemente gegenüber einer Veränderung ihrer Eigenschaften oder gegenüber einem Totalausfall erwartet.
  • Eine weitere Verbesserung der Leistungsverträglichkeit wird erzielt, wenn die Akustomigration innerhalb des noch Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassenden Teils der Elektrodenstruktur zusätzlich durch Sperrschichten unterdrückt wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen jeweils zwei Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassenden Schichten eine Zwischenschicht angeordnet, welche eine Diffusionssperrwirkung entfalten kann. Mit Hilfe solcher Zwischenschichten gelingt es, die Akustomigration senkrecht zu diesen Sperrschichten also üblicherweise vertikal zum Substrat zu unterdrücken. Als Material für solche Zwischenschichten sind insbesondere Kupfer, Magnesium, Magnesiumoxid, Titan, Titannitrid oder eine Titanlegierung geeignet. Auch hier gilt, daß in Abhängigkeit von der Eignung des Materials der Zwischenschicht als Elektrodenschicht die Dicke der Zwischenschicht bestimmt wird. Für Materialien mit schlechteren Elektrodeneigenschaften als Aluminium wird der Dickenanteil der zumindest einen Zwischenschicht auf z. B. 10 Prozent bezogen auf die Gesamtschichtdicke der Elektrodenstruktur eingestellt. Sind die Elektrodeneigenschaften des Materials der Zwischenschicht jedoch besser als das der übrigen Elektrodenstruktur, so sind auch höhere Dickenanteile der Zwischenschicht geeignet.
  • Durch Einfügen der Zwischenschichten wird als weiterer Vorteil erzielt, daß die verbleibenden Aluminium- oder Aluminiumslegierungsschichten nun nur noch geringere Korndurchmesser im metallischen Gefüge ausbilden können. Dadurch wird die Festigkeit der Elektrodenschicht verbessert. Vorteilhaft wird die Aluminium oder die Aluminiumslegierungsschicht durch Einfügen von Zwischenschichten auf einen Mindestwert eingestellt, der oberhalb der Ladungsträgerbeweglichkeit innerhalb des Materials liegt, um durch zu dünnen Aluminiumschichten nicht eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes zu bewirken.
  • Bei entsprechender Dicke der gesamten Elektrodenstruktur, die von der Frequenz abhängig ist, bei der das Bauelement arbeitet, können auch mehrere Zwischenschichten in der Elektrodenstruktur vorgesehen werden, um über die Diffusionssperrwirkung sowohl eine verringerte Vertikaldiffusion als auch über die geringeren Korndurchmesser eine verringerte horizontale Diffusion zu bewirken. Vorteil bringen diese Schichten nur als Zwischenschicht, das heißt, wenn sie beiderseits von entsprechenden Elektrodenschichten, also von Aluminium- oder Aluminiumlegierungsschichten begrenzt sind. Würde eine solche Schicht als Abdeckschicht (oberste Schicht) der Elektrodenstruktur eingesetzt, würde diese nur geringe Diffusionssperrwirkung entfalten können. Zudem wäre zur elektrischen Kontaktierung ein weiterer Lithographieschritt erforderlich. Auch als unterste Schicht ist keine Diffusionssperrschicht erforderlich, da keine Diffusion in das Substrat bzw. in die Haftvermittler oder die Anpassungsschicht auftritt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die die Leistungsverträglichkeit der Elektrodenstruktur behindernde Diffusion weiter durch eine Passivierungsschicht unterdrückt. Diese kann ganzflächig auf dem Substrat aufgebracht werden, so daß sie die Elektrodenstruktur sowie die nicht von der Elektrodenstruktur bedeckten Bereiche des Substrates überdeckt. Für diese Ausgestaltung sind insbesondere elektrisch nicht leitende Passivierungsschichten geeignet.
  • Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Passivierungsschicht zunächst ganzflächig aufzubringen und anschließend anisotrop zu ätzen, bis die Passivierungsschicht über den Elektrodenstrukturen entfernt und dort das Elektrodenmaterial freigelegt ist. Gleichzeitig wird auch zwischen den Elektrodenstrukturen die Oberfläche des Substrats freigelegt. An den Seitenkanten der Elektrodenstruktur bleibt jedoch die Passivierungsschicht erhalten und bildet Spacer aus.
  • Bei geeigneter Wahl des Materials für die Passivierungsschicht wird auf diese Weise eine horizontale Diffusion von Elektrodenmaterial verhindert, so daß sich insbesondere seitlich keine Hillocks ausbilden können. Damit wird die Anfälligkeit gegenüber Kurzschlüssen erheblich reduziert. Da auf diese Weise auch die Oberfläche der Elektrodenstrukturen frei von einer Bedeckung ist, wird auch das akustomechanische Verhalten der mit Spacern versehenen Elektrodenstrukturen praktisch nicht beeinflußt.
  • Auch bei ganzflächiger Aufbringung der Passivierungsschicht über die Elektrodenstrukturen wird die Diffusion von Elektrodenmaterial in alle Richtungen unterdrückt. Ein negativer Einfluß auf die elektromechanischen Eigenschaften der Elektrode bzw. der Elektrodenstruktur wird durch kontrollierte Schichtabscheidung der Passivierungsschicht minimiert. So kann eine Dämpfung der akustischen Welle durch die Belegung der Elektrodenstruktur mit der Passivierungsschicht weitgehend unterdrückt werden.
  • Als Material für die Passivierungsschicht kommen praktisch alle zumindest hochohmigen Materialien in Frage, die sich mittels Dünnschichtverfahren homogen und kantenbedeckend abscheiden lassen. Bevorzugt sind jedoch die Materialien SiO2, SiC, Si3N4, DLC (diamond like carbon), TiO oder MgO. Prinzipiell sind jedoch auch andere hochohmige oder isolierende Materialien geeignet.
  • Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrodenstruktur anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen sechs Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich mit einer durch Akustomigration geschädigten Elektrodenstrukturen.
  • Fig. 1 zeigt die bereits beschriebene Elektrodenstruktur nach Akustomigration
  • Fig. 2 zeigt die einfachste Ausführungsform der Erfindung mit einer Anpassungsschicht
  • Fig. 3 zeigt eine Elektrodenstruktur mit zusätzlicher Haftschicht
  • Fig. 4 zeigt eine Elektrodenstruktur mit zusätzlicher Zwischenschicht
  • Fig. 5 zeigt eine Elektrodenstruktur mit zusätzlicher Passivierungsschicht
  • Fig. 6 zeigt eine Elektrodenstruktur mit Spacern
  • Fig. 2 zeigt die einfachste Ausführungsform der Erfindung. Auf einem piezoelektrischen Substrat S. beispielsweise einem piezoelektrischen kristallinen Wafer aus Lithiumtantalat oder Lithiumniobat oder einer piezoelektrischen Dünnschicht, beispielsweise aus Zinkoxid oder Aluminiumnitrid, ist eine Elektrodenstruktur ES angeordnet. Je nach Art des Bauelementes ist dies im Falle eines SAW-Bauelementes beispielsweise eine streifenförmige Fingerelektrode, im Fall eines FBAR- Resonators eine flächig aufgebrachte Elektrode. Die Elektrodenstruktur ES umfaßt überwiegend Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, beispielsweise eine Aluminiumkupferlegierung mit ein bis zwei Prozent Kupferanteil. Zur Erzielung einer optimalen Kopplung mit dem Substrat weist die Elektrodenstruktur ES eine von der Wellenlänge abhängige optimale Dicke auf. Für ein 1 GHz Bauelement, beispielsweise ein 1 GHz SAW- Filter liegt die optimale Dicke bei ca. 400 nm. Für ein 2 GHz Filter ist die optimale Schichtdicke geringer und liegt bei ca. 180 nm. Bei Anlegen eines HF-Signals an die Elektrode sowie eine Gegenelektrode, die sich bei einem SAW-Bauelement auf der gleichen Oberfläche, bei einem FBAR-Resonator dagegen auf der entgegensetzten Oberfläche des Substrats S befindet, wird im Substrat eine akustische Welle angeregt. Allein auf Grund der Schwingungen des Substrats kommt es zu einer starken mechanischen Belastung der Elektrodenstruktur ES, die in der Elektrode zur Substratoberfläche hin immer stärker wird. Erfindungsgemäß ist daher zwischen Elektrodenschicht ES und Substrat S eine Anpassungsschicht AS angeordnet. Diese kann direkt auf dem Substrat aufgebracht werden und besitzt eine Dicke von beispielsweise mehr als 2 nm. Bei Schichtdicken oberhalb von 30 nm wird keine weitere Verbesserung der Elektrodenstruktur bezüglich ihrer Leistungsverträglichkeit und ihrer Kurzschlußfestigkeit mehr beobachtet. Möglich ist es jedoch grundsätzlich, die Anpassungsschicht auch dicker zu machen. Vorzugsweise besteht die Anpassungsschicht aus Kupfer in einer Schichtdicke von ca. 2 bis 30 nm.
  • Wegen der schlechten Haftung von Kupfer auf gängigen Substratmaterialien wie Lithiumniobat oder Lithiumtantalat wird zwischen Substrat S und Anpassungsschicht AS eine Haftvermittlungsschicht HS vorgesehen. Für die Dicke der Haftvermittlungsschicht sind wenige Atomlagen ausreichend, eine bevorzugte Schichtdicke liegt daher im Bereich von 1 bis 5 nm. Die Haftvermittlerschicht HS besteht beispielsweise aus einen dünnen Aluminiumoxidschicht, zu deren Aufbringung es ausreichend ist, ein entsprechend dünne Aluminiumschicht auf dem oxidischen piezoelektrischen Substrat aufzubringen. Mit Sauerstoff aus dem oxidischen Substrat oxidiert diese Aluminiumschicht vollständig durch und wird so in eine Aluminiumoxidschicht überführt. Für die Haftvermittlerschicht HS sind auch andere Materialien geeignet, die ausreichend Haftung zum Substrat S und zur Anpassungsschicht HS aufweisen. Größere Schichtdicken sind möglich aber nicht nötig.
  • Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassende Elektrodenstruktur ES durch je eine Zwischenschicht ZS in zwei oder mehr Teilschichten ES1 und ES2 aufgeteilt ist. Die z. B. aus 10 bis 40 nm Kupfer bestehende Zwischenschicht dient als Diffusionssperrschicht, so daß eine Akustomigration von Aluminiumatomen aus der Elektrodenstruktur in vertikaler Richtung durch diese Zwischenschicht S unterbunden ist. Möglich ist es jedoch auch, mit der Zwischenschicht S zwei aus unterschiedlichen Elektrodenmaterialien bestehende Teilschichten ES1 und ES2 voneinander zu trennen, um auch hier eine Diffusion von Elektrodenmaterial zwischen den Teilschichten zu verhindern.
  • Eine Ausdiffusion von Aluminiumatomen aus der Elektrodenstruktur ES wird nahezu vollständig verhindert, wenn über der Elektrodenstruktur ES samt darin gegebenenfalls angeordneter Zwischen-, Anpassungs- und Haftvermittlungsschicht eine Passivierungsschicht PS aufgebracht wird. Auch diese Schicht kann wie alle anderen auf dem Substrat aufgebrachten Schichten mit einem Dünnschichtverfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Sputtern, Aufdampfen oder CVD Verfahren. Bevorzugt als Passivierungsschicht ist eine Oxidschicht von Silizium, Titan oder Magnesium, eine Siliziumnitridschicht oder eine SIC- oder eine DLC-Schicht. Möglich sind auch andere oxidische oder isolierende Materialien.
  • Durch die vollständige Oberflächenabdeckung wird das Ausbilden von Hillocks vollständig verhindert. Dementsprechend wird auch die Ausbildung von Voids im Inneren der Elektrodenstruktur unterdrückt. Fig. 5 zeigt eine solche mit einer Passivierungsschicht abgedeckte Elektrodenstruktur.
  • Durch anisotrope Ätzung dieser Elektrodenstruktur mit maximaler Ätzrate vertikal zur Substratoberfläche für einen Zeitraum, der ausreichend ist, die Schichtdicke der Passivierungsschicht zu entfernen, werden die parallel zur Substratoberfläche ausgerichteten Schichtanteile der Passivierungsschicht vollständig entfernt. Fig. 6 zeigt, daß nur an den Seitenflächen der Elektrodenstruktur die Spacer SP verbleiben. An der Oberfläche der Elektrodenstruktur und seitlich der Elektrodenstruktur jenseits der Spacer SP ist die Passivierungsschicht vollständig entfernt. Auf diese Weise wird eine an ihren Seitenkanten vollständig von Spacern umgebene Elektrodenstruktur erhalten, bei der die Akustomigration in horizontaler Richtung parallel zur Substratoberfläche verhindert wird, die andererseits aber an der Oberfläche keine Bedeckung der Elektrode zeigt und daher die elektromechanischen Eigenschaften, die für den Einsatz der Elektrodenstruktur zur Erzeugung akustischer Wellen erforderlich sind, nicht beeinträchtigt.
  • Neben den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, für einzelne Schichten andere als die angegebenen Materialien zu verwenden, die dann den eingangs in der Beschreibung erwähnten Randbedingungen genügen müssen. Möglich ist es auch, bei erfindungsgemäßen Elektrodenstrukturen einzelne der dargestellten Schichten wegzulassen. Beispielsweise ist es möglich, die Passivierungsschicht auf Elektrodenstrukturen aufzubringen, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Sofern ausreichend Haftung zwischen Substrat und Anpassungsschicht AS gegeben ist, kann auf die Haftvermittlungsschicht HS verzichtet werden. Sämtliche Schichten sind in Dünnschichtverfahren aufgebracht, wobei zur Strukturierung der Elektrodenstruktur ES sowohl ein Lift off Verfahren als auch ein Ätzverfahren eingesetzt werden kann. Während beim Lift off Verfahren in den Bereichen der Substratoberfläche, die von Elektroden frei bleiben sollen, eine Opferschicht aufgebracht wird, die nach ganzflächigem Aufbringen der gewünschten Elektroden- und anderen Schichten samt darüberliegender Schichtbereiche wieder entfernt wird, werden bei der Ätztechnik zunächst sämtliche Schichten ganzflächig übereinander erzeugt und anschließend durch Ätzen strukturiert, beispielsweise mit Hilfe einer Photolackmaske. Die Passivierungsschicht wird vorzugsweise nach der Strukturierung der Elektrodenstruktur erzeugt.
  • Besonders bevorzugt wird die Erfindung bei SAW-Bauelementen, insbesondere bei SAW-Filtern eingesetzt, die hohem elektromechanischem Streß, erhöhter Materialermüdung mit den Folgen wie Kurzschlußanfälligkeit und kontinuierlicher Veränderung der Filtereigenschaften ausgesetzt sind. Mit der Erfindung wird bei diesen Bauelementen eine verbesserte Leistungsverträglichkeit erzielt, die sich in einer höheren Konstanz der Bauelementeigenschaften sowie in einer erhöhten Kurzschlußfestigkeit zeigt. Die Verbesserung wird einerseits erzielt durch die Anpassungsschicht, in der ein Teil des mechanischen Stresses abgebaut wird, so daß er nicht mehr auf die der Akustomigration unterliegende Elektrodenstruktur einwirken kann. In Verbindung mit den weiteren Maßnahmen, wie den Zwischenschichten und der Passivierungsschicht oder den Spacern wird die trotz vermindertem Streß noch gegebenenfalls vorhandene Akustomigration weiter reduziert mit der Erfindung werden die Kennwerte für Leistungsverträglichkeit mehr als verdoppelt, ohne daß die übrigen Bauelementeigenschaften negativ beeinflußt werden.

Claims (18)

1. Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement mit einem piezoelektrischen Substrat (S), auf dem eine Aluminium umfassende Elektrodenstruktur (ES) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Elektrodenstruktur (ES) zur Erhöhung der Leistungverträglichkeit der Elektrodenstruktur eine mechanisch stabile Anpassungsschicht (AS) angeordnet ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Anpassungsschicht (AS) Kupfer umfaßt.
3. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Anpassungsschicht (AS) eine Titanlegierung, Magnesium oder Titannitrid umfaßt.
4. Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, bei dem zwischen Anpassungsschicht (AS) und piezoelektrischem Substrat (S) eine Haftvermittlerschicht (HS) angeordnet ist.
5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Haftvermittlerschicht (HS) Al2O3, Titan oder TiO umfaßt.
6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Haftvermittlerschicht (HS) eine Schichtdicke von 1 bis 10 nm aufweist.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Anpassungsschicht (AS) eine Schichtdicke von 2 bis 30 nm aufweist.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Elektrodenstruktur (ES) mehrschichtig ist, wobei zwischen jeweils zwei Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassenden Teilschichten (ES1, ES2) eine Zwischenschicht (ZS) angeordnet ist.
9. Bauelement nach Anspruch 8, bei dem als Zwischenschicht (ZS) eine Diffusionssperrschicht vorgesehen ist.
10. Bauelement nach Anspruch 9, bei dem die Zwischenschicht (ZS) aus Cu, Mg, MgO, Ti, Titannitrid oder einer Titanlegierung besteht.
11. Bauelement nach Anspruch 10, bei dem die Dicke der zumindest einen Zwischenschicht (ZS) einen Anteil von 1 bis 10% an der Gesamtdicke der Elektrodenstruktur (ES) hat.
12. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem über der Elektrodenstruktur (ES) eine Passivierungsschicht (PS) angeordnet ist.
13. Bauelement nach Anspruch 12, bei dem die Passivierungsschicht (PS) aus SiO2, SiC, Si3N4, DLC, TiO oder MgO besteht.
14. Bauelement nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Elektrodenstruktur (ES) an den Seitenflächen quer zur Oberfläche des Substrats (S) mit der Passivierungsschicht (PS) bedeckt ist, bei dem aber die Oberfläche der Elektrodenstruktur (ES) parallel zur Substratoberfläche frei von der Passivierungsschicht ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem auf das Substrat (S) eine dünne Aluminiumschicht aufgebracht und oxidiert wird, bei dem anschließend die Anpassungschicht (AS) und die Elektrodenstruktur (ES) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
bei dem das Material für die Elektrodenstruktur (ES) zunächst ganzflächig aufgebracht und anschließend strukturiert wird,
bei dem nach dem Strukturieren der Elektrodenstruktur (ES) ganzflächig auf das Substrat (S) oder nur auf die Elektrodenstruktur eine dünne Metallschicht aufgebracht wird, die ausgewählt ist aus Si, Ti oder Mg und
bei dem die dünne Metallschicht anschließend oxidiert wird, wobei das entstehende Oxid eine Passivierungsschicht (PS) ausbildet.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem die Passivierungsschicht (PS) anisotrop so geätzt wird, daß die zur Substratoberfläche parallele Oberfläche der Elektrodenstruktur (PS) freigelegt wird, an den Seitenflächen der Elektrodenstruktur (ES) aber aus dem Material der Passivierungsschicht bestehende Spacer (SP) verbleiben.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Strukturierung der Elektrodenstruktur (ES) mit einer Abhebetechnik erfolgt.
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