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Title:
ELECTRODE STRUCTURE COMPRISING AN IMPROVED OUTPUT COMPATIBILITY AND METHOD FOR PRODUCING SAID STRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/069775
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a component that operates by means of acoustic waves. According to the invention, the electrode structure (ES) is positioned above a mechanically stable adaptation layer (AS), which reduces electromechanical stress. The output compatibility is further improved by the provision of additional intermediate layers (ZS) and passivation layers (PS) that are applied laterally or to the entire surface of the electrode structure.

Inventors:
LEIDL ANTON (DE)
KNAUER ULRICH (DE)
RUILE WERNER (DE)
PENG LIJUN (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/000363
Publication Date:
August 21, 2003
Filing Date:
February 07, 2003
Export Citation:
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Assignee:
EPCOS AG (DE)
LEIDL ANTON (DE)
KNAUER ULRICH (DE)
RUILE WERNER (DE)
PENG LIJUN (DE)
International Classes:
H03H9/145; H03H3/08; H03H9/02; (IPC1-7): H03H9/02
Foreign References:
EP0762641A11997-03-12
EP0936734A11999-08-18
EP0803919A11997-10-29
US20020195675A12002-12-26
DE10138810A12002-07-11
Attorney, Agent or Firm:
Epping, Hermann Fischer Patentanwaltsgesellschaft Mbh (Munich, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement mit einem piezoelektrischen Substrat (S), auf dem eine Alumi nium umfassende Elektrodenstruktur (ES) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Elektrodenstruktur (ES) zur Erhöhung der Leistungverträglichkeit der Elektrodenstruktur eine mecha nisch 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, Ma gnesium 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) Al203, 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, Titan nitrid 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 Elektroden struktur (ES) hat.
12. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem über der Elektrodenstruktur (ES) eine Passivierungs schicht (PS) angeordnet ist.
13. Bauelement nach Anspruch 12, bei dem die Passivierungsschicht (PS) aus Si02, 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 Elektroden struktur (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 auf gebracht und oxidiert wird, bei dem anschließend die Anpas sungschicht (AS) und die Elektrodenstruktur (ES) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Material für die Elektrodenstruktur (ES) zu nächst ganzflächig aufgebracht und anschließend struktu riert wird, bei dem nach dem Strukturieren der Elektrodenstruktur (ES) ganzflächig auf das Substrat (S) oder nur auf die Elektro denstruktur 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 Passi vierungsschicht bestehende Spacer (SP) verbleiben.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Strukturierung der Elektrodenstruktur (ES) mit einer Abhebetechnik erfolgt.
Description:
Beschreibung Elektrodenstruktur mit verbesserter Leistungsverträglichkeit und Verfahren zur Herstellung.

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 Stromtragfähig- keit der Elektrodenstrukturen sind diese außerdem durch die akustische Welle einer starken mechanischen Belastung ausge- setzt, die auf Dauer zur Zerstörung der Elektrodenstruktur und damit zum Ausfall des Bauelementes bzw. des Filters füh- ren kann.

Untersuchungen an mechanisch und elektrisch stark belasteten Filtern zeigen, daß die Elektroden durch Materialwanderung von Elektrodenmaterial (Akusto-und Elektromigration) zer- stört werden. Diese äußert sich in der Bildung von Hohlräumen (voids) und an der Oberfläche der Elektrodenstrukturen in der Ausbildung von Auswüchsen, sogenannten Hillocks. Figur 1 zeigt eine solche durch Akustomigration beschädigte Elektro- denstruktur eines SAW-Bauelementes. Auf einem Substrat S sind die hier im Querschnitt dargestellten streifenförmigen Elek- trodenstrukturen ES aufgebracht. Aus dem ursprünglich recht-

eckigen Querschnitt der Elektrodenstreifen sind durch Akusto- migration 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 entgegenge- setzt geladenen Elektrodenfingern Auswüchse H entstanden, so können diese zum Ausgangspunkt eines Kurzschlusses oder eines Überschlags zwischen den beiden Elektrodenfingern werden. Ne- ben den veränderten Eigenschaften der geschädigten Elektro- denstruktur führt ein elektrischer Überschlag zwischen unter- schiedlich 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 üblicherwei- se Aluminium eingesetzt. Zur Einschränkung der schädlichen Akustomigration werden zunehmend Legierungen wie beispiels- weise AlCu, AlMg, AlCuMg, AlCuSc, AlZrCu, AlTi, AlSi und an- dere 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 Aluminiumkör- nern festsetzt, diese verfestigt und dem Materialwanderung in den Elektroden reduziert. Nähere Angaben zu derartigen Elek- trodenstrukturen bzw. der dafür verwendeten Materialien fin- den sich in den Druckschriften 1 bis 3 (siehe Literaturver- zeichnis). 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 elektri-

schen Widerstand als nicht legierte Metalle. Dies beeinträch- tigt die Filterperformance und bewirkt eine höhere Einfüge- dämpfung. 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 homo- genen Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung Schichtsysteme aus unterschiedlichen Metallen und Aluminium- legierungen einzusetzen. Dazu werden zwischen Aluminium- und/oder Aluminiumlegierungsschichten eine oder mehrere Zwi- schenschichten aus Kupfer, Magnesium, Titan, Chrom oder ande- ren Metallen eingesetzt. Diese Zwischenschichten blockieren die Diffusion des Aluminiums durch diese Schichten und redu- zieren damit den Effekt der kontinuierlichen Änderung der Re- sonanzfrequenz und der Einfügedämpfung. Dies wird beispiels- weise in den Druckschriften 4 und 5 vorgeschlagen.

Um die Haftung der Elektrodenstrukturen auf dem Substrat zu erhöhen, kann zwischen der untersten Aluminium oder Alumini- umslegierungsschicht eine Haftschicht aus Titan aufgebracht werden, wie beispielsweise aus den Druckschriften 6 und 7 be- kannt. ist. Diese Titan-Haftschicht verbessert die <111>- Textur und damit die Leistungsverträglichkeit.

Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, reines Kupfer zur Her- stellung von Elektrodenstrukturen zu verwenden oder alterna- tiv ein Schichtsystem Kupfer-Aluminium oder Kupfer-Aluminium- Kupfer zu verwenden. Unabhängig davon wurde vorgeschlagen, ganzflächige Passivierungsschichten über den Elektrodenstruk- turen 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 Aluminiumni- trid vorgeschlagen, beispielsweise in der Druckschrift 8.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Bauele- ment 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 Bauele- mentes sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung schlägt vor, unterhalb der Elektrodenstruktur eine mechanisch stabile Anpassungsschicht anzuordnen. Mit ei- ner geeignet gewählten Anpassungsschicht wird die Akustomi- gration 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 Si- mulationsrechnungen hat sich ergeben, daß vor allem am Über- gang Substrat/Metallisierung die mechanische Belastung (me- chanischer Streß und Dehnung) durch die akustische Welle am höchsten ist und daß das Aluminium bzw. die Aluminiumlegie- rung dieser Belastung nicht ausreichend standhalten kann.

Erfindungsgemäß wird deshalb als Anpassungsschicht ein Mate- rial eingesetzt, welches die mechanische Belastung in der üb- rigen Elektrodenstruktur, die nach wie vor Aluminium oder ei- ne Aluminiumlegierung umfaßt, möglichst stark reduziert und das selbst wiederum den mechanischen Belastungen standhalten kann. Eine weitere Randbedingung für die Auswahl des Materi- als für die Anpassungsschicht ist eine gute Haftung zum Sub- strat und/oder zum darüber aufgebrachten Elektrodenmaterial.

Es sind also in erster Näherung alle Materialien geeignet, die eine geringere Materialermüdung zeigen und die eine höhe- re Bruch-Dehngrenze aufweisen, als das bisher für Elektroden- strukturen verwendete Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung.

Besonders geeignet für die Anpassungsschicht ist Kupfer. Kup-

fer weist eine gute Haftung zum Material der übrigen Elek- trostruktur auf und zeigt eine gute elektrische Leitfähig- keit. Die Haftung zum piezoelektrischen Substratmaterial, beispielsweise Lithiumtantalat, Lithiumniobat, Quarz oder Langasit ist im Vergleich zum Aluminium reduziert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschla- gen, zwischen der Kupfer umfassenden Anpassungsschicht und dem Substrat eine Haftvermittlerschicht vorzusehen, welche eine gute Haftung sowohl zu Substrat als auch zur Anpassungs- schicht vermittelt. Eine solche Haftvermittlerschicht kann eine Titanschicht umfassen. Besonders gut geeignet ist auch eine Aluminiumoxidschicht, deren Verwendbarkeit als Haftver- mittlerschicht bislang nicht bekannt war. Darüber hinaus sind weitere Haftvermittlerschichten geeignet, die neben der Haf- tung keine weiteren besonderen Eigenschaften aufweisen müs- sen. Die Haftvermittlerschicht kann dementsprechend in äu- ßerst geringer Schichtdicke von wenigen Atomlagen und bei- spielsweise in einer Schichtdicke von 1 bis 10 nm aufgebracht werden.

Auch für die Anpassungsschicht sind prinzipiell keine Elek- trodeneigenschaften gefordert, sind jedoch vorteilhaft. In Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit des für die Anpassungsschicht verwendeten Materials ist lediglich eine ausreichende Mindestschichtdicke erforderlich. Hat die Anpas- sungsschicht gute Elektrodeneigenschaften, kann sie auch ent- sprechend 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. Titan- legierungen, Magnesium und Titannitrit vorgeschlagen. In al- len Fällen wird eine gegenüber bekannten Elektrodenstrukturen verminderte Akustomigration und damit eine verbesserte Be- ständigkeit 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 Alumini- um oder eine Aluminiumlegierung umfassenden Teils der Elek- trodenstruktur zusätzlich durch Sperrschichten unterdrückt wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zwi- schen jeweils zwei Aluminium oder eine Aluminiumlegierung um- fassenden 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 Sub- strat zu unterdrücken. Als Material für solche Zwischen- schichten 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 Zwi- schenschicht bestimmt wird. Für Materialien mit schlechteren Elektrodeneigenschaften als Aluminium wird der Dickenanteil der zumindest einen Zwischenschicht auf z. B. 10 Prozent bezo- gen auf die Gesamtschichtdicke der Elektrodenstruktur einge- stellt. Sind die Elektrodeneigenschaften des Materials der Zwischenschicht jedoch besser als das der übrigen Elektroden- struktur, so sind auch höhere Dickenanteile der Zwischen- schicht geeignet.

Durch Einfügen der Zwischenschichten wird als weiterer Vor- teil erzielt, daß die verbleibenden Aluminium-oder Alumini- umslegierungsschichten nun nur noch geringere Korndurchmesser im metallischen Gefüge ausbilden können. Dadurch wird die Fe- stigkeit der Elektrodenschicht verbessert. Vorteilhaft wird die Aluminium oder die Aluminiumslegierungsschicht durch Ein- fügen von Zwischenschichten auf einen Mindestwert einge- stellt, der oberhalb der Ladungsträgerbeweglichkeit innerhalb des Materials liegt, um durch zu dünnen Aluminiumschichten

nicht eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes zu bewir- ken.

Bei entsprechender Dicke der gesamten Elektrodenstruktur, die von der Frequenz abhängig ist, bei der das Bauelement arbei- tet, können auch mehrere Zwischenschichten in der Elektroden- struktur vorgesehen werden, um über die Diffusionssperrwir- kung 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 ent- sprechenden Elektrodenschichten, also von Aluminium-oder Aluminiumlegierungsschichten begrenzt sind. Würde eine solche Schicht als Abdeckschicht (oberste Schicht) der Elektroden- struktur eingesetzt, würde diese nur geringe Diffusionssperr- wirkung entfalten können. Zudem wäre zur elektrischen Kontak- tierung ein weiterer Lithographieschritt erforderlich. Auch als unterste Schicht ist keine Diffusionssperrschicht erfor- derlich, da keine Diffusion in das Substrat bzw. in die Haft- vermittler 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 aufge- bracht werden, so daß sie die Elektrodenstruktur sowie die nicht von der Elektrodenstruktur bedeckten Bereiche des Sub- strates 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 Elektroden- strukturen entfernt und dort das Elektrodenmaterial freige- legt ist. Gleichzeitig wird auch zwischen den Elektroden- strukturen die Oberfläche des Substrats freigelegt. An den

Seitenkanten der Elektrodenstruktur bleibt jedoch die Passi- vierungsschicht erhalten und bildet Spacer aus.

Bei geeigneter Wahl des Materials für die Passivierungs- schicht wird auf diese Weise eine horizontale Diffusion von Elektrodenmaterial verhindert, so daß sich insbesondere seit- lich keine Hillocks ausbilden können. Damit wird die Anfäl- ligkeit gegenüber Kurzschlüssen erheblich reduziert. Da auf diese Weise auch die Oberfläche der Elektrodenstrukturen frei von einer Bedeckung ist, wird auch das akustomechanische Ver- halten der mit Spacern versehenen Elektrodenstrukturen prak- tisch nicht beeinflußt.

Auch bei ganzflächiger Aufbringung der Passivierungsschicht über die Elektrodenstrukturen wird die Diffusion von Elektro- denmaterial in alle Richtungen unterdrückt. Ein negativer Einfluß auf die elektromechanischen Eigenschaften der Elek- trode 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 weitge- hend unterdrückt werden.

Als Material für die Passivierungsschicht kommen praktisch alle zumindest hochohmigen Materialien in Frage, die sich mittels Dünnschichtverfahren homogen und kantenbedeckend ab- scheiden lassen. Bevorzugt sind jedoch die Materialien Si02, SiC, Si3N4, DLC (diamond like carbon), TiO oder MgO. Prinzi- piell sind jedoch auch andere hochohmige oder isolierende Ma- terialien geeignet.

Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der erfin- dungsgemäßen Elektrodenstruktur anhand von Ausführungsbei- spielen und der dazugehörigen sechs Figuren näher erläutert.

Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsge- treuer Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen der Erfin-

dung im Vergleich mit einer durch Akustomigration geschädig- ten Elektrodenstrukturen.

Figur 1 zeigt die bereits beschriebene Elektrodenstruktur nach Akustomigration Figur 2 zeigt die einfachste Ausführungsform der Erfindung mit einer Anpassungsschicht Figur 3 zeigt eine Elektrodenstruktur mit zusätzlicher Haftschicht Figur 4 zeigt eine Elektrodenstruktur mit zusätzlicher Zwi- schenschicht Figur 5 zeigt eine Elektrodenstruktur mit zusätzlicher Pas- sivierungsschicht Figur 6 zeigt eine Elektrodenstruktur mit Spacern Figur 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, bei- spielsweise aus Zinkoxid oder Aluminiumnitrid, ist eine Elek- trodenstruktur 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 Elektro- denstruktur ES umfaßt überwiegend Aluminium oder eine Alumi- niumlegierung, beispielsweise eine Aluminiumkupferlegierung mit ein bis zwei Prozent Kupferanteil. Zur Erzielung einer optimalen Kopplung mit dem Substrat weist die Elektroden- struktur 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 so- wie 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 star- ken 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 Elek- trodenstruktur 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 Sub- stratmaterialien wie Lithiumniobat oder Lithiumtantalat wird zwischen Substrat S und Anpassungsschicht AS eine Haftver- mittlungsschicht HS vorgesehen. Für die Dicke der Haftver- mittlungsschicht sind wenige Atomlagen ausreichend, eine be- vorzugte Schichtdicke liegt daher im Bereich von 1 bis 5 nm.

Die Haftvermittlerschicht HS besteht beispielsweise aus einen dünnen Aluminiumoxidschicht, zu deren Aufbringung es ausrei- chend ist, ein entsprechend dünne Aluminiumschicht auf dem oxidischen piezoelektrischen Substrat aufzubringen. Mit Sau- erstoff aus dem oxidischen Substrat oxidiert diese Aluminium- schicht vollständig durch und wird so in eine Aluminiumoxid- schicht überführt. Für die Haftvermittlerschicht HS sind auch andere Materialien geeignet, die ausreichend Haftung zum Sub- strat S und zur Anpassungsschicht HS aufweisen. Größere Schichtdicken sind möglich aber nicht nötig.

Figur 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. Mög- lich ist es jedoch auch, mit der Zwischenschicht S zwei aus unterschiedlichen Elektrodenmaterialien bestehende Teil- schichten ES1 und ES2 voneinander zu trennen, um auch hier eine Diffusion von Elektrodenmaterial zwischen den Teil- schichten zu verhindern.

Eine Ausdiffusion von Aluminiumatomen aus der Elektroden- struktur ES wird nahezu vollständig verhindert, wenn über der Elektrodenstruktur ES samt darin gegebenenfalls angeordneter Zwischen-, Anpassungs-und Haftvermittlungsschicht eine Pas- sivierungsschicht PS aufgebracht wird. Auch diese Schicht kann wie alle anderen auf dem Substrat aufgebrachten Schich- ten mit einem Dünnschichtverfahren aufgebracht werden, bei- spielsweise 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 an- dere oxidische oder isolierende Materialien.

Durch die vollständige Oberflächenabdeckung wird das Ausbil- den von Hillocks vollständig verhindert. Dementsprechend wird auch die Ausbildung von Voids im Inneren der Elektrodenstruk- tur unterdrückt. Figur 5 zeigt eine solche mit einer Passi- vierungsschicht abgedeckte Elektrodenstruktur.

Durch anisotrope Ätzung dieser Elektrodenstruktur mit maxima- ler Ätzrate vertikal zur Substratoberfläche für einen Zeit- raum, der ausreichend ist, die Schichtdicke der Passivie- rungsschicht zu entfernen, werden die parallel zur Substrato-

berfläche ausgerichteten Schichtanteile der Passivierungs- schicht vollständig entfernt. Figur 6 zeigt, daß nur an den Seitenflächen der Elektrodenstruktur die Spacer SP verblei- ben. An der Oberfläche der Elektrodenstruktur und seitlich der Elektrodenstruktur jenseits der Spacer SP ist die Passi- vierungsschicht 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 verhin- dert wird, die andererseits aber an der Oberfläche keine Be- deckung der Elektrode zeigt und daher die elektromechanischen Eigenschaften, die für den Einsatz der Elektrodenstruktur zur Erzeugung akustischer Wellen erforderlich sind, nicht beein- trächtigt.

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 Elektrodenstruktu- ren einzelne der dargestellten Schichten wegzulassen. Bei- spielsweise ist es möglich, die Passivierungsschicht auf Elektrodenstrukturen aufzubringen, wie sie in den Figuren 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 Substra- toberfläche, die von Elektroden frei bleiben sollen, eine Op- ferschicht aufgebracht wird, die nach ganzflächigem Aufbrin- gen 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 struktu- riert, beispielsweise mit Hilfe einer Photolackmaske. Die

Passivierungsschicht wird vorzugsweise nach der Strukturie- rung der Elektrodenstruktur erzeugt.

Besonders bevorzugt wird die Erfindung bei SAW-Bauelementen, insbesondere bei SAW-Filtern eingesetzt, die hohem elektrome- chanischem Streß, erhöhter Materialermüdung mit den Folgen wie Kurzschlußanfälligkeit und kontinuierlicher Veränderung der Filtereigenschaften ausgesetzt sind. Mit der Erfindung wird bei diesen Bauelementen eine verbesserte Leistungsver- träglichkeit erzielt, die sich in einer höheren Konstanz der Bauelementeigenschaften sowie in einer erhöhten Kurzschlußfe- stigkeit 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 Aku- stomigration unterliegende Elektrodenstruktur einwirken kann.

In Verbindung mit den weiteren Maßnahmen, wie den Zwischen- schichten 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 verdop- pelt, ohne daß die übrigen Bauelementeigenschaften negativ beeinflußt werden.