Topografische Struktur und Verfahren zu deren Herstellung In Dünnschichttechnologie hergestellte Frequenzfilter, beispielsweise BAW-Filter (bulk acoustic wave filter) oder spezielle SAW-Filter (englisch surface acoustic wave filter) finden Anwendung als frequenzbestimmendes Bauelement in

Sendern und Empfängern, die im Frequenzbereich von mehreren 100 MHz bis zirka 20 GHz arbeiten. Solche Filter kommen in der Hochfrequenztechnik beispielsweise bei Mobilfunk und WLAN zum Einsatz .

SAW-Filter und BAW-Filter sind passive Filter mit

üblicherweise Bandpasscharakteristik, bei denen mit Hilfe des Piezoeffektes aus einem elektrischen Signal eine akustische Welle erzeugt wird und vice versa. Bei einem SAW-Filter erfolgt die Ausbreitung der akustischen Welle an der

Oberfläche des Piezosubstrats , während beim BAW-Filter die Ausbreitung der akustischen Wellen durch das Piezosubstrat hindurch erfolgt.

Aufgrund ihrer besonders vorteilhaften elektrischen und physikalischen Eigenschaften ersetzen BAW-Filter in

zunehmendem Maße SAW-Filter in der Hochfrequenztechnik. BAW- Filter sind für Durchlassfrequenzen von etwa 1 GHz bis 20 GHz verfügbar, haben eine kleinere Einfügedämpfung (0,5 dB) als SAW-Filter und erreichen einen Gütefaktor von über 1000.

Gleichzeitig lassen sich BAW-Filter in kleineren Baugrößen realisieren und sind im Allgemeinen kostengünstiger zu produzieren . Bei der Herstellung von BAW-Resonatoren in

Dünnschichttechnologie wird die piezoelektrische Dünnschicht, beispielsweise eine Aluminiumnitrid-, Zinkoxid- oder PZT- Schicht, in reaktiver Sputterdeposition auf einem Träger abgeschieden. Die Qualität der Piezoschicht beeinflusst in entscheidendem Maße die technischen Eigenschaften des BAW- Resonators. Eine kristalline und hochorientierte Piezoschicht ist besonders vorteilhaft und stellt hohe Anforderungen an das Abscheideverfahren und die Abscheidebedingungen, wie beispielsweise Druck, Temperatur, Homogenität des Substrates und Reinheit der Medien.

Im heutigen Stand der Technik wird die Piezoschicht in der BAW-Fertigung üblicherweise heteroepitaktisch über einer Metall- und Trägerschicht aufgewachsen. Diese Form des

Schichtwachstums führt zu einer kolumnaren, polykristallinen Piezoschicht. Ein Nachteil dieser Art des Schichtwachstums ist, dass es entlang von Topologiekanten auf der

Trägerschicht zu Wachstumsdefekten im Kristallgefüge kommt. Solche Wachstumsdefekte haben Konsequenzen für die

technischen Eigenschaften und Zuverlässigkeit der BAW- Resonatoren .

Die im Stand der Technik bekannte Problematik wird im

Folgenden exemplarisch anhand von Figur 1 erläutert. Figur 1 zeigt anhand einer rasterelektronmikroskopischen Aufnahme ausschnittsweise einen BAW-Resonator im Querschnitt während der Herstellung. Auf einer Trägerschicht (TS) aus

Siliziumdioxid ist eine Mehrschichtelektrode aus einer unteren ersten, korrosionsempfindlichen Metallschicht (Ml) und einer oberen zweiten Metallschicht (M2) angeordnet. Der Übergang von der oberen Metallschicht zur unteren

Metallschicht ist von einer flachen Topologiekante, der Übergang von der unteren Metallschicht zur Trägerschicht ist von einer steilen Topologiekante gekennzeichnet. Über den Metallschichten sowie der Trägerschicht ist eine Piezoschicht (PS) abgeschieden. Beim Aufwachsen der Piezoschicht hat die flache Topologiekante am Übergang von der oberen

Metallschicht zur unteren Metallschicht zu einer leichten Störung im Kristallgefüge geführt (Störstelle A) . Die

Störstelle A ist gekennzeichnet durch ein gestörtes

Kornwachstum. Es handelt sich um eine leichte Störung, da die beiden Piezoschichtbereiche links und rechts der Störstelle sich in gutem Kontakt befinden. Die steile Topologiekante am Übergang der unteren Metallschicht zur Trägerschicht hat zu der Ausbildung einer starken Störung im Kristallgefüge geführt (Störstelle B) , aus der ein durch die gesamte

Piezoschicht durchgehender Spalt oder gar Hohlraum

resultiert .

Entlang solcher Wachstumsdefekte wie sie aus Figur 1

ersichtlich sind können bei nasschemischen Folgeprozessen Flüssigkeiten eindringen und korrosionsempfindliche

Metallschichten korrodieren. Dies geschieht insbesondere, wenn als Metallschichtmaterial Aluminium, Titan, Titannitrid, Silber oder Kupfer beziehungsweise Mehrschichtsysteme aus diesen Materialien verwendet werden.

Die Korrosion der Metallschichten führt zu schlechten

elektrischen Eigenschaften der BAW-Resonatoren und stellt ein schwer zu kalkulierendes Qualitätsrisiko hinsichtlich der Zuverlässigkeit dieser Bauteile dar. Ein weiteres Problem ist, dass sich bei der nachfolgenden Deposition einer

metallischen Oberschicht für die Gegenelektrode auf der

Piezoschicht ein metallischer Fortsatz in dem Hohlraum bilden kann, der im schlimmsten Fall zu einem Kurzschluss in der Elektrode führt.

Zur Verbesserung der technischen Eigenschaften und zur

Vermeidung der Korrosion in der Bodenelektrode von BAW-

Resonatoren ist es bekannt, dass die Bodenelektrode mit Hilfe von CMP-Prozessen in ein Dielektrikum eingebettet werden kann (US 7,657,983). Diese Methode ist jedoch prozesstechnisch sehr aufwändig, da das ganzflächig abgeschiedene Dielektrikum durch chemisch-mechanisches Polieren von der Oberfläche der

Elektrode entfernt werden muss, damit eine planare Oberfläche aus Elektrode und Dielektrikum hervorgeht, auf der die

Piezoschicht aufwachsen kann. Es ist auch bekannt, steile Topologiekanten durch chemisches Ätzen der Metallschichten zu glätten. Insbesondere für

Aluminium existieren hier jedoch keine reproduzierbaren

Ätzprozesse, die zu schrägen Flanken führen. Eine weitere Alternative stellt die Vermeidung von

korrosionsempfindlichen Bestandteilen in der Bodenelektrode dar. In der Regel haben nicht-korrosionsempfindliche Metalle jedoch eine schlechte Leitfähigkeit. Dies erfordert sehr dicke Elektrodenschichten und eignet sich daher nur für spezielle Bauarten von BAW-Resonatoren .

Eine ebenfalls unbefriedigende Lösung ist es, korrosive

Prozesse bei der Fertigung von BAW-Resonatoren zu vermeiden, was neue Prozessschritte erfordert und ungesicherte

Ergebnisse liefert.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine beispielsweise für BAW-Elektroden geeignete Struktur zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung anzugeben, mit denen die beim Schichtwachstum auftretenden Probleme vermieden und insbesondere die Korrosionsanfälligkeit der unteren

Metallschichten beziehungsweise Elektroden reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer topografischen Struktur nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung gehen aus den weiteren Ansprüchen hervor.

Wenn im Folgenden von einer Trägerschicht, einer

Metallschicht, einer randseitigen Topologiekante einer

Metallschicht oder einer strukturierten Abdeckung einer Topologiekante die Rede ist, so schließt das nicht aus, dass auch eine größere Anzahl dieses Details vorhanden sein kann. Das Gleiche gilt auch für andere Zahlenwerte, sofern nicht explizit auf eine genau spezifizierte Anzahl eingegangen wird. In der Beschreibung werden außerdem relative Begriffe wie beispielsweise auf, oben, zuoberst, unter, unten, oberhalb und unterhalb, dazu verwendet, um die Beziehung zwischen den verschiedenen Elementen, wie sie in den Figuren dargestellt sind, auf einfache Weise zu beschreiben. Andere relative Orientierungen, wie sie beispielsweise durch die Rotation der dargestellten Elemente um 90° oder 180°

resultieren würden, lassen sich aus der Beschreibung leicht ableiten und sind ausdrücklich mit eingeschlossen.

Die vorgeschlagene topografische Struktur umfasst eine

Trägerschicht, auf die in Dünnschichttechnik mindestens eine strukturierte Metallschicht aufgebracht ist. Topografische Strukturen dieser Art sind beispielsweise in

Dünnschichttechnologie hergestellte Elektroden oder Mehrschichtelektroden. Die Seitenränder der Metallschicht bilden eine Topologiekante im Übergang zur Trägerschicht. Entlang dieser randseitigen Topologiekante ist eine

strukturierte Abdeckung angeordnet. Die strukturierte

Abdeckung bewirkt eine Kantenglättung . Der Neigungswinkel der strukturierten Abdeckung zum Träger ändert sich nun stetig mit zunehmender Entfernung zur Topologiekante und ist in der Regel auch stumpfer als der Winkel zwischen der Metallschicht und der Trägerschicht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist genau eine

strukturierte Metallschicht auf der Trägerschicht

aufgebracht. Die Bezeichnung „Metallschicht" ist hier als Sammelbegriff für alle Metallisierungen definiert, die sich durch eine Schichtdicke über dem Träger, der nicht unbedingt eine plane Oberfläche aufweisen muss, auszeichnen. Eine

Metallschicht kann daher erfindungsgemäß auch aus mehreren, nicht zusammenhängenden, ein oder mehrere Metalle umfassenden Beschichtungen auf der Trägerschicht bestehen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind auf der Trägerschicht mehrere übereinander angeordnete

Metallschichten, beispielsweise ein sogenanntes

Metallsandwich, aufgebracht. Ein solches findet

beispielsweise bei spiegelbasierten BAW-Resonatoren (auch SMR = „surface mounted resonator" genannt) Verwendung.

In bestimmten Ausführungsformen mit übereinander angeordneten Metallschichten ist auch vorgesehen, dass beispielsweise die Seitenränder einer oberen Metallschicht eine zusätzliche

Topologiekante im Übergang zu einer darunter angeordneten, unteren Metallschicht bilden. In speziellen Ausführungsformen kann eine solche zusätzliche Topologiekante gegenüber der Topologiekante, welche zwischen den Seitenrändern der strukturierten Metallschicht im Übergang zur Trägerschicht vorliegt, versetzt vorliegen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine obere Metallschicht eine kleinere Fläche bedeckt als eine untere Metallschicht. Solche Ausgestaltungen können beispielsweise durch Unter- oder Überätzungseffekte beziehungsweise mehrfache lithografische Schritte zur

Strukturierung der Metallschichten vorhanden sein. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auch entlang dieser

zusätzlichen Topologiekante die strukturierte Abdeckung angeordnet ist. Es ist weiterhin vorgesehen, dass in

bestimmten Ausführungen darüber hinaus auch weitere

zusätzliche Topologiekanten mit strukturierter Abdeckung vorhanden sein können, beispielsweise wenn auf der

Trägerschicht mehr als zwei übereinander angeordnete

Metallschichten aufgebracht sind.

In einer Ausführung sind zwei oder mehrere Metallschichten übereinander angeordnet, von denen die untere Metallschicht beziehungsweise eine der unteren Metallschichten

korrosionsempfindlich ist. Eine oder mehrere der darüber liegenden Metallschichten sind nicht korrosionsempfindlich beziehungsweise sind weniger korrosionsempfindlich als die untere (n) Metallschicht (en) .

In einer Ausführungsform ist die zuoberst liegende

Metallschicht nicht korrosionsempfindlich beziehungsweise weniger korrosionsempfindlich als die darunter liegenden Metallschichten. In einer Ausführungsform umfasst die

topografische Struktur genau zwei Metallschichten, von denen die untere, erste Metallschicht korrosionsempfindlich ist und die obere, zweite Metallschicht nicht korrosionsempfindlich beziehungsweise weniger korrosionsempfindlich als die erste Schicht ist. In dieser Ausführungsform umfasst die Funktion der strukturierten Kantenabdeckung einen Korrosionsschutz. Dazu besteht die Kantenabdeckung aus einem passivierenden und insbesondere gegenüber korrosiven Stoffen ausreichend dichten Material.

Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße topografische

Struktur besser vor Korrosion geschützt als dies bei

vergleichbaren Strukturen im Stand der Technik der Fall ist. Dadurch eröffnen sich verbesserte Möglichkeiten für

nasschemische Ätzungen und Reinigungen. Eine verbesserte Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Bauteile wird ebenfalls erreicht. Die Metallschichten der topografischen Struktur können beispielsweise Aluminium, Titan, Titannitrid, Silber, Kupfer, Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin, Rubidium oder Gold

umfassende Schichten sein. Bei einer korrosionsempfindlichen Metallschicht kann es sich beispielsweise um eine Aluminium, Titan, Titannitrid, Silber oder Kupfer umfassende Schicht handeln. Vorteilhaft ist eine der Metallschichten aus

Aluminium. Damit werden eine gute elektrische Leitung und eine einfache Schichterzeugung gewährleistet. Mit der

Kantenabdeckung ist die Al-Schicht als untere Schicht auch ausreichend gegen Korrosion stabil. Die obere nicht oder nur gering korrosionsempfindliche Metallschicht kann eine

Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin oder Gold umfassende

Schicht sein. Vorteilhaft sind Wolfram und Molybdän

umfassende Schichten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird auf die topografische Struktur eine Kristallschicht abgeschieden beziehungsweise aufgewachsen. Die Kristallschicht kann beispielsweise eine nicht-epitaktisch aufgewachsene Schicht sein. Dabei wird gefunden, dass auf der erfindungsgemäßen topografischen Struktur das Aufwachsen der Kristallschicht mit geringer ausgeprägten Wachstumsstörungen erfolgt als dies bei vergleichbaren Strukturen der Fall ist. Dieser

vorteilhafte Effekt lässt sich dadurch erklären, dass durch die strukturierte Abdeckung an der Topologiekante eine geschlossene Einhäusung des korrosionsempfindlichen Metalls zwischen der nicht-korrosionsempfindlichen oder weniger korrosionsempfindlichen oberen Metallschicht und der Trägerschicht besteht. Auf diese Weise können korrosive Substanzen nicht über Störstellen im Kristallgefüge bis zur korrosions ^¬ empfindlichen Metallschicht vordringen.

In einer Ausführung ist die Kristallschicht eine

Piezoschicht . Die Piezoschicht kann beispielsweise eine

Aluminiumnitridschicht, eine Zinkoxidschicht oder eine

Bleizirkonattitanatschicht sein. Weiterhin kann die

Piezoschicht Lithiumiobat oder Lithiumtantalat umfassen.

In einer Ausführung ist die erfindungsgemäße topografische Struktur Bestandteil eines BAW-Resonators . In dieser

Ausführung bildet die auf der Trägerschicht aufgebrachte Metallschicht oder die auf der Trägerschicht aufgebrachten Metallschichten die Bodenelektrode des BAW-Resonators. Die entsprechende obere Elektrode wird auf der Piezoschicht abgeschieden .

Es ist möglich, mit der erfindungsgemäßen topografischen Struktur mehrere BAW-Resonatoren übereinander anzuordnen. Diese so genannten Stacked BAW-Resonatoren haben eine

Mehrzahl von Piezoschichten, die zwischen Elektroden

angeordnet sind. Für diese Form der Ausführung wird die randseitige Topologiekante jeder Metallschicht, auf die eine Piezoschicht abgeschieden wird, mit einer strukturierten Abdeckung an der Topologiekante der Metallschicht versehen. Auf diese Weise lassen sich BAW-Resonatoren mit einer

Vielzahl von Piezoschichten realisieren, deren Elektroden vor Korrosion geschützt sind.

Figurenbeschreibung Im Folgenden wird die erfindungsgemäße topografische Struktur anhand der Figuren 2, 3 und 4 detailliert beschrieben. Die Beschreibung dient dem Zweck der Erläuterung und nicht der Limitierung auf spezifische Details. Auch sind die zur

Erläuterung dargestellten Merkmale in Figuren 2, 3 und 4 nicht notwendigerweise maßstabsgetreu wiedergegeben.

Figur 1 zeigt in einer rasterelektronmikroskopischen Aufnahme ausschnittsweise einen BAW-Resonator im Querschnitt während der Herstellung im Zwischenschritt nach Abscheidung der

Piezoschicht.

Figur 2 zeigt ein schematisches Beispiel für eine

erfindungsgemäße topografische Struktur im Querschnitt während der Herstellung nach der ganzflächigen und

kantenabdeckenden Abscheidung der Schutzschicht über den Metallschichten und der Trägerschicht.

Figur 3 zeigt ein schematisches Beispiel für eine

erfindungsgemäße topografische Struktur im Querschnitt während der Herstellung nach dem anisotropen Rückätzen der Schutzschicht . Figur 4 zeigt ein schematisches Beispiel für eine erfindungsgemäße topografische Struktur im Querschnitt während der Herstellung nach dem Aufwachsen der Piezoschicht. Figur 2 zeigt ein Zwischenerzeugnis des Verfahrens zur

Herstellung der erfindungsgemäßen topografischen Struktur. Auf eine Trägerschicht (TS) mit zumindest einer oberen

Schicht aus Siliziumoxid ist in Dünnschichttechnik eine erste Metallschicht (Ml) aufgebracht und strukturiert, wobei eine Topologiekante zur Trägerschicht gebildet wird. Diese erste, untere Metallschicht ist eine von zwei Metallschichten einer mehrschichtigen Bodenelektrode eines BAW-Resonators .

Metallschicht Ml ist bevorzugt aus Aluminium, Silber oder Kupfer beziehungsweise einer Aluminium, Silber oder Kupfer umfassenden Legierung. Auf der ersten, unteren Metallschicht ist eine zweite Metallschicht (M2) aufgebracht. Die

Metallschicht M2 kann randschlüssig mit der Metallschicht Ml abschließen, aber auch so strukturiert sein, dass

Metallschicht Ml nicht vollständig von Metallschicht M2 bedeckt wird. Die Metallschicht M2 ist bevorzugt eine

Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin, Rubidium oder Gold

umfassende Schicht. Besonders bevorzugt ist eine

Wolframschicht . Weiterhin ist auf dieser Struktur eine Schutzschicht (SS) ganzflächig und kantenabdeckend über der Trägerschicht sowie den Metallschichten abgeschieden. Für die Schutzschicht kann jedes Material verwendet werden, das nicht korrosions ^¬ empfindlich ist und das ausreichend selektiv zur obersten Metallschicht der Bodenelektrode anisotrop ätzbar ist.

Bevorzugt ist die Schutzschicht eine Schicht von

Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Polyimid. Besonders

bevorzugt ist eine Schicht von Siliziumoxid. Die Schutzschicht kann mit Chemical Vapor Deposition, Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition, Atomic Layer Deposition oder Varianten dieser Beschichtungsverfahren abgeschieden werden. Besonders vorteilhaft ist die Atomic Layer

Deposition.

Die Stärke der Schutzschicht ist lediglich durch die

Homogenität der Abscheidung und den anschließenden Ätzprozess begrenzt. Bevorzugt ist jedoch eine Schichtstärke von der zumindest ein- bis zweifachen Stärke der Metallschichten. Das Beschichtungsverfahren erzeugt dabei eine kantenbedeckende Schutzschicht, die an der randseitigen Topologiekante der Metallschichten eine in der Normalen zur Trägerschicht größere Schichtstärke aufweist als in den planaren Bereichen der topografischen Struktur.

Die topografische Struktur, die in Figur 2 gezeigt ist, wird nachfolgend einem anisotropen Ätzprozess unterzogen. Hierbei wird die Schutzschicht anisotrop so weit zurückgeätzt, bis die planaren Bereiche der Trägerschicht und der Metallschicht von der Schutzschicht befreit sind und an den randseitigen Topologiekanten der Metallschicht aufgrund der hier

vorliegenden höheren Schichtstärke der Schutzschicht von der Schutzschicht die strukturierte Abdeckung (AB) erhalten bleibt.

Das anisotrope Rückätzen der Schutzschicht gelingt durch physikalische, chemische oder physikalisch-chemische

Trockenätzverfahren. Vorteilhaft sind chemische

Trockenätzverfahren, beispielsweise Plasmaätzung oder

Ionenstrahlätzung ( Ion-Milling) . Besonders vorteilhaft ist die Plasmaätzung. Vorteilhaft aber nicht zwingend wird ein Ätzverfahren eingesetzt, welches eine Selektivität gegenüber der oberen Metallschicht M2 und möglicherweise auch gegenüber der Trägerschicht TS (beispielsweise Si0 ₂ ) aufweist.

Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße topografische Struktur nach der Rückätzung der Schutzschicht. Durch die anisotrope Rückätzung resultiert aus der Schutzschicht die strukturierte Abdeckung (AB) an der randseitigen Topologiekante der

Metallschichten Ml und M2. Die planaren Flächen der

topografischen Struktur, beispielsweise die zweite obere Metallschicht M2 sowie die Trägerschicht TS, sind

weitestgehend oder vollständig von der Schutzschicht befreit. Die Topologiekante der ersten unteren Metallschicht ist vollständig von der strukturierten Abdeckung AB bedeckt. Das oben beschriebene anisotrope Rückätzen der Schutzschicht ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 so lange

durchgeführt worden, bis die Schutzschicht SS vollständig von der planaren Oberfläche der oben liegenden Metallfläche entfernt wurde. In alternativen Ausführungen kann das

anisotrope Rückätzen so gewählt werden, dass im Vergleich mehr oder weniger Material von der Schutzschicht als

strukturierte Kantenabdeckung AB erhalten bleibt und sich beispielsweise die strukturierte Kantenabdeckung bis auf die planare Oberfläche der oberen Metallschicht erstreckt.

Anschließend erfolgt das Aufwachsen der piezoelektrischen Schicht. Bevorzugt wird die Piezoschicht durch reaktives Sputtern abgeschieden, zum Beispiel von Reinst-Aluminium- Target in Stickstoffatmosphäre unter Bildung von A1N.

Alternativ sind Epitaxieverfahren, chemische

Gasphasenabscheidung (CVD) oder Atomlagenabscheidung (ALD) beziehungsweise Kombinationen dieser Verfahren vorgesehen. Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße topografische Struktur nach dem Aufwachsen der piezoelektrischen Schicht (PS) .

Oberhalb der planaren Bereiche der Metallelektrode M1,M2 entsteht ein homogenes Kristallgefüge der Piezoschicht PS. Am Übergang der oberen Metallschicht zur strukturierten

Kantenabdeckung führt die weiche Topologiekante zu einer geringfügigen Störung des Kristallgefüges , bei der die

Kristallschichten beidseits der Störstelle ST1 in gutem

Kontakt stehen. Im Bereich der steilen Topologiekante, welche den Übergang der strukturierten Abdeckung zur Trägerschicht kennzeichnet, kann es wie dargestellt weiterhin zur

Ausbildung einer starken Störstelle ST2 im Kristallgefüge kommen, welche mit einer Kanal- und Hohlraumbildung

einhergeht. Aufgrund der strukturierten Kantenabdeckung reicht die Störung im Kristallgefüge jedoch nicht bis an die Metallschicht Ml heran. Das überraschende Resultat ist, dass sich an keiner der beiden Störstellen ein Korrosionskanal zum korrosionsempfindlichen Metall Ml bilden kann.