CN102763492B - 具有高电源兼容性和高导电性的金属化部 - Google Patents

Abstract

说明一种尤其是用于利用声波工作的器件的金属化部，该金属化部具有高电源稳定性和高导电性。为此，所述金属化部包括具有下层（BL）和上层（UL）的基座，所述下层包括钛并且所述上层包括铜。金属化部的布置在基座上的上覆层（TL）包括铝。

Description

具有高电源兼容性和高导电性的金属化部

技术领域

本发明涉及用于载流结构的具有高电源稳定性(Leistungsfestigkeit)和高导电性的金属化部以及用于制造该金属化部的方法。本发明尤其是涉及用于利用声波工作的器件的载流结构的金属化部。

背景技术

利用声波工作的器件的金属化部——从所述金属化部例如构造了压电衬底上的例如汇流排、与汇流排连接的电极指或者反射器结构——特别优选地设计为电源稳定的。

体声波（BAW=bulkacousticwave（体声波））或者表面声波（SAW=surfaceacousticwave（表面声波））在固体内或者在固体的表面上传播；其频率处于GHz范围内。

将高频电信号转换成声波或者相反地将声波转换成高频电信号的载流（电极）结构因此必须一方面经受电流并且另一方面经受由声波造成的机械变形，而不受到损坏。

从美国专利文献US7,605,524B2中已知利用表面声波（SAW）工作的器件的电极结构。在一种构型中，电极结构布置在单晶的钽酸锂或者铌酸锂上。电极结构包括由钛构成的第一层。沉积在该第一层上的第二层包括铝。第二层包括两个<111>结构域。用于制造电极层的方法涉及包括铝的层的外延生长。包括铝的高纹理化的层具有良好的、即高的电导率值和高的电源稳定性。

如果沉积在衬底上的层的原子的取向朝向衬底的原子的取向，则该层的生长称为外延的。外延生长时的一般性问题在于提供合适的表面。因为衬底的表面——作为衬底与层之间的界面——的性质决定性地影响沉积层的原子的顺序。因此，通常通过退火或者通过蚀刻来对衬底进行预处理。在预处理与实际的沉积过程之间，衬底的表面不允许再被污染物沾污。

如果取决于特别“干净的”衬底表面，则在衬底上沉积电极结构时使用Lift-off（剥离）技术是成问题的。因为在必要时经预处理的衬底表面上在第一步骤中施加了漆层（耐受层）。在其他方法步骤中，该漆层于是部分地受到曝光并且所曝光的区域在进一步的工艺步骤中被去除。在之前受到曝光的位置处，衬底表面现在再次暴露出来。但是，该衬底表面曾经同时既与漆层又与去除受到曝光的漆层的溶剂接触。也就是，该衬底表面受到了沾污。

借助于剥离技术的电极层的外延生长到目前为止看起来几乎不可能。

另一方法——即所谓的刻蚀方法——所基于的是，将电极材料大面积地施加到必要时经预处理的衬底表面上并且通过刻蚀掉电极材料的不期望的覆盖区域来获得电极结构：多余的电极材料被除掉。

发明内容

本发明的任务是，说明一种用于载流结构的金属化部，该金属化部是电源稳定的，该金属化部具有高的导电性并且既与刻蚀方法又与剥离方法兼容。

该任务通过根据下述的金属化部和通过所要求保护的用于制造的方法来解决。

本发明说明一种用于载流结构的金属化部，所述载流结构可以应用在电器件中，其中所述金属化部布置在衬底上。金属化部包括基座和布置在基座上的上覆层。所述基座包括下层，该下层布置在衬底表面上方或者直接布置在衬底表面上。该下层作为主要成分包括钛或者钛化合物。基座此外包括上层，该上层布置在下层上方或者直接布置在下层上并且作为主要成分包括铜。基座包括中间层，该中间层布置在下层与上层之间并且包括比Al稀有的元素，上覆层直接布置在上层上并且包括铝作为主要成分，并且上覆层具有双重或者单重纹理。

本发明已经发现，与一般想法相反，高纹理化的载流结构可以在衬底上生长并且在此借助于剥离方法被结构化。这样生长的、结构化的、高纹理化的电极结构具有非常高的导电性和高的机械的电源稳定性。特别有利的是，这样的电极结构既可以借助于刻蚀方法也可以借助于剥离方法被结构化。也就是，衬底在剥离方法情况下的可能的沾污不阻碍高纹理化层的构造。这种电极结构因此可以通过简单的方式以高质量和利用高的可复现性来制造。

这样制造的电极或其上覆层的面外纹理可以是<111>纹理。这种纹理的特点在于，其<111>方向—也就是立方面心晶胞的空间对角线—与衬底的平面法线重合。面内纹理也根据由衬底表面预先给定的纹理来取向。

所述基座主要用于为上覆层提供定义的、也就是原子尽可能均匀地构造的表面，在该表面上上覆层于是可以尽可能外延地生长。上覆层又被设置用于主要承载电流。

在一个构型中，所述基座包括中间层，该中间层布置在下层与上层之间。该中间层包括比铝稀有的元素，也就是说，具有更高的（标准化到氢上的）标准电极电势。

在一个构型中，基座的下层比基座的上层薄。作为下层可以考虑钛层。钛层或者包括钛的层优选厚于大约2nm并且薄于大约20nm。如果下层过薄，则存在没有良好纹理化的效果的风险。过厚的下层导致提高的粗糙度并且同样导致变差的纹理。

在一个构型中，上层比上覆层薄。上层的任务可以看作为，将“表面信息”传递给上覆层。因此优选比较薄的上层。电流基本上由上覆层承载，该上覆层因此也优选具有比基座低的电阻。尽管如此，基座的每个单个的层可以具有比上覆层高的传导性。于是，上覆层由于其厚度而具有较低的电阻。根据要承载的电流以及在利用声波工作的器件的情况下根据所期望的质量分布，比较厚的上覆层是优选的。有利的例如由Cu构成的上层厚度在1至30nm之间。在没有包括Cu的上层的情况下，高纹理化的、包括Al的覆层也不是充分电源稳定的。

在另一构型中，中间层比下层薄或者比上层薄。因此，用于可以包括昂贵的Ag的中间层的材料成本降低；沉积持续时间缩短。尽管有比较薄的中间层，也获得了良好的纹理。中间层的、例如由Ag构成的中间层的对于最优纹理来说优选的厚度处于0.5nm至10nm之间。

在另一构型中，下层包括氮原子。尤其是设置TiN作为下层的材料。

在一个构型中，中间层包括金、银、铂或者钯。优选地，Al是上覆层的主要成分，并且上覆层包括Cu、Mg、Al-Cu合金、Al-Mg合金或者Al-Cu-Mg合金。

在一个构型中，中间层由银构成。这样的金属化部因此包括由包括钛或者钛化合物作为主要成分的下层、具有主要成分铜的上层以及包括银的中间层构成的基座。在此，中间层布置在下层与上层之间。其上覆层布置在这种基座上的金属化部具有特别高的电源稳定性。

在一个实施方式中，上覆层具有<111>纹理。<111>方向在此是上覆层的晶胞的空间对角线的方向。该方向与衬底的平面法线的方向一致。铝一般存在于所谓的六角最密堆积（hcp=hexagonalclose-packed（六角密集堆积））中。这对应于立方面心的空间网格。该<111>方向在此垂直地穿过铝原子中的可能最密地堆积的位置。这些位置—垂直于<111>方向—形成六角形网。因此，根据本发明的金属化部不仅具有面内纹理（电极的原子在平行于衬底表面的方向上取向）而且具有面外纹理（电极的原子在垂直于衬底表面的方向上取向）。

在一个实施方式中，金属化部的上覆层具有双重或者单重纹理。如在上面已经提到的那样，上覆层的原子以六角形布置的原子位置取向。单重纹理比双重纹理具有更高的有序度。双重纹理不同于单重纹理之处在于，与可考虑取向不同的原子位置彼此两两实现。在单重纹理的情况下，相邻原子位置彼此之间的预先给定的相对取向由所有位置遵循。

在一个实施方式中，在金属化部的下层与衬底之间布置压电层。在替代实施方式中，衬底本身是压电的。这种衬底或者压电层例如可以包括钽酸锂或者铌酸锂。

在利用声波工作的器件中，电极结构通过压电效应将高频电信号转换成声波并且相反地将声波转换成高频电信号。由于开头提到的双重负荷（机械负荷和电负荷），根据本发明的金属化部以其高的电源稳定性在利用声波工作的器件中是特别合适的并且被设置用于在利用声波工作的器件中使用。

这种器件可以是利用体声波工作的器件。然而在替代的实施方式中，根据本发明的金属化部在利用表面声波工作的器件中使用。尤其是可以在利用表面声波工作的双工器中使用所述金属化部。

根据本发明的用于制造这种金属化部的方法包括步骤

-提供衬底，

-在使用剥离技术的情况下施加金属化部。

因为已经证实了，当借助于剥离技术将根据本发明的金属化部施加到衬底上时，该金属化部也具有高的电源稳定性和良好的导电性，所以在制造具有相应金属化部的器件时现在呈现出更多的自由性。

尤其是，用于制造根据本发明的金属化部的方法可以包括步骤

-清洁衬底表面，

-将光刻胶施加到衬底表面上，

-对光刻胶进行结构化，

-将金属化部施加到衬底和光刻胶的裸露表面上，

-取下光刻胶连同直接施加在该光刻胶上的金属化部区域。

光刻胶的结构化在此可以是产生所谓的阴模结构（Negativstruktur）。

附图说明

下面根据实施例和所属示意图详细阐述本发明。

图1示出布置在衬底上的结构化的金属化部的截面，

图2示出布置在衬底上的结构化的金属化部的截面，该金属化部布置在衬底表面上的压电层上，

图3a示出借助于剥离技术布置在衬底上的常见金属化部的面内纹理化的显微拍摄，

图3b示出以剥离技术施加到衬底上的本发明金属化部的面内纹理化的显微拍摄。

具体实施方式

图1示出具有布置在基座上的上覆层TL的金属化部M的截面。该基座包括上层UL以及下层BL。由上层UL和下层BL构成的基座布置在衬底S的表面上。由上覆层TL和基座UL、BL构成的金属化部例如可以是用于SAW器件的电极指的金属化部。由此，图1示出这种电极指的截面。

图2示出金属化部M的另一实施的截面。该金属化部M包括基座上的上覆层TL。该基座由上层UL、下层BL以及由中间层ML作为另外的部件构成。在衬底S与金属化部M的下层BL之间布置压电层PL。

如果金属化部M应用在利用声波工作的器件中，则相应的由金属化部构成的电极将高频电信号转换成声波（BAW或SAW）或者相反地将声波转换成高频电信号。

表面声波在衬底的表面上传播。为了能够在衬底的表面上感应出表面声波，具有电场分布的衬底必须在不同极性的电极指之间引起交变。如果衬底是压电的，则高频交变电场可以直接在衬底中激励表面声波。如果衬底不是压电的，则在衬底与金属化部M之间在衬底S的表面上需要至少一个压电层PL。

图3a示出没有或者在最好情况下几乎没有结构化的电极表面的显微拍摄，该电极表面借助于剥离方法布置在衬底上并且被结构化。与此相反，图3b示出根据本发明的和高纹理化的金属化部的显微拍摄，该金属化部同样借助于剥离方法在衬底上产生。可以明显看出纹理化的对应于六角形网的三基数对称。

根据本发明的金属化部不限于所述实施例之一。例如还包括另外的层或覆层的或者其层或覆层还包括另外的元件的变型同样是根据本发明的实施例。

附图标记列表：

BL：下层

M：金属化部

ML：中间层

PL：压电层

S：衬底

TL：上覆层

UL：上层

Claims (18)

1.用于电器件中的载流结构的金属化部（M），

-布置在衬底（S）上，

-具有基座和布置在该基座上的上覆层（TL），

其中

-基座包括下层（BL），该下层布置在衬底表面上方或者布置在衬底表面上并且包括Ti或者钛化合物作为主要成分，

-基座包括上层（UL），该上层布置在下层（BL）上方或者直接布置在下层（BL）上并且包括Cu作为主要成分，

-基座包括中间层（ML），该中间层布置在下层（BL）与上层（UL）之间并且包括比Al稀有的元素，

-上覆层（TL）直接布置在上层上并且包括Al作为主要成分，以及

-上覆层（TL）具有双重或者单重纹理。

2.根据权利要求1的金属化部，其中下层（BL）比上层（UL）薄。

3.根据权利要求1或2的金属化部，其中上层（UL）比上覆层（TL）薄。

4.根据权利要求1或2的金属化部，其中中间层（ML）比下层（BL）薄或者比上层（UL）薄。

5.根据权利要求1或2的金属化部，其中下层（BL）具有2nm至20nm之间的厚度，中间层（ML）具有0.5nm至10nm之间的厚度，并且上层（UL）具有1nm至30nm之间的厚度。

6.根据权利要求1或2的金属化部，其中下层（BL）包括TiN。

7.根据权利要求1或2的金属化部，其中中间层（ML）包括Ag、Au、Pt或者Pd。

8.根据权利要求1或2的金属化部，其中中间层（ML）由Ag构成。

9.根据权利要求1或2的金属化部，其中Al是上覆层（TL）的主要成分，并且上覆层（TL）包括Cu、Mg、Al-Cu合金、Al-Mg合金或者Al-Cu-Mg合金。

10.根据权利要求1或2的金属化部，其中上覆层（TL）具有<111>纹理。

11.根据权利要求1或2的金属化部，其中在衬底（S）与下层（BL）之间布置有压电层（PL）。

12.根据权利要求1或2的金属化部，其中衬底（S）是压电的。

13.根据权利要求1或2的金属化部，其中衬底（S）或者压电层（PL）包括LiTaO₃或者LiNbO₃。

14.根据权利要求1或2的金属化部，用于在利用声波工作的器件中使用。

15.根据权利要求1或2的金属化部，用于在利用表面声波工作的器件中使用。

16.根据权利要求1或2的金属化部，用于在利用表面声波工作的双工器中使用。

17.用于制造根据前述权利要求1-16之一的金属化部的方法，包括步骤：

-提供衬底（S），

-在使用剥离技术的情况下施加金属化部。

18.根据权利要求17的用于制造金属化部的方法，包括步骤：

-清洁衬底表面，

-将光刻胶施加到衬底表面上，

-对光刻胶进行结构化，

-将金属化部施加到衬底（S）和光刻胶的裸露表面上，

-取下光刻胶连同直接施加在该光刻胶上的金属化部区域。