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Ein Verfahren zur Herstellung einer interdigitalen Elektrodenstruktur wird angegeben. Darüber hinaus wird ein elektrisches Bauelement angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer interdigitalen Elektrodenstruktur über die Grenzen der Fotolithographie hinaus anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe ist es, ein elektrisches Bauelement mit einer solchen interdigitalen Elektrodenstruktur anzugeben.
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Zunächst wird das Verfahren zur Herstellung einer interdigitalen Elektrodenstruktur angegeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A), in dem eine erste Elektrode auf einem Substrat erzeugt wird. Die erste Elektrode umfasst eine Vielzahl von ersten Fingern. Die erste Elektrode wird auf einer Oberseite des Substrats hergestellt. Die erste Elektrode umfasst oder besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie ein Metall. Zum Beispiel umfasst oder besteht die erste Elektrode aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Al, Cu, Ti, Cr, Au oder Mo, Halbleiter, elektrisch leitfähiges Oxid.
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Die ersten Finger der ersten Elektrode können elektrisch miteinander verbunden sein, insbesondere durch eine Sammelschiene der ersten Elektrode. Die ersten Finger der ersten Elektrode laufen vorzugsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander. Eine Haupterstreckungsrichtung der Sammelschiene ist vorzugsweise senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der ersten Finger.
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Beispielsweise beträgt der Pitch zwischen jedem Paar erster Finger mindestens 0,2 µm oder mindestens 0,3 µm und/oder höchstens 1 µm oder höchstens 0,6 µm. Der Pitch ist definiert als der Abstand zwischen einer linken Kante eines Fingers und der linken Kante des benachbarten Fingers. Das Metallisierungsverhältnis der ersten Finger liegt beispielsweise zwischen einschließlich 0,5 und 0,6. In diesem Fall ist eine Breite der ersten Finger jeweils höchstens 0,6 µm oder höchstens 0,36 µm und/oder mindestens 0,1 µm oder mindestens 0,15 µm. Die Breite eines Fingers ist seine Ausdehnung, gemessen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Fingers und parallel zur Oberseite des Substrats, auf das die Finger aufgebracht sind. Ein Abstand zwischen jedem Paar erster Finger beträgt in diesem Fall mindestens 0,08 µm oder mindestens 0,12 µm und/oder höchstens 0,5 µm oder höchstens 0,3 µm. Hier und im Folgenden ist der Abstand zwischen zwei Objekten die Länge der kürzesten Verbindung zwischen den beiden Objekten.
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Die erste Elektrode wird vorzugsweise mit Hilfe einer Maske, insbesondere mit Hilfe einer fotolithographischen Maske, hergestellt. Die Maske kann auf die Oberseite des Substrats aufgebracht werden. Anschließend kann eine erste Elektrodenschicht auf die Maske aufgebracht werden. Dabei wird die erste Elektrode aus der ersten Elektrodenschicht gebildet, die im Bereich von Öffnungen der Maske aufgebracht wird. Die erste Elektrodenschicht wird z.B. durch Verdampfung oder Sputtern aufgebracht. Alternativ kann zunächst die erste Elektrodenschicht auf das Substrat aufgebracht werden, zum Beispiel durch Verdampfen oder Sputtern. Anschließend wird die Maske auf die erste Elektrodenschicht aufgebracht. Durch die Anwendung eines Ätzprozesses können dann Teile der ersten Elektrodenschicht entfernt werden und die verbleibenden Teile bilden die Finger der ersten Elektrode. In diesem Fall wird der Abstand zwischen zwei ersten Fingern der ersten Elektrode durch die Auflösung des Fotolithographieprozesses zur Herstellung der fotolithographischen Maske begrenzt.
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Die erste Elektrodenschicht kann einstückig oder als Stapel aus verschiedenen Schichten, zum Beispiel aus verschiedenen elektrisch leitfähigen Schichten, gebildet werden. Insbesondere kann die erste Elektrodenschicht die oben genannten Materialien für die erste Elektrode umfassen oder aus ihnen bestehen. Beispielsweise umfasst die erste Elektrodenschicht eine dem Substrat zugewandte Haftschicht, beispielsweise aus einem Metall, wie Ni, Cr oder Ti, und eine oder mehrere weitere Schichten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), in dem eine Maskenschicht auf den Seiten der ersten Finger erzeugt wird, die nicht dem Substrat zugewandt sind. Bereiche des Substrats zwischen den ersten Fingern bleiben frei von der Maskenschicht. Vorzugsweise wird die Maskenschicht auf allen Seiten aller Teile der ersten Elektrode erzeugt, die nicht dem Substrat zugewandt sind. Mit anderen Worten wird die Maskenschicht selektiv auf der ersten Elektrode erzeugt, insbesondere auf den ersten Fingern der ersten Elektrode.
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Die Maskenschicht wird vorzugsweise so erzeugt, dass sie die Seiten der ersten Finger, die nicht dem Substrat zugewandt sind, vollständig bedeckt. Vorzugsweise werden alle Seiten der ersten Finger, die nicht dem Substrat zugewandt sind, mit der Maskenschicht abgedeckt. Die Maskenschicht formt die ersten Finger vorzugsweise formschlüssig nach. Beispielsweise wird die Maskenschicht direkt auf der ersten Elektroden/ersten Fingern erzeugt.
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Die Maskenschicht wird vorzugsweise mit einem Verfahren hergestellt, das eine hohe Schichtdickenhomogenität erzeugt. Beispielsweise wird die Maskenschicht auf den ersten Fingern mit einer mittleren Schichtdicke von mindestens 10 nm oder mindestens 50 nm und/oder höchstens 100 nm oder höchstens 75 nm erzeugt. Zum Beispiel betragen maximalen Abweichungen der Schichtdicke von der mittleren Schichtdicke höchstens 10 % oder höchstens 5 %. Die Schichtdicke der Maskenschicht kann nach einer Messung der Breite der ersten Finger so eingestellt werden, dass Abweichungen bei der Herstellung der ersten Finger ausgeglichen werden und die gewünschten elektrischen Eigenschaften weiterhin realisiert werden.
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Darüber hinaus wird die Maskenschicht vorzugsweise mit einem Verfahren hergestellt, das eine gute elektrische Isolation erzeugt. Insbesondere ist die Maskenschicht frei von Nadellöchern. Die Maskenschicht wird vorzugsweise so hergestellt, dass sie eine hohe Durchschlagsfestigkeit aufweist. Besonders bevorzugt wird die Maskenschicht so hergestellt, dass bei einem Abstand der benachbarten ersten und zweiten Finger von 10 nm bei einer Spannungsdifferenz zwischen den Fingern von weniger als 10 V kein elektrischer Durchbruch auftritt.
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Die Bereiche zwischen den ersten Fingern, die frei von der Maskenschicht bleiben, sind insbesondere streifenförmige Bereiche. In diesen Bereichen kann das Substrat freigelegt sein. Besonders bevorzugt bleibt zwischen jedem Paar benachbarter erster Finger ein streifenförmiger Bereich frei von der Maskenschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), in dem eine zweite Elektrode mit zweiten Fingern erzeugt wird. Die zweiten Finger greifen mit den ersten Fingern ineinander. Die Schritte A), B) und C) werden vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
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Die zweite Elektrode umfasst oder besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel einem Metall. Zum Beispiel umfasst oder besteht die zweite Elektrode aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Al, Cu, Ti, Cr, Au oder Mo, Halbleitermaterial, elektrisch leitfähiges Oxid.
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Die zweiten Finger können elektrisch miteinander verbunden sein, zum Beispiel durch eine Sammelschiene der zweiten Elektrode. Vorzugsweise verlaufen die zweiten Finger parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander. Die Sammelschiene der zweiten Elektrode kann sich senkrecht zu den zweiten Fingern erstrecken.
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Es ist auch möglich, die zweiten Finger der zweiten Elektrode nicht miteinander zu verbinden. Dies ist möglich, wenn der Resonator kaskadiert ist und die zweiten Finger den inneren Teil der Kaskade bilden, der erste und zweite Teilresonatoren der Kaskade verbindet.
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Die ersten Finger und die zweiten Finger greifen ineinander, sind aber elektrisch voneinander isoliert. Die Länge der zweiten Finger kann kleiner sein als die Länge der ersten Finger, wobei die Länge eines Fingers seine Ausdehnung parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Fingers ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Herstellen der zweiten Elektrode einen Schritt C1), bei dem eine zweite Elektrodenschicht auf den ersten Fingern und auf dem Substrat in den Bereichen zwischen den ersten Fingern abgeschieden wird. Die Maskenschicht trennt dabei die ersten Finger von der zweiten Elektrodenschicht. Die zweite Elektrodenschicht, die auf dem Substrat in den Bereichen zwischen den ersten Fingern abgeschieden wird, bildet die zweiten Finger der zweiten Elektrode. Die zweite Elektrodenschicht nimmt die geometrische Form der Bereiche zwischen den ersten Fingern, die nicht von der Maskenschicht bedeckt sind, an.
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Die zweite Elektrodenschicht kann einstückig oder als Stapel aus verschiedenen Schichten, zum Beispiel aus verschiedenen elektrisch leitfähigen Schichten, gebildet werden. Insbesondere kann die zweite Elektrodenschicht die oben genannten Materialien für die zweite Elektrode umfassen oder aus ihnen bestehen. Beispielsweise umfasst die zweite Elektrodenschicht eine dem Substrat zugewandte Haftschicht, beispielsweise aus einem Metall, wie Ni, Cr oder Ti, und eine oder mehrere weitere Schichten.
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Die zweite Elektrodenschicht wird vorzugsweise direkt auf die Maskenschicht aufgebracht und formt die Maskenschicht formschlüssig nach. Darüber hinaus wird die Maskenschicht vorzugsweise direkt auf das Substrat in den Bereichen zwischen den ersten Fingern aufgebracht und formt diese Bereiche formschlüssig um. Die zweite Elektrodenschicht kann durch Verdampfen oder Sputtern aufgebracht werden. Vorzugsweise trennt die Maskenschicht die ersten Finger von der zweiten Elektrodenschicht so, dass keine direkte Verbindung zwischen der zweiten Elektrodenschicht und den ersten Fingern entsteht.
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In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung einer interdigitalen Elektrodenstruktur die Schritte
- A) Herstellen einer ersten Elektrode auf einem Substrat, wobei die erste Elektrode eine Vielzahl von ersten Fingern umfasst;
- B) Erzeugen einer Maskenschicht auf den Seiten der ersten Finger, die nicht dem Substrat zugewandt sind, wobei Bereiche des Substrats zwischen den ersten Fingern frei von der Maskenschicht bleiben;
- C) Herstellen einer zweiten Elektrode mit zweiten Fingern, die mit den ersten Fingern ineinandergreifen, umfassend den Schritt C1) des Abscheidens einer zweiten Elektrodenschicht auf den ersten Fingern und auf dem Substrat in den Bereichen zwischen den ersten Fingern, wobei die Maskenschicht die ersten Finger von der zweiten Elektrodenschicht trennt und die zweite Elektrodenschicht, die auf dem Substrat in den Bereichen zwischen den ersten Fingern abgeschieden wird, die zweiten Finger der zweiten Elektrode bildet.
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Die vorliegende Erfindung basiert unter anderem auf der Erkenntnis, dass die für SAW-Bauelemente nutzbare Maximalfrequenz stark von der Schallgeschwindigkeit des verwendeten Substrats und der optischen Auflösung der zur Herstellung der interdigitalen Elektrodenstrukturen verwendeten Prozesse abhängt. Um hohe Frequenzbereiche zu erreichen, ist die Verwendung kürzerer Wellenlängen für die Fotolithographie notwendig. Auch Einschränkungen durch den verwendeten Fotolack und andere Umstände müssen berücksichtigt werden. Die Verwendung eines schnelleren Substrats ist begrenzt, da eine nutzbare Bandbreite und Kopplung der zu produzierenden Bauelemente gewährleistet sein muss.
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Mit der angegebenen Methode können diese Einschränkungen entfallen. Im Gegensatz zu anderen Verfahren zur Herstellung interdigitaler Elektrodenstrukturen werden die erste und die zweite Elektrode nicht in einem gemeinsamen Schritt, sondern in einem zweistufigen Prozess abgeschieden. In einem ersten Schritt wird nur die erste Elektrode der interdigitalen Elektrodenstruktur erzeugt, was mit der durch die Fotolithographie erlaubten maximalen Dichte der ersten Finger möglich ist. Danach werden die ersten Finger der ersten Elektrode mit der Maskenschicht bedeckt oder passiviert. Dann wird die zweite Elektrodenschicht in den Bereichen zwischen den ersten Fingern abgeschieden. Die Abschnitte der zweiten Elektrodenschicht in den Bereichen zwischen den ersten Fingern bilden die zweiten Finger der zweiten Elektrode der interdigitalen Elektrodenstruktur. Die Herstellung der zweiten Elektrode erfordert keinen hochauflösenden Fotolithographie-Schritt, da sich die zweiten Finger mit Hilfe der Maskenschicht automatisch und selbstausrichtend zwischen den ersten Fingern der ersten Elektrode bilden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Bereiche des Substrats zwischen den ersten Fingern jeweils über ihre gesamte Breite mit der zweiten Elektrodenschicht bedeckt. Der Abstand zwischen einem ersten Finger und einem benachbarten zweiten Finger wird daher jeweils durch die Schichtdicke der Maskenschicht definiert. Die Breite eines Bereichs ist definiert als die senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der ersten Finger gemessene Ausdehnung. Da die Dicke der Maskenschicht mit nur geringen Abweichungen sehr genau eingestellt werden kann, ist auch der Abstand zwischen den ersten Fingern und den zweiten Fingern sehr konstant, was für Hochfrequenzanwendungen wichtig ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Maskenschicht durch Oxidation der ersten Elektrode erzeugt. Durch die Oxidation können die Breiten der ersten Finger leicht reduziert werden, da die ersten Finger nur als diejenigen Bereiche definiert sind, die elektrisch leitfähig sind. Wenn beispielsweise die ersten Finger Al aufweisen oder draus bestehen, kann die Oxidation eine Aluminiumoxidmaskenschicht um die ersten Finger bilden. Durch die Oxidation kann die Maskenschicht mit einer homogenen Schichtdicke hergestellt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Maskenschicht durch elektrochemische Abscheidung erzeugt. Zum Beispiel wird eine dielektrische Schicht, wie eine Polyamidschicht, durch elektrochemische Abscheidung abgeschieden, um die Maskenschicht zu bilden. Elektrochemische Verfahren sind besonders vorteilhaft, da sie eine sehr genaue Steuerung der Dicke der Maskenschicht ermöglichen. Auch hier kann eine sehr homogene Schichtdicke mit nur geringen Abweichungen von der mittleren Schichtdicke erreicht werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Maskenschicht durch eine stromlose Abscheidungstechnik erzeugt. Anschließend kann die abgeschiedene Schicht oxidiert werden, um die finale Maskenschicht zu bilden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Maskenschicht elektrisch isolierend. Beispielsweise wird die Maskenschicht aus einem organischen oder anorganischen Material gebildet. Die Maskenschicht kann aus einem Oxid des Metalls der ersten Elektrode oder aus einem Kunststoff, wie z.B. Polyamid, gebildet werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Maskenschicht eine Metallschicht. Vorzugsweise wird die Maskenschicht aus einem anderen Material als die erste und/oder zweite Elektrode gebildet. Beispielsweise wird die Maskenschicht aus Al gebildet. Die erste und/oder zweite Elektrode können dann jeweils Cu oder einen Schichtstapel aus Ti, Cu und Al umfassen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheidet sich die Materialzusammensetzung der zweiten Elektrode von der Materialzusammensetzung der ersten Elektrode. So ist beispielsweise die erste Elektrode aus einem anderen Metall als die zweite Elektrode gefertigt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach Schritt B) und vor Schritt C) eine Fotolackschicht auf die Sammelschiene der ersten Elektrode aufgebracht. Die Sammelschiene verbindet die ersten Finger der ersten Elektrode und stellt die elektrische Verbindung zwischen allen ersten Fingern her. Die Fotolackschicht unterscheidet sich von der Maskenschicht. Später kann die Fotolackschicht mit einem Teil der zweiten Elektrodenschicht auf der Oberseite leicht entfernt werden, so dass die Sammelschiene der ersten Elektrode freigelegt wird.
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Vorzugsweise deckt die Fotolackschicht die Sammelschiene der ersten Elektrode vollständig ab. Die Fotolackschicht wird beispielsweise so aufgebracht, dass sie in lateraler Richtung parallel zur Oberseite über die Sammelschiene der ersten Elektrode hinausragt. Vorzugsweise ragt die Fotolackschicht über die Sammelschiene auf der Seite der Sammelschiene hinaus, von der aus sich die ersten Finger erstrecken. So bedeckt die Fotolackschicht teilweise die ersten Finger in einer Draufsicht auf die Oberseite des Substrats. In lateraler Richtung ragt die Fotolackschicht vorzugsweise auch über die auf einer Seitenfläche der Sammelschiene erzeugte Maskenschicht hinaus. Auf diese Weise kann der Abstand der zweiten Finger zur Sammelschiene der ersten Elektrode so eingestellt werden, dass er größer ist als der Abstand der zweiten Finger zu den benachbarten ersten Fingern. Auf diese Weise können störende Wellen unterdrückt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach Schritt C1) in einem Schritt C2) die zweite Elektrodenschicht in den Bereichen oberhalb der ersten Elektrode zumindest teilweise entfernt. Die zweite Elektrodenschicht kann in diesen Bereichen gedünnt werden. Das Entfernen erfolgt beispielsweise durch Schleifen. Beispielsweise wird die zweite Elektrodenschicht geschliffen, bis die erste Elektrode oder die ersten Finger freigelegt sind. Es ist aber auch möglich, dass die zweite Elektrodenschicht nur so stark gedünnt wird, dass sie nach dem Dünnen die ersten Finger in Draufsicht auf der Oberseite des Substrats noch bedeckt. Das Schleifen kann beispielsweise durch Chemisch-Mechanisches-Polieren, kurz CMP, erfolgen. So kann eine dem Substrat abgewandte Seite der zweiten Elektrode Spuren einer chemischen und/oder physikalischen Materialabtragung aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach Schritt C2) eine Schutzschicht auf die vom Substrat abgewandten Seiten der Finger der ersten und der zweiten Elektrode aufgebracht. Die Schutzschicht kann eine Metallschicht oder eine dielektrische Schicht sein. Beispielsweise besteht die Schutzschicht aus Cr und/oder Ti. Die Schutzschicht wird vorzugsweise dann aufgebracht, wenn die ersten Finger und die zweiten Finger der Elektroden freigelegt sind, z.B. nach dem Schleifvorgang. Die Schutzschicht kann durch eine elektrochemische Abscheidungstechnik oder durch stromlose Beschichtung aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die Maskenschicht zwischen den ersten Fingern und den zweiten Fingern nicht von der Schutzschicht abgedeckt. Das heißt, die Schutzschicht wird selektiv auf die Finger der Elektroden aufgebracht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Aufbringen der Schutzschicht die Maskenschicht zwischen benachbarten Fingern entfernt, wobei die Schutzschicht die Finger vor Beschädigung an den vom Substrat abgewandten Seiten schützt. Beispielsweise greift ein Mittel zum Entfernen der Maskenschicht die Schutzschicht nicht an oder entfernt sie nicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Maskenschicht durch Ätzen entfernt. Beispielsweise wird nasschemisches Ätzen oder trockenchemisches Ätzen verwendet. Das Ätzmittel hat eine höhere Ätzrate für die Maskenschicht als für die Schutzschicht. Beispielsweise ist die Ätzrate für die Maskenschicht mindestens 2-fach oder mindestens 10-fach die Ätzrate für die Schutzschicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform greift das Ätzmittel die Seitenflächen der Finger an und reduziert die Breite der Finger. Seitenflächen der Finger sind Flächen, die sich quer oder senkrecht zur Oberseite des Substrats erstrecken. Zum Beispiel ist eine Ätzrate für das Material der ersten und/oder zweiten Finger mindestens 2-fach oder mindestens 10-fach die Ätzrate für die Schutzschicht. Beispielsweise wird während des Ätzprozesses die Breite der ersten und/oder zweiten Finger um mindestens 5 % oder mindestens 10 % reduziert. Nach dem Ätzen der Seitenflächen kann die Schutzschicht in lateraler Richtung über die Finger der ersten und/oder zweiten Elektrode hinausragen. Mit Hilfe des Ätzens der Seitenflächen können Abweichungen in den vorangegangenen Verfahrensschritten ausgeglichen und die gewünschten elektrischen Eigenschaften genauer eingestellt werden. Abweichungen in vorangegangenen Verfahrensschritten können beispielsweise durch elektrische Messungen oder Critical Dimension (CD)-Messungen mit einem Elektronenmikroskop erfasst werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Entfernen der Maskenschicht Seitenflächen der ersten und/oder zweiten Finger durch eine Passivierungsschicht passiviert. Die Passivierungsschicht kann durch Oxidation der freiliegenden Seitenflächen erzeugt werden. Alternativ kann die Passivierungsschicht auch durch Sputtern oder Verdampfen aufgebracht werden. Vorzugsweise ist die Passivierungsschicht elektrisch isolierend. Beispielsweise ist die Passivierungsschicht ein Oxid des für die Finger verwendeten Metalls oder ein Polyimid oder SiO2.
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Die Schutzschicht kann vor Fertigstellung der Elektrodenstruktur entfernt werden oder auf der fertigen Elektrodenstruktur verbleiben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Substrat zumindest teilweise aus einem piezoelektrischen Material gebildet. Vorzugsweise ist die Oberseite des Substrats, auf das die erste und zweite Elektrode aufgebracht werden, aus einem piezoelektrischen Material gebildet. Die Elektroden können direkt auf das piezoelektrische Material aufgebracht werden. Das piezoelektrische Material kann LiTaO3 oder LiNbO3 oder Quarz oder AlN oder ein weiteres piezoelektrisches Material sein. Die interdigitale Elektrodenstruktur ist beispielsweise Teil eines interdigitalen Wandlers eines SAW-Resonators. Der so gebildete SAW-Resonator kann eine Resonanzfrequenz von mindestens 0,4 GHz oder mindestens 4 GHz oder mindestens 5 GHz oder mindestens 6 GHz oder mindestens 8 GHz oder mindestens 9 GHz aufweisen.
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Als nächstes wird das elektrische Bauelement angegeben. Das elektrische Bauelement ist zum Beispiel ein HF-Filter, zum Beispiel ein Bandpassfilter. Insbesondere kann das elektrische Bauelement in einer Kommunikationsvorrichtung, wie beispielsweise einem Mobiltelefon, verwendet werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das elektrische Bauelement ein Substrat, das zumindest teilweise aus einem piezoelektrischen Material gebildet ist. Darüber hinaus umfasst das elektrische Bauelement eine interdigitale Elektrodenstruktur auf dem Substrat. Die interdigitale Elektrodenstruktur umfasst eine erste Elektrode mit ersten Fingern und eine zweite Elektrode mit zweiten Fingern. Die ersten Finger und die zweiten Finger greifen ineinander. Die erste Elektrode hat eine andere Materialzusammensetzung als die zweite Elektrode.
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Insbesondere kann die interdigitale Elektrodenstruktur auf dem Substrat mit dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer interdigitalen Elektrodenstruktur gebildet werden. Alle für das Verfahren offenbarten Merkmale sind daher für das elektrische Bauelement offenbart und umgekehrt.
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Die erste Elektrode kann entweder ein anderes Material als die zweite Elektrode umfassen oder vollständig aus einem anderen Material als die zweite Elektrode gebildet sein. Eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode einer interdigitalen Elektrodenstruktur mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen sind mit dem hier beschriebenen Verfahren realisierbar, da die Elektroden in unabhängigen Verfahrensschritten hergestellt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die erste Elektrode und die zweite Elektrode jeweils eine Sammelschiene, die die Finger der jeweiligen Elektrode verbindet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Abstand eines ersten Fingers der ersten Elektrode zur Sammelschiene der zweiten Elektrode gleich einem Abstand dieses ersten Fingers zu einem benachbarten zweiten Finger. Dieses Merkmal ergibt sich aus der Verwendung der Maskenschicht auf den ersten Fingern, wobei die Maskenschicht den Abstand der ersten Finger zur abgeschiedenen zweiten Elektrodenschicht definiert. „Gleicher Abstand“ bedeutet, dass der Abstand innerhalb der Grenzen der Fertigungstoleranz gleich ist, wobei die Toleranz beispielsweise höchstens 5 % beträgt.
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Andererseits kann ein Abstand eines zweiten Fingers der zweiten Elektrode zur Sammelschiene der ersten Elektrode größer sein als der Abstand dieses zweiten Fingers zu einem benachbarten ersten Finger. Dies kann durch die Verwendung der Fotolackschicht, die die Sammelschiene der ersten Elektrode beim Abscheiden der zweiten Elektrodenschicht bedeckt, realisiert werden.
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Der Abstand der ersten Finger zu den benachbarten zweiten Fingern beträgt jeweils beispielsweise höchstens 100 nm oder höchstens 50 nm oder höchstens 20 nm oder höchstens 10 nm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die zweite Elektrode in Draufsicht auf die Oberseite des Substrats die ersten Finger der ersten Elektrode. Insbesondere kann die zweite Elektrode die ersten Finger der ersten Elektrode über ihre gesamten Breiten bedecken. In diesem Fall ist die zweite Elektrode vorzugsweise durch die Maskenschicht von den ersten Fingern elektrisch isoliert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform haben die ersten Finger der ersten Elektrode eine andere Breite als die zweiten Finger der zweiten Elektrode. So sind beispielsweise die Breiten der ersten Finger jeweils mindestens 1,2-fach oder mindestens 1,5-fach die Breiten der zweiten Finger. Die Breiten der zweiten Finger können vergleichsweise klein eingestellt werden, da die Herstellung der zweiten Finger nicht die Verwendung einer fotolithografischen Maske erfordert. Tatsächlich können die Breiten der zweiten Finger durch Einstellen der Schichtdicke der Maskenschicht auf den Seitenflächen der ersten Finger eingestellt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform haben die zweiten Finger eine größere Höhe als die ersten Finger. Die Höhe der zweiten Finger kann beispielsweise so gewählt werden, dass sie größer ist als die der ersten Finger, wenn das Schleifen gestoppt wird, bevor die ersten Finger freigelegt werden. Die Höhe ist definiert als die Ausdehnung senkrecht zur Oberseite des Substrats.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das elektrische Bauelement ein HF-Filter. Die interdigitale Elektrodenstruktur ist beispielsweise Teil eines interdigitalen Wandlers eines SAW-Resonators.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens zur Herstellung einer interdigitalen Elektrodenstruktur und des elektrischen Bauelements werden im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschrieben. Gleiche oder ähnliche Elemente sowie Elemente gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figuren und die Proportionen der in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichten, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Es zeigen:
- 1A bis 5B verschiedene Positionen in einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer interdigitalen Elektrodenstruktur und ein erstes Ausführungsbeispiel des elektrischen Bauelements,
- 6 bis 9 verschiedene Positionen in einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer interdigitalen Elektrodenstruktur und weitere Ausführungsbeispiele des elektrischen Bauelements,
- Die 10 und 11 weitere Ausführungsbeispiele des elektrischen Bauelements.
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1 zeigt eine erste Position in einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer interdigitalen Elektrodenstruktur. Ein Substrat 3 ist bereitgestellt. Beispielsweise umfasst das Substrat 3 ein piezoelektrisches Material. Insbesondere ist eine Oberseite des Substrats 3 aus einem piezoelektrischen Material oder einer piezoelektrischen Schicht gebildet. Das piezoelektrische Material ist zum Beispiel LiTaO3 oder LiNbO3. 1A zeigt eine Querschnittsansicht und 1B zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite des Substrats 3.
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Auf der Oberseite des Substrats 3 ist eine erste Elektrode 1 mit ersten Fingern 11a aufgebracht. Die erste Elektrode 1 besteht vorzugsweise aus einem Metall, zum Beispiel aus Aluminium. Die ersten Finger 11a sind über eine Sammelschiene 11b elektrisch verbunden. Die erste Elektrode 1 bildet eine kammartige Struktur, wobei sich die ersten Finger 11a im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Sammelschiene 11b erstrecken. Zwischen jedem Paar erster Finger 11a ist ein streifenförmiger Bereich 30 des Substrats 3 freigelegt.
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2 zeigt eine zweite Position im Verfahren. Wiederum ist 2A eine Querschnittsansicht und 2B eine Draufsicht auf die Oberseite des Substrats 3. Auf der ersten Elektrode 1, insbesondere auf den ersten Fingern 11a, ist eine Maskenschicht 4 erzeugt. Alle Seiten der ersten Finger 11a, die nicht dem Substrat 3 zugewandt sind, sind mit der Maskenschicht 4 bedeckt. Die Maskenschicht 4 steht in direktem Kontakt mit den ersten Fingern 11a und formt die ersten Finger 11a formschlüssig nach. Die Maskenschicht 4 ist mit einer homogenen Schichtdicke über die gesamte erste Elektrode 1 gebildet.
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Die Maskenschicht 4 wird beispielsweise durch Oxidation des Metalls der ersten Finger 11a erzeugt. In diesem Fall ist die Maskenschicht 4 zum Beispiel Aluminiumoxid. Alternativ kann die Maskenschicht 4 auch durch elektrochemische Abscheidung erzeugt werden. In diesem Fall ist die Maskenschicht 4 beispielsweise aus einem organischen Material, wie beispielsweise einem Polyamid. Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Maskenschicht 4 durch ein stromloses Abscheideverfahren, zum Beispiel durch stromlose Plattierung, erzeugt wird. In diesem Fall kann die Maskenschicht 4 eine Metallschicht oder, wenn die Metallschicht oxidiert wurde, eine Metalloxidschicht sein.
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Die Maskenschicht 4 bedeckt die Seitenflächen der ersten Finger 11a, die sich quer zur Oberseite des Substrats 3 erstrecken, sowie die Seiten der ersten Finger 11a, die vom Substrat 3 weg zeigen. Die streifenförmigen Bereiche 30 zwischen jedem Paar der ersten Finger 11a sind frei von der Maskenschicht 4.
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3 zeigt eine dritte Position im Verfahren, in der eine Fotolackschicht 41 auf den Bereich aufgebracht wird, in dem sich die Sammelschiene 11b der ersten Elektrode 1 befindet. Die Fotolackschicht 41 ist so aufgebracht, dass auf der Seite der Sammelschiene 11b, von der sich die ersten Finger 11a erstrecken, die Fotolackschicht 41 über die Sammelschiene 11b und auch über die Maskenschicht 4 hinausragt. Mit einer solchen Fotolackschicht 41 können die Längen der Finger der zweiten zu produzierenden Elektrode eingestellt werden.
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4 zeigt eine vierte Position im Verfahren, bei der eine zweite Elektrodenschicht 2 auf die ersten Finger 11a und in den Bereichen 30 zwischen den ersten Fingern 11a aufgebracht wird. Die zweite Elektrodenschicht 2 kann eine Metallschicht sein oder einen Lagenaufbau aus verschiedenen Schichten, insbesondere Metallschichten, umfassen. Die zweite Elektrodenschicht 2 wird beispielsweise durch Verdampfen oder Sputtern aufgebracht. Als Beispiel ist die zweite Elektrodenschicht 2 eine Cu-Schicht. Die zweite Elektrodenschicht 2 bildet eine zusammenhängende Schicht ohne Unterbrechung, die sich über alle ersten Finger 11a erstreckt. Die zweite Elektrodenschicht 2 formt die ersten Finger 11a mit der Maskenschicht 4 obenauf und die Oberseite des Substrats 3 in den Bereichen 30 zwischen den ersten Fingern 30 formschlüssig nach. Ferner ragt in den Bereichen 30 die zweite Elektrodenschicht 2 über die ersten Finger 11a in eine Richtung weg vom Substrat 3 hinaus.
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5 zeigt eine fünfte Position im Verfahren, wiederum in einer Querschnittsansicht (5A) und in einer Draufsicht (5B). Die zweite Elektrodenschicht 2 ist teilweise entfernt, zum Beispiel durch Schleifen von einer dem Substrat 3 abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht 2. Auf diese Weise wurde eine zweite Elektrode 12 erzeugt, die zweite Finger 12a umfasst, die mit den ersten Fingern 11a ineinandergreifen. Der Abstand zwischen den zweiten Fingern 12a und den ersten Fingern 11a wird durch die Schichtdicke der Maskenschicht 4 auf den Seitenflächen der ersten Finger 11a definiert. Die zweiten Finger 12a werden selbstausrichtend hergestellt, da die Position und die Form der zweiten Finger 12a nur durch die streifenförmigen Bereiche 30 definiert sind, die zwischen den ersten Fingern 11a freigelegt sind. Eine separate Fotolackmaske zur Herstellung der zweiten Elektrode 12 ist nicht erforderlich.
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Gleichzeitig zeigt 5 ein Ausführungsbeispiel des elektrischen Bauelements mit einem Substrat 3 und einer interdigitalen Elektrodenstruktur auf dem Substrat 3. Das elektrische Bauelement der 5 ist beispielsweise ein HF-Filter.
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6 zeigt eine Position in einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. 6 zeigt zum Beispiel eine Position, die auf die Position der 5 folgt. Auf den vom Substrat 3 abgewandten Seiten der ersten Finger 11a und der zweiten Finger 12a wurde eine Schutzschicht 5 aufgebracht. Als Beispiel ist die Schutzschicht 5 eine Metallschicht, die auf den Fingern 11a, 12b durch stromlose Beschichtung erzeugt wird. Die Schutzschicht 5 kann eine Cr-Schicht oder eine Ti-Schicht sein.
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7 zeigt eine nachfolgende Position des Verfahrens, in der die Maskenschicht 4 zwischen den Fingern 11a, 12a entfernt wurde, zum Beispiel durch Ätzen oder Veraschen. Beim Entfernen der Maskenschicht 4 schützt die Schutzschicht 5 die vom Substrat 3 abgewandten Seiten der Finger 11a, 12a vor dem Angriff durch das Mittel, das zum Entfernen der Maskenschicht 4 verwendet wird. Gleichzeitig zeigt 7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bauelements.
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8 zeigt eine Position eines dritten Ausführungsbeispiels des Verfahrens. Die Position von 8 folgt beispielsweise auf die Position der 7. Das zum Entfernen der Maskenschicht 4 verwendete Mittel hat zusätzlich die Breite der Finger 11a, 12a reduziert. Dies kann durch Einstellen der Materialien der Elektroden 11, 12 und des verwendeten Mittels erreicht werden. Die Schutzschicht 5 schützt die Seiten der Finger 11a, 12a vor Angriffen durch das Mittel. Gleichzeitig zeigt 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrischen Bauelements.
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9 zeigt eine Position in einem vierten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Nachdem die Breiten der Finger 11a, 12a reduziert wurden, wurde eine Passivierungsschicht 6 auf den Seitenflächen der Finger 11a, 12a erzeugt. Die Passivierungsschicht 6 kann durch Oxidation der Seitenflächen der Finger 11a, 12a oder durch Aufbringen der Passivierungsschicht 6 gebildet werden. Die Passivierungsschicht 6 ist beispielsweise elektrisch isolierend, was dazu beiträgt, die Durchschlagfestigkeit und die Leistung der erzeugten Elektrodenstruktur zu erhöhen. Auch 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel des elektrischen Bauelements.
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Die 10 und 11 zeigen weitere Ausführungsbeispiele des elektrischen Bauelements. In 10 wurde die zweite Elektrodenschicht 2 teilweise von der dem Substrat 3 abgewandten Seite der ersten Elektrode 11 entfernt, jedoch nicht so stark wie im Falle von 5. Insbesondere wurde die zweite Elektrodenschicht 2 nicht bis zum Freilegen der Maskenschicht 4 entfernt. Vielmehr wurde das Entfernen gestoppt, so dass die zweite Elektrodenschicht 2 noch die ersten Finger 11a bedeckt. Eine elektrische Isolierung zwischen den ersten Fingern 11a und der zweiten Elektrode 12 im Bereich oberhalb der ersten Finger 11a wird durch die Maskenschicht 4 realisiert, die in diesem Fall eine elektrisch isolierende Schicht ist.
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In 11 wurde die zweite Elektrodenschicht 2 etwas mehr abgeschliffen als in dem Ausführungsbeispiel von 10, so dass die Maskenschicht 4, aber nicht die ersten Finger 11a, freigelegt werden. Somit ist die Höhe der zweiten Finger 12a größer als die der ersten Finger 11a.
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Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung sowohl jedes neue Merkmal als auch jede Kombination von Merkmalen, insbesondere auch jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination an sich nicht ausdrücklich in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- zweite Elektrodenschicht
- 3
- Substrat
- 4
- Maskenschicht
- 5
- Schutzschichten
- 6
- Passivierungsschicht
- 11
- erste Elektrode
- 11a
- erste Finger der ersten Elektrode
- 11b
- Sammelschiene der ersten Elektrode
- 12
- zweite Elektrode
- 12a
- zweite Finger der zweiten Elektrode
- 12b
- Sammelschiene der zweiten Elektrode
- 30
- Bereich des Substrats