-
Die Erfindung betrifft ein mit akustischen Wellen arbeitendes Bauelement mit einem Substrat, das zumindest eine piezoelektrische Schicht umfaßt.
-
Unter Bauelementen, die mit akustischen Wellen arbeiten, sind insbesondere Oberflächenwellenbauelemente (SAW-Bauelemente) und FBAR-Resonatoren (thin film bulk acoustic resonators) 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 Elektroden bzw. die Elektrodenstrukturen dieser Bauelemente einer maximalen Strombelastung ausgesetzt sind. Hinzu kommt, daß durch die zunehmende Miniaturisierung und durch die Einführung neuer Mobilfunkstandards die Leistungsdichte in den Bauelementen immer höher wird. Neben der geforderten hohen Stromtragfähigkeit der Elektroden sind diese außerdem durch die akustische Welle einer starken mechanischen Belastung ausgesetzt, die auf Dauer zur Zerstörung der Elektrodenstruktur und damit zum Ausfall des Bauelementes bzw. des Filters führen kann.
-
Untersuchungen an mechanisch und elektrisch stark belasteten Filtern zeigen, daß die Elektroden durch Materialwanderung von Elektrodenmaterial (Akusto- und Elektromigration) zerstört werden. Diese äußert sich in der Bildung von Hohlräumen (voids) und an der Oberfläche der Elektroden in der Ausbildung von Auswüchsen, sogenannten Hillocks. 8 zeigt eine solche durch Akustomigration beschädigte Elektrodenstruktur eines SAW-Bauelementes. Auf einem Substrat SU sind die hier im Querschnitt dargestellten streifenförmigen Elektroden E aufgebracht. Aus dem ursprünglich rechteckigen Querschnitt der Elektrodenstreifen sind durch Akustomigration die Auswüchse H entstanden, die sowohl seitlich der Elektroden als auch auf der oberen Oberfläche der Elektroden auftreten können. Parallel dazu bilden sich die Hohlräume V. Eine so veränderte Elektrodenstruktur besitzt eine veränderte Geometrie, deren elektromechanische Eigenschaften verändert sind. Sind zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Elektrodenfingern Auswüchse H entstanden, so können diese zum Ausgangspunkt eines Kurzschlusses oder eines Überschlags zwischen den beiden Elektrodenfingern werden. Neben den veränderten Eigenschaften der geschädigten Elektrodenstruktur führt ein elektrischer Überschlag zwischen unterschiedlich polarisierten Elektrodenfingern üblicherweise zur Zerstörung und damit zum Totalausfall des Filters. Die unter Streßbelastung zunehmende Veränderung der elektromechanischen Eigenschaften von Elektroden dagegen führt zu einer kontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz und zu einem unerwünschten Ansteigen der Einfügedämpfung.
-
Als Elektrodenmaterial wird bei SAW-Bauelementen üblicherweise Aluminium eingesetzt. Zur Einschränkung der schädlichen Akustomigration werden zunehmend Legierungen wie beispielsweise AlCu, AlMg, AlCuMg, AlCuSc, AlZrCu, AlTi, AlSi und andere eingesetzt. Diese Legierungen reduzieren die Migration, indem sie an den Aluminiumkorngrenzen Ausscheidungen bilden, die die Diffusionspfade blockieren. In Abhängigkeit von dem Aluminium zugesetzten Metall oder Element führt dies dazu, daß sich das zugesetzte Element zum Teil in den Aluminiumkörnern festsetzt, diese verfestigt und die Materialwanderung in den Elektroden reduziert. Nähere Angaben zu derartigen Elektrodenstrukturen bzw. der dafür verwendeten Materialien finden sich in den Druckschriften 1 und 2 (siehe Druckschriftenverzeichnis). Durch die Unterdrückung der Akustomigration wird sowohl der kontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz und der Einfügedämpfung als auch der Gefahr der Kurzschlußbildung und der Überschläge entgegengewirkt. Allerdings haben die verwendeten Legierungen einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand als nicht-legierte Metalle. Dies beeinträchtigt die Filterperformance und bewirkt eine höhere Einfügedämpfung. Außerdem wird die Selbsterwärmung gesteigert, die sich wiederum negativ auf die Leistungsverträglichkeit der Elektrodenstrukturen und damit des Filters auswirkt. Damit ist auch mit den vorgeschlagenen Legierungen die maximale Leistungsverträglichkeit begrenzt.
-
Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, an Stelle einer homogenen Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung Schichtsysteme aus unterschiedlichen Metallen und Aluminiumlegierungen einzusetzen. Dazu werden zwischen Aluminium- und/oder Aluminiumlegierungs-Schichten eine oder mehrere Zwischenschichten aus Kupfer, Magnesium, Titan, Chrom oder anderen Metallen eingesetzt. Diese Zwischenschichten blockieren die Diffusion des Aluminiums durch diese Schichten und reduzieren damit den Effekt der kontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz und der Einfügedämpfung. Dies wird beispielsweise in den Druckschriften 3 und 4 vorgeschlagen.
-
Um die Haftung der Elektrodenstrukturen auf dem Substrat zu erhöhen, kann zwischen der untersten Aluminium oder Aluminiumlegierungsschicht eine Haftschicht aus Titan aufgebracht werden, wie beispielsweise aus den Druckschriften 5 und 6 bekannt ist. Diese Titan-Haftschicht verbessert die <111>-Textur und damit die Leistungsverträglichkeit.
-
Es wurde auch schon vorgeschlagen, reines Kupfer zur Herstellung von Elektroden zu verwenden oder alternativ ein Schichtsystem Kupfer-Aluminium oder Kupfer-Aluminium-Kupfer zu verwenden. Unabhängig davon wurde vorgeschlagen, ganzflächige Passivierungsschichten über den Elektroden zu erzeugen, um diese gegen äußere Einwirkungen wie Korrosion zu schützen und die Migration zu verhindern. Als Material für solche Passivierungsschichten wurde bereits Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid vorgeschlagen, beispielsweise in der Druckschrift 7.
-
Aus der Druckschrift 8 ist es bekannt, Elektroden durch anodische Oxidation zu passivieren.
-
Aus der
JP H09 083030 A ist es bekannt, Elektroden aus Kupfer vollständig in ein piezoelektrisches Substrat zu versenken, so dass deren Oberfläche bündig mit der Substratoberfläche abschließt.
-
Verstärkt wird das Problem der Akusto- und Elektromigration bei Bauelementen wie Filtern, die bei Frequenzen im Gigahertzbereich arbeiten. Dort ist nicht nur der Abstand zwischen den Elektrodenfingern sehr gering und liegt zum Beispiel bei einigen hundert nm. Dort sind auch die Breiten der Elektrodenfinger gering, so daß sowohl der einzelne Elektrodenfinger leicht beschädigt werden kann, als auch wegen der geringen Entfernung schnell ein Kurzschluß zwischen zwei Elektrodenfingern entstehen kann.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Bauelement der eingangs genannten Art die Leistungsverträglichkeit der Elektroden weiter zu verbessern.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
-
Die Erfindung schlägt vor, bei einem mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelement über einem Substrat mit zumindest einer piezoelektrischen Schicht eine Sperrschicht anzuordnen und die interdigitalen Elektroden teilweise in der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht und teilweise in der Sperrschicht zu versenken. Das Substrat weist dabei zumindest eine piezoelektrische Schicht auf, über und unter der gegebenenfalls weitere Schichten vorgesehen sein können. Mit der teilweisen Versenkung der Elektroden in dem Substrat ist die Migration von Elektrodenmaterial vermindert bis unterbunden, da der versenkte Teil der Elektroden rundum völlig eingeschlossen ist, so daß in diesem Bereich keine Migration aus der Elektrode heraus möglich ist. Da die Migration vor allem an der Grenzfläche zwischen Elektrodenmaterial und Substratoberfläche auftritt, hat auch ein nur teilweises Versenken der Elektroden in die Substratoberfläche bereits einen großen Effekt und erhöht die Stabilität unter Strom-, Streß- und Thermobelastung erheblich.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Elektroden vollständig im Substrat versenkt, so daß die Elektrodenoberfläche nicht über die des Substrats hinausragt. Es ist sogar möglich, die Elektrode noch tiefer zu legen, so daß die Elektrodenoberfläche unterhalb der Substratoberfläche liegt.
-
Im Sinne der Erfindung wird unter einer piezoelektrischen Schicht eine mit einem Dünnschichtverfahren oder anderweitig auf einem Substrat aufgebrachte piezoelektrische Schicht aus einem geeigneten Material wie insbesondere Zinkoxid und Aluminiumnitrid, oder auch ein einkristallines piezoelektrisches Substratmaterial verstanden, insbesondere ein Substratplättchen (Chip oder Wafer) aus Lithiumtantalat, Lithiumniobat oder Quarz.
-
Bei der Erfindung wird über der piezoelektrischen Schicht eine Sperrschicht angeordnet, die die Oberfläche des Substrates bildet. Die Elektroden können dann so tief in der Sperrschicht versenkt sein, daß ein direkter Kontakt zur darunterliegenden piezoelektrischen Schicht möglich ist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß bei einer gegebenen Versenkungstiefe in das Substrat (inklusive Sperrschicht) die Versenkung der Elektroden in die piezoelektrische Schicht selbst geringer ist als ohne Sperrschicht oder auch ganz entfallen kann. Dadurch ist es möglich, außer über die bei bekannten Bauelementen reflexionsbestimmenden Geometrien der Elektrodenstrukturen, die Dicke der Metallsisierung und das Material der piezoelektrischen Schicht die Reflexion auch noch über die Versenkungstiefe und die Materialeigenschaften der Sperrschicht in gewünschter Weise einzustellen.
-
Vorzugsweise wird für die Sperrschicht ein Material gewählt, welches härter ist als das Material der piezoelektrischen Schicht. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die akustische Welle überwiegend in der piezoelektrischen Schicht verläuft, so daß eine Dämpfung der Welle in der Sperrschicht und damit zusätzlich elektrische Verluste bei der Übertragung und Wandlung von akustischen Wellen vermieden werden. Wie aus der Druckschrift 8 bekannt, wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle durch die Sperrschicht so nur wenig beeinflußt.
-
Eine zumindest teilweise im Substrat versenkte Elektrode kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung an den freiliegenden Oberflächen, zumindest also an der nach oben weisenden Oberfläche der Elektroden mit einer Passivierungsschicht versehen werden. Die Passivierungsschicht kann als separate Schicht ganzflächig über der die Elektroden tragende Oberfläche des Bauelements angeordnet werden. Dazu kann großflächig ein entsprechendes Material auf der gewünschten Oberfläche abgeschieden, aufgedampft oder in sonstiger Weise aufgebracht werden. Möglich ist es auch, ausschließlich die freiliegenden Oberflächen der zumindest teilweisen versenkten Elektroden mit einer Passivierungsschicht zu versehen. Dazu wird das Passivierungsmaterial gezielt im Bereich der Elektrodenstruktur erzeugt oder abgeschieden. Möglich ist es auch, die Oberfläche der Elektrode gezielt chemisch umzuwandeln, wobei aus dem insbesondere metallischen Elektrodenmaterial ein zur Passivierung geeignetes chemisch verändertes Material entsteht. Insbesondere kann ein metallisches Elektrodenmaterial oberflächlich in sein Oxid, Nitrid oder eine ähnliche Metallverbindung übergeführt werden.
-
Die erfindungsgemäß zumindest teilweise versenkte Elektrode kann wie eine herkömmliche Elektrode aus dafür bekannten und geeigneten Materialien oder Materialkombinationen bestehen. Insbesondere weist die Elektrode vorzugsweise zumindest eine, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassende, Elektrodenschicht auf. Neben dieser Elektrodenschicht kann die Elektrode auch Schichten davon unterschiedlicher Materialien umfassen, insbesondere eine weitere Schicht eines elektrisch leitfähigen Materials, welches eine höhere Härte als Aluminium aufweist. Für eine oder mehrere solcher weiteren Schichten sind beispielsweise Kupfer oder Wolfram geeignet. Möglich ist es jedoch auch, solche weiteren Elektrodenschichten aus elektrisch leitenden Verbindungen zu erzeugen. Diese weiteren Schichten können als Diffusionssperrschichten dienen, die die Migration von Elektrodenmaterial weiter unterdrücken und damit die Homogenität der Elektrode über die Betriebsdauer des Bauelements stabilisieren. Die Elektrode kann auch einen Mehrschichtaufbau aufweisen, in dem zwei unterschiedliche Elektrodenschichten z. B. alternierend übereinander angeordnet sind.
-
Für die Sperrschicht wird ein elektrisch isolierendes Material gewählt, welches insbesondere ein Oxid, ein Nitrid oder ein Carbid von Silizium oder einem Metall umfaßt. Möglich sind jedoch auch andere, elektrisch isolierende, anorganische Verbindungen oder Elemente. Die Höhe der Sperrschicht wird auf einen minimal möglichen Wert eingestellt, der gerade eben das gewünschte Ergebnis bezüglich einer unterdrückten oder verminderten Migration gewährleistet.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Sperrschicht aus einem Material ausgebildet, welches aus dem Material der piezoelektrischen Schicht durch chemische oder physikalische Umwandlung hervorgeht. Dies hat den Vorteil, daß die Sperrschicht nicht separat aufgebracht werden muß, sondern durch spezifische Umwandlung des piezoelektrischen Materials der piezoelektrischen Schicht nach dem Aufbringen der Elektrode direkt auf der piezoelektrischen Schicht. In einer physikalischen Umwandlung können z. B. die piezoelektrischen Eigenschaften in einem oberflächennahen Bereich der piezoelektrischen Schicht gestört, verändert oder minimiert werden. Auf diese Weise kann eine Sperrschicht aus einem Material erzeugt werden, welches einen nur geringen oder keinen piezoelektrischen Effekt aufweist. Da vermutet wird, daß die Grenzfläche der Elektrode zur piezoelektrischen Schicht im arbeitenden Bauelement die am stärksten gestreßte Stelle der Elektrodenstruktur darstellt, wird diese Grenzfläche nun beiderseitig von einem nicht-piezoelektrischen oder nur gering piezoelektrischen Material umgeben, das die Auswirkungen dieses Stresses, insbesondere die Migration allein durch ihre mechanische Sperrwirkung unterdrücken.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt und geben nur auszugsweise Möglichkeiten an, die Erfindung zu verwirklichen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
-
1 zeigt im schematischen Querschnitt unterschiedlich tief in einem Substrat versenkte Elektroden.
-
2 zeigt anhand schematischer Querschnitte verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung einer versenkten Elektrode mit Sperrschicht.
-
3 zeigt verschiedene Verfahrensstufen zur nicht erfindungsgemäßen Herstellung einer versenkten Elektrode in einem Substrat ohne Sperrschicht.
-
4 zeigt ein Bauelement mit großflächiger Passivierungsschicht.
-
5 zeigt ein Bauelement mit einer nur über der Elektrode aufgebrachten Passivierungsschicht.
-
6 zeigt verschiedene Verfahrensstufen bei der nachträglichen Herstellung einer selbstjustierenden Sperrschicht.
-
7 zeigt weitere Verfahrensstufen zur nachträglichen Herstellung einer selbstjustierenden Sperrschicht.
-
8 zeigt eine durch Migration geschädigte Elektrode im schematischen Querschnitt
-
1 zeigt anhand schematischer Querschnitte drei Möglichkeiten, die Elektrode E unterschiedlich tief in einem Substrat SU zu versenken. In 1a ist die Elektrode nur teilweise versenkt, die übrige Elektrode ragt über die Oberfläche des Substrates hinaus. In 1b ist die Oberfläche der Elektrode E fluchtend mit der Oberfläche des Substrates SU, während in 1c die Oberfläche der Elektrode E tiefer als die Oberfläche des Substrates SU liegt.
-
Das Substrat SU wiederum umfaßt zumindest eine piezoelektrische Schicht, über der eine weitere Schicht angeordnet ist. Dies kann eine Sperrschicht oder eine Passivierungsschicht sein (in der 1 nicht dargestellt). Auch wenn die oberste Schicht nicht die piezoelektrische Schicht ist, können die Feldlinien der Elektrode E in die piezoelektrische Schicht eindringen. In der Figur sitzt die Elektrode auf der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht auf, oder ist alternativ zumindest teilweise in die piezoelektrische Schicht versenkt.
-
2 zeigt anhand verschiedener Verfahrensschritte, wie eine Elektrode E in einem aus einer piezoelektrischen Schicht PZ und einer Sperrschicht TS bestehenden Substrat SU versenkt werden kann. 2a zeigt ausschnittsweise das Substrat, über dem ganzflächig eine Resistschicht aufgebracht wird, beispielsweise ein Fotoresist. Die Resistschicht wird anschließend photolithographisch derart strukturiert, daß in der Oberfläche der Resistschicht eine Grabenstruktur entsteht, die der Anordnung der späteren Elektrode E entspricht.
-
Die verbleibenden Schichtbereiche der Resistschicht stellen mit der Grabenstruktur darin eine Maske RM dar, die im nächsten Schritt als Ätz-Maske dient. Mittels eines Ätz-Verfahrens, ausgewählt aus chemischem Ätzen, Plasmaätzen oder Ionenstrahlätzen, wird der Grabenstruktur der Maske RM folgend zumindest durch die Sperrschicht TS hindurch und wie in 2 dargestellt teilweise bis in die Oberfläche der piezoelektrischen Schicht PZ hinein der Graben G erzeugt. Mit der Maske RM als Maske wird anschließend eine Metallisierung M erzeugt. Alternativ ist es auch möglich, für die Maske anstelle des Photoresists auch Metall oder eine Kombination von Metall und Photoresist zu verwenden.
-
Die Metallisierung M wird aufgedampft oder durch die Resistmaske aufgesputtert, anschließend wird die Resistmaske entfernt, und schließlich die Metallschicht durch galvanische oder stromlose Metallabscheidung aus einer Lösung verstärkt.
-
Dies führt zumindest zu ersten Metallisierungsbereichen M1 am Boden der Gräben und zweiten Metallisierungsbereichen M2 auf der Oberfläche der Resistmaske RM. Unabhängig davon, ob zwischen ersten und zweiten Metallisierungsbereichen M1 und M2 eine Metallverbindung besteht, werden anschließend die zweiten Metallisierungsbereiche M2 durch Entfernen der Resistmaske RM samt darüberliegenden Zweiten Metallisierungsbereichen M2 entfernt. Es verbleibt die in 2e dargestellte Struktur, bei der die Elektrode E in das aus Sperrschicht und piezoelektrischer Schicht PZ bestehende Substrat versenkt ist, in der Figur so tief, daß die Elektrode E bis in die piezoelektrische Schicht PZ hineinreicht.
-
3 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren, eine Grabenstruktur G direkt in der piezoelektrischen Schicht PZ herzustellen. Über eine Resistmaske RM (siehe 3a) wird in einem Ätzprozeß ein Graben G in die piezoelektrische Schicht PZ geätzt, wie es in 3b dargestellt ist. Nach ganzflächigem Abscheiden einer Metallisierung M, die zur ersten Metallisierungsbereichen M1 am Boden des Grabens bzw. der Grabenstruktur und zur zweiten Metallisierungsbereichen M2 über der Resistmaske RM führt (siehe 3c), wird anschließend die Resistmaske samt darüberliegenden zweiten Metallisierungsbereichen M2 entfernt. 3d zeigt die Elektrode E, die hier vollständig in der piezoelektrischen Schicht PZ versenkt ist.
-
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der über einer im Substrat SU versenkten Elektrode E ganzflächig eine Passivierungsschicht PA aufgebracht ist. Dies ist insbesondere eine elektrisch isolierende und vorzugsweise harte Schicht, insbesondere DLC (Diamond like Carbon), ein Oxid, ein Nitrid oder ein Carbid.
-
5 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts eine im Substrat SU versenkte Elektrode E, bei der die nicht im Substrat versenkte Oberfläche der Elektrode E mit einer Passivierungsschicht PA bedeckt ist. Dies kann beispielsweise ein Oxid des Elektrodenmaterials sein, oder eine, der Struktur der Elektrode folgende, strukturierte Passivierungsschicht.
-
6 zeigt nicht erfindungsgemäße weitere versenkte Elektroden. 6a zeigt eine herkömmliche Elektrode E auf einer piezoelektrischen Schicht PZ. Durch chemische oder physikalische Behandlung werden anschließend die beiderseits der Elektrode E freien Oberflächenbereiche der piezoelektrischen Schicht PZ durch chemische oder physikalische Umwandlung modifiziert, was mit einer Volumenvergrößerung in den modifizierten Oberflächenbereichen der piezoelektrischen Schicht einhergeht. So entsteht eine Sperrschicht TS beiderseits der Elektrode bzw. der Elektrodenstruktur. Die Elektrode ist teilweise in die Sperrschicht TS versenkt, die nunmehr einen Teil des Substrates bildet.
-
7 zeigt eine weitere nicht erfindungsgemäße Möglichkeit zur selbstjustierenden Herstellung einer Elektrode mit Sperrschicht und/oder Passivierungsschicht. Auf der piezoelektrischen Schicht PZ wird ganzflächig als Precursorschicht PC der Trennschicht eine insbesondere dünne Metallisierung aufgebracht, beispielsweise aus Ti, Al, Ag, Cu oder einem anderen vorzugsweise unedlem Metall. Anschließend wird die Elektrode E herkömmlich über der Precursorschicht PC erzeugt. Diese Verfahrensstufe ist in 7a dargestellt.
-
In einem weiteren Schritt wird dann durch chemische Umwandlungdes Precursorschicht PC und der Elektrode E in eine Metallverbindung, vorzugsweise in das entsprechende Oxid, eine Sperrschicht TS und eine Passivierungsschicht PA erzeugt. Die elektrisch isolierende Sperrschicht TS entsteht dabei in den nicht von der Elektrode bedeckten Bereichen durch vollständige Umwandlung der Precursorschicht, die Passivierungsschicht PA dagegen nur auf der Oberfläche der Elektrode E. Der unter der Elektrode E liegende Rest PCR der Precursorschicht bildet nun einen Teil der Elektrode, wie es in 7b dargestellt ist. Die chemische Umwandlung der Precursorschicht führt zu einer Volumenvergrößerung, so daß die Elektrode samt dem Rest PCR nun in einer Grube der Sperrrschicht TS eingebettet ist.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise eingesetzt zur Versenkung der Elektroden E in piezoelektrischen Substraten bei Oberflächenwellenbauelementen (SAW-Bauelementen). Da bereits bisher zur Herstellung der Elektrode vorzugsweise ein Lift-off-Verfahren eingesetzt wird, wie es erfindungsgemäß in der 2 dargestellt ist, unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren lediglich durch einen zusätzlichen Ätzschritt vom Standardverfahren. Es ist daher ohne großen zusätzlichen Aufwand durchzuführen, führt aber dennoch zu stabileren Elektroden bzw. stabileren Elektrodenstrukturen.
-
Vorzugsweise sind erfindungsgemäß hergestellte Bauelemente Hochfrequenzbauelemente mit Mittenfrequenzen im Gigahertzbereich, bei denen die Breite der Elektrodenstruktur wenige 100 nm beträgt. Bei einem Metallisierungsverhältnis eta von ca. 0,6 bis 0,7 sind die freien Abstände zwischen den Elektrodenfingern, von denen in der Figur zur Vereinfachung lediglich ein Finger im Querschnitt dargestellt ist, entsprechend weniger voneinander entfernt. Die bei bekannten Bauelementen durch die große Nähe benachbarter Elektrodenfinger (bei diesen geringen Elektrodenabständen) erhöhte Kurzschlußgefahr wird durch die Erfindung besonders stark reduziert. Da die von Streß ausgelöste Akusto- und Elektromigration von Elektrodenmaterial bei bekannten SAW-Bauelementen zusätzlich zu einer Veränderung des Elektrodenquerschnitts und damit zu einer Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Elektroden führt, wird durch die erfindungsgemäße Unterdrückung der Migration auch eine solche schleichend auftretende Veränderung verhindert. Dies führt zu SAW-Bauelementen mit wesentlich verlängerter Lebensdauer und stabileren Eigenschaften. Die Bauelemente können außerdem bei gleicher Lebensdauer mit einer höheren Leistung beaufschlagt werden bzw. eine verbesserte Stromtragfähigkeit zeigen.
-
Für die Erfindung verwendete Substrate können piezoelektrische Schichten aus den üblichen dafür einsetzbaren Materialien besitzen, beispielsweise aus Lithiumtantalat, Lithiumniobat, Quarz oder anderen piezoelektrischen Materialien. Da die meisten dieser piezoelektrischen Materialien auch einen starken pyroelektrischen Effekt zeigen, und die Elektroden mit Hilfe der Erfindung auch besser gegeneinander isoliert werden, ist die Gefahr eines durch pyroelektrische Aufladung induzierten Funkenüberschlags zwischen zwei benachbarten Elektrodenstrukturen praktisch vermindert. Damit wird eine weitere Gefahrenquelle im Herstellungsprozeß und der Verarbeitung von SAW-Bauelementen und allgemein von Bauelementen auf pyroelektrischen Substraten ausgeschaltet. Auch sonstige, durch elektrostatische Aufladung induzierte und ausgelöste Schadensmechanismen werden so positiv beeinflußt.
-
Die Erfindung kann vorzugsweise zur Herstellung von Elektrodenstrukturen für DMS-und Ladder-type-Filter auf SAW-Basis eingesetzt werden, unter anderem im Frontend von UMTS-tauglichen Endgeräten.
-
Verzeichnis der zitierten Druckschriften
-
- 1. Takayama et al., HIGH POWER SAW FILTER WITH NEW AL-SC-CU/TI/AL-SC-CU/TI ELECTRODES, 1998 IEEE Ultrasonics Symposium, pp. 5–8
- 2. W. J. Tanski, SURFACE ACOUSTIC WAVE RESONATORON QUARTZ, IEEE Transaactions an Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-26, No.2, March 1979, pp. 93–104
- 3. Takayama et al., HIGH POWER DURABLE ELECTRODES FOR GHZ BAND SAW DUPLEXERS, 2000 IEEE Ultrasonics Symposium
- 4. Satoh et al., LADDER TYPE SAW FILTER AND IST APPLICATION TO HIGH POWER SAW DEVICES, International Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol. 10, No. 3 (2000), pp. 825–.865
- 5. US 5 909 156 A
- 6. US 5 844 347 A
- 7. DE 195 13 958 A1
- 8. DE 197 58 195 C2
