WO2004091098A1 - Bauelement mit einer piezoelektrischen funktionsschicht - Google Patents

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WO2004091098A1
WO2004091098A1 PCT/EP2004/001122 EP2004001122W WO2004091098A1 WO 2004091098 A1 WO2004091098 A1 WO 2004091098A1 EP 2004001122 W EP2004001122 W EP 2004001122W WO 2004091098 A1 WO2004091098 A1 WO 2004091098A1
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growth
electrode
piezoelectric
electrode layer
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PCT/EP2004/001122
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Thomas Metzger
Christian Diekmann
Edgar Schmidhammer
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Epcos Ag
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Definitions

  • Resonators or volume transducers working with bulk acoustic waves so-called FBAR (Thin-Film-Bulk-Acoustic-Resonator) or BAW-Resonators (Bulk Acoustic Wave Resonator) are based on a piezoelectric base body designed as a thin layer, which has two main surfaces, each with one Electrode is provided.
  • Such resonators can be used, for example, to build RF filters.
  • a component designed as a filter several such resonators are connected in branch circuits to form a filter network, a so-called reactance filter.
  • Components based on BAW resonators play a role in particular as filters in mobile telecommunications devices.
  • Components with BAW resonators are usually on a carrier substrate e.g. a crystalline Wafex- 'built. Between each resonator and the carrier substrate there is either a recess filled with air, which represents a high impedance jump that has a highly reflective effect on the acoustic wave, or an acoustic mirror. In both cases, the acoustic wave is prevented from escaping from the resonator in the direction of the carrier substrate TS.
  • An acoustic mirror is e.g. from an alternating
  • a first acoustic mirror arranged under the resonator consists of an alternating sequence of layers with high and low acoustic impedance.
  • the layers on the component are usually one above the other, but each one is created separately and individually structured if necessary.
  • the complexity of the processes for depositing and structuring the layers increases with the number of layers. For example, errors in the deposition of the correct layer thickness in each case can accumulate, so that a considerable spread of the resonance frequencies of the resonators and thus the center frequency of filters can be accepted over an entire wafer.
  • the strictly ordered alignment of the individual crystallites within the piezoelectric layer is required, which is only possible with a suitable deposition process, usually with a PVD process, and on a suitable substrate .
  • Optimal electrical properties can be achieved for BAW resonators if the thin layer grows in such a way that within each crystallite of the thin layer a preferred crystallographic direction in a clear direction geometric relation to a direction of the substrate. For example, it is advantageous if the main piezoelectric axis is aligned strictly parallel to the normal on the substrate surface and the crystallites accordingly grow strictly parallel to one another.
  • this can be achieved in particular by selecting a suitable growth layer on which the crystallites of the piezoelectric layer can grow in an orderly manner.
  • the piezoelectric layers are deposited on an electrode layer, which also takes on the function of the growth layer.
  • the selection of suitable materials which offer both sufficient electrode properties and good conditions for the directed growth of the piezoelectric layer is very limited. Only materials are available for which compromises regarding the electrode properties and the properties supporting the growth of the piezoelectric layer have to be accepted.
  • a component according to the invention is constructed on a substrate as a sequence of individual layers which are usually deposited as a thin layer and which have at least one first electrode layer, a thin layer relative to the first electrode layer.
  • structured growth layer a piezoelectric (functional) layer and a second electrode layer.
  • the invention provides for the first time on a device with piezoelec- tric functional layer, wherein the piezoelectric functional layer is highly ordered 'and which still an electrode layer with optimal electrode characteristics can be selected. This is achieved by decoupling the electrode function and the growth-supporting function in the form of two separate layers. In this way, the growth layer and the electrode layer can be optimized independently of one another, whereby a component with an improved electrode and at the same time improved piezoelectric layer and thus overall improved electrical properties is obtained, which previously could not be achieved at the same time.
  • the component is built on a substrate, which is a carrier for the successively deposited layers of the component. It is possible to provide one or more further layers with a similar or different function between the substrate and the first electrode layer.
  • the substrate can be selected as the carrier layer solely with regard to sufficient mechanical strength. It is also possible to use a semiconductor substrate in order to enable the integration of electrical or electronic components in the substrate.
  • the first electrode layer can be a single uniform layer or can be implemented as a multilayer structure of at least two different layers.
  • the electrode layer fulfills the electrode functionality and is therefore sufficiently conductive.
  • the electrode layer or its surface is preferably designed such that the attachment of electrical connecting elements is possible in a simple manner. Bonding wires, bumps or layer electrodes can be provided as connecting elements. It is also an advantage if the electrode layer has a high performance tolerance. Such is advantageously achieved with layers of platinum metals (Pt, Os, Ir, Pd, Ru, Rh), Ag, Au and / or Cu or with multilayer structures which contain such individual layers.
  • Layer systems containing aluminum and aluminum for example AlCu, AlSiCu, AlMg, or Al alloys or ceramic electrode systems, for example titanium nitride, are also advantageous.
  • Layers or multilayer structures based on aluminum are particularly advantageous if they are used in resonators working with bulk acoustic waves, since, due to the low density of such layers or multilayer structures, layer thickness inhomogeneities across the entire substrate only lead to moderate scattering in the resonance frequency of the resonators.
  • a growth layer which is thin relative to it is applied over the electrode layer and enables the ordered, textured or crystal-axis-oriented growth of a piezoelectric layer.
  • Materials or layers are already known, but so far they have not been able to be used as the optimal electrode material because of the disadvantages associated with them. Only the separation of the electrode and growth function according to the invention makes it possible to use optimized growth layers independently of the electrode layer.
  • molybdenum or gold layers have proven themselves as growth layers.
  • metallic layers of tungsten or platinum as well as a series of oxidic or semiconducting compounds such as silicon, which support crystal-axis-oriented growth of piezoelectric layers.
  • Growth layers can therefore also consist, for example, of sapphire, spinel, barium titanate, zirconium oxide, magnesium oxide or titanium oxide.
  • the selection of the growth layer depends on the type of piezoelectric layer to be grown, certain combinations of materials being particularly preferred. If, for example, an aluminum nitride layer is used as the piezoelectric layer, molybdenum has proven to be the preferred material for the growth layer.
  • gold and molybdenum are particularly suitable for a piezoelectric layer made of zinc oxide.
  • Growth layer be of importance for the invention.
  • growth layers made of gold depending on the nature of the gold, significantly different results could be observed when the piezoelectric layer was grown.
  • Evaporated gold for example, is particularly preferred as the growth layer.
  • the piezoelectric layer is grown directly over the growth layer. It can comprise any piezoelectric material that can be grown in a crystal-axis-oriented manner. After the materials zinc oxide and aluminum nitride have already proven themselves in components as a piezoelectric functional layer, they are also preferred for components according to the invention.
  • a second electrode layer is provided over the piezoelectric layer.
  • the second electrode layer can in turn be provided with a growth layer and, above that, a further piezoelectric layer and finally a further electrode, this structure also being able to be repeated several times.
  • Adhesion promoters or matching layers can also be provided between the electrode layer and the growth layer.
  • the growth layer is structured so that it has a smaller one Base area than the direct electrode region provided in the electrode layer.
  • the structuring can be carried out, for example, using a lift-off method, which makes it possible to avoid the use of complex plasma processes such as dry etching and the associated (radiation) damage. These would require complex post-treatments by dry or wet processes, which would complicate the process as additional process steps.
  • Wet-etchable layers can be structured easily and safely after the growth layer has been deposited, without the surfaces and the further growth of layers suffering as a result.
  • the piezoelectric layer is preferably grown over the entire surface, wherein it is arranged at least in the area above the growth layer and in particular grows in a crystal-axis-oriented manner.
  • the piezoelectric layer closes around the growth layer with the electrode layer or its electrode area. It is now also possible to structure the piezoelectric layer after the deposition, the structural boundaries being drawn in such a way that the complete encapsulation of the growth layer between the piezoelectric layer and the electrode layer or between the piezoelectric layer and the electrode region is retained.
  • this has the further advantage that no interface problems and incompatibilities with the second electrode layer need to be taken into account. Such incompatibilities, which lead to material migration at the interfaces of certain layer systems, would otherwise result in additional barrier layers from e.g. Require Ti or Pt in order to avoid direct contact of these mutually incompatible electrode and growth layer materials.
  • the growth layer is that materials can now be used for this which are used in further processing steps according to the invention. according to components as an exposed layer are actually not permitted. In particular when components according to the invention are built on semiconductor substrates and are combined with CMOS processes, the use of different materials must be ruled out to avoid contamination. With the growth layer encapsulated according to the invention, this is not necessary with respect to the growth layer and therefore makes it possible to use materials which are questionable in this regard.
  • the embedding of the growth layer or the structuring of the growth layer and, relative thereto, the piezoelectric layer also has the further advantage that the structuring of the piezoelectric layer can take place selectively for the first electrode layer or selectively only for the uppermost layer of the multilayer structure used for the first electrode layer. It is therefore not necessary to structure several layers at the same time. It is therefore also possible to carry out the structuring of the piezoelectric layer using wet chemistry, which otherwise (when etching
  • Multilayer systems could lead to undercuts. For this reason too, the otherwise harmful use of dry etching processes, which also cause higher costs, can be avoided.
  • the material used for this has sufficient electrode properties and, in particular, current-carrying capacity, or whether the method used ensures sufficient edge coverage.
  • the layer thickness used not even electrical conductivity is required. Poor electrical conductors can therefore also be used, as can deposition processes in which adequate edge coverage is difficult or impossible to achieve.
  • metals or multi-layer systems with a high performance tolerance can advantageously also be used.
  • layers or multilayer systems with individual layers made of platinum metals, silver, gold, copper, titanium, molybdenum and tungsten as well as aluminum or aluminum-encompassing layer systems such as AlCu, AlSiCu, AlMg are available. Ceramic electrode systems such as titanium nitride are also suitable.
  • the process is suitable for integration into CMOS processes.
  • the components with a piezoelectric (functional) layer and electrical and electronic components integrated in the substrate can be used simultaneously
  • Figure 1 shows a layer structure according to the invention in schematic cross section.
  • FIG. 2 shows the in a more detailed representation
  • FIG. 3 shows two possible embodiments for a BAW resonator according to the invention.
  • FIG. 4 shows a possible structuring of a BAW resonator on the basis of a top view and two cross sections.
  • FIG. 5 shows a structured component according to the invention in a schematic cross section
  • FIG. 6 shows a schematic cross section of a component according to the invention designed as a multilayer piezo actuator.
  • FIG. 1 shows a layer structure according to the invention with a substrate S, a first electrode layer E1, a structured growth layer W which is thin relative thereto, a piezoelectric layer P and a second electrode layer E2 above it.
  • the first and second electrode layers E1, E2 can represent single layers or a multilayer system. Diffusion-reducing and / or hard layers can be integrated in the multi-layer system in order to
  • An adhesion promoter or matching layer preferably a thin titanium layer, may be present between the first electrode layer E1 and the substrate or between the substrate and the lowermost layer of a multilayer structure which realizes the electrode layer E1.
  • the growth layer W is relatively thin and has a thickness of 100 nm or less, for example.
  • the first electrode layer E1 is made with a total thickness of approximately 200 to 500 nm. The exact thickness, however, depends on the type of builder. In the case of a BAW resonator, the thickness of the electrode layer is included in the dimensioning of the total layer thickness required for the resonance frequency and is therefore not freely selectable. For other components, the thickness of the electrode layer can only be in Depending on the desired current carrying capacity.
  • the piezoelectric layer P can consist of any piezoelectric materials that can be grown in an oriented manner.
  • the layer thickness is dependent on the component type, which is determined, for example, in the case of a piezo actuator as a function of the applied voltage, in the case of a BAW resonator as a function of the desired resonance frequency. In the latter case, the piezoelectric layer P has a thickness that corresponds approximately to half a wavelength of the bulk acoustic wave that can be propagated in the BAW resonator.
  • the choice of material for the second electrode layer E2 is less critical than that for the first electrode layer E1, since no further and in particular no further oriented layers have to be deposited over this layer.
  • FIG. 2 shows a layer structure according to the invention in cross section on the basis of an enlarged, more detailed illustration.
  • the piezoelectric layer P individual crystallites K are shown purely schematically, which have grown in parallel over the growth layer W.
  • the crystal axes KA are aligned parallel to one another and parallel to the normal above the growth layer W. If this crystal axis KA coincides with the piezoelectric axis, then an axial piezoelectric deflection can be achieved with the component according to the invention.
  • the piezoelectric coupling is also maximum with such an alignment. .
  • FIG. 3 shows two different embodiments of known BAW resonators which can be improved according to the invention.
  • FIG. 3a shows a BAW resonator in membrane technology, which in principle has the structure shown in FIG. construction.
  • an air gap L is provided in the active resonator region, which corresponds to the overlap of the electrodes E1 and E2, between the substrate and the first electrode layer E1. This leads to the fact that due to the large impedance difference between the electrode material of the first electrode layer El and air, there is a high impedance jump, which leads to the reflection of the acoustic wave at the corresponding interface of the first electrode layer El.
  • the air gap L can be produced before or after the build-up of the layer system required for the component.
  • FIG. 3b shows a BAW resonator using mirror technology, in which an acoustic mirror AS is provided between substrate S and first electrode layer E1.
  • This comprises, in alternating order, layers with alternating high and low impedance.
  • 3b shows four acoustic mirror layers R1, R2, R3 and R4, mirror layers with low impedance consisting for example of SiO 2 , layers with high impedance, on the other hand, made of metal, in particular heavy metal such as Mo or W, or also of non-metallic layers such as eg aluminum nitride, silicon carbide or diamond.
  • the thickness of the mirror layers is set to approximately a quarter of the wavelength at the resonance frequency of the BAW resonator.
  • FIG. 4A shows an exemplary structuring for the individual layers in BAW resonators according to the invention.
  • the first electrode layer E1 is applied over a large area and then structured, so that an electrode area Eil and a connection area E12 are created.
  • the growth layer W is applied over the entire area over the electrode area Eil and is then preferably wet-chemically structured in such a way that that it has a smaller footprint than the electrode area Eil.
  • the edges of the growth layer W are spaced apart on all sides from the edges of the electrode region Eil.
  • the piezoelectric layer P is applied over the entire surface and then structured so that it completely covers the growth layer W, the edges of which overlap on all sides and end directly with the electrode region Eil. In addition, the piezoelectric layer can also overlap the edges of the electrode area.
  • the second electrode layer E2 is applied and structured in such a way that a second electrode region E21 and a second electrode connection area E22 are formed.
  • the second electrode region E21 preferably coincides with the surface of the growth layer W, is centered with respect to this and more advantageously has a smaller base area than the growth layer.
  • FIG. 4C shows the layer structure using a schematic section along the section line X shown in FIG. 4A.
  • the growth layer W is completely embedded by the piezoelectric layer W.
  • the first connection area E12 of the first electrode layer is exposed, as is a connection area E22 of the second electrode layer.
  • FIG. 4B shows a section through the structure along the section line Y shown in FIG. 4A.
  • the complete encapsulation of the growth layer W within the piezoelectric layer P can also be clearly seen in this section. It can also be seen that the area of the second electrode layer E2 approximately coincides with that of the growth layer W.
  • FIG. 5 shows a schematic cross section e t in the inventive structure constructed as a BAW resonator in mirror technology
  • a silicon wafer with ⁇ 100> orientation serves as substrate S. On the surface, this is covered with an approximately 530 nm thick oxide layer 0 made of SiO 2 .
  • the lowest mirror layer R4 is a high-impedance layer made of tungsten with a thickness of approximately 760 nm.
  • the top mirror layer is again an SiO 2 layer R1, which has a thickness of approximately 675 nm.
  • first electrode layer E1 An aluminum layer with a suitable layer thickness is used as the first electrode layer E1.
  • a molybdenum layer is sputtered on top as growth layer W, for example in a layer thickness of 80 nm.
  • the piezoelectric layer P for example an aluminum nitride layer in a thickness of approximately 2400 nm, is applied over it.
  • a second electrode layer E2 is applied , for example made of an aluminum-copper alloy.
  • FIG. 6 shows a schematic cross section of a component according to the invention designed as a multi-layer piezo actuator.
  • electrode layers E and piezoelectric layers P alternate in this component, a growth layer W1 to W4 being provided below each piezoelectric layer P1 to P4.
  • This actuator is also used in thin-film Technology constructed, the deposition conditions for the piezoelectric layer take place in such a way that an oriented growth takes place and a highly oriented crystalline piezoelectric layer is obtained.
  • a multilayer piezo actuator constructed in this way in a thin-film construction can comprise any number of piezoelectric layers together with the associated electrode layers. The limiting factor is always the quality of the growing layers.
  • the individual layers of the piezo actuator according to the invention are structured such that the growth layer is encapsulated by the piezoelectric layer P as usual.
  • the electrode layers E1, E2, or the further electrode layers E3, E4, etc. lying above them are structured in such a way that they can be connected alternately to different external electrodes and thus to different potentials. This results in a parallel connection of all the individual actuators, each consisting of two electrodes and an intermediate piezoelectric layer.

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Abstract

In einem elektrischen Bauelement in Dünnschichtbauweise, welches eine piezoelektrische Funktionsschicht aufweist, wird die Schichtqualität der Funktionsschicht dadurch verbessert, dass zwischen Elektrodenschicht und piezoelektrischer Schicht eine Wachstumsschicht vorgesehen wird. Damit wird die Funktion der Elektrodenschicht von der einer wachstumsunterstützenden Schicht getrennt, wobei die Funktionen anhand getrennter Schichten unabhängig voneinander optimiert werden können. Erfindungsgemässe Bauelemente können als BAW-Resonatoren, Dünnschichtpiezoaktoren oder Piezosensoren ausgebildet sein.

Description

Beschreibung
Bauelement mit einer piezoelektrischen FunktionsSchicht
Mit akustischen Volumenwellen arbeitende Resonatoren oder Volumenschwinger, sogenannte FBAR (Thin-Film-Bulk-Acoustic- Resonator) oder auch BAW-Resonatoren (Bulk Acoustic Wave Resonator) genannt, basieren auf einem als Dünnschicht ausgebildeten piezoelektrischen Grundkörper, der an zwei Hauptoberflächen mit je einer Elektrode versehen ist. Solche Resonatoren können beispielsweise zum Aufbau von HF-Filtern verwendet werden. In einem als Filter ausgebildeten Bauelement werden mehrere solcher Resonatoren in Abzweigschaltungen zu einem Filternetzwerk, einem sogenannten Reaktanzfilter, verschaltet.
Auf BAW-Resonatoren basierte Bauelemente spielen insbesondere als Filter in Endgeräten mobiler Telekommunikation eine Rolle.
Bauelemente mit BAW-Resonatoren sind üblicherweise auf einem Trägersubstrat z.B. einem kristallinen Wafex-' aufgebaut. Zwischen jedem Resonator und dem Trägersubstrat ist entweder eine mit Luft gefüllte Ausnehmung, die einen auf die akus- tische Welle stark reflektiv wirkenden hohen Impedanzsprung darstellt, oder ein akustischer Spiegel angeordnet. In beiden Fällen wird so das Austreten der akustischen Welle aus dem Resonator in Richtung Trägersubstrat TS verhindert.
Ein akustischer Spiegel besteht z.B. aus einer alternierenden
Abfolge von Schichten mit hoher bzw. niedriger akustischer Impedanz. Die Dicke der Spiegelschichten beträgt jeweils ungefähr 1/4 der Wellenlänge der akustischen Welle im gegebenen Material. Ein erster, unter dem Resonator angeordneter akustischer Spiegel besteht aus einer alternierenden Abfolge von Schichten mit hoher und niedriger akustischer Impedanz. Beim Herstellen eines BAW Resonators werden die Schichten auf dem Bauelement in der Regel übereinander, jedoch jede separat für sich erzeugt und bei Bedarf einzeln strukturiert. Mit der Anzahl der Schichten steigt die Komplexität der Verfahren zur Abscheidung und Strukturierung der Schichten. Beispielsweise können sich Fehler bei der Abscheidung der jeweils korrekten Schichtdicke kumulieren, so daß über einen gesamten Wafer gesehen eine erhebliche Streuung der Resonanzfrequenzen der Resonatoren und damit der Mittenfrequenz von Filtern in Kauf zu nehmen ist.
Neben den genannten BAW-Resonatoren sind auch andere mit piezoelektrischen Dünnschichten als Funktionsschichten arbeitende Bauelemente bekannt, insbesondere Dünnschicht- Sensoren und piezoelektrische Aktoren. Auch diesen Bauelementen ist zu eigen, daß sie meist auf Trägersubstraten aufgebracht werden und einen Mehrschichtaufbau aus zumindest einer ersten Elektrode, der piezoelektrischen Funktions- schicht und einer zweiten Elektrode umfassen. Insbesondere bei den piezoelektrischen Aktoren sind Mehrschichtaufbauten erforderlich, bei der sich die Schichtenfolge aus piezoelektrischer Funktionsschicht und Elektrodenschicht mehrfach wiederholt. Bei allen Bauelementen mit piezoelektrischer Funk- tionsschicht ist die Qualität der Bauelemente im wesentlichen von der Qualität der piezoelektrischen Schicht bestimmt.
Zur Realisierung von BAW-Resonatoren mit geringen Verlusten und einem hohen piezoelektrische Kopplungskoeffizienten ist die streng geordnete Ausrichtung der einzelnen Kristallite innerhalb der piezoelektrischen Schicht erforderlich, die nur durch ein geeignetes Abscheidungsverfahren, in der Regel durch PVD-Verfahren, und auf einer geeigneten Unterlage möglich ist. Für BAW-Resonatoren können optimale elektrische Eigenschaften erzielt werden, wenn die Dünnschicht so aufwächst, daß innerhalb jedes Kristalliten der Dünnschicht eine bevorzugte kristallographische Richtung in einer eindeutigen geometrischen Beziehung zu einer Richtung des Substrats steht. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn die piezoelektrische Hauptachse streng parallel zur Normalen auf der Substratoberfläche ausgerichtet ist und die Kristallite dement- sprechend streng parallel zueinander aufwachsen.
Neben den entsprechend einzustellenden Abscheideparametern kann dies insbesondere durch die Auswahl einer geeigneten Wachstumsschicht erreicht werden, auf der die Kristallite der piezoelektrischen Schicht geordnet aufwachsen können. Dazu werden in bekannten Bauelementen die piezoelektrischen Schichten auf einer Elektrodenschicht abgeschieden, die auch die Funktion der Wachstumsschicht übernimmt. Nachteilig ist jedoch, daß die Auswahl geeigneter Materialien, die sowohl ausreichende Elektrodeneigenschaften als auch gute Voraussetzungen zum gerichteten Aufwachsen der piezoelektrischen Schicht bieten, stark begrenzt ist. Es stehen nur Materialien zur Verfügung, bei denen Kompromisse hinsichtlich der Elektrodeneigenschaften und der das Wachstum der piezoelek- trischen Schicht unterstützenden Eigenschaften in Kauf genommen werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Bauelement mit zumindest einer hochgeordneten piezoelek- trischen Funktionsschicht anzugeben, welches die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal- tungen sowie ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Ein erfindungsgemäßes Bauelement ist auf einem Substrat als Abfolge von üblicherweise als Dünnschicht abgeschiedenen ein- zelnen Schichten aufgebaut, die zumindest eine erste Elektrodenschicht, eine relativ zur ersten Elektrodenschicht dünne, strukturierte Wachstumsschicht, eine piezoelektrische (Funk- tions-) Schicht und eine zweite Elektrodenschicht umfaßt.
Die Erfindung gibt erstmals ein Bauelement mit piezoelek- trischer Funktionsschicht an, bei dem die piezoelektrische Funktionsschicht hochgeordnet ist' und bei dem dennoch eine Elektrodenschicht mit optimalen Elektrodeneigenschaften auswählbar ist. Dies gelingt durch eine Entkopplung der Elektrodenfunktion und der wachstumsunterstützenden Funktion in Form zweier separater Schichten. So können Wachstum - schicht und Elektrodenschicht unabhängig voneinander optimiert werden, wobei ein Bauelement mit verbesserter Elektrode und gleichzeitig verbesserter piezoelektrischer Schicht und damit insgesamt verbesserten elektrischen Eigenschaften erhalten wird, was in der Summe bislang nicht gleichzeitig erreichbar war.
Das Bauelement ist auf einem Substrat aufgebaut, welches als Träger für die nacheinander folgend übereinander abgeschie- denen Schichten des Bauelements darstellt. Dabei ist es möglich, zwischen Substrat und erster Elektrodenschicht eine oder mehrere weitere Schichten mit ähnlicher oder verschiedener Funktion vorzusehen. Das Substrat kann als Trägerschicht allein im Hinblick auf ausreichende mechanische Festigkeit ausgesucht sein. Möglich ist es auch, ein Halbleitersubstrat zu verwenden, um die Integration elektrischer oder elektronischer Bauelemente in das Substrat zu ermöglichen.
Die erste Elektrodenschicht kann eine einzelne einheitliche Schicht sein oder als Mehrschichtaufbau zumindest zweier unterschiedlicher Schichten realisiert werden. Die Elektrodenschicht erfüllt die Elektrodenfunktionalität und ist daher ausreichend leitfähig. Vorzugsweise ist die Elektrodenschicht bzw. deren Oberfläche so ausgestaltet, daß das Anbringen von elektrischen Verbindungselementen in einfacher Weise möglich ist. Als Verbindungselemente können Bonddrähte, Bumps oder Schichtelektroden vorgesehen werden. Von Vorteil ist es auch, wenn die Elektrodenschicht eine hohe Leistungsverträglichkeit aufweist. Eine solche wird vorteilhaft mit Schichten aus Platinmetallen (Pt, Os, Ir, Pd, Ru, Rh) , Ag, Au und/oder Cu oder mit Mehrschichtaufbauten, die solche Einzelschichten enthalten, erzielt. Vorteilhaft sind auch Aluminium und Aluminium enthaltende Schichtsysteme, beispielsweise AlCu, AlSiCu, AlMg, oder AI-Legierungen oder auch keramische Elektrodensysteme, z.B. Titannitrid. Von Vorteil sind auf Aluminium basierende Schichten oder Mehrschichtaufbauten insbeson- dere wenn sie in mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonatoren eingesetzt werden, da aufgrund der geringen Dichte derartiger Schichten bzw. Mehrschichtaufbauten Schichtdickeninhomogenitäten über das gesamte Substrat gesehen nur zu moderaten Streuungen in der Resonanzfrequenz der Resonatoren führen.
Über der Elektrodenschicht wird eine relativ dazu dünne Wachstumsschicht aufgebracht, die das geordnete, texturierte oder kristallachsenorientierte Aufwachsen einer piezoelek- trischen Schicht ermöglicht. Es sind bereits Materialien bzw. Schichten bekannt, jedoch konnten diese bislang wegen damit verbundenen Nachteile nicht als optimales Elektrodenmaterial eingesetzt werden. Erst die erfindungsgemäße Trennung von Elektroden- und Wachstumsfunktion ermöglicht es, unabhängig von der Elektrodenschicht optimierte Wachstumsschichten einzusetzen.
Als Wachstumsschichten haben sich beispielsweise Molybdänoder Goldschichten bewährt. Weiter geeignet sind auch metallische Schichten aus Wolfram oder Platin sowie eine Reihe oxidischer oder halbleitender Verbindungen wie z.B. Silizium, die ein kristallachsenorientiertes Aufwachsen piezoelektrischer Schichten unterstützen. Wachstumsschichten können daher beispielsweise auch aus Saphir, Spinell, Bariumtitanat , Zirkonoxid, Magnesiumoxid oder Titanoxid bestehen. Die Auswahl der Wachstumsschicht ist abhängig von der Art der aufzuwachsenden piezoelektrischen Schicht, wobei bestimmte Materialkombination besonders bevorzugt sind. Verwendet man beispielsweise eine Aluminiumnitridschicht als piezoelektri- sehe Schicht, so hat sich Molybdän als bevorzugtes Material für die Wachstumsschicht erwiesen. Für eine piezoelektrische Schicht aus Zinkoxid sind sowohl Gold als auch Molybdän besonders geeignet .
Neben der Materialauswahl kann auch die Modifikation der
Wachstumsschicht für die Erfindung von Bedeutung sein. Beispielsweise bei Wachstumsschichten aus Gold konnten in Abhängigkeit von der Goldbeschaffenheit erheblich voneinander abweichende Ergebnisse beim Aufwachsen der piezoelektrischen Schicht beobachtet werden. Besonders bevorzugt als Wachstumsschicht ist beispielsweise aufgedampftes Gold.
Die piezoelektrische Schicht wird direkt über der Wachstumsschicht aufgewachsen. Sie kann ein beliebiges piezoelektri- sches Material umfassen, welches sich kristallachsenorien- tiert aufwachsen läßt. Nachdem sich die Materialien Zinkoxid und Aluminiumnitrid bereits in Bauelementen als piezoelektrische Funktionsschicht bewährt haben, sind sie auch für erfindungsgemäße Bauelemente bevorzugt.
Über der piezoelektrischen Schicht ist eine zweite Elektrodenschicht vorgesehen. Die zweite Elektrodenschicht kann zur Herstellung eines entsprechenden Multilayerbauelements wiederum mit einer Wachstumsschicht und darüber einer weiteren piezoelektrischen Schicht und abschließend einer weiteren Elektrode versehen werden, wobei sich dieser Aufbau auch mehrfach wiederholen kann. Zwischen Elektrodenschicht und Wachstumsschicht können außerdem noch Haftvermittleroder Anpassungsschichten vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Wachstumsschicht so strukturiert, daß sie eine geringere Grundfläche als der in der Elektrodenschicht vorgesehene direkte Elektrodenbereich aufweist. Die Strukturierung kann beispielsweise mit einem Lift-Off-Verfahren erfolgen, das es ermöglicht, den Einsatz von aufwändigen Plasmaprozessen wie beispielsweise das Trockenätzen und die damit verbundenen (Strahlungs-) Schäden vermeiden. Diese würden aufwändige Nachbehandlungen durch trockene oder nasse Verfahren erfordern, die als zusätzliche Prozeßschritte das , Verfahren komplizieren würden. Naßätzbare Schichten können problem- und gefahrlos nach dem Abscheiden der Wachstumsschicht strukturiert werden, ohne daß dadurch die Oberflächen und das weitere Aufwachsen von Schichten darunter leiden.
Die piezoelektrische Schicht wird vorzugsweise ganzflächig aufgewachsen, wobei sie zumindest im Bereich über der Wachstumsschicht geordnet und insbesondere kristallachsenorien- tiert aufwächst. Rund um die Wachstumsschicht schließt die piezoelektrische Schicht mit der Elektrodenschicht bzw. dessen Elektrodenbereich ab. Möglich ist es nun auch, die piezoelektrische Schicht nach dem Abscheiden zu strukturieren, wobei die Strukturgrenzen so gezogen werden, daß die vollständige Einkapselung der Wachstumsschicht zwischen piezoelektrischer Schicht und Elektrodenschicht bzw. zwischen piezoelektrischer Schicht und Elektrodenbereich erhalten bleibt. Dies hat für erfindungsgemäße Bauelemente den weiteren Vorteil, daß keinerlei Grenzflächenprobleme und Inkompatibilitäten mit der zweiten Elektrodenschicht zu beachten sind. Solche Inkompatibilitäten, die an Grenzflächen bestimmter SchichtSysteme zu Material-Migration führen, würden andernfalls zusätzliche Sperrschichten aus z.B. Ti oder Pt erfordern, um einen direkten Kontakt dieser zueinander inkompatiblen Elektroden- und Wachstumsschicht- materialien zu vermeiden.
Ein weiterer Vorteil der vollständigen Einkapselung der
Wachstumsschicht ist, daß dafür nun Materialien verwendet werden können, die in Weiterverarbeitungsstufen erfindungs- gemäßer Bauelemente als freiliegende Schicht eigentlich nicht zugelassen sind. Insbesondere wenn erfindungsgemäße Bauelemente auf Halbleitersubstraten aufgebaut sind und mit CMOS- Prozessen kombiniert werden, muß zur Vermeidung einer Kontamination die Verwendung verschiedener Materialien ausgeschlossen werden. Dies ist mit erfindungsgemäßer Einkapselung der Wachstumsschicht bezüglich der Wachstumsschicht nicht nötig und macht daher den Einsatz diesbezüglich bedenklicher Materialien möglich.
Die Einbettung der Wachstumsschicht bzw. die Strukturierung der Wachstumsschicht und relativ dazu der piezoelektrischen Schicht hat außerdem den weiteren Vorteil, daß die Strukturierung der piezoelektrischen Schicht selektiv zur ersten Elektrodenschicht bzw. selektiv nur zur obersten Schicht des für die erste Elektrodenschicht verwendeten Mehrschichtaufbaus erfolgen kann. Ein gleichzeitiges Strukturieren mehrerer Schichten ist daher nicht erforderlich. Daher ist es auch möglich, die Strukturierung der piezoelektrischen Schicht naßchemisch vorzunehmen, die andernfalls (beim Ätzen von
MehrschichtSystemen) zu Unterätzungen führen könnten. Auch aus diesem Grund kann der ansonsten schädliche Einsatz von Trockenätzprozessen, welche außerdem höhere Kosten verursachen, vermieden werden.
Für die Auswahl der Wachstumsschicht ist es unerheblich, ob das dafür verwendete Material ausreichende Elektrodeneigenschaften und insbesondere Stromtragefähigkeit aufweist, oder das verwendete Verfahren eine ausreichende Kantenbedeckung gewährleistet. In Abhängigkeit von der verwendeten Schichtdicke ist nicht einmal eine elektrische Leitfähigkeit erforderlich. Es können also schlechte elektrische Leiter ebenso Verwendung finden wie Abscheideverfahren, bei denen eine ausreichende Kantenbedeckung nicht oder nur schwer zu erreichen ist. Für die zweite Elektrodenschicht, bzw. für ein ElektrodenmehrschichtSystem, welches als zweite Elektrodenschicht eingesetzt wird, können vorteilhaft auch Metalle bzw. Mehrschichtsysteme mit einer hohen Leistungsverträglichkeit zum Einsatz kommen. Auch hierfür bieten sich wieder Schichten oder Mehrschichtsysteme mit Einzelschichten aus Platinmetallen, Silber, Gold, Kupfer, Titan, Molybdän und Wolfram sowie außerdem Aluminium oder aluminiumumfassende Schicht- Systeme wie beispielsweise AlCu, AlSiCu, AlMg an. Ebenso geeignet sind keramische Elektrodensysteme wie beispielsweise Titannitrid.
Mit der Erfindung wird nicht nur ein Bauelement mit einer piezoelektrischen Schicht mit verbesserter innerer Struktur erhalten, sondern es wird auch das Verfahren zur Herstellung so verbessert, daß eine stabile und fähige Prozeßführung
(Prozeßfähigkeitsindex (zentriert) > 1,33) ermöglicht wird.
Das Verfahren ist zur Integration in CMOS-Verfahren geeignet.
In einer Prozeßlinie lassen sich daher gleichzeitig die Bauelemente mit piezoelektrischer (Funktions-) Schicht und in das Substrat integrierten elektrischen und elektronischen
Bauelementen herstellen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen und den dazugehörigen schematischen Figuren, die nur der Erläuterung dienen und daher nicht maßstabsgetreu ausgeführt sind, näher beschrieben.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schichtaufbau im schematischen Querschnitt.
Figur 2 zeigt in einer detaillierteren Darstellung die
Orientierung der Kristallite der piezoelektrischen Schicht .
Figur 3 zeigt zwei mögliche Ausführungsformen für einen erfindungsgemäßen BAW-Resonator . Figur 4 zeigt eine mögliche Strukturierung eines BAW- Resonators anhand einer Draufsicht und zweier Querschnitte .
Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes strukturiertes Bauelement im schematischen Querschnitt und
Figur 6 zeigt im schematischen Querschnitt ein als Multilayerpiezoaktor ausgebildetes erfindungsgemäßes Bauelement.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schichtaufbau mit einem Substrat S, einer ersten Elektrodenschicht El, einer relativ dazu dünnen strukturierten Wachstumsschicht W, einer piezoelektrischen Schicht P und darüber einer zweiten Elektrodenschicht E2. Erste und zweite Elektrodenschicht El, E2 können Einzelschichten oder ein MehrschichtSystem darstellen. Im Mehrschichtsystem können diffusionsmindernde und/oder harte Schichten integriert sein, um die Leistungs-
Verträglichkeit der Elektrodenschicht zu verbessern. Zwischen der ersten Elektrodenschicht El und dem Substrat bzw. zwischen Substrat und der untersten Schicht eines Mehrschichtaufbaus, der die Elektrodenschicht El realisiert, kann eine Haftvermittler oder AnpassungsSchicht vorhanden sein, vorzugsweise eine dünne Titanschicht.
Die Wachstumsschicht W ist relativ dünn und weist beispielsweise eine Dicke von 100 nm oder weniger auf. Im Vergleich dazu wird die erste Elektrodenschicht El in einer Gesamtdicke von zirka 200 bis 500 nm ausgeführt. Die genaue Dicke ist jedoch abhängig vom Bauelernenttyp . Bei einem BAW-Resonator geht die Dicke der Elektrodenschicht in die Bemessung der für die Resonanzfrequenz erforderlichen Gesamtschichtdicke ein und ist daher nicht frei wählbar. Bei anderen Bauelementen kann die Dicke der Elektrodenschicht ausschließlich in Abhängigkeit von der gewünschten Stromtragfähigkeit gewählt werden.
Die piezoelektrische Schicht P kann aus beliebigen orientiert aufwachsbaren piezoelektrischen Materialien bestehen. Die Schichtdicke ist Abhängigkeit vom Bauelementtyp, die beispielsweise bei einem Piezoaktor in Abhängigkeit von der angelegten Spannung, bei einem BAW-Resonator in Abhängigkeit von der gewünschten Resonanzfrequenz bestimmt wird. Im letztgenannten Fall hat die piezoelektrische Schicht P eine Dicke, die ungefähr einer halben Wellenlänge der im BAW- Resonator ausbreitungsfähigen akustischen Volumenwelle entspricht .
Die Materialauswahl für die zweite Elektrodenschicht E2 ist unkritischer als die für die erste Elektrodenschicht El, da über dieser Schicht keine weiteren und insbesondere keine weiteren orientierten Schichten mehr abgeschieden werden müssen.
Figur 2 zeigt anhand einer vergrößerten detaillierteren Darstellung einen erfindungsgemäßen Schichtaufbau im Querschnitt. In der piezoelektrischen Schicht P sind rein schematisch einzelne Kristallite K dargestellt, die parallel über der Wachstumsschicht W aufgewachsen sind. Aυf diese Weise sind die Kristallachsen KA parallel zueinander und parallel zur Normalen über der Wachstumsschicht W ausgerichtet. Stimmt diese Kristallachse KA mit der piezoelektrischen Achse überein, so kann mit dem erfindungsgemäßen Bauelement eine axi- male piezoelektrische Auslenkung erzielt werden. Auch die piezoelektrische Kopplung ist bei derartiger Ausrichtung maximal . ,
Figur 3 zeigt zwei verschiedene Ausführungsformen an sich bekannter BAW-Resonatoren, die erfindungsgemäß verbessert werden können. Figur 3a zeigt einen BAW-Resonator in Membrantechnologie, der im Prinzip den in Figur 1 dargestellten Auf- bau aufweist. Im aktiven Resonatorbereich, der dem Überlapp der Elektroden El und E2 entspricht, ist im Unterschied zur Figur 1 zwischen Substrat und erster Elektrodenschicht El ein Luftspalt L vorgesehen. Dieser führt dazu, daß aufgrund des großen Impedanzunterschieds zwischen dem Elektrodenmaterial der ersten Elektrodenschicht El und Luft ein hoher Impedanzsprung gegeben ist, der zur Reflexion der akustischen Welle an der entsprechenden Grenzfläche der ersten Elektrodenschicht El führt . Der Luftspalt L kann vor oder nach dem Aufbau des für das Bauelement erforderlichen Schichtsystems hergestellt werden.
Figur 3b zeigt einen BAW-Resonator in Spiegeltechnologie, bei der zwischen Substrat S und erster Elektrodenschicht El ein akustischer Spiegel AS vorgesehen wird. Dieser umfaßt in alternierender Reihenfolge Schichten mit abwechselnd hoher und niedriger Impedanz. In der Figur 3b sind vier akustische Spiegelschichten Rl, R2 , R3 und R4 dargestellt, wobei Spiegelschichten mit niedriger Impedanz beispielsweise aus Si02 bestehen, Schichten mit hoher Impedanz dagegen aus Metall, insbesondere aus Schwermetall wie Mo oder W, oder auch aus nichtmetallischen Schichten wie z.B. Aluminiumnitrid, Sili- ziumcarbid oder Diamant. Die Dicke der Spiegelschichten wird ungefähr auf ein Viertel der Wellenlänge bei Resonanzfrequenz des BAW-Resonators eingestellt. Möglich ist es jedoch auch, das Bauelement mit einer davon verschiedenen auch ungeraden Anzahl von Spiegelschichten realisieren, wobei die Materialauswahl ausschließlich in Abhängigkeit von der Impedanz des jeweiligen Materials erfolgen kann.
Figur 4A zeigt eine beispielhafte Strukturierung für die einzelnen Schichten in erfindungsgemäßem BAW-Resonatoren. Die erste Elektrodenschicht El wird großflächig aufgebracht und anschließend strukturiert, so daß ein Elektrodenbereich Eil und ein Anschlußbereich E12 entsteht. Über dem Elektrodenbereich Eil wird die Wachstumsschicht W ganzflächig aufgebracht und anschließend vorzugsweise naßchemisch so strukturiert, daß sie eine kleinere Grundfläche als der Elektrodenbereich Eil aufweist. Die Kanten der Wachstumsschicht W sind allseits von den Kanten des Elektrodenbereichs Eil beabstandet.
Die piezoelektrische Schicht P wird ganzflächig aufgebracht und anschließend so strukturiert, daß sie die Wachstums- schicht W vollständig bedeckt, deren Kanten allseits überlappt und direkt mit dem Elektrodenbereich Eil abschließt . Zusätzlich kann die piezoelektrische Schicht auch die Kanten des Elektrodenbereichs überlappen. Im nächsten Schritt wird die zweite Elektrodenschicht E2 aufgebracht und so strukturiert, daß sich ein zweiter Elektrodenbereich E21 und eine zweite Elektrodenanschlußflache E22 herausbildet. Der zweite Elektrodenbereich E21 deckt sich vorzugsweise mit der Fläche der Wachstumsschicht W, ist zu dieser zentriert und weist noch vorteilhafter eine geringere Grundfläche als die Wachstumsschicht auf.
Figur 4C zeigt den Schichtaufbau anhand eines schematischen Schnitt entlang der in Figur 4A dargestellten Schnittlinie X.
Gut zu erkennen ist, daß die Wachstumsschicht W vollständig von der piezoelektrischen Schicht W eingebettet ist. Der erste Anschlußbereich E12 der ersten Elektrodenschicht liegt ebenso frei wie ein Anschlußbereich E22 der zweiten Elektrodenschicht.
Figur 4B zeigt einen Schnitt durch den Aufbau entlang der in Figur 4A dargestellten Schnittlinie Y. Auch in diesem Schnitt ist die vollständige Einkapselung der Wachstumsschicht W in- nerhalb der piezoelektrischen Schicht P gut erkennbar. Zu erkennen ist auch, daß die Fläche der zweiten Elektrodenschicht E2 ungefähr mit der der Wachstumsschicht W übereinstimmt.
Figur 5 zeigt im schematischen Querschnitt etin als BAW-Reso- nator in Spiegeltechnologie aufgebautes erfindungsgemäßes
Bauelement. Hier ist gut zu erkennen, daß ein Teil der Spiegelschichten Rl bis R4 ebenfalls strukturiert ist. Insbeson- dere werden die Spiegelschichten hoher Impedanz strukturiert, da sie üblicherweise aus Metall bestehen. Die üblicherweise elektrisch isolierenden Schichten niedriger Impedanz, hier die Schichten Rl und R3 , werden ganzflächig aufgebracht und bleiben unstrukturiert , kapseln dabei die Spiegelschichten hoher Impedanz R2 und R4 ein. Der übrige Aufbau des Bauelements entspricht dem in Figur 4 darstellten.
In einer speziellen Ausführung eines erfinduήgsgemäß ausge- bildeten bzw. hergestellten BAW-Resonators dient als Substrat S ein Siliziumwafer mit <100> Orientierung. Oberflächlich ist dieser mit einer zirka 530 nm dicken Oxidschicht 0 aus Si02 bedeckt. Als unterste Spiegelschicht R4 dient eine Hochimpedanzschicht aus Wolfram mit einer Dicke von zirka 760 nm. Darüber wird eine Spiegelschicht R3 mit niedriger Impedanz aufgebracht, hier eine Si02-Schicht in einer Schichtdicke von 675 nm. Darüber folgt die Spiegelschicht R2 , die bezüglich Material und Schichtdicke der Spiegelschicht R4 entspricht. Oberste Spiegelschicht ist wieder eine Si02-Schicht Rl, die eine Dicke von zirka 675 nm aufweist. Als erste Elektrodenschicht El wird eine Aluminiumschicht mit einer geeigneten Schichtdicke eingesetzt. Darüber wird als Wachstumsschicht W eine Molybdänschicht aufgesputtert, beispielsweise in einer Schichtdicke von 80 nm. Darüber wird die piezoelektrische Schicht P aufgebracht, beispielsweise eine Aluminiumnitridschicht in einer Dicke von zirka 2400 nm. Abschließend (in der Figur nicht dargestellt) wird eine zweite Elektrodenschicht E2 aufgebracht, beispielsweise aus einer Aluminium- Kupfer-Legierung .
Figur 6 zeigt im schematischen Querschnitt ein als Multi- layerpiezoaktor ausgebildetes erfindungsgemäßes Bauelement. Im Unterschied zum allgemeinen Schichtaufbau gemäß Figur 1 alternieren bei diesem Bauelement Elektrodenschichten E und piezoelektrische Schichten P, wobei unterhalb jeder piezoelektrischen Schicht Pl bis P4 eine Wachstumsschicht Wl bis W4 vorgesehen ist. Auch dieser Aktor wird iri Dünnschicht- technologie aufgebaut, wobei die Abscheidebedingungen für die piezoelektrische Schicht so erfolgen, daß ein orientiertes Wachstum erfolgt und dabei eine hoch ausgerichtete kristalline piezoelektrische Schicht erhalten wird. Ein dermaßen ausgebildeter Multilayerpiezoaktor in Dünnschichtbauweise kann eine beliebige Anzahl piezoelektrischer Schichten samt dazugehöriger Elektrodenschichten umfassen. Begrenzender Faktor ist dabei stets die Qualität der aufwachsenden Schichten.
Die Strukturierung der einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Piezoaktors erfolgt so, daß die Wachstumsschicht wie üblich von der piezoelektrischen Schicht P eingekapselt ist. Die Elektrodenschichten El, E2 , bzw. die weiteren darüberliegenden Elektrodenschichten E3 , E4 usw. sind so strukturiert, daß sie alternierend mit unterschiedlichen Außenelektroden und damit mit unterschiedlichem Potential verbunden werden können. Daraus ergibt sich eine Parallelverschaltung sämtlicher aus je zwei Elektroden und einer dazwischenliegenden piezoelektrischen Schicht bestehenden Einzelaktoren. -ι
Nicht näher erläutert werden hier als Sensoren ausgebildete erfindungsgemäße Bauelemente mit piezoelektrischer Funktions- Schicht. Diese reagieren auf eine äußere physikalische
Einwirkung wie beispielsweise Druck, Temperatur, Beschleunigung, Verbiegung oder auf das Einwirkung einer Chemikalie, wobei als Meßgröße jeweils die piezoelektrisch erzeugte Spannung gemessen werden kann. Während bei einer Temperatur- erhöhung oder bei Einwirken einer Kraft auf die piezoelektrische Schicht direkt der piezoelektrische Effekt ausgenutzt wird, so muß dies beim Einsatz als Chemosensor üblicherweise durch eine Hilfsschicht unterstützt werden, die bei Einwirkung einer Chemikalie ihre Eigenschaften dergestalt ändert, daß es sich auf den piezoelektrischen Effekt auswirkt. Derartige Bauelemente sind an sich bekannt, können unterschiedlichste Ausgestaltungen aufweisen und brauchen daher hier nicht näher erläutert werden. Entscheidend ist, daß auch bei diesen als Sensoren ausgebildeten Bauelementen mit piezoelektrischer (Funktions-) Schicht mit der Erfindung die Qualität der piezoelektrischen Schicht und damit die Sensitivität des Sensors erhöht wird.
Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele erläutert wurde, ist sie doch nicht auf diese beschränkt. Neben den explizit gezeigten Ausgestaltungen sind weitere Variationen insbesondere bezüglich der Strukturierung der einzelnen Schichten, bezüglich der Materialauswahl, der Schichtdicken, der Dimensionierung oder bezüglich des Vorsehens zusätzlicher Schichten denkbar.

Claims

Patentansprüche
1. Bauelement mit einer piezoelektrischen Funktionsschicht, aufweisend - ein Substrat (S) eine erste Elektrodenschicht (El) eine relativ zur ersten Elektrodenschicht dünne, strukturierte Wachstumsschicht (W) eine piezoelektrische Schicht (P) - eine zweite Elektrodenschicht (E2) .
2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Wachstumsschicht (W) auf ersten Elektrodenschicht (El) aufgebracht ist, relativ zur ersten Elektrodenschicht strukturiert ist, und eine geringere Grundfläche als diese aufweist .
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem die piezoelektrische Schicht (P) die Wachstumsschicht (W) vollständig überdeckt, diese entlang derßn gesamten
Umfangs seitlich überlappt und dort mit der ersten Elektrodenschicht (El) abschließt.
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 3', bei dem die Wachstumsschicht (W) in Abhängigkeit von der piezoelektrischen Schicht (P) so ausgewählt ist, daß sie deren geordnetes Wachstum unterstützt.
5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 4 , bei dem die Wachsturasschicht (W) ausgewählt ist aus Au, Mo,
W, Pt, Si3N4, Saphir, Spinell, Si, Ba3Ti03, Zr02 , MgO und Ti02.
6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 5, bei dem die piezoelektrische Schicht (P) ausgewählt ist aus AlN und ZnO.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 6 , bei dem die erste Elektrodenschicht (El) einen Mehrschichtaufbau aufweist, der als eine von der obersten Schicht des Mehrschichtaufbau verschiedene Schicht eine Titanschicht umfasst.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem zwischen Substrat (S) und erster Elektrodenschicht (El) ein akustischer Spiegel (AS) angeordnet ist.
9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, umfassend einen Mehrschichtaufbau mit mehreren piezoelektrischen Schichten (P) , zwischen denen jeweils eine weitere Elektrodenschicht (E) und eine weitere Wachstumsschicht (W) angeordnet ist.
10.Bauelement nach Anspruch 9, ausgebildet als piezoelektrischer Aktor.
11.Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 8, ausgebildet als Anordnung mit zumindest einem mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator.
12.Verfahren zur Herstellung eines Bauelement, das zumindest einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator umfasst, mit den Schritten - Aufbringen einer ersten Elektrodenschicht (El) auf ein
Substrat (S)
Strukturieren der ersten Elektrodenschicht zumindest zu einem ersten Elektrodenbereich (Eil)
Aufbringen einer Wachstumsschicht (W) über dem ersten Elektrodenbereich (Eil)
Strukturieren der Wachstumsschicht so, daß ausschließlich über dem ersten Elektrodenbereich ein Wachstumsbereich verbleibt, der eine geringere Grundfläche als der erste Elektrodenbereich (Eil) aufweist ganzflächiges Aufwachsen einer piezoelektrischen Schicht (P) unter Bedingungen, die über dem Wachstumsbereich ein kristallachsenorientiertes Aufwachsen ermöglichen Strukturieren der piezoelektrischen Schicht (P) so, daß sie den Wachstumsbereich vollständig überdeckt, ihn entlang seines gesamten Umfangs seitlich überlappt und dort mit der ersten Elektrodenschicht (El) abschließt Aufbringen und Strukturieren einer zweiten Elektrodenschicht (E2) .
13. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Strukturierung der Wachstumsschicht (W) naßchemisch erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem als Wachstumsschicht (W) eine Goldschicht aufgedampft wird.
15.Verfahren nach einem der Ansprüche 9 - 12, bei dem das Aufwachsen der piezoelektrischen Schicht (P) mittels eines CVD oder PVD Prozesses erfolgt.
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