WO2014020077A1 - Topografische struktur und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals

Definitions

  • Frequency filters made in thin film technology such as bulk acoustic wave (BAW) filters or special surface acoustic wave (SAW) filters, find application as a frequency determining device in thin film technology.
  • BAW bulk acoustic wave
  • SAW surface acoustic wave
  • Transmitters and receivers operating in the frequency range from several 100 MHz to about 20 GHz. Such filters are used in high-frequency technology, for example in mobile and WLAN.
  • SAW filters and BAW filters are passive filters with
  • BAW filters are available for transmission frequencies from about 1 GHz to 20 GHz, have a lower insertion loss (0.5 dB) than SAW filters and achieve a quality factor of over 1000.
  • BAW filters can be realized in smaller sizes and are generally cheaper to produce.
  • BAW resonators In the manufacture of BAW resonators in
  • the piezoelectric thin film for example, an aluminum nitride, zinc oxide or PZT layer, deposited in a reactive sputter deposition on a support.
  • the quality of the piezoelectric layer has a decisive influence on the technical properties of the BAW resonator.
  • a crystalline and highly oriented piezoelectric layer is particularly advantageous and places high demands on the deposition process and the deposition conditions, such as pressure, temperature, homogeneity of the substrate and purity of the media.
  • the piezoelectric layer in BAW fabrication is usually grown heteroepitaxially over a metal and carrier layer. This form of the
  • Layer growth leads to a columnar polycrystalline piezo layer.
  • a disadvantage of this type of layer growth is that it is located along topology edges on the
  • Carrier layer to growth defects in the crystal structure comes. Such growth defects have consequences for the
  • FIG. 1 shows a detail of a BAW resonator in cross-section during production on the basis of a scanning electron micrograph.
  • TS carrier layer
  • Silicon dioxide is a multilayer electrode composed of a lower first, corrosion-sensitive metal layer (M1) and an upper second metal layer (M2). The transition from the upper metal layer to the lower one
  • Metal layer is of a flat topology edge, the Transition from the lower metal layer to the carrier layer is characterized by a steep topology edge.
  • a piezo layer (PS) is deposited over the metal layers and the carrier layer. As the piezo layer grows, the flat topology edge is at the transition from the top
  • Metal layers corrode. This happens in particular when aluminum, titanium, titanium nitride, silver or copper or multilayer systems made from these materials are used as metal layer material.
  • Piezo layer form a metallic extension in the cavity can, which leads in the worst case to a short circuit in the electrode.
  • Electrode must be removed so that a planar surface of electrode and dielectric emerges on the
  • Piezo layer can grow up. It is also known to smooth steep topology edges by chemical etching of the metal layers. Especially for
  • non-corrosion-sensitive metals usually have poor conductivity. This requires very thick electrode layers and is therefore suitable only for special types of BAW resonators.
  • Metal layers or electrodes can be reduced.
  • Metal layer or a structured cover of a Topologiekante is the question, it does not exclude that also a larger number of this detail can be present.
  • relative terms such as on top, top, bottom, bottom, top and bottom are also used to simply describe the relationship between the various elements as illustrated in the figures. Other relative orientations, as for example by the rotation of the illustrated elements by 90 ° or 180 °
  • the proposed topographical structure comprises a
  • Carrier layer on which at least one structured metal layer is applied in thin-film technology is applied in thin-film technology.
  • Topographic structures of this kind are, for example, in
  • Thin-film technology manufactured electrodes or Multilayer electrodes Thin-film technology manufactured electrodes or Multilayer electrodes.
  • the side edges of the metal layer form a topology edge in the transition to the carrier layer.
  • This edge topology edge is a
  • metal layer is defined here as a generic term for all metallizations that are characterized by a layer thickness above the support, which does not necessarily have to have a flat surface
  • Metal layer can therefore according to the invention also consist of several, non-contiguous, one or more metals comprehensive coatings on the support layer.
  • Metal layers for example a so-called
  • Topology edge in the transition to an underlying arranged lower metal layer may be offset. This may be the case, for example, when an upper metal layer covers a smaller area than a lower metal layer.
  • Such embodiments may, for example, by under- or overetching effects or multiple lithographic steps for
  • Structuring of the metal layers may be present. It is inventively provided that along this
  • topology edges with structured coverage may be present, for example when on the
  • Carrier layer more than two superimposed
  • two or more metal layers are arranged one above the other, of which the lower metal layer or one of the lower metal layers
  • One or more of the overlying metal layers are not susceptible to corrosion or are less susceptible to corrosion than the lower metal layer (s).
  • Metal layer not sensitive to corrosion or less sensitive to corrosion than the underlying metal layers.
  • the function of the structured edge covering comprises corrosion protection.
  • the edge cover consists of a passivating and especially against corrosive substances sufficiently dense material.
  • the metal layers of the topographical structure may be, for example, aluminum, titanium, titanium nitride, silver, copper, tungsten, tantalum, molybdenum, platinum, rubidium or gold
  • a corrosion-sensitive metal layer may be, for example, a layer comprising aluminum, titanium, titanium nitride, silver or copper.
  • one of the metal layers may be comprehensive layers.
  • a corrosion-sensitive metal layer may be, for example, a layer comprising aluminum, titanium, titanium nitride, silver or copper.
  • one of the metal layers may be comprehensive layers.
  • a corrosion-sensitive metal layer may be, for example, a layer comprising aluminum, titanium, titanium nitride, silver or copper.
  • one of the metal layers may be comprehensive layers.
  • a corrosion-sensitive metal layer may be, for example, a layer comprising aluminum, titanium, titanium nitride, silver or copper.
  • the Al layer as the lower layer is also sufficiently stable against corrosion.
  • the upper not or only slightly corrosion-sensitive metal layer can be a
  • Tungsten tantalum, molybdenum, platinum or gold
  • Tungsten and molybdenum are advantageous
  • a crystal layer is deposited or grown on the topographic structure.
  • the crystal layer can For example, be a non-epitaxially grown layer. It is found that on the topographic structure of the invention, the growth of the crystal layer with less pronounced growth disturbances than is the case with comparable structures.
  • the crystal layer is a
  • the piezoelectric layer can, for example, a
  • Piezo layer Lithiumiobat or lithium tantalate include.
  • the topographical structure according to the invention is part of a BAW resonator.
  • the metal layer applied to the carrier layer or the metal layers applied to the carrier layer form the bottom electrode of the BAW resonator.
  • the corresponding upper electrode is deposited on the piezoelectric layer.
  • BAW resonators it is possible to arrange several BAW resonators one above the other with the topographic structure according to the invention. These so-called stacked BAW resonators have one
  • FIGS. 2, 3 and 4 The topographical structure according to the invention is described in detail below with reference to FIGS. 2, 3 and 4. The description is for the purpose of illustration and not limitation to specific details. Also are the to
  • FIG. 1 shows, in a scanning electron micrograph, a detail of a BAW resonator in cross section during the production in the intermediate step after deposition of the
  • Figure 2 shows a schematic example of a
  • topographical structure according to the invention in cross-section during production after the whole-area
  • Figure 3 shows a schematic example of a
  • FIG. 4 shows a schematic example of a topographical structure according to the invention in cross section during production after the growth of the piezoelectric layer.
  • Figure 2 shows an intermediate product of the method for
  • a first metal layer (Ml), wherein a Topologiekante is formed to the support layer.
  • This first lower metal layer is one of two metal layers of a multilayer bottom electrode of a BAW resonator.
  • Metal layer M1 is preferably made of aluminum, silver or copper or an alloy comprising aluminum, silver or copper.
  • a second metal layer (M2) is applied on the first, lower metal layer.
  • Metal layer M2 can terminate flush with the metal layer Ml, but also be structured so that
  • Metal layer Ml is not completely covered by metal layer M2.
  • the metal layer M2 is preferably one
  • Tungsten tantalum, molybdenum, platinum, rubidium or gold
  • a protective layer is deposited over the entire surface and edge-covering over the carrier layer and the metal layers on this structure.
  • SS protective layer
  • any material can be used that is not sensitive to corrosion ⁇ and the anisotropically sufficiently selective to the top metal layer of the bottom electrode is etched.
  • the protective layer is a layer of
  • Silicon oxide, silicon nitride or polyimide are especially used. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide. Especially, silicon oxide, silicon nitride or polyimide
  • the protective layer can be deposited by means of chemical vapor deposition, plasma-enhanced chemical vapor deposition, atomic layer deposition or variants of these coating methods. Particularly advantageous is the atomic layer
  • the strength of the protective layer is only through the
  • the coating method produces an edge-covering protective layer which, at the marginal topology edge of the metal layers, has a greater layer thickness in the normal to the carrier layer than in the planar regions of the topographic structure.
  • the topographical structure shown in FIG. 2 is subsequently subjected to an anisotropic etching process.
  • the protective layer is anisotropically etched back until the planar regions of the carrier layer and the metal layer are freed from the protective layer and at the marginal topology edges of the metal layer on the basis of the here
  • the structured cover (AB) is maintained.
  • the anisotropic re-etching of the protective layer is achieved by physical, chemical or physico-chemical
  • Dry etching for example plasma etching or
  • Ion Beam Etching (Ion Milling). Particularly advantageous is the plasma etching.
  • an etching process is used which has a selectivity the upper metal layer M2 and possibly also with respect to the carrier layer TS (for example Si0 2 ).
  • FIG. 3 shows the topographical structure according to the invention after etching back the protective layer.
  • the structured cover (AB) on the edge topology edge of the protective layer results
  • topographical structure for example, the second upper metal layer M2 and the support layer TS, are
  • the topology edge of the first bottom metal layer is completely covered by the structured cover AB.
  • the anisotropic etching back of the protective layer described above is so long in the exemplary embodiment according to FIG.
  • anisotropic etchbacks are chosen so that in comparison more or less material from the protective layer than
  • structured edge covering AB is maintained and, for example, the structured edge covering extends to the planar surface of the upper metal layer.
  • the piezoelectric layer is deposited by reactive sputtering, for example of pure aluminum target in a nitrogen atmosphere to form A1N.
  • FIG. 4 shows the topographical structure according to the invention after the growth of the piezoelectric layer (PS).
  • Edge cover leads the soft topology edge to a slight disturbance of the crystal structure, in which the

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Description

Beschreibung
Topografische Struktur und Verfahren zu deren Herstellung In Dünnschichttechnologie hergestellte Frequenzfilter, beispielsweise BAW-Filter (bulk acoustic wave filter) oder spezielle SAW-Filter (englisch surface acoustic wave filter) finden Anwendung als frequenzbestimmendes Bauelement in
Sendern und Empfängern, die im Frequenzbereich von mehreren 100 MHz bis zirka 20 GHz arbeiten. Solche Filter kommen in der Hochfrequenztechnik beispielsweise bei Mobilfunk und WLAN zum Einsatz .
SAW-Filter und BAW-Filter sind passive Filter mit
üblicherweise Bandpasscharakteristik, bei denen mit Hilfe des Piezoeffektes aus einem elektrischen Signal eine akustische Welle erzeugt wird und vice versa. Bei einem SAW-Filter erfolgt die Ausbreitung der akustischen Welle an der
Oberfläche des Piezosubstrats , während beim BAW-Filter die Ausbreitung der akustischen Wellen durch das Piezosubstrat hindurch erfolgt.
Aufgrund ihrer besonders vorteilhaften elektrischen und physikalischen Eigenschaften ersetzen BAW-Filter in
zunehmendem Maße SAW-Filter in der Hochfrequenztechnik. BAW- Filter sind für Durchlassfrequenzen von etwa 1 GHz bis 20 GHz verfügbar, haben eine kleinere Einfügedämpfung (0,5 dB) als SAW-Filter und erreichen einen Gütefaktor von über 1000.
Gleichzeitig lassen sich BAW-Filter in kleineren Baugrößen realisieren und sind im Allgemeinen kostengünstiger zu produzieren . Bei der Herstellung von BAW-Resonatoren in
Dünnschichttechnologie wird die piezoelektrische Dünnschicht, beispielsweise eine Aluminiumnitrid-, Zinkoxid- oder PZT- Schicht, in reaktiver Sputterdeposition auf einem Träger abgeschieden. Die Qualität der Piezoschicht beeinflusst in entscheidendem Maße die technischen Eigenschaften des BAW- Resonators. Eine kristalline und hochorientierte Piezoschicht ist besonders vorteilhaft und stellt hohe Anforderungen an das Abscheideverfahren und die Abscheidebedingungen, wie beispielsweise Druck, Temperatur, Homogenität des Substrates und Reinheit der Medien.
Im heutigen Stand der Technik wird die Piezoschicht in der BAW-Fertigung üblicherweise heteroepitaktisch über einer Metall- und Trägerschicht aufgewachsen. Diese Form des
Schichtwachstums führt zu einer kolumnaren, polykristallinen Piezoschicht. Ein Nachteil dieser Art des Schichtwachstums ist, dass es entlang von Topologiekanten auf der
Trägerschicht zu Wachstumsdefekten im Kristallgefüge kommt. Solche Wachstumsdefekte haben Konsequenzen für die
technischen Eigenschaften und Zuverlässigkeit der BAW- Resonatoren .
Die im Stand der Technik bekannte Problematik wird im
Folgenden exemplarisch anhand von Figur 1 erläutert. Figur 1 zeigt anhand einer rasterelektronmikroskopischen Aufnahme ausschnittsweise einen BAW-Resonator im Querschnitt während der Herstellung. Auf einer Trägerschicht (TS) aus
Siliziumdioxid ist eine Mehrschichtelektrode aus einer unteren ersten, korrosionsempfindlichen Metallschicht (Ml) und einer oberen zweiten Metallschicht (M2) angeordnet. Der Übergang von der oberen Metallschicht zur unteren
Metallschicht ist von einer flachen Topologiekante, der Übergang von der unteren Metallschicht zur Trägerschicht ist von einer steilen Topologiekante gekennzeichnet. Über den Metallschichten sowie der Trägerschicht ist eine Piezoschicht (PS) abgeschieden. Beim Aufwachsen der Piezoschicht hat die flache Topologiekante am Übergang von der oberen
Metallschicht zur unteren Metallschicht zu einer leichten Störung im Kristallgefüge geführt (Störstelle A) . Die
Störstelle A ist gekennzeichnet durch ein gestörtes
Kornwachstum. Es handelt sich um eine leichte Störung, da die beiden Piezoschichtbereiche links und rechts der Störstelle sich in gutem Kontakt befinden. Die steile Topologiekante am Übergang der unteren Metallschicht zur Trägerschicht hat zu der Ausbildung einer starken Störung im Kristallgefüge geführt (Störstelle B) , aus der ein durch die gesamte
Piezoschicht durchgehender Spalt oder gar Hohlraum
resultiert .
Entlang solcher Wachstumsdefekte wie sie aus Figur 1
ersichtlich sind können bei nasschemischen Folgeprozessen Flüssigkeiten eindringen und korrosionsempfindliche
Metallschichten korrodieren. Dies geschieht insbesondere, wenn als Metallschichtmaterial Aluminium, Titan, Titannitrid, Silber oder Kupfer beziehungsweise Mehrschichtsysteme aus diesen Materialien verwendet werden.
Die Korrosion der Metallschichten führt zu schlechten
elektrischen Eigenschaften der BAW-Resonatoren und stellt ein schwer zu kalkulierendes Qualitätsrisiko hinsichtlich der Zuverlässigkeit dieser Bauteile dar. Ein weiteres Problem ist, dass sich bei der nachfolgenden Deposition einer
metallischen Oberschicht für die Gegenelektrode auf der
Piezoschicht ein metallischer Fortsatz in dem Hohlraum bilden kann, der im schlimmsten Fall zu einem Kurzschluss in der Elektrode führt.
Zur Verbesserung der technischen Eigenschaften und zur
Vermeidung der Korrosion in der Bodenelektrode von BAW-
Resonatoren ist es bekannt, dass die Bodenelektrode mit Hilfe von CMP-Prozessen in ein Dielektrikum eingebettet werden kann (US 7,657,983). Diese Methode ist jedoch prozesstechnisch sehr aufwändig, da das ganzflächig abgeschiedene Dielektrikum durch chemisch-mechanisches Polieren von der Oberfläche der
Elektrode entfernt werden muss, damit eine planare Oberfläche aus Elektrode und Dielektrikum hervorgeht, auf der die
Piezoschicht aufwachsen kann. Es ist auch bekannt, steile Topologiekanten durch chemisches Ätzen der Metallschichten zu glätten. Insbesondere für
Aluminium existieren hier jedoch keine reproduzierbaren
Ätzprozesse, die zu schrägen Flanken führen. Eine weitere Alternative stellt die Vermeidung von
korrosionsempfindlichen Bestandteilen in der Bodenelektrode dar. In der Regel haben nicht-korrosionsempfindliche Metalle jedoch eine schlechte Leitfähigkeit. Dies erfordert sehr dicke Elektrodenschichten und eignet sich daher nur für spezielle Bauarten von BAW-Resonatoren .
Eine ebenfalls unbefriedigende Lösung ist es, korrosive
Prozesse bei der Fertigung von BAW-Resonatoren zu vermeiden, was neue Prozessschritte erfordert und ungesicherte
Ergebnisse liefert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine beispielsweise für BAW-Elektroden geeignete Struktur zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung anzugeben, mit denen die beim Schichtwachstum auftretenden Probleme vermieden und insbesondere die Korrosionsanfälligkeit der unteren
Metallschichten beziehungsweise Elektroden reduziert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer topografischen Struktur nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung gehen aus den weiteren Ansprüchen hervor.
Wenn im Folgenden von einer Trägerschicht, einer
Metallschicht, einer randseitigen Topologiekante einer
Metallschicht oder einer strukturierten Abdeckung einer Topologiekante die Rede ist, so schließt das nicht aus, dass auch eine größere Anzahl dieses Details vorhanden sein kann. Das Gleiche gilt auch für andere Zahlenwerte, sofern nicht explizit auf eine genau spezifizierte Anzahl eingegangen wird. In der Beschreibung werden außerdem relative Begriffe wie beispielsweise auf, oben, zuoberst, unter, unten, oberhalb und unterhalb, dazu verwendet, um die Beziehung zwischen den verschiedenen Elementen, wie sie in den Figuren dargestellt sind, auf einfache Weise zu beschreiben. Andere relative Orientierungen, wie sie beispielsweise durch die Rotation der dargestellten Elemente um 90° oder 180°
resultieren würden, lassen sich aus der Beschreibung leicht ableiten und sind ausdrücklich mit eingeschlossen.
Die vorgeschlagene topografische Struktur umfasst eine
Trägerschicht, auf die in Dünnschichttechnik mindestens eine strukturierte Metallschicht aufgebracht ist. Topografische Strukturen dieser Art sind beispielsweise in
Dünnschichttechnologie hergestellte Elektroden oder Mehrschichtelektroden. Die Seitenränder der Metallschicht bilden eine Topologiekante im Übergang zur Trägerschicht. Entlang dieser randseitigen Topologiekante ist eine
strukturierte Abdeckung angeordnet. Die strukturierte
Abdeckung bewirkt eine Kantenglättung . Der Neigungswinkel der strukturierten Abdeckung zum Träger ändert sich nun stetig mit zunehmender Entfernung zur Topologiekante und ist in der Regel auch stumpfer als der Winkel zwischen der Metallschicht und der Trägerschicht.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist genau eine
strukturierte Metallschicht auf der Trägerschicht
aufgebracht. Die Bezeichnung „Metallschicht" ist hier als Sammelbegriff für alle Metallisierungen definiert, die sich durch eine Schichtdicke über dem Träger, der nicht unbedingt eine plane Oberfläche aufweisen muss, auszeichnen. Eine
Metallschicht kann daher erfindungsgemäß auch aus mehreren, nicht zusammenhängenden, ein oder mehrere Metalle umfassenden Beschichtungen auf der Trägerschicht bestehen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind auf der Trägerschicht mehrere übereinander angeordnete
Metallschichten, beispielsweise ein sogenanntes
Metallsandwich, aufgebracht. Ein solches findet
beispielsweise bei spiegelbasierten BAW-Resonatoren (auch SMR = „surface mounted resonator" genannt) Verwendung.
In bestimmten Ausführungsformen mit übereinander angeordneten Metallschichten ist auch vorgesehen, dass beispielsweise die Seitenränder einer oberen Metallschicht eine zusätzliche
Topologiekante im Übergang zu einer darunter angeordneten, unteren Metallschicht bilden. In speziellen Ausführungsformen kann eine solche zusätzliche Topologiekante gegenüber der Topologiekante, welche zwischen den Seitenrändern der strukturierten Metallschicht im Übergang zur Trägerschicht vorliegt, versetzt vorliegen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine obere Metallschicht eine kleinere Fläche bedeckt als eine untere Metallschicht. Solche Ausgestaltungen können beispielsweise durch Unter- oder Überätzungseffekte beziehungsweise mehrfache lithografische Schritte zur
Strukturierung der Metallschichten vorhanden sein. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auch entlang dieser
zusätzlichen Topologiekante die strukturierte Abdeckung angeordnet ist. Es ist weiterhin vorgesehen, dass in
bestimmten Ausführungen darüber hinaus auch weitere
zusätzliche Topologiekanten mit strukturierter Abdeckung vorhanden sein können, beispielsweise wenn auf der
Trägerschicht mehr als zwei übereinander angeordnete
Metallschichten aufgebracht sind.
In einer Ausführung sind zwei oder mehrere Metallschichten übereinander angeordnet, von denen die untere Metallschicht beziehungsweise eine der unteren Metallschichten
korrosionsempfindlich ist. Eine oder mehrere der darüber liegenden Metallschichten sind nicht korrosionsempfindlich beziehungsweise sind weniger korrosionsempfindlich als die untere (n) Metallschicht (en) .
In einer Ausführungsform ist die zuoberst liegende
Metallschicht nicht korrosionsempfindlich beziehungsweise weniger korrosionsempfindlich als die darunter liegenden Metallschichten. In einer Ausführungsform umfasst die
topografische Struktur genau zwei Metallschichten, von denen die untere, erste Metallschicht korrosionsempfindlich ist und die obere, zweite Metallschicht nicht korrosionsempfindlich beziehungsweise weniger korrosionsempfindlich als die erste Schicht ist. In dieser Ausführungsform umfasst die Funktion der strukturierten Kantenabdeckung einen Korrosionsschutz. Dazu besteht die Kantenabdeckung aus einem passivierenden und insbesondere gegenüber korrosiven Stoffen ausreichend dichten Material.
Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße topografische
Struktur besser vor Korrosion geschützt als dies bei
vergleichbaren Strukturen im Stand der Technik der Fall ist. Dadurch eröffnen sich verbesserte Möglichkeiten für
nasschemische Ätzungen und Reinigungen. Eine verbesserte Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Bauteile wird ebenfalls erreicht. Die Metallschichten der topografischen Struktur können beispielsweise Aluminium, Titan, Titannitrid, Silber, Kupfer, Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin, Rubidium oder Gold
umfassende Schichten sein. Bei einer korrosionsempfindlichen Metallschicht kann es sich beispielsweise um eine Aluminium, Titan, Titannitrid, Silber oder Kupfer umfassende Schicht handeln. Vorteilhaft ist eine der Metallschichten aus
Aluminium. Damit werden eine gute elektrische Leitung und eine einfache Schichterzeugung gewährleistet. Mit der
Kantenabdeckung ist die Al-Schicht als untere Schicht auch ausreichend gegen Korrosion stabil. Die obere nicht oder nur gering korrosionsempfindliche Metallschicht kann eine
Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin oder Gold umfassende
Schicht sein. Vorteilhaft sind Wolfram und Molybdän
umfassende Schichten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird auf die topografische Struktur eine Kristallschicht abgeschieden beziehungsweise aufgewachsen. Die Kristallschicht kann beispielsweise eine nicht-epitaktisch aufgewachsene Schicht sein. Dabei wird gefunden, dass auf der erfindungsgemäßen topografischen Struktur das Aufwachsen der Kristallschicht mit geringer ausgeprägten Wachstumsstörungen erfolgt als dies bei vergleichbaren Strukturen der Fall ist. Dieser
vorteilhafte Effekt lässt sich dadurch erklären, dass durch die strukturierte Abdeckung an der Topologiekante eine geschlossene Einhäusung des korrosionsempfindlichen Metalls zwischen der nicht-korrosionsempfindlichen oder weniger korrosionsempfindlichen oberen Metallschicht und der Trägerschicht besteht. Auf diese Weise können korrosive Substanzen nicht über Störstellen im Kristallgefüge bis zur korrosions¬ empfindlichen Metallschicht vordringen.
In einer Ausführung ist die Kristallschicht eine
Piezoschicht . Die Piezoschicht kann beispielsweise eine
Aluminiumnitridschicht, eine Zinkoxidschicht oder eine
Bleizirkonattitanatschicht sein. Weiterhin kann die
Piezoschicht Lithiumiobat oder Lithiumtantalat umfassen.
In einer Ausführung ist die erfindungsgemäße topografische Struktur Bestandteil eines BAW-Resonators . In dieser
Ausführung bildet die auf der Trägerschicht aufgebrachte Metallschicht oder die auf der Trägerschicht aufgebrachten Metallschichten die Bodenelektrode des BAW-Resonators. Die entsprechende obere Elektrode wird auf der Piezoschicht abgeschieden .
Es ist möglich, mit der erfindungsgemäßen topografischen Struktur mehrere BAW-Resonatoren übereinander anzuordnen. Diese so genannten Stacked BAW-Resonatoren haben eine
Mehrzahl von Piezoschichten, die zwischen Elektroden
angeordnet sind. Für diese Form der Ausführung wird die randseitige Topologiekante jeder Metallschicht, auf die eine Piezoschicht abgeschieden wird, mit einer strukturierten Abdeckung an der Topologiekante der Metallschicht versehen. Auf diese Weise lassen sich BAW-Resonatoren mit einer
Vielzahl von Piezoschichten realisieren, deren Elektroden vor Korrosion geschützt sind.
Figurenbeschreibung Im Folgenden wird die erfindungsgemäße topografische Struktur anhand der Figuren 2, 3 und 4 detailliert beschrieben. Die Beschreibung dient dem Zweck der Erläuterung und nicht der Limitierung auf spezifische Details. Auch sind die zur
Erläuterung dargestellten Merkmale in Figuren 2, 3 und 4 nicht notwendigerweise maßstabsgetreu wiedergegeben.
Figur 1 zeigt in einer rasterelektronmikroskopischen Aufnahme ausschnittsweise einen BAW-Resonator im Querschnitt während der Herstellung im Zwischenschritt nach Abscheidung der
Piezoschicht.
Figur 2 zeigt ein schematisches Beispiel für eine
erfindungsgemäße topografische Struktur im Querschnitt während der Herstellung nach der ganzflächigen und
kantenabdeckenden Abscheidung der Schutzschicht über den Metallschichten und der Trägerschicht.
Figur 3 zeigt ein schematisches Beispiel für eine
erfindungsgemäße topografische Struktur im Querschnitt während der Herstellung nach dem anisotropen Rückätzen der Schutzschicht . Figur 4 zeigt ein schematisches Beispiel für eine erfindungsgemäße topografische Struktur im Querschnitt während der Herstellung nach dem Aufwachsen der Piezoschicht. Figur 2 zeigt ein Zwischenerzeugnis des Verfahrens zur
Herstellung der erfindungsgemäßen topografischen Struktur. Auf eine Trägerschicht (TS) mit zumindest einer oberen
Schicht aus Siliziumoxid ist in Dünnschichttechnik eine erste Metallschicht (Ml) aufgebracht und strukturiert, wobei eine Topologiekante zur Trägerschicht gebildet wird. Diese erste, untere Metallschicht ist eine von zwei Metallschichten einer mehrschichtigen Bodenelektrode eines BAW-Resonators .
Metallschicht Ml ist bevorzugt aus Aluminium, Silber oder Kupfer beziehungsweise einer Aluminium, Silber oder Kupfer umfassenden Legierung. Auf der ersten, unteren Metallschicht ist eine zweite Metallschicht (M2) aufgebracht. Die
Metallschicht M2 kann randschlüssig mit der Metallschicht Ml abschließen, aber auch so strukturiert sein, dass
Metallschicht Ml nicht vollständig von Metallschicht M2 bedeckt wird. Die Metallschicht M2 ist bevorzugt eine
Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin, Rubidium oder Gold
umfassende Schicht. Besonders bevorzugt ist eine
Wolframschicht . Weiterhin ist auf dieser Struktur eine Schutzschicht (SS) ganzflächig und kantenabdeckend über der Trägerschicht sowie den Metallschichten abgeschieden. Für die Schutzschicht kann jedes Material verwendet werden, das nicht korrosions¬ empfindlich ist und das ausreichend selektiv zur obersten Metallschicht der Bodenelektrode anisotrop ätzbar ist.
Bevorzugt ist die Schutzschicht eine Schicht von
Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Polyimid. Besonders
bevorzugt ist eine Schicht von Siliziumoxid. Die Schutzschicht kann mit Chemical Vapor Deposition, Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition, Atomic Layer Deposition oder Varianten dieser Beschichtungsverfahren abgeschieden werden. Besonders vorteilhaft ist die Atomic Layer
Deposition.
Die Stärke der Schutzschicht ist lediglich durch die
Homogenität der Abscheidung und den anschließenden Ätzprozess begrenzt. Bevorzugt ist jedoch eine Schichtstärke von der zumindest ein- bis zweifachen Stärke der Metallschichten. Das Beschichtungsverfahren erzeugt dabei eine kantenbedeckende Schutzschicht, die an der randseitigen Topologiekante der Metallschichten eine in der Normalen zur Trägerschicht größere Schichtstärke aufweist als in den planaren Bereichen der topografischen Struktur.
Die topografische Struktur, die in Figur 2 gezeigt ist, wird nachfolgend einem anisotropen Ätzprozess unterzogen. Hierbei wird die Schutzschicht anisotrop so weit zurückgeätzt, bis die planaren Bereiche der Trägerschicht und der Metallschicht von der Schutzschicht befreit sind und an den randseitigen Topologiekanten der Metallschicht aufgrund der hier
vorliegenden höheren Schichtstärke der Schutzschicht von der Schutzschicht die strukturierte Abdeckung (AB) erhalten bleibt.
Das anisotrope Rückätzen der Schutzschicht gelingt durch physikalische, chemische oder physikalisch-chemische
Trockenätzverfahren. Vorteilhaft sind chemische
Trockenätzverfahren, beispielsweise Plasmaätzung oder
Ionenstrahlätzung ( Ion-Milling) . Besonders vorteilhaft ist die Plasmaätzung. Vorteilhaft aber nicht zwingend wird ein Ätzverfahren eingesetzt, welches eine Selektivität gegenüber der oberen Metallschicht M2 und möglicherweise auch gegenüber der Trägerschicht TS (beispielsweise Si02) aufweist.
Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße topografische Struktur nach der Rückätzung der Schutzschicht. Durch die anisotrope Rückätzung resultiert aus der Schutzschicht die strukturierte Abdeckung (AB) an der randseitigen Topologiekante der
Metallschichten Ml und M2. Die planaren Flächen der
topografischen Struktur, beispielsweise die zweite obere Metallschicht M2 sowie die Trägerschicht TS, sind
weitestgehend oder vollständig von der Schutzschicht befreit. Die Topologiekante der ersten unteren Metallschicht ist vollständig von der strukturierten Abdeckung AB bedeckt. Das oben beschriebene anisotrope Rückätzen der Schutzschicht ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 so lange
durchgeführt worden, bis die Schutzschicht SS vollständig von der planaren Oberfläche der oben liegenden Metallfläche entfernt wurde. In alternativen Ausführungen kann das
anisotrope Rückätzen so gewählt werden, dass im Vergleich mehr oder weniger Material von der Schutzschicht als
strukturierte Kantenabdeckung AB erhalten bleibt und sich beispielsweise die strukturierte Kantenabdeckung bis auf die planare Oberfläche der oberen Metallschicht erstreckt.
Anschließend erfolgt das Aufwachsen der piezoelektrischen Schicht. Bevorzugt wird die Piezoschicht durch reaktives Sputtern abgeschieden, zum Beispiel von Reinst-Aluminium- Target in Stickstoffatmosphäre unter Bildung von A1N.
Alternativ sind Epitaxieverfahren, chemische
Gasphasenabscheidung (CVD) oder Atomlagenabscheidung (ALD) beziehungsweise Kombinationen dieser Verfahren vorgesehen. Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße topografische Struktur nach dem Aufwachsen der piezoelektrischen Schicht (PS) .
Oberhalb der planaren Bereiche der Metallelektrode M1,M2 entsteht ein homogenes Kristallgefüge der Piezoschicht PS. Am Übergang der oberen Metallschicht zur strukturierten
Kantenabdeckung führt die weiche Topologiekante zu einer geringfügigen Störung des Kristallgefüges , bei der die
Kristallschichten beidseits der Störstelle ST1 in gutem
Kontakt stehen. Im Bereich der steilen Topologiekante, welche den Übergang der strukturierten Abdeckung zur Trägerschicht kennzeichnet, kann es wie dargestellt weiterhin zur
Ausbildung einer starken Störstelle ST2 im Kristallgefüge kommen, welche mit einer Kanal- und Hohlraumbildung
einhergeht. Aufgrund der strukturierten Kantenabdeckung reicht die Störung im Kristallgefüge jedoch nicht bis an die Metallschicht Ml heran. Das überraschende Resultat ist, dass sich an keiner der beiden Störstellen ein Korrosionskanal zum korrosionsempfindlichen Metall Ml bilden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Topografische Struktur, mit
- einer Trägerschicht (TS)
- mindestens einer auf der Trägerschicht aufgebrachten Metallschicht (M)
- einer randseitigen Topologiekante an der Metallschicht
- einer strukturierten Abdeckung (AB) an der
Topologiekante .
2. Topografische Struktur nach Anspruch 1,
bei der die Metallschicht eine erste Metallschicht (Ml) und zumindest eine auf einer ersten Metallschicht aufgebrachte zweite Metallschicht (M2) umfasst.
3. Topografische Struktur nach Anspruch 1 oder 2,
deren erste Metallschicht Ml korrosionsempfindlich ist.
4. Topografische Struktur nach einem der Ansprüche 1-3, deren obere zweite Metallschicht M2 nicht
korrosionsempfindlich oder geringer korrosionsempfindlich als die untere erste Metallschicht Ml ist.
5. Topografische Struktur nach einem der Ansprüche 1-4, deren Metallschicht eine in Dünnschichttechnik
hergestellte Elektrode oder Mehrschichtelektrode ist.
6. Topografische Struktur nach einem der Ansprüche 1-5, bei der die strukturierte Abdeckung an der
Topologiekante eine Korrosionsschutzfunktion für die Metallschicht hat.
7. Topografische Struktur nach einem der Ansprüche 1-6, bei der die strukturierte Abdeckung an der
Topologiekante eine Kantenglättungsfunktion hat.
Topografische Struktur nach einem der Ansprüche 1-7, bei der die korrosionsempfindliche Metallschicht eine Aluminium, Titan, Titannitrid, Silber oder Kupfer umfassende Schicht ist.
Topografische Struktur nach einem der Ansprüche 1-8, bei der die obere zweite Metallschicht, welche nicht
korrosionsempfindlich oder geringer korrosionsempfindlich als die untere erste Metallschicht ist, eine Wolfram, Tantal, Molybdän, Platin oder Gold umfassende Schicht ist.
Topografische Struktur nach einem der Ansprüche 1-9, bei der auf der Metallschicht eine Kristallschicht (PS) abgeschieden ist.
Topografische Struktur nach einem der Ansprüche 1-10, bei der die Kristallschicht eine Piezoschicht ist.
Topografische Struktur nach einem der Ansprüche 1-11, die Teil eines BAW-Resonators ist.
BAW-Resonator, der eine topografische Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
14. Verfahren zur Herstellung einer topografischen Struktur - bei dem auf eine Trägerschicht eine oder mehrere
Metallschichten in Dünnschichttechnik aufgebracht werden - bei dem anschließend ganzflächig eine kantenbedeckende Schutzschicht (SS) über der Trägerschicht und den
Metallschichten abgeschieden wird
- bei dem die Schutzschicht anisotrop so weit
zurückgeätzt wird, bis die planaren Bereiche der
Trägerschicht und der Metallschicht von der
Schutzschicht befreit sind und an den randseitigen Topologiekanten der Metallschicht von der Schutzschicht die strukturierte Abdeckung erhalten bleibt.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
bei dem die Schutzschicht durch CVD, PECVD, ALD oder Varianten dieser Beschichtungsverfahren abgeschieden wird .
16. Verfahren nach den Ansprüchen 14 oder 15,
bei dem die Schutzschicht aus Siliziumdioxid oder
Siliziumnitrid besteht.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-16,
bei dem die anisotrope Rückätzung mittels Plasmaätzung durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-17,
bei dem nach der Rückätzung in einem weiteren
Verfahrensschritt eine Kristallschicht an der
topografischen Struktur abgeschieden wird.
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