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Dokumentenidentifikation DE10029594A1 10.01.2002
Titel Elektrisches Bauelement mit mechanisch stabiler Metallisierung und Herstellverfahren
Anmelder EPCOS AG, 81541 München, DE
Erfinder Ruile, Werner, Dr., 80636 München, DE;
Fecht, Hans-Jörg, Prof. Dr., 12207 Berlin, DE;
Moelle, Christian, Dr., 13353 Berlin, DE
Vertreter Epping, Hermann & Fischer, 80339 München
DE-Anmeldedatum 15.06.2000
DE-Aktenzeichen 10029594
Offenlegungstag 10.01.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2002
IPC-Hauptklasse H03H 9/145
IPC-Nebenklasse H03H 9/68   H03H 3/08   H03H 9/25   
Zusammenfassung Es wird ein elektrisches Bauelement mit erheblich verlängerter Lebensdauer vorgeschlagen, welches eine mechanisch stabile Metallisierung/Elektrodenstruktur aus einem metallischen Glas aufweist. Das Bauelement ist leistungsverträglicher und weniger empfindlich gegenüber einem Dauerbetrieb bei erhöhter Temperatur.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit einem Substrat und auf oder in dem Substrat angeordneten elektrisch leitenden Strukturen.

Unter elektrisch leitenden Strukturen werden insbesondere Elektroden, elektrische Zuleitungen oder aktive Bauelementstrukturen verstanden. Sie können alleine dem Stromtransport dienen, Feldelektroden darstellen oder ohmsche Elektroden sein, über die elektrische Ladungen in das Substratmaterial beziehungsweise in das Bauelement eingekoppelt werden.

Elektrisch leitende Strukturen, insbesondere Bauelementstrukturen, sind in Abhängigkeit von der zugeführten elektrischen Leistung einem erhöhten Streß ausgesetzt, der sich nicht zuletzt auch in einer thermischen Belastung der Bauelementstrukturen äußert. Es kann es zu einer Migration kommen, also zur Verschiebung und Wanderung von Atomen, die eine Änderung der Zusammensetzung, Massenverluste, Eigenschaftsveränderungen oder unter Umständen auch zu Haftungsproblemen der elektrisch leitenden Strukturen auf dem Substrat zur Folge haben können.

Insbesondere Oberflächenwellenfilter (OFW-Filter), die im Frontend von Mobilfunkgeräten eingesetzt werden, sind hohen Leistungspegeln ausgesetzt. Diese hohen angelegten elektrischen Leistungen führen zu hohen akustischen Energiedichten in den akustisch aktiven Zonen, insbesondere in den Interdigitalwandlern, Reflektoren oder akustischen Laufstrecken. Die akustische Energie ist dabei auf eine relativ dünne Schicht in der Größenordnung von einer akustischen Wellenlänge entlang der Oberfläche des Substrats konzentriert. Die akustischen Stress-Energiedichten führen in Verbindung mit weiteren Einflußfaktoren, insbesondere einer erhöhten Temperatur zur allmählichen Zerstörung der Elektrodenstrukturen. Es bilden sich Voids und Hillocks aus, welche zu einer Verschlechterung der Filtereigenschaften und schließlich zu einer Zerstörung des Filters führen.

Hohe Stromtragfähigkeiten werden mit metallischen Leiterbahnstrukturen erzielt. Bei Halbleiterbauelementen oder auch Oberflächenwellenbauelementen ist Aluminium eine bevorzugte Metallisierung. Es wurde jedoch festgestellt, daß Reinaluminium keine ausreichende Resistenz gegenüber Streßmigration und damit gegenüber der allmählichen Zerstörung der Bauelementstrukturen aufweist. Elektrisch leitende Bauelementstrukturen aus epitaktisch aufgewachsenem Aluminium führen zwar zu einer Verbesserung bezüglich der genannten Probleme, lassen sich aber nur schwer oder gar nicht herstellen und sind für Massen schlecht geeignet. Ähnliche Ergebnisse werden erhalten, wenn das Reinaluminium durch Aluminiumlegierungen oder andere Legierungen ersetzt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, elektrisch leitende Strukturen und insbesondere strombelastete Bauelementstrukturen für elektrische Bauelemente anzugeben, die eine erhöhte mechanische und thermische Stabilität aufweisen und die zu einem Bauelement führen, welches eine erhöhte Lebensdauer unter akustischer und thermischer Belastung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauelement der eingangs genannten Art mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitenden Strukturen sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Überraschend wurde gefunden, daß ein Bauelement mit elektrisch leitenden Strukturen, die zumindest teilweise aus einem metallischen Glas bestehen, eine erheblich verbesserte Stabilität und eine deutlich erhöhte Lebensdauer aufweisen.

Metallische Gläser sind amorphe Metalle oder amorphe Metallegierungen, die sich durch die Abwesenheit einer regelmäßigen atomaren Ordnung auszeichnen. Amorphe Legierungen sind für ihre Härte und mechanische Stabilität bekannt. Sie können von vollständig amorph bis nanokristallin vorliegen, wobei dann im metallischen Glas zwar noch geordnete Domänen vorliegen, die aber einen nur geringen Durchmesser von beispielsweise maximal 5 nm oder weniger aufweisen.

Zur Herstellung werden die Metallschmelzen geeigneter Zusammensetzungen so schnell abgekühlt, daß keine Zeit zur Ausbildung kristalliner Domänen verbleibt. Aus der US 6,047,063 ist beispielsweise eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei der eine Metallschmelze über eine feine Düse auf eine schnell rotierende gekühlte Trommel geblasen wird, wobei ein Metallband oder ein Draht erhalten werden, die dann in amorpher Struktur vorliegen. Bekannt sind metallische Gläser auf der Basis von Eisenlegierungen, Zirkon/Kupfer/Nickel/- Beryllium-Legierungen oder von aluminiumhaltigen Legierungen. Wegen des aufwendigen Herstellverfahrens, welches zudem ausschließlich zur draht- und bandförmigen Modifikationen führt, sind sie im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen teuer, so daß ihr Einsatz bislang auf Spezialanwendungen beschränkt blieb. Aufgrund der magnetischen Eigenschaften einiger metallischer Gläser werden diese beispielsweise als Magnetkerne eingesetzt. Auch die hohe Beständigkeit metallischer Gläser gegenüber aggressiven Medien macht metallische Gläser außerdem für Anwendungen geeignet, die in chemisch aggressiver oder klimatisch anspruchsvoller Umgebung eine hohe mechanische Festigkeit verlangen.

Aus einem Artikel von L. Berger et al., "Properties of Amophous AlCuY Alloy Metallizatioris", IECON 99, Proceedings of the 25 Annual Conference of the Industrial Electronic Society, Seite 46ff ist eine schonende Methode zur Herstellung metallischer Glasschichten bei Raumtemperatur angegeben. Es wird vorgeschlagen, metallische Gläser für die Metallisierung von Oberflächenwellensensoren zu verwenden. Ein solches Bauelement ist aber aus dem Artikel nicht bekannt Die Eignung dieser Schichten für Hochleistungsbauelemente wird angezweifelt.

Mit der Erfindung wird nun erstmals ein Bauelement angegeben, in dem metallische Gläser für elektrisch leitende Strukturen und insbesondere für stromtragende feine Bauelementstrukturen beziehungsweise feine Elektrodenstrukturen genutzt werden. Es wird beispielsweise ein Oberflächenwellenbauelement in Form eines Eintorresonators hergestellt, welcher für eine hohe thermisch/mechanische Belastung bekannt ist und bei dem in Folge dessen auch ein hoher Migrationsstreß auftritt. Überraschend zeigt sich nun am Beispiel des OFW-Bauelements, daß mit metallischen Gläsern voll funktionsfähige Bauelemente erhalten werden können, deren Metallisierung im Belastungstest unter normalen Betriebsbedingungen praktisch keine alters- oder streßbedingten Ausfälle aufzeigt. Das Bauelement selbst weist eine Frequenzcharakteristik auf, die überraschenderweise im wesentlichen der von herkömmlichen Oberflächenwellenbauelementen mit aus Aluminium bestehenden Bauelementstrukturen entspricht. Als einzige Einschränkung wird aufgrund des höheren Widerstands metallischer Gläser eine erhöhte Einfügedämpfung beobachtet, also ein erhöhter ohmscher Verlust bei der elektroakustischen Kopplung. Die übrigen Bauelementeigenschaften, die insbesondere an der Übertragungsfunktion und dort an der Lage der Resonanzfrequenzen, der Flankensteilheit und der Sperrbereichsunterdrückung bemessen werden, liegen innerhalb der gewünschten Spezifikationen. So bieten die erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Strukturen zumindest bei anspruchsvollen Oberflächenwellenbauelementen einen vollwertigen Ersatz gegenüber herkömmlichen Elektrodenstrukturen, der zudem aufgrund der verbesserten mechanischen Festigkeit, der verlängerten Lebensdauer und der dadurch verbesserten Leistungsverträglichkeit gegenüber Bauelementen mit herkömmlichen Elektrodenstrukturen erhebliche Vorteile bringt.

Es wird angenommen, daß die erhöhte Festigkeit gegenüber Streß- und Elektromigration, die durch erhöhte thermische und/oder durch hohe elektrische Leistungsbeaufschlagung ausgelöst wird, auf das Fehlen von Korngrenzen in dem metallischen Glas zurückzuführen ist. Migration findet überwiegend an diesen Korngrenzen statt, da beim Übergang zwischen zwei benachbarten unterschiedlichen Domänen eine Triebkraft für die Migration besteht und dort stets weniger fest in das metallische Gefüge eingebundene Atome vorhanden sind.

Der Einfluß der Temperatur auf die Lebensdauer eines Bauelements folgt einem Arrheniusgesetz und läßt sich folgendermaßen beschreiben:





Der Term kT ist das Produkt aus der Stefan Boltzmann- Konstante k und der absoluten Temperatur T, und TTF bezeichnet die Lebensdauer des Bauelements.

Mit der in das Bauelement eingespeisten elektrischen Leistung ist eine Eigenerwärmung verbunden, die proportional zur angelegten Leistung ist. Damit ergibt sich bereits aus der Eigenerwärmung ein direkter Zusammenhang zwischen der Leistungsbeaüfschlagung und der Lebensdauer des Bauelements. Für ein erfindungsgemäßes Bauelement wird die erhöhte Lebensdauer auch auf die höhere Aktivierungsenergie der Metallatome in den aus metallischen Gläsern bestehenden elektrisch leitenden Strukturen gegenüber einer Migration zurückgeführt. Damit ergibt sich für erfindungsgemäße Bauelemente im Vergleich zu Bauelementen mit herkömmlicher Metallisierung bei gleicher Temperaturerhöhung ein geringerer Einfluß auf die Lebensdauer. Im Bauelement mit Elektrodenstrukturen aus metallischen Gläsern wird zwar eine höhere ohmsche Leistung dissipiert als in solchen mit konventionellen Legierungen. Die dissipierte akustische Leistung ist in metallischen Gläsern jedoch im Gegensatz zu konventionellen Legierungen wegen der fehlenden mechanischen Hysterese fast völlig eliminiert. Dies führt zu geringeren mechanischen Verlusten bei der elektroakustischen Wandlung. Aufgrund der Arrheniusabhängigkeit der Lebensdauer gilt als Faustregel, daß 10% Temperaturerhöhung zu einer Halbierung der Lebensdauer führen. Damit addieren sich bei erfindungsgemäßen Bauelementen die beiden Effekte in vorteilhafter Weise, so daß zusammen mit den ansonsten unverändert beziehungsweise gut geeigneten Bauelementeigenschaften der erfindungsgemäßen Bauelemente zu insgesamt erheblich verbesserten Bauelementen führt.

Die Erfindung wird möglich, da Verfahren gefunden werden konnten, mit deren Hilfe sich metallische Gläser bereits bei Raumtemperatur abscheiden lassen, was für empfindliche Substrate unabdingbar ist. Für diese Verfahren gut geeignet sind beispielsweise metallische Gläser mit Aluminium als Hauptbestandteil. Weitere Legierungsbestandteile können z. B. Nickel und Yttrium sein. Solche Legierung lassen sich beispielsweise durch Elektronenstrahlverdampfen im Hochvakuum bei Raumtemperatur abscheiden und sind auch mit einem an sich bekannten Abhebeverfahren zur Strukturierung kompatibel. Die Strukturierbarkeit, die Voraussetzung zur Herstellung elektrischer Bauelemente mit komplexeren beziehungsweise feineren Elektrodenstrukturen erforderlich ist, ist damit gut gegeben. Bei mikroelektronischen Bauelementen, deren Struktur bereits einen mehrschichtigen Aufbau auf der Oberfläche des Substrats umfaßt, sind geeignete Ätzstopschichten möglich und mit gängigen Herstell- und Strukturierungsverfahren kompatibel, so daß metallische Gläser auch dort als Elektrodenstrukturen eingesetzt werden können, um die herkömmlichen Elektrodenstrukturen auf Aluminiumbasis zu ersetzen. Vorzugsweise findet die Erfindung jedoch dort Anwendung, wo eine hohe elektrische, thermische oder mechanische und insbesondere akustische Belastung der elektrisch leitenden Strukturen (Elektrodenstrukturen) auftritt, insbesondere also bei Oberflächenwellenbauelementen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die elektrisch leitenden Strukturen zumindest zwei unterschiedliche, übereinander aufgebrachte metallische Schichten auf, von denen zumindest eine eine Schicht aus metallischem Glas ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die Schicht aus metallischem Glas dort eingesetzt werden kann, wo die höchsten Belastungen der elektrisch leitenden Strukturen auftreten. So ist es insbesondere möglich, den einzigen Nachteil der metallischen Gläser, die verminderte elektrische Leitfähigkeit durch zusätzliche, besser leitende Schichten in einen Mehrschichtverband zu minimieren.

Die erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Strukturen können in einem schonenden Verfahren aufgebracht werden, welches kompatibel mit einer herkömmlichen Strukturierungstechnik ist, beispielsweise mit der bei Oberflächenwellenbauelementen verwendeten Abhebetechnik. Das schonende Aufbringverfahren wird mit besonderen Legierungszusammensetzungen möglich, die sich bereits bei Raumtemperatur in amorpher Form als metallische Gläser abscheiden lassen. Außerdem ist die Zusammensetzung der metallischen Gläser so ausgewählt, daß sie als Elektrodenmaterial geeignet sind.

Als bevorzugte Aufbringmethode hat sich das Elektronenstrahlverdampfen im Hochvakuum erwiesen. Dabei werden die Legierungsbestandteile in unterschiedlichen Verdampferschiffchen vorgelegt, die anschließend mit einem Elektronenstrahl überstrichen werden, wobei durch die so eingekoppelte Energie die Verdampfung ausgelöst wird. Doch sind zur Erzeugung amorpher Legierungen auf Substraten auch andere Dünnschichtverfahren geeignet, z. B. Sputtern.

Da sowohl die Erzeugbarkeit bei Raumtemperatur als auch die Eigenschaften der erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Strukturen nicht unwesentlich von der Zusammensetzung abhängig sind, wird diese während der Herstellung kontrolliert. Die Abdampfrate kann mit Hilfe des Elektronenstrahls gesteuert werden, wobei die vom Elektronenstrahl überstrichene Fläche in den Verdampferschiffchen proportional zur eingekoppelten Energie und damit zur verdampften Menge der jeweiligen Komponente ist. Diese Menge wird entsprechend dem Anteil der. Komponente in der gewünschten amorphen Legierung gewählt. Ist das metallische Glas eine Legierung mit Komponenten, die unterschiedliche Abdampfraten beim Elektronenstrahlverdampfen aufweisen, so kann dies im Verfahren entsprechend berücksichtigt werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Komponenten der gewünschten amorphen Legierung als nicht amorphe Mischung in einem gemeinsamen Verdampferschiffchen vorzulegen. Auch hier können gegebenenfalls unterschiedliche Abdampfraten durch entsprechend von der Zielzusammensetzung abweichende Zusammensetzung der Ausgangskomponenten berücksichtigt werden. Beispielsweise wird dann ein leichter verdampfbares Material in geringerem Anteil vorgelegt, als diese in der späteren amorphen Legierung aufweisen soll.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfähren können homogene Schichten aus amorphen Metallen oder Legierungen beziehungsweise metallischen Gläsern erzeugt werden. Voraussetzung dafür ist, daß die Verfahrensbedingungen so eingestellt sind, daß eine homogene Schichterzeugung und dementsprechend eine homogene Schichtzusammensetzung erzielt wird. Eine bevorzugte Abdampfung erfolgt dazu isotrop, also ohne Vorzugsrichtung. Von Vorteil ist jedoch auch ein anisotropes Verfahren, welches vertikal zum Substrat beziehungsweise vertikal zur Substratoberfläche durchgeführt wird. Dies ist für die Genauigkeit der zu erzeugenden Strukturen maßgeblich, da bei Schrägaufdampfen Aufdampfschatten und somit ungleichmäßige Strukturierungskanten in der zu erzeugenden Elektrodenstruktur beziehungsweise in den elektrisch leitfähigen Strukturen erzeugt werden. Lassen sich diese Bedingungen nicht hundertprozentig exakt einstellen, so ist es bei einer zu erzeugenden amorphen Legierung von Vorteil, das Verdampfschiffchen mit der Hauptkomponente zentral über dem Substrat anzuordnen. Da die zentrale Verdampferposition eine maximale Homogenität der abzuscheidenden amorphen Teilschicht erzeugt, ist dies für die Hauptkomponente besonders wichtig. Weitere, weniger zentral angeordnete Verdampferschiffchen mit weniger häufigen Legierungskomponenten haben dann weniger Einfluß auf die Homogenität der zu erzeugenden Schicht beziehungsweise Strukturen als die zentral angeordnete Hauptkomponente.

Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit elektrisch leitfähigen Strukturen anhand der Herstellung eines Oberflächenwellenresonators und der dazu gehörigen fünf Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen dem besseren Verständnis der Erfindung und sind daher schematisch und nicht maßstabsgetreu.

Fig. 1 bis 3 zeigen anhand schematischer Querschnitte verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung elektrisch leitender Strukturen

Fig. 4 zeigt einen Oberflächenwellenresonator in schematischer Draufsicht und

Fig. 5 zeigt eine aus mehreren Oberflächenwellenresonatoren zusammengesetzte Ladder Type-Struktur, die ein OFW-Filter darstellt.

Fig. 1: Als Substrat 1 für Oberflächenwellenbauelemente dienen kristalline piezoelektrische Materialien, insbesondere yrotierte Schnitte in Lithiumtantalat und Lithiumniobat. Zur Herstellung einer strukturierten Elektrodenschicht direkt auf dem Substrat 1 wird zunächst eine Abhebeschicht 2 aufgebracht und strukturiert, die ein Negativbild der zu erzeugenden Elektrodenschicht darstellt. Insbesondere weist die Abhebeschicht den elektrisch leitenden Strukturen entsprechende Strukturgräben auf, in denen später die Metallisierung erzeugt wird.

Auf diese Abhebeschicht wird nun ganzflächig eine Elektrodenschicht 4 abgeschieden, die sowohl jeweils den Boden der Strukturgräben 3 innerhalb der Abdeckschicht 2 bedeckt, als auch die Abdeckschicht 2 aufliegt. Die Elektrodenschicht 4 ist eine amorphe Aluminium/Kupfer/Yttrium-Legierung, die durch Co-Verdampfen mittels dreier Elektronenstrahlquellen in einer Hochvakuumkammer (P < 10-11 Pa) abgeschieden wird. Um eine Elektrodenschicht mit der Zusammensetzung 88 Atom-% Aluminium, 8% Yttrium und 4% Kupfer zu erhalten, wird beispielsweise ein Aufdampfverhältnis 33 : 1 : 6 für Aluminium, Kupfer und Yttrium eingestellt. Es wird mit einer Geschwindigkeit von zirka 0,4 nm/s aufgedampft. Nach zirka 17 Minuten ist so eine Schichtdicke von 400 nm erreicht. Fig. 2 zeigt die Anordnung im schematischen Querschnitt nach dem Aufdampfen der Elektrodenschicht 4.

Anschließend wird die Abhebeschicht 2 samt darüberliegender Bereiche der Elektrodenschicht 4 mittels eines an sich bekannten Abhebeverfahrens abgehoben, wobei den Strukturgräben 3 entsprechende Metallisierungsstrukturen 5 auf dem Substrat 1 verbleiben. Fig. 3 zeigt die Anordnung in diesem Stadium.

Fig. 4 zeigt in schematischer Draufsicht die an sich bekannte Struktur eines Oberflächenwellenresonators, wie er mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Bauelement hergestellt wird. Der Resonator 6 besteht aus einem Interdigitalwandler 8, der beiderseits von Reflektoren 7 benachbart ist. Aufgrund der schematischen Darstellung sind nur wenige der in Wirklichkeit zahlreicheren Elektrodenfinger sowohl am Interdigitalwandler 8 als auch an den Reflektoren 7 dargestellt. Ein solcher Oberflächenwellenresonator, der auch mittels rechts in der Figur dargestellten symbolischen Schreibweise beschrieben werden kann, kann als Impedanzelement zusammen mit anderen Oberflächenwellenbauelementen zur Erzeugen von Oberflächenwellenfiltern dienen, die beispielsweise im Mobilfunkbereich als Sende- oder Empfangsfilter Verwendung finden.

Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit, mehrere solche Resonatoren zu einem sogenannten Ladder-Type-Filter zusammen zu schließen, welche zusammen mit Anpassungselementen einen vollwertigen Oberflächenwellenfilter ergeben. Dazu sind Oberflächenwellenresonatoren 6 seriell und parallel miteinander so verschaltet, so daß sich mehrere Reaktanzgrundglieder ergeben. Ein Grundglied besteht dabei aus einem Serienresonator RS und einem parallel dazu geschalteten Parallelresonator RP. Durch Hintereinanderschaltung mehrerer solcher Serienresonatoren RS mit jeweils parallel dazu geschalteten Parallelresonatoren RP wird eine leiterartige Struktur erhalten. Fig. 5 zeigt eine Struktur mit zwei Serienresonatoren RS1 und RS2 und zwei dazu parallel geschalteten Parallelresonatoren RP1 und RP2. Innerhalb eines Grundglieds sind die Resonanzfrequenzen gegeneinander so verschoben, daß die Resonanzfrequenz des Parallelresonators RP im Bereich der Antiresonanzfrequenz des dazugehörigen Serienresonators RS zu liegen kommt. Die Resonanzfrequenzen der Serienresonatoren können dabei gleich oder auch verschieden sein. Mit steigender Anzahl von Reaktanzgrundgliedern in einer Ladder-Type-Struktur wird die Selektion im Sperrbereich verbessert, da die einzelnen Grundglieder unabhängig voneinander auf die Unterdrückung entsprechender Frequenzen im Sperrbereich hin optimiert werden können.

Die eben beschriebene Ladder-Type-Struktur kann vollständig mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden, wobei sämtliche Metallisierungsstrukturen in den Interdigitalwandlern, den Reflektoren und den dazugehörigen Leiterbahnen zur Verschaltung der Strukturen auf dem Chip aus metallischem Glas beziehungsweise aus amorpher Legierung hergestellt werden können. Es wird ein hochselektives Oberflächenwellenfilter erhalten, welches gegenüber bekannten Oberflächenwellenfiltern eine verbesserte Leistungsverträglichkeit und eine erheblich verlängerte Lebensdauer aufweist.

Obwohl die Erfindung nur anhand eines Oberflächenwellenbauelements beschrieben wurde, ist sie jedoch prinzipiell auch für andere elektrische Bauelemente geeignet, insbesondere für integrierte Halbleiterschaltungen oder für Leistungshalbleiterbauelemente. Die hohe Leistungsfestigkeit erfindungsgemäßer Bauelemente macht es möglich, langlebige und betriebssichere Bauelemente zu schaffen. Die hohe Migrationsfestigkeit erfindungsgemäßer Elektrodenstrukturen ist insbesondere bei Halbleiterbauelementen insofern von Vorteil, als bereits geringe Verunreinigungen störender Komponenten zu erheblich verändertem Bauelementverhalten führen können, insbesondere wenn die genannten Komponenten als Dotierstoffe wirksam sind. Die Haltbarkeit eines Halbleiterbauelements bemißt sich daher nicht nur nach der Lebensdauer der Metallisierungen, sondern auch nach der Funktionsfähigkeit der elektrisch aktiven Zonen im Halbleitermaterial, die letztendlich auch von der Stabilität der Dotierungen und damit von der Sicherheit gegenüber Migrationseffekten aus Metallisierungsstrukturen abhängig ist.

Zur Strukturierung von Halbleiterbauelementen beziehungsweise zur Strukturierung von Elektrodenstrukturen bei Halbleiterbauelementen aus erfindungsgemäßen amorphen Legierungen können andere als die beschriebene Abhebetechnik eingesetzt werden, insbesondere Photostrukturierungstechniken mit Photoresist- und gegebenenfalls weiteren Resistschichten. Die Erfindung ist auch nicht auf die angegebene Zusammensetzung des metallischen Glases beschränkt. Es sind vielmehr eine Reihe weiterer Zusammensetzungen möglich, wobei insbesondere diejenigen bevorzugt sind, die sich bereits bei Raumtemperatur im amorphen Zustand erzeugen lassen. Eine weitere mögliche Zusammensetzung besteht beispielsweise aus 88 Atom-% Aluminium, 10 Atom-% Nickel und 2 Atom-% Yttrium. Die Möglichkeit der Abscheidung in amorpher Form ist bezüglich der Zusammensetzung innerhalb enger Fenster möglich. Bevorzugt sind elektrisch leitende Strukturen aus dreikomponentigen Legierungen. Diese haben den Vorteil, daß sie sich einfacher im amorphen Zustand abscheiden lassen.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrisches Bauelement mit einem Substrat (1) und auf oder in dem Substrat angeordneten elektrisch leitenden Strukturen (5), dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Strukturen (5) zumindest teilweise aus metallischem Glas bestehen.
  2. 2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die elektrisch leitenden Strukturen (5) ein metallisches Glas umfassen, das sich ohne Kühlung bereits bei Raumtemperatur abscheiden läßt.
  3. 3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Aluminium Hauptbestandteil des metallischen Glases ist.
  4. 4. Bauelement nach Anspruch 1-3, bei dem das metallische Glas eine Aluminium- Yttriumlegierung ist.
  5. 5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem das Bauelement ein Oberflächenwellen-Bauelement (6) ist und bei dem die elektrisch leitenden Strukturen (5) ausgewählt sind aus Interdigitalwandler (8), Reflektor (7), Busstruktur oder elektrischer Anschlußmetallisierung - Pad.
  6. 6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem die elektrisch leitenden Strukturen (5) zumindest zwei unterschiedliche übereinander aufgebrachte metallische Schichten umfassen, von denen zumindest eine Schicht aus metallischem Glas darstellt.
  7. 7. Bauelement nach Anspruch 6, bei dem die unterste direkt auf dem Substrat aufliegende Schicht die Schicht aus metallischem Glas ist.
  8. 8. Verfahren zum Herstellen eines Bauelements nach Anspruch 1,

    bei dem auf einem Substrat (1) eine Elektrodenschicht (4) aus einem metallischen Glas erzeugt wird und

    bei dem die Elektrodenschicht anschließend strukturiert wird, wobei elektrisch leitende Strukturen erhalten werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8,

    bei dem die Strukturierung über eine Abhebetechnik erfolgt, bei der auf dem Substrat (1) zunächst eine strukturierte Resistmaske (2) erzeugt wird,

    bei dem über der Resistmaske die Elektrodenschicht (4) aufgebracht wird und

    bei dem anschließend die Resistschicht (2) zusammen mit darüber aufgebrachten Bereichen der Elektrodenschicht (4) entfernt wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das metallische Glas durch Aufdampfen auf das Substrat bei Raumtemperatur erzeugt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem als metallisches Glas eine Legierung aufgedampft wird, wobei die Legierungsbestandteile in unterschiedlichen Verdampfern vorgehalten werden, wobei der Verdampfer mit dem mengenmäßigen Hauptbestandteil der Legierung beim Aufdampfen zentral über dem Substrat angeordnet wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-11, bei dem als metallisches Glas eine Legierung aufgedampft wird, wobei die Legierungsbestandteile in einem einzigen gemeinsamen Verdampfer vorgelegt werden.






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