压电器件以及压电器件的制造方法

文档序号:7541167阅读:375来源:国知局
压电器件以及压电器件的制造方法
【专利摘要】本发明实现一种在稳定地实现稳固的接合的同时不会限制器件种类的压电器件的制造方法。为此,在压电单晶基板的接合面侧形成吸湿层(S103)。然后,使吸湿层吸湿水分(S105)。此外,在支承基板的接合面侧形成粘合剂层(S111)。然后,使吸湿层和粘合剂层叠合(S121)。然后,通过使用了吸湿层的水分的水解反应而使粘合剂层中含有的二氧化硅前体转化为二氧化硅(S122)。
【专利说明】压电器件以及压电器件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及将压电体的薄膜接合到支承基板的构成的压电器件、及其制造方法。【背景技术】
[0002]近年来,已经开发出很多利用压电体的薄膜的压电器件(例如,参照专利文献I)。一般而言,利用了压电体的薄膜的压电器件是将压电体的薄膜接合到支承基板而构成的。作为压电体的薄膜与支承基板的接合法,以往提出并采用了各式各样的方法。
[0003]例如,在被称作亲水化接合的接合法(参照专利文献I。)中,首先在被镜面加工后的压电薄膜侧的接合面与支承基板侧的接合面的各个面形成有无机氧化物层。接下来,在无机氧化物层的表面形成有羟基。接下来,使压电薄膜侧的无机氧化物层的表面和支承基板侧的无机氧化物层的表面叠合,通过羟基彼此之间的氢键合而使压电薄膜侧的无机氧化物层和支承基板侧的无机氧化物层相接合。接下来,通过200°C以上的热处理,使H2O从氢键合的羟基之中脱离,由此能够大幅地提高压电薄膜侧的无机氧化物层与支承基板侧的无机氧化物层的接合强度。
[0004]此外,在被称作活性化接合的接合法中,首先通过在惰性气体气氛或者真空中对被镜面加工后的压电薄膜侧的接合面和支承基板侧的接合面的各个面进行溅射蚀刻,从而完成污染物从表面的去除和表面的活性化。在该状态下,通过使压电薄膜侧的接合面和支承基板侧的接合面叠合,从而压电薄膜侧的接合面和支承基板侧的接合面隔着非晶层而被稳固地接合。
[0005]此外,在使用了树脂系的粘接层的接合法中,在压电薄膜侧或者支承基板侧的接合面形成粘接层,接下来使压电薄膜侧和支承基板侧的接合面彼此之间叠合并固化,从而压电薄膜侧和支承基板侧的接合面彼此之间被稳固地接合。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开平6-326553号公报
【发明内容】

[0009]发明要解决的课题
[0010]然而,在如亲水键合那样的需要200°C以上的较高的高温的热处理的接合法中,若压电薄膜与支承基板之间的线膨胀系数差大,则由于会引起因在热处理时所产生的热应力而使得压电薄膜从支承基板剥落等的不良情况,因此无法稳定地实现稳固的接合。
[0011]相对于此,在活性化接合中,即便不进行亲水化接合那样的高温下的热处理,也可实现稳固的接合,故压电体与支承基板之间的线膨胀系数差不会成为较大的制约。
[0012]另一方面,在活性化接合中,由于针对于表面的污染物的容许误差低,进行接合时的接合环境的管理严格,因此难以稳定地实现稳固的接合。此外,例如诸如LN基板和在表层形成有氮化硅膜的基板那样,通过材质的组合却无法实现充分的接合强度。[0013]此外,在利用了树脂系的粘接剂的接合法中,由于当被施加热时粘接剂会软化,因此在支承基板和压电薄膜存在线性膨胀系数差的材料中,于加热后有时会在支承基板和压电薄膜发生偏离从而导致起伏。
[0014]因而,本发明的目的在于实现在非加热环境下稳定地实现稳固的接合的同时不会引起特性劣化的压电器件、以及压电器件的制造方法。
[0015]用于解决课题的手段
[0016]本发明所涉及的压电器件具备压电薄膜、支承基板、氧化硅层、和吸湿层。压电薄膜由压电体构成。支承基板在一个主面侧层叠有压电薄膜。氧化硅层由氧化硅构成,且设置在压电薄膜与支承基板之间。吸湿层的吸湿性高于压电薄膜以及支承基板的吸湿性,且吸湿层与氧化硅层的大致整个面相接地设置在压电薄膜与支承基板之间。
[0017]本发明所涉及的压电器件的制造方法具有吸湿层形成工序、吸湿工序、粘合剂层形成工序、粘合工序、和粘合剂层固化工序。吸湿层形成工序是在压电基板和支承基板的至少一个接合面侧形成吸湿层的工序。吸湿工序是使所述吸湿层吸湿水分的工序。粘合剂层形成工序是在压电基板或者支承基板的接合面侧形成由包含二氧化硅前体的材料构成的粘合剂层的工序。粘合工序是在各个接合面之间,隔着所述粘合剂层和所述吸湿层而将所述压电基板和所述支承基板粘合的工序。粘合剂层固化工序是通过被所述吸湿层吸湿的水分使所述二氧化硅前体发生水解而转化为二氧化硅的工序。在此所利用的二氧化硅前体为即便在100度以下也会促进水解反应的材料。
[0018]在该制造方法中,通过向即便是50°C至100°C程度的低温也具有活性的二氧化硅前体提供被吸湿层吸湿的水分,从而二氧化硅前体发生水解而转化为二氧化硅。由此,粘合剂层固化。因此,通过在非加热环境下或者低温加热环境下促进该水解反应,从而能够在未伴有压电基板的裂纹、支承基板的裂纹等的情况下稳定且稳固地接合压电基板和支承基板。为此,可以如抑制压电基板、支承基板的线性膨胀系数差所造成的制约、且使器件特性、可靠性最优化那样地选择材质。通过该接合而形成的氧化硅层,因为硬度高且电导率低,所以几乎没有因氧化硅层的存在而导致的器件特性的劣化。此外,通过将吸湿层设置在接合面的整个面,由此能向接合面的整个面提供水分,能够防止接合强度不均而局部下降。
[0019]另外,使用了这样的二氧化硅前体的二氧化硅的生成法一般被称作溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法中所使用的二氧化硅前体是相对于溶媒可溶、且通过水解反应或聚合反应而转变为二氧化硅的组成物。这样的二氧化硅前体一般例如作为SOG(Spin on Grass)材而流通。其中,作为SOG材最为普及的硅烷醇系(例如“-Si (OH)4_”的聚合体)的材料,因为在生成二氧化硅时需要在400°C程度的高温下的加热,所以不适于用于制造压电器件。适于制造压电器件的二氧化硅前体例如为即便在100度以下也会促进水解反应的硅酸酯、聚硅氮烷等。硅酸酯例如是组成为Si4O3(OCH3)ltl的材料。此外,聚硅氮烷例如是组成为“-(SiH2NH)-” 的聚合体。
[0020]在上述的压电器件的制造方法中,优选所述压电基板由压电体单晶构成。压电基板例如为LT基板、LN基板、水晶基板等。
[0021]这样的压电基板,吸湿性极低,设置吸湿层所带来的效用大。
[0022]在上述的压电器件的制造方法中,优选所述吸湿层为多孔质膜、氮化铝膜、以低真空度下的溅射或低温CVD所形成的氧化硅层中的任一者。[0023]这些吸湿层与压电基板或支承基板相比吸湿性充分高,此外即便被层叠于压电基板上也不会在特性方面或者可靠性方面带来不良影响。
[0024]在上述的压电器件的制造方法中,优选在减压气氛下实施所述粘合工序以及所述粘合剂层固化工序。
[0025]由此促进粘合剂层中含有的溶剂成分的挥发,能够防止或者抑制在接合面产生孔隙。
[0026]在上述的压电器件的制造方法中,优选具有离子注入工序、和分离工序。离子注入工序是自压电基板的接合面侧起注入离子的工序。分离工序是通过加热而从由所述离子所造成的压电基板的缺陷层之中将接合面侧的区域作为压电薄膜进行分离的工序。
[0027]或者,在上述的压电器件的制造方法中,优选具有离子注入工序、临时支承工序、分离工序、和支承工序。临时支承工序是在压电基板的离子注入面侧形成临时支承基板的工序,其中该临时支承基板由与所述压电基板同种材料构成、或者作用于该临时支承基板与所述压电基板之间的界面处的热应力小于作用于所述支承基板与所述压电基板之间的界面处的热应力。支承工序是在自所述压电基板分离出的所述压电薄膜形成所述支承基板的工序。
[0028]在这些制造方法中,能够将压电薄膜形成为稳定的膜厚和所期望的结晶方位,并且能够提高压电体的材料利用效率。此外,在该制造方法中,在压电薄膜的厚度方向上离子分布密度发生偏颇。其结果,压电薄膜成为略微翘曲的状态,在与支承基板的接合方面容易产生困难。然而,在采用本制造方法的情况下,可以在低温环境下抑制热应力的影响的同时接合压电基板和支承基板,因此效用非常大。
[0029]在上述的压电器件的制造方法中,优选具有在压电薄膜形成功能电极的功能电极形成工序。
[0030]在这些制造方法中,利用由二氧化硅前体的水解反应所引起的向二氧化硅的转化而使压电薄膜和支承基板稳固地接合,从而能够获得防止了自功能电极的信号泄漏的压电器件。
[0031]发明效果
[0032]根据本发明,因为在压电基板和支承基板的接合中使用含有在低温下转化的二氧化硅前体的粘合剂层,所以通过二氧化硅前体的二氧化硅化,粘合剂层自低温起固化,从而能够稳固且稳定地接合压电基板和支承基板。而且,因为在压电基板和支承基板的接合面设有硬度高且电导率低的粘合剂层,所以能够防止压电器件的特性劣化、可靠性降低。进而,为了向二氧化硅前体提供水分而设置吸湿层,从而能够使粘合剂层所带来的接合强度均匀化、稳定化。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]图1是说明本发明的第I实施方式所涉及的弹性波器件的构成的图。
[0034]图2是说明本发明的第I实施方式所涉及的弹性波器件的制造方法的制造流程的图。
[0035]图3是图2所示的制造流程的各工序中的示意图。
[0036]图4是图2所示的制造流程的各工序中的示意图。[0037]图5是说明本发明的第2实施方式所涉及的弹性波器件的制造方法的制造流程的图。
[0038]图6是图5所示的制造流程的各工序中的示意图。
[0039]图7是图5所不的制造流程的各工序中的不意图。
[0040]图8是说明本发明的第3实施方式所涉及的弹性波器件的制造方法的制造流程的图。
[0041]图9是图8所示的制造流程的各工序中的示意图。
[0042]图10是图8所示的制造流程的各工序中的示意图。
【具体实施方式】
[0043]《第I实施方式》
[0044]首先,关于本发明的第I实施方式所涉及的压电器件,将SAW(Surface AcousticWave)器件作为具体例来进行说明。
[0045]图1是表示本实施方式的SAW器件10的构成的图。
[0046]SAW 器件 10 具备:层叠基板部 80、IDT (Interdigital Transducer)电极 50、布线60、和保护绝缘膜70。层叠基板部80,作为整体的厚度为约250 μ m,且具备压电体单晶薄膜
11、支承基板12、吸湿层31、氧化硅层33、和电介质层21。
[0047]支承基板12设置在层置基板部80的最底面。在此,支承基板12由氧化招基板或者氧化镁基板构成。氧化铝基板、氧化镁基板是热传导良好且线性膨胀系数小于压电单晶材料的材质。通过使用这样的支承基板12,从而SAW器件10的频率温度特性、散热性、耐功率性得以改善。
[0048]氧化硅层33层叠地形成于支承基板12的上表面。该氧化硅层33的详细内容将在后面叙述,是为了支承基板12和压电体单晶薄膜11的接合而设置的。氧化硅层33由氧化硅构成。
[0049]吸湿层31层叠地形成于氧化娃层33的上表面。在此,吸湿层31是膜厚为1400nm的氮化铝(AlN)膜。该吸湿层31的详细内容将在后面叙述,是为了向粘合剂层32(未图示)提供水分而设置的。另外,吸湿层31只要是与压电单晶基板1、支承基板12相比吸湿性高的材质即可,也可由其他材质构成。例如,可以是以喷涂法所形成的氧化铝、氧化钇或二氧化硅系的层、以200°C以下的低温或者0.1至IOPa的低真空度下的溅射法或CVD法所形成的氧化硅层、混合了树脂或挥发成分的层等的、具备多孔性微细结构的层。
[0050]另外,关于吸湿层31,若杨氏模量过低,则耐不住来自压电单晶基板I (未图示)或压电体单晶薄膜11的膜应力,从而裂纹等成为问题。相反地,若杨氏模量过高,则受压电单晶基板I (未图示)或压电体单晶薄膜11与支承基板12之间的线性膨胀系数差的影响而易于断裂。此外,若介电常数过高,则会对器件特性造成不良影响,尤其在高频器件的情况下,由于布线间的电容大,因此器件特性劣化变得显著。此外,若与压电体材料的线性膨胀系数差过大,则可靠性劣化。基于上述原因,吸湿层31也可鉴于杨氏模量、介电常数、线性膨胀系数等的观点来选定材料。
[0051]电介质层21层叠地形成于吸湿层31的上表面。在此,电介质层21是膜厚为700nm的氧化硅层。该电介质层21是以发挥将SAW器件10中的表面弹性波限制在表层来获得良好特性的功能的目的而设置的。另外,电介质层21不是必须构成,也可不设置。
[0052]压电体单晶薄膜11层叠地形成于电介质层21的上表面。在此,压电体单晶薄膜11为LT (钽酸锂)单晶的薄膜。另外,压电体单晶薄膜11的材料可以从LT、LN(LiNbO3)、LBO(Li2B4O7)、硅酸镓镧(La3Ga5SiO14)、KN(KNbO3)等的压电体之中适当地选择。
[0053]IDT电极50、布线60图案形成于压电体单晶薄膜11的上表面。IDT电极50相对于压电体单晶薄膜11而发生机电耦合,与压电体单晶薄膜11 一起构成表面弹性波谐振器。布线60在IDT电极50与外部电路之间传递高频信号。在此,IDT电极50、布线60是铝和钛的层叠膜。
[0054]图2是说明本实施方式的SAW器件的制造流程的图。
[0055]图3、4是制造流程的各工序中的示意图。
[0056]首先,准备压电单晶基板1,为了之后分离压电体单晶薄膜11 (未图示标号)而自压电单晶基板I的主面1A(接合面1A)侧起射入离子(SlOl)。该工序相当于本实施方式中的离子注入工序。由此,如图3(S101)所示,在距压电单晶基板I的接合面IA为规定深度的位置处形成缺陷层2。缺陷层2是向压电单晶基板I注入的离子的原子集中地存在的区域。
[0057]更具体而言,在此所采用的离子为氢离子。而且,氢离子以80KeV的加速电压、且成为1.0X 1017atom/cm2的剂量地射入到压电单晶基板I。由此,缺陷层2形成在距接合面IA的深度约550nm的位置。缺陷层2的形成位置由离子注入时的加速电压所决定,例如在约一半的深度形成缺陷层2的情况下,只要将加速电压设为约一半即可。另外,所注入的离子除了氢离子之外还可以从氦离子、氩离子等之中适当地选择。
[0058]接下来,如图3(S102)所示,在压电单晶基板I的接合面IA形成电介质层21(S102)。
[0059]接下来,如图3(S103)所示,在电介质层21的表面形成吸湿层31 (S103)。该工序相当于本实施方式中的吸湿层形成工序。
[0060]接下来,如图3(S104)所示,在吸湿层31的表面形成氧化硅层41,其表面根据CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等被平坦化(S104)。该氧化娃层41是为使表面平坦化而设置的,通过将氧化硅层41的膜厚形成得较薄至约I μ m以下,从而能够防止从吸湿层31向粘合剂层32(未图示)的水分提供受到阻碍。
[0061]接下来,将形成有吸湿层31的压电单晶基板I放置在充满水蒸气的高湿槽的内部达一定时间以上(S105)。由此,如图3(S105)所示,吸湿层31吸收水分。该工序相当于本实施方式中的吸湿工序。另外,也可通过将形成有吸湿层31的压电单晶基板I放置在湿度不是0%的大气气氛中、或者使层叠基板浸溃到水中、或者使水滴雾化,由此来实现该工序。
[0062]此外,如图3 (Slll)所示,准备支承基板12,在支承基板12的表面形成粘合剂层32 (Slll)。该工序相当于本实施方式中的粘合剂层形成工序。
[0063]在此,所谓粘合剂层32,是指由使二氧化硅前体溶解或者混合到溶剂成分中的SOG材构成的层。因而,优选形成有粘合剂层32的支承基板12在粘合剂层形成之后置于减压气氛、或者一百几十度的加热气氛下促使粘合剂层32中含有的溶剂成分的挥发。
[0064]此外,在此所使用的二氧化硅前体是组成为Si4O3(OCH3)ltl的硅酸酯、或者组成为“-(SiH2NH)-”的聚合体的聚硅氮烷。这些二氧化硅前体,即便在50°C至100°C程度的低温下也具有活性,通过提供水分来促进水解反应从而推进二氧化硅化。以下,示出基于这些二氧化硅前体的水解的反应式。
[0065]硅酸酯:
[0066]Si4O3 (OCH3) 10+10H20 — Si4O3 (OH) 10+1OCH3OH
[0067]Si4O3 (OH) 10 — 4Si02+5H20
[0068]聚硅氮烷:
[0069]- (SiH2NH) -+H2O — Si02+NH3+2H2
[0070]另外,作为二氧化硅前体,只要是在50°C至100°C程度的低温下通过水解反应、聚合反应而转化为二氧化硅的前体即可,也可使用除了上述之外的组成。
[0071]接下来,如图4(S121)所示,使支承基板12侧的粘合剂层32和压电单晶基板I侧的氧化硅层41 (未图示标号)叠合而将两者粘合(S121)。该工序相当于本实施方式中的粘合工序。该工序也在减压气氛、或者一百几十度的加热气氛下实施,当促进粘合剂层32中包含的溶剂成分的挥发时能够抑制在接合面产生孔隙,故优选。
[0072]接下来,将压电单晶基板I和支承基板12的接合体置于80°C的加热环境下放置一定时间(S122)。通过置于这样的加热环境下,由此来促进粘合剂层32的二氧化硅化,二氧化硅前体自低温起转化为二氧化硅(氧化硅)。因此,该工序相当于本实施方式中的粘合剂层固化工序。由此,如图4(S122)所示,从粘合剂层32 (未图示)形成氧化硅层33,支承基板12和压电单晶基板I被稳固地接合。从吸湿层31向粘合剂层32提供水分,在低温且短时间内推进粘合剂层32中包含的二氧化硅前体的二氧化硅化。
[0073]另外,在压电单晶材料为LT或LN的情况下,特别是压电单晶材料的热释电性成为问题。即,在接合压电单晶基板I和支承基板12之际,若长时间地作用高温下的热负荷,则由于在压电单晶基板I所产生的热释电电荷,有时会破坏器件的功能电极、或者发生压电单晶的极化反转而使压电性劣化。然而,如本实施方式那样,在低温的加热下实施压电单晶基板I和支承基板12的稳固接合的情况下,因为热释电电荷的产生得到抑制,所以可以实现良好的器件特性。
[0074]接下来,隔着氧化硅层33而稳固地接合的支承基板12和压电单晶基板I的接合体置于约250°C的加热环境下(S123)。于是,如图4(S123)所示,压电单晶基板I (未图示标号)在缺陷层2 (未图示标号)发生分离,形成压电体单晶薄膜11。该工序相当于本实施方式中的分离工序。
[0075]这样,通过采用离子注入和热处理来分离压电体单晶薄膜11,从而能够容易地制造保持良好的膜厚分布且极薄的膜厚的压电体单晶薄膜11。此外,由于压电单晶基板I可以任意地设定结晶方位,因此通过采用向该压电单晶基板I的离子注入来形成压电体单晶薄膜11,从而压电体单晶薄膜11的结晶方位也可任意地设定。由此,能够获得作为SAW器件所期望的结晶方位的压电体单晶薄膜11,并提高SAW器件的压电特性。
[0076]接下来,如图4(S124)所示,压电体单晶薄膜11的表面根据CMP法等而被平坦化(S124)。
[0077]接下来,如图5(S125)所示,在压电体单晶薄膜11的表面形成SAW器件的动作所需的IDT电极50、布线60、以及保护绝缘膜70(S125)。该工序相当于本实施方式中的功能电极形成工序。然后,通过单片化来制造SAW器件。[0078]在以上的SAW器件的制造方法中,由于自低温起推进粘合剂层的二氧化硅化而体现出压电单晶基板I和支承基板12的接合强度,因此即便压电单晶基板I与支承基板12之间的线性膨胀系数差大,也难以在接合时发生各种不良情况。
[0079]尤其是,在本实施方式中,由于通过离子注入来形成压电体单晶薄膜11,因此离子的原子夹在压电体单晶薄膜11的结晶中,其分布密度在压电体单晶薄膜11的厚度方向上有偏颇,因而压电体单晶薄膜11具有膜应力。为此,如果假设为体现接合强度需要高温热处理,则因膜应力和热应力的合成而使得压电体单晶薄膜11 (压电单晶基板I)易于从支承基板12剥离,故难以稳定地实现稳固的接合。因此,可以说向粘合剂层提供充足的水分而自低温起促进二氧化硅化来体现出接合强度的本实施方式的方法,尤其在需要高精度的频率管理的弹性波谐振器器件中,为了抑制接合时的热应力的影响来稳定地实现稳固的接合是极其有效的。
[0080]而且,因为粘合剂层32通过二氧化硅化而成为氧化硅层33,所以可获得硬度极高、电导率极低、且良好的SAW器件的特性。
[0081]另外,在本实施方式中,虽然示出在支承基板12侧设置粘合剂层32、在压电体单晶薄膜11侧设置吸湿层31并接合两者的示例,但是也可将粘合剂层32设置在压电体单晶薄膜11侧、将吸湿层31设置在支承基板12侧并接合两者。此外,也可在支承基板12侧或者压电体单晶薄膜11侧的任一侧层叠设置吸湿层31和粘合剂层32,并接合粘合剂层32和支承基板12、或者粘合剂层32和压电体单晶薄膜11。
[0082]《第2实施方式》
[0083]接下来,关于本发明的第2实施方式所涉及的压电器件的制造方法,将SAW器件的制造方法作为具体例来进行说明。
[0084]在本实施方式中,说明如下的制造方法,S卩:为了恢复通过离子注入而降低一定程度的压电体单晶薄膜的压电性、结晶性,对压电体单晶薄膜实施500°C程度下的高温热处理,以避免因此时的支承基板与压电体单晶薄膜之间的线性膨胀系数差所引起的热变形。
[0085]图5是说明本实施方式的SAW器件的制造流程的图。
[0086]图6、7是制造流程的各工序中的示意图。
[0087]首先,准备压电单晶基板201,自压电单晶基板201的主面20IA (接合面1A)侧起射入离子(S201)。由此,如图6(S201)所示,在距压电单晶基板201的接合面201A为规定深度的位置处形成缺陷层202。
[0088]接下来,如图6(S202)所示,在压电单晶基板201的接合面201A形成被蚀刻层291 (S202)。优选被蚀刻层291的表面根据CMP法等而被平坦化。该被蚀刻层291之后通过蚀刻而被去除。在此所使用的被蚀刻层291是膜厚为3 μ m的Cu膜。
[0089]此外,如图6 (S203)所示,准备临时支承基板212,在临时支承基板212的表面也形成被蚀刻层292(S203)。优选被蚀刻层292的表面根据CMP法等而被平坦化。在此所使用的临时支承基板212是与压电单晶基板201相同的材质。因而,通过使作为后续工序的压电体单晶薄膜211 (未图示标号)的高温热处理在与由同种材质构成的临时支承基板212相接合的状态下实施,从而能够防止与高温热处理相伴的压电单晶基板201的裂纹等。另夕卜,临时支承基板212的材质也可以是与压电体单晶薄膜211 (未图示标号)之间的线膨胀系数差小的其他材质。此外,在此所使用的被蚀刻层292是膜厚为3 μ m的Cu膜。[0090]接下来,如图6(S204)所示,被蚀刻层292(未图示标号)和被蚀刻层291 (未图示标号)被接合,形成被蚀刻接合层293 (S204)。这里的接合法只要是可获得某种程度的接合强度的接合法即可。因为临时支承基板212和压电单晶基板201的线性膨胀系数相等,所以也可使用需要加热的接合法。
[0091]接下来,隔着被蚀刻接合层293而相接合的临时支承基板212和压电单晶基板201的接合体置于约250°C的加热环境下(S205)。于是,如图6(S205)所示,压电单晶基板201 (未图示标号)在缺陷层202 (未图示标号)发生分离,形成压电体单晶薄膜211。接着,将隔着被蚀刻接合层293而相接合的临时支承基板212和压电体单晶薄膜211的接合体置于约500°C的高温环境下。于是,通过离子注入而瓦解的压电体单晶薄膜211的结晶性得以恢复。另外,由于临时支承基板212和压电单晶基板201 (未图示标号)为相同的材质且线性膨胀系数相同,因此几乎不会发生因这些热处理所引起的变形,可防止压电单晶基板201受到破坏。
[0092]接下来,如图6(S206)所示,压电体单晶薄膜211的表面根据CMP法等而被平坦化(S206)。
[0093]经过到此为止的工序,构成了隔着被蚀刻接合层293将压电体单晶薄膜211与临时支承基板212接合在一起的薄膜临时支承结构200。
[0094]接下来,如图7(S207)所示,在薄膜临时支承结构200中的压电体单晶薄膜211的表面形成电介质层221 (S207)。
[0095]接下来,如图7(S208)所示,在薄膜临时支承结构200中的电介质层221的表面形成吸湿层231(S208)。
[0096]接下来,如图7(S209)所示,在薄膜临时支承结构200中的吸湿层231的表面形成氧化硅层241,其表面根据CMP法等而被平坦化(S209)。
[0097]接下来,将形成有吸湿层231的薄膜临时支承结构200放置到充满水蒸气的高湿槽的内部达一定时间以上(S210)
[0098]此外,如图7(S211)所示,准备支承基板213,在支承基板213的表面形成粘合剂层233(S211)。
[0099]接下来,如图7 (S221)所示,使支承基板213侧的粘合剂层233和薄膜临时支承结构200侧的氧化硅层241叠合而将两者粘合(S221)。
[0100]接下来,将薄膜临时支承结构200和支承基板213的接合体置于80°C的加热环境下放置一定时间(S222)。通过置于这样的加热环境下,从而促进粘合剂层233的二氧化硅化而二氧化硅前体自低温起转化为二氧化硅(氧化硅)。由此,如图7 (S222)所示,从粘合剂层233 (未图示)形成氧化硅层234,支承基板213和薄膜临时支承结构200被稳固地接

口 ο
[0101]接下来,将接合了压电体单晶薄膜211、临时支承基板212、支承基板213的接合体浸溃在硝酸等的蚀刻液中蚀刻被蚀刻接合层293,去除被蚀刻接合层293以及临时支承基板212 (S223)。由此,构成了如图7 (S223)所示那样的、压电体单晶薄膜211和支承基板213隔着氧化硅层234而相接合的结构体。
[0102]然后,与第I实施方式同样地(参照图4。),形成IDT电极、保护绝缘膜,通过单片化而制造SAW器件(S224)。[0103]在该第2实施方式中,在使临时支承基板形成于压电基板的离子注入面侧的状态下分离压电薄膜。临时支承基板由作用于与压电基板之间的界面处的热应力几乎不存在、或者小于作用于支承基板与压电基板之间的界面处的热应力这样的材料构成。因而,与以往相比,能够抑制在压电薄膜分离时因热应力而使得在压电薄膜发生不良情况的危险性。另一方面,因为在用于分离压电薄膜的加热之后使支承基板形成于压电薄膜,所以支承基板的构成材料不用考虑作用于支承基板与压电薄膜之间的界面处的热应力,而能够选定具有任意的线膨胀系数的构成材料。
[0104]因而,可提高压电薄膜的构成材料与支承基板的构成材料之间的组合的选择性。例如,在滤波器用途的器件中,通过大幅减小支承基板的构成材料的线膨胀系数以小于压电薄膜的线膨胀系数,从而可以提高滤波器的温度-频率特性。此外,可以对支承基板选定热传导率的性能高的构成材料以提高散热性以及耐功率性,可以选定便宜的构成材料以使器件的制造成本变得低廉。
[0105]《第3实施方式》
[0106]接下来,关于本发明的第3实施方式所涉及的压电器件,将以隔膜结构支承压电体单晶薄膜的BAW(Bulk Acoustic Wave)器件的制造方法作为具体例来进行说明。
[0107]图8是说明本实施方式的BAW器件的制造流程的图。
[0108]图9、10是制造流程的各工序中的示意图。
[0109]在本实施方式中,首先以与第2实施方式相同的方法,形成图9 (S301)所示那样的、压电体单晶薄膜311隔着被蚀刻接合层393而与临时支承基板312接合的薄膜临时支承结构 300(S301)。
[0110]接下来,如图9(S302)所示,在薄膜临时支承结构300中的压电体单晶薄膜311的表面形成用于驱动BAW器件的下部电极图案321 (S302)。
[0111]接下来,如图9(S303)所示,在薄膜临时支承结构300中的压电体单晶薄膜311的表面形成牺牲层图案331以覆盖下部电极图案321 (S303),其中该牺牲层图案331用于形成隔膜结构的空孔部。
[0112]接下来,如图9(S304)所示,在薄膜临时支承结构300中的压电体单晶薄膜311的表面形成隔膜支承层341以覆盖牺牲层图案331 (S304)。隔膜支承层341在溅射成膜后根据CMP法而使表面平坦化。在此所使用的隔膜支承层341是氧化硅层。
[0113]此外,如图9(S305)所示,在薄膜临时支承结构300中的隔膜支承层341的表面成膜吸湿层351以及平坦化用的氧化硅层361 (S305)。然后,氧化硅层361的表面根据CMP法等而被平坦化,薄膜临时支承结构300放置到充满水蒸气的高湿槽的内部达一定时间以上。
[0114]接下来,如图9(S306)所示,准备支承基板313,在支承基板313的表面形成粘合剂层 343(S306)。
[0115]接下来,如图10(S307)所示,使支承基板313侧的粘合剂层343和薄膜临时支承结构300侧的氧化硅层361叠合而将两者粘合(S307)。
[0116]接下来,将薄膜临时支承结构300和支承基板313的接合体置于80°C的加热环境下放置一定时间(S308)。通过置于这样的加热环境下,从而促进粘合剂层343的二氧化硅化而二氧化硅前体自低温起转变为二氧化硅(氧化硅)。由此,如图10(S308)所示,从粘合剂层343(未图示)形成氧化硅层344,支承基板313和薄膜临时支承结构300被稳固地接
口 ο
[0117]接下来,接合了压电体单晶薄膜311、临时支承基板312、支承基板313的接合体被浸溃在硝酸等的蚀刻液中,对被蚀刻接合层393进行蚀刻,以去除被蚀刻接合层393以及临时支承基板312(S309)。由此,形成如图10(S309)所示那样的、压电体单晶薄膜311和支承基板313隔着氧化硅层344相接合的结构体。
[0118]接下来,如图10(S310)所示,压电体单晶薄膜311被进行开孔加工,并且形成用于驱动BAW器件的上部电极图案322(S310)。
[0119]接下来,如图10(S311)所示,从压电体单晶薄膜311的窗孔向牺牲层图案331(未图示标号)导入腐蚀剂,去除牺牲层图案331 (未图示标号)而形成隔膜空间331A(S312)。
[0120]然后,通过单片化而制造BAW器件。
[0121]另外,虽然根据以上的各实施方式所示的制造方法能制造本发明的压电器件,但是压电器件也可以其他方法进行制造。例如,除了通过向压电单晶基板的离子注入和剥离来实现压电单晶薄膜的形成之外,还可以通过压电单晶基板的研磨、压电单晶基板的蚀刻等来实现压电单晶薄膜的形成。
[0122]此外,作为压电器件,虽然在本实施方式中示出了 SAW器件和BAW器件,但是并不限于此,也可适用于设有绝缘层以覆盖IDT电极的弹性边界波器件、板波器件、拉姆(Lamb)波器件等。
[0123]-符号说明-
[0124]1,201..?压电单晶基板
[0125]1A、201A …接合面
[0126]2、202…缺陷层
[0127]10 …SAW 器件
[0128]11、211、311…压电体单晶薄膜
[0129]12、213、313 …支承基板
[0130]21、221…电介质层
[0131]31、231、351...吸湿层
[0132]32、233、343 …粘合剂层
[0133]33、41、234、241、344、361..?氧化硅层
[0134]50…IDT 电极
[0135]60…布线
[0136]70…保护绝缘膜
[0137]80…层叠基板部
[0138]200、300…薄膜临时支承结构
[0139]212、312…临时支承基板
[0140]291、292 …被蚀刻层
[0141]293、393…被蚀刻接合层
[0142]321..?下部电极图案
[0143]322…上部电极图案[0144]331..?牺牲层图案
[0145]331A…隔膜空间
[0146] 341...隔膜支承层
【权利要求】
1.一种压电器件,具备: 压电薄膜,由压电体构成; 支承基板,在一个主面侧层叠有所述压电薄膜; 氧化硅层,由氧化硅构成,且设置在所述压电薄膜与所述支承基板之间;和吸湿层,吸湿性高于所述压电薄膜以及所述支承基板的吸湿性,且与所述氧化硅层的大致整个面相接地设置在所述压电薄膜与所述支承基板之间。
2.一种压电器件的制造方法,具有: 吸湿层形成工序,在压电基板和支承基板的至少一个接合面侧形成吸湿层; 吸湿工序,使所述吸湿层吸湿水分; 粘合剂层形成工序,在所述压电基板或者所述支承基板的接合面侧形成粘合剂层,该粘合剂层由包括即便是100度以下的温度也会促进水解反应的二氧化硅前体在内的材料构成; 粘合工序,在各个接合面之间,隔着所述粘合剂层和所述吸湿层而将所述压电基板和所述支承基板粘合;和 粘合剂层固化工序,通过被所述吸湿层吸湿的水分使所述二氧化硅前体发生水解而转化为二氧化硅。
3.根据权利要求2所述的压电器件的制造方法,其中, 所述压电基板由压电体单晶构成。
4.根据权利要求3所述的压电器件的制造方法,其中, 所述压电基板为钽酸锂基板、铌酸锂基板、或者水晶基板。
5.根据权利要求2~4中任一项所述的压电器件的制造方法,其中, 所述吸湿层为多孔质膜、氮化铝膜、或者以低真空度下的溅射法或低温CVD法所形成的氧化硅层中的任一者。
6.根据权利要求2~5中任一项所述的压电器件的制造方法,其中, 在减压气氛下实施所述粘合工序以及所述粘合剂层固化工序。
7.根据权利要求2~6中任一项所述的压电器件的制造方法,其中, 所述压电器件的制造方法具有: 离子注入工序,向压电基板注入已离子化的元素而形成在所述压电基板之中所述元素集中地存在的区域;和 分离工序,通过加热而将所述压电基板中的接合面侧的区域作为压电薄膜进行分离。
8.根据权利要求2~6中任一项所述的压电器件的制造方法,其中, 所述压电器件的制造方法具有: 离子注入工序,向压电基板注入已离子化的元素而形成在所述压电基板之中所述元素集中地存在的区域; 临时支承工序,在所述压电基板的离子注入面侧形成临时支承基板,该临时支承基板由与所述压电基板同种材料构成、或者作用于所述临时支承基板与所述压电基板之间的界面处的热应力小于作用于所述支承基板与所述压电基板之间的界面处的热应力; 分离工序,通过加热而将所述压电基板中的与所述临时支承基板之间的接合面侧的区域作为压电薄膜进行分离;和支承工序,在自所述压电基板分离出的所述压电薄膜形成所述支承基板。
9.根据权利要求2~8中任一项所述的压电器件的制造方法,其中,所述压电器件的制造方法具有:功能电极形成工序,在所述压电薄膜形成功能电极。
【文档编号】H03H3/02GK103765768SQ201280041623
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月23日 优先权日:2011年8月26日
【发明者】岩本敬 申请人:株式会社村田制作所
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