静磁波器件及其制造方法

专利名称：静磁波器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有非磁性柘榴石(garnet)衬底、磁性柘榴石层和磁场发生器的静磁波器件及其制造方法。
静磁波器件用于压控振荡器(VCO)等，主要用于微波频带和准微波频带，具有根据高频磁场的改变而产生特定频率静磁波的静磁波元件。


图12A展示了一种静磁波谐振器的结构实例，其中磁性柘榴石层6形成于由非磁性柘榴石构成的衬底7的部分表面上，微波带状线11和12形成于磁性柘榴石层6的表面上。另外，电极焊盘13和14及微波带状线15形成于衬底7的表面上，并且磁性柘榴石层6夹于两者间。电极焊盘13和14分别与微波带状线11和12的端部相连，微波带状线15连接微波带状线11和12的另一端。为了提供激发静磁波的RF信号而提供每根微波带状线。电极焊盘之一的电极焊盘14连接到接地导体，另一电极焊盘13接输入/输出。
如图12B所示，上述静磁波谐振器设置于磁场发生器的一对磁极17a和17b之间。磁极中的一个磁极17a也作为接地导体。静磁波谐振器借导电膏层19粘附并固定到上述一个磁极17a的平坦磁极表面18a上，并具有以下结构，在磁性柘榴石层6上加垂直于磁性柘榴石层6表面的磁场。
例如，JP-B-60-26284和JP-B-58-106814介绍了构图这种静磁波器件的磁性柘榴石层的方法。这些方法中，通过粘附和形成由不溶于热磷酸的材料[SiO2或含聚酰亚胺的耐热聚合物(商品名为PIQ，由Hitachi Kasei提供)等]构成的抗蚀剂层，形成具有某种图形的磁性柘榴石层，并且磁性柘榴石层的部分表面上具有预定的图形，然后将所得层叠结构浸入温度为几十℃-200℃的磷酸溶液中，腐蚀其上没形成抗蚀剂层的那部分磁性柘榴石层。
按上述常规构图方法，靠近其表面的磁性柘榴石层的侧面即腐蚀期间靠近抗蚀剂层的区构成几乎成垂直的斜面，靠近衬底的区构成较平缓的斜面。如图12A的12B所示，微波带状线11、12和15及电极焊盘13和14整体形成为U字形导体图形，延伸于磁性柘榴石层6的表面和衬底7的表面上。如果磁性柘榴石层6和衬底7的表面具有由几乎垂直斜面构成的高度差，则存在着导体图形易在其四周破裂的问题。
而且，在将层叠结构浸于热磷酸溶液中构图磁性柘榴石层6时，同时也腐蚀了衬底7的背面(不形成磁性柘榴石层的表面)，结果衬底7的背面由于腐蚀速率的局部差异不再平滑。所以引起了衬底7的背面与磁极面18a不再彼此平行，使得加于磁性柘榴石层6表面的磁场角度偏离预想的值。
为了克服常规静磁波器件的上述问题产生了本发明。本发明的第一目的是形成延伸于非磁性柘榴石衬底上和磁性柘榴石层表面上的导体图形，而没有任何破裂。本发明第二目的是精确控制加于磁性柘榴石层表面的磁场的角度。
借助以下的方案(1)-(12)之中任何一项皆可以实现上述目的。
(1)一种静磁波器件，包括由非磁性柘榴石构成的衬底、形成于该衬底表面上的磁性柘榴石层、及用于向磁性柘榴石层加磁场的磁场发生器，磁性柘榴石层的侧面形成为斜面，并满足t/L=0.08-1.00其中L是斜面水平方向的长度，t是磁性柘榴石层的厚度。
(2)一种制造包括由非磁性柘榴石构成的衬底、形成于该衬底表面上的磁性柘榴石层、及用于向磁性柘榴石层加磁场的磁场发生器的静磁波器件的方法，该方法包括在衬底的表面上形成叠层的层叠步骤，从衬底侧算起所说叠层依次具有的磁性柘榴石层、中间层和抗蚀剂层；成形步骤，使中间层和抗蚀剂层成形为岛形；腐蚀步骤，将其上形成有叠层的衬底浸入热磷酸溶液中，选择性去掉没有涂敷抗蚀剂层的磁性柘榴石层部分，中间层由比构成抗蚀剂层的材料更易溶于热磷酸溶液的材料构成。
(3)在制造静磁波器件的上述(2)方法中，热磷酸溶液的温度为150-230℃。
(4)在制造静磁波器件的上述(2)或(3)方法中，中间层由Cr构成。
(5)在制造静磁波器件的上述(4)方法中，中间层的厚度为40-60nm。
(6)在制造静磁波器件的上述(2)-(5)方法的任一方法中，抗蚀剂层由Au构成。
(7)在制造静磁波器件的上述(6)方法中，抗蚀剂层的厚度为0.2-1微米。
(8)在制造静磁波器件的上述(2)-(7)方法的任一方法中，在腐蚀步骤后镜面抛光磁性柘榴石层。
(9)在制造静磁波器件的上述(2)-(8)方法的任一方法中，在浸入热磷酸溶液之前，在衬底的背面上形成由比构成衬底的材料较不易溶于热磷酸溶液的材料构成的保护抗蚀剂层。
(10)在制造静磁波器件的上述(9)方法中，保护层由Au构成。
(11)在制造静磁波器件的上述(9)或(10)方法中，在衬底和保护层间形成粘合(binder)层。
(12)在制造静磁波器件的上述(11)方法中，粘合层由Cr构成。
按本发明，为了通过利用热磷酸溶液的腐蚀形成静磁波器件的磁性柘榴石层，预先在磁性柘榴石层和抗蚀剂层间形成由比抗蚀剂层更易溶于热磷酸溶液的材料构成的中间层。热磷酸溶液不仅腐蚀磁性柘榴石层，而且还轻微地腐蚀中间层。因此热磷酸溶液会腐蚀涂有腐蚀过的中间层的磁性柘榴石层区，结果磁性柘榴石层的侧面形成为平缓的斜面。因此，在形成延伸于包括高度不同部分的表面上的导体图形时，导体图形几乎不遭破坏所说高度不同的部分是由具有高度差的衬底表面和磁性柘榴石层表面构成的。按本发明，磁性柘榴石层侧面的倾斜角可以随构成中间层的材料的改变而变化。
另外，在将本发明应用于静磁波谐振器，把磁性柘榴石层的侧面形成为一斜面时，可以改善利用S11测量法得到的Qu值。
正如所描述的，在腐蚀磁性柘榴石层时，也腐蚀了非磁性柘榴石衬底的背面，由于腐蚀速率的局部差异，易使衬底背面的平整度和光滑度变差。尽管通常需要在磁场发生器的一对磁极间设置磁性柘榴石层，使其有一定的角度，但由于衬底背面粗糙很难以预想的角度设置磁性柘榴石层。相反，按本发明，在衬底的背面上形成了保护抗蚀剂层，可以防止衬底背面被腐蚀。因此，可以保持衬底背面和将要设置的磁极面保持不变，使两者彼此平行，容易使加于磁性柘榴石层表面的磁场的角度保持为预想值。
按本发明，在通过腐蚀形成了磁性柘榴石层后，镜面抛光该磁性柘榴石层，使因腐蚀而变粗糙的磁性柘榴石层侧面平整且光滑。另外，可以去掉形成几乎垂直斜面的磁性柘榴石层侧面的区域，并可形成圆度。因此可以作为一个整体调整磁性柘榴石层侧面的斜度，进而增强防止导体图形破裂的效果。
JP-A-4-115702提出了一种静磁波器件，其中部分或整个静磁波传播介质(磁性柘榴石层)的边缘部分从垂直于静磁波的传播平面的平面位移。即，据记载磁性柘榴石层的边缘部分象按本发明得到的静磁波器件那样形成为锥形面。上述公开描述了其应用于滤波器或谐振器可以禁止假模式(spurious mode)的效果。
在上述公开中，将磁性柘榴石层边缘部分形成为锥形面的方法完全不同于本发明的方法。在上述公开中，以一定的角度相对于抛光器械的参考面固定其上形成有磁性柘榴石层的衬底，并进行抛光。然而，无法将上述方法应用于批量生产。即，在批量生产静磁波元件时，一般情况下，构图形成于非磁性柘榴石衬底(晶片或切割之得到的芯片)整个表面上的磁性柘榴石层，以形成许多用于许多元件的矩形图形，并为矩形图形形成导体图形，由此同时得到许多元件。然而，在其中在保持衬底相对于抛光器械的参考面为预定角度的情况下进行抛光的方法中，只有靠近衬底边缘部分的矩形图形可以成为抛光的对象。因此，在采用上述抛光方法时，需要在构图了磁性柘榴石层后，通过切割衬底隔离每个矩形图形，进行抛光，然后利用光刻法等对每个图形形成导体图形。所以批量生产几乎是不可能的。
另外，在上述公开中，所述的锥角为1-20度。然而，该锥角不在本发明的范围内，也不可能实现本发明的上述效果。根据上述公开，可以认为该公开中的锥角涉及到从垂直位置的位移(从磁性柘榴石层边缘面倾斜)。相反，本发明中限定的磁性柘榴石层侧面的倾斜涉及到图3D所示的t/L。在用t/L表示上述公开的锥角时，计算得出它们为2.75-57.3。在t/L象上述值那么大时，几乎不可能具有防止靠近磁性柘榴石层边缘部分的导体图形破裂的效果。而且，上述公开没有记载对Qu值的改善，该值是在谐振器中的磁性柘榴石层边缘面从垂直位置位移时发现的。
日本实用新型申请63-28851(日本实用新型公开1-133818)的说明书记载了一种静磁波元件，该元件构成为通过形成用于传播静磁波的薄层，使其厚度向着其边缘面连续减小，消除边缘面的反射。上述说明书所述的发明根据本发明得到的磁性柘榴石层厚度向着边缘面连续减小的静磁波器件类似。
然而，上述说明书没有记载形成这种磁性柘榴石层使之具有上述形状的方法。而且，据记载，上述说明书中所述的发明效果是消除边缘面的反射，根据此效果，上述说明书中描述的发明不同于在应用于谐振器时可以改善Qu值的本发明。上述说明书记载了要求厚度改变的磁性柘榴石层部分从边缘面算起的深度大于静磁波的波长，以便减弱边缘面的反射。上述说明中从边缘面算起的深度为从倾斜开始的位置到磁性柘榴石层边缘部分的距离。本发明的静磁波器件主要用于静磁波波长为0.1-5mm的情况。如果从倾斜起点到用于上述波长区的元件边缘部分的距离根据上述说明书增大，则不再可能减小元件的尺寸。为实现包括在本发明的效果中的Qu值的改善，不必使倾斜部分的长度大于静磁波长。因此，与上述说明书所述发明的不同在于，本发明可以减小元件的尺寸。
图1A-1J是解释本发明方法的方案Ⅰ的剖面图。
图2是展示85％的热磷酸溶液的温度与磁性柘榴石层的腐蚀速率的关系的曲线图。
图3A-3D是解释通过腐蚀将磁性柘榴石层的侧面形成为斜面的方法的剖面图。
图4A是根据本发明的方法制造的静磁波元件的透视图，图4B是沿图4A的线A-A取的剖面图。
图5A是根据本发明的方法制造的静磁波谐振器的透视图，图5B是展示沿图5A的线A-A取的静磁波谐振器的剖面与磁场发生器间的关系的剖面图。
图6A-6K是展示本发明方法的方案Ⅱ的剖面图。
图7是本发明静磁波元件的光学显微照片，用其代替附图展示形成于衬底上的微细图形。
图8是解释基于根据S11方法获得的数据确定Qu值的方法的曲线图。
图9是展示基于根据S11法得到的数据确定的Qu值的曲线图。
图10是展示腐蚀得到的方形磁性柘榴石层的外观和侧面的光学显微照片，用来作为展示形成于衬底上的微细图形的附图。
图11是展示腐蚀然后镜面抛光得到的方形磁性柘榴石层的外观和侧面的光学显微照片，代替附图展示形成于衬底上的微细图形。
图12A为常规静磁波谐振器的透视图，图12B是展示沿图12A的线A-A取的静磁波谐振器的剖面与磁场发生器间的关系的剖面图。
下面将详细说明本发明的实施例。
本发明中，制造了一种静磁波器件，该器件具有由非磁性柘榴石构成的衬底、形成于衬底表面上的磁性柘榴石层、和将磁场加于磁性柘榴石层的磁场发生器。本发明包括以下将介绍的方案Ⅰ和方案Ⅱ。
方案Ⅰ方案Ⅰ包括层叠步骤、成形步骤和腐蚀步骤。
图1A-1J展示了方案Ⅰ的一系列步骤。
图1A和1B是介绍层叠步骤的示图。在层叠步骤中，在衬底7的表面上形成从衬底侧算起依次具有磁性柘榴石层6、中间层2和抗蚀剂层3的叠层。
具体说，首先，如图1A所示，利用LPE(液相外延)法在如GGG(钆镓柘榴石)等非磁性柘榴石构成的衬底7的表面上形成由YIG(钇铁柘榴石)构成的磁性柘榴石层6。衬底的厚度一般为约0.05-0.4mm。尽管磁性柘榴石层6的厚度一般最好为约5-30微米，但如果按以后将说明的方案Ⅱ抛光磁性柘榴石层6的话，该层的厚度最好稍大些，或约为35-65微米。
然后，如图1B所示，在磁性柘榴石层6的表面上形成中间层2，并在中间层2的表面上形成抗蚀剂层3。一般情况下，磁性柘榴石层6形成于非磁性柘榴石晶片的表面上。当衬底为晶片态时，可以形成中间层和抗蚀剂层，或可以在从晶片取下芯片后，形成这些层。图中所示的实例是在从晶片取下的芯片1的表面上形成每一层的情况。尽管没有具体限制，但芯片每个边的长度一般可以为约10mm。
中间层2由比用于构成抗蚀剂层3的材料更易溶于热磷酸溶液的材料构成。尽管中间层和抗蚀剂层的材料没有具体限制，但中间层的材料最好是Cr，抗蚀剂层的材料最好是如Au等金属材料、如SiO2等无机化合物材料、或如含聚酰亚胺的耐热聚合物(如由Hitachi Kasei提供的PIQ)等有机材料。这些材料中，Cr中间层和Au抗蚀剂层的组合最好。中间层的厚度最好为40-60nm，抗蚀剂层的厚度最好为0.2-1微米。形成每层的方法没有具体限制，可以根据将要使用的材料确定。在用金属材料构成每层时，最好是用汽相淀积法。
图1C、1D和1E展示了成形步骤，将中间层和抗蚀剂层3成形为岛形。
具体说，首先，利用旋涂法等在抗蚀剂层3的表面上涂光刻胶溶液，形成厚约2-9微米的层。然后，在约85-90℃的烤箱中预烘所形成的层约30分钟，或在约90℃的热板上预烘约5分钟，形成光刻胶层4，如图1C所示。
然后，如图1D所示，通过曝光、显影和用纯水漂洗将光刻胶层4构图成预定尺寸的矩形。
然后，将芯片1浸入腐蚀溶液中，构图抗蚀剂层3和中间层2，从而形成与光刻胶层4的图形相同的图形。每层的腐蚀剂可以根据每层所用材料合适地选择。例如，在抗蚀剂层3由Au构成时，最好是用含NH4I、酒精、碘和水的混合液作抗蚀剂层的腐蚀剂。在中间层2由Cr构成时，最好是使用HClO4中加Ce(NO3)2NH4NO3溶液和水作中间层的腐蚀剂。构图后，用剥离液剥离光刻胶层4，并将芯片1作为一个整体进行充分地清洗，使其变为图1E所示状态。
然后，将芯片1浸入热磷酸溶液中，腐蚀磁性柘榴石层6。按本发明，在将芯片1浸入热磷酸溶液前，最好是在衬底7的背面上形成保护抗蚀剂层3a，如图1G所示。
保护抗蚀剂层3a由比构成衬底7的材料较不易溶于热磷酸溶液的材料构成。具体说，保护抗蚀剂层3a的材料最好选自参考对抗蚀剂层3所作介绍中的那些材料，并且象抗蚀剂层3一样，最好是由Au构成。保护抗蚀剂层3a的厚度最好与抗蚀剂层3相同。
在保护抗蚀剂层3a和衬底7之间的粘附性不够强时，例如在保护抗蚀剂层3a由Au构成时，最好是在形成保护抗蚀剂层3a前，在衬底7的背面上形成粘合层2a，并通过粘合层2a形成保护抗蚀剂层3a。粘合层2a由对衬底7和保护抗蚀剂层3a都有很好粘附性的材料构成。例如，在保护抗蚀剂层3a由Au构成时，与中间层2一样，粘合层2a最好是由Cr构成。粘合层2a的厚度范围最好与中间层2相同。
尽管合适的是在将芯片浸入热磷酸溶液之前形成粘合层2a和保护抗蚀剂层3a，但最好在得到了图1E所示状态后，即成形步骤后形成这些层。原因是可以保护抗蚀剂层3a不受损伤。在利用旋涂法形成图1C所示的光刻胶层4时，与旋涂机的板面接触的衬底7的背面易受旋涂机旋转的磨擦的损伤。在形成光刻胶层4前，在衬底7的背面上已形成有保护抗蚀剂层3a，这样易发生保护抗蚀剂层3a破裂的问题。相反，在包括形成光刻胶层4的步骤的成形步骤后，形成保护抗蚀剂层3a，则可以防止对保护抗蚀剂层3a的损伤。
图1H展示了腐蚀步骤。腐蚀步骤中，芯片1浸入热磷酸溶液5中，选择地去掉磁性柘榴石层6的未被抗蚀剂层3和中间层2覆盖的区域，从而将磁性柘榴石层成形为与抗蚀剂层3相同的图形，并将已构图的磁性柘榴石层的侧面成形为斜面，实现图1I所示状态。
磁性柘榴石层的腐蚀速率取决于热磷酸溶液的温度，随着温度的升高，腐蚀速率提高。另外，腐蚀速率还取决于热磷酸溶液的浓度。在磁性柘榴石层6的腐蚀量太大时，会腐蚀衬底7的表面附近，这是所不希望的。因此，最好是根据磁性柘榴石层6的厚度，同时考虑热磷酸的温度及浓度控制腐蚀时间。
具体的腐蚀条件可以实验确定。85％热磷酸溶液的温度和单位时间(分钟)腐蚀掉的磁性柘榴石层厚度的关系已由实验确定，图2示出了结果。根据上述的实验数据，可以根据磁性柘榴石层的厚度，并在保持热磷酸溶液温度的条件可以控制进行腐蚀所用的腐蚀时间。例如使用温度为200℃的热磷酸溶液，在磁性柘榴石层厚为5微米时，腐蚀时间设定为约2分钟，或在磁性柘榴石层厚为20微米时，腐蚀时间设定为约9分钟，或在磁性柘榴石层厚为30微米时，腐蚀时间设定为约13分钟。
热磷酸溶液的温度最好为150-230℃。当磁性柘榴石层的厚度在所述的优选范围内时，并且热磷酸溶液的温度低于上述温度范围时，腐蚀时间太长，这是所不希望的，或在热磷酸溶液的温度高于上述温度范围时，在加热的条件下抗蚀剂层中存在的针孔直径会膨胀，并且热磷酸溶液会发生穿通渗透，使磁性柘榴石层的表面粗糙。而且，在热磷酸溶液的温度太高时，热磷酸溶液中的水含量急剧下降，导致溶液的粘度增大，所以无法顺利进行热对流。因此，溶液中的热分布不再均匀，易发生不均匀地腐蚀。
腐蚀后，用各自的腐蚀剂去掉中间层2、抗蚀剂层3、粘合层2a和保护抗蚀剂层3a，并清洗，从而得到衬底7上的独立岛形的磁性柘榴石层6，并将磁性柘榴石层6的侧面成形为斜面，如图1J所示。已构图的磁性柘榴石层的尺寸最好是每个边长约为0.1-2mm长。在磁性柘榴石层的尺寸太大时，其生产成本增加，并且静磁波器件尺寸增大。
下面将参照图3A-3D说明磁性柘榴石层6的侧面形成为斜面即成形磁性柘榴石层使之具有锥形的原因。
作为磁性柘榴石层的腐蚀剂的热磷酸开始腐蚀磁性柘榴石层6未被中间层2/抗蚀剂层3覆盖的区域，如图3A所示。同时，中间层2具有比抗蚀剂层3高的热磷酸可溶性，并且中间层2的厚度小于抗蚀剂层3。因此，将它们浸入热磷酸后随着时间的推移，中间层2也开始溶解，如图3B所示。结果，在磁性柘榴石层6与抗蚀剂层3之间形成一空隙，热磷酸开始腐蚀该空隙附近的磁性柘榴石层6，靠近中间层2边缘部分的磁性柘榴石层6的侧面被适度弯曲，如图3C所示。并且，最后，磁性柘榴石层的侧面在衬底7的表面附近平缓倾斜，在抗蚀剂层3附近急剧倾斜，如图3D所示。
在本发明中，磁性柘榴石层6的侧面的倾斜度由t/L表示，t和L示于图3D中。L是从磁性柘榴石层开始倾斜的位置到磁性柘榴石层的端部的距离，即，水平方向(平行于衬底7表面的方向)的倾面(侧面)长度，t是磁性柘榴石层6的厚度。
本发明中，t/L=0.08-1.00。最好是t/J=0.17-0.84。
在t/J太大时，提供RF信号激发静磁波的导体图形在磁性柘榴石层6的附近易破裂。另一方面，t/L太小时，磁性柘榴石层的侧面尺寸太大，结果，静磁波器件的尺寸增大，需要附加的成本。例如，在t/L低于上述范围的下限值(0.08)时，如果磁性柘榴石层的厚度为5微米，则2L为125微米，或如果磁性柘榴石层的厚度为30微米，则2L约为750微米。即，看起来t/L小于上述下限，影响磁性柘榴石层尺寸的2L(水平方向侧边的总长度)显著增大。
利用构成中间层2的材料、抗蚀剂层3的厚度等可以控制t/L。例如，随着构成中间层的材料在腐蚀剂中的可溶性的增强，t/L减小，随着上述可溶性的减小，t/L增大。另外，随着抗蚀剂层3厚度的减小，抗蚀剂层在热磷酸溶液中易于剥离，促进了抗蚀剂层3下的磁性柘榴石层的腐蚀，t/L相应减小。另一方面，随着抗蚀剂层3厚度的增大t/L增大。
在热磷酸溶液5的量相对于图1H所示步骤的芯片1小时，溶液温度的不一致性在某些情况下会引起腐蚀速率的局部差异，有时腐蚀可能会过量。因此，最好是用对于芯片来说充足的热磷酸溶液量。在附图所示的实例，将从晶片上取下的芯片浸入热磷酸溶液，而如果热磷酸溶液的量充足，可以采用将晶片作为一个整体浸入的方案。
图4A和4B展示了如上所述制造的静磁波元件的一个实例。图4A是从上面观察时静磁波元件的透视图，图4B是沿图4A中的线A-A取的剖面图。在利用划片锯从图1J所示的芯片1上取下一个元件后，利用汽相淀积等在衬底7的背面上形成接地导体层9，制造静磁波元件。
提供RF信号的微波带状线形成于上述制造的静磁波元件上，如图5A和5B所示，从而形成静磁波谐振器。
图5A的透视图所示的静磁波谐振器中，磁性柘榴石层6形成于衬底7的部分上，微波带状线11和12形成于磁性柘榴石层6的表面上。另外，电极焊盘13和14及微波带状线15形成于衬底7的表面上，两者间夹着磁性柘榴石层6。电极焊盘13和14分别与微波带状线11和12的端部相连，微波带状线15与微波带状线11和12的另一端相连。电极焊盘中的一个电极焊盘14与接地导体相连，另一电极焊盘13接输入/输出。
微波带状线11、12和15及电极焊盘13和14整体形成为在磁性柘榴石层6和衬底7的表面上延伸的U字形导体图形。由于磁性柘榴石层6的侧面6a和6b平缓地倾斜，所以不存在导体图形在磁性柘榴石层的边缘附近破裂的情况。一般情况下，导体图形是这样形成的，利用汽相淀积法形成导体层，然后光刻构图该导体层。
图5B展示了图5A所示静磁波谐振器设置于磁场发生器的一对磁极17a和17b之间情况下的剖面图。图5B是沿图5A的线A-A取的静磁波谐振器的剖面图。静磁波器件的磁极17a和17b还作为接地导体，静磁波谐振器借导电膏层19粘附和固定到作为上述两个磁极中一个的磁极17a的平坦磁极面18a上。将静磁波谐振器固定于磁极上的方法不限于导电膏。
所示的实例是磁场垂直加于磁性柘榴石层6表面上的方案，而磁极17a的磁极面18a和磁极17b的磁极面18b可以以任何角度彼此面对，以便可以将磁场以任何角度加于磁性柘榴石层6的层表面上。
此外，可以在中间层2和抗蚀剂层3之间形成防止分离层，用于防止这两层分离。构成这两层的材料的某一组合可能会使这两层的粘附性不够，某些情况下腐蚀期间这两层会分离。通过由对构成中间层的材料和构成抗蚀剂层的材料都有很好粘附性的材料构成防止分离层，便可以防止腐蚀期间的这种分离。
方案Ⅱ图6A-6K展示了方案Ⅱ的一系列步骤。方案Ⅱ在方案Ⅰ的腐蚀步骤后加了一抛光步骤，其它步骤与方案Ⅰ相同。即，图6A-6I和6K分别与图1A-1I和1J相同，图6A-6K包括用于介绍图6I后附加的抛光步骤的图6J。
在通过腐蚀将磁性柘榴石层的侧面形成为倾斜面时，该侧面在抗蚀剂层3的附近急剧倾斜。因此，在方案Ⅱ中，抛光磁性柘榴石层的表面，以去掉磁性柘榴石层侧面的急剧倾斜区，形成圆形面。在磁性柘榴石层的侧面具有急剧倾斜部分时，导体图形易在该部分发生破裂。然而，如果通过镜面抛光调整磁性柘榴石层的侧面倾斜度，便可以防止导体图形的破裂。图10是腐蚀过的磁性柘榴石层的光学显微照片，图11是腐蚀然后镜面抛光过的磁性柘榴石层的光学显微照片。图10所示磁性柘榴石层中，可以清楚地观察到其表面与侧面的界面。这是因为层侧面和层表面在上述界面附近几乎彼此垂直。相反，图11展示了层表面和层侧面间较不明显的界面。这是因为层侧面和层表面在上述界面附近彼此以平缓的角延续。图10展示的是划片前的层，图11展示的是划片取得元件后的层。
下面说明镜面抛光的具体步骤。
将通过腐蚀把磁性柘榴石层的侧面形成为斜面的芯片1固定于固定器26上，将衬底7的背面面对固定器26。尽管可以用粘合剂等，但在所示的实例中，用热熔带进行固定。而且，在所示的实例中，芯片1以不使中间层2和抗蚀剂层3分离的状态固定于固定器26上。这是因为为了简化工艺省略了分离这两层的步骤。如果需要的话，在腐蚀后和抛光前提供分离中间层和抗蚀剂层的步骤。
然后，用抛光粒28抛光磁性柘榴石层。抛光中，首先，第一步用约8微米的抛光粒研磨磁性柘榴石层表面，然后，在第二步用约1微米的抛光粒进行抛光，另外，第三步用约1/8微米的抛光粒进行抛光。第四步进行最后的抛光，用约为0.05微米的胶质硅石和抛光垫软抛光磁性柘榴石层表面。根据磁性柘榴石层侧面的粗糙度，可以不进行第一步骤，而只进行第二至第四步，或也可以只进行第三或第四步。
在已介绍过的JP-A-4-115702中，只抛光磁性柘榴石层边缘部分，而保持衬底表面(磁性柘榴石层表面)与抛光机械的参考面有一定的角度，而本发明的抛光步骤不同于上述公开的所述对应部分。按本发明，抛光磁性柘榴石层6的表面，如图6J所示，结果过量抛光了磁性柘榴石层边缘部分的邻近部分。因此，在采用本发明的抛光步骤时，可以同时减小磁性柘榴石层的厚度，并调整磁性柘榴石层界面倾斜度。所以由于抛光减小了上述t/L。然而，要求抛光后的t/L在上述限定范围内。
实例下面将参照具体实例详细说明本发明。
实例1(方案Ⅰ)根据图1A-1J所示的程序制备静磁波元件。
首先，在衬底表面上依次形成磁性柘榴石层6、中间层2和抗蚀剂层3，实现如图1B所示状态。用GGG衬底作衬底7。磁性柘榴石层由YIG构成，并由LPE法形成。磁性柘榴石6的厚度形成为17微米。中间层由汽相淀积Cr形成。中间层形成为厚50nm。抗蚀剂层3由汽相淀积Au形成，其厚度形成为0.2微米。
选择OFPR800(由Tokyo Ouka提供)作为光刻胶，涂敷此光刻胶，形成厚2微米的涂层，并在85-90℃的圆形烤箱中预烘该涂层30分钟，从而形成光刻胶层4。然后，通过曝光、显影和用纯水充分漂洗，将此光刻胶层构图成几乎方形，由此实现图1D所示状态。
然后构图中间层2和抗蚀剂层3。关于Au腐蚀剂，采用把80克的NH4I和12克的碘溶于600ml的酒精和400ml的水中制备的溶液。关于Cr腐蚀剂，采用把51克的Ce(NO3)2NH4NO3溶于15ml的HClO4和300ml的水中制备的溶液。构图后，用剥离溶液剥离光刻胶层4，充分清洗作为一个整体的芯片1，实现图1E所示状态。
然后，关于粘合层2a，利用汽相淀积法在衬底7的背面上形成50nm厚的Cr层，然后，关于保护抗蚀剂层3a，利用汽相淀积法形成0.5微米厚的Au层，实现图1G所示状态。
然后，如图1H所示，将芯片1浸入200℃的85％磷酸溶液5中，腐蚀磁性柘榴石层6，实现图1I所示状态。腐蚀时间设定为7分钟30秒、腐蚀后，利用各自的腐蚀剂去掉抗蚀剂层3和中间层2，然后进行清洗，实现图1J所示状态。在芯片1的背面上汽相淀积Cu，形成厚6微米的导体层9，由此得到如图4A和4B所示结构的静磁波元件。
图7展示了上述静磁波元件的光学显微照片。已构图成几乎方形的磁性柘榴石层每个边的长度约为1mm。磁性柘榴石层的t/L为图3D所示的0.5。
在上述静磁波元件的表面(磁性柘榴石层侧表面)上汽相淀积Cu，形成厚6微米的导体层，光刻构图该导体层，得到图5A所示结构的静磁波谐振器。一个电极焊盘与接地导体相连。另一电极焊盘与输入/输出相连。
然后，如图5B所示，用导电膏层19将上述静磁波谐振器固定于磁极17a的磁极面18a上，以便将磁场垂直加于磁性柘榴石层6的表面。
利用网络分析仪测量上述静磁波谐振器的S11。图9示出了其结果。另外，利用S11法测量该静磁波谐振器的Qu值。
下面根据图8解释利用S11法测量Qu值的方法。首先，在谐振器的耦合系数几乎为1时测量S11，在不发生谐振时用S11作为参考值(0dB)，测量基于该参考值的谐振吸收峰值Ar。然后在距离参考值至少-30dB的点Ad测量谐振吸收的宽度2Δω。这种情况下，Ar最好小于Ad10-20dB以上。最后，测量谐振吸收的中心频率ω0。利用以下表达式确定Qu值。
Qu=(1+β)·QLQL=ω0/(K·2Δω)β=(1-10Ar/20)/(1+10Ar/20),β＜1时β=(1+10Ar/20)/(1-10Ar/20),β＞1时K2=(1-10Ad/10)/(10Ad/10-10Ar/10)图9示出了所得到的Qu值。为了比较，图9还示出了用划片机垂直于衬底表面切割了其磁性柘榴石层边缘部分的谐振器的Qu值。图9示出通过将磁性柘榴石层的侧面形成为斜面可以得到具有较高Qu值的谐振器。
实例2(方案Ⅱ)以与实例1相同的方式，根据图6A-6I所示程序完成到腐蚀步骤的所有步骤。然而，磁性柘榴石层形成为厚50微米。
然后，如图6J所示，将衬底7的背面侧上的保护抗蚀剂层3a用热熔带27固定于固定器26上。然后，第一步用约8微米的抛光粒研磨磁性柘榴石层表面，然后，第二步用约1微米的抛光粒进行抛光，另外，第三步用约1/8微米的抛光粒进行抛光。第四步进行最后的抛光，用直径约为0.05微米的胶质硅石和抛光垫软抛光磁性柘榴石层表面。
图11示出了抛光后的磁性柘榴石层侧面附近的光学显微照片。可以看出，与腐蚀后没有抛光的磁性柘榴石层相比，图11所示的磁性柘榴石层侧面相当平坦光滑。图10所示的磁性柘榴石层厚度t和t/L分别为20微米和0.5，图11所示的磁性柘榴石层的厚度t和t/J分别为17微米和0.42。此外，在图10所示磁性柘榴石层的腐蚀之前，通过抛光磁性柘榴石层表面，可以将该层的厚度减小到20微米。
上述实例明显表明了本发明的效果。
权利要求
1·一种静磁波器件，包括由非磁性柘榴石构成的衬底、形成于衬底表面上的磁性柘榴石层、及用于给磁性柘榴石层施加磁场的磁场发生器，磁性柘榴石层的侧面形成为斜面，并满足t/L=0.08-1.00，其中L是斜面在水平方向的长度，t是磁性柘榴石层的厚度。
2·一种制造静磁波器件的方法，所说静磁波器件包括由非磁性柘榴石构成的衬底、形成于该衬底表面上的磁性柘榴石层、及用于向磁性柘榴石层加磁场的磁场发生器，所说方法包括在衬底的表面上形成叠层的层叠步骤，从衬底侧算起所说叠层依次具有磁性柘榴石层、中间层和抗蚀剂层；成形步骤，使中间层和抗蚀剂层成形为岛形；腐蚀步骤，将其上形成有叠层的衬底浸入热磷酸溶液中，选择性去掉没有涂敷抗蚀剂层的磁性柘榴石层部分，中间层由比构成抗蚀剂层的材料更易溶于热磷酸溶液的材料构成。
3·如权利要求2所述的方法，其中热磷酸溶液的温度为150-230℃。
4·如权利要求2或3所述的方法，其中中间层由Cr构成。
5·如权利要求4所述的方法，其中中间层的厚度为40-60nm。
6·如权利要求2至5中任一项所述的方法，其中抗蚀剂层由Au构成。
7·如权利要求6所述的方法，其中抗蚀剂层的厚度为0.2-1微米。
8·如权利要求2至7中任一项所述的方法，还包括在腐蚀步骤后镜面抛光磁性柘榴石层的抛光步骤。
9·如权利要求2至8中任一项所述的方法，其中在浸入热磷酸溶液之前，在衬底的背面上形成由比构成衬底的材料较不易溶于热磷酸溶液的材料构成的保护抗蚀剂层。
10·如权利要求9所述的方法，其中保护层由Au构成。
11·如权利要求9或10所述的方法，其中在衬底和保护层间形成粘合层。
12·如权利要求11所述的方法，其中粘合层由Cr构成。
全文摘要
为了构图形成于非磁性柘榴石衬底表面上的磁性柘榴石层,从衬底侧算起依次形成磁性柘榴石层、中间层和抗蚀剂层,中间层和抗蚀剂层成形为岛形,然后,用热磷酸溶液腐蚀磁性柘榴石层,中间层由比抗蚀剂层更易溶于热磷酸溶液的材料构成,以便使腐蚀过的磁性柘榴石层的侧面形成为平缓的斜面,可以不发生破裂地形成延伸于非磁性柘榴石衬底和磁性柘榴石层上的导体图形,或在衬底的背面上形成保护抗蚀剂层,以便可以精确地控制加于磁性柘榴石层表面上的磁场的角度。
文档编号H01F10/24GK1223006SQ98800428
公开日1999年7月14日 申请日期1998年3月19日 优先权日1997年5月15日
发明者仓田仁义 申请人:Tdk株式会社