专利名称：声波器件和制作声波器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种声波器件和制作声波器件的方法。
背景技术：
作为诸如滤波器、振荡器、谐振器和卷积器等多种器件的举例，声波器件被公知是利用表面声波(SAW)或体声波(BAW)的声音振动传播特性或谐振特性。这样的声波器件包括压电体和在该压电体上形成的一对电极，用于在被通电时，于所述压电体内产生声音振动。
作为声波器件的一种举例，有一种公知的器件是其中形成有由二氧化硅构造成的二氧化硅层，用以与压电体和/或各电极接触，为的是温度补偿、表面保护等目的(比如参见JP-A-5-37284和JP-A-6-164294).
譬如，JP-A-5-37284公开的一种声波器件，其中的二氧化硅层、对个电极以及压电体以一个在另一个顶上的方式被设置在由金刚石或类金刚石层形成的硬质层上。另外，JP-A-6-164294公开了一种声波器件，其中一个在另一个顶上地布置有金刚石制的硬质层、多个电极、压电体层和二氧化硅层。该文还公开了一种声波器件，其中一个在另一个顶上地布置有金刚石制的硬质层、压电体层、多个电极和二氧化硅层。
这样的声波器件中设置的二氧化硅层具有非晶(无定形)结构，不过，众所周知的是，其中膜层的质量会随着制作的方法、制作条件等而有很大的不同(比如参见JP-A-2005-268798)。正如JP-A-2005-268798中所教导的那样，用以形成二氧化硅层的具有代表性的举例包括溅射法、CVD法、热氧化法和等离子体氧化法。
同时，众所周知的是，上述声波器件的特性会受到所述器件构成材料的影响。特别是在为处理高频信号而采用高频的声波器件中，它的构成材料尤其会影响器件的特性。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种声波器件，能够长期地始终表现出良好的特性；还提供一种制作声波器件的方法。
本发明的第一方面涉及一种声波器件。所述声波器件包括具有压电特性和一个表面的压电体层、一对电极，用以在通电时于所述压电体层内感应出声振动，所述各电极布置在压电体层的一个表面上，还包括二氧化硅层，使与所述压电体层和/或各电极接触。所述二氧化硅层是由二氧化硅作为它的主要成分而构成的，其中，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标，而形成所述二氧化硅层。
本发明人已经对二氧化硅层做过广泛地研究和讨论。结果，本发明人发现，在其结构是具有二氧化硅层与电极和/或压电体层接触的声波器件中，“二氧化硅层的膜层质量极大地影响着声波器件的特性”，而且“存在一个因素，即二氧化硅层中存在的结构缺陷可能会造成二氧化硅层随时间而变化”。
在本发明中，是通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标而形成所述二氧化硅层的。这就使得可能会减少具有三个和或更多环状节的呈环形结构的数目，这种三个和或更多的环状节伴随有二氧化硅层非晶结构中的结构缺陷。
于是，本发明的二氧化硅层的结构缺陷被大大地减少，并因此而能改善声波器件的特性。另外，所述二氧化硅层减少了环形结构的数目，比如三个节的环(三重环)，这形成一种化学稳定的平面环形结构。
因此，本发明的二氧化硅层表现出良好的膜层质量稳定性，并具有长时间始终保持声波器件极好特性的能力。
在上述声波器件中，在采用喇曼分光法分析二氧化硅层所得的谱中，当把在800至850cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为Ps，而把在475至515cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为P4时，所述峰值强度比P4/Ps最好等于或小于1.2。
这就使得能够改善声波器件的器件特性和器件特性的稳定性。
此外，在上述声波器件中还提出，在采用喇曼分光法分析二氧化硅层所得的谱中，当把800至850cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为Ps，且把在600至620cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为P3时，峰值强度比P3/Ps等于或小于1.0。
这也使得能够改善声波器件的器件特性和器件特性的稳定性。
此外，在上述声波器件中还提出，在通过采用喇曼分光法分析二氧化硅层所得的谱中，当把250至510cm-1波数区域中所述强度的积分值定义为I1，而把800至840cm-1波数区域中所述强度的积分值定义为I2时，所述强度积分值之比I1/I2等于或小于50。
这也使得能够改善声波器件的器件特性和器件特性的稳定性。
再有，在上述声波器件中还提出，由下述(I)式表示的科西散射公式(Cauchy dispersion formula)的常数项A是1.44至1.46n2＝A+B/λ2… (I)式中λ是光波长，n是二氧化硅层对波长为λ的光的折射率，A和B均为常数。
这也使得能够改善声波器件的器件特性和器件特性的稳定性。
在上述声波器件中还提出，每个电极都是梳状电极，并且在通电的情况下，在压电体中感应出表面声波，作为声振动。
这使得能够提供具有低插入损耗且振荡频率极为稳定的表面声波器件。
上述声波器件最好还包括用以支撑所述压电体层的基板。
采用这样的基板，使得能够提供具有所需特性，同时使所述压电体层的形成简单化的声波器件。
上述声波器件中，最好借助由金刚石或类碳金刚石形成的硬质层将所述压电体层设置于所述基板上。
通过以这些材料形成硬质层，可以提高声波器件的声速。从而，能够易于制成高频声波器件。
本发明的第二方面还涉及一种制作声波器件的方法。所述方法包括以下步骤准备基板；在所述基板上设置由压电材料为其主要成分构成的压电体层；在所述压电体层上形成一对电极；以及形成以二氧化硅为其主要成分构成的二氧化硅层，用以覆盖各电极。其中，在形成二氧化硅层的步骤中，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标而形成所述二氧化硅层。
这就使得能够制得具有极好器件特性及器件特性稳定性的声波器件。
本发明的第三方面还涉及一种制作声波器件的方法。所述方法包括以下步骤准备基板；在所述基板上设置以二氧化硅为其主要成分构成的二氧化硅层，在所述二氧化硅层上形成由压电材料为其主要成分构成的压电体层；以及在所述压电体层上形成一对电极。其中，在形成二氧化硅层的步骤中，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标而形成所述二氧化硅层。
这也使得能够制得具有极好器件特性及器件特性稳定性的声波器件。
本发明的第四方面又提供一种制作声波器件的方法。所述方法包括以下步骤准备基板；在所述基板上设置一对电极；形成由压电材料为其主要成分构成的压电体层，用以覆盖各电极；以及在所述压电体层上形成以二氧化硅为其主要成分构成的二氧化硅层。其中，在形成二氧化硅层的步骤中，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标而形成所述二氧化硅层。
这同样使得能够制得具有极好器件特性及器件特性稳定性的声波器件。
本发明的第五方面再提供一种制作声波器件的方法。所述方法包括以下步骤准备基板；在所述基板上设置以二氧化硅为其主要成分构成的二氧化硅层；在所述二氧化硅层上形成一对电极；以及形成由压电材料为其主要成分构成的压电体层，用以覆盖各电极。其中，在形成二氧化硅层的步骤中，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标而形成所述二氧化硅层。
这同样使得能够制得具有极好器件特性及器件特性稳定性的声波器件。
图1是表示本发明一种优选实施例声波器件示意结构的剖面图；图2是说明制作图1所示声波器件方法的示意图；图3是表示在形成图1所示声波器件的二氧化硅层中所用溅射装置的一种举例的示意结构剖面图；图4是表示可以应用本发明的声波器件的其它结构示例的剖面图；图5是表示例1和比较例1中的二氧化硅层的喇曼分光光谱曲线；图6是表示例2和比较例1-3中的二氧化硅层的喇曼分光光谱曲线；图7是表示二氧化硅层的喇曼分光光谱的峰值强度比与溅射时氧气流量比之间的关系曲线；图8是表示比较例1的二氧化硅层经退火处理之前和之后的喇曼分光光谱曲线；图9是表示例1的二氧化硅层经退火处理之前和之后的喇曼分光光谱曲线；图10是表示比较例1和例1声波器件的插入损失对频率依赖性曲线；图11是表示对比较例1和例1声波器件的高温放置测试中时间与频率变化率的依赖关系曲线；图12是表示由多种方法形成的每一种二氧化硅层的光学常数曲线；图13是表示氧气流量比对二氧化硅层的光学常数依赖性的曲线。
具体实施例方式
以下将参照附图描述本发明的声波器件及制作声波器件的方法。
图1是表示本发明一种优选实施例声波器件示意结构的剖面图。就这一点而言，需要说明的是，在下面的描述中，将把图1中的上部称为“顶部”或“上”，而把其中的下部称为“底部”或“下”，这只是为了更便于理解的缘故。
如图1所示，本实施例的声波器件10是一种transbasal型表面声波元件，其中，按名称顺序设置有基板11、硬质层12、压电体层13、两个梳状电极对(IDT叉指变换器)14和二氧化硅层15。
在这样的声波器件10中，通过把电信号输入到两个梳状电极对14之一，在压电体层13中感应出表面声波，并从另一个梳状电极14取出特定频带的电信号。
下面将依序描述构成所述声波器件10的各个部件。
由比如各种半导体材料，如Si、GaSi、SiGe、GaAs、STC、InP等，各种陶瓷材料，如玻璃等，以及各种树脂材料，如聚酰亚胺、聚碳酸酯等制成所述基板11。
采用这样的基板11，使得能够给出具有所需特性的声波器件10，同时还使压电体层13的形成简单化。
就这一点而言，要说明的是，除单层体外，可以由具有多层的叠层体形成所述基板11。在后一种情况中，可以通过任意组合上述材料形成每一层。
在基板11的一个表面(上表面)上形成硬质层(基层)12。
所述硬质层12用于设定在压电体层13中感应的表面声波的特性(条件)。这种特性的举例包括振荡频率、振幅及传播速度。
通过设置硬质层12并任意选择构成它的材料，可将表面声波的特性设定为各种所需的特性。
最好是构成所述硬质层12的材料主要包括金刚石、类碳金刚石、硅、蓝宝石、玻璃、石英、钽酸锂、铌酸钾以及铌酸锂当中的至少一种。构成硬质层12的材料尤以主要包括金刚石、类碳金刚石、蓝宝石、钽酸锂和铌酸钾当中的至少一种为好。更好的是，构成硬质层12的材料为金刚石和类碳金刚石。
由这些材料形成硬质层12，可以提高表面声波的声速。于是，就可以容易地制成用于高频的声波器件。这还有助于使表面声波改变为高频，这种改变可为比如无线LAN或光通信等高速通信情况下的应用所需。
就此而言，类碳金刚石被称为是碳原子与氢原子构成的化合物，具有非晶结构，它是一种极好的透光性绝缘体，表现出次于金刚石的硬度。
按照本图中所示的各种表面声波的特性，除单层体外，可由具有多层的叠层体形成所述硬质层12。另外，可以随意地形成硬质层12，而且也可以省略它。
在硬质层12的一个与所述基板11相对的表面(上表面)上形成压电体层13。
所述压电体层13表现压电特性，用作传播表面声波的介质。
所述压电体层13由压电材料作为它的主要成分。作为压电材料的举例包括，ZnO、AlN、LiTaO3、LiNbO3、KNbO3、ZnS、ZnSe和CdS，但这不是特别地限制。
在压电体层13的一个与所述硬质层12相对的表面(上表面)上形成两个梳状电极对14。
两个梳状电极对14之一(输入电极对)用于加给压电体层13电压，以在该压电体层13内感应出表面声波，而另一个梳状电极对14(输出电极对)具有检测通过所述压电体层13传送的表面声波，同时把该表面声波转换成电信号，并把电信号输出到外面的功能。
梳状电极对14中的每一个都包括一对梳状电极14a和14b，每个梳状电极有电极指，一个接一个地布置成梳状图样。每个梳状电极对14中，各梳状电极14a和14b以互相分隔的关系被布置成互相啮合。
如果在输入侧的梳状电极对14a和14b之间输入驱动电压，则在压电体层13内感应出表面声波，并从输出侧的梳状电极对14a和14b输出特定频带的电信号，这是由于后者的滤波功能缘故。
就此而言，所述梳状电极对14a和14b之间的间隔与所感应出的表面声波的波长相对应，并可以减小到比如约为1μm。另外，通过调节梳状电极的电极指的宽度、间隔、厚度等，可将声波器件10的特性设定成为所预期的情况。
示例的各梳状电极对14(各个梳状电极14a和14b)的构成材料包括Al、Cu、W、Mo、Ti、Au、Y、Pb、Sc，以及包含这些材料的合金，可以单独使用它们当中的一种，或者以组合的形式使用它们。
形成以二氧化硅作为其主要构成成分的二氧化硅层15，用以覆盖所述两个梳状电极对14。本实施例中形成二氧化硅层15的方式是使它与每个梳状电极对14及压电体层13接触。
二氧化硅层15具有对声波器件10补偿温度(如减少由温度变化所感应出的振荡频率的改变)的功能，以及保护声波器件10表面的功能。本实施例中的二氧化硅层15适于完全覆盖每个梳状电极对14和由所述梳状电极对14感应的表面声波的传播路径。
有如后面将会述及的，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标，而形成所述二氧化硅层15。
上述二氧化硅层15具有非晶结构，但在非晶结构方面能够减少具有三个和或更多环状节(特别是具有三个环状节的平面环形结构)的呈环形结构的数目，这种三个和或更多的环状节伴随有结构缺陷，比如氧不足型缺陷。
因而，二氧化硅层15具有结构缺陷被减少的膜层质量，并由此而能够改善声波器件10的性能。此外，所述二氧化硅层15具有减少呈环形结构的数目，比如三个环状节(三倍环)，那是会形成化学不稳定的平面环形结构。
由此，这种二氧化硅层15表现出良好的膜层质量稳定性，并在整个的长时间内具有保持极好声波器件10性能的能力(提高器件特性的稳定性)。
另外，在通过以喇曼分光法分析二氧化硅层15所得到的谱中，当把在800至850cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为Ps，而把在475至515cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为P4时，所述峰值强度比P4/Ps最好等于或小于1.2，而以等于或小于1.1尤好。
就这一点而言，把在800至850cm-1波数区域内激发的峰值称为对应于二氧化硅层15非晶结构中Si-O结的LO模式(纵光学模式)的峰，而把在475至515cm-1波数区域中激发的峰称为与二氧化硅层15非晶结构中四个环状节相对应的振动模式的峰。
因此，如果所述谱中的峰值强度比P4/Ps满足上述条件，则变得能够减少具有四个环状节(四倍环)的呈环形结构的数目，而这种四个环状节将会伴随有结构的缺陷。结果，就能够改善声波器件10的器件性能和器件性能的稳定性。
另外，由于与具有四个环状节的呈环形结构相对应的峰表示相对较高的强度，所以，可将所述峰值强度比P4/Ps用作精确地反映二氧化硅层15膜层质量的指标。
此外，在通过以喇曼分光法分析二氧化硅层15所得到的谱中，当把在800至850cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为Ps，而把在600至620cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为P3时，所述峰值强度比P3/Ps最好等于或小于1.0，而以等于或小于0.97尤好。
就此而言，把在600至620cm-1波数区域内激发的峰值称为与具有三个环状节的呈环形结构相对应的峰。
因此，如果所述谱中的峰值强度比P3/Ps满足上述条件，则变得能够减少具有三个环状节的呈环形结构的数目，而这种三个环状节将会伴随有结构的缺陷。结果，就能够改善声波器件10的器件性能和器件性能的稳定性。
再有，虽然与具有三个环状节的呈环形结构对应的峰是相对较小的，但这种具有三个环状节的呈环形结构是平面环形结构，而且是化学不稳定的，因而，表示出与非晶结构方面的结构缺陷的紧密关系。
因此，峰值强度比P3/Ps可适于用作反映二氧化硅层15膜层质量的指标。
此外，在通过以喇曼分光法分析二氧化硅层15所得到的谱中，当把在250至510cm-1波数区域中的强度积分值定义为I1，而把在800至840cm-1波数区域中的强度积分值定义为I2时，所述强度积分值之比I1/I2最好等于或小于50。
就此而言，把250至510cm-1的波数区域称为与具有四个或更多环状节的呈环形结构相对应之峰族的区域，而把800至840cm-1的波数区域称为激发与前述LO模式相对应的峰的区域。
因此，如果所述谱中的强度积分值之比I1/I2满足上述条件，则变的能够减少具有四个或更多环状节的呈环形结构的数目，而这种四个环状节将会伴随有结构的缺陷。结果，就能够改善声波器件10的器件性能和器件性能的稳定性。
此外，考虑与具有四个或更多环状节的呈环形结构相对应的峰表现出强度的增强，并表示较高的非晶结构满意率。
因此，可将强度积分值之比I1/I2用作精确地表示结构缺陷程度的良好指标。
另外，在二氧化硅层15中，由下述(I)式所表示的科西散射公式(Cauchy dispersion formula)的常数项A是1.44至1.46n2＝A+B/λ2… (I)式中λ是光波长，n是二氧化硅层对波长为λ的光的折射率，A和B均为常数。
就这一点而言，常数项A是与波长λ无关的项。要说明的是，上面表示的散射公式是一个简化的公式，其中省略了比λ-2项(具有系数B的项)高的高次项。
如果常数项A满足上述条件，就变得能够减少具有三个或更多环状节的呈环形结构的数目，并因此而能改善声波器件10的器件性能和器件性能的稳定性。特别是所述常数项A最好为1.44至1.45，因为如果情况如此，则更容易通过溅射方法形成所述二氧化硅层15。
可按如下方式制成有如上述结构的声波器件10。
图2是说明制作图1所述声波器件方法的示意图(剖面图)。图3是表示在形成图1所示声波器件的二氧化硅层中所用溅射设备的一种举例的示意结构图。
制作声波器件10的方法包括(1)形成硬质层12的步骤，(2)形成压电体层13的步骤，(3)形成两个梳状电极对14的步骤，以及(4)形成二氧化硅层15的步骤。
下面将逐一描述各个步骤。
(1)形成硬质层12的步骤首先如图2A所示那样准备基板11，并在基板11上形成硬质层12。
可以通过采用比如等离子体CVD、热CVD和激光CVD等化学汽相淀积(CVD)方法，比如真空淀积、溅射和离子镀敷等干式镀敷法，比如电解镀敷、沉浸镀敷和非电解镀敷等湿式镀敷法，热喷雾法，片状元件结合法等，形成所述硬质层12。
特别是在由金刚石组成所述硬质层12的情况下，可以通过溅射、离子镀敷、CVD、电子束汽相淀积等方法形成之。另外，在由类碳金刚石组成所述硬质层12的情况下，可以通过等离子体CVD、离子束汽相淀积、溅射等方法形成之。
(2)形成压电体层13的步骤接下去有如图2B所示那样，在硬质层12上形成压电体层13。在步骤(2)中，可以像形成硬质层12中所采用的同样方法，依序形成压电体层13。
(3)形成梳状电极对14的步骤接下去有如图2C所示那样，在压电体层13上形成两个梳状电极对14。这时，通过比如在压电体层13上形成一导电材料层，然后再用具有与两个梳状电极对14相应形状的掩膜蚀刻该导电材料层，以得到所述梳状电极对14。
这就制得基本部件100，也即结构主体，其中，在基板11上依序叠层有硬质层12、压电体层13和梳状电极对14。
可以采用比如浸渍，印制，诸如电解镀敷、沉浸镀敷及非电解镀敷等湿法镀敷，诸如等离子体CVD、热CVD和激光CVD等化学汽相淀积(CVD)方法，诸如真空淀积、溅射和离子镀敷等干法镀敷，热喷雾法，金属箔结合法等方法，形成所述导电材料层。
另一方面，可以采用比如活性离子蚀刻(RIE)、等离子体蚀刻、射束蚀刻及光助蚀刻等干法蚀刻，以及湿法蚀刻等，实行所述蚀刻过程。
(4)形成二氧化硅层15的步骤接下去有如图2D所示那样，在压电体层13上形成二氧化硅层15，用以覆盖所述两个梳状电极对14。
可以通过使用射频(RF)磁控管溅射装置或电子回旋加速器谐振(ECR)溅射装置等，以溅射方式形成所述二氧化硅层15。
在这些溅射装置中，利用二氧化硅靶标，在使装置的腔室被抽空至一定的内部压力，同时将惰性气体，如Ar等以及氧气提供给该腔室，使其保持60％或更大的氧气流量比的氛围的状态下，实行溅射。
通过使用有如图3所示的溅射装置，更具体地描述形成二氧化硅层15的过程。
图3所示的溅射装置200包括离子源(离子束源)201，用以发射离子束；中和器202，用以向着离子束的方向发射电子；真空腔室203；抽真空泵204，用以控制真空腔室203的内部压力；基本部件支持器205，用于在所述真空腔室203中固定要在其上形成所述二氧化硅层15的基本部件100；以及靶标保持部件(背衬板)206，用以将靶标500保持在空间内。
离子源201适于发射离子束，在本实施例中，将一射频(RF)源用作所述的离子源201。在所述离子源(RF离子源)201中，从气体源207供给含氧的气体，并通过RF放电使其离子化(等离子体化)。然后，通过在各栅极(未示出)间加给电压，于是，使被离子化(等离子体化)的气体作为离子束被喷射出去。
中和器202适于向着离子束的方向发射电子。这样做，即使在连续地形成膜层的情况下，也可以防止或者抑制过量电荷停留于靶标500等内，这就能够保证溅射的粒子稳定地落到基本部件100上。
另外，靶标保持部件206通常是由表现有良好导热性的金属材料，如不锈钢、铜、铜合金等制成的。在形成二氧化硅层15的过程中，通过比如In等结合剂，使靶标500被可靠地固定在所述靶标保持部件206上。
在利用如上结构之溅射装置200形成二氧化硅层15的时候，首先在真空腔室203内部，将由SiO2制成的靶标500放置在靶标保持部件206上。
然后，真空腔室203内部，将基本部件100(结构主体，其中在基板11上依序层叠着硬质层12、压电体层13和梳状电极对14)固定在基本部件支持器205上。
这之后，借助抽真空泵204使真空腔室203减压。
继而，从气体源207把气体(含氧的气体，后面有述)提供给离子源201中，并使其离子化(等离子体化)。通过在离子源201中实行放电(RF放电或DC放电)，使所引入的气体被离子化(等离子体化)。
然后，在图中未示出的各栅极之间加给电压，使被离子化(等离子体化)的气体受到加速，并作为离子束被喷向靶标500。
如上所述，中和器202适于向着自离子源201喷射的离子束发射电子。这就电中和了从离子源201喷射的离子束。
由于这一事实，即使在连续地形成膜层的情况下，也能防止或者抑制过量电荷停留于靶标500等内，这就能够保证溅射的粒子稳定地落到基本部件100上。
从离子源201喷射的离子束(即被从中和器202发射的电子电中和的射束)对着靶标500撞击。从而，从靶标500拉出溅射的粒子，然后再入射并落在基本部件100上。
随着离子束连续地以这种方式被发射，持续入射并落在基本部件100上，从而在基本部件100上形成二氧化硅层15。如此得到声波器件10。
就这一点而言，在通过溅射形成二氧化硅层15时，现有技术中总是在约20-40％氧气流量比的氛围内实现所述溅射的。
本发明人发现，最好是在60％或更大氧气流量比的氛围内实现所述溅射，以减少二氧化硅层无定形结构中的具有三个或更多环状节的呈环形结构，换句话说，可以得到具有具有被减少的结构缺陷的二氧化硅层。
例如，在用上述溅射装置200形成二氧化硅层15的情况下，气体源207给离子源201提供具有60％或更大氧气流量比的气体(如氧气-氩气混合气体)。
这就是说，按60％或更大的氧气流量比把氧气供送给真空腔室203。就这一点而言，要说明的是，本实施例中是借助离子源201把氧气提供给真空腔室203中。
不过，可以直接把氧气提供给真空腔室203中，而不借由离子源201。在这种情况下，只要按60％或更大的氧气流量比把氧气供送给真空腔室203中，气体源207就能对离子源201供给或者是氧气-氩气混合气体，或者只是氩气。
另外，由气体源207供给离子源201的气体(即产生等离子体的气体)并不限于氩气和氧气。
关于这一点，术语“氧气流量比”意味着溅射时，在被引入真空腔室203中的气体的总流量中氧气流量的比率。
譬如，在溅射进程期间，将惰性气体和氧气引入真空腔室203中的情况下，由氧气流量(sccm)被惰性气体流量(sccm)加氧气流量(sccm)除，确定所述氧气流量比。另外，氧气流量比对应于真空腔室203内部压力中氧气的一定压力比值。
虽然有如上述那样是按60％或更大的氧气流量比把氧气供送给真空腔室203中的，但更好的是按75-95％的氧气流量比把氧气供送给真空腔室203中。这保证能够以简单且可靠的方式得到具有结构缺陷被减少的二氧化硅层15。
相反，如果所述氧气流量比超过上面所述的上限值(如果氧气流量比变得太大)，就有使溅射效率表现出降低的趋势。
此外，从气体源207引入到离子源201的气体可以具有固定的组成成分，或者是在整个时间内变化的成分。例如，被引入到离子源201中气体的氧气浓度(氧气流量比)可以随时间变化。
在这种情况下，如果把氧气-氩气混合气体用作被引入到离子源201中的气体，并且，如果这种混合气体中的氧气浓度(氧气流量比)随时间变化，则在初期阶段可以通过增大氩气的比率有效地产生等离子体，氩气比氧气(O2)可以更容易产生等离子体，而在这之后，可以发射含有高浓度氧气的粒子束。
通过如上所述的各个步骤，制得本发明的声波器件10。利用比如网络分析，可以确定所述声波器件10的电特性及温度特性。
其它实施例本发明并不限于上述结构，而可应用于其它结构，只要所述二氧化硅层与压电体层和梳状电极对中的至少一个相接触即可。
除上述声波器件10的结构之外，以下将描述其它应用本发明的声波器件结构举例。
图4是表示可以应用本发明的其它声波器件结构示例的剖面图。在下面的描述中，将省去对那些与前述实施例一样的结构部件的描述。在图4A所示的声波器件中，在与基板11一样的基板1上，以同样的顺序设置有与压电体层13一样的压电体层2，与梳状电极对14一样的两个梳状电极对3，以及与二氧化硅层15一样的二氧化硅层4。
在图4B所示的声波器件中，基板1上按规定的顺序设置有两个梳状电极对3、压电体层2和二氧化硅层4。
在图4C所示的声波器件中，基板1上按规定的顺序设置有二氧化硅层4、两个梳状电极对3和压电体层2。
在图4D所示的声波器件中，基板1上按规定的顺序设置有二氧化硅层4、压电体层2和两个梳状电极对3。
有如上面所述的那样，在使二氧化硅层与压电体层以及梳状电极对二者中的至少之一相接触的情况下，本发明可以得到有益的效果。特别是，有如图1、4A和4C所示那样，在使二氧化硅层与压电体层和梳状电极对二者都接触的情况下，本发明的有益效果将会变得尤为显著。
虽然已经关于优选实施例描述了所述的声波器件，但本发明并不限于所描述的各实施例以及上面所表述的。应能理解，可以作出多种变化和改型，而不致脱离本发明的精髓。
具体地说，虽然前述实施例中作为声波器件的举例描述了表面声波器件，但本发明并不限于表面声波器件，而可以等效地应用于各种压电振动元件。
这种压电振动元件的示例包括体声波(BAW)元件，在这种结构中，压电体的前后表面夹在电极之间。
这种压电振动元件的的具体示例包括具有薄膜体声谐振器(FBAR)型元件结构的元件，以及具有固态安装谐振器(SMR)型元件结构的元件，后一种元件结构中，在上述层状结构与基板之间，布置着具有多个交替重复叠积的不同声阻抗层的音响反射多层膜。
此外，电极结构并不限于所表述的例子，而可以按照它的应用有不同的结构。作为举例，在制作谐振器的情况下，可将一对反射器按隔开一定间隔的关系，布置在构成输入电极和输出电极的梳状电极对的相对两侧上。
此外，在前述图1所示的实施例中，可在压电体层13与所述梳状电极对14相反的一个表面(各图中的下表面)上，形成由铝或金制成的短路电极。在这种情况下，当从其顶部观看时，可以只在形成梳状电极对14的区域内形成这种短路电极，或者可以形成为覆盖住传播的区域。
短路电极的存在，使得与形成梳状电极对14的表面相对的压电体层13表面得以能够等电位化，从而提高激励效率。
下面将描述本发明的具体示例。
1.制作声波器件例1-制作具有图1所示结构的声波器件具体地说，首先准备一个基板(平均厚度为800μm的硅基板)，其上已形成有硬质层(平均厚度为20μm的多晶金刚石膜)。
然后，通过在硬质层上把ZnO RF溅射至475nm的厚度，形成压电体层。这当中，利用ZnO的烧结体为靶标材料，并用氩气(流量50sccm)与氧气(流量50sccm)的混合气体作为反应气体，在RF功率1.0kW，1.0Pa的气体压力(大气压力)且成膜温度为500℃的条件下，实行所述RF溅射。
紧接着通过DC溅射，把铝层涂敷在所形成的压电体层上，形成平均厚度为42nm的金属材料层。利用铝板作为靶标材料，并用氩气(流量50sccm)作为反应气体，在DC功率1.0kW，1.0Pa的气体压力且成膜温度等于室温的条件下，实行所述RF溅射。
接下去，通过光刻，在所形成的金属层上形成为形成梳状电极对所需的阻挡层，同时，利用所述阻挡层为掩膜实行反应离子蚀刻(RIE)，并除去不需要的金属层部分，形成两个梳状电极对(输入电极和输出电极)。这时，将BCl3和Cl2为其主要成分的气体用作反应离子蚀刻所用的蚀刻气体。
继而，通过RF磁溅射，在压电体层和梳状电极对上涂敷SiO2，以覆盖所述两个梳状电极对，从而形成平均厚度为420nm的二氧化硅层。
这当中，利用熔融的石英作为靶标，并在真空腔室内加入氩气和氧气，在给阴极加以13.56MHz的高频、RF功率为1.0kW、气体压力为0.5Pa且成膜温度为200℃的条件下，形成所述二氧化硅层。
另外，在将氩气和氧气供送给真空腔室内的过程中，氩气的流量为5sccm，氧气的流量为45sccm，并且，氧气流量比(氧气流量被氩气流量加氧气流量除)是90％.
通过上述过程制成例1的声波器件。
例2除在形成二氧化硅层时的氧气流量比变为80％外，实行与例1同样的过程，制成一种声波器件。
比较例1除在形成二氧化硅层时的氧气流量比变为34％外，实行与例1同样的过程，制成一种声波器件。
比较例2除在形成二氧化硅层时，在金属模式下，采用电子回旋加速响应溅射(ECR)装置外，实行与例1同样的过程，制成一种声波器件。
这当中，在500W的微波功率，500W的高频功率，线圈电流为26A/26A，且氧气流量比为16％以及气体压力为0.145Pa的条件下，实行所述ECR溅射，以形成所述二氧化硅层。
比较例3除在形成二氧化硅层时，在氧化物模式下，采用电子回旋加速器响应溅射(ECR)装置外，实行与例1同样的过程，制成一种声波器件。
这当中，在500W的微波功率、500W的高频功率，线圈电流为26A/26A，且氧气流量比为18.5％以及气体压力为0.156Pa的条件下，实行所述ECR溅射，以形成所述二氧化硅层。
2.评价通过喇曼分光法分析所述各例及各比较例中所制得的声波器件的二氧化硅层。
喇曼分光光谱关于所述各例及各比较例中所制得的声波器件的二氧化硅层测量喇曼分光光谱，结构示于图5和图6中。
图5是表示例1和比较例1中二氧化硅层的喇曼分光光谱曲线。图6是表示例2和比较例1-3中的二氧化硅层的喇曼分光光谱曲线。
当测量喇曼分光光谱时，使用通过溅射在硅基板上形成30nm的薄铝膜，然后再以有如各示例和各比较例中采用的同样方法在所述薄铝膜上形成二氧化硅层所得到的评价样品。
另外，在测量喇曼分光光谱时，采用波长为514.5nm的激光(Ar激光器)作为光源。使所述激光照射在二氧化硅层的表面上，用光电倍增管检测被分光计(双单色仪)劈裂的喇曼散射光。
如图5和6所示，在关于每个示例和比较例的所有喇曼光谱中，在波数840cm-1附近观察到与Si-O结的LO模型晶格振动对应的峰，在波数610cm-1附近观察到与三环状节的晶格振动对应的峰P3，在波数495cm-1附近观察到与四环状节的晶格振动对应的峰P4。
此外，在从最大波数区域的波峰P4向着它的低波数一侧的较宽波数范围(约370-500cm-1)内发现峰群Pg。这个峰群Pg包括波峰P4和多个与由具有四个或更多环状节的呈环形结构所引起的晶格振动相应的峰。
具有三环状节或者四个或更多环状节的呈环形结构伴随有结构缺陷(如氧缺乏型缺陷)，这意味着峰值P3和P4的强度越大，膜层的质量越差。
喇曼分光光谱的峰值强度比如图5所示，比较例1中的峰值P3和P4以及峰群Pg的强度相对地比较大。相反，例1中的峰值P3和P4以及峰群Pg的强度都比较小。
就此而言，关于例1、例2以及比较例1计算峰值Ps的强度对峰值P3和P4的强度之比(P3/Ps和P4/Ps)。图7示出其结果。
图7是表示二氧化硅层的喇曼分光光谱的峰值强度比与溅射时氧气流量比之间的关系曲线。
如图7所示，所述强度比P3/Ps和P4/Ps都对于氧气流量比的增大而成正比地减小。于是就可以看出，所述各强度比都与氧气流量比相关。
在比较例1中，强度比P3/Ps为1.10，而强度比P4/Ps是1.27。另外，在比较例2中，强度比P3/Ps为1.07，而强度比P4/Ps是1.32。另一方面，在例1中，强度比P3/Ps为0.94，而强度比P4/Ps是1.05。此外，在例2中，强度比P3/Ps为0.96，而强度比P4/Ps是1.19。
就这一点来说，要注意的是，由于峰值P3对应于具有与结构缺陷密切相关的三环状节，所以，强度比P3/Ps适用于作为指示二氧化硅层膜层质量的指标。不过，由于峰值P3表现出低峰值强度，所以，强度比P3/Ps的测量精度并不总是很高。
另一方面，峰值P4对应于四环状节，并且它的峰值强度比峰值P3的大。因此，强度比P4/Ps的测量精度很高，继而，就给出更为精确的指示二氧化硅层膜层质量的指标。
这当中，在上述喇曼分光光谱中计算250-510cm-1波数区域中的强度积分值I1与800-840cm-1波数区域中的强度积分值I2的比值I1/I2。比较例1中的比值I1/I2为53，而例1中的比值I1/I2为48。
喇曼分光光谱中与退火有关的变化在以与上述同样的方法测量喇曼分光光谱之前和之后，使例1和比较例1中所得到的二氧化硅层经受退火处理。结果被示于图8和图9中。
图8是表示比较例1的二氧化硅层经退火处理之前和之后的喇曼分光光谱曲线。图9是表示例1的二氧化硅层经退火处理之前和之后的喇曼分光光谱曲线。
就这一点而言，是在真空氛围中，于300℃下实行退火处理30分钟。
如图8所示，在比较例1中，峰值P3和P4以及峰群Pg的强度因退火处理而急剧下降。这就引起结构的缺陷，这些缺陷归因于具有三环状节或者四个或更多环状节的呈环形结构。换句话说，比较例1的二氧化硅层具有很多结构缺陷，并因此而缺少结构的完整性。
另一方面如图9所示，认凭退火处理，例1中峰值P3和P4以及峰群Pg的强度显示出变化很小。这就是说，例1的二氧化硅层的结构缺陷数目减少，并因此而表现出结构完整性增强。
插入损失关于例1和比较例1的声波器件，从S参数的测量结果可以看出插入损失的频率特性以及滤波特性。图10示出所述的结果。
图10是表示比较例1(虚线所示)和例1(实线所示)声波器件的插入损失的频率依赖性曲线。
就这一点而言，由惠普(Hewlett-Packard)公司制造的产品编号为HP8753的向量网络分析仪(Vector Network Analyzer)完成S参数的测量。
如图10所示，比较例1中的通频带插入损失为-6.5dB，但比例1中的-5.3dB是陡然地增大。这意味着，由于与比较例1中不同，例1中结构缺陷的减少，而使反射系数和电-机耦合系数都得以增大。如此实现的性能提高，使得能够使器件小型化(如SAW滤波器)。
频率变化率接下去，使例1和比较例1的声波器件在真空腔室内于10-8Pa或更小的压力下以及300℃条件下被退火3个小时。这之后，将声波器件结合到带铝线的封装内。在氮气氛围中，通过缝焊，给所述封装结合多条引线。使声波器件被封入所述封装内。
然后，测量如此制得之制品的振荡频率，并将制品保存于85℃的恒温槽内。按预定的时间间隔实行振荡频率测量，并对整个经过的时间分析频率变化特性。结果示于图11中。
图11是表示对比较例1和例1声波器件的高温放置测试中时间与频率变化率的依赖关系曲线。
如图11所示，经过100小时之后，比较例1中的振荡频率变化率ΔF是-40ppm，经过300小时后是-80ppm，而经过600小时后多于-100ppm。相反在例1中，即使是经过300小时之后，也只观察到很小的振荡频率变化。这就是说，在例1的声波器件中，即使是在上述加热的条件下，也不会发生振荡频率的变化。
如上所述，由于二氧化硅层中结构缺陷的减少，使器件特性得到改善。特别是，在加温状态下，频率稳定性都变得极高，而且对于整个时间很少发生频率的变化。
科西散射公式中的常数项A在上面的描述中，已经根据膜层的质量(结构缺陷程度)分析了二氧化硅的喇曼分光光谱与声波器件特性之间的关系。其它反应二氧化硅膜层质量的特性指标的举例包括光学常数(折射率)。
本文中关于各个示例和各个比较例测量二氧化硅层的光学常数，并讨论它与器件特性的关系。
这当中，在测量二氧化硅层的光学常数时，使用其上以各种方法形成有厚度约为70nm的二氧化硅层的硅基板作为测量的试样。就此而言，应予说明的是，多个测量试样的二氧化硅层都是在有如例1和2以及比较例1-3中同样的条件下，并通过实行有如例1一样的过程(除了把氧气流量比改为5％)而形成的。
换句话说，制备的一些测量试样中，二氧化硅层是按氧气流量比5％、34％(比较例1)、80％(例2)和90％(例1)通过RF磁溅射而形成的，而一些测量试样中，二氧化硅层是按氧气流量比16％(比较例2)通过ECR磁溅射(金属模式)，以及按氧气流量比18.5％(比较例3)通过ECR磁溅射(氧化物模式)而形成的。
然后测量这些测量试样中每一个的二氧化硅层的光学常数。对于通过一般的CVD法叠层的制品的文献数据，以及热氧化膜层和熔融石英的光学常数进行了研究(REALIZE社1999年5月出版的“非晶硅材料应用手册”，总编Hiroshi Kawazoe)。
在确定光学常数过程中，使用SOPRA公司制造的分光椭圆率测量装置SE-5。另外，通过对光色散公式固定所测得的数据而求出所述光学常数。
图12示出如此得到的光学常数计算结果。该图中所表示的光学常数是前述科西散射公式的常数项A(与波长λ无关的项)。
众所周知的是，热氧化膜层或熔融石英的结构缺陷数目减少，而且结构是稳定的。比较的结果显示，比较例1-3中的常数项A与热氧化膜层及熔融石英中的常数项A不同，但例1和2中的常数项A与热氧化膜层及熔融石英中的极为接近。
另外，图13示出比较例1以及例1和2中氧气流量比对光学常数的依赖性，所述比较例1以及例1和2中是通过RF磁溅射形成二氧化硅层的。如图13所示，在溅射期间，随着氧气流量比的增加，所述常数项A减小。
此外，如果科西散射公式的常数项A是在1.44至1.46范围内，则给出的效果是所述声波器件的特性令人高兴地得到改善。这是因为，上述范围与热氧化膜层及熔融石英中存在极为稳定的二氧化硅光学特性相一致的。
权利要求
1.一种声波器件，它包括具有压电特性和一个表面的压电体层；一对电极，用以在通电时于所述压电体层内感应出声振动，所述各电极布置在压电体层的一个表面上；以及二氧化硅层，使与所述压电体层和/或各电极接触，所述二氧化硅层是由二氧化硅作为它的主要成分而构成的；其中，通过在60％或更大的氧气流量比氛围内实行以二氧化硅溅射目标形成所述二氧化硅层。
2.如权利要求1所述的声波器件，其中，在采用喇曼分光法分析所述二氧化硅层所得到的谱中，在把在800至850cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为Ps，且把在475至515cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为P4时，峰值强度比P4/Ps等于或小于1.2.
3.如权利要求1所述的声波器件，其中，在采用喇曼分光法分析所述二氧化硅层所得的谱中，在把800至850cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为Ps，且把在600至620cm-1波数区域中激发的峰值强度定义为P3时，峰值强度比P3/Ps等于或小于1.0.
4.如权利要求1所述的声波器件，其中，在采用喇曼分光法分析所述二氧化硅层所得的谱中，在把250至510cm-1波数区域中所述强度的积分值定义为I1，且把在800至840cm-1波数区域中所述强度的积分值定义为I2时，强度积分值之比I1/I2等于或小于50.
5.如权利要求1所述的声波器件，其中，下述(I)式表示的科西散射公式的常数项A是1.44至1.46n2＝A+B/λ2… (I)式中λ是光波长，n是二氧化硅层对波长为λ的光的折射率，A和B均为常数。
6.如权利要求1所述的声波器件，其中，每个电极都是梳状电极，并且在通电的情况下，在压电体层中感应出表面声波，作为声振动。
7.如权利要求6所述的声波器件，其中，还包括用以支撑所述压电体层的基板。
8.如权利要求7所述的声波器件，其中，借助由金刚石或类碳金刚石形成的硬质层将所述压电体层设置于所述基板上。
9.一种制作声波器件的方法，包括以下步骤准备基板；在所述基板上设置由压电材料为其主要成分构成的压电体层；在所述压电体层上形成一对电极；以及形成以二氧化硅为其主要成分构成的二氧化硅层，用以覆盖各电极；其中，在形成二氧化硅层的步骤中，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标而形成所述二氧化硅层。
10.一种制作声波器件的方法，包括以下步骤准备基板；在所述基板上设置由二氧化硅为其主要成分构成的二氧化硅层；在所述二氧化硅层上形成由压电材料为其主要成分构成的压电体层；以及在所述压电体层上形成一对电极；其中，在设置二氧化硅层的步骤中，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标而形成所述二氧化硅层。
11.一种制作声波器件的方法，包括以下步骤准备基板；在所述基板上设置一对电极；形成由压电材料为其主要成分构成的压电体层，用以覆盖各电极；以及在所述压电体层上形成以二氧化硅为其主要成分构成的二氧化硅层；其中，在形成二氧化硅层的步骤中，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标而形成所述二氧化硅层。
12.一种制作声波器件的方法，包括以下步骤准备基板；在所述基板上设置以二氧化硅为其主要成分构成的二氧化硅层；在所述二氧化硅层上形成一对电极；以及形成由压电材料为其主要成分构成的压电体层，以便覆盖各电极；其中，在形成二氧化硅层的步骤中，通过在60％或更大的氧气流量比的氛围内实行以二氧化硅溅射目标而形成所述二氧化硅层。
全文摘要
一种能够长时间表现出良好特性的声波器件和一种制作声波器件的方法。本发明的声波器件包括具有压电特性和一个表面的压电体层；一对电极，用以在通电时于所述压电体层内感应出声振动，所述各电极布置在压电体层的一个表面上；以及二氧化硅层，使与所述压电体层和/或各电极接触，所述二氧化硅层是由二氧化硅作为它的主要成分而构成的。其中，通过在60％或更大的氧气流量比氛围内实行以二氧化硅溅射目标形成所述二氧化硅层。
文档编号H03H9/00GK101093981SQ200710110058
公开日2007年12月26日 申请日期2007年6月19日 优先权日2006年6月22日
发明者藤井知, 舟川刚夫 申请人:精工爱普生株式会社