壓電器件以及壓電器件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種在穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的接合的同時(shí)不會(huì)限制器件種類的壓電器件的制造方法。為此，在壓電單晶基板的接合面?zhèn)刃纬晌鼭駥?S103)。然后，使吸濕層吸濕水分(S105)。此外，在支承基板的接合面?zhèn)刃纬烧澈蟿?S111)。然后，使吸濕層和粘合劑層疊合(S121)。然后，通過(guò)使用了吸濕層的水分的水解反應(yīng)而使粘合劑層中含有的二氧化硅前體轉(zhuǎn)化為二氧化硅(S122)。
【專利說(shuō)明】壓電器件以及壓電器件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將壓電體的薄膜接合到支承基板的構(gòu)成的壓電器件、及其制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來(lái)，已經(jīng)開發(fā)出很多利用壓電體的薄膜的壓電器件(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。一般而言，利用了壓電體的薄膜的壓電器件是將壓電體的薄膜接合到支承基板而構(gòu)成的。作為壓電體的薄膜與支承基板的接合法，以往提出并采用了各式各樣的方法。
[0003]例如，在被稱作親水化接合的接合法(參照專利文獻(xiàn)I。)中，首先在被鏡面加工后的壓電薄膜側(cè)的接合面與支承基板側(cè)的接合面的各個(gè)面形成有無(wú)機(jī)氧化物層。接下來(lái)，在無(wú)機(jī)氧化物層的表面形成有羥基。接下來(lái)，使壓電薄膜側(cè)的無(wú)機(jī)氧化物層的表面和支承基板側(cè)的無(wú)機(jī)氧化物層的表面疊合，通過(guò)羥基彼此之間的氫鍵合而使壓電薄膜側(cè)的無(wú)機(jī)氧化物層和支承基板側(cè)的無(wú)機(jī)氧化物層相接合。接下來(lái)，通過(guò)200°C以上的熱處理，使H2O從氫鍵合的羥基之中脫離，由此能夠大幅地提高壓電薄膜側(cè)的無(wú)機(jī)氧化物層與支承基板側(cè)的無(wú)機(jī)氧化物層的接合強(qiáng)度。
[0004]此外，在被稱作活性化接合的接合法中，首先通過(guò)在惰性氣體氣氛或者真空中對(duì)被鏡面加工后的壓電薄膜側(cè)的接合面和支承基板側(cè)的接合面的各個(gè)面進(jìn)行濺射蝕刻，從而完成污染物從表面的去除和表面的活性化。在該狀態(tài)下，通過(guò)使壓電薄膜側(cè)的接合面和支承基板側(cè)的接合面疊合，從而壓電薄膜側(cè)的接合面和支承基板側(cè)的接合面隔著非晶層而被穩(wěn)固地接合。
[0005]此外，在使用了樹脂系的粘接層的接合法中，在壓電薄膜側(cè)或者支承基板側(cè)的接合面形成粘接層，接下來(lái)使壓電薄膜側(cè)和支承基板側(cè)的接合面彼此之間疊合并固化，從而壓電薄膜側(cè)和支承基板側(cè)的接合面彼此之間被穩(wěn)固地接合。
[0006]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開平6-326553號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010]然而，在如親水鍵合那樣的需要200°C以上的較高的高溫的熱處理的接合法中，若壓電薄膜與支承基板之間的線膨脹系數(shù)差大，則由于會(huì)引起因在熱處理時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力而使得壓電薄膜從支承基板剝落等的不良情況，因此無(wú)法穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的接合。
[0011]相對(duì)于此，在活性化接合中，即便不進(jìn)行親水化接合那樣的高溫下的熱處理，也可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的接合，故壓電體與支承基板之間的線膨脹系數(shù)差不會(huì)成為較大的制約。
[0012]另一方面，在活性化接合中，由于針對(duì)于表面的污染物的容許誤差低，進(jìn)行接合時(shí)的接合環(huán)境的管理嚴(yán)格，因此難以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的接合。此外，例如諸如LN基板和在表層形成有氮化硅膜的基板那樣，通過(guò)材質(zhì)的組合卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)充分的接合強(qiáng)度。[0013]此外，在利用了樹脂系的粘接劑的接合法中，由于當(dāng)被施加熱時(shí)粘接劑會(huì)軟化，因此在支承基板和壓電薄膜存在線性膨脹系數(shù)差的材料中，于加熱后有時(shí)會(huì)在支承基板和壓電薄膜發(fā)生偏離從而導(dǎo)致起伏。
[0014]因而，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)在非加熱環(huán)境下穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的接合的同時(shí)不會(huì)引起特性劣化的壓電器件、以及壓電器件的制造方法。
[0015]用于解決課題的手段
[0016]本發(fā)明所涉及的壓電器件具備壓電薄膜、支承基板、氧化硅層、和吸濕層。壓電薄膜由壓電體構(gòu)成。支承基板在一個(gè)主面?zhèn)葘盈B有壓電薄膜。氧化硅層由氧化硅構(gòu)成，且設(shè)置在壓電薄膜與支承基板之間。吸濕層的吸濕性高于壓電薄膜以及支承基板的吸濕性，且吸濕層與氧化硅層的大致整個(gè)面相接地設(shè)置在壓電薄膜與支承基板之間。
[0017]本發(fā)明所涉及的壓電器件的制造方法具有吸濕層形成工序、吸濕工序、粘合劑層形成工序、粘合工序、和粘合劑層固化工序。吸濕層形成工序是在壓電基板和支承基板的至少一個(gè)接合面?zhèn)刃纬晌鼭駥拥墓ば?。吸濕工序是使所述吸濕層吸濕水分的工序。粘合劑層形成工序是在壓電基板或者支承基板的接合面?zhèn)刃纬捎砂趸枨绑w的材料構(gòu)成的粘合劑層的工序。粘合工序是在各個(gè)接合面之間，隔著所述粘合劑層和所述吸濕層而將所述壓電基板和所述支承基板粘合的工序。粘合劑層固化工序是通過(guò)被所述吸濕層吸濕的水分使所述二氧化硅前體發(fā)生水解而轉(zhuǎn)化為二氧化硅的工序。在此所利用的二氧化硅前體為即便在100度以下也會(huì)促進(jìn)水解反應(yīng)的材料。
[0018]在該制造方法中，通過(guò)向即便是50°C至100°C程度的低溫也具有活性的二氧化硅前體提供被吸濕層吸濕的水分，從而二氧化硅前體發(fā)生水解而轉(zhuǎn)化為二氧化硅。由此，粘合劑層固化。因此，通過(guò)在非加熱環(huán)境下或者低溫加熱環(huán)境下促進(jìn)該水解反應(yīng)，從而能夠在未伴有壓電基板的裂紋、支承基板的裂紋等的情況下穩(wěn)定且穩(wěn)固地接合壓電基板和支承基板。為此，可以如抑制壓電基板、支承基板的線性膨脹系數(shù)差所造成的制約、且使器件特性、可靠性最優(yōu)化那樣地選擇材質(zhì)。通過(guò)該接合而形成的氧化硅層，因?yàn)橛捕雀咔译妼?dǎo)率低，所以幾乎沒有因氧化硅層的存在而導(dǎo)致的器件特性的劣化。此外，通過(guò)將吸濕層設(shè)置在接合面的整個(gè)面，由此能向接合面的整個(gè)面提供水分，能夠防止接合強(qiáng)度不均而局部下降。
[0019]另外，使用了這樣的二氧化硅前體的二氧化硅的生成法一般被稱作溶膠-凝膠法。溶膠-凝膠法中所使用的二氧化硅前體是相對(duì)于溶媒可溶、且通過(guò)水解反應(yīng)或聚合反應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸璧慕M成物。這樣的二氧化硅前體一般例如作為SOG(Spin on Grass)材而流通。其中，作為SOG材最為普及的硅烷醇系(例如“-Si (OH)4_”的聚合體)的材料，因?yàn)樵谏啥趸钑r(shí)需要在400°C程度的高溫下的加熱，所以不適于用于制造壓電器件。適于制造壓電器件的二氧化硅前體例如為即便在100度以下也會(huì)促進(jìn)水解反應(yīng)的硅酸酯、聚硅氮烷等。硅酸酯例如是組成為Si4O3(OCH3)ltl的材料。此外，聚硅氮烷例如是組成為“-(SiH2NH)-” 的聚合體。
[0020]在上述的壓電器件的制造方法中，優(yōu)選所述壓電基板由壓電體單晶構(gòu)成。壓電基板例如為L(zhǎng)T基板、LN基板、水晶基板等。
[0021]這樣的壓電基板，吸濕性極低，設(shè)置吸濕層所帶來(lái)的效用大。
[0022]在上述的壓電器件的制造方法中，優(yōu)選所述吸濕層為多孔質(zhì)膜、氮化鋁膜、以低真空度下的濺射或低溫CVD所形成的氧化硅層中的任一者。[0023]這些吸濕層與壓電基板或支承基板相比吸濕性充分高，此外即便被層疊于壓電基板上也不會(huì)在特性方面或者可靠性方面帶來(lái)不良影響。
[0024]在上述的壓電器件的制造方法中，優(yōu)選在減壓氣氛下實(shí)施所述粘合工序以及所述粘合劑層固化工序。
[0025]由此促進(jìn)粘合劑層中含有的溶劑成分的揮發(fā)，能夠防止或者抑制在接合面產(chǎn)生孔隙。
[0026]在上述的壓電器件的制造方法中，優(yōu)選具有離子注入工序、和分離工序。離子注入工序是自壓電基板的接合面?zhèn)绕鹱⑷腚x子的工序。分離工序是通過(guò)加熱而從由所述離子所造成的壓電基板的缺陷層之中將接合面?zhèn)鹊膮^(qū)域作為壓電薄膜進(jìn)行分離的工序。
[0027]或者，在上述的壓電器件的制造方法中，優(yōu)選具有離子注入工序、臨時(shí)支承工序、分離工序、和支承工序。臨時(shí)支承工序是在壓電基板的離子注入面?zhèn)刃纬膳R時(shí)支承基板的工序，其中該臨時(shí)支承基板由與所述壓電基板同種材料構(gòu)成、或者作用于該臨時(shí)支承基板與所述壓電基板之間的界面處的熱應(yīng)力小于作用于所述支承基板與所述壓電基板之間的界面處的熱應(yīng)力。支承工序是在自所述壓電基板分離出的所述壓電薄膜形成所述支承基板的工序。
[0028]在這些制造方法中，能夠?qū)弘姳∧ば纬蔀榉€(wěn)定的膜厚和所期望的結(jié)晶方位，并且能夠提高壓電體的材料利用效率。此外，在該制造方法中，在壓電薄膜的厚度方向上離子分布密度發(fā)生偏頗。其結(jié)果，壓電薄膜成為略微翹曲的狀態(tài)，在與支承基板的接合方面容易產(chǎn)生困難。然而，在采用本制造方法的情況下，可以在低溫環(huán)境下抑制熱應(yīng)力的影響的同時(shí)接合壓電基板和支承基板，因此效用非常大。
[0029]在上述的壓電器件的制造方法中，優(yōu)選具有在壓電薄膜形成功能電極的功能電極形成工序。
[0030]在這些制造方法中，利用由二氧化硅前體的水解反應(yīng)所引起的向二氧化硅的轉(zhuǎn)化而使壓電薄膜和支承基板穩(wěn)固地接合，從而能夠獲得防止了自功能電極的信號(hào)泄漏的壓電器件。
[0031]發(fā)明效果
[0032]根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樵趬弘娀搴椭С谢宓慕雍现惺褂煤性诘蜏叵罗D(zhuǎn)化的二氧化硅前體的粘合劑層，所以通過(guò)二氧化硅前體的二氧化硅化，粘合劑層自低溫起固化，從而能夠穩(wěn)固且穩(wěn)定地接合壓電基板和支承基板。而且，因?yàn)樵趬弘娀搴椭С谢宓慕雍厦嬖O(shè)有硬度高且電導(dǎo)率低的粘合劑層，所以能夠防止壓電器件的特性劣化、可靠性降低。進(jìn)而，為了向二氧化硅前體提供水分而設(shè)置吸濕層，從而能夠使粘合劑層所帶來(lái)的接合強(qiáng)度均勻化、穩(wěn)定化。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是說(shuō)明本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的彈性波器件的構(gòu)成的圖。
[0034]圖2是說(shuō)明本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的彈性波器件的制造方法的制造流程的圖。
[0035]圖3是圖2所示的制造流程的各工序中的示意圖。
[0036]圖4是圖2所示的制造流程的各工序中的示意圖。[0037]圖5是說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的彈性波器件的制造方法的制造流程的圖。
[0038]圖6是圖5所示的制造流程的各工序中的示意圖。
[0039]圖7是圖5所不的制造流程的各工序中的不意圖。
[0040]圖8是說(shuō)明本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的彈性波器件的制造方法的制造流程的圖。
[0041]圖9是圖8所示的制造流程的各工序中的示意圖。
[0042]圖10是圖8所示的制造流程的各工序中的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]《第I實(shí)施方式》
[0044]首先，關(guān)于本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的壓電器件，將SAW(Surface AcousticWave)器件作為具體例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0045]圖1是表示本實(shí)施方式的SAW器件10的構(gòu)成的圖。
[0046]SAW 器件 10 具備:層疊基板部 80、IDT (Interdigital Transducer)電極 50、布線60、和保護(hù)絕緣膜70。層疊基板部80，作為整體的厚度為約250 μ m,且具備壓電體單晶薄膜
11、支承基板12、吸濕層31、氧化硅層33、和電介質(zhì)層21。
[0047]支承基板12設(shè)置在層置基板部80的最底面。在此，支承基板12由氧化招基板或者氧化鎂基板構(gòu)成。氧化鋁基板、氧化鎂基板是熱傳導(dǎo)良好且線性膨脹系數(shù)小于壓電單晶材料的材質(zhì)。通過(guò)使用這樣的支承基板12，從而SAW器件10的頻率溫度特性、散熱性、耐功率性得以改善。
[0048]氧化硅層33層疊地形成于支承基板12的上表面。該氧化硅層33的詳細(xì)內(nèi)容將在后面敘述，是為了支承基板12和壓電體單晶薄膜11的接合而設(shè)置的。氧化硅層33由氧化硅構(gòu)成。
[0049]吸濕層31層疊地形成于氧化娃層33的上表面。在此,吸濕層31是膜厚為1400nm的氮化鋁(AlN)膜。該吸濕層31的詳細(xì)內(nèi)容將在后面敘述，是為了向粘合劑層32(未圖示)提供水分而設(shè)置的。另外，吸濕層31只要是與壓電單晶基板1、支承基板12相比吸濕性高的材質(zhì)即可，也可由其他材質(zhì)構(gòu)成。例如，可以是以噴涂法所形成的氧化鋁、氧化釔或二氧化硅系的層、以200°C以下的低溫或者0.1至IOPa的低真空度下的濺射法或CVD法所形成的氧化硅層、混合了樹脂或揮發(fā)成分的層等的、具備多孔性微細(xì)結(jié)構(gòu)的層。
[0050]另外，關(guān)于吸濕層31，若楊氏模量過(guò)低，則耐不住來(lái)自壓電單晶基板I (未圖示)或壓電體單晶薄膜11的膜應(yīng)力，從而裂紋等成為問(wèn)題。相反地，若楊氏模量過(guò)高，則受壓電單晶基板I (未圖示)或壓電體單晶薄膜11與支承基板12之間的線性膨脹系數(shù)差的影響而易于斷裂。此外，若介電常數(shù)過(guò)高，則會(huì)對(duì)器件特性造成不良影響，尤其在高頻器件的情況下，由于布線間的電容大，因此器件特性劣化變得顯著。此外，若與壓電體材料的線性膨脹系數(shù)差過(guò)大，則可靠性劣化?；谏鲜鲈颍鼭駥?1也可鑒于楊氏模量、介電常數(shù)、線性膨脹系數(shù)等的觀點(diǎn)來(lái)選定材料。
[0051]電介質(zhì)層21層疊地形成于吸濕層31的上表面。在此，電介質(zhì)層21是膜厚為700nm的氧化硅層。該電介質(zhì)層21是以發(fā)揮將SAW器件10中的表面彈性波限制在表層來(lái)獲得良好特性的功能的目的而設(shè)置的。另外，電介質(zhì)層21不是必須構(gòu)成，也可不設(shè)置。
[0052]壓電體單晶薄膜11層疊地形成于電介質(zhì)層21的上表面。在此，壓電體單晶薄膜11為L(zhǎng)T (鉭酸鋰)單晶的薄膜。另外，壓電體單晶薄膜11的材料可以從LT、LN(LiNbO3)、LBO(Li2B4O7)、硅酸鎵鑭(La3Ga5SiO14)、KN(KNbO3)等的壓電體之中適當(dāng)?shù)剡x擇。
[0053]IDT電極50、布線60圖案形成于壓電體單晶薄膜11的上表面。IDT電極50相對(duì)于壓電體單晶薄膜11而發(fā)生機(jī)電耦合，與壓電體單晶薄膜11 一起構(gòu)成表面彈性波諧振器。布線60在IDT電極50與外部電路之間傳遞高頻信號(hào)。在此，IDT電極50、布線60是鋁和鈦的層疊膜。
[0054]圖2是說(shuō)明本實(shí)施方式的SAW器件的制造流程的圖。
[0055]圖3、4是制造流程的各工序中的示意圖。
[0056]首先，準(zhǔn)備壓電單晶基板1，為了之后分離壓電體單晶薄膜11 (未圖示標(biāo)號(hào))而自壓電單晶基板I的主面1A(接合面1A)側(cè)起射入離子(SlOl)。該工序相當(dāng)于本實(shí)施方式中的離子注入工序。由此，如圖3(S101)所示，在距壓電單晶基板I的接合面IA為規(guī)定深度的位置處形成缺陷層2。缺陷層2是向壓電單晶基板I注入的離子的原子集中地存在的區(qū)域。
[0057]更具體而言，在此所采用的離子為氫離子。而且，氫離子以80KeV的加速電壓、且成為1.0X 1017atom/cm2的劑量地射入到壓電單晶基板I。由此，缺陷層2形成在距接合面IA的深度約550nm的位置。缺陷層2的形成位置由離子注入時(shí)的加速電壓所決定，例如在約一半的深度形成缺陷層2的情況下，只要將加速電壓設(shè)為約一半即可。另外，所注入的離子除了氫離子之外還可以從氦離子、氬離子等之中適當(dāng)?shù)剡x擇。
[0058]接下來(lái)，如圖3(S102)所示，在壓電單晶基板I的接合面IA形成電介質(zhì)層21(S102)。
[0059]接下來(lái)，如圖3(S103)所示，在電介質(zhì)層21的表面形成吸濕層31 (S103)。該工序相當(dāng)于本實(shí)施方式中的吸濕層形成工序。
[0060]接下來(lái)，如圖3(S104)所示，在吸濕層31的表面形成氧化硅層41，其表面根據(jù)CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等被平坦化(S104)。該氧化娃層41是為使表面平坦化而設(shè)置的，通過(guò)將氧化硅層41的膜厚形成得較薄至約I μ m以下，從而能夠防止從吸濕層31向粘合劑層32(未圖示)的水分提供受到阻礙。
[0061]接下來(lái)，將形成有吸濕層31的壓電單晶基板I放置在充滿水蒸氣的高濕槽的內(nèi)部達(dá)一定時(shí)間以上(S105)。由此，如圖3(S105)所示，吸濕層31吸收水分。該工序相當(dāng)于本實(shí)施方式中的吸濕工序。另外，也可通過(guò)將形成有吸濕層31的壓電單晶基板I放置在濕度不是0%的大氣氣氛中、或者使層疊基板浸潰到水中、或者使水滴霧化，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)該工序。
[0062]此外，如圖3 (Slll)所示，準(zhǔn)備支承基板12，在支承基板12的表面形成粘合劑層32 (Slll)。該工序相當(dāng)于本實(shí)施方式中的粘合劑層形成工序。
[0063]在此，所謂粘合劑層32，是指由使二氧化硅前體溶解或者混合到溶劑成分中的SOG材構(gòu)成的層。因而，優(yōu)選形成有粘合劑層32的支承基板12在粘合劑層形成之后置于減壓氣氛、或者一百幾十度的加熱氣氛下促使粘合劑層32中含有的溶劑成分的揮發(fā)。
[0064]此外，在此所使用的二氧化硅前體是組成為Si4O3(OCH3)ltl的硅酸酯、或者組成為“-(SiH2NH)-”的聚合體的聚硅氮烷。這些二氧化硅前體，即便在50°C至100°C程度的低溫下也具有活性，通過(guò)提供水分來(lái)促進(jìn)水解反應(yīng)從而推進(jìn)二氧化硅化。以下，示出基于這些二氧化硅前體的水解的反應(yīng)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，作為二氧化硅前體，只要是在50°C至100°C程度的低溫下通過(guò)水解反應(yīng)、聚合反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為二氧化硅的前體即可，也可使用除了上述之外的組成。
[0071]接下來(lái)，如圖4(S121)所示，使支承基板12側(cè)的粘合劑層32和壓電單晶基板I側(cè)的氧化硅層41 (未圖示標(biāo)號(hào))疊合而將兩者粘合(S121)。該工序相當(dāng)于本實(shí)施方式中的粘合工序。該工序也在減壓氣氛、或者一百幾十度的加熱氣氛下實(shí)施，當(dāng)促進(jìn)粘合劑層32中包含的溶劑成分的揮發(fā)時(shí)能夠抑制在接合面產(chǎn)生孔隙，故優(yōu)選。
[0072]接下來(lái)，將壓電單晶基板I和支承基板12的接合體置于80°C的加熱環(huán)境下放置一定時(shí)間(S122)。通過(guò)置于這樣的加熱環(huán)境下，由此來(lái)促進(jìn)粘合劑層32的二氧化硅化，二氧化硅前體自低溫起轉(zhuǎn)化為二氧化硅(氧化硅)。因此，該工序相當(dāng)于本實(shí)施方式中的粘合劑層固化工序。由此，如圖4(S122)所示，從粘合劑層32 (未圖示)形成氧化硅層33，支承基板12和壓電單晶基板I被穩(wěn)固地接合。從吸濕層31向粘合劑層32提供水分，在低溫且短時(shí)間內(nèi)推進(jìn)粘合劑層32中包含的二氧化硅前體的二氧化硅化。
[0073]另外，在壓電單晶材料為L(zhǎng)T或LN的情況下，特別是壓電單晶材料的熱釋電性成為問(wèn)題。即，在接合壓電單晶基板I和支承基板12之際，若長(zhǎng)時(shí)間地作用高溫下的熱負(fù)荷，則由于在壓電單晶基板I所產(chǎn)生的熱釋電電荷，有時(shí)會(huì)破壞器件的功能電極、或者發(fā)生壓電單晶的極化反轉(zhuǎn)而使壓電性劣化。然而，如本實(shí)施方式那樣，在低溫的加熱下實(shí)施壓電單晶基板I和支承基板12的穩(wěn)固接合的情況下，因?yàn)闊後岆婋姾傻漠a(chǎn)生得到抑制，所以可以實(shí)現(xiàn)良好的器件特性。
[0074]接下來(lái)，隔著氧化硅層33而穩(wěn)固地接合的支承基板12和壓電單晶基板I的接合體置于約250°C的加熱環(huán)境下(S123)。于是，如圖4(S123)所示，壓電單晶基板I (未圖示標(biāo)號(hào))在缺陷層2 (未圖示標(biāo)號(hào))發(fā)生分離，形成壓電體單晶薄膜11。該工序相當(dāng)于本實(shí)施方式中的分離工序。
[0075]這樣，通過(guò)采用離子注入和熱處理來(lái)分離壓電體單晶薄膜11，從而能夠容易地制造保持良好的膜厚分布且極薄的膜厚的壓電體單晶薄膜11。此外，由于壓電單晶基板I可以任意地設(shè)定結(jié)晶方位，因此通過(guò)采用向該壓電單晶基板I的離子注入來(lái)形成壓電體單晶薄膜11，從而壓電體單晶薄膜11的結(jié)晶方位也可任意地設(shè)定。由此，能夠獲得作為SAW器件所期望的結(jié)晶方位的壓電體單晶薄膜11，并提高SAW器件的壓電特性。
[0076]接下來(lái)，如圖4(S124)所示，壓電體單晶薄膜11的表面根據(jù)CMP法等而被平坦化(S124)。
[0077]接下來(lái)，如圖5(S125)所示，在壓電體單晶薄膜11的表面形成SAW器件的動(dòng)作所需的IDT電極50、布線60、以及保護(hù)絕緣膜70(S125)。該工序相當(dāng)于本實(shí)施方式中的功能電極形成工序。然后，通過(guò)單片化來(lái)制造SAW器件。[0078]在以上的SAW器件的制造方法中，由于自低溫起推進(jìn)粘合劑層的二氧化硅化而體現(xiàn)出壓電單晶基板I和支承基板12的接合強(qiáng)度，因此即便壓電單晶基板I與支承基板12之間的線性膨脹系數(shù)差大，也難以在接合時(shí)發(fā)生各種不良情況。
[0079]尤其是，在本實(shí)施方式中，由于通過(guò)離子注入來(lái)形成壓電體單晶薄膜11，因此離子的原子夾在壓電體單晶薄膜11的結(jié)晶中，其分布密度在壓電體單晶薄膜11的厚度方向上有偏頗，因而壓電體單晶薄膜11具有膜應(yīng)力。為此，如果假設(shè)為體現(xiàn)接合強(qiáng)度需要高溫?zé)崽幚?，則因膜應(yīng)力和熱應(yīng)力的合成而使得壓電體單晶薄膜11 (壓電單晶基板I)易于從支承基板12剝離，故難以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的接合。因此，可以說(shuō)向粘合劑層提供充足的水分而自低溫起促進(jìn)二氧化硅化來(lái)體現(xiàn)出接合強(qiáng)度的本實(shí)施方式的方法，尤其在需要高精度的頻率管理的彈性波諧振器器件中，為了抑制接合時(shí)的熱應(yīng)力的影響來(lái)穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的接合是極其有效的。
[0080]而且，因?yàn)檎澈蟿?2通過(guò)二氧化硅化而成為氧化硅層33，所以可獲得硬度極高、電導(dǎo)率極低、且良好的SAW器件的特性。
[0081]另外，在本實(shí)施方式中，雖然示出在支承基板12側(cè)設(shè)置粘合劑層32、在壓電體單晶薄膜11側(cè)設(shè)置吸濕層31并接合兩者的示例，但是也可將粘合劑層32設(shè)置在壓電體單晶薄膜11側(cè)、將吸濕層31設(shè)置在支承基板12側(cè)并接合兩者。此外，也可在支承基板12側(cè)或者壓電體單晶薄膜11側(cè)的任一側(cè)層疊設(shè)置吸濕層31和粘合劑層32，并接合粘合劑層32和支承基板12、或者粘合劑層32和壓電體單晶薄膜11。
[0082]《第2實(shí)施方式》
[0083]接下來(lái)，關(guān)于本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的壓電器件的制造方法，將SAW器件的制造方法作為具體例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0084]在本實(shí)施方式中，說(shuō)明如下的制造方法，S卩:為了恢復(fù)通過(guò)離子注入而降低一定程度的壓電體單晶薄膜的壓電性、結(jié)晶性，對(duì)壓電體單晶薄膜實(shí)施500°C程度下的高溫?zé)崽幚?，以避免因此時(shí)的支承基板與壓電體單晶薄膜之間的線性膨脹系數(shù)差所引起的熱變形。
[0085]圖5是說(shuō)明本實(shí)施方式的SAW器件的制造流程的圖。
[0086]圖6、7是制造流程的各工序中的示意圖。
[0087]首先，準(zhǔn)備壓電單晶基板201，自壓電單晶基板201的主面20IA (接合面1A)側(cè)起射入離子(S201)。由此，如圖6(S201)所示，在距壓電單晶基板201的接合面201A為規(guī)定深度的位置處形成缺陷層202。
[0088]接下來(lái)，如圖6(S202)所示，在壓電單晶基板201的接合面201A形成被蝕刻層291 (S202)。優(yōu)選被蝕刻層291的表面根據(jù)CMP法等而被平坦化。該被蝕刻層291之后通過(guò)蝕刻而被去除。在此所使用的被蝕刻層291是膜厚為3 μ m的Cu膜。
[0089]此外，如圖6 (S203)所示，準(zhǔn)備臨時(shí)支承基板212，在臨時(shí)支承基板212的表面也形成被蝕刻層292(S203)。優(yōu)選被蝕刻層292的表面根據(jù)CMP法等而被平坦化。在此所使用的臨時(shí)支承基板212是與壓電單晶基板201相同的材質(zhì)。因而，通過(guò)使作為后續(xù)工序的壓電體單晶薄膜211 (未圖示標(biāo)號(hào))的高溫?zé)崽幚碓谂c由同種材質(zhì)構(gòu)成的臨時(shí)支承基板212相接合的狀態(tài)下實(shí)施，從而能夠防止與高溫?zé)崽幚硐喟榈膲弘妴尉Щ?01的裂紋等。另夕卜，臨時(shí)支承基板212的材質(zhì)也可以是與壓電體單晶薄膜211 (未圖示標(biāo)號(hào))之間的線膨脹系數(shù)差小的其他材質(zhì)。此外，在此所使用的被蝕刻層292是膜厚為3 μ m的Cu膜。[0090]接下來(lái)，如圖6(S204)所示，被蝕刻層292(未圖示標(biāo)號(hào))和被蝕刻層291 (未圖示標(biāo)號(hào))被接合，形成被蝕刻接合層293 (S204)。這里的接合法只要是可獲得某種程度的接合強(qiáng)度的接合法即可。因?yàn)榕R時(shí)支承基板212和壓電單晶基板201的線性膨脹系數(shù)相等，所以也可使用需要加熱的接合法。
[0091]接下來(lái)，隔著被蝕刻接合層293而相接合的臨時(shí)支承基板212和壓電單晶基板201的接合體置于約250°C的加熱環(huán)境下(S205)。于是，如圖6(S205)所示，壓電單晶基板201 (未圖示標(biāo)號(hào))在缺陷層202 (未圖示標(biāo)號(hào))發(fā)生分離，形成壓電體單晶薄膜211。接著，將隔著被蝕刻接合層293而相接合的臨時(shí)支承基板212和壓電體單晶薄膜211的接合體置于約500°C的高溫環(huán)境下。于是，通過(guò)離子注入而瓦解的壓電體單晶薄膜211的結(jié)晶性得以恢復(fù)。另外，由于臨時(shí)支承基板212和壓電單晶基板201 (未圖示標(biāo)號(hào))為相同的材質(zhì)且線性膨脹系數(shù)相同，因此幾乎不會(huì)發(fā)生因這些熱處理所引起的變形，可防止壓電單晶基板201受到破壞。
[0092]接下來(lái)，如圖6(S206)所示，壓電體單晶薄膜211的表面根據(jù)CMP法等而被平坦化(S206)。
[0093]經(jīng)過(guò)到此為止的工序，構(gòu)成了隔著被蝕刻接合層293將壓電體單晶薄膜211與臨時(shí)支承基板212接合在一起的薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)200。
[0094]接下來(lái)，如圖7(S207)所示，在薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)200中的壓電體單晶薄膜211的表面形成電介質(zhì)層221 (S207)。
[0095]接下來(lái)，如圖7(S208)所示，在薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)200中的電介質(zhì)層221的表面形成吸濕層231(S208)。
[0096]接下來(lái)，如圖7(S209)所示，在薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)200中的吸濕層231的表面形成氧化硅層241，其表面根據(jù)CMP法等而被平坦化(S209)。
[0097]接下來(lái)，將形成有吸濕層231的薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)200放置到充滿水蒸氣的高濕槽的內(nèi)部達(dá)一定時(shí)間以上(S210)
[0098]此外，如圖7(S211)所示，準(zhǔn)備支承基板213，在支承基板213的表面形成粘合劑層233(S211)。
[0099]接下來(lái)，如圖7 (S221)所示，使支承基板213側(cè)的粘合劑層233和薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)200側(cè)的氧化硅層241疊合而將兩者粘合(S221)。
[0100]接下來(lái)，將薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)200和支承基板213的接合體置于80°C的加熱環(huán)境下放置一定時(shí)間(S222)。通過(guò)置于這樣的加熱環(huán)境下，從而促進(jìn)粘合劑層233的二氧化硅化而二氧化硅前體自低溫起轉(zhuǎn)化為二氧化硅(氧化硅)。由此，如圖7 (S222)所示，從粘合劑層233 (未圖示)形成氧化硅層234，支承基板213和薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)200被穩(wěn)固地接
八
口 ο
[0101]接下來(lái)，將接合了壓電體單晶薄膜211、臨時(shí)支承基板212、支承基板213的接合體浸潰在硝酸等的蝕刻液中蝕刻被蝕刻接合層293，去除被蝕刻接合層293以及臨時(shí)支承基板212 (S223)。由此，構(gòu)成了如圖7 (S223)所示那樣的、壓電體單晶薄膜211和支承基板213隔著氧化硅層234而相接合的結(jié)構(gòu)體。
[0102]然后，與第I實(shí)施方式同樣地(參照?qǐng)D4。)，形成IDT電極、保護(hù)絕緣膜，通過(guò)單片化而制造SAW器件(S224)。[0103]在該第2實(shí)施方式中，在使臨時(shí)支承基板形成于壓電基板的離子注入面?zhèn)鹊臓顟B(tài)下分離壓電薄膜。臨時(shí)支承基板由作用于與壓電基板之間的界面處的熱應(yīng)力幾乎不存在、或者小于作用于支承基板與壓電基板之間的界面處的熱應(yīng)力這樣的材料構(gòu)成。因而，與以往相比，能夠抑制在壓電薄膜分離時(shí)因熱應(yīng)力而使得在壓電薄膜發(fā)生不良情況的危險(xiǎn)性。另一方面，因?yàn)樵谟糜诜蛛x壓電薄膜的加熱之后使支承基板形成于壓電薄膜，所以支承基板的構(gòu)成材料不用考慮作用于支承基板與壓電薄膜之間的界面處的熱應(yīng)力，而能夠選定具有任意的線膨脹系數(shù)的構(gòu)成材料。
[0104]因而，可提高壓電薄膜的構(gòu)成材料與支承基板的構(gòu)成材料之間的組合的選擇性。例如，在濾波器用途的器件中，通過(guò)大幅減小支承基板的構(gòu)成材料的線膨脹系數(shù)以小于壓電薄膜的線膨脹系數(shù)，從而可以提高濾波器的溫度-頻率特性。此外，可以對(duì)支承基板選定熱傳導(dǎo)率的性能高的構(gòu)成材料以提高散熱性以及耐功率性，可以選定便宜的構(gòu)成材料以使器件的制造成本變得低廉。
[0105]《第3實(shí)施方式》
[0106]接下來(lái)，關(guān)于本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的壓電器件，將以隔膜結(jié)構(gòu)支承壓電體單晶薄膜的BAW(Bulk Acoustic Wave)器件的制造方法作為具體例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0107]圖8是說(shuō)明本實(shí)施方式的BAW器件的制造流程的圖。
[0108]圖9、10是制造流程的各工序中的示意圖。
[0109]在本實(shí)施方式中，首先以與第2實(shí)施方式相同的方法，形成圖9 (S301)所示那樣的、壓電體單晶薄膜311隔著被蝕刻接合層393而與臨時(shí)支承基板312接合的薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu) 300(S301)。
[0110]接下來(lái)，如圖9(S302)所示，在薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)300中的壓電體單晶薄膜311的表面形成用于驅(qū)動(dòng)BAW器件的下部電極圖案321 (S302)。
[0111]接下來(lái)，如圖9(S303)所示，在薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)300中的壓電體單晶薄膜311的表面形成犧牲層圖案331以覆蓋下部電極圖案321 (S303)，其中該犧牲層圖案331用于形成隔膜結(jié)構(gòu)的空孔部。
[0112]接下來(lái)，如圖9(S304)所示，在薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)300中的壓電體單晶薄膜311的表面形成隔膜支承層341以覆蓋犧牲層圖案331 (S304)。隔膜支承層341在濺射成膜后根據(jù)CMP法而使表面平坦化。在此所使用的隔膜支承層341是氧化硅層。
[0113]此外，如圖9(S305)所示，在薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)300中的隔膜支承層341的表面成膜吸濕層351以及平坦化用的氧化硅層361 (S305)。然后，氧化硅層361的表面根據(jù)CMP法等而被平坦化，薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)300放置到充滿水蒸氣的高濕槽的內(nèi)部達(dá)一定時(shí)間以上。
[0114]接下來(lái)，如圖9(S306)所示，準(zhǔn)備支承基板313，在支承基板313的表面形成粘合劑層 343(S306)。
[0115]接下來(lái)，如圖10(S307)所示，使支承基板313側(cè)的粘合劑層343和薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)300側(cè)的氧化硅層361疊合而將兩者粘合(S307)。
[0116]接下來(lái)，將薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)300和支承基板313的接合體置于80°C的加熱環(huán)境下放置一定時(shí)間(S308)。通過(guò)置于這樣的加熱環(huán)境下，從而促進(jìn)粘合劑層343的二氧化硅化而二氧化硅前體自低溫起轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?氧化硅)。由此，如圖10(S308)所示，從粘合劑層343(未圖示)形成氧化硅層344，支承基板313和薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)300被穩(wěn)固地接
口 ο
[0117]接下來(lái)，接合了壓電體單晶薄膜311、臨時(shí)支承基板312、支承基板313的接合體被浸潰在硝酸等的蝕刻液中，對(duì)被蝕刻接合層393進(jìn)行蝕刻，以去除被蝕刻接合層393以及臨時(shí)支承基板312(S309)。由此，形成如圖10(S309)所示那樣的、壓電體單晶薄膜311和支承基板313隔著氧化硅層344相接合的結(jié)構(gòu)體。
[0118]接下來(lái)，如圖10(S310)所示，壓電體單晶薄膜311被進(jìn)行開孔加工，并且形成用于驅(qū)動(dòng)BAW器件的上部電極圖案322(S310)。
[0119]接下來(lái)，如圖10(S311)所示，從壓電體單晶薄膜311的窗孔向犧牲層圖案331(未圖示標(biāo)號(hào))導(dǎo)入腐蝕劑，去除犧牲層圖案331 (未圖示標(biāo)號(hào))而形成隔膜空間331A(S312)。
[0120]然后，通過(guò)單片化而制造BAW器件。
[0121]另外，雖然根據(jù)以上的各實(shí)施方式所示的制造方法能制造本發(fā)明的壓電器件，但是壓電器件也可以其他方法進(jìn)行制造。例如，除了通過(guò)向壓電單晶基板的離子注入和剝離來(lái)實(shí)現(xiàn)壓電單晶薄膜的形成之外，還可以通過(guò)壓電單晶基板的研磨、壓電單晶基板的蝕刻等來(lái)實(shí)現(xiàn)壓電單晶薄膜的形成。
[0122]此外，作為壓電器件，雖然在本實(shí)施方式中示出了 SAW器件和BAW器件，但是并不限于此，也可適用于設(shè)有絕緣層以覆蓋IDT電極的彈性邊界波器件、板波器件、拉姆(Lamb)波器件等。
[0123]-符號(hào)說(shuō)明-
[0124]1,201..?壓電單晶基板
[0125]1A、201A …接合面
[0126]2、202…缺陷層
[0127]10 …SAW 器件
[0128]11、211、311…壓電體單晶薄膜
[0129]12、213、313 …支承基板
[0130]21、221…電介質(zhì)層
[0131]31、231、351...吸濕層
[0132]32、233、343 …粘合劑層
[0133]33、41、234、241、344、361..?氧化硅層
[0134]50…IDT 電極
[0135]60…布線
[0136]70…保護(hù)絕緣膜
[0137]80…層疊基板部
[0138]200、300…薄膜臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)
[0139]212、312…臨時(shí)支承基板
[0140]291、292 …被蝕刻層
[0141]293、393…被蝕刻接合層
[0142]321..?下部電極圖案
[0143]322…上部電極圖案[0144]331..?犧牲層圖案
[0145]331A…隔膜空間
[0146] 341...隔膜支承層
【權(quán)利要求】
1.一種壓電器件，具備: 壓電薄膜，由壓電體構(gòu)成； 支承基板，在一個(gè)主面?zhèn)葘盈B有所述壓電薄膜； 氧化硅層，由氧化硅構(gòu)成，且設(shè)置在所述壓電薄膜與所述支承基板之間；和吸濕層，吸濕性高于所述壓電薄膜以及所述支承基板的吸濕性，且與所述氧化硅層的大致整個(gè)面相接地設(shè)置在所述壓電薄膜與所述支承基板之間。
2.一種壓電器件的制造方法，具有: 吸濕層形成工序，在壓電基板和支承基板的至少一個(gè)接合面?zhèn)刃纬晌鼭駥樱? 吸濕工序，使所述吸濕層吸濕水分； 粘合劑層形成工序，在所述壓電基板或者所述支承基板的接合面?zhèn)刃纬烧澈蟿樱撜澈蟿佑砂幢闶?00度以下的溫度也會(huì)促進(jìn)水解反應(yīng)的二氧化硅前體在內(nèi)的材料構(gòu)成； 粘合工序，在各個(gè)接合面之間，隔著所述粘合劑層和所述吸濕層而將所述壓電基板和所述支承基板粘合；和 粘合劑層固化工序，通過(guò)被所述吸濕層吸濕的水分使所述二氧化硅前體發(fā)生水解而轉(zhuǎn)化為二氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電器件的制造方法，其中， 所述壓電基板由壓電體單晶構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電器件的制造方法，其中， 所述壓電基板為鉭酸鋰基板、鈮酸鋰基板、或者水晶基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求2~4中任一項(xiàng)所述的壓電器件的制造方法，其中， 所述吸濕層為多孔質(zhì)膜、氮化鋁膜、或者以低真空度下的濺射法或低溫CVD法所形成的氧化硅層中的任一者。
6.根據(jù)權(quán)利要求2~5中任一項(xiàng)所述的壓電器件的制造方法，其中， 在減壓氣氛下實(shí)施所述粘合工序以及所述粘合劑層固化工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求2~6中任一項(xiàng)所述的壓電器件的制造方法，其中， 所述壓電器件的制造方法具有: 離子注入工序，向壓電基板注入已離子化的元素而形成在所述壓電基板之中所述元素集中地存在的區(qū)域；和 分離工序，通過(guò)加熱而將所述壓電基板中的接合面?zhèn)鹊膮^(qū)域作為壓電薄膜進(jìn)行分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求2~6中任一項(xiàng)所述的壓電器件的制造方法，其中， 所述壓電器件的制造方法具有: 離子注入工序，向壓電基板注入已離子化的元素而形成在所述壓電基板之中所述元素集中地存在的區(qū)域； 臨時(shí)支承工序，在所述壓電基板的離子注入面?zhèn)刃纬膳R時(shí)支承基板，該臨時(shí)支承基板由與所述壓電基板同種材料構(gòu)成、或者作用于所述臨時(shí)支承基板與所述壓電基板之間的界面處的熱應(yīng)力小于作用于所述支承基板與所述壓電基板之間的界面處的熱應(yīng)力； 分離工序，通過(guò)加熱而將所述壓電基板中的與所述臨時(shí)支承基板之間的接合面?zhèn)鹊膮^(qū)域作為壓電薄膜進(jìn)行分離；和支承工序，在自所述壓電基板分離出的所述壓電薄膜形成所述支承基板。
9.根據(jù)權(quán)利要求2~8中任一項(xiàng)所述的壓電器件的制造方法，其中，所述壓電器件的制造方法具有:功能電極形成工序，在所述壓電薄膜形成功能電極。
【文檔編號(hào)】H03H3/02GK103765768SQ201280041623
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月26日
【發(fā)明者】巖本敬 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所