壓電器件以及壓電器件的製造方法
2023-05-01 03:27:36
壓電器件以及壓電器件的製造方法
【專利摘要】本發明實現一種在穩定地實現穩固的接合的同時不會限制器件種類的壓電器件的製造方法。為此，在壓電單晶基板的接合面側形成吸溼層(S103)。然後，使吸溼層吸溼水分(S105)。此外，在支承基板的接合面側形成粘合劑層(S111)。然後，使吸溼層和粘合劑層疊合(S121)。然後，通過使用了吸溼層的水分的水解反應而使粘合劑層中含有的二氧化矽前體轉化為二氧化矽(S122)。
【專利說明】壓電器件以及壓電器件的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及將壓電體的薄膜接合到支承基板的構成的壓電器件、及其製造方法。【背景技術】
[0002]近年來，已經開發出很多利用壓電體的薄膜的壓電器件(例如，參照專利文獻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成的。作為壓電體的薄膜與支承基板的接合法，以往提出並採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I。)中，首先在被鏡面加工後的壓電薄膜側的接合面與支承基板側的接合面的各個面形成有無機氧化物層。接下來，在無機氧化物層的表面形成有羥基。接下來，使壓電薄膜側的無機氧化物層的表面和支承基板側的無機氧化物層的表面疊合，通過羥基彼此之間的氫鍵合而使壓電薄膜側的無機氧化物層和支承基板側的無機氧化物層相接合。接下來，通過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的無機氧化物層與支承基板側的無機氧化物層的接合強度。
[0004]此外，在被稱作活性化接合的接合法中，首先通過在惰性氣體氣氛或者真空中對被鏡面加工後的壓電薄膜側的接合面和支承基板側的接合面的各個面進行濺射蝕刻，從而完成汙染物從表面的去除和表面的活性化。在該狀態下，通過使壓電薄膜側的接合面和支承基板側的接合面疊合，從而壓電薄膜側的接合面和支承基板側的接合面隔著非晶層而被穩固地接合。
[0005]此外，在使用了樹脂系的粘接層的接合法中，在壓電薄膜側或者支承基板側的接合面形成粘接層，接下來使壓電薄膜側和支承基板側的接合面彼此之間疊合併固化，從而壓電薄膜側和支承基板側的接合面彼此之間被穩固地接合。
[0006]在先技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開平6-326553號公報
【發明內容】
[0009]發明要解決的課題
[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係數差大，則由於會引起因在熱處理時所產生的熱應力而使得壓電薄膜從支承基板剝落等的不良情況，因此無法穩定地實現穩固的接合。
[0011]相對於此，在活性化接合中，即便不進行親水化接合那樣的高溫下的熱處理，也可實現穩固的接合，故壓電體與支承基板之間的線膨脹係數差不會成為較大的制約。
[0012]另一方面，在活性化接合中，由於針對於表面的汙染物的容許誤差低，進行接合時的接合環境的管理嚴格，因此難以穩定地實現穩固的接合。此外，例如諸如LN基板和在表層形成有氮化矽膜的基板那樣，通過材質的組合卻無法實現充分的接合強度。[0013]此外，在利用了樹脂系的粘接劑的接合法中，由於當被施加熱時粘接劑會軟化，因此在支承基板和壓電薄膜存在線性膨脹係數差的材料中，於加熱後有時會在支承基板和壓電薄膜發生偏離從而導致起伏。
[0014]因而，本發明的目的在於實現在非加熱環境下穩定地實現穩固的接合的同時不會引起特性劣化的壓電器件、以及壓電器件的製造方法。
[0015]用於解決課題的手段
[0016]本發明所涉及的壓電器件具備壓電薄膜、支承基板、氧化矽層、和吸溼層。壓電薄膜由壓電體構成。支承基板在一個主面側層疊有壓電薄膜。氧化矽層由氧化矽構成，且設置在壓電薄膜與支承基板之間。吸溼層的吸溼性高於壓電薄膜以及支承基板的吸溼性，且吸溼層與氧化矽層的大致整個面相接地設置在壓電薄膜與支承基板之間。
[0017]本發明所涉及的壓電器件的製造方法具有吸溼層形成工序、吸溼工序、粘合劑層形成工序、粘合工序、和粘合劑層固化工序。吸溼層形成工序是在壓電基板和支承基板的至少一個接合面側形成吸溼層的工序。吸溼工序是使所述吸溼層吸溼水分的工序。粘合劑層形成工序是在壓電基板或者支承基板的接合面側形成由包含二氧化矽前體的材料構成的粘合劑層的工序。粘合工序是在各個接合面之間，隔著所述粘合劑層和所述吸溼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被所述吸溼層吸溼的水分使所述二氧化矽前體發生水解而轉化為二氧化矽的工序。在此所利用的二氧化矽前體為即便在100度以下也會促進水解反應的材料。
[0018]在該製造方法中，通過向即便是50°C至100°C程度的低溫也具有活性的二氧化矽前體提供被吸溼層吸溼的水分，從而二氧化矽前體發生水解而轉化為二氧化矽。由此，粘合劑層固化。因此，通過在非加熱環境下或者低溫加熱環境下促進該水解反應，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定且穩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係數差所造成的制約、且使器件特性、可靠性最優化那樣地選擇材質。通過該接合而形成的氧化矽層，因為硬度高且電導率低，所以幾乎沒有因氧化矽層的存在而導致的器件特性的劣化。此外，通過將吸溼層設置在接合面的整個面，由此能向接合面的整個面提供水分，能夠防止接合強度不均而局部下降。
[0019]另外，使用了這樣的二氧化矽前體的二氧化矽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矽前體是相對於溶媒可溶、且通過水解反應或聚合反應而轉變為二氧化矽的組成物。這樣的二氧化矽前體一般例如作為SOG(Spin on Grass)材而流通。其中，作為SOG材最為普及的矽烷醇系(例如「-Si (OH)4_」的聚合體)的材料，因為在生成二氧化矽時需要在400°C程度的高溫下的加熱，所以不適於用於製造壓電器件。適於製造壓電器件的二氧化矽前體例如為即便在100度以下也會促進水解反應的矽酸酯、聚矽氮烷等。矽酸酯例如是組成為Si4O3(OCH3)ltl的材料。此外，聚矽氮烷例如是組成為「-(SiH2NH)-」 的聚合體。
[0020]在上述的壓電器件的製造方法中，優選所述壓電基板由壓電體單晶構成。壓電基板例如為LT基板、LN基板、水晶基板等。
[0021]這樣的壓電基板，吸溼性極低，設置吸溼層所帶來的效用大。
[0022]在上述的壓電器件的製造方法中，優選所述吸溼層為多孔質膜、氮化鋁膜、以低真空度下的濺射或低溫CVD所形成的氧化矽層中的任一者。[0023]這些吸溼層與壓電基板或支承基板相比吸溼性充分高，此外即便被層疊於壓電基板上也不會在特性方面或者可靠性方面帶來不良影響。
[0024]在上述的壓電器件的製造方法中，優選在減壓氣氛下實施所述粘合工序以及所述粘合劑層固化工序。
[0025]由此促進粘合劑層中含有的溶劑成分的揮發，能夠防止或者抑制在接合面產生孔隙。
[0026]在上述的壓電器件的製造方法中，優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側起注入離子的工序。分離工序是通過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側的區域作為壓電薄膜進行分離的工序。
[0027]或者，在上述的壓電器件的製造方法中，優選具有離子注入工序、臨時支承工序、分離工序、和支承工序。臨時支承工序是在壓電基板的離子注入面側形成臨時支承基板的工序，其中該臨時支承基板由與所述壓電基板同種材料構成、或者作用於該臨時支承基板與所述壓電基板之間的界面處的熱應力小於作用於所述支承基板與所述壓電基板之間的界面處的熱應力。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]在這些製造方法中，能夠將壓電薄膜形成為穩定的膜厚和所期望的結晶方位，並且能夠提高壓電體的材料利用效率。此外，在該製造方法中，在壓電薄膜的厚度方向上離子分布密度發生偏頗。其結果，壓電薄膜成為略微翹曲的狀態，在與支承基板的接合方面容易產生困難。然而，在採用本製造方法的情況下，可以在低溫環境下抑制熱應力的影響的同時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製造方法中，優選具有在壓電薄膜形成功能電極的功能電極形成工序。
[0030]在這些製造方法中，利用由二氧化矽前體的水解反應所引起的向二氧化矽的轉化而使壓電薄膜和支承基板穩固地接合，從而能夠獲得防止了自功能電極的信號洩漏的壓電器件。
[0031]發明效果
[0032]根據本發明，因為在壓電基板和支承基板的接合中使用含有在低溫下轉化的二氧化矽前體的粘合劑層，所以通過二氧化矽前體的二氧化矽化，粘合劑層自低溫起固化，從而能夠穩固且穩定地接合壓電基板和支承基板。而且，因為在壓電基板和支承基板的接合面設有硬度高且電導率低的粘合劑層，所以能夠防止壓電器件的特性劣化、可靠性降低。進而，為了向二氧化矽前體提供水分而設置吸溼層，從而能夠使粘合劑層所帶來的接合強度均勻化、穩定化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是說明本發明的第I實施方式所涉及的彈性波器件的構成的圖。
[0034]圖2是說明本發明的第I實施方式所涉及的彈性波器件的製造方法的製造流程的圖。
[0035]圖3是圖2所示的製造流程的各工序中的示意圖。
[0036]圖4是圖2所示的製造流程的各工序中的示意圖。[0037]圖5是說明本發明的第2實施方式所涉及的彈性波器件的製造方法的製造流程的圖。
[0038]圖6是圖5所示的製造流程的各工序中的示意圖。
[0039]圖7是圖5所不的製造流程的各工序中的不意圖。
[0040]圖8是說明本發明的第3實施方式所涉及的彈性波器件的製造方法的製造流程的圖。
[0041]圖9是圖8所示的製造流程的各工序中的示意圖。
[0042]圖10是圖8所示的製造流程的各工序中的示意圖。
【具體實施方式】
[0043]《第I實施方式》
[0044]首先，關於本發明的第I實施方式所涉及的壓電器件，將SAW(Surface AcousticWave)器件作為具體例來進行說明。
[0045]圖1是表示本實施方式的SAW器件10的構成的圖。
[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、吸溼層31、氧化矽層33、和電介質層21。
[0047]支承基板12設置在層置基板部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成。氧化鋁基板、氧化鎂基板是熱傳導良好且線性膨脹係數小於壓電單晶材料的材質。通過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]氧化矽層33層疊地形成於支承基板12的上表面。該氧化矽層33的詳細內容將在後面敘述，是為了支承基板12和壓電體單晶薄膜11的接合而設置的。氧化矽層33由氧化矽構成。
[0049]吸溼層31層疊地形成於氧化娃層33的上表面。在此,吸溼層31是膜厚為1400nm的氮化鋁(AlN)膜。該吸溼層31的詳細內容將在後面敘述，是為了向粘合劑層32(未圖示)提供水分而設置的。另外，吸溼層31隻要是與壓電單晶基板1、支承基板12相比吸溼性高的材質即可，也可由其他材質構成。例如，可以是以噴塗法所形成的氧化鋁、氧化釔或二氧化矽系的層、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法所形成的氧化矽層、混合了樹脂或揮發成分的層等的、具備多孔性微細結構的層。
[0050]另外，關於吸溼層31，若楊氏模量過低，則耐不住來自壓電單晶基板I (未圖示)或壓電體單晶薄膜11的膜應力，從而裂紋等成為問題。相反地，若楊氏模量過高，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之間的線性膨脹係數差的影響而易於斷裂。此外，若介電常數過高，則會對器件特性造成不良影響，尤其在高頻器件的情況下，由於布線間的電容大，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係數差過大，則可靠性劣化。基於上述原因，吸溼層31也可鑑於楊氏模量、介電常數、線性膨脹係數等的觀點來選定材料。
[0051]電介質層21層疊地形成於吸溼層31的上表面。在此，電介質層21是膜厚為700nm的氧化矽層。該電介質層21是以發揮將SAW器件10中的表面彈性波限制在表層來獲得良好特性的功能的目的而設置的。另外，電介質層21不是必須構成，也可不設置。
[0052]壓電體單晶薄膜11層疊地形成於電介質層21的上表面。在此，壓電體單晶薄膜11為LT (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)、矽酸鎵鑭(La3Ga5SiO14)、KN(KNbO3)等的壓電體之中適當地選擇。
[0053]IDT電極50、布線60圖案形成於壓電體單晶薄膜11的上表面。IDT電極50相對於壓電體單晶薄膜11而發生機電耦合，與壓電體單晶薄膜11 一起構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。在此，IDT電極50、布線60是鋁和鈦的層疊膜。
[0054]圖2是說明本實施方式的SAW器件的製造流程的圖。
[0055]圖3、4是製造流程的各工序中的示意圖。
[0056]首先，準備壓電單晶基板1，為了之後分離壓電體單晶薄膜11 (未圖示標號)而自壓電單晶基板I的主面1A(接合面1A)側起射入離子(SlOl)。該工序相當於本實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域。
[0057]更具體而言，在此所採用的離子為氫離子。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、氬離子等之中適當地選擇。
[0058]接下來，如圖3(S102)所示，在壓電單晶基板I的接合面IA形成電介質層21(S102)。
[0059]接下來，如圖3(S103)所示，在電介質層21的表面形成吸溼層31 (S103)。該工序相當於本實施方式中的吸溼層形成工序。
[0060]接下來，如圖3(S104)所示，在吸溼層31的表面形成氧化矽層41，其表面根據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置的，通過將氧化矽層41的膜厚形成得較薄至約I μ m以下，從而能夠防止從吸溼層31向粘合劑層32(未圖示)的水分提供受到阻礙。
[0061]接下來，將形成有吸溼層31的壓電單晶基板I放置在充滿水蒸氣的高溼槽的內部達一定時間以上(S105)。由此，如圖3(S105)所示，吸溼層31吸收水分。該工序相當於本實施方式中的吸溼工序。另外，也可通過將形成有吸溼層31的壓電單晶基板I放置在溼度不是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，由此來實現該工序。
[0062]此外，如圖3 (Slll)所示，準備支承基板12，在支承基板12的表面形成粘合劑層32 (Slll)。該工序相當於本實施方式中的粘合劑層形成工序。
[0063]在此，所謂粘合劑層32，是指由使二氧化矽前體溶解或者混合到溶劑成分中的SOG材構成的層。因而，優選形成有粘合劑層32的支承基板12在粘合劑層形成之後置於減壓氣氛、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。
[0064]此外，在此所使用的二氧化矽前體是組成為Si4O3(OCH3)ltl的矽酸酯、或者組成為「-(SiH2NH)-」的聚合體的聚矽氮烷。這些二氧化矽前體，即便在50°C至100°C程度的低溫下也具有活性，通過提供水分來促進水解反應從而推進二氧化矽化。以下，示出基於這些二氧化矽前體的水解的反應式。
[0065]矽酸酯:
[0066]Si4O3 (OCH3) 10+10H20 — Si4O3 (OH) 10+1OCH3OH
[0067]Si4O3 (OH) 10 — 4Si02+5H20
[0068]聚矽氮烷:
[0069]- (SiH2NH) -+H2O — Si02+NH3+2H2
[0070]另外，作為二氧化矽前體，只要是在50°C至100°C程度的低溫下通過水解反應、聚合反應而轉化為二氧化矽的前體即可，也可使用除了上述之外的組成。
[0071]接下來，如圖4(S121)所示，使支承基板12側的粘合劑層32和壓電單晶基板I側的氧化矽層41 (未圖示標號)疊合而將兩者粘合(S121)。該工序相當於本實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施，當促進粘合劑層32中包含的溶劑成分的揮發時能夠抑制在接合面產生孔隙，故優選。
[0072]接下來，將壓電單晶基板I和支承基板12的接合體置於80°C的加熱環境下放置一定時間(S122)。通過置於這樣的加熱環境下，由此來促進粘合劑層32的二氧化矽化，二氧化矽前體自低溫起轉化為二氧化矽(氧化矽)。因此，該工序相當於本實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)形成氧化矽層33，支承基板12和壓電單晶基板I被穩固地接合。從吸溼層31向粘合劑層32提供水分，在低溫且短時間內推進粘合劑層32中包含的二氧化矽前體的二氧化矽化。
[0073]另外，在壓電單晶材料為LT或LN的情況下，特別是壓電單晶材料的熱釋電性成為問題。即，在接合壓電單晶基板I和支承基板12之際，若長時間地作用高溫下的熱負荷，則由於在壓電單晶基板I所產生的熱釋電電荷，有時會破壞器件的功能電極、或者發生壓電單晶的極化反轉而使壓電性劣化。然而，如本實施方式那樣，在低溫的加熱下實施壓電單晶基板I和支承基板12的穩固接合的情況下，因為熱釋電電荷的產生得到抑制，所以可以實現良好的器件特性。
[0074]接下來，隔著氧化矽層33而穩固地接合的支承基板12和壓電單晶基板I的接合體置於約250°C的加熱環境下(S123)。於是，如圖4(S123)所示，壓電單晶基板I (未圖示標號)在缺陷層2 (未圖示標號)發生分離，形成壓電體單晶薄膜11。該工序相當於本實施方式中的分離工序。
[0075]這樣，通過採用離子注入和熱處理來分離壓電體單晶薄膜11，從而能夠容易地製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，由於壓電單晶基板I可以任意地設定結晶方位，因此通過採用向該壓電單晶基板I的離子注入來形成壓電體單晶薄膜11，從而壓電體單晶薄膜11的結晶方位也可任意地設定。由此，能夠獲得作為SAW器件所期望的結晶方位的壓電體單晶薄膜11，並提高SAW器件的壓電特性。
[0076]接下來，如圖4(S124)所示，壓電體單晶薄膜11的表面根據CMP法等而被平坦化(S124)。
[0077]接下來，如圖5(S125)所示，在壓電體單晶薄膜11的表面形成SAW器件的動作所需的IDT電極50、布線60、以及保護絕緣膜70(S125)。該工序相當於本實施方式中的功能電極形成工序。然後，通過單片化來製造SAW器件。[0078]在以上的SAW器件的製造方法中，由於自低溫起推進粘合劑層的二氧化矽化而體現出壓電單晶基板I和支承基板12的接合強度，因此即便壓電單晶基板I與支承基板12之間的線性膨脹係數差大，也難以在接合時發生各種不良情況。
[0079]尤其是，在本實施方式中，由於通過離子注入來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具有膜應力。為此，如果假設為體現接合強度需要高溫熱處理，則因膜應力和熱應力的合成而使得壓電體單晶薄膜11 (壓電單晶基板I)易於從支承基板12剝離，故難以穩定地實現穩固的接合。因此，可以說向粘合劑層提供充足的水分而自低溫起促進二氧化矽化來體現出接合強度的本實施方式的方法，尤其在需要高精度的頻率管理的彈性波諧振器器件中，為了抑制接合時的熱應力的影響來穩定地實現穩固的接合是極其有效的。
[0080]而且，因為粘合劑層32通過二氧化矽化而成為氧化矽層33，所以可獲得硬度極高、電導率極低、且良好的SAW器件的特性。
[0081]另外，在本實施方式中，雖然示出在支承基板12側設置粘合劑層32、在壓電體單晶薄膜11側設置吸溼層31並接合兩者的示例，但是也可將粘合劑層32設置在壓電體單晶薄膜11側、將吸溼層31設置在支承基板12側並接合兩者。此外，也可在支承基板12側或者壓電體單晶薄膜11側的任一側層疊設置吸溼層31和粘合劑層32，並接合粘合劑層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實施方式》
[0083]接下來，關於本發明的第2實施方式所涉及的壓電器件的製造方法，將SAW器件的製造方法作為具體例來進行說明。
[0084]在本實施方式中，說明如下的製造方法，S卩:為了恢復通過離子注入而降低一定程度的壓電體單晶薄膜的壓電性、結晶性，對壓電體單晶薄膜實施500°C程度下的高溫熱處理，以避免因此時的支承基板與壓電體單晶薄膜之間的線性膨脹係數差所引起的熱變形。
[0085]圖5是說明本實施方式的SAW器件的製造流程的圖。
[0086]圖6、7是製造流程的各工序中的示意圖。
[0087]首先，準備壓電單晶基板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為規定深度的位置處形成缺陷層202。
[0088]接下來，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)。優選被蝕刻層291的表面根據CMP法等而被平坦化。該被蝕刻層291之後通過蝕刻而被去除。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，準備臨時支承基板212，在臨時支承基板212的表面也形成被蝕刻層292(S203)。優選被蝕刻層292的表面根據CMP法等而被平坦化。在此所使用的臨時支承基板212是與壓電單晶基板201相同的材質。因而，通過使作為後續工序的壓電體單晶薄膜211 (未圖示標號)的高溫熱處理在與由同種材質構成的臨時支承基板212相接合的狀態下實施，從而能夠防止與高溫熱處理相伴的壓電單晶基板201的裂紋等。另夕卜，臨時支承基板212的材質也可以是與壓電體單晶薄膜211 (未圖示標號)之間的線膨脹係數差小的其他材質。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，如圖6(S204)所示，被蝕刻層292(未圖示標號)和被蝕刻層291 (未圖示標號)被接合，形成被蝕刻接合層293 (S204)。這裡的接合法只要是可獲得某種程度的接合強度的接合法即可。因為臨時支承基板212和壓電單晶基板201的線性膨脹係數相等，所以也可使用需要加熱的接合法。
[0091]接下來，隔著被蝕刻接合層293而相接合的臨時支承基板212和壓電單晶基板201的接合體置於約250°C的加熱環境下(S205)。於是，如圖6(S205)所示，壓電單晶基板201 (未圖示標號)在缺陷層202 (未圖示標號)發生分離，形成壓電體單晶薄膜211。接著，將隔著被蝕刻接合層293而相接合的臨時支承基板212和壓電體單晶薄膜211的接合體置於約500°C的高溫環境下。於是，通過離子注入而瓦解的壓電體單晶薄膜211的結晶性得以恢復。另外，由於臨時支承基板212和壓電單晶基板201 (未圖示標號)為相同的材質且線性膨脹係數相同，因此幾乎不會發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，如圖6(S206)所示，壓電體單晶薄膜211的表面根據CMP法等而被平坦化(S206)。
[0093]經過到此為止的工序，構成了隔著被蝕刻接合層293將壓電體單晶薄膜211與臨時支承基板212接合在一起的薄膜臨時支承結構200。
[0094]接下來，如圖7(S207)所示，在薄膜臨時支承結構200中的壓電體單晶薄膜211的表面形成電介質層221 (S207)。
[0095]接下來，如圖7(S208)所示，在薄膜臨時支承結構200中的電介質層221的表面形成吸溼層231(S208)。
[0096]接下來，如圖7(S209)所示，在薄膜臨時支承結構200中的吸溼層231的表面形成氧化矽層241，其表面根據CMP法等而被平坦化(S209)。
[0097]接下來，將形成有吸溼層231的薄膜臨時支承結構200放置到充滿水蒸氣的高溼槽的內部達一定時間以上(S210)
[0098]此外，如圖7(S211)所示，準備支承基板213，在支承基板213的表面形成粘合劑層233(S211)。
[0099]接下來，如圖7 (S221)所示，使支承基板213側的粘合劑層233和薄膜臨時支承結構200側的氧化矽層241疊合而將兩者粘合(S221)。
[0100]接下來，將薄膜臨時支承結構200和支承基板213的接合體置於80°C的加熱環境下放置一定時間(S222)。通過置於這樣的加熱環境下，從而促進粘合劑層233的二氧化矽化而二氧化矽前體自低溫起轉化為二氧化矽(氧化矽)。由此，如圖7 (S222)所示，從粘合劑層233 (未圖示)形成氧化矽層234，支承基板213和薄膜臨時支承結構200被穩固地接
八
口 ο
[0101]接下來，將接合了壓電體單晶薄膜211、臨時支承基板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以及臨時支承基板212 (S223)。由此，構成了如圖7 (S223)所示那樣的、壓電體單晶薄膜211和支承基板213隔著氧化矽層234而相接合的結構體。
[0102]然後，與第I實施方式同樣地(參照圖4。)，形成IDT電極、保護絕緣膜，通過單片化而製造SAW器件(S224)。[0103]在該第2實施方式中，在使臨時支承基板形成於壓電基板的離子注入面側的狀態下分離壓電薄膜。臨時支承基板由作用於與壓電基板之間的界面處的熱應力幾乎不存在、或者小於作用於支承基板與壓電基板之間的界面處的熱應力這樣的材料構成。因而，與以往相比，能夠抑制在壓電薄膜分離時因熱應力而使得在壓電薄膜發生不良情況的危險性。另一方面，因為在用於分離壓電薄膜的加熱之後使支承基板形成於壓電薄膜，所以支承基板的構成材料不用考慮作用於支承基板與壓電薄膜之間的界面處的熱應力，而能夠選定具有任意的線膨脹係數的構成材料。
[0104]因而，可提高壓電薄膜的構成材料與支承基板的構成材料之間的組合的選擇性。例如，在濾波器用途的器件中，通過大幅減小支承基板的構成材料的線膨脹係數以小於壓電薄膜的線膨脹係數，從而可以提高濾波器的溫度-頻率特性。此外，可以對支承基板選定熱傳導率的性能高的構成材料以提高散熱性以及耐功率性，可以選定便宜的構成材料以使器件的製造成本變得低廉。
[0105]《第3實施方式》
[0106]接下來，關於本發明的第3實施方式所涉及的壓電器件，將以隔膜結構支承壓電體單晶薄膜的BAW(Bulk Acoustic Wave)器件的製造方法作為具體例來進行說明。
[0107]圖8是說明本實施方式的BAW器件的製造流程的圖。
[0108]圖9、10是製造流程的各工序中的示意圖。
[0109]在本實施方式中，首先以與第2實施方式相同的方法，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而與臨時支承基板312接合的薄膜臨時支承結構 300(S301)。
[0110]接下來，如圖9(S302)所示，在薄膜臨時支承結構300中的壓電體單晶薄膜311的表面形成用於驅動BAW器件的下部電極圖案321 (S302)。
[0111]接下來，如圖9(S303)所示，在薄膜臨時支承結構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用於形成隔膜結構的空孔部。
[0112]接下來，如圖9(S304)所示，在薄膜臨時支承結構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在濺射成膜後根據CMP法而使表面平坦化。在此所使用的隔膜支承層341是氧化矽層。
[0113]此外，如圖9(S305)所示，在薄膜臨時支承結構300中的隔膜支承層341的表面成膜吸溼層351以及平坦化用的氧化矽層361 (S305)。然後，氧化矽層361的表面根據CMP法等而被平坦化，薄膜臨時支承結構300放置到充滿水蒸氣的高溼槽的內部達一定時間以上。
[0114]接下來，如圖9(S306)所示，準備支承基板313，在支承基板313的表面形成粘合劑層 343(S306)。
[0115]接下來，如圖10(S307)所示，使支承基板313側的粘合劑層343和薄膜臨時支承結構300側的氧化矽層361疊合而將兩者粘合(S307)。
[0116]接下來，將薄膜臨時支承結構300和支承基板313的接合體置於80°C的加熱環境下放置一定時間(S308)。通過置於這樣的加熱環境下，從而促進粘合劑層343的二氧化矽化而二氧化矽前體自低溫起轉變為二氧化矽(氧化矽)。由此，如圖10(S308)所示，從粘合劑層343(未圖示)形成氧化矽層344，支承基板313和薄膜臨時支承結構300被穩固地接
口 ο
[0117]接下來，接合了壓電體單晶薄膜311、臨時支承基板312、支承基板313的接合體被浸潰在硝酸等的蝕刻液中，對被蝕刻接合層393進行蝕刻，以去除被蝕刻接合層393以及臨時支承基板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隔著氧化矽層344相接合的結構體。
[0118]接下來，如圖10(S310)所示，壓電體單晶薄膜311被進行開孔加工，並且形成用於驅動BAW器件的上部電極圖案322(S310)。
[0119]接下來，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(未圖示標號)導入腐蝕劑，去除犧牲層圖案331 (未圖示標號)而形成隔膜空間331A(S312)。
[0120]然後，通過單片化而製造BAW器件。
[0121]另外，雖然根據以上的各實施方式所示的製造方法能製造本發明的壓電器件，但是壓電器件也可以其他方法進行製造。例如，除了通過向壓電單晶基板的離子注入和剝離來實現壓電單晶薄膜的形成之外，還可以通過壓電單晶基板的研磨、壓電單晶基板的蝕刻等來實現壓電單晶薄膜的形成。
[0122]此外，作為壓電器件，雖然在本實施方式中示出了 SAW器件和BAW器件，但是並不限於此，也可適用於設有絕緣層以覆蓋IDT電極的彈性邊界波器件、板波器件、拉姆(Lamb)波器件等。
[0123]-符號說明-
[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…電介質層
[0131]31、231、351...吸溼層
[0132]32、233、343 …粘合劑層
[0133]33、41、234、241、344、361..?氧化矽層
[0134]50…IDT 電極
[0135]60…布線
[0136]70…保護絕緣膜
[0137]80…層疊基板部
[0138]200、300…薄膜臨時支承結構
[0139]212、312…臨時支承基板
[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
【權利要求】
1.一種壓電器件，具備: 壓電薄膜，由壓電體構成； 支承基板，在一個主面側層疊有所述壓電薄膜； 氧化矽層，由氧化矽構成，且設置在所述壓電薄膜與所述支承基板之間；和吸溼層，吸溼性高於所述壓電薄膜以及所述支承基板的吸溼性，且與所述氧化矽層的大致整個面相接地設置在所述壓電薄膜與所述支承基板之間。
2.一種壓電器件的製造方法，具有: 吸溼層形成工序，在壓電基板和支承基板的至少一個接合面側形成吸溼層； 吸溼工序，使所述吸溼層吸溼水分； 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側形成粘合劑層，該粘合劑層由包括即便是100度以下的溫度也會促進水解反應的二氧化矽前體在內的材料構成； 粘合工序，在各個接合面之間，隔著所述粘合劑層和所述吸溼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，通過被所述吸溼層吸溼的水分使所述二氧化矽前體發生水解而轉化為二氧化矽。
3.根據權利要求2所述的壓電器件的製造方法，其中， 所述壓電基板由壓電體單晶構成。
4.根據權利要求3所述的壓電器件的製造方法，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.根據權利要求2~4中任一項所述的壓電器件的製造方法，其中， 所述吸溼層為多孔質膜、氮化鋁膜、或者以低真空度下的濺射法或低溫CVD法所形成的氧化矽層中的任一者。
6.根據權利要求2~5中任一項所述的壓電器件的製造方法，其中， 在減壓氣氛下實施所述粘合工序以及所述粘合劑層固化工序。
7.根據權利要求2~6中任一項所述的壓電器件的製造方法，其中， 所述壓電器件的製造方法具有: 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域；和 分離工序，通過加熱而將所述壓電基板中的接合面側的區域作為壓電薄膜進行分離。
8.根據權利要求2~6中任一項所述的壓電器件的製造方法，其中， 所述壓電器件的製造方法具有: 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域； 臨時支承工序，在所述壓電基板的離子注入面側形成臨時支承基板，該臨時支承基板由與所述壓電基板同種材料構成、或者作用於所述臨時支承基板與所述壓電基板之間的界面處的熱應力小於作用於所述支承基板與所述壓電基板之間的界面處的熱應力； 分離工序，通過加熱而將所述壓電基板中的與所述臨時支承基板之間的接合面側的區域作為壓電薄膜進行分離；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.根據權利要求2~8中任一項所述的壓電器件的製造方法，其中，所述壓電器件的製造方法具有: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】H03H3/02GK103765768SQ201280041623
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月23日 優先權日:2011年8月26日
【發明者】巖本敬 申請人:株式會社村田製作所