CN100347953C - 声界面波器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以使电极激励的声波的变换效率提高，并避免电极间寄生电阻影响的声界面波器件及其制造方法。本发明在压电性第一基片2的主面上形成梳齿状电极3，在第一基体2的主面上形成电介质膜5以覆盖该梳齿状电极3并保持平滑表面4，再在其上粘合Si类第二基片6来构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于例如TV、便携电话和PHS等当中滤波元件或振荡器的声界面波器件及其制造方法。
背景技术
作为声波应用器件之一，以往众所周知有声表面波器件(SAW器件：SurfaceAcoustic Wave Device)。这种SAW器件可用于对例如45MHz～2GHz频带区内的无线信号进行处理的装置中的各种电路，例如发送用带通滤波器、接收用带通滤波器、本机振荡滤波器、天线共用器、IF滤波器和FM调制器等。
图8示出该SAW器件的基本构成。SAW器件如图所示，在LiNbO3等压电性基片100上设置通过蚀刻等对Al薄膜等金属材料加工形成的梳齿状电极(IDT：Interdigital Transducer叉指式换能器)101、102来构成。而IDT101一旦加上高频电信号，便由压电性基片100表面激励SAW103。激励的SAW103在压电性基片100表面传输到达IDT102，在IDT102处再次变换为电信号。
发明内容
但SAW器件为了利用固体表面与真空或气体的边界面即固体表面所传输的声波，需要将传输介质即压电性基片表面做成自由表面。因而，对于SAW器件来说，不可能用例如半导体封装所用的那种塑料热模来覆盖芯片，需要在封装内部设置中空部分，以确保自由表面。
但形成为封装内部设置中空部分的结构的话，便存在器件相对较贵且大型这种问题。
因此，本申请发明人提出一种具有与SAW器件相同功能、容易小型化并且容易降低成本的声界面波器件。这种声界面波器件例如通过压电性基片和Si基片粘合以夹住梳齿状电极来构成。本发明试图对这种声界面波器件作一下改进。
也就是说，本发明第一目的在于，提供一种可以使声界面波器件中电极所激励的声波的变换效率提高的声界面波器件及其制造方法。
本发明第二目的在于，提供一种可以避免电极间寄生电阻影响的声界面波器件及其制造方法。
为了解决上述课题，权项1的本发明声界面波器件，包括：压电性的第一基体；形成于所述第一基体主面、激励声波的电极；形成于所述第一基体主面上以覆盖所述电极并保持平滑表面的电介质膜；以及粘合在所述电介质膜表面上的Si类第二基体。
权项2记载的本发明的声界面波器件制造方法，包括：(a)在压电性第一基体的主面上形成激励声波的电极的工序；(b)在形成有所述电极的第一基体主面上形成电介质膜的工序；(c)使所述第一基体主面上形成的电介质膜表面平滑的工序；以及(d)在所述经平滑处理的电介质膜的表面粘合Si类第二基体的工序。
权项3记载的本发明的声界面波器件制造方法，所述(b)工序中电介质膜形成得比电极厚，而且所述(c)工序中电介质膜表面平滑至电极未露出表面。
附图说明
图1是示意本发明一实施例声界面波器件构成的分解立体图。图2是图1沿A-A方向的平面图。
图3是说明本发明声界面波器件制造方法一实施例用的工序图。
图4是本发明声界面波器件其他制造方法的说明图。
图5是示意应用本发明声界面波器件的移动通信装置构成的框图。
图6是应用本发明声界面波器件的RF调制器的振荡电路的电路图。
图7是本发明课题的说明图。
图8示出的是现有SAW器件的基本构成。
具体实施方式
声界面波器件，一般认为是通过在例如Si基片表面上形成Al电极后，再形成电介质膜，将电介质膜埋设于Al电极间的同时，还进行研磨直到有Al电极露出，在其上面粘合压电性基片来制造的，但这种场合存在以下问题。
具体来说，如图7所示，通常研磨Al电极10时，Al等金属膜比SiO2膜11软，因而Al电极10表面产生低洼部。这种低洼部大小相对于5μm左右的Al电极宽度a为大约30nm量级。若象这样有低洼部，与所粘合的压电性基片12之间便产生空隙13。而且，这种空隙13使得Al电极10与压电性基片12无法紧贴，使Al电极10激励的声波的变换效率下降。
而Al电极10和Si基片14直接相接的场合，即便采用电阻率为100Ω·cm左右的高电阻基片作为Si基片，因Al电极10间产生导电性而有无功电流A流过，会造成边界波器件特性变差。例如Al梳齿状电极为电极宽度1μm、间距2μm、电极交叉宽度0.1mm，电极对数目达30对时，梳齿状电极产生133Ω寄生电阻(在并联电路中对无功电流有贡献)。对于便携电话用高频段滤波器来说，由于通常用50Ω系列的器件，因而这么小的寄生电阻工作时造成较大损耗，所以实际上有可能成为不耐用的滤波器。
对此，本发明构成为在压电性第一基体一侧形成激励声波的电极，并在其后形成电介质膜，使该电介质膜表面平滑，因而压电性第一基体和激励声波的电极之间紧贴，没有间隙。因而，可提高电极所激励的声波的变换效率。
而且，激励声波的电极和Si类第二基片间夹有电介质膜，即激励声波的电极和Si类第二基片并非直接相接，因而可避免电极间寄生电阻的影响。
以下根据附图说明本发明实施例。
图1和图2示出的是本发明一实施例声界面波器件的构成，图1是分解立体图，图2是图1沿A-A方向的平面图。
如图所示，该声界面波器件1在压电性第一基片2的主面上形成梳齿状电极3，在第一基体2的主面上形成电介质膜5以覆盖该梳齿状电极3并使之保持平滑表面4，然后再粘合Si类第二基体6来构成。
作为第一基片2，可采用例如LiNbO3，但也能采用LiTaO3、石英等其他压电性材料。
梳齿状电极3的材质可采用例如Al，但也能采用其他导电性材料，例如Cu、Ta和它们的Al合金等。还可以使这些材料迭层。梳齿状电极3由例如一对对置的激励用梳齿状电极7和一对对置的接收用梳齿状电极8构成。不过也可分别设置多个这类电极。而且，除了梳齿状电极3之外，还可以例如设置反射电极以夹住上述电极。此外，不仅是这样的电极，还可以例如设法形成吸音材以夹住这些电极。
这样，本发明声界面波器件便可用来替代例如现有的SAW器件，即用于滤波器、延迟线、谐振器、振荡器、模拟信号处理电路、放大器、旋转存储器(コンバルバメモリ)等，但梳齿状电极3等构成可根据它们的用途、工作方式等进行合适的设计修改。
电介质膜5可采用例如SiO2。电介质膜5覆盖梳齿状电极3，并且使之保持平滑的表面4。这意味着，(1)梳齿状电极3和Si类第二基片6间夹有电介质膜5，(2)电介质膜5的表面4和Si类第二基片6间无间隙紧贴。
作为第二基片6可采用例如Si，但也能采用非晶硅、多晶硅等其他Si类材料。梳齿状电极3和Si类第二基片6间夹有电介质膜5，因而有意如半导体集成电路通常所用的那样，形成为n-型、p-型以利用电阻率下降的器件的场合，也能够防止梳齿状电极3的直流泄漏。
但声界面波是在2种固体间的边界面传输的声波。关于这种声界面波存在的理论研究可由例如清水、入野等人《ZnO和玻璃间边界面传输的斯通利(ストンリ一)波的理论研究》(电信学会论文集(C)，J65-C，11，pp.883-890)来说明。该论文中，2种固体中的一种为压电性材料ZnO、另一种为玻璃这种组合，但2种固体中至少是不论哪一种都具有压电性以激励声波，因而，利用将声波能量集中于2种固体边界面进行传输的波可实现声界面波器件。
以下说明本发明声界面波器件的制造方法。
图3是该制造方法一实施例的说明图。另外，这里设想是200MHz量级高频信号所用的声界面波器件。
先利用蒸镀法或溅射法在压电性第一基片2上形成Al膜3a(图3(a))。Al膜3a的厚度例如是0.02～0.07λ＝0.10～0.15μm，最好是0.05λ＝0.12μm(其中λ为波长)。
接下来，靠照相蚀刻等方法加工Al膜3a，形成梳齿状电极图版3b(图3(b))。
接着，在形成有梳齿状电极图版3b的压电性第一基片2上靠溅射等形成SiO2膜5a(图3(c))。SiO2膜5a的厚度例如是0.2～0.7λ＝1.2～1.5μm，最好是超过0.5λ＝1.2μm若干。所以，需要SiO2膜5a其厚度超过Al膜3a。
接下来，研磨SiO2膜5a表面，SiO2膜5a平滑处理成表面无凹凸(图3(d))。因此，SiO2膜5a其厚度做成例如0.5λ＝1.2μm。此时，梳齿状电极图版3b由SiO2膜5a覆盖。
接着，通过用例如过氧化氨水(过酸化アンモニア水)对SiO2膜5a的表面4和Si类第二基片6的主面进行表面处理，使两者表面羟基化(图3(e))。
接下来，使SiO2膜5a的表面4和Si类第二基片6的主面对接，在约300℃下加热1～2小时左右(图3(f))。
通过这种加热处理，位于2种基片表面的OH基便互相结合使H2O游离，可以使异种材料的SiO2膜5a和Si类第二基片6直接接合。另外，加热温度最好是约300℃，但可以在100～1000℃之间。这是因为，100℃以下不会发生OH根互相结合的反应，1000℃以上则很可能给组成材质带来热的不良影响。
经以上制造工序形成的声界面波器件如图2所示，梳齿状电极3和压电性第一基片2间无间隙地紧贴，因而可以提高梳齿状电极3所激励的声波的变换效率。而且，梳齿状电极3和Si类第二基片6间夹有电介质膜5，也就是说，梳齿状电极3和Si类第二基片6并非直接相接，因而可以避免梳齿状电极3在电极指间寄生电阻的影响。另外，上述制造方法如图3(d)所示，是将SiO2膜5a表面研磨至梳齿状电极图版3b由SiO2膜5a覆盖，但如图4所示，将SiO2膜5a表面研磨至梳齿状电极图版3b露出也行。这是因为，即便如此，仍然具有可提高梳齿状电极3所激励的声波的变换效率这种效果。
本发明的声界面波器件可用于例如滤波器、延迟线、谐振器、振荡器、模拟信号处理电路、放大器、旋转存储器(コンバルバメモリ)等。而且，具备这些声界面波器件的滤波器、延迟线、谐振器等还可用于便携电话、PHS、TV等。
图5是示意便携电话、PHS等移动通信装置构成的框图。
如图所示，经天线151接收的接收波通过天线共用器152分离至接收系统。所分离的接收信号经放大器153放大后，由接收用带通滤波器154提取所需的频带，输入混频器155。混频器155通过本机振荡滤波器157输入PLL振荡器156振荡的本机振荡信号。混频器155的输出经IF滤波器158、FM调制器159由扬声器160作为接收话音输出。而麦克风161所输入的发送话音则经FM调制器162输入混频器163。混频器163输入PLL振荡器164振荡的本机振荡信号。混频器163的输出经发送用带通滤波器165、功放166和天线共用器152由天线151作为发射波输出。
本发明的声界面波器件可以用于该移动通信装置各个部分。例如，发送用带通滤波器165、接收用带通滤波器154、本机振荡滤波器157和天线共用器152中，本发明的声界面波器件可用作RF频段滤波器。IF滤波器158中，本发明的声界面波器件可用作频道选台不可缺少的窄带IF频段滤波器。FM调制器162中，本发明的声界面波器件可用作声音FM调制中的谐振子。
本发明的声界面波器件还可用于VTR和CATV中所用的RF调制器的振荡电路等。图6示出该电路构成。167是本发明的声界面波器件，168是电路部分。
综上所述，按照本发明声界面波器件，由于包括：压电性的第一基体；形成于所述第一基体主面、激励声波的电极；形成于所述第一基体主面上以覆盖所述电极并保持平滑表面的电介质膜；以及粘合在所述电介质膜表面上的Si类第二基体，因而可以提高电极所激励的声波的变换效率，并避免电极间寄生电阻的影响。
而按照本发明的声界面波器件制造方法，由于包括：在压电性第一基体的主面上形成激励声波的电极的工序；在形成有所述电极的第一基体主面上形成电介质膜的工序；使所述第一基体主面上形成的电介质膜表面平滑的工序；以及在所述经平滑的电介质膜的表面粘合Si类第二基体的工序，因而可提供电极所激励的声波的变换效率得到提高的声界面波器件。这种场合，若电介质膜形成得比电极厚，并使电介质膜表面平滑但电极不露出表面的话，还可避免电极间寄生电阻的影响。
Claims (3)
1.一种声界面波器件，其特征在于包括：
压电性的第一基体；
形成于所述第一基体主面、激励声波的多个电极；
形成于所述第一基体主面上以完全覆盖所述多个电极并保持平滑表面的电介质膜；以及
直接粘合在所述电介质膜表面上的、由硅基材料形成的第二基体。
2.一种声界面波器件制造方法，其特征在于包括：
(a)在压电性第一基体的主面上形成激励声波的多个电极的工序；
(b)在形成有所述多个电极的第一基体主面上形成电介质膜以完全覆盖所述多个电极的工序；
(c)磨光所述第一基体主面上形成的电介质膜的表面以使之平滑的工序；以及
(d)在所述经平滑处理的电介质膜的表面直接粘合由硅基材料形成的第二基体的工序。
3.如权利要求2所述的声界面波器件制造方法，其特征在于，(b)工序中电介质膜形成得比电极厚，而且(c)工序中电介质膜表面平滑至电极未露出表面。
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Effective date of registration: 20140613 Address after: Kyoto Japan Patentee after: Murata Manufacturing Co., Ltd. Address before: Kanagawa Patentee before: Toshiba Co., Ltd. |
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Granted publication date: 20071107 |