DE112010000688B4 - Verfahren zur Herstellung elnes Verbundsubstrats - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats (5, 18, 28), umfassend:einen Strukturausbildungsschritt (S11, S12, S13, S21, S31), bei dem eine Strukturregion (1A, 11A, 21A) mit einer zuvor festgelegten Struktur und eine Strukturumkehrregion (1B, 11B, 21B), die tiefer angeordnet ist als die Strukturregion (1A, 11A, 21A), auf einer Hauptfläche eines Substrats (1, 11, 21) aus einem funktionalen Material ausgebildet werden,einen Ionenimplantationsschritt (S14, S22, S32), bei dem durch Implantieren von Ionen in die Strukturregion (1A, 11A, 21A) und die Strukturumkehrregion (1B, 11B, 21B) eine Trennschicht (1C, 13, 23) im Inneren in einer bestimmten Entfernung von der Oberfläche der Strukturregion (1A, 11A, 21A) ausgebildet wird,einen Bondungsschritt (S11, S12, S13, S21, S31), bei dem das Substrat (1, 11, 21) aus einem funktionalen Material an der Strukturregion (1A, 11A, 21A) an eine flache Hauptfläche eines Stützsubstrats (3, 14, 24) gebondet wird, und gekennzeichnet durcheinen Trennungsschritt (S16, S25, S35), bei dem ein aus einem funktionalen Material bestehender Dünnfilm (4, 19, 29) von der Strukturregion (1A, 11A, 21A) des Substrats (1, 11, 21) aus einem funktionalen Material getrennt wird und dabei der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm (4, 19, 29) veranlasst wird, von der Strukturumkehrregion (1B, 11B, 21B) des Substrats (1, 11, 21) aus einem funktionalen Material abzufallen,wobei der Höhenunterschied zwischen der Strukturregion (1A, 11A, 21A) und der Strukturumkehrregion (1B, 11B, 21B) kleiner ist als die Dicke des aus dem funktionalen Material bestehenden Dünnfilms (4, 19, 29).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats, wobei ein Dünnfilm aus einem funktionalen Material, der von einem Substrat getrennt ist, das aus einem funktionalen Material, wie zum Beispiel einem piezoelektrischen, pyroelektrischen oder ferroelektrischen Material, besteht, an die Hauptfläche eines Stützsubstrats gebondet ist.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • In den zurückliegenden Jahren sind Bauelemente entwickelt worden, in denen ein Dünnfilm verarbeitet ist, der aus einem funktionalen Material besteht. In dem Fall, wo ein piezoelektrisches Material als das funktionale Material verwendet wird, kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem ein Dünnfilm durch Abscheiden eines piezoelektrischen Materials durch Sputtern, CVD oder dergleichen ausgebildet wird, oder es kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem ein Dünnfilm durch Schleifen eines einkristallinen Substrats ausgebildet wird (siehe beispielsweise JP 2007 - 228 319 A ).
  • Ein Beispiel des Bauelements, in dem ein piezoelektrischer Dünnfilm verarbeitet ist, ist ein Film Bulk Acoustic Resonator (FBAR), bei dem ein Dünnfilm, der Elektroden an seiner Ober- und Unterseite aufweist, über einem Raum angeordnet ist, der auf einem Stützsubstrat angeordnet ist, um so in Schwingung versetzt zu werden (siehe beispielsweise WO 2005/060 091 A1 ). In dem Verfahren zur Herstellung des FBAR wird ein Dünnfilm auf ein Stützsubstrat gebondet, das mit einer Opferschicht versehen ist, und die Opferschicht wird fortgeätzt, um einen Raum zum Schwingen zu bilden. In dem Ätzprozess wird eine Struktur, z. B. ein Kontaktloch, in dem Dünnfilm ausgebildet, um die Opferschicht so frei zu legen, dass ein Ätzmittel die Opferschicht erreichen kann.
  • Des Weiteren kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem eine Trennschicht durch Wasserstoffionenimplantation in einer Tiefe von mehreren Mikron in einer kristallinen Substanz eines funktionalen Materials ausgebildet wird, und nachdem die kristalline Substanz an ein Stützsubstrat gebondet wurde, wird die kristalline Substanz mittels Wärmebehandlung zu einem Dünnfilm geschnitten (siehe beispielsweise JP H11 - 307 472 A und JP 2002 - 534 886 A ). In dem Verfahren zur Herstellung des Dünnfilms wird der Dünnfilm auf die gesamte Oberfläche des Stützsubstrats gebondet. Folglich ist es notwendig, ein Kontaktloch in dem Dünnfilm auszubilden, um eine Elektrode von der Unterseite zur Oberseite des Dünnfilms oder dergleichen herzustellen.
  • Wie oben beschrieben, wurden zum Ausbilden eines aus einem funktionalen Material bestehenden Dünnfilms durch Strukturieren auf einem Stützsubstrat herkömmlicherweise ein Verfahren eingesetzt, bei dem der Dünnfilm nach dem Bonden an das Stützsubstrat geätzt wird, um das funktionale Material teilweise zu entfernen.
  • Die US 6 767 749 B2 zeigt ein Verfahren, bei dem eine Trennschicht durch Wasserstoffionenimplantation in einer Tiefe von mehreren Mikrometern in einer kristallinen Substanz eines funktionalen Materials ausgebildet wird, und, nachdem eine auf die kristalline Substanz geschichtete Elektrodenmetaallschicht an ein Substrat gebondet wurde, die kristalline Substanz mittels Wärmebehandlung zu einem Dünnfilm geschnitten wird.
  • Die US 2008/0 242 050 A1 lehrt ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Herstellung eines Verbindungssubstrats mit einem Strukturausbildungsschritt, einem lonenimplantationsschritt, einem Bondungsschritt und einem Trennungsschritt. Jedoch hat sich gezeigt, dass das Verfahren hinsichtlich der Vermeidung übermäßiger Bearbeitung von hartem Material wie einem einkristallinen piezoelektrischen Material noch verbessert werden kann. Die JP H11 - 45 862 A lehrt ein ähnliches Verfahren wie die US 2008/0 242 050 A1 .
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Bei einem aus einem funktionalen Material bestehenden Dünnfilm sind zahlreiche Probleme zu lösen. Zum Beispiel dauert das Ausbilden einer Struktur zu lange, weil sich das funktionale Material selbst nur schwierig ätzen läßt und eine Elektrode und ein Stützsubstrat unter dem funktionalen Material beschädigt werden. Wenn das Ätzen lange dauert, so entsteht das Problem, dass durch das Ätzen das funktionale Material beschädigt wird und Photolack anhaftet. Insbesondere werden in dem Fall, wo das funktionale Material Lithiumniobat oder Lithiumtantalat ist, das ein piezoelektrisches Material ist, durch das Ätzen Lithiumverbindungen gebildet, die chemisch stabil sind und das Ätzen behindern, was eine erhebliche Auswirkung auf die Ätzdauer und die Herstellungskosten hat. Des Weiteren entsteht in dem Fall, wo das funktionale Material ein piezoelektrisches Material, ein pyroelektrisches Material oder dergleichen ist, das Problem, dass die Polarisierung des Substrats durch das Ätzen geschwächt werden kann.
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats bereitzustellen, bei dem unerwünschte Auswirkungen des Ätzens unterdrückt werden können, ohne das herkömmliche Verfahren zu verwenden, bei dem ein Dünnfilm durch Penetrieren eines funktionalen Materials allein durch das Ätzen strukturiert wird.
  • Lösung des Problems
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Strukturausbildungsschritt, einen lonenimplantationsschritt, einen Bondungsschritt und einen Trennungsschritt. In dem Strukturausbildungsschritt werden eine Strukturregion und eine Strukturumkehrregion auf einer Hauptfläche eines Substrats aus einem funktionalen Material ausgebildet. Die Strukturregion wird mit einer zuvor festgelegten Struktur ausgebildet, und die Strukturumkehrregion befindet sich auf einer niedrigeren Höhe als die Strukturregion. In dem Ionenimplantationsschritt wird durch Implantieren von Ionen in die Strukturregion und die Strukturumkehrregion eine Trennschicht im Inneren in einer bestimmten Entfernung von der Oberfläche der Strukturregion ausgebildet. In dem Bondungsschritt wird das Substrat aus einem funktionalen Material an der Strukturregion an eine flache Hauptfläche eines Stützsubstrats gebondet. In dem Trennungsschritt wird ein aus einem funktionalen Material bestehender Dünnfilm von der Strukturregion des Substrats aus einem funktionalen Material getrennt, woraufhin man den aus dem funktionalen Material bestehenden Dünnfilm von der Strukturumkehrregion des Substrats aus einem funktionalen Material abfallen lässt. Anspruch 1 definiert das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Gemäß diesem Herstellungsverfahren wird der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm, der an das Stützsubstrat gebondet ist, mittels eines Höhenunterschiedes zwischen der Strukturregion und der Strukturumkehrregion von der Strukturregion getrennt, und der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm, der von der Strukturumkehrregion abfällt, wird von dem Verbundsubstrat entfernt. Dadurch ist es möglich, nur den aus dem funktionalen Material bestehenden Dünnfilm, der in der gleichen Form wie die Strukturregion geformt ist, an das Stützsubstrat zu bonden, so dass die Elektrode und das Stützsubstrat unter dem funktionalen Material nicht durch das Ätzen beschädigt werden. Somit können unerwünschte Auswirkungen des Ätzens unterdrückt werden.
  • Mit einem Höhenunterschied zwischen der Strukturregion und der Strukturumkehrregion kleiner als die Dicke des Dünnfilms kann der Verarbeitungsaufwand in dem Strukturausbildungsschritt reduziert werden. Folglich können selbst dann, wenn dieser Schritt durch Ätzen ausgeführt wird, eine Beschädigung infolge des Ätzens des Substrats aus einem funktionalen Material vermieden und die Ätzdauer verkürzt werden, und unerwünschte Auswirkungen des Ätzens können unterdrückt werden.
  • Vorzugsweise besteht das Substrat aus einem funktionalen Material aus einer piezoelektrischen einkristallinen Substanz aus Lithiumtantalat oder Lithiumniobat; der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm ist ein Körperwellenbauelement-Dünnfilm oder ein Plattenwellenbauelement-Dünnfilm; das Stützsubstrat ist mit einem Schwingungsraum für den aus dem funktionalen Material bestehenden Dünnfilm versehen; und das Verfahren enthält nach dem Trennungsschritt einen Schritt des Aufbringens eines Ätzmittels für eine in dem Schwingungsraum angeordnete Opferschicht ab der Position, wo der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm abgefallen ist.
  • Ein Lithium-haltiges Substratmaterial, wie zum Beispiel Lithiumtantalat oder Lithiumniobat, läßt sich chemisch nur schwer reagieren und ist schwer zu ätzen. Darum ist es durch Verringern des Verarbeitungsaufwandes des Substrats aus einem funktionalen Material möglich, die Verarbeitungszeit zu verkürzen und das Anhaften des Photolacks zu vermeiden, wenn eine Photolackmaske verwendet wird. Des Weiteren ist es möglich, auf den Schritt des Ausbildens eines Kontaktlochs für das Entfernen der Opferschicht zu verzichten, und eine Schwächung der Polarisierung des aus dem funktionalen Material bestehenden Dünnfilms kann unterdrückt werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm, der von der Strukturumkehrregion abgefallen ist, von dem Stützsubstrat entfernt. Folglich kann der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm, der an das Stützsubstrat gebondet ist, durch Trennen von der Strukturregion erhalten werden, und die Elektrode und das Stützsubstrat unter dem funktionalen Material werden nicht durch das Ätzen beschädigt. Somit können unerwünschte Auswirkungen des Ätzens unterdrückt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundsubstrats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das den Zustand des Substrats in jedem Schritt zeigt.
    • 2 ist ein Schaubild, das den Zustand des Substrats in dem in 1 gezeigten Trennungsschritt zeigt.
    • 3 ist ein Flußdiagramm eines Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das den Zustand des Substrats in jedem Schritt zeigt.
    • 4 ist ein Flußdiagramm eines Herstellungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das den Zustand des Substrats in jedem Schritt zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundsubstrats gemäß dieser Ausführungsform, das den Zustand des Substrats in jedem Schritt zeigt.
  • Zuerst wird ein Substrat aus einem funktionalen Material 1 mit einer spiegelpolierten flachen Hauptfläche hergestellt. Dann wird eine Photolackschicht 2 durch Photolithographie in der gleichen Form wie die Struktur des benötigten Dünnfilms aus einem funktionalen Material auf der Hauptfläche des Substrats aus einem funktionalen Material ausgebildet (S11). Als Nächstes wird das funktionale Material durch Trockenätzen, Naßätzen oder dergleichen auf der Oberfläche des Substrats aus einem funktionalen Material 1, auf dem die Photolackschicht ausgebildet wurde, teilweise entfernt, um eine Strukturumkehrregion 1B zu bilden (S12). Dann wird eine Strukturregion 1A, die unter der Photolackschicht 2 zurückbleibt, durch Entfernen der Photolackschicht 2 frei gelegt (S13). Hier beträgt die Ätztiefe etwa 0,5 µm. Diese Schritte entsprechen dem Strukturausbildungsschritt der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes werden Wasserstoffionen von der Oberfläche der Strukturregion 1A und der Strukturumkehrregion 1B des Substrats aus einem funktionalen Material 1 implantiert (S14). Dadurch wird eine Trennschicht 1C im Inneren in einer bestimmten Entfernung von der Oberfläche einer jeden der Regionen gebildet. Hier beträgt die Tiefe, in der die Trennschicht 1C ausgebildet wird, etwa 1,0 µm. Dieser Schritt entspricht dem lonenimplantationsschritt der vorliegenden Erfindung.
  • Des Weiteren wird ein Stützsubstrat 3 hergestellt, und das Substrat aus einem funktionalen Material 1 an der Strukturregion 1A wird direkt an das Stützsubstrat 3 gebondet, um ein Verbundsubstrat 5 zu bilden (S15). Dieser Schritt entspricht dem Bondungsschritt der vorliegenden Erfindung; und aufgrund des Höhenunterschiedes zwischen der Strukturregion 1A und der Strukturumkehrregion 1B wird nur die Strukturregion 1A an das Stützsubstrat 3 gebondet. Des Weiteren ist es in dem Fall, wo sich der Linearausdehnungskoeffizient des Substrats aus einem funktionalen Material 1 stark von dem Linearausdehnungskoeffizienten des Stützsubstrats 3 unterscheidet, zum Beispiel in dem Fall, wo Lithiumtantalat und Lithiumniobat aneinander gebondet sind, bevorzugt, ein Normaltemperatur-Direktbondungsverfahren, wie zum Beispiel ein Reinbondungsverfahren, zu verwenden, bei dem die Substratoberfläche durch Plasma bei Normaltemperatur aktiviert wird und das Bonden in Vakuum ausgeführt wird. In diesem Fall, wenn ein Isolierfilm aus SiO2, SiN oder dergleichen auf der Bondungsoberfläche bereitgestellt wird, erhöht sich die Bondungsfestigkeit, was besonders bevorzugt ist.
  • Als Nächstes wird das Verbundsubstrat 5 in eine Erwärmungsatmosphäre verbracht. Dadurch werden Mikrohohlräume erzeugt, die in der Trennschicht 1C wachsen, und ein aus einem funktionalen Material bestehender Dünnfilm wird getrennt (S16). Da die Filmdicke lokal an der Grenze zwischen der Strukturumkehrregion 1B und der Strukturregion 1A gering ist, entsteht bei diesem Prozeß eine Lastkonzentration an der Grenze, wodurch Risse entstehen. Infolge dessen fällt der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm von der Strukturumkehrregion 1B ab, und der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm wird von der Strukturregion 1A getrennt und bleibt als ein Bauelement-Dünnfilm 4 in dem Verbundsubstrat 5 zurück. Dieser Schritt entspricht dem Trennungsschritt der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Schaubild, das den Zustand des Substrats aus einem funktionalen Material 1 in dem Trennungsschritt zeigt.
  • Wenn das Substrat aus einem funktionalen Material 1 in dem Trennungsschritt erwärmt wird, so entstehen Mikrohohlräume in der Trennschicht 1C, die sich in einer bestimmten Entfernung von der Oberfläche der Strukturregion 1A und der Strukturumkehrregion 1B befindet, wodurch eine Region auf der Oberflächenseite angehoben wird. Die Oberseite der Strukturregion 1A in 2 wird an das Stützsubstrat 3 gebondet. Zwischen der Strukturumkehrregion 1B und dem Stützsubstrat 3 befindet sich ein Spalt. An dem Grenzabschnitt 1D zwischen der Strukturregion 1A und der Strukturumkehrregion 1B ist die Filmdicke extrem gering, wie in 2 gezeigt. Darum konzentrieren sich mechanische Spannungen und Durchbiegungen an dem Grenzabschnitt 1D. In dem Maße, wie die Mikrohohlräume wachsen, nehmen die an dem Grenzabschnitt 1D wirkenden Belastungen zu, und der Grenzabschnitt 1D wird durchtrennt.
  • Nun wieder Bezug nehmend auf 1, werden nach dem Trennungsschritt (S16) die Oberfläche des Substrats aus einem funktionalen Material 1, von der der Bauelement-Dünnfilm 4 abgefallen ist, und die Oberfläche des Verbundsubstrats 5, auf der der Bauelement-Dünnfilm 4 zurückbleibt, spiegelpoliert (S17). Das spiegelpolierte Substrat aus einem funktionalen Material 1 wird wiederverwendet, so dass die Materialeffizienz des Substrats aus einem funktionalen Material 1 erhöht wird. Außerdem kann es in Abhängigkeit von der Ätztiefe und der Tiefe, in der sich Mikrohohlräume konzentrieren, den Fall geben, wo eine Trennung des Bauelement-Dünnfilms 4 und das Abfallen des Dünnfilms aus einem funktionalen Material von der Strukturumkehrregion 1B nicht von allein stattfinden oder Grate am Rand des Bauelement-Dünnfilms 4 entstehen. In einem solchen Fall kann während der Spiegelpolitur oder vor der Spiegelpolitur ein Ätzen oder dergleichen in der Nähe der Grenze zwischen der Strukturregion und der Strukturumkehrregion ausgeführt werden, so dass das Trennung unterstützt oder Grate entfernt werden.
  • Das Verbundsubstrat 5, das das Stützsubstrat 3 und den Bauelement-Dünnfilm 4 enthält, wird durch Ausführen der oben beschrieben Schritte ausgebildet. In diesem Beispiel kann - da das Substrat aus einem funktionalen Material 1, das im Voraus durch Strukturieren in dem Strukturausbildungsschritt gebildet wird, verwendet wird - der Bauelement-Dünnfilm 4 strukturiert werden, indem der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm in der Strukturregion 1A an der Trennschicht 1C getrennt wird. Folglich kann der Umfang des Ätzens des Substrats aus einem funktionalen Material 1 reduziert werden, und es ist möglich, unerwünschte Auswirkungen des Ätzens zu unterdrücken, wie zum Beispiel Verarbeitungszeit, Schäden und Anhaften des Photolacks an dem Substrat aus einem funktionalen Material 1.
  • Des Weiteren kann das Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Substrate aus einem funktionalen Material angewendet werden. Zum Beispiel ist es möglich, Substrate für Halbleiter wie zum Beispiel Si, GaAs und SiC; Oxidsubstrate wie zum Beispiel Saphir und Quarz; und piezoelektrische Substrate wie zum Beispiel Lithiumtetraborat, Lithiumtantalat und Lithiumniobat zu verwenden. Es ist ebenso möglich, die Strukturen herzustellen, die in der JP 2001 - 244 444 A und JP 2000 - 150 835 A beschrieben sind.
  • Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • In dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Körperwellenbauelements angewendet, das ein piezoelektrisches Bauelement ist, und ein einkristallines piezoelektrisches Substrat wird als ein Substrat aus einem funktionalen Material verwendet.
  • 3 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Körperwellenbauelements gemäß dieser Ausführungsform, das den Zustand des Substrats in jedem Schritt zeigt.
  • Als Erstes wird ein einkristallines piezoelektrisches Substrat 11 mit einer spiegelpolierten flachen Hauptfläche hergestellt. Eine Strukturumkehrregion 11B und eine Strukturregion 11A werden auf der Hauptfläche des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 11 durch Ätzen oder dergleichen ausgebildet (S21). Als das einkristalline piezoelektrische Substrat 11 können Lithiumtantalat oder Lithiumniobat verwendet werden. Hier beträgt die Ätztiefe in dem einkristallinen piezoelektrischen Substrat 11 etwa 0,5 µm. Dieser Schritt entspricht dem Strukturausbildungsschritt der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes werden Wasserstoffionen von der Oberfläche der Strukturregion 11A und der Strukturumkehrregion 11B des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 11 implantiert (S22). Die Wasserstoffionenimplantationsenergie wird auf 150 KeV eingestellt, und die Dosis (Ionenimplantationsdichte) wird auf 9 × 1016 Atome/cm2 eingestellt. Dadurch wird eine Trennschicht 13 im Inneren in einer bestimmten Entfernung von der Oberfläche der Strukturregion 11A und der Strukturumkehrregion 11B ausgebildet. Hier beträgt die Tiefe, in der die Trennschicht 13 ausgebildet wird, etwa 1,0 µm. Dieser Schritt entspricht dem lonenimplantationsschritt der vorliegenden Erfindung.
  • Des Weiteren wird ein Stützsubstrat 14 hergestellt. Eine Bondungsschicht 15, eine Opferschicht 16 und ein Elektrodenfilm 17A werden auf der Hauptfläche des Stützsubstrats 14 ausgebildet, und ihre Oberfläche wird durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) geglättet (S23). Hier hat das Körperwellenbauelement eine Membranstruktur mit einem Schwingungsraum (einer hohlen Struktur). Dementsprechend wird die Bondungsschicht 15 durch Strukturieren ausgebildet; die Opferschicht 16 wird in der Aussparung der Bondungsschicht 15 ausgebildet; und der Elektrodenfilm 17A, der eine unterseitige Elektrode und Verdrahtung darstellen soll, wird auf der Oberseite der Bondungsschicht 15 und der Opferschicht 16 ausgebildet. Als das Stützsubstrat 14 können Si, Quarz, Glas, Saphir oder dergleichen verwendet werden. Als die Bondungsschicht 15 kann ein Isolierfilm wie zum Beispiel SiO2 oder SiN verwendet werden. Als die Opferschicht 16 können Phosphosilikatglas, Metall, Si, SiO2 oder dergleichen verwendet werden. Das gesamte Stützsubstrat 14, das mit der Bondungsschicht 15, der Opferschicht 16 und dem Elektrodenfilm 17A versehen ist, entspricht dem Stützsubstrat der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes wird das einkristalline piezoelektrische Substrat 11 an der Strukturregion 11A direkt an die Oberseite des Elektrodenfilms 17A gebondet, um ein Verbundsubstrat 18 zu bilden (S24). Dieser Schritt entspricht dem Bondungsschritt der vorliegenden Erfindung, und aufgrund des Höhenunterschiedes zwischen der Strukturregion 11A und der Strukturumkehrregion 11B wird nur die Strukturregion 11A an die Oberseite des Elektrodenfilms 17A gebondet.
  • Als Nächstes wird das Verbundsubstrat 18 in eine Erwärmungsatmosphäre bei 500°C verbracht, und Mikrohohlräume werden in der Trennschicht 13 erzeugt und wachsen darin (S25). Aufgrund des Wachstums von Mikrohohlräumen wird ein Bauelement-Dünnfilm 19 von der Strukturregion 11A getrennt und bleibt in dem Verbundsubstrat 18 zurück. Da die Filmdicke lokal an der Grenze zwischen der Strukturumkehrregion 11B und der Strukturregion 11A gering ist, entsteht bei diesem Prozeß eine Lastkonzentration an der Grenze, wodurch Risse entstehen. Infolge dessen fällt der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm von der Strukturumkehrregion 11B ab. Um die Notwendigkeit des separaten Ausbildens eines Kontaktlochs zum Einleiten eines Ätzmittels zu der Opferschicht 16 zu beseitigen, wird hier die Form der Strukturumkehrregion 11B so voreingestellt, dass die Opferschicht 16 in diesem Schritt frei gelegt wird. Dieser Schritt entspricht dem Trennungsschritt der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes werden die Oberfläche des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 11, von dem der Bauelement-Dünnfilm 19 abgefallen ist, und die Oberfläche des Verbundsubstrats 18, auf dem der Bauelement-Dünnfilm 19 zurückbleibt, spiegelpoliert (S26). Das spiegelpolierte einkristalline piezoelektrische Substrat 11 wird wiederverwendet, wodurch die Materialeffizienz des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 11 erhöht wird.
  • Als Nächstes wird ein Elektrodenfilm 17B, der eine oberseitige Elektrode darstellen soll, auf der Oberseite des Bauelement-Dünnfilms 19 des Verbundsubstrats 18 ausgebildet (S27). Das Ausbilden des Elektrodenfilms 17B wird zum Beispiel durch Ausbilden einer Aluminiumelektrode durch Strukturierung mittels Photolithographie und Aufdampfung bewerkstelligt.
  • Als Nächstes wird, zum Beispiel mittels Photolithographie und Aufdampfung, Aluminium dick auf eine Verdrahtung aufgetragen, um die Elektrodenfilme 17A und 17B mit externen Anschlüssen zu verbinden (S28). In diesem Schritt kann der Verdrahtungswiderstand unterdrückt werden, indem man die Dicke der Verdrahtung an Positionen vergrößert, die die Elektrodenfilme 17A und 17B nicht überlappen.
  • Als Nächstes wird die Opferschicht 16 durch Aufbringen eines Ätzmittels weggeätzt (S29). Als das Ätzmittel wird ein Material ausgewählt, das mit der Opferschicht 16 heftig reagiert und eine signifikant geringe Reaktionsfreudigkeit mit anderen Materialien des Bauelements aufweist. Dieser Schritt kann durch Trockenätzen bewerkstelligt werden.
  • Dann wird durch Verkapseln des Verbundsubstrats 18 ein Körperwellenbauelement hergestellt.
  • Das Körperwellenbauelement, das das Stützsubstrat 14 und den Bauelement-Dünnfilm 19 enthält, wird mittels der oben beschriebenen Schritte ausgebildet. Da in dem oben beschriebenen Beispiel die Opferschicht durch Ätzen und Abfallen der Strukturumkehrregion 11B frei gelegt wird, kann die Ätzdauer des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 11 reduziert werden, und die Produktivität bei der Herstellung des Verbundsubstrats und des piezoelektrischen Bauelements wird gesteigert.
  • Des Weiteren kann durch Trennen des Bauelement-Dünnfilms 19 von dem einkristallinen piezoelektrischen Substrat 11 der Schnittwinkel in dem Bauelement-Dünnfilm 19 auf einen beliebigen Wert eingestellt werden, und es ist möglich, den optimalen Schnittwinkel für die Kennlinie des Körperwellenbauelements zu erhalten, indem man die Neigung der Kristallachse oder Polarisationsachse der piezoelektrischen Substanz steuert.
  • Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Bei dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Plattenwellenbauelements angewendet, das ein piezoelektrisches Bauelement ist, und ein einkristallines piezoelektrisches Substrat wird als ein Substrat aus einem funktionalen Material verwendet.
  • 4 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Plattenwellenbauelements gemäß dieser Ausführungsform, das den Zustand des Substrats in jedem Schritt zeigt.
  • Als Erstes wird ein einkristallines piezoelektrisches Substrat 21 mit einer spiegelpolierten flachen Hauptfläche hergestellt. Eine Strukturumkehrregion 21B und eine Strukturregion 21A werden auf der Hauptfläche des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 21 durch Ätzen oder dergleichen ausgebildet (S31). Als das einkristalline piezoelektrische Substrat 21 können Lithiumtantalat oder Lithiumniobat verwendet werden. Hier beträgt die Ätztiefe in dem einkristallinen piezoelektrischen Substrat 21 etwa 0,5 µm. Dieser Schritt entspricht dem Strukturausbildungsschritt der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes werden Wasserstoffionen von der Oberfläche der Strukturregion 21A und der Strukturumkehrregion 21B des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 21 implantiert (S32). Die Wasserstoffionenimplantationsenergie wird auf 150 KeV eingestellt, und die Dosis (Ionenimplantationsdichte) wird auf 9 × 1016 Atome/cm2 eingestellt. Dadurch wird eine Trennschicht 23 im Inneren in einer bestimmten Entfernung von der Oberfläche der Strukturregion 21A und der Strukturumkehrregion 21B ausgebildet. Hier beträgt die Tiefe, in der die Trennschicht 23 ausgebildet wird, etwa 1,0 µm. Dieser Schritt entspricht dem lonenimplantationsschritt der vorliegenden Erfindung.
  • Des Weiteren wird ein Stützsubstrat 24 hergestellt. Eine Bondungsschicht 25 und eine Opferschicht 26 werden auf der Hauptfläche des Stützsubstrats 24 ausgebildet, und ihre Oberfläche wird durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) geglättet (S33). Hier hat das Plattenwellenbauelement eine Membranstruktur mit einem Schwingungsraum (einer hohlen Struktur). Dementsprechend wird die Bondungsschicht 25 durch Strukturieren ausgebildet; die Opferschicht 26 wird in der Aussparung der Bondungsschicht 25 ausgebildet. Als das Stützsubstrat 24 können Si, Quarz, Glas, Saphir oder dergleichen verwendet werden. Als die Bondungsschicht 25 kann ein Isolierfilm wie zum Beispiel SiO2 oder SiN verwendet werden. Als die Opferschicht 26 können Phosphosilikatglas, Metall, Si, SiO2 oder dergleichen verwendet werden. Das gesamte Stützsubstrat 24, das mit der Bondungsschicht 25 und der Opferschicht 26 versehen ist, entspricht dem Stützsubstrat der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes wird das einkristalline piezoelektrische Substrat 21 an der Strukturregion 21A direkt an die Oberseite der Bondungsschicht 25 und der Opferschicht 26 gebondet, um ein Verbundsubstrat 28 zu bilden (S34). Dieser Schritt entspricht dem Bondungsschritt der vorliegenden Erfindung, und aufgrund des Höhenunterschiedes zwischen der Strukturregion 21A und der Strukturumkehrregion 21B wird nur die Strukturregion 21A an die Oberseite der Bondungsschicht 25 und der Opferschicht 26 gebondet.
  • Als Nächstes wird das Verbundsubstrat 28 in eine Erwärmungsatmosphäre bei 500°C verbracht, und Mikrohohlräume werden in der Trennschicht 23 erzeugt und wachsen darin (S35). Aufgrund des Wachstums von Mikrohohlräumen wird ein Bauelement-Dünnfilm 29 von der Strukturregion 21A getrennt und bleibt in dem Verbundsubstrat 28 zurück. Da die Filmdicke lokal an der Grenze zwischen der Strukturumkehrregion 21B und der Strukturregion 21A gering ist, entsteht bei diesem Prozeß eine Lastkonzentration an der Grenze, wodurch Risse entstehen. Infolge dessen fällt der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm von der Strukturumkehrregion 21B ab. Um die Notwendigkeit des separaten Ausbildens eines Kontaktlochs zum Einleiten eines Ätzmittels zu der Opferschicht 26 zu beseitigen, wird hier die Form der Strukturumkehrregion 21B so voreingestellt, dass die Opferschicht 26 in diesem Schritt frei gelegt wird. Dieser Schritt entspricht dem Trennungsschritt der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes werden die Oberfläche des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 21, von dem der Bauelement-Dünnfilm 29 abgefallen ist, und die Oberfläche des Verbundsubstrats 28, auf dem der Bauelement-Dünnfilm 29 zurückbleibt, spiegelpoliert (S36). Das spiegelpolierte einkristalline piezoelektrische Substrat 21 wird wiederverwendet, wodurch die Materialeffizienz des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 21 erhöht wird.
  • Als Nächstes wird eine IDT-Elektrode (kammförmige Elektrode) 27A auf der Oberseite des Bauelement-Dünnfilms 29 des Verbundsubstrats 28 ausgebildet, und eine Verdrahtung 27B wird auf der Oberseite der Bondungsschicht 25 ausgebildet (S37). Die Ausbildung des IDT-Elektrode 27A und der Verdrahtung 27B werden zum Beispiel durch Ausbilden einer Aluminiumelektrode durch Strukturierung mittels Photolithographie und Aufdampfung bewerkstelligt.
  • Als Nächstes wird, zum Beispiel mittels Photolithographie und Aufdampfung, Aluminium dick auf eine Verdrahtung 27B aufgetragen, um die IDT-Elektrode 27A mit externen Anschlüssen zu verbinden (S39). In diesem Schritt kann der Verdrahtungswiderstand unterdrückt werden, indem die Dicke der Verdrahtung an Positionen erhöht wird, die die IDT-Elektrode 27A nicht überlappen.
  • Als Nächstes wird die Opferschicht 26 durch Aufbringen eines Ätzmittels weggeätzt (S38). Als das Ätzmittel wird ein Material ausgewählt, das mit der Opferschicht 26 heftig reagiert und eine signifikant geringe Reaktionsfreudigkeit mit anderen Materialien des Bauelements aufweist. Dieser Schritt kann durch Trockenätzen bewerkstelligt werden.
  • Dann wird durch Verkapseln des Verbundsubstrats 28 ein Plattenwellenbauelement hergestellt.
  • Das Plattenwellenbauelement, das das Stützsubstrat 24 und den Bauelement-Dünnfilm 29 enthält, wird mittels der oben beschriebenen Schritte ausgebildet. Da in dem oben beschriebenen Beispiel die Opferschicht durch Ätzen und Abfallen der Strukturumkehrregion 21B frei gelegt wird, kann die Ätzdauer des einkristallinen piezoelektrischen Substrats 21 reduziert werden, und die Produktivität bei der Herstellung des Verbundsubstrats und des piezoelektrischen Bauelements wird gesteigert.
  • Des Weiteren kann durch Trennen des Bauelement-Dünnfilms 29 von dem einkristallinen piezoelektrischen Substrat 21 der Schnittwinkel in dem Bauelement-Dünnfilm 29 auf einen beliebigen Wert eingestellt werden, und es ist möglich, den optimalen Schnittwinkel für die Kennlinie des Plattenwellenbauelements zu erhalten, indem man die Neigung der Kristallachse oder Polarisationsachse der piezoelektrischen Substanz steuert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substrat aus einem funktionalen Material
    1A, 11A, 21A
    Strukturregion
    1B, 11B, 21B
    Strukturumkehrregion
    1C, 13, 23
    Trennschicht
    1D
    Grenzabschnitt
    2
    Photolack
    3, 14, 24
    Stützsubstrat
    4, 19, 29
    Bauelement-Dünnfilm
    5, 18, 28
    Verbundsubstrat
    11, 21
    einkristallines piezoelektrisches Substrat
    15, 25
    Bondungsschicht
    16, 26
    Opferschicht
    17A, 17B
    Elektrodenfilm
    27A
    IDT-Elektrode
    27B
    Verdrahtung

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats (5, 18, 28), umfassend: einen Strukturausbildungsschritt (S11, S12, S13, S21, S31), bei dem eine Strukturregion (1A, 11A, 21A) mit einer zuvor festgelegten Struktur und eine Strukturumkehrregion (1B, 11B, 21B), die tiefer angeordnet ist als die Strukturregion (1A, 11A, 21A), auf einer Hauptfläche eines Substrats (1, 11, 21) aus einem funktionalen Material ausgebildet werden, einen Ionenimplantationsschritt (S14, S22, S32), bei dem durch Implantieren von Ionen in die Strukturregion (1A, 11A, 21A) und die Strukturumkehrregion (1B, 11B, 21B) eine Trennschicht (1C, 13, 23) im Inneren in einer bestimmten Entfernung von der Oberfläche der Strukturregion (1A, 11A, 21A) ausgebildet wird, einen Bondungsschritt (S11, S12, S13, S21, S31), bei dem das Substrat (1, 11, 21) aus einem funktionalen Material an der Strukturregion (1A, 11A, 21A) an eine flache Hauptfläche eines Stützsubstrats (3, 14, 24) gebondet wird, und gekennzeichnet durch einen Trennungsschritt (S16, S25, S35), bei dem ein aus einem funktionalen Material bestehender Dünnfilm (4, 19, 29) von der Strukturregion (1A, 11A, 21A) des Substrats (1, 11, 21) aus einem funktionalen Material getrennt wird und dabei der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm (4, 19, 29) veranlasst wird, von der Strukturumkehrregion (1B, 11B, 21B) des Substrats (1, 11, 21) aus einem funktionalen Material abzufallen, wobei der Höhenunterschied zwischen der Strukturregion (1A, 11A, 21A) und der Strukturumkehrregion (1B, 11B, 21B) kleiner ist als die Dicke des aus dem funktionalen Material bestehenden Dünnfilms (4, 19, 29).
  2. Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats (5, 18, 28) nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus einem funktionalen Material ein einkristallines piezoelektrisches Substrat (11, 21) aus Lithiumtantalat oder Lithiumniobat ist, der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm (4, 19, 29), der an das Stützsubstrat (3, 14, 24) gebondet ist, ein Körperwellenbauelement-Dünnfilm oder ein Plattenwellenbauelement-Dünnfilm ist, das Stützsubstrat (3, 14, 24) mit einem Schwingungsraum für den Bauelement-Dünnfilm versehen ist und das Verfahren nach dem Trennungsschritt (S16, S25, S35) einen Schritt (S29, S39) des Aufbringens eines Ätzmittels für eine in dem Schwingungsraum angeordnete Opferschicht (16, 26) ab der Stelle, wo der aus dem funktionalen Material bestehende Dünnfilm (4, 19, 29) abgefallen ist, enthält.
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