DE112018001930T5

DE112018001930T5 - Elastische welle-element und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE112018001930T5
Application number: DE112018001930.6T
Authority: DE
Inventors: Tomoyoshi Tai; Takashi Yoshino; Masahiko Namerikawa
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: CN110574290A; DE112018001930B4; KR102123350B1; TW201843700A; US20200067480A1; WO2018203430A1; US10879871B2; CN110574290B; KR20190132535A; TWI780103B

Abstract

(Aufgabe)Bei einer Akustikwellenvorrichtung, die ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material und einen Trägerkörper umfasst, die mittels einer Verbindungsschicht miteinander verbunden sind, ist es eine Aufgabe, die Akustikwellenvorrichtung mit einer Struktur zur weiteren Verbesserung des Ausbreitungsverlusts und der Temperatureigenschaften der Frequenz einer Akustikwelle bereitzustellen.(Lösung)Eine Akustikwellenvorrichtung umfasst ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2A, eine Elektrode 4 auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2A, einen Trägerkörper 3 und eine Verbindungsschicht 1A zum Verbinden des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2A und des Trägerkörpers 3. Die Verbindungsschicht 1A ist aus einem Quarzkristall zusammengesetzt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung stellt eine Akustikwellenvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung bereit.
STAND DER TECHNIK
Eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung, die als Filtervorrichtung oder Oszillator wirkt, die oder der in Mobiltelefonen oder dergleichen verwendet wird, und eine Akustikwellenvorrichtung, wie z.B. eine Lambwellenvorrichtung oder ein Filmmassenakustikresonator (FBAR), bei der ein piezoelektrischer Dünnfilm verwendet wird, sind bekannt. Als eine solche Oberflächenakustikwellenvorrichtung ist eine Vorrichtung bekannt, die durch Anbringen eines Trägerkörpers und eines Substrats aus einem piezoelektrischen Material, das eine Oberflächenakustikwelle ausbreitet, und durch Bereitstellen von ineinandergreifenden Elektroden hergestellt wird, welche die Oberflächenakustikwelle auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats oszillieren lassen können. Durch Anbringen des Trägerkörpers, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient niedriger ist als derjenige des Substrats aus einem piezoelektrischen Material, auf dem piezoelektrischen Substrat wird die Änderung der Größe des Substrats aus einem piezoelektrischen Material als Reaktion auf eine Temperaturänderung vermindert, so dass die Änderung der Frequenzeigenschaften als Oberflächenakustikwellenvorrichtung vermindert wird.
Dabei ist es in dem Fall, bei dem ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material und ein Siliziumsubstrat miteinander verbunden werden, bekannt, dass ein Siliziumoxidfilm auf einer Oberfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material ausgebildet ist und dass das Substrat aus einem piezoelektrischen Material und das Siliziumsubstrat durch den Siliziumoxidfilm direkt verbunden sind (Patentdokument 1). Während des Verbindens wird ein Plasmastrahl auf die Oberflächen des Siliziumoxidfilms und ein Siliziumsubstrat zum Aktivieren der Oberflächen eingestrahlt, die einem direkten Verbinden unterzogen werden (Plasmaaktivierungsverfahren).
Ferner wird gemäß der Offenbarung des Patentdokuments 2 ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material, wie z.B. Lithiumtantalat oder dergleichen, mit einem separaten Substrat aus einem piezoelektrischen Material verbunden, um die Temperatureigenschaften der Frequenz einer Akustikwellenvorrichtung zu verbessern. In diesem Fall ist ferner beschrieben, dass Silizium oder eine Siliziumverbindung zwischen den zwei Substraten aus einem piezoelektrischen Material angeordnet sein kann, um die Erzeugung von nicht verbundenen Teilen zu unterdrücken.
(Stand der Technik)
(Patentdokumente)
(Patentdokument 1) US-Patent Nr. 7,213,314 B2 (Patentdokument 2) Japanische Patentveröffentlichung Nr. 1995-038360 A (Patentdokument 3) Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2014-086400 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Akustikwellenvorrichtung, die im Patentdokument 1 beschrieben ist, wird der Siliziumoxidfilm auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material gebildet und dann direkt mit dem Siliziumsubstrat verbunden. Gemäß einer solchen Akustikwellenvorrichtung ist es jedoch schwierig, den Ausbreitungsverlust und die Temperaturänderung der Frequenz einer Akustikwelle über ein bestimmtes Niveau hinaus zu verbessern.
Andererseits sind gemäß der Akustikwellenvorrichtung des Patentdokuments 2 der Ausbreitungsverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz einer Akustikwelle relativ größer und es ist schwierig, sie über bestimmte Niveaus hinaus zu verbessern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bezüglich einer Akustikwellenvorrichtung, die ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material und einen Trägerkörper umfasst, die mittels einer Verbindungsschicht miteinander verbunden sind, die Akustikwellenvorrichtung so bereitzustellen, dass sie eine Struktur zur weiteren Verbesserung des Ausbreitungsverlusts und der Temperatureigenschaften der Frequenz einer Akustikwelle aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Akustikwellenvorrichtung bereit, umfassend:

ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material;
eine Elektrode auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material;
einen Trägerkörper; und
eine Verbindungsschicht zum Verbinden des Substrats aus einem piezoelektrischen Material und des Trägerkörpers,
wobei die Verbindungsschicht einen Quarzkristall umfasst.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Akustikwellenvorrichtung bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Verbinden eines Substrats aus einem piezoelektrischen Material und einer Quarzkristallplatte;
Verarbeiten der Quarzkristallplatte zur Bildung einer Verbindungsschicht:
Verbinden der Verbindungsschicht und des Trägerkörpers; und
Bilden einer Elektrode auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material.

Die Erfinder haben die Gründe erforscht, warum die Verbesserung des Ausbreitungsverlusts und der Temperatureigenschaften der Frequenz in den in den Patentdokumenten 1 und 2 beschriebenen Akustikwellenvorrichtungen beschränkt ist. D.h., die Gründe dafür sind wie folgt. In dem Fall, bei dem der Siliziumoxidfilm auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material ausgebildet ist, wächst der Siliziumoxidfilm nicht epitaxial und weist einen amorphen Zustand auf, so dass dessen Kristallinität schlecht ist. Die Akustikwelle tritt folglich aus, was zu dem Ausbreitungsverlust führt, und dadurch wird die Verbindungskraft durch den Trägerkörper vermindert, so dass die Temperaturänderung der Frequenz dazu neigt, groß zu sein.
Ferner tritt in dem Fall, bei dem das Substrat aus einem piezoelektrischen Material mit dem separaten Substrat aus einem piezoelektrischen Material (z.B. einer Quarzkristallplatte) zum Erzeugen der Akustikwellenvorrichtung verbunden wird, die Akustikwelle in die Quarzkristallplatte aus und wird durch die Quarzkristallplatte absorbiert. Es ist folglich schwierig, den Einsetzverlust zu vermindern, und die Verbindungskraft, die auf das Substrat aus einem piezoelektrischen Material durch die Quarzkristallplatte ausgeübt wird, ist beschränkt. Es wurde dadurch gezeigt, dass es schwierig ist, die Temperaturänderung der Frequenz zu verbessern.
Andererseits ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material durch eine Verbindungsschicht, die aus einem Quarzkristall zusammengesetzt ist, mit einem separaten Trägerkörper verbunden. Da der Quarzkristall ein Einkristall ist und die Verbindungsschicht aus dem Quarzkristall mit dem separaten Trägerkörper verbunden ist, wird das Austreten der Akustikwelle aus dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material zu der Verbindungsschicht unterdrückt. Ferner können, da das Substrat aus einem piezoelektrischen Material durch den Trägerkörper verbunden werden kann, gleichzeitig die Temperatureigenschaften der Frequenz vermindert werden.
Figurenliste

1(a) ist eine Vorderansicht, die ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und eine Quarzkristallplatte 1 zeigt, 1(b) ist eine Vorderansicht, die einen verbundenen Körper des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 und einer Quarzkristallplatte 2 zeigt, und die 1(c) zeigt den Zustand, bei dem die Quarzkristallplatte 1 zur Bildung einer Verbindungsschicht 1A verarbeitet ist.
2(a) zeigt den Zustand, bei dem das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und ein Trägerkörper 3 miteinander verbunden sind, 2(b) zeigt den Zustand, bei dem das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 bearbeitet und dünngemacht ist, und die 2(c) zeigt eine Akustikwellenvorrichtung 5.
3(a) ist eine Vorderansicht, die ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2, eine Quarzkristallplatte 1 und eine Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material zeigt, 3(b) ist eine Vorderansicht, die einen verbundenen Körper des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und des Quarzsubstrats 1 zeigt, und die 3(c) zeigt den Zustand, bei dem die Quarzkristallplatte 1 zur Bildung einer Verbindungsschicht 1A bearbeitet ist.
4(a) zeigt den Zustand, bei dem ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und ein Trägerkörper 3 miteinander verbunden sind, 3(b) zeigt den Zustand, bei dem das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 bearbeitet und dünngemacht ist, und die 4(c) zeigt eine Akustikwellenvorrichtung 5A.
5(a) zeigt ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2, einem Trägerkörper 3 und Siliziumoxidfilmen 8, 9, 5(b) zeigt den Zustand, bei dem das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und der Trägerkörper 3 durch eine Verbindungsschicht 10 miteinander verbunden sind, und die 5(c) zeigt eine Akustikwellenvorrichtung 15 eines Vergleichsbeispiels.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Beispielsweise werden, wie es in der 1(a) gezeigt ist, ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und einer Quarzkristallplatte 1 hergestellt. Eine Hauptfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und eine Hauptfläche 1a der Quarzkristallplatte 1 sind als Verbindungsoberflächen vorgesehen. Dann werden, wie es in der 1(b) gezeigt ist, das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Quarzkristallplatte 1 direkt verbunden. Dann wird, wie es in der 1 (c) gezeigt ist, die Hauptfläche 1b des Quarzsubstrats 1 zu einer vorgegebenen Dicke bearbeitet, so dass eine Verbindungsschicht 1A erhalten wird, die aus einem Quarzkristall zusammengesetzt ist. Die Verbindungsoberfläche 3a eines separaten Trägerkörpers 3 ist gegenüber der Verbindungsoberfläche 1c der Verbindungsschicht 1A angeordnet. 3b stellt eine untere Fläche eines Trägerkörpers 3 dar.
Dann wird, wie es in der 2(a) gezeigt ist, die Verbindungsoberfläche 3a des Trägerkörpers 3 direkt mit der Verbindungsoberfläche 1c der Verbindungsschicht 1A verbunden. In diesem Zustand wird, obwohl eine Elektrode auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 bereitgestellt sein kann, vorzugsweise, wie es in der 2(b) gezeigt ist, die Hauptfläche 2b des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 so bearbeitet, dass das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 dünngemacht wird, so dass ein dünngemachtes Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2A erhalten wird. 2c stellt eine bearbeitete Oberfläche dar. Dann wird, wie es in der 2(c) gezeigt ist, eine vorgegebene Elektrode 4 auf der bearbeiteten Oberfläche 2c des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2A gebildet, so dass eine Akustikwellenvorrichtung 5 erhalten wird.
Gemäß den in den 1 und 2 gezeigten Beispielen werden das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Quarzkristallplatte 1 direkt verbunden und die Verbindungsschicht 1A und der Trägerkörper 3 werden direkt miteinander verbunden. Es kann jedoch eine Zwischenschicht auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und der Verbindungsschicht 1A bereitgestellt werden und eine Zwischenschicht auf der Seite des Trägerkörpers kann zwischen dem Trägerkörper 3 und der Verbindungsschicht 1A bereitgestellt werden. Durch die Zwischenschicht (Zwischenschicht auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material oder auf der Seite des Trägerkörpers) kann die Verbindungsfestigkeit weiter verbessert werden. Die 3 und 4 betreffen diese Ausführungsform.
D.h., wie es in der 3(a) gezeigt ist, es werden ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und eine Quarzkristallplatte 1 hergestellt. Eine Zwischenschicht wird auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 6 auf der Verbindungsoberfläche 1a des Quarzsubstrats 1 gebildet. Dann werden, wie es in der 3(b) gezeigt ist, die Verbindungsoberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Oberfläche 6a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 6 miteinander verbunden. Ferner wird gemäß dem vorliegenden Beispiel die Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material auf der Quarzkristallplatte 1 bereitgestellt und die Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material kann auf der Verbindungsoberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 bereitgestellt werden. Ferner können als Verfahren des Bildens der Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material die Zwischenschichten als Filme auf der Quarzkristallplatte 1 bzw. dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 gebildet werden und beide Zwischenschichten können miteinander verbunden und integriert werden.
Dann wird, wie es in der 3(c) gezeigt ist, die Quarzkristallplatte 1 zu einer vorgegebenen Dicke verarbeitet, so dass die Verbindungsschicht 1A erhalten wird, die aus einem Quarzkristall zusammengesetzt ist. Dabei kann gemäß dem vorliegenden Beispiel ferner eine Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers auf der Verbindungsoberfläche 1c der Verbindungsschicht 1A bereitgestellt werden. Ferner liegt die Verbindungsoberfläche 3a eines separaten Trägerkörpers 3 der Verbindungsoberfläche 7a der Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers gegenüber. 3b stellt eine untere Oberfläche des Trägerkörpers 3 dar.
Dann werden, wie es in der 4(a) gezeigt ist, die Verbindungsoberfläche 3a des Trägerkörpers 3 und die Verbindungsoberfläche 7a der Zwischenschicht 7 direkt miteinander verbunden. Gemäß dem vorliegenden Beispiel ist jedoch die Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers auf der Verbindungsschicht 1A bereitgestellt, die aus einem Quarzkristall zusammengesetzt ist, und die Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers kann auf der Verbindungsoberfläche 3a des Trägerkörpers 3 bereitgestellt sein. Ferner können als Verfahren zum Bilden der Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers beide Zwischenschichten auf der Verbindungsschicht 1A, die aus dem Quarzkristall ausgebildet ist, bzw. dem Trägerkörper 3 bereitgestellt und dann miteinander verbunden und integriert werden.
Bei dem Zustand, der in der 4(a) gezeigt ist, kann, obwohl eine Elektrode auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 bereitgestellt sein kann, vorzugsweise, wie es in der 4(b) gezeigt ist, die Hauptfläche 2b des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 zum Dünnermachen des Substrats 2A bearbeitet werden, so dass das dünngemachte Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2A erhalten wird. 2c stellt eine verarbeitete Oberfläche dar. Ferner kann, wie es in der 4(c) gezeigt ist, eine vorgegebene Elektrode 4 auf der bearbeiteten Oberfläche 2c des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 gebildet werden, so dass ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 5A erhalten wird. Ferner umfasst gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen (3(a) bis 4(c)) die Akustikwellenvorrichtung 5A die Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material und die Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und nur eine der Zwischenschichten (nur die Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material oder die Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers) kann bereitgestellt werden.
Die jeweiligen Bestandteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detaillierter beschrieben.
Als Akustikwellenvorrichtungen 5 und 5A sind eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung, eine Vorrichtung des Lambwellentyps, ein Dünnfilmresonator (FBAR) oder dergleichen bekannt. Beispielsweise wird die Oberflächenakustikwellenvorrichtung durch Bereitstellen von eingangsseitigen IDT- (Interdigitalwandler-) Elektroden (auch als Kammelektroden oder ineinandergreifende Elektroden bezeichnet) zum Oszillieren einer Oberflächenakustikwelle und einer IDT-Elektrode auf der Ausgangsseite zum Empfangen der Oberflächenakustikwelle auf der Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats hergestellt. Durch Anlegen eines Hochfrequenzsignals an die IDT-Elektrode auf der Eingangsseite wird ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt, so dass die Oberflächenakustikwelle auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material oszilliert wird und sich ausbreitet. Dann wird die ausgebreitete Oberflächenakustikwelle als elektrisches Signal von den IDT-Elektroden auf der Ausgangsseite entnommen, die in der Ausbreitungsrichtung bereitgestellt ist.
Ein Metallfilm kann auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 1A bereitgestellt werden. Nachdem die Vorrichtung des Lamb-Typs als Akustikwellenvorrichtung hergestellt worden ist, spielt der Metallfilm die Rolle des Verbesserns des elektromechanischen Kopplungsfaktors in der Nähe der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats. In diesem Fall weist die Vorrichtung des Lamb-Typs die Struktur auf, bei der ineinandergreifende Elektroden auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 2 oder 2A ausgebildet sind und der Metallfilm auf dem piezoelektrischen Substrat 2 oder 2A durch einen Hohlraum freiliegt, der in dem Trägerkörper bereitgestellt ist. Materialien solcher Metallfilme umfassen z.B. Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, Gold oder dergleichen. Ferner kann in dem Fall, bei dem die Wellenvorrichtung des Lamb-Typs hergestellt wird, ein Verbundsubstrat verwendet werden, welches das piezoelektrische Substrat ohne den Metallfilm auf der unteren Oberfläche aufweist.
Ferner können ein Metallfilm und ein Isolierfilm auf der unteren Oberfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A bereitgestellt werden. Der Metallfilm spielt die Rolle von Elektroden in dem Fall, bei dem der Dünnfilmresonator als die Akustikwellenvorrichtung hergestellt wird. In diesem Fall weist der Dünnfilmresonator die Struktur auf, bei der Elektroden auf der oberen und unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind und der Isolierfilm wird als Hohlraum ausgebildet, so dass der Metallfilm auf dem piezoelektrischen Substrat 2 oder 2A freiliegt. Materialien solcher Metallfilme umfassen z.B. Molybdän, Ruthenium, Wolfram, Chrom, Aluminium oder dergleichen. Ferner umfassen Materialien der Isolierfilme Siliziumdioxid, Phosphorsilikatglas, Borphosphorsilikatglas oder dergleichen.
Die Materialien, die Elektrodenstrukturen auf den Substraten aus einem piezoelektrischen Material 2 und 2A bilden, können vorzugsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer oder Gold sein und mehr bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein. Die verwendete Aluminiumlegierung kann vorzugsweise AI sein, das mit 0,3 bis 5 Gewichtsprozent Cu gemischt ist. In diesem Fall kann Cu vorzugsweise durch Ti, Mg, Ni, Mo oder Ta ersetzt werden.
Die Substrate aus einem piezoelektrischen Material 2, 2A, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können aus einem Einkristall hergestellt sein. In dem Fall, bei dem das Material des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A der Einkristall ist, ist es einfach, die Oberflächen der Substrate aus einem piezoelektrischen Material 2 und 2A zu aktivieren. In dem Fall, bei dem die Zwischenschicht auf der Oberfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A bereitgestellt ist, kann die Verbindungsoberfläche der Zwischenschicht aktiviert werden, so dass das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A gegebenenfalls kein Einkristall ist und die Oberfläche eine aufgeraute Oberfläche sein kann.
Insbesondere umfassen die Materialien der Substrate aus einem piezoelektrischen Material 2 und 2A einen Lithiumtantalat (LT)-Einkristall, einen Lithiumniobat (LN)-Einkristall, einen Einkristall einer festen Lösung aus Lithiumniobat-Lithiumtantalat, Quarz und Lithiumborat. Von diesen ist LT oder LN mehr bevorzugt. Da LT oder LN eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Oberflächenakustikwelle und einen großen elektromechanischen Kopplungsfaktor aufweist, ist es zur Verwendung in einer piezoelektrischen Oberflächenwellenvorrichtung für Hochfrequenz- und Breitbandfrequenz-Anwendungen bevorzugt. Ferner ist die senkrechte Richtung der Hauptoberfläche 2a oder 2b des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A nicht speziell beschränkt. In dem Fall, bei dem das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A jedoch aus LT hergestellt ist, ist es z.B. bevorzugt, das Substrat in der Richtung der Y-Achse oder Z-Achse um 36 bis 47° (z.B. 42°) in Bezug auf die X-Achse zu drehen, welche die Richtung der Ausbreitung einer Oberflächenakustikwelle ist, und zwar aufgrund eines geringeren Ausbreitungsverlusts. In dem Fall, bei dem das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A aus LN hergestellt ist, ist es bevorzugt, das Substrat in der Richtung der Y-Achse oder Z-Achse um 60 bis 68° (z.B. 64°) in Bezug auf die X-Achse zu drehen, welche die Richtung der Ausbreitung einer Oberflächenakustikwelle ist, und zwar aufgrund eines geringeren Ausbreitungsverlusts. Obwohl die Größe des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A nicht speziell beschränkt ist, kann z.B. ferner der Durchmesser 50 bis 150 mm betragen und die Dicke kann 0,2 bis 60 µm betragen.
Das Material des Trägerkörpers 3 kann vorzugsweise aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silizium, Sialon, Mullit, Saphir und lichtdurchlässigem Aluminiumoxid, hergestellt sein. Es ist folglich möglich, die Temperatureigenschaften der Frequenz der Akustikwellenvorrichtung 5 oder 5A weiter zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Verbindungsschicht 1A des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A und der Trägerkörper 3 aus einem Quarzkristall zusammengesetzt. Der Quarzkristall steht für einen Einkristall des trigonalen SiO₂-Systems.
Im Hinblick auf den Einsetzverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz einer Akustikwelle kann die Dicke der Verbindungsschicht 1A vorzugsweise 0,05 µm oder mehr, mehr bevorzugt 0,1 µm oder mehr und insbesondere 0,5 µm oder mehr betragen. Im Hinblick auf den Einsetzverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz einer Akustikwelle kann die Dicke der Verbindungsschicht 1A vorzugsweise 30 µm oder weniger, mehr bevorzugt 25 µm oder weniger, noch mehr bevorzugt 20 µm oder weniger, besonders bevorzugt 15 µm oder weniger und insbesondere 10 µm oder weniger betragen. Wie es später beschrieben ist, wird die Dicke der Verbindungsschicht 1A auf 0,05 µm oder mehr und 30 µm oder weniger eingestellt, so dass es möglich ist, die Akustikwellenvorrichtung mit guten Temperatureigenschaften der Frequenz und einem niedrigen Ausbreitungsverlust einer Akustikwelle herzustellen, während die Verbindungsfestigkeit aufrechterhalten werden kann.
In dem Fall, bei dem die Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material bereitgestellt ist und die Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers bereitgestellt ist, ist das Material ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tantalpentoxid, Niobpentoxid, Titanoxid und einem hochbeständigen Silizium. Durch Bereitstellen der Zwischenschicht kann die Verbindungsfestigkeit des Trägerkörpers 3 und des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 oder 2A weiter erhöht werden.
Die Dicken der Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material und der Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers können vorzugsweise 0,01 µm oder mehr und mehr bevorzugt 0,05 µm oder mehr betragen, und zwar im Hinblick auf die Verbindungsfestigkeit. Ferner kann die Dicke im Hinblick auf den Einsetzverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz vorzugsweise 0,2 µm oder weniger und mehr bevorzugt 0,1 µm oder weniger betragen.
Das Verfahren des Bildens von jeder der Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material und der Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers ist nicht beschränkt und umfasst ein Sputtern, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und Gasphasenabscheidungsverfahren.
In dem Fall, bei dem die Verbindungsoberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2, die Verbindungsoberfläche 1a der Quarzkristallplatte 1 und die Verbindungsoberfläche 3a des Trägerkörpers 3 einem direkten Verbinden unterzogen werden, können die Verbindungsoberflächen vorzugsweise einem Einebnen und dann einem Aktivieren unterzogen werden. Ferner werden in dem Fall, bei dem die Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material auf der Verbindungsschicht 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 bereitgestellt ist und bei dem die Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers auf der Verbindungsoberfläche 3a des Trägerkörpers 3 bereitgestellt ist, die Verbindungsoberflächen 6a und 7a der Zwischenschichten 6 und 7 einem Einebenen und dann einem Aktivieren unterzogen. In dem Fall, bei dem die Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material auf der Verbindungsoberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 bereitgestellt ist, kann die Verbindungsoberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 einem Aufrauvorgang unterzogen werden.
Die aufgeraute Oberfläche steht für eine Oberfläche mit einer periodischen Unebenheit, die einheitlich in der Ebene ausgebildet ist, mit einem arithmetischen Oberflächenmittenrauwert Ra von 0,05 µm ≦ Ra ≦ 0,5 µm und mit einer Höhe Ry von der minimalen Höhe am Boden der Vertiefung und bis zur maximalen Höhe am Peak der Erhebung von 0,5 µm ≦ Ry ≦ 5 µm. Die bevorzugte Rauheit hängt von der Wellenlänge der Akustikwelle ab und wird in einer geeigneten Weise ausgewählt, so dass die Reflexion der Volumenwelle unterdrückt wird.
Ferner umfasst das Verfahren des Aufrauvorgangs ein Schleifen, Polieren, Ätzen, Sandstrahlen und dergleichen.
Das Verfahren des Einebnens von jeder der Verbindungsoberflächen 1a, 2a, 3a, 6a, 7a umfasst ein Läppen, ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) und dergleichen. Ferner kann die eingeebnete Fläche vorzugsweise einen Ra von 1 nm oder weniger und mehr bevorzugt einen Ra von 3 nm oder weniger aufweisen.
Dann wird als das Verfahren des Aktivierens von jeder der Verbindungsoberflächen 1a, 2a, 3a, 6a und 7a vorzugsweise ein neutralisierter Strahl auf jede der Verbindungsoberflächen 1a, 2a, 3a, 6a und 7a eingestrahlt. Wenn die Aktivierung der Oberflächen unter Verwendung des neutralisierten Strahls durchgeführt wird, ist es bevorzugt, ein System, das im Patentdokument 3 beschrieben ist, zum Erzeugen des neutralisierten Strahls zu verwenden, der eingestrahlt wird. D.h., es wird eine Hochgeschwindigkeitsatomstrahlquelle des Sattelfeldtyps als Strahlquelle verwendet. Dann wird ein Inertgas in die Kammer eingeführt und eine Hochspannung wird an Elektroden von einer elektrischen Gleichstromquelle angelegt. Dadurch bewirkt das elektrische Feld des Sattelfeldtyps, das zwischen der Elektrode (positive Elektrode) und einem Gehäuse (negative Elektrode) erzeugt wird, eine Bewegung von Elektronen, e, so dass Atom- und lonenstrahlen, die von dem Inertgas abgeleitet sind, erzeugt werden. Von den Strahlen, die an einem Gitter ankommen, wird der lonenstrahl an dem Gitter neutralisiert, und der Strahl von neutralen Atomen wird von der Hochgeschwindigkeitsatomstrahlquelle emittiert. Die Atomspezies, die den Strahl bildet, kann vorzugsweise ein Inertgas (Argon, Stickstoff oder dergleichen) sein.
Die Spannung während der Aktivierung durch das Einstrahlen des Strahls kann vorzugsweise 0,5 bis 2,0 kV betragen und der Strom beträgt vorzugsweise 50 bis 200 mA.
Dann werden die aktivierten Oberflächen in einer Vakuumatmosphäre kontaktiert und miteinander verbunden. Die Temperatur kann dabei Umgebungstemperatur, insbesondere 40 °C oder weniger und mehr bevorzugt 30 °C oder weniger, sein. Ferner kann die Temperatur während des Verbindens mehr bevorzugt 20 °C oder höher und 25 °C oder niedriger sein. Der Druck beim Verbinden beträgt vorzugsweise 100 bis 20000 N.
Ferner wird jede der Verbindungsoberflächen 1a, 2a, 3a, 6a und 7a eingeebnet und dann einer Oberflächenaktivierung durch ein Plasmabestrahlungsverfahren unterzogen. Ein Plasma (N₂, NH₃, O₂, Ar oder dergleichen) wird auf jede Verbindungsoberfläche bei einem niedrigen Vakuumdruck (etwa 10 Pa) zum Aktivieren der Verbindungsoberflächen eingestrahlt. Nach dem Einstrahlen werden die Substrate an die Luft entnommen und die Verbindungsoberflächen werden zum Durchführen des Verbindens miteinander kontaktiert, so dass ein verbundener Körper bereitgestellt wird. Nach dem Verbinden wird der verbundene Körper bei 200 °C bis 300 °C erwärmt, so dass die Verbindungsfestigkeit verbessert wird.
BEISPIELE
(Vergleichsbeispiel 1)
Eine Akustikwellenvorrichtung 15 wurde gemäß dem Verfahren hergestellt, das unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben ist.
Insbesondere wurde ein Lithiumtantalat (LT-Substrat) mit einem Teil mit flacher Orientierung (OF), einem Durchmesser von 4 Zoll (10,2 cm) und einer Dicke von 250 µm als das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 verwendet. Ferner wurde als der Trägerkörper 3 ein Siliziumsubstrat mit einem OF-Teil, einem Durchmesser von 4 Zoll (10,2 cm) und einer Dicke von 230 µm hergestellt. Es wurde das LT-Substrat als 46° Y-geschnittenes X-Ausbreitung-LT-Substrat verwendet, bei dem sich eine Oberflächenakustikwelle (SAW) in der X-Richtung ausbreitete und der Schnittwinkel eine gedrehte Y-Schnittplatte war. Die Oberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Oberfläche 3a des Trägerkörpers 3 wurden auf Spiegelglanz poliert, so dass die arithmetischen Oberflächenrauwerte Ra 1 nm betrugen. Die arithmetischen Oberflächenrauwerte wurden in einem quadratischen Sichtfeld mit einer Länge von 10 µm und einer Breite von 10 µm mittels eines Rasterkraftmikroskops (AFM) bewertet.
Dann wurde der Siliziumoxidfilm mit einer Dicke von 3,0 µm auf der Oberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 durch Sputtern einer Filmbildung unterzogen. Der arithmetische Oberflächenmittenrauwert Ra nach der Filmbildung betrug 2 nm. Ferner wurde ein Siliziumoxidfilm 8 mit einer Dicke von 3,0 nm auf einer Oberfläche 3a des Trägerkörpers 3 durch Sputtern gebildet. Ra nach der Filmbildung betrug 2 nm. Die jeweiligen Siliziumoxidfilme wurden dann einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) unterzogen, so dass die jeweiligen Dicken 2,5 nm erreichten und Ra 0,3 nm erreichte.
Die Verbindungsoberflächen 8a und 9a der Siliziumoxidfilme wurden gewaschen und einer Entfernung von Verunreinigungen unterzogen, worauf sie in eine Vakuumkammer eingebracht wurden. Die jeweiligen Verbindungsoberflächen 8a und 9a wurden durch ein Plasmaaktivierungsverfahren aktiviert und miteinander verbunden (vgl. die 5(b)). 10 stellt eine Verbindungsschicht dar. Der Innendruck der Kammer wurde auf 10 Pa eingestellt, ein O₂-Plasma wurde für 60 Sekunden eingestrahlt und das Verbinden wurde bei einer Last von 1000 N für 100 Sekunden durchgeführt.
Die Oberfläche 2b des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 wurde geschliffen und poliert, so dass die Dicke von anfänglich 250 µm zu 3 µm verändert wurde (vgl. die 5(c)). Ein Ablösen des verbundenen Bereichs wurde während des Schleifens und Polierens nicht bestätigt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch ein Rissöffnungsverfahren bewertet und wies einen Wert von 0,6 J/m² auf. Eine Elektrode 4 wurde auf der bearbeiteten Oberfläche 2c des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2A nach dem Schleifen und Polieren gebildet, so dass die Akustikwellenvorrichtung 15 erhalten wurde.
Ein Akustikwellenvorrichtungschip wurde aus der Akustikwellenvorrichtung 15 hergestellt und der Ausbreitungsverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz wurden gemessen.
Insbesondere wurde die IDT-Elektrode 4 zum Erzeugen einer Oberflächenakustikwelle durch einen Photolithographieschritt gebildet. Nach der Bildung der Elektrode 4 wurde die Vorrichtung durch Schneiden in kleine Chips geschnitten, so dass Vorrichtungschips mit Größen von jeweils 5 mm in der Ausbreitungsrichtung und 4 mm in der vertikalen Richtung erhalten wurden. Ferner wurde ein Referenzsubstrat mit den gleichen Größen ohne die IDT-Elektrode 4 zum Messen des linearen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt.
Die Temperatureigenschaften der Frequenz des Vorrichtungschips mit der ausgebildeten IDT-Elektrode 4 wurden in einem Bereich von 25 bis 80 °C gemessen und wiesen einen Wert von -20 ppm/K auf. Ferner wurde gezeigt, dass der Ausbreitungsverlust -2,4 dB betrug. Die Messergebnisse des vorliegenden Beispiels sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
(Vergleichsbeispiel 2)
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wurden das Lithiumniobatsubstrat und Quarzkristallplatten durch ein Plasmaaktivierungsverfahren direkt miteinander verbunden, so dass die Akustikwellenvorrichtung 15 hergestellt wurde.
Insbesondere wurde ein Lithiumtantalat (LT-Substrat) mit einem Teil mit flacher Orientierung (OF), einem Durchmesser von 4 Zoll (10,2 cm) und einer Dicke von 250 µm als das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 verwendet. Ferner wurde als der Trägerkörper 3 ein Siliziumsubstrat mit einem OF-Teil, einem Durchmesser von 4 Zoll (10,2 cm) und einer Dicke von 230 µm hergestellt. Es wurde das LT-Substrat als 46° Y-geschnittenes X-Ausbreitung-LT-Substrat verwendet, bei dem sich eine Oberflächenakustikwelle (SAW) in der X-Richtung ausbreitete und der Schnittwinkel eine gedrehte Y-Schnittplatte war. Die Oberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Oberfläche 3a des Trägerkörpers 3 wurden auf Spiegelglanz poliert, so dass die arithmetischen Oberflächenrauwerte 1 nm betrugen.
Die Oberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Oberfläche 3a des Trägerkörpers 3 wurden unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen im Vergleichsbeispiel 1 direkt verbunden. Im Unterschied zu dem Vergleichsbeispiel 1 wurden jedoch die Siliziumoxidfilme 8 und 9 gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 nicht als die Verbindungsschicht gebildet. Die Oberfläche 2b des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 wurde geschliffen und poliert, so dass die Dicke von anfänglich 250 µm zu 3 µm verändert wurde. Ein Ablösen des verbundenen Bereichs wurde während des Schleifens und Polierens nicht bestätigt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch ein Rissöffnungsverfahren bewertet und wies einen Wert von 0,6 J/m² auf. Die Elektrode 4 wurde auf der bearbeiteten Oberfläche 2c des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2A nach dem Schleifen und Polieren gebildet, so dass die Akustikwellenvorrichtung 15 erhalten wurde.
Dann wurde ein Akustikwellenvorrichtungschip aus der Akustikwellenvorrichtung 15 hergestellt und der Ausbreitungsverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz wurden mit dem gleichen Verfahren wie demjenigen im Vergleichsbeispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die Temperatureigenschaften der Frequenz des Vorrichtungschips mit der ausgebildeten IDT-Elektrode wurden in einem Bereich von 25 bis 80 °C gemessen und betrugen -22 ppm/K. Ferner betrug der Ausbreitungsverlust -2,5 dB.
(Erfindungsgemäßes Beispiel 1)
Die Akustikwellenvorrichtung 5 wurde gemäß dem Verfahren beschrieben, das unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben ist.
Insbesondere wurde ein Lithiumtantalat (LT-Substrat) mit einem Teil mit flacher Orientierung (OF), einem Durchmesser von 4 Zoll (10,2 cm) und einer Dicke von 250 µm als das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 verwendet. Ferner wurde eine Quarzkristallplatte 1 mit einem Durchmesser von 4 Zoll (10,2 cm) und einer Dicke von 250 µm hergestellt. Ferner wurde als der Trägerkörper 3 ein Siliziumsubstrat mit einem OF-Teil, einem Durchmesser von 4 Zoll (10,2 cm) und einer Dicke von 230 µm hergestellt. Es wurde das LT-Substrat als 46° Y-geschnittenes X-Ausbreitung-LT-Substrat verwendet, bei dem sich eine Oberflächenakustikwelle (SAW) in der X-Richtung ausbreitete und der Schnittwinkel eine gedrehte Y-Schnittplatte war. Die Oberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Oberfläche 3a des Trägerkörpers 3 wurden auf Spiegelglanz poliert, so dass die arithmetischen Oberflächenrauwerte 1 nm betrugen.
Die Verbindungsoberflächen 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Verbindungsoberfläche 1a der Quarzkristallplatte 1 wurden dann einem chemisch-mechanischen Polieren unterzogen, so dass Ra 0,3 nm oder weniger erreichte. Die Verbindungsoberflächen 2a und 1a wurden dann gewaschen und einer Entfernung von Verunreinigungen unterzogen, worauf sie in eine Vakuumkammer eingebracht wurden. Die jeweiligen Verbindungsoberflächen 2a und 1a wurden durch ein Plasmaaktivierungsverfahren aktiviert und miteinander verbunden. Das Innere der Kammer wurde auf 10 Pa eingestellt, ein O₂-Plasma wurde für 60 Sekunden eingestrahlt und das Verbinden wurde bei 1000 N für 100 Sekunden durchgeführt.
Die Quarzkristallplatte 1 wurde dann zu einer Dicke von 0,1 µm geschliffen und poliert, so dass die Verbindungsschicht 1A erhalten wurde (vgl. die 1(c)). Die Verbindungsoberflächen 1c der Verbindungsschicht 1A und die Verbindungsoberfläche 3a des Trägerkörpers 3 wurden dann einem chemisch-mechanischen Polieren unterzogen, so dass Ra 0,3 nm oder weniger erreichte. Die Verbindungsoberflächen 1c und 3a wurden dann gewaschen und einer Entfernung von Verunreinigungen unterzogen, worauf sie in eine Vakuumkammer eingebracht wurden. Die jeweiligen Verbindungsoberflächen wurden durch ein Plasmaaktivierungsverfahren aktiviert und miteinander verbunden (vgl. die 2(a)).
Die Oberfläche 2b des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 wurde geschliffen und poliert, so dass die Dicke von anfänglich 250 µm zu 3 µm verändert wurde (vgl. die 2(b)). Ein Ablösen des verbundenen Bereichs wurde während des Schleifens und Polierens nicht bestätigt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch ein Rissöffnungsverfahren bewertet und wies einen Wert von 0,6 J/m² auf.
Dann wurde ein Akustikwellenvorrichtungschip aus der Akustikwellenvorrichtung 5 hergestellt und der Ausbreitungsverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz wurden mit dem gleichen Verfahren wie demjenigen im Vergleichsbeispiel 1 gemessen. Die Temperatureigenschaften der Frequenz des Vorrichtungschips mit der ausgebildeten IDT-Elektrode 4 wurden in einem Bereich von 25 bis 80 °C gemessen und betrugen -15 ppm/K. Ferner betrug der Ausbreitungsverlust -1,9 dB. Die Ergebnisse der Messung sind in der Tabelle 1 gezeigt. Wie es aus den Ergebnissen ersichtlich ist, weist die in dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 hergestellte Akustikwellenvorrichtung 5 gute Temperatureigenschaften der Frequenz und einen geringen Ausbreitungsverlust einer Akustikwelle auf, während die Verbindungsfestigkeit aufrechterhalten werden kann.
(Erfindungsgemäße Beispiele 2 bis 5)
Die Akustikwellenvorrichtungen der jeweiligen Beispiele wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie das erfindungsgemäße Beispiel 1 hergestellt. Die Dicke jeder Verbindungsschicht 1A, die aus dem Quarzkristall zusammengesetzt war, wurde jedoch verschiedenartig verändert, wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist. Insbesondere betrug die Dicke der Verbindungsschicht 1A 0,5 µm im erfindungsgemäßen Beispiel 2, die Dicke der Verbindungsschicht 1A betrug 5,0 µm im erfindungsgemäßen Beispiel 3, die Dicke der Verbindungsschicht 1A betrug 10,0 µm im erfindungsgemäßen Beispiel 4 und die Dicke der Verbindungsschicht 1A betrug 20 µm im erfindungsgemäßen Beispiel 5.
Die Verbindungsfestigkeit des verbundenen Körpers und der Ausbreitungsverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz von jeder der so erhaltenen Akustikwellenvorrichtungen 5 gemäß den jeweiligen Beispielen sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die Temperatureigenschaften der Frequenz der Vorrichtung mit der ausgebildeten IDT-Elektrode 4 wurden in einem Bereich von 25 bis 80 °C gemessen und betrugen -14 ppm/K im erfindungsgemäßen Beispiel 2, -15 ppm/K im erfindungsgemäßen Beispiel 3, -16 ppm/K im erfindungsgemäßen Beispiel 4 und -21 ppm/K im erfindungsgemäßen Beispiel 5. Ferner betrug der Ausbreitungsverlust -1,1 dB im erfindungsgemäßen Beispiel 2, -1,1 dB im erfindungsgemäßen Beispiel 3, -1,2 dB im erfindungsgemäßen Beispiel 4 und -2,3 dB im erfindungsgemäßen Beispiel 5.

Wie es aus den Ergebnissen ersichtlich ist, wies die Akustikwellenvorrichtung 5, die in jedem der erfindungsgemäßen Beispiele 2 bis 5 hergestellt worden ist, gute Temperatureigenschaften der Frequenz und einen geringen Ausbreitungsverlust einer Akustikwelle auf, während die Verbindungsfestigkeit aufrechterhalten werden kann. Tabelle 1

	Material der Verbindungsschicht	Dicke der Verbindungsschicht (µm)	Zwischenschicht auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material	Zwischenschicht auf der Seite des Trägerkörpers	Material des Trägerkörpers	Verbindungsverfahren	Verbindungsfestigkeit (J/m²)	Ausbreitungsverlust (dB)	Temperatureigenschaften der Frequenz (ppm/K)
Vgl.-Bsp. 1	SiO₂	5	-	-	Si	Plasma	0,6	-2,4	-20
Vgl.-Bsp. 2	-	-	-	-	Quarz	Plasma	0,6	-2,5	-22
Erf. Bsp. 1	Quarz	0,1	-	-	Si	Plasma	0,6	-1,9	-15
Erf. Bsp. 2	Quarz	0,5	-	-	Si	Plasma	0,6	-1,1	-14
Erf. Bsp. 3	Quarz	5,0	-	-	Si	Plasma	0,6	-1,1	-15
Erf. Bsp. 4	Quarz	10,0	-	-	Si	Plasma	0,6	-1,2	-16
Erf. Bsp. 5	Quarz	20,0	-	-	Si	Plasma	0,6	-2,3	-21

(Erfindungsgemäßes Beispiel 6)
Die Akustikwellenvorrichtung 5A wurde gemäß dem Verfahren hergestellt, das unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben ist.
Insbesondere wurde sie aus dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2, der Quarzkristallplatte 1 und dem Trägerkörper 3 hergestellt, die mit denjenigen in dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 identisch waren.
Auf der Verbindungsoberfläche 1a der Quarzkristallplatte 1 wurde die Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material, das aus Tantalpentoxid hergestellt war und eine Dicke von 0,05 µm aufwies, durch Sputtern gebildet. Die Verbindungsoberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Verbindungsoberfläche 6a der Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material wurden gewaschen und einer Entfernung von Verunreinigungen unterzogen, worauf sie in eine Vakuumkammer eingebracht wurden. Das Innere der Kammer wurde auf ein Vakuum in der Größenordnung von 10^-6 Pa gebracht und ein Hochgeschwindigkeitsatomstrahl (Beschleunigungsspannung von 1 kV und Ar-Flussrate von 27 sccm) wurde auf die Verbindungsoberflächen der jeweiligen Substrate für 120 Sekunden eingestrahlt. Die Verbindungsoberfläche 2a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Verbindungsoberfläche 6a der Zwischenschicht 6 auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material wurden dann miteinander kontaktiert, worauf für 2 Minuten ein Druck von 10000 N ausgeübt wurde, so dass das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 und die Quarzkristallplatte 1 miteinander verbunden wurden (3(b)).
Die Quarzkristallplatte 1 wurde dann zu einer Dicke von 5,0 µm geschliffen und poliert, so dass die Verbindungsschicht 1A erhalten wurde (vgl. die 3(c)). Auf der Verbindungsoberfläche 1c der Verbindungsschicht 1A wurde die Zwischenschicht 7 auf der Seite der Trägerschicht, die aus Tantalpentoxid hergestellt war und eine Dicke von 0,05 µm aufwies, durch Sputtern gebildet. Die Verbindungsoberfläche 3a des Trägerkörpers 3 und die Verbindungsoberfläche 7a der Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers wurden gewaschen und einer Entfernung von Verunreinigungen unterzogen, worauf sie in eine Vakuumkammer eingebracht wurden. Das Innere der Kammer wurde auf ein Vakuum in der Größenordnung von 10^-6 Pa gebracht und ein Hochgeschwindigkeitsatomstrahl (Beschleunigungsspannung von 1 kV und Ar-Flussrate von 27 sccm) wurde auf die Verbindungsoberflächen der jeweiligen Substrate für 120 Sekunden eingestrahlt. Die Verbindungsoberfläche 3a des Trägerkörpers 3 und die Verbindungsoberfläche 7a der Zwischenschicht 7 auf der Seite des Trägerkörpers wurden dann miteinander kontaktiert, worauf für 2 Minuten ein Druck von 10000 N ausgeübt wurde, so dass der Trägerkörper 3 und das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 2 miteinander verbunden wurden (4(b)).
Die Oberfläche 2b des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 2 wurde geschliffen und poliert, so dass die Dicke von anfänglich 250 µm zu 3 µm verändert wurde (vgl. die 4(b)). Ein Ablösen des verbundenen Bereichs während des Schleifens und Polierens wurde nicht bestätigt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch ein Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,5 J/m².
Dann wurde ein Akustikwellenvorrichtungschip aus der Akustikwellenvorrichtung 5A hergestellt und der Ausbreitungsverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz wurden mit dem gleichen Verfahren wie demjenigen im Vergleichsbeispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 6 wurden die Temperatureigenschaften der Frequenz des Vorrichtungschips mit der ausgebildeten IDT-Elektrode 4 in einem Bereich von 25 bis 80 °C gemessen und betrugen -15 ppm/K. Ferner wies der Ausbreitungsverlust einen niedrigen Wert von -0,9 dB auf. Ferner betrug die Verbindungsfestigkeit 1,5 J/m².
(Erfindungsgemäße Beispiele 7, 8)
Die Akustikwellenvorrichtungen 5A wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie das erfindungsgemäße Beispiel 6 hergestellt und die Verbindungsfestigkeit und die Temperatureigenschaften der Frequenz wurden gemessen. Die Messergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Das Material des Trägerkörpers 3 wurde jedoch in dem erfindungsgemäßen Beispiel 7 zu Sialon geändert und in dem erfindungsgemäßen Beispiel 8 zu Mullit geändert. Die Temperatureigenschaften der Frequenz wurden in einem Bereich von 25 bis 80 °C der Vorrichtung mit der ausgebildeten IDT-Elektrode 4 gemessen und betrugen -10 ppm/K im erfindungsgemäßen Beispiel 7 und -14 ppm/K im erfindungsgemäßen Beispiel 8. Ferner wies der Ausbreitungsverlust einen niedrigen Wert von -0,7 dB im erfindungsgemäßen Beispiel 7 und einen niedrigen Wert von -0,7 dB im erfindungsgemäßen Beispiel 8 auf. Ferner betrug die Verbindungsfestigkeit 1,5 J/m², wie dies bei dem erfindungsgemäßen Beispiel 6 der Fall ist. Wie es aus den Ergebnissen ersichtlich ist, weisen die in den erfindungsgemäßen Beispielen 6 bis 8 hergestellten Akustikwellenvorrichtungen 5 verbesserte Festigkeiten, geringe Ausbreitungsverluste einer Akustikwelle und gute Temperatureigenschaften der Frequenz auf. Tabelle 2

	Material der Verbindungsschicht	Dicke der Verbindungsschicht (µm)	Zwischenschicht auf der Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material	Zwischenschicht auf der Seite des Trägerkörpers	Material des Trägerkörpers	Verbindungsverfahren	Verbindungsfestigkeit (J/m²)	Ausbreitungsverlust (dB)	Temperatureigenschaften der Frequenz (ppm/K)
Erf. Bsp. 6	Quarz	5.0	Ta₂O₅ (0,05 µm)	Ta₂O₅ (0,05 µm)	Si	FAB	1,5	-0,9	-15
Erf. Bsp. 7	Quarz	5,0	Ta₂O₅ (0,05 µm)	Ta₂O₅ (0,05 µm)	Sialon	FAB	1,5	-0,7	-10
Erf. Bsp. 8	Quarz	5,0	Ta₂O₅ (0,05 µm)	Ta₂O₅ (0,05 µm)	Mullit	FAB	1,5	-0,7	-14

Wie es vorstehend beschrieben ist, wurde gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass die Verbindungsfestigkeit mit derjenigen des Vergleichsbeispiels vergleichbar war und dass der Einsetzverlust und die Temperatureigenschaften der Frequenz als Ganzes verbessert waren.
Ferner betrug gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 5 die Dicke der Verbindungsschicht 1A, die aus einem Quarzkristall zusammengesetzt war, 0,1 µm bis 20 µm. In dem Fall, bei dem die Dicke der Verbindungsschicht 1A 0,05 µm bis 30 µm beträgt, kann die Akustikwellenvorrichtung so hergestellt werden, dass sie einen geringen Einsetzverlust und gute Temperatureigenschaften der Frequenz einer Akustikwelle aufweist, während die Verbindungsfestigkeit beibehalten wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7213314 B2 [0005]

Claims

Akustikwellenvorrichtung, umfassend: ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material; eine Elektrode auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material; einen Trägerkörper; und eine Verbindungsschicht zum Verbinden des Substrats aus einem piezoelektrischen Material und des Trägerkörpers, wobei die Verbindungsschicht einen Quarzkristall umfasst.
Akustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verbindungsschicht eine Dicke von 0,05 µm oder mehr und 30 µm oder weniger aufweist.
Akustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Zwischenschicht auf einer Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material umfasst, wobei die Zwischenschicht ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tantalpentoxid, Niobpentoxid, Titanoxid und einem hochbeständigen Silizium, umfasst und zwischen der Verbindungsschicht und dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material bereitgestellt ist.
Akustikwellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner eine Zwischenschicht auf einer Seite des Trägerkörpers umfasst, wobei die Zwischenschicht auf der Seite des Trägerkörpers ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tantalpentoxid, Niobpentoxid, Titanoxid und einem hochbeständigen Silizium, umfasst und zwischen der Verbindungsschicht und dem Trägerkörper bereitgestellt ist.
Akustikwellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der Trägerkörper ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silizium, Sialon, Mullit, Saphir und lichtdurchlässigem Aluminiumoxid, umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Akustikwellenvorrichtung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Verbinden eines Substrats aus einem piezoelektrischen Material und einer Quarzkristallplatte; Verarbeiten der Quarzkristallplatte zur Bildung einer Verbindungsschicht; Verbinden der Verbindungsschicht und des Trägerkörpers; und Bilden einer Elektrode auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Verbindungsschicht eine Dicke von 0,05 µm oder mehr und 30 µm oder weniger aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend den Schritt: Bereitstellen einer Zwischenschicht auf einer Seite des Substrats aus einem piezoelektrischen Material, wobei die Zwischenschicht ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tantalpentoxid, Niobpentoxid, Titanoxid und einem hochbeständigen Silizium, umfasst und zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Quarzkristallplatte bereitgestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend den Schritt: Bereitstellen einer Zwischenschicht auf einer Seite des Trägerkörpers, wobei die Zwischenschicht auf der Seite des Trägerkörpers ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tantalpentoxid, Niobpentoxid, Titanoxid und einem hochbeständigen Silizium, umfasst und zwischen der Verbindungsschicht und dem Trägerkörper bereitgestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem der Trägerkörper ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silizium, Sialon, Mullit, Saphir und lichtdurchlässigem Aluminiumoxid, umfasst.