JP3702050B2 - Boundary acoustic wave device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2種の異なる固体を張り合わせ、これらの境界面に伝搬する弾性境界波を応用したデバイスに係り、一方の固体に圧電性材料、もう一方の固体にSi基板を用いた弾性境界波デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
弾性波を応用したデバイスの1つとして弾性表面波デバイス(SAWデバイス:Surface Acoustic Wave Device)が以前よりよく知られている。このSAWデバイスは、例えば45MHz〜2GHzの周波数帯域における無線信号を処理する装置における各種回路、例えば送信用バンドパスフィルタ、受信用バンドパスフィルタ、局発フィルタ、アンテナ共用器、IFフィルタ、FM変調器等に用いられる。
【0003】
図14にこのSAWデバイスの基本的構成を示す。同図に示すようにSAWデバイスは、LiNbO3 等の圧電性基板100上にAl薄膜等の金属材料をエッチング等により加工したくし歯状電極(IDT:Interdigital Transducer)101、102を設けて構成される。そして、IDT101に高周波の電気信号が印加されると圧電性基板100表面にSAW103が励振される。励振されたSAW103は、圧電性基板100表面を伝搬してIDT102に達し、IDT102において再び電気信号に変換される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、SAWデバイスは、固体表面と真空または気体の境界面、すなわち固体表面を伝搬する弾性波を利用するために伝搬媒体である圧電性基板の表面を自由表面とする必要がある。従って、SAWデバイスにおいては、例えば半導体のパッケージに使用されるようなプラスチックモールドでチップを覆うことができず、パッケージ内部に自由表面を確保するための中空部を設ける必要がある。しかしながら、パッケージ内部に中空部を設けた構造にすると、デバイスが比較的高価かつ大型になるという問題がある。
【0005】
本発明は、かかる事情に対処し、SAWデバイスと同等の機能を有し、小型化及びコストダウンが容易な弾性境界波デバイスを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の弾性境界波デバイスは、2枚の基板を張り合わせ、これらの境界面に弾性波が伝搬するものであって、一方の基板をSi基板とし、他方の基板をLiNbO3 基板とし、かつこれらの基板を以下のカット面と伝搬方位を有する組み合わせとした。
【0007】
(1)Si基板 :[001]カットかつ<110>方位伝搬
LiNbO3 :175°回転YカットかつX方位伝搬
(2)Si基板 :[001]カットかつ<110>方位伝搬
LiNbO3 :125°回転YカットかつX方位伝搬
(3)Si基板 :[001]カットかつ<100>方位伝搬
LiNbO3 :133°回転YカットかつX方位伝搬
(4)Si基板 :[001]カットかつ<100>方位伝搬
LiNbO3 :175°回転YカットかつX方位伝搬
(5)Si基板 :[110]カットかつ<110>方位伝搬
LiNbO3 :19°回転YカットかつX方位伝搬
すなわち弾性境界波は2種の固体間の境界面を伝搬する弾性波であり、この弾性境界波の存在に関する理論的な検討は、例えば清水、入野等の「ZnOとガラスの境界面を伝搬するストンリー波の理論的検討」学信論(C),J65-C,11,pp.883-890 により取り扱われている。この論文では、2種の固体の一方は圧電材料であるZnO、もう一方はガラスの組み合わせの場合が取り扱われているが、2種の固体のうち少なくともどちらか一方に弾性波を励振するために圧電性があり2種の固体の境界面に弾性波のエネルギーが集中して伝搬する波が存在すれば弾性境界波デバイスを実現することができる。
【0008】
本発明者等は、新たにSi基板とLiNbO3 基板を張り合わせた界面に弾性境界波が存在することを弾性波の伝搬解析により見出だした。
【0009】
図4、図5及び図6にその解析結果を示す。
【0010】
この解析では、Si基板に[001]カットを用い、境界波の伝搬方位がSi基板の<100>もしくは<110>とLiNbΟ3 基板のΧ軸が一致する場合についてLiNbΟ3 基板のカット方位をパラメータとして弾性境界波の位相速度、伝搬損失及び電気機械結合係数(k2 :電気信号から弾性境界波への変換効率)を数値解析により求めた。図4は位相速度、図5は伝搬損失、図6は電気機械結合係数の解析結果である。
【0011】
この解析結果から、Si[001]カット<110>伝搬/ 175°Y−Χ LiNbO3 の組み合わせで伝搬損失がほぼ0でk2 も11.6%と大きい弾性境界波が得られることが分かる。
【0012】
また、Si[001]カット<110>伝搬/ 125°Y−X LiNbO3 、Si[001]カット<100>伝搬/ 133°Y−Χ LiNbO3 、Si[001]カット<100>伝搬/ 175°Y−X LiNbO3 の組み合わせでも伝搬損失がほぼ0となることも分かった。
【0013】
更に、図は省略するがSi[111]カット<110>伝搬/19°Y−X LiNbO 3の組み合わせで位相速度が 4.615m/s、損失がほぼ0でK2 が 9.8%となる弾性境界波が得られることが分かった。
【0014】
本発明は、かかる解析結果に基づき上記組み合わせのSi基板とLiNbO3 とを用いることで、これらの境界面での弾性境界波の伝搬を可能とするものである。これにより、SAWデバイスと同等の機能を有し、プラスチックモールド等でチップを直接覆うことが可能で、さらに半導体プロセスをそのまま適用して製造することが可能でかつアクティブ素子等の他の素子を搭載することも可能な弾性境界波デバイスを実現できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【0016】
図1〜図3は本発明の一実施形態に係る弾性境界波デバイスの構成を示す図であって、図1は分解斜視図、図2は正面図、図3は図2のA−A矢視平面図である。
【0017】
これらの図に示すように、この弾性境界波デバイス1は、Si基板2の主面上にくし歯状の溝3を有する誘電体膜4を形成すると共にその溝3に導電性材料を埋め込んでくし歯状電極5を形成し、その上にLiNbO3 基板6を張り合わせて構成される。
【0018】
Si基板2は、半導体集積回路に通常用いられているように意図的にn−型、p−型として比抵抗を下げたものではなく、くし歯状電極5による直流的な漏れを防ぐために10Ωcm以上の高抵抗であることが好ましい。
【0019】
LiNbO3 基板6の主面の面積は、Si基板2の主面の面積より小さい。例えば、LiNbO3 基板6の主面は、最低限弾性境界波が伝搬するために必要な有効な領域のみに張り付ければよい。これによりSi基板2の主面のうち露出面7に、後述するアクティブ素子等の他の素子を搭載することが可能である。また、LiNbO3 基板6はSi基板2と比べ比較的高価であることから、圧電体基板材料を少なくできコストダウンを図ることができる。しかし、LiNbO3 基板6の主面の面積とSi基板2の主面の面積とを同じものとすることも可能であるし、LiNbO3 基板6の主面の面積をSi基板2の主面の面積より大きくすることも可能である。
【0020】
既述したようにSi基板2およびLiNbO3 基板6は以下のカット面と伝搬方位を有する組み合わせのうちいずれかが採用される。
【0021】
(1)Si基板 :[001]カットかつ<110>方位伝搬
LiNbO3 :175°回転YカットかつX方位伝搬
(2)Si基板 :[001]カットかつ<110>方位伝搬
LiNbO3 :125°回転YカットかつX方位伝搬
(3)Si基板 :[001]カットかつ<100>方位伝搬
LiNbO3 :133°回転YカットかつX方位伝搬
(4)Si基板 :[001]カットかつ<100>方位伝搬
LiNbO3 :175°回転YカットかつX方位伝搬
(5)Si基板 :[110]カットかつ<110>方位伝搬
LiNbO3 :19°回転YカットかつX方位伝搬
誘電体膜4は、例えばSiO2 が用いられる。これによりSi基板2の主面を酸化処理するだけでSiO2 を形成することが可能となる。しかし、他の誘電体膜4を敢えて形成するようにしてもよい。
【0022】
くし歯状電極5は、例えばAlが用いられる。しかし、他の導電性材料を用いることも可能である。くし歯状電極5は、例えば励振用の対向する一対のくし歯状電極8と受信用の対向する一対のくし歯状電極9とにより構成される。しかし、これらの電極をそれぞれ複数設けてもよい。また、くし歯状電極5の他に例えばこれらの電極を挟むように反射電極を設けてもよい。さらに、こうした電極ばかりでなく、例えばこれらの電極を挟むように吸音材を形成するようにしてもよい。要するに、本発明に係る弾性境界波デバイスは、例えば従来のSAWデバイスに代えて用いられるものであって、すなわちフィルタ、遅延線、共振器、発振器、アナログ信号処理用回路、増幅器、コンバルバメモリ等に用いられるが、くし歯状電極5等の構成はこれらの用途、仕様等に応じて適宜設計変更される。
【0023】
次に、この弾性境界波デバイスの製造方法について説明する。
【0024】
図7はその製造方法に係る一実施形態を説明するための図である。
【0025】
まず、Si基板70上に例えば熱酸化処理により 0.1〜 2μm程度のSiO2 膜71を形成する(図7(a))。
【0026】
次に、SiO2 膜71に対し、例えばCDΕ(Cemical Dry Ecthing)によりくし歯状の溝72をパターニングする(図7(b))。
【0027】
次に、SiO2 膜71上を覆うように例えばスパッタ法によりAl膜73を成形する(図7(c))。
【0028】
次に、Αl膜73表面をSiO2 膜が現れるまで研磨する(図7(d))。
【0029】
これにより、SiO2 膜71の溝72にΑlを埋め込んだ電極(くし歯状電極74)が構成される。
【0030】
次に、SiO2 膜71とくし歯状電極74が形成されたSi基板70の主面及びLiNbO3 基板75の主面を例えば過酸化アンモニア水により表面処理することにより、両者の表面を水酸基化する(図7(e))。
【0031】
次に、Si基板70の主面とLiNbO3 基板75の主面とを対接させ、約 300℃で1〜2時間程度加熱する(図7(f))。
【0032】
かかる熱処理により2種の基板表面にあるOH基同士が結合しH2 Oが遊離し、異種材料であるSi基板70とLiNbO3 基板75とを直接接合することができる。なお、加熱温度は、好ましくは約 300℃であるが、 100〜1000℃の間とすることができる。 100℃以下ではOH基同士が結合する反応を生じないし、1000℃以上では要素部材に熱的悪影響を及ぼす可能性があるからである。
【0033】
このように異種材料間の直接接合が可能であることは江田等:「圧電材料の直接接合」信学技報US95-24.ΕMD95-20,CPM95-32.(1995-07),pp.31-38にも報告されている。Si基板とLiNbO3 基板とは上記以外の方法でも前記江田等の報告にあるように容易に接合することが可能である。
【0034】
以上の製造工程を経て形成された弾性境界波デバイスでは、境界波を励振するためのくし歯型電極74をSi基板70上に形成することができるため通常の半導体デバイスの製造技術をそのまま転用することができる。
【0035】
なお、上記製造方法では、SiO2 膜71とくし歯状電極74を予めSi基板70に形成する例を示したが、SiO2 膜71とくし歯状電極74をLiNbO3 基板75上に予め形成し、Si基板70と直接張り付ける方法でも同様の構造の弾性境界波デバイスを製造することができる。
【0036】
また、本発明の弾性境界波デバイスにおけるくし歯型電極のその他の構成方法を図8に示す。
【0037】
まず、Si基板80上にイオンミリング等の加工により 0.1〜 2μm程度のくし歯状の溝81を形成する(図8(a))。
【0038】
次に、溝81を覆うようにSi基板80上にAl膜82を例えばスパッタ法により形成する(図8(b))。
【0039】
次に、Al膜82の表面をSi基板80表面が現れるまで研磨する(図8(c))。
【0040】
これにより、Si基板80表面の溝81にΑlを埋め込んだ電極(くし歯状電極83)が構成される。
【0041】
次に、Si基板にアクティブ素子等の他の素子を搭載した例を示す。
【0042】
図9はその一例を示しており、Si基板120主面の第1の領域121には、くし歯状電極(図示せず)が形成され、これを覆うようにLiNbO3 基板122が張り合わされている。Si基板120主面の露出領域である第2の領域123には、集積回路124が形成されている。これにより、例えばプログラマブルなフィルタ回路素子等の機能的なデバイスを1チップで構成することができるようになる。
【0043】
図10及び図11は図9に示した弾性境界波デバイスをプリント配線板上に実装した例をそれぞれ示している。
【0044】
図10に示すように、弾性境界波デバイス131のSi基板132主面の第2の領域133には、ボンディングパッド134が形成されている。プリント配線板135上の所定の位置にこの弾性境界波デバイス131が搭載され、弾性境界波デバイス131のボンディングパッド134とプリント配線板135上の所定の位置に設けられたボンディングパッド136とがボンディングワイヤ137により接続されている。そして、これらを覆うようにポリイミドやエポキシ樹脂等により樹脂封止138がされている。
【0045】
また、図11は別の例であり、同図に示すように、弾性境界波デバイス141のSi基板142には主面回路部より裏面のパッド143に通じるスルーホール144が形成されている。プリント配線板145上の所定の位置にこの弾性境界波デバイス141が搭載され、弾性境界波デバイス141のパッド143とプリント配線板145上の所定の位置に設けられたパッド146とがバンプ147により接続されている。そして、これらを覆うようにポリイミドやエポキシ樹脂等により樹脂封止148がされている。
【0046】
本発明に係る弾性境界波デバイスは、例えばフィルタ、遅延線、共振器、発振器、アナログ信号処理用回路、増幅器、コンバルバメモリ等に用いられる。そして、これらの弾性境界波デバイスを備えたフィルタ、遅延線、共振器等は、携帯電話、PHS、TV等に用いられる。
【0047】
図12は携帯電話、PHS等の移動体通信装置の構成を示すブロック図である。 同図に示すように、アンテナ151を介して受信した受信波は、アンテナ共用器152により受信系に分離される。分離された受信信号は、アンプ153により増幅された後、受信用バンドパスフィルタ154により所望の帯域が抽出され、ミキサ155に入力される。ミキサ155には、PLL発振器156により発振された局発信号が局発フィルタ157を介して入力されている。ミキサ155の出力は、IFフィルタ158、FM復調器159を介してスピーカ160より受信音として出力される。一方、マイク161より入力された送話音は、FM変調器162を介してミキサ163に入力される。ミキサ163には、PLL発振器164により発振された局発信号が入力されている。ミキサ163の出力は、送信用バンドパスフィルタ165、パワーアンプ166及びアンテナ共用器152を介してアンテナ151より送信波として出力される。
【0048】
本発明に係る弾性境界波デバイスは、この移動通信装置の各部に使用することができる。例えば、送信用バンドパスフィルタ165、受信用バンドパスフィルタ154、局発フィルタ157及びアンテナ共用器152には、本発明に係る弾性境界波デバイスがRF段のフィルタとして使われる。IFフィルタ158には、本発明に係る弾性境界波デバイスがチャネル選局に不可欠な狭帯域のIF段のフィルタとして使われる。FM変調器162には、本発明に係る弾性境界波デバイスが音声のFM変調における共振子として使われる。
【0049】
本発明に係る弾性境界波デバイスは、VTRやCATVに用いられるRFモジュレータの発振回路等にも用いることができる。その回路構成を図13に示す。図9に示したSi基板120主面の第1の領域121にくし歯状電極167を形成し、第2の領域123に回路部168を形成することで、この発振回路を1チップで構成することができる。
【0050】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の弾性境界波デバイスによれば、SAWデバイスと同等の機能を有し、プラスチックモールド等でチップを直接覆うことが可能で、さらに半導体プロセスをそのまま適用して製造することが可能でかつアクティブ素子等の他の素子を搭載することも可能となり、小型化及びコストダウンが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る弾性境界波デバイスの構成を示す分解斜視図である。
【図2】図1の正面図である。
【図3】図2のA−A矢視平面図である。
【図4】本発明に係る弾性境界波の位相速度の解析結果を示す図である。
【図5】本発明に係る弾性境界波の伝搬損失の解析結果を示す図である。
【図6】本発明に係る弾性境界波の電気機械結合係数の解析結果を示す図である。
【図7】本発明の弾性境界波デバイスの製造方法に係る一実施形態を説明するための工程図である。
【図8】本発明の弾性境界波デバイスにおけるくし歯型電極の他の構成方法を示す工程図である。本発明の弾性境界波デバイスの他の実施形態を示す正面図である。
【図9】本発明の弾性境界波デバイスの他の実施形態を示す斜視図である。
【図10】本発明の弾性境界波デバイスをプリント配線板上に実装した例を示す正面図である。
【図11】本発明の弾性境界波デバイスをプリント配線板上に実装した他の例を示す正面図である。
【図12】本発明の弾性境界波デバイスが用いられる移動体通信装置の構成を示すブロック図である。
【図13】本発明の弾性境界波デバイスが用いられるRFモジュレータの発振回路の回路図である。
【図14】SAWデバイスの基本的構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 弾性境界波デバイス
2 第1の基板
3 くし歯状の溝
4 誘電体膜
5 くし歯状電極
6 LiNbO3 基板
7 露出面
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a device in which two different solids are bonded to each other and an elastic boundary wave propagating to these boundary surfaces is applied. The elastic boundary wave using a piezoelectric material for one solid and a Si substrate for the other solid. Regarding devices.
[0002]
[Prior art]
A surface acoustic wave device (SAW device: Surface Acoustic Wave Device) is well known as one of devices to which an elastic wave is applied. This SAW device is, for example, various circuits in an apparatus for processing a radio signal in a frequency band of 45 MHz to 2 GHz, for example, a transmission band pass filter, a reception band pass filter, a local filter, an antenna duplexer, an IF filter, and an FM modulator. Used for etc.
[0003]
FIG. 14 shows the basic configuration of this SAW device. As shown in the figure, the SAW device is configured by providing interdigital transducers (IDT) 101 and 102 obtained by processing a metal material such as an Al thin film by etching or the like on a piezoelectric substrate 100 such as LiNbO 3. The When a high-frequency electric signal is applied to the IDT 101, the SAW 103 is excited on the surface of the piezoelectric substrate 100. The excited SAW 103 propagates on the surface of the piezoelectric substrate 100 and reaches the IDT 102, and is converted into an electric signal again in the IDT 102.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the SAW device, in order to use the boundary surface between the solid surface and the vacuum or gas, that is, the elastic wave propagating on the solid surface, the surface of the piezoelectric substrate as a propagation medium needs to be a free surface. Therefore, in a SAW device, for example, a chip cannot be covered with a plastic mold used for a semiconductor package, and it is necessary to provide a hollow portion for securing a free surface inside the package. However, the structure in which the hollow portion is provided inside the package has a problem that the device is relatively expensive and large.
[0005]
An object of the present invention is to address such a situation and to provide a boundary acoustic wave device that has functions equivalent to those of a SAW device and that can be easily reduced in size and cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the boundary acoustic wave device of the present invention is a substrate in which two substrates are bonded together, and an acoustic wave propagates to these boundary surfaces, one substrate being a Si substrate and the other substrate being LiNbO 3 substrates were used, and these substrates were combined with the following cut surfaces and propagation directions.
[0007]
(1) Si substrate: [001] cut and <110> orientation propagation LiNbO 3 : 175 ° rotation Y cut and X orientation propagation (2) Si substrate: [001] cut and <110> orientation propagation LiNbO 3 : 125 ° rotation Y cut and X direction propagation (3) Si substrate: [001] cut and <100> direction propagation LiNbO 3 : 133 ° rotation Y cut and X direction propagation (4) Si substrate: [001] cut and <100> direction propagation LiNbO 3 : 175 ° rotation Y cut and X azimuth propagation (5) Si substrate: [110] cut and <110> azimuth propagation LiNbO 3 : 19 ° rotation Y cut and X azimuth propagation, ie elastic boundary wave is between two kinds of solids The theoretical study on the existence of this boundary acoustic wave is, for example, “Propagating the boundary surface between ZnO and glass by Shimizu, Irino et al. That Theoretical Study of Stoneley Wave "ManabuShinron (C), J65-C, 11, are handled by Pp.883-890. In this paper, one of the two solids is handled as a combination of ZnO, which is a piezoelectric material, and the other is a combination of glass. In order to excite an elastic wave in at least one of the two solids, A boundary acoustic wave device can be realized if there is a wave that has piezoelectricity and propagates by concentrating the energy of the acoustic wave on the boundary surface between two kinds of solids.
[0008]
The inventors of the present invention have found that boundary acoustic waves exist at the interface where a Si substrate and a LiNbO 3 substrate are newly bonded to each other, by means of elastic wave propagation analysis.
[0009]
The analysis results are shown in FIGS.
[0010]
In this analysis, using the [001] cut Si substrate, the cut orientation of the LiNbomikuron 3 substrate case propagation direction of a boundary wave is Si to LiNbΟ 3 Χ axis of the substrate and the <100> or <110> of the substrate matches the parameters The phase velocity, propagation loss, and electromechanical coupling coefficient (k 2 : conversion efficiency from an electric signal to a boundary acoustic wave) were obtained by numerical analysis. 4 shows the phase velocity, FIG. 5 shows the propagation loss, and FIG. 6 shows the analysis result of the electromechanical coupling coefficient.
[0011]
From this analysis result, it can be seen that a boundary acoustic wave having a propagation loss of almost 0 and k 2 of 11.6% can be obtained with the combination of Si [001] cut <110> propagation / 175 ° Y-Χ LiNbO 3 .
[0012]
Further, Si [001] cut <110> propagation / 125 ° YX LiNbO 3 , Si [001] cut <100> propagation / 133 ° Y-Χ LiNbO 3 , Si [001] cut <100> propagation / 175 ° It was also found that the propagation loss was almost zero even with the combination of YX LiNbO 3 .
[0013]
Furthermore, although not shown in the figure, a boundary acoustic wave having a phase velocity of 4.615 m / s, loss of approximately 0, and K 2 of 9.8% with a combination of Si [111] cut <110> propagation / 19 ° YX LiNbO 3 Was found to be obtained.
[0014]
The present invention makes it possible to propagate boundary acoustic waves on these boundary surfaces by using the combination of the Si substrate and LiNbO 3 based on the analysis result. As a result, it has the same function as a SAW device, can directly cover the chip with a plastic mold, etc., can be manufactured by applying the semiconductor process as it is, and is equipped with other elements such as active elements. A boundary acoustic wave device that can also be realized.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
1 to 3 are diagrams showing a configuration of a boundary acoustic wave device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an exploded perspective view, FIG. 2 is a front view, and FIG. 3 is an arrow AA in FIG. FIG.
[0017]
As shown in these drawings, the boundary acoustic wave device 1 includes a dielectric film 4 having a comb-like groove 3 formed on the main surface of a Si substrate 2 and a conductive material embedded in the groove 3. Comb-like electrodes 5 are formed, and a LiNbO 3 substrate 6 is laminated thereon.
[0018]
The Si substrate 2 is not intentionally reduced in specific resistance as n-type or p-type, as is normally used in semiconductor integrated circuits, and is 10 Ωcm in order to prevent DC leakage from the comb-like electrode 5. The above high resistance is preferable.
[0019]
The area of the main surface of the LiNbO 3 substrate 6 is smaller than the area of the main surface of the Si substrate 2. For example, the main surface of the LiNbO 3 substrate 6 may be attached only to an effective area necessary for propagation of boundary acoustic waves at the minimum. Thereby, it is possible to mount other elements such as an active element described later on the exposed surface 7 of the main surface of the Si substrate 2. In addition, since the LiNbO 3 substrate 6 is relatively expensive compared to the Si substrate 2, the piezoelectric substrate material can be reduced and the cost can be reduced. However, the area of the main surface of the LiNbO 3 substrate 6 and the area of the main surface of the Si substrate 2 can be made the same, and the area of the main surface of the LiNbO 3 substrate 6 can be made equal to that of the main surface of the Si substrate 2. It is also possible to make it larger than the area.
[0020]
As described above, the Si substrate 2 and the LiNbO 3 substrate 6 employ any one of the following combinations having a cut surface and a propagation direction.
[0021]
(1) Si substrate: [001] cut and <110> orientation propagation LiNbO 3 : 175 ° rotation Y cut and X orientation propagation (2) Si substrate: [001] cut and <110> orientation propagation LiNbO 3 : 125 ° rotation Y cut and X direction propagation (3) Si substrate: [001] cut and <100> direction propagation LiNbO 3 : 133 ° rotation Y cut and X direction propagation (4) Si substrate: [001] cut and <100> direction propagation LiNbO 3 : 175 ° rotation Y cut and X azimuth propagation (5) Si substrate: [110] cut and <110> azimuth propagation LiNbO 3 : 19 ° rotation Y cut and X azimuth propagation dielectric film 4 is made of, for example, SiO 2 Used. Thereby, SiO 2 can be formed only by oxidizing the main surface of the Si substrate 2. However, another dielectric film 4 may be formed intentionally.
[0022]
For example, Al is used for the comb-like electrode 5. However, other conductive materials can be used. For example, the comb-like electrode 5 includes a pair of opposing comb-like electrodes 8 for excitation and a pair of opposing comb-like electrodes 9 for reception. However, a plurality of these electrodes may be provided. In addition to the comb-like electrode 5, for example, a reflective electrode may be provided so as to sandwich these electrodes. Furthermore, not only such electrodes but also a sound absorbing material may be formed so as to sandwich these electrodes, for example. In short, the boundary acoustic wave device according to the present invention is used in place of, for example, a conventional SAW device, that is, a filter, a delay line, a resonator, an oscillator, an analog signal processing circuit, an amplifier, a convolver memory, etc. However, the configuration of the comb-like electrode 5 and the like is appropriately changed in design according to these uses, specifications, and the like.
[0023]
Next, a method for manufacturing this boundary acoustic wave device will be described.
[0024]
FIG. 7 is a view for explaining an embodiment according to the manufacturing method.
[0025]
First, an SiO 2 film 71 of about 0.1 to 2 μm is formed on the Si substrate 70 by, eg, thermal oxidation (FIG. 7A).
[0026]
Next, the comb-like groove 72 is patterned on the SiO 2 film 71 by, for example, CD (Cemical Dry Ecthing) (FIG. 7B).
[0027]
Next, an Al film 73 is formed by sputtering, for example, so as to cover the SiO 2 film 71 (FIG. 7C).
[0028]
Next, the surface of the silicon film 73 is polished until the SiO 2 film appears (FIG. 7D).
[0029]
As a result, an electrode (comb-like electrode 74) in which Αl is embedded in the groove 72 of the SiO 2 film 71 is formed.
[0030]
Next, by subjecting the main surface of the Si substrate 70 on which the SiO 2 film 71 and the comb-like electrode 74 are formed and the main surface of the LiNbO 3 substrate 75 to surface treatment with, for example, aqueous ammonia peroxide, both surfaces are hydroxylated. (FIG. 7 (e)).
[0031]
Next, the main surface of the Si substrate 70 and the main surface of the LiNbO 3 substrate 75 are brought into contact with each other and heated at about 300 ° C. for about 1 to 2 hours (FIG. 7F).
[0032]
By such heat treatment, OH groups on the two kinds of substrate surfaces are bonded to each other to release H 2 O, and the Si substrate 70 and the LiNbO 3 substrate 75 which are different materials can be directly bonded. The heating temperature is preferably about 300 ° C, but can be between 100 and 1000 ° C. This is because the reaction of bonding OH groups does not occur at 100 ° C. or lower, and there is a possibility that the element member may be adversely affected by heat at 1000 ° C. or higher.
[0033]
Eda et al .: “Direct bonding of piezoelectric materials” IEICE Technical Report US95-24.ΕMD95-20, CPM95-32. (1995-07), pp.31 -38 is also reported. The Si substrate and the LiNbO 3 substrate can be easily joined by a method other than the above as described in the report by Eda et al.
[0034]
In the boundary acoustic wave device formed through the above manufacturing process, the comb-tooth-shaped electrode 74 for exciting the boundary wave can be formed on the Si substrate 70, so that the normal semiconductor device manufacturing technique is directly used. be able to.
[0035]
In the above manufacturing method, the SiO 2 film 71 and the comb-like electrode 74 are formed in advance on the Si substrate 70. However, the SiO 2 film 71 and the comb-like electrode 74 are formed on the LiNbO 3 substrate 75 in advance, A boundary acoustic wave device having a similar structure can also be manufactured by a method of directly attaching to the Si substrate 70.
[0036]
FIG. 8 shows another configuration method of the comb-shaped electrode in the boundary acoustic wave device of the present invention.
[0037]
First, comb-shaped grooves 81 of about 0.1 to 2 μm are formed on the Si substrate 80 by processing such as ion milling (FIG. 8A).
[0038]
Next, an Al film 82 is formed on the Si substrate 80 so as to cover the groove 81 by, eg, sputtering (FIG. 8B).
[0039]
Next, the surface of the Al film 82 is polished until the surface of the Si substrate 80 appears (FIG. 8C).
[0040]
As a result, an electrode (comb-like electrode 83) in which Αl is embedded in the groove 81 on the surface of the Si substrate 80 is formed.
[0041]
Next, an example in which another element such as an active element is mounted on the Si substrate will be described.
[0042]
FIG. 9 shows an example of this. A comb-like electrode (not shown) is formed in the first region 121 on the main surface of the Si substrate 120, and a LiNbO 3 substrate 122 is bonded to cover this. Yes. An integrated circuit 124 is formed in the second region 123 that is an exposed region of the main surface of the Si substrate 120. As a result, for example, a functional device such as a programmable filter circuit element can be configured on one chip.
[0043]
10 and 11 show examples in which the boundary acoustic wave device shown in FIG. 9 is mounted on a printed wiring board.
[0044]
As shown in FIG. 10, a bonding pad 134 is formed in the second region 133 on the main surface of the Si substrate 132 of the boundary acoustic wave device 131. The boundary acoustic wave device 131 is mounted at a predetermined position on the printed wiring board 135, and a bonding pad 134 of the boundary acoustic wave device 131 and a bonding pad 136 provided at a predetermined position on the printed wiring board 135 are bonding wires. 137 is connected. A resin seal 138 is covered with polyimide, epoxy resin or the like so as to cover them.
[0045]
FIG. 11 shows another example. As shown in FIG. 11, a through hole 144 is formed in the Si substrate 142 of the boundary acoustic wave device 141 from the main surface circuit portion to the back surface pad 143. The boundary acoustic wave device 141 is mounted at a predetermined position on the printed wiring board 145, and the pad 143 of the boundary acoustic wave device 141 and the pad 146 provided at the predetermined position on the printed wiring board 145 are connected by the bump 147. Has been. A resin seal 148 is made of polyimide, epoxy resin or the like so as to cover them.
[0046]
The boundary acoustic wave device according to the present invention is used in, for example, a filter, a delay line, a resonator, an oscillator, an analog signal processing circuit, an amplifier, and a convolver memory. Filters, delay lines, resonators, and the like provided with these boundary acoustic wave devices are used for mobile phones, PHS, TVs, and the like.
[0047]
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a mobile communication device such as a mobile phone or PHS. As shown in the figure, the received wave received via the antenna 151 is separated into a reception system by the antenna duplexer 152. The separated reception signal is amplified by the amplifier 153, and then a desired band is extracted by the reception band pass filter 154 and input to the mixer 155. The local signal generated by the PLL oscillator 156 is input to the mixer 155 via the local filter 157. The output of the mixer 155 is output as received sound from the speaker 160 via the IF filter 158 and the FM demodulator 159. On the other hand, the transmission sound input from the microphone 161 is input to the mixer 163 via the FM modulator 162. The local signal generated by the PLL oscillator 164 is input to the mixer 163. The output of the mixer 163 is output as a transmission wave from the antenna 151 via the transmission band-pass filter 165, the power amplifier 166, and the antenna duplexer 152.
[0048]
The boundary acoustic wave device according to the present invention can be used for each part of the mobile communication device. For example, the boundary acoustic wave device according to the present invention is used as an RF stage filter for the transmission band-pass filter 165, the reception band-pass filter 154, the local oscillation filter 157, and the antenna duplexer 152. In the IF filter 158, the boundary acoustic wave device according to the present invention is used as a narrow-band IF stage filter indispensable for channel selection. In the FM modulator 162, the boundary acoustic wave device according to the present invention is used as a resonator in sound FM modulation.
[0049]
The boundary acoustic wave device according to the present invention can also be used in an oscillation circuit of an RF modulator used in a VTR or CATV. The circuit configuration is shown in FIG. A comb-like electrode 167 is formed in the first region 121 of the main surface of the Si substrate 120 shown in FIG. 9, and a circuit portion 168 is formed in the second region 123, so that this oscillation circuit is configured by one chip. be able to.
[0050]
【The invention's effect】
As described in detail above, the boundary acoustic wave device of the present invention has the same function as the SAW device, can directly cover the chip with a plastic mold or the like, and is manufactured by applying the semiconductor process as it is. In addition, it is possible to mount other elements such as active elements, which facilitates downsizing and cost reduction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a boundary acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of FIG. 1;
FIG. 3 is a plan view taken along arrow AA in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing the analysis result of the phase velocity of the boundary acoustic wave according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an analysis result of propagation loss of a boundary acoustic wave according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an analysis result of an electromechanical coupling coefficient of a boundary acoustic wave according to the present invention.
FIG. 7 is a process diagram for explaining an embodiment according to a method of manufacturing a boundary acoustic wave device of the present invention.
FIG. 8 is a process diagram showing another method of configuring a comb-shaped electrode in the boundary acoustic wave device of the present invention. It is a front view which shows other embodiment of the elastic boundary wave device of this invention.
FIG. 9 is a perspective view showing another embodiment of the boundary acoustic wave device of the present invention.
FIG. 10 is a front view showing an example in which the boundary acoustic wave device of the present invention is mounted on a printed wiring board.
FIG. 11 is a front view showing another example in which the boundary acoustic wave device of the present invention is mounted on a printed wiring board.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a mobile communication device in which the boundary acoustic wave device of the present invention is used.
FIG. 13 is a circuit diagram of an oscillation circuit of an RF modulator in which the boundary acoustic wave device of the present invention is used.
FIG. 14 is a perspective view showing a basic configuration of a SAW device.
[Explanation of symbols]
1 boundary acoustic wave device 2 first substrate 3 comb-shaped grooves 4 dielectric film 5 interdigital electrode 6 LiNbO 3 substrate 7 exposed surface

Claims (5)

2枚の基板を張り合わせ、これらの境界面に弾性波が伝搬する弾性境界波デバイスであって、
一方の基板が、[001]カットかつ<110>方位伝搬のSi基板であり、他方の基板が、175°回転YカットかつX方位伝搬のLiNbO3 基板であることを特徴とする弾性境界波デバイス。
A boundary acoustic wave device in which two substrates are bonded to each other, and an elastic wave propagates to these boundary surfaces,
A boundary acoustic wave device characterized in that one substrate is a [001] cut and <110> azimuth propagation Si substrate, and the other substrate is a 175 ° rotated Y cut and X azimuth propagation LiNbO 3 substrate. .
2枚の基板を張り合わせ、これらの境界面に弾性波が伝搬する弾性境界波デバイスであって、
一方の基板が、[001]カットかつ<110>方位伝搬のSi基板であり、他方の基板が、125°回転YカットかつX方位伝搬のLiNbO3 基板であることを特徴とする弾性境界波デバイス。
A boundary acoustic wave device in which two substrates are bonded to each other, and an elastic wave propagates to these boundary surfaces,
A boundary acoustic wave device characterized in that one substrate is a [001] cut and <110> azimuth propagation Si substrate, and the other substrate is a 125 ° rotated Y cut and X azimuth propagation LiNbO 3 substrate. .
2枚の基板を張り合わせ、これらの境界面に弾性波が伝搬する弾性境界波デバイスであって、
一方の基板が、[001]カットかつ<100>方位伝搬のSi基板であり、他方の基板が、133°回転YカットかつX方位伝搬のLiNbO3 基板であることを特徴とする弾性境界波デバイス。
A boundary acoustic wave device in which two substrates are bonded to each other, and an elastic wave propagates to these boundary surfaces,
A boundary acoustic wave device characterized in that one substrate is a [001] cut and <100> azimuth propagation Si substrate, and the other substrate is a 133 ° rotated Y cut and X azimuth propagation LiNbO 3 substrate. .
2枚の基板を張り合わせ、これらの境界面に弾性波が伝搬する弾性境界波デバイスであって、
一方の基板が、[001]カットかつ<100>方位伝搬のSi基板であり、他方の基板が、175°回転YカットかつX方位伝搬のLiNbO3 基板であることを特徴とする弾性境界波デバイス。
A boundary acoustic wave device in which two substrates are bonded to each other, and an elastic wave propagates to these boundary surfaces,
A boundary acoustic wave device characterized in that one substrate is a [001] cut and <100> azimuth propagation Si substrate, and the other substrate is a 175 ° rotated Y cut and X azimuth propagation LiNbO 3 substrate. .
2枚の基板を張り合わせ、これらの境界面に弾性波が伝搬する弾性境界波デバイスであって、
一方の基板が、[110]カットかつ<110>方位伝搬のSi基板であり、他方の基板が、19°回転YカットかつX方位伝搬のLiNbO3 基板であることを特徴とする弾性境界波デバイス。
A boundary acoustic wave device in which two substrates are bonded to each other, and an elastic wave propagates to these boundary surfaces,
One substrate is a [110] cut and <110> azimuth propagation Si substrate, and the other substrate is a 19 ° rotation Y cut and X azimuth propagation LiNbO 3 substrate. .
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