JP5193051B2 - 電気音響素子 - Google Patents

Description

本発明は電気音響素子、特に、伝導するバルク波によって動作する電気音響素子に関する。

伝導するバルク波によって動作する電気音響素子は、例えば、独国公開第１０３２５２８１号明細書、米国出願第２００５／００９９０９１号明細書、米国特許第６０４６６５６号明細書、国際公開第０１／２９９６４号明細書、国際公開第０３／０８８４７５号明細書および国際公開第０３／０８８４８２号明細書に記載されている。

本発明の基礎とする課題は、小さな底面積しか占めずローバスト性の高い電気音響素子を提供することである。

この課題は、第１の基板および第２の基板が設けられており、これら２つの基板間に金属層と誘電層とを含む層列が配置され、当該の誘電層は第１の音響インピーダンスＺ_ａ，２を有し、当該の金属層は第１の音響インピーダンスよりも高い第２の音響インピーダンスＺ_ａ，１を有する層を含み、Ｚ_ａ，１／Ｚ_ａ，２≧４．５が成り立つ構成により解決される。

金属層は活性の電気音響素子、特にコンタクト面に導電接続された変換器を含む。変換器は相互に噛み合った櫛状の複数の電極を有する。

前述したインピーダンス特性により、金属層に構成された電極のエッジでは、音響バルク波が充分に反射され、充分な阻止帯域幅が得られることが保証される。

音響インピーダンスの比は有利な実施形態では少なくとも５である。

本発明の電気音響素子は伝導する音響バルク波ＧＢＡＷ（Guided Bulk Acoustic Wave）によって動作する。

伝導するバルク波によって動作する電気音響素子は外部に面する第１の基板および外部に面する第２の基板を含む。これら２つの基板のあいだには金属層および誘電層を含む層列が配置されている。第１の基板の厚さは有利には第２の基板の厚さの１／３より小さい。

また、伝導するバルク波によって動作する電気音響素子は電気音響阻止構造体のために密閉すべき中空室を必要としないので、きわめてローバスト性が高い。

さらに、ＬｉＴａＯ_３から成る基板を有する電気音響素子も有利である。当該の基板は回転ＹＸカット角φを有しており、φについて７°＜φ＜２４°、特に有利には１２°＜φ＜２１°が成り立つ。

ＬｉＴａＯ_３から成る基板および前述のカット角を有する電気音響素子により電気的に高い帯域幅が得られる。

有利な実施形態では、ＬｉＴａＯ_３から成る基板および前述のカット角は、伝導するバルク波によって動作する電気音響素子、ならびに、表面波によって動作する電気音響素子にも適用可能である。

以下に、電気音響素子の機能および有利な実施形態を説明する。

伝導するバルク波ＧＢＡＷは層列ないし圧電層と第１の基板との界面で励振され、主としてその内部を案内される。層列はバルク波を励振する素子構造体の構成された金属層と、低い音波伝搬速度を有する誘電層とを含む。

バルク波によって動作する電気音響素子内でのバルク波の音響エネルギは主として波の励振された領域に集中し、垂直な２つの方向へ向かって減衰する。当該の減衰は導波体の構造によって、すなわち垂直方向の速度特性によって生じる。この場合、有利には、音波の励振面の近傍の薄い層が最も低い伝搬速度を呈する。当該の薄い層は音響伝搬速度の高い層のあいだに配置される。

素子構造体に印加される電気信号は圧電基板、例えば第1の基板内の原子の偏向を誘起し、音響バルク波、有利には横波を励振する。当該の音響バルク波の伝搬速度は、層列、特に誘電層において、周囲の基板よりも明らかに、例えば少なくとも１０％以上小さい。したがって垂直方向では波の伝搬に適した速度特性が得られ、音響バルク波は水平方向、特に誘電層の平面およびその近傍を案内される。

金属層は有利には圧電基板すなわち第1の基板上に配置されている。素子構造体は第1の基板と誘電層とのあいだに埋め込まれている。

電気音響変換器は有利には高い導電率および高い音響反射率を有する電極構造体を有する。ここでの導電率は少なくとも２×１０^４［Ωｃｍ］^−１である。

高い導電率を有する材料として特にアルミニウムが用いられる。

変換器の音響ゲートでの反射係数Ｐ_１１は所定の周波数領域において変換器の周期構造に関連する阻止帯域を有している。反射係数Ｐ_１１は音響Ｐマトリクスモデルの散乱パラメータである。充分な音響反射は変換器の中心周波数に対して７．５％の阻止帯域幅を設けることにより達成される。

電極構造体のエッジで起こる音響反射の強さは、当該の電極構造体とその周囲とのあいだの音響インピーダンスの変化に基づいて定められる。界面でのインピーダンスの跳躍的変化が大きくなると、当該の界面での音響反射率も大きくなる。アルミニウムと二酸化ケイ素とは類似した音響インピーダンスの値を有するので、二酸化ケイ素に電極構造体が埋め込まれている場合であっても界面でのインピーダンスの跳躍的変化が小さくなり、音響反射率が小さくなる。金属層には、特に変換器電極を構成するために、アルミニウム層のほか、高い音響インピーダンスを有するタングステンＷまたは白金Ｐｔから成る別の部分層が設けられている。タングステンはα配列またはβ配列のいずれを有していてもよい。

有利な実施形態では、金属層は複数の部分層、つまり高い音響インピーダンスを有する第１の部分層と高い導電率を有する第２の部分層とを含む。有利には、電気音響素子の素子構造体の導電率および音響反射率は、これら２種類の部分層の材料および層厚さを適切に選定することにより、相互に独立に調整することができる。

金属層の部分層は、基本的には、金属、合金またはその他の導電性材料から成っている。

これに代えて、高い導電率を有する部分層をアルミニウム合金または他の適切な金属から形成することができる。

高い音響インピーダンスを有する部分層は、有利には、圧電基板上に直接に配置される。ただし、別の実施形態として、有利にはチタンＴｉから成る薄い中間層を挟んでもよい。この中間層の厚さは有利には１５ｎｍを超えず、典型的には５ｎｍ〜１０ｎｍである。薄い中間層があれば、高い音響インピーダンスを有する部分層は圧電基板の近傍に位置する。したがって電気音響素子の高い電気音響結合が達成される。

高い音響インピーダンスを有する部分層と圧電基板とのあいだに配置される層は金属の部分層である。当該の部分層は有利には導電性であり、特に、圧電基板と高い音響インピーダンスを有する部分層とのあいだの接着媒介に適している。

高い音響インピーダンスを有する層の厚さは当該の層を基礎として構成される変換器の音響阻止帯域幅が少なくとも７．５％となるように選定されている。当該の層の厚さは有利には０．０２波長〜０．０３波長であり、また、電気音響素子の中心周波数が２ＧＨｚであるとき４０ｎｍ〜７０ｎｍである。中心周波数の異なる電気音響素子に対して相応の層厚さは所定の周波数のスケーリングにより求められる。

別の実施形態によれば、高い音響インピーダンスを有する層の厚さは金属層の全厚さの３０％〜５０％である。アルミニウム層の厚さは有利には０．２λより小さく、電気音響素子の中心周波数が２ＧＨｚであるとき１００ｎｍ〜１５０ｎｍに選定されている。

別の実施形態によれば、金属層は高い導電率および高い音響インピーダンスを有する唯一の層のみから成る。

有利な実施形態によれば、第1の基板は圧電基板である。また、第２の基板が同様に圧電特性を有していてもよい。

第１の基板は有利には単結晶から切り出されている。単結晶として、特に、ＬｉＴａＯ_３，ＬｉＮｂＯ_３，ＺｎＯ，ＫＮｂＯ_３，ＮａＫＮｂＯ_３および水晶などが挙げられるが、他の圧電材料であってもよい。

第１の基板は圧電層として成長基板上に成長される。成長基板は有利には第1の基板と第２の基板とを接合した後に剥離されるが、必ず剥離されなければならないわけではない。成長される圧電層としてＡｌＮ，ＺｎＯ，ＰＺＴ，ＬｉＴａＯ_３およびＬｉＮｂＯ_３の層が挙げられる。ただし、良好な電気音響結合性を有するのであれば、他の圧電材料を用いることもできる。

第２の圧電基板の材料として特に高オーム性のＳｉが挙げられる。Ｓｉ結晶の結晶配位は１１１または１１０が有利である。ただし、高い音響品質を有する材料、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ガラスまたはＦＲ４などの有機プラスティックも可能である。ここでは高い音響品質を有する材料を用いると有利である。

有利な実施形態では、誘電層は複数の部分層から成る。少なくとも1つの部分層は圧電特性を有する。

誘電層は、有利には、温度特性ＴＣＦが第１の基板および／または第２の基板に対して反対になった材料から成る。つまりそれぞれの基板の温度特性が正のとき誘電層の温度特性は負であり、それぞれの基板の温度特性が負のとき誘電層の温度特性は正である。隣接する２つの層の温度特性ＴＣＦを反対に設定することにより、電気音響素子全体の温度特性の変化が小さく保たれる。

誘電層は有利には二酸化ケイ素から成る。ＳｉＯ_２表面はダイレクトウェハボンディングに適しているので、ＳｉＯ_２は誘電層材料として有利である。ＳｉＯ_２に代えてＴｅＯ_２も適している。

誘電層の品質は光屈折率に基づいて判断される。屈折率１．４４〜１．４８のＳｉＯ_２から成る誘電層は有利である。ＳｉＯ_２は有利には化学量論的特性を有する。

素子の底面積は典型的には５００×７００μｍ^２である。素子の全厚さは約２００μｍであり、有利には１００波長以下である。また素子の全厚さは２００μｍより小さくてもよい。

第１の基板の厚さは３波長〜５０波長であり、有利には最大で３０λまたは７０μｍである。第１の基板は他の層を被着する際には大きな厚さを有し、後のステップで上述した厚さまで薄膜化されるようにしてもよい。

例えばＳｉから成る第２の基板は有利には第１の基板より厚い。有利な実施形態では、第２の基板の厚さは少なくとも１０波長である。第２の基板の膨張係数は有利には第１の基板の膨張係数より小さい。第２の基板の膨張係数は例えば第１の基板の膨張係数より少なくとも５０％小さい。

層列の層厚さは有利には誘電層の厚さに等しく、０．１λ〜１λ、有利には０．１５λ〜０．５λまたは０．３μｍ〜１μｍである。なぜなら金属層の構造体は誘電層内に収容され、その上方には突出しないからである。第２の基板および層列の全厚さは有利には１００波長または２００μｍ以下である。

基板および層列の厚さを上述したように定めることにより、素子の温度特性ＴＣＫを−４０ｐｐｍ／Ｋより小さくすることができる。こうして広い温度範囲にわたって素子の安定した電気特性が保証される。

第１の基板の露出表面すなわち外部に面している後面は有利には大面積にわたって金属化されている。こうしたメタライゼーションは有利にはアースへ接続され、素子構造体の電磁遮蔽部として用いられる。メタライゼーションには素子構造体間の電気的接続またはカプセル化された素子構造体と外部端子とのあいだの電気的接続のための導体路も構成される。またメタライゼーションとして、素子の端子となる金属面および／または素子の銘板を構成することもできる。

第２の基板には有利にはスルーコンタクトが形成され、このスルーコンタクトにより第２の基板の表面に配置された端子とコンタクト面とが電気的に接続される。スルーコンタクトは場合によっては断面がだんだん細くなっていく管または孔に金属の内壁を設けたものである。スルーコンタクトのために第２の基板に設けられた孔を金属によって充填してもよい。

第２の基板には能動素子および／または受動素子、例えばトランジスタ、ダイオード、キャパシタンス、インダクタンス、導体セクションなどを構成することができる。これらの素子はスルーコンタクトを介して外部にコンタクト可能であり、電気音響素子の素子構造体に接続される。

上面および／または下面の外部への接続線の上方にパシベーション層を配置することができる。

電気音響素子は特にはベアダイとして構成される。こうしたベアダイは例えば支持体基板に実装可能である。支持体基板はセラミック層を有する。

本発明の電気音響素子は次のような方法により形成される。まず、第１の基板として複数の素子を形成するのに適した第１のウェハ、例えばＬｉＴａＯ_３ウェハが準備される。次に、第２の基板を形成するのに適した第２のウェハ、例えばＳｉウェハが準備される。それぞれの基板の素子領域は有利にはマトリクスを形成する。

第１のウェハには素子領域ごとにフォトリソグラフィ技術により素子構造体、特に電気音響変換器と、これに電気的に接続されるコンタクト面とが形成される。素子構造体を支持する第１の基板の表面には誘電層が例えばＣＶＤプロセスまたはスパッタリングにより被着される。

有利な実施形態では、誘電層は例えばＣＭＰプロセスにより平坦化される。ＣＭＰプロセスとは化学的機械的研磨法のことである。誘電層を被着した後、有利には少なくともコンタクト面が例えばエッチングにより露出される。別の実施形態としてさらに電気的トリミング構造体を露出させてもよい。

個々の素子領域または全素子領域の素子構造体の電気的特性はウェハ上の露出されたコンタクト面により素子構造体を含むウェハと第２のウェハとが接合される前に測定される。したがってこの測定は中間測定となる。

ウェハ上の素子領域の素子構造体のトリミング、特にＳｉウェハの被着前のトリミングを行う手段が実現される。ここでは、変換器に負荷として接続されたトリミング構造体が設けられ、当該のトリミング構造体は変換器と同様に例えば周期的に配置された金属条片を有する。トリミング構造体は特に容量性負荷として構成される。トリミングの際に条片の一部が変換器から分離されてもよい。有利にはトリミング構造体は誘電層の被着後に露出される。このことについては有利な手段が独国公開第１０３２５２８１号明細書に記載されている。

有利には、音響トラックの一部、例えば当該の音響トラックを区切っているリフレクタまたは２つの変換器のあいだに配置された中間リフレクタを、誘電層の剥離または切削により露出させることができる。これにより音響反射率が高められる。また、反射率を高めるために、変換器の個々の電極条片を露出させてもよい。変換器の縁領域を露出させてリフレクタを省略することもできる。

中間測定の結果に応じて、有利には、誘電層を薄膜化し、素子構造体の周波数位置を変更することができる。これは例えばＣＭＰプロセスにより行われる。素子構造体の周波数位置ないし誘電層の層厚さは、第２のウェハとの接合後に電気音響素子の周波数位置が得られるように調整される。

第１のウェハと第２のウェハとは例えばダイレクトウェハボンディングにより接合される。ウェハボンディングは有利には低めの温度、例えば室温のもとで行われる。このため特にＺｉｐｔｒｏｎｉｘプロセスとして知られるプロセスが適している。ここで個別化すべき複数の素子領域を備えた全ウェハ（Gesamt-Wafer）が形成される。

全ウェハは第１のウェハの一方側で薄膜化される。全ウェハは第１の基板の側で分離線に沿って切削される。すなわち素子領域のあいだを有利にはＶ字状に少なくとも第２の基板まで切削されるのである。有利には、第２の基板も所定の深さまで切削される。ここで、特に、第１の基板の突き合わせ縁部および層列の突き合わせ縁部が斜めにカットされ、これらの突き合わせ縁部が第１の基板の平坦な後面とともに金属化され、気密にカプセル化される。これにより素子構造体は侵食から保護され、外部の電磁場に対して遮蔽される。

第２の基板の側では、例えばエッチングに続いて開口部（コンタクト孔）を金属化することにより、コンタクト面へのコンタクトのためのスルーコンタクトが形成される。有利には同じステップで電気音響素子の外部端子が第２のウェハの外部に面する表面に形成される。コンタクト孔は導電性材料によって充填することもできる。

２つのウェハのウェハボンディングの後、電気音響素子の品質コントロールのプロセスが行われる。全ウェハは支持体、例えば支持体シート上に配置され、素子領域の端子が露出されるか上方へ向かうように配向される。支持体は有利にはウェハに良好に接着する弾性シートである。素子領域は素子を形成するために有利にはソーダイシングにより個別化され、その際にも支持体から剥離されない。完成した電気音響素子の品質コントロールのために直接に支持体上で全ての素子の測定が行われる。測定結果に基づいて故障を起こした素子が取り除かれ、良好な素子が選択される。

場合によっては、既に個別化された支持体上の素子をもう一度電気的にトリミングしてもよい。カプセル化された電気的なトリミング構造体は例えば透明な第２の基板の上方でレーザーにより前述したように変更することができる。

素子構造体の電気的特性を監視するために中間測定および最終測定を行う前述した方法によれば、故障を起こした素子においてエラー源と個々のプロセスステップとを対応させることができる。

Ｖ字状の切削により、素子の種々の領域、例えば送信領域と受信領域とを電磁的に相互に遮蔽し、電気的および／または音響的に相互に分離することができる。

別の実施形態では、第２の基板はウェハとしては用いられず、素子構造体は第１の基板上または充分な厚さの誘電層上に形成される。誘電層は例えば少なくとも３波長または相応の厚さの層列から成る。

別の実施形態では、第２の基板上に別の層列を被着することもできる。当該の層列は例えば誘電層とそのあいだに配置されたメタライゼーション面とを含み、メタライゼーション面にはパターニングされた複数の導体路が形成されている。これらの導体路により集積素子構造体が実現される。当該の別の層列は半導体層およびその内部に構成された非線形および／または活性の集積構造体、例えばダイオードおよびトランジスタを含む。誘電層には外部端子を含む集積素子構造体から導電性の接続線路へ通じるスルーコンタクトが構成される。この場合に外部端子は有利には第２の層列の外部へ向かう表面に配置される。

第１の基板の後面に配置された金属層は例えば素子構造体間の導電性の接続線路となるようにパターニングされる。

バルク波によって動作する素子は電気的なフィルタ、特に高周波数フィルタに適する。バルク波によって動作する素子は任意の移動無線分野または発振器分野において用いられる。

基本的には音響表面波について知られている全てのフィルタ技術をバルク波によって動作する素子にも適用可能である。特にＤＭＳフィルタ、ラダー型フィルタ（梯子型フィルタ）、ラティス型フィルタ（格子型フィルタ）、シングルゲートレゾネータおよびマルチゲートレゾネータなどが有利である。

以下に本発明の電気音響素子およびその製造方法を図示の実施例に則して説明する。図は概略的なものであり、縮尺通りに描かれていないことに注意されたい。

図１Ａ〜図１Ｇには本発明の製造方法の各段階が示されている。図２のＡ〜Ｆには層列のコンタクト面を露出させコンタクトを形成するプロセスの各段階が示されている。図３のＡ，Ｂには高い音響インピーダンスを有する部分層を含む金属層の断面図が示されている。

バルク波によって動作する素子が図１Ｇに示されている。圧電性の第１の基板１とこれよりも格段に厚い第２の基板２とのあいだに層列３が配置されている。第２の基板は大きな厚さにより有利には支持体基板として用いられる。薄いほうの第１の基板の厚さを基礎として、第２の基板の厚さは素子の機械的安定性を達成するのに充分な値に選定される。

第２の基板は有利には第１の基板よりも小さな熱膨張係数を有する。

第１の基板の厚さは５０μｍ、第２の基板の厚さは１５０μｍである。層列の厚さは有利な実施形態では０．６μｍである。

層列３は、図３のＡ，Ｂに詳細に示されているように、第１の基板１上に配置された金属層３１を含む。金属層３１はパターニングされており、ここでは素子構造体４２、例えば変換器とコンタクト面４１とが電気的に接続されている。金属層３１の構造体４１，４２は第１の基板１と誘電層３２、例えばＳｉＯ_２層とのあいだでカプセル化されている。

第１の基板１は圧電基板であり、この圧電基板は例えばＬｉＴａＯ_３、有利な実施形態では回転ＹＸカット角１５°または２０°（15rotYX oder 20rotYX）のＬｉＴａＯ_３から成る。第２の基板は高オーム性のケイ素から成る。基板１，２における音速は誘電層における音速よりも格段に、例えば少なくとも２０％大きい。

第２の基板２と誘電層３２との接合体にはコンタクト面４１を露出させるためにコンタクト孔２０が設けられている。開放されたコンタクト孔の内壁の領域および底部の領域はメタライゼーション６０によって覆われている。メタライゼーション６０はさらに部分的に第２の基板２の下面にも配置され、外部端子６１を形成する。

図１Ａには第１のウェハが示されている。第１のウェハを製造する際には、第１の基板１上にまずパターニングされた金属層３１が被着される。金属層３１を備えた第１の基板１上に誘電層が被着される。

誘電層３２は有利には平坦化される。図１Ｂの次のステップでは、誘電層３２の領域３２０がエッチングにより除去され、特にコンタクト面４１が少なくとも部分的に露出される。これによりそれぞれの素子領域の電気的パラメータを測定することができる。当該のパラメータの実際値が目標値から偏差する場合には、本発明の層列をこの段階で電気的にトリミングするか、または、後から機械的にトリミングすることができる。電気的なトリミングでは、例えば図示されていないトリミング構造体ひいては素子構造体の電気的なインピーダンスが変更される。機械的なトリミングでは誘電層が薄膜化される。

次に、層列３を有する第１のウェハ１と第２のウェハないし第２の基板２とが、有利にはダイレクトウェハボンディングにより、図１Ｃに示されているように接合される。図１Ｃには第１の基板が薄膜化されることが破線で示されている。

ふつう第２の基板よりも高い熱膨張係数を有する第１の基板を薄膜化することにより、素子全体の熱膨張係数を改善することができる。これによりＳｉおよびＬｉＴａＯ_３から成る基板を組み合わせる際の温度特性が改善される。

図１Ａ〜図１Ｃに対して図１Ｄ〜図１Ｇは１８０°回転されているので、図１Ｄ〜図１Ｇでは第２の基板２が下方へ、第１の基板１が上方へ配向されている。

図１Ｄの第１の基板１は既に薄膜化されている。図１Ｄには、第１の基板１の突き合わせ縁部、層列３の突き合わせ縁部および第２の基板の突き合わせ縁部の一部が２つの素子領域のあいだのソーカットによりＶ字状に切削されることが示されている。

層列３と基板１，２との界面は図１Ｄの段階ではまだ開放されているが、図１Ｅでは第１の基板の後面および当該の界面が金属層５により金属化され、これらの面が周囲の障害影響に対して保護される。

図１Ｆでは第２の基板２にコンタクト孔２０が斜めの壁を有するように形成される。ここではコンタクト孔２０は誘電層の開口部３２０に通じている。こうしてコンタクト面は再び露出される。その後、第２の基板の表面の一部、コンタクト孔２０の内壁、および、コンタクト面４１の露出領域にメタライゼーション６０，６１が被着される。

図２のＡからＦにはコンタクト面へのコンタクトを形成するためのスルーコンタクトの形成方法のステップが示されている。図２のＡは図１Ａの段階に対応している。図２のＢには、コンタクト面４１の全体ではなく一部のみが露出されることが示されている。誘電層３２に斜めの壁を有する開口部３２０がエッチングされる。このようにすれば、トリミング構造体および／または素子構造体の一部を露出させることもできる。図２のＣには、２つのウェハを接合した後の全ウェハの一部が示されている。

図２のＤでは第２のウェハにコンタクト孔２０が形成され、その最小断面積は開口部３２０の最大断面積よりも大きい。つまりコンタクト孔の断面には段が付けられることになる。コンタクト孔の壁は図２のＥに示されているように金属化される。図２のＦには金属化されたコンタクト孔が導電性材料６３によって充填されることが示されている。

図３のＡには、例えばタングステンから成る高い音響インピーダンスを有する層３１２が直接に第１の基板１上に配置されることが示されている。高い導電性を有する層３１１は有利にはアルミニウムから成る。

小さい導電性を有する層３１２の厚さは有利には高い導電性を有する層３１１の厚さよりも格段に小さく、高い導電性を有する層３１１の１／３ほどである。例えば、周波数２ＧＨｚとして、タングステン層の厚さは５０ｎｍ、アルミニウム層の厚さは１５０ｎｍとなる。

図３のＢの実施例では、高い音響インピーダンスを有する層３１２と第１の基板１とのあいだに例えばチタンから成る付加的な導電層３１３が設けられ、当該の付加的な層が高い音響インピーダンスを有する層３１２に対する接着媒介層として用いられる。付加的な導電層３１３の厚さは有利にはほぼ１０ｎｍである。

さらに、金属層３１は図示されていないパシベーション層を最上部の部分層として有してもよい。

本発明の製造方法の第１の段階を示す図である。 本発明の製造方法の第２の段階を示す図である。 本発明の製造方法の第３の段階を示す図である。 本発明の製造方法の第４の段階を示す図である。 本発明の製造方法の第５の段階を示す図である。 本発明の製造方法の第６の段階を示す図である。 本発明の製造方法の第７の段階を示す図である。 層列に対してコンタクトを形成するプロセスを示す図である。 高い音響インピーダンスを有する部分層を含む金属層の断面図である。

符号の説明

１ 第１の基板、 ２ 第２の基板、 ２０ コンタクト孔、 ３ 層列、 ３１ 層列の金属層、 ３１１ 金属層の高導電率の部分層、 ３１２ 高い音響インピーダンスを有する部分層、 ３１３ 金属層の付加的な部分層、 ３２ 誘電層、 ３２０ 誘電層の開口部、 ４１ コンタクト面、 ４２ 素子構造部（変換器）、 ５ 第１の基板の後面の金属層、 ６０ コンタクト孔のメタライゼーション、 ６１ 外部端子

Claims (37)

1. 伝導する音響バルク波によって動作する電気音響素子において、
   単結晶の第１の基板（１）および単結晶の第２の基板（２）が設けられており、
   前記第１の基板の厚さは前記第２の基板の厚さの多くとも５０％であり、
   金属層（３１）と誘電層（３２）とを含む層列（３）が前記第１の基板（１）と前記第２の基板（２）との間に配置され、
   前記金属層（３１）は第１の音響インピーダンスＺ_ａ，１を有する層（３１２）を含み、前記誘電層（３２）は、二酸化ケイ素から成り、かつ、第２の音響インピーダンスＺ_ａ，２を有し、前記第１の音響インピーダンスは前記第２の音響インピーダンスよりも高く、ここでＺ_ａ，１／Ｚ_ａ，２≧４．５が成り立ち、
   前記第１の音響インピーダンスを有する層（３１２）の厚さは前記金属層（３１）の全厚さの３０％から５０％であり、
   前記第１の基板（１）と前記第１の音響インピーダンスＺ_ａ，１を有する層（３１２）とのあいだに１０ｎｍよりも小さい厚さの接着媒介層として用いられる中間層（３１３）が配置されている
   ことを特徴とする電気音響素子。
2. 前記第１の基板（１）は圧電特性を有する、請求項１記載の電気音響素子。
3. 前記層列（３）のうち前記第１の音響インピーダンスを有する層（３１２）は前記第１の基板（１）に面している、請求項１または２記載の電気音響素子。
4. 前記金属層（３１）は少なくとも９×１０^４［Ωｃｍ］^−１の高い導電率を有する部分層（３１１）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気音響素子。
5. 前記高い導電率を有する部分層（３１１）はＡｌを含む、請求項４記載の電気音響素子。
6. 前記第１の音響インピーダンスを有する層（３１２）はタングステンから成る、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気音響素子。
7. 前記第１の音響インピーダンスを有する層（３１２）は白金から成る、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気音響素子。
8. 前記金属層（３１）内に所定の中心周波数で動作する変換器が構成されており、前記第１の音響インピーダンスを有する層（３１２）の厚さは前記変換器の音響反射係数の前記中心周波数に対する阻止帯域幅が少なくとも７．６％となるように選定されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気音響素子。
9. 前記第１の音響インピーダンスを有する層（３１２）の厚さは０．０２λから０．０３λである、請求項８項記載の電気音響素子。
10. 前記第１の基板（１）はＬｉＴａＯ_３から成る、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気音響素子。
11. 前記第１の基板（１）は回転ＹＸカット角φを有しており、７°＜φ＜２４°が成り立つ、請求項１０記載の電気音響素子。
12. 前記第１の基板（１）は回転ＹＸカット角φを有しており、１２°＜φ＜２１°が成り立つ、請求項１１記載の電気音響素子。
13. 前記第１の基板（１）および前記第２の基板（２）は外部に面している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の電気音響素子。
14. 前記第１の基板の厚さは前記第２の基板の厚さの多くとも１／３である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の電気音響素子。
15. 前記金属層（３１）には変換器およびコンタクト面が構成されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の電気音響素子。
16. 前記金属層（３１）は直接に前記第１の基板（１）上に配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の電気音響素子。
17. 前記誘電層（３２）は前記第１の基板（１）に対して前記変換器の電極構造体を封止している、請求項１から１６までのいずれか１項記載の電気音響素子。
18. 前記第２の基板（２）は高オーム性のケイ素を含む、請求項１から１７までのいずれか１項記載の電気音響素子。
19. 前記コンタクト面は前記第２の基板（２）内に構成されたスルーコンタクトを介してコンタクトしている、請求項１５から１８までのいずれか１項記載の電気音響素子。
20. 前記第１の基板（１）の突き合わせ縁部および前記層列（３）の突き合わせ縁部は斜めに切られている、請求項１から１９までのいずれか１項記載の電気音響素子。
21. 前記第２の基板（２）の突き合わせ縁部の一部が斜めに切られている、請求項２０記載の電気音響素子。
22. 前記第１の基板（１）の露出表面上および前記斜めに切られた突き合わせ縁部上に第２の金属層（４）が配置されている、請求項２１記載の電気音響素子。
23. 前記第２の金属層（４）は前記第１の基板（１）の突き合わせ縁部および前記層列（３）の突き合わせ縁部を覆い、前記第２の基板（２）に対して閉鎖されている、請求項２２記載の電気音響素子。
24. 前記第１の基板（１）の厚さは３λから５０λである、請求項１から２３までのいずれか１項記載の電気音響素子。
25. 前記第２の基板（２）および前記層列（３）の全厚さは１００λを超えない、請求項１から２４までのいずれか１項記載の電気音響素子。
26. 前記誘電層（３２）の厚さは０．１λから１λである、請求項１から２５までのいずれか１項記載の電気音響素子。
27. 前記誘電層（３２）は前記第１の基板および／または前記第２の基板に対して反対の温度特性を有する、請求項１から２６までのいずれか１項記載の電気音響素子。
28. バルク波が前記層列（３）内を伝搬する際の伝搬速度は２つの基板（１，２）内を伝搬する際の伝搬速度の９０％以下である、請求項１から２７までのいずれか１項記載の電気音響素子。
29. バルク波が前記第１の基板（１）内を伝搬する際の伝搬速度は前記第２の基板（２）内を伝搬する際の伝搬速度よりも小さい、請求項１から２８までのいずれか１項記載の電気音響素子。
30. 請求項１から２９までのいずれか１項記載の、伝導するバルク波によって動作する電気音響素子の製造方法において、
    Ａ）複数の素子領域を備えた第１のウェハ（１，３）を準備し、ここで、素子構造体およびコンタクト面を備えた金属層（３１）を形成し、該金属層上に誘電層（３２）を被着して層列（３）とし、該層列を第１の基板（１）上に設け、
    Ｂ）各素子領域の電気的特性を測定するために前記コンタクト面を露出させ、
    Ｃ）前記層列（３）が２つのウェハ（１，２）間に位置するように前記第１のウェハと第２のウェハとを接合して全ウェハを形成し、
    Ｄ）前記第１のウェハを薄膜化し、
    Ｅ）前記第２のウェハにコンタクト孔を形成し、前記コンタクト面とのコンタクトのために前記コンタクト孔を金属化し、
    Ｆ）各素子領域を個別化して個々の素子を形成する
    ことを特徴とする電気音響素子の製造方法。
31. 前記ステップＢ）において、トリミング構造体として設けられた素子構造体の変更などにより、層列の電気的なトリミングを行う、請求項３０記載の方法。
32. 前記ステップＢ）において、誘電層の厚さの変更により、層列の機械的なトリミングを行う、請求項３０または３１記載の方法。
33. 前記ステップＢ）の前に誘電層を平坦化する、請求項３０から３２までのいずれか１項記載の方法。
34. 前記ステップＤ）の後に、全ウェハを第１のウェハ側で設定された線に沿って第２のウェハの設定された深さまでＶ字状に切削し、第１のウェハの後面およびＶ字状の切欠部を金属化する、請求項３０から３３までのいずれか１項記載の電気音響素子。
35. 前記第１のウェハの後面を金属化する際に導体路および／または端子面を形成する、請求項３４記載の方法。
36. 前記ステップＥ）において、第２の基板の露出表面に外部端子を形成する、請求項３０から３５までのいずれか１項記載の方法。
37. 前記ステップＤ）の後に、複数の素子領域を有する支持体の上で全ウェハを位置決めし、各素子領域を支持体から取り外さずに個別化して個々の素子を形成し、ここで各素子の品質コントロールのための測定を支持体上で直接に行う、請求項３０から３６までのいずれか１項記載の方法。

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