JP5370100B2 - 圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
圧電デバイスの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5370100B2 JP5370100B2 JP2009268867A JP2009268867A JP5370100B2 JP 5370100 B2 JP5370100 B2 JP 5370100B2 JP 2009268867 A JP2009268867 A JP 2009268867A JP 2009268867 A JP2009268867 A JP 2009268867A JP 5370100 B2 JP5370100 B2 JP 5370100B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- thin film
- heat treatment
- piezoelectric thin
- protective film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 58
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 111
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 70
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 65
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 60
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 59
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 25
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 15
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 15
- 230000002336 repolarization Effects 0.000 claims description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 6
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 34
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 16
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 8
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 7
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- 229910003334 KNbO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011131 Li2B4O7 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003327 LiNbO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
この発明は、圧電単結晶の薄膜を用いた圧電デバイスの製造方法、特にはイオン注入により圧電単結晶の薄膜を剥離する圧電デバイスの製造方法に関する。
現在、圧電薄膜を利用する圧電デバイスが多く開発されている（例えば、特許文献１参照）。圧電単結晶体から圧電薄膜を形成する方法の１つとしてスマートカット法がある。スマートカット法では、圧電単結晶体の一方主面にイオン注入を行うことでイオン注入層を形成する。次に、圧電単結晶体のイオン注入面に、別体形成した支持体を接合する。その後、加熱によりイオン注入層を破断させて圧電単結晶体から圧電薄膜を加熱剥離する。
従来のスマートカット法を用いた圧電単結晶体の薄膜化では、圧電薄膜にダメージが及んで圧電性が劣化することがある。
圧電性が劣化する要因は様々であるが、例えば、イオン注入の衝撃で局所的に自発分極の反転が起こることがある。また、圧電薄膜に応力が作用するなどして結晶のひずみが増大し結晶性の劣化が起こることや、圧電薄膜に注入したイオンが圧電薄膜の内部に残留して圧電薄膜の物性を変化させることもある。
そこで、加熱により圧電体の抗電界を下げて電界を圧電薄膜に印加し、反転した自発分極を回復させたり、圧電薄膜を熱処理することで、結晶のひずみを緩和したり、残留イオンを脱離させたりすれば、スマートカット法による圧電性の劣化を回復でき好適である。しかしながら、圧電薄膜に熱処理を実施する際には、圧電薄膜に新たなダメージが及ぶ恐れがある。
例えば、熱処理を酸素の含まれる雰囲気中で行った場合、圧電薄膜の表面、及び支持基板との接合面から圧電体の酸化が起こり、導電率が高く変化してしまう。導電率が高くなれば圧電デバイスの入力容量が増加し共振特性が劣化してしまう。また、熱処理を窒素などの希ガス雰囲気中や真空中で行った場合、圧電薄膜の表面、及び支持基板との接合面からの脱酸素に伴う圧電体の還元によって、導電率が低く変化してしまう。導電率が低くなれば圧電デバイスの作製プロセスで電極の焦電破壊が発生してしまう。
そこで本発明の目的は、圧電体の酸化および還元を防ぎながら熱処理を行って、スマートカット法による圧電性の劣化を回復する圧電デバイスの製造方法を提供することにある。
この発明の圧電デバイスの製造方法は、圧電単結晶体にイオンを注入するイオン注入工程と、前記圧電単結晶体のイオン注入面に支持体を接合する接合工程と、加熱により前記圧電単結晶体から圧電薄膜を剥離する剥離工程と、前記圧電薄膜の剥離面を剥離面保護膜で被覆する被覆工程と、前記剥離面保護膜を被覆した前記圧電薄膜を熱処理する熱処理工程と、を備え、前記被覆工程は、前記剥離面保護膜として前記熱処理工程で前記圧電薄膜との相互拡散を防ぐ材料（例えば圧電薄膜がLT基板であれば、W、Mo、Ni、Al、Cu、SiNなどを主として組成される材料）を用い、前記熱処理工程は、前記イオンが前記圧電薄膜から脱離する温度環境下（例えばLT基板であれば、450℃〜600℃程度）で実施する。
これにより、熱処理工程で圧電薄膜からイオンが離脱し、イオン注入によって劣化した圧電薄膜の物性および圧電性を回復させられる。この熱処理工程で、雰囲気との反応により圧電体の酸化・還元が進展する温度環境下（例えばLT基板であれば、300℃以上）で圧電薄膜が雰囲気に暴露していれば、圧電体の酸化または還元が進展してしまうが、圧電薄膜に上記表面保護膜を設けることで、圧電薄膜と表面保護膜との相互拡散を防ぎながら、圧電体の雰囲気との酸化および還元を防いで導電率の変化を抑制できる。
これにより、熱処理工程で圧電薄膜からイオンが離脱し、イオン注入によって劣化した圧電薄膜の物性および圧電性を回復させられる。この熱処理工程で、雰囲気との反応により圧電体の酸化・還元が進展する温度環境下（例えばLT基板であれば、300℃以上）で圧電薄膜が雰囲気に暴露していれば、圧電体の酸化または還元が進展してしまうが、圧電薄膜に上記表面保護膜を設けることで、圧電薄膜と表面保護膜との相互拡散を防ぎながら、圧電体の雰囲気との酸化および還元を防いで導電率の変化を抑制できる。
この発明の圧電デバイスの製造方法は、圧電単結晶体にイオンを注入するイオン注入工程と、前記圧電単結晶体のイオン注入面に支持体を接合する接合工程と、加熱により前記圧電単結晶体から圧電薄膜を剥離する剥離工程と、前記圧電薄膜の剥離面を剥離面保護膜で被覆する被覆工程と、前記剥離面保護膜を被覆した前記圧電薄膜を熱処理する熱処理工程と、を備え、前記被覆工程は、前記表面保護膜として前記熱処理工程で前記圧電薄膜との相互拡散を防ぐ材料を用い、前記熱処理工程は、前記圧電薄膜における結晶のひずみが開放される温度環境および加熱時間（例えば圧電薄膜がLT基板で500℃環境下であれば、3h以上）で実施する。
これにより、熱処理工程で圧電薄膜の結晶ひずみが開放され、イオン注入によって劣化した圧電薄膜の結晶性および圧電性を回復させられる。この熱処理工程で、雰囲気との反応により圧電体の酸化・還元が進展する温度環境下で圧電薄膜が雰囲気に暴露していれば、圧電体の酸化または還元が進展してしまうが、圧電薄膜に上記表面保護膜を設けることで、圧電薄膜と表面保護膜との相互拡散を防ぎながら、圧電体の酸化および還元を防いで導電率の変化を抑制できる。
この発明の熱処理工程よりも前工程は、雰囲気による圧電単結晶体の酸化・還元の進展が抑制される温度環境下（例えば圧電薄膜がLT基板であれば、350℃以下）で実施すると好適である。
これにより、熱処理工程よりも前工程で圧電薄膜や単結晶基板が雰囲気下に暴露していても、圧電体の酸化または還元が進展することを防ぐことができる。
これにより、熱処理工程よりも前工程で圧電薄膜や単結晶基板が雰囲気下に暴露していても、圧電体の酸化または還元が進展することを防ぐことができる。
この発明の圧電デバイスの製造方法は、前記接合工程の前に前記圧電単結晶体と前記支持基板との接合面となる位置に接合面保護膜を形成する工程を備えると好適である。また、この発明の圧電デバイスの製造方法は、前記支持基板の前記圧電単結晶体に接合する領域に、前記熱処理工程の熱環境下で前記圧電薄膜と相互に拡散を起こさない材料を用いると好適である。
これにより、圧電薄膜の支持体との接合面での物質拡散や酸化・還元を防ぐことができる。
これにより、圧電薄膜の支持体との接合面での物質拡散や酸化・還元を防ぐことができる。
この発明の圧電デバイスの製造方法は、前記熱処理工程の後に導電性材料からなる表面保護膜をパターニングして圧電デバイスの機能電極とするパターニング工程を備えると好適である。
これにより、保護膜を剥離して改めて機能電極を形成し直す必要がなくなり、工程数を削減できる。
これにより、保護膜を剥離して改めて機能電極を形成し直す必要がなくなり、工程数を削減できる。
この発明の圧電デバイスの製造方法は、前記熱処理工程の後に導電性材料からなる表面保護膜と境界面保護膜との間に再分極電界を印加する再分極工程を備えると好適である。
これにより、保護膜を剥離して改めて再分極工程で利用する電極を形成し直す必要がなくなり工程数を削減しながら、再分極工程で反転した自発分極を回復させて、イオン注入によって劣化した圧電薄膜の圧電性を回復させられる。
これにより、保護膜を剥離して改めて再分極工程で利用する電極を形成し直す必要がなくなり工程数を削減しながら、再分極工程で反転した自発分極を回復させて、イオン注入によって劣化した圧電薄膜の圧電性を回復させられる。
この発明によれば、イオン注入によって劣化した圧電薄膜の圧電性を熱処理工程によって回復させられる。この熱処理工程で圧電薄膜が雰囲気下に暴露していれば、圧電体の酸化または還元が進展してしまうが、圧電薄膜に所定の表面保護膜を設けることで、圧電薄膜と表面保護膜との相互拡散を防ぎながら、圧電体の酸化および還元を防いで導電率の変化を抑制できる。
《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、圧電デバイスとしてＦ−ＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）を製造する例を用いて説明する。
図１は、本実施形態の圧電デバイスの製造フローを説明する図である。
図２〜４は、製造フローの各工程における模式図である。
本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、圧電デバイスとしてＦ−ＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）を製造する例を用いて説明する。
図１は、本実施形態の圧電デバイスの製造フローを説明する図である。
図２〜４は、製造フローの各工程における模式図である。
まず、イオン注入工程を実施し、図２（Ｓ１０１）に示すように、複数の圧電デバイスを切り出す前の広大な圧電単結晶体１に対して、主面１Ｂ（接合面１Ｂ）側から水素イオンを注入する。これにより、水素イオンが集中するイオン注入層１００を、圧電単結晶体１の接合面１Ｂから所定の深さの位置に形成する。この工程は、後述する熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好適には300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。このイオン注入に伴い、圧電単結晶体１におけるイオン注入層１００よりも接合面１Ｂ側の部位では、イオンの残留や自発分極の反転などによって圧電体が変質して圧電性が劣化する。
なお、ここでは圧電単結晶体１としてＬＴ基板を用い、水素イオンを、加速エネルギー１５０ＫｅＶで１．０×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ2のドーズ量によりイオン注入し、イオン注入層１００を接合面１Ｂから深さ約１μｍの位置に形成する。イオン注入層の深さはイオン注入時の加速エネルギーにより決定され、例えば、表面から約0.5umの深さをイオン注入層とするときには、加速エネルギーを75KeVにすればよい。また、圧電単結晶体１の材料はLT基板の他、LN（LiNbO3）、LBO（Li2B4O7）、ランガサイト（La3Ga5SiO14）、KN（KNbO3）などから適宜選択するとよい。また、圧電単結晶体１の材料に寄って適正な注入イオンの種類は異なり、水素イオンの他にヘリウムイオンやアルゴンイオンなどから適宜選択するとよい。
なお、ここでは圧電単結晶体１としてＬＴ基板を用い、水素イオンを、加速エネルギー１５０ＫｅＶで１．０×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ2のドーズ量によりイオン注入し、イオン注入層１００を接合面１Ｂから深さ約１μｍの位置に形成する。イオン注入層の深さはイオン注入時の加速エネルギーにより決定され、例えば、表面から約0.5umの深さをイオン注入層とするときには、加速エネルギーを75KeVにすればよい。また、圧電単結晶体１の材料はLT基板の他、LN（LiNbO3）、LBO（Li2B4O7）、ランガサイト（La3Ga5SiO14）、KN（KNbO3）などから適宜選択するとよい。また、圧電単結晶体１の材料に寄って適正な注入イオンの種類は異なり、水素イオンの他にヘリウムイオンやアルゴンイオンなどから適宜選択するとよい。
次に、図２（Ｓ１０２）に示すように、圧電単結晶体１の接合面１Ｂに下部機能電極５０、パッド電極５１および図示しない引き回し電極５２を形成し、それらを被覆する接合面保護膜２０を形成する。下部機能電極５０、パッド電極５１、および引き回し電極５２の材料は、例えばＷ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕなど、後述する熱処理処理工程の温度環境下において圧電体と相互に拡散を起こさない金属材料を選択する。接合面保護膜２０の材料は、例えばSiNなど、後述する熱処理工程で電極材料や圧電体と相互に拡散を起こさない非導電性材料を選択する。この工程は、後述する熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
なお、接合面保護膜２０の形成方法は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、Ｅ・Ｂ（電子ビーム）法等の蒸着法、イオンプレーティング法、溶射法、スプレー法、スピンコート法、スプレーコート法、およびディスペンス法等から、仕様および製造条件等に応じて適宜設定するとよい。
なお、接合面保護膜２０の形成方法は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、Ｅ・Ｂ（電子ビーム）法等の蒸着法、イオンプレーティング法、溶射法、スプレー法、スピンコート法、スプレーコート法、およびディスペンス法等から、仕様および製造条件等に応じて適宜設定するとよい。
次に、図２（Ｓ１０３）に示すように、接合面保護膜２０の表面に犠牲層７０を形成する。犠牲層７０の形成位置は、下部機能電極５０を覆い、後に圧電単結晶体１の圧電デバイス主機能部となって中空に支持される領域とする。犠牲層７０の材料は、下部機能電極５０および接合面保護膜２０とのエッチングレートが異なり、後に下部機能電極５０および接合面保護膜２０を残して犠牲層７０のみエッチング可能なもの、具体的にはＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、ＺｎＯ、Ｗ、Ｍｏ、ＳｉＯ２等から適宜設定する。この工程は、後述する熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
なお、犠牲層７０の材料が、接合面保護膜２０や圧電薄膜１０と相互に拡散を起こす材料である場合には、犠牲層７０の表面をさらにＳｉＮのような拡散を起こさない材料で被覆してもよい。また、犠牲層７０の形成方法は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、スピン塗布等から、仕様および製造条件等に応じて適宜設定するとよい。
なお、犠牲層７０の材料が、接合面保護膜２０や圧電薄膜１０と相互に拡散を起こす材料である場合には、犠牲層７０の表面をさらにＳｉＮのような拡散を起こさない材料で被覆してもよい。また、犠牲層７０の形成方法は、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、スピン塗布等から、仕様および製造条件等に応じて適宜設定するとよい。
次に、図２（Ｓ１０４）に示すように、接合面保護膜２０および犠牲層７０の表面に、メンブレン支持層３０を形成し、表面平坦化のためにＣＭＰ処理を実施する。メンブレン支持層３０の材料は例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどを用い、後にメンブレン支持層３０を残して犠牲層７０のみエッチング可能なものとする。この工程は、後述する熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
なお、メンブレン支持層３０の形成方法は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、Ｅ・Ｂ（電子ビーム）法等の蒸着法、イオンプレーティング法、溶射法、スプレー法、スピンコート法、スプレーコート法、およびディスペンス法等から、仕様および製造条件等に応じて適宜設定するとよい。
なお、メンブレン支持層３０の形成方法は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、Ｅ・Ｂ（電子ビーム）法等の蒸着法、イオンプレーティング法、溶射法、スプレー法、スピンコート法、スプレーコート法、およびディスペンス法等から、仕様および製造条件等に応じて適宜設定するとよい。
次に、図２（Ｓ１０５）に示すように、メンブレン支持層３０に、支持基板４０を清浄化接合により貼り合わせる。清浄化接合であれば、常温での接合が可能である。接合面保護膜２０、メンブレン支持層３０、支持基板４０は、本発明の支持体を構成する。この工程は、後述する熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
なお、支持基板４０の材料は、Ｓｉ、ガラス、圧電体基板などから適宜設定するとよい。
なお、支持基板４０の材料は、Ｓｉ、ガラス、圧電体基板などから適宜設定するとよい。
次に、図３（Ｓ１０６）に示すように、接合面保護膜２０、メンブレン支持層３０、支持基板４０、および圧電単結晶体１を接合してなる接合体を加熱し、イオン注入層１００を剥離面１Ａとして圧電単結晶体１から圧電薄膜１０を剥離し、剥離面１ＡをＣＭＰ処理等により研磨して表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように平坦化する。これにより、接合面保護膜２０、メンブレン支持層３０、支持基板４０、犠牲層７０、および圧電薄膜１０からなる複合基板１０１を形成する。この工程は、後述する熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
なお、圧電薄膜１０の剥離面１Ａの平坦化処理は、後の熱処理工程よりも後工程に実施しても良い。
なお、圧電薄膜１０の剥離面１Ａの平坦化処理は、後の熱処理工程よりも後工程に実施しても良い。
次に、図３（Ｓ１０７）に示すように、少なくとも圧電薄膜１０の圧電デバイス主機能部となる領域の剥離面１Ａ、好ましくは剥離面１Ａの全面に剥離面保護膜２５を形成する。次の熱処理工程で圧電薄膜１０との相互拡散を防ぐために、剥離面保護膜２５の材料は、圧電薄膜１０がLT基板であれば、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕなどを主として組成するとよい。また、剥離面保護膜２５の膜厚は100nm以上が好ましい。剥離面保護膜２５の形成方法は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、Ｅ・Ｂ（電子ビーム）法等の蒸着法、イオンプレーティング法、溶射法、スプレー法、スピンコート法、スプレーコート法、およびディスペンス法等から、仕様および製造条件等に応じて適宜設定するとよい。この工程は、後述する熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
次に熱処理工程を実施し、図３（Ｓ１０８）に示すように、複合基板１０１を加熱炉に入れて450〜600℃、ここでは500℃で約3h以上、加熱し、イオンの残留や結晶ひずみなどによって変質していた圧電薄膜１０の圧電性を回復させる。この工程を、真空、窒素、酸素、アルゴン、大気などの雰囲気に圧電薄膜１０が暴露した状態で行うと、圧電薄膜１０の酸化または還元が進展してしまうが、剥離面保護膜２５を設けているために雰囲気への圧電薄膜１０の暴露を防いで、圧電薄膜１０の酸化および還元の進展を防ぎ、そして、圧電薄膜１０の導電率の変化を進展させることなく熱処理を行える。なお、実製造試験で、圧電薄膜１０の導電率が熱処理後に1.0E-13〜1.0E-11Ω-1・m-1の範囲に収められ、特性劣化および電極の静電破壊が発生しないことを確認している。
次に、図示しない再分極工程を実施する（Ｓ１０９）。接合面保護膜２０または犠牲層７０と剥離面保護膜２５とが金属材料であれば、それらの間に電界を印加して圧電薄膜１０を再分極する。これにより、イオン注入時に反転した自発分極が回復して圧電薄膜１０の圧電性が回復する。なお、この再分極工程はどのような温度環境下で行っても良いが、圧電薄膜１０の抗電界は室温での≧22kV/mmから加熱により低下していくので、熱処理工程と同じ500℃程度で低電圧（100V以下）を印加することで再分極を実現すると好適である。
次に、図３（Ｓ１１０）に示すように、剥離面保護膜２５をエッチング等によりパターニングし、下部機能電極５０に対向する上部機能電極６０、パッド電極６１、および図示しない引き回し電極６２を形成する。この工程は、上記熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
次に、図４（Ｓ１１１−１）に示すように、圧電薄膜１０に対してエッチングを施し、圧電薄膜１０に開口１１Ａ〜１１Ｃを形成する。ここでは、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストをパターニングし、RIE法によって圧電薄膜１０をエッチングすることで開口１１Ａ〜１１Ｃを形成した。開口１１Ａ，１１Ｂは犠牲層７０に到達する位置に形成し、開口１１Ｃはパッド電極５１に到達する位置に形成する。この工程は、上記熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
次に、図４（Ｓ１１１−１）に示すように、圧電薄膜１０に対してエッチングを施し、圧電薄膜１０に開口１１Ａ〜１１Ｃを形成する。ここでは、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストをパターニングし、RIE法によって圧電薄膜１０をエッチングすることで開口１１Ａ〜１１Ｃを形成した。開口１１Ａ，１１Ｂは犠牲層７０に到達する位置に形成し、開口１１Ｃはパッド電極５１に到達する位置に形成する。この工程は、上記熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
次に、図４（Ｓ１１１−２）に示すように、開口１１Ｃ内に電極を形成するとともに、圧電薄膜１０の剥離面１Ａにパッド電極６４を形成する。この工程は、上記熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
次に、図４（Ｓ１１１−３）に示すように、開口１１Ａ，１１Ｂをエッチャントの導入孔として、犠牲層７０をエッチングにより除去し、メンブレン空間７１を形成する。そして、開口１１Ａ〜１１Ｃの形成に用いたレジストを剥離し、洗浄および乾燥を行う。この工程は、上記熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
次に、図４（Ｓ１１２）に示すように、圧電薄膜１０における、圧電デバイス主機能部となって中空に支持される領域を除く剥離面１Ａの外周部に、底面部８０およびハンダバンプ８１を形成し、複合基板をチップサイズに個片化して複数の圧電デバイス（Ｆ−ＢＡＲ）を製造する。この工程は、上記熱処理工程の温度よりも低温、具体的には350℃以下、より好ましくは300℃以下の温度環境下で実施し、圧電体の酸化および還元が進展することを防ぐ。
以上の製造フローによって複数の圧電デバイスを形成することで、圧電薄膜１０における圧電性を回復させても、圧電薄膜１０の導電性が劣化することがない。これにより、優れた特性の圧電デバイスを製造することが可能になる。
なお、上述の工程を流用して、Ｆ−ＢＡＲの他の圧電デバイス、表面弾性波デバイス、板波デバイス、境界波デバイス、ジャイロ、ＲＦスイッチ、焦電デバイスなどを制作することも可能である。
《第２の実施形態》
本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、圧電デバイスとしてＦ−ＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）を製造する例を用いて説明する。製造方法の詳細については、特徴箇所のみ説明し、第１の実施形態と同じ工程は説明を簡略化する。
図５は、本実施形態の圧電デバイスの製造フローを説明する図である。
本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、圧電デバイスとしてＦ−ＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）を製造する例を用いて説明する。製造方法の詳細については、特徴箇所のみ説明し、第１の実施形態と同じ工程は説明を簡略化する。
図５は、本実施形態の圧電デバイスの製造フローを説明する図である。
まず、イオン注入工程を実施し、複数の圧電デバイスを切り出す前の広大な圧電単結晶体に対して、接合面側から水素イオンを注入する（Ｓ２０１）。これにより、水素イオンが集中するイオン注入層を、圧電単結晶体の接合面から所定の深さの位置に形成する。
次に、圧電単結晶体の接合面に下部機能電極、パッド電極および引き回し電極を形成する（Ｓ２０２）。
次に、接合面保護膜の表面に犠牲層を形成する（Ｓ２０３）。
次に、圧電薄膜および犠牲層の表面に、メンブレン支持層を形成し、表面平坦化のためにＣＭＰ処理を実施する（Ｓ２０４）。下部機能電極、パッド電極、引き回し電極、犠牲層、およびメンブレン支持層の材料は、圧電薄膜と相互に拡散を起こさない材料とする。
次に、メンブレン支持層に、支持基板を清浄化接合により貼り合わせる（Ｓ２０５）。
次に、メンブレン支持層、支持基板、および圧電単結晶体を接合してなる接合体を加熱し、イオン注入層を剥離面として圧電単結晶体から圧電薄膜を剥離し、剥離面をＣＭＰ処理等により研磨して表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように平坦化する（Ｓ２０６）。
次に、少なくとも圧電薄膜の圧電デバイス主機能部となる領域の剥離面、好ましくは剥離面の全面に剥離面保護膜を形成する（Ｓ２０７）。次の熱処理工程で圧電薄膜との相互拡散を防ぐために、剥離面保護膜の材料は、圧電薄膜がLT基板であれば、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、ＳｉＮなどを主として組成する。
次に熱処理工程を実施し、複合基板１０１を加熱炉に入れて450〜600℃、ここでは500℃で約3h以上、加熱し、イオンの残留や結晶ひずみなどによって変質していた圧電薄膜の圧電性を回復させる（Ｓ２０８）。
次に、剥離面保護膜を除去する（Ｓ２０９）。
次に、圧電薄膜の剥離面に、下部機能電極に対向する上部機能電極、パッド電極、および引き回し電極を形成する（Ｓ２１０）。
次に、圧電薄膜に開口を形成し、エッチャントの導入孔として犠牲層をエッチングにより除去し、メンブレン空間を形成する（Ｓ２１１）。
次に、圧電薄膜における、ハンダバンプを形成し、複合基板をチップサイズに個片化して複数の圧電デバイス（Ｆ−ＢＡＲ）を製造する。
以上の製造フローでは、剥離面保護膜を熱処理工程での圧電薄膜の被覆の他に流用することがなく、流用に伴う材料の制約が抑制される。なお、剥離面保護膜の除去後に、分極工程などを採用するようにしてもよい。
《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、圧電デバイスとして境界波デバイスを製造する例を用いて説明する。製造方法の詳細については、特徴箇所のみ説明し、第１の実施形態や第２の実施形態と同じ工程は説明を簡略化する。
次に、本発明の第３の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、圧電デバイスとして境界波デバイスを製造する例を用いて説明する。製造方法の詳細については、特徴箇所のみ説明し、第１の実施形態や第２の実施形態と同じ工程は説明を簡略化する。
図６は、本実施形態の圧電デバイスの製造フローを説明する図である。
まず、イオン注入工程を実施し、複数の圧電デバイスを切り出す前の広大な圧電単結晶体に対して、接合面側から水素イオンを注入し、イオン注入層を形成する（Ｓ３０１）。
次に、圧電単結晶体の接合面に接合面保護膜を形成し、表面平坦化のためにＣＭＰ処理を実施する（Ｓ３０２）。
次に、接合面保護膜に、支持体を清浄化接合により貼り合わせる（Ｓ３０３）。
次に、接合面保護膜、支持体、および圧電単結晶体からなる接合体を加熱し、イオン注入層を剥離面として圧電単結晶体から圧電薄膜を剥離し、剥離面をＣＭＰ処理等により研磨して表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように平坦化する（Ｓ３０４）。
次に、少なくとも圧電薄膜の圧電デバイス主機能部となる領域の剥離面、好ましくは剥離面の全面に剥離面保護膜を形成する（Ｓ３０５）。
次に熱処理工程を実施し、複合基板を加熱炉に入れて450〜600℃、ここでは500℃で約3h以上、加熱し、イオンの残留や結晶ひずみなどによって変質していた圧電薄膜の圧電性を回復させる（Ｓ３０６）。この工程を、真空、窒素、酸素、アルゴン、大気などの雰囲気に圧電薄膜が暴露した状態で行うと、圧電薄膜の酸化または還元が進展してしまうが、剥離面保護膜を設けているために雰囲気への圧電薄膜の暴露を防いで、圧電薄膜の導電率の変化を進展させることなく、熱処理を行える。
次に、複合基板から接合面保護膜を除去する（Ｓ３０７）。
次に、圧電薄膜の剥離面に、上部機能電極（ＩＤＴ電極）、パッド電極、および引き回し電極を形成する（Ｓ３０８）。
次に、圧電薄膜の剥離面に誘電体を接合する（Ｓ３０９）。
次に、複合基板をチップサイズに個片化して複数の境界波デバイスを製造する（Ｓ３１０）。
以上の製造フローによって複数の境界波デバイスを形成することで、圧電薄膜における圧電性を回復させても、圧電薄膜の導電性劣化が抑えられる。これにより、優れた特性の境界波デバイスを製造することが可能になる。
《第４の実施形態》
次に、本発明の第４の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、圧電デバイスとして板波デバイスを製造する例を用いて説明する。製造方法の詳細については、特徴箇所のみ説明し、第１〜第３の実施形態と同じ工程は説明を簡略化する。
次に、本発明の第４の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について、圧電デバイスとして板波デバイスを製造する例を用いて説明する。製造方法の詳細については、特徴箇所のみ説明し、第１〜第３の実施形態と同じ工程は説明を簡略化する。
図７は、本実施形態の圧電デバイスの製造フローを説明する図である。
まず、イオン注入工程を実施し、複数の板波デバイスを切り出す前の広大な圧電単結晶体に対して、接合面側から水素イオンを注入し、イオン注入層を形成する（Ｓ４０１）。
次に、圧電単結晶体の接合面に、支持体を清浄化接合により貼り合わせる（Ｓ４０２）。
次に、支持体、および圧電単結晶体からなる接合体を加熱し、イオン注入層を剥離面として圧電単結晶体から圧電薄膜を剥離し、剥離面をＣＭＰ処理等により研磨して表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように平坦化する（Ｓ４０３）。
次に、少なくとも圧電薄膜の圧電デバイス主機能部となる領域の剥離面、好ましくは剥離面の全面に剥離面保護膜を形成する（Ｓ４０４）。
次に熱処理工程を実施し、複合基板を加熱炉に入れて450〜600℃、ここでは500℃で約3h以上、加熱し、イオンの残留や結晶ひずみなどによって変質していた圧電薄膜の圧電性を回復させる（Ｓ４０５）。
次に、接合面保護膜をパターニングして、上部機能電極（ＩＤＴ電極）、パッド電極、および引き回し電極を形成する（Ｓ４０６）。
次に、複合基板をチップサイズに個片化して複数の板波デバイスを製造する（Ｓ４０７）。
以上の製造フローによって複数の板波デバイスを形成することで、圧電薄膜における圧電性を回復させても、圧電薄膜の導電性劣化が抑えられる。これにより、優れた特性の板波デバイスを製造することが可能になる。
１…圧電単結晶体
１Ａ…剥離面
１Ｂ…接合面
１０…圧電薄膜
１００…イオン注入層
１０１…複合基板
１１Ａ〜１１Ｃ…開口
２０…接合面保護膜
２５…剥離面保護膜
３０…メンブレン支持層
４０…支持基板
５０…下部機能電極
６０…上部機能電極
５１，６１，６４…パッド電極
５２，６２…引き回し電極
７０…犠牲層
７１…メンブレン空間
８０…底面部
８１…ハンダバンプ
１Ａ…剥離面
１Ｂ…接合面
１０…圧電薄膜
１００…イオン注入層
１０１…複合基板
１１Ａ〜１１Ｃ…開口
２０…接合面保護膜
２５…剥離面保護膜
３０…メンブレン支持層
４０…支持基板
５０…下部機能電極
６０…上部機能電極
５１，６１，６４…パッド電極
５２，６２…引き回し電極
７０…犠牲層
７１…メンブレン空間
８０…底面部
８１…ハンダバンプ
Claims (7)
- 圧電単結晶体にイオンを注入するイオン注入工程と、
前記圧電単結晶体のイオン注入面に支持体を接合する接合工程と、
加熱により前記圧電単結晶体から圧電薄膜を剥離する剥離工程と、
前記圧電薄膜の剥離面を剥離面保護膜で被覆する被覆工程と、
前記剥離面保護膜を被覆した前記圧電薄膜を熱処理する熱処理工程と、を備え、
前記被覆工程は、前記剥離面保護膜として前記熱処理工程で前記圧電薄膜との相互拡散を防ぐ材料を用い、
前記熱処理工程は、前記イオンが前記圧電薄膜から脱離する温度環境下で実施する、圧電デバイスの製造方法。 - 圧電単結晶体にイオンを注入するイオン注入工程と、
前記圧電単結晶体のイオン注入面に支持体を接合する接合工程と、
加熱により前記圧電単結晶体から圧電薄膜を剥離する剥離工程と、
前記圧電薄膜の剥離面を剥離面保護膜で被覆する被覆工程と、
前記剥離面保護膜を被覆した前記圧電薄膜を熱処理する熱処理工程と、を備え、
前記被覆工程は、前記剥離面保護膜として前記熱処理工程で前記圧電薄膜との相互拡散を防ぐ材料を用い、
前記熱処理工程は、前記圧電薄膜における結晶のひずみが開放される温度環境および加熱時間で実施する、圧電デバイスの製造方法。 - 前記熱処理工程よりも前工程は、雰囲気による前記圧電単結晶体の酸化・還元の進展が抑制される温度環境下で実施する、請求項１又は２に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記接合工程の前に前記圧電単結晶体と前記支持体との接合面となる位置に接合面保護膜を形成する工程を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記支持体の前記圧電単結晶体に接合する領域に、前記熱処理工程の熱環境下で前記圧電薄膜と相互に拡散を起こさない材料を用いる、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記熱処理工程の後に導電性材料からなる剥離面保護膜をパターニングして圧電デバイスの機能電極とするパターニング工程を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記熱処理工程の後に導電性材料からなる剥離面保護膜と接合面保護膜との間に再分極電界を印加する再分極工程を備える、請求項１〜６のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009268867A JP5370100B2 (ja) | 2009-11-26 | 2009-11-26 | 圧電デバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009268867A JP5370100B2 (ja) | 2009-11-26 | 2009-11-26 | 圧電デバイスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011114563A JP2011114563A (ja) | 2011-06-09 |
| JP5370100B2 true JP5370100B2 (ja) | 2013-12-18 |
Family
ID=44236583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009268867A Active JP5370100B2 (ja) | 2009-11-26 | 2009-11-26 | 圧電デバイスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5370100B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112542379B (zh) * | 2020-12-09 | 2022-11-08 | 济南晶正电子科技有限公司 | 一种薄膜图形化工艺方法、复合薄膜及电子元器件 |
| CN115207206B (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-06 | 济南晶正电子科技有限公司 | 一种近化学计量比复合薄膜及其制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4379943B2 (ja) * | 1999-04-07 | 2009-12-09 | 株式会社デンソー | 半導体基板の製造方法および半導体基板製造装置 |
| JP2003017967A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-17 | Toshiba Corp | 弾性表面波素子及びその製造方法 |
| US8049253B2 (en) * | 2007-07-11 | 2011-11-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2009065136A (ja) * | 2007-08-16 | 2009-03-26 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体基板の作製方法 |
| US8067793B2 (en) * | 2007-09-27 | 2011-11-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device including storage capacitor with yttrium oxide capacitor dielectric |
| EP2226934B1 (en) * | 2007-12-25 | 2016-11-30 | Murata Manufacturing Co. Ltd. | Composite piezoelectric substrate manufacturing method |
-
2009
- 2009-11-26 JP JP2009268867A patent/JP5370100B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2011114563A (ja) | 2011-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5569537B2 (ja) | 圧電デバイスの製造方法 | |
| US10424716B2 (en) | Method for producing piezoelectric device | |
| KR101148587B1 (ko) | 복합 압전 기판의 제조 방법 | |
| JP4743258B2 (ja) | 圧電デバイスの製造方法 | |
| JP5429200B2 (ja) | 複合圧電基板の製造方法および圧電デバイス | |
| JP5510465B2 (ja) | 圧電デバイス、圧電デバイスの製造方法 | |
| JP5522263B2 (ja) | 圧電デバイス、圧電デバイスの製造方法 | |
| JP5796316B2 (ja) | 圧電デバイスの製造方法 | |
| JP5370100B2 (ja) | 圧電デバイスの製造方法 | |
| JP5682201B2 (ja) | 圧電デバイスの製造方法 | |
| JP2011124738A (ja) | 圧電デバイスの製造方法 | |
| JP5413025B2 (ja) | 複合基板の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120925 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130711 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130820 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130902 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5370100 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |