JP7291219B2 - 音響波共振器を作製するための複合基板、および表面音響波共振器および作製方法 - Google Patents
音響波共振器を作製するための複合基板、および表面音響波共振器および作製方法 Download PDFInfo
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Description
背向する第1表面と、第2表面とを含む基板を提供するステップと、
前記第1表面に、前記第2表面に向かって凹む第1トレンチを形成するステップと、
前記第1トレンチに嵌入された圧電片を提供するステップであって、前記圧電片は、前記第1トレンチの形状と合致し、結合方法により前記第1トレンチの底面と前記圧電片とを結合するステップとを含む音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法が提供される。
前記複合基板を提供するステップと、前記圧電片の頂面に、第1インターデジタル変換器および第2インターデジタル変換器を形成するステップとを含む、前記複合基板を用いた表面音響波共振器の作製方法がさらに提供される。
背向する第1表面と、第2表面とを含み、前記第1表面に前記第2表面に向かって凹む第1トレンチが設けられる基板と、
前記第1トレンチに嵌入され、前記基板と結合する圧電片であって、頂面が前記第1表面よりも高く、又は前記第1表面と面一となる圧電片とを含む音響波共振器を作製するための複合基板がさらに提供される。
前記複合基板を含む表面音響波共振器がさらに提供される。
圧電片を第1トレンチに嵌入することで、第1トレンチの側壁が圧電片の移動を阻止し、圧電片の脱落を防止することができ、結合強度を向上させる。第1トレンチは、圧電片の横方向変形を制限し、圧電片の変形による破砕リスクを低減することもできる。また、現在、表面音響波共振器を作製するのは、圧電片を同じサイズのシリコンウェハに結合するのが一般的であり、シリコンウェハの仕様は、典型的には、12インチ、8インチ、6インチがあり、シリコンウェハの生産ラインが8インチのラインであれば、8インチの圧電片を採用し、6インチの圧電片に対して6インチの生産ラインに適用し、すなわち、8インチのラインにおいて6インチの圧電片を利用できない。本発明は、圧電片の仕様が一定である場合、異なる仕様の生産ラインに適応することが可能である。
さらに、結合層として二酸化ケイ素、ケイ素、窒化ケイ素を用いて、圧電片または第1トレンチの底部に堆積することにより直接形成することができ、半導体プロセスに適用することができ、また、二酸化ケイ素層は、圧電片の温度補償層として機能することもできる。
さらに、第1トレンチの底部に応力緩衝層、応力補償層が形成され、応力補償層は、結合層の応力を打ち消し合うために用いられ、応力緩衝層は、応力補償層と基板応力との差が大きいという問題を解決し、また、応力緩衝層と応力補償層は、音響波反射機能も備え、音響波を圧電片内へ反射させ、音響波エネルギーの損失を低減することができる。
さらに、第1トレンチの底部に複数の突起を設け、圧電片の底面に突起と合致する第2トレンチを設けることで、一方、圧電片と基板との結合強度を増加させることができ、他方、突起の高さが第1表面よりも少し高い場合には、突起を研磨停止層として機能することができ、圧電片の厚さの制御に有利である。
さらに、圧電材料が比較的脆く、切断時に破裂しやすく、材料が誘電体層やケイ素である突起を切断トラック上に分布させる場合には、切断時に圧電材料を避け、窒化ケイ素やケイ素材料などの誘電体材料を切断することにより、圧電基板を切断するときの破裂問題を解決することができる。
図面はすべて、本発明の実施例を容易かつ明白に説明するために、非常に簡略化された形で非正確な割合を用いているが、本発明の実施例は、図に示される領域の特定形状だけに限定されないことを理解されたい。
「下に」「下方に」「下方の」「の下に」、「の上に」「上方の」などの空間関係用語は、図面に示す1つの素子または特性と他の素子または特性との関係を容易に説明するためのものである。空間関係用語は、図面に示す配向に加えて、使用および動作中のデバイスの異なる配向を含むことを意図することを了解されたい。例えば、図面に示すデバイスを反転すると、次に、「他の素子の下の方にある」または「その下の」または「その下にある」素子または特性は、他の素子または特性「上」に配向されると記載する。したがって、例示的な用語「下方に」と「下に」は、上と下の2つの配向を含むことができる。デバイスは、付加的に配向(90度回転または他の配向)することができ、本明細書で使用される空間記述語もそれに応じて解釈される。
本明細書で使用される用語は、特定の諸実施例を説明するためのみのものであって、本発明を限定することは意図されていない。本明細書で使用される場合、単数形式の「一」、「1つ」および「前記/該」も、文脈では別の方法を特に指摘しない限り、複数の形態を含むことが意図される。用語「構成」および/または「含む」は、本明細書で使用される場合、特性、整数、ステップ、動作、素子、および/または構成部品の存在を特定するが、一つ以上の他の特性、整数、ステップ、工程、素子、構成部品、および/またはその集合の存在または追加を除外しないことが認識されるべきである。本明細書で使用される場合、用語「および/または」は、関連する列挙された項目の任意およびすべての組み合わせを含む。
本明細書に記載の方法が一連のステップを含み、本明細書に示されるこれらのステップの順序は、必ずしもこれらのステップを実行できる唯一の順序ではなく、一部の前記ステップを省略してもよく、及び/または、本明細書に説明されていない一部の他のステップを該方法に追加してもよい。ある図面における部材が他の図面における部材と同じであるが、すべての図面からこれらの部材を容易に認識できるが、図面の説明を明瞭にするために、本明細書は、すべての同じ部材の符号を各図にマーキングすることない。
図1は、本発明に係る複合基板の作製方法のフローチャートであり、図1を参照すると、該方法は、対向する第1表面と、第2表面とを含む基板を提供するステップであって、第1表面に第2表面に向かって凹む第1トレンチを形成するステップS01と、圧電片を提供するステップであって、圧電片は、第1トレンチの形状と合致し、結合方法により第1トレンチの底面と圧電片とを結合するステップS02とを含む。圧電片を第1トレンチに嵌入することで、第1トレンチの側壁が圧電片の移動を阻止し、圧電片の脱落を防止することができ、結合強度を向上させる。第1トレンチは、圧電片の横方向変形を制限し、圧電片の変形による破砕リスクを低減することもできる。また、現在、表面音響波共振器を作製するのは、圧電片を同じサイズのシリコンウェハに結合するのが一般的であり、シリコンウェハの仕様は、典型的には、12インチ、8インチ、6インチがあり、シリコンウェハの生産ラインが8インチのラインであれば、8インチの圧電片を採用し、6インチの圧電片に対して6インチの生産ラインに適用し、すなわち、8インチのラインにおいて6インチの圧電片を利用できない。本発明は、圧電片の仕様が一定である場合、異なる仕様の生産ラインに適応することが可能である。
以下、図2~図8を参照しながら、複合基板の作製方法についてさらに詳細に説明する。図2~図8は、本発明の第1実施例に係る複合基板の作製方法の各ステップに対応する構成図である。
本実施例は、第1トレンチの底面に突起が形成され、圧電片の底面に第2トレンチが形成されるか、または、第1トレンチの底面に第2トレンチが形成され、圧電片の底面に突起が形成され、突起は、第2トレンチの形状と合致し、複合基板の非デバイス領域に位置し、圧電片を第1トレンチに嵌入すると、第2トレンチと突起とが係合する点で、第一実施例とは異なる。
本発明第三実施例によれば、複合基板がさらに提供される。図8は、本発明一実施例に係る複合基板の構造概略図であり、図8を参照すると、該複合基板は、基板10と、圧電片20とを含み、基板10は、対向する第1表面と、第2表面とを含み、第1表面に第2表面に向かって凹む第1トレンチが設けられ、圧電片20は、第1トレンチに嵌入して基板10と結合し、その頂面が第1表面よりも高いか、または複合基板表面と平面である。本実施例では、複合基板の表面は平面である。結合方法は、共有結合、接着結合、溶融結合のうちの1つを含む。具体的な結合方法の説明については方法部分に関連する記載を参照されたい。
本発明第四実施例によれば、表面音響波共振器の作製方法がさらに提供される。
当該方法は、複合基板を提供するステップと、圧電片の頂面に、第1インターデジタル変換器および第2インターデジタル変換器を形成するステップとを含む。一実施例では、複合基板に音響反射構造を形成し、音響反射構造によって囲まれた領域の上方に、第1インターデジタル変換器および第2インターデジタル変換器を形成する。一実施例では、音響反射構造が第1キャビティであり、第1キャビティを形成するステップは、基板の第2表面にエッチングプロセスにより第1キャビティを形成するステップであって、第1キャビティの底部は、圧電片の第2表面または第2結合層または第1結合層を露出させるステップと、基板の第2表面に結合して第1キャビティを封止する第2基板を提供するステップと、を含む。第1キャビティを形成するステップ前に、基板の厚さを0.5~5μmになるように基板の第2表面を薄くするステップをさらに含み、第2基板の厚さが300~500μmである。他の実施例では、音響反射構造がブラッグ反射層であり、ブラッグ反射層を形成するステップは、基板の第2表面にエッチングプロセスにより第2キャビティを形成するステップであって、第2キャビティの底部は、圧電片の底面または第1結合層または第2結合層を露出させるステップと、第2キャビティの底部に、少なくとも2組の交差する第1音響インピーダンス層および第2音響インピーダンス層を形成するステップとを含み、ここで、第1音響インピーダンス層の硬度は、第2音響インピーダンス層の硬度よりも高く、第1音響インピーダンス層の材料は、タングステンを含む金属または炭化ケイ素、金剛石を含む誘電体から構成され、第2音響インピーダンス層は、酸化ケイ素または窒化ケイ素を含む。
101 第1トレンチ
11 応力緩衝層
12 応力補償層
13 第1結合層
20 圧電片
21 第2結合層
30 突起
31 第2トレンチ
Claims (36)
- 音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法であって、
背向する第1表面と、第2表面とを含む基板を提供するステップと、
前記第1表面に、前記第2表面に向かって凹む第1凹部を形成するステップと、
前記第1凹部に嵌入された圧電片を提供するステップであって、前記圧電片は、前記第1凹部の形状と合致し、結合方法により前記第1凹部の底面と前記圧電片とを結合するステップとを含み、
前記圧電片は、外側壁が前記第1凹部の内側壁によって取り囲まれるように前記第1凹部に嵌合され、前記第1凹部の底面と前記圧電片の底面とが結合され、
前記第1凹部の底面と前記圧電片の底面とが結合された状態では、前記圧電片は、前記複合基板の平面視にて、外形が前記第1凹部の形状と合致する、
ことを特徴とする音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 前記結合方法は、共有結合、接着結合、溶融結合のうちの1つを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記結合方法が前記接着結合であり、前記接着結合は、前記第1凹部および/または前記圧電片の底面に接着剤を形成し、前記接着剤を用いて前記基板と、前記圧電片とを結合するステップを含む、または、
前記結合方法が前記溶融結合であり、前記溶融結合は、前記第1凹部に第1結合層を形成し、および/または前記圧電片の底面に第2結合層を形成し、前記第1結合層および/又は前記第2結合層を介して前記基板と、前記圧電片とを結合するステップを含む、ことを特徴とする請求項2に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 前記結合方法が前記溶融結合であり、前記第1結合層および/または第2結合層の材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリシリコンまたは金属を含む、ことを特徴とする請求項3に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 結合を行うステップ前に、前記第1凹部の底面および/または前記圧電片の底面に音響波反射層を形成するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記音響波反射層が、単層フィルム層または多層フィルム層である、ことを特徴とする請求項5に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記音響波反射層の材料は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、モリブデン、アルミニウム、タングステン、タリウム、カリウムのうちの少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項5に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記結合を行うステップ前に、前記第1凹部の底面に応力緩衝層を形成するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記応力緩衝層上に応力補償層を形成するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項8に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記基板がシリコン基板であり、
前記応力緩衝層が酸化ケイ素であり、
前記応力補償層が窒化ケイ素である、ことを特徴とする請求項9に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 結合を行うステップ前に、まず、前記第1凹部の底面に音響波反射層を形成し、続いて応力緩衝層、応力補償層を形成し、
または、前記第1凹部の底面に前記応力緩衝層、前記応力補償層を形成した後に、前記音響波反射層を形成し、
または、前記第1凹部に前記応力緩衝層、前記応力補償層を形成し、前記応力緩衝層、前記応力補償層の少なくとも一方を前記音響波反射層とする、ことを特徴とする請求項1に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 前記第1凹部の底面に突起を形成し、前記圧電片の底面に第2凹部を形成し、または、前記第1凹部の底面に前記第2凹部を形成し、前記圧電片の底面に前記突起を形成するステップと、
前記突起を、複合基板の非デバイス領域に位置するように前記第2凹部の形状と合致させ、前記圧電片を前記第1凹部に嵌入するとき、前記第2凹部と前記突起とを係合させるステップとをさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 前記突起を形成するステップは、前記第1凹部の底面または前記圧電片の底面をパターニングして前記突起を形成するステップと、
または、前記第1凹部の底面または前記圧電片の底面に誘電体層またはポリシリコン層を形成し、前記誘電体層または前記ポリシリコン層をエッチングして前記突起を形成するステップを含む、ことを特徴とする請求項12に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 前記突起を前記第1凹部の底面に形成し、前記突起を形成する前または後に、前記第1凹部に応力緩衝層、応力補償層、および/または音響波反射層を形成する、ことを特徴とする請求項12に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記圧電片の頂面を前記基板よりも高くし、前記圧電片を前記基板に結合した後、前記圧電片を研磨薄化するステップと、
前記突起を前記第1凹部の底面に形成し、前記突起を研磨薄化の研磨停止層とし、または、前記突起の頂面に前記研磨停止層を形成するステップとをさらに含む、ことを特徴とする請求項12に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 前記突起を前記第1凹部の底面に形成し、
前記突起は、材質が誘電体層またはケイ素であり、切断トラック上に分布されるストライプ状構造である、ことを特徴とする請求項12に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 前記突起の頂面を前記第1表面よりも高く又は前記第1表面と面一とし、かつ前記突起の頂面は前記圧電片で覆われていない、ことを特徴とする請求項16に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記応力緩衝層、前記応力補償層の厚さが、それぞれ0.08μm~1μmであり、0.08μm~1μmである、ことを特徴とする請求項9に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記第1結合層または前記第2結合層の厚さが0.3μm~10μmである、ことを特徴とする請求項4に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記基板と前記圧電片とを結合した後に、前記圧電片の頂面を前記第1表面よりも高く又は前記第1表面と面一とする、ことを特徴とする請求項1に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。
- 前記圧電片の頂面が前記第1表面よりも高く、
前記圧電片の上面を前記複合基板の上面と面一となるように薄化するステップを含み、
薄化するステップは、
前記圧電片の頂面を機械的に研磨し、前記圧電片を25μm~35μmまでに薄化するステップと、
化学機械粗研磨を用いて、前記圧電片を4μm~6μmまでに薄化するステップと、
化学機械研磨を用いて、前記圧電片を0.6μm~0.7μmまでに薄化するステップと、
イオンビームトリミングプロセスにより前記圧電片の上面をトリミングするステップであって、トリミングされた前記圧電片の表面の厚さの均一性を2%未満とするステップとをさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 前記圧電片の頂面をイオンビームトリミングした後に、
前記圧電片の結晶格子損傷を修復するように、炉心管やレーザ光を用いて前記圧電片をアニール処理するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項21に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 前記圧電片の材料は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを含み、
前記圧電片は、単結晶である、ことを特徴とする請求項1に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法。 - 表面音響波共振器の作製方法であって、
請求項1~23のいずれか一項に記載の音響波共振器を作製するための複合基板の作製方法により前記複合基板を作製するステップと、
前記圧電片の頂面に、第1インターデジタル変換器および第2インターデジタル変換器を形成するステップとを含む、ことを特徴とする表面音響波共振器の作製方法。 - 背向する第1表面と、第2表面とを含み、前記第1表面に前記第2表面に向かって凹む第1凹部が設けられる基板と、
外側壁が前記第1凹部の内側壁によって取り囲まれるように前記第1凹部に嵌合され、底面が前記基板の前記第1凹部の底面と結合された圧電片であって、頂面が前記第1表面よりも高く、又は前記第1表面と面一となる圧電片とを含み、
前記第1凹部の底面と前記圧電片の底面とが結合された状態では、前記圧電片は、複合基板の平面視にて、外形が前記第1凹部の形状と合致する、
ことを特徴とする音響波共振器を作製するための複合基板。 - 前記圧電片と前記基板との間において、前記第1凹部上に順次位置する応力緩衝層および応力補償層を有し、
および/または、前記圧電片と前記基板との間に、音響波反射層を有する、ことを特徴とする請求項25に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。 - 前記圧電片と前記基板との間に、前記第1凹部上に順次位置する応力緩衝層および応力補償層を有し、
前記応力緩衝層、前記応力補償層のうちの少なくとも1つを音響波反射層とする、ことを特徴とする請求項25に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。 - 前記音響波反射層の材料は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、モリブデン、アルミニウム、タングステン、タリウム、カリウムのうちの少なくとも1つを含み、
前記基板がシリコン基板であり、
前記応力緩衝層が酸化ケイ素であり、
前記応力補償層が窒化ケイ素または炭化ケイ素である、ことを特徴とする請求項26または27に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。 - 前記第1凹部の底面、前記圧電片の底面のうちのいずれか一方には複数の突起を有し、いずれか他方には前記突起と係合する第2凹部を有し、
前記突起は、前記第2凹部に係合し、
前記突起と前記第2凹部とは、前記複合基板の非デバイス領域に位置する、ことを特徴とする請求項25に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。 - 前記突起は、前記第1凹部の底面に形成され、材質が誘電体層またはポリシリコンであり、
前記突起は、切断トラック上に分布されるストライプ状構造である、ことを特徴とする請求項29に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。 - 前記突起の頂面は、前記第1表面よりも高く、または前記第1表面と面一となり、前記圧電片で覆われていない、ことを特徴とする請求項30に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。
- 前記応力補償層の厚さが0.08μm~1μmであり、
前記応力緩衝層の厚さが0.08μm~1μmである、ことを特徴とする請求項27または28に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。 - 前記圧電片の材料は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを含み、
前記圧電片は、単結晶である、ことを特徴とする請求項25に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。 - 前記基板は、音響反射構造を含む、ことを特徴とする請求項25に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。
- 前記音響反射構造は、キャビティまたはブラッグ反射層を含む、ことを特徴とする請求項34に記載の音響波共振器を作製するための複合基板。
- 請求項25~35のいずれか一項に記載の音響波共振器を作製するための複合基板を含む、ことを特徴とする表面音響波共振器。
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