KR100434616B1 - 압전 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

경제적이고 효과적으로 높은 부식 저항 전극을 포함하고 우수하고 안정된 전기 특서을 가지는 압전 소자를 제조하는 방법은 미리 보호막을 형성하지 않아도 절단하는 것으로 실행될 수 있다. 본 방법에 따르면, 웨이퍼는 압전 재료로 제조된 압전 기판에 배열된 Al 합금을 함유하는 전극을 가짐으로서 형성된다. 상기 웨이퍼는 할로겐 함유 가스를 사용한 플라즈마에 노출되고, 절단수가 웨이퍼를 냉각하면서 절단된다. 절단수는 Al과 반응하여 Al 합금을 포함하는 전극의 표면에 보호막을 형성하는 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.

Description

압전 소자의 제조 방법{Method of manufacturing piezoelectric device}

본 발명은 탄성 표면파 장치와 같은 압전 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하면, 압전 기판에 Al 이나 Al 합금을 함유한 전극을 가진 웨이퍼(wafer)를 절단하여 개별 압전 소자의 제조하는 방법의 개선에 관한 것이다.

탄성 표면파 장치와 같은 압전 소자를 제조하는데, 먼저 머더 웨이퍼(mother wafer)를 준비하고 절단하여, 개별 압전 소자를 얻음으로서 대량 생산성을 개선한다. 더 상세하게, Al 이나 Al 합금으로 제조된 전극은 압전 물질로 이루어진 압전 기판에 형성되어 웨이퍼를 형성하고, 개별 압전 소자는 웨이퍼를 절단함으로서 얻는다.

웨이퍼를 절단할 때, 절단수를 사용하여 웨이퍼를 냉각하는 동안에 웨이퍼를 절단하는 방법이 일반적이다. 그러나, 압전 재료에서부터의 파편 및 먼지가 절단 중에 압전 기판에서 발생되어, 압전 재료의 파편이 전극 표면에 달라붙는 결과를 초래한다. 추가적으로, 압전 재료의 일부는 절단수에 용해되어 전극을 부식시킨다. 그 결과로, 이 방법에 따라 생산된 압전 소자의 특성은 감소된다.

상기 서술된 문제를 해결하기 위해서, 절단을 하기 전에 SiO₂로 이루어진 부동화막(passivation film)과 같은 보호막을 기판에 형성된 웨이퍼의 전극을 가진 표면에 배치한다.

그러나, 상술한 보호막을 형성하는 방법은 완성된 압전 소자에 보호막을 형성하는 불필요한 공정이 첨가되야 하는 문제를 발생하므로, 제조 과정을 복잡하게하고, 비용을 상승시킨다.

덧붙여서, 보호막이 형성된다 하더라도, 웨이퍼의 절단으로 인해 발생된 압전 재료의 분말의 접착으로 인해 획득된 압전 소자의 전기적 특성이 때때로 설계값보다 낮게 되거나, 무결점 비율이 충분히 높지 않게 된다.

더욱이, 기판상에 Al 합금으로 구성된 금속막을 형성하고, CF₄, Cl₂와 같은 할로겐(halogen) 함유 가스를 사용한 플라즈마(plasma)로 그 금속막을 에칭(etching)하여 그 위에 전극을 가진 웨이퍼나, 혹은 전극을 형성한 후에 그 기판을 에칭함으로서 조정된 주파수를 가진 웨이퍼를 사용할 때, Cl과 F와 같은 할로겐 원소는 산화 작용제로서 역할을 하여 전극이 부식되는 문제가 발생된다.

상술한 문제를 극복하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시형태는 우수한 특성을 가지며, 절단하기 전에 보호막을 형성하지 않아도 우수한 무결점 비율을 가진 압전 소자를 생산할 수 있는 압전 소자 제조 방법을 제공한다.

도 1a와 도 1b는 각각 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 준비된 웨이퍼의 평면도와 B-B선을 따른 단면도이다.

도 2는 실시예 1에서 얻은 탄성 표면파 장치의 감쇄 주파수 특성을 도시한 그래프이다.

도 3은 비교예 1에서 얻은 탄성 표면파 장치의 감쇄 주파수 특성을 도시한 그래프이다.

도 4는 실시예 2에서 얻은 탄성 표면파 장치의 전극 형상을 보여주는 사진이다.

도 5는 비교예 2에서 얻은 탄성 표면파 장치의 전극 형상을 보여주는 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

1...웨이퍼

2...압전 기판

3...전극

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 압전 소자의 제조 방법은 압전 재료로 제조된 웨이퍼를 형성하고, Al 혹은 Al 합금을 함유하는 전극을 갖는 단계; 할로겐 가스를 포함하는 플라즈마에 상기 웨이퍼를 노출하여 압전 소자를 형성하는 단계; 상기 웨이퍼의 절단부에 절단수를 인가하는 동안 상기 웨이퍼를 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 절단수는 Al과 반응하여 상기 전극의 표면에 보호막을 형성하는 화합물을 함유한다. 인산과 인산염을 절단수에 함유하는 화합물용으로 적어도 한 종을 사용하는 것이 바람직하고, 칼슘 하이드로겐 인산염, 칼슘 디하이드로겐 인산염, 나트륨 하이드로겐 인산염으로 구성된 그룹에서 선택된 하나의 재료가 인산염용으로 사용되는 것이 바람직하다.

덧붙여서, 탄성 표면파 장치는 압전 소자로서 제조될 때, 제 1과 제 2의 바람직한 실시형태가 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징, 소자, 특성 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시형태를 상세하게 설명하는 것으로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 다양한 바람직한 실시형태에서, Al 합금을 함유한 전극은 압전 재료로 이루어지거나 포함하는 것이 바람직한 압전 기판에 배치된다. 전극이 위에 형성된 웨이퍼를 할로겐 함유 가스를 사용하여 에칭을 행하고, 탄성 표면파 장치의 주파수 특성을 조정한다.

압전 기판을 구성하는 압전 재료는 특별히 제한되지 않고, LiTaO₃, LiNbO₃, 석영과 같은 압전 단결정, 혹은 티탄산 지르콘산 납계 세라믹(titanate zirconate lead ceramic)과 같은 압전 세라믹을 사용할 수 있다. 기타 적당한 재료를 사용할 수도 있다.

압전 기판에 형성된 전극을 구성한 재료도 Al 합극이기만 하면, 특별히 제한되지는 않고, Al-Cu 합금, Al-Ti 합금이나 기타 다른 적당한 재료도 사용될 수 있다.

Al 합금을 함유한 전극은 할로겐 함유 가스를 사용하여 에칭된다. 할로겐 함유 가스는 특별히 제한되지는 않고, 예를 들면, 압전 소자의 전극과 기판의 에칭에 흔히 사용되는 할로겐 함유 가스는 CF₄, Cl₂, BCl₃를 함유한다.

전극의 에칭은 특별이 제한되지 않고, 설계된 압전 소자의 전극 형상에 따라 공진의 방법이 적당히 적용될 수 있다.

본 발명의 다양한 바람직한 실시형태에서, 압전 소자는 절단수로 웨이퍼를 냉각하면서 그 웨이퍼를 절단하여 얻을 수 있다. 절단날(dicing saw)을 갖는 임의의 종래의 절단 장치를 사용할 수 있다.

절단 중에, 절단수는 웨이퍼의 절단부에 사용된다. 절단 중에 사용된 절단수는 Al과 반응하는 화합물을 포함하여, 전극의 표면에 절연막을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 화합물은 Al과 반응하여 절연층을 형성하는 한에서는 특별히 제한을 받지 않고, 칼슘 하이드로겐 인산염(calcium hydrogenphosphate; CaHPO₄), 칼슘 디하이드로겐 인산염(calcium dihydrogenphosphate; Ca(H₂PO₄)₂), 나트륨 하이드로겐 인산염(sodium hydrogenphosphate; NaPO₄)등의 인산염 혹은 인산(phosphoric acid)등을 사용하여 예시할 수 있다.

유사하게, 절연막을 형성하는 화합물의 농도는 절연층이 형성될 수 있는한에서 화합물의 재료에 따라 적당히 결정될 수 있다. 화합물의 농도는 보통 약 1 ×10^-5mol% ~ 약 1 ×10^-3mol% 이다.

절단용 절단수의 온도는 웨이퍼를 냉각하기 위해서 결정되는데 보통 약 15℃ ~30℃이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상술한 화합물을 함유한 절단수를 사용하여 웨이퍼를 냉각하면서 절단을 달성한다. 화합물은 절단수에 함유되기 때문에, 상기 화합물은 Al 합금을 함유한 전극의 Al과 반응하여 전극의 표면에 절연막을 형성한다. 예를 들어, 칼슘 하이드로겐 인산염이 화합물에 사용될 때, 알루미늄 인산염(aluminum phosphate)을 함유한 절연막은 전극의 표면에 형성된다.

그러므로, 전극의 표면은 절연막에 의해 덮혀져서 보호되어, 심지어 F와 Cl과 같은 할로겐 원소가 할로겐 함유 가스를 사용한 에칭 후에도 남아 있을때에도, 할로겐 원소에 의해 일어나는 전극의 부식을 효과적으로 억제할 수 있다. 할로겐 함유 가스를 사용하여 전극에 에칭을 행할 때에도, 아주 작게 감소되는 전기적 특성을 가진 압전 소자를 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 바람직한 실시형태는 다음의 무제한 실시예를 참조하여 상세히 설명하겠다.

도 1a에 도시된 웨이퍼(1)는 약 0.35mm의 두께의 LiTaO₃단결정 기판의 전체 표면에 배열된 Al-Cu 합금을 포함한 약 300㎛의 두께를 가진 금속막을 형성하고, 그 기판을 건식 에칭(dry-eching)함으로써 얻어진다. 웨이퍼(1)에서, Al-Cu합금을 함유한 교차지 전극 변환기(interdigital electrode transducer; 3)는 압전 기판(2)에 형성된다.

다음으로, 웨이퍼(1)를 도 1a의 점선(A)을 따라 절단하여 각각의 압전 소자를 얻고, 약 25℃의 온도로 맞추어진 칼슘 하이드로겐 인산염 수용액을 절단수로 사용했다. 절단수에는, 칼슘 하이드로겐 인산염(CaHPO₄)이 대략 1 ×10^-4mol%의 농도로 물에 용해되어 있다.

상술한 것처럼, 웨이퍼(1)가 절단되고, 탄성 표면파 장치는 생산되며, 압전 소자를 포함한다. 도 2는 탄성 표면파 장치의 주파수 특성을 도시한다. 도 2의 실선(A)은 수직축의 우측의 눈금을 사용하여 확장된 특성을 나타낸다.

비교를 위해, 칼슘 하이드로겐 인산염을 함유하지 않은 순수한 물을 절단수로 사용한 점을 제외하고 상술한 방법과 유사한 방식으로 웨이퍼(1)를 절단하여, 탄성 표면파 장치를 얻었다. 도 3은 비교예1에 의해 얻어진 주파수 특성을 도시한다. 도 3의 실선(B)은 수직축의 우측의 눈금을 사용하여 확장된 특성을 나타낸다.

도 2와 도 3의 비교를 통해서 명확해지는 것처럼, 실시예 1에 따른 탄성 표면파 장치는 비교예 1과 비교된 통과 대역에서 대역폭을 증가시키고, 삽입 손실에서 변동을 줄일 수 있다.

다른 예에서, Al-Cu 합금을 포함한 약 200㎛의 두께를 가진 금속막이 약 0.35mm의 두께를 가진 결정으로 제조된 압전 기판의 전 표면에 형성되었고, 도 1a에 도시된 교차치 전극 변환기(3)는 습식 에칭(wet etching)에 의해 형성된다. 그리고나서, 기판을 CF₄플라즈마에 노출하여 금속에 의해 덮혀지지 않은 부분을 에칭함으로서 주파수를 조정(trimming)되었다. 이렇게 얻은 웨이퍼(1)를 실시예 1과 마찬가지로 절단하여 탄성 표면파 장치를 얻었다.

비교를 위해, 비교예 2의 탄성 표면파 장치는 CaHPO₄수용액 대신에 절단수로 NaHCO₃수용액을 사용한 점을 제외하고, 상술한 실시예와 유사하게 얻었다.

전극의 표면은 실시예 2에 따른 탄성 표면파 장치에 XPS에 의해 분석되어, P와 Al의 화합물을 검출하였다. 칼슘은 검출되지 않았다. 그것은 Al이 칼슘 하이드로겐 인산염과 반응하여 부식 저항막(AlPO₄)을 형성하는 것으로 확인하였다.

도 4와 도 5는 실시예 2와 비교예 2에 따른 각 탄성 표면파 장치의 IDT의 사진을 도시한다. 도 4와 도 5에서 명확히 도시된 것처럼, 전극의 질은 비교예 2와 비교하여 CaHPO₄수용액이 사용된 P 와 Al의 화합물에 의해 크게 개선된 것을 알았다.

본 발명의 제 1의 바람직한 실시형태에서, Al과 반응하여 Al 합금을 함유하는 전극의 표면에 절연막을 형성하는 화합물을 함유하는 절단수와 절연막은 웨이퍼를 절단할 때 형성된다. 그러므로, 전극의 부식은 절연층에 의해 저지된다.

전극은 할로겐 함유 가스를 사용하여 에칭된다. 심지어 할로겐 성분이 남아있을 때에도, 할로겐 성분에 의한 전극의 부식은 절연층에 의해 신뢰성있게 저지되고, 우수하고 안정한 전기 특성을 가진 압전 소자가 신뢰성있게 형성된다.

더욱이, 종래의 방법에서는 전극의 부식을 방지하기 위해 SiO₂보호막 혹은다른 보호막은 절단 전에 형성되어야만 하는 반면에 본 발명의 바람직한 제 1실시형태에서는 이러한 보호막을 형성할 필요가 전혀 없다. 그러므로, 우수한 특성을 가진 압전 소자는 본 발명의 바람직한 실시형태에서 효과적이고 적은 비용으로 공급될 수 있다.

칼슘 하이드로겐 인산염, 칼슘 디하이드로겐 인산염, 인산, 나트륨 디하이드로겐 인산염으로 이루어진 군(group)에서 선택된 절단수 안에 함유된 화합물 중 적어도 하나가 사용될 때, 이러한 화합물들은 Al과 반응하여 전극의 표면에 안정한 절연층을 형성하여, 전극의 부식을 더 확실하게 저지할 수 있다.

본 발명에 적용될 수 있는 압전 소자의 형태는 특별하게 제한되지는 않지만, 아주 많은 수의 작은 디지털 전극을 가진 탄성 표면파 장치에서의 디지털 전극은 쉽게 부식이 되어, 본 발명의 바람직한 실시형태가 압전 소자의 이러한 형태에서 효과적으로 사용된다.

본 발명은 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세히 도시되고 설명되었을지라도, 본 분야의 숙련된 기술자에는 본 발명의 사상과 범위내에서 선행기술과 형태와 상세면에서 다른 변화가 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 압전 재료로 이루어지고 Al 혹은 Al 합금을 함유하는 전극이 형성된 웨이퍼(wafer)를 형성하는 단계;

   할로겐 가스를 포함하는 플라즈마(plasma)에 상기 웨이퍼를 노출하는 단계; 및

   상기 웨이퍼의 절단부에 절단수(cutting water)를 인가하면서 상기 웨이퍼를 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법으로서,

   상기 절단수는 Al과 반응하여 상기 전극의 표면에 보호막을 형성하는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 전극은 상기 노출 단계 동안에 에칭(etching)되는 것을 특징으로 하는 압전 소자 제조 방법.
4. 압전 기판을 형성하는 단계;

   웨이퍼를 할로겐 가스를 함유한 플라즈마에 노출하여, 상기 압전 기판에 Al 이나 Al 합금을 함유한 전극을 형성하는 단계;

   상기 웨이퍼의 절단부에 절단수를 인가하면서 상기 웨이퍼를 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법으로서,

   상기 절단수는 Al과 반응하여 전극의 표면에 보호막을 형성하는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 전극은 상기 웨이퍼를 할로겐 가스를 함유하는 플라즈마에 노출시키는 동안 에칭되는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
6. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 화합물은 인산(phosphric acid), 하이드로겐 인산염(hydrogenphosphates), 디하이드로겐 인산염(dihydrogenphosphates)으로 이루어진 군(group)에서 선택된 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
7. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 절단수는 1 ×10^-5mol% ~ 1 ×10^-3mol% 내의 농도를 가지는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
8. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 화합물은 칼슘 하이드로겐 인산염, 칼슘 디하이드로겐 인산염, 나트륨 하이드로겐 인산염으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
9. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 웨이퍼는 석영, LiTaO₃, LiNbO₃로 이루어진 군에서 선택된 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
10. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 압전 소자는 탄성 표면파 장치를 구성하는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
11. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 전극은 Al 합금, Al-Cu 합금, Al-Ti 합금 중의 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
12. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스는 CF₄, Cl₂, BCl₃중의 하나인 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.
13. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 절단 단계 동안 사용되는 상기 절단수의 온도는 15℃ ~ 30℃ 인 것을 특징으로 하는 압전 소자의 제조 방법.