NO310996B1

NO310996B1 - Elektroakustisk hybrid integrert krets og fremgangsmate til fremstilling av samme

Info

Publication number: NO310996B1
Application number: NO19933534A
Authority: NO
Inventors: Kazuo Eda; Yutaka Taguchi; Akihiro Kanaboshi; Tetsuyoshi Ogura
Original assignee: Matsushita Electric Ind Co Ltd
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1993-10-04
Publication date: 2001-09-24
Also published as: KR0158898B1; NO933534D0; DE69325763D1; EP0591918B1; EP0591918A1; NO933534L; DE69325763T2

Description

Oppfinnelsen angår en elektroakustisk hybrid integrert krets som benytter omvandlingen av lydenergi til elektrisk energi og omvendt, spesielt i en høy-frekvenskrets såsom en spenningsstyrt oscillator som innbefatter en halvleder-komponent og et elektroakustisk element såsom en akustisk overflatebølgereso-nator eller kvartsoscillator, samt en fremstillingsmetode for denne kretsen.

En elektroakustisk krets såsom en spenningsstyrt oscillator (VCO) omfatter en transistor som et aktivt element for å frembringe oscillasjonen, et elektroakustisk element for å svinge eller oscillere på en ønsket frekvens såvel som noen elektroniske komponenter såsom kondensatorer og motstander. Det elektroakustiske element er et element som omdanner lydenergi til elektrisk energi og omvendt, såsom en akustisk overflatebølgeresonator av litiumniobat (LiNb03) etter litiumtantalat (LiTaO,) eller litiumborat (Li2B704) eller en kvartsoscillator.

En elektroakustisk kretskombinasjon innbefatter de følgende kretser. Fig. 1 viser et eksempel på en spenningsstyrt oscillator som omfatter en akustisk overflate-bølgeresonator (SAW) som et elektroakustisk element, en transistor (Tr), varaktordioder (D) og passive komponenter i form av kondensatorer, induktorer og motstander. Fig. 2 viser et annet eksempel på en spenningsstyrt oscillator hvor en krystallresonator (X) er benyttet som et elektroakustisk element i stedet for overflatebølgeresonatoren. Fig. 3 viser et eksempel på en høyfrekvensforsterker som omfatter et frekvensfilter (F) i form av et kvartsfilter eller et akustisk overflatebølgefilter, en transistor (Tr) og passive komponenter. Fig. 4 viser et eksempel på en temperaturkompensert krystalloscillator (TCXO) som omfatter en kvartsoscillator (X), en transistor (Tr), varaktordioder (D), en termistor (Th) og passive komponenter. Det vil si at disse kretser innbefatter et elektroakustisk element såsom en akustisk overflatebølgeresonator, en kvartsoscillator eller et akustisk overflatebølgefilter eller et kvartsfilter ved siden av en transistor som en aktiv komponent.

Tidligere ble et elektroakustisk element enten forseglet i en beholder såsom metall-hylster for å holde den foreskrevne oscillasjon eller resonansfrekvens stabil i et langt tidsrom eller konstruert som en elektroakustisk krets på et kort ved å montere forskjellige komponenter innbefattet det elektroakustiske element på dette. Imidlertid gjør dette størrelsen av den akustiske overflatebølgeresonator eller kvartsoscillatoren flere ganger større enn dimensjonen av selve den relevante resonans- eller oscillasjonsseksjon. For anvendelser såsom biltelefoner eller bærbare telefoner som skal være kompakte, er det da et viktig problem å gjøre størrelsen av en elektroakustisk krets mindre.

For å redusere størrelsen av en slik elektronisk krets er det ønskelig å integrere et halvlederelement innbefattet en transistor med et elektroakustisk element. F.eks. fremstiller K. Tsubouchi et al. en over en akustisk overflatebølgeinnretning (SAW) ved å dyrke en aluminiumnitridfilm såsom piezoelektriske materiale på et silisiumsubstrat (Zero Temperature Coefficient SAW Devices on A IN Epitaxial Films, IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, SU-32 (1985), sidene 634-644). For å frembringe en god oscillasjons- eller resonanskarakteristikk, må en film dyrkes epitaksisk eller innrettes med en bestemt krystallakseretning. Imidlertid dannes en slik epitaksisk dyrket eller innrettet film bare for noen materialer såsom aluminiumnitrid eller zinkoksid ved vanlig tynnfilmteknikk, mens et materiale såsom litiumniobat eller litiumtantalat egnet for en akustisk

overflatebølgeresonator, ikke kan integreres.

Vedrørende en kvartsoscillator er det nødvendig å redusere tykkelsen ved polering og etsing for å danne en høyfrekvensoscillator i submikrobølgebåndet fra 800 MHz til 1,9 GHz benyttet i biltelefoner og til bærbare telefoner. F.eks. meddelte A. Lepek et al. (A New Design for High Frequency Bulk Resonators, 43. Annual Symposium on frequency Control (1989), sidene 544-547) at kvarts poleres til en tykkelse på ca. 10 p.m med en nøyaktig poleringsmetode for å frembringe oscillasjonen på noen få hundre MHz. E.A. Gerber et al. (Advances in Microwave Acoustic Frequency Sources, IEEE Transactions on MTT 34 (1986), sidene 1002-1016 har også omtalt kvartsresonatorer som arbeider over 1 GHz.

Imidlertid er det praktisk meget vanskelig å fremstille kvartsoscillatoren eller kvartsresonatoren med en tykkelse på mindre enn 10 |xra. Hvis tykkelsen minskes til mindre enn 10 um, er det vanskelig å fiksere kvartsplaten som en oscillator fordi den mekaniske fasthet er meget lav og håndteringen av platen er vanskelig. Produktiviteten er således dårlig og kostnaden høy. Praktisk er det meget vanskelig å hovedsakelig fremstille en spenningsstyrt oscillator med en høy frekvens på 500 MHz og over ved bruk av en fundamentalsvingemode i kvartsoscillatoren. Hvis en høyere harmonisk oscillatormode benyttes, minker resonansens Q-verdi. Det er således følgelig vanskelig å fremstille en oscillator med høy og stabil ytelse.

For å gjøre en spenningsstyrt oscillator kompakt og å samtidig øke oscillasjonsfrekvensen, fremstillte Grudowski et al. (Fundamental-mode VHF/UHF Miniature Acoustic Resonators and Filters on Silicon, Appl.Phys. Lett. 37 (1980), sidene 993-995) en ZnO-filmresonator over en luftspalte på et silisiumsubstrat for å danne en resonator i submikrobølgebåndet. I dette tilfelle kan resonatoren lett fremstilles med en filmtykkelse på noen få um, og det er mulig å fremstille en resonator i submikrobølgebåndet. Imidlertid er temperaturavhengigheten til resonansfrekvensen og Q-verdien til resonansen for en ZnO-film dårligere enn for en kvartsoscillator. Følgelig er resonatorens ytelse dårligere enn den for en kvartsoscillator.

Denne situasjon er et vanlig problem som må løses for forskjellig høyfrekvens-apparatur såsom en spenningsstyrt oscillator, en temperaturkompensert krystalloscillator og en høyfrekvensforsterker som benytter et elektroakustisk element.

Dokumentet DE 39 22671 Al angir et elektroakustisk element hvor et halvledersubstrat og en piezoelektrisk plate er båndet sammen ved liming.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en elektroakustisk hybrid integrert krets som er egnet for forskjellige høyfrekvensapparater såsom en spenningsstyrt oscillator med mindre størrelse, lettere vekt og bedre ytelse.

En annen hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en produksjonsmetode for en slik elektroakustisk hybrid integrert krets.

Disse og andre hensikter oppnås ved hjelp av en elektroakustisk integrert krets som er kjennetegnet ved det som fremgår av patentkravene 1-15 samt en metode for fremstilling av en slik krets, som er kjennetegnet ved det som fremgår av patentkravene 16-21.

I en elektroakustisk hybrid integrert krets i henhold til den foreliggende oppfinnelse, dannes et aktivt element såsom en transistor på overflaten til et halvledersubstrat, mens et elektroakustisk element dannes med et enkelt krystallinsk piezoelektrisk enkrystallsubstrat. Det enkle piezoelektriskeenkrystallsubstrat båndes direkte på halvledersubstratet. Det elektroakustiske element og det aktive element såvel som passive komponenter forbindes slik at det dannes en elektroakustisk krets.

Ordet "direkte bånding" brukes fordi ingen andre materialer, såsom organiske klebemidler, benyttes til å bånde to overflater av to uorganiske plater. Den direkte bånding kan dannes mellom to hydrofile overflater av uorganiske materialer.

Når den elektroakustiske hybrid integrerte krets fremstilles, utføres først forbe-handlingsprosesser nødvendig for å danne et aktivt element på halvledersubstratet ved behandlingstemperaturer høyere enn varmebehandlingstemperaturen for direkte bånding. Deretter blir en tynnfilm som innbefatter silisium dannet på minst enten halvledersustratet og det piezoelektriske enkrystallelement og halvledersubstratet direkte sammen med det elektroakustiske element. Deretter utføres etterbehandlingsprosesser for å danne det aktive element og for metalliseringen ved en behandlingstemperatur som er lavere enn varmebehandlingstemperaturen for direkte bånding og prosessene for å danne et elektroakustisk element på det piezoelektriske enkrystallelement. Et aktivt element og det elektroakustiske element blir således integrert som en hybrid integrert krets.

En fordel med den foreliggende oppfinnelse er at en elektroakustisk krets kan fremstilles kompakt.

En annen fordel ved den foreliggende oppfinnelse er at det kan utføres en oscillasjon over 1 GHz.

Disse og andre hensikter og trekk ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende beskrivelse tatt i samband med foretrukkede utførelser av denne og med henvisning til den ledsagende tegning. Fig. 1 viser et kretsdiagram av en spenningsstyrt oscillator med bruk av en akustisk overflatebølgeresonator. Fig. 2 viser et kretsdiagram av en spenningsstyrt oscillator med bruk av en kvartsoscillator.

Fig. 3 viser et kretsdiagram av en høyfrekvensforsterker.

Fig. 4 viser et kretsdiagram av en temperaturkompensert krystalloscillator.

Fig. 5A-5C viser mekanismen for dannelse av den direkte bånding.

Fig. 6 viser et snitt av strukturen til eksempel 1 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 7 viser et snitt av strukturen til eksempel 2 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 viser et snitt av strukturen til eksempel 3 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 9A viser et snitt av strukturen til eksempel 8 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 9B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 8 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 10 viser produksjonsflytkartet til eksempel 10 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 IA viser et snitt av strukturen til eksempel 11 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 IB viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 11 på den forliggende oppfinnelse. Fig. 12 viser produksjonsflytkartet for eksempel 12 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 13 A viser et snitt av strukturen til eksempel 13 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 13B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 13 på den foreliggende oppfinnelse. Fig.l4A viser et snitt av strukturen til eksempel 15 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 14B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 15 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 15A viser et snitt av strukturen til eksempel 17 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 15B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 17 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 16A viser et snitt av strukturen til eksempel 19 på den foreliggende oppfinnelse. Fig.l6B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 19 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 17A viser et snitt av strukturen til eksempel 21 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 17B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 21 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 18A viser et snitt av strukturen til eksempel 23 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 18B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 23 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 19A viser et snitt av strukturen til eksempel 24 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 19B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 24 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 20 viser et flytkart for produksjonsmetoden for en elektroakustisk hybrid integrert krets i henhold til eksempel 25 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 21 viser produksjonsflytkartet for eksempel 25 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 22 viser et snitt av strukturen til eksempel 27 på den foreliggende oppfinnelse. Fig.23 viser et snitt avstrukturen til eksempel 28 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 24 viser produksjonsflytkartet for eksempel 29 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 25A viser et snitt av strukturen til eksempel 31 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 25B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 31 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 26A viser et snitt av strukturen til eksempel 32 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 26B viser et perspektivriss av strukturen til eksempel 32 på den foreliggende oppfinnelse. Fig.27 viser et flytkart og fremstillingsmetoden for en elektroakustisk hybrid integrert krets i henhold til eksempel 33 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 28 viser produksjonsflytkartet for eksemepl 34 på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 29 viser produksjonsflytkartet for eksempel 35 på den foreliggende oppfinnelse.

De elektroakustiske integrerte kretser i henhold til den foreliggende oppfinnelse, spesielt med benyttet i en oscillator en høyfrekvensforsterker og fremgangsmåter til fremstilling av slike elektroakustiske integrete kretser, vil bli beskrevet ved hjelp av eksempler med henvisning til den vedføyde tegning som følger:

Eksempel 1

En spenningsstyrt oscillator i henhold til et første eksempel på oppfinnelsen er vist i tverrsnitt på fig. 6. På fig. 6 angir henvisningstallet 1 et halvledersubstrat fremstilt f.eks. av silisium, 2 en kvartskrystallresonator båndet ved direkte bånding på halvledersubstratet 1, 3 en felteffekttransistor (FET) dannet på halvledersubstratet 1, 4 en diodebrikke med variabel kapasitans, 5 angir en passiv brikkekomponentdel såsom en kompensator, en induktor, en motstand eller lignende, 6 angir en øvre elektrode på kvartskrystallresonatoren 2, og 7 angir den nedre elektrode på kvartskrystallresonatoren 2. Den elektriske kobling av den nedre elektrode på resonatoren og viringen dannet på halvledersubstratet gjøres ved hjelp av en slik hullmetode at et hull perforeres ienkrystallsubstratet og fylles med et elektrokonduktivt materiale slik at den nedre elektrode dermed forbindes elektrisk med viringen påenkrystallsubstratet. Komponentdelene dannet på halvledersubstratet og de øvre og nedre elektroder av kvartskrystallresonatoren blir henholdsvis elektrisk koblet slik at det dannes en spenningsstyrt oscillator. En slik spenningsstyrt oscillator integreres i et enhetlig legeme som vist ovenfor, og er forseglet rommet i en beholder for å skjerme den mot omgivelsene og gi den en stabil ytelse. Felteffekttransistoren, de forskjellige elektriske komponentdeler og kvartskrystallresonatoren utgjør en oscillator. Ved å variere spenningen som leveres til den variable kapasitansdiode, kan kapasitansen til denne varieres og oscillasjonsfrekvensen kan varieres. Ved å danne en struktur som vist ovenfor, kan oscillatorkretsavsnittet og kvartskrystallresonatoren integreres i et enhetlig legeme, slik at det er mulig å gjøre størrelsen usedvanlig liten sammenlignet med de konvensjonelle. Sammenlignet med konvensjonelle, har en kvartskrystallresonator rommet forseglet i en beholder og individuelt anordnet, kan i tillegg apparatet i henhold til oppfinnelsen reduseres til omtrent en tiendedel av volumet og til en femtedel av vekten for de kjente.

Ordet "direkte bånding" benyttes fordi ingen andre materialer, såsom organiske klebemidler, benyttes til å bånde to overflater av to uorganiske plater. Den direkte bånding kan anvendes mellom to hydrofile overflater av uorganiske materialer.

Mekanismen ved direkte bånding skal betraktes som følger. Hydrofile overflater av uorganiske materialer har hydroksylgrupper på overflaten. Antallet av hydroksylgruppene på overflaten avhenger av materialene og overflatebehandlingen. For å innføre et tilstrekkelig antall hydroksylgrupper på overflatene, er en hydrofil behandling virkningsfull.

Hydroksylgruppene på overflaten og kjemisk absorberte vannmolekyler på disse danner hydrogenbindinger mellom de to overflater. En etterfølgende varmebehandling forårsaker en desorpsjon av de kjemisk adsorberte vannmolekyler og en kondensasjonsreaksjon av de hydrogenbundne hydroksylgrupper som resulterer i kovalente bindinger. Som et resultat av dannelsen av kovalente bindinger, forbedres styrken til den direkte bånding mellom de to overflater. Fig. 5A-5C viser skjematisk mekanismen ved dannelse av den direkte bånding. Fig. 5A viser den direkte bånding straks etter at den er dannet. Når to uorganiske plater overlagres med sine hydrofile overflater vendt mot hverandre, danner hydroksylgruppene på overflaten til de to flater hydrogenbindinger. Kjemisk adsorberte vannmolekyler kan forbinde mellom hydroksylgruppene via hydrogenbindinger. De to overflater båndes sammen via hydrogenbindingene. Fig. 5B viser den direkte bånding etter en varmebehandling ved relativt lav temperatur, f.eks. 100-500°C. Varmebehandlingen forårsaker desorpsjon av de adsorberte vannmolekyler. Følgelig danner hydroksylgruppene på overflaten til en flate hydrogenbindinger direkte med dem på en annen flate. Fig. 5C viser den direkte bånding etter en varmebehandling ved relativt høy temperatur, f.eks. over 700°C. Varmebehandlingen forårsaker desorpsjon av de adsorberte vannmolekyler og kondensasjonsreaksjoner mellom hydrogenbundne hydroksylgrupper. Således resulterer hydrogenbindingen i kovalente bindinger som har høyere styrke enn hydrogenbindingene.

Styrken av den direkte bånding mellom to overflater avhenger av tettheten til hydroksylgruppene på overflaten og verdien av momentene til hydroksylgruppene. Styrken av den direkte bånding avhenger derfor i sterk grad av overflate-behandlinger og materialer. Dessuten avhenger temperaturen hvorved kondensa-sjonsreaksjonene til hydroksylgruppene finner sted, også av materialene.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan hydrofile behandlinger innføre tilstrekkelig antall hydroksylgrupper på overflaten av et halvledersubstrat og piezoelektriske enkrystallsubstrater, slik at det dannes direkte bånding. Hva angår overflatene til silisium og kvarts, kan de ha tilstrekkelig antall overflatehydrok-sylgrupper såsom overflatesilanoler, uten hydrofil behandling. På grunn av arten av overflaten til silisium eller kvarts, forbedrer avsetningen av silisiumholdige forbindelser på en halvleder eller et piezoelektriskenkrystallsubstrat styrken av den direkte bånding. Dessuten anses direkte bånding av kvarts og silisium å forårsakes av en mekanisme lik den direkte båndemekanisme, dvs. direkte bånding silisium av silisium, hvilket ble bekjentgjort av M. Shimbo og andre i deres rapport med tittelen "Silicon Direct Bonding Method", Journal of Applied Physics, bind 60,

(1986), sidene 2987-2989. Med andre ord anses båndingen å finne sted ved et slikt atomnivå at ved varmebehandlingen, båndes oksygen- og silisiumatomer på overflaten til kvartskrystaller, som er et enkrystall-silisiumoksid, gjensidig med silisiumatomer på overflaten til silisiumsubstratet.

Videre er strukturen av en overflate meget komplisert og ikke meget godt kjent. Følgelig bør det være andre mekanismer enn de ovenfor nevnte, involvert i dannelsen av den direkte bånding.

Hvis bånding foretas med et båndematerial som skal benyttes, såsom en vanlig harpiks eller lignende, kan det oppstå et problem med at forskjellige finbehand-linger såsom dannelsen av elektroder og lignende som skal utføres deretter, ikke kan foretas. I dette tilfelle, hvis fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen benyttes, båndes imidlertid halvledersubstratet og kvartskrystallet (enkrystall av silisiumoksid), spesielt når silisium benyttes som halvledersubstrat, til hverandre ved direkte bånding. Følgelig oppstår ikke et slikt problem i tilfelle båndingen utføres mellom det uorganiskeenkrystallsubstrat og et organisk harpiks, fordi den foreliggende oppfinnelse benytter direkte bånding mellom uorganiske materialer. I tilfelle av et harpiksbindemiddel, has det en stor forskjell mellom varmeutvidel-seskoeffisienten til en harpiks, som er et organisk materiale, og den til et halvledersubstrat, som er et uorganisk materiale, slik at det kan oppstå problemer med påliteligheten til oscillatoren over lengre tid på grunn av varmespenning og den termiske stabilitet til selve harpiksen som skal benyttes. På den annen side båndes i henhold til oppfinnelsen denne direkte på halvledersubstratet, slik at slike problemer kan overvinnes.

Eksempel 2

Fig. 7 viser skjematisk et tverrsnitt av en spenningsstyrt oscillator i henhold til et annet eksempel på denne oppfinnelse. På fig. 7 er 1 et halvledersubstrat fremstilt av f.eks. silisium, 2 en kvartskrystallresonator båndet ved direkte bånding på halvledersubstratet 1, 3 en felteffekttransistor (FET) dannet på halvledersubstratet, 4' en variabel kapasitansdiode hvis kapasitans kan varieres ved å variere spenningen, 5' en passiv brikkekomponentdel såsom en kondensator, en induktor, en motstand eller lignende, 6 en øvre elektrode på kvartskrystallresonatoren 2 og 7 en nedre elektrode på kvartskrystallresonatoren 2. De øvre og nedre elektroder på kvartskrystallresonatoren og komponentdelene dannet på halvledersubstratet blir henholdsvis forbundet elektrisk slik at det fås en spenningsstyrt oscillator. Den spenningsstyrte oscillator som således integreres i et enhetlig legeme, blir forseglet plassert i en beholder. Dette eksempel er forskjellig fra det første eksempel ved at den variable kapasitansdiode 4' og den passive brikkekomponentdel 5 innleiret blir dannet i halvledersubstratet for å danne et enhetlig legeme. Den variable kapasitansdiode kan lett dannes integrert med halvledersubstratet nårenkrystallsubstratet er fremstilt av silisium. I tillegg, med henvisning til den passive brikkekomponentdel 5', kan motstanden lett fås som en halvledermotstand, en tynnfilmmotstand av tantaliumnitrid eller lignende dannet ved en diffusjonsmetode, idet kondensatoren lett kunne dannes som en tynnfilm av silisiumoksid og induktoren kunne lett skaffes ved å danne viringsmønstre på spiralform. Følgelig kunne oscillatoren i dette eksempel lettere gjøres mer kompakt enn hva var tilfelle i det første eksempel og det behøver ikke være nødvendig å bruke tid på å pakke brikkekomponentdeler, hvilket fører til en lettelse ved masseproduksjon.

Eksempel 3

Fig. 8 viser skjematisk et tverrsnitt av en spenningsstyrt oscillator i henhold til et tredje eksempel på oppfinnelsen, hvor 1 er et halvledersubstrat, 2 en kvartskrystallresonator båndet ved direkte bånding på halvledersubstratet 1, 3' en bipolar transistor dannet på halvledersubstratet 1, 4' en variabel kapasitansdiodebrikke hvis kapasitans kan varieres av spenning, 5' en passiv brikkekomponentdel såsom en kondensator, en induktor, en motstand eller lignende, 6 en øvre elektrode i kvartskrystallresonatoren og 7 en nedre elektrode i kvartskrystallresonatoren. Oscillatoren i dette eksempel er forskjellig fra de i de første og andre eksempler ved at det aktive element er den bipolare transistor 3' dannet på halvledersubstratet.

De øvre og nedre elektroder på kvartskrystallresonatoren som således er dannet, er forbundet elektrisk for å danne en spenningsstyrt oscillator. I tillegg er den spenningsstyrte oscillator som således er integrert i et enhetlig legeme, forseglet plassert i en beholder. Med den således dannede oscillator kan de samme effekter som de i det første og annet eksempel fås. Eksempel 3 skiller seg fra eksempel 2 bare ved bruk av en felteffekttransistor 3 i stedet for en bipolar transistor 3' i eksempel 2.

Eksempel 4

En produksjonsmetode for en spenningsstyrt oscillator i henhold til et eksempel på den foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives nedenfor som fjerde eksempel.

Først utsettes et silisiumhalvledersubstrat for finbehandlingsprosesser som innbefatter en halvlederprosess og som skal utføres i forhåndsbestemte posisjoner ved en temperatur på 570°C eller mer. F.eks. ble en FET og en variabel kapasitansdiode dannet ved sine forhåndsbestemte posisjoner ved en diffusjonsmetode eller lignende som utføres ved en temperatur generelt så høy som 1000°C eller mer. Dernest blir en kvartskrystallresonator overlagret anbragt på halvledersubstratet som er slik behandlet og varmet opp til 560°C eller mindre, slik at kvartsen båndes til silisiumen. For å etseenkrystallsubstratet bare i en del av området under kvartskrystallresonatoren slik at det fås et areal som er nødvendig for å holde resonatoren, blir det resterende areal dekket ved å påføre en fotoresist eller lignende og deretter utsatt for en etseprosess, slik at silisium bare fjernes i et parti av arealet under resonatoren og som ikke er nødvendig for å holde resonatoren. Deretter utføres halvlederprosessene, herunder dannelsen av elektrodene, slik at da eller deretter blir en elektrode dannet på hver av begge overflater av krystallresonatoren ved en vakuumpådampingsmetode eller lignende og viringens mønster dannes ved en generelt benyttet fotolitografisk metode. Med henvisning til oppvarmingstemperaturen, f.eks. ved en temperatur på 500°C, blir båndingen muliggjort ved å holde komponenten i ca. 10 min ved denne temperatur. Hvis temperaturen overstiger 560°C, forandres krystallstrukturen til kvartsen og yteevnen til kvartskrystallresonatoren kan ikke fås som bestemt på forhånd. Følgelig kreves det at oppvarmingstemperaturen for bånding må være 560°C eller mindre. Selv ved en forholdsvis lav temperatur, blir direkte bånding mulig, f.eks. til og med en temperatur så lav som 300°C når den holdes i omtrent 1 time, fås båndestyrke på et tilstrekkelig nivå. Følgelig er det foretrukket at hva angår varmebehandlingstemperaturen for den direkte bånding, skal den skal ligge i området fra 300°C til 500°C.

Eksempel 5

En annen produksjonsmetode for en spenningsstyrt oscillator i henhold til et eksempel på oppfinnelsen skal nå beskrives nedenfor som femte eksempel.

Som i det første eksempel utsettes et silisiumhalvledersubstrat for slike halvlederprosesser som skal utføres ved en temperatur på 570°C eller mer i forhåndsbestemte posisjoner. F.eks. dannes en FET og en variabel kapasitansdiode i sine forhåndsbestemte posisjoner ved en difusjonsprosess eller lignende. Deretter blir en kvartskrystallresonator overlagret anbragt på halvledersubstratet som er behandlet slik og varmet opp, slik at kvartsen til resonatoren og silisiumet tilenkrystallsubstratet båndes ved direkte bånding. Deretter blir kvartskrystallresonatoren som således er båndet, gjort tynnere ved en polerings- eller etsemetode. Ved å benytte denne metode, blir en kvartskrystallresonator som har en initial tykkelse på ca. 200 um lett uttynnet til en tykkelse på 5|am eller mindre. Ved ytterligere å benytte en finetsemetode på den, kan den gjøres enda tynnere, slik at en tykkelse så lav som 1 um således kan fås. I tilfelle det benyttes kvartskrystall som er AT-skåret, er det mulig å skaffe en fundamentalbølgeoscillasjon ved et frekvensnivå på ca. 1-2 GHz, om resonatoren er ca. 1 um tykk. Ved dernest å benytte de samme prosesser som i fjerde eksempel blir det mulig å fremstille en spenningsstyrt oscillator med et halvledersubstrat og en kvartskrystallresonator integrert sammen i et enhetlig legeme. Med den spenningsstyrte oscillator som således er fremstilt, blir det mulig med en fundamental bølgemode ved et høyfrekvensnivå på 2 GHz som ikke kan fås på vanlig måte.

Eksempel 6

Enda en annen produksjonsmetode for en spenningsstyrt oscillator i henhold til et eksempel på den foreliggende oppfinnelse skal beskrives nedenfor som sjette eksempel.

Som i det fjerde eksempel blir først et silisiumhalvledersubstrat utsatt for slike halvlederprosesser som skal utføres ved en temperatur på 570°C eller mer i den forhåndsbestemte posisjon. Deretter blir silisiumet og en kvartskrystallresonator direkte båndet til hverandre under bruk av varme og trykk. Kvartskrystallresonatoren kan båndes ved hjelp av gravitasjonsvirkningen av sin egen vekt, men imidlertid kunne båndestyrken forbedres ved å benytte et trykk i området

100 g/cm<2> til 10 kg/cm<2> ved en fremgangsmåte hvor en tilstrekkelig vekt anbringes

på arealet hvor båndingen skal finne sted. Deretter blir kvartskrystallresonatoren som i det femte eksempel gjort tynnere etter ønske med en polerings- eller etsemetode. Ved å benytte de samme prosesser som i det fjerde eksempel, blir det da mulig å fremstille en spenningsstyrt oscillator med halvledersubstratet og kvartskrystallresonatoren integrert sammen i et enhetlig legeme, samt å oppnå de samme effekter som man fikk i det fjerde eksempel.

Eksempel 7

En annen produksjonsmetode for en spenningsstyrt oscillator i henhold til et eksempel på oppfinnelsen skal nå beskrives nedenfor som et syvende eksempel.

Som i det første eksempel blir først et halvledersubstrat utsatt for halvlederprosesser i forhåndsbestemte posisjoner. Deretter blir overflaten til silisiumsubstratet og overflaten til en kvartskrystallresonator omhyggelig rengjort. Det vil si at hver av dem gjentatt kokes med et organisk løsningsmiddel for å fjerne eventuelle forurensninger på overflaten. Deretter utsettes silisiumsubstratet for en hydrofil behandling med en oppløsning av amoniakk og hydrogenperoksid. Kvartskrystallresonatoren utsettes for fjerning av overflatelaget ved hjelp av en etseoppløsning basert på fluorsyresystemet. Deretter blir begge overflater spylt med rent vann og enhetlig overlagret så raskt som mulig etter skyllingen, slik at begge med letthet kan båndes direkte til hverandre. Deretter blir kvartskrystallresonatoren gjort tynnere etter ønske ved å benytte en polerings- eller etsemetode på samme måte som i det femte eksempel. Deretter blir det gjort mulig å fremstille en spenningsstyrt oscillator med halvlederen og kvartskrystallresonatoren sammen integrert i et enhetlig legeme ved å utsette den for de samme prosesser som i det femte eksempel, og således fås også de samme effekter som dem i det fjerde og femte eksempel. Produksjonsmetoden vist i dette eksempel, gjør at båndingen kan utføres ved romtemperatur. Følgelig kan den utføres etter at alle prosesser har foregått. I dette tilfelle er det ansett at silisiumsubstratet og kvartskrystallresonatoren båndes til hverandre gjennom hydrogenbindinger mellom hydroksylgruppene på silisiumoverflaten og kvartsoverflaten, hvilket betyr at overflatebehandlingen avenkrystallsubstratet er uhyre viktig. Ved i tillegg dessuten varmebehandle gjenstanden som er båndet ved en temperatur på 560°C eller mindre, kan båndestyrken forbedres ytterligere.

Eksempel 8

Fig. 9A og 9B er henholdsvis et oppriss og et perspektivriss av en ocillator som er det femte eksempel på den foreliggende oppfinnelse. Med henvisning til fig. 9A og 9B betegner henvisningstallet 1 etenkrystallsubstrat fremstilt av GaAs, en halvlederforbindelse i gruppen III-V. Henvisningstallet 2 betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat eller kvartskrystallsubstrat som utgjør en akustisk overfla-tebølgeresonator. Kvartskrystallsubstratet 2 båndes ved direkte bånding til GaAs-substratet 1. Henvisningstallet 3 betegner en transistor dannet på GaAs-substratet 1. Varaktordioder 4 som har en elektrostatisk kapasitans som varierer med påtrykt spenning, og passive brikkekomponenter 5 såsom kondensatorer, induktorer og motstander monteres på GaAs-substratet 1. Elektroder 6 av kamtypen er anordnet på kvartskrystallsubstratet 2 for å danne en akustisk overflatebølgeresonator og ledninger 7' forbinder elektrodene 6 med sammenkoblingene dannet på GaAs-substratet 1.

Fig. 9A og 9B viser typisk et arrangement av de ovenfor omtalte komponenter. I en virkelig implementering blir arrangementet av komponenter og forbindelsen mellom elektrodene korrekt bestemt slik at den spenningsstyrte oscillator med et kretsopplegg som vist på fig. 1, kan fås.

Varaktordioden 4 og de passive brikkekomponenter 5 såsom kondensatorer og motstander kan innbefattes i GaAs-substratet 1. En tynnfilm av metall kan også dannes på GaAs-substratet 1 som viringer i stedet for ledningene 7'.

Ved å variere spenningen som leveres til varaktordiodene 4, kan den elektrostatiske kapasitans til varaktordiodene 4 og således oscillasjonsfrekvensen forandres.

GaAs-substratet 1 og kvartskrystallsubstratet 2 båndes sammen uten å benytte et organisk båndemiddel dem imellom. En slik integrert struktur blir deretter forseglet i en beholder. Den således dannede spenningsstyrte oscillator kan gjøres vesentlig mindre enn konvensjonelle hvorenkrystallsubstratene er integrert etter at de har blitt forseglet separat. I praksis er det lett å redusere volumet av oscillatoren til omtrent en tiendedel og vekten av den til ca. en femtedel av den konvensjonelle oscillators hvor den akustiske overflatebølgeresonator først forsegles i en beholder før den integreres.

Den direkte bånding har andre fordeler. Hvis halvledersubstratet og det piezoelektriske enkrystallsubstrat båndes til hverandre med et vanlig båndemiddel laget av harpiks eller lignende, er ikke den påfølgende halvlederprosess etter båndingen mulig, fordi båndemidlet ikke er motstandsdyktig overfor høy temperatur og kjemikalier. I henhold til dette eksempel hvor GaAs-substratet 1 og kvartssubstratet 2 båndes direkte, kan et slikt problem i høy grad lindres.

Hvis dessuten et båndemiddel fremstilt av harpiks eller lignende benyttes, blir parallelliseringen av GaAs-substratet og kvartskrystallsubstratet som er festet til dette ikke tilfredsstillende. Dette gjør at nøyaktigheten av størrelsen til elektrodene 6 av kamtypen som skal dannes på kvartskrystallsubstratet i en senere fotolitografisk prosess, blir dårligere. For å oppnå en resonansfrekvens i størrel-sesorden 1 GHz, bør elektrodene 6 ha en bredde på lum eller mindre. Under denne betingelse kan ikke en akustisk overflatebølgeresonator for et submikrobølgebånd dannes hvis det ikke skaffes en tilfredsstillende parallellisering. I henhold til dette eksempel blir imidlertid, da GaAs-substratet 1 og kvartskrystallsubstratet 2 er direkte båndet, parallelliseringen til disse bestemt bare av nøyaktigheten av overflatefinishen tilenkrystallsubstratene og den kan forbedres tilstrekkelig. Således kan det ovennevnte problem unngås. Dette er spesielt virkningsfullt når det kreves en høy resonansfrekvens.

Andre problemer oppstår når det benyttes et båndemiddel fremstilt av harpiks som har dårlig varmemotstand og dårlig langtidspålitelighet. Det siste skyldes de termiske deformasjoner frembragt ved at varmeekspansjonskoeffisienten til det organiske harpiks sterkt skiller seg fra den for GaAs-substratet og kvartskrystallsubstratet som begge er uorganiske. Disse problemer kunne også unngås i henhold til dette eksempel.

Selv om oscillatoren med kretskonfigurasjonen vist på fig. 1, er beskrevet i dette eksempel, er det unødvendig å fremheve at oscillatorer med andre kretskonfigurasjoner også kan integreres som beskrevet ovenfor. Da elektronmobiliteten til GaAs-substratet er omtrent seks ganger så høy som den for et Si-substrat, kan en høyfrekvenstransistor lett fremstilles på GaAs-substratet. Følgelig er GaAs-substratet spesielt egnet til fremstilling av en høyfrekvenskrets som spesielt har en frekvens på 1 GHz eller mer.

Selv om den akustiske overflatebølgeresonator er dannet som det elektroakustiske element i dette eksempel, kunne akustisk bulkbølgeelement også dannes.

Kvarts benyttet som elektroakustisk element har en elektromekanisk koblings-' koeffisient (koeffisienten svarende til raten for omdannelse av elektrisk energi til mekanisk energi) på 0,2 %, den laveste i forhold til dem for litiumniobat, litiun-tantalat og litiumborat. Imidlertid har kvarts en krystallorientering hvor avhengig-heten av resonansfrekvensen med temperaturen er null (dvs. at resonansfrekvensen ikke varierer i det hele tatt innenfor området av temperaturer som faktisk benyttes). En slik krystallorientering kan f.eks. finnes i en krystallskjæring kalt AT-skjæring. Dessuten kan kvarts oppnå den høyeste Q-verdi (verdien svarende til den inverse av et energitap ved resonans). I praksis er det lett å få en Q-verdi på 20000 eller mer. Med disse egenskaper kan kvarts benyttes til en temperaturkompensert oscillator som er temperaturuavhengig, en høyfrekvensinnretning som krever et filter med en ekstremt smal spesifikk båndbredde (forholdet mellom senterfrekvensen i passbåndet og passfrekvensbåndet) på 0,1 % og mindre og en oscillator med høy nøyaktighet og høy stabilitet. Da kvartskrystallsubstratet med en ønsket krystallorientering kan direkte båndes på GaAs-substratet, blir i henhold til dette eksempel det resulterende elektroakustiske element vesentlig overlegent i en piezoelektrisk tynnfilm dannet ved en vanlig tynnfilmteknikk.

Eksempel 9

Fig. 3 viser et kretsdiagram av en høyfrekvensforsterker som niende eksempel på den foreliggende oppfinnelse, hvor et filter og et forsterkerelement som innbefatter en transistor og kondensatorer forbindes direkte. En slik høyfrekvensforsterker kan f.eks. fås som i eksempel 8: Det vil si at de elektroniske elementer dannes på et GaAs-substrat, mens filteret, et akustisk overflatebølgefilter, dannes på et kvartskrystallsubstrat. Disse komponenter blir deretter forbundet med viringer slik at kretskonfigurasjonen vist på fig. 3 fås. På denne måte kan den elektroakustiske integrerte krets hvor filteret og forsterkerkretsen er integrert, fremstilles. Da GaAs-substratet og kvartskrystallsubstratet er båndet sammen ved direkte bånding som i eksempel 8, kan de samme effekter som de beskrevet i eksempel 8 fås.

Eksempel 10

En fremgangsmåte til fremstilling av oscillatoren i henhold til eksempel 8 skal beskrives som følger som et tiende eksempel på den foreliggende oppfinnelse med henvisning til produksjonsflytkartet på fig. 10.

Først blir en eller flere fordypninger dannet i forhåndsbestemte områder på GaAs-substratet 1 ved etsing eller lignende. Deretter utføres en serie halvlederprosesser slik at de elektroniske elementer såsom transistoren 3 og varaktordiodene 4 dannes på innsiden av fordypningene. Halvlederprosessene innbefatter prosesser utført ved en temperatur høyere enn den for en varmebehandling som er nødvendig for påfølgende direkte bånding, såsom en diffusjonsprosess. Diffusjonsprosessen blir normalt utført ved 1000°C eller mer. Arealene til GaAs-substratet 1 hvor de elektroniske elementer dannes, blir deretter dekket med en beskyttende film.

Deretter blir overflaten av et parti av GaAs-substratet 1 og overflaten av kvartskrystallsubstratet 2 som skal båndes til hverandre, rengjort tilstrekkelig. I praksis blir disse overflatene renset med et løsningsmiddel for å fjerne organiskeenkry-stallsubstrater fra dem og lett etset med hydrofluorsyre. Deretter blir disse overflater gjort hydrofile ved behandling med en oppløsning med amoniakk-hydrogenperoksyd ved 60-70°C. De behandlede overflater blir deretter tilstrekkelig skylt med rent vann og rent festet sammen. På denne måte kan de toenkrystallsubstrater lett båndes.

De båndedeenkrystallsubstrater blir deretter utsatt for varmebehandling for å øke . båndestyrken. Båndestyrken kan økes når varmebehandlingen utføres ved 100-800°C. F.eks. øker båndestyrken flere ganger ved å holde temperaturen på 200°C i 1 time. Følgelig kan det fås en styrke på flere ti-kilogram/cm<2>. Når temperaturen øker, er As tilbøyelig til å fordampe fra GaAs-substratet. En slik fordampning av As bør foretrukket minimeres ved å dekke GaAs-substratet med en GaAs-skive eller eventuelle andre tiltak.

I prinsippet bør kvartskrystallsubstratet ha mindre tykkelse og mindre størrelse etter som temperaturen i varmebehandlingen stiger, slik at båndestyrken kan forbedres uten at det fås problemer med avskalling og brudd, selv om formen og størrelsen på kvartskrystallsubstratet kan bli noe begrenset på grunn av at varmeutvidelsen til GaAs-substratet er forskjellig fra den fra kvartskrystallsubstratet.

Dernest utføres en serie prosesser som innbefatter elektrodedannelsesprosessen ved en temperatur som er mindre enn den for varmebehandlingen som er nødvendig for direkte bånding. Under eller etter disse prosesser dannes elektroder på den blottlagte overflate av kvartskrystallsubstratet ved vakuumpådamping eller lignende og deretter dannes viringsmønstret ved en normal fotolitografisk metode. Aluminium eller gull benyttes i elektrodene.

Den ovenstående fremstillingsmetode for oscillatoren kan også benyttes til fremstilling av en høyfrekvensforsterker hvor et filter benyttes som det elektroakustiske element og kretskonfigurasjonen er noe forskjellig fra den for oscillatoren.

Ved den ovenstående fremstillingsmetode for en krets med bruk av en akustisk overflatebølgeresonator eller et filter som det elektroakustiske element, kan fremgangsmåten også benyttes til en krets som benytter et akustisk bulkbølge-element som det elektroakustiske element. I dette tilfelle blir et parti av halvledersubstratet under det akustiske bulkbølgeelement uthult ved etsing eller lignende etter varmebehandlingen for bånding.

Eksempel 11

Fig. 1 IA og 1 IB viser henholdsvis et oppriss og et perspektivriss av en oscillator som det ellevte eksempel på den foreliggende oppfinnelse. Med henvisning til fig. 1 IA og 1 IB angir henvisningstallet 1 etenkrystallsubstrat fremstilt av GaAs, en halvlederforbindelse i gruppen III-V. Henvisningstallet 2' betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat fremstilt av et materiale valgt fra gruppen bestående av litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat som utgjør en akustisk overflatebølgeresonator. Det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' båndes ved direkte bånding til GaAs-substratet 1. De andre henvisningstall 3-7' betegner de samme komponenter som dem beskrevet i eksempel 8, og beskrivelsen av disse utelates her.

Fig. 1 IA og 1 IB illustrerer skjematisk et typisk arrangement av de ovenfor omtalte komponenter. Som i eksempel 8, blir arrangementet av komponentene og koblingen av elektrodene i en virkelig implementering korrekt bestemt, slik at en spenningsstyrt oscillator med en kretskonfigurasjon som vist på fig. 1, kan fås.

Varaktordioden 4 og de passive brikkekomponenter 5 såsom kondensatorer og motstander kan innbefattes i GaAs-substratet 1.

GaAs-substratet 1 og det enkrystallinske piezoelektriskeenkrystallsubstrat 2' er båndet ved direkte bånding ved å feste overflatene til toenkrystallsubstrater til hverandre etter hydrofil behandling av hver overflate og deretter å varmebehandle de sammenføydeenkrystallsubstrater. Ved denne direkte bånding kan de samme funksjoner og virkninger som dem beskrevet i eksempel 8 fås. Det vil si at med den ovenfor omtalte struktur kan den resulterende spenningsstyrte oscillator gjøres vesentlig mindre enn konvensjonelle, da oscillatorkretsen og resonatoren kan dannes i ett stykke. I praksis er det lett å redusere volumet av oscillatoren til omtrent en tiendedel og vekten til omtrent en femtedel i forhold til en konvensjonell oscillator hvor den akustiske overflatebølgeresonator først forsegles i en beholder før den integreres. Andre effekter av den direkte bånding som beskrevet i eksempel 8, fås også.

Selv om oscillatoren med kretskonfigurasjonen vist på fig. 1, er beskrevet i dette eksempel, er det unødvendig å si at oscillatorer med andre kretskonfigurasjoner også kan integreres som beskrevet ovenfor.

Da elektromobiliteten til GaAs-substratet er ca. seks ganger så høy som den for et Si-substrat, kan en høyfrekvenstransistor lett fremstilles på GaAs-substratet. Følgelig er GaAs-substratet spesielt egnet til fremstilling av en høyfrekvenskrets.

Strukturen i dette eksempel kan også benyttes på en høyfrekvensforsterker som har kretskonfigurasjonen vist på fig. 3 og som beskrevet i eksempel 9. De samme effekter som dem beskrevet ovenfor,,fås også ved denne anvendelse.

Litiumniobat har en høy elektromekanisk koblingskoeffisient som ligger i området 5 % (128° Y-skåret krystallorientering av X-akseforløpet) til 17% (64° Y-skåret X-akseforplantning). Litiumniobat er derfor egnet til en resonator eller et filter som har en høy frekvens, et lavt energitap og en stor båndbredde (spesifikk båndbredde: 2-5 %). I praksis benyttes det til en krets som innbefatter et RF-filter av resonatortypen eller et båndpassfilter, en spenningsstyrt oscillator med en stor båndbredde og lignende benyttet f.eks. i en bærbar telefon med et bånd i området 800 MHz til 1,9 GHz.

Litiumtantalat har en middels elektromekanisk koblingskoeffisient som er 0,75-5 %

(36° Y-skåret X-akseforløp). Litiumtantalat har en temperaturavhengighet (18-32 ppm) som er bedre enn den for litiumniobat (50-100 ppm). I praksis benyttes det til en krets som innbefatter et RF-filter eller båndpassfilter som har høy frekvens, et lavt energitap og en middels båndbredde (spesifikk båndbredde: 1-2 %), en spenningsstyrt oscillator med en middels båndbredde og lignende.

Litiumborat har en elektromekanisk koblingskoeffisient på 1 % som er større enn den for kvarts (0,2 %), samtidig som det har en krystallorientering hvor temperaturavhengigheten er null. Følgelig benyttes litiumborat til et filter eller en oscillator som har høy nøyaktighet, høy stabilitet og en middels båndbredde. Da litiumborat lett kan etses med en lavkonsentrert alkalioppløsning, har den de følgende fordeler: For det første kan etenkrystallsubstrat fremstilt av litiumborat etses for å danne en ultratynn plate med en tykkelse på 10 \ xm eller mindre etter bånding av denne til et halvledersubstrat uten å ødelegge halvledersubstratet. For det annet er litiumborat egnet til å danne et elektroakustisk element med en komplisert form, såsom en stemmegaffel.

Det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' i dette eksempel kan fremstilles enten av hver av de ovenfor nevnte materialer som har den ønskede krystallorientering. Følgelig kan et yppelig elektroakustisk element realiseres ved hjelp av dette eksempel, sammenlignet med konvensjonelle piezoelektriske tynnfilmer dannet ved hjelp av forskjellige tynnfilmteknikker.

Eksempel 12

En fremgangsmåte til fremstilling av oscillatoren i henhold til eksempel 11 som et tolvte eksempel på den foreliggende oppfinnelse skal beskrives med henvisning til produksjonsflytkartet på fig. 12 som følger: Produksjonsprosessen i henhold til dette eksempel er hovedsakelig den samme som beskrevet i eksempel 10, bortsett fra at kvartssubstratet 2 i eksempel 10 erstattes med det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' fremstilt av et materiale valgt fra gruppen bestående av litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat. Det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' kan også båndes ved direkte bånding til GaAs-substratet 1 ved hydrofil behandling, skylling med rent vann og varmebehandling etter feste av overflatene som beskrevet i eksempel 10. Nødvendige elektroniske kretser og viringer dannes også som beskrevet i eksempel 10. Temperaturen til varmebehandlingen kan også ligge i området 100-800°C, slik at det fås gunstig direkte bånding.

Den ovennevnte produksjonsmetode for oscillatoren kan også anvendes til fremstilling av en høyfrekvensforsterker hvor et filter benyttes som det elektroakustiske element og kretskonfigurasjonen er noe forskjellig fra den for oscillatoren. Videre kan det dannes et akustisk bulkbølgeelement som det elektroakustiske element, slik det er beskrevet i eksempel 10.

Eksempel 13

Fig. 13A og 13B er henholdsvis et oppriss og et perspektivriss av en oscillator som trettende eksempel på den foreliggende oppfinnelse. Med henvisning til fig. 13A og 13B betegner henvisningstallet 1' etenkrystallsubstrat fremstilt av InP, en halvlederforbindelse i gruppen III-V. Henvisningstallet 2 betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat eller et kvartskrystallsubstrat som utgjør en akustisk overflatebølgeresonator. Kvartssubstratet 2 båndes ved direkte bånding til InP-substratet 1'. De andre henvisningstall 3-7' betegner de samme komponenter som de beskrevet i eksempel 1, og beskrivelsen av disse utelates her. Fig. 13A og 13B illustrerer skjematisk et typisk arrangement av de ovenfor omtalte komponenter. Som i eksempel 8 blir arrangementet av komponentene og koblingen av elektrodene korrekt bestemt slik at det kan fås en spenningsstyrt oscillator med kretskonfigurasjonen vist på fig. 1.

Varaktordiodene 4 og de passive brikkekomponenter 5 såsom kondensatorer og motstander kan innbefattes i InP-substratet 1'.

InP-substratet 1' og kvartskrystallsubstratet båndes ved direkte bånding ved å feste overflatene til de toenkrystallsubstrater til hverandre etter hydrofil behandling av hver overflate og deretter å varmebehandle de festedeenkrystallsubstrater. Ved denne direkte bånding fås de samme funksjoner og effekter som de beskrevet i eksempel 8. Det vil si at den resulterende spenningsstyrte oscillator kan gjøres vesentlig mindre enn konvensjonelle, da oscillatorkretsen og resonatoren kan dannes i et stykke. I praksis er det lett å redusere volumet av oscillatoren til omtrent en tiendedel og vekten av denne til omtreng en femtedel av den konvensjonelle oscillators hvor den akustiske overflatebølgeresonator først forsegles i en beholder før den integreres. Andre effekter av den direkte bånding beskrevet i eksempel 8, fås også.

Selv om oscillatoren med kretskonfigurasjonen vist på fig. 1 er beskrevet i dette eksempel, er det unødvendig å si at oscillatorer med andre kretskonfigurasjoner også kan integreres som beskrevet ovenfor.

Da elektronmobiliteten til InP-substratet er omtrent to ganger så høy som den for et Si-substrat, kan en høyfrekvenstransistor lett fremstilles i InP-substratet. Følgelig er dette InP-substrat spesielt egnet til fremstilling av en høyfrekvenskrets. Strukturen i henhold til dette eksempel kan også benyttes i en høyfrekvensfor-sterker som har kretskonfigurasjonen vist på fig. 1, som beskrevet i eksempel 9. De samme effekter som de beskrevet ovenfor, fås også ved denne anvendelse.

Eksempel 14

En fremgangsmåte til fremstilling av oscillatoren i eksempel 13 skal beskrives som fjortende eksempel på den foreliggende oppfinnelse.

Fremstillingsprosessen i henhold til dette eksempel er hovedsakelig den samme som beskrevet i eksempel 10, bortsett fra at GaAs-substratet 1 i eksempel 10 er erstattet med InP-substratet 1'. InP-substratet 1' kan også båndes ved direkte bånding med kvartskrystallsubstratet 2 ved hydrofil behandling, skylling med rent vann og varmebehandling etter sammenføyning av overflatene som beskrevet i eksempel 10. Nødvendige elektroniske kretser og viringer dannes også som beskrevet i eksempel 10. Temperaturen til varmebehandlingen kan også ligge i området 100-800°C, slik at det fås gunstig direkte bånding.

Den ovennevnte fremstillingsmetode for oscillatoren kan også anvendes til fremstilling av en høyfrekvensforsterker hvor et filter benyttes som det elektroakustiske element og kretskonfigurasjonen er noe forskjellig fra den for oscillatoren.

Eksempel 15

Fig. 14A og 14B viser henholdsvis et oppriss og et perspektivriss av en oscillator som femtende eksempel på den foreliggende oppfinnelse. Med henvisning til fig. 14A og 14B betegner henvisningstallet 1 etenkrystallsubstrat fremstilt av InP, en halvlederforbindelse i gruppen III-V. Henvisningstallet 2' betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat fremstilt av et materiale valgt fra gruppen bestående av litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat, som utgjør en akustisk overflatebølgeresonator. Det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' båndes ved direkte bånding til InP-substratet 1'. De andre henvisningstall 3-7' betegner de samme komponenter som dem beskrevet i eksempel 8, og beskrivelsen av disse utelates her. Fig. 14A og 14B viser skjematisk et typisk arrangement av de ovenfor omtalte komponenter. Som i eksempel 8, blir arrangementet av komponentene og koblingen av elektrodene korrekt bestemt i en virkelig implementering, slik at en spenningsstyrt oscillator med en kretskonfigurasjon vist på fig. 1, kan fås.

InP-substratet 1' og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' båndes ved direkte bånding ved å feste overflatene til de toenkrystallsubstrater til hverandre etter hydrofil behandling av hver overflate og deretter varmebehandling av de sammenfestedeenkrystallsubstrater. Ved denne direkte bånding kan de samme funksjoner og effekter som dem beskrevet i eksempel 8 fås. Det vil si at med den ovennevnte struktur kan den resulterende spenningsstyrte oscillator gjøres vesentlig mindre enn konvensjonelle, da oscillatorkretsen og resonatoren kan dannes i ett stykke. I praksis er det lett å redusere volumet av oscillatoren til omtrent en tiendedel og vekten av denne til omtrent en femtedel av den for den konvensjonelle oscillator hvor den akustiske overflatebølgeresonator først forsegles i en beholder før den integreres. Andre virkninger av den direkte bånding beskrevet i eksempel 8 fås også.

Da elektronmobiliteten til InP-substratet er omtrent to ganger så høy som den for et Si-substrat, kan en høyfrekvenstransistor lett fabrikkeres på InP-substratet. Følgelig er InP-substratet spesielt egnet til fremstilling av en høyfrekvenskrets.

Strukturen i dette eksempel kan også anvendes i en høyfrekvensforsterker som har kretskonfigurasjonen vist på fig. 3 som beskrevet i eksempel 9. De samme virkninger som dem beskrevet ovenfor, fås også ved denne anvendelse.

Eksempel 16

En fremgangsmåte til fremstilling av en oscillator i henhold til eksempel 15 skal beskrives som sekstende eksempel på den foreliggende oppfinnelse.

Fremstillingsprosessen i henhold til dette eksempel er hovedsakelig den samme som beskrevet i eksempel 10, bortsett fra at GaAs-substratet 1 i eksempel 10 er erstattet av InP-substratet 1' og kvartssubstratet 2 er erstattet av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' fremstilt av materialet valgt fra gruppen bestående av litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat. InP-substratet 1' kan også båndes ved direkte bånding med det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' ved den hydrofile behandling, skyllingen med rent vann og varmebehandlingen etter sammenføyning av overflatene, som beskrevet i eksempel 10. Nødvendige elektroniske kretser og viringer dannes også som beskrevet i eksempel 10. Temperaturen til varmebehandlingen kan også ligge i området 100-800°C, slik at det fås gunstig direkte bånding.

Eksempel 17

Fig. 15A og 15B er henholdsvis et sideriss og et perspektivriss av en oscillator som det syttende eksempel på den foreliggende oppfinnelse. Med henvisning til fig. 15A og 15B betegner henvisningstallet 1" etenkrystallsubstrat fremstilt av GaAs, en halvlederforbindelse i gruppen III-V. Henvisningstallet 10 betegner et InGaAs-sjikt dannet på GaAs-substratet 1". Henvisningstallet 2 betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat som utgjør en akustisk overflatebølgeresonator. Kvartskrystallsubstratet 2 båndes ved direkte bånding til InGaAs-sjiktet 10. De andre henvisningstall 3-7' betegner de samme komponenter som dem beskrevet i eksempel 8, og beskrivelsen av disse utelates her. Fig. 15A og 15B illustrerer et typisk arrangement av de ovenfor omtalte komponenter. Som i eksempel 8 blir arrangementet av komponentene og koblingen av elektrodene i en virkelig implementering korrekt bestemt, slik at det kan fås en spenningsstyrt oscillator med kretskonfigurasjonen vist på fig. 1.

Varaktordiodene 4 og de passive brikkekomponenter 5 såsom kondensatorer og motstander kan innbefattes i GaAs-substratet 1" og InGaAs-sjiktet 10 dannet på dette.

InGaAs-sjiktet 10 og kvartskrystallsubstratet 2 båndes ved direkte bånding ved å sammenfeste overflatene til disse etter hydrofil behandling av hver overflate og deretter varmebehandling av de sammenfestedeenkrystallsubstrater. Ved denne direkte bånding fås de samme funksjoner og effekter som dem beskrevet i eksempel 8. Det vil si at med den ovennevnte struktur kan den resulterende spenningsstyrte oscillator gjøres vesentlig mindre enn konvensjonelle, da oscillatorkretsen og resonatoren kan dannes i ett stykke. I praksis er det lett å redusere volumet av oscillatoren til omtrent en tiendedel og vekten av denne til omtrent en femtedel av den konvensjonelle oscillator hvor den akustiske overflatebølgeresonator først forsegles i en beholder før den integreres. Andre effekter av den direkte bånding beskrevet i eksempel 8 kan også fås.

Selv om oscillatoren med kretskonfigurasjonen vist på fig. 1, er beskrevet i dette eksempel, er det unødvendig å si at oscillatorer med andre kretskonfigurasjoner også kan dannes integrert som beskrevet ovenfor.

Da elektronmobiliteten til InGaAs-sjiktet såvel som den for GaAs-substratet er omtrent 3-5 ganger så høy som den for et Si-substrat, kan en høyfrekvenstransistor lett fabrikkeres på InP-substratet. Følgelig er InP-substratet spesielt egnet til fremstilling av en høyfrekvenskrets.

Strukturen i dette eksempel kan også anvendes på en høyfrekvensforsterker med

den kretskonfigurasjonenen vist på fig. 3, som beskrevet i eksempel 9. De samme effekter som dem beskrevet ovenfor, fås også med denne anvendelse.

Eksempel 18

En fremgangsmåte til fremstilling av oscillatoren på eksempel 17 skal beskrives som attende eksempel på den foreliggende oppfinnelse.

Fremstillingsprosessen i henhold til dette eksempel er hovedsakelig den samme

som den beskrevet i eksempel 10, bortsett fra at GaAs-substratet 1 i eksempel 10 erstattes av GaAs-substratet 1" og InGaAs-sjiktet 10 dannet på dette. Kvartskrystallsubstratet 2 og InGaAs-sjiktet 10 kan også båndes ved direkte bånding til hverandre ved den hydrofile behandling, skyllingen med rent vann og varmebehandlingen etter sammenføyning av overflaten, som beskrevet i eksempel 10. Nødvendige elektroniske kretser og viringer dannes også som beskrevet i eksempel 10. Temperaturen til varmebehandlingen kan også ligge i området 100-800°C, slik at det fås gunstig direkte bånding. De elektroniske elementer dannes på InGaAs-sjiktet 10. Tykkelsen av InGaAs-sjiktet 10 som er nødvendig for dannelse av de elektroniske elementer, er l-5um.

Eksempel 19

Fig. 16A og 16B viser henholdsvis et oppriss og et perspektivriss av en oscillator som det nittende eksempel på den foreliggende oppfinnelse. Med henvisning til fig. 16A og 16B betegner henvisningstallet 1" etenkrystallsubstrat fremstilt av GaAs,

en halvlederforbindelse i gruppen III-V. Henvisningstallet 10 betegner et GaAs-sjikt dannet på GaAs-substratet 1". Henvisningstallet 2' betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat fremstilt av et materiale valgt fra gruppen bestående av litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat og som utgjør en akustisk overflatebølgeresonator. Det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' båndes ved direkte bånding til InGaAs-sjiktet 10. De andre henvisningstall 3-7' betegner de samme komponenter som dem beskrevet i eksempel 8, og beskrivelsen av disse utelates her.

Fig. 16A og 16B viser skjematisk et typisk arrangement av de ovennevnte komponenter. Som i eksempel 8 blir arrangementet av komponentene og koblingen av elektrodene i en virkelig implementering korrekt bestemt, slik at en spenningsstyrt oscillator med en kretskonifgurasjon som vist på fig. 1, kan fås.

Varaktordiodene 4 og de passive brikkekomponenter 5 såsom kondensatorer og resistorer kan innbefattes i GaAs-substratet 1' og InGaAs-sjiktet 10 dannet på dette.

InGaAs-sjiktet 10 og det enkrystallinske piezoelektriskeenkrystallsubstrat 2' båndes ved direkte bånding ved å sammenføye overflatene av disse til hverandre etter den hydrofile behandling av hver overflate og deretter ved å varmebehandle de sammenføyde enkrystallsubstrater. Ved denne direkte bånding fås de samme funksjoner og effekter som dem beskrevet i eksempel 8. Det vil si at med den ovennevnte struktur kan den resulterende spenningsstyrte oscillator gjøres vesentlig mindre enn de konvensjonelle, da oscillatorkretsen og resonatoren kan dannes i ett stykke. I praksis er det lett å redusere volumet av oscillatoren til omtrent en tiendedel og vekten av denne til omtrent en femtedel av den konvensjonelle oscillators hvor den akustiske overflatebølgeresonator først forsegles i en beholder før den integreres. Andre virkninger av den direkte bånding beskrevet i eksempel 8 fås også.

Strukturen i dette eksempel kan også benyttes i en høyfrekvensforsterker som er kretskonfigurasjonen vist på fig. 3 som beskrevet i eksempel 9. De samme effekter som dem beskrevet ovenfor, fås også med denne anvendelse.

Eksempel 20

En fremgangsmåte til fremstilling av en oscillator i henhold til eksempel 19 skal beskrives som et tyvende eksempel på den foreliggende oppfinnelse.

Fremstillingsprosessen i dette eksempel er hovedsakelig den samme som den beskrevet i eksempel 10, bortsett fra at GaAs-substratet 1 i eksempel 10 er erstattet av GaAs-substratet 1" og InGaAs-sjiktet 10 dannet på dette og kvartssubstratet 2 erstattes av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' fremstilt av materialet valgt fra gruppen bestående av litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat. Det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' og InGaAs-sjiktet 10 kan også båndes direkte til hverandre ved den hydrofile behandling, skyllingen med rent vann og varmebehandlingen av sammenføyning av overflatene, som beskrevet i eksemepl 10. Nødvendige elektroniske kretser og viringer dannes også som beskrevet i eksempel 10. Temperaturen til varmebehandlingen kan også ligge i området 100-800°C, slik at det fås gunstig direkte bånding. De elektroniske elementer dannes på InGaAs-sjiktet 10. Tykkelsen av InGaAs-sjiktet 10 som er nødvendig for dannelse av de elektroniske elementer, er 1-5 um.

I de ovennevnte eksempler ble GaAs, InP og InGaAs benyttet som halvlederforbin-delsene i gruppen III-V for halvledersubstratet. Andre halvlederforbindelser i gruppen III-V som har tilsvarende kjemiske og elektroniske egenskaper som dem nevnt ovenfor kan også benyttes.

Eksempel 21

Fig. 17A og 17B viser henholdsvis et oppriss og et perspektivriss av en oscillator som enogtyvende eksempel på den foreliggende oppfinnelse. Med henvisning til fig. 17A og 17B betegner henvisningstallet 11 etenkrystallsubstrat fremstilt av Si. Henvisningstallet 2' betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat fremstilt av et materiale valgt fra gruppen bestående av litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat som utgjør en akustisk overflatebølgeresonator. Det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' er båndet ved direkte bånding hos Si-substratet 11. De andre henvisningstall 3-7' betegner de samme komponenter som dem beskrevet i eksempel 1, og beskrivelsen av disse utelates her. Fig. 17A og 17B illustrerer skjematisk et typisk arrangement av de ovenfor omtalte komponenter. Som i eksempel 8 blir arrangementet av komponentene og koblingen av elektrodene i en virkelig implementering korrekt bestemt, slik at det kan fås en spenningsstyrt oscillator med en kretskonfigurasjon som vist på fig. 1.

Varaktordiodene 4 og de passive brikkekomponenter 5 såsom kondensatorer og motstander kan innbefattes i Si-substratet 11.

Si-substratet 11 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' båndes direkte ved å sammenføye overflatene til de toenkrystallsubstrater etter hydrofil behandling av hver overflate og deretter ved varmebehandling av de sammenføyde enkrystallsubstrater. Ved denne direkte bånding fås de samme funksjoner og effekter som dem beskrevet i eksempel 8. Det vil si at den resulterende spenningsstyrte oscillator kan gjøres vesentlig mindre enn de konvensjonelle, da oscillatorkretsen og resonatoren kan dannes i ett stykke. I praksis er det lett å redusere volumet av oscillatoren til omtrent en tiendedel og vekten av denne til omtrent en femtedel av den konvensjonelle oscillators hvor den akustiske overflatebølgeresonator først forsegles i en beholder før den integreres. Andre virkninger av den direkte bånding beskrevet i eksempel 8, fås også.

Si-halvledersubstratet koster bare en tiendedel eller mindre i forhold til halvlederforbindelser i gruppen III-V. Da storskalaintegrasjon dessuten er mulig med Si-substratet, er det mulig å danne en minnekrets på Si-halvledersubstratet for å lagre individuelle egenskaper av det elektroakustiske element og korrigere de lagrede egenskaper.

Eksempel 22

En fremgangsmåte til fremstilling av oscillatoren i henhold til eksempel 21 skal beskrives som et toogtyvende eksempel på den foreliggende oppfinnelse.

Fremstillingsprosessen i henhold til dette eksempel er hovedsakelig den samme som den beskrevet i eksempel 10, bortsett fra at GaAs-substratet 1 i eksempel 10 erstattes av Si-substratet 11 og kvartssubstratet 2 erstattes av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' fremstilt av materiale valgt fra gruppen bestående av litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat. Det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2' og Si-substratet 11 kan også båndesed direkte til hverandre med den hydrofile behandling, skyllingen med rent vann og varmebehandlingen etter sammenføyning av overflatene som beskrevet i eksempel 10. Nødvendige elektroniske kretser og viringer dannes også som beskrevet i eksempel 10. Temperaturen til varmebehandlingen kan også være i området 100-800°C slik at det fås gunstig direkte bånding. De elektroniske elementer dannes på Si-substratet 11.

Eksempel 23

Fig. 18A og 18B viser skjematisk strukturen av en spenningsstyrt oscillator i henhold til eksempel 23 på den foreliggende oppfinnelse, hvor henvisningstallet 1 betegner et silisium-(Si-)substrat mens henvisningstallet 2 betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat eller litiumniobat- eller litiumtantalatsubstrat som utgjør en akustisk overflatebølgeresonator (SAW). Henvisningstallet 8 betegner en tynnfilm basert på en silisiumforbindelse såsom en silisiumoksydfilm eller en silisiumfilm avsatt på silisiumsubstratet 1 og/eller det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2, og filmtykkelsen er 0,1 um til flere um. Silisiumsubstratet 1 båndes ved direkte bånding med det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 via tynnfilmen 8. En silisiumfilm kan også benyttes til direkte bånding i stedet for silisiumoksydfilmen 8. Henvisningstallet 3 betegner en transistor dannet på silisiumsubstratet 1 med en fotolitografiprosess. Varaktordiodebrikker (D) 4 med en elektrostatisk kapasitans som skal variere med den påtrykte spenning og passive brikkekomponenter 5 såsom kondensatorer, induktorer og motstander er montert på silisiumsubstratet 1. Kamlignende elektroder 6 er anordnet på det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 for å danne den akustiske overflatebølgeresonator og ledninger 7' forbinder elektrodene 6 med de metalliske linjer på silisiumsubstratet 1. Komponentene 2-5 montert på silisiumsubstratet 1 og de to elektroder 6 er forbundet for å danne en spenningsstyrt oscillator. Videre er den spenningsstyrte oscillator integrert på silisiumsubstratet 1 som en hybrid integrert krets forseglet i en beholder (ikke vist).

Den spenningsstyrte oscillator har f.eks. en krets som vist på fig. 1 og den omfatter transistoren, den akustiske overflatebølgeresonator (SAW) og de forskjellige elektroniske komponenter (4, 5) såsom varaktordioder (D). Dette er en kjent krets og en detaljert forklaring utelates her. Oscillasjonsfrekvensen til utgangssignalet UT fra den spenningsstyrte oscillator kan forandres i henhold til spenningen Vcont påtrykt varaktordiodene 4. Andre kretser forskjellig fra den vist på fig. 1, kan også benyttes. Antallet av varaktordioder og andre passive elektroniske komponenter varierer med en krets, og arrangementet av disse på halvledersubstratet er utført passende for hvert tilfelle.

Som forklart ovenfor, er oscillatorkretsen og den akustiske overflatebølgeresonator i denne spenningsstyrte oscillator integrert med et halvledersubstrat som en hybrid integrert krets. Således reduseres volumet lett til en tiendedel av den tilsvarende i henhold til en kjent struktur hvor det benyttes en akustisk overflatebølgeresonator forseglet i en beholder, mens vekten også minker til omtrent en femtedel av den tilsvarende kjente struktur.

Den direkte bånding har ytterligere fordeler. I henhold til den foreliggende oppfinnelse er silisiumsubstratet og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 båndet ved direkte bånding via silisiumoksydtynnfilmer 8 dannet på en eller begge overflater avenkrystallsubstratene 1 og 2. Det vil si at båndingen utføres via uorganiske stoffer og halvlederprosessen kan utføres videre etter båndingen. Hvis i motsetning hertil halvledersubstratet 1 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 båndes til hverandre med et ordinært båndemiddel fremstilt av harpiks eller lignende, kan halvlederprosessen ikke utføres videre etter bånding på grunn av forverret varmebestandighet og dårligere kjemisk bestandighet.

Hvis et båndemiddel fremstilt av harpiks eller lignende benyttes, blir graden av parallellisering mellom silisiumsubstratet 1 og litiumniobat- eller litiumtantalat-substratet 2 dårligere og nøyaktigheten til størrelsen av elektrodene 6 av kamtypen som deretter er dannet ved hjelp av fotolitografi på det enkrystallinske piezoelektriskeenkrystallsubstrat 2, blir dårligere. Hvis f.eks. resonansfrekvensen ligger i størrelsesorden 1 GHz, er det nødvendig at elektrodestørrelsen er ca. 1 um med hensyn til linje og avstandsbredde. Når parallelliseringen er dårligere, kan en akustisk overflatebølgeresonator for submikrobølgebåndet ikke drives. I henhold til dette eksempel kan derimot en direkte bånding utføres direkte via tynnfilmene 8 og filmprepareringen kan generelt styres til størrelsesorden 1 nm. Således kan det ovennevnte problem løses. Denne effekt av direkte bånding er spesielt fordelaktig ved høye frekvenser.

Hvis det benyttes et båndemiddel fremstilt av harpiks, er et annet problem den langsomme forandring som skyldes den termiske deformasjon forårsaket av forskjellen i varmeutvidelseskoeffisienter mellom harpiksen som et organisk materiale og silisiumsubstratet 1 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2, som begge er fremstilt av uorganiske materialer. Imidlertid løser det foreliggende eksempel dette problem ved direkte bånding.

Eksempel 24

Fig. 19A og 19B viser skjematisk strukturen av en spenningsstyrt oscillator i henhold til eksempel 24 på den foreliggende oppfinnelse og med samme krets som på eksempel 23. Henvisningstallene 1-3 og 6-8 betegner de samme elementer som i eksempel 23. Det vil si at henvisningstallet 1 betegner et silisiumsubstrat, mens henvisningstallet 2 betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat. Henvisningstallet 8 betegner en film av silisiumforbindelse såsom en silisiumoksydfilm eller en silisiumfilm dannet på silisiumsubstratet 1 og/eller på det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 for direkte bånding av silisiumsubstratet 1 med det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2. Henvisningstallet 3 betegner en felteffekttransistor 3. Henvisningstallet 6 betegner en elektrode på den akustiske overflatebølgeresonator og henvisningstallet 7' en ledning som forbinder elektro-den 6 med de metalliske linjer på silisiumsubstratet 1.

Henvisningstallet 4' betegner en varaktordiodebrikke, mens henvisningstallet 5' betegner passive brikkekomponenter såsom kondensatorer. Komponentene 3, 4', 5' og de to elektroder 6 er forbundet for å danne en spenningsstyrt oscillator som vist på fig.3. Dessuten er den spenningsstyrte oscillator, integrert som en hybrid integrert krets, forseglet i en beholder (ikke vist).

Dette eksempel er forskjellig fra eksempel 23 med hensyn til det punkt at varaktordiodebrikkene 4' og de passive brikkekomponenter 5' er dannet med fotolitografiprosessen i silisiumsubstratet 1 og som kjent i en halvlederprosess. Det er lett å integrere varaktordiodebrikkene 4' når silisiumsubstratet 1 benyttes. Motstandene til de passive komponenter 5' kan lett fremstilles ved å danne silisiummotstander ved hjelp av en diffusjonsprosess eller tynnfilmmotstander fremstilt av tantalnitrid og kondensatorene kan lett fremstilles ved å danne silisiumnitridfilmer og induktorene kan lett dannes ved å frembringe spiralmønstre av metall. Ved å benytte denne strukturen, kan den spenningsstyrte oscillator gjøres mer kompakt enn den i eksempel 23. Monteringen av brikkekomponentene 4 og 5 som er nødvendige i eksempel 23, kan utelates i fremstillingstrinnet og dette er hensiktsmessig med tanke på masseproduksjon.

Eksempel 25

Et eksempel på en fremstillingsmetode for en spenningsstyrt oscillator forklares med henvisning til fig. 20 og 21.

Først dannes et eller flere nedsenkede områder i forhåndsbestemte posisjoner på et silisiumsubstrat 1 ved hjelp av etsing eller lignende og en serie halvlederprosesser, innbefattet en diffusjonsprosess, nødvendig for en felteffekttransistor 3, varaktordioder 4 og lignende, utføres ved varmebehandlingstemperaturen for direkte bånding eller høyere (trinn Sl). Diffusjonsprosessen utføres vanligvis ved en temperatur så høy som 1000°C eller mer.

Dernest dannes en beskyttende film på silisiumavsnittet som utsettes for de ovennevnte prosesser om nødvendig (trinn S2). Beskyttelsesfilmen er fremstilt av en metallisk film eller oksydfilm som kan motstå de ovennevnte prosesser og som til slutt kan fjernes. Deretter blir overflaten av et avsnitt benyttet for bånding med et piezoelektrisk enkrystallsubstrat 2 på et senere trinn, omhyggelig renset (trinn S3). I realiteten etses overflatesjiktet av silisium og fjernes med et fluorsyreetsemiddel.

Deretter dannes en første oksydfilm 8a av silisiumsubstratet 1 med kjemisk pådampingsprosess eller lignende (trinn S4). Filmtykkelsen av silisiumoksydet og jevnheten til filmene kan lett kontrolleres for filmer med tykkelse på ca. 0,1-3 um. Spruting eller vakuumpådamping kan også benyttes.

Overflaten av silisiumoksydfilmen 8a renses med den bufrede fluorsyre og overflaten utsettes for en behandling for å gjøre den hydrofil (trinn S5).

På den annen side rengjøres overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 (trinn Sil). Deretter blir en silisiumoksydfilm 8b også dannet på det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 med en kjemisk pådampings-vekstprosess eller lignende (trinn S12). Tykkelsen og jevnheten av den annen silisiumoksydfilm 8b kan kontrolleres tilsvarende som ved den første silisiumoksydfilm.

Overflaten av silisiumoksydfilmen 8b rengjøres med den bufrede fluorsyre og overflaten utsettes for en behandling slik at den blir hydrofil (trinn Sl3).

Deretter blir overflatene av de første og andre silisiumoksydfilmer 8a og 8b rengjort tilstrekkelig med rent vann (trinn S6 og S14). Deretter blir overflatene til de to silisiumoksydfilmer 8a og 8b straks jevnt kontaktert (trinn S21). Således kan en direkte bånding dannes mellom silisiumsubstratet 1 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 ved hydrogenbindinger mellom hydroksylgrupper absorbert på overflaten av silisiumoksydfilmene 8a og 8b. Den således dannede direkte bånding er tilstrekkelig hard.

Videre blir båndestyrken hardere ved varmebehandling ved 100-800°C, foretrukket ved 300-600°C (trinn S22). Når varmebehandlingstemperaturen er høy, blir formen, størrelsen eller lignende av det enkrystallinske piezoelektriskeenkrystallsubstrat 2 begrenset noe på grunn av forskjellen i varmeutvidelseskoeffisientene mellom silisiumsubstratet 1 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2. Imidlertid kan båndestyrken vesentlig forbedres uten at det rives av materiale eller oppstår skader, når tykkelsen og arealet av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 minskes med økningen i varmebehandlingstemperaturen.

Hva angår virkningen av varmebehandlingen på båndestyrken, kan f.eks. varmebehandling i 1 time ved 200°C øke båndestyrken flere ganger til flere ti-kg/cm<2>. Hvis temperaturen økes til over 800°C, forlater litiumatomer overflaten til litiumniobat eller litiumtantalat. Såldes blir overflatekarakteristikkene dårligere og den foreskrevne ytelse som en akustisk overflatebølgeresonator kan ikke fås. Følgelig må båndetemperaturen være 800°C eller mindre når litiumniobat eller litiumtantalat benyttes som det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2.

Deretter blir beskyttelsesfilmen fjernet hvis den er dannet i trinn S2 (trinn S23). Deretter utføres forskjellige prosesser såsom elektrodedannelse som foregår ved temperaturer under varmebehandlingstemperaturen for bånding. Deretter blir elektroder dannet på overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat ved hjelp av vakuumpådamping eller lignende og metallmønstre dannes med en konvensjonell fotolitografi (trinn S24). Elektrodene fremstilles av aluminium, gull/krom eller lignende.

Den direkte bånding er mulig selv om silisiumoksydfilmen 8 dannes på bare ett avenkrystallsubstratene 1 og 2, dvs. bare på overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 eller på overflaten til silisiumsubstratet 1. Båndingen er også mulig hvis det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 fremstilles av et annet oksyd enn litiumniobat eller litiumtantalat. Båndetemperaturen kan reduseres ved å benytte en elektrisk spenning ved båndegrenseflaten.

Den direkte bånding er mulig ved romtemperatur og den kan utføres etter at alle prosesser er fullført.

Hvis en spenningsstyrt oscillator i henhold til eksempel 24 fremstilles, fabrikeres varaktordiodene 4' og de passive elektroniske komponenter i trinn Sl og S24.

Eksempel 26

Et eksempel på en fremstillingsmetode for en spenningsstyrt oscillator forklares med henvisning til fig. 20 og 21. I dette eksempel benyttes en amorf silisiumfilm som filmen 8.

Tilsvarende eksempel 25 blir en eller flere nedsenkede områder dannet i foreskrevne posisjoner på et silisiumsubstrat 1 ved etsing eller lignende og en serie halvlederprosesser, innbefattet en diffusjonsprosess, nødvendig for en felteffekttransistor 3, varaktordioder 4 og lignende, utføres ved varmebehandlingstemperaturen for direkte bånding eller høyere (trinn Sl). Deretter dannes om nødvendig en beskyttelsesfilm på silisiumavsnittet som er blitt utsatt for de ovennevnte prosesser (trinn S2). Deretter blir overflaten av et avsnitt rengjort omhyggelig (trinn S3) for direkte bånding. Deretter blir en første amorf silisiumtynnfilm 8a dannet på silisiumsubstratet 1 med en plasmakjemisk pådampingsprosess eller lignende (trinn S4). Filmtykkelsen til det amorfe silisium er ca.0,1-3 [ im som i eksempel 25. Overflaten av den amorfe silisiumfilm 8a renses med den bufrede fluorsyre og overflaten utsettes for en hydrofil behandling for å gjøre den hydrofil (trinn S5).

På den annen side blir overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 rengjort (trinn Sil). Deretter blir en annen amorf silisiumtynnfilm 8b med tykkelse på 0,1-03 |o,m også dannet på det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 med en plasmakjemisk pådampingsprosess eller lignende (trinn Sl2). Overflaten av den amorfe silisiumfilm 8b rengjøres med den bufrede fluorsyre og overflaten utsettes for en behandling for å gjøre den hydrofil (trinn Sl3).

Deretter blir overflatene til de første og andre amorfe silisiumfilmer 8a og 8b rengjort tilstrekkelig med rent vann (trinn Sl4). Dernest kontakteres overflatene til de to amorfe silisiumfilmer 8a og 8b jevnt og øyeblikkelig (trinn S21). Således kan den direkte bånding mellom silisiumsubstratet 1 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 dannes ved hydrogenbindinger mellom hydroksylgrupper på overflaten av de amorfe silisiumfilmer 8a og 8b. Den således dannede direkte bånding er tilstrekkelig sterk.

Dessuten blir båndingen sterkere ved varmebehandling ved 100-800°C, foretrukket ved 300-600°C (trinn S22). Dernest blir beskyttelsesfilmen fjernet hvis den er dannet i trinn S2 (trinn S23). Deretter utføres forskjellige prosesser såsom elektrodedannelse som foregår ved temperaturer under varmebehandlingstemperaturen for direkte bånding. Deretter blir elektroder dannet på overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat ved hjelp av vakuumpådamping eller lignende og deretter dannes metallmønsteret med en vanlig fotolitografi (trinn S24). Elektrodene fremstilles av aluminium, gull/krom eller lignende.

Båndestyrken med bruk av amorfe silisiumfilmer er høyere enn dem i eksempel 25 med bruk av silisiumoksydfilmer. Fordi den direkte bånding er mulig ved romtemperatur, kan båndeprosessen (trinn S21) utføres etter at all behandling er fullført.

Den direkte bånding er mulig selv om en amorf silisiumfilm 8 bare dannes på ett avenkrystallsubstratene 1, 2, dvs. bare på overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 eller silisiumsubstratet 1. Den direkte bånding er også mulig hvis det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2 fremstilles fra et annet oksyd enn litiumniobat eller litiumtantalat. Båndetemperaturen kan reduseres ved å benytte en elektrisk spenning ved båndegrenseflaten.

Eksempel 27

Fig. 22 viser et eksempel på strukturen av en spenningsstyrt oscillator i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Perspektivrisset av den spenningsstyrte oscillator er likt det på fig. 18B, og det er ikke vist her. Henvisningstallet 11 betegner et GaAs-substrat som er representativt for halvlederforbindelser i gruppe III-V, mens henvisningstallet 12 betegner et piezoelektrisk enkrystallsubstrat eller litiumniobat - eller litumtantalatsubstrat som utgjør en akustisk overflatebølgeresonator (SAW). Henvisningstallet 18 betegner en film av silisiumforbindelse såsom en silisiumoksydfilm eller en silisiumfilm dannet på GaAs-substratet 11 og/eller det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 og filmen 18 bånder GaAs-substratet 11 direkte med det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 via filmene 18. En transistor 13 dannes på GaAs-substratet 11. Varaktordiodebrikker (D) 14 med elektrostatisk kapasitans som skal variere med den påtrykte spenning og passive brikkekomponenter 15 såsom kondensatorer, induktorer og motstander blir montert på GaAs-substratet 11. Kamlignende elektroder 16 er anordnet på den piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 for å danne den akustiske overflatebøl-geresonator og ledninger 17 forbinder elektrodene 16 med de metalliske linjer på GaAs-substratet 11. Komponentene 12-15 montert på GaAs-substratet 11 og de to elektroder 16 er forbundet for å danne en spenningsstyrt oscillator som vist på fig.

1. En spenningsstyrt oscillator omfatter transistorer, de forskjellige elektroniske komponenter 14, 15 og den akustiske overflatebølgeresonator (SAW). Videre er den spenningsstyrte oscillator integrert som en hybrid integrert krets, forseglet i en beholder (ikke vist).

Tilsvarende eksempel 23, integreres oscillatorkretsen og den akustiske overflate-bølgeresonator med bruk av denne struktur som en hybrid integrert krets. Det vil si at volumet lett minker til omtrent en tiendedel av den motsvarende kjente struktur hvor det benyttes en akustisk overflatebølgeresonator som er plassert i en lukket beholder, mens vekten også minker til omtrent en femtedel av den motsvarende kjente struktur. De ovennevnte problemer med bruk av et båndemiddel fremstilt av harpiks kan også unngås.

Dette eksempel er forskjellig fra eksempel 23 på det punkt at et GaAs-substrat 11 benyttes i stedet for et silisiumsubstrat 1. Halvlederforbindelser i gruppen III-V såsom GaAs, InP og InGaAs har generelt en større mobilitet enn silisium. Mobiliteten til GaAs er omtrent seks ganger den for silisium. Således kan en høyhastighets halvleder dannes ved å benytte en halvlederforbindelse i gruppen III-V og en transistor som kan drives ved flere ti-GHz, kan lett formes. Således blir driften av en elektroakustisk hybrid integrert krets ved høyere frekvenser mulig og den spenningsstyrte oscillator i henhold til dette eksempel kan drives ved høyere frekvenser enn den i eksempel 23.

Eksempel 28

Fig. 23 viser et eksempel på strukturen av den spenningsstyrte oscillator i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Perspektivrisset av den spenningsstyrte oscillator er likt det på fig. 18B, og er ikke vist her. Henvisningstallene 11-13 og 16-18 betegner de samme elementer som i eksempel 27 (fig. 22). Silisiumoksyd- eller silisiumfilmen 18 bånder GaAs-substratet 11 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 ved direkte bånding. Henvisningstallet 14' betegner en varaktordiodebrikke som forandrer den elektrostatiske kapasitans med den påtrykte spenning og henvisningstallet 15' betegner passive brikkekomponenter såsom kondensatorer, induktorer og motstander. Komponentene på GaAs-substratet og de to elektroder på den akustiske overflatebølgeresonator er forbundet for å danne en spenningsstyrt oscillator som vist på fig. 1. Den spenningsstyrte oscillator som er konstruert i ett stykke som forklart ovenfor, plasseres i en beholder (ikke vist).

Dette eksempel er forskjellig fra eksempel 27 på det punkt at varaktordiodebrikken 14' og de passive brikkekomponenter 15' er fremstilt på GaAs-substratet 11 som et legeme i ett stykke, tilsvarende eksempel 24. Det er lett å integrere varaktordiodebrikkene 14' når GaAs-substratet 11 benyttes. Motstandene kan lett dannes ved å danne GaAs-motstander fremstilt ved hjelp av en diffusjonsprosess eller tynnfilmmotstander fremstill av tantalnitrid. Kondensatorene kan lett dannes ved å danne silisiumnitridfilmer og induktorer kan lett fremstilles ved å danne et spiralmønster av metall. Ved å benytte denne strukturen, kan den spenningsstyrte oscillator utføres mer kompakt enn den i eksempel 25. Monteringen av brikkekomponentene er ikke nødvendig og dette letter masseproduksjonen.

Eksempel 29

Et eksempel på en fremstillingsmetode for en spenningsstyrt oscillator i henhold til den foreliggende oppfinnelse er forklart med henvisning til fig. 20 og 24.

Først dannes ett eller flere nedsenkede områder i foreskrevne posisjoner på et GaAs-substrat 11 ved hjelp av etsing eller lignende og en serie halvlederprosesser, innbefattet en diffusjonsprosess, nødvendig for en felteffekttransistor 13, varaktordioder 14 og lignende utføres ved varmebehandlingstemperaturen for direkte bånding eller høyere (trinn Sl).

Dernest dannes om nødvendig en beskyttende film på GaAs-avsnittet som er blitt utsatt for de ovennevnte prosesser (trinn S2). Den beskyttende film er fremstilt av metallisk film eller oksydfilm som kan motstå de ovennevnte prosesser og til slutt fjernes. Deretter blir overflaten til et GaAs-avsnitt benyttet for den senere båndingen rengjort omhyggelig (trinn S3). Til slutt blir overflatesjiktet av GaAs etset og fjernet med fluorsyreetsemiddel.

Deretter blir en første silisiumoksydtynnfilm 18a dannet på GaAs-substratet 11 med en kjemisk pådampingsprosess eller lignende (trinn S4). Filmtykkelsen til silisiumoksydfilmen kan styres lett til ca. 0,1-3 um.

Overflaten av silisiumoksydfilmen 18a rengjøres med den bufrede fluorsyre, og overflaten utsettes for en hydrofil behandling slik at den blir hydrofil (trinn S5).

På den annen side blir overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 rengjort (trinn Sil). Deretter blir en annen silisiumoksydtynnfilm 18b også dannet på det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 med en kjemisk pådam-pingsvekstprosess eller lignende (trinn Sl2). Tykkelsen og jevnheten av den annen silisiumoksydfilm 18b kan styres tilsvarende dem til den første silisiumoksydfilm.

Overflaten av silisiumoksydfilmen 18 rengjøres med den bufrede fluorsyre og overflaten utsettes for en behandling for å gjøre den hydrofil (trinn Sl3).

Deretter blir overflaten til de første og andre silisiumoksydfilmer 18a og 18b rengjort tilstrekkelig med rent vann (trinnene S6 og Sl4). Dernest blir overflaten til de to silisiumoksydfilmer 18a og 18b straks kontaktert jevnt (trinn S21). Således kan den direkte bånding mellom GaAs-substratet 11 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 dannes ved hydrogenbindinger mellom hydroksylgrupper på overflaten av silisiumoksydfilmene 18a og 18b. Den således dannede direkte bånding er tilstrekkelig hard.

Videre blir den direkte bånding hardere ved varmebehandling ved 100-800°C, foretrukket ved 300-600°C (trinn S22). Når varmebehandlingstemperaturen er høy, blir variasjoner i form, størrelse eller lignende av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 noe begrenset på grunn av forskjellen i varmeutvidelseskoeffisientene mellom GaAs-substratet 11 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12. Imidlertid kan båndestyrken forbedres vesentlig uten å forårsake avrevne materialer og skader, når tykkelsen og arealet av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 reduseres med økningen i varmebehandlingstemperaturen.

Virkningen av varmebehandlingen på båndestyrken er lik den i eksempel 25. Hvis temperaturen økes til over 800°C, forlater litiumatomer overflaten til litiumniobatet eller litiumtantalatet. Således blir overflatekarakteristikkene dårligere og den foreskrevne ytelse som en akustisk overflatebølgeresonator kan ikke fås. Følgelig må den direkte båndetemperatur være 800°C eller mindre når litiumniobat eller litiumtantalat benyttes til det piezoelektriske enkrystallsubstrat 2.

Deretter blir en beskyttende film fjernet hvis den er dannet i trinn S2 (trinn S23). Deretter utføres forskjellige prosesser som elektrodedannelsen som foregår ved temperaturer under varmebehandlingstemperaturen for bånding. Deretter blir elektroder dannet på overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat med vakuumpådamping eller lignende og deretter dannes metallmønstre med en vanlig fotolitografi (trinn S24). Elektrodene fremstilles av aluminium, gull/krom eller lignende. Således kan strukturen i eksempel 27 fremstilles med bruk av en fremgangsmåte tilsvarende eksempel 25.

Den direkte bånding er mulig selv med silisiumoksydfilm 18 dannes på bare ett avenkrystallsubstratene 11, 12, dvs. bare på overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 eller GaAs-substratet 11. Den direkte bånding er også mulig hvis det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 fremstilles av et annet oksyd enn litiumniobat eller litiumtantalat. Videre er direkte bånding også mulig ved bruk av silisiumoksydfilmer når det benyttes en annenenkrystallsubstratforbindelse i gruppe III-V enn GaAs-substrat.

Eksempel 30

Et eksempel på en fremstillingsmetode for en spenningsstyrt oscillator forklares med henvisning til fig. 20 og 24. I dette eksempel benyttes en amorf silisiumfilm som filmen 18.

Tilsvarende eksempel 29 blir et eller flere nedsenkede områder dannet i foreskrevne posisjoner på et GaAs-substrat 11 med etsing eller lignende og en serie halvlederprosesser, innbefattet en diffusjonsprosess, nødvendig for en felteffekttransistor 13, varaktordioder 14 eller lignende, utføres ved varmebehandlingstemperaturen for direkte bånding eller høyere (trinn Sl). Dernest dannes om nødvendig en beskyttende film på GaAs-avsnittet som er blitt utsatt for de ovennevnte prosesser (trinn S2). Deretter blir overflaten av et GaAs-avsnitt benyttet til bånding, senere omhyggelig rengjort (trinn S3). I realiteten blir overflatesjiktet av GaAs etset og fjernet med et fluorsyreetsemiddel.

Deretter blir en første amorf silisiumtynnfilm 18a dannet på GaAs-substratet 11 med en plasmakjemisk pådampingsprosess eller lignende (trinn S4). Filmtykkelsen av den amorfe film er omtrent 0,1-3 um som i eksempel 29. Overflaten av den amorfe silisiumfilm 18a rengjøres med den bufrede fluorsyre og overflaten utsettes for en hydrofil behandling som gjør den hydrofil (trinn S5).

På den annen side blir overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 rengjort (trinn Sl 1). Deretter blir en annen amorf silisiumtynnfilm 18b med en tykkelse på 0,1-0,3 um også dannet på det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 med en plasmakjemisk pådampingsprosess eller lignende (trinn Sl2). Overflaten av den amorfe silisiumfilm 18b rengjøres med den bufrede fluorsyre og overflaten utsettes for en behandling for å gjøre den hydrofil (trinn Sl3).

Deretter blir overflaten av de første og andre amorfe oksydfilmer rengjort tilstrekkelig med rent vann (trinn Sl4). Deretter ble overflatene av de to amorfe silisiumfilmer 18a og 18b straks kontaktert jevnt (trinn S21). Således kan den direkte bånding mellom GaAs-substratet 11 og det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 dannes ved hydrogenbindinger mellom hydroksylgrupper på overflaten av de amorfe silisiumfilmer 18a og 18b. Den således dannede direkte bånding er tilstrekkelig hard.

Videre utføres trinn S22-S24 for å danne en elektroakustisk hybrid integrert krets hvor GaAs-substratet 11 og det elektroakustiske element er integrert.

Den direkte bånding er mulig selv om en amorf silisiumfilm 18 dannes på bare ett avenkrystallsubstratene 11 og 12, dvs. bare på overflaten av det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 eller på GaAs-substratet 11. Den direkte bånding er også mulig hvis det piezoelektriske enkrystallsubstrat 12 er fremstilt av et annet oksyd enn litiumniobat eller litiumtantalat.

Eksempel 31

Fig. 25A og 25B viser et eksempel på strukturen av en spenningsstyrt oscillator i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor henvisningstallet 21 betegner et GaAs-substrat, henvisningstallet 22 en kvartsoscillator båndet på GaAs-substratet 21, henvisningstallet 23 en transistor dannet på GaAs-substratet 21, henvisningstallet 24 en varaktordiodebrikke som forandrer den elektrostatiske kapasitans med den påtrykte spenning, henvisningstallet 25 passive brikkekomponenter såsom kondensatorer, induktorer og motstander, henvisningstallet 26 en øvre elektrode i kvartsoscillatoren 22, og henvisningstallet 27 en nedre elektrode anordnet på baksiden av kvartsoscillatoren 22. Et gjennomgående hull 21a er anordnet i GaAs-substratet 21 straks under kvartsoscillatoren 22 for å forbinde den nedre elektrode 27 med baksiden av kvartsoscillatoren 22. Den nedre elektrode 27 er forbundet elektrisk via metallinjer på GaAs-substratet 21 gjennom et forbindelseshull 29 (eller et gjennomgående hull dannet ienkrystallsubstratet 21, dekket med en leder på innsiden av det gjennomgående hull for å forbinde begge sider avenkrystallsubstratet 21 elektrisk) eller lignende. Videre er komponentene til GaAs-substratet 21 og de to elektroder i kvartsoscillatoren 22 forbundet for å danne en spenningsstyrt oscillator, som vist på fig. 25B. Henvisningstallet 28 betegner en silisiumoksydfilm eller en silisiumfilm dannet på GaAs-substratet 21 og/eller på kvartsoscillatoren 22 (bortsett fra et område som svarer til det gjennomgående hull 21a) for å bånde GaAs-substratet 21 og kvartsoscillatoren 22 ved direkte bånding. Videre er den spenningsstyrte oscillator forseglet i en lukket beholder (ikke vist). Felteffekttransistoren, de forskjellige elektroniske komponenter og kvartsoscillatoren 22 danner en oscillator vist på fig.2.

Ved å benytte denne strukturen, reduseres volumet til omtrent en tiendedel av den motsvarende kjente struktur hvor en kvartsoscillator anbragt i en beholder benyttes, mens vekten også minker til omtrent en femtedel av den motsvarende kjente struktur.

I dette eksempel er GaAs-substratet 21 og kvarts (et enkrystall av silisiumoksyd) 22 båndet ved direkte bånding med bruk av silisiumoksydet ved overflaten av kvartsen selv og silisiumoksydet- eller silisiumfilmene dannet på GaAs-substratet og/eller kvartsen, uten bruk av et ordinært båndemiddel fremstilt av harpiks eller lignende. Således kan fordeler tilsvarende eksempel 25 fås.

Andre spenningsstyrte oscillatorkretser forskjellig vist på den fra fig. 2 kan også benyttes. Antallet varaktordioder eller andre passive elektroniske komponenter varierer med hver krets og arrangementet av disse på halvledersubstratet er utført passende for hvert tilfelle.

Eksempel 32

Fig. 26A og 26B viser et eksempel på strukturen av en spenningsstyrt oscillator i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor henvisningstallene 21-23 og 26-29 betegner samme elementer som i eksempel 31. Henvisningstallet 24' betegner en varaktordiodebrikke som forandrer den elektrostatiske kapasitans med den påtrykte spenning og henvisningstallet 25' betegner passive brikkekomponenter såsom kondensatorer, induktorer og motstander. Den nedre elektrode 27 er forbundet med metallinjenen på GaAs-substratet 21 gjennom et forbindelseshull 29. Videre er komponentene til GaAs-substratet 21 og de to elektroder i kvartsoscillatoren 22 forbundet for å danne en spenningsstyrt oscillator. Den spenningsstyrte oscillator konstruert som forklart ovenfor, er forseglet i en lukket beholder (ikke vist).

Dette eksempel er forskjellig fra eksempel 31 på det punkt at varaktordiodebrikken 24' og de passive brikkekomponenter 25 er integrert direkte i GaAs-substratet 21 som i eksempel 28. Ved å benytte denne strukturen, kan den spenningsstyrte oscillator gjøres mer kompakt enn den i eksempel 31. Monteringen av brikkekomponentene 24' og 25' er ikke nødvendig, tilsvarende eksempel 28, og dette letter masseproduksjonent.

Eksempel 33

Et eksempel på en fremstillingsmetode for en spenningsstyrt oscillator i henhold til det foreliggende eksempel er forklart med henvisning til fig.27 og 29.

Først dannes en eller flere nedsenkede områder i foreskrevne posisjoner på et GaAs-substrat 21 som et eksempel på en halvlederforbindelse i gruppen III-V, ved hjelp av etsing eller lignende, og en serie halvlederprosesser, innbefattet en diffusjonsprosess, nødvendig for en felteffekttransistor 23, varaktordioder 24 og lignende, utføres ved varmebehandlingstemperaturen for direkte bånding eller høyere (trinn S41). Diffusjonsprosessen utføres vanligvis ved en temperatur så høy som 870°C eller høyere.

Dernest dannes om nødvendig en beskyttende film på GaAs-avsnittet som er blitt utsatt for de ovennevnte prosesser (trinn S42). Den beskyttende film er fremstilt av en metallisk film eller oksydfilm som kan motstå de ovennevnte prosesser og til slutt fjernes. Deretter ble overflaten av et avsnitt for direkte bånding rengjort omhyggelig (trinn S43). I realiteten etses overflatesjiktet av GaAs og fjernes med et fluorsyreetsemiddel.

Deretter blir en første silisiumoksydtynnfilm 28a dannet i et område på GaAs-substratet 21 med en kjemisk pådampingsprosess eller lignende (trinn S44). Filmtykkelsen til silisiumoksyd og jevnheten av filmene kan lett styres for filmer med tykkelse på ca. 0,1-3 \ im.

Overflaten av silisiumoksydfilmen 28a rengjøres med den bufrede fluorsyre og overflaten utsettes for en hydrofil behandling for å gjøre den hydrofil (trinn S45). På den annen side rengjøres overflaten av kvartsoscillatoren 22 (trinn S51). Deretter blir en annen silisiumoksydtynnfilm 28b også dannet på kvartsoscillatoren 2 med en kjemisk pådampingsprosess eller lignende (trinn S52). Tykkelsen og jevnheten av den annen silisiumoksydfilm 28b kan styres tilsvarende de for dem første silisiumoksydfilm.

Overflaten av silisiumoksydfilmen 28b rengjøres med den bufrede fluorsyre og overflaten utsettes for en behandling for å gjøre den hydrofil (trinn S53).

Deretter blir overflaten av de første og andre silisiumoksydfilmer 28a og 28b rengjort tilstrekkelig med rent vann (trinn S46 og S54). Dernest blir overflatene til de to silisiumoksydfilmer 28a og 28b straks kontaktert jevnt (trinn S61). Således kan den direkte bånding mellom silisiumsubstratet 21 og kvartsoscillatoren 22 dannes via hydrogenbindinger mellom hydroksylgrupper på overflaten av silisiumoksydfilmene 28a og 28b. Den således dannede direkte bånding er tilstrekkelig hard.

Videre blir båndingen hardere ved varmebehandling ved 100-860°C, foretrukket ved 300-600°C (trinn S62). Når varmebehandlingstemperaturen er høy, er kvartsoscillatorens 22 størrelse eller lignende noe begrenset på grunn av forskjellen til varmeekspansjonskoeffisientene for silisiumsubstratet 21 og kvartsoscillatoren 22. Imidlertid kan båndestyrken forbedres vesentlig uten å forårsake avrevende materialer og skader når tykkelsen og arealet av kvartsoscillatoren 22 minskes med økningen i varmebehandlingstemperaturen.

Hva angår virkningen av varmebehandling på båndestyrken, kan f.eks. varmebehandling i 1 time ved 200°C øke båndestyrken flere ganger til flere ti-kg/cm<2>. Hvis temperaturen økes til over 870°C, forandrer krystallstrukturen til kvartsen seg. Følgelig må båndetemperaturen være 860°C eller mindre.

Hvis nødvendig, blir kvartssubstratet deretter gjort tynnere som forklart i eksempel 34 (trinn S63).

Dernest dannes et hull 21a straks under kvartsoscillatoren 22 og silisiumoksydfilmen 22b som er blottlagt gjennom hullet 21a, etse bort etter at den resterende del er dekket med en resist eller lignende. Deretter blir resisten og den beskyttend film, om den er dannet i trinn S42, fjernet (trinn S64). Deretter utføres forskjellige prosesser som elektrodedannelse som foregår ved temperaturer under varmebehandlingstemperaturen for bånding og under 860°C. Deretter dannes elektroder 23 og 24 på de to overflater av kvartsoscillatoren 22 ved hjelp av vakuumpådamping eller lignende og deretter dannes metallmønstret med en konvensjonell fotolitografi (trinn S65). Elektrodene er fremstilt av aluminium, gull/krom eller lignende.

Eksempel 34

Et eksempel på en fremstillingsmetode for en spenningsstyrt oscillator forklares med henvisning til fig. 27 og 28.

Tilsvarende eksempel 33 utføres båndingen med en kvartsplate 22 (trinn S61 og S62) etter at minst et aktivt element er dannet på en foreskrevet fordypning. Deretter blir kvartsoscillatoren 22 behandlet for å redusere tykkelsen ved hjelp av polering eller etsing (trinn S63). F.eks. kan et kvartssubstrat med en initial tykkelse på 200 [ im således lett dannes med en tykkelse på 5 [ im eller mindre. Hvis det benyttes en nøyaktig etseprosess, kan kvartsplatens tykkelse reduseres ytterligere til 1 [ im. Hvis kvarts med AT-skjæring benyttes, gjør tykkelsen på 1 [ im det mulig å få en oscillasjon ved en fundamentalbølge på omtrent 1,6 GHz. Ved deretter å utføre prosesser (trinnene S64 og S65) tilsvarende dem i eksempel 33, kan det fremstilles en spenningsstyrt oscillator som integrerer GaAs-substratet 21 og kvartsoscillatoren 22.

En slik spenningsstyrt oscillator kan oscillere med en frekvens så høy som

1,6 GHz, noe som ikke har latt seg gjøre tidligere. Hvis spesielt et GaAs-substrat 22 benyttes, og med en transistor som drives ved frekvenser flere ganger høyere enn dem for en silisiumtransistor, så er den tynne kvartsoscillator meget fordelaktig i et høyt frekvensområde på 1 GHz eller høyere.

Hvis dessuten frekvensen overstiger 1 GHz, forverrer de lange metallinjer høyfrekvenskarakteristikken. Imidlertid kan integrasjonen i henhold til dette eksempel forbedre ytelsen.

Eksempel 35

Et eksempel på en fremstillingsmetode for en spenningsstyrt oscillator er forklart med henvisning til fig. 27 og 29. I dette eksempel benyttes amorf silisiumtynnfilm for direkte bånding.

Tilsvarende eksempel 33 dannes etter at et aktivt element er dannet på en foreskrevet fordypning, en amorf silisiumfilm med kjemisk plasmapådamping eller lignende, i det minste på GaAs-substratet som et båndeplan (trinn S44). Filmtykkelsen av det amorfe silisium er ca. 0,1-3 [ im, tilsvarende eksempel 33.

Deretter ble overflatene av den amorfe silisiumfilm 28a og av kvartsoscillatoren 22 rengjort omhyggelig (trinnene S45 og S53). Rengjøringsprosessen er omtrent tilsvarende den i eksempel 33. Silisiumoverflaten rengjøres med et etsemiddel eller bufret fluorsyre. Deretter blir de to overflater tilstrekkelig rengjort med rent vann og de blir straks kontaktert jevnt (trinnene S46, S54 og S61). Således kan den direkte bånding lett realiseres. Deretter blir båndingen forbedret ved varmebehandling. Dernest kan kvartsplaten om nødvendig gjøres tynnere ved polering og etsing tilsvarende eksempel 34. Ved deretter å utføre prosesser tilsvarende dem i eksempel 33 (trinnene S62-S65), kan en spenningsstyrt oscillator som integrerer GaAs-substratet og kvartsoscillatoren, fremstilles og fordeler tilsvarende eksemplene 33 og 34 kan fås. Den direkte bånding er mulig ved romtemperatur og den kan utføres etter at alle prosesser er fullført.

Den direkte bånding er mulig selv om en amorf silisiumoksydfilm dannes på bare et avenkrystallsubstratene 21 og 22, dvs. bare på overflaten av kvartsplaten 22 eller silisiumsubstratet 21. Et litiumniobat eller litiumtantalat kan også benyttes i stedet for kvartsoscillatoren.

Som silisiumforbindelse for den direkte bånding, benyttes en silisiumoksyd som i de ovennevnte eksempler. Silisiumoksydfilmer fremstilt ved en kjemisk pådampingsprosess varierer noe med avsetningsbetingelsene. Nitrogenatomer kan også innbefattes i en silisiumoksydfilm. Imidlertid er den direkte bånding mulig i disse tilfeller.

I eksemplene 23 og 24 blir en nedre elektrode i kvartskrystallresonatoren elektrisk forbundet til overflaten av halvledersubstratet gjennom forbindelseshullet som ble frembragt i dette. Imidlertid kan den struktureres slik at nedre overflate av halvledersubstratet blir en felles jordelektrode. I dette tilfelle behøver detgjennomgående hullet ikke å anordnes.

I hvert eksempel ble den spenningsstyrte oscillator eksemplifisert som det foretrukkede eksempel, men når imidlertid en temperaturkompensert kvartskrystal-loscillator skal tas som eksempel, kan den fremstilles på samme måte som allerede forklart ovenfor og skaffe de samme virkninger som de ovenfor viste, selv om en temperaturdeteksjonskrets og en kontrollkrets for å mate den detekterte temperatur tilbake til en oscillerende krets i tillegg er anordnet som en brikkekomponent på en krets i henhold til hvert eksempel. I tillegg kan det ved å benytte kvartskrystallresonatoren som et frekvensfilter av resonanstypen, fås en forsterkingsinnretning for en høyfrekvensmottagerkrets og med de samme effekter som dem vist i de ovenfor omtalte eksempler. Med andre ord kan det fås egenskaper som lav størrelse og vekt, høy yteevne og lav kostnad.

Selv om de ovennevnte eksempler angår spenningsstyrte oscillatorer, er det innlysende at den foreliggende oppfinnelse ikke bare kan benyttes til en spenningsstyrt oscillator men også andre elektroakustiske kretser såsom en høyfre-kvensforsterker (fig. 3) og en temperaturkompensert krystalloscillator (fig. 4) ved å bånde et elektroakustisk element (F, X) direkte til et halvledersubstrat som utgjør et transistorelement.

De hybride integrerte kretser og fremstillingsmetodene for eksemplene har fordelene som er forklart nedenfor.

Fordi grunnleggende elementer i en transistor og et elektroakustisk element såsom en akustisk overflatebølgeresonator for å generere svingninger er integrert i ett legeme, kan størrelsen og vekten av den elektroakustiske krets i stor grad reduseres.

Fordi et halvledersubstrat og et akustisk element båndes ved direkte bånding, er planaregenskapen meget god og submikrometer-fotolitografi som er nødvendig for å innstille oscillasjonsfrekvensen, kan benyttes. Videre kan påliteligheten med hensyn til varme og vibrasjon i stor grad forbedres.

Hvis det foretas en polering eller etsing av kvartsen, kan tykkelsen lett reduseres til 5 um eller mindre. Således kan den spenningsstyrte oscillator fremstilles med en fundamentalbølge i submikrobølgebåndet (flere hundre MHz til flere GHz) lett. Følgelig vil den spenningsstyrte oscillator ha bedre ytelse med lavere kostnad.

Når integrasjonen utføres på et GaAs-substrat, kan høyfrekenskarakteristikkene til en transistor fremstilt på etenkrystallsubstrat forbedres flere ganger i forhold til hva tilfelle er med bruk av en silisiumtransistor. Da kan bruken som en spenningsstyrt oscillator utvides til høyere frekvenser.

Den direkte bånding ved romtemperatur er i alt vesentlig mulig og graden av frihet i fremstillingsprosessen er meget stor. Dette er gunstig med tanke på masseproduksj on.

Selv om den foreliggende oppfinnelse er blitt fullstendig forklart i forbindelse med de foretrukkede eksempler på denne og med henvisning til den ledsagende tegning, skal det bemerkes at forskjellige forandringer og modifikasjoner vil være innlysende for fagfolk. Slike forandringer og modifikasjoner skal forstås å være innbefattet innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse som angitt i de vedføyde krav, med mindre de skulle avvike fra disse.

Claims

1. Elektroakustisk integrert krets omfattende: - et substrat (1') av en halvlederforbindelse i gruppen III-V, - minst et aktivt element (3, 3') dannet på overflaten av halvledersubstratet (i'); og - en piezoelektrisk plate (2) som er båndet til halvledersubstratet, hvor minst et elektroakustisk element som omfatter den piezoelektriske plate (2) er forbundet med det aktive element (3) for å danne en elektroakustisk integrert krets, karakterisert ved at den piezoelektriske plate (2) er båndet ved direkte bånding til halvledersubstratet (1').

2. Elektroakustisk integrert krets, omfattende: - et silisiumhalvledersubstrat (1), - minst et aktivt element (3, 3') dannet på overflaten av halvledersubstratet (1); og - en piezoelektrisk plate (2') som omfatter et element valgt blant litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat og båndet til halvledersubstratet, og hvor minst ett elektroakustisk element som omfatter den piezoelektriske plate (2'), er forbundet med det aktive element (3,3') for å danne en elektroakustisk integrert krets, karakterisert ved at den piezoelektriske plate (2') er båndet ved direkte bånding til halvledersubstratet (1).

3. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 1, karakterisert ved at den piezoelektriske plate (2') er et piezoelektrisk enkrystallsubstrat.

4. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 2, karakterisert ved at den piezoelektriske plate (2) er et piezoelektrisk enkry stal 1 sub str at.

5. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3, karakterisert ved at halvledersubstratet (1') av en forbindelse i gruppen III-V er GaAs.

6. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3, karakterisert ved at halvledersubstratet (1) av en forbindelse i gruppen III-V er InP.

7. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at den piezoelektriske plate (2') er litiumniobat.

8. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at den piezoelektriske plate (2') er litiumtantalat.

9. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at den piezoelektriske plate (2') er litiumborat.

10. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3, karakterisert ved at den piezoelektriske plate (2') er kvartskry stall.

11. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at det elektroakustiske element er en akustisk overflatebølgeinnretning.

12. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at det aktive element innbefatter en transistor (3).

13. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at den elektroakustiske integrerte krets er en oscillator.

14. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at den elektroakustiske integrerte krets er en høyfrekvensforsterker.

15. Elektroakustisk integrert krets i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at det elektroakustiske element er en akustisk bulkbølgeinnretning.

16. Fremstillingsmetode for en elektroakustisk hybrid integrert krets, karakterisert ved at den omfatter trinn for å tilveiebringe et halvledersubstrat (1') av en forbindelse i gruppen III-V og med motsatte første og andre overflater, å tilveiebringe en piezoelektrisk plate (2) med motsatte første og andre overflater, å behandle den første overflate av halvledersubstratet (1') av en forbindelse i gruppen III-V og den annen overflate av den piezoelektriske plate (2) for å gjøre dem hydrofile, og å feste halvledersubstratet (1') direkte på den piezoelektriske plate (2) med de behandlede overflater for å danne direkte bånding.

17. Fremstillingsmetode for et elektroakustisk hybrid integrert krets, karakterisert ved at den omfatter trinn for å tilveiebringe et silisiumhalvledersubstrat (1) med motsatte første og andre overflater, å tilveiebringe en piezoelektrisk plate (2) med motsatte første og andre overflater, omfattende et element valgt blant litiumniobat, litiumtantalat og litiumborat, å behandle den første overflate av silisiumhalvledersubstratet (1) og den annen overflate av det piezoelektriske plate (2') for å gjøre dem hydrofile, og å feste halvledersubstratet (1) direkte på den piezoelektriske plate (2) med de behandlede overflater for å danne direkte bånding.

18. Fremstillingsmetode for en elektroakustisk hybrid integrert krets i henhold til krav 16 eller 17, karakterisert ved at den piezoelektriske plate (2,2') er et piezoelektrisk enkrystallsubstrat.

19. Fremstillingsmetode for en elektroakustisk hybrid integrert krets i henhold til krav 18, karakterisert ved at den omfatter et trinn for å varme opp det båndede halvledersubstrat (1, 1') og den piezoelektriske plate (2, 2').

20. Fremstillingsmetode for en elektroakustisk hybrid integrert krets i henhold til krav 18 eller 19, karakterisert ved at den hydrofile behandling omfatter et trinn som benytter en oppløsning av ammoniakk-hydrogenperoksyd.

21. Fremstillingsmetode for en elektroakustisk hybrid integrert krets i henhold til krav 19, karakterisert ved at varmebehandlingen utføres ved en temperatur på 100-500°C.