200809931 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 極 本發明係有關一種電極，特別是有關一種用於壓電晶體振盪 元件之電 【先前技術】 壓電晶體振盪元件可分為壓電晶體與壓電晶體振盪器一般習知石英曰 體或石英振盪器皆屬此類。壓電晶體係使用壓電晶片所製造之電子被動元 件，而壓電晶體振盈器係電子主動猶，包括_壓電晶體以及_積體電路 構成振盪迴路，能產錢率縣在百萬分之輯算之超高頻穩定訊 號。壓電晶體減元件具備振盪時頻率之高精度和高穩定度特徵，可於電 路系統中舰職、鮮、轉之谢考_，目嫩運用於頻^ 選擇與控制器件等各類電子產品録統之上，舉凡：軍事、機械、通訊、 電子、醫療 '消費性’以及汽轉市場，都麵電晶體錄元件之各 類應用產品。 壓電晶體缝元餘射，主妓錢電晶體之晶㈣㈣各表面鑛 ^極’㈣外加電壓而產生鮮，—般而言，當上述的電極使用的 材枓不同時’對於整_振魅紐與熱敏性皆麵翻辦，立中， 因為電極係可為多層的結構，⑽結構通常為錄、鉻、金、轉金屬，而 =外層_料的麵與朗，已_的文獻提__，例 1494627 構，.中觀國專 1441174射係提-金、銀1金或是銀為 5 200809931 主成刀的金屬所構成的電極結構；美國專利第674侧號中係提供以金、
紹、鋅、銅、錫所構成的電極結構；美國專利第661簡號中係提供以紹— 銅、銘-錄、鉻 '金所構成的電極結構；美國專利第_簡號中係提供以 m金所構成的電極結構；美國專利第6556丨〇3號中係提供以銘、 銀、金所構成的電極結構；美國專利第6545395號中係提供以始、叙—銀、 錄所構成的電極結構；美國專利第654腦號中係提供以金、銘、辞、銅、 錫所構成的電極結構：美國專利第5235238號中係提供以金、麵、叙、辞、 銅鎳#鐵銀、或是其他合金、碳材、有機導電材料或是導電陶曼 所構成的電極結構；美國專利第侧631號中係提供以金、铭、銀所構成 的電極結構。基於上述的專利内容而言，並未對於電極結構所使用的材料 加以明確地定義其中的組成成分，然而，在實際的應財，材料特性對於 元件表現_係是隨著精麵材料域關改變而有不同程度的影響，舉 例而言’對於純金的金屬電極而言，雖可提供良好的物理、化學敎賴 熱穩定性’但其電學性質的㈣醜得較林足，對於純銀的金屬電極而 言’雖可提供良好的電學特性’但其物理、化學穩定性與熱穩定性卻又相 對地降低’而對於金-銀二元金屬的電極而言，其中，當金的含量不同時， 所形成的金-銀二^金屬之相變化溫度、延展性、電阻率等等材料特性皆有 所不同’也因此’使得由不同組摘構成的合金_所形成的電極結構， 係具有完衫_電性與熱穩定性，進而影_元件解域的控制能力。 基於上述的缺失，本發_提出—種壓電晶體錄元件之電極，以使 壓電晶體«元件可具有較為穩定的電性與熱穩定性表現。 6 200809931 f發明内容】 本發明之主要陳__·電晶體織元件之電極，其中，此電 極係為^在鉻或疋鎳上形成—金銀合金之電極結構，其中，金銀合金組成 係為重量百分率卜伽t%的金原子。利用金銀合金良好的熱穩定性以提高 電極的熱缺性與其紐表現，_使縣電晶體缝元件可 高可靠性的頻率特性。 一
為逹上述之目的’本發明提供—種壓電晶體，電極之結構係由至少二 層的薄膜所構成’其係可藉由驗或是顧製程以形成在—㈣晶片上， 其中’壓電晶㈣f射树，權謝㈣—嫩係為錄或 t所構成之金屬薄膜’第二層薄賴係為金銀合金所構成之合金金屬薄 膜，其中金原子的重量百分_在丨♦㈣；且，本發明更提供一 麵電晶體振魅，麟觀—基底財載—雙職有·之壓電晶片， 且，電極之結構係由至少二層的薄膜所構成，其中，基底的材質係可為陶 竞’晶片之材質射為石英’而電極結構中的第—層_係形成於基底上， 且其係為鎳或鉻所構成之金屬_，第二層薄_係形成於第—層薄膜 上，其係為金銀合金所構成之合金金屬薄膜，糾，在絲上更可設置至 少一積«侧’祕’❹-物墙⑽細在其中以形 成完整的壓電晶體雜元件，並再藉由至少—導線端子以將此壓電晶體振 盡元件與周邊的元件相互連接。由於所制的電崎料係為以金銀合金覆 蓋在鉻金屬或是齡屬上料結構之電極，且其巾，在金銀合金中的金原 子重量百分耗佔卜偷U，_使得本發明之_0體減元件係可呈 有較優異的熱敎性’使龍電晶體振紅件在轉生產過財即使歷經 7 200809931 150儀嗎錄，_輪刪峨麵_。 底下藉由具體實施例配合·關式詳加說明，當更容_解本發明 之目的、技術内容、特點及其輯成之功效。 【貫施方式】 對於堡电曰曰體振盈儿件而言，具有一穩定性高的電極結構係直接關係 '、 可祕例如’―純定性高的電極材料係可提供此壓電晶體
缝元縣較高溫的操作魏下，仍可鋪優異的紐特徵與穩定之頻率 輸出。因此’本發明係揭示—種壓電晶體振盪元件之電極，以使得壓電晶 體減元件可具有更穩定的鮮控雛力。町，將提出本發明之實施態 樣’並同時佐以圖式加以說明。 請同時參考第-⑷圖與第一⑹圖所示，其係分別為本發明之壓電晶 體振盛元件之電極結構示意圖與雜結構分解示賴。在第―⑹圖中係可 看出-晶片電極2G係包括—壓電晶片26,於此壓電晶片26的上下兩表面 上係先形成有-金屬電轉膜22，並在金屬電極薄膜22上接續形成合金金 屬薄膜24以將金屬電極薄膜22覆蓋。而其中，上述的壓電晶片％之材質 係可為石英，金屬電極薄膜22的材質係可依據不同的產品需求而選自於絡 或是鎳，合金金屬_ 24的材質係可依據不同產品需求而選擇—種金銀合 金，其係含有重量百分率介於卜40wt· %的金原子。在此實施態樣中，金屬 電極薄膜22的材質係為鉻，合金金屬電極薄膜24的材質則是以含有金銀 的合金金屬薄膜，此金、銀的合金金屬薄膜係同時保留有金與銀的特徵， 其中金原子的含量係介在卜40wt. %的重量百分率。 8 200809931 上述合金金屬電極薄膜24中的金，除了可提供其本身所具有的高抗氧 化性' ㈣雜性、低化學反應性料的特性外，更由於錢具有較為優 異的熱穩定性’使得所形成的合金金屬電極薄膜24之表面型態在較高的温 度下操作也不至於因受熱而產生變異，且，金係可與金屬電極薄膜四中的 釔係，、有相田強的附著力；此外，在此實施態樣中，合金金屬電極薄膜汉 中另-種成分縣銀，由於其係料電性最佳的金屬，因此可提高合金金 屬電極薄膜24的電性表現，例如：較低的電阻率。故，綜合上述可知，含 有金、銀的合金金屬薄膜在常溫下，由於金、銀本身性質之影響，係具有 相當高的物理、化學穩定性與良好的電學性質，而在高溫的操作下，由於 成分中係含有金’使得合金金屬電極薄膜24可具有良好的熱穩定性而不會 在表面上產生嚴重的型態變化，例如：電極薄膜表面粗糙度的變化、電極 薄膜表面氧化的反應程度，因而使得反比於雜厚度的片電阻可具有 較小幅度的_’也因此確保了合金金屬電極薄膜％在高溫熱製程下係可 具有較敎且良好的電性特性，同時’ _微的氧化反應程度係降低電極 薄膜重量的變化量，則可使得整體壓電晶體缝树對於鮮的控制可更 為精準。除㈣’嫌!糊目饱了，自糊絲較金為低， 因此，在不影響金的娜表現前提下，力认適當的銀以形成金銀合金不但 可提供最㈣電極表現，更可同時達成降域本之目標。 而上述的金屬電極_ 22與合金金騎極_ 24之絲，係可藉由 魏或是驗的方式以形成在壓電晶片26上，在上述的實施態樣中，在蒸 鑛或是離時所使用的树尺寸係為長7英时、寬5射、高6英忖，而 9 200809931 針對合金金料極_2钟麵子含量係 求，储中金原子的含量射佔重量百分率； 〜 的《百分率的需 薄膜蒸鐘機或是_機以對已形 、.’u之間，且，利用 輪-—=t22伽片％進行 本發明之虔電8曰體振1_牛弟—（b)圖與第二圖所示，其中，第二圖係為 分解亍音圖二、盟之電極實際應用絲電晶體缝元件中之結構 在上封㈣射封㈣之_ m2 與下封套50， 美启 ’、已 日日片電極20、積體電路晶片30、 麵恭極^’晶片電極2G係由—壓電晶片％在上下兩表面上同時形成一 、’ 4 /#膜22與-合金金屬電極薄 守联所構成。其中，上述的上封套 了下封套50.係可由金屬所構成，且為了與外部的周邊元件（未緣示於圖 〃連接£可魏個導電端子（未繪示於圖中）以㈣連接之媒介；壓 電晶:26之材質係可為石英；積體電路晶片30係為半導體晶片；基底40 之材質射為陶金屬電極薄膜的材f係可依據不同的產品需求而選自 於鉻或疋鎳，合金金屬電極薄膜24的材f意係可依據不同產品需求而選自 j金銀或疋其他金屬或合金。而在此實施態樣中，金屬電極薄膜的材質 係為鉻，合金金屬電極_ 24的材f則是以含有金、銀的合金金屬薄膜， 此金、賴合金金__畴㈣有金與銀的特徵，且其成分組成係以 金為主要的成份，其巾金軒的含量齡在HGwt.%的重量百分率。 而相較於一般習知的壓電晶體振盪元件，由於本發明之壓電晶體振盪 疋件中所使㈣電極係為以特定比例的金、銀所構成，其係具有較為穩定 200809931 的高溫特性與電學性質，以下’則以實際的熱處理測試實驗之數據，來說 明本發明之壓電晶體振盪元件之電極所能達成之功效。 製程熱處理賴實财魏細減膜（As_depQsited)、銀_化 - (curing)、退火(anneal)、老化處理(aging)、回流(refl〇w冷程序進行， _ i熱處理職實驗的操作溫度細係介於脉咖。c之間。魏，請同時參 考第一⑷圖與第三⑷、⑹、（c)、⑷' (e)圖所示，其中，第三⑷、⑹、 (c)、（d)、（e)圖係分別為以純金電極薄膜為電極材料的壓電晶體振盛元件 離在初鍍膜、高溫固化 '退火、老域理、喊程序中的片電_高線圖， 且，上述之純金電極薄膜係直接形成在—鉻電極薄膜上。而由第三⑷圖至 第三(e)圖之1^匕較可發現’純金電極薄膜自初錢膜程序至最終的回流程序下 的片電阻分布情形’由第三(a)圖與第三⑹圖可知，當由初賴至高溫固 化私序的片Ί：阻分布情職發生相當大的改變，再，接續觀察在第三⑹、 (c)、（d)、（e)圖中的純金電極薄膜在經過高溫固化、退火 '老化處理與回 流的程序後之片電阻的分布變化情形可發現，純金電極義在完成高溫固 # 化與退火後的片電阻變化較不明顯，但在接續的老化處理程序完成後，相 一 餘退火韻片電时布係再次出贿為鴨的變化，而祕，在回流程 序完紐’她於老化處_序㈣電时布㈣，回絲序後的片電阻 分布仍是有輕微的改變’同時，請再次參考第王⑷圖與第三(〇圖所示， 發現此純金電極薄_片電阻分布在整個熱處理的測試實驗的前、後，係 呈現完全不同的分布情形。 接續，請同時參考第四⑷、⑹、（c)、⑷、（e)圖所示，其中，第四 200809931 (a)、⑹、⑹、⑷、（e)圖係分別為以純銀電___的壓電晶 體振盪元件在初_、高溫固化、社、老化處理、骑程料的片電阻 等高線圖’且，上述之純銀電極薄膜亦直接形成在—絡電極薄膜上。而由 第四⑷縣第四（_之_可發現，純銀電極_自械雌序至最終 的回流程序下的片電崎布情形，由細⑷圖、第四⑹圖與第四⑹圖可 知，當由初題經高化至駄程序的片驗分布情形係發生相當大的 固死金電極薄膜在經過退火 老化處理與回流的程序後之片電_分布變化情形可發現，純銀電極勒 在完成退火後的片電时布情形，再經過老化•、贿程序後的片邮 改變，再，接續觀察在第四（c)
分布情形之變化職不贿^，祕細諸序絲後，她於最初 的初鍍膜程序的片電阻分布而言，請再次參考第四⑷圖與第四⑹圖所 示’發現此純銀電極薄膜的片電阻分布在整她處理的_實驗的前、後， 係呈現完全不同的分布情形。 -請再繼續參考第— (a)、⑹圖與與第五⑷ ' ⑹、⑹、⑷、⑹圖所 不’其中’帛五(a)、⑹、⑹ '⑷、（侧分物鑛金所形成的 電極薄膜為電極材料_電晶體減元件在初賴、銀咖化、退火、老 化處理、回流程序中的片電阻等高線圖，且，上述之金銀合金電極薄膜24 亦直接形成在-鉻電極_22上,由第五(咖取⑹圖之比較可發 現，金齡金電極_ 24自初賴程序至最賴回流程序下㈣電阻飾 月v由第五(3)圖與第五⑹圖可知，當由初賴至高溫固化程序的片電 阻刀布If形係發生些許的改變，再，接續觀察在第五⑹、⑹、⑷、⑷ 200809931 圖中的金銀合金電極薄膜24在經過高溫固化、退火、老化處理與回流的程 絲之片電_分布變化情形可發現，金銀合金雜_ %在完成^王 化後的退火、老化處理與_序中，其“_化程度更趨於平= -最終’請再次參考第奶)圖與第五⑹圖所示，發現此金銀合金電極薄膜 -24的片電阻分布在整她處理的職實驗的前僅，雖有部分的改變’但 其變化的程度係相當的和緩。 ”不。上述’無論疋上述的純金電極薄膜或是純銀電極薄膜，在經過初 _ 麵轉固化、社、老倾理、喊之祕雜賴，她於金銀合 金電極薄_片雜分布情_言，純金電極_或是純銀電極薄膜的片口 電阻=形在每個步驟中皆發生明顯的改變，且所獲得的數據係具有較 同的‘準i ’主要_因可能是因為上述的純金電極_或純銀電極薄膜 在最初形成時，其結構即不夠穩定或是不完整，而在此前提下又使電極薄 麟經過熱處理便料造成電極_晶粒結構改變、電㈣膜電阻率改變 *因素的發生’導致片電阻產生嚴重的變化，此外，亦可能同時因為在高 I μ的知作條件下，使得純金電極薄膜或純銀電極薄膜下方的絡電極薄膜因 同溫而產生部分的鉻離子經由兩_之間的介面擴散至純金電極薄膜或純 銀電極薄财’導致部分的純金電極編或純銀電極薄膜出現薄膜剝離的 現象:最終，由於累積上述種種的因素，因而引起純金電極薄膜或是純銀 電極薄膜的片電阻產生了嚴重變化。_，她於上述具有純金電極薄膜 或是純銀電㈣朗壓電晶體缝元件在高溫下_定度表現，由本發明 所提供的金銀合金電極_所構成的壓電晶體·帥之高溫表現係明顯 13 200809931 本發明之壓電晶體振盪元件之電極係可使元件在較 仍可保持電極_穩定的表面型態，進而使得電極 定值而提高壓電晶體振^件對於頻率控制的能力。 地穩定許多，也因此 高溫的條件下操作時 薄膜的片電阻趨向_ 以上所述係㈣職，細在删該技術者 能暸解本發明之内容並據以實施，而非限定本發明之專利細，故，凡其 他未脫離本發騎揭示之精神所完狀較修飾或修改，仍應包含在以下 所述之申請專利範圍中。
【圖式簡單說明】 第-⑷圖為本發明之壓電晶體元件之電極結構示意圖。 弟-⑹圖為本發明之壓電晶體缝树之電騎構分解示意 弟一圖為本發明之壓電 中之結構分解示意圖 圖 晶體振藍元件之雷托每 干極灵際應用在壓電晶體振盪元件 晶體振盪元件在初鑛膜 晶體振盪元件在銀膠固 第三(a)圖係為以鈍金電極薄膜為電極材料的壓電 程序中的片電阻等高線圖。
第三(b)圖係為以純金電極薄膜為電極材料的壓電 化程序中的片電阻等高線圖。 晶體振盪元件在退火程 晶體振盪:元件在老化處 晶體振盪元件在回流程 第-(C)圖係為以純金電_膜為電極材料的壓電 序中的片電阻等高線圖。 第三⑷圖係為以純金電極薄膜為電極材料的壓電 理程序中的片電阻等高線圖。 包 第三(e)圖係為以純金電極薄膜為電極材料的壓電 200809931 序中的片電阻等高線圖。 第四(a)圖係為以純_ ’、為電極材料的壓電晶、 程序中的 >；電阻等高線目。 $ —體振件在初錄膜 體振盪元件在高溫固 第四⑹圖係為以純銀電 + ’寻膜為电極材料的壓電晶· 化程序中的片電阻等高、_。 苐四（C)圖係為以純銀電 [振盪元件在退火程 專Μ為电極材料的壓電晶體 序中的片電阻等高_。
第四(d) ®nx純銀電極薄 理程序中的片電阻等高線圖。 膜為電極㈣的壓電晶體缝元件在老化處 蝴梅職㈣件在回流程 弟五⑷圖係為以金銀合金電極薄膜為電極材料的壓電晶體振逢元件在初 鍍膜程序巾㈣電轉高義。
弟五(_鱗以金銀合金雜薄_電極材料賴電晶體紐轉在銀 膠固化程序巾㈣電_高線圖。 #()圖係為以金銀合金電極賴為電極材料的壓電晶體振盪元件在退 火耘序中的片電阻等高線圖。 第⑷®彳nx金銀合金電極細為電極材料的壓電晶體振盪元件在老 化處理程序中的片電阻等高線圖。 第五(_係為以金銀合金電極薄膜為電極材料的壓電晶體振鼓件在回 流程序中的片電阻等高線圖。 200809931 【主要元件符號說明】 10上封套 22金屬電極薄膜 26壓電晶片 40基底 20晶片電極 24合金金屬電極薄膜 30積體電路晶片 50下封套
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