Title:
Piezoelektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements
Kind Code:
B4


Abstract:

Piezoelektrisches Bauelement mit einem piezoelektrischen Dünnfilm (10), auf dem eine Ansteuerungselektrode (50U) ausgebildet ist, und einem Stützelement (40), das auf einer Hauptflächenseite des piezoelektrischen Dünnfilms (10) angeordnet ist, und mit einer Membranstruktur, bei der zwischen einer bestimmten Region, die eine Region enthält, in der die Ansteuerungselektrode auf dem piezoelektrischen Dünnfilm (10) gebildet ist, und dem Stützelement (40) eine Spaltschicht (60) angeordnet ist, wobei das piezoelektrische Bauelement zwischen dem piezoelektrischen Dünnfilm (10) und dem Stützelement (40) umfasst:
eine elastische Korpusschicht (30), und
eine anorganische Schicht (20), die auf der Seite des piezoelektrischen Dünnfilms (10) der elastischen Korpusschicht (30) ausgebildet ist und ein Material enthält, das einen höheren Elastizitätsmodul und eine größere Härte als die elastische Korpusschicht (30) aufweist. embedded image




Inventors:
Iwamoto, Takashi (Kyoto-fu, Nagaokakyo-shi, JP)
Application Number:
DE112010004178T
Publication Date:
08/23/2018
Filing Date:
10/26/2010
Assignee:
Murata Manufacturing Co., Ltd. (Kyoto-fu, Nagaokakyo-shi, JP)
International Classes:



Foreign References:
JP200317967A
JP2007228319A2007-09-06
JP2008118079A2008-05-22
JP2003017967A2003-01-17
Attorney, Agent or Firm:
CBDL Patentanwälte, 47051, Duisburg, DE
Claims:
Piezoelektrisches Bauelement mit einem piezoelektrischen Dünnfilm (10), auf dem eine Ansteuerungselektrode (50U) ausgebildet ist, und einem Stützelement (40), das auf einer Hauptflächenseite des piezoelektrischen Dünnfilms (10) angeordnet ist, und mit einer Membranstruktur, bei der zwischen einer bestimmten Region, die eine Region enthält, in der die Ansteuerungselektrode auf dem piezoelektrischen Dünnfilm (10) gebildet ist, und dem Stützelement (40) eine Spaltschicht (60) angeordnet ist, wobei das piezoelektrische Bauelement zwischen dem piezoelektrischen Dünnfilm (10) und dem Stützelement (40) umfasst:
eine elastische Korpusschicht (30), und
eine anorganische Schicht (20), die auf der Seite des piezoelektrischen Dünnfilms (10) der elastischen Korpusschicht (30) ausgebildet ist und ein Material enthält, das einen höheren Elastizitätsmodul und eine größere Härte als die elastische Korpusschicht (30) aufweist.

Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei die elastische Korpusschicht (30) einen anorganischen Füllstoff enthält.

Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die anorganische Schicht (20) eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der piezoelektrische Dünnfilm (10).

Piezoelektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elastische Korpusschicht (30) eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der piezoelektrische Dünnfilm (10) und die anorganische Schicht (20).

Piezoelektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die anorganische Schicht (20) einen kleineren Linearausdehnungskoeffizienten aufweist als der piezoelektrische Dünnfilm (10).

Piezoelektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das piezoelektrische Bauelement ein Material enthält, das aus einem Element der Gruppe 1 besteht.

Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das umfasst:
einen Ionenimplantationsprozess zum Implantieren ionisierter Elemente in ein piezoelektrisches Substrat, um dadurch einen Abschnitt zu bilden, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Substrat implantierten Elemente den Spitzenwert in dem piezoelektrischen Substrat erreicht,
einen Opferschichtbildungsprozess zum Ausbilden einer Opferschicht auf einer Fläche auf der ionenimplantierten Seite des piezoelektrischen Substrats,
einen Prozess zum Ausbilden einer anorganischen Schicht zum direkten Ausbilden der anorganischen Schicht auf einer Fläche auf der ionenimplantierten Seite des piezoelektrischen Substrats, auf der die Opferschicht ausgebildet wird,
einen Prozess zum Aufbringen einer elastischen Korpusschicht zum Aufbringen der elastischen Korpusschicht auf einer Fläche gegenüber dem piezoelektrischen Substrat der anorganischen Schicht,
einen Klebeprozess zum Kleben des Stützelements an die elastische Korpusschicht,
einen Abschälprozess zum Abschälen und Ausbilden des piezoelektrischen Dünnfilms aus dem piezoelektrischen Substrat, wobei der Abschnitt, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Substrat implantierten Elemente den Spitzenwert erreicht, ausgebildet wird, und
einen Opferschichtabtragsprozess zum Entfernen der Opferschicht, um dadurch eine Spaltschicht zu bilden.

Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das umfasst:
einen Ionenimplantationsprozess zum Implantieren ionisierter Elemente in ein piezoelektrisches Substrat, um dadurch einen Abschnitt zu bilden, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Substrat implantierten Elemente den Spitzenwert in dem piezoelektrischen Substrat erreicht,
einen Opferschichtbildungsprozess zum Ausbilden einer Opferschicht auf einer Fläche auf der ionenimplantierten Seite des piezoelektrischen Substrats,
einen Prozess zum Ausbilden einer anorganischen Schicht zum direkten Ausbilden einer anorganischen Schicht auf einer Fläche auf der ionenimplantierten Seite des piezoelektrischen Substrats, auf der die Opferschicht ausgebildet wird,
einen Prozess zum Aufbringen einer elastischen Korpusschicht zum Aufbringen der elastischen Korpusschicht auf einer Vorderseite des Stützelements,
einen Klebeprozess zum Verkleben der anorganischen Schicht und der elastischen Korpusschicht,
einen Abschälprozess zum Abschälen und Ausbilden des piezoelektrischen Dünnfilms aus dem piezoelektrischen Substrat, wobei der Abschnitt, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Substrat implantierten Elemente den Spitzenwert erreicht, ausgebildet wird, und
einen Opferschichtabtragsprozess zum Entfernen der Opferschicht, um dadurch eine Spaltschicht zu bilden.

Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Klebeprozess unter vermindertem Druck ausgeführt wird.

Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Prozess zum Ausbilden einer anorganischen Schicht unter vermindertem Druck ausgeführt wird.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Bauelement, das einen piezoelektrischen Einkristall-Dünnfilm enthält, insbesondere ein piezoelektrisches Bauelement mit einer Membranstruktur, und ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Bis heute ist eine große Anzahl piezoelektrischer Bauelemente entwickelt worden, bei denen ein piezoelektrischer Einkristall-Korpus zu einem Dünnfilm ausgebildet ist. Bei den piezoelektrischen Bauelementen, die einen solchen piezoelektrischen Dünnfilm enthalten, wird im praktischen Einsatz ein Stützelement zum Stützen des piezoelektrischen Dünnfilms benötigt. Ein solches Stützelement ist an einer Hauptfläche des piezoelektrischen Dünnfilms angeordnet, wie in der JP 2007 - 228319 A oder der JP 2003 - 017967 A beschrieben.

Einige der piezoelektrischen Bauelemente haben eine Membranstruktur, bei der zwischen einer Region, in der eine Elektrode, die als das piezoelektrische Bauelement in dem piezoelektrischen Dünnfilm fungiert, ausgebildet ist, und dem Stützelement ein Raum ausgebildet ist, um die Eigenschaften der Bauelemente zu verbessern.

Bisher gab es ein Smart-cut-Verfahren als eines der Verfahren zum Ausbilden eines piezoelektrischen Verbundsubstrats, das einen piezoelektrischen Dünnfilm und ein Stützelement enthält. Gemäß dem Smart-cut-Verfahren wird eine ionenimplantierte Schicht ausgebildet, indem Ionen in eine Hauptfläche eines piezoelektrischen Substrats mit einer verbindungsfähigen Dicke implantiert werden. Als Nächstes wird das separat ausgebildete Stützelement an die Hauptfläche auf der Seite der ionenimplantierten Schicht des piezoelektrischen Substrats, auf der die ionenimplantierte Schicht ausgebildet ist, mittels Aktivierungsverbindung, Affinitätsverbindung oder dergleichen angefügt. Danach wird der piezoelektrische Dünnfilm durch Erwärmen von dem piezoelektrischen Substrat, das die ionenimplantierte Schicht verwendet, abgelöst.

Darum wird bei der Herstellung des piezoelektrischen Bauelements mit der Membranstruktur eine Opferschicht, die später als eine Spaltschicht dient, auf einer Fläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildet, und dann wird das Stützelement an die Vorderseite des piezoelektrischen Substrats, auf der die Opferschicht ausgebildet ist, angefügt. Danach wird der piezoelektrische Dünnfilm von dem herzustellenden piezoelektrischen Substrat abgelöst; in dem piezoelektrischen Dünnfilm werden Ätzfenster ausgebildet; und dann wird die Opferschicht aus den Ätzfenstern entfernt. In diesem Fall wird eine Struktur, bei der der piezoelektrische Dünnfilm und das Stützelement miteinander verbunden sind, auf andere Weise als der Membranstrukturabschnitt ausgebildet.

Als ein Verfahren zum Verbinden des Substrats zum Zweck des Ablösens und Ausbildens eines Dünnfilms und des Stützelements wird ein Verfahren erwähnt, bei dem ein elastischer Korpus zwischen einem Einkristall-Siliziumsubstrat, das kein piezoelektrisches Verbundsubstrat ist, und einer Abstützung angeordnet wird, wie in der JP 2008 118079 A beschrieben.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGTechnisches Problem

Wenn ein piezoelektrisches Substrat und ein Stützelement direkt miteinander verbunden werden, wie in Patentdokument 1 oder Patentdokument 2 beschrieben, so kann die Differenz der Linearausdehnungskoeffizienten zwischen dem piezoelektrischen Substrat und dem Stützelement nicht vernachlässigt werden, und darum sind die Materialien des Stützelements erheblich eingeschränkt. Darüber hinaus ist es - um das piezoelektrische Substrat während des Verbindens keinen unnötigen mechanischen Belastungen auszusetzen - erforderlich, strengste Verbindungsbedingungen in einer solchen Weise einzustellen, dass es zu keinen Unregelmäßigkeiten kommt, die einen bestimmten Grad übersteigen, und dass keine Partikel (Fremdkörper, Staub oder dergleichen einer Mindestgröße) auf einer zusammengefügten Fläche vorkommen. Dadurch erhöht sich aber der Prozessaufwand, und die Prozesssteuerung wird erschwert.

Insbesondere muss beim Herstellen der Membranstruktur nicht nur der Grad der Ebenheit der piezoelektrischen Substratoberfläche, sondern auch der Grad der Ebenheit der Opferschichtoberfläche erhöht werden. Die Opferschichtoberfläche und die piezoelektrische Substratoberfläche können aus fertigungstechnischen Gründen nicht dieselbe Ebene bilden. Um also den Grad ihrer Ebenheit auf mindestens einen bestimmten Wert zu erhöhen, muss der Prozessaufwand erhöht werden, wodurch die Kosten steigen.

Im Gegensatz dazu, wie in Patentdokument 3 beschrieben, lassen sich verschiedene Probleme, die beim Verbinden des piezoelektrischen Substrats und des Stützelements (wie oben beschrieben) auftreten, mindern, indem man einen elastischen Korpus zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Stützelement anordnet. Wenn man aber einen elastischen Korpus mit einem kleinen Elastizitätskoeffizienten an dem piezoelektrischen Substrat anbringt, so kommt es zu Dumping, wodurch die Funktion als das piezoelektrische Bauelement verschlechtert wird. Dieses Phänomen tritt ausnahmslos auf, selbst im Fall der Membranstruktur, weil mindestens ein Abschnitt, wo der piezoelektrische Dünnfilm und der elastische Korpus miteinander verbunden sind, vorhanden ist. Insbesondere bei einem piezoelektrischen Bauelement, das mit elastischen Wellen arbeitet, ist der Einfluss erheblich.

Darum ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein piezoelektrisches Bauelement mit der Membranstruktur, bei der das Eintreten der oben beschriebenen verschiedenen Probleme während des Verbindens vermieden wird und bei der die Funktion nicht aufgrund der Struktur verschlechtert wird, und ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements bereitzustellen.

Lösung des Problems

(1) Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Bauelement mit einem piezoelektrischen Dünnfilm, auf dem eine Ansteuerungselektrode ausgebildet ist, und einem Stützelement, das auf einer Hauptflächenseite des piezoelektrischen Dünnfilms angeordnet ist, und mit einer Membranstruktur, bei der eine Spaltschicht zwischen einer bestimmten Region, die eine Region enthält, in der die Ansteuerungselektrode auf dem piezoelektrischen Dünnfilm gebildet ist, und dem Stützelement angeordnet ist. Zwischen dem piezoelektrischen Dünnfilm und dem Stützelement des piezoelektrischen Bauelements befinden sich eine elastische Korpusschicht und eine anorganische Schicht, die auf der Seite des piezoelektrischen Dünnfilms der elastischen Korpusschicht ausgebildet ist und ein Material enthält, das einen höheren Elastizitätsmodul und eine größere Härte als die elastische Korpusschicht aufweist.

Da bei dieser Konfiguration eine Verbundschicht, die den piezoelektrischen Dünnfilm und die anorganische Schicht enthält, mit dem Stützelement über die elastische Korpusschicht verbunden wird, kann das Material des Stützelements mit einer größeren Dicke als die Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms und der anorganischen Schicht ausgewählt werden, ohne eine Differenz des Linearausdehnungskoeffizienten im Vergleich zum Linearausdehnungskoeffizienten des piezoelektrischen Dünnfilms berücksichtigen zu müssen. Aufgrund der Tatsache, dass die anorganische Schicht zwischen der elastischen Korpusschicht und dem piezoelektrischen Dünnfilm eingesetzt ist, wird durch die elastische Korpusschicht kein Dumping verursacht.

(2) Die elastische Korpusschicht des piezoelektrischen Bauelements der Erfindung enthält einen anorganischen Füllstoff.

In dieser Konfiguration kann aufgrund der Tatsache, dass ein anorganischer Füllstoff in die elastische Korpusschicht eingearbeitet ist, die Wärmeleitfähigkeit der elastischen Korpusschicht erhöht werden, und der Linearausdehnungskoeffizient kann verringert werden, und der Elastizitätsmodul kann ebenfalls erhöht werden. Dadurch können verschiedene Eigenschaften, wie zum Beispiel die Leistungsfestigkeit und die Temperatureigenschaften des piezoelektrischen Bauelements, insbesondere eines Bauelements, das mit Schallwellen arbeitet, verbessert werden.

(3) Für die anorganische Schicht des piezoelektrischen Bauelements der Erfindung wird ein Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die des piezoelektrischen Dünnfilms verwendet.

Da in dieser Konfiguration die in dem piezoelektrischen Dünnfilm erzeugte Wärme effektiv zu der anorganischen Schicht übertragen wird, kann die Leistungsfestigkeit als ein Schallwellen-Bauelement erhöht werden.

(4) Für die elastische Korpusschicht des piezoelektrischen Bauelements der Erfindung wird ein Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die des piezoelektrischen Dünnfilms und der anorganischen Schicht verwendet.

Da in dieser Konfiguration Wärme effektiv von dem piezoelektrischen Dünnfilm über die anorganische Schicht zu der elastischen Korpusschicht übertragen wird, kann die Leistungsfestigkeit weiter erhöht werden.

(5) Für die anorganische Schicht des piezoelektrischen Bauelements der Erfindung wird ein Material mit einem kleineren Linearausdehnungskoeffizienten als der des piezoelektrischen Dünnfilms verwendet.

Da in dieser Konfiguration die anorganische Schicht schwieriger zu verformen ist als der piezoelektrische Dünnfilm, kann die anorganische Schicht den piezoelektrischen Dünnfilm am Verformen hindern, und die Temperatureigenschaften als ein piezoelektrisches Bauelement können verbessert werden.

(6) Der piezoelektrische Dünnfilm des piezoelektrischen Bauelements der Erfindung enthält ein Material, das aus einem Element der Gruppe 1 besteht.

Wenn in dieser Konfiguration das Material, das aus einem Element der Gruppe 1, wie zum Beispiel LT, LN und LBO, besteht, für den piezoelektrischen Dünnfilm verwendet wird, so wird die Position des Elements der Gruppe 1 in dem Kristall aufgrund der Ionenimplantation verschoben, so dass sich innere Spannungen aufbauen, die zu Spaltungsvorgängen in dem Dünnfilm führen, und Rissbildung wahrscheinlich ist. Indem man aber die elastische Korpusschicht und die anorganische Schicht zwischen dem Stützelement und dem piezoelektrischen Dünnfilm einsetzt, so wird das Stützelement indirekt an den piezoelektrischen Dünnfilm angefügt, so dass der Defektanteil aufgrund der Rissbildung während des Verbindens beträchtlich verringert werden kann.

(7) Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen piezoelektrischen Bauelements. Das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements enthält: einen Ionenimplantationsprozess zum Implantieren ionisierter Elemente in ein piezoelektrisches Substrat, um dadurch einen Abschnitt zu bilden, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Substrat implantierten Elemente den Spitzenwert in dem piezoelektrischen Substrat erreicht; einen Opferschichtbildungsprozess zum Ausbilden einer Opferschicht auf einer Fläche auf der ionenimplantierten Seite des piezoelektrischen Substrats; einen Prozess zum Ausbilden einer anorganischen Schicht zum direkten Ausbilden einer anorganischen Schicht auf einer Fläche auf der ionenimplantierten Seite des piezoelektrischen Substrats, auf der die Opferschicht ausgebildet ist; einen Prozess zum Aufbringen einer elastischen Korpusschicht zum Aufbringen einer elastischen Korpusschicht auf einer Fläche gegenüber dem piezoelektrischen Substrat der anorganischen Schicht; einen Klebeprozess zum Kleben eines Stützelements an die elastische Korpusschicht; einen Abschälprozess zum Abschälen und Ausbilden des piezoelektrischen Dünnfilms aus dem piezoelektrischen Substrat, wobei der Abschnitt, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Substrat implantierten Elemente den Spitzenwert erreicht, ausgebildet wird; und einen Opferschichtabtragsprozess zum Entfernen der Opferschicht, um dadurch eine Spaltschicht zu bilden.

Gemäß dem Herstellungsverfahren kann das oben beschriebene piezoelektrische Bauelement mit einem piezoelektrischen Dünnfilm, einer anorganischen Schicht, einer elastischen Korpusschicht und einem Stützelement und mit der Membranstruktur auf einfache Weise hergestellt werden. In diesem Fall können durch direktes Ausbilden auf dem piezoelektrischen Substrat mit der Opferschicht ohne Verwendung einer Verbindung der anorganischen Schicht, und des Weiteren durch Aufbringen der elastischen Korpusschicht, die früher aufgetretenen Probleme beim Verbinden des piezoelektrischen Substrats und des Stützelements vermieden werden. Bei dem piezoelektrischen Substrat mit der Opferschicht, der Verbundschicht, die die anorganische Schicht und die elastische Korpusschicht enthält, und dem Stützelement dient die anorganische Schicht als eine Schutzschicht des piezoelektrischen Substrats mit der Opferschicht, und die elastische Korpusschicht dient als eine Pufferschicht und eine Höhenunterschieds-Minderungsschicht, so dass Probleme während des Verbindens oder Probleme der Art, wie sie in den Kapiteln „Allgemeiner Stand der Technik“ und „Technisches Problem“ beschrieben sind, nicht auftreten. So kann ein piezoelektrisches Bauelement mit hoher Zuverlässigkeit und guten Eigenschaften auf einfache Weise und mit hoher Produktionsausbeute hergestellt werden.

(8) Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen piezoelektrischen Bauelements. Das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements enthält: einen Ionenimplantationsprozess zum Implantieren ionisierter Elemente in ein piezoelektrisches Substrat, um dadurch einen Abschnitt zu bilden, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Substrat implantierten Elemente den Spitzenwert in dem piezoelektrischen Substrat erreicht; einen Opferschichtbildungsprozess zum Ausbilden einer Opferschicht auf einer Fläche auf der ionenimplantierten Seite des piezoelektrischen Substrats; einen Prozess zum Ausbilden einer anorganischen Schicht zum direkten Ausbilden einer anorganischen Schicht auf einer Fläche auf der ionenimplantierten Seite des piezoelektrischen Substrats, auf der die Opferschicht ausgebildet ist; einen Prozess zum Aufbringen einer elastischen Korpusschicht zum Aufbringen einer elastischen Korpusschicht auf einer Vorderseite des Stützelements; einen Klebeprozess zum Verkleben der anorganischen Schicht und der elastischen Korpusschicht; einen Abschälprozess zum Abschälen und Ausbilden des piezoelektrischen Dünnfilms aus dem piezoelektrischen Substrat, wobei der Abschnitt, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Substrat implantierten Elemente den Spitzenwert erreicht, ausgebildet wird; und einen Opferschichtabtragsprozess zum Entfernen der Opferschicht, um dadurch eine Spaltschicht zu bilden.

Gemäß dem Herstellungsverfahren wird die elastische Korpusschicht auf der Stützelementseite ausgebildet, und dann werden eine erste Verbundschicht, die das piezoelektrische Substrat mit der Opferschicht und die anorganische Schicht enthält, und eine zweite Verbundschicht, die das Stützelement und die elastische Korpusschicht enthält, aneinander geklebt - im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren, bei dem das piezoelektrische Substrat mit der Opferschicht ausgebildet wird und die elastische Korpusschicht auf der Seite der anorganischen Schicht ausgebildet wird und dann die elastische Korpusschicht und das Stützelement aneinander geklebt werden. Durch Bereitstellen eines solchen Prozesses kann die elastische Korpusschicht vor dem Kleben einer Wärmebehandlung mit einer Erwärmungstemperatur unterzogen werden, die höher als die Abschältemperatur des Abschnitts ist, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Substrat implantierten Elemente den Spitzenwert erreicht. Dadurch kann beispielsweise eine Glühbehandlung (Entfernen von überflüssigem Lösemittel) der elastischen Korpusschicht vereinfacht werden, so dass die Zuverlässigkeit weiter erhöht werden kann.

(9) Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements der Erfindung wird der Klebeprozess unter vermindertem Druck ausgeführt.

Gemäß dem Herstellungsverfahren kann aufgrund der Tatsache, dass der Klebeprozess unter vermindertem Druck ausgeführt wird, Schaumbildung in der Nähe der Grenzfläche der elastischen Korpusschicht unterdrückt werden, so dass die Zuverlässigkeit verbessert werden kann. Weil die Wärmebehandlungstemperatur gering gehalten werden kann, können des Weiteren nachteilige Effekte wie zum Beispiel eine Verschlechterung des Spaltungsverhaltens oder eine Verschlechterung der Eigenschaften des piezoelektrischen Substrats aufgrund der Wärmebehandlung unterdrückt werden.

(10) Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements der Erfindung wird der Prozess zum Ausbilden einer anorganischen Schicht unter vermindertem Druck ausgeführt.

Gemäß dem Herstellungsverfahren kann Schaumbildung (Hohlräume) in der Nähe der Grenzfläche der anorganischen Schicht und des piezoelektrischen Substrats unterdrückt werden, so dass eine dichte Grenzfläche ausgebildet werden kann.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Eintreten verschiedener Probleme während des Verbindens des piezoelektrischen Substrats mit der Opferschicht, die als der piezoelektrische Dünnfilm in dem piezoelektrischen Bauelement dient, und dem Stützelement verhindert, und die Funktion als das piezoelektrische Bauelement wird nicht verschlechtert. Dadurch kann ein piezoelektrisches Bauelement mit einer Membranstruktur realisiert werden, bei der der Freiheitsgrad des technischen Entwurfs höher ist als zuvor, die Prozesssteuerung einfach ist und die Eigenschaften und die Zuverlässigkeit ausgezeichnet sind.

Figurenliste

  • 1 A und B zeigen eine seitliche Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und eine Draufsicht, von einer Montagefläche aus gesehen.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
  • 3 A - E sind Ansichten, die schematisch Herstellungsprozesse des piezoelektrischen Bauelements veranschaulichen, das gemäß einem Produktionsablauf hergestellt wird, der in 2 veranschaulicht ist.
  • 4 A - E sind Ansichten, die schematisch Herstellungsprozesse des piezoelektrischen Bauelements veranschaulichen, das gemäß einem Produktionsablauf hergestellt wird, der in 2 veranschaulicht ist.
  • 5 A und B sind Ansichten, die schematisch Herstellungsprozesse des piezoelektrischen Bauelements veranschaulichen, das gemäß einem Produktionsablauf hergestellt wird, der in 2 veranschaulicht ist.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
  • 7 A - C sind Ansichten, die schematisch Herstellungsprozesse des piezoelektrischen Bauelements veranschaulichen, das gemäß einem Produktionsflussdiagramm hergestellt wird, das in 6 veranschaulicht ist.
  • 8 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines piezoelektrischen Bauelements mit einer anderen Konfiguration der Erfindung veranschaulicht.
  • 9 A und B sind eine Seitenansicht, die die Konfiguration eines Oberflächenschallwellen-Bauelements mit der Konfiguration der Erfindung veranschaulicht, und eine Draufsicht, von einer Montageflächenseite aus gesehen.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein piezoelektrisches Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In dieser Ausführungsform wird das piezoelektrische Bauelement mit einem piezoelektrischen Bauelement vom Dünnfilmtyp für F-BAR, das einen piezoelektrischen Dünnfilm enthält, als einem Beispiel beschrieben.

1(A) ist eine seitliche Querschnittsansicht, die die Konfiguration des piezoelektrischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. 1(B) ist eine Draufsicht des piezoelektrischen Bauelements, von einer Montagefläche aus gesehen. In der Draufsicht, die in 1(B) veranschaulicht ist, wird auf die Veranschaulichung eines Lötresists 91, der in 1(A) veranschaulicht ist, verzichtet. 1(A) entspricht dem Querschnitt A-A’ von 1(B).

Das piezoelektrische Bauelement hat einen piezoelektrischen Dünnfilm 10 mit einer Dicke von etwa 1 µm, der aus einem piezoelektrischen Einkristall, wie zum Beispiel LT, hergestellt ist. Für den piezoelektrischen Dünnfilm 10 können neben LT auch Materialien in Frage kommen, die Piezoelektrizität aufweisen und an einem Abschnitt abgelöst werden können, wo die Konzentration von in ein piezoelektrisches Substrat implantierten Elementen, wie zum Beispiel LN, LBO (Li2B4O7), Langasit (La3Ga5SiO14), KN (KNbO3) und KLN (K3Li2Nb5O15), den Spitzenwert erreicht.

Auf einer Vorderseite 13 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 sind eine obere Elektrode 50U, eine obere Ziehelektrode 51LU und Bondinselelektroden 51U, 51C und 51UD ausgebildet. Die obere Elektrode 50U ist in der Form einer flachen Platte mit einer bestimmten Fläche ausgebildet und ist mit der Bondinselelektrode 51U über die obere Ziehelektrode 51LU verbunden. Die Bondinselelektrode 51C wird unabhängig von den anderen Elektroden ausgebildet. Die Bondinselelektrode 51UD ist mit der Bondinselelektrode 51D an der Seite einer Rückseite 12 über ein Durchkontaktloch verbunden.

Für die obere Elektrode 50U werden Al, W, Mo, Ta, Hf, Cu, Pt, Ti, Au und dergleichen allein oder in Kombination gemäß der Spezifikation des Bauelements verwendet. Im Gegensatz dazu werden Al, Cu und dergleichen für die obere Ziehelektrode 51LU und die Bondinselelektroden 51U, 51C und 51UD verwendet.

Des Weiteren wird auf der Vorderseite 13 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 ein Lötresist 91 ausgebildet. In diesem Fall wird der Lötresist 91 in einer solchen Weise ausgebildet, dass eine Region, wo eine Spaltschicht 60 (später beschrieben) ausgebildet wird, ausgeschlossen bleibt, wenn der piezoelektrische Dünnfilm 10 in Draufsicht betrachtet wird. Darüber hinaus wird der Lötresist 91 in einer solchen Weise ausgebildet, dass die Oberseite der Bondinselelektroden 51U, 51C und 51UD ausgeschlossen bleibt. Auf der Bondinselelektrode 51U, 51C und 51UD werden Höcker ausgebildet, und auf jedem Höcker wird eine Lötperle 90 ausgebildet.

Im Gegensatz dazu werden auf der Rückseite 12 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 eine untere Elektrode 50D, eine untere Ziehelektrode 51LD und eine Bondinselelektrode 51D ausgebildet. Die untere Elektrode 50D wird in einer solchen Weise ausgebildet, dass sie der oberen Elektrode 50U durch den piezoelektrischen Dünnfilm 10 hindurch zugewandt ist. Die untere Elektrode 50D ist mit der Bondinselelektrode 51D über die untere Ziehelektrode 51LD verbunden. Für die untere Elektrode 50D werden die gleichen Materialien wie für die obere Elektrode 50U verwendet. Für die untere Ziehelektrode 51LD und die Bondinselelektrode 51D werden die gleichen Materialien wie für die obere Ziehelektrode 51LU und die Bondinselelektroden 51U, 51C und 51UD verwendet.

Des Weiteren wird eine anorganische Schicht 20 in einer solchen Weise angeordnet, dass sie auf der Rückseite 12 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 anstößt, mit Ausnahme einer Region mit einer bestimmten Fläche, welche die Ausbildungsregion der unteren Elektrode 50D auf der Rückseite 12 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 enthält. Genauer gesagt, ist die anorganische Schicht 20 auf der Seite der Rückseite 12 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 so angeordnet, dass eine Spaltschicht 60 in einer Region mit einer bestimmten Fläche ausgebildet wird, welche die Ausbildungsregion der unteren Elektrode 50D enthält.

Als Materialien der anorganischen Schicht 20 werden Materialien verwendet, die einen Elastizitätsmodul oder eine Härte aufweisen, der bzw. die höher ist als ein bestimmter Wert in der Nutzungsumgebung allgemeiner piezoelektrischer Bauelemente, zum Beispiel bei -55°C bis +150°C. Konkret gesagt, werden verschiedene Arten von Metalloxiden, wie zum Beispiel ein Siliziumoxid, ein Siliziumnitrid, ein Aluminiumoxid, ein Aluminiumnitrid, ein Tantaloxid, DLC (diamantartiger Kohlenstoff), ein Magnesiumoxid und ein Yttriumoxid, oder Glasmaterialien, wie zum Beispiel PSG, verwendet. Für die anorganische Schicht 20 können Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu dem piezoelektrischen Dünnfilm 10 oder Materialien mit einem kleinen Linearausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Die anorganische Schicht kann aus mehreren Schichten gebildet werden, zum Beispiel einer Zweischichtstruktur aus einer Schicht mit einem kleinen Linearausdehnungskoeffizienten und einer Schicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit.

Auf der Fläche der anorganischen Schicht 20 gegenüber dem piezoelektrischen Dünnfilm 10 wird eine elastische Korpusschicht 30 vollständig ausgebildet. Als Materialien der elastischen Korpusschicht 30 werden Materialien mit einem relativ kleinen Elastizitätsmodul und geringer Härte verwendet. Konkret gesagt, werden Materialien, wie zum Beispiel Harzmaterialien, zum Beispiel Epoxidharz, Polyimidharz, Benzocyclobutenharz, heterozyklisches Olefinharz und ein Flüssigkristallpolymer, verwendet. Für die elastische Korpusschicht 30 können Materialien mit hoher Wärmebeständigkeit oder hoher Chemikalienbeständigkeit verwendet werden. Insbesondere im Fall eines Bauelements, das bei einer hohen Temperatur von 300°C oder höher verwendet wird, werden Polyimidharz, Benzocyclobutenharz und ein Flüssigkristallpolymer besonders bevorzugt verwendet. Ist es außerdem bevorzugt, dass die elastische Korpusschicht 30 eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Durch Einarbeiten eines anorganisches Füllstoffs aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder dergleichen in die elastische Korpusschicht 30 können der Elastizitätsmodul, die Härte, die Wärmeleitfähigkeit und auch der Linearausdehnungskoeffizient nach Bedarf eingestellt werden.

An die Fläche der elastischen Korpusschicht 30 gegenüber der anorganischen Schicht 20 wird ein Stützelement 40 geklebt. Für die Abstützung 40 werden Materialien verwendet, die sich ausgezeichnet verarbeiten lassen und wenig kosten. Konkret gesagt, werden Si, Glas und Keramik, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, verwendet.

Durch Herstellen einer solchen Schichtkonfiguration lassen sich verschiedene Arten praktischer Effekte, wie unten beschrieben, erreichen.

  1. (A) Da das Stützelement 40 und eine Verbundschicht des piezoelektrischen Dünnfilms und der anorganischen Schicht 20 durch die elastische Korpusschicht 30 zusammengefügt (aneinander geklebt) werden, wird ein Höhenunterschied, der durch Unregelmäßigkeiten und dergleichen verursacht wird, durch die elastische Korpusschicht 30 ausgeglichen, so dass das Entstehen örtlicher Spannungen, die durch die Verbindung in dem piezoelektrischen Dünnfilm 10 verursacht werden, selbst dann verhindert wird, wenn der Grad der Ebenheit jeder Grenzfläche während des Verbindens nicht hoch ist. Insbesondere ist im Fall des Ausbildens der Membranstruktur, die teilweise die Spaltschicht 60 zwischen dem oben beschriebenen piezoelektrischen Dünnfilm 10 und der anorganische Schicht 20 aufweist, ein Prozess erforderlich, der Folgendes enthält: Ausbilden einer Opferschicht 70, die aus einer massiven Substanz besteht, in einer Region, die als die Spaltschicht 60 dient; und Entfernen der Opferschicht 70 aus den Ätzfenstern 80, die in dem piezoelektrischen Dünnfilm 10 ausgebildet sind, nach dem Verbinden mit dem Stützelement, wie unten beschrieben. Die Vorderseite der Opferschicht 70 ragt von selbst von der Rückseite 12 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 hervor (richtiger gesagt, dem piezoelektrischen Einkristall-Substrat 1 während des Ausbildens der Opferschicht 70). Darum ist es nicht einfach, gleichzeitig einen hohen Grad an Flachheit in der Rückseite 12 des piezoelektrischen Einkristall-Substrats 1 und der Vorderseite der Opferschicht 70 zu erreichen, und ein Höhenunterschied, der durch Unregelmäßigkeiten und dergleichen verursacht wird, ist wahrscheinlicher als in dem Fall, wo die Membranstruktur nicht verwendet wird. Wenn jedoch die elastische Korpusschicht 30, wie in der Erfindung beschrieben, bereitgestellt wird, so wird der Einfluss eines solchen Höhenunterschiedes unterdrückt, und der praktische Effekt einer Verringerung mechanischer Spannungen, wie oben beschrieben, wird erreicht.

In diesem Fall kann selbst dann, wenn Partikel auf der zusammengefügten (geklebten) Fläche des Stützelements 40 oder der zusammengefügten Fläche (geklebten Seite) der anorganischen Schicht 20 vorhanden sind, ein durch die Partikel verursachter Höhenunterschied durch die elastische Korpusschicht 30 ausgeglichen werden, so dass das Entstehen der mechanischen Spannungen vermieden werden kann.

Weil der Druck, der während des Verbindens (Klebens) auf das piezoelektrische Einkristall-Substrat 1 wirkt, durch die elastische Korpusschicht 30 vermindert wird, kann des Weiteren ein Abplatzen oder dergleichen unterdrückt werden, selbst wenn die Spaltungsneigung des piezoelektrischen Einkristall-Substrat 1 hoch ist und Ionen implantiert wurden.

Da des Weiteren die Prozesssteuerungsbedingungen weniger streng sein müssen, wie oben beschrieben, kann die Prozesssteuerung vereinfacht werden.

  • (B) Indem das Stützelement 40 auf dem piezoelektrischen Dünnfilm 10 über die elastische Korpusschicht 30 angeordnet wird, wird selbst dann, wenn eine Differenz beim Linearausdehnungskoeffizienten zwischen dem piezoelektrischen Dünnfilm 10 und dem Stützelement 40 hoch ist, eine durch die Differenz der Linearausdehnungskoeffizienten verursachte mechanische Spannung durch die elastische Korpusschicht 30 ausgeglichen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, den Linearausdehnungskoeffizienten in die Auswahlüberlegungen für die Materialien des Stützelements 40 einbeziehen zu müssen, so dass mehr Auswahlmöglichkeiten für das Stützelement 40 zur Verfügung stehen. Infolge dessen können preisgünstige Materialien ausgewählt werden, und die Kosten des Stützelements 40, das einen hohen Anteil am Volumen des Schallwelle Bauelements ausmacht, können ebenfalls verringert werden, so dass ein Schallwellen-Bauelement mit geringen Kosten realisiert werden kann. Da außerdem Materialien mit ausgezeichneter Verarbeitungsfähigkeit für das Stützelement 40 verwendet werden können, kann darüber hinaus der Prozessaufwand für das Stützelement 40 verringert werden.
  • (C) Wenn die elastische Korpusschicht 30 so ausgebildet wird, dass sie direkt an den piezoelektrischen Dünnfilm 10 stößt, so kommt es zu Dumping, wie oben in „Allgemeiner Stand der Technik“ oder „Technisches Problem“ beschrieben wurde. Indem man aber die anorganische Schicht 20 mit einem Elastizitätsmodul oder einer Härte, der bzw. die höher ist als bei der elastischen Korpusschicht 30, einfügt, kann das Eintreten von Dumping verhindert werden. Dadurch kann eine Verschlechterung der Eigenschaften aufgrund des Strukturfaktors durch die Verwendung der elastischen Korpusschicht 30 unterdrückt werden.

Somit realisiert die Verwendung der Konfiguration dieser Ausführungsform ein piezoelektrisches Bauelement mit hoher Zuverlässigkeit und ausgezeichneten Eigenschaften zu geringen Kosten.

  • (D) Des Weiteren wird durch die Verwendung eines Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit für die anorganische Schicht 20 Wärme, die erzeugt wird, wenn der piezoelektrische Dünnfilm 10 ansteuert, zu der anorganischen Schicht 20 übertragen, um abgeleitet zu werden. Somit kann die Leistungsfestigkeit verbessert werden. Indem man auch die Wärmeleitfähigkeit der elastischen Korpusschicht 30 erhöht, wird darüber hinaus die zu der anorganischen Schicht 20 übertragene Wärme effektiv zu der elastischen Korpusschicht 30 übertragen, um von der elastischen Korpusschicht 30 und dem Stützelement 40 abgeleitet zu werden, so dass die Leistungsfestigkeit weiter erhöht werden kann.
  • (E) Durch die Verwendung eines Materials mit einem kleinen Linearausdehnungskoeffizienten für die anorganische Schicht 20 kann die Längung des piezoelektrischen Dünnfilms 10 aufgrund von Temperaturänderungen oder dergleichen durch die anorganische Schicht 20 verhindert werden, so dass die Temperatureigenschaften als ein Schallwellen-Bauelement verbessert werden können.
  • (F) Durch Einarbeiten eines anorganischen Füllstoffs in die elastische Korpusschicht 30 können, wie oben beschrieben, der Elastizitätsmodul, die Härte, die Wärmeleitfähigkeit oder der Linearausdehnungskoeffizient nach Bedarf festgelegt werden. Somit kann ein Schallwellen-Bauelement gemäß der Spezifikation der Zuverlässigkeit oder der Spezifikation der Eigenschaften auf einfache Weise realisiert werden. Zum Beispiel lassen sich auch Bedingungen wie die, dass der Linearausdehnungskoeffizient 20 ppm/°C oder weniger beträgt, die Wärmeleitfähigkeit 0,5 W(m·K) oder mehr beträgt und der Elastizitätsmodul 1 GPa oder mehr beträgt, die nicht allein durch Harzmaterialien realisiert werden können, realisieren, während gleichzeitig die Klebkraft während des Klebens gewährleistet wird, indem man das Volumenverhältnis des Harzes und des anorganischen Füllstoffs auf etwa 50:50 bis etwa 10:90 einstellt.

Indem man des Weiteren die Zusammensetzung der anorganischen Schicht 20 und der elastischen Korpusschicht 30 nach Bedarf einstellt, kann ein piezoelektrisches Bauelement mit viel höherer Zuverlässigkeit und exzellenteren Eigenschaften zu geringen Kosten realisiert werden.

Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen piezoelektrischen Bauelements mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements dieser Ausführungsform veranschaulicht.

3, 4 und 5 sind Ansichten, die schematisch Herstellungsprozesse des piezoelektrischen Bauelements veranschaulichen, das nach dem Fertigungs-Flussdiagramm hergestellt wird, das in 2 veranschaulicht ist.

Zuerst wird ein piezoelektrisches Einkristall-Substrat 1 mit einer bestimmten Dicke hergestellt. Dann werden Wasserstoffionen von der Seite der Rückseite 12 aus implantiert, wie in 3(A) veranschaulicht, um dadurch einen ionenimplantierten Abschnitt 100 zu bilden (2: S101). In diesem Fall wird als das piezoelektrische Einkristall-Substrat 1 ein Substrat verwendet, auf dem mehrere einfache Substanzen für piezoelektrische Bauelemente angeordnet sind. Wenn zum Beispiel ein LT-Substrat für das piezoelektrische Einkristall-Substrat 1 verwendet wird, indem die Wasserstoffionen mit einer Dosismenge von 1,0 × 1017 Atomen/cm2 mit einer Beschleunigungsenergie von 150 KeV implantiert werden, so entsteht - in einer etwa 1 µm tiefen Position von der Rückseite 12 aus - ein wasserstoffverteilter Abschnitt, so dass der ionenimplantierte Abschnitt 100 gebildet wird. Der ionenimplantierte Abschnitt 100 ist ein Abschnitt, wo die Konzentration der in das piezoelektrische Einkristall-Substrat implantierten Ionenelemente den Spitzenwert erreicht. Die Bedingungen der Ionenimplantationsbehandlung werden nach Bedarf entsprechend dem Material des piezoelektrischen Einkristall-Substrats 1 und der Dicke des ionenimplantierten Abschnitts 100 bestimmt. Wenn zum Beispiel die Beschleunigungsenergie auf 75 KeV eingestellt wird, so entsteht ein wasserstoffverteilter Abschnitt in einer 0,5 µm tiefen Position.

Als Nächstes werden, wie in 3(B) veranschaulicht, die untere Elektrode 50D, die Bondinselelektrode 51D und die Ziehelektrode 51LD, die nicht veranschaulicht ist, auf der Rückseite 12 des piezoelektrischen Einkristall-Substrats 1 ausgebildet (2: S102).

Als Nächstes wird, wie in 3(C) veranschaulicht, die Opferschicht 70 auf der Rückseite 12 des piezoelektrischen Einkristall-Substrats 1 ausgebildet (2: S103). In dieser Ausführungsform wird die Opferschicht 70 in einer Region mit einer bestimmten Fläche ausgebildet, die die untere Elektrode 50D enthält, d. h. einer Region, die als ein Hauptfunktionsabschnitt als ein F-BAR-Element dient. Die Opferschicht 70 wird aus einem Material hergestellt, für das ein Ätzgas oder eine Ätzlösung ausgewählt werden kann, mit dem bzw. mit der eine andere Ätzrate als für die untere Elektrode 50D möglich ist, und enthält ein Material, das sich einfacher ätzen lässt als das Material der unteren Elektrode 50D. Darüber hinaus wird die Opferschicht 70 aus einem Material hergestellt, das sich einfacher ätzen lässt als die weiter unten beschriebene anorganische Schicht 20 oder das piezoelektrische Einkristall-Substrat 1. Es ist besonders bevorzugt, dass die Opferschicht 70 ein elektromigrationsfestes Material enthält. Konkret gesagt, wird das Material nach Bedarf entsprechend den Bedingungen aus Metallen, wie zum Beispiel Ni, Cu, und Al, Isolierfilmen, wie zum Beispiel SiO2, ZnO, PSG (Phosphosilikatglas), organischen Filmen und dergleichen bestimmt. Die Opferschicht 70 wird durch Aufdampfung, Sputtern, CVD oder dergleichen laminiert und ausgebildet oder wird durch Schleuderbeschichtung oder dergleichen ausgebildet.

Als Nächstes wird, wie in 3(D) veranschaulicht, die anorganische Schicht 20 auf der Rückseite 12 des piezoelektrischen Einkristall-Substrats 1 mit der Opferschicht 70 ausgebildet (2: S104). Als Materialien der anorganischen Schicht 20 werden Materialien verwendet, die den Elastizitätsmodul, die Härte, die Wärmeleitfähigkeit oder den Linearausdehnungskoeffizienten, wie oben beschrieben, erfüllen, und die Dicke wird nach Bedarf bestimmt.

Als ein Verfahren zum Ausbilden der anorganischen Schicht 20 wird kein Verbindungsverfahren verwendet, sondern es wird je nach Bedarf entsprechend der Spezifikation, den Produktionsbedingungen und dergleichen ein Verfahren bestimmt, das ausgewählt ist unter: einem CVD-Verfahren, bei dem es sich um ein direkt ausbildendes Verfahren handelt, einem Aufdampfungsverfahren, wie zum Beispiel einem Sputterverfahren und einem E-B (Electron Beam)-Verfahren, einem Ionenplattierungsverfahren, einem thermischen Sprühverfahren und einem Sprühverfahren. In diesem Fall wird die anorganische Schicht 20 bei einer Temperatur ausgebildet, die unter der Temperatur eines (weiter unten beschriebenen) Abschälprozesses liegt.

Die anorganische Schicht 20 wird unter vermindertem Druck ausgebildet. Durch Ausbilden der anorganischen Schicht 20 unter vermindertem Druck wird die Entstehung von Hohlräumen (Schaumbildung) in der Grenzfläche der Rückseite 12 des piezoelektrischen Einkristall-Substrats 1 und der anorganischen Schicht 20 und dergleichen verhindert, so dass die Grenzfläche dicht ausgebildet wird. Dadurch kann eine überaus zuverlässige Grenzfläche gebildet werden. Darüber hinaus kann aufgrund der Tatsache, dass die Grenzfläche stabil und dicht ausgebildet ist, eine Veränderung der Reflexion von Schallwellen an der Grenzfläche oder dergleichen unterdrückt werden, so dass die Eigenschaften eines Schallwellen-Bauelements verbessert werden können und die Stabilisierung der Eigenschaften ebenfalls verbessert werden kann.

Als Nächstes wird, wie in 3(E) veranschaulicht, die elastische Korpusschicht 30 auf der Fläche der anorganischen Schicht 20 gegenüber dem piezoelektrischen Einkristall-Substrat 1 ausgebildet (2: S105). Als Materialien der elastischen Korpusschicht 30 werden Materialien verwendet, die einen kleineren Elastizitätsmodul und eine geringere Härte als den bzw. die der oben beschriebenen anorganische Schicht 20 aufwiesen, und Materialien, die die oben beschriebene Wärmeleitfähigkeit und den oben beschriebenen Linearausdehnungskoeffizienten aufweisen, werden besonders bevorzugt verwendet.

Das Verfahren zum Ausbilden der elastischen Korpusschicht 30 ist zum Beispiel ein Beschichtungsverfahren. Genauer gesagt, ist als das Beschichtungsverfahren die Verwendung eines Schleuderbeschichtungsverfahrens, eines Sprühbeschichtungsverfahrens und eines Dispensierverfahren besonders bevorzugt. In diesem Fall wird die Beschichtungsdicke nach Bedarf entsprechend den Eigenschaften, die für die elastische Korpusschicht 30 benötigt werden, und dem speziellen Elastizitätsmodul der Materialien bestimmt.

Als Nächstes wird, wie in 4(A) veranschaulicht, das Stützelement 40 an die Fläche der elastischen Korpusschicht 30 gegenüber der anorganischen Schicht 20 geklebt (2: S106). In diesem Fall wird das Kleben unter vermindertem Druck ausgeführt. Indem das Kleben unter vermindertem Druck ausgeführt wird, können Hohlräume in der geklebten Grenzfläche der elastischen Korpusschicht 30 und dem Stützelement 40 unterdrückt werden. Dadurch kann ein piezoelektrisches Bauelement mit hoher Zuverlässigkeit ausgebildet werden.

Als Nächstes wird, wie in 4(B) veranschaulicht, ein piezoelektrisches Verbundsubstrat, welches das piezoelektrische Einkristall-Substrat 1 enthält, auf dem die anorganische Schicht 20, die elastische Korpusschicht 30 und das Stützelement 40 angeordnet sind, erwärmt, um dadurch ein Abschälen unter Verwendung des ionenimplantierten Abschnitts 100 als der Abschälfläche auszuführen (2: S107). Dadurch wird der piezoelektrische Dünnfilm 10 mit der Opferschicht 70 ausgebildet, die durch das Stützelement 40 gestützt wird, auf dem die anorganische Schicht 20 und die elastische Korpusschicht 30 angeordnet sind. In diesem Fall kann die Erwärmungstemperatur niedrig gehalten werden, wenn die Erwärmung unter vermindertem Druck stattfindet.

Als Nächstes wird die Vorderseite 13 des piezoelektrischen Dünnfilms 10, die sich abschält und wie oben beschrieben ausgebildet wird, durch CMP-Behandlung oder dergleichen poliert und dabei so abgeflacht, dass die Oberflächenrauigkeit Ra kleiner als 1 nm wird. Dadurch können die Eigenschaften eines Schallwellen-Bauelements verbessert werden. Dann werden Polarisationselektroden auf der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Verbundsubstrats ausgebildet, das den piezoelektrischen Dünnfilm 10, die anorganische Schicht 20, die elastische Korpusschicht 30 und das Stützelement 40 enthält, und dann wird ein Polungsprozess ausgeführt, indem eine bestimmte Spannung angelegt wird, um die Piezoelektrizität des piezoelektrischen Dünnfilms 10 wiederherzustellen. In diesem Fall kann die Opferschicht 70 für die Polarisationselektroden als ein leitfähiges Material verwendet werden.

Als Nächstes wird, wie in 4(C) veranschaulicht, eine bestimmte obere Elektrodenstruktur, wie zum Beispiel die obere Elektrode 50U, die als ein F-BAR-Bauelement ansteuert, oder die Bondinselelektrode 51U, auf der Vorderseite 13 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 ausgebildet (2: S108).

Als Nächstes werden, wie in 4(D) veranschaulicht, die Ätzfenster 80 zum Entfernen der Opferschicht 70 und ein Durchgangsloch 81 für ein Durchkontaktloch zum Leiten zwischen der Seite der Vorderseite 13 und der Seite der Rückseite 12 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 in dem piezoelektrischen Dünnfilm 10 ausgebildet. In diesem Fall werden die Ätzfenster 80 in der Nähe der Endabschnitte der Ausbildungsregion der Opferschicht 70 in dem piezoelektrischen Dünnfilm 10 ausgebildet. Das Durchgangsloch 81 wird auf der Bondinselelektrode 51D in dem piezoelektrischen Dünnfilm 10 ausgebildet. Die Ätzfenster 80 und das Durchgangsloch 81 werden zum Beispiel durch Trockenätzung mittels Photolithographie ausgebildet. Für die Trockenätzung kann NLD (Neural Loop Discharge)-RIE oder SWP (Surface Wave Plasma)-RIE verwendet werden.

Als Nächstes werden, wie in 4(E) veranschaulicht, eine Durchkontaktelektrode des Durchgangslochs 81, die damit verbundene Bondinselelektrode 51UD, die mit der Bondinselelektrode 51U verbundene obere Ziehelektrode 51LU und dergleichen ausgebildet. Die Bondinselelektrode 51C kann in diesem Prozess ausgebildet werden oder kann in dem oben beschriebenen Prozess S108 ausgebildet werden.

Nach dem Durchlaufen der Prozesse bis zu diesem Punkt wird der Verbund einer Glühbehandlung unterzogen. Mittels einer solchen Glühbehandlung kann die Kristallinität des piezoelektrischen Dünnfilms 10, die während des Ionenimplantationsprozesses Kristallschäden erlitten hat, wiederhergestellt werden, und eine Längung oder Krümmung des piezoelektrischen Dünnfilms 10 wird unterdrückt. Das heißt, selbst wenn die Spaltschicht 60 im folgenden Abtragsprozess der Opferschicht 70 ausgebildet wird, kann das Brechen eines Abschnitts (piezoelektrischen Membranabschnitts) des piezoelektrischen Dünnfilms 10, der die Spaltschicht 60 berührt, unterdrückt werden.

Als Nächstes wird die Opferschicht 70 entfernt, indem man Ätzgas oder eine Ätzlösung durch die Ätzfenster 80 leitet. Dadurch dient ein Raum, wo die Opferschicht 70 ausgebildet wird und der der Region entspricht, wo die untere Elektrode 50D und die obere Elektrode 50U des piezoelektrischen Bauelements ausgebildet werden, als die Spaltschicht 60, wie in 5(A) veranschaulicht (2: S109).

Als Nächstes wird, wie in 5(B) veranschaulicht, der Lötresist 91 auf der Vorderseite 13 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 ausgebildet, mit Ausnahme der Oberseite jeder Bondinselelektrode 51U, 51UD und 51C und der Spaltschicht 60. Dann wird ein Höcker auf jeder Bondinselelektrode 51U, 51UD und 51C ausgebildet, und Lötperlen 90 werden auf dem Höcker ausgebildet. Dadurch wird ein piezoelektrisches Bauelement für F-BAR mit der Membranstruktur ausgebildet.

Mittels des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens kann ein piezoelektrisches Bauelement, bei dem der piezoelektrische Dünnfilm 10, die anorganische Schicht 20, die elastische Korpusschicht 30 und das Stützelement 40 laminiert sind und das die Membranstruktur aufweist, mit hoher Zuverlässigkeit und ausgezeichneten Eigenschaften hergestellt werden. Des Weiteren kann das piezoelektrische Bauelement ohne Erhöhung des Prozessaufwandes hergestellt werden.

Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Das piezoelektrische Bauelement dieser Ausführungsform weist ein Merkmal in seinem Herstellungsverfahren auf. Die Konfiguration als ein endgültiges piezoelektrisches Bauelement ist die gleiche wie das piezoelektrische Bauelement der ersten Ausführungsform, so dass auf die Beschreibung der Konfiguration verzichtet wird. Des Weiteren werden bei dem Herstellungsverfahren nur charakteristische Abschnitte beschrieben, und die Beschreibung der anderen gleichen Prozesse wie bei der ersten Ausführungsform wird vereinfacht.

6 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements dieser Ausführungsform veranschaulicht.

7 sind Ansichten, die schematisch charakteristische Prozesse veranschaulichen, die sich von den Prozessen der ersten Ausführungsform in dem Herstellungsprozess des piezoelektrischen Bauelements, das nach dem in 6 veranschaulichten Fertigungs-Flussdiagramm hergestellt wird, unterscheiden.

Zuerst sind, wie in 7(A) veranschaulicht, die Prozesse, bis die anorganische Schicht 20 auf dem piezoelektrischen Einkristall-Substrat 1 mit der Opferschicht 70 ausgebildet ist, die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform (6: S201 zu S204).

Von diesen Prozessen getrennt, wird die elastische Korpusschicht 30 auf der Fläche des Stützelements 40 ausgebildet, wie in 7(B) veranschaulicht (6: S205). Das Material und das Verfahren zum Ausbilden der elastischen Korpusschicht 30 sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.

Als Nächstes wird das Stützelement 40 mit der elastischen Korpusschicht 30 einer Brennbehandlung bei einer bestimmten Temperatur unterzogen (6: S206). Zum Beispiel wird bei der Herstellung eines Schallwellen-Bauelements, das bei 300°C oder mehr verwendet werden soll, die Brennbehandlung bei einer Temperatur ausgeführt, bei der zu der späteren Betriebsumgebungstemperatur eine bestimmte Marge hinzugerechnet wird. Mittels einer solchen Brennbehandlung werden Lösemittel und dergleichen aus der elastischen Korpusschicht 30 während einer Brennbehandlung ausgetrieben, die bei einer Temperatur ausgeführt wird, die mindestens so hoch ist wie die Temperatur, die in dem Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform und der Nutzungsumgebung des piezoelektrischen Bauelements nicht verwendet wird; zum Beispiel in einer Umgebung von 300°C oder mehr. Somit wird eine Glühbehandlung gemäß einer Verwendungssituation ausgeführt, und das Eintreten einer Verschlechterung der Eigenschaften des piezoelektrischen Bauelements während der Verwendung kann verhindert werden.

In dieser Ausführungsform kann eine solche Brennbehandlung nicht in dem Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform ausgeführt werden. Der Grund dafür ist: Wenn das piezoelektrische Verbundsubstrat, welches das piezoelektrische Einkristall-Substrat 1, die anorganische Schicht 20 und die elastische Korpusschicht 30 enthält, auf 300°C oder mehr erwärmt wird, so wird das piezoelektrische Einkristall-Substrat 1 an dem ionenimplantierten Abschnitt 100, der zu einem Dünnfilm verarbeitet werden soll, abschält. Mit dem Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform hingegen kann das Abschälen und Ausbilden des piezoelektrischen Dünnfilms 10 vor dem Abschälprozess verhindert werden.

Als Nächstes werden die elastische Korpusschicht 30, die auf dem Stützelement 40 ausgebildet ist, und die anorganische Schicht 20, die auf dem piezoelektrischen Einkristall-Substrat 1 mit der Opferschicht 70 ausgebildet ist, aneinander geklebt, wie in 7(C) veranschaulicht (6: S207). In diesem Fall wird die Fläche der anorganischen Schicht 20 abgeflacht. Der Prozessbedingungen des Klebeprozesses können die gleichen sein wie bei der ersten Ausführungsform. Dann wird der piezoelektrische Dünnfilm durch Erwärmen und Abschälen gebildet (6: S208), und die Ausbildung der oberen Elektrodenstruktur wird unter den gleichen Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform ausgeführt (6: S209). Des Weiteren wird unter den gleichen Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform die Opferschicht 70 entfernt, um die Spaltschicht 60 auszubilden (6: S210), und schließlich wird ein piezoelektrisches Bauelement mit der Form, die in 1 veranschaulicht ist, ausgebildet.

Wie oben beschrieben, kann mittels des Herstellungsverfahrens dieser Ausführungsform auch ein piezoelektrisches Bauelement, das gemäß dem Prozessablauf hergestellt wird, bei dem die Temperatur 300°C oder höher ist, mit hoher Zuverlässigkeit und unter Beibehaltung ausgezeichneter Eigenschaften hergestellt werden.

Obgleich in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Beispiel der Verwendung eines Stützelements in Form einer Platte verwendet wurde, kann auch ein Stützelement mit einem konkaven Abschnitt in einer Region, die der Membranstruktur entspricht, wie in 8 veranschaulicht, verwendet werden. 8 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines piezoelektrischen Bauelements mit einer anderen Konfiguration der Erfindung veranschaulicht. Im Fall einer solchen Konfiguration ist es auch möglich, die Dicke der elastischen Korpusschicht oder der anorganische Schicht einheitlich zu gestalten.

Darüber hinaus beschreiben die obigen Ausführungsformen das piezoelektrische Bauelement für F-BAR so, dass es die obere Elektrode und die untere Elektrode, die einander auf beiden Flächen des piezoelektrischen Dünnfilms gegenüberliegen, sowie die Membranstruktur aufweist. Jedoch kann die oben beschriebene Konfiguration auch auf andere piezoelektrische Bauelemente mit der Membranstruktur angewendet werden. Zum Beispiel sind die 9 eine Seitenansicht, die die Konfiguration eines Schallwellen-Bauelements der Erfindung veranschaulicht, und eine Draufsicht, von einer Montageflächenseite aus gesehen.

Das in 9 veranschaulichte Schallwellen-Bauelement ist ein Beispiel eines Schallwellen-Bauelements, das eine Lamb-Welle, eine Plattenwelle oder dergleichen verwendet, bei dem IDT-Elektroden 50P und die Ziehelektrode 51L1 und 51L2 auf der Vorderseite 13 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 anstelle der oberen Elektroden 50U und 50D und der oberen Ziehelektrode 51LU des oben beschriebenen piezoelektrischen Bauelements für F-BAR ausgebildet sind. Des Weiteren sind in dem Schallwellen-Bauelement die Elektroden auf der Seite der Rückseite 12 des piezoelektrischen Dünnfilms 10 im Gegensatz zu dem piezoelektrischen Bauelement für F-BAR nicht ausgebildet. Selbst im Fall eines solchen Schallwellen-Bauelements kann die oben beschriebene Konfiguration verwendet werden, und es können die gleichen Auswirkungen wie bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Bauelement für F-BAR und dessen Herstellungsverfahren realisiert werden.

Bezugszeichenliste

1
Piezoelektrisches Einkristall-Substrat
10
Piezoelektrischer Dünnfilm
12
Rückseite
13
Vorderseite
20
Anorganische Schicht
30
Elastische Korpusschicht
40
Abstützung
50U
Obere Elektrode
50D
Untere Elektrode
50P
IDT-Elektrode
51U, 51D, 51LU und 51LD
Ziehelektroden
60
Spaltschicht
70
Opferschicht
80
Ätzfenster
81
Durchgangsloch
90
Löthöcker
91
Lötresist
100
Ionenimplantierter Abschnitt