Title:
Piezoelektrische Vorrichtung und Herstellungsverfahren für piezoelektrische Vorrichtung
Kind Code:
T5
Abstract:

Bei einem Herstellungsverfahren für einen piezoelektrischen Resonator, der einen piezoelektrischen Dünnfilm (20), auf dem ein funktionaler Leiter (211, 212) ausgebildet ist, eine Befestigungsschicht (30), die so auf einer Hauptfläche des piezoelektrischen Dünnfilms (20) ausgebildet ist, dass ein Hohlraum (300) an einer Position entsteht, die in einer Draufsicht eine Funktionsabschnittsregion überlappt, und ein Trägersubstrat (40) enthält, das auf einer Hauptfläche der Befestigungsschicht (30) ausgebildet ist, wird eine Opferschicht (31) auf einer Hauptfläche eines piezoelektrischen Substrats gebildet, und die Befestigungsschicht (30) wird auf der Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats so gebildet, dass die Opferschicht (31) bedeckt ist. Das Trägersubstrat (40) wird an einer Fläche der Befestigungsschicht (30) befestigt, der piezoelektrischen Dünnfilm (20) wird von dem zu bildenden piezoelektrischen Substrat abgezogen. Der funktionale Leiter (211, 212) wird auf dem piezoelektrischen Dünnfilm (20) ausgebildet, eine Durchgangsöffnung (200) wird in dem piezoelektrischen Dünnfilm (20) ausgebildet, dergestalt, dass es sich in einer Draufsicht über eine Grenze zwischen der Befestigungsschicht (30) und der Opferschicht (31) hinweg erstreckt, und die Opferschicht (31) wird durch Ätzen unter Verwendung der Durchgangsöffnung (200) entfernt, um den Hohlraum (300) zu bilden.



Inventors:
Kishimoto, Yutaka (Kyoto-fu, Nagaokakyo-shi, JP)
Application Number:
DE112015005512T
Publication Date:
08/31/2017
Filing Date:
11/17/2015
Assignee:
MURATA MANUFACTURING CO., LTD. (Kyoto-fu, Nagaokakyo-shi, JP)
International Classes:
Attorney, Agent or Firm:
CBDL Patentanwälte, 47051, Duisburg, DE
Claims:
1. Piezoelektrische Vorrichtung, umfassend:
einen piezoelektrischen Film, der eine Durchgangsöffnung aufweist, die in einer Dickenrichtung ausgebildet ist,
einen funktionalen Leiter, der auf dem piezoelektrischen Film ausgebildet ist,
eine Befestigungsschicht, die so auf einer Hauptfläche des piezoelektrischen Films ausgebildet ist, dass ein Hohlraum an einer Position entsteht, die eine Region überlappt, wo in einer Draufsicht der funktionale Leiter ausgebildet ist, und
ein Trägersubstrat, das auf einer Hauptfläche der Befestigungsschicht gegenüber dem piezoelektrischen Film ausgebildet ist, wobei
die Durchgangsöffnung an einer Position ausgebildet ist, die sich in einer Draufsicht über eine Grenze zwischen der Befestigungsschicht und dem Hohlraum erstreckt, und
die Befestigungsschicht eine Stufe an einer Position aufweist, die die Durchgangsöffnung in einer Draufsicht überlappt.

2. Herstellungsverfahren für eine piezoelektrische Vorrichtung, die enthält:
einen piezoelektrischen Film, auf dem ein funktionaler Leiter ausgebildet ist, eine Befestigungsschicht, die so auf einer Hauptfläche des piezoelektrischen Films ausgebildet ist, dass ein Hohlraum an einer Position entsteht, die eine Region überlappt, wo in einer Draufsicht der funktionale Leiter ausgebildet ist, und ein Trägersubstrat, das auf einer Hauptfläche der Befestigungsschicht gegenüber dem piezoelektrischen Film ausgebildet ist, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst:
Bilden einer Opferschicht auf einer Hauptfläche eines piezoelektrischen Substrats,
Ausbilden der Befestigungsschicht auf der Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats so, dass die Opferschicht bedeckt ist,
Befestigen des Trägersubstrats an einer Fläche der Befestigungsschicht gegenüber dem piezoelektrischen Substrat,
Bilden des piezoelektrischen Films aus dem piezoelektrischen Substrat,
Ausbilden des funktionalen Leiters auf dem piezoelektrischen Film,
Ausbilden einer Durchgangsöffnung in dem piezoelektrischen Film so, dass es sich in einer Draufsicht über eine Grenze zwischen der Befestigungsschicht und der Opferschicht erstreckt, und
Entfernen der Opferschicht durch Ätzen unter Verwendung der Durchgangsöffnung, um den Hohlraum zu bilden.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Vorrichtung, bei der ein Dünnfilm eines piezoelektrischen Einkristalls verwendet wird, und ein Herstellungsverfahren für die piezoelektrische Vorrichtung.

STAND DER TECHNIK

In den vergangenen Jahren sind viele piezoelektrische Vorrichtungen entwickelt worden, bei denen ein Dünnfilm eines piezoelektrischen Einkristalls verwendet wird. Es gibt eine piezoelektrische Vorrichtung, die einen piezoelektrischen Dünnfilm, der als eine piezoelektrische Vorrichtung fungiert und der auf dem eine Elektrode ausgebildet ist, und einen Träger aufweist, der den piezoelektrischen Dünnfilm stützt und in dem eine Membranstruktur verwendet wird, die einen Raum zwischen dem Träger und einer Region bildet, wo die Elektrode ausgebildet wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).

Patentdokument 1 offenbart ein Herstellungsverfahren für einen piezoelektrischen Resonator, der eine Membranstruktur aufweist. Bei dem in Patentdokument 1 offenbarten Herstellungsverfahren wird zuerst eine Opferschicht auf einer Vorderfläche einer piezoelektrischen Substanz gebildet, und ein Stützelement wird an die Vorderfläche der piezoelektrischen Substanz gebondet, um die Opferschicht zu bedecken. Ein piezoelektrischer Film wird von der piezoelektrischen Substanz abgelöst, und eine sogenannte Interdigitaltransducer(IDT)-Elektrode und dergleichen werden auf dem piezoelektrischen Film gebildet. Dann wird eine Durchgangsöffnung in dem piezoelektrischen Film gebildet, und es wird ein Ätzvorgang durch die Durchgangsöffnung hindurch ausgeführt, um die Opferschicht zu entfernen. Dementsprechend wird ein piezoelektrischer Resonator gebildet, in dem der piezoelektrische Film auf einem Hohlraum schwimmt.

Zitierungsliste Patentdokument

  • Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4636292

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Technisches Problem

Da beim Bilden des Hohlraums gemäß Patentdokument 1 die Opferschicht durch die in dem piezoelektrischen Film gebildete Durchgangsöffnung hindurch entfernt wird, muss die Durchgangsöffnung den piezoelektrischen Film durchdringen, um die Opferschicht zu erreichen. Jedoch ist es in dem in Patentdokument 1 offenbarten Herstellungsverfahren schwierig, zu bestimmen, ob die in dem piezoelektrischen Film gebildete Durchgangsöffnung die Opferschicht erreicht. Wenn nämlich die Durchgangsöffnung nicht die Opferschicht erreicht, so ist es unter Umständen nicht möglichen, die Opferschicht durch Ätzen zu entfernen, um den Hohlraum zu bilden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine piezoelektrische Vorrichtung mit einem piezoelektrischen Film, in dem eine Durchgangsöffnung zum Bilden eines Hohlraums mit Gewissheit gebildet wird, und ein Herstellungsverfahren für die piezoelektrische Vorrichtung bereitzustellen.

Lösung des Problems

Eine piezoelektrische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält bevorzugt: einen piezoelektrischen Film, der eine Durchgangsöffnung aufweist, die in einer Dickenrichtung ausgebildet ist, einen funktionalen Leiter, der auf dem piezoelektrischen Film ausgebildet ist, eine Befestigungsschicht, die so auf einer Hauptfläche des piezoelektrischen Films ausgebildet ist, dass ein Hohlraum an einer Position entsteht, die eine Region überlappt, wo in einer Draufsicht der funktionale Leiter ausgebildet ist, und ein Trägersubstrat, das auf einer Hauptfläche der Befestigungsschicht gegenüber dem piezoelektrischen Film ausgebildet ist, wobei die Durchgangsöffnung an einer Position ausgebildet ist, die sich in einer Draufsicht über eine Grenze zwischen der Befestigungsschicht und dem Hohlraum hinweg erstreckt, und die Befestigungsschicht eine Stufe an einer Position aufweist, die in einer Draufsicht die Durchgangsöffnung überlappt.

Bei dieser Konfiguration wird die in der Befestigungsschicht ausgebildete Stufe während eines Herstellungsprozesses für die piezoelektrische Vorrichtung ausgebildet. Da die Durchgangsöffnung beim Bilden des Hohlraums verwendet wird, muss die Durchgangsöffnung mit Gewissheit in der Region ausgebildet werden, wo der Hohlraum ausgebildet wird. Indem man sich also vergewissert, dass die Stufe vorhanden ist, ist es möglich zu bestimmen, wo der Hohlraum mit Gewissheit ausgebildet ist.

Die vorliegende Erfindung ist durch ein Herstellungsverfahren für eine piezoelektrische Vorrichtung gekennzeichnet, die enthält: einen piezoelektrischen Film, auf dem ein funktionaler Leiter ausgebildet ist, eine Befestigungsschicht, die so auf einer Hauptfläche des piezoelektrischen Films ausgebildet ist, dass ein Hohlraum an einer Position entsteht, die eine Region überlappt, wo in einer Draufsicht der funktionale Leiter ausgebildet ist, und ein Trägersubstrat, das auf einer Hauptfläche der Befestigungsschicht gegenüber dem piezoelektrischen Film ausgebildet ist, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst: Bilden einer Opferschicht auf einer Hauptfläche eines piezoelektrischen Substrats, Ausbilden der Befestigungsschicht auf der Hauptfläche des piezoelektrischen Substrats so, dass die Opferschicht bedeckt ist, Befestigen des Trägersubstrats an einer Fläche der Befestigungsschicht gegenüber dem piezoelektrischen Substrat, Bilden des piezoelektrischen Films aus dem piezoelektrischen Substrat, Ausbilden des funktionalen Leiters auf dem piezoelektrischen Film, Ausbilden einer Durchgangsöffnung in dem piezoelektrischen Film dergestalt, dass sie sich in einer Draufsicht über eine Grenze zwischen der Befestigungsschicht und der Opferschicht hinweg erstreckt, und Entfernen der Opferschicht durch Ätzen unter Verwendung der Durchgangsöffnung, um den Hohlraum zu bilden.

Bei diesem Herstellungsverfahren wird die Durchgangsöffnung zum Ausbilden des Hohlraums an einer Position ausgebildet, die sich über die Grenze zwischen der Befestigungsschicht und der Opferschicht erstreckt. Aufgrund des Unterschiedes beim Material zwischen der Befestigungsschicht und der Opferschicht ist eine Ätzrate zwischen beiden verschieden, so dass eine Stufe am Boden der ausgebildeten Durchgangsöffnung entsteht. Durch Vergewissern, dass die Stufe vorhanden ist, ist es möglich zu bestimmen, ob die Durchgangsöffnung so ausgebildet ist, dass es die Opferschicht erreicht. Wenn die Durchgangsöffnung so ausgebildet ist, dass sie mit Gewissheit die Opferschicht erreicht, so ist es möglich, die Opferschicht durch Ätzen zu entfernen, um mit Gewissheit den Hohlraum zu bilden. Somit ist es möglich, die piezoelektrische Vorrichtung effizient herzustellen.

VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, mit Gewissheit die Durchgangsöffnung, die beim Bilden des Hohlraums verwendet wird, in dem piezoelektrischen Dünnfilm zu bilden und den Hohlraum zu bilden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Resonators gemäß einer Ausführungsform.

2 ist eine Querschnittsansicht des piezoelektrischen Resonators entlang der Linie II-II in 1.

3 sind Querschnittsansichten, die Formen in jeweiligen Schritten in einem Herstellungsverfahren für den piezoelektrischen Resonator gemäß der Ausführungsform zeigen.

4 sind Querschnittsansichten, die Formen in jeweiligen Schritten in dem Herstellungsverfahren für den piezoelektrischen Resonator gemäß der Ausführungsform zeigen.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 ist eine Draufsicht eines piezoelektrischen Resonators gemäß einer Ausführungsform. 2 ist eine Querschnittsansicht des piezoelektrischen Resonators entlang der Linie II-II in 1. Der piezoelektrische Resonator ist ein Beispiel der „piezoelektrischen Vorrichtung“ gemäß der vorliegenden Erfindung.

Der piezoelektrische Resonator 10 enthält einen piezoelektrischen Dünnfilm 20, eine Befestigungsschicht 30 und ein Trägersubstrat 40. Der piezoelektrische Dünnfilm 20 ist eine permeable piezoelektrische Substanz wie zum Beispiel LN (LiNbO3) oder LT (LiTaO3). Der piezoelektrische Dünnfilm 20 entspricht einem „piezoelektrischen Film“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Befestigungsschicht 30 ist ein Isolator, wie zum Beispiel SiO2. Das Trägersubstrat 40 ist Si, Saphir, Glas oder dergleichen.

Funktionale Leiter 211 und 212 werden auf einer Vorderfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 20 ausgebildet. Die funktionalen Leiter 211 und 212 haben in einer Draufsicht jeweils eine Kammform. Die funktionalen Leiter 211 und 212 sind so angeordnet, dass sie eine Interdigitaltransducer bilden. Im Weiteren wird eine Region, wo die funktionalen Leiter 211 und 212 ausgebildet sind, als eine Funktionsabschnittsregion bezeichnet.

Darüber hinaus werden Verdrahtungsleiter 221 und 222 auf der Vorderfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 20 ausgebildet. Der Verdrahtungsleiter 221 ist mit dem funktionalen Leiter 211 verbunden. Der Verdrahtungsleiter 222 ist mit dem funktionalen Leiter 212 verbunden. Die Verdrahtungsleiter 221 und 222 sind Leiter, die die funktionalen Leiter 211 und 212 jeweils mit externen Schaltkreisen verbinden.

Die funktionalen Leiter 211 und 212 und die Verdrahtungsleiter 221 und 222 sind Materialien, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen, wie zum Beispiel Al.

Die Befestigungsschicht 30 und das Trägersubstrat 40 werden in dieser Reihenfolge auf eine Rückseite des piezoelektrischen Dünnfilms 20 gebondet. Das heißt, der piezoelektrische Dünnfilm 20 wird durch die Befestigungsschicht 30 an dem Trägersubstrat 40 befestigt.

Die Befestigungsschicht 30 wird so auf dem piezoelektrischen Dünnfilm 20 ausgebildet, dass sie die Funktionsabschnittsregion in einer Draufsicht umgibt. Dementsprechend wird ein Hohlraum 300, der durch die Rückseite des piezoelektrischen Dünnfilms 20 und eine Innenwandfläche der Befestigungsschicht 30 umgeben ist, an einer Position ausgebildet, die der Funktionsabschnittsregion zugewandt ist.

Durchgangsöffnungen 200 werden so in dem piezoelektrischen Dünnfilm 20 ausgebildet, um mit dem Hohlraum 300 in Strömungsverbindung zu stehen. Die Durchgangsöffnungen 200 befinden sich in einer Draufsicht auf der Innenseite des Hohlraums 300. Genauer gesagt, sind die Durchgangsöffnungen 200 an Positionen ausgebildet, die sich in einer Draufsicht über die Grenze zwischen einer Innenwand der Befestigungsschicht 30 und dem Hohlraum 300 erstrecken. Die überbrückten Positionen sind Positionen, an denen die Durchgangsöffnungen 200 und die Grenze zwischen der Innenwand der Befestigungsschicht 30 und dem Hohlraum 300 einander in einer Draufsicht überlappen. Beim Bilden der Durchgangsöffnungen 200 werden gleichzeitig Stufen 30A an der Innenwand der Befestigungsschicht 30 ausgebildet, die die Durchgangsöffnungen 200 überlappt.

Obgleich später beschrieben, wird der Hohlraum 300 durch Bilden einer Opferschicht aus ZnO oder dergleichen und Entfernen der Opferschicht mittels Nassätzen gebildet. Die Durchgangsöffnungen 200 stellen eine Strömungsverbindung zwischen der Opferschicht 31 und der äußeren Umgebung her und werden beim Entfernen der Opferschicht mittels Nassätzen verwendet. Darum müssen die Durchgangsöffnungen 200 so gebildet werden, dass sie mit Gewissheit die Opferschicht erreichen. Bei der vorliegenden Ausführungsform es ist möglich zu bestimmen, dass die Durchgangsöffnungen 200 mit Gewissheit ausgebildet sind, wenn die Bildung der Stufen 30A während der Herstellung bestätigt wird.

Nachfolgend wird ein Herstellungsprozess für den piezoelektrischen Resonator 10 beschrieben.

Die 3 und 4 sind Querschnittsansichten, die Formen in jeweiligen Schritten in dem Herstellungsverfahren für den piezoelektrischen Resonator 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Jeder der in den 3 und 4 gezeigten Querschnitte entspricht einem Querschnitt entlang der Linie II-II in 1. Das Zwischenschaubild in 4 zeigt eine vergrößerte Draufsicht des Inneren einer durchbrochenen Linie.

Zuerst wird die Opferschicht 31 auf einer Rückseite eines piezoelektrischen Substrats P20 ausgebildet. Die Opferschicht 31 ist zum Beispiel ZnO. Anschließend wird die Befestigungsschicht 30 auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats P20 so ausgebildet, dass die Opferschicht 31 bedeckt ist. Da die Befestigungsschicht 30 so ausgebildet wird, dass die Opferschicht 31 und dergleichen bedeckt ist, kommt es zu einer Unebenheit auf einer Oberfläche gegenüber dem piezoelektrischen Substrat P20. Darum wird die unebene Oberfläche der Befestigungsschicht 30 durch CMP (Chemisch-Mechanisches Polieren) poliert, um abgeflacht zu werden.

Als Nächstes wird das Trägersubstrat 40 durch einen Harzklebstoff an die abgeflachte Hauptfläche der Befestigungsschicht 30 gebondet. Für das Bonden des Substrats kann auch ein anderes Verbindungsverfahren wie zum Beispiel Metallverbindung oder Verbindung mittels zwischenatomischen Kräften verwendet werden. Dann wird das piezoelektrische Substrat P20 durch Polieren zu einem Dünnfilm gemacht, um den piezoelektrischen Dünnfilm 20 zu bilden. Die funktionalen Leiter 211 und 212 werden auf der Vorderfläche des gebildeten piezoelektrischen Dünnfilms 20 ausgebildet. Die funktionalen Leiter 211 und 212 werden als Laminatelektroden aus Al/Ti durch ein Aufdampfungs-/Abhebeverfahren ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt werden, obgleich nicht gezeigt, auch die Verdrahtungsleiter 221 und 222 auf der Vorderfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 20 durch das Aufdampfungs-/Abhebeverfahren ausgebildet.

Als Nächstes wird Trockenätzen an Positionen auf dem piezoelektrischen Dünnfilm 20 ausgeführt, die sich in einer Draufsicht über die Grenze zwischen der Opferschicht 31 und der Befestigungsschicht 30 erstrecken. Öffnungen 200A werden durch das Trockenätzen so ausgebildet, dass sie eine zuvor festgelegte Tiefe von dem piezoelektrischen Dünnfilm 20 aus erreichen. Wenn das Trockenätzen ausgeführt wird, so wird der piezoelektrische Dünnfilm 20 zunächst geätzt, und dann werden die Befestigungsschicht 30 und die Opferschicht 31 geätzt. Da die Materialien der Befestigungsschicht 30 und der Opferschicht 31 voneinander verschieden sind, sind die Tiefen der Öffnungen 200A, die in der Befestigungsschicht 30 ausgebildet werden, aufgrund des Unterschiedes bei der Ätzrate von den Tiefen der Öffnungen 200A verschieden, die in der Opferschicht 31 ausgebildet werden. Darum entsteht eine Stufe an der Unterseite jeder Öffnung 200A. Jede Stufe 30A, die mit Bezug auf 2 beschrieben ist, wird gebildet, wenn dieses Trockenätzen ausgeführt wird.

Bevor das Trockenätzen ausgeführt wird, wird gemessen, ob eine Stufe in jeder der gebildeten Öffnungen 200A gebildet wurde, wodurch es möglich ist zu bestimmen, ob jede Öffnung 200A mit Gewissheit die Opferschicht 31 erreicht. Die Bestimmung, ob eine Stufe vorhanden ist, wird zum Beispiel durch Messen einer Stufe innerhalb der Öffnung 200A unter Verwendung eines Rastersondenmikroskops ausgeführt.

Nach der Bestätigung, dass eine Stufe in jeder Öffnung 200A vorhanden ist und dass jede Öffnung 200A die Opferschicht 31 erreicht, wird die Opferschicht 31 durch Nassätzen durch die Öffnungen 200A hindurch entfernt. Aufgrund dieser Verarbeitung entsteht der Hohlraum 300 in der Befestigungsschicht 30, und die Durchgangsöffnungen 200, die mit dem Hohlraum 300 in Strömungsverbindung stehen, verbleiben in dem piezoelektrischen Dünnfilm 20.

Durch Ausführen des oben dargelegten Herstellungsverfahrens wird der piezoelektrische Resonator 10 gebildet. Wenn jede Öffnung 200A ausgebildet wird, um den Hohlraum 300 zu bilden, und nicht in jeder Öffnung 200A eine Stufe vorhanden ist, so kann es passieren, dass nicht jede Öffnung 200A bis zur Opferschicht 31 reicht und es nur in dem piezoelektrischen Dünnfilm 20 ausgebildet ist. In diesem Fall gibt es das Problem, dass es nicht möglich ist, die Opferschicht 31 durch Nassätzen zu entfernen, so dass es nicht möglich ist, den Hohlraum 300 zu bilden. Indem nun jede Öffnung 200A über der Opferschicht 31 und der Befestigungsschicht 30 ausgebildet wird und gemessen wird, ob eine Stufe in jeder Öffnung 200A gebildet wurde, wie in der vorliegenden Ausführungsform, wird bestätigt, ob jede Öffnung 200A mit Gewissheit die Opferschicht 31 erreicht, wodurch es mit Gewissheit möglich ist, den Hohlraum 300 zu bilden.

Darüber hinaus wurde in der vorliegenden Ausführungsform der piezoelektrische Resonator beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist ebenso auf andere piezoelektrische Vorrichtungen und ein Filter, in dem ein piezoelektrischer Resonator verwendet wird, anwendbar.

Bezugszeichenliste

P20
piezoelektrisches Substrat
10
piezoelektrischer Resonator
20
piezoelektrischer Dünnfilm (piezoelektrischer Film)
30
Befestigungsschicht
30A
Stufe
31
Opferschicht
40
Trägersubstrat
200
Durchgangsöffnung
200A
Öffnung
211, 212
funktionaler Leiter
221, 222
Verdrahtungsleiter
300
Hohlraum