CN103765770A - 压电体波装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种压电体波装置及其制造方法，利用了LiTaO3的厚度剪切模式，并且电极膜厚、LiTaO3的厚度的偏差所导致的电特性的偏差较少。压电体波装置(1)具备由LiTaO3构成的压电薄板(5)和与压电薄板(5)相接地设置的第1、第2电极(6、7)，利用了由LiTaO3构成的压电薄板(5)的厚度剪切模式，第1、第2电极(6、7)由具有比在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗更大的固有声阻抗的导体构成，在将所述第1以及第2电极(6、7)的膜厚的合计设为电极厚度、将由所述LiTaO3构成的压电薄板(5)的厚度设为LT厚度时，电极厚度/(电极厚度+LT厚度)处于40％以上、95％以下的范围。
Description
技术领域
本发明涉及使用了LiTaO3的压电体波装置及其制造方法，更详细而言，涉及作为体波(bulk wave)利用了厚度剪切模式(thickness shear mode)的体波的压电体波装置及其制造方法。
背景技术
以往，在振荡器、滤波器等中使用了压电薄膜器件。例如，在下述的专利文献1中，公开了图24所示的压电薄膜器件。压电薄膜器件1001具有压电薄膜1002。压电薄膜1002被记载为期望由水晶、LiTaO3、LiNbO3等压电单晶构成。此外，在上述压电薄膜1002的上表面形成有电极1003、1004。在压电薄膜1002的下表面形成有电极1005～1007。通过使用这些电极1003～1007，在压电薄膜器件1001中，构成了利用厚度剪切模式而成的4个压电薄膜谐振器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-228356号公报
发明内容
发明要解决的课题
如专利文献1的记载，以往，已知利用了LiTaO3的厚度剪切模式的压电薄膜器件。但是，在使用由LiTaO3构成的压电薄膜并利用了厚度剪切振动模式的情况下，难以获得良好的电特性。此外，由于LiTaO3、电极的膜厚的制造偏差，电特性的偏差容易变大。
本发明的目的在于，提供一种利用了LiTaO3的厚度剪切模式，而且电极膜厚、LiTaO3的厚度的偏差所导致的电特性的偏差较少的压电体波装置及其制造方法。
解决课题的手段
本发明所涉及的压电体波装置，利用了由LiTaO3构成的压电薄板的厚度剪切模式。本发明的压电体波装置具备由LiTaO3构成的压电薄板、和与所述压电薄板相接地设置的第1、第2电极。在本发明中，所述第1、第2电极由具有比在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗更大的固有声阻抗的导体构成，在将第1以及第2电极的膜厚的合计设为电极厚度、将由LiTaO3构成的压电薄板的厚度设为LT厚度时，电极厚度/(电极厚度+LT厚度)处于40％以上、95％以下的范围。
在本发明所涉及的压电体波装置的某特定方式中，所述第1以及第2电极是从W、Mo、Pt、以及Ta所构成的组中选择的至少1种金属或以该金属为主体的合金、或者该金属占重量比的过半以上的层叠体。
本发明所涉及的压电体波装置的制造方法，是利用了由LiTaO3构成的压电薄板的厚度剪切模式的压电体波装置的制造方法，具备：准备由LiTaO3构成的压电薄板的工序；与所述压电薄板相接地形成第1电极的工序，其中所述第1电极由固有声阻抗比在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗更高的导体构成且电极厚度/(电极厚度+LT厚度)处于40％以上、95％以下的范围；和与所述压电薄板相接地形成第2电极的工序，其中所述第2电极由固有声阻抗比在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗更高的导体构成且电极厚度/(电极厚度+LT厚度)处于40％以上、95％以下的范围。
在本发明的压电体波装置的制造方法的某特定方式中，准备所述压电薄板的工序具备：从由LiTaO3构成的压电基板的一个面进行离子注入，在该一个面侧形成注入离子浓度最高的高浓度离子注入部分的工序；在所述压电基板的所述一个面侧接合支撑基板的工序；和一边对所述压电基板进行加热，一边在所述高浓度离子注入部分将所述压电基板分离为从该压电基板的所述一个面到所述高浓度离子注入部分的压电薄板、和其余的压电基板部分的工序。在此情况下，通过对离子注入条件进行控制，能够容易地控制高浓度离子注入部分的位置。一般来说离子注入装置的离子束以均匀的强度直线照射到基板，并且，离子束一边对基板整体进行扫描一边对同一部位以大致相同的照射角照射多次。因此，与溅射、CVD、蒸镀等成膜法所产生的厚度偏差相比，通过离子注入，高浓度离子注入部分的位置在基板整面变得均等，且深度偏差变小。因此，能够在基板整面容易地获得正确的厚度的压电薄板。
在本发明的压电体波装置的制造方法其他特定方式中，准备所述压电薄板的工序具有：从由LiTaO3构成的压电基板的一个面进行离子注入，在该一个面侧形成注入离子浓度最高的高浓度离子注入部分的工序；在所述压电基板的所述一个面侧粘贴临时支撑构件的工序；一边对粘贴于所述临时支撑构件的压电基板进行加热，一边在所述高浓度离子注入部分将所述压电基板分离为从该压电基板的所述一个面到所述高浓度离子注入部分的压电薄板、和其余的压电基板部分的工序，还具备从所述压电薄板剥离所述临时支撑构件的工序。
在此情况下，在压电薄板分离时，能够抑制由于热应力而在压电薄板上产生缺陷的危险。
在本发明所涉及的压电体波装置的制造方法的又一其他特定方式中，在从所述压电薄板剥离所述临时支撑构件之前，实施在所述压电薄板上形成第1电极的工序、覆盖所述第1电极地形成牺牲层的工序、和在所述牺牲层上层叠支撑基板的工序。此外，在从所述压电薄板剥离了临时支撑构件之后，还具备在通过所述临时支撑构件的剥离而露出的所述压电薄板的另一个面上形成第2电极的工序、和使所述牺牲层消失的工序。在此情况下，根据本发明能够提供一种具有在压电薄板的上下形成有第1、第2电极的振动部分从支撑基板漂浮的构造的压电体波装置。
发明效果
在本发明所涉及的压电体波装置中，第1以及第2电极由具有比在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗更大的固有声阻抗的导体构成，在将第1以及第2电极的膜厚的合计设为电极厚度、将由LiTaO3构成的压电薄板的厚度设为LT厚度时，电极厚度/(电极厚度+LT厚度)处于40％以上、95％以下的范围，因此能够构成不易产生谐振频率的变动的压电体波装置。因此，能够提供一种特性偏差少的压电体波装置。
此外，根据本发明所涉及的压电体波装置的制造方法，由于第1以及第2电极如上述那样构成，因此按照本发明能够提供一种特性偏差少的压电体波装置。
附图说明
图1的图1(a)、(b)是本发明的一实施方式所涉及的压电体波装置的正面剖面图以及俯视图。
图2是表示在本发明的一实施方式中，由W构成的第1以及第2电极的电极厚度/(电极厚度+LT厚度)与谐振频率之间的关系的图。
图3是表示在本发明的一实施方式中，由W构成的第1以及第2电极的电极厚度/(电极厚度+LT厚度)与机电耦合系数k2之间的关系的图。
图4是表示在本发明的一实施方式中，由W构成的第1以及第2电极的电极厚度/(电极厚度+LT厚度)与制动电容(damping capacitance)C0之间的关系的图。
图5是表示在本发明的一实施方式中第1以及第2电极由W构成且将谐振频率设为880MHz的情况下的上部电极厚度=下部电极厚度、与LiTaO3的厚度之间的关系的图。
图6是表示在本发明的一实施方式中第1以及第2电极由W构成且将谐振频率设为880MHz的情况下的上部电极厚度=下部电极厚度、与制动电容C0之间的关系的图。
图7是表示在本发明的一实施方式中第1以及第2电极由W构成且将谐振频率设为880MHz的情况下的上部电极厚度=下部电极厚度、与机电耦合系数k2之间的关系的图。
图8是表示在本发明的一实施方式中第1以及第2电极由W构成且将谐振频率设为1960MHz的情况下的上部电极厚度=下部电极厚度、与LiTaO3的厚度之间的关系的图。
图9是表示在本发明的一实施方式中第1以及第2电极由W构成且将谐振频率设为1960MHz的情况下的上部电极厚度=下部电极厚度、与制动电容C0之间的关系的图。
图10是表示在本发明的一实施方式中第1以及第2电极由W构成且将谐振频率设为1960MHz的情况下的上部电极厚度=下部电极厚度、与机电耦合系数k2之间的关系的图。
图11是表示LiTaO3的欧拉角θ与固有声阻抗之间的关系的图。
图12是表示LiTaO3的欧拉角的θ、与厚度剪切模式的谐振频率Fr以及反谐振频率Fa之间的关系的图。
图13是表示LiTaO3的欧拉角的θ、与厚度剪切模式的机电耦合系数k2之间的关系的图。
图14是表示LiTaO3的欧拉角的θ、与厚度剪切模式的频率温度系数TCF之间的关系的图。
图15是表示LiTaO3的欧拉角的θ、与成为乱真(spurious)的厚度纵向振动模式的机电耦合系数k2之间的关系的图。
图16是表示LiTaO3的欧拉角的θ、与厚度纵向振动的谐振频率Fr以及反谐振频率Fa之间的关系的图。
图17是表示LiTaO3的欧拉角的θ、与厚度纵向振动的机电耦合系数k2之间的关系的图。
图18是表示LiTaO3的欧拉角的θ、与频率温度系数TCF之间的关系的图。
图19是表示使用了LiNbO3的情况下的、厚度剪切振动模式下的欧拉角θ与频率温度系数TCF的关系的图。
图20的(a)～(d)是用于说明本发明的一实施方式所涉及的压电体波装置的制造方法的各示意正面剖面图。
图21的(a)～(c)是用于说明本发明的一实施方式所涉及的压电体波装置的制造方法的各示意正面剖面图。
图22的(a)～(c)是用于说明本发明的一实施方式所涉及的压电体波装置的制造方法的各示意正面剖面图。
图23的(a)～(c)是用于说明本发明的一实施方式所涉及的压电体波装置的制造方法的各示意正面剖面图。
图24是表示现有的压电薄膜器件的一例的示意剖面图。
具体实施方式
以下，通过参照附图对本发明的具体实施方式进行说明，来明确本发明。
图1(a)以及(b)是本发明的一实施方式所涉及的压电体波装置的示意正面剖面图以及俯视图。
本实施方式的压电体波装置1具有支撑基板2。支撑基板2由合适的绝缘体或者压电体构成。在本实施方式中，支撑基板2由氧化铝构成。
在支撑基板2上形成有绝缘层3。在本实施方式中，绝缘层3由氧化硅构成，但也可以由LiTaO3、LiNbO3、蓝宝石、玻璃等合适的绝缘性材料形成。氧化铝、玻璃、LiNbO3与LiTaO3、蓝宝石相比材料便宜且制造容易，因此容易得到、比较理想。在绝缘层3的上表面形成有凹部3a。在设置有凹部3a的部分的上方，配置有压电薄板振动部4。压电薄板振动部4具有压电薄板5、在压电薄板5的上表面形成的第1电极6、和在下表面形成的第2电极7。
压电薄板5由LiTaO3构成。另外，压电薄板5是指，厚度为2μm以下程度的薄压电体。根据后述的制造方法，通过使用离子注入-分割法，能够高精度地获得这种厚度薄的LiTaO3所构成的压电薄板。
压电薄板5是上述那种厚度为2μm以下程度的薄压电体。在本实施方式中，在使用了这种薄的LiTaO3所构成的压电薄板的情况下，即使该LiTaO3的厚度存在偏差，也能够降低频率的偏差。这是因为，在本实施方式中，第1以及第2电极6、7如下这样构成。
即，本申请发明的特征在于，是利用了LiTaO3的厚度剪切模式的体波的压电体波装置，上述第1以及第2电极6、7由与在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗相比固有声阻抗更高的导体构成，在将第1以及第2电极6、7的厚度的合计设为电极厚度，将LiTaO3的厚度设为LT厚度时，电极厚度/(电极厚度+LT厚度)处于40％以上、95％以下的范围。在此情况下，能够减小频率的变动。即，即使电极的厚度、LiTaO3的厚度存在偏差，频率的变动也较小。
进而，在上述电极厚度/(电极厚度+LT厚度)为75％以下的情况下，可以将机电耦合系数k2提高10％以上。参照图2～图10对此进行更详细的说明。
在图2～图10中，以以下的构成为前提。
在由LiTaO3构成的压电薄板的上表面层叠有由W构成的第1电极6、在下表面层叠有第2电极7。将LiTaO2的厚度即LT厚度、和电极厚度=(第1电极6的厚度+第2电极7的厚度)设为1000nm。即，电极厚度=上部电极厚度+下部电极厚度。在此，使电极厚度/(电极厚度+LT厚度)在5～95％的范围内变化。第1电极6与第2电极7对置的区域设为正方形的形状，其面积设为44.7μm×44.7μm=2000μm2。此外，LiTaO3的欧拉角设为(0°，73°，0°)。
图2表示上述电极厚度/(电极厚度+LT厚度)与谐振频率之间的关系。图3表示上述电极厚度/(电极厚度+LT厚度)与机电耦合系数k2之间的关系，图4是表示上述电极厚度/(电极厚度+LT厚度)与制动电容C0之间的关系的图。
从图2可知，即使在将层叠构造的层厚固定为1000nm的情况下，在电极厚度/(电极厚度+LT厚度)为40％以上、95％以下的范围内，谐振频率的变动为1241.5MHz～1304MHz，谐振频率的变动幅度小到5％。更优选为，在55％～80％的范围内，谐振频率的变动为1241.5MHz至1252.9MHz，可知能够将谐振频率的变动幅度进一步减小为1％以下。即，可知即使第1以及第2电极6、7的厚度、LiTaO3的厚度存在偏差，也能够大幅降低谐振频率的偏差。
压电薄板的厚度与离子束的加速电压成正比。一般，离子注入装置在离子束的射束电流与加速电压中存在折中的关系。这是因为，若增大由射束电流×加速电压所表示的电力值，则每个单位时间照射到基板的能量的量增加，所以因局部发热所伴随的热应力而产生基板破坏等问题。若增大加速电压，则能够增大离子的注入深度，因此能够使压电薄板的厚度较厚，但由于射束电流变小，因此将离子注入至能够分离压电薄板的浓度(例如，8×1016ions/cm2)为止的时间变长。因此，为了提高单位时间的生产效率，需要增大射束电流，并期望减小加速电压。为了减小加速电压，需要使压电薄板的厚度较薄来获得必要的频率特性。若压电薄板的厚度变薄则压电体波装置的谐振频率将会高频化，而本发明能够用1μm程度的薄压电薄板来实现在低于1.5GHz的频带使用的压电体波装置，因此尤为有利。
此外，在电极厚度/(电极厚度+LT厚度)为75％以下的情况下，机电耦合系数k2的绝对值也能够提高至高于10％。因此，可知能够提供宽频带的滤波器。
另一方面，从图4可知，若电极厚度/(电极厚度+LT厚度)超过40％，则制动电容C0急剧增加。若制动电容C0变大，则在谐振器中阻抗下降。RF滤波器的阻抗需要与连接于前后的天线、功率放大器或低噪声放大器等设备的阻抗相匹配。通常，该阻抗为50Ω或150Ω。
谐振器的阻抗与谐振器的面积成反比。因此，在组合了多个谐振器，构成了例如梯形滤波器等的情况下，滤波器的阻抗与谐振器的阻抗成正比。因此，谐振器的面积与滤波器的阻抗成反比。因此，通过使用每个单位面积的制动电容C0大的谐振器、即每个单位面积的阻抗低的谐振器，能够实现滤波器的小型化。因此，为了实现滤波器、谐振器的小型化，期望电极厚度/(电极厚度+LT厚度)为40％以上。
另外，在现有的体波谐振器中，使用了A1N作为压电体。A1N的相对介电常数为12左右，相对于此，LiTaO3的相对介电常数为40.9～42.5，是约3.4倍的大小。此外，关于体波的横波的声速，LiTaO3与A1N相比低速至O.68倍。因此，在相同频率、电极厚度/(电极厚度+LT厚度)的比相同、且阻抗相同的情况下，使用了LiTaO3的体波谐振器的面积，可以设为使用了A1N的体波谐振器的面积的1/5左右。因此，能够实现压电体波装置的小型化。
图5～图7表示将上述层叠构造构成为使谐振器成为880MHz的情况下的上述电极厚度=下部电极厚度、与LiTaO3的厚度之间的关系，图6表示上部电极厚度=下部电极厚度、与制动电容C0之间的关系，图7表示上部电极厚度=下部电极厚度与机电耦合系数k2之间的关系。另外，上部电极厚度=下部电极厚度，分别表示第1电极6与第2电极7的厚度相等，并且在图5～图7中，示出了该单侧的电极的厚度与LiTaO3的厚度、制动电容C0或机电耦合系数k2的关系。
此外，图8～图10表示将谐振器构成为1960MHz的情况下的上部电极厚度=下部电极厚度与LiTaO3的厚度之间的关系，图9表示上部电极厚度=下部电极厚度与制动电容C0之间的关系，图10表示上部电极厚度=下部电极厚度、与机电耦合系数k2之间的关系。
对图5～图7和图8～图10进行对比可知，在将谐振器设定为880MHz以及1960MHz的任意一者的情况下，在上部电极厚度=下部电极厚度、与LiTaO3的厚度、制动电容C0的大小以及机电耦合系数k2之间都存在同样的变化倾向。
而且，如图4所示，即在电极厚度/(电极厚度+LT厚度)为45％以上的上述范围内，能够充分提高制动电容C-0。因此，能够实现压电体波装置的进一步的小型化。
另外，在图2～图10中，LiTaO3的欧拉角设为了(0°，73°，0°)，但欧拉角(90°，90°，0°)的情况也获得了同样的结果。即，可知在LiTaO3的c轴与面方向接近的晶体方位也能够获得同样的效果。
如上所述，在使用了由W构成的第1以及第2电极6、7的情况下，由于电极厚度/(电极厚度+LT厚度)的增加，从而谐振频率Fr下降，该比在65％处成为最低。因此，在使用了由W构成的第1以及第2电极6、7的情况下，通过将电极厚度/(电极厚度+LT厚度)设为40％以上，能够提供适合在低频带使用的谐振器、滤波器。这是由于，与在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗相比，W的横波的固有声阻抗较高，因此从LiTaO3来看的反射系数成为正。另外，如图11所示，即使欧拉角的θ变化，在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗也不怎么变化，为24.8kg·s/m2～29.7kg·s/m2的值。另一方，W的固有声阻抗为50.5kg·s/m2。
另外，虽然在上述实施方式中，由W形成了第1以及第2电极6、7，但不限于W，也可以使用与在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗相比固有声阻抗高的Mo、Pt、Ta等。或者，也可以使用以该金属为主体的合金。
另外，第1以及第2电极6、7，也可以由层叠多个金属膜而成的层叠金属膜来形成。
上述第1以及第2电极6、7的形成方法没有特别限定。可以使用电子束蒸镀、化学蒸镀、溅射、或CVD等合适的方法。
另外，图1(a)相当于沿图1(b)的A-A线的部分的剖面图。压电薄板5，在凹部3a的沿A-A线的方向两侧，具有狭缝5a、5b。因此，如图1(a)所示，在凹部3a的上方，压电薄板振动部4被设为漂浮的状态。在狭缝5a的外侧，在绝缘层3上形成有布线电极8。布线电极8，在未图示的部分与第2电极7连接。此外，在狭缝5b的外侧，形成有布线电极9。布线电极9形成在压电薄板5上，在未图示的部分与第1电极6电连接。布线电极8、9由合适的导电性材料构成。作为这种导电性材料，可以使用Cu、Al或它们的合金等。
在布线电极9上设置有金凸块10。此外，与布线电极8电连接地将通孔电极11设置于压电薄板5。在通孔电极11的上端，接合有金凸块12。因此，通过从金凸块10、12施加交变电场能够使压电薄板振动部4振动。而且，由于对主电信号进行传输的布线电极8从绝缘层3与支撑基板2的接合界面分离，因此不受接合界面的扩散、不均匀性所伴随的半导体电阻劣化、趋肤效应的影响，能够以低损耗来传输主电振动。
在本实施方式的压电体波装置中，在上述压电薄板振动部4中，利用了由LiTaO3构成的压电薄板5的厚度剪切振动模式，优选为，在LiTaO3的欧拉角的(
θ，ψ)中，期望
为0°且θ处于54°以上、107°以下的范围。由此，能够获得利用了厚度剪切振动模式的良好的谐振特性。以下对此进行更具体的说明。
通过有限要素法，对利用了使用LiTaO3的厚度剪切振动模式以及厚度纵向振动模式的体波振子进行了解析。LiTaO3的厚度设为1000nm。将在该LiTaO3的上下形成了100nm厚度的由A1构成的电极的构造作为模型。上下的电极的重合面积设为2000μm2。
在LiTaO3的欧拉角(0°，θ，0°)中，使θ变化，并对厚度剪切振动模式以及厚度纵向振动模式的状态进行了解析。将结果示于图12～图18。
图12是表示欧拉角的θ、与厚度剪切振动模式的谐振频率Fr以及反谐振频率Fa之间的关系的图，实线表示谐振频率，虚线表示反谐振频率。此外，图13是表示欧拉角的θ、与厚度剪切振动模式的机电耦合系数k2之间的关系的图。从图13可知，所利用的厚度剪切振动模式的机电耦合系数k2在θ为80°附近成为最大，成为14.3％的值。在此，若θ处于54°以上、107°以下的范围，则机电耦合系数k2超过5％，能够获得形成便携终端用滤波器的带宽所需的机电耦合系数。并且，若θ处于63°以上°、97°以下的范围，则机电耦合系数k2维持上述最大值的2/3即9.5％以上这种较大的值。机电耦合系数k2与滤波器的带宽成正比。因此可知，若将欧拉角的θ设为54°以上、107°以下，则能够提高机电耦合系数k2，能够构成宽频带的体波滤波器。
因此可知，在本实施方式中，通过将欧拉角的θ设为54°以上、107°以下，能够提供宽频带的体波装置。不过，根据用途不同，带宽并不是越宽越好。但是，只要对体波谐振器并联或串联地附加静电电容，则能够缩小带宽。因此，在机电耦合系数k2大的情况下，能够提高设计的自由度。因此，由于欧拉角的θ在54°以上、107°以下，且机电耦合系数k2较大，因此能够容易地提供各种带宽的体波装置。
另一方面，从图15可知，成为乱真的厚度纵向振动模式的机电耦合系数k2，在θ为73°时几乎为零。这与图17的结果也一致。即，图16～图18是用于说明成为乱真的厚度纵向振动模式的基于欧拉角的θ而产生的变化的图。图16表示欧拉角的θ、与厚度纵向振动的谐振频率Fr以及反谐振频率Fa之间的关系。实线表示谐振频率的结果，虚线表示反谐振频率的结果。此外，图17表示欧拉角的θ与厚度纵向振动的机电耦合系数k2之间的关系，图18表示欧拉角的θ与频率温度系数TCF之间的关系。从图16～图18也可知，在欧拉角的θ为73°时，成为乱真的厚度纵向振动模式的机电耦合系数k2几乎成为零，若θ处于55°以上、85°以下的范围，则从图15可知，成为乱真的厚度纵向振动模式的机电耦合系数12非常小而为1.5％以下。
因此，更优选为，将欧拉角的θ设为55°以上、85°以下的范围。由此，能够减小成为乱真的厚度纵向振动模式的响应。因此，在构成了上述实施方式的压电体波装置的情况下，能够提高滤波器的在阻止频带的衰减特性。
另一方面，从图14可知，在θ=75°的情况下，厚度剪切振动模式的频率温度系数TCF减小为21.4ppm/℃。此外，在θ为62°以上87°以下的范围内，TCF小到30ppm/℃以下。因此，更优选为，将θ设为62°以上87°以下的范围。由此，压电体波装置1中的滤波器的通频带、阻频带不易根据环境温度的变化而改变。即，能够提供相对于频率变动而言稳定的压电体波装置1。
在此，在图19中示出使用了LiNbO3的情况下的、厚度剪切振动模式下的欧拉角θ与频率温度系数TCF的关系。对于LiNbO3，若与LiTaO3的情况同样地确认了成为乱真的厚度纵向振动模式的机电耦合系数k2变小的θ=73°附近的TCF，则可知增大为96ppm/℃，与21.4ppm/℃的LiTaO3相比增大了近5倍。因此，可以说优选使用LiTaO3作为压电薄板。
另外，在图12～图18中，对在LiTaO3的上表面以及下表面形成了由Al构成的电极的构造作为模型进行了研究。但是，即使将电极材料变更为其他金属、即便机电耦合系数k2的绝对值发生变化，通过将欧拉角的θ设为与上述同样的范围内，也能够提高机电耦合系数k2，进一步确认了通过设为上述期望的范围的θ，能够抑制乱真或者减小TCF的绝对值。
接着，参照图20(a)～图23(c)，对上述压电体波装置1的制造方法的一例进行说明。
如图20(a)所示，准备由LiTaO3构成的压电基板5A。从压电基板5A的一个面如箭头所示注入氢离子。注入的离子不限于氢，也可以使用氦等。离子注入时的能量没有特别限定，但在本实施方式中，设为150KeV、剂量8×1017、原子/cm。另外，上述离子注入条件，只要根据作为目标的压电薄板的厚度来选择即可。即，通过选择上述离子注入条件能够控制注入离子高浓度部分的位置。
进行了离子注入后，则在压电基板5A内，在厚度方向产生离子浓度分布。在图20(a)中用虚线表示离子浓度最高的部分。在虚线所示的离子浓度最高的部分即注入离子高浓度部分5x，若进行加热则由于应力而容易分离。这种通过注入离子高浓度部分5x来分离的方法，在日本特表2002-534886号公报中被公开。
接着，如图20(b)所示，在压电基板5A的进行了离子注入的一侧的面形成临时接合层21。临时接合层21为了对后述的临时支撑构件22进行接合，并且对最终获得的压电薄板5进行保护而设置。临时接合层21由通过后述的蚀刻工序而被除去的材料构成。即，由通过蚀刻而被除去、并且在蚀刻时压电薄板5不被损伤的合适的材料构成。作为构成这种临时接合层21的材料，可以使用无机材料或者有机材料等合适的材料。作为无机材料，可以列举ZnO、SiO2、A1N等绝缘性无机材料、或者Cu、Al、Ti等金属材料。作为有机材料，可以列举聚酰亚胺等。临时接合层21也可以是层叠了由这些材料构成的多个膜的层。在本实施方式中，上述临时接合层21由SiO2构成。
如图20(c)所示，在临时接合层21上层叠并粘贴临时支撑构件22。临时支撑构件22可以由合适的刚性材料形成。作为这种材料，可以使用绝缘性陶瓷、压电性陶瓷等合适的材料。在此，临时支撑构件由作用于与压电基板之间的界面的热应力几乎不存在的材料、或者在对支撑基板和压电基板进行了接合时作用于临时支撑构件与压电基板之间的界面的热应力比作用于支撑基板与压电基板之间的界面的热应力小的材料构成。因此，在压电薄板分离时与以往相比能够抑制由于热应力而在压电薄板上产生问题的可能性。另一方面，因为是在为了分割压电薄板而加热之后将支撑基板形成在压电薄板上，所以作为支撑基板的构成材料，无需考虑作用于支撑基板与压电薄板之间的界面的热应力，能够选定任意的线膨胀系数的材料。
因此，能够提高压电薄板的构成材料与支撑基板的构成材料的组合的选择性。例如，在滤波器用途的器件中，通过使支撑基板的构成材料的线膨胀系数与压电薄板的线膨胀系数相比大幅减小，能够提高滤波器的温度-频率特性。此外，通过对支撑基板选择热传导率性高的材料，能够提高散热性以及耐电性。此外，通过选择廉价的构成材料，能够降低器件的制造成本。
接着，进行加热，使得在注入离子高浓度部分5x容易进行压电基板5A的分割。关于为了容易将压电基板5A在注入离子高浓度部分5x分割的加热温度，在本实施方式中，通过维持在250℃～400℃程度的温度来进行。
在该状态下施加外力，对压电基板5A进行分割。即，在注入离子高浓度部分5x，对压电薄板5和其余的压电基板部分进行分离，将其余的压电基板部分除去，使得留下图20(d)所示的压电薄板5。
另外，在通过加热而进行了分割后，期望适当实施使压电性恢复的加热处理。作为这种加热处理，只要在400℃～500℃的温度下维持3小时左右即可。
上述压电性恢复所需的加热温度，只要比为了准备上述分割的加热温度高即可。由此，能够有效地使压电性恢复。
接着，如图21(a)所示，在压电薄板5上，通过光刻法形成包含第2电极7以及布线电极8的电极构造。进而，覆盖布线电极8地形成保护膜8a。
接着，如图21(b)所示，覆盖第2电极7地形成牺牲层23。牺牲层23由通过蚀刻能够除去的材料构成。作为这种牺牲层形成材料，可以使用SiO2ZnO PSG(硅酸磷玻璃)等绝缘膜、各种有机膜、与下部电极或覆盖下部电极的钝化膜之间的溶解选择度高的金属等。在本实施方式中，使用了Cu。作为上述蚀刻时的蚀刻剂，可以使用不蚀刻第2电极7、通过蚀刻能够仅除去该牺牲层的合适的材料。
如图21(c)所示，覆盖牺牲层23、保护膜8a等地在整面形成绝缘层3。绝缘层3可以由SiO2、SiN、Ta2O5、A1N等合适的绝缘性陶瓷形成。此外，也可以使用玻璃、树脂等绝缘素材。
此后，如图22(a)所示，对上述绝缘层3进行研磨，使其上表面平坦化。
接着，如图22(b)所示，在被平坦化的绝缘层3上层叠支撑基板2。
接着，通过蚀刻将前述的临时接合层21除去，并从压电薄板5分离。由此，能够将压电薄板5从临时支撑构件22剥离。这样一来，如图22(c)所示，能够获得在支撑基板2的下表面隔着绝缘层3层叠有牺牲层23、第2电极7、压电薄板5的构造。接着，如图23(a)所示，进行上下颠倒，在压电薄板5上通过光刻法而形成第1电极6以及布线电极9。
此后，通过蚀刻在压电薄板5上形成狭缝5a、5b以及通孔形成用电极孔。接着，如图23(b)所示，形成通孔电极11。
此后，通过蚀刻来除去牺牲层23。这样一来，如图23(c)所示，形成凹部3a，压电薄板振动部4成为漂浮的状态。最后，如图1(a)所示，在通孔电极11以及布线电极9上形成凸块12、10。这样一来，能够获得上述实施方式的压电体波装置1。根据上述制造方法，预先对厚度较厚的压电基板5A进行了离子注入。因此，在注入离子高浓度部分5x进行分割，能够容易地获得压电薄板5。根据该方法，能够高精度地获得厚度比较薄的压电薄板5。
另外，虽然通过以上的实施方式所示的制造方法能够制造本发明的压电体波装置，但也可以通过其他方法来制造。
例如，在上述实施方式中，在压电基板的一个面上粘贴了临时支撑构件22之后，对压电薄板与其余的压电基板部分进行了分离，但准备压电薄板的工序也可以通过以下的工序来实施。即，也可以通过实施如下工序来准备压电薄板：从由LiTaO3构成的压电基板的一个面进行离子注入，形成前述的高浓度离子注入部分的工序；在压电基板的上述一个面侧接合支撑基板的工序；接着，一边对压电基板进行加热，一边在高浓度离子注入部分将压电基板分离为从该压电基板的所述一个面到所述高浓度离子注入部分的压电薄板和其余的压电基板部分的工序。更具体来说，准备如图20(a)所示的、通过离子注入而具有高浓度离子注入部分5x的压电基板5A。接着，在压电基板5A的进行了离子注入的一侧的面上形成第1电极。此后，在压电基板5A的进行了离子注入的一侧的面即形成有第1电极的面上接合支撑基板2。在该状态下，一边对压电基板5A进行加热，一边与前述的实施方式同样地，分离为压电薄板和其余的压电基板部分。接着，在压电薄板的与形成有第1电极的面相反侧的面上形成第2电极即可。
此外，压电薄板的形成除了通过向由LiTaO3构成的压电基板的离子注入和分割来实现之外，也可以通过压电基板的研磨、压电基板的蚀刻等来实现。
此外，上述压电体波装置1只不过是本发明的压电体波装置的一例，本发明的特征在于，构成该压电体波装置的第1以及第2电极6、7由与在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗相比固有声阻抗更高的导体构成，进而，有效地利用了厚度剪切振动模式的谐振特性。因此，第1、第2电极的材料以及形状等没有特别限定。而且不限于谐振器，也可以将压电体波装置构成为具有作为各种频带滤波器而发挥功能的电极构造。
符号说明
1…压电体波装置
2…支撑基板
3…绝缘层
3a…凹部
4…压电薄板振动部
5…压电薄板
5A…压电基板
5a、5b…狭缝
5x…注入离子高浓度部分
6…第1电极
7…第2电极
8…布线电极
8a…保护膜
9…布线电极
10…凸块
11…通孔电极
12…凸块
21…临时接合层
22…临时支撑构件
23…牺牲层
Claims (6)
1.一种压电体波装置，具备：
压电薄板，其由LiTaO3构成；和
与所述压电薄板相接地设置的第1、第2电极，
所述压电体波装置利用了由所述LiTaO3构成的压电薄板的厚度剪切模式，
所述第1、第2电极由具有比在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗更大的固有声阻抗的导体构成，在将所述第1以及第2电极的膜厚的合计设为电极厚度，将由所述LiTaO3构成的压电薄板的厚度设为LT厚度时，电极厚度/(电极厚度+LT厚度)处于40％以上、95％以下的范围。
2.根据权利要求1所述的压电体波装置，其中，
所述第1以及第2电极是从由W、Mo、Pt、以及Ta构成的组中选择的至少1种金属或以该金属为主体的合金、或者该金属占重量比的过半以上的层叠体。
3.一种压电体波装置的制造方法，是利用了由LiTaO3构成的压电薄板的厚度剪切模式的压电体波装置的制造方法，具备：
准备由LiTaO3构成的压电薄板的工序；
与所述压电薄板相接地形成第1电极的工序，其中所述第1电极由固有声阻抗比在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗更高的导体构成，且电极厚度/(电极厚度+LT厚度)处于40％以上、95％以下的范围；和
与所述压电薄板相接地形成第2电极的工序，其中所述第2电极由固有声阻抗比在LiTaO3中传播的横波的固有声阻抗更高的导体构成，且电极厚度/(电极厚度+LT厚度)处于40％以上、95％以下的范围。
4.根据权利要求3所述的压电体波装置的制造方法，其中，
准备所述压电薄板的工序具备：
从由LiTaO3构成的压电基板的一个面进行离子注入，在该一个面侧形成注入离子浓度最高的高浓度离子注入部分的工序；
在所述压电基板的所述一个面侧接合支撑基板的工序；和
一边对所述压电基板进行加热，一边在所述高浓度离子注入部分将所述压电基板分离为从该压电基板的所述一个面到所述高浓度离子注入部分的压电薄板、和其余的压电基板部分的工序。
5.根据权利要求3所述的压电体波装置的制造方法，其中，
准备所述压电薄板的工序具有：
从由LiTaO3构成的压电基板的一个面进行离子注入，在该一个面侧形成注入离子浓度最高的高浓度离子注入部分的工序；
在所述压电基板的所述一个面侧粘贴临时支撑构件的工序；和
一边对粘贴于所述临时支撑构件的压电基板进行加热，一边在所述高浓度离子注入部分将所述压电基板分离为从该压电基板的所述一个面到所述高浓度离子注入部分的压电薄板、和其余的压电基板部分的工序，
还具备从所述压电薄板剥离所述临时支撑构件的工序。
6.根据权利要求5所述的压电体波装置的制造方法，其中，
在从所述压电薄板剥离所述临时支撑构件之前，实施在所述压电薄板上形成第1电极的工序、覆盖所述第1电极地形成牺牲层的工序、和在所述牺牲层上层叠支撑基板的工序，
在从所述压电薄板剥离了临时支撑构件之后，还具备在通过所述临时支撑构件的剥离而露出的所述压电薄板的另一个面上形成第2电极的工序、和使所述牺牲层消失的工序。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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