KR0158898B1

KR0158898B1 - 전자음향집적회로와 그 제조방법

Info

Publication number: KR0158898B1
Application number: KR1019930020388A
Authority: KR
Inventors: 카즈오 에다; 유타카 타구치; 아끼히로 카나보시; 테쯔요시 오구라
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1993-10-04
Publication date: 1999-10-01
Anticipated expiration: 2013-10-04
Also published as: NO310996B1; DE69325763D1; EP0591918A1; EP0591918B1; NO933534L; NO933534D0; DE69325763T2

Abstract

본 발명은 이동체통신등에 사용하는 고주파회로에 관한 것으로서, 특히 소형, 경량, 고성능이고 양산성에 뛰어난 전자음향하이브리드 집적회로의 구조와 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한것이며, 그 구성에 있어서, 3-5족 화합물 반도체기판(1)(1'),(1")과 단결정압전기판으로 이루어진 전기음향소자 또는 Si 반도체기판(11)과 니오브산리튬, 탄탈산리튬, 붕산리튬의 무리로부터 선택된 단결정압전기판으로 이루어진 전기음향소자를, 직접접합하므로서, 일체적으로 집적화구조를 한구성을 특징으로 한 것이다.

Description

전자음향집적회로와 그 제조방법

제1도는 본 발명의 제1의 실시예의 구성도.

제2도는 본 발명의 제1의 실시예의 회로구성도.

제3도는 본 발명의 제2의 실시예의 회로구성도.

제4도는 본 바렴의 제1의 제조방법실시예의 제조순서도.

제5도는 본 발명의 제3의 실시예의 구성도.

제6도는 본 발명의 제2의 제조방법실시예의 제조순서도.

제7도는 본 발명의 제4의 실시예의 구성도.

제8도는 본 발명의 제5의 실시예의 구성도.

제9도는 본 발명의 제6의 실시예의 구성도.

제10도는 본 발명의 제7의 실시예의 구성도.

제11도는 본 발명의 제8의 실시예의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1',1',1" : 3-5족 화합물 반도체기판 2,2' : 공진자

3 : 트랜지스터 4 : 가변용량다이오드

5 : 수동부품 6 : 전극

7 : 배선와이어 10 : 3-5족 화합물 반도체층

11 : Si 반도체기판

본 발명은, 반도체소자와 전기음향소자를 일체적으로 집적한 전자음향집적회로의 구성과 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 발진기나 증폭기드의 고주파장치의 소형, 경량화, 고성능화를 목적으로 하는 것이다.

전기음향소자, 예를 들면 니오브산리튬(LiNbO₃) 또는 탄탈산리튬(LiTaO₃), 또는 붕산 리튬(Li₂B₄O₇)등의 단결정압전재료를 사용한 표면탄성파소자(필터나 공진자등)나 압전진동자는, 발진기나, 증폭기드의 각종 고주파장치에 사용된다.

이들 고주파장치는, 발진을 일으키기위한 능동소자로서의 트렌지스터, 및 희망주파수에 의해서 발진 내지는 공진시키기 위한 전기음향소자, 및 약간의콘덴서나 저항등의 전자부품등에 의해 구성된다. 통상, 이들 전기음향소자는, 진동 또는 공진주파수로서, 소정의 값을 지니며, 그 성능이 충분히 장기간 안정되도록, 금속용기등의 용기의 밀봉되어 있다. 그 때문에 전기음향소자의 형상치수가, 진동내지는 공진부분 그 자체의 크기의 수배로도되고, 휴대전화등 소형인 것이 매우 중요한 장치에 있어서는, 그 소형화가 극히 중요한 과제로 되어 있다.

소형화를 도모하기 위해서는, 트랜지스터등을 가진 반도체소자와 전기음향소자를 집적화하는 것이 바람직하다. 이와같은 예로서, 예를 들면, K. Tsubouchi 등에 의한 "Zero Temperature-Coefficient SAW Devices on AIN Epitaxial Films", IEEE Transactios on Soniecs and Ultrasonics, Vol. Su-32, NO.5, 1985 pp. 634-644에는 Si 기판상에, 압전체인 질화알루미늄(AON)막을 에피택셜성장시키고, 거기에 표면탄성파(surface Acoustic Wave :SAW)소자를 형성한 것이 보고되어 있다. 또 일본국 공개특허평 3-178206(미야타기나리)에는, Si 또는 GaAs 반도체기판상에 퇴적된 압전재료(TiO2)를 사용해서 형성된 표면탄성파공진 회로를 포함하는 집적회로가 보고되어 있다. 또 AON등의 압전박막을 Si 반도체 기판에 작성해서 벌크형압전진동자로서 사용한 구조와 그것을 사용한 발진기의 구성에 대해서는 USP5,075,641,(R. Weber 외)에 기술되어 있다. 또, 산화아연박막을 사용한 전기음향집적회로의 예로서는, 예를 들면, Grudkowski 들에 의한 "Fundamental-mode VHF/UHF Minature Acoustic Resonators and Filters on Silic on", Applied Physics Letters Vol. 37(11)(1980), pp. 9930995에, 실리콘 기판상에 Zno 박막공진자를 형성하고, 준마이크로 파대의 공진자를 작성하는 방법이 보고 되어있다. 이 경우, 막두께수의 공진자를 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 준마이크로파대이 공진자를 얻는 것이 가능하게 된다.

그러나 어느쪽의 종래예에 있어서도, 전기음향소자로서, 양호한 진동 또는 공진특성을 얻기 위해서는, 반도체기판상에 에피택셜성장내지는 특정한 결정축방향으로 배향한 박막을 형성할 수 있는 것이 필요하다. 그러나, 종래의 진공증착, 스퍼터링, 화학기상성장법(CVD), 분자선적층성장(Molecular Beam Epitaxy) 등의 박막기술에 의해서, 이페택셜성장이나 배향할 수 있는 막은, ALN나 산화아연(ZnO)등의 일부의 재료에 제약되어 있고, 니오브산 리튬, 탄탈산리튬, 붕상 리튬, 수정이라고한 전기음향소자로서 뛰어난 성능을 발휘하는 재료를 임의의 결정 방위에 의해서, 반도체기판상에 형성할 수 있는 기술은 없고, 그 때문에 이들 단결 정압전기판을, 반도체기판에 일체적으로 만들어넣기는 지금까지 할 수 없었다.

또 지금까지보고된 반도체기판상에 형성된 AlN나 ZnO박막은, 전기음향소자로서의 성능이, 단결정압전벌크재료인 니오브산리튬, 탄탈산리튬, 붕산리튬, 수정등에 비해서 충분하지 않았다.

이들의 상황은, 전기음향소자를 사용하는 각종고주파장치, 예를 들면 발진기, 증폭기, 고주파신장치등에 있어서 공통적으로 해결해야할 과제로 되어있다.

본 발명의 목적은, 소형, 경량, 고성능, 양산성에 뛰어난 각종고주파장치, 예를 들면 발진기나 증폭기등에 적합한, 단결정압전기판으로 이루어진 전기음향 소자를 반도체기판에 집적화한 전자음향집적회로의 구성과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이를 위하여 3-5족 화합물반도체기판상에, 단결정압전기판으로 이루어진 전기음향 소자를 직접 접합하거나, Si 반도체기판의 기판위에 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬의 무리로부터 선택된 단결정압전기판으로 이루어진 전기음향소자를 직접접합하므로서, 일체적으로 집적화하도록 한 것이다.

이하 본 발명의 실시예의 전자음향집적회로, 특히 발진회로나 고주파증폭회로에 적용한 경우의 구성과 그 제조방법에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예의 발진회로의 구조의 제1의 예를 제1도에 표시한다. 제1(a)도는 본 실시에의 구조의 측면도, 제1(b)도는 그 사시도이다. 도면에 있어서, (1)은 3-5족 화합물 반도체인 GaAs 기판, (2)는 GaAs 기판(1)의 위에 직접접합된 단결정압전체인 수정기판으로 이루어진 표면탄성파 공진자, (3)은 GaAs 기판상에 형성된트랜지스터, (4)는 전압에 의해 정전용량이 변화하는 가변용량다이오드칩, (5)는 콘덴서나 인덕터, 저항등의 수동(受動)칩부품, (6)은 표면탄성파 공진자의 전극, (7)은 표면탄성파 공진자의 전극과 GaAs 기판상의 배선을 접속하는 접속와이어다. 도면에서는 각부품의대표적배치의 예만을 표시한 것이고, 실제로는 제2도의 회로도에 표시한 전압제어발진기의 구성으로 되도록, 각 부품이 배치되어 각 전국이 접속되어있다. 또 저항이나 콘덴서, 가변용량 다이오드등은, GaAs 기판에 일체적으로만들어 넣는 것도 가능하다. 또 접속와이어를 사용하지 않고 기판상의 금속박막에 의해 배선하는 것도 가능하다. 가변용량 다이오드에 인가되는 전압을 바꾸므로서 정전용량을 바꾸고, 발진주파수를 바꿀수 있다. GaAs 기판(1)과 수정기판(2)는, 계면에 접착을 위한 유기물등을 게재하지 않고 직접 접합되고 있다.이와 같이 일체적으로 집적화된 것을 밀봉용기에 수납하므로서, 따로따로 기밀봉지해서 일체화한 것보다도 훨씬 소형의 전압제어 발진기를 얻을 수 있다.

이와 같은 구성으로 하므로서, 종래와 같이 표면탄성파공진자를 용기에 밀폐한 것을 개별로 붙인것에 비해, 체적에서 약 1/10, 중량에서 약 1/5로 하는 것은 용이하다.

반도체기판과 단결정압전기판의 접합을, 일반의 수지등의 접착제를 사용해서 행하면, 내열성이나 내약품성의 면에서 그후는 반도체프로세스를 행할 수 없는 등의 문제점이 잇으나, 본 실시예의 방법을 사용하면, GaAs 기판과 수정기판은, 직접접합된 것이며, 그와 같은 문제가 대폭적으로 개선된다.

또 수지등의 접착제를 사용해서 접착하면, GaAs 기판과 그 위에 첩부된 수정기판의 평행도가 나빠지고, 그후에 수정기판상에 사진명판에 의해서 형성하는 빗살형전국의 치수정밀도가 나쁘게 된다. 예를 들면, 공진주파수가 1GHZ 정도로 되면, 전극 치수는 약 1미크론 이하이 폭으로 된다. 따라서 평행도가 나쁘면, 준마이크로 파대의 표면탄성파공진자를 형성할 수 없다. 그러나 본 실시예의 방법에서는, 직접 접합되고 있어 기판표면의 가공정밀도에 의해서 결정되고, 이 정밀도는 충분히 높게할 수 있다. 따라서 이상과 같은 문제가 해결된다. 이 효과는 특히 고주파에서 크다.

또 수지의 접착제를 사용하였을 경우, 열에 약한 문제나, 열팽창계수가 유기물인 수지와 무기물의 GaAs 기판이나 수정기판에서 크게 달라지는데 따른, 기계적변형에 의한 장기신뢰성의 문제등이 있었으나, 본 실시예에서는, 그 와같은 문제도 해결된다.

본 실시예에서는 제2도에 표시한 회로구성의 발진회로의 예를 표시하였으나, 이 이외의 발진회로의 구성도 마찬가지로 일체화해서 집적화할 수 있는 것은 명백하다.

또, GaAs 기판은 Si 기판보다도 전자이동도가 약 6배정도 빠르기 때문에, 고주파의 트랜지스터를 만드는 것이 용이한 것으로 인해서, 특히 고주파회로에 적합하며, 1GHZ 이상에서는 특히 유효하다.

또 본 실시예에서는 전기음향소자로서, 표면탄성피소자의 예를 표시하였으나, 벌크형압전진동자를 형성하는 것도 가능하다.

수정은 전기음향소자로서, 니오브산리튬, 탄탈산리튬, 붕산리틈에 비해 전기기게결합계수(전기에너지를 기게적 에너지로 변환하는 비율에 대응한 게수)는 가장 작으나(0.2), 공진주파수의 온도의존성이 0 (공진주파수가 실용적 사용온도 범위에서 전혀 변하지 않음)의 결정방위(예를 들면 AT 커트라고 불리우는 결정커트방위)가 있고, 또 진공의 Q(공진시의손실이 역수에 대응)의 가장 높은 것을 얻을 수 있고, 0로서, 20000이상의 것을 얻는 것이 용이하며. 그 때문에 온도의존성이 없는 발진기인 온도보상발진기나, 비대역폭(통과주파수대역과 통과대역중심주파수의 비)이 0.1이하의 극히 좁은 대역의 필터를 필요로하는 고주파장치, 고정밀도 고안정의 발진기에 사용된다. 본 실시예의 방법에서는, 임의의 결정방위의 수정을 직접 접합할 수 있기 때문에, 박막기술에 의해 형성된 압전박막에 훨씬 뛰어난 전기음향소자를 얻을 수 있다.

[실시예 2]

본 실시예의 고주파증폭회로에의 적용예를, 제3도에 표시한다. 제3도는, 필터와 증폭회로르 직결한 것이며, 구성부품은 필터, 트랜지스터 및 콘덴서이다.

따라서 실시예 1과 마찬가지로, GaAs 기판에 각종 전자소자를, 수정기판에 표면 탄성파 필터를 형성하고, 이들을 제3도에 표시한 고주파증폭회로가 되도록 배선하므로서, 필터와 증폭회로를 일체적으로 집적화한 전자음향 집적회로를 얻을 수 있다. GaAs 기판과 수정기판의 접합은, 실시예 1과 마찬가지로, 직접접할 할 수 있고, 그 효과도 실시예 1과 마찬가지이다.

[실시예 3]

본 실시의 발진회로의 제조방법의 제1 의 예를, 제4도의 제조순서도를 사용해서 설명한다.

먼저 GaAs 기판의 소정의 개소에 에칭등에 의해 오목부를 형성하고, 그 내부에, 직접접합을 위한 열처리온도이상에서 행하는 프로세스 예를 들면, 확산프로세스 등을 포함해서, 일연의 빈도체프로세스처리를 행하고, 트랜지스터 및 가변용량 다이오드등을 형성한다(스텝 S1). 확산프로세스는, 통상 1000℃ 이상의 고온에서 행하여 진다. 다음에, 각종 전자소자를 형성한 GaAs 부에 보호막을 형성한다(스텝 S2). 그후, 접합하는 GaAs 기판 및 수정기판(스텝 II에서 형성)표면을 아주 맑고 깨끗이 한다. 구체적으로는 유기물을 용제에 의해 세정제거후, 불산에 의해 약간 에칭하고, 특히 GaAs 기판상의 산화막을 제거한다. 그후, 각각의 표면을 60℃-70℃의 암모니아과산화수소계 용액에 의해서, 친수화처리한다(스텝 20).

그후 그표면을 순수에 의해서 충분히 세정하고, 똑같이 맞포게므로서, 용이하게 접합을 얻을 수 있다(스텝 21). 이사에서 열처리를 행하므로 접합강도가 강화된 스텝(22). 100℃에서부터 600℃의 온도에서 열처리르 행하면, 그 접합은 더욱 강화된다. 열처리온도가 높은 경우, GaAs 기판과 수정기판의 열팽창율의 차가 있기 때문에, 형상, 치수등에 다소의 제약이 가해지나, 기본적으로는, 고온에서 열처리하는 경우일수록, 수정기판이 두께를 얇게, 또 면적을 작게해가면, 박리나 파손없이 접합강도의 향상이 가능하다. 다음에, 접합의열처리온도렘에서 처리하는 각종프로세스, 예를 들면 전국형성등을 실시하고, 그때 도는 그후, 수정기판에 진공증착등에 의해서, 전극을 형성하고 또 통상적인 사진평판에 의해서, 배선패턴을 형성한다(스텝 S23 및 S24). 전국은 알루미늄이나 금등이 사용된다. 접합강화의 열처리효과는, 예를 들면, 200℃에서 1시간정도 유지하는 것만으로도 접합강도는 수배로 상승하여, 수 10kg/평방cm의 강도가 얻어진다.

또 온도가 높아짐에 따라, GaAs 기판으로부터 As가 증발하기 쉽게되기 때문에, 그 경우에는, GaAs 웨이퍼를 상부에 얹는 등해서 AS의 증발을 억제하는 것이 바람직하다.

고주파증폭회로의 경우, 전기음향소자로서 필터를 사용해서, 회로구성이 약간 다르게될뿐이고, 제조는 실시예 3과 마찬가지로 행할 수 있는 것은 명백하다.

본 실시예에서는 공진자나 필터로서, 표면탄성파소자의 예를 표시하였으나, 벌크파진등을 이용한 전기음향소자에 대해서도 대체로 마찬가지로해서 적용할 수 있다. 이 경우에는, 접합열처리후, 벌크형진동소자 하부의 반도체기판을 에칭등에 의해서, 도려내므로서 실현할 수 있다.

[실시예 4]

본 실시예의 발진회로의 구조의 제3의 예를 제5도에 표시한다. 제5(a)도는 본 실시예의 구조의 측면도, 제5(b)도는 그 사시도이다. 도면에 있어서, (1)은 3-5족화합물 반도체인 GaAs 기판, (2')는 GaAs 기판(1)의 위에 직접접합된 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬의 무리중에서 선택된 단결정압전체기판으로 이루어진 표면탄성파 공진자, (3)에서부터(7) 지의 각 요소의 기능과 명칭은 실시예 1과 마찬가지이다. 도면에서는 각부품이 대표적배치의 예만을 표시한 것이고, 실제로는 이 경우에도 실시예 1과 마찬가지로, 제2도의 회로도에 표시한 전압제어 발진기의 구성이 되도록, 각 부품이 배치되고 각 전극이 접속되어 있다. 또 저항이나 콘덴서, 가변용량다이오드등은, GaAs 기판에 일체적으로 만들어넣기도 가능하다. GaAs 기판(1)과 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬 단결정압전체기판(2')는, 양 기판의 표면을 치수처리후, 맞포개어 열처리에 의해 직접 접하되어 있다. 이에 의해 실시예 1과 마찬가지의 기능 및 효과를 얻을 수 있다. 즉 이와 같은 구조로하므로서, 발진회로부와 공진자를 일체화해서 집적화할 수 있기 때문에, 종래보다도 대폭적인 소형화가 가능하게 된다. 이와 같은 구성으로 하므로서, 종래와 같이 표면탄성파공진자를 용기에 밀페한 것을 개별로 붙인것에 비해, 체적에서 약 1/10, 중량에서 약 1/5로 하는 것이 용이하다.

또 직접접합이 효과도 실시예 1과 마찬가지이다.

본 실시에에서는 제2도 표시한 회로구성의 발진회로의 예를 표시하였으나, 이 이외의 발진회로의 구성도 마찬가지로 일체화해서 집적화할 수 있는 것은 명백하다.

또 GaAs 기판은 Si 기판보다도 전자이동도가 약 6배정도 빠르기 때문에, 고주파의 트랜지스터를 만드는 것이 용이하며, 특히 고주파회로에 적합하다.

또, 실시예 2와 마찬가지로, 제3도에 표시한 고주파증폭회로에 적용할 수 있다, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것도 명백하다.

니오브산리튬은, 전기기계결합계수가 크고, 5(128Y-Cut, Xaxis-Propagation의 결정방위)-17(64 Y-Cut, Xaxis -Propagation의 결정방위)의 전기기게결합계수를 얻을 수 있다. 그 때문에 고주파에서 저손실, 광대역(비대역 : 2-5)의 공진기나 필터에 최적하며, 800MHZ-1.9GHZ 대역에 있어서이 휴대전화등의, 공진기형구조의 RF필터, 대역통과필터를 포함하는 회로, 광대역의 전압제어 발진기등에 사용된다.

탄탈산리튬은, 중간정도(0.75-5(36Y - Cut, X axis-Propagation의 결정방위)의 전기기계결합계수를 가지며, 니오브산리튬(온도의존성 : 50-100ppm)에 비해서 뛰어난 온도의존성(18-32ppm)을 가지고 있다. 그 때문에, 고주파에서 저손실, 중간대역(비대역1-2)의 RF필터, 대역통과필터를 포함하는 회로, 중간대역의 전압제어발진기등에 사용된다.

붕산리튬은, 수정(전기기게계수 : 0.2)에 비해서 큰 전기기게계수(1)를 가지면서, 온도의존성이 0의 결정방위가 있다. 그 때문에 고정밀도, 고안정의, 중간대역의 필터나 발진회로에 사용된다. 또 붕산리튬은 저농도알칼리엑에 의해 에칭가공을 용이하게 행할 수 있기 때문에, 반도체기판에 손상을 주는 일없이, 반도체기판 접합후 에칭가공에 의해 붕산리튬기판을 초박판화(10이하)하는 것이나, 복잡한 형상(예를 들면 음차형(音叉型)등)의 전기음향소자를 형성하는 데에 매우 적합한다.

어느 재료에 있어서도, 본 실시예의 방법에 의하면, 임의의 결정방위의 단결정 압전기판으로 실현할 수 있기 때문에, 각종 박막기술에 의해서 사용한 종래의 압전박막에 비해서 매우 뛰어난 전기음향소자를 실현할 수 있는 것이다.

[실시예 5]

본 실시예 4의 발진회로의 제조방법의 예(제조방법의 제2의 예)를, 제6도의 제조순서도를 사용해서 설명한다.

제조프로세스는, 기본적으로는 실시예 3과 거의 동일한다. 즉 실시예 3에 있어서, 수정기판의 대신에 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬의 무리로부터 선택된 단결정압전체기판(스텝 11에서 형성)을 사용하고, 마찬가지의 친수처리, 순수세정(스텝 S20), 맞포개기 열처리(스텝 S21, S22)에 의해 접합할 수 있다. 각종 전자회로 및 배선등의 형성(S23, S24)도 마찬가지로 할 수 있다. 또 열처리효과도 실시예 3과 마찬가지 100-800℃의 사이에서 양호한 직접접합을 얻을 수 있다.

고주파증폭회로의 경우, 전기음향소자로서 필터를 사용하여, 회로구성이 약간 다를뿐이고, 제조는 마찬가지로 행할 수 있는 것은 명백하다. 또 벌크형진동소자도 실시예 3에서 설명한 것과 마찬가지로 형성할 수 있다.

[실시예 6]

본 실시예의 발진회로의 구조의 제4의 예를 제7도에 표시한다. 제7(a)도는 본 실시예의 구조의 측면도, 제7(b)도는 그 사시도이다. 도면에 있어서, (1')은 3-5족 화합물 반도체인 Inp기판, (2)는 Inp기판(1)의 위에 직접접합된 수정기판으로 이루어진 표면탄성파공진자, (3)에서부터 (7)까지의 각 구송요소의 기능과 명칭은 실시예(1)과 마찬가지이다. 도면에서는 각부품의 대표적배치의 예만을 표시한 것이고, 실제로는 이런 경우에도 실시예 1과 마찬가지로, 제2도의 회로도에 표시한 전압제어발진기의 구성이되도록, 각부품이 배치되고각전극이 접속되어 있다. 또 저항이나 콘덴서, 가변용량다이오드등은, Inp 기판에 일체적으로 만들어 넣는 것도 가능하다. Inp 기판(1')과 수정기판(2)는, 양기판의 표면을 친수처리후, 맞포개고 열처리에 의해 직접접합되어 있다. 이에 실시예 1과 마찬가지의 기능 및 효과를 얻을 수 있다. 즉 이와 같은 구조로하므로서, 발진회로부와 공진자를 일체로해서 집적화할 수 있기 때문에, 종래보다도 대폭적인 소형화가 가능하게 되었다. 이와 같은 구성으로 하므로서, 종래와 같이 표면탄성 파공진자를 용기에 밀폐한 것을 개별로 붙인것에 비해, 체적에서 약 1/10, 중량에서 약 1/5로 하는 것이 용이하다.

또, 직접접합의 효과도 실시예 1과 마찬가지이다.

본 실시예에서는 제2도에 표시한 회로구성의 발진회로의 예를 표시하였으나, 이 이외의 발진회로의 구성도 마찬가지로 일체화해서 집적화 할 수 있는 것은 명백하다.

또, Inp 기판은 GaAs기판과 마찬가지로 Si 기판보다도 전자이동도가 약 2배 정도 빠르기 때문에, 고주파의 트랜지스터를 만드는 것이 용이하며, 특히 고주파회로에 적합한다.

또 실시예 1와 마찬가지로, 제3도에 표시한 고주파증폭회로에 적용할 수 있고, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것도 명백하다.

[실시예 7]

본 실시예 6의 발진회로의 제조방법이 예(제조방법의 제3의 예)를 설명한다.

제조프로세스는, 기본적으로는 실시예 3과 거의 동일하다. 즉 실시예 3에 있어서, GaAs 기판의 대신에 Jnp 기판을 사용하여, 마찬가지의 친수처리, 순수세정, 맞포개고 열처리에 의해 접합할 수 있다. 각종전자회로 및 배선등의 형성도 마찬가지로 할 수 있다. 또 열처리효과도 실시예 3과 마찬가지로 100-800℃의 사이에서 양호한 직접접합을 얻을 수 있다.

고주파증폭회로의 경우, 전기음향소자로서 필터를 사용하여, 회로구성이 약간 다를뿐이고, 제조는 마찬가지로 행할 수 있는 것은 명백하다.

[실시예 8]

본 실시예의 발진회로의 구조의 제5의 예를 제8도에 표시한다. 제8(a)도는 본 실시예의 구조의 측면도, 제8(b)도는 그 사시도이다. 도면에 있어서, (1')은 3-5족 화합물 반도체인 Inp 기판, (2')는 Inp 기판(1')의 위에 직접접합된 단결정압전체인 니오브산리튬 도는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬의 무리로부터 선택된 단결정압전체기판으로 이루어진 표면탄성파공진자, (3)에서부터 (7)까지의 각 구성요소의 기능과 명칭은 실시예 1과 마찬가지이다. 도면에서는, 각 부품의 대표적배치의 예만을 표시한 것이고, 실제로는 이런경우에도 실시예 1과 마찬가지로, 제2도의 회로도에 표시한 전압제어발긴기의 구성이 되도록, 각 부품이 배치되고 각 전극이 접속되어 있다. 또 저항이나 콘덴서, 가변용량 다이오드등은, InP 기판에 일체적으로 만들어넣는 것도 가능하다. InP 기판(1')과 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬단결정압전체기판(2')는 양쪽기판의 표면을 친수처리후, 맞포개고 열처리에 직접 접합되어 있다. 이에 의해 실시예 1과 마찬가지의 기능 및 효과를 얻을 수 있다. 즉 이와같은 구조로하므로서, 발진회로부와 공진자를 일체화해서 집적화 할 수 있기 때문에, 종래보다도 대폭적인 소형화가 가능하게 되었다. 이와 같은 구성으로 하므로서, 종래와 같이 표면탄성파공진자를 용기에 밀폐한 것을 개별로 붙인것에 비해, 체적으로 약 1/10, 중량에서 약 1/5로 하는 것이 용이하다.

또 직접접합의 효과도 실시예 1과 마찬가지이다.

또, Inp 기판은 Si 기판보다도 전자이동도가 약 2배 정도 빠르기 때문에, 고주파의 트랜지스터를 만드는 것이 용이하며, 특히 고주파회로에 적합하다.

또 실시예 2와 마찬가지로, 제3도에 표시한 고주파증폭회로에 적용할 수 있고, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것도 명백하다.

[실시예 9]

본 실시예 8의 발진회로의 제조방법의 예(제조방법의 제4의 예)를 표시한다.

제조프로세스는, 기본적으로는 실시예 3과 거의 동일하다. 즉 실시예 3에 있어서, GaAs 기판의 대신에 Inp 기판을, 수정기판의 대신에 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 도는 붕산리튬단결정압전체기판을 사용하여, 마찬가지의 친수처리, 순수세정, 맞포개고 열처리에 의해 접합할 수 있다. 각종 전자회로 및 배선등의 형성도 마찬가지로 할 수 있다. 또 열처리효과도 실시예 3과 마찬가지 100-800℃의 사이에서 양호한 직접접합을 얻을수 있다.

고주파증폭회로의 경우, 전기음향소자로서 필터를 사용하여, 회로구성도 약간다를뿐이고, 제조는 마찬가지로 행할 수 있는 것은 명백하다.

[실시예 10]

본 실시예의 발진회로의 구조의 제6예를 제9도에 표시한다. 제9(a)도는 본 실시예의 구조의 측면도, 제9(b)도는 그 사시도이다. 도면에 있어서, (1^W)은 3-5족 화합물반도체인 GaAs 기판, (10)은 GaAs 기판, (10)은 GaAs (1^W)위에 형성된 In GaAs층 (2)는 InGaA층(10)의 위에 직접접합된 수정기판으로 이루어진 표면탄성파공진자, (3)에서부터 (7)까지의 각 구성요소의 기능과 명칭은 실시예 1과 마찬가지이다. 도면에서는 각 부품의 대표적 배치의 예만을 표시한 것이고, 실제로는 이 경우에도 실시예 1과 마찬가지로, 제2도의 회로도에 표시한 전압제어발진기의 구성이 되도록, 각 부품이 배치되고 각 전극이 접속되어 있다. 또 저항이나 콘덴서, 가변용량다이오드등은, InGaAs 층을 가진 GaAs 기판에 일체적으로 만들어넣기도 가능하다. InGaAs층(10)과 수정기판(2)는, 양 기판의 표면을 친수처리후 맞포개어 열처리에 의해 직접접합되어 있다. 이에 의해 실시예 1과 마찬가지의 기능 및 효과를 얻을 수 있다. 즉 이와 같은 구조로하므로서, 발진회로부와 공진자를 일체화해서 집적화할 수 있기 때문에, 종래보다도 대폭적인 소형화가 가능하게 되었다 이와 같은 구성으로 하므로서, 종래와 같이 표면탄성파공진자를 용기에 밀폐한 것을 개별로 붙인 것에 비해, 체적에서 약 1/10, 중량에서 약 1/5로하는 것이 용이하다.

또 직접접합의 효과도 실시예 1과 마찬가지이다.

또 InGaAs 층은 GaAs 기판과 마찬가지로 Si 기판보다도 전자이동도가 약 3-5배정도 빠르기 때문에, 고주파이 트랜지스터를 만드는 것이 용이하며, 특히 고주파 회로에 적합하다.

또 실시예 2와 마찬가지로, 제3도에 표시한 고주파 증폭회로에 적용할 수 있고, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것도 명백하다.

[실시예 11]

본 실시예 10의 발진회로이 제조방법의 예(제조방법이 제5의 예)를 설명한다.

제조프로세스는, 기본적으로는 실시예 3과 거의 동일하다. 즉 실시예 3에 있어서, GaAs 기판이 대신에 InGaAs 층을 표면에 가진 GaAs 기판을 사용하여, 마찬가지의 친수처리, 순수세정, 맞포개고 열처리에 의해 접합할 수 있다. 각종전자회로 및 배선등의 형성도 마찬가지로 할 수 있다. 또 열처리효과도 실시예 3과 마찬가지로 100-800℃의 사이에서 양호한 직접접합을 얻을 수 있다. 전자소자는 InGaAs 층에 형성한다. InGaAs 층의 두께는 1-5정도 있으면 각종전자소자의 형성이 가능하다.

고주파증폭회로의 경웅, 전기음향소자로서 필터를 사용하여, 회로구성이 약간 다를분이고, 제조는 마찬가지로 행할 수 있는 것은 명백하다.

[실시예 12]

본 실시예의 발진회로의 구조의 제7의 예를 제10도에 표시한다. 제10(a)도는 본 실시예의 구조의 측면도, 제10(b)도는 그 사시도이다. 도면에 있어서, (1")은 3-5족 화합물 반도체인 InGaAs 층을 가진 GaAs 기판, (10)은 InGaAs 층층, (2')는 InGaAs 층 (10)의 위에 직접법합된 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬의 무리로부터 선택된 단결정압전체기판으로 이루어진 표면탄성파 공진자, (3)에서부터 (7)까지의 각구성요소의 기능과 명칭은 실시예 1와 마찬가지이다. 도면에서는 각부품이 대표적배치의 예만을 표시한 것이고, 실제로는 이런 경우에도 실시예 1과 마찬가지로, 제2도의 회로도에 표시한 전압제어발진기이 구성이 되도록, 각부품이 배치되고 각전극이 접속되어 있다. 또 저항이나 콘덴서가 변용량다이오등은, InGaAs 층을 가진 GaAs 기판에 일체적으로 만들어넣는 것도 가능하다. InGaAs 층(10)과 단결정압전체기판(2')는, 양쪽기판의 표면을 친수처리후, 맞포개고 열처리에 의해 직접접합되어 있다. 이에 의해 실시예 1과 마찬가지의 기능 및 효과를 얻을 수 있다. 즉 이와 같은 구조로 하므로서, 발진회로부와 공진자를 일체화해서 집적화할 수 있기 때문에, 종래보다도 대폭적인 소형화가 가능하게 되었다. 이와 같은 구성으로 하므로서, 종래와 같이 표면탄성파공진자를 용기에 밀폐한 것을 개별로 붙인것에 비해, 체적에서 약 1/10, 중량에서 약 1/5로 하는 것이 용이하다.

또 직접접합의 효과도 실시예 1과 마찬가지이다.

또, InGaAs 층은 GaAs 기판과 마찬가지로 Si 기판보다도 전자이도도가 약 3-5배 정도 빠르기 때문에 고주파의 트랜지스터를 만드는 것이 용이하며, 특히 고주파회로에 적합하다.

[실시예 13]

본 실시예 12의 발진회로의 제조방법의 예(제조방법의 제6의 예)를 표시한다.

제조프로세스는, 기본적으로는 실시예 (3)과 거의 동일하다. 즉 실시예 3에 있어서, GaAs 기판의 대신에 InGaAs 층을 표면에 가진 GaAs 기판을, 수정기판의 대신에 니오브산리도는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬 단결정압전체기판을 사용하여, 마찬가지의 친수처리, 순수세정, 맞포개고 열처리에 의해 접합할 수 있다. 각종전자회로 및 배선등의 형성도 마찬가지로 할 수 있다. 또 열처리효과도 실시예 3과 마찬가지 100-800℃의 사이에서 양호한 직접접합을 얻을 수 있다.

전자소자는 InGaAs 층에 형성한다. InGaAs 층의 두께는 1-5정도 있으면 각종전자소자의 형성이 가능하다.

고주파증폭회로의 경우, 전기음향소자로서 필터를 사용하여, 회로구성도 약간 다른뿐이고, 제조는 마찬가지로 행할 수 있는 것은 명백하다.

본 실시예에서는, 3-5족 화합물 반도체로서, GaAs, Inp 및 InGaAs의 예를 표시하였으나, 화학적 및 전자적성질이 꼭닯은 이 이외의 3-5족 화합물 반도체에도 널리 적용할 수 있는 것이다.

[실시예 14]

본 실시예의 발진회로의 구조의 제8의 예를 제11도에 표시한다. 제11(a)도는 본 실시예의 구조의 측면도, 제11(b)도는 그 사시도이다. 도면에 있어서, (11)은 Si 기판, (2')는 Si 기판 (1)의 위에 친수처리 및 맞포개고 열처리에 의해 직접접합된 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬의 무리중에서 선택된 단결정기판으로 이루어진 표면탄성파공진자, (3)에서부터 (7)까지의 각 구성요소의 기능과 명칭은 실시예 1과 마찬가지이다. 도면에서는 각 부품이 대표적배치의 예만을 표시한 것이고, 실제로는 이 경우에도 실시예 1과 마찬가지로, 제2도의회로도에 표시한 전압제어발진기의 구성이 되도록, 각부품이 배치되고 각 전극이 접속되어 있다. 또 저항이나 콘덴서, 가변용량다이오드등은, Si 기판에 일체적으로 만들어 넣기도 가능하다. Si기판(11)과 단결정압전체기판(2')는, 양 기판의 표면을 친수처리후, 맞포개어 열처리에 의해 직접접합되어 있다. 이에 의해 실시예 1과 마찬가지의 기능 및 효과를 얻을 수 있다. 즉 이와 같은 구조로하므로서, 발진회로부와 공진자를 일체화해서 집적화할 수 있기 때문에, 종래보다도 대폭적인 소형화가 가능하게 되었다. 이와 같은 구성으로 하므로서, 종래와 같이 표면탄성파공진자를 용기에 밀폐한 것을개별로 붙인 것에 비해, 체적에서 약 1/10, 중량에서 약 1/5로 하는 것이 요이하다.

또 직접접합의 효과도 실시예 1과 마찬가지이다.

본 실시에에서는 제2도에 표시한 회로구성이 발진회로의 예를 표시하였으나, 이 외의 발진회로의 구성도 마찬가지로 일체화해서 집적화할 수 있는 것은 명백하다.

Si 반도체기판은, GaAs 등의 3-5족 반도체기판에 비해, 기판의 코스트가 한자리수 이상 값싸며, 생산에 적합하다. 또 대규모집적회가 용이한 것으로 인해서, Si 반도체기판상에 메모리회로를 형성하고, 전기음향소자의 개별특성을 기억시켜서 그 특성을 보정하도록 하는 것도 가능하다.

[실시예 15]

본 실시예의 발진회로의 제조방법이 예를 표시한다.

제조프로세스는, 기본적으로는 실시예(3)과 거의 동일하다. 즉 실시예(3)에 있어서, GaAs 기판의 대신에 Si 기판을, 수정기판의 대신에 니오브산리튬 또는, 탄탈산리튬 또는 붕산리튬의 무리중에서 선택된 단결정압전체기판을 사용하여, 마찬가지의 친수처리, 순수세정, 맞포개고열처리에 의해 접합할 수 잇다. 각종전자 회로 및 배선등이 형성도 마찬가지로 할 수 있다. 또 열처리효과도 실시예 3과 마찬가지로 100-800℃의 사이에서 양호한 직접접합을 얻을 수 있다. 전자소자는 Si 기판에 형성한다.

고주파증폭회로의 경우, 전기음향소자로서 필터를 사용하여, 회로구성이 약간 다르게될뿐이고, 제조는 마찬가지로 행할 수 있는 것은 명백하다.

본 실시예에서 설명한 직접접합에 대해서 보충설명을 행한다. 직접접합의 방법은 실시예 3등에서 설명한 바와 같이, 접합해야할 반도체기판 및 단결정압전기판표면을 특정한 약품에 의해 표면을 친수화처리(표면에 물분자가 용이하게 부착할 수 있도록 하는 처리)해서 순수세정후, 맞포개고 열처리하므로서 대단히 강고한 접합을 얻을 수 있는 것이다. 그 메카니즘은, 친수화처리후의 순수세정에 의해 표면에 부착한 1원자층 정도의 물의 구성성분, 구체적으로는 산소, 수소, 수산기의 수소결합에 의해 초기의 접합이 일어나고, 이 상태에서열처리를 행하므로서, 차츰 수산기의 중합이나 분리, 수소나 산소의 확산등에 의한 이탈이 일어나고, 각각의 기판의 구성원자까리의 접합이 서서히 강화되는 것으로 생각된다. 수소, 산소, 수산기는 자연상태에서도 기판표면에 통상 흡착하고 있으며, 접합을 위하여 그 이외의 물질을 특히 필요로하지 않는 것이므로, 여기서는 직접 접합이라는 말을 사용하고 있다.

Si 반도체를 기판으로 하는 경우와, 3-5족 화합물 반도체를 기판으로 하는 경우에, 접합강화의 모양은 약간 다른 것으로 생각된다. Si 반도체기판의 경우, 열처리에 의해 접합이 강화되는 과정에서 Si 반도체기판 표면의 Si - Si의 공유결합이 끊어지고, 단결정압전체의구성원소인 산소와의 Si-0의 공유결합이 일어나고, 원자레벨에서의 직접접합이 진행하는 것으로 생각할 수 있다. 한편, 3-5족 화합물 반도체의 경우, 산소, 수소, 수산기를 개재해서 초기의 접합이 일어날때까지는 동일하나, 3-5족 화합물 반도체의 결합은, 공유결합성에 추가해서 이온결합성이 있으며, 구성요소의 내부의 양이온, 즉 3족 원소와 단결정압전체구성원소의 산소가 이온적결합에 의해서도 접합이 강화되는 것으로 생각할 수 있다. 이 경우의 결합은, 3족이온(예를 들면 Ga³⁺)-0^2-의 공유결합 +이온결합이며, Si-0의 공유결합과 약간 성질이 다르다. 예를 들면, 3족 이온 -0^2-결합은, 비교적 저온에서도 용이하게 일어나고, 저온열처리에서도 접합강도가 높은 것을 얻을 수 있다고 하는 특징이 있다. 그 대신 표면처리를 충분히 행하지 않으면 접합이 잘되지 않는다고 하는 문제가 있으며, 본 실시예에서는 표면처리의조건을 발견하므로서, 직접접합할 수 있는 것을 발견한 것이다.

본 발명은, 이상 설명한 바와 같은 구성과 제조방법으로 이루어진 것으로서, 이하에 기재되는 바와 같은 효과를 나타낸다.

어느 실시예에 있어서도, 머저 첫 번째로, 발진자나 필터등의 전기음향소자와 트랜지스터등의 전자소자를, 일체적으로 집적하고 있으므로, 발진회로나 고주파 증폭회로를 대폭적으로 소형화, 경량화하는 것이 가능하게 되고, 종래의 용기에 수납한 공진자나 필터를 사용하는 경우에 비해, 용적에서 약 1/10, 중량에서 약 1/5로 하는 것이 용이하다.

본 실시예의 접합방법은, 반도체기판과 단결정압전기판을 직접접합하고 있으므로 평면성이 극히 양호하고, 동작주파수의 설정에 필요한, 서브미크론의 사진평판이 가능하게 된다.

또 접합계면에 유기물을 사용하지 않는 접합이기 때문에, 열에 의해서열악화하거나, 가스가 발생하는 등의 문제가 없고, 또 진동등에 대한 신뢰성도 대폭적으로 향상하는 것이다.

또 접합계면에 다른 접합층을 필요로 하지 않기 때문에, 공정이 간단하며, 생산성에 뛰어나다.

본 실시예서는, 전압제어발진기의 발진회로 및 고주파 증폭회로의 구성예를 표시하였으나, 기본적으로는 전기음향소자와 트랜지스터등의 전자소자를 일체적으로 집적할 수 있는 것이며, 이들에 한정되지 않고, 널리 전자음향집적회로 일반에 적용할 수 있는 것이다.

또 본 실시에의 방법에서는, 전기음향특성에 뛰어난 니오브산리튬, 탄탈산리튬, 붕산리튬, 수정의 단결정압전체기판을 사용할 수 있고, 또 그 결정방위도 자유로히 선택하는 것이므로, 한정된 재로로밖에 만들 수 없고, 또 벌크의 특성에 뒤떨어지는 성능밖에 낼 수 없는 박막방식의 것보다도 성능적으로 양호한 것을 얻을 수 있는 것이다. 특히 결정방위를 자유로히 선택하는 것은, 진공증착, 화학기상성장법, 스퍼터링등의 각종 박막제조방법에서는 절대로 얻을 수 없는, 뛰어난 효과가 있다.

또 니오브산리튬, 탄탈산리튬, 붕산리튬, 수정의 단결정압전체는, 각각에 전기음향소자로서의 성능이 상이한 것이며, 고주파장치로서의 용도를 보충하는 것이다.

또, 3-5족 화합물 반도체인 GaAs나 InP는 전자이동도가 Si 보다도 빠르고, 고주파회로에 보다 적합하다.

Claims

3-5족 화합물반도체기판에, 단결정압전체기판이 접착제를 사용하지 않고 적접접합되어 있고, 그 접합계면에 있어서의 결합이 각각의 기판의 구성원자와 산소, 수소, 수산기중의 적어도 1종류이상과의 사이의 분자결합 또는 원자결합에 의해 이루어지며, 상기 3-5족 화합물반도체기판에 전자소자를, 상기 단결정압전기판에 전기음향소자를 가진 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로.
제1항에 있어서, 전기음향소자가 공진자이고, 집적회로가 발진회로인 것으 특징으로 하는 전자음향 집적회로.
제1항에 있어서, 전기음향소자가 필터이고, 집적회로가 고주파증폭회로인 것을 특징으로 하는 전자음향 집적회로.
제1항에 있어서, 단결정압전기판이 니오브산리튬인 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로.
제1항에 있어서, 단결정압전기판에 탄탈산리튬인 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로.
제1항에 있어서, 단결정압전기판이 붕산리튬인 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로.
제1항에 있어서, 단결정압전기판이 수정인 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로.
제1항에 있어서, 3-5족 화합물반도체가 GaAs를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로.
제1항에 있어서, 3-5족화합물반도체가 InP를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 전자음향 집적회로.
3-5족화합물반도체기판에, 접합강화를 위한 열처리온도이상의 처리온도를 필요로하는 전자소자형성에 필요한 프로세서를 행한후, 상기 3-5족 화합물반도체 및 단결정압전체기판 접합부 표면을 친수처리하고, 맞포개서 열처리하므로서, 상기 3-5족화합물반도체기판에 상기 단결정압전체기판을 직접접합하고, 그후, 상기 3-5족화합물반도체기판에 접합강화를 위한 열처리 온도이하에서 행하는 전자소자형성에 필요한 프로세스와, 상기 단결정압전체기판에 전자음향소자 형성에 필요한 프로세스와, 배선처리를 행하므로, 전자소자와 전기음향소자를 일체적으로 집적화한 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로의 제조방법.
Si 기판에, 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬의 무리로부터 선택된 단결정압전기판이 접착제를 사용하지 않고 직접접합되어 있고, 그 접합계면에 있어서의 결합이 각각의 기판구성원자와 산소, 수소, 수산기중의 적어도 1종류이상과의 사이의 분자결합 또는 원자결합에 의해 이루어지며, 상기 Si 기판에 전자소자를 상기 단결정압전기판에 전기음향소자를 가진 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로.
제11항에 있어서, 전기음향소자가 공진자이고 집적회로가 발진회로인 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로.
제11항에 있어서, 전기음향소자가 필터이고 집적회로가 고주파증폭회로인 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로.
Si 기판에, 접합강화를 위한 열처리온도이상의 처리온도를 필요로하는 전자소자형성에 필요한 프로세스를 행한 후 상기 Si 기판에 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬기판을 직접 접합하고, 그후, 상기 Si 기판에 접합강화를 위한 열처리온도이하에서 행하는 전자소자형성 및 배선에 필요한 프로세스와, 상기 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 또는 붕산리튬단결정기판에 전기음향소자를 형성하는 프로세스 행하므로서, 전자소자와 전기음향소자를 일체적으로 집적화한 것을 특징으로 하는 전자음향집적회로의 제조방법.
3-5족 화합물반도체기판과 단결정압전기판을 가지고, 상기 3-5족 화합물 반도체기판과 단결정압전기판이 접착제를 사용하지 않고 직접 접합되어 일체화되어 있고, 그 접합게면에 있어서의 결합이 각각의 기판의 구성원자와 산소, 수소, 수산기중의 적어도 1종류이상과의 사이의 분자결합 또는 원자결합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자음향복합기체.
Si기판과 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬 도는 붕산리튬의 무리로부터 선택된 단결정압전기판을 가지고, 상기 Si 기판과 단결정압전기판이 접착제를 사용하지 않고 직접 접합되어 일체화되어 있고, 그 접합게면에 있어서의 결합이 각각의 기판의 구성원자와 산소, 수소, 수산기중의 적어도 1종류이상과의 사이의 분자결합 또는 원자결합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자음향복합기체.