CN109417376A - 表面声波器件用复合基板及其制造方法和使用该复合基板的表面声波器件 - Google Patents

表面声波器件用复合基板及其制造方法和使用该复合基板的表面声波器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可降低压电结晶膜和支承基板的接合界面上的波的反射造成的杂散的、温度特性良好且为高性能的表面声波器件用复合基板。表面声波器件用复合基板包含压电单晶基板和支承基板而构成，其特征在于，在压电单晶基板和该支承基板的接合界面部，至少压电单晶基板和支承基板中任一方具有凹凸构造，该凹凸构造的剖面曲线上的要素的平均长度RSm和用作表面声波器件时的表面声波的波长λ的比为0.2以上且7.0以下。

Description

表面声波器件用复合基板及其制造方法和使用该复合基板的 表面声波器件
技术领域
本发明涉及将压电单晶膜基板与支承基板接合的表面声波器件用复合基板及其制造方法和使用该复合基板的表面声波器件。
背景技术
近年来，在以智能手机为代表的移动通信巿场中，通信量急剧增大。为了对应于此，必须增加通信频段数，以表面声波器件为首的各种零件逐渐必须达到小型化、高性能化。
作为表面声波(Surface Acoustic Wave：SAW)器件的材料，广泛使用作为压电材料的钽酸锂(Lithium Tantalate：LT)或铌酸锂(Lithium Niobate：LN)。这些材料具有较大的机电耦合系数，可实现器件的宽频带化，另一方面，温度稳定性低，存在因温度变化而使可对应的频率位移的问题。这是由钽酸锂或铌酸锂具有非常高的热膨胀系数而造成的。
为了解决该问题，提出了将热膨胀系数小的材料贴合于钽酸锂或铌酸锂，并将压电材料侧薄化至数μm～数十μm的复合基板。该复合基板通过贴合蓝宝石或硅等的热膨胀系数小的材料来抑制压电材料的热膨胀，改善了温度特性(非专利文献1)。在图21中，作为参考，示出了各种材料的热膨胀系数。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：用于智能手机的RF前端的SAW-Duplexer的温度补偿技术、电波新闻高科技2012年11月8日
非专利文献2：“A study on Temperature-Compensated Hybrid Substrates forSurface Acoustic Wave Filters”，2010 IEEE International Ultrasonic SymposiumProceedings，page 637-640.
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在上述复合基板的情况下，存在比通带高的频率上产生被称为杂散或纹波的噪声的问题。该噪声是由压电结晶膜与支承基板的接合界面上的波的反射所造成的。
图22及图23是表示使用由Si基板和厚度20μm的LT基板构成的复合基板制作的4级梯型滤波器的S11(反射特性)和S12(插入损耗)的图表。图23中，在比通带高的频率中观察到插入损耗的值变小的部位，图22中，在该频率中，产生S11的杂散。在此，将杂散的山和谷的差定义为强度(amplitude)。
为了解决该问题，提出有几种方法。非专利文献2中，示出一种使用1000号的磨具将LT的贴合面粗化，以使得算术平均粗糙度Ra成为300nm，并经由粘接剂与支承基板接合，由此降低杂散强度的方法。
但是，本发明者们对非专利文献2所记载的方法进行了探讨，结果发现即使在同程度的算术平均粗糙度Ra的情况下，形成复合基板时的杂散强度也不同。图24是表示将同程度的Ra的LT基板与硅基板贴合并测定杂散的结果。根据该结果，即使是同程度的Ra的情况下，杂散强度也大幅不同，所以认为与Ra不同的要素对杂散强度的降低带来重要的影响。
因此，本发明者们更进一步探讨后，发现压电单晶基板和支承基板的接合界面部上的凹凸构造的周期与表面声波的波长的比为降低复合基板的杂散用的重要要素，直至完成本发明。
此外，在此，以凹凸构造的剖面曲线上的要素的平均长度RSm来评价凹凸构造的周期。
因此，本发明的目的在于，提供一种可降低由压电结晶膜和支承基板的接合界面上的波的反射造成的杂散的、温度特性良好且为高性能的表面声波器件用复合基板及其制造方法和使用该复合基板的表面声波器件。
用于解决问题的技术方案
即，本发明提供一种表面声波器件用复合基板，其包含压电单晶基板和支承基板而构成，其特征在于，在压电单晶基板和支承基板的接合界面部，至少压电单晶基板和支承基板中任一方具有凹凸构造，该凹凸构造的剖面曲线上的要素的平均长度RSm和用作表面声波器件时的表面声波的波长λ的比为0.2以上且7.0以下。
本发明的凹凸构造的剖面曲线上的算术平均粗糙度Ra优选为100nm以上，在压电单晶基板和支承基板的接合界面部，在压电单晶基板和支承基板之间存在中间层，且作为该中间层，优选至少包括SiO2、SiO2±0.5、a-Si、p-Si、a-SiC、Al2O3中的任一方。
对本发明的复合基板而言，作为中间层，优选至少含有热氧化二氧化硅或以800℃以上的温度实施热处理后的二氧化硅。
中间层的厚度优选为用作表面声波器件时的表面声波的波长λ的1.2倍以下。另外，压电单晶基板的厚度优选为用作表面声波器件时的表面声波的波长λ的1.0倍以上且3.5倍以下。
本发明的支承基板优选为硅、玻璃、石英、氧化铝、蓝宝石、碳化硅、氮化硅中的任一种，该支承基板为具有凹凸构造的硅基板的情况下，凹凸构造优选为金字塔形状。
本发明的压电单晶基板优选为钽酸锂单晶基板或铌酸锂单晶基板，且优选晶体方位为旋转36°Y～49°Y的旋转Y切割钽酸锂单晶基板、或以25ppm～150ppm的浓度掺杂有Fe的钽酸锂单晶基板。
另外，本发明的压电单晶基板遍及其厚度方向，Li浓度大致一致，该情况下，Li和Ta或Nb的比率优选为Li：Ta＝50-α：50+α或Li：Nb＝50-α：50+α，α为-1.0＜α＜2.5的范围。
进而，本发明的压电单晶基板遍及其厚度方向可以具有Li浓度不同的范围，该情况下，优选为与支承基板的接合界面部侧的Li浓度比相反侧表面的Li浓度大、或与支承基板的接合界面部侧的Li和Ta或Nb的比率为Li：Ta＝50-α：50+α或Li：Nb＝50-α：50+α，α为-1.0＜α＜2.5的范围。
接着，本发明提供一种表面声波器件用复合基板的制造方法，其特征在于，至少包含在压电单晶基板和/或支承基板的表面设置凹凸构造的工序和在该凹凸构造上设置中间层的工序，并包含将设置于压电单晶基板上的中间层和支承基板接合的工序、或将设置于支承基板上的中间层和压电单晶基板接合的工序、或将设置于压电单晶基板上的中间层和设置于支承基板上的中间层接合的工序，该情况下，优选包含将中间层的表面镜面化的工序。
另外，本发明的表面声波器件用复合基板的制造方法的特征在于，至少包含通过湿蚀刻在支承基板的表面设置凹凸构造的工序、和以具有该凹凸构造的基板表面成为接合界面的方式与压电单晶基板接合的工序，该情况下，在设置凹凸构造的工序中，优选通过湿蚀刻在由硅单晶所构成的支承基板的表面设置金字塔形状的凹凸构造。
进而，本发明的制造方法中，该压电单晶基板优选遍及其厚度方向具有Li浓度不同的范围，从至少一基板表面至任意深度为止，Li浓度大致一致，将该压电单晶基板和支承基板接合，并且以保留Li浓度成为大致一致的部分的至少一部分、或仅保留Li浓度成为大致一致的部分的方式去除接合面的相反侧的压电单晶基板表层。而且，该情况下，Li浓度成为大致一致的部分优选为伪化学计量组成(pseudo-stoichiometry composition)。
发明效果
根据本发明，能够提供一种可降低由压电结晶膜和支承基板的接合界面上的波的反射造成的杂散的、温度特性良好且为高性能的表面声波器件用复合基板及其制造方法和使用该复合基板的表面声波器件。
附图说明
图1是表示实施例1的杂散强度和RSm/λ的关系的图表。
图2是形成有金字塔形状的凹凸构造的Si基板的依据AFM测得的剖面分布。
图3是形成有金字塔形状的凹凸构造的Si基板的SEM观察图像。
图4是表示实施例2的杂散强度和RSm/λ的关系的图表。
图5是表示实施例3的杂散强度和RSm/λ的关系的图表。
图6是表示实施例5的LT基板的厚度和杂散强度的关系的图表。
图7是表示实施例5的LT基板的厚度和Qmax的关系的图表。
图8是表示实施例5的LT基板的厚度和TCF的平均值的关系的图表。
图9是表示实施例5的LT基板的厚度和剥离开始温度的关系的图表。
图10是表示实施例5中所使用的LT基板的拉曼分布的图表。
图11是实施例5的复合基板的接合界面部附近的剖面SEM图像。
图12是表示使用实施例5的复合基板制作的4级梯型滤波器的S11(反射特性)的图表。
图13是表示使用实施例5的复合基板制作的4级梯型滤波器的S12(插入损耗)的图表。
图14是表示实施例5的杂散强度和RSm/λ的关系的图表。
图15是表示使用实施例5的复合基板制作的谐振器的输入阻抗波形的图表。
图16是表示将压电单晶基板1及支承基板2两者的表面粗面化(形成凹凸构造)，并在此形成无机材料6作为中间层，并进行镜面化而制作复合基板的一个方式的图。
图17是表示仅将压电单晶基板1的表面粗面化(形成凹凸构造)，并在此形成无机材料6作为中间层，并进行镜面化而制作复合基板的一个方式的图。
图18是表示仅将压电单晶基板1的表面粗面化(形成凹凸构造)，并在此形成粘接剂5作为中间层而制作复合基板的一个方式的图。
图19是表示仅将支承基板2的表面粗面化，并在此形成无机材料6作为中间层，并进行镜面化而制作复合基板的一个方式的图。
图20是表示本发明的复合基板的接合界面部构造的各种方式的图。
图21是比较各材料的热膨胀系数的图表。
图22是表示使用由Si基板和厚度20μm的LT基板构成的复合基板制作的4级梯型滤波器的S11(反射特性)的图表。
图23是表示使用由Si基板和厚度20μm的LT基板构成的复合基板制作的4级梯型滤波器的S12(插入损耗)的图表。
图24是使用了同程度的Ra的LT基板时的杂散强度的比较。
具体实施方式
以下，详细说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于这些实施方式。本发明涉及包含压电单晶基板1和支承基板2而构成的表面声波器件用复合基板及其制造方法和使用该复合基板的表面声波器件。而且，本发明的复合基板优选贴合压电单晶基板1和支承基板2的方式，对贴合的方法没有限定。
作为压电单晶基板1和支承基板2的贴合(接合)方法，可使用一般所知的方法，例如可经由常温接合法或粘接剂来接合。进行常温接合时的表面活化处理例如可通过臭氧水处理、UV臭氧处理、离子束处理、或等离子体处理等来进行。
在此，压电单晶基板1和支承基板2可直接接合，但由于至少压电单晶基板1与支承基板2中任一方具有凹凸构造，所以实际上优选在两者之间设置中间层3。
作为中间层3，可将丙烯酸粘接剂、环氧粘接剂、硅酮粘接剂等粘接剂5或SiO2、a-Si、p-Si、a-SiC、Al2O3等无机材料6作为中间层。但在实际的器件中，从可靠性的观点来看，难以使用含有有机成分的粘接剂。另外，作为中间层的无机材料不需如SiO2±0.5那样严格的化学计量组成(stoichiometric)。
在压电单晶基板1和支承基板2的接合界面部4，压电单晶基板1和支承基板2中任一方或两方具有凹凸构造的复合基板例如可经由图16～图19所示的工序来制作。图16是表示压电单晶基板1与支承基板2两方具有凹凸构造的复合基板的制作方法，图17及图18是表示压电单晶基板1具有凹凸构造的复合基板的制作方法，图19是表示支承基板2具有凹凸构造的复合基板的制作方法。
在制作时，在图16～图19中的任一情况下，均首先准备具有粗糙面(凹凸构造)的压电单晶基板1和/或支承基板2。它们可经由粘接剂5接合，但优选设置无机材料6的中间层来接合。该情况下，在压电单晶基板1和/或支承基板2的粗糙面(凹凸构造)上使SiO2等堆积。
作为堆积SiO2等的方法，例如可使用PE-CVD法(Plasma enhanced chemicalvapor deposition：等离子体增强化学气相沉积法)或以溅射为代表的PVD法(Physicalvapor deposition：物理气相沉积法)。另外，也可以将烷氧化硅烷等硅烷、六甲基二硅氮烷等硅氮烷、全氢聚硅氮烷等聚硅氮烷、硅油等硅酮低聚物或它们的溶液涂布于晶片上，通过热处理使其固化。
在高温下堆积SiO2等的情况下，由于在返回室温时会有翘曲或龟裂的问题，所以优选在接近于室温的温度下形成中间层3。如果使工序温度为70℃以下，则能够将基板的翘曲抑制至可吸附于真空吸附盘的程度。具体而言，优选使用室温CVD法或磁控溅射等。
另外，在中间层3含有大量的氢或水等杂质时，产生被称为排气的挥发成分，使可靠性降低，因此，需要尽可能形成高纯度的中间层。
这样，在压电单晶基板1和/或支承基板2的粗糙面(凹凸构造)上堆积无机材料6的中间层后，研磨表面以进行镜面化。然后，例如在经由图16所示的制作工序将设置在压电单晶基板1上的无机材料6的中间层的镜面与设置在支承基板2上的无机材料6的中间层的镜面贴合的情况下，如图20的(A)所示，得到压电单晶基板1和支承基板2双方具有凹凸构造的复合基板。
另外，如图17所示，在仅于压电单晶基板1的表面形成凹凸构造，并在此形成无机材料6的中间层，并且进行镜面化，并与支承基板2的镜面贴合的情况下，如图20的(B)所示，得到在压电单晶基板1与支承基板2的接合界面部4，压电单晶基板1具有凹凸构造的复合基板。
此时，如图18所示，也能够使用粘接剂5作为中间层而得到复合基板。进而，如图19所示，在仅于支承基板2的表面形成凹凸构造3，并在此形成无机材料6的中间层，并且进行镜面化，并与压电单晶基板1的镜面贴合的情况下，如图20的(C)所示，得到在接合界面部4，支承基板2具有凹凸构造的复合基板。
在设为仅压电单晶基板1和支承基板2中的任一方具有凹凸构造的复合基板的情况下，如果在热膨胀系数更接近中间层3的材料的基板材料上设置凹凸构造，则在将中间层3堆积于基板的凹凸构造上时，容易抑制龟裂或翘曲的产生。
中间层3可以为由同一种或不同种材料所形成的多层结构，中间层3中，优选含有热氧化二氧化硅、和/或以800℃以上的温度实施热处理后的二氧化硅。
在使用硅基板作为支承基板2的情况下，可通过各种方法来形成适合于用作为中间层3的二氧化硅。例如，在氧气氛中，在800～1100℃下对硅基板实施热处理，由此可以在硅基板表面上形成1nm～1μm左右的热氧化二氧化硅。
另外，通过CVD法或PVD法使二氧化硅堆积于基板上，并在800℃以上的温度下实施热处理，能够形成这种二氧化硅。另外，也可以涂布有机硅化合物，并在800℃以上的温度下实施热处理。
即使在压电单晶基板1或支承基板2不具有凹凸构造的情况下，也可以在其表面设置中间层，尤其是在支承基板2上，不论是否有凹凸构造，均优选设置热氧化二氧化硅、和/或在800℃以上的温度下实施热处理后的二氧化硅作为中间层。
设置于压电单晶基板1的表面的中间层3由于压电单晶的居里温度、或与中间层3的热膨胀系数的差，而难以在高温下进行热处理。因此，在包含加热冷却等操作的后工序中，会产生排气，可能在贴合界面上产生剥离。
但是，上述这种二氧化硅致密且杂质少，可吸收某程度的量的气体。因此，即使从设置于压电单晶基板1的表面的中间层3产生排气，只要在中间层3中包含热氧化二氧化硅或在800℃以上的温度下实施热处理后的二氧化硅，就会吸收这种气体，因此，可抑制剥离的产生。
使中间层3堆积于压电单晶基板1和/或支承基板2的凹凸构造上时，为了埋填凹凸构造，优选以凹凸构造的最低位置为基准，堆积为较最大高度粗糙度Rz更厚。
最大高度粗糙度Rz为基准长度下的轮廓(粗糙度)曲线上的山高Rp的最大值和谷深Rv的最大值的和，由JIS B 0601：2001及ISO 4287：1997规定。可使用原子力显微镜(Atomic Force Microscope：AFM)等来测定。
另外，中间层3的厚度较小时Q值较大，温度特性也提高，而且耐热性也优异，故而优选。特别优选为用作为表面声波器件时的表面声波的波长λ的1.0倍以下的厚度。此外，在此的中间层的厚度在凹凸构造中以轮廓(粗糙度)曲线的平均线为基准。中间层的厚度较大时，由于压电基板与支承基板的热膨胀差，尤其在中间层的外周部附近，可能产生较大的剪切应力而成为剥离的原因。
就压电单晶基板1和/或支承基板2的至少任一方所具有的凹凸构造而言，该轮廓(粗糙度)曲线上的要素的平均长度RSm和用作表面声波器件时的表面声波的波长λ的比为0.2以上且7.0以下。
在此，凹凸构造的轮廓(粗糙度)曲线上的要素的平均长度RSm可使用AFM等来测定，是以JIS B 0601：2001及ISO 4287：1997所规定的粗糙度曲线要素的平均长度RSm。
RSm以下述数学式(1)表示，为基准长度下的粗糙度曲线要素的长度Xs的平均。
此时，必须辨识出判断为山及谷的最小高度及最小长度。可辨识的最小高度的标准值设为最大高度粗糙度Rz的10％。另外，可辨识的最小长度的标准值设为基准长度的1％。以同时满足该两项条件的方式来决定山及谷，并求取粗糙度曲线要素的平均长度，由此得到RSm。
用作表面声波器件时的表面声波的波长λ通过输入于复合基板(表面声波器件)的电信号的频率和表面波(漏波)的速度来决定。表面波的速度根据材料的不同而不同，在LiTaO3中约为4000m/s。因此，在从使用LiTaO3作为压电单晶基板1的复合基板中，制造2GHz的表面声波器件的情况下，表面声波的波长λ约为2μm。
另外，在制造800MHz的表面声波器件的情况下，表面声波的波长λ约为5μm。
在本发明中，凹凸构造的剖面曲线上的要素的平均长度RSm和用作表面声波器件时的表面声波的波长λ的比以RSm/λ表示，如果该值为0.2以上且7.0以下，则可有效地降低杂散。
凹凸构造的剖面曲线上的算术平均粗糙度Ra没有特别限定，但Ra过小时，考虑到无法充分得到降低杂散的效果，所以Ra优选为100nm以上。
另外，Ra过大时，设置中间层3时耗费时间或成本，且也难以均匀地研磨表面，制造方面上不优选，因此，Ra优选为1000nm以下。
在压电单晶基板1和/或支承基板2的表面形成凹凸构造的方法没有特别限定。也可以以成为目的的表面粗糙度的方式选择磨粒或磨具来实施研磨，也可以使用干式/湿式蚀刻。
特别是，在将支承基板2作为硅单晶基板，并在该基板上形成凹凸构造的情况下，优选进行采用了碱液的湿蚀刻。将(100)方位的硅基板浸渍在NaOH或KOH等强碱液中并以超声波等进行处理，由此使各向异性蚀刻进行，得到金字塔形状的凹凸构造。通过改变温度或浸渍时间，能够容易地控制金字塔形状的大小。
本发明中，认为只要是杂散作为课题的表面声波器件用复合基板，则不论压电材料的种类均可应用，但作为压电单晶基板1，优选为具有大的机电耦合系数的钽酸锂单晶基板或铌酸锂单晶基板。
特别是在使用钽酸锂单晶基板作为压电单晶基板1的情况下，优选使用晶体方位为旋转36°Y～49°Y的旋转Y切割钽酸锂单晶基板。
钽酸锂单晶基板或铌酸锂单晶基板可以使用遍及其厚度方向，Li浓度大致一致的基板，该Li浓度可设为大致同成分组成(congruent composition)或伪化学计量组成。大致同成分组成的压电单晶基板可从切克劳斯基单晶生长法(Czochralski Method)等众所周知的方法较容易地制作，从此点来看优选，但Li和Ta或Nb的比率为Li：Ta＝50-α：50+α或Li：Nb＝50-α：50+α，且α为-1.0＜α＜2.5的范围的伪化学计量组成的压电单晶基板由于显示高的机械耦合系数和优异的温度特性，所以优选。
在将压电单晶基板的Li浓度设为伪化学计量组成的情况下，可以使用以众所周知的双重坩埚法所制作的伪化学计量组成的压电单晶基板，但也可以通过以下的方法来得到。
即，是对从切克劳斯基单晶生长法等众所周知的方法所得到的大致同成分组成的压电单晶基板实施使Li从基板表面往内部扩散的气相处理的方法。具体而言，例如可以将钽酸锂单晶基板埋入于以Li3TaO4为主成分的粉体内，并实施热处理而进行。
通过这种处理，得到伪化学计量组成的压电单晶基板，但为了将基板整体作为伪化学计量组成，必须实施较长时间的气相处理，因此，也有时会产生基板的翘曲或破裂的问题。
该情况下，通过较短时间的气相处理，得到遍及其厚度方向具有Li浓度不同的范围的压电单晶基板。而且，在这种压电单晶基板中，若从基板表面至任意的深度为止的Li浓度为伪化学计量组成，则将该压电单晶基板贴合于支承基板，并以保留伪化学计量组成的部分的方式去除剩余的压电单晶基板，则可得到压电单晶基板的Li浓度遍及厚度方向大致一致的伪化学计量组成的复合基板。
进而，钽酸锂单晶基板或铌酸锂单晶基板可以使用遍及其厚度方向具有Li浓度不同的范围的基板。
此时，如果使压电单晶基板的与支承基板的接合界面部侧的Li浓度比相反侧表面的Li浓度大，则声波动能集中于Li浓度小的区域，能够增大由复合基板构成的谐振器的Q值，故而优选。
另外，压电单晶基板的与支承基板的接合界面部侧的Li和Ta或Nb的比率可设为Li：Ta＝50-α：50+α或Li：Nb＝50-α：50+α，且α为-1.0＜α＜2.5的范围的伪化学计量组成。
遍及厚度方向具有Li浓度不同的范围的压电单晶基板与上述相同，通过对大致同成分组成的压电单晶基板实施使Li从基板表面往内部扩散的气相处理而得到。而且，如果将这种压电单晶基板贴合于支承基板，并以使Li浓度比压电单晶基板的与支承基板的接合界面部侧的Li浓度小的面露出的方式去除剩余的压电单晶基板，则得到具有压电单晶基板的Li浓度遍及厚度方向不同的范围的复合基板。
另外，用作压电单晶基板的钽酸锂单晶基板也可以以25ppm～150ppm的浓度掺杂有Fe。掺杂有Fe的钽酸锂单晶基板由于Li扩散速度提高2成左右，所以可提高伴随着Li扩散处理的例如通过上述方法制作复合基板时的生产率，故而优选。另外，由于可缩短Li扩散处理时间，所以也可以抑制基板的翘曲或破裂的产生。
此外，钽酸锂单晶基板及铌酸锂单晶基板的Li浓度只要通过众所周知的方法测定即可，但例如可通过拉曼光谱法评价。关于钽酸锂单晶基板，已知有在拉曼位移峰值的半值宽度和Li浓度(Li/(Li+Ta)的值)的值之间具有大致线性关系。因此，如果使用表示这种关系的式子，则可评价氧化物单晶基板的任意位置上的组成。
拉曼位移峰值的半值宽度和Li浓度的关系式可通过测定该组成为已知且Li浓度不同的数个试样的拉曼半值宽度而得到，但如果拉曼测定条件相同，则也可以使用文献等中的已明示的关系式。
例如，关于钽酸锂单晶，也使用下述数学式(2)(参照2012 IEEE InternationalUltrasonics Symposium Proceedings，Page(s)：1252-1255)。
Li/(Li+Ta)＝(53.15-0.5FWHM1)/100 (2)
在此，“FWHM1”为600cm－1附近的拉曼位移峰值的半值宽度。测定条件的详细内容请参考文献。
另外，支承基板2没有特别限定，但优选为热膨胀系数相对于接合的压电材料较小的材料，优选硅、玻璃、石英、氧化铝、蓝宝石、碳化硅、氮化硅中的任一种。
贴合压电单晶基板1和支承基板2的复合基板也可以进一步通过磨削、研磨等任意方法来薄化压电单晶。此时，当压电单晶基板1的厚度过大时，与支承基板2的贴合所带来的热膨胀的抑制效果小，而有温度特性的劣化或翘曲的增大的疑虑。因此，复合基板中的压电单晶基板1的厚度优选为100μm以下，更优选为80μm以下。
另外，压电单晶基板1的厚度小时，有杂散强度小、温度特性提高、耐热性也优异的倾向，故而优选。
进而，如果将压电单晶基板1的厚度设为用作表面声波器件时的表面声波的波长λ的1.0倍以上且3.5倍以下，则虽然也取决于中间层的厚度，但可增大Q值，故而优选，更优选为1.5倍以上且3.0倍以下。
如上述，在压电单晶基板1的厚度为用作表面声波器件时的表面声波的波长λ的1.0倍以上且3.5倍以下的情况下，如果中间层的厚度为表面声波的波长λ的1.2倍以下，则具有至约250℃的耐热性，故而优选，更优选为1.0倍以下。
如果使用这种表面声波器件用复合基板来制作表面声波器件，则能够构成杂散少且温度特性良好的表面声波器件。
实施例
以下，对本发明的实施例更具体地进行说明。
<实施例1>
实施例1中，首先准备算术平均粗糙度Ra为同程度(Ra＝300nm±10％)且RSm不同的具有凹凸构造的多片LT基板。各LT基板的凹凸构造通过使用不同的游离磨粒进行研磨而形成。
接着，在LT基板的具有凹凸构造的面上，使用等离子体CVD法在35℃下使SiO2堆积10μm左右后，研磨堆积有SiO2的面以进行镜面化。
而且，在SiO2镜面及成为支承基板的Si基板镜面双方实施等离子体表面活化并贴合，进而，研磨LT基板以薄化至20μm为止，由此制作复合基板。
另外，在所制作的复合基板的LT基板侧表面，通过溅射使厚度0.4μm的Al成膜，然后通过光刻形成电极，由此制作波长约5μm的由并联谐振器2级和串联谐振器4级构成的4级梯型滤波器。此时，光刻的曝光使用g射线的步进曝光装置，Al的蚀刻使用Cl2、BCl3、N2、CF4的混合气体。
最后，使用网络分析器，测定所制作的4级梯型滤波器的S11(反射特性)及S12(插入损耗)。然后，以观测到的杂散的山和谷的差作为杂散强度来进行评价。
图1是表示从各复合基板制作的4级梯型滤波器的评价结果的图。横轴为RSm/λ，λ＝5μm。另外，纵轴为杂散强度。
根据该结果，可知在RSm/λ的值为0.2以上且7.0以下时，可有效地降低杂散。这认为是因为，当表示凹凸构造的周期的RSm过大时，不易引起由接合界面的凹凸所形成的波的散射，另一方面，当RSm过小时，具有该波长的波不易受到凹凸的影响。
另外，使用同一复合基板来制作波长约2μm的4级梯型滤波器并进行评价后，示出与波长约5μm时为相同的倾向。
另外，将复合基板中、RSm/λ的值为0.2的晶片切割为2mm见方，在200℃的加热板与金属制的冷却承载台之间来回行进(在加热板和冷却承载台上分别保持30秒)，由此调查耐热性试验。在来回行进第5次时，在周围观察到剥离。根据该结果，可知实施例1的复合基板具有某种程度的耐热性。
＜实施例1’＞
在实施例1’中，首先准备算术平均粗糙度Ra为同程度(Ra＝300nm±10％)且RSm为不同的具有凹凸构造的多片LT基板。各LT基板的凹凸构造使用不同的游离磨粒进行研磨而形成。
接着，在LT基板的具有凹凸构造的面上，使用等离子体CVD法在35℃下使SiO2堆积10μm左右后，研磨堆积有SiO2的面以进行镜面化。
在氧气氛中，以850℃对成为支承基板的Si基板实施热处理，由此，在Si基板表面形成热氧化二氧化硅。此时，准备热氧化二氧化硅的厚度为100nm、250nm、500nm的基板。
然后，在SiO2镜面及形成于Si基板表面的热氧化二氧化硅双方上实施等离子体表面活化并贴合，进而研磨LT基板以薄化至20μm为止，由此制作复合基板。
使用所制作的复合基板来制作4级梯型滤波器并进行评价后，显示出与实施例1时相同的倾向。
另外，将复合基板中、RSm/λ的值为0.2的晶片切割为2mm见方，在200℃的加热板和金属制的冷却承载台之间来回行进(在加热板和冷却承载台上分别保持30秒)，由此调查耐热性试验。尝试进行了来回行进100次为止，尽管也不取决于热氧化二氧化硅的厚度，但未观察到剥离等。对照该结果和实施例1中的耐热性试验结果，可知通过在成为支承基板的Si基板的表面设置热氧化二氧化硅，可显著提高复合基板的耐热性。
＜实施例2＞
在实施例2中，首先准备算术平均粗糙度Ra为同程度(Ra＝300nm±10％)且RSm为不同的具有凹凸构造的多片Si基板。各Si基板的凹凸构造通过采用碱液的湿蚀刻来形成，并改变温度和浸渍时间来控制凹凸构造。由此，得到形成有金字塔形状的凹凸构造的Si基板。形成有金字塔形状的凹凸构造的Si基板的基于AFM所测得的剖面分布和SEM观察图像分别示于图2及图3。
接着，在Si基板的具有凹凸构造的面上，使用等离子体CVD法在35℃下使SiO2堆积10μm左右后，研磨堆积有SiO2的面以进行镜面化。
而且，在SiO2镜面和成为压电单晶基板的LT基板镜面双方上实施等离子体表面活化并贴合，进而研磨LT基板以薄化至20μm为止，制作复合基板。
另外，在所制作的复合基板的LT基板侧表面上通过溅射使厚度0.4μm的Al成膜，进而通过光刻形成电极，由此制作出波长约5μm的由并联谐振器2级和串联谐振器4级所构成的4级梯型滤波器。此时，光刻的曝光使用g射线的步进曝光装置，Al的蚀刻使用Cl2、BCl3、N2、CF4的混合气体。
最后，使用网络分析器测定所制作的4级梯型滤波器的S11(反射特性)HE S12(插入损耗)。然后，以观测到的杂散的山和谷的差作为杂散强度来进行评价。
图4是表示由各复合基板所制作的4级梯型滤波器的评价结果。横轴为RSm/λ，λ＝5μm。另外，纵轴为杂散强度。
根据该结果，可知在RSm/λ的值为0.2以上且7.0以下时，可有效地降低杂散。
另外，使用同一复合基板制作波长约2μm的4级梯型滤波器并进行评价后，显示出与波长约5μm时相同的倾向。
＜实施例3＞
实施例3中，首先准备算术平均粗糙度Ra为同程度(Ra＝300nm±10％)且RSm不同的具有凹凸构造的多片LT基板和Si基板。与各LT基板的凹凸构造使用不同的游离磨粒进行研磨而形成。另外，各Si基板的凹凸构造通过采用碱液的湿蚀刻来形成，改变温度和浸渍时间来控制凹凸构造。由此，得到形成有金字塔形状的凹凸构造的Si基板。
接着，在LT基板及Si基板的具有凹凸构造的面上使用等离子体CVD法在35℃下使SiO2堆积10μm左右后，研磨堆积有SiO2的面以进行镜面化。
然后，在形成于LT基板及Si基板上的SiO2镜面上实施等离子体表面活化并贴合，进而研磨LT基板以薄化至20μm为止，由此制作出复合基板。此外，在此，贴合RSm几乎为同程度的LT基板和Si基板。
另外，在所制作的复合基板的LT基板侧表面通过溅射使厚度0.4μm的Al成膜，进而通过光刻形成电极，由此制作出波长约5μm的由并联谐振器2级与串联谐振器4级所构成的4级梯型滤波器。此时，光刻的曝光使用g射线的步进曝光装置，A1的蚀刻使用Cl2、BCl3、N2、CF4的混合气体。
最后，使用网络分析器测定所制作的4级梯型滤波器的S11(反射特性)和S12(插入损耗)。而且，以观测到的杂散的山和谷的差作为杂散强度来进行评价。
图5是表示从各复合基板制作的4级梯型滤波器的评价结果。横轴为RSm/λ，λ＝5μm。另外，纵轴为杂散强度。
根据该结果，可知当RSm/λ的值为0.2以上且7.0以下时，可有效降低杂散。此外，用于该评价的RSm为两基板的RSm的平均值。
另外，使用同一复合基板来制作波长约2μm的4级梯型滤波器并进行评价后，显示出与波长约5μm时相同的倾向。
＜实施例4＞
实施例4中，针对实施例1～3，将LT基板改变为LN基板来制作复合基板。使用这些复合基板制作4级梯型滤波器并进行评价后，显示出与实施例1～3时相同的倾向。
＜实施例5＞
实施例5中，首先准备算术平均粗糙度Ra与RSm为同程度的具有凹凸构造的多片LT基板(Ra＝300nm±10％、RSm＝3μm±10％、Rz＝2.0μm±10％)。在此，LT基板的凹凸构造通过使用游离磨粒进行研磨而形成。
接着，在LT基板的具有凹凸构造的面上使用等离子体CVD法在35℃下使SiO2堆积10μm左右后，研磨堆积有SiO2的面以进行镜面化。
此时，根据LT基板来改变研磨量，使得SiO2的厚度成为1.5μm～9.5μm。
在氧气氛中，以850℃对成为支承基板的Si基板实施热处理，由此在Si基板表面形成500nm的热氧化二氧化硅。
而且，在SiO2镜面及形成于Si基板表面的热氧化二氧化硅双方实施等离子体表面活化并贴合，进而研磨LT基板而制作复合基板。此时，根据基板来改变研磨量，使得LT基板的厚度成为5μm～25μm。
使用所制作的复合基板，制作将弹性表面波的波长设为5μm的4级梯型滤波器及谐振器并进行评价。
测定所制作的4级梯型滤波器的S11(反射特性)和S12(插入损耗)。而且，以观测到的杂散的山和谷的差作为杂散强度来进行评价。
图6表示从LT基板的厚度为5μm(1.0波长)～25μm(5.0波长)、中间层(SiO2和热氧化二氧化硅)的厚度为2μm(0.4波长)～10μm(2.0波长)的各复合基板所制作的4级梯型滤波器的评价结果。横轴为LT基板的厚度，纵轴为杂散强度。
根据该结果，不取决于LT基板的厚度或中间层的厚度，杂散强度均被抑制在较低的1.0dB以下。
接着，通过下述数学式(3)求取所制作的谐振器的Q值(参照2010 IEEEInternational Ultrasonics Symposium Proceedings，Page(s)：861-863)。在此，ω为角频率，τ(f)为群延迟时间，Γ为由网络分析器所测定的反射系数。
图7是表示对从LT基板的厚度为5μm(1.0波长)～25μm(5.0波长)、中间层(SiO2和热氧化二氧化硅)的厚度为2μm(0.4波长)～10μm(2.0波长)的各复合基板所制作的谐振器评价其Q值的结果。横轴为LT基板的厚度，纵轴为Q值的最大值(Qmax)。
根据该结果，可知中间层的厚度越小，Q值越大。另外，将LT基板的厚度设为低于1.5波长或超过3.0波长时，Q值有降低的倾向。
图8是表示对所制作的各谐振器评价20℃～85℃的温度范围内的谐振频率和反谐振频率的频率温度系数(TCF)的结果。横轴为LT基板的厚度，纵轴为TCF的平均值。
根据该结果，不取决于LT基板的厚度或中间层的厚度，而TCF的平均值均可抑制在较低的15.0ppm/℃以下。另外，在LT基板的厚度为3.0波长以下的情况下，存在中间层的厚度越小，TCF的平均值越小的倾向。
图9是表示对LT基板的厚度为5μm(1.0波长)～25μm(5.0波长)、中间层(SiO2和热氧化二氧化硅)的厚度为2μm(0.4波长)～10μm(2.0波长)的各复合基板，在烘箱中进行加热并调查LT基板开始剥离的温度的结果。横轴为LT基板的厚度，纵轴为LT基板的剥离开始温度。
根据该结果，可知LT基板的厚度越小，且中间层的厚度越小，则剥离开始温度越高，耐热性越优异。
＜实施例6＞
实施例6中，首先将实施了单一极化处理后的大致同成分组成(Li：Ta＝48.5：51.5)的4英寸直径LT单晶锭切片，并以厚度成为370μm的方式切割旋转42°Y切割的LT基板。然后，根据需要经由磨光工序，以将切片晶片的面粗糙度调整成算术平均粗糙度Ra值计为0.15μm。另外，切片晶片的精整厚度形成为350μm。
接着，研磨切片晶片的表面，精整至Ra值计0.01μm的准镜面。然后，将这些基板埋入于以铺填于小容器的Li3TaO4为主成分的粉体中。此时，以Li3TaO4为主成分的粉体使用将以摩尔比计为Li2CO3：Ta2O5＝7：3的比率所混合的粉末在1300℃下烧成12小时而成。
将该小容器置于电炉，将炉内设为N2气氛，在975℃下加热100小时。然后在降温过程中，以800℃实施12小时的退火处理，进而在降温过程的770℃～500℃的期间，在LT基板的大致+Z轴方向上施加4000V/m的电场。
在该处理后，对LT基板的-Z轴方向侧的表面进行喷砂，制作出算术平均粗糙度Ra为同程度(Ra＝300nm±10％)且RSm为不同的具有凹凸构造的多片LT基板。
对这样制作的1片LT基板使用激光拉曼光谱测定装置(HORIBA Scientific公司制的LabRam HR系列、Ar离子激光器、光点尺寸1μm、室温)，从表面至深度方向测定600cm－1附近的拉曼位移峰值的半值宽度，得到如图10所示的拉曼分布。
根据图10的结果，该LT基板的基板表面和基板内部的拉曼半值宽度不同，在基板的深度方向上，从0μm～约20μm的位置，拉曼半值宽度维持在大致一定的5.9～6.0cm－1。因此，可知从LT基板的表面至20μm的深度为止，具有大致呈一致的Li浓度。
另外，从LT基板的表面至20μm的深度为止的拉曼半值宽度约为5.9～6.0cm－1，因此，当使用上述数学式(2)时，该范围内的组成大致为Li/(Li+Ta)＝0.5015～0.502。当这以Li：Ta＝50-α：50+α表示时，α＝-0.20～-0.15，确认为伪化学计量组成。
接着，在LT基板的具有凹凸构造的面上，使用等离子体CVD法在35℃下使SiO2堆积10μm左右后，研磨堆积有SiO2的面以进行镜面化。
而且，在SiO2镜面和成为支承基板的550μm厚的Si基板镜面双方上实施等离子体表面活化并贴合，进而研磨LT基板以薄化至20μm为止，由此，制作出复合基板。因此，该LT基板的Li浓度遍及厚度方向大致一致，为伪化学计量组成。图11表示所制作的复合基板的剖面SEM图像。
另外，在所制作的复合基板的LT基板侧表面通过溅射使厚度0.4μm的A1成膜，进而通过光刻形成电极，由此制作出波长约5μm的由并联谐振器2级和串联谐振器4级所构成的4级梯型滤波器。此时，光刻的曝光使用g射线的步进曝光装置，A1的蚀刻使用Cl2、BCl3、N2、CF4的混合气体。
最后，使用网络分析器测定所制作的4级梯型滤波器的S11(反射特性)和S12(插入损耗)。而且，以观测到的杂散的山和谷的差作为杂散强度来进行评价。图12及图13中示出λ＝5μm，RSm/λ的值为0.2的复合基板的S11及S12的波形。
图14是表示从各复合基板所制作的4级梯型滤波器的评价结果，其横轴为RSm/λ，λ＝5μm。另外，其纵轴为杂散强度。
根据该结果，可知当RSm/λ的值为0.2以上且7.0以下时，可有效地降低杂散强度。
另外，使用相同的复合基板来制作波长约2μm的4级梯型滤波器并进行评价后，显示出与波长约5μm时为相同的倾向。
进而，使用RSm/λ的值为1.25的复合基板制作波长约2.4μm的谐振器并进行评价。图15是表示所制作的谐振器的输入阻抗波形。在此，为了进行比较，也示出使用大致同成分组成的LT基板(ref-LT)和直接贴合大致同成分组成的LT基板及Si基板的复合基板(LT/Si)制作的谐振器的输入阻抗波形。LT基板的晶体方位均相同。
使用下述数学式(4)及(5)，从该输入阻抗波形的谐振频率及反谐振频率算出谐振负载Qso、反谐振负载Qpo、机电耦合系数K2，该算出的值示于表1。
[数学式4]
其中，
K2＝(πfr/2fa)/tan(πfr/2fa) (5)
fr：谐振频率
fa：反谐振频率
[表1]
另外，对所制作的谐振器，测定15℃～85℃的温度范围内的频率温度系数(TCF)后，该结果如表2所示。
[表2]
根据该结果，如果使构成复合基板的LT基板的Li浓度大致一致，并将该Li浓度设为伪化学计量组成，则可得到显示高机械耦合系数和优异的温度特性的复合基板。
＜实施例7＞
实施例7中，实施例6所使用的实施了使Li扩散的气相处理后的LT基板中，准备Ra＝300nm±10％、RSm＝3μm±10％的具有凹凸构造的多片LT基板。
接着，在LT基板的具有凹凸构造的面上使用等离子体CVD法在35℃下使SiO2堆积10μm左右后，研磨堆积有SiO2的面以进行镜面化。
此时，根据LT基板来改变研磨量，使得SiO2的厚度成为1.5μm～9.5μm。
在氧气氛中，以850℃对成为支承基板的Si基板实施热处理，由此在Si基板表面形成500nm的热氧化二氧化硅。
而且，在SiO2镜面及形成于Si基板表面的热氧化二氧化硅双方实施等离子体表面活化并贴合，然后研磨LT基板而制作复合基板。
此时，根据基板来改变研磨量，使得LT基板的厚度成为5μm～25μm。
使用所制作的复合基板，制作将弹性表面波的波长设为5μm的4级梯型滤波器及谐振器并进行与实施例5相同的评价后，显示出与实施例5的情况相同的倾向。
符号说明
1 压电单晶基板
2 支承基板
3 中间层
4 压电单晶基板和支承基板的接合界面部
5 粘接剂
6 无机材料

Claims (24)

1.一种表面声波器件用复合基板，其包含压电单晶基板和支承基板而构成，其特征在于，在该压电单晶基板和该支承基板的接合界面部，至少压电单晶基板和支承基板中任一方具有凹凸构造，该凹凸构造的剖面曲线上的要素的平均长度RSm和用作表面声波器件时的表面声波的波长λ的比为0.2以上且7.0以下。
2.根据权利要求1所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述凹凸构造的剖面曲线上的算术平均粗糙度Ra为100nm以上。
3.根据权利要求1或2所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，在压电单晶基板和支承基板的接合界面部，在压电单晶基板和支承基板之间存在中间层。
4.根据权利要求3所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，作为所述中间层，至少包括SiO2、SiO2±0.5、a-Si、p-Si、a-SiC、Al2O3中的任一方。
5.根据权利要求3所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，作为所述中间层，至少含有热氧化二氧化硅或以800℃以上的温度实施热处理后的二氧化硅。
6.根据权利要求3～5中任一项所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述中间层的厚度为用作所述表面声波器件时的表面声波的波长λ的1.2倍以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述压电单晶基板的厚度为用作所述表面声波器件时的表面声波的波长λ的1.0倍以上且3.5倍以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述支承基板为硅、玻璃、石英、氧化铝、蓝宝石、碳化硅、氮化硅中的任一种。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述支承基板为具有凹凸构造的硅基板，该凹凸构造为金字塔形状。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述压电单晶基板为钽酸锂单晶基板或铌酸锂单晶基板。
11.根据权利要求10所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述压电单晶基板为晶体方位为旋转36°Y～49°Y的旋转Y切割钽酸锂单晶基板。
12.根据权利要求10或11所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述压电单晶基板为以25ppm～150ppm的浓度掺杂有Fe的钽酸锂单晶基板。
13.根据权利要求10～12中任一项所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述压电单晶基板遍及其厚度方向，Li浓度大致一致。
14.根据权利要求13所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述压电单晶基板中，Li和Ta或Nb的比率为Li：Ta＝50-α：50+α或Li：Nb＝50-α：50+α，α为-1.0＜α＜2.5的范围。
15.根据权利要求10～12中任一项所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述压电单晶基板遍及其厚度方向具有Li浓度不同的范围。
16.根据权利要求15所述的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述压电单晶基板与所述支承基板的接合界面部侧的Li浓度比相反侧表面的Li浓度大。
17.根据权利要求15或16所述的的表面声波器件用复合基板，其特征在于，所述压电单晶基板与所述支承基板的接合界面部侧的Li和Ta或Nb的比率为Li：Ta＝50-α：50+α或Li：Nb＝50-α：50+α，α为-1.0＜α＜2.5的范围。
18.一种表面声波器件，其特征在于，使用权利要求1～17中任一项所述的表面声波器件用复合基板而构成。
19.一种表面声波器件用复合基板的制造方法，其特征在于，至少包含在压电单晶基板和/或支承基板的表面设置凹凸构造的工序和在该凹凸构造上设置中间层的工序，并包含将设置于压电单晶基板上的中间层和支承基板接合的工序、或将设置于支承基板上的中间层和压电单晶基板接合的工序、或将设置于压电单晶基板上的中间层和设置于支承基板上的中间层接合的工序。
20.根据权利要求19所述的表面声波器件用复合基板的制造方法，其特征在于，包含将所述中间层的表面镜面化的工序。
21.一种表面声波器件用复合基板的制造方法，其特征在于，至少包含通过湿蚀刻在支承基板的表面设置凹凸构造的工序、和以具有该凹凸构造的基板表面成为接合界面的方式与压电单晶基板接合的工序。
22.根据权利要求21所述的表面声波器件用复合基板的制造方法，其特征在于，所述设置凹凸构造的工序为通过湿蚀刻在由硅单晶构成的支承基板的表面设置金字塔形状的凹凸构造的工序。
23.根据权利要求19～22中任一项所述的表面声波器件用复合基板的制造方法，其特征在于，所述压电单晶基板遍及其厚度方向具有Li浓度不同的范围，从至少一基板表面至任意深度为止，Li浓度大致一致，将该压电单晶基板和支承基板接合，以保留Li浓度成为大致一致的部分的至少一部分、或仅保留Li浓度成为大致一致的部分的方式，去除接合面的相反侧的压电单晶基板表层。
24.根据权利要求23所述的表面声波器件用复合基板的制造方法，其特征在于，所述Li浓度成为大致一致的部分为伪化学计量组成。
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