CN112534089B - 复合基板、声表面波元件及声表面波元件用的复合基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开的复合基板是通过将压电基板和蓝宝石基板直接接合而成的复合基板，所述蓝宝石基板的包含与所述压电基板接合的接合面的接合面区域中的氧的原子数相对于铝的原子数之比小于1.5。本公开的压电元件具备所述复合基板。本公开的复合基板的制造方法具备：准备压电基板和蓝宝石基板的工序；在还原气氛或真空中对所述蓝宝石基板进行热处理的工序；以及将所述压电基板和所述蓝宝石基板直接接合的工序。
Description
技术领域
本公开涉及接合了压电基板和支承基板的构造的复合基板、具备该复合基板的压电元件以及复合基板的制造方法。
背景技术
近年来，要求用于便携式电话等通信设备的声表面波元件等压电元件的小型化、高性能化。作为小型且高性能的压电元件，提出了在将压电基板和支承基板接合的复合基板的压电基板上形成元件电极的结构的压电元件(专利文献1～3)。
复合基板的接合方法若进行大致区分，则存在经由粘接层进行粘接的方法和对接合面实施活性化处理而直接接合的方法。直接接合相对于粘接，在耐热性、温度特性等方面优异。
压电基板包含钽酸锂(LT)等具有压电性的材料。作为支承基板，使用各种材料。其中，蓝宝石的机械强度、绝缘性、散热性优异，特别适合作为支承基板。
在专利文献1记载了从压电基板和/或支承基板的接合面注入氢离子而扰乱接合面附近的晶体性之后进行接合，由此降低了接合界面的杂散(体波的反射)的复合基板。在专利文献2记载了从压电基板的接合表面注入氢离子而形成剥离层之后进行接合的复合基板。在专利文献3记载了将通过还原处理来抑制了热电效应的压电基板和低热膨胀支承基板接合的复合基板。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-200101号公报
专利文献2：日本特开2016-225538号公报
专利文献3：日本特开2008-301066号公报
发明内容
本公开的复合基板是通过压电基板和蓝宝石基板被直接接合而成的复合基板，所述蓝宝石基板的包含与所述压电基板接合的接合面的接合面区域中的氧的原子数相对于铝的原子数之比小于1.5。本公开的压电元件具备所述复合基板。本公开的复合基板的制造方法具备：准备压电基板和蓝宝石基板的工序；在还原气氛或真空中对所述蓝宝石基板进行热处理的工序；以及将所述压电基板和所述蓝宝石基板直接接合的工序。
附图说明
图1是示出本公开的复合基板的一个例子的概略剖视图。
图2A是本公开的复合基板的制造方法的概略说明图。
图2B是本公开的复合基板的制造方法的概略说明图。
具体实施方式
参照附图对本公开的复合基板以及压电元件进行说明。
<复合基板和压电元件>
在图1示出本公开的一个实施方式涉及的复合基板1的概略剖视图。复合基板1是压电基板2和蓝宝石基板3直接接合的复合基板。在蓝宝石基板3的包含与压电基板2接合的接合面3a的接合面区域3c中，氧的原子数相对于铝的原子数之比小于1.5。本公开的压电元件具备复合基板1。在本公开中，接合面区域3c包含从第3面3a起至少数个原子层以上的区域。
以下，对本公开的复合基板1的详情进行说明。复合基板1具有：压电基板2，该压电基板2具有对置的第1面2a和第2面2b；以及蓝宝石基板3，该蓝宝石基板3具有对置的第3面3a和第4面3b。在复合基板1中，压电基板2的第2面2b和蓝宝石基板3的第3面3a彼此相互对置，并直接接合。所谓直接接合是指，压电基板2和蓝宝石基板3不经由粘接剂等直接相接而进行接合。
在压电基板2的第1面2a形成有元件电极，并用作表面弹性波元件等压电元件用的复合基板1。
在复合基板1中，第1面2a为元件电极等元件形成面，第2面2b和第3面3a为接合面，第4面3b为背面。如上所述，元件形成面是元件电极等功能部分所处的部分。元件电极例如是设置为相互咬合的梳齿状电极。通过梳齿电极间的表面弹性波来进行信号的滤波等。
以往，在具备复合基板的表面弹性波元件中，存在如下的问题，即，在比通带高的频率产生被称为杂散的噪声。该噪声起因于压电基板2和蓝宝石基板3(支承基板)的接合界面中的体波的反射。
在本公开的复合基板1中，蓝宝石基板3的接合面区域3c的氧的原子数相对于铝的原子数之比小于1.5。也就是说，与化学计量组成相比，氧缺损。通过该氧缺损，在不使压电基板2和蓝宝石基板3的接合强度下降的情况下，扰乱接合面区域3c的晶体性，由此能够降低体波的反射。如果氧的原子数相对于铝的原子数之比为1.4以下，则反射降低的效果特别大。因此，对于噪声抑制是有利的。蓝宝石基板3的原子数比能够通过XPS(X射线光电子分光法)等方法进行测定。
关于接合面区域3c中的铝与氧的原子数比，例如对蓝宝石基板3从第3面3a或第4面3b进行溅射，并以给定的测定间隔在多个部位测定从第3面3a到深度10nm以内的区域的铝与氧的原子数比，并根据其平均值求出为宜。最表面(深度0nm)的测定值因附着物等的影响而误差大，因此从平均值排除。
压电基板2包含钽酸锂(LT)、铌酸锂(LN)、氧化锌、石英等具有压电性的材料。蓝宝石基板3是支承基板。蓝宝石的机械强度、绝缘性、散热性优异，适合作为支承基板。
蓝宝石基板3的体区域3d(作为第3面3a与第4面3b之间的主体部分，除了从第3面3a以及第4面3b起深度10nm左右的区域以外的部分)在氧缺损少的情况下，蓝宝石基板3的强度高，且复合基板1以及压电元件不易破损。也就是说，体区域3d也可以没有氧缺损，并且是与化学计量相同的原子数比率(O/Al＝1.6)。因此，优选蓝宝石基板3的接合面区域3c中的氧的原子数相对于铝的原子数之比小于蓝宝石基板3的体区域3d中的氧的原子数相对于铝的原子数之比。
若在压电基板2的第1面2a中，算术平均粗糙度Ra为1nm以下，则可得到良好的元件特性。若在蓝宝石基板3的第4面3b中，算术平均粗糙度Ra为1μm以上，则能够降低第4面3b中的体波的反射。因此，对于元件特性的提高是有效的。
以往，已知有如下的技术，即，从第3面3a注入氢而扰乱接合面区域3c的晶体性之后进行接合，由此降低杂散。但是，因氢注入而压电基板2和蓝宝石基板3的接合强度容易下降。若接合面区域3c的氢浓度为1×1016atoms/cm3以下，则压电基板2和蓝宝石基板3的接合强度变高，因此优选。接合面区域3c的氢浓度能够通过SIMS(二次离子质量分析法)等方法进行测定。
<复合基板的制造方法>
在图2A以及图2B示出本公开的复合基板的制造方法的概略说明图。本公开的复合基板的制造方法具备准备压电基板2和蓝宝石基板3的工序(图2A)、将蓝宝石基板3在还原气氛或真空中进行热处理的工序、以及将压电基板2和蓝宝石基板3直接接合的工序(图2B)。
以下，对本公开的复合基板的制造方法的详情进行说明。首先，准备具有对置的第1面2a和第2面2b的压电基板2和具有对置的第3面3a和第4面3b的蓝宝石基板3。第1面2a成为元件形成面，第2面2b和第3面3a成为接合面，第4面3b成为背面。
蓝宝石基板3如下制作，即，切断通过适当的培育方法培育的锭状或带状的蓝宝石单晶体。
压电基板2的第2面2b和蓝宝石基板3的第3面3a使用研磨装置等被平坦化加工。若将第2面2b和第3面3a加工为算术平均粗糙度Ra为0.1μm以下，则可得到良好的接合强度。
接着，将蓝宝石基板3中的至少第3面3a在氢气氛等还原气氛或真空中进行热处理。例如，如果是氢气氛处理，则优选在950℃～1300℃下进行5分钟～60分钟的处理。通过该处理，可在接合面区域3c导入氧缺损。与氢注入不同，如果是氢气氛处理或真空处理，则可抑制向接合面区域3c的氢的侵入。因此，不易产生接合面区域3c的接合强度的下降。接合面区域3c的氢浓度例如为1×1016atoms/cm3以下。
接着，将压电基板2的第2面2b和蓝宝石基板3的第3面3a中的至少一者通过等离子体处理等方法进行活性化处理。
将压电基板2和蓝宝石基板3通过不使用粘接材料的直接接合来进行接合。在直接接合中，将压电基板2和蓝宝石基板3在真空中、大气中或给定的气氛中加热以及(或者)加压而进行接合。通过前面的活性化处理，能够使接合时的温度变低。因此，能够减少起因于压电基板2与蓝宝石基板3的热膨胀率差的破损、加工精度不良的原因。
在压电基板2和蓝宝石基板3的直接接合中，使用基于压电基板2与蓝宝石基板3之间的原子的扩散的扩散接合。若蓝宝石基板3在接合面区域3c具有氧缺损，则利用氧缺损而促进压电基板2与蓝宝石基板3之间的原子的扩散，而接合强度提高。
也可以在将压电基板2和蓝宝石基板3接合之后，通过研磨加工等使蓝宝石基板3的厚度变薄。也可以通过研磨加工等，使压电基板2的厚度变薄。若通过CMP加工等对压电基板2的第1面2a进行加工使得算术平均粗糙度Ra成为1nm以下，则优选。
关于在还原气氛处理、真空处理中使用的氢炉、真空炉，在与离子注入装置、等离子体处理装置相比是廉价且简便的结构的装置这一点上也优异。若对压电基板2进行热处理，则压电基板2的导电率、组成进行变化而对元件特性的影响大。相对于此，在支承基板(蓝宝石基板3)的热处理条件中，处理条件的允许范围大，能够期待更大的效果。
作为向蓝宝石基板3的氧缺损的导入方法，可以将锭状或带状的蓝宝石晶体的培育在还原气氛中培育，也可以将培育后的蓝宝石晶体在还原气氛中进行热处理。也就是说，向蓝宝石基板3用的蓝宝石晶体的氧缺损的导入例如也可以对在非还原气氛中培育的蓝宝石晶体(培育之后)进行。像这样，通过切断导入了氧缺损的蓝宝石晶体而制作蓝宝石基板3，从而在接合面区域3c中，能够得到氧的原子数相对于铝的原子数之比小于1.5的蓝宝石基板3。蓝宝石晶体能够通过CZ法、EFG法、布里奇曼法等培育方法来培育。
与在蓝宝石晶体导入氧缺损的处理相比，在蓝宝石基板3导入氧缺陷的处理对接合面区域3c直接作用而能够控制接合面区域3c的氧缺损量，因此处理的效果大。
根据本公开，能够提供压电基板与支承基板的接合强度高，且降低了接合面的体波的反射的复合基板以及压电元件。
以上，对本公开的实施方式进行了说明，但是本公开并不限定于上述的实施方式，也可以在权利要求书的范围内，进行各种改良以及变更。例如，蓝宝石基板3即使在接合面区域3c(第3面3a)以外的表面，氧的原子数相对于铝的原子数之比也可以小于1.5。
-符号说明-
1：复合基板；
2：压电基板；
2a：第1面(元件形成面)；
2b：第2面(压电基板的接合面)；
3：蓝宝石基板；
3a：第3面(蓝宝石基板的接合面)；
3b：第4面(背面)；
3c：接合面区域；
3d：体区域。
Claims (7)
1.一种复合基板，其是通过压电基板和蓝宝石基板被直接接合而成的声表面波元件用的复合基板，
所述复合基板的特征在于，
所述蓝宝石基板的包含与所述压电基板接合的接合面的接合面区域中的氧的原子数相对于铝的原子数之比小于1.5。
2.根据权利要求1所述的复合基板，其特征在于，
所述蓝宝石基板的所述接合面区域中的氧的原子数相对于铝的原子数之比小于所述蓝宝石基板的体区域中的氧的原子数相对于铝的原子数之比。
3.根据权利要求1或2所述的复合基板，其特征在于，
所述蓝宝石基板的所述接合面区域中的氢浓度为1×1016atoms/cm3以下。
4.根据权利要求1或2所述的复合基板，其特征在于，
所述压电基板包含选自钽酸锂、铌酸锂、氧化锌及石英的、具有压电性的材料。
5.一种声表面波元件，其特征在于，
具备权利要求1～4中任一项所述的复合基板。
6.一种声表面波元件用的复合基板的制造方法，该声表面波元件用的复合基板是权利要求1～4中任一项所述的复合基板，其特征在于，具备：
准备压电基板和蓝宝石基板的工序；
在还原气氛或真空中对所述蓝宝石基板进行热处理的工序；以及
将所述压电基板和所述蓝宝石基板直接接合的工序。
7.一种声表面波元件用的复合基板的制造方法，该声表面波元件用的复合基板是权利要求1～4中任一项所述的复合基板，其特征在于，具备：
准备压电基板的工序；
在还原气氛中培育蓝宝石晶体或对蓝宝石晶体进行热处理的工序；
切断所述蓝宝石晶体而制作蓝宝石基板的工序；以及
将所述压电基板和所述蓝宝石基板直接接合的工序。
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