DE112019001648B4 - Verbindung und elastische welle-element - Google Patents

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Abstract

Verbundener Körper (5, 15), umfassend:ein Trägersubstrat (1), das ein polykristallines keramisches Material oder ein einkristallines Material umfasst;ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat (4); undeine Verbindungsschicht (2, 12), die zwischen dem Trägersubstrat (1) und dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat (4) bereitgestellt ist,wobei die Verbindungsschicht (2, 12) eine Zusammensetzung von Si(1-x)Ox(x gibt den Sauerstoffanteil an) aufweist,wobei der Sauerstoffanteil x an einem zentralen Teil in einer Dickenrichtung der Verbindungsschicht (2, 12) höher ist als der Sauerstoffanteil x an einem Endteil der Verbindungsschicht (2, 12) auf einer Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats (4) und ein Sauerstoffanteil x an einem Endteil der Verbindungsschicht (2, 12) auf einer Seite des Trägersubstrats (1), undwobei der Sauerstoffanteil x an dem zentralen Teil in der Dickenrichtung der Verbindungsschicht (2, 12) 0,013 oder höher und 0,666 oder niedriger ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbundenen Körper aus einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat und einem Trägersubstrat, und eine Akustikwellenvorrichtung, welche diesen umfasst.
  • Eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung, die als Filtervorrichtung oder Oszillator wirkt, die oder der in Mobiltelefonen oder dergleichen verwendet wird, und eine Akustikwellenvorrichtung, wie z.B. eine Lambwellenvorrichtung oder ein Filmmassenakustikresonator (FBAR), bei der ein piezoelektrischer Dünnfilm verwendet wird, sind bekannt. Als eine solche Akustikwellenvorrichtung ist eine Vorrichtung bekannt, die durch Anbringen eines Trägerkörpers und eines piezoelektrischen Substrats, das eine Oberflächenakustikwelle ausbreitet, und durch Bereitstellen von ineinandergreifenden Elektroden hergestellt wird, welche die Oberflächenakustikwelle auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats oszillieren lassen können. Durch Anbringen des Trägerkörpers, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient niedriger ist als derjenige des piezoelektrischen Substrats, auf dem piezoelektrischen Substrat wird die Änderung der Größe des piezoelektrischen Substrats als Reaktion auf eine Temperaturänderung vermindert, so dass die Änderung der Frequenzeigenschaften als Oberflächenakustikwellenvorrichtung vermindert wird.
  • Im Patentdokument 1 wird eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung mit einer Struktur vorgeschlagen, die durch Verkleben eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats und eines Siliziumsubstrats mit einer Haftmittelschicht, die aus einem Epoxyhaftmittel zusammengesetzt ist, erzeugt wird.
  • Dabei ist bekannt, dass beim Verbinden eines piezoelektrischen Substrats und eines Siliziumsubstrats ein Siliziumoxidfilm auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gebildet wird und das Siliziumsubstrat und das piezoelektrische Substrat durch den Siliziumoxidfilm verbunden werden. Beim Verbinden wird zur Aktivierung der Oberflächen ein Plasmastrahl auf die Oberflächen des Siliziumoxidfilms und des Siliziumsubstrats eingestrahlt, worauf ein direktes Verbinden durchgeführt wird (Patentdokument 2).
  • Ferner ist ein Verfahren des direkten Verbindens eines sogenannten FAB („Fast Atom Beam“)-Systems bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird ein neutralisierter Atomstrahl auf die jeweiligen Verbindungsoberflächen bei Umgebungstemperatur eingestrahlt und das direkte Verbinden wird durchgeführt (Patentdokument 3).
  • Es ist beschrieben, dass ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat durch eine Zwischenschicht direkt mit einem Trägersubstrat, das aus einem keramischen Material (Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid) zusammengesetzt ist, und nicht mit einem Siliziumsubstrat verbunden ist (Patentdokument 4). Es ist beschrieben, dass das Material der Zwischenschicht aus Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid hergestellt ist.
  • Ferner wird, wenn ein piezoelektrisches Substrat und ein Trägersubstrat mit einem organischen Haftmittel verbunden werden, Rt (maximale Höhe des Profils einer Rauheitskurve) einer Haftoberfläche des Trägersubstrats mit dem piezoelektrischen Substrat auf 5 nm oder größer und 50 nm oder kleiner eingestellt, so dass der Effekt des Verhinderns eines Bruchs durch die Spannungsrelaxation erhalten wird (Patentdokument 5). Patentdokument 6 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundsubstrats für eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung. Patentdokument 7 beschreibt piezoelektrische Vorrichtungen, beinhaltend einen piezoelektrischen dünnen Film, und Verfahren zur Herstellung solcher piezoelektrischer Vorrichtungen.
    • (Patentdokument 1) JP 2010 - 187373 A
    • (Patentdokument 2) US 7,213,314 B2
    • (Patentdokument 3) JP 2014 - 086400 A
    • (Patentdokument 4) JP 3 774 782 B2
    • (Patentdokument 5) JP 3 184 763 U
    • (Patentdokument 6) WO 2018/ 016169 A1
    • (Patentdokument 7) US 2014 / 0009036 A1
  • Abhängig von den Anwendungen des verbundenen Körpers ist es jedoch erwünscht, die Isoliereigenschaften durch Erhöhen des elektrischen Widerstands der Verbindungsschicht zu verbessern. Beispielsweise kann in dem Fall einer Akustikwellenvorrichtung ein Rauschen oder Verlust durch Verbessern der Isoliereigenschaften der Verbindungsschicht vermindert werden. Es ist jedoch schwierig, das Trägersubstrat mit dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat durch die Verbindungsschicht, die einen hohen Widerstand aufweist, mit einer hohen Festigkeit zu verbinden, so dass eine Tendenz dahingehend besteht, dass ein Ablösen zwischen dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat und dem Trägersubstrat während des anschließenden Verarbeitungsschritts auftritt und der Q-Wert der Akustikwellenvorrichtung dazu neigt, niedriger zu werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem verbundenen Körper, der ein Trägersubstrat, das aus einem polykristallinen keramischen Material oder einkristallinen Material zusammengesetzt ist, ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat und eine Verbindungsschicht, die zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat bereitgestellt ist, umfasst, die Verbindungsfestigkeit des Trägersubstrats und des piezoelektrischen Einkristallsubstrats zu verbessern und den Q-Wert zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen verbundenen Körper bereit, umfassend:
    • ein Trägersubstrat, das ein polykristallines keramisches Material oder ein einkristallines Material umfasst;
    • ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat; und
    • eine Verbindungsschicht, die zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat bereitgestellt ist,
    • wobei die Verbindungsschicht eine Zusammensetzung von Si(1-x)Ox (x gibt den Sauerstoffanteil an) aufweist,
    • wobei der Sauerstoffanteil x an einem zentralen Teil in einer Dickenrichtung der Verbindungsschicht höher ist als der Sauerstoffanteil x an einem Endteil der Verbindungsschicht auf einer Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats und ein Sauerstoffanteil x an einem Endteil der Verbindungsschicht auf einer Seite des Trägersubstrats, und
    • wobei der Sauerstoffanteil x an dem zentralen Teil in der Dickenrichtung der Verbindungsschicht 0,013 oder höher und 0,666 oder niedriger ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Akustikwellenvorrichtung bereit, umfassend:
    • den verbundenen Körper; und
    • eine Elektrode, die auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat bereitgestellt ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können bei dem verbundenen Körper, der das Trägersubstrat, das aus dem polykristallinen keramischen Material oder dem einkristallinen Material zusammengesetzt ist, das piezoelektrische Einkristallsubstrat und die Verbindungsschicht zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat umfasst, die Isoliereigenschaften der Verbindungsschicht verbessert werden und die Verbindungsfestigkeit des Trägersubstrats und des piezoelektrischen Einkristallsubstrats verbessert werden. Es ist dadurch möglich, eine Akustikwellenvorrichtung mit einer hohen Verbindungsfestigkeit und einem geringen Verlust (hohen Q-Wert) bereitzustellen.
  • Figurenliste
    • 1 (a) zeigt den Zustand, bei dem die Verbindungsschicht 2 auf einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 bereitgestellt ist, 1(b) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche 2b einer Verbindungsschicht 2A durch einen neutralisierten Strahl C aktiviert wird, und 1(c) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche 1a eines Trägersubstrats 1 durch den neutralisierten Strahl D aktiviert wird.
    • 2(a) zeigt den Zustand, bei dem das Trägersubstrat 1 direkt mit der Verbindungsschicht 2A verbunden ist, 2(b) zeigt den Zustand, bei dem ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat 4A durch eine Verarbeitung dünner gemacht worden ist, und 2(c) zeigt den Zustand, bei dem eine Elektrode 6 auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4A bereitgestellt ist.
    • 3 ist ein Konzeptdiagramm, das den Sauerstoffanteil in der Verbindungsschicht 2A zeigt.
    • 4(a) zeigt den Zustand, bei dem eine Verbindungsschicht 12 auf dem Trägersubstrat 1 bereitgestellt ist, 4(b) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche 12b einer Verbindungsschicht 12A durch den neutralisierten Strahl C aktiviert wird, und 4(c) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 durch den neutralisierten Strahl D aktiviert wird.
    • 5(a) zeigt den Zustand, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 direkt mit der Verbindungsschicht 12A verbunden ist, 5(b) zeigt den Zustand, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4A durch eine Verarbeitung dünner gemacht worden ist, und 5(c) zeigt den Zustand, bei dem eine Elektrode 6 auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4A bereitgestellt ist.
    • 6 ist ein Konzeptdiagramm, das den Sauerstoffanteil in der Verbindungsschicht 12A zeigt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detaillierter beschrieben, wobei gegebenenfalls auf die Zeichnungen verwiesen wird.
  • Die 1 und 2 betreffen eine Ausführungsform, in der eine Verbindungsschicht 2 auf einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 bereitgestellt und direkt mit einer Oberfläche 1a eines Trägersubstrats 1 verbunden ist.
  • Wie es in der 1(a) gezeigt ist, ist die Verbindungsschicht 2 auf einer Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 bereitgestellt. 4b stellt eine Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite dar. Dabei kann eine Unebenheit auf der Oberfläche 2a der Verbindungsschicht 2 vorliegen.
  • Dann wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Oberfläche 2a der Verbindungsschicht 2 einem Einebnungsvorgang zur Bildung einer flachen Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2 unterzogen, wie es in der 1(b) gezeigt ist. Durch diesen Einebnungsvorgang wird die Dicke der Verbindungsschicht 2 normalerweise geringer gemacht, so dass eine dünnere Verbindungsschicht 2A bereitgestellt wird (vgl. die 1(b)). Der Einebnungsvorgang wird jedoch nicht zwangsläufig durchgeführt. Dann wird ein neutralisierter Strahl auf die Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A gemäß den Pfeilen A eingestrahlt, so dass die Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A aktiviert wird, wobei eine aktivierte Oberfläche bereitgestellt wird.
  • Ferner wird, wie es in der 1(c) gezeigt ist, ein neutralisierter Strahl auf die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 gemäß den Pfeilen D eingestrahlt. Dann werden, wie es in der 2(a) gezeigt ist, die aktivierte Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 und die aktivierte Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A direkt miteinander verbunden, so dass ein verbundener Körper 5 erhalten wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche 4b des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 des verbundenen Körpers 5 ferner einem Polieren unterzogen, so dass die Dicke des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A geringer gemacht wird, wie es in der 2(b) gezeigt ist, so dass ein verbundener Körper 5A erhalten wird. 4c stellt eine polierte Oberfläche dar.
  • Wie es in der 2(c) gezeigt ist, werden vorgegebene Elektroden 6 auf der polierten Oberfläche 4c des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A gebildet, so dass eine Akustikwellenvorrichtung 7 hergestellt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Verbindungsschicht 2A eine Zusammensetzung von Si(1-x)Ox (x stellt den Sauerstoffanteil dar) auf. Dabei ist, wie es in der 3 gezeigt ist, der Sauerstoffanteil xO an einem zentralen Teil in der Dickenrichtung der Verbindungsschicht 2A höher als der Sauerstoffanteil xB an dem Endteil (Umgebung einer Grenzfläche B) der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 (4A) und der Sauerstoffanteil xA an dem Endteil (Umgebung einer Grenzfläche A) der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des Trägersubstrats 1. Ferner wird der Sauerstoffanteil xO an dem zentralen Teil in der Dickenrichtung der Verbindungsschicht 2A auf 0,013 oder höher und 0,666 oder niedriger eingestellt. Es ist daher möglich, eine Akustikwellenvorrichtung 7 mit einer hohen Verbindungsfestigkeit und einem hohen Q-Wert bereitzustellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der maximale Wert des Sauerstoffanteils x in der Verbindungsschicht 2A 0,013 oder höher und 0,666 oder niedriger. Daher kann der Q-Wert beträchtlich verbessert werden und die Verbindungsfestigkeit des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4(4A) auf dem Trägersubstrat 1 kann verbessert werden. Diesbezüglich kann der maximale Wert des Sauerstoffanteils x in der Verbindungsschicht 2A vorzugsweise 0,05 oder höher sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der 4 bis 6 wird eine Verbindungsschicht 12A auf einem Trägersubstrat 1 gebildet und die Verbindungsschicht 12A wird mit einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 verbunden. D.h., wie es in der 4(a) gezeigt ist, es wird eine Verbindungsschicht 12 auf der Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 bereitgestellt. Dabei kann eine Unebenheit auf einer Oberfläche 12a der Verbindungsschicht 12 vorliegen.
  • Dann wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Oberfläche 12a der Verbindungsschicht 12 einem Einebnungsvorgang zur Bildung einer flachen Oberfläche 12b der Verbindungsschicht 12A unterzogen, wie es in der 4(b) gezeigt ist. Durch diesen Einebnungsvorgang wird die Dicke der Verbindungsschicht 12 normalerweise geringer gemacht, so dass eine dünnere Verbindungsschicht 12A bereitgestellt wird (vgl. die 4(b)). Der Einebnungsvorgang wird jedoch nicht zwangsläufig durchgeführt. Dann wird der neutralisierte Strahl auf die Oberfläche 12b der Verbindungsschicht 12A gemäß den Pfeilen C eingestrahlt, so dass die Oberfläche der Verbindungsschicht 12A zur Bereitstellung einer aktivierten Oberfläche aktiviert wird.
  • Ferner wird, wie es in der 4(c) gezeigt ist, ein neutralisierter Strahl D auf eine Oberfläche eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 eingestrahlt, so dass die Oberfläche zur Bereitstellung einer aktivierte Oberfläche 4a aktiviert wird. Dann werden, wie es in der 5(a) gezeigt ist, die aktivierte Oberfläche 12b der Verbindungsschicht 12A und die Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 direkt miteinander verbunden, so dass ein verbundener Körper 15 erhalten wird (vgl. die 5(a)). Danach wird, wie es in den 5(b) und 5(c) gezeigt ist, die Oberfläche 4b des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 des verbundenen Körpers 15 ferner einem Polieren unterzogen, so dass ein verbundener Körper 15A erhalten wird, und vorgegebene Elektroden 6 werden auf der polierten Oberfläche 4c des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A gebildet, so dass eine Akustikwellenvorrichtung 17 erzeugt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in einem schematischen Diagramm gezeigt ist, das in der 6 gezeigt ist, ist der Sauerstoffanteil xO an dem zentralen Teil in der Dickenrichtung der Verbindungsschicht 12A höher als der Sauerstoffanteil xB an dem Endteil der Verbindungsschicht 12A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4(4A) und der Sauerstoffanteil xA an dem Endteil der Verbindungsschicht 12A auf der Seite des Trägersubstrats 1. Ferner wird der Sauerstoffanteil xO an dem zentralen Teil in der Dickenrichtung der Verbindungsschicht 12A auf 0,013 oder höher und 0,666 oder niedriger eingestellt. Daher kann eine Akustikwellenvorrichtung 17 mit einer hohen Verbindungsfestigkeit und einem hohen Q-Wert bereitgestellt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Grenzfläche A zwischen dem Trägersubstrat 1 und der Verbindungsschicht 2A die Grenzfläche, die durch direktes Verbinden gebildet wird. Die 1 bis 3 beziehen sich auf diese Ausführungsform. Ferner ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Sauerstoffanteil xA an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des Trägersubstrats 1 0,001 oder höher und 0,408 oder niedriger. Daher kann die Verbindungsfestigkeit weiter verbessert werden und der Q-Wert bei einem hohen Wert gehalten werden. Diesbezüglich kann der Sauerstoffanteil xA an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des Trägersubstrats 1 vorzugsweise 0,005 oder höher oder 0,3 oder niedriger sein.
  • Ferner ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Grenzfläche B zwischen dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4(4A) und der Verbindungsschicht 12A die Grenzfläche, die durch das direkte Verbinden gebildet worden ist. Die 4 bis 6 betreffen diese Ausführungsform. Dabei ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Sauerstoffanteil xB an dem Endteil (Umgebung der Grenzfläche B) der Verbindungsschicht 12A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 12A 0,001 oder höher und 0,408 oder niedriger. Daher kann die Verbindungsfestigkeit weiter verbessert werden und der Q-Wert bei einem hohen Wert gehalten werden. Diesbezüglich kann der Sauerstoffanteil xB an dem Endteil der Verbindungsschicht 12A auf der Seite des Trägersubstrats 4 (4A) vorzugsweise 0,005 oder höher oder 0,3 oder niedriger sein.
  • Ferner sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sowohl der Sauerstoffanteil xB an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A oder 12A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 (4A) als auch der Sauerstoffanteil xA an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A oder 12A auf der Seite des Trägersubstrats 1 0,001 oder höher und 0,408 oder niedriger. Daher kann die Verbindungsfestigkeit weiter verbessert werden und der Q-Wert bei einem hohen Wert gehalten werden. Diesbezüglich können sowohl der Sauerstoffanteil xB an dem Endteil der Verbindungsschicht 2 oder 2A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 (4A) als auch der Sauerstoffanteil xA an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A oder 12A auf der Seite des Trägersubstrats 1 vorzugsweise 0,005 oder höher oder 0,3 oder niedriger sein.
  • Ferner werden der Sauerstoffanteil xB an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A oder 12A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 2A oder 12A, der Sauerstoffanteil xA an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A oder 12A auf der Seite des Trägersubstrats 1 und der Sauerstoffanteil xO an dem zentralen Teil in der Dickenrichtung der Verbindungsschicht 2A oder 12A so gemessen, wie es in dem Beispielabschnitt beschrieben ist.
  • Jeweilige Bestandteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detaillierter beschrieben.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Trägersubstrat 1 aus einem polykristallinen keramischen Material oder einkristallinen Material zusammengesetzt. Das einkristalline Material, welches das Trägersubstrat 1 bildet, kann vorzugsweise Silizium und Saphir sein. Ferner kann das polykristalline keramische Material vorzugsweise ein Material sein, das aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Kordierit, lichtdurchlässigem Aluminiumoxid und Sialon, ausgewählt ist.
  • Insbesondere können als die Materialien des piezoelektrischen Einkristalls 4 und 4A Einkristalle aus Lithiumtantalat (LT), Lithiumniobat (LN), einer festen Lösung aus Lithiumniobat-Lithiumtantalat, Quarz und Lithiumborat genannt werden. Von diesen ist LT oder LN mehr bevorzugt. Da LT oder LN eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Oberflächenakustikwelle und einen großen elektromechanischen Kopplungsfaktor aufweist, ist es zur Verwendung in einer piezoelektrischen Oberflächenakustikwellenvorrichtung für Hochfrequenz- und Breitbandfrequenzanwendungen bevorzugt. Ferner ist die senkrechte Richtung der Hauptoberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A nicht speziell beschränkt. In dem Fall, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 oder 4A z.B. aus LT hergestellt ist, ist es bevorzugt, das Substrat von der Y-Achse zur Z-Achse bezogen auf die X-Achse, die eine Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle ist, aufgrund eines niedrigen Ausbreitungsverlusts um 36 bis 47° (beispielsweise 42°) gedreht zu verwenden. In dem Fall, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 aus LN hergestellt ist, ist es bevorzugt, das Substrat von der Y-Achse zur Z-Achse bezogen auf die X-Achse, die eine Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle ist, aufgrund eines niedrigen Ausbreitungsverlusts um 60 bis 68° (beispielsweise 64°) gedreht zu verwenden. Ferner kann, obwohl die Größe des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A nicht speziell beschränkt ist, beispielsweise der Durchmesser 50 bis 150 mm betragen und die Dicke kann 0,2 bis 60 µm betragen.
  • Der spezifische elektrische Widerstand der Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A kann vorzugsweise 4,8 × 103 Ω · cm oder höher, mehr bevorzugt 5,8 × 103 Ω · cm oder höher und besonders bevorzugt 6,2 × 103 Ω · cm oder höher sein. Ferner beträgt der spezifische elektrische Widerstand der Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A im Allgemeinen 1,0 × 108 Ω · cm oder weniger.
  • Obwohl die Dicke T der Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A nicht speziell beschränkt ist, kann sie im Hinblick auf die Herstellungskosten vorzugsweise 0,01 bis 10 µm und mehr bevorzugt 0,05 bis 0,5 um betragen.
  • Obwohl das Filmbildungsverfahren der Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A nicht speziell beschränkt ist, können ein Sputterverfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) und ein Gasphasenabscheidungsverfahren genannt werden. Dabei wird besonders bevorzugt während eines Reaktivsputterns unter Verwendung eines Sputtertargets aus Si die Menge des Sauerstoffgases, das in eine Kammer strömt, so eingestellt, dass die Sauerstoffanteile (x) in der Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A eingestellt werden können. D.h., während der Filmbildung einer einzelnen Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A kann die Menge des Sauerstoffgases erhöht werden, so dass der Sauerstoffanteil x erhöht wird, und kann vermindert werden, so dass der Sauerstoffanteil x vermindert wird.
  • Obwohl spezifische Bedingungen zur Herstellung der Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A abhängig von der Spezifikation der Kammer in einer geeigneten Weise ausgewählt werden, wird gemäß eines bevorzugten Beispiels der Gesamtdruck auf 0,28 bis 0,34 Pa eingestellt, der Partialdruck von Sauerstoff wird auf 1,2 × 10-3 bis 5,7 × 10-2 Pa eingestellt und die Filmbildungstemperatur wird auf Umgebungstemperatur eingestellt. Ferner ist Si, das mit B dotiert ist, ein Beispiel für das Si-Target.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Oberfläche 12b der Verbindungsschicht 12 oder 12A und die Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 direkt miteinander verbunden, oder die Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2 oder 2A und die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 werden direkt miteinander verbunden. In diesem Fall kann der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche 2b oder 12b der Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A vorzugsweise 1 nm oder kleiner und mehr bevorzugt 0,3 nm oder kleiner sein. Ferner kann der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder der Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 vorzugsweise 1 nm oder kleiner und mehr bevorzugt 0,3 nm oder kleiner sein. Dadurch wird die Verbindungsfestigkeit des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder des Trägersubstrats 1 und der Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A weiter verbessert.
  • Das Verfahren des Einebnens der Oberflächen 2b und 12b der Verbindungsschichten 2, 2A, 12 und 12A und der Oberflächen 4a und 1a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 und des Trägersubstrats 1 umfassen ein Läppen, ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder dergleichen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2 oder 2A und die Oberfläche 4a oder 1a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder des Trägersubstrats 1 durch einen neutralisierten Strahl aktiviert werden. Insbesondere in dem Fall, bei dem die Oberfläche 2b oder 12b der Verbindungsschicht 2, 2A, 12 oder 12A, die Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 eine flache Oberfläche ist, kann das direkte Verbinden einfach durchgeführt werden.
  • Wenn die Aktivierung der Oberflächen unter Verwendung des neutralisierten Strahls durchgeführt wird, ist die Verwendung eines Systems, das im Patentdokument 3 beschrieben ist, zum Erzeugen des neutralisierten Strahls, der eingestrahlt wird, bevorzugt. D.h., als die Strahlquelle wird eine Hochgeschwindigkeitsatomstrahlquelle des Sattelfeldtyps verwendet. Dann wird ein Inertgas in die Kammer eingebracht und eine Hochspannung wird an Elektroden von einer elektrischen Gleichstromquelle angelegt. Dadurch verursacht ein elektrisches Feld des Sattelfeldtyps, das zwischen der Elektrode (positive Elektrode) und einem Gehäuse (negative Elektrode) erzeugt wird, eine Bewegung von Elektronen, e, so dass Atom- und lonenstrahlen, die von dem Inertgas stammen, erzeugt werden. Von den Strahlen, die ein Gitter erreichen, wird der lonenstrahl an dem Gitter neutralisiert und der Strahl von neutralen Atomen wird von der Hochgeschwindigkeitsatomstrahlquelle emittiert. Atomspezies, die den Strahl bilden, können vorzugsweise ein Inertgas (Argon, Stickstoff oder dergleichen) sein.
  • In dem Aktivierungsschritt durch die Bestrahlung mit dem Strahl kann die Spannung vorzugsweise auf 0,5 bis 2,0 kV eingestellt werden und der Strom kann vorzugsweise auf 50 bis 200 mA eingestellt werden.
  • Dann werden die aktivierten Oberflächen in einer Vakuumatmosphäre miteinander in Kontakt gebracht und verbunden. Die Temperatur zu diesem Zeitpunkt kann Umgebungstemperatur, insbesondere 40 °C oder niedriger und mehr bevorzugt 30 °C oder niedriger sein. Ferner kann die Temperatur während des Verbindens mehr bevorzugt 20 °C oder höher und 25 °C oder niedriger sein. Der Druck beim Verbinden beträgt vorzugsweise 100 bis 20000 N.
  • Die Anwendung von jedem der verbundenen Körper 5, 5A, 15 und 15A der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell beschränkt und er kann vorzugsweise als Akustikwellenvorrichtung oder optische Vorrichtung angewandt werden.
  • Als Akustikwellenvorrichtungen 7 und 17 ist eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung, eine Vorrichtung des Lambwellentyps, ein Dünnfilmresonator (FBAR) oder dergleichen bekannt. Beispielsweise wird die Oberflächenakustikwellenvorrichtung durch Bereitstellen von eingangsseitigen IDT- (Interdigitalwandler-) Elektroden (auch als Kammelektroden oder ineinandergreifende Elektroden bezeichnet) zum Oszillieren einer Oberflächenakustikwelle und von IDT-Elektroden auf der Ausgangsseite zum Empfangen der Oberflächenakustikwelle auf der Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats hergestellt. Durch Anlegen eines Hochfrequenzsignals an die IDT-Elektroden auf der Eingangsseite wird ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt, so dass die Oberflächenakustikwelle auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat oszilliert wird und sich ausbreitet. Dann wird die ausgebreitete Oberflächenakustikwelle als elektrisches Signal von den IDT-Elektroden auf der Ausgangsseite entnommen, die in der Ausbreitungsrichtung bereitgestellt ist.
  • Ein Metallfilm kann auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A bereitgestellt werden. Nachdem die Vorrichtung des Lamb-Typs als Akustikwellenvorrichtung hergestellt worden ist, spielt der Metallfilm die Rolle des Verbesserns des elektromechanischen Kopplungsfaktors in der Nähe der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats. In diesem Fall weist die Vorrichtung des Lamb-Typs die Struktur auf, bei der ineinandergreifende Elektroden auf der Oberfläche 4b oder 4c des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A ausgebildet sind und der Metallfilm auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 oder 4A durch einen Hohlraum freiliegt, der in dem Trägerkörper 1 bereitgestellt ist. Materialien für solche Metallfilme umfassen z.B. Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, Gold oder dergleichen. Ferner kann in dem Fall, bei dem die Lambwellenvorrichtung hergestellt wird, ein Verbundsubstrat verwendet werden, welches das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 oder 4A ohne den Metallfilm auf der unteren Oberfläche aufweist.
  • Ferner können ein Metallfilm und ein Isolierfilm auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A bereitgestellt werden. Der Metallfilm spielt die Rolle von Elektroden in dem Fall, bei dem der Dünnfilmresonator als die Akustikwellenvorrichtung hergestellt wird. In diesem Fall weist der Dünnfilmresonator die Struktur auf, bei der Elektroden auf der oberen und unteren Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A ausgebildet sind und in dem Isolierfilm eine Kavität ausgebildet ist, so dass der Metallfilm auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 oder 4A freiliegt. Materialien für solche Metallfilme umfassen z.B. Molybdän, Ruthenium, Wolfram, Chrom, Aluminium oder dergleichen. Ferner umfassen Materialien der Isolierfilme Siliziumdioxid, Phosphorsilikatglas, Borphosphorsilikatglas oder dergleichen.
  • Ferner können als optische Vorrichtung eine optische Schaltvorrichtung, eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und eine optische Moduliervorrichtung genannt werden. Ferner kann in dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 oder 4A eine periodische Domäneninversionsstruktur ausgebildet sein.
  • In dem Fall, bei dem die vorliegende Erfindung auf die optische Vorrichtung angewandt wird, kann die Größe der optischen Vorrichtung vermindert werden. Ferner kann insbesondere in dem Fall, bei dem die periodische Domäneninversionsstruktur ausgebildet ist, die Verschlechterung der periodischen Domäneninversionsstruktur durch eine Wärmebehandlung verhindert werden. Ferner weisen die Materialien der Verbindungsschichten 2, 2A, 12 und 12A der vorliegenden Erfindung eine sehr gute Isolation auf, die Erzeugung einer Domäneninversion während der Verarbeitung durch den neutralisierten Strahl vor dem Verbinden wird verhindert und die Form der periodischen Domäneninversionsstruktur, die in dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 oder 4A ausgebildet ist, wird kaum gestört.
  • BEISPIELE
  • (Experiment A)
  • Es wurden die verbundenen Körper 5 und 5A und die Akustikwellenvorrichtung 7 der jeweiligen Beispiele, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, gemäß den Verfahren erzeugt, die unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben worden sind.
  • Insbesondere wurde ein Lithiumtantalat-Substrat (LT-Substrat) mit einem OF-Teil, einem Durchmesser von 4 Zoll und einer Dicke von 250 µm als das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 verwendet. Es wurde ein 46°-Y-geschnittenes X-Ausbreitung-LT-Substrat, in dem die Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle (SAW) auf X eingestellt ist und der Schnittwinkel eine gedrehte Y-Schnittplatte ist, als LT-Substrat verwendet. Die Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 wurde einem Oberflächenspiegelglanzpolieren unterzogen, so dass der arithmetische Mittenrauwert Ra 0,3 nm erreichte. Ferner wird Ra durch ein Rasterkraftmikroskop (AFM) in einem Sichtfeld von 10 µm × 10 µm gemessen.
  • Dann wurde die Verbindungsschicht 2 als Film auf der Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 durch ein Gleichstromsputterverfahren gebildet. Mit Bor dotiertes Si wurde als Target verwendet. Ferner wurde Sauerstoffgas als Sauerstoffquelle eingebracht. Dabei wurde die Menge des eingebrachten Sauerstoffgases verändert, so dass der Gesamtdruck der Atmosphäre und der Partialdruck von Sauerstoff in einer Kammer verändert wurden, so dass der Sauerstoffanteil (x) in der Verbindungsschicht 2 verändert wird. Die Dicke der Verbindungsschicht 2 wurde auf 100 bis 200 nm eingestellt. Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche 2a der Verbindungsschicht 2 betrug 0,2 bis 0,6 nm. Dann wurde die Verbindungsschicht 2 einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) unterzogen, so dass die Filmdicke auf 80 bis 190 µm eingestellt wurde und Ra auf 0,08 bis 0,4 nm eingestellt wurde.
  • Ferner wurde als das Trägersubstrat 1 das Trägersubstrat 1 hergestellt, das aus Si zusammengesetzt war und den Teil mit flacher Orientierung (OF), einen Durchmesser von 4 Zoll und eine Dicke von 500 µm aufwies. Die Oberflächen 1a und 1b des Trägersubstrats 1 wurden durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) fertigbearbeitet, so dass die jeweiligen arithmetischen Mittenrauwerte Ra 0,2 nm erreichten.
  • Dann wurden die flache Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A und die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 gereinigt, so dass eine Verunreinigung entfernt wurde, worauf es in eine Vakuumkammer eingebracht wurde. Nach einer Evakuierung auf eine Größenordnung von 10-6 Pa wurde ein Hochgeschwindigkeitsatomstrahl (bei einer Beschleunigungsspannung von 1 kV und einer Ar-Flussrate von 27 sccm) für 120 Sekunden auf die Verbindungsoberflächen 1a und 2b der jeweiligen Substrate eingestrahlt. Dann wurden nach dem Inkontaktbringen der mit dem Strahl bestrahlten Oberfläche (aktivierten Oberfläche) 2b der Verbindungsschicht 2A und der aktivierten Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 die Substrate 1 und 4 durch Beaufschlagen mit Druck bei 10000 N für 2 Minuten verbunden (vgl. die 2(a)). Dann wurden die so erhaltenen verbundenen Körper 5 der jeweiligen Beispiele für 20 Stunden bei 100 °C erwärmt.
  • Dann wurde die Oberfläche 4b des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 einem Schleifen und Polieren unterzogen, so dass die Dicke von den anfänglichen 250 µm auf 1 µm geändert wurde, wobei der verbundene Körper 5A erhalten wurde (vgl. die 2(b)).
  • Die folgenden Eigenschaften wurden für die so erhaltenen verbundenen Körper 5A und Akustikwellenvorrichtungen 7 bewertet.
  • (Sauerstoffanteil (x) in der Verbindungsschicht 2A)
  • Die Verbindungsschicht 2A wurde gemäß den folgenden Bedingungen durch eine Rutherford-Rückstreuspektrometrie bewertet.
  • System: Von National Electrostatics Corporation geliefert, „Pelletron 3SDH“
  • Bedingungen:
    • Auftreffendes Ion: 4 He++
    • Auftreffenergie: 2300 keV
    • Auftreffwinkel: 0 bis 4 Grad
    • Streuwinkel: 110 Grad
    • Probenstrom: 10 nA
    • Strahlgröße: 2 mm Ø
    • Drehung in der Ebene: Keine
    • Bestrahlungsmenge: 70 µC
  • Die so erhaltenen Ergebnisse wurden analysiert, so dass die Verteilung von Elementen in der Tiefenrichtung der Verbindungsschicht 2A erhalten wurde. Die folgenden Parameter wurden für die Analyse verwendet.
  • Filmdicke der Verbindungsschicht 2A:
    • Ein Wert, der durch ein optisches kontaktloses Filmdickenmessgerät (NANOMETRICS Incorporated, nano-spec-Filmdickenmessgerät, Modell 5000) gemessen worden ist.
  • Atomzahldichte von Lithiumtantalat: 9,52 × 1022 Atome/cm3.
  • Der gemessene Wert der Filmdicke der so erhaltenen Verbindungsschicht 2A, die vorstehend beschrieben worden ist, und die Verteilung von Elementen (einschließlich die Verteilung von Sauerstoffanteilen) in der Richtung der Tiefe (Dicke) der Verbindungsschicht 2A wurden miteinander verglichen, so dass der Sauerstoffanteil xB an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A, der Sauerstoffanteil xO an dem zentralen Teil der Verbindungsschicht 2A und der Sauerstoffanteil xA der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des Trägersubstrats 1 erhalten wurden.
  • Dabei sind die Messwerte der Sauerstoffanteile xB und xA an den jeweiligen Endteilen jeweils Messwerte in einem Bereich einer Dicke von 5 nm von jeder der jeweiligen Grenzflächen.
  • Ferner steht der zentrale Teil der Verbindungsschicht 2A für die Mitte der gesamten Filmdicke der Verbindungsschicht 2A, die in der vorstehend beschriebenen Weise durch das Filmdickenmessgerät gemessen worden ist (mit anderen Worten, die Position, bei der eine Distanz zwischen der Grenzfläche A und dem zentralen Teil der Verbindungsschicht 2A mit einer Distanz zwischen der Grenzfläche B und dem zentralen Teil der Verbindungsschicht 2B im Wesentlichen identisch ist).
  • (Verbindungsfestigkeit)
  • Die Verbindungsfestigkeiten der verbundenen Körper 5A der jeweiligen Beispiele wurden durch das Rissöffnungsverfahren gemessen.
  • (Q-Wert)
  • Dann wurde die Akustikwellenvorrichtung 7 hergestellt und der Q-Wert wurde gemessen.
  • Insbesondere wurden die IDT-Elektroden 6 zum Erzeugen der Oberflächenakustikwelle durch einen Photolithographieschritt gebildet. Die Elektroden 6 wurden gebildet, worauf ein Zerteilen in kleine Teile erfolgte, so dass Akustikwellenvorrichtungschips mit jeweiligen Größen von 5 mm in der Ausbreitungsrichtung und 4 mm in der vertikalen Richtung erhalten wurden.
  • Die Messergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
    Material des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 4 Sauerstoffanteil (x) von Si(1-x)Ox der Verbindungsschicht 2A Material des Trägersubstrats 1 Durch direktes Verbinden gebildete Grenzfläche Verbindungsfestigkeit (J/m2) Q-Wert
    Endteil auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A Zentraler Teil Endteil auf der Seite des Trägersubstrats 1
    Erfindungsgemäßes Beispiel 1 LT 0,001 0,013 0,001 Si Si(1-x)Ox//Si 1,5 1700
    Vergleichsbeispiel 1 LT 0,007 0,007 0,007 Si Si(1-x)Ox//Si 1,5 1200
    Vergleichsbeispiel 2 LT 0,001 0,009 0,001 Si Si(1-x)Ox//Si 1,5 1100
  • Bei einem Vergleich des erfindungsgemäßen Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 waren die Anforderungen der vorliegenden Erfindung erfüllt und die Verbindungsfestigkeit und der Q-Wert waren gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 hoch (Q-Wert: 1700). Andererseits war gemäß dem Vergleichsbeispiel 1, bei dem der Sauerstoffanteil x in der Verbindungsschicht 2A konstant war, obwohl der Durchschnittswert des Sauerstoffanteils in der gesamten Verbindungsschicht 2A mit demjenigen in dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 vergleichbar war, der Q-Wert beträchtlich vermindert (Q-Wert: 1200). Gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 wies, obwohl der Sauerstoffanteil xO an dem zentralen Teil der Verbindungsschicht 2A höher ist als der Sauerstoffanteil xA an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des Trägersubstrats 1 und der Sauerstoffanteil xB an dem Endteil der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A, dieser einen niedrigen Wert von 0,009 auf, so dass der Q-Wert beträchtlich vermindert war (Q-Wert: 1100).
  • (Experiment B)
  • Der verbundene Körper 5A und die Akustikwellenvorrichtung 7 wurden gemäß einem Verfahren hergestellt, das demjenigen von Experiment A entsprach. Der Sauerstoffanteil x in der Verbindungsschicht 5A wurde jedoch in dem Experiment A so geändert, wie es in der Tabelle 2 gezeigt ist. Die Verbindungsfestigkeiten und Q-Werte der so erhaltenen verbundenen Körper 5A und Akustikwellenvorrichtungen 7 wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie im Experiment A gemessen und die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
    Material des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 4 Sauerstoffanteil (x) von Si(1-x)Ox der Verbindungsschicht 2A Material des Trägersubstrats 1 Durch direktes Verbinden gebildete Grenzfläche Verbindungsfestigkeit (J/m2) Q-Wert
    Endteil auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A Zentraler Teil Endteil auf der Seite des Trägersubstrats 1
    Erfindungsgemäßes Beispiel 2 LT 0,001 0,666 0,001 Si Si(1-x)Ox//Si 1,5 2000
    Erfindungsgemäßes Beispiel 3 LT 0,408 0,666 0,408 Si Si(1-x)Ox//Si 1,5 2000
    Vergleichsbeispiel 3 LT 0,001 0,001 0,001 Si Si(1-x)Ox//Si 1,5 1000
    Vergleichsbeispiel 4 LT 0,333 0,333 0,333 Si Si(1-x)Ox//Si 1,5 1900
    Vergleichsbeispiel 5 LT 0,666 0,666 0,666 Si Si(1-x)Ox//Si 0,3 -
  • Bei einem Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele 2 und 3 und der Vergleichsbeispiele 3 bis 5 wurden hohe Verbindungsfestigkeiten und Q-Werte gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 2 und 3 erhalten (beide Q-Werte: 2000). Im Gegensatz dazu war bei dem Vergleichsbeispiel 3, da der Sauerstoffanteil x in der Verbindungsschicht 2A konstant war und der Sauerstoffanteil x in der Verbindungsschicht 2A einen niedrigen Wert von 0,001 aufwies, der Q-Wert niedrig (Q-Wert: 1000). Ferner war gemäß dem Vergleichsbeispiel 5, da der Sauerstoffanteil x in der Verbindungsschicht 2A konstant war und der Sauerstoffanteil x in der Verbindungsschicht 2A einen hohen Wert von 0,666 aufwies, die Verbindungsfestigkeit niedrig, so dass die Akustikwellenvorrichtung nicht hergestellt werden konnte. Gemäß dem Vergleichsbeispiel 4 war, da der Sauerstoffanteil x in der Verbindungsschicht 2A konstant war und 0,333 betrug, der Q-Wert verglichen mit denjenigen der erfindungsgemäßen Beispiele 2 und 3 schlechter (Q-Wert: 1900).
  • (Experiment C)
  • Der verbundene Körper 5A und die Akustikwellenvorrichtung 7 wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie im Experiment A hergestellt. Das Material des Trägersubstrats 1 wurde jedoch in dem erfindungsgemäßen Beispiel 2 des Experiments B geändert, wie es in der Tabelle 3 gezeigt ist. D.h., das Material des Trägersubstrats 1 wurde zu Saphir in dem erfindungsgemäßen Beispiel 4, Mullit in dem erfindungsgemäßen Beispiel 5, Kordierit in dem erfindungsgemäßen Beispiel 6, einem lichtdurchlässigen Aluminiumoxid-Sinterkörper in dem erfindungsgemäßen Beispiel 7 und Sialon in dem erfindungsgemäßen Beispiel 8 geändert. Die Verbindungsfestigkeiten und Q-Werte der so erhaltenen verbundenen Körper 5A und Akustikwellenvorrichtungen 7 wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie im Experiment A gemessen und die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
    Material des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 4 Sauerstoffanteil (x) von Si(1-x)Ox der Verbindungsschicht 2A Material des Trägersubstrats 1 Durch direktes Verbinden gebildete Grenzfläche Verbindungsfestigkeit (J/m2) Q-Wert
    Endteil auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A Zentraler Teil Endteil auf der Seite des Trägersubstrats 1
    Erfindungsgemäßes Beispiel 4 LT 0,001 0,666 0,001 Saphir Si(1-x)Ox// Saphir 1,5 2200
    Erfindungsgemäßes Beispiel 5 LT 0,001 0,666 0,001 Mullit Si(1-x)Ox// Mullit 1,5 2500
    Erfindungsgemäßes Beispiel 6 LT 0,001 0,666 0,001 Kordierit Si(1-x)Ox// Kordierit 1,5 2500
    Erfindungsgemäßes Beispiel 7 LT 0,001 0,666 0,001 Lichtdurchlässiges Aluminiumoxid Si(1-x)Ox// Lichtdurchlässiges Aluminiumoxid 1,5 2300
    Erfindungsgemäßes Beispiel 8 LT 0,001 0,666 0,001 Sialon Si(1-x)Ox// Sialon 1,5 2500
  • Gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 4 bis 8 wurde das Material des Trägersubstrats 1 zu Saphir oder verschiedenen Arten der keramischen Materialien geändert und es wurde bestätigt, dass die hohen Verbindungsfestigkeiten und Q-Werte erhalten wurden (Q-Wert: 2200 in dem erfindungsgemäßen Beispiel 4, Q-Wert: 2500 in dem erfindungsgemäßen Beispiel 5, Q-Wert: 2500 in dem erfindungsgemäßen Beispiel 6, Q-Wert: 2300 in dem erfindungsgemäßen Beispiel 7 und Q-Wert: 2500 in dem erfindungsgemäßen Beispiel 8).
  • Ferner wurden, obwohl die erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 bezogen auf die verbundenen Körper 5A und die Akustikwellenvorrichtung 7 beschrieben sind, entsprechende Ergebnisse in den Beispielen der verbundenen Körper 15A und der Akustikwellenvorrichtungen 17 erhalten.

Claims (6)

  1. Verbundener Körper (5, 15), umfassend: ein Trägersubstrat (1), das ein polykristallines keramisches Material oder ein einkristallines Material umfasst; ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat (4); und eine Verbindungsschicht (2, 12), die zwischen dem Trägersubstrat (1) und dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat (4) bereitgestellt ist, wobei die Verbindungsschicht (2, 12) eine Zusammensetzung von Si(1-x)Ox (x gibt den Sauerstoffanteil an) aufweist, wobei der Sauerstoffanteil x an einem zentralen Teil in einer Dickenrichtung der Verbindungsschicht (2, 12) höher ist als der Sauerstoffanteil x an einem Endteil der Verbindungsschicht (2, 12) auf einer Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats (4) und ein Sauerstoffanteil x an einem Endteil der Verbindungsschicht (2, 12) auf einer Seite des Trägersubstrats (1), und wobei der Sauerstoffanteil x an dem zentralen Teil in der Dickenrichtung der Verbindungsschicht (2, 12) 0,013 oder höher und 0,666 oder niedriger ist.
  2. Verbundener Körper (5, 15) nach Anspruch 1, wobei eine Grenzfläche des Trägersubstrats (1) und der Verbindungsschicht (2, 12) eine Grenzfläche ist, die durch direktes Verbinden ausgebildet worden ist, und wobei der Sauerstoffanteil x an dem Endteil der Verbindungsschicht (2, 12) auf der Seite des Trägersubstrats (1) 0,001 oder höher und 0,408 oder niedriger ist.
  3. Verbundener Körper (5, 15) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat (4) und der Verbindungsschicht (2, 12) eine Grenzfläche ist, die durch direktes Verbinden ausgebildet worden ist, und wobei der Sauerstoffanteil x an dem Endteil der Verbindungsschicht (2, 12) auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats (4) 0,001 oder höher und 0,408 oder niedriger ist.
  4. Verbundener Körper (5, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Trägersubstrat (1) ein Material umfasst, das aus der Gruppe, bestehend aus Silizium, Saphir, Mullit, Kordierit, lichtdurchlässigem Aluminiumoxid und Sialon, ausgewählt ist.
  5. Verbundener Körper (5, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das piezoelektrische Einkristallsubstrat (4) Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder eine feste Lösung aus Lithiumniobat-Lithiumtantalat umfasst.
  6. Akustikwellenvorrichtung (7, 17), umfassend: den verbundenen Körper (5, 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 5; und eine Elektrode (6), die auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat (4) bereitgestellt ist.
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