JP2003221294A - Diamond substrate for surface acoustic wave element, and surface acoustic wave element - Google Patents

Diamond substrate for surface acoustic wave element, and surface acoustic wave element

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JP2003221294A
JP2003221294A JP2002022249A JP2002022249A JP2003221294A JP 2003221294 A JP2003221294 A JP 2003221294A JP 2002022249 A JP2002022249 A JP 2002022249A JP 2002022249 A JP2002022249 A JP 2002022249A JP 2003221294 A JP2003221294 A JP 2003221294A
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diamond
surface acoustic
thin film
acoustic wave
diamond thin
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Application number
JP2002022249A
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Keiji Ishibashi
恵二 石橋
Takahiro Imai
貴浩 今井
Tomoyoshi Kamimura
智喜 上村
Daichi Kawaguchi
大致 川口
Hideaki Nakahata
英章 中幡
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diamond substrate for a surface acoustic wave element and the surface acoustic element comprising a diamond thin film that has a large propagation velocity of a surface acoustic wave and a small propagation loss to achieve a surface acoustic wave element having a good frequency response. <P>SOLUTION: A filament CVD process is used to form a diamond thin film 240 having a thickness of 20 μm on a silicon wafer 220. In this process, an adjustment is made so that the ratio I<SB>(220)</SB>/IT is 0.8 or more, wherein I<SB>(220)</SB>refers to the peak intensity for the diamond crystal face (220) and IT refers to the sum of the peak intensities for the diamond crystal faces (111), (220), (311), (400) and (331), when the diamond thin film 240 is measured by X-ray diffraction, and a hydrogen content in the diamond thin film 240 is in the range 1%-5%, by atomic percent. The diamond thin film is smoothed by a mechanical polishing using a grindstone containing diamond abrasive grains so that the arithmetical mean roughness (Ra) of the surface is 20 nm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波フィルタな
どに適用される表面弾性波素子及びかかる表面弾性波素
子に用いられるダイヤモンド基板に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device applied to a high frequency filter or the like and a diamond substrate used for such a surface acoustic wave device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年における通信分野での高周波数化に
伴い、高周波数(例えば2.5GHz)域で使用可能な
表面弾性波素子(表面弾性波素子の代表的な例として、
圧電体層上にくし型電極(IDT: Inter-Digital Transdu
cer)が形成される表面弾性波素子であって、くし型電
極と圧電体の作用により、圧電体又は圧電体以外の媒質
に表面弾性波が励振され、当該表面弾性波が検出される
装置が挙げられる。)の開発が要求される。高周波数域
で使用可能な表面弾性波素子を実現するためには、くし
型電極の電極間隔を狭くする、または表面弾性波の伝搬
速度を大きくする必要がある。くし型電極は、通常、フ
ォトリソグラフィーにより形成されるため、その微細化
には限界がある。そこで、表面弾性波の伝搬速度が大き
い媒質を実現する必要がある。
2. Description of the Related Art With the increasing frequency in the communication field in recent years, a surface acoustic wave element that can be used in a high frequency (for example, 2.5 GHz) region (as a typical example of the surface acoustic wave element,
Comb-shaped electrodes (IDT: Inter-Digital Transdu
cer) is formed in the surface acoustic wave element, and the device which detects the surface acoustic wave by exciting the surface acoustic wave into the piezoelectric body or a medium other than the piezoelectric body by the action of the comb-shaped electrode and the piezoelectric body. Can be mentioned. ) Development is required. In order to realize a surface acoustic wave device that can be used in a high frequency range, it is necessary to narrow the electrode spacing of the comb-shaped electrodes or increase the propagation velocity of the surface acoustic wave. Since the comb electrodes are usually formed by photolithography, there is a limit to their miniaturization. Therefore, it is necessary to realize a medium in which the propagation velocity of surface acoustic waves is high.

【0003】ダイヤモンドは、物質中で最も大きな弾性
率をもつため、これを媒質とする表面弾性波の伝搬速度
は大きい。そこで、従来、高周波数域で使用可能な表面
弾性波素子として、表面弾性波の媒質であるダイヤモン
ド薄膜上に圧電体層が形成され、さらに圧電体層上にく
し形電極が形成された表面弾性波素子が用いられてい
た。
Since diamond has the highest elastic modulus in a substance, the propagation velocity of surface acoustic waves using this as a medium is high. Therefore, conventionally, as a surface acoustic wave element that can be used in a high frequency region, a surface acoustic wave in which a piezoelectric layer is formed on a diamond thin film that is a medium of the surface acoustic wave, and a comb-shaped electrode is further formed on the piezoelectric layer. Wave elements were used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ダイヤモンド薄膜を用いた表面弾性波素子には、ダイヤ
モンド薄膜における表面弾性波の伝搬損失が大きいため
に、挿入損失が大きくなるという問題点があった。
However, the conventional surface acoustic wave device using the diamond thin film has a problem that the insertion loss becomes large because the propagation loss of the surface acoustic wave in the diamond thin film is large. .

【0005】また、表面弾性波素子用ダイヤモンド基板
においては、高周波数域での使用を可能にするため、表
面弾性波の高速の伝搬速度(好ましくは9000m/s
以上)が望まれる。
Further, in the surface acoustic wave element diamond substrate, in order to enable use in a high frequency range, the surface acoustic wave has a high propagation speed (preferably 9000 m / s).
Above) is desired.

【0006】さらには、高周波フィルタなどに適用され
る表面弾性波素子としては、優れた周波数特性、すなわ
ち大きなQ値(好ましくは700以上)が望まれる。な
お、ここでQ値とは、Q=f0/Δf;半値全幅Δf=
1−f2によって定義される。ただし、f0は表面弾性
波素子における共振周波数を意味し、f1、f2は、それ
ぞれ、f0の高周波数側、低周波数側において、振幅が
0における振幅の2-1 /2倍になる周波数(振幅強度で
は1/2になる周波数)を意味する。
Further, a surface acoustic wave device applied to a high frequency filter or the like is desired to have excellent frequency characteristics, that is, a large Q value (preferably 700 or more). Here, the Q value means Q = f 0 / Δf; full width at half maximum Δf =
Defined by f 1 -f 2 . However, f 0 denotes the resonance frequency in the surface acoustic wave device, f 1, f 2, respectively, the high frequency side of the f 0, the low-frequency side, 2-1 / 2 times the amplitude of the amplitude at f 0 It means that the frequency becomes (frequency that becomes 1/2 in amplitude intensity).

【0007】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、表面弾性波の伝搬速度が大きく、かつ
伝搬損失が小さいダイヤモンド薄膜であって、周波数特
性の優れた表面弾性波素子を実現させるダイヤモンド薄
膜を備える表面弾性波素子用ダイヤモンド基板及び表面
弾性波素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and provides a surface acoustic wave device which is a diamond thin film having a large propagation velocity of surface acoustic waves and a small propagation loss, and having excellent frequency characteristics. An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device and a diamond substrate for a surface acoustic wave device, which is provided with a diamond thin film to be realized.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のダイヤモンド基板は、基板と、基板上に形
成されるダイヤモンド薄膜により構成される表面弾性波
素子用ダイヤモンド基板であって、ダイヤモンド薄膜の
水素含有量が原子比で1%以上5%以下であり、ダイヤ
モンド薄膜の表面の算術平均粗さ(Ra)が20nm以
下であり、ダイヤモンド薄膜をX線回析測定した際のダ
イヤモンド結晶面(220)のピーク強度I(220)と、ダ
イヤモンド結晶面(111)、(220)、(31
1)、(400)及び(331)のピーク強度の合計IT
との比I(220)/ITが0.8以上であることを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the diamond substrate of the present invention is a diamond substrate for a surface acoustic wave device, comprising a substrate and a diamond thin film formed on the substrate, The hydrogen content of the diamond thin film is 1% or more and 5% or less in atomic ratio, the arithmetic mean roughness (Ra) of the surface of the diamond thin film is 20 nm or less, and the diamond crystal when the diamond thin film is measured by X-ray diffraction The peak intensity I (220) of the plane ( 220) and the diamond crystal planes (111), (220), (31
Sum of peak intensities of 1), (400) and (331) I T
The ratio I (220) / I T of the is equal to or less than 0.8.

【0009】ダイヤモンド薄膜の形成過程で水素が取り
込まれると、水素が炭素の結合に介在し、ダイヤモンド
薄膜の結晶性を低下させる。特に水素含有量が30%程
度の場合、ダイヤモンド薄膜がダイヤモンド・ライク・
カーボン(DLC)のようなアモルファス構造になりや
すい。ダイヤモンド薄膜の水素含有量が大きい場合、ダ
イヤモンド薄膜の硬度低下(弾性率低下)により表面弾
性波の伝搬速度が小さくなる。
When hydrogen is taken in during the formation of the diamond thin film, the hydrogen intervenes in the bond of carbon and reduces the crystallinity of the diamond thin film. Especially when the hydrogen content is about 30%, the diamond thin film is diamond-like.
It tends to have an amorphous structure like carbon (DLC). When the hydrogen content of the diamond thin film is large, the propagation velocity of the surface acoustic wave becomes small due to the decrease in hardness (reduction in elastic modulus) of the diamond thin film.

【0010】他方、ダイヤモンド薄膜の水素含有量が小
さい場合、ダイヤモンド薄膜における結晶性が良いこと
により結晶粒界での表面弾性波の散乱が大きくなり、伝
搬損失が増加する。
On the other hand, when the hydrogen content of the diamond thin film is small, the crystallinity of the diamond thin film is good, so that the scattering of surface acoustic waves at the grain boundaries becomes large and the propagation loss increases.

【0011】また、ダイヤモンド薄膜の表面が粗いと、
表面弾性波の散乱が大きくなり、伝搬損失が増加する。
If the surface of the diamond thin film is rough,
The scattering of surface acoustic waves becomes large and the propagation loss increases.

【0012】Q値を大きくするためには、くし型電極の
対数を増加させるなど表面弾性波素子の設計を改善する
ことも考えられるが、その場合表面弾性波素子の挿入損
失が大きくなるという問題点がある。そこで、Q値を大
きくするためには、ダイヤモンド薄膜の構成条件を限定
することにより、好適な表面弾性波の伝搬速度及び伝搬
損失を維持しつつQ値を大きくすることが望ましい。
In order to increase the Q value, it is possible to improve the design of the surface acoustic wave device by increasing the number of pairs of comb electrodes, but in that case, the insertion loss of the surface acoustic wave device increases. There is a point. Therefore, in order to increase the Q value, it is desirable to limit the constituent conditions of the diamond thin film to increase the Q value while maintaining a suitable propagation velocity and propagation loss of the surface acoustic wave.

【0013】本発明者は、鋭意研究の結果、ダイヤモン
ド薄膜の水素含有量が原子比で1%以上5%以下であ
り、かつダイヤモンド薄膜の表面の算術平均粗さ(R
a)が20nm以下であるとき、表面弾性波の好ましい
伝搬速度と伝搬損失を同時に実現できることを知見し
た。さらに、ダイヤモンド薄膜をX線回析測定した際の
ダイヤモンド結晶面(220)のピーク強度I(220)と、
ダイヤモンド結晶面(111)、(220)、(31
1)、(400)及び(331)のピーク強度の合計IT
との比I(220)/ITが0.8以上であるとき、好適な表面
弾性波の伝搬速度及び伝搬損失を維持しつつQ値が好適
なレベルに大きくなることを知見した。
As a result of earnest studies, the present inventor has found that the hydrogen content of the diamond thin film is 1% or more and 5% or less in atomic ratio, and the arithmetic average roughness (R
It has been found that when a) is 20 nm or less, preferable propagation velocity and propagation loss of surface acoustic waves can be realized at the same time. Furthermore, the peak intensity I (220) of the diamond crystal plane (220) when X-ray diffraction measurement was performed on the diamond thin film,
Diamond crystal faces (111), (220), (31
Sum of peak intensities of 1), (400) and (331) I T
It has been found that when the ratio I (220) / IT of 0.8 or more is 0.8 or more, the Q value increases to a suitable level while maintaining a suitable propagation velocity and propagation loss of the surface acoustic wave.

【0014】本発明の表面弾性波素子用ダイヤモンド基
板は、ダイヤモンド薄膜が、ラマン分光分析において、
波数1333cm-1付近にピークを有し、ピークの半値
幅が10cm-1以上であることが好適である。
In the diamond substrate for surface acoustic wave device of the present invention, the diamond thin film is
Has a peak in the vicinity of a wave number of 1333 cm -1, it is preferable that the half value width of the peak is 10 cm -1 or more.

【0015】ダイヤモンド薄膜の水素含有量が少なく、
ダイヤモンド薄膜の結晶性が良い場合、すなわちSP2
性の結合の割合が小さい場合は、ラマン分光分析におけ
るピークの半値幅が減少する。この場合は、結晶粒界で
の表面弾性波の散乱が大きくなり、伝搬損失が増加す
る。
The diamond film has a low hydrogen content,
When the crystallinity of the diamond thin film is good, that is, SP 2
When the proportion of sexual bonds is small, the half-width of the peak in Raman spectroscopy is reduced. In this case, the scattering of surface acoustic waves at the crystal grain boundaries becomes large, and the propagation loss increases.

【0016】本発明者は、鋭意研究の結果、ダイヤモン
ド薄膜が、ラマン分光分析において、波数1333cm
-1付近にピークを有し、ピークの半値幅が10cm-1
上であるとき、更に好適な表面弾性波の伝搬損失を実現
できることを知見した。
As a result of earnest research by the present inventor, the diamond thin film was found to have a wave number of 1333 cm in Raman spectroscopic analysis.
It has been found that a more suitable propagation loss of the surface acoustic wave can be realized when it has a peak near -1 and the half width of the peak is 10 cm -1 or more.

【0017】本発明の表面弾性波素子用ダイヤモンド基
板は、ダイヤモンド薄膜の荷重500gで測定したヌー
プ硬度が6000kgf/mm2以上8500kgf/
mm2以下であることが好適である。
The diamond substrate for a surface acoustic wave device of the present invention has a Knoop hardness of 6000 kgf / mm 2 or more and 8500 kgf /
It is preferably not more than mm 2 .

【0018】ダイヤモンド薄膜の硬度が小さい場合、表
面弾性波の伝搬速度が低くなる。
When the hardness of the diamond thin film is low, the propagation velocity of surface acoustic waves becomes low.

【0019】他方、ダイヤモンド薄膜の硬度が大きい場
合、すなわちダイヤモンド薄膜の結晶性が良いとき、結
晶粒界での表面弾性波の散乱が大きくなり、伝搬損失が
増加する。
On the other hand, when the hardness of the diamond thin film is high, that is, when the crystallinity of the diamond thin film is good, the scattering of surface acoustic waves at the crystal grain boundaries becomes large and the propagation loss increases.

【0020】本発明者は、鋭意研究の結果、ダイヤモン
ド薄膜の荷重500gで測定したヌープ硬度が6000
kgf/mm2以上8500kgf/mm2以下であると
き、更に好適な表面弾性波の伝搬速度と伝搬損失を同時
に実現できることを知見した。
As a result of earnest studies, the present inventor has found that the Knoop hardness of a diamond thin film measured under a load of 500 g is 6000.
When kgf / mm 2 or more 8500kgf / mm 2 or less, and knowledge to be able to realize further propagation speed and propagation loss of suitable surface acoustic wave at the same time.

【0021】本発明の表面弾性波素子用ダイヤモンド基
板は、ダイヤモンド薄膜におけるダイヤモンド結晶の平
均粒径が1μm以下であることが好適である。
In the diamond substrate for surface acoustic wave device of the present invention, it is preferable that the diamond crystal has an average grain size of 1 μm or less.

【0022】ダイヤモンド結晶の平均粒径が大きいと、
表面弾性波が散乱されやすくなり、伝搬損失が増大す
る。
When the average grain size of diamond crystals is large,
Surface acoustic waves are easily scattered and propagation loss increases.

【0023】本発明者は、鋭意研究の結果、ダイヤモン
ド薄膜におけるダイヤモンド結晶の平均粒径が1μm以
下であるとき、更に好適な表面弾性波の伝搬損失を実現
できることを知見した。
As a result of earnest research, the present inventor has found that when the average grain size of the diamond crystals in the diamond thin film is 1 μm or less, more suitable surface acoustic wave propagation loss can be realized.

【0024】本発明の表面弾性波素子用ダイヤモンド基
板は、ダイヤモンド薄膜の表面の算術平均粗さ(Ra)
が10nm以下であることが好適である。
The diamond substrate for a surface acoustic wave device of the present invention has an arithmetic mean roughness (Ra) of the surface of a diamond thin film.
Is preferably 10 nm or less.

【0025】本発明者は、鋭意研究の結果、ダイヤモン
ド薄膜の表面の算術平均粗さ(Ra)が10nm以下で
あるとき、更に好適な表面弾性波の伝搬損失を実現でき
ることを知見した。
As a result of earnest research, the present inventor has found that when the arithmetic average roughness (Ra) of the surface of the diamond thin film is 10 nm or less, a more suitable propagation loss of the surface acoustic wave can be realized.

【0026】上記目的を達成するために、本発明の表面
弾性波素子は、上記いずれかに記載の表面弾性波素子用
ダイヤモンド基板の上に圧電体薄膜が形成され、圧電体
薄膜の上にくし型電極が形成されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the surface acoustic wave device of the present invention, a piezoelectric thin film is formed on a diamond substrate for a surface acoustic wave device according to any one of the above, and a comb is formed on the piezoelectric thin film. A mold electrode is formed.

【0027】また、本発明の表面弾性波素子は、上記い
ずれかに記載の表面弾性波素子用ダイヤモンド基板の上
にくし型電極が形成され、くし型電極が形成されたダイ
ヤモンド基板の上に圧電体薄膜が形成されることが好適
である。
In the surface acoustic wave device of the present invention, the comb-shaped electrode is formed on the diamond substrate for surface acoustic wave device according to any one of the above, and the piezoelectric is formed on the diamond substrate on which the comb-shaped electrode is formed. It is preferable that a body thin film is formed.

【0028】本発明の表面弾性波素子が、上記いずれか
に記載の表面弾性波素子用ダイヤモンド基板を備えるこ
とにより、好適な表面弾性波の伝搬速度、伝搬損失及び
Q値を同時に実現できる。
When the surface acoustic wave device of the present invention is provided with any one of the above-mentioned diamond substrates for surface acoustic wave devices, it is possible to simultaneously realize a suitable surface acoustic wave propagation velocity, propagation loss and Q value.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の表面弾性波素子用ダイヤモンド基板及び当該表面弾
性波素子用ダイヤモンド基板を適用した表面弾性波素子
の好適な実施形態について詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the surface acoustic wave element diamond substrate of the present invention and the surface acoustic wave element to which the surface acoustic wave element diamond substrate of the present invention is applied will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. explain.

【0030】図1は、本実施形態の表面弾性波素子10
0の模式斜視図である。図2は、図1に示す表面弾性波
素子100のII―II線に沿った断面図である。
FIG. 1 shows a surface acoustic wave device 10 of this embodiment.
It is a schematic perspective view of 0. FIG. 2 is a cross-sectional view of the surface acoustic wave device 100 shown in FIG. 1 taken along the line II-II.

【0031】表面弾性波素子100は、本実施形態のダ
イヤモンド基板200と、ダイヤモンド基板200上に
形成される圧電体薄膜120(ダイヤモンド基板200
と圧電体薄膜120との間には中間層が形成されてもよ
い。)と、圧電体薄膜120上に形成されるくし型電極
140及びくし型電極160とにより構成される。ダイ
ヤモンド基板200は、シリコンウェハ220とダイヤ
モンド薄膜240とにより構成される。なお、本発明の
表面弾性波素子は、ダイヤモンド基板の上にくし型電極
を形成した上で、ダイヤモンド基板の上に更に圧電体薄
膜を形成することにより作製してもよい。
The surface acoustic wave device 100 includes a diamond substrate 200 of this embodiment and a piezoelectric thin film 120 (diamond substrate 200 formed on the diamond substrate 200.
An intermediate layer may be formed between and the piezoelectric thin film 120. ) And a comb-shaped electrode 140 and a comb-shaped electrode 160 formed on the piezoelectric thin film 120. The diamond substrate 200 is composed of a silicon wafer 220 and a diamond thin film 240. The surface acoustic wave device of the present invention may be manufactured by forming a comb-shaped electrode on a diamond substrate and then further forming a piezoelectric thin film on the diamond substrate.

【0032】シリコンウェハ220の表面にCVD(化
学的気相成長)法、熱フィラメントCVD法、マイクロ
波プラズマCVD法、高周波プラズマCVD法、DCプ
ラズマジェト法などによりダイヤモンド薄膜240が形
成される。成膜の際、ダイヤモンド薄膜240の水素含
有量が原子比で1%以上5%以下であり、かつX線回析
測定した際のダイヤモンド結晶面(220)のピーク強
度I(220)と、ダイヤモンド結晶面(111)、(22
0)、(311)、(400)及び(331)のピーク
強度の合計ITとの比I(220)/ITが0.8以上になるよう
に調整される。ここで、図5にダイヤモンド基板のX線
回析チャートの一例を示す。なお、この例では、I(220)
/ITは0.66であり、本発明の範囲とは異なる。
The diamond thin film 240 is formed on the surface of the silicon wafer 220 by the CVD (chemical vapor deposition) method, the hot filament CVD method, the microwave plasma CVD method, the high frequency plasma CVD method, the DC plasma jet method, or the like. At the time of film formation, the hydrogen content of the diamond thin film 240 is 1% or more and 5% or less in atomic ratio, and the peak intensity I (220) of the diamond crystal plane (220) at the time of X-ray diffraction measurement, and the diamond Crystal plane (111), (22
0), (311), it is adjusted to be the (400) and (331 ratio I (220 of the total I T of the peak intensity of)) / I T is 0.8 or more. Here, FIG. 5 shows an example of an X-ray diffraction chart of the diamond substrate. Note that in this example, I (220)
/ I T is 0.66, different from the scope of the present invention.

【0033】成膜されたダイヤモンド薄膜240の表面
は、算術平均粗さ(Ra)が20nm以下(より好まし
くは10nm以下)になるよう、研磨により平滑化され
る。研磨方法は、ダイヤモンド砥粒を含む砥石を使った
機械研磨により行うことができる。または、研磨による
平滑化に代えて、ダイヤモンド薄膜240の成膜時の結
晶粒径をナノメータオーダに微細化し、算術平均粗さ
(Ra)が20nm以下(より好ましくは10nm以
下)にしてもよい。なお、研磨により表面の粗さを低減
するためには、砥石は、ボンドの表面からダイヤモンド
砥粒の先端平坦面までの距離が小さく、ダイヤモンド砥
粒の先端平坦面の面積が大きいことが好ましい。
The surface of the formed diamond thin film 240 is smoothed by polishing so that the arithmetic mean roughness (Ra) is 20 nm or less (more preferably 10 nm or less). The polishing method can be performed by mechanical polishing using a grindstone containing diamond abrasive grains. Alternatively, instead of smoothing by polishing, the crystal grain size at the time of forming the diamond thin film 240 may be reduced to the nanometer order, and the arithmetic average roughness (Ra) may be 20 nm or less (more preferably 10 nm or less). In order to reduce the surface roughness by polishing, it is preferable that the grindstone has a small distance from the surface of the bond to the flat end surface of the diamond abrasive grain and a large area of the flat end surface of the diamond abrasive grain.

【0034】なお、ダイヤモンド薄膜240を形成する
ための基板の材質は、シリコンに限られるものではな
く、GaAs、SiC、AlN、InP、GaNのほか
に、Si34、Moなどのセラミックスや金属を用いる
ことができる。また、用途により、超硬合金、サーメッ
トを用いることができる。
The material of the substrate for forming the diamond thin film 240 is not limited to silicon, but in addition to GaAs, SiC, AlN, InP and GaN, ceramics and metals such as Si 3 N 4 and Mo. Can be used. Cemented carbide and cermet can be used depending on the application.

【0035】また、ダイヤモンド薄膜240は、次に掲
げる(1)ないし(3)の条件を満たすことが好適であ
る。
The diamond thin film 240 preferably satisfies the following conditions (1) to (3).

【0036】(1)波長514.5nmのArレーザを
用いたラマン分光分析において、波数1333cm-1
近にピークを有し、当該ピークの半値幅が10cm-1
上であること。 (2)荷重500gで測定したヌープ硬度が6000k
gf/mm2以上8500kgf/mm2以下であるこ
と。 (3)ダイヤモンド結晶の平均粒径が1μm以下である
こと。
[0036] (1) In the Raman spectroscopic analysis using an Ar laser with a wavelength of 514.5 nm, has a peak near the wave number 1333 cm -1, the half-value width of the peak is 10 cm -1 or more. (2) Knoop hardness measured at a load of 500g is 6000k
gf / mm 2 or more and 8500 kgf / mm 2 or less. (3) The average grain size of diamond crystals is 1 μm or less.

【0037】上記により得られたダイヤモンド基板20
0の表面にCVD法、マイクロ波プラズマCVD法、P
VD(物理的気相成長)法、スパッタリング法、イオン
プレーティング法、レーザーアブレーション法などによ
り圧電体薄膜120が形成される。圧電体としては、A
lN、ZnO、LiNbO3、LiTaO3、KNb
3、PZT(PbZrxTi(1-x)3)などが用いられ
る。
Diamond substrate 20 obtained as described above
0, CVD method, microwave plasma CVD method, P
VD (physical vapor deposition) method, sputtering method, ion
By plating method, laser ablation method, etc.
The piezoelectric thin film 120 is formed. As the piezoelectric body, A
1N, ZnO, LiNbO3, LiTaO3, KNb
O 3, PZT (PbZrxTi(1-x)O3) Etc. are used
It

【0038】圧電体薄膜120の表面には、くし型電極
140及びくし型電極160が形成される。くし型電極
140は、入力端子142及び入力端子144を、くし
型電極160は、出力端子162及び出力端子164を
備える。
A comb-shaped electrode 140 and a comb-shaped electrode 160 are formed on the surface of the piezoelectric thin film 120. The comb electrode 140 includes an input terminal 142 and an input terminal 144, and the comb electrode 160 includes an output terminal 162 and an output terminal 164.

【0039】本実施形態のダイヤモンド基板200は、
ダイヤモンド薄膜240の水素含有量が原子比で5%以
下であることにより、2次セザワにおいて伝搬速度が9
000m/sという高い伝搬速度を実現する。また、ダ
イヤモンド基板200は、ダイヤモンド薄膜240の水
素含有量が原子比で1%以上であることにより、2.5
GHzの表面弾性波素子に適用された際の伝搬損失が
0.022dB/λ以下になり、(220)強度比(I
(220)/IT)が0.8以上であることにより、Q値が7
00以上になる。このような高い伝搬速度、小さい伝搬
損失、大きいQ値を同時に実現するのは本発明が初めて
であり、このダイヤモンド基板により低損失で優れた周
波数特性を持つ高周波数対応の表面弾性波素子を実現で
きる。
The diamond substrate 200 of this embodiment is
Since the hydrogen content of the diamond thin film 240 is 5% or less in atomic ratio, the propagation velocity is 9 in the secondary Sezawa.
A high propagation speed of 000 m / s is realized. In addition, the diamond substrate 200 has a hydrogen content of 1% or more in atomic ratio of the diamond thin film 240, so
When applied to a surface acoustic wave device of GHz, the propagation loss becomes 0.022 dB / λ or less, and the (220) intensity ratio (I
(220) / IT ) is 0.8 or more, the Q value is 7
00 or more. The present invention is the first time to realize such a high propagation velocity, a small propagation loss, and a large Q value at the same time, and this diamond substrate realizes a high frequency surface acoustic wave device having low loss and excellent frequency characteristics. it can.

【0040】[0040]

【実施例】以下、実施例及び比較例により、本発明の内
容を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。
The contents of the present invention will be described more specifically below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0041】(実施例1)フィラメントCVD法を用い
て、厚さ0.8mmのシリコンウェハ220上に厚さ2
0μmのダイヤモンド薄膜240を形成した。フィラメ
ントにはW線を用いた。フィラメントの温度は2100
〜2200℃程度、シリコンウェハ220の温度は70
0〜800℃程度とした。原料ガスとしては、水素及び
メタンを用いた。水素ガス流量は500〜5000sc
cmとし、メタンガス流量の水素ガス流量に対する比率
は、0.5〜5.0%とした。ガス圧力は、5〜120
torrとした。
(Example 1) Using a filament CVD method, a silicon wafer 220 having a thickness of 0.8 mm and a thickness of 2 was formed.
A 0 μm diamond thin film 240 was formed. W wire was used for the filament. Filament temperature is 2100
The temperature of the silicon wafer 220 is 70
It was set to about 0 to 800 ° C. Hydrogen and methane were used as raw material gases. Hydrogen gas flow rate is 500-5000sc
cm, and the ratio of the methane gas flow rate to the hydrogen gas flow rate was 0.5 to 5.0%. Gas pressure is 5 to 120
It was set to torr.

【0042】上記により得られたダイヤモンド基板20
0を金属ホルダに固定した後、ダイヤモンド砥粒を含む
砥石を使った機械研磨によりダイヤモンド薄膜240を
平滑化した。ダイヤモンド砥粒の平均直径が20μm、
ボンドの表面からダイヤモンド砥粒の先端平坦面までの
距離が2μm、ダイヤモンド砥粒の先端平坦面の最大長
さが6μmの砥石を用いた。研磨条件は、砥石回転数2
00rpm、ホルダ回転数200rpm、荷重4kgと
した。表1に、ダイヤモンド薄膜240の成膜条件を示
す。
Diamond substrate 20 obtained as described above
After fixing 0 to the metal holder, the diamond thin film 240 was smoothed by mechanical polishing using a grindstone containing diamond abrasive grains. The average diameter of diamond grains is 20 μm,
A grindstone having a distance from the surface of the bond to the flat end surface of the diamond abrasive grains of 2 μm and a maximum length of the flat end surface of the diamond abrasive grains of 6 μm was used. Grinding condition is 2 stone rotation
The rotation speed was 00 rpm, the holder rotation speed was 200 rpm, and the load was 4 kg. Table 1 shows film forming conditions for the diamond thin film 240.

【0043】研磨後のダイヤモンド薄膜240上に、R
Fスパッタリング法により厚さ500nmのZnO膜
(圧電体薄膜120)を形成した。
On the diamond thin film 240 after polishing, R
A ZnO film (piezoelectric thin film 120) having a thickness of 500 nm was formed by the F sputtering method.

【0044】ZnO膜上に、DCスパッタリングにより
厚さ80nmのAl膜を形成した。Al膜の一部をフォ
トリソグラフィーにより除去し、くし形電極140及び
くし形電極160を形成した。表面弾性波の波長をλ=
4μmとし、くし形電極140及びくし形電極160の
電極幅は1μm、電極交差幅は波長λの50倍、電極対
数は40対とした。
An Al film having a thickness of 80 nm was formed on the ZnO film by DC sputtering. A part of the Al film was removed by photolithography to form a comb electrode 140 and a comb electrode 160. The wavelength of the surface acoustic wave is λ =
The electrode width of the comb-shaped electrode 140 and the comb-shaped electrode 160 was 1 μm, the electrode crossing width was 50 times the wavelength λ, and the number of electrode pairs was 40.

【0045】表1に、ダイヤモンド薄膜240の(22
0)強度比、水素含有量(原子比)、表面の算術平均粗
さ(Ra)、表面弾性波の伝搬損失及び伝搬速度並びに
Q値についての実施例及び比較例を示す。なお、水素含
有量は、JAPANESE JOURNALOF APPLIED PHYSICS VOL23,
No.7, PP810-814に報告されている方法を用いて、赤外
吸収分析での3000cm-1付近のCHnの吸収ピーク
より求めることができる。また、表面の算術平均粗さ
(Ra)は、原子間力顕微鏡(AFM)により測定する
ことができる。
In Table 1, the diamond film 240 (22
0) Examples and comparative examples of the intensity ratio, hydrogen content (atomic ratio), arithmetic average roughness (Ra) of the surface, propagation loss and propagation velocity of surface acoustic waves, and Q value are shown. The hydrogen content is based on JAPANESE JOURNALOF APPLIED PHYSICS VOL23,
No.7, can use the methods reported in PP810-814, determined from the absorption peak of CH n near 3000 cm -1 in the infrared absorption analysis. The arithmetic average roughness (Ra) of the surface can be measured by an atomic force microscope (AFM).

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】実施例1−1ないし1−5では、ダイヤモ
ンド薄膜240の(220)強度比を0.80以上、水
素含有量を原子比で1%以上5%以下に調整し、かつ表
面の算術平均粗さ(Ra)が20nm以下になるように
研磨することにより、好適な伝搬損失、伝搬速度及びQ
値(2.5GHzの表面弾性波の伝搬損失が0.022
dB/λ以下であり、かつ2次セザワ波の伝搬速度が9
000m/s以上、Q値が700以上)が実現された。
このようなダイヤモンド基板200を適用することによ
り、2.5GHz以上の高周波数域でも使用可能で、挿
入損失が小さくかつ優れた周波数特性を有する表面弾性
波素子が実現される。
In Examples 1-1 to 1-5, the (220) intensity ratio of the diamond thin film 240 was adjusted to 0.80 or more, the hydrogen content was adjusted to 1% to 5% in atomic ratio, and the surface arithmetic was performed. By polishing so that the average roughness (Ra) is 20 nm or less, suitable propagation loss, propagation velocity and Q
Value (propagation loss of surface acoustic wave of 2.5 GHz is 0.022
dB / λ or less and the propagation velocity of the second-order Sezawa wave is 9
000 m / s or more, Q value of 700 or more) was realized.
By applying such a diamond substrate 200, a surface acoustic wave device that can be used in a high frequency range of 2.5 GHz or more, has a small insertion loss, and has excellent frequency characteristics is realized.

【0048】比較例1−1及び1−2では、それぞれ、
(220)強度比が0.75、0.71と小さいためQ
値が小さくなるという問題が生じた。比較例1−3で
は、水素含有量が0.3%と少なく、結晶粒界での表面
弾性波の散乱が大きいため伝搬損失が増大するという問
題が生じた。比較例1−4では、表面の算術平均粗さ
(Ra)が25nmと大きく、表面弾性波の散乱が大き
いため伝搬損失が増大するという問題が生じた。比較例
1−5では、水素含有量が6.8%と大きく、ダイヤモ
ンド薄膜240の硬度低下(弾性率低下)により伝搬速
度が低下するという問題が生じた。
In Comparative Examples 1-1 and 1-2, respectively,
(220) Since the strength ratio is as small as 0.75 and 0.71, Q
The problem that the value becomes small occurred. In Comparative Example 1-3, the hydrogen content was as small as 0.3%, and there was a problem that the propagation loss was increased because the surface acoustic waves were largely scattered at the crystal grain boundaries. In Comparative Example 1-4, there was a problem that the arithmetic average roughness (Ra) of the surface was as large as 25 nm and the scattering of the surface acoustic wave was large, so that the propagation loss increased. In Comparative Example 1-5, the hydrogen content was as large as 6.8%, and there was a problem that the propagation speed was lowered due to the decrease in hardness (decrease in elastic modulus) of the diamond thin film 240.

【0049】(実施例2)周波数2.45GHzのマイ
クロ波CVD法を用いて、厚さ1.0mmのシリコンウ
ェハ220上に厚さ20μmのダイヤモンド薄膜240
を形成した。シリコンウェハ220の温度は700〜8
00℃程度とした。原料ガスとしては、水素及びメタン
を用いた。水素ガス流量は500〜5000sccmと
し、メタンガス流量の水素ガス流量に対する比率は、
0.5〜5.0%とした。ガス圧力は、5〜120to
rrとした。
(Embodiment 2) Using a microwave CVD method with a frequency of 2.45 GHz, a diamond thin film 240 with a thickness of 20 μm is formed on a silicon wafer 220 with a thickness of 1.0 mm.
Was formed. The temperature of the silicon wafer 220 is 700 to 8
It was set to about 00 ° C. Hydrogen and methane were used as raw material gases. The hydrogen gas flow rate is 500 to 5000 sccm, and the ratio of the methane gas flow rate to the hydrogen gas flow rate is
It was set to 0.5 to 5.0%. Gas pressure is 5-120 to
rr.

【0050】ダイヤモンド薄膜240の表面を、実施例
1と同様に、研磨により平滑化した。また、実施例1と
同様に、ダイヤモンド基板200を適用して表面弾性波
素子100を作製した。
The surface of the diamond thin film 240 was smoothed by polishing in the same manner as in Example 1. In addition, as in Example 1, the surface acoustic wave device 100 was manufactured by applying the diamond substrate 200.

【0051】表2に、ダイヤモンド薄膜240の(22
0)強度比、水素含有量、表面の算術平均粗さ(R
a)、ラマン分光分析におけるピークの半値幅、表面弾
性波の伝搬損失及び伝搬速度並びにQ値についての実施
例及び比較例を示す。図3にダイヤモンド薄膜のラマン
分光分析におけるスペクトルの例を示す。図3に示され
る波数1333cm-1付近のピークが、ダイヤモンドの
ピークである。当該ピークにはラマン効果により幅がで
きる。
In Table 2, the diamond film 240 (22
0) Strength ratio, hydrogen content, surface arithmetic mean roughness (R
Examples and comparative examples of a), peak half width in Raman spectroscopy, propagation loss and propagation velocity of surface acoustic waves, and Q value are shown. FIG. 3 shows an example of a spectrum in Raman spectroscopic analysis of a diamond thin film. The peak near the wave number of 1333 cm −1 shown in FIG. 3 is the peak of diamond. The peak has a width due to the Raman effect.

【0052】[0052]

【表2】 [Table 2]

【0053】実施例2−1ないし2−3では、ピークの
半値幅が10cm-1以上になるようにダイヤモンド薄膜
240の結晶性を調整することにより、好適な伝搬損
失、伝搬速度及びQ値(2.5GHzの表面弾性波の伝
搬損失が0.022dB/λ以下であり、かつ2次セザ
ワ波の伝搬速度が9000m/s以上、Q値が700以
上)が実現された。このようなダイヤモンド基板200
を適用することにより、2.5GHz以上の高周波数域
でも使用可能で、挿入損失が小さくかつ優れた周波数特
性を有する表面弾性波素子が実現される。
In Examples 2-1 to 2-3, by adjusting the crystallinity of the diamond thin film 240 so that the half-value width of the peak is 10 cm -1 or more, suitable propagation loss, propagation velocity and Q value ( The propagation loss of the surface acoustic wave of 2.5 GHz is 0.022 dB / λ or less, the propagation velocity of the secondary Sezawa wave is 9000 m / s or more, and the Q value is 700 or more). Such a diamond substrate 200
By applying, a surface acoustic wave device that can be used even in a high frequency range of 2.5 GHz or higher, has a small insertion loss, and has excellent frequency characteristics is realized.

【0054】比較例2−1及び2−2では、それぞれ、
ピークの半値幅が5cm-1、8cm -1と小さく、表面弾
性波の散乱が大きいため伝搬損失が増大するという問題
が生じた。比較例2−3では、(220)強度比、水素
含有量及び表面粗さ(Ra)の値は好適であるが、半値
幅が9cm-1と小さく、伝搬損失を減少させる効果が相
対的に小さかった。
In Comparative Examples 2-1 and 2-2, respectively,
Half-width of peak is 5 cm-1, 8 cm -1And small, surface bullet
Propagation loss increases due to large scattering of sex waves
Occurred. In Comparative Example 2-3, (220) intensity ratio, hydrogen
Values of content and surface roughness (Ra) are suitable, but half value
9 cm wide-1And the effect of reducing the propagation loss
On the contrary, it was small.

【0055】(実施例3)フィラメントCVD法を用い
て、厚さ0.8mmのシリコンウェハ220上に厚さ2
0μmのダイヤモンド薄膜240を形成した。フィラメ
ントにはW線を用いた。フィラメントの温度は2100
〜2200℃程度、シリコンウェハ220の温度は70
0〜800℃程度とした。原料ガスとしては、水素及び
メタンを用いた。水素ガス流量は500〜5000sc
cmとし、メタンガス流量の水素ガス流量に対する比率
は、0.5〜5.0%とした。ガス圧力は、5〜120
torrとした。
(Embodiment 3) A silicon wafer 220 having a thickness of 0.8 mm and a thickness of 2 is formed by using the filament CVD method.
A 0 μm diamond thin film 240 was formed. W wire was used for the filament. Filament temperature is 2100
The temperature of the silicon wafer 220 is 70
It was set to about 0 to 800 ° C. Hydrogen and methane were used as raw material gases. Hydrogen gas flow rate is 500-5000sc
cm, and the ratio of the methane gas flow rate to the hydrogen gas flow rate was 0.5 to 5.0%. Gas pressure is 5 to 120
It was set to torr.

【0056】ダイヤモンド薄膜240の表面を、実施例
1と同様に、研磨により平滑化した。また、実施例1と
同様に、ダイヤモンド基板200を適用して表面弾性波
素子100を作製した。
The surface of the diamond thin film 240 was smoothed by polishing in the same manner as in Example 1. In addition, as in Example 1, the surface acoustic wave device 100 was manufactured by applying the diamond substrate 200.

【0057】表3に、ダイヤモンド薄膜240の(22
0)強度比、水素含有量、表面の算術平均粗さ(R
a)、硬度(荷重500gで測定したヌープ硬度)、表
面弾性波の伝搬損失及び伝搬速度並びにQ値についての
実施例及び比較例を示す。
In Table 3, the diamond film 240 (22
0) Strength ratio, hydrogen content, surface arithmetic mean roughness (R
Examples and comparative examples of a), hardness (Knoop hardness measured at a load of 500 g), propagation loss and propagation velocity of surface acoustic waves, and Q value are shown.

【0058】[0058]

【表3】 [Table 3]

【0059】実施例3−1ないし3−3では、ダイヤモ
ンド薄膜240の荷重500gで測定したヌープ硬度が
6000kgf/mm2以上8500kgf/mm2以下
になるように調整することにより、好適な伝搬損失、伝
搬速度及びQ値(2.5GHzの表面弾性波の伝搬損失
が0.022dB/λ以下であり、かつ2次セザワ波の
伝搬速度が9000m/s以上、Q値が700以上)が
実現された。このようなダイヤモンド基板200を適用
することにより、2.5GHz以上の高周波数域でも使
用可能で、挿入損失が小さくかつ優れた周波数特性を有
する表面弾性波素子が実現される。
In Examples 3-1 to 3-3, by adjusting the Knoop hardness of the diamond thin film 240 measured under a load of 500 g to be 6000 kgf / mm 2 or more and 8500 kgf / mm 2 or less, a suitable propagation loss, Propagation velocity and Q value (propagation loss of surface acoustic wave at 2.5 GHz is 0.022 dB / λ or less, and propagation velocity of secondary Sezawa wave is 9000 m / s or more, Q value is 700 or more) were realized. . By applying such a diamond substrate 200, a surface acoustic wave device that can be used in a high frequency range of 2.5 GHz or more, has a small insertion loss, and has excellent frequency characteristics is realized.

【0060】比較例3−1では、荷重500gで測定し
たヌープ硬度が5300kgf/mm2と小さく、伝搬
速度が低下するという問題が生じた。比較例3−2で
は、荷重500gで測定したヌープ硬度が9400kg
f/mm2と大きく、結晶粒界での表面弾性波の散乱が
大きいため伝搬損失が増大するという問題が生じた。比
較例3−3では、(220)強度比、水素含有量及び表
面粗さ(Ra)の値は好適であるが、荷重500gで測
定したヌープ硬度が5500kgf/mm2と小さく、
伝搬速度を上昇させる効果が相対的に小さかった。比較
例3−4では、(220)強度比、水素含有量及び表面
粗さ(Ra)の値は好適であるが、荷重500gで測定
したヌープ硬度が8700kgf/mm2と大きく、伝
搬損失を減少させる効果が相対的に小さかった。
In Comparative Example 3-1, the Knoop hardness measured with a load of 500 g was as small as 5300 kgf / mm 2, and there was a problem that the propagation velocity was lowered. In Comparative Example 3-2, the Knoop hardness measured with a load of 500 g was 9400 kg.
The f / mm 2 is large and the scattering of the surface acoustic waves at the crystal grain boundaries is large, which causes a problem that the propagation loss is increased. In Comparative Example 3-3, the values of (220) strength ratio, hydrogen content and surface roughness (Ra) are suitable, but the Knoop hardness measured at a load of 500 g is as small as 5500 kgf / mm 2 ,
The effect of increasing the propagation velocity was relatively small. In Comparative Example 3-4, the values of (220) strength ratio, hydrogen content and surface roughness (Ra) are suitable, but the Knoop hardness measured at a load of 500 g is as large as 8700 kgf / mm 2 and the propagation loss is reduced. The effect of making it was relatively small.

【0061】(実施例4)フィラメントCVD法を用い
て、厚さ1.0mmのシリコンウェハ220上に厚さ2
0μmのダイヤモンド薄膜240を形成した。フィラメ
ントにはW線を用いた。フィラメントの温度は2100
〜2200℃程度、シリコンウェハ220の温度は70
0〜800℃程度とした。原料ガスとしては、水素及び
メタンを用いた。水素ガス流量は500〜5000sc
cmとし、メタンガス流量の水素ガス流量に対する比率
は、0.5〜5.0%とした。ガス圧力は、5〜120
torrとした。
(Embodiment 4) Using a filament CVD method, a silicon wafer 220 having a thickness of 1.0 mm is formed with a thickness of 2 mm.
A 0 μm diamond thin film 240 was formed. W wire was used for the filament. Filament temperature is 2100
The temperature of the silicon wafer 220 is 70
It was set to about 0 to 800 ° C. Hydrogen and methane were used as raw material gases. Hydrogen gas flow rate is 500-5000sc
cm, and the ratio of the methane gas flow rate to the hydrogen gas flow rate was 0.5 to 5.0%. Gas pressure is 5 to 120
It was set to torr.

【0062】ダイヤモンド薄膜240の表面を、実施例
1と同様に、研磨により平滑化した。また、実施例1と
同様に、ダイヤモンド基板200を適用して表面弾性波
素子100を作製した。
The surface of the diamond thin film 240 was smoothed by polishing in the same manner as in Example 1. In addition, as in Example 1, the surface acoustic wave device 100 was manufactured by applying the diamond substrate 200.

【0063】表4に、ダイヤモンド薄膜240の(22
0)強度比、水素含有量、表面の算術平均粗さ(R
a)、ダイヤモンド結晶の平均粒径、表面弾性波の伝搬
損失及び伝搬速度並びにQ値についての実施例及び比較
例を示す。なお、結晶粒径は、走査型電子顕微鏡(SE
M)により測定することができる。図4にダイヤモンド
薄膜を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した例を示
す。
In Table 4, the diamond thin film 240 (22
0) Strength ratio, hydrogen content, surface arithmetic mean roughness (R
Examples and comparative examples of a), average grain size of diamond crystal, propagation loss and propagation velocity of surface acoustic wave, and Q value are shown. The crystal grain size is determined by scanning electron microscope (SE
It can be measured by M). FIG. 4 shows an example of observing the diamond thin film with a scanning electron microscope (SEM).

【0064】[0064]

【表4】 [Table 4]

【0065】実施例4−1ないし4−3では、ダイヤモ
ンド薄膜240におけるダイヤモンド結晶の平均粒径が
1μm以下になるように調整することにより、好適な伝
搬損失、伝搬速度及びQ値(2.5GHzの表面弾性波
の伝搬損失が0.022dB/λ以下であり、かつ2次
セザワ波の伝搬速度が9000m/s以上、Q値が70
0以上)が実現された。このようなダイヤモンド基板2
00を適用することにより、2.5GHz以上の高周波
数域でも使用可能で、挿入損失が小さくかつ優れた周波
数特性を有する表面弾性波素子が実現される。
In Examples 4-1 to 4-3, by adjusting the average grain size of the diamond crystals in the diamond thin film 240 to be 1 μm or less, suitable propagation loss, propagation velocity and Q value (2.5 GHz) were obtained. Has a propagation loss of 0.022 dB / λ or less, a propagation velocity of secondary Sezawa waves of 9000 m / s or more, and a Q value of 70.
0 or more) was realized. Such a diamond substrate 2
By applying 00, a surface acoustic wave device that can be used in a high frequency range of 2.5 GHz or higher, has a small insertion loss, and has excellent frequency characteristics is realized.

【0066】比較例4−1及び比較例4−2では、それ
ぞれ、ダイヤモンド薄膜240におけるダイヤモンド結
晶の平均粒径が2.0μm、3.0μmと大きく、表面
弾性波が散乱されやすくなり、伝搬損失が増大するとい
う問題が生じた。比較例4−3では、(220)強度
比、水素含有量及び表面粗さ(Ra)の値は好適である
が、ダイヤモンド薄膜240におけるダイヤモンド結晶
の平均粒径が2.0μmと大きく、伝搬損失を減少させ
る効果が相対的に小さかった。
In Comparative Example 4-1 and Comparative Example 4-2, the average grain size of the diamond crystals in the diamond thin film 240 was large at 2.0 μm and 3.0 μm, respectively, and the surface acoustic waves were easily scattered, resulting in propagation loss. There was a problem that In Comparative Example 4-3, the values of the (220) strength ratio, the hydrogen content and the surface roughness (Ra) are suitable, but the average grain size of the diamond crystals in the diamond thin film 240 is large at 2.0 μm, and the propagation loss is large. The effect of reducing the was relatively small.

【0067】(実施例5)フィラメントCVD法を用い
て、厚さ1.2mmのシリコンウェハ220上に厚さ3
0μmのダイヤモンド薄膜240を形成した。フィラメ
ントにはW線を用いた。フィラメントの温度は2100
〜2200℃程度、シリコンウェハ220の温度は70
0〜800℃程度とした。原料ガスとしては、水素及び
メタンを用いた。水素ガス流量は1500sccmと
し、メタンガス流量は60sccmとした。ガス圧力は
20torrとした。
(Embodiment 5) Using a filament CVD method, a silicon wafer 220 having a thickness of 1.2 mm has a thickness of 3 mm.
A 0 μm diamond thin film 240 was formed. W wire was used for the filament. Filament temperature is 2100
The temperature of the silicon wafer 220 is 70
It was set to about 0 to 800 ° C. Hydrogen and methane were used as raw material gases. The hydrogen gas flow rate was 1500 sccm, and the methane gas flow rate was 60 sccm. The gas pressure was 20 torr.

【0068】上記により、水素含有量が原子比で3.2
%、(220)強度比が0.88のダイヤモンド基板2
00が得られた。ダイヤモンド基板200を金属ホルダ
に固定した後、平均直径が30μmのダイヤモンド砥粒
を含む砥石を使った機械研磨によりダイヤモンド薄膜2
40を平滑化した。砥石におけるボンドの表面からダイ
ヤモンド砥粒の先端平坦面までの距離及びダイヤモンド
砥粒の先端平坦面の最大長さ並びに研磨時の荷重を表5
に示す。研磨条件は、砥石回転数200rpm、ホルダ
回転数200rpmとした。
Based on the above, the hydrogen content is 3.2 in atomic ratio.
%, (220) intensity ratio 0.88 diamond substrate 2
00 was obtained. After fixing the diamond substrate 200 to the metal holder, the diamond thin film 2 is mechanically polished by using a grindstone containing diamond abrasive grains having an average diameter of 30 μm.
40 was smoothed. Table 5 shows the distance from the surface of the bond in the grindstone to the flat end surface of the diamond abrasive grain, the maximum length of the flat end surface of the diamond abrasive grain, and the load during polishing.
Shown in. The polishing conditions were a grindstone rotation speed of 200 rpm and a holder rotation speed of 200 rpm.

【0069】実施例1と同様に、ダイヤモンド基板20
0を適用して表面弾性波素子100を作製した。
Similar to the first embodiment, the diamond substrate 20 is used.
0 was applied to produce the surface acoustic wave device 100.

【0070】表5に、ダイヤモンド薄膜240の表面の
算術平均粗さ(Ra)、表面弾性波の伝搬損失及び伝搬
速度並びにQ値についての実施例及び比較例を示す。
Table 5 shows examples and comparative examples of arithmetic mean roughness (Ra) of the surface of the diamond thin film 240, propagation loss and propagation velocity of surface acoustic waves, and Q value.

【0071】[0071]

【表5】 [Table 5]

【0072】実施例5−1ないし5−3では、ダイヤモ
ンド薄膜240の表面の算術平均粗さ(Ra)を10n
m以下になるよう調整することにより、表面弾性波の散
乱が小さくなり、好適な伝搬損失、伝搬速度及びQ値
(2.5GHzの表面弾性波の伝搬損失が0.022d
B/λ以下であり、かつ2次セザワ波の伝搬速度が90
00m/s以上、Q値が700以上)が実現された。こ
のようなダイヤモンド基板200を適用することによ
り、2.5GHz以上の高周波数域でも使用可能で、挿
入損失が小さくかつ優れた周波数特性を有する表面弾性
波素子が実現される。
In Examples 5-1 to 5-3, the arithmetic average roughness (Ra) of the surface of the diamond thin film 240 was 10 n.
By adjusting so as to be equal to or less than m, the scattering of the surface acoustic wave becomes small, and the suitable propagation loss, propagation velocity and Q value (the propagation loss of the surface acoustic wave of 2.5 GHz is 0.022d
B / λ or less and the propagation velocity of the secondary Sezawa wave is 90
00 m / s or more and a Q value of 700 or more) were realized. By applying such a diamond substrate 200, a surface acoustic wave device that can be used in a high frequency range of 2.5 GHz or more, has a small insertion loss, and has excellent frequency characteristics is realized.

【0073】比較例5−2では、ダイヤモンド薄膜24
0の表面の算術平均粗さ(Ra)が26nmと大きく、
表面弾性波の散乱が大きくなるため伝搬損失が増大し
た。比較例5−1では、ダイヤモンド薄膜240の表面
の算術平均粗さ(Ra)が15nmと大きく、相対的
に、伝搬損失減少の効果が小さかった。
In Comparative Example 5-2, the diamond thin film 24 was used.
0 has a large arithmetic average roughness (Ra) of 26 nm,
Propagation loss increased due to the increased scattering of surface acoustic waves. In Comparative Example 5-1, the arithmetic average roughness (Ra) of the surface of the diamond thin film 240 was as large as 15 nm, and the effect of reducing the propagation loss was relatively small.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、表
面弾性波の伝搬速度が大きく、かつ伝搬損失が小さいダ
イヤモンド薄膜であって、周波数特性の優れた表面弾性
波素子を実現させるダイヤモンド薄膜を備える表面弾性
波素子用ダイヤモンド基板及び表面弾性波素子が実現さ
れる。
As described above, according to the present invention, there is provided a diamond thin film having a high propagation velocity of surface acoustic waves and a small propagation loss, which realizes a surface acoustic wave device having excellent frequency characteristics. A diamond substrate for a surface acoustic wave device and a surface acoustic wave device which are provided are realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態の表面弾性波素子100の模
式斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a surface acoustic wave device 100 according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す表面弾性波素子100のII―II線断
面図である。
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of the surface acoustic wave device 100 shown in FIG.

【図3】ダイヤモンド薄膜のラマン分光分析におけるス
ペクトルの一例である。
FIG. 3 is an example of a spectrum in Raman spectroscopic analysis of a diamond thin film.

【図4】ダイヤモンド薄膜を走査型電子顕微鏡(SE
M)で観察した一例である。
FIG. 4 Scanning electron microscope (SE
It is an example observed in M).

【図5】ダイヤモンド基板のX線回析チャートの一例で
ある。
FIG. 5 is an example of an X-ray diffraction chart of a diamond substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…表面弾性波素子、120…圧電体薄膜、14
0、160…くし型電極、142、144…入力端子、
162、164…出力端子、200…ダイヤモンド基
板、220…シリコンウェハ、240…ダイヤモンド薄
膜。
100 ... Surface acoustic wave element, 120 ... Piezoelectric thin film, 14
0, 160 ... Comb type electrodes, 142, 144 ... Input terminals,
162, 164 ... Output terminal, 200 ... Diamond substrate, 220 ... Silicon wafer, 240 ... Diamond thin film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上村 智喜 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 川口 大致 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 中幡 英章 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Fターム(参考) 4G077 AA03 AB01 BA03 DB19 DB21 EA02 ED06 FG11 HA04 HA11 5J097 AA23 EE08 FF02 GG06 HA03 HB08 KK01 KK05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Tomoki Uemura             Sumitomo, 1-1 1-1 Koyokita, Itami City, Hyogo Prefecture             Electric Industry Co., Ltd. Itami Works (72) Inventor Daiki Kawaguchi             Sumitomo, 1-1 1-1 Koyokita, Itami City, Hyogo Prefecture             Electric Industry Co., Ltd. Itami Works (72) Inventor Hideaki Nakahata             Sumitomo, 1-1 1-1 Koyokita, Itami City, Hyogo Prefecture             Electric Industry Co., Ltd. Itami Works F-term (reference) 4G077 AA03 AB01 BA03 DB19 DB21                       EA02 ED06 FG11 HA04 HA11                 5J097 AA23 EE08 FF02 GG06 HA03                       HB08 KK01 KK05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、前記基板上に形成されるダイヤ
モンド薄膜により構成される表面弾性波素子用ダイヤモ
ンド基板であって、前記ダイヤモンド薄膜の水素含有量
が原子比で1%以上5%以下であり、前記ダイヤモンド
薄膜の表面の算術平均粗さ(Ra)が20nm以下であ
り、前記ダイヤモンド薄膜をX線回析測定した際のダイ
ヤモンド結晶面(220)のピーク強度I(220)と、ダイ
ヤモンド結晶面(111)、(220)、(311)、
(400)及び(331)のピーク強度の合計ITとの比
I(220)/ITが0.8以上であることを特徴とする表面弾
性波素子用ダイヤモンド基板。
1. A diamond substrate for a surface acoustic wave device comprising a substrate and a diamond thin film formed on the substrate, wherein the hydrogen content of the diamond thin film is 1% or more and 5% or less in atomic ratio. The arithmetic mean roughness (Ra) of the surface of the diamond thin film is 20 nm or less, and the peak intensity I (220) of the diamond crystal plane (220) at the time of X-ray diffraction measurement of the diamond thin film and the diamond crystal Faces (111), (220), (311),
Ratio of peak intensities of (400) and (331) to total I T
A diamond substrate for a surface acoustic wave device, which has an I (220) / IT of 0.8 or more.
【請求項2】 前記ダイヤモンド薄膜が、ラマン分光分
析において、波数1333cm-1付近にピークを有し、
前記ピークの半値幅が10cm-1以上であることを特徴
とする請求項1記載の表面弾性波素子用ダイヤモンド基
板。
2. The diamond thin film has a peak near a wave number of 1333 cm −1 in Raman spectroscopic analysis,
The diamond substrate for a surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the half width of the peak is 10 cm -1 or more.
【請求項3】 前記ダイヤモンド薄膜の荷重500gで
測定したヌープ硬度が6000kgf/mm2以上85
00kgf/mm2以下であることを特徴とする請求項
1記載の表面弾性波素子用ダイヤモンド基板。
3. The Knoop hardness of the diamond thin film measured with a load of 500 g is 6000 kgf / mm 2 or more 85
The diamond substrate for surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the diamond substrate has a pressure of not more than 00 kgf / mm 2 .
【請求項4】 前記ダイヤモンド薄膜におけるダイヤモ
ンド結晶の平均粒径が1μm以下であることを特徴とす
る請求項1記載の表面弾性波素子用ダイヤモンド基板。
4. The diamond substrate for a surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the diamond crystals in the diamond thin film have an average grain size of 1 μm or less.
【請求項5】 前記ダイヤモンド薄膜の表面の算術平均
粗さ(Ra)が10nm以下であることを特徴とする請
求項1記載の表面弾性波素子用ダイヤモンド基板。
5. The diamond substrate for surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the diamond thin film has an arithmetic mean roughness (Ra) of 10 nm or less.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか1項に記載
の表面弾性波素子用ダイヤモンド基板の上に圧電体薄膜
が形成され、前記圧電体薄膜の上にくし型電極が形成さ
れることを特徴とする表面弾性波素子。
6. A piezoelectric thin film is formed on the diamond substrate for a surface acoustic wave device according to claim 1, and a comb-shaped electrode is formed on the piezoelectric thin film. A surface acoustic wave device characterized by:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007102444A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-13 Ebara Corporation Method for production of diamond electrodes
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JP2020096220A (en) * 2018-12-10 2020-06-18 株式会社村田製作所 Acoustic wave device, high-frequency front-end circuit, and communication device

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