JP2017098719A - Joined substrate, and elastic surface wave device using the same - Google Patents

Joined substrate, and elastic surface wave device using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joined substrate superior in temperature characteristic, which is arranged so as to suppress an unwanted response owing to the reflection of an elastic wave at a junction interface.SOLUTION: A joined substrate is arranged by joining a LiTaOsubstrate with a base. The Li concentration in a joint face at which the LiTaOsubstrate is in contact with the base is larger than the Li concentration in a surface of the joined substrate on the side of the LiTaOsubstrate. The LiTaOsubstrate has a multi-domain structure in a range on the joint face side with a large Li concentration; its Li concentration in the joint face is given by Li/(Li+Ta)×100=(50+α) mol%, where α satisfies -1.0<α<0.5, and the range is formed so as to extend to 0.5-5 times of the wavelength of a surface acoustic wave or leak surface acoustic wave from the joint face of the LiTaOsubstrate toward the surface of the joined substrate on the LiTaOsubstrate side.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、タンタル酸リチウム単結晶基板をベース基板に接合した接合基板及びこれを用いた弾性表面波デバイスに関する。   The present invention relates to a bonded substrate obtained by bonding a lithium tantalate single crystal substrate to a base substrate, and a surface acoustic wave device using the same.

携帯電話などの周波数調整・選択用の部品として、圧電基板上に弾性表面波を励起するための櫛形電極(IDT; Interdigital Transducer)が形成された弾性表面波(SAW; Surface Acoustic Wave)デバイスが用いられている。   Surface acoustic wave (SAW) devices in which interdigital transducers (IDT) for exciting surface acoustic waves are formed on piezoelectric substrates are used as components for frequency adjustment and selection such as cellular phones. It has been.

この弾性表面波デバイスには、小型で挿入損失が小さく、不要波を通さない性能が要求されるため、その材料として、タンタル酸リチウム(LiTaO; LT)やニオブ酸リチウム(LiNbO; LN)などの圧電材料が用いられる。 The surface acoustic wave device is required to have a small size, a low insertion loss, and a performance that does not pass unnecessary waves. As a material thereof, lithium tantalate (LiTaO 3 ; LT) or lithium niobate (LiNbO 3 ; LN) is used. A piezoelectric material such as is used.

近年の携帯電話で用いられる通信バンドは、バンド間の間隔が狭く、かつ個々のバンド幅が広くなる傾向があり、そのため温度が変動すると特性が変化してしまう弾性表面波デバイスにとってその温度特性の優れたものが求められている。   Communication bands used in mobile phones in recent years tend to have narrower inter-band spacings and wider individual bandwidths. Therefore, for surface acoustic wave devices whose characteristics change when the temperature changes, the temperature characteristics There is a need for something superior.

こうした要求に合致する圧電材料の一例として、例えば、非特許文献1には、タンタル酸リチウムとサファイアを接合した基板を用いることにより、弾性表面波デバイスの周波数の温度による変動を小さくできることが報告されている。   As an example of a piezoelectric material that meets these requirements, for example, Non-Patent Document 1 reports that the use of a substrate bonded with lithium tantalate and sapphire can reduce fluctuations in the frequency of the surface acoustic wave device due to temperature. ing.

M. Miura, T. Matsuda, Y. Satoh, M. Ueda, O. Ikata, Y. Ebata,and H. Takagi, “Temperature Compensated LiTaO3/SapphireBonded SAW Substrate with Low Loss and High Coupling Factor Suitable for US-PCS Application,” Proc. IEEE. Ultrason. Symp., pp. 1322-1325, 2004.M. Miura, T. Matsuda, Y. Satoh, M. Ueda, O. Ikata, Y. Ebata, and H. Takagi, “Temperature Compensated LiTaO3 / SapphireBonded SAW Substrate with Low Loss and High Coupling Factor Suitable for US-PCS Application , ”Proc. IEEE. Ultrason. Symp., Pp. 1322-1325, 2004.

特開2013−46107JP2013-46107A

しかしながら、非特許文献1で報告されている基板では、音響インピーダンスの異なる2種の部材を組み合わせるため、タンタル酸リチウム表面で励振した弾性波動が接合界面で反射し不要な応答として顕在化するという問題がある。   However, in the substrate reported in Non-Patent Document 1, since two types of members having different acoustic impedances are combined, the elastic wave excited on the lithium tantalate surface is reflected at the bonding interface and manifests as an unnecessary response. There is.

また、特許文献1によると、タンタル酸リチウム素子基板に対し、多分域から成るタンタル酸リチウム支持基板を接合することで、スプリアス応答を抑制できることが報告されている。しかしながら、スプリアス応答は抑制できるものの、素子基板と支持基板に同種のタンタル酸リチウム基板を使用しているため、素子基板に対する支持基板の向きを熱膨張率が小さい方向としても、十分な温度特性を得ることができないという問題がある。   According to Patent Document 1, it is reported that spurious response can be suppressed by bonding a lithium tantalate supporting substrate having a multi-domain to a lithium tantalate element substrate. However, although spurious response can be suppressed, since the same type of lithium tantalate substrate is used for the element substrate and the support substrate, sufficient temperature characteristics can be obtained even if the direction of the support substrate relative to the element substrate is a direction with a low coefficient of thermal expansion. There is a problem that cannot be obtained.

そこで、本発明は、前記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、温度特性に優れ、接合界面での弾性波の反射による不要な応答を抑制した接合基板及びこれを用いた弾性表面波デバイスを提供することである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a bonded substrate that has excellent temperature characteristics and suppresses unnecessary response due to reflection of elastic waves at the bonded interface, and a surface acoustic wave using the bonded substrate. Is to provide a device.

本発明者らは、接合基板を構成するLiTaO3基板について鋭意検討を重ねたところ、LiTaO3基板の接合面側のLi濃度がLiTaO3基板の表面側のLi濃度より大きいと、弾性波の波動がLi濃度の小さい領域(速度の遅い領域)へ向かおうとする性質があるため、弾性波の速度が遅いLiTaO3基板の表面側付近(Li濃度の小さい領域)にエネルギーが閉じ込められ、そこに弾性波動エネルギーが集中して、基板内部へバルク波が放射されにくくなることを見出した。また、さらに検討を行ったところ、Li濃度がより大きい接合面側の範囲を多分域状態とすることで、バルク波の反射によるスプリアス応答をより抑制することができることを知見し、本発明に至ったものである。 The present inventors have made intensive studies on LiTaO 3 substrates constituting the bonded substrate, LiTaO 3 Li concentration of the bonding surface side of the substrate is greater than the Li concentration of the surface side of the LiTaO 3 substrate, the wave of the elastic wave Has the property of moving toward a region with low Li concentration (low velocity region), so energy is confined near the surface of the LiTaO 3 substrate where the velocity of elastic waves is low (region with low Li concentration). It has been found that elastic wave energy is concentrated and bulk waves are not easily radiated into the substrate. Furthermore, further investigation has revealed that the spurious response due to the reflection of bulk waves can be further suppressed by making the range on the joint surface side where the Li concentration is larger into a multi-domain state, leading to the present invention. It is a thing.

すなわち、本発明は、LiTaO3基板とベース基板を接合して構成される接合基板であって、LiTaO3基板のベース基板と接する接合面におけるLi濃度は、接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度よりも大きく、Li濃度が大きい接合面側の範囲では多分域構造であることを特徴とするものである。 That is, the present invention provides a bonded substrate formed by bonding a LiTaO 3 substrate and the base substrate, Li concentration in the joint surfaces in contact with the base substrate LiTaO 3 substrate, Li the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate It is characterized by a multi-domain structure in the range of the bonding surface side where the Li concentration is higher than the concentration.

本発明のLiTaO3基板のベース基板と接する接合面におけるLi濃度は、Li/(Li+Ta)×100=(50+α)mol%であり、αが-0.5<α<0.5の範囲であることが好ましく、その範囲は、LiTaO3基板の接合面から接合基板のLiTaO3基板側表面に向かって、弾性表面波または漏洩弾性表面波の波長の0.5〜5倍にわたって形成されていることが好ましい。 The Li concentration at the joint surface in contact with the base substrate of the LiTaO 3 substrate of the present invention is Li / (Li + Ta) × 100 = (50 + α) mol%, and α is in the range of −0.5 <α <0.5. it is preferable, the range toward the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate from the bonding surface of the LiTaO 3 substrate, it is preferably formed over the 0.5 to 5 times the wavelength of the surface acoustic wave or leaky surface acoustic wave .

また、本発明の接合基板は、LiTaO3基板の接合面から接合基板のLiTaO3基板側表面に向かって、Li濃度が減少する範囲を有し、そのLi濃度が減少する範囲は、弾性表面波または漏洩弾性表面波の波長の1〜5倍にわたって形成されていることが好ましい。また、Li濃度が減少する範囲において、接合面側から0.5倍までの範囲が多分域構造であることが好ましく、さらには接合面側から0.8倍までの範囲が多分域構造であることがより好ましい。 The bonding substrate of the present invention, towards the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate from the bonding surface of the LiTaO 3 substrate has a range of Li concentration decreases, a range in which the Li concentration is decreased, the surface acoustic wave Alternatively, it is preferably formed over 1 to 5 times the wavelength of the leaky surface acoustic wave. In addition, in the range where the Li concentration decreases, the range from the joining surface side to 0.5 times is preferably a multi-domain structure, and further the range from the joining surface side to 0.8 times is more preferably a multi-domain structure. .

さらに、本発明の接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度は、Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β) mol%であり、βが-0.25<β<0.25の範囲であることが好ましく、その範囲は、接合基板のLiTaO3基板側表面からLiTaO3基板の接合面に向かって、弾性表面波または漏洩弾性表面波の波長の1〜10倍にわたって形成されていることが好ましい。 Further, the Li concentration of the LiTaO 3 substrate side surface of the bonding substrate of the present invention is Li / (Li + Ta) × 100 = (48.5 + β) mol%, and β is in the range of −0.25 <β <0.25. Preferably, the range is formed from 1 to 10 times the wavelength of the surface acoustic wave or leaky surface acoustic wave from the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate toward the bonded surface of the LiTaO 3 substrate. .

本発明のLiTaO3基板の結晶方位は、回転36°Y〜49°Yカットであることが好ましく、また、本発明で用いるベース基板は、Si、SiC、スピネルから選択されることが好ましい。 The crystal orientation of the LiTaO 3 substrate of the present invention is preferably a rotational 36 ° Y to 49 ° Y cut, and the base substrate used in the present invention is preferably selected from Si, SiC, and spinel.

そして、本発明のこれら接合基板は、弾性表面波デバイスに用いられることが好ましい。    The bonded substrates of the present invention are preferably used for surface acoustic wave devices.

本発明によれば、弾性表面波用の接合基板で問題となる不要な反射波による応答を除去することができるため、ロスが小さく、フィルタにしたときの帯域外の抑圧度合を向上できる弾性表面波用の接合基板を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to eliminate a response due to an unnecessary reflected wave that causes a problem in a surface acoustic wave bonded substrate, and therefore, an elastic surface that has a small loss and can improve the out-of-band suppression degree when the filter is used. It is possible to provide a wave bonding substrate.

実施例1の接合基板を構成するLiTaO3基板のLi含有量プロファイルのモデルを示す図である。It is a diagram illustrating a LiTaO 3 model of Li content profiles of substrates constituting the bonded substrate of Example 1. 実施例1の接合基板モデルと比較例1の接合基板モデルの基板表面から深さ方向における横波振幅を計算した結果である。It is the result of having calculated the transverse wave amplitude in the depth direction from the substrate surface of the bonded substrate model of Example 1 and the bonded substrate model of Comparative Example 1. FIG. 実施例1と比較例1の接合基板モデルを用いたSAW共振子の周波数応答を計算した結果である。It is the result of having calculated the frequency response of the SAW resonator using the joint substrate model of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例2の接合基板を構成するLiTaO3基板のLi含有量プロファイルを示す図である。It is a diagram illustrating a LiTaO 3 Li content profiles of substrates constituting the bonded substrate of Example 2. 実施例2と比較例2の接合基板を用いたSAW共振子の周波数応答を測定した結果である。It is the result of having measured the frequency response of the SAW resonator using the joining board | substrate of Example 2 and Comparative Example 2. FIG.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに何ら限定されるものではない。   Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described in detail, the present invention is not limited to this.

本発明の接合基板は、LiTaO3基板とベース基板を接合して構成されている。LiTaO3基板とベース基板との接合方法については、公知の方法を用いればよいが、基板の反りに与える影響を考慮すると、常温接合法を用いることが好ましい。 The bonded substrate of the present invention is configured by bonding a LiTaO 3 substrate and a base substrate. As a method for bonding the LiTaO 3 substrate and the base substrate, a known method may be used, but considering the influence on the warpage of the substrate, it is preferable to use a room temperature bonding method.

本発明の接合基板は、そのLiTaO3基板のベース基板と接する接合面におけるLi濃度が接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度よりも大きいことを特徴とするものである。そのため、ベース基板に接合されるLiTaO3基板は、その厚み方向においてLi濃度に差があることになる。 Bonded substrate of the present invention is characterized in that Li concentration at the joint surface in contact with the base substrate of LiTaO 3 substrate is greater than the Li concentration of the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate. Therefore, the LiTaO 3 substrate bonded to the base substrate has a difference in Li concentration in the thickness direction.

このようなLiTaO3基板は、例えば、気相拡散法等の公知の手法により、LiTaO3基板の表面からLiを拡散させることによって得られる。そして、このようにして得られた基板は、基板表面のLi濃度が大きく、基板内部のLi濃度が小さいため、その基板表面をベース基板との接合面とするように、LiTaO3基板の内部を露出させるような研削、研磨等の加工を施せば、本発明の接合基板を得ることができる。 Such a LiTaO 3 substrate can be obtained, for example, by diffusing Li from the surface of the LiTaO 3 substrate by a known method such as a vapor phase diffusion method. Since the substrate thus obtained has a large Li concentration on the substrate surface and a small Li concentration inside the substrate, the interior of the LiTaO 3 substrate is formed so that the substrate surface becomes a bonding surface with the base substrate. If processing such as grinding and polishing is performed, the bonded substrate of the present invention can be obtained.

また、本発明の接合基板を構成するLiTaO3基板は、複数のLiTaO3基板からなる接合基板であってもよい。Li濃度の小さいLiTaO3基板とLi濃度の大きいLiTaO3基板を準備し、ベース基板に接合することによっても本発明の接合基板を作製することができる。例えば、Li濃度の小さいLiTaO3基板として、通常の引き上げ法により製造された一致溶融(コングルーエント)組成のLiTaO3基板を使用し、一方、Li濃度の大きいLiTaO3基板として、二重るつぼ法により製造された化学量論(ストイキオメトリー)組成のLiTaO3基板を使用することができる。 Further, the LiTaO 3 substrate constituting the bonded substrate of the present invention may be a bonded substrate composed of a plurality of LiTaO 3 substrates. The bonded substrate of the present invention can also be manufactured by preparing a LiTaO 3 substrate having a low Li concentration and a LiTaO 3 substrate having a high Li concentration and bonding them to a base substrate. For example, a small LiTaO 3 substrate of Li concentration, consistent prepared by conventional pulling method melted using LiTaO 3 substrate (congruent) composition, whereas, as a large LiTaO 3 substrate of Li concentration, double crucible method It is possible to use a LiTaO 3 substrate with a stoichiometric composition manufactured by

さらに、本発明の接合基板を構成するLiTaO3基板には、必要に応じてFe等の金属元素がドープされていてもよいし、焦電性抑制のために還元処理が施されていてもよい。 Further, the LiTaO 3 substrate constituting the bonded substrate of the present invention may be doped with a metal element such as Fe as necessary, or may be subjected to a reduction treatment for suppressing pyroelectricity. .

本発明の主な特徴は、LiTaO3基板のベース基板と接する接合面におけるLi濃度が接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度よりも大きく、多分域構造であり、そのLiTaO3基板の接合面におけるLi濃度は、Li/(Li+Ta)×100=(50+α) mol %であり、αが-1.0<α<0.5の範囲であることが好ましい。
ここで、本発明における「多分域構造」とは、単一分域状態の構造から乱れた状態を表すものである。この多分域構造は、完全に圧電特性が失われた状態とは限らず、圧電特性の反応を示すことはあるが、一様に単一分域された状態ではない。
Key features of the present invention is greater than the Li concentration of the LiTaO 3 substrate-side surface of the Li concentration bonding substrate in the bonding surface in contact with the base substrate LiTaO 3 substrate, and perhaps pass structure, the bonding surface of the LiTaO 3 substrate The Li concentration in is preferably Li / (Li + Ta) × 100 = (50 + α) mol%, and α is preferably in the range of −1.0 <α <0.5.
Here, the “multidomain structure” in the present invention represents a state disordered from the structure of a single domain state. This multi-domain structure is not necessarily a state in which the piezoelectric characteristics are completely lost, and may exhibit a response of the piezoelectric characteristics, but is not in a uniform single-domain state.

本発明の接合基板を構成するLiTaO3基板は、その作製の容易さや製造コストの観点から、通常の引き上げ法により製造された一致溶融(コングルーエント)組成のLiTaO3基板に、気相法によるLi拡散処理を施して作製することが好ましい。そして、このようにしてLiTaO3基板を作製したとき、基板表面のLi濃度は、化学量論(ストイキオメトリー)組成に近いLi/(Li+Ta)×100=(50+α) mol %(-1.0<α<0.5)の範囲となる。 The LiTaO 3 substrate that constitutes the bonded substrate of the present invention is produced by a vapor phase method on a LiTaO 3 substrate having a congruent composition produced by a normal pulling method from the viewpoint of ease of production and manufacturing cost. It is preferable to manufacture by performing Li diffusion treatment. When the LiTaO 3 substrate was fabricated in this way, the Li concentration on the substrate surface was Li / (Li + Ta) × 100 = (50 + α) mol% (stoichiometric composition). -1.0 <α <0.5).

また、Li拡散処理を施す場合にその時間が長いほど、基板に反りやワレが生じやすくなるため、Li濃度がLi/(Li+Ta)×100=(50+α) mol %で、αが-1.0<α<0.5である範囲は、LiTaO3基板の接合面から接合基板のLiTaO3基板側表面に向かって、弾性表面波または漏洩弾性表面波の波長の0.5〜5倍程度にわたって形成されていることが好ましい。このようにすれば、基板の反りやワレの発生を抑えることができる。 Also, when the Li diffusion treatment is performed, the longer the time, the more likely the substrate is warped or cracked, so the Li concentration is Li / (Li + Ta) × 100 = (50 + α) mol% and α is -1.0 <alpha <range is 0.5, towards the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate from the bonding surface of the LiTaO 3 substrate, is formed over the 0.5 to 5 times the wavelength of the surface acoustic wave or leaky surface acoustic wave Preferably it is. In this way, it is possible to suppress the occurrence of warping and cracking of the substrate.

本発明では、Li拡散処理されたLiTaO3基板をキュリー温度よりも高温にして処理することで、基板全体を多分域構造とすることができる。そして、その後、Li濃度差により生じるキュリー温度の違いを利用してポーリング処理を施すことで、LiTaO3基板の表面側のみ単一分域状態とし、ベース基板側を多分域構造とすることができる。 In the present invention, the LiTaO 3 substrate subjected to the Li diffusion treatment is processed at a temperature higher than the Curie temperature, whereby the entire substrate can have a multi-domain structure. Then, by performing a poling process using a difference in Curie temperature caused by a difference in Li concentration, only the surface side of the LiTaO 3 substrate can be in a single domain state, and the base substrate side can have a multi-domain structure. .

このようなポーリング処理を施すことで、LiTaO3基板とベース基板との接合界面における不要波の反射を抑制することができる。因みに、一致溶融(コングルーエント)組成のキュリー温度は600℃程度であり、化学量論(ストイキオメトリー)組成のキュリー温度は700℃程度であるため、その間の温度で処理することが好ましい。また、Li拡散処理を施す場合には、LiTaO3基板をキュリー温度よりも高くすることで、基板全体を多分域構造とすることも可能である。 By performing such a polling process, it is possible to suppress reflection of unnecessary waves at the bonding interface between the LiTaO 3 substrate and the base substrate. Incidentally, since the Curie temperature of the coincidence melting (congruent) composition is about 600 ° C. and the Curie temperature of the stoichiometric composition is about 700 ° C., it is preferable to perform the treatment at a temperature in between. In addition, in the case of performing Li diffusion treatment, it is possible to make the entire substrate have a multi-domain structure by raising the LiTaO 3 substrate above the Curie temperature.

また、本発明では、LiTaO3基板の接合面から接合基板のLiTaO3基板側表面に向かって、Li濃度が減少する範囲を有することが好ましい。気相法によるLi拡散処理を施したLiTaO3基板を接合基板のLiTaO3基板として用いることにより、このような接合基板を作製することができる。この場合、Liの濃度変化が急峻な接合基板では、LiTaO3基板とベース基板との接合界面における不要波の反射を抑制することはできるが、急峻なLi濃度変化による応答ノイズが発生する可能性がある。 Further, in the present invention, from the joint surface of the LiTaO 3 substrate LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate, it is preferable to have a range of Li concentration decreases. By using a LiTaO 3 substrate that has been subjected to Li diffusion treatment by a vapor phase method as a LiTaO 3 substrate as a bonded substrate, such a bonded substrate can be manufactured. In this case, the junction substrate with a sharp change in Li concentration can suppress the reflection of unwanted waves at the junction interface between the LiTaO 3 substrate and the base substrate, but response noise may occur due to a sharp change in Li concentration. There is.

そのため、LiTaO3基板の接合面から接合基板のLiTaO3基板側表面に向かって、Li濃度が減少する範囲は、弾性表面波または漏洩弾性表面波の波長の1〜5倍にわたって形成されていることが好ましい。このようにすれば、作製が容易なだけでなく、急峻なLi濃度変化による応答ノイズを抑えることができる。また、Li濃度が減少する範囲では、接合面側から0.5倍までの範囲は多分域状態であることが好ましく、接合面側から0.8倍までの範囲が多分域構造であればより好ましい。 Therefore, towards the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate from the bonding surface of the LiTaO 3 substrate, the range Li concentration is decreased, that is formed over 1-5 times the wavelength of the surface acoustic wave or leaky surface acoustic wave Is preferred. In this way, not only manufacturing is easy, but also response noise due to a sharp change in Li concentration can be suppressed. In the range where the Li concentration decreases, the range from the junction surface side to 0.5 times is preferably a multi-domain state, and the range from the joint surface side to 0.8 times is more preferably a multi-domain structure.

ところで、多分域構造の領域を通過する波動についてみると、その縦波については、多分域構造の領域は、圧電性を持たないために波動と電気的な結合がなく、また、多分域構造の領域である故に減衰が生じることになる。一方、多分域構造の領域を通過する横波については、不完全な圧電性を持つために、通常、LT組成部と電気的な不整合が生じる。また、多分域構造の領域である故に減衰が生じることになる。   By the way, regarding the wave passing through the domain of the multi-domain structure, the longitudinal domain of the multi-domain structure has no piezoelectricity because it does not have piezoelectricity, Attenuation occurs because it is a region. On the other hand, the transverse wave that passes through the region of the multi-domain structure usually has an electrical mismatch with the LT composition part due to incomplete piezoelectricity. In addition, since the region has a multi-domain structure, attenuation occurs.

この多分域構造の領域は、弾性的には、通常、LT組成部よりも音速が早いので、特に多分域構造の領域に浅い角度で侵入する波動に対しては、通常、LT組成部に波動を跳ね返す働きをすることになる。そのため、通常、組成LTの、特に回転Yカットにおいては、主たる波動シェアホリゾンタル(X方向に進行し基板面に水平な変位成分を持つ横波に近い波動)では、本発明の接合基板の概略コングルーエント組成のLiTaO3の表層にエネルギーが集中することになる。 This region of the multi-domain structure is elastically faster in sound speed than that of the LT composition part. Therefore, especially for a wave that penetrates into the region of the multi-domain structure at a shallow angle, the wave part normally enters the LT composition part. It will work to rebound. Therefore, in general, in the composition LT, particularly in the rotation Y-cut, the main wave shear horizontal (wave near the transverse wave having a displacement component that travels in the X direction and is horizontal on the substrate surface) is a rough congruent of the bonded substrate of the present invention. Energy is concentrated on the surface layer of LiTaO 3 having the ent composition.

本発明の接合基板は、そのLiTaO3基板の接合面におけるLi濃度は、Li/(Li+Ta)×100=(50+α) mol %であり、αが-1.0<α<0.5の範囲であるが、一方で、そのLiTaO3基板側表面のLi濃度は、Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β) mol %であり、βが-0.25<β<0.25の範囲であることが好ましい。 In the bonding substrate of the present invention, the Li concentration at the bonding surface of the LiTaO 3 substrate is Li / (Li + Ta) × 100 = (50 + α) mol%, and α is in the range of −1.0 <α <0.5. On the other hand, the Li concentration on the LiTaO 3 substrate side surface is Li / (Li + Ta) × 100 = (48.5 + β) mol%, and β is in the range of −0.25 <β <0.25. Is preferred.

本発明の接合基板は、前述のとおり、その作製の容易さや製造コストの観点から、通常の引き上げ法により製造された一致溶融(コングルーエント)組成のLiTaO3基板に、気相法によるLi拡散処理を施して作製することが好ましい。したがって、LiTaO3基板内部のLi濃度は、一致溶融(コングルーエント)組成に近いLi/(Li+Ta)×100=(48.5+β) mol%(-0.25<β<0.25)となり、このLiTaO3基板をベース基板と接合した後に、LiTaO3基板の内部を露出させるように研削、研磨等の加工を施せば、接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度が、Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β) mol %であり、βが-0.25<β<0.25の範囲の接合基板を得ることができる。 As described above, the bonded substrate of the present invention is Li diffusion by vapor phase method to LiTaO 3 substrate of congruent melting (congruent) composition manufactured by a normal pulling method from the viewpoint of ease of manufacture and manufacturing cost. It is preferable to produce by processing. Therefore, the Li concentration inside the LiTaO 3 substrate is Li / (Li + Ta) × 100 = (48.5 + β) mol% (-0.25 <β <0.25), which is close to the congruent composition. 3 substrate after bonding the base substrate, grinding to expose the interior of the LiTaO 3 substrate, if Hodokose machining such as polishing, Li concentration of LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate is, Li / (Li + Ta) X100 = (48.5 + β) mol%, and a bonded substrate in which β is in the range of −0.25 <β <0.25 can be obtained.

また、Li濃度がLi/(Li+Ta)×100=(48.5+β) mol %であり、βが-0.25<β<0.25である範囲は、任意に定めることができる。もっとも、接合基板を構成するLiTaO3基板の厚さに対してこの範囲を狭くすると、Li拡散処理時間を長くする必要があり、基板に反りやワレが生じやすくなるため、このLi濃度である範囲は、ある程度広い方が好ましい。接合基板のLiTaO3基板側表面からLiTaO3基板の接合面に向かって、弾性表面波または漏洩弾性表面波の波長の1〜10倍程度にわたって形成されていることが好ましい。 Further, the range in which the Li concentration is Li / (Li + Ta) × 100 = (48.5 + β) mol% and β is −0.25 <β <0.25 can be arbitrarily determined. However, if this range is narrowed relative to the thickness of the LiTaO 3 substrate that constitutes the bonded substrate, it is necessary to lengthen the Li diffusion treatment time, and the substrate tends to warp and crack, so this Li concentration range Is preferably somewhat wide. It is preferable that the bonding substrate is formed over the surface of the LiTaO 3 substrate side from the surface of the LiTaO 3 substrate to the bonding surface of the LiTaO 3 substrate over about 1 to 10 times the wavelength of the surface acoustic wave or leakage surface acoustic wave.

本発明を構成するLiTaO3基板の結晶方位については、任意に選択することが可能であるが、特性上の観点から回転36°Y〜49°Yカットであることが好ましい。また、ベース基板として用いる基板については、特に制限はないが、Si、SiC、スピネルから選択されることが好ましい。 The crystal orientation of the LiTaO 3 substrate constituting the present invention can be arbitrarily selected, but is preferably a rotation of 36 ° Y to 49 ° Y from the viewpoint of characteristics. The substrate used as the base substrate is not particularly limited, but is preferably selected from Si, SiC, and spinel.

本発明のこのような接合基板を用いて弾性表面波デバイスを作製すれば、接合界面における不要な反射波による応答を除去することができるので、ロスが小さく、フィルタにしたときの帯域外の抑圧度合を向上させることが可能となる。   If a surface acoustic wave device is manufactured using such a bonded substrate of the present invention, the response due to unnecessary reflected waves at the bonded interface can be removed, so that loss is small and out-of-band suppression when filtering is performed. The degree can be improved.

本発明の接合基板を構成するLiTaO3基板のLi濃度については、公知の方法により測定すればよいが、例えば、ラマン分光法により評価することができる。LiTaO3単結晶については、ラマンシフトピークの半値幅とLi濃度(Li/(Li+Ta)の値)との間に、おおよそ線形な関係があることが知られている(2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings、Page(s):1252-1255、Applied Physics A 56、311-315 (1993)参照)。
したがって、このような関係を表す式を用いれば、酸化物単結晶基板の任意の位置における組成を評価することが可能である。
The Li concentration of the LiTaO 3 substrate constituting the bonded substrate of the present invention may be measured by a known method, but can be evaluated by, for example, Raman spectroscopy. For LiTaO 3 single crystal, it is known that there is a roughly linear relationship between the half-width of the Raman shift peak and the Li concentration (Li / (Li + Ta) value) (2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, Page (s): 1252-1255, Applied Physics A 56, 311-315 (1993)).
Therefore, by using an expression representing such a relationship, the composition at an arbitrary position of the oxide single crystal substrate can be evaluated.

ラマンシフトピークの半値幅とLi濃度との関係式は、その組成が既知であって、Li濃度が異なる幾つかの試料のラマン半値幅を測定することによって得られるが、ラマン測定の条件が同じであれば、文献などで既に明らかになっている関係式を用いてもよい。   The relationship between the half-width of the Raman shift peak and the Li concentration is obtained by measuring the Raman half-width of several samples with known compositions and different Li concentrations, but the Raman measurement conditions are the same. If so, a relational expression that has already been clarified in literature may be used.

例えば、タンタル酸リチウム単結晶については、下記式(1)を用いてもよい(2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, Page(s):1252-1255参照)。
Li/(Li+Ta)=(53.15-0.5FWHM1)/100 (1)
ここで、「FWHM1」は、600cm-1付近のラマンシフトピークの半値幅である。測定条件の詳細については文献を参照されたい。
For example, for lithium tantalate single crystal, the following formula (1) may be used (see 2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, Page (s): 1252-1255).
Li / (Li + Ta) = (53.15-0.5FWHM1) / 100 (1)
Here, “FWHM1” is the full width at half maximum of the Raman shift peak near 600 cm −1 . Refer to the literature for details of the measurement conditions.

以下、本発明の実施例及び比較例についてより具体的に説明する。   Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described more specifically.

<実施例1>
実施例1は、42°回転YカットLiTaO3基板とベース基板を接合して構成される接合基板に関するものである。この実施例1では、最初にLiTaO3基板のベース基板と接する接合面のLi濃度が接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度よりも大きく、接合面側が多分域構造である接合基板を用意した。そして、このLi濃度が大きいLiTaO3が多分域構造である場合のモデルから、主たる波動モードであるLiTaO3結晶のX軸方向に伝搬するシェアホリゾンタル波(SH波)の水平方向の変位の強度の厚み方向による変化をコンピュータ解析により計算した。なお、この計算では、LiTaO3の表層は電気的に開放されているとした。
<Example 1>
Example 1 relates to a bonded substrate formed by bonding a 42 ° rotated Y-cut LiTaO 3 substrate and a base substrate. In Example 1, a bonded substrate was prepared in which the Li concentration of the bonding surface contacting the base substrate of the LiTaO 3 substrate was first higher than the Li concentration of the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate, and the bonding surface side had a multi-domain structure. . From the model in which LiTaO 3 with a large Li concentration has a multidomain structure, the horizontal displacement intensity of shear horizontal waves (SH waves) propagating in the X-axis direction of the LiTaO 3 crystal, which is the main wave mode, The change with thickness direction was calculated by computer analysis. In this calculation, the surface layer of LiTaO 3 is assumed to be electrically open.

具体的には、上記SH波の波長を基準として、図1に示す表面から接合面位置まで20波長の厚み範囲のうち、3波長の表層範囲までは、Li濃度が48.5 mol %の概略コングルーエント組成LT(CLT)であり、それより深い17波長までの範囲は、Li濃度が50 mol %であるSLTのLi濃度変化を有する接合基板である。そして、このLi濃度が大きいLiTaO3の多分域構造について、LiTaO3結晶のX軸方向に伝搬するシェアホリゾンタル波(SH波)の水平方向の変位を計算した。 Specifically, with reference to the wavelength of the SH wave, a rough congruent with a Li concentration of 48.5 mol% in the surface layer range of 3 wavelengths out of the 20 wavelength thickness range from the surface to the bonding surface position shown in FIG. The range of the ent composition LT (CLT) up to 17 wavelengths deeper than that is a junction substrate having a Li concentration change of SLT in which the Li concentration is 50 mol%. Then, the horizontal displacement of the shear horizontal wave (SH wave) propagating in the X-axis direction of the LiTaO 3 crystal was calculated for the multi-domain structure of LiTaO 3 having a large Li concentration.

図2は、その計算結果を示すものである。図2の結果によれば、SH波の振幅は、表面から4波長の範囲程度で殆ど零となる表面層にエネルギーが集中した波動となっていた。   FIG. 2 shows the calculation result. According to the result of FIG. 2, the amplitude of the SH wave is a wave in which energy is concentrated on the surface layer that becomes almost zero in the range of about 4 wavelengths from the surface.

次に、同じ前記接合基板モデルについて、上記SH波の波長を基準として、厚み0.08波長のAlよりなるInter digital Transducer(IDT)電極のAl電極線と空隙間隔が1:1とした場合の入力インピーダンスを計算したところ、図3に示す破線の結果が得られた。
ここで、上記SH波の波長は0.47μmとした。
Next, for the same bonded substrate model, the input impedance when the gap between the Al electrode line of the Inter digital Transducer (IDT) electrode made of Al with a thickness of 0.08 wavelength and the gap is 1: 1 with respect to the wavelength of the SH wave. As a result of calculation, the result of the broken line shown in FIG. 3 was obtained.
Here, the wavelength of the SH wave was 0.47 μm.

図3の結果によれば、実施例1では、メインの共振・反共振ピーク以外のスプリアスモードは観測されなかった。したがって、実施例1では、LiTaO3表層から漏れ出す反射がないため、接合界面で反射する波動の成分を抑えることで不要な反射波による応答が除去されていることが確認された。 According to the result of FIG. 3, in Example 1, spurious modes other than the main resonance / antiresonance peak were not observed. Therefore, in Example 1, since there was no reflection leaking from the surface layer of LiTaO 3 , it was confirmed that the response due to unnecessary reflected waves was eliminated by suppressing the wave component reflected at the bonding interface.

<比較例1>
比較例1では、42°回転YカットのLi濃度が50 mol %であるLiTaO3基板(SLT)とベース基板を接合して構成される接合基板モデルを想定した。なお、この接合基板モデルは、そのLiTaO3基板のベース基板と接する接合面のLi濃度とLiTaO3基板側表面のLi濃度が同じ50 mol %である。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, a bonded substrate model was assumed in which a LiTaO 3 substrate (SLT) having a 42 ° rotated Y-cut Li concentration of 50 mol% and a base substrate were bonded. Incidentally, the bonding substrate model, the Li concentration of the Li concentration and LiTaO 3 substrate-side surface of the joint surface in contact with the base substrate of LiTaO 3 substrate is the same 50 mol%.

次に、前記Li濃度が50 mol %であるLiTaO3基板を接合した接合基板モデルについて、主たる波動モードであるLi濃度が50 mol %であるLiTaO3結晶のX軸方向に伝搬するシェアホリゾンタル波(SH波)の波長を基準として、20波長の厚みの範囲において、X軸方向に伝搬するシェアホリゾンタル波(SH波)の水平方向の変位の強度の厚み方向による変化をコンピュータ解析により計算した。
なお、この計算でも、LiTaO3の表層は電気的に開放されているとした。
Next, for a bonded substrate model in which a LiTaO 3 substrate with a Li concentration of 50 mol% is bonded, a shear wave that propagates in the X-axis direction of a LiTaO 3 crystal with a Li concentration of 50 mol% as a main wave mode ( Based on the wavelength of the SH wave, the change in the horizontal displacement intensity of the shear horizontal wave (SH wave) propagating in the X-axis direction in the thickness range of 20 wavelengths was calculated by computer analysis.
In this calculation, the surface layer of LiTaO 3 is assumed to be electrically open.

その計算結果を図2中に示す。図2中の比較例1の結果によれば、SH波の振幅は、7波長の領域でもなお振幅の成分が残存し、さらにこの7波長より深い領域にも波動は漏れていると分かった。   The calculation results are shown in FIG. According to the result of Comparative Example 1 in FIG. 2, it was found that the amplitude component of the SH wave still has an amplitude component even in the region of 7 wavelengths, and the wave leaks also in a region deeper than 7 wavelengths.

次に、同じ前記接合基板モデルについて、上記SH波の波長を基準として、厚み0.08波長のAlよりなるInter digital Transducer(IDT)電極のAl電極線と空隙間隔が1:1とした場合の入力インピーダンスを計算したところ、図3の実線のような結果が得られた。
ここで、上記SH波の波長は0.47μmとした。
Next, for the same bonded substrate model, the input impedance when the gap between the Al electrode line of the Inter digital Transducer (IDT) electrode made of Al with a thickness of 0.08 wavelength and the gap is 1: 1 with respect to the wavelength of the SH wave. As a result, a result as shown by a solid line in FIG. 3 was obtained.
Here, the wavelength of the SH wave was 0.47 μm.

図3中の比較例1の結果によれば、メインの共振・反共振ピーク以外に多くのスプリアスモードが観測された。これらのスプリアスモードは、前記接合基板のLiTaO3表層で励振された波動が深さ方向に漏れて、ベース基板で反射されて戻ってくる反射波による応答である。これらの反射波による応答は、フィルタなどを構成する場合不要なモードであり、これら不要なモードが多数存在することは、フィルタなどにとって好ましくない。 According to the result of Comparative Example 1 in FIG. 3, many spurious modes were observed in addition to the main resonance / antiresonance peak. These spurious modes are responses caused by reflected waves that are reflected by the base substrate and returned by the waves excited in the LiTaO 3 surface layer of the bonded substrate leaking in the depth direction. The response by these reflected waves is an unnecessary mode when configuring a filter or the like, and it is not preferable for the filter or the like that there are many unnecessary modes.

<実施例2>
実施例2では、最初に、単一分域処理を施したLi:Ta=48.5:51.5である概略コングルーエント組成の4インチ径LiTaO3単結晶インゴットをスライスして、42°回転YカットのLiTaO3基板を370μm厚に切り出した。その後、必要に応じて、各スライスウエハの面粗さをラップ工程により算術平均粗さRa値で0.15μmに調整し、その仕上がり厚みを350μmとした。
<Example 2>
In Example 2, first, a 4-inch diameter LiTaO 3 single crystal ingot having a substantially congruent composition with Li: Ta = 48.5: 51.5 subjected to single domain treatment was sliced, and a 42 ° rotation Y cut was performed. A LiTaO 3 substrate was cut out to a thickness of 370 μm. Thereafter, if necessary, the surface roughness of each slice wafer was adjusted to 0.15 μm in arithmetic mean roughness Ra value by a lapping process, and the finished thickness was set to 350 μm.

次に、表裏面を平面研磨によりRa値で0.01μmの準鏡面に仕上げた基板を、Li3TaO4を主成分とするLi、Ta、Oから成る粉体の中に埋め込んだ。このとき、Li3TaO4を主成分とする粉体として、Li2CO3:Ta2O5粉をモル比で7:3の割合に混合し、1300℃で12時間焼成したものを用いた。そして、このようなLi3TaO4を主成分とする粉体を小容器に敷き詰め、Li3TaO4粉中にスライスウエハを複数枚埋め込んだ。そして、この小容器を電気炉にセットし、その炉内をN雰囲気として、900℃で20時間加熱して、スライスウエハの表面から中心部へLiを拡散させた。その後、この処理の降温過程において、800℃で12時間アニール処理を施すとともに、ウエハをさらに降温する過程の630℃〜500℃の間に、概略+Z軸方向に4000V/mの電界を印可した後、温度を室温まで下げる処理を行った。 Next, a substrate whose front and back surfaces were finished to a quasi-mirror surface with an Ra value of 0.01 μm by planar polishing was embedded in a powder composed of Li, Ta, and O containing Li 3 TaO 4 as main components. At this time, as a powder mainly composed of Li 3 TaO 4 , Li 2 CO 3 : Ta 2 O 5 powder was mixed at a molar ratio of 7: 3 and baked at 1300 ° C. for 12 hours. . Then, such a powder mainly composed of Li 3 TaO 4 was spread in a small container, and a plurality of sliced wafers were embedded in the Li 3 TaO 4 powder. Then, this small container was set in an electric furnace, and the inside of the furnace was made an N 2 atmosphere and heated at 900 ° C. for 20 hours to diffuse Li from the surface of the slice wafer to the center. After that, in the temperature lowering process of this process, an annealing process is performed at 800 ° C. for 12 hours, and an electric field of about 4000 V / m is applied in the + Z-axis direction between 630 ° C. and 500 ° C. in the process of further cooling the wafer. The temperature was lowered to room temperature.

また、この処理の後に、その粗面側をサンドブラストによりRa値で約0.15μmに仕上げ加工を行うとともに、その概略鏡面側を3μmの研磨加工を行って、複数枚のLiTaO3単結晶基板を作製した。この基板を、中国科学院声楽研究所製ピエゾd33/d15メータ(型式ZJ-3BN)にて、それぞれの主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、その電圧は0Vであり、圧電定数d33も零であった。 In addition, after this treatment, the rough surface side is finished by sandblasting to an Ra value of about 0.15 μm, and the rough mirror side is polished by 3 μm to produce a plurality of LiTaO 3 single crystal substrates. did. When this substrate was observed with a piezo d33 / d15 meter (model ZJ-3BN) manufactured by the Institute of Chinese Vocal Music, the vertical and vertical vibrations in the thickness direction were applied to the main and back surfaces, respectively. The voltage was 0V and the piezoelectric constant d33 was also zero.

さらに、前記と同様に作成した別のウエハについて、その表層・裏面を10μm研磨したLiTaO3単結晶基板を作成した。このものをピエゾd33/d15メータ(型式ZJ-3BN)にて、それぞれの主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、電圧応答が観測され、圧電定数d33は13.5pc/Nと通常コングルーエント組成LiTaO3が示す値を示した。この結果より、表層10μmは多分域構造であることが確認された。 Further, a LiTaO 3 single crystal substrate having a surface layer / back surface polished by 10 μm was prepared for another wafer prepared in the same manner as described above. When this was observed with a piezo d33 / d15 meter (model ZJ-3BN), the voltage waveform induced by applying vertical vibration in the thickness direction to the main and back surfaces of each was observed, and voltage response was observed. d33 is 13.5 pc / N, which is the value indicated by the normal congruent composition LiTaO 3 . From this result, it was confirmed that the surface layer of 10 μm has a multidomain structure.

次に、表層・裏面に上記のような10μm研磨を施さないLiTaO3基板と500μm厚のSi基板を「Takagi H. et al、“Room-temperature wafer bonding using argonbeam activation”From Proceedings-Electrochemical Society (2001),99-35(Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technology, and Applications V), 265-274.」に記載されている常温接合法により接合して、接合基板を作製した。 Next, a LiTaO 3 substrate and a 500 μm thick Si substrate that are not subjected to 10 μm polishing as described above on the surface layer and the back surface are referred to as “Takagi H. et al,“ Room-temperature wafer bonding using argon beam activation ”from Proceedings-Electrochemical Society (2001 ), 99-35 (Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technology, and Applications V), 265-274.

具体的には、高真空のチャンバー内に洗浄した基板をセットし、イオンビームを中性化したアルゴンの高速原子ビームを基板表面に照射して活性化処理を行った後、LiTaO3単結晶基板とSi基板とを接合した。 Specifically, a cleaned substrate is set in a high vacuum chamber, and a high-speed atomic beam of argon with neutralized ion beam is irradiated on the substrate surface for activation treatment, and then a LiTaO 3 single crystal substrate And Si substrate were joined.

また、この接合基板の接合界面からLiTaO3側に30μmの範囲までを残すように、研削・研磨を施して、Liを拡散させた回転YカットLiTaO3基板とSi基板との接合基板を作製した。 In addition, grinding and polishing were performed to leave a range of 30 μm from the bonding interface of this bonded substrate to the LiTaO 3 side, and a bonded substrate of a rotating Y-cut LiTaO 3 substrate and a Si substrate in which Li was diffused was produced. .

そして、このように作製した接合基板の1枚について、レーザーラマン分光測定装置(HORIBA Scientific社製LabRam HRシリーズ、Arイオンレーザー、スポットサイズ1μm、室温)を用いて、この接合基板の中央部について、LiTaO3側表面から深さ方向にわたってLi拡散量の指標である600cm-1付近のラマンシフトピークの半値幅「FWHM1」を測定し、上記式(1)より Li濃度を求めたところ、図4に示すLi濃度のプロファイルが得られた。 Then, for one of the bonded substrates thus produced, using a laser Raman spectrometer (LabRam HR series manufactured by HORIBA Scientific, Ar ion laser, spot size 1 μm, room temperature) From the surface of the LiTaO 3 side, the half-value width “FWHM1” of the Raman shift peak near 600 cm −1, which is an index of the amount of Li diffusion, is measured from the LiTaO 3 side surface, and the Li concentration is obtained from the above equation (1). The profile of Li concentration shown was obtained.

この図4の結果によれば、この接合基板では、LiTaO3基板のベース基板と接する接合面におけるLi濃度が49.6mol %であり、接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度が48.5 mol % であるから、LiTaO3基板のベース基板と接する接合面におけるLi濃度が、接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度よりも大きくなっていることが確認された。 According to the result of FIG. 4, in this bonded substrate, the Li concentration in the bonded surface contacting the base substrate of the LiTaO 3 substrate is 49.6 mol%, and the Li concentration on the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate is 48.5 mol%. some because, Li concentration in the joint surfaces in contact with the base substrate LiTaO 3 substrate, it was confirmed that is larger than the Li concentration of the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate.

また、接合界面から接合基板のLiTaO3基板側表面に向かって0μm〜約3μmの範囲にかけては、Li/(Li+Ta)=49.6mol%と疑似ストイキオメトリー組成を示す値となっていた。接合基板の表層に近い範囲については、接合基板のLiTaO3基板側表面に近いほどLi濃度が減少する遷移層を12μm程度の範囲にわたって有しており、接合基板のLiTaO3基板側表面から13μmの深さにかけては、Li/(Li+Ta)=48.5 mol %と概略コングルーエント組成を示すLi濃度を有していることが確認された。 Further, in the range from 0 μm to about 3 μm from the bonding interface toward the LiTaO 3 substrate side surface of the bonding substrate, Li / (Li + Ta) = 49.6 mol%, which is a value indicating a pseudo stoichiometric composition. The range close to the surface layer of the bonded substrate, a transition layer as Li concentration close to LiTaO 3 substrate side surface of the bonding substrate is reduced has over a range of about 12 [mu] m, from LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate of 13μm Over the depth, it was confirmed that Li / (Li + Ta) = 48.5 mol% and a Li concentration exhibiting a rough congruent composition.

さらに、この接合基板の反りをレーザ光による干渉方式で測定したところ、その値は、60μmと小さい値であり、ワレやヒビは観測されなかった。   Further, when the warpage of the bonded substrate was measured by an interference method using a laser beam, the value was as small as 60 μm, and cracks and cracks were not observed.

次に、このようにして得られた接合基板のLiTaO3基板側表面に、スパッタ法により0.2μm厚のAl膜を形成するとともに、g線を光源としたフォトリソグラフィーによって、1波長が約4μmの共振子を直列に1段、並列に1段接続したラダーフィルタを形成した。
なお、Al電極の形成は、RIE(reactive ion etching)により行うとともに、このRIEのガスは、BCl3,Cl2,CF4,N2の混合ガスを用いた。
Next, an Al film having a thickness of 0.2 μm is formed by sputtering on the LiTaO 3 substrate side surface of the bonding substrate thus obtained, and one wavelength is about 4 μm by photolithography using a g-line as a light source. A ladder filter was formed by connecting one resonator in series and one in parallel.
The Al electrode was formed by RIE (reactive ion etching), and a gas mixture of BCl 3 , Cl 2 , CF 4 , and N 2 was used as the RIE gas.

そして、この作製した評価用ラダーフィルタの特性をARプローバーにより測定したところ、その測定結果は、図5に示すとおりである。   And when the characteristic of this produced ladder filter for evaluation was measured with AR prober, the measurement result is as shown in FIG.

図5の結果によれば、実施例2では、メインの共振・反共振ピーク以外のスプリアスモードは観測されなかった。したがって、実施例2でも、LiTaO3表層から漏れ出す反射がないため、接合界面で反射する波動の成分を抑えることで不要な反射波による応答が除去されていることが確認された。 According to the result of FIG. 5, in Example 2, spurious modes other than the main resonance / antiresonance peak were not observed. Therefore, even in Example 2, since there is no reflection leaking from the surface layer of LiTaO 3 , it was confirmed that the response due to unnecessary reflected waves was eliminated by suppressing the wave component reflected at the bonding interface.

次に、ダイシングによりラダーフィルタチップを切り出して、評価用のパッケージに固定し、ワイヤーボンディングによる配線を行うとともに、このパッケージをLIDによりAuSnで気密封止し、気密封止したラダーフィルタの温度係数を測定した。   Next, the ladder filter chip is cut out by dicing, fixed to the evaluation package, wired by wire bonding, and the package is hermetically sealed with AuSn with LID, and the temperature coefficient of the hermetically sealed ladder filter is calculated. It was measured.

フィルタの左肩の挿入損失が-20dBの周波数について、温度を-30℃〜85℃の範囲で変えて測定したところ、その温度係数は-13ppm/℃であった。また、フィルタの右肩の挿入損失が-30dBの周波数についても、温度を-30℃〜85℃の範囲で変えて測定したところ、その温度係数は-27ppm/℃であった。   When the frequency of the insertion loss of the left shoulder of the filter was −20 dB and the temperature was changed in the range of −30 ° C. to 85 ° C., the temperature coefficient was −13 ppm / ° C. Further, the frequency at which the insertion loss of the right shoulder of the filter was −30 dB was measured by changing the temperature in the range of −30 ° C. to 85 ° C., and the temperature coefficient was −27 ppm / ° C.

<比較例2>
比較例2では、単一分域処理を施したLi:Ta=48.5:51.5である概略コングルーエント組成の4インチ径LiTaO3単結晶インゴットをスライスして、42°回転YカットのLiTaO3基板を370μm厚に切り出した。その後、必要に応じて、各スライスウエハの面粗さをラップ工程により算術平均粗さRa値で0.15μmに調整し、その仕上がり厚みを350μmとした。
<Comparative Example 2>
In Comparative Example 2, a single-domain treatment Li: Ta = 48.5: 51.5-sliced 4 inch diameter LiTaO 3 single crystal ingot with a roughly congruent composition and a 42 ° rotated Y-cut LiTaO 3 substrate Was cut into a thickness of 370 μm. Thereafter, if necessary, the surface roughness of each slice wafer was adjusted to 0.15 μm in arithmetic mean roughness Ra value by a lapping process, and the finished thickness was set to 350 μm.

次に、このラップ後のウエハの両面の面粗さを平面研磨によりRa値で0.01μmの準鏡面に仕上げ、その片面をサンドブラストによりRa値で約0.15μmに仕上げ加工を行うとともに、その反対側の概略鏡面側を3μmの研磨加工を行って、複数枚の概略コングルーエント組成のLiTaO3単結晶基板を作製した。その後、実施例2と同様に、このLiTaO3基板と230μm厚のSi基板を接合し、さらに、この接合基板の接合界面からLiTaO3側に30μmの範囲までを残すように、研削・研磨を施して、回転YカットLiTaO3基板とSi基板との接合基板を作製した。 Next, the surface roughness of both surfaces of the wafer after lapping is finished to a quasi-mirror surface with a Ra value of 0.01 μm by surface polishing, and one side is finished to about 0.15 μm with a Ra value by sandblasting, and the other side The rough mirror surface side of this was polished to 3 μm to prepare a plurality of LiTaO 3 single crystal substrates having a substantially congruent composition. After that, as in Example 2, this LiTaO 3 substrate and a 230 μm thick Si substrate were bonded, and further, grinding and polishing were performed so as to leave a range of 30 μm on the LiTaO 3 side from the bonding interface of this bonded substrate. Thus, a bonded substrate of a rotating Y-cut LiTaO 3 substrate and a Si substrate was produced.

そして、このように作製した接合基板の1枚について、実施例2と同様に、レーザーラマン分光測定装置を用いて、この接合基板の中央部について、LiTaO3側表面から深さ方向にわたって、Li拡散量の指標である600cm-1付近のラマンシフトピークの半値幅「FWHM1」を測定し、上記式(1)より Li濃度を求めたところ、接合基板を構成するLiTaO3基板のLi濃度は、深さ方向にわたってほぼ一定で48.5mol%の概略コングルーエント組成を示すことが確認された。 Then, with respect to one of the bonded substrates thus manufactured, in the same manner as in Example 2, a laser Raman spectrometer was used to diffuse Li from the LiTaO 3 side surface to the depth direction at the center of the bonded substrate. The half-value width “FWHM1” of the Raman shift peak near 600 cm −1, which is an index of the amount, was measured and the Li concentration was determined from the above equation (1). The LiTaO 3 substrate constituting the bonded substrate was It was confirmed that a substantially congruent composition of 48.5 mol% was exhibited in the almost constant direction.

また、この接合基板の反りをレーザ光による干渉方式で測定したところ、その値は、60μmと小さい値であり、ワレやヒビは観測されなかった。   Further, when the warpage of the bonded substrate was measured by an interference method using a laser beam, the value was as small as 60 μm, and cracks and cracks were not observed.

次に、このようにして得られた接合基板のLiTaO3基板側表面に、スパッタ法により0.4μm厚のAl膜を形成するとともに、g線を光源としたフォトリソグラフィーによって、1波長が約5μmの共振子を直列に4段、並列に2段接続したラダーフィルタを形成した。
なお、Al電極の形成は、RIE(reactive ion etching)により行うとともに、このRIEのガスはBCl3,Cl2,CF4,N2の混合ガスを用いた。
Next, an Al film having a thickness of 0.4 μm is formed on the LiTaO 3 substrate side surface of the bonding substrate thus obtained by sputtering, and one wavelength is about 5 μm by photolithography using g-line as a light source. A ladder filter having four resonators connected in series and two in parallel was formed.
The Al electrode was formed by RIE (reactive ion etching), and a gas mixture of BCl 3 , Cl 2 , CF 4 , and N 2 was used as the RIE gas.

そして、この作製した評価用ラダーフィルタの特性をARプローバーにより測定したところ、図5に示すような結果が得られた。   And when the characteristic of this produced ladder filter for evaluation was measured with AR prober, the result as shown in FIG. 5 was obtained.

図5中の比較例2の結果によれば、メインの共振・反共振ピーク以外に多くのスプリアスモードが観測されたので、フィルタなどに好ましくない不要の反射波が生じていることが確認された。   According to the result of Comparative Example 2 in FIG. 5, since many spurious modes were observed in addition to the main resonance / anti-resonance peak, it was confirmed that undesirable reflected waves were generated in the filter and the like. .

また、ダイシングによりラダーフィルタチップを切り出し、評価用のパッケージに固定し、ワイヤーボンディングによる配線を行うとともに、このパッケージをLIDによりAuSnで気密封止し、気密封止したラダーフィルタの温度係数を測定した。   In addition, the ladder filter chip was cut out by dicing, fixed to the evaluation package, wired by wire bonding, and the package was hermetically sealed with AuSn with LID, and the temperature coefficient of the hermetically sealed ladder filter was measured. .

フィルタの左肩の挿入損失が-20dBの周波数について、その温度を-30℃〜85℃の範囲で変えて測定したところ、その温度係数は-13ppm/℃であった。また、フィルタの右肩の挿入損失が-30dBの周波数についても、温度を-30℃〜85℃の範囲で変えて測定したところ、温度係数は-27ppm/℃であった。
したがって、比較例2の温度係数は、実施例2と同じであり、変化がないことが確認された。

When the frequency of the insertion loss of the left shoulder of the filter was −20 dB and the temperature was changed in the range of −30 ° C. to 85 ° C., the temperature coefficient was −13 ppm / ° C. Further, the frequency coefficient of the insertion loss of the right shoulder of the filter was -30 dB, and the temperature coefficient was -27 ppm / ° C when the temperature was measured in the range of -30 ° C to 85 ° C.
Therefore, it was confirmed that the temperature coefficient of Comparative Example 2 was the same as that of Example 2 and there was no change.

Claims (10)

LiTaO3基板とベース基板を接合して構成される接合基板であって、前記LiTaO3基板のベース基板と接する接合面におけるLi濃度は、前記接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度よりも大きく、かつ前記Li濃度が大きい接合面側の範囲では多分域構造であることを特徴とする接合基板。 LiTaO 3 a bonded substrate formed by bonding a substrate and a base substrate, the Li concentration in the joint surfaces in contact with the base substrate of the LiTaO 3 substrate is greater than the Li concentration of the LiTaO 3 substrate-side surface of the bonded substrate And a multi-domain structure in the range of the bonding surface side where the Li concentration is high. 前記LiTaO3基板のベース基板と接する接合面におけるLi濃度は、Li/(Li+Ta)×100=(50+α)mol%であり、αが-1.0<α<0.5の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の接合基板。 The Li concentration at the joint surface in contact with the base substrate of the LiTaO 3 substrate is Li / (Li + Ta) × 100 = (50 + α) mol%, and α is in the range of −1.0 <α <0.5. The bonding substrate according to claim 1, characterized in that: 前記Li/(Li+Ta)×100=(50+α)mol%であり、αが-0.5<α<0.5の範囲は、前記LiTaO3基板の接合面から接合基板のLiTaO3基板側表面に向かって、弾性表面波または漏洩弾性表面波の波長の0.5〜5倍にわたって形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の接合基板。 The Li / (Li + Ta) × 100 = (50 + α) is mol%, alpha is -0.5 <alpha <0.5 range are the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate from the bonding surface of the LiTaO 3 substrate The bonded substrate according to claim 1, wherein the bonded substrate is formed over a range of 0.5 to 5 times the wavelength of the surface acoustic wave or the leaky surface acoustic wave. 前記LiTaO3基板の接合面から接合基板のLiTaO3基板側表面に向かって、Li濃度が減少する範囲を有する請求項1から3の何れかに記載の接合基板。 Towards the LiTaO 3 substrate side surface of the bonded substrate from the bonding surface of the LiTaO 3 substrate, the bonded substrate according to any one of claims 1 to 3 having a range of Li concentration decreases. 前記Li濃度が減少する範囲は、弾性表面波または漏洩弾性表面波の波長の1〜5倍にわたって形成されていることを特徴とする請求項4に記載の接合基板。   The bonding substrate according to claim 4, wherein the range in which the Li concentration decreases is formed over 1 to 5 times the wavelength of the surface acoustic wave or the leaky surface acoustic wave. 前記接合基板のLiTaO3基板側表面のLi濃度は、Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β)mol%であり、βが-0.25<β<0.25の範囲であることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の接合基板。 The Li concentration of the LiTaO 3 substrate side surface of the bonding substrate is Li / (Li + Ta) × 100 = (48.5 + β) mol%, and β is in a range of −0.25 <β <0.25. The bonded substrate according to any one of claims 1 to 5. 前記Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β)mol%であり、βが-0.25<β<0.25の範囲は、前記接合基板のLiTaO3基板側表面からLiTaO3基板の接合面に向かって、弾性表面波または漏洩弾性表面波の波長の1〜10倍にわたって形成されていることを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の接合基板。 Li / (Li + Ta) × 100 = (48.5 + β) mol%, and β is in the range of −0.25 <β <0.25 from the LiTaO 3 substrate side surface of the bonding substrate to the bonding surface of the LiTaO 3 substrate. 7. The bonding substrate according to claim 1, wherein the bonding substrate is formed over a wavelength of 1 to 10 times the wavelength of the surface acoustic wave or the leaky surface acoustic wave. 前記LiTaO3基板の結晶方位は、回転36°Y〜49°Yカットであることを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の接合基板。 The bonded substrate according to claim 1, wherein the crystal orientation of the LiTaO 3 substrate is a rotation of 36 ° Y to 49 ° Y cut. 前記ベース基板は、Si、SiC、スピネルから選択されることを特徴とする請求項1から8の何れかに記載の接合基板。    The bonded substrate according to claim 1, wherein the base substrate is selected from Si, SiC, and spinel. 請求項1から9の何れかに記載の接合基板を用いて構成されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。


A surface acoustic wave device comprising the bonded substrate according to claim 1.


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