JP2018056866A - Piezoelectric composite substrate for surface acoustic wave element and method for manufacturing the same - Google Patents

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直明 北川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave element, from which a surface acoustic wave (SAW) filter responding to higher frequencies can be inexpensively fabricated.SOLUTION: A substrate having a Vickers hardness scale of 1200 or less is prepared and disposed in a vacuum chamber, to which hydrocarbon is introduced to form a diamond-like carbon (DLC) film having a film thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less by an ion chemical vapor deposition method on the substrate surface. The substrate is mounted on a DC magnetron sputtering device, in which a metal Zn target is used together with a mixture gas of oxygen and argon as a reaction gas introduced so as to form a zinc oxide thin film having a film thickness of 0.1 μm or more and 10 μm or less on the DLC film while heating the substrate to 160°C or higher and 250°C or lower.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は弾性表面波素子用圧電体複合基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave element and a method for manufacturing the same.

弾性表面波(Surface Acoustic Wave:SAW)は、物質の表面を伝搬する波のことで、この特性を利用するSAWフィルターが知られている。このSAWSAWフィルターは、小型・軽量という特性を活かし、携帯電話、スマートフォンに用いられ任意の周波数を選択するのに用いられ高速通信には重要な部品である。 A surface acoustic wave (SAW) is a wave propagating on the surface of a substance, and a SAW filter using this characteristic is known. This SAW SAW filter is an important component for high-speed communication, which is used for selecting an arbitrary frequency used in a mobile phone and a smart phone, utilizing the characteristics of small size and light weight.

その他にも、共振子、信号処理用遅延素子、圧力センサー、温度センサーなど多機能の用途に応用されている。 In addition, it is applied to multifunctional applications such as resonators, signal processing delay elements, pressure sensors, and temperature sensors.

例えば、SAWフィルターとして使用する弾性表面波素子としては、基板上に弾性表面波の伝搬媒体としての圧電体層と、この圧電体層上に形成されるアルミニウムからなる一対の櫛歯状電極(Inter Digital Transducer:IDT)とを備えている。(例えば、特許文献1参照) For example, as a surface acoustic wave element used as a SAW filter, a piezoelectric layer as a surface acoustic wave propagation medium on a substrate and a pair of comb-like electrodes (Inter) made of aluminum formed on the piezoelectric layer. Digital Transducer (IDT). (For example, see Patent Document 1)

弾性表面波素子は、入力用のIDTに電気信号(交流電力)が供給されると、これによる電場により圧電体層に歪が生じる。ここで、電極が櫛型形状であるため、圧電体層に密度の差が生じて、弾性表面波が生じる。この弾性表面波は出力用IDTに伝搬し、この弾性表面波のエネルギーは出力用IDTによって、電気的エネルギーに変換出力される。 In the surface acoustic wave element, when an electric signal (alternating current power) is supplied to the input IDT, a distortion occurs in the piezoelectric layer due to an electric field generated by the electric signal. Here, since the electrode has a comb shape, a difference in density occurs in the piezoelectric layer, and a surface acoustic wave is generated. The surface acoustic wave propagates to the output IDT, and the energy of the surface acoustic wave is converted into electrical energy and output by the output IDT.

また、特許文献2には、弾性表面波素子は、高速化を目的として、硬質層としてダイヤモンドを用いて、圧電体層に酸化亜鉛(ZnO)を用いた伝搬速度が10000m/sを超える弾性波素子が記載されており、最近弾性表面波素子に要求される高周波数化に対応している。 Further, in Patent Document 2, the surface acoustic wave element has an acoustic wave whose propagation speed exceeds 10,000 m / s using diamond as a hard layer and zinc oxide (ZnO) as a piezoelectric layer for the purpose of speeding up. An element is described, which corresponds to the higher frequency required for a surface acoustic wave element recently.

一般に、SAWフィルターの中心周波数fは、弾性表面波の伝搬速度Vと電極ピッチ(λ/4:λは弾性表面波の波長)との関係から、中心周波数fはV/λで表されることが知られている。すなわち、弾性表面波素子の高周波数化を行うには、弾性表面波の波長を小さくする方法と弾性表面波の伝搬速度を大きくする方法とが考えられる。しかしながら、弾性表面波の波長は、IDTの電極ピッチできまり、製造技術での限界があるのが実情である。現在の量産レベルでは0.4μm程度であり、最近SAWフィルターによく使用されるタンタル酸リチウム基板(LT)の伝搬速度3800m/sでは2400MHzが限界といえる。 In general, the center frequency f of the SAW filter is expressed by V / λ from the relationship between the propagation speed V of the surface acoustic wave and the electrode pitch (λ / 4: λ is the wavelength of the surface acoustic wave). It has been known. That is, in order to increase the frequency of the surface acoustic wave element, a method of reducing the wavelength of the surface acoustic wave and a method of increasing the propagation speed of the surface acoustic wave are conceivable. However, the actual situation is that the surface acoustic wave wavelength is limited by the electrode pitch of the IDT and is limited in manufacturing technology. At the current mass production level, it is about 0.4 μm, and 2400 MHz can be said to be the limit at the propagation speed of 3800 m / s of the lithium tantalate substrate (LT) which is often used for SAW filters recently.

そこで高周波用にはFBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)と言われる、ALNの振動子を用いたデバイスが検討されている。しかし、これは製造工程が複雑で高価であるため、一部の機器にしか用いられていないのが実情である。 Therefore, a device using an ALN vibrator called FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) has been studied for high frequency applications. However, since the manufacturing process is complicated and expensive, it is actually used only for some devices.

特開平9−51248号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-51248 特開2008−258780号公報JP 2008-258780 A

本発明者は、高周波数化に対応するために、弾性表面波の伝搬速度を大きくする方法を鋭意検討し、効率的に弾性表面波の伝搬速度を大きくするためには、低い硬度を有する基板にDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜を配置することで支持基板として高い硬度を持たせ、さらに配向性の高い圧電膜として酸化亜鉛からなるスパッタ薄膜をDLC膜上に配置する構成とすることで達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventor has eagerly studied a method for increasing the propagation speed of surface acoustic waves in order to cope with higher frequencies, and in order to efficiently increase the propagation speed of surface acoustic waves, a substrate having low hardness. This can be achieved by arranging a DLC (diamond-like carbon) film on the substrate so as to have a high hardness as a supporting substrate, and further arranging a sputtered thin film made of zinc oxide on the DLC film as a highly oriented piezoelectric film. As a result, the present invention has been completed.

本発明は、上述の従来の問題点を解決し、高周波数化に対応したSAWフィルターを安価に作製することが可能な弾性表面波素子用圧電体複合基板およびその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave element and a method of manufacturing the same capable of inexpensively producing a SAW filter corresponding to a higher frequency. And

本発明によれば、ビッカース硬度が1200以下である基板上に膜厚が0.1μm以上0.3μm以下であるDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜が配置され、該DLC膜上に、膜厚が0.1μm以上10μm以下である酸化亜鉛膜が配置されることを特徴とする弾性表面波素子用圧電体複合基板が提供される。 According to the present invention, a DLC (diamond-like carbon) film having a film thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less is disposed on a substrate having a Vickers hardness of 1200 or less, and the film thickness is 0 on the DLC film. A piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave device is provided, in which a zinc oxide film having a thickness of 1 μm to 10 μm is disposed.

また、本発明によれば、
基板としてビッカース硬度が1200以下である基板を用意する第1工程と、
次に、前記基板を真空容器中に配置し、炭化水素を導入し、イオン化蒸着法により、膜厚が0.1μm以上0.3μm以下であるDLC膜を基板表面に成膜する第2工程と、
その後、得られた基板をDCマグネトロンスパッタリング装置に装着し、金属Znターゲットを用いて、反応ガスには酸素とアルゴンガスの混合ガスを導入し、基板温度を160℃以上250℃以下に加熱しながら、膜厚が0.1μm以上10μm以下である酸化亜鉛膜をDLC膜上に成膜する第3工程と
を含む弾性表面波素子用圧電体複合基板の製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
A first step of preparing a substrate having a Vickers hardness of 1200 or less as a substrate;
Next, a second step of placing the substrate in a vacuum vessel, introducing hydrocarbons, and forming a DLC film having a film thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less on the substrate surface by ionized vapor deposition, ,
Thereafter, the obtained substrate is mounted on a DC magnetron sputtering apparatus, a mixed gas of oxygen and argon gas is introduced as a reaction gas using a metal Zn target, and the substrate temperature is heated to 160 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. And a third step of forming a zinc oxide film having a thickness of 0.1 μm or more and 10 μm or less on the DLC film, and a method for manufacturing a piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave element.

本発明によれば、安価なサファイア基板を用い、また圧電体に酸化亜鉛薄膜とすることにより、従来のLT基板を用いたSAWフィルターの伝搬速度を大きく上回る3GHz帯に適用可能なSAWフィルターを効率的に製造できる。 According to the present invention, by using an inexpensive sapphire substrate and using a zinc oxide thin film as a piezoelectric material, a SAW filter applicable to the 3 GHz band, which greatly exceeds the propagation speed of a SAW filter using a conventional LT substrate, is efficiently used. Can be manufactured.

圧電体膜上に形成する櫛型電極Comb electrode formed on the piezoelectric film

以下、本発明の弾性表面波素子用圧電体複合基板およびその製造方法について説明する。 Hereinafter, a piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave element according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described.

(1)弾性表面波素子用基板
弾性表面波素子に使用する基板を伝わる伝搬速度は、基板の硬度が高いほど早い伝搬速度が得られることが知られている。
(1) Substrate for surface acoustic wave element It is known that the propagation speed transmitted through a substrate used for a surface acoustic wave element is higher as the hardness of the substrate is higher.

例えば、最も硬度の高いダイヤモンド基板に窒化アルミ二ウムや酸化亜鉛の圧電膜を形成した基板では、10000m/sを超える最高レベルの伝搬速度が得られている。但し、基板の価格が高価すぎるため実用的には採用できない。 For example, the highest level of propagation speed exceeding 10,000 m / s is obtained in a substrate in which a piezoelectric substrate of aluminum nitride or zinc oxide is formed on a diamond substrate having the highest hardness. However, since the price of the substrate is too expensive, it cannot be used practically.

支持基板として安価で汎用的なソーダガラス基板では、ビッカース硬度は500〜600で、シリコン基板は1040程度で、またサファイア基板でも2300である。 An inexpensive and general-purpose soda glass substrate as a support substrate has a Vickers hardness of 500 to 600, a silicon substrate of about 1040, and a sapphire substrate of 2300.

ガラス基板やシリコン基板は安価で大量に生産されており、コスト的にも安価であるため基板として使用したいが、高周波数化に対応する伝搬速度は得られない。 Glass substrates and silicon substrates are inexpensive and are produced in large quantities and are inexpensive, so they are desired to be used as substrates. However, propagation speeds corresponding to higher frequencies cannot be obtained.

そこで、硬度の低い汎用的なガラス基板やシリコン基板を使用し、この基板上に高い硬度を有するDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜を薄く成膜することで、基板の硬度を高め、そのDLC膜上に圧電膜を配置した複合基板は、高周波数化に対応する弾性表面波素子用基板として使用されているタンタル酸リチウム(LT)圧電基板よりも早い伝搬速度が得られる可能性があると考えた。 Therefore, a general-purpose glass substrate or silicon substrate with low hardness is used, and a DLC (diamond-like carbon) film having a high hardness is formed thinly on this substrate, thereby increasing the hardness of the substrate and on the DLC film. It was thought that the composite substrate with the piezoelectric film disposed on the surface may have a higher propagation speed than the lithium tantalate (LT) piezoelectric substrate used as the surface acoustic wave device substrate corresponding to higher frequency. .

(2)DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜
本発明で、硬度の低い汎用的なガラス基板やシリコン基板上に成膜して配置するダイヤモンドライクカーボン膜は、ダイヤモンドとグラファイト(黒鉛)の両方の炭素−炭素結合を併せ持つ炭素を主成分とした物質で作られた薄膜である。ダイヤモンドとグラファイトの両方の結合をもつ構造はアモルファス構造(非晶質構造)であり、ダイヤモンド結合をSP3、グラファイト結合をSP2と称する。
(2) DLC (diamond-like carbon) film In the present invention, a diamond-like carbon film formed on a general-purpose glass substrate or silicon substrate having low hardness is a carbon of both diamond and graphite (graphite). It is a thin film made of a carbon-based material with carbon bonds. A structure having both diamond and graphite bonds is an amorphous structure (amorphous structure), and the diamond bond is called SP3 and the graphite bond is called SP2.

ダイヤモンドはSP3結合だけでできており、グラファイトはSP2だけでできているが、DLC膜はSP3結合とSP2結合が複雑に交じり合ってできている。 Diamond is made of only SP3 bonds, and graphite is made of only SP2. However, the DLC film is made of a complex combination of SP3 bonds and SP2 bonds.

一般にアモルファスカーボンは、SP3の比率が多ければダイヤモンドに似た物性となり、SP2の比率が多ければグラファイトに似た物性となるので、その比率を調整することで、様々な特性をもつアモルファスカーボンを得ることができる。そこでビッカース硬度が3000以上あるDLC膜をガラス基板やシリコン基板の上に成膜することで支持基板としての硬度を高めることにより大きな伝搬速度を得ることを検討した。 In general, amorphous carbon has physical properties similar to diamond when the SP3 ratio is large, and physical properties similar to graphite when the SP2 ratio is large. By adjusting the ratio, amorphous carbon having various characteristics can be obtained. be able to. Therefore, it was studied that a DLC film having a Vickers hardness of 3000 or more is formed on a glass substrate or a silicon substrate to increase the hardness as a support substrate to obtain a large propagation speed.

DLC膜の膜厚は、0.1μm以上0.3μm以下とするのが好ましい。膜厚が0.1μm未満では、薄すぎて膜構造を維持する強度が不足してしまうため好ましくなく、また0.3μmを超える膜厚にするには、成膜に時間がかかるだけで硬度は向上せず、コストが高くなるので好ましくない。DCL膜としては0.2μm程度がより好ましい。 The thickness of the DLC film is preferably 0.1 μm or more and 0.3 μm or less. A film thickness of less than 0.1 μm is not preferable because it is too thin and the strength to maintain the film structure is insufficient. It is not preferable because it does not improve and the cost increases. The DCL film is more preferably about 0.2 μm.

DLC膜はアモルファス構造のため結晶粒界を持たないので、平滑な表面をしている。従って、DLC膜の表面粗さRaは0.5nmレベルと極めて平滑であるので、その上に配置する圧電膜を平滑に成膜することができる。 Since the DLC film has an amorphous structure and does not have a crystal grain boundary, the DLC film has a smooth surface. Accordingly, since the surface roughness Ra of the DLC film is as extremely smooth as the 0.5 nm level, the piezoelectric film disposed thereon can be formed smoothly.

(3)圧電膜
次に、DLC膜上に配置する圧電膜としては、酸化亜鉛膜が最も適する材料であると考えた。これは、DLC膜が成膜された支持基板のガラス基板やシリコン基板は圧電性を持たないので、圧電膜を結晶化させて圧電性を持たせる必要があり、配向性が得られやすい酸化亜鉛膜を選択した。酸化亜鉛からなる圧電膜の膜厚は、0.1μm以上10μm以下の範囲とすることが好ましい。
(3) Piezoelectric film Next, it was considered that a zinc oxide film was the most suitable material for the piezoelectric film disposed on the DLC film. This is because the glass substrate or silicon substrate of the support substrate on which the DLC film is formed does not have piezoelectricity, so it is necessary to crystallize the piezoelectric film to provide piezoelectricity, and zinc oxide is easy to obtain orientation A membrane was selected. The film thickness of the piezoelectric film made of zinc oxide is preferably in the range of 0.1 μm to 10 μm.

0.1μm未満では、安定した圧電膜としての特性を得ることができない恐れがあり、10μmを超える膜厚としても、弾性表面波の伝搬速度の向上は見られず、かえって安定した結晶性を得ることが難しくなる恐れがある。 If the thickness is less than 0.1 μm, the characteristics as a stable piezoelectric film may not be obtained. Even if the thickness exceeds 10 μm, the propagation speed of the surface acoustic wave is not improved, and stable crystallinity is obtained. Can be difficult.

(4)圧電体複合基板の製造方法
次に、本発明の圧電体複合基板の製造方法について説明する。まず、基板としてビッカース硬度が1200以下であるガラス基板又はシリコン基板を用意する。
(4) Method for Manufacturing Piezoelectric Composite Substrate Next, a method for manufacturing the piezoelectric composite substrate of the present invention will be described. First, a glass substrate or a silicon substrate having a Vickers hardness of 1200 or less is prepared as a substrate.

次に、用意した基板にDLC膜を膜厚で0.1μm以上0.3μm以下成膜する。このDLC膜は、高真空中でのプラズマプロセスであるイオン化蒸着法により成膜することにより得ることができる。真空チャンバー中にベンゼン(C)ガスや他の炭化水素ガスを導入し、直流アーク放電プラズマ中で炭化水素イオンや励起されたラジカルが生成され、炭化水素イオンは直流の負電圧にバイアスされた基板にバイアス電圧に応じたエネルギーで衝突し固体化し成膜する。非平衡プラズマを用いるため成膜時の基板温度は通常200℃以下である。 Next, a DLC film having a thickness of 0.1 μm to 0.3 μm is formed on the prepared substrate. This DLC film can be obtained by film formation by ionization vapor deposition which is a plasma process in high vacuum. When benzene (C 6 H 6 ) gas or other hydrocarbon gas is introduced into the vacuum chamber, hydrocarbon ions and excited radicals are generated in the DC arc discharge plasma, and the hydrocarbon ions are biased to a DC negative voltage. The resulting substrate collides with energy corresponding to the bias voltage to solidify and form a film. Since non-equilibrium plasma is used, the substrate temperature during film formation is usually 200 ° C. or lower.

次に、圧電膜として酸化亜鉛薄膜を形成する。一般的に、圧電膜としては窒化アルミ二ウムなどの窒化膜や、チタン酸バリウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛などの酸化物膜等が用いられるが、本発明では、DLC膜上に配向性に優れる薄膜を安価に作製するという観点から、酸化亜鉛をスパッタリング法により成膜することが好ましいと考えた。 Next, a zinc oxide thin film is formed as a piezoelectric film. In general, a nitride film such as aluminum nitride or an oxide film such as barium titanate, lithium tantalate, lithium niobate, zinc oxide, or the like is used as the piezoelectric film. From the viewpoint of producing a thin film having excellent orientation at low cost, it was considered preferable to form zinc oxide by sputtering.

窒化膜は真空装置内の酸素の影響が大きく、先に金属と酸素が反応し、窒化膜の成長が阻害され圧電性を安定して示す膜を成膜するのが難しい。これを解決するためには、窒化膜の成膜には真空をやぶらないで連続的にスパッタできるロードロック式の装置を使用することで問題を解消できるが、この装置は構造が複雑で極めて高価である。従って、圧電体として酸化物を選択し、上記の理由から各種酸化物圧電材料の中から酸化亜鉛を最も適する材料として選択した。 The influence of oxygen in the vacuum apparatus is large in the nitride film, and it is difficult to form a film that stably exhibits piezoelectricity because the metal and oxygen first react to inhibit the growth of the nitride film. In order to solve this, the problem can be solved by using a load-lock type apparatus that can continuously sputter without forming a vacuum in forming a nitride film, but this apparatus has a complicated structure and is extremely expensive. It is. Therefore, an oxide was selected as the piezoelectric body, and zinc oxide was selected as the most suitable material from various oxide piezoelectric materials for the above reasons.

また、コスト面からターゲットにはZnOなどの高価な焼結体ターゲットではなく、安価な金属Znターゲットを使用することとした。スパッタリングの反応ガスは、酸素とアルゴンガスの混合ガスを導入し、DCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、反応性スパッタリングにより、0.1μm以上10μm以下の膜厚の酸化亜鉛膜を成膜する。 Further, in terms of cost, an inexpensive metal Zn target is used instead of an expensive sintered body target such as ZnO. As a sputtering reaction gas, a mixed gas of oxygen and argon gas is introduced, and a zinc oxide film having a thickness of 0.1 μm or more and 10 μm or less is formed by reactive sputtering using a DC magnetron sputtering apparatus.

具体的なスパッタリングの成膜条件としては、基板加熱温度は160℃以上250℃以下の範囲が良く、170℃以上200℃以下の範囲がより好ましい。基板加熱温度が160℃より低いと酸化亜鉛膜の結晶性や配向性が急激に低下しアモルファスとなり、250℃を超えると、室温からの昇温、室温に戻す時間がかかり成膜時間が長くなるため好ましくない。 As specific film forming conditions for sputtering, the substrate heating temperature is preferably in the range of 160 ° C. to 250 ° C., and more preferably in the range of 170 ° C. to 200 ° C. When the substrate heating temperature is lower than 160 ° C., the crystallinity and orientation of the zinc oxide film are suddenly lowered and become amorphous, and when it exceeds 250 ° C., it takes time to raise the temperature from room temperature and return to room temperature, and the film formation time becomes longer. Therefore, it is not preferable.

DCマグネトロンスパッタリングのDC出力は80W以上250W以下の範囲で行うことが好ましい。より好ましくは150W以上200W以下である。DC出力が80Wより低いと安定したスパッタリングが得られにくく、また250Wを超えると酸化亜鉛膜表面に凹凸や粒成長が起き平滑性が損なわれるため好ましくない。 The DC output of DC magnetron sputtering is preferably performed in the range of 80 W to 250 W. More preferably, it is 150W or more and 200W or less. If the DC output is lower than 80 W, it is difficult to obtain stable sputtering, and if it exceeds 250 W, unevenness and grain growth occur on the surface of the zinc oxide film, and the smoothness is impaired.

スパッタ時の反応ガスは、酸素とアルゴンの混合ガスを用いて、酸化亜鉛膜を形成する。反応ガスとして、アルゴンガスの流量は、10sccm以上15sccm以下として、また酸素ガスの流量は、8sccm以上10sccm以下とすることで効率的に成膜することができる。 As a reaction gas at the time of sputtering, a mixed gas of oxygen and argon is used to form a zinc oxide film. As the reactive gas, an argon gas flow rate of 10 sccm to 15 sccm and an oxygen gas flow rate of 8 sccm to 10 sccm can be efficiently formed.

以下、本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in more detail using an Example, this invention is not limited to an Example at all.

(圧電体複合基板の作製及び評価)
(実施例1)
まず、基板としてソーダガラス(基板サイズ:30×40×2mm)を準備した。準備した基板をアセトン洗浄した。
(Production and evaluation of piezoelectric composite substrate)
Example 1
First, soda glass (substrate size: 30 × 40 × 2 mm) was prepared as a substrate. The prepared substrate was cleaned with acetone.

次に、洗浄後のソーダガラス基板に、以下の条件でDLC膜を0.2μm成膜した。DLC膜成膜の具体的条件をいかに示す。
・前処理:140℃×60分ベーキング。Arボンバード(20分)
・使用ガスと流量:ベンゼン(C) 3ml/分
・蒸着の方法:直流イオンプレーティング
・基板電圧:2KV,50mA
・真空度:4.5×10−3Pa
・基板温度:160℃
・成膜時間:30分
Next, a DLC film having a thickness of 0.2 μm was formed on the washed soda glass substrate under the following conditions. The specific conditions for forming the DLC film are shown below.
-Pretreatment: 140 ° C x 60 minutes baking. Ar Bombard (20 minutes)
・ Gas and flow rate: benzene (C 6 H 6 ) 3 ml / min ・ Vapor deposition method: DC ion plating ・ Substrate voltage: 2 KV, 50 mA
・ Degree of vacuum: 4.5 × 10 −3 Pa
-Substrate temperature: 160 ° C
・ Deposition time: 30 minutes

次に、DLC膜を成膜したソーダガラス基板をDCマグネトロンスパッタリング装置(芝浦製作所製、型式CFS−4ES)にセットした。またスパッタリングターゲットとして、3インチ径のZnメタルターゲットを装着し、基板温度を170℃に加熱しながら、反応性ガスとしてアルゴンガスと酸素の混合ガスを供給(アルゴンガスの流量は15sccm、酸素の流量は10sccm)しながら反応性スパッタを行い、圧電膜として膜厚0.8μmの酸化亜鉛膜を成膜した。 Next, the soda glass substrate on which the DLC film was formed was set in a DC magnetron sputtering apparatus (manufactured by Shibaura Seisakusho, model CFS-4ES). Also, a Zn metal target having a diameter of 3 inches is mounted as a sputtering target, and a mixed gas of argon gas and oxygen is supplied as a reactive gas while heating the substrate temperature to 170 ° C. (the flow rate of argon gas is 15 sccm, the flow rate of oxygen 10 sccm), reactive sputtering was performed to form a 0.8 μm-thick zinc oxide film as the piezoelectric film.

スパッタ時の到達真空度は6.5×10−3Paで、スパッタ出力は200Wで、成膜時間は40分であった。 The ultimate vacuum during sputtering was 6.5 × 10 −3 Pa, the sputtering output was 200 W, and the film formation time was 40 minutes.

得られた酸化亜鉛薄膜の結晶性をX線回折(XRD)により半値幅を測定したところ、14.4°で、(001)配向が認められた。   When the half width of the crystallinity of the obtained zinc oxide thin film was measured by X-ray diffraction (XRD), (001) orientation was observed at 14.4 °.

(実施例2)
基板として2インチ径のシリコン基板を使用した以外は、実施例1と同様にして処理し、圧電体複合基板を作製した。DLC膜の膜厚は0.2μmで、酸化亜鉛膜の膜厚は0.8μmであった。
(Example 2)
A piezoelectric composite substrate was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a 2-inch diameter silicon substrate was used as the substrate. The thickness of the DLC film was 0.2 μm, and the thickness of the zinc oxide film was 0.8 μm.

得られた酸化亜鉛薄膜の結晶性をX線回折(XRD)により半値幅を測定したところ、13.8°で、(001)配向が認められた。   When the half width of the crystallinity of the obtained zinc oxide thin film was measured by X-ray diffraction (XRD), (001) orientation was observed at 13.8 °.

(比較例1)
実施例1と同じ基板を使用し、DCL膜を成膜しなかったこと以外は実施例1と同様にして処理し、圧電体複合基板を作製した。酸化亜鉛膜の膜厚は1.3μmであった。
得られた酸化亜鉛薄膜の結晶性をX線回折(XRD)により半値幅を測定したところ、14.4°で、(001)配向が認められた。
(Comparative Example 1)
The same substrate as in Example 1 was used, and a treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that no DCL film was formed, so that a piezoelectric composite substrate was produced. The thickness of the zinc oxide film was 1.3 μm.
When the half width of the crystallinity of the obtained zinc oxide thin film was measured by X-ray diffraction (XRD), (001) orientation was observed at 14.4 °.

(SAWフィルターの作製および評価)
実施例1で得た圧電体複合基板の酸化亜鉛薄膜上に図1に示したCuの櫛形電極を形成しSAWフィルターを作製した。この櫛形電極は、電極幅1μm、電極間隔1μm、銅の膜厚0.5μmの電極とした。このSAWフィルターの特性は 伝搬速度は5100m/s、周波数温度特性は−12.6ppm/℃、電気機械結合係数は10%であった。
(Production and evaluation of SAW filter)
A Cu comb-shaped electrode shown in FIG. 1 was formed on the zinc oxide thin film of the piezoelectric composite substrate obtained in Example 1 to produce a SAW filter. This comb-shaped electrode was an electrode having an electrode width of 1 μm, an electrode interval of 1 μm, and a copper film thickness of 0.5 μm. The SAW filter had a propagation velocity of 5100 m / s, a frequency temperature characteristic of −12.6 ppm / ° C., and an electromechanical coupling coefficient of 10%.

また、表面弾性波の波長λを0.4μmとすることより、3200MHzのSAWフィルターを得ることができることがわかる。 It can also be seen that a SAW filter of 3200 MHz can be obtained by setting the surface acoustic wave wavelength λ to 0.4 μm.

実施例2で得た圧電体複合基板の酸化亜鉛薄膜上に上記実施例1の圧電体複合基板と同様にCuの櫛形電極を形成しSAWフィルターを作製した。このSAWフィルターの特性は 伝搬速度は5200m/s、周波数温度特性は−10.8ppm/℃、電気機械結合係数は9.8%であった。 A Cu comb-shaped electrode was formed on the zinc oxide thin film of the piezoelectric composite substrate obtained in Example 2 in the same manner as in the piezoelectric composite substrate of Example 1 to produce a SAW filter. The SAW filter had a propagation speed of 5200 m / s, a frequency temperature characteristic of −10.8 ppm / ° C., and an electromechanical coupling coefficient of 9.8%.

また、表面弾性波の波長λを0.4μmとすることより、3250MHzのSAWフィルターを得ることができることがわかる。 It can also be seen that a 3250 MHz SAW filter can be obtained by setting the surface acoustic wave wavelength λ to 0.4 μm.

次に、比較例1で得た圧電体複合基板の酸化亜鉛薄膜上に図1に示したCuの櫛形電極を形成しSAWフィルターを作製した。このSAWフィルターの特性は 伝搬速度は2400m/s、周波数温度特性は−17.6ppm/℃、電気機械結合係数は8.5%であった。 Next, the comb comb-shaped electrode shown in FIG. 1 was formed on the zinc oxide thin film of the piezoelectric composite substrate obtained in Comparative Example 1 to produce a SAW filter. The SAW filter had a propagation speed of 2400 m / s, a frequency temperature characteristic of −17.6 ppm / ° C., and an electromechanical coupling coefficient of 8.5%.

また、厚さが200μmのLT基板を用いて、LT基板表面に上記圧電体複合基板と同様に図1に示したCuの櫛形電極を形成しSAWフィルターを作製した。この櫛形電極は、電極幅1μm、電極間隔1μm、銅の膜厚0.5μmの電極とした。このSAWフィルターの特性は 伝搬速度は3900m/s、周波数温度特性は−35.0ppm/℃であった。 Further, using a LT substrate having a thickness of 200 μm, a Cu comb-shaped electrode shown in FIG. 1 was formed on the surface of the LT substrate in the same manner as the piezoelectric composite substrate, thereby producing a SAW filter. This comb-shaped electrode was an electrode having an electrode width of 1 μm, an electrode interval of 1 μm, and a copper film thickness of 0.5 μm. The SAW filter had a propagation speed of 3900 m / s and a frequency temperature characteristic of -35.0 ppm / ° C.

これらの評価結果から、本発明の圧電体複合基板は、従来のLT圧電基板を上回る伝搬速度、周波数温度特性が得られていることがわかる。

From these evaluation results, it can be seen that the piezoelectric composite substrate of the present invention has a propagation velocity and frequency temperature characteristics higher than those of the conventional LT piezoelectric substrate.

Claims (6)

ビッカース硬度が1200以下である基板上に、膜厚が0.1μm以上0.3μm以下であるDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜が配置され、該DLC膜上に、膜厚が0.1μm以上10μm以下である酸化亜鉛膜が配置されることを特徴とする弾性表面波素子用圧電体複合基板 A DLC (diamond-like carbon) film having a thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less is disposed on a substrate having a Vickers hardness of 1200 or less, and the film thickness is 0.1 μm or more and 10 μm or less on the DLC film. A piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave device, characterized in that a zinc oxide film is disposed 前記基板は、ガラス基板またはシリコン基板であることを特徴とする請求項2に記載の弾性表面波素子用圧電体複合基板   The piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave device according to claim 2, wherein the substrate is a glass substrate or a silicon substrate. 基板としてビッカース硬度が1200以下である基板を用意する第1工程と、
次に、前記基板を真空容器中に配置し、炭化水素を導入し、イオン化蒸着法により、膜厚が0.1μm以上0.3μm以下であるDLC膜を基板表面に成膜する第2工程と、
その後、得られた基板をDCマグネトロンスパッタリング装置に装着し、金属Znターゲットを用いて、反応ガスには酸素とアルゴンガスの混合ガスを導入し、基板温度を160以上250℃以下に加熱しながら、膜厚が0.1μm以上10μm以下である酸化亜鉛膜をDLC膜上に成膜する第3工程と
を含むことを特徴とする弾性表面波素子用圧電体複合基板の製造方法。
A first step of preparing a substrate having a Vickers hardness of 1200 or less as a substrate;
Next, a second step of placing the substrate in a vacuum vessel, introducing hydrocarbons, and forming a DLC film having a film thickness of 0.1 μm or more and 0.3 μm or less on the substrate surface by ionized vapor deposition, ,
Thereafter, the obtained substrate is mounted on a DC magnetron sputtering apparatus, a mixed gas of oxygen and argon gas is introduced into the reaction gas using a metal Zn target, and the substrate temperature is heated to 160 to 250 ° C., And a third step of forming a zinc oxide film having a film thickness of 0.1 μm or more and 10 μm or less on the DLC film, and a method for manufacturing a piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave element.
前記炭化水素はベンゼンであることを特徴とする請求項3に記載の弾性表面波素子用圧電体複合基板の製造方法。   4. The method of manufacturing a piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave element according to claim 3, wherein the hydrocarbon is benzene. 前記DCマグネトロンスパッタリング装置は、80W以上250W以下の範囲のDC出力とすることを特徴とする請求項3に記載の弾性表面波素子用圧電体複合基板の製造方法。 4. The method of manufacturing a piezoelectric composite substrate for a surface acoustic wave element according to claim 3, wherein the DC magnetron sputtering apparatus has a DC output in a range of 80 W to 250 W. 前記反応ガスのアルゴンガスと酸素の流量は、アルゴンガスの流量は、10sccm以上15sccm以下で、酸素ガスの流量は、8sccm以上10sccm以下であることを特徴とする請求項3に記載の弾性表面波素子用圧電体複合基板の製造方法。


?
4. The surface acoustic wave according to claim 3, wherein a flow rate of argon gas and oxygen of the reaction gas is 10 sccm to 15 sccm, and a flow rate of oxygen gas is 8 sccm to 10 sccm. A method for manufacturing a piezoelectric composite substrate for an element.


?
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108823542A (en) * 2018-07-04 2018-11-16 福建工程学院 A kind of method of tungsten-copper alloy surface diamond-like processing

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