JP2018061226A - 表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法とこの複合基板を用いた表面弾性波デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面弾性波デバイス用複合基板は、圧電単結晶基板1と支持基板2とを含んで構成される表面弾性波デバイス用複合基板であって、圧電単結晶基板と該支持基板との接合界面部において、少なくとも圧電単結晶基板と支持基板の何れか一方は凹凸構造を有している。この凹凸構造の断面曲線における要素の平均長さと表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長との比が0.2以上7.0以下であることを特徴とする。
【選択図】図16
Description
なお、ここでは、凹凸構造の周期を凹凸構造の断面曲線における要素の平均長さRSmで評価している。
また、介在層3に水素や水等の不純物を多量に含むとアウトガスと呼ばれる揮発成分が発生し、信頼性を低下させることから、できる限り高純度の介在層を形成する必要がある。
このとき、図18に示すように、介在層として接着剤5を用いて複合基板を得ることもできる。さらに、図19に示すように、支持基板2の表面だけに凹凸構造3を形成し、そこに無機材料6の介在層を形成すると共に鏡面化して、圧電単結晶基板1の鏡面と貼り合わせた場合、図20(C)に示すように、接合界面部4において、支持基板2が凹凸構造を有している複合基板が得られる。
また、800MHzの表面弾性波デバイスを製造する場合において、表面弾性波の波長λは約5μmである。
また、Raが大きすぎると、介在層3を設ける際に時間やコストが掛かる他、表面を均一に研磨することも難しく、製造上好ましくないため、Raは1000nm以下であることが好ましい。
また、圧電単結晶基板の支持基板との接合界面部側におけるLiとTa又はNbとの比率は、Li:Ta=50−α:50+α又はLi:Nb=50−α:50+αであり、αは−1.0<α<2.5の範囲であるような疑似ストイキオメトリー組成とすることができる。
Li/(Li+Ta)=(53.15−0.5FWHM1)/100 (2)
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。
実施例1では、最初に、算術平均粗さRaが同程度であり(Ra=300nm±10%)、RSmが異なる凹凸構造を有する複数のLT基板を準備した。各LT基板の凹凸構造は、異なる遊離砥粒を用いて研磨することによって形成した。
実施例1’では、最初に、算術平均粗さRaが同程度であり(Ra=300nm±10%)、RSmが異なる凹凸構造を有する複数のLT基板を準備した。各LT基板の凹凸構造は、異なる遊離砥粒を用いて研磨することによって形成した。
実施例2では、最初に、算術平均粗さRaが同程度であり(Ra=300nm±10%)、RSmが異なる凹凸構造を有する複数のSi基板を準備した。各Si基板の凹凸構造は、アルカリ液を用いたウェットエッチングにより形成し、温度と浸漬時間を変化させて凹凸構造を制御した。これによって、ピラミッド形状の凹凸構造が形成されたSi基板を得た。ピラミッド形状の凹凸構造が形成されたSi基板のAFMによる断面プロファイルとSEM観察像を、図2及び図3にそれぞれ示す。
実施例3では、最初に、算術平均粗さRaが同程度であり(Ra=300nm±10%)、RSmが異なる凹凸構造を有する複数のLT基板とSi基板を準備した。各LT基板との凹凸構造は、異なる遊離砥粒を用いて研磨することによって形成した。また、各Si基板の凹凸構造は、アルカリ液を用いたウェットエッチングにより形成し、温度と浸漬時間を変化させて凹凸構造を制御した。これによって、ピラミッド形状の凹凸構造が形成されたSi基板を得た。
実施例4では、実施例1から3について、LT基板をLN基板に変えて複合基板を作製した。これらの複合基板を用いて、4段ラダーフィルタを作製して評価を行ったところ、実施例1から3の場合と同様の傾向を示した。
実施例5では、最初に、算術平均粗さRaとRSmが同程度の凹凸構造を有する複数のLT基板を準備した(Ra=300nm±10%、RSm=3μm±10%、Rz=2.0μm±10%)。ここで、LT基板の凹凸構造は、遊離砥粒を用いて研磨することによって形成した。
このとき、LT基板によって研磨量を変えて、SiO2の厚みが1.5μm〜9.5μmとなるようにした。
実施例6では、最初に、単一分極処理を施した概略コングルエント組成(Li:Ta=48.5:51.5)の4インチ径LT単結晶インゴットをスライスして、回転42°YカットのLT基板を、厚さ370μmとなるように切り出した。その後、必要に応じてラップ工程を経て、スライスウエハの面粗さが算術平均粗さRa値で0.15μmとなるように調整した。また、スライスウエハの仕上がり厚みは350μmとした。
fr:共振周波数
fa:反共振周波数
実施例7では、実施例6で用いたLiを拡散させる気相処理を施したLT基板のうち、Ra=300nm±10%、RSm=3μm±10%の凹凸構造を有する複数のLT基板を準備した。
このとき、LT基板によって研磨量を変えて、SiO2の厚みが1.5μm〜9.5μmとなるようにした。
このとき、基板によって研磨量を変えて、LT基板の厚みが5μm〜25μmとなるようにした。
2 支持基板
3 介在層
4 圧電単結晶基板と支持基板との接合界面部
5 接着剤
6 無機材料
Claims (24)
- 圧電単結晶基板と支持基板とを含んで構成される表面弾性波デバイス用複合基板であって、該圧電単結晶基板と該支持基板との接合界面部において、少なくとも圧電単結晶基板と支持基板の何れか一方は凹凸構造を有しており、該凹凸構造の断面曲線における要素の平均長さRSmと表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λとの比が0.2以上7.0以下である表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記凹凸構造の断面曲線における算術平均粗さRaは、100nm以上であることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 圧電単結晶基板と支持基板との接合界面部において、圧電単結晶基板と支持基板との間に介在層が存在していることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記介在層として、少なくともSiO2、SiO2±0.5、a‐Si、p‐Si、a‐SiC、Al2O3の何れかを含むことを特徴とする請求項3に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記介在層として、少なくとも熱酸化シリカ又は800℃以上の温度で熱処理が施されたシリカを含むことを特徴とする請求項3に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記介在層の厚みは、前記表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λの1.2倍以下であることを特徴とする請求項3から5の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記圧電単結晶基板の厚みは、前記表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λの1.0倍以上3.5倍以下であることを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記支持基板は、シリコン、ガラス、石英、アルミナ、サファイア、炭化ケイ素、窒化ケイ素の何れかであることを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記支持基板は、凹凸構造を有するシリコン基板であり、該凹凸構造は、ピラミッド形状であることを特徴とする請求項1から8の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記圧電単結晶基板は、タンタル酸リチウム単結晶基板又はニオブ酸リチウム単結晶基板であることを特徴とする請求項1から9の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記圧電単結晶基板は、結晶方位が回転36°Y〜49°Yである回転Yカットタンタル酸リチウム単結晶基板であることを特徴とする請求項10に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記圧電単結晶基板は、Feが25ppm〜150ppmの濃度でドープされているタンタル酸リチウム単結晶基板あることを特徴とする請求項10又は11に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記圧電単結晶基板は、その厚さ方向にわたってLi濃度が概略一様である請求項10から12の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記圧電単結晶基板は、LiとTa又はNbとの比率がLi:Ta=50−α:50+α又はLi:Nb=50−α:50+αであり、αは−1.0<α<2.5の範囲であることを特徴とする請求項13に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記圧電単結晶基板は、その厚さ方向にわたってLi濃度が異なっている範囲を有する請求項10から12の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記圧電単結晶基板は、前記支持基板との接合界面部側のLi濃度が、反対側表面のLi濃度よりも大きいことを特徴とする請求項15に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 前記圧電単結晶基板は、前記支持基板との接合界面部側のLiとTa又はNbとの比率が、Li:Ta=50−α:50+α又はLi:Nb=50−α:50+αであり、αは−1.0<α<2.5の範囲であることを特徴とする請求項15又は16に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
- 請求項1から17の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板を用いて構成されていることを特徴とする表面弾性波デバイス。
- 圧電単結晶基板及び/又は支持基板の表面に凹凸構造を設ける工程と、該凹凸構造の上に介在層を設ける工程とを少なくとも含むと共に、圧電単結晶基板上に設けられた介在層と支持基板とを接合する工程か、支持基板上に設けられた介在層と圧電単結晶基板とを接合する工程か、又は圧電単結晶基板上に設けられた介在層と支持基板上に設けられた介在層とを接合する工程の何れかを含むことを特徴とする表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
- 前記介在層の表面を鏡面化する工程を含むことを特徴とする請求項19に記載の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
- ウェットエッチングによって支持基板の表面に凹凸構造を設ける工程と、該凹凸構造を有する基板表面が接合界面となるように、圧電単結晶基板と接合する工程とを少なくとも含むことを特徴とする表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
- 前記凹凸構造を設ける工程は、ウェットエッチングによって、シリコン単結晶から成る支持基板の表面に、ピラミッド形状の凹凸構造を設ける工程であることを特徴とする請求項21に記載の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
- 前記圧電単結晶基板は、その厚さ方向にわたってLi濃度が異なっている範囲を有し、少なくとも一方の基板表面から任意の深さまでLi濃度が概略一様であり、該圧電単結晶基板と支持基板とを接合して、Li濃度が概略一様になっている部分の少なくとも一部を残すか、又はLi濃度が概略一様になっている部分のみを残すように、接合面の反対側の圧電単結晶基板表層を除去することを特徴とする請求項19から22の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
- 前記Li濃度が概略一様になっている部分は、疑似ストイキオメトリー組成であることを特徴とする請求項23に記載の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
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