JP6644208B1 - 接合体および弾性波素子 - Google Patents
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Abstract
Description
圧電性単結晶基板と、
多結晶セラミック材料または単結晶材料からなる支持基板と、
前記圧電性単結晶基板上に設けられ、Si(1−x)Ox(0.008≦x≦0.408)の組成を有する接合層と、
前記支持基板と前記接合層との間に設けられ、酸素原子およびアルゴン原子を含有する非晶質層とを備えており、非晶質層の中央部における酸素原子の濃度が非晶質層の周縁部における酸素原子の濃度よりも高いことを特徴とする。
前記接合体、および
前記圧電性単結晶基板上に設けられた電極を備えていることを特徴とする。
図1〜図2に示す実施形態では、まず、図1(a)に示すように、圧電性単結晶基板4の表面4aに接合層2を設ける。4bは反対側の表面である。この時点では、接合層2の表面2aには凹凸があってもよい。
(支持基板)
本発明では、支持基板1は多結晶セラミック材料または単結晶材料からなる。支持基板1を構成する単結晶材料としては、シリコンおよびサファイアが好ましい。また多結晶セラミックス材料としては、ムライト、コージェライト、透光性アルミナ、およびサイアロンからなる群より選ばれた材質が好ましい。
圧電性単結晶基板4、4Aの材質は、具体的には、タンタル酸リチウム(LT)単結晶、ニオブ酸リチウム(LN)単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、水晶、ホウ酸リチウムを例示できる。このうち、LT又はLNであることがより好ましい。LTやLNは、弾性表面波の伝搬速度が速く、電気機械結合係数が大きいため、高周波数且つ広帯域周波数用の弾性表面波デバイスとして適している。また、圧電性単結晶基板4、4Aの主面の法線方向は、特に限定されないが、例えば、圧電性単結晶基板4、4AがLTからなるときには、弾性表面波の伝搬方向であるX軸を中心に、Y軸からZ軸に36〜47°(例えば42°)回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。圧電性単結晶基板4、4AがLNからなるときには、弾性表面波の伝搬方向であるX軸を中心に、Y軸からZ軸に60〜68°(例えば64°)回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。更に、圧電性単結晶基板4、4Aの大きさは、特に限定されないが、例えば、直径50〜150mm,厚さが0.2〜60μmである。
本発明においては、支持基板1と圧電性単結晶基板4、4Aとの間に設けられた接合層2Aを備えており、接合層2AがSi(1−x)Ox(0.008≦x≦0.408)の組成を有する。この組成は、SiO2(x=0.667に対応する)に比べて酸素比率がかなり低くされている組成である。このような組成の珪素酸化物Si(1−x)Oxからなる接合層2Aによって支持基板1に対して圧電性単結晶基板4、4Aを接合すると、接合強度を高くすることができ、かつ接合層2Aにおける絶縁性も高くすることができる。
接合層2Aと圧電性単結晶基板4、4Aとの間に中間層9を更に設けることができる。こうした中間層9は、接合層2Aと圧電性単結晶基板4、4Aとの密着性を更に向上させるものであることが好ましく、具体的には、SiO2、Ta2O5、TiO2、ZrO2、HfO2、Nb2O3、Bi2O3、Al2O3、MgO、AlN、Si3N4からなることが好ましい。特に好ましくは中間層がSiO2からなる。
本発明では、支持基板1と接合層2Aとの間に非晶質層8を設ける。この非晶質層8は、少なくとも酸素原子およびアルゴン元素を含有している。好ましくは、非晶質層8は、支持基板1を構成する一種以上の原子(酸素原子を除く)を含有している。支持基板1を構成する原子が単一種である場合には、非晶質層8を構成する前記原子も単一種である。支持基板3を構成する原子が複数存在する場合には、支持基板1を構成する原子は、これらのうち一種または複数種である。
測定装置:
透過型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ製 H-9500)を用いて微構造観察する。
測定条件:
FIB(集束イオンビーム)法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧200kVにて観察する。
測定装置:
元素分析装置(日本電子 JEM-ARM200F)を用いて元素分析を行う。
測定条件:
FIB(集束イオンビーム)法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧200kVにて観察する。
接合層2Aの表面の算術平均粗さRaが1nm以下であることが好ましく、0.3nm以下であることが更に好ましい。また、支持基板1の表面1aの算術平均粗さRaが1nm以下であることが好ましく、0.3nm以下であることが更に好ましい。これによって支持基板1と接合層2Aとの接合強度が一層向上する。
ビーム照射による活性化時の電圧は0.5〜2.0kVとすることが好ましく、電流は50〜200mAとすることが好ましい。
弾性波素子7、17としては、弾性表面波デバイスやラム波素子、薄膜共振子(FBAR)などが知られている。例えば、弾性表面波デバイスは、圧電性単結晶基板の表面に、弾性表面波を励振する入力側のIDT(Interdigital Transducer)電極(櫛形電極、すだれ状電極ともいう)と弾性表面波を受信する出力側のIDT電極とを設けたものである。入力側のIDT電極に高周波信号を印加すると、電極間に電界が発生し、弾性表面波が励振されて圧電基板上を伝搬していく。そして、伝搬方向に設けられた出力側のIDT電極から、伝搬された弾性表面波を電気信号として取り出すことができる。
図1および図2を参照しつつ説明した方法に従って、表1に示す実施例1の接合体5Aを作製した。
具体的には、OF(オリエンテーションフラット)部を有し、直径が4インチ,厚さが250μmのタンタル酸リチウム基板(LT基板)を、圧電性単結晶基板4として使用した。LT基板は、弾性表面波(SAW)の伝搬方向をXとし、切り出し角が回転Yカット板である46°YカットX伝搬LT基板を用いた。圧電性単結晶基板4の表面4aは、算術平均粗さRaが0.3nmとなるように鏡面研磨しておいた。ただし、Raは、原子間力顕微鏡(AFM)によって10μm×10μmの視野で測定する。
次いで、接合層2を化学機械研磨加工(CMP)し、膜厚を80〜190nmとし、Raを0.08〜0.4nmとした。
この際、アルゴン原子ビームが各表面の中央部に多く照射されるように、グリッドには、中央部30mm角領域のみグリッド孔径を20%大きくしたものを用いた。
測定装置:
元素分析装置(日本電子 JEM-ARM200F)を用いて元素分析を行う。
測定条件:
FIB(集束イオンビーム)法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧200kVにて観察する。
測定装置:
透過型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ製 H-9500)を用いて微構造観察する。
測定条件:
FIB(集束イオンビーム)法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧200kVにて観察する。
測定結果を表1に示す。
SORIの測定にはキーエンス製レーザー変位計LK−G5000を用い、可動ステージの上に乗せたウエハーの高さ情報を測定し、ライン上にスキャン測定した。測定は基板のオリエンテーションフラットと水平方向および垂直方向の2ラインで行い、SORI値が大きいほうをウエハーのSORIとした。
図3、図4に示す方法により、接合体15Aを作製した。ただし、具体的条件は実施例1と同様にした上で、圧電性単結晶基板4上に酸化珪素からなる中間層9を設け、中間層9上に接合層2、2Aを設けた。
実施例1と同様にして接合体5Aを作製し、評価した。ただし、本例では、アルゴン原子ビームの射出口の構造を以下のようにし、接合面2b、1aの全体にアルゴン原子ビームが略均等に照射されるようにした。結果を表2に示す。
実施例2と同様にして接合体15Aを作製し、評価した。ただし、本例では、接合面2b、1aの全体にアルゴン原子ビームが略均等に照射されるようにした。結果を表2に示す。
比較例1と同様にして接合体5Aを作製し、評価した。ただし、本例では、アルゴン原子ビームの照射量を360kJまで増大させた。結果を表2に示す。
Claims (7)
- 圧電性単結晶基板と、
多結晶セラミック材料または単結晶材料からなる支持基板と、
前記圧電性単結晶基板上に設けられ、Si(1−x)Ox(0.008≦x≦0.408)の組成を有する接合層と、
前記支持基板と前記接合層との間に設けられ、酸素原子およびアルゴン原子を含有する非晶質層とを備えた接合体であって、
前記非晶質層の中央部における前記酸素原子の濃度が前記非晶質層の周縁部における前記酸素原子の濃度よりも高いことを特徴とする、接合体。 - 前記非晶質層の中央部における前記アルゴン原子の濃度が前記非晶質層の周縁部における前記アルゴン原子の濃度よりも高いことを特徴とする、請求項1記載の接合体。
- 前記非晶質層の中央部における厚さが前記非晶質層の前記周縁部における厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項1または2記載の接合体。
- 前記圧電性単結晶基板と前記接合層との間に設けられ、SiO2の組成を有する中間層を備えていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 前記支持基板が、シリコン、サファイア、ムライト、コージェライト、透光性アルミナおよびサイアロンからなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 前記圧電性単結晶基板が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 請求項1〜6のいずれか一つの請求項に記載の接合体、および前記圧電性単結晶基板上に設けられた電極を備えていることを特徴とする、弾性波素子。
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